JP2016078009A - 水浄化処理装置及び水浄化処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】処理対象水域内の環境を破壊することなく、低コストで自然循環系に基づいて継続的かつ連続処理が可能な水浄化処理装置及び水浄化処理方法を提供する。【解決手段】微生物吸着多孔質担体を有する好気性微生物処理部２と、前記好気性微生物処理部に処理対象水を導入及び排出させる第１の循環路３と、前記第１の循環路３に接続され、前記好気性微生物処理部に処理対象水を圧送する第１の圧送手段４と、微生物吸着多孔質担体を有する嫌気性微生物処理部５と、前記嫌気性微生物処理部５に処理対象水を導入及び排出させる第２の循環路６と、前記第２の循環路６に接続され、前記嫌気性微生物処理部５に処理対象水を圧送する第２の圧送手段７と、を備える水質浄化処理装置１。【選択図】図１
Description
本発明は、水浄化処理装置及び水浄化処理方法に関する。
近年の都市化の進行や工業の発達に伴い、湖沼、池、ダム、溜池、貯水池等の止水域（閉鎖水域）では、生活排水や工業排水等による水質汚染が問題となっている。とりわけ、琵琶湖の南湖においては、北湖と比較して貯水量に対して排水量が少なく、地球温暖化の影響などにより対流が起こりづらくなっていることから、水質汚染度が高く、その対策が急務とされている。
このような止水域の水質を浄化するための装置としては、例えば、特許文献１に開示されている曝気攪拌装置などが知られている。
上記した曝気攪拌装置などによる水質浄化処理は、止水域内に大量の空気を送り込むことで溶存酸素濃度を向上させ、好気性微生物の増殖を促すものであるため、止水域内の環境を破壊する虞があることや、装置の運転に伴うエネルギーコストが高いことが問題となる。さらに、装置を撤去した後は溶存酸素濃度が低下し、すぐに水質が悪化してしまうため、定期的に水質浄化処理を行う必要がある。
本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、処理対象水域内の環境を破壊することなく、低コストで自然循環系に基づいて継続的かつ連続処理が可能な水浄化処理装置及び水浄化処理方法を提供することである。
通常、良好な水質の止水域では、緩やかな対流が生じており、水域内に棲息する微生物による汚染源物質の分解が行われている。本発明者らは、このような良好な止水域における環境を参考に、上記した目的を達成すべく鋭意研究を重ねてきた。その結果、処理対象水域の水を好気条件の系及び嫌気条件の系に導入し、それぞれの系において処理対象水域に棲息する微生物を吸着させ、微生物に有機物等の汚染源物質を分解させることにより、処理対象水域の水質を浄化できることを見出した。さらに、処理対象水域から各系に水を導入及び排出することにより、処理対象水域内に緩やかな対流を発生させることができることを見出した。本発明は、かかる知見に基づき、さらなる研究を重ねることにより本発明を完成させるに至った。
即ち、本発明は、代表的には、以下の項に記載の水浄化処理装置及び水浄化処理方法を提供するものである。
項１．
微生物吸着多孔質担体を有する好気性微生物処理部と、
前記好気性微生物処理部に処理対象水を導入及び排出させる第１の循環路と、
前記第１の循環路に接続され、前記好気性微生物処理部に処理対象水を圧送する第１の圧送手段と、
微生物吸着多孔質担体を有する嫌気性微生物処理部と、
前記嫌気性微生物処理部に処理対象水を導入及び排出させる第２の循環路と、
前記第２の循環路に接続され、前記嫌気性微生物処理部に処理対象水を圧送する第２の圧送手段と、を備える水浄化処理装置。
項２．
前記第１の圧送手段により圧送される処理対象水の単位時間あたりの流量が、前記第２の圧送手段により圧送される処理対象水の単位時間あたりの流量よりも多いことを特徴とする、上記項１に記載の水浄化処理装置。
項３．
前記好気性微生物処理部に空気を導入させる空気導入手段を備えることを特徴とする、上記項１又は２に記載の水浄化処理装置。
項４．
前記嫌気性微生物処理部への処理対象水の圧送を所定期間停止させる圧送制御手段を備えることを特徴とする、上記項１〜３のいずれか一項に記載の水浄化処理装置。
項５．
処理対象水を導入及び排出させる第３の循環路と、
前記第３の循環路に接続され、処理対象水を圧送する第３の圧送手段とを備え、
前記第１の循環路及び第２の循環路の導入口、又は導入口及び排出口の両方が第３の循環路に接続されていることを特徴とする、上記項１〜４のいずれか一項に記載の水浄化処理装置。
項６．
処理対象水を導入及び排出させる第３の循環路と、
前記第３の循環路に接続され、処理対象水を圧送させる第３の圧送手段と、
前記第３の循環路から導入した処理対象水を貯水する貯水部と、
を備え、
前記第３の循環路と前記貯水部とが通水路により接続され、前記第１の循環路及び前記第２の循環路の導入口、又は導入口及び排出口の両方が前記貯水部に接続されていることを特徴とする、上記項１〜４に記載の水浄化処理装置。
項７．
前記微生物吸着多孔質担体が、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエチレングリコール系樹脂及びポリエーテル系樹脂からなる群から選択される少なくとも１種の樹脂を含む、上記項１〜６のいずれか一項に記載の水処理装置。
項８．
（ａ）処理対象水を、微生物吸着多孔質担体を有する好気性微生物処理部及び微生物吸着多孔質担体を有する嫌気性微生物処理部にそれぞれ導入する工程、
（ｂ）前記工程により導入された処理対象水に対して、前記好気性微生物処理部において好気性微生物による分解処理を、前記嫌気性微生物処理部において嫌気性微生物による分解処理をそれぞれ進行させる工程、及び
（ｃ）前記好気性微生物処理部及び前記嫌気性微生物処理部から処理対象水をそれぞれ排出する工程を含み、
前記好気性微生物処理部に導入される処理対象水の単位時間あたりの流量が、前記嫌気性処理部に導入される処理対象水の単位時間あたりの流量よりも多いことを特徴とする、
水浄化処理方法。
項９．
前記（ａ）工程及び（ｃ）工程により、処理対象水域内に対流を生じさせることを特徴とする、上記項８に記載の水浄化処理方法。
項１０．
処理対象水域から処理対象水を循環路内に導入し、該循環路を通過させて処理対象水を排出することにより処理対象水域内に対流を生じさせる工程を含み、
前記（ａ）工程において、該循環路から処理対象水を導入し、かつ前記（ｃ）工程において、処理対象水を該循環路又は処理対象水域へ排出することを特徴とする、上記項８に記載の水浄化処理方法。
項１１．
処理対象水域から処理対象水を循環路内に導入し、該循環路を通過させて処理対象水を排出することにより処理対象水域内に対流を生じさせる工程を含み、
前記（ａ）工程において、該循環路から処理対象水を導入し、かつ前記（ｃ）工程において、処理対象水を貯水部へ排出した後、処理対象水を該貯水部から処理対象水域へ排出することを特徴とする、上記項８に記載の水浄化処理方法。
項１２．
好気性微生物処理部に処理対象水とともに空気を導入することを特徴とする、上記項８〜１１のいずれか一項に記載の水浄化処理方法。
項１３．
前記嫌気性微生物処理部への処理対象水の導入を所定期間停止することを特徴とする、上記項８〜１２のいずれか一項に記載の水浄化処理方法。
項１４．
前記微生物吸着多孔質担体が、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエチレングリコール系樹脂及びポリエーテル系樹脂からなる群から選択される少なくとも１種の樹脂を含む、上記項８〜１３のいずれか一項に記載の水浄化処理方法。
項１．
微生物吸着多孔質担体を有する好気性微生物処理部と、
前記好気性微生物処理部に処理対象水を導入及び排出させる第１の循環路と、
前記第１の循環路に接続され、前記好気性微生物処理部に処理対象水を圧送する第１の圧送手段と、
微生物吸着多孔質担体を有する嫌気性微生物処理部と、
前記嫌気性微生物処理部に処理対象水を導入及び排出させる第２の循環路と、
前記第２の循環路に接続され、前記嫌気性微生物処理部に処理対象水を圧送する第２の圧送手段と、を備える水浄化処理装置。
項２．
前記第１の圧送手段により圧送される処理対象水の単位時間あたりの流量が、前記第２の圧送手段により圧送される処理対象水の単位時間あたりの流量よりも多いことを特徴とする、上記項１に記載の水浄化処理装置。
項３．
前記好気性微生物処理部に空気を導入させる空気導入手段を備えることを特徴とする、上記項１又は２に記載の水浄化処理装置。
項４．
前記嫌気性微生物処理部への処理対象水の圧送を所定期間停止させる圧送制御手段を備えることを特徴とする、上記項１〜３のいずれか一項に記載の水浄化処理装置。
項５．
処理対象水を導入及び排出させる第３の循環路と、
前記第３の循環路に接続され、処理対象水を圧送する第３の圧送手段とを備え、
前記第１の循環路及び第２の循環路の導入口、又は導入口及び排出口の両方が第３の循環路に接続されていることを特徴とする、上記項１〜４のいずれか一項に記載の水浄化処理装置。
項６．
処理対象水を導入及び排出させる第３の循環路と、
前記第３の循環路に接続され、処理対象水を圧送させる第３の圧送手段と、
前記第３の循環路から導入した処理対象水を貯水する貯水部と、
を備え、
前記第３の循環路と前記貯水部とが通水路により接続され、前記第１の循環路及び前記第２の循環路の導入口、又は導入口及び排出口の両方が前記貯水部に接続されていることを特徴とする、上記項１〜４に記載の水浄化処理装置。
項７．
前記微生物吸着多孔質担体が、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエチレングリコール系樹脂及びポリエーテル系樹脂からなる群から選択される少なくとも１種の樹脂を含む、上記項１〜６のいずれか一項に記載の水処理装置。
項８．
（ａ）処理対象水を、微生物吸着多孔質担体を有する好気性微生物処理部及び微生物吸着多孔質担体を有する嫌気性微生物処理部にそれぞれ導入する工程、
（ｂ）前記工程により導入された処理対象水に対して、前記好気性微生物処理部において好気性微生物による分解処理を、前記嫌気性微生物処理部において嫌気性微生物による分解処理をそれぞれ進行させる工程、及び
（ｃ）前記好気性微生物処理部及び前記嫌気性微生物処理部から処理対象水をそれぞれ排出する工程を含み、
前記好気性微生物処理部に導入される処理対象水の単位時間あたりの流量が、前記嫌気性処理部に導入される処理対象水の単位時間あたりの流量よりも多いことを特徴とする、
水浄化処理方法。
項９．
前記（ａ）工程及び（ｃ）工程により、処理対象水域内に対流を生じさせることを特徴とする、上記項８に記載の水浄化処理方法。
項１０．
処理対象水域から処理対象水を循環路内に導入し、該循環路を通過させて処理対象水を排出することにより処理対象水域内に対流を生じさせる工程を含み、
前記（ａ）工程において、該循環路から処理対象水を導入し、かつ前記（ｃ）工程において、処理対象水を該循環路又は処理対象水域へ排出することを特徴とする、上記項８に記載の水浄化処理方法。
項１１．
処理対象水域から処理対象水を循環路内に導入し、該循環路を通過させて処理対象水を排出することにより処理対象水域内に対流を生じさせる工程を含み、
前記（ａ）工程において、該循環路から処理対象水を導入し、かつ前記（ｃ）工程において、処理対象水を貯水部へ排出した後、処理対象水を該貯水部から処理対象水域へ排出することを特徴とする、上記項８に記載の水浄化処理方法。
項１２．
好気性微生物処理部に処理対象水とともに空気を導入することを特徴とする、上記項８〜１１のいずれか一項に記載の水浄化処理方法。
項１３．
前記嫌気性微生物処理部への処理対象水の導入を所定期間停止することを特徴とする、上記項８〜１２のいずれか一項に記載の水浄化処理方法。
項１４．
前記微生物吸着多孔質担体が、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエチレングリコール系樹脂及びポリエーテル系樹脂からなる群から選択される少なくとも１種の樹脂を含む、上記項８〜１３のいずれか一項に記載の水浄化処理方法。
本発明は自然環境に倣ったバイオミミクリー型の水浄化処理装置である。本発明によれば、処理対象水域内に棲息する微生物に有機物等の汚染源物質を分解させることができ、さらに処理対象水域内に緩やかな対流を生じさせることができるため、処理対象水域内の環境を破壊することなく、処理対象水域内に棲息する微生物が本来備えている水質の浄化作用を発揮させることが可能となる。さらに、本発明は、低コストで継続的かつ連続処理が可能である。
以下、本発明について詳細に説明する。なお、必要に応じて添付図面を参照して説明する。
水浄化処理装置
図１は、本発明の一実施形態に係る水浄化処理装置１の概略を示す模式図である。図１に示すように、水浄化処理装置１は、微生物吸着多孔質担体を有する好気性微生物処理部２と、好気性微生物処理部２に処理対象水を導入及び排出させる第１の循環路３と、第１の循環路３に接続され、好気性微生物処理部２に処理対象水を圧送する第１の圧送手段４と、微生物吸着多孔質担体を有する嫌気性微生物処理部５と、嫌気性微生物処理部５に処理対象水を導入及び排出させる第２の循環路６と、第２の循環路６に接続され、嫌気性微生物処理部５に処理対象水を圧送する第２の圧送手段７とを備えている。
図１は、本発明の一実施形態に係る水浄化処理装置１の概略を示す模式図である。図１に示すように、水浄化処理装置１は、微生物吸着多孔質担体を有する好気性微生物処理部２と、好気性微生物処理部２に処理対象水を導入及び排出させる第１の循環路３と、第１の循環路３に接続され、好気性微生物処理部２に処理対象水を圧送する第１の圧送手段４と、微生物吸着多孔質担体を有する嫌気性微生物処理部５と、嫌気性微生物処理部５に処理対象水を導入及び排出させる第２の循環路６と、第２の循環路６に接続され、嫌気性微生物処理部５に処理対象水を圧送する第２の圧送手段７とを備えている。
水浄化処理装置１では上記した構成を備えることにより、処理対象水が、処理対象水域１１から第１の圧送手段４により第１の循環路３に導入され、好気性微生物処理部２を通過した後、第１の循環路３を通じて処理対象水域１１に排出される。また、同様に、処理対象水域１１から第２の圧送手段７により第２の循環路６に導入され、嫌気性微生物処理部５を通じて第２の循環路６を通過し、処理対象水域１１に排出される。水浄化処理装置１では、このような一連の処理対象水の導入及び排出が連続的に行えるようになっている。
好気性微生物処理部２及び嫌気性微生物処理部５は、その内部に微生物吸着多孔質担体を有するものであれば、その形状、素材、大きさ等は特に制限されない。好気性微生物処理部２及び嫌気性微生物処理部５としては、微生物吸着多孔質担体を充填したカラムなどを例示することができる。微生物吸着多孔質担体を充填したカラムを用いる場合、カラムの本数や長さなどは処理対象水域の汚染度合いや汚染物質の組成によって適宜調整することができる。例えば、炭素系化合物が豊富な水域を処理する際には、好気性微生物処理部２を構成するカラムの本数を多くし、窒素系化合物が豊富な水域を処理する際には、嫌気性微生物処理部５を構成するカラムの本数を多くする、といったように適宜調整することができる。
好気性微生物処理部２及び嫌気性微生物処理部５の内部に含まれる微生物吸着多孔質担体は、処理対象水を通水でき、かつ処理対象水内に含まれる微生物を吸着又は担持可能な素材であれば特に限定されない。微生物吸着多孔質担体は、担体１ｇあたりに吸着又は担持できる微生物数が、一般的な土壌１ｇあたりに存在する微生物数と同程度又はそれ以上の素材であることが好ましい。一般的な土壌には、１ｇあたり１×１０８ｃｅｌｌｓ程度の微生物が存在することが知られているため、具体的には、微生物吸着多孔質担体１ｇあたりに吸着又は担持できる微生物数が、１×１０７〜１×１０１０ｃｅｌｌｓ／ｇ程度、好ましくは１×１０８〜１×１０９ｃｅｌｌｓ／ｇ程度である素材が望ましい。このような素材としては、例えば、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエチレングリコール系樹脂、ポリエーテル系樹脂等のポリマー樹脂が挙げられ、取扱い易さ、コスト面等の観点からポリビニルアルコール系樹脂が好ましい。なお、ポリビニルアルコール系樹脂の重合度及びけん化度は特に制限されない。
好気性微生物処理部２及び嫌気性微生物処理部５には、処理対象水域１１から処理対象水が導入される。導入された処理対象水は、微生物吸着多孔質担体と接触しながら好気性微生物処理部２及び嫌気性微生物処理部５の内部を通過し、処理対象水に含まれる微生物が微生物吸着多孔質担体に吸着又は担持される。また、微生物吸着多孔質担体に吸着又は担持された微生物の一部は、処理部内を通過する処理対象水の水流等により、微生物吸着多孔質担体から離れ、処理対象水域１１に排出される。
微生物吸着多孔質担体に吸着又は担持された微生物には、処理対象水域１１内に棲息する種々の微生物が含まれているが、好気性微生物処理部２においては好気的条件（即ち、酸素が豊富に存在する条件）であるため、好気性微生物の活性化（微生物の増殖等）が起こり、嫌気性微生物処理部５においては嫌気的条件（即ち、酸素が非常に乏しい条件）であるため、嫌気性微生物の活性化が起こる。このような微生物の活性化により、処理対象水に含まれる有機物等の水質汚染の一因となる物質は、好気性微生物処理部２において好気性微生物により好気的に分解され、嫌気性微生物処理部５において嫌気的に分解される。
また、好気性微生物処理部２における好気的環境、及び嫌気性微生物処理部５における嫌気的環境は、各処理部における酸素濃度を調整することにより作り出すことができる。例えば、後述する、第１の圧送手段４及び第２の圧送手段７により各処理部に圧送される処理対象水の単位時間当たりの流量を調整することや、好気性微生物処理部２に空気を導入すること等により、各処理部における酸素濃度を調整することができる。なお、本明細書において「好気的環境」及び「嫌気的環境」とは、系内の酸素濃度により厳密に定義されるものではなく、両環境を比較し、酸素濃度が相対的に高い方を好気的環境、酸素濃度が相対的に低い方を嫌気的環境という。即ち、両処理部を比較し、酸素濃度が相対的に高いと考えられる処理部を好気性微生物処理部とし、酸素濃度が相対的に低いと考えられる処理部を嫌気性微生物処理部という。
第１の圧送手段４及び第２の圧送手段７は、それぞれ第１の循環路３及び第２の循環路６に接続されており、処理対象水域から第１の循環路３及び第２の循環路のそれぞれに処理対象水を圧送できるものであれば、その大きさや種類は特に限定されず、また、各循環路のどこに接続されていてもよい。圧送手段の一例としては、ポンプなどが挙げられる。
第１の圧送手段４及び第２の圧送手段７により圧送される処理対象水の単位時間当たりの流量（流速）は、処理対象水域の面積や体積、各処理部の大きさ等により適宜設定することができる。第１の圧送手段４及び第２の圧送手段７により圧送される処理対象水の単位時間当たりの流量が互いに相違する場合、単位時間当たりの流量が多い処理対象水が導入される処理部では、単位時間当たりの流量が少ない処理対象水が導入される処理部と比較して、酸素が多く供給されることとなる。そのため、単位時間当たりの流量が多い処理対象水が導入される処理部は好気的環境となり、単位時間当たりの流量が少ない処理対象水が導入される処理部は嫌気的環境となる。従って、第１の圧送手段４により圧送される処理対象水の単位時間当たりの流量は、第２の圧送手段７により圧送される処理対象水の単位時間当たりの流量よりも多いことが好ましい。
例えば、２００Ｌ容の水槽に入った水を処理対象水域とする場合、第１の圧送手段４により圧送される処理対象水の単位時間当たりの流量を３Ｌ／分程度とし、第２の圧送手段７により圧送される処理対象水の単位時間当たりの流量を２．４Ｌ／分程度とすることにより、好気性微生物処理部２を好気的環境に、嫌気性微生物処理部５を嫌気的環境にすることができる。
水浄化処理装置１には必要に応じて、好気性微生物処理部２に空気を導入させる空気導入手段を備えることができる。空気導入手段を備えることにより、好気性微生物処理部２に空気を導入することができ、好気性微生物処理部２をより好気的環境とすることができる。空気導入手段は、好気性微生物処理部２に空気を導入させることができれば、その形状、材質、大きさ等は特に制限されない。空気導入手段としては、例えば、エアレーションポンプや、図９に示す空気導入タンク９などが挙げられる。また、エアレーションポンプと空気導入タンクを組み合わせてもよい。空気導入手段は、好気性微生物処理部２に空気を導入させることができればどこに接続又は設置されていてもよく、例えば、第１の循環路３や好気性微生物処理部２自体に接続又は設置することができる。さらに、空気導入手段として、空気導入タンク９を用いる場合、処理対象水がタンク内で自由落下するように設計することにより、処理対象水の自由落下により処理対象水の酸素濃度を向上させることができる。
また、水質浄化装置１には必要に応じて、第２の圧送手段７による嫌気性微生物処理部５への処理対象水の圧送を所定期間停止させる圧送制御手段を備えることができる。圧送制御手段により嫌気性微生物処理部５への処理対象水の圧送を所定期間停止させることによって、嫌気性微生物処理部５への処理対象水の導入が所定期間停止される。即ち、嫌気性微生物５への酸素の供給が所定期間停止されることとなるため、嫌気性微生物処理部５をより嫌気的環境とすることができる。このように、嫌気性微生物処理部５への処理対象水の圧送を所定期間停止させることにより、自然水域における「よどみ」部を再現することができる。なお、処理対象水の圧送を停止する期間としては特に制限されず、例えば、１時間のうち１〜５９分の範囲で停止期間を調整することができる。
圧送制御手段は、嫌気性微生物処理部５への処理対象水の圧送を所定期間停止させることができれば、その形状、材質、大きさ等は特に制限されない。また、圧送制御手段は、嫌気性微生物処理部５への処理対象水の圧送を所定期間停止させることができれば、どこに接続又は設置されていてもよく、例えば、第２の圧送手段７に接続又は設置することができる。
第１の循環路３及び第２の循環路６は、処理対象水を導入及び排出できるものであれば、その形状、材質、大きさなどは特に制限されない。例えば、第１の循環路３及び第２の循環路６は、処理対象水域から処理対象水を直接導入できるように設置することができる。
第１の循環路３及び第２の循環路６により、処理対象水域から処理対象水を導入及び排出することによって、処理対象水域内に緩やかな対流を発生させることができる。また、対流をより発生し易くするために、循環路における導入口を処理対象水域の底部に設置し、循環路における排出口を処理対象水域の水面付近に設置することもできる。このように、循環路を設置することにより、処理対象水域の底部から処理対象水を吸い上げ、処理対象水域の水面付近に吐出することにより、処理対象水域内に深さ方向（垂直方向）の対流を生じさせることができる。
また、第３の循環路８を設置しておき、第３の循環路８を流れる処理対象水を第１の循環路３及び第２の循環路６に導入できるように接続することもできる。なお、処理対象水域１１から第３の循環路８への処理対象水の導入は、例えば、第３の圧送手段１５により行うことができる。特に、湖や池などの大きな水域を処理対象水域とする場合には、第３の循環路８により処理対象水を循環させることにより、処理対象水域内に対流を生じさせることができるため好ましい。この場合、第１の循環路３及び第２の循環路６は、例えば、導入口のみを第３の循環路８に接続させることもできるし、導入口及び排出口の両方を第３の循環路８に接続させることもできる。さらには、図９に示すように、第３の循環路８と貯水部１２とを通水路１３により接続しておき、第３の循環路８を流れる処理対象水の一部を一旦貯水部１２に貯水しておくことができる。そして、該貯水部１２から第１の循環路及び／又は第２の循環路を通じて各処理部へと処理対象水を導入することができる。この場合、第１の循環路及び／又は第２の循環路は、導入口のみを貯水部１２に接続させることもできるし、導入口及び排出口の両方を貯水部１２に接続させることもできる。導入口及び排出口の両方を貯水部１２に接続させた場合、図９に示すように、貯水部１２に排出口１４などを設けておき、該貯水部１２における水位が一定以上となった場合に、処理対象水が処理対象水域１１に排出されるようにしてもよいし、貯水部１２に排出路を設けておき、該排出路を通して処理対象水を処理対象水域１１へ排出することもできる。
水浄化処理装置１が対象とする処理対象水域は特に限定されないが、水の流出入が乏しく、対流が起こりにくい湖沼、池、ダム、溜池、貯水池などの閉鎖水域や、金魚、水草等の水棲生物を飼育する際の水槽などを対象とする場合に特に効果を発揮する。このような水域において水浄化処理装置１を用いることにより、当該水域に棲息する微生物を活性化させることができ、さらに、水域内に緩やかな対流を生じさせることができる。なお、本明細書では、湖沼、池、ダム、溜池、貯水池などの閉鎖水域や、金魚、水草等の水棲生物を飼育する際の水槽などの、水の流出入が乏しく、対流が起こりにくい水域を全て含めて止水域と記載する。
水浄化処理方法
本発明の水浄化処理方法は、（ａ）処理対象水を、微生物吸着多孔質担体を有する好気性微生物処理部及び微生物吸着多孔質担体を有する嫌気性微生物処理部にそれぞれ導入する工程、（ｂ）前記（ａ）工程により導入された処理対象水に対して、前記好気性微生物処理部において好気性微生物による分解処理を、前記嫌気性微生物処理部において嫌気性微生物による分解処理をそれぞれ進行させる工程、及び（ｃ）前記好気性微生物処理部及び前記嫌気性微生物処理部から処理対象水をそれぞれ排出する工程を含み、前記好気性微生物処理部に導入される処理対象水の単位時間あたりの流量が、前記嫌気性処理部に導入される処理対象水の単位時間あたりの流量よりも多いことを特徴とする。
本発明の水浄化処理方法は、（ａ）処理対象水を、微生物吸着多孔質担体を有する好気性微生物処理部及び微生物吸着多孔質担体を有する嫌気性微生物処理部にそれぞれ導入する工程、（ｂ）前記（ａ）工程により導入された処理対象水に対して、前記好気性微生物処理部において好気性微生物による分解処理を、前記嫌気性微生物処理部において嫌気性微生物による分解処理をそれぞれ進行させる工程、及び（ｃ）前記好気性微生物処理部及び前記嫌気性微生物処理部から処理対象水をそれぞれ排出する工程を含み、前記好気性微生物処理部に導入される処理対象水の単位時間あたりの流量が、前記嫌気性処理部に導入される処理対象水の単位時間あたりの流量よりも多いことを特徴とする。
（ａ）工程では、処理対象水を、微生物吸着多孔質担体を有する好気性微生物処理部及び微生物吸着多孔質担体を有する嫌気性微生物処理部にそれぞれ導入する。各処理部への処理対処水の導入としては、例えば、各処理部に処理対象水を通水できる配管などを接続し、ポンプ等により処理対象水域から処理対象水を汲み上げることにより行うことができる。
（ｂ）工程では、上記（ａ）工程により導入された処理対象水に対して、好気性微生物処理部において好気性微生物による分解処理を、嫌気性微生物処理部において嫌気性微生物による分解処理をそれぞれ進行させる。処理対象水には微生物の栄養源となる炭素系化合物や窒素系化合物が含まれており、これらを好気的又は嫌気的に分解することによって各種微生物の増殖を促し、微生物を活性化することができる。なお、各処理部における微生物は、外来の微生物（即ち、処理対象水域由来ではない微生物）よりも、処理対象水域由来の微生物を用いることが好ましい。また、各処理部における微生物は、予め微生物吸着多孔質担体に吸着又は担持させていてもよいし、各処理部への処理対象水の導入によって微生物吸着多孔質担体に吸着又は担持させてもよい。
（ｃ）工程では、好気性微生物処理部及び前記嫌気性微生物処理部から処理対象水をそれぞれ排出する。この際、処理対象水には、各処理部において分解処理された物質や各処理部に吸着又は担持されていた微生物が含まれており、これらが処理対象水域内に排出されることにより、処理対象水域内においても微生物による分解処理が行われる。
さらに、上記（ａ）工程及び（ｃ）工程により、処理対象水域から処理対象水を導入及び排出することによって、処理対象水域内に緩やかな対流を生じさせることができる。緩やかな対流を生じさせることにより、処理対象水域内に棲息する微生物（土着微生物）を活性化させることができる。
また、本発明の水浄化処理方法は、好気性微生物処理部に導入される処理対象水の単位時間あたりの流量が、前記嫌気性処理部に導入される処理対象水の単位時間あたりの流量よりも多いことを特徴とする。これは、上記したように、単位時間当たりの流量が多い処理対象水が導入される処理部では、単位時間当たりの流量が少ない処理対象水が導入される処理部と比較して、酸素が多く供給されることとなる。そのため、単位時間当たりの流量が多い処理対象水が導入される処理部を好気的環境とし、単位時間当たりの流量が少ない処理対象水が導入される処理部を嫌気的環境とすることができる。
さらに、本発明の水浄化処理方法は、好気性微生物処理部をより好気的環境とするために、好気性微生物処理部に空気を導入することができる。また、嫌気性微生物処理部をより嫌気的環境とするために、嫌気性微生物処理部への処理対象水の導入を所定期間停止することができる。これらの具体的な手段としては、例えば、上記した空気導入手段や圧送制御手段などが挙げられる。
またさらに、本発明の水浄化処理方法は、処理対象水域から処理対象水を循環路内に導入し、該循環路を通過させて処理対象水を排出することにより、湖や池などの大きな水域を処理対象水域とする場合であっても、処理対象水域内に対流を生じさせることができる。この場合、前記（ａ）工程において、当該循環路を流れる処理対象水を各処理部に導入し、前記（ｃ）工程において、各処理部を通過した処理対象水を該循環路へ排出するか、又は処理対象水域へ直接排出することができる。また、前記（ｃ）工程において、処理対象水を貯水部へ排出した後、処理対象水を該貯水部から処理対象水域へ排出することもできる。
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は下記の例に限定されるものではない。
試験例１：窒素含有量の多い模擬廃水の水処理
窒素含有量の多い廃水を想定し、下記の表１に示す組成を有する合成下水培地を水道水で３００倍に希釈した模擬廃水（１５Ｌ）について、図１に示す装置を７日間運転し、下記の方法により処理前及び７日後（処理後）の模擬廃水の化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の測定を行った。以下において、図１に示す水浄化処理装置を用いた例を実施例１と記載する。
窒素含有量の多い廃水を想定し、下記の表１に示す組成を有する合成下水培地を水道水で３００倍に希釈した模擬廃水（１５Ｌ）について、図１に示す装置を７日間運転し、下記の方法により処理前及び７日後（処理後）の模擬廃水の化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の測定を行った。以下において、図１に示す水浄化処理装置を用いた例を実施例１と記載する。
なお、本試験例において、図１に示す第１の圧送手段４により圧送される処理対象水の単位時間あたりの流量は３００ｍＬ／分と、第２の圧送手段７により圧送される処理対象水の単位時間あたりの流量は８５ｍＬ／分となるようにそれぞれ設定した。また、図１に示す好気性微生物処理部２及び嫌気性微生物処理部５には、微生物吸着多孔質担体としてポリビニルアルコール系樹脂を充填したカラムをそれぞれ用いた。またさらに、図１に示す好気性微生物処理部２には、微生物吸着多孔質担体としてポリビニルアルコール系樹脂を充填したカラム（カラム内径：５０ｍｍ、カラム長：２００ｍｍ、カラム容量：３８０ｍｌ）を１本、及び嫌気性微生物処理部には同カラムを１本、それぞれ用いた。
さらに、比較対象として、装置を用いなかった例（比較例１−１）、並びに図１に示す装置のうち、好気性微生物処理部２及び嫌気性微生物処理部５を有しない装置を用いた例（比較例１−２）、嫌気性微生物処理部５を有しない装置を用いた例（比較例１−３）、及び好気性微生物処理部２を有しない装置を用いた例（比較例１−４）についても同様の試験を行った。
＜化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の測定方法＞
各サンプル水１００ｍＬを３００ｍＬ容三角フラスコにそれぞれ取り、硝酸銀０．２ｇ、濃硫酸１０ｍＬ、及び過マンガン酸カリウム水溶液１０ｍＬを加え、ウォーターバスで１００℃、３０分間加熱した。加熱後、さらに、シュウ酸ナトリウム水溶液（ファクター（ｆ）＝１．００５）１０ｍＬを加え、過マンガン酸カリウム水溶液で滴定し、次式を用いて化学的酸素要求量（ＣＯＤ）を算出した。
各サンプル水１００ｍＬを３００ｍＬ容三角フラスコにそれぞれ取り、硝酸銀０．２ｇ、濃硫酸１０ｍＬ、及び過マンガン酸カリウム水溶液１０ｍＬを加え、ウォーターバスで１００℃、３０分間加熱した。加熱後、さらに、シュウ酸ナトリウム水溶液（ファクター（ｆ）＝１．００５）１０ｍＬを加え、過マンガン酸カリウム水溶液で滴定し、次式を用いて化学的酸素要求量（ＣＯＤ）を算出した。
実施例１及び比較例１−１〜１−４による処理前後のＣＯＤの変化を下記表２に示す。
表２から明らかなように、図１に示す水浄化処理装置を用いた場合（実施例１）には、比較例１−１〜１−４の場合と比較して、ＣＯＤが大きく減少することが確認できた。当該結果から、窒素含有量の多い水を浄化するためには、好気性微生物処理部及び嫌気性微生物処理部を共に備えた装置を用いて、緩やかな対流を発生させること及び微生物による処理を行うことが重要であることが分った。特に、好気性微生物処理部と嫌気性微生物処理部とを共に備えることにより、好気性微生物による処理及び嫌気性微生物による処理の相乗効果によって浄化処理が促進されることが分った。
試験例２：炭素含有量の多い模擬止水の浄化処理試験
炭素含有量の多い止水を想定し、下記の表３に示す組成を有する模擬止水環境水（１５Ｌ）について、試験例１と同様にして、図１に示す水浄化処理装置を７日間運転し、処理前及び７日後（処理後）の模擬止水環境水の化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の測定を行った。以下において、図１に示す装置を用いた例を実施例２と記載する。
炭素含有量の多い止水を想定し、下記の表３に示す組成を有する模擬止水環境水（１５Ｌ）について、試験例１と同様にして、図１に示す水浄化処理装置を７日間運転し、処理前及び７日後（処理後）の模擬止水環境水の化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の測定を行った。以下において、図１に示す装置を用いた例を実施例２と記載する。
さらに、試験例１と同様にして、比較対象として、装置を用いなかった例（比較例２−１）、並びに図１に示す装置のうち、好気性微生物処理部２及び嫌気性微生物処理部５を有しない装置を用いた例（比較例２−２）、嫌気性微生物処理部５を有しない装置を用いた例（比較例２−３）、及び好気性微生物処理部２を有しない装置を用いた例（比較例２−４）についても同様の試験を行った。
実施例２及び比較例２−１〜２−４による処理前後のＣＯＤの変化を下記表４に示す。
表４から明らかなように、図１に示す装置を用いた場合（実施例２）には、比較例２−１〜２−４の場合と比較して、ＣＯＤが大きく減少することが確認できた。当該結果から、炭素含有量の多い水を浄化するためには、好気性微生物処理部及び嫌気性微生物処理部を共に備えた装置を用いて、緩やかな対流を発生させること及び微生物による処理を行うことが重要であることが分った。特に、好気性微生物処理部と嫌気性微生物処理部とを共に備えることにより、好気性微生物による処理及び嫌気性微生物による処理の相乗効果によって浄化処理が促進されることが分った。
試験例３−１：自然止水域の水質調査試験
２０１３年４月１６日から２０１４年４月１４日の期間、約２週間ごとに立命館大学びわこ・くさつキャンパス内にある八左衛門池の水の化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、全炭素量（ＴＣ）、及び全窒素量（ＴＮ）を測定することにより水質調査を行った。八左衛門池の概観を図２に示す。
２０１３年４月１６日から２０１４年４月１４日の期間、約２週間ごとに立命館大学びわこ・くさつキャンパス内にある八左衛門池の水の化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、全炭素量（ＴＣ）、及び全窒素量（ＴＮ）を測定することにより水質調査を行った。八左衛門池の概観を図２に示す。
なお、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の測定は試験例１及び２と同様にして行い、全炭素量（ＴＣ）及び全窒素量（ＴＮ）の測定は、全有機炭素計（ＴＯＣ−ＶＣＰＨ、島津製作所社製）を用いて下記表５に示す条件により行った。
化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、全炭素量（ＴＣ）、及び全窒素量（ＴＮ）の測定結果を下記表６及び図３〜５に示す。
試験例３−２：実止水域水の浄化処理試験
２０１３年４月１６日から２０１４年４月１４日の期間、約２週間ごとに八左衛門池から水２００Ｌを汲み取り、図１に示す水浄化処理装置を２週間運転した後、試験例３−１と同様にして化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、全炭素量（ＴＣ）、及び全窒素量（ＴＮ）の測定を行った。
２０１３年４月１６日から２０１４年４月１４日の期間、約２週間ごとに八左衛門池から水２００Ｌを汲み取り、図１に示す水浄化処理装置を２週間運転した後、試験例３−１と同様にして化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、全炭素量（ＴＣ）、及び全窒素量（ＴＮ）の測定を行った。
なお、本試験例において、図１に示す第１の圧送手段４により圧送される処理対象水の単位時間あたりの流量は３Ｌ／分と、第２の圧送手段７により圧送される処理対象水の単位時間あたりの流量は２．４Ｌ／分となるようにそれぞれ設定した。また、図１に示す好気性微生物処理部２内をより好気的環境とするために、第１の循環路に空気導入手段を接続した（図示なし）。さらに、図１に示す嫌気性微生物処理部５内をより嫌気的環境とするために、第２の圧送手段には、１５分間処理対象水の圧送を行い、４５分間処理対象水の圧送を停止させる圧送制御手段を接続した（図示なし）。またさらに、図１に示す好気性微生物処理部２には、微生物吸着多孔質担体としてポリビニルアルコール系樹脂を充填したカラム（カラム内径：５２ｍｍ、カラム長：３４７ｍｍ）を６本、及び嫌気性微生物処理部には同カラムを３本、それぞれ用いた。
化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の測定結果を下記表７に、全炭素量（ＴＣ）の測定結果を下記表８に、及び全窒素量（ＴＮ）の測定結果を下記表９にそれぞれ示す。なお、下記表７〜９では、例えば、２０１３年５月１６日に汲み取った水について２週間処理を行った後のＣＯＤ、ＴＣ及びＴＮの測定結果を「５／１６」の行に記載している。また、下記表７〜９における「処理前ＣＯＤ」、「処理前ＴＣ」及び「処理前ＴＮ」は、上記試験例３−１において行った水質調査結果のデータを記載している。
表７〜９から明らかなように、２週間の処理によって、ＣＯＤ、ＴＣ及びＴＮが減少することが確認できた。当該結果から、好気性微生物処理部及び嫌気性微生物処理部を共に備えた装置を用いて、緩やかな対流を発生させると同時に微生物による処理を行うことにより、効果的に水処理が行われることが明らかとなった。特に、好気性微生物処理部と嫌気性微生物処理部とを共に備えることにより、好気性微生物による処理及び嫌気性微生物による処理の相乗効果によって浄化処理が促進されることが分った。
試験例３−３： カラム内に存在する微生物群の解析
＜環境ＤＮＡ法（ｅＤＮＡ法）による微生物数の解析＞
試験例３−２で用いた浄化処理装置における好気性微生物処理部２及び嫌気性微生物処理部５内の微生物数（即ち、ポリビニルアルコール系樹脂に担持された微生物数）を、下記の環境ＤＮＡ法（ｅＤＮＡ法）により解析した。
＜環境ＤＮＡ法（ｅＤＮＡ法）による微生物数の解析＞
試験例３−２で用いた浄化処理装置における好気性微生物処理部２及び嫌気性微生物処理部５内の微生物数（即ち、ポリビニルアルコール系樹脂に担持された微生物数）を、下記の環境ＤＮＡ法（ｅＤＮＡ法）により解析した。
５０ｍＬ容遠沈管に各処理部におけるポリビニルアルコール系樹脂１．０ｇを量り取り、下記表１０に示す組成のＤＮＡ抽出緩衝液（ｐＨ８．０）８．０ｍＬ、及び２０％（ｗ／ｖ）ドデシル硫酸ナトリウム溶液１．０ｍＬを加え、室温にて１５００ｒｐｍの条件で２０分間攪拌した。攪拌後、５０ｍＬ容遠沈管から滅菌済み１．５ｍＬマイクロチューブに１．５ｍＬサンプルを分取し、２０℃、８０００ｒｐｍの条件で１０分間遠心分離した。遠心分離後、水層を新たなマイクロチューブに７００μＬ分取し、クロロホルム・イソアミルアルコール（２４：１、ｖ／ｖ）を７００μＬ加えて混和した後、１６℃、１３０００ｒｐｍの条件で１０分間遠心分離した。遠心分離後、水層を新たなマイクロチューブに５００μＬ分取し、２−プロパノールを３００μＬ加えて緩やかに混和し、１６℃、１３０００ｒｐｍの条件で１０分間遠心分離した。遠心分離後、上清を除去し、７０％（ｖ／ｖ）エタノールを５００μＬ加え、１６℃、１３０００ｒｐｍの条件で５分間遠心分離した。遠心分離後、上清を除去し、アスピレーターで３０分間減圧乾燥させた。その後、これに下記表１１に示す組成の１０：１ＴＥ緩衝液（ｐＨ８．０）を５０μＬ加え、よく溶解させたものをｅＤＮＡ溶液とした。
次いで、ｅＤＮＡ溶液５．０μＬにＬｏａｄｉｎｇ Ｄｙｅ（東洋紡社製）１．０μＬを混合し、全量６．０μＬ、及び既知量のＤＮＡを含むＳｍａｒｔ Ｌａｄｄｅｒ（ニッポン・ジーン社製）１．５μＬを、下記表１２に示す組成の１．０％アガロースゲルの各ウェルにアプライし、１００Ｖで４０分間電気泳動を行った。その後、アガロースゲルにＵＶを照指し、ＫＯＤＡＫ１Ｄ Ｉｍａｇｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ（ＫＯＤＡＫ社製）により、エチジウムブロマイドを標識とした蛍光強度の測定を行った。Ｓｍａｒｔ Ｌａｄｄｅｒの蛍光強度の測定値から、バンドの蛍光強度に対するＤＮＡ量の検量線を作成し、これを基に各サンプルＤＮＡ溶液のバンドの蛍光強度からＤＮＡ量を求め、各ポリビニルアルコール系樹脂１．０ｇあたりのｅＤＮＡ量を算出した。
上記で算出したｅＤＮＡ量から、ＤＡＰＩ染色による総生菌数に換算する関係式Ｙ＝１．７×１０８Ｘ（Ｒ２＝０．９６）［Ｙ：微生物数（ｃｅｌｌｓ／ｇ−ＰＶＡ）、Ｘ：ｅＤＮＡ量（ｇ／ｇ−ＰＶＡ）］を用いて、各ポリビニルアルコール系樹脂１．０ｇあたりの微生物数を算出した。算出結果を下記表１４に示す。
表１４から明らかなように、好気性微生物処理部及び嫌気性微生物処理部におけるポリビニルアルコール系樹脂には、１×１０９（ｃｅｌｌｓ／ｇ−ＰＶＡ）以上の微生物が担持されており、一般的な土壌環境における微生物数（６×１０８（ｃｅｌｌｓ／ｇ−ｓｏｉｌ））よりも多くの微生物が好気性微生物処理部及び嫌気性微生物処理部内に棲息していることが確認できた。当該結果から、好気性微生物処理部及び嫌気性微生物処理部では自然環境に近い、あるいは自然環境よりも良好な微生物環境が形成されており、これにより効率的な処理が行われていることが示唆された。
＜ＰＣＲ−ＤＧＧＥ法による微生物群の解析＞
試験例３−２で用いた水浄化処理装置における好気性微生物処理部２及び嫌気性微生物処理部５における微生物群（即ち、ポリビニルアルコール系樹脂に吸着された微生物群）を、下記のＰＣＲ−ＤＧＧＥ（Ｄｅｎａｔｕｒｉｎｇ Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｇｅｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ；変性剤濃度勾配ゲル電気泳動）法により解析した。
試験例３−２で用いた水浄化処理装置における好気性微生物処理部２及び嫌気性微生物処理部５における微生物群（即ち、ポリビニルアルコール系樹脂に吸着された微生物群）を、下記のＰＣＲ−ＤＧＧＥ（Ｄｅｎａｔｕｒｉｎｇ Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｇｅｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ；変性剤濃度勾配ゲル電気泳動）法により解析した。
試験例３−３の方法により得られたｅＤＮＡ溶液をテンプレートとし、ＰＣＲ反応によって微生物の１６Ｓ ｒＲＮＡ遺伝子におけるＶ３領域を含む領域の増幅を行った。２００μＬ容チューブに下記表１５に示すＰＣＲ溶液を加え、サーマルサイクラー（ＢＩＯＬＡＤ社製）にセットして、下記表１６に示す条件でＰＣＲを行った。ＰＣＲに用いたプライマーの塩基配列を下記表１７に示す。
下記表１８に記載の組成の２０％及び４０％変性剤濃度のアクリルアミド溶液を１６ｍＬずつ作製し、各溶液に１０％（ｗ／ｖ）過硫酸アンモニウム１５０μＬ及びＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン１５．０μＬを加えて混合し、グラジエントメーカーによりグラジエントゲルを作製し、５時間静置した。その後、７Ｌの１×ＴＡＥ緩衝液で満たした電気泳動槽にグラジエントゲルをセットし、６０℃に加温した。
次いで、上記により得られた各ＰＣＲ産物１０μＬとＬｏａｄｉｎｇ Ｂｕｆｆｅｒ ５μＬの混合溶液をグラジエントゲルの各ウェルにアプライし、４４．５Ｖ、６０℃の条件で１８時間電気泳動を行った。電気泳動後、グラジエントゲルをサイバーゴールド溶液に４０分間浸漬し、染色を行った後、トランスイルミネーター上でＵＶを照射し、ＫＯＤＡＫ １Ｄ Ｉｍａｇｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ（ＫＯＤＡＫ社製）により、バンドパターンを撮影した。バンドパターンを図６に示す。
さらに、上記で撮影したバンドパターンについて、解析ソフト（Ｔｏｔａｌ Ｌａｂ ＴＬ１２０ ｖ２００６、Ｎｏｎｌｉｎｅａ ｄｙｎａｍｉｃｓ）を用いて、次式によりＢａｎｄ Ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ Ｉｎｄｅｘ（ＢＳＩ）を算出した。さらに、当該ＢＳＩから、Ｕｎｗｅｉｇｈｔｅｄ Ｐａｉｒ Ｇｒｏｕｐ Ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｔｈ Ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ Ｍｅａｎ（ＵＰＧＭＡ）法により、クラスター解析を行った。バンドパターンのクラスター解析結果を図７に示す。
図６から明らかなように、好気性微生物処理部と嫌気性微生物処理部とでは、バンドパターンが異なることが確認できた。また、図７から明らかなように、バンドパターンのクラスター解析の結果、好気性微生物処理部（レーン２及び３）と嫌気性微生物処理部（レーン４及び５）との類似度係数が約４０％であることから、嫌気性微生物処理部と嫌気性微生物処理部とでは菌叢が異なることが確認できた。
以上のように、嫌気性微生物処理部と嫌気性微生物処理部との菌叢が異なる理由としては次のように考えられる。嫌気性微生物処理部内では、水の流入口付近では溶存酸素濃度が比較的高いものの、該処理部内を通過する水の流速が遅いため流入口付近に棲息する微生物によって酸素がすぐに消費されること、及び第２の圧送手段の停止により、嫌気性微生物処理部内全体の溶存酸素濃度が極めて低い状態となっていると考えられる。これに対して、好気性微生物処理部内では、常に水が流れており、さらに、その流速も速いことから、好気性微生物処理部内の溶存酸素濃度が比較的高い状態となっていると考えられる。従って、好気性微生物処理部内には、主に、絶対好気性微生物及び通性嫌気性微生物が棲息しており、嫌気性微生物処理部内には、主に通性嫌気性微生物及び偏性嫌気性微生物が棲息しているものと考えられる。
試験例３−４：実止水域の水浄化処理試験
図８に示すように、八左衛門池に循環路及び水浄化処理装置を敷設した。当該循環路には、図８中の「吸入」の位置から八左衛門池の水を導入し、「吐出」の位置から水を排出するように水を圧送する圧送手段が接続されている。また、八左衛門池内に対流を発生させるため、水底付近から水を導入し、水面に水を排出した（即ち、循環路における「吸入」部を水底付近に配置し、循環路における「吐出」部を水面付近に配置した。）。さらに、当該圧送手段により循環路に圧送される水の単位時間あたりの流量は８００Ｌ／分となるように設定した。またさらに、図８に示すように、循環路には水浄化処理装置が接続されており、循環路を流れる水の一部を好気性微生物処理部及び嫌気性微生物処理部に導入させた。循環路に接続された水浄化処理装置１の一部を図９に示す。図９では、第３の循環路８に接続された水浄化処理装置１のうち、好気性微生物処理部２側の概要を示している。図９における水浄化処理装置では、第３の圧送手段１５により処理対象水域１１から処理対象水を第３の循環路８へ導入し、排出される。これにより、処理対象水域１１内に緩やかな対流を発生させることができる。また、第３の循環路８を流れる処理対象水の一部は、通水路１３を通過して貯水部１２に導入される。貯水部１２に貯水された処理対象水は、第１の循環路３及び第２の循環路６にそれぞれ導入され、好気性微生物処理部２及び嫌気性微生物処理部５をそれぞれ通過した後、貯水部１２に排出されるようになっている。貯水部１２には、排出口１４が設けられており、貯水部１２内の水位が所定の水位を超えた場合に、処理対象水は排出口１４を通して処理対象水域１１に排出されるようになっている。
図８に示すように、八左衛門池に循環路及び水浄化処理装置を敷設した。当該循環路には、図８中の「吸入」の位置から八左衛門池の水を導入し、「吐出」の位置から水を排出するように水を圧送する圧送手段が接続されている。また、八左衛門池内に対流を発生させるため、水底付近から水を導入し、水面に水を排出した（即ち、循環路における「吸入」部を水底付近に配置し、循環路における「吐出」部を水面付近に配置した。）。さらに、当該圧送手段により循環路に圧送される水の単位時間あたりの流量は８００Ｌ／分となるように設定した。またさらに、図８に示すように、循環路には水浄化処理装置が接続されており、循環路を流れる水の一部を好気性微生物処理部及び嫌気性微生物処理部に導入させた。循環路に接続された水浄化処理装置１の一部を図９に示す。図９では、第３の循環路８に接続された水浄化処理装置１のうち、好気性微生物処理部２側の概要を示している。図９における水浄化処理装置では、第３の圧送手段１５により処理対象水域１１から処理対象水を第３の循環路８へ導入し、排出される。これにより、処理対象水域１１内に緩やかな対流を発生させることができる。また、第３の循環路８を流れる処理対象水の一部は、通水路１３を通過して貯水部１２に導入される。貯水部１２に貯水された処理対象水は、第１の循環路３及び第２の循環路６にそれぞれ導入され、好気性微生物処理部２及び嫌気性微生物処理部５をそれぞれ通過した後、貯水部１２に排出されるようになっている。貯水部１２には、排出口１４が設けられており、貯水部１２内の水位が所定の水位を超えた場合に、処理対象水は排出口１４を通して処理対象水域１１に排出されるようになっている。
なお、本試験例において、第１の圧送手段４により圧送される処理対象水の単位時間あたりの流量は８Ｌ／分と、第２の圧送手段により圧送される処理対象水の単位時間あたりの流量は３Ｌ／分となるようにそれぞれ設定した。また、好気性微生物処理部２内をより好気的環境とするために、図９に示すように第１の循環路に空気導入手段１０及び空気導入タンク９を接続した。さらに、嫌気性微生物処理部内をより嫌気的環境とするために、第２の圧送手段には、１５分間処理対象水の圧送を行い、４５分間処理対象水の圧送を停止させる圧送制御手段を接続した（図示なし）。またさらに、好気性微生物処理部２には、微生物吸着多孔質担体としてポリビニルアルコール系樹脂を充填したカラム（カラム内径：５０ｍｍ、カラム長：３５０ｍｍ）を６本、及び嫌気性微生物処理部には同カラムを３本、それぞれ用いた。
上記した浄化処理装置の運転を約１ヶ月間行い、八左衛門池の水面付近及び水底における溶存酸素濃度（ＤＯ）の測定を、溶存酸素計（堀場製作所製）を用いて行った。また、試験例３−１と同様にして化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の測定を行った。溶存酸素濃度（ＤＯ）及び化学的酸素要求量（ＣＯＤ）の測定結果を下記表２０及び２１に示す。
表２０から明らかなように、浄化処理を行う前と比較して、八左衛門池の水面付近及び水底のいずれにおいても溶存酸素濃度が顕著に増加しており、八左衛門池内は好気環境になっていることが確認できた。当該結果から、八左衛門池内における好気性微生物の活動が活性化され、浄化処理が進行しているものと考えられる。
表２１から明らかなように、１ヶ月間の処理試験において、八左衛門池のＣＯＤは安定した値を示すことが確認できた。特に、夏場（７月〜９月頃）は、試験例３−１の結果からも明らかなように、比較的高いＣＯＤ値を示すにもかかわらず、比較的低い値を示すことが確認できた。また、例年、夏場は八左衛門池の付近において嫌気性微生物が原因と考えられる悪臭が漂うが、浄化処理試験開始後はそのような悪臭は一切確認されなかった。
試験例４：金魚飼育水の浄化処理試験
八左衛門池の水１００Ｌ及び他の水槽由来の水１００Ｌを入れ、砂と砂利を計４０ｋｇ敷き詰めた水槽に、金魚５０匹を入れ、図１に示す水浄化処理装置を用いて浄化処理を行いつつ、３９日間室温にて金魚を飼育し、飼育開始から０、５、１０、１４、１７、２１、２８、３１及び３９日後の化学的酸素要求量（ＣＯＤ）を試験例１と同様の方法により測定した。また、金魚の餌として、１日に２〜３回の間隔で、１回につき約０．５ｇのテトラフィン（スペクトラムブランスジャパン株式会社製）を与えた。
八左衛門池の水１００Ｌ及び他の水槽由来の水１００Ｌを入れ、砂と砂利を計４０ｋｇ敷き詰めた水槽に、金魚５０匹を入れ、図１に示す水浄化処理装置を用いて浄化処理を行いつつ、３９日間室温にて金魚を飼育し、飼育開始から０、５、１０、１４、１７、２１、２８、３１及び３９日後の化学的酸素要求量（ＣＯＤ）を試験例１と同様の方法により測定した。また、金魚の餌として、１日に２〜３回の間隔で、１回につき約０．５ｇのテトラフィン（スペクトラムブランスジャパン株式会社製）を与えた。
なお、本試験例において、図１に示す第１の圧送手段４により圧送される処理対象水の単位時間あたりの流量は６Ｌ／分と、第２の圧送手段７により圧送される処理対象水の単位時間あたりの流量は３Ｌ／分となるようにそれぞれ設定した。また、図１に示す好気性微生物処理部２には、微生物吸着多孔質担体としてポリビニルアルコール系樹脂を充填したカラム（カラム内径：５２ｍｍ、カラム長：３４７ｍｍ）を３本、及び嫌気性微生物処理部５には同カラムを６本、それぞれ用いた。
飼育開始から０、５、１０、１４、１７、２１、２８、３１及び３９日後の化学的酸素要求量の測定結果を下記表２２に示す。
表２２から明らかなように、金魚が棲息する水域においても、１ヶ月以上も安定したＣＯＤを示すことが確認できた。また、水の濁りはほとんど確認されなかった。さらに、処理開始後２８日経過以降ＣＯＤが減少し始めることが確認できた。これは、微生物処理部内の微生物叢が安定し、金魚の餌や糞などによる水質汚染に対して微生物処理部と対流による浄化能力が向上したことが理由であると考えられる。
１ 水浄化処理装置
２ 好気性微生物処理部
３ 第１の循環路
４ 第１の圧送手段
５ 嫌気性微生物処理部
６ 第２の循環路
７ 第２の圧送手段
８ 第３の循環路
９ 空気導入タンク
１０ 空気導入手段
１１ 処理対象水域
１２ 貯水部
１３ 通水路
１４ 排出口
１５ 第３の圧送手段
２ 好気性微生物処理部
３ 第１の循環路
４ 第１の圧送手段
５ 嫌気性微生物処理部
６ 第２の循環路
７ 第２の圧送手段
８ 第３の循環路
９ 空気導入タンク
１０ 空気導入手段
１１ 処理対象水域
１２ 貯水部
１３ 通水路
１４ 排出口
１５ 第３の圧送手段
Claims (14)
- 微生物吸着多孔質担体を有する好気性微生物処理部と、
前記好気性微生物処理部に処理対象水を導入及び排出させる第１の循環路と、
前記第１の循環路に接続され、前記好気性微生物処理部に処理対象水を圧送する第１の圧送手段と、
微生物吸着多孔質担体を有する嫌気性微生物処理部と、
前記嫌気性微生物処理部に処理対象水を導入及び排出させる第２の循環路と、
前記第２の循環路に接続され、前記嫌気性微生物処理部に処理対象水を圧送する第２の圧送手段と、を備える水浄化処理装置。 - 前記第１の圧送手段により圧送される処理対象水の単位時間あたりの流量が、前記第２の圧送手段により圧送される処理対象水の単位時間あたりの流量よりも多いことを特徴とする、請求項１に記載の水浄化処理装置。
- 前記好気性微生物処理部に空気を導入させる空気導入手段を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の水浄化処理装置。
- 前記嫌気性微生物処理部への処理対象水の圧送を所定期間停止させる圧送制御手段を備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の水浄化処理装置。
- 処理対象水を導入及び排出させる第３の循環路と、
前記第３の循環路に接続され、処理対象水を圧送する第３の圧送手段とを備え、
前記第１の循環路及び第２の循環路の導入口、又は導入口及び排出口の両方が第３の循環路に接続されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の水浄化処理装置。 - 処理対象水を導入及び排出させる第３の循環路と、
前記第３の循環路に接続され、処理対象水を圧送する第３の圧送手段と、
前記第３の循環路から導入した処理対象水を貯水する貯水部と、
を備え、
前記第３の循環路と前記貯水部とが通水路により接続され、
前記第１の循環路及び前記第２の循環路の導入口、又は導入口及び排出口の両方が前記貯水部に接続されていることを特徴とする、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の水浄化処理装置。 - 前記微生物吸着多孔質担体が、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエチレングリコール系樹脂及びポリエーテル系樹脂からなる群から選択される少なくとも１種の樹脂を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の水処理装置。
- （ａ）処理対象水を、微生物吸着多孔質担体を有する好気性微生物処理部及び微生物吸着多孔質担体を有する嫌気性微生物処理部にそれぞれ導入する工程、
（ｂ）前記工程により導入された処理対象水に対して、前記好気性微生物処理部において好気性微生物による分解処理を、前記嫌気性微生物処理部において嫌気性微生物による分解処理をそれぞれ進行させる工程、及び
（ｃ）前記好気性微生物処理部及び前記嫌気性微生物処理部から処理対象水をそれぞれ排出する工程を含み、
前記好気性微生物処理部に導入される処理対象水の単位時間あたりの流量が、前記嫌気性処理部に導入される処理対象水の単位時間あたりの流量よりも多いことを特徴とする、
水浄化処理方法。 - 前記（ａ）工程及び（ｃ）工程により、処理対象水域内に対流を生じさせることを特徴とする、請求項８に記載の水浄化処理方法。
- 処理対象水域から処理対象水を循環路内に導入し、該循環路を通過させて処理対象水を排出することにより、処理対象水域内に対流を生じさせる工程を含み、
前記（ａ）工程において、該循環路から処理対象水を導入し、かつ前記（ｃ）工程において、処理対象水を該循環路又は処理対象水域へ排出することを特徴とする、請求項８に記載の水浄化処理方法。 - 処理対象水域から処理対象水を循環路内に導入し、該循環路を通過させて処理対象水を排出することにより、処理対象水域内に対流を生じさせる工程を含み、
前記（ａ）工程において、該循環路から処理対象水を導入し、かつ前記（ｃ）工程において、処理対象水を貯水部へ排出した後、処理対象水を該貯水部から処理対象水域へ排出することを特徴とする、請求項８に記載の水浄化処理方法。 - 好気性微生物処理部に処理対象水とともに空気を導入することを特徴とする、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の水浄化処理方法。
- 前記嫌気性微生物処理部への処理対象水の導入を所定期間停止することを特徴とする、請求項８〜１２のいずれか一項に記載の水浄化処理方法。
- 前記微生物吸着多孔質担体が、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエチレングリコール系樹脂及びポリエーテル系樹脂からなる群から選択される少なくとも１種の樹脂を含む、請求項８〜１３のいずれか一項に記載の水浄化処理方法。
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