畑の一次排水水質向上浄水装置

本発明は生態形排水方式で圃場の地下水位を調節し、圃場の一次排水の中の窒素、リン及び有機物の含有量を削減し、排水受けに対する排水による汚染を軽減し、畑圃場過湿地の排水に適する畑の一次排水水質向上浄水装置に関する。本発明は畑の排水及び圃場ノンポイントソース制御の技術分野に属する。

中国で、農業生産の急速な発展には農業に対する投入が必要であるが、農薬及び化学肥料の大量の施用が、ノンポイントソースの流失の負荷の向上の原因である。江蘇太湖地区農業科学研究所の実験によると、同等の降雨強度で、小麦畑の前期窒素施用量が215kg/hm²である場合、雨に濡れて損失する総窒素が窒素施用総量の15%程度であり、窒素施用量が225kg/hm²に達する場合、雨に濡れた損失が30%以上になるそうである。降雨流出及び従来の圃場排水は畑の大量の化学肥料及び農薬が流失して地表水に入ること並びに川や湖の水質悪化の原因となる。

普通、畑の排水は主な働きが過湿地の排水及びアルカリ土壌の土地の排水である。過湿地の排水は働きが圃場土壌の中の余った水分を排除することであり、一定期間内に多すぎた地表水を排除し、高すぎた地下水位を低くし、土壌を適切な水気割合とし、作物の正常な成長及び高い収穫量の需要を満たすことが必要である。アルカリ土壌の土地の排水の働きは、地下水位を制御したり、適時に多すぎた地表水及び地下水を排除したり、塩分が土壌の表面に集中することを防止したり、アルカリ土壌の土地を改良したりすることなどである。

中国で、畑に圃場内の排水路があるのは普通である。このような圃場内の排水路は農事の需要に応じて仮に掘られるものであり、効果的に圃場の地下水位を制御できない上、排水の場合、排水中に濃度の高い泥、砂、窒素、リン、農薬及び有機物などの汚染物質が含まれる。このような汚染物質は直接に河川に排出され、最終的に地表水を汚染するものとなる。

従来、圃場の一次排水口に制御装置を設置して圃場の地下水位を調節し排水の品質を浄化するための発明はあまりない。中国特許CN100485131Cでは圃場排水排漬制御箱及び表層水自動制御システムを開示した。主に圃場の表層水を制御し、制御箱に充填された生物膜が形成しやすい吸着材に窒素、リン栄養元素に対する決まった吸収力があるが、水流が大きすぎた場合に当該制御箱が移動しやすく、長期に使用されてから窒素リンに対する捕獲及び浄化の効果が降下し、耐用期間が短い。

本発明では畑の一次排水水質向上浄水装置を提供し、前記の畑の一次排水汚染制御の課題について畑間の排水路の末端と外排水路との連結場所に水質向上浄水装置を設置して、圃場の地下水位を調節したり、圃場の排水中の窒素及びリンの濃度を制御したりして受納水体富栄養化の程度を軽減するという目的に達成するようにするということを目的にする。

本発明では圃場内の排水路の末端に、かつ、前記排水路の上端よりも低い位置に、プラスチック製コルゲート管を備え、前記プラスチック製コルゲート管は、上流端にプラスチック製網口と順調な排水を保持するための保守カバーとが設置され、前記プラスチック製コルゲート管の上流側の管は前記排水路の底部よりも低い位置まで鉛直方向に配置され、前記プラスチック製コルゲート管の下流側の管は前記排水路の底部よりも低い位置において前記上流側の管と95°をなす角度で、かつ、あぜを貫通するように配置され、前記下流側の管の末端は外排水路内に設置されたスチールメッシュボックスに接続され、前記スチールメッシュボックス内には、生物填材が収容された生物填材球が複数充填され、前記スチールメッシュボックスの周りが水流の衝撃を防止し水をろ過する砕石で囲まれていることを特徴とする、畑の一次排水水質向上浄水装置を提供する。

1)水質浄化の効果が良好であり、浄化装置のプラスチック製網により体積の大きな汚染物質を阻止し、砕石によりスチールメッシュボックスの排水及び入水をろ過し、垂直管路に曝気の機能があり、排水の垂直落下による曝気は、溶解酸素を増加して微生物の成長及び分解に有利に働き、生物填材球が圃場排水の中の窒素、リン及び有機汚染物の含有量を減少させるものである。

2)効果的に圃場の地下水位を調節し、充分に元からある圃場あぜ、圃場内の排水路及び外排水路を利用し、構成設計が合理的であることにより生態工程のために広い敷地が必要であるという課題を解決した。

3)定期に保守カバーを開いて詰りに対応でき、順調な排水を妨害しなく、水質浄化装置が畑の一次排水排出工程中に結合し、生態形排水方式を形成し、建設工事が少なく、農業生産の構成を変えない。

4)圃場内の排水路及び排水口の整備に有利であり、工事の建設コスト及び保守コストが安く、稼働、制御及び保守が簡単であり、普及し易い。

水質向上浄水装置設置断面図

生物填材球の図

水質向上浄水装置設置の平面図

スチールメッシュボックスの図

次に図により本発明について詳細に説明する。

図1のとおりに、導水管として圃場内の排水路の末端に垂直にプラスチック製網口1のあるプラスチック製コルゲート管2があり、前記の管径が20cm、30cm又は40cmのいずれかであり、排水路の底部より20cm下で95°方向を変えて、水平位置から5°傾斜させてあぜから貫通して外排水路に入るようにすることことで、水が滞留することなく自流するようにし、排水が垂直管で落ちることによって曝気される。プラスチック製網口1は垂直プラスチック製コルゲート管の上部にあり、半円の曲面があり、プラスチック製網口のメッシュが1cm×1cmの正方形であり、プラスチック製網口の底部が圃場内の排水路の底部より15cm高く、水位調節用であり、地下水位が高すぎた場合、圃場内の排水路の水面が上昇し、圃場の一次排水がプラスチック製網口を経て水質向上浄化装置に入ってから排出し、プラスチック製網口がグレーチングとして働き、体積の大きな雑物を阻止する。プラスチック製コルゲート管2は管径が30cmであり、上端が排水路の上端より5cm低く、排水路の底部より20cm下で95°方向を変えて、あぜから出て外排水路に入り、生物填材8が収容された生物填材球3でいっぱいに充填されたスチールメッシュボックス4と連結する。スチールメッシュボックス4は開くことができ、寸法が50cm×40cm×40cmであり、底部及びスチールメッシュボックス4とプラスチック製コルゲート管との連通面が外排水路の溝壁としっかり隣り合っていて、プラスチック製コルゲート管2との連通面以外の3側面が適切な大きさの砕石5を積み重ねて囲まれ、スチールメッシュボックスの安定性を保証すると同時に、砕石によりスチールメッシュボックスの排水及び入水をろ過し、スチールメッシュボックスが水流によって押し流され移動するのを防止する。垂直プラスチック製コルゲート管の上部口に円錐形の保守カバー6を設置してプラスチック管の荷重を軽減し、底部直径がプラスチック製コルゲート管の径より大きく、高さが5cmであり、定期の詰り対応に用いられ、順調な排水を保証する。

図2のとおりに、前記の生物填材球3はポリオレフィン・プラスチック製の球形の骨組枠及びポリウレタンのような表面積の大きな生物填材からなり、圃場の一次排水の中の窒素、リン及び生物分解の容易な有機物の浄化に用いられ、生物填材球の直径が6cmである。

図3のとおりに、畑の内に圃場内の排水路があり、その末端が外排水路としっかり隣り合っているあぜへ通じ、当該外排水路としっかり隣り合っているあぜの横断面が梯形であり(図1)、スチールメッシュボックス4とプラスチック製コルゲート管2との連通面が梯形のあぜ外壁としっかり隣り合っていて、他の3側面及び底部が砕石を積み重ねて囲まれている。水質向上浄化装置は構成設計が合理的であり、充分に元からある圃場あぜ、圃場内の排水路及び外排水溝を利用して生態形排水口として働く。本実例において、外排水路の底は圃場内の排水路の底部より少なくとも40cm低い。

図4のとおりに、前記のスチールメッシュボックス4は開くことができ、生物填材球の交換に便利であり、寸法がプラスチック製コルゲート管径及び外排水路の幅に応じるものであり、50cm×40cm×40cmまたは60cm×50cm×50cmなどに設計でき、スチールメッシュの孔径が生物填材球の直径以下である。スチールメッシュボックス4に生物填材8の収容された生物填材球3が充填された。

本発明の実施により、地下水位が高すぎた場合または地表水が多すぎた場合、圃場内の排水路の水面が上昇し、排水がプラスチック製網口を経て水質向上浄化装置に入ってから適時排出すると同時に、排水の中の大きな雑物がプラスチック製網口に阻止され、排水が垂直管で落ち、曝気し、溶解酸素を増加してから生物填材球を経て、N、P栄養元素及び有機汚染物などの負荷が効果的に軽減し、水質浄化の目的を達成できる。地下水位が一定の高さに達していなく、圃場内の排水路内の水面がプラスチック製網口以下にある場合、排水しない。浄化装置が一定期間稼働して生物浄化球上の生物膜が劣化したら、便利にスチールメッシュボックスを開いて生物浄化球の整備を行うことができる。保守カバーを定期に開いて保守して詰りを防止し、順調な排水を保証することができる。

プラスチック製網、プラスチック製コルゲート管、生物填材球、スチールメッシュボックス、砕石及び保守カバーを利用して圃場排水路の末端に垂直にプラスチック製網口のあるプラスチック製コルゲート管を設置し、プラスチック製コルゲート管の上端が排水路の上端より少し低く、プラスチック製コルゲート管が排水路の底部より低い適切な位置で95°に方向を変えてあぜから出て外排水路に入り、生物填材球がいっぱいに充填されたスチールメッシュボックスと連結し、スチールメッシュボックスの周りを適切な大きさの砕石で囲んで水流の衝撃を防止し、水をろ過し、垂直なプラスチック製コルゲート管の上口に保守及び導水管の詰りの防止のためのカバーを設置する。プラスチック製網口は垂直プラスチック製コルゲート管の上部にあり、半円の曲面があり、底部が適切な距離で圃場内の排水路の底部より高く、水位調節用であり、地下水位が高すぎた場合または地表水が多すぎた場合、圃場内の排水路の水面が上昇し、排水がプラスチック製網口を経て水質向上浄化装置に入ってから適時排出すると同時に、排水の中の大きな雑物がプラスチック製網口に阻止され、N、P栄養元素及び有機汚染物などの負荷が、生物填材球を経て効果的に削減できる。地下水位が一定高さに達していなく、圃場内の排水路内の水面がプラスチック製網口以下にある場合、排水しない。浄化装置は一定期間稼働して生物浄化球上の生物膜が劣化したら、便利にスチールメッシュボックスを開いて生物浄化球の整備を行うことができる。

1・・・プラスチック製網口 2・・・プラスチック製コルゲート管 3・・・生物填材球 4・・・スチールメッシュボックス 5・・・砕石 6・・・保守カバー 7・・・球形の凸形骨組枠 8・・・生物填材