(57)【要約】  【課題】  河川水等から腐植質やリン成分を除去することが可能であり、処理後の水をｐＨ調整するなどの煩雑な作業が不要であり、装置や作業の簡略化が可能な河川水等の浄化装置を提供する。  【解決手段】  河川水等に含まれるリン成分及び腐植質から不溶体を形成するための電解槽２と、電解槽から流入する河川水等の不溶体を含む浮遊物を除去するための沈殿槽３と、沈殿槽から流入する河川水等に含まれる有機物を微生物の働きで分解する微生物処理槽４とを備え、少なくとも腐植質を凝集させて沈殿させ得る凝集剤を電解槽の上流側から下流側の所定位置に供給するための凝集剤収容タンク５及びポンプ６を設けた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
河川水または湖沼水に含まれるリン成分、及び有機物の分解成分である腐植質から不溶体を形成するための電解手段と、河川水中または湖沼水中の不溶体を含む浮遊物を除去するための沈殿槽と、河川水または湖沼水に含まれる有機物を微生物の働きで分解する微生物処理槽と、河川水または湖沼水に含まれる少なくとも腐植質を凝集させて沈殿させ得る凝集剤を供給する凝集剤供給手段とを備え、
前記電解手段は、前記沈殿槽の内部、前記微生物処理槽の内部、これら槽内部を除く浄化流水経路の少なくとも１箇所に配置するか、あるいは電解手段専用の槽を設け、
前記凝集剤供給手段は、前記電解手段の上流側から下流側の所定位置に凝集剤を供給できるように配置したものである河川水等の浄化装置。
【請求項２】
河川水または湖沼水に含まれるリン成分、及び有機物の分解成分である腐植質から不溶体を形成するための電解槽と、該電解槽から流入する河川水中または湖沼水中の不溶体を含む浮遊物を除去するための沈殿槽と、該沈殿槽から流入する河川水または湖沼水に含まれる有機物を微生物の働きで分解する微生物処理槽とを備え、少なくとも腐植質を凝集させて沈殿させ得る凝集剤を前記電解槽の上流側から下流側の所定位置に供給する凝集剤供給手段を設けたことを特徴とする河川水等の浄化装置。
【請求項３】
前記電解槽に配置される電極が不溶性リン酸塩を生成させ得る金属から形成されたものであり、前記凝集剤が不溶性リン酸塩を生成させ得る金属化合物からなることを特徴とする請求項２に記載の河川水等の浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機物の分解成分である腐植質やリン成分を含む河川水や湖沼水（以下、本明細書中において、単に「河川水等」ということもある）を対象とした浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
河川水等には土壌浸透水や路面排水が流入するため、有機物の分解成分である腐植質が比較的多く含まれる一方で、有機汚濁成分（ＢＯＤ）や懸濁成分(ＳＳ)は比較的少ないものである。すなわち、河川水等のＢＯＤ濃度は約５０mg／L以下、ＳＳ濃度も約５０mg／L以下であるのに対し、下水等ではＢＯＤ濃度は約２００mg／L以上、ＳＳ濃度は約１５０mg／L以上である。また河川水等は、下水と比較すると、浄化処理対象水量が多く水量変動も大きいものである。
【０００３】
現在、河川水等のリン成分を除去する幾つかの方法が実施されている。これら河川浄化方法には多様な浄化原理が使用されているが、接触酸化法は、大量の河川水等を低コストで浄化するのに適しているため、この方法が最も頻繁に実施されている。この接触酸化法は、礫、合成樹脂から形成された充填材、ひも等を濾材として使用するものである。しかしながら、接触酸化法は、河川水等の固形物が除去されるときに、この固形物に含まれるリン成分が除去されるに止まるものであり、河川水等に溶解しているリン成分の除去は困難である。したがって、河川水等を対象とした場合には、概ね３０〜４０％程度のリン成分を除去するのが限界である。
【０００４】
これに対し、以下に説明する三通りの方法がリン成分除去法として実施されているが、いずれも下記のような問題が挙げられている。
(1)吸着材利用法
吸着材としては黒ボク土などのアルミナ系材料やジルコニア系材料が用いられるが、濾材の閉塞が発生し易く、吸着終了時に材料交換が必要になり、材料費や交換作業の工賃などが高価になるという問題がある。
(2)凝集剤添加法
河川水等は懸濁成分(ＳＳ)や有機汚濁成分（ＢＯＤ）が少ないため、凝集剤を投入してもフロックを形成する核が少なく、リン除去過程でＦｅＰＯ4等の不溶態フロックが大きくならず、これを沈降、吸着、濾過などで除去することは難しく、結果として多くの凝集剤の投入が必要となる。また凝集剤としては、塩化第二鉄、ＰＡＣや高分子凝集剤を添加して沈殿させる方法が一般的であるが、凝集剤自体が強酸性であるため、リン除去効果を発揮するまで添加すると、沈澱処理後の水は強い酸性を示すため、ｐＨ調整処理が必要になり、これがコスト上昇の要因となる。またｐＨ調整剤に含まれるアルミニウム成分には、環境に悪影響を与えるとの懸念が持たれており、比較的多くの汚泥が発生するという問題もある。
(3)生物的リン除去法
生物的なリン除去法は有機物濃度が高いときに有効であるが、河川水等は有機汚濁成分（ＢＯＤ）が少ないため、生物処理槽においても微生物活性が低く、生物膜や微生物量が充分に存在しない。このため、微生物による不溶体の吸着効果がほとんど発揮できず、リン除去効果が大幅に低下する。
【０００５】
さらに、リン成分を除去するための技術としては、リン成分と化合して不溶体を形成し得る鉄やアルミニウム等の金属を電解作用により河川水中に放出するものがあり、このような先行技術が、特願平１１−２９０８５７号公報（特許文献１）に記載されている。
このような浄化方法でも、上記と同様に、河川水等に懸濁成分が少ないが故に、不溶態フロックを沈降させて除去することは難しい。また例えば、鉄を電極とした電解法では、最初に陽極から二価鉄（第一鉄）として水中に放出され、その後、水中の酸素と触れて三価鉄（第二鉄）となる。しかしながら、河川水等に含まれる腐植質と二価鉄は錯体を形成して凝集能力が低下すると考えられる。この結果、多量の鉄を電解しないと有効にリン成分を除去できない。また三価鉄（塩化第二鉄）は腐植質を凝集させる効果があるが、鉄電解では鉄投入量を過剰に投入しても腐植質を凝集させることはできない。
【０００６】
以上に記載した問題点を要約すると、凝集剤を用いればリン成分を或る程度まで除去可能であるが、河川水等は懸濁成分(ＳＳ)や有機汚濁成分（ＢＯＤ）が少ないが故に、リン成分の除去率は低く、処理後の水が強酸性になり、ｐＨ調整作業が必要になる。
また鉄電解による浄化処理では、腐植質から錯体が形成されるため、沈降するための核が形成できず、腐植質を凝集させることは不可能である。
【０００７】
【特許文献１】特願平１１−２９０８５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、上記の問題点を鑑みて、河川水等から腐植質やリン成分を除去することが可能であり、処理後の水を更にｐＨ調整するなどの煩雑な作業が不要であるが故に、装置や作業の簡略化が可能な河川水等の浄化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明では、河川水または湖沼水に含まれるリン成分、及び有機物の分解成分である腐植質から不溶体を形成するための電解手段と、河川水中または湖沼水中の不溶体を含む浮遊物を除去するための沈殿槽と、河川水または湖沼水に含まれる有機物を微生物の働きで分解する微生物処理槽と、河川水または湖沼水に含まれる少なくとも腐植質を凝集させて沈殿させ得る凝集剤を供給する凝集剤供給手段とを備え、前記電解手段は、前記沈殿槽の内部、前記微生物処理槽の内部、これら槽内部を除く浄化流水経路の少なくとも１箇所に配置するか、あるいは電解手段専用の槽を設け、前記凝集剤供給手段は、前記電解手段の上流側から下流側の所定位置に凝集剤を供給できるように配置したものである河川水等の浄化装置が提供される。
以上本発明を構成する電解手段と沈殿槽と微生物処理槽と凝集剤供給手段とは、それぞれ浄化流水経路の所定位置に配置することが可能である。
【００１０】
また本発明では、上記構成を若干限定したものとして、河川水または湖沼水に含まれるリン成分、及び有機物の分解成分である腐植質から不溶体を形成するための電解槽と、該電解槽から流入する河川水中または湖沼水中の不溶体を含む浮遊物を除去するための沈殿槽と、該沈殿槽から流入する河川水または湖沼水に含まれる有機物を微生物の働きで分解する微生物処理槽とを備え、少なくとも腐植質を凝集させて沈殿させ得る凝集剤を前記電解槽の上流側から下流側の所定位置に供給する凝集剤供給手段を設けたことを特徴とする河川水等の浄化装置が提供される。
【００１１】
本発明の河川水等の浄化装置では、前記電解手段として電解槽等で使用される電極の金属の種類はリン成分と不溶性リン酸塩を生成させ得る金属であれば、特に限定されるものではないが、例えば、鉄を使用することができる。また前記凝集剤は少なくとも腐植質と不溶体を形成するものであり、且つ、その不溶体をそれ自体で沈降可能な大きさに生成できるものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、塩化第二鉄等の鉄化合物あるいは、ＰＡＣ等のアルミニウム化合物、高分子化合物を使用することができる。
【００１２】
上記構成の浄化装置において、例えば、鉄から形成された電極を電解槽で使用した場合に、鉄電極から発生した第一鉄イオンの一部はリン酸イオンと化合して不溶体Fe3(PO4)2を形成したり、第二鉄イオンに酸化されFePO4やFe(OH)3となるが、大部分は河川水に含まれる腐植質と錯体を生成する。このため第二鉄イオンとならないために腐植質を凝集することができないのである。Fe3(PO4)2等の不溶体は粒子が極めて微細なために、それ自体で沈降することは不可能なものである。
このように電解槽で処理された河川水等に、凝集剤としての塩化第二鉄を添加すると、粒子が極めて微細で沈降困難なFePO4が生成される一方で、第二鉄イオンにより腐植質が凝集し、粒子の大きさがそれ自体で沈降可能な不溶体が形成される。これにより、微細粒子のFePO4やFe3(PO4)2は、この第二鉄イオンと腐植質の不溶体に吸着し、沈降除去などが可能になる。なお、河川水等への凝集剤の添加は、河川水等を電解槽で処理する前に実施することも可能であり、同様な作用が得られるものである。
FePO4やFe3(PO4)2が吸着した不溶体を含む河川水等は沈殿槽内に流入し、ここで不溶体の浮遊物は槽内に配置された接触材に接触して沈降除去され、このとき同時に有機懸濁物も除去される。さらに、河川水等は微生物処理槽に流入し、ここで、有機汚濁成分は微生物によって分解されて汚泥の減容化が図られる。
【００１３】
本発明において、凝集剤供給手段は電解槽の上流側に凝集剤を供給し、次に、電解処理した後に、沈殿及び生物処理できるような装置配置が最も効果的ではあるが、たとえ、これ以外の箇所に凝集剤を供給したとしても、リン成分や腐植質は充分に除去することが可能である。
【００１４】
また前記凝集剤の添加手段としては、凝集剤を収容するタンクと、このタンクから電解槽の上流側あるいは下流側まで延設された配管と、前記タンクから前記配管を通して凝集剤を圧送するポンプとを備える構成とすることが可能である。またこれ以外にも、圧送ポンプを省略して自然流下で凝集剤を滴下できる設備から構成することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の河川水等の浄化装置では、従来の電解法単独または凝集剤添加法単独では為し得なかった優れた効果が得られるものである。
すなわち、従来技術である電解のみにより河川水等の浄化を行なった場合には、リン成分の除去率は１０〜２０％程度が限界であり、一方、河川水等にリン成分の凝集剤を添加する装置のみでは、処理水のｐＨ値が極端に低下して強酸性になるため、これを中和するためには別途水素イオン濃度の調整設備が必要になるものであったが、本発明の装置では、リン成分のみならず、有機物の分解成分である腐植質も除去することが可能であり、高いリン成分除去率が得られるものである。
また本発明では、電解槽と凝集供給手段との相互作用により、従来装置よりも、凝集剤の添加量を少なく抑えることができる。
さらに、本発明では、沈殿槽の下流側に微生物処理槽を備えるものであるため、従来の凝集沈殿法と比較して、汚泥の減容化が図られるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、実施例を参照して本発明について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。図１（ａ）は本発明の河川水等の浄化装置における装置構成を示した図である。
河川水等の浄化装置１は、図１（ａ）に示したように、河川水等に含まれるリン成分及び有機物の分解成分である腐植質から不溶体を形成することができる電解槽２と、この電解槽２から流入する河川水等の不溶体を含む浮遊物を除去するための沈殿槽３と、この沈殿槽３から流入する河川水等に含まれる有機物を微生物の働きで分解する微生物処理槽４とを備え、さらに、少なくとも腐植質を凝集させて沈殿させ得る凝集剤を収容する凝集剤収容タンク５と、この凝集剤収容タンク５から配管を介して電解槽２の下流側、すなわち沈殿槽３の導入部に凝集剤を送り出すポンプ６とを備えている。
【００１７】
ここで、前記電解槽２における電極は、少なくとも陽極が不溶性のリン酸塩を生成させることができる鉄等の金属から生成されたものを使用する。
前記凝集剤は、例えば、塩化第二鉄のように少なくとも腐植質と不溶体を形成し得るものであり、この不溶体がそれ自体で沈降可能な大きさに生成され得るものを使用する。この凝集剤としては、無機系凝集剤あるいは有機系高分子凝集剤の何れかを選択して使用することができる。また前記凝集剤を河川水等に添加する位置としては、電解槽２の下流側のみに限定されるものではなく、電解槽２の上流側または電解槽２内に供給することが可能である。
前記沈殿槽３では、接触材を槽内に設けても良く、このように接触材を設ければ沈殿効果を高めることができ、接触材の表面に付着した微生物が、浮遊物を吸着して除去する効果も得られる。
前記微生物処理槽４には、濾過材が充填されている接触酸化法あるいは活性汚泥法を適用することが可能である。槽内には曝気手段を設けることが好ましく、これにより、水と微生物との接触機会を増やすことができると共に、溶存酸素を増加させることができる。
なお、本発明の河川水等の浄化装置では、図１（ｂ）に示したように、凝集槽７内に鉄電極８を設け、凝集剤収容タンク５から配管とポンプ６を介して、凝集槽７に凝集剤を添加するように構成することも可能である。
【００１８】
次に、本発明の浄化装置の効果を検証するために行った実験について、図２から図４を参照して説明する。
図２は、鉄電解槽のみで河川水等を処理した場合と、鉄電解と凝集剤添加とを組合せて処理した場合との浄化効果を比較するグラフである。このグラフでは左縦軸にリン濃度、右縦軸にリン除去率、横軸に実験実施日時をとった。図２のグラフにおいて点線の左側では鉄電解のみを実施し、このときの鉄の電解量は、リン成分が不溶体を形成するために必要なモル数の最大７倍にまで達したにも拘わらず、リン除去率は２５％程度までしか浄化できなかった。一方、図２のグラフにおける点線の右側では鉄電解と凝集剤添加とを併用し、このときの鉄成分の添加量は、所要モル数の２倍程度であったにも拘わらず、リン除去率は８０％以上を達成し、鉄添加率を更に上昇させた時にはリン除去率９０％を越える値を達成することができた。
【００１９】
上記作用について説明すれば、鉄電解のみを実施した場合、鉄電極から溶出した直後の鉄は第一鉄イオンであり、これがリン酸イオンと化合して不溶体Fe3(PO4)2を形成する一方で、一部は第二鉄イオンに酸化されFePO4やFe(OH)3となるが、大部分は河川水に含まれる腐植質と錯体を生成する。このため第二鉄イオンとならないために腐植質を凝集することができないのである。Fe3(PO4)2等の不溶体は粒子が極めて微細なために、それ自体で沈降することは困難である。
これに対し、鉄電解と凝集剤添加とを併用し、凝集剤として塩化第二鉄を用いた場合には、粒子が極めて微細で沈降困難なFePO4が生成される一方で、第二鉄イオンにより腐植質が凝集して不溶体が形成され、それ自体で沈降可能な大きさの粒子が形成される。これにより、微細粒子のFePO4やFe3(PO4)2は、この第二鉄イオンと腐植質の不溶体に吸着して沈降除去が比較的容易になる。
【００２０】
次に、凝集剤のみを添加して処理する従来法について、図３を参照して説明する。
例えば、河川水等に凝集剤のみを添加した場合であっても、第二鉄イオンにより腐植質が凝集し、これに微細粒子のFePO4が吸着して除去が可能になる。しかしながら、河川水を採取して実施したビーカー試験では、不溶体FePO4を形成してリン酸性リン濃度を０にするために、リンに対するモル比が３倍程度の鉄を含有する凝集剤の添加が必要になり、この処理水のｐＨ値は４．０を下回った。したがって、この処理水には、水質汚濁防止法における排水基準に定められたｐＨ値５．８以上を満たすことができるように、さらなる中和処理の必要が生じるものである。
【００２１】
次に、図４は、河川水を鉄電解処理した後に、凝集剤を添加して処理したときのリン除去率を示した表である。この処理工程では、河川水の処理装置への流入時、鉄電解の処理終了時、鉄電解処理後に凝集剤を添加した処理終了時のそれぞれのタイミングで、ｐＨ値、リン濃度、リン除去率をを求めたものである。図４に示したように、鉄電解と凝集剤添加とを組み合わせると、リンに対するモル比で２．３倍の鉄量で除去率を９８．２％にすることができ、このときの処理水は中性に近いｐＨ値６．４となった。また上記の凝集剤を単独で添加した場合と比較すると、約４０％少ない鉄添加量で済んでいる。
したがって、本発明のように鉄電解槽と凝集剤供給手段とを組み合わせた処理装置を用いれば、比較的少ない鉄分の添加量で、高いリン成分除去率が得られ、同時に、有機物の分解成分である腐植質も除去することが可能であり、さらに、別段の中和装置を要することなく、処理水のｐＨ値も環境基準値を満たすものにできることが判った。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（ａ）（ｂ）は本発明の河川水等の浄化装置における装置構成を示した図である。
【図２】鉄電解槽のみで河川水等を処理した場合と、鉄電解と凝集剤添加とを組合せて処理した場合の浄化効果を比較するグラフである。
【図３】凝集剤のみを使用して河川水等を処理した場合の浄化効果とｐＨ値の変化を示すグラフである。
【図４】鉄電解法と凝集剤を組合せて処理した場合
【符号の説明】
【００２３】
１  浄化装置
２  鉄電解槽
３  沈殿槽
４  微生物処理槽
５  凝集剤収容タンク（凝集剤供給手段）
６  ポンプ（凝集剤供給手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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