JP2007144343A - 河川の水処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】沈木を有効に活用して閉鎖性水域の浄化とヘドロ化を防ぐ河川の水処理方法及び装置を提供する。
【解決手段】沈木を砕片化した沈木チップ１を網かご２に充填し、これを複数堰本体３の近傍上流側の底部に敷き詰めて沈木チップろ過層４を形成し、この沈木チップろ過層４に水を通過させ、通過水を堰本体３の排水路７から下流側へ排出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、おもに河川等における人造構造物によって閉鎖性水域となった箇所を改良し、海を育む河川の役割を高めるための水処理方法及び装置に関するものである。

閉鎖性水域では、特に河川流量の少ない時期に堰やダムの水質汚濁問題などが起こる。この問題を解決するためには、水交換や循環が大切になる。また一旦水が停滞し、底質や底層の水が無酸素化する場合には、それを解決するために何らかの対策が行われてきた。底層で起こる無酸素化の原因は、底質や底層に存在する有機質に富む沈降物質などが原因となっている。表層などで生産されたプランクトンや養殖魚貝類の排泄物は、底質上に沈降した後、底質表層を滑るように漂い、水域底層の酸素消費の原因になっている。
ダムや堰など河川の水域底層部での溶存酸素枯渇は水生生物の生態系に大きなダメージを与える。また、港や入り江などの酸欠は底質に生息している底生生物の生育環境を奪い魚類やエビ、貝類などの減少を引き起こす。
このような酸欠に起因する水質問題を解決するには、曝気や循環、浚渫や底質改善、などの方法がある。しかし、これらの方法は、効果が長続きしなかったり、持続的な対策が必要になったりしている。

現在、閉鎖性水域の浚渫や汚泥処理の手順は、１）船などを使った浚渫、２）水域現場から陸への底質・ヘドロの搬送、３）底質処理または脱水など、４）処分場や埋め立て地への輸送、となっていた。このように一旦閉鎖性の強い水域にヘドロ状の底質が堆積するとその解決には多くの手間とエネルギーが必要となった。
閉鎖性の水域に強制的に酸素を送り込むような取り組みも見出せる（例えば、特許文献１参照）。その方法には古くからあるような曝気法に加え、溶存状態の酸素を水に溶かして送り込む方法なども提唱されている。
ダムなどに堆積した堆砂を水交換によって排出しようとする方法にポンプや機械などを用いる方法もある。既設のダムなどに貫通孔を設けて堆砂を排出する試みも見られる。さらに堰やダムに設けたゲートの開閉によって流量調整を行い、それに伴って水域の水と、比重の軽い底質が排出されていくだろうとするシステムも見られる。
また、砂やヘドロなどを入れたろ過システムに水を通過させるといった提案もある（例えば、特許文献２参照）。

特開平７−８９９８号公報 特開２００２−３５５６８９号公報

しかし、沈木をチップ化したものを濾材に用いた層に水を通水させるといった方法は提案されていない。さらに、河川管理上大きな問題となっている流木が沈んだ沈木を対象に、チップ化させて環境保全システムに用いるといった考え方も提案されてこなかった。

ところで、底質には、いわゆる「底質」と、水中を漂ったプランクトンなどが底質上に沈殿集積して形成された「浮泥」とが存在している。有機物を多く含み還元状態で真っ黒な底質や浮泥は、いわゆるヘドロと呼ばれ酸素消費速度が大きい。その酸素消費は大きく二段階で進む。二段階それぞれの規模は還元状態にもよるが、底質が酸素を受け取れる状態になると、最初に大きな速度で起こる酸素消費（化学的酸化）が起こり、それに続いて微生物呼吸による速度の遅い酸素消費が起こる。このなかで、化学的な酸化速度は大きいため、通常の酸素供給ではこの部分が酸素供給速度に勝るため、底質はなかなか酸化されない。しかも化学的酸化の継続時間は短いという課題がある。
このような特徴を持つ底質は、閉鎖性水域の中で、水の動きのほとんど無い底層に集積し、ヘドロ化の原因となっていた。従って、底層部に沈殿集積して形成された「浮泥」と、有機物を多く含み還元状態で真っ黒な底質などいわゆるヘドロ化を防ぐことが出来れば、底質に由来する水質汚濁は解決できる。

また、森・川・海の連携を考え、海を育む河川環境を創出するためには、河川中の有機物や、窒素の削減が必要な箇所や、ケイ酸供給が効果的な箇所がある。この問題は、底質だけでなく、水や河川水に含まれる浮遊物までを含んで、浄化や生態系の創出を可能とするシステムであることが望ましい。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、沈木を有効に活用して閉鎖性水域の浄化とヘドロ化を防ぐ河川の水処理方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明に係る河川の水処理方法は、沈木を砕片化した沈木チップを堰本体の近傍上流側の底部に敷き詰めて沈木チップろ過層を形成し、この沈木チップろ過層に水を通過させ、通過水を前記堰本体の排水路から下流側へ排出することを特徴とするものである。

また、本発明に係る河川の水処理装置は、沈木を砕片化した沈木チップを充填した網かごと、この網かごを複数堰本体の近傍上流側の底部に敷き詰めて形成した沈木チップろ過層と、前記堰本体に設けられた排水路とを備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の河川の水処理装置においては、複数の網かごを敷き詰めるためのコンクリート製の収容部を前記堰本体の近傍上流側の底部に形成する。

また、排水路の排水口は、前記沈木チップろ過層と前記堰本体に設けられた溢流口との間に設けるものである。

本発明では、沈木を利用しこれをチップ化したものを濾材として沈木チップろ過層を堰本体の近傍上流側の底部に形成したものであり、この沈木チップろ過層に閉鎖性水域の水を通過させることにより、沈木チップに付着した微生物により有機物および窒素を除去するとともに、フミン物質を供給することができる。したがって、河川の閉鎖性水域の浄化ができ、かつ低層部のヘドロ化を防ぐことができる。さらには沈木チップろ過層を通過した水にはフミン物質が溶出しているため、これが海へ流入することで海を豊にすることができ、これにより海を育む河川環境を創出することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態における河川の水処理装置の概要を部分断面で示す構成図であり、図２はその平面図である。
この水処理装置は、流木が沈降した沈木を利用し、その沈木を例えば長さ２０ｃｍ以下のチップに砕片化した沈木チップ１を蛇籠などの網かご２に充填し、その網かご２を複数個堰本体３の近傍上流側の底部に敷き詰めて沈木チップろ過層４を形成したものである。

沈木チップろ過層４を設置するには、堰本体３の近傍上流側の底部を掘り下げ、コンクリート製の囲いにより形成される収容部５を構築し、このコンクリート製収容部５の底部に集水管あるいは溝などからなる集水路６を一つもしくは複数設け、この収容部５の中に沈木チップ１を充填した網かご２を複数敷き詰める。
また、集水路６は、堰本体３の内部を貫通する排水路７に連通している。また、排水口８の位置は特に限定するものではないが、溢流口９と沈木チップろ過層４との間に設けることが好ましい。なお、排水路７には開閉弁あるいはゲート（図示せず）を設けてもよい。

さらに、沈木チップろ過層４は、単層または複数層として構成することができる。この場合、下層部には大きめ（粗め）の沈木チップを充填し、上層部には小さめ（細め）の沈木チップを充填して粗密構造のろ過層としてもよい。粗密のろ過層は、同じ網かご２の中で粗密となるように複数層に形成してもよいし、粗めの沈木チップ入り網かご２と細めの沈木チップ入り網かご２を積み重ねて形成してもよい。

本実施形態では、チップ製造機やクレーンなどを現場に搬入し、河川やダムなどに沈んでいる沈木を拾い上げてチップ製造機にかけ、沈木チップ１をつくる。この沈木チップ１を網かご２に充填し、クレーンでその網かご２を堰本体３の近傍上流側の底部に構築したコンクリート製収容部５の中に敷き詰めて沈木チップろ過層４を形成する。その後、図示しない開閉弁あるいはゲートを開いて集水路６と排水路７を連通させる。

堰本体３で堰き止められた水は、図１に矢印で示すように、沈木チップろ過層４に流入し、その沈木チップろ過層４を流下する。このとき、砂を含んだヘドロ状の底質層１０も沈木チップろ過層４に流入する。そして、沈木チップろ過層４を通過した水は、上流側の水位が上昇したとき、集水路６から排水路７を通り排水口８より下流側へ流れ落ちる。
本実施形態の水処理装置では、ろ過層４は、沈木チップ１を濾材として使用したものであるため、沈木チップ１に付着した微生物により有機物と窒素を除去することができる。さらに、沈木チップ１は水中にフミン物質を供給する。フミン物質は海への鉄分の供給を支えるため、海を豊にするための重要な物質の一つである。その成分はフミン酸、フルボ酸およびヒマトメラニン酸に分類される。なかでも、フミン酸、フルボ酸が特に有効である。

したがって、本実施形態によれば、水の汚濁原因となる有機物及び窒素が除去されるとともに、フミン物質およびケイ酸を供給するので、河川水の浄化とともに海を豊にすることができる。また、沈木チップろ過層４の面積を可能な限り大きくすることにより、閉鎖性水域のヘドロ化を広範囲にわたって防ぐことができる。さらに、河川管理上問題となる沈木を有効利用するものであるので、環境保全対策としても有意義である。

沈木チップを利用することによる本発明の効果を図３及び図４に示す。図３はフミン物質の溶出量を時間経過とともにあらわした実験結果であり、図４は窒素除去の状況を時間経過とともにあらわした実験結果である。

図３に示すように、実験開始後からの時間経過に伴い紫外部吸光度ｕｖ２６０ｎｍは増加していく傾向を示した。紫外部吸光度ｕｖ２６０ｎｍはフミン物質の選択的な波長で、河川中では主に鉄（溶存態Ｆｅ）との相関が強いことが知られている。木のチップから溶出したフミン物質は、豊かな海に不足していると広く知られている鉄などを海で海藻や植物プランクトン生産に役立つものと考えられている。

図４は、河川水を充填したカラムの中に沈木を入れ、水を循環させた状態で測定した水中の総窒素濃度変化を示す。
河川水中での窒素除去は、自然界ではほとんど期待できない。下水処理などでも窒素除去に目的を絞ったシステムが必要になっている。しかし河川中の沈木には、図４に示すような特異的な窒素除去傾向が示される。窒素除去では、有機物が木表面脱窒菌の働きに使われるため、微生物分解可能なＢＯＤ成分などの有機物が窒素除去に伴って減少する。

本発明の実施の形態における河川の水質改良装置の概要を部分断面で示す構成図。 水質改良装置の平面図。 沈木チップによるフミン物質の溶出量の経時変化を示す実験結果のグラフ。 沈木チップによる窒素除去の経時変化を示す実験結果のグラフ。

符号の説明

１ 沈木チップ
２ 網かご
３ 堰本体
４ 沈木チップろ過層
５ コンクリート製収容部
６ 集水路
７ 排水路
８ 排水口
９ 溢流口
１０ 底質層

Claims (4)

1. 沈木を砕片化した沈木チップを堰本体の近傍上流側の底部に敷き詰めて沈木チップろ過層を形成し、この沈木チップろ過層に水を通過させ、通過水を前記堰本体の排水路から下流側へ排出することを特徴とする河川の水処理方法。
2. 沈木を砕片化した沈木チップを充填した網かごと、この網かごを複数堰本体の近傍上流側の底部に敷き詰めて形成した沈木チップろ過層と、前記堰本体に設けられた排水路とを備えたことを特徴とする河川の水処理装置。
3. 複数の網かごを敷き詰めるためのコンクリート製の収容部を前記堰本体の近傍上流側の底部に形成することを特徴とする請求項２記載の河川の水処理装置。
4. 排水路の排水口は、前記沈木チップろ過層と前記堰本体に設けられた溢流口との間に設けられていることを特徴とする請求項２または３記載の河川の水処理装置。
   

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