原水の浄化方法及びその装置
【課題】リン酸又はリン酸塩の供給するための機構を、硝化バクテリアの作用するゾーンで、十分な除アンモニア性窒素能力を発揮するようになった後は、容易に撤去することができる仮設装置として、よりコンパクトな構造とした原水の浄化方法及びその装置を提供すること。
【解決手段】鉄バクテリアを用いて原水中の除鉄処理を行う除鉄ゾーンＺ１と、該除鉄ゾーンＺ１の下方に形成される硝化バクテリアを用いて原水中の除アンモニア性窒素処理を行う硝化ゾーンＺ２とからなる一次濾過槽２と、原水中の除マンガン処理を行う二次濾過槽３とを備え、周面に吐出孔１０ａを開口し、該吐出孔１０ａを切り込み１１ａを形成した筒状の弾性部材１１で覆うようにしたリン酸又はリン酸塩溶液の供給ノズル１０と、該ノズル１０にリン酸又はリン酸塩溶液を供給するリン酸又はリン酸塩溶液の供給手段４とを備え、前記ノズル１０を一次濾過槽２の硝化ゾーンＺ２に配設する。
【解決手段】鉄バクテリアを用いて原水中の除鉄処理を行う除鉄ゾーンＺ１と、該除鉄ゾーンＺ１の下方に形成される硝化バクテリアを用いて原水中の除アンモニア性窒素処理を行う硝化ゾーンＺ２とからなる一次濾過槽２と、原水中の除マンガン処理を行う二次濾過槽３とを備え、周面に吐出孔１０ａを開口し、該吐出孔１０ａを切り込み１１ａを形成した筒状の弾性部材１１で覆うようにしたリン酸又はリン酸塩溶液の供給ノズル１０と、該ノズル１０にリン酸又はリン酸塩溶液を供給するリン酸又はリン酸塩溶液の供給手段４とを備え、前記ノズル１０を一次濾過槽２の硝化ゾーンＺ２に配設する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原水の浄化方法及びその装置に関し、特に、地下水等（以下、「原水」という場合がある。）に含まれる鉄、マンガン、アンモニア性窒素（ＮＨ４＋−Ｎ）等の飲用に適さない不純物質を除去する際、その除去能力を簡易な方法で向上させ、効率的に処理するようにした原水の浄化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄、マンガン及びアンモニア性窒素等、飲用に適さない不純物質を含んだ地下水に対するこれら不純物質の除去処理方法として化学酸化法とバクテリア法がある。この化学酸化法は、原水に対して塩素と凝集剤注入を行い、凝集沈殿処理を経た後、マンガン砂濾過を行う方法であり、また他方のバクテリア法は原水近傍の土壌中に元々存在する糸状菌の一種であるLeptothrix sp.、Toxothrix sp.、Gallionella sp.などの鉄酸化細菌（鉄バクテリア）、マンガン酸化細菌（マンガンバクテリア）及び硝化細菌（硝化バクテリア）の働きにより、溶解性の鉄、マンガン、アンモニアが酸化され、鉄については水酸化物として細菌表面に不溶化した形で捕捉するようにした方法である。
近年、地下水を原水とする浄水場を中心に、７０〜８０ｍ／日程度もしくはそれ以上の濾過速度で自動運転が可能なバクテリア処理施設が提案されている。
【０００３】
ところで、上記の方法は、どの施設についても溶存酸素の一元的な供給で、鉄、マンガン及びアンモニア性窒素等不純物質の除去を行うものである。しかしながら、個々の物質に作用するバクテリアには最適溶存酸素濃度があり、従来法の場合、個々のバクテリアに最適になるようには溶存酸素濃度を調整できない。例えば、従来法の場合、自然流下などの簡易な曝気方式で溶存酸素供給することが多く、その場合、鉄バクテリアの最適溶存酸素濃度範囲にすることで精一杯であるから、この場合、マンガンバクテリアの最適溶存酸素濃度よりかなり低いため、安定的な除マンガン性能を発揮するまでにかなりの日数、特に限定されるものではないが、例えば、２０〜５０日を要するか、あるいはマンガン（Ｍｎ）の除去に対してほとんど効力を発揮し得ず、さらには、高濃度の鉄（Ｆｅ）、高濃度のマンガン（Ｍｎ）等の水源によっては十分な除マンガン性能を発揮し得ないという問題があった。
【０００４】
また、マンガン除去性能を上げるには溶存酸素濃度を上昇させる必要があるが、その場合一元的なバクテリア生育環境の調整であると、鉄バクテリアの最適溶存酸素範囲よりかなり高い濃度となるため、逆に除鉄性能が低下するという問題があった。
したがって、従来の方式で処理可能なのは、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）負荷が比較的低い原水水質である水源に限定されたり、あるいは除去対象物質が鉄のみという場合に限定されてしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、鉄・アンモニア性窒素の除去の部分と、マンガン除去の部分を分離し、鉄・アンモニア性窒素の除去に関わるバクテリア群と、マンガン除去を行うバクテリアとがそれぞれ要求する各々の最適溶存酸素濃度を設定することによって、高濃度の鉄、マンガン及びアンモニア性窒素によく対応し、最終的な処理水質を良好なものとできるようになった（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
しかし、通水開始当初において、除鉄ゾーン（鉄バクテリア生育ゾーン）の下に発達するはずの硝化ゾーン（硝化バクテリア生育ゾーン）の活性度が不十分でアンモニア性窒素の除去率が順調に進まないという事例があった。この原因について考察を行っていった結果、原水中に含まれるリン分の影響の可能性が考えられた。
地下水中にはわずかではあるがリン化合物が含まれている。このリン化合物が同じ地下水中に含まれるアンモニア性窒素の酸化にとって大きな働きをする。
すなわち、バクテリア法除鉄においては地下水中のリン濃度が十分に高ければ、鉄バクテリアによるＦｅ（II）の酸化によって生成するオキシ水酸化鉄の生成ゾーンにかなりのリン化合物が取り込まれながらも、より下層の硝化ゾーンで硝化が十分起こる濃度に到達し、その結果、アンモニア性窒素は除去されていく。
【０００７】
一方、地下水中のリン化合物濃度が低い場合、もしくは除鉄ゾーンでのリン化合物の消費が著しい場合には、当然のことながらこのようなリン不足になる例はかなりの確率で見られ、何らかの対策が必要であると考えられる。
そうしなければ、塩素剤によるアンモニア性窒素の酸化などを行う別のアンモニア性窒素の除去工程が必要になり、浄水処理施設建造コストの増大に直結する。
鉄バクテリア処理槽内でのアンモニア性窒素の除去が不振であった例について、念のために除鉄ゾーン直下のリン化合物濃度を測定したところ、表１に示すように、リン化合物濃度は著しく低濃度であった（濾層表面からの高さ６０ｃｍに相当）。
【０００８】
【表１】
【０００９】
このことは、硝化バクテリアの活性度が低いか、又は菌数が少ないままであることを意味し、したがって原水中のアンモニア性窒素が十分に除去されず、その結果、塩素要求量の変動が大きいままであるので、除鉄処理より下段の工程での塩素剤注入の管理が難しくなることを意味している。
浄水処理では、このようなアンモニア性窒素の残留に起因する塩素要求量の変動は忌み嫌われるものである。
そのため、このような悪い特性をかかえた除鉄処理システム自体が受け入れられなくなる懸念もある。
【００１０】
かかる問題に対処するために、本発明者等が先に提案した原水の浄化方法は、鉄バクテリアを用いて原水中の除鉄処理を行うとともに、除マンガン濾材を用いて原水中の除マンガン処理を行う原水の浄化方法において、鉄バクテリアを用いて原水中の除鉄処理を行う除鉄ゾーンと、除鉄処理の後段で除マンガン濾材を用いて原水中の除マンガン処理を行う除マンガンゾーンとの間の硝化ゾーンにリン酸又はリン酸塩を添加し、硝化バクテリアによるアンモニア性窒素の除去能力を向上させるようにしている（特許文献２参照）。
【００１１】
これによって、鉄バクテリアによる除鉄の直後の段階から硝化バクテリアによる原水中のアンモニア性窒素の酸化（硝化反応）を順調に進行させ、これにより、水源によりわずかなリン酸イオンしか含まない場合でも、アンモニア性窒素の除去を確実に行うことが可能となり、塩素剤の注入率の管理等、システムの維持管理が容易になった。
【００１２】
そして、この原水の浄化方法を使用する実際の装置では、リン酸又はリン酸塩を供給するための機構として、図７に示すように、濾材の圧力と水流に耐え、しかも抵抗の少ない断面形状が凸レンズ型の中空管５０を格子状に結合し、互いに液体（リン酸又はリン酸塩溶液）が通導連絡できるように構成し、原水中の鉄分がほとんど除去完了する部分に、グリッド固定枠５１により一次濾過槽２に固定するようにしている。
そして、このような格子状の中空管５０の数ヶ所に、外部からの水や異物の管内浸入を防ぐようにしたリン酸又はリン酸塩溶液の濾材への注入口を設け、リン酸又はリン酸塩溶液の供給手段（薬注設備）と連結し、硝化バクテリアの作用するゾーンに対して片寄りなく拡散され、スムーズなアンモニア性窒素の除去が達成され、アンモニア性窒素除去性能を発揮するまでの運転立ち上げ期間を短縮させることができるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００７−６１８０９号公報
【特許文献２】特開２００９−２７４０２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、上記原水の浄化方法を使用する実際の装置におけるリン酸又はリン酸塩を供給するための機構は、図７に示すように、大きく複雑な形状の構造物となるため、その製作や設置にかなりの費用を要し、設備全体の費用が高騰するという問題があった。
また、その後の実験による検討により、リン酸又はリン酸塩の供給は、運転開始初期の立ち上げ時の比較的短期間のみで、スムーズなアンモニア性窒素の除去効果が得られることが明らかとなり、硝化バクテリアが増殖及び活性化し、十分な除アンモニア性窒素能力を発揮するようになった後は、リン酸又はリン酸塩の供給機構を撤去することが好ましいことが判明したが、従来のリン酸又はリン酸塩を供給するための機構は、大きく複雑な形状の構造物のため、撤去作業が容易に行えないという問題もあった。
【００１５】
本発明は、上記従来の原水の浄化方法及びその装置が有する問題点に鑑み、リン酸又はリン酸塩の供給するための機構を、硝化バクテリアの作用するゾーンで、十分な除アンモニア性窒素能力を発揮するようになった後は、容易に撤去することができる仮設装置として、よりコンパクトな構造とした原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】
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明の原水の浄化方法は、鉄バクテリアを用いて原水中の除鉄処理を行うとともに、硝化バクテリアを用いて原水中の除アンモニア性窒素処理を行った後、原水中の除マンガン処理を行う原水の浄化方法において、硝化バクテリアによる除アンモニア性窒素処理を行う硝化ゾーンに、周面に吐出孔を開口するとともに、該吐出孔を切り込みを形成した筒状の弾性部材で覆ったリン酸又はリン酸塩溶液の供給ノズルを位置させて、硝化ゾーンにリン酸又はリン酸塩を供給するようにしたことを特徴とする。
【００１７】
また、上記方法に使用する本発明の原水の浄化装置は、鉄バクテリアを用いて原水中の除鉄処理を行う除鉄ゾーンと、該除鉄ゾーンの下方に形成される硝化バクテリアを用いて原水中の除アンモニア性窒素処理を行う硝化ゾーンとからなる一次濾過槽と、原水中の除マンガン処理を行う二次濾過槽とを備えた原水の浄化装置において、周面に吐出孔を開口し、該吐出孔を切り込みを形成した筒状の弾性部材で覆うようにしたリン酸又はリン酸塩溶液の供給ノズルと、該ノズルにリン酸又はリン酸塩溶液を供給するリン酸又はリン酸塩溶液の供給手段とを備え、前記ノズルを一次濾過槽の硝化ゾーンに配設したことを特徴とする。
【００１８】
また、同じ目的を達成するため本第２発明の原水の浄化方法は、鉄バクテリアを用いて原水中の除鉄処理を行うとともに、硝化バクテリアを用いて原水中の除アンモニア性窒素処理を行った後、原水中の除マンガン処理を行う原水の浄化方法において、硝化バクテリアによる除アンモニア性窒素処理を行う硝化ゾーンに、リン酸イオンを結合させた濾材を配設し、原水中に含まれるイオンとのイオン交換作用によって硝化ゾーンにリン酸イオンを放出するようにしたことを特徴とする。
【００１９】
また、上記方法に使用する本発明の原水の浄化装置は、鉄バクテリアを用いて原水中の除鉄処理を行う除鉄ゾーンと、該除鉄ゾーンの下方に形成される硝化バクテリアを用いて原水中の除アンモニア性窒素処理を行う硝化ゾーンとからなる一次濾過槽と、原水中の除マンガン処理を行う二次濾過槽とを備えた原水の浄化装置において、硝化ゾーンに、リン酸イオンを結合させた濾材を配設したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本第１発明の原水の浄化方法及びその装置によれば、硝化バクテリアによる除アンモニア性窒素処理を行う硝化ゾーンに、周面に吐出孔を開口するとともに、該吐出孔を切り込みを形成した筒状の弾性部材で覆ったリン酸又はリン酸塩溶液の供給ノズルを位置させて、硝化ゾーンにリン酸又はリン酸塩を供給するようにし、特に、ノズル先端を尖頭形状にすることにより、硝化ゾーンへの供給ノズルの差し込みや引き抜きを容易に行うことができ、リン酸又はリン酸塩の作用によって、硝化バクテリアが増殖及び活性化し、十分な除アンモニア性窒素能力を発揮するようになった後は、リン酸又はリン酸塩の供給機構を簡単に撤去することができる。
【００２１】
また、本第２発明の原水の浄化方法及びその装置によれば、硝化バクテリアによる除アンモニア性窒素処理を行う硝化ゾーンに、リン酸イオンを結合させた濾材を配設し、原水中に含まれるイオンとのイオン交換作用によって硝化ゾーンにリン酸イオンを放出するようにすることにより、リン酸イオンを結合させた濾材に原水を通水させると、結合させていたリン酸イオンが原水中に含まれるイオンとの交換反応によって徐々に原水中へ放出され、硝化バクテリアが増殖及び活性化し、十分な除アンモニア性窒素能力が発揮される。
そして、アンモニア性窒素のほぼ完全な硝化が達成された頃には、リン酸イオンを結合させた濾材からすべてのリン酸イオンが放出されており、その後は、そのまま通常の濾材として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の原水の浄化方法及びその装置の第１実施例を示す概略図である。
【図２】同方法及びその装置に使用するリン酸又はリン酸塩溶液の供給用のノズルを示し、（ａ）は一部切り欠きの平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
【図３】同ノズルの設置例を示す一部切り欠きの斜視図である。
【図４】リン酸又はリン酸塩を原水へ直接添加した場合のアンモニア性窒素の経時変化を示すグラフである。
【図５】アンモニア性窒素の経時変化を示すグラフで、（ａ）はリン酸又はリン酸塩を添加しない場合、（ｂ）はリン酸又はリン酸塩を添加した場合である。
【図６】本発明の原水の浄化方法及びその装置の第２実施例を示す概略図である。
【図７】従来の原水の浄化方法に使用するリン酸又はリン酸塩の供給機構を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の原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】
【００２４】
図１に、本発明の原水の浄化方法及びその装置の第１実施例を示す。
この原水の浄化装置１Ａは、鉄バクテリアを用いて原水中の除鉄処理を行う除鉄ゾーンＺ１と、該除鉄ゾーンＺ１の下方に形成される硝化バクテリアを用いて原水中の除アンモニア性窒素処理を行う硝化ゾーンＺ２とからなる一次濾過槽２と、原水中の除マンガン処理を行う二次濾過槽３とを備え、周面に吐出孔１０ａを開口し、該吐出孔１０ａを切り込み１１ａを形成した筒状の弾性部材１１で覆うようにしたリン酸又はリン酸塩溶液の供給ノズル１０と、該ノズル１０にリン酸又はリン酸塩溶液を供給するリン酸又はリン酸塩溶液の供給手段４とを備え、前記ノズル１０を一次濾過槽２の硝化ゾーンＺ２に配設するようにしている。
【００２５】
具体的には、図１に示すように、地下水源より直接、あるいは地下水を汲み上げて一時的に貯水したタンクＴ１より原水供給ポンプＰ１及び原水供給管５を介して、筒状の筐体２０からなる一次濾過槽２の上部に設けた給水口２Ａへ原水（地下水）を供給する。
二次濾過槽３の上部に設けた給水口３Ａは、一次濾過槽２の下部に設けた排水口２Ｂから配管６を介して、接続されている。
また、原水供給管５及び配管６には、適宜手段によって溶存酸素ＤＯ１及びＤＯ２を供給するようにしている。
この場合、配管６の途中に曝気槽（図示省略）を設け、二次溶存酸素の供給を行ってから二次濾過槽３へ処理水を供給することもできる。
なお、図１に示す具体例は、例えば、工業製品の製造に使用される工業用水の供給用として利用されるものである。
【００２６】
一次濾過槽２は、その内部にアンスラサイト等からなる鉄バクテリア濾過材２１（除鉄ゾーンＺ１）を充填し、その下方に、支持層２３によって支持された砂層からなる硝化バクテリアを用いて原水中の除アンモニア性窒素処理を行う硝化バクテリア濾過材２２（硝化ゾーンＺ２）を充填する。
【００２７】
そして、一次濾過槽２の硝化ゾーンＺ２には、リン酸又はリン酸塩溶液の供給手段４と接続されるリン酸又はリン酸塩溶液の供給ノズル１０を配設するようにしている。
【００２８】
このノズル１０は、その材質を特に限定するものではないが、本実施例においては、濾層への抜き差しの際の変形することのない強度と高い耐蝕性を有するＳＵＳ３１６等からなるステンレスを使用する。
そして、図２に示すように、先端部１０ｂの近傍の周面に吐出孔１０ａを開口する。
吐出孔１０ａの数及び開口位置は、特に限定するものではないが、上下３箇所に、位相を１２０°ずらして開口するようにしている。
吐出孔１０ａは、筒状の弾性部材１１で覆われ、ノズル１０内への外部からの液体や異物の侵入を防止するようにしている。
【００２９】
弾性部材１１は、その材料を、特に限定するものではないが、本実施例においては、伸縮製のある有機高分子膜を使用するようにしている。
そして、弾性部材１１は、取り付けたときに前記吐出孔１０ａと一致しない位置（ずれた位置）に小さな切り込み１１ａを形成する。
切り込み１１ａの数及び開口位置は、特に限定するものではないが、前記吐出孔１０ａと同様に上下３箇所に、位相を１２０°ずらして開口するようにしている。
【００３０】
弾性部材１１は、吐出孔１０ａの開口位置に密着させ、上下をチューブバンド１２で固定する。このとき、ノズル１０の吐出孔１０ａの開口位置の上下に、ノズル１０の外径よりも若干小径となる溝状の段部を形成することによって、チューブバンド１２がノズル１０の外周面から大きく突出することなく、濾層への抜き差しの際にノズル１０から弾性部材１１がずれたり脱落したりすることを防止する。
【００３１】
リン酸又はリン酸塩溶液の供給に際しては、リン酸又はリン酸塩溶液が、ノズル１０の吐出孔１０ａから吐出され、密着している有機高分子膜からなる弾性部材１１とノズル１０の周面との間に満たされた状態となる。
このようになると、有機高分子膜の持つ弾性のゆえに先の切り込み１１ａが少し開くような形になり、外部へ（つまり硝化バクテリア濾過材２２のある方へ）リン酸又はリン酸塩溶液が放出される。
このリン酸又はリン酸塩溶液の供給が停止されると、有機高分子膜はその弾性により液体の出口である切り込み１１ａを塞ぐような形に形状が復元し、外部からの液体や異物の侵入を防ぐ働きをする。
【００３２】
また、ノズル１０の先端部１０ｂは、先の尖った尖頭形状とし、濾層への差し込みや引き抜きが容易となるようにしている。
そして、ノズル１０の他端１０ｃは、外周面に雄ネジ又は内周面に雄ネジを形成し、配管、例えば、ＳＵＳ３１６等のステンレス鋼管からなる配管１３と接続する。
【００３３】
リン酸又はリン酸塩溶液の供給手段４は、リン酸又はリン酸塩溶液を貯留する薬液槽４０、薬液供給ポンプ４１及び薬液供給ポンプ４１と配管１３と接続する薬液供給管４２を備える。
薬液供給管４２は、鋼管を使用するほか、可撓性材料からなるブレードホース等を使用することができる。
ここで、原水に対するリン酸又はリン酸塩の添加量は、後述のように、硝化バクテリアやマンガンバクテリアの菌数を増加させ、かつ、その活性を高める条件を満たす程度で、ごくわずかな量、特に限定されるものではないが、原水に対して、例えば、０．１ｍｇ／Ｌ程度になるように設定する。これによって、最終処理水中のリン酸イオンとしてほとんど検出されることはなく、浄水水質上も安全なものとなる。
【００３４】
そして、リン酸又はリン酸塩溶液の供給手段４のリン酸又はリン酸塩溶液をノズル１０から、除鉄ゾーンＺ１の下部位置に形成した砂層からなる硝化ゾーンＺ２に供給するようにする。
これにより、硝化ゾーンＺ２における硝化バクテリアの増殖及び活性化を図り、硝化バクテリアによるアンモニア性窒素の除去能力を向上させることができ、専用の硝化槽を設ける必要がなくなる。
【００３５】
原水中の除マンガン処理を行う二次濾過槽３は、筒状の筐体３０の上部に設けた給水口３Ａから供給される一次濾過槽２で除鉄及び除アンモニア性窒素処理がなされた一次処理水の除マンガン処理を行うもので、内部に所要のマンガンバクテリア濾過材３１を充填するとともに、下部位置にはマンガンバクテリア濾過処理を行った最終処理水を排水し、最終処理水槽Ｔへ供水するための最終処理水配水管７が接続される配水口３Ｂを備えるようにしている。
【００３６】
また、二次濾過槽３の手前において、わずかな量のリン酸又はリン酸塩が残留するように、ノズル１０からのリン酸又はリン酸塩の注入量を設定することにより、マンガンバクテリアの菌数を増加させ、かつ、その活性を高め、その結果、マンガン除去性能を発揮するのに必要になる溶存酸素濃度を大幅に低下できる。
これにより、リン酸又はリン酸塩を添加しない場合に必要であったＰＳＡなどの高濃度酸素ガス発生機器類や、酸素ガスを効率的に水中に溶解させるためのデバイスが不要となり、比較的簡易な曝気機構で目的の溶存酸素濃度が達成できることから、イニシャルコストの大幅な低減が図られる。
リン酸又はリン酸塩を添加することにより、マンガンバクテリアの適応溶存酸素濃度範囲が拡張されるため、それを保つための維持管理が容易になり、実用上好ましい。
【００３７】
また、ノズル１０からの注入されるリン酸又はリン酸塩の残留が期待できない場合には、リン酸又はリン酸塩を、二次濾過槽３の手前位置で添加することもできる。
【００３８】
除マンガン処理には、マンガンバクテリア濾過材３１を使用するほか、上水道の供給用として利用される水浄化設備等では、塩素剤を含む水でもよいため（水道法では、残留塩素が存在することを要求している。）、一般的な除マンガン濾材を用いて原水中の除マンガン処理を行う除マンガン処理システムを採用することもできる。
【００３９】
リン酸又はリン酸塩溶液の供給ノズル１０を実施設において設置する際には、濾過池面積に応じて、図１に示すノズル１０を、図３に示すように、配管を兼ねた固定枠１４に格子状に等間隔で複数セットしたノズル群として設置することが好ましい。
そして、固定枠１４からノズル１０までの長さを、固定枠１４が、除鉄ゾーンＺ１の表面となるアンスラサイト等からなる鉄バクテリア濾過材２１上に位置するときにノズル１０が硝化ゾーンＺ２に位置する長さとすることによって、固定枠１４が鉄バクテリア濾過材２１上に位置するまでノズル群を濾層に差し込むことで、各ノズル１０が硝化ゾーンＺ２の所定位置に到達し、硝化ゾーンＺ２の全体にリン酸又はリン酸塩溶液が行き渡るようにすることができる。
【００４０】
また、ノズル１０又はノズル１０を複数セットしたノズル群は、濾層への抜き差しが簡単に行えるから、一次濾過槽２での硝化バクテリアの増殖及び活性化が図られ、アンモニア性窒素のほぼ完全な硝化が達成された後は簡単に撤去することができる。
そして、ノズル１０及び配管１３を耐蝕性の高いステンレス材を使用しているから、撤去した後に、別の原水の処理システムにおいて再利用することもできる。
【００４１】
［実験例１］
図４に示すように、原水にリン酸又はリン酸塩溶液を補給するようにした場合、投与したリン酸又はリン酸塩溶液のうちほとんどは除鉄ゾーンで消費されるが、残余のものは除鉄ゾーンＺ１を通過し、硝化ゾーンＺ２へ到達し、硝化バクテリアによる原水中のアンモニア性窒素の酸化（硝化反応）が進むことが確認できた。
しかしながら、硝化の進展度は、図４の原水グラフに示すように、極めて緩慢であり、硝化によるアンモニア性窒素の除去率もさほど高くなっていない。
結論としては、このような除鉄ゾーンＺ１を通過する前にリン酸又はリン酸塩溶液を注入する方法は、リン酸又はリン酸塩溶液の無駄な消費率が高く、効率的な手段とはいえない。
したがって、リン酸又はリン酸塩溶液の注入位置は、本発明で示したように、鉄バクテリア濾過工程において除鉄がほぼ完了した位置の濾層内（硝化ゾーンＺ２）に設定することが好ましく、これによって、鉄バクテリアの作用によって生成した鉄酸化物によるリン酸又はリン酸塩溶液の無効な消費を防ぐことができる。
除鉄がほぼ完了した濾層中間部（硝化ゾーンＺ２の上流側）に注入することによって、硝化細菌（硝化バクテリア）の繁殖のみにリン酸又はリン酸塩溶液が消費される環境を整えることができ、リン酸又はリン酸塩溶液注入点以降の濾層はアンモニア性窒素除去に特化した硝化ゾーンＺ２とすることができる。
【００４２】
［実験例２］
鉄バクテリア濾過槽の運転立ち上げ時において、濾層中間部へのリン酸又はリン酸塩溶液添加の有無による比較実験を行った。
リン酸又はリン酸塩溶液を添加しない場合、原水中のアンモニア性窒素がほぼ完全に除去された状態に至るまでに、図５（ａ）に示すように、４０日程度の運転期間を要したが、リン酸又はリン酸塩溶液を添加した場合、図５（ｂ）に示すように２０日程度で達成することができた。
よって、添加されたリン分によって硝化バクテリアの増殖能力が高まり、アンモニア性窒素の硝化能力向上につながったものと考えられる。
【実施例２】
【００４３】
図６に、本発明の原水の浄化方法及びその装置の第２実施例を示す。
この原水の浄化装置１Ｂは、鉄バクテリアを用いて原水中の除鉄処理を行う除鉄ゾーンＺ１と、該除鉄ゾーンＺ１の下方に形成される硝化バクテリアを用いて原水中の除アンモニア性窒素処理を行う硝化ゾーンＺ２とからなる一次濾過槽２と、原水中の除マンガン処理を行う二次濾過槽３とを備え、硝化ゾーンＺ２に、リン酸イオンを結合させた濾材８を配設するようにした濾材８に結合させたリン酸イオンを、原水中に含まれるイオンとのイオン交換作用によって硝化ゾーンＺ２に放出するようにしている。
【００４４】
具体的には、第１実施例と同様、図６に示すように、地下水源より直接、あるいは地下水を汲み上げて一時的に貯水したタンクＴ１より原水供給ポンプＰ１及び原水供給管５を介して、筒状の筐体２０からなる一次濾過槽２の上部に設けた給水口２Ａへ原水（地下水）を供給する。
二次濾過槽３の上部に設けた給水口３Ａは、一次濾過槽２の下部に設けた排水口２Ｂから配管６を介して、接続されている。
【００４５】
一次濾過槽２は、その内部にアンスラサイト等からなる鉄バクテリア濾過材２１（除鉄ゾーンＺ１）を充填し、その下方に、支持層２３によって支持された砂層からなる硝化バクテリアを用いて原水中の除アンモニア性窒素処理を行う硝化バクテリア濾過材２２（硝化ゾーンＺ２）を充填する。
【００４６】
そして、一次濾過槽２の硝化ゾーンＺ２には、リン酸イオンを結合させた濾材８を配設するようにしている。具体的には、硝化バクテリア濾過材２２の上流の砂層に濾材８を混合するか、又は、上流の砂層を濾材８に置き換えるようにする。
【００４７】
この濾材８は、陰イオン交換能を有する鉄系化合物をケイ砂等の担持体に担持させたものに、あらかじめリン酸イオンを十分結合させたものである。また、これとは別にケイ砂等の担持体に水酸化物イオン供給体を担持させた濾材を混合し、その比率によって鉄系化合物からのリン酸イオンの放出量の制御を行うようにしている。
これを濾材８として使用し原水を通水させると、結合させていたリン酸イオンが原水中の他のイオンとの交換反応によって徐々に原水中へ放出されていき、第１実施例のリン酸又はリン酸塩溶液の供給ノズル１０からのリン酸又はリン酸塩溶液の供給と同様の効果を得ることができる。
また、濾材８は、図６に示すように、硝化ゾーンＺ２の上流に位置するように配設（充填）することによって、リン酸イオンが硝化ゾーンＺ２全体に行き渡り、硝化ゾーンＺ２における硝化バクテリアの増殖及び活性化を図り、硝化バクテリアによるアンモニア性窒素の除去能力を向上させることができ、専用の硝化槽を設ける必要がなくなる。
【００４８】
そして、リン酸イオンの効果によって、一次濾過槽２でのアンモニア性窒素のほぼ完全な硝化が達成された頃には、濾材８からすべてのリン酸イオンが放出されており、その後はそのまま通常の濾材として使用することができる。
この方法及び装置を用いることにより、第１実施例のようなリン酸又はリン酸塩溶液の供給用のノズル１０からなるノズル群の仮設装置を設置したり撤去したりする手間が省けるのが大きな特徴である。
【００４９】
なお、本実施例のその他の構成及び作用は、上記第１実施例と同様である。
【００５０】
以上、本発明の原水の浄化方法及びその装置について、複数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、リン酸又はリン酸塩溶液の供給ノズルとリン酸イオンを結合させた濾材を併用する等、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】
【００５１】
本発明の原水の浄化方法及びその装置は、リン酸又はリン酸塩の供給するための機構を、硝化バクテリアの作用するゾーンで、十分な除アンモニア性窒素能力を発揮するようになった後は、容易に撤去することができるという特性を有していることから、安価で管理が容易な地下水等の原水の浄化システムとして広く好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００５２】
１Ａ 浄化装置
１Ｂ 浄化装置
２ 一次濾過槽
３ 二次濾過槽
４ リン酸又はリン酸塩溶液の供給手段
５ 原水供給管
６ 配管
７ 最終処理水配水管
８ 濾材
１０ リン酸又はリン酸塩溶液の供給ノズル
１０ａ 吐出孔
１１ 弾性部材
１１ａ 切り込み
１４ 固定枠
２１ 濾過材
２２ 濾過材
３１ マンガンバクテリア濾過材
Ｚ１ 除鉄ゾーン
Ｚ２ 硝化ゾーン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原水の浄化方法及びその装置に関し、特に、地下水等（以下、「原水」という場合がある。）に含まれる鉄、マンガン、アンモニア性窒素（ＮＨ４＋−Ｎ）等の飲用に適さない不純物質を除去する際、その除去能力を簡易な方法で向上させ、効率的に処理するようにした原水の浄化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄、マンガン及びアンモニア性窒素等、飲用に適さない不純物質を含んだ地下水に対するこれら不純物質の除去処理方法として化学酸化法とバクテリア法がある。この化学酸化法は、原水に対して塩素と凝集剤注入を行い、凝集沈殿処理を経た後、マンガン砂濾過を行う方法であり、また他方のバクテリア法は原水近傍の土壌中に元々存在する糸状菌の一種であるLeptothrix sp.、Toxothrix sp.、Gallionella sp.などの鉄酸化細菌（鉄バクテリア）、マンガン酸化細菌（マンガンバクテリア）及び硝化細菌（硝化バクテリア）の働きにより、溶解性の鉄、マンガン、アンモニアが酸化され、鉄については水酸化物として細菌表面に不溶化した形で捕捉するようにした方法である。
近年、地下水を原水とする浄水場を中心に、７０〜８０ｍ／日程度もしくはそれ以上の濾過速度で自動運転が可能なバクテリア処理施設が提案されている。
【０００３】
ところで、上記の方法は、どの施設についても溶存酸素の一元的な供給で、鉄、マンガン及びアンモニア性窒素等不純物質の除去を行うものである。しかしながら、個々の物質に作用するバクテリアには最適溶存酸素濃度があり、従来法の場合、個々のバクテリアに最適になるようには溶存酸素濃度を調整できない。例えば、従来法の場合、自然流下などの簡易な曝気方式で溶存酸素供給することが多く、その場合、鉄バクテリアの最適溶存酸素濃度範囲にすることで精一杯であるから、この場合、マンガンバクテリアの最適溶存酸素濃度よりかなり低いため、安定的な除マンガン性能を発揮するまでにかなりの日数、特に限定されるものではないが、例えば、２０〜５０日を要するか、あるいはマンガン（Ｍｎ）の除去に対してほとんど効力を発揮し得ず、さらには、高濃度の鉄（Ｆｅ）、高濃度のマンガン（Ｍｎ）等の水源によっては十分な除マンガン性能を発揮し得ないという問題があった。
【０００４】
また、マンガン除去性能を上げるには溶存酸素濃度を上昇させる必要があるが、その場合一元的なバクテリア生育環境の調整であると、鉄バクテリアの最適溶存酸素範囲よりかなり高い濃度となるため、逆に除鉄性能が低下するという問題があった。
したがって、従来の方式で処理可能なのは、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）負荷が比較的低い原水水質である水源に限定されたり、あるいは除去対象物質が鉄のみという場合に限定されてしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、鉄・アンモニア性窒素の除去の部分と、マンガン除去の部分を分離し、鉄・アンモニア性窒素の除去に関わるバクテリア群と、マンガン除去を行うバクテリアとがそれぞれ要求する各々の最適溶存酸素濃度を設定することによって、高濃度の鉄、マンガン及びアンモニア性窒素によく対応し、最終的な処理水質を良好なものとできるようになった（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
しかし、通水開始当初において、除鉄ゾーン（鉄バクテリア生育ゾーン）の下に発達するはずの硝化ゾーン（硝化バクテリア生育ゾーン）の活性度が不十分でアンモニア性窒素の除去率が順調に進まないという事例があった。この原因について考察を行っていった結果、原水中に含まれるリン分の影響の可能性が考えられた。
地下水中にはわずかではあるがリン化合物が含まれている。このリン化合物が同じ地下水中に含まれるアンモニア性窒素の酸化にとって大きな働きをする。
すなわち、バクテリア法除鉄においては地下水中のリン濃度が十分に高ければ、鉄バクテリアによるＦｅ（II）の酸化によって生成するオキシ水酸化鉄の生成ゾーンにかなりのリン化合物が取り込まれながらも、より下層の硝化ゾーンで硝化が十分起こる濃度に到達し、その結果、アンモニア性窒素は除去されていく。
【０００７】
一方、地下水中のリン化合物濃度が低い場合、もしくは除鉄ゾーンでのリン化合物の消費が著しい場合には、当然のことながらこのようなリン不足になる例はかなりの確率で見られ、何らかの対策が必要であると考えられる。
そうしなければ、塩素剤によるアンモニア性窒素の酸化などを行う別のアンモニア性窒素の除去工程が必要になり、浄水処理施設建造コストの増大に直結する。
鉄バクテリア処理槽内でのアンモニア性窒素の除去が不振であった例について、念のために除鉄ゾーン直下のリン化合物濃度を測定したところ、表１に示すように、リン化合物濃度は著しく低濃度であった（濾層表面からの高さ６０ｃｍに相当）。
【０００８】
【表１】
【０００９】
このことは、硝化バクテリアの活性度が低いか、又は菌数が少ないままであることを意味し、したがって原水中のアンモニア性窒素が十分に除去されず、その結果、塩素要求量の変動が大きいままであるので、除鉄処理より下段の工程での塩素剤注入の管理が難しくなることを意味している。
浄水処理では、このようなアンモニア性窒素の残留に起因する塩素要求量の変動は忌み嫌われるものである。
そのため、このような悪い特性をかかえた除鉄処理システム自体が受け入れられなくなる懸念もある。
【００１０】
かかる問題に対処するために、本発明者等が先に提案した原水の浄化方法は、鉄バクテリアを用いて原水中の除鉄処理を行うとともに、除マンガン濾材を用いて原水中の除マンガン処理を行う原水の浄化方法において、鉄バクテリアを用いて原水中の除鉄処理を行う除鉄ゾーンと、除鉄処理の後段で除マンガン濾材を用いて原水中の除マンガン処理を行う除マンガンゾーンとの間の硝化ゾーンにリン酸又はリン酸塩を添加し、硝化バクテリアによるアンモニア性窒素の除去能力を向上させるようにしている（特許文献２参照）。
【００１１】
これによって、鉄バクテリアによる除鉄の直後の段階から硝化バクテリアによる原水中のアンモニア性窒素の酸化（硝化反応）を順調に進行させ、これにより、水源によりわずかなリン酸イオンしか含まない場合でも、アンモニア性窒素の除去を確実に行うことが可能となり、塩素剤の注入率の管理等、システムの維持管理が容易になった。
【００１２】
そして、この原水の浄化方法を使用する実際の装置では、リン酸又はリン酸塩を供給するための機構として、図７に示すように、濾材の圧力と水流に耐え、しかも抵抗の少ない断面形状が凸レンズ型の中空管５０を格子状に結合し、互いに液体（リン酸又はリン酸塩溶液）が通導連絡できるように構成し、原水中の鉄分がほとんど除去完了する部分に、グリッド固定枠５１により一次濾過槽２に固定するようにしている。
そして、このような格子状の中空管５０の数ヶ所に、外部からの水や異物の管内浸入を防ぐようにしたリン酸又はリン酸塩溶液の濾材への注入口を設け、リン酸又はリン酸塩溶液の供給手段（薬注設備）と連結し、硝化バクテリアの作用するゾーンに対して片寄りなく拡散され、スムーズなアンモニア性窒素の除去が達成され、アンモニア性窒素除去性能を発揮するまでの運転立ち上げ期間を短縮させることができるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００７−６１８０９号公報
【特許文献２】特開２００９−２７４０２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、上記原水の浄化方法を使用する実際の装置におけるリン酸又はリン酸塩を供給するための機構は、図７に示すように、大きく複雑な形状の構造物となるため、その製作や設置にかなりの費用を要し、設備全体の費用が高騰するという問題があった。
また、その後の実験による検討により、リン酸又はリン酸塩の供給は、運転開始初期の立ち上げ時の比較的短期間のみで、スムーズなアンモニア性窒素の除去効果が得られることが明らかとなり、硝化バクテリアが増殖及び活性化し、十分な除アンモニア性窒素能力を発揮するようになった後は、リン酸又はリン酸塩の供給機構を撤去することが好ましいことが判明したが、従来のリン酸又はリン酸塩を供給するための機構は、大きく複雑な形状の構造物のため、撤去作業が容易に行えないという問題もあった。
【００１５】
本発明は、上記従来の原水の浄化方法及びその装置が有する問題点に鑑み、リン酸又はリン酸塩の供給するための機構を、硝化バクテリアの作用するゾーンで、十分な除アンモニア性窒素能力を発揮するようになった後は、容易に撤去することができる仮設装置として、よりコンパクトな構造とした原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】
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明の原水の浄化方法は、鉄バクテリアを用いて原水中の除鉄処理を行うとともに、硝化バクテリアを用いて原水中の除アンモニア性窒素処理を行った後、原水中の除マンガン処理を行う原水の浄化方法において、硝化バクテリアによる除アンモニア性窒素処理を行う硝化ゾーンに、周面に吐出孔を開口するとともに、該吐出孔を切り込みを形成した筒状の弾性部材で覆ったリン酸又はリン酸塩溶液の供給ノズルを位置させて、硝化ゾーンにリン酸又はリン酸塩を供給するようにしたことを特徴とする。
【００１７】
また、上記方法に使用する本発明の原水の浄化装置は、鉄バクテリアを用いて原水中の除鉄処理を行う除鉄ゾーンと、該除鉄ゾーンの下方に形成される硝化バクテリアを用いて原水中の除アンモニア性窒素処理を行う硝化ゾーンとからなる一次濾過槽と、原水中の除マンガン処理を行う二次濾過槽とを備えた原水の浄化装置において、周面に吐出孔を開口し、該吐出孔を切り込みを形成した筒状の弾性部材で覆うようにしたリン酸又はリン酸塩溶液の供給ノズルと、該ノズルにリン酸又はリン酸塩溶液を供給するリン酸又はリン酸塩溶液の供給手段とを備え、前記ノズルを一次濾過槽の硝化ゾーンに配設したことを特徴とする。
【００１８】
また、同じ目的を達成するため本第２発明の原水の浄化方法は、鉄バクテリアを用いて原水中の除鉄処理を行うとともに、硝化バクテリアを用いて原水中の除アンモニア性窒素処理を行った後、原水中の除マンガン処理を行う原水の浄化方法において、硝化バクテリアによる除アンモニア性窒素処理を行う硝化ゾーンに、リン酸イオンを結合させた濾材を配設し、原水中に含まれるイオンとのイオン交換作用によって硝化ゾーンにリン酸イオンを放出するようにしたことを特徴とする。
【００１９】
また、上記方法に使用する本発明の原水の浄化装置は、鉄バクテリアを用いて原水中の除鉄処理を行う除鉄ゾーンと、該除鉄ゾーンの下方に形成される硝化バクテリアを用いて原水中の除アンモニア性窒素処理を行う硝化ゾーンとからなる一次濾過槽と、原水中の除マンガン処理を行う二次濾過槽とを備えた原水の浄化装置において、硝化ゾーンに、リン酸イオンを結合させた濾材を配設したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本第１発明の原水の浄化方法及びその装置によれば、硝化バクテリアによる除アンモニア性窒素処理を行う硝化ゾーンに、周面に吐出孔を開口するとともに、該吐出孔を切り込みを形成した筒状の弾性部材で覆ったリン酸又はリン酸塩溶液の供給ノズルを位置させて、硝化ゾーンにリン酸又はリン酸塩を供給するようにし、特に、ノズル先端を尖頭形状にすることにより、硝化ゾーンへの供給ノズルの差し込みや引き抜きを容易に行うことができ、リン酸又はリン酸塩の作用によって、硝化バクテリアが増殖及び活性化し、十分な除アンモニア性窒素能力を発揮するようになった後は、リン酸又はリン酸塩の供給機構を簡単に撤去することができる。
【００２１】
また、本第２発明の原水の浄化方法及びその装置によれば、硝化バクテリアによる除アンモニア性窒素処理を行う硝化ゾーンに、リン酸イオンを結合させた濾材を配設し、原水中に含まれるイオンとのイオン交換作用によって硝化ゾーンにリン酸イオンを放出するようにすることにより、リン酸イオンを結合させた濾材に原水を通水させると、結合させていたリン酸イオンが原水中に含まれるイオンとの交換反応によって徐々に原水中へ放出され、硝化バクテリアが増殖及び活性化し、十分な除アンモニア性窒素能力が発揮される。
そして、アンモニア性窒素のほぼ完全な硝化が達成された頃には、リン酸イオンを結合させた濾材からすべてのリン酸イオンが放出されており、その後は、そのまま通常の濾材として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の原水の浄化方法及びその装置の第１実施例を示す概略図である。
【図２】同方法及びその装置に使用するリン酸又はリン酸塩溶液の供給用のノズルを示し、（ａ）は一部切り欠きの平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
【図３】同ノズルの設置例を示す一部切り欠きの斜視図である。
【図４】リン酸又はリン酸塩を原水へ直接添加した場合のアンモニア性窒素の経時変化を示すグラフである。
【図５】アンモニア性窒素の経時変化を示すグラフで、（ａ）はリン酸又はリン酸塩を添加しない場合、（ｂ）はリン酸又はリン酸塩を添加した場合である。
【図６】本発明の原水の浄化方法及びその装置の第２実施例を示す概略図である。
【図７】従来の原水の浄化方法に使用するリン酸又はリン酸塩の供給機構を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の原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】
【００２４】
図１に、本発明の原水の浄化方法及びその装置の第１実施例を示す。
この原水の浄化装置１Ａは、鉄バクテリアを用いて原水中の除鉄処理を行う除鉄ゾーンＺ１と、該除鉄ゾーンＺ１の下方に形成される硝化バクテリアを用いて原水中の除アンモニア性窒素処理を行う硝化ゾーンＺ２とからなる一次濾過槽２と、原水中の除マンガン処理を行う二次濾過槽３とを備え、周面に吐出孔１０ａを開口し、該吐出孔１０ａを切り込み１１ａを形成した筒状の弾性部材１１で覆うようにしたリン酸又はリン酸塩溶液の供給ノズル１０と、該ノズル１０にリン酸又はリン酸塩溶液を供給するリン酸又はリン酸塩溶液の供給手段４とを備え、前記ノズル１０を一次濾過槽２の硝化ゾーンＺ２に配設するようにしている。
【００２５】
具体的には、図１に示すように、地下水源より直接、あるいは地下水を汲み上げて一時的に貯水したタンクＴ１より原水供給ポンプＰ１及び原水供給管５を介して、筒状の筐体２０からなる一次濾過槽２の上部に設けた給水口２Ａへ原水（地下水）を供給する。
二次濾過槽３の上部に設けた給水口３Ａは、一次濾過槽２の下部に設けた排水口２Ｂから配管６を介して、接続されている。
また、原水供給管５及び配管６には、適宜手段によって溶存酸素ＤＯ１及びＤＯ２を供給するようにしている。
この場合、配管６の途中に曝気槽（図示省略）を設け、二次溶存酸素の供給を行ってから二次濾過槽３へ処理水を供給することもできる。
なお、図１に示す具体例は、例えば、工業製品の製造に使用される工業用水の供給用として利用されるものである。
【００２６】
一次濾過槽２は、その内部にアンスラサイト等からなる鉄バクテリア濾過材２１（除鉄ゾーンＺ１）を充填し、その下方に、支持層２３によって支持された砂層からなる硝化バクテリアを用いて原水中の除アンモニア性窒素処理を行う硝化バクテリア濾過材２２（硝化ゾーンＺ２）を充填する。
【００２７】
そして、一次濾過槽２の硝化ゾーンＺ２には、リン酸又はリン酸塩溶液の供給手段４と接続されるリン酸又はリン酸塩溶液の供給ノズル１０を配設するようにしている。
【００２８】
このノズル１０は、その材質を特に限定するものではないが、本実施例においては、濾層への抜き差しの際の変形することのない強度と高い耐蝕性を有するＳＵＳ３１６等からなるステンレスを使用する。
そして、図２に示すように、先端部１０ｂの近傍の周面に吐出孔１０ａを開口する。
吐出孔１０ａの数及び開口位置は、特に限定するものではないが、上下３箇所に、位相を１２０°ずらして開口するようにしている。
吐出孔１０ａは、筒状の弾性部材１１で覆われ、ノズル１０内への外部からの液体や異物の侵入を防止するようにしている。
【００２９】
弾性部材１１は、その材料を、特に限定するものではないが、本実施例においては、伸縮製のある有機高分子膜を使用するようにしている。
そして、弾性部材１１は、取り付けたときに前記吐出孔１０ａと一致しない位置（ずれた位置）に小さな切り込み１１ａを形成する。
切り込み１１ａの数及び開口位置は、特に限定するものではないが、前記吐出孔１０ａと同様に上下３箇所に、位相を１２０°ずらして開口するようにしている。
【００３０】
弾性部材１１は、吐出孔１０ａの開口位置に密着させ、上下をチューブバンド１２で固定する。このとき、ノズル１０の吐出孔１０ａの開口位置の上下に、ノズル１０の外径よりも若干小径となる溝状の段部を形成することによって、チューブバンド１２がノズル１０の外周面から大きく突出することなく、濾層への抜き差しの際にノズル１０から弾性部材１１がずれたり脱落したりすることを防止する。
【００３１】
リン酸又はリン酸塩溶液の供給に際しては、リン酸又はリン酸塩溶液が、ノズル１０の吐出孔１０ａから吐出され、密着している有機高分子膜からなる弾性部材１１とノズル１０の周面との間に満たされた状態となる。
このようになると、有機高分子膜の持つ弾性のゆえに先の切り込み１１ａが少し開くような形になり、外部へ（つまり硝化バクテリア濾過材２２のある方へ）リン酸又はリン酸塩溶液が放出される。
このリン酸又はリン酸塩溶液の供給が停止されると、有機高分子膜はその弾性により液体の出口である切り込み１１ａを塞ぐような形に形状が復元し、外部からの液体や異物の侵入を防ぐ働きをする。
【００３２】
また、ノズル１０の先端部１０ｂは、先の尖った尖頭形状とし、濾層への差し込みや引き抜きが容易となるようにしている。
そして、ノズル１０の他端１０ｃは、外周面に雄ネジ又は内周面に雄ネジを形成し、配管、例えば、ＳＵＳ３１６等のステンレス鋼管からなる配管１３と接続する。
【００３３】
リン酸又はリン酸塩溶液の供給手段４は、リン酸又はリン酸塩溶液を貯留する薬液槽４０、薬液供給ポンプ４１及び薬液供給ポンプ４１と配管１３と接続する薬液供給管４２を備える。
薬液供給管４２は、鋼管を使用するほか、可撓性材料からなるブレードホース等を使用することができる。
ここで、原水に対するリン酸又はリン酸塩の添加量は、後述のように、硝化バクテリアやマンガンバクテリアの菌数を増加させ、かつ、その活性を高める条件を満たす程度で、ごくわずかな量、特に限定されるものではないが、原水に対して、例えば、０．１ｍｇ／Ｌ程度になるように設定する。これによって、最終処理水中のリン酸イオンとしてほとんど検出されることはなく、浄水水質上も安全なものとなる。
【００３４】
そして、リン酸又はリン酸塩溶液の供給手段４のリン酸又はリン酸塩溶液をノズル１０から、除鉄ゾーンＺ１の下部位置に形成した砂層からなる硝化ゾーンＺ２に供給するようにする。
これにより、硝化ゾーンＺ２における硝化バクテリアの増殖及び活性化を図り、硝化バクテリアによるアンモニア性窒素の除去能力を向上させることができ、専用の硝化槽を設ける必要がなくなる。
【００３５】
原水中の除マンガン処理を行う二次濾過槽３は、筒状の筐体３０の上部に設けた給水口３Ａから供給される一次濾過槽２で除鉄及び除アンモニア性窒素処理がなされた一次処理水の除マンガン処理を行うもので、内部に所要のマンガンバクテリア濾過材３１を充填するとともに、下部位置にはマンガンバクテリア濾過処理を行った最終処理水を排水し、最終処理水槽Ｔへ供水するための最終処理水配水管７が接続される配水口３Ｂを備えるようにしている。
【００３６】
また、二次濾過槽３の手前において、わずかな量のリン酸又はリン酸塩が残留するように、ノズル１０からのリン酸又はリン酸塩の注入量を設定することにより、マンガンバクテリアの菌数を増加させ、かつ、その活性を高め、その結果、マンガン除去性能を発揮するのに必要になる溶存酸素濃度を大幅に低下できる。
これにより、リン酸又はリン酸塩を添加しない場合に必要であったＰＳＡなどの高濃度酸素ガス発生機器類や、酸素ガスを効率的に水中に溶解させるためのデバイスが不要となり、比較的簡易な曝気機構で目的の溶存酸素濃度が達成できることから、イニシャルコストの大幅な低減が図られる。
リン酸又はリン酸塩を添加することにより、マンガンバクテリアの適応溶存酸素濃度範囲が拡張されるため、それを保つための維持管理が容易になり、実用上好ましい。
【００３７】
また、ノズル１０からの注入されるリン酸又はリン酸塩の残留が期待できない場合には、リン酸又はリン酸塩を、二次濾過槽３の手前位置で添加することもできる。
【００３８】
除マンガン処理には、マンガンバクテリア濾過材３１を使用するほか、上水道の供給用として利用される水浄化設備等では、塩素剤を含む水でもよいため（水道法では、残留塩素が存在することを要求している。）、一般的な除マンガン濾材を用いて原水中の除マンガン処理を行う除マンガン処理システムを採用することもできる。
【００３９】
リン酸又はリン酸塩溶液の供給ノズル１０を実施設において設置する際には、濾過池面積に応じて、図１に示すノズル１０を、図３に示すように、配管を兼ねた固定枠１４に格子状に等間隔で複数セットしたノズル群として設置することが好ましい。
そして、固定枠１４からノズル１０までの長さを、固定枠１４が、除鉄ゾーンＺ１の表面となるアンスラサイト等からなる鉄バクテリア濾過材２１上に位置するときにノズル１０が硝化ゾーンＺ２に位置する長さとすることによって、固定枠１４が鉄バクテリア濾過材２１上に位置するまでノズル群を濾層に差し込むことで、各ノズル１０が硝化ゾーンＺ２の所定位置に到達し、硝化ゾーンＺ２の全体にリン酸又はリン酸塩溶液が行き渡るようにすることができる。
【００４０】
また、ノズル１０又はノズル１０を複数セットしたノズル群は、濾層への抜き差しが簡単に行えるから、一次濾過槽２での硝化バクテリアの増殖及び活性化が図られ、アンモニア性窒素のほぼ完全な硝化が達成された後は簡単に撤去することができる。
そして、ノズル１０及び配管１３を耐蝕性の高いステンレス材を使用しているから、撤去した後に、別の原水の処理システムにおいて再利用することもできる。
【００４１】
［実験例１］
図４に示すように、原水にリン酸又はリン酸塩溶液を補給するようにした場合、投与したリン酸又はリン酸塩溶液のうちほとんどは除鉄ゾーンで消費されるが、残余のものは除鉄ゾーンＺ１を通過し、硝化ゾーンＺ２へ到達し、硝化バクテリアによる原水中のアンモニア性窒素の酸化（硝化反応）が進むことが確認できた。
しかしながら、硝化の進展度は、図４の原水グラフに示すように、極めて緩慢であり、硝化によるアンモニア性窒素の除去率もさほど高くなっていない。
結論としては、このような除鉄ゾーンＺ１を通過する前にリン酸又はリン酸塩溶液を注入する方法は、リン酸又はリン酸塩溶液の無駄な消費率が高く、効率的な手段とはいえない。
したがって、リン酸又はリン酸塩溶液の注入位置は、本発明で示したように、鉄バクテリア濾過工程において除鉄がほぼ完了した位置の濾層内（硝化ゾーンＺ２）に設定することが好ましく、これによって、鉄バクテリアの作用によって生成した鉄酸化物によるリン酸又はリン酸塩溶液の無効な消費を防ぐことができる。
除鉄がほぼ完了した濾層中間部（硝化ゾーンＺ２の上流側）に注入することによって、硝化細菌（硝化バクテリア）の繁殖のみにリン酸又はリン酸塩溶液が消費される環境を整えることができ、リン酸又はリン酸塩溶液注入点以降の濾層はアンモニア性窒素除去に特化した硝化ゾーンＺ２とすることができる。
【００４２】
［実験例２］
鉄バクテリア濾過槽の運転立ち上げ時において、濾層中間部へのリン酸又はリン酸塩溶液添加の有無による比較実験を行った。
リン酸又はリン酸塩溶液を添加しない場合、原水中のアンモニア性窒素がほぼ完全に除去された状態に至るまでに、図５（ａ）に示すように、４０日程度の運転期間を要したが、リン酸又はリン酸塩溶液を添加した場合、図５（ｂ）に示すように２０日程度で達成することができた。
よって、添加されたリン分によって硝化バクテリアの増殖能力が高まり、アンモニア性窒素の硝化能力向上につながったものと考えられる。
【実施例２】
【００４３】
図６に、本発明の原水の浄化方法及びその装置の第２実施例を示す。
この原水の浄化装置１Ｂは、鉄バクテリアを用いて原水中の除鉄処理を行う除鉄ゾーンＺ１と、該除鉄ゾーンＺ１の下方に形成される硝化バクテリアを用いて原水中の除アンモニア性窒素処理を行う硝化ゾーンＺ２とからなる一次濾過槽２と、原水中の除マンガン処理を行う二次濾過槽３とを備え、硝化ゾーンＺ２に、リン酸イオンを結合させた濾材８を配設するようにした濾材８に結合させたリン酸イオンを、原水中に含まれるイオンとのイオン交換作用によって硝化ゾーンＺ２に放出するようにしている。
【００４４】
具体的には、第１実施例と同様、図６に示すように、地下水源より直接、あるいは地下水を汲み上げて一時的に貯水したタンクＴ１より原水供給ポンプＰ１及び原水供給管５を介して、筒状の筐体２０からなる一次濾過槽２の上部に設けた給水口２Ａへ原水（地下水）を供給する。
二次濾過槽３の上部に設けた給水口３Ａは、一次濾過槽２の下部に設けた排水口２Ｂから配管６を介して、接続されている。
【００４５】
一次濾過槽２は、その内部にアンスラサイト等からなる鉄バクテリア濾過材２１（除鉄ゾーンＺ１）を充填し、その下方に、支持層２３によって支持された砂層からなる硝化バクテリアを用いて原水中の除アンモニア性窒素処理を行う硝化バクテリア濾過材２２（硝化ゾーンＺ２）を充填する。
【００４６】
そして、一次濾過槽２の硝化ゾーンＺ２には、リン酸イオンを結合させた濾材８を配設するようにしている。具体的には、硝化バクテリア濾過材２２の上流の砂層に濾材８を混合するか、又は、上流の砂層を濾材８に置き換えるようにする。
【００４７】
この濾材８は、陰イオン交換能を有する鉄系化合物をケイ砂等の担持体に担持させたものに、あらかじめリン酸イオンを十分結合させたものである。また、これとは別にケイ砂等の担持体に水酸化物イオン供給体を担持させた濾材を混合し、その比率によって鉄系化合物からのリン酸イオンの放出量の制御を行うようにしている。
これを濾材８として使用し原水を通水させると、結合させていたリン酸イオンが原水中の他のイオンとの交換反応によって徐々に原水中へ放出されていき、第１実施例のリン酸又はリン酸塩溶液の供給ノズル１０からのリン酸又はリン酸塩溶液の供給と同様の効果を得ることができる。
また、濾材８は、図６に示すように、硝化ゾーンＺ２の上流に位置するように配設（充填）することによって、リン酸イオンが硝化ゾーンＺ２全体に行き渡り、硝化ゾーンＺ２における硝化バクテリアの増殖及び活性化を図り、硝化バクテリアによるアンモニア性窒素の除去能力を向上させることができ、専用の硝化槽を設ける必要がなくなる。
【００４８】
そして、リン酸イオンの効果によって、一次濾過槽２でのアンモニア性窒素のほぼ完全な硝化が達成された頃には、濾材８からすべてのリン酸イオンが放出されており、その後はそのまま通常の濾材として使用することができる。
この方法及び装置を用いることにより、第１実施例のようなリン酸又はリン酸塩溶液の供給用のノズル１０からなるノズル群の仮設装置を設置したり撤去したりする手間が省けるのが大きな特徴である。
【００４９】
なお、本実施例のその他の構成及び作用は、上記第１実施例と同様である。
【００５０】
以上、本発明の原水の浄化方法及びその装置について、複数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、リン酸又はリン酸塩溶液の供給ノズルとリン酸イオンを結合させた濾材を併用する等、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】
【００５１】
本発明の原水の浄化方法及びその装置は、リン酸又はリン酸塩の供給するための機構を、硝化バクテリアの作用するゾーンで、十分な除アンモニア性窒素能力を発揮するようになった後は、容易に撤去することができるという特性を有していることから、安価で管理が容易な地下水等の原水の浄化システムとして広く好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００５２】
１Ａ 浄化装置
１Ｂ 浄化装置
２ 一次濾過槽
３ 二次濾過槽
４ リン酸又はリン酸塩溶液の供給手段
５ 原水供給管
６ 配管
７ 最終処理水配水管
８ 濾材
１０ リン酸又はリン酸塩溶液の供給ノズル
１０ａ 吐出孔
１１ 弾性部材
１１ａ 切り込み
１４ 固定枠
２１ 濾過材
２２ 濾過材
３１ マンガンバクテリア濾過材
Ｚ１ 除鉄ゾーン
Ｚ２ 硝化ゾーン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄バクテリアを用いて原水中の除鉄処理を行うとともに、硝化バクテリアを用いて原水中の除アンモニア性窒素処理を行った後、原水中の除マンガン処理を行う原水の浄化方法において、硝化バクテリアによる除アンモニア性窒素処理を行う硝化ゾーンに、周面に吐出孔を開口するとともに、該吐出孔を切り込みを形成した筒状の弾性部材で覆ったリン酸又はリン酸塩溶液の供給ノズルを位置させて、硝化ゾーンにリン酸又はリン酸塩を供給するようにしたことを特徴とする原水の浄化方法。
【請求項２】
鉄バクテリアを用いて原水中の除鉄処理を行う除鉄ゾーンと、該除鉄ゾーンの下方に形成される硝化バクテリアを用いて原水中の除アンモニア性窒素処理を行う硝化ゾーンとからなる一次濾過槽と、原水中の除マンガン処理を行う二次濾過槽とを備えた原水の浄化装置において、周面に吐出孔を開口し、該吐出孔を切り込みを形成した筒状の弾性部材で覆うようにしたリン酸又はリン酸塩溶液の供給ノズルと、該ノズルにリン酸又はリン酸塩溶液を供給するリン酸又はリン酸塩溶液の供給手段とを備え、前記ノズルを一次濾過槽の硝化ゾーンに配設したことを特徴とする原水の浄化装置。
【請求項３】
鉄バクテリアを用いて原水中の除鉄処理を行うとともに、硝化バクテリアを用いて原水中の除アンモニア性窒素処理を行った後、原水中の除マンガン処理を行う原水の浄化方法において、硝化バクテリアによる除アンモニア性窒素処理を行う硝化ゾーンに、リン酸イオンを結合させた濾材を配設し、原水中に含まれるイオンとのイオン交換作用によって硝化ゾーンにリン酸イオンを放出するようにしたことを特徴とする原水の浄化方法。
【請求項４】
鉄バクテリアを用いて原水中の除鉄処理を行う除鉄ゾーンと、該除鉄ゾーンの下方に形成される硝化バクテリアを用いて原水中の除アンモニア性窒素処理を行う硝化ゾーンとからなる一次濾過槽と、原水中の除マンガン処理を行う二次濾過槽とを備えた原水の浄化装置において、硝化ゾーンに、リン酸イオンを結合させた濾材を配設したことを特徴とする原水の浄化装置。
【請求項１】
鉄バクテリアを用いて原水中の除鉄処理を行うとともに、硝化バクテリアを用いて原水中の除アンモニア性窒素処理を行った後、原水中の除マンガン処理を行う原水の浄化方法において、硝化バクテリアによる除アンモニア性窒素処理を行う硝化ゾーンに、周面に吐出孔を開口するとともに、該吐出孔を切り込みを形成した筒状の弾性部材で覆ったリン酸又はリン酸塩溶液の供給ノズルを位置させて、硝化ゾーンにリン酸又はリン酸塩を供給するようにしたことを特徴とする原水の浄化方法。
【請求項２】
鉄バクテリアを用いて原水中の除鉄処理を行う除鉄ゾーンと、該除鉄ゾーンの下方に形成される硝化バクテリアを用いて原水中の除アンモニア性窒素処理を行う硝化ゾーンとからなる一次濾過槽と、原水中の除マンガン処理を行う二次濾過槽とを備えた原水の浄化装置において、周面に吐出孔を開口し、該吐出孔を切り込みを形成した筒状の弾性部材で覆うようにしたリン酸又はリン酸塩溶液の供給ノズルと、該ノズルにリン酸又はリン酸塩溶液を供給するリン酸又はリン酸塩溶液の供給手段とを備え、前記ノズルを一次濾過槽の硝化ゾーンに配設したことを特徴とする原水の浄化装置。
【請求項３】
鉄バクテリアを用いて原水中の除鉄処理を行うとともに、硝化バクテリアを用いて原水中の除アンモニア性窒素処理を行った後、原水中の除マンガン処理を行う原水の浄化方法において、硝化バクテリアによる除アンモニア性窒素処理を行う硝化ゾーンに、リン酸イオンを結合させた濾材を配設し、原水中に含まれるイオンとのイオン交換作用によって硝化ゾーンにリン酸イオンを放出するようにしたことを特徴とする原水の浄化方法。
【請求項４】
鉄バクテリアを用いて原水中の除鉄処理を行う除鉄ゾーンと、該除鉄ゾーンの下方に形成される硝化バクテリアを用いて原水中の除アンモニア性窒素処理を行う硝化ゾーンとからなる一次濾過槽と、原水中の除マンガン処理を行う二次濾過槽とを備えた原水の浄化装置において、硝化ゾーンに、リン酸イオンを結合させた濾材を配設したことを特徴とする原水の浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２００８２９（Ｐ２０１１−２００８２９Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７２４７８（Ｐ２０１０−７２４７８）
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（０００２３８１８６）扶桑建設工業株式会社 (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（０００２３８１８６）扶桑建設工業株式会社 (9)
【Ｆターム（参考）】
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