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土壌処理装置におけるバイオマットの発達に及ぼす前処理の影響
The influence of pre-treatment on biomat development in soil treatment units.
PMID: 32504864 DOI: 10.1016/j.jconhyd.2020.103654.
抄録
オンサイト廃水処理システム（OWTS）からの排水を受ける土壌処理装置（STU）では、排水の最適な分配と汚染物質の減衰のために、浸透面での微生物バイオマット/バイオゾーンの段階的な発達に依存しています。ここでは、同一の環境・水文・土壌条件の下で、一次処理（PE）または二次処理（SE）排水を受け入れるSTUトレンチにおいて、現場での段階的なバイオマットの発達を直接測定した最初の事例を紹介する。アイルランドで建設された2つの国内発電所は、浸透面下の土壌中の水の流れと滞留を追跡する埋設土壌水分センサーの自動化された3次元ネットワークを使用して、2年以上の期間にわたってモニタリングされました。PEを受け入れたトレンチでは、STUトレンチの全長に沿ってバイオマット形成の兆候が見られたが、SEを受け入れたトレンチでは、バイオマットは著しく減少し、調査終了時には注入口から10m以上は伸びていなかった。成熟したバイオマットの存在は、土壌の水分をバックグラウンドレベル以上に保持するのに役立ち、システムを干ばつや乾燥ストレスに強いものにしたが、あるケースではトレンチ内に排水が溜まることになった。成長を制限した非線形モデルを適用した結果、SEトレンチのバイオマットはかなり短く、10年間の運用後もトレンチの設計全長に沿って広がることはないと予想され、これは一般的な設計上の仮定に反していることが明らかになりました。逆に、バイオマットの生長が弱くなると、局所的な水理や汚染物質の過負荷につながる可能性があり、排水が地下水に到達する前に土壌中の汚染物質を効果的に減衰させる能力に悪影響を及ぼすことが以前に示されています。
Soil treatment units (STUs) receiving effluent from on-site wastewater treatment systems (OWTSs) rely on the gradual development of a microbial biomat/biozone at the infiltrative surface for optimal effluent distribution and pollutant attenuation. Here, we present the first direct measurement of gradual biomat development in the field in STU trenches receiving either primary (PE) or secondary treated effluent (SE) under identical environmental, hydrological and subsoil conditions. Two domestic OWTSs were constructed in Ireland and monitored over a period of >2 years using an automated, three-dimensional network of buried soil water content sensors tracking water flow and retention within the soil underneath the infiltrative surface. While trenches receiving PE expressed signs of biomat formation along the entire length of STU trenches, biomats in trenches receiving SE were significantly muted and did not extend further than 10 m from the inlet at the end of the study. The presence of a mature biomat helped to retain soil moisture above background levels and made the system more resilient towards drought events and desiccation stress but led, in one case, to effluent ponding within the trenches. A growth-limited non-linear model fit revealed that biomats in SE trenches are expected to remain considerably shorter and will not spread along the entire trench design length, even after 10 years of operation, which is contrary to prevalent design assumptions. Muted biomat growth, on the contrary, might lead to localized hydraulic and pollutant overloading and has been shown previously to negatively affect the ability to attenuate pollutants effectively within the soil profile before the effluent reaches the groundwater.
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