JP3815281B2

JP3815281B2 - 河川、水路、湖沼、または池等の水の直接浄化方法および直接浄化装置および直接浄化システム

Info

Publication number: JP3815281B2
Application number: JP2001300641A
Authority: JP
Inventors: 浩一郎村澤; 勝牧野; 等薦田; 明男辻; 順八木
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: JP2003103295A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に河川、水路、湖沼、池の窒素を脱窒により直接除去する方法、装置、システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の生物学的脱窒法は、酸素の制限された環境で、メタノールなどの水素供与体を添加しながら行う技術であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これら従来の技術では、好気的な河川、水路、湖沼、池を直接脱窒することは原理的に不可能であった。
【０００４】
また、メタノールなどの液体水素供与体を河川、水路、湖沼、池に添加すること、水素供与体が容易に流れるか移動、拡散してしまい脱窒反応に寄与しないという課題があった。
【０００５】
本発明はこれら従来の課題を効果的に解決するものであり、好気的な河川、水路、湖沼、池を直接脱窒する河川、水路、湖沼、池の直接浄化方法および直接浄化装置および直接浄化システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
これら従来の課題を解決するために本発明者らは鋭意研究の結果、以下の手段を用いることが本発明の課題を効果的に解決し得ることを見出し、本発明を完結するに至った。
【００１１】
１炭素数が１０以上のカルボン酸または炭素数が１２以上のアルコールを主成分とする天然岩様に成形かつ着色した固形物と前記炭素数が１０以上のカルボン酸または炭素数が１２以上のアルコールより比重が重い物質とからなる材料を河川、水路、湖沼、または池に直接設置する。
【００１２】
２炭素数が１０以上のカルボン酸または炭素数が１２以上のアルコールを主成分とし天然岩様に成形かつ着色した固形物と前記炭素数が１０以上のカルボン酸または炭素数が１２以上のアルコールより比重が重い物質とからなる材料の少なくとも１箇所に植物を植栽し河川、水路、湖沼、または池に直接設置する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明で用いるカルボン酸とは、アルキル基をＲで表した時、一般式
【００１７】
【化１】

【００１８】
で示される構造を有する化学物質であり、炭素数が１０以上であることが必須である。
【００１９】
炭素数が１０未満では、融点が常温付近に存在するため、成形加工が著しく困難となり好ましくない。
【００２０】
さらにより好ましくは（化１）におけるアルキル基が直鎖状で一重結合のみから成る飽和カルボン酸である。
【００２１】
二重結合の存在はたとえ炭素数が１０以上であっても融点の低下を一般的に招くため好ましくない。さらに、側鎖やベンゼン環などの存在は生分解性そのものを低下させるため、本発明の様な微生物を使った処理方法には好ましくない。
【００２２】
以上の要件を満たす脂肪酸としては、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、リグノセリン酸、ベヘニン酸、およびこれら脂肪酸の混合物、塩、水素添加品などが例示される。
【００２３】
混合物としては、単体脂肪酸を人為的に混合してもよく、また牛脂脂肪酸、ヤシ油脂肪酸などの天然混合物でもよい。
【００２４】
本発明で用いるアルコールとは、アルキル基をＲで表した時、一般式
【００２５】
【化２】

【００２６】
で示される構造を有する化学物質であり、炭素数が１２以上であることが必須である。
【００２７】
炭素数が１２未満では、融点が常温付近に存在するため、成形加工が著しく困難となり好ましくない。
【００２８】
さらにより好ましくは（化２）におけるアルキル基が直鎖状で飽和型のアルコールである。
【００２９】
二重結合の存在はたとえ炭素数が１２以上であっても融点の低下を一般的に招くため好ましくない。
【００３０】
以上の要件を満たすアルコールとしては、ラウリンアルコール、ミリスチルアルコール、ステアリルアルコール、セチルアルコール、ベヘニルアルコール、およびこれらアルコールの混合物、塩などが例示される。
【００３１】
混合物としては、単体アルコールを人為的に混合してもよく、また天然混合物でもよい。
【００３２】
これらカルボン酸やアルコールは水に不溶で脱窒菌の水素供与体として好ましい物質郡として選択されたものであり、これら水素供与体と水との界面で脱窒反応が起こるものである。
【００３３】
本発明で用いるカルボン酸またはアルコールは、水との接触面積を増大させるために、担持体に担持することは好ましい手段である。
【００３４】
これら担持体としては、セラミック多孔体、スポンジ、繊維、不織布、天然石、セルロースなどが例示される。
【００３５】
本発明で用いるカルボン酸またはアルコールは、それら自身の比重が１未満であり、カルボン酸またはアルコールより比重が重い材料と複合化することで比重を１以上にし、河川、水路、湖沼などで浮くことによる障害を回避することが好ましい。
【００３６】
これら、カルボン酸またはアルコールより比重が重い材料としては金属、セラミック、樹脂、天然石などが例示される。
【００３７】
本発明で用いるカルボン酸またはアルコールを天然岩状に成形し、天然岩状に着色することで、たとえば岩の露出した比較的浅い河川や水路に設置しても美観を損ねることのない擬岩の機能を果たすため好ましい。
【００３８】
また、前記天然岩調に成形、着色したカルボン酸またはアルコールに植物植栽用の穴などを設け植物植栽することで、自然の美観をさらに損ねることがないばかりか、植物が有する窒素、リンなどの吸収効果で水質浄化をさらに促進させるため好ましい。
【００３９】
本発明で用いるカルボン酸またはアルコールと微生物の棲家となる材料を個別に設け、カルボン酸またはアルコールからの生分解生生物が流れに沿って移動し、カルボン酸またはアルコールよりも下流に設けた微生物の棲家となる材料上で脱窒反応を起こすことが可能である。
【００４０】
これら微生物の棲家となる材料としては繊維状ろ材、ひも状ろ材などの接触ろ過方法で用いられる一般的な材料が例示される。
【００４１】
錘と本発明で用いるカルボン酸またはアルコールを紐で結合し、河川、水路、湖沼などへ添加することで、錘により固定されたカルボン酸またはアルコールが水中で浮いた状態を作ることができ、水面上で作業や工事が困難な場所に好適な手段である。
【００４２】
本発明で用いるカルボン酸またはアルコールを、動力源を有し河川、水路、湖沼、池を自走可能な装置内部に収納し、常に水と接触させることは全体をくまなく浄化できるという観点から好ましい。
【００４３】
また、自走方向を選択する手段が予めマイクロコンピューターなどにプログラムされているか、外部からの無線で制御可能であることは、計画的に浄化を進める点で好ましいシステムである。
【００４４】
さらに、前記自走する装置に水質測定する装置を設け、データを別の場所に設けた管理室などに転送し集中管理を行うことや、それら水質データをもとに前記自走する装置の移動場所を管理室などから逆にデータ指示を行うことにより、集中的かつ効率的に水質浄化作業や水質状況を把握することができる点で好ましいシステムである。
【００４５】
管理室で前記自走する装置を集中管理するために、人工衛星を用いた位置特定装置（ＧＰＳ装置）を用いることは、さらに好ましい手段である。
【００４６】
前記自走する動力源としてはモーター、エンジンが例示でき、モーターのエネルギー源としてはバッテリー、太陽電池、風力発電装置、波力発電装置などが例示される。
【００４７】
前記自走方向を選択する手段としては舵、動力源自身の方向変換などの手段が例示される。
【００４８】
前記データ転送手段としては、短波、中波無線、ＰＨＳが例示される。
【００４９】
窒素以外にリンや有機物除去機能を合わせて具備させることは、総合的な水質浄化を実現する点から好ましい。
【００５０】
これらリンを除去する機能としては、活性アルミナなどのリン吸着物質を同時に収納する、ポリ塩化アルミニウムなどの凝集剤を定量添加する装置を同時に搭載するなどが例示でき、有機物を除去する機能としては、活性炭を同時に収納する、曝気を行うなどが例示される。
【００５１】
【実施例】
次に実施例によって本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００５２】
（実施例１）
炭素数が１２のカルボン酸であるラウリン酸をウレタンスポンジ（見かけ比重０．０３）にコーティングした接触材７００枚を河川中に図１に示す形態にて設置した。
【００５３】
図１において、１−１はラウリン酸をウレタンスポンジ（見かけ比重０．０３）にコーティングした接触材、図中矢印は河川の流れ方向を示す。
【００５４】
この河川に流入水の溶存酸素量は４．５ｍｇ／Ｌであり、１５０ｍ³／日の水量を通過させた結果、前記接触材への接触時間が２．５時間の条件で、窒素除去率は５５％であり、好気的な流入水であっても十分な脱窒効果が確認された。
【００５５】
（実施例２）
炭素数が１８のカルボン酸であるステアリン酸を星型状不織布にコーティングした接触材４５０枚を水路中に図２に示す形態にて設置した。
【００５６】
図２において、２−１はステアリン酸を星型状不織布にコーティングした接触材、図中矢印は河川の流れ方向を示す。
【００５７】
この河川に流入水の溶存酸素量は３．８ｍｇ／Ｌであり、７５ｍ³／日の水量を通過させた結果、前記接触材への接触時間が１．１時間の条件で、窒素除去率は５２％であり、好気的な流入水であっても十分な脱窒効果が確認された。
【００５８】
（実施例３）
炭素数が１２のアルコールであるラウリルアルコールと炭素数が１６のステアリン酸であるパルミチン酸の等量組成物を溶融後、あらかじめ天然の石を底に敷いた円筒状容器に添加し、冷却固化させることにより底部に錘の役目をする石、上部にラウリルアルコールとパルミチン酸の等量組成物を有する成形物を得た。
【００５９】
本成形物を保有水量約１２００００トンの池に図３に示す様に８００個均等に添加した。
【００６０】
図１において、３−１は底部に錘の役目をする石、上部にラウリルアルコールとパルミチン酸の等量組成物を有する成形物、３−１−１は前記成形物の錘の役目をする石部、３−１−２はラウリルアルコールとパルミチン酸の等量組成物を示す。
【００６１】
この池は噴水を有し平均溶存酸素量は２．２ｍｇ／Ｌであり、７５日経過後の窒素除去率は４２％であり、好気的な水であっても十分な脱窒効果が確認された。
【００６２】
（実施例４）
炭素数が２２のアルコールでベヘニルアルコールを溶融後、あらかじめ天然の石を底に敷いた円筒状容器に添加し、冷却固化させることにより底部に錘の役目をする石、上部にベヘニルアルコールを有する成形物を得た。
【００６３】
この成形物１６０個を河川の上流側に、その位置から下流１２０ｍの位置にひも状接触材（合計見かけ容積１２０ｍ³）を河川中に図４に示す形態にて設置した。
【００６４】
図４において、４−１は底部に錘の役目をする石、上部にラウリルアルコールとパルミチン酸の等量組成物を有する成形物、４−１−１は前記成形物の錘の役目をする石部、４−１−２はベヘニルアルコールを示す、図中矢印は河川の流れ方向を示す。
【００６５】
この河川に流入水の溶存酸素量は６．２ｍｇ／Ｌであり、１８５０ｍ³／日の水量を通過させた結果、前記成形物と接触材への接触時間が合計４．１時間の条件で、窒素除去率は７４％であり、好気的な流入水であっても十分な脱窒効果が確認された。
【００６６】
（実施例５）
炭素数が１４のカルボン酸であるミリスチン酸５％、１６のカルボン酸であるパルミチン酸３０％、１８のカルボン酸であるステアリン酸６５％組成物にステンレス製の紐を取り付け、この紐の片方の端にはコンクリートブロックを錘として取り付けた接触材を水路中に図５に示す形態にて設置した。
【００６７】
図５において、５−１はミリスチン酸５％、パルミチン酸３０％、ステアリン酸６５％組成物、５−２はステンレス製の紐、５−３はコンクリートブロック製錘を示す。
【００６８】
この水路に流入水の溶存酸素量は４．０ｍｇ／Ｌであり、１９０ｍ³／日の水量を通過させた結果、前記接触材への接触時間が３．６時間の条件で、窒素除去率は５１％であり、好気的な流入水であっても十分な脱窒効果が確認された。
【００６９】
（実施例６）
炭素数が１０以上のカルボン酸である牛脂脂肪酸（平均炭素数１７．１）を溶融後淡いグレー色に着色し、錘としてのステンレス片とともに天然岩を用いてあらかじめ型取りを行ったシリコン型内に添加後、冷却固化することで天然岩様成形物を得た。
【００７０】
得られた成形物を、天然岩の間に点在させる形で図６に示す形態にて河川内に設置した。
【００７１】
図６において、６−１は天然岩様成形物、６−１−１は牛脂脂肪酸、６−１−２はステンレス片、６−３は天然岩、図中矢印は河川の流れ方向を示す。
【００７２】
この河川に流入水の溶存酸素量は６．４ｍｇ／Ｌであり、２２０ｍ³／日の水量を通過させた結果、前記成形物設置区間の平均接触時間が４．０時間の条件で、窒素除去率は６６％であり、好気的な流入水であっても十分な脱窒効果が確認され、景観を特に損ねることもなかった。
【００７３】
（実施例７）
炭素数が１０以上のカルボン酸であるヤシ油脂肪酸（平均炭素数１５．８）を溶融後淡いグレー色に着色し、錘としてレンガ片とともに天然岩を用いてあらかじめ型取りを行ったシリコン型内に添加後、冷却固化することで天然岩様成形物を得た。
【００７４】
本成形物に、直径２０ｃｍの植物植栽穴（貫通するもの、しないものを両方含む）を設けた。
【００７５】
得られた成形物にハーブ、クレソン植栽し、図７に示す形態にて河川内に設置した。
【００７６】
図７において、７−１は天然岩様成形物、７−１−１はヤシ油脂肪酸、７−１−２はレンガ片、７−２ハーブ、クレソンからなる植栽、７−３は植栽から貫通穴を通して出る根を示す。
【００７７】
この河川に流入水の溶存酸素量は６．２ｍｇ／Ｌであり、３１５ｍ³／日の水量を通過させた結果、前記成形物設置区間の平均接触時間が１．８時間の条件で、窒素除去率は７３％であり、好気的な流入水であっても十分な脱窒効果が確認され、植栽の効果により景観を損ねることはほとんどなかった。
【００７８】
（実施例８）
図８に本実施例の河川、水路、湖沼の直接浄化装置の構成図を示す。
【００７９】
図８において、８−１は装置の本体、８−２は水の取り入れ口、８−３は炭素数が１０以上のカルボン酸または炭素数が１２以上のアルコールを主成分とする固形物を内蔵し水とこの固形物の接触を作り出す容器、８−４は水の排出口、８−５は動力源、８−６はスクリュー、８−７は自走方向を選択する手段としての舵である。
【００８０】
まず動力源とスクリューにより本実施例の直接浄化装置は自走し、その際水の取り入れ口より水が導入され、炭素数が１０以上のカルボン酸または炭素数が１２以上のアルコールを主成分とする固形物と容器内で一定時間接触することで脱窒反応が起こる。
【００８１】
反応後窒素が除去された水は排水口から排出され、この動作を繰り返すことで河川、水路、湖沼の窒素成分が除去される。
【００８２】
必要に応じて舵により本実施例の装置は方向を変えることができ、潜水することも可能である。
【００８３】
（実施例９）
図９に本実施例の河川、水路、湖沼の直接浄化装置の構成図を示す。
【００８４】
図９において、９−１は装置の本体、９−２は水の取り入れ口、９−３は炭素数が１０以上のカルボン酸または炭素数が１２以上のアルコールを主成分とする固形物を内蔵し水とこの固形物の接触を作り出す容器、９−４は水の排出口、９−５は動力源、９−６はスクリュー、９−７は自走方向を選択する手段としての舵、９−８は舵や動力源の動作をあらかじめプログラムしてある記憶装置、９−９は外部から舵や動力源の動作を受信する受信装置、９−１０は受信用アンテナである。
【００８５】
まず動力源とスクリューにより本実施例の直接浄化装置は自走し、その際水の取り入れ口より水が導入され、炭素数が１０以上のカルボン酸または炭素数が１２以上のアルコールを主成分とする固形物と容器内で一定時間接触することで脱窒反応が起こる。
【００８６】
反応後窒素が除去された水は排水口から排出され、この動作を繰り返すことで河川、水路、湖沼の窒素成分が除去される。
【００８７】
あらかじめプログラムされた動作内容は舵、動力源に伝達され、プログラム通りの動きを行うことができる。
【００８８】
また、外部からアンテナ、受信装置を介して受信した動作内容指示に従って動作することも可能である。
【００８９】
（実施例１０）
図１０に本実施例の河川、水路、湖沼の直接浄化システムに用いる浄化装置の構成図を示す。
【００９０】
図１０において、１０−１は装置の本体、１０−２は水の取り入れ口、１０−３−１は活性炭を充填した容器、１０−３−２は炭素数が１０以上のカルボン酸または炭素数が１２以上のアルコールを主成分とする固形物を内蔵し水とこの固形物の接触を作り出す容器、１０−３−３は活性アルミナを充填した容器、１０−４は水の排出口、１０−５は動力源、１０−６はスクリュー、１０−７は自走方向を選択する手段としての舵、１０−８は記憶装置、水質測定データの解析装置、データ転送装置、ＧＰＳ装置、１０−９は水質センサー、１０−１０はデータ転送用アンテナである。
【００９１】
まず動力源とスクリューにより本実施例の直接浄化装置は自走し、その際水の取り入れ口より水が導入され、活性炭、炭素数が１０以上のカルボン酸または炭素数が１２以上のアルコールを主成分とする固形物、活性アルミナと容器内で一定時間接触することで順に有機物吸着反応、脱窒反応、リン吸着反応が起こる。
【００９２】
反応後有機物、窒素、リンが除去された水は排水口から排出され、この動作を繰り返すことで河川、水路、湖沼の有機物、窒素成分、リン成分が除去される。
【００９３】
あらかじめ記憶装置内にプログラムされた動作内容は舵、動力源に伝達され、プログラム通りの動きを行うことができる。
【００９４】
また、外部からアンテナ、受信装置を介して受信した動作内容指示に従って動作することも可能である。
【００９５】
またＧＰＳ装置により現在位置を把握し、水質センサーによる水質測定データを解析しそれらデータを転送することができる。
【００９６】
図１１に本実施例の河川、水路、湖沼の直接浄化システムの構成図を示す。
【００９７】
図１１において、１は各種データを一元的に管理、解析、演算、記憶、情報受発信するコンピュータを具備する管理室、２−１、２−２は地域に点在する池に配置された本実施例の浄化装置、２−３は水路に配置された本実施例の浄化装置、２−４は湖沼に配置された本実施例の浄化装置、２−５は河川に配置された本実施例の浄化装置、３−１から３−４までは各浄化装置と管理室間の情報伝達経路、４−１から４−５までは通信衛星と各浄化装置、管理室との情報電圧経路、５は通信衛星、６は海である。
【００９８】
ここで湖沼に配置された浄化装置２−４を例として本実施例のシステムを説明する。
【００９９】
浄化装置２−４はあらかじめ装置自身にプログラミングされた動作内容、または管理室に具備するコンピューター中にあらかじめプログラムされ、経路３−３を通じて無線指示された動作内容に従って浄化活動を行う。
【０１００】
浄化装置２−４の位置はＧＰＳにより経路４−５および経路４−１により衛星５を介して管理室に情報が伝達される。
【０１０１】
また、浄化装置２−４が測定した水質データは経路３−３を通じて管理室に情報が伝達される。
【０１０２】
管理室では得られたデータを自動的かつリアルタイムにコンピューター解析し、その時点の水質に最適な動作内容（移動速度、方向など）を経路３−３を使って浄化装置２−４へ転送、指示する。
【０１０３】
また、他の測定データから判断して、浄化の必要ないと判断された場合は、動作停止指示を出すこともできる。
【０１０４】
さらに、たとえば海に河川が注ぐ河口部に一番近い浄化装置（本実施例では浄化装置２−５）の水質データが設定基準値を超えると管理室のコンピューターが判断すると、その河口に通じる上流側の浄化装置（本実施例では浄化装置２−２、２−３、２−４）の位置を自動的にＧＰＳにより測定し、その河口へ供給する流量、その時点の各地点の水質データなどを解析し、上流側の各浄化装置へ動作指示を行うことができる。
【０１０５】
すなわち、本実施例のシステムを用いることで、各地点に配置した浄化装置を一元的に管理、動作指示を行うことができ、つねに特定の水質目標値に合致する水処理をコンピューターにより自動で行うことができる。
【０１０６】
なお、本実施例に示した個別の数字（寸法、個数、容量など）はこれらに限定するものではない。
【０１０７】
【発明の効果】
本発明によれば、湖、池、川等の水質を簡便な方法で浄化させることができる。
【０１０８】
また、川等を含む自然の景観を損なうことなく水の浄化ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に用いた浄化方法を示す構成図
【図２】実施例２に用いた浄化方法を示す構成図
【図３】実施例３に用いた浄化方法を示す構成図
【図４】実施例４に用いた浄化方法を示す構成図
【図５】実施例５に用いた浄化方法を示す構成図
【図６】実施例６に用いた浄化方法を示す構成図
【図７】実施例７に用いた浄化方法を示す構成図
【図８】実施例８に用いた浄化装置を示す構成図
【図９】実施例９に用いた浄化装置を示す構成図
【図１０】実施例１０に用いた浄化システムに用いる浄化装置を示す構成図
【図１１】実施例１０に用いた浄化システムを示す構成図
【符号の説明】
１−１接触材
２−１接触材
３−１石

Claims

炭素数が１０以上のカルボン酸または炭素数が１２以上のアルコールを主成分とする天然岩様に成形かつ着色した固形物と前記炭素数が１０以上のカルボン酸または炭素数が１２以上のアルコールより比重が重い物質とからなる材料を河川、水路、湖沼、または池に直接設置する河川、水路、湖沼、または池の直接浄化方法。
炭素数が１０以上のカルボン酸または炭素数が１２以上のアルコールを主成分とし天然岩様に成形かつ着色した固形物と前記炭素数が１０以上のカルボン酸または炭素数が１２以上のアルコールより比重が重い物質とからなる材料の少なくとも１箇所に植物を植栽し河川、水路、湖沼、または池に直接設置する河川、水路、湖沼、または池の直接浄化方法。