JP4374569B2

JP4374569B2 - 藍藻類及びミクロシスチンの処理装置

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Publication number: JP4374569B2
Application number: JP2004015568A
Authority: JP
Inventors: 多佳子小笠原; 立夫角野
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2004-01-23
Filing date: 2004-01-23
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2024-01-23
Also published as: JP2005205336A

Description

本発明は藍藻類及びミクロシスチンの処理装置に係り、特に湖沼、池、ダム、濠、内海等の閉鎖性水域に発生するアオコを構成する浮遊性の藍藻類や、該藍藻類から産出されるミクロシスチンを処理する藍藻類及びミクロシスチンの処理装置に関する。

湖沼、池、ダム、濠、内海等の閉鎖性水域の富栄養化が促進されると、比較的水温の高い時期になるとアオコと呼ばれる藍藻類（シアノバクテリア）が大量に発生する。アオコは、水域の自然環境を破壊して、生活用水や工業用水の利用を著しく阻害する上、岸壁に打ち寄せられると腐敗して悪臭を発するという問題があった。

従来、アオコの処理方法として様々な取り組みがなされており、その一つとして溶藻性を有する化学物質を添加して化学的に処理する方法が提案され、特許文献１ではβ−シアノ−Ｌ−アラニンを用いて処理する方法が開示されている。

また、アオコを物理的に処理する方法も提案されており、特許文献２ではオリフィスで発生させたキャビテーション作用で藍藻類を失活させる方法が開示されている。

さらに、藍藻類を生物学的に処理する方法も提案され、特許文献３では捕食生物を放流して藍藻類を捕食させて処理する方法が開示されている。加えて、特許文献４では、藍藻類を溶解及び凝集させる能力を有する微生物を固定化した生分解性プラスチック担体を散布する方法が開示されている。

アオコを構成する藍藻類の中にはミクロシスチンを産出するものがあるため、アオコが発生した閉鎖性水域中にはミクロシスチンが存在する。また、上述した藍藻類の処理を行うと、処理されたアオコからミクロシスチンが溶出される。ミクロシスチンは水中に安定して存在し、かつ肝障害を生じさせる発ガン性物質であるため、生活用水等に使用する場合にはミクロシスチンを処理する必要がある。

ミクロシスチンの処理方法としては、塩素処理する方法や、スフィンゴモナス菌を添加して加水分解処理する方法が提案されている。
特開平１１−７１２０３号公報特開平１１−４７７８５号公報特開平８−１２６号公報特開２０００−２５４６８６号公報

しかしながら、従来の藍藻類及びミクロシスチンの処理において、閉鎖水域へ直接的に添加する方法では処理による環境の二次汚染や生態系のかく乱を生じるという問題があり、捕食生物を用いた方法では、捕食生物自体の維持や処理の安定性に困難があった。

また、物理的に処理する方法では、処理にかかるランニングコストが増大する上、処理速度が遅いという問題があった。

加えて、アオコを処理した処理水は、藻類及びミクロシスチンの残渣が残ったままであるので、水中に多くの有機物や窒素、リンなどの栄養素が多く含有される。そのため、処理水をそのまま閉鎖水域に返送してしまうと、閉鎖性水域が富栄養化してアオコの増殖を促進させるという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、アオコが発生した閉鎖性水域を迅速かつ経済的に処理できるとともに、処理による環境の二次汚染や、生態系のかく乱、及びアオコの増殖を防止できる総合的な藍藻類及びミクロシスチンの処理装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、藍藻類及び該藍藻類から産出されるミクロシスチンを処理する藍藻類及びミクロシスチンの処理装置において、前記処理装置は、上部が円筒状で下部が逆円錐状に形成され、内部に前記藍藻類分解担体と前記ミクロシスチン分解担体とが充填されると共に、浮き部材によって前記藍藻類が発生した水域に浮遊可能な分解処理槽と、前記分解処理槽の上端に形成され、前記藍藻類及びミクロシスチンを含有する原水を前記分解処理槽内に自然流入させる複数の導入口と、前記分解処理槽内の中央部に立設され、エアリフト作用により上向流を発生させて前記分解処理槽で処理された処理水を排出するエアリフト管と、前記エアリフト管から前記分解処理槽の槽外に延設された複数の導出管と、前記エアリフト管の下端部に設けられ、前記藍藻類分解担体と前記ミクロシスチン分解担体とを前記処理水から分離するスクリーンと、を備えたことを特徴とする。

請求項１によれば、上述した構成の処理装置をアオコが発生した閉鎖性水域内に設置すると、閉鎖性水域の原水が複数の導入口を介して分解処理槽へ流入し、充填された藍藻類分解担体及びミクロシスチン分解担体と接触する。これにより、藍藻類分解担体に包括固定された微生物が藍藻類を溶解するとともに、ミクロシスチン分解担体に包括固定された微生物がミクロシスチンを分解するので、原水中の藍藻類及びミクロシスチンを分解処理することができる。

こうして藍藻類及びミクロシスチンが処理された処理水は、混合された藍藻類分解担体及びミクロシスチン分解担体をスクリーンで分離した後、分解処理槽の中央部に立設されたエアリフト管の上向流によって上昇して、導出管から閉鎖性水域へ返送される。

このように、本発明の処理装置では、浮き部材により閉鎖性水域の水面上を浮遊させることができるので、地表に置スペースを確保する必要がなくなる上、閉鎖性水域を広範囲にわたって浄化できる。また、原水を自然流入させる導入口を設けることにより、原水導入を簡易に行なうことができるとともに、原水導入の動力に要するコストを低減できる。さらに、閉鎖性水域中の藍藻類及びミクロシスチンが連続処理されるので、閉鎖性水域を短時間で浄化することができる。

以上説明したように本発明に係る藍藻類及びミクロシスチンの処理装置によれば、閉鎖性水域から取り込まれた原水を連続処理して、その処理水が閉鎖性水域へ返送される。これにより、アオコが発生した閉鎖性水域に対して環境の二次汚染及び生態系のかく乱を生じさせることなく、短時間で効率よく浄化することができる。また、藻類及びミクロシスチンの分解処理で生じた残渣である有機物、窒素、リンも処理されるため、処理による閉鎖水域の富栄養化を防止できる。

以下添付図面に従って本発明に係る藍藻類及びミクロシスチンの処理装置の好ましい実施の形態について詳説する。

図１は、本発明の第１の実施の形態である藍藻類及びミクロシスチンの処理装置１０の構成を示したフロー図である。

処理装置１０は、主に藍藻類分解部である藍藻類分解槽１２と、ミクロシスチン分解部であるミクロシスチン分解槽１４と、栄養素処理部である栄養素処理槽１６とから構成される。

アオコが発生した閉鎖性水域である汚濁水域５には原水導入部である導入管１８が上層に挿入されており、付属する導入ポンプ２０の駆動により汚濁水域５の原水が汲み上げられる。汲み上げられた原水は前処理部である前処理装置２１へ流入し、原水を前処理して原水中の藍藻類が破砕される。なお、前処理装置２１における前処理は、高速カッター、超音波処理装置、及びホモジナイザーの少なくても１つを使用して行なうことが好ましい。こうして前処理された原水は藍藻類分解槽１２の底部へ移送される。

藍藻類分解槽１２には、藍藻類分解能を有する微生物を包括固定した藍藻類分解担体１２ａ，１２ａ…が多数充填される。藍藻類分解能を有する微生物は、溶藻性酵素を産出する微生物であることが好ましく、例えばブレビバチルス属の微生物が使用される。藍藻類分解槽１２の底部には曝気管２２が設置され、ブロア２４から供給されたエアを曝気することにより、藍藻類分解担体１２ａ，１２ａ…が原水と混合されて、藻類が分解処理される。藍藻類分解槽１２の上側面には担体分離部であるスクリーン２６が設置され、原水を分解処理した藍藻類処理水から藍藻類分解担体１２ａ，１２ａ…が分離され、第１の移送管２８により藍藻類処理水をミクロシスチン分解槽１４の底部へ移送される。

ミクロシスチン分解槽１４には、ミクロシスチン分解能を有する微生物を包括固定したミクロシスチン分解担体１４ａ，１４ａ…が多数充填される。ミクロシスチン分解能を有する微生物としては、ミクロシスチン分解酵素を産出する微生物であることが好ましく、例えばスフィンゴモナス属の微生物が使用される。ミクロシスチン分解槽１４の底部には曝気管２２が設置され、連結したブロア２４からエアが曝気されることによりミクロシスチン分解担体１４ａ，１４ａ…と藍藻類処理水とが混合され、藍藻類処理水に含有されるミクロシスチンが生物学的に分解処理される。藍藻類処理水を処理した処理水であるミクロシスチン処理水は、スクリーン２６によりミクロシスチン分解担体１４ａ，１４ａ…が分離され、第２の移送管３０を介して栄養素処理槽１６の底部へ移送される。

栄養素処理槽１６には、多数の栄養素分解担体１６ａ，１６ａ…が充填されている。栄養素分解担体１６ａ，１６ａ…は微生物を包括固定した担体であり、使用される微生物としては有機物を栄養源として窒素及びリンを処理する微生物であることが好ましいが、特に限定するものではない。有機物を利用して窒素又はリンを処理する微生物を別々に単離して包括固定した複数の担体を使用してもよい。栄養素処理槽１６の底部には曝気管２２が設けられ、ブロア２４からのエアが曝気されることにより、ミクロシスチン処理水と栄養素分解担体１６ａ，１６ａ…とを混合して接触させることにより、ミクロシスチン処理水に含有される有機物、窒素、及びリンが処理される。処理された処理水は上側面に設けられたスクリーン２６により栄養素分解担体１６ａ，１６ａ…を分離してから、導出手段である導出管３２から汚濁水域５の中層へ返送される。

次に、上記の如く構成された処理装置１０における作用について説明する。

処理装置１０において、汚濁水域５から取り込まれた原水に対して前処理装置２１で原水中の藍藻類が破砕されるため、藍藻類分解槽１２における藍藻類の溶解を短時間で効率よく行なうことができる。

前処理装置２１及び藍藻類分解槽１２で原水中の藍藻類を破砕及び溶藻されると、藍藻類の細胞からミクロシスチンが溶出される。本発明の処理装置１０では藍藻類分解槽１２の下流にミクロシスチン分解槽１４が設けられているため、原水中のミクロシスチンを効率よく分解処理することができる。

こうしてミクロシスチン分解槽１４で処理されたミクロシスチン処理水中には、藍藻類やミクロシスチンの分解で生じた残渣である有機物や、窒素、リンが多く含有されている。そのまま汚濁水域５に返送してしまうと汚濁水域５の富栄養化を促進するため、アオコを増殖させる可能性がある。そこで、最下流に栄養素処理槽１６を設けることにより、ミクロシスチン処理水が栄養素分解担体１６ａ，１６ａ…と接触して、包括固定された微生物により有機物が栄養源として利用されて窒素及びリンが処理される。これにより、導出管３２から汚濁水域５へ導出される処理水は栄養素が少ない状態であるため、各処理による汚濁水域５のアオコの増殖を抑制することができる。

このように、本発明の処理装置１０では原水を連続通水しながら処理されるため、アオコの発生した汚濁水域５を短時間で効率よく浄化することができる。また、各スクリーン２６，２６…により担体の流出を防止することができるため、各処理を安定して行なうことができる上、処理水の返送による環境の二次汚染や汚濁水域５における生態系のかく乱を防止できる。

図２は、本発明の第２の実施の形態である藍藻類及びミクロシスチンの処理装置５０の構成を示した斜視図である。

図２に示すように、処理装置５０は、１槽で構成された分解処理槽５４の外周に設けられた複数の浮き部材５２、５２…により浮遊した状態で汚濁水域５内に設置される。分解処理槽５４は、上部が円筒状で下部が円錐状の形状であり、多数の底泥固定化担体５６、５６…が充填される。底泥固定化担体５６，５６…は、汚濁水域５の底泥を採取して包括固定化することにより形成される。

分解処理槽５４の外周には複数の導入口５８，５８…が配置され、分解処理槽５４の中心には導出手段である円筒状のエアリフト管６０が設置される。汚濁水域５の原水は、導入口５８, ５８…から分解処理槽５４内へ自然流入し、底泥固定化担体５６, ５６…と混合されて接触することにより藍藻類及びミクロシスチンが処理される。処理水は、エアリフト管６０の底部に設けられた取込口６６から取り込まれるが、エアリフト管６０の下部に設置されたネット６８により底泥固定化担体５６, ５６…が分離される。そして、分離された処理水はエアリフト管６０の底部に配設された曝気装置６２による曝気エアにより上昇され、エアリフト管６０の上部に配設された複数の導出管６４，６４…から汚濁水域５へ返送される。

次に、上述した本発明の第２の実施の形態である藍藻類及びミクロシスチンの処理装置５０の作用について説明する。

アオコが発生した汚濁水域５の原水が導入口５８，５８…から分解処理槽５４に取り込まれると、充填された底泥固定化担体５６，５６…と混合して接触する。底泥固定化担体５６、５６…に包括固定された汚濁水域５の底泥は、汚濁水域５の環境に適した微生物で構成され、特に藻類やミクロシスチンを分解する微生物が多く存在する。したがって、原水を底泥固定化担体５６, ５６…を用いて処理することにより、汚濁水域５の環境上で安定した状態で、藍藻類及びミクロシスチンを効率よく分解できる。また、汚濁水域５から底泥を採取して、そのまま包括固定するだけで製造できるため、製造における手間やコストを低減できる。

藍藻類及びミクロシスチンが分解されると、その残渣として栄養素である有機物、窒素、リンが多量に発生する。本発明の処理装置５０では、包括固定された微生物が溶解酵素及び分解酵素の産生のために有機物をエネルギー源として利用する上、底泥中に多く存在する有機物分解能を有する微生物や、脱窒菌、脱リン菌などにより原水中の有機物、窒素、及びリンが消費される。これにより、処理水を汚濁水域５へ返送しても、汚濁水域５が富栄養化することを防止できる。

また、処理装置５０は汚濁水域５の水面上を浮遊しながら藍藻類やミクロシスチン、及び栄養素の処理を行うことができるため、地表に設置スペースを確保する必要がない上、汚濁水域５を広範囲にわたって処理することができる。

なお、上述した処理装置５０において、分解処理槽５４は底泥固定化担体５６，５６…を充填したが、特に限定するものではない。底泥固定化担体５６，５６…の代わりに、図１の処理装置１０で用いた藍藻類分解担体１２ａ，１２ａ…やミクロシスチン分解担体１４ａ，１４ａ…、栄養素分解担体１６ａ，１６ａ…を充填してもよい。

（実施例１）
実施例１では、図１に示した処理装置１０を用いて、藍藻類及びミクロシスチンの処理試験を行なった。藍藻類分解槽１２は容量が１００Ｌで、滞留時間が１時間になるように設定された。藍藻類分解担体１２ａ，１２ａ…は、２×１０⁴個／ｃｍ³担体以上の初期濃度のブレビバチルス菌をポリエチレングリコールで包括固定し、３ｍｍ角に裁断したものを使用した。担体の比重は１．０１５であり、担体の充填率は４０％であった。また、ミクロシスチン分解槽１４は容量が１００Ｌで、滞留時間が１時間になるように設定された。ミクロシスチン分解担体１４ａ，１４ａ…としては、２×１０⁴個／ｃｍ³担体以上の初期濃度のスフィンゴモナス菌をポリエチレングリコールで包括固定し、３ｍｍ角に裁断したものを使用した。なお、担体の比重は１．０１５で、担体の充填率は４０％であった。さらに、栄養素処理槽１６は容量が１００Ｌで、滞留時間が１時間になるように設定された。栄養素分解担体１６ａ，１６ａ…としては、活性汚泥を発泡ポリエチレンに付着固定させた５ｍｍ角形の担体であり、その担体充填量が５０％であるものを使用した。供試する原水としては、関東地方の湖水から採取されたアオコを含有した原水が使用された。なお、処理試験は約２５日間を行なった。

その結果、藍藻類分解槽１２へ流入する原水における藍藻類の平均濃度は１０⁵個／ｍＬであったのに対し、導出管３２から導出される処理水における藍藻類の平均濃度は約２５０個／ｍＬまで減少した。一方、ミクロシスチン分解槽１４へ流入する原水中のミクロシスチン濃度は８０〜１００μｇ／Ｌであったのに対し、導出管３２から導出される処理水中のミクロシスチン濃度は１μｇ／Ｌまで減少した。したがって、実施例１では、処理水を汚濁水域５に返送しても返送先で希釈される上、自然界で徐々に分解できる濃度まで、原水中の藍藻類及びミクロシスチンを分解処理することができた。

（実施例２）
実施例２では、図２に示した処理装置５０を用いて、藍藻類及びミクロシスチンの処理試験を行なった。処理装置５０は容量が１００Ｌの分解処理槽５４を使用して、滞留時間が３時間になるように処理を行った。分解処理槽５４内には、実施例１で使用された藍藻類分解担体１２ａ，１２ａ…及びミクロシスチン分解担体１４ａ，１４ａ…が充填された。その他の条件は実施例１と同様である。

その結果、原水における藍藻類の平均濃度は１０⁵個／ｍＬであったのに対し、導出管６４、６４…から導出される処理水中の藍藻類の平均濃度は約２５０個／ｍＬまで減少した。また、原水中のミクロシスチン濃度は８０〜１００μｇ／Ｌであったのに対し、導出管６４、６４…から導出される処理水中のミクロシスチン濃度は１μｇ／Ｌまで減少した。したがって、実施例２では、処理水を汚濁水域５に返送しても返送先で希釈される上、自然界で徐々に分解できる濃度まで、原水中の藍藻類及びミクロシスチンを分解処理することができた。

（実施例３）
実施例３では、図２に示した処理装置５０を用いて、藍藻類及びミクロシスチンの処理試験を行なった。使用される担体は、関東地方の某湖沼の底泥を採取して、底泥を２重量％の濃度でポリエチレングリコールを用いて包括固定し、３ｍｍ角に裁断したものを使用した。なお、担体の比重は１．０１５であり、担体の充填率は４０％であった。その他の条件は実施例２と同様である。

その結果、原水における藍藻類の平均濃度は１０⁵個／ｍＬであったのに対し、導出管６４、６４…から導出される処理水における藍藻類の平均濃度は約２５０個／ｍＬまで減少した。一方、原水中のミクロシスチン濃度は８０〜１００μｇ／Ｌであったのに対し、導出管６４、６４…から導出される処理水中のミクロシスチン濃度は１μｇ／Ｌまで減少した。したがって、実施例３では、処理水を汚濁水域５に返送しても返送先で希釈される上、自然界で徐々に分解できる濃度まで、藍藻類及びミクロシスチンを分解処理することができた。

実施例１〜３から、本発明を採用することによりアオコが発生した閉鎖性水域中の藍藻類及びミクロシスチンを効率よく分解処理できることが判明した。

本発明の第１の実施の形態である藍藻類及びミクロシスチンの処理装置の構成を示した断面図本発明の第２の実施の形態である藍藻類及びミクロシスチンの処理装置の構成を示した斜視図

符号の説明

１０，５０…藍藻類及びミクロシスチンの処理装置、１２…藍藻類分解槽、１２ａ…藍藻類分解担体、１４…ミクロシスチン分解槽、１４ａ…ミクロシスチン分解担体、１６…栄養素処理槽、１６ａ…栄養素分解担体、１８…導入管、２０…導入ポンプ、２２…曝気管、２４…ブロア、２６…スクリーン、２８…第１の移送管、３０…第２の移送管、３２…導出管、５２…浮き部材、５４…分解処理槽、５６…底泥固定化担体、５８…導入口、６０…エアリフト管、６２…曝気装置、６４…導出管、６６…取込口、６８…ネット

Claims

藍藻類及び該藍藻類から産出されるミクロシスチンを処理する藍藻類及びミクロシスチンの処理装置において、
前記処理装置は、
上部が円筒状で下部が逆円錐状に形成され、内部に前記藍藻類分解担体と前記ミクロシスチン分解担体とが充填されるとともに、浮き部材によって前記藍藻類が発生した水域に浮遊可能な分解処理槽と、
前記分解処理槽の上端に形成され、前記藍藻類及びミクロシスチンを含有する原水を前記分解処理槽内に自然流入させる複数の導入口と、
前記分解処理槽内の中央部に立設され、エアリフト作用により上向流を発生させて前記分解処理槽で処理された処理水を排出するエアリフト管と、
前記エアリフト管から前記分解処理槽の槽外に延設された複数の導出管と、
前記エアリフト管の下端部に設けられ、前記藍藻類分解担体と前記ミクロシスチン分解担体とを前記処理水から分離するスクリーンと、を備えたことを特徴とする藍藻類及びミクロシスチンの処理装置。