説明

水の浄化処理装置及びこれを用いた水の浄化処理方法

【課題】 水中に配設した簡単な構造の水浄化処理槽を用いて池や濠の水を浄化する際に、凝集剤と水との撹拌混合をポンプから送出されてくる水流の有するエネルギーを用いて行うことにより、浄化処理に要する動力や設備費の削減を図り、処理コストを引下げする。
【解決手段】 水中に設置した凝集反応槽と凝集沈澱槽と放流槽とから成る水浄化処理槽と,前記凝集反応槽の水中に環状に配設され、縦断面視に於いて軸心に水平な方向の両側壁と軸心に垂直な方向の上側壁に夫々小径の噴出口を長さ方向に所望の間隔をおいて穿設した導水管と,水中に配設されて側壁に設けた通水孔より水が内部へ流入すると共に、上方開口により凝集剤が投入される凝集剤混合液形成槽と、前記混合液形成槽内に配設され、当該形成槽内部の凝集剤混合液を前記導水管の入口側へ圧送する水中ポンプとから構成する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、池や河川、濠、沼湖等の水を生分解性凝集剤を用いて浄化処理する装置及び方法の改良に関するものであり、特に浄化処理装置を形成する凝集反応槽を、より少ない動力消費で以って凝集剤を水内へ撹拌混合することが出来ると共に、汚濁物質を高能率で凝集出来る構成とすることにより、浄化処理装置の製造コストと水浄化処理コストの大幅な削減を可能とした池水等の浄化処理装置と、これを用いた水の浄化処理方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、水環境の回復が強く求められており、特に庭園や公園の池、城や古墳等の濠、都市区域内の小河川等の汚染された水の浄化は緊急の課題となって来ている。
【0003】
そのため、従来から各種の浄化処理技術が開発されており、特に、毒性が皆無で自然界に対する環境汚染を生じない生分解性凝集剤、例えばポリグルタミン酸架橋物を主体とする凝集剤を用いた水の浄化処理技術は、広く注目を集めている。
【0004】
本件発明者も、先に上記ポリグルタミン酸架橋物を主体とする生分解性凝集剤(日本ポリグル株式会社製 商品名 PGα21Ca)を開発すると共に、これを用いた河川や池、湾内等の水の浄化処理技術を開発し、これを公開している(特許第4365190号、特許第4381154号、特許第4490795号等)。
【0005】
即ち、上記特許第4381154号や特許第4490795号等の技術は、何れも船舶や筏に搭載した凝集剤供給装置を用いて、所定量の凝集剤又は凝集剤混合水を被処理区域内の水内へ散布若しくは噴射混合し、船舶のスクリューの回転力や凝集剤混合水の噴射圧を利用して凝集剤と被処理区域内の水とを強制的に撹拌混合させ、汚濁物質を凝集沈澱させるようにしている。
【0006】
しかし、上記のような広い処理水域の全面に亘って同時に凝集剤を散布し、且つ同時に水内へ攪拌混合するようにした各浄化処理方法には、(1)凝集沈澱した凝集物の回収が容易でないと、(2)凝集沈殿物が池や河川の底面に溜って未分解物がヘドロ化し易いこと、(3)水内へ供給した凝集剤と水との撹拌混合が十分でないと汚濁物質が効率よく凝集せず、しかも、一旦凝集沈澱した凝集物が解離して再浮上し易いこと、(4)水の浄化処理に要する設備費が嵩み、浄化処理コストの引下げが図り難いこと等の問題がある。
【0007】
一方、前述の如き問題を避けるため、比較的狭い水域面積の公園の池や濠等では図5及び図6に示す如く、池の水中に凝集反応槽Aと凝集沈澱槽Bと放流槽Cから成る浄化処理槽Aoを配設し、ポンプPにより水流を発生させると共に凝集剤供給装置Dから凝集反応槽A内へ凝集剤を供給し、ポンプPの水流を利用して水を矢印方向にジグザグ状に流動させ、その間に供給装置Dから供給した凝集剤を水内へ撹拌混合させるようにしている。
【0008】
上記図A及び図Bに示した水の浄化処理方法は、ポンプPによる水流を用いて池内の水を強制循環させるようにしているため、池内の水の全てを処理するためには、数日を必要とすることになるが、凝集沈澱物の大部分を凝集沈澱槽B内で回収することが出来るため、吸引ポンプ等を用いて簡単に凝集沈澱物を排出することが出来る。また、浄化処理槽は合成樹脂板等によって簡単に組み立て設置したり、或いは分解撤去することができるため、水浄化処理量の大幅な削減が図れると云う効用を有している。
【0009】
しかし乍ら、前記図5及び図6に示した水浄化処理装置の凝集反応槽Aは、ポンプPにより水を矢印方向にジグザグ状に放流槽C側へ向けて流動させるだけであるため、水内へ供給された凝集剤(又は凝集剤と水との混合液)が水と十分に撹拌混合されず、結果として凝集剤利用率の低下や汚濁物質の凝集沈澱量の低下を招いて、水浄化処理性能が低いと云う問題がある。
【0010】
また、ポンプPにより水をジグザグ状に流動させるようにしているため、所定流量の水を流動させるのに要する動力が増大することになり、ポンプ動力量ひいて水浄化処理費の増加を招くと云う難点がある。
【0011】
更に、被処理水を流動させるためのポンプPの他に、凝集剤供給装置Dに凝集剤(又は凝集剤混合液)を被処理水内へ供給するためのポンプを別に必要とするため、設備費やポンプ動力費が増加すると云う問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
【特許文献1】特開2005−144340号公報
【特許文献2】特許第4381154号公報
【特許文献3】特許第4490795号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
本発明は、上記図5に示したような池等の内部に水浄化処理装置Aoを設置して水の浄化処理を行うようにしたシステムに於ける上述の如き問題、即ち、(1)凝集反応槽A内における凝集剤の撹拌混合能力が低いこと及び(2)水を循環流動させるために必要とするポンプ動力量やポンプ設備費が嵩み、水浄化処理費の削減が図り難いこと等の問題を解決せんとするものであり、1基のポンプでもって凝集反応槽内への凝集剤の供給及び凝集反応槽内に於ける凝集剤の完全な撹拌混合を可能とすることにより、動力量や設備費の大幅な削減を図って水浄化処理費用の引下げを可能とし、しかも凝集沈澱物の回収も容易に行えるようにした、池等の水浄化処理装置と、これを用いた浄化処理方法を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本願発明に係る水の浄化処理装置は、水中に設置した凝集反応槽と凝集沈澱槽と放流槽とから成る水浄化処理槽と,前記凝集反応槽の水中に環状に配設され、縦断面視に於いて軸心に水平な方向の両側壁と軸心に垂直な方向の上側壁に夫々小径の噴出口を長さ方向に所望の間隔をおいて穿設した導水管と,水中に配設されて側壁に設けた通水孔より水が内部へ流入すると共に、上方開口により凝集剤が投入される凝集剤混合液形成槽と、前記混合液形成槽内に配設され、当該混合液形成槽内部の混合液を前記導水管の入口側へ圧送し、凝集剤と水との混合液を噴出口から凝集反応槽内へ噴出する水中ポンプとを発明の基本構成とするものである。
【0015】
上記水浄化処理槽は、木杭又は合成樹脂材若しくは溶剤又は合成樹脂材と築堤の一部とにより形成するようにしてもよい。
【0016】
上記導水管を合成樹脂製又は布製のホースとし、且つ凝集反応槽の底面より水位の約1/4〜3/4の高さ位置に水平に複数段配設するのが望ましい。
【0017】
前記凝集剤は、ポリグルタミン酸架橋物を主体とする生分解性の粉体状凝集剤若しくは液体状の凝集剤とするのが望ましい。
【0018】
前記導水管は、凝集反応槽の内部にその側壁から所定距離だけ離して配設した、平面視が四角形又は多角形若しくは円形を呈する環状の形態とするのが望ましい。
【0019】
本願発明に係る水の浄化処理方法は、本願発明に係る水浄化処理槽を用いた水の浄化処理方法に於いて、混合液形成槽内に設けた水中ポンプにより、凝集反応槽の水中に環状に設けた導水管の各噴出口から、凝集剤混合液を縦断面視において導水管の軸心と水平方向の両側方向及び前記軸心と垂直方向の上方向に向けて噴出させ、前記各噴出口からの噴出流により凝集反応槽の中央部近傍に上昇水流及び凝集反応槽の側壁部近傍に下降水流を発生させ、前記上昇水流と下降水流から成る環状流によって噴射した凝集剤混合液を水内へ強制撹拌することを発明の基本構成とするものである。
【0020】
上記水の浄化処理方法に於いては、混合液形成槽内に設けた水中ポンプにより、混合液形成槽内へ流入した水及び投入した凝集剤の混合液を凝集反応槽内へ流入させると共に、当該水中ポンプによる凝集反応槽内への混合液の流入を所望時間連続して継続することにより、池等の水を浄化処理するのが望ましい。
【0021】
前記凝集剤は、ポリグルタミン酸架橋物を主体とする生分解性の粉体状凝集剤若しくは液体状の凝集剤とするのが望ましい。
【発明の効果】
【0022】
本願発明に係る水の浄化処理装置は、合成樹脂材等により形成した水浄化処理槽と、その凝集反応内に設けた小径の噴出孔を設けた導出管と、合成樹脂等より形成した凝集材を投入する混合液形成槽と、その内部に設けた水中ポンプとから構成されている。そのため、水の浄化処理装置自体の構成が簡単化されると共に水循環用ポンプも前記水中ポンプ1基だけでよく、装置の製造コストや水の浄化処理費の大幅な削減が可能となる。
【0023】
また、凝集剤にポリグルタミン酸架橋物を主体とする生分解性凝集剤を使用すると共に、水浄化処理槽の凝集沈澱槽内で凝集物を回収する構成としているため、汚濁物質の凝集を効率よく行えるだけでなく、凝集沈澱物の回収も極めて容易になる。
【0024】
更に、本発明に於いては、水浄化処理槽の凝集反応槽内へ、水中に設けた環状の導水管から凝集剤を、縦断面視に於いて導水管の軸心と水平な両側方向及び軸心と垂直な上方向へ向けて夫々噴出するようにしているため、凝集槽反応槽の内部に縦向きの循環流が発生することになり、噴出された凝集剤が極めて効率よく水内に撹拌混合されることになる。その結果、より少ない動力でもって凝集剤の撹拌混合と、処理すべき水の供給並びに送出を行うことができ、水の浄化処理コストの大幅な削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】本発明に係る水の浄化処理装置の使用状態を示す平面図である。
【図2】水の浄化処理装置の平面図である。
【図3】水の浄化処理装置の縦断面概要図である。
【図4】導水管の縦断面概要図である。
【図5】従前の水の浄化処理装置の使用状態を示す平面図である。
【図6】従前の水浄化処理装置の概要を示す斜面図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図1は本発明に係る水の浄化処理装置の使用状態を示す平面図であり、図2は水の浄化処理装置の平面図、図3は水の浄化処理装置の縦断面概要図である。図1乃至図3に於いて、1は池、1aは水の流入口、1bは水の流出口、2は水の浄化処理装置、3は水浄化処理槽、3aは凝集剤反応槽、3bは第1凝集沈澱槽、3cは第2凝集沈澱槽、3dは放流槽、4は混合液形成槽、5は導水管、6は水中ポンプ、7は凝集剤供給機構である。
【0027】
即ち、水の浄化処理装置2は、水浄化処理槽3と混合液形成槽4と導水管5と水中ポンプ6と凝集剤供給機構7とからその主要部が構成されており、また、水浄化処理槽3には上流側より順に、凝集反応槽3a、第1凝集沈澱槽3b、第2凝集沈澱槽3c及び放流槽3dが夫々設けられている。
【0028】
前記水浄化処理槽3は木版や合成樹脂板、合成樹脂シート材等を用いて長方形に形成されており、その内部を側壁の高さ寸法よりも僅かに短い仕切板3eにより適宜に仕切ることにより、凝集反応槽3a、第1及び第2凝集沈澱槽3b、3e及び放流槽3dが夫々形成されている。
また、当該水浄化処理槽3は、その側壁の上端部が僅かに池の水面上に突出する状態で池の底に適宜の方法、例えば支持杭や重錘を用いて配設固定されており、水流によって移動することはない。
【0029】
尚、図1の実施形態では、水浄化処理槽3の長手方向寸法を約15m、横幅寸法を約1.8cm、高さ寸法を約1mに選定しているが、水浄化処理槽3の外形寸法等は浄化処理対象である池や壕の形態によって適宜に変更されることは勿論である。
また、図1の実施形態では、水浄化処理槽3の内部を4等分してほぼ同容積の凝集反応槽3a、第1及び第2凝集沈澱槽3b、3c及び放流槽3dを形成しているが、各槽3a、3b、3c、3dの容積比を変えたり、或いは凝集沈澱槽3b、3cを一つにしても良いことは勿論である。
【0030】
更に、図1の実施形態では直方体状の水浄化処理槽3を水中に沈めるようにしているが、図1の点線で示すように、池等の築堤の一部分を利用して水浄化処理槽3の側壁部を形成し、且つその底面を防水性シート等によって形成するようにしてもよい。
【0031】
前記混合液形成槽4は二重壁構造を有する上方開放型の角形槽に形成されており、槽4を形成する2重の側壁面には多数の通水孔が設けられており、所謂ストレーナの機能を果している。
また、当該混合液形成槽4は、前記水浄化処理槽3に近接して水中に設置されており、その内部には水中ポンプ6が設置されている。
【0032】
更に、混合液形成槽4の上方には凝集剤供給機構7が設けられており、当該凝集剤供給機構7を介して所定量の凝集剤7aが順次形成槽4内へ供給されて行く。
尚、凝集剤供給機構7としては、設定量の粉体又は液体状の凝集剤を正確に形成槽4内へ供給できるものであれば、如何なる構成のものであってもよい。本実施形態においては、小型掻出羽根(図示省略)の回転により粉体状凝集剤を定量放出する構造の供給機構7が使用されている。
【0033】
前記生分解性凝集剤7aは粉体状の凝集剤であり、本実施形態に於いては、粉体状の凝集剤として、下記の成分量(wt%)を有する凝集剤7a(日本ポリグル株式会社製・製品名PGα21Ca)が用いられている。
成分構成(wt%)
PGα21Ca=14%、C=0.5%、O=45%、Na=8%、Al=0.5%、Si=12%、Cl=0.4、Ca=15%、K=0.1%、Fe=15%
【0034】
尚、前記PGα21Caは、生分解性を有するγ=ポリグルタミン酸を主体とする新規な自然分解性の物質であり、下記の構造式であらわされるものである。
【化1】

【0035】
また、凝集剤7a内のO、Ca、Fe、Si等は通常2CaSO・HO、NaCO・HO、NaSO、MgSO・6HO、Al(SO)・18HO等の化学構造式で表される物質の型で当該凝集剤7a内に含まれている。
【0036】
前記導水管5は、水中ポンプ6から圧送されて来た凝集剤7aと水Wとの混合液Waを凝集反応槽3a内へ導入する管路であり、凝集反応槽3aの水中内に環状形態を呈して配設されている。即ち、導水管5は25A〜100A程度(本実施形態では50A)の布製ホースや合成樹脂管により形成されており、その先端は閉鎖され且つ基端部は水中ポンプ6に接続されている。
【0037】
当該、導水管5は、平面視で円形又は四角形、多角形等の環状に形成されており、凝集反応槽3aの各側壁から30〜100cm程度の間隔を置いて配設されている。
また当該導水管5は、凝集反応槽3aの高さ(底面と水位レベルWL間の距離)の1/4〜3/4の範囲、即ち水位高さが約1.6mの場合には底面より40cm〜120cmの高さの範囲内にほぼ水平状態で配設固定されている。
【0038】
更に、導水管5の管壁には、図4に示す如く、ホースの軸心φと水平方向の両側及び軸心φの垂直方向の上側に適宜の外径寸法の3個の噴出孔5aが穿設されており、且つ当該噴出孔5aのホース長手方向の間隔は10〜30cmに選定されている。尚、本実施例では環状の導水管5を水平に1段設けているが、環状の導水管5を2〜3段設けるようにしても良い。
【0039】
池等の水の浄化処理に際しては、先ず、水浄化処理槽3及び混合液形成槽4、導水管5、水中ポンプ6等を水W内に配設する。また、凝集剤供給機構7に所定量の凝集剤7aを充填する。更に、処理すべき水W内の凝集剤濃度(通常100ppmに設定する)、処理水量(水域面積×水深)、1日稼動時間及び浄化処理期間(日数)、ポンプ容量(流量)等から必要薬剤量及び凝集剤投入量を求める。
【0040】
次に、水中ポンプ6を運転すると共に混合液形成槽4内へ所定量の凝集剤7aを投入する。
混合液形成槽4内へ流入した水及び投入された凝集剤7aは水中ポンプ6内へ吸引されることにより撹拌混合され、両者の所定濃度の凝集剤を含有する混合液Waは、導水管5の各噴出孔5aから凝集反応槽3a内の水内へ噴出される。
【0041】
導水管5に形成された各噴出孔5aは、図4に示す如き配置になっているため、ポンプ圧送された混合液は凝集反応槽3aの側壁方向に向う水平流と中心方向に向う水平流と上方向へ向う垂直流となって噴出され、且つ導水管5が環状を呈していることと相俟って、凝集反応槽3a内には図3に示す如き循環流Cが形成されると共に、凝集反応槽3aの側壁近傍には複雑な乱流が起生することになる。
【0042】
その結果、凝集反応槽3a内では、特別な撹拌装置等を使用することなしに水Wと凝集剤7aとが十分に撹拌混合されることになり、水W内の汚濁物質の凝集作用が促進される。
【0043】
凝集反応槽3a内で凝集剤と撹拌混合された水は、仕切板3eをオーバーフローして第1凝集沈澱室3bへ流入し、更に第2凝集沈澱室3eから放流槽3dを経て、池1内へ戻される。
また、凝集剤7aの撹拌混合により形成された水W内の汚濁物質の凝集物は、主として第1凝集沈澱槽3b及び第2凝集沈澱槽3c内で沈澱分離され、溜った凝集物は適宜にバキュームポンプ等により沈澱槽3b、3c内から吸引排出される。
【0044】
尚、水の処理速度は使用するポンプ容量に応じて通常150l/min〜1000l/min程度に選定され、これを基準にして水浄化処理装置3の容量や浄化処理時間、投入凝集剤量等が決められることは、前述の通りである。
【実施例1】
【0045】
水域面積1000m、水深1m、総貯水量1000トン、主たる汚染原因がアオコ及び水底ヘドロである池の水を対象として浄化処理をした。
【0046】
使用した水浄化処理槽3は長さ15m、幅1.8m、深さ1mであり、又、水中ポンプ6には、吐出流量約200〜250l/分、吐出圧力1.2〜1.5kg/cm2、使用電圧AC100Vの水中ポンプが使用されている。
また、導水管5にはゴム引き布製ホース(50mm)を使用しており、噴出孔7aの内径1.5〜2.5mφ、噴出孔のピッチ10〜15cm間隔、ホース亘長16mであった。
【0047】
凝集剤7aの投入量は、全水量に規定濃度の凝集剤7aを投入することとし、水1000トン×濃度100ppm=100kgの凝集剤(PGα21Ca)を投入した。
また、凝集剤の投入時間(即ち、浄化処理時間)は、1日10時間稼動して7日間で全水量分の凝集剤を投入することとし、その結果、水処理流量は239l/min、凝集剤投入量は23.8g/min、1日当りの投入凝集剤量は14.3kgであった。
【0048】
水の浄化処理に際して、投入された凝集剤は十分に反応し、反応槽3aを通過するのに要した時間は、反応槽4.5トンに対して238l/min水量であるので、約19分であった。さらに、22.5トンの水浄化処理槽3内を水が通過するのに要する時間は、約95分であった。尚、反応槽3aを通過した処理水は、沈澱槽3b、3cにて固液の分離が行われ、上澄みの清水のみが再び池へ戻されて行く。
下表は、本実施例に於ける浄化処理の結果を示すものである。
【0049】
【表1】

【産業上の利用可能性】
【0050】
本発明は池や濠の水の浄化処理だけでなく、河川や沼湖等の水や貯水槽内の水の浄化処理にも適用出来るものである。
【符号の説明】
【0051】
Wは水
Waは混合液
WLは水位レベル
Cは循環流
1は池
1aは水の流入口
1bは水の流出口
2は水の浄化処理装置
3は水浄化処理槽
3aは凝集剤反応槽
3bは第1凝集沈澱槽
3cは第2凝集沈澱槽
3dは放流槽
3eは仕切板
4は混合液形成槽
5は導水管
5aは噴出孔
6は水中ポンプ
7は凝集剤供給機構
7aは凝集剤

【特許請求の範囲】
【請求項1】
水中に設置した凝集反応槽と凝集沈澱槽と放流槽とから成る水浄化処理槽と,前記凝集反応槽の水中に環状に配設され、縦断面視に於いて軸心に水平な方向の両側壁と軸心に垂直な方向の上側壁に夫々小径の噴出口を長さ方向に所望の間隔をおいて穿設した導水管と,水中に配設されて側壁に設けた通水孔より水が内部へ流入すると共に、上方開口により凝集剤が投入される混合液形成槽と、前記混合液形成槽内に配設され、当該混合液形成槽内部の混合液を前記導水管の入口側へ圧送して凝集剤と水との混合液を噴出口から凝集反応槽内へ噴出する水中ポンプと、から構成したことを特徴とする水の浄化処理装置。
【請求項2】
水浄化処理槽を木杭又は合成樹脂材若しくは溶剤又は合成樹脂材と築堤の一部により形成するようにした請求項1に記載の水の浄化処理装置。
【請求項3】
導水管を合成樹脂製又は布製のホースとし、且つ凝集反応槽の底面より水位の約1/4〜3/4の高さ位置に水平に複数段配設するようにした請求項1に記載の水の浄化処理装置。
【請求項4】
凝集剤をポリグルタミン酸架橋物を主体とする生分解性の粉体状凝集剤若しくは液体状の凝集剤とするようにした請求項1に記載の水の浄化処理装置。
【請求項5】
導水管を、凝集反応槽の内部にその側壁から所定距離だけ離して配設した、平面視で四角形又は多角形若しくは円形を呈する環状の導水管とするようにした請求項3に記載の水の浄化処理装置。
【請求項6】
請求項1に記載の水浄化処理槽を用いた水の浄化処理方法に於いて、混合液形成槽内に設けた水中ポンプにより、凝集反応槽の水中に環状に設けた導水管の各噴出口から凝集剤混合液を縦断面視において導水管の軸心と水平方向の両側方向及び前記軸心と垂直方向の上方向に向けて噴出させ、前記各噴出口からの噴出流により凝集反応槽の中央部近傍に上昇水流及び凝集反応槽の側壁部近傍に下降水流を発生させ、前記上昇水流と下降水流から成る環状流によって噴射した凝集剤混合液を水内へ強制撹拌することを特徴とする水浄化処理槽を用いた水の浄化処理方法。
【請求項7】
請求項1に記載の水の浄化処理槽を用いた水の浄化処理方法に於いて、混合液形成槽内に設けた水中ポンプにより、混合液形成槽内へ流入した水及び投入した凝集剤の混合液を凝集反応槽内へ流入させると共に、当該水中ポンプによる凝集反応槽内への混合液の流入を所望時間連続して継続することにより、池等の水を浄化処理することを特徴とする水の浄化処理方法。
【請求項8】
凝集剤をポリグルタミン酸架橋物を主体とする生分解性の粉体状凝集剤若しくは液体状の凝集剤とするようにした請求項6又は請求項7に記載の水の浄化処理方法。

【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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【公開番号】特開2012−16683(P2012−16683A)
【公開日】平成24年1月26日(2012.1.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−156992(P2010−156992)
【出願日】平成22年7月9日(2010.7.9)
【出願人】(510191012)ポリグルトレーディング株式会社 (2)
【Fターム(参考)】