(57)【要約】【課題】汚水中の硝酸窒素を簡易且つ効率的に除去することのできる装置及び方法を提供する。【解決手段】水質改善装置１は、所定の厚みを有するシート材２ａ，２ｂと、シート材２ａ，２ｂを波状に屈曲した状態で支持するフレーム３とを備える。シート材２ａ，２ｂは、担体１１の両面を、不織布１０，１２で挟んだ三層構造を有する。担体１１には、発泡プラスチック等を材料とし、微生物が付着しやすいようにポリエチレンイミンによる表面処理を施したものを用いる。処理水が休耕田に設置される水質改善装置１を通過する際、担体１１に付着した嫌気性細菌が処理水中の硝酸窒素を浄化する。【選択図】　図２
2004130246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発泡プラスチック、ウレタンフォーム又は生分解プラスチックを含むシート状担体の両面を不織布で挟んだ構造を有するシート材と、
該シート材が連続的に屈曲を繰り返す形状を有するように同シート材を支持する支持体と、
を備えることを特徴とする水質改善装置。
【請求項２】
前記シート材の形状は、波状に屈曲した形状である
ことを特徴とする請求項１記載の水質改善装置。
【請求項３】
前記支持体は、少なくともその一部を前記シート材に内包させることにより、前記シート材が連続的に屈曲を繰り返す形状を保つように同シート材を支持する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の水質改善装置。
【請求項４】
前記支持体は、前記シート材の表面に接触することにより、前記シート材が連続的に屈曲を繰り返す形状を保つように同シート材を支持する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の水質改善装置。
【請求項５】
前記支持体は、並設される複数の縦軸と、該複数の縦軸に架け渡される複数の横軸とを備え、前記複数の横軸に前記シート材を懸架することにより、前記シート材が連続的に屈曲を繰り返す形状を保つように同シート材を支持する
ことを特徴とする請求項４記載の水質改善装置。
【請求項６】
前記シート状担体には、ポリエチレンイミンによる表面処理が施される
ことを特徴とする請求項１〜５のうち何れか１項に記載の水質改善装置。
【請求項７】
発泡プラスチック、ウレタンフォーム又は生分解プラスチックを含むシート状担体の両面を不織布で挟んだ構造を有するシート材を設置した休耕田に処理水を導入し、該処理水を前記シート材に所定期間接触させることによって同処理水の水質を改善する水質改善方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中の硝酸窒素を効率的に除去して水質を改善する装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、国内各地の地下水中において硝酸性窒素の濃度が高まる傾向がみられる。
【０００３】
地下水は、生活用水、工業用水、農業用水として貴重な水源であることから、地下水に含まれる硝酸性窒素は、飲料水や農作物等、様々な経路を通じて人体に入り込む虞がある。硝酸性窒素が人体に入り込むと、嫌気条件にある体内において還元され、その一部は亜硝酸になる。亜硝酸は、赤血球のヘモグロビンと結合して酸素欠乏症を引き起こす。また、硝酸や亜硝酸は、発癌性物質であるニトロアミンの生成にも関与する。
【０００４】
硝酸性窒素は、家庭から排出される排水、農地に投入される化学肥料、家畜の糞尿等をその生成起源とする。
【０００５】
図１０には、農村地域における水質改善装置（農業集落排水処理施設）の一例を模式的に示す。同図１０に示すように、各家庭１０１や畜産施設１０２等から排出される汚水は、大規模の排水処理施設１０３で集中的に処理され、河川に放流される。
【０００６】
図１１には、排水処理施設における一般的な排水処理のプロセスを模式的に示す。同図１１に示すように、一般に排水処理施設１０３においては、活性汚泥法による排水処理が行われる。活性汚泥法では、例えば畜産施設１０２の排水から異物を除去したものを曝気槽に導入し、高酸素濃度条件の下で好気性微生物を含む活性汚泥に晒すことにより、排水中に含まれる有機汚染物を生物学的に分解・除去する（ＢＯＤ（Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｏｘｙｇｅｎ　Ｄｅｍａｎｄ）値を低下させる）。曝気槽での処理を経た排水は、沈殿槽に送られ粒状物を沈殿除去された後、河川に放流される。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭６１−２２７８９２号公報
【特許文献２】
特開２００１−９６２８９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、排水中に含まれる有機汚染物は、上記のような排水処理施設において、活性汚泥法により除去されるが、硝酸性窒素等の無機窒素成分を除去することは難しい。このため、排水処理施設において処理された水は、硝酸性窒素等の無機窒素成分を含んだまま河川に放流され、池や湖沼等に蓄積することで青粉の発生原因となる。河川水や湖沼水の一部は水を地下に浸透して地下水となるため、排水処理施設において処理された水の硝酸性窒素濃度が増大すれば、排水処理施設周辺における地下水の硝酸性窒素濃度も増大することになる。
【０００９】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、汚水中の硝酸窒素を簡易且つ効率的に除去することのできる装置を提供することにある。
【００１０】
また、他の目的は、汚水中の硝酸窒素を簡易且つ効率的に除去することのできる方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、（１）水質を改善する装置であって、発泡プラスチック、ウレタンフォーム又は生分解プラスチックを含むシート状担体の両面を不織布で挟んだ構造を有するシート材と、該シート材が連続的に屈曲を繰り返す形状を有するように、同シート材を支持する支持体と、を備えることを要旨とする。ここで、シート状担体としては、発泡ウレタンフォーム又は発泡生分解プラスチックを用いるのが好ましい。
【００１２】
同構成によれば、環境中に存在する嫌気性細菌（脱窒素細菌）の還元作用を利用し、処理水中の硝酸窒素を効率的に浄化することができる。また、このような機能を簡易且つ低コストな装置構成で実現することができる。
【００１３】
（２）また、前記シート材の形状は、波状に屈曲した形状であるのが好ましい。
【００１４】
同構成によれば、シート材を連続的に屈曲を繰り返す状態とし、また、その状態を保持させることが容易にできる。
【００１５】
（３）また、前記支持体は、少なくともその一部を前記シート材に内包させることにより、前記シート材が連続的に屈曲を繰り返す形状を保つように同シート材を支持するようにしてもよい。
【００１６】
（４）また、前記支持体は、前記シート材の表面に接触することにより、前記シート材が連続的に屈曲を繰り返す形状を保つように同シート材を支持するようにしてもよい。
【００１７】
（５）とくに、前記支持体は、並設される複数の縦軸と、該複数の縦軸に架け渡される複数の横軸とを備え、前記複数の横軸に前記シート材を懸架することにより、前記シート材が連続的に屈曲を繰り返す形状を保つように同シート材を支持するようにするのが好ましい。
【００１８】
同構成によれば、シート状担体および処理水の間の接触面を効率的に増大させることができる。また、当該装置に接触する処理水の流路抵抗が増大し、当該処理水の流れが緩慢になる。このため、処理水中の硝酸窒素に対し、シート状担体に付着した脱窒素細菌の接触機会が増す。すなわち、処理水の水質改善を一層効率的に行うことができる。
【００１９】
（６）また、前記シート状担体には、ポリエチレンイミンによる表面処理が施されるのが好ましい。
【００２０】
同構成によれば、シート状担体に対する脱窒素細菌の付着が容易となり、処理水中の硝酸窒素の浄化が一層効率的に行われる。
【００２１】
（７）また、他の発明は、水質を改善する方法であって、発泡プラスチック、ウレタンフォーム又は生分解プラスチックを含むシート状担体の両面を不織布で挟んだ構造を有するシート材を設置した休耕田に処理水を導入し、該処理水を前記シート材に所定期間接触させることによって同処理水の水質を改善することを要旨とする。
【００２２】
このような方法によれば、休耕田を利用し、脱窒素細菌を豊富に含み、且つ、この細菌が効率的に脱窒素を行う嫌気的な環境を容易に作り出すことができる。
【００２３】
なお、上記（１）〜（６）の各構成を可能な限り組み合わせて採用し、上記（７）の方法を実施することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は、本実施の形態にかかる水質改善装置の全体を示す図である。同図１に示すように、水質改善装置１は、所定の厚みを有するシート材２ａ，２ｂと、シート材２ａ，２ｂを波状に屈曲させた状態で支持するフレーム（支持体）３とを備える。
【００２６】
図２は水質改善装置１の上視図であり、図３は同装置１の側面図である。両図に併せ示すように、フレーム３は、所定間隔をおいて並設される３本の縦軸４，５，６に、横軸７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈ，７ｉ，７ｊが架け渡されて構成される。縦軸４，５の間にシート材２ａが取り付けられ、縦軸５，６の間にシート材２ｂが取り付けられる。シート材２ａ，２ｂは、各横軸７ａ〜７ｊを交互に跨ぎ、潜るようにして、横軸７ｂ，７ｄ，７ｆ，７ｈ，７ｊ，７ｌに懸架される。このような態様でフレーム３に取り付けられるシート材２ａ，２ｂは、全体としては、規則的に波状に屈曲した形状を有する。なお、フレーム３には、シート材２ａ，２ｂを各横軸７ｂ，７ｄ，７ｆ，７ｈ，７ｊ，７ｌに懸架した状態で固定するための固定手段を付加するのが好ましい。固定手段としては、例えばシート材２ａ，２ｂとの間に、各横軸７ｂ，７ｄ，７ｆ，７ｈ，７ｊ，７ｌを挟み込み、シート材２ａ，２ｂの配置を固定するようなクリップ構造を採用すればよい。
【００２７】
図４に、図２のＩＶ−ＩＶ断面を拡大して示す。同図４に示すように、シート材２ｂ（シート材２ａも同様）は、シート状担体（以下、単に担体というという）１１の両面を、不織布１０，１２で挟んだ三層構造を有する。担体１１には、発泡プラスチック、ウレタンフォーム、或いは生分解プラスチック等を材料とし、微生物が付着しやすいようにポリエチレンイミンによる表面処理を施したものを用いる。
【００２８】
図５は、水質改善装置１を用いて行う排水処理のプロセスの一例を示す模式図である。同図５に示すように、水質改善装置１を利用する場合においても、畜産施設２２の排水は、先ず排水処理施設２３に送られ、活性汚泥法による従来の排水処理（曝気層および沈殿槽での処理）を施される。排水処理施設２３において処理された排水は、脱窒素処理槽２４に送られる。脱窒素処理槽２４は、例えば休耕田に水質改善装置１を設置し、そこに水を満たしたものである。排水処理施設２３から脱窒素処理槽２４に送られる排水は、所定期間、脱窒素処理槽２４内に放置され、或いは緩やかに脱窒素処理槽２４内を移動して、最終的に河川に放流される。
【００２９】
図６は、脱窒素処理槽２４において脱窒素細菌が排水に及ぼす作用を説明する図である。同図６に示すように、水質改善装置１は、脱窒素処理槽２４において水に浸った状態となる。水質改善装置１を構成するシート材２ａ，２ｂにおいて、不織布１０，１２に挟まれた担体１１は、嫌気性状態（低酸素濃度の状態）を保持しつつ水分を効率的に流動させるため、休耕田の土中に広く生息する嫌気性細菌の一種である脱窒素細菌にとって、極めて好ましい活動の場となる。すなわち、排水処理施設２３（沈殿槽）から送られる排水中の硝酸は、担体１１を浸透しつつ移動する過程で、担体１１に付着した脱窒素細菌によって効率的に還元され、無害な窒素ガスとして水中或いは大気中に放出される。
【００３０】
従来の排水処理施設では、家庭や畜産施設等の排水処理を、排水処理施設１の活性汚泥法のみによる処理に委ねていたため、排水処理後、河川に放流される水の中に、有機態窒素の酸化分解によって生じる硝酸窒素が残存することとなっていた。
【００３１】
本実施の形態にかかる水質改善方法では、上記従来の排水処理施設で十分に処理されなかった硝酸窒素を、休耕田等を利用した脱窒素処理槽２４において、脱窒素細菌の作用により窒素と水とに分解する。この結果、地下水における硝酸窒素成分の増大を抑制することができる。
【００３２】
ここで、脱窒素細菌による硝酸窒素の分解速度は比較的遅いため、硝酸窒素の分解量を高めるためには、処理対象である排水（処理水）と脱窒素細菌とをできるだけ長時間接触させることが必要になる。この点、本実施の形態にかかる水質改善装置１は、処理水と脱窒素細菌との接触時間が長くなるように、波状に屈曲したシート材２ａ，２ｂを備える。また、このようなシート材２ａ，２ｂの形状が脱窒素処理槽２４内を流れる処理水にとって抵抗となるため、槽２４内における処理水に乱流が発生しにくくする。これにより、処理水中の溶存酸素の拡散が抑制され、シート材２ａ，２ｂ内が嫌気状態に保たれ易くなる。また、シート状の担体１１両面を挟む不織布１０，１２は、担体１１が嫌気性状態を維持するよう担体１１に水分を供給する機能（保水機能）を担うとともに、担体１１の目詰まりを防止する異除去フィルタとしての機能を担う。
【００３３】
このように、本実施の形態にかかる水質改善装置１、或いは同装置１を用いた水質改善方法によれば、環境中に存在する嫌気性細菌の還元作用を利用し、処理水中の硝酸窒素を効率的に浄化することができる。これにより、地下水の水質を効率的に改善することができる。
【００３４】
また、このような機能を簡易且つ低コストな装置構成で実現することができる。
【００３５】
また、シート材２ａ，２ｂを、波状に屈曲した形状とすることにより、担体１１および処理水の間の接触面を効率的に増大させることができる。また、水質改善装置１に接触する処理水の流路抵抗が増大し、処理水の流れが緩慢になる。このため、処理水中の硝酸窒素に対し、シート状担体１１に付着した脱窒素細菌の接触機会が増す。ここで、シート材２ａ，２ｂの形状は、必ずしも波状としなくても、連続的に屈曲を繰り返す他の形状とすることで、本実施の形態に準ずる効果を奏することはできる。
【００３６】
また、担体１１に対し、ポリエチレンイミンによる表面処理が施すことにより、担体１１に対する脱窒素細菌の付着が容易となり、処理水中の硝酸窒素の浄化が一層効率的に行われる。
【００３７】
また、脱窒素細菌が豊富に生息し、しかも嫌気的な環境をつくることが容易な休耕田を利用して、脱窒素処理槽２４を構成することにより、効率的な脱窒素を行うことができる。
【００３８】
なお、試験的な一実施例として、担体１１に密度０．０３〜０．１０ｇ／ｍｍ３、厚み５ｍｍのウレタン製スポンジを用い、不織布１０，１２に密度１４０ｇ／ｍ２、厚み８ｍｍのポリエステル又はアクリルを用いた装置によって排水処理を行った結果、処理水中の硝酸窒素が効率的に浄化されることが確認された。
【００３９】
また、本実施の形態では、所定間隔をおいて並設される３本の縦軸４，５，６に、複数の横軸が架け渡されて構成されるフレーム３を用い、シート材２ａ，２ｂが屈曲形状（波形状）を保つように、同シート材２ａ，２ｂを支持する支持体として、フレーム３に替え他の構成を採用することもできる。
【００４０】
例えば、図７に示すように、針金や棒状の支柱等（３Ａ）にシート材２ａ，２ｂを貫通させることで、シート材２ａ，２ｂがその屈曲形状（波形状）を保つようにしてもよい。
【００４１】
また、図８に示すように、連続的に屈曲を繰り返す形状の針金や帯板等（３Ｂ）をシート材２ａ，２ｂの表面に固定することで、シート材２ａ，２ｂが屈曲形状（波形状）を保つようにしてもよい。この場合、針金や帯板等（３Ｂ）は、糸等によってシート材２ａ，２ｂに縛り付けるのが好ましい。
【００４２】
また、図９に示すように、シート材２ａ，２ｂの屈曲部位に、屈曲した針金や帯板等（３Ｃ）を埋設する（内包させる）ことで、シート材２ａ，２ｂが屈曲形状（波形状）を保つようにしてもよい。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、環境中に存在する嫌気性細菌の還元作用を利用し、処理水中の硝酸窒素を効率的に浄化することができる。また、このような機能を簡易且つ低コストな装置構成で実現することができる。
【００４４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である排水処理装置の全体を示す図。
【図２】同実施の形態にかかる排水処理装置の上視図。
【図３】同実施の形態にかかる排水処理装置の側面図。
【図４】同実施の形態にかかる排水処理装置の一部断面を拡大して示す図。
【図５】同実施の形態にかかる排水処理装置を用いて行う排水処理のプロセスを示す模式図。
【図６】脱窒素処理槽において脱窒素細菌が排水に及ぼす作用を説明する図。
【図７】支持体として採用し得る構成の変形例を示す図。
【図８】支持体として採用し得る構成の変形例を示す図。
【図９】支持体として採用し得る構成の変形例を示す図。
【図１０】農村地域で採用される従来の排水処理装置の一例を示す模式図。
【図１１】従来の排水処理装置による一般的な排水処理のプロセスを示す模式図。
【符号の説明】
１　排水処理装置
２ａ，２ｂ　シート材
３　フレーム
４，５，６　縦軸
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈ，７ｉ，７ｊ　横軸
１０，１２　不織布
１１　担体
２２　畜産施設
２３　排水処理施設
２４　脱窒素処理槽
【図１】
2004130246.tif 000003
【図２】
2004130246.tif 000004
【図３】
2004130246.tif 000005
【図４】
2004130246.tif 000006
【図５】
2004130246.tif 000007
【図６】
2004130246.tif 000008
【図７】
2004130246.tif 000009
【図８】
2004130246.tif 000010
【図９】
2004130246.tif 000011
【図１０】
2004130246.tif 000012
【図１１】
2004130246.tif 000013