(57)【要約】【課題】酸性河川の中和がより安価かつ確実に達成されるように、石灰岩部の表面に石こうの被膜や酸化鉄の皮膜が形成される環境の下にあっても、酸性の河川水を継続して中和できる水質改善システムを提供する。【解決手段】酸性の河川水１１を河底に設けた複数の石灰岩部１２に順次接触させて中和することで河川水１１の水質を改善する水質改善システムであって、各石灰岩部１２の上流側にそれぞれ河川水を１１越流させて落下水１１ａを生じさせる堤体１３を設け、この落下水１１ａによって石灰岩部１２を洗浄することを可能としたことを趣旨とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸性の河川水を河底に設けた複数の石灰岩部に順次接触させて中和することで該河川水の水質を改善する水質改善システムであって、
前記各石灰岩部の上流側にそれぞれ河川水を越流させて落下水を生じさせる堤体を設け、この落下水によって石灰岩部を洗浄することを可能としたこと特徴とする水質改善システム。
【請求項２】
前記河川水は、渓流における流水であることを特徴とする請求項１に記載の水質改善システム。
【請求項３】
河川水に含まれる鉄イオンを複数の曝気箇所で順次曝気させて酸化することで該河川水の水質を改善する水質改善システムであって、
前記各曝気箇所の上流側にそれぞれ河川水を越流させて落下水を生じさせる堤体を設け、この落下水によって曝気箇所に気泡を生じさせることを可能としたこと特徴とする水質改善システム。
【請求項４】
前記河川水は、渓流における流水であることを特徴とする請求項３に記載の水質改善システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば渓流である酸性河川の水質を改善する場合に用いられる水質改善システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の水質改善システムとしては、例えば河川における酸性の河川水を河底に設けた石灰岩部たる石灰質ブロックに接触させて中和することで河川水の水質を改善するものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２２５４７８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の水質改善システムにおいては、酸性の河川水が石灰質ブロックに継続的に接触すると、石灰質ブロックの表面には、薄い石こうの被膜が形成されることになり、この石こうの被膜が河川水の中和反応を阻害する要因となり、酸性の河川水を継続して中和することが困難となってしまう。
しかも、この石こうの被膜の表面には、さらに河川水に含まれる鉄イオンが酸化した酸化鉄が石こうよりも強力な被膜を形成することになり、酸性の河川水が石灰質ブロックから完全に分断されてしまう。
したがって、従来の水質改善システムに対しては、石灰質ブロックの表面に石こうの被膜や酸化鉄の皮膜が形成された場合においても、酸性の河川水を継続して中和し得ることが要請されている。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、酸性河川の中和がより安価かつ確実に達成されるように、石灰岩部の表面に石こうの被膜や酸化鉄の皮膜が形成される環境の下にあっても、酸性の河川水を継続して中和できる水質改善システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、第一の発明に係る水質改善システムは、酸性の河川水を河底に設けた複数の石灰岩部に順次接触させて中和することで河川水の水質を改善する水質改善システムであって、各石灰岩部の上流側にそれぞれ河川水を越流させて落下水を生じさせる堤体を設け、この落下水によって石灰岩部を洗浄することを可能としたことを特徴としている。
【０００７】
このような水質改善システムによれば、各石灰岩部の上流側に河川水を越流させて落下水を生じさせる堤体を設けたので、石灰岩部の表面に石こうの被膜や酸化鉄の皮膜が形成される環境の下にあっても、形成された石こうの被膜や酸化鉄の皮膜が落下水によって洗浄・除去されることになり、酸性の河川水を継続して中和できることになる。
【０００８】
よって、酸性河川の中和がより安価かつ確実に達成されることになる。
【０００９】
このような技術的手段において、落下水をより容易に確保し得るようにして、酸性河川の中和をより一層安価かつ確実に達成しようとする観点からすれば、河川水は、所要な落差高を有する堤体を適宜間隔で設置できる、渓流における流水であることが好ましい。
【００１０】
また、第二の発明に係る水質改善システムは、河川水に含まれる鉄イオンを複数の曝気箇所で順次曝気させて酸化することで河川水の水質を改善する水質改善システムであって、各曝気箇所の上流側にそれぞれ河川水を越流させて落下水を生じさせる堤体を設け、この落下水によって曝気箇所に気泡を生じさせることを可能としたことを特徴としている。
【００１１】
このような水質改善システムによれば、堤体を越流した落下水によって曝気箇所に気泡を生じさせことを可能としたので、石灰岩部の表面に石こうの被膜が形成される環境の下にあっても、河川水に含まれる鉄イオンの曝気が相当に促進されることになり、石こうの被膜の表面への酸化鉄の被膜の形成回避を通じて酸性の河川水を継続して中和できることになる。
【００１２】
よって、酸性河川の中和がより安価かつ確実に達成されることになる。
【００１３】
このような技術的手段において、落下水をより容易に確保し得るようにして、酸性河川の中和をより一層安価かつ確実に達成しようとする観点からすれば、河川水は、渓流における流水であることが好ましい。
【００１４】
ここで、酸性河川の現状、石灰岩と酸性河川の反応、２価鉄イオンと石灰岩の反応について説明する。
【００１５】
＜酸性河川の現状＞
わが国には数多くの酸性河川が存在しており、そのため多年にわたり、水利用の価値を失い、農業、水産業、土木施設等に被害を及ぼしている。一般に酸性河川の上流には、酸性泉や酸化鉱が存在する場合が多く、すでに廃鉱山となった硫黄鉱鉱山より排出される鉱山廃水は、ｐＨが極めて低く、河川の流入により酸性河川となり酸害が著しく、生物特に魚類は生息できない。
【００１６】
＜石灰岩と酸性河川の反応＞
硫酸系酸性河川水と石灰岩とが反応すると、石灰岩の主成分である炭酸カルシウムが硫酸と反応して石こうとなり二酸化炭素が放出される。単斜晶系の硫酸塩鉱物である石灰岩との表面で反応した石こうは、比較的静かな流水でも水と一緒に溶解して流れ去ることができるので、流れのある河川水中では剥離して溶解することができるので、石灰岩は絶えず新鮮な表皮を表出することとなり、中和反応は継続されることとなる。
【００１７】
＜２価鉄イオンと石灰岩の反応＞
だが、河川水中に存在する２価鉄イオンが石灰岩との酸化作用により３価鉄となり石灰岩の表面に付着し、静かな流水では剥離されることがないので、中和効果の低減あるいは停中状態となる。
【００１８】
河川水中に存在する２価鉄イオンは、河川源流の地下水流により運ばれることが多く、したがって、河川水の単位体積当りに占める２価鉄イオンは、上流域が最も多く中流域、下流域と減少することが一般的である。
【００１９】
このことは、河川水にある鉄酸化細菌と空気との触合いによる曝気とにより２価鉄イオンが３価鉄となり、沈殿して鉄分が除去されることが関係している。
２価鉄イオンは酸性の水中ではかなり安定に存在できるが、鉄酸化細菌が作用すると酸素酸化を受けて３価鉄イオンが水酸化鉄として沈殿する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２１】
図１は本発明の一実施の形態に係る水質改善システムの全体構成を示す縦断面図、図２は同水質改善システムのメカニズムを説明する模式図である。
【００２２】
本実施の形態において、水質改善システムは、酸性河川における河川水の水質を改善する目的に用いられるものとして構成されている。
【００２３】
ここで、この水質改善システムは、酸性河川を中和する手法として、中和処理工場などを必要とせずに、渓流域の豊かの自然を生かしながら、利水の便に供し、生物の生息空間を確保するとともに、もって人々の憩いの場をも提供できるものとして構成されている。
【００２４】
そして、この水質改善システムは、図１に示すように、第一の水質改善システム１と、第二の水質改善システム２とを備えたものとして構成されている。
【００２５】
本実施の形態における第一の水質改善システム１は、同図に示すように、酸性の河川水１１を河底に設けた複数の石灰岩部１２に順次接触させて中和することで河川水１１の水質を改善するものとして構成されている。
【００２６】
具体的には、この第一の水質改善システム１は、同図に示すように、各石灰岩部１２の上流側にそれぞれ河川水１１を越流させて落下水１１ａを生じさせる堤体１３を設けたものとして構成されている。
【００２７】
そして、この第一の水質改善システム１は、同図に示すように、この落下水１１ａによって石灰岩部１２を洗浄することを可能としたものとして構成されている。
【００２８】
すなわち、このような第一の水質改善システム１によれば、図２に示すように、形成された石こう１２ａおよび酸化鉄１２ｂの被膜を落下水１１ａによって洗浄・除去することが可能となっている。
【００２９】
このような第一の水質改善システム１において、河川水１１は、渓流における流水であるものとして構成されている。
【００３０】
これにより、落下水１１ａをより容易に確保できることになり、その結果、酸性河川の中和をより一層安価かつ確実に達成することが可能となっている。
【００３１】
すなわち、このような第一の水質改善システム１によれば、各石灰岩部１２の上流側に河川水１１を越流させて落下水１１ａを生じさせる堤体１３を設けたものとして構成されている。
【００３２】
よって、石灰岩部１２の表面に石こう１２ａおよび酸化鉄１２ｂの被膜が形成される環境の下にあっても、形成された石こう１２ａおよび酸化鉄１２ｂの被膜が落下水１１ａによって洗浄・除去されることとなっており、これにより、酸性の河川水１１を継続して中和できることとなっている。
【００３３】
一方、本実施の形態における第二の発明に係る水質改善システムは、図１に示すように、河川水２１に含まれる鉄イオン（図示外）を複数の曝気箇所２２で順次曝気させて酸化することで河川水２１の水質を改善するものとして構成されている。
【００３４】
具体的には、この第二の水質改善システム２は、同図に示すように、各曝気箇所２２の上流側にそれぞれ河川水２１を越流させて落下水２１ａを生じさせる堤体２３を設けたものとして構成されている。
【００３５】
そして、この第二の水質改善システム２は、同図に示すように、この落下水２１ａによって曝気箇所２２に気泡を生じさせることを可能としたものとして構成されている。
【００３６】
すなわち、このような第二の水質改善システム２によれば、河川水２１に含まれる鉄イオンの曝気を相当に促進させることが可能となっている。
【００３７】
このような第二の水質改善システム２において、河川水２１は、渓流における流水であるものとして構成されている。
【００３８】
これにより、落下水２１ａをより容易に確保できることとなっており、その結果、酸性河川の中和をより一層安価かつ確実に達成し得ることとなっている。
【００３９】
すなわち、このような第二の水質改善システム２によれば、堤体２３を越流した落下水２１ａによって曝気箇所２２に気泡を生じさせことを可能としたものとして構成されている。
【００４０】
よって、石灰岩部１２の表面に石こう１２ａおよび酸化鉄１２ｂの被膜が形成される環境の下にあっても、河川水２１に含まれる鉄イオンの曝気が相当に促進されることとなっており、これにより、石灰岩１２の表面や石こう１２ａの被膜の表面への酸化鉄１２ｂの被膜の形成回避を通じて酸性の河川水２１を継続して中和できることとなっている。
【００４１】
次に、図１及び図２を用いて、本実施の形態における水質改善システムのメカニズムについて、詳細に説明する。
【００４２】
石灰岩部１２に付着する酸化鉄１２ｂは、石灰岩部１２の表面に隈なく強固な皮膜を形成する。その現象を観察すると、石灰岩部１２の表面に石こうの結晶ができ、その結晶を被覆するように酸化鉄１２ｂが皮膜を形成する。この皮膜は通常の流水では剥離することが困難であり、したがって中和反応は停止してしまうことになる。このため、人工的に形成した滝状の落水下に石灰岩を敷き並べそこに落水することにより水衝撃を発生させて、石灰岩部１２の表面を覆っている酸化鉄１２ｂの皮膜を剥離させようとするものである。酸化鉄１２ｂは柔らかい石こう１２ａの上に浮いているので、ある程度の水衝撃を加えれば容易に剥離することができる。所謂、硫酸系の酸性河川において石灰岩との中和反応で発生する石こうは流水により剥離して河川水に溶け込んでいくのでその反応は継続しやすいが、酸化鉄の付着は流水により容易に剥離することが難しいため中和反応は阻害されることとなる。
【００４３】
このように、落水箇所を適宜設けることにより、徐々に反応は進み中和を促進することができ、やがて中性の河川とすることが可能である。
【００４４】
また、落水による曝気効果により、残留する２価鉄イオンも酸化作用を促進されて、石灰岩部１２表面に付着する酸化鉄１２ｂの被覆も少なくなるのでより中和反応も促進されることとなる。
【００４５】
なお、石灰岩部１２は、前記酸化反応による鉄分の影響がなくなる中流域〜下流域では、落水下の水衝撃影響範囲外、すなわち河床に敷き並べることにより、中和反応をより効率的におこなうことがよい。
【００４６】
そして、反応が進むと、石灰岩部１２は徐々にその体積を減少していくことになり、そのため随時、減少状況を勘案して、新たに石灰岩部１２を敷設して、反応に必要な量を補給することにより、中和を継続させる。
【００４７】
上記したように、このような水質改善システムによれば、第一の水質改善システム１と、第二の水質改善システム２とを備えたので、石灰岩部１２の表面に石こう１２ａや酸化鉄１２ｂの被膜が形成される環境の下にあっても、酸性の河川水１１（２１）が継続して中和されることとなっており、その結果、酸性の河川１１（２１）の中和がより安価かつ確実に達成されることとなっている。
【００４８】
本実施の形態における水質改善システムは、上流域から下流域までの間で必要に応じてどこにでも設置することが可能である。
【００４９】
だが、水中にある２価鉄イオンは鉄酸化細菌により酸化鉄として沈殿させれば、石灰岩部１２に付着する前に取り除き、石灰岩部１２の表面に鉄分を付着させないようにすることができる。このためには、２価鉄イオンの多い上流域から中流域を鉄酸化細菌による酸化鉄除去領域とすることが好ましい。また、瀬に急かれる泡沫などにより空気中の酸素が水中に溶け込み、曝気による酸化を促進することが可能である。また、河川水２１を滞留池に導き、そこで鉄酸化細菌を必要に応じて投入して鉄分を除去し、河川に再び戻す方法もよい。
【００５０】
したがって、残留する２価鉄イオンの少ない、石灰岩部１２の上流側にそれぞれ河川水２１を越流させて落下水２１ａを生じさせる堤体２３を設け、この落下水２１ａによって石灰岩部１２を洗浄することは曝気効果とあいまって鉄酸化とともに中和が促進されるので、中流域から下流域に設けることが最も効率的である。
【００５１】
なお、渓流は河川勾配が急峻であり、河川必要水量を流下させることを阻害せずに、適宜箇所に落差高を形成することは、落差高間では河川勾配は若干緩やかになるが、砂防ダムなどの事例を観ても、比較的容易である。自然の景観を大幅に変えずに、現地の河床の自然石をもって、適宜落差高をつくり、落差高下に適宜大きさの、所謂、水流にて流出しない大きさの石灰岩を敷き並べることにより、滝と瀬とにより川の流れに緩急をつけて、やがて清流に還元された水辺は、緑の木々に囲まれた生きとし生けるものが共存できる景観を形成するとができる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明に係る水質改善システムによれば、酸性河川の中和がより安価かつ確実に達成されることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る水質改善システムの全体構成を示す縦断面である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る水質改善システムのメカニズムを説明する模式図である。
【符号の説明】
１  第一の水質改善システム
２  第二の水質改善システム
１１  河川水
１１ａ  落下水
１２  石灰岩部
１２ａ  石こう
１２ｂ  酸化鉄
１３  堤体
２１  河川水
２１ａ  落下水
２２  曝気箇所
２３  堤体
【図１】
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【図２】
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