第3章 水环境对策篇
水质净化对策的基本构成
导致水质浑浊的物质,发生在各排出源的排放阶段。对各发生源进行排放水的完全处理或进行部分处理后排出。
・生活排水
屎尿等生活排水,经过以下水道为首的各种处理系统的处理后,进行排放。
・工厂,产业系统所产生的污染物质排放
根据水质的特性对其进行处理后,进行排放。
・农业,畜牧业
粪尿等畜产排水以及堆肥等农地使用肥料伴随雨水流出。
・城市,山林等的分散点
由废气排放等产生的氮氧化物,通过降雨及地下水流出,对水源造成负担。
→有关水质混浊知识,让我们在「2.水的现状篇 ,3水质问题」中温习吧。
以上物质将流入河川,一部分流入湖沼,大坝,堰等的非流动水域,但最终会流入海洋。在湖沼,大坝等非流动水域中,由于流入的氮,磷会造成浮游生物的异常发生,因此导致水体富营养化,成为了水质污染的原因。上述情况可采取以下几种对策。
●流域对策
流域负荷削减对策
●水域对策
河川直接净化对策
・流入河川对策
・河川内对策
湖沼对策
・湖沼流入河川对策
・湖沼内直接净化对策
有机物处理
●有机物去除
有机性排水处理大致可分为以下几类。
・物理处理
・化学处理
・生物处理
物理与化学处理作为生物处理的前期或后期阶段的高度处理被普遍采用,但主要的处理手段还需要依靠生物处理。
生物处理可分为需氧性处理与厌氧性处理。无论采取哪种方法,其流程都是利用自然净化原理而起到净化的效果。在排水生物处理技术中的一部分设备中,人工作业增加了处理的效率,使适用于各个环境的微生物有效对的有机物进行分解。
●生物处理
需氧性处理
在满足需氧的条件下,通过与有机物的接触,产生酸化反应从而分解成二氧化碳和水。需氧性处理的反应速度快,不产生恶臭,处理设施规模较小,因此适用于住宅区域内的设置,但需要不断的往处理槽内供给空气。
①活性污泥法
处理效率高,因此成为了最为普及的处理方式。
・标准活性污泥法
・厌氧-需氧活性污泥法
・氧化沟法 等
②生物膜法
生物膜与活性污泥法相比较,微生物种类较为丰富,可对应各种负荷的变动,因此能够分解比较难以分解的有机物,是促进硝化反应进行时常采取的方法。另外,由于维持及管理较为容易,所以常用于小规模下水道及净化槽等的中小规模设施中。
・接触曝气法
・回转板接触法
・散水虑床法
・生物膜过滤法 等
以碳素纤维进行水质净化可以说是生物膜法中的一种,碳素纤维被作为接触过滤材料使用。
厌氧性处理
厌氧条件下,还原状态中所进行的分解;有机物被分解为成甲烷,二氧化氮等。厌氧性处理时,虽然不需要空气供给,且可以利用发生的沼气实现节能,但由于装置规模大,反应速度慢,需要较长的滞留时间的同时还伴随恶臭的发生成为了其缺点。
厌氧·需氧循环
硝化脱氮可以保持pH值接近中性状态,是确保高效处理的有效方法。进行厌氧需氧循环法处理可大幅提高有机物的去除能力。
●物理化学的处理
在需要对水进行高度处理时,对于生物学处理中无法分解,去除干净的排水进行处理中所使用的方法。
・过滤
・药品凝聚
・膜分离
・活性碳吸着
・臭氧酸化
・生物活性炭 等
●采用碳素纤维的有机物处理
利用碳素纤维进行的有机物分解,是利用形成在碳素纤维上的微生物膜而实现的。碳素纤维水质净化材可以恰到好处的粘合需氧细菌和厌氧细菌,通过碳素纤维在水中的摇摆和有机物的接触,大大地提高有机物除去能力。
与一般的过滤材相比,具有表面积大,生物亲和性卓越等特性,因此微生物膜能够大量粘合污染物质,而且不易剥离,可以持续地提高水质净化效果。
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需氧・厌氧条件下的有机物的分解 |
利用生物膜有机物分解 |
营养盐(氮・磷)处理
●利用生物处理去除氮
通过硝化反应(酸化)与脱氮反应(还原)两个过程,使之以分子态氮的N2扩散到大气中
●利用生物处理除去磷
有凝聚沉淀法,晶析法,吸着脱磷法,铁点解法等。在排水处理厂等大规模设施中,凝聚沉淀法为最为普遍采用的方法。
●物理化学的去除氮・磷
有凝集沉淀法,晶析法,吸着除磷法,铁电解法等,但在大规模设施如污水处理厂等的处理主流是以往最普及的凝集沉淀法。
●利用碳素纤维除去营养盐
粘合在碳素纤维上的微生物,因为含有较多的脱氮细菌,通过利用硝化反应,而形成的硝酸盐氮被分解成氮气扩散到大气中。另外,微生物可以把磷酸离子作为多磷酸进行积蓄,因此在水中也可以去除磷。并且,碳素纤维还具有溶出铁离子的功能,通过铁离子的存在成为磷酸铁的不溶性进行固定。
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生物学上的氮去除 |
生物・化学上的磷除去 |
生活系排水的对策
作为生活排水对策,可以采取合并净化槽,单独净化槽,屎尿抽取,价处理等方式。水质污染对策,主要采取下水道铺设方式,未能进行下水道铺设的地域,则采用合并净化槽进行处理。
●下水道对策
下水道主要是为了收集城市中的雨水或污水,并排放到公共水域的设施设备的集合体。大多数废水经过下水处理设施的净化处理后再被排放。
污水中包括了水洗厕所的屎尿;家庭烹饪 ,涮洗中产生的生活排水;商店,酒店,工厂作坊等小型事业加工点的产业排水。
●净化槽对策
单独处理净化槽,在无法对生活杂排水进行处理下,直接排放导致污染负荷量明显增加。因此有必要促进可同时处理杂排水的合并处理净化槽的设置。
●生活杂排水对策
作为对策,除了转换合并净化槽以外,也可以使用杂排水专用的处理系统与家庭内对策。在家庭内采用的对策主要针对负荷最多的厨房采取减负荷对策;抑制排出料理渣,适当处理废食物油和洗衣物时使用无磷的洗衣粉等各种各样方法。
工厂排水对策
工厂排水对策可根据水污染防止法等排水规制予以加强,并且可通过相对应工厂排水的再利用达到抑制排水量或针对污染特性的排水处理进行污染去除。
具有一定规模以上的特定设施工厂・事业所,是水质污染防止法严格规制的对象;约75%的工业用水业可以再利用,明显地减少了水的使用量和排水量。
・含有有机污染物质排水的发生种类 → 生物处理方式
・无机系列为主体的污染物质排水的发生种类 → 凝聚沉淀方式,沙滤过方式等
另外,碳素纤维水质净化材作为生物处理方式的接触材料,近年其效果不断引起着各方面的瞩目。今后,伴随着研究开发的深入,有待期望其应用范围的不断扩大。
农业用地・畜产业排水的对策
・畜产业排水对策
来自畜产业饲养的牛,猪排出负荷量是人类排出负荷量的5~10倍,畜产业越繁盛的地区,其粪尿处理,排水处理越为重要。
在日本,家畜的粪尿,从有效利用有机资源的角度来看,它已经作为堆肥,液肥对农地和绿地的进行施肥利用,当过剩的情况下则被堆放在户外,因此随着降雨而流出造成面源负荷。
对于含有屎尿的畜舍排水净化处理,一般的使用需氧性的生物处理,特别是活性污泥法处理
・面源负荷对策
农业用地的面源负荷主要指,下雨时积累在农业用地,牧草地,放牧场等流出的污染物质;以及晴天时地下渗透的污染物质的流出。从作为施肥的化学肥料的堆肥物质上看,成为问题的主要是流出氮和磷的富营养化物质。
●牧草地等自然区域的负荷对策
・施肥采伐的方法改善
・荒废地等的流失对策 等
●农耕地的面源负荷对策
・过剩施肥,散肥的指导等对策
・水田的水管理及肥料流失防治
・家畜粪,屎尿的室内堆肥 等
引用:「碳素纤维水利用技术设计指南-环境水篇-」
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