１．はじめに
黒龍江省 養豚場の風景写真
当初OKノズルの購入時用途は生活汚水の処理とのことだったのでφ16自吸ホースを1本にしていた。 しかし、実際の実験は、豚の屎尿処理であり、500L OKノズルでファインバブルを発生させて処理能力がどれくらいあるのか、基準値をクリアするかを調べているとのことであった。
ＯＫノズルを設置した時点は、NH₃が基準値に達しないとのことで、その対策について問合せがあった。通訳者を入れた数回のメールのやり取りで現状がある程度把握できたので、ここでは、アンモニアの数値が基準値以内に入るようにする対策を提示し、実験方法等を提案し、解決の方法を明示した。この指示にもとづいてある程度改善されたが、不十分な途中までのデータしか入手できなかった。最終的に「基準値をクリアする目途がたった」との連絡の後、最終的なデータは送ってこなかった。しかし、この実験で豚屎尿処理技術の基本的なことが多数分かったので、今回の実験経過も含めてまとめることにする。 写真とデータの提供に感謝する。
２．処理場の現状と処理水の基準値
（1）中国の国家基準値と自主目標値
彼らは国家基準より下方の自主目標値を持っており、その基準値が目標のようであった。まず、国家基準を達成することが第一目標で、これをクリアすれば、自主目標値を達成する方向性が見えて来る。
（２）実験開始時の豚屎尿処理場の現状
①原水： OD:d3000mg/L， NH4:900mg/L， pH7.5,
OKノズル導入前の放出水の水質は、不明。報告がなかった。
②養豚頭数：8千～１万頭。1日の屎尿処理量は25ｍ³/Dである。
③処理槽は容量192ｍ³を６等分している。槽の容量：32ｍ³ （８ⅿ²×４ｍD）
 豚屎尿処理場 |
 処理槽の全景 |
<各処理槽の機能説明>
第1槽目： 嫌氧槽（原水）
3槽目の汚泥を1槽目に戻す前に、分離機で原水から80～90％汚泥を抽出し、肥料として利用している。
第2槽目：通常の曝気槽をファインバブル発生OKノズルに変更。
処理槽の全景500L/min OKノズルと水中ポンプでファインバブルを発生させる。OKノズルにかかる水圧は約0.13MPaであった。OKノズルは１ｍ沈めて水平方向に噴射。（後日、改善し約0.24MPaになった）
第３槽目：嫌気槽（発生した汚泥を1層に戻す）
水中ポンプで1槽に（約？ m）³戻している。戻すタイミングは作業者が判断。
第4槽目：嫌氧槽
第5槽目：好氧槽（OKノズルは使用していない）
普通のエアー曝気を行い2～3m³/minの空気を供給している³。酸素量：440L/min～660L/min （628.5ｇ～942.8ｇ/min） 大気中の酸素比率を22％とした。
第6槽目：沈殿槽 （発生した污泥、を④へ戻す）
水中ポンプで4槽に（約？ m³）戻している。戻すタイミングは作業者が判断。
 第2槽に500L OKノズル（設置初期） |
 OKノズル稼働状況 |
３．OKノズル設置可動とNH₃の変化
（１）OKノズルの初回設置状況 （作業者の勝手な判断で施工）
①OKノズルの設置位置は、水面から１ｍの深さ、水平に噴射。（＊水面１ｍ深から下向きに噴射するか、底面設置で水平噴射する方がいい。）
②OKノズルはポンプに直結されていた。 （＊これは誤った取付方）
③OKノズルの稼働時間： 45分稼働、15分休止で24時間動いている。
④自吸パイプはΦ16を1本でバルブは全開にし、空気を自吸させている。
（２）上記の条件での初期実験結果
①NH₃の変化： 912ppm→210ppm
１槽目の原水NH₃数値は912ppmから、第2槽のファインバブル処理後、NH₃は210pppmになっている。 NH₃値は702ppm減少している。あと130ppm下げると国家基準の80pmをクリアする。また、あと180ppm下げれば自主目標基準値の３０ppm以下になる。これは簡単に出来る課題である。残念なことに210ppmの数値が3槽目なのか、6槽目なのか、分からない。何度もメールで問い合わせたが、回答はなかった。
②NH₄：210ppmは 6槽目のデータと推測
私は、この210ppmの数値は3槽目ではなく、6槽目のデータと推測している。と言うのは5槽目で普通のエアー曝気を行い、2～3m³/minの空気を供給しているので³、酸素量₂は440L/min～660L/min （628.5ｇ/min～942.8ｇ/min）となる。酸素溶解率を5％と見積もると、1日の処理に使用できる酸素溶解量は、処理水32m³で約37,000ｇ～56,000ｇ（約1,156 mg/L～1,767mg/L）となる。(稼働20h/D)5槽目の曝気が正常に稼働していた場合、ＮＨ₄：210ppm が3槽目データであれば、処理水は、この5槽目で自主目標値を軽くクリアすることになるからである。
（2）初回FB発生OKノズル設置処理水の色
 左1本目：原水、 2本目：6槽目、 3本目： Naclo 使用処理水 |
 放水運河 |
４．NH₃を基準値以下にする対策を提案
500L/minＯＫノズルを第2槽目に入れ、ファインバブルを発生させると、NH₃は912ppmから210ppmに変化した。中国からの連絡はなかったが、この数値は第6槽目のデータと推測している。国家基準値まであと130ppm下げるだけなので難しいことはない。
（１）国家基準値をクリアする為の対策
①空気の自吸量を増やす。
空気自吸パイプΦ16を2本にし、空気の自吸量を増やす。OKノズルを55分稼働、5分休止とする。（連続稼働でもいい）
②バクテリアの住みか担体を入れる―2槽目と3槽目
バクテリアの住みかとなる担体を2槽目3槽目に入れる。担体は、竹炭、木炭でもいい。 処理槽容積が32m³あるので、槽の体積の１～２割：３～６m³の担体を入れるといいでしょう。約1m³を網に入れ、それを5個作って各槽に入れる。
③担体の設置場所
担体の設置場所は、処理水が次の槽に移動する時、必ず担体を通過するような所に設置する。槽と槽はΦ250㎜の穴で通じている。OKノズルが入った第2槽目には、5個が良いでしょう。
●2槽目の1槽目から流入穴Φ250㎜の所に1個。
●2槽目の3槽目に流出穴Φ250㎜の所に４個。配置は穴を中心に3個を密着して配置し、その中央に1個を乗せる。
●3槽目には1m³の担体袋を3～5個。穴から流入する処理水が担体に当たるような位置に配置する。
参考写真例
④OKノズルと水中ポンプの組付を正常に誤った取付けを正常にする。ＯＫノズル直前に最低600㎜のストレート部を設ける。これは乱流による圧力低下を防止する為。参考写真例これらの対策を行えば目標はクリアすると確信する
（２）NH₃を基準値以下にする実験順番
3槽目のデータを取る。2槽目の処理水が6槽目に到達するには、6日間かかるので変化量を便宜的の見る為に、3槽目のデータを取る。なぜ、1つの対策ごとにデータを取ることにしたかというと、対策の効果を一つひとつ確かめる為である。
①OKノズルを55分稼働、5分休止とする。（連続稼働でもいい）第2槽目に担体を入れる。これだけで、3日ほどデータを取る。
②次に第3槽目にも担体を入れる。この状態で3日ほどデータを取る。
③OKノズルの取付を正常にし、Φ16のパイプを追加して2本にする。3日ほどデータを取る。この時点で、国家基準値近くになるか、6槽目のデータで確認する。
④もしも、クリア出来ない時は、第1槽、 または第5槽目にOKノズルを1個追加すれば目標を達成できるので、安心して実験してください。
⑤もしくは、酸素の使用が可能であれば、1本のパイプから酸素O₂を入れる。酸素の供給量は流量計で必ず計測すること。酸素の供給量によって、目標の基準値をクリアするでしょう。
５．第1回対策の結果（2019年9月14日）
（１） 1回目で対策した内容
①担体を小袋に入れ、小袋64個（＊写真を参照）指示した量より少ない。
②OKノズルを55分稼働、5分休止 （10分渦動延長）
（２） 結果データ
①データ
原水 COD：3000mg/L ，NH4：900mg/L ，pH7.5,
1日目24時間稼動後：COD：1800mg/L ,NH4：.700mg/L ,PH.8,
2日目24時間稼動後：COD：1000mg/L NH4：.650mg/L PH.8,
３日目２４時間稼働後 COD：500mg/L, NH4：.500mg/L ,PH.8,
4日目以後数値の変化が見られなかった。
②データの評価
このNH4データは、時間経過から判断して、第３槽目のものと判断される。 1回目の対策では竹炭の量が少ない。棚にして,６４個を吊るしたとの事であるが、指示通り施工されていない。担体を増やすしおう提案。CODの減少に比べて、NH4の減りが少ない。なぜか。硝酸菌、硝酸菌が少ないのか。
 担体を小袋に入れ棚に64個を吊るした |
 データ |
６．２回目対策の実験結果
（１） 2回目の対策 （20190928金～）
2本のパイプで空気を自吸
1) １回目の改善
①担体を小袋に入れ、64個
②OKノズルを55分稼働、5分休止
2) ２回目の対策
③Φ１６パイプを２本に
④OKノズルと水中ポンプの取付け方を正常に
（３）１槽、２槽、３槽目の各Do値
① １槽目： １．５ppm
② ２槽目： ７．４ｐｐｍ
③ ３槽目： ６．0ｐｐｍ
２槽目にΦ16パイプを２本にしたOKノズルを入れ、全開で空気を自吸させファインバブル発生。空気たけで上記の結果が出た。
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（３）２回目対策結果データ
① 結果データ COD： 180ppm NH4： 200ppm （6槽目のデータ？）
国家基準のCODは400pmなのでクリア。NH4は80ppmなので、後120pm減少させればいい。
 ２槽目でファインバブル発生状況写真 |
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７．終わりに ―まとめ
（１）最終の対策データ等の情報入らず
水処理の数値が、「国家基準、自主目標値を達成する目途が立ったので、後は自分らでやる」との報告があり、以降、データ等の情報は入っていない。ここでは入手したデータから考察を行う。
（２）実験結果
Cod. NH₃ Bod SS
①FB処理前（原水） 3000ppm 912ppm
②初期時のFB処理後 210ppm （？槽目）
③1回目対策FB処理後 500ppm 500 ppm （3槽目）
④２回目対策FB処理後 180ppm 200ppm （測定槽不明）
⑤３回目対策FB処理後 ？ ppm ？ ppm
「自主目標値を達成する目途が立ったので、後は自分らでやる」との報告
（３）考察
① 実験途中のデータしか入手していない。対策の最終データは入手出来ていない。２回目対策データと国家基準、目標基準と比較すると、
２回目対策数値COD：180ppm NH4：200ppm
国家基準値 COD：400ppm NH4：80ppm
自主目標数値 COD： 40ppm NH4 : 30ppm
CODは国家基準値をクリアしている。また、NH4は後120ppm減少させればクリアできる。自主目標数値でみるとCOD：140ppm、NH4は後170ppm今までの経験からすると、これらの数値であれば、「担体」を十分に入れるなど上記対策項目を完全に行えば、国家基準、自主目標基準は達成できると推測できる。これを裏付けるように、「国家基準、自主目標値を達成する目途が立ったので、後は自分らでやる」との報告があった。
②データからするとNH₄+の減少が少ない。ＣＯＤは3,000ppmから180ppmと1/16以下に減少しているのに、NH₄+は900ppmから200ppmと1/4.5であり、減少率が小さい。対策工程で亜硝酸菌、硝酸菌が減少したものと思われる。
③1年中安定して自主目標基準値以下にするには、5槽目に５００LOKノズルをもう一つ追加し、担体を入れればいい。通常の曝気用電力が約半分ほど節電になり理想的である。
●OKノズルの選定は、処理槽の容量、数、1日の処理量によって決まる。今回、槽の容量32m³、1日の処理量25m5/Dの場合５００LOKノズルを1個使用したが、これが一つの参考基準となりそうだ。実践的には余裕を見て300Lか５００LOKノズルを1個追加したほうが良いようである。
●屎尿処理、下水処理には、ＯＫノズルと担体をセットで使用することが必須条件である。
③この実験で担体の果たす役割が明らかとなった。担体を増やすことで処理能力がアップしている。これはファインバブルによって微生物が活性化し、担体を増やすことでバクテリアの数が増えている証拠である。今後、処理槽容積と担体の量との比率をもう少し解明する必要がある。
2021年7月７日
まとめ： (有)OKエンジニアリング 松永大
実験 ：中国の業者
実施期間： 2018.8.27～20190315