JP3183162B2 - 流体浄化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は流体浄化装置に関
し、さらに詳細にいえば、種々の汚染物質を効果的に除
去することができる新規な流体浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、微生物の生物学的分解と、殺
菌灯、光触媒とに着目した水浄化装置で提案されている
（特開平６−２６９７７２号公報参照）。特開平６−２
６９７７２号公報に記載された水浄化装置は、紫外線ラ
ンプの周囲に円筒状に光励起触媒を有する第１瀘材を設
け、光励起触媒の周囲に円筒状に多孔質セラミックボー
ルからなる第２濾材を設け、流入管から金属容器内に流
入される汚水を第２濾材、第１濾材を通して流出管から
排出するようにしている。そして、このとき、汚水は紫
外線ランプから照射される紫外線により殺菌され、かつ
第１濾材の光励起触媒が励起され、この光励起触媒が殺
菌および脱臭作用を発揮する。第２濾材では、これに付
着繁殖した微生物により有機物が分解される。

【０００３】そして、この構成を採用することにより、
装置の小形化かつ一体構造化が可能となり、化学的分解
および生物的分解によって広範囲の汚濁物を初期から高
効率で分解できると記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平６−２
６９７７２号公報に記載された水浄化装置においては、
微生物の種類、機能を全く特定していないので、採用す
べき微生物を特定することができず、ひいては十分な水
の浄化を達成することができない。また、微生物の種類
を特定できた場合であっても、微生物の種類によって最
適な環境が大幅に異なるのであるから、汚濁物質の全て
に対して有効な水浄化装置を提供することは不可能であ
る。特に、汚濁物質は、金属イオン、有機物など、種々
の物質であるから、これらの濃度を低下させることは殆
ど不可能であるとともに、特定の汚濁物質の濃度につい
ても、余り低濃度にすることができない。

【０００５】

【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、ＢＯＤ（Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘ
ｙｇｅｎ Ｄｅｍａｎｄ：生化学的酸素要求量）が数百
ｐｐｍから数ｐｐｍにわたる広範囲の流体の浄化に適用
でき、十分な浄化作用を行うことにより、これらの濃度
を十分に（例えば、環境基準濃度よりも低い濃度にま
で）低下させることができる新規な流体浄化装置を提供
することを目的としている

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の流体浄化装置
は、硝化細菌を好気的環境で保持する１対の第１の浄化
ユニットと、脱窒細菌を嫌気的環境で保持する第２の浄
化ユニットと、光合成細菌および／または藍藻類を好気
的環境で保持するとともに、前記光合成細菌および／ま
たは藍藻類に光を照射する光源を有する第３の浄化ユニ
ットと、殺菌灯もしくは光源と光触媒とを有する第４の
浄化ユニットとを含み、前記１対の第１の浄化ユニット
の間に、第２の浄化ユニット、第３の浄化ユニット、第
４の浄化ユニットをこの順に配設し、これら各ユニット
の浄化機能およびこれらのユニットの相互作用によっ
て、これら各ユニットに順次供給される流体を浄化する
ものである。

【０００７】請求項２の流体浄化装置は、流体の一部が
第２の浄化ユニットをバイパスするようにバイパス管路
をさらに有しているものである。

【０００８】請求項３の流体浄化装置は、前記第３の浄
化ユニットとして、光合成細菌および／または藍藻類を
付着させるための担体として透光性を有するものを採用
したものである。ここで、硝化細菌は、アンモニア酸化
細菌（亜硝酸細菌）および亜硝酸酸化細菌（硝酸細菌）
を総称する用語として使用される。硝化細菌としては、
Ｎｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ属、Ｎｉｔｒｏｓｏｃｏｃｃ
ｕｓ属、Ｎｉｔｒｏｓｏｓｐｉｒａ属、Ｎｉｔｒｏｓｏ
ｖｉｂｒｉｏ属が例示できる。代表的なものとして、Ｎ
ｉｔｒｏｓｏｍｏｎａｓ ｅｕｒｏｐａｅａ、Ｎｉｔｒ
ｏｓｏｃｏｃｃｕｓ ｏｃｅａｎｕｓが挙げられる。

【０００９】脱窒細菌は、硝酸塩還元細菌とも呼ばれ、
Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ属、Ａｃｈｒｏｍｏｂａｃｔｅ
ｒ属、Ａｚｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍ属、Ｐａｒａｃｏｃｃ
ｕｓ属、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ属、Ｒｈｏｄｏｐｓｅ
ｕｄｏｍｏｎｕｓ属、Ｔｈｉｏｂａｃｉｌｌｕｓ属が例
示できる。代表的なものとして、Ｐａｒａｃｏｃｃｕｓ
ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｎｓ，Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅ
ｓ ｆａｅｃａｌｉｓが挙げられる。

【００１０】光合成細菌は、緑色イオウ細菌、糸状性ほ
ふく緑色細菌、紅色イオウ細菌、紅色非イオウ細菌、好
気性光合成細菌、嫌気性褐緑色光合成細菌を総称する用
語として使用される。藍藻類は、シアノバクテリア（藍
色細菌）を示す用語として使用される。これらとして
は、Ｓｙｎｅｃｈｏｃｃｕｓ属、Ｓｙｎｅｃｈｏｃｙｓ
ｔｉｓ属、Ｇｌｏｅｏｂａｃｔｅｒ属、Ｇｌｏｅｏｃａ
ｐｓａ属、Ｄｅｒｍｏｃａｒｐａ属、Ｐｌｅｕｒｏｃａ
ｐｓａ属、Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｉａ属、Ｓｐｉｒｕｌ
ｉｎａ属、Ｔｒｉｃｈｏｄｅｓｍｉｕｍ属、Ａｎａｂａ
ｅｎａ属、Ｃａｌｏｔｈｒｉｘ属、Ｎｏｓｔｏｃ属、Ｆ
ｉｓｃｈｅｒｅｌｌａ属、Ｍａｓｔｉｇｏｃｌａｄｕｓ
属、Ｓｔｉｇｏｎｅｍａ属、Ｃｈｌｏｒｏｂｉｕｍ属、
Ｃｈｌｏｒｏｆｌｅｘｕｓ属、Ｃｈｒｏｍａｔｉｕｍ
属、Ｔｒｉｏｃａｐｓａ属、Ｅｒｙｔｈｒｏｂａｃｔｅ
ｒ属、Ｈｅｌｉｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ属が例示できる。
代表的なものとして、Ａｎａｂａｅｎａ，Ｇｌａｅｏｃ
ａｐｓａ，Ｍｉｃｒｏｃｙｓｔｉｓ（アオコ）、Ｔｏｌ
ｙｐｏｔｈｒｉｘ，Ｐｈｏｒｍｉｄｉｕｍが挙げられ
る。

【００１１】光触媒としては、酸化チタン、５酸化バナ
ジウム、酸化亜鉛などが例示できる。

【００１２】

【作用】請求項１の流体浄化装置であれば、硝化細菌を
好気的環境で保持する１対の第１の浄化ユニットと、脱
窒細菌を嫌気的環境で保持する第２の浄化ユニットと、
光合成細菌および／または藍藻類を好気的環境で保持す
るとともに、前記光合成細菌および／または藍藻類に光
を照射する光源を有する第３の浄化ユニットと、殺菌灯
もしくは光源と光触媒とを有する第４の浄化ユニットと
を含んでいるのであるから、第３の浄化ユニットで生成
される有機物、硝酸を第１の浄化ユニット、第２の浄化
ユニットに供給することにより、硝化細菌、脱窒細菌を
十分に活動させることができ、また、各ユニットごとに
簡単に最適な環境を設定することができる。特に、好気
的環境に関しては、第３の浄化ユニットにおける光合成
に伴って酸素が発生するので、特別にエアレーションな
どを行わなくても確実に好気的環境を達成することがで
きる。したがって、これら各ユニットの浄化機能および
これらのユニットの相互作用によって、これら各ユニッ
トに順次供給される流体を浄化することができる。ま
た、１対の第１の浄化ユニットの間に、第２の浄化ユニ
ット、第３の浄化ユニット、第４の浄化ユニットをこの
順に配設しているので、各ユニットの必要数を最も少な
くすることができ、全体として装置を簡単化し、かつ小
型化することができる。

【００１３】

【００１４】請求項２の流体浄化装置であれば、流体の
一部が第２の浄化ユニットをバイパスするようにバイパ
ス管路をさらに有しているので、特別な装置を設けるこ
となく、第２の浄化ユニットを簡単に嫌気的環境にする
ことができるほか、請求項１と同様の作用を達成するこ
とができる。請求項３の流体浄化装置であれば、前記第
３の浄化ユニットとして、光合成細菌および／または藍
藻類を付着させるための担体として透光性を有するもの
を採用しているので、光合成細菌および／または藍藻類
の着床面積を増加させることができ、しかも、何れの部
分に付着した光合成細菌および／または藍藻類であって
も十分な増殖を行わせることができ、ひいては第３の浄
化ユニットを大型化することなく浄化能力を高めること
ができるほか、請求項１または請求項２と同様の作用を
達成することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面によってこの発明
の実施の態様を詳細に説明する。図１はこの発明の流体
浄化装置の一実施態様を示す概略図である。この流体浄
化装置は、硝化細菌を好気的環境で保持する第１の浄化
ユニット１、脱窒細菌を嫌気的環境で保持する第２の浄
化ユニット２、光合成細菌および／または藍藻類を好気
的環境で保持する第３の浄化ユニット３、光合成細菌お
よび／または藍藻類を好気的環境で保持する第３の浄化
ユニット４、殺菌灯を有する第４の浄化ユニット５、硝
化細菌を好気的環境で保持する第１の浄化ユニット６、
および温度調節ユニット７を流体流路を介して直列に連
通しているとともに、水槽８内の水をポンプ９を介して
第１の浄化ユニット１に供給し、温度調節ユニット７か
ら流出する水を水槽８に戻すようにしている。

【００１６】前記第１の浄化ユニット１，６は、例え
ば、洗浄海砂中に硝化細菌懸濁液を吸着させたものを容
器内に充填してなるものである。前記第２の浄化ユニッ
ト２は、例えば、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）ゲル
中に脱窒細菌懸濁液を固定化したものを容器内に充填し
てなるものである。また、第２の浄化ユニット２の容器
は外周面が遮光性を有しているとともに、一部の水が第
２の浄化ユニット２を通過することなく第３の浄化ユニ
ット３に供給されるようにバイパス流路および流量調節
バルブ１０を設けることにより、容器の内部を嫌気的環
境にできるようにしている。

【００１７】前記第３の浄化ユニット３は、例えば、図
２に縦断面を、図３に横断面を示すように、二重円筒構
造の透明容器３ａの内筒内に光源３ｂを設け、透明容器
３ａの内部にガラス、プラスチックなどの透光性の材質
からなり、かつ任意の形状に形成された着床用の担体３
ｃを充填してなるものである。ただし、担体３ｃの形状
を球に設定することが好ましく、光合成細菌、藍藻類が
付着する表面積を大きくすることができる。さらに、前
記透明容器３ａは、必要に応じて担体３ｃを出し入れす
るための蓋を有していることが好ましい。さらにまた、
担体３ｃの直径は、流体の流速を所定範囲（１ｍ／ｍｉ
ｎ以下、ただし、遅い程よい）に設定することができる
ように設定される。具体的には、例えば、透明容器３ａ
の内径が１００φであり、透明容器３ａの外径が４０φ
である場合に、担体３ｃの直径が３〜２０φに設定され
る。前記光源３ｂとしては、蛍光灯、白熱灯、太陽光線
を集光する機構などが例示できる。

【００１８】前記第４の浄化ユニット５は、殺菌灯を有
するものとして例示されているが、例えば、透明容器の
内部に酸化チタンなどの光触媒をビーズ状などに成形し
たものを収容し、外部から水銀灯などの光を照射し、光
触媒を水流と共に撹拌する構成を採用してもよいことは
もちろんである。上記の構成の流体浄化装置の作用は次
のとおりである。

【００１９】浄化すべき水が収容された水槽８内の水を
ポンプ９を用いて第１の浄化ユニット１に導き、その
後、順次第２の浄化ユニット２、第３の浄化ユニット
３、第３の浄化ユニット４、第４の浄化ユニット５、第
１の浄化ユニット６、温度調節ユニット７に導き、温度
調節ユニット７から導出される水を再び水槽に戻すこと
により水を循環させる。

【００２０】水の循環開始当初には、第３の浄化ユニッ
ト３，４に含まれる担体３ｃに光合成細菌、藍藻類の何
れも付着していないが、通常循環される水の中にこれら
が含まれているのであるから、これらの一部が担体３ｃ
の表面に付着する。担体３ｃの表面に付着した光合成細
菌、藍藻類は、光源３ｂからの光を受けるとともに、水
に含まれている二酸化炭素利用して光合成を行い、有機
物（糖、多糖類）、硝酸および酸素を生成する。この結
果、光合成細菌、藍藻類が増殖するために必要な光要求
性、好気性、増殖に足場となる物質の要件が充足され、
光合成細菌、藍藻類が増殖する。ただし、この場合に
は、最も環境に適したものが増殖することになる。そし
て、光合成細菌、藍藻類が増殖するに当って、窒素化合
物、リン化合物、金属イオンなどを取り込むので、前記
水が浄化される。

【００２１】また、光合成により生成された有機物、硝
酸は水の循環に伴って第１の浄化ユニット１，６および
第２の浄化ユニット２に供給されるので、硝化細菌、脱
窒細菌が活動しやすい環境を得ることができる。特に、
硝化細菌は好気的環境を必要とするが、この好気的環境
は光合成により生成された酸素によって達成される。ま
た、脱窒細菌は嫌気的環境を必要とするが、この嫌気的
環境は第２の浄化ユニットの内部を遮光するとともに、
バイパス管路によって水の一部をバイパスさせることに
より簡単に達成される。したがって、硝化細菌、脱窒細
菌、光合成細菌および／または藍藻類がそれぞれ活発に
活動して水に含まれている汚染物質の濃度を著しく低い
レベルにまで低下させることができる。

【００２２】具体的には、硝化細菌によるアンモニアな
どの酸化、脱窒細菌による硝酸イオンの還元、光合成細
菌および／または藍藻類による硝酸イオン、リン酸イオ
ン、金属イオンの取り込み、光触媒による酸化分解、殺
菌、不活性化、脱臭を行い、水を浄化することができ
る。ここで、光合成細菌、藍藻類は、生物学的分解を行
うのではなく、増殖のために窒素化合物、リン化合物、
金属イオンなどを取り込むのであるから、これらの濃度
が低くても、十分な浄化作用を達成することができ、最
終的にこれらの濃度を環境基準濃度よりも十分に低い濃
度にまで低下させることができる。また、水の浄化を行
っている間において、担体３ｃが透明容器３ａ内に充填
されているのであるから、担体３ｃどうしの摺擦が防止
され、摺擦に起因する光合成細菌、藍藻類の離床を未然
に防止することができる。

【００２３】なお、光合成細菌、藍藻類が増殖しすぎる
と、光が当たらない部分が増加し、このような部分では
光合成が行われず、無酸素状態になって光合成細菌、藍
藻類が離床し、または枯死し、分解されて汚染の源にな
るので、例えば、担体３ｃの見える量が当初の１／４程
度になった時点で水の循環を停止し、透明容器３ａから
全ての担体３ｃを取り出して光合成細菌、藍藻類を分離
する。その後は、光合成細菌、藍藻類が分離された担体
３ｃを透明容器３ａ内に充填し、再び水を循環させるこ
とにより、水の浄化を行うことができる。

【００２４】具体的には、この構成の流体浄化装置を用
いて水を浄化した場合に、窒素分が数百ｐｐｍの水を、
窒素分が１０^-1〜１０^-12ｐｐｍ程度にまで浄化するこ
とができた。したがって、従来の細菌処理法が硝化菌、
脱窒細菌により数百ｐｐｍの水を数十ｐｐｍにまで浄化
していたのと比較して、著しく高い浄化効果を達成でき
ることが分かる。

【００２５】前記の実施態様において採用していた球状
の担体３ｃに代えて、透明容器３ａの周縁から中心に向
かって延びるひだ状の担体を採用すること、透明容器３
ａの中心から周縁に向かって延びる放射状かつ先細状の
担体を採用すること、透明容器３ａの中心から周縁まで
延びる放射状かつ一定厚みの担体を採用することなどが
可能である。

【００２６】また、各ユニットの配列順序を変化させる
ことが可能である。例えば、第１の浄化ユニット−第３
の浄化ユニット−第３の浄化ユニット−第１の浄化ユニ
ット−第１の浄化ユニット−第２の浄化ユニット−第４
の浄化ユニット−エアレーション装置−第１の浄化ユニ
ットの順に各ユニットを配列してもよく、また、第１の
浄化ユニット−第４の浄化ユニット−第１の浄化ユニッ
ト−第２の浄化ユニット−第３の浄化ユニット−第３の
浄化ユニット−第４の浄化ユニット−第１の浄化ユニッ
トの順に各ユニットを配列してもよく、これら以外にも
適宜配列の順序を設定することが可能である。ただし、
前記の実施態様の配列順序を採用した場合に必要なユニ
ットの数を最も少なくすることができるとともに、余分
な装置を設ける必要がないので、最も好ましい。

【００２７】なお、以上には水を浄化する場合について
説明したが、硝化細菌、脱窒細菌が活動可能であり、か
つ光合成細菌、藍藻類が繁殖可能な流体であれば、同様
に適用することにより浄化することができる。また、担
体３ｃは透光性を有していることが好ましいが、必ずし
も透光性を有していなくてもよく、この場合には不透明
なプラスチック、細菌どうしの重合物などが使用可能で
ある。

【００２８】

【発明の効果】請求項１の発明は、第３の浄化ユニット
で生成される有機物、硝酸を第１の浄化ユニット、第２
の浄化ユニットに供給することにより、硝化細菌、脱窒
細菌を十分に活動させることができ、また、各ユニット
ごとに簡単に最適な環境を設定することができ、特に、
好気的環境に関しては、第３の浄化ユニットにおける光
合成に伴って酸素が発生するので、特別にエアレーショ
ンなどを行わなくても確実に好気的環境を達成すること
ができ、ひいては、これら各ユニットの浄化機能および
これらのユニットの相互作用によって、これら各ユニッ
トに順次供給される流体を浄化することができ、しか
も、各ユニットの必要数を最も少なくすることができ、
全体として装置を簡単化し、かつ小型化することができ
るという特有の効果を奏する。

【００２９】請求項２の発明は、特別な装置を設けるこ
となく、第２の浄化ユニットを簡単に嫌気的環境にする
ことができるほか、請求項１と同様の効果を奏する。

【００３０】請求項３の発明は、光合成細菌および／ま
たは藍藻類の着床面積を増加させることができ、しか
も、何れの部分に付着した光合成細菌および／または藍
藻類であっても十分な増殖を行わせることができ、ひい
ては第３の浄化ユニットを大型化することなく浄化能力
を高めることができるほか、請求項１または請求項２と
同様の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の流体浄化装置の一実施態様を示す概
略図である。

【図２】第３の浄化ユニットの構成を概略的に示す縦断
面図である。

【図３】同上横断面図である。

【符号の説明】

１ 第１の浄化ユニット ２ 第２の浄化ユニット ３，４ 第３の浄化ユニット ５ 第４の浄化ユニッ
ト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新井 潤一郎 茨城県つくば市御幸が丘３番地 ダイキ ン工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−12286（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−131199（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−209794（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−144095（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−7792（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−18499（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 硝化細菌を好気的環境で保持する１対の
   第１の浄化ユニット（１）（６）と、脱窒細菌を嫌気的
   環境で保持する第２の浄化ユニット（２）と、光合成細
   菌および／または藍藻類を好気的環境で保持するととも
   に、前記光合成細菌および／または藍藻類に光を照射す
   る光源（３ｂ）を有する第３の浄化ユニット（３）
   （４）と、殺菌灯もしくは光源と光触媒とを有する第４
   の浄化ユニット（５）とを含み、前記１対の第１の浄化
   ユニット（１）（６）の間に、第２の浄化ユニット
   （２）、第３の浄化ユニット（３）（４）、第４の浄化
   ユニット（５）をこの順に配設し、これら各ユニットの
   浄化機能およびこれらのユニットの相互作用によって、
   これら各ユニットに順次供給される流体を浄化すること
   を特徴とする流体浄化装置。
2. 【請求項２】 流体の一部が第２の浄化ユニット（２）
   をバイパスするようにバイパス管路をさらに有している
   請求項１に記載の流体浄化装置。
3. 【請求項３】 前記第３の浄化ユニット（３）（４）
   は、光合成細菌および／または藍藻類を付着させるため
   の担体（３ｃ）として透光性を有するものを採用してい
   る請求項１または請求項２に記載の流体浄化装置。