(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
籠内に接触材が充填されたふとん籠が、河川水が流れる河床に敷設する部材として、備えられ、
前記ふとん籠の一端側が、該ふとん籠の一端側から所定距離離間する該ふとん籠の他端側に対して、河川水の流れ方向における上流配置端側として設定され、
前記ふとん籠の一端側下部に、放出孔を有する放水管が取付けられ、
前記放水管の放出孔が、前記ふとん籠の他端側に向けて、略水平方向から下方側方向にかけての範囲で指向されていると共に、酸素を過飽和状態で溶存する過飽和酸素水を放出するように設定されている、
ことを特徴とする水質浄化装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記放水管の放出孔が、前記ふとん籠内の接触材に向くように設定されている、
ことを特徴とする水質浄化装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記放水管が前記ふとん籠の内底部に設けられている、
ことを特徴とする水質浄化装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記ふとん籠の下部に、該ふとん籠の下部から上部に向けて空気を供給する空気供給管が取付けられている、
ことを特徴とする水質浄化装置。
【請求項５】
河川水が流れる河床に、籠内に接触材が充填されたふとん籠が敷設され、
前記ふとん籠が、該ふとん籠の一端側を、該ふとん籠の一端側から所定距離離間する該ふとん籠の他端側に対して、河川水の流れ方向において上流側に位置させるようにして配置され、
前記ふとん籠の一端側下部に、放出孔を有する放水管が取付けられ、
前記放水管の放出孔が、前記ふとん籠の他端側に向けて、略水平方向から下方側方向にかけての範囲で指向されていると共に、酸素を過飽和状態で溶存する過飽和酸素水を放出するように設定されている、
ことを特徴とする水質浄化構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水質浄化装置及びその水質浄化装置を用いた水質浄化構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
汚水等の被処理液の生物学的処理方法として、種々の好気性処理法がある。好気性処理法においては、汚濁物質の酸化、微生物等の呼吸作用等のために十分な酸素が必要とされており、このため、気体としての酸素（具体的には空気）を被処理液中に供給する曝気が広く行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、曝気による酸素の供給では、酸素が、供給後、直ちに上昇して空気中に逸散することから、被処理液中での酸素の滞留時間は極めて短く、被処理液中への酸素の溶存も極めて低くならざるを得ない。このため、供給酸素の溶存率の低い曝気の下では、高い浄化性能を期待することは困難となっている。これに対して、上記供給酸素の低い利用率を考慮して、多量の酸素を被処理液中に供給することも考えられるが、その場合には、エアレーション（曝気）等の機械による騒音等に関する問題を新たに引き起こすことになる。
しかも、酸素は、供給後、直ちに上昇し、横方向において広い範囲に亘って行き渡ることができないことから、酸素を放出する酸素放出孔を、酸素を供給すべき領域の下方側において満遍なく多数準備しなければならず、手軽には広い範囲において酸素を供給することは困難となっている。
【０００４】
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、その第１の技術的課題は、騒音等に関する新たな問題を引き起こすことなく、広い範囲で浄化性能を簡単に向上させることができる水質浄化装置を提供することにある。
第２の技術的課題は、上記水質浄化装置を用いた水質浄化構造を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記第１の技術的課題を達成するために本発明（請求項１に係る発明）にあっては、
籠内に接触材が充填されたふとん籠が、河川水が流れる河床に敷設する部材として、備えられ、
前記ふとん籠の一端側が、該ふとん籠の一端側から所定距離離間する該ふとん籠の他端側に対して、河川水の流れ方向における上流配置端側として設定され、
前記ふとん籠の一端側下部に、放出孔を有する放水管が取付けられ、
前記放水管の放出孔が、前記ふとん籠の他端側に向けて、略水平方向から下方側方向にかけての範囲で指向されていると共に、酸素を過飽和状態で溶存する過飽和酸素水を放出するように設定されている、
ことを特徴とする水質浄化装置とした構成としてある。この請求項１の好ましい態様としては、請求項２〜４の記載の通りとなる。
【０００６】
上記第２の技術的課題を達成するために本発明（請求項５に係る発明）にあっては、
河川水が流れる河床に、籠内に接触材が充填されたふとん籠が敷設され、
前記ふとん籠が、該ふとん籠の一端側を、該ふとん籠の一端側から所定距離離間する該ふとん籠の他端側に対して、河川水の流れ方向において上流側に位置させるようにして配置され、
前記ふとん籠の一端側下部に、放出孔を有する放水管が取付けられ、
前記放水管の放出孔が、前記ふとん籠の他端側に向けて、略水平方向から下方側方向にかけての範囲で指向されていると共に、酸素を過飽和状態で溶存する過飽和酸素水を放出するように設定されている、
ことを特徴とする水質浄化構造とした構成としてある。
【０００７】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、当該水質浄化装置を用いることにより、ふとん籠の重量安定性を利用して、放水管を河川水中における底層に位置させ、その位置から過飽和酸素水を確実に放出することができることになる。このため、過飽和酸素水の性質を利用して、過飽和の溶存酸素の状態（液体状態）で河川水中に供給できることになり、酸素の高い溶存状態をもって長時間に亘ってその酸素を河川水中に滞留させることができると共に、その間を利用して、河川水中に、液体として共通する過飽和酸素水を拡散させることができることになる。しかもこの場合、過飽和酸素水を河川水の底層において放出することから、酸素が河川水の液面までに到達する時間を増大させることができることになり、この観点からも、酸素の滞留時間と過飽和酸素水の拡散領域とを、増大させることができることになる。この結果、多量の酸素を供給する曝気を広い範囲で行わなくても、過飽和酸素水の底層への供給により水処理（好気性処理）が効果的に広い範囲で行われることになり、騒音等に関する新たな問題を引き起こすことなく、広い範囲で浄化性能を簡単に向上させることができることになる。
【０００８】
また、当該水質浄化装置の主要部分が、ふとん籠に過飽和酸素水を供給する放水管が取付けられる構成であることから、ユニットとして簡単に扱うことができ、設置等を容易に行うことができることになる。
【０００９】
さらに、当該水質浄化装置のふとん籠が、水質浄化を行っている間、河床に設置されることから、当該水質浄化装置（ふとん籠）に、護床ないしは根固めとしての機能をも発揮させることができることになる。
【００１０】
さらにまた、放水管の放出孔が、ふとん籠の他端側に向けて、略水平方向から下方側方向にかけての範囲で指向されていることから、その放水管からの過飽和酸素水の放出の方向、速度（勢い）を利用して、河川水中での溶存酸素の滞留時間及び過飽和酸素水の拡散領域の増加を図ることができることになる。しかもこの場合、放水管が、ふとん籠の一端側下部に取付けられていることから、河川に対する当該水質浄化装置の設置に際して、放水管が取付けられる側のふとん籠の一端側を、河川水に対向するように配置することにより、自らの拡散機能と河川水の流れとに基づき、過飽和酸素水をふとん籠の上流側から流すことができることになる。これにより、河川水がふとん籠を通り抜ける間に、その河川水中の汚濁物質が沈殿、吸着されて、それがふとん籠における各接触材に付着した微生物等により酸化、分解される一方、過飽和酸素水は、河川水の流れ及び自らの拡散に基づき、高い溶存状態の酸素をふとん籠（微生物等）全体に供給して、微生物等の呼吸作用等を促進することになり、ふとん籠における浄化性能を向上させることができることになる。しかも、過飽和酸素水をふとん籠の上流側から流すことから、ふとん籠が、河川水の流れ方向において広い範囲に亘って構築されている場合であっても、過飽和酸素水を、自らの拡散機能だけでなく河川水の流れをも利用して、その広いふとん籠に行き渡らせることができ、極めて簡単に、広い範囲に亘るふとん籠の浄化性能を向上させることができることになる。
【００１１】
請求項２に係る発明によれば、放水管の放出孔が、ふとん籠内の接触材に向くように設定されていることから、その放水管からの過飽和酸素水とふとん籠内の接触材とにより、高い浄化性能の下で、河川水中の汚濁物質を接触酸化（好気性処理）することができることになる。
【００１２】
請求項３に係る発明によれば、放水管がふとん籠の内底部に設けられていることから、ふとん籠の底部から放水管が突出して設けられることがなくなり、当該水質浄化装置（ふとん籠）の設置を容易にすることができると共に、放水管が施工面下に埋もれて過飽和酸素水が放出できなくなることを防止できることになる。しかも、放水管がふとん籠の内底部に配置されて接触材により押圧され、ふとん籠に対する放水管の取付けに接触材を利用できることから、放水管をふとん籠に取付ける手間を省くことができることになる。
【００１３】
請求項４に係る発明によれば、ふとん籠の下部に、該ふとん籠の下部から上部に向けて空気を供給する空気供給管が取付けられていることから、ふとん籠内の接触材間がゴミ、有機物等により目詰まりしても、空気供給管から空気を吹き上げることにより、その有機物等を簡単に取り除くことができることになる。
【００１４】
請求項５に係る発明によれば、前記請求項１に係る水質浄化装置を用いた水質浄化構造を提供できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１〜図３は第１実施形態を示すものである。その図１〜図３において、符号１は、実施形態に係る水質浄化装置で、この水質浄化装置１は、重量部材としてのいわゆるふとん籠３と、放水管４と、超過飽和酸素水製造装置５とから概略構成されている。
【００１７】
前記ふとん籠３は、当該水質浄化装置１の重量安定性を確保すると共に、汚濁物質等を捕捉して接触酸化、分解する接触層としての役割を担っている。このため、ふとん籠３は、金網等を用いて直方体形状に形成された籠７内に多数の石８（例えば２００ｍｍ前後）が充填された構成とされており（図２においては石８について図示略、図３においては石８の一部のみを図示）、その籠７内の多数の石８は、重量を確保すると共に、捕捉して接触酸化、分解のための接触層を構成する接触材（汚濁物質を沈殿、吸着し、付着する微生物により汚濁物質を分解するもの）としての機能を発揮することになっている。しかも本実施形態においては、このふとん籠３（籠７）の上部金網７ａに、生物膜層を形成するべく、粗朶、葉付き植物等の植物１０が取付けられており、これらによっても、汚濁物質の分解が行われることになっている。このようなふとん籠３は、当該水質浄化装置１が河川の水質浄化に用いられる場合には、底層としての河床等２に設置されることになっており、その設置に際しては、図３に示すように、その長手方向の一端側（図３中、左側）が被処理液としての河川水１８の流れ方向に対向するように敷設され、河川水１８の流れ方向において、その長手方向一端側が、その長手方向他端側（図３中、右側）よりも上流側に位置することになっている。
【００１８】
前記放水管４は、後述の超過飽和酸素水（過飽和酸素水）を前記ふとん籠３底部に放出する役割を担っている。このため、放水管４は、ふとん籠３の長手方向一端側における内底部において、幅方向（図２中、上下方向）にふとん籠３を横切るように延ばされており、その位置において、放水管４は、ふとん籠３内の石８に基づく押圧力により固定されている。この放水管４には、その延び方向において、所定間隔毎に放出孔９が形成されており、その各放出孔９は、ふとん籠３の長手方向他端側に向けて、略水平方向に指向されている。勿論この場合、ふとん籠３内底部の網目を利用して、放水管４を針金等によりふとん籠３内底部に固定してもよい。
【００１９】
前記超過飽和酸素水製造装置５は、水道水等を原水として、通常（通常の酸素溶存量６〜８ｐｐｍ）以上の酸素を溶存させた超過飽和酸素水（過飽和酸素水）を生成する役割を担っている。本実施形態においては、この超過飽和酸素水製造装置５は、１７０〜１８０ｐｐｍの酸素を溶存させた超過飽和酸素水を生成することになっており、その超過飽和酸素水は、常温の大気中に２４時間放置しても、当初の半分程度の酸素溶存量を維持する性質を有している。この超過飽和酸素水製造装置５は、具体的には、所定圧の水道水等と圧力調整された酸素とをミキシングチャンバ内でミキシングすることにより、水道水等に酸素を過飽和状態で溶存させることになっており、その溶存状態は、原水としての水道水の温度、酸素の供給量、供給圧等により、調整できることになっている。勿論この場合、浄化しようとする河川水等を使用して超過飽和酸素水を作ってもよい。これにより、水道水等の準備負担をなくすことができることになる。
この超過飽和酸素水製造装置５は、供給管１１、ジョイント１２を介して前記放水管４に、ふとん籠３の外側において接続されており、超過飽和酸素水製造装置５において得られた超過飽和酸素水は、供給管１１、ジョイント１２、放水管４、放出孔９を介して放水できることになっている。
【００２０】
また本実施形態においては、逆洗用空気供給管１３が、前記籠７内の底部に設けられている。この空気供給管１３は、ふとん籠３の長手方向に延びており、その空気供給管１３には、上方に向かう空気放出孔１４が、その延び方向において所定間隔毎に形成されている。この空気供給管１３も籠７内の石８の重さに基づき籠７内底部に固定されているが、勿論この場合にも、ふとん籠３内底部の網目を利用して、空気供給管１３を針金等により籠７に固定してもよい。この空気供給管１３には、ふとん籠３の外側において、開閉弁１５、空気送り出し管１６を介してエアポンプ１７に接続されており、そのエアポンプ１７に基づき、空気送り出し管１６、開閉弁１５、空気供給管１３、空気放出孔１４を介してふとん籠３内に空気が供給できることになっている。これにより、籠７内の石８間がゴミ、有機物等により目詰まりしても、空気供給管１３から空気を吹き上げることにより、その有機物等を簡単に取り除くことができることになる。尚、開閉弁１５は、空気供給管１３に空気を送り出さないときには閉じられることになっており、これにより、各空気放出孔１５から河川水が空気送り出し管１６，エアポンプ１７側に逆流することが防止されることになっている。
【００２１】
したがって、このような水質浄化装置１を河床等２に上述のように敷設すれば、河川水１８が籠７内の石８間を通り抜けている間に、その河川水１８中の汚濁物質が、沈殿、吸着され、それが石８に付着した微生物等により酸化、分解される。
【００２２】
この際、汚濁物質の酸化、微生物等の呼吸作用等のため十分な酸素供給が必要となるが、当該水質浄化装置１においては、水質浄化に際して、図３に示すように、河川の底層に位置する放出管４の各放出孔９から超過飽和酸素水１９が、河川水１８の流れ方向でもあるふとん籠３の長手方向他端側に向けて略水平方向に放出されることになる。このため、その超過飽和酸素水１９中の溶存酸素は、高い溶存状態をもって長時間に亘って河川水１８中に滞留され、その滞留時間を利用して、その溶存酸素は、超過飽和酸素水の拡散、河川水１８の流れ、各石８のバッフル作用を通じて、ふとん籠３内全体の石８に行き渡ることになる。この結果、多量の酸素（空気）を供給する曝気をふとん籠３の下部全体において行わなくても、上記過飽和酸素水の放水によりふとん籠３内の各石８（ふとん籠３全体）に供給できることになり、騒音等に関する新たな問題を引き起こすことなく該水質浄化装置１の浄化性能を簡単に向上させることができることになる。したがって、通常の河川だけでなく、水深の浅い海域や渇水期の河川等においても、効果的に水質浄化を図ることもできることになる。
【００２３】
この場合、過飽和酸素水を河川の底層である河床等２（ふとん籠３の内底部）において超過飽和酸素水１９が放出されることは、酸素が被処理液の液面までに到達する時間を増大させて、酸素の滞留時間と超過飽和酸素水１９の拡散領域とを増大させることに寄与し、超過飽和酸素水１９の放出方向が略水平方向であることは、溶存酸素の滞留時間が短縮されることを抑制しつつ酸素のふとん籠３全体に亘って拡散することに寄与することになる。
【００２４】
図４は第２実施形態を示す。この第２実施形態において、前記第１実施形態と同一構成要素については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００２５】
図４に示す第２実施形態においては、放水管４が、ふとん籠３の底部金網全体に亘ってジグザグ状に配設されており、その放水管４は、空気供給管１３及び底部金網に対して針金等の紐部材２０を用いて固定されている。これにより、籠７の底部金網の強度が高められることになっている。また、空気供給管１３における各放出孔９は上方を向けられており、その各放出孔９を介して超過飽和酸素水は上方に向けて放出されることになっている。これにより、超過飽和酸素水は、籠７内の各石８のバッフル作用を受けつつ拡散されることになり、各石における微生物等に溶存酸素が供給されることになる。
本実施形態においては、各放出孔９の向きは、上方を向けられているが、略水平方向よりも下方側方向にかけての範囲が、より好ましい。そのような方向に超過飽和酸素水を放水することによって、溶存酸素の滞留時間の増大を図ることができると共に、ジグザグ状の放水管４形状に基づき、超過飽和酸素水の拡散層が重なり合って、より高い溶存状態の溶存酸素を各石８に対して供給できることになるからである。
【００２６】
以上実施形態について説明したが本発明にあっては、次のような態様を包含する。
１）河川の他に、湖沼、堀、池、海等、水処理が必要な個所に適宜、用いること。
２）河川の底部（河床）の他に、池や沼やダム等の底部、湾内や港内の閉鎖性海域底部に直接設置すること。
３）接触材として、石の他に、コンクリートブロック片等を、単独或いは複合的に用いること。
４）ふとん籠３（籠７）の上部金網７ａに、粗朶等の他に、接触材として、水流により浮遊する紐状部材、プラスチック類で形成された筒状、球状の接触材等を設けることにより、河川に生息する微生物や水生生物を生息させて、有機物等を分解処理するようにすること。
５）放水管４の放出孔９の向きを、略水平方向よりも下向きとすること。これにより、一層、酸素の滞留時間、超過飽和酸素水の拡散領域を拡大することができることになる。
６）超過飽和酸素水を、微生物の呼吸作用等だけでなく、主として、汚濁物質の酸化を目的とする場合にも使用すること。
【００２７】
尚、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましい或いは利点として記載されたものに対応したものを提供することをも含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る水質浄化装置を示す説明図。
【図２】第１実施形態に係る水質浄化装置の内部構造を石を除いた状態で平面的に示す説明図。
【図３】第１実施形態に係る水質浄化装置の使用状態を説明する説明図。
【図４】第２実施形態に係る水質浄化装置を示す説明図。
【符号の説明】
１ 水質浄化装置
３ ふとん籠
４ 放水管
９ 放出孔
１３ 空気供給管
１８ 河川水
１９ 超過飽和酸素水
【図１】
0003730168.tif 000002
【図２】
0003730168.tif 000003
【図３】
0003730168.tif 000004
【図４】
0003730168.tif 000005