JP2014217806A - 水質浄化方法及び水質浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】透明度の向上、ＳＳの低減、ＢＯＤ及びＣＯＤの低減を可能とする水質浄化方法および水質浄化装置の提供。【解決手段】被処理水に凝集剤を添加して凝集沈殿処理を行う凝集沈殿処理工程２と、前記凝集沈殿処理工程２で得られた処理水をろ過するろ過処理工程３と、 前記ろ過処理工程３で得られた処理水を、好気性微生物を担持したポーラスコンクリートブロックと接触させて生物処理するポーラスコンクリートブロック処理工程５と、前記ポーラスコンクリートブロック処理工程５で得られた処理水に空気を混合する空気供給処理工程６とを含む水質浄化方法。【選択図】図１

Description

本発明は、水槽、池、湖沼又は河川等の水を浄化するための水質浄化方法及び水質浄化装置に関する。

水槽、池、湖沼又は河川等の水の浄化方法としては、例えば、水中に空気を吹き込んで曝気する方法、汚染・汚濁物を分解する菌を投入する方法、化学薬品又は水質浄化材を投入する方法、水生植物を繁殖させる方法などが挙げられる。しかしながら、これらの方法は、水の透明度の向上、浮遊性懸濁物（以下、ＳＳという）の低減、生物化学的酸素消費量（以下、ＢＯＤという）および化学的酸素消費量（以下、ＣＯＤという）の低減という目的を達成するには十分なものではなかった。
特に、河川などでは、工業排水の流入や農薬、肥料の使用によって、水中に窒素やリンが多く含まれるようになってきているが、リンを含有する水については上記の処理方法は有効なものではなかった。

特許文献１には、水に含まれる有機物、窒素化合物及びリンを除去するために、ポーラスコンクリートブロックとリン吸着剤ブロックとを用いる水質浄化方法が記載されている。
この方法は、ポーラスコンクリートの細孔中に生息する微生物の作用により、汚濁水中の有機物を二酸化炭素と水に、また、窒素化合物を窒素ガスに分解して除去するとともに、火山灰と硫酸第一鉄を混合して焼成して得られるリン吸着剤ブロックによってリンを吸着除去するというものである。
しかしながら、通常、強アルカリのセメントに微生物菌を混ぜ込むと微生物が生息することができないと考えられるが、特許文献１には微生物として何を用いるかについては具体的な開示がない。

特許文献２には、多孔質の鉱物質濾材に汚濁水を通水する工程と、通水により発生した水中の懸濁物（フロック）を沈殿槽で沈殿除去する工程とからなる水質浄化方法について記載がある。この方法は、特許文献１の方法ではリン吸着剤を定期的に交換する必要があることに鑑みて、汚濁水が鉱物質濾材と接触することによってプランクトンや藻類といった微生物が多数集合してフロックを形成し、フロック中にリンを固定し、このフロックを沈殿除去することにより、リン吸着剤を頻繁に交換する必要をなくすというものである。

また、特許文献３には、粒状骨材、セメント系固化剤及び好気性微生物の混合物を固化させて形成された水質浄化材を浄化対象水域内に配置して浄化対象水域の水質を浄化する方法が記載されている。

しかしながら、特許文献１〜３記載の方法によっても、水の透明度の向上、浮遊性懸濁物（以下、ＳＳという）の低減、生物化学的酸素消費量（以下、ＢＯＤという）および化学的酸素消費量（以下、ＣＯＤという）の低減という目的を達成するには十分なものではなかった。

特開平８−２２９５４７号公報 特開平１０−２１６７０８号公報 特開２０１１−１８９２５４号公報

本発明は、透明度の向上、ＳＳの低減、生物化学的酸素消費量（以下、ＢＯＤという）及び化学的酸素消費量（以下、ＣＯＤという）の低減を可能とする水質浄化方法および水質浄化装置を提供することを目的とする。

本発明者が鋭意検討を進めた結果、上記課題は、凝集沈殿処理、ろ過処理及びポーラスコンクリート処理を組み合わせることによって解決することができることを見出して本発明を完成した。
すなわち、本発明は以下に記載する通りの水質浄化装置および水質浄化方法に係るものである。

（１）被処理水を浄化する水質浄化方法であって、
被処理水に凝集剤を添加して凝集沈殿処理を行う凝集沈殿処理工程と、
前記凝集沈殿処理工程で得られた処理水をろ過するろ過処理工程と、
前記ろ過処理工程で得られた処理水を、好気性微生物を担持したポーラスコンクリートブロックと接触させて生物処理するポーラスコンクリートブロック処理工程と、
前記ポーラスコンクリートブロック処理工程で得られた処理水に空気を混合する空気供給処理工程と、
を含む水質浄化方法。
（２）前記ろ過処理工程とポーラスコンクリートブロック処理工程との間に、前記ろ過処理工程で得られた処理水をリン吸着剤で処理するリン吸着処理工程を更に含むことを特徴とする（１）に記載の水質浄化方法。
（３）前記好気性微生物が、バチルスサブチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ Ｓｕｂｔｉｌｉｓ）、バチルスツリュゲナイセス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｔｈｕｒｉｎｇｉｅｎｓｉｓ）、バチルススパリカス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｐｈａｅｒｉｃｕｓ）のうちの１以上を含むことを特徴とする（１）又は（２）に記載の水質浄化方法。
（４）被処理水を浄化する水質浄化装置であって、
被処理水に凝集剤を添加して凝集沈殿処理を行う凝集沈殿装置と、
前記凝集沈殿装置で得られた凝集フロックを分離した処理水をろ過するろ過装置と、
前記ろ過装置で得られた処理水を生物処理する好気性微生物を担持したポーラスコンクリートブロックを充填したポーラスコンクリートブロック装置と、
前記ポーラスコンクリートブロック装置で得られた処理水に空気を混合する空気供給装置と、
を含む水質浄化装置。
（５）前記ろ過処理装置とポーラスコンクリートブロック処理装置との間に、前記ろ過処理装置で得られた処理水をリン吸着剤で処理するリン吸着処理装置を更に含むことを特徴とする（４）に記載の水質浄化方法。
（６）前記好気性微生物が、バチルスサブチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ Ｓｕｂｔｉｌｉｓ）、バチルスツリュゲナイセス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｔｈｕｒｉｎｇｉｅｎｓｉｓ）、バチルススパリカス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｐｈａｅｒｉｃｕｓ）のうちの１以上を含むことを特徴とする（４）又は（５）に記載の水質浄化装置。

本発明によれば、被処理水について、透明度の向上、ＳＳの低減、生物化学的酸素消費量（以下、ＢＯＤという）、化学的酸素消費量（以下、ＣＯＤという）の低減、及びリンの低減を行うことができる。

本発明の水質浄化方法のフローチャート図である。 本発明の水質浄化方法の実施形態の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図１に基づいて説明する。
図１は本発明の水質浄化方法によって行われる各処理工程のフローチャート図である。
本発明の水質浄化方法は、凝集沈殿処理２、ろ過処理３、リン吸着処理４及びポーラスコンクリート処理５をこの順に組み合わせたものである。なお、前記リン吸着処理４は、リンが多く含まれる河川の水を処理する際に必要に応じて設けられる工程である。
本発明の水質浄化方法は、水槽、池、湖沼又は河川等の水の浄化に適用することができるが、以下では本発明の水質浄化方法を養魚池中の水の浄化に使用した例を図１に基づいて説明する。

［凝集沈殿処理工程］
まず、池１の水（被処理水）をポンプ７によって凝集沈殿処理工程２に送る。凝集沈殿工程２においては水に凝集剤を添加して攪拌し水に含まれるＳＳ成分を凝集してフロックの状態とする凝集処理２１と、このフロックを含む水からフロックを沈降分離させるフロック沈降分離処理２２とが行われる。
凝集処理工程２１では凝集槽を攪拌しながら凝集剤を添加し、水中に浮遊している粒子を凝集させてフロック化する。

凝集剤としては公知のものが使用でき、例えば、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウムなどのアルミニウム系凝集剤、硫酸鉄、塩化鉄などの鉄系凝集剤などの無機系凝集剤やポリアクリルアミド系高分子凝集剤などの有機系凝集剤を用いることができる。
フロック沈降分離処理工程２２では必要に応じて複数の沈降槽を設けてフロックを沈殿させ、また、必要に応じてサンドフィルタ、マットフィルタを通過させて固形分を除去した後、沈降したフロック分は系外へ排出し、フロック分を除去された分離水はポンプ８によって次のろ過処理工程３へ送られる。

［ろ過処理工程］
ろ過処理工程３では凝集沈殿処理工程２で分離できなかったＳＳ成分が更に分離されて水質が向上される。ろ過処理工程３においてはろ過装置が用いられる。
ろ過装置としては公知のものを使用することができるが、逆流洗浄可能な構造のものとし、適宜再生水を用いて逆流洗浄を行ってろ過材を再生できるようにすることが好ましい。

ろ過装置としては砂ろ過装置やろ過マット等の通常の水の濾過装置に使用されるものが使用できる。砂ろ過装置のろ材としては、礫、砂利、砂などのほか、アンスラサイトなどの多孔質鉱物、セラミック等が使用できるが、珪砂やアンスラサイトが最も一般的である。ろ過材は上流側には大粒径のものを、下流側には小粒径のものを、中央部にはその中間の粒径のものを充填するのが好ましい。ろ過処理工程では砂ろ過装置、ろ過マット等の異なるろ過手段を組み合わせて使用しても良い。
ろ過処理工程３で処理された水は必要に応じてマットフィルタで固形分を除去した後、必要に応じて設けられるリン吸着処理工程４に送られる。

［リン吸着処理工程］
このリン吸着処理工程４においては水に含まれるリンがリン吸着剤によって吸着除去される。このリン吸着処理工程は、リンが多く含まれる河川の水を処理する際に必要に応じて設けられる工程である。
リン吸着剤としては公知のものを使用することができる。例えば、無数の空隙を持ち大きな比表面積をもつ多孔質発泡ガラスや、カルシウム分を多く含んだ石炭灰、火山灰、高炉溶融スラグ、廃棄物溶融スラグ等の排水中のリンとの接触により、不溶性の水酸化アパタイトを生成する粒状の材料を用いることができる。
リンを除去された水はポーラスコンクリート処理工程５に送られる。

［ポーラスコンクリート処理工程］
ポーラスコンクリート処理工程５において水は好気性微生物を混和剤として配合したポーラスコンクリートブロックと接触することによって生物処理される。
ポーラスコンクリートは、普通のコンクリートに比べて細骨材に対する粗骨材の比率を多く配合して製造される連通孔を有する多孔質のコンクリートである。

本発明に用いるポーラスコンクリートブロックとしては、粒状骨材である粒径２．５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の多孔質の骨材と、セメント系固化剤であるセメントペーストと、好気性微生物であるバチルスサブチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ Ｓｕｂｔｉｌｉｓ）に分類される好気性納豆菌群との混合物を固化させて形成されたものを使用することができる。具体的には、好気性納豆菌群を混ぜ込んだセメントペーストに多孔質の骨材と水とを混合し、この混合物を型枠に入れて成型した後、養生、固化させ、脱型すればポーラスコンクリートブロックが得られる。

前記好気性微生物としては、バチルスサブチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ Ｓｕｂｔｉｌｉｓ）、バチルスツリュゲナイセス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｔｈｕｒｉｎｇｉｅｎｓｉｓ）、バチルススパリカス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｐｈａｅｒｉｃｕｓ）のうちの１以上を含むことが好ましい。これら好気性微生物は、耐アルカリ性に優れ、高温にも耐え得るので、セメント系固化剤を用いた水質浄化材の製造工程で死滅することがなく、長期間に亘って優れた水質浄化作用を発揮する。

ポーラスコンクリートブロックの形状は、コンクリートブロックを収容する容器の形状に応じて適宜の形状とすることができるが、処理装置として円筒形の容器を用いる場合には、ブロックを円板状とし、円筒形の容器の軸方向に対してブロックの表面が垂直となるように複数枚を重ね合わせて収容する。

コンクリートブロックがポーラス構造であることにより、ポーラス構造に含まれる多数の微細孔が好気性微生物にとって好適な生息場所となって好気性微生物の繁殖や活動が活発となり、また、連通孔を有することにより水との接触機会が多くなるため汚濁物質の分解作用が高まり水質浄化機能が向上する。

［空気供給処理］
空気供給処理工程はポーラスコンクリート処理工程から送られた水を池１に戻す前に、水に空気を混合する工程である。このための装置としてはベンチュリ管を用いて流体を混
合するベンチュリ型混合装置を用いることができる。このように、水に空気を混合することにより、空気を含んだ水は池に戻されたときに空気が池の水中で微細な泡となって水中の溶存酸素を増加して、水質の向上及び魚の鼻上げ防止に効果がある。

ポーラスコンクリート処理工程において処理水によってコンクリートブロックから流されて出てくる好気性微生物が空気供給処理工程で空気を混合された処理水と共に池に放出されることによって池の水を浄化する作用をする。
また、水の中に泡状に存在する空気が池の水の中に噴出して水の溶存酸素量を高めて、雑菌の増殖を防ぐと共に魚の鼻上げを防止する。

本発明の実施例を図２に基づいて説明する。
なお、以下に示す実施形態は単なる例示であり、本発明を限定するものではない。

給水ポンプ３７を駆動することにより、池の中の水をサクションフィルタ４１を通して汲み上げて凝集沈殿装置３２に供給する。
凝集沈殿装置３２は第一槽〜第六槽からなっており、水はまず第一槽に貯留される。第一槽からオーバーフローした水が第二槽に流入する。なお、第一槽で沈降した固形分は第一槽の底部から第二槽に移動する。
第二槽には凝集剤投入装置５１から凝集剤が投入され、攪拌機によって槽内の水と混合される。水に含まれるＳＳは凝集剤の作用により凝集してフロックを形成する。
フロックを含む水は第三槽で沈降し、次いで第四層へ移送されて第四槽の底部からフロックが排出される。第四槽をオーバーフローした水は衝突板５２を有する第五槽に流入し、衝突板５２の作用で更に固液分離が促進されフロックが沈降する。沈降したフロックは第５槽の底部から排出され、第五槽をオーバーフローした水はサンドフィルタとマットフィルタとからなるろ材４２を通って浮遊する固形分を除去して第六槽に流入する。

第六槽のオーバーフロー水は排水ポンプ３８によって砂ろ過装置３３に送られ、凝集沈殿装置３２で沈降分離できなかったＳＳが除去される。
砂ろ過装置３３にはろ材として平均粒径１．５ｍｍの硅砂が０．３ｍ^３充填されている。
砂ろ過装置３３には逆流洗浄装置４４が設けられており、ろ材が目詰まりした際に逆流洗浄を行ってろ材を再生されるようになっている。
砂ろ過装置３３で処理された水はマットフィルタ４３に送られ、ろ過砂の空隙を通過した微細なフロックを除去した後、次工程のリン吸着装置３４に送られる。

リン吸着装置３４は容器に粒子状のリン吸着剤を充填したものを用いた。リン吸着剤としては、多孔質発泡ガラス（ポーラスα：株式会社鳥取再資源化研究所製）を使用し、充てん量を０．２ｍ^３とした。
リンを吸着された処理水は次工程のポーラスコンクリートブロック装置３５に送られる。

ポーラスコンクリートブロックは、好気性納豆菌群を多孔質の骨材とセメントに混ぜ込んで成形したものを使用した。ブロックは外寸法４００×４００×２００ｍｍ、実容積１５リットルの多孔質ブロックで、６個を角柱上の容器の中に収容してブロックの外表面と孔の中に水を通す構造のものを作りポーラスコンクリートブロック装置３５とした。
ポーラスコンクリートブロック装置で処理された水は次いで空気供給装置３６に送られる。

ポーラスコンクリートブロック装置３５で処理された水は空気供給装置３６で空気を混合される。この空気供給装置としてはベンチュリ型混合装置を用いた。
空気供給装置３６で空気を混合された水は浄化された水として池３１の水中に排出される。

（試験結果）
養魚場（水量５０ｍ^３）の水を本発明の水質浄化装置によって浄化したところ、水質は、当初ＣＯＤが１０〜２０ｐｐｍ、ＢＯＤが１０ｐｐｍ、全リンが０．５ｐｐｍ、リン酸態リンが０．２ｐｐｍあり、透視度が１０〜１５ｃｍであったが、３０日経過後、ＣＯＤが３ｐｐｍ、ＢＯＤが２ｐｐｍ、全リンが０．２ｐｐｍ、リン酸態リンが０．０８ｐｐｍであり、透視度は８０〜１００ｃｍ以上に改善された。

１ 池
２ 凝集沈殿処理工程
３ ろ過処理工程
４ リン吸着処理工程
５ ポーラスコンクリート処理工程
６ 空気供給処理工程
７ ポンプ
８ ポンプ
２１ 凝集処理
２２ フロック沈降分離処理
３１ 池
３２ 凝集沈殿装置
３３ 砂ろ過装置
３４ リン吸着装置
３５ ポーラスコンクリートブロック装置
３６ 空気供給装置
３７ 給水ポンプ
３８ 排水ポンプ
４１ サクションフィルタ
４２ サンドフィルタとマットフィルタとからなるろ材
４３ マットフィルタ
４４ 逆流洗浄装置
５１ 凝集剤投入装置
５２ 衝突板５２

Claims (6)

1. 被処理水を浄化する水質浄化方法であって、
   被処理水に凝集剤を添加して凝集沈殿処理を行う凝集沈殿処理工程と、
   前記凝集沈殿処理工程で得られた処理水をろ過するろ過処理工程と、
   前記ろ過処理工程で得られた処理水を、好気性微生物を担持したポーラスコンクリートブロックと接触させて生物処理するポーラスコンクリートブロック処理工程と、
   前記ポーラスコンクリートブロック処理工程で得られた処理水に空気を混合する空気供給処理工程と、
   を含む水質浄化方法。
2. 前記ろ過処理工程とポーラスコンクリートブロック処理工程との間に、前記ろ過処理工程で得られた処理水をリン吸着剤で処理するリン吸着処理工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の水質浄化方法。
3. 前記好気性微生物が、バチルスサブチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ Ｓｕｂｔｉｌｉｓ）、バチルスツリュゲナイセス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｔｈｕｒｉｎｇｉｅｎｓｉｓ）、バチルススパリカス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｐｈａｅｒｉｃｕｓ）のうちの１以上を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の水質浄化方法。
4. 被処理水を浄化する水質浄化装置であって、
   被処理水に凝集剤を添加して凝集沈殿処理を行う凝集沈殿装置と、
   前記凝集沈殿装置で得られた凝集フロックを分離した処理水をろ過するろ過装置と、
   前記ろ過装置で得られた処理水を生物処理する好気性微生物を担持したポーラスコンクリートブロックを充填したポーラスコンクリートブロック装置と、
   前記ポーラスコンクリートブロック装置で得られた処理水に空気を混合する空気供給装置と、
   を含む水質浄化装置。
5. 前記ろ過処理装置とポーラスコンクリートブロック処理装置との間に、前記ろ過処理装置で得られた処理水をリン吸着剤で処理するリン吸着処理装置を更に含むことを特徴とする請求項４に記載の水質浄化方法。
6. 前記好気性微生物が、バチルスサブチルス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ Ｓｕｂｔｉｌｉｓ）、バチルスツリュゲナイセス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｔｈｕｒｉｎｇｉｅｎｓｉｓ）、バチルススパリカス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｐｈａｅｒｉｃｕｓ）のうちの１以上を含むことを特徴とする請求項４又は５に記載の水質浄化装置。

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