JP2004298052A - 浮遊性藍藻類除去装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アオコ等の浮遊性藍藻類を効率良く廉価でしかもその増殖速度に対応して除去することができる浮遊性藍藻類除去装置を提供する。
【解決手段】群体化したアオコを含む水を噴出するチップ孔２０ｂを備えた加圧ノズルチップ２０と、チップ孔２０ｂから噴出する群体化したアオコを、直線運動から回転運動に変換してチップ孔噴出後よりも速度を速めた回転渦流として押し出すサイクロン形成部３３と、速度を速めた回転渦流として押し出された群体化したアオコの流路中に設置され、群体化したアオコが通過する際に衝突する衝突部材を備えた渦流衝突部３４とを有し、アオコを小数細胞の集合体に分断すると共にガス胞を破壊する。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、浮遊性藍藻類除去装置に関し、特に、湖沼等に発生したアオコ等の浮遊性藍藻類を除去するための浮遊性藍藻類除去装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、淡水域の水面や水中に浮遊する浮遊性藍藻類として、所謂アオコが知られている。このアオコとは、湖沼等で藍藻類が大発生する現象の１つで、特に、水面に集積し水の色が濃い緑色を呈する状態を言う場合、或いは、このような状態を作り出している藍藻類そのものを言う場合がある。一般に、「水の華」と呼ばれる現象は、水面に集積した状態を指しているように思われるが、この状態と発生原因である藍藻類を混同していることも多い。
【０００３】
ここでは、アオコとしてほぼ関東から九州にかけて多く見られる、ガス胞と寒天状基質を備えるミクロシスチス（Ｍｉｃｒｏｃｙｓｔｉｓ）を対象とする。
【０００４】
アオコは、ある一定の環境条件が揃えば普遍的に発生し増殖するが、その発生には、物理化学的要因として水温、光強度、栄養濃度等、植物プランクトン、動物プランクトンや寄生性生物等が関与する。
【０００５】
アオコの発生に対処するためには、一般的に、アオコを発生させない技術（富栄養化防止・日光遮断・水温低下・ＰＨ調整・曝気等）、環境を変化させて徐々に減少させる技術（下水道の整備・葦等の植栽・生態系の管理・流入水の管理等）、発生したアオコを除去（採取）する技術が考えられる。
【０００６】
上記各技術において、アオコを発生させない技術については、窒素・リン濃度の減少や自然現象（日光・水温等）への対応が必要となるため、規模が小さく限られた条件以外では採用することが困難であり、環境を変化させる技術については、即効性や確実性に欠けるものが多いため、長期間の実施や多大な設備投資が必要となる。
【０００７】
これに対し、アオコを除去する技術については、除去対象であるアオコの量や除去面積を実施条件に応じて任意に設定することができ、実施もアオコ発生に合わせた短期間となることが多いため、低廉な費用で即効性を得ることができる。従って、この種の開発のニーズが増大している。
【０００８】
アオコを除去する技術には、１．薬品により沈殿除去する方法、２．超音波により除去する方法、３．電気的な処理により除去する方法、４．物理的な処理により除去する方法、５．オゾンや紫外線により除去する方法、６．その他の方法がある。上記各方法は、除去したアオコを水中に戻すものと戻さないものに分けられるが、定置式の循環型構造を採用する場合、水中に戻すものが多い。
【０００９】
このような、アオコを除去する技術として、アオコ等の群落状生命体を含有する液体をノズルから噴出させ、急激な圧力低下によって発生するキャビテーションにより、或いは噴射流体を衝突させることにより、群落状生命体の結合を破壊し、水底に沈ませて死滅させるものがある（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−１６５５４９号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した群落状生命体の結合を破壊する方法においては、十分な除去効果を得難く、更に、効果的な結合破壊を行って、より効率的にアオコを除去することが望まれる。
【００１２】
また、上述した群落状生命体の結合を破壊する方法の場合、キャビテーションを発生させるためのノズルを複数並べそれらを対向配置させたノズル装置を必要とする。このノズル装置は、対向配置のための正確な配置構成が求められて構成が複雑になると共に大型化が避けられず、その上、アオコ対策のための専用機器となる。その稼働期間が年間３〜５ヶ月と短いことから専用機器では比較的高価な装置となり、除去コストの増加を招く。このことは除去技術の普及を阻害するものとなる。
【００１３】
また、上述した群落状生命体の結合を破壊する方法による除去処理速度が、アオコの増殖速度に追いつかない場合、複数の装置を導入すれば良いが、高価な専用機では費用の増加を招く。
【００１４】
この発明の目的は、アオコ等の浮遊性藍藻類を効率良く廉価でしかもその増殖速度に対応して除去することができる浮遊性藍藻類除去装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明に係る浮遊性藍藻類除去装置は、群体化した浮遊性藍藻類を含む水を噴出するノズル孔を備えたノズル装置と、前記ノズル孔から噴出する前記群体化した浮遊性藍藻類を、直線運動から回転運動に変換してノズル噴出後よりも速度を速めた回転渦流として押し出すサイクロン形成部と、速度を速めた回転渦流として押し出された前記群体化した浮遊性藍藻類の流路中に設置され、前記群体化した浮遊性藍藻類が通過する際に衝突する衝突部材を備えた渦流衝突部とを有し、前記群体化した浮遊性藍藻類が前記ノズル装置、前記サイクロン形成部及び前記渦流衝突部を通過することにより、群体を小数細胞の集合体に分断すると共に浮遊性藍藻類のガス胞を破壊することを特徴としている。
【００１６】
上記構成を有することにより、群体化した浮遊性藍藻類を含む水が、ノズル装置のノズル孔から噴出した後、サイクロン形成部で、直線運動から回転運動に変換されてノズル噴出後よりも速度を速めた回転渦流として押し出され、更に、速度を速めた回転渦流として押し出された前記群体化した浮遊性藍藻類が通過する渦流衝突部で、流路中に設置された衝突部材に衝突することにより、群体を小数細胞の集合体に分断すると共に浮遊性藍藻類のガス胞を破壊する。これにより、アオコ等の浮遊性藍藻類を効率良く廉価でしかもその増殖速度に対応して除去することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
この発明に係る、湖沼等に浮遊する藍藻類であるアオコを除去するための浮遊性藍藻類除去装置は、次に示す各機能を備えることが望ましい。
【００１９】
１．アオコの増殖速度より早い速度で大量の除去処理ができる。つまり、装置単体の製造及び設置費用が廉価で複数個設置が可能になる。
【００２０】
２．湖沼等から採取したアオコは、処理後、湖沼等外に持ち出さず湖沼等に戻す。これにより、除去コストを低下させることができる。
【００２１】
３．アオコ除去装置の稼働は、１年に３〜５ヶ月間であるので、装置はできるだけ市販品の組み合わせにより形成する。例えば、レンタル品を選定し組み込んでも良い。
【００２２】
４．稼働時に吸い込んだゴミ等により、装置内部に目詰まりが生じないように、目詰まり対策を講ずる。
【００２３】
５．処理後に湖沼等に戻される処理アオコは、湖沼等に棲息する動物プランクトン等が捕食できる大きさにする。
【００２４】
６．処理アオコは、アオコが保有するガス胞が完全破壊されており、湖沼等の底に沈殿する。
【００２５】
上記各機能を備える浮遊性藍藻類除去装置を得るために必要とする種々の要件について、詳しく説明する。先ず、アオコの除去に際しては、環境に対する配慮やコスト低減の点から、一般的に、薬品を使用したり、高価な専用機を必要とする電気、超音波、オゾン等を使用したりするのではなく、比較的簡単な機器で対処可能な物理的処理によるものとする。
【００２６】
次に、処理アオコは湖沼等に戻すものとする。湖沼等においてアオコは夏季に増殖するが冬季に死滅して底部に堆積するので、処理アオコを湖沼等に戻しても自然の循環作用に大きな支障を生じさせることはないと考える。寧ろ、湖沼等に棲息する動物プランクトン等の餌になるものと思われる。
【００２７】
ここで、この発明に係る浮遊性藍藻類除去装置の除去対象となる、湖沼等に発生するアオコについて説明する。アオコの主な構成要素である、ミクロシスチス（Ｍｉｃｒｏｃｙｓｔｉｓ）は、藍藻類（シアノバクテリア）のクロオコックス目に分類される属の１つで、関東から九州、沖縄にかかる地域で発生する。
【００２８】
このミクロシスチスは、栄養細胞のみで構成される単細胞性（異質細胞に対し称される）を有し、多数の細胞が多糖類の粘性物を分泌し、規則的または不規則的に集まって群体を形成する。群体は、大きなものでは数ｍｍに達する中空網目の亜球形、小さなものでは数μｍの亜球形となり、群体をつくる寒天状基質は比較的しっかりしていて壊れ難く、細胞の直径は約３．２〜６．６μｍであり、顕微鏡下で黒ずんで見える。
【００２９】
また、ミクロシスチスは、栄養細胞にガス胞を持つことから、水面或いは水中を浮遊する。浮遊に際しては、早朝浮上し午後３時頃から夕方にかけて沈降する日周垂直移動パターンを示す。ガス胞内には、空気と似た組成の気体が入っているが、常時膨らんでいるのではなく、細胞内の浸透圧が高いときは潰れてしまう。
【００３０】
つまり、光合成を盛んに行っているときには細胞内の浸透圧が高まるが、夜間に或いは水中深層で高分子合成に消費されると浸透圧が減少する。浸透圧が減少すると、ガス胞が膨らんで浮力を増加させ浮上する。この作用により光合成が行われアオコの増殖が可能となるので、アオコの増殖を抑制するには、ガス胞を破壊することが必要である。
【００３１】
ガス胞の機能を破壊するには、静的加圧力によりガス胞膜を直接破壊することが考えられるが、細胞は、その直径が約３．２〜６．６μｍと非常に小さく、現実的な方法ではない。その上、この方法においては、破壊可能な加圧力がガス胞の膨張時と萎縮時で変化するため、破壊を安定して行うことが困難である。従って、静的加圧力による方法は、他の破壊方法に付随して用いることが望ましい。
【００３２】
図１は、この発明の実施の形態に係る浮遊性藍藻類除去装置を用いた実験設備の全体構成を示し、（ａ）は平面説明図、（ｂ）は正面説明図である。
【００３３】
図１に示すように、浮遊性藍藻類除去装置１０は、流路１１を介して、スクイズポンプ等のポンプ１２に接続されており、ポンプ１２には、取水口を攪拌機（アジテータ）１３に配置した吸引ホース１４が接続されている。攪拌機１３には、浮遊性藍藻類であるアオコを含んだアオコ原水ａが貯められている。
【００３４】
鋼管を連結して形成された流路１１には、ポンプ１２との接続部近傍に２つの圧力計１５ａ，１５ｂが、両圧力計１５ａ，１５ｂ間に流量計１６が、浮遊性藍藻類除去装置１０との接続部近傍に圧力計１５ｃが、それぞれ設置されている。吸引ホース１４のポンプ１２との接続部には、取水用バルブ１７が設置されている。
【００３５】
ポンプ１２が運転を開始することにより、攪拌機１３内で低速度で攪拌されているアオコ原水ａは、吸引ホース１４を介してポンプ１２に吸い込まれる。ポンプ１２に吸い込まれたアオコ原水ａは、ポンプ１２から流路１１へ吐出され、流路１１を介して浮遊性藍藻類除去装置１０に送り込まれる。浮遊性藍藻類除去装置１０に送り込まれたアオコ原水ａは、浮遊性藍藻類除去装置１０により除去処理が行われ、処理後、浮遊性藍藻類除去装置１０の排水口からアオコ処理水ｂとして排出される。
【００３６】
この実験設備によるアオコ除去処理実験は、衝突による浮遊性藍藻類除去装置１０の他、回転渦による浮遊性藍藻類除去装置、及び回転衝突による浮遊性藍藻類除去装置の、計３種類の除去装置により、ポンプ圧力０．２ＭＰａ〜１ＭＰａの範囲で行った。以下、３種類の浮遊性藍藻類除去装置について説明する。
（衝突による浮遊性藍藻類除去装置）
図２は、図１の浮遊性藍藻類除去装置の第１例を示し、（ａ）は長手方向に沿う断面による説明図、（ｂ）は一部省略した衝突分離部側端面図である。図２に示すように、衝突による浮遊性藍藻類除去装置１０は、導入部１８、レジュサ１９、加圧ノズルチップ（ノズル装置）２０、及び衝突分離部２１の複数の管状部材を連結して形成され、導入部１８、レジュサ１９、加圧ノズルチップ２０、衝突分離部２１を記載順に通り抜ける１本の貫通路１０ａを有している。加圧ノズルチップ２０の内径は、導入部１８の内径より小さく形成されており、貫通路１０ａは、導入部１８側が太く加圧ノズルチップ２０側が細くなっている。
【００３７】
導入部１８は、両端が同一内径（例えば、約５０ｍｍ）を有し、両端外周にフランジ１８ａが設けられている。管体の長手方向ほぼ中央には、管体の内部圧力を検出する圧力センサを取り付けるためのソケット１８ｂが突設されている。この導入部１８の一端側開口は、貫通路１０ａにアオコ原水ａを導入するための導入口となり、導入部１８の他端側開口には、レジュサ１９の一端（大径）側が連結される。
【００３８】
レジュサ１９は、一端側開口が、連結される導入部１８の開口と同一の内径（例えば、約５０ｍｍ）からなり、他端側開口が、加圧ノズルチップ２０のチップホルダ２２を介して連結される衝突分離部２１の開口と同一の内径（例えば、約４０ｍｍ）からなる、テーパ形状を有している。このレジュサ１９は、両端外周にフランジ１９ａを有し、溶接式の管継手として用いることができる。
【００３９】
加圧ノズルチップ２０は、一端が開口し、他端が、端面２０ａのほぼ中央に開口するチップ孔２０ｂ（例えば、孔径約６ｍｍ）を有する端壁で塞がれた、レジュサ１９の他端側開口の内径より細く（例えば、内径約２０ｍｍ）且つ長い管体により形成されている。この加圧ノズルチップ２０は、レジュサ１９と衝突分離部２１の連結部に挟み込んだチップホルダ２２を介して、レジュサ１９の長手方向延長上に位置するように装着される。
【００４０】
この加圧ノズルチップ２０は、圧力発生装置として機能し、更に噴出速度の増加による液間摩擦を発生させて、アオコ群体を小数のアオコ細胞からなる集合体に分断し、且つ、アオコ細胞を破壊すると考えられる。なお、チップ孔２０ｂの孔径は、６ｍｍに限らず、５ｍｍ以下或いは７ｍｍ以上でも良く、必要に応じて最適なノズル圧力に調整する。
【００４１】
チップホルダ２２は、レジュサ１９のフランジ１９ａと衝突分離部２１の後述する管体２４のフランジ２４ａに挟持することができる、円盤状に形成されており、盤面ほぼ中央には、加圧ノズルチップ２０を装着するための貫通孔が開けられている。加圧ノズルチップ２０のチップホルダ２２への取り付けは、加圧ノズルチップ２０の一端側、即ち、チップ孔２０ｂが無い開口側を、開口端がチップホルダ２２のレジュサ１９側端面と面一となるように貫通孔にねじ込むことにより行われる。
【００４２】
ねじ込みにより、加圧ノズルチップ２０の一端側外周面に形成したネジ部に、シール材２３を介してチップホルダ２２の貫通孔内周面に形成したネジ部が螺着され、加圧ノズルチップ２０は、チップホルダ２２に密着状態に固定される。即ち、チップホルダ２２は、加圧ノズルチップ２０を嵌合保持するホルダ部材として機能する。
【００４３】
衝突分離部２１は、両端が同一内径（例えば、約４０ｍｍ）の管体２４と、幅広（例えば、端面間距離が約３８ｍｍ）円筒状の衝突部２５を組み合わせて形成されている。衝突部２５は、両端が端面盤２５ａで塞がれると共に周壁２５ｂの一部が開口しており、この周壁開口は、貫通路１０ａからアオコ処理水ｂを排出するための排出口となる。
【００４４】
管体２４の一端側（レジュサ１９連結側）外周には、フランジ２４ａが設けられ、管体２４の他端は、管体２４と衝突部２５の両中心軸が一致するように、衝突部２５の一方（レジュサ１９側）の端面盤２５ａの中心部にはめ込まれて、衝突部２５と一体化している。
【００４５】
衝突部２５の内部には、両端面盤２５ａ，２５ａ間のほぼ中央に、各端面盤２５ａと平行になるように、衝突網２６が設置されている。衝突網２６は、加圧ノズルチップ２０の端面２０ｂとほぼ同一形状の金属製の網目状板体からなり、衝突部２５の他方の端面盤２５ａの内面に、支持部２７を介して設置されている。支持部２７は、衝突網２６を通過した流体が滞り無く衝突部２５の周壁開口（貫通路１０ａの排出口）へ流れ出るように、通過流体の流路を確保できるように形成されている。
【００４６】
そして、導入部１８とレジュサ１９は、フランジ１８ａとフランジ１９ａを、レジュサ１９と衝突分離部２１の管体２４は、チップホルダ２２を間に挟み込んだフランジ１９ａとフランジ２４ａを、それぞれ接合して一体化される。このとき、加圧ノズルチップ２０は、管体２４内壁面から等しく離間して管体２４内部空間の中心に位置し、チップ孔２０ｂが衝突網２６に対向するように、管体２４内に挿入配置されることになり、加圧ノズルチップ２０他端側の端面２０ａは、衝突分離部２１の衝突部２５の端面盤２５ａ内面側と面一状態となる。
【００４７】
このように、導入部１８、レジュサ１９、加圧ノズルチップ２０が装着されたチップホルダ２２、及び衝突分離部２１を互いに連結して形成した浮遊性藍藻類除去装置１０は、導入部１８の一端をアオコ原水ａの導入口とし、途中、衝突網２６への衝突場所を経て、衝突分離部２１の他端側（衝突部２５の周壁開口）をアオコ処理水ｂの排出口とする貫通路１０ａを有することになる。
【００４８】
加圧ノズルチップ２０の噴出先方向には、チップ孔２０ｂから約１９ｍｍ離れて衝突網２６が、約３８ｍｍ離れて鋼板（即ち、端面盤２５ａ）が位置することとなり、アオコ原水ａに含まれるアオコ群体に対する衝突と剪断の効果を確認することができる。
【００４９】
導入部１８の導入口１０ｂから浮遊性藍藻類除去装置１０に導入されたアオコ原水ａは、内径が縮小（５０ｍｍから４０ｍｍ）するレジュサ１９を経て、加圧ノズルチップ２０のチップ孔２０ｂ（孔径６ｍｍ）から噴出し、約１９ｍｍ離れた衝突網２６に衝突した後、排出口から、群体が分断されガス胞が破壊されたアオコ処理水ｂとして排出される。即ち、群体化したアオコは、噴出後、衝突網２６に衝突することにより、群体が小数細胞の集合体に分断されると共にアオコのガス胞が破壊される。
（回転渦による浮遊性藍藻類除去装置）
図３は、図１の浮遊性藍藻類除去装置の第２例を示す長手方向に沿う断面による説明図であり、図４は、図３の浮遊性藍藻類除去装置の回転渦部を示す長手方向に沿う断面による説明図である。
【００５０】
図３及び図４に示すように、回転渦による浮遊性藍藻類除去装置３０は、衝突分離部２１の代わりに回転渦分離部３１を有する他は、浮遊性藍藻類除去装置１０と同様の構造及び作用を有している。つまり、この浮遊性藍藻類除去装置３０は、導入部１８、レジュサ１９、加圧ノズルチップ２０が装着されたチップホルダ２２、及び回転渦分離部３１の複数の管状部材を連結して形成され、導入部１８、レジュサ１９、加圧ノズルチップ２０、回転渦分離部３１を記載順に通り抜ける１本の貫通路３０ａを有している。
【００５１】
回転渦分離部３１は、管体３２とサイクロン形成部３３と渦流衝突部３４を組み合わせて形成されており、渦流衝突部３４の先端開口は、貫通路３０ａからアオコ原水ａを排出するための排出口となる（図４参照）。管体３２は、加圧ノズルチップ２０のチップ孔２０ｂ側の他端がサイクロン形成部３３の内部空間に連通するように、サイクロン形成部３３と一体化している他は、衝突分離部２１の管体２４（図２参照）と同様の構造及び作用を有している。
【００５２】
サイクロン形成部３３は、加圧ノズルチップ２０の先端が取り付けられた円筒体３５と、円筒体３５内径から徐々に絞り込まれたテーパ形状の円錐体３６が、同一内径の開口同士を連結して一体化された形状を有している。
【００５３】
円筒体３５の周壁には、加圧ノズルチップ２０のチップ孔２０ｂ側端部を円筒体３５内部に突出させる開口３５ａが開けられている。この開口３５ａを介して加圧ノズルチップ２０の端部を円筒体３５内部に突出させる際、チップ孔２０ｂは、その噴出方向がサイクロン形成部３３の渦流回転方向と一致するように配置される（図３参照）。円筒体３５の一端側（円錐体３６が連結されていない側）外周にはフランジ３５ｂが設けられ、シール部材３７ａを介してフランジ３５ｂに取り付けられた閉塞部材３７により、円筒体３５の一端側開口が塞がれている。
【００５４】
加圧ノズルチップ２０のチップ孔２０ｂからサイクロン形成部３３に噴出する流体は、サイクロン形成部３３で直線運動から回転運動に変換されると共に、円錐体３６を大口径側から小口径側に向かって通過することで徐々に流体速度を増加させ、ノズル噴出後よりも速度を速めた回転渦流となって渦流衝突部３４へ押し出される。
【００５５】
渦流衝突部３４は、両端が同一内径（例えば、約４０ｍｍ）の円筒体３８と、円筒体３８の内部に装着された分断手段３９からなり、円筒体３８の一端は、円錐体３６の縮径された他端側開口に連結され、サイクロン形成部３３と一体化している。分断手段３９は、板状網部材及びコイル状部材からなり、アオコ原水ａが円筒体３８内部を通過する際に、アオコ原水ａに含まれるアオコ群体を細胞数が１〜１０個の小集合体に分断し、また、アオコのガス胞を破壊する機能を有する。
【００５６】
図５は、図４の分断手段の装着状態の一例を示し、（ａ）は一部破断した部分説明図、（ｂ）は端面図である。図６は、図４の分断手段の装着状態の他の例を示し、（ａ）は一部破断した部分説明図、（ｂ）は端面図である。
【００５７】
図５及び図６に示すように、分断手段３９は、渦流衝突部３４の内周面全域に網目形状部が形成され、且つ、渦流衝突部３４の長手方向に渦流の貫通路が形成されるように、渦流衝突部３４の内周面に沿って配置される。板状網部材３９ａは、網状板体を丸めて円筒状に形成し（図５参照）、コイル状部材３９ｂは、薄く細い金属板をコイル状に密着して巻いて形成した細いコイル部材を更にコイル状に巻いて円筒状に形成し（図６参照）、それぞれ、例えばビス止めにより渦流衝突部３４に取り付ける（図４参照）。
【００５８】
板状網部材３９ａとしては、例えば、樹脂網や金網等を用いることができ、コイル状部材３９ｂとしては、例えば、金属たわし（例えば、「ステンレスたわし」神鋼鋼線工業株式会社製）をばらして１本の細いコイル状に引き延ばして用いることができる。
【００５９】
分断手段３９としては、板状網部材３９ａやコイル状部材３９ｂを単独で用いる他、板状網部材３９ａとコイル状部材３９ｂを組み合わせて用いたり、アオコ原水ａが通過可能な貫通孔を有する長さ数ｃｍ程度の、例えばセラミック製の円筒状部材（例えば、マカロニ形状）を、帯状の収納手段に無作為に多量に収納し、その収納手段を、コイル状部材３９ｂのように筒体３８の内周面に沿って配置しても良い。
【００６０】
渦流衝突部３４に送り込まれた渦流は、何度も分断手段３９である板状網部材３９ａ或いはコイル状部材３９ｂに衝突しながら、円筒体３８内部を通り抜ける。このとき、アオコ原水ａに含まれるアオコ群体は、分断手段３９により発生する乱流となって分断手段３９と衝突しながら、樹脂や金属の格子部或いは金属繊維による分断を繰り返し、細胞数が１〜１０個の小集合体になる。そして、小集合体となったアオコ群体を含むアオコ処理水ｂが、渦流衝突部３４から排出される。
【００６１】
このように、導入部１８、レジュサ１９、加圧ノズルチップ２０が装着されたチップホルダ２２、及び回転渦分離部３１を互いに連結して形成された浮遊性藍藻類除去装置３０は、導入部１８の一端をアオコ原水ａの導入口とし、途中、サイクロン形成部３３から渦流衝突部３４を経て、渦流衝突部３４の他端側（円錐体３６の連結部とは反対側）の開口をアオコ処理水ｂの排出口とする、貫通路３０ａを有することになる。
【００６２】
従って、導入口から浮遊性藍藻類除去装置３０に導入されたアオコ原水ａは、レジュサ１９を経て加圧ノズルチップ２０の孔径６ｍｍのチップ孔２０ｂから噴出し、サイクロン形成部３３で加速され、直線運動から回転運動に変換されてノズル噴出後よりも速度を速めた回転渦流として押し出され、渦流衝突部３４へと送り込まれ、渦流衝突部３４でアオコ群体が分断されると共にガス胞が破壊される。その後、渦流衝突部３４の排出口から、アオコ群体が小集合体に分断されアオコのガス胞が破壊されたアオコ処理水ｂとして排出される。
（回転衝突による浮遊性藍藻類除去装置）
また、回転衝突による浮遊性藍藻類除去装置としても良い。回転衝突による浮遊性藍藻類除去装置は、衝突分離部２１及び加圧ノズルチップ２０の代わりに回転衝突分離部を有する他は、浮遊性藍藻類除去装置１０と同様の構造及び作用を有している。
【００６３】
図７は、回転衝突分離部の概略構造を示す説明図である。図７に示すように、回転衝突分離部４０は、アオコ原水ａの流路となる管体からなり、螺旋状の流れを形成する螺旋流形成部４１と、螺旋状の流れを衝突させる衝突部４２を有している。衝突部４２は、螺旋流形成部４１に連続すると共に、螺旋流形成部４１の内径より縮径された内径を有している。
【００６４】
螺旋流形成部４１には、遠心力を与えて流体物を回転させるためのガイド羽根４１ａが１枚或いは２枚以上設けられており（２枚の場合を図示）、衝突部４２には、流体物を衝突させるための複数本の突起４２ａが設けられている。各突起４２ａは、先端に膨出部を有する棒状体からなり、管体中心に向け突設されると共に、管体の周面全域に管体長手方向及び管体周方向に沿って無作為に並べて配置されている。
【００６５】
従って、螺旋流形成部４１側の開口から管体内に送り込まれたアオコ原水ａは、螺旋流形成部４１で、送り込まれる前より速度を速めて管体内を流れる螺旋状の流れとなった後、衝突部４２で突起４３ａへの衝突を繰り返しながら、回転衝突分離部４０内を通過する。アオコ原水ａが、速度を速めた螺旋状の流れとなって突起４２ａへの衝突を繰り返すことで、アオコ群体が分断されアオコのガス胞が破壊される。
【００６６】
この回転衝突分離手段４０は、レジュサ１９の他端（小径部）側に、直接取り付けられる。つまり、この浮遊性藍藻類除去装置は、導入部１８、レジュサ１９、回転衝突分離部４０の複数の管状部材を連結して形成され、導入部１８の一端をアオコ原水ａの導入口とし、途中、回転衝突分離部４０を経て、回転衝突分離部４０の他端側（レジュサ１９の連結部とは反対側）の開口をアオコ処理水ｂの排出口とする、貫通路を有することになる。
【００６７】
導入口から浮遊性藍藻類除去装置に導入されたアオコ原水ａは、レジュサ１９を経て回転衝突分離部４０に送り込まれ、アオコ群体が分断されアオコのガス胞が破壊された後、排出口からアオコ処理水ｂとして排出される。
【００６８】
上述した、衝突による浮遊性藍藻類除去装置１０、回転渦による浮遊性藍藻類除去装置３０、及び回転衝突による浮遊性藍藻類除去装置による、アオコ除去処理実験の結果を以下に示す。
【００６９】
実験結果についての評価は、サンプルを採取し、透過顕微鏡でアオコの細胞数が１〜１０個の群体数を計測した。これは、処理後のアオコ群体を湖沼等に戻した場合、動物プラントンが捕食可能なサイズを考慮したものである。なお、参考として、浮遊性藍藻類除去装置１０において、衝突網２６の代わりにプレートを設置、即ち、噴出口から約１９ｍｍ離してプレートを設置した場合（プレート衝突１）、及びそのプレートを噴出口から約３８ｍｍ離して設置した場合（プレート衝突２）についても実験を行った。
【００７０】
この実験においては、ポンプ圧力を１．０ＭＰａ、加圧ノズルチップ２０のチップ孔径を６ｍｍ（回転衝突分離部４０を用いた回転衝突分離の場合、加圧ノズルチップは使用せず）、流路１１の長さを約１３ｍとした。実験対象となるアオコ原水ａは２ヶ所から採取し、それぞれ群体に含まれる細胞数の平均値が１９．１６４個（採取資料１）、３２．２０３個（採取資料２）であったので、原水における細胞数と処理後の細胞数とを比較した。実験装置構成に続いて細胞数、原水比較値を示す。
【００７１】

また、採取資料２について、回転渦（金属たわし）による分離作用を利用した場合にポンプ圧力を０．２ＭＰａ，０．５ＭＰａ，１．０ＭＰａの三種類とし、実験を行った。プレート衝突１の場合と回転衝突分離の場合については、ポンプ圧力を０．５ＭＰａとした。
【００７２】

なお、図８は、アオコ除去処理実験の結果を示し、（ａ）は実験結果１のグラフによる説明図、（ｂ）は実験結果２のグラフによる説明図である。図８において、「細胞数」は、アオコ単体とアオコ群体１０個以下の数を示している。アオコの数は、１ｍｍ方眼付きスライドガラスを用いて透過顕微鏡により細胞数を数え、３回の平均を取ったものである。これを２回行って実験結果１と実験結果２とした。
【００７３】
上述した実験装置構成毎の細胞数及び原水比較値から、アオコ除去処理実験の結果をまとめると、次のようなことが分かった。
【００７４】
１．（１），（２）より、加圧ノズルチップ２０の噴出口から近い所で衝突させる方が効果的である。
【００７５】
２．（３）より、金網衝突の場合、加圧ノズルチップ２０の噴出口からの離間距離が約１９ｍｍ地点での効果が少ない。
【００７６】
３．（１），（２），（３）より、壁面等へ衝突させる場合、加圧ノズルチップ２０の噴出口から約１９ｍｍ以内でなければ効果が少ない。
【００７７】
４．（１），（４）より、回転衝突による分離作用を利用した（回転衝突分離部４０使用）場合、プレート衝突１とほぼ同様な効果がある。
【００７８】
５．（５），（６），（７）より、今回の装置の中では、回転渦による分離作用を利用した場合が最も効果があり、その中でも、金属たわしを装着した場合がずば抜けた効果を有する。
【００７９】
６．（４），（５），（６）より、回転衝突による分離作用を利用した場合と回転渦による分離作用を利用（樹脂網と金属網の何れも）した場合では、効果は同じである。
【００８０】
７．（４），（５），（６），（７）より、アオコ群体の分断には、アオコ群体に対し遠心力を加えてから衝突力及び剪断力を利用する方法が効果的である。
【００８１】
８．（８）より、プレート衝突の場合、ポンプ圧力が０．５ＭＰａでは効果がない。従って、加圧ノズルチップのみでポンプ圧力が０．５ＭＰａの場合、全く効果がないと推定される。
【００８２】
９．（９）より、ポンプ圧力が０．５ＭＰａでの回転衝突による分離作用を利用した場合、効果が少ない。ポンプ圧力が１．０ＭＰａでは、効果が認められるので、圧力は高い方が効果があると考えられる。
【００８３】
１０．（１１），（１２），（１３）より、回転渦による分離作用を利用した場合では、ポンプ圧力が大きいほど効果があるわけではなく、ポンプ圧力が０．２ＭＰａ、０．５ＭＰａ、１．０ＭＰａの中で０．５ＭＰａが最も効果がある結果となった。よって、装置の適正圧力が存在すると思われる。
【００８４】
つまり、ポンプ圧力が１．０ＭＰａの実験結果１においては、アオコ原水ａと比較した細胞数の増加数を見れば、回転渦（金属たわし）の原水比較値３．１９が最良である。ポンプ圧力が０．５ＭＰａの実験結果２においては、顕著な効果は得られないが、回転渦（金属たわし）の場合、三種類のポンプ圧力０．２ＭＰａ，０．５ＭＰａ，１．０ＭＰａの中でポンプ圧力０．５ＭＰａの場合の原水比較値２．２０が一番良かったので、回転渦（金属たわし）に関しては、ポンプ圧力が下がっても効果が得られることが分かる。つまり、高いポンプ圧力を必要としないのでポンプの小型化或いは大量処理化、即ち、装置の小型化或いは処理量増大化が可能である。
【００８５】
このアオコ除去処理実験の結果から、衝突による浮遊性藍藻類除去装置、回転渦による浮遊性藍藻類除去装置、及び回転衝突による浮遊性藍藻類除去装置のそれぞれの評価を行い、最適な装置とその原理を考察する。
（１）衝突による浮遊性藍藻類除去装置
衝突による場合、ノズル効果に加えて衝突による破壊効果を発揮できると考えた。その結果、ポンプ圧力１．０ＭＰａで間隙が約１９ｍｍ以外の場合、効果が認められなかった。加圧ノズルチップ２０から噴出された液体は噴出後急激に減速することから、間隙が約３８ｍｍで効果がなかったのは、衝突速度に起因するものと考えられる。従って、アオコ群体の破壊には、高速度で衝突させることが効果的であると考えられる。
【００８６】
しかしながら、衝突による装置は、常時、１．０ＭＰａ以上のポンプ圧力を保持しなければならないため、特殊な装置或いは専用の装置或いは少量処理にならざるを得ない。
（２）回転衝突による浮遊性藍藻類除去装置
回転衝突による分離作用を用いた場合、衝突力を基に処理作用を行っており、処理を効果的に行うためアオコ原水ａに回転力を加えている。この効果は、ポンプ圧力１．０ＭＰａのときに発揮され、ポンプ圧力０．５ＭＰａのときは発揮されなかった。今回の実験では、ポンプ圧力１．０ＭＰａのとき間隙が約１９ｍｍのプレート衝突と同様な効果を有することから、回転力による速度増加が効果を発揮したものと考えられる。
【００８７】
しかしながら、回転衝突による装置においても、衝突による装置と同様に、常時、１．０ＭＰａ以上のポンプ圧力を保持しなければならず、特殊な装置或いは専用の装置或いは少量処理にならざるを得ない。
（３）回転渦による浮遊性藍藻類除去装置
回転渦による場合は、ノズル装置とサイクロン装置により速度を増加させ更に回転力による遠心力を利用するものであって、乱流による流体同士の剪断と衝突及び管（円筒体３８）内に挿入された分断手段３９との衝突によるアオコ群体の破壊、管内の中心部と円周部の圧力差間を移動することによるアオコ気泡の破壊等を基に、処理作用を行っている。
【００８８】
今回の実験は、板状網部材３９ａとして樹脂網及び金網、コイル状部材３９ｂとして金属たわしの３種類について行ったが、樹脂網、金網、金属たわしの何れについても効果が認められた。特に、コイル状部材３９ｂである金属たわしを用いた場合の効果が飛び抜けている。板状網部材３９ａである樹脂網と金網を用いた場合は、効果に差はなく同等に機能することが分かった。なお、板状網部材３９ａである樹脂網と金網を用いた場合と、回転衝突による分離作用（回転衝突分離部４０）を用いた場合は、ほぼ同様な効果を有することが分かった。
【００８９】
また、コイル状部材３９ｂである金属たわしを用いた場合は、ポンプ圧力が１．０ＭＰａより０．５ＭＰａの方がよい結果となり、低圧力でも効果を発揮することが分かった。これらのことから、アオコ群体の破壊は、回転渦による浮遊性藍藻類除去装置にあって、分断手段３９としてコイル状部材３９ｂ（金属たわし）を用いた場合が、最も効果を発揮することが分かった。
【００９０】
ここで、アオコ群体の破壊原理について検討する。湖沼等からのアオコの除去を考えた場合、ガス胞の破壊によって沈殿させると最終的には死滅するが、アオコ細胞が直ぐに死滅することはない。このため、アオコ増殖のための最適条件が整えば再生する可能性も考えられる。従って、アオコ細胞の再生可能性を低下させ、また、湖沼等の底部付近に生息する動物プランクトンが捕食し易い大きさにしてアオコ細胞の減少を図るため、採取したアオコ群体を破壊しシースを破壊することが必要となる。
【００９１】
従って、上記要望を満たす最も効果的な浮遊性藍藻類除去装置を得るためには、次の各種要件を備えることが求められる。
【００９２】
１．浮遊性藍藻類除去装置におけるアオコ原水ａの所要圧力を保持するためのノズルを設置する。
【００９３】
２．浮遊性藍藻類除去装置におけるアオコ原水ａの流速を増すためのノズル装置を設置する。この流速増加用のノズル装置は圧力保持用のノズル装置を兼ねるものとする。
【００９４】
３．アオコ原水ａの流速及び圧力を増すため、アオコ原水ａの流れを直線流から渦流に変換する。
【００９５】
４．渦流の速度を更に増加させるため、渦直径を小さくする。このため、流速及び遠心力の増加を図ることができる。
【００９６】
５．遠心力により流速と圧力が増加した貫通路におけるアオコ原水ａの流れは、層流に近い状態であるが、これを急激に乱流状態にする。これにより、アオコ群体同士の衝突及び剪断が発生する。
【００９７】
６．遠心力により流速と圧力が増加したアオコ群体の流れは、貫通路上の障害物（樹脂網、金網、金属たわし等の分断手段３９）との衝突により分断され破壊される。
【００９８】
７．遠心力により流速と圧力が増加したアオコ群体の流れは、圧力差を生じさせる貫通路の周辺部と中心部を往復し、その結果、アオコのガス泡が破壊される。
【００９９】
上記各種要件を備えた浮遊性藍藻類除去装置は、アオコ群体を分断し破壊する手段として、圧力保持機能、水流速度増幅機能、渦流変換機能、渦流速度増幅機能、乱流発生機能、衝突機能、及び中心部空洞保持機能等を備える。この浮遊性藍藻類除去装置を用いて、湖沼等からアオコ原水ａを採取し、そのアオコ原水ａに含まれるアオコ群体を分断し破壊した後、再び湖沼等に戻すアオコ除去システムを形成することができる。
【０１００】
即ち、浮遊性藍藻類であるアオコが発生する発生水域（湖沼等）から、群体化したアオコを含むアオコ原水ａを吸引するポンプと、上述したこの発明に係る何れかの浮遊性藍藻類除去装置と、ポンプに接続されて、アオコ原水ａを上述した浮遊性藍藻類除去装置へ送り込むと共に、この浮遊性藍藻類除去装置の貫通路を通り抜けることによって、群体化したアオコを小数細胞の集合体に分断すると共に浮遊性藍藻類のガス胞を破壊したアオコ処理水ｂとして、再び、アオコを採取した発生水域へ戻す流路とを有する、アオコ除去システムである。
【０１０１】
このような、アオコ群体の破壊手段である浮遊性藍藻類除去装置を用いたアオコ除去システムは、以下に示すような効果を得ることができる。
【０１０２】
１．アオコの増殖速度より早い速度で大量処理ができる。これは、ポンプ台数の増加が容易なシステムであり、また、ポンプの能力により浮遊性藍藻類除去装置の規模を調整することができるからである。
【０１０３】
２．処理後のアオコを湖沼等外に持ち出さずに湖沼等に戻すことができる。これにより、処理コストが廉価となる。これは、処理後のアオコを含むアオコ処理水を湖沼等に戻すアオコ除去システムを構成することができるからである。
【０１０４】
３．湖沼等に発生したアオコを除去するためのアオコ除去システムの稼働は、年間３〜５ヶ月と短いので、できるだけ市販の部材を組み合わせて、できればレンタル品を選定して、システムを構成することができる。これは、特殊な構造を有するアオコ群体破壊装置は、簡単な鋼材加工により形成することが可能で、安価に製造することができ、その他の装置は、レンタル品で調達することができるからである。
【０１０５】
４．破断処理した後のアオコ群体は、湖沼等の底部で動物プランクトン等が捕食できる大きさである。
【０１０６】
５．破断処理した後のアオコ群体は、アオコのガス胞が完全に破壊されて沈殿する。
【０１０７】
また、浮遊性藍藻類除去装置において、ノズルを通過する前に目詰まり防止用の金網等を設置し、また、排出口に逆洗装置を設置することにより、装置内部にゴミ等が入り込んで目詰まりが生じるのを防止することができる。
【０１０８】
上述した浮遊性藍藻類除去装置を用いたアオコ除去処理実験の結果から、実際にアオコが発生している湖沼等において、この発明に係る浮遊性藍藻類除去装置を用いたアオコ除去処理システムによりアオコを効果的に除去することができることが分かった。
【０１０９】
なお、湖沼等の水面或いは水中の広範囲に浮遊しているアオコを除去するためには、アオコを効率的に収集し採取することが必要であるが、このようなものとして、例えば、当該出願人が既に出願した「水中浮遊物採取装置（特願２００２−１６６９８８参照）」を用いることができる。
【０１１０】
このように、この発明によれば、衝突による浮遊性藍藻類除去装置、回転渦による浮遊性藍藻類除去装置、及び回転衝突による浮遊性藍藻類除去装置等により、湖沼等から取り込んだアオコ原水ａに含まれるアオコ群体を分断して小集合体とし、且つ、ガス胞を破壊した後、アオコ処理水ｂとして再び湖沼等に排出することができる。従って、小集合体となりガス胞が破壊されたアオコ群体は、湖沼等に戻されると底に沈んで、容易に動物プランクトン等に捕食されることになり、湖沼等に発生したアオコを効果的に除去することができる。
【０１１１】
なお、上記実施の形態において、分断手段３９は、樹脂網や金網或いは金属たわし等に限るものではなく、アオコ原水ａに対し、アオコ原水ａに含まれるアオコ群体を細胞数が１〜１０個の小集合体に分断し、また、アオコのガス胞を破壊することができるものであれば良い。
【０１１２】
また、この発明に係るアオコ群体の破壊手段である浮遊性藍藻類除去装置は、湖沼等から採取したアオコ原水ａに含まれるアオコ群体を分断しアオコのガス胞を破壊するものであるが、例えば、発生した赤潮を駆除するシステム等として用いることもできる。
【０１１３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、群体化した浮遊性藍藻類を含む水が、ノズル装置のノズル孔から噴出した後、サイクロン形成部で、直線運動から回転運動に変換されてノズル噴出後よりも速度を速めた回転渦流として押し出され、更に、速度を速めた回転渦流として押し出された前記群体化した浮遊性藍藻類が通過する渦流衝突部で、流路中に設置された衝突部材に衝突することにより、群体を小数細胞の集合体に分断すると共に浮遊性藍藻類のガス胞を破壊するので、アオコ等の浮遊性藍藻類を効率良く廉価でしかもその増殖速度に対応して除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る浮遊性藍藻類除去装置を用いた実験設備の全体構成を示し、（ａ）は平面説明図、（ｂ）は正面説明図である。
【図２】図１の浮遊性藍藻類除去装置の第１例を示し、（ａ）は長手方向に沿う断面による説明図、（ｂ）は一部省略した衝突分離部側端面図である。
【図３】図１の浮遊性藍藻類除去装置の第２例を示す長手方向に沿う断面による説明図である。
【図４】図３の浮遊性藍藻類除去装置の回転渦部を示す長手方向に沿う断面による説明図である。
【図５】図４の分断手段の装着状態の一例を示し、（ａ）は一部破断した部分説明図、（ｂ）は端面図である。
【図６】図４の分断手段の装着状態の他の例を示し、（ａ）は一部破断した部分説明図、（ｂ）は端面図である。
【図７】回転衝突分離部の概略構造を示す説明図である。
【図８】アオコ除去処理実験の結果を示し、（ａ）は実験結果１のグラフによる説明図、（ｂ）は実験結果２のグラフによる説明図である。
【符号の説明】
１０，３０ 浮遊性藍藻類除去装置
１０ａ，３０ａ 貫通路
１１ 流路
１２ ポンプ
１３ 攪拌機
１４ 吸引ホース
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ 圧力計
１６ 流量計
１７ 取水用バルブ
１８ 導入部
１８ａ，１９ａ，２４ａ，３５ｂ フランジ
１８ｂ ソケット
１９ レジュサ
２０ 加圧ノズルチップ
２０ａ 端面
２０ｂ チップ孔
２１ 衝突分離部
２２ チップホルダ
２３ シール材
２４，３２ 管体
２５ 衝突部
２５ａ 端面盤
２５ｂ 周壁
２６ 衝突網
２７ 支持部
３１ 回転渦分離部
３３ サイクロン形成部
３４ 渦流衝突部
３５，３８ 円筒体
３５ａ 開口
３６ 円錐体
３７ 閉塞部材
３７ａ シール部材
３９ 分断手段
３９ａ 板状網部材
３９ｂ コイル状部材
４０ 回転衝突分離部
４１ 螺旋流形成部
４１ａ ガイド羽根
４２ 衝突部
４２ａ 突起
ａ アオコ原水
ｂ アオコ処理水

Claims (6)

1. 群体化した浮遊性藍藻類を含む水を噴出するノズル孔を備えたノズル装置と、前記ノズル孔から噴出する前記群体化した浮遊性藍藻類を、直線運動から回転運動に変換してノズル噴出後よりも速度を速めた回転渦流として押し出すサイクロン形成部と、
   速度を速めた回転渦流として押し出された前記群体化した浮遊性藍藻類の流路中に設置され、前記群体化した浮遊性藍藻類が通過する際に衝突する衝突部材を備えた渦流衝突部とを有し、
   前記群体化した浮遊性藍藻類が前記ノズル装置、前記サイクロン形成部及び前記渦流衝突部を通過することにより、群体を小数細胞の集合体に分断すると共に浮遊性藍藻類のガス胞を破壊することを特徴とする浮遊性藍藻類除去装置。
2. 前記サイクロン形成部は、
   前記ノズル孔を内部に露出させると共に一端が塞がれた円筒体、及び前記円筒体の開口に大径側が連結されたテーパ形状の円錐体からなることを特徴とする請求項１に記載の浮遊性藍藻類除去装置。
3. 前記渦流衝突部は、
   前記渦流衝突部の内面全域に網目形状部が形成され、且つ、前記渦流衝突部の中心軸方向に沿って渦流の貫通路が形成されるように、板状網部材或いはコイル状部材からなる分断手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の浮遊性藍藻類除去装置。
4. 前記分断手段は、
   前記板状網部材は網状板体を丸めて円筒状に形成し、前記コイル状部材は、薄く細い金属板をコイル状に密着して巻いて形成した細いコイル部材を更にコイル状に巻いて円筒状に形成し、前記渦流衝突部の内周面に沿って配置されることを特徴とする請求項３に記載の浮遊性藍藻類除去装置。
5. 管体内に送り込まれた群体化した浮遊性藍藻類を含む水を、送り込まれる前より速度を速めて前記管体内を流れる螺旋流とするための螺旋流形成部と、
   前記螺旋流形成部に連続する管体に設けられ、前記螺旋流形成部を通過し速度を速めた螺旋流が突起への衝突を繰り返しながら通過する衝突部とを有し、
   前記群体化した浮遊性藍藻類が前記螺旋流形成部及び前記衝突部を通過することにより、群体を小数細胞の集合体に分断すると共に浮遊性藍藻類のガス胞を破壊することを特徴とする浮遊性藍藻類除去装置。
6. 浮遊性藍藻類が発生する発生水域から、前記群体化した浮遊性藍藻類を含む原水を吸引するポンプと、
   請求項１から５のいずれかに記載の浮遊性藍藻類除去装置と、
   前記ポンプに接続されて、前記原水を前記浮遊性藍藻類除去装置へ送り込むと共に、前記浮遊性藍藻類除去装置の貫通路を通り抜けることによって前記群体化した浮遊性藍藻類を小数細胞の集合体に分断すると共に浮遊性藍藻類のガス胞を破壊した処理水を再び前記発生水域へ戻す、流路と
   を有することを特徴とする浮遊性藍藻類除去システム。

Images