JPH0631900U

JPH0631900U - 河川の水浄化装置

Info

Publication number: JPH0631900U
Application number: JP074921U
Authority: JP
Inventors: 善樹滝
Original assignee: 株式会社ビー・バイ・ビー
Priority date: 1992-10-02
Filing date: 1992-10-02
Publication date: 1994-04-26

Abstract

(57)【要約】【構成】河川１の水中に好気的微生物環境を有する第１
の生物膜槽３を形成するとともに、川床を含む水中に嫌
気的微生物環境を有する第２の生物膜槽４を上記第１の
生物膜槽３の下部に連続して形成し、さらに第２の生物
膜槽４の下流側に嫌気的微生物環境を有する第３の生物
膜槽５を連続して形成した。【効果】好気性と嫌気性の人工的微生物環境を河川とい
う自然環境をうまく利用して構成することにより、格別
の陸上施設を要することなく、自然の生化学反応を効率
的に利用して河川水の汚濁物質から脱炭素、脱窒素及び
脱リンを効率的に実現できる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は河川の汚濁原因物質を生化学反応を利用した生物膜槽によって浄化する装置に関するものである。

【０００２】

【従来技術】

最近、下水処理施設や合併浄化槽等が設置されていない地方都市では生活排水が小さな川や用水路に流入することによってこれらが流れ込む河川の富栄養化が促進されて水質が汚濁し、環境を汚染することが問題になっている。汚濁物質には過剰な窒素、リン等の無機塩類や有機物質が含まれる。特に、生物にとって不可欠な微量元素のうち最大のものであるリンは、炭素や窒素と異なり、ガス化して水圏から大気圏に還元されることがなく、リン酸塩としてイオン化して水に溶解した状態で水圏に留まる。したがって、これを物理的に除去することは非常に困難であるとともに、ＡｌやＣａと化学反応させて凝集させたり固定化させたりしても、水底に堆積するから、水環境によっては厄介なだけであり、根本的な解決にはならない。リンが過剰に河川に流入すると、水草や藻の生産活動が突出するため、表層水によって光線が遮られると、底生の水草類が成長できず、らん藻や緑藻類のような植物プランクトンが水の表面を覆い、湖沼等の水圏全域の生態系で生産ー消費ー分解（還元）のサイクルの調和が壊れ、自浄作用が失われて水質の汚濁がどんどん進行することになる。

【０００３】これに対し、浄化槽や池、沼等のように閉鎖された水系の水を浄化する装置はいろいろと開発されているが、河川の水域は非常に広いので、本格的な装置を設置しようとすると大掛かりになり装置自体に多大な費用がかかるほか、メインテナンスのコストもかなりの負担になる。このため、従来は川床を浚渫したり、礫間で濾過処理したりすることより浄化していた。しかしながら、前者では効率が悪く、後者ではリンや窒素は除去されないという欠点があった。

【０００４】

【考案の目的】

本考案は前記事情に鑑みて成立したもので、設置費用も維持費用も低く、しかも浄化効率が大幅に向上する河川の水浄化装置を提供することをその目的とする。

【０００５】

【目的を達成するための手段】

前記目的を達成するため、本考案に係る河川の水浄化装置は、河川の水中に好気的微生物環境を有する第１の生物膜槽を形成するとともに、川床を含む水中に嫌気的微生物環境を有する第２の生物膜槽を上記第１の生物膜槽の下部に連続して形成し、さらに第２の生物膜槽の下流側に嫌気的微生物環境を有する第３の生物膜槽を連続して形成したことを特徴とする。

【０００６】なお、前記第１の生物膜槽を川床に下部を埋設した篭状の槽の上部に形成し、前記第２の生物膜槽をその下部に形成し、前記第３の生物膜槽を川床面より下部に埋設された導水管に形成してもよい。

【０００７】また、前記第１の生物膜槽及び第２の生物膜槽はそれぞれ川床の下部を埋設した篭状の槽の上下部に形成され、前記第３の生物膜槽は第２の生物膜槽に接続する導水管に形成してもよい。

【０００８】なお、前記第１の生物膜槽は前記篭状の槽の内部にブロック状の微生物接触材を充填してなり、前記第２の生物膜槽は前記篭状の槽の内部に紐状の微生物吸着不織布を多数配設してなり、さらに前記第３の生物膜槽は前記導水管内に紐状の微生物吸着布を装着してなるものであるのが好ましい。

【０００９】

【考案の作用、効果】

前記構成によれば、本考案に係る水浄化装置は、河川の水中に好気的微生物環境を有する第１の生物膜槽を形成するとともに、川床を含む水中に嫌気的微生物環境を有する第２の生物膜槽を上記第１の生物膜槽の下部に連続して形成し、さらに第２の生物膜槽の下流側に嫌気的微生物環境を有する第３の生物膜槽を連続して形成したものであるから、好気性と嫌気性の人工的微生物環境を自然環境をうまく利用して構成することができる。そして、多種多様な微生物が活性となる生態系が形成されて生化学反応が促進され、効率的な脱炭素、脱窒素が図られるとともに、汚泥とともにリンを効率的に水圏から除去することができ、河川水を良好に浄化することができる。また、上記微生物環境では共生、寄生、捕食といった長い食物連鎖によって有機物質がエネルギー化され、浄化効率が非常に高くなり汚泥の量が少なくなるから、管理が非常に楽である。したがって、特に上記水浄化装置を汚濁発生源に近い、地方都市の小川や用水路等に設置することにより、河川の富栄養化や汚濁を有効に予防することが可能となる。

【００１０】また、上記水浄化装置は河川に堰状に設置されるので、大型の陸上施設やその設置場所が不要であり、ばっ気、ポンピング、加熱、保温等の電気エネルギー等のランニングコストを要せず、汚泥処理もほとんど不要であり、化学薬品による滅菌等も行なわないので、維持管理が楽で、低コストで省力的な浄化を実現することができる。しかも、水浄化装置は河川水中に設置されているから、景観を損なうことがないほか、洪水等の場合も増水は装置を越流するので、治水上の支障はない。また、川床から突出するのは多くても第１の生物膜槽だけであり、水浄化装置は全体としては突起部分が少ないので、河川管理が楽である。

【００１１】なお、第１の生物膜槽は川床に下部を埋設した篭状の槽の上部に形成し、上記第２の生物膜槽をその下部に形成し、上記第３の生物膜槽は川床面より下部に埋設された導水管に形成したことにより、好気性、嫌気性の微生物環境をより一層能率的に作り出すことができるとともに、嫌気性の微生物環境が優勢となるので、特に脱窒をより効率的に行なうことができる。ちなみに、礫間濾過法は使用面積が大きくなるほか、窒素、リンはほとんど除去しない。

【００１２】また、前記第１の生物膜槽及び第２の生物膜槽を川床の下部を埋設した篭状の槽の上下部に形成し、前記第３の生物膜槽を第２の生物膜槽に接続する導水管に形成したときは、水浄化装置は全く川床面上に突出しないので、河川管理が非常に容易になる。

【００１３】なお、第１の生物膜槽が上記篭状の槽の内部にブロック状の微生物接触材を充填してなり、上記第２の生物膜槽は上記篭状の槽の内部には紐状の微生物吸着布を多数配設してなり、さらに上記第３の生物膜槽は上記導水管内に紐状の微生物吸着不織布を装着してなるように構成したときは、現在考えられる最良の人工的微生物環境を作り出すことができる。

【００１４】

【実施例】

図１、図２において符号１は河川１であり、２はその浄化装置を示す。この浄化装置２は第１の生物膜槽３と第２の生物膜槽４と第３の生物膜槽５とから構成されている。第１の生物膜槽３と第２の生物膜槽４は川床を横断するように掘り下げ、そこに下部を埋設した篭状の槽６の上部及び下部に形成され、第３の生物膜槽５は川床面ａより下部に埋設された導水管７に形成されている。なお、水浄化装置２を設置する河川の流速は３〜１０cm/sec程度が好ましい。

【００１５】槽６は水の出入りが自由な篭状に形成されているもので、格子状のガラス繊維製のネフマック（ネフコム株式会社の商品名）をステンレス製の結束リングにより結束して篭状に形成するのが好ましい。これは耐候性、耐薬品性、耐腐食性に優れ、鉄筋の数倍の強度で数分の１の重量を有するものである。上記槽６は流されないようにロープ等で固定される。

【００１６】第１の生物膜槽３は、上記篭状の槽６の上部に形成され、内部にはブロック状の微生物接触材９が充填されている。ブロック状の微生物接触材９としては、空隙率と微生物の吸着率が高いものが好ましく、例えばバイオス（日南産業株式会社製の商品名）等が適する。バイオスは板状体を組み合わせて直径が１００〜１５０ｍｍ程度の球状ブロック体として形成したもので、空隙率が９７パーセントもあるから、好気性の環境ができるとともに、表面積が６０ｍ² ／ｍ³と大きいので、水に含まれる有機物、ＳＳ物質、ＢＯＤ（ＣＯＤ）物質、栄養塩類等の水質汚濁物がよく吸着され、好気性の微生物が活性化できる生活環境が形成される。

【００１７】第２の生物膜槽４は上記篭状の槽６の下部の、第１の生物膜槽３の下方に連続して形成され、内部には紐状の微生物吸着布１０が多数配設されている。微生物吸着不織布１０は図のように篭状の槽６内にノレン状に吊下げてもよいが、水の流れに沿って張設してもよい。

【００１８】紐状の微生物吸着布１０は、微生物吸着機能をもった布材を紐状に切ったものを使用すればよい。このような布材としては、例えばＡＣＦ（大阪ガスの商品名）やＰーＣーＸがある。ＡＣＦは炭素繊維からなり、またＰーＣーＸはピリジニウム基を有し、かつ水に不溶又は難溶の微生物吸着樹脂を多孔質基材表面に付着したもので、多孔質基材としてはレーヨン、コットン、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの繊維よりなる不織布、織物或いは編物や、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル等の多孔質な合成樹脂フィルムであって、水中を流れにとともに浮かび漂うことができるよう帯状、紐状などの水の抵抗を受け易い形態としたものがよい。微生物吸着樹脂としてはハロゲン化されたピリジニウム基を分子内に有し、かつ水に不溶又は難溶のものであればどんなものであってもよい。例えば、特開平３−１７４４１９号公報に示された４−ビニルピリジンとモノビニルモノマーとを共重合し、ハロゲン化物により４級処理することにより得られる高分子化合物や、多孔質基材表面に４−ビニルピリジンと架橋性ジビニル系単量体とを付着した後これらを共重合させ４級化処理したもの等を挙げることができる。これらの微生物吸着樹脂における微生物吸着能は、該樹脂が分子内に有するところのピリジニウム基が正に帯電しており、一般に微生物の細胞表面は負に帯電していることから、これらピリジニウム基と微生物との間の電気的な相互作用によって発現されるものと推定される。ＰーＣーＸは通常の接触基材と異なり、１００〜１０００倍の微生物吸着能力をもつとともに、吸着した微生物を放逸しない特性を有する。したがって、上記微生物吸着布１０は微生物を高密度で吸着させる。

【００１９】なお、上記吸着布１０の下方には適宜第１の生物膜槽３から落下した汚泥を溜めるスペース１１を形成するのが好ましい。

【００２０】次に、第３の生物膜槽５は第２の生物膜槽４の下流側に配置された導水管７内に紐状の微生物吸着不織布１０を装着してなるものである。導水管７の上流側の開口端は第２の生物膜槽４に開口している。導水管７として土木暗渠用配管を用い、かつ下流側に長く配置することにより、第１の生物膜槽３からの越流水の一部も配管に吸い込まれる。また、導水管７を河川１の流れと非平行に設置して水の流入量や流速を調整するように構成してもよい。なお、導水管７には図１及び図３に示されるように抜き管１４を貫通させ、これらの引き抜き管１４をポンプ１５によって駆動するようにするのが好ましい。このような引き抜き管は第２の生物膜槽４の下部スペースにも設けるのが望ましい。

【００２１】前記構成において、第１の生物膜槽３、第２の生物膜槽４及び第３の生物膜槽５には有用微生物を定期的に供給する。また、なお、有用微生物の働きをより活性にするためには、エネルギー源としては水中の汚濁物質だけでは不足する。したがって、エタノール、グルコース等の炭素源を別途補給して、微生物に安定した生活環境を提供するのが好ましい。

【００２２】有用微生物としてはＢＳＫ菌（微生物登録済）を利用するのが好ましい。ＢＳＫ菌は好気、嫌気の両環境で活性であり、高い有機物分解機能と脱窒素機能を有するほか、リンの除去機能も有する（図４参照）ので、脱炭素、脱窒素を高効率で行なうことが可能であるとともに、蛋白分解酵素を生産し、環境を良好に保持する機能も併せ持っているからである。また、ＢＳＫ菌はリン酸塩の取り込み、脱臭、農薬等の化学物質の分解等にも優れている。さらに、水圏においては、有機態窒素の無機化が先行するため、エネルギー源としての炭素供給が遅れることが予想され、有機物を迅速に分解するＢＳＫ菌の役割は大きい。

【００２３】また、脱窒菌やリン酸蓄積菌を適宜選択して供給する。代表的な脱窒菌はＡｃｈｒｏｍｏｂａｃｔｅｒ、Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ、Ｂａｃｉｌｌｕｓ、Ｈｙｐｏｍｉｃｒｏｂｉｕｍ、Ｈｉｃｒｏｃｏｃｃｕｓ、Ｐａｒａａｃｏｃｃｕｓ、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ、Ｔｈｉｂａｃｉｌｌｕｓ等多様である。また、リン酸蓄積菌としては、ＰＡＢ６（微生物登録済）等がある。これらの脱窒菌及びリン酸蓄積菌は種菌をカプセルに入れて供給してやればよい。

【００２４】なお、有用微生物の働きをより活性にするためには、エネルギー源としては水中の汚濁物質だけでは不足する。したがって、エタノール、グルコース等の炭素源を別途補給して、微生物に安定した生活環境を提供するのが好ましい。

【００２５】第１の生物膜槽３のブロック状の微生物接触材９には水が自由に通るので、閉塞することのない好気性水圏が形成され、内部に有用微生物が供給されたとき、これら微生物は接触材９に吸着され、河川水の汚濁物質に含まれた固形有機物、ＳＳ物質、ＢＯＤ（ＣＯＤ）物質や栄養塩類をエネルギー源として摂取するので、一つの生態系を備えた生物膜が形成される。この生物膜中で有用微生物は上記エネルギー源を多量に消費しながら活発な増殖活動を行なう。このときの生化学反応によって汚濁有機物質は炭酸ガスと水に生分解され、汚濁物質中の炭素は炭酸ガスとなって大気圏に除去される。

【００２６】第１の生物膜槽３で発生する微生物の死骸や難分解・未分解有機物質や剥離汚泥は徐々に第２の生物膜槽４に沈降し堆積して再分解されるが、第２の生物膜槽４内に設けられた紐状の微生物吸着布１０上に固定された高密度の微生物のバイオマスにより溶存酸素が消費されるため、第２の生物膜槽４は常時脱窒に適した嫌気性微生物環境が形成される。

【００２７】脱窒菌は嫌気条件下で硝酸あるいは亜硝酸が存在し、適当な炭素源が存在すれば旺盛に硝酸呼吸を始め、硝酸、亜硝酸を窒素ガスにまで還元する生化学反応を起こす。この場合、有機物が懸濁状態ではなく硝酸態及び亜硝酸態窒素が溶存された溶存態に変化し、Ｃ／Ｎ比が４の割合となったときに脱窒の活性が発現する。そして脱窒は嫌気的微生物環境と炭素源の供給が行なわれれば、瞬時に行なわれる。したがって、第２の生物膜槽４においては、ＢＳＫ菌（微生物登録済）のように高い有機物分解能を有する菌を利用することにより、水中の有機物が溶存態有機物質に変え、またエタノール、グルコース等の炭素源を適宜補給して、脱窒菌の硝酸呼吸に微生物に安定した生活環境を提供するのが好ましい。脱窒素機能を有する脱窒菌による増殖活動に伴って硝酸呼吸が盛んに行なわれ、水中の汚濁物質に含まれた硝酸性窒素は脱窒菌の硝酸呼吸により窒素ガスに還元されて瞬時に水圏から大気圏に除去される。水に溶けた硝酸性窒素はＮＯ₃ −Ｎ₂Ｏ−Ｎ₂ のように窒素をガス化して脱窒される。

【００２８】なお、ＢＳＫ菌のような脱窒菌は好気、嫌気両条件下で生育できるもので、好気、嫌気が入り混じった条件下であっても、酸素条件が１．０〜１．３g ０2 ・ g COD-1 の程度ときに硝化と脱窒の両方が行なわれると確認されている。

【００２９】このように、水中の有機物、ＳＳ物質、ＢＯＤ（ＣＯＤ）物質、栄養塩類等の汚濁物質の大部分は微生物の代謝エネルギー源として消化吸収され、その一部は微生物により酸化又は還元されて脱炭素、脱窒素が行なわれ、さらに一部は汚泥として残留する。したがって、有機物質の大部分が削減されるとともに、リンが汚泥中に濃縮されることになる。リンは生物の増殖やエネルギー物質の生産に不可欠な元素であるが、微生物は一般にリンを過剰摂取することが報告されている。したがって、第１の生物膜槽３の接触材で増殖した好気性微生物がリンを摂取するほか、従属栄養細菌である脱窒菌が上述のように接触材で増殖するに際し、水中に含まれる物質を栄養源として炭素及びリンを取り込み、これによってリンの一部が生物体に固定される。しかも、リンを取り込んだ微生物はさらに大きな原生動物等の栄養源となり、原生動物等はさらに大きな生物に消化吸収されるという食物連鎖によって同化、異化される。排水に含まれるＢＯＤ物質、ＳＳ物質等も同様である。したがって、汚泥が生じる量は非常に小さい。また、第１の生物膜槽３及び第２の生物膜槽４より剥離して落下した汚泥にはリンが高濃度に集積されているから、これを除去することによってリンを効率的に除去することができる。なお、第２の生物膜槽４の下部に汚泥８をためるスペース１１を設けることにより、汚泥８の除去作業を楽に行なうことができる。

【００３０】さらに、第２の生物膜槽４から排出された水の一部は、さらに第２の生物膜槽４と同じ構成の第３の生物膜槽５に導水される。第２の生物膜槽４において溶存酸素の消耗がかなり進んでおり、第３の生物膜槽５の微生物環境は十分に嫌気的になっており、微生物吸着不織布１０には嫌気性細菌である脱窒菌の豊富なバイオマスが存在することになり、流下する水に溶けた溶存性有機物質を同化しつつ、脱窒が容易に行なわれ、一層の水質浄化と汚泥のエネルギー化が促進される。なお、嫌気状態の放流水には臭気が伴うのが通常であるが、第３の生物膜槽５内の微生物脱臭菌たるＢＳＫ菌を利用することにより臭気の発生は有効に防止され、放流後の溶存酸素の回復は自然に行なわれる。なお、第３の生物膜槽５においても脱窒菌等によりリンの摂取が行なわれるとともに、リンは汚泥に濃縮されるから、導水管７に引き抜き管（図示せず）を貫通させ、該引き抜き管より導水管７内の汚泥８を引き抜き管１により水圏外に引き抜くことにより、リンを除去することができる。

【００３１】上述の水浄化装置２による浄化プロセスを示すと、図５のようになる。

【００３２】以上のように、前記水浄化装置２は、河川１の水中に好気的微生物環境を有する第１の生物膜槽３を形成するとともに、川床を含む水中に嫌気的微生物環境を有する第２の生物膜槽４を上記第１の生物膜槽３の下部に連続して形成し、さらに第２の生物膜槽４の下流側に嫌気的微生物環境を有する第３の生物膜槽５を連続して形成したものであるから、好気性と嫌気性の人工的微生物環境を自然環境をうまく利用して構成することができる。そして、多種多様な微生物が活性となる生態系が形成されて生化学反応が促進され、効率的な脱炭素、脱窒素が図られるとともに、汚泥とともにリンを効率的に水圏から除去することができ、河川水を良好に浄化することができる。また、上記微生物環境では共生、寄生、捕食といった長い食物連鎖によって有機物質がエネルギー化され、浄化効率が非常に高くなり汚泥の量が少なくなり、管理が非常に楽である。

【００３３】また、上記水浄化装置２は河川１に堰状に設置されるので、大型の陸上施設やその設置場所が不要であり、ばっ気、ポンピング、加熱、保温等の電気エネルギー等のランニングコストを要せず、汚泥処理もほとんど不要であり、化学薬品による滅菌等も行なわないので、維持管理が楽で、低コストで省力的な浄化を実現することができる。しかも、水浄化装置２は河川水中に設置されているから、景観を損なうことがないほか、洪水等の場合も増水は装置２を越流するので、治水上の支障はない。

【００３４】なお、第１の生物膜槽３は川床に下部を埋設した篭状の槽６の上部に形成し、上記第２の生物膜槽４をその下部に形成し、上記第３の生物膜槽５は川床面ａより下部に埋設された導水管７に形成したことにより、好気性、嫌気性の微生物環境をより一層能率的に作り出すことができるとともに、嫌気性の微生物環境が優勢となるので、特に脱窒をより効率的に行なうことができる。ちなみに、礫間濾過法は使用面積が大きくなるほか、窒素、リンはほとんど除去しない。

【００３５】さらに、第１の生物膜槽３は上記篭状の槽６の内部にブロック状の微生物接触材９を充填してなり、上記第２の生物膜槽４は上記篭状の槽６の内部には紐状の微生物吸着不織布１０を多数配設してなり、さらに上記第３の生物膜槽５は上記導水管７内に紐状の微生物吸着不織布１０を装着してなるものであるから、現在考えられる最良の人工的微生物環境を作り出すことができる。

【００３６】なお、上述の水浄化装置２を１単位とし、河川水の汚濁負荷、流速等に応じて複数の装置２を流れに沿って配置することにより一層の浄化を促進することができる。

【００３７】また、水浄化装置は図６のように、第１の生物膜槽３及び第２の生物膜槽４を川床の下部を埋設した篭状の槽６の上下部に形成し、前記第３の生物膜槽５を第２の生物膜槽に接続する導水管に形成することもできる。この場合、河川水を水浄化装置内に導くために、例えば槽６の後部にブロック１１を設けるとか、槽６の前に導水板１２を配置するとかの導水手段を設置するのが好ましい。この水浄化装置は全く川床面上に突出しないので、河川管理が非常に容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る河川の水浄化装置の概要説明図で
ある。

【図２】図１の水浄化装置を平面から見た概要説明図で
ある。

【図３】図１の水浄化装置の第３の生物膜槽の一部の拡
大断面図である。

【図４】ＢＳＫ菌の窒素、リンの除去試験データを示す
グラフである。

【図５】前記水浄化装置による浄化プロセスのブロック
図である。

【図６】水浄化装置の他の例の説明図である。

【符号の説明】

１河川２水浄化装置３第１の生物膜槽４第２の生物膜槽５第３の生物膜槽６篭状の槽７導水管９微生物接触材１０微生物吸着布

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】河川の水中に好気的微生物環境を有する
第１の生物膜槽を形成するとともに、川床を含む水中に
嫌気的微生物環境を有する第２の生物膜槽を上記第１の
生物膜槽の下部に連続して形成し、さらに第２の生物膜
槽の下流側に嫌気的微生物環境を有する第３の生物膜槽
を連続して形成したことを特徴とする河川の水浄化装
置。
【請求項２】前記第１の生物膜槽は川床に下部を埋設
した篭状の槽の上部に形成され、前記第２の生物膜槽は
その下部に形成され、前記第３の生物膜槽は川床面より
下部に埋設された導水管に形成されていることを特徴と
する前記請求項１記載の河川の水浄化装置。
【請求項３】前記第１の生物膜槽及び第２の生物膜槽
はそれぞれ川床の下部を埋設した篭状の槽の上下部に形
成され、前記第３の生物膜槽は第２の生物膜槽に接続す
る導水管に形成されていることを特徴とする前記請求項
１記載の河川の水浄化装置。
【請求項４】前記第１の生物膜槽は前記篭状の槽の内
部にブロック状の微生物接触材を充填してなり、前記第
２の生物膜槽は前記篭状の槽の内部に紐状の微生物吸着
不織布を多数配設してなり、さらに前記第３の生物膜槽
は前記導水管内に紐状の微生物吸着布を装着してなるも
のであることを特徴とする前記請求項２又は３記載の河
川の水浄化装置。