JP2005111416A

JP2005111416A - 水の浄化方法および装置

Info

Publication number: JP2005111416A
Application number: JP2003351128A
Authority: JP
Inventors: Kenji Hatanaka; 賢爾畑中
Original assignee: SHINKI SANGYO KK
Current assignee: SHINKI SANGYO KK
Priority date: 2003-10-09
Filing date: 2003-10-09
Publication date: 2005-04-28

Abstract

【課題】比較的小型の装置で水質の改善効率を充分に改良し、水深の浅い池や沼や人工池などでも使用できる水の浄化方法および小型の装置とすることである。
【解決手段】水上に浮揚可能な舟形のフロート１が水上を自力で移動可能であるように外付けのモータ２およびスクリュー３を設けたものであり、フロート１の両舷側には、左右一対の水車型羽根車４を軸受に支持されて従動回転するように取り付け、水車型羽根車４よりも舷側の近い位置には、浄化処理材を収容した管状の透水性容器５をアーム６を介して水面下に水と接触するように吊り下げて設け、船形のフロート１の移動時に透水性容器５内に湖沼または池の水を通過させるようにした水の浄化装置とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、湖沼または池の水を採水し浄化処理して原水域に返還する水の浄化方法および装置に関するものである。

一般に、内水面における比較的小さな閉鎖水域である湖沼または池（人工の池やプールも含む。）では、その閉鎖された環境のゆえに水の自然的な浄化が起こりにくく、すなわちこれらの水域では水が入れ替わり難いので、水中には有機物が高濃度で蓄積されやすく、そのためにアオコなどの藻類やプランクトンなどが異常繁殖しやすくなり、しばしば湖沼や灌漑池、調整池またはその周辺では、ヒトや魚類その他の動物が異臭を感じたり、甚だしい場合には中毒症状を起こしたりするという問題がある。

このような湖沼や池の水質を自然環境に近づけるように改善するため、浄水装置を船に設け、具体的には永久磁石や電磁石等による水分子微細化手段、多孔質材等による微生物造巣手段、空気や酸素等の付加手段、および攪拌手段を有する船舶装備用の浄水装置が開示されている（特許文献１参照）。

前記した水分子微細化手段として具体的に開示されているのは、磁石板片の複数枚を流れに直交する方向に隙間を置いて並列に配置し、隣合うものの対向する面が異極になるように構成されているものである。

特開２０００−２６３０７７号公報（段落［０００５］、［０００８］）

しかし、上記した従来の湖沼または池の水の浄化方法および装置では、磁石板片の複数枚を隣合う面が異極になるように並べ、この極間に水を通過させるように構成したものであるから、極間をある程度狭くしないと効果がなく、また電極や電源または磁石を多く設けて改善を充分にすれば、装置が大型になり、これでは装置を係止する船が大型化して水深の浅い池や沼や人工池などでは使用できない場合があるという問題点がある。

また、特許文献１で開示された永久磁石や電磁石等による水分子微細化手段は、磁力の具体的な作用または効果が開示されておらず、そのような手段では充分な利用価値が見出されていなかった。

そこで、この発明の課題は、上記した問題点を解決して、比較的小型の装置で水質の改善効率を充分に改良し、水深の浅い池や沼や人工池などでも使用できる水の浄化方法および小型の装置とすることである。

上記の課題を解決するために、この発明では、湖沼または池の水を浄化処理して原水域に返還する水の浄化方法において、前記浄化処理が、５〜２５気圧に加圧された水を玄武岩、安山岩、磁鉄鉱から選ばれる鉱物性無機物質に接触通過させる工程と、この工程を経た水を前記気圧未満の雰囲気下に曝気する工程を交互に繰り返して製造された活性化鉱水をセラミックス材料に添加し、このセラミックス材料を溶融成形して得たセラミックス質粒体の多数を透水性容器に充填し、浄化対象の水を前記粒体に接触通過させる浄化処理であることを特徴とする水の浄化方法としたのである。

この発明に用いる所定方法で製造された活性化鉱水は、本願の発明者によって発明され、特公平４−７４０７４号公報に開示されている製法で得られる周知のものである。このような活性化鉱水は、水分子のクラスターが小さくなっていることなど、分子レベルで水の状態が変化しているものと考えられており、また接触通過した鉱物性無機物質から溶出した無機イオン（例えば２価または３価の無機イオン）を含み、また種々の物質によく浸透する物性がある。

上記の所定方法で製造された活性化鉱水をセラミックス材料に添加し、浸漬するか、または少量を混ぜて接触させると、セラミックス材料に活性化鉱水およびこれに含まれる鉱物性無機物質からの無機イオンが添加され、そのために活性化鉱水の示す物理化学的な性質がセラミックス材料にも現れるようになる。

因みに、ガラス質のセラミックスは、外見上は固体の性質を示すが高粘度で流動性を失っている非晶性のもので分子やイオンの配列が液体に似ているので、活性化鉱水の成分を含ませるとそれと同様な性質を保持しやすいと考えられる。このような鉱物性無機イオンを含むセラミックス質の粒体は、藻類などの微生物その他の有機物を含んでいる湖沼または池の水に接触した際、何らかの物理化学的作用を及ぼすと考えられ、結果的には浄化処理材に接した水に微生物や有機物の含有量が少なくなり、水が浄化された状態になると考えられる。

また、前記の課題を解決するために、本願の装置の発明として、湖沼または池の水上に浮揚して自力または外力で移動可能なフロートに、浄化処理材を収容した透水性容器を係止して設け、前記浄化処理材に水を接触通過させて処理する水の浄化装置において、前記浄化処理材は、５〜２５気圧に加圧された水を玄武岩、安山岩、磁鉄鉱から選ばれる鉱物性無機物質に接触通過させる工程と、この工程を経た水を前記気圧未満の雰囲気下に曝気する工程を交互に繰り返して製造された活性化鉱水をセラミックスの原材料に添加し、この原材料を溶融し混合成形して設けたセラミックス質粒体の多数個を前記透水性容器内に収容した透水性のある集合体からなることを特徴とする湖沼または池の水の浄化装置としたのである。

このようなセラミックス質の粒体は、表面が緻密で滑らかなものであるから、雑菌や微生物が付着しにくい。そのため、セラミックス質の粒体が充填されている透水性容器内では雑菌等の微生物が繁殖し難く、水の接触通過抵抗も小さく、長期間使用しても目詰まりもなく、総じて水との接触効率が良いので、比較的小さな透水性容器に収容したものでよい。

そして、上記した構成の水の浄化装置は、自力または外力で移動するフロートに取り付けた浄水装置が水中を移動することにより、水とセラミックス質の粒体が接触し、浄水装置内を通過した水はセラミックス質の表面で無機イオンが添加され、または何らかの物理化学的作用が及ぼされ、結果として微生物や有機物が少なくなるように水が浄化される。

上記した水の浄化装置は、フロートの両舷側には従動回転または駆動されて回転する水車型羽根車が、その一部を喫水水面下に没するように取り付けられているものを採用できる。フロートの両舷には駆動装置で回転する水車型羽根車がその一部を水面下に没するように取り付けられていると、自走することができ、また水車型羽根車は能動回転または受動回転により水面下に空気を混ぜる作用があるので、水は曝気されて水中溶存酸素量も高まる。そのため、汚泥をよく分解する好気性の微生物やその他の生物が繁殖しやすくなり、水の浄化に好ましい。

また、水の浄化装置に水を効率よく接触通過させるために、浄水処理材が、両端開口の管内に複数対設けた透水性仕切り壁間に前記粒体を充填した状態で透水性の集合体となっている浄水処理材としたのである。管内に設けた複数の透水性仕切り壁の間に粒体を充填して設けられるので、管の一端から他端へ通過する水が、仕切り壁および浄水処理材の隙間を通過し、その際に水は粒体と接触して活性化作用を受ける。

さらに透水性容器が、管壁に通水用の貫通孔を形成した透水性容器であると、管の端面ばかりでなく、管壁を通過して水が浄水装置内に入ったり、または排出されたりするため、透水性の仕切り壁の目詰まりしにくくなり、また管内の通水量が増加するので、粒体と水との接触効率がより高くなる。

この発明は、以上説明したように、湖沼または池の水の浄化処理が、所定のセラミックス質粒体の多数を透水性容器に充填し、採水した水を前記粒体に接触通過させる浄化処理であるので、比較的小型の装置で水質の改善効率を充分に改善できるという利点がある。

また、水上に浮揚可能なフロートに、前記所定のセラミックス質粒体を充填した浄水装置を水と接触可能に取り付け、前記フロートは水上を自力または外力で移動可能に設けたものは、比較的水深の浅い池や沼や人工池などでも使用できる水の浄化装置であるという利点がある。

フロートの両舷に水車型羽根車が取り付けられているものでは、使用時に水の浄化に好ましい曝気作用も奏することのできる装置になる。

この発明の実施形態を添付図面に基づいて以下に説明する。
図１および図２に示すように、実施形態の水の浄化装置は、水上に浮揚可能な舟形のフロート１が水上を自力で移動可能であるように外付けのモータ２およびスクリュー３を設けたものであり、フロート１の両舷側には、左右一対の水車型羽根車４を軸受に支持されて従動回転するように取り付け、水車型羽根車４よりも舷側の近い位置には、浄化処理材を収容した管状の透水性容器５をアーム６を介して水面下に水と接触するように吊り下げて設け、船形のフロート１の移動時に透水性容器５内に湖沼または池の水を通過させるようにした水の浄化装置である。

実施形態のフロート１は、例えば全長約３ｍのアルミニウム合金製の板状素材を船形に形成したものであり、その上部全面には、パネル状の太陽光発電装置７が取り付けられている。そして、太陽光発電装置７で起こされた電力は、端子１０からモータ２へ直接供給すると共に、鉛蓄電池などの蓄電池８に充電制御装置９を介して蓄え、必要に応じてここからもモータ２を駆動する電力を供給している。

図１、２に示すように、外付けのモータ２は、喫水面下に配置されるスクリュー３と一体に設けられ、モータ２の外形状の一部を板状に形成して舵の機能も持たせている。また、推進方向を操作するステアリング１１の部分は、周知のロック機構を備えて推進方向のコントロールが可能であり、また電源のオンとオフを制御するタイマーも内蔵している。このような外付モータとしては、市販のミンコタ社製の電動モーターなどを採用することができる。

水車型羽根車４は、外車または外輪とも呼ばれる船舶推進器であるか、もしくは回転動力が入力されずに従動回転する同形態の外車のいずれでもよく、また周囲に水を掻くための平板を放射状に備えた車であるか、もしくは曲面をなす羽が車の周囲に放射状に配置したものが好ましい。

浄化処理材は、５〜２５気圧に加圧された水を玄武岩、安山岩、磁鉄鉱から選ばれる鉱物性無機物質に接触通過させる工程と、この工程を経た水を前記気圧未満の雰囲気下に曝気する工程を交互に繰り返して製造された活性化鉱水をセラミックスの原材料に添加し、この原材料を溶融し混合成形してセラミックス質の粒体を設け、この粒体の多数を透水性容器に収容した透水性のある集合体からなるものである。

図３に示すように、浄水処理材１２は、管１３の周壁に通水用の貫通孔１４を形成し両端が開口した管１３内に、透水性仕切り壁１５を複数対設け、一対以上の仕切り壁間に直径１ｃｍのセラミックス質の粒体１６を６０個づつ平板状に充填した状態で収容されている。

この発明に用いる活性化鉱水は、５〜２５気圧に加圧された水を玄武岩、安山岩、磁鉄鉱から選ばれる鉱物性無機物質に接触通過させ、接触通過した水を前記気圧未満の雰囲気下に曝気し、これらの工程を順に繰り返して製造され、含有成分からみると、鉱物性無機化合物を含有するいわゆる鉱水と同じである。

この発明に用いる活性化鉱水は、所定の圧力で鉱物性無機物質に接触した際に、これから溶出した無機イオン（例えば２価または３価の無機イオン）を含有し、また活性化鉱水の水分子を構成するクラスターは、通常の水分子のクラスターよりも小さくなっていると考えられる。そのために製造途中の活性化鉱水は、次第に鉱物性無機物質に対する浸透性および溶解性がある程度高められており、より多くの無機イオンを含有していると考えられる。

因みに、玄武岩、安山岩、磁鉄鉱の主な成分は、ＳｉＯ₂ 、ＴｉＯ₂ 、Ａｌ₂Ｏ₃ 、Ｆｅ₂ Ｏ₃ 、ＦｅＯ、ＭｎＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｎａ₂ Ｏ、Ｋ₂ Ｏからなっている。
５〜２５気圧に加圧された水を使用して鉱物性無機物質に接触通過させる理由は、５気圧未満の低圧では活性化鉱水の製造効率が悪く、生成された鉱水の浸透性向上などの作用が不充分だからであり、また加圧の上限は、２５気圧を越える加圧水を接触させても活性化鉱水にそれ以上に変化が見られず、却って実用性を失するからである。

また、曝気する理由は、加圧された水を大気圧まで一旦減圧し、再び加圧する工程を繰り返すためであり、減圧と加圧を繰り返す製造工程は、活性化鉱水に特有の物性を得るために必要と考えられている。

活性化鉱水のセラミックス材料に対する添加量は、蒸発乾燥させればよいので特に限定されないが、少なくとも５重量％以上を添加することによってセラミックス材料に接触させれば好ましい結果が得られる。

セラミックス材料の具体例として、ガラスの主原料の代表例としては、以下のものが挙げられる。すなわち、主原料としては、ＳｉＯ₂ 、Ｂ₂ Ｏ₃ 、Ａｌ₂ Ｏ₃、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＰｂＯ、Ｎａ₂ Ｏ、Ｋ₂ Ｏなどが挙げられる。また、このような材料を用いた一般的なガラスの種類としては、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラスなどが挙げられる。

そして、上述のガラスなどのセラミックス材料を溶融成形し、球状、円柱状、角柱状、薄片状、楕円球状、リング状その他の周知のペレットや粒形状の粒体を成形する。

ガラス材料からなるセラミックス材料を粒状に溶融成形すると、その表面は滑らかで緻密なガラス質になるが、予め粒状に成形したセラミックス粒や鉄などの金属粒の表面にガラスを溶融被覆してもよい。

図３に示すようにセラミックス質の粒体１６を収容する管状の透水性容器５は、例えば直径１０ｃｍ、長さ７０ｃｍ程度の両端開口のステンレス鋼管であり、この中に長手方向に等間隔で透水性仕切り壁１５を間隔保持リング１７の両端面に溶着など固定して設け、２枚一組の透水性仕切り壁（５対）１５の約１ｃｍの間隙に直径約１ｃｍ程度の球状の粒体１６を一箇所について６０個程度を平面的に並べて充填させ、これを透水性の板状の集合体からなる浄水処理材を設けている。

また、透水性容器５の管壁には、通水用の貫通孔１４を形成して、透水性仕切り壁１５以外の部分から水が出入りでき、浄水処理材１２が目詰まりしたり、管内に藻や微生物などが滞留しないようにして、水の通過効率を改善している。

以上説明した実施形態の水の浄化装置は、実際の池の中央などに設けた杭１８、錨または係留用ケーソンなどに回転自在な状態でロープやワイヤーなどの紐状部材１９を介して係留し、前進方向のスクリューの推進力により杭１８の周りに円を描くように航行させる。一日の航行時間は、特に限定されるものではないが、例えば一日のうちに３〜１２時間程度、航行させると好ましい浄化能力が発揮される。

なお、この発明の水の浄化装置および浄化方法の処理対象となる水は、湖沼または池などに溜められた閉鎖水域の水である。その他の湖沼又は池を例示すると、人工池やプールであり、より具体的には、ダム湖などの人造湖、灌漑池、土地の水捌け改善や災害防止のための調整池や溜池、造園地内の人造池、コンクリートなどで形成された防災用や上・下水処理用の屋内外プールなどが挙げられる。
また、これらの閉鎖水域の水が、酸性側またはアルカリ性側に偏っている場合には、その中性化を目的として、水を浄化することもできる。

カラム内に充填した粒状の玄武岩に１５〜２５気圧に加圧された水を接触通過させ、この水を大気圧下の貯水槽に曝気し、これらの工程を繰り返して２４時間循環させて製造した活性化鉱水を使用した。

この活性化鉱水は、ガラスの原材料（耐熱ガラスＳｉＯ₂ ７１．５％、Ｂ₂Ｏ₃ １２．０％、Ａｌ₂ Ｏ₃ ５．０％、Ｎａ₂ Ｏ１１．０％、ＣａＯ０．３％）の石英ガラスに１０重量％添加して接触させ、この原材料を溶融成形してガラス質の粒体（直径約１．１ｍｍの球状体）を成形した。

この粒体を６０個づつ５列となるように上記した実施形態の管状の透水性容器５に収容し、実施形態で説明した舟形フロート１（全長３ｍ）に装着し、庭園の池（周囲２００ｍ、水深５０ｃｍ）内の水を３０分動作させ、３０分停止させる動作を一日当たり８時間繰り返して６０日間（６月から８月）繰り返したところ、以下の表１に示す結果が得られた。
試験項目とその試験方法は、ｐＨ（JIS Ｋ 0102-12.1）化学的酸素要求量（ＣＯＤ、JIS Ｋ 0102-17）、懸濁物（ＳＳ、JIS Ｋ 0102-14.1）、溶存酸素量（ＤＯ、JIS Ｋ 0102-32.3）である。

表１の結果からも明らかなように、実施例１の浄化装置で処理されることにより、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、懸濁物（ＳＳ）、溶存酸素量（ＤＯ）の値はいずれも経時的に改善されていることがわかる。

実施形態の側面図実施形態の電源とモータの回路の説明図実施形態のセラミックス質粒体の集合体を示す斜視図実施形態の使用状態を説明する斜視図

符号の説明

１フロート
２モータ
３スクリュー
４水車型羽根車
５透水性容器
６アーム
７太陽光発電装置
８蓄電池
９充電制御装置
１０端子
１１ステアリング
１２浄水処理材
１３管
１４貫通孔
１５透水性仕切り壁
１６粒体
１７間隔保持リング
１８杭
１９紐状部材

Claims

湖沼または池の水を浄化処理して原水域に返還する水の浄化方法において、
前記浄化処理が、５〜２５気圧に加圧された水を玄武岩、安山岩、磁鉄鉱から選ばれる鉱物性無機物質に接触通過させる工程と、この工程を経た水を前記気圧未満の雰囲気下に曝気する工程を交互に繰り返して製造された活性化鉱水をセラミックス材料に添加し、このセラミックス材料を溶融成形して得たセラミックス質粒体の多数を透水性容器に充填し、浄化対象の水を前記粒体に接触通過させる浄化処理であることを特徴とする水の浄化方法。
湖沼または池の水上に浮揚して自力または外力で移動可能なフロートに、浄化処理材を収容した透水性容器を係止して設け、前記浄化処理材に水を接触通過させて処理する水の浄化装置において、
前記浄化処理材は、５〜２５気圧に加圧された水を玄武岩、安山岩、磁鉄鉱から選ばれる鉱物性無機物質に接触通過させる工程と、この工程を経た水を前記気圧未満の雰囲気下に曝気する工程を交互に繰り返して製造された活性化鉱水をセラミックスの原材料に添加し、この原材料を溶融し混合成形して設けたセラミックス質粒体の多数個を前記透水性容器内に収容した透水性のある集合体からなることを特徴とする湖沼または池の水の浄化装置。
フロートの両舷側には従動回転または駆動されて回転する水車型羽根車が、その一部を喫水水面下に没するように取り付けられている請求項２に記載の水の浄化装置。
浄水処理材が、両端開口の管内に複数対設けた透水性仕切り壁間に前記粒体を充填した状態で透水性の集合体となっている浄水処理材である請求項２または３に記載の水の浄化装置。
透水性容器が、管壁に通水用の貫通孔を形成した透水性容器である請求項４に記載の水の浄化装置。