Loading article…
化学的リン除去は、アルミニウム（ミョウバンやポリ塩化アルミニウムなど）、鉄（塩化鉄など）、カルシウム（石灰など）の塩を使用してリンを除去する廃水処理方法です。リン酸塩は金属イオンと沈殿物を形成し、分離装置（沈殿槽、浮上槽など）で汚泥とともに除去されます。 [1]
湖のリン含有量を減らすための硫酸アルミニウム処理
富栄養化の修復方法の1つは、飲料水処理の凝固プロセスで一般的に使用される塩である硫酸アルミニウムを適用することです。硫酸アルミニウム、または一般に「ミョウバン」と呼ばれるものは、リン負荷を軽減することで効果的な湖の管理ツールであることがわかっています。[2]
ミョウバンは1968年にスウェーデンの湖に初めて散布されました。[2]アメリカの湖に初めて散布されたのは1970年でした。 [3]今日、ミョウバンはより有効に活用され、理解が深まっています。大規模な調査では、114の湖でリン削減におけるミョウバンの有効性が監視されました。すべての湖で、ミョウバンは11年間リンを効果的に削減しました。持続期間にはばらつきがありましたが（深い湖では21年、浅い湖では5.7年）、結果は湖内のリンを制御するミョウバンの有効性を示しています。[4]
機構
ミョウバン処理は、水体に硫酸アルミニウム塩を加えることから始まります。塩を加えると、溶解して解離し、水中に Al(III) イオンを導入します。アルミニウムイオンは一連の加水分解反応に参加し、 pH範囲にわたって異なるアルミニウム種を形成します。硫酸アルミニウムをさらに追加すると、水の pH が低下します。pH が高い場合、可溶性種 Al(OH) 4 −が存在します。中性 pH 範囲 (6-8) では、不溶性アルミニウム水酸化物(Al(OH) 3 ) が発生します。pH がさらに低下すると、Al(III) イオンは存在し続けます。[2]
最適な pH を維持することは、水からリンを除去するために重要です。リンは、不溶性のアルミニウム水酸化物が存在する中性 pH 範囲で最も効果的に除去されます。この水酸化物はルイス酸として機能し、[5]従来の廃水処理に似た凝集環境を作り出します。不溶性の Al(OH) 3フロックは、リンやその他の種を吸着し、水柱から除去します。フロックの吸着が続くと、フロックは大きくなり、最終的には堆積物として水柱の底に沈みます。湖底を覆う結果として生じるアルミニウム水酸化物層は、堆積物から水柱へのリンの拡散をさらにブロックし、内部に蓄積されたリンをさらに制御します。[4]
実装
明礬処理の大半では、硫酸アルミニウム塩が湖底の深層水層内の基質に施用される。[6]明礬は湖底堆積物から放出されたリンを不活性化することでリン濃度を低下させ、水柱全体のリンを制御する。湖底堆積物内から供給されるこのリンは「内部負荷」リンと呼ばれ、流出水など湖外から供給される「外部負荷」リンとは対照的である。[7]
ミョウバンは通常、湖底水層に散布され、湖全体のリン濃度を低下させるが、表層水層や局所的に点状発生源に散布することもできる。[8]このタイプのミョウバン処理は、従来の水処理におけるミョウバンの使用に似ており、ミョウバンを湖底水層全体に散布するよりも、外部から負荷されたリン濃度を低下させるのに効果的である。表層水層に散布する場合は、船外機で駆動するボートを硫酸アルミニウムを載せた湖に進水させる。散布に必要な量と散布場所を決定した後、船外機の航跡近くの湖面に硫酸アルミニウムを加える。これにより、表層水層内で硫酸アルミニウムが十分に混合される。[9]
ミョウバンの必要量は、さまざまなパラメータによって決まります。pHの変化、溶存酸素レベル、湖底堆積物の金属含有量、湖の大きさなどはすべて考慮すべき重要な要因です。[10]ミョウバンの量は、効果を高めるために科学者や技術者によって計算されます。[要出典]
制限事項
ミョウバン処理は、深い湖や外部からのリン負荷が大きい湖では効果が低い。[7]深い湖では、アルミニウム水酸化物が深層水に局在するため、浅い湖のようにリンの不活性化が水柱全体に広がることはない。さらに、外部から負荷されたリンは湖面からゆっくりと下方に拡散することが多く、深層水内でアルミニウム水酸化物との相互作用が制限され、水柱の上部にリンが蓄積される。[8]したがって、ミョウバン処理は、主に内部から負荷されたリンがある浅い湖に最も効果的に適用される。唯一の例外は、外部から負荷されたリンの点源であり、これはアルミニウム硫酸塩をその源に直接適用することで効果的に制御できる。[8]
考慮すべきもう 1 つの物理的特性は、湖が水柱内での混合に耐える能力です。風によって湖内で発生する混合量を決定するために使用されるパラメータであるオスグッド指数が高い湖では、より効果的なミョウバン処理が行われることがわかっています。もう 1 つのパラメータは、流域面積と湖の表面積の比率です。流域面積と湖の面積の比率が低い湖では、処理後の寿命が長くなっています。これらの湖は、滞留時間が長いことと相関している傾向があり、処理の成功に役立つ内部に蓄積されたリンの影響を受ける傾向があります。[4]適用戦略に関係なく、ほとんどの湖では 5 年から 15 年ごとに繰り返しミョウバン処理が必要になることがよくあります。[8]繰り返し処理が必要なため、最適な効果を確保するために継続的な管理とリンの監視が必要です。[要出典]
生物学的影響は、ミョウバン処理のもう一つの重要な考慮事項です。処理により水の透明度が上がり、湖のより深いところでの植物の成長の増加と相関しています。[8]湖内の植物の成長の増加は基質の特性を変え、それが生物多様性の要因となることがあります。コイなどの底生魚がいる湖では、リンの除去率が低い傾向があります。これらの種は湖の堆積物の中で餌を探しますが、それが湖底にリンを固定する水酸化アルミニウムのフロックを乱します。[4]追加の懸念は、アルミニウム塩が湖を酸性化し、水生生物に有毒になる可能性があることです。[7]ただし、湖の処理に使用される硫酸アルミニウムの投与量は、処理された湖で藻類や無脊椎動物の減少が観察されているものの、魚類に重大な毒性を及ぼすほど高くないことがほとんどです。ミョウバンの投与量も人間に毒性を引き起こすには不十分で、従来の飲料水処理で使用されるミョウバンの投与量と同程度であることが多いです。[8]生物学的悪影響を減らすために、水域中の溶解アルミニウム濃度の許容限度は50μgAl/Lであり、pHは5.5～9の範囲に制限されるべきである。[2]
参考文献
- ^ 廃水工学：処理と再利用（第4版）。マグロウヒル。2003年。501ページ。ISBN 0070418780。
- ^ abcd Kennedy, Robert H.; Cook, G. Dennis (1982年6月). 「硫酸アルミニウムによる湖沼のリンの制御：投与量の決定と適用技術」アメリカ水資源協会誌. 18 (3): 389–395. doi :10.1111/j.1752-1688.1982.tb00005.x. ISSN 1093-474X.
- ^ Garrison, Paul J.; Knauer, Douglas R. (1984年1月). 「ミョウバン処理湖3ヶ所の長期評価」.湖と貯水池の管理. 1 (1): 513–517. doi : 10.1080/07438148409354568 . ISSN 1040-2381.
- ^ abcd マーティン、ヒューザー、ブライアン J. エゲモーズ、サラ ハーパー、ハーベイ フプファー、マイケル ジェンセン、ヘニング ピルグリム、キース M. ライツェル、カスパー ライディン、エミール ファッター (2016)。アルミニウム添加の寿命と有効性により、堆積物からのリンの放出を減らし、湖の水質を回復します。ウプサラ大学、リムノロジ。OCLC 1233676585。
{{cite book}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク) - ^ 「アルミニウム凝固剤 - 概要 | ScienceDirect Topics」www.sciencedirect.com 。 2022年3月15日閲覧。
- ^ Cooke, GD, Heath, RT, Kennedy, RH, & McComos, MR (1982). 硫酸アルミニウム施用後の湖の栄養状態と内部リン放出の変化1. JAWRA Journal of the American Water Resources Association、18 (4)、pp. 699-705。
- ^ abc Cooke, GD, Welch, EB, Martin, AB, Fulmer, DG, Hyde, JB, & Schrieve, GD (1993). 浅い湖と深い湖における内部リン負荷の制御に対するAl、Ca、Fe塩の有効性。Hydrobiologia 、 253 ( 1)、323-335。
- ^ abcdef “North American Lake Management Society (NALMS)”. North American Lake Management Society (NALMS) . 2022年4月12日閲覧。
- ^ Ree, William R. (1963 年3 月)。「開放型貯水池の緊急ミョウバン処理」。ジャーナル - アメリカ水道協会。55 (3): 275–281。doi :10.1002/j.1551-8833.1963.tb01028.x。ISSN 0003-150X 。
- ^ Rydin, Emil; Welch, Eugene B (1998年10月). 「湖底堆積物中のリン酸を不活性化するために必要なアルミニウム量」.水研究. 32 (10): 2969–2976. doi :10.1016/s0043-1354(98)00055-4. ISSN 0043-1354.
外部リンク
- 廃水からのリン除去 - Lenntech