JP2012016683A

JP2012016683A - 水の浄化処理装置及びこれを用いた水の浄化処理方法

Info

Publication number: JP2012016683A
Application number: JP2010156992A
Authority: JP
Inventors: Kanetoshi Oda; 兼利小田; Makoto Ichihashi; 誠市橋; Sho Sato; 庄佐藤
Original assignee: POLY GLU TRADING CO Ltd; POLY-GLU TRADING CO Ltd
Current assignee: POLY GLU TRADING CO Ltd; POLY-GLU TRADING CO Ltd
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2012-01-26

Abstract

【課題】水中に配設した簡単な構造の水浄化処理槽を用いて池や濠の水を浄化する際に、凝集剤と水との撹拌混合をポンプから送出されてくる水流の有するエネルギーを用いて行うことにより、浄化処理に要する動力や設備費の削減を図り、処理コストを引下げする。
【解決手段】水中に設置した凝集反応槽と凝集沈澱槽と放流槽とから成る水浄化処理槽と，前記凝集反応槽の水中に環状に配設され、縦断面視に於いて軸心に水平な方向の両側壁と軸心に垂直な方向の上側壁に夫々小径の噴出口を長さ方向に所望の間隔をおいて穿設した導水管と，水中に配設されて側壁に設けた通水孔より水が内部へ流入すると共に、上方開口により凝集剤が投入される凝集剤混合液形成槽と、前記混合液形成槽内に配設され、当該形成槽内部の凝集剤混合液を前記導水管の入口側へ圧送する水中ポンプとから構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、池や河川、濠、沼湖等の水を生分解性凝集剤を用いて浄化処理する装置及び方法の改良に関するものであり、特に浄化処理装置を形成する凝集反応槽を、より少ない動力消費で以って凝集剤を水内へ撹拌混合することが出来ると共に、汚濁物質を高能率で凝集出来る構成とすることにより、浄化処理装置の製造コストと水浄化処理コストの大幅な削減を可能とした池水等の浄化処理装置と、これを用いた水の浄化処理方法に関するものである。

近年、水環境の回復が強く求められており、特に庭園や公園の池、城や古墳等の濠、都市区域内の小河川等の汚染された水の浄化は緊急の課題となって来ている。

そのため、従来から各種の浄化処理技術が開発されており、特に、毒性が皆無で自然界に対する環境汚染を生じない生分解性凝集剤、例えばポリグルタミン酸架橋物を主体とする凝集剤を用いた水の浄化処理技術は、広く注目を集めている。

本件発明者も、先に上記ポリグルタミン酸架橋物を主体とする生分解性凝集剤（日本ポリグル株式会社製商品名ＰＧα２１Ｃａ）を開発すると共に、これを用いた河川や池、湾内等の水の浄化処理技術を開発し、これを公開している（特許第４３６５１９０号、特許第４３８１１５４号、特許第４４９０７９５号等）。

即ち、上記特許第４３８１１５４号や特許第４４９０７９５号等の技術は、何れも船舶や筏に搭載した凝集剤供給装置を用いて、所定量の凝集剤又は凝集剤混合水を被処理区域内の水内へ散布若しくは噴射混合し、船舶のスクリューの回転力や凝集剤混合水の噴射圧を利用して凝集剤と被処理区域内の水とを強制的に撹拌混合させ、汚濁物質を凝集沈澱させるようにしている。

しかし、上記のような広い処理水域の全面に亘って同時に凝集剤を散布し、且つ同時に水内へ攪拌混合するようにした各浄化処理方法には、（１）凝集沈澱した凝集物の回収が容易でないと、（２）凝集沈殿物が池や河川の底面に溜って未分解物がヘドロ化し易いこと、（３）水内へ供給した凝集剤と水との撹拌混合が十分でないと汚濁物質が効率よく凝集せず、しかも、一旦凝集沈澱した凝集物が解離して再浮上し易いこと、（４）水の浄化処理に要する設備費が嵩み、浄化処理コストの引下げが図り難いこと等の問題がある。

一方、前述の如き問題を避けるため、比較的狭い水域面積の公園の池や濠等では図５及び図６に示す如く、池の水中に凝集反応槽Ａと凝集沈澱槽Ｂと放流槽Ｃから成る浄化処理槽Ａｏを配設し、ポンプＰにより水流を発生させると共に凝集剤供給装置Ｄから凝集反応槽Ａ内へ凝集剤を供給し、ポンプＰの水流を利用して水を矢印方向にジグザグ状に流動させ、その間に供給装置Dから供給した凝集剤を水内へ撹拌混合させるようにしている。

上記図Ａ及び図Ｂに示した水の浄化処理方法は、ポンプＰによる水流を用いて池内の水を強制循環させるようにしているため、池内の水の全てを処理するためには、数日を必要とすることになるが、凝集沈澱物の大部分を凝集沈澱槽Ｂ内で回収することが出来るため、吸引ポンプ等を用いて簡単に凝集沈澱物を排出することが出来る。また、浄化処理槽は合成樹脂板等によって簡単に組み立て設置したり、或いは分解撤去することができるため、水浄化処理量の大幅な削減が図れると云う効用を有している。

しかし乍ら、前記図５及び図６に示した水浄化処理装置の凝集反応槽Ａは、ポンプＰにより水を矢印方向にジグザグ状に放流槽Ｃ側へ向けて流動させるだけであるため、水内へ供給された凝集剤（又は凝集剤と水との混合液）が水と十分に撹拌混合されず、結果として凝集剤利用率の低下や汚濁物質の凝集沈澱量の低下を招いて、水浄化処理性能が低いと云う問題がある。

また、ポンプＰにより水をジグザグ状に流動させるようにしているため、所定流量の水を流動させるのに要する動力が増大することになり、ポンプ動力量ひいて水浄化処理費の増加を招くと云う難点がある。

更に、被処理水を流動させるためのポンプＰの他に、凝集剤供給装置Ｄに凝集剤（又は凝集剤混合液）を被処理水内へ供給するためのポンプを別に必要とするため、設備費やポンプ動力費が増加すると云う問題がある。

特開２００５−１４４３４０号公報特許第４３８１１５４号公報特許第４４９０７９５号公報

本発明は、上記図５に示したような池等の内部に水浄化処理装置Ａｏを設置して水の浄化処理を行うようにしたシステムに於ける上述の如き問題、即ち、（１）凝集反応槽Ａ内における凝集剤の撹拌混合能力が低いこと及び（２）水を循環流動させるために必要とするポンプ動力量やポンプ設備費が嵩み、水浄化処理費の削減が図り難いこと等の問題を解決せんとするものであり、１基のポンプでもって凝集反応槽内への凝集剤の供給及び凝集反応槽内に於ける凝集剤の完全な撹拌混合を可能とすることにより、動力量や設備費の大幅な削減を図って水浄化処理費用の引下げを可能とし、しかも凝集沈澱物の回収も容易に行えるようにした、池等の水浄化処理装置と、これを用いた浄化処理方法を提供せんとするものである。

本願発明に係る水の浄化処理装置は、水中に設置した凝集反応槽と凝集沈澱槽と放流槽とから成る水浄化処理槽と，前記凝集反応槽の水中に環状に配設され、縦断面視に於いて軸心に水平な方向の両側壁と軸心に垂直な方向の上側壁に夫々小径の噴出口を長さ方向に所望の間隔をおいて穿設した導水管と，水中に配設されて側壁に設けた通水孔より水が内部へ流入すると共に、上方開口により凝集剤が投入される凝集剤混合液形成槽と、前記混合液形成槽内に配設され、当該混合液形成槽内部の混合液を前記導水管の入口側へ圧送し、凝集剤と水との混合液を噴出口から凝集反応槽内へ噴出する水中ポンプとを発明の基本構成とするものである。

上記水浄化処理槽は、木杭又は合成樹脂材若しくは溶剤又は合成樹脂材と築堤の一部とにより形成するようにしてもよい。

上記導水管を合成樹脂製又は布製のホースとし、且つ凝集反応槽の底面より水位の約１／４〜３／４の高さ位置に水平に複数段配設するのが望ましい。

前記凝集剤は、ポリグルタミン酸架橋物を主体とする生分解性の粉体状凝集剤若しくは液体状の凝集剤とするのが望ましい。

前記導水管は、凝集反応槽の内部にその側壁から所定距離だけ離して配設した、平面視が四角形又は多角形若しくは円形を呈する環状の形態とするのが望ましい。

本願発明に係る水の浄化処理方法は、本願発明に係る水浄化処理槽を用いた水の浄化処理方法に於いて、混合液形成槽内に設けた水中ポンプにより、凝集反応槽の水中に環状に設けた導水管の各噴出口から、凝集剤混合液を縦断面視において導水管の軸心と水平方向の両側方向及び前記軸心と垂直方向の上方向に向けて噴出させ、前記各噴出口からの噴出流により凝集反応槽の中央部近傍に上昇水流及び凝集反応槽の側壁部近傍に下降水流を発生させ、前記上昇水流と下降水流から成る環状流によって噴射した凝集剤混合液を水内へ強制撹拌することを発明の基本構成とするものである。

上記水の浄化処理方法に於いては、混合液形成槽内に設けた水中ポンプにより、混合液形成槽内へ流入した水及び投入した凝集剤の混合液を凝集反応槽内へ流入させると共に、当該水中ポンプによる凝集反応槽内への混合液の流入を所望時間連続して継続することにより、池等の水を浄化処理するのが望ましい。

本願発明に係る水の浄化処理装置は、合成樹脂材等により形成した水浄化処理槽と、その凝集反応内に設けた小径の噴出孔を設けた導出管と、合成樹脂等より形成した凝集材を投入する混合液形成槽と、その内部に設けた水中ポンプとから構成されている。そのため、水の浄化処理装置自体の構成が簡単化されると共に水循環用ポンプも前記水中ポンプ１基だけでよく、装置の製造コストや水の浄化処理費の大幅な削減が可能となる。

また、凝集剤にポリグルタミン酸架橋物を主体とする生分解性凝集剤を使用すると共に、水浄化処理槽の凝集沈澱槽内で凝集物を回収する構成としているため、汚濁物質の凝集を効率よく行えるだけでなく、凝集沈澱物の回収も極めて容易になる。

更に、本発明に於いては、水浄化処理槽の凝集反応槽内へ、水中に設けた環状の導水管から凝集剤を、縦断面視に於いて導水管の軸心と水平な両側方向及び軸心と垂直な上方向へ向けて夫々噴出するようにしているため、凝集槽反応槽の内部に縦向きの循環流が発生することになり、噴出された凝集剤が極めて効率よく水内に撹拌混合されることになる。その結果、より少ない動力でもって凝集剤の撹拌混合と、処理すべき水の供給並びに送出を行うことができ、水の浄化処理コストの大幅な削減が可能となる。

本発明に係る水の浄化処理装置の使用状態を示す平面図である。水の浄化処理装置の平面図である。水の浄化処理装置の縦断面概要図である。導水管の縦断面概要図である。従前の水の浄化処理装置の使用状態を示す平面図である。従前の水浄化処理装置の概要を示す斜面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１は本発明に係る水の浄化処理装置の使用状態を示す平面図であり、図２は水の浄化処理装置の平面図、図３は水の浄化処理装置の縦断面概要図である。図１乃至図３に於いて、１は池、１ａは水の流入口、１ｂは水の流出口、２は水の浄化処理装置、３は水浄化処理槽、３ａは凝集剤反応槽、３ｂは第１凝集沈澱槽、３ｃは第２凝集沈澱槽、３ｄは放流槽、４は混合液形成槽、５は導水管、６は水中ポンプ、７は凝集剤供給機構である。

即ち、水の浄化処理装置２は、水浄化処理槽３と混合液形成槽４と導水管５と水中ポンプ６と凝集剤供給機構７とからその主要部が構成されており、また、水浄化処理槽３には上流側より順に、凝集反応槽３ａ、第１凝集沈澱槽３ｂ、第２凝集沈澱槽３ｃ及び放流槽３ｄが夫々設けられている。

前記水浄化処理槽３は木版や合成樹脂板、合成樹脂シート材等を用いて長方形に形成されており、その内部を側壁の高さ寸法よりも僅かに短い仕切板３ｅにより適宜に仕切ることにより、凝集反応槽３ａ、第１及び第２凝集沈澱槽３ｂ、３ｅ及び放流槽３ｄが夫々形成されている。
また、当該水浄化処理槽３は、その側壁の上端部が僅かに池の水面上に突出する状態で池の底に適宜の方法、例えば支持杭や重錘を用いて配設固定されており、水流によって移動することはない。

尚、図１の実施形態では、水浄化処理槽３の長手方向寸法を約１５ｍ、横幅寸法を約１．８ｃｍ、高さ寸法を約１ｍに選定しているが、水浄化処理槽３の外形寸法等は浄化処理対象である池や壕の形態によって適宜に変更されることは勿論である。
また、図１の実施形態では、水浄化処理槽３の内部を４等分してほぼ同容積の凝集反応槽３ａ、第１及び第２凝集沈澱槽３ｂ、３ｃ及び放流槽３ｄを形成しているが、各槽３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの容積比を変えたり、或いは凝集沈澱槽３ｂ、３ｃを一つにしても良いことは勿論である。

更に、図１の実施形態では直方体状の水浄化処理槽３を水中に沈めるようにしているが、図１の点線で示すように、池等の築堤の一部分を利用して水浄化処理槽３の側壁部を形成し、且つその底面を防水性シート等によって形成するようにしてもよい。

前記混合液形成槽４は二重壁構造を有する上方開放型の角形槽に形成されており、槽４を形成する２重の側壁面には多数の通水孔が設けられており、所謂ストレーナの機能を果している。
また、当該混合液形成槽４は、前記水浄化処理槽３に近接して水中に設置されており、その内部には水中ポンプ６が設置されている。

更に、混合液形成槽４の上方には凝集剤供給機構７が設けられており、当該凝集剤供給機構７を介して所定量の凝集剤７ａが順次形成槽４内へ供給されて行く。
尚、凝集剤供給機構７としては、設定量の粉体又は液体状の凝集剤を正確に形成槽４内へ供給できるものであれば、如何なる構成のものであってもよい。本実施形態においては、小型掻出羽根（図示省略）の回転により粉体状凝集剤を定量放出する構造の供給機構７が使用されている。

前記生分解性凝集剤７ａは粉体状の凝集剤であり、本実施形態に於いては、粉体状の凝集剤として、下記の成分量（ｗｔ％）を有する凝集剤７ａ（日本ポリグル株式会社製・製品名ＰＧα２１Ｃａ）が用いられている。
成分構成（ｗｔ％）
ＰＧα２１Ｃａ＝１４％、Ｃ＝０．５％、Ｏ＝４５％、Ｎａ＝８％、Ａｌ＝０．５％、Ｓｉ＝１２％、Ｃｌ＝０．４、Ｃａ＝１５％、Ｋ＝０．１％、Ｆｅ＝１５％

尚、前記ＰＧα２１Ｃａは、生分解性を有するγ＝ポリグルタミン酸を主体とする新規な自然分解性の物質であり、下記の構造式であらわされるものである。

また、凝集剤７ａ内のＯ、Ｃａ、Ｆｅ、Ｓｉ等は通常２ＣａＳＯ_４・Ｈ_２Ｏ、ＮａＣＯ_３・Ｈ_２Ｏ、ＮａＳＯ_４、ＭｇＳＯ_４・６Ｈ_２Ｏ、Ａｌ_２（ＳＯ_４）・１８Ｈ_２Ｏ等の化学構造式で表される物質の型で当該凝集剤７ａ内に含まれている。

前記導水管５は、水中ポンプ６から圧送されて来た凝集剤７ａと水Ｗとの混合液Ｗａを凝集反応槽３ａ内へ導入する管路であり、凝集反応槽３ａの水中内に環状形態を呈して配設されている。即ち、導水管５は２５Ａ〜１００Ａ程度（本実施形態では５０Ａ）の布製ホースや合成樹脂管により形成されており、その先端は閉鎖され且つ基端部は水中ポンプ６に接続されている。

当該、導水管５は、平面視で円形又は四角形、多角形等の環状に形成されており、凝集反応槽３ａの各側壁から３０〜１００ｃｍ程度の間隔を置いて配設されている。
また当該導水管５は、凝集反応槽３ａの高さ（底面と水位レベルＷＬ間の距離）の１／４〜３／４の範囲、即ち水位高さが約１．６ｍの場合には底面より４０ｃｍ〜１２０ｃｍの高さの範囲内にほぼ水平状態で配設固定されている。

更に、導水管５の管壁には、図４に示す如く、ホースの軸心φと水平方向の両側及び軸心φの垂直方向の上側に適宜の外径寸法の３個の噴出孔５ａが穿設されており、且つ当該噴出孔５ａのホース長手方向の間隔は１０〜３０ｃｍに選定されている。尚、本実施例では環状の導水管５を水平に１段設けているが、環状の導水管５を２〜３段設けるようにしても良い。

池等の水の浄化処理に際しては、先ず、水浄化処理槽３及び混合液形成槽４、導水管５、水中ポンプ６等を水Ｗ内に配設する。また、凝集剤供給機構７に所定量の凝集剤７ａを充填する。更に、処理すべき水Ｗ内の凝集剤濃度（通常１００ｐｐｍに設定する）、処理水量（水域面積×水深）、１日稼動時間及び浄化処理期間（日数）、ポンプ容量（流量）等から必要薬剤量及び凝集剤投入量を求める。

次に、水中ポンプ６を運転すると共に混合液形成槽４内へ所定量の凝集剤７ａを投入する。
混合液形成槽４内へ流入した水及び投入された凝集剤７ａは水中ポンプ６内へ吸引されることにより撹拌混合され、両者の所定濃度の凝集剤を含有する混合液Ｗａは、導水管５の各噴出孔５ａから凝集反応槽３ａ内の水内へ噴出される。

導水管５に形成された各噴出孔５ａは、図４に示す如き配置になっているため、ポンプ圧送された混合液は凝集反応槽３ａの側壁方向に向う水平流と中心方向に向う水平流と上方向へ向う垂直流となって噴出され、且つ導水管５が環状を呈していることと相俟って、凝集反応槽３ａ内には図３に示す如き循環流Ｃが形成されると共に、凝集反応槽３ａの側壁近傍には複雑な乱流が起生することになる。

その結果、凝集反応槽３ａ内では、特別な撹拌装置等を使用することなしに水Ｗと凝集剤７ａとが十分に撹拌混合されることになり、水Ｗ内の汚濁物質の凝集作用が促進される。

凝集反応槽３ａ内で凝集剤と撹拌混合された水は、仕切板３ｅをオーバーフローして第１凝集沈澱室３ｂへ流入し、更に第２凝集沈澱室３ｅから放流槽３ｄを経て、池１内へ戻される。
また、凝集剤７ａの撹拌混合により形成された水W内の汚濁物質の凝集物は、主として第１凝集沈澱槽３ｂ及び第２凝集沈澱槽３ｃ内で沈澱分離され、溜った凝集物は適宜にバキュームポンプ等により沈澱槽３ｂ、３ｃ内から吸引排出される。

尚、水の処理速度は使用するポンプ容量に応じて通常１５０ｌ／ｍｉｎ〜１０００ｌ／ｍｉｎ程度に選定され、これを基準にして水浄化処理装置３の容量や浄化処理時間、投入凝集剤量等が決められることは、前述の通りである。

水域面積１０００ｍ^２、水深１ｍ、総貯水量１０００トン、主たる汚染原因がアオコ及び水底ヘドロである池の水を対象として浄化処理をした。

使用した水浄化処理槽３は長さ１５ｍ、幅１．８ｍ、深さ１ｍであり、又、水中ポンプ６には、吐出流量約２００〜２５０ｌ／分、吐出圧力１．２〜１．５ｋｇ／ｃｍ^２、使用電圧ＡＣ１００Ｖの水中ポンプが使用されている。
また、導水管５にはゴム引き布製ホース（５０ｍｍ）を使用しており、噴出孔７ａの内径１．５〜２．５ｍφ、噴出孔のピッチ１０〜１５ｃｍ間隔、ホース亘長１６ｍであった。

凝集剤７ａの投入量は、全水量に規定濃度の凝集剤７ａを投入することとし、水１０００トン×濃度１００ｐｐｍ＝１００ｋｇの凝集剤（PGα２１Ca）を投入した。
また、凝集剤の投入時間（即ち、浄化処理時間）は、１日１０時間稼動して７日間で全水量分の凝集剤を投入することとし、その結果、水処理流量は２３９ｌ／ｍｉｎ、凝集剤投入量は２３．８ｇ／ｍｉｎ、１日当りの投入凝集剤量は１４．３ｋｇであった。

水の浄化処理に際して、投入された凝集剤は十分に反応し、反応槽３ａを通過するのに要した時間は、反応槽４．５トンに対して２３８ｌ／ｍｉｎ水量であるので、約１９分であった。さらに、２２．５トンの水浄化処理槽３内を水が通過するのに要する時間は、約９５分であった。尚、反応槽３ａを通過した処理水は、沈澱槽３ｂ、３ｃにて固液の分離が行われ、上澄みの清水のみが再び池へ戻されて行く。
下表は、本実施例に於ける浄化処理の結果を示すものである。

本発明は池や濠の水の浄化処理だけでなく、河川や沼湖等の水や貯水槽内の水の浄化処理にも適用出来るものである。

Ｗは水
Ｗａは混合液
WLは水位レベル
Ｃは循環流
１は池
１ａは水の流入口
１ｂは水の流出口
２は水の浄化処理装置
３は水浄化処理槽
３ａは凝集剤反応槽
３ｂは第１凝集沈澱槽
３ｃは第２凝集沈澱槽
３ｄは放流槽
３ｅは仕切板
４は混合液形成槽
５は導水管
５ａは噴出孔
６は水中ポンプ
７は凝集剤供給機構
７ａは凝集剤

Claims

水中に設置した凝集反応槽と凝集沈澱槽と放流槽とから成る水浄化処理槽と，前記凝集反応槽の水中に環状に配設され、縦断面視に於いて軸心に水平な方向の両側壁と軸心に垂直な方向の上側壁に夫々小径の噴出口を長さ方向に所望の間隔をおいて穿設した導水管と，水中に配設されて側壁に設けた通水孔より水が内部へ流入すると共に、上方開口により凝集剤が投入される混合液形成槽と、前記混合液形成槽内に配設され、当該混合液形成槽内部の混合液を前記導水管の入口側へ圧送して凝集剤と水との混合液を噴出口から凝集反応槽内へ噴出する水中ポンプと、から構成したことを特徴とする水の浄化処理装置。
水浄化処理槽を木杭又は合成樹脂材若しくは溶剤又は合成樹脂材と築堤の一部により形成するようにした請求項１に記載の水の浄化処理装置。
導水管を合成樹脂製又は布製のホースとし、且つ凝集反応槽の底面より水位の約１／４〜３／４の高さ位置に水平に複数段配設するようにした請求項１に記載の水の浄化処理装置。
凝集剤をポリグルタミン酸架橋物を主体とする生分解性の粉体状凝集剤若しくは液体状の凝集剤とするようにした請求項１に記載の水の浄化処理装置。
導水管を、凝集反応槽の内部にその側壁から所定距離だけ離して配設した、平面視で四角形又は多角形若しくは円形を呈する環状の導水管とするようにした請求項３に記載の水の浄化処理装置。
請求項１に記載の水浄化処理槽を用いた水の浄化処理方法に於いて、混合液形成槽内に設けた水中ポンプにより、凝集反応槽の水中に環状に設けた導水管の各噴出口から凝集剤混合液を縦断面視において導水管の軸心と水平方向の両側方向及び前記軸心と垂直方向の上方向に向けて噴出させ、前記各噴出口からの噴出流により凝集反応槽の中央部近傍に上昇水流及び凝集反応槽の側壁部近傍に下降水流を発生させ、前記上昇水流と下降水流から成る環状流によって噴射した凝集剤混合液を水内へ強制撹拌することを特徴とする水浄化処理槽を用いた水の浄化処理方法。
請求項１に記載の水の浄化処理槽を用いた水の浄化処理方法に於いて、混合液形成槽内に設けた水中ポンプにより、混合液形成槽内へ流入した水及び投入した凝集剤の混合液を凝集反応槽内へ流入させると共に、当該水中ポンプによる凝集反応槽内への混合液の流入を所望時間連続して継続することにより、池等の水を浄化処理することを特徴とする水の浄化処理方法。
凝集剤をポリグルタミン酸架橋物を主体とする生分解性の粉体状凝集剤若しくは液体状の凝集剤とするようにした請求項６又は請求項７に記載の水の浄化処理方法。