JP2004209465A - 湿地型水質浄化処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】 湿地型水質浄化処理システムでの二次的不具合とされる汚泥の処理を効率よく行えるようにする。
【解決手段】 人工湿地１の流入側から放流側に向かって幾重にも蛇行した水路を形成し、その蛇行水路を汚濁水が流れる過程で水平浸透と鉛直浸透を反復させることで汚濁水を浄化する。人工湿地１の少なくとも一部において底部３よりも上方位置に水および汚泥が通過可能な中底１７を設置して二重底構造とするとともに、その底部３と中底１７との間の空間を汚泥貯留空間１８とする。汚泥貯留空間１８に汚泥排出管２０を予め臨ませておき、汚泥貯留空間１８に堆積した汚泥を人工湿地１の下部から負圧吸引力等にて外部に排出できる構造とした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、人工湿地（ウエットランド）を利用した湿地型水質浄化処理システムに関し、特に河川水や湖沼水等の水質浄化を目的とした湿地型水質浄化処理システムでの二次的不具合とされる汚泥の処理を効率よく行うと共に、水に含まれる臭い成分や着色成分を除去を可能にし、工場排水の脱臭、脱色処理を行なうことのできるようにしたものである。

この種の湿地型水質浄化処理システムとして特許文献１〜３等に記載のものが提案されている。これらの従来のシステムでは、いずれも人工湿地に沈水植物、浮葉植物、抽水植物等の多用な水生植物を繁茂させ、水生植物自体の養分吸収と、水生植物を基本とする付着生物群による養分吸収や硝化、脱窒および水生植物で水流が弱まることによるリン分の沈殿等の複合作用をもって水質浄化を促進することを基本としている。そして、有機物以外の臭い成分や着色成分等を除去するためには、活性炭処理やオゾン処理による専用の脱色、脱色装置を必要とした。
特開平８−１０７９６号公報 （図１） 特開平８−６６６７６号公報 （図２） 特開２０００−５７７７号公報 （図１及び図２）

しかしながら、上記のような従来のシステムでは、長期間の稼動による汚泥の発生が不可避であり、稼動中の自己消化によりある程度減量できるものの、汚泥の堆積による浄化能力の低下が危惧される。そのため、多くの場合には、一定周期で人工湿地における礫や人工メディア等の濾材を取り出した上で施設外で洗浄することが行われているが、作業がきわめて煩雑であるばかりでなく、洗浄水による二次的汚染が発生することとなって好ましくない。また、上記従来のシステムでは水に含まれている臭い成分や着色成分等を除去するのが難しかった。脱臭や脱色を行なうためには、専用の活性炭処理装置やオゾン処理装置を必要とし、これら装置は水に圧力を掛けたり、オゾンを発生させるために大量の電気を必要としランニングコストが高くなるという問題点があった。

本発明は以上のような課題に着目してなされたものであり、稼動中の水質浄化に伴って発生する汚泥を分離回収し、この汚泥を効率よく外部に排出できるようにし、もって人工湿地本来の水質浄化性能を長期にわたって安定して維持できるようにした構造を提供しようとするものである。また、本発明は、水質浄化のための濾材として木炭や竹炭等の炭、ゼオライト等の鉱物、セラミック等の人工物のような多孔質材を用いることにより、水に含まれている臭い成分や着色成分等を吸着除去し、工場排水等が含まれている水の脱臭や脱色等を可能にしたものである。

請求項１に記載の発明は、汚濁水が供給される人工湿地の流入側から放流側に向かって幾重にも蛇行した水路を形成するとともに、その蛇行水路を汚濁水が流れる過程で水平浸透と鉛直浸透を反復させることで蛇行水路の放流側に向かって漸次汚濁水の浄化を促進するようになっているものとする。その上で、上記人工湿地の少なくとも一部において底部よりも上方位置に水および汚泥が通過可能な中底を設置して二重底構造とするとともに、その底部と中底との間の空間を汚泥貯留空間とし、この汚泥貯留空間に堆積した汚泥を人工湿地の下部から外部に排出可能としたことを特徴とする。

もちろん、必要であれば人工湿地の全てに二重底構造に基づく汚泥貯留空間を設けてもよい。また、汚泥の堆積状況を定量的に確認できるように汚泥確認孔等を付設しておくことが望ましい。

上記人工湿地は、例えばコンクリートや防水シート等の不透水性の壁部で仕切られた槽状のものとし、その内部に濾材を敷き詰めた上でそれに沈水植物、浮葉植物、抽水植物等の多用な水生植物を植えて繁茂させるものとする。

内部に敷き詰める濾材の少なくとも一部に、炭（木炭や竹炭等）、鉱物（ゼオライト等）、人工物（セラミック等）の多孔質材を使用することにより、水に臭い成分や着色成分等が含まれている場合でも、これら臭い成分や着色成分等を前記濾材で吸着除去することができる。

蛇行水路のうち上流側の一部が砂泥分離を目的とした前処理部となっているとともに、それ以外の部分が浸透部となっていて、前処理部が単独で、もしくは浸透部のうちその上流側の少なくとも一部が前処理部とともに二重底構造に基づく汚泥貯留空間を備えていることが浄化効率の一層の促進の上で望ましい。

汚泥排出のための具体的構造としては、例えば一端を汚泥貯留空間に臨ませた汚泥排出管の他端が人工湿地以外の部分に開口していて、この開口部から汚泥貯留空間の汚泥を排出するものとする。

より具体的には、上記汚泥排出管の他端開口部にバキューム車等の負圧吸引手段を接続して、汚泥貯留空間の汚泥を負圧吸引力にて強制排出するものとする。

この場合、上記汚泥排出管の他端開口部からの汚泥の排出に先立って、その汚泥排出管を用いて汚泥貯留空間に圧縮空気等の洗浄媒体を吹き込むことにより、汚泥貯留空間の上方の濾材の洗浄が可能となっていることがより望ましい。

したがって、本発明では、水質浄化に伴って発生した汚泥は沈降して、濾材から分離するような形態で下段の汚泥貯留空間に堆積する。汚泥貯留空間に堆積・貯留された汚泥は、例えばその汚泥貯留空間に予め臨ませてある汚泥排出管を使って負圧吸引力等を作用させれば、外部に簡単に強制排出される。しかも、その汚泥排出作業をシステムの稼働中に行ったとしても何ら不具合は生じない。

請求項１，２に記載の発明によれば、汚泥貯留空間に堆積した汚泥をきわめて容易に外部に取り出すことができるので、汚泥処理の作業性を大幅に改善できるとともに、従来のような二次的汚染の問題も全く発生することがなく、また人工湿地本来の水質浄化機能を長期にわたって安定して維持できることから、結果として同一面積での浄化能力を飛躍的に向上させることができる効果がある。

請求項３に記載の発明によれば、内部に敷き詰める濾材の少なくとも一部に、炭、鉱物、人工物等の多孔質材を構成したので、被処理水に臭い成分や着色成分等が含まれている場合でも、これら臭い成分や着色成分等を前記多孔質材の濾材で吸着除去することができる。従って、被処理水に含まれる臭い成分や着色成分等を除去するため、例えばオゾン等を使用する専用の脱臭、脱色装置が不必要になる共に、上記オゾン等を使用する脱臭、脱色装置のように大量の電気を必要としないので、ランニングコストを安くすることができる。

請求項４に記載の発明によれば、砂泥分離と水生植物による生物的処理とを併用したことによって、汚濁水の水質浄化機能が一段と向上する利点がある。

請求項５に記載の発明によれば、汚泥貯留空間に堆積した汚泥を汚泥排出管をもって排出するようにしたので、汚泥の排出を一段と簡単に且つ効率よく行うことができ、特に請求項６に記載のように負圧吸引手段をもって汚泥を強制排出するようにすればその効果が一段と顕著となる。

請求項７に記載の発明によれば、汚泥排出管を使って人工湿地の濾材までも洗浄できるようにしたので、汚泥排出効率が一段と向上するとともに、濾材の清浄化によって人工湿地本来の水質浄化性能も一段と向上する利点がある。

図１〜５は本発明に係る湿地型水質浄化処理システムの好ましい実施の形態を示す図であり、特に図１はその概略平面図を、図２〜５は図１におけるＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線およびＤ−Ｄ線に沿った断面図をそれぞれ示している。

図１，２に示すように、本システムでの主体となる人工湿地（ウエットランド）１はコンクリート壁や防水シート等の不透水性（遮水性）のある周壁２および底壁３をもって矩形槽状のものとして構築されて地中に埋められている。そして、例えば河川から引き込んだ汚濁水を原水として流入口４から流入させる一方、その人口湿地１での水質浄化後の処理水を放流口５から再び河川に放流するようになっている。

人工湿地１の内部は互いに平行な複数の仕切り壁６，６…によって仕切られているとともに、各仕切り壁６，６…の一端部が互い違いとなるように交互に切除されていることから、これら複数の仕切り壁６，６…によって人工湿地１の流入口４側から放流口５側に向かって幾重にも蛇行した蛇行水路７が形成されていて、人工湿地１内での水の滞留時間を可及的に長く確保するように配慮されている。なお、各仕切り壁６，６…のうち部分的に切除された部分をもって形成された開放部６ａは水の流れが大きく方向転換する折り返し部に相当していて、その開放部６ａでの水路幅は他の部分よりも狭められている。

また、人工湿地１の内部は仕切り壁６，６…と交差するように交互に配置した複数の下部浸透板８，８…と上部越流板９，９…とによって細かく仕切られている。図３〜５から明らかなように、これらの下部浸透板８，８…と上部越流板９，９…は蛇行水路７を流れる水を堰止めてその人工湿地１での滞留時間を可及的に長くするためのものであり、下部浸透板８，８…はその下方側でのみ水の流通を許容し、逆に上部越流板９，９…はその上方側でのみ水の流通を許容することになる。したがって、人工湿地１内の水は流入口４から放流口５側に向かって流れる過程で、蛇行水路７に沿った水平浸透と下部浸透板８，８…や上部越流板９，９…を乗り越える際の鉛直浸透とを何回も繰り返すことになる。

図１，２に示すように、人工湿地１のうち流入口４に近い上流側の一部が前処理部１０となっているとともに、それ以外の部分が浸透部１１となっていて、同時に前処理部１０のほか浸透部１１のうち上流側の一部が汚泥貯留部１２となっている前処理部１０は図３にも示すように、汚濁度合いが大きな原水に含まれる汚泥を沈降させて積極的にその砂泥分離を促進し且つ汚濁度合いが高い原水を生物分解によって浄化してその汚濁負荷を軽減することを目的とするものであり、したがって前処理部１０では比較的目詰まりの少ない濾材（浄化メディア）１３として例えば繊維状や板状等のプラスチック濾材が収容される。一方、浸透部１１では図５に示すように多孔質の如き形態でその空隙度合いを大きく確保するために濾材１４として礫、砂利、粒状のプラスチック濾材、やし繊維のほかに、炭（木炭や竹炭等）、鉱物（ゼオライト等）、人工物（セラミック等）の極く小さい無数の小孔を有する多孔質材が使用される。上記炭、鉱物、人工物の多孔質材を使用することにより、水に臭い成分や着色成分等が含まれている場合でも、これら臭い成分や着色成分等を前記濾材で吸着除去することができる。上記炭、鉱物、人工物の多孔質材は、単独で使用しても、或いは礫、砂利、粒状のプラスチック濾材、やし繊維等に混ぜて使用しても良い。

上記前処理部１０のほか浸透部１１の一部を含んでなる汚泥貯留部１２では、図２〜４のほか図５に示すように底壁よりも上方位置に所定ピッチで設けたバー状の架台１５と網状もしくは格子状の受け板１６が設けられていて、これら架台１５と受け板１６とにより水と汚泥の通過を許容する中底１７が形成されている。これにより、前処理部１０や浸透部１２の一部を含む汚泥貯留部１２では実質的に二重底構造となっており、中底１７よりも下方に濾材１３や１４が落下しないようにその中底１７によって濾材１３，１４が支えられているとともに、底壁３と中底１７との間の空間が汚泥貯留空間１８となっている。そして、少なくとも浸透部１１には、人工湿地の周囲の生態系との整合性を保つべく例えばヨシ、ガマ、アヤメ、ショウブ等の水生植物２１を濾材１４に植え込んである。これにより、植物の栄養吸収効果による処理と濾材１４の泥砂捕集による濾過および生物学的水質浄化処理とが並行して行われることになる。

ここで、前処理部１０の長さや汚泥貯留部１２の長さは原水の汚濁度合いに応じてその増減が可能である。また、汚泥貯留部１２に相当する前処理部１０および浸透部１１の一部にはその複数箇所に汚泥確認孔として図６に示すような汚泥確認パイプ１９が設けられており、その先端を汚泥貯留空間１８に臨ませてある。これにより、ゾーンメーターや汚泥検知器をもって汚泥の堆積・貯留状態を観察・確認することができるようになっている。なお、汚泥確認パイプ１９の不使用時にはその上端開口部が図示しないキャップで塞がれて異物等の浸入を防止するようになっている。

したがって、本実施の形態の人工湿地１によれば、図１〜５に示すように流入口４から放流口５側に向かって汚濁水が流れる過程で、蛇行水路７に沿った水平浸透と下部浸透板８，８…や上部越流板９，９…を乗り越える際の鉛直浸透とが何回も繰り返されることで水質の浄化が行われる。特に、前処理部１０や浸透部１１の一部を含んでなる汚泥貯留部１２では相対的に水の汚濁度合いが大きいために濾材１３，１４による砂泥分離が促進されて、沈降により濾材１３，１４を通過した汚泥のみが下方の汚泥貯留空間１８に堆積することになる一方、浸透部１１では水が濾材１４を通過する際にその浄化が行われる。

ここで、先に述べたよう蛇行水路７の折り返し部すなわち各仕切り壁６，６…のうち部分的に切除された開放部６ａでその水路幅を他の部分よりも狭めているのは、折り返し部での流速を相対的に大きくしてその部分での汚泥の集中的な沈降滞留を回避するためである。

前処理部１０や浸透部１１の一部を含んでなる汚泥貯留部１２において、その汚泥貯留空間１８には汚泥排出管２０を設けてある。この汚泥排出管２０は図６，７に示すようにその先端部を複数の枝管２０ａ，２０ａ…に分岐させてあるとともに、汚泥貯留空間１８での開口面積を可及的に大きく確保するために枝管２０ａの先端面を斜めにカットして上向きに開口させてある。汚泥排出管２０の他端は図６に示すように人工湿地１の外部に引き出された上で、例えば負圧吸引手段であるバキューム車２２側の吸引ホースと接続可能なように所定の継手２３となっている。

したがって、人工湿地１の汚泥貯留空間１８に汚泥が堆積したならば、図６に示すように、人工湿地１を稼動させたままで上記のように汚泥排出管２０にバキューム車２２側のホースを接続した上で負圧吸引力にて強制排出すれば、人工湿地１内で分離回収された汚泥をきわめて効率よく排出することができる。もちろん、バキューム車２２等によらずに例えばサイフォン式等の自然式手法にて排出するようにしてもよい。

一方、図６に示すようにバキューム車２２とともにコンプレッサ２４を用意し、バキューム車２２による汚泥の強制排出に先立って、コンプレッサ２４から汚泥排出管２０の内部に洗浄媒体として圧縮空気を吹き込んで図６の汚泥貯留部１２相当部での濾材１３，１４を洗浄することが有効である。すなわち、図６，７に示すように汚泥排出管２０の先端開口部から上向きに圧縮空気を噴射して濾材１３，１４に付着している汚泥を洗い落とし、それらの汚泥が汚泥貯留空間１８に沈降するまで静置させる。そして、所定時間経過後に上記のようにバキューム車２２にて汚泥を吸引するようにすれば、濾材１３，１４の洗浄と汚泥の排出を続けて行うことができ、人工湿地１のより長期間の連続稼動が可能となる。

本発明に係るシステムの好ましい実施の形態を示す平面説明図。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面説明図。 図１のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図。 図１のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図。 図１のＤ−Ｄ線に沿う断面説明図。 図２の要部を拡大した機能説明図。 図６の要部平面説明図。

符号の説明

１…人工湿地
２…周壁（壁部）
３…底壁（壁部）
４…流入口
５…放流口
６…仕切り壁
７…蛇行水路
８…下部浸透板
９…上部越流板
１０…前処理部
１１…浸透部
１２…汚泥貯留部
１３，１４…濾材
１７…中底
１８…汚泥貯留空間
２０…汚泥排出管
２１…水生植物
２２…バキューム車（負圧吸引手段）
２４…コンプレッサ

Claims (7)

1. 汚濁水が供給される人工湿地の流入側から放流側に向かって幾重にも蛇行した水路を形成するとともに、その蛇行水路を汚濁水が流れる過程で水平浸透と鉛直浸透を反復させることで蛇行水路の放流側に向かって漸次汚濁水の浄化を促進するようになっていて、
   さらに、上記人工湿地の少なくとも一部において底部よりも上方位置に水および汚泥が通過可能な中底を設置して二重底構造とするとともに、その底部と中底との間の空間を汚泥貯留空間とし、
   この汚泥貯留空間に堆積した汚泥を人工湿地の下部から外部に排出可能としたことを特徴とする湿地型水質浄化処理システム。
2. 人工湿地は不透水性の壁部で仕切られた槽状のものであって、内部に濾材を敷き詰めた上でそれに水生植物を植えたものであることを特徴とする請求項１に記載の湿地型水質浄化処理システム。
3. 上記内部に敷き詰める濾材の少なくとも一部は、炭、鉱物、人工物等の多孔質材で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の湿地型水質浄化処理システム。
4. 蛇行水路のうち上流側の一部が砂泥分離を目的とした前処理部となっているとともに、それ以外の部分が浸透部となっていて、
   前処理部単独でまたは浸透部のうちその上流側の少なくとも一部が前処理部とともに二重底構造に基づく汚泥貯留空間を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の湿地型水質浄化処理システム。
5. 一端を汚泥貯留空間に臨ませた汚泥排出管の他端が人工湿地以外の部分に開口していて、この開口部から汚泥貯留空間の汚泥を排出するようになっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の湿地型水質浄化処理システム。
6. 汚泥排出管の他端開口部に負圧吸引手段を接続して、汚泥貯留空間の汚泥を負圧吸引力にて強制排出することが可能となっていることを特徴とする請求項５に記載の湿地型水質浄化処理システム。
7. 汚泥排出管の他端開口部からの汚泥の排出に先立って、その汚泥排出管を用いて汚泥貯留空間に洗浄媒体を吹き込むことにより、汚泥貯留空間の上方の濾材の洗浄が可能となっていることを特徴とする請求項５または６に記載の湿地型水質浄化処理システム。
   

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