JPH10309585A - 水質浄化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】リンや窒素などの富栄養化成分を不溶体にして
浄化対象水から除去する方法の改善。 【解決手段】リンや窒素などと水中で反応して不溶体を
形成する物質を硬化性の担体やゲル状の担体と混合して
なる処理材を処理槽に充填して用いる。そして処理槽に
浄化対象水を通水させることで、浄化対象水中の富栄養
化成分を処理材中の不溶化用物質との反応で不溶体化
し、この不溶体を沈殿させるなどして浄化対象水中から
除去する。この方法によると、処理材中の担体が不溶化
用物質の供給制御に緩衝的に機能し、そのため必要量の
不溶化用物質を最適な状態でリンや窒素などと反応させ
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水質浄化技術に関
し、特に富栄養化の進んでいる湖沼水あるいは湖沼に流
入している河川水などから富栄養化成分を除去するのに
好適な水質浄化技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】人の生活圏が近接する湖沼の多くでは水
質の低下が著しく、漁業や水利などに多大な悪影響をも
たらしている。その主要な原因は、富栄養化成分、特に
その代表であるリンや窒素が過剰に蓄積しており、この
ことが原因して藻類などの異常発生を招くことにある。
このような異常発生は、リンと窒素がともに過剰蓄積し
ていることを条件にして生じるのが一般である。したが
ってリンと窒素を湖沼水中から除去してやるか、または
その何れか一方、特に供給源が限られているリンを湖沼
水中から除去してそのその濃度を下げてやることで、湖
沼の水質を大幅に改善することが可能である。

【０００３】湖沼水などの浄化対象水からリンや窒素な
どの富栄養化成分を除去する技術には、生物学的方法と
物理・化学的方法がある。生物学的方法には、植物が持
つ富栄養化成分吸収機能を利用した植物浄化法や微生物
の脱窒機能などを利用した微生物浄化法などがある。こ
れらの生物学的方法は、自然が本来的に持つ浄化機能を
促進的に活用するもので、その意味で有用性を持つ。し
かしその一方で浄化効率が低いという問題を残してい
る。そのため富栄養化成分の過剰蓄積が進んだ湖沼では
余り大きな実効性を期待できないのが実情である。

【０００４】一方、物理・化学的方法、例えばリンや窒
素などを特定の物質などと反応させて水に不溶な不溶体
化し、これを沈殿させることで除去する不溶化法は、化
学反応を直接的に利用するものであることから、短時間
での効率的な処理を期待でき、富栄養化成分の過剰蓄積
が進んだ湖沼などの水質浄化にも十分な有効性を期待で
きる。しかし不溶体を形成するのに用いる物質などを浄
化対象水に供給するについての制御などに問題が少なく
なく、実用性を高めるためにはこれらの問題を解消する
必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な事情を背景になされたもので、リンや窒素などの富栄
養化成分を不溶体にして浄化対象水から除去する方法の
改善を目的とており、特に不溶化用の物質などの供給制
御などに関する問題の解消を主な目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような目的のために
本発明では、リンや窒素などの富栄養化成分と水中で反
応して水に不溶な不溶体を形成する不溶化用の物質つま
り不溶化用物質を担体と混合してなる処理材を処理槽に
充填して用いる。そして処理材を充填の処理槽に浄化対
象水を通水させることで、浄化対象水中の富栄養化成分
を処理材中の不溶化用物質との反応で不溶体化し、この
不溶体を沈殿させるなどして浄化対象水中から除去す
る。

【０００７】このような本発明にあって処理材によりリ
ンや窒素を不溶体化する現象には以下の二通りが主要な
ものとして考えられる。一つは、例えば浄化対象水の循
環流や機械的攪拌などにより処理材に浄化対象水中で流
動状態を与え、処理材同士が流動しながら接触し合う際
にその表面が微粉化するなどして削れ落ちることで不溶
化用物質を徐々に浄化対象水中に供給する。そしてこの
不溶化用物質とリンや窒素などが反応することで不溶体
を形成する。他の一つは、処理材の表面で露出している
不溶化用物質とリンや窒素などが反応することで不溶体
を形成する。この場合には、処理材の表面の不溶体が自
然に、あるいは処理材同士の流動的接触で剥離したり削
れ落ちたりすることで新たな表面が現れる。

【０００８】これら何れの現象においても処理材中の担
体が不溶化用物質の供給制御に言わば緩衝的に機能す
る。この結果、必要量の不溶化用物質を最適な状態でリ
ンや窒素などと反応させることができる。このため適当
な量の処理材を処理槽に充填するだけで、リンや窒素な
どと不溶化用物質との反応を継続して安定的に生じさせ
ることができる。したがって不溶化用物質を直接に浄化
対象水へ供給する場合には避けられない供給制御などの
問題を効果的に解消することができ、不溶化法による浄
化処理の実効性を高めることができる。

【０００９】不溶化用物質には種々の物質乃至元素を用
いることが可能であるが、好ましくは鉄、アルミニウ
ム、マグネシウムなどの金属元素を用いる。特に鉄やマ
グネシウムは、アルミニウムのように人や動物の健康に
影響をおよぼす危険がないこと、また比較的低コストで
あることなどの理由から、好ましい。

【００１０】また上記のように機能する担体には、以下
のような条件の何れかを満足させる材料を用いることが
できる。一つの条件は、水に不溶であり、且つ固形の処
理材とした場合に、処理材同士が浄化対象水中で流動し
ながら接触し合うなどした際にその表面が微粉化するな
どして削れ落ちること。他の条件は、水に不溶であり、
且つ処理材の表面で不溶化用物質がリンや窒素などと不
溶体を形成した際に、この不溶体が自然的に剥離して落
下することなどを可能とすること。前者の条件を満足さ
せる材料の代表的な例としては例えばセメントのような
硬化性の粉粒体がある。セメントを担体の材料にする場
合には、例えば石膏や消石灰あるいは炭酸カルシウムな
どのようにセメントと混和性があり且つセメントよりも
硬度が小さい材料を適量混合して担体の硬度などを調整
すると、より好ましい。後者の条件を満足させる材料の
代表的な例としては適度な硬さを持つ寒天などのゲルが
ある。

【００１１】

【実施の形態】以下、本発明の実施形態を説明する。本
発明の一実施形態では図１に示すような浄化装置を用い
る。浄化装置は、連続する４つの槽からなる。第一槽１
では曝気管１ｐを設け、矢印の如くして流入する浄化対
象水に曝気を施す。

【００１２】第二槽２は、予備ゾーン２ａと反応ゾーン
２ｂからなる。予備ゾーン２ａは、予備ゾーン２ａと反
応ゾーン２ｂとの間に矢印の如き浄化対象水の循環流を
与えるのに機能する。そのためには予備ゾーン２ａに循
環ポンプＭを設ける。また予備ゾーン２ａは、そこに生
物膜用のろ材などを充填することで、浄化対象水を嫌気
化するのに機能させることもできる。すなわち生物膜用
のろ材を充填してある予備ゾーン２ａでは、そこに流入
した浄化対象水に含まれるＢＯＤ成分がろ材における生
物膜用により生物分解を受け、この過程で溶存酸素が消
費されて浄化対象水が嫌気化する。

【００１３】反応ゾーン２ｂには、処理材Ｐを充填す
る。処理材Ｐは、ゲルを担体としたゲルタイプや硬化性
の粉粒体を担体とした硬化タイプを用いる。ゲルタイプ
であれば処理材Ｐは、図２に示すように、多数の通孔を
有する例えば網構造のようなカラムＣに充填して用い
る。一方、硬化タイプの場合には例えば１〜数ｃｍ程度
の大きさとした粒状体にして用いる。この硬化タイプの
処理材は、嵩比重の小さい添加物、例えば木粉や粉粒状
の木炭あるいは軽量鉱物などを添加するか、または発泡
構造とするなどして、その嵩比重を１より若干大きくす
る程度つまり水中で浮遊性を得られ程度とする。

【００１４】ゲルタイプの処理材は、通常は反応ゾーン
２ｂに静置した状態で用いる。したがってゲルタイプの
処理材の場合には反応ゾーン２ｂを上昇する浄化対象水
が静置状態の処理材に接触し、これにより浄化対象水中
のリンや窒素が処理材中の不溶化用物質、例えば鉄やマ
グネシウムなどと不溶体を形成する。そして図２のタイ
プの処理材の場合であれば、図３に示すように、処理材
Ｐの表面に赤錆状の薄い膜Ｌを形成するように成長す
る。そして不溶体の膜がある程度成長すると、これが処
理材Ｐから剥落して反応ゾーン２ｂの下方に設けてある
汚泥溜まりに沈殿する。

【００１５】硬化タイプの処理材の場合には、浄化対象
水における上記のような循環流の速度を適当に調節する
ことで処理材を反応ゾーン２ｂの中で浮遊的に流動させ
る。浮遊的に流動する処理材は流動中に互いに接触し合
い、その際に処理材表面が微粉化するなどして削れ落ち
る。このようにして処理材中の不溶化用物質が徐々に浄
化対象水中に供給され、この不溶化用物質とリンや窒素
などが反応することで不溶体化する。また処理材の表面
に露出している不溶化用物質とリンや窒素などが反応す
ることで不溶体化し、これら微粉化するなどして削れ落
ちる。そしてこれらの不溶体が汚泥溜まりに沈殿する。

【００１６】第三槽３と第四槽４には、木炭を用いたろ
材Ｆｂを充填してある。そして反応ゾーン２ｂを経た浄
化対象水は、第三槽３と第四槽４を連続的に通過する間
にろ材Ｆｂによるろ過などを受けた後、装置外に放流さ
れる。

【００１７】図４に示すのは他の実施形態における反応
ゾーン２ｂの状態である。この実施形態では硬化タイプ
の処理材Ｐを充填した反応ゾーン２ｂに攪拌手段Ｓを設
け、この攪拌手段Ｓにより処理材Ｐを緩やかに攪拌す
る。この攪拌により処理材Ｐは互いに接触し合い、その
際に表面が僅かずつ微粉化するなどして削れ落ちる。

【００１８】

【実験例】以下、リンの除去についての一実験例を説明
する。本実験例は硬化タイプの処理材に関する。本実験
に用いた処理材の条件は以下の通りである。配合；炭酸
カルシウム粉26.0容積％、セメント10.5容積％、バーミ
キュライト37.3容積％、粉炭14.9容積％、寒天液3.7 容
積％、水酸化マグネシウム粉7.5 容積％。粒径；１ｃｍ
程度。吸着量；１６０００〜２１０００μｇ／ｇ。この
ような処理材において、炭酸カルシウムやバーミキュラ
イトは磨耗性を高めるのに機能し、バーミキュライトは
嵩比重を調整するのにも機能する。また寒天は有効表面
積を増やすための多孔化に機能する。リンを含む試験液
には、リン酸二水素カリウム溶液を用い、アンモニア水
によりｐＨを７〜7.5 に調整した。また試験液は、それ
ぞれ濃度が0.5 、１、２、４ｍｇ／ｌである４種類を用
いた。処理材は試験液に対し3.3 重量％とした。除去処
理は処理材に攪拌を加えて行ない、対比のために処理材
を静置した条件の除去処理も行なった。実験の結果は図
５の表の通りである。この表は除去率（％）をリンの濃
度と処理時間に関して示している。この結果から、本発
明による方法に優れたリン除去効果のあることを理解で
きる。また攪拌つまり処理材に流動状態を与えることが
除去効率の向上に大きく寄与していることも理解でき
る。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、不
溶化用物質の供給制御などに関する問題を効果的に解消
することができ、富栄養化成分の過剰蓄積が進んだ湖沼
などの水質浄化にも有効性の高い不溶化法の実用性を高
めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態で用いる浄化装置の構成図。

【図２】一実施形態で用いる処理材の外観図。

【図３】図２の処理材の表面に不溶体が形成される状態
の説明図。

【図４】他の実施形態で用いる浄化装置の要部構成図。

【図５】一実験例による実験結果を示す表図。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 浄化対象水に含まれる富栄養化成分を不
   溶体にして除去する水質浄化方法において、富栄養化成
   分と反応して不溶体を形成する不溶化用物質を担体と混
   合してなる処理材を用いるものとし、この処理材を充填
   した処理槽に浄化対象水を通水させることで、浄化対象
   水中の富栄養化成分を処理材中の不溶化用物質との反応
   で不溶体化して浄化対象水中から除去するようにしたこ
   とを特徴とする水質浄化方法。
2. 【請求項２】 担体に硬化性の粉粒体を用いる請求項１
   に記載の水質浄化方法。
3. 【請求項３】 浄化対象水中で処理材に流動状態を与え
   るようにした請求項２に記載の水質浄化方法。
4. 【請求項４】 担体にゲルを用いる請求項１に記載の水
   質浄化方法。