【手続補正書】
【提出日】平成22年6月14日(2010.6.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
河川中に建設する堰堤などの下流側下部に、開閉自在の電動排水弁（以下弁という）を設備する。堰堤上流側は流下した土砂礫が自然堆積して満杯する、また堰堤上流側の旧河床上を玉石・礫・樹脂接触材・集排水管（以下人工接触材という）などで構築し、上方の新河床面を洗掘防止用ブロックなどで保護する。排水弁を通過する流量を浄化する流量（平水時流量）よりも数倍程度に多く設定する。  河川水が流下している状態で、  弁の閉で  流下した河川水は、貯留されて堰堤上流側の土砂礫や人工接触材の空間に流            入し、その空間を河川水で満たす。  弁の開で  空間に貯留されていた河川水と流下している平水時流量とが混合しながら同            時に流出する。流入水量よりも放流水量を多く設定してあるから、堰堤上流            側の水位が下がる。水位が下がった空間には空気が流入する。  弁の閉で、堰堤上流側は河川水を貯留しながら水位が上昇し、空気が入っている土砂礫            や人工接触材の空間に再び河川水が流入し満水する。  堰堤の天端と堰堤の下部に取り付けた弁との水位差を利用して、弁の開閉だけで堰堤上流側の水位を上昇下降させる。それを繰り返す。  水位が交互に上昇下降する度に、土砂礫・人工接触材の空間に、水・酸素・有機物を供給して好気性微生物の生育・保持を図り、堰堤上流側に大きな立体的な好気性微生物の集団を造って川水を浄化する、流れている川の水の浄化方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】堰堤に堆積した土砂礫を利用した川水浄化方法。
【技術分野】
【０００１】  流れている川の水を浄化するために、  堰堤の上流側を自然堆積した土砂礫や人工接触材で満たし、堰堤下流側下部に排水用の弁を設ける。弁の開閉で上流側の水位を上昇下降させ、その度に土砂礫や人工接触材の空間に空気や川水が流入することで、付着生育する好気性微生物に水・有機物・酸素を供給し、堰堤の上流側に好気性微生物の大きな立体的な集団を造って川水を浄化する。
【背景技術】
【０００２】  流れている川の水を浄化することは、小さな川でも非常に難しい。それは    渇水時の流量と、洪水時の流量との変動が極めて大きい、    川は平水時も洪水時も安全に流下させなければならない、    浄化設備が洪水で破壊されない、流下の障害になってはならない、    河川水は流量が大、汚染度が小である、    建設費低廉、維持管理が容易で安価、故障がないこと、であることを要求されるからである。  川の自浄作用を利用した試みはある。景観に配慮しながら、コンクリート護岸・河床を土に変えたり、水路を曲げたり、水辺が草に覆われるようにするなど、これらはいずれも好気性微生物を増加させようとするものであるが、小規模なものである。  現状は、川は洪水時の流量を安全に排水することが主たる任務で、平時に流れる流水量の川の水を浄化することは、その川の自然の浄化作用に任せるしかない、のようである。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  川の汚染には、多くの原因があるが、生活排水も大きく関わっている。  生活排水の浄化施設は、都市の公共下水道、工場や団地の下水処理場、畜産排水、食品加工排水等の処理設備、各家庭の浄化槽などである。これらの設備の目的は、水槽などに大量に好気性微生物を培養し、それに有機性排水を接触させて有機物を好気性微生物の餌として吸着分解して、排水から有機物を除去して放流しようとするものである。活性汚泥法などが多用されている。  これらの数多い生活排水処理設備からの処理水は公共水域に放流されるが、放流される河川の汚染度は、放流する処理水の濃度・流量と、放流される河川の水量の大小で、大きく変化する。放流されて川に流入した有機物の総量が、その川の自浄能力を上まれば汚染は進む。  流れている河川水中の有機物（ＢＯＤ−生物化学的酸素要求量）は、流下しながらすこしずつ浄化されるが、その浄化の主役は主として河床の土砂礫などの表面に付着した好気性微生物である。水中の溶存酸素を利用できる場所では好気性微生物が、酸素が無い場所では嫌気性微生物、又その中間に適する微生物など、その場所の条件に応じた微生物が共同して有機物を吸着分解して水が浄化される。  上流の都市では河川水を取水して上水道にし、それを使用して下水にし、下水を浄化して元の川に流す。下流の都市では、上流の都市で下水を浄化した水が混合した川水を上水道の原水として使用し、下水にして、それを浄化して川に流す。その下流でも取水して浄水し下水にして浄化してまた川に流す。こんなことが出来るのは河床表面に生息している好気性微生物が有機物を吸着分解して浄化してくれるからである。これが河川の自浄作用である。  本発明は、この好気性微生物量を飛躍的に増やして、自浄作用を増強させようとするものである。  浄化の主役である好気性微生物は、水中に含まれる溶存酸素が必要であるから、水中の溶存酸素が水の流動によって届く河床の砂礫などの表面にしか付着生育はできない。河床の下は溶存酸素を含んだ水の流通が無く酸素不足であるから好気性微生物は生存できない。好気性微生物は河床の表面を薄く覆っているだけである。  浄化能力を増強するということは、より多量の好気性微生物に接触させるということである。河床に生息する好気性微生物の単位面積あたりの微生物量は、その川の流量、温度、有機物量、溶存酸素量、土砂礫の大小や凹凸などによって増減はするが、巨視的にはほぼ一定であると考えられるから、多量の微生物に接触させるということは、微生物が生育する河床の面積を現状よりも大にするか、微生物量を増加させて接触する機会を多くしなければならない。  河床の面積を、現状よりも大にするということは、川を長くするか、幅を広くするしかない。しかし川を長くすることも幅を広くすることもできないから、好気性微生物量を増加させるしかない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  普通に水が流れている河川水の河床表面や側面には好気性微生物が生育している。この川の中に河床安定のための堰堤（以下総称して堰堤）などを建設したとき、堰堤の上流側には流下した土砂礫が自然に堆積し、その上面の河床表面にも好気性微微生物は生育する。その河床表面積は幅も長さも堰堤の建設前とほぼ同じ面積であるから微生物量もほぼ同じである。  本発明は、堆積した土砂礫の河床表面だけではなく、堆積した土砂礫内部の無数の土砂礫表面にも好気性微生物を生育させて、微生物が生育する大きな立体を造りだして、好気性微生物量を飛躍的に増加させようとするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】  図１は、普通の流れている川の断面図で、浄化の主役である好気性微生物が付着しているのは河床１の表面だけである。  図２は、川中に建設した堰堤などの構造物２、堆積した土砂３の断面図、  図３は、図１と図２で示した川を俯瞰したもので、河川水は、堤防４などで両側を、堰堤２で下流側を、河床１で底面を形成した、いわば大きな容積の水槽に貯水される。この水槽内に上流から流れて自然に堆積した土砂が土砂礫３である。  この堰堤の建設によって堆積した大量の土砂礫３を、微生物が生息できる立体的な環境に作りかえることができれば、堆積した土砂礫３の河床１の面積に比較して、微生物量は飛躍的に増加して、河川の浄化に役立つことになる。  図４−Ａは、堰堤２を建設し、土砂礫３が堆積したときの断面で，河川水の流れ５は、上流の河床１から、堆積した土砂礫３の上面を流れ、堰堤２を越えて、下流の河床１へ落下する。堆積した土砂礫３の上面の河床１には好気性微生物が生育するが、土砂礫内部は水で飽和されてはいるが溶存酸素酸素不足で好気性微生物は生育できない。  図４−Ｂは、図４−Ａの堰堤２の下方に適当な面積の開口部（水抜穴）６を設けたものである。図３のような、水を満たした水槽の下部に穴を開ければ、河川水５は、土砂礫３の中を流れ落ちて、開口部６を通過して河床１に、必ず、落下する。  図４−Ｃは、図４−Ｂの開口部６に、流出する川の水を止めたり流したりする電動排水弁７を設けたものである。弁７を閉めれば、河川水５は図４−Ａのように水槽３から溢れて土砂礫３の上面を流れる。また弁７を開ければ、土砂礫３の空間を満たしていた河川水５は図４−Ｂのように必ず流出する。  弁７の排水量を浄化対象である平水時流量よりも数倍程度に多く排水できるように選定する。堰堤上流側に満水した河川水は弁７の開で排水されるが、その排水量は流入量より多いから、時間とともに土砂礫３の内部空間の排水できる川水はすべて排水される。排水中に流入した平水時流量の川水も、貯留されていた川水とともに堆積した土砂礫３の中を流れて、弁７を通過して河床１に流下する。  弁７の開で堰堤上流側の土砂礫３の空間に満水していた河川水５は放流されて、その空間には空気が隅々にまで流入する。  弁７の閉で放流が止まり、溶存酸素を含んだ川水５が貯水されて水位は上昇して満水になる。  弁７の開閉を繰り返すことによって、土砂礫３の内部空間に空気が供給され、また溶存酸素を含んだ河川水５が供給されて、やがてその場所の生育条件に適した好気性微生物や嫌気性微生物や小動物などが土砂礫３全体に付着生育して巨大な立体的な微生物の集団になる。  土砂礫３は大小さまざまな粒径の粒が堆積したもである。この堆積した土砂礫は水が浸透し易いが、弁の開閉の回数が無数に多くなるにつれて、土・粘土などの微細粒子は流失して、堆積した土砂礫の内部は隙間が多くなり、ますます川水が浸透し易くなる。例えば、渚で打ち寄せる波に何度も何度も洗われた砂は、極微粒子が流出して内部の空間が多くなり、かぶさった波をすぐに吸い込んでは浸透させてしまうようにである。  このようにして、この大量の土砂礫３は、好気性微生物が付着する薄い河床を無数に折り畳んで立方体にしたようなものになり、土砂礫が���粒になるほど表面積は増大し、その表面に付着する好気性微生物量は飛躍的に増大する。  微生物が生育する堰堤上流側を自然に堆積した土砂礫としたが、土砂礫の堆積を待たないで、旧河床上を人工接触材礫・玉石・樹脂等の人工接触材や水の流動を便にする集排水管などで構築し、その上部の新河床面を洗掘防止用のブロック工などで保護する。空間の間隙が大きくなり、川水の貯留・排水の容易さや空気の流通の容易さ、細かく小さい土砂礫の空間が微細粒によって閉塞することの防止などが可能になる。  また堰堤は侵食を防ぎ川の勾配を少なくして河床などを安定させることが主たる目的であるから、多くの河川では一連の複数個の堰堤をつくることが多い。当然に建設場所によって、堰堤には長さ・高さ・河床の勾配などによる上流側の堆積量の大小が生じ、浄化に利用できる上流側の容積は各堰堤ごとに異なる。さらに最初の堰堤で河川水は浄化されて水質が変化し、その水が流下して次の堰堤で浄化されてまた水質が変化する。その河川水にさらに支流からの川水の流入など、各堰堤の水量水質は複雑に変動する。これらを考慮の上浄化に適当な堰堤を選定する。
【発明の効果】
【０００６】  数多い生活排水処理施設などの処理水は、公共水域である河川に放流するしかないが、河川の浄化能力を超える有機物などが流入すれば汚染は進む。その浄化には大量の好気性微生物が必要であり、大量の好気性微生物が生育するには大量の場所と大量の酸素が必要である。  本発明は河川中に建設する堰堤の上流側を接触材で満たし、弁の開閉だけで、接触材の空間に川水を貯留・放流し、それを繰り返す。簡便確実に安価に大量の酸素を供給して、堰堤上流側に大量の好気性微生物を立体的に育成して流れている川の水を浄化しようとするものである。  従来の技術、例えば、多用されている活性汚泥法、回転円板法やその系列の処理方法は、数百〜数千ｐｐｍの排水を浄化するために、排水を集めて水槽の中に入れ、水槽の底部から空気を噴出させるなどの方式である。多大の建設費・機械設備と、微生物に酸素を供給するための２４時間連続の電力費が必要である。河川の流れは、上流から下流まで長く、流量の変動は大、有機物量は小、である。従来の浄化設備では、このような流れている川の水の浄化にはなじまない、のように思われる。  本発明は、従来の浄化方法とは大いに異なるが、それでも比較すれば堰堤の建設は‥‥官の堰堤を活用すれば堰堤自体の工事費は不要。建物・諸設備は‥従来の大規模な水槽などの処理場設備は不要であるが、弁、操作盤、配                線設備、電力費は必要。浄化対象水量‥‥浄化可能な平時流水量とし、洪水時などは弁を閉してやり過ごす。流下障害は‥‥‥数個の電動排水弁を堰堤の下流側下部に設備するだけであり、河床に障                害物は造らないから平時でも洪水時でも流下水量は阻害されない。水槽は‥‥‥‥‥両側の堤防と堰堤と川底に囲まれた空間は水槽であり、この中に流下し                た土砂礫が自然に堆積する。また水槽を土砂礫が自然に堆積する前に人                工接触材で満たしてもよい。接触材は‥‥‥‥土砂礫３の内部の連続した空間も、人工接触材でできた空間も同じく無                数の連続した立体構造である。好気性微生物が大量に付着し易く、さら                に腐敗せず、壊れもしない。好気性微生物は−弁の開で水位が下降すれば、接触材の空間から水が流出しその空間には                空気（酸素）が流入する。弁の閉で水位が上昇すれば、接触材の空気が                入っていた空間には川水が流入し好気性微生物に水・有機物・溶存酸素                を供給する。接触材の表面にはその場所の条件にかなった微生物が付着                生育する。従来は多大の建設費・機械設備と、微生物に空気（酸素）を                供給するための２４時間連続の電力費が必要であるが、本発明は弁の開                閉だけで酸素を供給するから非常な省エネである。汚泥は‥‥‥‥‥付着生育した微生物は生物酸化・食物連鎖で減少し、圧密し、更に水流                で剥離して下流へ流れる。自然の川の流れと同じである。電動弁の操作‥‥弁を通過する流量を、浄化する平時流水量よりも多く設定する、例えば                平時流水量１に対して弁の流量を３にする。                平時流水量には弁の開閉で水槽内の水位を上昇下降させて浄化する。                洪水時は水量・水位を検知して弁を閉にして堰堤を越流させる。                洪水のあと平水時の流量になるまで数日間待って浄化を再開する。                水質検査や流量の大小によって弁を操作する。弁のタイマ−開閉、時間                の調整など、遠隔操作で容易。水流の変化‥‥‥弁の閉で、河川水を貯水するから堰堤下流側には一時的であるが流れな                い。必要ならば貯水時にも下流に流す。水量の変化‥‥  弁を開したとき、排水量は平時流水量＋貯水量で一時的には多くなる。                変動はあるが水量全体は変わらない。電動弁の管理‥‥弁の上方に、川を流下する石材流木などの流下物に対して、庇のような                保護工を設ける。床固め工・堆積した土砂礫・防砂シートや人工接触材                ・集配水管がフィルターになり、弁の詰まりは少ない。工事は‥‥‥‥‥堰堤の建設は、官の堰堤を活用すれば堰堤自体の工事費は不要。                堰堤新設のときは開口部、集水管、弁の設置ともに工車は容易。                既設堰堤では低流量時に工事したい。設備費‥‥‥‥  本発明では電動排水弁の操作で堰堤上流側の水面を上下させるだけであ                るから電動排水弁・操作盤・配線設備だけである。建設費・維持費など                が極めて安価・故障が少ない。電力費は‥‥‥‥電力が必要なのは小電力の電動排水弁を開閉する数分間だけで、常時は                必要なく非常な省エネである。修理費は‥‥‥‥電動排水弁だけで故障は少ない。維持管理費は‥‥水質検査が必要。                排水弁を開閉するだけの小電力、部品が少ないから修理費が低廉。                洪水時など大流量時には、弁を自動閉。                弁の開閉時間の調整など、タイマ−の遠隔操作で容易。  上記のように、本発明は、工事費・設備費・修理費が安価、電力費が非常な省エネ、維持管理も容易である。  都市化とともに街の中を流れる川の価値は増す。人口集中で排水量は増大し河川の汚染は進む。堰堤など河床安定工事は、上流の急流箇所だけでなく中流下流の市街地を流れる河川にも必要な箇所は無数にある。河川の勾配を利用して、堰堤の天端と川水が落下する河床の高低差があれば、極めて安価に何回でも浄化を繰り返すことができる。堰堤の建設と同時に設備すれば半永久的である。  河床安定工事用の堰堤だけに本浄化設備を新設するのでは建設場所が限定されるので、川から取水またはポンプ揚水して、高水敷や堤内地に、河川水浄化専用の本浄化設備を新設してもよい。  本発明の、大量の好気性微生物量は、河床表面に平面的に生育する従来の好気性微生物量と比較すれば、微生物量が桁違いに多くなり浄化能力は大いに増強する。これから益々必要になる  流れている川の水の浄化方法  である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】河床の断面図
【図２】堰堤と堆積土砂礫の断面図
【図３】堆積した土砂礫の俯瞰図
【図４−Ａ】従来の川水の流れ
【図４−Ｂ】開口したときの川水の流れ
【図４−Ｃ】排水弁を設置したときの川水の流れ
【符号の説明】
【０００８】  １  河床  ２  堰堤  ３  堆積した土砂礫または人工接触材  ４  土砂礫または人工接触材を貯める堤防など  ５  川水の流れ  ６  堰堤の開口部（水抜き穴）  ７  排水弁
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】削除
【補正の内容】