Don't look lightly sanitary engineering! + Sewage treatment technology: Oxidation Ditch
Don't look lightly sanitary engineering! : Water quality purification goods welcomed by amateurs
I am an expert in sanitary engineering. Especially in the field of water, I have been doing research that does not fall behind. I also worked on various water-related technologies. Here, a blog covered some kind of water purification technology. Looking at what kind of thing it is, somehow from the lapilli, "Since the components that rejuvenate the microorganisms flow out, this will rejuvenate the microorganisms, expect water purification, and give back to the earth." That's right? ... I'm scared because this is what amateurs think. If we can purify water with such a small item, we don't need water treatment technology, and you don't need sanitary engineering. The sanitary engineering is explained as follows.
A discipline that applies engineering principles to the prevention of environmental pollution and the conservation of the living environment with the aim of protecting and promoting public health. Since the causes that threaten people's lives and health change with the development of civilization and society, the objects of purpose-oriented sanitary engineering are also purification of air and water from urban water and sewage, noise vibration control, industrial waste control. , Final waste management, radioactive emission management, air conditioning heating and cooling of buildings, control of working environment in factories, planning of local material metabolism facilities, planning and management of air, water and soil environment, location planning, etc. .. The academic fields necessary for this are also (1) physiology, public hygiene, animal and plant ecology, flow science, meteorology, statistics, etc. to set improvement or conservation goals, and (2) civil engineering to take improvement measures. Engineering, chemical engineering, microbial engineering, fluid engineering, thermal engineering, system engineering, etc. (3) Planning mathematics, regional planning, urban planning, economics, etc. for making plans. After World War II, the Department of Sanitary Engineering was established at Hokkaido University and Kyoto University, the Department of Urban Engineering at the University of Tokyo, and the Department of Environmental Engineering at Osaka University. Other universities have related courses in the Faculty of Engineering.
https://kotobank.jp/word/%E8%A1%9B%E7%94%9F%E5%B7%A5%E5%AD%A6-35909
(Note: The etymology of "defend(衛) "is "a soldier who patrols to protect the one in the middle.")
Well, when I chose sanitary engineering as my career path, I didn't really understand the content, but I was depressed at that time and was told that it was a "dirty place" dealing with "shit, pee". While I was depressed, I decided to go to a dirty place and went on to throw it away. In the above explanation, it is said that there are a wide range of applications, but at the time of my time, the main problem was water, and research was concentrated on waterworks, sewers, rivers and lakes.
Regarding sewage treatment, it is difficult to treat sewage by participating in a project (by students) to check the performance of Jun Ui's "oxidation ditch", which is an evolution of the traditional "activated sludge method". As a premise, sewage treatment is said to be "accepting any wastewater, purifying the water quality properly, and is evaluated for the first time". The maintenance of a plant (facility) is a place where water treatment engineers play a serious role. At sewage treatment plants, activated sludge, a group of microorganisms derived from soil, actively "eats" organic matter in sewage and plays a role in water purification, but that alone is enough to purify water. Is on the way. In addition to organic substances, there are substances that require more advanced removal techniques, such as nitrogen (N) and phosphorus (P). If you try to process it, it will cost a lot.
This is the current state of sewage treatment. What can we say when we look at the goods from that perspective?
What is XXXXX? (Author's note: Hidden words)
A microbial activator made mainly from lapilli.
XXXXX will use the microorganisms on the spot as the source, and Mr. microorganisms that have become the source will decompose the dirt.
Just place XXXXX on the flush tank of the toilet, and the flowing water will rejuvenate the Mr. microorganisms.Every time you flush the water in the toilet, the flow of water from the sewage to the river and the sea becomes beautiful.
You can give back to Mr. Earth just by putting it in your toilet!
(From a certain blog. I have something to think about, so I'll keep it anonymous.)
It's ridiculous and not talkative. The pollutants washed away in the toilet are pee, poop, organic matter, nitrogen and phosphorus lumps. Is it possible to expect some water purification effect from lapilli? Also, it is unclear what kind of microorganisms the person who wrote this blog refers to and says that the water purification effect can be expected. There is a section that somehow thinks that microorganisms = water purification. The nerve that can clearly state such an amateur idea on a blog makes the earth cry.
A word of the day: In the first place, thinking about environmental issues on the premise of using a flush toilet is a . Human humiliation. In the first place, we should think about the waste of energy of diluting the solid substance "Unko :shit" and treating it with water to make the activated sludge solid again. You've never heard of a composting toilet that can compost "shit" and "pee", because this person is an amateur. (Apart from that, I don't have a grudge against this blogger, but I was inspired by so much error that I wrote this blog.)
Currently, there is no "sanitary engineering" or "sanitary course" in the Department of Urban Engineering, Faculty of Engineering, University of Tokyo. It seems that it calls itself an "environmental science course". Somehow, it is a name that feels "beauty". I think the original "hygiene" = "protecting life" is a more direct and better name. Well, I think that the people involved in the name change should have thought that it would be better to be neat, and I think that there are many University of Tokyo students who are attracted to the "superficial" coolness. When I was there, most of the students shy away from being dirty because they deal with "shit" and "pee".
Reference HP (actual compost / toilet)
https://www9.plala.or.jp/Jussih/puusee/kpt-vessa.htm
(It seems that you can not connect well from here. You can find it by copying this URL and doing a separate Google search.)
Sewage treatment technology introduced by Jun Ui: Oxidation Ditch
Mr.Jun Ui, who is now dead and was a leader in pollution problems (and one of my teachers: an assistant in the Department of Urban Engineering, Faculty of Engineering, University of Tokyo), was a versatile person, but he went to see a sewage worker in Delft, the Netherlands. He visited the treatment plant, became interested in the facility: Oxidation Ditch (translated into Japanese, "Oxidation Groove"), and stayed for several days to observe it. According to the engineer who developed it, "Many Japanese researcher visit this facility, but no one else stays and observes for a long time like you."
Jun Ui understood the principle of this oxidation ditch, and he himself built a sewage treatment plant for individuals and groups that he understood in order to spread this technology to Japan, and conducted demonstration experiments. I have been involved in it for a while.
The basis of sewage treatment technology is the decomposition of "organic matter" in water. Organic matter is a molecule formed by carbon atom (C) as a nucleus, but there are almost infinite types of this molecule. Sugar, soy sauce, gravy, manure ... there is no limit to the number. Anyway, it is a process of sending oxygen (O) in the air into water, reacting it with organic matter, converting it to carbon dioxide (CO2), and returning carbon to the air. It is called aeration or oxidation.
This method, now called the "activated sludge method," introduces healthy microorganisms in the soil into the water and completes the oxidation by the action of these microorganisms. Certainly, organic matter can be decomposed fairly well in this process. However, sewage cannot be completely purified by itself. Pollutants other than carbon include nitrogen (N) and phosphorus (P). These are difficult things. Even if organic matter is removed and the water looks clean at first glance, if N, P, etc. remain, they will come out into the environment, and algae etc. will propagate using these as minerals, and organic matter will be produced again. The water is polluted and the precious oxidation becomes meaningless.
At this time, the sewage treatment technology shows two directions. One is the "continuous" process and the other is the "batch type" process. The continuous method is the current mainstream sewage treatment method in which sewage flows out of the plant and new sewage always flows into the pond. Therefore, multiple ponds are set up, and one pond "has only one function." On the other hand, the batch type has multiple functions in one pond. It has four functions of "inflow, stirring, precipitation, and outflow". Jun Ui chose this batch type, not to mention the oxidation ditch (oxidation groove).
The process of removing C is called (primary processing), but in the case of a continuous system, the process of removing N and P is processed in the second and third ponds that specialize in N and P. (Secondary and tertiary processing). In particular, in the case of N, activated sludge deprives HNO3 of O from N, which has changed from ammonia (NH3) to nitric acid (HNO3) as a result of treatment and oxidation without adding O, and N becomes N2 in the air. It will come out (denitrification). This is a chemical reaction called reduction, which is the opposite of oxidation. To remove N, it is necessary to repeat these two reactions. However, in the case of the continuous type, since a large amount of O has already been added and aerated, there is a lot of waste in removing it, and oxygen deficiency and oxygen excess are repeated, resulting in a high cost of sewage treatment. It will jump up. Indeed, sewage treatment is a gold eater. Think about it, the power that an air conditioner takes to drive air is enormous, but if it's water, the cost of sewage treatment is even higher.
Denitrification
In the case of the batch type, depending on the operation, all of the first, second and third processes can be performed in one pond. By performing the steps of aeration (stirring) and precipitation, the above-mentioned denitrification controls the oxygen concentration to the limit of oxygen concentration that can be changed into two steps at any time, and the pond is as shallow as a "groove". Aeration can be done with the "eel farming water wheel". Also, because it is shallow, it will not drown even if a child gets stuck. A major feature of the batch system is that the inflowing sewage and the substances and microorganisms contained in it will "always" remain in the pond, although they will gradually dilute. These are favorable features in terms of the stability of the treated water. And here is the advantage over continuous process.
More troublesome than N is P. Basically, the most basic and reliable treatment method for P, which cannot be flown in the air, is to take out a certain amount of activated sludge itself, which contains a large amount of it, from the pond and separate it from the water. Primitive is primitive, but if sludge can be returned to the soil, this is the best. Well, the same is true for C and N. In that sense, neither the continuous type nor the batch type can fully function under the current situation where sewage contains a lot of harmful substances. Things that cannot be returned to the soil.
A word of the day: C, N, P are originally fertilizers for growing plants. If you return the wastewater and manure to the farmland without modern sewage treatment, no problems will occur. In this respect, humanity's thinking is insanely stupid.
Updated once a week on Wednesday or Thursday.
In Japanese, original
衛生工学を舐めるな！：素人受けする水質浄化グッズ
私は、衛生工学の専門家です。特に、水という分野については人後に落ちない研究をやって来ました。水関係の諸技術にも大いに取り組みました。ここに、あるブログで、ある種の水浄化技術が取り上げられました。どれどれ、どんな物か見てみると、なんだか火山礫から、「微生物を元気にする成分が流れだすので、これによって微生物が元気になり、水質浄化が期待でき、地球さんに恩返しができる」のだそうです。・・・素人の考えることは、これだから怖いです。こんなチャチなグッズで、水質浄化できるのなら、水処理技術は要りませんし、ひいては衛生工学など、必要ありません。その衛生工学ですが、以下のように説明されます。
公衆の健康の保護と増進を目的にして、工学の諸原理を環境の汚染防止と生活環境の保全に応用する学問分野。人々の生命と健康を脅かす原因が文明や社会の発展に伴って変化するので、目的指向である衛生工学の対象も、都市の上下水道から大気や水質の浄化、騒音振動制御、産業排出物制御、最終廃棄物管理、放射性排出物管理、建築物の空調暖冷房、工場内作業環境の制御、地域の物質代謝施設計画、大気や水質および土壌環境の計画と管理、立地計画など広範多岐にわたっている。そのために必要な学問分野も、(1)改善または保全の目標を定めるために生理学、公衆衛生学、動植物生態学、流れ学、気象学、統計学など、(2)改善策を講じるために土木工学、化学工学、微生物工学、流体工学、熱工学、システム工学など、(3)計画をたてるために計画数学、地域計画学、都市計画学、経済学など多岐にわたっている。第二次世界大戦後、北海道大学と京都大学に衛生工学科、東京大学に都市工学科、大阪大学に環境工学科がそれぞれ工学部内に設けられた。他の大学では工学部の中に関連講座が設けられている。
https://kotobank.jp/word/%E8%A1%9B%E7%94%9F%E5%B7%A5%E5%AD%A6-35909
（注：「衛」とは、「真ん中のものを守って巡回する兵」というのが語源です。）
まあ、私も、衛生工学を進路に選んだときは、よく内容は解りませんでしたが、当時落ち込んでいて、「うんこ、おしっこ」を扱う「汚い所」だよ、と教えられて、それなら、落ち込みついでに、汚いところに行ってやれ、と投げやりに進学したのです。上の解説では多岐にわたる適用範囲があるとされていますが、私の頃はおおむね水問題が主で、上水道・下水道・河川湖沼などに研究は集中していました。
下水処理については、旧来型の「活性汚泥法」を進化させた、宇井純さんの「酸化溝」について、その性能チェックのための（学生による）プロジェクトに参加したりして、下水処理の大変さは身に沁みました。前提として、「どんな排水でも受け入れて、ちゃんと水質浄化して、なんぼのもん」とされるのが下水処理です。プラント（施設）の維持管理は、まさに水処理技術者の真剣勝負の場です。下水処理場では、活性汚泥（かっせいおでい）という土から導いた微生物群が盛んに汚水中の有機物を「食べて」、水の浄化の一翼を担うのですが、それだけでは、水質浄化は途中です。有機物以外にも、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）などの、より高度な除去技術を必要とする物質があるのです。処理しようとすると、それなりに大きな費用が掛かります。
これが、下水処理の現状です。そういった視点から、件のグッズを見てみるとどういったことが言えるか・・・
XXXXXとは（筆者注：伏せ字にします）
火山礫を主原料とした微生物活性材です。
XXXXXがその場にいる微生物さんたちを元氣にして、元氣になった微生物さんたちが汚れを分解していってくれます。
XXXXXをトイレの水洗タンクの上に置くだけで、流れる水は微生物さんたちを元氣にし
トイレで水を流すたびに下水から川、海へと続く水の流れがキレイになってゆくのです。
あなたのトイレにちょこっと置くだけで、地球さんに恩返しできます！
（某ブログより。考えるところあり、匿名にしておきます。）
バカバカしくて、話にもなりません。トイレで流される汚染物質はおしっこ、うんこで、有機物、窒素、リンの塊りです。火山礫から、いかほどかの浄水効果が期待できるほどのものでしょうか？また、このブログを書いた人は、どのような微生物を指して、浄水効果が期待できると言っているのか、不明です。微生物＝水質浄化となんとなく考えている節があります。こんな素人考えを、ブログで明文化できる神経は、まさしく地球を泣かせます。
今日のひと言：そもそも、水洗トイレを使用することを前提に、環境問題を考えること自体、人間の奢りです。固形物である「うんこ」を希釈して水処理して、活性汚泥を再び固形物にするというエネルギーの無駄に、そもそも考え至るべきなのです。「うんこ」「おしっこ」を堆肥化出来るコンポスト・トイレなんて、聞いたこともないでしょうね、この人、素人だから。（別に、このブロガーに恨みがあるわけではありません。ただ、あまりの誤謬に、刺激されてこのブログを立てたのです。）
なお、現在、東京大学工学部都市工学科には、「衛生工学」ないし「衛生コース」は存在しません。「環境科学コース」と自称しているようです。何となく、「小奇麗な」感じのする呼称です。もとの「衛生」＝「生命を守る」というコトバのほうが直接的で良い名称だと思います。まあ、改名した関係者も小奇麗な方が良いと考えたのだろうし、その「表面的な」カッコよさに惹かれて、ここに進む東大生も現在は多いのだと考えます。私がそこにいた頃、「うんこ」「おしっこ」を扱うので、汚いと敬遠する学生が大多数でしたよ。
参考ＨＰ(コンポスト・トイレの実際)
https://www9.plala.or.jp/Jussih/puusee/kpt-vessa.htm
（ここからだと上手く接続できないようです。このＵＲＬをコピペして、別個にグーグル検索をすると出て来ます。）
宇井純氏が導入した下水処理技術：酸化溝（オキシデーション・ディッチ）
今は亡き、公害問題の第一人者、（そして私の先生の一人：東京大学工学部都市工学科助手であった）宇井純氏は多才な人でしたが、彼がオランダ・デルフト市にある下水処理場を見学し、その施設：オキシデーション・ディッチ（日本語に訳すと「酸化溝」）に興味を抱き、数日滞在して、これを観察したそうです。開発した技術者が言うには、「この施設を訪れる日本人は多いが、貴方のように長く滞在して観察する人は他にはいなかったな。」と。
宇井純氏はこのオキシデーション・ディッチの原理を理解し、彼本人も、この技術を日本に広めるべく、彼に理解のある個人・団体の下水処理プラントを建てて、実証実験をしていました。私も一時期、それに加わっていたことがあります。
下水処理技術の根幹は、まず水中の「有機物」の分解です。有機物とは、炭素原子（Ｃ）が核になり出来上がった分子のことですが、これの種類は、ほとんど無限にあります。砂糖、醤油、肉汁、糞尿・・・数え挙げれば限がありません。ともかく、空気中の酸素（Ｏ）を水中に送り込み、有機物と反応させて、二酸化炭素（ＣＯ２）にして、空気中に炭素を帰すという工程です。エアレーション、あるいはオキシデーションと呼ばれます。
この手法は、現在「活性汚泥法」と呼ばれ、土中の元気な微生物を水中に導入し、これら微生物の働きにより、オキシデーションを完遂するわけです。たしかに、この工程で、有機物はかなり良好に分解できます。ただ、下水は、それだけでは中中浄化し切れません。炭素以外の汚染物として、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）などが挙げられます。これらが難物なのです。有機物を除去して、一見綺麗な水になったとしても、Ｎ、Ｐなどが残っていると、環境中に出て、これらをミネラルとして、藻類などが繁殖して、再び有機物が作られ、水が汚染され、せっかくのオキシデーションが無意味になってしまうのです。
この時、下水処理技術は２つの方向性を示します。ひとつが「連続式」、もうひとつが「回分式」の工程です。連続式というのは、汚水をプラントに留まらず流出させ、つねに新しい汚水を池に流入させる、現在主流の下水処理方式です。そのため、複数の池を設置し、ひとつの池は、「ひとつの機能しか持ちません」。一方、回分式は、ひとつの池で、複数の機能を行います。「流入、撹拌、沈殿、流出」の４機能を兼ねるのです。宇井純さんが選んだのは、この回分式で、オキシデーション・ディッチ（酸化溝）はもちろん回分式です。
Ｃを除去する工程を（一次処理）と呼ぶのですが、Ｎ、Ｐを除去する工程を、連続式の場合、２番目、３番目の池でＮやＰに特化した池で処理します（二次、三次処理）。特にＮの場合、Ｏを入れずに処理して、酸化した結果、アンモニア（ＮＨ３）から硝酸（ＨＮＯ３）に変わったＮから、活性汚泥がＯをＨＮＯ３から奪い、ＮはＮ２となり、空気中に抜けていきます（脱窒）。これは酸化とは逆に、還元という化学反応になります。Ｎを除去するには、この２つの反応を繰り返す必要があるのです。ただ、連続式の場合、既に多量にＯを入れてエアレーションしているので、それを抜くには、無駄が多く、酸欠状態と酸素過剰状態を繰り返すので、結果的には下水処理のコストが跳ね上がってしまいます。実に、下水処理は金喰い虫なのです。考えても見てください、エアコンが空気を動かしてかかる電力は膨大なものですが、それが水であるなら、下水処理費用はさらに大きいことを。
回分式の場合、運用によっては一、二、三次処理の全てをひとつの池で行なうことができます。エアレーション（撹拌）、沈殿の工程を行うことによって、上述の脱窒が、酸素の濃度を２つの工程にいつでも変われるようなギリギリの酸素濃度に制御することによって、また「溝」というくらい浅い池で行なうため、エアレーションは「ウナギの養殖水車」で行なえます。また、浅いので、子供がはまっても溺れることがありません。回分式の大きな特徴は、流入した汚水と、それに含まれる物質、微生物がだんだん薄まるとは言え、「必ず」池に残るということです。こらは、処理水の安定性といった面から、好ましい特徴です。そして、連続式に対する優位性はここにあります。
Ｎよりもっと厄介なのはＰです。基本的に、空中には飛ばせないＰは、これを多く含んだ活性汚泥そのものを一定量、池から取り出して水から分離するのが、もっともベイシックで確実な処理法です。原始的と言えば原始的ですが、汚泥が土に返せるなら、これがベストです。まあ、Ｃ、Ｎについてもそうなのですが。そういった意味では、連続式も回分式も、現在のように下水に有害物質が多く含まれる状況下では機能を充分には果たせませんけどね。土に戻せませんもの。
今日のひと言：Ｃ、Ｎ、Ｐはもとはと言えば、植物を育てる肥料なのです。雑排水、糞尿を近代的な下水処理をせずに、農地に返せば、なんの問題も起きないのです。この点、人類の思考はめちゃくちゃアホなのです。
下水処理の世界は、百鬼夜行である。汚いものを扱うのを良いことに、様々な不正が行われる状態だ。でも、素人考えで、物事も進むわけではない。水洗トイレを前提にした考え方が諸悪の根源だ。
