(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物と栄養塩について微生物による分解作用を利用する水質改善用の人工湿地であって、
バイオフィルムまたは植物根圏微生物群が形成され所定の濾材厚さを有する濾材を含み周壁部と底面部とが防水構造で形成され上面部が大気側に開放されている人工干潟濾床と、
前記人工干潟濾床の前記濾材へ前記有機物と栄養塩を含む処理対象水を給水する給水部と、
前記分解作用が行われた処理水を前記人工干潟濾床の防水構造の外側へ排水する排水部と、
前記人工干潟濾床における水位を予め定めた呼吸期間周期で変動させ、前記濾材から前記処理水を排水させる水位下降の期間において新鮮な空気を大気側から前記濾材に吸気させ、前記濾材に前記処理対象水を浸透させる水位上昇の期間において前記分解作用で使用済みとなった空気を前記濾材から大気側へ呼気させる濾材呼吸機構と、
を備え、
前記濾材呼吸機構は、
前記防水構造の底面の基準位置から測った所定の吸水水位で吸水する吸水部を一方端に有し、
前記吸水水位よりも低水位側の排水水位で排水する前記排水部を他方端に有し、
前記吸水部と前記排水部とを結ぶ管路の一部が、前記吸水水位よりも高い動作基準水位の高さ位置に配置されるサイフォン管機構であり、
前記呼吸期間周期は、前記人工干潟濾床の前記濾材の濾材体積と、前記濾材における水の浸透速度と、前記サイフォン管機構の前記動作基準水位の３つの条件の設定で調整でき、他の条件を同じとして、前記濾材体積が大きいほど、前記浸透速度が遅いほど、前記動作基準水位が高いほど、前記呼吸期間周期は長く設定できることを特徴とする水質改善用の人工湿地。
【請求項２】
有機物と栄養塩について微生物による分解作用を利用する水質改善用の人工湿地であって、
バイオフィルムまたは植物根圏微生物群が形成され所定の濾材厚さを有する濾材を含み周壁部と底面部とが防水構造で形成され上面部が大気側に開放されている人工干潟濾床と、
前記人工干潟濾床の前記濾材へ前記有機物と栄養塩を含む処理対象水を給水する給水部と、
前記分解作用が行われた処理水を前記人工干潟濾床の防水構造の外側へ排水する排水部と、
前記人工干潟濾床における水位を予め定めた呼吸期間周期で変動させ、前記濾材から前記処理水を排水させる水位下降の期間において新鮮な空気を大気側から前記濾材に吸気させ、前記濾材に前記処理対象水を浸透させる水位上昇の期間において前記分解作用で使用済みとなった空気を前記濾材から大気側へ呼気させる濾材呼吸機構と、
を備え、
前記濾材呼吸機構は、
前記防水構造の底面の基準位置から測った所定の吸水水位で吸水する吸水部を一方端に有し、
前記吸水水位よりも低水位側の排水水位で排水する前記排水部を他方端に有し、
前記濾材を浸透した前記処理対象水の水位が所定の動作基準水位に達するまでは前記吸水部と前記排水部とを結ぶ管路部を遮断し、前記処理対象水の水位が前記動作基準水位に達すると前記吸水部と前記排水部とを結ぶ前記管路部を開放する水位開放型の逆止弁を備える管路逆止開放機構であり、
前記呼吸期間周期は、前記人工干潟濾床の前記濾材の濾材体積と、濾材における水の浸透速度と、前記管路逆止開放機構の前記動作基準水位の３つの条件の設定で調整でき、他の条件を同じとして、前記濾材体積が大きいほど、前記濾材における水の前記浸透速度が遅いほど、前記動作基準水位が高いほど、前記呼吸期間周期は長く設定できることを特徴とする水質改善用の人工湿地。
【請求項３】
請求項１または２に記載の水質改善用の人工湿地において、
前記浸透速度を同じとして、前記濾材体積が異なる二つの人工干潟濾床の前記呼吸期間周期を同じに設定するには、前記濾材体積が小さい方の前記人工干潟濾床の前記動作基準水位よりも、前記濾材体積が大きい方の前記人工干潟濾床の前記動作基準水位を高く設定することを特徴とする水質改善用の人工湿地。
【請求項４】
請求項１または２に記載の水質改善用の人工湿地において、
前記動作基準水位を同じとして、前記浸透速度が異なる二つの前記人工干潟濾床については、前記浸透速度が速い方の前記人工干潟濾床の前記呼吸期間周期よりも、前記浸透速度が遅い方の前記人工干潟濾床の前記呼吸期間周期を長く設定できることを特徴とする水質改善用の人工湿地。
【請求項５】
請求項１または２に記載の水質改善用の人工湿地において、
前記人工干潟濾床を階段状に複数段配置して階段状人工湿地群とし、
前記階段状人工湿地群についての原水の給水部を前記階段状人工湿地群の最上段の前記人工干潟濾床に配置し、
前記階段状人工湿地群の隣接する２段の前記人工干潟濾床を１組として、各１組についてそれぞれ前記濾材呼吸機構を配置し、各１組の上段側の前記人工干潟濾床に前記吸水部を配置した前記濾材呼吸機構の前記排水部を、前記上段側に対し１段下段側の前記人工干潟濾床の上方に配置して前記１段下段側の前記人工干潟濾床に対する前記給水部とし、
前記階段状人工湿地群についての最終処理水を排水する処理口部を前記階段状人工湿地群の最下段の前記人工干潟濾床に設けることを特徴とする水質改善用の人工湿地。
【請求項６】
請求項１または２に記載の水質改善用の人工湿地において、
前記人工干潟濾床を複数段重ねて重層人工湿地群とし、
前記重層人工湿地群についての前記処理対象水である原水を給水する原水給水部を前記重層人工湿地群の最上段の前記人工干潟濾床に配置し、
前記重層人工湿地群の隣接する２段の前記人工干潟濾床を１組として、各１組についてそれぞれ前記濾材呼吸機構を配置し、各１組の上段側の前記人工干潟濾床に前記吸水部を配置した前記濾材呼吸機構の前記排水部を、前記上段側に対し１段下段側の前記人工干潟濾床の上方に配置して前記１段下段側の前記人工干潟濾床に対する前記給水部とし、
前記重層人工湿地群についての最終処理水を排水する処理口部を前記重層人工湿地群の最下段の前記人工干潟濾床に配置することを特徴とする水質改善用の人工湿地。
【請求項７】
請求項６に記載の水質改善用の人工湿地において、
前記重層人工湿地群についての原水の給水部は、前記原水の貯水槽から給水ポンプを介して延びる給水管であることを特徴とする水質改善用の人工湿地。
【請求項８】
請求項１または２に記載の水質改善用の人工湿地において、
前記吸水部には濾材吸込みを抑制するフィルタ機構が設けられることを特徴とする水質改善用の人工湿地。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水質改善用の人工湿地に関する。
【背景技術】
【０００２】
生活排水、農業用排水、牧畜用排水、産業用排水等に含まれる有機物と栄養塩について微生物による分解作用を利用しＢＯＤ（Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｄｅｍａｎｄ）や窒素成分を低減した処理水として回収することが行われる。
【０００３】
特許文献１は、水質改善用の人工湿地として、バイオフィルムまたは植物根圏微生物群が形成される濾床を複数段重層し、重層された各濾床の間に濾床間管路を設け、各濾床に空気を供給することを述べている。
【０００４】
非特許文献１は、人工湿地において水が存在する環境では、酸素濃度が不足して生物学的好気分解作用が律速されることを指摘し、これを打破できる自然現象のモデルとして、干潟における潮の干満を述べている。干潟では干潮時に水位が低下して底質が露出し水を介さずに大気から直接的に酸素が供給される時間帯が定期的に存在する。これにより干潟では、上げ潮により水位が上昇する時間帯に有機物や栄養塩類が流入・沈降し、下げ潮により水位が低下する時間帯にこれらが分解される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−２３１０４２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】中野，自然生態系の浄化機能の限界と応用〜人工湿地を事例として〜，環境バイオテクノロジー学会誌，Ｖｏｌ．１０，Ｎｏ．２，２０１０年，ｐ５３−５７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
天然の干潟において干潟砂質が大気を吸収し排気する一周期は、潮の干満周期の約６時間となる。これに対し、水質改善用の人工湿地においては、処理対象の排水に含まれる有機物や栄養塩の種類と濃度、人工干潟濾床の濾材に形成されるバイオフィルムや植物根圏微生物群の種類と密度等によって、ＢＯＤや窒素成分の低減に必要な処理時間が異なる。濾材の水位を変動させ、さらに水位変動の周期を目的に応じて設定できれば、人工湿地において干潟の潮の干満モデルを用いて効率的なＢＯＤや窒素成分の低減が可能になる。
【０００８】
本発明の目的は、濾材の水位を変動させることができる水質改善用の人工湿地を提供することである。他の目的は、濾材の水位変動の周期を目的に応じて設定できる水質改善用の人工湿地を提供することである。以下の手段は、これらの目的の少なくとも１つを達成することに貢献する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る水質改善用の人工湿地は、有機物と栄養塩について微生物による分解作用を利用する水質改善用の人工湿地であって、バイオフィルムまたは植物根圏微生物群が形成され所定の濾材厚さを有する濾材を含み周壁部と底面部とが防水構造で形成され上面部が大気側に開放されている人工干潟濾床と、人工干潟濾床の濾材へ有機物と栄養塩を含む処理対象水を給水する給水部と、分解作用が行われた処理水を人工干潟濾床の防水構造の外側へ排水する排水部と、人工干潟濾床における水位を予め定めた呼吸期間周期で変動させ、濾材から処理水を排水させる水位下降の期間において新鮮な空気を大気側から濾材に吸気させ、濾材に処理対象水を浸透させる水位上昇の期間において分解作用で使用済みとなった空気を濾材から大気側へ呼気させる濾材呼吸機構と、を備え、濾材呼吸機構は、防水構造の底面の基準位置から測った所定の吸水水位で吸水する吸水部を一方端に有し、吸水水位よりも低水位側の排水水位で排水する排水部を他方端に有し、吸水部と排水部とを結ぶ管路の一部が、吸水水位よりも高い動作基準水位の高さ位置に配置されるサイフォン管機構であり、呼吸期間周期は、人工干潟濾床の濾材の濾材体積と、濾材における水の浸透速度と、サイフォン管機構の動作基準水位の３つの条件の設定で調整でき、他の条件を同じとして、濾材体積が大きいほど、浸透速度が遅いほど、動作基準水位が高いほど、呼吸期間周期は長く設定できることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る水質改善用の人工湿地は、有機物と栄養塩について微生物による分解作用を利用する水質改善用の人工湿地であって、バイオフィルムまたは植物根圏微生物群が形成され所定の濾材厚さを有する濾材を含み周壁部と底面部とが防水構造で形成され上面部が大気側に開放されている人工干潟濾床と、人工干潟濾床の濾材へ有機物と栄養塩を含む処理対象水を給水する給水部と、分解作用が行われた処理水を人工干潟濾床の防水構造の外側へ排水する排水部と、人工干潟濾床における水位を予め定めた呼吸期間周期で変動させ、濾材から処理水を排水させる水位下降の期間において新鮮な空気を大気側から濾材に吸気させ、濾材に処理対象水を浸透させる水位上昇の期間において分解作用で使用済みとなった空気を濾材から大気側へ呼気させる濾材呼吸機構と、を備え、濾材呼吸機構は、防水構造の底面の基準位置から測った所定の吸水水位で吸水する吸水部を一方端に有し、吸水水位よりも低水位側の排水水位で排水する排水部を他方端に有し、濾材を浸透した処理対象水の水位が所定の動作基準水位に達するまでは吸水部と排水部とを結ぶ管路部を遮断し、処理対象水の水位が動作基準水位に達すると吸水部と排水部とを結ぶ管路部を開放する水位開放型の逆止弁を備える管路逆止開放機構であり、呼吸期間周期は、人工干潟濾床の濾材の濾材体積と、濾材における水の浸透速度と、管路逆止開放機構の動作基準水位の３つの条件の設定で調整でき、他の条件を同じとして、濾材体積が大きいほど、浸透速度が遅いほど、動作基準水位が高いほど、前記呼吸期間周期は長く設定できることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る水質改善用の人工湿地において、浸透速度を同じとして、濾材体積が異なる二つの人工干潟濾床の呼吸期間周期を同じに設定するには、濾材体積が小さい方の人工干潟濾床の動作基準水位よりも、濾材体積が大きい方の人工干潟濾床の動作基準水位を高く設定することが好ましい。
【００１３】
本発明に係る水質改善用の人工湿地において、動作基準水位を同じとして、浸透速度が異なる二つの人工干潟濾床については、浸透速度が速い方の人工干潟濾床の呼吸期間周期よりも、浸透速度が遅い方の人工干潟濾床の呼吸期間周期を長く設定してよい。
【００１４】
本発明に係る水質改善用の人工湿地において、人工干潟濾床を階段状に複数段配置して階段状人工湿地群とし、階段状人工湿地群についての原水の給水部を階段状人工湿地群の最上段の人工干潟濾床に配置し、階段状人工湿地群の隣接する２段の人工干潟濾床を１組として、各１組についてそれぞれ濾材呼吸機構を配置し、各１組の上段側の人工干潟濾床に吸水部を配置した濾材呼吸機構の排水部を、上段側に対し１段下段側の人工干潟濾床の上方に配置して１段下段側の人工干潟濾床に対する給水部とし、階段状人工湿地群についての最終処理水を排水する処理口部を階段状人工湿地群の最下段の人工干潟濾床に設けることが好ましい。
【００１５】
本発明に係る水質改善用の人工湿地において、人工干潟濾床を複数段重ねて重層人工湿地群とし、重層人工湿地群についての原水の給水部を重層人工湿地群の最上段の人工干潟濾床に配置し、重層人工湿地群の隣接する２段の人工干潟濾床を１組として、各１組についてそれぞれ濾材呼吸機構を配置し、各１組の上段側の人工干潟濾床に吸水部を配置した濾材呼吸機構の排水部を、上段側に対し１段下段側の人工干潟濾床の上方に配置して１段下段側の人工干潟濾床に対する給水部とし、重層人工湿地群についての最終処理水を排水する処理口部を重層人工湿地群の最下段の人工干潟濾床に配置することが好ましい。
【００１６】
本発明に係る水質改善用の人工湿地において、重層人工湿地群についての原水の給水部は、原水の貯水槽から給水ポンプを介して延びる給水管であることが好ましい。
【００１７】
本発明に係る水質改善用の人工湿地において、吸水部には濾材吸込みを抑制するフィルタ機構が設けられることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る水質改善用の人工湿地は、人工干潟濾床における水位を予め定めた呼吸期間周期で変動させる濾材呼吸機構を備える。濾材呼吸機構は、濾材から処理水を排水させる水位下降の期間において新鮮な空気を大気側から濾材に吸気させ、濾材に処理対象水を浸透させる水位上昇の期間において分解作用で使用済みとなった空気を濾材から大気側へ呼気させる。
濾材呼吸機構はサイフォン管機構である。サイフォン管機構は、逆Ｕ字形管路であって一方端の吸水部から吸水された水の管路内水位は上昇し、管路から空気を追い出しながら水位が逆Ｕ字形管路の最高点である動作基準水位に達すると吸水水位と排水水位との間の水位差によって排水が行われ水位が下降する。サイフォン管機構を濾材の排水に適用することで、簡単に濾材の水位を変動させることができる。
呼吸期間周期は、人工干潟濾床の濾材の濾材体積と、濾材における水の浸透速度と、サイフォン管機構の動作基準水位の３つの条件の設定で調整でき、他の条件を同じとして、濾材体積が大きいほど、浸透速度が遅いほど、動作基準水位が高いほど、呼吸期間周期は長く設定できる。このように、濾材の水位を変動させることができるので、その水位変動周期を目的に応じて設定することで、人工湿地において干潟の潮の干満モデルを用いて効率的なＢＯＤや窒素成分の低減が可能になる。
【００２０】
本発明に係る水質改善用の人工湿地は、濾材呼吸機構が管路逆止開放機構である。管路逆止開放機構は、濾材を浸透した処理対象水の水位が所定の動作基準水位に達するまでは吸水部と排水部とを結ぶ管路を遮断し、処理対象水の水位が動作基準水位に達すると吸水部と排水部とを結ぶ管路を開放する水位開放型の逆止弁を備える。管路に空気が残っているとサイフォン管機構は正常作動しないが、上記方式によれば、水位が動作基準水位になれば逆止弁を開放させる。例えば、濾床の水位の上昇が緩やかであっても、サイフォン管機構と同様の作用を行うことが可能になる。
【００２１】
本発明に係る水質改善用の人工湿地において、浸透速度を同じとして、濾材体積が異なる二つの人工干潟濾床の呼吸期間周期を同じに設定するには、濾材体積が小さい方の人工干潟濾床の動作基準水位よりも、濾材体積が大きい方の人工干潟濾床の動作基準水位を高く設定する。これにより、濾材体積が異なっても、濾材の水位変動周期を目的に応じて設定することができる。
【００２２】
本発明に係る水質改善用の人工湿地において、動作基準水位を同じとして、浸透速度が異なる二つの人工干潟濾床については、浸透速度が速い方の人工干潟濾床の呼吸期間周期よりも、浸透速度が遅い方の人工干潟濾床の呼吸期間周期を長く設定できる。これにより、所望の呼吸期間周期に適した浸透速度の濾材を選択できる。
【００２３】
本発明に係る水質改善用の人工湿地において、人工干潟濾床を階段状に複数段配置して階段状人工湿地群とし、階段状人工湿地群の隣接する２段の人工干潟濾床を１組として各１組についてそれぞれ濾材呼吸機構を配置する。これにより、例えば傾斜地において多段構成の人工湿地群を形成することができる。また、多段構成の人工湿地群において濾材の水位を変動させることができ、その水位変動周期を目的に応じて設定することができる。多段構成の人工湿地群とすることで、浄化処理能力を向上できる。また、目的に応じて異なるＢＯＤや窒素成分の低減に必要な処理時間に対応可能となる。
【００２４】
本発明に係る水質改善用の人工湿地において、人工干潟濾床を複数段重ねて重層人工湿地群とし、重層人工湿地群の隣接する２段の人工干潟濾床を１組として各１組についてそれぞれ濾材呼吸機構を配置する。これにより、少ない設置面積の下で多段構成の人工湿地群を形成することができる。また、多段構成の人工湿地群において濾材の水位を変動させることができ、その水位変動周期を目的に応じて設定することができる。多段構成の人工湿地群とすることで、浄化処理能力を向上できる。また、目的に応じて異なるＢＯＤや窒素成分の低減に必要な処理時間に対応が可能となる。
【００２５】
本発明に係る水質改善用の人工湿地において、重層人工湿地群についての原水の給水部は、原水の貯水槽から給水ポンプを介して延びる給水管である。給水ポンプの能力を適切に設定することで、重層の段数を増加させることができ、より少ない設置面積で効率的な水質改善用の人工湿地とすることができる。
【００２６】
本発明に係る水質改善用の人工湿地において、吸水部には濾材吸込みを抑制するフィルタ機構が設けられるので、濾材呼吸機構が目詰まりすることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る実施の形態における水質改善用の人工湿地の人工干潟濾床についての断面図である。
【図２】本発明に係る実施の形態における水質改善用の人工湿地の人工干潟濾床について、粒径の粗い濾材を用いた場合の水位の時間的変動を示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態における水質改善用の人工湿地の人工干潟濾床について、粒径の細かい濾材を用いた場合の水位の時間的変動を示す図である。
【図４】濾材水位の時間的変動について、横軸に時間を取り、縦軸に水位を取って示す図である。図４（ａ）は図２の濾材水位変動を示し、（ｂ）は図３の濾材水位変動を示す図である。
【図５】本発明に係る実施の形態における水質改善用の人工湿地として、階段状の人工湿地群の構成図である。
【図６】図５の構成を傾斜地における棚田構成として適用する例を示す図である。
【図７】本発明に係る実施の形態における水質改善用の人工湿地として、重層人工湿地群の構成図である。
【図８】図７の構成の重層人工湿地群と、サイフォン管機構を用いない従来型の重層人工湿地群とについてそれぞれの作用効果を比較した結果を示す図である。
【図９】本発明に係る実施の形態における水質改善用の人工湿地に用いられる吸水部フィルタを示す図である。
【図１０】本発明に係る実施の形態における水質改善用の人工湿地にサイフォン管機構を設けたときの課題を示す図である。
【図１１】他の濾材呼吸機構としての管路逆止開放機構の構成図である。
【図１２】管路逆止開放機構を用いることで図１０における課題解決を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下で述べる寸法、形状、濾材の種類、濾床段数等は、説明のための例示であって、人工湿地の仕様に合わせ、適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２９】
図１は、水質改善用の人工湿地１０の断面図である。以下では特に断らない限り、水質改善用の人工湿地１０を、人工湿地１０と呼ぶ。図１には、人工湿地１０の構成要素ではないが、水質を改善する対象の処理対象水４と、水質改善後の処理水６を図示した。人工湿地１０は、給水される処理対象水４に含まれる有機物と栄養塩について微生物による分解作用を利用し、ＢＯＤや窒素成分を低減した処理水６として排水する水質改善処理施設である。ここで処理されるＢＯＤには、有機物ＢＯＤと窒素性ＢＯＤが含まれる。有機物ＢＯＤは炭化性ＢＯＤと呼ばれることがあり、窒素性ＢＯＤはＮ−ＢＯＤと呼ばれることがある。
【００３０】
人工湿地１０は、人工干潟濾床２０と、サイフォン管機構４０と、処理対象水４を給水する給水部４８とを備える。人工干潟濾床２０は、防水枠体２２とその内部に収容される濾材３０とを含む。サイフォン管機構４０は、濾材３０の内部に差し込まれた先端開口部である吸水部５０を有し、防水枠体２２の外部に開口する排水部６０を有する。処理対象水４は給水部４８によって人工干潟濾床２０の濾材３０に給水される。濾材３０に浸透し分解作用を受けた処理水は、サイフォン管機構４０の吸水部５０から吸水され、サイフォン管機構４０の排水部６０から処理水６が外部に排水される。図１に示す鉛直方向は、水が重力方向に沿って落下する方向である。以下で述べる高さや濾材の水位は、この鉛直方向に沿って測った値である。
【００３１】
防水枠体２２は、人工干潟濾床２０の外形を形成し、濾材３０を外部から分離し、濾材３０に含まれる処理対象水４等を外部に流出しないように区画する容器状の構造物である。防水枠体２２は、周壁部２４と底面部２６が防水構造で、上面部２８が大気側に開放される。底面部２６において濾材３０が接する位置を基準位置Ｏとして、基準位置Ｏからの周壁部２４の高さＨ0は、基準位置Ｏからの濾材厚さＤの上面よりも高い。
【００３２】
図１に示すように、処理対象水４を濾材３０に給水する給水部４８は、防水枠体２２の上面部側に設けられる。これにより、給水部４８から処理対象水４を放出すると、重力によってそのまま濾床３０に注がれる。処理対象水４は、防水枠体２２の底部から供給することもできる。その場合には、給水部４８は、防水枠体２２の底部に設けられ、給水圧力によって鉛直方向に向かって処理対象水４が濾床３０に供給される。この方式は、天然の干潟において底質から湧水するモデルに近い。処理対象水４を防水枠体２２の周壁部２４から供給してもよい。
【００３３】
防水構造は、完全な遮液構造でなくてもよく、サイフォン管機構４０を流れる処理水６の流量に比べて僅かな漏れ流量があっても構わない。単位時間当たりで比べて、防水構造からの漏れ流量がサイフォン管機構４０を流れる処理水６の流量の数％以下であればよい。防水構造は、コンクリート、モルタル、プラスチック材料等で構成することができ、これに代えて、プラスチックシート等の透水性の低いシート材で構成してもよい。また、後述する棚田のように周壁部と底面部が粘土質等の透水性の低い土壌等で構成された構造でもよい。
【００３４】
濾材３０は、防水枠体２２の内部空間に敷き詰められ、バイオフィルムまたは植物根圏微生物群が形成される濾過材料である。濾材３０は、礫、砂、土壌、ガラスカレット等である。防水枠体２２に収容される濾材３０の濾材体積Ｖは、濾材厚さＤと、防水枠体２２内の濾材面積Ｓとを用いて、Ｖ＝Ｓ×Ｄで示される。
【００３５】
バイオフィルムとは、濾材３０の濾過材料に付着する微生物の膜である。例えば、川の流れの中にある礫や砂には、ぬるぬるした層が付着しているが、この層は、水中に含まれる有機物や栄養塩とこれを食べる微生物からなる膜である。この膜がバイオフィルムである。植物根圏微生物群とは、図１には図示しないが、濾材３０に生育するヨシ等の水生植物の根の周りの濾過材料中の微生物の群落で、有機物や栄養塩を食べる。
【００３６】
バイオフィルムまたは植物根圏微生物群に含まれる微生物には、ＢＯＤ酸化菌と、Ｎ−ＢＯＤ酸化菌が含まれる。Ｎ−ＢＯＤ酸化菌は硝化菌と呼ばれる。ＢＯＤ酸化菌は、糖類、有機酸を体内に取り込み、約４８時間以内にその大半を酵素反応によって酸化分解する。また、デンプン、タンパク質、脂質を加水分解によって低分子化した後、やはり酵素反応によって酸化分解する。この場合、低分子化する時間を要する。Ｎ−ＢＯＤ酸化菌は、水中のアンモニア態窒素を硝酸態窒素に酸化し、続く無酸素環境での硝酸塩呼吸による脱窒工程において、脱窒菌が硝酸態窒素を還元分解する。バイオフィルムや植物根圏微生物群に含まれるＢＯＤ酸化菌およびＮ−ＢＯＤ酸化菌を利用することで、処理対象水４に含まれる有機物と栄養塩を分解し、ＢＯＤや窒素成分を低減した処理水６となる。
【００３７】
サイフォン管機構４０は、基準位置Ｏから測った吸水水位Ｈ1に開口する吸水部５０を一方端に有し、吸水水位よりも低水位側の排水水位（−Ｈ2）に開口する排水部６０を他方端に有する。サイフォン管機構４０は、吸水部５０と排水部６０とを結ぶ管路の一部が、吸水水位Ｈ1よりも高い動作基準水位Ｈ3に配置される逆Ｕ字形管路である。
【００３８】
サイフォン管機構４０は、給水部４８から人工干潟濾床２０へ処理対象水４が給水されても、濾材３０の水位が動作基準水位Ｈ3に達するまでは濾材３０に含まれる水を排水しない。濾材の水位が上昇し管路の中の空気を追い出して動作基準水位Ｈ3に達すると初めて排水部６０から処理水６として外部に排水して人工干潟濾床２０の水位を下げる。したがって、サイフォン管機構４０は、人工干潟濾床２０における濾材の水位を変動させる水位変動機構である。
【００３９】
水位変動について水位下降と水位上昇とに分けると、人工干潟濾床２０の濾材３０から処理水６を排水させる水位下降の期間において新鮮な空気を大気側から濾材３０へ吸気させる。また、濾材３０に処理対象水４を浸透させて防水枠体２２の底面である基準位置Ｏまで達するとそこから濾材水位が上がる水位上昇の期間において有機物と栄養塩の分解作用で使用済みとなった空気を濾材３０から大気側へ呼気させる。このように、サイフォン管機構４０は、濾材３０について、大気を吸入する吸気作用と、大気を吐出する呼気作用とを行わせる濾材呼吸機構である。
【００４０】
図２と図３は、サイフォン管機構４０による濾材呼吸作用を示す図である。ここでは、濾材３０について、粒径の粗い濾材３２と粒径の細かい濾材３４について比較する。粒径が粗い濾材３２の例としては、粒径が約５ｍｍから約１０ｍｍの頁岩の礫を用いることができる。粒径が細かい濾材３４の例としては、粒径が約１ｍｍから５ｍｍの頁岩の礫を用いることができる。頁岩の礫に代えて、ガラスカレットを用いる場合では、粒径が粗い濾材３２として最大粒径が約１０ｍｍのガラスカレットを用いることができる。粒径が細かい濾材３４として最大粒径が約１ｍｍから５ｍｍのガラスカレットを用いることができる。
【００４１】
図２は、粒径の粗い濾材３２を用いた場合の図、図３は、粒径の細かい濾材３４を用いた場合の図である。各図は、図１の人工湿地１０における人工干潟濾床２０と濾材３２（または濾材３４）と処理対象水４と処理水６を示し、時間経過と共に人工干潟濾床２０における水位の変化を示す断面図である。図４は、横軸に時間、縦軸に濾材３２（または濾材３４）における水位である濾材水位を取ってその時間変化を示す推移図である。以下で濾材水位とは、濾材３０の全体に処理対象水４が浸透した後、防水枠体２２の底面に達し、そこから水位が上昇したときの基準位置Ｏからの水位、または、基準位置Ｏから上昇した水位が排水されることによって下降してゆく水位である。浸透中の処理対象水４の先端の位置のことではない。
【００４２】
図２（ａ）は、粒径の粗い濾材３２の人工干潟濾床２０の初期状態を示す図である。この状態において、人工干潟濾床２０に処理対象水４はまだ給水されていない。（ｂ）は、人工干潟濾床２０に処理対象水４が給水された時間ｔｂの状態を示す図である。濾材３２の粒径は粗いので、給水された処理対象水４は濾材３２の上面に滞留することなく、直ちに濾材３２の内部に浸透を開始する。処理対象水４は濾材３２の上面近くで浸透中であるので、濾材水位もサイフォン水位もゼロである。
【００４３】
（ｃ）は、時間ｔｂよりも後の時間ｔｃの状態を示す図である。処理対象水４が引き続き給水され、給水された処理対象水４が濾材３２の内部に浸透中である。この時点では、浸透した処理対象水４の先端はまだ防水枠体２２の底面に達していないので、濾材水位もサイフォン水位もゼロである。
【００４４】
（ｄ）は、時間ｔｃよりも後の時間ｔｄの状態を示す図である。ここでは、処理対象水４は引き続き給水され、給水された処理対象水４が濾材３２の内部に浸透し、その先端が防水枠体２２の底面に達し、そこから水位が上昇する。（ｄ）では、基準位置Ｏから測った濾材水位をＨU1と示した。サイフォン水位もＨU1となる。
【００４５】
（ｅ）は、時間ｔｄよりも後の時間ｔｅの状態を示す図である。ここでは、防水枠体２２の防水作用によって、人工干潟濾床２０の水位が底面側から上昇するとともに、濾材３０に浸透した処理対象水４が濾材３２の内部に拡散して広がり、濾材３２のままで上面部側に残されている状態の領域が少なくなる。このように、防水枠体２２の作用により濾材３２に浸透した処理対象水４が濾材３２の内部に拡散して拡がることにより、濾材３２の濾材体積Ｖの広い範囲で有機物と栄養塩の分解作用が行われ、水質改善効率が向上する。この状態になる前後で、処理対象水４の給水を止める。（ｅ）では、基準位置Ｏから測った濾材水位をＨU2と示した。サイフォン水位もＨU2となる。
【００４６】
図２の（ｂ）〜（ｅ）では、処理対象水４が濾材３２に浸透して行く。濾材３２には分解作用を行う微生物が含まれるので、浸透した処理対象水４に含まれる有機物と栄養塩は微生物の分解作用によって分解される。微生物は、濾材３２に含まれる空気の酸素を消費して分解作用を行う。分解作用によって酸素が少なくなった濾材３２内の空気は、濾材３２への処理対象水４の浸透と置き替わって、濾材３２の上面の大気に露出する部分から使用済み空気３として大気に吐出される。これが濾材３２の呼気作用である。呼気作用は、濾材３２における水位上昇の期間において生じるので、次に述べる時間ｔｆまで継続する。
【００４７】
（ｆ）は、時間ｔｅよりも後の時間ｔｆの状態を示す図である。時間ｔｆにおいて、濾材水位がＨU2よりさらに上昇し、サイフォン管機構４０の逆Ｕ字形管路から空気が追い出されながら、濾材水位もサイフォン水位も動作基準水位Ｈ3に到達する。このとき、サイフォンの原理によって、濾材３２内の水は、サイフォン管機構４０を通って排水部６０から処理水６として排水される。これにより、濾材水位が低下する。
【００４８】
（ｇ）は、時間ｔｆから時間が経過し、濾材水位が動作基準水位Ｈ3からＨDとなった時間ｔｇの状態を示す図である。ＨDは吸水水位Ｈ1よりも高い。したがって、サイフォン管機構４０による排水は続行中で、排水部６０から処理水６が排水される。濾材水位は低下し続けるが、サイフォン水位は、濾材３２の水が排水されなくなるまで、動作基準水位Ｈ3を維持する。
【００４９】
図２の（ｇ）では、濾材３０内の水がサイフォン管機構４０を介して処理水６として排水されるので、排水される処理水６に入れ替わって、濾材３２の上面の大気露出面から新鮮な空気２が濾材３２に供給される。これが濾材３２の吸気作用である。吸気作用は、濾材３２の水位下降の期間において生じるので、次に述べる時間ｔｈまで継続する。
【００５０】
（ｈ）は、時間ｔｇから時間が経過し、濾材３２の水位が低下して吸水水位Ｈ1となった状態を示す図である。濾材３２の水はこれ以上排水されることはないので、サイフォン管機構４０からも処理水６が全部排水され、サイフォン水位も吸水水位Ｈ1となる。
【００５１】
以上が粒径の粗い濾材３２を用いるときにおいて、水位変動と、濾材呼吸作用の説明である。図３は、粒径の細かい濾材３４を用いるときにおいて、水位変動と、濾材呼吸作用を示す図である。図２では、濾材３２の粒径が粗いため、給水部４８からの処理対象水４が濾材３０の上面に滞留せず、直ちに濾材３２内を浸透する。すなわち、（濾材３２における単位時間当たり浸透流量）＞（給水部４８からの単位時間当たり給水流量）である。図３においては、（濾材３４における単位時間当たり浸透流量）＜（給水部４８からの単位時間当たり給水流量）となる粒径の細かい濾材３４を用いるものとする。この濾材３４を用いるときは、給水部４８からの処理対象水４は、給水と同時には濾材３４内に全部が浸透しきれず、濾材３４の上面に一部が滞留する。
【００５２】
図３（ａ）〜（ｈ）は、それぞれ図２（ａ）〜（ｈ）に対応する。図２と比較すると、図３（ｂ）〜（ｄ）において、濾材３４の上面に処理対象水４が滞留している。図３（ｅ）に途中経過を示すように、この滞留している処理対象水４は次第に濾材３４に浸透してゆく。そし濾材３４のままで残される領域が最終的にはなくなる。図２と図３の相違は、（濾材３２における単位時間当たり浸透流量）＞（濾材３４に対する単位時間当たり浸透流量）に起因する。換言すれば、濾材厚さＤを処理対象水４が浸透する時間は、濾材３４の図３の方が濾材３２の図２に比べて長くかかる。この相違を除くと、図３（ａ）〜（ｈ）の内容は、それぞれ図２（ａ）〜（ｈ）の内容と同じであるので、これ以上の詳細な説明を省略する。
【００５３】
図４は、横軸に時間を取り、縦軸に濾材水位を取って、その時系列変化を示す図である。図４（ａ）は、粒径が粗い濾材３２を用いた図２の場合についての図であり、（ｂ）は、粒径が細かい濾材３４を用いた図３の場合についての図である。各図において、ｔａ〜ｔｈは、図２、図３で説明した各時間である。
【００５４】
図４（ａ）において、時間ｔｂまで濾材水位はゼロ＝基準位置Ｏである。時間ｔｂを過ぎて時間ｔｃでも濾材水位＝０である。時間ｔｄの手前の時間から濾材水位が上昇し始める。図４（ａ）では時間ｔｄ付近で濾材水位＝吸水水位Ｈ1になるものとした。時間経過と共に濾材水位が次第に高くなり、時間ｔｆで濾材水位＝動作基準水位Ｈ3となる。時間ｔｂが時間ｔａの直後であるときはｔｂ＝ｔａとして、時間ｔａから時間ｔｆまでの期間Ｔ1は、濾材水位が上昇している期間であり、濾材３２が呼気を行っている呼気期間である。時間ｔｆから濾材水位は低下を始め、時間ｔｈで濾材水位＝吸水水位Ｈ1となる。時間ｔｆから時間ｔｈまでの期間Ｔ2は、濾材３２が吸気を行っている吸気期間である。
【００５５】
このように、濾材３２は、濾材水位が上昇する期間Ｔ1において呼気作用を行い、濾材水位が下降する期間Ｔ2において吸気作用を行う。時間ｔａ〜時間ｔｈの期間は、（Ｔ1＋Ｔ2）であり、濾材３２の１呼吸期間に相当する。
【００５６】
１呼吸期間において呼気作用を行う期間Ｔ1は、濾材３２から空気を追い出すので、濾材３２内では酸素不足の状態となる。したがって、酸素を用いず還元作用によって分解作用を行う脱窒菌に適した環境となる。これに対し、吸気作用を行う期間Ｔ2は、濾材３２に空気を送り込むので、濾材３２内は新鮮な酸素が十分ある状態となる。したがって、酸素を用いて分解作用を行うＢＯＤ酸化菌に適した環境になる。処理対象水４の組成に応じて、呼気作用を行う期間Ｔ1と吸気作用を行う期間Ｔ2の配分やバランスを適当に取ることで、効果的な水質改善を行うことができる。
【００５７】
１日の内で昼の１回において処理対象水４が発生する学生食堂等の例では、人工湿地１０を１日に１呼吸期間だけ利用することで足りる。これに対し、１日中処理対象水４が発生する生活下水等の例では、１日に１呼吸期間だけでなく、連続的に呼吸期間を繰り返すことが必要となる。そのためには、図４（ａ）の時間ｔｈの状態において、給水部４８から再び処理対象水４を給水する。図２（ｈ）の時間ｔｈの状態は、図２（ａ）の初期状態とほぼ同様の状態である。相違するのは、図２（ａ）では濾材水位＝基準位置Ｏであるが、図２（ｈ）の時間ｔｈの濾材水位＝吸水水位＝Ｈ1である。そこで、時間ｔｈにおいて給水部４８から処理対象水４の再給水を行うことで、濾材水位が上昇し、以後、図２（ｂ）〜（ｈ）で説明した状態が繰り返される。
【００５８】
これを図４（ａ）で説明すると、時間ｔｈまたはその前後の時間において処理対象水４の再給水を行うことで、人工干潟濾床２０の濾材３２は、吸気と呼気とを繰り返すことができる。図４（ａ）では、図２の（ａ）〜（ｈ）に対応する１呼吸期間の水位変動を太い実線で示し、それ以降の各呼吸期間の水位変動を細い実線で示した。なお、必要に応じ、時間ｔｈのときに直ちに再給水せずに、適当な余裕時間をおいて再給水してもよい。吸気と呼気を繰り返すときは、呼気と吸気の繰り返しの周期である呼吸期間周期Ｔ0はＴ0＝（Ｔ1＋Ｔ2）となる。
【００５９】
粒径が細かい濾材３４を用いた図３の場合についての濾材水位変動を示す図４（ｂ）は、粒径が粗い濾材３２についての図４（ａ）の時間軸を伸ばしたものに相当する。これは、（濾材３２における単位時間当たり浸透流量）＞（濾材３４に対する単位時間当たり浸透流量）の関係に起因する。図４の例では、濾材３４の１呼吸期間は、濾材３２の１呼吸期間の約２倍である。これは説明のための例示であり、濾材３２，３４の仕様によってこれとは異なる比率となる。
【００６０】
呼気と吸気の繰り返しの周期である呼吸期間周期Ｔ0＝（Ｔ1＋Ｔ2）は、人工干潟濾床２０の濾材３０の濾材体積Ｖと、濾材３０における水の浸透速度と、サイフォン管機構４０の動作基準水位Ｈ3の設定で調整できる。他の条件を同じとして、人工干潟濾床２０の濾材３０の濾材体積Ｖが大きいほど、濾材３０における水の浸透速度が遅いほど、動作基準水位Ｈ3が高いほど、呼吸期間周期Ｔ0＝（Ｔ1＋Ｔ2）は長くなる。人工湿地１０における水質改善の目的に応じて、これらの条件を設定すればよい。
【００６１】
事例１として、人工干潟濾床２０の内部の濾材３０の濾材体積Ｖが大きな大規模人工湿地１０の場合で、処理対象水４の有機物ＢＯＤを短時間で低減したい仕様のときは、事例１における呼吸期間周期Ｔ0を短くする。これに対し、事例２として、同じ大規模人工湿地１０において、処理対象水４のＮ−ＢＯＤについて時間をかけて低減したい仕様のときは、事例２における呼吸期間周期Ｔ0を長くする。事例１と事例２で、濾材３０の濾材体積Ｖが同じであるとすると、事例１におけるサイフォン管機構４０の動作基準水位Ｈ3よりも、事例２におけるサイフォン管機構４０の動作基準水位Ｈ3の方を高くする。これにより、事例２における呼吸期間周期Ｔ0を事例１における呼吸期間周期Ｔ0よりも長くできる。
【００６２】
サイフォン管機構４０の動作基準水位Ｈ3を同じままとして、事例１で粒径の粗い濾材３２を用い、事例２で粒径の細かい濾材３４を用いてもよい。この場合は、事例１の人工干潟濾床２０における濾材３２の水の浸透速度が速く、事例２の人工干潟濾床２０における濾材３４の水の浸透速度が遅い。したがって、事例２における呼吸期間周期Ｔ0を事例１における呼吸期間周期Ｔ0よりも長くできる。
【００６３】
事例１の濾材３０の濾材体積Ｖ１＝（濾材面積Ｓ１×濾材厚さＤ１）とし、事例３の濾材３０の濾材体積Ｖ３＝（濾材面積Ｓ１×濾材厚さＤ３）として、濾材厚さＤ３＞濾材厚さＤ１の場合において、処理対象水４の有機物ＢＯＤを同じ時間で低減したいとする。この場合、事例１の呼吸期間周期Ｔ0と事例３の呼吸期間周期Ｔ0を同じにすればよい。ここで（事例３の濾材３０の濾材体積Ｖ３）＞（事例１の濾材３０の濾材体積Ｖ１）であるので、事例１におけるサイフォン管機構４０の動作基準水位Ｈ3よりも、事例３におけるサイフォン管機構４０の動作基準水位Ｈ3の方を高くする。他の方法として、事例１において、粒径の粗い濾材３２を用い、事例３において、粒径の細かい濾材３４を用いてもよい。
【００６４】
事例４として、１つの人工干潟濾床２０に対し、ある日には、有機物ＢＯＤを多く含む処理対象水４が運び込まれ、別の日にＮ−ＢＯＤを多く含む処理対象水４が運び込まれたとする。この場合には、有機物ＢＯＤを多く含む処理対象水４が運び込まれた日において、その有機物ＢＯＤを分解するのに要する時間に吸気作用を行う期間Ｔ2を合せるようにサイフォン管機構４０の動作基準水位Ｈ3を設定する。また、Ｎ−ＢＯＤを多く含む処理対象水４が運び込まれた日において、そのＮ−ＢＯＤを分解するのに要する時間に呼気作用を行う期間Ｔ1を合せるようにサイフォン管機構４０の動作基準水位Ｈ3を設定する。
【００６５】
このように、人工干潟濾床２０の濾材３０の濾材体積Ｖ、濾材面積Ｓ、濾材厚さＤに応じ、サイフォン管機構４０の動作基準水位Ｈ3の設定を行うことで、濾材３０の水位変動の周期を人工干潟濾床２０の目的に応じて設定できる。あるいは、運び込まれた処理対象水４の内容に応じて、サイフォン管機構４０の動作基準水位Ｈ3の設定を行うことで、濾材３０の水位変動の周期を設定できる。また、粒径の異なる濾材３２，３４を有する多種類の人工干潟濾床２０を有するときは、処理対象水４の内容に適した粒径の濾材３２，３４を有する人工干潟濾床２０を選択してもよい。
【００６６】
人工湿地１０に必要な濾材面積Ｓを１つの人工干潟濾床２０で確保してもよいが、複数の人工干潟濾床２０を含む人工湿地群によって必要な濾材面積Ｓを確保してもよい。例えば、複数の人工干潟濾床２０について隣接する人工干潟濾床２０の間をサイフォン管機構４０で直列に接続することで、人工湿地群としては、原水を給水する給水部を１つと、最終処理水を排水する処理口部を１つ備えるだけで済み、構成が簡単になる。
【００６７】
図５に示す階段状人工湿地群１２は、階段状の構造物１１または地形を利用し、６つの人工干潟濾床２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆを直列に接続して配置した例である。人工干潟濾床２０の数は６以外でもよい。
【００６８】
各人工干潟濾床２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆのそれぞれは、濾材３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆが収容される。最上段の人工干潟濾床２０ａには、階段状人工湿地群１２についての処理対象水４である原水を給水する給水部４８が設けられる。また、最下段の人工干潟濾床２０ｆには、階段状人工湿地群１２についての最終処理水８を排水する処理口部６２が設けられる。
【００６９】
階段状人工湿地群１２において互いに隣接する２段の人工干潟濾床は、それぞれサイフォン管機構４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅで接続される。その接続関係は、互いに隣接する２段の人工干潟濾床を１組として、各１組について全て同じである。例えば、最上段の人工干潟濾床２０ａと、これに隣接して１つ下段の人工干潟濾床２０ｂについて説明すると、上段側の人工干潟濾床２０ａには、サイフォン管機構４０ａの吸水部５０ａが配置される。そのサイフォン管機構４０ａの排水部６０ａは、下段側の人工干潟濾床２０ｂの上方に配置され、上段側の人工干潟濾床２０ａで処理された第１処理水６ａを下段側の人工干潟濾床２０ｂに給水する給水部４８ｂとなる。
【００７０】
次に隣接する２つの人工干潟濾床２０ｂ，２０ｃについても同様であり、上段側の人工干潟濾床２０ｂに吸水部５０ｂを有するサイフォン管機構４０ｂの排水部６０ｂは、下段側の人工干潟濾床２０ｃの上方に配置される。この排水部６０ｂは、人工干潟濾床２０ｂで処理された第２処理水６ｂを下段側の人工干潟濾床２０ｃに給水する給水部４８ｃとなる。他のサイフォン管機構４０ｃ，４０ｄ，４０ｅも同様である。このように５つのサイフォン管機構４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅによって、６つの人工干潟濾床２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆが直列に接続される。
【００７１】
図５の構成において、最上段の人工干潟濾床２０ａにおいて給水部４８から原水である処理対象水４が給水されると、図２で述べたように、原水が給水されたときから時間ｔｆまでは水位が上昇するが、排水部６０ａからの排水はない。時間ｔｆになると、水位がサイフォン管機構４０ａの動作基準水位Ｈ3に達し、サイフォン管機構４０ａの排水部６０ａから第１処理水６ａが排水される。排水された第１処理水６ａは、１つ下段側の人工干潟濾床２０ｂの濾材３０ｂに給水される。
【００７２】
２段目の人工干潟濾床２０ｂにおいて第１処理水６ａが給水されるときの動作は１段目の人工干潟濾床２０ｂと同様である。第１処理水６ａが給水されたときから測って時間ｔｆになると、水位がサイフォン管機構４０ｂの動作基準水位に達し、サイフォン管機構４０ｂの排水部６０ｂから人工干潟濾床２０ｂにおける第２処理水６ｂが排水される。排水された第２処理水６ｂは、さらに１つ下段側の人工干潟濾床２０ｃの濾材３０ｃに給水される。
【００７３】
これを繰り返して、５段目の人工干潟濾床２０ｅで処理された第５処理水６ｅは、サイフォン管機構４０ｅの排水部６０ｅを給水部４８ｆとして最下段の人工干潟濾床２０ｆの濾材３０ｆに給水される。濾材３０ｆは、給水された第５処理水６ｅの有機物と栄養塩を分解して、階段状人工湿地群１２の最終処理水８として、処理口部６２から排水する。このように、階段状人工湿地群１２では、給水された処理対象水４である原水が、６段の人工干潟濾床２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆを経て、水質改善された最終処理水８として回収される。
【００７４】
図６の階段状人工湿地群１３は、階段状の地形を利用して複数の人工干潟濾床２１ａ，２１ｂ，２１ｃを棚田構成とした例である。棚田構成では、防水構造として粘土質の区画壁と底壁とを用いる。
【００７５】
棚田構成において、最上段の人工干潟濾床２１ａに処理対象水４である原水を給水する給水部４８が設けられ、最下段の人工干潟濾床２１ｃに最終処理水８を排水する処理口部６２が設けられる。隣接する人工干潟濾床２１ａ，２１ｂの間には、サイフォン管機構４１ａが設けられ、隣接する人工干潟濾床２１ｂ，２１ｃの間には、サイフォン管機構４１ｂが設けられる。この階段状人工湿地群１３の作用は、図５の階段状人工湿地群１２の作用と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００７６】
上記では、１つの人工干潟濾床について１つのサイフォン管機構を用いたが、図６の棚田構成のように平面形状が複雑で、その面積も広い場合等では、必要に応じ、１つの人工干潟濾床について複数のサイフォン管機構を用いてもよい。
【００７７】
図７に示す重層人工湿地群１４は、平坦状の構造物１５または地形上に６つの人工干潟濾床２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆを鉛直方向に整列して積み重ね、互いに隣接する濾床の間を直列に接続した構成を有する。重層構造とすることで、設置面積を濾材面積Ｓとほぼ同じとしながら濾材体積Ｖを大きくとることができる。人工干潟濾床の数は６以外でもよい。
【００７８】
図５の例と同様に、各人工干潟濾床２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆのそれぞれには、濾材３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆが収容される。重層人工湿地群１４においては、平坦状の構造物１５の上面に処理対象水４である原水を収容する貯水槽１６が配置される。貯水槽１６には給水ポンプ１７が接続される。給水ポンプ１７は、貯水槽１６から処理対象水４である原水を汲み上げて給水管１８を介して最上段の人工干潟濾床２３ａの上方に設けられる原水の給水部４８に原水を給水する。最下段の人工干潟濾床２３ｆには、重層人工湿地群１４について最終処理水８を排水する処理口部６２が設けられる。
【００７９】
重層人工湿地群１４において互いに隣接する２段の人工干潟濾床は、それぞれサイフォン管機構４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅで接続される。その接続関係は、互いに隣接する２段の人工干潟濾床を１組として、各１組について全て同じである。例えば、最上段の人工干潟濾床２３ａと、これに隣接して１つ下段の人工干潟濾床２３ｂについて説明すると、上段側の人工干潟濾床２３ａには、サイフォン管機構４３ａの吸水部５０ａが配置される。そのサイフォン管機構４３ａの排水部６０ａは、下段側の人工干潟濾床２３ｂの上方に配置され、上段側の人工干潟濾床２３ａで処理された第１処理水６ａを下段側の人工干潟濾床２３ｂに給水する給水部４８ｂとなる。
【００８０】
次に隣接する２つの人工干潟濾床２３ｂ，２３ｃについても同様であり、上段側の人工干潟濾床２３ｂに吸水部５０ｂを有するサイフォン管機構４３ｂの排水部６０ｂは、下段側の人工干潟濾床２３ｃの上方に配置される。この排水部６０ｂは、人工干潟濾床２３ｂで処理された第２処理水６ｂを下段側の人工干潟濾床２３ｃに給水する給水部４８ｃとなる。他のサイフォン管機構４３ｃ，４３ｄ，４３ｅも同様である。このように５つのサイフォン管機構４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅによって、６つの人工干潟濾床２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆが直列に接続される。
【００８１】
なお、隣接するサイフォン管機構は、上段側の人工干潟濾床からの給水部の真下に下段側の人工干潟濾床の吸水部を配置することを避けることが好ましい。図７の例では、鉛直方向に直交する幅方向に沿って、上段側の人工干潟濾床からの給水部の位置に対し、下段側の人工干潟濾床における吸水部の位置をずらした。このようにすることで、人工干潟濾床内の水の分布の均一化を向上できる。
【００８２】
図７の構成の作用は、図５の階段状人工湿地群１２の作用と同じである。すなわち、図５の構成と同様に、最上段の人工干潟濾床２３ａにおいて原水の給水部４８から原水が給水される。原水が給水されたときから測って時間ｔｆになると、水位がサイフォン管機構４３ａの動作基準水位Ｈ3に達し、サイフォン管機構４３ａの排水部６０ａから第１処理水６ａが排水されて、１つ下段側の人工干潟濾床２３ｂの濾材３０ｂに給水される。
【００８３】
２段目の人工干潟濾床２３ｂにおいては、サイフォン管機構４３ａの排水部６０ａ＝給水部４８ｂから第１処理水６ａが給水される。第１処理水６ａが給水されたときから測って時間ｔｆになると、水位がサイフォン管機構４３ｂの動作基準水位に達し、サイフォン管機構４３ｂの排水部６０ｂから人工干潟濾床２３ｂにおける第２処理水６ｂが排水される。排水された第２処理水６ｂは、１つ下段側の人工干潟濾床２３ｃの濾材３０ｃに給水される。
【００８４】
これを繰り返して、５段目の人工干潟濾床２３ｅで処理された第５処理水６ｅは、サイフォン管機構４３ｅの排水部６０ｅを給水部４８ｆとして最下段の人工干潟濾床２３ｆの濾材３０ｆに給水される。濾材３０ｆは、給水された第５処理水６ｅの有機物と栄養塩を分解して、重層人工湿地群１４の最終処理水８として、処理口部６２から排水する。このように、重層人工湿地群１４においても、階段状人工湿地群１２と同様の作用が行われ、処理対象水４である原水が、６段の人工干潟濾床２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆを経て、水質改善された最終処理水８として回収される。
【００８５】
図５の階段状人工湿地群１２や図７の重層人工湿地群１４のように、複数の人工干潟濾床を直列に接続する構成においては、上段側の人工干潟濾床を構成する濾材と下段側の人工干潟濾床を構成する濾材とを異なるものとできる。例えば、上段側の人工干潟濾床を構成する濾材に粒径が粗い濾材３２を用い、下段側の人工干潟濾床を構成する濾材に粒径が細かい濾材３４を用いる。
【００８６】
図８は、上記構成人工湿地の作用効果を、従来技術と比較した結果をまとめたものである。人工湿地としては、同じ濾材面積Ｓと濾材厚さＤの濾材を収容し、内側形状とその大きさが同じの人工干潟濾床を５段積み重ねた重層人工湿地群を用いた。濾床を構成する濾材は、上段側の２段については粒径の粗い濾材３２として最大粒径が約１０ｍｍのガラスカレットを用い、下段側の３段については粒径の細かい濾材３４として最大粒径が約５ｍｍのガラスカレットを用いた。従来技術の重層人工湿地群としては、防水枠体もサイフォン管機構も用いず、隣接する人工干潟濾床の間では、上段側の人工干潟濾床の底面から下段側の人工干潟濾床の上面に直接的に水が滴下する構成とした。図８では、図７の構成において重層数を５段とした重層人工湿地群を「干潟式」とし、従来技術の重層人工湿地群を「従来型」として区別した。
【００８７】
図８は、処理対象水４である原水の累計給水量を順次大きくしていったときの浄化率を４つの評価指標について求めた結果をまとめたものである。原水の累計給水量は、１Ｌ＝１０００ｃｍ3として、１０Ｌ，２５０Ｌ，５００Ｌ，７５０Ｌ，１０００Ｌである。４つの評価指標は、生物化学的酸素要求量としてのＢＯＤ、化学的酸素要求量としてのＣＯＤ、油分としてのｎ−Ｈｅｘ（ノルマルヘキサン）、浮遊物質質量ＳＳ（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  Ｓｏｌｉｄ）である。これらは、それぞれ検出された値をｍｇ／Ｌで示した。
【００８８】
浄化率（％）は、［１−｛（最終処理水における検出値）／（原水における検出値）｝］×１００で求めた。「干潟式」の浄化率と「従来型」の浄化率の間の有意差検定は、ｔ検定のｐ値を用い、ｐ＜０．０５のときは「有意差あり」とし、ｐ＞０．１０のときは「有意差なし」とし、０．０５＜ｐ＜０．１０のときは「有意差傾向あり」とした。
【００８９】
図８の結果から、生物化学的酸素要求量ＢＯＤと化学的酸素要求量ＣＯＤについては、「干潟式」の浄化率が「従来型」の浄化率より良好であることに有意差が認められる。一方で、油分としてのｎ−Ｈｅｘの浄化率については「干潟式」と「従来型」との間に有意差傾向が認められ、浮遊物質質量ＳＳの浄化率については、「干潟式」と「従来型」との間に有意差が認められない。ＳＳの浄化率に有意差が認められないのは、濾材３０の粒径の選択が不十分であった可能性がある。
【００９０】
図８に明示しないが、原水の累計給水量を順次大きくして行くと、「干潟式」でも処理時間が延びてゆく傾向がみられる。これは、サイフォン管機構の吸水部における目詰まりが生じ始めていると考えられる。この対策として、図９に示すように、サイフォン管機構４０の吸水部に対してフィルタ７０を設けた。フィルタ７０は、外周が網目状の籠の中に、サイフォン管機構の管路内径よりも大きい粒径で、濾材３０の粒径よりも数倍大きい粒径を有するフィルタ材を収容したものである。フィルタ材の材質としては、頁岩、ガラスカレット等を用いることができる。籠の網目と、フィルタ材の粒径の作用によって、濾材３０がサイフォン管機構４０の管路内径に入り込むことが抑制され、サイフォン管機構４０の吸水部における目詰まりを抑制できる。
【００９１】
サイフォン管機構４０は、一方端に給水部５０、他方端に排水部６０を有する逆Ｕ字形管路である。一方端の吸水部５０から吸水された水の管路内水位は上昇し、管路から空気を追い出しながら水位が逆Ｕ字形管路の最高点である動作基準水位Ｈ3に達すると吸水水位Ｈ1と排水水位（−Ｈ2）との間の水位差によって排水が行われ水位が下降する。サイフォン管機構４０を濾材３０の排水に適用することで、簡単に濾材水位を変動させることができる。仮に、サイフォン管機構４０において、水位上昇速度が緩やかであって、水位が動作基準水位Ｈ3近傍になっても、まだ管路に空気が残っていると、サイフォンの原理が働かない。このとき、サイフォン水位も濾材水位も動作基準水位Ｈ3近傍に留まってしまい、濾材水位を変動させることができない。水位上昇速度が緩やかな例は、図２〜図４で述べたように、濾材３０における水の浸透速度が小さいときである。また、給水量に対し濾材体積Ｖが大きいときも水位上昇速度が緩やかになる。
【００９２】
図１０は、濾材３０における水位上昇速度が緩やかな場合に、濾材水位が動作基準水位Ｈ3近傍に留まってしまう例を示す図である。図１０（ａ）は、濾材水位Ｈ29がまだサイフォン管機構４０の逆Ｕ字形管路の最大高さに達していないときである。（ｂ）は、（ａ）の濾材水位Ｈ29からゆっくりと濾材水位が上昇して濾材水位Ｈ30となる直前の状態のときである。濾材水位Ｈ30は、サイフォン管機構４０の逆Ｕ字形管路の最大高さにおいて、管の下側高さの水位高さであるが、水位上昇速度が適当に速いときにサイフォン管機構４０が動作する動作基準水位Ｈ3に相当する。図１０（ａ），（ｂ）においては、サイフォン管機構４０から排水がまだ行われない。
【００９３】
図１０（ｃ）は、（ｂ）状態からゆっくりと濾材水位が上昇して濾材水位Ｈ30を越えた濾材水位Ｈ31となったときである。このとき、濾材水位がゆっくりと上昇するために、サイフォン管機構４０の逆Ｕ字形管路の最大高さの部分には、まだ空気が追い出されないで残っている。そこで、濾材水位Ｈ30を越えた分の処理水６は滴下水７として、サイフォン管機構４０の内壁を伝って少しずつ滴下される。これにより、濾材水位が上昇しても、その分の滴下水７が排水されるので、濾材水位は低下し、濾材水位Ｈ30まで下がると、滴下水７の排水が止まる。
【００９４】
図１０（ｄ）は、一旦濾材水位Ｈ30まで下がった後に、給水等によって濾材水位が再び上昇して濾材水位Ｈ30を越え、濾材水位Ｈ31となったときである。このときも図１０（ｃ）のときと同様に、濾材水位がゆっくりと上昇するために、サイフォン管機構４０の逆Ｕ字形管路の最大高さの部分には、まだ空気が追い出されないで残る。そこで、濾材水位Ｈ30を越えた分の処理水６は滴下水７として、サイフォン管機構４０の内壁を伝って少しずつ滴下される。これにより、濾材水位がＨ31まで再上昇しても、その分、滴下水７が排水されるので、濾材水位は低下し、濾材水位Ｈ30まで下がると、滴下水７の排水が止まる。これを繰り返すので、濾材水位は、Ｈ30近傍に留まったままとなり、サイフォンの原理が働かない。
【００９５】
図１１は、濾材水位がゆっくりと上昇する場合でも、濾材水位を変動させることが可能な濾材呼吸機構としての管路逆止開放機構１００の構成図である。管路逆止開放機構１００は、濾材水位が動作基準水位Ｈ3に達するまでは、吸水部と排水部とを結ぶ管路部を遮断し、濾材水位が動作基準水位Ｈ3に達すると吸水部と排水部とを結ぶ管路部を開放する。
【００９６】
管路逆止開放機構１００は、濾材３０を内部に収容する人工干潟濾床２０に接続して設けられる機構で、中間水槽１０２、中間水槽１０２を支持する支持台１２０、支持台１２０の下部に設けられる排水台１２２を含む。
【００９７】
中間水槽１０２は、人工干潟濾床２０の濾材水位に応じた水位の処理水６を一時的に収容する水槽である。中間水槽１０２の内容積は、人工干潟濾床２０の防水枠体２２で区画される内容積よりも小さい。一例を示すと、中間水槽１０２の内容積は、人工干潟濾床２０の防水枠体２２で区画される内容積の１％以下である。好ましくは０．１％〜１％程度とすることがよい。
【００９８】
連通管１０４は、人工干潟濾床２０の底面に設けられる吸水部５４を一方端に有し、中間水槽１０２の底面に設けられた給水部４９を他方端に有する管路である。中間水槽１０２の底面の位置は、基準位置Ｏよりも下方の（−Ｈ4）である。このように、吸水部５４は、給水部４９よりも＋Ｈ4高い位置に設けられるので、人工干潟濾床２０に処理水６が含まれるとき、連通管１０４によって、中間水槽１０２には人工干潟濾床２０の濾材水位と同じ水位で処理水６が収容される。
【００９９】
中間水槽１０２の中に鉛直方向に立設される水位管１０６は、人工干潟濾床２０の動作基準水位Ｈ3の高さ位置に上部開口５６を有し、下部開口５８が排水台１２２の内部に向けて設けられる管路である。水位管１０６は、人工干潟濾床２０の濾材水位がゆっくりと上昇して動作基準水位Ｈ3を越えたときに、越えた分の処理水６を上部開口５６に導入し、管路内壁を伝わらせて滴下水７として下部開口５８から排水台１２２の内部に向けて滴下させる。
【０１００】
中間水槽１０２の中に鉛直方向に立設される逆止管１０８は、ロート状に開口する上部弁座１１０を一方端に有し、他方端に下部開口６４を有する管路である。上部弁座１１０は、中間水槽１０２の内部空間に配置され、下部開口６４は、排水台１２２の内部に向かって開口する。
【０１０１】
逆止弁体１１２は球体状外形を有し、自重により逆止管１０８における上部弁座１１０のロート状に開口する円錐状斜面に受け止められる。逆止管１０８の上部弁座１１０と逆止弁体１１２とで逆止弁を構成する。逆止弁体１１２の球体状の外形が上部弁座１１０のロート状の円錐状斜面に受け止められて接触しているときは、逆止管１０８の管路が遮断される。遮断状態のときは、中間水槽１０２の内部空間に処理水６が満たされていても、逆止弁の作用によって、処理水６は排水台１２２の内部空間に流れることがない。逆止弁体１１２の球体状の外形が上部弁座１１０のロート状の円錐状斜面から離間するときは、逆止管１０８の管路が開放される。開放状態のときに、中間水槽１０２の内部空間に処理水６が満たされていると、上部弁座１１０のロート状の開口から逆止管１０８に処理水６が流れ込み、下部開口６４から排水台１２２の内部空間に向かって流れ落ちる。
【０１０２】
上部弁座１１０のロート状の円錐状斜面において逆止弁体１１２である球体が接触する高さ位置は、人工干潟濾床２０の基準位置Ｏよりも下方の（−Ｈ5）である。（−Ｈ5）は、中間水槽１０２の底面位置の（−Ｈ4）よりも上方の位置である。したがって、逆止管１０８が開放状態になって中間水槽１０２の内部空間にある処理水６が排水台１２２の内部空間に流れ落ちても、中間水槽１０２の水位は（−Ｈ5）よりは低くならないが、人工干潟濾床２０の基準位置Ｏよりは低い水位となる。これにより、逆止管１０８が開放状態になって中間水槽１０２の内部空間にある処理水６が排水台１２２の内部空間に流れ落ちると、人工干潟濾床２０の濾材水位は、基準位置Ｏまで下がる。
【０１０３】
中間水槽１０２と排水台１２２との間の支持台１２０は、連通管１０４を配置し、水位管１０６と逆止管１０８を貫通させて支持する台部材である。支持台１２０は、中間水槽１０２の一部、あるいは排水台１２２の一部としてもよい。
【０１０４】
排水台１２２は、中間水槽１０２の下方に設けられる防水構造の箱体である。排水台１２２の上面は支持台１２０に覆われているが、水位管１０６の下部開口５８と逆止管１０８の下部開口６４とが開口する。排水台１２２の外壁の１つの側面の下方側に排水部６６が設けられる。排水台１２２は、人工干潟濾床２０の濾材水位が動作基準水位Ｈ3に到達したときに、中間水槽１０２から水位管１０６または逆止管１０８を経由して流れてくる処理水６を受止め、その後排水部６６から外部に排水する防水箱体である。
【０１０５】
排水台１２２の内部空間に設けられる三角バケツ１２４は、回転中心１２６の周りに回転可能な貯水バケツである。三角バケツ１２４の開口する上面は、水位管１０６の下部開口５８に対向して配置される。水位管１０６の管路内壁を伝って下部開口５８から滴下する滴下水７は、三角バケツ１２４によって受け止め貯水される。
【０１０６】
中間水槽１０２の上部縁に固定されて立設される支持柱１３０は、先端側の回転中心１３２でレバー体１３４を回転可能に支持するレバー支持体である。レバー体１３４は、回転中心１３２を挟んで、一方端に引張ロープ１３６の一方端が接続され、他方端に錘吊りロープ１３８を介して錘１４０が吊下げられる。レバー体１３４の他方端側において、回転中心１３２と他方端との間の中間位置に球体吊りロープ１４２の一方端が接続される。球体吊りロープ１４２の他方端は、逆止弁体１１２である球体に接続される。
【０１０７】
錘１４０は、引張ロープ１３６からの引張力がないときに、レバー体１３４を回転中心１３２周りに回転させ、他方端を下方に引き下げる下方復帰錘である。レバー体１３４のこの状態を下方安定状態と呼ぶ。レバー体１３４の下方安定状態では、球体吊りロープ１４２がやや弛み状態となって、逆止弁体１１２の球体状の外形が上部弁座１１０のロート状の円錐状斜面に受け止められて接触する。図１１では、下方安定状態における各要素の状態を実線で示した。
【０１０８】
引張ロープ１３６の他方端は、三角バケツ１２４における回転中心１２６とは反対側の先端部に接続される。三角バケツ１２４に滴下水７が貯水されていない空の状態のときは、引張ロープ１３６はもっぱら錘１４０によって引っ張られ、レバー体１３４は錘１４０が下方位置に落ち着く下方安定状態にある。したがって、三角バケツ１２４の先端部は引張ロープ１３６によって引っ張り上げられ、三角バケツ１２４は水位管１０６の下部開口５８から滴下する滴下水７を貯水し得る状態である。
【０１０９】
上記構成の作用について図１２を用いて説明する。図１２の各図は、人工干潟濾床２０の濾材水位と、管路逆止開放機構１００の作用の関係を示す図である。
【０１１０】
図１２（ａ）は、サイフォン管機構４０における図１０（ａ）に対応する図で、人工干潟濾床２０の濾材水位がＨ29のときを示す。水位管１０６の上部開口５６の高さは、動作基準水位Ｈ3に設定され、Ｈ29＜Ｈ3である。したがって、水位管１０６に処理水６は流れ込まず、三角バケツ１２４は空の状態である。三角バケツ１２４が空のときは、レバー体１３４は下方安定状態にあり、球体吊りロープ１４２はやや弛み、逆止弁体１１２である球体は、逆止管１０８の上部弁座１１０の上部開口を塞ぐ。これにより、逆止管１０８は遮断状態となり、中間水槽１０２の処理水６は排水台１２２へ流れない。
【０１１１】
図１２（ｂ）は、サイフォン管機構４０における図１０（ｂ）に対応する図で、人工干潟濾床２０の濾材水位が上昇し、Ｈ30に達する直前のときを示す。Ｈ30は、水位管１０６の上部開口の高さに対応する水位で、動作基準水位Ｈ3である。この状態では、まだ水位管１０６に処理水６が流れ込まない。
【０１１２】
図１２（ｃ）は、サイフォン管機構４０における図１０（ｃ）に対応する図で、人工干潟濾床２０の濾材水位がＨ30を越えてＨ31となったときを示す。Ｈ31＞Ｈ3＝Ｈ30であるので、中間水槽１０２において動作基準水位Ｈ3＝Ｈ30を越える水位の処理水６は、水位管１０６の管路内壁を伝って滴下水７として下部開口５８から滴下し、排水台１２２の内部の三角バケツ１２４によって受け止め貯水される。この段階では、三角バケツ１２４に溜まった滴下水７の質量がまだ少なく、引張ロープ１３６の引張力が不十分で、レバー体１３４は下方安定状態を維持する。
【０１１３】
図１２（ｃ）から濾材水位がさらに上昇して、処理水６が水位管１０６の管路内壁を伝って滴下水７として下部開口５８から継続して滴下すると、三角バケツ１２４に貯水された滴下水７の質量が次第に増加する。
【０１１４】
三角バケツ１２４に貯水された滴下水７の質量が閾値質量以上になると、回転中心１２６周りに三角バケツ１２４が回転する。三角バケツ１２４が回転すると、これに伴い、引張ロープ１３６、レバー体１３４、錘１４０、錘吊りロープ１３８、球体吊りロープ１４２、逆止弁体１１２である球体の位置状態等が変わる。図１１で、三角バケツ１２４が回転した後のこれらの要素の変化後の状態を二点鎖線で示し、変化後の要素の符号を変化前に対し（＋１）した。
【０１１５】
三角バケツ１２４に貯水された滴下水７の質量が閾値質量以上になると、図１２（ｄ）に示す三角バケツ１２５の状態になる。三角バケツ１２４が三角バケツ１２５の状態となると、引張ロープ１３６が三角バケツ１２５側に引っ張られ、引張ロープ１３７の状態になる。引張ロープ１３６が引張ロープ１３７の状態になると、錘１４０の質量に抗してレバー体１３４が回転中心１３２の周りに回転し、レバー体１３５の状態となる。これに伴い、錘吊りロープ１３８は錘吊りロープ１３９の状態となり、錘１４０は鉛直方向に上昇して錘１４１の状態となる。
【０１１６】
レバー体１３４がレバー体１３５の状態になると、球体吊りロープ１４２は鉛直方向に引っ張り上げられて球体吊りロープ１４３の状態となり、逆止弁体１１２である球体は、逆止弁体１１３である球体の状態となる。この状態で、逆止弁体１１３である球体は逆止管１０８の上部弁座１１０から離間する。これにより、逆止管１０８の上部弁座１１０は開放状態となり、処理水６が逆止管１０８を経て排水台１２２に向かって流れ込む。排水台１２２に流れ込んだ処理水６は、排水台１２２の排水部６６から処理水６として排水される。
【０１１７】
これに伴い、中間水槽１０２の水位が低下し、連通管１０４を介して人工干潟濾床２０の濾材水位も低下する。図１２（ｄ）では低下した濾材水位をＨ20で示した。逆止管１０８からは引き続き排水台１２２に向かって処理水６が流れるので、時間が経過するに従い、濾材水位はさらに低下する。このようにして、人工干潟濾床２０の濾材水位を変動させることができる。
【０１１８】
逆止管１０８の上部弁座１１０の開口位置は、人工干潟濾床２０の基準位置Ｏよりも下方の（−Ｈ5）であるので、人工干潟濾床２０の濾材水位は基準位置Ｏまで低下し、そこで止まる。これにより、人工干潟濾床２０における全部の処理水６は、連通管１０４と中間水槽１０２と逆止管１０８と排水台１２２を介して、排水部６６から外部に排水される。
【０１１９】
三角バケツ１２４に貯水された滴下水７の質量が閾値質量以上となって三角バケツ１２５の状態になるまでの間は、人工干潟濾床２０の濾材水位はほとんど変動せず、滞留状態である。この滞留状態の継続期間である滞留期間ＴSは、三角バケツ１２４の貯水容量、三角バケツ１２４における回転中心１２６の偏心位置、レバー体１３４におけるレバー比、錘１４０の質量等によって設定できる。なお、レバー体１３４におけるレバー比とは、レバー体１３４の長手方向に沿って、錘吊りロープ１３８が接続される位置と回転中心１３２との間の長さをＬ１とし、引張ロープが接続される位置と回転中心１３２との間の長さをＬ２として、Ｌ１／Ｌ２である。
【０１２０】
人工干潟濾床２０の濾材水位が動作基準水位Ｈ3である状態から、濾材水位が基準位置Ｏまで低下するのに要する期間である排水期間は、図３で説明した吸気期間Ｔ2に相当する。呼吸期間周期Ｔ0を短くしたいときには、吸気期間Ｔ2に対し滞留期間ＴSを短くする。例えば、滞留期間ＴSは、吸気期間Ｔ2の１％から１０％程度とすることがよい。
【０１２１】
人工干潟濾床２０における吸気期間Ｔ2は、濾材３０内の処理水６の水位が低下して排水されるのに要する期間である。これに対し、呼気期間Ｔ1は、濾材３０に処理対象水４が浸透し、その後濾材３０内で水位が動作基準水位Ｈ3に上昇するまでの期間である。このメカニズムの相違によって、同じ濾床厚さＤであっても、一般的には、呼気期間Ｔ1＞吸気期間Ｔ2である。一例として、呼気期間Ｔ1＝（２×吸気期間Ｔ2）とすると、呼気期間Ｔ1＝４８時間として、吸気期間Ｔ2＝２４時間である。滞留期間ＴSは、吸気期間Ｔ2の１％とすると、０．２４時間で、約１５分である。さらなる例として、呼気期間Ｔ1において、約１５分の間に濾材水位が１５ｍｍ上昇するとして、人工干潟濾床２０の濾材面積Ｓに約１５ｍｍを乗じた体積の処理水６が水位管１０６を通って滴下水７として三角バケツ１２４に滴下する。この体積の滴下水７の質量が三角バケツ１２４の閾値質量となるように他の条件を定めれば、所望の滞留期間ＴSとできる。
【０１２２】
このように、管路逆止開放機構１００は、人工干潟濾床２０の水位に依存して、吸水部５４から排水部６６の間に設けられる逆止管１０８の管路を遮断状態から開放状態に遷移する水位開放型の逆止弁を備える。上記の例では、人工干潟濾床２０の水位が動作基準水位Ｈ3から約１５ｍｍ上昇したタイミングで、逆止弁が遮断状態から開放状態に遷移する。管路逆止開放機構１００は、三角バケツ１２４の貯水容量や錘１４０の質量等によって設定される滞留期間ＴSが経過すれば、人工干潟濾床２０の濾材水位を低下させる。サイフォン管機構４０のように滞留期間がずっと継続して濾材水位が固定したままにならない。
【０１２３】
滞留期間ＴSは、呼気期間Ｔ1から吸気期間Ｔ2へ遷移する期間でもある。滞留期間ＴSの間は、人工干潟濾床２０の濾材水位は、動作基準水位Ｈ3に固定したままで、大気から濾材３０への空気供給が行われない。したがって、滞留期間ＴSを長くすれば、還元による分解作用が行われる呼気期間Ｔ1を実質上延長することができる。一例を挙げると、呼気期間Ｔ1を４８時間、吸気期間Ｔ2を２４時間に設定された人工干潟濾床２０において、滞留期間ＴSを長くして５時間に設定すると、実質上の呼気期間は５３時間となる。
【０１２４】
水位開放型の管路逆止開放機構としては、三角バケツ１２４の貯水水量の検出を電気的に行い、その信号によって電気式の逆止弁を動作させる構成とすることもできる。この場合には、電気式計測装置と電気式逆止弁と電気式制御装置等を要し、これらを動作させる電源が必要となる。図１１の管路逆止開放機構１００は、メカ的な機構で構成されるので、電源供給が困難な環境等でも利用が可能である。
【符号の説明】
【０１２５】
２，３  空気、４  処理対象水、６，６ａ，６ｂ，６ｅ  処理水、７  滴下水、８  最終処理水、１０  人工湿地、１１，１５  構造物、１２，１３  階段状人工湿地群、１４  重層人工湿地群、１６  貯水槽、１７  給水ポンプ、１８  給水管、２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆ  人工干潟濾床、２２  防水枠体、２４  周壁部、２６  底面部、２８  上面部、３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆ，３２，３４  濾材、４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ，４１ａ，４１ｂ，４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ  サイフォン管機構、４８  （原水の）給水部、４８ｂ，４８ｃ，４８ｆ，４９  給水部、５０，５０ａ，５０ｂ，５４  吸水部、５６  上部開口、５８，６４  下部開口、６０，６０ａ，６０ｂ，６０ｅ，６６  排水部、６２  処理口部、７０  フィルタ、１００  管路逆止開放機構、１０２  中間水槽、１０４  連通管、１０６  水位管、１０８  逆止管、１１０  （逆止管の）上部弁座、１１２，１１３  （逆止管の）逆止弁体、１２０  支持台、１２２  排水台、１２４，１２５  三角バケツ、１２６，１３２  回転中心、１３０  支持柱、１３４，１３５  レバー体、１３６，１３７  引張ロープ、１３８，１３９  錘吊りロープ、１４０，１４１  錘、１４２，１４３  球体吊りロープ。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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