【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海面や内水面を利用する養殖業や、不特定多数の住民のための水環境の改善事業に関与し、失われた自然を取り戻し地球環境改善の一環として人類全体で取組むべき大きな課題の解決策を提示する新技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水質改善のために利用されてきた主な技術は、鰻養殖池における電動式羽車がある程度で、水環境改善のための本格的な装置は殆ど見られなかった。本発明者の中の一人は、本年六月に風力利用のケースレスポンプを発明し特許出願を行っている。このケースレスポンプは風力を利用して水面に水を撒水し、水面の酸素溶存濃度を高めることができる低コストの環境対策用の新技術である。然し面積の広い大湖沼にも効果的な本格的システムとしての要素としては、未だ力不足の面があった。一般的に淡水の内水面では、山間部のダムの建設により洪水の発生が少なくなり、大洪水で根こそぎ循環されていた湖沼の水の移動は極めて少なくなった。その結果として、湖沼の内水面は一般に静水域となり、水面に近い好気性水域と、底の嫌気性水域とに別れてしまう傾向が強まってしまった。石ころを含む土砂に担持される珪藻類のような好気性の植物性プランクトン類は、水質浄化の役割と、食物連鎖の底辺をなす重要な役割を担ってきたが、静水域では生存できなくなり、当然ながら生物の多様性も著しく損なわれてしまっている。各地の河川や湖沼でもコンクリート護岸に改修された結果、水生植物の生育環境は著しく後退し、水質劣化や魚介類の生息数減少が生じ、湖沼のみならず一般的河川でも水質浄化対策の必要性が指摘されている。特に内水面では、水底に珪藻のような好気性の植物性プランクトンが活発に生息できる環境とすることが、環境回復の鍵を握ると考えられる。
【０００３】
一方で、海面を利用する養殖業でも年月の経過と共に水質悪化の弊害を受けるようになってきた。大型藻類を利用した試みも模索されているが、山の落葉広葉樹の落ち葉が分解されて海に流入するフルポン酸鉄からしか鉄分吸収ができず、禿げ山になると海藻が激減し磯焼けとなって漁業資源激減となることが判り、漁業関係者も山に落葉広葉樹の苗を植える運動が広まってきたが、人工的な大型藻類の養殖は無理である。養殖場の海水は、糞や食べ残しの餌の有機物を分解する好気性腐敗菌の分解能力以上に、多量の糞等が海底の比較的狭い場所に集中することが問題を招いている。この場合においても、底層の海水の強制的な循環流が問題解決の糸口になると考えられるが、電力を消費するシステムではコスト競争で遅れをとってしまうことに繋がり、有効な低コスト解決手段が待たれていた。
【０００４】
海面を利用する養殖業者を悩ませてきたもう一つの問題は、赤潮の発生で養殖魚等が全滅してしまう問題である。原因となるラフィド藻類は好気性と嫌気性の中間の性質があり、水中の酸素溶存濃度が低くなっても活発に繁殖を重ね、全滅するまで異常増殖を繰り返す厄介者である。その異常増殖の結果は、海水の酸素溶存濃度が零に近くなり、高価な養殖魚の全滅を招く事態が生ずる。これに対処する有効な解決方法は未だ考案されておらず、お手上げの状態に過ぎない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、前記の風力利用のケースレスポンプの特徴を大いに活用し、大規模な底層を含む水流を生み出し、珪藻を初めとする好気性微生物の繁殖できる環境を作り出すことで、海水を含む水環境の改善を強力に推進できるシステムを構築することであり、これに加えて富栄養価された水の水質改善に大きな効果のある、水生もしくは水辺植物の植生浮島を組み合わせることで、総合的に高次元の水質改善を実現することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明では二組の風力駆動ケースレスポンプを組み合わせてセットとして応用することを考えた。その基本は、Ｙ字型の流路を有するケースレスポンプを逆さにし、吐出し口を底層近くまで延ばし、中心回転軸を兼ねた垂直通路は水面付近で水を取り入れる吸入口を設け、通常形態で水面に撒水するもう一組のケースレスポンプは底層で互いに水流をやり取りできるよう、互いに二組のケースレスポンプはダクトの向きを向き合わせた。反対にダクトの向きを背中合わせにすると、吐出される水流と吸い込まれる水流は同一の向きになるので、広範な水域にゆっくりした強制水流を生じさせるにはこの方が好適な組み合わせとなり、設置水域の実情に合わせて使い分けるようにする。このようなケースレスポンプの組み合せにより、水面に撒水することで酸素溶存濃度が高まった水を、逆向きのケースレスポンプで底層に多量に吐出して前記課題を解決する基本手段とする。これに富栄養価された水の浄化効果に優れる水生もしくは水辺植物の大面積植生浮島を組み合わせることで、水の高度な浄化システムを実現できる手段が完成されることになる。
【０００７】
【作用】
前記の課題解決手段の基本である二組のケースレスポンプの組み合せからなる基本構成では、底層に酸素含有濃度の高い大規模な水流を生み出すことが鍵となっている。一般的な湖沼の底層は、上下の水流が無くなると水面付近は好気性水域である一方で、溶存酸素濃度が極端に低い嫌気性水域となってしまうことになり、好気性の生物は一切生存できなくなっている。その結果として生物の多様性は失われたままとなっている。この状態で酸素含有濃度の高い底層の水流が生み出されると、好気性の微生物の生存環境が整えられ、多様な生物の食物連鎖の底辺にある珪藻のような植物性プランクトン類の増殖が可能となる。珪藻のような植物性プランクトンは水底の石ころや砂利等の表面に担持されて増殖するのであり、自由に水面に漂って生活している訳では無いから、水底が好気性水域に含まれるようになると初めて盛んに増殖が可能となる。鮎のような魚は直接珪藻を食料としているが、植物性プランクトンは一般的に動物性プランクトンの餌となり、動物性プランクトンは節足動物や海老類、貝類等や魚類の餌となる好ましい食物連鎖の実現と、失われた生物の多様性を復元することが容易となる。
【０００８】
養殖場がある海底域においても、前記同様の水質浄化作用が期待できる。この場合には限られた養殖水域に高密度の有機排泄物が蓄積されることが問題を引き起こしている。海底層に酸素含有濃度の高い海水のダイナミックな水流が生まれれば、未分解の有機排泄物をもっと広い海底面に分散させることが可能となるので、好気性腐敗菌による有機物の分解を速めることが期待できる。更に、富栄養価した海底層の海水を水面に散布するので、海面の酸素含有濃度も高まり、太陽エネルギーを取り込む好気性の植物性プランクトン増殖に絶好の環境を作り出すことができる。食物連鎖の底辺の植物性プランクトン増殖が、魚介類を含めた生物多様性の増大に大きく貢献できることは自明であろう。このようにして、豊富な風力が期待できる限り、常に海面と海底層に十分に高い酸素溶存濃度の水流を生み出す作用によって、ラフィド藻類の異常繁殖を防止できる環境を整える作用も生まれてくると考えられる。有機リン化合物を取り込むラフィド藻類は、水中の酸素溶存濃度の低下が異常増殖の引き金となる可能性が高いからである。
【０００９】
大規模な植生浮島は、水質浄化のもう一方の富栄養価対策として極めて有効な手段である。植生浮島に好ましい植物の例として、水生植物では外来種であるホテイアオイがある。これは茎根部が肥大化して大きな浮力を有するので、自分の体重を十分に支えることができ、水面に浮かびながら旺盛に繁殖できる。従って人工的に植生浮島を作る上でも極めて容易であり利用しやすい特色がある。更に、我が国で昔から根付いてきた水辺植物として葦がある。葦は草丈が長く高密度に繁殖し、成長による体積増加も著しく大きいので、その分水中から吸収する富栄養価成分も前記の珪藻類の何倍も多く、酸性雨の原因物質を少なくするにも好都合であるが、昔は葦を土壁の心材に使用したりして人為的なリサイクルを活発にしてきたのに、新建材が使用されるようになり人為的リサイクルの輪が途切れてしまっている。成長した植生浮島の植物のリサイクルが確立できれば、富栄養価された水の水質浄化が容易に実現可能となる。従って、前記の酸素含有濃度を高めた底層の水流発生手段と組み合わせれば、お互いに異なる手段で異なる方向から水質の浄化を進めることが可能であり、互いに補いあって高度な水質の浄化作用を発揮することが可能となる。即ち、植生浮島は主として水面付近の、ケースレスポンプの循環水流は主として底層付近の水質浄化作用を分担する。
【００１０】
【実施例】
図１に示すのは、本発明の最も基本的な底層水流を生み出す風力駆動ケースレスポンプの基本構成の部分断面図である。水面近くから下の部分だけを断面で示している。左側の風車駆動ケースレスポンプ１と右側のケースレスポンプ２とは、Ｙ字型の流路の上下方向が逆になっており、ポンプ１ではＹ字が逆さまになっている。反対に右側のポンプ２では水面に撒水できる通常型形式であり、基本的に先の特許出願２００２−１９７９１６号と同一の形式である。水面１５に浮かんでいる中央の人工植生浮島１７を挟み、２基の風車駆動ケースレスポンプ１及び２は、装置全体を水面に浮上させるフロート２０及び２０’によって支持された浮きダクト３と浮きダクト４の内部で回転可能に取り付けられている。ポンプ１及び２の回転駆動軸５、５’は垂直上方に延び風車７及び７’に連結されている。風車７、７’の回転力は水平回転軸８、８’に伝えられ、歯車ケース９、９’に収容された歯車機構によって垂直下方に延びた前記の駆動軸５、５’を回転駆動する。歯車ケース９、９’は風向きの変化に応じて垂直の固定円柱６、６’の周りを旋回可能であり、固定円柱６、６’は下端のフランジを介して４本の支脚２４、２４’と二組のフロートを連結する枠２３、２３’とによってフロート２０、２０’に固定されている。風車７、７’の方向を定める役割は水平軸８、８’の延長上にある方向舵１０、１０’が果たしている。フロート２０、２０’は、図面の垂直方向手前側にあり図面には表れないもう一組のフロート２０、２０’と、ポンプ１及び２を挟んで二つが一組となり装置全体の安定的な支えになっているが、その下面は基板２１、及び２１’で連結され、浮きダクト３及び４はこの基板２１、２１’に溶接されている。基板２１及び２１’の植生浮島１７に接する側面は塞ぎ板２２、２２’で二つのフロート同志の間隙を塞いでいる。浮きダクト３と浮きダクト４は開口部が互いに相手方向に向き合っていることが特徴の一つであるが、極めて広い範囲に亘り底層にゆっくりした好気性の水流を生み出すような目的では、反対に背中合わせとなるようにダクト開口の向きを目的に応じて組み合わせることができる。背中合わせにすると、二つのポンプの駆動力が加算されて一つの大きな流れを生み出すからである。前記のように、風車駆動ケースレスポンプ１はＹ字を逆さまにした流路を有しており、一対のフロート２０で囲まれた水面付近にスリット形状の吸い込み口１９を有し、湖底１６の近くまで下方に延びた吐出し口１８は浮きダクト３内部で回転して図上の矢標Ｂで示す底層の水流を生み出すことができる。水面では、一対のフロート２０の間隙が解放されている左側から、矢標Ａで表す表層水流が発生し、前記の矢標Ｂの水流に連なっている。風車駆動ケースレスポンプ２の形式は通常型であり、水面で吐出し口１８’から撒水し、湖底１６の近くまで延びた垂直通路の下端の吸い込み口１９’から浮きダクト４内部の水を吸い込み、矢標Ｃで示した水流をダクト４内部に導き入れる。水面で吐出し口１８’から撒水された水は、左側が塞ぎ板２２で塞がれており、右側の解放側に向かう矢標Ｄで示した表層水流となる。
【００１１】
前記のような、従来は嫌気性バクテリア以外は生存出来なかった湖底付近の底層水に、表層の好気性の水による水流を積極的に生み出すことができることが、本発明の最大の特徴である。自然エネルギーの風力が続く限り、嫌気性であった湖沼の底層に酸素溶存量が高まった表層水によるダイナミックな強制循環水流がもたらされれば、昔のように湖沼底面の土砂には好気性の植物性プランクトンの代表である珪藻類を自然に呼び戻すことが容易な環境を整えることができる。このことは、従来の死の世界に多様な生物の生存可能な水環境を再現させることに繋がる。更に、内水面の湖沼のような淡水ばかりか、海面を利用する養殖業の世界においても、有用な水質浄化技術となる。図１で示す植生浮島１７を、周りを網で囲う養殖場と見立てればよい。養殖魚のための餌は、完全に養殖魚に食べ尽くされる訳で無く、食べ残しの餌が海底に蓄積される。これに養殖魚の糞が加わり、狭い生け簀の底面には未分解有機物が層を成すようになってしまいがちである。好気性の腐敗菌がこれを分解する役割を担うが、狭い生け簀の海底に有機物が集中して集まることで、腐敗菌の分解速度が間に合わず、水質を悪化させてい
な表層海水の強制的な循環流を生み出すことは、第一に海底の有機物を広い範囲に分散させる作用が期待できるので好気性腐敗菌の活性化が予想され、次いで富栄養価した海底水を海面に酸素含有濃度を高めて散布するので、単藻類を初めとする植物性プランクトンの増殖にもってこいの水環境を整えることができる。風力駆動のケースレスポンプ１と２とは数十ｍの距離であっても何の不都合も無く、図１の左側の底層流Ｂに近い海面を魚介類の養殖場とし、底層流Ｃに近い海面を海苔の養殖場として使い分けて、波の静かな湾内等の海水の浄化効果を一層高めるような新しい構成方法も考えられる。
【００１２】
図２に示すのは、大規模な人工植生浮島と図１に示した風力駆動ケースレスポンプの対を２組組み合せた、湖沼の水質浄化を目指す本格的なシステムの部分断面正面図であり、風力駆動ケースレスポンプは合計４基使用されている。水面１５に浮かべられた人工の大規模な植生浮島１７は長手方向が１００ｍ、幅が１０ｍ程度の大きさである。湖底１６には、コンクリートブロック２５が上部を残して埋設され、フロート２０’、２０’の底面を連結する基板２１’の隅でロープ２６により繋がれており、浮島１７とケースレスポンプを含む全体装置を湖面に係留している。ケースレスポンプ２は、図からも判るように、一対のフロート２０’、２０’の間に設けられている。人工の植生浮島１７には葦のように富栄養化した淡水の浄化効果が極めて高い水辺植物や、ホテイアオイのような水生植物が浮かべられている。その根２８はめだかや子魚等の隠れ場にも利用でき、多種類の生物の住み着きやすい水面環境を提供している。本発明では、何よりも全く手法の異なる植物を利用した水質浄化方法と、風車駆動のケースレスポンプによる高酸素含有水の底層を含む強制循環水流に依る水質浄化方法とを組み合せて、湖沼の水全体を総合的に浄化できる全く新しい浄化方法を提案することに大きな意義がある。
【００１３】
図３に示すのは、図１で示したケースレスポンプ２の浮きダクト４周辺の拡大断面図である。但し、水流方向を示すＣとＤの向きが左右反対になっている。一対のフロート２０’、２０’は底面を基板２１’で連結される一方、上面はチャンネルを四角の枠に溶接して、支脚２４’の固定枠を兼ねた枠２３’によって連結されている。固定円柱６’内部に回転自在に設けられるポンプ駆動軸５’は、下端がケースレスポンプ２の本体に螺子結合され、ロックナットで固く固定されている。固定円柱６’はフランジ３１が溶接されており、このフランジ３１を４本の支脚２４’に溶接された固定板３０にビス止めして風車駆動ケースレスポンプ２の全体がフロート２０’に支えられる。ポンプ駆動軸５’は上端が図１の歯車ケース９’に軸止されているが、下方は固定板３０で支持された軸受３２で軸止されている。風車により駆動軸５’が回転駆動されると、底層に開口した吸い込み口１９’から底層水を取り込み吐出し口１８’から水面に撒水する。その結果は矢標Ｃから矢標Ｄに連なる底層から水面への水流となり、撒水により表面張力のブロックを破って能率的な空中酸素分子の水面近くの水中への溶け込み作用が実現する。吸い込み口１９’から吐出し口１８’までの長さが長くなっても、流量の低下は極めて少ない。その長さの間の管路抵抗による圧力低下が流量を少なくするが、管路抵抗自体が小さな値なので流量低下も少ない。因にこの風車駆動ケースレスポンプは、直径１．６５ｍの風車で駆動することとし、ポンプの吐出し口付近の直径が０．４ｍのサイズとし、定格風速毎秒６ｍとした時のポンプ流量は、一日当り２，０００トンなので、必要に応じて設置台数を増加すれば大量の流量の水を循環処理することが可能となる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、受益者が特定できず、不特定多数の住民のために行う環境改善事業において、ランニングコストが全く掛らない安価な風車駆動簡易ポンプと、水生植物や水辺植物を大規模に利用した人工植生浮島とを組み合せ、準閉鎖水域となって著しく汚染され、底層の嫌気性水域のために生物の多様性が失われてしまった湖沼においても、酸素溶存量の多い水面の水を豊富に底層に流し、嫌気性水域を無くして珪藻類を復活させ、動物性プランクトンから魚介類までの豊富な生物の多様性の回復と、大面積の植生浮島の植物による富栄養価水の浄化作用が組み合わされることで、住民にとっての癒し空間ともなれる良好な水環境を昔のように取り戻すことが強力に推進できる。酸素溶存量の多い水面の水を豊富に底層に流し込んでも、同時に底層から汲み上げた嫌気性の水を水面上に散布させているから、極めて能率良く嫌気性水の酸素溶存量を高めており、嫌気性の水域を風力の続く限り強力に低減させる役割を果たしている。特に本発明では、従来解決手段が見つからなかった湖沼の底層に広がる死の世界の嫌気性水域そのものを、無くしてしまうことが可能と成る画期的な発明であり、人類全体で取組むべき地球環境改善に向けて、有力な水質浄化システムを示すことができる効果は計り知れない。本発明では底層流と表層流のダイナミックな強制循環流が自然エネルギーによって実現できるので、海面を利用した養殖業における海水浄化システムにも積極的に応用することができる。この結果はコストが殆ど掛らない海水浄化システムを可能として、養殖業を盛んにする基礎技術たる礎とすることができる。本発明によれば、食物連鎖の底辺を占める好気性の植物性プランクトンを増殖する効果が高く、これによって魚介類を含む海中の生物の多様性をもたらすことになり、現在は低下の一途を辿る人類が活用できる漁業資源量を、再び増大させる大きな経済的効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の、植生浮島を中間に挟んで水面の水を底層に送り込む風車駆動ケースレスポンプと、底層水を吸い上げて水面に撒水する風車駆動ケースレスポンプとを組み合せた基本循環水流を生み出す基本構成の部分断面側面図である。
【図２】湖沼の浄化のための大面積の人工の植生浮島と、図１に示した風力駆動ケースレスポンプのセットを二組組み合せた大規模な水質浄化システムの部分断面正面図である。
【図３】ケースレスポンプの浮きダクト付近の拡大断面図である。
【符号の説明】
１ 下向き水流を生み出す風車駆動ケースレスポンプ
２ 上向き水流を生み出す風車駆動ケースレスポンプ
３ ポンプ１の浮きダクト
４ ポンプ２の浮きダクト
５、５’ ポンプの駆動軸
６、６’ 垂直固定柱
８、８’ 水平回転軸
９、９’ 歯車ケース
１０、１０’ 方向舵
１５ 水面
１６ 湖底
１７ 植生浮島
１８、１８’ ポンプの吐出し口
１９、１９’ ポンプの吸い込み口
２０、２０’ フロート
２１，２１’ 基板
２２、２２’ 塞ぎ板
２３、２３’ 枠
２４、２４’ 支脚
２５ コンクリートブロック
２６ ロープ
２７ 植生植物
２８ 植生植物の根
３０ 固定板
３１ フランジ
３２ 軸受[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention is involved in the aquaculture business using the sea surface and inland water, and in the water environment improvement project for an unspecified number of inhabitants. It relates to a new technology that presents a solution to the problem.
[0002]
[Prior art]
The main technology that has been used to improve water quality is the use of electric impellers in eel cultivation ponds to a certain extent. One of the present inventors invented a caseless pump using wind power in June of this year and applied for a patent. This caseless pump is a new technology for low-cost environmental measures that can use water to sprinkle water on the water surface and increase the dissolved oxygen concentration on the water surface. However, as an element of a full-fledged system that is effective for large lakes and marshes, there is still a lack of power. Generally, on the inland waters of freshwater, the construction of dams in mountainous areas has reduced the occurrence of floods, and the movement of lakes and marshes that have been uprooted and circulated during the Great Flood has been extremely reduced. As a result, the inland waters of lakes and marshes are generally static waters, and the tendency to separate into aerobic waters near the water surface and anaerobic waters at the bottom has increased. Aerobic phytoplankton, such as diatoms, carried on rocks and soils have played a role in water purification and an important role in the bottom of the food chain, but they cannot survive in still waters. Naturally, biodiversity has been severely impaired. As a result of the renovation of concrete revetments in rivers and lakes around the country, the growth environment of aquatic plants has remarkably declined, resulting in water quality degradation and a decrease in the number of fish and shellfish. Has been pointed out. In particular, on the inland water surface, creating an environment where aerobic phytoplankton such as diatoms can actively inhabit on the bottom of the water is considered to be the key to environmental recovery.
[0003]
On the other hand, the aquaculture industry using the sea surface has been affected by the deterioration of water quality over the years. Attempts to utilize macroalgae are also being sought, but the fallen leaves of the deciduous broad-leaved trees in the mountains can be decomposed and iron can be absorbed only from iron fluponate that flows into the sea. The fishery resources have been found to be drastically reduced, and fishermen have begun to plant deciduous broad-leaved tree seedlings in the mountains, but it is impossible to cultivate artificial large algae. In the seawater of the farm, there is a problem in that a large amount of feces and the like are concentrated in a relatively narrow place on the sea floor, in addition to the ability to decompose aerobic spoilage bacteria that decompose the organic matter of the feces and the food left behind. In this case as well, the forced circulation of seawater in the bottom layer is thought to be a clue to solving the problem.However, in systems that consume electricity, it will lead to delays due to cost competition, and effective low-cost solutions are needed. I was waiting.
[0004]
Another problem that has plagued farmers using the sea surface is that red tides cause the cultivation of fish and other fish. Raffid algae, which is the cause, has an intermediate property between aerobic and anaerobic, and it is a troublesome person that grows vigorously even if the dissolved oxygen concentration in water is low and repeats abnormal growth until it is completely eliminated. As a result of the abnormal growth, the dissolved oxygen concentration in the seawater becomes close to zero, and a situation occurs in which the expensive cultured fish are completely eliminated. An effective solution to address this has not yet been devised, and is merely a state of thumb.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The problem to be solved by the present invention is to make full use of the features of the above-mentioned caseless pump utilizing wind power, create a water flow including a large-scale bottom layer, and create an environment where diatoms and other aerobic microorganisms can breed. To build a system that can strongly promote the improvement of the water environment including seawater, and in addition to this, combine vegetation floating islands of aquatic or riparian plants, which have a great effect on improving the quality of eutrophic water. In this way, comprehensive improvement of water quality is realized.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention has considered that two sets of wind driven caseless pumps are combined and applied as a set. The basic principle is that a caseless pump having a Y-shaped flow path is inverted, the discharge port extends to near the bottom layer, and a vertical passage that also serves as a central rotation axis is provided with a suction port for taking in water near the water surface. The two sets of caseless pumps faced each other so that the other set of caseless pumps that spray water on the water surface could exchange water flow with each other at the bottom layer. On the other hand, if the direction of the duct is set back to back, the water flow to be discharged and the water flow to be sucked are in the same direction, so this is a preferable combination to generate a slow forced water flow in a wide area of water, and the actual conditions of the installation water area Use them according to your needs. By combining such a caseless pump, water whose oxygen dissolved concentration is increased by sprinkling water on the water surface is discharged in a large amount to the bottom layer by a reverse caseless pump, and this is a basic means for solving the above problem. By combining this with a large-area vegetation floating island of aquatic or riparian vegetation that is excellent in the effect of purifying eutrophic water, means for realizing an advanced water purification system will be completed.
[0007]
[Action]
In the basic configuration consisting of a combination of two caseless pumps, which is the basis of the means for solving the above problems, it is key to create a large-scale water flow having a high oxygen content in the bottom layer. If the upper and lower water flows disappear, the bottom layer of a general lake becomes an aerobic water area near the water surface, but it becomes an anaerobic water area with extremely low dissolved oxygen concentration, and any aerobic organisms survive No longer. As a result, biodiversity has been lost. In this state, the creation of a bottom layer water stream with a high oxygen content will create a living environment for aerobic microorganisms and allow the growth of phytoplankton such as diatoms at the bottom of the food chain of various organisms. Become. Since phytoplankton such as diatoms is supported on the surface of stones and gravel on the bottom of the water and proliferates, they do not live freely on the water surface, so that the water bottom is included in aerobic waters. Only then can proliferate vigorously. Fish like sweetfish feed directly on diatoms, but phytoplankton generally feeds on zooplankton, and zooplankton is the preferred food chain that feeds on arthropods, shrimps, shellfish, and fish. And the restoration of lost biodiversity is easier.
[0008]
The same water purification effect as described above can be expected in the seabed area where the farm is located. In this case, accumulation of high-density organic excrement in a limited aquaculture area causes a problem. The creation of a dynamic stream of seawater with a high oxygen content in the seafloor layer will allow undecomposed organic waste to be dispersed over a wider seabed, thus accelerating the decomposition of organic matter by aerobic spoilage bacteria. Can be expected. Furthermore, since the seawater of the eutrophic submarine layer is sprayed on the water surface, the oxygen content of the sea surface is also increased, and an excellent environment for aerobic phytoplankton growth that takes in solar energy can be created. It is self-evident that phytoplankton propagation at the bottom of the food chain can contribute significantly to increasing biodiversity, including fish and shellfish. In this way, as long as abundant wind power can be expected, it is believed that the action of creating a water stream with a sufficiently high dissolved oxygen concentration on the sea surface and the seafloor layer will always create an environment that can prevent the abnormal growth of raffid algae. Can be This is because in a rafid algae incorporating an organic phosphorus compound, a decrease in the dissolved oxygen concentration in water is likely to trigger abnormal growth.
[0009]
Large-scale vegetation floating islands are an extremely effective means of eutrophication while purifying water. An example of a preferred plant for a vegetation floating island is water hyacinth, an exotic species of aquatic plants. Since the stem roots are enlarged and have large buoyancy, they can sufficiently support their own weight and can breed vigorously while floating on the water surface. Therefore, there is a feature that it is extremely easy and easy to use even when artificially creating a vegetation floating island. Furthermore, reeds are a riparian plant that has long taken root in Japan. Because reeds grow long and grow densely at high density, and the volume increase due to growth is remarkably large, the eutrophic component absorbed from the water is many times as much as that of the diatoms, and the cause of acid rain is reduced. It is convenient, but in the past, reeds were used as heartwood for mud walls to promote artificial recycling, but new building materials came to be used and the artificial recycling cycle was interrupted. ing. If the recycling of plants on grown vegetation floating islands can be established, the purification of eutrophic water can be easily realized. Therefore, when combined with the above-described water flow generating means of the bottom layer having an increased oxygen content, it is possible to purify the water quality from different directions by means different from each other, and to complement each other to achieve a high water purification action. It is possible to demonstrate. That is, the vegetation floating island mainly shares the water purification action near the water surface, and the circulating water flow of the caseless pump mainly shares the water purification action near the bottom layer.
[0010]
【Example】
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a basic configuration of a wind driven caseless pump for producing the most basic bottom water flow of the present invention. Only the lower part from near the water surface is shown in cross section. The caseless pump 1 on the left side and the caseless pump 2 on the right side have the Y-shaped flow path upside down, and the pump 1 has the Y shape upside down. On the other hand, the pump 2 on the right side is of a normal type in which water can be sprinkled on the water surface, and is basically the same type as that of the earlier patent application No. 2002-197916. With the central artificial vegetation floating island 17 floating on the water surface 15 interposed therebetween, the two wind turbine driven caseless pumps 1 and 2 have a floating duct 3 and a floating duct supported by floats 20 and 20 ′ for floating the entire device on the water surface. 4 so as to be rotatable inside. The rotary drive shafts 5, 5 'of the pumps 1 and 2 extend vertically upward and are connected to windmills 7 and 7'. The rotational force of the windmills 7, 7 'is transmitted to the horizontal rotating shafts 8, 8', and the drive shafts 5, 5 'extending vertically downward are rotationally driven by a gear mechanism housed in the gear cases 9, 9'. . The gear case 9, 9 'is pivotable around a vertical fixed cylinder 6, 6' in response to a change in wind direction, and the fixed cylinder 6, 6 'is connected to four legs 24, 24' via a lower flange. And the frames 20, 23 'connecting the two sets of floats are fixed to the floats 20, 20'. The rudder 10, 10 'on the extension of the horizontal axes 8, 8' plays the role of determining the orientation of the windmills 7, 7 '. The floats 20 and 20 'are located on the near side in the vertical direction of the drawing and are not shown in the drawing. The lower surfaces thereof are connected by boards 21 and 21 ', and the floating ducts 3 and 4 are welded to the boards 21, 21'. The side surfaces of the substrates 21 and 21 'in contact with the vegetation floating island 17 close the gap between the two floats with blocking plates 22, 22'. One of the features of the floating duct 3 and the floating duct 4 is that the openings face each other, but for the purpose of creating a slow aerobic water flow in the bottom layer over an extremely wide range, the opposite is true. The directions of the duct openings can be combined according to the purpose so as to be back to back. This is because, when back-to-back, the driving forces of the two pumps are added to generate one large flow. As described above, the wind turbine drive caseless pump 1 has a flow path in which the Y shape is inverted, has a slit-shaped suction port 19 near the water surface surrounded by a pair of floats 20, and The discharge port 18 extending downward to the vicinity can rotate inside the floating duct 3 to generate a bottom layer water flow indicated by an arrow B in the figure. On the water surface, a surface water flow indicated by an arrowhead A is generated from the left side where the gap between the pair of floats 20 is open, and is connected to the waterflow of the arrowhead B. The type of the wind turbine driven caseless pump 2 is a normal type, in which water is sprinkled from a discharge port 18 ′ at the water surface, and water inside the floating duct 4 is sucked from a suction port 19 ′ at a lower end of a vertical passage extending near the lake bottom 16. , The water flow indicated by arrow C is introduced into the duct 4. The water sprayed from the discharge port 18 'on the water surface is closed by the blocking plate 22 on the left side, and becomes a surface water flow indicated by an arrow mark D toward the open side on the right side.
[0011]
The greatest feature of the present invention is that a water flow by surface aerobic water can be positively generated in the bottom water near the bottom of the lake, which has conventionally been unable to survive except anaerobic bacteria, as described above. As long as renewable wind power continues, if a dynamic forced circulation water flow from the surface layer of oxygen-enriched surface water is brought to the bottom layer of the anaerobic lake, aerobic plants will remain in the sediment on the bottom of the lake as in the past. It is possible to prepare an environment where diatoms, which are representative of sexual plankton, can be easily recalled naturally. This leads to recreating the water environment in which a variety of living things can survive in the traditional world of death. Furthermore, it is a useful water purification technology not only in freshwater such as inland lakes, but also in the world of aquaculture using the sea surface. The floating vegetation island 17 shown in FIG. 1 may be regarded as a farm surrounded by a net. Food for farmed fish is not completely consumed by farmed fish, but leftover food is accumulated on the sea floor. In addition to this, cultured fish droppings are added, and undecomposed organic matter tends to form a layer on the bottom of the narrow cage. Although aerobic rot bacteria play a role in decomposing them, the concentration of organic matter on the sea floor of a narrow cage causes the decomposition rate of the rot bacteria to fall short, deteriorating the water quality.
The creation of a forced circulation of surface seawater can be expected to firstly have the effect of dispersing organic matter on the seafloor in a wide range, so it is expected that aerobic spoilage bacteria will be activated. Since the oxygen content is increased and sprayed on the sea surface, a perfect water environment can be prepared for the growth of phytoplankton including monoalgae. Even if the wind-driven caseless pumps 1 and 2 have a distance of several tens of meters, there is no inconvenience, and the sea surface close to the bottom flow B on the left side of FIG. It is also possible to use a new construction method that uses the sea surface as a seaweed farm and further enhances the effect of purifying seawater in bays with quiet waves.
[0012]
FIG. 2 is a partial cross-sectional front view of a full-scale system for purifying water quality of lakes and marshes combining two pairs of a large-scale artificial vegetation floating island and a pair of a wind-driven caseless pump shown in FIG. A total of four wind-driven caseless pumps are used. The artificial large-scale vegetation floating island 17 floating on the water surface 15 has a length of about 100 m and a width of about 10 m. A concrete block 25 is buried in the lake bottom 16 except for an upper part, and is connected by a rope 26 at a corner of a board 21 ′ connecting the bottoms of the floats 20 ′, 20 ′, and includes a floating island 17 and a caseless pump. The equipment is moored at the lake surface. The caseless pump 2 is provided between the pair of floats 20 ′, 20 ′ as can be seen from the drawing. On the artificial vegetation floating island 17, floating plants, such as reeds, having a very high purification effect on fresh water and aquatic plants such as water hyacinth are floated. The root 28 can also be used as a hiding place for medaka and larvae, and provides a water surface environment where various kinds of living things can easily settle. In the present invention, the water purification method using plants with completely different methods is combined with a water purification method using a forced circulation water flow including a bottom layer of high oxygen content water by a caseless pump driven by a windmill. It is of great significance to propose a completely new purification method that can purify the entire system.
[0013]
FIG. 3 is an enlarged sectional view around the floating duct 4 of the caseless pump 2 shown in FIG. However, the directions of C and D indicating the water flow directions are opposite to each other. The pair of floats 20 ', 20' are connected at their bottoms by a board 21 ', while their tops are connected by a frame 23' which also serves as a fixing frame for the supporting legs 24 'by welding the channel to a square frame. The lower end of the pump drive shaft 5 'rotatably provided inside the fixed column 6' is screwed to the main body of the caseless pump 2 and is firmly fixed by a lock nut. The fixed cylinder 6 'is welded to a flange 31. The flange 31 is screwed to a fixed plate 30 welded to the four supporting legs 24', and the entire wind turbine drive caseless pump 2 is supported by the float 20 '. . The upper end of the pump drive shaft 5 ′ is fixed to the gear case 9 ′ in FIG. 1, but the lower part is fixed to the bearing 32 supported by the fixed plate 30. When the drive shaft 5 'is rotationally driven by the windmill, the bottom layer water is taken in from the suction port 19' opened in the bottom layer, and discharged from the discharge port 18 'to the water surface. The result is a water flow from the bottom layer connected to arrowhead C to arrowhead D from the bottom layer to the water surface, which breaks the block of surface tension by watering and achieves efficient dissolution of air oxygen molecules into water near the water surface. Even if the length from the suction port 19 ′ to the discharge port 18 ′ becomes long, the decrease in the flow rate is extremely small. Although the pressure drop due to the line resistance during the length reduces the flow rate, the flow rate decrease is small because the line resistance itself is a small value. This caseless pump is driven by a windmill with a diameter of 1.65 m. The diameter near the discharge port of the pump is 0.4 m. When the rated wind speed is 6 m / s, the pump flow rate is as follows. Since it is 2,000 tons per day, a large amount of water can be circulated if the number of installed units is increased as necessary.
[0014]
【The invention's effect】
According to the present invention, beneficiaries cannot be identified, and in an environmental improvement project conducted for an unspecified number of inhabitants, an inexpensive windmill-driven simple pump that does not require running costs at all, and aquatic plants and riparian plants are large-scale Combined with the artificial vegetation floating islands used in the above, it becomes a semi-closed water area and is extremely polluted. Abundantly in the bottom layer, eliminate anaerobic waters, restore diatoms, restore abundant biodiversity from zooplankton to seafood, and eutrophic water from plants on large vegetation floating islands Combined with the purifying action, it is possible to strongly promote the restoration of a favorable water environment that can be a healing space for residents as in the past. Even if the water on the water surface with a large amount of dissolved oxygen is abundantly poured into the bottom layer, the anaerobic water pumped from the bottom layer is simultaneously sprayed on the water surface, so the oxygen dissolved amount of the anaerobic water is extremely efficiently increased, It plays a role in reducing anaerobic waters as strongly as wind power continues. In particular, the present invention is an epoch-making invention that makes it possible to eliminate the anaerobic waters itself in the dead world that spreads in the bottom layer of lakes and marshes where no solution has been found in the past. The effect of showing a leading water purification system for improvement is immense. In the present invention, the dynamic forced circulation of the bottom flow and the surface flow can be realized by natural energy, so that it can be positively applied to a seawater purification system in aquaculture using the sea surface. This result enables a seawater purification system that requires little cost, and can be used as a foundation, which is a basic technology for flourishing aquaculture. According to the present invention, the aerobic phytoplankton, which occupies the bottom of the food chain, is highly effective in multiplying, thereby leading to the diversity of marine organisms including fish and shellfish, which is currently declining. Significant economic effects can be expected to increase the amount of fishing resources that can be used by humankind again.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a combination of a wind turbine driven caseless pump for pumping water on the water surface to a bottom layer and a wind turbine driven caseless pump for sucking bottom water and spraying the water on the water surface according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a partial cross-sectional side view of a basic configuration that generates a basic circulating water flow.
FIG. 2 is a partial cross-sectional front view of a large-scale water purification system in which two sets of a large-area artificial vegetation floating island for purification of a lake and a wind-driven caseless pump shown in FIG. 1 are combined.
FIG. 3 is an enlarged sectional view of the vicinity of a floating duct of the caseless pump.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wind turbine drive caseless pump which produces downward water flow 2 Wind turbine drive caseless pump which produces upward water flow 3 Floating duct of pump 1 Floating duct of pump 2 5, 5 'Pump drive shaft 6, 6' Vertical fixed pillar 8, 8 'Horizontal rotating shafts 9, 9' Gear case 10, 10 'Rudder 15 Water surface 16 Lake bottom 17 Vegetation floating island 18, 18' Pump discharge port 19, 19 'Pump suction port 20, 20' Float 21, 21 'Substrate 22 , 22 'closing plate 23, 23' frame 24, 24 'support leg 25 concrete block 26 rope 27 vegetation plant 28 vegetation plant root 30 fixing plate 31 flange 32 bearing
