JPH08252589A - 水質浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 湖沼等の汚染水域を、好気性微生物を用いて
簡便な構造の処理装置により、陸上等の特別な設置スペ
ースの必要なしに水質浄化を行う。 【構成】 被処理水が流通可能な集水管と、集水管内に
設けられ空気の噴出により集水管内の被処理水を上昇さ
せる空気噴出手段と、集水管の周囲に設けられ被処理水
を処理する処理層とを設けた水質浄化装置において、空
気噴出手段の噴出空気量とこの空気による被処理水の揚
水量とが比例する範囲で、空気噴出手段を制御する制御
部を設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、好気性微生物により
汚水の浄化処理を行う水質浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、閉鎖性水域における水質汚染の防
止のために、水域の上部および中部の水を噴水等により
酸素を供給して、微生物によってアオコ等の藻類や有機
性汚泥を、酸化分解する等の水質浄化方法が知られてい
る。また水流を有する水域においては、動物プランクト
ンおよび植物プランクトン、あるいは原生動物や微小動
物などの微生物の活動により流水に含有される有機物質
が酸化分解などにより浄化される自浄作用が知られてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】湖沼やダムなどの容積
の大きい閉鎖水域では単なる噴水等による酸素供給によ
って、微生物による酸化分解して浄化することは、非常
に困難である。そのため、微生物を担持する処理層を設
けなければならず、水域外の陸地に別途設備を設置する
スペースが必要となる。特に、ダム等の場合には、水面
近傍の岸辺の傾斜が大きく設置スペースを確保できない
等の問題がある。さらに、装置の大型化や浄化処理設備
の運転や保守管理などの費用も高価である。

【０００４】また、河川など水流を有する水域では、近
年生活排水などの汚染水の流入が増加し、流水中の有機
物や微生物の死骸などの汚染物質を自浄作用のみでは分
解しきれなくなり、汚染が進結果となっている。このた
め、閉鎖性水域に設置される浄化設備と同様の設備の設
置が必要となってきている。しかし、河川などの水流を
有する水域では、水質汚染は、河川の上流や支流を含む
広い範囲に進行しており、この広い範囲の各所に汚染状
況にあわせて、建設費用が極めて高価な浄化設備を、ス
ペースを確保しながら設置することは非常に困難である
などの問題がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、被処理水が流通可能な集水管と、集水管内に設けら
れ空気の噴出により集水管内の被処理水を上昇させる空
気噴出手段と、集水管の周囲に設けられ被処理水を処理
する処理層とを設けた水質浄化装置において、前記空気
手段の噴出空気量とこの空気による被処理水の揚水量と
が比例する範囲で、前記空気噴出手段を制御する制御部
を設けたことを特徴とする水質浄化装置である。請求項
２に記載の発明は、空気噴出手段は集水管内に複数設け
られたことを特徴とする請求項１の水質浄化装置であ
る。

【０００６】

【作用】上記構成によれば、リフト管内の空気噴出管下
部から、揚水量と空気量が比例する圧力範囲の圧縮空気
を噴出させてエアーリフト効果を生じさせて、湖沼等の
水域の被処理水を通水孔を持つ集水管から処理槽内に流
入させ、流入した被処理水を、好気性微生物を担持した
木炭の面と接触させて汚水処理を行ない、処理された水
はリフト管上部の流出孔から再び湖沼等の処理水域に還
流させる。本処理装置は簡便な構造であるが、木炭に担
持された好気性微生物により水質浄化を行っており、汚
染物質を有効に浄化でき、またコントローラによって空
気の噴出圧力をセンシングして揚水量が常に一定となる
よう制御しているため、浄化処理を効率良く行うことが
できる。また処理槽本体は浮体により処理すべき水域の
水面下に保持し、コントローラは装置直上の水面上に設
置するため、本浄化処理装置を設置するための特別な地
上のスペースを必要としない。また、空気量と揚水量が
比例する範囲で作動することから、１本の集水管内に１
本のリフト管を設けても、その揚水量には制限がある
が、複数のリフト管を設けると、それぞれのリフト管で
比例する範囲の揚水量が得られるため効率が向上する。

【０００７】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の一実施例
について説明する。図１は、本発明の水質浄化装置の概
略の構成を示す概略構成図である。この図において、符
号１は水質浄化装置本体であり、この浄化装置本体１
は、処理水域としての湖沼２の被処理水３を浄化する浄
化処理ユニット４と、この浄化処理ユニット４を湖沼２
の水面下に保持する浮体５と、この浮体５の上部に設け
られた空気供給手段６と、から構成されている。そし
て、この浄化処理ユニット４は、ステンレス製や塩化ビ
ニル製などの非腐食性の部材あるいは非腐食処理された
鋼板などで作られ、例えば、直径が１．２ｍ、長さが３
ｍの円筒状の外体８を有し、この外体８の外周面には、
多数の集水孔９が穿設されている。

【０００８】さらに、浄化処理ユニット４は、長手方向
の一端面が端板１１により閉塞されて、長手方向の他端
の略中央に、略円形の取付孔１２が穿設されている。環
端板１３には、取付孔１２を閉塞するように略中央に円
形の流出孔１４が設けられた環板状の取付板１５が取り
付けられている。また、外体８の中心軸には、集水体と
しての集水管１７が内包されている。この集水管１７
は、例えば、塩化ビニル製の直径５０ー２００ｍｍの円
筒状に形成され、湖沼２の被処理水３が流通可能に、所
定の間隔で例えば１０ｍｍ程度の径の流入孔１８が、半
径方向に貫通して複数穿設されている。そして、集水管
１７は、一端が取付板１５に取り付けられ、外体８内に
同軸状に収容されるとともに、他端が閉塞している。

【０００９】さらに、浄化処理ユニット４には、外体８
と集水管１７との間に、流入孔１８および取水孔９より
径大であり、例えば、１０ー５０ｍｍの粒径の図示しな
い好気性微生物を担持する木炭１９が充填されて、処理
層２０が形成されている。２２はリフト管で、このリフ
ト管２２は、例えば、塩化ビニル製の円筒状で長さ寸法
が集水管１７より短く、外周面が集水管１７の内周面と
所定の間隔を介して、一端が取付板１５の流出孔１４に
連続して取り付けられ、他端が集水管１７の底部より僅
かに上方の位置に開口している。すなわち、浄化処理ユ
ニット４は三重構造に形成されている。さらに、リフト
管２２内には、空気噴出手段２４が設けられている。こ
の空気噴出手段２４の一端がリフト管２２の下端近傍に
位置し、リフト管２２より僅かに上に開口し、他端が取
付板１５の流出孔１４を介して上方に突出するように、
取り付け金具２５を用いて同軸状に取付板１５に取り付
けられている。そして、この空気噴出管２４は、下端近
傍の周囲に空気噴出孔２６が複数穿設されている。

【００１０】そして、浄化処理ユニット４は、軸方向が
上下方向で環端板１３が上端となるように図示しない取
り付け手段にて脱着自在に、浮体５に取り付けられてい
る。なお、浮体５は、上部が水面上に位置すると共に、
浄化処理ユニット４の処理層２０が湖沼２の水面下とな
るように浮力が設定されている。一方、浮体５の上面に
は、空気供給手段６が設けられている。この空気供給手
段６は、外部から水が浸入しないようにブラインド（図
示せず）が開口する空気供給装置３２内に、空気を供給
する例えばコンプレッサ（図示せず）と、このコンプレ
ッサに電源を供給する電源装置（図示せず）とを収容し
ている。また、電源装置は、コンプレッサへの供給電力
の設定および制御するコントローラで構成されている。

【００１１】さらに、コンプレッサは、空気噴出管２４
の空気噴出孔２６から空気を噴出させるように、連結管
２８を介して浄化処理ユニット４の空気噴出管２４に連
結されている。そして、このコンプレッサの駆動により
空気噴出孔から噴出した空気は、リフト管２２内を上昇
して流出孔１４から湖沼２に流出する。この空気の上昇
によりリフト管２２の被処理水３が上昇するエアリフト
が生じる。このエアーリフトにより、湖沼２の被処理水
３は集水管１７から処理層２０を通過して流入孔１８か
ら集水管１７に集水され、リフト管２２の下端の流入孔
２３から流入される。そして、水質浄化装置本体１は、
風などによって移動しないように、湖沼２の岸から図示
しないロープやワイヤなどにより浮体５が固定されてい
る。

【００１２】ここで、空気噴出管２６から噴出される空
気量とエアリフトによりリフト管２２を上昇する揚水量
との関係は、図２のようになる。図２において、空気量
がＶ1 より小さい領域では、図中の曲線Ａのように空
気量と揚水量の関係がほぼリニア即ち直線となってい
る。しかし、空気量がＶ1より大きい領域では、図２の
曲線Ｂのように頭打ちになっている。そこで、空気量が
Ｖ1より小さくなるように設定することにより空気量に
対する揚水量の比が低下せず、効率良くエアーリフトを
生じさせることができる。なお、この被処理水３の処理
層２０の流過は、木炭１９に担持された好気性微生物に
より被処理水３を効率よく浄化処理するために、被処理
水３が処理層２０の厚さ方向に０．５ー４ｃｍ／分程度
の流速で流過し、なおかつ、エアリフトの効率もよい状
態で動作させるために図２中のＶ1より小さくなるよう
に、空気噴出管２４の空気噴出孔２６から噴出される空
気量をコントローラにより設定して制御する。

【００１３】この空気の上昇によりリフト管２２内の被
処理水３が上昇するエアリフトが生じて、気泡と共に、
浄化処理ユニット４の上部の流出孔１４から湖沼２に流
される。さらに、このリフト管２２内の被処理水３の流
出により、湖沼２の被処理水３、とくにアオコ等の藻類
を多く含む水面近傍の被処理水３が外体８の集水孔９か
ら処理層２０の半径方向に流過して、処理層２０を構成
する木炭１９に担持された好気性微生物により被処理水
３中のアオコなどの藻類矢有機質浮遊物質、溶解性有機
物質などが分解されて浄化処理され、この浄化処理され
た処理水が流入孔１８から集水管１７に集水され、リフ
ト管２２の下端の流入孔２３から流入される。そして、
処理水は、エアリフトが生ずるリフト管２２内を上昇
し、流出孔１４を介して湖沼２に再び流出され、湖沼２
の被処理水３が還流されて次々に浄化処理される。

【００１４】なお、長期間の処理により木炭に担持され
た好気性微生物が増殖し、または好気性微生物が分解し
た後のフンが処理層２０に溜まり、処理能力が低下した
場合には、次のような方法を用いて処理能力を再生する
ことが有効である。すなわち、コンプレッサを駆動さ
せ、処理層２０の下部に設けた空気噴出管の空気噴出孔
（図示せず）から空気を噴出させ、処理層２０内を空気
が図１の下から上へ上昇することにより処理層２０内の
木炭を振動（移動）させる。これにより、好気性微生物
の増殖分および好気性微生物が分解した後のフン等は、
木炭１９から剥離除去されるため、処理層２０の洗浄が
行われ、浄化処理能力を回復することができる。

【００１５】以上、本発明の水質浄化装置の構成を詳述
したが、以下にこの装置の作用を説明する。図６は、空
気供給装置３２の概略の構成を示している。この図にお
いて、コントローラ７はコンプレッサ１０に電源を供給
し、駆動する。コンプレッサ１０の吐出側には吐出配管
１０ａを介して流量調節弁１６が設けられ、吐出配管１
０ａには、コンプレッサ１０の吐出圧力を計測するため
の圧力センサ２１が設けられている。コントローラ７
は、流量調節弁１６および圧力センサ２１がそれぞれ接
続されている。また、コントローラ７は内部に、圧力と
揚水量の関係を記憶するデータ記憶部７ａ、および必要
な揚水量を設定する設定器７ｂが設けられ、設定器７ｂ
により設定された揚水量に調節するために、データ記憶
部７ａに記憶されているデータと圧力センサ２１の出力
信号とにより、流量調節弁１６を駆動し空気流量を調整
する。

【００１６】ここで、図７にコンプレッサ１０の吐出圧
力と空気流量の関係を示した。この図から、図２に示し
た揚水量と直線的な関係のある範囲の最大空気流量Ｖ1
以下とするためには、吐出圧力をＰ1以上になるように
流量調節弁１６を駆動制御すればよいことになる。今、
例えば、図２、図７において揚水量をＱ4に設定したと
すると、空気流量がＶ4となるように吐出圧力をＰ4に維
持すれば良い。このための、コントローラ７の制御方法
を、図８のフローチャートを用いて以下に説明する。

【００１７】電源を投入すると（Ｓ１）、コントローラ
７はコンプレッサ１０を始動し（Ｓ２）、流量調節弁１
６を全開とする（Ｓ２）。そして、設定器７ｂに設定さ
れている揚水量Ｑ4に対応したコンプレッサ１０の吐出
圧力Ｐ4をデータ記憶部７ａから読み込む（Ｓ３）。次
に、圧力センサ２１からの出力信号Ｐと、Ｐ4から微小
な値△Ｐを減算した（Ｐ4−△Ｐ）とを比較し（Ｓ
４）、Ｐ≧（Ｐ−△Ｐ）を満足していない場合は、流量
調節弁１６を閉方向に駆動し（Ｓ５）、Ｓ４へ戻る。Ｐ
≧（Ｐ4−△Ｐ）を満足した場合は、流量調節弁１６の
駆動を停止する（Ｓ６）。次に、Ｐと、Ｐ4に微小な値
△Ｐを加算した（Ｐ4＋△Ｐ）とを比較し（Ｓ７）、Ｐ
≦（Ｐ＋△Ｐ）を満足していない場合は流量調節弁１６
を開方向に駆動し（Ｓ８）、Ｓ７に戻る。Ｐ≦（Ｐ4＋
△Ｐ）を満足した場合は、Ｓ４へ戻り、Ｐ＝Ｐ4と設定
された場合には、Ｓ４−Ｓ６−Ｓ７−Ｓ４を繰り返して
いるため、流量調節弁１６の駆動は停止したまま（弁の
開度は一定のまま）となり、圧力Ｐ4を維持する。 こ
の結果、空気圧力Ｐを、Ｐ4±△Ｐの範囲とすることが
でき、従って空気流量Ｖ4も一定の範囲内に維持されて
いるため、揚水量Ｑ4も維持される。

【００１８】上記実施例によれば、空気噴出管２４の下
端近傍の空気噴出孔２６からリフト管２２の下部近傍に
空気を噴出して、リフト管２２内でエアリフトを生じさ
せ、リフト管２２内の処理水をリフト管２２の上端から
流出孔１４を介して湖沼２に流出させることができる。
この処理水の流出により湖沼２の被処理水３を外体８の
集水孔９から処理層２０を構成する安価な木炭１９に担
持された好気性微生物にて浄化処理を行いつつ、処理層
２０を通過した処理水を流入孔１８から集水管９内に集
水し、エアリフトを生じているリフト管２２の流入孔２
３から流入させ、順次湖沼２の被処理水３を浄化処理す
る。このような動作により被処理水３を処理層２０に流
入させる送水と、好気性微生物への空気の供給および湖
沼２の溶存酸素の維持による魚などの生態系の維持が簡
便な構造で容易にでき、設備コストを低減できるととも
に運転コストを低減でき、被処理水３の浄化処理を容易
で安価に行うことができる。

【００１９】また、浮体５にて湖沼２に浮かせるのみ
で、湖沼２の水域外の陸地などに別途設置するスペース
を必要とせず、施工性を向上できるとともに、湖沼２外
への装置の設置による美観の損傷も防止でき、湖沼２の
みならずダムや貯水池、堀、運河、水槽など、何れの水
域をも対象とすることができる。さらに、水面近傍に特
に多く発生するアオコ等の藻類を効率よく除去でき、清
澄度を向上できるとともに、湖沼２の被処理水３の還流
により、アオコに多量に含まれた酸素を湖沼２全体に還
流でき、湖沼２の自浄作用も活性化できる。また、処理
層２０を構成する浄化処理ユニットをパッケージ状に形
成して脱着自在に取り付けるため、浄化処理ユニット４
の量産が可能となり、生産性が向上できるとともに、水
質浄化装置本体１の保守管理が容易となる。

【００２０】そして、木炭１９は、気孔率および比表面
積がきわめて大きく、さらに好気性微生物の生化学反応
に必要なナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、カルシ
ウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、銅
（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）などの元素を含有しているた
め、木炭１９の単位重量当たりの好気性微生物の担持量
が増大し、好気性微生物を良好に担持でき、浄化処理効
率を向上することができる。また、木炭１９は、気孔径
が活性炭より大きく、担持される好気性微生物により気
孔が閉塞されることも抑制できるとともに、活性炭に担
持可能なバクテリアやプランクトン等の微生物のほか
に、微小動物などの好気性微生物も担持でき、浄化処理
効率を向上することができる。さらに、湖沼２に好気性
微生物が分解できない無機農薬や充分処理されていない
工場排水などが誤って流入しても、木炭１９に吸着され
湖沼２の生態系を破壊することも防止できる。

【００２１】図３は、第二の実施例を示す水質浄化装置
の構成図である。第２実施例において、第１実施例と共
通の構成には同一符号を付し説明を省略する。図３にお
いて、符号４１は集水管１７の内部に収容された３本の
リフト管で、このリフト管は、例えば、塩化ビニル製の
円筒状で長さが集水管より若干短く、集水管１７内に集
水管１７の内周面と所定の間隔を介して、一端が取付板
４４の流出孔４５に連続して取り付けられ、下端が集水
管１７内の被処理水３が流入するように流入孔４２が開
口するように集水管１７内に収容され、浄化処理ユニッ
ト４が形成されている。さらに、リフト管４１の３本の
それぞれの内部には、一端がリフト管４１の下端近傍に
位置し、他端が取付板４４の流出孔４５を介して上方に
突出するように、空気噴出管４３が取付金具４６にて取
付板４４に取り付けられている。そして、この空気噴出
管４３は、下端近傍の周面に空気噴出孔４６が複数穿設
されている。また、３本の空気噴出管４３の上方に突出
する上端には、それぞれ連結管４８が接続されて空気噴
出管４３が連結されている。

【００２２】このような３本のリフト管４１を用いた水
質浄化装置について、空気噴出管４３から噴出される空
気量とエアリフトによりリフト管４１を上昇する揚水量
の関係を図２を用いて説明する。第２実施例において、
コンプレッサから供給された空気は連結管４８を介して
３本の空気噴出管に分けられ、空気噴出管４３の下端に
設けた空気噴出孔４７からリフト管４１内の下部近傍に
噴出される。このとき、コンプレッサから供給された空
気量が図２中のＶ2であるとすると、３本の空気噴出管
のそれぞれの１本に供給される空気量は、Ｖ2／３（＝
Ｖ0）となる。このときのそれぞれの１本ずつの揚水量
は図２よりＱ0となる。さらに、リフト管が３本あるの
で揚水量は、Ｑ2ｘ３（＝Ｑ2’）となり、第一実施例の
ようにリフト管を一本のみ用いる場合の揚水量、Ｑ2と
比較して、より大きな揚水量を得ることができる。

【００２３】すなわち、第２実施例のような構造にする
ことにより、同一の空気量でより大きな揚水力が得られ
るので、エアリフトを効率よく動作させることができ
る。また、上記実施例においては、リフト管および空気
噴出管３本とした場合について説明したが、３本でなく
ともリフト管および空気噴出管を複数設置することによ
って、同様にそれぞれのリフト管を空気圧力、または空
気量と揚水量とが比例する範囲で作動することができ、
同じ空気量でより高い揚水量を得ることができる。

【００２４】図４、図５は、第３実施例で、図４は４本
のリフト管を集積した水質浄化装置の構成を示す概略構
成図であり、図５は図４の装置のＡ−Ａ断面図である。
第３実施例において、第１実施例と共通の構成には同一
の符号を付し説明を省略する。図４および図５に示すよ
うに、本実施例の装置は、一本の大口径の集水管１７の
内部に、同軸状に一本の大径のリフト管を設け、このリ
フト管を仕切板５９によって複数の流路（図４は４分割
の例）に分割し、それぞれの流路に空気噴出手段を設け
ている。すなわち、図４および図５に示すように、大口
径のリフト管１７は、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ
に区分し、その各部分に、空気噴出管５３ａ、５３ｂ、
５３ｃ、５３ｄを設け、仕切られた部分をそれぞれリフ
ト管とした構造としている。この構造は、図３の３本の
リフト管に変えて複数本のリフト管が集積され、図３の
場合と同様に、１つのコンプレッサから供給された空気
は連結管５８を介して複数本の空気噴出管５３ａ・・・
に分けられ、各空気噴出管の下端付近に設けられた空気
噴出孔５７から各リフト管５１内の下部近傍に噴出され
る。

【００２５】この結果、エアリフトにより集水された処
理水３は処理層２０を流過、処理された後、集水管１７
を通過してリフト管５２内を上昇する。こうして処理さ
れた処理水は、流出孔５５に集められ、湖沼２に流出す
る。第３実施例の場合も第２実施例と同様に、それぞれ
の空気圧力ないし空気量と揚水量とは比例関係にある範
囲が用いられ、揚水量を向上させることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の水質浄化
装置によれば、次のような効果がある。 （１） 本発明の装置は、リフト管下部に空気を噴出し
てエアリフトを生じさせて、被処理水を処理層に流入さ
せる送水と、好気性微生物への空気の供給および処理水
域の溶存酸素の維持と、を同時に行うことが可能な簡便
な構造の水質浄化装置である。 （２） フロートにより処理水域中に設置するため、別
途設置スペースを準備する必要がなく、施工性を向上で
きる。 （３） 空気噴出管から噴出される空気量と、エアリフ
トによりリフト管を上昇する揚水量が直線関係にある範
囲で運転するため、エアリフトの効率を向上させること
ができる。 （４） リフト管および空気噴出管を複数設置すること
により、同一の空気量、同一の消費電力でより大きな揚
水量が得られ、エアリフトの効率を向上させることがで
きる。その結果、高い浄化処理能力、浄化効率がえられ
る。 （５） 運転の制御に用いられるコントローラは、コン
プレッサの吐出圧力を常に一定に保つように制御するた
め、コンプレッサ部品の磨耗等により吐出圧力が変化し
た場合でも、設定した揚水量が維持できるため、常にエ
アリフトを効率良く作動できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例の水質浄化装置の概略
の構成を示す概略構成図である。

【図２】 本装置の空気噴出管から噴出される空気量と
エアリフトにによりリフト管を上昇する揚水量との関係
を示す図である。

【図３】 本発明の第２実施例の概略の構成を示す概略
構成図である。

【図４】 本発明の第３実施例の概略の構成を示す概略
構成図である。

【図５】 本発明の第３実施例のＡ−Ａ断面を示す断面
図である。

【図６】 本発明の水質浄化装置の空気供給装置の概略
の構成を示す図である。

【図７】 空気供給用コンプレッサの吐出圧力と空気流
量との関係を示す図である。

【図８】 本発明の空気供給装置の制御方法を示すフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

１ 水質浄化装置本体 ３ 被処理水 ７ 制御部（コントローラ） １７ 集水管 ２０ 処理槽 ２４ 空気噴出手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理水が流通可能な集水管と、 集水管内に設けられ空気の噴出により集水管内の被処理
   水を上昇させる空気噴出手段と、 集水管の周囲に設けられ被処理水処理する処理層とを設
   けた水質浄化装置において、 前記空気噴出手段の噴出空気量とこの空気による被処理
   水の揚水量とが比例する範囲で、前記空気噴出手段を制
   御する制御部を設けたことを特徴とする水質浄化装置。
2. 【請求項２】 空気噴出手段は集水管内に複数設けられ
   たことを特徴とする請求項１に記載の水質浄化装置。