【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、湖沼、貯水池、ため池、内湾等閉鎖性水域の水を直接浄化するための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、湖沼、貯水池、ため池、内湾などの閉鎖性水域で富栄養化が進行し水資源の確保、水利用に大きな支障が生じている。この原因は、過剰な窒素・リンにより、藻類の異常増殖による内部生産の増大に伴い、水中のＣＯＤが高まるため、環境基準を達成することはきわめて困難な状況にある。窒素・リンは、水生生物にとって必須な元素であるものの、過剰に存在することから湖沼の富栄養化が累進的に進んでいる。最近では、窒素・リン濃度及び窒素・リン比の増大などによる青酸カリよりも強い毒性を示すミクロキスチンを産生する有毒アオコ、飲料水のかび臭を引起すかび臭産生藻類、および前塩素処理でトリハロメタンを産生する藍藻類が大きな社会問題となっている。
【０００３】
過剰な窒素とリンの発生及び窒素・リン比上昇の要因は、窒素・リン未処理型浄化槽の排水、畜舎廃棄物の不適切な管理、過剰な施肥といった農耕地からの負荷、下水処理場平均リン除去率７０％に対し窒素除去率は５０％未満であること、合成洗剤の無リン化によるリンの負荷量の低減などにある。
【０００４】
このように生活排水などの流入により富栄養化が進んでいる閉鎖性水域では、深層水が嫌気性状態となり、有機物やアオコなどの藻類が底泥状態で堆積し、また、有機物の腐敗により悪臭を発生し、アンモニア性窒素が溶出されることにより、水中の窒素が更に増え、富栄養化が一層進むという悪循環を招く。
【０００５】
こういう状況に鑑み、近年、富栄養化が進んでいる閉鎖性水域の発生源の窒素除去対策としては、好気性条件と嫌気性条件を併用して窒素を除去する技術が確立され、下水処理場、合併浄化槽へ応用されている。発生源の脱窒対策としては、維持管理費、薬剤添加によるランニングコストの増加、汚泥発生量の増加に伴う汚泥の処理などの観点から、リン吸着法、鉄接触材法、鉄及びアルミニウム電解法などのリン除去法が開発されている。
【０００６】
一方、富栄養化が進んでいる閉鎖性水域の直接浄化については、様々な対策技術が提案され、その一部は実用化されつつある。たとえば、植物による吸収除去、堆積した底泥の除去、薬品や凝集剤により浮上または沈澱させて除去する、底層水の曝気により底層を好気性状態にする、底層水を汲み上げ空中に散水することにより水域を好気性に保つなどである。
【０００７】
従来技術の一つとして、例えば、特開平７−１７１５９５号公報記載の技術は、湖、沼、池等閉鎖性水域の水を連続的に引き抜き、植物プランクトンや溶解汚染物質を除去する水質浄化装置において、該装置が、ウキクサ及びミジンコ等動物プランクトンを植種し増殖させた複数個の水槽からなる処理槽を備えるとともに、該複数個の水槽が上下方向に多段式に配置されていることを特徴とする湖、沼、池等閉鎖性水域水の水質浄化装置が記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
富栄養化が進んでいる閉鎖性水域において、植物による吸収除去の浄化方法では、窒素とリンの除去効率が低く、除去量が限定される。堆積底泥の除去、浚渫では、同じく、除去効率が低く、除去量が限定されると同時に除去効果は一時的であり、コストがかかる。底層水を曝気或は空中に散水することにより好気性のみの状態を保つのでは、亜硝酸性窒素、硝酸性窒素などが水中に蓄積される恐れがある。このように、上記従来技術では、浄化効果が限定される上、設置スペース、浄化コスト、エネルギー利用など、どれを取っても大きくなり、浄化対策技術としては不充分である。
そこで、本発明は、上記従来技術の課題を解決すべく、好気性条件と嫌気性条件を組み合わせた脱窒に必要なメカニズムと脱リン対策を簡易的に構成し、より経済的、より効率的、より省エネルギー的な閉鎖性水域の浄化装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１の発明は、浮体と好気性生物ろ過室である第１、第２生物ろ過室及び嫌気性ろ過室である第３生物ろ過室より好気性条件と嫌気性条件を併用した浄化装置を構成し、陸上設置スペースは不要とし、第３生物ろ過室上部の曝気室にて水を曝気すると同時にエアリフトして循環させることを特徴とする。
請求項２の発明は、風車の回転力により直接圧縮機を駆動させ、圧縮空気を空気タンクに送り、空気タンクの圧力が一定以上になるときブロワを止め、空気タンクから曝気室に送気し、空気タンクの圧力が一定以下になるときは空気タンクからの送気を止め、ブロワから送気するという自然エネルギーを利用して省エネルギーを図ることを特徴とする。
請求項３の発明は、第３生物ろ過室は、遮水シートと縄で構成される二重袋式であり、底部は水を吸い込むため縄のみにし、曝気室下部に吊架して、構造上鋼材或はＦＲＰ材より柔軟性を持ち、施工性がよく、鋼材とＦＲＰ材より経済的であることを特徴とする。
請求項４の発明は、曝気した水は、第１生物ろ過室に流入し、第１生物ろ過室の底部から第２生物ろ過室に流入し、第２生物ろ過室上部から流出するため、第１生物ろ過室上部から第２生物ろ過室上部の間に溶存酸素濃度の勾配、即ちＤＯ勾配が形成されることを特徴とする。
請求項５の発明は、曝気室上部の伸縮管により、一定範囲内で水の上下変動に対応できることを特徴とする。
請求項６の発明は、第１生物ろ過室上部に鉄片を浸漬し、鉄片表面の腐食により溶出した鉄イオンが水中のリン酸イオンと結合してリン酸鉄塩を生じさせ、脱リンを行うことを特徴とする。
また、請求項７の発明は、第１、第２生物ろ過室底部に逆洗管を配置し、定期的に逆洗を行うことにより、リン酸鉄塩を含む無害化した汚泥を水中に排出し、沈殿させることで汚泥処理を必要としないことを特徴とする。
生物ろ過材は、ヤクルトろ材を利用する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態について説明する。
図２に示すように、本発明は、好気性生物ろ過室である第１生物ろ過室１、第２生物ろ過室２、嫌気性ろ過室である第３生物ろ過室３、曝気室４、伸縮管５、エアリフト配管６、分電盤１０、ブロワ１１、風車１２、圧縮機１３、空気タンク１４、浮体１５、放水管１６、逆洗管１７、鉄片１９などにより構成される。
【００１１】
曝気室４内の水は、ブロワ１１或は空気タンク１４から送ってきた空気より曝気されると共にエアリフトされ、第１生物ろ過室１に流れ込み、第１生物ろ過室１の底部から第２生物ろ過室２に流れ込み、第２生物ろ過室２の上部から放水管１６を通じて水界に連続的に排水される。また、第３生物ろ過室３の底層水は、曝気室４の水が曝気、エアリフトされるにつれ、連続的に曝気室４内に吸い込まれる。
【００１２】
空気が吹き込まれた水は、第１生物ろ過室１と第２生物ろ過室２で好気性微生物が繁殖できる好適な環境を創り出す。一方、ランダムに充填されたヤクルトろ材は、水の流れを複雑にし、酸素濃度の勾配、即ちＤＯ勾配を生み出す。ＤＯは、第１生物ろ過室１上部の飽和状態から、第２生物ろ過室２上部になるに従って減少していく。ＤＯ勾配の存在は、多様な微生物の活動と活性化をもたらす原動力となる。
他方、第３生物ろ過室３には空気が流入しないため嫌気性ぎみの微生物が繁殖しやすい環境となる。水中の硝酸性窒素は、この嫌気性脱窒菌により窒素ガスに換え、曝気室及びエアリフト配管を経て大気に放出される。
【００１３】
また、第１生物ろ過室１の上部に鉄片１９を浸漬し、鉄片表面の腐食により溶出した鉄イオンが水中のリン酸イオンと結合してリン酸鉄塩を生じさせ、脱リンを行う
【００１４】
風車１２は、自然エネルギーである風力を回転力に変え、直接圧縮機１３を駆動させ、圧縮空気を空気タンク１４に送り、空気タンクの圧力が一定以上になるときブロワ１１を止め、空気タンク１４から曝気室４に送気し、空気タンク１４の圧力が一定以下になるときは空気タンク１４からの送気を止め、ブロワ１１から送気することで、自然エネルギーと商用電源のハイブリッド化運転を実施し、省エネルギーを図ることにより地球温暖化防止に貢献できる。
【００１５】
第１生物ろ過室１、第２生物ろ過室２の底部に逆洗管１７を配置し、定期的に逆洗を行うことにより、リン酸鉄塩を含む無害化した汚泥を水中に排出し、沈殿させることで汚泥処理を不要とし、維持管理が容易になると同時にランニングコストが削減できる。
【００１６】
第３生物ろ過室３は、遮水シートと縄で構成される二重袋式であり、底部は水を吸い込むため縄のみにし、曝気室下部に吊架し、構造上鋼材或はＦＲＰ材より柔軟性を持ち、施工性がよく、鋼材とＦＲＰ材より経済的である。
【００１７】
【実施例】
図２は、本発明装置の一実施例である。本発明は、好気性生物ろ過室である第１生物ろ過室１、第２生物ろ過室２、嫌気性ろ過室である第３生物ろ過室３、曝気室４、伸縮管５、エアリフト配管６、分電盤１０、ブロワ１１、風車１２、圧縮機１３、空気タンク１４、浮体１５、放水管１６、逆洗管１７、鉄片１９などにより構成され、ブロワ１１及び風車１２の駆動により圧縮空気を貯蔵した空気タンク１４の曝気により水を循環、活性化させながら、水中の窒素とリン及び有機物の浄化を行うことを特徴とする。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、各請求項記載の発明により、富栄養化した閉鎖性水域の窒素とリン及び有機物の浄化を行うことができる。浄化装置は合理的かつ簡易的な構成であり、維持管理が容易の上、イニシャルコスト、ランニングコストを低く抑えることができると同時に自然エネルギーを利用することによって地球温暖化防止に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】浄化装置の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１ 第１生物ろ過室
２ 第２生物ろ過室
３ 第３生物ろ過室
４ 曝気室
５ 伸縮管
６ エアリフト配管
７ 生物ろ過材−ヤクルトろ材
８ 散気管
９ 送気管
１０ 分電盤
１１ ブロワ
１２ 風車
１３ 圧縮機
１４ 空気タンク
１５ 浮体
１６ 放水管
１７ 逆洗管
１８ 錘
１９ 鉄片[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for directly purifying water in a closed water area such as a lake, a reservoir, a reservoir, an inner bay, and the like.
[0002]
[Prior art]
Recently, eutrophication has progressed in closed water areas such as lakes, reservoirs, reservoirs, inner bays, etc., and there has been a major hindrance in securing water resources and water use. The cause is that it is extremely difficult to achieve environmental standards because COD in water increases due to an increase in internal production due to abnormal growth of algae due to excessive nitrogen and phosphorus. Nitrogen and phosphorus are essential elements for aquatic organisms, but because they exist in excess, eutrophication of lakes and marshes is progressing progressively. Recently, toxic blue-green algae producing microkistin that is more toxic than potassium cyanide due to increased nitrogen / phosphorus concentration and nitrogen / phosphorus ratio, musty-producing algae causing musty odor of drinking water, and trihalomethane produced by prechlorination Cyanobacteria are a major social problem.
[0003]
Causes of excessive nitrogen and phosphorus generation and nitrogen / phosphorus ratio increase are drainage of septic tanks not treated with nitrogen / phosphorus, improper management of barn waste, load from farmland such as excessive fertilization, sewage treatment plant average The nitrogen removal rate is less than 50% with respect to the phosphorus removal rate of 70%, and the load of phosphorus is reduced by dephosphorization of the synthetic detergent.
[0004]
In closed water areas where eutrophication is progressing due to the inflow of domestic wastewater, deep-sea water becomes anaerobic, and algae such as organic matter and sea cucumber accumulate in the bottom mud state. As ammonia nitrogen is eluted, nitrogen in the water further increases, resulting in a vicious cycle in which eutrophication further proceeds.
[0005]
In view of this situation, in recent years, as a nitrogen removal measure for the source of closed water areas where eutrophication has progressed, a technique for removing nitrogen by combining aerobic and anaerobic conditions has been established. It has been applied to merged septic tanks. Measures for denitrification of the source include phosphorus adsorption method, iron contact material method, iron and aluminum electrolysis method from the viewpoint of maintenance cost, increase of running cost due to addition of chemicals, treatment of sludge due to increase of sludge generation amount, etc. Phosphorus removal methods have been developed.
[0006]
On the other hand, various countermeasure technologies have been proposed for direct purification of closed water areas where eutrophication is progressing, and some of them are being put into practical use. For example, by absorption removal by plants, removal of accumulated bottom mud, floating or settling with chemicals or flocculants, aeration of bottom water to make the bottom layer aerobic, pumping bottom water and sprinkling it into the air For example, keep water bodies aerobic.
[0007]
As one of the prior arts, for example, the technology described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-171595 is a water purification device that continuously draws out water in a closed water area such as a lake, a marsh, or a pond to remove phytoplankton and dissolved contaminants. The apparatus comprises a treatment tank composed of a plurality of water tanks in which zooplankton such as duckweed and daphnia are inoculated and propagated, and the plurality of water tanks are arranged in a multistage manner in the vertical direction. Water quality purification equipment for closed waters such as lakes, swamps and ponds.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In closed water areas where eutrophication is progressing, the removal removal method by plants uses low removal efficiency of nitrogen and phosphorus, and the removal amount is limited. Removal of sediment bottom mud and dredging are similarly low in removal efficiency, limited removal amount and at the same time removal effect is temporary and costly. If the aerobic state is maintained by aeration or sprinkling the bottom layer water in the air, nitrite nitrogen, nitrate nitrogen, etc. may accumulate in the water. As described above, in the above-described conventional technology, the purification effect is limited, and the installation space, the purification cost, the energy utilization, and the like are all increased, which is insufficient as a purification countermeasure technology.
Therefore, the present invention simply configures the mechanism and dephosphorization measures necessary for denitrification that combine aerobic conditions and anaerobic conditions in order to solve the above-described problems of the prior art, and is more economical and more efficient. It is an object of the present invention to provide a more energy-saving purification apparatus for closed water areas.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of claim 1 has aerobic conditions than the first and second biological filtration chambers that are floating bodies and the aerobic biological filtration chamber and the third biological filtration chamber that is an anaerobic filtration chamber. A purification device using anaerobic conditions is configured, a land installation space is not required, and water is aerated in the aeration chamber above the third biological filtration chamber and simultaneously air-lifted and circulated.
In the invention of claim 2, the compressor is driven directly by the rotational force of the windmill, compressed air is sent to the air tank, the blower is stopped when the air tank pressure exceeds a certain level, and the air is sent from the air tank to the aeration chamber. When the pressure of the air tank becomes below a certain level, the air supply from the air tank is stopped and the energy is saved by using natural energy that is supplied from the blower.
In the invention of claim 3, the third biological filtration chamber is a double bag type composed of a water shielding sheet and a rope, and the bottom is made only of a rope for sucking water, and is suspended at the lower part of the aeration chamber, It is more flexible than upper steel or FRP material, has better workability, and is more economical than steel and FRP material.
In the invention of claim 4, the aerated water flows into the first biological filtration chamber, flows into the second biological filtration chamber from the bottom of the first biological filtration chamber, and flows out from the upper portion of the second biological filtration chamber. A gradient of dissolved oxygen concentration, that is, a DO gradient is formed between the upper part of the first biological filtration chamber and the upper part of the second biological filtration chamber.
The invention according to claim 5 is characterized in that it can cope with up and down fluctuations of water within a certain range by the expansion tube at the upper part of the aeration chamber.
In the invention of claim 6, the iron piece is immersed in the upper part of the first biological filtration chamber, and the iron ions eluted by the corrosion of the surface of the iron piece are combined with the phosphate ions in the water to produce iron phosphate salt to perform dephosphorization. It is characterized by that.
Further, the invention of claim 7 arranges a backwash tube at the bottom of the first and second biological filtration chambers and periodically backwashes to discharge detoxified sludge containing iron phosphate salt into the water. And it is characterized by not requiring sludge treatment by sedimentation.
Yakult filter medium is used as the biological filter medium.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
As shown in FIG. 2, the present invention includes a first biological filtration chamber 1, a second biological filtration chamber 2, which is an aerobic biological filtration chamber, a third biological filtration chamber 3 which is an anaerobic filtration chamber, an aeration chamber 4, and an expansion / contraction. The pipe 5, the air lift pipe 6, the distribution board 10, the blower 11, the windmill 12, the compressor 13, the air tank 14, the floating body 15, the water discharge pipe 16, the backwash pipe 17, the iron piece 19, and the like.
[0011]
The water in the aeration chamber 4 is aerated from the air sent from the blower 11 or the air tank 14 and is airlifted, flows into the first biological filtration chamber 1, and flows into the first biological filtration chamber 1 from the bottom of the second biological filtration chamber 1. It flows into the chamber 2 and is continuously drained from the upper part of the second biological filtration chamber 2 to the water through the water discharge pipe 16. The bottom layer water in the third biological filtration chamber 3 is continuously sucked into the aeration chamber 4 as the water in the aeration chamber 4 is aerated and airlifted.
[0012]
The water into which air is blown creates a suitable environment in which aerobic microorganisms can propagate in the first biological filtration chamber 1 and the second biological filtration chamber 2. On the other hand, randomly packed Yakult filter media complicates the flow of water and creates a gradient of oxygen concentration, or DO gradient. The DO decreases from the saturated state of the upper part of the first biological filtration chamber 1 toward the upper part of the second biological filtration chamber 2. The presence of the DO gradient is the driving force for the activity and activation of various microorganisms.
On the other hand, since air does not flow into the third biological filtration chamber 3, an environment in which anaerobic microorganisms are easy to propagate is obtained. Nitrate nitrogen in water is changed to nitrogen gas by this anaerobic denitrifying bacterium, and is released to the atmosphere through an aeration chamber and an air lift pipe.
[0013]
Further, the iron piece 19 is immersed in the upper part of the first biological filtration chamber 1, and iron ions eluted by corrosion on the surface of the iron piece are combined with phosphate ions in water to form iron phosphate salt, and dephosphorization is performed. ]
The windmill 12 converts natural energy wind power into rotational force, directly drives the compressor 13, sends compressed air to the air tank 14, stops the blower 11 when the pressure of the air tank exceeds a certain level, and the air tank 14 When the pressure of the air tank 14 falls below a certain level, the air supply from the air tank 14 is stopped and the air is supplied from the blower 11 to perform a hybrid operation of natural energy and commercial power. It can contribute to the prevention of global warming by implementing and saving energy.
[0015]
By arranging the backwash tube 17 at the bottom of the first biological filtration chamber 1 and the second biological filtration chamber 2 and periodically backwashing, the detoxified sludge containing iron phosphate salt is discharged into the water, Precipitation eliminates the need for sludge treatment, facilitating maintenance and reducing running costs.
[0016]
The third biological filtration chamber 3 is a double bag type composed of a water-impervious sheet and a rope, and the bottom is made only of a rope for sucking water, suspended at the lower part of the aeration chamber, and structurally made of steel or FRP material. It has flexibility, good workability, and is more economical than steel and FRP materials.
[0017]
【Example】
FIG. 2 shows an embodiment of the device of the present invention. The present invention includes a first biological filtration chamber 1, which is an aerobic biological filtration chamber, a second biological filtration chamber 2, a third biological filtration chamber 3, which is an anaerobic filtration chamber, an aeration chamber 4, an expansion tube 5, an air lift pipe 6, The distribution board 10, the blower 11, the windmill 12, the compressor 13, the air tank 14, the floating body 15, the water discharge pipe 16, the backwash pipe 17, the iron piece 19, and the like are stored, and the compressed air is stored by driving the blower 11 and the windmill 12. The water is circulated and activated by aeration of the air tank 14 while purifying nitrogen, phosphorus and organic matter in the water.
[0018]
【The invention's effect】
As described above, according to the invention described in each claim, it is possible to purify nitrogen, phosphorus and organic matter in the eutrophied closed water area. The purification device has a rational and simple configuration, is easy to maintain, can keep initial costs and running costs low, and can contribute to the prevention of global warming by using natural energy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a purification device.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st biofiltration chamber 2 2nd biofiltration chamber 3 3rd biofiltration chamber 4 Aeration chamber 5 Telescopic pipe 6 Air lift piping 7 Biofiltration material-Yakult filter material 8 Aeration pipe 9 Air supply pipe 10 Distribution board 11 Blower 12 Windmill 13 Compression Machine 14 Air tank 15 Floating body 16 Water discharge pipe 17 Backwash pipe 18 Weight 19 Iron piece
