(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水路に有用植物を植栽して水質を浄化する水質浄化方法において、阻流板と中間堰を用い前記水路を上流側から下流側に向って漸次水深が深くなる複数の区画水域に区分し、受水域以外において該区画水域のそれぞれに天然鉱物濾材を直接充填すると共に、最上流側の受水域に植生用カセットを設け、前記植生用カセットの充填天然鉱物濾材及び該カセットに植栽された陸生植物あるいは水生植物により浄化し、水域と後続の水域の間にフィルタを設け、懸濁物質を除去し、汚泥貯留部に沈殿した沈殿汚泥を沈殿物排出管から系外へ排出除去し、後続の水域において前記阻流板と前記中間堰によって上下蛇行流を生じさせ、且つ、前記天然鉱物濾材には、前記各区画水域ごとに生育時期が異なり且つ各区画水域の水深に応じた長さに毛状根が繁茂する複数の有用植物を植栽することにより、前記天然鉱物濾材を介して前記各区画水域の植栽有用植物群の毛状根を水路の流水に効率よく接触させることを特徴とする有用植物を用いた水質浄化方法。
【請求項２】
水路に有用植物を植栽して水質を浄化する水質浄化装置において、阻流板と中間堰を用い前記水路を上流側から下流側に向って漸次水深が深くなるように区分した複数の区画水域と、受水域以外において該区画水域のそれぞれに直接充填した天然鉱物濾材と、最上流側の受水域に植生用カセットと、浄化するための前記植生用カセットの充填天然鉱物濾材及び該カセットに植栽された陸生植物あるいは水生植物と、水域と後続の水域の間に懸濁物質を除去するために設けられたフィルタと、汚泥貯留部に沈殿した沈殿汚泥を系外へ排出除去する沈殿物排出管とからなり、前記阻流板と前記中間堰によって後続の水域において上下蛇行流を生じさせ、前記天然鉱物濾材には、前記各区画水域ごとに生育時期が異なり且つ各区画水域の水深に応じた長さに毛状根が繁茂する複数の有用植物を植栽してなることを特徴とする有用植物を用いた水質浄化装置。
【請求項３】
区画水域は、植物栽培床形成用の上流側水域と中間水域と下流側水域とからなって、上流側水域の水深が最も浅く、下流側水域の水深が最も深く形成され、上流側水域と中間水域の前半には陽イオン吸着能が高い天然鉱物濾材が充填され、且つ、中間水域の後半と下流側水域にはリン酸吸着能が高い天然鉱物濾材が充填され、前記上流側水域の天然鉱物濾材には陸生植物が、且つ、前記下流側水域の天然鉱物濾材には水生植物が植栽されていることを特徴とする請求項２記載の有用植物を用いた水質浄化装置。
【請求項４】
水路は、天然鉱物濾材の充填層にリンなどの不足養分や微量元素を補填するための養分補填手段を備えていることを特徴とする請求項２または請求項３記載の有用植物を用いた水質浄化装置。
【請求項５】
上流側水域は、水路の最上流側に区分されて流入水を受け入れる受水域にフィルターを介して連通し、その受水域には、天然鉱物濾材が充填されて有用植物を植栽する通気・通水性の植生用カセットが着脱可能に設置され、その下部に汚泥貯留槽部を有していることを特徴とする請求項３記載の有用植物を用いた水質浄化装置。
【請求項６】
各区画水域の天然鉱物濾材は、水面よりも高く充填されていることを特徴とする請求項２，請求項３，請求項５のうちのいずれか１項記載の有用植物を用いた水質浄化装置。
【請求項７】
水路に有用植物を植栽して水質を浄化する水質浄化方法において、阻流板と中間堰により、前記水路の各区画に植裁すべき有用植物の耐湿性に応じて天然鉱物濾材の充填高さを変化させ、受水域以外において該区画水域のそれぞれに天然鉱物濾材を直接充填すると共に、最上流側の受水域に植生用カセットを設け、前記植生用カセットの充填天然鉱物濾材及び該カセットに植栽された陸生植物あるいは水生植物により浄化し、水域と後続の水域の間にフィルタを設け、懸濁物質を除去し、汚泥貯留部に沈殿した沈殿汚泥を沈殿物排出管から系外へ排出除去し、後続の水域において前記阻流板と前記中間堰によって上下蛇行流を生じさせ、且つ、前記天然鉱物濾材には、前記各区画水域ごとに生育時期が異なり且つ各区画水域の水深に応じた長さに毛状根が繁茂する複数の有用植物を植栽することにより、前記天然鉱物濾材を介して前記各区画水域の植栽有用植物群の毛状根を水路の流水に効率よく接触させることを特徴とする有用植物を用いた水質浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、有用植物と天然鉱物濾材とを組合せて用いたバイオジオフィルタ水路（以下、ＢＧＦ水路という）によって水質を浄化する資源循環型の水質浄化方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、植物を利用した様々な水質浄化方法および水質浄化装置が提供されており、その殆どは、植物として、主にホテイアオイやヨシ等の水生植物を利用しているが、この種の水生植物の場合、収穫バイオマスの有効利用が難しく、あまり普及しなかった。
【０００３】
一方、陸生植物を利用可能な水質浄化技術として、例えば、特開平６−２１８３８８号公報に開示された排水浄化式水路がある。この排水浄化式水路は、一般排水路に第２水路を隣設し、この第２水路が、生活雑排水受入升、植生浄化水路および一般水路への浄化水排出桝を一単位として連設した構成とし、且つ、前記植生浄化水路が培地を装填した槽からなり、この槽内培地の上面に生活雑排水升からの排水を散水するパイプを施設すると共に、そのパイプの上方に植物植栽用の植栽床を形成したものである。
【０００４】
ここで、前記槽内培地は、上下２層の積層培地からなり、その上層培地はゼオライト６０％、ピートモス１０％、浮石３０％の混合粒状素材からなり、下層培地としては高分子素材からなるスパイラルネット、発泡体が用いられている。そして、閉塞系多孔質に富む浮石等の培地材料を用いることにより、通気性と通水性が確保され好気性、嫌気性微生物のすみ分け増殖ができるというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の排水浄化式水路は以上のように構成されているので、一般水路に第２水路を隣設しなければならず水路構成が複雑化すると共に散水パイプを必要とし、しかも、散水パイプの上方に植栽床を形成していることにより、その植栽床に植栽した植物の毛状根が散水パイプの散水孔に侵入して該散水孔を閉塞する可能性が大きく、また、槽内培地の積層作業が煩雑になるなどの課題があった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、散水パイプを必要とせず、また、異なった素材の培地を積層することもなく、水路構成が簡単で既設水路にも容易に適応できると共に、水面を光遮断状態に維持して藻類の発生を防止できる構成とした同一水路全域で付加価値の高い同一の有用植物を多量に効率よく栽培でき、それを纒めて回収可能な、有用植物を用いた水質浄化方法を得ることを目的とする。
【０００７】
また、この発明は、生育時期の異なった有用植物を植栽し、その有用植物の毛状根を水路の流水部位全域で繁茂可能な水路構成とすることにより、成熟した有用植物を収穫しても未だ成熟していない他の有用植物の毛状根と天然鉱物濾材とによって、流水中の窒素・リンを効率よく除去でき、年間を通して安定した水質浄化を行うことができる信頼性の高い、有用植物を用いた水質浄化方法及びその装置を得ることを目的とする。
【０００８】
さらに、この発明は、毛状根が水中深くまで伸びない陸生植物と、毛状根が水中深くまで伸長する水生植物とを植栽するものでありながら、それらの毛状根を水路の流水部位全域で流水に効率よく接触させることができ、効率的で安定した、有用植物を用いた水質浄化方法及びその装置を得ることを目的とする。
【０００９】
さらに、この発明は、窒素濃度に比してリン濃度が著しく低い汚染地下水や河川水等の流入水（被処理水）であっても、不足分の養分や微量元素を補填することにより有用植物が旺盛に生育し、窒素を高率よく吸収除去することができる、有用植物を用いた水質浄化装置を得ることを目的とする。
【００１０】
さらに、この発明は、水路の最上流側に流入した被処理水中の懸濁物質が水路の下流側に流入するのを防止できて、水路に充填された天然鉱物濾材が長期間使用によっても目詰まりするようなことがなく、高い水質浄化機能を発揮させることができる、有用植物を用いた水質浄化装置を得ることを目的とする。
【００１１】
さらに、この発明は、水路の最上流側では、浄化対象汚水の有機物濃度に応じた有用植物を選択して容易に適用できる、有用植物を用いた水質浄化装置を得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る水質浄化方法は、水路に有用植物を植栽して水質を浄化する水質浄化方法において、阻流板と中間堰を用い前記水路を上流側から下流側に向って漸次水深が深くなる複数の区画水域に区分し、受水域以外において該区画水域のそれぞれに天然鉱物濾材を直接充填すると共に、最上流側の受水域に植生用カセットを設け、前記植生用カセットの充填天然鉱物濾材及び該カセットに植栽された陸生植物あるいは水生植物により浄化し、水域と後続の水域の間にフィルタを設け、懸濁物質を除去し、汚泥貯留部に沈殿した沈殿汚泥を沈殿物排出管から系外へ排出除去し、後続の水域において前記阻流板と前記中間堰によって上下蛇行流を生じさせ、且つ、前記天然鉱物濾材には、前記各区画水域ごとに生育時期が異なり且つ各区画水域の水深に応じた長さに毛状根が繁茂する複数の有用植物を植栽することにより、前記天然鉱物濾材を介して前記各区画水域の植栽有用植物群の毛状根を水路の流水に効率よく接触させることを特徴とする有用植物を用いたものである。
【００１４】
この発明に係る水質浄化装置は、水路に有用植物を植栽して水質を浄化する水質浄化装置において、阻流板と中間堰を用い前記水路を上流側から下流側に向って漸次水深が深くなるように区分した複数の区画水域と、受水域以外において該区画水域のそれぞれに直接充填した天然鉱物濾材と、最上流側の受水域に植生用カセットと、浄化するための前記植生用カセットの充填天然鉱物濾材及び該カセットに植栽された陸生植物あるいは水生植物と、水域と後続の水域の間に懸濁物質を除去するために設けられたフィルタと、汚泥貯留部に沈殿した沈殿汚泥を系外へ排出除去する沈殿物排出管とからなり、前記阻流板と前記中間堰によって後続の水域において上下蛇行流を生じさせ、前記天然鉱物濾材には、前記各区画水域ごとに生育時期が異なり且つ各区画水域の水深に応じた長さに毛状根が繁茂する複数の有用植物を植栽してなることを特徴とする有用植物を用いたものである。
【００１５】
この発明に係る水質浄化装置の区画水域は、植物栽培床形成用の上流側水域と中間水域と下流側水域とからなって、上流側水域の水深が最も浅く、下流側水域の水深が最も深く形成され、上流側水域と中間水域の前半には陽イオン吸着能が高い天然鉱物濾材が充填され、且つ、中間水域の後半と下流側水域にはリン酸吸着能が高い天然鉱物濾材が充填され、前記上流側水域の天然鉱物濾材には陸生植物が、且つ、前記下流側水域の天然鉱物濾材には水生植物が植栽されているものである。
【００１６】
この発明に係る水質浄化装置は、天然鉱物濾材の充填層にリンなどの不足養分や微量元素を補填するための養分補填手段を備えているものである。
【００１７】
この発明に係る水質浄化装置の上流側水域は、水路の最上流側に区分されて流入水を受け入れる受水域にフィルターを介して連通し、その受水域には、天然鉱物濾材が充填されて有用植物を植栽する通気・通水性の植生用カセットが着脱可能に設置され、その下部に汚泥貯留槽部を有しているものである。
【００１８】
この発明に係る水質浄化装置は、各区画水域の天然鉱物濾材を水面よりも高く充填したものである。
この発明に係る水質浄化方法は、水路に有用植物を植栽して水質を浄化する水質浄化方法において、阻流板と中間堰により、前記水路の各区画に植裁すべき有用植物の耐湿性に応じて天然鉱物濾材の充填高さを変化させ、受水域以外において該区画水域のそれぞれに天然鉱物濾材を直接充填すると共に、最上流側の受水域に植生用カセットを設け、前記植生用カセットの充填天然鉱物濾材及び該カセットに植栽された陸生植物あるいは水生植物により浄化し、水域と後続の水域の間にフィルタを設け、懸濁物質を除去し、汚泥貯留部に沈殿した沈殿汚泥を沈殿物排出管から系外へ排出除去し、後続の水域において前記阻流板と前記中間堰によって上下蛇行流を生じさせ、且つ、前記天然鉱物濾材には、前記各区画水域ごとに生育時期が異なり且つ各区画水域の水深に応じた長さに毛状根が繁茂する複数の有用植物を植栽することにより、前記天然鉱物濾材を介して前記各区画水域の植栽有用植物群の毛状根を水路の流水に効率よく接触させることを特徴とする有用植物を用いたものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による水質浄化装置を示す断面図、図２は図１中の天然鉱物濾材の充填高さを有用植物の耐湿性に応じて変化させた状態の水質浄化装置を示す断面図である。図において、１はＢＧＦ水路であり、このＢＧＦ水路１は、上流側から下流側に向って４つの区画水域２，３，４，５に区分されている。さらに詳述すると、前記ＢＧＦ水路１は、合併処理浄化槽（図示せず）による二次処理水や地下水等の被処理水を流入管６から導入する最上流側の受水域２と、この受水域２から下流側に向って植物栽培床形成用の上流側水域３と中間水域４と下流側水域５とに区画されているものである。
【００２０】
７は受水域２と後続の上流側水域３との境界部に配置された越流堰であり、この越流堰７は水面ＷＬよりも高く立ち上がり、その下端とＢＧＦ水路１の底壁との間には通水部となる間隙が設けられている。８は越流堰７の近傍で上流側水域３の底壁から立ち上がって前記越流堰７に離間平行する上流側パンチ板堰、９はその上流側パンチ板堰８と前記越流堰７との間に着脱可能に装着されたカートリッジ式のフィルタ９であり、このフィルタ９は、受水域２から後続の上流側水域３に向って流れる被処理水中の懸濁物質を濾過除去し、その懸濁物質が前記上流側水域３に流入するのを防止する。
【００２１】
１０は前記受水域２を上下に仕切って後述する植生用カセット１５を支持するカセット支持部材であり、このカセット支持部材１０は取り外し可能な目の粗いパンチ板からなってなり、その下部は、流入管６から受水域２に流入した被処理水中の懸濁物質を溜める汚泥貯留槽部３０として構成されている。即ち、受水域２に流入した被処理水中の懸濁物質は、前記カセット支持部材１０のパンチ孔を通って汚泥貯留槽部３０に溜るようになっている。なお、前記カセット支持部材１０は、パンチ板に限らず、植生用カセット１５を受水域２に吊り下げる吊り下げ部材や植生用カセット１５を嵌め込み保持させる支持部材等であってもよい。
【００２２】
３０ａは前記汚泥貯留槽部３０の底面に勾配を持たせて前記フィルタ９と反対方向に下降傾斜させた傾斜底部、１１はその傾斜底部３０ａの下降端部で汚泥貯留槽部３０に接続した沈殿物排出管、１２はその沈殿物排出管１１に設けられたバルブであり、このバルブ１２を開くことにより、前記汚泥貯留槽部３０の傾斜底部３０ａ上に溜った懸濁物質を沈殿物排出管１１から系外に排出除去できるようになっている。
【００２３】
１３は上流側水域３と中間水域４との間に設けられた中間堰、１４は中間水域４と下流側水域５との間に設けられた中間堰であり、これらの中間堰１３，１４によって上流側水域３と中間水域４と下流側水域５とが区画形成されている。なお、受水域２と上流側水域３とは、前記越流堰７と上流側パンチ板堰８とフィルタ９とで区画されている。
【００２４】
１５は前記カセット支持部材１０上に着脱可能に設置された植生用カセットであり、この植生用カセット１５は通気性および通水性を有するもので、図示のものは、網篭１５ａ内に天然鉱物濾材（図示せず）を充填した構成となっている。
【００２５】
図１において、２６ａは前記網篭１５ａ内の天然鉱物濾材に植栽した有用植物であり、この有用植物は、ケフナ・トマトなどの付加価値が高い陸生植物である。図２において、２６ｂは前記網篭１５ａ内の天然鉱物濾材に植栽した有用植物であり、この有用植物はパピルスなどの水生植物である。即ち、植生用カセット１５には、受水域２に流入する浄化対象汚水の有機物濃度が高い場合に水生植物を栽培し、有機物を殆ど含まない浄化対象汚水の場合に利用価値の高い陸生植物を栽培するものである。
【００２６】
１６は上流側水域３の中間部に配置された阻流板、１７は中間水域４の中間部に配置された阻流板、１８は下流側水域５の中間部に配置された阻流板であり、これらの阻流板１６，１７，１８の下端と各水域３，４，５の底壁との間には通水部となる間隙が設けられ、ＢＧＦ水路１の上流側から下流側に向って図中矢印方向の水流が得られるようになっている。１９は下流側水域５から浄化水を流出させる流出口、２０は下流側水域５における前記流出口１９の近傍に配置された下流側パンチ板、２１，２２，２３は前記各水域３，４，５のそれぞれの底部に接続したバルブ付の水抜き管であり、これらによって、前記各水域３，４，５ごとに水抜きできるようになっている。
【００２７】
２４はＢＧＦ水路１の前記各水域３，４，５に直接充填した天然鉱物濾材であり、この天然鉱物濾材２４としては、陽イオン吸着能が高いゼオライトまたはリン酸吸着能が高い鹿沼土あるいはゼオライトと鹿沼土の混合物が用いられる。かかる天然鉱物濾材２４は水面ＷＬよりも高く充填されるもので、その充填高さ（水面ＷＬからの天然鉱物濾材２４の高さ）を植栽すべき有用植物の耐湿性に応じて変化させることにより、前記ＢＧＦ水路１の全域（水域３，４，５）に水質浄化機能の高い生育時期の異なる有用植物２７、２９（図１、図２参照）を栽培するものである。即ち、ＢＧＦ水路１で栽培する有用植物がケフナ・トマトなどの陸生植物２７（図１参照）の場合には、天然鉱物濾材２４を水面ＷＬより１０〜２０cm高くなるように充填し、前記有用植物がパピルスなどの水生植物２９（図２参照）の場合には、天然鉱物濾材２４を水面ＷＬより３〜５cm高くなるように充填する。
【００２８】
次に、上記実施の形態１による水質浄化装置の動作説明を兼ねた水質浄化方法について説明する。流入管６からＢＧＦ水路１の最上流側（受水域２）に流入する被処理水が有機物を殆ど含んでいない場合には、図１に示すように、利用価値の高いケフナ・トマト等の陸生植物２６ａが植栽された植生用カセット１５を受水域２内のカセット支持部材１０上に設置すると共に、その植生用カセット１５の陸生植物２６ａと同一の陸生植物２７をＢＧＦ水路１で栽培すべく、このＢＧＦ水路１には天然鉱物濾材２４を水面ＷＬより１０〜２０cm高くなるように直接充填し、前記ＢＧＦ水路１の全域で同一の陸生植物２７を栽培する。
【００２９】
その栽培中において、流入管６から受水域２に流入した被処理水（合併処理浄化槽による生活排水の二次処理水や地下水等）によって植生用カセット１５の下部が浸漬されることにより、その植生用カセット１５の陸生植物２６ａが被処理水中の窒素・リンを吸収して生育する。また、受水域２では、被処理水中の懸濁物質が汚泥貯留槽部３０の傾斜底部３０ａ上に沈降し、その汚泥貯留槽部３０に溜った懸濁物質は、時期を見計らって沈澱物排出管１１から系外に排出除去される。
【００３０】
さらに、前記受水域２では、植生用カセット１５の充填天然鉱物濾材と陸生植物２６ａとによって、ある程度浄化された被処理水が上流側水域３に向って流れるが、この際、その被処理水中に含まれた懸濁物質は、フィルタ９で濾過除去されることにより、後続の上流側水域３に流入することはなく、このため、ＢＧＦ水路１に充填された天然鉱物濾材２４が懸濁物質で目詰まりするようなことがなくなる。
【００３１】
このようにして、受水域２からフィルタ９を介して後続の上流側水域３に流入した被処理水は、中間水域４を通って下流側水域５へと流れるが、その流れは、上流側の阻流板１６と第１の中間堰１３および中間の阻流板１７と第２の中間堰１４ならびに下流側の阻流板１８とによって、図１中に矢印で示す上下方向の蛇行流となる。このため、ＢＧＦ水路１を流れる被処理水は、水面ＷＬ付近だけの流れとはならず、天然鉱物濾材２４に対する効果的な流れとなって、天然鉱物濾材２４が被処理水中の窒素・リンを効率よく吸着する。また、上述のように、被処理水が上下方向の蛇行流となることにより、毛状根が水中深くまで伸びない陸生植物２７であっても、その毛状根が前記被処理水に効率よく接触して被処理水中の窒素・リンを吸収することとなり、陸生植物２７の生育が旺盛となる。従って、図１では、陸生植物２７と天然鉱物濾材２４とによって、ＢＧＦ水路１の全域で被処理水を効率よく浄化できると共に、付加価値の高い同一の陸生植物２７を効率よく多量に栽培でき、それを纒めて回収することができる。
【００３２】
図２は図１と同一のＢＧＦ水路１で水生植物２９を栽培する場合である。この場合、植生用カセット１５は水生植物２６ｂが植栽されたものとし、ＢＧＦ水路１に直接充填された天然鉱物濾材２４は、その充填高さが、栽培すべき水生植物２９に対応して水面ＷＬより３〜５cm高くなるように設定して、植生用カセット１５の水生植物２６ｂと同一の水生植物２９をＢＧＦ水路１の全域で栽培する。
【００３３】
このように、図１と同一のＢＧＦ水路１の全域で栽培する水生植物２９は、毛状根が水中深くまで伸長するので、ＢＧＦ水路１における被処理水の流水部位全域で水生植物２９の毛状根が繁茂し、その毛状根と被処理水との接触効率が非常に高くなり、被処理水中の窒素・リンを前記毛状根が効率よく吸収して水生植物２９の生育が旺盛となる。また、ＢＧＦ水路１の全域に充填された天然鉱物濾材２４によっても被処理水中の窒素・リンが効率よく吸着されることにより、水生植物２９の生育が一層旺盛になると共に、その水生植物２９と天然鉱物濾材２４とによってＢＧＦ水路１の全域で被処理水が効率よく浄化されることにより、高い水質浄化機能を発揮させることができる。従って、図２では、図１と同一のＢＧＦ水路１の全域で同一の水生植物２９を効率よく多量に栽培でき、それを纒めて回収することができると共に、水質浄化機能が高くなる。また、上述のように、植生用カセット１５およびＢＧＦ水路１１の全域で栽培する水生植物２９は、浄化対象汚水の有機物濃度が高い場合に特に有効である。
【００３４】
以上説明した実施の形態１によれば、ＢＧＦ水路１の最上流側受水域２を除く全域に天然鉱物濾材２４を直接充填したので、その直接充填によって、網篭等の濾材充填用部材（カセット）を必要とせずに植物栽培床を容易に形成でき、コスト低減が図れると共に、網篭等を必要としない植物栽培床では、この床面積全体で有用植物を効率よく栽培できるという効果がある。しかも、前記天然鉱物濾材２４はＢＧＦ水路１の水面ＷＬよりも高く充填し、その充填高さを植栽すべき有用植物（陸生植物２６や水生植物２９）の耐湿性に応じて変化させることにより、同一のＢＧＦ水路１で水質浄化機能が高く且つ生育時期が異なる様々な有用植物を栽培するようにしたので、同一のＢＧＦ水路１で付加価値の高い同一の有用植物を効率よく多量に栽培でき、それを纒めて回収できるという効果がある。また、上述のように、ＢＧＦ水路１の全域に天然鉱物濾材２４を水面ＷＬよりも高く充填したことにより、水面ＷＬを天然鉱物濾材２４で光遮断状態に維持できて藻類の発生を防止できるという効果がある。
【００３５】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による水質浄化装置を示す断面図であり、図１および図２と同一または相当部分には同一符号を付して説明する。この実施の形態２では、まず、ＢＧＦ水路１を上流側から下流側に向って漸次水深が深くなるように構成したものである。即ち、ＢＧＦ水路１の水深は、上流側水域３が最も浅く、中間水域４が上流側水域３よりも深く、且つ、下流側水域５が最も深くなるように形成したものである。
【００３６】
また、この実施の形態２（図３）においては、上流水域３と中間水域４の前半に天然鉱物濾材２４を直接充填しており、この天然鉱物濾材２４としては、例えば、粒径が６〜１２mmで陽イオン吸着能が高いゼオライトが用いられ、このゼオライト２４は、水面ＷＬよりも高く充填されている。さらに、中間水域４の後半と下流側水域５とには天然鉱物濾材２５を充填しており、この天然鉱物濾材２５としては、例えば、粒径が３〜６mmでリン酸吸着能が高い鹿沼土が用いられている。これらの天然鉱物濾材２４，２５は、陸生植物２７，２８を栽培する水域では、水面ＷＬより１０〜２０cm、水生植物２９を栽培する水域では、水面ＷＬより３〜５cm高くなるように充填されている。
【００３７】
そして、前記天然鉱物濾材２４，２５には、各区画水域（上流側水域３、中間水域４、下流側水域５）の水深に応じた長さに毛状根が繁茂し且つ生育時期の異なった有用植物２７，２８，２９を植栽する。ここで、病害虫に強く、生育時期の異なる有用植物２７，２８，２９を前記各水域３，４，５ごとに混植すると、年間を通して高い水質浄化機能を安定して発揮させることができる。
【００３８】
この場合の有用植物として、上流側水域３と中間水域４に充填された天然鉱物濾材２４，２５には、それらの水域３，４の水深に応じた長さに毛状根が繁茂する複数の陸生植物２７，２８を植栽し、下流側水域５に充填された天然鉱物濾材２５には、その下流側水域５の水深に応じた長さに毛状根が繁茂する複数の水生植物２９を植栽する。
【００３９】
図３において、３１はＢＧＦ水路１の上方に配置された不足養分点滴パイプであり、この不足養分点滴パイプ３１は養分補填ポンプ（図３では図示せず）に接続されているもので、ＢＧＦ水路１の天然鉱物濾材２４にリン酸などの不足養分や微量元素を点滴補填するための養分補填手段を構成している。即ち、窒素濃度に比してリン濃度が著しく低い汚染地下水や河川水等の被処理水を浄化する場合に、前記養分補填ポンプを起動させて不足養分点滴パイプ３１から天然鉱物濾材２４に不足分のリン酸を点滴補填することにより、有用植物の生育を旺盛にして窒素を効率よく吸収除去することができる。
【００４０】
次に、実験に基づく前記ＢＧＦ水路１の更なる具体例について詳述すると、ＢＧＦ水路１は、全長が１５〜２０ｍ、幅が６０〜１００cm、上流側水域３の水深が５〜１０cm、中間水域４の水深が１０〜２０cm、下流側水域の水深が２０〜２５cmの寸法構成とした。
【００４１】
そして、上流側水域３と中間水域４の前半には、天然鉱物濾材として、粒径が６〜１２mmのゼオライト（天然鉱物濾材２４）を水面ＷＬから１０〜２０cm高く充填し、そのゼオライト層には有用植物として複数の陸生植物２７，２８を植栽した。ここで、上流側水域３のゼオライト層に植栽する陸生植物２７は、窒素濃度が高くないと生育が悪い陸生植物である。この陸生植物としては、トマト・モロヘイヤ・シュンギク・葉ダイコン等の野菜類が挙げられる。また、中間水域４のゼオライト層、鹿沼土（天然鉱物濾材２５）層に植栽する陸生植物２８は、窒素濃度が数mmgL-1でも充分に生育する陸生植物である。この陸生植物としては、例えば、バジル・オーデコロンミント・ペパーミント・パイナップルセージ等のハーブ類及び青ジソ・キヌサヤエンドウ・サトイモ・マリーゴールド（花）などが挙げられる。
【００４２】
また、下流水域５には、天然鉱物濾材として、粒径が３〜６ｍｍの鹿沼土２５を水面ＷＬから３〜５ｃｍ高く充填し、その鹿沼土２５層には窒素濃度が１mgL -1 以下でも窒素吸収能が高い水生植物を植栽した。この水生植物としては、例えば、セリ・カラー・パピルスなどが挙げられる。さらに、受水域２には、網篭１５ａ内にゼオライトを充填して該ゼオライト層には、夏期にトマトを、冬期にフダンソウなどの陸生植物２６ａを植栽して成る植生用カセット１５を設置した。
【００４３】
次に、上記構成のＢＧＦ水路１による水質浄化方法および水質浄化装置の動作について説明する。合併処理浄化槽による生活排水の二次処理水や地下水等の被処理水が流入管６からＢＧＦ水路１の最上流側の受水域２に流入すると、上記実施の形態１の場合と同様に、その流入水で植生用カセット１５の下部が浸漬され、植生用カセット１５の陸生植物２６ａが毛状根から流入水中の窒素・リンを吸収して生育する。また、流入水中の懸濁物質は、受水域２の下部の汚泥貯留槽部３０に沈降する。その汚泥貯留槽部３０に溜った懸濁物質は、実施の形態１の場合と同様に時期を見計らって沈澱部排出管１１から排出除去される。
【００４４】
このように、受水域２で植生用カセット１５の充填濾材と陸生植物２６ａとにより、ある程度浄化された流入水は上流側水域３に向う際にフィルタ９で懸濁物質が濾過される。このため、前記受水域２の汚泥貯留槽部３０に沈降した懸濁物質が次の上流側水域３に流入するようなことはなく、上流側水域３および中間水域４において、懸濁物質による天然鉱物濾材２４，２５の目詰まりを防止できる。
【００４５】
また、上流側水域３と中間水域４と下流側水域５では、阻流板１６と堰１３および阻流板１７と堰１４ならびに阻流板１８とによって、被処理水は図中矢印方向の蛇行流となる。このため、ＢＧＦ水路１を流れる被処理水は、水面ＷＬ付近だけの流れとはならず、天然鉱物濾材２４，２５に対する効果的な流れとなって、天然鉱物濾材２４，２５が被処理水中の窒素・リンを効率よく吸着する。また、上述のように、被処理水が上下方向の蛇行流となることにより、毛状根が水中深くまで伸びない陸生植物２７であっても、その毛状根が前記被処理水に効率よく接触して被処理水中の窒素を吸収することとなり、陸生植物２７の生育が旺盛となる。
【００４６】
そして、上流側水域３と中間水域４および下流側水域５では、それらの水域に植栽した陸生植物２７，２８および水生植物２９のそれぞれの毛状根が前記各水域３，４，５のそれぞれの水深に応じた長さに生育することによって、流水域全体に前記毛状根が繁茂する。このため、前記有用植物２７，２８，２９の毛状根によって、流水中の窒素・リン等が効率よく吸収されると共に、流水域全体に天然鉱物濾材２４，２５が充填されていることにより、それらの天然鉱物濾材２４，２５によって流水中の窒素・リンも効率よく吸着され、流出口１９からの流出水は、窒素・リンが効率よく除去された浄化水として排出される。
【００４７】
以上において、年間を通した実験による窒素・リンの除去成績を表１に示す。
【表１】
0003787610.tif 000002
【００４８】
表１から明らかなように、この発明の上記実施の形態２によるＢＧＦ水路１によれば、夏期には流入水に含まれた全窒素の９９．２％および全リンの９７．１％を除去できることが判明した。また、流出水の重金属濃度は、表に示していないが、水道水の水質基準の１／５〜１／１０と極めて低く、このため、夏期のＢＧＦ水路からの流出水は、水道原水等の水資源として循環利用できることが明らかとなった。
【００４９】
なお、上記実施の形態２によるＢＧＦ水路１では、陸生植物・水生植物の両方に鹿沼土・ゼオライトを使用可能であるが、上流側に鹿沼土を使ったのでは、この鹿沼土によるリン吸収効率が高いことにより、下流側の植物が十分に育たなくなることもある。このため、植生用カセット１５と上流側水域３および中間水域４の前半にゼオライト２４を充填し、中間水域４の後半と下流側水域５には鹿沼土を充填した。これにより、陸生植物および水生植物のそれぞれが良好に生育した。
【００５０】
また、上記実施の形態２においては、流入水の窒素とリンの比率に応じて鹿沼土・ゼオライト等の天然鉱物濾材の長さを変化させることが好ましい。即ち、ＢＧＦ水路１の中間水域４の後半と下流側水域５に充填する鹿沼土等リン吸着濾材の充填長さを変化させることにより、窒素・リンの効率的除去を図ることができる。例えば、流入水のＮ／Ｐ比が１〜３（Ｐ＝１に対してＮ＝３）の場合は、ゼオライト濾材とリン吸着濾材充填水路の長さを１：１とする。また、Ｎ／Ｐ比が３〜７の場合は、植物による窒素とリンの吸収がバランスよく行われるので、充填濾材をゼオライト主体として鹿沼土を不要化してもよい。さらに、Ｎ／Ｐ比が１以下の場合は、植物だけではリンを吸収除去できないので、鹿沼土などのリン吸着濾材を主体とすることが好ましい。なお、Ｎ／Ｐ比が７以上の場合は、リン欠乏により植物の生育が抑制されるので、この場合は、く溶性リン酸肥料をゼオライト濾材に適量混合したり、不足養分点滴パイプ３１などで不足分のリン酸を補填することにより、植物の生育促進を図ることができる。
【００５１】
さらに、上記実施の形態２によるＢＧＦ水路１において、陸生植物２７，２８栽培部位の濾材（ゼオライト）充填高さを水面ＷＬよりも１０〜２０ｃｍ高くした理由は、曝気を必要とせずに陸生植物を旺盛に生育させることにある。また、水生植物２９の栽培部位においても、濾材（鹿沼土）の充填高さを水面ＷＬよりも３〜５ｃｍ高くした理由は、水面ＷＬに光が入らないようにして藻類の発生を防止することにある。
【００５２】
さらに、上記実施の形態２によるＢＧＦ水路１では、各水域３，４，５ごとに生育時期が異なる植物を年間を通して植栽することとする。これにより、成熟した植物を収穫しても、未だ収穫時期に達していない他の植物によって、流入水の窒素・リンの吸収除去を行うことができる。
【００５３】
実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３による水質浄化装置を示す概略構成図である。この実施の形態３では、上記実施の形態１または実施の形態２と同一構成のＢＧＦ水路１を離間平行状態の２連配置としたものである。この場合、平行する２つのＢＧＦ水路１は、それぞれの水路での栽培植物が日陰にならない間隔に配置することが好ましく、例えば、栽培植物の最大草丈と同じ間隔に配置する。これにより、植物の生育促進を図ることができる。なお、図４には不足養分点滴パイプ３１と養分補填ポンプ３２を示したが、この実施の形態３におけるその他の構成は図３と同一のため、同一部分または相当部分には同一符号を付して重複説明を省略した。
【００５４】
実施の形態４．
図５はこの発明の実施の形態４による水質浄化装置を示す概略構成図である。この実施の形態４では、上記実施の形態１または実施の形態２と同一構成のＢＧＦ水路１の組み合わせ配置数を増やしたものである。この実施の形態４の場合も上記実施の形態３と同様の効果が得られると共に、その組合せ平面形状を任意に変化させることによって環境美化を図ることができる。なお、図５において、図３および図４と同一または相当部分には同一符号を付して重複説明を省略した。
【００５５】
以上説明した実施の形態２〜実施の形態４によるＢＧＦ水路１は、窒素濃度が高い地下水や河川水を浄化して飲料水とする際の前処理に活用でき、この浄化水を膜濾過し且つ殺菌処理することによって、地下水や河川水を弊害のない飲料水とすることができる。
【００５７】
【発明の効果】
この発明によれば、水路に有用植物を植栽して水質を浄化する水質浄化方法において、阻流板と中間堰を用い前記水路を上流側から下流側に向って漸次水深が深くなる複数の区画水域に区分し、受水域以外において該区画水域のそれぞれに天然鉱物濾材を直接充填すると共に、最上流側の受水域に植生用カセットを設け、前記植生用カセットの充填天然鉱物濾材及び該カセットに植栽された陸生植物あるいは水生植物により浄化し、水域と後続の水域の間にフィルタを設け、懸濁物質を除去し、汚泥貯留部に沈殿した沈殿汚泥を沈殿物排出管から系外へ排出除去し、後続の水域において前記阻流板と前記中間堰によって上下蛇行流を生じさせ、且つ、前記天然鉱物濾材には、前記各区画水域ごとに生育時期が異なり且つ各区画水域の水深に応じた長さに毛状根が繁茂する複数の有用植物を植栽することにより、前記天然鉱物濾材を介して前記各区画水域の植栽有用植物群の毛状根を水路の流水に効率よく接触させることを特徴とする有用植物を用いたので、各区画水域の流入水域全域で有用植物の毛状根と流水を効率的に接触させることができ、有用植物の養分吸収機能（窒素・リンなどの吸収機能）および天然鉱物濾材による窒素・リン吸着機能が向上すると共に、成熟した植物を収穫しても他の未成熟植物による養分吸収によって安定した水質浄化を行うことができるという効果がある。
【００５８】
この発明によれば、水路に有用植物を植栽して水質を浄化する水質浄化装置において、阻流板と中間堰を用い前記水路を上流側から下流側に向って漸次水深が深くなるように区分した複数の区画水域と、受水域以外において該区画水域のそれぞれに直接充填した天然鉱物濾材と、最上流側の受水域に植生用カセットと、浄化するための前記植生用カセットの充填天然鉱物濾材及び該カセットに植栽された陸生植物あるいは水生植物と、水域と後続の水域の間に懸濁物質を除去するために設けられたフィルタと、汚泥貯留部に沈殿した沈殿汚泥を系外へ排出除去する沈殿物排出管とからなり、前記阻流板と前記中間堰によって後続の水域において上下蛇行流を生じさせ、前記天然鉱物濾材には、前記各区画水域ごとに生育時期が異なり且つ各区画水域の水深に応じた長さに毛状根が繁茂する複数の有用植物を植栽してなることを特徴とする有用植物を用いたので、毛状根が水中深くまで伸びない陸生植物と毛状根が水中深くまで伸長する水生植物とを併用するものでありながら、前記各水域の水深全域で毛状根を流水に効率よく接触させることができ、このため、効率的で安定した水質浄化を行うことができるという効果がある。
【００５９】
この発明によれば、水路の天然鉱物濾材充填層にリン酸などの不足養分を補填するための養分補填手段を備えている構成としたので、窒素濃度に比してリン濃度が著しく低い汚染地下水や河川水等の流入水（被処理水）であっても、この場合、前記養分補填手段から不足分のリンを補填することにより、有用植物が旺盛に生育して窒素を高率よく吸収除去することができるという効果がある。
【００６０】
この発明によれば、水路の最上流側に流入水を受け入れる受水域を区分形成し、この受水域には、天然鉱物濾材が充填されて有用植物が植栽された植生用カセットを着脱可能に設置すると共に、前記受水域とこれに続く上流側水域との連通部にはフィルタを設ける構成としたので、流入水中の懸濁物質が前記受水域から前記上流側水域および後続の水域に流入するようなことがなく、このため、天然鉱物濾材を長期間使用しても当該濾材に目詰まりが生じるようなことがなく、上流側水域および中間水域ならびに下流水域での段階的浄化効率が向上するという効果がある。また、受水域における前記植生用カセットの下部に汚泥貯留槽部を有する構成としたので、その汚泥貯留槽部に懸濁物質を溜めて容易に取り除くことができるという効果がある。
【００６１】
この発明によれば、各区画水域における天然鉱物濾材の充填高さを水面よりも高くなるように構成したので、曝気を必要とせずに植物を旺盛に繁殖させることができると共に、水面が天然鉱物濾材で覆われて光が遮断されることにより、水面に藻類が発生するのを防止できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による水質浄化装置を示す断面図である。
【図２】図１中の天然鉱物濾材の充填高さを有用植物の耐湿性に応じて変化させた状態の水質浄化装置を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２による水質浄化装置を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態３による水質浄化装置を示す概略構成図である。
【図５】この発明の実施の形態４による水質浄化装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１  ＢＧＦ水路
２  受水域
３  上流側水域
４  中間水域
５  下流側水域
９  フィルタ
１５  植生用カセット
２４  陽イオン吸着能が高い天然鉱物濾材（ゼオライトなど）
２５  リン酸吸着能が高い天然鉱物濾材（鹿沼土など）
２６ａ，２７，２８  陸生植物（有用植物）
２６ｂ，２９  水生植物（有用植物）
３０  汚泥貯留槽部
３１  不足養分点滴パイプ（養分補填手段）
３２  養分補填ポンプ（養分補填手段）
【図１】
0003787610.tif 000003
【図２】
0003787610.tif 000004
【図３】
0003787610.tif 000005
【図４】
0003787610.tif 000006
【図５】
0003787610.tif 000007