(57)【要約】【課題】窒素を含んだ排水を常温で固体かつ水に不溶の水素供与体に接触させることで生物学的脱窒を起こして窒素成分を大気中へ逃がした後排出する屋上緑化設備を提供する。【解決手段】植栽用の基盤土壌と、土壌通過後の雨水または散水を排水する手段と、常温で固体かつ水に不溶の水素供与体からなる屋上緑化設備。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
土壌と、常温で固体かつ水に不溶の水素供与体と、前記土壌内を通過後の水を排水する手段とからなる緑化設備。
【請求項２】
土壌と、前記土壌内を通過後の土壌を排水する手段と、前記排水する手段の下流側に設けた常温で固体かつ水に不溶の水素供与体とからなる緑化設備。
【請求項３】
土壌と、前記土壌内を通過後の土壌を排水する手段と、前記排水する排水路と、この排水路の途中に設けた常温で固体かつ水に不溶の水素供与体とからなる緑化設備。
【請求項４】
土壌と、前記土壌を通過した水を排水する手段と、前記土壌と前記排水する手段との間に設けられた水素供与体とからなる緑化設備。
【請求項５】
基盤と前記基盤にもうけられ土壌を保持する土壌保持部と、前記土壌保持部の土壌中に添加された常温で固体かつ水に不溶の水素供与体とからなる緑化設備。
【請求項６】
土壌と、前記土壌を通過した水を排水する手段と、前記土壌に添加された水素供与体とからなる緑化設備。
【請求項７】
水素供与体と土壌とが層状をなす請求項３記載の緑化設備。
【請求項８】
水素供与体は土壌に略均一に添加されてなる請求項３記載の緑化設備。
【請求項９】
土壌と、常温で固体かつ水に不溶の水素供与体と、前記土壌内を通過後の水を排水する手段とからなり、前記水は、前記基盤土壌内を通過後に前記水素供与体に接触する緑化設備。
【請求項１０】
土壌と、前記土壌に添加された常温で固体かつ水に不溶の水素供与体と、前記土壌内を通過後の水を排水する手段とからなり、前記水は前記土壌内を通過中に前記水素供与体と接触する緑化設備。
【請求項１１】
土壌と、常温で固体かつ水に不溶の水素供与体と、前記土壌内を通過後の水を排水する手段とからなり、前記水に含まれる窒素が、前記基盤土壌内を通過後に前記水素供与体に接触し窒素ガス化する緑化設備。
【請求項１２】
土壌と、前記土壌に添加された常温で固体かつ水に不溶の水素供与体と、前記土壌内を通過後の水を排水する手段とからなり、前記水に含まれる窒素は前記土壌内を通過中に前記水素供与体と接触し窒素ガス化する緑化設備。
【請求項１３】
水素供与体が炭素数１０以上の飽和脂肪酸または炭素数１２以上のアルコールまたは炭素数１０以上の飽和脂肪酸と炭素数１２以上のアルコールのエステルを主成分とする請求項１から１２いずれかに記載の緑化設備。
【請求項１４】
水素供与体が硫黄とアルカリ供給剤から構成される請求項１から１２いずれかに記載の緑化設備。
【請求項１５】
水素供与体が生分解性樹脂から構成される請求項１から１２いずれかに記載の緑化設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビル等の屋上やバルコニ−等の屋外に主に設置される緑化設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の緑化設備はでは、雨水や散水された水は土壌通過後に土壌下の排水路を通して排水として排出されるのが一般的である。
【０００３】
また、本発明に直接は関連しないものの排水の有効利用の観点から、屋上に設置された屋上緑化装設備からの排水をビルの中水道として再利用する試みが公知である。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−４８０４号公報
【特許文献２】
特開平８−２２８６１８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、上記の緑化設備の基盤土壌には植物成長に欠かせない窒素成分が含まれている。この窒素成分は植物成長に必須元素であるものの、植物が吸収できる以上に過剰に土壌に与えられた窒素成分は降雨や人為的散水により容易に土壌から流出し、排水中の窒素濃度を高めることになる。
【０００６】
即ち、従来の屋上緑化設備では、これら窒素濃度の高い排水は雨水とともに排出され、下水または河川放流されるために、水の富栄養化の原因物質である窒素汚染による河川、海、湖等の汚染の一原因となっている。
【０００７】
また、特許文献２に開示されている排水の再利用によって、窒素濃度の高い水をただちには環境に排出しない方法は、基本的にポンプなどの機器が必須であり、大掛かりな工事を伴うという課題のほか、何らかの原因で環境に排出される虞もある。
【０００８】
本発明はこれら従来の課題を効果的に解決するものであり、窒素を含んだ排水を常温で固体かつ水に不溶の水素供与体に接触させることで生物学的脱窒を起こして窒素成分そのものを大気中へ逃がした後排出する屋上緑化設備を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
これら従来の課題を解決するために本発明者らは鋭意研究の結果、以下の手段を用いることが本発明の課題を効果的に解決し得ることを見出し、本発明を完結するに至った。
【００１０】
本発明第１の緑化設備は、土壌と、常温で固体かつ水に不溶の水素供与体と、前記土壌内を通過後の水を排水する手段とから構成される。
【００１１】
また本発明第２の緑化設備は、土壌と、前記土壌内を通過後の土壌を排水する手段と、前記排水する手段の下流側に設けた常温で固体かつ水に不溶の水素供与体とからなる。
【００１２】
また、本発明第３の緑化設備は、土壌と、前記土壌内を通過後の土壌を排水する手段と、前記排水する排水路と、この排水路の途中に設けた常温で固体かつ水に不溶の水素供与体とからなる。
【００１３】
また、本発明第４の緑化設備は、土壌と、前記土壌を通過した水を排水する手段と、前記土壌と前記排水する手段との間に設けられた水素供与体とからなる。
【００１４】
また本発明第５の緑化設備は、基盤と前記基盤にもうけられ土壌を保持する土壌保持部と、前記土壌保持部の土壌中に添加された常温で固体かつ水に不溶の水素供与体とからなる。
【００１５】
また、本発明第６の緑化設備は、土壌と、前記土壌を通過した水を排水する手段と、前記土壌に添加された水素供与体とからなる。
【００１６】
また、本発明第７の緑化設備は、第３の設備において水素供与体と土壌とが層状をなすように構成される。
また、本発明第８の緑化設備は、第３の設備において、水素供与体は土壌に略均一に添加されてなる。
【００１７】
また、本発明第９の緑化設備は、土壌と、常温で固体かつ水に不溶の水素供与体と、前記土壌内を通過後の水を排水する手段とからなり、前記水は、前記基盤土壌内を通過後に前記水素供与体に接触するものである。
【００１８】
また、本発明第１０の緑化設備は、土壌と、前記土壌に添加された常温で固体かつ水に不溶の水素供与体と、前記土壌内を通過後の水を排水する手段とからなり、前記水は前記土壌内を通過中に前記水素供与体と接触するものである。
【００１９】
また、本発明第１１の緑化設備は、土壌と、常温で固体かつ水に不溶の水素供与体と、前記土壌内を通過後の水を排水する手段とからなり、前記水に含まれる窒素が、前記基盤土壌内を通過後に前記水素供与体に接触し窒素ガス化するものである。
【００２０】
また、本発明第１２の緑化設備は、土壌と、前記土壌に添加された常温で固体かつ水に不溶の水素供与体と、前記土壌内を通過後の水を排水する手段とからなり、前記水に含まれる窒素は前記土壌内を通過中に前記水素供与体と接触し窒素ガス化するものである。
【００２１】
また、本発明においては、水素供与体として炭素数１０以上の飽和脂肪酸または炭素数１２以上のアルコールまたは炭素数１０以上の飽和脂肪酸と炭素数１２以上のアルコールのエステルを主成分とするものを用いることができる。
【００２２】
また、本発明においては、水素供与体は硫黄とアルカリ供給剤から構成することができる。
また、本発明において、水素供与体は生分解性樹脂から構成することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本実施の形態の最大の特長は、排水から効果的に脱窒を行わせるために、常温で固体であり且つ水に不溶な水素供与体を選択することで、この水素供与体を排水が通過すれば足りる構成とした点にあり、さらに該水素供与体としての条件を満たすべく、水素供与体として特定物質を選択した点にある。
【００２４】
本実施の形態によって、水が水素供与体に接っすることで、排水中の窒素は水素供与体に接触し、この水素供与体周辺で、水素を供与されることで増殖した脱窒菌の働き（脱窒反応）で、窒素ガスに変化することで、土壌から大気中へ放出されることとなる。
【００２５】
通常脱窒反応は、嫌気雰囲気で起こる反応であるが、本発明選択した水素供与体は水中でも固体状態を保つため、液体−固体界面に生物膜が効果的に形成され、この生物膜内部の嫌気領域を利用して脱窒反応が起こるものである。
【００２６】
ここで本実施の形態の水素供与体は脱窒菌の担体としての役目と、脱窒反応の水素供与体（電子供与体、炭素源とも言われる。）としての役目を同時に果たすこととなる。
【００２７】
さらには、水素供与体が水に不溶であるために、長時間その場に止まり水素を供与し続けることができるためにメンテナンスフリーであり、設備や機器類を使用しない。
【００２８】
本実施の形態に用いる水素供与体の第一の具体例としては、炭素数１０以上の飽和脂肪酸または炭素数１２以上のアルコールまたは炭素数１０以上の飽和脂肪酸と炭素数１２以上のアルコールのエステルである。
【００２９】
炭素数が１０もしくは１２未満では、融点が常温以下に存在する場合があるため、土壌中で容易に移動し目的とする部位に止まらなくなるために好ましくなく、不飽和結合の存在はたとえ炭素数が１０もしくは１２以上であっても融点の低下を一般的に招くため好ましくない。
【００３０】
以上の要件を満たす脂肪酸としては、デカン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、リグノセリン酸、ベヘニン酸、およびこれら脂肪酸の混合物、塩、水素添加品などが例示される。
【００３１】
混合物としては、単体脂肪酸を人為的に混合してもよく、また牛脂脂肪酸、ヤシ油脂肪酸などの天然混合物でもよい。
【００３２】
また、上記の要件を満たすアルコールとしては、ラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、ステアリルアルコール、セチルアルコール、ベヘニルアルコール、およびこれらアルコールの混合物、塩などが例示される。
【００３３】
混合物としては、単体アルコールを人為的に混合してもよく、また天然混合物でもよい。
【００３４】
また、上記用件を満たすエステルとしてはミリスチン酸ミリスチル、パルミチン酸セチル、ステアリン酸ステアリル、ステアリン酸メチル、ステアリン酸ブチル、ステアリン酸コレステリル、ステアリン酸バチル、ベヘニン酸オクチルドデシル、ベヘニン酸ベヘニル、およびこれらエステルの混合物や脂肪酸が２塩基酸であるフタル酸ジステアリル、ソルビタンモノミリスチレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンジステアレート、ソルビタントリステアレート、ソリビタンモノベヘネート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリエチレングリコールモノステアレート、ポリエチレングリコールジステアレート、セスキステアリン酸ソルビタン、トリステアリン酸ソルビタン、ヘキサステアリン酸ポリオキシエチレンソルビット、およびこれらエステルの混合物やポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンベヘニルエーテル、グリセリンセチルエーテル、グリセリンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンデシルテトラデシルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテルなどのエーテル類が例示される
本実施の形態に用いる水素供与体の第二の具体例としては、硫黄とアルカリ供給剤の組み合わせである。
【００３５】
硫黄は硫黄細菌と呼ばれる微生物に対して水素供与を行う。この硫黄細菌は独立栄養菌であるため、炭素源を必要とせず硫黄を用いて増殖可能な微生物であり、水中の窒素を窒素ガスとして空気中へ放出するとともに、反応生成物として硫酸を作り出す。生成する硫酸は強い酸性を示すため、共存させるアルカリ供給剤で中和することが必須である。そこで反応の際に生成する硫酸によるＰＨ低下を共存させるアルカリ供給剤で中和することで土壌のＰＨを著しく変化させることなく脱窒反応が起こることができる。
【００３６】
アルカリ供給剤としては、脱窒菌の菌体合成に必須な炭素源の供給も兼ねることができる炭酸カルシウムを主成分としたものが好ましく、代表例としては炭酸カルシウム原石、貝殻類、サンゴ類、石灰岩類などが例示される。
【００３７】
本発明に用いる第三の具体例としては生分解性樹脂であり、より好ましくは生分解性の優れたエステル結合を有する生分解性樹脂である。
【００３８】
具体的な例としては、乳酸重合体、ヒドロキシ酪酸とヒドロキシ吉草酸の共重合体、ポリオール類と脂肪族ジカルボン酸との縮合重合物、ポリ（ε−カプロラクトン）などが例示される。
【００３９】
生分解樹脂が本発明の属する技術分野に添加されると、加水分解によりカルボン酸とアルコールが生成する。
【００４０】
生成したカルボン酸とアルコールは、本発明に用いる第一の水素供与体と本質的に同じ物質であり、前記本発明の第一の水素供与体と同じ機構で水中の窒素を除去するものである。
【００４１】
【実施例】
次に実施例によって本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
本実施例の構成を図１に示す。図１において１は緑化設備の基盤土壌、２は基盤土壌の上に植えられた植栽、３は本実施例で用いる水素供与体を充填したカラム、４は排水路であり、図中の矢印は水の流れを示している。本実施例では、排水路４の途中にカラム３が設けられているが、この水素供与体を充填したカラムは、排水路４の最下流側に設けてもよい。
まず、雨水や人為的散水により植栽２に与えられた水分は、基盤土壌１内を通過する際に根から植栽に吸収されるが、余剰水分は排水路４を通じて排出される。
【００４２】
一方、予め植栽２の肥料として与えられた窒素（通常は硫酸アンモニウムや尿素など）は、余剰水分とともに排水路４へ流出する。
【００４３】
次に、この余剰水分は排水路を通じて水素供与体が充填されたカラム３中に流れ込み、水素供与体と接触する。すると、この余剰水分中に含まれる窒素は、この水素供与体の周囲にて増殖した脱窒菌とのあいだで生物学的脱窒反応を起し、窒素ガスに変化して大気中に放出されるため、排水中の窒素濃度は大幅に低下する。
（実施例２）
本実施例の構成を図２に示す。図２において１は緑化設備の基盤土壌、２は基盤土壌１に植えられた植栽、４は基盤土壌を通過した水の排水路、５は植木鉢状の形をした、土壌保持手段としての集水トレンチで、この集水トレンチ５の周囲には水を通さない基盤として、不透材料のコンクリート８により構成されている。このコンクリート８は集水トレンチ５の全体を覆うことなく、一部を覆い、集水トレンチの壁にあいた微小な穴から水がしみでることを妨げないようになっている。
【００４４】
この集水トレンチ５には、基盤土壌１と水素供与体とが混合されたものが充填されている。水素供与体は基盤土壌に均一に混合されていることが望ましい。混合の仕方として、水素供与体を添加する形態は、集水トレンチ５内の基盤土壌１に添加して撹拌するなどして万遍なく添加する方法のみならず、水素供与体を添加した層と添加しない層が交互に存在する方法（多層で添加する方法）なども好ましい。
【００４５】
多層の場合は、各層で異なる水素供与体を用いることが可能である。
【００４６】
水素供与体の添加量は、土の乾燥重量に対して０．１〜５重量％で充分効果を発するが、土壌の保水率、施肥量、降雨量などの諸条件で任意に選択可能である。なお、図中の矢印は水の流れを示している。
【００４７】
本実施例によれば、雨水や人為的散水により植栽２に与えられた水分は、基盤土壌１を通過時に根から植栽２に吸収されるが、余剰水分は集水トレンチ５で集められ排水路４を通じて排出される。
【００４８】
一方、基盤土壌１中に水素供与体を混合しない場合は、予め植栽の肥料として与えられた窒素（通常は硫酸アンモニウムや尿素など）は、余剰水分とともに排水路４へ流出してしまうが、本実施例によれば、余剰水分中に含まれる窒素は集水トレンチ内に存在する水素供与体と接触することで生物学的脱窒反応により窒素ガスとして大気中に放出されるため、排水中の窒素濃度は大幅に低下する。
（実施例３）
本実施例の構成を図３に示す。図３において１は緑化設備の基盤土壌、２は基盤土壌１に植えられる植栽、４は排水路、６は本発明で用いる水素供与体からなる層であり、図中の矢印は水の流れを示している。本実施の形態では、水素供与体は基盤土壌１と排水路４との間に配置されている。また、水素供与体と基盤土壌１とは層構造をなしている。
【００４９】
まず、雨水や人為的散水により植栽２に与えられた水分は、土壌を通過時に根から植栽に吸収され、余剰水分は本発明で用いる水素供与体からなる層６を通過後、排水路４を通じて排出される。
【００５０】
一方、予め植栽の肥料として与えられた窒素（通常は硫酸アンモニウムや尿素など）は、水素供与体からなる層６を通過することで、水素供与体と接触し生物学的脱窒反応により窒素ガスとして大気中に放出されるため、排水中の窒素濃度は大幅に低下する。
（実施例４）
本実施例の構成を図４に示す。図４において２は植栽、４は排水路、７は本発明で用いる水素供与体を予め添加した土壌であり、図中の矢印は水の流れを示している。
【００５１】
水と水素供与体の接触効率を高めるために、添加する水素供与体と土壌７とはできるだけ均一に混合されていることが好ましい。
【００５２】
添加する形態は、全体の土壌に万遍なく添加する方法（一層に添加する方法）のみならず、水素供与体を添加した層と添加しない層が交互に存在する方法（多層で添加する方法）などが好ましい。
【００５３】
多層の場合は、各層で異なる水素供与体を用いることが可能である。
【００５４】
水素供与体の添加量は、土の乾燥重量に対して０．１〜５重量％で充分効果を発するが、土壌の保水率、施肥量、降雨量などの諸条件で任意に選択可能である。
【００５５】
本実施例によれば、雨水や人為的散水により植栽２に与えられた水分は、土壌７を通過時に根から植栽に吸収され、余剰水分は本発明で用いる水素供与体と接触しながら土壌中を通過後、排水路４を通じて排出される。
【００５６】
一方、予め植栽の肥料として与えられた窒素（通常は硫酸アンモニウムや尿素など）は、土壌中に添加された水素供与体と接触し生物学的脱窒反応により窒素ガスとして大気中に放出されるため、排水中の窒素濃度は大幅に低下する。
【００５７】
なお、本発明に用いる水素供与体は単独使用、複数種の混合のどちらでもよく、水素供与体と排水を接触させる部位は複数種または多段でもよいことは言うまでもない。
【００５８】
また、上記実施例１から実施例４に使用する水素供与体について、各々の実施例で特に使用する水素供与体の特定はしていないが、発明の実施の形態の欄に記載した水素供与体のうちのどれを使用しても良いし、混合して使用しても構わない。
【００５９】
本実施例によれば、土壌中を通過した水に含まれる窒素は、土壌を通過した後に水素供与体に触れることにより、または、土壌に添加された水供与体に触れることにより、その濃度が低下する。
【００６０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の屋上緑化設備は、排水中の窒素濃度を大幅に低下させることができ、系内に特定の水素供与体を設置するだけで高価が得られ、設備や機器を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す緑化設備の概略図
【図２】本発明の第２の実施例を示す緑化設備の概略図
【図３】本発明の第３の実施例を示す緑化設備の概略図
【図４】本発明の第４の実施例を示す緑化設備の概略図
【符号の説明】
１　　基盤土壌
２　　植栽
３　　水素供与体を充填したカラム
４　　排水炉
５　　集水トレンチ
６　　水素供与体からなる層
７　　水素供与体を予め添加した土壌
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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