(57)【要約】【課題】  鉄、マンガン及びアンモニア性窒素を含む地下水等の原水を対象とし、自然ろ過方式により原水に含まれる前記物質の除去を行うに際し、好気性微生物による除去状態の良否が適正に反映される指標を測定することで、良好な水質を安定して得ることができる浄水処理方法及び浄水処理装置を提供すること。【解決手段】  原水に酸素を供給し、この溶存酸素付与原水をろ過槽内に設けられたろ層に通水することにより、前記ろ層に担持された鉄バクテリア及び硝化菌の作用によって、ろ過槽内の溶存酸素付与原水に含まれる鉄、マンガン及びアンモニア性窒素の除去を行い、その処理水を得る浄水処理方法において、前記ろ層の直前部で溶存酸素付与原水の溶存酸素濃度を測定し、その測定結果に基づいて前記ろ層の直前部における溶存酸素付与原水の溶存酸素濃度が目標溶存酸素濃度となるように前記原水に供給する酸素量を制御する浄水処理方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄、マンガン及びアンモニア性窒素を含む地下水等の原水に酸素を供給し、この溶存酸素付与原水をろ過槽内に設けられたろ層に通水することにより、前記ろ層に担持された鉄バクテリア及び硝化菌の作用によって、ろ過槽内の溶存酸素付与原水に含まれる鉄、マンガン及びアンモニア性窒素の除去を行い、その処理水を得る浄水処理方法において、前記ろ層の直前部で溶存酸素付与原水の溶存酸素濃度を測定し、その測定結果に基づいて前記ろ層の直前部における溶存酸素付与原水の溶存酸素濃度が目標溶存酸素濃度となるように前記原水に供給する酸素量を制御することを特徴とする浄水処理方法。
【請求項２】
前記目標溶存酸素濃度が５ｍｇ／Ｌ以上であることを特徴とする請求項１記載の浄水処理方法。
【請求項３】
鉄、マンガン及びアンモニア性窒素を含む地下水等の原水に酸素を供給する溶存酸素供給手段と、前記溶存酸素供給手段による溶存酸素付与原水をろ層に通水することにより、前記ろ層に担持された鉄バクテリア及び硝化菌の作用によって、槽内の溶存酸素付与原水に含まれる鉄、マンガン及びアンモニア性窒素の除去を行い、その処理水を得るろ過槽と、前記ろ層の直前部における溶存酸素付与原水の溶存酸素濃度を測定する溶存酸素濃度計と、前記溶存酸素濃度計による測定結果に基づいて前記ろ層の直前部における溶存酸素付与原水の溶存酸素濃度が目標溶存酸素濃度となるように制御出力を前記溶存酸素供給手段に与える溶存酸素供給制御手段と、を備えたことを特徴とする浄化処理装置。
【請求項４】
前記目標溶存酸素濃度が５ｍｇ／Ｌ以上であることを特徴とする請求項３記載の浄水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄、マンガン及びアンモニア性窒素を含む地下水などの原水を対象とし、鉄バクテリアなどの好気性微生物を利用した自然ろ過方式により、地下水などの原水に含まれる鉄、マンガン及びアンモニア性窒素を除去する浄水処理方法及び浄水処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地下水は、清浄な水質であることが多く、良好な水道水源であるものの、地域によっては地殻を構成する岩石層から溶出した鉄やマンガンなどが含まれることがある。そこで、鉄、マンガン及びアンモニア性窒素を含む地下水などの原水から、これらの物質を除去する方法として、従来より、好気性微生物である鉄バクテリア（鉄酸化能、マンガン酸化能を併せ持つ鉄バクテリア）及び硝化菌を利用した自然ろ過方式による浄化処理方法が知られている。
【０００３】
図５は従来の浄化処理方法を実施するための浄化処理装置の一例を示す構成説明図である。図５において、１は地下水などの原水が供給される原水調整槽である。後述するろ過槽７のろ層８内に繁殖させる鉄バクテリア及び硝化菌は好気性微生物であり酸素を必要とするが、地下水中に溶存酸素はほとんど含まれないため、原水（地下水）に曝気などによって酸素を供給する必要がある。そこで、原水調整槽１内に設置された散気管４に槽外のエアポンプ２から空気が送られ、散気管４により曝気することにより、原水調整槽１内の原水に曝気により連続的に酸素が供給されるようになっている。３はエアポンプ２の回転を制御するインバータ回路である。インバータ回路３、エアポンプ２及び散気管４は、原水に酸素を供給する溶存酸素供給手段を構成している。
【０００４】
曝気によって酸素が供給された溶存酸素付与原水は、ポンプ５を有する溶存酸素付与原水供給管６によってろ過槽７に導かれ、ろ過槽７内に設けられたろ層８上方よりろ層８に下向流で通水される。ろ層８は、ろ過槽７内の底部に配された有孔ブロック上に、該有孔ブロックから上方へ向けて、例えば、砂利層８ａ、水道用基準ろ砂層（珪砂層）８ｂ及びアンスラサイト層８ｃの順で形成されている。なお、ろ層８を形成するろ材としては、その他に、多孔質ろ材（人工セラミックのような焼結ろ材、天然軽石など）、繊維ろ材、プラスチックろ材などが採用される。ろ過槽７に導かれた溶存酸素付与原水は、ろ層８を通過する間に、濁度成分である懸濁浮遊物がろ層８上部に懸滞し除去されるとともに、ろ層８内に繁殖して担持された鉄バクテリア及び硝化菌の作用によって、溶存酸素付与原水に含まれる、つまり、元の原水に含まれる鉄、マンガン及びアンモニア性窒素が除去されることとなる。そして、これらの物質の除去がなされた処理水が、前記有孔ブロックを介してろ過槽７の集水室に集水され、集水室の処理水出口より取り出されるようになっている。
【０００５】
ところで、好気性微生物である鉄バクテリア及び硝化菌などを利用した自然ろ過方式による浄化処理方法では、前記好気性微生物に酸素を供給することが必須であり、安定した浄水処理性能を維持するために、溶存酸素（ＤＯ）の管理が重要である。
【０００６】
そして、従来の浄化処理方法では、鉄バクテリア及び硝化菌などによる鉄、マンガン及びアンモニア性窒素の除去状態の良否を反映する指標として、溶存酸素付与原水をろ層８を通過させて得た処理水の溶存酸素濃度を測定して監視し、この処理水の溶存酸素濃度が目標溶存酸素濃度となるように、原水調整槽１内への曝気空気吹き込み量を制御するようにしていた。
【０００７】
ところが、本発明者らの実験によると、浄水処理効果の良否にかかわらず（得られる処理水の水質にかかわらず）、処理水の溶存酸素濃度があるほぼ一定値（例えば、２ｍｇ／Ｌ程度）になっていた。このことから、処理水の溶存酸素濃度を測定し、該測定結果に基づいて原水調整槽１内への曝気空気吹き込み量を調整制御することは、適切でないことが判明した。すなわち、本発明者らは、その実験から、原水にアンモニア性窒素が含まれていると、処理水の溶存酸素濃度が目標溶存酸素濃度（例えば、２ｍｇ／Ｌ以上）となるように、原水調整槽１内への曝気空気吹き込み量を制御しても、ろ過速度が速い、すなわち鉄バクテリアや硝化菌との接触反応時間が充分でなく短い場合や、また、溶存酸素が付与された原水の該溶存酸素濃度が適正範囲より外れて低いために鉄バクテリアや硝化菌の活性が低い場合には、溶存酸素が鉄バクテリアや硝化菌によって適切に消費されず、処理水側に流出してくることから、あたかも原水へ充分に酸素付与しているものと錯覚してしまうということが判明した。このように、溶存酸素付与原水をろ層８を通過させて得た処理水の溶存酸素濃度を測定して監視し、処理水の溶存酸素濃度が目標溶存酸素濃度となるように原水に供給する酸素量を制御するという従来のやり方は、適切でないという知見を得たものである。
【特許文献１】特開平７−１００４９１号公報（段落［００１１］、図１）
【非特許文献１】石丸  豊，外１名，「鉄バクテリア法による浄水処理技術」，環境技術，環境技術学会，平成１６年４月，第３３巻，第４号，ｐ．２９２−２９７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明の課題は、鉄、マンガン及びアンモニア性窒素を含む地下水等の原水を対象とし、鉄バクテリアなどの好気性微生物を利用した自然ろ過方式により前記原水に含まれる鉄、マンガン及びアンモニア性窒素の除去を行うに際し、好気性微生物による除去状態の良否が適正に反映される指標を測定して監視し、その測定結果に基づいて前記原水に供給する酸素量を制御することで、前記原水に含まれる鉄、マンガン及びアンモニア性窒素を、安定して良好に除去して、良好な水質を安定して得ることができる浄水処理方法及び浄水処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１０】
請求項１の発明は、鉄、マンガン及びアンモニア性窒素を含む地下水等の原水に酸素を供給し、この溶存酸素付与原水をろ過槽内に設けられたろ層に通水することにより、前記ろ層に担持された鉄バクテリア及び硝化菌の作用によって、ろ過槽内の溶存酸素付与原水に含まれる鉄、マンガン及びアンモニア性窒素の除去を行い、その処理水を得る浄水処理方法において、前記ろ層の直前部で溶存酸素付与原水の溶存酸素濃度を測定し、その測定結果に基づいて前記ろ層の直前部における溶存酸素付与原水の溶存酸素濃度が目標溶存酸素濃度となるように前記原水に供給する酸素量を制御することを特徴とする浄水処理方法。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１記載の浄水処理方法において、前記目標溶存酸素濃度が５ｍｇ／Ｌ以上であることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３の発明は、鉄、マンガン及びアンモニア性窒素を含む地下水等の原水に酸素を供給する溶存酸素供給手段と、前記溶存酸素供給手段による溶存酸素付与原水をろ層に通水することにより、前記ろ層に担持された鉄バクテリア及び硝化菌の作用によって、槽内の溶存酸素付与原水に含まれる鉄、マンガン及びアンモニア性窒素の除去を行い、その処理水を得るろ過槽と、前記ろ層の直前部における溶存酸素付与原水の溶存酸素濃度を測定する溶存酸素濃度計と、前記溶存酸素濃度計による測定結果に基づいて前記ろ層の直前部における溶存酸素付与原水の溶存酸素濃度が目標溶存酸素濃度となるように制御出力を前記溶存酸素供給手段に与える溶存酸素供給制御手段と、を備えたことを特徴とする浄化処理装置である。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項３記載の浄水処理装置において、前記目標溶存酸素濃度が５ｍｇ／Ｌ以上であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の浄水処理方法又は浄水処理装置は、鉄、マンガン及びアンモニア性窒素を含む地下水などの原水を対象とし、鉄バクテリアなどの好気性微生物を利用した自然ろ過方式により前記原水に含まれる鉄、マンガン及びアンモニア性窒素の除去を行うに際し、好気性微生物による除去状態の良否が適正に反映される指標として、ろ過槽内に設けられたろ層の直前部における溶存酸素付与原水の溶存酸素濃度を測定し、その測定結果に基づいて前記ろ層の直前部における溶存酸素付与原水の溶存酸素濃度が目標溶存酸素濃度となるように前記原水に供給する酸素量を制御するようにしている。これにより、水道水源としての地下水などの原水に含まれる鉄、マンガン及びアンモニア性窒素を安定して良好に除去して、良好な水質を安定して得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明においては、ろ層直前部における溶存酸素付与原水の溶存酸素濃度を測定し、その測定結果に基づいてろ層直前部における溶存酸素付与原水の溶存酸素濃度が目標溶存酸素濃度ＤＯＭとなるように原水に曝気などによって供給する酸素量を制御するようにしている。この場合、溶存酸素付与原水の溶存酸素濃度の測定を行うろ層直前部としては、下向流の自然ろ過方式では、ろ層の直上方位置がろ層に最も近くて特に好ましい。そして、酸素付与後からろ層へ至るまでの溶存酸素付与原水の経路において、溶存酸素濃度がろ層直上方での値とほとんど変化なく実質的に同じであるような箇所であればよい（図２参照）。
【００１６】
本発明において、前記目標溶存酸素濃度ＤＯＭは、ろ過速度にもよるが、５ｍｇ／Ｌ以上がよい。目標溶存酸素濃度ＤＯＭが５ｍｇ／Ｌを下回ると、ろ過槽内の酸素が不足し、鉄バクテリア及び硝化菌による浄化作用が低下して、鉄、マンガン及びアンモニア性窒素を安定して良好に除去できない。目標溶存酸素濃度ＤＯＭは、好ましくは６ｍｇ／Ｌ以上、確実に良好な処理水質を得る点から、特に好ましくは６．５ｍｇ／Ｌ以上がよい。目標溶存酸素濃度ＤＯＭの上限値は、ろ過速度にもよるが、８ｍｇ／Ｌ程度が適切である。その理由は、過度の曝気により酸素過飽和状態にした場合、溶存ケイ酸を含有する原水などでは鉄の除去が悪化することがあるためである。また、アンモニア性窒素の硝化においては約４．６倍の溶存酸素が必要であることから、本発明は、アンモニア性窒素濃度が１．３ｍｇ／Ｌ以下（溶存酸素付与原水の目標溶存酸素濃度ＤＯＭ：８ｍｇ／Ｌのとき、目標溶存酸素濃度ＤＯＭ：５ｍｇ／Ｌのときは０．６５ｍｇ／Ｌ以下）の原水に適用することが、アンモニア性窒素を確実に除去する点から好ましい。
【００１７】
図１は本発明の浄化処理方法を実施するための浄化処理装置の一例を示す構成説明図である。ここで、前記図５に示す従来の浄化処理装置と同一部分には図５と同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について説明する。
【００１８】
図１に示すように、９は溶存酸素濃度計であり、ろ過槽７のろ層８を形成するアンスラサイト層８ｃの直上方における溶存酸素付与原水の溶存酸素濃度を測定するものである。また、１０は制御装置であり、溶存酸素濃度計９からの溶存酸素濃度測定値に見合う信号値に応じてアンスラサイト層８ｃの直上方における溶存酸素付与原水の溶存酸素濃度が目標溶存酸素濃度ＤＯＭとなるようにインバータ回路３にエアポンプ２の回転数を指示するものである。制御装置１０は、溶存酸素供給制御手段を構成している。
【００１９】
このように構成される浄化処理装置を用いて、溶存酸素濃度計９により、アンスラサイト層８ｃの直上方における溶存酸素付与原水の溶存酸素濃度を測定し、制御装置１０により、前記測定結果に基づいてアンスラサイト層８ｃの直上方における溶存酸素付与原水の溶存酸素濃度が目標溶存酸素濃度ＤＯＭとなるように、エアポンプ２の回転数を調整制御することで原水に曝気によって供給する酸素量を制御するようにしている。
【００２０】
なお、得られた処理水は、ろ過槽７の集水室の処理水出口より取り出され、必要に応じて、急速ろ過工程、生物活性炭処理工程又は膜ろ過処理工程などの下流工程に送られるようになっている。
【００２１】
図２は本発明の浄化処理方法を実施するための浄化処理装置の別の例を示す構成説明図である。ここで、前記図１に示す浄化処理装置と同一部分には図１と同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について説明する。
【００２２】
図２に示すように、この実施形態では、２つのろ過槽７を備えており、原水調整槽１から溶存酸素付与原水供給主管１１によって導かれた溶存酸素付与原水は、前記溶存酸素付与原水供給主管１１に接続された一方の枝管１２を介して一方のろ過槽７に導入されるとともに、前記溶存酸素付与原水供給主管１１に接続された他方の枝管１３を介して他方のろ過槽７に導入されるようになっている。そして、ろ層８の直前部で溶存酸素付与原水の溶存酸素濃度を測定する溶存酸素濃度計として、この実施形態では、溶存酸素付与原水供給主管１１によって導かれた溶存酸素付与原水の枝管１２，１３への分岐点での溶存酸素濃度を測定するようにした溶存酸素濃度計１４が設けられている。
【００２３】
このように構成される浄化処理装置を用いて、溶存酸素濃度計１４により、溶存酸素付与原水供給主管１１における枝管１２，１３への分岐点での溶存酸素付与原水の溶存酸素濃度を測定し、制御装置１０により、前記測定結果に基づいて前記分岐点での溶存酸素付与原水の溶存酸素濃度が目標溶存酸素濃度ＤＯＭとなるように、エアポンプ２の回転数を調整制御することで原水に曝気によって供給する酸素量を制御するようにしている。
【００２４】
なお、本発明は、図１，図２に示す実施形態に限定されず、例えば、ろ過槽７内に溶存酸素供給手段を設けるなど、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。
【実施例】
【００２５】
図３は本発明に係る浄水処理結果の一例を示すグラフであって、ろ過速度ＬＶ：１３０ｍ／日、実験期間：約１０ヶ月間の場合の、ろ過槽のアンスラサイト層の直上方における溶存酸素付与原水の溶存酸素濃度ＤＯと、ろ過槽の処理水出口で得られた処理水に含まれる鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）及びアンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ）の各濃度との関係を示すグラフである。実験は前記図１に示す浄化処理装置を用いて実施した。なお、原水に含まれる鉄、マンガン及びアンモニア性窒素の各濃度は、それぞれ、２．４〜２４（平均５．１９）ｍｇ／Ｌ、０．３０〜０．４１（平均０．３７）ｍｇ／Ｌ、及び０．４８〜０．８３（平均０．６６）ｍｇ／Ｌである。
【００２６】
図３から理解されるように、ろ過速度ＬＶ：１３０ｍ／日の場合、目標溶存酸素濃度ＤＯＭを７〜８ｍｇ／Ｌとして浄水処理を行うようにすれば、鉄：０．４ｍｇ／Ｌ程度、マンガン：０．１ｍｇ／Ｌ未満、アンモニア性窒素：０．０１未満、のように安定して良好な浄水処理を行えることが確認できた。
【００２７】
図４は本発明に係る浄水処理結果の一例を示すグラフであって、ろ過速度ＬＶ：６５ｍ／日、実験期間：約７ヶ月間の場合の、ろ過槽のアンスラサイト層の直上方における溶存酸素付与原水の溶存酸素濃度ＤＯと、ろ過槽の処理水出口で得られた処理水に含まれる鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）及びアンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ）の各濃度との関係を示すグラフである。実験は前記図１に示す浄化処理装置を用いて実施した。なお、原水に含まれる鉄、マンガン及びアンモニア性窒素の各濃度は、それぞれ、２．４〜２４（平均５．１９）ｍｇ／Ｌ、０．３０〜０．４１（平均０．３７）ｍｇ／Ｌ、及び０．４８〜０．８３（平均０．６６）ｍｇ／Ｌである。
【００２８】
図４から理解されるように、ろ過速度ＬＶ：６５ｍ／日の場合、目標溶存酸素濃度ＤＯＭを６〜８ｍｇ／Ｌとして浄水処理を行うようにすれば、鉄：０．３ｍｇ／Ｌ程度、マンガン：０．００１ｍｇ／Ｌ未満、アンモニア性窒素：０．０１ｍｇ／Ｌ未満、のように安定して良好な浄水処理を行えることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の浄化処理方法を実施するための浄化処理装置の一例を示す構成説明図である。
【図２】本発明の浄化処理方法を実施するための浄化処理装置の別の例を示す構成説明図である。
【図３】本発明に係る浄水処理結果の一例を示すグラフである。
【図４】本発明に係る浄水処理結果の一例を示すグラフである。
【図５】従来の浄化処理方法を実施するための浄化処理装置の一例を示す構成説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…原水調整槽
２…エアポンプ
３…インバータ回路
４…散気管
５…ポンプ
６…溶存酸素付与原水供給管
７…ろ過槽
８…ろ層
８ａ…砂利層
８ｂ…水道用基準ろ砂層
８ｃ…アンスラサイト層
９，１４…溶存酸素濃度計
１０…制御装置
１１…溶存酸素付与原水供給主管
１２，１３…枝管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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