(57)【要約】【課題】池、河川、湖沼等、および下水処理場での処理後の二次処理水の水質を、リン吸着材とポーラスコンクリートブロックとを併用して処理する場合において、先ずリン吸着材で処理した後、該処理水をポーラスコンクリート上の生物膜により生物学的処理をすることにより、短時間で効率良くリン酸イオンおよび窒素を除去することができる水質浄化方法および水質浄化装置を提供する。【解決手段】未処理水を、先ずリン吸着材を充填した浄化槽で処理した後、次にポーラスコンクリートブロックを設置した浄化槽で処理することを特徴とする水質浄化方法および水質浄化装置を提供する。【選択図】          なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
リン吸着材とポーラスコンクリートブロックを用いて水質浄化する方法において、先ず未処理水をリン吸着材で処理した後、ポーラスコンクリートブロックで処理することを特徴とする水質浄化方法。
【請求項２】
リン吸着材を充填した浄化槽とポーラスコンクリートを設置した浄化槽とから構成される水質浄化装置において、先ずリン吸着材を充填した浄化槽に未処理水が流入し、該浄化槽から排出した処理水が次にポーラスコンクリートを設置した浄化槽に流入することを特徴とする水質浄化装置。
【請求項３】
リン吸着材を充填した浄化槽から排出された処理水が、ポーラスコンクリートを設置した浄化槽の下部から流入し、該浄化槽の上部から排出されることを特徴とする請求項２記載の水質浄化装置。
【請求項４】
未処理水が下水処理場または下水処理装置で処理された二次処理水であることを特徴とする請求項１記載の水質浄化方法。
【請求項５】
未処理水が下水処理場または下水処理装置で処理された二次処理水であることを特徴とする請求項２および請求項３記載の水質浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は池、湖沼、河川、および下水処理後の二次処理水等の水質を浄化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
池、湖沼等の水質を浄化するには、従来から種々の方法がある。例えば、凝集・沈殿、膜処理・濾過処理、吸着処理、酸化・分解処理、紫外線照射等に代表される物理化学的処理、嫌気性処理、活性汚泥法等に代表される生物化学的処理、物理化学的処理と生物化学的処理等を併用する多段階処理、更により高い水質レベルを目標とした高度廃水処理等の技術がある。
【０００３】
上記技術のうち、吸着処理や生物化学的処理に関して、リン吸着材やポーラスコンクリートを使用した技術がある。これは、火山灰と硫酸第一鉄とを混合・焼成したものに水中に溶解しているリン酸イオンを吸着し、更に比表面積の多いポーラスコンクリートの表面に生物膜を形成し、該生物膜により水中に溶解している窒素を脱窒して、水質を浄化する方法である（例えば、特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２８６９４２５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のリン吸着材とポーラスコンクリートを用いる水質浄化の方法は、火山灰と硫酸第一鉄とを混合・焼成したリン吸着材に水中に溶解しているリン酸イオンを吸着し、ポーラスコンクリートの表面上の生物膜により水中に溶解している窒素を脱窒して、水質を浄化する方法である。
この従来の方法では、リン吸着材とポーラスコンクリートが同一の処理槽内にあったり、先ず処理水をポーラスコンクリートで処理し次にリン吸着材で処理をしていた。
しかしながら、この方法は、リン吸着材と溶解しているリン酸の形態、生物学的脱窒処理と溶解している窒素の形態等との関係を充分考慮されたものではない。
従って、リン吸着材とポーラスコンクリートを単に併用する方法では、水質浄化能力が効率的ではないという問題が存在していた。
【０００６】
本発明者らは、このリン吸着材と溶解しているリン酸の形態、生物学的脱窒処理と溶解している窒素の形態等との関係を明らかにし、より効率的な水質浄化方法を発明するに至り、従来のリン吸着材とポーラスコンクリートを単に併用する場合よりも飛躍的な浄化能力をもたらす水質浄化方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、リン吸着材とポーラスコンクリートを併用する水質浄化方法に於いて、より効率的な水質浄化方法を提供することにある。
【０００８】
上記課題を解決するための、本発明の水質浄化方法は、未処理水を先ずリン吸着材で処理した後、次にポーラスコンクリート上の生物膜によって処理する方法であることを特徴とするものである。
未処理水中に溶存しているリンの形態としては、無機性リン酸イオンと有機リンとがある。
本発明は、火山灰と硫酸第一鉄とを混合・焼成したリン吸着材を用いるものであるが、ポーラスコンクリート上の生物膜で先に処理した処理水には、無機性リン酸イオンと有機リンとが共存する場合が考えられ、本発明に用いるリン吸着材では有機リンの吸着能力は高くなく、リン吸着材で処理した処理水中に有機リンが溶解している場合がある。ところが、先に未処理水をリン吸着材で処理する場合は、無機性リン酸イオンのみをリン吸着材が吸着すれば良く、有機リンはポーラスコンクリート上の生物膜によって処理・除去できる。これにより。リン吸着材への負担が軽減され、リン吸着材の処理能力が長期間維持することが可能となるものである。
【０００９】
本発明に用いられるリン吸着材は、火山灰と硫酸第一鉄とを混合・焼成したものである。該混合・焼成品は脆い性質を有しているため、使用時にはネット、不織布、金網等の通水性袋、通水性容器等に入れて使用するのが好ましい。
【００１０】
また、本発明に用いられるポーラスコンクリートブロックは、特にその形状・性質を限定されるものではないが、未処理水と接触する面積が多い程好ましい。形状としては、直方体、立方体、球形、非球形等の何れの形状でも良い。連続空隙率は、１５〜３５％が好ましい。１５％以下だとゴミ等により連続空隙が閉塞する可能性が高くなり、逆に３５％以上だと強度的に問題を生じ、また、被表面積が小さくなり、未処理水との接触効率が低下する。ポーラスコンクリートブロックの強度は最低限ハンドリング強度が確保されていれば問題なく、約１０Ｎ／ｍｍ２以上あれば問題はない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の水質浄化方法および水質浄化装置について説明する。
本発明の水質浄化方法は、未処理水を先ずリン吸着材と接触させることにより、未処理水中に溶解している無機性リン酸イオンをリン吸着材に化学的に結合させることにより、未処理水中より除去することを特徴とする。また、有機物も濾過・除去が可能である。
本発明の水質浄化装置は、リン吸着材を充填した浄化槽とポーラスコンクリートを設置した浄化槽とから構成され、先ずリン吸着材を充填した浄化槽に未処理水が流入し、該浄化槽から排出した処理水が次にポーラスコンクリートを設置した浄化槽に流入するように構成されていることを特徴とする。
更に、リン吸着材を充填した浄化槽から排出された処理水が、ポーラスコンクリートを設置した浄化槽の下部から流入し、該浄化槽の上部から排出されることを特徴とする。
【００１２】
本発明に用いられるリン吸着材は、有機リンと化学的に結合することができない。したがって、本発明による水質浄化方法は、未処理水中に有機リンが存在しないことがより好ましい。
【００１３】
未処理水中に有機リンが存在する場合は、他の方法により該有機リンを事前に、または事後に除去しておくことが必要である。
リン吸着材での処理の前にポーラスコンクリート上の生物膜による処理を行うと、生物に取込まれたリンが嫌気性条件下または生物の死滅等により、再び処理水中にリン（有機リン）が放出される可能性がある。したがって、この後にリン吸着材で処理してもこの有機リンを吸着・除去できないため、該有機リンを含んだ処理水を放流することになり、好ましくない。
リン吸着材による処理の前に生物学的処理を行った場合は、リン吸着材での処理後に、再度、何らかの方法で有機リンを除去する必要がある。
【００１４】
以上のことより、該リン吸着材による処理は、下水処理場または下水処理装置等で処理後放流された有機リンを含まない二次処理水を対象とすることが好ましい。下水処理装置としては、単独浄化槽、合併浄化槽、集落下水処理装置等が例示される。
この二次処理水を対象とする場合、本発明による水質浄化方法は極めて効率的で安価である。また、メンテナンスも容易である。
また、未処理水に有機リンが存在する場合は、本発明による水質浄化方法で処理する前に有機リンを除去しておくか、或いは本発明による水質浄化方法で処理した後に有機リンを除去すれば良い。
【００１５】
次に、リン吸着材で処理した処理水を、ポーラスコンクリート上の生物膜によって処理を行うものである。本処理過程では、処理水中に溶解している有機性窒素やアンモニア性窒素を生物膜上の硝化菌によって硝酸性窒素に変え、更に脱窒菌によって窒素ガスに変えた後、大気中へ放出させるものである。
また、ポーラスコンクリート上の生物膜によって、ＢＯＤ（生物学的酸素要求量）を低下させることが可能であり、未処理水中の有機物を無機性酸化物と二酸化炭素に容易に変換することが可能となる。
【００１６】
さらに、本水質浄化方法では、ポーラスコンクリートブロックを設置した浄化槽の底部からリン吸着材で処理した処理水を入れるため、浮遊固形分（ＳＳ）を該ポーラスコンクリートブロックの連続空隙により濾過・除去することが可能である。
【００１７】
ポーラスコンクリートブロックが目詰まりを起こした場合は、逆洗により目詰まり物質をポーラスコンクリートブロックの連続空隙外に排除し、浄化槽の底部へ沈殿させることが可能である。ポーラスコンクリートブロックが設置された浄化槽の底部に溜まった汚泥と該目詰まり物質沈殿物とを該浄化槽の底部から容易に系外に排出することも可能である。
【００１８】
【実施例】
次に実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。
【００１９】
実施例１
実験に供した未処理水について説明する。
未処理水の調製：
全有機炭素（ＴＯＣ）１．７ｐｐｍ、全リン（ＴＰ）２．５ｐｐｍ、全窒素（ＴＮ）３６．５ｐｐｍになるように、２００リットルの水道水に、ペプトン２．３ｇ、Ｎａ２ＨＰＯ４１．８７ｇ、ＮａＮＯ３２４．５ｇを添加・溶解し未処理水を調製した。
【００２０】
次にリン吸着材について説明する。
リン吸着材の製造：
火山灰（関東ローム）と硫酸第一鉄とを重量比１０：１で混合し、４５０〜５５０℃で１時間焼成した。
【００２１】
次にポーラスコンクリートブロック層について説明する。
ポーラスコンクリートブロックの製造：
ポーラスコンクリートブロックの組成：
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【００２２】
型枠（１００×１００×１００ｍｍ）内に、上記配合のコンクリートを詰め、Ｖｉｃｏｎ（櫻井建材産業（株）製、ＶＩＰＡＯ−１５６）で成型、４時間６５℃で養生した後、脱枠してポーラスコンクリートブロックを得た。
このポーラスコンクリートブロックの連続空隙率は約２８％、圧縮強度は約１２Ｎ／ｍｍ２であった。
【００２３】
水質浄化：
上述のように調製した未処理水を３０リットル容量のコンテナに貯え、該コンテナにホースで連結した３０リットル容量のコンテナに上述のように製造したリン吸着材を２０ｋｇ入れた。更に該リン吸着材入りコンテナを上述のように製造したポーラスコンクリートブロック２４個を設置した３０リットル容量のコンテナにホースで連結した。この時のリン吸着材およびポーラスコンクリートブロックを入れた各コンテナの実質の空容積は約１５リットルであった。該ポーラスコンクリートブロック入りコンテナ容器の上部からオーバーフローが流れ出るようにホースを配置し、該ホースから流れ出た処理水中のリン酸と窒素濃度を測定した。尚、各コンテナ容器を繋ぐホースは、コンテナ容器上部とコンテナ容器側面底部とを繋ぎ、未処理水は、コンテナ容器上部から排出され、次のコンテナ容器側面底部からコンテナ内へ流入する様に設置した。また、未処理水入りコンテナ容器とリン吸着材入りコンテナ容器とを連結する部分のみ送水装置を組込み、３０リットル／日で送水・処理した。また、ポーラスコンクリートブロックを設置したコンテナには、有機物（炭素量）濃度が最終濃度で６０ｐｐｍになるように未処理水を添加した。この未処理水の添加は、生物膜上の微生物を活性化するために添加するものである。
【００２４】
実施例２
実施例１と同様に、９０リットル／日で送水・処理した
【００２５】
次に未処理水を、先ずポーラスコンクリートブロックで処理した後にリン吸着材で処理した場合について説明する。
【００２６】
比較例１
未処理水の処理を先ずポーラスコンクリートブロックで処理した後にリン吸着材で処理した以外は、実施例１と同じである。
【００２７】
実施例１、２および比較例１で調製した未処理水および処理後のリン酸イオンおよび窒素の測定結果を示す。
【表１】
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【００２８】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明に係わる水質浄化方法によれば、未処理水中のリン酸イオンおよび窒素を極めて効率良く除去することができ、且つ処理に要する時間も短縮できる効果がある。更に、下水処理場等で処理した後の二次処理水を本発明に係わる水質浄化装置で処理する場合は、本発明の水質浄化装置の設置および維持費が極めて安価となる。