JP2010240515A - 河川浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】河川直接浄化法であって、浄化によって発生する汚泥を、掃流力によって、排泥溝から排泥槽に蓄積し、除去するシステムを提供する。
【解決手段】河川の水路1内にろ材2、排泥溝3、排泥槽4を設けて水を浄化するシステムであって、ろ材2を、河川の少なくとも片方の岸に接して、所定の長さ設け、排泥溝3を、前記ろ材2よりも水下の河床5に設け、前記排泥溝3と岸との平面的角度を鋭角にし、岸との距離を前記ろ材2を敷設した横幅よりも長くし、排泥槽4を、岸に接して設け、前記排泥溝3と継ぎ、前記ろ材2上のバクテリア増殖による生物膜よって、有機物、アンモニアを分解し、その余剰生物膜が剥離脱落等して河床5に落ちた汚泥と土砂を、ろ材2設置からの流路断面縮小による掃流力によって排泥溝3へ、排泥溝3から排泥槽4へ掃流し、排泥槽4より汚泥、土砂を除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、河川浄化システムに関するものである。

河川の汚濁を少しでも減らそうという対症療法として直接あるいは間接的浄化が始められている。その処理方法は生物膜法といい、ろ床に表面積の大きなプラスティック材、たとえば紐状ろ材、あるいは波板を２〜４cmの間隔で並べたものを充填し、これに下水を毎秒数cm出流すというものである。処理時間は１〜４時間必要である。ろ材の表面に生物膜が生成され、これによって有機物が分解されるというもので、長所は、活性汚泥法のような汚泥の返送が不要であり、特に管理しなくても安価に運転できるということである。
しかし、この浄化法は１０年以上も前から行われているにも関わらず、トラブル続きで、容易には確立された技術にはならないようである。問題の１つは、バクテリアが生物膜として増殖するとその余剰膜が剥離脱落して床の底に堆積し、それを除去するのが難しいことである。もう１つの問題は、直接河床に設置した場合（直接浄化という）、大雨の時土砂が流れてきて施設が埋没してしまうことである。この対策を完全に行うためには、水を汲みあげて別の場所で処理する必要があり、広い土地が必要で、経費もかさむ。（非特許文献１参照）

水路内の浄化を行うとともに、維持管理を容易に行うことができる礫間接触水路を提供することを目的とする技術があった。（特許文献１参照）

河川水路に横断的に配置された直接型河川浄化装置の技術があった。（特許文献２参照）
河床を掘り下げてなる溝に接触材を設置した河川浄化施設の技術があった。（特許文献３参照）

河川水を導入して浄化した後、河川に放流する高濃度河川浄化施設の技術があった。（特許文献４参照）

接触材槽の浄化能力を低減させずに排泥作業を容易化し、接触材槽の容量を大きくする必要もない河川、湖沼浄化施設を提供する技術があった。（特許文献５参照）
村上光正：池・水槽浄化の仕方、パワー社出版、１９９５．９． 特開平８−１６８７８８ 特開平９−４７７７１ 特開２０００−３２８５３４ 特開平８−３１８１０６ 特開平８−１７３９８１

都市内のほとんどの河川は汚濁しており、都市景観を損ねている。都市河川の水を清流化し、潤いのある親水空間の創出が望まれる。

河川の直接浄化であって、参考文献１が提示している２つの問題を解決し、浄化・排泥が自然力で行われ、構成する機材の取り替えと変更が容易であり、船舶の運航もできる河川浄化システムを提供する。

河川の水路内にろ材、排泥溝、排泥槽を設けて水を浄化するシステムであって、
ろ材を、河川の少なくとも片方の岸に接して、所定の長さ設け、
排泥溝を、前記ろ材よりも水下の河床に設け、前記排泥溝と岸との平面的角度を鋭角にし、岸との距離を前記ろ材を敷設した横幅よりも長くし、
排泥槽を、岸に接して設け、前記排泥溝と継ぎ、
前記ろ材上のバクテリア増殖による生物膜よって、有機物、アンモニアを分解し、小動物や細菌に藻類を食べさせ、その余剰生物膜が剥離脱落等して河床に落ちた汚泥と土砂を、ろ材設置からの流路断面縮小による掃流力によって排泥溝へ、排泥溝から排泥槽へ掃流し、排泥槽の汚泥をポンプアップ等によって除去する。

前記排泥溝と排泥槽の接続箇所に取泥口とゲートを、排泥槽の水下側に放流口とゲートを設け、取泥口より下に汚泥溜をつくり、排泥槽内の水の放流、排水、排泥及び点検をするようにしたことを特徴とする。水路（１）と排泥槽（４）を仕切らずに河床（５）に排泥槽（桝）を造っても良い。

河床より所定の距離をとって、グレーチング等の透過性のある人工床を、河床に設けた基礎の上に置き、前記人工床の上に、ろ材を詰めたかごを着脱自在に配置することによって、ろ材充填かご及び人工床の取り替え、ろ材充填かごの間隔と大きさの調整による流路断面積と掃流力の調整をする。

前記人工床の上に散気管を配管し、散気によって前記ろ材表面に剪断力をかけ、ろ材表面に付着した余剰生物膜を剥離する。

前記排泥溝に向けて、または、前記排泥溝の水上から前記取泥口に向けて１つまたは複数の噴射ノズルを設け、前記噴射ノズルより、水または空気を噴射することによって、前記排泥溝上の汚泥、土砂を前記取泥口へ掃流する。
ろ材よりも上流の河床にコンクリート製または網状の排土砂溝を設け、前記排土砂溝と岸との水下側の平面的交差角度を鋭角にし、上流からの土砂等を、ろ材を敷設していない河川側に、大雨時等の掃流力、噴射ノズル等によって掃流する。

太陽光発電等の自然エネルギー利用発電設備と制御装置を備え、前記排泥槽内汚泥の除去、脱水、燃焼、成型、散気管への送気、噴射ノズルからの水または空気の噴射、または、ゲートの開閉を、電力・蓄電気量と時間により、自動的に制御する。

自然力のみによる河川浄化システムによって、河川を持続可能に、清流に保持し、湾の海水も清浄に保持し、河川及び湾の生態系の多様化、さらにはより健全な親水空間を創出することができる。

このシステムは、海においては、海流を利用して、湖沼においては、太陽光発電等によって水流をつくることによって利用できる。

以下、発明を図示する実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明の河川浄化システムについて示した平面図である。図２、図３、図４、図５はそれぞれ図１のＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、Ｃ−Ｃ断面図、Ｄ−Ｄ断面図である。
河川の水路（１）内にろ材（２）、排泥溝（３）、排泥槽（４）を設けて水を浄化するシステムであって、
ろ材（２）を、河川の少なくとも片方の岸に接して、所定の長さ設け、
排泥溝（３）を、前記ろ材（２）よりも水下の河床（５）に設け、前記排泥溝（３）と岸との平面的角度を鋭角にし、岸との距離を前記ろ材（２）を敷設した横幅よりも長くし、
排泥槽（４）を、岸に接して設け、前記排泥溝（３）と継ぎ、
前記ろ材（２）上のバクテリア増殖による生物膜よって、有機物、アンモニアを分解し、小動物や細菌に藻類を食べさせ、その余剰生物膜が剥離脱落等して河床（５）に落ちた汚泥と土砂を、ろ材（２）設置からの流路断面縮小による掃流力によって排泥溝（３）へ、排泥溝（３）から排泥槽（４）へ掃流し、排泥槽（４）の汚泥（６）をポンプアップ等によって除去することを特徴とする河川浄化システムである。
ろ材（接触材）には、礫、シュロ等を利用する。耐水性があり、水との接触面積が大きく、自然の材料が望まれる。
ろ材（２）設置からの流路断面縮小によって、洪水時、堤防を越流する可能性がある場合がある。その場合、図１及び図２に示されるように、汚泥処理、送気等の施設の外壁を越流堤として利用することができる。実施例では、ろ材敷設の横幅を水路の概略１／２として両岸にろ材を敷設し、両岸のろ材の片方を、水上または水下として離すことによって、河川水のろ過材通過率を概略１０／１０とし、船舶の運航も可能としている。ろ材敷設の横幅は、船舶運航の頻度に応じて調整することができる。船舶運航が無い場合は、ろ材を水路に対して横断的に設置しても良い。
本発明では、掃流力を、河床面近くの流速との関係においてとらえ、河床上の砂粒を動かそうとする力（Ｄ）は、下記式で表わされる。
Ｄ＝ρ/２*ＣＡu²
ρ：水密度
Ｃ：流れに対する砂粒の抗力係数
Ａ：流れに対する砂粒の投影面積
u :砂粒に衝突する流れの流速（河床面近くの流速）
上記式は、河床上の砂粒を動かそうとする力（Ｄ）即ち掃流力は、河床近くの流速（u）の２乗に比例することを示している。従って、ろ材を設ければ、流路断面積が縮小し、河床上に所定の流速と掃流力が取れ、上流から土砂が流れてきても、人口床（１２）下の河床（５）が土砂に埋まってしまうことはなく、土砂は排泥槽に汚泥と一緒に蓄積される。
ろ材または岸と平行に堤を設け、ろ材の上流及び排泥溝の下流の岸と堤間にゲートと排水溝を設け、ろ材と排泥溝周りを河川から区画し、ろ材と排泥溝周りを排水し、河床を露出できるようにすることによって、ろ材、散気管、河床、排泥溝の維持管理を容易にすることができる。

前記排泥溝（３）と排泥槽（４）の接続箇所に取泥口（７）とゲート（８）を、排泥槽（４）の水下側に放流口（９）とゲート（１０）を設け、取泥口（７）より下に汚泥溜（１１）をつくり、排泥槽（４）内の水の放流、排水、排泥及び点検をするようにしたことを特徴とする。取泥口（７）及び放流口（９）には、魚の進入を防ぐ縦格子等を取り付けても良い。また、排泥槽（４）に接して、魚の避難水槽を設けても良い。
排泥槽（４）前を、浚渫船の停留場とし、浚渫船によって、河床（５）に堆積した汚泥、土砂、ごみを回収し、汚泥と土砂を汚泥処理施設内汚泥濃縮槽（２３）に取り込み、ごみを廃棄処分することによって、河川をより良く浄化することができる。

河床（５）より所定の距離をとって、グレーチング等の透過性のある人工床（１２）を、河床（５）に設けた基礎（１３）の上に置き、前記人工床（１２）の上に、ろ材（２）を詰めたかご（１４）を着脱自在に配置することによって、ろ材充填かご（１４）及び人工床（１２）の取り替えができ、ろ材充填かご（１４）の間隔と大きさの調整をし、流路断面積と掃流力の調整も可能とすることを特徴とする。

前記人工床（１２）の上に散気管（１５）を配管し、散気によって前記ろ材（２）表面に剪断力をかけ、ろ材（２）表面に付着した余剰生物膜を剥離することを特徴とする。散気管（１５）には、その両側面に一定間隔毎に内外を貫通する穴（図示なし）が形成されており、送気設備（２４）から送られてくる空気を散気管（１５）の穴から散気することになっている。

排泥溝（３）と岸との角度を６０度とした場合の排泥溝（３）上での掃流力（Ｄd）は、下式によって表わされ、それは、排泥溝（３）上での限界掃流力（Ｄo：排泥溝上の土砂を掃流するための最小限の掃流力）よりも大きくなくてはならない。
Ｄd＝１／２Ｄ＞Ｄo
Ｄ＞２Ｄo
排泥溝の表面を土砂が滑りやすくすることによって限界掃流力（Ｄo）を小さくすることができる。排泥溝に勾配をつけることによっても限界掃流力（Ｄo）を小さくすることができる。上記値の掃流力（Ｄ）、河床上での流速（u）が得難い場合には、排泥溝（３）への噴射装置を設ける。
前記排泥溝（３）に向けて、または、前記排泥溝（３）の水上から前記取泥口（８）に向けて１つまたは複数の噴射ノズル（２７）を設け、前記噴射ノズル（２７）より水または空気を噴射することによって、前記排泥溝（３）上の汚泥、土砂を前記取泥口（８）へ掃流する。
大雨時等に上流から多量の土砂が流れてきて人口床（１２）が埋まってしまう可能性がある場合は、ろ材（２）よりも上流の河床（５）に、コンクリート製または網状の排土砂溝（２８）を設け、前記排土砂溝（２８）と岸との水下側の平面的交差角度を鋭角にし、上流からの土砂等を、ろ材（２）を敷設していない河川側に、大雨時等の掃流力、噴射ノズル等によって掃流する。超音波探知機（図示なし）等によって、土砂堆積を探知して、噴射ノズルを作動させても良い。排土砂溝（２８）を網状とすることによって、所定の大きさ以上の砂利、ごみ以外の土砂等を、排土砂溝（２８）を通過させ、排泥槽（４）に蓄積することができ、河川に堆積する土砂等を少なくすることができる。排土砂溝（２８）を設けるかどうか、設けるとしたらどのような形で設けるかは、その河川の現状と今後の予測に応じて決めることになる。河川を流れるごみ等の浮遊物を、ろ材（２）で止め、ごみ等を取り除くことができる。ろ材上部にキャットウオーク（図示なし）を設け、ごみ等を取り除き易くしても良い。

太陽光発電等の自然エネルギー利用発電設備と制御装置を備え、前記排泥槽（４）内汚泥（６）の除去、脱水、燃焼、成型、散気管（１５）への送気、噴射ノズル（２７）からの水または空気の噴射、または、ゲート（８，９）の開閉を、電力・蓄電気量と時間により、自動的に制御する。太陽光発電によるのであれば、電力の得られる昼間に汚泥の除去等をするように制御盤（図示なし）に時間設定をしておく。天候による自然エネルギー利用発電設備の電力不足に備えて、前記排泥槽（４）内取泥口（７）下端レベルにフロート等によるセンサー（１６）を設け、汚泥（６）が取泥口（７）下端の高さを越える前に、自動的に燃料電池等に切り換えて強制的に汚泥（６）を除去するようにしても良い。

河川浄化システム実施図の平面図 図１のＡ−Ａ断面図 図１のＢ−Ｂ断面図 図１のＣ−Ｃ断面図 図１のＤ−Ｄ断面図

１ 水路
２ ろ材
３ 排泥溝
４ 排泥槽
５ 河床
６ 汚泥
７ 取泥口
８、１０ ゲート
９ 放流口
１１ 汚泥溜
１２ 人工床
１３ 基礎
１４ （ろ材充填）かご
１５ 散気管
１６ センサー
１７ ポンプ
１８ 脱水機
１９ 電気炉
２０ 粉体
２１ ブロック
２２ 太陽電池パネル
２３ 汚泥濃縮槽
２４ 送気設備
２５ 蓄電池
２６ 縦格子
２７ 噴射ノズル
２８ 排土砂溝

Claims (7)

1. 河川内にろ材、排泥溝、排泥槽を設けて水を浄化するシステムであって、
   ろ材を、河川の少なくとも片方の岸に接して、所定の長さ設け、
   排泥溝を、前記ろ材よりも水下の河床に設け、前記排泥溝と岸との水上側の平面的交差角度を鋭角にし、岸との距離を前記ろ材を敷設した横幅よりも長くし、
   排泥槽を、岸に接して設け、前記排泥溝と継ぎ、
   前記ろ材上のバクテリア増殖による生物膜よって、有機物、アンモニアを分解し、小動物や細菌に藻類を食べさせ、その余剰生物膜が剥離脱落等して河床に落ちた汚泥と土砂を、ろ材設置からの流路断面縮小による掃流力によって排泥溝へ、排泥溝から排泥槽へ掃流し、排泥槽の汚泥をポンプアップ等によって除去することを特徴とする河川浄化システム。
2. 前記排泥溝と排泥槽の接続箇所に取泥口とゲートを、排泥槽の水下側に放流口とゲートを設け、取泥口より下に汚泥溜をつくり、排泥槽内の水の放流、排水、排泥及び点検をするようにしたことを特徴とする請求項１記載の河川浄化システム。
3. 河床より所定の距離をとって、グレーチング等の透過性のある人工床を、河床に設けた基礎の上に置き、前記人工床の上に、ろ材を詰めたかごを着脱自在に配置することによって、ろ材充填かご及び人工床の取り替え、ろ材充填かごの間隔と大きさの調整による流路断面積と掃流力の調整をすることを特徴とする請求項１または２記載の河川浄化システム。
4. 前記人工床の上に散気管を配管し、散気によって前記ろ材表面に剪断力をかけ、ろ材表面に付着した余剰生物膜を剥離することを特徴とする請求項３記載の河川浄化システム。
5. 前記排泥溝に向けて、または、前記排泥溝の水上から前記取泥口に向けて１つまたは複数の噴射ノズルを設け、前記噴射ノズルより水または空気を噴射することによって、前記排泥溝上の汚泥、土砂を、前記取泥口へ掃流することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の河川浄化システム。
6. ろ材よりも上流の河床に、コンクリート製または網状の排土砂溝を設け、前記排土砂溝と岸との水下側の平面的交差角度を鋭角にし、上流からの土砂等を、ろ材を敷設していない河川側に、掃流力、噴射ノズル等によって掃流することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の河川浄化システム。
7. 太陽光発電等の自然エネルギー利用発電設備と制御装置を備え、前記排泥槽内汚泥の除去、脱水、燃焼、成型、散気管への送気、噴射ノズルからの水または空気の噴射、または、ゲートの開閉を、電力・蓄電気量と時間により、自動的に制御することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の河川浄化システム。

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