JP2002143887A - 水の浄化方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水の浄化作用のうち、好気性微生
物による硝化作用を利用するものと、嫌気性微生物によ
る脱窒作用を利用するものは、微生物の繁殖条件を異に
することから、一連の装置で効率的に行うことが困難
で、装置も大型化する。 【解決手段】 本発明は、細く長い閉鎖された水
路を利用することにより、同一装置内の異なる場所に好
気性微生物の存在する区域と、嫌気性微生物の存在する
区域を共存させ、効率的な浄化作用を行わしめ、装置も
小型化が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，水の浄化方法及び
それに用いられる装置に関するもので、特に細長い閉鎖
された水路を利用し、浄化効率を高め、保守を容易にし
た浄化方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】生活排水や魚槽等の水を浄化するための
従来の基本的システムは、先ず固形物をスクリーン
（フィルター）で物理的に排除し、次いで、主原因物
質である有機物から発生するアンモニアを活性汚泥等の
好気性微生物の働きにより亜硝酸へ、更に硝酸塩に変化
するまで、酸化分解（硝化）する方法を採るのが一般的
である。

【０００３】また、これのみでは水中の硝酸塩が水の酸
性度を高め富栄養化の原因となるため、第３のステップ
として嫌気性微生物の働きにより、窒素成分を窒素ガス
の形で除去（脱窒）し、より高度な浄化を行うことが試
みられている。

【０００４】

【発明が解決する課題】しかしながら、好気性微生物を
利用した硝化の過程では、微生物の活動を活発ならしめ
るため相当量の酸素を必要とし、場合によって流動，攪
拌等の手段も用いて積極的に酸素を供給するのに対し、
嫌気性微生物を利用する脱窒の過程では脱窒槽を密閉し
たり、一時的に水の流れを滞溜させるなどして酸素を遮
断する必要があった。この硝化，脱窒の過程の相反する
条件を、同一の設備内で一連に連続的に行わせることは
極めて困難でそれが装置の実用化（小型化）の隘路とな
っていた。

【０００５】

【課題を解決する手段】本発明は細長く閉鎖された水路
の前段部において好気性微生物を繁殖させて硝化作用を
行わしめ、好気性微生物によって酸素がほぼ消費された
後段に、嫌気性微生物の繁殖を促進する栄養源を配置
し、同一水路内で定量の水を継続的に流し続けながら硝
化・脱窒作用を連続的に行わせるようにしたものであ
る。

【０００６】また細く長い水路を用いることにより、濾
材の特定部分を水が選択的に流れるいわゆるチャネル現
象を防ぎ、濾材を有効に利用できると共に、同一水路内
に好気性微生物と嫌気性微生物が場所を変えて併存する
ことが可能となり、ほぼ完全な浄化水を得られるととも
に装置全体の小型化も実現できる。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の最も基本的な実施
の形態を示す図である。図１において、被浄化水は「水
槽から」の矢印に示すように被浄化水槽からポンプによ
って汲み上げられ、左端の筒状の「ろ材容器」に供給さ
れる。複数の「ろ材容器」（図示の例では８本）は上下
で交互に水流的に連結されており、矢印に示すような経
路をたどって右端の「ろ材容器」に到り、そこからもと
の水槽に戻されるようになっている。

【０００８】８本の「ろ材容器」は全体として細く長い
閉鎖された水路を構成している。左端のろ材容器は固形
物を取り除くための「物理ろ過部」を構成しており、そ
れに続く６本のろ材容器は「好気性バクテリアによる生
物ろ過部」となっている。また、右端の「ろ材容器」は
「嫌気性バクテリアによる生物ろ過部」となる。

【０００９】被浄化水は「ポンプ」から左端の「ろ材容
器」に供給された状態では有機物と共に好気性微生物の
繁殖に十分な酸素を含有しているが、右に進むに従って
好気性微生物によって酸素は消費され、含有量が低下し
右端の「ろ材容器」に到達した段階で殆ど存在しなくな
る。一般に嫌気性微生物が繁殖できるための水中酸素濃
度は２ｍｇ／ｌ以下と云われているが、この段階におい
て、水中酸素濃度はほぼその数値に達している。

【００１０】この間に被浄化水中の有機物は硝化され、
それに伴なって硝酸塩の濃度が増加するがこの硝酸塩成
分は右端の「ろ材容器」中の嫌気性微生物によって脱窒
され浄水となって水槽に戻されることになる。

【００１１】図２は個々の筒状の「ろ材容器」の内部構
造の一例を示す断面図である。図３は、図２の筒状の
「ろ材容器」の中に収納されるろ材を入れる内筒であ
る。図３に示す内筒１内には、ろ材２（図２）が充填さ
れていて、内筒１の中心軸１ａは内筒の上下端部より延
出されて設けられている。また、内筒１の上端部には内
部にろ材２を充填した後に、水が通過する多数の小孔３
ａを設けた蓋３が嵌められる。内筒１の底部にも小孔１
ｃが設けられている。図３に示す内筒１は図２に示す筒
体５内に収納される。図２に示す筒体５は側面の上端の
対向する位置に蓋６ａ，６ｂ付きの連通部５ａ，５ｂが
一対設けられている。また筒体５は側面の下端の対向す
る位置にも蓋７ａ，７ｂ付きの連通部５ｃ，５ｄが一対
設けられている。

【００１２】一つの筒体５の上端の連通部５ｂはその右
側に隣接する筒体５（図示せず）の上端の連通部５ａに
嵌合可能な構造となっていて、これを嵌合することで二
つの筒体５、５間には連続した水路が形成される。同様
に隣接する二つの筒体５、５の下端同士の連通部５ｃ，
５ｄ間でも嵌合により水路が形成できる。これらの間は
直接嵌合しない場合でも、ゴムやプラスチックのパイプ
などで接続することもできる。また、筒体５の下端の連
通部５ｄとその右に隣接する筒体５（図示せず）の上端
の連通部５ａをパイプで連結するという接続方法も可能
である。

【００１３】また、筒体５の上下の連通部５ａ〜５ｄよ
り外側の側面には蓋付小孔５ｆ，５ｇ，５ｈ，５ｉを形
成しておけば、必要に応じ通気孔或いは排水孔として随
時利用できる。例えば、筒体５の内部に異常なガスの発
生が認められた場合、その部位の上部小孔５ｆ，５ｇの
蓋を開ければガスを取り除くことができる。また、沈殿
物等があるときは下部小孔５ｈ，５ｉの蓋を開け流出さ
せることができる。

【００１４】更にこの小孔を利用し、好気性微生物によ
る硝化区域にある筒体５中の水の一部を、嫌気性微生物
による脱窒区域の筒体に入る前の段階で取り出し、これ
を水槽に還流し水質や嫌気性微生物の生育の調整に用い
ることもできる。即ち、硝化区域を構成する筒体の総延
長が短か過ぎたり、水量が多すぎたり、或いは水量に比
しろ材の分量が少な過ぎたりした場合は、嫌気性区域に
流入する水の酸素の残存量が過大となり、嫌気性区域で
の嫌気性微生物の生育に影響を与える場合があるので、
水質を監視しながら、水の一部を嫌気性区域に入る前に
取り出す必要があるが、その場合のバイパス経路の取出
口として用いることができる。

【００１５】筒体５の底部は閉塞しているが、頂部は内
筒１を出し入れするための開口状となっており、蓋８を
設けることで開閉自在となっている。このように、ろ材
２を収納する筒体を同一規格のカートリッジ化したユニ
ットとしたので、廉価に製造できるだけでなく、適切な
個数の筒体５を接続することで、必要な長さの浄化装置
を組み立てることができる。組み立てにあたっては、筒
体５の長手方向が鉛直方向に向かうように並列配置し
て、それぞれの上下の連通部５ａ〜５ｄを一つおきに順
次接続し、不要の連通部は蓋でふさぐことにより、全体
として図１の矢印で示す如き、長いジグザグ状水路を作
ることができる。また、下部連通部５ｄとその右に隣接
する筒体の上部連通部５ａをパイプで繋ぎ、それを繰り
返すことによっても同様の長いジグザグ状の水路を作る
ことができる。なお、筒体５を複数個予め組み合わせた
ブロックを作り、これを連結して使うこともできる。

【００１６】実際の使用に当たっては、最先端の筒体５
の連通部５ａに被浄化水を導入する如くし、内筒１には
物理的ろ過に適したろ材を封入する。また最終段の筒体
５には、嫌気性微生物の繁殖に適したろ材を封入し、連
通部５ｂより浄化水を排水するようにする。

【００１７】

【実施例】本発明を観賞魚の水槽の浄化装置に適用した
場合を例にとると、次の如くなる。各筒体５の直径は約
３ｃｍ、長さ約３０ｃｍとする。一般的に６０型と呼ば
れている巾６０ｃｍの角型水槽ではこれを８本連結して
用い、その場合有効な筒体総延長は約２ｍ２８ｃｍとな
る。巾１２０ｃｍの水槽の場合は更に８本を連結するこ
とにより、総延長は約４ｍ５６ｃｍとなる。

【００１８】６０型水槽に本発明の装置を使用した場合
について、市販されているもっとも一般的な浄化装置と
の比較実験を行った結果を第４図及び第５図に示す。
（実験者：東京工業大学助教授、辻正道氏） 実験は、
同大水槽に同一条件の水を同量用い、これに健康なエン
ゼルフィッシュを夫々２０匹づつを放して行われた。比
較用の水槽にはエーハイム社製２４２６型ろ過器を用
い、これには同社の推奨するろ材、エーハイサブストラ
ット２．５ｌ及びエーハイメック１．５ｌを使用した。
一方本発明装置には第一段階の物理ろ過用にスポンジフ
ィルターとウールマットを使用し、好気性ろ過区域にパ
ワーハウスＭ型０．８８ｌ及びＳ型０．８８ｌを使用し
た。また、終段の嫌気性ろ過区域には有機炭素製剤であ
るデニボール（商品名）１００ｇを使用した。

【００１９】その結果、第４図に示す如く、ろ過水の硝
酸塩濃度は実験開始１５〜１８日経過後、両装置共に上
昇しはじめたが、本発明装置では２３〜２４日頃から徐
々に下がりはじめ、６０日以降はほぼ一定に保ったのに
対し、比較水槽ではその後もなお上昇し続けた。そして
第５図に示す如く、本発明装置ではＰＨが７．０とほぼ
安定したのに対し、実験水槽では急激に下がり続け、４
２日目には遂にエンゼルフィッシュの生存限界といわれ
るＰＨ４．５に達し、実験は中止せざるを得なくなっ
た。

【００２０】なお、本発明装置においては引き続き９ヵ
月経過後も健全に成長し続けている。即ち、通常の観賞
魚飼育程度では全く水替えの必要がないことを意味し、
飼育上最大の問題点であった水替えの患わしさを無くし
たとも言えるものである。なお、本発明装置においても
当初は比較水槽と同様に硝酸塩が上昇したにも関わら
ず、やがて低下に転じたことは、最初は水路中に嫌気性
微生物が殆ど存在しなかったものが、終段における嫌気
性環境の醸成と、有機炭素の作用により、嫌気性微生物
の繁殖が促がされ、本来の機能が働きはじめたためと推
定される。

【００２１】なお、上記実施例においては、観賞魚水槽
の浄化について説明したが、被浄化水が下水，屎尿，河
川水等の場合でも同様に適用することができる。被浄化
水の水質によっては、嫌気性微生物の繁殖のための栄養
源となる有機物の含有量がはじめから少ない場合もある
が、本発明の方法，装置によれば終段のろ材に嫌気性微
生物の栄養源となる有機性プラスチック，有機性炭素等
を配置することにより、如何なる性質の被浄化水にも対
応できる。

【００２２】

【本発明の効果】以上の如く、本発明は細長く閉鎖され
た水路を用いることにより、終段において嫌気性微生物
増殖の好環境を作りだし、嫌気性微生物のもたらす脱窒
作用により、ほぼ中性に水を浄化するという作用を連続
的に長期間単一の装置で行うことができる方法と装置を
提供するものである。また、筒体を連結し細長い水路を
ジグザグ状に形成することにより、チャネル現象の発生
を最小に抑えると共に、ろ材の交換を容易にし、装置を
小型化できるというメリットがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の基本的原理を説明する図

【図２】 本発明の水路として使用される筒体の構造を
表す図

【図３】 筒体内部に挿入される内筒

【図４】 本発明装置の実験結果を表すグラフ

【図５】 本発明装置の実験結果を表すグラフ

【符号の説明】

１・・・内筒， １ａ・・・内筒の中心軸，
１ｃ・・・小孔，２・・・ろ材， ３・・・内筒の
蓋， ３ａ・・・小孔， ５・・・筒体，
５ａ〜５ｄ・・・連通部， ５ｆ〜５ｉ・・・小
孔，６ａ〜６ｂ・・・上部連通部の蓋， ７ａ〜７
ｂ・・・下部連通部の蓋，８・・・筒体の蓋

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【手続補正書】

【提出日】平成１３年１１月８日（２００１．１１．
８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の最も基本的な実施
の形態を示す図である。図１において、被浄化水は左上
部の「水槽から」の矢印に示すように被浄化水槽からポ
ンプによって汲み上げられ、左端の筒状の「ろ材容器」
に供給される。複数の「ろ材容器」（図示の例では８
本）は上下で交互に水流的に連結されており、矢印に示
すような経路をたどって右端の「ろ材容器」に到り、そ
こからもとの水槽に戻されるようになっている。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】その結果、第４図に示す如く、ろ過水の硝
酸塩濃度は実験開始１５〜１８日経過後、両装置共に上
昇しはじめたが、本発明装置では２３〜２４日頃から徐
々に下がりはじめ、６０日以降はほぼ一定に保ったのに
対し、比較水槽ではその後もなお上昇し続けた。そして
第５図に示す如く、本発明装置ではＰＨが７．０とほぼ
安定したのに対し、比較水槽では急激に下がり続け、４
２日目には遂にエンゼルフィッシュの生存限界といわれ
るＰＨ４．５に達し、実験は中止せざるを得なくなっ
た。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】細長く閉鎖された水路に、被浄化排水を流
   し入れ、水路の被浄化排水の入り口側に近い区域におい
   て、好気性微生物による硝化作用を行わせ、被浄化排水
   の出口側に近い区域において嫌気性微生物による脱窒作
   用を行わせ、硝酸塩の含有を可及的に小とした浄化排水
   を作る水の浄化方法。
2. 【請求項２】細長く閉鎖された水路からなり、被浄化排
   水の入り口側に近い部分に、好気性微生物の繁殖する区
   域を設け、被浄化排水の出口側に近い部分に嫌気性微生
   物の繁殖する区域を設けた水の浄化装置。
3. 【請求項３】細長く閉鎖された水路が、ジグザグ状に形
   成された請求項２記載の水の浄化装置。
4. 【請求項４】細長く閉鎖された水路が、複数の筒体から
   成り、その上端部及び下端部が交互に接続され、ジグザ
   グ状の水路を形成するようにした請求項２記載の水の浄
   化装置。