(57)【要約】【課題】安価で、設置が容易で、メンテナンス性に優れ、水面付近のみへの設置も可能な水質浄化構造物を提供する。【解決手段】水面に浮かべて水質の浄化を行う水質浄化構造物１であって、浮体９と、前記浮体９に設けられ、水中に浸漬される微生物固定化担体４と、前記浮体９上に設けられ、植物５を植栽した植栽部１３と、を具える、水質浄化構造物１である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水面に浮かべて水質の浄化を行う水質浄化構造物であって、
浮体と、
前記浮体に設けられ、水中に浸漬される微生物固定化担体と、
前記浮体上に設けられ、植物を植栽される植栽部と、
を具える、水質浄化構造物。
【請求項２】
請求項１に記載の水質浄化構造物において、前記微生物固定化担体が主として炭素繊維よりなる、水質浄化構造物。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の水質浄化構造物において、前記微生物固定化担体に錘を設けた、水質浄化構造物。
【請求項４】
請求項１から３の何れかに記載の水質浄化構造物において、
前記植栽部が、土壌と当該土壌を支持する土壌支持材とを備え、
前記浮体に、当該浮体を前記植栽部側から水中側へと貫通する孔が設けられている、水質浄化構造物。
【請求項５】
請求項１から４の何れかに記載の水質浄化構造物において、前記植物が、水質浄化に寄与する種類の植物である、水質浄化構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特には海や河川や湖沼等に設置されて水質を浄化する、水質浄化構造物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、炭素繊維を主材料とした人工藻を具える人工藻場として、水底固定具によって水底の所定位置に位置決めするとともに浮体によって水中立ち上げさせ、かつ水面下にその浮体を維持する長さにした房状またはムカデ状の人工藻を具えた炭素繊維人工藻場が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
そして、この様な人工藻場を湖沼等に設置して水中生物の良好な生育環境を提供すると共に、人工藻（担体）に付着した微生物膜で水中の汚濁物質を分解することにより湖沼等の水質浄化が行われている。
【特許文献１】特許第３３３１３７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述のような従来技術に係る炭素繊維人工藻場では、人工藻（担体）の設置を、水底固定具で設置位置の位置決めを行うとともに浮体によって人工藻を水中立ち上げさせて個別に行っており、湖沼等の広範な面積を浄化する場合には人工藻の設置点数が多くなり人工藻の設置に膨大な労力および費用がかかるという問題があった。
【０００５】
また、空気中からの酸素の溶け込みが多く溶存酸素（ＤＯ）濃度が比較的高い水面付近で好気性微生物を用いた水質浄化を行いたい場合に、従来技術に係る人工藻を好気性微生物の担体として用いるには固定具を水底に沈めた上で水面付近まで人工藻を立ち上げさせる必要があるため、水面付近のみに担体を設置することができないという問題があった。
【０００６】
更に、従来技術に係る炭素繊維人工藻場では、一度設置した人工藻の配置変更、補修等を行う場合に、水底に設置されている水底固定具を一旦水上まで引き上げる必要があり、配置変更、補修等に多大な労力が要求されるため、取り扱い性およびメンテナンス性に優れていないという問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の水質浄化構造物は、水面に浮かべて水質の浄化を行う水質浄化構造物であって、浮体と、前記浮体に設けられ、水中に浸漬される微生物固定化担体と、前記浮体上に設けられ、植物を植栽される植栽部と、を具えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
かかる本発明の水質浄化構造物によれば、植栽部に植栽した植物により水辺に緑溢れる景観を創造しつつ、浮体で太陽光を遮光することによる水中での植物プランクトンの大量発生防止および微生物固定化担体に付着した微生物による水質浄化を図ると共に、その水質浄化構造物の周辺に動植物を集めて食物連鎖を構築して健全な生態系を創造することで水質の浄化を図ることができる。また、微生物固定化担体を浮体に取り付けて水中に浸漬させているので、水底固定具を設ける必要が無く、構造物の設置にかかる労力および費用を低減することができる。更に、浸漬させる担体の長さを調整することで担体を水面付近のみに設置することも可能である。その上、水面に浮かべた水質浄化構造物を牽引等して移動させることで、水質浄化構造物の設置、配置変更、メンテナンスを容易に行うことができる。
【０００９】
なお、この発明の水質浄化構造物は、前記微生物固定化担体が主として炭素繊維よりなっても良い。生物親和性が高く、また水中生物の良好な養育環境を提供することができる炭素繊維を微生物固定化担体に用いれば、より効果的に水質浄化を行うことが可能な水質浄化構造物を提供することができる。また、炭素繊維は比重が例えば１．７ｇ／ｃｍ３であり水より重いので、炭素繊維を微生物固定化担体に用いれば錘などを設けることなく微生物固定化担体を水中に沈めることができる。
【００１０】
更に、この水質浄化構造物は、前記微生物固定化担体に錘を設けても良い。このように錘を設ければ、微生物固定化担体が絡み合ったり、捩れたりすることを防止することができる。
【００１１】
その他にも、この水質浄化構造物は、前記植栽部が、土壌と当該土壌を支持する土壌支持材とを備え、前記浮体に、当該浮体を前記植栽部側から水中側へと貫通する孔が設けられていても良い。このように構成すれば、孔から水を吸い上げることで、植栽部に植栽された植物や土壌中に存在する微生物を利用して効果的な水質の浄化を図ることができる。また、孔を通って水中まで伸びた植物の根が水中生物の生息空間を提供することもできる。
【００１２】
また、この水質浄化構造物は、前記植物が、水質浄化に寄与する種類の植物であっても良い。このように構成すれば、処理対象水域の水質に合わせたより効果的な水質の浄化を行うことができ、特に微生物固定化担体に付着した微生物との相互作用により水質浄化が可能な遺伝子組み換え植物を使用すれば、微生物と植物との相乗効果により速やかに水質を浄化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。ここに図１は、本発明の一実施例の水質浄化構造物を処理水域に設置した状態を概略的に示す正面図であり、図２は、図１に示す水質浄化構造物の構造を説明するための図であり、（ａ）はその平面から見た説明図、（ｂ）はその正面から見た説明図である。
【００１４】
図１に示すように、本発明の一実施例の水質浄化構造物１は、水質浄化を行う対象水域（湖沼）の水面２に浮かべて水質の浄化を行うものである。そして、この水質浄化構造物１は、浮き島３と、その浮き島３の底部に取り付けられて浄化対象水域中に浸漬された担体４と、浮き島３に植栽された植物５とを具えており、浮き島３の上には鳥６や虫７が、担体４の周囲には魚８やプランクトン（図示せず）が生息している。
【００１５】
ここで、図１および図２（ａ），（ｂ）に示すように、浮き島３は、ウレタン樹脂で被覆してアクリルウレタンで塗装した、略直方体（例えば、縦９０ｃｍ×横９０ｃｍ×高さ３０ｃｍ）の発泡体９と、その発泡体９の上部に設けられた平面略四角形状の凹部１０内に敷設され、ヤシガラマットよりなる土壌支持材１１およびその土壌支持材１１に支持された軽量土１２からなる植栽部１３とを備えている。また、浮き島３には、凹部１０の底面と浮き島３の底面との間を貫通する複数の孔１４が設けられており、土壌支持材１１に設けられた吸水ひも１５が孔１４を通って水中へと伸びて植栽部１３へ処理対象水を吸い上げている。
【００１６】
更に、植栽部１３には、例えばヨシ、遺伝子組み換えによりリン蓄積能力を高めたトレニア、赤松等の植物５が植栽されており、それらの植物５は、前述した吸水ひも１５、または孔１４を通して水中まで伸ばした自らの根を介して処理対照水を吸い上げることができる。
【００１７】
担体４は、例えば長さ６５ｃｍの紐状の炭素繊維よりなる芯材１６と、その芯材１６に一端部が固定された多数の炭素繊維ストランド１７（弾性率１００ＧＰａ〜４００ＧＰａの炭素繊維フィラメント製、表面に水溶性のサイジング剤を塗布）とからなる房状の微生物固定化担体であり、発泡体９の下側に取り付けられたネット１８に担体４の芯材１６の上端部が結束バンド（図示せず）を用いて固定されている。また、担体４の芯材１６の下端部には、丸座がねよりなる取り付けが容易な錘１９が取り付けられており、担体４が捩れたり、絡み合ったりするのを防止している。なお、本実施例では９つの担体４を発泡体９の下側に３×３のマス目状に配置したが、担体４は処理対象水域の深度等に応じて芯材１６同士を直列接続して取り付けても良く、また、その数および配置は自由に設計することができる。
【００１８】
そしてこの担体４は、水中に浸漬されているので、その周囲、特には炭素繊維よりなり生物親和性の高い炭素繊維ストランド１７に微生物が微生物膜等の形で固定化されることとなり、その微生物の働きにより水質浄化を行うことができる。また、炭素繊維が水中の懸濁物質（ＳＳ）や汚濁物質を吸着することによっても水質浄化を図ることができる。更に、湖沼のような水中生物がいる環境下では、担体４に微生物膜が形成されることで担体４の周囲に二次的な微生物、小生物群が大量、かつ急速に集合して水中生物の食物連鎖が形成されるので、担体４を人工藻のように機能させて水中生物の生態系を構築して水質浄化を図ることもできる。
【００１９】
また、上述した植物５は、吸水ひも１５を介して植栽部１３へと吸い上げた浄化対象水を自らの根で吸い上げ、または孔１４を通って水中まで伸びた自らの根で直接浄化対象水を吸い上げて水中に含まれる成分を取り込んで同化し、水質浄化を図ることができる。更に植物５は、浮き島３の上では鳥６や虫７等の営巣場所および採餌場所を提供して陸上生物の生態系を構築し、浮き島３の下では水中に伸びた根を魚８等の営巣場所および採餌場所として提供して水中生物の生態系を構築し、水質浄化に寄与することができる。
【００２０】
ここで、これら担体４および植物５による水質浄化機構に関し、一例として水中のアンモニア成分の処理を考えると、担体４に付着した微生物膜の外側（水中側）領域で、好気性細菌であるアンモニア酸化細菌および亜硝酸酸化細菌がアンモニアおよび亜硝酸を酸化して亜硝酸および硝酸にし、微生物膜の内側（担体４側）領域で嫌気性細菌である脱窒菌が亜硝酸および硝酸を脱窒することにより水質が浄化される。更に、水中に存在するアンモニア、亜硝酸、および硝酸、並びに担体４に付着した微生物膜での脱窒反応により発生した窒素を植物５が取り込んで同化することによっても水質の浄化が図られる。
【００２１】
また、他の例として水中のリン成分の処理を考えると、担体４に付着した微生物膜に存在するリン蓄積細菌が水中からリン成分を取り込み、または植物５が水中からリン成分を取り込んで同化することにより水質の浄化が図られる。
【００２２】
そして、この様にして水質浄化が行われた場合には、処理に伴い担体４で増えすぎた生物膜（余剰汚泥）が魚８等の水中生物の餌として消費され、そしてその魚８が植物５により営巣場所等を提供された鳥６に捕食されることにより、水質浄化構造物１によって構築された生態系に担体４を用いた水質浄化機構が組み込まれてより効率的に水質の浄化が果たされることとなる。また、植物５を用いた水質浄化機構についても同様に、水中の処理対象成分を取り込んで同化した植物５が鳥６や虫７の餌として消費されて生態系の一部を構成することで、水質浄化構造物１によって構築された生態系に組み込まれてより効率的な水質の浄化を果たすこととなる。
【００２３】
以上のような構成により、本実施例の水質浄化構造物１によれば、植栽部１３に植栽した植物５により湖沼の水辺に緑溢れる景観を創造しつつ、浮き島３で太陽光を遮光することによる植物プランクトンの大量発生防止および担体４に付着した微生物による水質浄化を図ると共に、その水質浄化構造物１の周辺に鳥６、虫７、魚８等の動植物を集めて食物連鎖を構築して健全な生態系を創造することで水質の浄化を図ることができる。また、担体４を浮き島３から水中に浸漬させているので、従来技術のように水底固定具を設ける必要が無く、構造物１の設置にかかる労力および費用を低減することができる。更に、湖沼に浸漬させる担体４の長さを調整することで担体４の水面付近のみへの設置も可能である。その上、水面に浮かべた水質浄化構造１物を船で牽引等して移動させることにより、容易に水質浄化構造物１の設置、配置変更、メンテナンスを行うことができる。
【００２４】
その他にも、担体４の素材に、生物親和性が高く、水中生物の良好な養育環境を提供できる炭素繊維を用いており、また浮き島３に孔１４を設けて湖沼から水を吸い上げているので、土壌中および水中に存在する微生物を利用し、並びに陸上および水中の生態系を創造して効果的な水質の浄化を図ることができる。更に、本実施例においては植物５にリン蓄積能力を高めたトレニアを用いているので、水中の担体４に付着したリン蓄積細菌と共同して湖沼の富栄養化物質であるリンを速やかに除去して水質の浄化を図ることができる。
【００２５】
なお、本実施例以外にも、本発明の水質浄化構造物は、河川や海洋等に設置しても良く、また工場内に設置して工業排水の処理に用いても良い。また、浮体に他の浮体と連結される連結部を設けて浮体ユニットとし、処理対象水域の状況に応じて複数個の浮体ユニットを連結して用いても良い。このように浮体のユニット化を行えば、大量生産によりコスト低減を図ると共に、規格化された寸法で運搬等を容易に行うことができる。更に、活性炭を混ぜた土壌を用いて植栽部を構成すれば、孔より吸い上げた水に含まれている処理対象成分を活性炭が吸着することによっても水質の浄化を図ることができる。その他、浮体の浮力等は自由に設計することができ、人が上陸して植物等の手入れや浮体のメンテナンスを行えるようにしても良い。
【００２６】
また、微生物固定化担体の素材には、炭素繊維以外にポリプロピレン、ポリビニルアルコール等の任意の素材を選択することができる。更に、より早い水質浄化を達成するために、予め微生物膜を馴養した微生物固定化担体を用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
かくして、本発明の水質浄化構造物によれば、植栽部に植栽した植物により水辺に緑溢れる景観を創造しつつ、浮体で太陽光を遮光することによる水中での植物プランクトンの大量発生防止および微生物固定化担体に付着した微生物による水質浄化を図ると共に、その水質浄化構造物の周辺に動植物を集めて食物連鎖を構築して健全な生態系を創造することで水質の浄化を図ることができる。また、微生物固定化担体を浮体に取り付けて水中に浸漬させているので、水底固定具を設ける必要が無く、構造物の設置にかかる労力および費用を低減することができる。更に、浸漬させる担体の長さを調整することで担体を水面付近のみに設置することも可能である。その上、水面に浮かべた水質浄化構造物を牽引等して移動させることで、水質浄化構造物の設置、配置変更、メンテナンスを容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施例の水質浄化構造物を処理水域に設置した状態を概略的に示す正面図である。
【図２】図１に示す水質浄化構造物の構造を説明するための図であり、（ａ）はその平面から見た説明図、（ｂ）はその正面から見た説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  水質浄化構造物
２  水面
３  浮き島
４  担体
５  植物
６  鳥
７  虫
８  魚
９  発泡体
１０  凹部
１１  土壌支持材
１２  土
１３  植栽部
１４  孔
１５  吸水ひも
１６  芯材
１７  炭素繊維ストランド
１８  ネット
１９  錘
【図１】
2009195848.tif 000003
【図２】
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