実 大 規 模 の浸 透 流 方 式 湿 地 浄 化 法 の 開発 と そ の評 価
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(2) 生 の 浄 化 効 果 は 物 理 作 用 が 主 で, 栄 養 塩 の 取 り 2.. 海外 における湿地浄化法研究の現状. こみ は 主 な 効 果 で は な い11). ま た, 地 下 部 の根 茎 は, 酸 素 を供 給 し, 窒 素 の 硝 化 を 促 進 す る.. 湿 地 浄 化 法 は過 去20年. 間 に徐 々 に 発 達 して. 酸 素 の 供 給 量 は0. 02‑4. 3g/m2/dayと. 実 験 によ. お り9), 欧 米 で は 盛 ん に研 究 ・実 施 され て い る. っ て 大 き な 開 き が あ り, 今 後 さ らに検 討 を 進 め. が, 日本 で は 研 究 ・実 施 事 例 が そ れ ほ ど多 くな. る 必 要 が あ ろ う.. い‑こ こで は 本 研 究 結 果 の 理 解 ・考 察 の 一 助 と して 海 外 の研 究 の 現 状 を整 理 す る.. (3)目. 詰 ま りに つ い て. 浸 透 流 方 式 を採 用 した 場 合, 心 配 さ れ る 現 象 (1)湿. 地浄化法 の方式. と して 浸 透 層 の 目 詰 ま りの 問題 が あ る. 目詰 ま. 湿 地 浄 化 法 は 大 き く分 け る と 湿 地 の 表 面 に 水 を流 す 表 面 流 方 式(FWS:FreeWater. りの 問 題 に関 し て は ま だ 十 分 な研 究 は無 い が,. Surface). 目 詰 ま り を 防 ぐ に は 中 央 ヨ ー ロ ッパ の 気 候 に. と レ キ な ど の 浸 透 流 方 式(SF:Subsurface. お い て, 25gCOD/m2/dを. Flow)に 分 類 さ れ る. 一 般 的 に 広 い 面 積 を 必 要. な い し4系 列 の湿 地 を 交 互 に使 用 し, 浸 透 層 を. 越 え な い こ と と し, 2. とす る表 面 流 は ア メ リカ に多 く, 比較 的 面 積 を. 回復 させ る こ とが 望 ま しい と され て い る12). ま. 必 要 と しな い 浸 透 流 は ヨ ー ロ ッ パ に 多 い と言. た, 目詰 ま り量 を 数 式 に よ っ て 予 測 す る試 み も. わ れ て い る8). ま た, 浸 透 流 方 式 で 処 理 水 を鉛 直. な され て い る13). 河 川 水 な ど を 浄 化 す る場 合,. 方 向 に流 す こ と に よ っ て, 酸 素 移 送 容 量(OTC). SS成 分 が 多 い の で 長 期 に わ た る 目詰 ま り に 対. を 大 き く し, 窒 素 の 除 去 を 目的 と し た鉛 直 流 方. す る検 討 が 必 要 で あ る.. 式(VF:Vertical. Flow)も10年. ほ ど 前 か ら実. 施 され て き て い る. ま た, 5年 ほ ど 前 か らハ イ. (4)湿 地 浄 化 法=そ. の他の役割. ブ リ ッ ド シ ス テ ム あ る い は コ ン バ イ ン ドシ ス. 湿地 は水質 浄化 だ けで な く生物 の 生息 空 間. テ ム と い わ れ る 表 面 流 方 式 と鉛 直 流 方 式 を 組. 及 び レ ク リエ ー シ ョ ン, 環 境 教 育 の 場 と し て活. み合 わせ て両 者 の 短所 を補 う システ ム に注 目. 用 され る. し か し, 湿 地 に 生物 が 集 まれ ば汚 水. が 集 ま って い る9). 今 後 は これ らの 技 術 を い か. 処理 にと もな って蓄 積 す る重 金属 な どの リス. に 最 適 化 し て 組 み 合 わ せ る か が ポ イ ン トと な. ク を 生 物 に 負 わ せ る こ と に も な る こ とが 懸 念. る.. され て い る. 水 質 浄 化 の 場 と し て の 機 能 と生 物 生 息 場 と し て の 機 能 の 折 り合 い の つ け 方 が 今. (2)植. 生の役 割. 湿 地浄 化 法 に は通 常 ヨシな どを中 心 と した. 後 の研 究 課 題 で あ る14). また, 多 くの エ ネ ル ギ ー を 必 要 とせ ず, 技 術 的 に もそ れ ほ ど難 し くな. 抽 水 植 物 が 植 栽 さ れ て い る. 植 生 の 役 割 に つ い. い の で, 途 上 国 にお け る 水 質 浄 化 対 策 と して 注. て はH.. 目さ れ て い る15),16).. Brixが. ま とめ て い る10),11). 植生 の 役. 割 と して は, 植 栽 基 盤 表 面 の安 定 化(侵 食 防 止) 物 理 的 フ ィ ル ター 作 用, 鉛 直 流 に お け る 目詰 ま り抑 制, 根 か らの 酸 素 の 供 給, 冬 季 結 氷 防 止 の. 3.. 実験方法. 断 熱, 付 着 生 物(藻 類, 原 生 動 物, バ ク テ リ ア) な ど の広 い 表 面 積 の 供 給 な どが 挙 げ られ る. 植. (1)実 験 施 設 概 要. 生 は 土 壌 を ほ ぐ し, 枯 れ る と空 隙 が で き る た め. 現 地 実 験 は, 1997年8月. か ら1999年1月. の. 湿 地 の透 水 係 数 を増 す と言 わ れ て い るが, い く つか の研 究事 例 で は植 物 の 成長 に ともな い透. 間 に茨 城 県 古 河 市 の 北 西 に 位 置 す る 渡 良 瀬 遊. 水 係 数 が 減 衰 す る こ とが 実 証 さ れ て い る. 植 生. 田 川 支 川 か らポ ン プ に よ っ て 取 水 した. 実 験. 水 地 内 で 行 っ た. 実 験 に 使 用 した 河 川 水 は 谷. に よ る 栄 養 塩 の 取 り込 み は 表 面 流 方 式 で 低 負. 施 設 の 概 要 図 を 図‑1に,. 荷 の とき は効 果 が 定 量 的 に確 認 さ れ る. した が. 示 す. 実 験 施 設 は沈 砂 池, ひ も 状 接 触 材 を 充. っ て, 河 川 や 小 水 路 の 比 較 的 低 負 荷 の浄 化 に は 一 定 の 効 果 を有 して い る と い え る. た だ し, 植. 填 した 接 触 酸 化 槽 か ら な る 前 処 理 施 設, 分 配. 仕 様 を 表‑1に. 槽 及 び 湿 地 浄 化 施 設 か らな る. 湿 地 浄 化 施 設 82.
(3) 表‑1. 実験施 設仕様. 図‑2. 人 工 メデ ィ ア の 写 真. 良 瀬 遊 水 地 内 に お い て 採 取 (Phragmites. australis)を. と な る よ う に 植 栽 し た.. し た ヨ シ. 密 度 が9本. ・m‑2. ヨ シ は 地 下 茎 とひ げ. 根 を 残 し, 土 壌 が つ い て い な い も の を 手 差 し で植 栽 した 表 面 流 の 表 土 は, 現 場 の 埋 め 戻 し 土 で あ る. 表 面 流 の 処 理 水 は 流 入 側4カ 図‑1. 実験 施設概要 図. 浸 透 流(レ. キ)は,. 砕 石 を 厚 さ60cm敷 は 空 隙 率0.45の キ),. レ キ を ろ 材 と し た 浸 透 流(レ. 空 隙 率0.95の. は12ヶ. 人 工 メ デ ィア を ろ材 と し. た 浸 透 流(人 工 メ デ ィ ア),. 表 面 流 の3区. 画か. し, 水 深 は 表 面 流 が10cm,. 度 の. の集 水 管 を 通. い 流 出 口 よ り流 出 す. る.. 透 層 の 深 さ を60cmと. し た.. あ た り60m3・day‑1と. し, 水 面 積 負 荷 を1.2m・. day‑lと. 深 さ に あ る6本. っ て, 湿 地 表 面 よ り5cm低. 浸透 流は浸. 処 理 水 量 は1区. 直 径20mm〜40mm程. き 詰 め た 構 造 と し, 流 入 水. 所 の 流 入 口 か ら鉛 直 方 向 に 給 水 し た‑. 流 出 水 は50cmの. ら な る. 1区 画 あ た り の 大 き さ は12.5m×4m(50 n2)と. 所 か ら 入 り, 押 し. 出 し方 式 で 下 流 か ら流 出 す る 卜. 浸 透 流(人. 画. 500mm・2000mm・. 工 メ デ ィ ア)は 厚 さ50mmの. 図‑2に. ビ ニ ル+塩 化 ビ ニ リ デ ン)を10層(50cm)敷. し た. そ れ ぞ れ の 区 画 に は, 付 近 の 渡. め た 構 造 と し た.. 83. 流 入,. 示 す. 人 工 メ デ ィ ア(塩. 化 き詰. 流 出の配管構造 は浸透.
(4) 流(レ. キ)と. キ)と. 同 じ レキ を敷 き 詰 め た 構 造 と し, 全 体 と. 同様 で, 底 部10cmは. して 層 厚 は60cmと. れそ れ の ウエ ッ トラ ン ドの 流 出 口で 採 水 した.. 浸 透 流(レ. し た.. 滞 留 時 間 は, 流 入 量 を設 定 値 の60m3・day‑lと. 4.. 実 験 結 果 と考 察. す る と 流 入 量 を 空 隙 率 を 考 慮 した 各 系 列 の 容 積 で 除 す る こ と に よ り, 表 面 流 が2.0h, (レ キ)が5.. 4h, 浸 透 流(人. 浸 透流. (1). 工 メ デ ィ ア)が. 植 生の生育状 況. 予 備 実 験 を 開 始 した1997年. 10hと な る. し か し, 実験 終 了後 の1999年1月. 値 は 植 栽 時 期 が8月. に 実 施 し た 塩 化 リチ ウ ム を用 い た ト レー サ 試. 0.5m〜1.0mと. 験 よ り計 算 され た 滞 留 時 間 は浸 透 流(レ. 1998年. 4.8h,. 浸 透 流(人 工 メデ ィ ア)が6.. が1‑6hと. キ)が. 2h, 表 面 流. っ て 容 量 が75%程 度 に な るDの 理 論 値 の75%程. 貧 弱 な 状 態 で あ った. 浸 透 流(レ. 浸 透 流(人 工 メ デ ィ ア):1‑5mで. で, 滞 留 時 間 も. 密 度9本. キ):2.1m, あ っ た.. ヨ シ の密 度 は, 植 栽 当 初(1997年. 度 とな る. 浸 透 流 に お いて は 水. しか し,. 度 は, 比較 的 順 調 に 成 長 し, 茎 長 の 最. 大 値 は表 面 流:2. 4m,. な っ た. 表 面 流 は ヨ シ の 茎 な ど に よ. 度 の茎 長 の 最 大. と遅 か っ た こと も あ り. 一方,. 度8月)の. ・m.2に 対 して, 1998年 夏 か ら秋 に は,. が 浸 透 層 全 域 に 均 等 に 分 散 して い な い こ と が. 表 面 流:240本. 原 因 と推 察 さ れ る‑こ の 傾 向 は 空 隙 率 が 高 く,. 浸 透 流(人 工 メ デ ィ ア):15本. 透 水 性 の 高 い 浸 透 流(人 工 メ デ ィ ア)で 特 に 顕. の よ う に, 茎 長, 密 度 と も に表 面 流>浸 透 流(レ. 著 と考 え られ る‑浸 透 流 にお い て は流 入 口が 複. キ)>浸 透 流(人 工 メ デ ィ ア)の 順 に よ く成 長 し. 数 あ り, 実 際 の流 れ は 複 雑 で あ る と考 え られ る. た.. が, 本 稿 で は 後 者 の 実 測 値 を滞 留 時 間 と して 使. ・m.2, 浸 透 流(レ キ): 200本. ・m‑2,. ・m‑2とな っ た. こ. 表 面 流 は土 壌 を有 し, 通 常 の ヨ シ程 度 の成 長. 用 した.. を 示 した. 浸 透 流(レ. キ)で は ヨ シの 成 長 は 不. 十 分 で あ っ た が, 表 層 近 く の ろ材 内 部 に泥 土 の (2)植 生 調 査. 堆 積 が5cm程. 湿 地 タ イ プ ごとの 植 生現 存 量 の概 要 を知 る. 度 ある部分で はヨシの茎高 も高. い. 地 下 茎 は レキ に 成 長 が 阻 害 さ れ る た め か,. た め に, 月 に1度 程 度 の 頻 度 で ヨ シ の茎 長(cm),. 砂 地 で 確 認 さ れ る 比 較 的 ま っ す ぐ に伸 び る 地. 密 度(1m2の. 下 茎 と 比 較 す る と幾 重 に も 曲 が っ た 状 態 で あ. コ ドラー ト(方 形 の 枠)内 の 茎 数). を 測 定 し た. また, 実 験 後 の1999年2月27. っ た. 浸 透 流(人 工 メ デ ィ ア)に お い て ヨ シ の 成. 日 に一 定 区 域 の 面 積(30cm×30cm)の. 植生を. 長 が不 良 な の は, 空 隙 が95%と. 刈 り取 り, 乾 重 量 を 測 定 し現 存 量(地. 上部 の. わ らか い 素 材 で あ る の で, 風 な ど の外 力 に対 す. み)を 推 定 した.. 大 き く比 較 的 や. る安 定性 が 不 十 分 で あ っ た と考 え られ る. た だ し, この 人 工 メ デ ィ ア は 人 工 浮 島 な どに 採 用 さ. (3)水 質 調 査. れ 水 生植 物 の 成 長 が 十 分 可 能 で あ る の で, 今 回. 本 稿 で は, 1998年 度 に行 わ れ た ウ エ ッ トラ ン ド流 入 水(以. 下. 流 入 水)と3種. の成 長 不 良 の 原 因 と して, 流 入 水 そ の も の の 栄. 類 の ウエ ッ ト. 養 塩 が 少 な か っ た こ と も理 由 と考 え られ る.. ラ ン ド流 出 水 に 関 す る 調 査 方 法 お よ び 結 果 に つ い て 述 べ る‑水 質 調 査 は1998年4月. 須 藤18)に. よ ると比較的栄養塩 の豊富 な水 を. か ら開. 使用 した実 験 で は空 隙 率の大 きい網 状担 体 の. に 終 了 し た. 調 査 した 水 質 項. 方 が栄養 塩 の 供給 が 容 易で定 着 の可 能性 が 高. 目の な か で, 水 温, pH, 溶 存 酸 素, 酸 化 還 元 電. い と あ るが, 原 水 が 低 濃 度 で懸 濁 性 物 質 を 多 く. 位, 濁 度, 透 視 度 に 関 して は,. 含 む 河 川 水 を 使 用 した 場 合, 水 か らの 栄 養 塩 供. 始 し, 同年12月. 5月 よ り1週 間. に1回 の 頻 度 で 分 析 し, BOD, 溶 解 性BOD(D‑BOD),. 給 よ り, 捕 捉 し た 懸 濁 性 物 質 か らの 栄 養 塩 供 給. CODM,, 溶 解 性TOC(D‑TOC),. が 多 い と考 え られ る. そ の 場 合, 空 隙 率 の 高 い. NO3N,. SS, VSS, T‑N, NH4‑N,. T‑P, PO4‑P, ch1. aに 関 して は, 2週 間. こ とは 栄 養 塩 の 捕 捉 に 不 利 と考 え られ る.. に1回 の 頻 度 で, ま た 大 腸 菌 群 数, 糞 便 性 大 腸 菌 に 関 して は1ヶ 月 に1回 の 頻 度 で 分 析 し た.. (2)懸. 流 入 水 の 採 水 は, 分 配 槽 で 行 い, 流 出水 は そ. 濁 性 物 質(SS,. VSS, chl. a)の 除 去. 1998年 度 調 査 の 水 質 の測 定 結 果 を 図‑3に, 84.
(5) ■: 湿地 流 入 水. □: 浸 透 流(レ キ). 図‑3. ▲:浸 透 流(人工 メディア). 水質測定結果. 85. ○: 表 面 流.
(6) □; 浸 透 流(レ キ). ▲:浸透 流(人 工 メディア). 図‑4. 除去 率. 86. ○: 表 面 流.
(7) 除 去 率 を 図‑4に. 示 す.. のSSは6.5mg・1‑1〜42 値 の 平 均 は23mg・1‑1で. ウ エ ッ ト ラ ン ド流 入 水. 表 面 流 が18%で. mg・1‑1の 範 囲 で,. 人 工 メ デ ィ ア)で. あ っ た。1998年. 均 除 去 率 は 浸 透 流(レ. キ)が73%,. 工 メ デ ィ ア)が76%,. 表 面 流 は57%で. 測定. 〜9月8日. ア)の. 除 去 率 は8月11日. の 浸 透 流(レ. 月(流 入 水 の 平 均T‑N:2.. あ り,. 率 が 浸 透 流(レ キ)で63%,. 5. ア)で61%,. 入 水,. 流 出 水 のSS濃. 率 も 落 ち て い る.. 12月(流. 人工 メディ. 後 で あ っ た.. に か け て 浸 透 流,. た だ し,. 濃 度 が8月. て い る と 考 え ら れ る. 流 入 水 のchl. あ っ た.. (レ キ),. 浸 透 流(人. aは 平 均14. 工 メ デ ィ ア)と な っ た.. 〜9月. 平 均 は2.8mg・r1と. 入 水 の 平 均T‑N:1.90mg・1‑1)の. デ ィ ア)62%,. 表 面 流2眺. で,. 流 の 差 は あ っ た も の の, 差 は あ ま り な か っ た. 関 し て は 浸 透 流(レ ィ ア)41%,. ま た,. 表 面 流 で9%で. 浸 透 流(人. 表 面 流 で7%で. あ る.. あ る. 3種 類. の 湿 地 を 通 過 後 の 水 質 が0.14mg・r1〜0.17 1‑1と. mg・. ほ と ん ど 差 が な い こ と よ り, 湿 地 に よ る. 全 窒 素 の 除 去 は 主 に 硝 酸 態 窒 素 の 除 去 で あ り,. 除去率 に. 浸 透 流(人 工 メ デ. あ る. D‑BODの. キ)で‑1%,. 平. ア ン モ ニ ア 態 窒 素 の 流 入 水 は0mg・1‑1〜1.10. 浸 透 流 方 式 と表 面. D‑BODの. 58mg・1‑1)の. mg・1‑1の 範 囲 で 平 均0.29mg・1‑1で. 浸 透 流(人 工 メ. レキ と人 工 メ デ ィ ア の. キ)38%,. 工メ. あ る. 一 方,. 入 水 の 平 均T‑N:2.. 工 メ デ ィ ア)で‑16%,. 5月 平 均. 浸 透 流(人. 表 面 流 で15%で. 均 除 去 率 は 浸 透 流(レ. 低 濃 度 で あ っ た.. 酸態窒 素は. 様 季 節 的 に 大 き な 変 化 が 見 られ た.. 10〜12月(流. 範. 除去 率. あ っ た‑硝. デ ィ ア)で66%,. CODMn)の 除 去. あ る.. 浸 透 流(人 工 メ デ ィ ア). 表 面 流 が13%で. 除 去 率 が 浸 透 流(レ キ)で77%,. 囲 で,. 以降. は 浸 透 流(レ キ)が49%,. 〜9月(流. 下 で 安 定 し て い た.. 平 均 除 去 率 は 浸 透 流(レ キ)56%,. あ り, 10月. が37%, T‑N同. も に9儒,. 2つ の 浸 透 流 タ イ プ. 流 入 水 のBODは1.5mg・1‑1〜5.1mg・1の. 工 メ. 平 均2.15mg・1‑1で. は ほ ぼ2mg・m‑3以. 有 機 性 物 質(BOD,. 平 均除. 浸 透 流(人. の 除 去 率 よ りも大 幅 に 減. で は流入 水 質 の変動 は 大 き いもの の流 出水質. (3). 10〜. 硝 酸 態 窒 素 の 流 入 水 は1.48mg・1‑1〜3.08mg・ 1‑1の 範 囲 で,. chl. aの 平 均 除 去 率 は 浸 透 流. 表 面 流 で は54%と. 工メデ ィ. 少 し た.. 以降上昇 し. て お り, 懸 濁 性 の 有 機 物 が 増 え た こ と が 影 響 し. mg・m‑3で. 表 面 流 で13%で. の 除 去 率 が5月. 〜9. 一 方,. 入 水 の 平 均T‑N:4.03mg・1‑1)の. デ ィ ア)で6%,. 9. 表 面 流 と も に流. 5月. 平 均除去. あ る.. キ)で13%,. キ ・. 除去率 と. 浸 透 流(人. 表 面 流 で24%で. 去 率 は 浸 透 流(レ. 度 が 上 昇 し て お り, 除 去. VSSの. 浸 透 流(レ. 96mg・1‑1)の. レ. の 測 定 値 を 除 い て90%. 以 上 で 表 面 流 は80%前 月 か ら12月. キ,. ま た,. は 流 入 ・流 出 濃 度,. も に 季 節 的 に 大 き な 変 化 が 見 ら れ た.. 度 の平. 浸 透 流(人. キ と 人 工 メ デ ィ ア の 差 は 確 認 で き な か っ た. 月7日. あ っ た.. そ の他 は ろ過 効果 によ る懸 濁 態窒 素 の除 去 に. 除去率. よ る と 考 え ら れ る.. ろ過 効 果 の季 節 的 変 動 は 少. が 表 面 流 よ り浸 透 流 で 高 い こ と は 物 理 的 な ろ. な い と 考 え ら れ る の で,. 過 効 果 だ け で な く, 栄 養 の 取 り 込 み な ど 生 物 学. られ る 除 去 率 の 季 節 的 変 動 は 主 に 硝 酸 態 窒 素. 的 過 程 が 作 用 し て い る と 考 え ら れ る.. の 除 去 率 の 変 動 が 主 な 原 因 と 考 え ら れ る.. 平 均5.. 透 流(レ. キ)で32%,. 38%,. 5mg.1‑1で. あ っ た.. 表 面 流 で13%と. な っ た.. こ. 除去 率 は 浸. 浸 透 流(人 工 メ デ ィ ア)で. 節 的 変 動 は 小 さ か っ た.. 硝 酸 態 窒 素 に見. の 原 因 に つ い て は(6)で 検 討 す る.. CODM1の 流 入 水 は3.6mg・1‑1〜6.9mg・1‑1の 範 囲 で,. T‑Nや. (5). CODMn除 去 率 の 季. リ ンの 除 去 流 入 水 のT‑Pは0.03mg・1‑1〜0.39mg・1‑1の. こ れ は, 流 入 水 に 生 物. 範 囲 で,. 平 均0.16. mg・1‑1で. 的 に 分 解 さ れ に く い 有 機 物 が 多 く含 ま れ て お. 浸 透 流(レ. り, 水 温 や 溶 存 酸 素 に 影 響 を あ ま り受 け な か っ. が64%,. キ)が68%,. た も の と 考 え られ る.. 的 変 動 は 小 さ か っ た.. あ っ た.. 除去率 は. 浸 透 流(人 工 メ デ ィ ア). 表 面 流 が48%で. あ っ た.. 除去 率 の 季 節. リ ン は 懸 濁 態 が 多 く, 除. 去 は 主 に ろ 過 効 果 に よ る も の と 思 わ れ る. (4). 窒素 の除去. 流 入 水 のT‑Nはl. 範 囲 で,. 平 均3.. 透 流(レ キ)が41%,. 78mg・1‑1〜5.06 36mg・r1で. あ る.. mg・1‑1の. (6). 硝酸態窒 素の除去率 の季節 的変動要因. 浸 透 流(レ. 除去 率は浸. 浸 透 流(人 工 メ デ ィ ア)が36%,. キ),. 浸 透 流(人. 工 メ デ ィ ア)に. お ける硝 酸 態 窒 素の 除去 率 の季 節 的変 動 をみ 87.
(8) □漫透流(レキ). 図‑5. ▲浸透流(人工メディア). 水温, 酸化還 元電位, 溶 存酸素 の季節変 動. ロ レキ. 図‑6. ▲ 人工メディア. 速度定 数Ktと 水温, 溶存酸 素, 酸 化還元 電位. る と9月 〜10月 以 降 に 低 下 し て い る. また, 高. 脱 窒 菌 は か な り高 い 水 温 依 存 性 を 持 ち, 一 般. 水 温 期 で も酸 化 還 元 電 位, 溶 存 酸 素 が 上 昇 す る. に 水 温 が 下 が る と脱 窒 速 度 は 落 ち る と い わ れ. と硝 酸 態 窒 素 の 除 去 率 が 低 下 す る 場 合 が あ る.. てお り18),19), 今回の調 査 結 果 も同 様 の傾 向 を 示. 水 温, 酸 化 還 元 電 位, 溶 存 酸 素 の季 節 的 な 変 動. した. 木 村 ・細 見 ら20)は, 実 験:中 の 気 温 が18℃. を図‑5に. 以 上 の と き, 脱 窒 が 窒 素 除 去 に 占 め る割 合 を. 示 す. こ れ らの 図 よ り, 水 温 の低 下,. 溶存 酸 素 の上 昇及 び 酸化 還 元電 位 の 上昇 が硝. 60%(27〜84%)と. 酸態 窒 素 の除去 率 を低 下 させ る要 因 で ある こ. 様 の値 が 得 られ て い る. また, 木 村 ・細 見 ら は. して お り, 今 回 の実 験 と 同. とが 読 み 取 れ る. こ こ で, 硝 酸 態 窒 素 除 去 の速. 冬 季 に お い て も 温 度 を 高 く保 つ(25℃)こ と で,. 度 定 数 をKt(day‑l),. トレー サ 試 験 よ り得 られ. 脱 窒 能 を維 持 で き る と して お り, 水 温 が 脱 窒 に. た 滞 留 時 間 を6(day)と. す る と, 流 入 水 傷 と流. 及 ぼす 影 響 が 大 き い こ と を実 証 した. 除 去 速 度. 出 水4の. 間 にCe=C0exp(‑Kt・t)の. 関係が成 り. は浸 透 流(レ. キ)が や や 大 き い 傾 向 を示 して い. 立 っ1). 速 度 定 数 瓦 と水 温, 溶 存 酸 素, 酸 化 還. る。 こ の原 因 と して は, 浸 透 流(レ. 元 電 位 の 関 係 を 図‑6に. 示 す. これ らの グ ラ フ. シ成 長 量 が 大 き か っ た こ とが 挙 げ られ る‑こ れ. 以 上, 溶 存 酸 素 が 約3mg・1‑1. まで も窒素 の 除去 は根 茎 のバ イ オマ ス に比 例. よ り水 温 が 約15℃. 以 下, 酸 化 還 元 電 位 が 約100mV以. キ)上 の ヨ. 下 にお いて. して い る こ と21), そ の 説 明 と して ヨ シ の地 下 茎. 硝 酸 態 窒 素 の 除 去 速 度 が 大 き い. 硝 酸 態 窒 素 が. 上 に形成 され るバ イ オ フィル ム の窒 素 除去 ポ. 嫌 気 性 に近 い 環 境 で 除 去 され て お り, 同 時 に ア. テ ン シ ャ ル が ろ 材 表 面 よ り大 き い こ とが 報 告. ンモ ニ ア 態 窒 素 が 増 え て い な い こ とか ら, 硝 酸. され て い る22).. 態 窒 素 の多 くは脱 窒 に よ って除 去 され た と推 測 さ れ る.. 88.
(9) 表‑2. 他の湿地浄化 施設 の事例. *TOCよ り推定. (7). 他 の 事 例 との 比 較. 実 験施 設 の施 設面 積 あた りの除 去 能 を試算. 表‑3. し, 既 存 の 文 献2),6),7),19),23),24)より 得 ら れ た 他 の 施 設 の 除 去 能 と 比 較 し た.. 各水質 項 目の平均 除去率. 結 果 を 表‑2に. 示 す. 今 回 の 実 験 は 負 荷 が 小 さ い こ と も あ っ て, 水 面 積 負 荷 は1.2m・day‑1と. 他 の事 例 よ りか な. り 高 く な っ て い る. 窒 素 に 関 し て は, 浸 透 流(レ. キ)が1.5g・mt2・. day‑l, 浸 透 流(人 工 メ デ ィ ア)が1.5g・m‑2‑day‑1, 表 面 流 が0.. 72g・m‑2・day‑1と. な っ た.. こ れ は,. 表 面 流 は 他 の 事 例 よ り や や 高 く, 浸 透 流 に 関 し て は 北 米 の 平 均 値19)と ほ ぼ 同 じ で あ っ た. 浸 透 流(レ. キ ・人 工 メ デ ィ ア)の. 月8日)に. 夏 期(5月7日. 〜9. 限 っ た デ ー タ は, 細 見24)が 行 っ た ヨ. シ フ ィ ル タ ー の 実 験 で 得 た 値 と 同 じ2.2g・m‑2・. BOD濃 度 が 平 均3mg・1‑1と. day‑1と な っ て い る. 細 見 ら の 実 験 は 水 面 積 負 荷. 因 と考 え られ る.. が 最 大0.10m・d‑lと る が,. 本 実 験 の 約10分. 窒 素 濃 度 が20〜40mg・1‑1程. の 約10倍. の1で. あ. (8). 度 と本 実 験. で あ り, 単 位 面 積 当 た り の 窒 素 負 荷. 量 は お よ そ2〜4gN・m‑2・day‑1と は 夏 期(5月7日 2. 96mg・1‑1で 負 荷 量 は3.. な る‑本. 〜9月8日)平. 値 で あ る こ と が 分 か る.. 実 験 結 果 よ り, 浸 透 流(レ. 均窒素濃度 が. and. キ),. 浸 透 流(人. 面 積 化 が 可 能 か検 討 し た. 一 般 に湿 地 浄 化 に 必 要 な 施 設 面 積 は 式(1)で 示 され る25).. な りほ ぼ 同程 度 の. Hammer. 省面積 化の検討. 工 メ デ ィ ア)が 表 面 流 と比 較 して どの 程 度 の 省. 実験で. あ る の で 単 位 面 積 当 た りの 窒 息 6gN・m‑2・day‑1と. 低 い こ とが 大 き な 要. Knightl9). に よ る と 単 位 面 積 当 た り の 窒 息 負 荷 量 が3gN‑ m‑2・day‑lま で は,. 水 面 積 負 荷 に 関 わ らず 窒 素 の. 除 去 能 が 一 定 で あ る と し て お り, 今 回 の 結 果 も. (1). As=Q・ln(C0/Ce)K・y・n. こ れ を 支 持 し て い る. BODの. 除 去 能 は,. 2.0g・m‑2・day‑1, day‑1,. 浸 透 流(人 工 メ デ ィ ア)が. 浸 透 流(レ. 表 面 流 が0‑80. キ)が1.. 9g・m‑2・. g・m‑2・day‑lと な っ た.. 去 能 は 他 の 事 例 よ り 低 い が,. 除. こ こ で, As. 湿 地 浄 化 施 設 面 積(m2),. 量(m3・day‑1),. Co:. 流 出 水 質 濃 度(mg・r1),. これ は 流 入 水 の. 湿 地 の 水 深(m), n:. 89. g:. 流 入 水 質 濃 度(mg・l‑1), K:定 空 隙 率. 数(day‑1),. 流 入 C, y:. :.
(10) 表‑4. 必要施 設面積 及び面積 比. 間 が 短 か っ た. (2)植 生 現 存 量 が 浸 透 流(レ キ) 式(1)に day‑1,. 実 験 で 用 い た4=50m2,. お よ び 表‑3に. よ り少 な く, 根 茎 周 辺 の栄 養 塩 除 去 が 小 さ か っ. ρ=60m3・. た こ と が 挙 げ られ る. (Dに 関 して は 人 工 メ デ. 示す調 査時の平 均除去率. 与 え れ ば,. 各 々 の 水 質 項 目 につ. ィ ア は空 隙 率 が 高 く, 流 入 水 が レキ よ りも横 方. い て 右 辺 の 分 母(K・y・m)は. 定 数 と して 与 え られ. 向 に拡 散 し な か った た め と考 え られ る. こ の こ. (100xq/Co)を. る.. こ こ で 得 ら れ た 定 数(K・y・m),. g=60m3・day‑1,. 流 入 量. と は ト レー サ 試 験 に よ る 滞 留 時 間 が 短 か っ た こ と と対 応 して い る.. 水 質指標 ごとに設定 した除去率. (2)に 関 して は, 人 工 メ. デ ィ ア が 植 栽 基 盤 と して 風 な ど の 外 力 に対 し. (100xq/C0)を 式(1)に 代 入 す る と浄 化 に 必 要 な施 設 面 積 が 得 られ る. 表‑4に 各 水 質 項 目毎. て 安 定 性 に欠 け, 植 生 の 初 期 活 着 が 不 十 分 で あ. に設 定 した 除 去 率, お よ び そ れ に 必 要 な 施 設 面. った こ とや, 水 耕 栽 培 的 条 件 下 に お い て 流 入 水. 積, 湿 地 方 式 に よ る 面 積 比 を 示 す.. の栄養 塩 濃度 が 不十 分 で あ ったた め に十分 に. BOD, 窒 素, ch1. aで は浸 透 流 が 表 面 流 の 約3. 繁 茂 で き な か っ た も の と考 え られ る. そ の た め,. 分 の1の 面 積 と な って い る. ま た, 夏 期(5月7. 植 生 に よ る 直 接 除 去 に加 え, 根 茎 部 に発 達 す る. 日〜9月8日)の. 生 物膜 に よ る栄 養 塩 除 去 が 行 わ れ な か った.. 硝酸 態窒素 に限って いえば浸. 透 流 は 表 面 流 の 約10分. の1の. 面 積 とな る こ と. が 分 か る. こ れ らの 関 係 よ り仮 に谷 田 川 の 平 均 窒 素 濃 度3.39mg・1‑1を1.0mg・rlま 浸 透 流(レ. キ)で118m2. ア)で137m2ま. 浸 透 流(人 工 メ デ ィ. 利 用 可 能 な 土 地 に 制 限 の あ る 日本 の 都 市 部 にお いて適 して い る考 え られ る省面 積型 の 湿. で 省 面 積 化 で き る こ と に な る.. 比 較 す る とSS,. VSS, BOD,. 等 は, 浸 透 流(人 工 メ デ ィ ア)の. ま とめ. 要 な も の が,. 一 方, 浸 透 流(人 工 メ デ ィ ア)と キ)を. 5.. で浄化 し. よ う とす る と, 表 面 流 で308m2必. 浸 透 流(レ. 地 浄化 法 と して浸 透 流方 式 によ る湿 地浄 化 法. COD, D‑TOC. の検 討 を実 施 した. 日本 で よ く実 施 され て い る. 方 が, や や 省. 表 面 流 方 式 の 湿 地 浄 化 施 設, レキ を ろ材 と した. 面 積 化 が は か れ る可 能 性 が 示 され た が, 窒 素,. 浸 透 流 方 式, さ らに 空 隙 率 の 高 い 人 工 メデ ィ ア. リ ンの 除 去 に 関 して は, 浸 透 流(レ. を ろ 材 と し た 浸 透 流 方 式 の3つ. キ)の 方 が. の湿地 浄 化法. 小 さ い 面 積 で処 理 可 能 とい う結 果 とな っ た. 全. の 比 較 実 験 を 実 物 大 ス ケ ー ル で 行 っ た. 今 回 の. 体 と して, 今 回 の 実 験 結 果 に お い て は 浸 透 流. 実験 に よ って得 られ た知見 をま とめ る と以下. (人工 メ デ ィ ア)と 浸 透 流(レ キ)の 差 は ほ とん. の よ う にな る.. ど 無 い と言 え る.. (1). レキ や 人 工 メ デ ィ ア を ろ 材 と した 浸 透 流. 定 して い た 以 上 に 進 ま な か っ た 理 由 と して は. タ イ プ はSS, chl. a, 大 腸 菌 な どに 対 して80 〜90%の 除 去 率 で あ り, 表 面 流 タイ プ の 湿 地 浄. (1)水 の 流 れ が 施 設 全 体 に行 き 渡 らず, 滞 留 時. 化 の 除 去 率 は50〜60%で. 浸 透 流(人 工 メ デ ィ ア)の. 省面積 化 が 当初想. 90. あ っ た..
(11) 1999. 10) Brix, H.: Functions of Macrophytes in Constructed Wetlands, Wat. Sci. Tech., 29 (4), pp. 71-78, 1994. 11) Brix, H.: Do Macrophytes Play a Role in Constructed Treatment Wetlands ?, Wat. Sci. Tech., 35 (5), pp. 11-17, 1997. 12) Platzer, C. and Mauch, K.: Soil Clogging in Vertical Flow Reed Beds - Mechanisms, Parameters, Consequences and Solutions?, Wat. Sci. Tech., 35 (5), pp. 175-181, 1997. 13) Blazejewski, R. and Murat-Blazejewska, S.: Soil Clogging Phenomena in Constructed Wetlands with Subsurface Flow, Wat. Sci. Tech., 35 (5), pp. 183188, 1997. 14) Knight, R. L.: Wild Habitat and Public Use Benefits of Treatment Wetlands, Wat. Sci. Tech., 35 (5), pp. 35-43, 1997. 15) Denny, P.: Implementation of Constructed Wetlands in Developing Countries, Wat. Sci. Tech., 35 (5), pp. 27-34, 1997. 16) Haberl, R.: Constructed Wetlands: A Chance to Solve Wastewater Problems in Developing Countries, Wat. Sci. Tech., 40 (3), pp. 11-17, 1999.. (2)レ キ と 人 工 メ デ ィ ア を用 い た 浸 透 流 タ イ プ は夏 期 の 水 温 が 約15℃ 以 上, 溶 存 酸 素 が3mg・ 1‑1以下 の条 件 下 で, 脱 窒 に よ る と思 わ れ る 除 去 に よ っ て 全 窒 素, 硝 酸 態 窒 素 の 除 去 率 は, 66〜 77%と な っ た(表 面 流 約20%). (3)2つ. の浸 透 流 方 式 は表 面 流 方 式 に対 して,. 10分 の1(大. 腸 菌, 夏 期 の 硝 酸)か. ら3分 の1. (BOD, 窒 素, chl. a)程 度 の 面 積 で 同 じ浄 化 能 を示 した. た だ し, 浸 透 流(人 工 メ デ ィ ア)は 浸 透 流(レ. キ)と 比 較 して 必 要 面 積, 浄 化 効 果. の差 は確 認 で きな か っ た. この 原 因 と して, 浸 透 流(人 工 メ デ ィ ア)は 流 入 し た 水 が 水 平 方 向 に あ ま り広 が らず 浸 透 層 全 体 に 行 き 渡 らな か っ た こ と, 栄 養 塩 の除 去, 特 に 脱 窒 に影 響 を与 え る 植 生 現 存 量 が 浸 透 流(レ キ)に 比 べ て 小 さ か っ た こ とな どが 挙 げ られ る.. 17)須 藤 隆 一, 徐 開 欽, 山 田 一 裕, 千 葉 信 男, 熊 谷. 謝 辞=. 幸 博:ヨ シ原 の創 出 手 法 の 確 立 及 び そ の 水 質 浄 化 機 能 の 評 価, 建 設 工 学 研 究 振 興 会 年 報, 31, pp. 54‑62, 1996. 18)須 藤 隆 一:廃 水 処 理 の 生 物 学, 産 業 用 水 調 査 会,. 本 研 究 は 建 設 省 土 木 研 究 所,. 研 究 セ ンタ ー お よ び 民 間 企 業11社. (財)土 木. による共同. 東 京, pp. 608‑619, 1977.. 研 究 「糸 状 生 物 担 体 を用 い た 河 川 ・湖 沼 の 浄 化. 19) Hammer, D.A. and Knight, R. L.: Designing Constructed Wetlands for Nitrogen Removal, Wat. Sci. Tech., 29 (4), pp. 15-27, 1994.. 技 術 の 開 発 」 の 一 部 と して 行 った. 共 同研 究 の 方 々 お よ び 研 究 を遂 行 す る に あ た り, 多 大 な る. 20)木 村 基, 細 見 正 明:ヨ. 協 力 を いただ い た建 設省 関 東地 方 建設 局利 根 川 上 流 工 事 事 務 所 の方 々 に, 深 甚 な る謝 意 を 申. 参考 文献 1) Crites, R.W.: Design Criteria and Practice for Constructed Wetlands, Wat. Sci. Tech., 29 (4), pp. 16. 1994. 見 正 明, 須 藤 隆 一: 湿 地 に よ る 生 活 排 水 の浄 化,. 23)田 畑 真 佐 子, 加 藤 聡 子, 川 村 晶, 鈴 木 潤 三, 鈴 木 静 夫:ヨ シ植 栽 水 路 に お け る河 川 水 中 の窒 素 ・リ ン の 除 去 効 果, 水 環 境 学 会 誌, 19(4), pp. 331‑338, 1996. 24)細 見 正 明:水 環 境 修 復 の た め の エ コ テ ク ノ ロ ジ. 水 環 境 学 会 誌, 14(10), pp‑674‑681, 1991. 3)戸 田 任 重, 楊 宗 興, 日 高 伸: 高 濃 度 硝 酸 態 窒 素 含 地 下 水 の 流 入 す る ア シ 湿 地 に お け る脱 窒 速 度 の 実 測, 水 環 境 学 会 誌, 18(5), pp. 77‑81, 1995. 4). 中 村 栄 一, 森 田 弘 昭:低 湿 地 浄 化 に 関 す る調 査, 土 木 研 究 所 資 料 第2480号, 1987. 5)大 屋 昌 弘, 遠 田和 雄:水 生 植 物 と 接 触 ば っ気 法 の 組 み 合 わ せ に よ る水 質 浄 化 法 の検 討(第2報), 横 浜 市 公 害 研 究 所 報, 14, pp. 121‑135, 1990. 6) 北 詰 昌義, 野 口 俊 太 郎, 島 田 義 彦, 倉 谷 勝 敏:人. ー, 第26回 日本 水 環 境 学 会 セ ミ ナ ー 講 演 資 料 集, pp. 80‑100, 1996.. 25) Reed, S. C., Crites, R. W., Middlebrooks, E.J.: Natural System for Waste Management and Treatment, McGraw-Hill, Inc., New York, 433pp, 1995. 26)中 村 圭 吾:効. 工 湿 地 に よ る水 質 浄 化, 用 水 と排 水, 40(10), pp. 899‑905, 1998. 7)上 坂 恒 雄, 新 名 秀 章, 堀 部 正 文:渡 瀬 貯 水 地 の 水 質 保 全 対 策, 第6回 世 界 湖 沼 会 議 論 文 集, 1, pp. 418‑421, 1995.. 日本 水 環 境 学 会 年 会. 21) Zhu,T.and Sikora, F.J.: Ammonium and Nitrate Removal in Vegetated and Unvegetated Gravel Bed Microcosm. Wetlands, Wat. Sci. Tech., 32 (3), pp. 219-228, 1995. 22) Williams, J. B., May, E., Ford, M. G. and Butler, J. E.: Nitrogen Transformation in Gravel Bed Hydroponic Beds Used as a Tertiary Treatment Stage for Sewage Effluents, Wat. Sci. Tech., 29 (4), pp. 29-36, 1994.. し上 げ ま す.. 2)細. シ フィル ター によ る窒素. 除 去 に 関 す る研 究, 第33回 講 演 集, pp. 259, 1999.. 率 的 な 植 生 浄 化 法 「コ ン パ ク トウ. エ ッ トラ ン ド」 に よ る 水 質 浄 化, 土 木 技 術 資 料, 41 (3), pp. 8‑9, 1999. 27)三 木 理, 中村 圭 吾, 田 島 正 八, 沢 野 寛 治, 白 石 祐 彰, 加 藤 洋, 浜 田 良 幸, 稲 田郷, 石 田 光:コ ン パ ク ト ウ エ ッ ト ラ ン ドに よ る 河 川 水 質 浄 化 (そ の1), 土木 学会 年次 学術 講演 会講 演概 要集 第1部, 53, 共 通 セ ッ シ ョ ン, pp. 194‑195, 1998. 28)三 木 理, 中村 圭 吾, 大 室 政 英, 田 中俊 樹, 稲 田. 霞 ヶ浦'95,. 8). Cooper, P. F., Job, G. D., Green, M. B, and Shutes, R. B. E.: Reed Beds and Constructed Wetlands for Wasterwater Treatment, WRc plc, 1996. 9) Cooper, P.: A Review of the Design and Performance of Vertical-Flow and Hybrid Reed Bed Treatment System, Wat. Sci. Tech., 40 (3), pp. 1-9,. 郷, 大 沢 一 実:コ 91. ン パ ク トウ エ ッ トラ ン ドに よ.
(12) る 河 川 水 か らの 窒 素 ・リ ンの 除 去, 第33回 水 環 境 学 会 年 会 講 演 集, p. 320, 1999.. THE. DEVELOPMENT PURIFICAITON Keigo. 日本. (2000.. AND EVALUATION FACILITY WITH. NAKAMURA,. Osamu. MIKI. 7. 5受 付). OF PILOT SCALE WETLAND SUBSURFACE FLOW and Yukihiro. SHIMATANI. Compact wetland was developed using subsurface flow (SF) and more porous artificial filling. This paper mentions comparison of three experimental wetlands, which are a free-water-surface wetland (FWS), SF wetland with gravel filling and SF wetland with artificial filling. Each wetland has an area of 50 m2. Two kinds of SF wetlands purify water better than FWS wetland, however there is not obvious difference between two kinds of SF wetlands with gravel and artificial fillings. Two SF wetlands are able to remove nitrate nitrogen efficiently with a removal ratio of 66 to 77 percentage under the condition of water temperature is less 15 degree Celsius and dissolved oxygen is less than 3 mg/1.. 92.
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