(57)【要約】【課題】簡便な構成で、効率良く水質を改善することのできる水質改善装置を提供する。【解決手段】水質改善装置１を、窒素還元処理シート１Ａと、窒素還元処理シート１Ａに水を集めるための集水板１Ｂとから構成し、窒素還元処理シート１Ａは、脱窒素菌や硝化菌などの窒素還元微生物の住処となる担体層２と、担体層２への土砂の浸入を防止するフィルタ層３と、担体層２を介してフィルタ層３とは反対側に設けられる不透水層４と、を備え、集水板１Ｂは、不透水層４と、透水層５と、不透水層４と透水層５との間に空間部を確保するためのスペーサ６と、を備えている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水に含まれている窒素化合物を還元する窒素還元微生物の住処となる担体層と、
該担体層への土砂の浸入を防止するフィルタ層と、を備え、
シート状に構成されることを特徴とする水質改善装置。
【請求項２】
前記担体層を介してフィルタ層とは反対側に不透水層を備えることを特徴とする請求項１に記載の水質改善装置。
【請求項３】
前記担体層が設けられた領域に向かって水を集める集水板を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の水質改善装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中に浸透する水の水質を改善する水質改善装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、畑，果樹園，ハウス栽培，ゴルフ場，サッカー場などにおいては、地下水中の硝酸性窒素成分の濃度が高まり、水質を悪化させている傾向がある。その主な要因としては、化学肥料の多投入や不適切な使用、あるいは、家畜の糞尿の不適切な処理が指摘されている。
【０００３】
地下水は、生活用水，工業用水，農業用水として貴重な水源である。硝酸性窒素による地下水汚染が問題となるのは、飲料水とした場合に、人体への健康被害が懸念されるためである。すなわち、硝酸性窒素が体内に吸収されると、体内の嫌気条件下で亜硝酸に還元され、赤血球のヘモグロビンと結合して、酸素欠乏症を引き起こすことがあり、また、硝酸や亜硝酸は発癌物質のニトロソアミンの生成にも関与しているためである。
【０００４】
図９は水質の改善対策を何ら行わない場合における農地の様子を模式的断面図で示したものである。図９中、１００は土、２００は樹木（果樹や茶葉等）を示している。
【０００５】
農産物の生産を優先して、農地における水質の改善対策を何ら行わない場合には、農地に散布された肥料等のうちの一部は、樹木２００の根に吸収される。しかし、大半は余剰肥料等として、雨水や散水と共に土中へと送られ（矢印Ｘ）、そのまま地下水などから河川へと送られることになる。
【０００６】
図１０は地下水に送られる余剰肥料等の低減を図るために暗渠（排水管）を設けた場合における農地の様子を模式的断面図で示したものである。図１０中、３００は暗渠である。
【０００７】
図１０に示すように、農地の土壌に暗渠３００を埋設することで、余剰肥料等が雨水等と共に暗渠３００に回収される。そして、雨水等と共に暗渠３００に送り込まれた余剰肥料等は、不図示の浄化施設に集積され、浄化施設で窒素還元が行われた後に、自然界へと戻される。これにより環境破壊を防止できる。
【０００８】
このような窒素還元処理システムを利用すれば、肥料等に含まれる窒素化合物による環境破壊を防止できるものの、浄化施設などの設備を設置するにはコストが高く、システム全体としても複雑な構成となり大掛かりな設備となっていた。
【０００９】
そのため、このようなシステムを導入できるような農家等は少ないのが現状である。
【００１０】
また、暗渠３００によって余剰肥料等を回収する場合、暗渠３００が埋設された領域のみしか余剰肥料等を回収できず、広範囲にわたって余剰肥料等を回収するのが困難であるという問題もある。
【００１１】
すなわち、図１０に示すように、暗渠３００が埋設された領域においては、矢印Ｙに示すように、雨水等と共に流れる余剰肥料等を回収することができる。しかし、暗渠３００が埋設されていない領域においては、矢印Ｘに示すように、雨水等と共に余剰肥料等は地下水へと流れてしまう。
【００１２】
しかし、樹木２００の根に吸収されない領域を広く覆うように暗渠３００を埋設することは、その構造的にも、コスト的にも困難である。従って、余剰肥料等の回収効率を上げることは困難であった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、肥料等による環境破壊を防止するためのシステムが開発されているものの、設備が大掛かりなものとなり、コスト的にも、一般的な農家等がそのようなシステムを導入することは困難である。また、肥料等の回収効率も低いために、水質改善効率も低いものとなっていた。
【００１４】
本発明の目的は、簡便な構成で、効率良く水質を改善することのできる水質改善装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために以下の手段を採用した。
【００１６】
すなわち、本発明の水質改善装置にあっては、水に含まれている窒素化合物を還元する窒素還元微生物の住処となる担体層と、
該担体層への土砂の浸入を防止するフィルタ層と、を備え、
シート状に構成されることを特徴とする。
【００１７】
このように構成すれば、植物の根に吸収されなかった余剰肥料等は、雨水等と共に、フィルタ層で土砂が除去された後に、担体層に導かれる。そして、肥料等に含まれている窒素化合物は、担体層内の窒素還元微生物によって還元され、窒素ガスとなる。従って、水質改善装置によって水質が改善された後に、地下水などから河川等の自然界に放出されるため、環境破壊を防止できる。
【００１８】
そして、本発明においては、水質改善装置がシート状に構成されるため、埋設する場所（形状）に応じた対応が容易であり、埋設作業も容易である。また、広範囲にわたって設置することも簡単に対応できる。
【００１９】
また、前記担体層を介してフィルタ層とは反対側に不透水層を備えると好適である。
【００２０】
このように構成すれば、担体層に導かれた肥料等を含む雨水等がそのまま担体層を通過してながれていくことを防止できるため、当該雨水等をしばらく担体層に保持させることが可能となる。
【００２１】
また、前記担体層が設けられた領域に向かって水を集める集水板を備えると好適である。
【００２２】
このように構成すれば、集水板によって、より一層効率良く肥料等を含む雨水等を担体層に導くことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２４】
（第１の実施の形態）
図１〜図４を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る水質改善装置について説明する。
【００２５】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る水質改善装置の模式的断面図である。図２は本発明の第１の実施の形態に係る水質改善装置の斜視図である。図３は本発明の第１の実施の形態に係る水質改善装置の設置例を示す模式的断面図である。図４は図３中ＡＡ断面図である。
【００２６】
図示のように、本発明の第１の実施の形態に係る水質改善装置１は、概略、窒素還元処理シート１Ａと、窒素還元処理シート１Ａに水を集めるための集水板１Ｂとから構成される。
【００２７】
そして、窒素還元処理シート１Ａは、脱窒素菌や硝化菌などの窒素還元微生物（バクテリア）の住処となる担体層２と、担体層２への土砂の浸入を防止するフィルタ層３と、担体層２を介してフィルタ層３とは反対側に設けられる不透水層４と、を備えている。
【００２８】
担体層２は、具体例としては、発泡プラスチック類（例えばウレタンフォーム，ポリエチレン，ポリエステル），珪藻土または嵩高の繊維類を用いることができる。また、土壌中に埋設した場合の耐久性によりプラスチック材を用いることが好ましいが、必要に応じて生分解性プラスチックを用いることもできる。
【００２９】
また、担体層２を構成する材料には、窒素還元微生物が吸着しやすいように、リガンド処理としての表面処理（ポリエチレンイミン処理）が施されている。担体層２の更に具体的な例としては、密度０．０３〜０．１０ｇ／ｃｍ３，厚さ５ｍｍのポリエチレンイミン処理が施されたウレタン製フォーム（ウレタン製スポンジ）を２層重ねたものを用いることができる。
【００３０】
フィルタ層３は、不織布により構成されており、具体例としては、ポリエチレンとレーヨンの混合材料やポリエステル・アクリルを用いることができる。フィルタ層３の更に具体的な例としては、密度１４０ｇ／ｍ２，厚み８ｍｍのポリエステル・アクリルからなる不織布を用いることができる。
【００３１】
一方、集水板１Ｂは、不透水層４と、透水層５と、不透水層４と透水層５との間に空間部を確保するためのスペーサ６と、を備えている。スペーサ６は空間部を流れる雨水等の流れを妨げないように、例えば、スペーサ６自体に流通孔が設けられたり、スペーサ６の配置個所が考慮されたりしている。
【００３２】
不透水層４は水が透過できないように構成されたシートであり、透水層５は水が透過できるように構成されたメッシュ状のシートである。これらの材料は、例えば、ポリエチレンを用いることができる。
【００３３】
以上のように構成された水質改善装置１の施工例及び水質が改善される過程について説明する。
【００３４】
水質改善装置１の長さは、１メートル〜十数メートルを１ブロックとして、その施工は地形に合せて埋設施工する。埋設の深さは地形や地質に合せて、適宜、数十センチメートル〜数メートルの範囲で行われるが、通常、５０〜１００センチメートルが適当である。
【００３５】
例えば、図３に示すように、樹木２００と樹木２００との間に、不透水層４が下側となるように水質改善装置１を埋設する。そして、集水板１Ｂ上の水が窒素還元処理シート１Ａに向かって流れていくように、図２及び図３に示すように、集水板１Ｂを傾斜させた状態で、水質改善装置１を埋設する。また、図４に示すように、窒素還元処理シート１Ａも緩やかに傾斜した状態となるように、水質改善装置１を埋設する。
【００３６】
ただし、以上の施工例は、埋設する場所が、地面が略水平で雨水等が地面に対して略垂直方向に浸透する場合を想定している。従って、埋設する場所が、急斜面であったり、地層によって浸透する雨水等の流れが不規則であったりする場合には、浸透する雨水等の流れの方向によって水質改善装置１の埋設の仕方が異なることになる。要は、窒素還元処理シート１Ａ上の雨水等が緩やかに窒素還元処理シート１Ａに沿って流れていき、かつ集水板１Ｂ上の雨水等が窒素還元処理シート１Ａ上に集められるように水質改善装置１を埋設することが必要である。
【００３７】
以上のように、水質改善装置１を埋設しておけば、土壌中を通り、窒素還元処理シート１Ａ上まで浸透してきた雨水等（図２中矢印Ａ１）、及び集水板１Ｂ上まで浸透し（図２中矢印Ａ２）、窒素還元処理シート１Ａ上に集められた雨水等は、フィルタ層３によって土砂等が除去された後に担体層２へと送られる。
【００３８】
なお、集水板１Ｂ上まで浸透してきた雨水等は、透水層５によって土砂等が除去された後に、空間部へと導かれ、不透水層４に沿って窒素還元処理シート１Ａへと流れていく。
【００３９】
担体層２は、窒素還元微生物の住処となっているため、雨水等が担体層２を流れていく過程（図４中矢印Ｂ）で、雨水等共に流れてきた肥料等に含まれる窒素化合物は窒素還元微生物によって還元される。
【００４０】
具体的には、次の反応式
［６ＮＯ３−＋５ＣＨ３ＯＨ→３Ｎ２＋５ＣＯ２＋７Ｈ２Ｏ＋６ＯＨ−］
［２ＮＯ２−＋ＣＨ３ＯＨ→Ｎ２＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ＋２ＯＨ−］
に示すように、硝酸イオンあるいは亜硝酸イオンが、窒素ガスと二酸化炭素と水に分解される。
【００４１】
なお、窒素還元微生物による分解速度は遅いため、浸透水と窒素還元微生物を長時間接触させておく必要がある。従って、上述のように窒素還元処理シート１Ａを緩やかに傾斜させておくことで、窒素還元処理シート１Ａ上を流れる水の速度が遅くなるようにする。
【００４２】
このように雨水等に含まれる窒素化合物が還元された後に、雨水等は地中へと送られる（図２及び図４中矢印Ｚ）。従って、地下水などを通り、そのまま河川や大地などの自然界に放出しても環境破壊を抑制できる。
【００４３】
以上のように、本実施の形態に係る水質改善装置１を用いれば、水質改善装置１自体に窒素化合物を還元する機能を備えているため、別途、従来のシステムのように、窒素化合物を還元するための専用の施設を設ける必要がない。
【００４４】
従って、本実施の形態においては、水質改善装置１を埋設する施工を行うだけでよく、簡便な構成で、窒素化合物を還元するシステムを実現できる。また、水質改善装置１はシート形状であるので、地形等に合せて埋設させることも容易に対応できる。
【００４５】
これらのことから、コスト的にも削減が可能となり、一般的な農家等でも利用できるようになる。
【００４６】
また、水質改善装置１はシート形状であることから、土壌中に浸透してくる雨水等を広範囲にわたって集めることが可能である。特に、本実施の形態においては、集水板１Ｂを設けているので、一層、広範囲の雨水等を集めることが可能である。
【００４７】
従って、樹木２００の根に吸収されることなく、雨水等と共にそのまま地下水等に流れる余剰肥料等を著しく削減することが可能となる。
【００４８】
以上のことから、火山灰質等の水はけの非常に良い土壌における地下水等の汚染防止においても、本実施の形態に係る水質改善装置１は、効果的にその機能を発揮する。
【００４９】
なお、水質改善装置１を構成する各部材に関しては、土壌中の耐久性からプラスチック材料を用いるのが好適であるが、必要に応じて生分解性プラスチックを採用することも可能である。
【００５０】
（第２の実施の形態）
図５〜図８には、本発明の第２の実施の形態が示されている。図５は本発明の第２の実施の形態に係る水質改善装置の構造説明図である。図６は本発明の第２の実施の形態に係る水質改善装置の斜視図である。図７は本発明の第２の実施の形態に係る水質改善装置の施工例を示す模式図である。図８は本発明の第２の実施の形態に係る水質改善装置の埋設状態を示す模式的断面図である。
【００５１】
図示のように本発明の実施の形態に係る水質改善装置１１は、窒素化合物を還元する窒素還元微生物の住処となる担体層１２と、担体層１２を挟んで両面側にそれぞれ設けられる、担体層１２への土砂の浸入を防止するフィルタ層１３と、を備えている。
【００５２】
なお、本実施の形態では、２つのフィルタ層１３によって担体層１２を挟み込む構成としたが、袋状のフィルタを用いて、袋の中に担体層を挿入することで、担体層がフィルタ層に挟み込まれるようにする構成を用いても良い。
【００５３】
担体層１２の素材は、発泡プラスチック類，珪藻土、または嵩高の繊維類を好適に用いることができる。例えば、密度０．０３ｇ／ｃｍ３，厚さ５ｍｍの発泡ウレタンを用いることができる。
【００５４】
フィルタ層１３の素材は、嵩高の繊維類が好適である。例えば、密度１４０ｇ／ｍ２，厚さ８ｍｍのポリエステル・アクリルからなる不織布を用いることができる。
【００５５】
水質改善装置１１は、長さ０．２ｍ〜１ｍを単体として各々接続したもの、あるいは連続ロール状として、単体どうしを接続した部分、あるいは任意の位置で折り目を入れられる構造とした。
【００５６】
図６に示したものは、つなぎ部材１５によって複数の単体を接続する構造としたものである。なお、図６中、１４は担体層１２とフィルタ層１３を結合させるための縫い目である。この図６に示す水質改善装置１１の場合には、つなぎ部材１５の部分で折り曲げることが可能である。
【００５７】
また、水質改善装置１１の幅に関しては、埋設する地層に応じて定めれば良い。ただし、取り扱い上１ｍ程度までが好適である。水質改善装置１１の厚みに関しても、処理能力の必要性に応じて適宜設定すればよいが、処理能力を大きくするために水質改善装置１１を２重以上に重ねて埋設できることも考慮すると、３０ｍｍ〜１００ｍｍ程度が好適である。
【００５８】
本実施の形態に係る水質改善装置１１の場合も、上記第１の実施の形態の場合と同様に、水質改善装置１を埋設する施工を行うだけでよく、簡便な構成で、窒素化合物を還元するシステムを実現できる。また、水質改善装置１１はシート形状であるので、地形等に合せて埋設させることも容易に対応できる。
【００５９】
また、水質改善装置１１はシート形状であることから、上記第１の実施の形態の場合と同様に、土壌中に浸透してくる雨水等を広範囲にわたって集めることが可能である。
【００６０】
また、適宜の位置で折り曲げた状態で水質改善装置１１を埋設することによって、土壌中を流れる雨水等の流れをコントロールすることが可能である。例えば、図７に示すようにジグザク状に折り曲げた状態で埋設すれば、土壌中に矢印Ｄ方向に浸透してきた雨水等を矢印Ｅのように流させて、矢印Ｆ方向に透過させることができる。
【００６１】
このように、雨水等の流れをコントロールすることで、例えば、担体層１２中に雨水等が保持される期間を長くさせることができ、窒素化合物を還元する処理効率（水質改善効率）を高めることが可能となる。
【００６２】
また、水質改善装置１１を、適宜の位置で折り曲げられるように構成したことによって、埋設範囲に応じた長さ調整が容易であり、かつメンテナンスも容易である。
【００６３】
例えば、図８に示すように、一部の水質改善装置１１Ａが傷み、交換が必要になったとする。この場合、水質改善装置１１Ａを撤去して、新しい水質改善装置１１Ｂを埋設する。この時、水質改善装置１１Ｂはジグザグに折り曲げ可能であることから、伸縮させることで、埋設する位置に応じた長さに簡単に調節できる。なお、図８中、１０１は、水質改善装置１１を埋設するために用いた土石である。
【００６４】
なお、本実施の形態においては、担体層１２の両面側にそれぞれフィルタ層１３を設けて、雨水等が透過できるように構成した場合を示したが、上記第１の実施の形態のように、一方の面（下側（雨水等の流れの下流側））に不透水層を設けるようにしても良い。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により、簡便な構成で、効率良く水質を改善することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る水質改善装置の模式的断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る水質改善装置の斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る水質改善装置の設置例を示す模式的断面図である。
【図４】図３中ＡＡ断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る水質改善装置の構造説明図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る水質改善装置の斜視図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る水質改善装置の施工例を示す模式図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る水質改善装置の埋設状態を示す模式的断面図である。
【図９】水質の改善対策を何ら行わない場合における農地の様子を示す模式的断面図である。
【図１０】地下水に送られる余剰肥料等の低減を図るために暗渠（排水管）を設けた場合における農地の様子を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１　水質改善装置
１Ａ　窒素還元処理シート
１Ｂ　集水板
２　担体層
３　フィルタ層
４　不透水層
５　透水層
６　スペーサ
１１，１１Ａ，１１Ｂ　水質改善装置
１２　担体層
１３　フィルタ層
１４　縫い目
１５　つなぎ部材
１００　土
１０１　土石
２００　樹木
３００　暗渠
【図１】
2004130224.tif 000003
【図２】
2004130224.tif 000004
【図３】
2004130224.tif 000005
【図４】
2004130224.tif 000006
【図５】
2004130224.tif 000007
【図６】
2004130224.tif 000008
【図７】
2004130224.tif 000009
【図８】
2004130224.tif 000010
【図９】
2004130224.tif 000011
【図１０】
2004130224.tif 000012