JPH02277587A - 水質浄化方法および水質浄化設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、入り江、湾などの内海に設けられた運河、
および港湾等の閉鎖性海域内の海水を浄化するために行
なわれる閉鎖性海域の水質浄化システムに関するもので
ある。

「従来の技術」 従来、入り江、湾などの内海に設けられた運河、および
港湾等の閉鎖性海域内の海水を浄化する場合には、その
閉鎖性海域外の海水を導水することにより該閉鎖性海域
内の海水を交換する手法が多く用いられており、例えば
港湾においては、港口の拡張やその位置の変更により海
水の交換率を向上させることが従来から行なわれている
。

「発明が解決しようとする課題」 ところが、運河のような細長い形状の閉鎖性海域におい
ては、その河口部で潮汐の作用により海水が交換されて
いるにも拘わらず、その交換効率が非常に悪いため、河
口部周辺を除く殆どの領域が停滞域となって水質が極め
て悪化しているのが現状である。そして、このような閉
鎖性水域内の水質を浄化するためには、ポンプ等の動力
を使って海水を交換する必要があると考えられているが
、その場合にはランニングコストが嵩むため、従来は、
運河等においては、導水による手法は殆ど行なわれてい
ないのが現状であり、底泥の除去による内部負荷量の削
減のみが行なわれていた。

また、最近では、特に大都市圏における運河などの閉鎖
性海域内の水質を“水に触れることができる”程度の良
好な水質とすることによって、住空間（人）と自然とが
調和した環境を創造することが広く国民の間で望まれて
おり、しかもその場合に、閉鎖性海域外の潮汐を効率的
に利用することによって該閉鎖性水域内の海水交換に伴
うランニングコストをできる限り低く抑えると共に、そ
の閉鎖性海域内において潮汐による潮位変化と連動した
水位変化を起こさせて海としての特性を残しておくこと
も望まれていた。

ところが、大部分の国民にとって身近な海である大都市
圏の湾内の水質はその殆どが良好とは言えず、したがっ
て、このような湾内からの導水によって運河等の閉鎖性
海域内の海水を交換したとしても、同程度に汚れた周辺
海域からの導水によっては導水による水質浄化効果を期
待することはできないため、国民のニーズとして高まり
つつある水辺への憧憬を満足させるための手段は未だ考
案されていないのが現状であった。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、運河等
の閉鎖性海域内の海水をその周辺海域の海水と効率良く
交換することができると共に、周辺海域の水質が悪い場
合にも極めて良好な水質浄化効果を期待することのでき
る閉鎖性海域の水質浄化システムを提供することを目的
としている。

「課題を解決するための手段」 この発明の閉鎖性海域の水質浄化システムは、閉鎖性海
域内の海水をその周辺海域の海水と交換して該閉鎖性海
域内の水質を浄化するものであって、該閉鎖性海域をそ
の周辺海域と仕切る開閉自在な水門と、上記周辺海域か
ら該閉鎖性海域の奥部まで延設されて上記周辺海域の海
水を浄化しながら該閉鎖性海域の奥部へ放出する浄化水
路とを具備してなるものである。

「作用」 この発明の閉鎖性海域の水質浄化システムでは、閉鎖性
海域をその周辺海域と仕切る開閉自在な水門と、上記周
辺海域から該閉鎖性海域の奥部まで延設されて上記周辺
海域の海水を浄化しながら該閉鎖性海域の奥部へ放出す
る浄化水路とを具備していることによって、自然のエネ
ルギーである潮汐による潮位差を有効に利用して閉鎖性
海域内の海水を低コストで効率良（交換すると共に、周
辺海域の水質が悪い場合にも極めて良好な水質浄化効果
が得られるようになっている。

すなわち、この水質浄化システムを使用する場合には、
満潮時に水門を閉め、該閉鎖性海域と周辺海域との水位
差によって該周辺海域の海水を浄化水路内へ導入すると
共に、その海水を浄化水路内において浄化しながら該閉
鎖性海域の奥部へ放出することによってその浄化された
海水により該閉鎖性海域内の水位を上昇させ、その水位
が所定水位に達した時に上記周辺海域からの海水の導入
を停止する。そして、このようにして該閉鎖性海域内の
水位を満潮時に上昇させてお（と共に、干潮時には、水
門を開けることによって該閉鎖性海域内の海水を水門か
う周辺海域へ放出し、該閉鎖性海域内の水位が所定水位
まで下がった時に水門を閉じる。このようにすると、該
閉鎖性海域内の海水がその奥部から河口部へ向かって流
れることにより周辺海域へ放出されるため、その閉鎖性
海域の全域に亙って海水が均一な条件で交換されること
となり、それによって該閉鎖性海域内の海水が効率良（
交換されることとなる。その上、該閉鎖性海域内に新た
に導入した海水が浄化されていることから、該閉鎖性海
域内における水質浄化効果は極めて高くなる。

「実施例」 以下、この発明の詳細な説明するにあたって、まず、こ
の発明の閉鎖性海域の水質浄化システムの基本原理およ
び概要について説明する。

一般に、海域における自然浄化作用は、生物による汚染
物質の摂取、海水による希釈、他の海域への拡散移動な
どによりその海域の汚染度が自然条件化で低下してい（
ことであるが、特に閉鎖性海域においては、生物による
汚染物質の摂取に依存するところが大きい。また、生物
による浄化作用を人為的に促進せしめた水処理方法とし
て、接触曝気法が知られている。そして、この接触曝気
法は、河川の浄化において近年実績を増してきているが
、以下の点から、閉鎖性海域における海水の浄化に対し
ても十分な水質浄化効果を発揮することができると思わ
れる。

（１）運河等の閉鎖性海域内の海水においては、その汚
濁原因となる物質の大部分が、生活排水系のもの（下水
処理水中の未分解物質等）、あるいは生きた生物プラン
クトンやその死骸等の有機系物質である。

（２）接触曝気法は、海水で希釈することにより行なう
し尿処理、海水水族館の水質浄化、あるいは−都連河水
の浄化に十分効果を発揮している。

そこで、この発明では、接触曝気法（接触沈澱法）を海
水の浄化にも応用することに着眼した。

すなわち、この水質浄化システムでは、当該閉鎖性海域
の周辺海域から取り込んだ海水を、自然流下型の浄化水
路内に設置した接触材表面に付着している微生物膜によ
って好気的に浄化する。この場合、浄化水路内の適所に
水中ファン（接触速度を確保するもの）およびブロワ　
（海水を撹拌して溶存酸素を送るもの）を配置すること
によって、海水と接触材との接触速度および海水中の溶
存酸素を必要限界値以上に保つ。そして、このようにし
て海水を浄化することによって、その海水中の８８分の
吸着除去、溶解性有機物の分解、さらには一部のＮＨ，
−Ｎ（アンモニア性窒素）の硝化を行なう。

但し、この発明の閉鎖性海域の水質浄化システムは、潮
位差が０．５１以上（好ましくは０．８ｚ以上）ある周
辺海域と続いている閉鎖性海域に設けることによってそ
の機能が十分に発揮されるようになっており、そのよう
な閉鎖性海域に設けることによって、その閉鎖性海域内
の海水組成を周辺海域と同様な組成に保ちつつ、その水
質を周辺海域よりも良好な水質に改善するようになって
いる。

次に、この発明の閉鎖性海域の水質浄化システムの一実
施例を第１図ないし第７図を参照して説明する。

この実施例の閉鎖性海域の水質浄化システムは、第１図
に示すように、閉鎖性海域１内の海水をその周辺海域２
の海水と交換して該閉鎖性海域１内の水質を浄化するも
のであって、該閉鎖性海域１の河口部３に設けられてそ
の閉鎖性海域１をその周辺海域２と仕切る開閉自在な水
門４と、該閉鎖性海域１の途中部に設けられてその閉鎖
性海域１の河口部３と奥部５とを仕切る開閉自在な中間
堰６と、上記周辺海域２から該閉鎖性海域１の奥部５ま
で延設されて上記周辺海域２の海水を浄化しながら該閉
鎖性海域１の奥部５へ放出するボ・ツクスカルバート型
の浄化水路７とから構成されたものである。

上記閉鎖性海域１は、水門４を隔てて周辺海域２へと続
く河口部３から陸地８の奥へ向けて直線状に延びる運河
であって、該運河が奥部５において折れ曲がってその曳
の領域に人工干潟９が設けられているものである。上記
干潟９は、該閉鎖性海域１内での自然浄化作用を促進す
るために設けられた砂地であって、該閉鎖性海域１内の
海水中の汚染物質を貝などの生物に摂取させるために、
該閉鎖性海域１内の水位変化によって水面上に露出した
り水面下に沈んだりするようになっているものである。

また、この閉鎖性海域１の途中部に設けられている中間
堰６は、第２図（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）に示すよう
に、該閉鎖性海域１の水底に水没状態で構築されたコン
クリ−）１１１１０と、このコンクリート堰１０の上部
に設けられた凹部１１内に固定された空気注入式のゴム
風船タイプのゴム堰１２とからなるものであって、上記
ゴム堰１２内の空気量を変えることにより水位調節を行
なうようになっているものである。なお、中間堰６とし
ては、必ずしもゴム堰１２を備えたものを用いる必要は
ないが、このようなゴム堰１２は、水位調節幅が小さい
場合における安全性（信頼性）、操作性、維持管理の容
易性、経済性、耐久性等から総合評価すると、該閉鎖性
海域１の中間堰６として使用する際に適している。なお
また、この中間堰６および上記水門４には、各々二重水
門を設けても良く、その場合には、該閉鎖性海域１内の
メインテナンス用の船舶、および緊急用の船舶の出入り
を自由に行なうことができる。

上記浄化水路７は、第１図に示すように、該閉鎖性海域
１と並行して河口部３から奥部５まで延設されたボック
スカルバート型の水路とその内部の浄化装置とから構成
されたものであって、その河口部３側の一端部が水門４
外の周辺海域２に設置された外部取水口１３に連結され
、他端部が該閉鎖性海域１の奥部５に浮かべられて放水
口を備えた浮島１４に連結されているものである。なお
、この浄化水路７の河口部３側の一端部は、水門４外の
外部取水口１３に連結されているだけでなく、水門４内
の河口部３に設置された内部取水口１５にも連結されて
いる。

そして、この浄化水路７の内部構造は、第３図および第
４図（第３図Ａ−Ａ線視断面図）に示すように、外部取
水口１３から取水される周辺海域２の海水を流入させる
流入部１６と、この流入部１６から流入した海水を貯留
しつつ浄化する貯留槽部１７と、この貯留槽部１７に貯
留された海水を浄化しつつ上記閉鎖性海域ｌの奥部５の
浮島１４から放出させる自然流下型水路部１８とから構
成されたものである。

上記流入部１６は、外部取水口１３から取水される海水
の流入量を制御する制御弁１９と、この制御弁１９を通
過して流入する海水中に混入している異物を分離するス
クリーン２０と、このスクリーン２０を通過した海水中
から汚泥を沈澱分離させる沈殿槽部２１から構成された
ものであって、第５図（第３図Ｂ−Ｂ線視断面図）に示
すように、該沈殿槽部２１に排泥装置２２が装備されて
いるものである。

上記貯留槽部１７は、複数の貯留槽２３が互いに隣接し
た状態で縦横に配置され、各貯留槽２３の内部に、微生
物膜が付着した接触材２４が装填されてなるものであっ
て、上記流入部１６側に位置する各貯留槽２３内に流入
された海水を各貯留槽２３内で浄化しつつ順次その下流
側の各貯留槽２３　（第６図に海水の流れ方向と直交す
る断面を示す）へ送り出すことによって全ての貯留槽２
３内に海水を満たしてい（ようになっているものである
。

上記自然流下型水路部１８は、上記貯留槽部１７の下流
側から浮島１４まで延設されたボ、クス力ルバート２５
と、このボックスカルバート２５内に装填された接触材
２６と、該ボックスカルバート２５内下部に設置されて
海水に接触材２６との接触速度を与える水中ファン２７
と、該ボックスカルバート２５内上部に設置されて海水
を曝気する曝気装置２８とから構成されたものであって
、上記ボックスカルバート２５の底部に砂溜まり２９が
形成されているものである。（第７図に海水の流れ方向
と直交する断面を示す。） 次に、このような構成の水質浄化システムの使用方法を
詳細に説明する。

この水質浄化システムを使用する場合には、高潮位時（
満潮時）に水門４を閉め、次いで浄化水路７の流入部１
６の制御弁１９を適当な開度で開放する。このようにす
ると、周辺海域２の海水が該周辺海域２と閉鎖性海域１
との水位差によって外部取水口１３から浄化水路７の流
入部１６に流入し、次いでこの流入部１６から貯留槽部
１７に流入し、その貯留槽部１７において隣り合う貯留
槽２３へ順次送り出されていくことにより各貯留槽２３
通過時に浄化されつつそれら全ての貯留槽２３内に一旦
貯留されることとなる。そして、このようにして各貯留
槽２内に貯留された海水は、自然流下型水路部１８に流
入し、この自然流下型水路部１８内で浄化されつつ自然
流下によって浮島１４まで流れていってその浮島１４の
放水口から該閉鎖性海域１の奥部５へ放水される。そし
て、このようにして、浮島１４からの放水により該閉鎖
性海域１内の水位を上昇させ、その水位が所定水位に達
した時に、上記周辺海域２からの海水の導入を停止する
ことによって、同時に浮島１４からの放水を停止する。

また、該閉鎖性海域１の下流には水門４が設けられてお
り、この水門４の開閉操作によって閉鎖性海域１内の水
位の調整するようにする。すなわち、周辺海域２の海水
の水質が良好でないとき、または気象・海象により周辺
海域２の海水を閉鎖性海域１内に取り込むべきでないと
判断したときには、水門４を閉鎖して上記浄化水路７お
よび閉鎖性海域ｌを周辺海域２の海と遮断しくこの場合
には、閉鎖性海域ｌ内の河口部３に設けられた内部取水
口１５から該閉鎖性海域１内の海水を浄化水路７内に取
水することにより循環を行なう。）、周辺海域２の海水
の水質が良好なときには、水門４を開けて浄化水路７内
に周辺海域２の海水を取り入れるようにする。また、閉
鎖性海域１の奥部５の浮島１４の近くには干ｉｌ　１４
が設けられているが、その干潟１４での干満の差をでき
るだけ大きくするため、閉鎖性海域１の中央部には中間
堰６が設けられ、この中間堰６の操作によって干潟１４
の水位を調整するようにする。

次に、該閉鎖性海域ｌ内における水位の制御方法を、取
水時、中間堰降下時、放水時の三段階に分けて説明する
。

（１）取水時：上述のように、周辺海域２の潮位が高い
ときに、その周辺海域２の海水を外部取水口１３から取
水し、浄化水路７内を自然流下させて浮島１４の放水口
から該閉鎖性海域１の奥部５へ放水する。この場合、第
２図（ａ）に示すように、該閉鎖性海域１途中部の中間
堰６が上昇してその中間堰６により閉鎖性海域１の途中
部が塞き止められた状態となっているため、該閉鎖性海
域１の奥部５、すなわち中間堰６上流側の水位は上述の
取水によって約０．２ｍ上昇するが、該閉鎖性海域１の
河口部３、すなわち中間堰６下流側の水位は変化せず、
取水により上昇した中間堰６上流側の水位よりも約０；
３ｍ低い水位のまま保たれる。なお、このような水位変
化を生じさせるためには、例えば閉鎖性海域１内の全水
量をり、　Ｑ１０．　（ＩＱ（１１３とした場合、該閉
鎖性海域１内に取り入れる一日当たりの取水量は１６．
９００ｊ１’となる。

（２）中間堰降下時：上記のようにして該閉鎖性海域１
の奥部５の水面を上昇させた後、第２図（ｂ）に示すよ
うに、中間堰６を降下させると、該閉鎖性海域１内の奥
部５と河口部３との水位差（約０゜３１）によって奥部
５の海水が河口部３へと流れていき、海水が１６．９０
０ｍ’流れた時、奥部５の水位が約０．２麗低下し、河
口部３の水位が約０．１Ｒ上昇して該閉鎖性海域ｌ全域
の水位が同じになってバランスする。

（３）放水時二上記のようにして該閉鎖性海域１の奥部
５の水位と河口部３の水位とをバランスさせた後、第２
図（ｃ）に示すように、再び中間堰６を上昇させて該閉
鎖性海域１をその途中部で塞き止めておき、その後、上
記周辺海域２の潮位が低いとき　（干潮時）に、水門４
を開けて１６．９００ｇ”７日を放水することによって
、該閉鎖性海域１の河口部３　（中間堰６下流側）の水
位を約０．１貢低下させる。（これによって、河口部３
の水位は奥部５の水位よりも０．１１低下した状態とな
る。）上記水門４、中間堰６、外部取水口１３および内
部取水口１５の操作は、該閉鎖性海域ｌにおいて上記周
辺海域２の潮汐による潮位変化と極力似た変化を生じる
ように自動制御を行なう。以下の表１に、その自動制御
を行なうために必要なセンサ、データ　（気象および海
象等の状況報告）の種類、および上記各センサの設置箇
所を示し、かつこの表１の設置箇所の欄に示した記号を
使用して第１図においてもその設置箇所を表示する。

表１ そして、外部取水口１３および内部取水口１５の開閉操
作については、外部取水口１３前（または水門４外）に
設置された濁度計、Ｄｏセンサ、ｐＨセンサ、波高計、
および赤潮発生報告、青潮発生報告、異常気象報告、非
常事態報告等のデータが総合監視センターに入力され、
それらの情報に基づいて制御しつつ自動的に行なわれる
。例えば、水門４の操作は、外部取水口１３前の潮位計
および水位計からの情報に基づいて行なわれ、それによ
って閉鎖性海域１内の奥部５および河口部３の水位をそ
れぞれ適正なレベルにコントロールする。また、周辺海
域２の海水の水質が著しく悪い場合には、周辺海域２の
海水と閉鎖性海域１の海水との交換を停止するために外
部取水口１３を閉じ、同時に、閉鎖性海域１の河口部３
に設置された内部取水口１５を開くことにより該閉鎖性
海域１内の海水を浄化水路７との間で循環する。さらに
、気象、海象等の外部状況が不良のときにも、上記各状
況報告のデータに基づいて、外部取水口１３を全閉にし
て周辺海域２の海からの取水を停止する。また、中間堰
６の操作は、閉鎖性海域１の奥部６の浮島１４付近（す
なわち奥部５）の水位計、流量計、Ｄｏセンサ、ｐＨセ
ンサからの情報に基づいて行なわれる。このほか、上記
各センサを用いた場合には、例えばＤｏセンサからの情
報に基づいて、海水中のＤｏが一定以下になっときに浄
化水路７内で自動的に曝気することなども可能である。

なお、上記浄化水路７の処理能力を以下に示す。

ｉ、処理水量：　１６．９００ｍ’／日ｉｉ　、原水水
質 ｐＨ７〜８ ・ＳＳ　　　　３〜１０３１９／１２ −　ＣＯＤ　　：（〜９ｘ９／Ｑ ｉｉｉ　、処理水水質 ・ＣＯＤ　　３〜５ｘｖ／　Ｑ ・ＳＳ　　　　３〜５１９／　Ｑ また、この実施例では、この発明の閉鎖性海域の水質浄
化システムを運河の河口部３付近に適用した例について
示したが、該閉鎖性海域の水質浄化システムは、小さな
湾、入り江などの内部水域に適用しても良（、また、第
１図に示したような運河または河川等の下流水域に適用
する場合でも、その河口部３付近に適用するだけでな（
、奥部５付近に設けられた水門３０　（第１図参照）の
上流側にも適用して二段階の水質浄化システムを構成す
るようにしても良く、さらに上流側にも適用して三段階
、四段階の水質浄化システムを構成するようにしても良
い。そして、このようにして多段階の水質浄化システム
を構成した場合には、上流側へい（にしたがって段階的
に水質の向上した河川または運河を形成することができ
る。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明の閉鎖性海域の水質浄化
システムによれば、以下に示すような優れた効果を奏す
ることができる。

（１）高潮位時（満潮）に自然エネルギーにより海水を
増水することによって、閉鎖性海域の自浄性作用を維持
、増幅させることができ、かつ該閉鎖性海域の底質を改
善することもできる。

（２）閉鎖性海域内と浄化水路内とで海水の流れが逆行
していることにより、該閉鎖性海域内の海水が水質浄化
システム全体を循環するようにして周辺海域の海水と交
換されるようになっているので、該閉鎖性海域全域の海
水を効率的に交換することができると共に、該閉鎖性海
域内の海水を低潮位時（干潮時）に周辺海域へ放出する
際に該周辺海域からの逆流を防止することができ、それ
によって、周辺海域の海水の水質が悪い場合にも該閉鎖
性海域内の海水の水質悪化を防止することができる。

（３）周辺海域の海水を浄化しながら閉鎖性海域に導入
するので、該閉鎖性海域内の海水の水質を周辺海域より
も良好な水質とすることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図は、この発明の一実施例を示す図で
あって、第１図は閉鎖性海域の水質浄化システムの概略
構成図、第２図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）は水門およ
び中間堰の操作方法を説明する説明図、第３図は浄化水
路の概略構成図、第４図は第３図へ−Ａ線視断面図、第
５図は第３図Ｂ−Ｂ線視断面図、第６図は第３図Ｃ−Ｃ
線視断面図、第３図Ｄ−Ｄ線視断面図である。 １・・・・・・閉鎖性海域、 ２・・・・・・周辺海域、 ３・・・・・・河口部、 ４・・・・・・水門、 ５・・・・・・奥部、 ７・・・・・・浄化水路。 第７図は

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 閉鎖性海域内の海水をその周辺海域の海水と交換して該
   閉鎖性海域内の水質を浄化する閉鎖性海域の水質浄化シ
   ステムであって、該閉鎖性海域をその周辺海域と仕切る
   開閉自在な水門と、上記周辺海域から該閉鎖性海域の奥
   部まで延設されて上記周辺海域の海水を浄化しながら該
   閉鎖性海域の奥部へ放出する浄化水路とを具備してなる
   ことを特徴とする閉鎖性海域の水質浄化システム。