JPH01266897A - 鉄バクテリアを用いた連続移動床式鉄除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば地下水の様に鉄がＦｅ３＋の形で溶解
している原水から鉄バクテリアを用いて鉄を除去する方
法に関するものである。

［従来の技術］ 鉄は人体に必要な成分であるが、水に金属味な与えたり
黄赤乃至赤褐色に着色し、この様な水は飲料として適さ
ないばかりでなく各種産業用水としても適さない。鉄が
比較的多量に溶存している水の代表例としては例えば地
下水が挙げられ、地下水において鉄は還元性の状態で２
価のイオンとして原水中に溶解している。従って地下水
等の様に鉄が熔解している原水を工業用水や飲料水とし
て利用する場合には、該原水中に溶解されている鉄を除
去しておく必要がある。

原水中の鉄を除去する方法としては、原水中に塩素等の
酸化剤を没入して溶解鉄分（Ｆｅ２“）を酸化してＦｅ
３＋とじ、その不溶性化合物に変化させて集積させる方
法がある。又は曝気によって鉄を酸化除去する方法も知
られている。これらに対し、この様な酸化作用を鉄バク
テリアによって行なわせる方法が開発されている（水協
会誌Ｎｏ。

２１３、ｐ１９　、１９５２年）。この方法は貯水槽に
鉄バクテリアを含む原水を投入し、一定の流速で砂濾過
を行ない、濾過層の表面に鉄バクテリア層を発達させる
ものである。尚砂面上に繁殖して堆積した鉄バクテリア
層は、濾過閉塞前に削り取られた後−４期間をおいて復
元される。この方法は微生物を利用するものであるので
、環境条件さえ満足されればＰ　Ａ　Ｃ（Ｐｏｌｙ　Ａ
ｌｕｍｉｎｉｕｍ　Ｃｈｌｏｒｉｄｅ）や硫酸容土等の
凝集剤は不要であり、機能も安定しており且つ操作も簡
単で経費も安く済む等という種々の優れた利点を有して
いる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記方法は、鉄バクテリアによる地下水の除鉄効果が明
らかにされて以来、多くの報告によフてその優れた鉄の
除去効率、安定性、低廉性等が立証・紹介されてきた。

しかしながらこの方法は、民間の極小規模の処理施設を
除いてはあまり採用されてこなかったのが実情である。

その理由としては、■ｍＡ閉塞が早い、■バクテリア膜
の取り除き作業が重労働である、■濾過層の砂を洗浄す
る手段として頻繁に逆流法を採用することもてきるが、
その間は濾過ができない、■処理水量及び水質を一定に
保つ為の制御が煩雑である、■単位面積当たりの処理水
量が少ない為広い土地を必要とする、等の点が挙げられ
る。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、そ
の目的とするところは、鉄バクテリアを用いた除鉄方法
を改良し、連続的に効率良く大ヱの原水を処理できる様
な鉄除去方法を提供する点にある。

［課題を解決する為の手段］ 上記目的を達成し得た本発明方法とは、Ｆｅ’″″が溶
解している原水に鉄バクテリアを作用させてＦｅ”をＦ
ｅ”に酸化し、Ｆｅ３＋の不溶性化合物として除去する
に当たり、微細担体を層状を維持して連続的に下方へυ
動させると共に、原水を前記微細担体の移動に対向させ
る様に下方より供給する様な構成を採用し、前記微細担
体に鉄バクテリアを担持させると共に、原水を微細担体
層を通過させることによって、原水中のＦｅ２＋をＦｅ
３“の不溶性化合物とし、前記微細担体は該不溶性化合
物を分離した後微細担体層上部に循環供給される点に要
旨を有するものである。

［作用コ 本発明者は、鉄バクテリアによる除鉄方法の優れた点を
考慮し、先に列挙した欠点を克服できさえすれば有効な
除鉄方法となり得るとの観点から種々研究を重ねた。そ
の結果、鉄バクテリアにょる除鉄を行なうに当たっては
、従来の重力式砂濾過方式に替え、上記構成（所謂向流
型連続８勅方式）を採用することによって、除鉄効率を
維持しつつ比較的小さなスペースで処理能力を飛躍的に
高めることができるのを見出した。又本発明によれば、
■濾過閉塞を起こすこともなく、労力や設備及び維持管
理上の特別な技術や経費が不要である、■処理水量及び
水質が安定したものとなる、■洗浄排水量が少なくなる
等の利点を有しており、従来における欠点を悉く解消し
得た。

本発明方法における除鉄機構の詳細については全て解明
された訳ではないが、本発明者の実験によれば次の様な
ことが明らかとなった。

濾過に用いた砂の１層内部及びマ、１過砂表面をミクロ
的に観察したところ、砂粒は鉄バクテリアに対する微細
担体として機能するが、ＢＯＤ測定や有機物除去等の場
合における微生物の形態の様に砂の表面や担体内部に生
物膜が形成されているのとは異なった形態を示していた
。即ち鉄バクテリアは、糸状体の鞘に富むコロニーが砂
粒相互の隙間（４層の空隙）を埋めつくすという形態で
繁殖しており、４層全体が１つの巨大なコロニーを形成
していると思われた。従って、原水が短時間で濾過層内
を通過したとしても、該原水は非常に多量の鉄バクテリ
アコロニーと接触することができるので、後記実施例で
も示す様に、高速濾過条件下においてさえ原水中の殆ど
の溶存鉄が酸化を受けてコロニー中に取り込まれるもの
と考えられる。この様な点を考慮すると、本発明を実施
するに当っては、その濾過速度は「鉄バクテリアの第１
鉄酸化能力を超えない速度」及び「濾過層が流動化しな
い速度（即ち層状を維持する速度）」に設定する必要が
ある。但し、砂の粒径や形状等を変更して濾過層におけ
る空隙率や空隙構造を最適な状態にすることも有効であ
り、これらによって更に効率良く運転し得る余地がある
ので、濾過速度やその他の条件は場合に応じて適宜設定
すればよい。

尚上記では主に砂によって濾過層を形成する場合を想定
して説明を進めてきたか、濾過層を形成するものは砂に
限らず微細担体として機能するものであれば合成樹脂等
でもよくその材料は問わない。又本発明で用いる鉄バク
テリアの種類については侵占種が糸状体の鞘を形成する
ものであればよく何ら限定するものではないが、糸状体
のものとしては例えばＬｅｐｔｏｔｈｒｉｘ属。

Ｇａ１ｌｉｏｎｅｌｌａ属、Ｔｏｘｏｔｈｒｉｘ属等が
挙げられ、その他５ｉｄｅｒｏｃｙｓｔ、ｉｓ属やＳ　
１ｄｅｒｏｃａｐｓａ属等の様に粒状のものを含んでい
てもよい。

以下本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下
記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・
後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも本発明
の技術的範囲に含まれるものである。

［実施例］ 第１図は本発明方法を実施する為に構成される自流型連
続移動床式濾過装置の一例を示す概略説明図であり、図
中１はタンク本体、２は漏斗状の底、３は微細担体によ
って形成される濾過層。

４は原水供給口、５は分離部、６は輸送管、７は処理水
取出０．８は洗浄水排出口である。この様な装置の基本
的構成は、例えば特公昭５６−ｓｔａｏａ号に見られる
通り、装着自体は公知である。

上記装置を用いて本発明を実施するに当たっては下記の
様に行なわれる。タンク本体１内に収納される微細担体
には鉄バクテリアが担持されており、該微細担体によっ
て濾過層３が形成される。

地下水等の様に鉄を含んだ原水は、原水供給口４及び複
数の管路１０を通って濾過層３内に供給される。尚管路
１０の上方端部付近には全体形状が環状で断面が逆Ｖ字
状の屋根部材１１が設置されており、この屋根部材１１
によって管路１０の目詰まりが防がれると共に、原水の
濾過層３に対すル接触機会が多くなる様にされる。前記
原水は濾１３を上方に向かって流れ、その間原水中の２
価鉄は鉄バクテリアの作用によって酸化されて不溶性化
合物とされ濾過層３内に取り込まれてゆく。除鉄処理が
行なわれた後の原水（以下処理水と呼ぶ）は、一部が洗
浄水として利用されるがほとんどはタンク本体１の上方
に設けられた処理水取出ロアから取り出される。

一方濾過層３の下方の微細担体は原水中の鉄を取り込ん
だ状態で、輸送媒体としての空気によって輸送管６の下
部開口部６ａから上方の分離部５に送られる。従って、
濾過層３全体としては層状を維持しつつ下方に移動する
ことになる。

前記輸送管６の上方付近には該輸送管６の外周を覆う様
に形成される洗浄管１５が分離部５の一部として設けら
れており、該洗浄管１５の上方からは分離部５に送られ
た微細担体が下降してくると共に、洗浄管１５の下方か
らは前記処理水の一部が洗浄水として利用され（以下単
に洗浄水と呼ぶ）、洗浄管１５内で前記微細担体が洗浄
されて前記不溶性化合物等が分離される。洗浄された微
細担体は、その後濾過層３の上部に循環供給されて再び
利用される。又洗浄水は微細担体を洗浄した後、分離さ
れた不溶性化合物等と共に洗浄水排出口８から排出され
る。尚図中１６は濾過層３の上部表面を示す。

本発明者は、前記第１図に示した装置を用い、本発明方
法に従って下記の様な実験を行なった。

尚このとき用いた装置は、タンク本体１の内径：３８　
Ｏｎ＋ｍ、有効濾過層３（管路１０の端部からの濾過層
）の長さ：８００ｍｍであった。

まず原水としては吹田市片山浄水所内の１０本の井戸（
深度１５０〜２５０ｍ、揚水全合計１２０００　ｔ／ｄ
ａｙ　）の集合着水井からポンプによって揚水したもの
を使用（原水の水質については後記第２表参照）し、バ
ルブによって処理水量を調節した。濾過層単位体積当た
りの原水流ユは、１２〜３７　ｔ／ｍ３・ｈｒ　　（即
ち濾過速度２６０〜８ｏ　ｏ　ｍ／ｄａｙ　）の範囲で
５段階に設定し、各段階毎に約１０日間連続して採水し
て分析した（分析項目については後記第２表参照）。尚
水士及び濾過速度の測定は、ＩＡ処理水び洗浄排水のと
きの単位時間当たりの流出量を実測した。

微細担体としては、有効径０．８５ｍｍ、均等係数１．
５０の珪砂を用い、該珪砂を供試原水によって十分に洗
浄した後実験に供した。

鉄バクテリアの優占種については、柄が分岐しているこ
と、螺旋状で細長いこと及び細胞径が０．６〜１．３μ
ｍ程度である等の形態的特徴がＧａ１ｌｉｏｎｅｌｌａ
　　ｆｅｒｒｕｇｅｎｅａ　Ｅｈｒｅｎｂｅｒｇのそれ
と一致しており、Ｇａ１ｌｉｏｎｅｌｌａ　　ｓｐ、と
推定された。

通水開始後４日で除鉄率が９０％を超える処理状態を示
したので実験を開始した。その結果、各段階における鉄
除去率は第２図に示す通りであった。

第２図の結果から明らかであるが、本発明方法では６６
０　ｍ／ｄａｙという高速濾過条件においてさえも、安
定して９０％前後の除鉄効率を発揮しているのが理解さ
れる。又濾過速度が８００　ｍ／ｄａｙにおいては除鉄
効率の低下が認められるが、それでも濾過閉塞を起こす
ことなく約７割の除鉄効率を示していた。

尚上記実験においては、処理水量が変動しても洗浄サイ
クル及び洗浄排水量を一定にする目的で、輸送管６への
空気送り込み二を調節すると共に排水量調節弁（図示せ
ず）の開度を制御した。

上記制御条件下で濾過速度を２６０　ｍ／ｄａｙから６
６０　ｍ／ｄａｙに高めた場合にも洗浄水の排水量を一
定に保つことができ、このときの排水量比率（対処理水
量比率）は１３〜１４％から５％に抑えることができた
。

下記第１表は従来の鉄バクテリア法による結果の報告例
を示すものである（第５回水研発表概要集１９５４年）
。尚第１表には、本発明方法における濾過速度が６６０
　ｍ／ｄａｙの場合の結果と併せて示した。この第１表
の結果から明らかな様に、本発明方法によれば除鉄効率
を低下させることなく処理能力を２０倍以上に高め得る
ことが分かる。

第１表 第２表は実験に供した原水及び処理水（濾過速度５００
　ｍ／ｄａｙの場合）の主な水質項目の分析結果を示し
たものである。原水水質は通年非常に安定しており、水
温の変動は殆ど見られず弱酸性で有機物に乏しく溶存酸
素（ＤＯ）は低い。鉄の濃度は３．０ｍｇ／ｕでほぼ一
定しており、着水井におけるその形態は９０〜９３％が
溶存鉄（０，４５μｍのメンブランフィルタ−を通Ａ）
となっている。又若水井には通年、鉄バクテリアのフロ
ック状コロニーが多数浮遊している。

上記原水を本発明方法で処理すると、アルカリ度、酸度
、ＫＭｎ○４消費量、Ｄｏ等が低下するが、それらは従
来法による処理報告例の傾向と一致するものである。

第２表 ＊（−）は測定せず ［発明の効果］ 以上述べた如く本発明によれば、既述の構成を採用する
ことによって、連続的に且つ効率良く大全の原水を処理
できる様な鉄除去方法が実現できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施する為に構成される自流型連
続移動床式濾過装置の一例を示す概略説明図、第２図は
本発明方法に従って実施された実験結果を示すグラフで
ある。 １・・・タンク本体　　　３・・・濾過層５・・・分離
部　　　　　６・・・輸送管第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｆｅ＾２＾＋が溶解している原水に鉄バクテリアを作用
   させてＦｅ＾２＾＋をＦｅ＾３＾＋に酸化し、Ｆｅ＾３
   ＾＋の不溶性化合物として除去するに当たり、微細担体
   を層状を維持して連続的に下方へ移動させると共に、原
   水を前記微細担体の移動に対向させる様に下方より供給
   する様な構成を採用し、前記微細担体に鉄バクテリアを
   担持させると共に、原水を微細担体層を通過させること
   によって、原水中のＦｅ＾２＾＋をＦｅ＾３＾＋の不溶
   性化合物とし、前記微細担体は該不溶性化合物を分離し
   た後微細担体層上部に循環供給されることを特徴とする
   鉄バクテリアを用いた連続移動床式鉄除去方法。