(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水収集システム（１）、廃水処理システム（２）、農地灌漑および再利用システム（３
）、および河川生態補水システム（４）の４つのサブシステムから構成され、
前記廃水収集システム（１）は、水流方向に応じて設置された集水域（１１）、植栽トレ
ンチ（１２）および土砂沈殿域（１３）を含み、生態池に入る初期雨水や農業汚染水を収
集し、水域データを収集し、および水域を初期浄化するための機能を果たし、
前記廃水処理システム（２）は、通性嫌気性域（２１）、曝気域（２２）、曝気充填域（
２３）および酸素富化域（２４）を含み、浮かぶ植物と嫌気性微生物の連携、水中植物と
好気性微生物の連携により、廃水収集システム（１）によって収集された水域中の富栄養
物質濃度および水域濁度を低減するための機能を果たし、
前記農地灌漑および再利用システム（３）は、農地（５）に灌漑用水を導入するための水
トレンチ（３１）、および前記水トレンチ（３１）上に架設されて農地（５）に廃水処理
システム（２）で処理された水域を導入するための水道（３２）を含み、
前記河川生態補水システム（４）は、酸素富化域（２４）からの給水を検出し、適格な処
理水を乾燥季節に河川に排出して、河川下流の農地灌漑用水および生活用水を補充する機
能を果たす、ことを特徴とする初期雨水および農地戻り水を処理するための農業灌漑およ
び再利用生態システム。
【請求項２】
前記植栽トレンチ（１２）には、下から上へ順次、ジオテキスタイル層（１２１）、浸透
層（１２２）、土壤層（１２３）および植生層（１２４）が設置され、
前記ジオテキスタイル層（１２１）の材料はポリプロピレン不浸透性ジオメンブレンであ
り、前記浸透層（１２２）の充填物は粒子径１５〜３０ｍｍの砂利であり、前記土壤層（
１２３）の充填物は砂壌土、沈泥壌土または壌土中の１つまたは複数の組み合わせであり
、前記土壤層（１２３）の浸透率は０．３〜０．５ｍ／ｄであり、前記植生層（１２４）
は側面傾斜の凹型であり、側面の傾斜は１：４〜１：３であり、水流方向傾斜は２％〜３
％であり、前記植生層（１２４）には芝草が植えられ、
前記土砂沈殿域（１３）は、地表から１０〜１５ｃｍの高さで空隙率８５％の濾過口（１
３１）、地下に沈んだ第１の貯水空洞（１３２）および最底部の土砂沈殿層（１３３）か
ら構成され、
前記第１の貯水空洞（１３２）の４つの壁は組積造コンクリート構造であり、水流方向に
沿って側壁にそれぞれ第１の給水管（１３２１）および第１の排水管（１３２２）が開設
され、
前記土砂沈殿層（１３３）には、下から上へ順次、圧縮係数０．９４〜０．９８の練り土
突っ込み層（１３３１）、厚さ１５０〜２００ｍｍのコンクリート層（１３３２）、厚さ
１２０〜１５０ｍｍで細砂粒子径０．７〜１．３ｍｍの細砂層（１３３３）、メッシュ径
１〜２ｃｍで繊維材料製のスペーサー層（１３３４）、厚さ１００〜１１０ｍｍで砂利粒
子径１０〜１５ｍｍの砂利層（１３３５）および厚さ３００ｍｍの埋め戻し土層（１１１
６）を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の農業灌漑および再利用生態システム。
【請求項３】
前記通性嫌気性域（２１）は、地上１〜１．５ｍの密封ガラスカバー（２１１）、地面と
同じ高さの浮かぶ植物域（２１２）、地下に沈んだ第２の貯水空洞（２１３）、および最
底部のスラッジ層（２１４）から構成され、
前記密封ガラスカバー（２１１）上に空気導入管（２１１１）が設けられ、
前記浮かぶ植物域（２１２）では、大型藻類が１０％を占め、植栽密度が８株／ｍ２であ
り、ウォーターミフォイルが２７％を占め、植栽密度が８株／ｍ２であり、
前記第２の貯水空洞（２１３）は水流方向に沿って側壁上にそれぞれ第２の給水管（２１
３１）および第２の排水管（２１３２）が開設され、
前記スラッジ層（２１４）の厚さは８〜１０ｃｍであり、調理済み肉培地法によりスラッ
ジ層（２１４）で通性嫌気性域（２１）用の嫌気性微生物を培養する、ことを特徴とする
請求項１に記載の農業灌漑および再利用生態システム。
【請求項４】
前記曝気充填域（２３）では、金属ブラケット（２３１１）および金属網（２３１２）か
ら構成される充填フレーム（２３１）が設けられ、前記金属ブラケット（２３１１）およ
び金属メッシュ（２３１２）によって充填フレーム（２３１）の内部空洞が複数の区画層
（２３２）に分割され、
前記区画層（２３２）にそれぞれ下から上へ順次、濾過クロス（２３２１）、厚さ８〜１
０ｃｍであって粒子径５〜８ｃｍの壊れた赤レンガ（２３２２）、および粒子径１６〜３
２ｍｍの火山岩（２３２３）が設置され、
前記壊れた赤レンガ（２３２２）の表面にカタツムリが付き、
単位体積比で、１立方メートル処理水あたりの火山岩（２３２３）の充填量は５０％〜８
０％である、ことを特徴とする請求項１に記載の農業灌漑および再利用生態システム。
【請求項５】
前記水トレンチ（３１）とその上方に架設された水道（３２）との水流方向は反対であり
、前記水道（３２）の水流方向の終端に排水口（３２１）が開設され、前記排水口（３２
１）は水道（３２）終端の過剰水流を水トレンチ（３１）の始端に導入するために使用さ
れ、
前記水トレンチ（３１）と水道（３２）の農地（５）に近い側にそれぞれ電気制御弁（３
３１）によって制御される排水管（３３）が設けられ、
前記水トレンチ（３１）は、人工コンクリート製の埋設部（３１１）および地面から突き
出たステンレス製の接続部（３１２）に分かれ、前記接続部（３１２）に取付穴（３１２
１）が設けられ、
前記水道（３２）はアルミニウム合金製で、取付穴（３１２１）を介して水トレンチ（３
１）に接続されると同時に、水道（３２）の側壁に設けられた支持柱（３２２）によって
地面に固定される、ことを特徴とする請求項１に記載の農業灌漑および再利用生態システ
ム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、農地テールウォーターの技術分野に関し、具体的には、初期雨水および農地戻
り水を処理するための農業灌漑および再利用生態システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
灌漑と降雨により、農地は灌漑テールウォーターと降雨テールウォーターを生産するが、
過剰な栄養素の問題により、どちらのタイプのテールウォーターも直接使用することはで
きない。この問題を解決するためには、灌漑テールウォーターと降雨テールウォーターを
処理できる低コストのシステムが必要である。
【発明の概要】
【０００３】
上記の目的を達成するために、本発明は、初期雨水および農地戻り水を処理するための農
業灌漑および再利用生態システムを提供し、設計された生態システムにより灌漑テールウ
ォーターおよび降雨テールウォーターを効果的に処理でき、さらにテールウォーターをリ
サイクルし、農業生産のコストを削減する目的を達成し、具体的な技術的解決策は以下の
通りである。
【０００４】
本発明によって設計された初期雨水および農地戻り水を処理するための農業灌漑および再
利用生態システムは、廃水収集システム、廃水処理システム、農地灌漑および再利用シス
テムおよび河川生態補水システムの４つのサブシステムから構成される。
前記廃水収集システムは、水流方向に応じて設置される集水域、植栽トレンチおよび土砂
沈殿域を含み、主に生態池に入る初期雨水や農業汚染水を収集し、水域データを収集し、
および水域を初期浄化するための機能を果たす。前記廃水収集システムは、実際の運用で
は、まず暴風雨強度式と降雨流出数学モデルを通じて貯水する必要のある雨水の量と、農
業の非点源汚染の量を決定し、集水域に生態学的遮断ダムの高さを計算する必要があり、
次に水質監視システムにより汚染物の負荷を監視および計算し、最後にウォーターポンプ
により汚水を植栽トレンチおよび土砂沈殿域を経って廃水処理システムに導入して、水域
汚染物が生態システム全体の分解可能範囲にあることを確保する。
前記廃水処理システムは、通性嫌気性域、曝気域、曝気充填域および酸素富化域を含み、
主に浮かぶ植物と嫌気性微生物の連携、水中植物と好気性微生物の連携により、廃水収集
システムによって収集された水域中の富栄養物質濃度および水域濁度を低減するための機
能を果す。
前記農地灌漑および再利用システムは、農地に灌漑用水を導入するための水トレンチ、お
よび前記水トレンチに架設されて農地に廃水処理システムによって処理された水を導入す
るための水道を含む。
前記河川生態補水システムは主に、酸素富化域からの給水を検出し、適格な処理水を乾燥
季節に河川に排出して、河川下流の農地灌漑用水および生活用水を補充する機能を果たす
。
具体的には、前記植栽トレンチには、下から上へ順次ジオテキスタイル層、浸透層、土壤
層および植生層が設置される。前記植栽トレンチは主に、植生により集水域の浮遊物の濃
度を初期に減らし、水流速度を安定させ、次のプロセスに安定した水の流入を提供する。
前記ジオテキスタイル層の材料はポリプロピレン不浸透性ジオメンブレンであり、前記浸
透層の充填物は粒子径範囲１５〜３０ｍｍの砂利であり、前記土壤層の充填物は砂壌土、
沈泥壌土または壌土中の１つまたは複数の組み合わせであり、土壤層の浸透率が０．３〜
０．５ｍ／ｄ範囲内にある必要があり、前記植生層は側面傾斜の凹型であり、側面の傾斜
は１：４〜１：３であり、水流方向傾斜は２％〜３％であり、前記植生層植生は市販の芝
草が植えられている。
前記土砂沈殿域は、地表から１０〜１５ｃｍの高さで空隙率８５％の濾過口、地下に沈ん
だ第１の貯水空洞および最底部の土砂沈殿層から構成される。前記土砂沈殿域は主に、水
域に混入した大規模な砂利をふるいにかけ、その後の工程で砂利が装置を塞ぐのを防ぎ、
システム全体の安定した運用を確保することである。
前記第１の貯水空洞の４つの壁は組積造コンクリート構造であり、水流方向に沿って側壁
にそれぞれ第１の給水管および第１の排水管が開設される。
前記土砂沈殿層には、下から上へ順次圧縮係数０．９４〜０．９８の練り土突っ込み層、
厚さ１５０〜２００ｍｍのコンクリート層、厚さ１２０〜１５０ｍｍで細砂粒子径０．７
〜１．３ｍｍの細砂層、メッシュ径１〜２ｃｍで繊維材料製のスペーサー層、厚さ１００
〜１１０ｍｍで砂利粒子径１０〜１５ｍｍの砂利層および厚さ３００ｍｍの埋め戻し土層
を含む。
【０００５】
本発明の一側面として、前記通性嫌気性域は、地上１〜１．５ｍの密封ガラスカバー、地
面と同じ高さの浮かぶ植物域、地下に沈んだ第２の貯水空洞、および最底部のスラッジ層
から構成される。
前記密封ガラスカバー上に空気導入管が設けられ、前記空気導入管は通性嫌気性域で発生
するメタンガスを回収して利用するためである。
前記浮かぶ植物域では、大型藻類が１０％を占め、植栽密度が８株／ｍ２であり、ウォー
ターミフォイルが２７％を占め、植栽密度が８株／ｍ２である。
前記第２の貯水空洞は水流方向に沿って側壁上にそれぞれ第２の給水管および第２の排水
管が開設される。
前記スラッジ層の厚さは８〜１０ｃｍであり、調理済み肉培地法によりスラッジ層で通性
嫌気性域用の嫌気性微生物を培養し、工業廃水を分解および無害化する同時に、水中の肥
料栄養素を破壊することなく、農業生産に大きなメリットがある。
【０００６】
本発明の一側面として、前記曝気域の水入口端に、水流方向に垂直で第２の排水管からの
水を受け取るためのバッフルが設けられる。
水流方向に沿って、前記バッフルより１０〜２０ｃｍ低い箇所に水滴曝気板が設けられる
。
水流方向に沿って、前記水滴曝気板の水出口端にインペラ型曝気装置が設けられる。
前記水滴曝気板およびインペラ型曝気装置は主に水域と空気の接触面積を増加して、水域
中の酸素含有量を増加するためである。
前記曝気域の底部にジェットヘッド付きのオゾンパイプが敷設される。オゾンパイプを敷
設する理由は、オゾンが有機物を酸化及び分解する可能性があり、オゾンは酸化還元反応
によって生成される酸素が曝気域中の水域の酸素含有量を増加させる可能性もあるためで
ある。
【０００７】
本発明の一側面として、前記曝気充填域では、金属ブラケットおよび金属網から構成され
る充填フレームが設けられ、前記金属ブラケットおよび金属メッシュによって充填フレー
ムの内部空洞が複数の区画層が分割される。曝気充填域は主に、沈殿物を固定し、池内の
水域中の窒素やリンなどの汚染物の含有量を削減し、沈殿物の再び懸濁を減らし、水域の
発生源の負荷を低減することである。
前記区画層にそれぞれ下から上へ順次濾過クロス、厚さ８〜１０ｃｍで粒子径５〜８ｃｍ
の壊れた赤レンガ、および粒子径１６〜３２ｍｍの火山岩が設置される。
前記壊れた赤レンガの表面にカタツムリが付いている。
単位体積比で、１立方メートル処理水あたりの中火山岩の充填量は５０％〜８０％である
。
曝気充填域の充填フレームには多数のギャップがあり、浮遊動物の避難所と微生物を分解
するための良好な生息地を提供でき、生態システム全体の食物連鎖の長さおよび複雑さを
さらに増加させる可能性があるため、安定したバランスの取れた生態システムを形成する
。
本発明の一側面として、前記水トレンチは、その上方に架設された水道の水流方向が反対
であり、前記水道の水流方向の終端に排水口が開設され、前記排水口は水道終端の過剰水
流を水トレンチの始端に導入するために使用される。
前記水トレンチと水道の農地に近い側にそれぞれ電気制御弁によって制御される排水管が
設けられる。
前記水トレンチは、人工コンクリート製の埋設部および地面から突き出たステンレス製の
接続部に分かれ、前記接続部に取付穴が設けられる。
前記水道はアルミニウム合金製で、取付穴を介して水トレンチに接続される同時に、水道
の側壁に設けられた支持柱によって地面に固定される。
本発明の一側面として、前記酸素富化域の底部に水中植物が植栽され、前記水中植物では
、クロモは１５％を占め、植栽密度は１５株／ｍ２であり、アマモは１３％を占め、植栽
密度は１５株／ｍ２である。前記水中植物は、水域の濁度を減らし、池水の栄養物質を吸
収し、池水の富栄養化を低減して、生態システムが水域汚染を安定して分解することがで
きるのを確保する。
生態システム全体のさまざまな動植物の数と密度を人為的に調整し、食物連鎖におけるさ
まざまな生物の競争関係を利用して汚染物質を除去し、藻類の成長を抑制することにより
、毎月通性嫌気性域および酸素富化域の水生植物を収穫、補充、植え替える必要があり、
同時に水生植物の病気と害虫を予防および制御し、長期的な安定性を維持し、生態システ
ムの長期間な安定性を保持する。
【０００８】
従来の農地テールウォーター処理方法と比較すると、本発明は以下の有益な効果を有する
。
本発明によって設計された生態システムは、廃水収集システム、廃水処理システム、農地
灌漑および再利用システムおよび河川生態補水システムの４つのサブシステムの連携によ
り、農地テールウォーターを監視する上で、生分解によりテールウォーターに含まれる窒
素やリンなどの富栄養物を抽出し、テールウォーターをリサイクルし、農業生産コストを
削減する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の生態システムの概略フローチャートである。
【図２】本発明の植栽トレンチの概略構造図である。
【図３】本発明の土砂沈殿域の概略構造図である。
【図４】本発明の通性嫌気性域の概略構造図である。
【図５】本発明の曝気域の概略構造図である。
【図６】本発明の曝気充填域の概略構造図である。
【図７】本発明の農地灌漑システムの概略構造図である。
【図８】本発明の水トレンチと水道の接続概略図である。
【００１０】
［符号の説明］
１          廃水収集システム
１１        集水池
１２        植栽トレンチ
１２１      ジオテキスタイル層
１２２      浸透層
１２３      土壤層
１２４      植生層
１３        土砂沈殿域
１３１      濾過口
１３２      第１の貯水空洞
１３２１    第１の給水管
１３２２    第１の排水管
１３３      土砂沈殿層
１３３１    練り土突っ込み層
１３３２    コンクリート層
１３３３    細砂層
１３３４    スペーサー層
１３３５    砂利層
１３３６    埋め戻し土層
２          廃水処理システム
２１        通性嫌気性域
２１１      密封ガラスカバー
２１１１    空気導入管
２１２      浮かぶ植物域
２１３      第２の貯水空洞
２１３１    第２の給水管
２１３２    第２の排水管
２１４      スラッジ層
２２        曝気域
２２１      バッフル
２２２      水滴曝気板
２２３      インペラ型曝気装置
２２４      オゾンパイプ
２３        曝気充填域
２３１      充填フレーム
２３１１    金属ブラケット
２３１２    金属メッシュ
２３２      区画層
２３２１    濾過クロス
２３２２    壊れた赤レンガ
２３２３    火山岩
２４        酸素富化域
３          農地灌漑および再利用システム
３１        水トレンチ
３１１      埋設部
３１２      接続部
３１２１    取付穴
３２        水道
３２１      排水口
３２２      支持柱
３３        排水管
３３１      電気制御弁
４          河川生態補水システム
５          農地
【発明を実施するための形態】
【００１１】
１３を経って廃水処理システム２に導入して、水域汚染物が生態システム全体の分解可能
範囲にあることを確保する。
前記廃水処理システム２は、通性嫌気性域２１、曝気域２２、曝気充填域２３および酸素
富化域２４を含み、主に浮かぶ植物と嫌気性微生物の連携、水中植物と好気性微生物の連
携により、廃水収集システム１によって収集された水域中の富栄養物質濃度および水域濁
度を低減するための機能を果す。
前記農地灌漑および再利用システム３は、農地５に灌漑用水を導入するための水トレンチ
３１、および前記水トレンチ３１に架設されて農地５に廃水処理システム２で処理された
水を導入するための水道３２を含む。
前記河川生態補水システム４は主に、酸素富化域２４からの給水を検出し、水質が標準Ｖ
ＧＢ  ３８３８−２００２以上に達した処理水を乾燥季節で河川に排出し、河川の下流農
地の灌漑用水および生活用水を補充する。
【００１２】
具体的に、図２に示すように、前記植栽トレンチ１２には、下から上へ順次ジオテキスタ
イル層１２１、浸透層１２２、土壤層１２３および植生層１２４が設置される。前記植栽
トレンチ１２は主に、植生により集水域１１の浮遊物の濃度を初期に減らし、水流速度を
安定させ、次のプロセスに安定した水の流入を提供する。
前記ジオテキスタイル層１２１の材料はポリプロピレン不浸透性ジオメンブレンであり、
前記浸透層１２２の充填物は粒子径範囲１５ｍｍの砂利であり、前記土壤層１２３の充填
物は沈泥壌土であり、土壤層１２３の浸透率が０．３ｍ／ｄ範囲内にある必要があり、前
記植生層１２４は側面傾斜の凹型であり、側面の傾斜は１：４であり、水流方向傾斜は２
％であり、前記植生層植生は市販の芝草が植えられている。
【００１３】
図３に示すように、前記土砂沈殿域１３は、地表から１０ｃｍの高さで空隙率８５％の濾
過口１３１、地下に沈んだ第１の貯水空洞１３２および最底部の土砂沈殿層１３３から構
成される。前記土砂沈殿域は主に、水域に混入した大規模な砂利をふるいにかけ、その後
の工程で砂利が装置を塞ぐのを防ぎ、システム全体の安定した運用を確保することである
。
前記第１の貯水空洞１３２の４つの壁は組積造コンクリート構造であり、水流方向に沿っ
て側壁にそれぞれ第１の給水管１３２１および第１の排水管１３２２が開設される。
前記土砂沈殿層１３３には、下から上へ順次圧縮係数０．９４の練り土突っ込み層１３３
１、厚さ１５０ｍｍのコンクリート層１３３２、厚さ１２０ｍｍで細砂粒子径０．７の細
砂層１３３３、メッシュ径１ｃｍで繊維材料製のスペーサー層１３３４、厚さ１００ｍｍ
で砂利粒子径１０ｍｍの砂利層１３３５および厚さ３００ｍｍの埋め戻し土層１１１６を
含む。
【００１４】
具体的に、図４に示すように、前記通性嫌気性域２１は、地上１ｍの密封ガラスカバー２
１１、地面と同じ高さの浮かぶ植物域２１２、地下に沈んだ第２の貯水空洞２１３、およ
び最底部のスラッジ層２１４から構成される。
前記密封ガラスカバー２１１上に空気導入管２１１１が設けられ、前記空気導入管２１１
は通性嫌気性域２１で発生するメタンガスを回収して利用するためである。
前記浮かぶ植物域２１２では、大型藻類が１０％を占め、植栽密度が８株／ｍ２であり、
ウォーターミフォイルが２７％を占め、植栽密度が８株／ｍ２である。
前記第２の貯水空洞２１３は水流方向に沿って側壁上にそれぞれ第２の給水管２１３１お
よび第２の排水管２１３２が開設される。
前記スラッジ層２１４の厚さは８ｃｍであり、調理済み肉培地法によりスラッジ層２１４
で通性嫌気性域２１用の嫌気性微生物を培養し、工業廃水を分解および無害化する同時に
、水中の肥料栄養素を破壊することなく、農業生産に大きなメリットがある。
具体的に、図５に示すように、前記曝気域２２の水入口端に、水流方向に垂直で第２の排
水管２１３２からの水を受け取るためのバッフル２２１が設けられる。
水流方向に沿って、前記バッフル２２１より１０ｃｍ低い箇所に水滴曝気板２２２が設け
られる。
水流方向に沿って、前記水滴曝気板２２１の水出口端にインペラ型曝気装置２２３が設け
られる。
前記水滴曝気板２２２およびインペラ型曝気装置２２３は主に水域と空気の接触面積を増
加して、水域中の酸素含有量を増加するためである。
前記曝気域２２の底部にジェットヘッド付きのオゾンパイプ２２４が敷設される。オゾン
パイプ２２４を敷設する理由は、オゾンが有機物を酸化及び分解する可能性があり、オゾ
ンは酸化還元反応によって生成される酸素が曝気域２２中の水域の酸素含有量を増加させ
る可能性もあるためである。
【００１５】
具体的に、図６に示すように、前記曝気充填域２３では、金属ブラケット２３１１および
金属網２３１２から構成される充填フレーム２３１が設けられ、前記金属ブラケット２３
１１および金属メッシュ２３１２によって充填フレーム２３１の内部空洞が複数の区画層
２３２が分割される。曝気充填域２３は主に、沈殿物を固定し、池内の水域中の窒素やリ
ンなどの汚染物の含有量を削減し、沈殿物の再び懸濁を減らし、水域の発生源の負荷を低
減することである。
前記区画層２３２にそれぞれ下から上へ順次濾過クロス２３２１、厚さ８ｃｍで粒子径５
ｃｍの壊れた赤レンガ２３２２、および粒子径１６ｍｍの火山岩２３２３が設置される。
前記壊れた赤レンガ２３２２の表面にカタツムリが付いている。
単位体積比で、１立方メートル処理水あたりの中火山岩２３２３の充填量は５０％である
。
曝気充填域２３の充填フレーム２３１には多数のギャップがあり、浮遊動物の避難所と微
生物を分解するための良好な生息地を提供でき、生態システム全体の食物連鎖の長さおよ
び複雑さをさらに増加させる可能性があるため、安定したバランスの取れた生態システム
を形成する。
【００１６】
具体的に、図７、図８に示すように、前記水トレンチ３１は、その上方に架設された水道
３２の水流方向が反対であり、前記水道３２の水流方向の終端に排水口３２１が開設され
、前記排水口３２１は水道３２終端の過剰水流を水トレンチ３１の始端に導入するために
使用される。
前記水トレンチ３１と水道３２の農地５に近い側にそれぞれ電気制御弁３３１によって制
御される排水管３３が設けられる。
前記水トレンチ３１は、人工コンクリート製の埋設部３１１および地面から突き出たステ
ンレス製の接続部３１２に分かれ、前記接続部３１２に取付穴３１２１が設けられる。
前記水道３２はアルミニウム合金製で、取付穴３１２１を介して水トレンチ３１に接続さ
れる同時に、水道３２の側壁に設けられた支持柱３２２によって地面に固定される。
具体的には、前記酸素富化域２４の底部に水中植物が植栽され、前記水中植物では、クロ
モは１５％を占め、植栽密度は１５株／ｍ２であり、アマモは１３％を占め、植栽密度は
１５株／ｍ２である。前記水中植物は、水域の濁度を減らし、池水の栄養物質を吸収し、
池水の富栄養化を低減して、生態システムが水域汚染を安定して分解することができるの
を確保する。
生態システム全体のさまざまな動植物の数と密度を人為的に調整し、食物連鎖におけるさ
まざまな生物の競争関係を利用して汚染物質を除去し、藻類の成長を抑制することにより
、毎月通性嫌気性域２１および酸素富化域２４の水生植物を収穫、補充、植え替える必要
がある同時に、水生植物の病気と害虫を予防および制御し、長期的な安定性を維持し、生
態システムの長期間な安定性を保持する。
【００１７】
実施例２
実施例２は実施例１の記載内容に基づき、別のパラメータ下での設計解決策を提供するこ
とを目的とし、その具体的な内容は以下の通りである。
図１に示すように、本発明によって設計された初期雨水および農地戻り水を処理するため
の農業灌漑および再利用生態システムは、廃水収集システム１、廃水処理システム２、農
地灌漑および再利用システム３および河川生態補水システム４の４つのサブシステムから
構成される。
前記廃水収集システム１は、水流方向に応じて設置される集水域１１、植栽トレンチ１２
および土砂沈殿域１３を含み、主に生態池に入る初期雨水や農業汚染水を収集し、水域デ
ータを収集し、および水域を初期浄化するための機能を果たす。前記廃水収集システム１
は、実際の運用では、まず暴風雨強度式と降雨流出数学モデルを通じて貯水する必要のあ
る雨水の量と、農業の非点源汚染の量を決定し、集水域１１に生態学的遮断ダムの高さを
計算する必要があり、次に水質監視システムにより汚染物の負荷を監視および計算し、最
後にウォーターポンプにより汚水を植栽トレンチ１２および土砂沈殿域１３を経って廃水
処理システム２に導入して、水域汚染物が生態システム全体の分解可能範囲にあることを
確保する。
前記廃水処理システム２は、通性嫌気性域２１、曝気域２２、曝気充填域２３および酸素
富化域２４を含み、主に浮かぶ植物と嫌気性微生物の連携、水中植物と好気性微生物の連
携により、廃水収集システム１によって収集された水域中の富栄養物質濃度および水域濁
度を低減するための機能を果す。
前記農地灌漑および再利用システム３は、農地５に灌漑用水を導入するための水トレンチ
３１、および前記水トレンチ３１に架設されて農地５に廃水処理システム２で処理された
水を導入するための水道３２を含む。
前記河川生態補水システム４は主に、酸素富化域２４からの給水を検出し、水質が標準Ｖ
以上に達した処理水を乾燥季節で河川に排出し、河川の下流農地の灌漑用水および生活用
水を補充する。
【００１８】
具体的に、図２に示すように、前記植栽トレンチ１２には、下から上へ順次ジオテキスタ
イル層１２１、浸透層１２２、土壤層１２３および植生層１２４が設置される。前記植栽
トレンチ１２は主に、植生により集水域１１の浮遊物の濃度を初期に減らし、水流速度を
安定させ、次のプロセスに安定した水の流入を提供する。
前記ジオテキスタイル層１２１の材料はポリプロピレン不浸透性ジオメンブレンであり、
前記浸透層１２２の充填物は粒子径範囲３０ｍｍの砂利であり、前記土壤層１２３の充填
物は沈泥壌土であり、土壤層１２３の浸透率が０．５ｍ／ｄ範囲内にある必要があり、前
記植生層１２４は側面傾斜の凹型であり、側面の傾斜は１：３であり、水流方向傾斜は３
％であり、前記植生層植生は市販の芝草が植えられている。
【００１９】
図３に示すように、前記土砂沈殿域１３は、地表から１５ｃｍの高さで空隙率８５％の濾
過口１３１、地下に沈んだ第１の貯水空洞１３２および最底部の土砂沈殿層１３３から構
成される。前記土砂沈殿域は主に、水域に混入した大規模な砂利をふるいにかけ、その後
の工程で砂利が装置を塞ぐのを防ぎ、システム全体の安定した運用を確保することである
。
前記第１の貯水空洞１３２の４つの壁は組積造コンクリート構造であり、水流方向に沿っ
て側壁にそれぞれ第１の給水管１３２１および第１の排水管１３２２が開設される。
前記土砂沈殿層１３３には、下から上へ順次圧縮係数０．９８の練り土突っ込み層１３３
１、厚さ２００ｍｍのコンクリート層１３３２、厚さ１５０ｍｍで細砂粒子径１．３の細
砂層１３３３、メッシュ径２ｃｍで繊維材料製のスペーサー層１３３４、厚さ１１０ｍｍ
で砂利粒子径１５ｍｍの砂利層１３３５および厚さ３００ｍｍの埋め戻し土層１１１６を
含む。
【００２０】
具体的に、図４に示すように、前記通性嫌気性域２１は、地上１．５ｍの密封ガラスカバ
ー２１１、地面と同じ高さの浮かぶ植物域２１２、地下に沈んだ第２の貯水空洞２１３、
および最底部のスラッジ層２１４から構成される。
前記密封ガラスカバー２１１上に空気導入管２１１１が設けられ、前記空気導入管２１１
は通性嫌気性域２１で発生するメタンガスを回収して利用するためである。
前記浮かぶ植物域２１２では、大型藻類が１０％を占め、植栽密度が８株／ｍ２であり、
ウォーターミフォイルが２７％を占め、植栽密度が８株／ｍ２である。
前記第２の貯水空洞２１３は水流方向に沿って側壁上にそれぞれ第２の給水管２１３１お
よび第２の排水管２１３２が開設される。
前記スラッジ層２１４の厚さは１０ｃｍであり、調理済み肉培地法によりスラッジ層２１
４で通性嫌気性域２１用の嫌気性微生物を培養し、工業廃水を分解および無害化する同時
に、水中の肥料栄養素を破壊することなく、農業生産に大きなメリットがある。
具体的に、図５に示すように、前記曝気域２２の水入口端に、水流方向に垂直で第２の排
水管２１３２からの水を受け取るためのバッフル２２１が設けられる。
水流方向に沿って、前記バッフル２２１より２０ｃｍ低い箇所に水滴曝気板２２２が設け
られる。
水流方向に沿って、前記水滴曝気板２２１の水出口端にインペラ型曝気装置２２３が設け
られる。
前記水滴曝気板２２２およびインペラ型曝気装置２２３は主に水域と空気の接触面積を増
加して、水域中の酸素含有量を増加するためである。
前記曝気域２２の底部にジェットヘッド付きのオゾンパイプ２２４が敷設される。オゾン
パイプ２２４を敷設する理由は、オゾンが有機物を酸化及び分解する可能性があり、オゾ
ンは酸化還元反応によって生成される酸素が曝気域２２中の水域の酸素含有量を増加させ
る可能性もあるためである。
【００２１】
具体的に、図６に示すように、前記曝気充填域２３では、金属ブラケット２３１１および
金属網２３１２から構成される充填フレーム２３１が設けられ、前記金属ブラケット２３
１１および金属メッシュ２３１２によって充填フレーム２３１の内部空洞が複数の区画層
２３２が分割される。曝気充填域２３は主に、沈殿物を固定し、池内の水域中の窒素やリ
ンなどの汚染物の含有量を削減し、沈殿物の再び懸濁を減らし、水域の発生源の負荷を低
減することである。
前記区画層２３２にそれぞれ下から上へ順次濾過クロス２３２１、厚さ１０ｃｍで粒子径
８ｃｍの壊れた赤レンガ２３２２、および粒子径３２ｍｍの火山岩２３２３が設置される
。
前記壊れた赤レンガ２３２２の表面にカタツムリが付いている。
単位体積比で、１立方メートル処理水あたりの中火山岩２３２３の充填量は８０％である
。
曝気充填域２３の充填フレーム２３１には多数のギャップがあり、浮遊動物の避難所と微
生物を分解するための良好な生息地を提供でき、生態システム全体の食物連鎖の長さおよ
び複雑さをさらに増加させる可能性があるため、安定したバランスの取れた生態システム
を形成する。
【００２２】
具体的に、図７、図８に示すように、前記水トレンチ３１は、その上方に架設された水道
３２の水流方向が反対であり、前記水道３２の水流方向の終端に排水口３２１が開設され
、前記排水口３２１は水道３２終端の過剰水流を水トレンチ３１の始端に導入するために
使用される。
前記水トレンチ３１と水道３２の農地５に近い側にそれぞれ電気制御弁３３１によって制
御される排水管３３が設けられる。
前記水トレンチ３１は、人工コンクリート製の埋設部３１１および地面から突き出たステ
ンレス製の接続部３１２に分かれ、前記接続部３１２に取付穴３１２１が設けられる。
前記水道３２はアルミニウム合金製で、取付穴３１２１を介して水トレンチ３１に接続さ
れる同時に、水道３２の側壁に設けられた支持柱３２２によって地面に固定される。
具体的には、前記酸素富化域２４の底部に水中植物が植栽され、前記水中植物では、クロ
モは１５％を占め、植栽密度は１５株／ｍ２であり、アマモは１３％を占め、植栽密度は
１５株／ｍ２である。前記水中植物は、水域の濁度を減らし、池水の栄養物質を吸収し、
池水の富栄養化を低減して、生態システムが水域汚染を安定して分解することができるの
を確保する。
生態システム全体のさまざまな動植物の数と密度を人為的に調整し、食物連鎖におけるさ
まざまな生物の競争関係を利用して汚染物質を除去し、藻類の成長を抑制することにより
、毎月通性嫌気性域２１および酸素富化域２４の水生植物を収穫、補充、植え替える必要
がある同時に、水生植物の病気と害虫を予防および制御し、長期的な安定性を維持し、生
態システムの長期間な安定性を保持する。
【００２３】
応用例
本応用例は、実施例１の記載内容を基づき、本発明の実際応用を説明することを目的とす
る。
晴れの時期：
農地戻り水は生態システムによって処理されるか、または水道３２を介して農地にも戻り
、または河川へ排出して水を補充する。
降雨初期：
給水ポンプの液面弁を調整することで集水域１１の生態ダムの高さを低減し、その後の雨
水貯留に合わせて低水位の運転を維持する。
降雨／暴雨時期：
給水ポンプの液面弁を調節することで集水域１１中の生態ダムの高さを上げ、処理された
水が排出標準に達すると河川へ排出され、達していないと処理水を貯留し、晴れの後集水
域１１に排出し二次処理を行い、なお、水位が集水域１１の生態ダムの高さより高い場合
、システムのオーバーフロー運転を行う必要がある。
【００２４】
実験例
本実験例は上記実施例１に記載の解決策および上記応用例に記載の方法に基づき、本発明
の実際応用での表現を明らかにすることを目的とする。
本実験例では、使用する実験農地の土壤の物理的および化学的性能は表１に示される。
表１  実験土壤の主な物理的および化学的性質
【００２５】
0006974680.tif 000002
【００２６】
本実験例では、集中施肥の後、第１回灌漑後２日目の農地テールウォーターをサンプルと
して収集し、この時点で農地テールウォーター中の窒素やリンの濃度がピーク値を避け通
常施肥レベルに近い。
実験ニーズに応じて、以下の異なる方法によって農地テールウォーター中の窒素やリンを
処理し、異なる月の各収集点の灌漑後水サンプルの窒素やリン総含有量を測定する。
ブランク組：１か月の始めの灌漑の２日目に、農地出水口および集水域１１における植栽
トレンチ１および土砂沈殿域１３に進入していない水域中の窒素やリンの総含有量を記録
する。
【００２７】
実験組１：１か月の始めの灌漑の２日目に、農地出水口および集水域１１、植栽トレンチ
１および土砂沈殿域１３を経った水域中の窒素やリンの総含有量を記録する。
実験組２：１か月の始めの灌漑の２日目に、農地出水口および集水域１１、植栽トレンチ
１、土砂沈殿域１３、通性嫌気性域２１、曝気域２２および曝気充填域２３を経った水域
中の窒素やリンの総含有量を記録する。
実験組３：１か月の始めの灌漑の２日目に、農地出水口および集水域１１、植栽トレンチ
１、土砂沈殿域１３および廃水処理システム２全体を経った水域中の窒素やリンの総含有
量を記録する。
実験組４：実験組４は以下のことを除いて実験組３と同じであり：通性嫌気性域２１で浮
かぶ植物域２１２を省略する。
実験組５：実験組５は以下のことを除いて実験組３と同じであり：曝気域２２でバッフル
２２１を省略し、インペラ型曝気装置２２３を停止し、オゾンパイプ２２４の空気供給を
停止する。
実験組６：実験組６は以下のことを除いて実験組３と同じであり：酸素富化域２４で水中
植物を省略する。
ブランク組、実験組１〜６で得られた農地テールウォーターを収集し、各組の農地テール
ウォーター中の窒素やリンの総含有量を測定し、実験結果を表２に示す。
表２  異なる方法で処理された農地テールウォーター中の窒素やリンの含有量
【００２８】
0006974680.tif 000003
【００２９】
実験組１、実験組２および実験組３をブランク組と比較すると、以下のことが分かる：
実験組１は、植栽トレンチ１および土砂沈殿域１３のみを使用して農地テールウォーター
を処理し、ＴＮ、ＴＰの除去率がほぼゼロであり、これは、単一の物理除去方法は農地テ
ールウォーターのＴＮ、ＴＰに対する除去効果がわずかであり、処理後の水質は標準Ｖを
はるかに下回っている。
実験組２は、集水域１１、植栽トレンチ１、土砂沈殿域１３、通性嫌気性域２１、曝気域
２２および曝気充填域２３を組み合わせて農地テールウォーターを処理し、ＴＮの除去率
は９０．４２％であり、ＴＰの除去率は６３．５３％であり、除去効果が高く、処理後の
水質は標準Ｖに近い。
実験組３は、植栽トレンチ１、土砂沈殿域１３および廃水処理システム２全体を組み合わ
せて農地テールウォーターを処理し、ＴＮの除去率は９３．８６％であり、ＴＰの除去率
は７０．８６％であり、除去効果が顕著であり、処理後の水質は標準Ｖに達する。
なお、実験組４は、通性嫌気性域２１の浮かぶ植物域２１２を省略し、ＴＮの除去率が低
下し（８５．２５％）、ＴＰの除去率も低下し（６０．６１％）、浮かぶ植物の調節がな
くなると、嫌気性微生物の分解能力が低下する。
実験組５は、曝気域２２のバッフル２２１を省略し、インペラ型曝気装置２２３およびオ
ゾンパイプ２２４を停止し、致廃水処理システム２中の酸素含有量が大幅に低下し、窒素
やリンに対する除去効果に大きな影響を与え、ＴＰの除去率はわずか２３．５５％であり
、ＴＰの除去率はわずか２３．５３％である。したがって、適切で安定した酸素供給は生
態システム全体を維持する最も重要な部分である。
実験組６は、酸素富化域２４の水中植物を省略し、ＴＮの除去率が低下し（９３．７２％
）、ＴＰの除去率も低下し（６０．２８％）、水中植物の調節がなくなると、好気性微生
物の分解能力が低下する。
以上のように、本発明によって設計された生態システムは、農地テールウォーター中の窒
素やリンの富栄養物の処理に顕著な効果があり、処理水が地表水標準Ｖに達することがで
き、実際的な応用価値がある。
【要約】      （修正有）【課題】初期雨水および農地戻り水を処理するための農業灌漑および再利用生態システムを提供する。【解決手段】生態システムは、廃水収集システム、廃水処理システム、農地灌漑および再利用システムおよび河川生態補水システムの４つのサブシステムから構成され、各サブシステムの連携により、生態システムは、生分解によりテールウォーターに含まれる窒素やリンなどの富栄養物を抽出し、テールウォーターをリサイクルし、農業生産コストを削減するシステム。【選択図】図１【図１】
0006974680.tif 000004
【図２】
0006974680.tif 000005
【図３】
0006974680.tif 000006
【図４】
0006974680.tif 000007
【図５】
0006974680.tif 000008
【図６】
0006974680.tif 000009
【図７】
0006974680.tif 000010
【図８】
0006974680.tif 000011