JPH10263589A - 水質浄化法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 水性植物を利用して、水路の水を効率よく浄
化する。また、曝気などを行わなくとも水中の溶存酸素
が枯渇しないようにする。 【解決手段】 水面より数センチメートル下に張つたネ
ット１０のに、根を絡めるようにクレソン１１の株を固
定しておくと、ネット全面にマット状に繁茂し、クレソ
ンの根１１ａは、水中に垂れ下がり、根が常に水と効率
良く接触する。ネットは、水路の上流から下流に向って
間隔をあけて張り、ネットとネットの間には、クレソン
が繁茂しない水面が残り、ここから水中に太陽光が差し
込むようにする。水路の底には、プランクトンが付着し
やすいよう礫１２を敷く。ネットのないところは、礫を
厚く敷いて、水深を浅くする。礫の表面に付着した植物
プランクトンが太陽光を受けやすくなり、光合成を行っ
て盛んに酸素を放出し、これが水に溶けて、下流側のク
レソンの根に酸素を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、汚染がそれほど
ひどくない水を水性植物を使って浄化する方法に関し、
河川をはじめ、公園の人工水路等の浄化に利用できるも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、水の汚れを植物に吸収させて浄化
しようとする試みがなされている。このような水耕栽培
による浄化法で代表的なものは、ホテイアオイなど浮草
類を利用したものである。しかし、ホテイアオイなど浮
草類は成長後の植物回収が難しく、また刈り取り後の後
始末にも問題がある。また水生植物の繁茂は水表面から
溶け込む酸素を制限し、水域を好気的な条件に維持する
ことを難しい。また、湖沼など停滞水域では問題ない
が、水路など流れのあるところでは浮草が浮遊流出して
しまう欠点もある。

【０００３】クレソン等の有価植物の株を水路に支持固
定しないで、単に水路底に置くことにより繁殖させてい
く方法も提案されている（例えば、特公平３−４６２０
０号公報）。この方法では水生植物が流れによって移動
し易く、かつ植物根周りに広く微生物由来の汚泥塊が形
成されるため、頻繁な株分けや維持管理が必要であっ
た。この方法でも水路中の溶存酸素が減少していく問題
は解決できていない。

【０００４】また、砂利床や、フロート床に植物根を固
定した方法は水質浄化に不向きで、有価植物の栽培を目
的として高濃度の栄養塩類を添加した条件下で用いられ
てきた。また、フロート床で植物を固定した場合、植物
根周辺に付着繁殖しているプランクトンなど微生物や無
機の付着成分が剥離し、剥離汚泥が水路底に堆積してい
き、そこから有機物やリン、窒素などが溶出していき、
これが新たな汚濁源となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】汚濁の進んだ河川水や
湖沼水を浄化していく手段として水性植物を用いた方法
は数多い。しかし、それらは植物の取り込む水中栄養塩
を浄化の対象としており、植物根表面の細胞外代謝産物
を積極的に活用し、一般的に植物では多量に取り込むこ
とのできない鉄やマンガンなど金属イオンや微生物分解
のできないような難分解有機物までを除去の対象にした
方法ではない。

【０００６】また、従来の水耕栽培では、植物根周りに
形成されていくプランクトンの死骸や小動物の糞の塊
が、植物根と水との直接の接触を断ち、本来植物根が水
から取り入れる栄養塩類の吸収は阻害される。さらに、
従来の水耕栽培では、方法の如何にかかわらず、水温の
比較的高い晴天時に水中の溶存酸素が枯渇し、魚や微生
物生態系に悪影響を与える傾向が顕著で、この件に関す
る本質的な解決策は曝気など人為的なエネルギー供給を
行って解決する以外になかった。このような水中の溶存
酸素の枯渇は、親水域＝好気的に健全な生態系の維持に
反し望ましくない。

【０００７】この発明は、水性植物を用いた水の浄化法
であって、水に溶けている栄養塩だけでなく、鉄やマン
ガンなど金属イオンや微生物分解のできないような難分
解性有機物まで除去することを課題とする。また、曝気
などを行わなくとも水中の溶存酸素が枯渇しない方法を
得ることも課題とする。さらには、植物根から剥離した
生物汚泥が、新たな汚染源にならないようにすることを
課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】一般的に植物ではほとん
ど取り込むことのできない鉄やマンガンなど金属イオン
や、微生物分解のできないような難分解性有機物までを
も除去の対象としていく場合、植物根表面の細胞外代謝
産物を積極的に活用していくことが重要である。一方
で、常に好気条件下に維持されるような工夫がなけれ
ば、親水域の創出を目指した浄化対策として極めて不都
合である。したがって、一般に生物処理では除去の困難
な色度や難分解性有機物（例えば指標としてE260）や
鉄、マンガンの除去までをも目的とした広範囲な水質浄
化を考えていく場合、物理化学的な吸着と被吸着物質
（吸着した汚泥状物質）の沈殿と系外排除が組み合わさ
れた一連のシステムを構築していくことが重要である。

【０００９】これには、水耕栽培を行うことで植物根周
囲に形成される付着微生物や細胞外代謝産物などの生物
汚泥が塊にならないように維持される必要がある。その
ためには、植物根が常に水と効率良く接触し、根の周囲
に付着した生物汚泥は自然に剥離し、植物根周辺は常に
物理化学的な吸着活性の高い状態に維持されなければな
らない。これには、流水に植物根を懸架させる工夫が必
要になる。

【００１０】このためこの発明では、水路の水面付近
に、水平方向に面状の広がりを有する格子状の支持床を
設け、この支持床に絡めるようにして支持させて水性植
物を水面にマット状に繁茂させ、それらの根が流水中に
垂れ下がって、水中の汚れを吸収するようにする（請求
項１）。

【００１１】この手段によれば、水性植物の根が水の流
れの中に懸架され、植物根が常に水と効率良く接触し、
根の周囲に付着した生物汚泥は自然に剥離し、植物根周
辺は常に物理化学的な吸着活性の高い状態に維持され
る。したがって、植物根は水中の栄養塩を効率よく吸収
するだけでなく、植物根表面に付着した細胞外代謝産物
が鉄やマンガン等の金属イオンおよび難分解性有機物
（例えば指標としてE260）を吸着することができる。

【００１２】格子状の支持床は、水面から例えば２〜１
０cm下のところに設けて、これに根を絡ませるように水
性植物を成長させる。なお、水路は、こうして成長した
根の先が底に達しない程度の水深（例えば２０〜３０c
m）が必要になる。水路を流れる水の流速は、植物の種
類や株の大きさにもよるが、支持床から垂れ下がる植物
根がゆらゆらとたなびく程度の流速が好ましい。支持床
に支持させる植物はクレソン、クウシンサイ等各種の水
性植物が適用できる。水性植物は、支持床に固定された
とき、支持床から下の根の部分が３０cmを越えないもの
が望ましい。

【００１３】なお、格子状の支持床はネットで構成する
ことできる（請求項６）。ネットの材質は、金属でも化
学繊維でもよい。ネットはそれ自身安価なものであり、
水路に打ち込んだ杭等で、水面近くに簡単に張れ、低コ
ストで支持床を構成できる。また、植物がネットの全面
に無駄なく繁茂できるので効率的であり、太陽光が水中
に差し込むのを妨げることもない。

【００１４】親水域の創出では溶存酸素の枯渇が生じな
いシステムが基本的に大切で、これにリンや窒素などの
浄化効率を高めていく工夫が必要である。これを曝気や
酸素の吹き込みなどといった人工的なエネルギーの供給
を必要とする方法ではなく、溶存酸素の枯渇が起こる水
温や太陽光線の条件下で、逆に活発な溶存酸素供給を行
う自然界の酸素発生機構で補うことで解決していくこと
ができる。

【００１５】このため、この発明では、水路の底は礫す
なわち石塊で覆う（請求項２）。こうすれば、礫の表面
に植物プランクトンが付着しやすく、礫表面に付着増殖
する付着植物プランクトンが光合成性によって溶存酸素
を大量に供給することができる。植物プランクトンが付
着しやすい礫として、御影石、安山岩、深成岩を挙げる
ことができる。しかし、粘板岩やコンクリートのように
アルカリ分を放出するものは好ましくない。

【００１６】礫に付着した植物プランクトに十分な太陽
光線を当たらせるために、水性植物と共存させないこと
が望ましい。すなわち、水路を、水耕栽培を行う区間
と、礫に付着した植物プランクトンが溶存酸素を供給す
る区間とに分けるのである。このため、この発明では、
支持床を水路に沿って連続的に設けないで、相互に間隔
をあけて設けるようにする（請求項３）。このように支
持床相互間に間隔をあければ、支持床と支持床の間の区
画から太陽光が水中に差し込み、礫に付着した植物プラ
ンクトンが活発に光合成を行い、プランクトンから放出
された酸素が水に溶け、水路の下流側に供給される。

【００１７】ところで、自然状態で水性植物が増殖して
いくと、やがて流れによって運ばれ増殖していく水性植
物で水路は覆われていくのが普通であるが、この発明で
は水性植物は格子状の支持床またはネットで支持されて
いるので、流されることがなく、支持床と支持床の間が
水性植物で覆われることはない。

【００１８】なお、支持床と支持床の間の区間（礫付着
植物プランクトン区間）は水路の底を高くし（請求項
４）、太陽光が礫に届きやすいようにするとよい。

【００１９】水耕栽培や生物処理など微生物の関与する
水質浄化では必ず剥離汚泥が発生し、これが水路に蓄積
すると汚濁の原因となる。その解決には付着微生物の細
胞外代謝産物由来の剥離汚泥を効果的にトラップし回収
できる機能を持たすことが有効である。この発明では、
支持床と支持床の間の区間に、水性植物の根から剥離し
た生物汚泥を受容するため、水深が大きい沈殿ピットを
設けることができる（請求項５）。この沈殿ピットで剥
離汚泥を沈殿分離させ、まとめて回収する。これによ
り、水耕栽培水路の浄化機能を長期的に維持できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１に示すように、水路（小川）
の両岸に打ち込んだ杭に支持させるようにして、水面１
５より数センチメートル下にネット１０を張る。ネット
は合成繊維製で、目の大きさは２〜３センチメートルで
ある。このネット１０のところどころに、根を絡めるよ
うにクレソン１１の株を固定しておくと、やがて、クレ
ソンが増殖して、ネット全面にマット状に繁茂するよう
になる。クレソンの根１１ａは、水中に垂れ下がり、根
が常に水と効率良く接触する。

【００２１】ネットは、図２に示すように、水路の上流
から下流に向って間隔をあけて張る。こうすると、各ネ
ット上にそれぞれクレソンが繁茂するが、ネットとネッ
トの間には、クレソンが繁茂しない水面が残り、ここか
ら水中に太陽光が差し込む。

【００２２】一方、水路の底には、プランクトンが付着
しやすいよう礫１２、すなわち石ころを敷く。水深は、
ネットのあるところで数十センチメートルである。ネッ
トのないところ（空白域）は、礫１２を厚く敷いて、水
深を浅くする。こうすると、礫１２の表面に付着した植
物プランクトンが太陽光を受けやすくなり、光合成を行
って盛んに酸素を放出するようになる。これが水に溶け
て、下流側のクレソンの根に酸素を供給する。

【００２３】クレソンの根の周囲に付着した生物汚泥は
剥離して下流に流されるが、これを受け止めるために、
水路の途中にはところどころに沈殿ピット１３、すなわ
ち穴を形成する（図３）。剥離汚泥が沈殿ピットの中に
捕捉されやすいよう、ピットの上を水がゆっくり流れる
ようにすることが好ましく、このため、図４のように、
沈殿ピットのところだけ水路の幅を広げてもよい。

【００２４】沈殿ピットに溜まった剥離汚泥１４は時
々、ショベルカー等を用いて排出する。枯れたクレソン
は、ネットから時々取り除くようにする。

【００２５】

【実施例】砕石（御影石）を底に敷いた水路に、水面か
ら約２cm下がった位置にネットを張り、ネットの上に水
性植物の茎から上部が載り、ネットに絡まった植物根が
水路に向かって縣架され繁殖していく系（石＋クレソン
系）を用意した。用いた水性植物はクレソン（長野県白
馬産）である。また、このような石と水耕栽培の組み合
わせた浄化システムの効果を比較する目的で、２０mm径
ハニコーム接触材を容積率で６２％充填した生物接触酸
化処理系（生物処理系）を用意した。なお、生物処理系
は実験水槽底部から曝気を行っている。

【００２６】実験に用いた原水は汚濁河川水を水中ポン
プによって連続採取し、これを実験水槽に導水してい
る。二つの実験系ともに水理学的滞留時間は同じになる
よう調整され、４０分〜９０分の範囲で実験を行った。

【００２７】実験は６月下旬から始められた。実験開始
時に石＋クレソン水路のネット上にはネット全体の面積
の１０％に満たないクレソンを植えたが、８月上旬によ
うやくネット全体の８０％程度にクレソン繁茂域は広が
っていた。このような状況を踏まえ、実験データはクレ
ソンの繁茂がおよそネット全体の８０％となったとみな
せた８月上旬から再開した。一方、ハニコーム接触酸化
生物処理実験（生物処理系）においても、実験開始後接
触材表面に有用微生物が付着増殖し浄化機能を発現する
までに約２ヶ月程度をみこまなければならないことは良
く知られている。

【００２８】実験の経過に伴う汚濁、色度（生物難分解
性の有機着色成分）、uv260nm収光度（生物難分解性有
機物の中でフミン質に対応する。図中ではE260で表わ
す）の変化を図５〜図７に示す。図５に示した濁度の変
化は水の清澄さや濁りの尺度であるが、原水に対し、生
物処理系、石＋クレソン系ともに流出水は清澄になって
いる。その中でも石＋クレソン系の濁度減少は著しく、
濁度０．５〜３度の範囲の値を比較的安定して持続して
いた。これは、従来、濁質処理に優れていることの知ら
れる生物処理系を上回っていた。

【００２９】図６の色度は、生物処理系で除去すること
は困難であったが、石＋クレソン系では明確な減少傾向
を示していた。また、図７から分るように、色度同様に
難分解性成分として微生物による浄化では除去の困難な
uv260nm吸光度（E260）で表わされる成分が、１０〜５
０％の範囲で減少していた。図６、図７で表わされるよ
うな難分解性有機物は、微生物を巡る食物連鎖の中で取
り込まれないことが知られているが、本方法のような浄
化システム中では、植物根や石の表面に付着した植物プ
ランクトンの関与した生物化学的な吸着または物理化学
的な吸着によって難分解性有機物の減少が起こっていた
と考えられる。

【００３０】図８、図９には溶存態鉄と溶存態マンガン
の変化を示す。一般的に図９に示すマンガンは鉄よりも
水中から取り除くことが難しいことが良く知られている
が、両図からは石＋クレソン系で生物処理系に比べ、溶
存態鉄およびマンガン共に明らかに大きな除去傾向が示
された。このような反応は、通常、金属イオンが炭酸水
素イオンや遊離炭酸ガスと結合したのち最終的に水酸化
物の沈殿となって除去されていく触媒作用と解釈でき、
石＋クレソン系ではシステムの中に触媒作用があったと
考えられた。

【００３１】親水域の創出や富栄養化対策として水質浄
化を考えていく場合、富栄養化の原因であるリンや窒素
の除去能は重要である。図１０、図１１にリンと窒素の
実験に伴う変化を示す。２つの図からリン除去に関して
は生物処理系に比べはるかに大きな除去傾向が示され、
また窒素除去能も生物処理系をはっきりと上回る除去能
が示された。このとき、リン除去能は２５〜７０％以
上、窒素除去能は５〜５０％程度で、この値は微生物を
用いた好気条件下で運転される水質浄化装置と比べても
極めて大きい。

【００３２】

【発明の効果】上述したような発明の方法によれば、汚
濁の進んだ河川や湖沼水中から曝気などのエネルギーを
用いなくてもリンや窒素といった富栄養化の原因成分が
除去できるだけでなく、一般に自然棲息の生物浄化で除
去が困難と考えられてきた、溶存態鉄や溶存態マンガ
ン、また色度やＥ260発現の難分解性有機物の除去まで
を対象とした、総合的に極めて優れた浄化効果を得るこ
とができた。

【００３３】このシステムは、ネットに絡ませた水性植
物と礫といった単純な組み合わせで成立していることか
ら、これまでの水質浄化装置に比べ施設にかかるコスト
が小さく、水域を酸欠状態にすることなく水の中の生態
系に安定して良い環境を提供できる。また、植物根周辺
に付着増殖し、剥離していく有機、無機の剥離汚泥堆積
による水域の再汚濁化を防ぎ長期間浄化機能が維持され
るよう、剥離汚泥の沈殿ピットを設けることで維持管理
も容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ネットに支持させたクレソンの斜視図であ
る。

【図２】 水路の縦断断面図である。

【図３】 水路底の形状を示すの水路の縦断面図であ
る。

【図４】 水路の平面図である。

【図５】 水の濁度の時間変化を示す図である。

【図６】 水の色度の時間変化を示す図である。

【図７】 水中のE260の時間変化を示す図である。

【図８】 水中の溶存態鉄の時間変化を示す図である。

【図９】 水中の溶存態マンガンの時間変化を示す図で
ある。

【図１０】 水中のリンの時間変化を示す図である。

【図１１】 水中の窒素の時間変化を示す図である。

【符号の説明】

１０ ネット １１ クレソン １１ａ 根 １２ 礫 １３ 沈殿ピット １４ 剥離汚泥 １５ 水面

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水路の水面付近に、水平方向に面状の広
   がりを有する格子状の支持床を設け、この支持床に根を
   絡めるようにして水性植物を水面にマット状に繁茂さ
   せ、それらの根が流水中に垂れ下がって水の汚れを吸収
   するようにした水質浄化法。
2. 【請求項２】 該水路の底が礫で覆われている請求項１
   に記載の水質浄化法。
3. 【請求項３】 水中に太陽光が差し込むよう、該支持床
   を該水路に沿って相互に間隔をあけて設けた請求項１ま
   たは２に記載の水質浄化法。
4. 【請求項４】 該支持床と該支持床の間の区間におい
   て、該水路の底を高くして太陽光が届きやすいようにし
   た請求項３に記載の水質浄化法。
5. 【請求項５】 該水性植物の根から剥離した生物汚泥を
   受容するため、該水路に他より水深が大きい沈殿ピット
   を設けた請求項１、２、３または４に記載の水質浄化
   法。
6. 【請求項６】 該支持床がネットである請求項１、２、
   ３、４または５に記載の水質浄化法。