JPH11114593A

JPH11114593A - 水処理方法

Info

Publication number: JPH11114593A
Application number: JP28084497A
Authority: JP
Inventors: Makoto Hosoya; 誠細谷
Original assignee: OFFICE HOSOYA KK
Current assignee: OFFICE HOSOYA KK
Priority date: 1997-10-14
Filing date: 1997-10-14
Publication date: 1999-04-27

Abstract

(57)【要約】【課題】水槽の水、家畜用や人間用の飲料水や洗浄
水、農業、畜産業若しくは工業廃水等に溶存する酸化物
を還元除去するようにして良好な水質維持を図るように
した。【解決手段】水中に酸素濃度の低い貧酸素領域を形成
し、上記貧酸素領域内における溶存酸素量の少ない環境
下において着床する従属栄養細菌群に有機炭素源を供給
することにより、上記従属栄養細菌群の活性化を促進し
て水中に存在する酸化物、最終酸化物を脱窒素等の還元
作用によって無害なガスに変換させ、もって継続的に生
成される水中の酸化物を恒久的に還元作用を促して水質
を改善するようにしたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般家庭や業務用
として使用する観賞魚用の水槽、営業用として使用する
活魚用の水槽若しくは水族館等に設置されている大規模
な水槽、あるいは庭園やゴルフ場等に設置してあって魚
を飼育している池等において貯溜する水の水質を長期的
に良好に維持したり、家畜用や人間用の飲料水、洗浄水
等に供する一般用水や井戸水等に溶存している硝酸態窒
素等の最終酸化物、亜硝酸態窒素等の酸化物が溶存して
いる場合の脱窒素を作用させたり、農業、畜産業若しく
は工業排水等に溶存する酸化物、最終酸化物等を還元処
理するための水、若しくは海水、汚損水、工業用水、処
理水等の水処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】小規模若しくは大規模な家庭用の水槽、
営業用の水槽、あるいは貯溜池等において、水中に存在
している餌残や水中生息体の排泄物等の有機廃物は、好
気性微生物群の代謝機能により酸化交代され、亜硝酸態
窒素、硝酸態窒素、硫酸塩やりん酸塩等の酸化物若しく
は最終酸化物として水中に蓄積する。そして、これらの
酸化物質が水中に蓄積すると、水の富栄養化を招いて藻
や苔の発生を促進し、水質汚損や水質の悪化の原因とな
るばかりでなく、ＰＨ値が低下して酸性側に移行するこ
とがある。このため、水中での生息体の飼育に著しい障
害となるばかりでなく、自然環境内において水環境維持
での大きな妨げとなる。したがって、水中に生息体の排
泄物や残餌が存在したり水質が変化しても、水中の生息
体を長期間安定して飼育できるように水質管理すること
はきわめて重要なことである。また、家畜用や人間用の
飲料水や洗浄水等に供する一般生活水や井戸水等や、農
業用、畜産業用若しくは工業排水等に溶存する酸化物、
最終酸化物を脱窒素等により還元除去して浄化すると、
その処理水は多目的に使用できて価値を著しく高めるこ
とになる。従来では、最も簡単な水の浄化方法として
は、濾過装置を介在させた循環系にポンプ等を使用して
水を通過させ、濾過装置を通過する水を濾過して浄化し
ている。しかし、この方法では水中に存在する微細な汚
染物や酸化物を濾過装置で除去しているだけであるか
ら、水質の本質的な改善ではない。また、好気性及び嫌
気性微生物の作用を利用して水を生物学的に浄化する方
法が特開平１−２８１１９８号公報に記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そして、前記した従来
の水の浄化方法は、水槽の内部または外部に専用の濾過
スペースを設けて空間を形成するとともに、濾過スペー
スの中にウールマットやフィルタースポンジ等の物理的
濾過材を用いて浸透濾過を行うか、活性炭等の化学濾過
材を用いて吸着濾過を行うか、生物学的水浄化方法を用
いて微生物の代謝交代により毒性物質から、より毒性の
低い化学種への物質交代を促す方法がとられているが、
これら従来の生物学的水浄化方法は好気性微生物のみが
占有するに適する濾過材を用いて好気性微生物が占有す
るに適した酸素含有量の多いゾーンを形成する構成であ
る。しかし、物理濾過法や化学濾過法では、物理濾過材
の目詰まりによる濾過能力の減退や化学吸着濾過材の吸
着限界による濾過能力の減退から長期の水質維持は極め
て困難である。また、好気性微生物の代謝交代を中心と
した構成での生物学的水浄化方法では、濾過材に着床す
る好気性微生物（独立栄養細菌群）の代謝系で行われる
溶質（有機廃物）の物質交代が酸化方向のみに片寄るの
で、生成される酸化物質が水中に蓄積することにより、
良好な水質を長期的に維持することや長期的な水浄化作
用を行うことが出来ず、強いては大きな労力を要する頻
繁な水替えが必要となる。したがって、水中、海水中若
しくは汚損水中に存在する酸化物質を脱窒素等により還
元して無害なガスを放出するようにすれば、魚類等の水
中生息体の飼育用の水を頻繁に交換するという著しい労
力を要することなく、きわめて長期間魚類の飼育に最適
な状態の水質を維持することが出来ることから、養魚業
界において有効である。また、家畜用や人間用の飲料水
や洗浄水等に供する一般生活水や井戸水等に硝酸態窒
素、亜硝酸態窒素等の酸化物、最終酸化物が溶存してい
る場合の脱窒素、同じく農業、畜産、工業排水等に溶存
する酸化物、最終酸化物を還元除去するための給排水処
理等についてもきわめて有効である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は前記した従来の
欠点に鑑み、また上記した本発明の目的を達成させるた
めに提案されたもので、水中に酸素濃度の低い貧酸素領
域を形成し、上記貧酸素領域内における溶存酸素量の少
ない環境下において着床する従属栄養細菌群に有機炭素
源を供給することにより、上記従属栄養細菌群の活性化
を促進して水中に存在する酸化物、最終酸化物を脱窒素
等の還元作用によって無害なガスに変換させ、もって継
続的に生成される水中の酸化物を恒久的に還元作用を促
して水質を改善するようにしたことを特徴とする。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を詳細
に説明する。本発明の水処理方法は、第１処理過程とし
て、処理の対象となる生息体が飼育されている淡水や海
水、または一般生活水や井戸水、農業用、畜産用、工業
用等に使用する汚損水、貯溜水等の水中に酸素濃度の低
い貧酸素領域を形成する。一般に、酸素は気体であるか
ら水に溶解しにくい性質を持ち、溶存酸素量には限界が
ある。水に酸素が溶存する最大量を溶存酸素飽和点とい
い、この飽和点は淡水、海水により異なるし、また水の
ＰＨ値、硬度、水温等のファクターによっても相違す
る。例えば、水温が２５℃の場合、水道水のような淡水
での飽和点は８．１ｐｐｍ、海水の飽和点は７ｐｐｍで
ある。また、淡水の場合、５℃での飽和点は１２．４ｐ
ｐｍ、１０℃では１０．６ｐｐｍ、１５℃では９．８ｐ
ｐｍ、２０℃では８．８ｐｐｍ、３０℃では７．５ｐｐ
ｍであり、水温によって上記のとおりある程度相違す
る。本発明における前記貧酸素領域は、上記溶存酸素飽
和点において３０％以下に達している水中の一部を指す
のが最も望ましく、例えば２５℃の淡水においては溶存
酸素量が概略２．４ｐｐｍ以下の水中の部分をいう。ま
た、一般的には水中での溶存酸素量が０の場合、水の酸
化、還元状態を追跡することが困難になるため、貧酸素
領域内に酸素の与えている影響を酸化還元電位（ＯＸＹ
ＧＥＮＲＥＤＵＣＴＩＯＮＰＯＴＥＮＴＩＡＬ略
称ＯＲＰ）により判断することができる。通常の河川、
池、海等の自然界に存在している水のＯＲＰは３６０〜
４３０ｍＶで、本発明ではＯＲＰが２００ｍＶ以下であ
れば貧酸素領域に該当すると認められる。本発明におい
て、処理をする水が一般家庭若しくは業務用の観賞魚用
あるいは活魚用の水槽、又は水族館に設置されている大
規模な水槽等のように、魚類等の水中生息体の飼育用の
水槽の内部に貯溜している水であれば、貧酸素領域を形
成する第１の例として、水槽の底部に水の特性に変化を
与えない砂を５〜２０ｃｍ程度の厚さに敷き、この砂層
の下方部分に水流の停滞域を形成する。水槽の水は、常
に水が循環流して水流が生じているので、上記した停滞
域には水がほとんど通らないか、若しくはごく微量の水
流が発生している状態であるから、貧酸素領域が構成さ
れる。

【０００６】前記水槽の内部に貧酸素領域を形成する第
２の例としては、水槽の底部に微量な水と気体が通過可
能な程度の小孔を適度に開設したハウジングを設け、上
記ハウジングの内部に貧酸素領域を構成する。

【０００７】水槽の内部に貧酸素領域を形成する第３の
例としては、水槽の底部に、上側に好気性領域、下側に
嫌気性領域を形成することができる二重特性の濾過材を
設置し、上記濾過材の表面の好気性領域に着床する好気
性微生物群により、好気性領域を通過する水が酸素消費
されるので、下側の嫌気性領域が貧酸素領域を構成する
ことになる。

【０００８】水槽の内部に貧酸素領域を形成する第４の
例としては、水槽の内部にごく微量の水が循環流するこ
とができるフィルターハウジングを設け、フィルター内
をごく緩やかに水を循環させることによって、ハウジン
グの内部に貧酸素領域を構成することができる。

【０００９】水槽の内部に貧酸素領域を形成する第５の
例としては、水槽の内部底面に敷く底面フィルターの内
部若しくは水通過口の外側に水の停滞域を設け、その停
滞域にごく微量の水を循環させることにより貧酸素領域
を構成することができる。

【００１０】上記した５つの例は、水槽の水中内に貧酸
素領域を構成する場合を示した。しかし、水槽の外部に
貧酸素領域を構成して、水槽内の水を微量に循環させる
こともできる。そのような構成の第１の例としては、水
槽の外部に設置するフィルターハウジングの内部に仕切
りを設けて水がごく微量しか通らない水の停滞域を形成
し、上記停滞域の上面を大気と遮断することにより、貧
酸素領域を構成することができる。

【００１１】水槽の外部に貧酸素領域を構成する第２の
例としては、水槽の外部に設置するフィルターハウジン
グから水槽の内部に水を戻す戻りパイプに、フィルター
を有するバイパスを設けて水槽に戻る水の一部をバイパ
スのフィルターにごく微量だけ通過させ、このバイパス
のフィルターに貧酸素領域を構成するのである。

【００１２】水槽の外部に貧酸素領域を構成する第３の
例としては、水槽の外部に設置するフィルターハウジン
グの内部に、上側に好気性領域、下側に嫌気性領域を形
成することができる二重特性の濾過材を設置し、上記濾
過材の表面の好気性領域に着床する好気性微生物群によ
り、好気性領域を通過する水が酸素消費されるので、下
側の嫌気性領域が貧酸素領域を構成するのである。

【００１３】上記した各例は、水槽の内部若しくは外部
に貧酸素領域を構成する場合を説明した。しかし、処理
する水が浄化処理場等の貯溜水、河川、池、海の水のよ
うに自然界に存在する水中の場合には、水中の底面の土
壌下において、水が微量しか通過しない位置に貧酸素領
域を設定することができる。また、水が存在する部分の
外側に、あるいは水中に定量の水を循環流させることが
できるフィルターハウジングを設置し、ハウジング内の
フィルターをごく緩やかに水を循環流させることによ
り、貧酸素領域を構成することができる。また、処理の
対象となる水が、生活用水、生活排水、農業や畜産業若
しくは工業での排水の場合であっても、上記と同様にフ
ィルターハウジングを設置することにより、貧酸素領域
を構成することができる。

【００１４】本発明によれば、上記の通り水槽の内部や
外部であっても、若しくは自然界に存在する水の内部や
外部においても、溶存酸素量が少ない環境下の貧酸素領
域を構成することができる。そして、本発明においては
前記貧酸素領域に有機炭素源を供給し、硝酸塩還元細
菌、脱窒素細菌等の従属栄養細菌群を着床させながら生
育させて増殖させるとともに、それら従属栄養細菌群の
活性化を促進するのである。

【００１５】本発明においては、前記有機炭素源とし
て、固形と液体との２種類を例示として提案することが
できる。有機炭素源の第１例としては固形状のもので、
高分子生分解樹脂であるヒドロキシブチレートとヒドロ
キシバリエートとからなる共重合ポリエステルを圧縮成
形加工してなる。上記有機炭素源を圧縮成形加工する場
合は、ただ単に球状若しくは塊状に成形するのではな
く、従属栄養細菌群が着床しやすいように水との接触面
積をきわめて広くするのが望ましい。その具体的一例と
しては、複数枚の薄板材を並列させて構成した２つの半
球体を、薄板材が直交するように径部分で接合してなる
球体、あるいは多数枚のフィンを並列させてなる角柱体
等の形状のものを前記貧酸素領域に埋設状に設置する
と、前記従属栄養細菌群が着床しやすいし、また従属栄
養細菌群がエネルギー源として消費しやすくなる。高分
子生分解樹脂としては、主成分が上記共重合ポリエステ
ルのものに限定されず、例えばポリカプロラクトン、ポ
リブチレンサクシネート／アジペート、ポリエチレンサ
クシネート、ポリ乳酸、ポリ乳酸ポリエステル、４−ヒ
ドロキシ酪酸、γ−ブチロラクトン、１，４−ブタンジ
オール、１，６ヘキサンジオール、４−クロロ酪酸等を
主成分とする樹脂も使用することができる。

【００１６】また、有機炭素源の第２例としては液状の
ものであって、天然多糖類の高分子炭素源を、脱酸素処
理した純水中に溶解させるとともに、セルロース等を凝
集除去処理した液である。ここで、天然多糖類の高分子
炭素源を脱酸素処理した純水中に溶解させるのは、主と
して酸素と炭素源及び他の化学種の各々との純化学的な
反応を防ぐためであり、また、セルロース等を凝集除去
するのは、セルロース等が従属栄養細菌群の代謝機能で
ある脱窒素等の還元作用の活性を阻害する可能性がある
からである。本発明において、天然多糖類としては、シ
ョ糖、果糖、ブドウ糖、マンナン等のデンプン系の高分
子炭素源、その他あらゆる種類の天然多糖類を使用する
ことができる。そして、前記貧酸素領域には、上記した
液状の有機炭素源を定量的に供給するのであるが、液状
の有機炭素源を貧酸素領域に供給するには、有機炭素源
を水中に滴下して貧酸素領域にまで沈降させたり、貧酸
素領域に直接注入することができる。また、液状の有機
炭素源をアンプル状のボトルに収納し、このボトルを水
中の貧酸素領域に近い位置にセットして、ボトルに形成
した微細な穴（例えば径が１ｍｍ以下）から、定量的
（例えば１日に１ミリリットル以下）に貧酸素領域に供
給して浸透させる方法が本発明においてはきわめて有効
である。

【００１７】本発明によれば、前記のとおり水中に前記
の貧酸素領域を構成して固形状の、若しくは液状の有機
炭素源を供給することにより、貧酸素領域に着床する従
属栄養細菌群がエネルギー源として上記有機炭素源を消
費することにより増殖する。しかも、従属栄養細菌群が
生存するためには酸素が必要であるが、酸素濃度の低い
貧酸素領域に生息するため、酸素が欠乏状態である貧酸
素領域で呼吸に要する酸素を硝酸塩若しくは亜硝酸塩等
の酸化物、最終酸化物から吸収して脱窒素等の還元作用
を活性化させることができる。したがって、水槽であれ
ば水中に存在する生息体の排泄物や残餌、その他の有機
廃物が、また、自然界に存在する池、処理水、工業用水
等であれば水中に存在する無数種類の有機廃物が、好気
性微生物群の代謝機能により酸化交代されて亜硝酸態窒
素、硝酸態窒素若しくは硫酸塩やりん酸塩等の酸化物、
あるいは最終酸化物として溶存して水質悪化の要因とな
るが、本発明では、水中の前記貧酸素領域に有機炭素源
を供給することにより、着床する従属栄養細菌群を活性
化させて脱炭素等の還元作用を著しく高め、前記酸化
物、最終酸化物を無害なガスに恒久的に変換して、長期
的に水質を改善するのである。そして、水槽内の水、自
然界に存在する水は流れが発生しているので、貧酸素領
域に微量しか流れたり循環しないが、少しでも水が通過
したり循環流することにより、その水に含まれる酸化物
あるいは最終酸化物が従属栄養細菌群の還元機能により
無害なガスに変換するので、ある程度の期間の経過によ
り水槽や貯溜水の水質を確実に改善することができる。

【００１８】上記水質の改善に基づく従属栄養細菌群の
還元作用による基本的プロセスは以下のとおりと認めら
れる。水中に溶存する硝酸塩（２ＮＯ3 ）−（従属栄養細菌
群）→窒素ガス（Ｎ2 ）＋酸素（３Ｏ2 ）

【００１９】上記還元作用にはさまざまな経緯がある
が、実際には異化型還元作用が行われている場合が多
い。この異化型還元作用の代表的なプロセスは以下のと
おりの２種類と認められる。１）硝酸塩（ＮＯ3 ）→亜硝酸塩（ＮＯ2 ）→酸化窒素
（ＮＯ）→酸化第二窒素（Ｎ2 Ｏ）→窒素ガス（Ｎ2 ）

【００２０】以下に本発明を実施例により詳細に説明す
る。しかし、本発明は下記の実施例に限定されるもので
はなく、特許請求の範囲に記載した構成を変更しない限
りどのようにでも実施することができる。

【００２１】［実施例１］比重１．０２０の人工海水を
水槽の内部に５０リットル供給し、水槽の上部に設置し
たフィルターハウジングの内部に好気性及び嫌気性の環
境を作り上げることができる二重特性を有する濾過材を
収納し、上記濾過材の表面に着床した好気性微生物群に
より酸素が消費された水を濾過材の内部に浸透させて貧
酸素領域を形成した。水槽の水中に１０匹の蟹（全長４
〜５センチの磯蟹）を生息させた状態で、貧酸素領域に
有機炭素源を供給しないで水中の窒素系化学種の移行状
態を測定したら、下記の表１のとおりであった。

【００２２】

【表１】

【００２３】上記の表１から明らかなように、水中での
酸化物である硝酸態窒素が、貧酸素領域に着床した従属
栄養細菌群により減退し、日数の経過により従属栄養細
菌群が増殖して減退していくことが明らかになった。

【００２４】［実施例２］比重１．０２０の人工海水を
水槽の内部に５０リットル供給し、水槽の上部に設置し
たフィルターハウジングの内部に仕切りを設けて水の停
滞域を形成し、その部分に８個の固型の有機炭素源を置
き、上記停滞域の上部を５〜８メッシュの人工砂で覆っ
て大気と遮断することにより、貧酸素領域を形成した。
この貧酸素領域は０．８リットルの容積である。上記水
槽の水中に１０匹の蟹類（全長４〜５センチの磯蟹）を
生息させた状態で、水中の窒素系化学種の移行状態を測
定したら、下記の表２のとおりであった。なお、上記固
型の有機炭素源としては、ヒドロキシブチレートとヒド
ロキシバリエートとからなる共重合ポリエステルを、複
数枚の薄板が縦方向に並列するように圧縮成形加工した
球体で、直径が３０ｍｍである。

【００２５】

【表２】

【００２６】上記の表２から明らかなように、ヒドロキ
シブチレートとヒドロキシバリエートとからなる共重合
ポリエステルを薄板状にして並列するように圧縮成形加
工した球体を貧酸素領域に埋設状に供給すると、従属栄
養細菌群の代謝機能が高まって還元作用が活性化し、水
中の酸化物の値が実施例１と比較して著しく低い値で推
移すること、及び水中に溶存する総窒素の値がゼロにな
るのが、実施例１では３５日以上を要していたが、実施
例２では３５日以下であったこと、等により、実施例１
より水中の酸化物、最終酸化物等の還元作用が著しく活
性化されたものである。

【００２７】［実施例３］底部に厚さ１０ｃｍの砂を敷
いた水槽に比重１．０２０の人工海水を５０リットルだ
け供給し、敷砂の下部に水が微量しか流れない停滞域を
形成して貧酸素領域を構成した。水槽の水中に１０匹の
蟹類（全長４〜５センチの磯蟹）を生息させた状態で、
水の表面から液状の有機炭素源を供給して貧酸素領域に
沈降させ、水中の窒素系化学種の移行状態を測定した
ら、下記の表３のとおりであった。なお、上記液状の有
機炭素源は、天然多糖類の高分子炭素源（椰子の樹液の
濃縮液で、ショ糖、果糖等を豊富に含有するもの）を、
脱酸素処理した純水中に溶解させるとともに、セルロー
ス等を凝集除去処理した液体であり、１週間に１回宛５
ミリリットルの量を水中に供給した。

【００２８】

【表３】

【００２９】貧酸素領域に液状の有機炭素源を供給する
と、前記実施例２と同様に、水中の酸化物、最終酸化物
等の還元作用が著しく活性化されたものである。

【００３０】

【発明の効果】以上で明らかなように、本発明によれ
ば、水中に酸素濃度の低い貧酸素領域を形成し、上記貧
酸素領域内における溶存酸素量の少ない環境下において
着床する従属栄養細菌群に有機炭素源を供給することに
より、上記従属栄養細菌群の活性化を促進して水中に存
在する酸化物、最終酸化物を脱窒素等の還元作用によっ
て無害なガスに変換させ、もって継続的に生成される水
中の酸化物を恒久的に還元作用を促して水質を改善する
ようにしたことを特徴とする。

【００３１】したがって、貧酸素領域に固形状の、若し
くは液状の有機炭素源を供給するだけで、貧酸素領域に
着床する従属栄養細菌群がエネルギー源として消費する
ことにより増殖するばかりでなく、脱窒素等をすること
により、還元作用を活性化させることができる。そのた
め、水中に存在する生息物の排泄物や残餌、その他の有
機廃物が、また自然界に存在する池、処理水や工業用水
等の水中であればあらゆる種類の有機廃物が、従属栄養
細菌群により活性化するので還元作用を著しく増長する
ことにより、前記酸化物や最終酸化物を、無害な窒素ガ
スに恒久的に変換するため、長期的に水質を改善して、
藻や苔の繁茂を防止するばかりでなく、水質を悪化させ
ることがなく、水質管理に著しく貢献することができ、
養魚用の水ばかりでなく、農業用、畜産業若しくは工業
廃水等の浄化にも著しく実用的価値を高めるものであ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水中に酸素濃度の低い貧酸素領域を形成
し、上記貧酸素領域内における溶存酸素量の少ない環境
下において着床する従属栄養細菌群に有機炭素源を供給
することにより、上記従属栄養細菌群の活性化を促進し
て水中に存在する酸化物、最終酸化物を脱窒素等の還元
作用によって無害なガスに変換させ、もって継続的に生
成される水中の酸化物を恒久的に還元作用を促して水質
を改善するようにしたことを特徴とする水処理方法。
【請求項２】従属栄養細菌群に供給する有機炭素源
は、型加工された固形高分子生分解樹脂、天然多糖類の
高分子炭素から生成される液状の高分子炭素源である請
求項１に記載の水処理方法。