DEVELOPMENT OF DRINKING WATER TREATMENT ALONG THE THINE RIVER WITH SPECIAL EMPHASIS

Size: px

Start display at page:

Download "DEVELOPMENT OF DRINKING WATER TREATMENT ALONG THE THINE RIVER WITH SPECIAL EMPHASIS"

あいりささおか
5 years ago
Views:

1 リバーバンクフィルトレーションに特に注目したライン川沿いの浄水処理の状況ドイツ水道技術センター (TZW) 1 所長ヴォルフガングキューン要旨ライン川は多くの人々と産業とによって利用されており飲料水廃水の排出釣り運送冷却水リクリエーションエネルギー生産農業など各種の用途を満たしている 2, 万人が飲料水源としてライン川に依存し 5, 万の人が同じ川に廃水を排出しているこのような状況がドイツにおけるライン川水浄水処理の特殊な状況を生み出してきている浄水処理は安全な飲料水を保証するものでなければならないため地下浸透 ( バンクフィルトレーション ) 酸化吸着フロック形成消毒などの処理を含む複数の防壁システムから成り立っているバンクフィルトレーションの後でもバンク濾過水を処理するために水道事業者は様々な技術を採用しているリバーバンクフィルトレーションは 1 年以上も昔から利用されている自然の浄水プロセスでありバンク濾過水とは川堤を通って地下水面に到達した河川水である地下浸透には多くの利点があり微粒子バクテリアウィルス寄生虫生物分解性化合物などを取り除くことができる河川水は流水量季節的要因廃液流出都市や工場の廃水の排出雨水流出などによって様々な濃度となることが大きな特徴であるしかし地下浸透の間に濃度ピークは平準化されるこの平準化は水が川底から地下を通って井戸に到達するまでの様々な滞留時間によるものであるこのように地下浸 1 Water Technology Center (TZW), Karlsruher Strasse 81, D Karlsruhe, Germany Phone: , Fax: mail: kuehn@tzw.de, Web: 1

2 透は産業廃水施設の異常などの非常事態によって生じる突発的負荷に対し防御の役割を果たしている温度ピークに対する平準化作用もまた水質向上に繋がるものでバンク濾過水の温度は通常地表水よりも低い上地下水が混合されている場合が多いバンクフィルトレーションは他の処理方法に代わるかもしくは補助する自然の処理プロセスであるまた地下浸透の利用は水処理費の削減にも繋がるこれらの利点によりバンクフィルトレーションは有効な処理方法の選択肢の一つであるが河川水からすべての汚染物質を取り除くことは出来ないことまたすべての川床あるいは川堤に適用は可能ではない点を忘れてはならない序文ライン川は水道にとって重要であることよりもロマンティックな渓谷古城ワインなどで有名であるしかしライン川集水域はハイテク産業が集まっている高人口密度のコングロマリットであると同時に最も集中的に農業目的に利用されている地域である多くの品質の良いワインの生産地でありまたレクリエーションや観光地でもある Mercedes, Porsche, Opel そして Ford もこの地域で製造されており Bayer BASF Hoechst Novartis など約 1 の化学プラントがライン川を利用しかつ廃液を排出している約 2, 万人が飲料水源としてライン川に依存しているが同時に 5, 万人が同じ川に処理下水を排出しているチューリッヒバーゼルストラスブールシュツットガルトフランクフルトケルンデュッセルドルフアムステルダムなどの都市は原水源として地表水を必要としている利用可能な地下水資源は地表水によって増量する必要がありその地表水は殆どの場合直接取水されるのではなくバンクフィルトレーションもしくは浸透濾過後取水されている原水供給量の管理はライン川沿いの水道事業者の国際協会 (IAWR)( 参考文献 1) が行っている図 1 に示す通り 7 ヶ国の水道事業者がライン川の水質保護のために協力している ( 参考文献 2) オランダドイツベルギーフランススイスリヒテンシュタインオーストリアの 119 に上る水道事業者が公害対策と公衆衛生を促進するために協力しておりその目標はバンクフィルトレーションのような自然処理だけで飲料水生産ができるようより良い原水水質を確保することにある 2

3 Fig. 1: IAWR 地域 3

4 ライン川沿いにおける浄水処理システムの状況ドイツのライン川沿いでは主にリバーバンクフィルトレーション川沿いに井戸を設け河川水と地下水の混合水をポンプで汲み上げるが利用されているが同時に図 2 が示すように河川水を直接利用している水道事業者もいくらかはある川不連続点塩素処理飲料水不連続点塩素処利理フロック形成 / 沈殿. 濾過消毒飲料水前オゾン処理フロック形成 / 沈殿オゾン処理濾過活性炭消毒飲料水図 2: ライン川における浄水処理システムの状況 ( 地下浸透無し ) 河川水を直接処理する場合通常は第 1 段階で不連続塩素処理が行われていたがトリハロメタン (THM) や吸収性有機ハロゲン化物質 (AOX=Absorbable Organic Halogens) のような副産物が生成されるためこの方法は現在採用されておらず消毒および酸化方法として塩素処理に代わりオゾン処理が採用されている水道事業者の中には依然として河川水を直接使用している所もあるが殆どの場合生物学的処理方法としての地下浸透をその後に組み合わせている川バンクフィルトレーションバンクフィルトレーションバンクフィルトレーションオゾン処理前処理 ( フロック形成オゾン処理活性炭 ) 濾過活性炭活性炭消毒消毒消毒飲料水飲料水飲料水図 3: ライン川浄水処理システムの状況 ( 地下浸透有り ) 地下浸透 ( 地下水強化 ) 消毒飲料水 4

5 図 3 に示す通りドイツではリバーバンクフィルトレーションが広く採用されているオランダではラインの水を直接取水しているが砂丘での浸透濾過 (Infiltration) 方法をその後に加えているドイツおよびスイスの一部地域特にルール川沿いでは様々な浸透濾過法とともに地下水涵養法 (groundwater enrichment) が採用されているライン川がまだ汚染されていない頃にはバンク濾過水は飲料水として直接使われていたが現在では複数の防御システムを構築するためにバンクフィルトレーションの後に異なった処理方法を加えている当初バンクフィルトレーションは帯水層で混入した鉄やマンガンを酸化するためにオゾン処理を次いで特に味臭いの問題解決のために活性炭が吸着用に使用されていたバンクフィルトレーションのメリットとデメリットについては以下の章で考察するライン川沿いのリバーバンクフィルトレーションドイツのリバーバンクフィルトレーションには 1 年以上の歴史と伝統がある ( 参考文献 3 4) バンク濾過水とは川堤を通って地下水面に到達した河川水のことである地下浸透を用いる別の方法として地下水涵養あるいは人工涵養といった浸透濾過がある図 4 はこれら 2 つの方法の仕組みを示している浄水場へ川前処理バンクフィルタレーション浸透濾過図 4: バンクフィルトレーションと浸透濾過の仕組み浸透濾過では河川水の前処理を行うことが特徴となっているバンク濾過水と浸透濾過水は井戸によって地下から取水され浄水場でさらに処理される浸透濾過はバンクフィルトレーションによって得られる水量が十分でない場合もしくは地理的条件のためにバンクフィルトレーションが不可能な場合に適用される両方法とも滞留時間は数日から 1 日以上と様々である実際上 5

6 リバーバンクフィルトレーションでは異なる滞留時間の水の混合水が作られている図 5 に示す通りドイツにおける浄水処理の主な原水源は地下水である図 5: ドイツにおける飲料水源地下水バンク濾過水ダム湧き水河川水その他ドイツの飲料水の約 16% がバンク濾過水あるいは浸透濾過水からつくられている地下浸透には浄水処理として有用な表 1 にリストアップした幾つかの利点がある表 1: 地下浸透の利点 - 自然な処理方法 - 微粒子の除去 - 生物分解性化合物の除去 - バクテリアウィルス寄生虫の除去 - 濃度ピークの平準化 : 例 ) 事故 - 温度ピークの平準化 - 地下水による希釈 - 高水位時に帯水層を満たす ( 低濃度 ) 地下浸透は微粒子バクテリアウィルス寄生虫生物分解性化合物などを除去する流水量季節的要因都市や産業の下水の排出雨水流失などによって河川水は極端に濃度が変化することが大きな特徴であるしかし地下浸透中に濃度ピークは混合され平準化されてしまうこれは水が様々な空隙率を有する土壌を通過あるいは川底から地下を通って井戸に到達するのに必要な異なる滞留時間によるものであるこのために地下浸透は産業廃水 6

7 施設の異常などの非常事態によって生ずる突発的負荷に対し防壁の役割を果たしているまた温度ピークに対する平準化は水質向上にも繋がる出来るだけ流量が多く川堤まで水が満ちているのはメリットがありそれは殆どの場合高流量時には希釈によって濃度が低くなるためである地下浸透の効果は幾つかの要素によって変化するそれは表 2 に示すように例えば微粒子数溶解している有機物濃度酸素アンモニア栄養素などによって特徴付けられる河川水の水質でありさらに土壌の質や空隙率土壌中での水の滞留時間温度 ph 値などがバンク濾過水の水質に影響をおよぼしている表 2: バンクフィルトレーションの効果に及ぼす影響要因 - 河川水の水質 - 微粒子 - 溶解した有機物 ( 天然および人工 ) - アンモニア - 栄養素 ( 例えば硝酸塩リン酸塩 ) - 微生物とマクロ生物 ( 例えばバクテリア藻類植物 ) - 土壌の空隙率と質 ( 例えば鉄マンガン ) - 滞留時間 - 温度 - ph 値 - 酸素濃度河川水の水質は地下浸透後の処理方法に影響を及ぼす場合が多いバンクフィルトレーションによって除去されなかった河川水中の高濃度アンモニアや生物分解性有機化合物は特に地下浸透が嫌気状態の場合にはバンク濾過水からこれらの物質を除去するための追加処理が必要となるバンクフィルトレーションは非生物分解性微小汚染物質などの処理しにくい物質に対しては有効でないためバンク濾過水の処理に粒状活性炭フィルターを用いる場合が多い地域の状況によっては土壌が吸着力やイオン交換力を有している場合もあるバンクフィルトレーション中に生じる生物学的プロセスにより酸素が減少するため浄水場でエアレーション処理が必要になる場合もある嫌気状態ではバンクフィルトレーション中に鉄やマンガンが出てくることがありこの場合もまた浄水場でこれらのイオン除去が必要となるバンクフィルトレーションはさらに水の微生物学的水質を改善するこれは微生物再増殖能の低下として測定可能であるさらにバンクフィルトレーションによってコロニー数大腸菌数その他のバクテリアウィルス寄生虫も減少するがバンクフィルトレーションは消毒処理を完全に代替するものではない 7

8 地下浸透 ( バンクフィルトレーション ) の実績何十年にも及ぶ長期間の実績は地下浸透の微粒子や生物分解性化合物を除去するための安定した性能を示している DOC [mg/l] ライン川 1 バンクフィルトレーション出典 :ARW (1998) 図 6: デュッセルドルフにおけるライン川およびバンク濾過水中の DOC 濃度図 6 はライン中央流域の浄水場における過去 25 年間の河川水とバンク濾過水中の DOC 濃度を比較したものである今回の調査では廃水処理が改善されたおかげでライン川中の DOC 濃度は約 5 mg/l から 3 mg/l まで減少した同様の減少はバンク濾過水にも見られ生物分解性 DOC のほぼ 5% が除去されている図 7 に示す通り AOX についても同様の結果が得られている 8 6 ライン川 AOX [µg/l] 4 2 バンク濾過水出典 :ARW (1998) 図 7: デュッセルドルフにおけるライン川およびバンク濾過水中の AOX 濃度 8

9 より良い原水水質を求める水道事業の圧力はライン川沿岸にある製紙工場からの AOX 排出量を減少させてきている 197 年代初頭にはライン川の水質は劣悪でありアンモニアが存在し酸素は殆ど含まれていなかった地下浸透中に生物分解性有機物が減少することにより酸素そして硝酸塩さえも消費され地下の状態は嫌気性となり鉄やマンガンが還元されて土壌から放出された図 8 はこの結果を明らかに示しているアンモニアマンガン [mg/l] 1..5 アンモニア酸素酸素 [mg/l] マンガン出典 :ARW (1998) 図 8: ライン川バンク濾過水の年代別水質 8 年代中頃になると地方自治体および産業界による廃水処理が進んだためライン川の水質は向上した帯水層は好気性となり鉄とマンガンは不溶性酸化物 (Fe 3+, Mn 4+ ) となってバンク濾過水から消えた地下浸透はまた生物分解される AOC( 同化有機炭素 assimilable organic carbon) を除去するためにも優れた方法である図 9 はザーレ川沿岸の浄水場の処理ラインでの AOC 濃度例である図 9 は生物活性処理地下浸透および活性炭が AOC 量を減らすことを示しておりこれは浄水中の微生物再増殖能の低減をもたらすことになるバンクフィルトレーションは図 1 に見られるように主として事故などによって生じるピーク濃度に備えるための優れた防備でもある 9

10 ザーレ川地下浸透オゾン処理活性炭図 9: バンク濾過水の AOC 削減効果 4 ライン川 1,2- ジクロロエタン約 3 週間バンク濾過水図 1: 突発負荷に対する防御突発的な一時的流出の場合でもバンク濾過水中に僅か 1 パーセント程度の濃度しか見出されないことを浄水場は経験的に予測しているすなわちバンクフィルトレーションは事故による高いピーク濃度に対し防護柵の役割を果たしている図 11 はバンクフィルトレーションが如何に濃度ピークを平準化するかを示している 1

11 4 3 塩化物 [mg/l] 2 ライン川 1 バンクフィルトレーションデュッセルドルフ近郊のライン川出典 :Sontheimer (1991) 図 11: バンクフィルトレーションによる塩化物濃度の平準化河川水にはライン川集水域で操業している鉱山から出る塩化物濃度の週間波形が見られるバンク濾過水はこの濃度変動を平準化するバンクフィルトレーションによる有機微小汚染物質の除去はこれらの物質の生物分解性に依存する非 / 準 / 易生物分解性化合物のサンプルと地下浸透中でのこれらの物質の挙動について以下に幾つかの例を挙げている様々な浄水場で計測されたデータが多くの化合物について収集されているサンプルは河川水とバンク濾過水から採取したものであり調査結果はバンクフィルトレーションが幾つかの物質に対し防壁の役割を果たすことを示している最初の例を図 12 に示す 5 ジクロフェナク [ng/l] ライン川バンク濾過水 97 6 月 8 月 1 月 98-2 月 4 月 6 月 8 月 1 月 99-2 月 4 月 6 月図 12:Diclofenac に対するバンクフィルトレーションの効果 11

12 Diclofenac(Voltaren と同様のブランド名 ) は抗リウマチ薬の基本成分として広く使用されている化学薬品であり Diclofenac は全ての生活排水に存在するため当然河川水にも含まれているがバンクフィルトレーションでほぼ完全に取り除かれる図 13 には別の例を示すビスフェノール A [ng/l] 月 9 月 1 月 11 月 99-1 月月 3 月ライン川バンク濾過水 4 月 5 月 6 月図 13: バンクフィルトレーションのビスフェノール A に対する効果ビスフェノール A は活性内分泌物質で可塑剤や酸化防止剤として広く使われており大量生産 ( ドイツでは約 26. 屯 / 年 ) のために工場廃水を含む殆どの川に見出されている図 13 の例に示すようにビスフェノール A もバンクフィルトレーションにより除去される図 14 は Carbamacepine に対するバンクフィルトレーションの効果を示しているカルバアゼピン [ng/l] ライン川バンク濾過水 97-6 月 8 月 1 月 98-2 月 4 月 6 月 8 月 1 月 99-2 月 4 月 6 月図 14:Carbamacepine に対するバンクフィルトレーションの効果 12

13 抗てんかん剤として使用されているこの化学薬品はバンクフィルトレーションでは除去できないが後続の処理過程で簡単に除去できるドイツで 5 屯 / 年利用されているこの化合物は活性炭やオゾン処理で除去が可能である図 15 に別の例を示す 15 1 ライン川バンク濾過水 EDTA [μg/l] 月 4 月 7 月 1 月 96-6 月 9 月 97-3 月 6 月 9 月 98-3 月 6 月 9 月 99-3 月図 15:EDTA に対するバンクフィルトレーションの効果 EDTA( エチレンジアミン四酢酸 Ethylenediaminetetraacetic acid) はキレート試薬として化粧品や洗剤などに広く使用されているこの処理しにくい化合物は地下浸透を殆ど完全に通り抜けてしまうさらに EDTA は除去が難しく酸化や吸着も効果がないためドイツの水道事業はこの飲料水に関係する物質の産業界での使用を最小限に抑えるよう自ら乗り出している結論バンクフィルトレーションは表 3 に示す通り多くの利点を備えている表 3: バンクフィルトレーション ( 地下浸透 ) の利点 - 自然の浄水方法 - 他の処理方法に代わるかもしくは補助する - 経費を削減する - 飲料水の水質を向上させる - より安全で満足できる飲料水をつくるリバーバンクフィルトレーションは突発的負荷に対する防御生物分解性化合物粒子バクテリアの除去といった多くの利点を備えているバンクフィルトレーションは他の処理方法に代わり得るものであり特に他の処理方法を 13

14 補助することが出来る地下浸透は水質を改善することにより飲料水をより安全なものとし消費者に受け入れられるようにしているこの方法は自然の処理方法であり多段防御システムの重要な土台となるものである参考文献 1 IAWR ライン川からの飲料水 (Drinking from the Rhine) Amsterdam, IAWR 記録 (Memorandum) Amsterdam, 22 3 Sontheimer, H.: ライン川沿いのリバーバンクフィルトレーションの実績 (Experience with riverbank filtration along the Rhine river) Jour. AWWA, 72 (198)7, Kuehn, W. and Mueller, U.: リバーバンクフィルトレーションの概要 (Riverbank filtration: an overview) Jour. AWWA, 92(2)12, 6 14

施設名施設住所項目一般埋め立てた廃棄物廃棄物 (ton) 擁壁の点検遮水効果低下するおそれが認められた場合の措置遮水工の点検遮水効果低下するおそれが認められた場合の措置周縁地下水の水質検査結果斜里町清掃センター最終処分場斜里町以久科北破砕ごみ内容生ごみ残差合計点検を行った年月日

施設名施設住所項目一般埋め立てた廃棄物廃棄物 (ton) 擁壁の点検遮水効果低下するおそれが認められた場合の措置遮水工の点検遮水効果低下するおそれが認められた場合の措置周縁地下水の水質検査結果斜里町清掃センター最終処分場斜里町以久科北破砕ごみ内容生ごみ残差合計点検を行った年月日項目一般埋め立てた廃棄物廃棄物 (ton) 擁壁の点検遮水効果低下するおそれが認められた場合の措置遮水工の点検遮水効果低下するおそれが認められた場合の措置破砕ごみ内容生ごみ残差合計採取した年月日別紙 1 2のとおり結果の得られた年月日採取した年月日結果の得られた年月日採取した年月日結果の得られた年月日測定を行った年月日残余容量 (m 3 ) 4 月 5 月 6 月 7 月