JPH09141280A - 河川等の水域の水質浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】自然界の藻場を模倣した人工的な浄化施設を水
中に直接設置することにより、特別の用地を必要とする
ことなしに水の浄化を自然のエネルギーと生物のエネル
ギーにより行い、また浄化施設において発生する汚泥を
回収することができ、水質浄化のコストを削減できる水
質浄化装置の提供。 【解決手段】蚊帳状に形成されたネット容器１の内部に
多数の細長の接触材２を垂れ下げ、ネット容器１の上部
にフロート３を配置し、ネット容器１の上部を遮光シー
ト５で覆うとともに、ネット容器１の底部を水域の底面
に固定し、上部にフロート３を取り付けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は河川、池、湖沼、ダ
ム、海域等の水を浄化する浄化装置に関する。

【０００２】

【従来技術】かつて浄水は緩速濾過法が主体であり、ゆ
っくり生物処理されていた水は良質であった。ところ
が、水源の汚濁が進んだ現在は、多くの浄水が急速濾過
とよばれる単なる物理的濾過と凝薬剤、活性炭吸着、オ
ゾン、塩素等、薬品とエネルギーを使う処理である。そ
の結果、水道水のカビ臭や、発ガン性のトリハロメトン
のような物質の生成問題や、都市のまずい飲料水があ
る。

【０００３】このような水源となる水環境の汚染と物
理、科学的処理偏重の浄化技術の悪循環を断つのが接触
酸化法に代表される生物学的水質浄化法である。この浄
化法は自然界の微生物のつくる食物連鎖ピラミッドが行
う水質浄化で、生物膜槽内を一定距離、一定スピードで
通過することにより浄化されるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
生物学的浄化法は礫間接触酸化法に代表されるように、
施設規模が大きくならざるを得ず、また剥離した生物膜
等による汚泥が礫間間隙が詰まって閉塞して浄化機能が
低下するのを防止するための維持管理が難点であるだけ
でなく、河川、池等の外部に浄化施設を設計することは
土地収用量の問題、施設への揚水の電気エネルギーなど
多大のコストが必要である。

【０００５】ところで、自然界の河川の水は流れる途中
で川底の礫表面の生物膜や礫間に付着し、その生分解作
用により浄化されている。したがって、川底部分での浄
化作用は大きいが、水深の深い所の水は生物膜に対する
接触の頻度が少ない。

【０００６】その点、海域の比較的浅い区域に形成され
る「藻場」と呼ばれる海草や海藻の林では、水と海草類
との接触頻度が高く、自然浄化には効率の良い場となっ
ている。すなわち、海の水深５ｍより浅い環境では、大
型の海草や藻類が繁殖する藻場とよばれる海域がある。
海草類は偏平で巾広な形状であるが、根部だけでなく、
葉の表面よりも水中の栄養塩類を吸収し、差し込む太陽
光線をもとに光合成をしている。この働きが藻場におけ
る水質浄化であるが、単に栄養塩類の吸収だけでなく、
海草類の表面に排出する有機物質を栄養源とするバクテ
リア類が付着し、老廃物や古くなった海草類の分解を行
い水の汚濁を防いでいる。更にバクテリアを底辺とする
食物連鎖系が形成されるため、海水の浄化が行われ、多
くの生命をはぐくむ場ともなっている。このように、海
面近くまで生育した藻場は、地球上の物質循環の基本形
であり、周辺の水環境の浄化施設としても機能している
と考えられる。

【０００７】本発明は前記問題点を解消し、自然界の藻
場を模倣した人工的な浄化施設を水中に直接設置するこ
とにより、特別の用地を必要とすることなしに水の浄化
を自然のエネルギーと生物のエネルギーにより行い、ま
た浄化施設において発生する汚泥を回収することがで
き、水質浄化のコストを削減することができる河川等の
水域の水質浄化装置を提供することをその課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明に河川等の水域の水質浄化装置は、少なくと
も側面が蚊帳状に形成されたネット容器の内部に多数の
細長の接触材を垂れ下げ、上記ネット容器の上部にフロ
ートを配置し、上記ネット容器の上部を遮光手段で覆う
とともに、上記ネット容器の底部を水域の底面に固定し
たことを特徴とする。

【０００９】なお、前記ネット容器の内部に前記細長の
接触材の下部が水流に流されるのを防止する流され防止
材を取り付けるのが好ましい。

【００１０】また、本発明は、少なくとも側面が網体に
よって形成されたネット容器の内部に多数の細長の接触
材を垂れ下げ、上記ネット容器の上部にはフロートを配
置し、上記ネット容器の上部を遮光手段で覆うととも
に、上記ネット容器の底部に汚泥回収シートを張り、こ
の状態で上記ネット容器を水中に浮かせたことを特徴と
する。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は主に河川用の水質浄化装置
を示すもので、ネット容器１の内部に多数の細長の接触
材２を垂れ下げるとともに、ネット容器１の上部にフロ
ート３を取り付け、底部を水域の底面に固定したもの
で、河川内に直接に設置されている。

【００１２】図２に示されるように、ネット容器１は漁
網などの網体から蚊帳状に形成され、底部は開放されて
いる。内部は網体によって複数のスペースに区画されて
いる。稜辺部や角隅部などの箇所には芯材（図示せず）
を入れたり、強度の高い部材を用いてネット容器１が変
形しないように補強するのがよい。

【００１３】ネット容器１の上部にはフロート３として
漁具のボール状のものを用い、さらにネット容器１の底
部の四隅は河川床を横断させて張った固定式ロープ４
（又はワイヤ）に係留して全体を水面下に蚊帳を吊るよ
うに装設すればよい。もちろん、ネット容器１のフロー
トとしては例えばネット容器１の上部各辺の全長に沿っ
て補強を兼用する中空パイプを取り付けたものでもよ
く、また固定手段として錨状のものを用いてもよい。中
空パイプ状のフロートにすれば、ネット容器１の上部各
辺のテンションが確保されるので都合がよい。

【００１４】さらに、ネット容器１の上部は遮光手段と
して硬密度ポリエチレン、塩ビ等の遮光シート５で被覆
する。したがって、ネット容器１の上部は網体を張ら
ず、直接に遮光シート５で覆うようにしてもよい。遮光
手段はネット容器１内に太陽光が入射するのを防ぐもの
であり、必ずしもネット容器１と一体的に結合している
必要はなく、ネット容器１の上方に間隔をおいて設ける
ようにしてもよい。

【００１５】次に、ネット容器１の内部に充填される接
触材２としては、細長で微生物が接触しやすい柔軟な素
材であればよく、布のような平板な素材（天然、人工の
布、各種シート５、不織布等の工業素材）を好ましくは
人工の海草類に似せて加工するのがよいが、短冊状に形
成してもよい。長さは設置される場所の水深よりやや短
い程度にすればよい。例えば、図３(a) (b) (c) に示さ
れるように、一枚の布状シート６に多数の平行なスリッ
ト７を入れ、スリット７によって形成された接触材２を
上部の支持材８によって左右に振り分け、下部に間隔保
持兼用の錘材９を配置するような構成とし、上記支持材
８をネット容器１の上部に掛け渡すような構成にすれば
よい。なお、接触材２はネット容器１の上部より水との
接触頻度が高くなるよう、図４のように一定のパターン
で吊り下げるのが好ましい。

【００１６】また、ネット容器１の内部には、水位の低
下により内部に吊り下げた充填材２が下流方向に押し流
されないよう、図５のように流され防止材としてロープ
１０等を要所に取り付けるのが好ましい。ネット容器１
の内部が細かく区画されているときは、このような流さ
れ防止材は設けなくてもよい。

【００１７】上記構成の浄化装置は、通常は図１のよう
に河川を人工堰１１によって堰止め、水位を一定にした
所に設置する。浄化装置は１まとまりのネット容器１
（複数でもよい）を１ユニットとし、複数のユニットを
連結して河川の全幅いっぱいを横切るように設置するの
がよい。これにより人工的藻場が水面下に設けられた状
態となり、流下する水がネット容器１の中を一定スピー
ドで通過するときに微生物が接触材２と接触する。各接
触材２の接触面積は小さくても、部分的な水の与える振
動が全体を揺り動かし、周囲の水を動かして水との接触
を能動的に行い、周辺に水の小さな渦や偏流を引き起こ
し、その動きが他の接触材２への接触を拡散することに
なるから、接触材２に微生物が吸着され、その表面に十
分な生物膜が形成され、ネット容器の集合体全体が生物
膜槽を構成する。そして、生物膜槽の内部を水が通過す
る際に微生物の膜が汚水と接触し、水中の有機物質を吸
着するため、接触材２を培地として微生物が繁殖し、
「分解」を効率的に行うため、多様な生物に良い環境が
保たれ、上流側より流入し通過する水より汚濁物質が生
物膜に吸着され、活性な食物連鎖ピラミッドが形成され
る。このように、接触材２に付着した微生物は常に栄養
と空気の補給を受けるため活性化し、有機汚濁物質、懸
濁物質が吸着して生分解、沈降作用により除去され、水
が浄化される。このように、一定のスピードで汚水が内
部を通り抜けることにより、中に成長した微生物の食物
連鎖が生じ、水の浄化のプロセスである「生産」「消
費」「分解（還元）」が多様な生物の関与により同時併
行して進行する場を形成し、水が連続的に浄化される。

【００１８】しかも、自然界の食物連鎖系は「生産」
「消費」「分解」のプロセスによる浄化の場所である
が、上部からの光は遮光シート５により遮られるので、
光合成による「生産」が抑制され、主に「消費」「分
解」を主とする微生物の生態系が形成されるから、浄化
効率が高い。

【００１９】なお、遮光シート５は浄化装置を外部から
覆って景観が損なわれるのを防止する効果や微生物を紫
外線より保護したり、内部の接触材２を保護したりする
等の効果もある。

【００２０】このように、ネット容器１内に生じた生物
膜槽内に１つの食物連鎖に関与する多様な微生物が生育
する環境を有する生態系が現われる。この生態系は大き
なスペースに作られているので外部より独立し、外部の
影響が最小限に抑えられるので、安定に維持される。ま
た、大きな生物膜量（バイオマス）をもった場をつくる
ことで、広い水域の汚染の拡散を防止することになる。

【００２１】また、古くなった生物膜は接触材２から剥
離し、汚泥として川底に沈降し堆積する。このため、生
物膜の内部が閉塞して機能低下するおそれがない。ま
た、堆積した汚泥は更に好気的、嫌気的に再分解される
ため、有機物質の総量は１０分の１以下となるため、処
理は非常に楽である。例えば、沈降した汚泥を溜めるた
めに各ネット容器１の下部の下流側と下流側の側面にコ
字形に汚泥溜めシート１３を設け、定期的に汚泥をバキ
ュームカーなどで系外に除去するようにすればよい。

【００２２】なお、ネット容器１内の接触材２は河川の
水に流されるが、図５のように流され防止材により接触
材２が押し流されて下流側にかたまるのが防止される。

【００２３】また、降雨時等の際には水量が増加するの
で人工堰１１を下げる。このとき浄化装置の水位も低く
なるが、ネット容器１のフロート３は下流方向に移動
し、ネット容器１の側面は平行四辺形状に変形し、同時
に高さが低くなるので、水位の移動に対応できる。従っ
て洪水時の損傷がなく、また流水の阻外原因とならな
い。

【００２４】次に、図６、図７は水質浄化装置を湖沼、
ダム、海域等に設けた例で、特に汚れた河川の流入口に
設置した例で、この場合流入口を複数のユニットで円弧
状に囲むように配置している。

【００２５】上記浄化装置においても、ネット容器１や
接触材２など基本的構成は前述の浄化装置と同じである
が、ネット容器１の底部にはじょうご状に形成された塩
ビシート等の汚泥回収シート１４が張設され、さらに汚
泥回収シート１４の中央には汚泥抜き管１５が取り付け
られている。

【００２６】各ネット容器１の上部にはフロート３又は
周辺部にフロートとなるゴム製、合成樹脂製などのチュ
ーブ（円筒型）をつけ、全体を水面下に浮べ、上部又は
底部の要所を固定した係留ワイヤー１６またはアンカー
を用い、一定の位置に固定する。湖沼等に流入する水は
主に表層、中層を流れ、底部はほとんど動かない傾向に
あるため、接触材２は水面より下に吊す方が水の捕捉に
は都合がよいのである。水面に筏を組み、その下に各ネ
ット容器１を吊すようにしてもよい。

【００２７】上記浄化装置によれば、多量の接触材２と
してネット容器１の囲いの中に均一に吊った人工的藻場
が水面下に浮べられた状態となり、流入口から流入した
汚水が一定のスピードで生物膜槽の内部を通り抜けるこ
とにより、中に成長した微生物の食物連鎖が生じ、水の
浄化のプロセスである「生産」「消費」「分解（還
元）」が多様な生物の関与により同時併行して進行し、
水は連続的に浄化される。

【００２８】そして、古くなった生物膜は接触材２から
剥離し、沈降して汚泥回収シート１４上に堆積する。汚
泥が増えた場合、汚泥回収シート１４の汚泥抜き管１５
の先端を水上に引き上げ、汚泥回収船１７上のバキュー
ムポンプに接合し、汚泥を系外に回収する。この汚泥に
はリン、窒素等の栄養塩類も含まれる。汚泥を定期的に
回収処理することにより、環境の負荷を最小限にして独
立した生態系を安定に維持することができる。

【００２９】上記浄化装置によれば、前述の装置に述べ
たほかに、流入口又は浄水道施設の取水口に複数の生物
膜槽ユニットで半円をつくり包囲するように係留し、自
然に拡散する汚れた水を浄化することによって、汚染の
拡大を予防することができる。

【００３０】

【効果】本発明によれば、接触材を十分に長くすること
により人工的な藻場が形成され、生物膜への水の接触頻
度が向上するので、浄化効率を大幅に高めることができ
る。そして、水深に合わせ自由なサイズが製作できるた
め河川や湖沼などの水面の占有部分が小さくて済む。

【００３１】また、生物膜から剥離した汚泥は沈降する
ため生物膜槽は閉塞しにくく、汚泥処理が長期不要であ
り、維持管理が簡単である。

【００３２】外装がネットであるから内部の接触材を流
木などから保護できるとともに、水の均一な通過を損な
わず、魚類の出入りを妨げない。

【００３３】ネット容器は遮光シートで覆われるから、
光合成が抑えられ、浄化効率がよくなるとともに、景観
が損なわれることが防止される。

【００３４】洪水時には流量が増加し、流速も大きくな
るが、ネット容器は柔構造で水位の変動に対応できるの
で浄化機能は低下しないほか、破損も最小限にすること
ができる。また、修復も容易である。

【００３５】陸上の構造物（コンクリート製の躯体）が
不要である。土地の収用に要する費用が不要であるほ
か、ポンプ等の備品や電気エネルギーなどの費用と設備
が不要である。揚水ポンプ等の揚水設備を用いない。漁
網、漁具、布材等、実用されているものを転用できるた
め、施設の費用が安価である。しかも、簡単な構造で、
ネット容器や接触材は柔構造で、軽量であるから設置や
移動が容易であり、工期も短くて済む。さらに、接触材
に付着する生物膜や汚泥も９９％が水分であり、比重１
に近く、水の中では水面のフロートにより水中に支持さ
れ、荷重負担がほとんどかからないので、大型の浄化施
設をつくることができる。

【００３６】このように、本発明によれば、省スペー
ス、省エネ、汚泥回収による自己完結、環境共生型浄化
である新しい環境対策システムを提供することができ
る。

【００３７】さらに、本発明によれば、水質の浄化だけ
でなく、工事現場等から流入した微細な土砂の粒子、シ
ルト等を生物膜の吸着作用により団粒子化して、これら
の微細粒子が拡散するのを防止してサンゴ等が土砂の被
覆により死滅するなどの環境汚染が拡大するのを防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る水質浄化装置の斜視図

【図２】上記水質浄化装置の河川への取り付け態様を示
す説明図

【図３】(a) (b) (c) は接触材の具体的態様を示す側面
図、正面図及び斜視図

【図４】ネット容器への接触材の配置パターンを上から
見た説明図

【図５】流され防止材の配置態様を示す説明図

【図６】水質浄化装置の他の例の斜視図

【図７】上記水質浄化装置を湖沼、ダム、海域等に設け
た例の斜視図

【符号の説明】

１ ネット容器 ２ 接触材 ３ フロート ５ 遮光シート １４ 汚泥回収シート

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも側面が網体によって形成され
   たネット容器の内部に多数の細長の接触材を垂れ下げ、
   上記ネット容器の上部にフロートを配置し、上記ネット
   容器の上部を遮光手段で覆うとともに、上記ネット容器
   の底部を水域の底面に固定したことを特徴とする河川等
   の水域の水質浄化装置。
2. 【請求項２】 前記ネット容器の内部に、前記接触材が
   水流に流されるのを防止する流され防止材を取り付けた
   請求項１に記載の水質浄化装置。
3. 【請求項３】 少なくとも側面が網体によって形成され
   たネット容器の内部に多数の細長の接触材を垂れ下げ、
   上記ネット容器の上部にフロートを配置し、上記ネット
   容器の上部を遮光手段で覆うとともに、上記ネット容器
   の底部に汚泥回収シートを張り、この状態で上記ネット
   容器を水中に浮かせたことを特徴とする河川等の水域の
   水質浄化装置。