JP4490795B2 - 水の浄化処理方法 - Google Patents

Description

本願発明は、主として溜池や沼、湖等の広大な水域の水を、ポリグルタミン酸架橋物を主体とする生分解性凝集剤（日本ポリグル株式会社製造・販売、製品名ＰＧα２１及びＰＧα２１Ｃａ、以下ＰＧα２１と呼ぶ）を用いて浄化処理する方法に関するものである。

近年、環境汚染の防止や汚染された地球環境の回復が人類社会の重要な課題となっており、その中でも、特に水環境の回復、改善は優先的に解決されるべき問題となっている。
一方、これ等の問題に対応するために、各種の技術やシステムの開発が行われており、水環境の改善に関しても、広域的な汚水浄化処理システムの運用によって生活排水や産業排水による河川や沼湖の汚染を防止する対策や、高能率の排水処理装置や処理薬剤の採用による汚染源そのものの減量等が広く押し進められている。

しかし、既に汚染されてしまった環境の改善については、有効な環境改善対策の実施が遅々として進まず、現実には所謂「自然の浄化能力による環境改善」を待っている状態にあると云っても過言でない。
勿論、汚染された環境を積極的に回復するため、例えば溜池や沼湖の水を浄化処理することが行われている。ところが、従前のこの種沼湖等の水の浄化処理は、主としてアルミニウム系凝集剤やポリアクリルアミド等の合成高分子凝集剤が用いられているため、環境に対する安全性（２次汚染）の点に問題を残す結果になっている。

一方、上述の如き従前の凝集剤を用いた水処理に於ける諸問題を解決するため、出願人は先に環境汚染を引き起さない凝集剤、即ちポリグルタミン酸架橋物を主体とする自然分解が可能な凝集剤（ＰＧα２１）を開発すると共に、これを用いた沼湖等の水の浄化処理試験を積み重ねて来た。

図３は前記凝集剤ＰＧα２１を用いた沼湖の水の浄化処理方法の一例を示すものであり、凝集剤供給装置１１を搭載した小形船舶１２を航行させ、凝集剤タンク３内に貯留した凝集剤Ｃ（ＰＧ２１α）をエゼクタ２において空気圧縮器１３からの空気流内へ混合し、管路１４を通してノズル１５から湖水内へ噴出すると共に、スクリュー１６の回転により噴出した凝集剤Ｃ（ＰＧα２１）と湖水とを撹拌混合させる。

凝集剤Ｃの撹拌混合により、湖水内の汚濁物質は凝集剤Ｃを核として凝集され、所謂凝集物Ｈ（フロック）が形成されると共に凝集物Ｈ同士が付着することによりその形状が時間の経過と共に一層大形化する。

凝集剤Ｃの撹拌混合により形成された凝集物Ｈは、緩やかな速度（約３〜６ｍ／日）で徐々に沈降し、湖底に到達するまでに別途に漏航されて来た凝集物回収具（図示省略）に付着若しくは掬い取られることにより、水中より除去される。
尚、水中に残った凝集物Ｈは最終的には湖底に堆積することになり、凝集剤Ｃや汚濁物質そのものは長時間かかって微生物により分解されることになる。

前記図３に示した溜池や沼湖の水質浄化処理方法は、使用する凝集剤Ｃ（ＰＧα２１）自体が生分解性であり且つ分解生成物がグルタミンであるため安全性に優れ、被処理水そのものを汚損する虞れが全くないうえ、水中に生存する有益な微生物を死滅させることもない。
その結果、凝集剤Ｃ（ＰＧα２１）で処理した水は、水中に存在する脱窒菌を利用して生物処理をすることにより、所謂脱窒処理を行うこともできると云う利点を有している。

しかし、前記図３に示した溜池や沼湖等の水の浄化処理方法にも解決すべき多くの問題が残されており、その中でも早急に解決を必要とする問題は、凝集剤ＰＧα２１の散布性即ち撹拌混合性の問題である。
即ち、図３に示した方法では小型船舶１２を利用しているためその運搬や航行に制限があり、処理費用の削減が図れないうえ、水深の浅い沼池等へは適用し難いと云う問題がある。

また、小型船舶１２のスクリュー１６の回転を利用した凝集剤（ＰＧα２１）の撹拌混合では、撹拌力が不足勝ちであり、その結果凝集剤（ＰＧα２１）の凝集能力が完全に発揮されず、結果として凝集剤使用量の増加を招く等の問題がある。

特願２００１−０１２８７４ 特願２００３−３８６１１１

本願発明は、従前の凝集剤ＰＧα２１を利用した溜池や沼湖等の水の浄化処理における上述の如き問題、即ち凝集剤の撹拌混合が不十分であること、船舶等の航行が制限されること及び浄化処理コストの取下げが図れないこと等の問題を解決せんとするものであり、極く簡単な装置でもって比較的大面積の沼湖や溜池等の水を少ない凝集剤ＰＧα２１の消費量でもって経済的に浄化処理できるようにした、水の浄化処理方法を提供することを発明の主たる目的とするものである。

本発明で使用する凝集剤ＰＧα２１は、後述するように微細な粉状体（具体的には、セメントや小麦粉程度）であり、親水性及び保水性に優れた物質である。しかし、単に水中へ散布したのみでは、その粒子表面に存在する阻水性の被膜のために前記親水性が十分に発揮され難く、その結果凝集剤としての機能を発揮するためには強制的な撹拌操作を必要とする。

また、本発明で使用する凝集剤ＰＧα２１は、後述するように一旦水中へ混合されて汚濁物質の凝集が始まると、再度これが水中へ拡散されたときには凝集物同士が相互に吸着し合って、凝集物の外径（フロック径）が徐々に拡大すると云う特性を備えている。即ち、凝集剤が一旦凝集作用を始めると、これを高速水流中へ混入せしめて分散させても、水流の流速が無くなって水が滞留をすれば再び凝集作用が発揮されて、凝集物が成長することになる。

本願発明者は、前記図３に示した沼湖水の水処理試験中に凝集剤ＰＧα２１の有する上記凝集特性を新たに知得し、これ等の知得に基づいて、先ず凝集剤と水中の汚濁物質との初期凝集反応を起生させ、その後この初期凝集反応を行わせた凝集物を広域な水面へ時間をかけて拡散させることにより、凝集剤そのものを直接に広域水面へ拡散して撹拌する場合に比較して、より大量の被処理水を能率よく且つ経済的に浄化処理できることを着想した。

本発明は、上記知得と着想を基にして創作されたものであり、請求項１の発明は、水面に、ポリグルタミン酸架橋物を主体とする生分解性の凝集剤Ｃを水流中へ混入する凝集剤混合装置Ａと、当該凝集剤混合装置Ａからの凝集剤Ｃを含んだ水流を撹拌混合して凝集物Ｈを形成する予備凝集装置Ｂとを配設し、当該予備凝集装置Ｂから流出する凝集物Ｈを含んだ水流を適宜の間隔で噴出孔６ａを穿設したホース６内へ導入し、当該ホース６を介して前記凝集物Ｈを含んだ水流を浄化処理領域の水面下近傍へ噴出する構成としたことを発明の基本構成とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、凝集剤混合装置Ａを水中ポンプ１とこれに接続したエゼクタ２と凝集剤タンク３とから、また予備凝集装置Ｂを内周面に複数のひねり羽根７ａ、７ｂを設けた筒体７から形成すると共に、支持架台４及びフロート５により水面上の適宜位置に前記凝集剤タンク３を浮かせた状態に保持するようにしたものである。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、必要とする量の凝集剤Ｃを１．５〜１０時間内に水中へ混入させると共に、凝集剤Ｃの混入数も凝集剤混合装置Ａを作動させて水流をホース６の噴出孔６ａより引続き噴出させるようにしたものである。

請求項４の発明は、請求項１の発明において、被処理水１トン当り３〜２００グラムの凝集剤Ｃを水中へ混入する構成としたものである。

請求項５の発明は、請求項１の発明において、被処理水を溜池又は沼若しくは湖の水とすると共に、水面の近傍へ予備凝集装置Ｂ内で形成した小さな凝集物Ｈを噴出する構成としたものである。

請求項６の発明は、請求項１の発明において、ホース６を水面下近傍にフロートにより吊下げ支持する構成としたものである。

本発明においては、水面に浮かべた凝集剤混合装置Ａや予備凝集装置Ｂからホース６を介して凝集物を含む水を処理水面域へ拡散させ、当該拡散せしめた凝集物を利用して全水面域の汚濁物質を凝集除去する構成としている。
その結果、従前の船舶を利用する浄化処理の場合に比較して浄化処理コストの大幅な削減を図れると共に、消費する凝集剤も少なくすることができる。

また、本発明で使用する凝集剤は、極めて安全性が高いだけでなく、一旦凝集物が形成されると、再度この凝集物を水流内へ分散させても容易に且つ確実に再凝集すると云う従前の凝集剤に見られない凝集特性を具備するものである。
本願発明は、このＰＧα２１凝集剤が有する凝集特性を最大限有効に活用して、予備凝集装置Ｂ内で形成せしめた凝集物Ｈをホース６を介して処理水域全面へ拡散させるようにしているため、当該凝集物を利用して広い領域に亘る水中の汚濁物質を極めて効率的に凝集除去できると云う効用を奏することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明を実施中の溜池の平面図であり、図２は凝集剤混合装置Ａ及び予備凝集装置Ｂの部分を示す側面概要図である。
図１及び図２に於いて、Ａは凝集剤混合装置、Ｂは予備凝集装置、ＣはＰＧα２１凝集剤、Ｄは溜池、ＷＬは水面、１は水中ポンプ、２はエゼクタ、３は凝集剤タンク、４は支持架台、５はフロート、６はホースである。

処理対象である溜池Ｄは約１００００ｔｏｎの水量（１１０ｍ （長さＬ）×２６ｍ（幅Ｗ）×３．５ｍ（平均深さ））を有する農業用灌漑池であり、近傍住宅等からの汚水の流入により貯水は汚染されていて、夏期には藻やアオコが発生する状態である。

前記凝集剤混合装置Ａは第２図に示す如く、水中ポンプ１とエゼクタ２と凝集剤タンク３等から形成されており、本実施形態においては吐出口径８０〜１００Ａの水中ポンプ（１５〜２０ｋｗ、速度可変型）が使用されている。
また、エゼクタ２及び凝集剤タンク３は公知のものであり、凝集剤タンク３には容量 ｌの合成樹脂製タンクが使用されている。

また、前記予備凝集装置Ｂは外径３００〜５００ｍｍφ、長さ３〜５ｍの太径の合成樹脂製筒体７から形成されており、その内壁面には平板状の旋回用ひねり羽根７ａ及びひねり羽根７ｂとが、水流に夫々逆方向の旋回性を付与する形態で固定されている。その結果、筒体７内へ流入した水流は前記ひねり羽根７ａ、７ｂにより矢印ａ、ｂ方向へ旋回され、これによって筒体７内に於いて混入された凝集剤Ｃと水との撹拌混合が行われて、所謂小粒径の凝集物（小粒径のフロック）Ｈが形成される。

前記凝集剤混合装置Ａ及び予備凝集Ｂ等は支持架台４に夫々固定されており、且つこの支持架台４はフロート５により水面Ｗ下に吊下げ支持されている。
また、予備凝集装置Ｂの出口側には、後述するように適宜のピッチで噴出孔６ａを設けた合成樹脂製のホース（５０〜１００Ａ、ビニールホース）６が接続されている。

前記凝集剤タンク３内には、所定量のポリグルタミン酸を主体とする生分解性の凝集剤Ｃが貯留されており、供給量調整バルブ８の開度調整により、水中ポンプ１が定格状態で運転中には所定量の凝集剤Ｃがエジェクタ２内へ吸引される。
具体的には、本実施例の場合には、総量約１０，０００ｔｏｎの水を処理するために、被処理水量１ｔｏｎに対して３〜２００ｇ程度の量の凝集剤ＰＧα２１Ｃが約１．５〜１０時間内に水内へ混入される。

例えば、総被処理水Ｑが１０，０００ｔｏｎの場合、通常の場合には被処理水１ｔｏｎ当り１ｇの凝集剤Ｃ（合計１０ｋｇ）が被処理水Ｑ内へ撹拌混合される。
これに対して、本願発明においては、被処理水１ｔｏｎ当り約１０ｇの凝集剤ＰＧα２１を約５時間の間に溜池内へ噴出する。即ち、水中ポンプ１の流出量を１０００ｌ／分とすると、凝集剤Ｃは約２５０ｇ／分の割合で被処理水内へ混合され、合計１００ｋｇの凝集剤Ｃ（被処理水１ｔｏｎ当り１０ｇの凝集剤）が約５時間かけて溜池Ｄ内へ混合される。

試験の結果によれば、水中ポンプ１の吐出量が一定の場合、被処理水量１ｔｏｎ当り約３〜２００ｇの凝集剤Ｃの全量を、約１．５〜１０時間の間に溜池内へ放出するのが最も好都合であり、１．５時間よりも短い時間内に全量を混入した場合には、後述するように予備凝集装置Ｂ内における小粒径凝集物Ｈの形成が不十分となり、また逆に１０時間より長くなると凝集物Ｈの粒径が大きくなり過ぎてホース６の吐出口６ａから円滑に水中へ凝集物Ｈを噴出し難くなる。

前記凝集剤Ｃは、本件出願人が開発して実用に供している商品名ＰＧα２１Ｃａと呼ばれる粉体状凝集剤であり、生分解性を有するγ−ポリグルタミン酸を主体とする新規な自然分解性の物質であり、下記の構造式であらわされるものである。

また、凝集剤Ｃ内のＯ、Ｃａ、Ｆｅ、Ｓｉ等は通常２ＣａＳＯ₄ ・Ｈ₂ Ｏ、ＮａＣＯ₃・Ｈ₂ Ｏ、ＮａＳＯ₄ 、ＭｇＳＯ₄ ・６Ｈ₂ Ｏ、Ａｌ₂ （ＳＯ₄ ）・１８Ｈ₂ Ｏ等の化学構造式で表される物質の型で当該凝集剤Ｃ内に含まれている。
即ち、当該凝集用薬剤Ｃは、下記の成分量（ｗｔ％）を有するものである。
成分構成（ｗｔ％）
ＰＧα２１＝１４％、Ｃ＝０．５％、Ｏ＝４５％、Ｎａ＝８％、Ａｌ＝０．５％、Ｓｉ＝１２％、Ｃｌ＝０．４、Ｃａ＝１５％、Ｋ＝０．１％、Ｆｅ＝１５％。

前記ホース６は、所謂外径が８０〜１００ｍｍ程度の合成樹脂製ホース（長さ約３０〜５０ｍ）であり、本実施形態においては、長さ３０ｍの８０Ａホースを４本（合計１２０ｍ）を公知の町野式カップリング９を介して着脱自在に接続するようにしている。
また、ホース６には適宜のフロート（図示省略）が取り付けされており、使用状態下においてはホース６が水面Ｗより１０〜３０ｃｍ下方に位置するようにしており、更に、ホース６の最末端は閉鎖板１０により閉塞されている。

前記ホース６には、適宜のピッチで小径凝集物Ｈの噴出孔６ａが穿設されており、本実施形態においては５ｍｍφ〜８ｍｍφの噴出孔６ａが１〜１．５ｍピッチで穿設されている。
尚、当該噴出孔６ａの口径は、ホース６の水中ポンプ１側に位置するものを小径に、水中ポンプ１より遠隔に位置するものほど大径にするのが望ましい。このような口径の配列とすることにより、予備凝集装置Ｂ内で形成された小粒径の凝集物Ｈが溜池Ｄの水面全域に亘って均等に噴出混合されることになる。

次に、本発明による溜池Ｄの水の浄化処理について説明する。
先ず、各機材を溜池Ｄへ持ち込み、凝集剤混合装置Ａや予備凝集装置Ｂ、ホース６等を組立て並びに接続し、これ等を図１に示す如き状態に溜池Ｄ内へ配置する。

その後、水中ポンプ１を起動し、その吐出量や吐出圧を定格状態（８００〜１２００ｌ／分・３〜５ｋｇ／ｃｍ² に設定すると共に、供給量調整バルブ８を開放して約２５０ｇ／分の割合でＰＧα２１を水内へ混合し、合計１００ｋｇのＰＧα２１を約５時間かけて溜池Ｄの水内へ混入する。

エゼクタ２において、凝集剤ＰＧα２１が２５０ｇ／Ｔ・ｍｉｎの割合で混入された水は、太径の予備凝集装置Ｂ内へ流入し、ここでひねり羽根７ａ・７ｂの作用によって撹拌されることにより、水内の汚濁物質が凝集剤Ｃにより凝集され始める。
この凝集が始まった直後の凝集物Ｈの粒径は、比較的小さく、しかも極めて軟らかいものである。予備凝集装置Ｂの容積は限られたものであるため、ここで形成された凝集物Ｈは大粒径の凝集物に成長することなしにホース６内へ流入し、各噴出孔６ａを通して溜池Ｄ内の水面近くへ順次噴出される。

６〜７時間かけて通常の必要凝集剤量の約２倍の凝集剤量の噴出が完了すると、供給量調整バルブ８を閉鎖し、その後引き続き水中ポンプ１の運転を継続する。
尚、本実施形態においては約５時間かけて所定量の凝集剤Ｃを水内へ混入しているが、この混入時間を１．５〜３時間位に短縮することも可能である。

前記噴出孔６ａから水中へ噴出された粒径の小さな凝集物Ｈは、後続して噴出孔６ａから送出される噴出水流によって水平方向に均等に拡散されると共に、小粒径の凝集物Ｈが核となって水中の汚濁物質がこの小粒径凝集物Ｈに順次付着（固着又は吸着）し、成長した凝集物は更に成長を続け乍ら沈降して行く。

実験の結果によれば、横幅が２０〜３０ｍ程度の溜池であれば、往復２本のホースでもって均等且つ十分な量の小粒径凝集物Ｈを水中へ拡散できることが実証されている。

表１は、上記図１の実施形態により浄化処理をした場合の試験結果を示すものである。浄化処理の後１０時間（即ち、試験開始から３４時間経過後、２４時間目に水中ポンプ１の運転を停止）経過後に、溜池中央部の水面下１０ｃｍの処理水を採取して検体とし、その水質を調査したものである。尚、試験をした溜池Ｄは大阪府下に存在する農業用の溜池である。

表１からも明らかなように、ＰＧα２１凝集剤Ｃを用いた浄化処理によれば、単に藻類等の除去のみならず、水内に含まれる様々な汚濁物質が凝集沈降により除去されることになり、所謂水質改善の可能なことが判る。

本発明は、溜池や河川、沼、湖及び港湾等の広い面積で且つ水流の比較的少ない場所における水の浄化処理に適用することが可能である。

本発明を実施中の溜池の平面図である。 本発明の実施に使用した凝集剤混合装置Ａ及び予備凝集装置Ｂの側面概要図である。 従前の船舶を利用した凝集剤供給装置の説明図である。

符号の説明

Ａ 凝集剤混合装置
Ｂ 予備凝集装置
Ｃ ＰＧα２１凝集剤
Ｄ 溜池
Ｗ 水面
Ｈ 小粒径の凝集物
１ 水中ポンプ
２ エゼクタ
３ 凝集剤タンク
４ 支持架台
５ フロート
６ ホース
６ａ 噴出孔
７ 筒体
７ａ・７ｂ 旋回性付与用のひねり羽根
８ 凝集剤Ｃの供給量調整バルブ
９ カップリング
１０ 閉鎖板

Claims (6)

1. 水面に、ポリグルタミン酸架橋物を主体とする生分解性の凝集剤（Ｃ）を水流中へ混入する凝集剤混合装置（Ａ）と、当該凝集剤混合装置（Ａ）からの凝集剤（Ｃ）を含んだ水流を撹拌混合して凝集物（Ｈ）を形成する予備凝集装置（Ｂ）とを配設し、当該予備凝集装置（Ｂ）から流出する凝集物（Ｈ）を含んだ水流を適宜の間隔で噴出孔（６ａ）を穿設したホース（６）内へ導入し、当該ホース（６）を介して前記凝集物（Ｈ）を含んだ水流を浄化処理領域の水面下近傍へ噴出する構成としたことを特徴とする水の浄化処理方法。
2. 凝集剤混合装置（Ａ）を水中ポンプ（１）とこれに接続したエゼクタ（２）と凝集剤タンク（３）とから、また予備凝集装置（Ｂ）を内周面に複数のひねり羽根（７ａ）、（７ｂ）を設けた筒体（７）から形成すると共に、支持架台（４）及びフロート（５）により水面上の適宜位置に前記凝集剤タンク（３）を浮かせた状態に保持する構成とした請求項１に記載の水の浄化処理方法。
3. 必要とする量の凝集剤（Ｃ）を１．５〜１０時間内に水中へ混入させると共に、凝集剤（Ｃ）の混入数も凝集剤混合装置（Ａ）を作動させて水流をホース（６）の噴出孔（６ａ）より引続き噴出させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の水の浄化処理方法。
4. 被処理水１トン当り３〜２００グラムの凝集剤（Ｃ）を水中へ混入する構成とした請求項１に記載の水の浄化処理方法。
5. 被処理水を溜池又は沼若しくは湖の水とすると共に、水面の近傍へ予備凝集装置（Ｂ）内で形成した小さな凝集物（Ｈ）を噴出する構成とした請求項１に記載の水の浄化処理方法。
6. ホース（６）を水面下近傍にフロートにより吊下げ支持する構成とした請求項１に記載の水の浄化処理方法。

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