(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉鎖水域内の水質を浄化する装置であって、
上面が開口され、外周および底部に複数の吸水口が形成されており、吸水口が形成された部分が水中に沈められるように浄化対象水域に浮かべられて、この浄化対象水域の水が前記吸水口を介して内部に取り込まれる取水処理槽と、
前記取水処理槽内部の底部近傍に配置され、この取水処理槽内の水を汲み上げる水中ポンプと、
前記水中ポンプに接続され、水中ポンプから汲み上げられた水の流路となる配管と、
前記取水処理槽から汲み上げられた水に対して、脱窒又は硝化処理を行うための生物処理槽と、を備え、
前記配管が循環側と放流側の２つに分岐され、循環側配管は、この循環側配管内を通過する水を再び取水処理槽に送り出すものであって、先端にノズルが取付けられており、放流側配管は、この放流側配管内を通過する水を取水処理槽外部の浄化対象水域に放流するものであって、流量調整バルブが備えられており、
前記ノズルは先端部が基端部よりも小径に形成されており、循環側配管内を通過する水がノズルによって流動断面が狭められることにより流速が増加されて、前記取水処理槽の水面から水中に打ち込まれるように構成されている一方、
前記ノズルの基端部において、前記循環側配管から生物処理槽側配管が分岐して接続され、この生物処理槽側配管から生物処理槽に水が送り出されるとともに、生物処理槽で脱窒又は硝化処理が行われた水が、生物処理槽の底部に形成された排水口を介して取水処理槽に送り出されることを特徴とする水質浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水質浄化装置において、
前記生物処理槽の排出口に、この生物処理槽内の水を前記取水処理槽に放水するための吐出管が接続され、この吐出管の先端部には該吐出管内を通過する水の流量を調整する吐出管バルブが備えられており、
前記循環側配管の基端部に,前記生物処理槽の吐出管に接続される逆洗用配管が分岐して接続されるとともに逆洗用配管内を通過する水の流量を調整する逆洗バルブが備えられることを特徴とする水質浄化装置。
【請求項３】
請求項１に記載の水質浄化装置において、
放流前処理槽を備え、
前記放流側配管内を通過する水が放流前処理槽に送り出され、放流前処理槽内で微生物と接触することにより接触酸化が行われた後に、取水処理槽外部の浄化対象水域に放流されることを特徴とする水質浄化装置。
【請求項４】
請求項３に記載の水質浄化装置において、
複数の前記放流前処理槽が備えられ、
上流側の放流前処理槽から送り出された水が、下流側の放流前処理槽に順次送り出され、最終的に取水処理槽外部の浄化対象水域に放流されることを特徴とする水質浄化装置。
【請求項５】
請求項４に記載の水質浄化装置において、
前記上流側の放流前処理槽に、この上流側の放流前処理槽の水を下流側の放流前処理槽に送り出すための排出管が接続され、
前記排出管に、上流側の放流前処理槽から送り出された水の少なくとも一部を前記生物処理槽に返送する硝化液返送配管が分岐して接続されるとともに硝化液返送配管内を通過する水の流量を調整する硝化液返送バルブが備えられることを特徴とする水質浄化装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の水質浄化装置において、
最も下流側の放流前処理槽に、この下流側の放流前処理槽の水を取水処理槽外部の浄化対象水域に送り出すための最下流側排出管が接続され、
前記最下流側排出管に、前記下流側の放流前処理槽から送り出される水の少なくとも一部を前記取水処理槽に返送する循環運転用配管が分岐して接続されるとともに循環運転用配管内を通過する水の流量を調整する循環運転用バルブが備えられることを特徴とする水質浄化装置。
【請求項７】
請求項３または４に記載の水質浄化装置を用いた水質浄化方法であって、
前記吸水口を介して前記取水処理槽内に取り込まれた浄化対象水域の水を水中ポンプで汲み上げる汲み上げ工程と、
前記水中ポンプから汲み上げられた水が、循環側配管と放流側配管に分岐された配管に送り出され、循環側配管内を通過する水が、ノズルによって流出断面が狭められることにより流速が増加され、前記取水処理槽内の水面から水中に打ち込まれる曝気攪拌工程と、
前記循環側配管から分岐された生物処理槽側配管から生物処理槽に水が送り出され、生物処理槽で脱窒又は硝化が行われて、前記脱窒又は硝化が行われた水が生物処理槽の底部に形成された排水口を介して取水処理槽へ送り出される処理工程と、
前記放流側配管内を通過する水が、放流前処理槽に送り出され、放流前処理槽内で微生物と接触することにより接触酸化が行われた後に取水処理槽外部の浄化対象水域へと放流される放流工程と、
を有することを特徴とする水質浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物最終処理場の調整池や、工場から排出される排水または生活廃水等が流入する閉鎖水域の汚水を浄化する水質浄化装置、およびこの水質浄化装置を用いた水質浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、廃棄物最終処理場の調整池や、工場から排出される排水または生活廃水等が流入する閉鎖水域の汚水を浄化することを目的として、水質浄化処理が行われている。
【０００３】
これらの水質浄化処理として、水中に空気を供給する好気処理と、水中に空気を供給しない嫌気処理とを交互に切り替えて汚水処理を行う方法がある（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１５８９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した従来の水質浄化装置では、空気を送る工程、攪拌する工程、微生物の作用により水質を浄化させる工程、これらの工程を経て浄化された水を放流する工程などが必要である。そして、各工程のそれぞれにおいて駆動力が必要となり、装置が大掛かりなものとなってしまうといった問題が生じていた。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑み創案されたもので、閉鎖水域の水質浄化を簡単な構成で好適に行うことができる水質浄化装置、およびこの水質浄化装置を用いた水質浄化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、閉鎖水域内の水質を浄化する装置であって、上面が開口され、外周および底部に複数の吸水口が形成されており、吸水口が形成された部分が水中に沈められるように浄化対象水域に浮かべられて、この浄化対象水域の水が前記吸水口を介して内部に取り込まれる取水処理槽と、前記取水処理槽内部の底部近傍に配置され、この取水処理槽内の水を汲み上げる水中ポンプと、前記水中ポンプに接続され、水中ポンプから汲み上げられた水の流路となる配管と、前記取水処理槽から汲み上げられた水に対して、脱窒又は硝化処理を行うための生物処理槽と、を備え、前記配管が循環側と放流側の２つに分岐され、循環側配管は、この循環側配管内を通過する水を再び取水処理槽に送り出すものであって、先端にノズルが取付けられており、放流側配管は、この放流側配管内を通過する水を取水処理槽外部の浄化対象水域に放流するものであって、流量調整バルブが備えられており、前記ノズルは先端部が基端部よりも小径に形成されており、循環側配管内を通過する水がノズルによって流動断面が狭められることにより流速が増加されて、前記取水処理槽の水面から水中に打ち込まれるように構成されている一方、前記ノズルの基端部において、前記循環側配管から生物処理槽側配管が分岐して接続され、この生物処理槽側配管から生物処理槽に水が送り出されるとともに、生物処理槽で脱窒又は硝化処理が行われた水が、生物処理槽の底部に形成された排水口を介して取水処理槽に送り出されることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、取水処理槽の上面が開口され、外周および底部に複数の吸水口が形成されているので、吸水口が形成された部分が水中に沈められるように浄化対象水域に浮かべることにより、浄化対象水域の水が前記吸水口を介して内部に取り込まれる。したがって、簡単な構成で容易に浄化対象水域の水を取水処理槽内に導くことができる。
【０００９】
また、この取水処理槽内の水が水中ポンプにより汲み上げられるので、取水処理槽内に負圧が発生し、浄化対象水域の水を継続的に取水処理槽内に導くことができる。この場合において、流量調整バルブの開度を調整することで放流量を調整することにより、取水処理槽内に導く水量を制御することが可能になる。
【００１０】
さらに、前記取水処理槽から汲み上げられた水に対して、脱窒又は硝化処理を行うための生物処理槽を有しているので、処理すべき水の汚濁度合いにあわせて、脱窒処理又は硝化処理を選択することができる。したがって、１つの生物処理槽で柔軟な対応をすることが可能であり、利便性が高く、また装置の大きさを抑えることができる。
【００１１】
さらにまた、水中ポンプから汲み上げられた水の流路となる配管が、循環側と放流側の２つに分岐され、循環側配管は、この循環側配管内を通過する水を再び取水処理槽に送り出し、先端のノズルにより、流動断面が狭められることにより流速が増加されて、前記取水処理槽の水面から水中に打ち込まれるので、取水処理槽内において微細な気泡を発生させることができるとともに、打ち込まれた水流の勢いによって取水処理槽内の水が攪拌される。したがって、取水処理槽から配管内を循環した水により曝気および攪拌を行うことができるので、高効率である。一方、ノズルの基端部において、前記循環側配管から生物処理槽側配管が分岐して接続され、この生物処理槽側配管から生物処理槽に水が送り出されるとともに、生物処理槽で脱窒又は硝化処理が行われた水が、生物処理槽の底部に形成された排水口を介して取水処理槽に送り出されるので、取水処理槽には脱窒又は硝化処理が行われた水が循環されてくることになる。したがって、このような循環により、取水処理槽内の水質の浄化が促進される。
【００１２】
そして、放流側配管には流量調整バルブが備えられているので、装置の運転開始時には流量調整バルブを閉じて、取水処理槽から汲み上げられる全水量を循環側配管に送り出すようにして、循環側配管を通過する水を取水処理槽に循環させるようにする。すなわち、循環側配管を通過する水がノズルを介して取水処理槽に打ち込まれ、取水処理槽内の水に曝気を起こさせて酸素を溶解させるとともに攪拌する一方、生物処理槽側配管を通過した水が生物処理槽により脱窒又は硝化処理が行われ、この水を取水処理槽に送り出すことにより取水処理槽内の水を浄化する。そして、取水処理槽内の水が所望の程度にまで浄化されれば、流量調整バルブを開くことにより、浄化された水を放流側配管に送り出して、取水処理槽外部の浄化対象水域に放流することができる。したがって、このような循環により、効率の高い水質浄化処理を行うことができる。
【００１３】
このように、本発明によれば、水中ポンプだけの駆動力で、効率の高い水質浄化処理を行うことができる。
【００１４】
また、本発明は、上記構成の水質浄化装置において、前記生物処理槽の排出口に、この生物処理槽内の水を前記取水処理槽に放水するための吐出管が接続され、この吐出管の先端部には該吐出管内を通過する水の流量を調整する吐出管バルブが備えられており、前記循環側配管の基端部に,前記生物処理槽の吐出管に接続される逆洗用配管が分岐して接続されるとともに逆洗用配管内を通過する水の流量を調整する逆洗バルブが備えられることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、循環側配管の基端部に,生物処理槽の吐出管に接続される逆洗用配管が分岐して設けられるので、水中ポンプから汲み上げられて循環側配管に送り出された水を、循環側配管と逆洗用配管にそれぞれ送り込むことが可能となる。
【００１６】
また、逆洗用配管内を通過する水の流量を調整する逆洗バルブが備えられるので、例えば、次のような運転が可能である。
【００１７】
つまり、通常運転時には、逆洗用配管内に水が流れないように逆洗バルブを閉鎖し、水中ポンプから汲み上げられて循環側配管に送り出された水の全量がそのまま循環側配管を通過するようにして運転する。そして、逆洗する際は、循環側配管内を通過する水の全量または一部が逆洗用配管内に流れるように逆洗バルブを調整し、且つ吐出管バルブを閉鎖して、水中ポンプから汲み上げられて循環側配管に送り出された水を生物処理槽の吐出管から排出口へと導き、生物処理槽の内部へと逆流させることにより、吐出管や吐出管バルブにコロイドや固形物が付着して流量が低下するファウリング現象の発生を防止することができる。
【００１８】
また、本発明は、上記記載の水質浄化装置において、放流前処理槽を備え、前記放流側配管内を通過する水が放流前処理槽に送り出され、放流前処理槽内で微生物と接触することにより接触酸化が行われた後に、取水処理槽外部の浄化対象水域に放流されることを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、取水処理槽内で所望の程度浄化処理された水を放流前処理槽に送り出して、さらに微生物による接触酸化を行い、浄化をさらに促進させて取水処理槽外部の浄化対象水域に放流することができる。
【００２０】
なお、前記放流前処理槽を複数備えて、上流側の放流前処理槽から送り出された水が、下流側の放流前処理槽に順次放流され、最終的に取水処理槽外部の浄化対象水域に放流されるようにしてもよい。
【００２１】
このように浄化処理された水が取水処理槽外部の浄化対象水域に放流され、さらにこの浄化対象水域の水が取水処理槽に取り込まれて、一連の処理を経て浄化され、浄化対象水域に放流されるという循環が繰り返され、浄化の程度が促進される。しかも、一連の処理を行うのに要する動力は、水中ポンプのみであり、コストが嵩むことなく、簡単で利便性が高い水質浄化装置を提供することができる。
【００２２】
また、本発明は、上記記載の水質浄化装置において、前記上流側の放流前処理槽に、この上流側の放流前処理槽の水を下流側の放流前処理槽に送り出すための排出管が接続され、前記排出管に、上流側の放流前処理槽から送り出された水の少なくとも一部を前記生物処理槽に返送する硝化液返送配管が分岐して接続されるとともに硝化液返送配管内を通過する水の流量を調整する硝化液返送バルブが備えられることを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、硝化液返送配管を介して、前記放流前処理槽から送り出された水の少なくとも一部を前記生物処理槽に返送することができる。
【００２４】
また、硝化液返送バルブにより硝化液返送配管内を通過する水の流量を調整することができる。
【００２５】
したがって、放流前処理槽内の水質の汚濁の程度に応じて、硝化液返送配管内を通過する水の流量を調整しながら放流前処理槽内の水を生物処理槽に返送することにより、効率良く脱窒条件を整えることができる。
【００２６】
また、本発明は、上記記載の水質浄化装置において、最も下流側の放流前処理槽に、この下流側の放流前処理槽の水を取水処理槽外部の浄化対象水域に送り出すための最下流側排出管が接続され、前記最下流側排出管に、前記下流側の放流前処理槽から送り出される水の少なくとも一部を前記取水処理槽に返送する循環運転用配管が分岐して接続されるとともに循環運転用配管内を通過する水の流量を調整する循環運転用バルブが備えられることを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、循環運転用配管を介して、最も下流側の放流前処理槽から送り出された水の少なくとも一部を前記取水処理槽に返送することができる。
【００２８】
また、循環運転用バルブにより循環運転用配管内を通過する水の流量を調整することができる。
【００２９】
したがって、最も下流側の放流前処理槽内の水質の汚濁の程度に応じて、循環運転用配管内を通過する水の流量を調整しながら放流前処理槽内の水を取水処理槽に返送することにより、水質浄化装置全体の水質や微生物のコンディションを容易に整えることができる。
【００３０】
また、本発明は、上記記載の水質浄化装置を用いた水質浄化方法であって、前記吸水口を介して前記取水処理槽内に取り込まれた浄化対象水域の水を水中ポンプで汲み上げる汲み上げ工程と、前記水中ポンプから汲み上げられた水が、循環側配管と放流側配管に分岐された配管に送り出され、循環側配管内を通過する水が、ノズルによって流出断面が狭められることにより流速が増加され、前記取水処理槽内の水面から水中に打ち込まれる曝気攪拌工程と、前記循環側配管から分岐された生物処理槽側配管から生物処理槽に水が送り出され、生物処理槽で脱窒又は硝化が行われて、前記脱窒又は硝化が行われた水が生物処理槽の底部に形成された排水口を介して取水処理槽へ送り出される処理工程と、前記放流側配管内を通過する水が、放流前処理槽に送り出され、放流前処理槽内で微生物と接触することにより接触酸化が行われた後に取水処理槽外部の浄化対象水域へと放流される放流工程と、を有することを特徴とする。
【００３１】
この発明によれば、浄化処理された水が取水処理槽外部の浄化対象水域に放流され、さらにこの浄化対象水域の水が取水処理槽に取り込まれて、一連の処理を経て浄化され、浄化対象水域に放流されるという循環が繰り返され、浄化の程度が促進される。しかも、一連の処理を行うのに要する動力は、水中ポンプ一機のみであり、コストが嵩むことなく、簡単で利便性が高い水質浄化方法を提供することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、閉鎖水域の水質浄化を簡単な構成で好適に行うことができる水質浄化装置およびこの水質浄化装置を用いた水質浄化方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係る水質浄化装置の概要を示す概略図である。
【図２】図１の水質浄化装置の放流前処理槽の概略を示す平面図である。
【図３】図２の放流前処理槽の仕切板を示す斜視図である。
【図４】図１の水質浄化装置の放流前処理槽の概略を示す斜視図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る水質浄化装置の概要を示す概略図である。
【図６】本発明に係る水質浄化装置の一部をユニットとして使用する例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明に係る水質浄化装置およびこの水質浄化装置を用いた水質浄化方法の実施の形態について説明する。
＜第１実施形態＞
本発明に係る水質浄化装置は、例えば廃棄物最終処分場の調整池や、工業系工場から排出される排水・生活廃水等が流入する閉鎖水域の汚水を浄化するために用いられるものである。特にＣＯＤ（化学的酸素要求量）値が高い汚水を極めて効率良く浄化することに適するものである。
【００３５】
なお、上記した閉鎖水域は、調整池等のほか、流れが緩慢な河川等も含む概念であって、規模の大小も問わず、例えば井戸に対しても本発明に係る水質浄化装置は適用可能である。
【００３６】
本実施形態に係る水質浄化装置１は、図１に示すように、上面が開口され、外周および底部に複数の吸水口２１が形成されており、吸水口２１が形成された部分が水中に沈められるように浄化対象水域に浮かべられて、この浄化対象水域の水が吸水口２１を介して内部に取り込まれる取水処理槽２と、取水処理槽２内部の底部近傍に配置され、この取水処理槽２内の水を汲み上げる水中ポンプ３と、水中ポンプ３に接続され、水中ポンプ３から汲み上げられた水の流路となる配管４と、取水処理槽２から汲み上げられた水に対して、脱窒又は硝化処理を行うための生物処理槽６、および浄化した水を放流するための放流前処理槽７を備えている。
【００３７】
以下、各構成について説明する。
【００３８】
取水処理槽２は、上面が開口された開口部２０を有する水槽であって、本実施形態では直方体形状に形成されているが、このような形状に限定されるものではなく、例えば円筒状であってもよい。
【００３９】
取水処理槽２の容量は、浄化対象水域Ｗおよび水中ポンプ３の吐出能力の規模にあわせて適宜設定されるが、本実施形態では、５００リットルないし２５００リットル程度の容量の取水処理槽２が好適に用いられる。
【００４０】
また、取水処理槽2内の水面の近傍には、直径１０から１５ｃｍ程度、比重が１．０未満の担体を浮かべており、高効率化を図っている。
【００４１】
取水処理槽２の外周および底部の所定位置には、複数の吸水口２１が開口されている。この吸水口２１は、浄化対象水域Ｗの水を取水処理槽２に取り込むためのものであって、１．０ｃｍ程度の径に形成されているのが望ましい。これは、吸水口２１の径が大きすぎると、浄化対象水域Ｗ中のゴミなどの異物が混入してしまい、水中ポンプ３および各ノズルが詰まるといったトラブルが発生するためである。
【００４２】
吸水口２１の数は、取水処理槽２の大きさや水中ポンプ３の吐出能力の規模にあわせて適宜設定され、図１においては概略を示しているため、若干数の吸水口２１しか図示していないが、実際には、多数の吸水口２１が形成されている。
【００４３】
吸水口２１の形成位置は、取水処理槽２の開口部２０から所定の深さにおいては、この部分が水面上に位置するように取水処理槽２を浄化対象水域Ｗに浮かべることから、吸水口２１は形成しない。また、後述するノズル５から打ち込まれる水の直下に相当する底部２２にも、取水処理槽２内の水の攪拌の妨げになることを防止する観点から、吸水口２１は形成しないこととしている。
【００４４】
また、取水処理槽２内部の底部２２近傍には、水中ポンプ３が配置されており、この取水処理槽２内の水を汲み上げるようになされている。
【００４５】
水中ポンプ３は、浄化対象水域Ｗや取水処理槽２、生物処理槽６の規模に応じて適切なものを選定すればよいが、本実施形態では、小規模処理施設・浄化槽や工場廃水の処理用に使用される一般的な水中ポンプ、例えば、３．０ｍ以上の揚程能力、０．０８ｍ3／分以上の吐出量、０．１ｋＷ以上の出力を有するものを用いている。
【００４６】
なお、水中ポンプ３の吐出量については、常時最大運転して生物処理槽６及び放流前処理槽７に水を供給し、水槽内の水質が急激に変動しないようにする。また、これにより継続して吸水口２１から浄化対象水域Ｗの水が必然的かつ好適に取水処理槽２に取り込まれることとなる。
【００４７】
このように、本実施形態の水質浄化装置１は、水中ポンプ３一機だけの駆動力で浄化処理を行うことができるので、故障が起こりにくく、たとえ起こったとしても対応が容易である。また、この水中ポンプ３は、家庭用１００Ｖの電源で運転することができるので、設置場所の選定が容易であり、長期間の運転による電気使用量も安価である。
【００４８】
水中ポンプ３の吐出口には、水中ポンプ３から汲み上げられた水の流路となる配管４が接続されている。
【００４９】
配管４は、循環側配管４１と放流側配管４２の２つに分岐されている。
【００５０】
循環側配管４１は、この循環側配管４１内を通過する水を再び取水処理槽２に送り出すものであって、先端にノズル５が取付けられている。
【００５１】
ノズル５は、円筒形状や多角形筒状に形成されており、メインパイプ５１と、分岐パイプ５２と、噴出口部５３とを有している。噴出口部５３の口径は、メインパイプ５１の口径よりも小径に形成されており、循環側配管４１内を通過する水が噴出口部５３によって流動断面が狭められることにより流速が増加されて、取水処理槽２の水面から水中に打ち込まれるように構成されている。また、メインパイプ５１には、バルブ５４が備えられており、ノズル５を通過する流量を調整できるように図られている。
【００５２】
ノズル５のサイズは、浄化対象水域の規模にあわせて適宜設定されるが、本実施形態では、メインパイプ５１の内径は４０ｍｍに設定されており、３０ｍｍから１００ｍｍの範囲で調整できるようになされている。また、噴出口部５３から噴出される水の流速は、６から１０ｍ／秒となるように設定されており、噴出口部５３の内径は１６ｍｍに設定されており、１０ｍｍから３５ｍｍの範囲で調整できるようになされている。
【００５３】
なお、噴出口部５３の先端は、噴出口部５３から噴出される水流が発散しない程度の長さに延長されている。
【００５４】
このようにノズル５が構成されているので、ノズル５を通過する水の流動断面が噴出口部５３により狭められて、流速が増加され、取水処理槽２の水面から水中に勢いよく打ち込まれる。したがって、取水処理槽２内において微細な気泡を発生させることができるとともに、打ち込まれた水流の勢いによって取水処理槽２内の水が攪拌され、曝気および攪拌を行うことができる。
【００５５】
したがって、従来から使用されているような水流に空気を含ませる技術を採用することなく取水処理槽２内において微細な気泡を発生することができる。
【００５６】
なお、本実施形態では、ノズル５と水面との距離は１５ｃｍに設定されており、水流とノズルの絞りに合わせて１ｃｍから１００ｃｍの範囲で調整できるようになされている。
【００５７】
分岐パイプ５２は、生物処理槽側配管４３に接続されており、この接続部分には、生物処理槽側バルブ６４が備えられ、生物処理槽側配管４３に流入する水量を調整できるように図られている。
【００５８】
生物処理槽側配管４３の先端部には、生物処理槽側ノズル６１が着脱可能に取付けられている。
【００５９】
この生物処理槽側ノズル６１もノズル５と同様に先端の口径が絞られており、生物処理槽側ノズル６１内を通過する水の流動断面が狭められることにより流速が増加されて、生物処理槽６の水面から水中に打ち込まれるように構成されている。
【００６０】
なお、本実施形態では、ノズル６１と水面との距離は４ｃｍに設定されており、水流とノズルの絞りに合わせて１ｃｍから３０ｃｍの範囲で調整できるようになされている。
【００６１】
したがって、硝化処理を行う場合には、生物処理槽側ノズル６１を取付けて、生物処理槽６内で曝気および攪拌が行われるようにする。一方、脱窒処理を行う場合は、溶存酸素を与える必要がないので、生物処理槽側ノズル６１を取り外して、生物処理槽６内で気泡が発生しないようにする。この場合は、生物処理槽側配管４３を水面下に沈め、生物処理槽側配管４３から送り出される水の流速を生物処理槽６内の水の攪拌に利用する。
【００６２】
生物処理槽６は、底部に排水口６２が形成され、生物処理槽６において処理された水がこの排水口６２を介して取水処理槽２に送り出されるように図られている。また、排水口６２には吐出管６３が接続されており、吐出管６３に送り出される流量を調整する吐出管バルブ６５が設けられている。さらに、生物処理槽６の上部には、オーバーフロー部６６が設けられており、一定水位を超えた場合には、このオーバーフロー部６６から取水処理槽２に水が流されるように図られている。生物処理槽６にも排水用の動力を利用せず一定水位を維持した運転をするために、若干オーバーフローとなるように生物処理槽下部のバルブ６５の開度を調整する。
【００６３】
生物処理槽６の内部は、直径の小さい硝化担体と直径の大きい脱窒担体とで充填されている。本実施形態では、硝化担体は、直径４ｍｍのチューブ状のものを用い、脱窒担体は、直径１５０ｍｍの球状のものを用いたが、形状については、この例に限定されるものではない。
【００６４】
また、硝化担体も脱窒担体も、微生物（消化菌・脱窒菌）が定着する表面積を大きくするために用いられるものである。なお、硝化担体は微小なため、排水口６２からの流出を防止すべく、ネット状の袋６７に収容している。
【００６５】
なお、硝化処理または脱窒処理のいずれを行うかについては、水質の汚濁の程度に応じて選択される。また、ＢＯＤ成分が不足する等の場合は、メタノールを加えて調整することが可能なように、図示は省略しているが、生物処理槽６の上方にメタノールのボトルを設置して点滴により生物処理槽６に注入できるようになされている。
【００６６】
また、脱窒処理を行う場合、遮光保温スクリーン（図示省略）を用いて生物処理槽６を覆うことができるようになされている。これは脱窒菌の働きを促進させるためである。
【００６７】
一方、放流側配管４２は、この放流側配管４２内を通過する水を放流前処理槽７に送り出し、最終的に取水処理槽２外部の浄化対象水域Ｗに放流するものであって、流量調整バルブＢが備えられている。
【００６８】
この放流側配管４２の先端部分には、放流前処理槽側ノズル７０が取付けられており、放流側配管４２内を通過する水が放流前処理槽側ノズル７０によって流動断面が狭められることにより流速が増加されて、放流前処理槽７の水面から水中に打ち込まれるように構成されている。したがって、放流前処理槽７内において微細な気泡を発生させることができるとともに、打ち込まれた水流の勢いによって放流前処理槽７内の水が攪拌され、曝気および攪拌を行うことができる。
【００６９】
なお、本実施形態では、ノズル７０と水面との距離は１０ｃｍに設定されており、水流とノズルの絞りに合わせて１ｃｍから３０ｃｍの範囲で調整できるようになされている。
【００７０】
放流前処理槽７は、図１および図２に示すように、内部が仕切られており、放流前処理槽側ノズル７０から水が打ち込まれる流入槽７１と複数の水路７２とが形成されており、接触酸化が効率的に行われるように図られている。
【００７１】
本実施形態では、１４層の水路７２が形成されている。また、流入槽７１と水路７２との境界は、図３に示す仕切板７３が設けられており、切欠部７４から流入槽７１内の水が水路７２へと流出するようになされている。このようにすることで、流入槽７１内を曝気撹拌させた水が水路７２へ穏やかに流れ込むように図り、微生物との接触時間を増加させている。
【００７２】
なお、本実施形態において、１４層の水路７２が形成されているが、水路７２の層数は、滞留時間と流速を加味しつつ放流前処理槽７の大きさに合わせて増減させる。水路７２の幅を狭くして水路７２の層数を増やすほど水路７２の総計の長さは長くなるが、この場合は流速が上がるため、定着した微生物を流出させるおそれがある。そのために、微生物が流出しない限度まで層数を追加し、さらに接触面積を増加させるためにネット７６を設置している。また、放流前処理槽７の深度に関しては、流速を落とすために深度を大きくするが、太陽光を底まで到達させることができるように水路７２の幅とも合わせて検討する。さらに、流入槽７１の容量設定は、計画した最大放流量をノズル７０により加速させた流速でも溢れ出さないように設定される。
【００７３】
また、水路７２の境界には、隙間を有するように設置された仕切り７５が設けられており、流路が長くなるようにして、接触酸化の効率を上げている。この仕切り７５は、仕切り板７３と同様に構成されており、切欠部７５ａが交互になるように配置されている。したがって、水路７２中を水が穏やかに流れる。
【００７４】
さらに、上述したように水路７２の間には、ネット７６が設けられており、表面積を増大させて微生物が効率よく繁殖できる環境を形成するようにしている。
【００７５】
なお、流入槽７１の内部には、ネット７６と同じ構成のネット７６ａがほぼ等間隔に設けられており、表面積を増大させて微生物が効率よく繁殖できる環境を形成するようにしている。
【００７６】
また、放流前処理槽７の最終的に到達する水路には、排出口７７が設けられており、この排出口７７には排出管７８が接続されて、放流前処理槽７内の水が次の放流前処理槽７へと送り出される。
【００７７】
なお、図４はネット７６、７６ａを省略して放流前処理槽７の全体を示した斜視図であるが、図４に示すように、放流前処理槽７の下流側にはオーバーフロー穴７ｈが形成されている。このオーバーフロー穴７ｈには、オーバーフロー管（図示省略）が接続され、このオーバーフロー管を適宜持ち上げることにより、任意の水位でオーバーフローを起こさせることができるように図られている。オーバーフロー管の設置高さは、通常、仕切り７５の上部の切欠部７５ａの高さに合わせている。また、メンテナンス時にはオーバーフロー管を底面より低く下げて、放流前処理槽７の排水管として利用する。
【００７８】
このようにして形成される放流前処理槽７は、複数段設けられて、上流側の放流前処理槽７から送り出された水が、下流側の放流前処理槽７に順次送り出され、最終的に取水処理槽２外部の浄化対象水域Ｗに放流されているのが好ましく、本実施形態では２段の放流前処理槽７が設けられている。
【００７９】
また、最終的には、放流前処理槽７の排出口７７に設けられた排出管７８から浄化対象水域Ｗの下層部へと放流するようになされている。これは、浄化対象水域Ｗの上層部で取水し、下層部で放流することで上層部と下層部の水を置換えることにより、底部の停滞した水域の浄化にも寄与できるからである。
【００８０】
次に、上記説明した水質浄化装置１を用いた水質浄化方法について説明する。
【００８１】
この方法は、吸水口２１を介して取水処理槽２内に取り込まれた浄化対象水域Ｗの水を水中ポンプ３で汲み上げる汲み上げ工程と、水中ポンプ３から汲み上げられた水が、循環側配管４１と放流側配管４２に分岐された配管４に送り出され、循環側配管４１内を通過する水が、ノズル５によって流出断面が狭められることにより流速が増加され、取水処理槽２内の水面から水中に打ち込まれる曝気攪拌工程と、循環側配管４１から分岐された生物処理槽側配管４３から生物処理槽６に水が送り出され、生物処理槽６で脱窒又は硝化が行われて、脱窒又は硝化が行われた水が生物処理槽６の底部に形成された排水口６２を介して取水処理槽２へ送り出される処理工程と、放流側配管４２内を通過する水が、放流前処理槽７に送り出され、放流前処理槽７内で微生物と接触することにより接触酸化が行われた後に取水処理槽２外部の浄化対象水域へと放流される放流工程と、を有している。
【００８２】
以下、各工程について順を追って説明する。
【００８３】
まず、浄化対象水域に取水処理槽２を吸水口２１が水中に位置するように浮かべて設置する。
【００８４】
次に、水中ポンプ３を駆動して、取水処理槽２内の水を汲み上げる（汲み上げ工程）。水中ポンプ３の吐出量等については、継続して吸水口２１から浄化対象水域の水が取水処理槽２に好適に取り込まれるように、適宜設定される。そして、水中ポンプ３から汲み上げられた水は、配管４に送り出される。
【００８５】
なお、水質浄化装置１の運転開始時においては、放流側配管４２の流量調整バルブＢおよび生物処理槽側バルブ６４を閉じておき、取水処理槽２から汲み上げられた全水量が循環側配管４１のノズル５のメインパイプ５１に送り出されるようにするのが望ましい。運転開始直後は、取水処理槽２内の循環をメインパイプ５１による曝気攪拌工程に集中させて、取水処理槽２内の水の浄化度合いを確認するためである。例えば、取水処理槽２内のＣＯＤ値が目標数値に低下した後、溶存酸素量が０．５ないし３．０mg／Ｌになるまで上昇すれば通常運転（流量調整バルブＢおよび生物処理槽側バルブ６４を開いた運転）に移行していく。つまり、通常運転では、流量調整バルブＢおよび生物処理槽側バルブ６４を、それぞれ任意の流量が得られるように開き、水中ポンプ３からの水流の４０％から９５％がノズル５を介して、取水処理槽２と生物処理槽６を循環するようにして、残りの水流は放流側配管４２を介して放流前処理槽７に送り出し、最終的に放流されるようになされている。
【００８６】
循環側配管４１を通過する水はノズル５に達すると、生物処理槽側配管４３とメインパイプ５１とに分岐され、メインパイプ５１を通過する水は、水の流動断面が噴出口部５３により狭められて、流速が増加され、取水処理槽２の水面から水中に勢いよく打ち込まれる。したがって、取水処理槽２内において微細な気泡を発生させることができるとともに、打ち込まれた水流の勢いによって取水処理槽２内の水が攪拌され、曝気および攪拌を行うことができる(曝気攪拌工程)。この工程において、取水処理槽２の内部には、大量の微細な気泡（直径５ｍｍ以下）が発生することにより、溶存酸素量を上昇させることができる。
【００８７】
なお、噴出口部５３と取水処理槽２の水面との距離は、水中ポンプの圧力や循環率（取水処理槽２から汲み上げられる水量と取水処理槽２内に再び送られてくる水量の比率）と噴出口部５３の絞りに基づいて変動するため、１０から５００ｍｍの範囲内で調整している。ノズル５の噴出量は、５０Ｌ／分以上が望ましいが、少なくとも３５Ｌ／分以上を確保するように、流量調整バルブＢおよび生物処理槽側バルブ６４によって調整する。
【００８８】
生物処理槽側配管４３からは生物処理槽６に水が送り出され、生物処理槽６において、その水質に応じて脱窒又は硝化が行われて、脱窒又は硝化が行われた水が生物処理槽６の底部に形成された排水口６２を介して取水処理槽２へ送り出される（処理工程）。
【００８９】
生物処理槽６において脱窒処理を行う場合、生物処理槽側ノズル６１を取り外し、生物処理槽側配管４３を生物処理槽６の水面下に沈めて、生物処理槽側配管４３から送り出される水の流速を生物処理槽６内の水の攪拌に利用する。そして、遮光のために生物処理槽側ノズル６１の上端開口部を閉じる。脱窒菌を働かせるためには、生物処理槽６内の水質が、溶存酸素量が０．５mg／Ｌ以下で、酸化還元電位マイナスが２００ｍＶ付近の環境を作る必要がある。そのために、流量調整バルブＢの開度を調整することにより取水処理槽２内の汚濁度を制御し、バルブ６４により循環率を制御する。つまり、生物処理槽６に送られる水の水質が溶存酸素量０．５mg／Ｌ以下となるように流量調整バルブＢの開度を調整する。このときに、生物処理槽６内の水の水質が酸化還元電位マイナス２００ｍＶ付近であれば、流量調整バルブＢの調整は行わない。一方、酸化還元電位がマイナス１００ｍＶよりも高くなる場合は、流量調整バルブＢを開き循環率を下げることにより酸化還元電位を下げて、ＢＯＤ成分が不足する場合は、メタノールを点滴する。メタノールを点滴する量は、生物処理槽６の水質を観察しながら調整する。この循環システムは、嫌気処理の生物処理槽６と好気処理の取水処理槽２を交互に循環するため脱窒効率が好適である。
【００９０】
また、浄化対象水域Ｗの水質の浄化がすすめられて、脱窒が発生しなくなった場合、生物処理槽６において硝化処理を行う。このときは、生物処理槽側ノズル６１を取り付け、遮光保温スクリーン（図示省略）を撤去する。生物処理槽側ノズル６１を使用することにより、上述した曝気攪拌工程と同様に、生物処理槽６の水面から水中に勢いよく打ち込まれる。したがって、生物処理槽６内において微細な気泡を発生させることができるとともに、打ち込まれた水流の勢いによって生物処理槽６内の水が攪拌され、曝気および攪拌を行うことができる。生物処理槽側ノズル６１の先端と生物処理槽６の水面との間の距離は、１０から３００ｍｍの範囲で調整している。生物処理槽６へ流入する水質は、流量調整バルブＢの調整により取水処理槽２内のＣＯＤ値を十分に低下させられる循環率で運転すると自然に硝化に好適な水質になる。ノズル６１を介して生物処理槽６に流入する水質は、溶存酸素が１．５mg/L以上となるようにバルブＢで循環率の調整をすることが望ましい。
【００９１】
このように水質に応じて、脱窒処理または硝化処理を１つ生物処理槽６で行うことができるので、装置の構成が簡単で、利便性が高い。例えば、浄化対象水域Ｗの水質が、脱窒が不要な水質である場合、生物処理槽６は放流前処理槽７と置き換えて運転する方が高効率である。これは、脱窒運転で処理を開始した後、自然と硝化運転へと移行できるように生物処理槽６の形状としたためであり、硝化運転のみの運転であれば放流前処理槽７の方が高効率であるためである。
【００９２】
一方、放流側配管４２内を通過する水は、放流前処理槽７に送り出され、放流前処理槽７内で微生物と接触することにより接触酸化が行われた後に取水処理槽２外部の浄化対象水域へと放流される（放流工程）。
【００９３】
放流側配管４２の先端にも放流前処理槽側ノズル７０が取付けられており、上述した曝気攪拌工程と同様に、放流前処理槽７(流入槽７１)の水面から水中に勢いよく打ち込まれる。したがって、放流前処理槽７内において微細な気泡を発生させることができるとともに、打ち込まれた水流の勢いによって放流前処理槽７(流入槽７１)内の水が攪拌され、曝気および攪拌を行うことができる。
【００９４】
また、流入槽７１内には、ネット７６ｎがほぼ等間隔で設けられており、効率の高い曝気と撹拌を行うことができる。
【００９５】
そして、流入槽７１から微生物を定着させた水路７２へと送り出された水は、水路７２をゆっくりと微生物に接触しながら流れていくことになる。
【００９６】
放流前処理槽７は複数用いるのが望ましい。本実施形態では２段の放流前処理槽７を用いているが、これに限定されるものではない。
【００９７】
複数の放流前処理槽７を用いた場合、上流側の放流前処理槽７から下流側の放流前処理
槽７へと水が送り出され、下流側の放流前処理槽７では、上流側の放流前処理槽７からの落下する水により曝気および撹拌される。放流前処理槽７の個数については、水質の汚濁の程度などによって適宜設定される。
【００９８】
そして、最終的には、放流前処理槽７の排出口７７に設けられた排出管７８から浄化対象水域Ｗの下層部へと放流される。
【００９９】
なお、本実施の形態において、水質浄化に利用する微生物は、水域の環境への影響を考慮する観点から、可能な限り浄化対象水域Ｗの在来微生物を利用する。具体的には、浄化対象水域Ｗのヘドロや水生植物に付着した汚泥を利用している。
【０１００】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
【０１０１】
本実施形態に係る水質浄化装置１の主要な構成は、上記した第１実施形態と同じであるので、同様な部分については説明を省略し、異なる部分について以下に詳細に説明する。
【０１０２】
なお、同じ構成については同じ符号を付している。
【０１０３】
本実施形態に係る水質浄化装置１は、基本的な構成は第１実施形態と同じであるが、図５に示すように、主として以下に示す特徴を有している。
【０１０４】
まず、循環側配管４１の基端部に,生物処理槽６の吐出管６３に接続される逆洗用配管４１１が分岐して接続されるとともに逆洗用配管４１１内を通過する水の流量を調整する逆洗バルブ４１１ａが備えられている。
【０１０５】
したがって、水中ポンプ３から汲み上げられて循環側配管４１に送り出された水を、循環側配管４１と逆洗用配管４１１にそれぞれ送り込むことが可能となる。
【０１０６】
また、逆洗用配管４１１内を通過する水の流量を調整する逆洗バルブ４１１ａが備えられるので、例えば、次のような運転が可能である。
（１）通常運転時には、逆洗用配管４１１内に水が流れないように逆洗バルブ４１１ａを閉鎖し、水中ポンプ３から汲み上げられて循環側配管４１に送り出された水の全量がそのまま循環側配管４１を通過するようにして運転する。
（２）逆洗する際は、循環側配管４１内を通過する水の全量または一部が逆洗用配管４１１内に流れるように逆洗バルブ４１１ａを調整し、且つ吐出管バルブ６５を閉鎖して、水中ポンプ３から汲み上げられて循環側配管４１に送り出された水を生物処理槽６の吐出管６３から排水口６２へと導き、生物処理槽６の内部へと逆流させることにより、吐出管６３や吐出管バルブ６５にコロイドや固形物が付着して流量が低下するファウリング現象の発生を防止することができる。
【０１０７】
次に、上流側の放流前処理槽７の排出管７８に、上流側の放流前処理槽７から送り出された水の少なくとも一部を生物処理槽６に返送する硝化液返送配管７８１が分岐して接続されるとともに硝化液返送配管７８１内を通過する水の流量を調整する硝化液返送バルブ７８１ａが備えられている。
【０１０８】
したがって、硝化液返送配管７８１を介して、放流前処理槽７から送り出された水の少なくとも一部を生物処理槽６に返送することができる。
【０１０９】
また、硝化液返送バルブ７８１ａにより硝化液返送配管７８１内を通過する水の流量を調整することができる。
【０１１０】
このように構成されているので、放流前処理槽７内の水質の汚濁の程度に応じて、硝化液返送配管７８１内を通過する水の流量を調整しながら放流前処理槽７内の水を生物処理槽６に返送することにより、効率良く脱窒条件を整えることができる。
【０１１１】
また、放流前処理槽７内の水を生物処理槽６に返送することができるので、生物処理槽６において脱窒処理を行う循環システムは、嫌気処理の生物処理槽６と好気処理の取水処理槽２と放流前処理槽７の硝化液を交互に循環するため脱窒効率が好適である。
【０１１２】
続いて、最も下流側の放流前処理槽７の排出管７８（最下流側排出管）に、下流側の放流前処理槽７から送り出される水の少なくとも一部を取水処理槽２に返送する循環運転用配管７９が分岐して接続されるとともに循環運転用配管７９内を通過する水の流量を調整する循環運転用バルブ７９ａが備えられている。
【０１１３】
したがって、循環運転用配管７９を介して、最も下流側の放流前処理槽７から送り出された水の少なくとも一部を取水処理槽２に返送することができる。
【０１１４】
また、循環運転用バルブ７９ａにより循環運転用配管７９内を通過する水の流量を調整することができる。
【０１１５】
このように構成されているので、最も下流側の放流前処理槽７内の水質の汚濁の程度に応じて、循環運転用配管７９内を通過する水の流量を調整しながら放流前処理槽７内の水を取水処理槽２に返送することにより、水質浄化装置全体の水質や微生物のコンディションを容易に整えることができる。
【０１１６】
以上、本発明の実施の形態について、一例としての実施の形態について説明したが、上述した例に限られるものではない。
【０１１７】
また、本発明の水質浄化装置は、その全ての構成を備えた状態において実施可能であるほか、一部の構成をユニットとして使用することも可能である。
【０１１８】
例えば図６に示すように、放流前処理槽７の曝気のために使用するノズル７０を浄化対象水域Ｗの水中で上下に移動させて調整することにより、浄化対象水域Ｗの水底に溜まった汚泥を攪拌することができる。
【０１１９】
すなわち、浄化対象水域Ｗの水底に溜まった汚泥を攪拌して巻き上げることにより、浄化対象水域Ｗの在来微生物も巻き上げることになる。そうすると、浮遊状態の汚泥や微生物を取水処理槽２に取水することができる。この場合、初期状態では生物処理槽６および放流前処理槽７を使用せず、汚泥を巻き上げてから生物処理槽６および放流前処理槽７を装備すると、浄化対象水域Ｗの在来微生物を生物処理槽６および放流前処理槽７に取り込むことができ、在来微生物を水質浄化に好適に利用することができる。また、浄化対象水域Ｗの水底に溜まった汚泥を攪拌することにより、水底の汚泥状態を改善することもできる。したがって、浄化対象水域Ｗの汚濁状態に合わせて効率的に水質浄化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本発明は、閉鎖水域の水質浄化を簡単な構成で好適に行うことができる水質浄化装置およびこの水質浄化装置を用いた水質浄化方法を提供することができる点で有用である。  
【符号の説明】
【０１２１】
１  水質浄化装置
２  取水処理槽
３  水中ポンプ
４  配管
５  ノズル
６  生物処理槽
７  放流前処理槽
Ｂ  流量調整バルブ
Ｗ  浄化対象水域                                                                                
【要約】
【課題】閉鎖水域の水質浄化を簡単な構成で好適に行うことができる水質浄化装置およびこの水質浄化装置を用いた水質浄化方法を提供する。
【解決手段】浄化対象水域Ｗの水が吸水口２１を介して内部に取り込まれる取水処理槽２と、取水処理槽２内の水を汲み上げる水中ポンプ３と、水中ポンプ３から汲み上げられた水の流路となる配管４と、脱窒又は硝化処理を行うための生物処理槽６と、を備え、配管４が循環側と放流側の２つに分岐され、循環側配管４１の先端にノズル５が取付けられており、ノズル５によって流動断面が狭められることにより流速が増加されて、取水処理槽２の水面から水中に打ち込まれるように構成され、放流側配管４２内を通過する水は、取水処理槽２外部の浄化対象水域Ｗに放流される。
【選択図】図１【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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【図６】
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