| 研究課題/領域番号 |
16K06556
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| 研究機関 | 東洋大学 |
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研究代表者 |
山崎 宏史 東洋大学, 理工学部, 准教授 (30573703)
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| 研究分担者 |
蛯江 美孝 国立研究開発法人国立環境研究所, 資源循環・廃棄物研究センター, 主任研究員 (90391078)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 浄化槽 / 温室効果ガス / 溶存態温室効果ガス / 生物化学的酸素要求量 / アンモニア態窒素 / 汚泥 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、分散型の生活排水処理施設である浄化槽における低炭素化を目指す基盤的な研究である。今年度の研究では、昨年度に引き続き、埼玉県内および岩手県内の既設置浄化槽において、浄化槽の各単位装置からの温室効果ガス排出量および水質を測定し、その関係性について解析を行った。さらに、今年度は、研究実施計画に従い、各単位装置への流入水の性状が、各単位装置からの温室効果ガス排出量に及ぼす影響について、重点的に解析を行った。
その結果、CH4に関しては、嫌気濾床生物濾過循環方式の浄化槽では、嫌気濾床槽第1室からの排出量が最も多く、前ばっ気型浮上濾過好気濾床方式の浄化槽では、浮上濾過槽からの排出量が、それぞれ、最も多くなった。また、このCH4排出量の最も多かった各槽への流入水の性状として、嫌気濾床生物濾過循環方式の浄化槽では、後段の生物濾過槽からの循環水に含まれるDO量が、前ばっ気型浮上濾過好気濾床方式の浄化槽では、前段の好気濾床槽第1室から移流されるDO量が、ぞれぞれ多くなると、CH4排出量が低下することが明らかとなった。
一方、N2Oに関しては、上記、各処理フローの浄化槽とも、好気槽からのN2O排出量が最も多くなった。この好気槽におけるN2O排出量と水質の変化の関係を解析した結果、好気槽でのBOD除去量が大きく、かつ、NH4-Nが残存している際に、N2O排出量が増大している傾向が見られた。このことから、好気槽への流入水に、BODとNH4-Nが多く含まれている場合には、生物反応における酸素の競合が起き、硝化反応速度が低下するため、N2O排出量が増大したと考えられた。さらに、年間の調査結果から、好気槽においてBODとNH4-Nが残存し、N2O排出量が増大する時期は、水温上昇期である春期であることから、浄化槽内に貯留していた汚泥の可溶化により、N2O排出量が増大したと考えられた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
今年度の研究として、前年度に引き続き、浄化槽の各単位装置からのGHGs排出特性について調査解析を行い、前段の単位装置からの流出水の性状との関係を解析するとともに、これらの解析結果から、GHGs排出量増減のキーとなる因子について、明らかにすることを目的としていた。
一般家庭に設置されている浄化槽の各単位装置から排出されるGHGs排出量および各単位装置への流入水性状の関係を解析した結果、CH4に関しては、嫌気槽へ流入するDO量、N2Oに関しては、好気槽へ流入するBOD濃度とNH4-N濃度が、それぞれ、関係していることが明らかとなった。さらに、これらBOD濃度とNH4-N濃度は、水温上昇期において高いことから、浄化槽内に貯留されていた汚泥の可溶化が原因であると考えられた。そのため、汚泥貯留部の分離や貯留汚泥の効率的な除去により、N2O排出量が削減できる可能性が考えらえた。
一方、研究計画では、N2Oの溶解性を利用したGHGs排出量削減技術を開発することになっていたが、この削減技術開発に繋げるため、各単位装置における溶存態N2Oの挙動解析を優先させる必要があった。そのため、GHGs排出量削減技術の開発がやや遅れている。また、優先させた解析の結果、嫌気槽溶存態N2O濃度と好気槽溶存態N2O濃度および好気槽排出N2O濃度の関係から、N2O排出量の嫌気槽：好気槽の生成割合は、概ね1:2であることが明らかとなった。そのため、N2Oの生成は、脱窒過程より硝化過程が主であると考えられた。また、これらの結果は、浄化槽から排出されたガス態N2Oを好気槽へ再ばっ気しても、硝化が不完全になる可能性を示しており、循環装置等を通じて、嫌気槽に導入し、脱窒過程で削減させる必要があると考えられた。平成30年度早々には、この考え方に基づき、GHGs排出量削減技術の実証を行いたいと考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成30年度は、「研究計画」通り、これまでの一般家庭に設置されている浄化槽からのGHGs排出特性に関する調査研究成果を元に、GHGs排出量削減に関する検討を実施する。
これまでの研究成果により、CH4に関しては、嫌気槽へ流入するDO量が関係していると考えられた。そのため、嫌気濾床生物濾過循環方式の浄化槽では、生物濾過槽からの循環水に含まれるDO量を増大させるために、循環水量の増加や生物濾過槽におけるDO濃度の増加について検討を行う。また、前ばっ気型浮上濾過好気濾床方式の浄化槽では、好気濾床槽第一室におけるDO濃度の増加について検討を行う。これらの簡易な維持管理手法の検討により、嫌気槽からのCH4削減効果について検証を行う。
一方、N2Oに関しては、好気槽へ流入するBOD濃度とNH4-N濃度が関係していると考えられた。また、これらのBOD濃度、NH4-N濃度の増加は、浄化槽内に貯留されていた汚泥の可溶化が原因であると考えられた。そのため、浄化槽内の汚泥貯留状況とN2O排出量の関係について、さらに詳細な解析を進める。
さらに、N2Oが水に溶解し易い気体であることを踏まえ、N2Oを含む排気ガスを外部で循環させ、槽内に再溶解させることで、GHGsの削減効果について検証を行う。具体的には、浄化槽上部空間に排出されたN2Oが臭突管を通過し、大気中にGHGsとして放出される前に、ブロワによりその一部を吸気することで、N2Oを浄化槽槽内水に再溶解させ、嫌気槽におけるN2Oの再脱窒によるGHGs削減の可能性について、チャレンジ的な検討を進める。
これらの研究を進めることにより、新規設置浄化槽だけでなく、既設浄化槽における簡易な維持管理手法により、GHGs排出量を削減する手法について、提言をまとめる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
（理由）「現在までの進捗状況」にも記載したが、平成29年度における研究計画では、N2Oの溶解性を利用したGHGs量削減技術を開発することになっていたが、この削減技術開発に繋げるため、各単位装置における溶存態N2Oの挙動を解析する必要があったため、これを優先した。その結果、浄化槽から排出されたガス態N2Oを再ばっ気しても、硝化が不完全になる可能性があり、循環装置等を通じて、嫌気槽に導入し、脱窒過程で削減させる必要があると考えられた。平成30年度早々には、この考え方に基づき、循環装置等を通じて、嫌気槽に溶存態N2Oを導入する手法について、検討を行いたいと考えている。
（使用計画）「今後の研究の推進方策 等」にも記載したが、平成30年度においては、N2Oの溶解性を利用したGHGs量削減技術開発として、浄化槽の付帯設備が必要なため、その予算に充当する。
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