発明の詳細な説明

本発明は、中水製造装置及び中水活用システムに関する。

本発明は、都市部に蓄積する汚濁水の有効な浄化とヒートアイランド現象を緩和させることができる中水製造装置及び中水活用システムに関する。

未処理の台所排水などの生活雑排水は、河川や閉鎖性水域の汚濁源として問題になっている。 また、道路等から降雨時に発生する汚濁分、いわゆる面源負荷が閉鎖性水域の富栄養化を進める汚濁源として問題になっている。

本発明者らは、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量、以下単にＢＯＤと記す。）、ＣＯＤ（化学的酸素要求量、以下単にＣＯＤと記す。）、Ｔ−Ｎ（総窒素、以下単にＴ−Ｎと記す。）、Ｔ−Ｐ（総リン、以下単にＴ−Ｐと記す。）の同時浄化が可能な傾斜土槽を利用した水質浄化装置を既に提案している（例えば、特許文献１，非特許文献１及び２参照。）。

この傾斜土槽を利用した水質浄化装置は、水質浄化活性が高い土壌表層を薄く切りとって利用するもので、緩やかに傾斜した底面を有する傾斜土槽（薄層容器）が用いられ、この薄層容器は、傾斜方向に交叉する方向に遮水板が立設され、傾斜面の最下部に流出口が配設されている。

このような薄層容器は、開放された雰囲気内に配置され、薄層容器に流入した汚水が浸透流下する間に、処理原水が開放された条件での好気条件と、遮水板により遮水されて形成された湛水部での嫌気条件で浄化される。

ここで、この薄層構造は、ばっ気装置が不要、積み重ねによるコンパクト化が可能であるという作用効果をもたらし、底面の傾斜は、水道の目詰まり対策、部分的な目詰まり部位は越流、流れの方向付け、好気・嫌気等任意の部位を流れるようにするという作用効果をもたらしている。 また、遮水板は、底部に湛水部をつくることで、滞留時間の増加、嫌気的条件の形成と強化、水平方向の偏流防止を行うという作用効果をもたらしている。

これにより、このような水質浄化装置によれば、供給された処理原水は、土壌間隙中を浸透しつつ自然流下されながら土壌生態系の作用により省エネルギー的に連続的に浄化される。 一部分で土壌の目詰まりが発生しようとしても槽が傾斜されているので、目詰まり部位を越流するので目詰まりが起こりにくい。

また、傾斜底面からみず道を遮水する遮水壁が立設されているので、処理原水は、みず道に沿って流下されるが、この遮水壁によりみず道が遮水されて滞留部が形成される。 この滞留部では処理原水が滞留しているので嫌気条件が保たれ、嫌気性浄化が行われる。 これにより、傾斜土槽上部の好気性浄化と組み合わせることにより、通常の土壌処理では困難であった窒素成分の除去まで行うことができ、省エネルギー的な浄化により三次処理された処理水が得られる。 滞留部をオーバーフローした処理原水は、この段階では、好気条件下での水質浄化が行える。

これにより、人工下水を用いた浄化実験の結果により、上述の傾斜土槽を用いた汚水浄化では、汚水に含まれるＳＳ（汚濁物質、以下、単にＳＳと記す。）、ＢＯＤ、ＣＯＤ、Ｔ−Ｎ、Ｔ−Ｐが同時に浄化されることが実証されている。 そして、この充填材料を入れた薄層容器は傾斜土槽と呼称され、この浄化方式を傾斜土槽法と呼称されている。

一方、都市部は周辺部に比べて気温が高い、いわゆるヒ−トアイランド現象が起きている。 このヒ−トアイランド現象によって、都市部ではさらに多くの冷房と冷房のためのエネルギ−が必要となり、この冷房に係る廃熱がさらにヒ−トアイランド現象を加速する悪循環に陥っている。 また、阪神淡路大震災では、防火用水の不足が災害の被害を拡大したと報じられ、都市部では、このような災害対策として利用できる中水の貯留施設も要望されているが、中水の貯留システムとしては、建築物の屋根などを利用して集水された雨水の中水利用システム程度であり、その普及は充分ではない。

特許第３０７６０２４号明細書

生地正人ほか(2002),「傾斜土槽法による生活雑排水処理」、Vol.３１、No.１２，環境技術 生地正人ほか(2003),「エコシステムとしての傾斜・土壌活用浄化技術の開発と評価」、第６回日本水環境学会シンポジウム講演集

河川や閉鎖性水域の汚濁源を解決すべき手法として上述の傾斜土槽法は、有効な提案ではあるが、この提案のみで河川や閉鎖性水域の汚濁源としての問題をすべて解決しているわけではない。 依然として、未処理の台所排水などの生活雑排水が河川や閉鎖性水域の汚濁源として問題になっている。 また、道路等から降雨時に発生する汚濁分、いわゆる面源負荷が閉鎖性水域の富栄養化を進める汚濁源として問題になっている。

また、都市部では、ヒートアイランド現象の進行は深刻な問題であり、また、防災用水の貯留施設も要望量に対しては不足している。

そこで、本発明の課題は、公共用水域の汚濁と富栄養化を防止すると共に都市部のヒートアイランド現象の抑制を図ることができる大容量の中水製造装置及び中水活用システムを提供することである。

本発明者は、特許文献１又は非特許文献１又は２に開示される傾斜土槽を道路、公園などの施設の下に配設し、道路、公園などの施設として、透湿性の平面材料を用いれば、傾斜土槽の作用により、処理原水からの中水製造が可能であるとともに、同時に傾斜土槽の表面から透湿性の平面材料を透湿して水蒸気が蒸散されて平面材料の温度が低下するので、ヒートアイランド現象が抑制できる。

すなわち本発明は、遮水性の底面と、透湿性を備えた平面材料との間に水質を浄化させるための浄化担体が配設されていることを特徴とする。

このように構成すれば、中水製造装置内に注水された処理原水は、水平方向及び／又は下方向に向けて浸透又は流下されることにより浄化担体と接触して浄化される。

また、この中水製造装置は、透湿性を備えた平面材料（例えば、透水性平板のような舗装面、人工芝、グレーチングなど地表面に配設されて透湿性を有する平面材料）を有することにより、晴天日などでは、処理原水の一部が上面（地表面）を構成する平面材料から透湿して蒸発することにともなう潜熱（転移熱）により平面材料の温度を低下させる。

これにより、処理原水の浄化と都市の気象問題であるヒ−トアイランド現象の抑制とを行うことができる。

この平面材料に透湿性に加えて透水性も兼ね備えれば、降雨時に平面材料に存在する汚濁物質は雨水と共に透水性の平面材料から流下して、平面材料の下面に配設された浄化担体と接触して浄化されるので、平面材料の表面などに存在する汚濁物質の浄化も行える。

また、処理原水が一定方向に流れるように傾斜された遮水性の傾斜底面と遮水性の側面とを備える傾斜土槽を備えていれば、処理原水は傾斜した底面上を浸透又は流下するので、浄化担体と好気的条件で接触されて浄化される。

また、この傾斜底面には、処理原水の流れを堰き止める遮水壁が形成されていれば、流下した処理原水は遮水壁の上流側に一時的に貯留されて余剰の処理原水はオーバーフローして流下されるが、処理原水のＢＯＤが高い場合は滞留部では嫌気性の条件下での浄化が行われる。

また、傾斜土槽の担体にリンの吸着作用の強いものを用いると、リンは容易に水中から除去される。

これにより、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）、Ｔ−Ｎ（総窒素）、Ｔ−Ｐ（総リン）の同時浄化が行える。

また、この浄化担体は、適度の強度を備えることにより上部に配設される平面材料を保持する機能を有すれば、特別の補強構造を必要とせずに中水製造装置を提供することができる。

以上説明したように、本発明に従えば、道路などの施設下部に汚濁水の処理に有効な浄化技術を配設することで、公共用水域の汚濁と富栄養化を防止すると共に、都市部のヒートアイランド現象の抑制を図ることができる大容量の中水製造装置及び中水活用システムを提供することができる。

また、本発明により製造された中水は、都市部の修景用水や防災用水とすることで、現状では捨てている水を有効利用するとともに都市に潤いと安心を与えることができる。

また、本発明の中水製造装置において、平面材料として透水性材料を用いる場合には、道路等から降雨時に発生する汚濁分、いわゆる面源負荷を浄化することが可能である。

以下、図面に基づき本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

図１は、この発明に係る中水製造装置及び中水活用システムを道路の長手方向に沿う断面（縦断面）により説明する模式図であり、図５は、以下の各実施例に共通に開示される中水活用システムにおける各処理水の流れを説明する図である。

この中水製造装置又は中水活用システムでは、透水性平板または透水性舗装などが施された透湿性構造体１の下に、道路の長手方向（図面上左右方向）に沿って遮水性構造体３が繰り返して敷設されている。 ここで、符号３Ａは、遮水性構造体３の上手（図面左側）に配置される遮水性構造体であり、符号３Ｂは、遮水性構造体３の下手（図面右側）に配置される遮水性構造体である。 これにより、本実施例では、実質的に同一乃至は均等な遮水性構造体３Ａ，３，３Ｂ…が長手方向に繰り返して敷設されているが、以下の説明では遮水性構造体３のみを説明する。

遮水性構造体３は遮水性の底壁３ａと両側に不図示の側壁３ｂ、３ｂを備え、その底壁３ａは、道路の長手方向に沿って下降して傾斜され、底壁３ａと透湿性構造体１との間には、空隙率の大きな浄化担体２が充填されている。 この浄化担体２の上手側（図面左側）には浄化担体２に処理原水としての生活雑排水などを注水する原水供給管５が配設されている。

本発明において、浄化担体２としては、浄化能があれば何でも良いが、例えば、微生物の保持量の多い多孔質物質がよい。 この実施例１では、粒子径の大きな鹿沼土を使用している。 鹿沼土は、多孔質であり微生物保持量が多く、また、リンの吸着能力も優れている。 また、公園の遊歩道、歩道などの比較的荷重が少ない道路面では、より強度の高い多孔質石材や砂利を浄化担体とすることで、透水性平板や透水性舗装などの透湿性構造体１を支えるに充分な荷重耐久性を備えることができる。 この浄化担体２としては、これらに限らずに、例えば、特許文献１に記載の発明において用いられるものがそのまま採用可能である。

底壁３ａには適宜の間隔及び高さを有する遮水板１０が立設されている。 この遮水板１０は、常時の水面を符号１１で示すように、上流側に一定量の処理原水を貯留して嫌気性浄化を行うとともに過剰の処理原水がオーバーフロにより流下することよって処理水が特定の部位に片寄って浸透流下する、いわゆる"みず道"の発生を防止している。 ここで、この遮水板１０の上流側を本発明では、以下、湛水部１０ａと呼称して説明する。

また、透湿性構造体１の直下（浄化担体２が充填されている充填層の上方部）には、大雨などが集中した場合に、透湿性構造体１を透過して路面に雨水が溢れ出すのを防止するための洪水時排水管７が設けられている。 この洪水時排水管７は、不図示の細孔が穿設されている透水性の材料から構成されるか、又は、浄化担体２は透過させないで、雨水のみ透過させるための濾過部を備えている。

また、底壁３ａの重力方向の最下部には、処理水排水管６が敷設されている。 この処理水排水管６は、図５に示すように、河川などの公共用水域２０への放出口又は処理水貯水槽２１へ接続されている。 処理水貯水槽２１の処理水は、ポンプ２３により原水供給管５へ必要により処理水を送給できるように構成されている。

ここで、長手方向に隣接して敷設される各遮水性構造体３Ａ、３、３Ｂ間は、側壁３ｃにより隔離されている。 この側壁３ｃの上流側では処理原水が流下して滞留するが、所定以上の滞留水は処理水排水管６により排出される。 それ故、この側壁３ｃの上流側は、遮水壁１０ａの上流側の滞留部と実質的に同一乃至は均等な浄化が期待されるので、以下の説明では湛水部１０ａと同一符号を付して説明する。

また、処理水排水管６の下方には、浄化担体２が流出しないように金網などのフィルタ部材９ａなどで保護されて生成した土壌を貯留する土壌貯砂槽９が設けられている。 そして、この土壌貯砂槽９には、常時は閉鎖されている排砂口８が設けられている。 この排砂口８を必要に応じて本発明により製造される副産物としてのリンなどを多量に含む土砂を回収して資源として有効に利用する。

また、図中では省略しているが、道路１上の加重が、浄化担体２を押しつぶす恐れがあると予想される場合には、浄化担体２を保護するための補強構造を設ける。 このような補強構造としては、遮水壁と交叉して流れ方向に沿う壁体又は柱などが例示される。 また、浄化担体２よりも粒径の大きな砕石などの粗骨材は、間隙に浄化担体２を配設することにより浄化担体２を保護するための補強構造となりうる。

次に以上の中水製造装置又は中水活用システムの作用について説明する。

本施設に流入させる処理原水は、降雨時に道路面等に発生する汚濁水などである。 道路面に発生する汚濁水は、透湿性構造体１内を遮水性構造体３に向けて流下する。 処理原水が生活雑排水などの場合には、原水供給管５に生活雑排水が導水されて供給される。

注水された処理原水は、浸透流下し、さらに底壁３ａの傾斜に沿って浸透流下する。 遮水板１０によって、遮水板１０の上流側には一定量の処理原水が貯留されて過剰の処理原水がオーバーフロにより流下する湛水部１０ａが形成され、これによって処理水が特定の部位に片寄って浸透流下する、いわゆる"みず道"の発生が防止されている。

浸透流下の間、処理原水は浄化担体２と接触して好気的条件下での浄化が行われ、また、湛水部１０ａでは、処理原水のＢＯＤが高い場合には嫌気性浄化が行われる。 浄化された処理水は、処理水排水管６より集水されて排出されるが、図５に示すように、必要量は中水用水として処理水貯水槽２１へ貯水されるが、余剰量は公共用水域２０へ放流される。

処理原水の供給量が少なくて、処理原水の常時確保が困難な場合は、この処理水貯水槽２１の水をポンプ２３を利用して原水供給管５に循環利用する。 この場合、この処理水は蒸発等による減量分のみを新たな原水供給分として補給すればよい。

これにより、晴天時などには浄化担体２に含浸されている処理水又は湛水部１０ａに滞留する処理水が毛細管現象などにより透湿性構造体１を透過して大気中へ蒸散１２することにより、蒸発時の気化熱によって地表面（道路面）が高温になるのを防ぎ、都市のヒ−トアイランド現象の抑制に寄与することができる。

なお、処理水貯水槽２１に貯留されている中水は、不図示の散水栓により道路面に直接散水してもよい。 道路面に散水しても処理水貯水槽２１に貯留されている水は浄化された中水であるので、実質的に路面を汚染させることがない。 これにより、道路面の汚濁物を浄化するとともにヒートアイランド現象が一層抑制される。

大雨により透湿性構造体１を透過する雨水が多い場合には、遮水性構造体３の処理能力が低下し、また、処理水排水管６の処理能力が不足するので、浄化担体２の上層部まで雨水の水位が上昇して路面に雨水が溢れることがある。 このような場合には雨水は洪水時排水管７からも排水される。

また、本発明に従えば、浄化にともなって土砂が生成するが、このような土砂の維持管理は常時は閉じている排砂口８を開放させて堆積した土砂等を排砂口８より除去する。 排砂口８より回収した土砂等は多量のリン成分を含むことになるので、緑地に還元するなど、資源として有効に利用することができる。 これらの工程は、例えば、本出願人の発明に係る特願２００２−３２２２７８号明細書（平成１４年１１月６日出願、発明の名称：資源回収型汚水浄化方法及びそれに用いる装置）に詳細に述べられている。

以上の実施例において、道路自体が傾斜している場合には、道路面と底壁３ａとは実質的に平行であってもよい。

つぎに、図２は、道路の長手方向に直交する方向の横断面図である。 図１の例と同一乃至は均等な部位部材は同一番号を付して詳細な説明は省略する。

この遮水性構造体３は、歩道部１３の下部に、図１と同様に長手方向に隣接して配設されている。 ここで、この図２は、図１の土壌貯砂槽９の位置で切断した横断面図により説明している。 この土壌貯砂槽９は、車道１６側から側溝１７に向けて傾斜している。 遮水性構造体３は、遮水性の底壁３ａ（この図では現れていない）と遮水性の両側壁３ｂ、３ｂにより形成されている。

歩道部１３に隣接して配設される車道部１６に降水した雨水は、車道部１６と歩道部１３との境界の縁石１４に沿って配設されている側溝１５で集水されて、図５に示すように、いったん原水貯水槽２２に貯留される。

歩道部１３に設けた透湿性構造体１により雨水が浸透流下して遮水性構造体３の中で図１と同様な傾斜土槽法による浄化が行われる。 浄化した処理水及び生成した土砂などは、フィルター部材９ａを透過して土壌貯砂槽９に貯留され、平常時の水位１１よりも上に滞留する貯留水は、処理水排水管６から側溝１７へ排出される。 遮水性構造体３が満杯になる程度に処理原水が滞留する場合には、洪水時排水管７から側溝に排水され、不図示の防火用水兼用の処理水貯水槽２１に貯留される。

車道部１６に降水した雨水は、側溝１５を介して大容量の原水貯留槽２２に導水される。 これにより、処理原水を一時的に大容量の原水貯水槽２２に貯留することで、十分な処理原水を確保することができ、長期間の無降雨時にはこの原水貯水槽２２に貯留された処理原水をポンプ２４により原水供給管５に供給することで、処理原水の浄化とともにヒートアイランド現象の抑制をすることができる。

また、降水量が不足するなどで、処理原水が不足する場合には、処理水貯水槽２１からポンプ２３などを介して原水供給管５に処理原水が供給される。 ここで、この原水供給管５は、傾斜底面３ａ（不図示）の上流側ではあるが、浄化担体２内の高さ方向中央部に埋設されている。

これにより、降雨時に道路面から発生する汚濁分、いわゆる面源負荷の多くを効果的に浄化することができる。

その他の構成及び作用効果は実施例１と同一乃至は均等であるので詳細な説明は省略する。

図３は、駐車場１８の下部に遮水性構造体３を配設したものを説明する模式図である。

駐車場１８の中央には側溝１７が設けられている。 この側溝は駐車場１８に降水した雨水を集水するためのものであり、実施例２と同様に一旦不図示の原水貯水槽２２に貯水される。 本発明は、道路以外にも本図のように駐車場や公園など、面的な広がりをもつ施設の下部に設置することが可能である。 公園などでは、透水性歩道の他に、人工芝を本発明の透湿性構造体１として利用することもできる。

なお、この図３では側溝１７の両側の駐車場１８の下部を本発明の構造体としたもので、原水供給管５より導水された水は、矢印４のように傾斜に沿って浸透流下し、処理水配水管６より側溝へと排水される。

駐車場１８の道路面は、晴天時には水分蒸発１２によって冷却されており、駐車場が高温になることを防ぎ、都市のヒ−トアイランド現象の抑制に寄与する。

図中にはないが、道路面と車の重量によって充填した浄化担体２が押しつぶされる恐れがある場合には、浄化担体を保護するための補強構造が必要であることはいうまでもない。

また、駐車場などでは、透水性舗装に加えて、風抜けのために多用されている床材としてのグレーティングを施工してもよい。 本発明においては、透湿性構造体としては、透湿性があることが本質であるが、透水性を備えることにより雨水を直接浄化担体２と接触させることができる。 この点、グレーティングは、透水性を充分に備えており、本発明において適切に利用可能である。

なお、この実施例では、側溝１７は、処理原水として貯留されていたが、一般に、降水量が多い場合には、大気及び路面等が汚染させていることは少ないので、多量に降水した雨水は、原水貯水槽２２に貯留するのみならず、処理水貯水槽２１へ貯水してもよい。 この場合、処理水貯水槽２１の水も原水供給管５から吸水することが可能となる。

図４は、生活雑排水が未処理で排水されているケ−スにおいて、道路下部を本発明の構造体としたものを用いた公共用水域２０の水質改善対策を図示する。

生活雑排水を未処理で水路や公共用水域２０に既設排水管１９で放流しているような事例では、水路や公共用水域２０に沿った道路面を透水性舗装又は透水平板などの透湿性構造体１で形成し、その下部に傾斜土槽としての浄化担体２が充填された遮水性構造体３を敷設する。

これにより、浄化した処理水は、処理水排水管６から水路や公共用水域２０に放流する。 公共用水域２０の水質を改善することができる。 また、同時に処理水の一部は蒸散１２されて路面の温度を低下させる。

産業上の利用分野

本発明の中水製造装置又は中水活用システムが普及することにより、人間活動によって発生する汚濁負荷量の陸圏での循環・再利用が進み、水圏へ流入する汚濁負荷量が低減され、閉鎖性水域を含む公共用水域の水質改善が図れるものと考えられる。 また、これによって都市部でのヒートアイランド現象が抑制されると共に、大量に製造される中水を防災用水などに利用できる。 従って、このような中水製造装置又は中水活用システムは、都市部を中心とする環境改善装置又はシステムとして広く普及されることが期待される。

本発明に係る中水製造装置及び中水活用システムを縦断面により説明する模式図である。

本発明に係る中水製造装置及び中水活用システムを横断面により説明する模式図である。

本発明に係る中水製造装置及び中水活用システムを一部を断面で示す斜視図により説明する模式図である。

本発明に係る中水製造装置及び中水活用システムを一部断面で示す斜視図により説明する模式図である。

本発明に係る各実施例の中水製造装置を中水活用システムとして利用する場合の処理水の流れを説明する図である。

符号の説明

１：透湿性構造体（平面材料）
２：浄化担体（土壌など）
３：遮水性構造体３ａ：底壁（底面）
３ｂ：側壁３ｃ：側壁４：処理水の浸透流下方向５：原水供給管６：処理水排水管７：洪水時排水管８：排砂口９：土壌貯砂槽１０：遮水板（遮水壁）
１０ａ：湛水部１１：水面１２：蒸発１３：歩道部１４：縁石１５：側溝１６：車道部１７：側溝１８：駐車場１９：既設排水管２０：（河川や湖沼などの）公共用水域２１：処理水貯水槽２２：原水貯水槽２３：ポンプ２４：ポンプ