JP2002239572A

JP2002239572A - 積層土壌式河川水浄化装置

Info

Publication number: JP2002239572A
Application number: JP2001044158A
Authority: JP
Inventors: Toshiyasu Fujii; 俊逸藤井; Takahito Yoshinami; 孝人善波; Noboru Mochizuki; 昇望月; Akira Wada; 和田　　晃
Original assignee: Fujii Consulting and Associates
Current assignee: Fujii Consulting and Associates
Priority date: 2001-02-20
Filing date: 2001-02-20
Publication date: 2002-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】河川水の浄化に適した積層土壌式河川水浄化
装置を提供する。【解決手段】通水性粒体層３１と、土壌層３２と通水
性粒体が充填された通水部３３とが水平方向に交互に配
置されている土壌含有層３４とが交互に積層され、かつ
土壌層３２が、土壌層３２の上下に配置されている土壌
含有層３４の近接する２つの土壌層３２間に鉛直方向に
重なりをもって配置されている積層土壌層３と、積層土
壌層３の上面から離間した空間に配置された散水装置８
１と、散水装置８１から散水され、積層土壌層３を通過
した水を集水する集水装置６とを備える構成とする。積
層土壌層３に曝気装置を設けることが好ましい。通水性
粒体として、粒径１〜６ｍｍのゼオライトが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、河川水などの浄化
を行う積層土壌式河川水浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、生活排水用の浄化装置とは、汚濁
関連物質の濃度が高く、流量が特定できる汚水に対して
浄化する装置である。例えば、家庭用排水を浄化する土
壌式浄化装置として、特開昭６２−１７１７９１号公
報、特開昭６３−３６８９５号公報、特開平２−１１９
９９２号公報などに開示されている。

【０００３】また、多量の汚水を効率良く浄化すること
ができる技術としては、例えば、特開平９−８５３８２
号公報に開示された水質改善装置があり、微生物処理層
と接触酸化法とを備えることを特徴とする。さらに特開
平９−８５３８２号公報に開示されている装置は、汚水
浄化システムに関するものであり、ろ材および曝気装置
を備えることを特徴とする。

【０００４】

【発明が解決しようする課題】しかしながら、上記の技
術では、以下のような問題があった。

【０００５】家庭排水用の浄化装置は、浄化すべき水量
が多い場合には十分な浄化を果たしきれない恐れがあ
る。これは、該装置の１日あたりの浄化能力が１ｍ^２あ
たり０．２トン程度しかないことに起因する。すなわ
ち、汚水の浸透により、多様な粒径からなる土壌団粒が
破壊され、土壌の孔隙が有機性の沈殿物（ＳＳ）および
微生物膜の増大に加えて、粘土粒子の分散沈着により閉
塞するためである。例えば前記浄化装置は、家庭排水の
ように浄化すべき水が少量であれば、排水の生物化学的
酸素要求量（ＢＯＤ）＝２００ｍｇ／ｌを４０ｍｇ／ｌ
程度まで減少させる性能を有する。しかしながら、家庭
排水に比べれば１桁低いＢＯＤ値である１０〜５０ｍｇ
／ｌ程度の河川の場合、前記装置は機能し得ない。これ
は、家庭排水に比べて、河川汚水の水量がはるかに膨大
であることに他ならない。

【０００６】汚水処理を目的とした浄化装置として、例
えば、特開昭６２−１７１７９１号公報には、土壌浄化
装置が記載されている。これはカルシウムイオンの添加
による粘土粒子の構造の安定化現象に着目し、通水また
は通気状態を永続的に保持しようとするものである。し
かしながら、人為的なカルシウム源の添加を必要とす
る。さらに、通水する汚水中にはカルシウム源とトラッ
プする物質（主として、陰イオン性物質）も多く、現実
的ではない。

【０００７】特開昭６３−３６８９５号公報には、土壌
を用いた汚水浄化装置が開示されているが、河川浄化を
目的とするものではない。

【０００８】特開平２−１１９９９２号公報には、汚水
の浄化方法および装置が開示されている。これは、土壌
あるいは充填物中に金属鉄を混入して、効果的な脱窒反
応を行い、良好な通水を期待するものである。しかしな
がら、土壌中に埋められた散水管のメンテナンスの困難
性が指摘される。また、開示内容は、河川浄化を目的と
するものではない。

【０００９】特開平２−１９１５９１号公報には、汚水
の浄化方法および装置が開示されている。これは、特開
平２−１１９９９２号公報に記載された発明を限定する
ものであり、浄化層への有機物注入管の使用により、土
壌微生物の活性化を図ろうとするものである。流入可能
量は、最高でもわずかに１０００ｌ／ｍ^２／日である。
また、開示内容は、河川浄化を目的とするものではな
い。

【００１０】特開昭６０−１５２７２９号公報には、汚
水浄化装置が開示されている。これは、活性アルミニウ
ムおよび活性鉄に富む土壌を、通水性のある容器または
袋体に詰めて、積み重ねた浄化層を特徴とする。しかし
ながら、通水可能な水量が１００ｌ／ｍ^２／日と少ない
ために、生活雑排水または養豚場あるいは酪農排水の浄
化を目的としている。

【００１１】特公平７−１１５０２２号公報には、汚水
の浄化方法および装置が開示されている。これは、種々
の土壌が効果的に作用するように、各土壌層の配置、段
数あるいは量的割合を変えて、該装置の機能を増加させ
るものである。これは、土壌によるものであり、例え
ば、ゼオライトなどの多孔性鉱物と組み合わせたもので
はない。また、該装置は、河川浄化を目的として設計さ
れたものではない。

【００１２】特開平９−８５２８２号公報に開示された
微生物処理層と接触酸化層とを備えた水質改善装置は、
低いランニングコストであるが、設備の設置に非常な手
間がかかる上に、設備全体が複雑である。さらに上記シ
ステム同様に、河川のような膨大な量の汚水処理をし得
ない。

【００１３】さらに、特開平６−２６９７８９号公報に
開示されているろ材および曝気装置を備えた汚水浄化シ
ステムの初期に設置すべき設備としては、微生物処理層
と接触酸化層とを備えた上記の水質改善装置よりもさら
に低いコストで設置できるが、ろ材に対するメンテナン
スに手間のかかる技術であった。そして、先の水質改善
装置同様、河川のような膨大な量の汚水処理をし得ない
ものである。

【００１４】特開平９−３３２４０３号公報に開示され
た河川水の浄化方法は、土壌トレンチ方法によるもので
ある。これは、浸透水中のＳＳ成分などにより生じる目
詰まりに対して、土壌層中へのサポニン含有剤の添加に
より土壌微生物の活性化を図ることで対処しようとする
ものである。しかしながら、広域な河川に対応させるた
めに要するサポニン含有剤のコストの問題およびサポニ
ン含有剤の効力の低下に伴うサポニンの定期的な添加ま
たは該剤を含む土壌の入れ換えの必要性の問題が生じる
ために現実的ではない。さらに、特開平９−３３２４０
３号公報の明細書中には、浄化可能な流量が全く記載さ
れていない。

【００１５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、河川水の浄化に適した積層土壌式河川水浄化装置を
提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
上記目的を達成するため、通水性粒体層と土壌含有層と
が交互に積層され、前記土壌含有層が、土壌層と通水性
粒体からなる通水部との水平方向の交互配置により構成
されており、かつ前記土壌層が、その上下に配置された
土壌含有層の近接する２つの土壌層間に鉛直方向に重な
りをもって配置されている積層土壌層と、前記積層土壌
層の上面から離間した空間に配置され、前記積層土壌層
表面に処理すべき水を散水する散水装置と、前記散水装
置から散水され、前記積層土壌層を通過した水を集水す
る集水装置とを備えることを特徴とする積層土壌式河川
水浄化装置としている。

【００１７】かかる積層土壌式河川水浄化装置において
は、散水装置から散水された河川水は積層土壌層を通過
して集水装置へ集水される。積層土壌層においては、通
水性粒体層と、土壌層と通水性粒体が充填された通水部
とが水平方向に交互に配置されている土壌含有層とが交
互に積層され、かつ土壌層が、その土壌層の上下に配置
されている土壌含有層の近接する２つの土壌層間に鉛直
方向に重なりをもって配置されているため、大部分の河
川水は水が浸透しやすい通水性粒体中を蛇行しながら流
下し、一部は透水し難い土壌層を流下する。そのため、
河川水と各層との接触時間が長くなる。積層土壌層の通
水性粒体は好気性微生物が繁殖し、土壌層には嫌気性微
生物が繁殖して好気性と嫌気性との両方の微生物の浄化
作用を受けるため、接触時間が長いことと相まって、河
川水の微生物よる浄化が良好であり、目詰まりの原因と
なる有機物は微生物分解を受け、通水性粒体の目詰まり
が防止される。更に、散水装置が地面から物理的に離れ
ているので、散水された水の圧力によって、積層土壌層
表面に有機膜が形成されず、目詰まりが防止される。

【００１８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の積
層土壌式河川水浄化装置において、前記積層土壌層内に
空気を送る曝気装置を備えることを特徴とする積層土壌
式河川水浄化装置としている。

【００１９】積層土壌層には空気が曝気装置から曝気さ
れているため、積層土壌層の好気性微生物の活性を促進
し、積層土壌中の微生物による水の浄化が良好であり、
目詰まりの原因となる有機物は微生物分解を受け、通水
性粒体の目詰まりが防止される。

【００２０】請求項３記載の発明は、請求項１記載の積
層土壌式河川水浄化装置において、前記散水装置に供給
される水の沈殿物を除去する前処理槽を備えることを特
徴とする積層土壌式河川水浄化装置としている。

【００２１】前処理槽で沈殿物が除去されるので、積層
混合層で目詰まりが起きにくくなる。

【００２２】請求項４記載の発明は、請求項１記載の積
層土壌式河川水浄化装置において、前記通水性粒体は、
平均粒径が１〜６ｍｍで、かつ粒径差が２ｍｍ以内であ
ることを特徴とする積層土壌式河川水浄化装置としてい
る。

【００２３】このような粒径の通水性粒体を用いること
によって自然土壌への浸透方法に比べて２０〜１００培
以上の高速処理が可能となる。

【００２４】請求項５記載の発明は、請求項１記載の積
層土壌式河川水浄化装置において、前記通水性粒体が、
ゼオライトであることを特徴とする積層土壌式河川水浄
化装置としている。

【００２５】ゼオライトを用いることによって河川水中
のアンモニアを有効に処理することができる。

【００２６】請求項６記載の発明は、請求項１記載の積
層土壌式河川水浄化装置において、前記積層土壌層が、
上面から下面に向かって面積が漸次減少する形状を有す
ることを特徴とする積層土壌式河川水浄化装置としてい
る。

【００２７】河川水を大量に処理するために、本発明に
かかる浄化装置は大型になるため地面を掘削して設置す
ることが好ましいが、その場合に周辺地盤が崩れないよ
うに逆ピラミッド様のテーパー形状にすることが望まし
い。

【００２８】請求項７記載の発明は、請求項１記載の積
層土壌式河川水浄化装置において、下記式（１）及び
（２）で算出した値Ｘ（ｃｍ^２）とほぼ一致する設置面
積を有することを特徴とする積層土壌式河川水浄化装置
としている。ｙ＝[ａ（０．０２）ｘ]×ｂ・・・（１）ａ＝−（８．５９×１０４）Ｘ^２＋０．０１８８Ｘ＋３．９９０・・・（２）（ここで、ｙは浄化を要求される河川の流量（ｍ^３／
日）、ｘは該河川水のＢＯＤ測定値（ｍｇ／ｌ）、ＣＯ
Ｄ測定値（ｐｐｍ）、リン酸測定値（ｐｐｍ）、硝酸測
定値（ｐｐｍ）またはアンモニア態窒素測定値（ｐｐ
ｍ）、ａは計算値、係数ｂは、ＢＯＤ測定値、ＣＯＤ測
定値、リン酸測定値、硝酸測定値またはアンモニア態窒
素測定値に対してそれぞれ０．７６４、０．９４５、
０．８８５、０．１２８、０．５４９である。）

【００２９】このような式を用いて設置面積を計算する
ことによって、特定の河川に適した浄化装置を高い信頼
性をもって迅速に設置することができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の積層土壌式河川水
浄化装置の実施の形態について図面を参照して説明す
る。

【００３１】図１は、本発明の積層土壌式河川水浄化装
置の第１実施形態を示すもので、（ａ）は平面図、
（ｂ）は側面の断面図である。

【００３２】この積層土壌式河川水浄化装置１ａは、小
型実験装置であり、下方へ行くに従い横断面積が小さく
なるテーパー状の小型の浄化槽２を備える。本装置は、
主として高濃度のアンモニアを含む河川水（例えば、不
燃物処理場からの侵出水などを含む）に対して処理能力
を示すように設計されている。

【００３３】浄化槽２の上面は開放されており、内部に
は、図示しないネットにより支持されている積層土壌層
３が充填されている。ネットの下面は集水層６となって
おり、積層土壌層３を流下した処理水は集水層６を経由
して放流管７を介して浄化槽２から排出される。この浄
化装置１ａは、積層土壌層３の上面に処理すべき水を供
給する散水装置８を有する。この散水装置８は、積層土
壌層３の上方の浄化槽２の上部空間に処理すべき水を積
層土壌層３の上面に散布する散水管８１を有する。この
散水管８１には図示しない前処理槽としての沈殿槽で処
理されて沈殿物が除去された河川水を汲み上げる水中ポ
ンプ８２が流量調節弁８３を介して接続されている。ま
た、浄化槽２の外側面には水中ポンプ８２のスイッチボ
ックス８４が配置されている。

【００３４】浄化槽２がテーパー状になっているのは、
地面に埋設する場合に、周辺地盤が崩れないようにする
ためである。

【００３５】散水管８１は例えば内径１３ｍｍで、１ｍ
ｍの散水孔８１１が両側面に１０ｍｍ毎に穿設されてい
る。散水管８１は、セラミックまたは合成樹脂性の平板
散水板、円形式散水板、多孔性散水筒およびディスクデ
ィフェーザーなどが例示されるがこの限りではない。

【００３６】図１に示す積層土壌式河川水浄化装置１ａ
は、散水管８１が積層土壌層３の上面より上の空中に配
置されているため、散水された河川水は積層土壌層３の
表面に降り注がれるようになっている。

【００３７】一般に、浄化を要求される河川はＳＳ分な
どの不溶性の沈殿物を含む状況が多く、散水管の孔の目
詰まり問題が指摘されてきた。また従来の設計による土
壌式河川浄化装置では、土壌中に散水管を埋め込んであ
るために、散水管の周りで目詰まりが起きるとメンテナ
ンスが困難であるとともに、原水の拡散状況を把握し得
なかった（１９９３年７月１０日発行「養豚の友」８月
号５０〜５５頁および１９９８年１０月１日産業用水調
査会発行「用水と排水」第４０巻Ｎｏ．１０８７４〜８
８２頁（１９９８）参照）。

【００３８】本発明では、散水ポンプ（水中ポンプ８
２）を選択し、その単位時間あたりのエネルギー量か
ら、加圧し得るような適切な散水孔径を計算する。ここ
で、散水孔８１１への加圧は、目詰まり分の噴射除去の
効果を有するために重要である。また、散水管８１が積
層土壌層３表面に接地することなく、または積層土壌層
３中に埋めることなく、積層土壌層３表面上方より均一
に散水し得るように配置することができる。そのため、
散水管８１のメンテナンスが容易である。積層土壌層３
表面より上方に位置することにより、適切な位置エネル
ギーを有した散水管８１より散水される水分子は、積層
土壌層３表面に位置する、土壌分子または通水性粒体分
子と接触して、そのエネルギーを回転運動または熱エネ
ルギーへと変換される。これは、積層土壌層３表面の絶
えまない運動へとつながり、結果として積層土壌層３表
面の有機膜形成は生じることなく、目詰まりが回避され
る。

【００３９】積層土壌層３表面に接地することなく、汚
水を上方から均一に散水または滴下し得る散水管８１に
より、積層土壌層の１ｍ^３あたりの接触時間が１時間以
上延長され得る。このように、散水装置８は河川のよう
な浄化すべき水量が多い場合に有効である。

【００４０】積層土壌層３は、通水性粒体層３１と、土
壌層３２と通水性粒体が充填された通水部３３とが水平
方向に交互に配置されている土壌含有層３４とが交互に
積層されている。また、土壌層３２が、その土壌層３２
の上下に配置されている土壌含有層３４の近接する２つ
の土壌層３２間に鉛直方向に重なりをもって配置されて
いる。即ち、本発明の河川水浄化装置１ａは、上部の散
水管８１と下部の処理水の集水層６との間に、通水性粒
体層３１と土壌層３２をレンガ層パターンで、複数で積
層する構造を有する。図面では、通水性粒体層３１が４
段、土壌含有層３４が３段である。この積層構造では、
全ての通水性粒体は自然充填されている。通水性粒体槽
３１は互いに通水部３３を介して連通しているが、土壌
層３２は互いに独立して配置されている。通水性粒体は
水が通りやすく、土壌層３２は水が通りにくい。

【００４１】積層土壌層３に散水された河川水の大部分
は水の通りやすい通水性粒体層３１を通り、通水部３３
を流下する。通水部３３を流下した水はその下の土壌層
３２に妨げられて通水性粒体層３１を横方向に流れる。
そのため、大部分の水は通水性粒体３１中を蛇行しなが
ら流下する。一部の河川水は土壌層３２を通過しながら
流下する。これにより、汚水の短絡を防ぎながら、かつ
浄化土壌層３２へと浸透し得る。そのため、接触時間が
非常に長くなる。

【００４２】通水性粒体は、水の通り道として通水性の
良好なものが選択され、例えば砂利、ゼオライト、軽
石、活性炭などが用いられるが、アンモニウムイオンの
保持能が大きく、微生物活動を保護できるゼオライトが
好ましい。粒径は１〜６ｍｍの範囲であるが、半径差が
２ｍｍ以内であることが通水性の点で好ましい。例えば
平均粒径が１〜３ｍｍ、２〜４ｍｍ、３〜５ｍｍ、４〜
６ｍｍの範囲が好ましい。

【００４３】土壌層３２は、黒ぼく土、木炭、赤土、白
土、まさ土、活性炭、木炭、鉄、オガライト、ジュー
ト、腐葉土の１種又は２種以上を混合して用いることが
できる。本発明において効果的であったリン酸除去を目
的とした土壌としては、好ましくはマサ土であり、より
好ましくは赤土であり、最も好ましくは黒ボク土であ
る。マサ土、黒ボク土、白土、腐葉土のいずれか１種又
はこれらの２種以上の混合物に、重量比で１割までの鉄
粉、２割までのおがくず、２割までのオガライト、２割
までのジュート、２割までの木炭のいずれか１種又はこ
れらの２種以上の混合物を含むことが好ましい。土壌層
３２は、例えば木箱、ジュートの袋に充填してブロック
状として施工を簡素化することが好ましい。土壌層３２
の大きさは、例えば縦方向が３０ｃｍ〜８０ｃｍ、横方
向が２０ｃｍ〜５０ｃｍ、厚みが５ｃｍ〜２０ｃｍ、上
下の重なりの程度を１ｃｍ〜５０ｃｍ程度とすることが
好ましい。

【００４４】窒素化合物の土壌中での消長は複雑であ
る。好気性土壌では有機窒素化合物はアンモニアへと無
機化され、亜硝酸続いて硝酸にまで酸化分解される。

【００４５】通水性粒体は、主に好気性の微生物を保持
し、好気性の微生物による有機物の分解を行うと共に、
アンモニアを吸着する。土壌層３２は、主として嫌気性
の微生物を保持し、河川水中のリン酸が吸着され、ま
た、硝酸性窒素を脱窒素作用で除去する。土壌層中に住
む生物、とりわけ微生物によって汚水中の有機性汚濁成
分がさらに分解される。土壌圏のバイオマスで多いのは
微生物、特にバクテリア、放線菌、糸状菌である（Ｊｏ
ｕｒｎａｌｏｆＷａｔｅｒａｎｄＷａｓｔｅ，
Ｖｏｌ．４０Ｎｏ．１０ｐ．ｐ．２６−３４
（１９９８）参照）。これらの微生物は、上記のバイオ
活性を有するのみならず、土壌層中に吸着し、目詰まり
の原因となる有機物の集合体の形成も阻止し得る。これ
らの土壌層の機能により、本河川水浄化装置は目詰まり
を生じることもなく、スムースな浄化機能を永続し得
る。

【００４６】本発明の積層土壌式河川水浄化装置は、例
えば総合河川計画を満足し得るような河川の扇状地、谷
底平野、自然堤防帯、三角州において実施される。ここ
で、総合河川計画とは、国土保全上または、国民経済上
重要な水系について、通常は水系ごとに策定するもので
ある

【００４７】一般に、土壌式浄化法は有機物分解能力は
高いが、目詰まりしやすい。そのため、これまでの土壌
式浄化方法では特に高濃度排水及び多量排水の場合に問
題となる。本発明の積層土壌層法では、通水性粒体層３
１と浄化用土壌層３２とが分離されている。通水性粒体
層３１としては、通水用ゼオライトの粒径および層の厚
さならびにそれらの配置を変えることにより、短絡を防
ぎながら浄化能を低下させずに汚水の浸透能を向上させ
ることが可能となり得る。この結果、従来の自然土壌へ
の浸透方法に比べて２０〜１００倍以上の高速処理が可
能となった。

【００４８】自然土壌と比べた場合の積層式土壌法の利
点の１つは、高速処理を可能にする点にある。これは以
下のような簡単な計算によって理解し得る。団粒構造の
発達した黒ボク土を容積重０．８〜０．９ｇ／ｃｍ^３で
装置内に充填した場合の飽和透水係数は１０ｇ／ｃｍ^３
程度になる。砂質のマサ土を容積重１．１〜１．３ｇ／
ｃｍ^３で充填しても、同様の飽和係数となる。目詰まり
問題を回避するために、伝統的なセピテックタンクすな
わち土壌トレンチの場合、この飽和透水係数の７〜１５
％が最大負荷量と設定されている（Ｓ．Ｃ．Ｒｅｅ
ｄ，Ｒ．Ｃ．Ｃｒｉｔｅｓ，Ｅ．Ｊ．Ｍｉｄｄ
ｌｅｂｒｏｏｋｓ：ＮａｔｕｒａｌＳｙｓｔｅｍｓ
ｆｏｒＷａｓｔｅＭａｎａｇｅｍｅｎｔａｎｄ
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｓｅｃｏｎｄｅｄ．，ｐ．
ｐ．４３３，ＭｃＧｒａｗＨｉｌｌ，ＮｅｗＹ
ｏｒｋ（１９９５）参照）。

【００４９】しかしながら、積層構造を作らずに単に土
壌を充填する場合、充填容積重が黒ボク土の場合で１ｇ
／ｃｍ^３以上、マサ土の場合で１．５以上と、各々わず
か１０〜２０％の増加、あるいは降雨時の充填でわずか
の練返しなどにより団粒構造が破壊された場合、あるい
は粘土含量が１０％以上のマサ土や２０％以上の黒ボク
土を使用した場合、飽和透水係数は１０ｇ／ｃｍ^３以下
に急減する。この場合、最大負荷量は６〜１３ｌ／ｍ
^２・ｄと急減する。すなわち、施工現場での避けられな
いわずかな誤差が、処理性能に１０倍以上の変化をもた
らし得る。これまでの土壌式浄化法では目詰まり問題が
回避できなかった主な原因はここにある。

【００５０】本発明の積層土壌式河川水浄化装置では、
ゼオライトの粒子径を揃えることで解決できる。すなわ
ち、粒子径１〜３ｍｍのゼオライトの飽和係数は２×１
０⁻ ^１ｃｍ／ｓ、３〜５ｍｍでは約４倍、４〜６ｍｍの
粒径のゼオライトでは約１０倍になり、普通の自然土壌
の２００〜２０００倍の飽和透水係数を有する。河川水
浄化装置におけるゼオライト層の充填面積比を、浄化用
土壌の約２０％から３０％にしても、積層土壌層全体の
飽和透水係数は、粒径１〜３ｍｍのゼオライトを使用し
た場合でも４×１０^−２ｃｍ／ｓは確保できる。不飽和
浸透の安全率のため、通常のセピテックタンク−土壌浸
透法の７〜１５％よりさらに低い５％の負荷としても、
負荷量は１，７２４、交互使用を前提としても可能とな
る。粒径の大きなゼオライトを使用した場合はさらに負
荷量は大きくし得る。本発明の河川水浄化装置では短絡
が回避できるので、散水ろ床法の高速処理と、比表面積
の１０００〜１００万倍を有する故の土壌浸透処理の高
度浄化方法との、両者の利点が生かされることになる。
本発明の河川水浄化装置の発明により、これまでの土壌
式浄化法の目詰まり問題と短絡問題が飛躍的に改善し得
る理由はここにある。

【００５１】本発明の積層土壌式河川水浄化装置の設置
面積は、下記式（１）及び（２）で算出した値Ｘ（ｃｍ
^２）により算出可能である。

【００５２】ｙ＝[ａ（０．０２）ｘ]×ｂ・・・（１）ａ＝−（８．５９×１０４）Ｘ^２＋０．０１８８Ｘ＋３．９９０・・・（２）（ここで、ｙは浄化を要求される河川の流量（ｍ^３／
日）、ｘは該河川水のＢＯＤ測定値（ｍｇ／ｌ）、ＣＯ
Ｄ測定値（ｐｐｍ）、リン酸測定値（ｐｐｍ）、硝酸測
定値（ｐｐｍ）またはアンモニア態窒素測定値（ｐｐ
ｍ）、ａは計算値、係数ｂは、ＢＯＤ測定値、ＣＯＤ測
定値、リン酸測定値、硝酸測定値またはアンモニア態窒
素測定値に対してそれぞれ０．７６４、０．９４５、
０．８８５、０．１２８、０．５４９である。）

【００５３】水質評価因子のうち、ＢＯＤ値の測定・算
出には約５日の日数を要する。さらに、データの信頼性
を得るための反復実験を行った場合、該日数はさらに増
える。本発明の方法は、実測値に基づく計算によるもの
であり、積層土壌式河川水浄化装置を高い信頼性で迅速
に設置することができる。式中の数値、０．０２、８．
５９×１０４、０．０１８８、３．９９０は、島根県隠
岐郡西郷町の宇屋川などを含む、数種類の河川にて測定
された、前記水質評価因子から計算された。

【００５４】また、図２は本発明の積層土壌式河川水浄
化装置の第２実施形態を示す平面図であり、図３（ａ）
は図２のＡ−Ａ断面図であり、図３（ｂ）は図２のＢ−
Ｂ断面図である。

【００５５】この積層土壌式河川水浄化装置１ｂは、第
１実施形態の装置を実際に河川の浄化を行えるように大
型化したものである。この装置は、河川に近い三角州な
どの地面を掘削して逆台形状の穴を形成し、その穴に遮
水シート４を張設し、集水路６となる底部よりやや上に
積層土壌を支えるネット５を掛け渡し、ネット５の上に
通水性粒体層３１と土壌含有層３４を交互に積層して積
層土壌層３を構成し、積層土壌層３の上面に散水管８１
を配置した構造を有する。集水層６には集水管７が接続
され、集水管７は放流槽７１に接続されている。

【００５６】この装置１ｂでの散水装置８は、図示しな
い前処理槽としての沈殿槽で沈殿物が除去された河川水
が取水槽８５に送られ、取水槽８５でオーバーフローし
た河川水はオーバーフロー管８６で放流槽７１に放流さ
れる。取水槽８５に配置された散水ポンプ８７で河川水
は散水ホース８８を介して複数の散水管８１に分岐さ
れ、積層土壌層３表面に散水される。

【００５７】積層土壌層３の構造は第１実施形態と同様
であり、通水性粒体層３１と、土壌層３２と通水性粒体
が充填された通水部３３とが水平方向に交互に配置され
ている土壌含有層３４とが交互に積層されている。ま
た、土壌層３２が、その土壌層３２の上下に配置されて
いる土壌含有層３４の近接する２つの土壌層３２間に鉛
直方向に重なりをもって配置されている。図面では通水
性粒体層３１が７段、土壌含有層３４が６段である。

【００５８】また、本実施形態では、空気を積層土壌層
３中に供給する曝気装置の曝気管９が通水性粒体層３１
中に配管されている。図面では積層土壌層３の上部の通
水性粒体層３１中に配管されているが、積層土壌層３の
下部に配管しても良く、あるいは上部、中間部、下部又
は上部、下部にそれぞれ配管するようにしても良い。曝
気管９には図示しないブロワーから空気が圧送され、曝
気管９に設けられた図示しない孔又はスリットから空気
が積層土壌層３中に供給されるようになっている。

【００５９】曝気管９は積極的な好気性条件を形成する
ことによって好気性土壌微生物の活性を促すものであ
る。ここで、曝気装置に吹き込む酸素量は、処理すべき
ＢＯＤ量に見合う必要酸素量と、積層土壌層３内の総微
生物量（ＭＬＳＳ）が内生呼吸に必要な理論酸素量とを
合算して使用する散気効率を考慮して求める。溶存酸素
量は、好ましくは０．５〜１ｍｇであり、より好ましく
は１〜５ｍｇであるが、１〜３ｍｇが最も好ましい。複
数の孔またはスリットを有する複数の曝気装置により、
積層土壌層３中の好気性土壌微生物の活性１２００ｍｇ
／ｌから１６４００ｍｇ／ｌへ増加し得る。

【００６０】積層土壌層３における曝気管９より上は好
気性、曝気管９より下は嫌気性となる。そのため、曝気
管９より上の積層土壌層３は、通水性粒体層３１が酸化
層、土壌層３２が無機化層として機能し、曝気層９より
下の積層土壌層３は、土壌層３２が還元層および脱窒素
層として機能する。積極的に脱窒反応を進めるのであれ
ば、曝気装置を積層土壌層３内の上方へ、ＢＯＤ低減も
期待するのであれば積層土壌層３内の上方および下方へ
設置することが好ましい。これによって、生物学的脱窒
素脱リン法、微生物包括固定法、膜脱離法、ＰＥＧペレ
ット硝化脱窒法、好気性ろ床法などの生物処理方法が促
進され得る。

【００６１】積層土壌層３内の、複数の酸化層、無機化
層、還元層及び脱窒素層とが独立して有するため、単位
時間あたりの微生物反応の速度が１桁増加し得る。この
ように、通水性粒体層３１および土壌層３２とが、それ
ぞれ、十分に機能し得るように積層配置され得ることに
よって、従来の、最大５００ｌ／ｍ^２／日から４ｔ／ｍ
^２／日以上の水量を浄化し得る。

【００６２】

【実施例】＜実施例１＞図１に示した小型実験装置を用
いて河川の浄化を行った。この積層土壌式河川水浄化装
置１ａは、上面が縦１５０ｍｍ、横２５０ｍｍ、高さ２
８０ｍｍ、下面が縦１５０ｍｍ、横１９０ｍｍ、散水管
は外径１３ｍｍで、１ｍｍの散水孔が両側面に１０ｍｍ
毎に穿設されている。

【００６３】通水性粒体として粒径１〜３ｍｍのゼオラ
イトを用い、土壌層として、重量パーセントで８０のマ
サ土及び２０の木炭を用いた。土壌層３２は横２０ｍ
ｍ、縦７０ｍｍ、厚さ２０ｍｍで、通水性粒体層３１の
厚さは２０ｍｍであり、土壌層３２の積層数は３段であ
る。

【００６４】実験の結果、設計通りに、１００ｐｐｍ以
上（ここでは、原水を希釈）の高濃度のアンモニアを含
む原水は、小型実験装置の通過後、約１ｐｐｍまで減少
した。約５ｐｐｍのリン酸を含む原水は、小型実験装置
の通過後、１ｐｐｍ以下まで減少した。また、約５ｐｐ
ｍのＣＯＤを含む原水は、小型実験装置の通過後、１ｐ
ｐｍ以下まで減少した。約７ｐｐｍの硝酸を含む原水
は、小型実験装置の通過後、約１ｐｐｍまで減少した。

【００６５】上記式により算出された該装置の浄化層面
積は、３７５．７８ｃｍ^２であり、実測値は３７５．０
０ｃｍ^２（２５ｃｍ×１５ｃｍ）であった。

【００６６】＜実施例２＞図２、図３に示した第２実施
形態の積層土壌式河川水浄化装置を用いて河川の浄化を
行った。この積層土壌式河川水浄化装置１ｂは、上面が
４０００ｍｍ×５５００ｍｍ、高さが１５００ｍｍ、下
面が１０００ｍｍ×２５００ｍｍの大きさで、通水性粒
体として粒径１〜３ｍｍのゼオライトを７段、土壌層と
して重量パーセントで６０のマサ土、２０の木炭及び２
０のオガライトを６段に積層した。また、曝気管９を積
層土壌層３の上部第２ゼオライト層中に設置した。散水
管８１には１６φのＶＰ管を使用して、これを積層土壌
層３表面の上方へ設置した。放流管７にはＶＵ管を用い
て、１５０φを選択した。散水ホース８８には、５０φ
を使用した。

【００６７】表１は、負荷量（ｌ／ｍ^２／日）を５０
０、１０００、１２５０、１５００、２０００として河
川水の浄化を行った結果を示す。本実験には、柴田科学
株式会社製のシンプルパックのリン酸測定用およびアン
モニウム測定用およびＣＯＤ測定用、硝酸測定用を用い
た。

【表１】その結果、いずれの場合も、本発明の装置を通過させた
後の浄化水のＯＲＰ値、ＢＯＤ値、ＣＯＤ値、Ｔ−Ｎ
（ｍｇ／Ｌ）値、ＮＯ_３−Ｎ値、ＮＨ_４−Ｎ値、Ｔ−Ｐ
（ｍｇ／Ｌ）値の原水に対して有意に減少した。これ
は、本発明の積層土壌式河川水浄化装置が河川水の浄化
に適していることを示している。

【００６８】上記式により算出された、該装置の設置面
積は、２３．１４１ｍ^２であり実測値は２２．０００ｍ
^２（４ｍ×５．５ｍ）であった。本発明による計算を含
む設計方法の精度が高いことが示唆された。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の積層土壌
式河川水浄化装置は、河川水を大量に処理して、浄化す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の積層土壌式河川水浄化装置の第１実施
形態を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図
である。

【図２】本発明の積層土壌式河川水浄化装置の第２実施
形態を示す平面図である。

【図３】本発明の積層土壌式河川水浄化装置の第２実施
形態を示すもので、（ａ）は図２のＡ−Ａ断面図であ
り、図３（ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面図である。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ積層土壌式河川水浄化装置２浄化槽３積層土壌層３１通水性粒体層３２土壌層３３通水部３４土壌含有層８散水装置８１散水管６集水装置

フロントページの続き (72)発明者望月昇島根県松江市東津田町1349番地株式会社藤井基礎設計事務所内 (72)発明者和田晃島根県松江市東津田町1349番地株式会社藤井基礎設計事務所内Ｆターム(参考） 4D003 AA02 AB09 BA02 BA07 CA03 CA08 EA01 EA11 EA14 EA22 EA25 FA02 4D024 AA05 AB12 AB13 BA02 BA05 BA07 BB01 BC02 DA04 DB12 DB15 DB16 4D027 AC02 AC04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】通水性粒体層と土壌含有層とが交互に積
層され、前記土壌含有層が、土壌層と通水性粒体からな
る通水部との水平方向の交互配置により構成されてお
り、かつ前記土壌層が、その上下に配置された土壌含有
層の近接する２つの土壌層間に鉛直方向に重なりをもっ
て配置されている積層土壌層と、前記積層土壌層の上面から離間した空間に配置され、前
記積層土壌層表面に処理すべき水を散布する散水装置
と、前記散水装置から散水され、前記積層土壌層を通過した
水を集水する集水装置とを備えることを特徴とする積層
土壌式河川水浄化装置。
【請求項２】請求項１記載の積層土壌式河川水浄化装
置において、前記積層土壌層内に空気を送る曝気装置を備えることを
特徴とする積層土壌式河川水浄化装置。
【請求項３】請求項１記載の積層土壌式河川水浄化装
置において、前記散水装置に供給される水の沈殿物を除去する前処理
槽を備えることを特徴とする積層土壌式河川水浄化装
置。
【請求項４】請求項１記載の積層土壌式河川水浄化装
置において、前記通水性粒体は、平均粒径が１〜６ｍｍで、かつ粒径
差が２ｍｍ以内であることを特徴とする積層土壌式河川
水浄化装置。
【請求項５】請求項１記載の積層土壌式河川水浄化装
置において、前記通水性粒体が、ゼオライトであることを特徴とする
積層土壌式河川水浄化装置。
【請求項６】請求項１記載の積層土壌式河川水浄化装
置において、前記積層土壌層が、上面から下面に向かって面積が漸次
減少する形状を有することを特徴とする積層土壌式河川
水浄化装置。
【請求項７】請求項１記載の積層土壌式河川水浄化装
置において、下記式（１）及び（２）で算出した値Ｘ（ｃｍ^２）とほ
ぼ一致する設置面積を有することを特徴とする積層土壌
式河川水浄化装置。ｙ＝[ａ（０．０２）ｘ]×ｂ・・・（１）ａ＝−（８．５９×１０４）Ｘ^２＋０．０１８８Ｘ＋３．９９０・・・（２）（ここで、ｙは浄化を要求される河川の流量（ｍ^３／
日）、ｘは該河川水のＢＯＤ測定値（ｍｇ／ｌ）、ＣＯ
Ｄ測定値（ｐｐｍ）、リン酸測定値（ｐｐｍ）、硝酸測
定値（ｐｐｍ）またはアンモニア態窒素測定値（ｐｐ
ｍ）、ａは計算値、係数ｂは、ＢＯＤ測定値、ＣＯＤ測
定値、リン酸測定値、硝酸測定値またはアンモニア態窒
素測定値に対してそれぞれ０．７６４、０．９４５、
０．８８５、０．１２８、０．５４９である。）