(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉鎖・停滞性水系における水質改善方法であって、水中に少なくとも１基の第１次処理槽とその周辺に少なくとも１基の第２次処理槽とを設置し、第１次処理槽で得られる１次浄化水をポンプを介して殺菌灯を設けた第２次処理槽に送給した後、第２次処理槽で得られる２次浄化水を閉鎖・停滞性水系に自然流下させることにより、当該水系を好気状態に保持しつつ、当該水系内に右回りの旋回流を発生させることを特徴とする水質改善方法。
【請求項２】
第１次処理槽および第２次処理槽がそれぞれ可動式である請求項１に記載の水質改善方法。
【請求項３】
第１次処理槽が藻類固定用のネットを備え、第２次処理槽が気泡性多孔質無機塊状体および藻類固定用ネットを収容している請求項１に記載の水質改善方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、閉鎖・停滞性水系における有機性成分を高濃度で含有する汚水の浄化方法に関する。本発明は、さらに詳しくは、生活廃水の流入、水鳥・魚類への給餌残渣および水鳥・魚類からの排泄物の堆積、農業肥料の流入などの少なくとも一つの原因により富栄養化して、アオコなどの水生生物の大量発生、悪臭発生、透視度および美観の低下などを生じている閉鎖・停滞性水系で発生する汚水を、低コストでかつ簡単な管理手法で高度に浄化することにより、ＣＯＤの低減、高度の脱窒および脱リン、透視度および美観の回復などを達成するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ため池、中小河川／運河の滞留或いは停滞部、動物園・遊園地ならびに公園などにおける水鳥・魚類飼育池、掘り割り、湖沼、ゴルフ場の池などの水の出入りが少ない閉鎖性或いは停滞性の水系（以下においては、「閉鎖・停滞性水系」という）では、有機性成分を含む汚濁水（本明細書においては、この様な水を「停滞汚水」ということがある）が発生しやすい。しかしながら、停滞汚水の処理は、閉鎖・停滞性水系のおかれた自然環境による制約のために、一般に極めて困難である。
【０００３】
都市下水、工場廃水などを代表例とする通常の廃水は、発生源が特定されていること、有機分組成なども発生源に応じて比較的限定されていること、廃水がほぼ定量的に発生するので、大型の常設処理施設を設置して連続的に処理を行う場合にも、経済的に許容出来ることなどの理由により、その処理は容易であり、処理方法も確立されている。この様な廃水（以下「典型的廃水」ということがある）の処理方法は、下記に要約する通り、物理化学的処理方法と生物学的処理方法とに大別される。しかしながら、典型的廃水の処理方法を自然環境的ならびに経済的な制約を伴う停滞汚水の処理にそのまま転用することは、できない。
【０００４】
典型的廃水の物理化学的処理方法としては、凝集沈殿法、吸着法、中和法、イオン交換法などがあり、アルミニウム、鉄などを含む金属含有物(硫酸アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、硫酸鉄など)、高分子材料、化学的処理剤などを使用する。従って、この様な方法により上記の様な停滞汚水を処理する場合には、使用する材料に起因する副次的な汚染による生態系への悪影響が懸念されるので、実質的に実施不可能である。また、仮に何らかの方法により悪影響を回避できたとしても、膨大な費用が必要となる。
【０００５】
生物学的処理法には、活性汚泥法、生物膜法、酸化池法、嫌気処理法などがあり、処理対象に応じてそれぞれ特有の効果を奏する。
【０００６】
例えば、下水処理などにおいて広く採用されている活性汚泥法は、好気性微生物による有機物の分解効率（CODの低減）には優れているが、脱窒素・脱リンは実質的に不可能であり、また浮遊物質ならびにリン成分を沈殿させるために、凝集沈殿剤を併用する必要がある。さらに、大型の処理施設を必要とし、発生する大量の余剰汚泥の処理が容易でないという難点がある。
砂などにより形成されるろ過槽を利用する砂ろ床法は、浮遊物質（SS）の除去による処理水の透視度改善に有効であり、また、脱窒素効率も高いが、脱リンはできない。また、この方法を実施するためには、別に砂ろ床設備を設ける必要があるので、上記の様な停滞汚水の処理には、やはり経済的に不適である。
【０００７】
生物酸化池法は、脱窒素および脱リンの効率が高いが、プランクトン、藻類などを主役とする浄化方法であるため、被処理水の透視度はあまり改善されないので、この方法を停滞汚水の処理に使用する場合には、停滞汚水を抜き出して、別個に設置した生物酸化池に送り、そこで処理を行う必要があるので、やはり経済的に実用性に欠ける。
【０００８】
嫌気処理法（メタン発酵法）は、炭素系成分を含有するヘドロなどの基質をガス化するので、余剰汚泥が少なく、かつ発生したメタンガスを燃料として利用できるという利点を備えている。従って、今後の発展が大いに期待される生物学的処理法であるが、景観の維持が求められる停滞汚水には、この方法を採用することはできない。
【０００９】
従って、低コストでCODの低減、透視度の改善による美観の向上、脱リンおよび脱窒素を達成しうる新規な停滞汚水処理方法の開発が求められている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、停滞汚水を処理するに際し、イニシャルコストおよびランニングコストを抑制しつつ、ＣＯＤの低減、透視度の改善、脱リンおよび脱窒素を自然浄化に近い方式で同時に達成できる新規な方法を提供することを主な目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、典型的廃水の処理方法を停滞汚水の処理に転用した場合の問題点に留意しつつ研究を進めてきた結果、閉鎖・停滞性水系内とその周辺にそれぞれ少なくとも１基づつの第２次処理槽および下部ろ過槽を設置し、当該水系中の停滞汚水を、第１次処理槽を経て第２次処理槽にくみ上げた後、再び閉鎖・停滞性水系に自然流下により循環させる場合には、その目的を達成しうることを見出した。
【００１２】
すなわち、本発明は、下記の閉鎖・停滞性水系における水質改善方法を提供するものである。
１  閉鎖・停滞水系における水質改善方法であって、水中に少なくとも１基の第１次処理槽とその周辺に少なくとも１基の第２次処理槽とを設置し、第１次処理槽で得られる１次浄化水をポンプを介して殺菌灯を設けた第２次処理槽に送給した後、第２次処理槽で得られる２次浄化水を閉鎖・停滞水系に自然流下させることにより、当該水系を好気状態に保持しつつ、当該水系内に右回りの旋回流を発生させることを特徴とする水質改善方法。
２  第1次処理槽および第２次処理槽がそれぞれ可動式である上記1項に記載の水質改善方法。
３  第１次処理槽が藻類固定用のネットを備え、第２次処理槽が気泡性多孔質無機塊状体および藻類固定用ネットを収容している上記1項に記載の水質改善方法。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照しつつ、本発明方法をさらに詳細に説明する。
【００１４】
本発明方法の基本構成の概要を示すフローチャートを図１に示す。また、本発明方法で使用する装置のより具体的な構成を図２、図３および図４に示す。なお、図２、図３および図４における装置各部分の大きさは、実装置における相対的な大きさを示すものでない。
【００１５】
図１に示すフローチャートから明らかな様に、本発明は、基本的に閉鎖・停滞性水系における停滞汚水を水系内で処理する第１次処理槽（下部ろ過槽）と第１次処理水を水系周辺で処理するための第２次処理槽（上部ろ過槽）とを必須の構成要素とする。
【００１６】
まず、停滞汚水を第１次処理槽内のろ過材中を通過させて第１次処理を行った後、ポンプにより第２次処理槽に汲み上げる。第２次処理槽の入口部分には、紫外線殺菌灯を備えた沈殿槽が配置されており、第１次処理水中に含まれる浄化に不要な生物体（アオコ類など）を死滅させるとともに、有機物分解を促進して、それらの残渣の少なくとも一部を汚泥として沈殿させ、適宜装置外に排出する。
【００１７】
生物体の少なくとも一部を除去された第１次処理水は、第２次処理槽本体に連続的に送給され、生物膜法により、さらに第２次処理される。第２次処理水は、閉鎖・停滞性水系に自然流下させる。この際、第２次処理水の流下は、水系内に右回りの旋回流を生じさせる方向に向けて行う。
【００１８】
図２は、閉鎖・停滞性水系中に配置される第１次処理槽（以下「下部ろ過槽」という）の概要を示す模式的な断面図である。下部ろ過槽は、例えば、通水用の孔を設けた鋼板、鋼メッシュなどからなる収容容器内に、ろ過材となる岩石類、コンクリート類、金属ネット材、繊維製材（繊維製包装袋材、ネット材、漁網材など）などの藻類固定用ネットを積み重ねて形成したろ過部の中心に、水中ポンプを設置した構造を有している。水中ポンプの周囲には、汲み上げ操作を妨げない様に、ろ過材を置かない円周状空間を設けてある。
【００１９】
ろ過材としては、特に限定されないが、例えば、少なくともその一部を軽石などの多孔質のカルシウム系材料により構成することが、好ましい。この様な多孔質材料は、比表面積が大きいので、各種の微生物コロニーにより形成される生物膜の生育面積を大きくすることができ、有機物分解効率を高めることができる。ただし、木炭のような孔は微細すぎるので、適度の大きさの孔を有する軽石のような多孔質材料がより好ましい。さらに、現在のところ十分に解明されている訳ではないが、カルシウム系材料は、停滞汚水中にしばしば高濃度で含まれている燐成分をリン酸カルシウムなどの形態で固定し、除去する効果を発揮するものと推測される。従って、この様な形態での燐成分の固定・除去のためには、さらに補助的材料として、カルシウム源となる貝殻(カキ殻、ホタテ貝殻など）或いはその破砕片を上記ろ過材と併用することが有効であろうと推測される。
【００２０】
また、金属ネット材、繊維製材などは、汚水中の窒素成分、燐成分などの吸収に大きな役割を果たす藻額を固定保持する“足がかり"としての機能をも発揮する。さらに、繊維製包装袋材を使用する場合には、袋内に岩石類、コンクリート類などを収容した状態で併用することにより、下部ろ過槽内での水流動速度を制御して、汚水処理効果を改善することができる。
【００２１】
下部ろ過槽は、例えば、ろ過材とポンプを収容した容器（外枠構造体）の外周部上部に複数個の釣上げ部材を設けておくことにより、クレーンによる釣り上げと車載移動を可能とする構造(可搬構造)としておくことが、実用的に有利である。この場合、取り扱いを容易とするために、必要ならば、枠材、支柱などにより補強した収容容器の形態とすることができる。
【００２２】
図３は、上記の下部ろ過槽に近接して配置する上部ろ過槽の概要を示す摸式的な断面図である。上部ろ過槽は、処理済み水（第２次処理水）を自然流下により閉鎖・停滞性水系に循環するために、下部ろ過槽よりも高い位置に配置されている。
【００２３】
上部ろ過槽は、下部ろ過槽からポンプにより汲み上げられた第１次処理水を受け入れる沈殿槽、ろ過部および第２次処理水を閉鎖・停滞性水系に循環させるための放水パイプを主要な構成要素としている。これらの構成要素は、下部ろ過槽と同様に収容容器内に設置されている。
【００２４】
下部ろ過槽から送られてきた第１次処理水は、上部ろ過槽中の沈殿槽に入り、ここで殺薗灯からの紫外線照射を受ける。この紫外線照射により、第１次処理水中に含まれる浄化に不要な生物体（アオコ類など）の大部分が死滅し、それらの残渣は、第１次処理水中に含まれていた他の固形分とともに、沈殿槽下部に順次沈降して、汚泥として堆積する。この堆積汚泥は、必要に応じて、適宜装置外に排出すれば良い。なお、実際の装置において、短波長の紫外線により、アオコ類は、細胞膜が破壊された易分解性の有機物となり、それがろ過部に送られて、分解されるので、汚泥の堆積量は、非常に少なくなることが明らかとなった。
【００２５】
沈殿槽において生物体などの固形分の少なくとも一部を沈降除去された第１次処理水(生物体死滅残渣などの固形分の一部を含む)は、ろ過部に入り、上述の下部ろ過槽におけると同様のろ過材を用いる第２次処理に供される。
【００２６】
上部ろ過槽における処理を終えた第２次処理水は、放水パイプを経て自然流下により、閉鎖・停滞性水系に循環される。放水は、閉鎖・停滞性水系に右回り(時計方向)の旋回流を発生させることにより、処理効果を向上させるために、着水位置と水系中心とを結ぶ軸に対して、一定範囲の角度方向（上方から見て60〜85度程度）でかつ水平方向から下方向（15度程度）にパイプを配向させて行う。なお、右回りの旋回流が、左回りの旋回流よりも良好な水質改善効果を発揮する理由は、今のところ解明されていない。
【００２７】
また、第２次処理水の放水は、着水地点に水の飛沫が最大に発生する程度の量と強度で行うことが好ましい。この場合には、空気の混入による強力な曝気が行われるので、停滞汚水の処理効率が向上する。
【００２８】
上部ろ過槽も、下部ろ過槽の場合と同様に、可搬構造とすることが実用的に有利である。
【００２９】
図４は、後記実施例において詳述する東武動物園内の鯉の池(コンクリート製、水深約1m)において、図２および図３にそれぞれ示す下部ろ過槽および上部ろ過槽を組み合わせて、停滞汚水の浄化を行った実例の概要を示す断面図である。なお、浄化操作開始前の池の状態は、アオコが水面の大部分を覆っており、アオコの存在しない箇所においても、濁りのため池底を直接見ることは不可能であった。また、池底面を凌ったところ、ヘドロ状物が底面に堆積していることが確認された。この様な停滞汚水の汚濁現象は、日照エネルギー量が増大し、かつ温度が高くなる晩春から初秋にかけて、閉鎖・停滞性水系において一般的に見られるものである。
【００３０】
まず、池底部のコンクリート面上に下部ろ過槽(図２参照)を配置するとともに、池周辺の地上部に上部ろ過槽（図３参照）を配置する。次いで、ポンプを駆動させ、停滞汚水を下部ろ過槽から配管を経て上部ろ過槽の沈殿槽に流下させる。沈殿槽で紫外線による殺菌を受けた水は、ろ過槽内においてろ過材と接触した後、鯉の池内に右回りの旋回水流を発生させる様に、放水パイプから循環放流される。停滞・閉鎖性水系が、例えば、コンクリート池或いは石積み池である場合には、その壁面にも生物膜が形成されるので、旋回水の壁面上生物膜による水処理効果も、併せて達成される。
【００３１】
晩春から初秋の好適条件下では、ポンプの駆動開始から約２４時間後に、下部ろ過槽および上部ろ過槽中のろ材に微生物類が自然に定着成育し始め、生物膜(多数の微生物からなるコロニー)が形成される。また、生物膜処理の進行を示すフロックも発生する。
【００３２】
さらに、上記の循環操作を継続すると、下部ろ過槽には、藻類が定着し、生育し始めて、池表面を覆っていたアオコが消滅し、水の透明性が次第に改善され、池底のヘドロ状堆積物も分解され始める。一定時間の経過後（浄化前のＣＯＤ値、日照量、温度などにより異なる）には、池の外観および水の性状は、ほぼ定常状態となる。この定常状態においては、アオコは短波長の紫外線により分解され、気泡性多孔質塊状体に吸着またはそれに付着した微生物により分解され、完全に消滅するので、水の透明度は、池底の小きな凹凸が明確に観察できる程度にまで大幅に改善される。また、水のＢＯＤ、ＳＳ、窒素含有量、燐含有量などにおいても、著しく改善される。
【００３３】
上記においては、下部ろ過槽と上部ろ過槽とを１基ずつ組み合わせて使用する実施態様について説明したが、本発明は図示の実施態様に限定されるものではない。例えば、大型の下部ろ過槽１基とより小型の上部ろ過槽複数基とを組み合わせて使用することができる。この場合には、第２次処理水の着水地点が複数となるので、右回りの旋回水流をより効果的に発生させることができる。
【００３４】
さらに、面積の大きい停滞・閉鎖性水系においては、仕切構造体を用いて複数の独立した区画を形成し、それぞれの区画毎に本発明による水質改善方法を同時に或いは順次実施しても良い。
【００３５】
なお、長期にわたり操作を継続する場合には、池→下部ろ過槽→上部ろ過槽からなる循環系における水質改善性能が徐々に低下して、ＣＯＤ低下効果、脱窒素効果、脱リン効果などが低下する可能性がある。この様な揚合には、（１）下部ろ過槽に定着生育する藻類の一部を除去して、残りの藻類の再生成長による活性化を行う、（２）下部ろ過槽を大気中に引き上げて、徴生物の一部を除去した後、池に戻して、微生物の増殖によるコロニーの再活性化を行う、（３）下部ろ過槽および／または上部ろ過槽のろ過材を更新するなどの手法により、水質改善性能の向上を図ることができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、停滞汚水のＣＯＤを低減させ、透視度を改善し、脱リンおよび脱窒素を行うことができる。
【００３７】
使用する下部ろ過槽および上部ろ過槽は、特殊な材料或いは特別な構造部品などを一切切必要とせず、その大部分を一般的な材料により構成することができるので、建設費を大幅に低減出来る。
【００３８】
装置全体の運転費も、実質的に水中ポンプを駆動する電力費用のみとなるので、安価である。
【００３９】
水質浄化操作は、処理対象である停滞・閉鎖水系内で行われ、かつ化学薬品などを一切使用しないので、環境に対する悪影響はない。
【００４０】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明の特徴とするところをより一層明らかにする。
実施例１
前記図４に関連して記述した動物園(東武動物公園)内の鯉の池(コンクリ―ト製、水深約1ｍ、水量約800トン)の一部を仕切って、水量約100トンの区画(停滞・閉鎖性水系)を形成した。
【００４１】
次いで、この区画内の停滞汚水中に設置した下部ろ過槽（3m×3m×0.5m、普通鋼製メッシュ材からなる外枠内に水中ポンプとろ過材としての軽石4,500ｋｇを収容）と池周辺の陸地に設置した上部ろ過槽（1m×1.5m×1m、ＦＲＰ材からなる外枠内にろ過材として軽石、ネット廃材など1.5ｍ3を収容 ）とを用いて、停滞汚水の水質改善を行った。停滞・閉鎖性水系→下部ろ過槽→上部ろ過槽（沈殿槽+ろ過部）→放水パイプ→停滞・閉鎖性水系における水循環量は、10ｍ3/hrとした。水循環開始日は、5月1日であった。
【００４２】
ポンプによる水循環を開始して約24時間後に、下部ろ過槽および上部ろ過槽中のろ過材に微生物が定着成育し始め、生物膜(微生物コロニー)が形成され始めた。さらに約21日間にわたり水循環を続けたところ、透視度は、当初の0度から100度に改善された。また、この時点での水質は、「水質汚濁に関する基準」において、「水道3級」のレべルであった。処理区画外の水質と処理開始36日後および220日後における処理区画内の水質とを表１に示す。
【００４３】
【表１】
0003653593.tif 000002
【００４４】
なお、水質を示す各パラメーターの測定は、下記の方法で行った。
＊ＢＯＤ        ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２  ２１
＊ＳＳ          昭和４６環境庁告示第５９号付表８
＊窒素含有量    ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２  ４５．２
＊燐含有量      ＪＩＳ  Ｋ  ０１０２  ４６．３．１
表１に示す結果から、本発明方法による顕著な水質改善効果が明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概要を示すフローチャートである。
【図２】 本発明方法において使用する下部ろ過槽（第１次処理槽）の概要を示す断面図である。
【図３】本発明方法において使用する上部ろ過層（第２次処理槽）の概要を示す断面図である。
【図４】下部ろ過槽と上部ろ過槽とを組み合せて行う本発明方法の概要を示す断面図である。
【図１】
0003653593.tif 000003
【図２】
0003653593.tif 000004
【図３】
0003653593.tif 000005
【図４】
0003653593.tif 000006