JPH04503323A - 水を処理する方法および設備 - 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】 水を処理する方法および設備 本発明は、水、特に養魚場用に意図された水の処理に関する。更に明確に述べれ ば、本発明は、水処理の方法にて、処理すべき水のエアレーションの段階と、そ れを室へ、室のそれより可成り大きい容積の隣接池内へ、そして室へと戻して循 環させる段階とを含み、溶解性不純物を包有する泡を室内の水の表面に形成する 如く作用し且つ前記泡が形成された際それを室から除去する気泡がエアレーショ ンにより生成されるようにする方法に関する。

上記の方法がノールウェー特許第５８９９６号に開示されている。この特許によ れば、気泡で形成される泡の直ぐ下方で室の上方部分内へ水が噴出される前に水 のエアレーション用の空気も付加されるようにした外部の水ポンプにより、水の 循環が得られる。

気泡のサイズに応じ種々の形態の水中の不純物を処理する、それぞれ浮上分離お よび物理吸着と称される二つの厳密に区別される現象または機構により、水中を 浮上する気泡に基づく水処理が生起されることは、ここで一般的に留意されるべ きである。例えば浮上分離は、水中に懸濁する粒状の有機および無機物質を除去 するために用いられるが、物理吸着は、水中の溶解された有機お・よび無機物を 抽出するものである。

浮上分離には、液体の表面へ浮上する懸濁粒子の能力が利用される。これが生起 するためには、粒子の密度が液体のそれよりも低くなければならず、またはそれ らを、それらが除去される水の最上部へスラリー沈積物として沈降する物質を囲 み若しくはそれに付着する気泡により表面へ持ち上げることができなければなら ない。但し水面は、さもなければスリラーが砕解するので、比較的に静かでなけ ればならない。

物理吸着においては、水中に溶解された分極した化合物が気泡と結合し、それに よってそれらが表面へ運ばれ、そこでそれらが、容易に除去されるかさ張った気 泡をなして集取される。

浮上分離力には、約０．０３ｍｍから約０．１２−までの範囲のサイズの気泡が 用いられるが、物理吸着法は、大きさが約０．８ｍｍの気泡の場合に最も作動で ある。

通常、浮上分離用の気泡は、数気圧の圧力下に置かれた水の中へ空気を溶解し、 次いで圧力を解放し、過飽和による上記のサイズの、緩徐に浮上する気泡を形成 することにより生成される。この浮上分離技法の一例としては、ポンプ、弁、送 水管および圧力室の使用に依存するスウェーデン特許第１６９　５６１号が参考 となる。また養魚に関連して、この在来の浮上分離法は、空気かガス媒質として 使用される場合には水が窒素ガスで過飽和されるので、水を有毒物で汚染する。

物理吸着に使用される気泡は通常、汚染水の柱の底部に置かれた散気装置、即ち 、空気浸透性の壁を存する管、ホースまたは類似物、によって生成される。物理 吸着の更に詳細な説明については、スティーヴアン・スボッテ（Ｓｔｅｐｈｅｎ 　５ｐｏｔｔｅ）の著書［スイーウォータ・アクアリアムス（Ｓｅａｗａｔｅｒ 　Ａｑｕａｒｉｕｍｓ）」（１９７９年、ジョン・ワイリー・アンド・サンズ（ Ｊｏｈｎ　Ｗｉｌｅｙ　＆　５ｏｎｓ）刊、２０８〜２１７ページ）が参考とな る。

上記ノールウェー特許第５８　９９６号の説明の更に綿密な検討により、そこに 直接に述べられてはいないが、それが、粒子の浮上分離にではなく、溶解物質の 物理吸着に明らかに依存していることが明白となる。例えばそれには、表面池内 の気泡が容易に破裂し泡がつぶれるがそれは、大きな気泡を用いる物理吸着によ って形成される泡の場合には一般的であること、更にまた（浮上分離を生じ得る ）小さい気泡は問題と考えられ従って室内の海綿状フィルタで除去すべく、粒状 物質は外部の機械的フィルタで除去すること、が述べられている。更に、水が室 内へ、その中の水面に近接して噴出されるという事実により、現出し得るいかな る浮上分離効果も乱れによって消滅される。従ってこの特許は、不純物が水中へ 戻らぬようにするために、泡を迅速に除去すべきことを教示している。（物理吸 着は、化学吸着とは正反対に、ファンデルワールス力で形成されるそれのような 弱い結合を用いる可逆プロセスである）。従って、この特許によりれば５０年以 上も前に提案された、この従来の水処理方法によっては、システム内での粒状物 質の滞留時間が余りに長く、またその物質が魚池内へ容易に蓄積するので、現今 の全規模の養魚場の諸要件を満たす品質の水は生成されない。その上、アンモニ アもシステム内に蓄積する。　本発明の目的は、上記のノールウェー特許による 従来の方法よりも安価であるほか更に、水の品質についてもはるかに良好な結果 を与える改良された水処理方法を提供することにある。

この目的は、序論に記述の如き方法において、室の底部付近に位置する散気装置 により前記のエアレーションと循環とがそこにほぼ０．０３ｍｍから１ｍｍの範 囲のサイズの気泡を生成し、そのより大きいサイズの気泡が室の最上部に前記泡 を形成するのに有効であるようにする段階と、粒子と一緒に残余のより小さいサ イズの気泡を水流に連行されて池内へ移送して、粒状の不純物を包有する浮遊ス ラリーを池内の水の表面に形成する段階と、前記スラリーを池から除去する段階 とを特徴とする方法を提供することにある。ノールウェー特許の従来のプロセス 中に生起されることは逆に、本発明によれば、粒状物質は、それが形成されるや 否や連続的に除去され、養魚槽または池の中で砕解または蓄積することは許され ない。

上記の従来の技法と比較した更にほかの利点は、浮上分離を生ずるために水を循 環させ若しくは水を加圧する何れもの機械的ポンプの必要性の除去である。また 、不鈍物を包有する浮遊スラリーが形成される池の最上部の水の層は、浮上分離 プロセスを妨げる乱れを受けない。

室内の最上部の水の層を隣接する可成り大きい池内へ流出させることにより、池 内に行き渡る静かな流れの下で浮上分離効果が最適化されるが、浮遊スラリーは なるべくなら、それがこの室と反対側の池の向こう側に到達するまで、除去しな いことが望ましい。

本発明による方法の好適な実施例においては、室内の水が生物的ろ材（生物ろ材 ）を通り上方へ流れて更に、水中の溶解有機物を除去し且つアンモニウム基を硝 酸塩へ移行させる如く作用するようにされる。（後者の効果は、上記に説明され た如く、溶解有機物が物理吸着によって除去されるので、この場合には最も重要 なものである。）その上、アンモニアは、生物フィルタによって除去される。

フィルタ上の沈積物がある厚さに達した際、大小の小片や破片に取り壊され、そ れらが水流内に連行されて適当な容器などの底部へ部分的に沈降し、そこからそ れらを、水から沈降した他の異物と一緒に除去できるようにした水処理プラント に関して、上記生物フィルタを利用することは明らかに、新しい概念ではない。

しかし在来の設備においては、生物フィルタの能力の７０〜９０％が溶解有機物 を分解するために用いられ、１０〜３０％がアンモニウム基を分解するために用 いられている。また、取り壊された物質の若干は沈降に抵抗し、従って排出水と 共に受容器へ流れ、または養魚槽内の水の劣った品質を結果として生ずる傾向を 有する。生物フィルタを本発明による上述の吸着および浮上分離プロセスと組み 合わせて用いることにより、生物フィルタの能力の大部分がアンモニウム基を除 去するために利用され、従ってフィルタの大きさを可なり縮小できる。更に、フ ィルタから分離された物質の全てが、上向きに流れる水の中に連行され、従って 、後の段階で除去される泡や浮遊スラリーの巾へ集取されるので、別個の沈殿池 を必要とせずにフィルタの洗浄効果が得られる。

本発明に使用される形式の散気装置による処理用水はそれ自体が周知されている が、ＣＯｆや窒素ガスのような望ましくないガスの酸素化およびストリッピング ならびに生物フィルタ上のマット成長物を取り壊すことのみを目的としている。

在来の生物ろ過の例は、スウェーデン特許第１６９　５６１号、第４４２　７４ ４号、第３８６　６５８号および同第３８２　３２１号にも見いだされる。しか し、本発明における如き、他の水処理プロセスとの有利な組合せで用いられる生 物ろ過は、これらの特許に全く提言されていない。

本発明は、比較的広い範囲にわたって、変化するサイズの気泡を生成する、それ 自体周知の形式の特定の散気装置の使用が、酸素化、ガスのストリッピングおよ びマット成長物の分離に加えて物理吸着を結果として生じ、散気装置もまた所要 の水の循環を付与するのに役立つ、という着想に基づくものである。水を生物フ ィルタを通って流れさせるようにした本発明の好適な態様においては、散気装置 が、物理吸着効果により、有機物の分解に関連して生物フィルタ上の負荷を低減 するのに役立ち、生物フィルタ上のマット成長物の所要の除去に対する備えとな っている。より大きい池内へ室から水を排出することは、生物フィルタから取り 壊された汚染破片も本来の水流内に連行され、池内に浮遊して、分離のため別個 の処理ユニットへ水をポンプ圧送する必要とせずに在来のせき止め技法により、 即ち沈降または機械的ろ過によって破片が除去されるようにする、というそれ以 上の利点を結果として生ずる。次いでこれが、各種プロセス間の水のポンプ圧送 を伴う別々のプロセスに基づいた在来の水処理場におけるよりも低いポンプのエ ネルギ要求量を結果として生じている。またここで、この種の粒子（マット成長 物の粒子および破砕された有機小サイズ粒子）についての浮上分離により達成さ れた処理効率が、例えば在来の沈降分離に比し極めて高いこと、および上記作業 に近い何事かを行う沈殿池は通常、１０〜２０倍大きくなければならないことを 述べなければならない。

従って本発明によれば、連続的に配列された単位プロセスの通常的使用に基づい た、より最近の形式の従来の水処理設備に比し格別に低廉な資本と運営費しか伴 わない、基本的に単一の処理ユニットから成る、簡単且つコンパクトで効果的な 水処理設備が得られる。

今まで平均的に使用されている養魚用の再循環型水処理場は、生物ろ過、酸素化 、ＣＯ２や窒素ガスの脱気、ならびに機械的なフィルタ・メツシュ若しくは沈降 による粒子の分離のための個別ユニットに基づくものである。

この種のプラントの設備の費用は極めて高額であり、ポンプ圧送のためのエネル ギ消費量は比較的に大である。

代表的な例として、欧州の、この種の最大の再循環養魚場（１９８５〜８６年、 ノルウェー、ファルサンド（Ｆａｒｓｕｎｄ）に建設）は１０００ｍ”の有効養 魚容積を備え、２８，０００，０００　ＮＯＫの費用を要し、操業のために約３ ００〜４００ＫＷのエネルギ消費量を必要とする。

それに比し、現在２５００ｍ”の（即ち前記の従来のプラントより約２．５倍大 きい）有効養魚池容積を以て建設された、本発明に基づいたプラントは約１１， ０００．０ＯＯＮＯＫの費用を要し、約５０ＫＷのエネルギ消費量を存する。

本発明にはまた、添付の特許請求の範囲に限定されたような、本発明による方法 を実施する設備が含まれる。

ここで本発明の一例を、添付の幾分略図的な図面につき、更に詳細に説明する。

図面の中で、第１図は本発明による方法およびプラントに基づくターポット肥育 プラントの平面図、 第２図は第１図の線ＩＩ−１１についてのプラントの拡大断面図である。

第１図に示すプラントは、都合よ（、即ち各々が独立の肥育ユニットを含む、は ぼ同一な、長方形の、水を満たした４組の池またはタンク２から成っている。各 地２には、池の一方の長辺に位置する、全体として数字４て表示された室が結合 されている。図示の如き実施例の場合、室４は、一つの長い壁と、池の二つの端 壁と、独立した長手方向の不浸透性隔壁６とで側方を画定されている。但し望む ならば、言うまでもなく、池の壁とは無関係に、四つの別々の壁で画定しても良 い。隔壁６の上面および下面は、池２のそれぞれ上縁および底部から隔置され、 従って室４は池２と、その頂部ならびに底部で連通ずる。

室４の底部には、本発明の重要な特徴に従い、例えば、約０．０３ｍ１ｌｌ〜約 １ｍｍの範囲の気泡を生成し得る多数の微小な孔または細孔を壁に備えた幾つか の管またはホースから成る散気装置８が配設されている。従って散気装置の壁の 孔は、通常、そこを通って吹き送られる空気か、孔または細孔の詰まりを防止す るために予めろ過されることを必要とする微細なもの、即ち０．１〜０．３μで なければならない。本発明用に充分適応した散気装置の例としては、中でも、ス ウェーデンのガーデンチック（Ｇａ、ｒｄｅｎｔｅｃ）によって送られる「オキ シフロー（Ｏｘｙｆｌｏ）」なる商標名の下に販売されているものが参考になる が、これは、ランダムなパターンで一緒に結合された、伸張され且つ配向された ポリエチレン繊維から成っている。

室４はなるべくなら、例えばスクリーンの形態の支持部材ＩＯで定位置に保持さ れた（図面にハツチングで示した）生物的ろ材１２で満たされることが望ましい 。ろ材１２の表面積は、微生物学的成長を見込んで、その容積に対して極力大き くされるべきである。なるべくならろ材１２は、最小の気泡が生物ろ材に付着し ないようにするために物理吸着を促進する条件を確保し且つフィルタの全部分へ の水と空気との供給を確保するため、上方へ延びる交差溝（「交差流システム」 ）を組み込んだ形式が望ましい。適当なる材の例としては、スウェーデンのＡＢ カール・マンスターズ（Ｃａｒｔ　Ｍｕｎｓｔｅｒｓ）により供給される「マン スターズ（Ｍｕｎｓｔｅｒｓ）Ｊ　、または西ドイツのテラコン（Ｔｅｒｒａｃ ｏｎ）により供給される「テラバック（Ｔｅｒｒａｐａｃ）Ｊなる商標名の下に 販売される製品が参考になる。

池２の目的は、一部分、前動な浮上分離プロセスを確保するに充分な汚水の滞留 時間を付与し、一部分、二重処理の諸口的を果たし、また一部分、肥育槽等とし て役立つことにある。池の容積は水の品質特性、所望の静止濃度等に依存し、そ れは各々の別個の場合に個々に寸法を定めなければならない。その形状は、目的 、池が屋外または屋内の何れであるか、既存の建物内か、あるいはプロセスが既 存の池に設置されるか否か、等に依存する。

従って、図面に示された池２の形状は長方形であるが、例えば円形の形状を用い ることもでき、その場合には通常、室４も円形であり、池の中央に配置される。

養魚の内部水処理用に使用される場合、水の池２は通常、飼育槽として機能する 。

若干単純化されているが、室４内に生起される事柄は次の如くである。

散気装置８により、汚染された低酸素の水は、（［ママット（ｒｎａｍｍｕ　ｔ 　）ポンプ」または「空気ポンプ」の原理により）隔壁６の下の池２の底部から 室４の底部へと引き出される。水は室を通って上方へ流れ、ろ材Ｉ２の表面上の 微生物植物相に滋養物を付与する。この微生物植物相は、生物分解性のある溶解 前橋物をろ材の表面のマット成長物に転化させ、アンモニウム基を硝酸塩に変換 させる。散気装置８からの微細な気泡は水を酸素化して微生物植物相への酸素の 充分な供給を行い、マット成長物がある厚さに達した際にそれを取り壊す。（充 分な酸素供給と限定されたマット成長物の厚さとは、最大の微生物学的成長を達 成するための重要な因子である。）（序言に述べた文献参照により、０．８ｍｍ のサイズを有する気泡上へ最も効果的に）溶解有機化合物の物理吸着が得られ、 水からの溶解物質を包存する気泡１４が形成される。気泡１４は、矢印Ｓ１で示 す如く、重力により溝１５内へ導かれ、次いでそれ以上のスラッジ処理のため、 プラントから排出される。（マット成長物を取り壊し且つまた、第２図に矢印Ｖ で示す如く、底部に引き入れられた粒状不純物を包存する）かくして形成された 水と空気の流れもまた、浮上分離に最適のサイズ（０，０３〜０．１２０ｍｍ） を有する大きな百分率の気泡を包存する。

室内においても、それらの気泡の若干は粒状物質へ付着し、残余の微小な気泡は 水と粒子の流れと共に池２内へ流れる。後者の池においては、残余の微小な気泡 が粒状物質１３へ付着し、更に、池内には、水の自然な流れによりある場所へ流 れ、そこで矢印Ｓ２で示す如きせき止め技法によりすくい取られる浮遊スラリー を結局形成する粒状不純物の浮上分離に理想的な静かな状態が存在する。（気泡 のポンプ効果によって得られる）水流が池２内の壁面に達すると、それが底部に 向かい下方へ壁について進み（第２図参照）、同じ様態で底部に沿い隔壁６の下 の室４の入口へ戻る。この底部の流れにより、底部に沈降した粒子が拾い上げら れ、それらが室４内へ持ち込まれ、それらはそこで、上述のプロセスにより、結 局浮遊スラリー内へ組み込まれる。生物フィルタ上の負荷が減少するため、溶解 前橋物質の物理吸着により、生物フィルタの大きさの可成りの縮小が可能となる ことも銘記すべきである。上記に説明した如く、生物フィルタの能力の通常７０ 〜９０％が存機物を取り壊すために用いられ、アンモニウム基を硝酸塩に変換さ せるためには１０〜３０％しか使用されない。

大体において、数多くの生物学的ならびに物理化学的諸現象がこの方法の中で相 互作用し、それにより、これまで従来の単位プロセスでは全く得られなかった、 組み合わされた処理結果が得られる。

本発明は、生物学的に分解可能な不安定な有機物、非分解可能な溶解有機物なら びに粒状の有機および／または無機懸濁粒子を（これらが微細で、容易に沈降し なくても）除去することが望ましい、はとんど全ての種類の水に応用可能である 。

更に、このプロセスにより、毒性のアンモニウム化合物が更に非毒性の硝酸塩の 形態に変換される。しかし水は、細菌に対して毒性のいかなる化合物も包有して はならない。本発明による水処理は、養魚場における内部および外部の水処理な らびに自治体および産業界の廃水の処理に適している。

補正書の翻訳文提出書　（特許法＃！１８４条）８）平成３年６月１０日

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．水処理の方法にて、処理すべき水のエアレーションの段階と、水を室へ、室 のそれより可成り大きい容積の隣接池内へ、そして室へと戻して循環させる段階 とを含み、溶解性不純物を包有する泡を室内の水の表面に形成する如く作用し且 つ前記泡が形成された際それを室から除去する気泡がエアレーションにより生成 されるようにする方法において、室の底部付近に位置する散気装置により前記の エアレーションと循環とがそこにほぼ０．０３ｍｍ〜１ｍｍの範囲のサイズの気 泡を生成し、そのより大きいサイズの気泡が室の最上部に前記泡を形成するのに 有効であるようにする段階と、粒子と一緒に残余のより小さいサイズの気泡を水 流に連行されて池内へ移送して、粒状の不純物を包有する浮遊スラリーを池内の 水の表面に形成する段階と、前記スラリーを池から除去する段階とを特徴とする 方法。
2. ２．請求の範囲第１項に記載の方法において、前記室内に配設された生物ろ材に 水を流過させる段階を特徴とする方法。
3. ３．請求の範囲第１項または第２項に記載の方法において、前記室と反対側の池 の端部付近で前記浮遊スラリーを除去する段階を特徴とする方法。
4. ４．請求の範囲第１項から第３項による方法を実施する設備にて、開口室（４） と、隔壁（６）により前記室から隔離された室（４）のそれよりも可成り大きい 容積の池（２）と、前記室を通して処理される水を循環させる装置と、室を流過 する水のエアレーションのための装置と、エアレーションにより生成されるより 大きい気泡で形成される泡を室内の水の表面から除去する装置とを含む設備にお いて、前記エアレーション装置が、前記室（４）の底部に置かれ且つはぼ０．０ ３ｍｍ〜１ｍｍの範囲のサイズの気泡を生成するようにされた散気装置（８）で あることと、前記室（４）が隣接する池（２）とその頂部および底部で連通する ことと、池内の水の表面から粒状の不純物を除去する装置（１６）とを特徴とす る設備。
5. ５．請求の範囲第４項に記載の設備において、前記散気装置（８）が０．１〜０ ．３μの細孔を有するホースであることを特徴とする設備。
6. ６．請求の範囲第４項または第５項に記載の設備において、生物ろ材（１２）が 、上方へ延びる交差する溝を備えた形式であることを特徴とする設備。