(57)【要約】【課題】  ダム湖湖底など貯水池の下層部や井戸水などの地下水に含まれる大量の鉄分を利用して、低コストでかつ大量の水を処理することができる水処理方法及びシステムを提供する。【解決手段】  この水処理方法を適用可能なシステム１は、鉄を用いて被処理水中のりんを除去する水処理システムであって、被処理水を接触酸化する接触酸化槽２と、微生物による脱窒反応を利用して前記接触酸化された被処理水を脱窒する脱窒槽３と、鉄分を含む水と被処理水とを嫌気状態で混合する混合槽４と、この混合された水を曝気することにより、水中の鉄分とりんとを共沈させて除去する曝気槽５とを備えている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄を用いて被処理水中のりんを除去する水処理方法であって、
鉄分を含む水と被処理水とを嫌気状態で混合し、
この混合された水を曝気することにより、該水中の鉄分とりんとを共沈させて除去することを特徴とする水処理方法。
【請求項２】
鉄を用いて被処理水中のりんを除去する水処理システムであって、
鉄分を含む水と被処理水とを嫌気状態で混合する混合槽と、
この混合された水を曝気することにより、該水中の鉄分とりんとを共沈させて除去する曝気槽とを備えたことを特徴とする水処理システム。
【請求項３】
混合槽の上流側に、微生物による脱窒反応を利用して被処理水を脱窒する脱窒槽を備えたことを特徴とする請求項２記載の水処理システム。
【請求項４】
被処理水は河川水であり、鉄分を含む水はダム湖湖底水又は地下水であることを特徴とする請求項２又は３記載の水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄を用いて被処理水中のりんを除去する水処理方法及びシステムに関するものであって、河川等の水処理に好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鉄を用いて被処理中のりんを除去する方法として、電気分解や凝集沈殿を行う方法が知られているが（例えば、特許文献１，２参照）、これらの方法はいずれも小規模な装置で実施されているのが現状である。
【特許文献１】特開２００２−２７３４４８号公報
【特許文献２】特開２００３−３０００９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、ダム湖等に大量に流入する河川水等に含まれるりんの高濃度化は、そのダム湖等の閉鎖水系での富栄養化によるあおこの発生や水質汚染等の種々の環境問題をもたらす。かかる環境問題を解消するためには、前記河川水等からりんを効率よく除去することが望ましい。
【０００４】
しかしながら、上記の水処理分野における鉄を用いてりんを除去する方法は、上述のとおり小規模には行われているものの、かかる大量の河川水等を対象とするものではない。かりに大量の河川水等を対象として、同種の方法を採用した場合には、高価な電気分解槽等が必要となるため膨大な設備投資が必要となり、電気分解用の電気代や凝集沈殿用の凝集剤が大量に必要となるためその維持管理費が高くなりすぎてとても実用的なものとはならない。
【０００５】
一方、ダム湖湖底等貯水池の下層部や井戸水等の地下水は、一般的に嫌気性となっており、大量の鉄分を含んでいるにもかかわらず、その鉄分はこれまで積極的に利用されることがなかった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ダム湖湖底等貯水池の下層部や井戸水等の地下水に含まれる大量の鉄分を利用して、低コストでかつ大量の水を処理することができる水処理方法及びシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、第１の発明は、鉄を用いて被処理水中のりんを除去する水処理方法であって、鉄分を含む水と被処理水とを嫌気状態で混合し、この混合された水を曝気することにより、該水中の鉄分とりんとを共沈させて除去することを特徴とするものである。
【０００８】
第２の発明は、鉄を用いて被処理水中のりんを除去する水処理システムであって、鉄分を含む水と被処理水とを嫌気状態で混合する混合槽と、この混合された水を曝気することにより、該水中の鉄分とりんとを共沈させて除去する曝気槽とを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３記載の発明のように、混合槽の上流側に、微生物による脱窒反応を利用して被処理水を脱窒する脱窒槽を備えることが好ましい。
【００１０】
請求項４記載の発明のように、被処理水は河川水であり、鉄分を含む水はダム湖湖底水又は地下水であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
第１，第２の本発明によれば、鉄分を含む水と被処理水とが嫌気状態で混合されるので、混合が不十分な状態で水中の鉄分のみが沈殿することがない。そして、この混合された水を曝気することにより、該水中の鉄分とりんとが共沈されて除去されるので、処理水中の鉄分を有効利用して、被処理水中のりんを効率よく除去することができる。
【００１２】
この場合、一般的な鉄利用のりんの除去方法に比較して高価な電気分解槽等が不要となりその設備投資を抑えることができる。また、電気分解用の電気代や凝集沈殿用の凝集剤が不要となりその維持管理費も極力費用がかからないものとなる。その結果、低コストでかつ大量の水を処理することができる。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、微生物による脱窒反応を利用して前記嫌気状態とされた被処理水が脱窒されることにより、被処理水に含まれる窒素をも効率よく除去することができる。
【００１４】
請求項４記載の発明によれば、被処理水は河川水であり、鉄分を含む水はダム湖湖底水又は地下水であることとして、その河川水からりんを効率よく除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明の一実施形態に係る水処理方法を適用可能なシステムの全体構成図である。なお、図１中の白抜き矢印は水系統、実線の矢印は空気系統、バツ付き線の矢印は電気系統をそれぞれ示している。
【００１６】
図１に示すように、この水処理システム１は、河川等からポンプ７で汲み上げた被処理水を接触酸化する接触酸化槽２と、接触酸化した被処理水を脱窒する脱窒槽３と、脱窒した被処理水と、ダム湖湖底等の貯水池等からポンプ８で汲み上げた処理水とを嫌気状態で混合する混合槽４と、この混合した水を曝気することにより、水中の鉄分とりんとを共沈させて除去する曝気槽５とからなっている。
【００１７】
接触酸化槽２は、ひも状接触材やプラスチック接触材などで水路中に多層の生物膜を作り、その働きで流入水を浄化するものである。これにより、浮遊物質（ＳＳ）の除去等により、被処理水の前処理を行うことができる。
【００１８】
脱窒槽３は、微生物（脱窒菌）を高密度に含ませた（１ｃｍ立方ほどの大きさの）担体を多数含んでおり、この担体中では微生物により、被処理水中の硝酸態窒素または亜硝酸態窒素から窒素ガスが生成されるという、いわゆる脱窒反応が生じ、この反応によって被処理水中に含まれる窒素がまず除去される。なお、脱窒槽３を混合槽４の上流側に設けたのは、りんは微生物を活性化させるため、被処理水中にりんが存在する状態で脱窒反応を生じさせるのが好ましいからである。この他、微生物の栄養源となるアルコール等の供給手段（図略）が設けられている。
【００１９】
混合槽４は、外気と隔離され適宜箇所にバッフル板を備えた迷路状の水路からなっており、脱窒した被処理水は、溶存酸素と殆ど接触しない嫌気状態で、この水路中のバッフル板を乗り越え、或いは、潜り抜けながら、ダム湖湖底等の貯水池等からポンプ８で汲み上げた鉄分を多く含む水（処理水）と効率よく混合されるようになっている。
【００２０】
嫌気状態としたのは、被処理水と処理水との混合が不十分なときに、後述する理由により処理水の鉄分のみが析出して沈殿することを防止するためである。なお、バッフル板に代えて、或いは、バッフル板とともにモータで水を攪拌するアジテータ等を備えることとしてもよい。
【００２１】
曝気槽５は、ブロア９による空気吹き込み（エアレーション）によって水中に溶存酸素を供給する接触酸化部５ａと、この接触酸化部５ａの下部に設けられた先絞り形状の沈殿部５ｂとからなっており、接触酸化部５ａでは、前記エアレーションによって水中に溶存酸素を供給することで好気状態となし、前記混合された処理水中の鉄分との化学反応を利用して水酸化鉄やりん酸鉄を生成させて共沈させることによりりんを除去する。接触酸化部５ａに、前記接触酸化槽２と同様の生物膜を作り、流入水の浄化機能を持たせても良い。以下、接触酸化部５ａにおけるりん除去方法の基本原理を以下に示す。
【００２２】
例えば、ダム湖湖底の下層水や地下水においては、酸素不足となり、鉄分は２価の鉄イオン（Ｆｅ2+）として存在している。２価の鉄イオン（Ｆｅ2+）は、混合槽４では水中の溶存酸素が殆どない嫌気状態であるので、析出されることなくそのまま被処理水と混合される。しかし、２価の鉄イオン（Ｆｅ2+）が曝気槽５に入ると、その接触酸化部５ａでのエアレーションによって、水中に供給された溶存酸素により酸化されて、３価の鉄イオン（Ｆｅ3+）となる。
【００２３】
この３価の鉄イオン（Ｆｅ3+）は、水分子が乖離してできた水酸基（ＯＨ-）と反応して水酸化鉄（Ｆｅ（ＯＨ）3）を生成する。同時に、前記３価の鉄イオン（Ｆｅ3+）は、りん酸イオン（ＰＯ43-）とも反応してりん酸鉄（ＦｅＰＯ4）を生成する。以下にその化学反応式を示す。
【００２４】
Ｆｅ3+  ＋  ３ＯＨ-  →  Ｆｅ（ＯＨ）3
Ｆｅ3+  ＋  ＰＯ43-  →  ＦｅＰＯ4
この化学反応式により生成した水酸化鉄（Ｆｅ（ＯＨ）3）は、同じく生成したりん酸鉄（ＦｅＰＯ4）と共沈して、沈殿部５ｂに汚泥として集められる。接触酸化部５ａは、所定のインターバルで逆洗剥離されることにより、その他の有機物の汚泥等をもこの沈殿部５ｂに流れ込ませて沈殿させるようになっている。りんを除去した後の水は、接触酸化部５ａの出口水路を通ってダム湖等に戻されるようになっている。沈殿部５ｂに集められた汚泥等は別途処分される。
【００２５】
ポンプ７，８は、例えば大量の水を汲み上げることのできる軸流ポンプであり、ブロア９は、例えば軸流ブロアやルーツブロアである。なお、ポンプ７については、エアリフトポンプを使用することもできるが、ポンプ８については、処理水の鉄分のみが析出して沈殿することを防止するため、エアリフトポンプを使用できない。
【００２６】
この水処理システム１は、さらに操作盤１０と、被処理水の供給ポンプ７の出口に設けられた流量計１１と、処理水の供給ポンプ８の出口に設けられた流量計１２とを備えており、管理者により接触酸化槽２の入口水路と曝気槽５の接触酸化部５ａの出口水路とから処理前後の水を適宜サンプリングすることによりりんの濃度が分析される。操作盤１０は、測定流量と分析結果とに応じて管理者が適宜操作することにより、各ポンプ７，８による水の供給量と、ブロア９による溶存酸素の供給量とを調整できるようになっている。各流量計１１〜１３は、例えばオリフィス式のものである。
【００２７】
以下、本水処理システム１の動作を説明する。
【００２８】
この水処理システム１では、まず河川等から被処理水をポンプ７で汲み上げる。被処理水中に含まれるりんイオン濃度は、通常、０．００１〜０．１ｍｇ／ｌの範囲にある。
【００２９】
この汲み上げられた被処理水は、流量計１１により流量計測された後、接触酸化槽２に導かれる。接触酸化槽２に導かれた被処理水は、接触酸化法により、ＳＳやＳＳ性の有機汚濁物質及び有機と結合した窒素・りんが除去される。
【００３０】
このときの窒素除去率は１０〜５０％であり、りん除去率はせいぜい０〜２０％程度に過ぎない。接触酸化槽２で接触酸化された被処理水は、さらに脱窒槽３に導かれる。この脱窒槽３に導かれた被処理水は、ここで微生物による脱窒反応により被処理水中の残りの窒素が効率的に除去される。
【００３１】
その一方、ダム湖湖底等の貯水池等から処理水をポンプ８で汲み上げる。処理水の鉄イオン濃度は、年間を通じて、夏季、冬季の湖水停滞期と、春季、秋季の湖水循環期とで変化するが、通常、０．１〜５ｍｇ／ｌの範囲にある。
【００３２】
この汲み上げられた処理水は、流量計１２により流量計測された後、嫌気状態で混合槽４に導かれ、同じく混合槽４に導かれた前記脱窒後の被処理水と嫌気状態を維持したまま混合される。そして、混合された水は、さらに曝気槽５の接触酸化部５ａに導かれ、ここでブロア９によるエアレーションによってその水中に溶存酸素が供給されることにより好気状態とされる。溶存酸素の供給量は、流量計１３により計測されるブロア９からの吹き込み空気量から換算される。
【００３３】
この溶存酸素の供給によって、前記混合された水中の鉄分から生成した水酸化鉄（Ｆｅ（ＯＨ）3）と、りん酸鉄（ＦｅＰＯ4）とが共沈して汚泥となり、沈殿部５ｂに集められることで、その水中からりんが除去される。この除去されるりんの除去率は、５０〜９０％の範囲にある。
【００３４】
接触酸化部５ａは、所定のインターバルで逆洗剥離されることにより、その他の汚泥等をもこの沈殿部５ｂに流れ込ませて沈殿させる。りんを除去した後の水は、適宜サンプリングして分析された後、接触酸化部５ａの出口水路を通ってダム湖等に戻される。沈殿部５ｂに集められた汚泥は別途処理される。
【００３５】
そして、管理者により、接触酸化槽２の入口水路と曝気槽５の接触酸化部５ａの出口水路とから処理前後の水を適宜サンプリングしてりんの濃度が分析される。操作盤１０には、各流量計１１，１２，１３による測定データが取り込まれ、この測定データと前記分析結果とに応じて、管理者が適当な操作を行うことで、ポンプ７，８及びブロア９の各流量を調整する。この調整によって、上記被処理水、処理水及び溶存酸素の各供給量が適正なものとなるので、システムの安定操業が可能となる。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態の水処理システム１によれば、混合槽４で鉄分を含む水と被処理水とが嫌気状態で混合されるので、混合が不十分な状態で水中の鉄分のみが沈殿することがない。そして、この混合された水が、曝気槽５で曝気されることにより、該水中の鉄分とりんとが共沈されて除去されるので、処理水中の鉄分を有効利用して、被処理水中のりんを除去することができる。
【００３７】
この場合、一般的な鉄利用のりんの除去方法に比較して高価な電気分解槽等が不要となりその設備投資を抑えることができる。また、電気分解用の電気代や凝集沈殿用の凝集剤が不要となりその維持管理費も極力費用がかからないものとなる。その結果、低コストでかつ大量の水を処理することができる。
【００３８】
なお、上記実施形態では、接触酸化槽２を設けて、被処理水が鉄分を含む水と混合される前に、その被処理水が接触酸化されることにより、被処理水に含まれる浮遊物質が除去されるようにしているが、さらにエアレーションにより被処理水を好気状態として有機汚濁物質の分解除去を行うようにしてもよい。また、もともと処理水中の浮遊物質等が少ない場合には、この接触酸化槽２を省略することにより、システムの簡素化を図ることができる。
【００３９】
また、上記実施形態では、脱窒槽３を設けて、微生物による脱窒反応を利用して前記接触酸化された被処理水が脱窒されることにより、被処理水に含まれる窒素が除去されるようにしているが、上流側の接触酸化槽２でエアレーションを行うことにより、被処理水を好気状態とした場合には、微生物の活性を維持できるように、その被処理水を嫌気状態とすることが望ましい。また、もともと被処理水中の窒素が少ない場合には、この脱窒槽３を省略することにより、システムのより簡素化を図ることができる。
【００４０】
また、上記実施形態では、各槽２〜５をそれぞれ独立に設置しているが、必ずしもそれらを独立に設置する必要はなく、そのいずれかを組み合わせたり兼用したりすることができる。さらには、槽の代わりに水路を使用することもできる。例えば、河川水を汲み上げる水路中に、地下水を嫌気状態で汲み上げて混入し、その混入した水を外気中におくこととしてもよい。その際、エアレーションを行えば、水中のりん除去率をさらに向上させることができる。
【００４１】
また、上記実施形態では、被処理水は河川水であり、鉄分を含む水はダム湖湖底水又は地下水であることとして、その河川水の効率的なりんの除去が可能となるようにしているが、被処理水はりんを含む水であれば河川水以外の水であってもよいし、処理水は鉄分を多く含む水であればダム湖湖底水又は地下水以外の水であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態形態に係る水処理方法を適用可能なシステムの全体構成図である。
【符号の説明】
【００４３】
１    水処理システム
２    接触酸化槽
３    脱窒槽
４    混合槽
５    曝気槽
５ａ  接触酸化部
５ｂ  沈殿部
７，８  ポンプ
９    ブロア
１０    操作盤
１１〜１３    流量計
【図１】
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