緩速ろ過から生物浄化法ーおいしい水を求めて

現場から学んだ知恵と技術 生物屋 中本信忠の奮闘。目からウロコの話

上下水の省エネ

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自然界での浄化力の賢い活用をしようWise Use of Natural Step for Human Life
3.11.大震災、原発事故があった。日本は、これまで、莫大なエネルギーを使い過ぎた。英国式の緩速ろ過Slow sand filterでなく、新しい発想の生物浄化法Ecological purification systemとして普及させたい。日本の再出発は、省エネのシステム社会にし、世界の模範にしたい。
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上田市の上水道は、ほとんどが緩速ろ過、千曲川から染屋台の浄水場まで標高差約70mをポンプで揚水し、浄化している。そのため、莫大なエネルギーがかかる。浄水場での経費の大部分は、砂の削り取りと砂の更新費用である。だがまてよ、自然界の湧水が湧いているところや、河床での伏流水取水で、自然流下を活用すれば、ポンプ代はかからない。森林の表面土壌や渓流の砂礫は、何もしていないで、出てくる水は、清澄で良質。ろ過池で頻繁に削り取りをすれば、生物が活躍しにくく浄化効果が発揮するまで日数がかかる。
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穴開きの集水パイプを河床に埋設すれば濁りが無い良質の水が常に得られる。イメージ 3
良質の湧水は、土壌などを通過した水。その通過時間は長期間でない。イメージ 4
英国は、緩速ろ過が主流、下水処理も散水ろ床が主流、自然現象の賢い活用の省エネシステム。明治以前の日本は、現在の日本社会は、どうだったか。
 
国立保健医療科学院 水道工学部 2011 3 29 日:浄水プロセスにおける放射性物質の除去性能に関するレビュー:放射性物質について、各浄水プロセス(凝集沈殿等、砂ろ過、活性炭、イオン交換等、その他)に、1 各浄水プロセスにおける放射性物質の除去性(Brown et al.2008a)があった。その中で、砂ろ過c(急速&緩速)注c) 報告されている除去効率は、化学処理としての砂ろ過についてであり、固形物の機械的除去についてではない。(つまり、緩速ろ過処理のデータは入っていない。緩速ろ過のデータは、無いか、故意に研究されてこなかった経緯がある。上下水道技術は、企業利益を考える研究技術者が行ってきた。)
厚労省が放射能には活性炭が有効といっている根拠となった資料
東京都の高度処理では、最後に活性炭処理をしている。原水の表流水の汚染濃度は、活性炭処理でも除去できなかったほど、高濃度であったようだ。
 
セシウムについて土肥学会が論文の情報を掲載していた。
http://jssspn.jp/info/secretariat/post-15.html
カリウムと似た性質を示し、土壌に留まりやすいようだ。
 
自然界での浄水プロセスと人為浄水プロセスを比較して考えてみよう。
表流水と地下水(伏流水)では、どちらが、省エネで良質か。地下水の方が安全。人工の地下水をつくる生物浄化法(緩速ろ過)の方が安全だ。
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英国ロンドンのテムズ水道の緩速ろ過用の砂は、付近の川砂である。
 
 急速ろ過処理施設が開発され、世界的に普及する前は、「緩速ろ過施設は、自分たちの施設として、自己責任として安全な水を確保したい」との想いで自分らで建設され、運営されてきた。
 水道専門業界が発達し、企業利益を生む凝集薬品沈殿ろ過処理の急速ろ過処理は盛んに宣伝された。景気が良くなり、財政的に余裕があると錯覚し、急速ろ過処理は、最新技術で効率が良いと誰もが錯覚した。緩速ろ過処理は古い、効率が悪いというイメージで、衰退した。日本でも、戦後の高度成長期以降は、急速ろ過に置き換わってしまった。
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東京都の事例を紹介していた;
 
 上下水処理に莫大なエネルギーを使わない日本をつくりたい。
 緩速ろ過処理は、自分らのための技術で、企業のための技術でない。
被災地をモデルケースとして、休止、または、壊れている緩速ろ過施設を再稼働させるためのファンド募り、その資金を活用する案はどうだろうか。緩速ろ過施設を普及させるためのファンドとして、企業のCSR(社会貢献)だけでなく、一般市民にも、声をかけるのはどうだろうか。NPO地域水道支援センターが、生物浄化法として再稼働させるための技術的側面を応援する案はどうだろか。
上田市上下水道局広報誌 第18号(昭和23年3月16日発行)
イメージ 1上田市の水道水の大部分は省エネの緩速ろ過で給水している。
市の施設で一番エネルギーを使っているのは、上下水道施設です。
 その中で、大部分は下水道であった。
エアレーション、ポンプでなどでエネルギーを使っていた。
一昔前は、汲み取りであったので、エネルギーは、ゼロに近かった。
戦後、莫大なエネルギーをかかる方法を採用してきたからだ。
でも、英国は、礫間浄化みたいな散水ろ床でほんとんとエネルギーを使わない方法である。
 上田市は、大部分は緩速ろ過である。浄水場では、ほとんどエネルギーが必要ない。でも小さな急速ろ過の施設や膜ろ過施設もある。
高台の配水池などに水を送るために、エネルギーが必要である。
 もし、省エネの小さな、簡易水道施設などで対応すれば、エネルギーがかからない。
 小さな施設の方が、省エネで、災害に強い。
これまでの、大規模への推進、莫大なエネルギーを使う方法への推進がいけないのではないだろうか。
 これから、原点に戻って考え直す必要がある。
浄化の仕組み:どの方法が、良いだろうか、自分で考えよう。
 英国では主流の下水処理方法:散水ろ床
 
 
 
脚光浴びる 上田発の浄化法 2011.2.24. 上田ケーブルテレビ
(30分間の特番で、1日に6回も放映してくれた
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 「悪い藻と良い藻がある」と、染屋浄水場の場長に教わった。これまで、海洋、湖沼、ダム湖での藻類繁殖を研究していた私は、自然界では、全ての生物は、それぞれ、それなりの役割がある。人間が勝手に、一方的に、藻を悪者にするのはおかしいと思った。
 上田市染屋浄水場の緩速ろ過池で繁殖する藻は、どういう役割をしいるのかを、学生と一緒に証拠をつくろうと研究しだしたのが1984(昭和59)年である。イメージ 2
 上から下への、ゆっくりの流れがあるろ過池では、糸状藻類の繁殖に適した環境であった。見た目は悪いが、ろ過池で藻が繁殖しだすとろ過池の調子が良いと認識されていた。上田市水道局も、糸状珪藻メロシラの役割が大切だと理解してくださり、ろ過池の脇に、看板をつくってくれた。
イメージ 3 上田市には、大正12(1923)年からおいしい水道水を供給し続けている染屋浄水場があり、創設した当時の3つのろ過池を版画にし、1994(平成6)年の年賀状にした。このろ過池の壁は斜め壁で、自然の湖沼の構造と似ていた。斜め壁の水面近くの浅い壁面には、日射が十分当たり、藻類は、繁殖しやすすかった。水圧も小さいので、気泡が生じやすく、気泡の浮力で、浮き上がり、ろ過池全体に広まった。斜め壁のろ過池は、生物群集の活躍が直ぐに始まり、調子が良いろ過池であった。
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 しかし、創設当時の斜め壁の3つのろ過池は、ろ過する底の砂面の面積効率が悪いと考えられ、ろ過池2つは、垂直壁につくり替えされた。現在は、創設当時のろ過池は、3号池一つだけになってしまった。
 日本は、安全でおいしい水が豊富にある国、水道水をそのまま飲んでいた国、そこで、「生でおいしい水道水ーナチュラルフィルターの緩速ろ過(築地書館、2002年)」を出版し、緩速ろ過の誤解について解説した。
 その後、生物群集による浄化であるのに、緩速ろ過という言葉では、生物群集が活躍するという本質をイメージできないからだと気づいた。そこで、2005年に出版した技術解説本「おいしい水のつくり方(築地書館)」では、緩速ろ過でなく、生物浄化法(Ecological purification system)という名前に変えようと書いた。
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 生物浄化法と認識すると、新しい設計思想、新しい維持管理法が生まれる。
  英国生まれの緩速(砂)ろ過処理技術を採用すれば、汚れた原水でも、ゆっくりと砂ろ過さえすれば、病原菌が除け、安全な飲み水にすることができると評判になった。
 世界貿易が盛んになった。植民地で、生産物をつくり、輸出するために、まず、自分らのために、そこで働く人のために、衛生学的に安全な水を廉価に確保しようとした。そのために、自分らでも廉価に、建設できる方法を模索した。それが、英国式の緩速ろ過の世界的な普及の背景であった。簡単な仕組みなので、建設費、維持管理費が少なく、堅牢で、世界中に普及した。各地を調べると、英国の影響がある国には、必ず英国式の緩速ろ過処理による浄水施設があった。
 その後、世界中が、経済的に豊かになり、水道専門業界が生まれた。濁り水対策で凝集薬品を使う処理が開発され、アメリカ式の新しい急速ろ過処理と呼ばれ、最新技術は素晴らしいと宣伝された。世界中に、広く普及したのは、第二次世界大戦後、高度成長時代以降であった。「緩速ろ過は古い技術、新しい技術の急速ろ過」と、盛んに宣伝された。誰もが、新しい技術が良いと誤解した。急速ろ過は、正にコマーシャルフィルターであった。
 水道水の異臭味問題、発ガン物質生成問題、クリプト原虫による集団下痢事故があり、安全な方法はと模索されだした。莫大なエネルギーや高価な薬品を使う技術も開発されたが、世界中、経済不況になり、廉価な方法への見直しもされだした。特に、クリプト原虫による集団下痢事故があり、世界中で、英国式の緩速ろ過への再認識、再評価が進んできた。
 中本は、アメリカでの塩素による発ガン物質生成を指摘された1974年の翌年、信州大学に就職した。上田市の水道水の異臭味問題でダム湖での藻類繁殖が悪者にされ、菅平ダム湖の藻類繁殖の研究者としてである。その10年後1984年から染屋浄水場での緩速ろ過処理の研究を始めた。1993年にMilwaulkeeでのクリプト原虫による大規模の集団下痢があった。翌年1994年アメリカ水道協会は、オレゴンで緩速ろ過の研修会を開催し、中本は研修会に参加した。この年から、英国政府の助成金をもらいロンドンの浄水場を調べだした。
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 その後、インドネシア、スリランカ、バングラデッシュなどへの浄水場建設への助言などをした。2002年に「生でおいしい水道水ーナチュラルフィルターの緩速ろ過(築地書館)」を出版した。2005年に出版した技術解説本「おいしい水のつくり方」は、2009年にブラジル・サンパウロでポルトガル語訳本が、2010年には、中国語訳本が北京で出版され、2009年にはJICA(国際協力機構)は、動画と資料を英語と日本語でのインターネット・マルチメジア教材を作成し、世界中に公開中である。
 2010年5月は、公共水道の発祥の英国、スコットランドのグラスゴー大Glasgow Universityで、英国式の緩速ろ過が完成したロンドンで、ロンドン大University College of Londonで講演した。 
 緩速ろ過でなく、生物浄化法という 新しい発想は、上田発、日本発の新しい考えで、スローだが、世界中に確実に広まりだしている。
 この番組のキッカケは、2009年11月18日(水):上田東ロータリークラブ(上田東急イン)で話をした際、上田ケーブルテレビの関係者も出席していて、中本を取り上げようという話になりました。1年以上の期間をかけて練り上げたものです。技術解説ではなく、生物浄化法として緩速ろ過を上田で見直し、それが世界に広まりだしたという番組です。
緩速ろ過方式が採用されない理由
日本だけでない、世界中で同じ様な状態
本当は、生物群集による浄化なのに
細かな砂での機械的なろ過誤解した。
途上国で緩速ろ過方式があまり採用されていないのはなぜですか
〈緩速ろ過方式が採用されない理由〉
(世界中の通常の認識) 緩速ろ過方式は原水の水質が比較的良好で、濁度が年平均1030度以下の場合に採用できます。このような原水としては地下水、富栄養化の進んでいないダム水、湖沼水、汚濁の進んでいない河川水などがあげられます。
(中本の認識)
 実際には、濁度が高くても、沈殿池と粗ろ過で対処できる。水質汚濁が進んだ原水でも、沈殿池と粗ろ過で、容易に緩速ろ過に適した原水にできる。
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(世界中の通常の認識)
 この方式は砂層と砂層表面に増殖した微生物群が水中の不純物を捕捉し、酸化分解する作用を利用したもので、原水をゆっくり流す必要があります
 
(中本の認識)
→流速が速い渓流で、礫が転がらないなら、生物群集が活躍でき、濁っていない。流速は速い方が良い。微小生物の活躍を考えると、酸素不足にしないために、粗い砂礫で、できるだけ速いろ過速度の方が良い。 
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(世界中の通常の認識)
 維持管理が容易で安定した水質が得られる反面、ろ過速度が遅いため広い面積と表面の砂の掻き取り作業が必要となります。
 
(中本の認識)
→テムズ水道は、既に、以前の標準ろ過速度の5m/dから、現在は10m/dと速くした。高緯度地方のロンドンである。熱帯なら、20m/d以上が良さそう。
 ○ 急速ろ過処理に関係する施設面積より、小さな面積で良い。
 ○ 熱帯などの気候を考慮するとも、もっと速いろ過速度が良い。
 ○ 生物活性が高い熱帯地域では、流入した細かな懸濁物も微小動物が捕捉し、微小動物が動き回るので、目詰まりしない。
 ○ 浅い水深だと、藻が繁殖し、光合成で生じた酸素の気泡の浮力で水面まで泥を捕捉したまま浮き上がる。越流管から自動的に排出される。そのため、ほとんど砂の削り取り作業は必要ない。
 
(世界中の通常の認識) 
 建設費は急速ろ過方式に比べかなり安くできますが、以下の理由で緩速ろ過方式が採用されないと考えます。
1)雨期、乾期など季節により水源の水質が大きく変動する地域においては、十分な処理が期待できません。
 
(中本の認識)
→生物群集による浄化であり、環境変化に対し、大きな干渉作用があるので、沈殿池や粗ろ過で、大きな水質変動にも対処できる。

(世界中の通常の認識)
2)途上国でも大規模な浄水場の建設は、人口の密集した都市部が対象となります。都市部では人口集中による土地不足に加え、土地代の値上がりにより緩速ろ過方式に必要な敷地面積を確保することが困難になってきています。
 
(中本の認識)
→急速ろ過処理の必要施設面積は、緩速ろ過の必要面積の方が少ない。
 急速ろ過池の面積だけを強調している。急速ろ過処理は、ろ過池が必須でなく、凝集薬品添加、撹拌、沈殿、この処理が、濁り除去で、一番重要。ろ過は単なる不完全な仕上げ。病原菌などを除去できず、漏出するので、最後に塩素で殺菌が必須。
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凝集薬品沈殿ろ過処理では、顕微鏡で見ないとわからない病原菌などの除去が不完全だから、塩素滅菌が必要。クリプト原虫も除けない。臭いも除けないので、活性炭処理が必要。

(世界中の通常の認識)
3維持管理が人力主体となるため好まれません
 
(中本の認識)
→○ 生物活性が高い地域だと、ほとんど、削り取りが必要ない。
 ○ その他の作業がほとんど必要ない。
 ○ 高度な機器もなく、生物群集の活躍を理解し、適正に維持管理していれば、維持管理が容易である。
 ○ 危険な薬品なども必要なく、一度建設すると、ほとんど壊れない。
 ○ 発展途上国向き。

(世界中の通常の認識)
 これらのことから途上国においても急速ろ過方式が多く採用されています。
 
(中本の認識)
→本当の緩速ろ過を知らない人が勧めた。
 ○ コマーシャルフィルターなのです。
 ○ 宣伝するのには、意図がある。お金の流れを考えよう。
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緩速ろ過は、維持管理が楽で、建設費が少なく、良質で安全な飲料水ができたので、植民地に普及した。それは、自分らのために、自分らで建設した。
 
景気が良くなり、凝集薬品沈殿急速ろ過塩素殺菌処理のアメリカ式の急速ろ過に代わってきた。
 
今こそ、自然界の生物現象の賢い活用だ。
生物浄化法Ecological Purification Systemは日本発の新しい発想の技術。
緩速ろ過で糸状藻類連続培養系の応用で? 2010.10.12. 中日新聞(夕刊)
上田市の緩速ろ過池での糸状珪藻の連続培養系の有用性を、京都大学の和田先生のプロジェクトで(平成9年度〜平成13年度 日本学術振興会未来開拓学術研究推進事業研究成果報告書 プロジェクトリーダー和田英太郎 京都大学生態学研究センター・教授)発表した。その会合に出席していた人が、そのアイデアを実行してくれたようだ。その活動が、中日新聞2010.10.12.(夕刊)にでた。
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でも、この解説図だと、上手く、珪藻が繁殖できず、長くは、持続しない。この解説図で、特許がとれたとの記事。でも、上手くいかない仕組みだと思う。
ネットで調べたら、東京新聞には、前日の10月11日に出ていた。
でも、このアイデアの元は、私の研究である。何だか、横取りされている様で、気持ちが良くない。
特許を調べたら、下記がヒットした。
自然の仕組みの賢い活用に関しては、「おいしい水のつくり方」の本に公開されている。でも、そのアイデアは、それ以前に多数発表してきた。周知の事実なので、どうして、特許として認めてもらえるのか。
どうも、すっきり、しない。
 
でも、この仕組みでは、動物に捕食されて、うまくいかない。 上手く、連続培養系にするには、河原での湧水で糸状珪藻が大量繁殖する仕組みを応用した方が良い。
この仕組みを応用した研究は、既に多数、発表している。その一つが、下水の高度処理に応用した仕組みの研究で、下水処理水を上向きに流し、糸状珪藻を大量繁殖させる仕組みだと、良い結果が得られる。
 
 糸状珪藻、糸状緑藻の連続培養系の応用が広まるとうれしい。自然の仕組みの賢い活用は、省エネである。中本のブログには、アイデアがたくさん詰め込んでいる。自然の仕組みの活用である、中本は、アイデアを一人占めしたくない。

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