JP4302411B2 - 海水及び汽水の浄化方法とその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海水浴場や釣り場、自然景観など親水空間を作ることを目的として、下水道からの流入水がある閉鎖性水域の被処理水をろ過し、紫外線照射装置で殺菌することによる海水及び汽水の浄化方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水道の流入がある閉鎖性水域の海水や汽水は、降雨後に合流式下水道からの未処理放流水及びノンポイント汚濁などの影響によって汚染されることが知られている。また、赤潮や台風時の荒波による底泥の舞い上がりなどによっても汚染が生じる。処理対象を海水や汽水とした場合、その量は膨大であり、仕切りをした区域の浄化であっても、ろ過処理を行なう場合ろ過装置の大きさも大規模になる。
海水ろ過に関する技術は製塩業で古くから実用化され、１ｍｍ程度の砂やアンスラサイトによって浮遊物質を除去する目的で多くの実績を有している。最近では、この技術の延長として水族館の水処理に利用され、アンモニア性窒素の硝酸化も実施されていることが（非特許文献１）に記載されている。
一方、生物膜ろ過法は好気性ろ床法とも呼ばれ、活性汚泥に変わる下水処理方法として開発され、現在では排水処理分野で広く利用されているが、ＢＯＤやＳＳ、アンモニア性窒素の硝化などに用いられていることが（非特許文献２）に記載されている。
【０００３】
【非特許文献１】
高田正英，工業用水「水族館における水処理設備」，ｐ１３−ｐ２４（平成３年１２月）
【非特許文献２】
府中裕一，用水と排水「生物膜ろ過装置による有機性排水の処理」，Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．５，ｐ４７７−ｐ４８５（１９８３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、日本国内での自然海域が減少し、人口海浜などの親水空間の要求が高まっている。中でも、都市部での臨海地区では、合流式下水道による未処理水の流入などにより大腸菌が存在し、海水に触れることが好ましくない状況がある。
このような場合に、製塩業や水族館の水処理でのろ過では浮遊物質やアンモニア性窒素の除去に主眼があるため、細かい砂を用いて比較的ゆっくりとろ過するシステムになっている。言うまでもなく、ろ過速度が遅いということは同一処理水量を得るためには設備が大きくなることである。
同様に、従来の生物膜ろ過法ではろ過層に酸素を供給するための散気がなされているため、高速ろ過ができない。原水が下降流に流れる場合は、高速にすると上昇する空気を押さえつける形になり、ろ過速度の限界がある。上向流の場合は空気を原水が同伴する形になり、ろ過層を乱すことになり、これまた高速化は困難である。
本発明は、このような状況下で浮遊物質や有機物質を除去することを主眼とせず、高速ろ過により透過率を改善し、効果的なＵＶ消毒を行う、という観点から発明されたものである。又、コンパクトな設備を提供することが本発明の目的でもある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題の解決のため、鋭意検討を重ね海水を対象としてろ過実験を行ない、通常時はＬＶ＝３００〜５００ｍ／日程度の高速運転を、降雨時や赤潮発生時や台風時の海水が汚れた時はＬＶ＝１００〜３００ｍ／日の低速運転を行なうことで、安定した処理水質と、省スペース、大流量処理が行なえることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち、本発明は下記の手段により上記課題を解決した。
（１）海水及び汽水の浄化方法であり、該海水及び汽水を生物膜ろ過する際に、粒径が有効径２ｍｍ以上の粒状材を用いたろ過層に酸素を供給しない状態で、ろ過速度を１００〜５００ｍ／ｄの範囲で生物膜ろ過し、ろ過された該被処理水に紫外線を照射して殺菌することを特徴とする海水及び汽水の浄化方法。
（２）海水及び汽水を粒径が有効径２ｍｍ以上の粒状材を用いたろ過層に酸素を供給しない状態で、ろ過速度を１００〜５００ｍ／ｄの範囲でろ過する生物膜ろ過装置、及び該生物膜ろ過装置でろ過された被処理水を殺菌する紫外線照射装置を備えたことを特徴とする海水及び汽水の浄化装置。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明方法で用いる生物膜ろ過装置を示す概略説明図である。図２は本発明の海水の浄化方法を示すブロック図である。
各図毎に、その詳細を以下に述べる。
【０００８】
本発明方法で用いるろ過装置では、図１に示すように海水１は流入管２からバッフルプレート３を介して生物膜ろ過装置４の生物膜ろ過層５に導かれ、ろ材６の層を通過し、集水管９を経由して生物膜ろ過水８となる。ろ過装置４外部には上から排水管１１、中間排水管１２が取り付けてある。７は支持材であり、１０は空洗管である。生物膜ろ過の場合、ろ過処理中通気操作を行なう場合があるが、本発明では被処理水のＤＯを利用するため通気を必要としない。図１の場合、海水の流通方向を下降流ろ過としたが、上向流ろ過でも良い。
【０００９】
酸素を含有する気体(空気や酸素)の供給は、ろ過層の閉塞の原因となり、ろ過速度の上昇には不利である。このため、本発明では酸素を供給しない生物膜ろ過を基本とする。
しかし、ろ過層での酸素消費が大きくてろ過層内の下流域が貧酸素状態になる場合には酸素の供給を行い嫌気状態となるのを防ぐ。
【００１０】
生物膜ろ過層５を構成するろ材６としては、粒径は有効径２ｍｍ以上５ｍｍ以下が良く、好ましくは有効径３ｍｍ以上３．５ｍｍ以下で、比重１．５以上２以下で空洞のないものが良い。有効径が小さいと、ろ過層５のろ過抵抗が大きくなりやすく、ろ過の高速化は困難である。ろ材６の比重が２以上であると、後に説明する逆洗が十分行われず、ろ過層閉塞の危険がある。さらに、空洞のあるものであると、空洞に浮遊物質が滞留し、ろ過層内の均一な流れを妨げるため好ましくない。材質としては、無煙炭や無機焼結材、活性炭などが適切である。必ずしも細孔や孔がある必要はない。また、加圧状態を作らなくともろ過速度は３００ｍ／ｄ以上が可能である。通常、未使用のろ材を用いると、１週間、長いときで４週間程度は透過率の改善は見られない。
【００１１】
処理を開始すると、徐々に透過率の改善が見られる。これは、ろ材表面に生物膜が自生したことによって、生物膜の吸着作用が生じるためである。このようにして生物膜ろ過が進むと、海水の汚濁程度によるが、通常、１週間に一度、逆洗を行う。
逆洗は、逆洗ブロワと逆洗ポンプを使用するが、その一例を示すと第１表の通りであり、ろ過層の余剰生物膜を系外に排出する。
【００１２】
【表１】

【００１３】
図２におけるブロック図では原水１を海から取水し、原水槽１３に貯留する。貯留した原水を原水ポンプ１５によってろ材を充填した生物膜ろ過装置１６に流入させ、下向流にてろ過する。生物膜ろ過水１７は処理水槽１８に貯留され、処理水ポンプ１９によってＵＶ消毒装置２０に導入され紫外線殺菌される。その処理水は処理対象区画に放流する。逆洗ポンプ２２及び逆洗ブロア２３によって定期的に逆洗を施した後の逆洗排水は逆洗排水槽２４に貯留し、逆洗排水ポンプ２５によって排水処理設備に移送する。
なお、照射する紫外線の波長は２００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲、好ましくは２５０ｎｍ〜２６０ｎｍの範囲である。
【００１４】
【実施例】
以下に、海水を実際に組み込んだ浄化試験での運転結果を示す実施例に基づいて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明の範囲はそれらにより限定されるものではない。
【００１５】
実施例１
図３に本発明の方法による処理フローと従来方法（比較例）を行なう処理フローを併せて示す。
水深２．５ｍの海辺において海底から高さ１ｍの地点で取水した海水（原水）１を、海水取水ポンプ１３によって取水し、原水槽１４に貯留して、本発明方法としてろ過装置に生物膜ろ過装置１６を、従来方法（比較例）として砂ろ過装置２７を用いるフローを並列にて設け、９月から１１月までの２ヶ月間運転した。各々のろ過処理水をＵＶ消毒装置２０によって紫外線殺菌処理を施し、５０ｍ四方を区画した海へ放流した。
【００１６】
（実験装置）
この実験に使用した生物膜ろ過装置１６及び砂ろ過装置２７は、各ろ過装置の高さが２５００ｍｍ、直径が３００ｍｍで、各ろ過層の高さが２０００ｍｍであり、使用した各ろ材は第２表に示すとおりであり、ＵＶ消毒装置２０は消費電力が３３０Ｗの紫外線ランプを有するものであり、滞留時間が０．６分のものであった。
本発明方法では、通常ＬＶ＝４００ｍ／日で運転し、赤潮発生時や強度の高い降雨が発生した後など原水濁度が高まった時にＬＶ＝２００ｍ／日で運転した。従来方法（比較例）では実験期間を通じてＬＶ＝２００ｍ／日で運転した。第２表に本発明方法と従来方法（比較例）の処理条件を示す。
（実験結果）
本発明方法と従来方法（比較例）の実験結果を第３表にまとめて示す。
【００１７】
【表２】

【００１８】
【表３】

【００１９】
本発明法ではろ過速度を従来方法の２倍に設定しているため、処理水量も２倍となる。晴天時と降雨直後の日において大腸菌群数は大きく異なる。晴天時は２〜６ｍｇ／リットルを推移し、この時、ろ過処理水のＳＳは本発明法では０．２〜０．９ｍｇ／リットル、従来方法（比較例）では０．２〜０．５ｍｇ／リットルとなった。紫外線透過率は原水が８６〜８９％であったのに対し、本発明法では９２〜９４％、従来法では９２〜９５％となった。ろ過処理水のＳＳでは従来法の方が明らかに本発明法より優れているが、ＵＶ消毒に最も重要な因子である紫外線透過率ではほとんど同じ値である。つまり、ＳＳ除去効果では劣るが、処理水量が２倍であるにもかかわらず、紫外線透過率では同等という結果が得られた。大腸菌群数は原水において３６〜９３００個／１００ｍＬに対し、本発明方法、従来法共に検出下限値３．６以下〜１５個／１００ｍＬとなり、本発明方法は従来法に比して遜色が無かった。
【００２０】
一方、降雨直後の原水の水質は悪化し、原水のＳＳが１０〜１５ｍｇ／リットルまで上昇した。この時、ろ過処理水のＳＳは、本発明法では０．９〜１．５ｍｇ／リットル、従来方法では０．７〜１．１ｍｇ／リットルとなった。紫外線透過率は原水が５５〜７８％であったのに対し、本発明法では８５〜９２％、従来法では８７〜９３％となった。
大腸菌群数は、原水において１５０００〜４６００００個／１００ｍＬに対し、本発明方法、従来法共に検出下限値３．６以下〜７４個／１００ｍＬとなり、晴天時と同様本発明方法は従来法に比して遜色が無かった。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の砂ろ過法―ＵＶ消毒による処理方法に比して、省スペース、大流量処理が可能となるとともに、紫外線透過率について従来法とほぼ同程度まで高めることができるので、ＵＶ消毒においても遜色のない消毒効果が得られる。
ＵＶ消毒の前処理である本発明による生物膜ろ過処理方式を採用する海水浄化設備において通常時はＬＶ＝３００〜５００ｍ／日程度の高速運転を行なうことが可能であり、また、従来法では処理不能であるような赤潮発生時や台風通過後の海水が著しく汚れた場合でもＬＶ＝１００〜３００ｍ／日の低速運転を行なうことも可能であるので、実用的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の海水浄化方法に用いるろ過装置である。
【図２】本発明の海水浄化方法の処理フローのブロック図である。
【図３】実施例の処理フローと従来法（比較例）の処理フローを並列して示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 海水
２ 流入管
３ バッフルプレート
４ 生物膜ろ過装置
５ 生物膜ろ過層
６ ろ材
７ 支持材
８ 生物膜ろ過水
９ 集水管
１０ 空洗管
１１ 排水管
１２ 中間排水管
１３ 海水取水ポンプ
１４ 原水槽
１５ 原水ポンプ
１６ 生物膜ろ過装置
１７ 生物膜ろ過水
１８ 処理水槽
１９ 処理水ポンプ
２０ ＵＶ消毒装置
２１ 生物膜ろ過水
２２ 逆洗ポンプ
２３ 逆洗ブロア
２４ 逆洗排水槽
２５ 逆洗排水ポンプ
２６ 逆洗排水
２７ 砂ろ過装置
２８ ろ過水
２９ ろ過水槽

Claims (2)

1. 海水及び汽水の浄化方法であり、該海水及び汽水を生物膜ろ過する際に、粒径が有効径２ｍｍ以上の粒状材を用いたろ過層に酸素を供給しない状態で、ろ過速度を１００〜５００ｍ／ｄの範囲で生物膜ろ過し、ろ過された該被処理水に紫外線を照射して殺菌することを特徴とする海水及び汽水の浄化方法。
2. 海水及び汽水を粒径が有効径２ｍｍ以上の粒状材を用いたろ過層に酸素を供給しない状態で、ろ過速度を１００〜５００ｍ／ｄの範囲でろ過する生物膜ろ過装置、及び該生物膜ろ過装置でろ過された被処理水を殺菌する紫外線照射装置を備えたことを特徴とする海水及び汽水の浄化装置。

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