JP2005118664A - 地下水の水質浄化方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な方法と装置で地下水に含まれる鉄、マンガン等の重金属及びアンモニア性窒素等を除去して浄化し、苺、トマトなど液耕用の農業用水として、また小規模或いは簡易水道の水源用としても利用できるようにした地下水の水質浄化方法を提供すること。
【解決手段】原水吸上管内を上昇する地下水に、過酸化水素水とオゾンとを順次添加、混合することにより、地下水に含まれる鉄、マンガンを酸化反応させるとともに、有機物の低分子化反応、水酸化第二鉄、マンガンコロイドを凝集させてフロックを形成し、この生成フロックが浮上集合して生成したフロスを分離除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、地下水の水質浄化方法及びその装置に関し、特に、鉄、マンガン等の重金属及びアンモニア性窒素等を含む地下水を簡易な方法で浄化し、苺、トマトなど液耕用の農業用水として、また小規模或いは簡易水道の水源用としても利用できるようにした地下水の水質浄化方法及びその装置に関するものである。

従来、地殻の主要構成成分として多量に存在する鉄、マンガン等の重金属は、その一部が地下水にも溶解しており、またこの地下水にはさらにアンモニア性窒素も溶解している。このため、良質な水質を要求される苺やトマト等の液耕用農業用水としては、単に深井戸水を汲み上げただけでは、鉄（Ｆｅ（II））、マンガン（Ｍｎ（II））等の重金属及びアンモニア性窒素の除去が完全に行われていないので、品質の良い作物ができない。
このため、いくらかでも重金属の害を緩和しようとして空気酸化及び砂ろ過による除鉄が試みられている例が多い。地下水中に鉄がほとんである場合はこの方法でも一定の効果があるが、大抵は空気酸化の酸化力の限界からマンガンは除去されていないことが多い。また、アンモニア性窒素については微生物の作用で若干除去され得るが、微生物量の確保や最適なろ過速度等が十分に考慮されているとは限らず不十分なことが多いのが現状である。

ところで、上記従来の地下水の水質浄化法においては、地下水に溶解性ケイ酸が４０ｍｇ／Ｌ程度以上含まれていると、微小な水酸化鉄のコロイドが生成され、ろ過による除去ができなくなり、また、マンガンの酸化除去に対しては、酸素（Ｏ_２）の酸化力が弱いため、ほとんど効果がないという問題があった。
このため、空気酸化の代替法として生物処理を試みようとしても、微生物の担持体に原水を気曝した時の水酸化第二鉄がはりついてしまい、微生物への溶存酸素の通導を妨げたり、アンモニア性窒素の生物摂取を妨げたりして総合的な処理能力はかなり低いものとなってしまうという問題があった。
また、塩素剤においても原水中の溶性ケイ酸濃度が、約４０ｍｇ／Ｌ以上になると、水酸化第二鉄コロイドが生成されるので、凝集剤を添加してろ過は可能とになるが、除マンガンのためには、第二塔を設けなければならず、また、アンモニア性窒素が共存すると、塩素注入管理も難しくなり、農業利用としての限度を超えてしまい、結果としてこのような処理技術では良質の処理水が簡易に得られず、また水質の維持管理が非常に困難になるという問題があった。

本発明は、上記従来の地下水の水質浄化方法の有する問題点に鑑み、簡易な方法と装置で地下水に含まれる鉄、マンガン等の重金属及びアンモニア性窒素等を除去して浄化し、苺、トマトなど液耕用の農業用水として、また小規模或いは簡易水道の水源用としても利用できるようにした地下水の水質浄化方法及びその装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の地下水の水質浄化方法は、原水吸上管内を上昇する地下水に、過酸化水素水とオゾンとを順次添加、混合することにより、地下水に含まれる鉄、マンガンを酸化反応させるとともに、有機物の低分子化反応、水酸化第二鉄、マンガンコロイドを凝集させてフロックを形成し、この生成フロックが浮上集合して生成したフロスを分離除去するようにしたことを特徴とする。

この場合において、地下水に添加、混合する過酸化水素水及びオゾンの反応時の自己分解で生じた酸素若しくはＯＨラジカル生成反応で生じた酸素を、次の生物処理工程におけるアンモニア性窒素の硝化反応及び溶存有機物の生物代謝に使われる溶存酸素として利用するようにすることができる。

また、この場合、フロック形成を、フロック形成用円筒体内に配設する複数段の攪拌用羽根による攪拌力を、上段に行くに従って弱くなるようにしてフロックの大径化を図るようにすることができる。

また、この地下水の水質浄化装置は、地下水の原水吸上管内を上昇する過程で、該地下水に過酸化水素水を添加する手段と、この地下水にオゾンを供給し、水流の回転により攪拌する攪拌手段と、フロック形成手段とを配設し、かつ該原水吸上管の最上段には、原水吸上管内で形成されたフロックのフロス分と処理水とを分離する手段及び生物処理用の活性炭ろ過手段とを配設して構成したことを特徴とする。

この場合、攪拌手段としての回転攪拌機構を、モータにて回転する回転体上面部に攪拌羽根を備え、回転体の内部に形成される空間部内に供給されるオゾン化空気を、回転体の回転力により微細化し、回転体周面部に形成したスリットより吸引する水とを混合し、外周部の隙間より外部に吐出するように構成し、生成した微細気泡によって浮上分離作用を促進させるようにすることができる。

また、この場合、フロック形成用円筒体を、内部に上下方向に複数段の攪拌羽根を備え、かつ各段の攪拌羽根の垂直軸に対する取付角度を、下段の羽根から順次上段へ行くに従って小さくし、攪拌力を上段に行くに従って弱くするよう
に構成することができる。

請求項１記載の発明によれば、過酸化水素水とオゾンと混合することにより地下水に含まれる鉄、マンガンを酸化反応させ、かつこれをフロック形成して分離除去するようにしているから、鉄、マンガン等の重金属及びアンモニア性窒素等が溶解している地下水をも、簡単な方法で除去して浄化し、良質水を得ることができるので、良質水を要求される液耕用農業用水として使用することができる。
そして、本発明では、鉄（Ｆｅ（II））、マンガン（Ｍｎ（II））及び有機質の酸化や分解に用いる酸化剤が、オゾン（Ｏ_３）や過酸化水素水（Ｈ_２Ｏ_２）といった最終的に自己分解、金属触媒又は活性炭の作用により水や酸素（Ｏ_２）といった無害な物質になるものであり、少々過剰注入になったとしても、塩素剤や過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ_４）水溶液その他の酸化剤の過剰注入の場合のような深刻な悪影響がほとんどみられない点に特徴があり、管理上有利である。

また、請求項２記載の発明によれば、過酸化水素水及びオゾンの反応時の自己分解やＯＨラジカル生成反応で生じた酸素を利用するようにしているため、別個酸素を供給しなくても生物処理工程におけるアンモニア性窒素の硝化反応等を促進することができる。

また、請求項３記載の発明によれば、フロック形成用円筒体内に配設する複数段の攪拌用羽根による攪拌力を、上段に行くに従って弱くなるようにしているから、簡単な方法で、かつ他の動力を用いることなく、固液分離が可能な程度の大型のフロックとすることができるので、分離除去が容易となる。

また、請求項４記載の発明によれば、原水吸上管内に、過酸化水素水添加手段、オゾン供給攪拌手段、フロック形成手段を、また最上段にフロス分と処理水との分離手段を順次配設するようにしているため、水質浄化装置が簡単となり、かつ吸い上げ水が１本の原水吸上管内を上昇する際、地下水に含有する鉄、マンガン、アンモニア性窒素等が効率的に除去することができ、かつ原水吸上管内で形成されたフロックのフロス分と処理水とを原水吸上管上端部で分離しているので、処理水をそのまま液耕用の農業用水として使用することができる。

また、請求項５記載の発明によれば、回転体の内部に供給されるオゾン化空気が、回転体の回転力にて微細化され、回転体の回転にて発生する吸引力にてスリットより吸引される水との混合がより確実に行っわれその後、外周部の隙間より外部に吐出するようにしているから、地下水中の鉄、マンガンなどとオゾンとの接触がより効率的に行われ、鉄、マンガンなどの除去を確実に行うことができるとともに、生成した微細気泡によって浮上分離作用を促進させることができる。

また、請求項６記載の発明によれば、フロック形成用円筒体内部配設する複数段の攪拌羽根の垂直軸に対する取付角度を、下段の羽根から順次上段へ行くに従って小さくするようにしているから、水流の攪拌力を他の動力を用いることなく上段に行くに従って次第に弱くするようにすることができ、フロックを大型化することが簡易に行われる。

以下、本発明の地下水の水質浄化方法及びその装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図４に、本発明の地下水の水質浄化方法及びその装置の一実施例を示す。
本発明の地下水の水質浄化方法を実施するための装置は、図１に示すように、地表面ＧＬ近傍よりほぼ地下水脈ＷＶに達するようにして垂直或いはほぼ垂直に近い状態で、所要径の原水吸上管１を埋設するようにして配設するとともに、この原水吸上管１の内底部、望ましくは地下水脈ＷＶに浸り、地下水を汲み上げ可能な位置に地下水吸上用の水中ポンプ２を配設し、この水中ポンプ２より上方位置に、過酸化水素水を添加する手段と、オゾンを供給し回転攪拌する手段、例えば、回転攪拌機構３と、フロックを形成する手段、例えば、フロック形成用円筒体４とを順次配設し、原水吸上管１の最上部となる地表位置にはフロスと処理水とを分離する手段としての浮上分離槽５を配設し、この浮上分離槽５の下部位置に、必要に応じて地下施設となる処理水槽６と薬品注入室７とを配設し、さらに汲み上げた地下水のフロス分を除去した後の分離水（処理水）を一時的に貯留する排水槽８（又は排水排泥槽）とで構成する。

地下水吸上用の水中ポンプ２は、特に限定されるものではないが、例えば、原水吸上管１の下端内部に配設して地下水脈ＷＶから地下水を直接汲み上げ、水中ポンプ２より上部の原水吸上管１内に直接吐出させるように構成し、これによりこの吐出水圧により順次地下水を原水吸上管１内を上昇して揚水されるようにする。

回転攪拌機構３は、図２、図３に示すように、原水吸上管１内を揚水される上昇水流内に挿入されるもので、円筒形の本体器筐３０の下端部を揚水抵抗を減少させるように円錐形としたコーン部３１を一体に形成し、本体器筐３０内にモータ３２を配設し、このモータ軸３３に本体器筐３０の上端に隙間をあけてキャップ状に嵌合し、かつ上面に複数の攪拌羽根３５，３５を突設した回転体３４を回転駆動するように構成する。
また、回転体３４とこの回転体３４上面に複数の突設した攪拌羽根３５，３５とにより回転部３６を構成し、該回転部３６内に空間部３７を形成するようにする。

回転体３４の外周面には、図２に示すように、その周回方向に沿って所要間隔毎にスリット３４ｓを穿設する。このスリット３４ｓは、回転体３４の外周面より内周面に亘って傾斜するようにして形成し、これにより回転体３４が回転する際、回転攪拌機構３の外周部に沿って、かつ原水吸上管１内を揚水される地下水の一部を内部の空間部３７内に吸引されるようにする。
この回転攪拌機構３には、前記空間部３７内にオゾン化空気がオゾン発生器１７からオゾン供給管２３を介して、また凝集剤が注入管２２を介して攪拌羽根３５の取付部近傍にそれぞれ供給されるようになっており、このようにして吸引された地下水にオゾン化空気が微細化されて空間部内で混合された後、図３に示すように、本体器筐３０と回転体３４との隙間から原水吸上管１内の揚水中に吐出されるようにする。
なお、凝集剤は、攪拌羽根３５の回転により回転部３６の上外部で地下水と混合される。

また、原水吸上管１内の揚水中には、過酸化水素水（Ｈ_２Ｏ_２）も供給されるが、これは、水中ポンプ２と回転攪拌機構３との間の原水吸上管１内に吐出され、地下水にオゾン化空気及び凝集剤が添加、混合される前に行われるように配管２０されている。

回転攪拌機構３及び原水吸上管１内に供給されるオゾン化空気、過酸化水素水及び凝集剤は、地下施設の薬品注入室７から供給される。この薬品注入室７には、オゾン発生器１７、過酸化水素水タンク１８，凝集剤（例えば、ＰＡＧ）タンク１９を配設し、オゾン発生器１７と回転攪拌機構３の空間部３７との間をオゾン供給管２３を介して接続し、オゾン化空気の供給を可能とし、また過酸化水素水タンク１８にポンプ１５を介して接続した過酸化水素水供給管２０の先端を、回転攪拌機構３より下方位置の原水吸上管１内に接続して過酸化水素水を供給可能とし、また、凝集剤タンク１９にはポンプ１６を介して注入管２２を接続するようにする。

原水吸上管１内で、回転攪拌機構３より上方位置にフロック形成用円筒体４を配設する。このフロック形成用円筒体４は、特に限定されるものではないが、例えば、図４に示すように、原水吸上管１内に挿入される径を有する円筒体４１の両端を開口し、下端側開口を入口４３、上端側開口を出口４２とし、この円筒体４１の入口４３から出口４２までの間に、フロック形成羽根４４を複数段となるようその上下方向に配設する。
また、各段のフロック形成羽根４４は全て垂直軸に対してその取付角度θを同じとしてもよいが、形成されたフロックを破壊せず大型化を図るため、各段毎にその取付角度θを変化させるようにする。例えば、円筒体４１の入口側のフロック形成用の羽根断面と鉛直軸とのなす取付角度θはやや大きく、出口側における取付角度θはほぼ０゜になるよう小さくし、下段の羽根から順次上段へ行くに従って取付角度θを小さくする。このようにすることにより攪拌力を上段に行くに従って弱くし、形成されるフロックを大径化することができる。
また、未反応の過酸化水素水（Ｈ_２Ｏ_２）の自己分解を促進するため、フロック形成用円筒体内の羽根の外表面及び円筒体４１の内面には白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）又は白金黒がメッキ、スパッタリング又は塗布することができる。

原水吸上管１の最上部に配設する浮上分離槽５は、特に限定されるものではないが、例えば、図１に示すように、ロート形をしており、その中心部に原水吸上管１が嵌通し、原水吸上管１の上端を浮上分離槽５内で開口するように配設する。
この浮上分離槽５の下底部で、原水吸上管１の外周部分に活性炭ろ過床１０、特に限定されるものではないが、例えば、活性炭ろ過床を形成し、原水吸上管１の上開口部より吐出されたフロックが集合して形成されたフロス分（ＭｎＯ_２と水酸化第二鉄と水酸化アルミニウムの混合した粘稠な汚泥に気泡が絡まっているもの）のうち２１のフロス排出機構にて十分排出しきれず、まだ幾分分離水中に残留しているものは重力分離にて活性炭ろ過床１０１０へ移行させ、活性炭ろ過床１０の上に抑留するようにするとともに、分離水は浮上分離槽５に接続された排水管路９を経て排水槽８に貯留されるようにする。

また、地下施設として配設された処理水槽６内には、水中ポンプ１４と逆洗浄用の水中ポンプ１３とを配設し、水中ポンプ１４には先端にカラン１４ｂを取り付けた配管１４ａを接続し、このカラン１４ｂの開閉操作をすることにより処理水槽６内の処理水を農業用水、飲料水として、或いは洗浄用水として、さらにはその他の用途に使用することができるようにする。
また、逆洗浄用の水中ポンプ１３に接続する配管１２の先端を、浮上分離槽５の下部の活性炭ろ過床１０の下部に接続し、かつ配管１２に電動弁１１を配設する。洗浄時には、電気的指令により電動弁１１を閉じ、水中ポンプ１３を停止させておくと、浮上分離槽５内の水位が上昇し、フロスＦが溢流する。流出したフロスＦは排水槽８内へ流入する。次いで電動弁１１を開け、洗浄ポンプ１３を所定時間作動させることにより、ろ過層の逆洗浄が行われる。このときの洗浄排水も排水槽内へ流入する。

なお、浮上分離槽５には、モータにて攪拌するようにしてスクレーパー２１を浮上分離槽水面位置に配設し、これにより水面に浮遊するフロスＦを掻き寄せて槽外へ排出するようにしてもよい。

次に、この地下水の水質浄化の装置の作動について説明する。
地下水汲上用の水中ポンプ２を駆動することにより地下水脈ＷＶ等から吸い上げられるようにして取水された地下水は、原水吸上管１内を上昇していくが、その途中に過酸化水素水タンク１８から過酸化水素水がポンプ１５の駆動により過酸化水素水供給管２０を経て供給されているので、回転攪拌機構３に達するまでに該過酸化水素水が上昇地下水とほぼ均一な濃度になるよう攪拌されている。
また、地下水の上昇水流の途中となる原水吸上管１の中間位置に配設されている回転攪拌機構３により、オゾン（Ｏ_３）微細気泡の生成と拡散、及び凝集剤の急速攪拌が行われる。
この回転攪拌機構３においては、複数の攪拌羽根３５が取り付けられている回転部３６がモータの駆動により回転し、かつこの攪拌羽根３５の中心部にまで達する注入管２２の先端より流出した凝集剤が高速で回転する攪拌羽根により直ちに周囲の水と混和し、原水中のアルカリ度と反応しつつ、まずマイクロフロックを形成しはじめる。
また、この攪拌羽根３５から少し離れた所で形成されたマイクロフロックは、地下水汲上用の水中ポンプ２から吐出される上昇水流にのり、回転攪拌機構３より上方の原水吸上管１内のフロック形成ゾーンに向かって上昇していく。

攪拌羽根３５の直下で、モータ３２の上端部とキャップ状の回転部３６内との間に形成された空間部３７の中へ、オゾン発生器１７から送られてくるオゾン化空気がオゾン供給管２３の出口から噴出しているので、このオゾン化空気は、回転部３６の回転力によって均等に空間部内に充満するようになる。
このようにして回転部３６の空間部３７内に充満したオゾン化空気は、図３に示すように、回転部外周部に形成される隙間から水中へ放出される。

そのとき、回転体３４の外周部には、図２（Ａ）に示すように、その周囲に切り込むようにして形成されたスリット３４ｓから回転体３４の回転により取り込まれた水と、回転体３４の内部から外周部の隙間方向へ押し出されてくるオゾン化空気とが激しく混和されると同時に、回転部３６の回転エネルギーによる剪断力によってオゾン化空気は短時間の内に微小径の気泡とされ水中に放出される。

オゾン化空気は微小径になっているので、比表面積が非常に大きくなっており、オゾン化空気の内、水に対して一番溶解性の高いオゾン（Ｏ_３）のみが急速に水中濃度を高めてゆき、酸化反応が促進される。
一方、酸素（Ｏ_２）と窒素（Ｎ_２）はオゾン（Ｏ_３）に比べればはるかに水に対する溶解度が低いので、これらはフロックの浮上分離のための浮力用として作用する。このため、従来の浮上分離法（ＤＡＦ法など）に比べ、加圧ポンプ、コンプレッサー、充填塔及びそれらのコントローラーなどが不要となる。
また、水中に溶解したオゾン（Ｏ_３）は、先に原水吸上管１内にて溶解した水中の過酸化水素水（Ｈ_２Ｏ_２）と反応し、極めて酸化力の強いＯＨラジカル（・ＯＨ）を生成する。このＯＨラジカル（・ＯＨ）は、鉄（Ｆｅ（II））、マンガン（Ｍｎ（II））及び有機化合物とも直ちに反応を始め、次式のようになる。
Ｏ_３＋Ｈ_２Ｏ_２→ＯＨ⁻＋ＨＯ_２ ⁻＋Ｏ_２ ・・・（１）
ＨＯ_２ ⁻＋Ｏ_３→２Ｏ_２＋・ＯＨ ・・・（２）

なお、鉄（Ｆｅ（II））に対しては、オゾン（Ｏ_３）、酸素（Ｏ_２）のいずれであっても酸化力を発揮し、鉄（Ｆｅ（II））は最終的に水酸化第二鉄となり、マンガン（Ｍｎ（II））はマンガンコロイド（ＭｎＯ_２）になるが、水酸化第二鉄のフロックにマンガンコロイド（ＭｎＯ_２）がほとんど取り込まれている。
また、この他に凝集促進のためにＰＡＣなどの凝集剤を水中に投与してあるので、残余のマンガンコロイド（ＭｎＯ_２）も凝集してフロック化している。
このフロックに対してオゾン化空気の内のオゾン（Ｏ_３）が水中に溶解した後の窒素（Ｎ_２）と酸素（Ｏ_２）を主体とした微小気泡が付着しはじめ、フロックの見かけ密度が浮上分離するのに十分なまで下がっていく。

このフロック形成は、フロック形成用円筒体内に複数段にして、かつそのフロック形成用羽根の鉛直軸との取付角度θを、出口側（上段側）になるほど小さくなるように設定されているため、フロック形成用円筒体内を流通する地下水の攪拌力は、上段に行くに従って弱くなり、このため形成されるフロックは次第に大径化する。これにより、浮上分離にとって有利な多数の気泡の付着が可能なように、大径化フロックを得ることができる。

また、未反応の過酸化水素水（Ｈ_２Ｏ_２）の自己分解を促進するため、フロック形成用円筒体４内の攪拌羽根及び該円筒体４１の内面に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、又は白金黒がメッキ、スパッタリング又は塗布しているので、この白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）などの過酸化水素水（Ｈ_２Ｏ_２）の分解触媒となる金属面に接触した過酸化水素水（Ｈ_２Ｏ_２）は水（Ｈ_２Ｏ）と酸素（Ｏ_２）に分解する。このとき生成した酸素（Ｏ_２）は先の反応式（１）、（２）で生成した酸素（Ｏ_２）と共に次の生物処理に必要な酸素源となり、別途空気又は酸素を用いて曝気を行う必要がない。

また、気泡と一体化したフロックは、浮上分離水槽５内へ移行し、そこで除濁された水（分離水）ＷとフロスＦとに分離される。
このうち、フロスＦは、スクレーパー２１により随時槽外へかき出されて管路９を経て、排水槽８へ送り込まれる。又は前述した様に間欠的に行われる浮上分離槽内の水位上昇操作にても槽外へ排出される。

一方、分離水Ｗは、浮上分離水槽５内底部に配設された活性炭ろ床１０において、分離水中の少量のフロス分がろ過され、清澄な処理水Ｗのみが処理水槽６内へ導かれ、残留フロス分はろ床表層部に蓄積されるように除去される。
なお、この場合、ろ床表層部では除濁も行われるが、未だ分離水中に未反応のまま残留している過酸化水素水（Ｈ_２Ｏ_２）及び溶存オゾン（Ｏ_３）を活性炭が触媒的に分解し、酸素（Ｏ_２）が生成される。この生成された酸素（Ｏ_２）は、微生物に必要な酸素源の一部ともなる。

このように汲み上げた地下水の上昇中において、複数個所で供給される薬品による分解によって生成した酸素（Ｏ_２）が、直接水中に溶解したＤＯとして微生物に供給されるため、微生物は常に高活性であり続けることができ、ＯＨラジカル（・ＯＨ）により低分子化した溶解性の有機化合物やアンモニア性窒素の除去も効率的に行われる。

なお、上記実施例では、浮上分離水槽５の水面位置に配設した回転するスクレーパー２１にて、浮遊するフロスを攪拌するようにしているが、このスクレーパーを設ける代わりに活性炭ろ床１０のろ過作用を一時停止する、例えば、活性炭ろ床１０の下部位置のろ過水取出部に配設した電動弁１１を定期的に閉鎖することにより浮上分離槽５内の水位を上昇させ、フロスを溢流させることにより、直接排水槽内へ流し込むこともできる。
ろ床表層部に堆積された残留フロスなどの不純物は、活性炭ろ床１０を逆洗浄にて清浄とすることができる。

生物処理のために設けられた生物活性炭槽を通った後の処理水は一旦、処理水槽に貯留される。そこに於て給水用のポンプＰ_２で処理水を汲み上げ、各種の用に供する。処理水槽はまた生物活性炭槽の洗浄水槽も兼ねており、定期的に処理水を用いて逆洗浄を行う。

地下水を農業、特に限定されるものではないが、例えば、液耕用の農業用水として利用する場合、鉄（Ｆｅ（II））、マンガン（Ｍｎ（II））をシンプルな機構で除去し、かつその維持管理も手間のかからない様にする必要があるが、本発明によれば、原水吸上管１内で酸素と過酸化水素水（Ｈ_２Ｏ_２）とによる鉄（Ｆｅ（II））、マンガン（Ｍｎ（II））の酸化反応と有機物の低分子化反応、水酸化第二鉄、マンガンコロイド（ＭｎＯ_２）の凝集・フロック形成、及びこの生成フロックが浮上し集合して生成したフロス（マンガンコロイド（ＭｎＯ_２）と水酸化第二鉄と水酸化アルミニウムの混合した粘稠な汚泥に気泡が絡まっているもの）の分離を行うようにし、同時にオゾン（Ｏ_３）や過酸化水素水（Ｈ_２Ｏ_２）の反応時の自己分解で生じた酸素（Ｏ_２）若しくはＯＨラジカル（・ＯＨ）生成反応で生じた酸素（Ｏ_２）が、次の生物処理工程におけるアンモニア性窒素の硝化反応に使われる溶存酸素として利用されるので改めて曝気をする必要もなく非常にシンプルで、かつランニングコストも抑えられるものとなる。

また、未反応のオゾン（Ｏ_３）や過酸化水素水（Ｈ_２Ｏ_２）は次の生物処理工程の微生物の担持用として用いてある粒状活性炭の表面で触媒的に分解され酸素（Ｏ_２）となり、やはりＤＯとして水中に溶解するので未反応の過酸化水素水（Ｈ_２Ｏ_２）やオゾン（Ｏ_３）が活性炭表面の微生物を殺滅する様なこともなく安定した処理が期待される。
除鉄、除マンガンの終了した分離水は次の生物処理工程へ移り、低分子化した有機物（着色した有機物質であれば淡色化乃至は脱色反応がみられる）及びアンモニア性窒素の微生物による栄養分としての摂取が行われ、微生物体内へ吸収及び／又は硝化される。
これよって、生物処理水中にはＦｅ、Ｍｎ、アンモニア性窒素、フミン質（色度成分）、濁質などがほとんど検出されず、アンモニア性窒素の酸化で生じた硝酸性窒素が若干みられるだけで、これに液耕用の肥料等を混和し、栽培用として利用することができる。また、必要によっては、これを塩素滅菌を行えば飲料水として供することも可能である。

なお、地下水中に鉄（Ｆｅ（II））が高濃度で存在し、かつ有害な有機物質が溶解しているような場合には、以下のように処理することにより、Ｆｅｎｔｏｎ法による有害な有機物の分解反応も期待できる。
すなわち、図１の過酸化水素水（Ｈ_２Ｏ_２）の注入点のさらに下方に、硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）等の酸注入点を設ける。
これにより、原水のｐＨを３以下に一旦低下させることができる（低ｐＨ域の方がＦｅｎｔｏｎ反応は起こり易い。）。
そして、この条件下では、次式に示すＦｅｎｔｏｎ反応が起こり、
Ｈ_２Ｏ_２＋Ｆｅ（II）→Ｆｅ（III）＋ＯＨ⁻＋・ＯＨ ・・・（３）
その時生成した・ＯＨによる有機化合物の分解が起こる。
すでに原水中に鉄（Ｆｅ（II））が存在するので、ｐＨの調整が必要になるだけであるので都合がよい。
しかし、このままではｐＨが酸性側に片寄っており、良好な凝集・フロック形成が起こらないことから、再度凝集開始前の位置（図１の回転攪拌機構３の直下）で水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）等のアルカリ剤を用いてｐＨを中性域に戻す必要がある。

以上、本発明の地下水の水質浄化方法及びその装置について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明の地下水の水質浄化方法及びその装置は、簡易な方法と装置で地下水に含まれる鉄、マンガン等の重金属及びアンモニア性窒素等を除去して浄化できるという特性を有していることから、苺、トマトなど液耕用の農業用水として、また小規模或いは簡易水道の水源用として利用できるほか、例えば、ＭＦ膜やＵＦ膜の前処理の用途にも利用できるものである。

本発明の地下水の水質浄化方法を実施する処理設備の概要を示す説明図である。 攪拌回転機構を示し、（Ａ）はその全形図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は回転体のスリット部の拡大横断平面図である。 攪拌回転機構の回転体部の縦断正面図である。 フロック形成用円筒体を示し、（Ａ）はその全形外観図、（Ｂ）はフロック形成羽根取付部の説明図である。本発明の＊＊＊の第１実施例を示す正面図である。

符号の説明

１ 原水吸上管
２ 地下水吸上用の水中ポンプ
３ 回転攪拌機構
３４ 回転体
３４ｓ スリット
３５ 攪拌羽根
３６ 回転部
３７ 空間部
４ フロック形成用円筒体
４１ 円筒体
４２ 出口
４３ 入口
５ 浮上分離槽
６ 処理水槽
７ 薬品注入室
８ 排水槽
９ 排水管路
１０ 活性炭ろ過床
１７ オゾン発生器
１８ 過酸化水素水タンク
１９ 凝集剤タンク
２０ 過酸化水素水供給管
２２ 注入管
２３ オゾン供給管

Claims (6)

1. 原水吸上管内を上昇する地下水に、過酸化水素水とオゾンとを順次添加、混合することにより、地下水に含まれる鉄、マンガンを酸化反応させるとともに、有機物の低分子化反応、水酸化第二鉄、マンガンコロイドを凝集させてフロックを形成し、この生成フロックが浮上集合して生成したフロスを分離除去するようにしたことを特徴とする地下水の水質浄化方法。
2. 地下水に添加、混合する過酸化水素水及びオゾンの反応時の自己分解で生じた酸素若しくはＯＨラジカル生成反応で生じた酸素を、次の生物処理工程におけるアンモニア性窒素の硝化反応及び溶存有機物の生物代謝に使われる溶存酸素として利用するようにしたことを特徴とする請求項１記載の地下水の水質浄化方法。
3. フロック形成を、フロック形成用円筒体内に配設する複数段の攪拌用羽根による攪拌力を、上段に行くに従って弱くなるようにしてフロックの大径化を図るようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の地下水の水質浄化方法。
4. 地下水の原水吸上管内を上昇する過程で、該地下水に過酸化水素水を添加する手段と、この地下水にオゾンを供給し、水流の回転により攪拌する攪拌手段と、フロック形成手段とを配設し、かつ該原水吸上管の最上段には、原水吸上管内で形成されたフロックのフロス分と処理水とを分離する手段及び生物処理用の活性炭ろ過手段とを配設して構成したことを特徴とする地下水の水質浄化装置。
5. 攪拌手段としての回転攪拌機構を、モータにて回転する回転体上面部に攪拌羽根を備え、回転体の内部に形成される空間部内に供給されるオゾン化空気を、回転体の回転力により微細化し、回転体周面部に形成したスリットより吸引する水とを混合し、外周部の隙間より外部に吐出するように構成し、生成した微細気泡によって浮上分離作用を促進させるようにしたことを特徴とする請求項４記載の地下水の水質浄化装置。
6. フロック形成用円筒体を、内部に上下方向に複数段の攪拌羽根を備え、かつ各段の攪拌羽根の垂直軸に対する取付角度を、下段の羽根から順次上段へ行くに従って小さくし、攪拌力を上段に行くに従って弱くするように構成したことを特徴とする請求項４又は５記載の地下水の水質浄化装置。

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