(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水の上方に水平に配設されるろ過層上に原水を散水しかつ貯留しながらろ過すると共に、貯留した原水中でベントスを飼育、増殖し、ろ過水をろ過層の下面から直接原水面上に散水することを特徴とする水質浄化方法。
【請求項２】
前記ろ過層を透水係数１．０〜３．０×１０-1cm/sの水砕スラグ層とその上に積層される透水係数０．５〜３．０×１０-2cm/sの硅砂層との二層構造とすることを特徴とする請求項１記載の水質浄化方法。
【請求項３】
原水に浮かべられ、上下方向へ貫通した開口部を有する浮体と、浮体の開口部内の上部に水平に配設され、原水を上面に貯留可能にすると共に、貯留した原水中でベントスを飼育、増殖しながらろ過可能なろ過層を有し、かつろ過水をろ過層の下面から直接原水面上に散水するろ過装置及びベントス増殖槽と、原水を汲み上げる原水汲上げ手段と、原水汲上げ手段で汲み上げた原水をろ過装置及びベントス増殖槽のろ過層上に散水する原水散水手段とを備えることを特徴とする水質浄化設備。
【請求項４】
前記浮体が、ベッセルであることを特徴とする請求項３記載の水質浄化設備。
【請求項５】
前記ろ過層が、透水係数１．０〜３．０×１０-1cm/sの水砕スラグ層とその上に積層される透水係数０．５〜３．０×１０-2cm/sの硅砂層との二層構造であることを特徴とする請求項３又は４記載の水質浄化設備。
【請求項６】
前記ろ過装置が、隣接して水平に配置される方形の多数のろ過ユニットからなることを特徴とする請求項３、４又は５記載の水質浄化設備。
【請求項７】
前記ろ過ユニットが、着脱可能であることを特徴とする請求項６記載の水質浄化設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、富栄養化が進行した閉鎖的な海域の海水、湖沼や河川の淡水の水質を浄化する水質浄化方法及び設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の水質浄化設備としては、実開平３−２０３０号公報記載の人工干潟や特開平６−２９６９９６号公報記載の浮体式水域浄化装置が知られている。
前者の人工干潟は、浮体構造物上面に砂層を形成させると共に、浮体構造物を吃水線が砂層上に間欠的に位置するように係留してなるものであり、このように、砂層が間欠的に吃水線上に位置することにより、砂層に捕捉された有機物が酸化して除去され、又、砂層内の微小原生動物や貝類が有機物を捕食するので、海水や湖水の浄化が可能となり、かつ、その設置場所も適宜選択できる、というものである。
【０００３】
後者の浮体式水域浄化装置は、浮体（浄化装置）の中央部にろ過槽を形成し、ここにろ過材を充填する一方、浮体にバラストタンクを付設して浮体を水面近傍に位置させ、ろ過槽に、ろ材の上方に排出口を開口する揚水筒と、その下端部の吸入口付近に噴出口を開口する散気管とからなり、底層水やヘドロ等を揚水する揚水装置を備え、かつ、ろ過槽の下方にろ過水を水平方向に吐出させる還流手段を設けてなるものであり、このように、浮体を水面近くに位置させることにより、揚水エネルギーを抑制できると共に、底層水を曝気することにより、水中溶存酸素を増加させることができ、かつ、ろ過水の吐出方向を水平とすることにより、ろ過水の局所循環を防止することができる、というものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の水質浄化設備の前者では、天然の干潟を模倣したものであるため、水質の浄化に長時間を要する一方、直径１００〜５００ｍ程度と広大な面積を必要とし、かつ、浮体構造物が光線を遮るため、その下方での海草や水草の生育を阻害する不具合がある。
又、後者では、前者の不具合を解消することができ、又、底層水をエアーリフトして曝気することにより、水中溶存酸素量をある程度増加させることができるものの、底層水のろ過を重力による飽和浸透ろ過によって行っているため、好気性微生物による浄化機能が不十分となる不具合がある。
【０００５】
そこで、本発明は、好気性微生物による浄化機能を十分に活用し得る水質浄化方法及び設備を提供することを主目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の水質浄化方法は、原水の上方に水平に配設されるろ過層上に原水を散水しかつ貯留しながらろ過すると共に、貯留した原水中でベントスを飼育、増殖し、ろ過水をろ過層の下面から直接原水面上に散水することを特徴とする。
【０００７】
前記ろ過層を、透水係数１．０〜３．０×１０-1cm/sの水砕スラグ層とその上に積層される透水係数０．５〜３．０×１０-2cm/sの硅砂層との二層構造とすることが好ましい。
【０００８】
一方、水質浄化設備は、原水に浮かべられ、上下方向へ貫通した開口部を有する浮体と、浮体の開口部内の上部に水平に配設され、原水を上面に貯留可能にすると共に、貯留した原水中でベントスを飼育、増殖しながらろ過可能なろ過層を有し、かつろ過水をろ過層の下面から直接原水面上に散水するろ過装置及びベントス増殖槽と、原水を汲み上げる原水汲上げ手段と、原水汲上げ手段で汲み上げた原水をろ過装置及びベントス増殖槽のろ過層上に貯留しながら散水する原水散水手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
前記浮体は、ベッセルであることが好ましい。
前記ろ過層は、透水係数１．０〜３．０×１０-1cm/sの水砕スラグ層とその上に積層される透水係数０．５〜３．０×１０-2cm/sの硅砂層との二層構造であることが好ましい。
前記ろ過装置は、隣接して水平に配置される方形の多数のろ過ユニットからなることが好ましい。
前記ろ過ユニットは、着脱可能であることが好ましい。
【００１０】
【作用】
上記水質浄化方法及び設備においては、ろ過層上に貯留される原水中の溶存酸素量が増加すると共に、その原水中での各種ベントスの飼育、増殖の他、微小原生動物、貝類等の生育、増殖が可能となる一方、ろ過層が十分な好気性条件を備えたものとなり、かつ、ろ過水の散水によって原水中の溶存酸素量が増加する。
ろ過層上に貯留される原水の深さは、ろ過層の動水勾配（動水傾度）が１．２程度となる深さとされる。
【００１１】
ろ過層の一部を水砕スラグによって構成することにより、Ｐ（リン）が鉄（Ｆｅ）元素と結合する。
水砕スラグ層の透水係数が、１．０×１０-1cm/s未満であると、ろ過層の透水性が悪くなり、大容量のろ過水が得られない。一方、３．０×１０-1cm/sを超えると、水砕スラグの粒径が大きくなって、比表面積が小さくなり、表面の活性が悪くなるので、リンの除去率が下がる。
水砕スラグ層のより好ましい透水係数は、１．５〜２．５×１０-1cm/sである。
水砕スラグ層の厚みは、１０〜５０cmが好ましく、かつ、その水砕スラグの粒径は、０．２〜５mmが好ましい。
又、硅砂層の透水係数が、０．５×１０-2cm/s未満であると、ろ過層の透水性が悪くなり、又、目詰まりが起こり易くなる。一方、３．０×１０-2cm/sを超えると、水砕スラグの不飽和浸透が得られにくくなる。
硅砂層のより好ましい透水係数は、０．６〜１．０×１０-2cm/sである。
硅砂層の厚みは、５〜１０cmが好ましく、かつ、その硅砂の粒径は、０．０２〜０．３mmが好ましい。
【００１２】
浮体をベッセル（比較的大きな船）とすることにより、ろ過面積の増大が可能となり、かつ、設備の移動が可能となる。
【００１３】
ろ過装置を多数のろ過ユニットにより構成することにより、ろ過装置の構築、点検保守が容易となる。
【００１４】
ろ過ユニットを着脱可能とすることにより、その設置が容易となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１、図２は本発明に係る水質浄化設備の実施の形態の一例を示す概略縦断面図、その一部を省略した平面図である。
図中１は富栄養化が進行した閉鎖的な海域の海水、湖沼や河川の淡水、すなわち、原水２に浮かべられる浮体としてのベッセルで、このベッセル１の中央部には、船体の長手方向（図１、図２においては左右方向）を長辺方向とする平面視矩形状の開口部３が、上下方向へ貫通して設けられている。
ベッセル１の開口部３内の上部には、原水をろ過するろ過装置４が原水面から適宜に離隔するようにして開口部３の大半に及んで水平に配設されていると共に、ベントスを増殖するベントス増殖槽５が、ろ過装置４と同様に原水面から適宜に離隔するようにして水平に配設されている。
一方、ベッセル１には、炭素繊維からなり、原水２を一時的に貯留する原水タンク６が、タンク支持フレーム７を介してろ過装置４の長手方向のほぼ中間部上方に配設されており、この原水タンク６には、ポンプ（図示せず）や汲上げパイプ８ａ等からなり、原水２を所要の深さから汲み上げ、原水タンク６に注水する原水汲上げ手段８が付設されている。
又、原水タンク６には、ポンプ（図示せず）や散水パイプ９ａ等からなり、原水タンク６に貯留された原水２を、ろ過装置４の後述するろ過層上に散水しつつ貯留すると共に、前述したベントス増殖槽５に散水する原水散水手段９が付設されている。
【００１６】
前記ろ過装置４は、方形の多数のろ過ユニット１０からなり、これらのろ過ユニット１０は、図４〜図６に示すように、ベッセル１における開口部３の内周上部に全周に及んで水平に突設した支持縁１１及び開口部３内の下部に水平に横架された図示しない桁上に垂直に立設した多数の支柱１２を介して後述するろ過槽のフランジを支持されることにより着脱可能とされ、自重により隣接して水平に配置されている。
各ろ過ユニット１０は、原水２を貯留しつつろ過するもので、図６に示すように、側壁の下半部に多数の通気孔１３を設けた方形箱形の槽本体１４ａの底面に金網等の通水部材１４ｂを敷設すると共に、槽本体１４ａの上端全外周にフランジ１４ｃを設けたろ過槽１４を有しており、このろ過槽１４の通水部材１４ｂ上には、粒径０．２〜５mmの水砕スラグからなる厚み１０〜５０cm、透水係数１．０〜３．０×１０-1cm/sの水砕スラグ層１５ａと、水砕スラグ層１５ａの上に積層され、粒径０．０２〜０．３mmの硅砂からなる厚み５〜１０cm、透水係数０．５〜０．３×１０-2cm/sの硅砂層１５ｂとで構成されるろ過層１５が設けられている。
そして、ろ過槽１４には、ろ過層１５の動水勾配を１．２程度とすべく原水２をろ過層１５上に所要の深さで（例えば、硅砂層の厚みが５cmの場合、２〜５cm程度）で貯留可能とする空間が設けられている。
【００１７】
なお、前記ベントス増殖槽１５は、原水２の貯留深さがろ過槽よりやや大きく設けられている他、ろ過ユニット１０とほぼ同様に構成されているものである。
又、図２において１６は原水散水手段９の複数の散水パイプ９ａを原水タンク６と接続する分配器、１７は散水パイプ９ａを支持する支持フレームである。
【００１８】
上記構成の水質浄化設備を用いて原水２を浄化するには、ベッセル１を自航又はプッシャーバージにより原水２上の所要の位置に移動し、適宜に係留した後、図６に示すように、原水汲上げ手段８により原水２を原水タンク６に一時的に貯留し、原水タンク６から原水散水手段９により原水２をろ過装置４の各ろ過ユニット１０におけるろ過層１５上及びベントス増殖槽５に散水しかつ貯留しながらろ過し、ろ過水２ａをろ過層１５及びベントス増殖槽５の下面から直接原水面上に散水する。
そして、ベントス増殖槽５で増殖したベントスを各ろ過ユニット１０の貯留した原水中で飼育する。
【００１９】
ここで、上述した水質浄化設備の浄化機能を評価するため、ろ過層における硅砂層の厚みを一定にし、水砕スラグ層の厚みを変えた表１に示すカラムを用い、それぞれ１日通水した後、１回ろ過して原水とろ過水の浮遊懸濁物（ＳＳ）、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、並びに全リン（Ｔ−Ｐ）、リン（Ｐ）及び全窒素（Ｔ−Ｎ）の含有量を重量法、酸性過マンガンカリウム法、並びに海洋観測指針に基づいて測定すると共にそれぞれの除去率を算出し、又ｐＨ値を測定すると共に上昇率を算出したところ、表２に示すようになった。
【００２０】
【表１】
0003735567.tif 000002
【００２１】
【表２】
0003735567.tif 000003
【００２２】
表１、表２から分るように、ＳＳ、Ｔ−Ｐ及びＰの除去が十分なものとなり、又、水砕スラグ層の厚みは、１０cm以上であれば、浄化機能がほぼ一定になる。
又、ろ過を連続して行うことにより、水砕スラグ層に好気性微生物が繁殖し、かつ、硅砂層及びその上に貯留する原水中にベントス等が生育することによって、浄化機能が一層向上すると考えられる。
【００２３】
なお、上述した実施の形態においては、ベッセルを浮体とする場合について説明したが、これに限定されるものではなく、浮きドッグや適宜のフロートを有する筏等を浮体として用いてもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の水質浄化方法及び設備によれば、ろ過層上に貯留される原水中の溶存酸素量が増加すると共に、その原水中での各種のベントスの飼育、増殖の他、微小原生動物、貝類等の生育、増殖が可能となるので、それらによるＣＯＤの除去ができると共に、ろ過層が十分な好気性条件を備えたものとなるので、好気性微生物による浄化機能を十分に活用することができ、かつ、ろ過水の散水によって原水中の溶存酸素量が増加するので、原水中での浄化機能を促進することができる。
【００２５】
ろ過層の一部を水砕スラグによって構成することにより、Ｐが鉄元素と結合するので、Ｐを除去することができる。
【００２６】
浮体をベッセルとすることにより、ろ過面積の増大が可能となり、かつ、設備の移動が可能となるので、広い水域の水質浄化を行うことができる。
【００２７】
ろ過装置を多数のろ過ユニットにより構成することにより、ろ過装置の構築、保守点検を容易に行うことができる。
【００２８】
又、ろ過ユニットを着脱可能とすることにより、その設置を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る水質浄化設備の実施の形態の一例を示す概略縦断面図である。
【図２】  図１の水質浄化設備の一部を省略した平面図である。
【図３】  図１の水質浄化設備におけるろ過装置の平面図である。
【図４】  図３におけるＩＶ−ＩＶ線矢視拡大断面図である。
【図５】  図３におけるＶ−Ｖ線矢視拡大断面図である。
【図６】  図３のろ過装置におけるろ過ユニットの一部を破断した側面図である。
【符号の説明】
１  ベッセル（浮体）
２  原水
２ａ  ろ過水
３  開口部
４  ろ過装置
８  原水汲上げ手段
９  原水散水手段
９ａ  散水パイプ
１０  ろ過ユニット
１３  通気孔
１４  ろ過槽
１４ａ  槽本体
１４ｂ  通水部材
１４ｃ  フランジ
１５  ろ過層
１５ａ  水砕スラグ層
１５ｂ  硅砂層
【図１】
0003735567.tif 000004
【図２】
0003735567.tif 000005
【図３】
0003735567.tif 000006
【図４】
0003735567.tif 000007
【図５】
0003735567.tif 000008
【図６】
0003735567.tif 000009