JP2010000429A - 水域浄化方法および水浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水域内の嫌気化を防ぎ効率的に水域の水質を改善することができる。
【解決手段】河川２の底部に管路３を配設し、管路３の上部に砂利層４を配設し、砂利層４の上部に砂層５を配設して、砂層５の表面には水中の汚染物質を分離する生物で構成される生物膜６が配設される。管路３には河川２の底部に配設された際の上側になる管路３の側面に通水孔３ａが設けられている。原水Ｗ１は表面に生物膜６が構成された砂層５と砂利層４とを通過して濾過され浄水Ｗ２となり、浄水Ｗ２は通水孔３ａから管路３へ通過して貯水槽７へ集められ、ポンプ８で汲み上げられて河川２の原水Ｗ１中に戻される。
【選択図】図１

Description

本発明は、河川などの水域の浄化方法と水の浄化装置に関する。

従来より、河川や湖沼などの水域では水質汚濁や悪臭などの問題があり、これらの問題を解決するために水質の向上を目的とする水域の浄化方法が提案されている。例えば、水域に酸素や空気を吹き込んで曝気を行うことで植物性プランクトンの大量発生を防ぎ、植物性プランクトンの大量発生による水質汚濁や悪臭などを解消する方法や、水域内に他の水域の水質の良い水を混合して水質を向上させる方法がある。また微生物製剤や植生を利用した水域の浄化方法も提案されている。
特許文献１によれば、生活雑排水が流れ込む河川に、水棲植物等を植生した植生浄化部を河川の流れに沿って帯状に設け、この植生浄化部に生活雑排水を流し込むことで、生活雑排水は汚濁物の一部が微生物の作用により分解され、また、窒素、リンが水棲植物等の作用により吸収除去される河川浄化方法及びその装置が提案されている。
特開平１１−１０４６８６号公報

しかしながら、従来の水域の浄化方法では以下のような問題があった。水域内に曝気を行う方法は水深の深い閉鎖性水域では効果的だが、水深の浅い河川などでは効果はあまり見られなかった。また水域内に他の水域の水質の良い水を混合して水質を向上させる方法では、取水される水域の水質管理も必要であり、水域間の距離が長い場合には水の搬送手段が大規模で難しくなるなどの問題があった。
微生物製剤や植生を利用する方法では， 微生物製剤や植生の種類や量、また温度などの環境条件により浄化性能が大きく異なり、水質浄化のメカニズムも不明瞭なことが多く効果が明確ではなかった。また、特許文献１による河川浄化方法では、水棲植物を植えるスペースの確保や水棲植物の管理が困難な場合には、実施できないという問題があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、水域内の嫌気化を防ぎ効率的に浄化できる水域浄化方法及び水浄化装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る水浄化装置では、水域の底部に配設されていて貫通孔を設けた管路と、管路の上部に配設された砂利層と、砂利層の上部に配設された砂層と、砂層表面に繁殖して水中の汚染物質を分離する生物で構成された生物膜とを備え、水域の水は砂層と砂利層とを通過して濾過されて、貫通孔より管路へ通過させることで浄化させ、管路から水を取り出すことを特徴とする。

本発明の水域浄化方法の水域とは、例えば河川や湖沼または人工池などの自然にもしくは人工的に設けられた水が湛えられた場所の意味に使用し、例えば河川などの水の流れがあるものや、人工池などの水の流れがないものも含むこととする。
本発明では、水域の水は砂層と砂利層とを通過し濾過されて水域の底部に配設された管路へ貫通孔より通過し、管路に通過した水は取り出されるので、水域内の水は下向きに移動し水域内には下向きの流れが生じる。そして、下向きの流れによって水域の水面近くの溶存酸素濃度の高い水が下方へ移動し、水域全体の嫌気化を防ぎ生物膜を構成する生物にも酸素が届くので生物膜が活発に汚染物質を分解して水域内の水質が向上する。

また、本発明に係る水浄化装置では、管路から水を取り出して水域中に戻すことが好ましい。

本発明では、管路内の水は、砂層表面の生物膜によって汚染物質が分解され、砂層と砂利層とを通過することによって浮遊物質が除去されて水質が良くなっているので、管路内の水を水域に戻すことで水域の水質が向上する。

また、本発明に係る水浄化装置では、管路から水を取り出して冷房設備に利用してもよい。

本発明では、管路内の水は水質が良く、また管路は水域の底部にあり管路内の水は低温なので、例えば水域近隣のビルの空調設備に利用するなど水域の浄化の用途以外にも有効に利用することができる。
本発明では、

本発明による水域浄化方法及び水浄化装置によれば、水域の水は砂層と砂利層とを通過して濾過され、貫通孔から管路へ通過して管路から取り出されるので、水域内の水は下向きに移動し水域内に下向きの流れを生じさせることから、水面近くの溶存酸素濃度の高い水が下方へ移動し、水域内の嫌気化を防ぐことができて生物膜が活発に汚染物質を分解できるので、水域内の水質を改善することができる。

以下、本発明の第一の実施の形態による水域浄化方法および水域浄化装置について、図１および図２に基づいて説明する。
図１は本発明の第一の実施の形態による水域浄化装置の一例を示す概略図である。
図２は本発明の実施の形態による水域浄化装置に備える管路の一例を示す図である。
図１に示すように、第一の実施の形態による水域浄化装置１ａは、原水Ｗ１を湛える河川２（水域）を浄化することを目的とする装置である。

所定の深さを掘削した河川２の底部に河川２の流れに沿って管路３が配設されている。管路３は、例えば鉄筋コンクリートで形成されたヒューム管などで、管路３が河川２の底部に配設された際に上側になる管路３の側面の一部に、管路３を貫通する通水孔（貫通孔）３ａが複数設けられている。

管路３の上部には砂利層４と砂層５とが順次積層されている。管路３の上部に配設される砂利層４は、例えば２０〜４０ｃｍ程度の厚さの石及び砂利からなる層で、砂利層４を構成する石及び砂利は、例えば粒径が１０〜２０ｍｍ程度の大きさで、通水孔３ａを目詰まりさせず、また後述する砂層５の砂が砂利層４内に入り込まないように、砂利層４内では上部に行くほど石及び砂利の粒径が小さくなるように配設される。
砂利層４の上部に配設される砂層５は、例えば５０ｃｍ程度の厚さの砂からなる層で、砂層５を構成する砂は、例えば粒径は１ｍｍ以上が好ましく、本実施の形態では掘削された河川２の底部の砂とする。砂層５の上面は、掘削される前の河川２の底面とほぼ同じ高さとし、水域浄化装置１ａを設置する前後で河川２の水面が変化しないものとする。

砂層５の表面には、原水Ｗ１中の例えばリンや窒素などを含む汚染物質を分解する好気性の微生物や藻類などが繁殖し、これらの生物が生物膜６を構成する。
原水Ｗ１は、表面に生物膜６が構成された砂層５と砂利層４とを通過し、生物膜６の生物による汚染物質の分解や、砂層５と砂利層４とを通過して浮遊物質が除去されることで濾過されて浄水Ｗ２となる。そして浄水Ｗ２は通水孔３ａから管路３へ通過する。

管路３内の浄水Ｗ２は貯水槽７へ集められて貯留する。貯水槽７と管路３とは配管でつながっており、管路３から貯水槽７へ浄水Ｗ２が流れるように貯水槽７は管路３より低い位置に設けられる。貯水槽７内の浄水Ｗ２はポンプ８で汲み上げられて河川２の原水Ｗ１中へ戻される。

第一の実施による水域浄化装置１ａは上述した構成を備えており、水域浄化方法について図面を用いて説明する。
原水Ｗ１は、表面に生物膜６が構成された砂層５と砂利層４を通過し浄水Ｗ２となって通水孔３ａから管路３へ通過して貯水槽７に集められる。そして、貯水槽７内の浄水Ｗ２はポンプ８によって汲み上げられて河川２の原水Ｗ１へ戻されるので、河川２の原水Ｗ１及び浄水Ｗ２は循環し、原水Ｗ１中には河川２の流れの他に下向きの水の流れが生じる。
原水Ｗ１中の下向きの流れによって、河川２の水面付近の溶存酸素濃度の高い原水Ｗ１が砂層５の表面に届くので、砂層５表面に酸素が届き原水Ｗ１内の嫌気化を防ぐことができる。そして生物膜６にも酸素が届いて、生物膜６を構成する好気性の生物が活発に原水Ｗ１中の汚染物質を分解し、原水Ｗ１の水質が向上する。
また、原水Ｗ１は表面に生物膜６が構成された砂層５と砂利層４とを通過し、生物膜６による汚染物質の分解や、砂層５と砂利層４とを通過して浮遊物質が除去されることで濾過されて浄水Ｗ２となって原水Ｗ１中に戻されるので原水Ｗ１中の水質がさらに向上する。

また、砂層５の表面に酸素が行き届くことで、例えば二枚貝などの大型底生生物が砂層５の表面で生息可能になり、大型底生生物は原水Ｗ１中の有機物を分解して水質を向上することができる。そして、その二枚貝などを食べる魚やそれを捕食する鳥などの高次捕食者が原水Ｗ１内の汚染物質を河川２外へ持ち出すことにより、さらに原水Ｗ１の水質が向上する。河川２内や河川２付近には健全な生態系が復元され生物多様性が維持されることから、地域の自然が守られて人々に安らぎや癒しを与えることにつながる。
また、原水Ｗ１中に下向きの流れを生じさせることで原水Ｗ１中の嫌気化を防ぐことができ、河川２内で原水Ｗ１及び浄水Ｗ２を循環させて水質を向上させるので、機械などで曝気を行うことや、他の水域から水を取り出して混合することに比べてランニングコストが少ない。

上述したように第一の実施の形態によれば、河川２内で原水Ｗ１及び浄水Ｗ２は循環しており、河川２の原水Ｗ１に下向きの流れを生じさせることができるので、水面近くの溶存酸素濃度の高い原水Ｗ１が下方へ移動して、原水Ｗ１の嫌気化を防ぐことができて生物膜６が活発に汚染物質を分解することができ、また、濾過された浄水Ｗ２を原水Ｗ１内に戻すので、原水Ｗ１の水質を向上させることができて河川２の水質を改善するという効果を奏する。

次に、第二の実施の形態による水域浄化装置について、図３に基づいて説明するが、上述の第一の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第一の実施の形態と異なる構成について説明する。
図３は本発明の第二の実施の形態による水域浄化装置１ｂの一例を示す図である。

図３に示すように、第２の実施の形態による水域浄化装置１ｂは、第一の実施の形態による水域浄化装置１ａのポンプ８の出水口を河川２の近隣にある建築物１１に備えられた貯水槽１３に接続された配水管９に接続し、ポンプ８から流出した浄水Ｗ２は配水管９を通って貯水槽１３に貯留される構成とする。
貯水槽１３内の浄水Ｗ２は、低い位置にある貯水槽７から汲み上げられているので水温が低く、建築物１１の冷房を行う冷房設備１２に利用される。

第２の実施の形態による水域浄化装置１ｂでは、第一の実施の形態による水域浄化装置１ａと同様に原水Ｗ１中に下向きの流れを生じさせることができるので、河川２の水質を改善する効果を奏する。
また、冷房設備１２などの設備では、配管や設備に使用する水はより浄化されている水を使用するほうが配管や設備の負担を軽減でき機器の故障やトラブルを少なくできるので、水域浄化装置１ｂでは浄水Ｗ２を冷房設備１２に利用でき、また浄水Ｗ２は水温が低く冷房設備１２の冷房用の熱源として適しており、浄水Ｗ２を有効に活用することができる。

以上、本発明による水域浄化方法及び水域浄化装置の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した実施の形態では、水域を河川２としているが、他に例えば、湖沼や人工池などとしてもよい。
また、上述した実施の形態では、管路３に通水孔３ａを設けたヒューム管を採用しているが、ヒューム管に代わって例えば他に断面形状が略ロの字型である鉄筋コンクリート製のボックスカルバートや重圧管、錆びない鋼管などを利用してもよく、通水孔３ａに代わって例えばスリット状の開口や、グレーチングなどを設けてもよい。また、通水孔３ａや通水孔３ａに代わる開口部に、例えば耐水性のある素材で形成された網やフィルターなどを設置して、通水孔３ａに砂利層４の石や砂利が混入しない構成としても良い。
また、管路３は河川２の流れに沿って配設しているが、例えば、河川２の幅にわたって流れに直行するように設置してもよい。また、管路３の設置は単一でもよいし複数でもよい。
また、上述した実施の形態では、浄水Ｗ２は管路３から貯水槽７に集めてられてポンプ８で汲み上げられているが、例えば、貯水槽７を設置せずに管路３から直接浄水Ｗ２を汲み上げてもよい。
また、上述した本実施の形態では、砂層５の表面と掘削する前の河川２の底面とは、ほぼ同じ高さとなるように河川２の底部を掘削しているが、河川２を掘削する深さは任意に設定してもよいし、掘削せずに河川２の底部に直接管路３を配設してもよい。要は河川２の水面が変化しても治水対策に弊害がなければよい。
また、砂層５を構成する砂や砂利層４を構成する石や砂利は、河川２内の砂や石及び砂利をそのまま利用してもよいし、これらを改良して利用してもよいし、新規に配設してもよい。
要は、本発明において所期の機能が得られればよいのである。

本発明の第一の実施の形態による水域浄化装置の一例を示す図である。 本発明の実施の形態による水域浄化装置に備える管路を示す図である。 本発明の第二の実施の形態による水域浄化装置の一例を示す図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ 水域浄化装置
２ 河川（水域）
３ 管路
３ａ 通水孔（貫通孔）
４ 砂利層
５ 砂層
６ 生物膜
Ｗ１ 原水
Ｗ２ 浄水

Claims (4)

1. 水域の底部に配設されていて貫通孔を設けた管路と、
   前記管路の上部に配設された砂利層と、
   前記砂利層の上部に配設された砂層と、
   前記砂層表面に繁殖して水中の汚染物質を分離する生物で構成された生物膜と、
   を備え、
   前記水域の水は前記砂層と前記砂利層とを通過して濾過されて、前記貫通孔より前記管路へ通過させることで浄化させ、前記管路から前記水を取り出すことを特徴とする水浄化装置。
2. 前記管路から前記水を取り出して前記水域中に戻すことを特徴とする請求項１に記載の水浄化装置。
3. 前記管路から前記水を取り出して冷房設備に利用することを特徴とする請求項１に記載の水浄化装置。
4. 水域の底部に配設されていて貫通孔を設けた管路と、
   前記管路の上部に配設された砂利層と、
   前記砂利層の上部に配設された砂層と、
   前記砂層表面に繁殖して水中の汚染物質を分離する生物で構成された生物膜と、
   を備え、
   前記水域の水は前記砂層と前記砂利層とを通過して濾過されて、前記貫通孔より前記管路へ通過させることで浄化させ、前記管路から前記水を取り出して前記水域中に戻すことを特徴とする水域浄化方法。
   

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