【手続補正書】
【提出日】平成16年4月23日(2004.4.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項６】
揚水井戸の設置部位は、その揚水井戸の流入水取り込み部位を前記水域または処理池の水生植物生育個所の水域底または近傍とする請求項１または２記載の湖沼または河川の浄化方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、湖沼または河川水域の浄化方法に係り、特に水域の水を揚水井戸に導く過程でその土壌に水域中の汚濁物質を捕捉させることにより浄化を図る方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、湖沼および河川の水質汚濁が問題となっている。この水質汚濁の原因の一つに、生活レベルの向上に伴い水域に流入する生活排水の増加や農業耕地等からの化学肥料成分の流入による水質の富栄養化があげられる。湖沼および河川水の富栄養化は、家庭排水や食品産業などから排出されるＢＯＤ（有機物の指標となる生物化学的酸素要求量）の高い排水の流入による直接的有機汚濁や栄養塩類である窒素やリン等が過剰に流入して藻類などが異常増殖してＢＯＤ，ＣＯＤ（有機物の指標で化学的酸素要求量）が高まる間接的汚濁が原因である。
【０００３】
水中の有機物が増加すると微生物などによる有機物の分解が起こるため、酸素が消費されてＢＯＤやＣＯＤは減少し水は透明になるが、水中は還元状態となるため堆積した有機物層からメタンガス等が発生し、水棲動物や水生植物の生存が困難になる。水中の有機物の分解が進めば、再び酸素消費が減少し、水中の酸素量は増加する。加えて有機物の分解によっても窒素やリンが生産されるため、その濃度は増加し藻類の成育を再び増長する。
【０００４】
富栄養化水域では上述の過程を繰り返すので、水質汚濁の程度が一層進行し、悪循環である。従って、この循環系を断ち切ることが水浄化のために最も重要な点である。
【０００５】
従来より、富栄養化水の浄化手段として、富栄養化水を物理的、化学的、あるいは生物学的に処理する方法がいくつか開発されている。富栄養化水を直接的に浄化する方法として、微生物を用いた活性汚泥法、濾過フィルターを使用して富栄養化水を濾過する方法、吸着材を用いて富栄養化物質を吸着する方法およびこれらを組み合わせた処理方法が知られている。
【０００６】
一方、「アオコ」に代表される藻類の発生を抑制して富栄養化水域の水浄化を行う方法として、エアーポンプ等で水中に空気を供給して気泡を発生させ、水中の酸素濃度を上昇させる方法や、藻類はその発生に適度な水温を必要とするため、水深の深いところに位置する低温水を機械的に上昇させて水面近くの水温を低下させ、その発生を抑制する方法が知られている。
【０００７】
また、近年比較的新しい浄化方法として、水生植物を湖沼および河川の水面に水上栽培しそれらの根に富栄養化水中の栄養塩類を吸収させるという新しい方法も開発されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の活性汚泥法は、９０％近くの有機物の除去が可能であるが、窒素やリンなどの無機栄養分の除去には適さず、使用済み汚泥の二次処理経費も大きい。また濾過および吸着による水浄化方法では、濾過材および吸着材などのランニングコストや設備のメンテナンスコストがかかる。さらに、これらの方法では、岸辺に大規模な水浄化プラントを建設しなくてはならないので景観的に好ましくないうえ、その建設費も莫大である。また、富栄養化水域から取水する際に、藻類等が取水口に集まるため、取水効率および濾過効率が悪い。
【０００９】
一方、藻類等の発生を抑制する間接的な富栄養化水域の水浄化方法は、水深が深い水域で、水面と湖沼底および川底との水温差が大きい場合にしかその効果を十分に発揮できない。よって水深の浅い湖沼には適さない。また、酸素供給方法は効果が局部的であるため、富栄養化水域が広範囲になりやすい水深が浅く比較的面積の広い湖沼等では効果が低い。特に沼等ではその効果は低い。
【００１０】
さらに、水生植物を水上栽培して、水浄化を行う方法は、水面を水生植物が覆うため水生植物栽培区域では水中に日光が届かない、そのため水生植物の育成や水温の上昇を妨げる。また、浮草のような水面に浮く水生植物以外を利用する場合にはそれらを保持し浮遊させるための装置が必要となるため簡易ではない。
【００１１】
そこで本発明の主たる課題は、比較的簡易なシステムで周囲の景観を崩さず、ランニングコストが低く、浄化効果が高い浄化方法を提案することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、湖沼または河川水域の、底または近傍に揚水井戸を設け、この揚水井戸に土壌を通して流入する流入水を汲み上げて前記水域に戻すことによって解決できる。
【００１３】
また、湖沼または河川水域の、近傍に前記水域の水を導入させる処理池を新設し、その処理池の底または近傍に揚水井戸を設け、この揚水井戸に土壌を通して流入する流入水を汲み上げて前記水域に戻すことによっても解決できる。
【００１４】
一方、汲み上げた流入水は濾過させた後に湖沼または河川水域に戻してもよいし、前記水域に戻す過程で空気を混入させてもよし、前記水域に戻す際に自然落下させてもよい。
【００１５】
揚水井戸の設置部位は、その揚水井戸の流入水取り込み部位を前記水域または処理池の水生植物生育個所の水域底または近傍とすることもできる。
【００１６】
前述の水域または処理池に対して揚水井戸の外側に遮水壁を構築することができる。
【００１７】
湖沼または河川水域、あるいはその近傍に新設した前記水域の水を導入させる処理池、の底に濾過層を設け、この濾過層より下方の土壌中に達して揚水井戸を設け、この揚水井戸に土壌を通して流入する流入水を汲み上げて前記水域に戻すことができる。
【００１８】
さらに、上述の方法に加えて水面部分の水を吸引させて、その吸引水を濾過層に通して浄化を図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面に示す湖沼を例に採り、かつ揚水井戸としてウェルポイントを用いた実施の形態によってさらに詳説する。ここで、本発明の揚水井戸としては、ウェルポイントやディープウェルのほか、井戸に水中ポンプを設置して揚水を図るなどの広義のものを言い、井戸から揚水できるものであれば限定されるものではない。
【００２０】
本発明に係る水浄化方法の原理を図１を参照しながら説明する。まず、湖沼の底または図示のようにその近傍の岸辺にウェルポイント１を設ける。ウェルポイント１を設けて、流入水を汲み上げると、地下水位の勾配が生じ、湖沼水がウェルポイント１に流入する。この湖沼水は、岸辺の地盤たとえば砂質地盤をウェルポイント１に向かって通るので、その地盤がフィルターとなり浄化される。
【００２１】
地盤内に流入水と共に流入した栄養分（窒素、リンなど）は、地盤内に生息する微生物によって消費される。清浄化したウェルポイント１により汲み上げた水は、再び湖沼Ｌに戻す。かかる運転を連続的または定期的に行うことで、順次湖沼水は浄化が進行する。
【００２２】
この浄化原理から判るように、本発明は、湖沼底または岸辺地盤をフィルターおよび微生物による栄養分消費領域として利用することを発想の原点とするものである。
【００２３】
したがって、最低限必要な設備は、ウェルポイントのみであり、ランニングコストはその動力費のみであり、コスト的にきわめて有利となるばかりでなく、メンテナンスがほとんど不要となる。設備的には小さいもので足り、周囲の景観を崩すことがない。
【００２４】
続いて本発明の実施の形態の幾つかを挙げて本発明の適用例を示す。
＜第１の実施の形態＞
図１は第１の実施の形態を示したもので、水面には汚濁物質１３Ａが浮遊し、底にはヘドロ１３Ｂが堆積している汚濁湖沼Ｌの岸辺に取水孔２を有するウェルポイント１を設けたもので、このウェルポイント１内へ流入する水は、たとえばストレーナー３により不純物を濾過しながら取水管４を通して汲み上げ（吸い上げ）ポンプ５により汲み上げる。
【００２５】
汲み上げられた水は、排水導管６によって湖沼Ｌまで送水し、排水口７より湖沼に放流する。この際に、湖沼水面よりかなり高所から放水する（自然落下する）ことで放水水面部分に空気を混入させることができ、浄化効果が高まる。
【００２６】
かかる態様における浄化作用は前述のとおりである。
【００２７】
＜第２の実施の形態＞
図２は第２の実施の形態を示したもので、流入水を汲み上げポンプ５により汲み上げた後、湖沼Ｌに戻す過程で、曝気槽または空気混入槽９Ａに導き、空気を混入するとともに、濾過槽９Ｂを通して濾過した後に湖沼Ｌに戻すようにしたものである。この態様によれば、空気混入効果をより高め、かつ濾過槽９Ｂにおいて汚濁物質を捕捉でき、より清浄な戻り水として湖沼Ｌに戻すことができる。
【００２８】
さらに、湖沼水の汲み上げにより地盤の沈下や周囲の地下水位の変化を招くことを防止するために、遮断壁１１を、たとえば不透水層３０まで達して構築することができる。
【００２９】
＜第３の実施の形態＞
図３は第３の実施の形態を示したもので、岸辺にウェルポイントを設けることに代えて、湖沼Ｌの底に達してウェルポイント１を設けたものである。湖沼Ｌ底からウェルポイント１の取水孔２に到る過程で、湖沼Ｌ底地盤において、浄水を図ることができる。
【００３０】
さらに、この例においては、湖沼Ｌ底にフィルター８を設け、汚濁物質を捕捉することができる。
【００３１】
＜第４の実施の形態＞
図４は第４の実施の形態を示したもので、岸辺のヨシなどの水生植物による浄化作用をより有効に利用するために、ウェルポイント１のウェルポイントの流入水取り込み部位を水生植物生育個所近傍としたものである。すなわち、ウェルポイント１を傾斜して設置し、その取水孔２近傍に水生植物の根が存在させるようにしたものである。
【００３２】
ウェルポイント１による強制的な湖沼水の流れを生成させることにより、酸素分がその流れに混入し、水生植物の生育が促進され、湖沼水中の窒素分、燐酸分、カリ分などの栄養分が水生植物によりその根から取り込まれて消費され、湖沼水から栄養分（汚濁成分）が除去される。過度に水生植物が繁茂した時点で、刈り取って焼却し、新たな水生植物の生育を図る。かかる態様によれば、土壌による浄化のほか水生植物による浄化作用が相まって浄化効果がより高まる。
【００３３】
＜第５の実施の形態＞
図５は第５の実施の形態を示したものである。上述の各例においては、湖沼水を直接ウェルポイントに導くようにしたものであるが、この第５の実施の形態においては、湖沼Ｌの近傍の処理池（天然池、人工池のほか、槽であってもよい）１２に導入管１４およびポンプにより導き、この処理池１２の近傍（または底でもよい）にウェルポイント１を設けたものである。
【００３４】
処理池１２の導入水は、壁面の排出孔１２ａからウェルポイント１に向かって流れ、汲み上げられた流入水が元の湖沼Ｌに戻される。
【００３５】
この場合においても、水生植物または地上植物を生育させると浄化効果の高まりを図ることができる。
【００３６】
＜その他の実施の形態＞
湖面に浮遊している汚濁物質は、本発明の方法によっても除去できにくい。そこで、図６に示す態様によって、この汚濁物質１３Ａについては強制的に排除することができる。すなわち、湖面に吸引船をフロート２３により浮かべ、錨２４で固定した状態で、吸引ポンプ２２により汚濁物質１３Ａを吸引口２１から吸引し、これを直接陸上に、あるいは捕捉袋２５に導き、透過水は湖沼に戻し、汚濁成分のみを捕捉した捕捉袋２５を陸上に持込み、捕捉成分を焼却できる。かかる態様を採用することにより、土壌の目詰まりを抑制することができるほか、岸に集積するプランクトンの死骸が放つ悪臭を防止できる。さらに、汚濁物質の除去と余剰プランクトンの除去を同時に行うので効率よく水浄化がおこなえる。
【００３７】
なお、上記の各実施の形態は適宜組み合わせて実施できることはもちろんである。
【００３８】
また、本発明におけるウェルポイント１は、汲み上げ機能を有しておればよく、広義の意味であることに理解されたい。このウェルポイント１による流入水汲み上げ量は、周辺地盤および周辺地下水に与える影響を考慮して決定される。また、年間を通じて連続的に行うこともできるし、気候、天候そのほか自然環境を考慮して汲み上げ量を調整することもできる。この場合、汲み上げ量を調節するための手段を設けるほか、地下水位の検出装置等を設けポンプに連動させることで自動的に調節することも可能である。ポンプに関しては、真空ポンプ、電磁ポンプ等が使用され、その電源は太陽電池などで行えば電源が不要で好ましい。
【００３９】
前記ウェルポイント１の浄化能力は、湖沼水の水質、周辺地下水の水質、揚水の水質を測定することによって評価される。水質試験項目としては、ＣＯＤ，アンモニウム塩、亜硝酸塩、硝酸塩、リン酸塩、水温、濁度があげられる。このために、流入水汲み上げ量の決定および浄化効率の評価は、ウェルポイント１付近に観測井戸を設けて、地下水等の状況を調査することで達成できる。
【００４０】
図示例においては、単体のウェルポイント１としたが、湖沼の規模などにより複数のウェルポイント１を構築し水浄化を行うことができる。
【００４１】
また本発明では、土壌に汚濁物質を捕捉させるが、土壌の捕捉能力が弱い場合、図３に示すようにフィルター材８を埋設することができる。フィルター材はウェルポイント１近傍または内部に設けてもよいし、土壌を掘削して敷設してもよい。フィルター材としては、透水性粒径材料、砂利、砂、繊維状もしくは不織布フィルター等、土壌の汚濁物質捕捉能力を高めるもの、または直接汚濁物質を捕捉する吸着材のようなものであってもよく、地下水のウェルポイント１内への流れを妨げないものであればよい。
【００４２】
水生植物としては水辺に育成できるものであればよいが、好ましくはイネ科植物、アヤメ科植物、カヤツリグサ科植物である。これらの水生植物は、水浄化に加えて観賞用、家畜の飼料などに利用でき付加価値をつけることができる。また水生植物を育成させることで、土壌中に植物の根が張りめぐらされるため、土壌の汚濁物質の捕捉を助長する。
【００４３】
上記の遮水壁は比較的簡易に構築できる矢板などでよく、木製矢板、コンクリート矢板、鋼矢板など状況等によって個々のケースで決定できる。
【００４４】
本発明は、汚濁物質を含む水域の汚濁水浄化方法であるが、特に閉鎖性水域における富栄養化水の水浄化に有効である。
【００４５】
【発明の効果】
以上のとおり本発明によれば、比較的簡易なシステムにより安価に、かつ景観性を損なうことなく水域の汚濁水の浄化をおこなうことができる。さらに、土壌や水生植物の根により汚濁物質の捕捉を行う循環型の水浄化方法なので、メンテナンスフリーでかつ恒久的に機能が持続される。