JP3044624B2

JP3044624B2 - 河川、水路等の水質浄化装置

Info

Publication number: JP3044624B2
Application number: JP5905190A
Authority: JP
Inventors: 国和荒ヶ田; 浩勝内田
Original assignee: Hokoku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Hokoku Kogyo Co Ltd
Priority date: 1990-03-10
Filing date: 1990-03-10
Publication date: 2000-05-22
Anticipated expiration: 2015-05-22
Also published as: JPH03262595A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、河川および水路等の流水に含まれる有機物
と窒素を除去するための河川、水路等の水質浄化装置に
関するものである。

（従来の技術）従来、濾過装置には第５図に示すように、配水管１を
地中２に埋没させ、その下方に砕石、砂３を介在させて
吸水管４を並設した地下砂濾過装置が使用されている。
この配水管１および吸水管４には多数の孔が明けられて
おり、下水等の原水は配水管１の孔から周囲に敷詰めら
れた砕石、砂３の中に滲透し、この原水は吸水管４の孔
を通って内部に流入し回収されるものである。途中、砕
石、砂３の中を通過することにより浄化される。

（発明が解決しようとする課題）近年、河川、水路等の有機物汚染および湖沼の富栄養
化が社会的な問題となっており、上記の下水処理技術で
は不十分であり、２次、３次の処理を施して対処してい
た。また、河川への窒素の流入は、下水のみではなく、
山林原野、耕地宅地等、非常に広範な地域から流入する
ものであり、また、雨水自体にも窒素が含まれている。
この河川の脱窒を行うためには、この窒素を亜硝酸と硝
酸にしておかなければならない。したがって、下水処理
が普及してもその処理施設の下流側の水が清浄になると
は限らない。

そこで、従来の装置を利用した場合、脱窒作用を行わ
せるために嫌気的環境を与える必要があるが、配水管１
と吸水管４が上下に配置されているので、地下水面が配
水管１の上方に形成され難く、したがって、配水管１の
周囲の砕石、砂層の中の空気が排除されず脱窒のための
嫌気性条件を得ることができない。このため、河川の浄
化を行わせるには不適当であった。

本発明は河川流域において河川の浄化を行えることの
できる河川、水路等の水質浄化装置を提供することを目
的とする。

（課題を解決するための手段）本発明は上記目的を達成するために、流水路に横断し
て堰を設け、該堰の下流流水路に沿う河岸の地下水面下
となる地中に、その外周に複数の孔を有する散水管を埋
設し、該散水管を前記堰の上流側流水路と連通したこと
を特徴とする。

また、上記装置において、前記散水管の横方向位置
に、その外周に複数の孔を有する吸水管を埋設し、該吸
水管を堰の下流流水路と連通したことを特徴とする。

（作用）まず、下水は河川（流水路）に流入することで何十倍
にも希釈され、また、流下中に河川内には空気中の酸素
が混入し、これらにより好気的な状態にされている。し
たがって、流下中において、窒素を含んだ有機物は酸化
されて、亜硝酸と硝酸が生成されている。

次に、河川が堰上げられていることから、河岸下の地
中の地下水面は上昇する。これにより散水管の地下水面
への埋設が容易となる。上流の水は散水管から河床と河
岸の土中に滲透した後に、堰の下流の河川に戻るように
され、河床下の滲透水は全く空気と接触がなく、河岸下
の滲透水も、地下水面以外の部分は空気に接触していな
い。したがって、土中に潜った滲透水の溶存酸素は、滲
透水に含まれる多量の溶存体の有機物によって消費され
る。これにより、地下水面下に配置された散水管から流
出した水は嫌気的条件において、脱窒細菌の呼吸作用に
よって脱窒される。さらに、流出した水は浸透水と同様
下流河川に戻る。

また、散水管に並設された吸水管は、散水管から流出
した水と滲透水とを取り込み、下流側流水路に接続され
た位置から下流に放出する。

（実施例）次に、本発明の実施例を第１図および第２図に基づい
て説明する。図において、５は河川を示しており、その
上流側には堰６が設けられている。河川の大部分の河床
と河岸は透水性の高い土層からなり、また、その下方と
側方は不透水性の岩盤７に囲まれている。岩盤が深層に
位置する地形については後述する。

また、堰６の上流側の護岸８に水を地下に滲透させる
通水路が設けられている。通水路は堰６の上流側の護岸
８に配設された導水路９と、導水路９に接続される枡槽
10と、枡槽10から埋設された送水管11および送水管11に
連結された散水管12を備えたものである。導水路９と枡
槽10は水面近くにおいて連通され、導水路９の上方は遮
蔽板13で覆われ、枡槽10の上方は蓋14が取付けられてい
る。

散水管12はその外周に多数の孔12aを有しており、埋
設時に、散水管12の周囲に粗い石等を敷き詰めたフィル
ター15を配して目詰まりを解消するようにしている。ま
た、散水管12の設置位置は滲透流の地下水面16より下方
となるように十分に低く設置される。また、護岸８と散
水管12との間は地下において、脱窒が十分行えるように
適当な距離を設けている。なお、散水管12は筒状の他、
多孔性の樋を利用し、埋設時に蓋をして水路を確保する
ようにしても良い。

次に作用を説明する。

下水が河川に流入すると、流水中の酸素が有機物の分
解のために消費され溶存酸素量が低下するが、動いてい
る水には絶えず大気中の酸素が補給されるので、好気的
条件になっている。また、人工的に好気的条件にするこ
とも可能である。

したがって、流下中に窒素化合物はアンモニアに分解
され、さらに、硝化細菌によって酸化されて亜硝酸と硝
酸が生成されている。

これらのアンモニアの亜硝酸化と硝酸化は次式で表さ
れる。

2NH₄ ⁺＋3O₂→2NO₂ ^-＋2H₂Ｏ＋4H⁺ ……（１） NO₂ ^-＋1/2O₂→NO₃ ^- ……（２） NH₄ ⁺＋2O₂→NO₃ ^-＋Ｈ₂Ｏ＋2H⁺ ……（３）これらは硝化細菌であるニトロソモナス（Ni-trosomo
nas），ニトロソコッカス（Nitrosococ-cus），ニトロ
ソスピラ（Nitrosospira），ニトロソシスティス（Nitr
osocystis），ニトログロエア（Nitrog-loea）等が関与
し、また、ニトロバクター（Nitrobacter）等も関与す
る。

また、前述したように、好気的条件を人為的に調整す
れば亜硝酸、硝酸の生成量を制御できる。

次に、亜硝酸と硝酸をガス化するための有機物の量に
ついて説明する。反応条件として、有機物が不足すれば
脱窒作用が十分に行われず、また、亜硝酸と硝酸が不足
すれば有機物の分解が緩慢となる。すなわち、共立出版
社発行の「生態系としての地球、サイエンティフィッ
ク」に掲載されている中で、図７−４によれば、グルコ
ースを分解するときの１モル当たりのエネルギー発生量
はそれぞれ純酸素と硝酸カリウムを用いた場合に、686
キロカロリーと545キロカロリーとなっており、両者に
大差はなく、これに対して、嫌気性下における発酵は周
知のとおり効率が低いからである。実際には、両者の割
合を理想的に保つことは難しく、溶存態の有機物が僅か
に上回る状態であれば良い。

ところで、堰６の上下流の水位を比較すれば表流水、
地下水ともに上流のほうが高くなっている。したがって
堰６の上流の表流水は散水管12を通って河床と河岸に滲
透する。滲透水中の溶存酸素は滲透後、間もなく消費し
つくされて、その後は嫌気的条件下において滲透を続け
る。滲透した水が拡散する範囲は、散水管12により堰の
近傍だけではなく河川の横断方向と縦断方向にも拡張さ
れている。そして、滲透水は下流で再び湧き出してガス
化した窒素と酸化分解された有機物が流出する。なお、
この地形においては河岸下に滲透された水はそのまま河
道に戻るので水を回収する装置は不要である。

また、嫌気的条件下においては、ミクロコッカス（Mi
crococcus），アクロモバクター（Achr-omobacter），
バチルス（Bacillus）等の脱窒細菌による硝酸呼吸によ
って、亜硝酸と硝酸がガス化される。その反応は次式で
表される。なお、式中の水素は有機物が保有しているも
のである。

2NO₃ ^-＋10H→Ｎ₂＋4H₂Ｏ＋2OH^- ……（４） 2NO₂ ^-＋6H→Ｎ₂＋2H₂Ｏ＋2OH^- ……（５）本発明においては、脱窒だけを行って燐の除去は行わ
ないが、籃藻類の中には窒素固定能力を持ったものが幾
つもあり、「アオコ」として有名なAnabenaも窒素固定
能力を持っている。したがって、単純に考えれば、さら
に下流の湖沼においては「アオコ」の発生は避けられな
いように見える。

しかしながら、河川の水質が良くなって、好気的条件
になれば燐が燐酸になって、河川の土壌に吸着されるの
で燐の湖沼への流入量は減少する。また、「水界植物群
落の物質生産Ｉ」生嶋功著によれば、62〜63頁に「Ｎや
Ｐの濃度が低くなれば沈水植物の生育状況が良くなり、
そうなれば、植物プランクトンの生育が抑制される。」
という意味のことが述べられていることからも推理され
るように、生態系全体が改善されてまず籃藻類の発生が
抑制される。次に、湖沼への有機物の流入量が減少する
ので湖沼の酸素濃度が高くなって、底層から水中への燐
の善し溶出も減少する。したがって、河川の水質を浄化
した影響は下流の湖沼にも好結果をもたらす。

次に、第２の実施例を第３図および第４図を参照して
説明する。

河川が広大な平野を流れているとき、この河川を構成
する岩盤７は深層位置にあることが多く、この場合、堰
上げて地下水面を上昇させても滲透させた水は広範囲に
拡散し他の河川の流域に流亡することになる。また、河
床と河岸を構成する土層も粘土に近く透水性が低い。し
たがって、他の流域にまで水が滲透しない手段を講じる
必要がある。

すなわち、第３図において、送水管11は堰の上流から
河川の下流域に延びて埋設され、送水管11には複数の散
水管12が間隔を開け平面状に分岐されている。一方、第
２の通水路は吸水管17と集水管18からなり、吸水管17は
各散水管12の間に位置し、それぞれの吸水管17は集水管
18に接続されている。また、集水管18は堰６の下流側の
護岸８を貫通して河川に開口されている。また、吸水管
17には複数の孔17aを外周に有しており、埋設時、吸水
管17の回りに砕石によるフィルター15を設けても良い。

この実施例においては、浄化の作用は上記説明したこ
とと同様であるので省略する。

この河岸下に埋設された散水管12と吸水管17とにおい
ては、両者の間隔を埋設時に調節できるので土層の透水
性が低くても散水管12から流出した滲透水はわずかな距
離を滲透するだけで吸水管17に到達し、滲透水の受け渡
しが確実にできる。また、散水管12の近傍で滲透水が吸
水管17によって回収されるので、滲透水が他の河川等に
流出し影響を与えることはない。

なお、本発明では流水中の有機物を利用しているの
で、メタノール等の有機物の添加は必要がない。また、
活性汚泥法にしても、窒素の除去率は20〜40％であり、
処理施設の下流側におけるアオコの異常発生には対処で
きず、本発明による、河川に沿う水質浄化装置を設けた
ことは、これらの問題を解決するものである。

（発明の効果）本発明は、以上説明したように構成したものであるか
ら、流水路（河川、水路）の水源から河口までを一貫し
て体系的に施設すれば、河川の自浄作用によって生成さ
れた亜硝酸と硝酸を利用することで、脱窒と有機物の分
解の両方を効果的に行うことができ、極めて合理的であ
る。また、散水管を河岸に埋設したことによって景観を
損ねることはなく、また、設備費が軽減され、保守作業
も簡素化される。

また、散水管から放出された水を吸水管で回収するこ
とにより、地質、地形の干渉を少なくして水質浄化を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による実施例の浄化装置の平面図、第２図は第１図のII-II矢視方向断面図、第３図は第２の実施例の浄化装置の平面図、第４図は第２の実施例の浄化装置の地中内を示す断面
図、第５図は従来の地下砂に依る濾過装置を示す断面図であ
る。５……河川６……堰 12……散水管 12a……孔 16……地下水面 17……吸水管 17a……孔

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】流水路に横断して堰を設け、該堰の下流流
水路に沿う河岸の地下水面下となる地中に、その外周に
複数の孔を有する散水管を埋設し、該散水管を前記堰の
上流側流水路と連通したことを特徴とする河川、水路等
の水質浄化装置。
【請求項２】前記散水管の横方向位置に、その外周に複
数の孔を有する吸水管を埋設し、該吸水管を堰の下流流
水路と連通したことを特徴とする請求項１に記載の河
川、水路等の水質浄化装置。