JP4041901B2 - 湖沼水の浚渫方法及び浚渫システム - Google Patents

Description

本発明は、農業用ため池をはじめとする湖沼の部分浚渫に関する技術であり、特に、ポンプを用いて泥水を吸い上げ、その泥水を浄化して、底部に溜まったヘドロ等の堆積物を除去することにより浚渫する方法に関する技術である。

従来から農業用ため池の浚渫は、農閑期に水の流入を中断し、排水して空にした ため池から、パワーシャベル等の建設重機により泥砂を排出すると共に処分し、土木工事として浚渫することが常であった。

しかしながら、この方法によれば、ため池に生存している貴重な在来種の動植物は根こそぎ排除されるため絶滅し、生態系に大きな被害を与えることが問題視されている。

また、底泥には土砂やヘドロ以外にも一般ゴミ等を含んでおり、産業廃棄物として処分しなければならず、処理には膨大な費用がかかるため、次々に流入する土砂やヘドロ等の廃棄物が堆積するままに放置される場合が多く、埋没の危機にさらされているため池が多い。

そこでポンプにより部分的に泥水を吸い上げ、その泥水を陸上の浄化システムに流入させることにより、生態系を保護すると共に、効果的に底泥を排除することのできる部分浚渫方法及びその浚渫システムを提供することとした。

従来から知られているポンプには、図１に示すサンドポンプや図２に示すカッターポンプがある。また、既存のスラリーの吸排水用装置としては、水平に配置された破砕装置の上方にポンプが配置されることにより、ポンプに許容される寸法の破片を通過させるようにした装置が開示されている（特許文献１）。

そして泥水を浄化する方法として、植物による浄化が知られるところである（特許文献２）。植物の生態系浄化作用を利用して汚濁成分含有水から汚濁成分を除去する方法であって、充填材を入れることにより、内部にろ床を形成した多孔容器を複数準備し、植物を一株又は数株に小分けし、小分けした植物を各多孔容器のろ床に植栽し、植物が植栽された複数の多孔容器を所定形態に配置して、各ろ床に対して汚濁成分含有水を通水することを特徴とする方法が開示されている。

特開２０００−３０３７７０号公報 特開２００５−４６７６８号公報

しかしながら、図１に示すサンドポンプを用いて底泥を吸い上げようとすると、水生植物の根に代表される繊維質のゴミをはじめ、ビニール等の廃棄物がストレーナーの穴を通り抜けてしまい、羽根車に絡まって作動不能になるという問題点があった。また砂泥が堆積している底部深くに吸込口を差し込まなければ砂泥を吸い上げることができないとともに、あまりにも深く差し込むと、吸い上げる泥水のＳＳが大きくなり、ホースの閉塞を生じるという問題もあった。

一方、図２に示すカッターポンプを用いて底泥を吸い上げようとすると、繊維質のゴミは裁断されるが、空き缶等がすっぽりと嵌ってしまい、吸い上げが不能になるという問題点があった。

また、カッター部を水平に設けた特許文献１の装置は大きくなりすぎるため、農業用ため池の部分浚渫に用いるものとしては導入に費用がかかりすぎるという問題点があった。さらに、特許文献１の装置では複数のカッターが所定間隔をあけて円管ドラムに配置され、刃が回転することで大きな異物を破砕する構造を採用しているので、農業用ため池の表面に浮き、自由に水面を自走することによって部分浚渫を行なうポンプとしては、破砕装置が大きく、水面に浮くためにはフロートが大きくなり、装置が過大になる、という問題点があった。

そして、ポンプで吸い上げた泥水を浄化する方法として特許文献２記載の方法を用いると、植物と充填材がモジュールとして一つになっているので、植物が枯れた時には充填材と植物を別々にすることが必要になり、煩雑であるという問題点があった。

そこで本発明では、上記課題を解決するために、以下の手段を採用することとした。

（１）（i）ポンプケーシング内に収容される羽根車下方に配置された吸込部に破砕機構を設けるとともに前記破砕機構下部に撹拌羽根を設けた撹拌破砕ポンプ装置と、（ii）前記撹拌破砕ポンプ装置により汲み上げられた泥砂を含む湖沼水から砂を沈殿させるための第一水槽と、（iii）ガラスを微粉砕し添加剤を混合した後に溶融発泡させて得られる濾過材を、上向流濾過槽と下向流濾過槽内の湖沼水に浮遊させ、第一水槽において砂が除去された湖沼水から泥を除去するための固液分離装置と、(iv)水生植物を植栽し当該植物の根に泥を絡ませることにより、前記固液分離装置において泥が除去された湖沼水から更に泥を除去するための第二水槽と、(v)分離された泥を好気化し腐葉土として再利用可能とするための底泥濃縮槽と、を備えたことを特徴とする湖沼水の浚渫システム。

（２）撹拌破砕ポンプ装置に、（i）水面移動のためのフロートと、（ii）底面まで下げるための昇降手段と、を設けたことを特徴とする（１）記載の湖沼水の浚渫システム。

（３）ポンプケーシング内に収容された撹拌羽根により湖沼底部の泥砂を巻き上げるとともに水中異物を破砕機構により破砕する撹拌破砕ポンプ装置により湖沼水を汲み上げ、第一水槽を通過させて前記湖沼水の砂を沈殿させた後、ガラスを溶融発泡させて得られる濾過材を上向流濾過槽と下向流濾過槽内の前記湖沼水に浮上させてなる固液分離装置により泥を除去すると共に、水槽内に水生植物が植栽された第二水槽を通過させることにより泥を除去し、しかる後、湖沼に湖沼水を再流入させるとともに、除去した泥を底泥濃縮槽にて好気化し腐葉土として再利用することにより湖沼底泥の除去を行なうことを特徴とする湖沼水の浚渫方法。

（４）撹拌破砕ポンプ装置に、水面移動のためのフロートと、底面まで下げるための昇降手段と、を設けて湖沼を部分的に浚渫可能としたことを特徴とする（３）に記載の湖沼水の浚渫方法。

従来では湖沼の底泥を根こそぎ廃棄する浚渫方法が行われ、自然環境を破壊してきたが、本発明では自然環境をそのままにして部分浚渫を可能にしている点で、環境破壊をすることがなく、これからの環境配慮型の浚渫方法として画期的な発明である。

本発明では既存のポンプのサイズを維持することにより、フロートポンプとして採用しても、フロートポンプシステム全体の大きさが過大になることがない。そのため水面を移動することによって、部分浚渫を可能としている。そしてフロートポンプシステムは４ｔトラックの荷台に積載可能であるため、フロートポンプシステムの移動や設置が容易である。

また、従来のカッターポンプとサンドポンプの問題点を克服しつつ、それぞれのポンプの長所は残したポンプ構造としており、植物の絡まりを防ぐとともにゴミ等の吸い込みを防ぐ構造を採用したため、効果的に泥水のみを吸い上げることのできるポンプを提供することができる。つまり、撹拌羽根を取り付けたことにより、撹拌により巻き上がった底泥と水を同時に吸引することができるので、砂泥を効果的に採取できるとともに、泥水のＳＳが高いことによるホースの閉塞を抑えることができる。

加えて、吸引した泥水を浄化するために、砂と泥を別々に採取できるように第一水槽と第二水槽を設け、第一水槽で砂を沈殿させた後に第二水槽では植物によってヘドロ等の底泥を除去する方法とした。これにより回収される砂は洗い砂として再利用可能であり、泥も腐葉土として再利用可能であるので、従来、廃棄物として処理されていたものを再利用できる点で有用である。

植物の根にヘドロ等の汚濁物質からなる底泥を付着させることにより、植物を植え替えるだけで浄化システムのメンテナンスをすることができる。特に植物の根の代わりに剪定枝あるいは破砕済みの繊維質の植物を用いることによって、使用後の植物はそのまま腐葉土として再利用することができ、メンテナンス作業も容易である。このように従来は廃棄物であった底泥を再利用することにより、処分の費用を削減するとともに、腐葉土も得ることができる。

さらに、第一水槽によって砂を沈殿させた後に固液分離装置を通過させることにより、本システムにおける泥の除去能力を高めることができる。固液分離装置にはガラスを微粉砕し添加剤を混合した後に溶融発泡させて得られる濾過材を用いているが、その成分はシリカ（ＳｉＯ_２）や炭酸カルシウム（ＣａＯ_３）であるので、濾過材が磨耗した場合でも、泥と一緒に処理することができ、廃棄物とならない。さらに濾過材同士が重なり合い生じる空隙部分で泥を捕捉することを目的としているので、濾過材自体が飽和したとしても、濾過材を交換する手間がない。つまり摩擦による消耗によってのみ濾過材の補充を必要とするのでメンテナンスが容易である。

本発明に係る部分浚渫方法及びその浚渫システムについて、図３乃至図６を用いて説明する。まず本発明に係る浚渫システムの作動の流れについて図５のフローチャートを用い説明する。湖沼等の底面に溜まった底泥を、撹拌破砕ポンプ装置を用いて撹拌しながら吸い上げる。そして第一水槽に配送し、砂を沈殿させた後、固液分離装置に流入させる。固液分離装置において濾過材を用いて泥を除去し、さらに第二水槽に流入させ、泥を植物の根に絡ませることによって泥を除去し、こうして砂と泥が除去された浄化水は湖沼に戻される。このように湖沼と浚渫システムとの間を循環させることによって、湖沼を部分的に浚渫することができる。

本部分浚渫システムの最も好ましい実施形態は、撹拌破砕ポンプ装置を水面に浮かべることにより移動可能に配置することであり、図４に示すようにフロートポンプシステム１と、陸上に設置してある図６に示す浄化システム２０からなる。図３はフロートポンプシステム１に搭載される本発明に係る撹拌破砕ポンプ装置を示す断面図である。撹拌破砕ポンプ装置２は、羽根車１２及びカッター１３、撹拌羽根１４を回転させるためのモータ（図示しない）を有する。モータにより羽根車１２を回転させるとその吸引作用により、泥水が吸い込まれる。羽根車１２の下には破砕機構としてのカッター１３が設けられているので、繊維質のゴミ等はカッターによって切断され、羽根車１２への絡まりが防止される。又、空き缶等のゴミが吸込部に嵌らないよう、カッターの下部には撹拌羽根１４が設けられている。つまりこの撹拌羽根１４が回転して下向き水流を発生させ底泥を巻き上げるので、吸込部から巻き上げられた泥と共に水を吸い込むことができるとともに、空き缶等の大きい廃棄物を吸い込むことがなくなるのである。

こうして吸引された泥水は図４に示すホース１５を通って、図８に示す陸上の浄化システムである第一水槽２１に配送される。配送された泥水は、第一水槽２１に流入し、第一水槽２１で泥水が滞留している間に粒径の大きい砂のみが沈殿する。沈殿した砂は洗い砂として回収でき、埋め戻し又はコンクリート原料等の素材として再利用が可能である。尚、第一水槽２１の前にスクリーンを設けて、破砕したビニール等のゴミを駆除することが望ましい。

第一水槽２１から流出した泥水は固液分離装置３に流入させる。固液分離装置には、ガラスを微粉砕し、発泡剤等の添加剤を加えて焼却炉で溶融発泡させて得られる濾過材３１を使用する。本濾過材３１は建築・土木材料として使用されており、例えば軽量盛土工法や、軟弱地盤対策工法に用いられてきた材料である。浄化処理に用いられたことはなかったものの、本発明者は本材料が軽量であることに目をつけ固液分離装置３の濾過材３１として使用した結果、濾過材３１の表面は多孔質なためざらざらしていることと相俟って、泥の捕捉が良好な結果となった。

図６に示すように、固液分離装置３は上向流濾過槽３Ａと下流向濾過槽３Ｂと、流出部３Ｃと、濾過材３１と、からなる。上向流濾過槽３Ａと下流向濾過槽３Ｂは上部でストレーナー３２により連結されている。そのため水は上向流濾過槽３Ａを上昇し、ストレーナー３２を通って下流向濾過槽３Ｂに入り、下降して泥が沈殿した後、流出部３Ｃを再度上昇して、第二水槽２２もしくは湖沼へ流入される。

濾過材３１は軽量であるので水に浮くことから、上向流濾過槽３Ａの下部から湖沼水を流入させ、上向流濾過を行なうことができる。そしてストレーナー３２を通り抜けた湖沼水を下流向濾過槽３Ｂへと流入させて下向流濾過を行なうこともできる。泥は濾過材３１の多孔質部分で捕捉されるのみならず、濾過材３１の重なった部分に生じる間隙部分で捕捉される。つまり、濾過材３１自体の吸着能力が飽和したとしても、浮力がある限り濾過材３１としての役割を果たすので、濾過材３１を交換したり、逆洗をしたりする手間が省略できる（無論、逆洗をしても差し支えない）。 又、濾過材３１の成分はシリカ（ＳｉＯ_２）や炭酸カルシウム（ＣａＯ_３）であるので、濾過材３１が磨耗した場合でも、泥と一緒に処理することができ、廃棄物とならない。

上向流濾過槽３Ａ及び下流向濾過槽３Ｂの下部には泥及び磨耗した濾過材３１が堆積することになるので、所定の泥が堆積した段階で底部に設けられているバルブより泥を排出する。尚、排出された泥は図６に示すように、底泥濃縮槽４へ流入される。底泥濃縮槽４も傾斜されておくことが好ましく、上澄液は湖沼へ再流入させることが望ましい。この槽にて堆積させ好気化し腐葉土として利用することができる。

固液分離装置３を用いて濾過した場合のＳＳ濃度測定結果を表１に示す。

流入濃度は10,000ｍｇ／ｌ弱、滞留時間１．２時間であるが、９５％弱のＳＳ除去率を示した。固液分離装置３内の底泥の堆積が過剰になると、濾過能力が落ちるので、底泥の引抜きは一日４回行うことが望ましい。

次に第二水槽２２について図８を用い説明する。第二水槽２２は泥水が自然に流下するよう、水流方向に下向きに傾斜させることが望ましい。第二水槽にはクレソン、セリ、ミント、ウォーターレタス、サンショウモ、タヌキモ、ハイドロリザ等の水生植物２３が植栽されており、その根によって泥水内のヘドロ等の底泥からなるＳＳが濾し取られる。つまり、植物の根にヘドロ等の底泥が吸着し、泥水の脱リン、脱窒がなされるので、第二水槽を通過した水はヘドロ等の砂泥が除去された浄化水として湖沼に戻され、こうして湖沼水が浚渫システムと湖沼とを循環する際に底泥が除去されることにより、部分的に浚渫される。このシステムにより、８〜９割のＳＳを除去することができる。これによって環境破壊をすることなく湖沼の底泥を部分的に浚渫することができる。

尚、第二水槽で植物に吸着したヘドロ等の底泥は植物とともに回収され、植物を間引いた後、底泥を空気酸化させると良質の腐葉土になる。空気酸化させる手段としては自然乾燥などの手段を用いることができる。無論、乾燥機や脱水機によって乾燥させてもよい。間引いた植物は家畜の餌にすることも可能であるし、食用の植物であれば食材としての利用も可能である。

次にフロートポンプシステム１について図４を用いて詳細に説明する。図４はフロートポンプシステムの概要図である。撹拌破砕ポンプ装置２は水面に浮かび、湖沼の水面の何処へでも到達可能なようにフロート１７と共に設置されている。フロート１７は例えばφ２００ＶＰ管のポリタンク製のフロートを用いることにより、水深の浅い場所においてフロートが底面に接触し、稼動の邪魔になることなく、ポンプの安定を図ることができる。そしてフロート１７はフレーム１９によって固定されることによってフロートポンプシステム１が水面を安定して稼動することができる。

また、フロートポンプシステム１のバランスを保ち、撹拌破砕ポンプ装置２の揺れを防止するためにポンプガイド１８を設けている。概ねポンプガイド１８の大きさは縦７０ｃｍ、横４０ｃｍ、奥行き６０ｃｍである。

水深が大きい場合、底泥を掘削するために撹拌破砕ポンプ装置２を昇降させるための昇降手段１６が設けられており、例えばチェーンブロックを用いることができる。底泥の深くまで撹拌破砕ポンプ装置２を下げるとＳＳの濃度が高すぎてポンプの閉塞を起こすので、昇降手段１６により適宜調整を行なう。

本発明に係る部分浚渫方法及びその浚渫システムの実施例について、図７のフローチャートを用い説明する。本実施例は泥の処理を第二水槽のみによって行なうことを特徴とする実施例である。まず、湖沼等の底面に溜まった底泥を、撹拌破砕ポンプ装置を用いて撹拌しながら吸い上げる。そして第一水槽に配送し、砂を沈殿させた後、水生植物が植栽されている第二水槽に流入させる。第二水槽において泥を植物の根に絡ませることによって泥を除去し、こうして砂と泥が除去された浄化水は湖沼に戻される。このように湖沼と浚渫システムとの間を循環させることによって、湖沼を部分的に浚渫することができる。本実施例についても撹拌破砕ポンプ装置を水面に浮かべることにより移動可能に配置することが好ましい。尚、フロートポンプシステム１及び第一水槽２１、並びに第二水槽２２の構成は上述の通りである。

図９は第二水槽２２の植物２３の代わりに剪定あるいは破砕した木枝２４を用いて泥水から泥を除去する方法に関する図である。第二水槽２２内に木枝２４を水流に対して直角となるよう畝を設けて泥水を浄化するものである。畝の数は吸引した泥水のＳＳに応じて設ければ良い。剪定あるいは破砕した木枝２４がヘドロ等の底泥を濾し取り、撹拌破砕ポンプ装置２から吸引した泥水のＳＳを下げることができる。剪定あるいは破砕した木枝２４として、桜、ヒノキ、スギ、マツ、ブナ等があるが、植物の種類は問わない。そのためケナフやヨシ等の繊維質の草でも可能である。剪定あるいは破砕した木枝２４とそれに絡まったヘドロ等の底泥は共に空気酸化させることによって良質の腐葉土となる。この実施例によれば、第二水槽に植物を植えて浄化を行なう方法と比較して、植物の根に絡みついたヘドロ等の底泥と植物を間引く手間がないので、簡便な処理ができる。

フロートポンプシステム１は遠隔操作が可能なようにセンサの受信部を備えていることが望ましい。この受信部によって陸上からの信号を受け撹拌破砕ポンプ装置２の水面からの位置を制御するとともに、昇降装置１６を作動させることができる。さらにフロートポンプシステム１の推進装置を取り付けて、陸上からの信号によってフロートポンプシステム１の位置を制御することもできる。

さらにはフロートポンプシステム１を自走式にすることが望ましいので、太陽光発電システムやＧＰＳを搭載し、フロートポンプシステム１の位置や撹拌破砕ポンプ装置２の昇降位置を制御することもできる。

従来のポンプであるサンドポンプを示す断面図である。 本従来のポンプであるカッターポンプを示す断面図である。 本発明に係る撹拌破砕ポンプ装置を示す断面図である。 フロートポンプシステムの概要図である。 本発明の部分浚渫システムのフローチャートを示す図である。 固液分離装置の説明図である。 本発明の実施例１のフローチャートを示す図である。 本発明の実施例１を示す図である。 本発明の実施例２を示す図である。

符号の説明

１ フロートポンプシステム
２ 撹拌破砕ポンプ装置
１２ 羽根車
１３ カッター
１４ 撹拌羽根
１５ ホース
２０ 浄化システム
２１ 第一水槽
２２ 第二水槽
２３ 水生植物
２４ 木枝

Claims (4)

1. ポンプケーシング内に収容される羽根車下方に配置された吸込部に破砕機構を設けるとともに前記破砕機構下部に撹拌羽根を設けた撹拌破砕ポンプ装置と、
   前記撹拌破砕ポンプ装置により汲み上げられた泥砂を含む湖沼水から砂を沈殿させるための第一水槽と、
   ガラスを微粉砕し添加剤を混合した後に溶融発泡させて得られる濾過材を、上向流濾過槽と下向流濾過槽内の湖沼水に浮遊させ、第一水槽において砂が除去された湖沼水から泥を除去するための固液分離装置と、
   水生植物を植栽し当該植物の根に泥を絡ませることにより、前記固液分離装置において泥が除去された湖沼水から更に泥を除去するための第二水槽と、
   分離された泥を好気化し腐葉土として再利用可能とするための底泥濃縮槽と、を備えたことを特徴とする湖沼水の浚渫システム。
2. 撹拌破砕ポンプ装置に、水面移動のためのフロートと、底面まで下げるための昇降手段と、を設けたことを特徴とする請求項１に記載の湖沼水の浚渫システム。
3. ポンプケーシング内に収容された撹拌羽根により湖沼底部の泥砂を巻き上げるとともに水中異物を破砕機構により破砕する撹拌破砕ポンプ装置により湖沼水を汲み上げ、第一水槽を通過させて前記湖沼水の砂を沈殿させた後、ガラスを溶融発泡させて得られる濾過材を上向流濾過槽と下向流濾過槽内の前記湖沼水に浮上させてなる固液分離装置により泥を除去すると共に、水槽内に水生植物が植栽された第二水槽を通過させることにより泥を除去し、しかる後、湖沼に湖沼水を再流入させるとともに、除去した泥を底泥濃縮槽にて好気化し腐葉土として再利用することにより湖沼底泥の除去を行なうことを特徴とする湖沼水の浚渫方法。
4. 撹拌破砕ポンプ装置に、水面移動のためのフロートと、底面まで下げるための昇降手段と、を設けて湖沼を部分的に浚渫可能としたことを特徴とする請求項３に記載の湖沼水の浚渫方法。

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