JPS6182898A - バイオジオフイルタによる高度水処理法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は汚染水中の主たる汚濁成分である窒素。

燐およびその他の無機成分を除去し、同時にこれを有用
植物体の生育に利用する方法に関する。

（従来技術） 水域の富栄養化を防止し、水環境ならびに水質を保全す
る観点から、汚染水中の汚濁成分、特に窒素および燐の
除去が緊急を要する課題となっている。これまでに開発
されたきた窒素や燐の除去方法は、大規模な設備を用い
て多大の動力と時間を必要とする。

ところで、簡単な設備を用いて汚染水中の窒素や燐を除
去する方法として１例えば弗石や鹿沼土などのある種の
粘土鉱物を用いる方法が考えられる。それによれば、粘
土鉱物に被処理水を通過させると、溶存する窒素や燐の
大部分を占めるアンモニウム塩（ＮＨ４”　）やリン酸
塩（ＰＯｔ３−）など示この粘土鉱物に吸着される。こ
の粘土鉱物は比較的安価に供給されうるが、これに窒素
や燐などの汚濁成分が吸着されたものを安価に再生させ
ることができない。それゆえ、このような粘土鉱物を用
いた汚染水の処理法はいまだ他の処理法を圧倒して普及
するに至ってはいない。

（発明の目的） 本発明の目的は、汚染水中の汚濁成分、特に溶存する窒
素や燐を簡便な操作で高度に、かつ安価に除去する高度
水処理方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、溶存する窒素や燐などを資源とみ
なし、有用植物体の生育に」１１用することのできる汚
染水中の汚濁成分の処理方法を燐供することにある０本
発明のさらに他の目的）よ、気温の変化に大きく影響さ
れることなく植物体を用いて汚染水の高度処理を行う方
法を提供することにある。

（発明の構成） 本発明の高度水処理法は、粘土鉱物が充填されてなる濾
床に有用植物を植え込んでバイオジオフィルタを調製す
ること；該バイオジオフィルタに窒素、燐および／もし
くはその他の無機成分を主成分とする汚濁成分を含む被
処理水を導（こと；該有用植物に該被処理水中および／
もしくは該濾床に吸着された主として窒素および燐を吸
収させ該有用植物を生育させること；および該バイオジ
オフィルタから処理水を回収すること、を包含し。

そのｑとに°より上記目的が達成される。

第１図に示すように２本発明方法に用いられるバイオジ
オフィルタ１は９例えば、培養槽１１．その中に収容さ
れた濾床（ジオフィルタ）１２およびこの濾床１２に植
えこまれた植物１３で構成されている。培養槽１１の底
部にはプラスチックや金属などの多孔板１１１が集水渠
１１０を形成している。濾床１２はこの多孔板１１１上
に粘土鉱物および細砂を載置して形成される。汚染水供
給路１４から培養槽１１に供給された汚染水（被処理水
）は濾床１２を通って槽底部の集水渠１１０に入り排水
口１５から外部へ処理水１６０として排出される。排出
された処理水１６０は窒素および燐がほぼ完全に除去さ
れている。

濾床１２に植え込まれている植物１３は被処理水中およ
び／もしくは濾床に吸着された窒素、燐、その他の微量
成分を吸収して生長する。　　　−濾床に用いられる粘
土鉱物としては１通常、園芸用として用いられる鹿沼土
、開方などが利用されうる。濾床には川砂などの細砂も
用いられる。

粘土鉱物のなかでは鹿沼土や開方は比較的高価であるた
め、バイオジオフィルタを調製するときには、適宜、適
当な比率で細砂を混合してもしくは細砂単独で所望の性
能を有するバイオジオフィルタを得る。粘土鉱物および
細砂の粒径はそれぞれ０．１〜２ｃＩ１１であることが
好ましい。粒径が小さすぎると植物の根への酸素の供給
量が少なくなり。

根の伸長度合も悪くなる。粒径が大きすぎると表面積が
小さくなるため汚濁成分の吸着量が減少する。

濾床１２に植え込まれる有用植物の種類は特に限定され
ないが、パックブン、クレソン、ケール。

シュンギクなどの野菜のばか湿地に自生するヌマスギ；
ユーカリ油を採取できるユーカリなどが生育が速いため
好適に利用されうる。特に、東南アジアの庶民野菜であ
る水生残物のパックブン（Ｉｎｏｎ＋ｏｅａ　ａｑｕａ
ｔｉｃａ）を用いると、成長速度が速いため、被処理水
に含まれる窒素・燐が速やかに吸収される。パックブン
は葉と茎の収量で１年間。

ヘクタールあたり約２６０ｔが収穫可能であることが実
験により確認されている。得られたバックプン・は食糧
としての利用価値も高い。大樹となるユーカリもその生
育が速いため好適に利用されうる。

使用される汚染水はあらかじめ一次処理を行い。

浮遊物を除去してお（ことが好ましい。さらに。

適宜希釈して濾床１２に供給される。このような被処理
水の総窒素量は２〜３０■／ｌ、そして全燐含有量は０
．５〜１０■／ｌが適当である。濃度が高すぎるといわ
ゆる「根やけ」をひきおミし、植物が生育しなくなる。

被処理水が濾床１２に供給されると濾床１２の粘土鉱物
および細砂が被処理水中に溶存する窒素・燐成分をはじ
めとする汚濁成分を吸着する。さらに。

濾床１２に植えこまれた植物が被処理水中および／もし
くは濾床に吸着された窒素・燐などを吸収して生育する
。このため、被処理水中に含まれる窒素成分や燐成分を
はじめ、腐植酸、無機塩類などのほとんどが効果的に除
去される。

（実験例） 以下に本発明を実験例により説明する。

去鼓用上 （Ａ）被処理水の調製：下記の表１に示す成分を精製水
中に含有する合成二次処理水を調製した。

この合成二次処理水を４倍に希釈して被処理水とした。

（以下余白） 表１ （Ｂ）バイオジオフィルタの調製：第２図に示すように
長さ５１　ｃｍ　、幅２９国そして深さ１６ｃｍの内径
を有し、有効容積が０．０２４　ｎ？の培養槽１１と０
．００２５Ｍの容積を有する調整槽１６とを準備した。

培養槽１１と調整槽１６とはそれぞれの下側部が連結管
１１６により連結されている。調整槽１６の側面には底
面から１２値の位置に排水口１６１が設けられ１図外の
貯留槽に連結されている。培養槽１１には図外の被処理
水供給装置から被処理水供給路１４を経て被処理水が供
給される。

培養槽１１の底部にはプラスチック製の綱１１１により
、集水渠１１０力５形成されている。この上に粒径が１
〜４龍の風乾した鹿沼土を６　ｋｇ載装し濾床１２を形
成した。鹿沼土の容積は６．５１であった。

この培養槽１１に、　（Ａ）項で調製した被処理水を供
給路１４を介してを沼土表面から３．８■の高さになる
まで供給した。この培養槽１１内の被処理水の量は１４
．３１であった。濾床１２にはパックブン５株（湿重量
１８２．４　ｇ　）が植えつけられた。このようにして
、バイオジオフィルタ１０を調製した。別に。

パックブンを植えない同様の装置を準備し、これをコン
トロールフィルタとした。

（Ｃ）バイオジオフィルタによる水処理＝　（Ｂ）項で
調製されたバイオジオフィルタ１０を２基およびコント
ロールフィルタを１基、夏季戸外の日のあたる場所に設
置した。培養槽１１には被処理水供給装置から（Ａ）項
で調製した被処理水を供給した。濾床１２を通過して調
整槽１６に流入した処理水１６０の一部はポンプ１６２
により返送管１６３を通って培養槽１−１に循環水とし
て返送された。調整槽１６の排水口１６１からオーバー
フローした処理水１６０は図外の貯留槽に貯えられた。

バイオジオフィルタＩＯの運転条件を＊２に示す。コン
トロールフィルタも同様の条件で運転を行った。

表２ 実験は１０１日間継続して行った。実験期間中は濾床の
逆洗浄などの操作は全く行わなかった。被処理水は（Ａ
）項で調製したものを使用したが。

６７日目からは被処理水に腐植酸を添加した。その腐植
酸濃度はＴＯＣ（全有機炭素）で２■／１である。９８
日目からは腐植酸の濃度を上げて、ＴＯＣが８■／ｌと
なるようにした。

（Ｄ）処理水の水質：得られたバイオジオフィルタ処理
水およびコントロールフィルタ処理水の水質を調べるた
め、ＴＯＣおよび腐植酸の濃度の目安となるＥｚｂｏ、
Ｆ４ｔｌＡ度および窒素濃度を毎日測定した。窒素濃度
については硝酸性窒素（ＮＯ３−Ｎ）濃度および総窒素
（Ｔ−Ｎ）濃度のそれぞれについて測定を行った。２基
のバイオジオフィルタについては、得られた測定値の平
均を算出した。

時間の経過によるＴＯＣの値の推移を第３図に示す。第
４図はＥｔｋ。の値、第５図は燐濃度、そして第６図は
窒素濃度の推移を示す。第６図においてＴ−Ｎは総窒素
、そしてＮ０３−Ｎは硝酸性窒素を示している。各図中
、実線は被処理水、破線はバイオジオフィルタ処理水、
そして二点鎖線はコントロールフィルタ処理水の測定値
を示す。

バイオジオフィルタ処理水およびコントロールフィルタ
処理水のいずれもＴ　ＯＣ、Ｅ　！６゜、燐については
充分に除去されていることが第３〜第５図から明らかで
ある。特に、燐成分はコントロールフィルタを通しただ
けでもほぼ完全に除去される。これは鹿沼土の燐吸着能
力が優れているためである。第６図から、バイオジオフ
ィルタ処理水の総窒素（Ｔ　−Ｎ）濃度は平均約０．４
５■／ｌであり、Ｔ−Ｎの９０％以上が除去されている
ことがわかる。これに対してコントロールフィルタ処理
水・のＴ−Ｎ濃度は５〜６■／ｌであり、その除去率は
３０％前後である。このようにバイオジオフィルタのパ
ックプンは特に被処理水中の窒素を除去する効果を有す
る。

次に、比較的大量の腐植酸が含有される被処理水を処理
した期間（９８日目〜１０１日目）に得られた処理水に
ついて各汚濁成分の除去率を計算した。

３日間の測定値の平均を表３に来す。なお、この期間の
培養槽内の平均水温は２０．６℃であった。　。

表３ 表３から、バイオジオフィルタ処理水のＥｔｋ。

は腐植酸を被処理水に添加した場合においても充分低い
値を示すことがわかる。これは、被処理水中の腐植酸が
充分に除去されたことを示す。

腐植酸は、現在大きな社会問題となっているトリハロメ
タンの先駆物質である。本発明の方法は。

トリハロメタンを生成させることのない水処理法として
有効である。

また、第５図から、バックブンが植えこまれていないコ
ントロールフィルタを用いても被処理水中の燐成分はバ
イオジオフィルタを用いた場合と同程度に除去すること
が可能であることがわかる。

バイオジオフィルタを用いた場合には、粘土鉱物に、吸
着された燐酸塩などの成分が植物体に吸収されるため、
粘土鉱物は効果的に再生され半永久的に使用に供されつ
る。このようにパソクブンなどの植物を利用することに
より粘土鉱物を濾材として長期間にわたり使用すること
が可能になる。

２放班主 （Ａ）被処理水の調製：アルコール蒸留廃水を水路型接
触酸化装置で処理して得ちれた処理水を被処理水とした
。被処理水のＴＯＣは４．０■／１５Ｅ０゜の測定値は
０．８．　Ｎ（ｈ−Ｎ　ｇ度は２．５１１Ｗ／　ｌ　。

Ｔ−ＮｔＭ度ハ２．５　Ｎ／　１．　ソシテＴ　−Ｐ濃
度ハ０　、８■／ｌであった。

（Ｂ）バイオジオフィルタの調製：第７図に示すように
、内径１０ａａ、長さ８５ｃＩＩＩの円筒状のガラス製
カラム２１を３本準備した。これに表４に示す組成の粘
土鉱物をそれぞれ充填し、３種類の濾床２２を調製した
。鹿沼土、第五および川砂の粒径は約０．１〜２ｃｓで
あった。

表４ このカラム２１に（Ａ）項の被処理水を注入してパック
ブン２３を３株ずつ植えつけた。得られたノくイオジオ
フィルタ２をそれぞれバイオジオフィルタ１．バイオジ
オフィルタ■、バイオジオフイルり■とする。これらの
バイオジオフィルタの濾床表面には被処理水供給装置３
から被処理水３１がポンプ３２を介して供給された。バ
イオジオフィルタのカラム底部から流出する処理水２５
は貯留槽４に貯留された。

（Ｃ）バイオジオフィルタによる水処理：このようにし
て調製されたバイオジオフィルタを夏季に日のあたる戸
外に設置し、それぞれ表５に示す運転条件で６０日間継
続して水処理を行った。

（以下余白） （Ｄ）処理水の水ｔ：運転開始後、処理水２５の水質が
安定した７日後に得られた処理水２５のＴＯＣ，Ｅｚｈ
ｏ　、Ｎ０３−Ｎ濃度、Ｔ−Ｎ濃度およびＴ−Ｐ濃度の
値をそれぞれ測定した。被処理水３１についてもそれぞ
れの値を測定し、ＴＯＣ除去量、Ｔ−Ｎ除去量、および
Ｔ−Ｐ除去量を計算した。その値を表６に示す。

（以下余白） ３種のバイオジオフィルタのなかでは鹿沼土と化石とを
１：１の割合で有するバイオジオフィル。

夕Ｉが一番良好な結果を示した。これらのパイオシオフ
イノシタにおいてはＴニー、Ｎ、　、Ｔ　−Ｐ除去率に
比べてＴＯＣ除去率が比較的低い。これは鹿沼土。

弗石、砂などの粘土鉱物の有機物、吸着能が悪いため、
被処理水を１回通過させただけでは充分にＴＯＣが除去
されないためと考えられる１本実験例で用いた被処理水
の窒素成分は主としてＮ（ｈ−Ｎである。化石は主とし
てアンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ　）を吸着・除去する
ためバイオジオフィルタ■および■のＴ−Ｎ除去率が低
い。　ＮＯ：ｌ−Ｎの代わりにＮ）１．、−Ｎを含む被
処理水を用いればＴ−Ｎ除去率は高くなる。Ｔ−Ｐ除去
率は鹿沼土を利用したバイオジオフィルタｌおよび■で
は９８．８％であった。

このように鹿沼土の吸着能が優れているため燐成分はほ
ぼ完全に除去することができる。川砂の充填されたバイ
オジオフィルタ■ではＴＯＣおよびＴ−Ｎは共に除去率
が低い。Ｔ−Ｐは７５％の除去率であるが、被処理水の
Ｔ　−Ｐ　濃度が０．８ｍｇ／ｊ２と低い値であること
を考えると、窒素成分は川砂に↓よほとんど吸着されず
パックブンにより直接吸収除去されたものと考えられる
。

有用植物として、バノクブンの他１例えばシュンギクや
ケールを用いても被処理水中のＴＯＣ。

ＥＺ６゜、Ｔ−Ｎ、Ｔ−Ｐなどが高率で除去される。

これらのほかクレソンなどの野菜、ツマスギ。ユーカリ
などがバイオジオフィルタ用の植物として使用できる。

これらの植物を適宜選択することに。

より年間を通じて高度な汚染水の処理が可能となる。

（発明の効果） 本発明によれば、”このように、汚染水中の汚濁成分、
特に溶存する窒素や燐を筒便な操作で高度に除去するこ
とができる。バイオジオフィルタの濾床に用いられる鹿
沼土などの粘土鉱物や細砂は安価に入手できるため水処
理が安価になされうる。

被処理水から除去された窒素や燐などはバイオジオフィ
ルタの有用植物の生育に用いられるため。

粘土鉱物や細砂の濾材としての寿命が延びる。そのうえ
、得られた有用植物を食糧用などに利用することが可能
である。バイオジオフィルタに植える有用植物の種類を
適宜選択することにより年間を通じて水処理が可能とな
る０本発明の方法によれば、湖沼などの富栄養化の原因
となる汚染水中の窒素や燐をはじめ２発ガン性があると
して問題、　　　化されているトリハロメクンの前駆物
質である腐植酸をｉ度に除去することも可能である。

４、　゛　　の　　　な−゛日 第１図および第２図はそれぞれ本発明方法に用いられる
バイオジオフィルタの一例を示す模式図；第３図は実験
例１における処理水のＴＯＣ濃度の変化を示すグラフ；
第４図は実験例１における処理水の］Ｅｚａ。の値の変
化を示すグラフ；第５図は実験例１における処理水の燐
濃度の変化を示すグラフ；第６図は実験例１における処
理水の窒素濃度の変化を示すグラフ；そして第７図は本
発明方法に用いられるバイオジオフィルタの他の例を示
す模式図である。

１、２．１０・・・バイオジオフィルタ、　１１・・・
培養槽。

１２、２２・・・濾床、１３・・・有用植物、　２５．
１６０・・・処理水。

以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、粘土鉱物および／もしくは細砂が充填されてなる濾
   床に有用植物を植え込んでバイオジオフィルタを調製す
   ること；該バイオジオフィルタに窒素、燐、および／も
   しくはその他の無機成分を主成分とする汚濁成分を含む
   被処理水を導くこと；該有用植物に該被処理水中および
   ／もしくは該濾床に吸着された主として窒素および燐を
   吸収させ該有用植物を生育させること；および該バイオ
   ジオフィルタから処理水を回収すること、 を包含するバイオジオフィルタによる高度水処理法。 ２、前記汚濁成分が窒素、燐、腐植酸および無機化合物
   のうちの少なくとも一種である特許請求の範囲第１項に
   記載の処理法。 ３、前記粘土鉱物が鹿沼土、弗石およびこれらの類似物
   質のうちの少なくとも一種である特許請求の範囲第１項
   に記載の処理法。 ４、前記有用植物がパックブン、クレソン、シュンギク
   、ケール、ヌマスギまたはユーカリである特許請求の範
   囲第１項に記載の処理法。