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

地下水の水質浄化方法及びその装置 Download PDF

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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)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)や過酸化水素水(H)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)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)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)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)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)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)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)と窒素(N)はオゾン(O)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)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)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。
+H→OH+HO +O ・・・(1)
HO +O→2O+・OH ・・・(2)
なお、鉄(Fe(II))に対しては、オゾン(O)、酸素(O)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)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)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)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)が水中に溶解した後の窒素(N)と酸素(O)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)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)の分解触媒となる金属面に接触した過酸化水素水(H)は水(HO)と酸素(O)に分解する。このとき生成した酸素(O)は先の反応式(1)、(2)で生成した酸素(O)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)及び溶存オゾン(O)を活性炭が触媒的に分解し、酸素(O)が生成される。この生成された酸素(O)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)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)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)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)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)や過酸化水素水(H)の反応時の自己分解で生じた酸素(O)若しくはOHラジカル(・OH)生成反応で生じた酸素(O)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)や過酸化水素水(H)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)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)やオゾン(O)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)の注入点のさらに下方に、硫酸(HSO)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、
+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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