(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
河川（Ａ）に横断状態に配される堰（１）と、堰の上流位置で河川（Ａ）の上下流方向に沿って設置されるとともに、下流端部が堰に支持され上流端部が河床（Ｂ）に支持されるスクリーン（２）と、該スクリーンで支持された状態に配される砂利層（３）と、スクリーンの下方に形成される集水部（４）と、該集水部に臨まされる上流側開口（５ｂ）及び堰の下流側に位置される下流側開口（５ａ）を有するサイホン部（５）とを具備することを特徴とする河川の浄化設備。
【請求項２】
サイホン部（５）の下流側開口（５ａ）の高さにより、堰（１）の上流の水位（Ｌ）が設定されることを特徴とする請求項１記載の河川の浄化設備。
【請求項３】
堰（１）の上流の近傍箇所に、河川水（Ｗ）のオーバーフロー水を集める樋（６）が配されることを特徴とする請求項１または２記載の河川の浄化設備。
【請求項４】
砂利層（３）と河床（Ｂ）との間に、砂利層の重量を支持する支持部材（８）が配されることを特徴とする請求項２または３記載の河川の浄化設備。
【請求項５】
堰（１），砂利層（３）等が、河川（Ａ）の上下流方向に間を空けて多段に配されることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の河川の浄化設備。
【請求項６】
河川（Ａ）に配した堰（１）により河川水（Ｗ）を停滞させ、河川水を堰よりも上流位置で砂利の表面の藻類により栄養分を除去し、栄養分を除去した河川水を砂利からなる砂利層（３）で濾過し、砂利層で濾過した河川水を、堰の上流側に位置される上流側開口（５ｂ）と堰の下流側に位置される下流側開口（５ａ）とを有するサイホン部（５）を経由して下流に流出させることを特徴とする河川水の浄化方法。
【請求項７】
河川水（Ｗ）の栄養分の除去を、河川（Ａ）の上下流方向に間を空けて多段に行なうことを特徴とする請求項６記載の河川水の浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、河川の浄化設備及び河川水の浄化方法に係わり、特に、河川水を自然環境を利用して浄化する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
河川等の浄化技術として、以下の方法が試みられている。
（１）河川水に強制的に空気を送り込んで、曝気により溶存酸素濃度を高め、好気性微生物による自浄作用を促進させる技術。
（２）河川水を礫の層に導き、礫自身や礫の表面に付着する微生物によって汚濁物質を除去する技術。
（３）河川中にプラスチック等の充填材を設置し、充填材付着微生物によって汚濁物質を分解，除去する技術。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの技術は、いずれも有機性の汚濁物質を浄化する能力を有するが、富栄養化原因物質である燐、窒素等の栄養塩を除去する機能は持っていない。
燐、窒素等の栄養塩は、浅い河川であれば河床表面に付着して増殖する藻類によって吸収されるが、その藻類が肥厚してくると剥離して流下し、下流側の汚染要因となる。
【０００４】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、以下の目的を達成するものである。
▲１▼  河川の自然の流れを利用して、河川水の浄化のための施設の追加や敷地の確保を抑制すること。
▲２▼  燐、窒素等の富栄養化原因物質を効果的に除去すること。
▲３▼  繁殖した藻類が汚染源となることを防止すること。
▲４▼  河川の流れに対する影響を抑制し、河川水の誘導を確実に行なうこと。
▲５▼  魚類等の繁殖環境を提供すること。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
河川に横断状態に配した堰により河川水を停滞させ、河川水を堰よりも上流位置で、河川水を下方位置のスクリーンで支持された状態の砂利層に導いて、砂利の表面の藻類により栄養分を除去した後、河川水をスクリーンの下部に形成されている集水部に集めるとともに、集水部と堰の下流箇所とを連通させるサイホン部を経由して下流に流出させる技術が採用される。
サイホン部の下流側開口の高さは、堰の上流における所望の水位に合わせて設定される。
堰の上流の近傍箇所に、河川水のオーバーフロー水を集める樋が配され、砂利層で繁殖した藻類や浮遊物がオーバーフロー水とともに樋に導かれて、河川から除去される。
スクリーンと河床との間には、スクリーン，砂利層及び河川水等の重量を支持する支持部材が配されるが、この場合、支持部材により砂利層の重量を直接支持するようにして、スクリーンの全部または一部を省略する技術も採用される。
堰，砂利層等は、河川の上下流方向に間を空けて多段に配され、河川水の栄養分の除去が、多段階に行なわれる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る河川の浄化設備及び河川水の浄化方法の第１実施形態について、図１ないし図５を参照して説明する。
【０００７】
図中、符号Ａは河川（水路）、Ｂは河床、Ｗは河川水、Ｘは浄化設備（河川の浄化設備）、１は堰、２はスクリーン、３は砂利層、４は集水部、５はサイホン部（サイホン管）、６は樋、７はますを示している。
【０００８】
前記河川（水路）Ａは、比較的緩やかで水深の浅い流れを有するものであって、かつ日の当たる箇所のものを浄化対象としており、河川の概念には、人工の河川，用水路，取水路や排水路を含むものとする。
【０００９】
前記堰１は、両川岸Ｃの間に河川Ａに対して横断状態に配されて、河川水Ｗをせき止めることにより停滞させるものであり、例えば樋６とともに、河床Ｂ及び両川岸Ｃにコンクリート構造物を設置することにより配される。
【００１０】
前記スクリーン２は、図５等に示すように、堰１の上流位置でかつ堰１の下部近傍と河床Ｂとの間に、上下流方向に沿ってほぼ水平に設置される多孔板等であり、その目開きが５ｃｍ以下に設定され、図５例では、下流端部が堰１の上流側に形成した支持リブ１ａに支持され、上流端部が河床Ｂに置かれた状態に支持されている。
【００１１】
前記砂利層３は、砂利をスクリーン２に搭載して形成されるものであり、河川水Ｗを、下方に導いて砂利の表面で繁殖する藻類により栄養分を除去した後に、スクリーン２の下方の集水部４に送り出すものである。
該砂利層３は、スクリーン２の目を通り抜けない程度の粒径（例えば１〜１０ｃｍの径）の砂利により形成され、この際に、上層部分の粒径を小さくして、藻類の繁殖性を高める技術も採用される。
また、砂利に付着させる藻類としては、アオミドロ，珪藻等の付着藻類が選択される。その理由は、増殖速度が早いこと、栄養塩類の吸収能力が高いこと、水からの分離除去性が良好であること、栄養価が高く魚類，鶏及び家畜の良質な餌となること等である。
【００１２】
前記集水部４は、図５例では河床Ｂとスクリーン２との間に形成されて、スクリーン２を経由した河川水Ｗを集めて一時貯留した状態とするとともに、サイホン部５に送り出すものであり、該集水部４の形状及び容積は、スクリーン２の機械的強度を高めて、変形を少なくすることにより確保される。
【００１３】
前記サイホン部５は、図５例ではＬ型のサイホン管により構成され、堰１の下流箇所と集水部４との間を接続した状態に配されるとともに、下流側開口５ａの高さが、堰１の上流における所望の水位Ｌに合わせて設定され、上流側開口５ｂが、集水部４に臨まされている。
【００１４】
前記樋６は、図５例等では、堰１の上流となる近傍箇所に、前述したように、堰１とに沿って一体に構成されるとともに、その上流縁部の高さがサイホン部５の下流側開口５ａの高さ（水位Ｌ）よりも若干高くなるように設定されて、増水時の初期等に、河川水Ｗを必要に応じてオーバーフローさせることにより、砂利層３で繁殖した藻類や上流から流れてくる浮遊物を、オーバーフロー水とともに集めてます７に導き、河川Ａから除去するようにしている。
【００１５】
以上のような堰１，スクリーン２，砂利層３，集水部４，サイホン部５及び樋６等の設備、つまり河川の浄化設備Ｘは、図２及び図３に示すように、河川Ａの上下流方向に間を空けて多段に配されるとともに、河床Ｂの高さが５０ｃｍ以上の差がつく間隔に設定される。
【００１６】
しかして、河川Ａの必要箇所に、河川の浄化設備Ｘが上下流方向に間を空けて多段に配されていると、個々の箇所において、河川水Ｗが堰１にせき止められて停滞するとともに、砂利層３の部分に付着して生育している藻類等の微生物により、河川水Ｗに含まれている有機物や燐，窒素等の栄養塩が除去され、浄化された河川水Ｗが下降して、砂利層３で藻類等が濾過された後、スクリーン２を経由して集水部４に送り出されて集められる。
集水部４に貯留された河川水Ｗは、図５に矢印で示すように、サイホン部５を経由して下流側開口５ａからオーバーフローする（溢れ出る）ことにより、下流に引き継がれる。
【００１７】
河川の浄化設備Ｘが多段に設置されている場合には、河川水Ｗの栄養分の除去が、多段階に行なわれて、河川水Ｗが下流に流れるにしたがって浄化されることになる。
【００１８】
上流から河川水Ｗとともに、浮遊物が樋６及び堰１に流れてきた場合には、浮遊物の量が多くなるにしたがって、浮遊物が樋６の上流縁部を越えて樋６の内部に流れ込み、さらに樋６によって河川Ａの側方に誘導されることにより河川水Ｗから除去される。
樋６によってます７に集積された浮遊物等は、例えば付属するポンプの作動により適宜箇所に移送される。
同様に、砂利層３で繁殖した藻類の量が多くなった場合、あるいは、藻類の大量繁殖により、厚みが増して酸素の拡散が悪くなってガス発生が起きた場合、あるいは光合成時のガス発生等により、藻類が砂利の表面から剥離した場合には、これらの藻類がオーバーフロー水とともに樋６に導かれて、河川Ａから除去される。
【００１９】
一方、大雨等による増水時には、河川水Ｗの水量増大とともに、水位Ｌが上昇して、堰１の高さを越えることが起こり得るが、この場合には、河川水Ｗが堰１をオーバーフローして、下流に流れることになる。
【００２０】
図６は、本発明に係る河川の浄化設備及び河川水の浄化方法の第２実施形態を示しており、図５例における集水部４（スクリーン２と河床Ｂとの間）に、砂利層３の部分よりも粒径の大きな砂利（大玉の砂利）等からなる支持部材８が配されて、スクリーン２，砂利層３及び河川水Ｗ等の重量を、堰１における支持リブ１ａや河床Ｂとともに支持し、そして、河川水Ｗの挿通を許容するようにしている。
【００２１】
〔他の実施の形態〕
本発明にあっては、以下の技術も包含するものである。
ａ）サイホン部５が、サイホン管に代えて、集水部４と接続状態の樋状体により構成されること。
ｂ）上記の場合に、堰１の下部に、集水部４とサイホン部５との連通口が任意数配されること。
ｃ）ます７に水位計を配しておいて、水位上昇を自動検出し、その検出信号に基づいてます７の河川水Ｗ等を排除すること。
ｄ）砂利層３と河床Ｂとの間に、砂利層３の重量を支持する支持部材８を配することにより、砂利層３の重量を直接支持するようにして、スクリーン２の全部または一部を省略すること。
【００２２】
【発明の効果】
本発明に係る河川の浄化設備及び河川水の浄化方法によれば、以下の効果を奏する。
（１）  河川に配した堰により河川水を停滞させ、河川水をスクリーンで支持された状態の砂利層に導いて、砂利の表面の藻類により栄養分を除去した後、河川水を集水部に集めるとともに、サイホン部を経由して下流に流出させることにより、河川の自然の流れを利用し得て、河川水の浄化のための施設の追加を抑制し、低コスト化を達成するとともに、敷地の確保を簡単にすることができる。
（２）  砂利層の部分で繁殖する藻類を利用することにより、河川水中の燐、窒素等の富栄養化原因物質を効果的に除去することができる。
（３）  サイホン部の下流側開口の高さを、堰の上流における所望の水位に合わせて設定することにより、堰の上流部分に河川水を停滞させて、砂利層における藻類の繁殖性を高めて浄化効率を向上させ、渇水時に乾くような河床であっても河川水を貯留して、魚類等の繁殖環境を提供することができる。
（４）  河川水のオーバーフロー水を集める樋を配することにより、繁殖した藻類や浮遊物をオーバーフロー水とともに樋に導いて河川から回収し、繁殖した藻類が汚染源となることを防止することができるとともに、回収した藻類を堆肥，飼料，燃料等の用途に供することができる。
（５）  スクリーンと河床との間に、スクリーン及び砂利層等の重量を支持する支持部材を配することにより、砂利層の藻類の繁殖を安定させることができる。（６）  堰，砂利層等を多段に配して、河川水の栄養分の除去を多段階に行なうことにより、河川水の浄化性を高め、河川の流れに対する影響を抑制して、河川水の誘導を確実に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係わる河川の浄化設備及び河川水の浄化方法の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】  本発明に係わる河川の浄化設備及び河川水の浄化方法の第１実施形態を示す平面図である。
【図３】  本発明に係わる河川の浄化設備及び河川水の浄化方法の第１実施形態を示す正断面図である。
【図４】  図１における浄化設備の要部を示す平面図である。
【図５】  図１における浄化設備の要部を示す正断面図である。
【図６】  本発明に係わる河川の浄化設備及び河川水の浄化方法の第２実施形態を示す要部の正断面図である。
【符号の説明】
Ａ  河川（水路）
Ｂ  河床
Ｃ  川岸
Ｗ  河川水
Ｌ  水位
Ｘ  浄化設備（河川の浄化設備）
１  堰
１ａ  支持リブ
２  スクリーン
３  砂利層
４  集水部
５  サイホン部（サイホン管）
５ａ  下流側開口
５ｂ  上流側開口
６  樋
７  ます
８  支持部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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