(57)【要約】【課題】  ポーラスコンクリートを用いて重金属流出を抑制する技術は、前処理槽を設けその後にポーラスコンクリート体をおいて重金属流出を抑える仕組みになっており、非常に複雑なマンホール構造であった。重金属を効率よく吸着するためには、ゴミや植物遣体などがポーラスコンクリートの表面を覆ってしまうことを防ぐ必要がある。【解決手段】  本体の下部にポーラスコンクリート層を５ｃｍから１５ｃｍ設置し、ポーラスコンクリートと下水管の間に１０ｃｍから２０ｃｍの段差を設けた水受けると、強い掃流力が発生し，ポーラスコンクリート表面の洗浄ができる。ポーラスコンクリートの材料として砂利と５〜１０％のゼオライトを含むものを使用する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体の下部にポーラスコンクリート層を５ｃｍから１５ｃｍ設置し、ポーラスコンクリートと下水管の間に１０ｃｍから２０ｃｍの段差を設けた水受け構造物、ポーラスコンクリートの材料として砂利と５〜１０％のゼオライトを含むもの。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、吸着層を備えた重金属捕捉型マンホールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  都市および周辺地域から排出される生活廃水および雨水は下水道を経由し河川に排出されている。激しい雨天は土壌の流亡を、舗装道路や高速道路からは重金属などの流出を、引き起こす。重金属の一つとして亜鉛を取り上げると、亜鉛は雨水により環境基準の１０００倍以上もの濃度で流出することが近年明らかになった。雨水は雨水管を流下する際には無処理で公共用水域に放流されるので，水界での微小食物連鎖網を起点として，ひいては魚貝類へと到達して人間の健康を損なう可能性があると言われている。
下水道計画では通常，１ｈａに２０個のマンホールを設置する。厳密には重金属捕捉型マンホールが対象としている分流式（＝雨水と汚水を別々に排除する方式）下水道の計画面積を考えなければならないが，計画区域にとどまっているものも多いので都市の大きさを目安として考える。なぜならば，合流式（＝雨水と汚水を同時に排除する方式）の下水道は現在では見直され，分流式下水道を推進することが主軸となっているからである．日本の都市化率（人口ベース）は７０％を越えており，何らかの形でマンホールを導入する地域の広さは膨大なものと言える。
雨天時に雨水管を通じて流入してきた雨水は堆積物，ポーラスコンクリートを通過して在来地盤へと浸透し，洪水防御と地下水涵養の役割を果たすが，更に堆積物やポーラスコンクリートが鉛，亜鉛，銅，六価クロムなどの重金属を吸着する（非特許文献１、特許文献１〜４）。洪水防御や地下水涵養のためには，ポーラスコンクリートなどの浸透性の高い部材は地表面に置かれることが多いが，目詰まりの影響が大きいこと，強度が低いことなどの問題があった。
【先行技術文献】
【０００３】
【特許文献１】  特許第４１４１７９４号公報
【特許文献２】  米国公開公報ＵＳ２００８／０１２１５７９
【特許文献３】  特開平１０−３１４７２３号公報
【特許文献４】  特開平１０−３１４７２０号公報
【特許文献５】  特許第４６７３９２３号公報
【非特許文献１】  Ｍｕｒａｋａｍｉ，Ｍ．，Ｎａｋａｊｉｍａ，Ｆ．，Ｆｕｒｕｍａｉ，Ｈ．，２００８，Ｔｈｅ  ｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｂｅｈａｖｉｏｒ  ｏｆ  ｈｅａｖｙ  ｍｅｔａｌ  ｓｐｅｃｉｅｓ  ｂｙ  ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ  ｉｎ  ｓｏａｋａｗａｙｓ  ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ  ｕｒｂａｎ  ｍａｄｒｕｎｏｆｆ，Ｃｈｅｍｏｓｐｈｅｒｅ，７０：２０９９−２１０９
【非特許文献２】  Ｍｕｒａｋａｍｉ，Ｍ．，Ｆｕｊｉｔａ，Ｍ．，Ｆｕｒｕｍａｉ，Ｈ．，Ｋａｓｕｇａ，Ｉ．，Ｋｕｒｉｓｕ，Ｋ．，２００９，Ｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｂｅｈａｖｉｏｒ  ｏｆ  ｈｅａｖｙ  ｍｅｔａｌ  ｓｐｅｃｉｅｓ  ｂｙ  ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ  ｉｎ  ｓｏａｋａｗａｙｓ  ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ  ｕｒｂａｎ  ｒｏａｄ  ｒｕｎｏｆｆ  ｆｒｏｍ  ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ  ａｎｄ  ｈｅａｖｉｌｙ  ｔｒａｆｆｉｃｋｅｄ  ａｒｅａｓ，Ｊ．Ｈａｚａｒｄ．Ｍａｔｅｒ．，１６４：７０７−７１２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  洪水防御や地下水涵養のためには，ポーラスコンクリートなどの浸透性の高い部材は地表面に置かれることが多いが，目詰まりの影響が大きいこと，強度が低いことなどの問題があった。その為に重金属をポーラスコンクリートによりを捕捉するという技術が報告されていたが、その適用範囲は限られたものであった。従来技術は，雨水と共にマンホールに流入してくるゴミや植物遺体などがポーラスコンクリートに吸着し短時間で吸着力を大きく下げるという欠点があった。それに対処するため，施設の構造の複雑化をもたらした。例えば、「ポーラスコンクリートを用いてマンホール構造を改善して重金属流出を抑制する」（特許第４６７３９２３号公報）は、前処理槽を設けその後にポーラスコンクリート体をおいて重金属流出を抑える仕組みになっており、非常に複雑なマンホール構造を設計している。その大きな理由は，雨天時にゴミや植物遺体などがマンホールに流入し，ポーラスコンクリートの表面を覆ってしまうことを防ぐためである。しかし結果として水理学的な挙動は複雑で予測が難しい上、その付加したパーツを人力で洗うなどメンテナンスが必要性である。もっとも目指されるべきメンテナンスフリーという特徴を犠牲にしている上，ハード，ソフトともコスト高になっている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  本体の下部にポーラスコンクリート層を５ｃｍから１５ｃｍ設置し、ポーラスコンクリートと下水管の間に１０ｃｍから２０ｃｍの段差を設けた重金属補足型マンホールにより、課題を解決することができる。ポーラスコンクリートとはセメントと砂利を主な素材とするものであるが、高炉スラグ、ゼオライト等の粘度鉱物、モミガラなどの部材を加えてもよい。ポーラスコンクリート層はマンホールに限定されず、雨水マス、側溝などいろいろな部材に適用できる。
マンホールに流入管と流出管およびその管軸の下方にポーラスコンクリートを設置しているのみで，まず構造が簡単である（図１）。それにも関わらず，管軸とポーラスコンクリートの段差の部分で雨水が激しく動くため，強い掃流力が発生し，ポーラスコンクリート表面の洗浄ができる。流水の中の重金属は下層のポーラスコンクリートの水和物の働きにより吸着され、地下水汚染の危険性を防ぐことができる。ポーラスコンクリート上に蓄積する堆積物はこのマンホールの効果を阻害するものではなく，流入する雨水の浸透強度を下げる効果が見込まれる。また技術の推進上ではマンホールのメンテナンスなども課題になるが酸処理によるポーラスコンクリートの再生ができる。
大きく２つのメカニズムに分けられる。１つは溶存態の重金属のポーラスコンクリートによる吸着であり，この効果は仙台市の降雨が全て路面流出すると仮定しても，１ｈａあたりに２０個の重金属補足型マンホールを設置すれば，４０年間にわたって継続することが分かっている。またもう１つのメカニズムは粒子態の重金属のポーラスコンクリート空隙内での捕捉である。重金属の雨天時流出の多くが粒子態であるという指摘もあり，この効果が大きい。
【発明の効果】
【０００６】  本発明はマンホールの一部を改良しポーラスコンクリート層を付与することにより，重金属や放射性元素をトラップすることができる。また，マンホール内での掃流によって自ら吸着力を回復するので、重金属捕捉型マンホールの効果継続時間を約４０年と延期することができる。都市再開発や道路改変の際に本発明のマンホールを導入することにより，維持コストがかからず環境制御ができるとう大きな経済的効果が得られる。
【実施例１】
【０００７】  セメント（０．３ｋｇ）、砂利（長径が１５ｍｍ以下、１．５５ｋｇ）、水（８．０５ｋｇ）およびアドミクスチャ（０．００３ｋｇ）を混合し、ポーラスコンクリートの立体ブロック（４×４×４ｃｍ）を作製した。また砂利の１０％をゼオライトで置き換えたものも作製した。この立体ブロックをカラムに詰め１０ｐｐｍの塩化亜鉛水溶液に浸し、１時間後に水溶液を回収した。初発の亜鉛濃度と処理水の濃度を比較し、亜鉛の吸着率（％）を算出した。この操作を１４日間連続し、得られた結果を図２に示す。ゼオライトを練り込んだポーラスコンクリートの立体ブロックのカラムが高い吸着率を維持したが、ゼオライトを練り込まなくとも大きくは劣らない吸着率を示している。メンテナンス、リサイクルなどの観点からゼオライトを練り込まない物を標準とするが、ゼオライトを練り込むものも実施例の中に入れる。
【実施例２】
【０００８】  マンホール本体の下部にポーラスコンクリート層を１０ｃｍ設置し、ポーラスコンクリートと下水管の間に２０ｃｍの段差を設けた重金属補足型マンホールを制作した。ポーラスコンクリート層セメント（０．３ｋｇ）、砂利（長径が１５ｍｍ以下、１．５５ｋｇ）、水（８．０５ｋｇ）およびアドミクスチャ（０．００３ｋｇ）を混合しものである。
【実施例３】
【０００９】  マンホール本体の下部にポーラスコンクリート層を１５ｃｍ設置し、ポーラスコンクリートと下水管の間に２０ｃｍの段差を設けた重金属補足型マンホールを制作した。ポーラスコンクリート層はセメント（０．３ｋｇ）、砂利（長径が１５ｍｍ以下、１．４０ｋｇ）、ゼオライト（０．１５ｋｇ）、水（８．０５ｋｇ）およびアドミクスチャ（０．００３ｋｇ）の比率で混合したものである。
【実施例４】
【００１０】  マンホール本体の下部にポーラスコンクリート層を１５ｃｍ設置し、ポーラスコンクリートと下水管の間に２０ｃｍの段差を設けた重金属補足型マンホールを制作した。ポーラスコンクリート層はセメント（０．３ｋｇ）、砂利（長径が１５ｍｍ以下、１．４０ｋｇ）、モミガラ（０．１５ｋｇ）、水（８．０５ｋｇ）およびアドミクスチャ（０．００３ｋｇ）の比率で混合したものである。
【産業上の利用可能性】
【００１１】  下水道計画では通常，１ｈａに２０個のマンホールを設置する。都市域の大きさを考え、重金属捕捉型マンホールが対象としている分流式下水道の計画面積を考えなければならないが，計画区域にとどまっているものも多いので都市の大きさを目安となる。なぜならば，合流式（＝雨水と汚水を同時に排除する方式）の下水道は現在では見直され，分流式下水道を推進することが主軸となっているからである。日本の都市化率（人口ベース）は７０％を越えており，何らかの形でマンホールを導入する地域の広さは膨大な物と言える．マンホールにかかわらず、いくつかの形態の装置が想定できる。それらは，概ね定型であるため大量に個々の形状に合うポーラスコンクリート層を製造し、都市再開発や道路改変の際にむき出しになる装置に設置することが出来る。本申請の基本概念が適用できる産業の利用可能性）は大変に大きい。
【図１】
2013213383.tif 000002
【図２】
2013213383.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成24年5月23日(2012.5.23)
【手続補正１】
【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】
【技術分野】
【０００１】この発明は、吸着層を備えた重金属補足型マンホールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】都市および周辺地域から排出される生活排水および雨水は下水道を経由し河川に排出されている。激しい雨天は土壌の流亡を、舗装道路や高速道路からは重金属などの流出を、引き起こす。重金属の一つとして亜鉛を取り上げると、亜鉛は雨水により環境基準の１０００倍以上もの濃度で流出することが近年明らかになった。雨水は雨水管を流下する際には無処理で公共用水域に放流されるので、水界の微小食物連鎖網を起点として、ひいては魚介類へと到達して人間の健康を損なう可能性があると言われている。
下水道計画では通常、１ｈａに２０個のマンホールを設置する。厳密には重金属補足型マンホールが対象としている分流式（＝雨水と汚水を別々に排除する方式）下水道の計画面積を考えなければならないが、計画区域にとどまっているものも多いので都市の大きさを目安として考える。なぜならば、合流式（＝雨水と汚水を同時に排除する方式）の下水道は現在では見直され、分流式下水道を推進することが主軸になっているからである。日本の都市化率（人口ベース）は７０％を超えており、何らかの形でマンホールを導入する地域の広さは膨大なものと言える。
雨天時に雨水管を通じて流入してきた雨水は堆積物、ポーラスコンクリートを通過して在来地盤へと浸透し、洪水防御と地下水涵養の役割を果たすが、更に堆積物やポーラスコンクリートが鉛、亜鉛、銅、六価クロムなどの重金属を吸着する（非特許文献１、特許文献１〜４）。洪水防御や地下水涵養のためには、ポーラスコンクリートなどの浸透性の高い部材は地表面に置かれることが多いが、目詰まりの影響が大きいこと、強度が低いことなどの問題があった。
【先行技術文献】
【０００３】
【特許文献１】  特許第４１４１７９４号公報
【特許文献２】  米国公開公報ＵＳ２００８／０１２１５７９
【特許文献３】  特開平１０−３１４７２３号公報
【特許文献４】  特開平１０−３１４７２０号公報
【特許文献５】  特許第４６７３９２３号公報
【非特許文献１】  Ｍｕｒａｋａｍｉ，Ｍ．，Ｎａｋａｊｉｍａ，Ｆ．，Ｆｕｒｕｍａｉ，Ｈ．，２００８，Ｔｈｅ  ｓｏｒｐｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒ  ｏｆ  ｈｅａｖｙ  ｍｅｔａｌ  ｓｐｅｃｉｅｓ  ｂｙ  ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ  ｉｎ  ｓｏａｋａｗａｙｓ  ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ  ｕｒｂａｎ  ｍａｄｒｕｎｏｆｆ，Ｃｈｅｍｏｓｐｈｅｒｅ，７０：２０９９−２１０９
【非特許文献２】  Ｍｕｒａｋａｍｉ，Ｍ．，Ｆｕｊｉｔａ，Ｍ．，Ｆｕｒｕｍａｉ，Ｈ．，Ｋａｓｕｇａ，Ｉ．，Ｋｕｒｉｓｕ，Ｋ．，２００９，Ｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｂｅｈａｖｉｏｒ  ｏｆ  ｈｅａｖｙ  ｍｅｔａｌ  ｓｐｅｃｉｅｓ  ｂｙ  ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ  ｉｎ  ｓｏａｋａｗａｙｓ  ｒｅｃｅｉｖｉｎｇｕｒｂａｎ  ｒｏａｄ  ｒｕｎｏｆｆ  ｆｒｏｍ  ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ  ａｎｄ  ｈｅａｖｉｌｙ  ｔｒａｆｆｉｃｋｅｄ  ａｒｅａｓ，Ｊ．Ｈａｚａｒｄ．Ｍａｔｅｒ．，１６４：７０７−７１２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  洪水防御や地下水涵養のためには、ポーラスコンクリートなどの浸透性の高い部材は地表面におかれることが多いが、目詰まりの影響が大きいこと、強度が低いことなどの問題があった。その為に重金属をポーラスコンクリートにより捕捉するという技術が報告されていたが、その適用範囲は限られたものであった。従来技術は、雨水と共にマンホールに流入してくるゴミや植物遺体などがポーラスコンクリートに付着し短時間で吸着力を大きく下げるという欠点があった。それに対処するため、施設の構造の複雑化をもたらした。例えば、「ポーラスコンクリートを用いてマンホール構造を改善して重金属流出を抑制する」（特許第４６７３９２３号公報）は、前処理槽を設けその後にポーラスコンクリート体をおいて重金属流出を抑える仕組みになっており、非常に複雑なマンホール構造を設計している。その大きな理由は，雨天時にゴミや植物遺体などがマンホールに流入し，ポーラスコンクリートの表面を覆ってしまうことを防ぐためである。しかし結果として水理学的な挙動は複雑で予測が難しい上、その付加したパーツを人力で洗うなどメンテナンスが必要性である。もっとも目指されるべきメンテナンスフリーという特徴を犠牲にしている上，ハード，ソフトともコスト高になっている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  本体の下部にポーラスコンクリート層を５ｃｍから１５ｃｍ設置し、ポーラスコンクリートと下水管の間に１０ｃｍから２０ｃｍの段差を設けた重金属補足型マンホールにより、課題を解決することができる。ポーラスコンクリートとはセメントと砂利を主な素材とするものであるが、高炉スラグ、ゼオライト等の粘度鉱物、モミガラなどの部材を加えてもよい。セメントと砂利にゼオライトを混合した素材が好ましい。ポーラスコンクリート層はマンホールに限定されず、雨水マス、側溝などいろいろな部材に適用できる。
マンホールに流入管と流出管およびその管軸の下方にポーラスコンクリートを設置しているのみで，まず構造が簡単である（図１）。それにも関わらず，管軸とポーラスコンクリートの段差の部分で雨水が激しく動くため，強い掃流力が発生し，ポーラスコンクリート表面の洗浄ができる。流水の中の重金属は下層のポーラスコンクリートの水和物の働きにより吸着され、地下水汚染の危険性を防ぐことができる。ポーラスコンクリート上に蓄積する堆積物はこのマンホールの効果を阻害するものではなく，流入する雨水の浸透強度を下げる効果が見込まれる。また技術の推進上ではマンホールのメンテナンスなども課題になるが酸処理によるポーラスコンクリートの再生ができる。
大きく２つのメカニズムに分けられる。１つは溶存態の重金属のポーラスコンクリートによる吸着であり，この効果は仙台市の降雨が全て路面流出すると仮定しても，１ｈａあたりに２０個の重金属補足型マンホールを設置すれば，４０年間にわたって継続することが分かっている。またもう１つのメカニズムは粒子態の重金属のポーラスコンクリート空隙内での捕捉である。重金属の雨天時流出の多くが粒子態であるという指摘もあり，この効果が大きい。
【発明の効果】
【０００６】  本発明はマンホールの一部を改良しポーラスコンクリート層を付与することにより，重金属や放射性元素をトラップすることができる。また，マンホール内での掃流によって自ら吸着力を回復するので、重金属捕捉型マンホールの効果継続時間を約４０年と延期することができる。都市再開発や道路改変の際に本発明のマンホールを導入することにより，維持コストがかからず環境制御ができるとう大きな経済的効果が得られる。
【実施例１】
【０００７】  セメント（０．３ｋｇ）、砂利（長径が１５ｍｍ以下、１．５５ｋｇ）、水（８．０５ｋｇ）およびアドミクスチャ（０．００３ｋｇ）を混合し、ポーラスコンクリートの立体ブロック（４×４×４ｃｍ）を作製した。また砂利の１０％をゼオライトで置き換えたものも作製した。この立体ブロックをカラムに詰め１０ｐｐｍの塩化亜鉛水溶液に浸し、１時間後に水溶液を回収した。初発の亜鉛濃度と処理水の濃度を比較し、亜鉛の吸着率（％）を算出した。この操作を１４日間連続し、得られた結果を図２に示す。ゼオライトを練り込んだポーラスコンクリートの立体ブロックのカラムが高い吸着率を維持した。
【実施例２】
【０００８】  マンホール本体の下部にポーラスコンクリート層を１０ｃｍ設置し、ポーラスコンクリートと下水管の間に２０ｃｍの段差を設けた重金属補足型マンホールを制作した。ポーラスコンクリート層セメント（０．３ｋｇ）、砂利（長径が１５ｍｍ以下、１．５５ｋｇ）、水（８．０５ｋｇ）およびアドミクスチャ（０．００３ｋｇ）を混合しものである。
【実施例３】
【０００９】  マンホール本体の下部にポーラスコンクリート層を１５ｃｍ設置し、ポーラスコンクリートと下水管の間に２０ｃｍの段差を設けた重金属補足型マンホールを制作した。ポーラスコンクリート層はセメント（０．３ｋｇ）、砂利（長径が１５ｍｍ以下、１．４０ｋｇ）、ゼオライト（０．１５ｋｇ）、水（８．０５ｋｇ）およびアドミクスチャ（０．００３ｋｇ）の比率で混合したものである。
【実施例４】
【００１０】  マンホール本体の下部にポーラスコンクリート層を１５ｃｍ設置し、ポーラスコンクリートと下水管の間に２０ｃｍの段差を設けた重金属補足型マンホールを制作した。ポーラスコンクリート層はセメント（０．３ｋｇ）、砂利（長径が１５ｍｍ以下、１．４０ｋｇ）、モミガラ（０．１５ｋｇ）、水（８．０５ｋｇ）およびアドミクスチャ（０．００３ｋｇ）の比率で混合したものである。
【産業上の利用可能性】
【００１１】  下水道計画では通常，１ｈａに２０個のマンホールを設置する。都市域の大きさを考え、重金属捕捉型マンホールが対象としている分流式下水道の計画面積を考えなければならないが，計画区域にとどまっているものも多いので都市の大きさを目安となる。なぜならば，合流式（＝雨水と汚水を同時に排除する方式）の下水道は現在では見直され，分流式下水道を推進することが主軸となっているからである。日本の都市化率（人口ベース）は７０％を越えており，何らかの形でマンホールを導入する地域の広さは膨大な物と言える．マンホールにかかわらず、いくつかの形態の装置が想定できる。それらは，概ね定型であるため大量に個々の形状に合うポーラスコンクリート層を製造し、都市再開発や道路改変の際にむき出しになる装置に設置することが出来る。本申請の基本概念が適用できる産業の利用可能性）は大変に大きい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ポーラスコンクリートを導入したマンホールの図である。マンホールは直径５０ｃｍ程度の円筒形のものに、上方に若干ひろがった上に蓋がおかれ、側部に流入管、流出管が設置される。この構造はマンホールと定義しているが、本出願の骨格となる考えは、下水道用語で限定されるマンホールだけではなく、雨水ますにも適用可能である。その場合、側部の管はほぼポーラスコンクリートと同じ水準に設置されることになる。
【図２】ポーラスコンクリートカラムによる亜鉛吸着の様子を示したものである。カラムは直径１０ｃｍ、高さ１０ｃｍのもので、図１に設置されているポーラスコンクリートの厚さと同じである。このカラムの上端から現実の雨天時に交通量の激しい道路で流出する程度の亜鉛水溶液（０．５８ｍｇ／Ｌ程度）を散布し、下端から流出する亜鉛の割合を分光光度計で計測して求めると図のようになる。この縦軸は定量的な意味をもたない。散布の強度を緩やかにすれば、より高い吸着率が見込めるからである。その吸着率の高さを評価するためにゼオライトを練りこんだ場合との比較を示した。ほとんど両者に差はなく、ゼオライトを練りこまなくてもポーラスコンクリートによって吸着が起こることがわかる。同様の結果は、鉛、銅、六価クロムに対しても得られている。