JP2013147835A - 水滞留領域における空気供給システム及び底質改善方法 - Google Patents

Abstract

【課題】無動力で稼働でき、有効性の高い底質改善手段の提供。
【解決手段】水位変動のある水域Ｓに近接し、少なくとも最低水位Ｌ１の際には水域Ｓと隔離される位置に形成された水滞留領域Ｒへの空気供給システムＡであって、水域Ｓ側に配置され、最低水位Ｌ１と最高水位Ｌ２の間の高さに下向きに開口された上行部１１と、水滞留領域Ｒの底質Ｒ１内に略水平に敷設され、管壁に一又は複数の流通孔１４が形成された空気供給部１２とが、接続部１３を介して連通する管状部材１を備える空気供給システムＡを提供する。海などの水位変動を利用することにより、干潟・潮だまりなど、水域Ｓに近接する水滞留領域Ｒにおける貧酸素化状態の緩和及び底質改善を、無動力で、確実かつ有効に行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、水位変動のある水域に近接する水滞留領域への空気供給システム、該水滞留領域における底質改善方法などに関連する。より詳細には、水位変動を利用して水滞留領域の底質に空気を供給し、該底質の貧酸素状態などを改善する技術などに関連する。

干潟・潮だまりなど、沿岸域には、水の滞留する領域の形成される場所が多く存在する。近年、水質浄化、水遊びなどを行う空間の提供、良好な景観の形成、水棲生物の生育に適した環境の創出などの目的のために、堤防・護岸などの建設・補修の際に、沿岸域に人工的な磯場・干潟・潮だまりなどを構築する場合もある。その他、海、人工湖、揚水発電施設など、水位変動のある水域に近接して、海面処分場、貯水池、湖沼、運河、堀、ゴルフ場の人工池などの水の滞留する領域が存在する場合もある。

それらの水滞留領域では、水交換性が乏しいため、例えば、水中に含まれる有機物などがその領域内で沈降し、底部に汚泥となって堆積すると、プランクトンなどが異常増殖し、その死骸などが好気性微生物などにより分解され、その際、酸素が消費され、水底付近は貧酸素状態になる。底質が貧酸素状態になると、嫌気性微生物叢が活性化され、硫化水素やメタンガスなどが発生する。これにより、水棲生物などの生息が困難となるだけでなく、悪臭などが発生し、周辺環境にも悪影響を及ぼす。

水交換性の乏しい領域において貧酸素状態を緩和・解消する手段として、例えば、特許文献１には、石積み浄化堤において、マイクロバブルを混入した気泡混入水を堤体の礫間に供給する方法が、特許文献２には、エネルギー関連施設の廃熱を利用した循環装置で表層の海水を底層に送り込むことにより、嫌気化した底質に酸素を供給する手段が、特許文献３には、気液溶解装置で水に気体成分を高濃度に溶存させ、底質付近に噴出させることにより、貧酸素化した水域の酸素濃度を高める手段が、それぞれ記載されている。
特開２０１１−８９３１９号公報 特開２００９−１９３５１号公報 特開２００７−７５７４９号公報

上記の通り、水交換性の乏しい領域において貧酸素状態を緩和・解消する手段として、曝気装置などを用いて底質に空気を供給する技術などが提案されている。しかし、供給された空気の多くが底泥の表面で消費され、底質全体に行き渡らないため、底質改善効果が必ずしも充分ではない。

また、上記の手段の場合、動力装置を用いて空気の供給を行うため、運転に電気エネルギーを必要とする。

そこで、本発明は、無動力で稼働でき、有効性の高い底質改善手段を提供することなどを目的とする。

本発明では、水位変動のある水域に近接し、少なくとも最低水位の際には前記水域と隔離される位置に形成された水滞留領域への空気供給システムであって、前記水域側に配置され、最低水位と最高水位の間の高さに下向きに開口された上行部と、前記水滞留領域の底質内に略水平に敷設され、管壁に一又は複数の流通孔が形成された空気供給部とが、接続部を介して連通する管状部材を備える空気供給システムを提供する。

水域の水位が上昇する際には、水域の水位が低い時に管状部材の管路内に流入した空気が水位上昇により圧縮されることで、流通孔から水滞留領域の底質内に空気が供給される。これにより、貧酸素状態を緩和・解消できるため、嫌気性微生物叢を不活性化し、底質を改善できる。また、悪臭などの発生も抑制できる。

本発明では、水域の水位変動を利用して水滞留領域に空気を供給するため、空気が底質内に比較的緩やかに供給される。そのため、供給された空気が底質内に保持されやすく、貧酸素状態緩和の実効性が高い。

一方、水域の水位が下降する際には、水域の水位下降により管状部材の管路内を負圧にすることで、水滞留領域における底質内の間隙水の流通を促進する。これにより、水位上昇の際に供給された空気を底質全体に行き渡らせることができ、底質改善を確実かつ有効に行うことができる。

その他、この空気供給システムでは、水域の水位変動を利用して水滞留領域に空気を供給するため、無動力で、長期間持続的に稼働させることができるという利点がある。

また、この空気供給システムでは、水域の水位変動を利用して空気供給を行い、底質内へ比較的緩やかに空気が供給されるため、空気供給の際に底泥が巻き上げられることがない。そのため、底質内の有機物が再懸濁され、再び貧酸素状態が創出されるという懸念がなく、確実かつ有効に貧酸素状態を緩和・解消できる。

本発明により、水滞留領域における貧酸素状態の緩和及び底質改善を、無動力で、確実かつ有効に行うことができる。

以下、本発明の実施形態の例を示す。なお、本発明は、これらの実施形態のみに狭く限定されない。

＜本発明に係る空気供給システムについて＞
本発明に係る空気供給システムは、水位変動のある水域に近接し、少なくとも最低水位の際には前記水域と隔離される位置に形成された水滞留領域への空気供給システムであって、前記水域側に配置され、最高水位と最低水位の間の高さに下向きに開口された上行部と、前記水滞留領域の底質内に略水平に敷設され、管壁に一又は複数の流通孔が形成された空気供給部とが、接続部を介して連通する管状部材を備えるものをすべて包含する。以下、図１を用いて説明する。なお、本発明は、図１に示したもののみに狭く限定されない。

図１は、本発明に係る空気供給システムの例を示す断面模式図である。

図１の空気供給システムＡは、最低水位Ｌ１と最高水位Ｌ２の間の水位変動がある水域Ｓと、少なくとも最低水位Ｌ１の際には水域Ｓと隔離される位置に形成された水滞留領域Ｒとが存在する場所に設置され、水域Ｓ側に配置され、最低水位Ｌ１と最高水位Ｌ２の間の高さに下向きに開口された上行部１１と、水滞留領域Ｒの底質Ｒ１内に略水平に敷設され、管壁に一又は複数の流通孔１４が形成された空気供給部１２とが、接続部１３を介して連通する管状部材１を備える構成を有する。また、水域Ｓと水滞留領域Ｒとの間には、水中構造体Ｃが、少なくとも最低水位Ｌ１の際に水域Ｓと水滞留領域Ｒとを隔離するように形成されている。なお、符号Ｓ１は水域Ｓの水底を表す。

水域Ｓは、水位変動のある場所であればよく、特に限定されない。水位変動のある場所として、例えば、海、人工湖、揚水発電施設などが挙げられる。

水滞留領域Ｒは、水の滞留する領域である。水位変動のある水域Ｓに近接し、少なくとも最低水位Ｌ１の際には水域Ｓと隔離される位置に形成される。水滞留領域Ｒとして、例えば、干潟、潮だまり、人工磯場・人工干潟・人工潮だまり、海面処分場、貯水池、湖沼、運河、堀、ゴルフ場の人工池などが挙げられる。

水中構造体Ｃは、水域Ｓと水滞留領域Ｒを隔離する構造体であり、自然に形成されたもの及び人工的に建造されたものの両方を含む。人工的に建造された水中構造体として、例えば、堤防・護岸・ダムなどが挙げられる。なお、本発明は、少なくとも最低水位Ｌ１の際に隔離する水域Ｓと水滞留領域Ｒが存在していればよく、例えば、水域Ｓと水滞留領域Ｒの間に水中構造体Ｃが形成されていない場合、管状部材１が水中構造体Ｃを略貫通して形成されている場合、なども本発明に広く包含される。

管状部材１は、空気・水などの通過可能な管路であり、上記の通り、上行部１１と空気供給部１２が接続部１３を介して連通する構成を備えていればよい。

上行部１１は、管状部材１のうち、水域Ｓ側に配置される部位で、最低水位Ｌ１と最高水位Ｌ２の間の高さに下向きに開口する。材質は、剛性及び耐久性を有する管状のものであればよく、特に限定されないが、例えば、硬質塩化ビニル管など合成樹脂系のもの、硬質塩化ビニルライニング鋼管などを用いることができる。

空気供給部１２は、管状部材１のうち、水滞留領域Ｒの底質Ｒ１内に略水平に敷設される部位である。材質は、水滞留領域Ｒ内に滞留する水及び底泥の重量に耐えることができるだけの剛性、及び、長期間水滞留領域Ｒ内に設置しても劣化しない耐久性を有する管状のものであればよい。例えば、硬質塩化ビニル管など合成樹脂系のもの、鋼管、硬質塩化ビニルライニング鋼管などを用いることができる。

本システムＡでは、空気供給部１２内に粒状物が充填された構成にしてもよい。空気供給部１２内に粒状物を充填することにより、水域Ｓの水位が上昇した際には、水滞留領域Ｒの底質Ｒ１内に、空気を微細化して比較的緩やかに供給することができる。また、水域Ｓの水位が下降した際には、管状部材１の管路内への底質Ｒ１・空気・水などの流入を抑制することができるとともに、通気抵抗を大きくして管状部材１の管路内に負圧を形成させ、水滞留領域における底質Ｒ１内の間隙水の流通を促進することができる。

粒状物は、空気供給部１２内の通気性・通水性を確保しつつ、流通抵抗を形成する粒径・材質のものが好ましい。例えば、平均粒径０．０１〜２０ｍｍの砂泥などを用いることができる。

空気供給部１２の管壁には流通孔１４を形成する。流通孔１４は、管状部材１の管路内外間で空気・水などを流通させる通路である。例えば、水域Ｓの水位が上昇した際には、該孔１４を通過して、水滞留領域Ｒの底質Ｒ１へ空気が供給され、水域Ｓの水位が下降した際には、該孔１４を介して、管状部材１の管路内の負圧が水滞留領域Ｒへ伝達され、水滞留領域Ｒにおける底質Ｒ１内の間隙水の流通を促進する。

流通孔１４は、管状部材１の管路内と水滞留領域Ｒとを連絡する通路として機能していればよく、大きさ・形状・形成する孔の数などは目的・用途・システムＡの規模・充填する粒状物の種類や有無などに応じて適宜定めることができ、特に限定されない。

例えば、流通孔１４が、空気供給部１２における断面下方側の管壁に形成された構成にしてもよい。これにより、管路内の閉塞・目詰まりを防止できるため、この空気供給システムＡを設置した後、整備・保持を行わずに、長期間持続的に稼働させることができる。その他、管路内の閉塞・目詰まりを防止する目的で、不織布などの網状部材で流通孔１４が設けられた部位を被覆する構成にしてもよい。

なお、空気供給部１２は、流通抵抗を有する構造を備えることが好ましい。空気供給部１２を、流通抵抗を有する構造にすることにより、例えば、水域Ｓの水位が上昇した際には、空気が水滞留領域Ｒの底質Ｒ１内へ急激に集中して流入することを防ぐことができ、空気を比較的緩やかに底質Ｒ１内へ供給することができる。また、水域Ｓの水位が下降した際には、管状部材１の管路内への底質Ｒ１、空気・水などの流入を抑制することができるとともに、流通抵抗を大きくして管状部材１の管路内に負圧を形成させ、水滞留領域における底質Ｒ１内の間隙水の流通を促進することができる。加えて、空気供給部１２を、流通抵抗を有する構造にすることにより、水位変動に関わらず、管状部材１の管路内に一定量の空気を残存させることができるため、管状部材１の管路内への水の貯留を抑制でき、かつ水滞留領域Ｒ内の水や底質Ｒ１がサイフォン効果により水域Ｓ側へ流出することも防止できる。

例えば、上記の構成のうち、空気供給部１２内に粒状物を充填する、流通孔１４の大きさ・形状・形成する位置、孔の数などを調整する、網状部材で流通孔１４が設けられた部位を被覆する、などの手段により、空気供給部１２を、流通抵抗を有する構造に形成することができる。

接続部１３は、管状部材１のうち、上行部１１と空気供給部１２を接続する部位である。材質は、管状のものであればよく、特に限定されないが、上行部１１、空気供給部１２と同様のもの、例えば、硬質塩化ビニル管など合成樹脂系のもの、硬質塩化ビニルライニング鋼管などを用いることができる。また、ポリ塩化ビニル管、下水道用ポリエチレン管など、可撓性を有するものや屈曲可能に形成されたものを用いてもよい。

管状部材１の各部の長さ・太さ・大きさ・管内断面積などは、目的・用途・システムＡの規模などに応じて適宜定めることができ、特に限定されないが、上行部１１の管内断面積が空気供給部１２の管内断面積よりも大きい方が、若しくは上行部１１の管路内の容積が空気供給部１２の管路内の容積よりも大きい方が、水位変動により生じる圧力を大きくできるため、水滞留領域Ｒの底質Ｒ１への空気供給量を増大させ、底質改善の高効率化を図ることができる。

また、例えば、管状部材１のうち、上行部１１から接続部１３にかけての部位を略逆Ｕ字状に形成することにより、管状部材１の管路内への水の貯留を抑制でき、水域Ｓの水位変動により生じる圧力を効率よく管路内外へ伝達できる。

本発明は、少なくとも最低水位Ｌ１の際に、水域Ｓと水滞留領域Ｒが隔離される場所であれば設置可能であり、例えば、海面処分場・貯水池などのように、最高水位Ｌ２の際にも、水域Ｓと水滞留領域Ｒが水中構造体Ｃなどにより隔離されている場合と、干潟・潮だまりなどのように、最高水位Ｌ２の際に、水域Ｓの水が水滞留領域Ｒに流入する場合のどちらにも適用可能である。

また、本発明は、水滞留領域Ｒの水位面が、水域Ｓの最低水位Ｌ１よりも高い位置にある場合と低い位置にある場合のどちらにも適用可能である。

管状部材１の上行部１１は、上記の通り、最低水位Ｌ１と最高水位Ｌ２の間の高さに開口する構成であるため、上行部１１の下端１５は、少なくとも最低水位Ｌ１よりも高い位置に形成される。一方、上行部１１の上端１６は、最高水位Ｌ２よりも高い位置にある構成にしてもよく、また、最高水位Ｌ２よりも低い位置にある構成にしてもよい。

例えば、最高水位Ｌ２の際にも、水域Ｓと水滞留領域Ｒが水中構造体Ｃなどにより隔離されている場合、水滞留領域Ｒの水位面が水域Ｓの最低水位Ｌ１よりも高い位置にある場合と低い位置にある場合のどちらの場合でも、水位が上昇した際には、管状部材１の管路内の空気が圧縮され、水滞留領域Ｒの底質Ｒ１内に空気が供給されるとともに、水位が下降した際には、管状部材１の管路内が負圧になり、水滞留領域Ｒにおける底質Ｒ１内の間隙水の流通が促進される。

例えば、最高水位Ｌ２の際に水域Ｓの水が水滞留領域Ｒに流入する場合であり、かつ水滞留領域Ｒの水位面が水域Ｓの最低水位Ｌ１よりも高い位置にある場合において、上行部１１の上端１６が水域Ｓの最高水位Ｌ２よりも高い位置にある場合、水位が上昇した際にも管路内に空気が残存するため、上記と同様、水位が上昇した際には、管状部材１内の空気が圧縮され、水滞留領域Ｒの底質Ｒ１内に空気が供給されるとともに、水位が下降した際には、管状部材１の管路内が負圧になり、水滞留領域Ｒにおける底質Ｒ１内の間隙水の流通が促進される。

例えば、最高水位Ｌ２の際に水域Ｓの水が水滞留領域Ｒに流入する場合であり、かつ水滞留領域Ｒの水位面が水域Ｓの最低水位Ｌ１よりも高い位置にある場合において、上行部１１の上端１６が水域Ｓの最高水位Ｌ２よりも低い位置にある場合、水域Ｓの水が水滞留領域Ｒに流入し、水域Ｓと水滞留領域Ｒの水位が等しくなる際には、水滞留領域Ｒ側から加わる管路内への水圧と、水域Ｓ側から加わる管路内への圧力がほぼ等しくなるため、水位が上昇した際にも、管路内に一定量の空気が残存する。これにより、水位変動による底質Ｒ１内への空気供給機能が維持され、水位が下降した際に、サイフォン効果により、水滞留領域Ｒ内の水や底質Ｒ１が水域Ｓ側へ流出することも防止される。

＜本発明に係る空気供給機構＞
本発明に係る空気供給機構について、以下、図２Ａ〜図２Ｃを用いて説明する。

図２Ａ〜図２Ｃは、本発明に係る空気供給機構の概略を示す断面模式図であり、図２Ａは水域Ｓにおける水位が管状部材１の上行部１１の下端１５よりも低い位置にある状態の際の断面模式図、図２Ｂは水域Ｓの水位が上昇した際の断面模式図、図２Ｃは水域Ｓの水位が下降した際の断面模式図である。

図２Ａ〜図２Ｃでは、図１と同様、水中構造体Ｃを介して水域Ｓ及び水貯留領域Ｒが形成されるとともに、上行部１１と空気供給部１２が接続部１３を介して連通する管状部材１を備える空気供給システムＡが設置されている。空気供給部１２は底質Ｒ１内に敷設され、その管壁には、流通孔１４が形成されている。なお、符号Ｓ１は水域Ｓの水底を、符号Ｒ２は水滞留領域Ｒの水面を表す。

水域Ｓにおける水位が管状部材１の上行部１１の下端１５よりも低い位置にある場合（符号Ｌ３）、図２Ａに示す通り、管状部材１の管路内に空気が流入する（符号Ｘ１）。

次に、水域Ｓにおける水位が、例えば、Ｌ４からＬ５の高さに変動した場合（符号Ｙ１）、図２Ｂに示す通り、水位上昇により、接続部１３を介して管状部材１の管路内の空気を空気供給部１２の側へ送ろうとする圧力が発生する（符号Ｘ２）。一方、空気供給部１２は水滞留領域Ｒの底質Ｒ１内に敷設されているため、その土圧及び水滞留領域の水の重力により一定の抵抗圧が働いている。そのため、管状部材１の管路内の空気は水位上昇により圧縮されるとともに、その圧力が底質Ｒ１側の抵抗圧を超えた段階で、水滞留領域Ｒの底質Ｒ１に流通孔１４を介して空気が供給される（符号Ｘ３）。これにより、貧酸素状態が緩和・解消され、悪臭などの発生も抑制される。

一方、水域Ｓにおける水位が、例えば、Ｌ６からＬ７の高さに変動した場合（符号Ｙ２）、図２Ｃに示す通り、水位下降により管状部材１の管路内が負圧になる（符号Ｘ４）。そのため、空気供給部１２の管路外から管路内へ物質を移動させる力が働き（符号Ｘ５）、水滞留領域Ｒにおける底質Ｒ１内の間隙水の流通が促進される。これにより、水位上昇の際に底質Ｒ１内に供給された空気が、間隙水とともに移動し、底質Ｒ１の全体に行き渡る。なお、水位下降により管状部材１の管路内が負圧になる際には、空気供給部１２に充填された粒状物及び底質Ｒ１内の間隙水がそれに対する抵抗圧として作用するため、管状部材１の管路内と水滞留領域Ｒの底質Ｒ１内における圧力差は急激に大きくはならない。そのため、間隙水は比較的緩やかに流通する。

＜本発明に係る空気供給システムの設置＞
本発明に係る空気供給システムの設置例について、以下、図３Ａ〜図３Ｃを用いて説明する。なお、本発明は、以下の設置例に基づき設置されたもののみに狭く限定されない。

図３Ａ〜図３Ｃは、本発明に係る空気供給システムの設置例を示す断面模式図である。図３Ａは本発明に係る空気供給システムＡを水中構造体Ｃの壁面に直接固定した場合の例を示す断面模式図であり、図３Ｂは本発明に係る空気供給システムＡを、固定手段を用いて固定した場合の例を示す断面模式図であり、図３Ｃは本発明に係る空気供給システムＡを、固定手段を用いて固定した場合の別の例を示す断面模式図である。

図３Ａ〜図３Ｃでは、図１などと同様、水中構造体Ｃを介して水域Ｓ及び水貯留領域Ｒが形成されるとともに、上行部１１などを備える空気供給システムＡが設置されている。なお、符号Ｓ１は水域Ｓの水底を表す。

空気供給システムＡを水中構造体Ｃの壁面に直接固定することが可能な場合、例えば、図３Ａに示す通り、固定手段２を用いて、管状部材１が水中構造体Ｃの水域Ｓ側の壁面に沿う状態になるように固定し、空気供給システムＡを設置する。

固定手段２には、管状部材１を固定できるものを広く採用でき、特に限定されない。例えば、留具、掛具、係止具、杭など、公知の固定手段を広く用いることができる。

一方、空気供給システムＡを水中構造体Ｃの壁面に直接固定することができない場合、空気供給システムＡを、例えば、少なくとも最低水位の際に水域Ｓと水滞留領域Ｒとを隔離するように形成された水中構造体Ｃの上面から水域Ｓ側へ張り出して形成された上部固定手段２１、及び、水域Ｓの水底Ｓ１に設置された下部固定手段２２に連結することにより、管状部材１が水中構造体Ｃの水域Ｓ側壁面に沿って固定された構成にしてもよい。

例えば、図３Ｂに示す通り、水中構造体Ｃの上面から水域Ｓ側へ張り出して形成された上部固定手段２１、及び、水域Ｓの水底Ｓ１に設置された下部固定手段２２をそれぞれ設置し、上部固定手段２１と下部固定手段２２の間に連結具３を取り付けるとともに、連結補助具３１、３２を用いて、管状部材１の上行部１１と連結具３を連結する。これにより、水中構造体Ｃの壁面を傷つけずに空気供給システムＡを固定できる。

また、例えば、図３Ｃに示す通り、水中構造体Ｃの上面から水域Ｓ側へ張り出して形成された上部固定手段２１、及び、水域Ｓの水底Ｓ１に設置された下部固定手段２２をそれぞれ設置し、管状部材１の上行部１１と上部固定手段２１、及び、管状部材１の上行部１１と下部固定手段２２を、連結具３及び連結補助具３１、３２を用いてそれぞれ別個に連結する。これにより、水中構造体Ｃの壁面を傷つけずに空気供給システムＡを固定できる。

上部固定手段２１には、水中構造体Ｃの上面に、又は、水中構造体Ｃの上面に張り出した形で取り付けることが可能であり、連結具３などを支持・固定できる構造のものであればよく、公知の手段を広く採用でき、特に限定されない。下部固定手段２２には、水底Ｓ１などに設置した際、潮汐などによっても長期間移動せずに管状部材１を支持・固定できるもの、例えば、アンカー、シンカー、沈錘など、公知の手段を広く採用でき、特に限定されない。

連結具３及び連結補助具３１、３２は、上部固定手段２１・下部固定手段２２と管状部材１との間を一又は複数の部材で連結・固定できる構造のものであればよく、公知の連結・固定手段を広く採用でき、特に限定されない。例えば、鋼索、ポリエステルなどの合成樹脂製紐状体、鉄筋棒、公知の留具・掛具・係止具などの部材を単独で又は適宜組み合わせて用いてもよい。

＜本発明に係る底質改善方法＞
本発明に係る底質改善方法は、水位変動のある水域に近接し、少なくとも最低水位の際には前記水域と隔離される位置に形成された水滞留領域において、前記水域側に配置され、最高水位と最低水位の間の高さに下向きに開口された上行部と、前記水滞留領域の底質内に略水平に敷設され、管壁に一又は複数の流通孔が形成された空気供給部とが接続部を介して連通する管状部材を配設し、前記水域の水位変動を利用して前記水滞留領域に空気を供給する工程を含むものを全て包含する。

上記の通り、水域の水位が上昇する際には、水域の水位が低い時に管状部材の管路内に流入した空気が水位上昇により圧縮されることで、流通孔から水滞留領域の底質内に空気が供給される。また、水域の水位が下降する際には、水域の水位下降により管状部材の管路内を負圧にすることで、水滞留領域における底質内の間隙水の流通が促進される。

これにより、水滞留領域の底質内に空気を供給し、かつ底質全体に広く行き渡らせることができるため、底質内の貧酸素状態を緩和・解消できる。加えて、底質内の貧酸素状態を緩和・解消することにより、嫌気性微生物叢を不活性化し、底質を改善できるため、水棲生物などの生育可能な環境を創出・再生できるとともに、悪臭などの発生も抑制できる。

実施例１では、本発明に係る空気供給システムの模型装置を作製し、底質改善効果を検証した。

図４は、本実施例で用いた空気供給システム模型装置の断面模式図である。１トン水槽Ｔ内に海水を入れ、水域Ｓのモデルとするとともに、４００×６００×１８０ｍｍ、及び、１６０×２９０×１８０ｍｍの２つのケースを固定し、各ケースに底質Ｒ１を１５０ｍｍの深さまで入れ、水滞留領域Ｒ、Ｒ’のモデルとした。水滞留領域Ｒを実験区とし、水滞留領域Ｒ’を対照区とした。底質Ｒ１には、河砂に有機物（ペプトン）を０．５質量％添加したものを用いた。

水域Ｓの最低水位Ｌ１と最高水位Ｌ２の間の高さに下向きに開口する上行部１１と、水滞留領域Ｒの底質Ｒ１内に略水平に敷設され、管壁に複数の流通孔１４、１４’、１４’’が形成された空気供給部１２とが、接続部１３を介して連通する管状部材１を設置した。上行部１１には断面直径１２０ｍｍの塩化ビニル製管を、空気供給部１２及び接続部１３には断面直径４０ｍｍの塩化ビニル製管を、それぞれ用いた。流通孔１４、１４’、１４’’の直径を５〜２０ｍｍとし、接続部側の流通孔１４の直径を最も大きく形成し、末端側の流通孔１４’’の直径を最も小さく形成した。空気供給部１２には砂利を詰めた。

室内照明で１２時間毎に明るい時間と暗い時間を繰り返すように設定した。水温を２３±１℃に調節し、６時間毎に交互に最低水位Ｌ１又は最高水位Ｌ２に達するように、１日２回の周期で水位変動を繰り返した。

開始から２８日間、試験を行い、７日間ごとに底質のサンプルを採取し、酸化還元電位及び硫化物量を測定した。実験区の水滞留領域Ｒ及び対照区の水滞留領域Ｒ’から、それぞれ、深さ５０ｍｍ付近の底質を計３箇所採取し、サンプルに用いた。酸化還元電位の測定には、ＯＲＰメーター（型式「RM-20P」、東亜ディーケーケー株式会社製）を、硫化物量の測定には、ガステック社製の硫化物検知管を、それぞれ用いた。

結果を図５及び図６に示す。図５は底質中の酸化還元電位の変化を表すグラフ、図６は底質中の硫化物量の変化を表すグラフである。図５及び図６中、「実験区」は実験区の水滞留領域Ｒの底質から採取したサンプルの測定結果であることを、「対照区」は対照区の水滞留領域Ｒ’の底質から採取したサンプルの測定結果であることを、それぞれ表わす。図５の横軸は試験日数を、縦軸は底質酸化還元電位（単位：mV）を表す。図６の横軸は試験日数を、縦軸は底質硫化物量（単位：μg/g）を表す。

図５に示す通り、対照区では、試験日数が経過しても酸化還元電位の変化はほとんどなかったのに対し、実験区では、試験日数の経過に伴い、数値が上昇し、酸化傾向となった。

この結果は、水位変動により、空気が流通孔１４、１４’、１４’’を介して底質Ｒ１に供給され、底質内の貧酸素状態が改善されたためであると推測する。

また、図６に示す通り、対照区では、試験日数の経過に伴い、硫化物量が上昇したのに対し、実験区では、試験日数の経過に伴い、数値が減少した。

この結果は、水位変動により底質Ｒ１に空気が供給され、底質内の貧酸素状態が改善されたことにより、底質Ｒ１内の嫌気性微生物が抑制され、硫化水素の発生が抑制されたためであると推測する。

以上より、本発明に係る空気供給システムが、水位変動のある水域に近接し、水位面が前記水域の最低水位よりも高く、かつ少なくとも最低水位の際には前記水域と隔離される位置に形成された水滞留領域における底質改善に有効であることが実証された。

上記の通り、本発明は、水位変動のある水域に近接し、少なくとも最低水位の際には前記水域と隔離される位置に形成された水滞留領域における貧酸素状態の緩和・解消、底質の腐敗抑制、底質改善などに有効であり、新規な底質改善システム又は底質改善方法として有用である。

本発明は、比較的簡易かつ低コストで構築できる点、施工後の整備・保持をほとんど必要としない点、水位変動を利用するため、無動力で長期間稼働できる点などで有用である。

上記の通り、本発明では水域の水位変動を利用して空気供給を行うため、底質内へ比較的緩やかに空気が供給される。そのため、空気供給の際に底泥が巻き上げられ、底泥内に封じ込まれていたダイオキシンなどの有害物質などが環境中に飛散するなどの懸念が少ない。即ち、本発明には、公衆衛生及び周囲環境への影響の少ない底質改善手段であるという利点がある。

本発明に係る空気供給システムの例を示す断面模式図。 本発明に係る空気供給機構の概略を示す図であって、水域Ｓにおける水位が管状部材１の上行部１１の下端１５よりも低い位置にある状態の際の断面模式図。 本発明に係る空気供給機構の概略を示す図であって、水域Ｓの水位が上昇した際の断面模式図。 本発明に係る空気供給機構の概略を示す図であって、水域Ｓの水位が下降した際の断面模式図。 本発明に係る空気供給システムの設置例を示す図であって、本発明に係る空気供給システムＡを水中構造体Ｃの壁面に直接固定した場合の例を示す断面模式図。 本発明に係る空気供給システムの設置例を示す図であって、本発明に係る空気供給システムＡを、固定手段を用いて固定した場合の例を示す断面模式図。 本発明に係る空気供給システムの設置例を示す図であって、本発明に係る空気供給システムＡを、固定手段を用いて固定した場合の別の例を示す断面模式図。 実施例１で用いた空気供給システム模型装置の断面模式図。 実施例１において、底質中の酸化還元電位の変化を表すグラフ。 実施例１において、底質中の硫化物量の変化を表すグラフ。

１ 管状部材
１１ 上行部
１２ 空気供給部
１３ 接続部
１４ 流通孔
２ 固定手段
２１ 上部固定手段
２２ 下部固定手段
３ 連結具
３１、３２ 連結補助具
Ａ 空気供給システム
Ｃ 水中構造体
Ｌ１ 最低水位
Ｌ２ 最高水位
Ｒ 水滞留領域
Ｒ１ 底質
Ｓ 水域

Claims (9)

1. 水位変動のある水域に近接し、少なくとも最低水位の際には前記水域と隔離される位置に形成された水滞留領域への空気供給システムであって、
   前記水域側に配置され、最低水位と最高水位の間の高さに下向きに開口された上行部と、前記水滞留領域の底質内に略水平に敷設され、管壁に一又は複数の流通孔が形成された空気供給部と、が接続部を介して連通する管状部材を備える空気供給システム。
2. 前記水域の水位が低い時に前記管状部材内に流入した空気が水位上昇により圧縮されることで、前記流通孔から前記水滞留領域の底質内に空気が供給される請求項１記載の空気供給システム。
3. 前記水域の水位下降により前記管状部材内を負圧にすることで、前記水滞留領域における底質内の間隙水の流通を促進する請求項１又は請求項２記載の空気供給システム。
4. 前記管状部材のうち、前記上行部から前記接続部にかけての部位を略逆Ｕ字状に形成した請求項１〜３のいずれか一項記載の空気供給システム。
5. 前記空気供給部は流通抵抗を有する構造を備える請求項１〜４のいずれか一項記載の空気供給システム。
6. 前記空気供給部内に粒状物が充填された請求項５記載の空気供給システム。
7. 前記流通孔が、前記空気供給部における断面下方側の管壁に形成された請求項６記載の空気供給システム。
8. 少なくとも最低水位の際に前記水域と前記水滞留領域とを隔離するように形成された水中構造体の上面から前記水域側へ張り出して形成された上部固定手段、及び、前記水域の水底に設置された下部固定手段に連結することにより、前記管状部材が前記水中構造体の水域側壁面に沿って固定された請求項１〜７のいずれか一項記載の空気供給システム。
9. 水位変動のある水域に近接し、少なくとも最低水位の際には前記水域と隔離される位置に形成された水滞留領域において、
   前記水域側に配置され、最低水位と最高水位の間の高さに下向きに開口された上行部と、前記水滞留領域の底質内に略水平に敷設され、管壁に一又は複数の流通孔が形成された空気供給部とが接続部を介して連通する管状部材を配設し、前記水域の水位変動を利用して前記水滞留領域に空気を供給する底質改善方法。

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