(57)【要約】【課題】鉄の除去部分とマンガンの除去部分とを分離し、微生物の活動に適した溶存酸素濃度を与えられるようにした地下水の浄化装置を提供すること。【解決手段】筒状の濾過処理塔１の内部を区画して、上向流を形成する第１流路４と、この第１流路４と上部で連通して下向流を形成する第２流路５とを形成し、第１流路４に除鉄用濾材２を配設し、第２流路５に除マンガン用濾材３を配設するとともに、第１流路４の除鉄用濾材２の下に原水導入部６と、酸素又は酸素を溶解させた水導入部７とを設け、除鉄用濾材２の上に酸素又は酸素を溶解させた水及び微細気泡導入部８を設け、かつ第１流路４と第２流路５の連通部の上にフロスを排出するフロス排出部９を設け、第２流路５の除マンガン用濾材３の下に処理水の導出部１０を設ける。【選択図】図２
2007061809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
除鉄用濾材を配設した第１流路に、酸素又は酸素を溶解させた水を一次ＤＯとして供給して、原水中の除鉄処理に必要な濃度の溶存酸素を供給した後、除マンガン用濾材を配設した第２流路に、酸素又は酸素を溶解させた水を二次ＤＯとして供給して、原水中の除マンガン処理に必要な濃度の溶存酸素を供給することを特徴とする地下水の浄化方法。
【請求項２】
筒状の濾過処理塔の内部を区画して、上向流を形成する第１流路と、該第１流路と上部で連通して下向流を形成する第２流路とを形成し、第１流路に除鉄用濾材を配設し、第２流路に除マンガン用濾材を配設するとともに、第１流路の除鉄用濾材の下に原水導入部と、酸素又は酸素を溶解させた水導入部とを設け、除鉄用濾材の上に酸素又は酸素を溶解させた水及び微細気泡導入部を設け、かつ第１流路と第２流路の連通部の上にフロスを排出するフロス排出部を設け、第２流路の除マンガン用濾材の下に処理水の導出部を設けたことを特徴とする地下水の浄化装置。
【請求項３】
筒状の濾過処理塔の内部を区画して、下向流を形成する第１流路と、該第１流路と接続流路を介することによって連通して下向流を形成する第２流路とを形成し、第１流路に除鉄用濾材を配設し、第２流路に除マンガン用濾材を配設するとともに、第１流路に原水導入部と、酸素又は酸素を溶解させた水導入部とを設け、接続流路の始端部に酸素又は酸素を溶解させた水導入部を、終端部に気液分離部を設け、第２流路の除マンガン用濾材の下に処理水の導出部を設けたことを特徴とする地下水の浄化装置。
【請求項４】
除鉄用濾材に、除鉄バクテリアを担持する除鉄用濾材を用いるようにしたことを特徴とする請求項２又は３記載の地下水の浄化装置。
【請求項５】
除マンガン用濾材に、除マンガンバクテリアを担持する除マンガン用濾材を用いるようにしたことを特徴とする請求項２、３又は４記載の地下水の浄化装置。
【請求項６】
筒状の濾過処理塔の内部を区画して、上向流を形成する第１流路と、該第１流路と上部で連通して下向流を形成する第２流路とを形成し、第１流路に緩速撹拌機構を構成するプレートを配設し、第２流路に濾材を配設するとともに、第１流路に原水導入部と過マンガン酸カリウム溶液導入部とを設け、緩速撹拌機構の上に微細気泡を発生する気泡導入部を設け、かつ第１流路と第２流路の連通部の上にフロスを排出するフロス排出部を設け、第２流路の濾材の下に処理水の導出部を設けたことを特徴とする地下水の浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下水の浄化装置に関し、特に、鉄の除去部分とマンガンの除去部分とを分離し、その各部に於いて各々の微生物の活動に適した溶存酸素濃度を与えられるようにした地下水の浄化方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
井戸水などの地下水中には、鉄、マンガン及びアンモニア性窒素等が溶解しているケースが見られる。
従来の地下水の浄化装置では、上記物質の塩素酸化による除去が試みられていたが、塩素剤注入管理の難しさや、仮にそれらの物質が除去されたにせよ残留塩素濃度の高すぎによる「カルキ臭」、さらに塩素と地下水中の有機化合物との反応による有害な副生成物の発生など、次第に社会的に受容され難くなり、その結果、地下水源としての取水井が数多く放棄されている。
【０００３】
このような状況の中で、今後受け入れられる可能性のある地下水の浄化装置としては、地中に生息するバクテリアを利用して、鉄、マンガン及びアンモニア性窒素を除去する地下水の浄化装置がある。
この地下水の浄化装置は、薬品として唯一使用の可能性があるものは、微生物を活性化させるためのリン酸塩位のものである（但し法定の滅菌用の塩素剤は除く）。
【０００４】
ところで、このような地下水の浄化装置では、原水に対して微生物を作用させる過程で、溶存酸素を補給するのが微生物によるＦｅ、Ｍｎ、ＮＨ４＋除去の常法であるが、除鉄バクテリアと除マンガンバクテリアでは適する溶存酸素濃度が異なり、従来の浄化装置では、筒状に形成した１つの濾過処理塔にこれらのバクテリアを一緒に担持することから、各々のバクテリア群に適する溶存酸素のコントロールが困難であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来の地下水の浄化装置が有する問題点に鑑み、鉄の除去部分とマンガンの除去部分とを分離し、微生物の活動に適した溶存酸素濃度を与えられるようにした地下水の浄化方法及びその装置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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本第１発明の地下水の浄化方法は、除鉄用濾材を配設した第１流路に、酸素又は酸素を溶解させた水を一次ＤＯとして供給して、原水中の除鉄処理に必要な濃度の溶存酸素を供給した後、除マンガン用濾材を配設した第２流路に、酸素又は酸素を溶解させた水を二次ＤＯとして供給して、原水中の除マンガン処理に必要な濃度の溶存酸素を供給することを特徴とする。
【０００７】
そして、この地下水の浄化方法を実施するための本発明の地下水の浄化装置は、筒状の濾過処理塔の内部を区画して、上向流を形成する第１流路と、該第１流路と上部で連通して下向流を形成する第２流路とを形成し、第１流路に除鉄用濾材を配設し、第２流路に除マンガン用濾材を配設するとともに、第１流路の除鉄用濾材の下に原水導入部と、酸素又は酸素を溶解させた水導入部とを設け、除鉄用濾材の上に酸素又は酸素を溶解させた水及び微細気泡導入部を設け、かつ第１流路と第２流路の連通部の上にフロスを排出するフロス排出部を設け、第２流路の除マンガン用濾材の下に処理水の導出部を設けたことを特徴とする。
【０００８】
また、同様に、この地下水の浄化方法を実施するための本発明の地下水の浄化装置は、筒状の濾過処理塔の内部を区画して、下向流を形成する第１流路と、該第１流路と接続流路を介することによって連通して下向流を形成する第２流路とを形成し、第１流路に除鉄用濾材を配設し、第２流路に除マンガン用濾材を配設するとともに、第１流路に原水導入部と、酸素又は酸素を溶解させた水導入部とを設け、接続流路の始端部に酸素又は酸素を溶解させた水導入部を、終端部に気液分離部を設け、第２流路の除マンガン用濾材の下に処理水の導出部を設けたことを特徴とする。
【０００９】
この場合において、除鉄用濾材に、除鉄バクテリアを担持する除鉄用濾材を用いるようにすることができる。
【００１０】
また、除マンガン用濾材に、除マンガンバクテリアを担持する除マンガン用濾材を用いることができる。
【００１１】
さらに、本第２発明の地下水の浄化装置は、筒状の濾過処理塔の内部を区画して、上向流を形成する第１流路と、該第１流路と上部で連通して下向流を形成する第２流路とを形成し、第１流路に緩速撹拌機構を構成するプレートを配設し、第２流路に濾材を配設するとともに、第１流路に原水導入部と過マンガン酸カリウム溶液導入部とを設け、緩速撹拌機構の上に微細気泡を発生する気泡導入部を設け、かつ第１流路と第２流路の連通部の上にフロスを排出するフロス排出部を設け、第２流路の濾材の下に処理水の導出部を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本第１発明の地下水の浄化方法及びその装置によれば、鉄の除去部分とマンガンの除去部分とを分離し、微生物の活動に適した溶存酸素濃度を与えることができ、これにより、バクテリアの活性を高めるとともに、濾材におけるバクテリアの住み分けを促進し、浄化の効率を向上させることができる。
【００１３】
また、除鉄用濾材に、除鉄バクテリアを担持する除鉄用濾材を用いるようにしたり、除マンガン用濾材に、除マンガンバクテリアを担持する除マンガン用濾材を用いるようにすることにより、原水中の除鉄処理や除マンガン処理を微生物により行うことができる。
【００１４】
また、本第２発明の地下水の浄化装置によれば、本第１発明の地下水の浄化装置とほぼ同構造の装置を用いて、鉄やマンガン濃度が極めて高い場合や鉄バクテリアやマンガンバクテリアの数が増えるのも待っていられないような緊急の場合等でも、除鉄、除マンガン処理を確実に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の地下水の浄化方法及びその装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１〜図２に、本発明の地下水の浄化装置の第１実施例を示す。
この地下水の浄化装置は、筒状の濾過処理塔１の内部を区画して、上向流を形成する第１流路４と、この第１流路４と上部で連通して下向流を形成する第２流路５とを形成し、第１流路４に除鉄バクテリアを担持する除鉄用濾材２を配設し、第２流路５に除マンガンバクテリアを担持する除マンガン用濾材３を配設するとともに、第１流路４の除鉄用濾材２の下に原水導入部６と、酸素又は酸素を溶解させた水導入部７とを設け、除鉄用濾材２の上に酸素又は酸素を溶解させた水及び微細気泡導入部８を設け、かつ第１流路４と第２流路５の連通部の上にフロスを排出するフロス排出部９を設け、第２流路５の除マンガン用濾材３の下に処理水の導出部１０を設けている。
【００１７】
濾過処理塔１は、縦置きした有底の外筒１１と、この外筒１１内に同心状に配設された有底の内筒１２とを備え、内筒１２の内部を第１流路４、外筒１１と内筒１２の間を第２流路５としている。
外筒１１は、上部を内筒１２よりも高くすることにより、内筒１２との連通部を形成するとともに、裁頭円錐状のホッパ１３を上部に設置することにより、水酸化第二鉄細片群のフロスをオーバーフローにより排出するフロス排出部９を形成している。
【００１８】
第１流路４には除鉄バクテリアが繁殖する除鉄用濾材２が配設されるとともに、第２流路５には除マンガンバクテリアが繁殖する除マンガン用濾材３が配設されている。
これらは装置のコンパクト化を狙ったものであり、各々のバクテリア群に適した濃度の溶存酸素の補給を行い、かつ除マンガン用濾材３にとってその阻害要因ともなりかねない鉄水酸化物塊と一体化した除鉄バクテリアの除去を効果的に行うためのものである。
【００１９】
次に、本実施例の地下水の浄化装置の作用を説明する。
原水の流れに沿って各処理工程をたどっていくと、まず取水井からポンプアップされた地下水は内筒１２の下端部の原水導入部６より内筒１２に対して接線方向に流入し、内筒内旋回流を形成する。
また、図３に示すガス溶解塔１４の溶解タンクで酸素を溶解させた水（この場合、酸素（又は空気）を用いることもできる。）を、酸素又は酸素を溶解させた水導入部７から一次ＤＯとして一次ＤＯノズル１５から内筒１２に注入し、原水中のＦｅ２＋の酸化に必要な濃度の溶存酸素を供給する。
【００２０】
溶存酸素の補給を受けた原水は、直ちに上向流にて、除鉄バクテリアを繁殖させてある除鉄用濾材２の中を通過してゆく。
この過程で、Ｆｅ２＋は除鉄バクテリアの外側に水酸化第二鉄層として固形化して水中から除去されるとともに、常に上向流によりバクテリアの担持体である除鉄用濾材２が緩やかに動いているために、除鉄用濾材２表面の余剰の水酸化第二鉄層がこすれ合い、余剰の水酸化第二鉄の細片が上方向へ排出されてゆく。その結果、原水と除鉄バクテリアの接触がよく維持されることになる。
【００２１】
内筒１２をさらに上昇していくと、減圧ノズル（二次ＤＯノズル）１６を装着した酸素又は酸素を溶解させた水及び微細気泡導入部８にこれらの水酸化第二鉄の細片が到達する。
そこに於いて、減圧ノズル（二次ＤＯノズル）１６から放出されている数十ミクロンの直径の微細気泡とこれらの細片が合体し、図２に示すように、上昇速度を増しながら処理塔頂部の水面に向かってゆく。
この場合、図３に示すガス溶解塔１４の溶解タンクで酸素を溶解させた水（この場合、酸素（又は空気）を用いることもできる。）を、二次ＤＯとして酸素又は酸素を溶解させた水及び微細気泡導入部８から、減圧ノズル（二次ＤＯノズル）１６を介して、内筒１２に注入し、原水中の除マンガン処理に必要な濃度の溶存酸素を供給する。
水面に達した多数の気泡と水酸化第二鉄細片群はフロスを形成し、以下のような操作の内のいずれかにより水中から排除される。
この場合、内筒１２の適宜位置において、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）等の凝集剤を添加し、フロック化を促進させることができる。
操作その１：フロスを専用のスクレーパーのようなかき寄せ機により処理塔の頂部からかき落とす。
操作その２：処理水導出部１０に設けたフロス放出用遮断弁１７を閉じ、処理塔内の水位を上昇させ、水面にたまったフロス層を処理塔の外へ流去させる。
この場合、操作１と操作２を併用してもよい。
濾層内の気泡は、除マンガン用濾材３内においてＤＯ又はＤＮとして水中に溶解していた空気や酸素や窒素が析出、集合することにより大径化して生じ、正常な濾過を妨げる働きをするが、上記の操作により下向流速によって濾層内に拘束されていた気泡が上方へ浮力のために抜けてゆき、通常の濾過速度を維持することが可能になる。
【００２２】
以上のように、余剰な鉄の水酸化物は殆んど除去されるのであるが、これと同時に微細気泡から水中に二次ＤＯとして溶存酸素がもたらされる。
微細気泡から水中に酸素がもたらされることにより、連通部の反転流中の水中の溶存酸素濃度は除鉄部分よりも高められることとなる。
これが次の工程である除マンガン処理にとって都合のよい条件となり、除マンガンバクテリアの除マンガン機能が高められることとなる。
この場合、溶存酸素濃度は、ある一定限度を超えると除鉄バクテリアの活性・生育にとって好ましくない条件となるが、各部に於いて各々の微生物の活動に適した溶存酸素濃度を与えることにより、結果的に各々の濾材に於けるバクテリアの住み分けができるようになる。
【００２３】
なお、除鉄用濾材２は、逆洗管２０、２１から逆洗水や逆洗空気を供給することによって逆洗浄して、捕捉物質や余剰なバクテリア及び鉄酸化物等を内筒１２上部のフロス排出部９から排泥管２２を介して濾過処理塔１の外へ流去できるようにしている。
また、除マンガン用濾材３は、処理水導出部１０の逆洗管１８から逆洗水を供給することによって逆洗浄して、捕捉物質や余剰なバクテリア及びマンガン酸化物等を外筒１１上部の排水管１９から濾過処理塔１の外へ流去できるようにしている。
【００２４】
このように、ＤＯに富んだ中間処理水のほんの一部はフロスの除去に伴って流出してゆくが、大部分は図示したように反転して下降し、除マンガン用濾材３を通過してゆく。
この除マンガン用濾材３の上部は、粒状活性炭のような比較的粗な濾材で構成され、下部はケイ砂、支持砂利層で構成され、除マンガン機能を果たすと同時に、ある程度の除濁機能を果たすようになっている。
必要とあれば、別体として除濁専用のコンベンショナルな急速濾過器を設置してもよい。
なお、アンモニア性窒素の除去は、この除マンガン用濾材３で行うことができ、また、アンモニアの除去は除鉄用濾材２でも行うことができる。
【００２５】
かくして、本実施例の地下水の浄化装置によれば、筒状の濾過処理塔１の内部に、除鉄バクテリアを担持する除鉄用濾材２と、除マンガンバクテリアを担持する除マンガン用濾材３とを配設した地下水の浄化装置において、濾過処理塔１の内部を区画して、上向流を形成する第１流路４と、該第１流路４と上部で連通して下向流を形成する第２流路５とを形成し、第１流路４に除鉄用濾材２を配設し、第２流路５に除マンガン用濾材３を配設するとともに、第１流路４の除鉄用濾材２の下に原水導入部６と酸素又は酸素を溶解させた水導入部７とを設け、除鉄用濾材２の上に酸素又は酸素を溶解させた水及び微細気泡導入部８を設け、かつ第１流路４と第２流路５の連通部の上にフロスを排出するフロス排出部９を設け、第２流路５の除マンガン用濾材３の下に処理水導出部１０を設けることから、鉄の除去部分とマンガンの除去部分とを分離し、その各部に於いて各々の微生物の活動に適した溶存酸素濃度を与えることができ、これにより、各バクテリアの活性を高めるとともに、各々の濾材におけるバクテリアの住み分けを促進し、浄化の効率を向上させることができる。
【実施例２】
【００２６】
ところで、上記第１実施例の地下水の浄化装置においては、原水中の除マンガン処理に、除マンガンバクテリアを担持する除マンガン用濾材３を用いるようにしたが、図４の本発明の地下水の浄化装置の第２実施例のチャート図に示すように、除マンガン処理を、高性能の除マンガン用濾材を用いて行うこともできる。
この除マンガン用濾材には、マンガン砂を好適に用いることができ、特に、セラミックを基材に用い、ＭｎＯ２の付着量を増大させることができるようにしたものをより好適に用いることができる。
これにより、コンパクトなスペース内で高度の除マンガン処理を行うことができる。
なお、現在の水道法では滅菌のために塩素注入を行わざるを得ないことから、除鉄及びアンモニア性窒素の除去の完了した水に対してマンガン砂による除マンガン処理を行っても何らの問題もない。さらに、除マンガン処理をバクテリア処理とした場合に必要となる可能性のある除濁、除菌のための後凝集やそれに引き続く別体の砂濾過が不要になる（この第２実施例の地下水の浄化装置だけで、高レベルの処理水を得ることができる）という利点がある。
なお、本実施例のその他の構成及び作用は、上記第１実施例の地下水の浄化装置と同様である。
【実施例３】
【００２７】
また、上記第１及び第２実施例の地下水の浄化装置においては、筒状の濾過処理塔１の内部を区画して、上向流を形成する第１流路４と、この第１流路４と上部で連通して下向流を形成する第２流路５とを形成するようにしたが、図５の本発明の地下水の浄化装置の第３実施例に示すように、筒状の濾過処理塔１の内部を区画して、下向流を形成する第１流路４と、この第１流路４と接続流路２３を介することによって連通して下向流を形成する第２流路５とを形成し、第１流路４に除鉄バクテリアを担持する除鉄用濾材２を配設し、第２流路５に除マンガンバクテリアを担持する除マンガン用濾材３を配設するとともに、第１流路４に原水導入部６と、酸素又は酸素を溶解させた水導入部７とを設け、接続流路２３の始端部に酸素又は酸素を溶解させた水導入部８Ａを、終端部に気液分離部２４を設け、第２流路５の除マンガン用濾材３の下に処理水の導出部１０を設けている。
そして、本実施例のように、第１流路４において下向流を形成するようにすることによって、原水中に高濃度（例えば、５ｍｇ／Ｌ以上）の鉄分が存在する場合の鉄分の除去を効率よく行うことができるとともに、従来技術を転用しやすく、装置の設計を簡易に行うことができる利点がある。
なお、本実施例のその他の構成及び作用は、上記第１実施例の地下水の浄化装置と同様である。
【実施例４】
【００２８】
さらに、鉄やマンガン濃度が極めて高い場合には、バクテリア処理に代えて、鉄やマンガンに対する酸化力が強く、しかも反応が極めて迅速な過マンガン酸カリウム等の薬品による処理を行ってもよい。特に、鉄バクテリアやマンガンバクテリアの数が増えるのも待っていられないような緊急時には有用な手法となる。
具体的には、上記第１実施例の図１〜図２に示す濾過処理塔１と同様の装置を使用し、内筒１２に収容する鉄バクテリアを繁殖させるべき除鉄用濾材２に代えて、内筒１２中に、原水中に過マンガン酸カリウム溶液を注入した後に形成され始める水酸化鉄とマンガン酸化物が一体化したフロックをさらに成長させ大径化させるための緩速撹拌機構を組み込む。一例として、迂流を形成させるようなプレートを何段か入れ、フロックの形成を促進するようにする。
また、酸素又は酸素を溶解させた水導入部７から導入する溶存酸素を含んだ水の代わりに、過マンガン酸カリウム溶液を注入し、それよりＦｅ２＋とＭｎ２＋の酸化による固形化を行わしめる。
内筒１２の中で注入した薬品との反応が完結し、微小フロックができた時点で、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）等の凝集剤を添加し、フロック化を促進させる。
フロックが十分に成長した段階（内筒１２の上方部）で、減圧ノズル（二次ＤＯノズル）１６から放出させた微細気泡をフロックに付着させ、フロスとして系外へ排出する。残るアンモニア性窒素については、フロス除去後の反転流中にリン酸塩を若干注入し、外筒１１に収容する除マンガン用濾材３に対応する濾材中に繁殖したバクテリアにより硝化を行って除去することができる。
【００２９】
以上、本発明の地下水の浄化方法及びその装置について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、実施例に記載した構成を適宜組み合わせるなど、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の地下水の浄化方法及びその装置は、鉄の除去部分とマンガンの除去部分とを分離し、その各部に於いて各々の微生物の活動に適した溶存酸素濃度を与えるという特性を有していることから、例えば、高速でコンパクトな地下水の浄化装置として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の地下水の浄化装置の第１実施例を示す正面図である。
【図２】同正面断面図である。
【図３】同浄化装置を用いた地下水の浄化システムを示すチャート図である。
【図４】本発明の第２実施例の地下水の浄化装置を用いた地下水の浄化システムを示すチャート図である。
【図５】本発明の地下水の浄化装置の第３実施例を示し、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は気液分離部の詳細図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    濾過処理塔
２    除鉄用濾材
３    除マンガン用濾材
４    第１流路
５    第２流路
６    原水導入部
７    酸素又は酸素を溶解させた水導入部（一次ＤＯ）
８    酸素又は酸素を溶解させた水及び微細気泡導入部（二次ＤＯ）
８Ａ  酸素又は酸素を溶解させた水導入部（二次ＤＯ）
９    フロス排出部
１０  処理水導出部
１１  外筒
１２  内筒
１３  ホッパ
１４  ガス溶解塔
１５  一次ＤＯノズル
１６  減圧ノズル（二次ＤＯノズル）
１７  フロス放出用遮断弁
１８  逆洗管
１９  排水管
２０  逆洗管
２１  逆洗管
２２  排泥管
２３  接続流路
２４  気液分離部
【図１】
2007061809.tif 000003
【図２】
2007061809.tif 000004
【図３】
2007061809.tif 000005
【図４】
2007061809.tif 000006
【図５】
2007061809.tif 000007