(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入する水から物質を除去する水処理システムであって、
飲料水処理施設で用いられ、飲料水から粘土及び有機物を除去するためのアルミニウム含有材料から得られるアルミニウムベースの水処理残留物を含みリンを滞留させるべく構成された媒質を有し、前記システムに流入する水を受け取るように構成された少なくとも１つの滞留層と、
排水システムを有し、前記滞留層の下方に設けられた排水層と、
前記排水層の下方に設けられ、前記水処理システムの周囲を取り囲む土壌が前記少なくとも１つの滞留層及び前記排水層に流入することを抑制する底面層と、
前記滞留層の底部から水を引き出すように構成および配置されており、前記滞留層の下方に設けられている少なくとも１つの排水パイプと、
を備え、
前記滞留層および前記排水層は、前記滞留層を通過した前記水の少なくとも一部が前記排水システムで集められるように構成および配置されており、
前記滞留層は、２４時間以内に前記滞留層を通過する、少なくとも６０．９６センチメートルを超える深さに等しい水量を処理し、
前記水処理システムに流入する水は、窒素含有率が少なくとも０．５０ｍｇ／ｌであるか、または、リン含有率が少なくとも０．３０ｍｇ／ｌであり、
前記滞留層は、前記窒素含有率を少なくとも４０％低減するか、または、前記リン含有率を少なくとも９０％低減する効果を奏し、
前記少なくとも１つの排水パイプは、排出システムへと延設されており、
前記排出システムは少なくとも、前記少なくとも１つの排水パイプと流体連通している第１の開口および第２の開口を含み、
前記第２の開口は、前記第１の開口よりも高い位置に配されており、
前記排出システムは、前記滞留層を通過する前記水の流量を調節できる、
水処理システム。
【請求項２】
水を処理する水処理システムであって、
リンを滞留させるように構成されている媒質を有し、飲料水処理施設で用いられ、飲料水から粘土及び有機物を除去するためのアルミニウム含有材料から得られるアルミニウムベースの水処理残留物を含む前記媒質を有する滞留層と、
前記滞留層の底部から水を引き出すように構成および配置されており、前記滞留層の下方に設けられている少なくとも１つの排水パイプと、
を備え、
前記排水パイプは、排出システムへと延設されており、
前記排出システムは、少なくとも、前記排水パイプと流体連通している第１の開口および第２の開口を含み、
前記第２の開口は前記第１の開口よりも高い位置に配されており、
前記排出システムは、前記滞留層を通過する前記水の流量を調節できる、
水処理システム。
【請求項３】
前記滞留層は、前記水処理システムの領域の全体にわたって連続的に広がる、
請求項１又は請求項２に記載の水処理システム。
【請求項４】
水を処理する方法であって、
流入口によって、窒素含有率が少なくとも０．５０ｍｇ／ｌ以上であるか、または、リン含有率が少なくとも０．３０ｍｇ／ｌである雨水または廃水である水を滞留層へと導く段階と、
前記水を下向きに流して前記滞留層を通過させて、前記窒素含有率を少なくとも４０％、および、前記リン含有率を少なくとも９０％低減する段階と、
を備え、
前記滞留層は、飲料水処理施設で用いられ、飲料水から粘土及び有機物を除去するためのアルミニウム含有材料から得られるアルミニウムベースの水処理残留物を含みリンを滞留させるべく構成されている媒質を含み、
前記滞留層の下方には、前記滞留層の底部から水を引き出すように構成および配置された少なくとも１つの排水パイプが設けられ、
前記少なくとも１つの排水パイプは、排出システムへと延設されており、
前記排出システムは少なくとも、前記少なくとも１つの排水パイプと流体連通している第１の開口および第２の開口を含み、
前記第２の開口は、前記第１の開口よりも高い位置に配されており、
前記水を下向きに流して前記滞留層を通過させて、前記窒素含有率を少なくとも４０％、および、前記リン含有率を少なくとも９０％低減する段階は、前記排出システムを用いて、前記滞留層を通過する前記水の流量を調節する段階を含む、
方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本願は、米国仮特許出願第６１／０４５，５０６号（出願日：２００８年４月１６日、発明の名称：「バイオリテンションシステムおよびバイオリテンション方法」）および第６１／１４９，１７５号（出願日：２００９年２月２日）による恩恵を主張する。両仮特許出願の内容は全て、参照により本願に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は概して、粒子状および溶解状態の汚染物質を含む廃水を処理するシステムに関する。本発明は特に、雨水およびその他の汚染廃水から、過剰なリン（Ｐ）および窒素（Ｎ）、例えば、ＰまたはＮの化合物およびイオンとして溶解した状態のＰおよびＮを除去するシステムおよび方法に関する。本発明はさらに、バイオリテンションシステムで長期間にわたってリンを滞留させる媒質、および、窒素の滞留を促進する排水口に関する。
【背景技術】
【０００３】
バイオリテンションシステムは多くの場合、処理対象の廃水を貯水するための貯水槽を備える。貯水槽の底部は通常、植物が植え付けられている多孔質媒質で形成されている。廃水がバイオリテンションシステムを通過すると、粒子状の汚染物質はろ過作用によって除去される。溶解したリンは、バイオリテンションシステムの生物学的プロセス、例えば、植物および微生物のバイオマスによる取り込み、および、化学的な吸着／沈殿プロセス（本明細書では、まとめて収着と呼ぶ）によって、廃水から除去することができる。このようなプロセスは、媒質の特性によって可能となる。また、溶解した窒素は、植物および微生物のバイオマスによる取り込み、ならびに、最終的に窒素を窒素ガスに変える脱窒等の生物学的変換によって、廃水から除去することができる。
【０００４】
バイオリテンションシステムは、堆積物および堆積物に化合物として含まれるリンおよび窒素を除去するという点において、雨水流出用の廃水管理設備として費用効果の高い設備であることが実証されている。このような設備は、養分に関するいわゆる１日最大負荷量（Ｔｏｔａｌ  Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｄａｉｌｙ  Ｌｏａｄ（ＴＭＤＬ））基準の対象となる程度まで、都市排水よび／または農業排水の影響を受けてきた流域において非常に高い関心を集め得る。しかし、砂媒質および自由排出口によって形成される通常のバイオリテンションシステムは、溶解した窒素の除去、および、溶解したリンの長期間にわたる除去については、効果が小さかった。ＴＭＤＬ基準を満たすべく滋養性汚染物質の滞留を増やす方法は、より受け入れやすい形で効果的に廃水を処理することができるような廃水管理設備を設計する上で重要な点である。
【０００５】
したがって、バイオリテンションシステムおよびバイオリテンション方法を改良すること、ならびに、バイオリテンションシステムで利用される媒質を改良することが必要となっている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
汚水および雨水といった廃水からリンおよび窒素を除去するバイオリテンションシステムおよびバイオリテンション方法を提供する。当該バイオリテンションシステムおよびバイオリテンション方法は、ろ過媒質を含むとしてよい。当該ろ過媒質は、好ましくは、均等係数が低く粒径分布の良い砂から成る粗面化マトリクスと、分解に対して耐性を持つ有機材料、例えば、泥炭コケと、細粒分のリン収着作用が高い粘土状材料である土壌改良剤とを混ぜ合わせることによって得られる。粗面化マトリクスの割合は、約５０体積％から８０体積％の間で変化するとしてよい。有機材料の割合は、約１０体積％から２０体積％の間で変化し、細粒分の土壌改良剤は、約１０体積％から４０体積％の間で変化するとしてよい。粗粒分は、砂粒子粒度、好ましくは、全米ゴルフ協会（ＵＳＧＡ）で定める根域（ｒｏｏｔ  ｚｏｎｅ）粒度まで破砕された材料を含むとしてよい。尚、当該根域粒度は、少なくとも６０％が直径１／２５インチから１／１００インチで、１０％以下は１／２５インチより大きくなければならず、５％以下は１／５００インチ未満でなければならない。好ましい材料の例を挙げると、破砕された石灰岩、鉄でコーティングされた砂、ボーキサイト処理から得られる残留物である砂を中和したもの、破砕されたレンガ等がある。有機成分は、コイア（ココナッツの皮）、泥炭、または泥炭コケを含むとしてよい。細粒分の土壌改良剤には、アルミニウムまたは鉄をベースとする水処理残留物（ＷＴＲ）、ボーキサイトをアルミニウムに加工する際に得られる副産物である赤泥を海水で中和したもの、ルチルをチタンに加工する際の副産物である赤石膏、または、鉄およびアルミニウムを豊富に含む本来の土壌があり、多くの場合にはＷＴＲが好まれる。
【０００７】
バイオリテンションシステムはさらに、下側排出口と、下側排出口の近傍から上向きに延設されるパイプと、パイプの上側遠位端に接続される上側排出口とを有する排出システムを含むとしてよい。年次流出量の大半は小規模の水処理であるが、両排出口は、このような小規模の水処理において窒素の除去を改善するべく滞留時間を延長することが好ましい。両排出口はさらに、より大規模な水処理では媒質を通過する流量を大きくすることが好ましく、このようにして、バイオリテンションシステムが大量の水を処理する場合でも、未処理のまま残されるバイパス流量を最小限にすることができる。
【０００８】
バイオリテンションシステムはさらに、生物学的な取り込みおよび変換、ならびに、媒質浸透作用を改善するために十分な量の草、木、低木、および／または、潅木を含むとしてよい。
【０００９】
バイオリテンションシステムはさらに、媒質、石、および排出システムを備える一体的な構造を含むとしてよい。バイオリテンションシステムはさらに、木、低木あるいは潅木、ならびに／または草を含むとしてよい。木、低木あるいは潅木、ならびに／または草は、ろ過作用を改善し、および／または、地表侵食を防ぐため十分な量だけ設けられるべきである。媒質の上方を通過する人間、動物、および物体の重量から媒質を保護するべく、媒質の上方に格子を設けることが好ましい。この格子は、水およびガスが通過できるよう開口を１以上含むことが好ましい。
【００１０】
本発明のほかの目的および特徴は、以下に記載する詳細な説明を添付図面を参照しつつ読むことによって明らかとなる。しかし、図面は例示のみを目的としたものに過ぎず本発明の範囲を定義するものではないと理解されたい。本発明の範囲の定義については、請求項を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明の具体的な特徴および利点ならびにその他の目的は、以下に記載する説明および添付図面を参照することによって明らかとなる。図面は以下の通りである。
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るバイオリテンションシステムを示す正面断面図である。
【００１３】
【図２】本発明の実施形態に係る排出システムを示す正面断面図である。
【００１４】
【図３】本発明の実施形態に係るバイオリテンションシステムを示す正面断面図である。
【００１５】
【図４】本発明の実施形態に係る排出システムを示す正面断面図である。
【００１６】
【図５Ａ】本発明の実施形態に係るシステムにおいて植生に起因する窒素濃度の低減を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態に係るシステムにおいて植生に起因する窒素濃度の低減を示す図である。
【００１７】
【図６Ａ】本発明の実施形態に係るシステムにおいて排出制限に起因する窒素濃度の低減を示す図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態に係るシステムにおいて排出制限に起因する窒素濃度の低減を示す図である。
【００１８】
【図７Ａ】本発明の実施形態に係るクラスノゼム（ｋｒａｓｎｏｚｅｍ）システムによるリン濃度の低減を示す図である。
【図７Ｂ】本発明の実施形態に係るクラスノゼム（ｋｒａｓｎｏｚｅｍ）システムによるリン濃度の低減を示す図である。
【００１９】
【図８Ａ】本発明の実施形態に係る赤泥およびＷＴＲから形成されるシステムによるリン濃度の低減を示す図である。
【図８Ｂ】本発明の実施形態に係る赤泥およびＷＴＲから形成されるシステムによるリン濃度の低減を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、汚水および雨水等の廃水からリン、窒素等の汚染物質を除去するバイオリテンションシステムおよびバイオリテンション方法に関する。当該バイオリテンションシステムおよびバイオリテンション方法は、ろ過媒質から形成される複数の層を含むとしてよい。一部の媒質は、好ましくは、均等係数が低く粒径分布の良い砂から成る粗面化マトリクスを含むとしてよい。粗面化マトリクスに加えて、分解に対して耐性を持つ有機材料、例えば、泥炭コケ、および／または、細粒分のリン収着作用が高い粘土状材料である土壌改良剤を層状に重ねるとしてもよいし、または、混合させるとしてもよい。粗面化マトリクスの割合は、約５０体積％から８０体積％の間で変化するとしてよい。有機材料の割合は、約１０体積％から２０体積％の間で変化するとしてよい。細粒分の土壌改良剤は、約１０体積％から４０体積％の間で変化するとしてよい。
【００２１】
粗粒分は、砂粒子粒度、好ましくは、全米ゴルフ協会（ＵＳＧＡ）で定める根域（ｒｏｏｔ  ｚｏｎｅ）粒度まで破砕された材料を含むとしてよい。尚、当該根域粒度は、少なくとも６０％が直径１／２５インチから１／１００インチで、１０％以下は１／２５インチより大きくなければならない。大半の場合には、５％以下が１／５００インチ未満でなければならない。好ましい材料の例を挙げると、破砕された石灰岩、鉄でコーティングされた砂、ボーキサイト処理から得られる残留物である砂を中和したもの、破砕されたレンガ等がある。有機成分は、コイア（ココナッツの皮）、泥炭、または泥炭コケを含むとしてよい。
【００２２】
例えば細粒分の土壌改良剤として含まれるろ過媒質として好ましいものには、アルミニウムまたは鉄をベースとする水処理残留物（ＷＴＲ）、ボーキサイトをアルミニウムに加工する際に得られる副産物である赤泥を海水で中和したもの、ルチルをチタンに加工する際の副産物である赤石膏、または、鉄およびアルミニウムを豊富に含む本来の土壌があるとしてよい。これらの材料は全て、リン飽和率（ＰＳＩ）が非常に低いことを特徴とする。尚、ＰＳＩが低いということは、リン収着作用が高いことを意味する。
【００２３】
水処理残留物（ＷＴＲ）は通常、飲料水処理施設で用いられ、新鮮な状態または熟成した状態の両方の材料を含むとしてよい。多くの用途では熟成した状態が好まれる。ＷＴＲは、硫酸アルミニウムまたは硫酸鉄で、溶解した有機酸および鉱物コロイドを凝固させることによって得られる残留物を含むとしてよい。ＷＴＲは、粘土、有機物、および、本来の金属を含むので、通常は非常に細粒で、新鮮な状態では空気乾燥に対する耐性が非常に高い。乾燥してしまうと、脆性で、粘着性の、疎水性骨材を形成する。ＷＴＲは、一定の期間にわたって風化作用が加えられると、脆性および疎水性が低くなり、混合しやすくなる。
【００２４】
硫酸鉄によって、吸着プロセスに酸性条件が必要となる水酸化鉄−ＷＴＲ（Ｆｅ５Ｏ７（ＯＨ）．４Ｈ２Ｏ）が生成されるので、鉄ＷＴＲのＰ収着作用は酸性土壌においてはるかに顕著となる。水酸化鉄の影響は、ｐＨが８．０を超えるアルカリ土壌に比べて、ｐＨが６．０未満の場合に５０倍も大きくなり得る。方解石を含む石灰岩（ｃａｌｃｉｔｉｃ  ｌｉｍｅ）を土壌に添加すると、鉄ＷＴＲを添加することによってｐＨが６．０未満になる。水酸化鉄を適用することによって、通常の土壌におけるＰの吸着および滞留を増加させることができる。
【００２５】
アルミニウムベースのＷＴＲは、水酸化アルミニウムが大半を占め、２５％を超えることが多く、そのうちかなりの割合は最も効率の良いアモルファス状態である。また、多量の鉄化合物および少量のカルシウム、マグネシウム等の元素も存在し得る。アルミニウムベースのＷＴＲは、ＰＳＩが０．３７から６．３４の間で変動し、平均は２．１０である。アルミニウムベースのＷＴＲは、中性のｐＨで有効に機能するので、Ｐを非常に豊富に含む土壌で格子間に溶解しているＰの濃度を低減する上で有効であるとしてよい。６％を添加すると、溶解しているＰの濃度を、Ｐの脱着のしきい値未満にまで、大幅に低減することができる。Ｐを豊富に含む土壌にＷＴＲを多量に添加すると、アルミニウムベースのＷＴＲを土壌に入れることによって、溶解したＰの滞留が改善されると共に、流出水に溶解しているＰの損失を大幅に小さくすることができる。媒質内のアモルファスアルミニウム含有率を上げると、溶解しているＰの濃度が低くなるという相関関係が見られ得る。
【００２６】
ＷＴＲの最大Ｐ吸着作用は、１７時間の平衡状態の後では、約６．６ｇ／ｋｇから約１６．５ｇ／ｋｇの間で変動する。骨材を約２ｍｍから約１５０μｍまで破砕すると、平均値は約９．６８ｇ／ｋｇへと増加し得る。６日間にわたって平衡状態を維持すると、平均値は約２２．９ｇ／ｋｇまで上昇し、最初の値よりも１桁高くなる。この平衡状態の大部分は最初の２日間に達成されるので、表面領域および時間の効果があることが証明されている。最大限取り込まれた後、吸着されたＰのうち脱着される可能性があるのは約１０％未満で、吸着プロセスは不可逆的であることが分かる。
【００２７】
粒子の内部における細孔内拡散の発生が報告されており、これは、ＷＴＲによる収着の不可逆性を説明する上で不可欠の要素である。細孔内比表面積は、平均粒径の２４倍である。湿潤乾燥サイクルを複数回繰り返すことによって熟成が加速されるので、Ｐが不可逆的に結合される箇所まで内部拡散が加速される。
【００２８】
ＷＴＲは、大量のＰを収着した後であっても、溶解したＰを滞留させる作用が非常に高いことが分かっている。ＷＴＲを通過する水に溶解したＰの濃度は、バイオリテンション用の媒質で通常用いられるほかの材料であれば溶解したＰの濃度が高くなるような量を収着した後であっても、非常に低く維持される。
【００２９】
赤泥は、ボーキサイトをアルミニウムに精製する際の副産物である。ベイヤ（Ｂａｙｅｒ）プロセスでは、苛性ナトリウムを添加して、高温および高圧で結晶質鉱物マトリクス状態のアルミナを溶解させる。この結果得られる溶液は、分離および浄化した後、当該溶液からアルミナを分離させるべく、焼成する。赤泥は通常、このプロセスの後に残される、材料であるボーキサイトよりも細かい細粒分を含む。
【００３０】
赤泥は、二次鉱物の割合が高いことを特徴とする。アルカリ性の高い水酸化ナトリウムおよび炭酸ナトリウムによって、ｐＨ値は約９．７５から約１２．５６の範囲となる。鉄鉱物には、赤鉄鉱（ＦｅＯ２）、結晶質の酸化鉄、および、多くの場合には針鉄鉱（ＦｅＯ（ＯＨ））が含まれる。針鉄鉱は、より非晶質の度合いが高く、Ｐに対する収着性がより高い。アルミニウム鉱物である水バン土石（Ａｌ（ＯＨ）３）およびベーマイト（γ−ＡｌＯＯＨ）もまた、大半の赤泥に非常に豊富に含まれている。非晶質の鉄およびアルミニウムの割合はそれぞれ、約０．０５％から約０．２２％および約０．９３％から約５．０２％である。方解石（ＣａＯ）が多量に含まれている可能性があるが、その変動幅は大きい。耐性の高い一次鉱物には、石英、ジルコン、イルメナイト（ＴｉＯ）があり、割合は約６％から約２４％と比較的小さい。また、少量の重金属および放射性核種が含まれることもあり、それらの大半は非常に安定した状態にある。赤泥は、発生源および発生過程に応じて、多くの場合同じ堆積物内において鉱物組成が大きく異なり得る。このため、赤泥の鉱物組成は常に変動する。
【００３１】
赤泥は、多量のＰを収着した後であっても溶解したＰを滞留させる上で非常に有効なものである。赤泥を通過する水に溶解したＰの濃度は、バイオリテンション用の媒質で通常用いられるほかの材料であれば溶解したＰの濃度が高くなるような量を収着した後であっても、非常に低く維持される。
【００３２】
鉄およびアルミニウムが豊富な鉱質土壌、例えば玄武岩から得られるクラスノゼム（Ｋｒａｓｎｏｚｅｍ）土壌もまた、リンを滞留させる上で非常に有効である。このような土壌は、大半の土壌に比べて、非晶質のアルミニウムおよび鉄の含有率が高い。クラスノゼム土壌は、リンを滞留させる性質を持つことが知られている。
【００３３】
クラスノゼム土壌は、多量のＰを収着した後であっても溶解したＰを滞留させる効果が非常に高い。赤泥を通過する水に溶解したＰの濃度は、バイオリテンション用の媒質で通常用いられるほかの材料であれば溶解したＰの濃度が高くなるような量を収着した後であっても、非常に低く維持される。
【００３４】
窒素の滞留は、媒質による収着が化学的プロセスであると理解されているＰの滞留とは違って、植物の光合成の結果として最終的に得られる生物学的プロセスである。植物は、窒素を直接取り込むだけではない。植物が土壌に炭素化合物を放出すると、この炭素化合物が微生物作用で消費され、窒素がさらに取り込まれると共に、窒素の一部が窒素ガスに変換される。この窒素ガスは、システムから失われる。このようなＮ除去プロセスは、滞留時間を長くすると共に飽和状態を高めることによって促進される。
【００３５】
本発明に係るシステムおよび方法はさらに、排水システムを含み得る。当該排水システムは、媒質および土壌の特性の経時変化に適応させて、ろ過媒質から成る複数の層による滞留時間、飽和状態、および表面滞水を制御する出力制御システムを有することが好ましい。当該排水システムは、下側排出口と、下側排出口から上向きに延設されているパイプと、パイプの上側端に接続されている上側排出口とを含む排出システムを有するとしてよい。年次流出量の大半は小規模の水処理であるが、両排出口は、このような小規模の水処理において窒素の除去を改善するべく滞留時間を延長することが好ましい。両排出口はさらに、より大規模な水処理では媒質を通過する流量を大きくすることが好ましく、このようにして、バイオリテンションシステムが大量の水を処理する場合でも、未処理のまま残されるバイパス流量を最小限にすることができる。排水システムを通る流量の制御は、リンの除去にも影響を及ぼし得る。
【００３６】
さらに、当該システムによると、一体化構造内に媒質、石、および排出システムが設けることができる。当該システムはさらに、木、低木または潅木、および草を含むとしてよい。また、媒質の上方を通過する人間、動物、および物体の重量から媒質を保護するべく、媒質の上方に格子を設けることが好ましい。この格子は、水およびガスが通過できるよう開口を１以上含むことが好ましい。
【００３７】
以下の部分において、図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施形態を説明する。図１から図４を参照しつつ説明すると、バイオリテンション水処理システム１００は、土壌１の既存の区画の内部に、好ましくは当該区画に接して設けられるとしてよい。システム１００は、媒質５から成る層を備えることが好ましい。媒質層５は、チョーカー層４の上方に配置されていることが好ましい。チョーカー層４は、石層３の上方に配置されていることが好ましい。石層３は、暗渠用の石を含むことが好ましい。暗渠９が暗渠用の石層３の内部に配置されていることが好ましい。当該システムの周囲を取り囲む土壌１を媒質５および暗渠用の石層３へと入らせないように、土壌滞留材料、例えば、排水ジオテキスタイル２から成る層が設けられているとしてよい。
【００３８】
本発明の一実施形態によると、媒質５は、粗粒分とも呼ばれる粗マトリクスを含むとしてよい。さらに、有機画分とも呼ばれる有機成分を含むとしてよい。媒質５はさらに、リン収着能力が高いことが好ましい、微細物質である土壌改良剤を含むとしてよい。媒質５は、粗粒分成分を約５０体積％から約８０体積％、有機成分を約１０体積％から約２０体積％、および、微細物質である土壌改良剤成分を約１０体積％から約４０体積％含むことが好ましい。有機成分および微細土壌改良剤は、土壌の状態を改善するべく与えられるとしてよい。例えば、土壌による水滞留能力を改善することができ、微量元素を付加することができる。粗粒分、有機画分、および微細土壌改良剤の材料は、スクリーニング設備またはその他の機械的デバイスによって混合することができる。
【００３９】
粗粒分は、均質係数が低い芝土のような等級の砂を含むとしてよく、浸透作用を促進することが好ましい。粗粒分のその他の好ましい例を挙げると、これらに限定されることなく、破砕された石灰岩から得られる砂、鉄含有量が高い領域から得られる砂である鉄でコーティングされた砂、ボーキサイト処理から得られた残留物である砂を中性化したもの、および／または、破砕されたレンガのうち一部または全てを含む。
【００４０】
有機成分は、コイア（ココナッツの皮）の泥炭を含むことが好ましい。コイアの泥炭は、細かく粉末化および破砕された皮に加えて粗い繊維を含むことが好ましい。有機成分のその他の好ましい例には、これに限定されないが、泥炭コケがある。堆肥、古いウッドチップ、およびマルチをさらに設けることもできる。有機画分によって、水の滞留が促進され、浸透率が改善されることが好ましい。
【００４１】
微細物質である土壌改良剤は、リン収着能力が高く、比表面積（表面対体積の比）が大きい材料を含むことが好ましい。微細物質の例として好ましいのは、アルミニウムベースの水処理残留物（ＷＴＲ）であり、これは水処理産業の廃棄物である。略１０年間にわたって雨水を受け入れると通常の砂壌土システムであれば効果がなくなってしまうが、アルミニウムベースのＷＴＲは好ましくも、このような条件でも雨水の濃度で与えられるリンのうち９５％以上を滞留させ続けることが分かっている。微細物質の例として好ましいものを他に挙げると、これらに限定されないが、鉄ベースのＷＴＲおよび／または石灰岩ベースのＷＴＲを含む。
【００４２】
好ましい微細物質の別の例には、赤泥、つまり、ボーキサイト鉱石からアルミニウムを抽出した後に残る微細な粘土サイズの材料がある。アルカリ性が非常に強い場合があるので、アルカリ性を下げるべく中和することが好ましい。ボーキサイトをアルミニウムに処理する際の副産物である赤泥を海水で中和したものが有効である。赤泥を含む媒質は、優に１０年以上にわたって雨水を受け入れた後であっても、雨水の濃度で与えられるリンのうち８５％以上を滞留可能であることが分かっている。
【００４３】
好ましい微細物質の別の例には、赤石膏、つまり、ルチル鉱石からチタンを抽出した後に残る微細な粘土サイズの材料がある。赤石膏は、雨水の濃度で与えられるリンを滞留させるための親和力が非常に高いことが証明されている。
【００４４】
微細物質の別の例には、本来の土壌、特に、鉄および／またはアルミニウムを豊富に含む土壌がある。鉄含有量が高いクラスノゼム土壌を含む媒質は、１０年間以上にわたって雨水を受け入れた後であっても、雨水の濃度で与えられるリンのうち７０％以上を滞留可能であることが分かっている。
【００４５】
微細物質については、微細物質、および、より粒度の粗い微細物質骨材の割合を等しくするとしてよい。微細な媒質が経年劣化すると、粗粒分が分解されることによって、システムが古くなるにつれてＰ滞留能力が高まるとしてよい。
【００４６】
本発明の実施形態によると、ランド（ｌａｎｄ）は、流入速度が媒質の浸透速度を越える場合には表面滞水で廃水を貯水することを可能としつつ、媒質５および暗渠用の石３の層を作成するのに十分な深さまでの盛土および／または掘削によって、用意することができる。ジオテキスタイル２が媒質５および暗渠用の石３を保持することが好ましく、ジオテキスタイル２の片側に土壌１とは区別して媒質５および暗渠用の石３を位置させており、ジオテキスタイル２の反対側には土壌１を位置させる。ジオテキスタイルの材料は、媒質５および石３の層が排水した水が土壌に流入するように、多孔質であることが好ましい。全窒素（ＴＮ）負荷および本来の土壌の浸透速度が共に高い場合には、ジオテキスタイルは、地下水に窒素が逆浸出しないように、略不浸透性とすることができる。
【００４７】
石の層は、少なくとも５インチあることが好ましく、約６インチを超える深さであることがより好ましい。骨材、好ましくはＮｏ．４の開粒度の破砕された骨材を含むことが好ましく、直径の中央値は約１．０（または約０．８から約１．２）インチである。この骨材は、洗浄されていることが好ましく、水で洗浄されていることがより好ましく、破砕工程中にたまる微粒子を洗い流す。チョーカー層４は、約２インチから約４インチであってよく、深さは３インチであることが好ましく、骨材を含むことが好ましく、直径の中央値が約０．２５（または、約０．２から約０．３）インチであるＮｏ．８９の混合骨材を含むことがより好ましい。このような骨材は、媒質５がその下方の暗渠用の石の層３へと移動しないように制限する働きを持つという点で好ましい。
【００４８】
媒質５は、少なくとも約１５インチから約３６インチであることが好ましく、深さが約１８インチであることが好ましい。リンの負荷が集中している領域では、収着能力を高くするべく、媒質の深さおよび土壌改良剤の割合を大きくすることができる。処理性能を高めるためにより多くの媒質５を利用する場合には、媒質の深さを側辺に沿って大きくすることができる。通常は滞水部分６である深さまで大きくすることが好ましい。
【００４９】
本発明の実施形態に係るシステムを設置する方法の一例を本明細書で説明する。掘削および盛土によって用地を準備すると、掘削された路床にジオテキスタイル２を載置して、準備された領域の露出面の略全面を覆う。このため、ジオテキスタイル２によって、底面および当該底面から上向きに延設している壁面が設けられる。石の層３の一部は、この底面上に配置することができる。暗渠９は、石の層３の内部に設けることができる。チョーカー層４は、内部に暗渠９が設けられている暗渠用の石の層３の上方に配設することができる。その後、チョーカー層４の上方に、好ましくはチョーカー層４を押し固めてしまう車両付き機材または牽引された機材を利用することなく、媒質５を設けることができる。媒質５は、所望の深さになるまで、約１５％から約２５％、好ましくは約２０％を定着させることが好ましい。媒質５は、植物材料７のうち一種類または複数種類の植物を植える前に、少なくとも約１０％から約１５％、好ましくは約１５％を定着させるべく、十分な量の雨水または灌漑水によって濡らすことが好ましい。
【００５０】
媒質の初回の定着の後、リンおよび窒素の除去効果を高めることと、堆積物が蓄積する浸透速度を維持することとを目的として植物材料７をシステムに追加することが出来る。植物７は、この用地の水文方式に応じた冬季用のＣ３の草および夏季用のＣ４の草を混合させることが好ましい。具体的には、Ｃ４の草であるＰｅｎｎｅｓｅｔｕｍ  ａｌｏｐｅｃｕｒｏｉｄｅｓ（チカラシバ）およびスイッチグラス（Ｐａｎｉｃｕｍ  ｖｉｒｇａｔｕｍ）は、バイオリテンション環境において養分の滞留を促進する効果があることが分かっている。これに代えて、当該水文方式に適応化させた低木、潅木、および小さい木も、植物材料として利用することができる。この植物は、風で根こそぎ破壊されてしまわないように根を浅くすることが好ましい。さらに、本発明の範囲から逸脱することなく、環境に応じて、草、広葉草本、低木、および木を任意に組み合わせることができる。
【００５１】
植物材料７を植えた後に、マルチ８の表面層を堆積させることができる。マルチ８は、雨滴の衝撃による表面の締固め、表面に流入する水による表面の洗い流し、および過剰な乾燥および地割れを防ぐことができる。本発明の一実施形態では、この目的を実現するべく、数インチにわたって微細で粒径分布の良好な礫を利用しており、直径の中央値は約０．２０インチから約０．３０インチ、好ましくは約０．２５インチである。マルチ層８の別の例を挙げると、表面の詰まりを良好に低減して、より多くの金属カチオンを収着する好ましい例であるが、十分に熟成した硬材のマルチがある。これは、廃水中に浮遊している堆積物の大半を取り込む。この場合には、周期的なマルチの交換の一環として、蓄積した堆積物の除去を進めることが出来る。
【００５２】
マルチは、植物材料８に応じて選択されるとしてよい。植物材料に草が含まれる場合には、礫を含むものがマルチとして好ましい。草は、広がるので、枯れて落ちたものが自身の有機マルチとなり、また、幹密度が高いために、堆積物が蓄積する場合の浸透速度が改善され得る。低木および木を利用する場合には、幹密度が低くなるので、詰まりを予防する効果は少なくなるが、マルチの交換は簡単になる。低木および木を植物として植える実施形態では、硬材マルチが好ましい。
【００５３】
流入水は、媒質５を通過することによって処理された後、暗渠用の石の層３に入る。このため、１以上の暗渠９を備える排出システムが設けられるとしてよい。暗渠９は、例えば孔が設けられているパイプであって、直径が約２インチから約８インチであることが好ましく、一定間隔で、例えば好ましくは約３０フィート以下の間隔で互いから離れて設けられている。暗渠９が長くなると、パイプを大きくして、石の層を深くすることが好ましい。より大型のシステムでは、マニホルドによって複数の暗渠を接続するとしてよい。暗渠（またはマニホルド）は、流体が暗渠９内から排出システムへと流入するように、排出システムへ接続されるとしてよい。
【００５４】
Ｎの滞留が重要で土壌の浸透性が非常に高い領域では、水は、浸透性のジオテキスタイル２を通過して土壌１へと高速で流入してしまい、Ｎを滞留させる効果が得られない可能性がある。水は排出口を回避して直接土壌１へと流入してしまうので、低い位置の排出口は土壌１への流入を制御することができない。したがって、ジオテキスタイル２を略不浸透性として、全ての水の流れが排出口を通るように方向付けて、排出口の特性によって水の流れを制御できるようにする。排出パイプ１１の高さを穴２０３よりも高い位置まで上げることによって、処理済みの水は優先的に穴２０３を通って排出部から流出して、不浸透性の膜２の下方に配置されている石の層２０４へと流入する。このようにすることで、完全に処理された水のみを土壌に浸透させることができる。
【００５５】
図１に示す構成の本発明の実施形態例によると、廃水はマルチ８を通って媒質５に流入する。廃水が媒質５を通過することによって、廃水からリンが吸着され得る。ろ過された廃水は、暗渠９に流入して、排出システム２００、箱１０、そして排水パイプ１１へと流入することが好ましい。排出システム２００は、ろ過作用、吸着作用、および、変換作用を高めるべく、廃水が媒質５を通過する速度を制御することが好ましい。例えば、廃水が媒質５に滞留する期間を長くすると、廃水から除去される窒素が多くなり得る。排出システム２００は、箱に２以上の排出口を設けることによって、暗渠９から箱１０へと流入する廃水の量を大きくすることができる。図示されている排出口は２個であるが、排出口の数は、用途毎に選択される設計事項として、変動し得るものと理解されたい。
【００５６】
本発明の実施形態に係る排出システム２００を図２に図示する。媒質は、浸透率が高いとしてよい。制御された排出システムを持たないシステムは、特定の条件下において、媒質内での滞留時間が１時間未満となり得る。このような滞留時間では、短か過ぎて、脱窒化等の時間依存性の高い窒素変換が有効に行われない。排出システムは、媒質浸透速度の何分の一かに等しくなるように流出速度を制御することが好ましい。このような構成とすることによって、媒質内での滞留時間を長くする。実効流出速度は、窒素の変換を促進するべく選択に応じた所望の滞留時間を実現するように調整されることが好ましい。低速流量制御構造を設けることによって、表面滞水の深さに対する影響は最小限に抑えつつ、滞留時間を例えば６時間以上に長くすることができる。排出システムはさらに、飽和状態の期間を約６時間以上、約１２時間または最高１日あるいはそれ以上にまで延長して、脱窒化を進めることが好ましい。
【００５７】
図２を参照しつつ説明すると、システム２００は、降雨が激しくなると、または、対象面積と設備規模との間の比率が大きくなると、流出速度を速めることができる。また、元々の土壌の浸透速度が高い場合には、流出速度の低速化は制限されるとしてよい。また、排出は、状態の経時的な変化に応じて調整することが好ましい。
【００５８】
排出システム２００は、事前に形成された箱、例えば、コンクリート製の箱１０を備えるとしてよい。この箱は、標準的な雨水マスに対応するような寸法であることが好ましい。箱１０からは排出パイプ１１によって排水される。排出パイプ１１のサイズは、当業者には周知の標準的な経路選択手順に応じて決められる。排出システム２００は、側面に１以上の中間排出口１２を備え、流量が大きくなった場合に対処するべく箱１０の上部に近接して格子１３が設けられているとしてよい。どれも、当業者には周知の標準的な経路選択手順に応じてサイズが決められることが好ましい。排出口１２は、マルチ層８の表面から上方に、約６インチから約２４インチの高さに設けられていることが好ましく、約９インチから約１２インチ上方に設けられていることがより好ましい。
【００５９】
暗渠９（またはマニホルド）は、箱１０を貫通して、Ｔ字部分１４で終わっているとしてよい。スイベルエルボ１５は、低減用ブッシングおよびニップルアセンブリ１６と共に、Ｔ字部分１４の他端に配設されているとしてよく、終端キャップで終わっているとしてよい。当該終端キャップは、オリフィス１７を含むことが好ましい。オリフィス１７は、中央に位置するブッシングを特定の穿孔サイズとすることで、流出物を調節するように調整可能であることが好ましい。
【００６０】
元々の土壌に浸透することと、所与の領域を飽和状態にしたいという要望とを考慮に入れて、オリフィス１７のサイズおよび高さは、以下で説明する上側排出口よりも下方で当該システムが排水すれば所与の領域が飽和状態となると共に媒質内での滞留時間が長くなるように、当業者によって正確に設計されることが好ましい。オリフィス１７は、ニップル１６を覆うようにストレーナー１８を固定することによって、表面での流動に起因した詰まりを防ぐことができる。暗渠９から流入して排出口から流出していく水は、媒質によってろ過されることが好ましい。
【００６１】
下側のライザーパイプ１８は、Ｔ字部分１４から上方に延設されており、可撓性の低減用フィッティング２１で終わっており、パイプ締め具によって固定されている。上側ライザー２４は、少なくとも一部分が下側ライザー１８の内側に嵌合するようなサイズであるとしてよい。上側ライザー２４は、パイプ締め具２２によって低減用フィッティング２０に取着されていることが好ましい。パイプ締め具２２は、上側ライザー２４および以下に記載する上側ライザー２４の排出アセンブリの露出長を調整可能に構成されることが好ましい。緩いフィッティングブラケット２３を設けて、必要または要求に応じて上側ライザー２４の高さを調整できるようにしつつ、上側ライザー２４が箱１０の壁面に取着された状態を維持するとしてよい。
【００６２】
上側排出アセンブリは、上側ライザー２４に接続されているエルボ２５を備えることが好ましく、エルボ２５には終端キャップ２６が載置されている。終端キャップ２６は、特定の設備用に設計された排出口のサイズを画定するように穿孔または切断されるとしてよい。ストレイナー２６は、ニップル２５が詰まらないように、ニップル２５の終端を覆うように固定されることが好ましい。
【００６３】
終端キャップ２６のサイズおよび高さは、大量の水を処理する際に可能な限り多くの流出水を滞留できるように滞水時間および滞水深さを最適化するべく、当業者によって決めることが好ましい。降雨強度が通常の荒天の場合、表面の滞水は排出口の高さよりも最大で２４インチまで高くなってよい。このため、滞水の深さを大きく出来るので、対応して実効ヘッドも大きくできる。この結果、以前は下側排出口２０１で制御されていたろ過速度は、低速だったが、例えば、ダルシーの法則に従って上側排出口２０２を通る流れによって補完され、通常の低い流出速度の数倍の流量を実現することができる。上側排出口２０２の高さを調整可能とすることによって、媒質の浸透速度が経時的に変化することに対応するべく高さを操作できるという利点が得られる。堆積物が蓄積して、飽和した透過係数が小さくなると、上側排出口２０２の高さを低くして、実効ヘッドを大きくして、実効浸透応答を維持する。このような構成とすることによって、媒質の安定した特性に基づき最良の処理性能を得ることができるように、適応型管理機能が実現される。
【００６４】
Ｎの滞留が重要で土壌の浸透性が非常に高い領域では、ジオテキスタイル２を略不浸透性として、全ての水の流れが排出口を通るように方向付けて、排出口の特性によって水の流れを制御できるようにする。処理済みの水は穴２０３を通って排出部から流出して、不浸透性の膜２の下方に配置されている石の層２０４へと流入する。このようにすることで、完全に処理された水のみを土壌に浸透させることができる。
【００６５】
排出システム２００は、日常的な少量の水の流れを制御して窒素の除去を促進するだけでなく、媒質の浸透速度が速いことを利用して、ろ過する必要がある粒子状物質を含む一過的な多量の水の流れを処理できるように構成されていることが好ましい。本発明に係るシステムは、排出システム２００のオリフィスの高さおよび直径を調整できるので、媒質浸透速度または設計排水基準の変化に対応することができる。実施形態に係る排出システム２００の排出構成は、媒質の収着応答および浸透応答が改善されたことと相まって、本発明に係る媒質を備えていない自由排出システムに比べると、高い養分滞留度を実現できる。
【００６６】
本発明の別の実施形態に係る水処理バイオリテンションシステム３００を図３に図示する。水処理システム３００には、少なくとも１本の木または低木２７が含まれるとしてよい。システム３００は、以下において、植栽設備３００と呼ぶ。このような実施形態は、利用可能空間が限られている場所、例えば都市部において有用性が高いとしてよい。図３を参照しつつ説明すると、植栽設備３００の植物材料は、当該水文方式に適応化された木または低木２７を含むとしてよい。木および低木は、媒質面積を同じとすると、蒸発散が草よりも多いので、水分保持力を全体的に改善することができる。植栽設備３００に適切な木の例を挙げると、Ａｃｅｒ  ｒｕｂｒｕｍ（アメリカハナノキ）、Ｐｌａｔａｎｕｓ  ａｃｅｒｉｆｏｌｉａ（ロンドン・プレーン・ツリー）、およびＱｕｅｒｃｕｓ  ｐａｌｕｓｔｒｉｓ（ピン・オーク）がある。しかし、本発明の範囲から逸脱することなく、他の木および低木を利用することもできると理解されたい。
【００６７】
木の周囲には、冬季用のＣ３の草および夏季用のＣ４の草を混合させて植えるとしてよい。本発明の好ましい実施形態によると、夏季用のＣ４の草としてはＰｅｎｎｅｓｅｔｕｍ  ａｌｏｐｅｃｕｒｏｉｄｅｓ（チカラシバ）および／またはスイッチグラス（Ｐａｎｉｃｕｍ  ｖｉｒｇａｔｕｍ）があり、発明者によればこのような草は養分の滞留を促進する効果を持つことが分かっている。本発明の実施形態によれば、木２７の周囲にはＮｏ．４の石またはその他の根付いていない地被植物を配して構造を充填するとしてよい。このような構造によって、通行によって水処理媒質が締め固められてしまうことを防ぎつつ、空気および水の流入を可能とすることが好ましい。Ｎｏ．４の石を含む装置は、価格を抑えることができるが、養分の除去の効果も比較的小さく、表面滞水体積を低減し得る。
【００６８】
図３を参照しつつ説明すると、本来の土壌１は、高浸透性の多孔質コンクリート構造２８によって媒質から分離されていることが好ましい。高浸透性の多孔質コンクリート構造２８は、周囲の土壌が媒質および石の部分に入ってこないように区切っている一方、媒質および石から土壌への低速での排水を可能としていることが好ましい。当該構造は、開口を持つ格子２９で被覆されている。この開口は、歩行を容易とする程度には十分小さいが、空気および水を問題なく流入させることが可能な程度には十分に大きい。格子２９にはまた、木が貫通して延伸する開口３０が設けられていることが好ましい。格子２９は、歩道３１と同一平面上に配置されていることが好ましい。格子２９は、図示されているように、木２７の周囲に石が配されていないシステムにおいて特に有用であるとしてよい。
【００６９】
石の層３２は、少なくとも約３インチであることが好ましく、約４インチの深さであることがより好ましい。開粒度のＮｏ．４の破砕された骨材を含むことが好ましく、直径の中央値は約０．８インチから約１．２インチであり、約１．０インチであることが好ましい。この骨材は、十分な量の水で洗浄されていることが好ましく、破砕工程中にたまる微粒子を洗い流す。この骨材は、好ましくは約１．５インチから約２．５インチ、好ましくは約２インチの深さのチョーカー層３３で被覆されている。チョーカー層３３は、Ｎｏ．８９の混合骨材を含むことが好ましい。当該混合骨材は、直径の中央値が約０．２インチから約０．３インチ、好ましくは約０．２５インチであり、媒質が下方の石の層３２へと入らないように制限することができる。石の層３２は、直径が少なくとも約１インチ、より好ましくは約２インチである穴が開いている暗渠３４によって排水されることが好ましい。暗渠３４は、オーバーフロースタンドパイプ３５によって排出システム３５０に接続されている。この様子は、より詳細に後述すると共に図４でより詳細に図示している。
【００７０】
媒質３６の層は、チョーカー層３２の上方に配されており、媒質を押し固めてしまう車両付き機材または牽引された機材を利用することなく配されることが好ましい。媒質の深さは、約２０％を定着させた後、少なくとも約１８インチ、好ましくは約２４インチとなることが好ましい。リンの濃度が高い処理対象水を受け入れる領域では、媒質３６の深さならびに土壌改良剤の組成および割合は、その用地に特有の要件に応じて収着能力を高めるべく調整されるとしてよい。
【００７１】
道路３７から流入する水は、高浸透性の多孔質コンクリート縁石部分３８によって集められる。この縁石部分３８は、葉およびゴミといった大きい破片が媒質３６で詰まらないようにさせつつ、汚水が直接流入できるようなサイズとなっている。これに代えて、当該システム３００の上流に配置されている標準的な縁石流入システムで流水を集めるとしてもよい。最も汚染度が高い「ファーストフラッシュ」（初期流水）および低速の流水は、貫通孔または貫通スロット４０を有するパイプ３９によって、上流の流入口から選択的にマニホルドシステムへと迂回させる。孔４０のサイズは、それぞれ異なる高さにある複数の植栽ユニット間で略均等に分配されるように当業者によって決められることが好ましい。パイプ３９の下方に、および／または、多孔質コンクリート流入部３８に隣接して、流入が集中した際の侵食およびスコアの発生を防ぐべく、非生分解性の芝土強化マット４１を配設する。
【００７２】
本発明の実施形態に係る排出システム３５０は、上側排出口３５２および下側排出口３５１を備えており、概略を図４に示す。排出システム３５０は、プラスチック製であることが好ましいライザーパイプ４２を備える。パイプ４２は、直径が約１０インチから約１８インチ、好ましくは１２インチであることが好ましい。排出システムはさらに、無制限に水が排出されないように封止している終端キャップ４３を備える。オーバーフローに対処するべく、表面の滞水は、スタンドパイプのオーバーフロー用の高さの上限となっている格子４４を通ってパイプ４２の上端３５へと流入する。このように流入する水は、排出パイプ４５によってシステム３００から運ばれてくることが好ましい。
【００７３】
暗渠３４から流入してくる水は、水密バルクヘッドフィッティング４６の終端キャップ４３を通過する。暗渠３４は、屈曲部４７で終わっていることが好ましく、屈曲部４７の上方にはＴ字部分４８が固定されている。スイベルエルボアセンブリ４９は、低減用ブッシングおよびニップルアセンブリ５０を有しており、Ｔ字部分４８の他端に設けられておりオリフィス５１で終わっている。オリフィス５１は、下側オリフィス５１に適用されているように、中央に位置するブッシングを特定の穿孔サイズとすることで、サイズを調節するように調整可能であることが好ましい。
【００７４】
低減用ブッシングおよびニップルアセンブリ５０は、エルボアセンブリ４９の端部に配置されて、オリフィス５１を含むことが好ましいブッシングアセンブリ５０で終わることが好ましい。元々の土壌への浸透と、所与の領域を飽和状態にする可能性とを考慮に入れて、オリフィス５１のサイズおよび高さは、以下で説明する上側排出口３５２よりも下方で当該システムが排水すれば所与の領域が飽和状態となると共に媒質内での滞留時間が長くなるように、当業者によって設計されることが好ましい。オリフィス５１は、ニップルを覆うようにストレーナー５２を設けることによって、詰まりを防ぐことができるのが好ましい。尚、ストレーナは、ニップルに固定されることが好ましい。排出口３５２から流出していく水は、媒質によって既にろ過されていることが好ましい。
【００７５】
下側排出口は、領域浸透速度に応じて調整することができる。浸透性が高い土壌では、閉鎖および／または上昇させて、浸透する処理済の水の量を多くする。水はけの悪い土壌の場合は、排出口を拡張および／または降下させて、貯水量を減らして流量を大きくする。このようにして、周囲の土壌の状態に合わせて当該システムの応答を調整して、応答を安定させることができる。
【００７６】
下側のライザーパイプ５３は、Ｔ字部分４８から上方に延設されており、可撓性の低減用フィッティング５５で終わっており、パイプ締め具５４によって固定されていることが好ましい。上側ライザー５８は、少なくとも一部分が下側ライザー５２の内側に嵌合するように構成および配置されていることが好ましい。上側ライザー５５は、パイプ締め具５４によって低減用フィッティング５３に取着されていることが好ましい。パイプ締め具５４は、上側ライザー５５の露出長を調整可能に構成されることが好ましい。緩いフィッティングブラケット５６を設けて、上側ライザー５５を構造の壁面４２に固定するとしてよい。
【００７７】
上側排出アセンブリ３５２は、上側ライザー５５の上部に近接して設けられているエルボ５７を備えることが好ましい。エルボ５７の内部には、低減用ブッシング５８が固定されていることが好ましい。低減用ブッシング５８には、ニップル５９が挿入されることが好ましい。ニップル５９は、端部を覆うようにストレイナー６０を設けることによって、詰まりを防ぐことができる。ストレイナー６０は、ニップル５９に固定することが好ましい。ニップル５９は、下側オリフィス５１に適用されているように、特定の穿孔サイズに形成されているオリフィスを持つ終端キャップを追加することによって、中間サイズに調節可能であることが好ましい。
【００７８】
終端キャップ６０のサイズおよび高さは、大量の水を処理する際に可能な限り多くの流出水を滞留できるように滞水時間および滞水深さを最適化するべく、当業者によって決めることが好ましい。降雨強度が通常の荒天の場合、表面の滞水は上側排出口３５２の高さよりも高くなってよい。このため、滞水の深さを大きく出来るので、対応して実効ヘッドも大きくできる。この結果、以前は下側排出口３５１で制御されていたろ過速度は、低速だったが、ダルシーの法則に従って速くなり、上側排出口３５２では以前の低い流出速度の数倍の流量を実現することができる。上側排出口の高さを可変とすることによって、浸透速度が経時的に変化することに応じて高さを調整可能であるという利点が得られると考えられる。堆積物が蓄積して、飽和した透過係数が小さくなると、排出口を低くして、実効ヘッドを大きくして、実効浸透応答を維持する。このような構成とすることによって、媒質の安定した特性に基づき処理性能を向上させるように、適応型管理機能が実現される。
【００７９】
排出システムは、日常的な少量の水の流れを制御して窒素の除去を促進すると共にその場所の浸透速度に応じた処理を行うだけでなく、媒質の浸透速度が速いことを利用して、ろ過する必要がある粒子状物質を含む一過的な多量の水の流れを処理できるように構成されていることが好ましい。本発明に係るシステムは、オリフィスの高さおよび直径を調整できるので、媒質浸透速度または設計排水基準の変化に対応することができる。実施形態に係る排出システムの排出構成は、媒質の収着応答および浸透応答が改善されたことと相まって、本発明に係る媒質を備えていない自由排出システムに比べると、養分の滞留を改善できる。
【００８０】
本発明の好ましい実施形態に係るバイオリテンションシステムは、廃水および／または雨水処理に適している。本明細書に記載した水処理媒質のさまざまな例によると、このような廃水からリンを除去する効果を高めることができる。当該媒質は、排水を高速で行いつつ、リンを滞留させることが可能であることが好ましい。年次流出量の大半は小規模の水処理であるが、媒質を通る水の流れは、本発明の実施形態例に係る排出システムで制御されて、このような小規模の水処理において窒素の除去を改善するべく滞留時間を延長することが好ましい。排出システムは、多量を処理する際には流量を大きくするように設計および構成されていることが好ましく、このような設計および構成によって、大量の水を処理する場合でも、未処理のまま残されるバイパス流量を最小限にすることができる。
【００８１】
可溶性のリン（Ｐ）を含む流出負荷を都市部で低減することは、下流の淡水の劣化を最小限に抑える上で重要である。新しく建設されたバイオリテンションシステムによるＰの滞留効果は大きく、バイオリテンションシステムで通常利用されているローム質の砂を含む媒質におけるＰの滞留効果は、都市部の流出負荷では、超える場合もあるが最高で５年間程度継続する。本発明に係るシステムは、水処理残留物、赤泥、および／または、鉄含有量が多い粘土状のクラスノゼム土壌を利用するように変更される。
【００８２】
通常のバイオリテンション用媒質の能力は、雨水の濃度で与えられるリンを滞留させる効果を植物で補完しない場合には、数年後に失われてしまうことが分かっている。しかし、植物を植えることで、リンの滞留効果を、取り込みによる滞留効果よりもはるかに高くまで大幅に増強することができる。
【００８３】
以下に記載する例は、例示に過ぎず、設計事項に留まり、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではないと理解されたい。
【００８４】
サイズが２４０Ｌであるバイオリテンションメソコスムを２７個用いて、本発明に係るバイオリテンションシステムの水理特性および溶解した窒素およびリンの滞留効果を調査した。媒質は、クラスノゼム土壌、赤泥、および、水処理残留物（ＷＴＲ）を、砂およびコイア泥炭と混合させたものとした。１つを除いて全ての処理は低木および草を植えて行い、１つの処理では植栽はなし（不毛地）とした。表１に、処理を行った媒質の組成を示す。
【表１】
0005743216.tif 000002
【００８５】
微細物質が媒質に高割合で含まれている場合も、飽和透過係数は非常に高く、平均値は１５．１ｃｍ−ｈ−１から５５．７ｃｍ−ｈ−１の範囲内であった。滞留時間を長くするべく、１つ（制限なし（ｎｒ）のＷＴＲ−Ｋの処理方法）を除く全てのシステムは二重排出構成で制御を行った。利用した排出口は、ダルシーの法則に従って媒質を通過する流れの関数として流出量を決め、流出量は制限されず、高い位置に配置されていた。この排出口は、媒質表面に近接して配置されるのが通常で、処理が飽和状態に到達して滞水が発生すると流出量の制御を行った。
【００８６】
この構成では、再現された浸透性に応じて実効ヘッドを増減させるべく高さを調整することによって、浸透性の変動幅が非常に大きい媒質を含む再現設備において同様の滞水応答および排水応答を実現した。この構成によると、養分が滞留された場合の滞留時間のバラツキのバイアスが低減された。各回の終了後に排水するべく、礫層の底面に配置された４ｍｍのホースを用いて低流量で排水を行った（平均は、８．４ｃｍ−ｈ−１）。この排出口は、上側排出口とは違って、媒質の動水特性よりも制限的な動水特性の関数として流量を制御したので、全ての再現設備で応答は同様であった。この排出口は、春期の負荷体制では、排出量を非常に低く（±１ｃｍ−ｈ−１）調整した。この排出口の高さは、媒質の底部を飽和状態とするべく、排水層よりも高い位置に上昇させた。
【００８７】
一の考察では、クラスノゼムおよび赤泥のメソコスムに対して、８１週間にわたって、２．２ｍｇ−ｌ−１の酸化窒素（ＮＯｘ）および４．４ｍｇ−ｌ−１の全窒素（ＴＮ）を含む三次処理水を毎週４９ｃｍ与えた。ＷＴＲのメソコスムに対しては、８０週間にわたって、２．２ｍｇ−Ｌ−１のＮＯｘおよび４．１ｍｇ−Ｌ−１のＴＮを含む三次処理水を毎週４９ｃｍ与えた。表２に示すように、６ヶ月間隔で、０．７ｍｇ−Ｌ−１のＮＯｘおよび１．１から１．６ｍｇ−Ｌ−１のＴＮを含む人口雨水を与えた。
【表２】
0005743216.tif 000003
【００８８】
媒質の種類毎に、メソコスムには特有の植物を植えて、処理方法毎に３つの再現設備を用意した。植物を植えたクラスノゼムおよび赤泥のメソコスムは、互いに対向する隅にＰｅｎｎｉｓｅｔｕｍ  ａｌｏｐｅｃｕｒｏｉｄｅｓ（チカラシバ）を植えて茂みを２つ作り、低木のＣａｌｌｉｓｔｅｍｏｎ  ｐａｃｈｙｐｈｙｌｌｕｓ（ウェラム・ボトルブラシ）およびＭｅｌａｌｅｕｃａ  ｔｈｙｍｉｆｏｌｉａ（タイムリーフ・ハニーマートル）を残りの隅に植えた。中央には、Ｆｉｃｉｎｉａ  ｎｏｄｏｓａ（ノビー・クラブラッシュ）を植えた。Ｋ２０の処理方法については、同じ処理方法の植栽ありの場合の応答と比較するために、植栽なしの再現設備を作成した。より新型のＷＴＲの処理方法では、Ｐ．ａｌｏｐｅｃｕｒｏｉｄｅｓの代わりに、互いに対向する隅にＣ．  ａｐｒｅｓｓａの茂みを２つ作り、１つの隅にはＣ．  ｐａｃｈｙｐｈｙｌｌｕｓを植えて、残りの１つの隅にはＴＭ．  Ｔｈｙｍｉｆｏｌｉａを植え、中央にはＦ．  ｎｏｄｏｓを植えた。全てのメソコスムについて、２．５ｃｍの深さの礫マルチで覆った。
【００８９】
植物がしっかりと根付き、長い滞留時間が得られるバイオリテンションシステムは、雨水の全窒素（ＴＮ）の約７０％以上、時には約９０％以上を滞留させることができることが分かっている。このようなＴＮ滞留効果は、養分を滞留させる効果が高い植物を高密度で植えることによって高まる。
【００９０】
窒素の滞留についても、雨水のうち約７０％以上、時には約９０％以上の溶解した窒素（ＮＯｘ）を滞留させることができる。
【００９１】
図５Ａおよび図５Ｂは、実験で得られた、Ｋ２０（植栽なし（ｎｖ））およびＫ２０の処理方法を利用した場合のＮＯｘおよびＴＮの流入時および流出時の濃度の度数分布を示すグラフである。その他のＫ１０／４０、Ｋ４０、ＲＭ０６、ＲＭ１０の処理方法についてのデータは図示したものに重なったために、図示の便宜上省略した。Ｋ２０（植栽なし）処理方法は最終的に効果がなくなったので、最初の８１週間が過ぎた後はデータを収集しなかった。
【００９２】
植物の根付き方が最も良好な場合、廃水のＴＮの滞留は、制限付きのＷＴＲ−Ｋ処理方法では６３％にも上り、滞留が４３％と最も低くなったのはＷＴＲ３０処理方法であった。不毛地での媒質によるＴＮの除去は、植栽を設けた処理方法と比較すると、７％未満であった。ＮＯｘの滞留は植栽ありの処理方法では７２％から４５％となり、不毛地の処理方法では、７２％を排出した。雨水注入の最終回では、ＴＮの滞留は−３４％から６０％となり、ＮＯｘの滞留は３％から８４％となった。ＮＯｘおよびＴＮの滞留は、制限なしの処理方法で最も低くなり、最も高い数値を記録した対応する処理方法で制御ありの場合に比べると、はるかに低くなった。これで、Ｎの滞留を改善する上で滞留時間がいかに重要かが実証された。植栽ありの処理方法とは対照的に不毛地の処理方法では、雨水を注入すると、ＴＮおよびＮＯｘが排出された。植栽ありの処理方法で得られたＴＮ滞留の累積結果は、植物の予想Ｎ取り込み速度を大きく超えたものであった。このことは、バイオリテンション処理方法では脱窒化もまたＴＮの除去に貢献していると示唆している。
【００９３】
上記の考察結果を確認すると、図５Ａの実験結果は、不毛地の処理方法が常に流入時よりも高い濃度のＮＯｘを排出していることと、植栽ありの処理方法によるＮＯｘの滞留効果は非常に高いこととを証明した。植栽ありの処理方法におけるＮＯｘの滞留効果は、雨水注入の流入時の濃度が１．５ｍｇ−ｌ−１未満の場合に特に明らかで、流出時の濃度は略桁違いに低かった（ａ  ｌｏｇ  ｌｏｗｅｒ）。このような傾向からは、流入時の濃度に関わらず除去されるのは一般的に一定量であることが示唆された。このようなプロセスでは、流入負荷が小さい場合には、負荷が大きい場合よりも、比例して大きく低減される。上記の考察結果によると、当該処理方法によれば、排出されるＮＯｘの濃度は０．１ｍｇ−ｌ−１未満にまで低減することも時に可能となったことが分かる。
【００９４】
ＮＯｘの結果と対照させて、図５ＢはＴＮの滞留結果を示し、植栽ありの処理方法に比べて効果ははるかに低いものの、不毛地の処理方法であっても滞留が行われたことを実証した。ＮＯｘの場合に言及したように、植栽ありの処理方法は、流入時の濃度が２．５ｍｇ−ｌ−１未満の場合には結果がより良好であったが、ＮＯｘの場合に見られたほど低減幅は大きくなかった。しかし、廃水の負荷をかけた際の濃度がより高い場合には、ＮＯｘよりも、相対的にはＴＮの滞留効果の方が高くなった。このようなデータからは、除去プロセスが比較的一定であり、流入負荷が小さいほど、負荷が大きい場合よりも、比例してより大きく低減されることが示唆される。このようなシステムでは、排出するＴＮの濃度を０．５ｍｇ−ｌ−１未満とできた。
【００９５】
表３には、飽和した処理方法のＮ滞留応答を示す。
【表３】
0005743216.tif 000004
【００９６】
クラスノゼムおよび赤泥を用いた処理方法で最初の８１週間に蓄積されたＮＯｘ滞留結果は、流入時の平均濃度が４．４ｍｇ−ｌ−１であっても、４９％にも上った。同様の古さのＷＴＲ処理方法で最後の８０週間に蓄積されたＮＯｘ滞留結果は、流入時の平均濃度が４．１ｍｇ−ｌ−１であっても、４７％近くなった。
【００９７】
また、新しいＷＴＲ処理方法では、浸透性のバラツキがはるかに低く、Ｎ滞留効果のバラツキははるかに小さいことが分かった。制限なしのＷＴＲ−Ｋ処理方法は、最高流入速度である４０ｃｍ−ｈ−１を常に超えているので、浸透性を測定していないが、滞留効果について言えば特筆すべきまでに一定であった。このように排水が自由な処理方法は、対応するＷＴＲ−Ｋ処理方法に比べると、ＮＯｘおよびＴＮの排出がそれぞれ４９％および４７％多くなった。
【００９８】
上記の考察結果を確認すると、図６Ａの実験結果は、制限なしのＷＴＲ−Ｋ処理方法では、対応するＷＴＲ−Ｋ処理方法に比べて、排出するＮＯｘの濃度が略常に高くなることを証明した。図６Ｂの実験結果は、制限なしのＷＴＲ−Ｋ処理方法では、対応するＷＴＲ−Ｋ処理方法に比べて、排出するＴＮの濃度が略常に高くなることを証明した。
【００９９】
一般的に、微細物質を体積パーセントにして最高２５％および４０％利用する場合、媒質５の平均飽和透過係数は、植栽ありの処理方法では、毎時２０インチを超える。このような速度は、含有する微細物質の割合が高い材料にしては高速であった。このような高速度は、１年以上にわたって維持することができ、２年以上にもわたって継続し得ることも分かっており、植栽ありの処理方法では古くなるにつれて改善する傾向を見せた。対照的に、植栽なしの処理方法では通常、この速度の半分未満であり、浸透速度が低減していく傾向を見せた。
【０１００】
この結果は、本発明に係るシステムは、降雨強度が強い場合の流水であっても、所与の期間にわたって多量の流水を処理することができるという結論を裏付ける。
【０１０１】
本発明に係るシステムは、流量を低く且つ滞留時間を長くすることを目的として、二段階排出構成を持つ。本発明に係る排出口は、オーバーフローを発生させることなく多量の水を通過させつつ、実効流量を均一化することができた。当該システムはさらに、流入量が小さい場合にも滞留時間を長くできた。
【０１０２】
排出を制御しない処理方法では、Ｎの滞留効果は、対応する制御ありの処理方法に比べてはるかに低かった。このことは、上記のような排出口によって長くなった滞留時間によって、Ｎの滞留効果が改善されたことを証明している。
【０１０３】
上述した結果は、高速に排水するバイオリテンションシステムであってもＮＯｘおよびＴＮを多量に滞留させることができること、および、植栽によって滞留効果が大幅に高まることを証明している。バイオリテンションシステムでは、植物による取り込みおよび脱窒化の両方によって、ＴＮを多量に滞留させることが出来る。雨水の濃度では、ＮＯｘの滞留は９５％にも上り、実験検出限界値に近い濃度で排出された。クラスノゼム土壌を含む古い処理方法では、雨水に対するＴＮ滞留効果は、６６％から８０％の間であった。排出時の平均濃度は０．２９ｍｇ−ｌ−１と低く、これはバイオリテンションシステムから排出されるＴＮ濃度の下限値を示唆する。また、滞留時間を長くすることによって、ＮＯｘおよびＴＮ両方の滞留効果が大幅に改善され、それぞれ最高８０％および４８％と、滞留効果および雨水が多くなることも証明された。
【０１０４】
図７Ａおよび図７Ｂは、クラスノゼムのＰ滞留応答の積算度数分布を示す図であり、図７Ａは、植栽なしのＫ２０処理方法に対応し、図６Ｂは植栽ありのクラスノゼム処理方法に対応する。雨水の注入と廃水負荷の注入との間のしきい値は０．８０ｍｇ−ｌ−１ラインで示されており、所望の環境基準は０．０５ｍｇ−ｌ−１ラインで示されている。植栽なしのＫ２０処理方法は、雨水および廃水負荷のいずれの場合もこの基準を満たすことができなかったが、植栽ありのＫ２０処理方法は、雨水を注入した回の半数ではこの基準を満たすことができて、Ｋ１０からＫ４０の処理方法では雨水を注入した回略全てで満たすことができた。廃水負荷の注入では全ての回で少なくとも９０％低減されている。
【０１０５】
図８Ａおよび図８Ｂは、赤泥およびＷＴＲを用いた処理方法のＰ滞留応答の積算度数分布を示す図であり、図８Ａは、赤泥を用いた処理方法に対応し、図８Ｂは、ＷＴＲを用いた処理方法に対応する。赤泥を用いた処理方法は、雨水を注入する回の半数以上で０．０５ｍｇ−ｌ−１基準を満たすことができた。廃水負荷の注入では全ての回で９０％以上低減された。ＷＴＲを用いた処理方法は、雨水を注入する回の全てで０．０５ｍｇ−ｌ−１基準を満たすことができた。ＷＴＲ３０を用いた処理方法は、廃水負荷を注入した回の半数以上でこの基準を満たすことができた。廃水負荷の注入では全ての回で９８％以上低減された。表４には、実験結果の要約を示す。
【表４】
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【０１０６】
本発明の実施形態に係る媒質は、排出時の濃度が低くとも、多量のリンを滞留し続けた。本発明に係るシステムでは、１０年以上が経過しても、３０年間にわたって雨水の負荷を受け入れても、雨水からは合計で９２％、時には９９％の溶解したリン（ＤＰ）を除去可能である。
【０１０７】
例を挙げると、廃水負荷を８０週間にわたって受け入れた後、本発明の実施形態に係る媒質は、廃水に対して８８％以上、時には９９％というＤＰ滞留効果を見せる。
【０１０８】
上記の結果はさらに、不毛地のクラスノゼム媒質は長期間にわたって負荷を与えられると最終的にはＰ滞留効果を失うことを示している。このようなＰの飽和は不可避であるが、媒質を改良することによって遅らせる。しかし、植物による取り込みおよびＰ収着能力の向上に及ぼす影響を考えると、植栽が好ましい。試験を行った媒質全てについて、流入時の濃度が０．４０ｍｇ−ｌ−１未満であっても、雨水に含まれるＰを多量に滞留させる効果は、２０年間以上にわたって雨水を受け入れる間持続した。Ｋ４０処理方法およびＷＴＲ処理方法では、雨水に関して最も厳しい排出基準ですら下回るような低い値である０．００３ｍｇ−ｌ−１という濃度になりこれ以上下げることはできず、媒質が飽和することはなかった。これは、本発明に係る媒質は雨水および廃水からのＰを低減可能であることを示している。
【０１０９】
Ｐが蓄積して媒質の飽和度が高くなると、Ｐの滞留効果が小さくなる傾向があった。一方で、Ｐの総量のうち９９％までは水処理残留物を備えるシステムで滞留され、滞留性能に経時的な傾向は見られなかった。
【０１１０】
このような結果から、これらの土壌改良剤はバイオリテンションシステムにおけるＰの滞留効果を大幅に改善するだけでなく、システムを長寿命化できることが分かる。また、これらの土壌改良剤は、安価で利用範囲が広い。
【０１１１】
上述した流動実験によると、粘土鉱物の含有割合が非常に高い媒質であっても、飽和透過係数を非常に高くできることが分かった。処理方法によっては、再現設備毎の透過係数が広範囲にまたがった。このようなバラツキに対処すべく、応答を略同一にすることを目的として流れを滞留させるような革新的な排出構成を開発した。当該排出構成は、自由排出システムに比べて、流れを均一化しただけでなく、システム応答を設計側の要求に合わせて調節できるとした。滞留時間を長くして大量を処理する必要がある場所では、この要求に応じて排出口を構成することができる。一方では、高流量でろ過するようにシステムが設計されている都市環境では、バイパス流量を発生させないように媒質を介して多量も処理しつつ、少量を滞留させるように排出口を構成することができる。このようにすることで、堆積物、金属、油分の滞留効果が大幅に改善される。また、堆積物が表面に蓄積されて実効速度が低下すると、流量を改善するように排出口を調整することができる。このような適応型管理機能を設ける傾向は、雨水管理設計において目立ってきている。
【０１１２】
上述したように、本発明に係る、流入した水から物質を除去する水処理システムは、側壁、底面、および、流入口を有する水処理チャンバを備えるとしてよい。水処理チャンバは、リンを滞留させるべく調整されている媒質を含む滞留層を少なくとも１つ有するとしてよい。当該媒質は、水処理チャンバ内に、水処理残留物、赤泥、赤石膏、および、鉄またはアルミニウムを豊富に含む土壌のうち少なくとも１つを含む。滞留層は、流入口から水を受け取るように配置されている。当該システムは、面積が少なくとも３６平方フィートで、１時間当たり、ろ過層の面積と深さ１フィートとを乗算した積である３６立方フィートを少なくとも超える量に等しい体積の廃水を受け取る。
【０１１３】
本発明に係るシステムは、滞留層の下方に排水層を備えるとしてよく、滞留層を通過して処理された水は排水システムに集められるように構成および配置されるとしてよい。排水システムは、流入口および滞留層の下方であって排水層の内部に配設するとしてよく、処理対象の水が流入口から流入して、滞留層を通過して、排水システムに流れるように構成および配置されるとしてよい。排水システムは、滞留層を通過した水を水処理チャンバの外部に方向付けるように構成されるとしてよい。
【０１１４】
滞留層は、２４時間以内に当該滞留層を通過した水を少なくとも約１２インチ、好ましくは約２４インチ、より好ましくは約３６インチを超える深さで処理する効果を持つように構成するとしてよい。この水は、窒素含有量が少なくとも約０．５０ｍｇ−ｌ−１であるか、および／または、リン含有率が少なくとも約０．３０ｍｇ−ｌ−１であり、窒素含有率は少なくとも約４０％、好ましくは約８０％低減され、および／または、リン含有率が少なくとも約９０％、好ましくは約９５％低減される。滞留層は、窒素含有量を少なくとも約４０％低減し、および／または、リン含有率を少なくとも約９０％低減することができる。
【０１１５】
水処理チャンバは、壁面が実質的に不透水性で、底面は透水性でチャンバから外部へと水を透過させる。排水システムは、複数の配水管を含む排水管網を有するとしてよく、複数の配水管のうち少なくとも１つは、水処理チャンバを貫通して外部へと延設されて、流量制御機構で終わっている。当該流量制御機構は、水処理チャンバから流出する水流の流量を、ろ過層を通って流れる水の圧力水頭に比例して異なるように自動的に調整するよう構成および配置されているとしてよい。このような構成によって、媒質および／または土壌の浸透速度の変化、および／または、必要な排出基準の変化に応じて流体力学を制御する適応型管理が可能となる。流量制御機構は、少なくとも第１の排出用開口および第２の排出用開口と流体連通している管であって、水処理チャンバからの水を受け取る管を含むとしてよい。第２の排出用開口は、第１の排出用開口の高さよりも高い位置に位置決めされているので、第１の圧力においては、相対的に低い第１の排出用開口からのみ水が流出するが、十分により高い第２の圧力では、第１の排出用開口および第２の排出用開口の両方から水が流出する。
【０１１６】
このように、本発明の実施形態の新規な特徴を図示、説明、および指摘してきたが、当業者であれば本発明の思想から逸脱することなく開示した発明の形態および詳細な内容をさまざまな点で省略、置換、および変更し得るものと理解されたい。
【０１１７】
また、特許請求の範囲は、本明細書に記載した本発明の一般的および具体的な特徴を全てその範囲内に含めることを意図しており、本発明の範囲に関する記載は全て、言葉の問題として、本発明の範囲に入ると理解されたい。
［項目１］
流入する水から物質を除去する水処理システムであって、
複数の側壁、一の底部、および一の流入口を有する水処理チャンバと、
リンを滞留させるべく構成された媒質を有する少なくとも１つの滞留層であって、上記水処理チャンバ内において水処理残留物、赤泥、赤石膏、および、鉄またはアルミニウムを豊富に含む土壌のうち少なくとも１つを有し、上記流入口から流入する水を受け取るように位置決めされている少なくとも１つの滞留層と、
上記滞留層の下方に設けられており、且つ、上記滞留層によって処理された水が排水システムで集められるように構成および配置されている排水層と、
上記流入口および上記滞留層の下方であって、排水層の内部に設けられており、処理対象の水が上記流入口から上記滞留層を通って上記排水システムへと流れるように構成および配置されている上記排水システムと、
上記滞留層を通った水を上記水処理チャンバの外部へと導くように構成されている上記排水システムと、
２４時間以内に上記滞留層を通過する水を少なくとも２４インチを超える深さで処理する上記滞留層であって、上記水は、窒素含有率が少なくとも０．５０ｍｇ／ｌであるか、または、リン含有率が少なくとも０．３０ｍｇ／ｌであり、上記窒素含有率を少なくとも４０％低減するか、または、上記リン含有率を少なくとも９０％低減する上記滞留層と
を備えるシステム。
［項目２］
上記滞留層は、厚みが少なくとも１２インチである項目１に記載のシステム。
［項目３］
上記水処理チャンバは、上記側壁が実質的に不透水性で、上記底部が透水性で上記水処理チャンバの外部へと水を透過させる項目１に記載のシステム。
［項目４］
上記排水システムは、複数の排水管を含む排水管網を有し、上記複数の排水管のうち少なくとも１つは、上記水処理チャンバを貫通して外部へと延設されており、流量制御機構が端部に設けられており、上記流量制御機構は、上記水処理チャンバから流出する水流の流量を、上記ろ過層を通って流れる水の圧力水頭に比例して異なるように自動的に調整するよう構成および配置されている項目１に記載のシステム。
［項目５］
上記流量制御機構は、少なくとも第１の排出用開口および第２の排出用開口と流体連通している管であって、上記水処理チャンバからの水を受け取る管を含み、上記第２の排出用開口は、上記第１の排出用開口の高さよりも高い位置に位置決めされているので、第１の圧力においては、相対的に低い上記第１の排出用開口からのみ水が流出するが、十分により高い第２の圧力では、上記第１の排出用開口および上記第２の排出用開口の両方から水が流出する項目４に記載のシステム。
［項目６］
上記水処理チャンバ内に設けられている、上記流入口からの水を受け取る媒質と、窒素および／またはリンといった汚染物質の除去を促進するべく上記媒質内で成長する有効な量および種類の植物生命体とを備える項目１に記載のシステム。
［項目７］
水を処理する方法であって、
リンを滞留させるべく構成されている媒質であって、水処理残留物、赤泥、赤石膏、および、鉄またはアルミニウムを豊富に含む土壌のうち少なくとも１つを含む媒質を含む滞留層を形成する段階と、
流入口によって、窒素含有率が少なくとも０．５０ｍｇ／ｌ以上であるか、または、リン含有率が少なくとも０．３０ｍｇ／ｌである雨水または廃水である水を上記滞留層へと導く段階と、
上記水を下向きに流して上記ろ過層を通過させて、上記窒素含有率を少なくとも５０％、および、上記リン含有率を少なくとも９０％低減する段階と
を備える方法。
［項目８］
上記雨水または上記廃水は、窒素含有率が少なくとも０．５０ｍｇ／ｌであるか、または、リン含有率が少なくとも０．３０ｍｇ／ｌであり、上記水を上記滞留層へと導き、上記水を下向きに流して上記滞留層を通過させて、上記窒素含有率を少なくとも６０％、または、上記リン含有率を少なくとも９０％低減する項目７に記載の方法。
［項目９］
雨水は、舗装道路から上記滞留層へと導かれる項目７に記載の方法。
［項目１０］
上記滞留層の上方には１以上の植物が植えられており、上記水から窒素および／またはリンを除去するプロセスを促進している項目７に記載の方法。
［項目１１］
廃水を処理する方法であって、
少なくとも３６平方フィートの面積のろ過層へ、１時間につき、上記ろ過層の上記面積と深さ１フィートとの積に等しい少なくとも３６立方フィートの体積の廃水を導き、上記廃水は、リンおよび窒素を含み、上記ろ過層は、リンを滞留させるように構成されている媒質を含み、水処理残留物、赤泥、赤石膏、および／または、鉄あるいはアルミニウムを豊富に含む土壌のうち少なくとも１つを含み、上記水が上記媒質を通過すると、窒素含有率が少なくとも６０％低減されるか、または、リン含有率が少なくとも９０％低減される方法。
［項目１２］
水を処理するシステムであって、
リンを滞留させるように構成されている媒質を有し、水処理残留物、赤泥、赤石膏、または、鉄あるいはアルミニウムを豊富に含む土壌を有する滞留層と、
上記ろ過層の底部から水を引き出すように構成および配置されており、上記ろ過層の下方に設けられている少なくとも１つの排水パイプと
を備え、
上記排水パイプは、排出システムへと延設されており、上記排出システムは少なくとも、上記排水パイプと流体連通している第１の開口および第２の開口を含み、上記第２の開口は上記第１の開口よりも高い位置に配されているシステム。
［項目１３］
上記第１の開口は、導管と流体連通すると共に上記導管の遠位端に配されており、上記第１の開口の高さは、上記導管を選択的に回転させることによって、選択的に調整される項目１２に記載のシステム。
［項目１４］
上記第２の開口は、導管と流体連通すると共に上記導管の遠位端に配されており、上記第２の開口の高さは、上記導管を選択的に移動させることによって、上記第１の開口の高さに対して、選択的に調整される
項目１２に記載のシステム。
［項目１５］
上記第２の開口の高さは実質的に、上記滞留層の高さの範囲内にあるか、または、上記滞留層の高さよりも高い位置にある項目１２に記載のシステム。
［項目１６］
上記滞留層は、リンを滞留させるべく構成されている媒質を含む層の上に土壌の層を含み、水処理残留物、赤泥、赤石膏、または、鉄あるいはアルミニウムを豊富に含む土壌のうち少なくとも１つを含み、上記媒質には、上記水からの窒素および／またはリンといった汚染物質の除去を促進するために有効な量および種類の植物生命体が成長しており、上記第２の開口の高さは、上記媒質の層の範囲内であるか、または、上記媒質の層よりも高い位置にある項目１２に記載のシステム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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