JP2002153865A - 水質浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 目詰まり解消のための特別な設備や維持費を
必要とせず、長期間にわたり初期の高い吸着能が維持で
き、性能的にも、経済的にも効率の優れた、水質汚染物
質の除去が可能な水質浄化装置を提供する。 【解決手段】 透水部分を有する容器に吸着材を充填し
てなる収納体からなり、該吸着材と汚染水との接触時に
汚染成分を吸着除去することができる水質浄化装置であ
って、該吸着材の充填層内に液分散材を配置してなる水
質浄化装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】本発明は、河川や湖沼などの
汚染物質を除去するための水質浄化装置に関し、特に生
活排水、畜産廃水及び食品工業廃水などに含まれるリン
成分を粒状吸着材で吸着除去するのに好適な水質浄化装
置に関する。

【0002】

【従来の技術】従来から、生活排水、畜産廃水、食品工
業廃水等に含まれる水質汚染物質は、河川や湖沼等、水
をとりまく自然環境に対して好ましくない影響を及ぼす
ことが知られており、このような水質汚染物質を除去す
るために種々の水質浄化技術が提案されている。その中
でも、水質汚染物質を粒状の吸着材を用いて吸着除去す
る方法は、吸着材が回収可能である、吸着材自体が河川
水等を汚染しないなどの利点から広く用いられている。
このような吸着材を用いて吸着除去する方法として、リ
ン吸着能を持った微粒子を混練・造粒した後、例えば１
ｃｍ以上の比較的大粒な多孔性のある団粒構造物に、二
次的に造粒して用いることにより、河川の濁質による充
填物の閉塞を防ぐ技術（特開平９−１４１２５３号公
報：文献１）が知られている。また、円筒容器内の上流
側に造粒したリン吸着材、下流側に種類の異なる造粒し
たリン吸着材や布帛等からなる濾過材を配設し、吸着材
との接触を段階的に図る技術（特開平９−１０３６０８
号公報：文献２）が知られている。

【0003】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような技術や水質浄化装置で使用する粒状の吸着材はも
ちろん、二次的に造粒した吸着材であっても、汚染水と
吸着材表面とが直接接触することにより、長期間吸着材
を用いると、対象となる汚染水中のＳＳ（固形懸濁）成
分によって吸着材表面が被覆されてしまい、吸着層の目
詰まりが生じてしまうという問題があった。また、吸着
層の厚さが厚いほど、下流側にある吸着層の吸着能が充
分に発揮されないうちに上流側が目詰まりしてしまう傾
向があり、上流側に発生する水圧のためショートパスが
発生し、吸着能が低下したまま浄化装置が作動するとい
う問題があった。また、このような目詰まり防止対策と
して、例えば汚染水に空気を吹き込んで吸着材表面が露
出した状態が保たれるように洗浄するといった方法もと
られているが、かかる方法では、配管などの洗浄設備が
必要であったり、その運転に電力などを要することか
ら、設備の運転・維持に多額の出費を伴うという問題が
あった。本発明の課題は、このような問題を解決するた
め、目詰まり解消のための特別な設備や維持費を必要と
せず、長期間にわたり初期の高い吸着能が維持でき、性
能的にも、経済的にも効率の優れた、水質汚染物質の除
去が可能な水質浄化装置を提供することにある。

【0004】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段は、本発明の特許請求の範囲に記載した構成に
基く水質浄化装置による。

【0005】請求項１の発明は、透水部分を有する容器に吸
着材を充填してなる収納体からなり、該吸着材と汚染水
との接触時に汚染成分を吸着除去することができる水質
浄化装置であって、該吸着材の充填層内に液分散材を配
置したことを特徴とする水質浄化装置である。

【0006】請求項２の発明は、前記液分散材が連続空隙を
有する多孔質材からなることを特徴とする請求項１記載
の水質浄化装置である。

【0007】請求項３の発明は、前記多孔質材が不織布から
なることを特徴とする請求項２記載の水質浄化装置であ
る。

【0008】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
係る水質浄化装置の実施の形態を説明する。本発明は、
図１及び図２に１例として示すように、透水部分１３を
有する容器１５の内部に吸着材１２を充填してなる収納
体１１が一個又は複数個からなる水質浄化装置であり、
該吸着材１２の充填層の内部には液分散材１４を一個又
は複数個配置しおり、矢印Ａの方向から来る汚染水が該
吸着材１２と接触することにより汚染物質を吸着除去で
きるようになっている。

【0009】吸着材１２を収納する容器１５は透水部分１３
を有する容器であればよく、容器全体が透水部分であっ
てもよい。また、透水部分において汚染水と処理水が透
過できるものであれば任意の材質、任意の形態の容器で
あっても構わないが、汚染水によって短期間で変質した
り腐食したりすることが少ない合成樹脂や金属などの材
質が好ましい。透水部分の形態は容器に充填する吸着剤
の粒子を収容できて、その透水部分より吸着材が抜け出
ないものであれば任意の材質、寸法、形状であっても構
わないが、汚染水によって短期間で変質したり腐食した
りすることが少ない合成樹脂や金属などの材質が好まし
い。また透水部分は吸着材の粒子径より小さな開孔径を
有するネット状、貫通孔を有する板状、不織布状、又は
これらの積層物などの多孔質部材にて吸着材の抜け出な
い構成とするのが好ましい。

【0010】また、収納体１１が１個からなる水質浄化装置
の場合、容器は汚染水又は処理水が透過する部分以外は
水が透過しない部材で作製するのが好ましい。また、収
納体１１を複数個組み合わせて水質浄化装置とする場合
は、収納体１１を、縦、横、高さ方向に組み合わせて互
いに密着して設置するのが好ましく、この場合は、水質
浄化装置の汚染水の入り口部と処理水の出口部が収納体
の透水部分となるように、水質浄化装置の最外郭が透水
しない部材となるように設置するのが好ましい。尚、互
いに容器が密着している部分の面は透水しない部材であ
っても構わない。本発明の水質浄化装置を実際に例えば
河川に設置するには、収納体１１を土嚢のように積み上
げた構造体として敷設したり、或いは、金網等からなる
直方体の枠材内に複数の収納体を収容することにより撤
去回収を容易とした構造体として設置することができ
る。

【0011】吸着材１２は、汚染水より除去する汚染成分に
応じて、種々の既存の吸着材を選択して用いることがで
きる。例えば、河川や湖沼で汚染物質として特に問題と
なっているリン成分を含む汚染物質は微生物による分解
が困難なためリン吸着材による除去が有効な手段であ
り、本発明による水質浄化装置に好適に用いることがで
きる。また、染色廃水の脱色等には活性炭等を吸着材と
して用いることもできる。このような吸着材の形態は粒
子状が好ましく、例えば文献２に開示される様に、粒子
をさらに塊状に集めて二次粒子に造粒したものを用いる
こともできる。また、粒子状の吸着材の場合、粒子と粒
子の間に空隙が生じるものであれば、必ずしも球形であ
る必要はなく任意の立体形状を用いることができる。ま
た、その大きさは、吸着材の充填層を汚染水が通過する
時の通水抵抗をできるだけ低くするため、また汚染水と
の接触面積も大きくすることを考慮して、平均直径が１
ｍｍ以上が好ましく、平均直径が１〜２０ｍｍが更に好
ましい。尚、吸着材の形態が平均直径が０．１ｍｍ以下
の粉末状である場合は、吸着材の層を汚染水が通過する
時の通水抵抗が高くなり過ぎるため好ましくない。

【0012】液分散材１４は、吸着材１２の充填層の中にあ
って、汚染水の流れの向きを変えたり、流れを２方向以
上に分けて、汚染水を分散させる働きがあるものであ
り、連続空隙を有する多孔質材、又は貫通孔を有する部
材、あるいは外郭が網状態で中が空洞となった部材、貫
通孔を有したフィルム状やネット状等を変形させた部材
等であれば、任意の材質、任意の形態であっても構わな
いが、汚染水によって短期間で変質したり腐食したりす
ることが少ない合成樹脂や金属などの材質が好ましい。
また、液分散材の形状は、直方体、球体等、どのような
形状であってもよく、容器１５の大きさや形状、吸着材
１２の粒径などを考慮して決めることができる。また液
分散材１個の大きさは、主面（最も大きな面積を有する
面）が１０ｃｍ²以上が好ましく、厚さ（一つの主面に
対して対抗する他の面までの平均距離）は１ｍｍ以上が
好ましい。

【0013】連続空隙を有する多孔質材からなる液分散材と
しては、例えば合成繊維や金属繊維を積層して、好まし
くは繊維交点を結合させた不織布や、貫通孔を有する複
数の小片や、多孔体となるように樹脂を成型した部材、
連続空隙を有する硬質スポンジなど任意のものを用いる
ことができる。このような多孔質材からなる液分散材を
吸着材の充填層の中に配置する方法は、任意で良いが、
汚染水の水質に応じて、例えば、図１及び図２に例示す
るように、液分散材１４の主面（最も大きな面積を有す
る面）が汚染水の流路方向Ａに対して平行なものと直交
するものとの組合せ、若しくは流路方向Ａと主面とを２
０〜７０°の角度にしたものとの組合せとしてもよい。
また汚染水の水質がＳＳ分の多い水質の場合は、汚染水
の流入口に直ちに液分散材１４を配置することにより、
汚染水を吸着材の充填層内部に直接流れ込むようにする
こともできる。

【0014】連続空隙を有する多孔質材としての不織布は、
多数の合成繊維や金属繊維が３次元的に構成されており
嵩高な構造を持つため空隙率が高く液分散材として好適
であるのみならず、このような不織布は、不織布の表面
および内部において開孔部の形状が不規則であり且つ不
均一な大きさの開孔部を持つため、もし吸着材が比較的
均一な形状と寸法のものであっても、開孔部の形状に同
調して吸着材がすっぽりとはまり込み汚水の透過を阻害
するような恐れが少なく、液分散材として好適に用いる
ことができる。多孔質材としての不織布の構造は、平均
開孔径を好ましくは０．５〜３０ｍｍ、より好ましくは
１〜１０ｍｍとするのがよい。ここで言う開孔径とは、
例えば特開平７−６００２６号公報に開示されるよう
に、不織布の密度ρ、繊維１ｇ当たりの繊維長Ｌ（＝９
×１０⁵（ｃｍ）／繊度（デニール））から下記数式１
により算出される格子間距離ａ、及び繊維直径ｄから下
記数式２により孔径φとして求めることができる。

【数1】

【数2】

【0015】貫通孔を有する複数の小片や、多孔体となるよ
うに樹脂を成型した部材、連続空隙を有する硬質スポン
ジなどの連続空隙を有する多孔質材の構造としては、平
均開孔径を好ましくは０．５〜３０ｍｍ、より好ましく
は１〜１０ｍｍとするのがよい。このうち、貫通孔を有
する複数の小片は、貫通孔を有したフィイルム、ネット
などの薄い板状材よりも球、円柱、直方体などの立体形
状にて貫通孔を有した形態が好ましい。

【0016】

【実施例】以下、本発明を特定の構成とした実施例によ
り更に詳細に説明するが、本発明はこの実施例にのみ限
定されるものではない。この実施例は、本発明の水質浄
化装置のリン除去能力を評価するため、河川水を導入し
た水路に図１及び図２に示す収納体１１からなる水質浄
化装置を敷設し、一定期間中のリン除去率の径時変化を
調査した結果を示す。水質浄化装置を作製するため、６
５メッシュの合成樹脂製のネットを用いて、幅３０ｃｍ
長さ４０ｃｍ高さ２０ｃｍの直方体の容器１５を用意し
た。この容器は、全体がネットで形成されているため、
容器全体が透水部分１３である。吸着材としては市販の
土壌系脱リン材（平均粒径３ｍｍ）を用意した。また、
液分散材１４としては幅７ｃｍ長さ１０ｃｍ厚さ１ｃｍ
の直方体形状のポリオレフィン系繊維からなる不織布
（密度０．０６ｇ／ｃｍ³、平均１０００デニール、比
重０．９２、算出された開孔径３．０４ｍｍ）を１６個
用意した。次に、容器１５に吸着材１２を充填しなが
ら、図１および図２に示すように、所定の位置に液分散
材１４を配置して収納体１１を得た。液分散材１４の配
置方法を詳述すると、まず、容器１５の底面より６ｃｍ
の高さまで吸着材１２を充填した後、液分散材１４の主
面を底面と平行に、吸着材１２の充填層の表面に６個配
置した。配置の仕方は、図１に示すように、液分散材の
長さ方向が汚染水の流れ方向Ａと垂直になるようにし
て、液分散材を容器１５の汚染水流入面から２ｃｍ、お
よび流出面から２ｃｍ間隔を空け、さらに容器１５の側
面より３ｃｍの間隔を空けて、６個を等間隔に配置し
た。次に、図２に示すように、上記と別の４個の液分散
材１４を、主面を底面と垂直にして、また液分散材の長
さ方向が汚染水の流れ方向Ａと垂直になるようにして、
上記６個の液分散材のうち隣り合った２個の中央にそれ
ぞれ位置するように、上記吸着材１２の充填層の表面に
配置した。次に、吸着材１２を容器１５の底面から１２
ｃｍの高さまで充填した。次に、上記と別の６個の液分
散材１４を主面が底面と平行になるように、上記６個の
液分散材の真上になるように充填層の表面に配置した。
次に、吸着材１２を容器１５の上面の高さまで充填し
た。このようにして、吸着材の充填層の中に１６個の液
分散材を埋設固定した収納体１１を作製した。次に、上
記収納体１１を６列×３段に積み上げて、積み上げた収
納体の集積物の最外郭は、汚染水の入り口と出口を除
き、パッキングを用いて水が流れないようにシールした
水質浄化装置を流路内に敷設した。次に、空間速度（Ｓ
Ｖ）が９．８（リッター／ｈ）となるように河川水を供
給して通水を行い、約１６０日の期間中のリンの除去率
とその変化を調べた。

【0017】

【比較例】以上の実施例に対して、吸着材の充填層内に
液分散材を配置しなかったこと以外は実施例と同一の構
成で比較例に係る水質浄化装置を得て、実施例と同様の
条件にて実験を行った。

【0018】実施例及び比較例に係る各々の装置での試験結
果を、縦軸に除去率、横軸に経過日数を採った図３に示
す。除去率の算出方法は、装置上流側の汚染水中の溶解
性トータルリン濃度と装置下流側の処理水中の溶解性ト
ータルリン濃度との差を、装置上流側の汚染水中の溶解
性トータルリン濃度で割った百分率を除去率とした。ま
た、装置上流側の汚染水中の溶解性トータルリン濃度
は、約１６０日の試験期間を通じて、０．０２〜０．０
４３（ｍｇ／リッター）であった。図３から明らかなよ
うに、実施例の水質浄化装置では、溶解性トータルリン
除去率が４８．４〜２７．５％の範囲で、徐々に除去率
が低下したものの、５ヶ月以上に渡る平均除去率は３
４．２％と良好な結果を示した。さらに、この試験とは
別に、溶解性リン濃度が０．５ｍｇ／ｌにおける、この
吸着材の単位重量あたりの溶解性リン吸着能力を調べた
ところ、初期状態では約１５ｍｇ／ｇの吸着量を持って
いることが分かった。このことから、実施例の水質浄化
装置では、この吸着材が本来有する能力の５４．８％を
利用し得たことが明らかとなった。一方、比較例の装置
では、除去率が５０．０〜１．６％の範囲で激しく変化
し、６０日後には溶解性トータルリンの除去効果が実質
的に認められなくなった。また比較例の装置では、先に
述べた吸着材の約２０．９％しか能力を引き出すことが
できなかった。

【0019】

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、本
発明に係る水質浄化装置の構成を適用することにより、
目詰まり解消のための特別な設備や維持費を必要とせ
ず、長期間にわたり初期の高い吸着能が維持でき、性能
的にも、経済的にも効率の優れた、水質汚染物質の除去
を図り得る水質浄化装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の収納体の平面図（断面図）

【図２】本発明の収納体の立面図（断面図）

【図３】本発明の実施例と比較例における、リン除去率
と経過日数との関係図

【符号の説明】

１１：収納体 １２：吸着材 １３：透水部分 １４：液分散材 １５：容器 Ａ ：汚染水の流れ方向を示す矢印

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項1】 透水部分を有する容器に吸着材を充填し
   てなる収納体からなり、該吸着材と汚染水との接触時に
   汚染成分を吸着除去することができる水質浄化装置であ
   って、該吸着材の充填層内に液分散材を配置したことを
   特徴とする水質浄化装置。
2. 【請求項2】 前記液分散材が連続空隙を有する多孔質
   材からなることを特徴とする請求項１記載の水質浄化装
   置。
3. 【請求項3】 前記多孔質材が不織布からなることを特
   徴とする請求項２記載の水質浄化装置。