JP2004298668A - Water cleaning method and water cleaning apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は池、湖沼、河川、および下水処理後の二次処理水等の水質を浄化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
池、湖沼等の水質を浄化するには、従来から種々の方法がある。例えば、凝集・沈殿、膜処理・濾過処理、吸着処理、酸化・分解処理、紫外線照射等に代表される物理化学的処理、嫌気性処理、活性汚泥法等に代表される生物化学的処理、物理化学的処理と生物化学的処理等を併用する多段階処理、更により高い水質レベルを目標とした高度廃水処理等の技術がある。
【０００３】
上記技術のうち、吸着処理や生物化学的処理に関して、リン吸着材やポーラスコンクリートを使用した技術がある。これは、火山灰と硫酸第一鉄とを混合・焼成したものに水中に溶解しているリン酸イオンを吸着し、更に比表面積の多いポーラスコンクリートの表面に生物膜を形成し、該生物膜により水中に溶解している窒素を脱窒して、水質を浄化する方法である（例えば、特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２８６９４２５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のリン吸着材とポーラスコンクリートを用いる水質浄化の方法は、火山灰と硫酸第一鉄とを混合・焼成したリン吸着材に水中に溶解しているリン酸イオンを吸着し、ポーラスコンクリートの表面上の生物膜により水中に溶解している窒素を脱窒して、水質を浄化する方法である。
この従来の方法では、リン吸着材とポーラスコンクリートが同一の処理槽内にあったり、先ず処理水をポーラスコンクリートで処理し次にリン吸着材で処理をしていた。
しかしながら、この方法は、リン吸着材と溶解しているリン酸の形態、生物学的脱窒処理と溶解している窒素の形態等との関係を充分考慮されたものではない。
従って、リン吸着材とポーラスコンクリートを単に併用する方法では、水質浄化能力が効率的ではないという問題が存在していた。
【０００６】
本発明者らは、このリン吸着材と溶解しているリン酸の形態、生物学的脱窒処理と溶解している窒素の形態等との関係を明らかにし、より効率的な水質浄化方法を発明するに至り、従来のリン吸着材とポーラスコンクリートを単に併用する場合よりも飛躍的な浄化能力をもたらす水質浄化方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、リン吸着材とポーラスコンクリートを併用する水質浄化方法に於いて、より効率的な水質浄化方法を提供することにある。
【０００８】
上記課題を解決するための、本発明の水質浄化方法は、未処理水を先ずリン吸着材で処理した後、次にポーラスコンクリート上の生物膜によって処理する方法であることを特徴とするものである。
未処理水中に溶存しているリンの形態としては、無機性リン酸イオンと有機リンとがある。
本発明は、火山灰と硫酸第一鉄とを混合・焼成したリン吸着材を用いるものであるが、ポーラスコンクリート上の生物膜で先に処理した処理水には、無機性リン酸イオンと有機リンとが共存する場合が考えられ、本発明に用いるリン吸着材では有機リンの吸着能力は高くなく、リン吸着材で処理した処理水中に有機リンが溶解している場合がある。ところが、先に未処理水をリン吸着材で処理する場合は、無機性リン酸イオンのみをリン吸着材が吸着すれば良く、有機リンはポーラスコンクリート上の生物膜によって処理・除去できる。これにより。リン吸着材への負担が軽減され、リン吸着材の処理能力が長期間維持することが可能となるものである。
【０００９】
本発明に用いられるリン吸着材は、火山灰と硫酸第一鉄とを混合・焼成したものである。該混合・焼成品は脆い性質を有しているため、使用時にはネット、不織布、金網等の通水性袋、通水性容器等に入れて使用するのが好ましい。
【００１０】
また、本発明に用いられるポーラスコンクリートブロックは、特にその形状・性質を限定されるものではないが、未処理水と接触する面積が多い程好ましい。形状としては、直方体、立方体、球形、非球形等の何れの形状でも良い。連続空隙率は、１５〜３５％が好ましい。１５％以下だとゴミ等により連続空隙が閉塞する可能性が高くなり、逆に３５％以上だと強度的に問題を生じ、また、被表面積が小さくなり、未処理水との接触効率が低下する。ポーラスコンクリートブロックの強度は最低限ハンドリング強度が確保されていれば問題なく、約１０Ｎ／ｍｍ２以上あれば問題はない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の水質浄化方法および水質浄化装置について説明する。
本発明の水質浄化方法は、未処理水を先ずリン吸着材と接触させることにより、未処理水中に溶解している無機性リン酸イオンをリン吸着材に化学的に結合させることにより、未処理水中より除去することを特徴とする。また、有機物も濾過・除去が可能である。
本発明の水質浄化装置は、リン吸着材を充填した浄化槽とポーラスコンクリートを設置した浄化槽とから構成され、先ずリン吸着材を充填した浄化槽に未処理水が流入し、該浄化槽から排出した処理水が次にポーラスコンクリートを設置した浄化槽に流入するように構成されていることを特徴とする。
更に、リン吸着材を充填した浄化槽から排出された処理水が、ポーラスコンクリートを設置した浄化槽の下部から流入し、該浄化槽の上部から排出されることを特徴とする。
【００１２】
本発明に用いられるリン吸着材は、有機リンと化学的に結合することができない。したがって、本発明による水質浄化方法は、未処理水中に有機リンが存在しないことがより好ましい。
【００１３】
未処理水中に有機リンが存在する場合は、他の方法により該有機リンを事前に、または事後に除去しておくことが必要である。
リン吸着材での処理の前にポーラスコンクリート上の生物膜による処理を行うと、生物に取込まれたリンが嫌気性条件下または生物の死滅等により、再び処理水中にリン（有機リン）が放出される可能性がある。したがって、この後にリン吸着材で処理してもこの有機リンを吸着・除去できないため、該有機リンを含んだ処理水を放流することになり、好ましくない。
リン吸着材による処理の前に生物学的処理を行った場合は、リン吸着材での処理後に、再度、何らかの方法で有機リンを除去する必要がある。
【００１４】
以上のことより、該リン吸着材による処理は、下水処理場または下水処理装置等で処理後放流された有機リンを含まない二次処理水を対象とすることが好ましい。下水処理装置としては、単独浄化槽、合併浄化槽、集落下水処理装置等が例示される。
この二次処理水を対象とする場合、本発明による水質浄化方法は極めて効率的で安価である。また、メンテナンスも容易である。
また、未処理水に有機リンが存在する場合は、本発明による水質浄化方法で処理する前に有機リンを除去しておくか、或いは本発明による水質浄化方法で処理した後に有機リンを除去すれば良い。
【００１５】
次に、リン吸着材で処理した処理水を、ポーラスコンクリート上の生物膜によって処理を行うものである。本処理過程では、処理水中に溶解している有機性窒素やアンモニア性窒素を生物膜上の硝化菌によって硝酸性窒素に変え、更に脱窒菌によって窒素ガスに変えた後、大気中へ放出させるものである。
また、ポーラスコンクリート上の生物膜によって、ＢＯＤ（生物学的酸素要求量）を低下させることが可能であり、未処理水中の有機物を無機性酸化物と二酸化炭素に容易に変換することが可能となる。
【００１６】
さらに、本水質浄化方法では、ポーラスコンクリートブロックを設置した浄化槽の底部からリン吸着材で処理した処理水を入れるため、浮遊固形分（ＳＳ）を該ポーラスコンクリートブロックの連続空隙により濾過・除去することが可能である。
【００１７】
ポーラスコンクリートブロックが目詰まりを起こした場合は、逆洗により目詰まり物質をポーラスコンクリートブロックの連続空隙外に排除し、浄化槽の底部へ沈殿させることが可能である。ポーラスコンクリートブロックが設置された浄化槽の底部に溜まった汚泥と該目詰まり物質沈殿物とを該浄化槽の底部から容易に系外に排出することも可能である。
【００１８】
【実施例】
次に実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。
【００１９】
実施例１
実験に供した未処理水について説明する。
未処理水の調製：
全有機炭素（ＴＯＣ）１．７ｐｐｍ、全リン（ＴＰ）２．５ｐｐｍ、全窒素（ＴＮ）３６．５ｐｐｍになるように、２００リットルの水道水に、ペプトン２．３ｇ、Ｎａ２ＨＰＯ４１．８７ｇ、ＮａＮＯ３２４．５ｇを添加・溶解し未処理水を調製した。
【００２０】
次にリン吸着材について説明する。
リン吸着材の製造：
火山灰（関東ローム）と硫酸第一鉄とを重量比１０：１で混合し、４５０〜５５０℃で１時間焼成した。
【００２１】
次にポーラスコンクリートブロック層について説明する。
ポーラスコンクリートブロックの製造：
ポーラスコンクリートブロックの組成：
型枠（１００×１００×１００ｍｍ）内に、上記配合のコンクリートを詰め、Ｖｉｃｏｎ（櫻井建材産業（株）製、ＶＩＰＡＯ−１５６）で成型、４時間６５℃で養生した後、脱枠してポーラスコンクリートブロックを得た。
このポーラスコンクリートブロックの連続空隙率は約２８％、圧縮強度は約１２Ｎ／ｍｍ２であった。
【００２３】
水質浄化：
上述のように調製した未処理水を３０リットル容量のコンテナに貯え、該コンテナにホースで連結した３０リットル容量のコンテナに上述のように製造したリン吸着材を２０ｋｇ入れた。更に該リン吸着材入りコンテナを上述のように製造したポーラスコンクリートブロック２４個を設置した３０リットル容量のコンテナにホースで連結した。この時のリン吸着材およびポーラスコンクリートブロックを入れた各コンテナの実質の空容積は約１５リットルであった。該ポーラスコンクリートブロック入りコンテナ容器の上部からオーバーフローが流れ出るようにホースを配置し、該ホースから流れ出た処理水中のリン酸と窒素濃度を測定した。尚、各コンテナ容器を繋ぐホースは、コンテナ容器上部とコンテナ容器側面底部とを繋ぎ、未処理水は、コンテナ容器上部から排出され、次のコンテナ容器側面底部からコンテナ内へ流入する様に設置した。また、未処理水入りコンテナ容器とリン吸着材入りコンテナ容器とを連結する部分のみ送水装置を組込み、３０リットル／日で送水・処理した。また、ポーラスコンクリートブロックを設置したコンテナには、有機物（炭素量）濃度が最終濃度で６０ｐｐｍになるように未処理水を添加した。この未処理水の添加は、生物膜上の微生物を活性化するために添加するものである。
【００２４】
実施例２
実施例１と同様に、９０リットル／日で送水・処理した
【００２５】
次に未処理水を、先ずポーラスコンクリートブロックで処理した後にリン吸着材で処理した場合について説明する。
【００２６】
比較例１
未処理水の処理を先ずポーラスコンクリートブロックで処理した後にリン吸着材で処理した以外は、実施例１と同じである。
【００２７】
実施例１、２および比較例１で調製した未処理水および処理後のリン酸イオンおよび窒素の測定結果を示す。
【表１】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明に係わる水質浄化方法によれば、未処理水中のリン酸イオンおよび窒素を極めて効率良く除去することができ、且つ処理に要する時間も短縮できる効果がある。更に、下水処理場等で処理した後の二次処理水を本発明に係わる水質浄化装置で処理する場合は、本発明の水質浄化装置の設置および維持費が極めて安価となる。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for purifying water quality of ponds, lakes, rivers, and secondary treated water after sewage treatment.
[0002]
[Prior art]
There are various methods for purifying the water quality of ponds, lakes and the like. For example, coagulation / precipitation, membrane treatment / filtration treatment, adsorption treatment, oxidation / decomposition treatment, physicochemical treatment represented by ultraviolet irradiation, anaerobic treatment, biochemical treatment represented by activated sludge method, physical There are technologies such as multi-stage treatment using chemical treatment and biochemical treatment in combination, and advanced wastewater treatment aiming at even higher water quality levels.
[0003]
Among the above techniques, there are techniques using a phosphorus adsorbent or porous concrete for the adsorption treatment and the biochemical treatment. This involves adsorbing phosphate ions dissolved in water to a mixture of calcined volcanic ash and ferrous sulfate and forming a biofilm on the surface of porous concrete with a large specific surface area. This is a method of purifying water quality by denitrifying nitrogen dissolved in water (for example, Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2869425 [0005]
[Problems to be solved by the invention]
The above-mentioned method of water purification using a phosphorus adsorbent and porous concrete involves adsorbing phosphate ions dissolved in water to a phosphorus adsorbent obtained by mixing and firing volcanic ash and ferrous sulfate, and forming a surface of the porous concrete. This is a method for purifying water quality by denitrifying nitrogen dissolved in water with a biofilm.
In this conventional method, the phosphorus adsorbent and the porous concrete are in the same treatment tank, or the treated water is first treated with the porous concrete, and then treated with the phosphorus adsorbent.
However, this method does not sufficiently consider the relationship between the phosphorus adsorbent and the form of dissolved phosphoric acid, the biological denitrification treatment and the form of dissolved nitrogen, and the like.
Therefore, there is a problem that the water purification ability is not efficient in the method of simply using the phosphorus adsorbent and the porous concrete in combination.
[0006]
The present inventors have clarified the relationship between the phosphorus adsorbent and the form of dissolved phosphoric acid, the biological denitrification treatment, and the form of dissolved nitrogen, and developed a more efficient water purification method. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a water purification method which provides a remarkable purification ability as compared with a case where a conventional phosphorus adsorbent and porous concrete are simply used together.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
An object of the present invention is to provide a more efficient water purification method in a water purification method using a phosphorus adsorbent and porous concrete in combination.
[0008]
In order to solve the above problems, the water purification method of the present invention is characterized in that untreated water is first treated with a phosphorus adsorbent, and then treated with a biofilm on porous concrete. is there.
Examples of the form of phosphorus dissolved in the untreated water include inorganic phosphate ions and organic phosphorus.
The present invention uses a phosphorus adsorbent obtained by mixing and firing volcanic ash and ferrous sulfate. The treated water previously treated with a biofilm on porous concrete contains inorganic phosphate ions and organic phosphorus. It is conceivable that the phosphorus adsorbent used in the present invention does not have a high ability to adsorb organic phosphorus, and organic phosphorus may be dissolved in the treated water treated with the phosphorus adsorbent. However, when the untreated water is first treated with the phosphorus adsorbent, the inorganic adsorbent only needs to adsorb the inorganic phosphate ions, and the organic phosphorus can be treated and removed by the biofilm on the porous concrete. By this. The burden on the phosphorus adsorbent is reduced, and the processing capacity of the phosphorus adsorbent can be maintained for a long time.
[0009]
The phosphorus adsorbent used in the present invention is obtained by mixing and firing volcanic ash and ferrous sulfate. Since the mixed and fired product has fragile properties, it is preferably used in a water-permeable bag such as a net, a nonwoven fabric, a wire mesh, a water-permeable container, or the like when used.
[0010]
The shape and properties of the porous concrete block used in the present invention are not particularly limited, but the larger the area in contact with untreated water, the better. The shape may be any shape such as a rectangular parallelepiped, a cube, a sphere, and a non-sphere. The continuous porosity is preferably 15 to 35%. If it is 15% or less, there is a high possibility that the continuous voids will be closed by dust, etc. Conversely, if it is 35% or more, there will be a problem in strength, the surface area will be small, and the contact efficiency with untreated water will decrease. I do. There is no problem with the strength of the porous concrete block as long as the minimum handling strength is secured, and there is no problem with a strength of about 10 N / mm 2 or more.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The water purification method and the water purification device of the present invention will be described below.
In the water purification method of the present invention, the untreated water is first brought into contact with the phosphorus adsorbent, whereby the inorganic phosphate ions dissolved in the untreated water are chemically bonded to the phosphorus adsorbent, whereby the untreated water is purified. It is characterized by being removed from water. Organic substances can also be filtered and removed.
The water purification apparatus of the present invention is composed of a septic tank filled with a phosphorus adsorbent and a septic tank provided with porous concrete. First, untreated water flows into the septic tank filled with the phosphorus adsorbent, and treated water discharged from the septic tank. Is configured to flow into a septic tank provided with porous concrete.
Further, the treated water discharged from the septic tank filled with the phosphorus adsorbent flows in from the lower part of the septic tank provided with the porous concrete, and is discharged from the upper part of the septic tank.
[0012]
The phosphorus adsorbent used in the present invention cannot chemically bind to organic phosphorus. Therefore, in the water purification method according to the present invention, it is more preferable that the organic phosphorus does not exist in the untreated water.
[0013]
When organophosphorus is present in the untreated water, it is necessary to remove the organophosphorus before or after other methods.
If treatment with biofilm on porous concrete is performed before treatment with the phosphorus adsorbent, phosphorus taken up by living organisms will cause phosphorus (organic phosphorus) to reappear in the treated water again under anaerobic conditions or death of living organisms. May be released. Therefore, even if the organic phosphorus is subsequently treated with the phosphorus adsorbent, the organic phosphorus cannot be adsorbed and removed, so that the treated water containing the organic phosphorus is discharged, which is not preferable.
When the biological treatment is performed before the treatment with the phosphorus adsorbent, it is necessary to remove the organic phosphorus again by some method after the treatment with the phosphorus adsorbent.
[0014]
From the above, it is preferable that the treatment with the phosphorus adsorbent targets the secondary treated water containing no organic phosphorus discharged after treatment in a sewage treatment plant or a sewage treatment device. Examples of the sewage treatment apparatus include a single septic tank, a combined septic tank, a collecting and falling water treating apparatus, and the like.
When this secondary treatment water is targeted, the water purification method according to the present invention is extremely efficient and inexpensive. Also, maintenance is easy.
When organic phosphorus is present in the untreated water, the organic phosphorus is removed before the treatment with the water purification method of the present invention, or the organic phosphorus is removed after the treatment with the water purification method of the present invention. Good.
[0015]
Next, the treated water treated with the phosphorus adsorbent is treated by a biofilm on porous concrete. In this treatment process, the organic nitrogen and ammonia nitrogen dissolved in the treated water are converted into nitrate nitrogen by nitrifying bacteria on the biofilm, then converted into nitrogen gas by denitrifying bacteria, and then released into the atmosphere. It is.
In addition, the biofilm on porous concrete can reduce BOD (biological oxygen demand), and can easily convert organic matter in untreated water into inorganic oxides and carbon dioxide. Become.
[0016]
Further, in the present water purification method, since the treated water treated with the phosphorus adsorbent is put into the bottom of the septic tank provided with the porous concrete block, the suspended solids (SS) are filtered and removed through the continuous voids of the porous concrete block. Is possible.
[0017]
When the porous concrete block is clogged, it is possible to remove the clogging substance outside the continuous voids of the porous concrete block by backwashing and settle the substance at the bottom of the septic tank. It is also possible to easily discharge the sludge and the clogging substance sediment accumulated at the bottom of the septic tank in which the porous concrete block is installed from the bottom of the septic tank.
[0018]
【Example】
Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
[0019]
Example 1
The untreated water used in the experiment will be described.
Preparation of untreated water:
2.3 g of peptone, 2.3 g of Na 2 HPO 4 in 200 liters of tap water so that total organic carbon (TOC) is 1.7 ppm, total phosphorus (TP) is 2.5 ppm, and total nitrogen (TN) is 36.5 ppm. 87 g and 24.5 g of NaNO 3 were added and dissolved to prepare untreated water.
[0020]
Next, the phosphorus adsorbent will be described.
Production of phosphorus adsorbent:
Volcanic ash (Kanto loam) and ferrous sulfate were mixed at a weight ratio of 10: 1 and fired at 450 to 550 ° C for 1 hour.
[0021]
Next, the porous concrete block layer will be described.
Manufacture of porous concrete blocks:
Composition of porous concrete block:
A mold (100 × 100 × 100 mm) is filled with concrete having the above composition, molded with Vicon (VIPAO-156, manufactured by Sakurai Construction Materials Co., Ltd.), cured at 65 ° C. for 4 hours, and then deframed and porous. A concrete block was obtained.
The continuous porosity of this porous concrete block was about 28%, and the compressive strength was about 12 N / mm 2 .
[0023]
Water purification:
The untreated water prepared as described above was stored in a container having a capacity of 30 liters, and 20 kg of the phosphorus adsorbent produced as described above was placed in a container having a capacity of 30 liters connected to the container by a hose. Further, the container containing the phosphorus adsorbent was connected by a hose to a container having a capacity of 30 liters provided with 24 porous concrete blocks manufactured as described above. At this time, the actual empty volume of each container containing the phosphorus adsorbent and the porous concrete block was about 15 liters. A hose was arranged so that the overflow flowed out from the upper part of the container container containing the porous concrete block, and the concentration of phosphoric acid and nitrogen in the treated water flowing out from the hose was measured. In addition, the hose connecting each container container is connected so that the upper part of the container container and the bottom part of the container container side are connected, and the untreated water is discharged from the upper part of the container container and flows into the container from the next container container side bottom part. . In addition, only a portion connecting the container container containing the untreated water and the container container containing the phosphorus adsorbent was provided with a water supply device, and water was supplied and treated at a rate of 30 liters / day. Untreated water was added to the container in which the porous concrete block was installed so that the organic matter (carbon content) concentration was 60 ppm in the final concentration. This untreated water is added to activate microorganisms on the biofilm.
[0024]
Example 2
Water was supplied and treated at 90 liters / day in the same manner as in Example 1.
Next, a case where untreated water is first treated with a porous concrete block and then treated with a phosphorus adsorbent will be described.
[0026]
Comparative Example 1
Example 1 is the same as Example 1 except that the untreated water is first treated with a porous concrete block and then treated with a phosphorus adsorbent.
[0027]
The measurement results of untreated water prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, and phosphate ions and nitrogen after treatment are shown.
[Table 1]
【The invention's effect】
As described above, according to the water purification method of the present invention, phosphate ions and nitrogen in untreated water can be removed very efficiently, and the time required for treatment can be reduced. Furthermore, when the secondary treatment water after treatment at a sewage treatment plant or the like is treated by the water purification device according to the present invention, the installation and maintenance costs of the water purification device of the present invention are extremely low.
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