(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物を内部に包括固定した包括固定ゲルを、その一部分又は全体の周りに固定した状態で浄化すべき水域の水中に設置される固定冶具を備えた水圏用浄化装置であって、
前記包括固定ゲルのゲル材料を重合してゲル化することにより前記包括固定ゲルと前記固定冶具との固定部分が形成されていることを特徴とする水圏用浄化装置。
【請求項２】
前記固定治具の材質は、金属、或いは生分解性プラスチックとすることを特徴とする請求項１に記載の水圏用浄化装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の水圏用浄化装置を浄化処理する水域に設置して該水域の水を生物学的に浄化することを特徴とする水圏浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水圏用浄化装置及びそれを用いた水圏浄化方法に係り、海洋、湖沼、河川等の水圏水域における窒素等を生物学的に処理する水圏用浄化装置及びそれを用いた水圏浄化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地球環境規模で水質汚濁防止策が問われている現在、海洋、湖沼、河川等の水圏における水域の浄化方法、特に窒素除去方法について様々な方法が検討され、例えば、物理化学的処理法、生物学的処理法、物理化学的処理と生物学的処理とを組み合わせた方法などがある。
【０００３】
従来、水域の生物学的な窒素処理方法としては、リアクター方式が知られている。このリアクター方式は、リアクターの内部に固定化微生物担体の流動床又は固定床を設け、そこに処理すべき水を取り込んで固定化微生物担体と接触させて処理し、処理水をリアクター外へ放流するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、リアクター方式は、固定化微生物と接触させた処理水を、リアクターの外へ放流するため、リアクター周辺の水の基質濃度が低下して、水域浄化の反応速度が低下するという問題があった。また、リアクター方式は動力設備を必要とするため、海洋、湖沼、河川等水圏のように広い水域を浄化する方法としては、コストが嵩んでしまうという問題もある。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、水圏の浄化処理を促進することができ、しかも動力設備が不要なので浄化コストを削減できる水圏用浄化装置及びそれを用いた水圏浄化方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するために、微生物を内部に包括固定した包括固定ゲルを、その一部分又は全体の周りに固定した状態で浄化すべき水域の水中に設置される固定冶具を備えた水圏用浄化装置であって、前記包括固定ゲルのゲル材料を重合してゲル化することにより前記包括固定ゲルと前記固定冶具との固定部分が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は前記目的を達成するために、水圏用浄化装置を浄化処理する水域に設置して該水域の水を生物学的に浄化することを特徴とする。
【０００８】
従来、リアクター方式で使用されていた固定化微生物担体は、流動性のよい形状、例えば数ｍｍ程度の立方体や球形等であるため、開放系の海洋、湖沼、河川等水圏の水域では、固定化微生物担体が系外へ流出してしまう。また、海洋、湖沼、河川等の広い水域では、リアクター方式のように浄化する水をリアクター内に取り込んで処理する方式では極めて効率が悪い。
【０００９】
このことから、本発明では、微生物を表面に付着固定する付着ゲル及び微生物を内部に包括固定した包括固定ゲルのうちの少なくとも一方のゲルを、固定設置する固定治具を備えた水圏用浄化装置として構成し、この水圏用浄化装置を浄化すべき水域に設置するだけで、水域の浄化を効率的に行えるようにした。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る水圏用浄化装置及びそれを用いた水圏浄化方法の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１１】
図１は、本発明に係る水圏用浄化装置の態様を説明する概念図である。
【００１２】
図１に示すように、水圏用浄化装置１０は、主としてゲル１２と、ゲル１２を固定設置する固定治具１４とで構成される。本発明におけるゲル１２は、水域１１内に存在する微生物を表面に付着して固定化微生物担体を形成する付着ゲル、意図する微生物を予めゲル内部に包括固定して包括固定化担体を形成した包括固定ゲルのいずれでもよく、この両方のゲルを併用してもよい。
【００１３】
固定治具１４は、浄化すべき水面１６に浮かべた浮き袋１８同士の間に渡された支持棒２０に、複数の横棒２２が十字状に支持された縦棒２４を吊るして構成され、この横棒２２の先端に球状のゲル１２が固定される。横棒２２の材質としては、ゲル１２との接着が良好で、且つ水域１１の水流に耐え得る強度であれば特に制限はないが、海洋水域１１では塩分による腐食に強いチタン、湖沼水域１１ではアオコの発生抑制効果のある銅等の金属類、或いは環境に負荷を与えない生分解性プラスチックが好適である。また、横棒２２に固定するゲル１２の形状としては、水との接触面積（比表面積）ができるだけ大きいものが望ましく、サイズは、固定治具１４の強度に見合ったものであればよい。
【００１４】
図１のように、ゲル１２自体は横棒２２に固定されるが、水圏用浄化装置１０自体が、固定治具１４の浮き袋１８で水域内を浮遊移動することで、海洋、湖水、河川のように広い水域の水を効率的に浄化することができる。
【００１５】
図２は包括固定ゲル１２と横棒２２との固定部分を模式的に示した図であり、ゲル材料を重合してゲル化する際に固定部分に温度差が生じることにより、固定部分の結晶構造がスポンジ状になる。これにより、包括固定ゲル１２内に微生物が棲息するのに好適な棲息環境が形成される。
【００１６】
ゲル材料としては、例えばポリエチレン系のプレポリマとして、モノメタクリレート類、モノアクリレート類、ジメタクリレート類、ジアクリレート類、トリメタクリレート類、テトラアクリレート類等が該当し、これらを用いて汚泥や土壌を包括固定化できる。また、ゲル材料には、ウレタンアクリレート類、エボキシアクリレート類、ポリビニルアルコール、アクリルアミド、光硬化性ポリピニルアルコール、光硬化性ポリエチレングリコール、光硬化性ポリプロピレンアルコールプレポリマ等も用いられる。尚、ゲル１２の大きさは、約１０ミクロンから約０．５メートルまで幅広く作製でき、１メートル以上の大きさのゲルも利用することができる。
【００１７】
図３〜図５は、本発明に係る水圏用浄化装置１０の別の態様であり、水圏用浄化装置１０を浄化処理する水域の水底２６に設置するタイプのもので、この水圏用浄化装置１０は水域の水深が比較的浅い沼や池などに好適である。図３の水圏用浄化装置１０は、水底２６に設置する土台２８と水面１６に浮かべる浮き袋１８とを繋ぐ略垂直な支持棒３０に、円板状のゲル１２を水底２６近傍から水面１６近傍に渡って複数個固定したものである。図４の水圏用浄化装置１０は、水底２６に設置する土台２８に木の形や水草の形をした支持棒３２を立設させ、枝や水草の先端に球状のゲル１２を固定したものである。図５の水圏用浄化装置１０は、図４で示した支持棒３２の枝や水草の全体を覆うようにゲル１２を固定したものである。水草状のゲル１２は、浅い沼や池、及び水路においては比較的短く細長いものが好ましい。また、大規模な湖沼では、水草状のゲル１２には長さ２〜５０ｍのゲルやジャイアントケルプのような数キロメートルにおよぶコンブ状のゲルが好適である。
【００１８】
図４と図５は、水圏用浄化装置１０の枝や水草が水中でなびくようにしたが、土台２８を水底２６に固定しないで、水圏用浄化装置１０全体が波等の力で水域１１内を移動可能なようにしてもよい。
【００１９】
参考例として示す図６の水圏用浄化装置１０は、水域１１に組み立てた支持枠３４に、１つのゲル１２を固定したフック状の固定治具１４を引っかけるようにしたものである。また、参考例として示す図７の水圏用浄化装置１０は、支持枠３４に、ゲル１２を収納するフック３６を備えた籠状の固定治具１４を引っかけるようにしたものである。これらの図６、図７の水圏用浄化装置１０は、ゲル１２を単独で固定治具１４に着脱できるので、浄化する水域１１の汚染状態や広さに応じて、ゲル１２の数を簡単に増減することができる。
【００２０】
次に、上記のごとく構成された本発明の水圏用浄化装置１０によれば、海洋、湖沼、河川等の水圏の浄化すべき水域１１に、微生物を表面に付着固定する付着ゲル１２、或いは微生物を内部に包括固定した包括固定ゲル１２を、浄化すべき水域から流出しないように設置することができる。これにより、付着ゲル１２の場合には、水域１１内に存在する微生物がゲル表面に付着して付着型の固定化微生物担体が形成され、この固定化微生物担体と水域１１の水とが接触することによって水の生物学的な浄化がなされる。一方、包括固定ゲル１２の場合には、例えば硝化菌をゲル内に高濃度に包括固定化した固定化微生物担体を形成し、この固定化微生物担体と水域１１の水とが接触することによって水中に含有されるアンモニア性窒素の窒素処理を行うことができる。包括する微生物は硝化菌に限らず、水域１１中のアオコを除去するのであれば、放線菌やBacillusを高濃度に包括固定すればよい。また、水圏用浄化装置１０は、付着ゲルと包括固定ゲルの両方を固定治具１４で固定すれば、付着ゲル１２には水域１１の微生物が付着し、包括固定ゲル１２には予め意図した微生物を固定化することができるので、水域１１の汚染物質や汚れ具合に応じて対応することができる。
【００２１】
また、水域１１にゲル１２を直接設置することで、ゲル１２周辺の水には生物学的処理を行うための基質が十分に確保されるので水域１１の浄化処理を促進することができ、しかも本発明の水圏用浄化装置１０は動力が不要なので浄化コストを低減できる。
【００２２】
【実施例】
次に、本発明の具体的な実施例を説明する。
【００２３】
本発明では、図１に示した高さが約２ｍの水圏用浄化装置をＡ湖（容積：約３０００ｍ3 ) に設置した。
【００２４】
本発明の実施例１では、窒素処理能力やアオコ分解能力を持つ微生物を包括固定した包括固定ゲルを使用した。実施例２では付着ゲルを使用してＡ湖に存在する微生物を付着ゲルの表面に付着させたものを使用した。固定治具の材質は、アオコの発生を抑制する効果を持つため、特にアオコが発生する可能性のある湖汚水域では最適と考えられる銅を使用した。ゲルの形状は表面に小さな凹凸が多数あるコンペイトウ型とすると共に、径の大きさは約８００ｍｍ程度とし、１つの水圏用浄化装置のゲル体積が約１ｍ3 になるようにした。この水圏用浄化装置をＡ湖の湖面に一定間隔で浮かべた。
【００２５】
比較例として従来のリアクター方式の装置を使用した。リアクター内には、実施例１で使用した包括固定ゲル１ｍ3 に相当する固定化微生物担体でリアクター内に固定床を形成し、リアクター内にＡ湖の水を取り込んで浄化処理し、処理した処理水はＡ湖に放流した。
【００２６】
そして、本発明の実施例１及び２と、従来のリアクター方式による比較例とで、Ａ湖の湖水の窒素除去性能及びアオコ除去性能を比較した。その結果を表１に示す。処理前のＡ湖の湖水の水質は、Ｔ−Ｎ（総窒素量）が１ｍｇ／Ｌ，アオコ菌体数が１０4 以上であった。また、表１のアオコ菌体数は処理後の湖水に残存するアオコ菌体数である。
【００２７】
【表１】
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表１から分かるように、比較例のリアクター方式は、処理水をＡ湖に放流するため、リアクター周辺の水の基質濃度は低下し反応速度が律速される。そのため、Ｔ−Ｎ除去率は３０％程度と低く、処理後の湖水に残存するアオコ菌体数も多かった。アオコの処理性能が良くなかった理由としては、湖のような広い水域を浄化する上でリアクター方式では浄化効率が悪いためと考えられる。
【００２８】
一方、包括固定ゲルを使用した本発明の実施例１では、ゲルを湖水に直接設置することができるので、ゲル周辺の基質濃度は処理に十分な状態になる。そのため、反応速度が向上してＴ−Ｎ除去率は７０％と良い結果になった。また、浮きによって湖水に浮かべた水圏用浄化装置が湖水内を浮遊するので、窒素処理の反応が促進する結果、水域の窒素処理効率が向上した。更に、処理後の湖水のアオコ菌体数は、１０（cells/mL) 以下まで低減し、アオコ除去性能についても良い効果が見られた。これは、ゲルを湖水に直接設置すること、水圏用浄化装置が湖水内を浮遊して移動すること、固定治具の材質として銅を使用したことの相乗的な効果と考えられる。
【００２９】
また、付着ゲルを使用した本発明の実施例２では、Ｔ−Ｎ除去率が５０％、アオコ菌体数１０2 （cells/mL) で、実施例１ほどの窒素処理性能やアオコ処理性能は得られなかったが、それでも比較例よりも良い結果となった。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る水圏用浄化装置及びそれを用いた水圏浄化方法によれば、水圏の浄化処理を促進することができ、しかも動力設備が不要なので浄化コストを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水圏用浄化装置の態様を説明する概念図
【図２】固定化微生物担体と固定治具との固定部分の模式図
【図３】本発明に係る水圏用浄化装置の他の態様を説明する概念図
【図４】本発明に係る水圏用浄化装置の別の態様を説明する概念図
【図５】本発明に係る水圏用浄化装置のまた別の態様を説明する概念図
【図６】図６は参考例の水圏用浄化装置の概念図
【図７】図７は参考例の水圏用浄化装置の概念図
【符号の説明】
１０…水圏用浄化装置、１２…ゲル、１４…固定治具、１６…水面、１８…浮き袋、２０…支持棒、２６…水底、２８…土台、３２…支持棒、３４…支持枠
【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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【図７】
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