JP6940934B2 - 現地浸漬型水質浄化設備 - Google Patents

Description

本発明は、河川や水路等において、水質汚濁物質を原位置で浄化するための現地浸漬型水質浄化設備に関するものである。

河川や水路等において、ＳＳ（懸濁物質）等の水質汚濁物質を原位置で浄化するためには、礫間接触酸化槽を設置するのが一般的である。礫間接触酸化槽を用いて水質汚濁物質を除去する礫間接触酸化法は、河川や水路等における自浄作用を人為的に増幅したものである。河川や水路等において、汚濁物質は河床面へ沈殿・吸着され、さらに、河床面に生息する生物群によって形成された生物膜に吸着分解されて浄化される。この河床面の面積を人為的に増やすことにより、単位面積当たりの浄化能力を拡大したものが礫間接触酸化法である。具体的には、陸上部等に水路を設置して、礫間接触酸化槽を設置する方法が一般的である（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特許文献１に記載された技術は、割栗石等で構築した石積堤防の内部あるいは片側に微生物を固定できる接触担体を充填した接触酸化部を設け、内部あるいは外部曝気により、生物学的な浄化機能を与えた透水性の堤防を構築する。そして、透過性堤体を汚濁した水域内あるいは、汚濁水を引き込んだ通路内に設置し、一端あるいは両端から汚濁水を本設備に通過させることにより、汚濁水を処理するようになっている。

特許文献２に記載された技術は、海岸近傍の海水を浄化する海水浄化システムであって、海岸近傍の沖合と海岸線との間に設けられて、海岸近傍に外水域から区画された内水域を形成する、礫間接触酸化機能を有する第１海水浄化設備と、内水域の陸側に設けられる、浸透濾過機能を有する第２海水浄化設備とを有する浄化施設を備えている。そして、海岸近傍の海水を第１海水浄化設備に作用させて、第１海水浄化設備の礫間接触酸化機能により、海水の細菌類の含有量を低減させる。その後、海水を第２海水浄化設備に循環させることにより、海水の細菌の含有量を更に低減させるようになっている。

特開平４−２１９１９７号公報 特開２００８−１４２６６６号公報

礫間接触酸化法は、陸上部にて礫等の接触材を充填した模擬水路等を組み込んだ水槽等を設置し、河川や湖沼等からポンプ等を用いて処理水を設備に導入し、接触材と処理水との接触によりＳＳを除去するとともに、接触材表面に生成された生物膜により有機物や窒素等の生物的浄化を行うものである。

一般的な礫間接触酸化法では、水質汚濁物質を浄化するために、処理水の滞留時間を確保する必要がある。このため、礫間接触酸化槽を設置するための水路のスペースを設けることが一般的である。また、大量の処理水を受け入れるために、浄化設備には十分な強度が必要であり、設備が大がかりなものとなってしまい、周辺の景観を損なう場合もある。

また、浄化対象となる水域内に滞留部がある場合には、効率的な浄化が困難となる。さらに、流入有機物量に見合った十分な生物量を確保するとともに、溶存酸素を供給する必要がある。

また、礫間接触酸化槽内に流下してきた夾雑物が流入することにより、目詰まりが生じる場合があり、処理水中から夾雑物を除去する対策を考えなくてはならない。

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、小規模な設備でありながら、処理水域の全体にわたって効率的な水質浄化を行うことが可能な現地浸漬型水質浄化設備を提供することを目的とする。

本発明に係る現地浸漬型水質浄化設備は、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を有している。すなわち、本発明に係る現地浸漬型水質浄化設備は、接触材を充填した設備本体を浄化対象となる水域内に浸漬した状態で設置することにより、当該水域の水質浄化を行うための設備である。この現地浸漬型水質浄化設備は、接触材を充填するとともに、処理水を通過させて浄化を行う複数の浄化室からなる設備本体と、設備本体の浄化室内に水域内の処理水を導入する処理水導入装置とを備えている。処理水導入装置は、例えば、水中ポンプ及び導水パイプからなる。そして、設備本体は、処理水の通過方向の上流側から下流側に向かう複数の浄化室において、有機物の分解処理能力が高い順、あるいは有機物の分解能力が低い順に接触材をそれぞれ充填することにより、処理水の通過方向に沿って溶存酸素量を変化させて、好気状態から嫌気状態への変化速度を調整することを特徴とするものである。溶存酸素量を調整するとは、浄化室を処理水が通過する際に微生物分解が進んで好気環境から嫌気環境へ移行するが、この際に溶存酸素量を調整することをいう。

また、処理水導入装置は、浄化対象となる水域内の滞留部から設備本体に処理水を導入することが好ましい。この場合、取水を行う滞留部は１箇所に限らず、複数箇所であってもよい。

また、複数の浄化室を環状に連結して設備本体を形成し、処理水導入装置は、環状に連結された設備本体の中心部に処理水を導入することが好ましい。環状に連結された浄化室からなる設備本体の中心部に導入された処理水は、設備本体の外側に向かって流れ、設備本体の外側の水域へ導かれる。

また、処理水導入装置から設備本体に導入する処理水中に空気を送り込むための空気供給装置を設けることが好ましい。空気供給装置は、例えば、処理水導入装置の導水パイプに設けたアスピレーターからなり、設備本体に導入する処理水中に空気を含ませて、溶存酸素量を増加させる。

また、設備本体に導入する処理水から夾雑物を除去するためのストレーナーを備えることが好ましい。

本発明に係る現地浸漬型水質浄化設備によれば、接触材を充填した複数の浄化室からなる設備本体を、浄化対象となる水域内に浸漬した状態で設置しているため、陸上部における水路等の設置が不要となり、小規模な設備でありながら、浄化対象となる水域の全体にわたって効率的な水質浄化を行うことが可能となる。

本発明の実施形態に係る現地浸漬型水質浄化設備の縦断面図。 設備本体（浄化室）の一例を示す説明図。 浄化対象となる水域に現地浸漬型水質浄化設備を設置した状態の縦断面図。 浄化対象となる水域に現地浸漬型水質浄化設備を設置した状態の平面図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る現地浸漬型水質浄化設備を説明する。図１〜図４は本発明の実施形態に係る現地浸漬型水質浄化設備を説明するもので、図１は現地浸漬型水質浄化設備の縦断面図、図２は設備本体（浄化室）の一例を示す説明図、図３は浄化対象となる水域に現地浸漬型水質浄化設備を設置した状態の縦断面図、図４は浄化対象となる水域に現地浸漬型水質浄化設備を設置した状態の平面図である。

＜現地浸漬型水質浄化設備の概要＞
本発明の実施形態に係る現地浸漬型水質浄化設備は、図３及び図４に示すように、接触材１０ａ、１０ｂを充填した設備本体２０を浄化対象となる水域内に浸漬した状態で設置することにより水質浄化を行うようになっている。設備本体２０は、図１に示すように、接触材１０ａ、１０ｂを充填するとともに、処理水を通過させて浄化を行う複数の浄化室３０と、浄化室３０に水域内の処理水を導入する処理水導入装置（水中ポンプ４０及び導水パイプ５０）とを主要な構成要素とする。

＜設備本体（浄化室）＞
設備本体２０は、水域内に完全に水没させた状態で設置してもよいし、上部を空中に突出した状態で設置してもよい。設備本体２０を完全に水没させると、設備本体２０が人目に付かなくなり、周囲の景観を損なうことがない。また、設備本体２０の上部を空中に突出させた場合には、好気的な分解を促進することができる。また、設備本体２０の上部に植生を定植することにより、周囲の景観を向上させることができる。

浄化室３０は、例えば、図２に示すように、環状で複数段となるように連結して設備本体２０を形成しており、設備本体２０の中心部に処理水を導入することにより、処理水は設備本体２０の外側へ向かって流れるようになっている。なお、図２は、浄化室３０を横断面としたものである。

環状の浄化室３０からなる設備本体２０を形成するには、例えば、塩化ビニールパイプで枠組みを形成し、枠組みの内部を網状の部材等で区画して、複数の浄化室３０を形成する。また、塩化ビニールパイプ内にコンクリート等の充填材を充填して、設備本体２０を水没可能とする。また、設備本体２０の上部は、処理水の導入口を除いて閉塞されている。このように、本発明に係る現地浸漬型水質浄化設備では、簡易な材料を用いて設備本体２０（浄化室３０）を形成することができるので、製造コストを低減することができる。さらに、枠組みの大きさや形状を変更することにより、浄化対象となる水域の状況に応じて、最適な設備本体２０（浄化室３０）を形成することができる。

設備本体２０は、例えば、図１に示すように、中心部に牡蠣殻（接触材１０ａ）を充填した浄化室３０を設置し、その外側に紐状の接触材１０ｂを充填した浄化室３０を設置してある。なお、図１に示す例では、牡蠣殻（接触材１０ａ）を充填した中心の浄化室３０よりも左側には、外側へ向かって紐状の接触材１０ｂを充填した浄化室３０と牡蠣殻（接触材１０ａ）を充填した浄化室３０とを二段階で設置し、牡蠣殻（接触材１０ａ）を充填した中心の浄化室３０よりも右側には、紐状の接触材１０ｂを充填した浄化室３０のみが設置されているが、浄化室３０の数及び充填する接触材１０ａ、１０ｂの種類は、浄化対象となる水域に合わせて適宜選択する。

中心となる浄化室３０の上部には、図１に示すように、ゴミ等の夾雑物を除去するためのストレーナーを設置してある。このストレーナー６０は、例えば、網籠からなり、水上から容易に着脱できるようになっている。処理水は、ストレーナー６０を介して浄化室３０内に導かれる。ストレーナー６０のメッシュは、浄化対象となる処理水に含まれる夾雑物の種類に応じて、適宜選択することができる。また、メッシュが異なる複数種類のストレーナー６０を用意しておき、処理水の状態に応じて、ストレーナー６０を取り替えるようにしてもよい。ストレーナー６０を定期的に点検して、濾し取った夾雑物を除去することにより、設備本体２０の目詰まりを防止することができる。

＜接触材＞
浄化室３０に充填する接触材は、比表面積が大きいことが好ましく、例えば、モール状に成形した紐状の接触材１０ｂ、リン対策用資材である牡蠣殻からなる接触材１０ａ、窒素対策用資材である多孔質体（例えば、ゼオライトやこれをビーズ状としたもの）などを使用することができる。なお、接触材１０ａ、１０ｂの種類は特に限定されるものではなく、ＳＳを除去したり、水棲生物群からなる生物膜を付着形成したり、リン対策や窒素対策を行ったりすることができれば、どのような材料を用いてもよい。

各浄化室３０に充填する接触材１０ａ、１０ｂは、処理水の通過方向に沿って、溶存酸素量を調整するように、その種類を選択することが可能である。すなわち、接触材１０ａ、１０ｂに対して付着する生物の種類や付着量に応じて、有機物の分解処理能力が異なるため、浄化室３０に有機物の分解処理能力が高い接触材を充填すれば、処理水の通過方向の下流側では、好気状態から嫌気状態への変化速度が速くなる。一方、浄化室３０に有機物の分解処理能力が低い接触材を充填すれば、処理水の通過方向の下流側では、好気状態から嫌気状態への変化速度が遅くなる。したがって、各浄化室３０に充填する接触材１０ａ、１０ｂの種類を適宜設定することにより、好気状態から嫌気状態への変化速度を調整することができる。

＜処理水導入装置＞
処理水導入装置は、図１〜図４に示すように、水中に設置した水中ポンプ４０と、水中ポンプ４０に連通接続した導水パイプ５０とからなる。処理水導入装置では、水中ポンプ４０で吸い上げた処理水を、導水パイプ５０を介して設備本体２０まで導き、浄化室３０内に導入する。複数の浄化室３０が環状に連結されている場合には、導水パイプ５０の先端部を設備本体２０の中心部に位置させて、処理水を設備本体２０内に導入する。この際、導水パイプ５０の先端部をストレーナー６０に臨ませて、ゴミ等の夾雑物を除去することが好ましい。ストレーナー６０は、設備本体に対して着脱可能となっている。

本実施形態の水中ポンプ４０は、図３及び図４に示すように、浄化対象となる水域内の滞留部７０に設置することが好ましい。滞留部７０では、水の流れがないため水質が悪化している。このため、滞留部７０から処理水を汲み上げて浄化室３０に導入することにより、水域内を効果的に浄化することができる。なお、設置する水中ポンプ４０の数は、浄化対象となる水域の形状、面積、水質等に応じて、適宜選択する。

＜空気供給装置＞
空気供給装置は、設備本体２０に導入する処理水中に空気を送り込むための装置である。この空気供給装置は、図示しないが、例えば、エアポンプ及びエアパイプや、導水パイプ５０に設けたアスピレーターからなる。エアポンプ及びエアパイプを用いる場合には、エアパイプの先端部を浄化室３０の下部に設置し、エアポンプを用いて空気を供給することにより、浄化室３０内を曝気する。また、導水パイプ５０に設けたアスピレーターを用いる場合には、水中ポンプ４０を駆動して導水パイプ５０に処理水を流すと、アスピレーターの作用により処理水中に空気が混入する。なお、処理水の通過方向の後段に位置する浄化室３０において積極的に曝気を行うことにより、処理水の通過方向の後段で溶存酸素量を増加させることができる。

＜脱窒反応による全窒素の低減＞
本発明の実施形態に係る現地浸漬型水質浄化装置では、水中ポンプ４０を用いて設備本体２０に水域内の水を供給し、浄化室３０に充填した接触材（特に、モール状に成形した紐状の接触材１０ｂ）を通過させながら外部へ処理水を流すことにより、接触材１０ｂに付着した微生物の作用で水中の有機物を分解処理している。設備本体２０に供給される処理水は、水中ポンプ４０により強制的に導入されるため、溶存酸素を多く含む。このため、処理水がモール状に成形した紐状の接触材１０ｂを通過することで微生物分解が進み、設備本体２０の外部へと向かうほど溶存酸素は少なくなる。そして、設備本体２０の下流（外部）側では嫌気環境になり、脱窒反応が進むため水中の全窒素の値を改善することができる。

＜溶存酸素量の増加による自浄作用の促進＞
滞留部７０から処理水を強制的に水中ポンプ４０で圧送し、処理水に空気を含ませて設備本体２０に導入することにより、酸素の供給も同時に行う機構を組み込むことができるので、導入した処理水中の溶存酸素量を増加することが可能となる。これにより、礫間接触酸化法の効率を高めるだけでなく、水域全体の溶存酸素量も高めることができるため、自浄作用を促進することもできる。

＜植生の定植＞
図示しないが、設備本体２０を半水没型とした場合には、設備本体２０の上部に植生を定植する。定植する植生は、例えば、ヨシ、マコモ、ガマ等である。植生の種類は、浄化対象となる水域の気候、塩分濃度等の環境に応じて、適宜選択する。植生を定植することにより、全窒素やリンの低減等の効果を促進することができる。

＜従来技術と比較した本発明の有利な作用効果＞
本発明に係る現地浸漬型水質浄化設備では、陸上部等に模擬水路を設置するのではなく、接触材（牡蠣殻（接触材１０ａ）や紐状の接触材１０ｂ等）を充填した浄化室３０を河川および湖沼内部に水没した状態で設置するため、陸上部における水路等の設置が不要となり、設備を小規模なものとすることができる。

また、本発明に係る現地浸漬型水質浄化設備では、複数の浄化室３０を環状に連結して設備本体２０を形成し、水中に水没させた設備本体２０の中心部に、水中ポンプ４０及び導水パイプ４０等からなる処理水導入装置を用いて処理水を導入する。導入された処理水は、浄化室３０内に充填した接触材１０ａ、１０ｂの間をゆっくりと通過し、設備本体２０の外側へ抜ける構造であるため、水質浄化のために必要な滞留時間を確保することができる。このため、河川や湖沼周囲の陸上部に水路等を設置するための十分な面積がない場合であっても、現地浸漬型水質浄化設備を設置することが可能となる。

また、従来の現地浸漬型水質浄化設備では、大量の処理水を導入するため、設備に十分な強度が必要であり、設備が大がかりなものになる。すなわち、一般的な礫間接触酸化槽では、陸上部に設置した大容量の水槽に水や礫を充填させる。このため、水槽に作用する圧力が大きくなり、水漏れや設備の破壊等に耐えうる強度をもつ材料や構造が必要となり、設備が大がかりなものとなる。

これに対して、本発明に係る現地浸漬型水質浄化設備は、例えば、２〜３ｍ程度の比較的浅い水中に設置することを想定したものであり、設備にかかる水圧は小さく、さらに水漏れ等を考慮する必要がないため、構造を簡易的なものとすることが可能である。

また、本発明に係る現地浸漬型水質浄化設備は、設備本体２０（浄化室３０）内にゴミ等の夾雑物が流入して目詰まりすることを防止するため、導水部にフィルター（ストレーナー６０）を設置してゴミ等の夾雑物を除去している。このため、現地浸漬型水質浄化設備における水質浄化機能の低下を防止することが可能となる。

また、本発明に係る現地浸漬型水質浄化設備は、小規模であり、ほぼ水没しているため、周囲の景観を損なうことがない。また、半水没状態とした場合であっても、植生を定植すれば、景観を向上させることができる。

また、一般的に礫間接触酸化槽に導水する際には、水域内の決められた取水口（陸上部の設備に近い位置）から設備内に導水する。このため、水域内に滞留部７０が複数箇所あるような場合には、滞留部７０の水を導入することが困難となり、水域全体における水の流れを作り出すことができない。この場合には、滞留部７０では水が停滞して溶存酸素量が低下するので、水質が悪化する原因となる。滞留部７０の浄化を行うことができないということは、対象とする水域全体の効率的な浄化が困難となることを意味する。

これに対して、本発明に係る現地浸漬型水質浄化設備は、水中ポンプ４０を複数箇所に設置することが可能であり、さらに、水中ポンプ４０の設置場所も自由に選択できる。したがって、たとえ滞留部７０が存在したとしても水域全体に水の流れを作ることができ、水域全体の効率的な浄化が可能である。

従来技術では、一般的に接触材として礫等が使用される。礫等は比表面積が小さいため、浄化に十分な生物量を確保するには、大量の接触材を使用する必要があり、設備全体の体積が大きくなる。

これに対して、本発明に係る現地浸漬型水質浄化設備は、単体もしくは複数種類の接触材１０ａ、１０ｂを充填することが可能であり、生物量を確保するために接触材１０ａ、１０ｂの表面積を大きくすることができ、単位体積当たりの生物膜の生成量を従来技術と比較して大幅に高めることが可能である。このため、設備全体の体積を小さくすることが可能となる．

１０ａ、１０ｂ 接触材
２０ 浄化設備
３０ 浄化室
４０ 水中ポンプ
５０ 導水パイプ
６０ ストレーナー
７０ 滞留部

Claims (5)

1. 接触材を充填した設備本体を浄化対象となる水域内に浸漬した状態で設置することにより、当該水域の水質浄化を行うための設備であって、
   接触材を充填するとともに、処理水を通過させて浄化を行う複数の浄化室からなる設備本体と、
   前記設備本体の浄化室に水域内の処理水を導入する処理水導入装置と、
   を備え、
   前記設備本体は、処理水の通過方向の上流側から下流側に向かう複数の浄化室において、有機物の分解処理能力が高い順、あるいは有機物の分解能力が低い順に接触材をそれぞれ充填することにより、処理水の通過方向に沿って溶存酸素量を変化させて、好気状態から嫌気状態への変化速度を調整する、
   ことを特徴とする現地浸漬型水質浄化設備。
2. 前記処理水導入装置は、浄化対象となる水域内の滞留部から前記設備本体に処理水を導入することを特徴とする請求項１に記載の現地浸漬型水質浄化設備。
3. 前記複数の浄化室を環状に連結して設備本体を形成し、
   前記処理水導入装置は、環状に連結された浄化室からなる設備本体の中心部に処理水を導入する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の現地浸漬型水質浄化設備。
4. 前記処理水導入装置から前記設備本体に導入する処理水中に空気を送り込むための空気供給装置を設けた、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の現地浸漬型水質浄化設備。
5. 前記設備本体に導入する処理水から夾雑物を除去するためのストレーナーを備えた、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の現地浸漬型水質浄化設備。

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