JP2006122745A - 水浄化装置および水浄化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、効果的にアオコ等の藻類の除去などを行いながら、水の浄化を効率的に行うことができる水浄化装置および水浄化方法を提供することを目的とする。
【解決手段】この発明の水浄化装置１は、ろ過材５と、このろ過材５を支持する浮き３と、複数の水取入口８，９を有し、異なる複数の取水位置の選択を制御してろ過材５に水を供給するものであり、アオコなどの時間的な移動に追随し、アオコなどが多く存在する位置の水を選択的に取り入れてろ過材５に供給し、効果的な水の浄化を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、水浄化装置および水浄化方法に関するもので、特に、アオコ等の発生した水の浄化に関するものである

城の周辺の堀や公園の池等は、都市部に多く存在しており、生活廃水等が流入することなどで汚濁が進みやすい。このような場所では、泳いでいる魚がはっきりと見えるような水の透明度や、不快な臭いの防止が強く求められている。しかし、城や多くの公園は文化財としての価値が高く、その価値や景観を損なわないようにしなければならないという制約があるので、そこに大規模な浄化設備を建設することは困難である。

例えば、特許文献１や特許文献２には、閉鎖水域の水面に浮揚する水中曝気ポンプを設け、その水中曝気ポンプの周りに水処理接触材層を設けて、水中曝気ポンプにより前記水処理接触材層を通して水を噴出する水質浄化装置であって、上記水処理接触材層の下部に連通した取水管を上記閉鎖水域内に所要長さ延ばし、上記水中曝気ポンプの噴水による前記水処理接触材層の内部と前記閉鎖水域の水位差でもって、前記取水管を介し前記閉鎖水域の水を前記水処理接触材層内を通して前記水中曝気ポンプに導くようにしたことを特徴とする水質浄化装置が記載されている。そして、特許文献１の０００９段落には取水管をフレキシブルとすることや自ずと動くようにして取水域を自動的に変更することが記載されており、特許文献２の００２５段落にもほど同様のことが記載されている。
特開２００４−２２３４５２号公報 特開２００４−２６７９７７号公報

アオコ等は時間とともに棲息する深度を変える。すなわち、昼間は表層付近の比較的浅い場所に生息しているが、夜間はそれよりも深い場所に移動する。したがって、一定の深度の水のみを処理してもアオコ等を有効に除去することはできない。特許文献１や特許文献２に記載された発明は、取水位置を選択・制御しながら水を処理する手段を有していない。この特許文献１や特許文献２には取水管をフレキシブルとすることが記載されているが、この具体的な内容については記載されていない。同文献には剛性の配管を使用してもよい旨が記載されているにで、フレキシブルを使用する意義は、設置の容易性にあるとしか推測できない。「自ずと動くようにして取水域を自動的に変更」というのも特許文献１の発明の目的が「浄化水域を広げること」であることより、フレキシブルな取水管の先端がランダムに（勝手に）振れることを意味するのであって、その位置や動きが選択的に制御されるようなものではありえない。

また、アオコの移動による場合以外でも、浄化処理の対象水を変更したい場合がある。例えば、季節によって、汚濁となる原因が変化する場合があり、その原因の存在する場所の水を選択して処理する必要もある。この発明は、効果的なアオコ等の藻類の除去など水の浄化を効率的に行うことができる水浄化装置および水浄化方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、この発明の水浄化装置は、ろ過材と、このろ過材を支持する浮きと、複数の水取入口を有し、異なる複数の取水位置を選択を制御してろ過材に水を供給するものである。たとえば水面近くである第１深度の水と、第１深度よりも深い第２深度の水を選択のように、異なる深度にある複数の取水位置を選択することができる。ろ過材をろ過槽内に有し、浮きが空気室を有するものであり、空気室の空気量の調整によってろ過槽の昇降を行うようにしてもよい。これに加えて、取水位置の切替を制御する制御器を有し、予め設定された条件に従って取水位置を切替制御して水をろ過材に供給するようにしてもよい。

また、この発明の水浄化方法は、浮きによってろ過材を浄化を行う水域に設置し、複数の水取入口よりの取水を制御しながら異なる複数の取水位置を選択してろ過材に供給しながら浄化を行うものである。ろ過材によって浄化処理された水を光触媒を有する浄化パネルに送ってさらに浄化することもできる。

この発明の水浄化装置は、複数の水取入口よりの取水を制御しながら異なる複数の取水位置を選択してろ過材に水を供給することによって、浄化の必要性の高い水を選択しながら処理し、効果的な浄化を行うことができるという効果を有する。

以下、この発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は水浄化装置の平面図であり、図２はそのＡ断面図、図３はＢ断面図である。

水浄化装置１は、ろ過槽２と装置全体を水中に保持するための浮きとして空気室３を有する。この例では、水浄化装置１は略直方体の外形を有するが、円柱状や多角形柱状に形成してもよい。ろ過槽２は複数の小部屋４に区切られており、各小部屋４にはろ過材５が設けられている。ろ過材５は、微生物が定着しやすく、接触酸化による浄化が効率的に行えるものが適しており、木炭、竹炭、プラスチック、軽石など様々なものを使用することができる。ここでは、廉価な素材である発泡ガラスを使用している。発泡ガラスは主に使用済みのガラス瓶などから作られるものであり、資源のリサイクルとしても意義がある。

図３に示すように、中央部には排水ポンプ６が設けられており、一方、両側には水導入室７が設けられている。小部屋４は排出用ポンプ６を中心に左右対称に設けられている。そして、外側の小部屋から内側の小部屋へと水が流れるように接続されている。水導入室７の上部には上部水取入口８が設けられている。また、水導入室７内にはパイプ９が垂直に設けられており、パイプ９は水導入室７の底を貫通して水中に達している。すなわち、排水ポンプ６を作動させると上部水取入口８またはパイプ９から水導入室７へ水が流入し、外側の小部屋から順々に内側の小部屋を通り、排水ポンプ６より、外部へ排出される。なお、本例においては、４本のパイプ９は略直方体の外形を有する水浄化装置１のほぼ４隅付近にそれぞれ配置してある。したがって、水中に設置するまでに一時的に水浄化装置１を地上に置く場合や、設置場所の水面が低下した場合に、４本のパイプ９は装置全体を支持する脚として作用する。

水浄化装置１はオゾン発生器１０を備えており、ろ過槽２内の水にオゾンを放出するようになっている。

ろ過槽２内にはバイブレータ１１が設けられていて、ろ過槽２の底部に振動を与えることができるようになっている。

水浄化装置１は、エアーコンプレッサー１２を備えており、このエアーコンプレッサー１２は通気管１３によって空気室３の天井部に接続されている。また、通気管１３には３方電磁弁１４が設けられている。また、空気室３の底にはドレンパイプ１５が排水口として設けられている。さらに、空気室３の外側には水位を検知するためのフロートスイッチ１６、１７、１８が設けられている。最上部に第１フロートスイッチ１６、そのやや下に第２フロートスイッチ１７、そして、ろ過材５の下端付近の高さに第３フロートスイッチ１８がそれぞれ設けられている。さらに、水浄化装置１は制御器１９を備えており、排水ポンプ６、オゾン発生器１０、バイブレータ１１、エアーコンプレッサー１２、３方電磁弁１４を制御するとともに、フロートスイッチ１６、１７、１８の出力を読み取るようになっている。

つぎに、この水浄化装置１の動作および水浄化装置１を使用した水浄化方法について説明する。水浄化を行うべき水域にこの水浄化装置１を設置する。設置した位置から水浄化装置１が移動しないようにアンカー（図示省略）で固定することが好ましい。

日中は、図２において水面−１と示された高さになるように水浄化装置１の位置を合わせる。空気が上方向へ流れるように３方電磁弁１４を制御すると、空気室３内の空気は通気管を通って排出され、一方、ドレン１５より水が空気室３内に流入する。これによって、水浄化装置１は沈下する。そして、第１フロートスイッチ１５が水面に達したときに３方電磁弁１４を閉じることにより、水浄化装置１は水面−１の高さに保たれる。

水面−１の高さにおいて、上部水導入口８は水面にかかるように設定されている。この例では、上部水導入口８の高さの２／３から３／４程度が水中に入るようになっている。ここで、アオコなどの藻類は日中は比較的表面付近を浮遊しているが、その深度は藻類ごとに異なる。処理対象の藻類がその水域において最も多くいる深度に上部水導入口８がくるように第１フロートスイッチ１６の位置を設定しておく。

水面−１の高さにおいて水浄化装置１が安定したら、排水ポンプ６を作動させる。処理対象の藻類を含む表層付近の水が上部水導入口８を通って水導入室７に入る。この表層付近の水の深度を第１深度とする。流入した水は水導入室７の底付近まで下がった後、外側の小部屋４のろ過材５に下側から入り、上昇しながらろ過材５を通過していく。ろ過材５の上面を通過した水は、隣の小部屋４との間の狭い通路を通って下降した後、隣のろ過材５に下側より入る。これを繰り返しながら水は順次内側の小部屋へと流れていき、最も内側の小部屋４を通過する。この過程で、藻類などの汚れは、発泡ガラスなどのろ過材５に自然発生した微生物により捕捉・分解され、浄化された水が、排水ポンプ６によって、外部へ排出される。さらに、オゾン発生器１０も作動させ、ディフューザー２７よりろ過槽２内の水にオゾンを放出してアオコ等の細胞を分解することにより、浄化力を高めることができる。これはまた、汚れ成分を分解する好気性微生物に酸素を供給することにもなる。

夜間になると、水浄化装置１はＳＷ−２の高さに移動する。エアコンプレッサー１２を作動させるとともに、通気が下向きに流れるように３方電磁弁１４を制御する。通気管１３を通って空気が上方より空気室３内に送り込まれ、空気室３の水位が下がる。これによって、水浄化装置１はＳＷ−２の高さに向かって浮上を始める。そして、第２フロートスイッチ１７が水面に達したときに３方電磁弁１４を閉じるとともにエアコンプレッサー１２を停止することにより、水浄化装置１は水面−２の高さに保たれる。

水面−２の高さにおいて、上部水導入口８が水面上に出ている。したがって、表層付近の水は流入しなくなる。パイプ９により、比較的深い位置の水が水導入室７に取り込まれる。このパイプ９の開口部が下部水取入口として作用する。このとき取り込まれる水の深度を第２深度とする。パイプ９より水が水導入室７に取り込まれた水は、水面−１の高さの場合と同様に処理されていく。

以上、日中は水浄化装置１を水面−１の高さに保持して表層付近の第１深度の水を処理し、夜間は水浄化装置１を水面−２の高さに保持して第１深度より深い第２深度の水を処理する。このように複数の水取入口からの取水を制御しながら取水位置を切替えることにより、常に藻類を多く含む水を効果的に浄化することができる。取水位置の切替えとして、３以上の深度を切替えてもよい。さらに、図５に示すように、異なる複数の場所を切替えて取水してもよい。このように、浄化効果が高い取水位置を選択することにより、効率的な処理が行える。

以上、水浄化装置１を上下させることによって日中と夜間で取水位置を切替え制御する例を説明した。しかし、これは本発明における取水の作用を単純化して説明するためのものであり、取水複数の水取入口からの取水を制御しながらの取水位置の切替えは、上述の例に限定されない。たとえば、長さの異なる複数の取水パイプを取り付けて異なる深さに水取入口を設け、各取水パイプを切替制御して使用することにより、取水位置の切替えることができる。その取水パイプの切替制御も択一的なものに限らず、例えば複数の取水パイプを同時に使用しながら、それぞれのパイプからの取水量の割合を切替えるようなことも可能である。さらに、１日を周期とした固定スケジュールでけではなく、１年を周期とした切替でもよく、予め汚染物質やその原因物質の増減・移動・外部からの流入状況などを調査しておき、その調査結果に基いて効率的な浄化が行える切替制御プログラムを設定してもよい。汚染物質やその原因物質の濃度や位置を検知するセンサーや、風向き・風速・水流の方向・気温・水温・水面の反射、水面の色や様子、水中の濁度などを検知するセンサーなど、環境条件を測定するセンサーを設け、このセンサーの出力を参照して切替え制御を行ってもよい。

ろ過材５を水中に保持して浄化を継続していくと、さまざまな要因によってろ過材５の目詰まりが進行する。特に、汚れの多い水域においては次第にろ過材５に過剰な汚れ成分が付着し始める。このように浄化能力を超えた分の汚れがろ過材に蓄積していくと、目詰まりを起こして水を通過させることができなくなったり、新たな汚れを吸着・処理できなくなり、次第に浄化能力が低下する。また、汚れ成分の分解を行う好気性微生物に十分な酸素が供給されなくなる場合もある。そこで、定期的に、水浄化装置１を水面−３の高さに浮上させる。エアコンプレッサー１２を作動させるとともに、通気が下向きに流れるように３方電磁弁１４を制御する。通気管１３を通って空気が上方より空気室３内に送り込まれ、空気室３の水位が下がる。これによって、水浄化装置１はＳＷ−３の高さに向かって浮上を始める。そして、第３フロートスイッチ１８が水面に達したときに３方電磁弁１４を閉じるとともにエアコンプレッサー１２を停止することにより、水浄化装置１は水面−３の高さに保たれる。この間、排水ポンプ６およびオゾン発生器１０は停止させる。

水面−３の高さにおいて、ろ過材５のほとんどの部分は水面上に出る。ろ過材５から水が流れ落ち、付着していた汚れもろ過材５から洗い落とされる。各小部屋４の底にはドレンパイプ２０が設けられていて、ろ過材から流れ落ちる水はこのドレンパイプ２０より外部へ排出される。このとき、バイブレータ１１を作動させてろ過槽２の底板に振動を与えることにより、底に沈殿した汚泥も排出することができる。
以上、本例においてはろ過材を水面上と水面下に上げ下げすることによりろ過材が水中に浸された状態と水中に浸されていない状態とに切替える。このようにしてろ過材を水面上に持ち上げることにより、ろ過材５に過剰に蓄積した汚れは取り除かれ、ろ過材５は浄化能力を維持することができる。水面−３の高さへの浮上は、その水域の汚染の程度や水浄化装置１の浄化能力に応じて適宜選択すればよいが、本例では、例えば一日一回、早朝時に行う。ろ過材５およびろ過槽２の洗浄が終了すれば、水面−１または水面−２の高さに移動させて浄化を行う。

以上、本例においてはろ過材を水面上と水面下に上げ下げすることによりろ過材が水中に浸された状態と水中に浸されていない状態とに切替える。このようにしてろ過材を水面上に持ち上げることにより、ろ過材５に過剰に蓄積した汚れは取り除かれ、ろ過材５は浄化能力を維持することができる。水面−３の高さへの浮上は、その水域の汚染の程度や水浄化装置１の浄化能力に応じて適宜選択すればよいが、本例では、例えば一日一回、早朝時に行う。ろ過材５およびろ過槽２の洗浄が終了すれば、水面−１または水面−２の高さに移動させて浄化を行う。

ろ過材５の水面上への持上げ・下降は連続して複数回繰り返してもよい。さらに、ポンプなどで汲み上げた水をろ過材５の上部から注ぎかけて、ろ過材５に過剰に付着した生物膜などを落としてもよい。この場合、ろ過材５から流れ落ちた水はドレーンなどより排出されるが、このときにろ過槽の底面も洗浄される。また、ろ過材５が水中にある状態において、ろ過槽内の水を逆流させて、ろ過槽を洗浄することもできる。なお、ろ過材が水中に浸された状態と水中に浸されていない状態とに切替える方式として、ろ過槽の水を汲み出すためのポンプを別途設けて、ろ過槽の水を抜くことも可能である。すなわち、ろ過槽の底部や側面の主要な通過口を遮断した上でろ過槽内の水を汲み出すことによって、それまで水中に浸されていたろ過材は、水中に浸されていない状態になる。

ついで、この発明の第１の実施例について説明する。この発明の水浄化装置は単独で使用してもよいが、他の手段による浄化装置と組合わせて使用することができる。図４は、この実施例を示す概略図である。水浄化装置１は、例えば図１〜３に示すものを使用することができる。そして、この実施例においては、後処理浄化装置が水浄化装置１の近くに設置される。後処理浄化装置２１は浮き２２を備えており、水浄化装置１と同様に浄化を行う水域に浮かせて設置する。

後処理浄化装置２１は光触媒の分解作用により、浄化を行うものである。表面に光触媒を有する浄化パネル２３を備えている。浄化パネル２３の基材としてはプラスチック、ステンレス、或いは鋼板等が使用できるが、ここでは、内部に空隙を有する網目状の組織を持つセラミックパネルを基材とし、その表面に光触媒としてアナターゼ型の酸化チタン（ＴｉＯ２）を設けたものを使用する。この浄化パネル２３は、傾斜あるいは階段状に並べられ、浄化パネル２３に沿って水が流れるように構成されている。

浄化パネル２３の上方には、紫外線ランプ２４が設けられていて、浄化パネル２３に紫外線を照射できるようになっている。日中は日光を併用して光触媒を作用させることも可能であるが、紫外線ランプ２４を使用することにより夜間や曇天のときも含めて光触媒の作用に必要な紫外線を供給することができ、常時有機物の分解処理を常時行うことができる。

浄化パネル２３の上流には、貯水槽２５が設けられている。貯水槽２５は送水管２６によって水浄化装置１の排水ポンプ６に接続されており、水浄化装置１より排出された水が貯水槽２５へ供給される。そして、この貯水槽２５の上部よりあふれた水が、浄化パネル２３に送られるようになっている。この水は浄化パネル２３を通過しながら光触媒の分解作用によって浄化され、その後、外部に排出される。

後処理浄化装置２１は単独でも水浄化を行うことができるものである。また、環境ホルモンなどのうち水浄化装置１だけでは分解が困難な有機物質も存在するが、そのような物質でも後処理浄化装置２１は分解することができる。しかし、光触媒に光が照射されているときだけしか作用しないものであり、処理能力を超える汚れが送られてくると、浄化パネル２３の表面にアオコ等が付着して光触媒を覆ってしまい、浄化作用が停止する。したがって、後処理浄化装置２１は単体では長期間連続運転をすることが困難である。しかし、本実施例においては、前処理段階として水浄化装置１が設けられており、ある程度浄化処理された水が後処理浄化装置２１に送られてくる。特にアオコなど浄化パネル２３の表面に付着・堆積しやすいものは予め除去されているので、後処理浄化装置２１は本来の浄化能力を長期間保持することができる。特に懸濁物質が相当に除去されているので処理対象水の透明度は高く、光触媒に届く前に光が遮られることがない。このため、光触媒が効果的に作用する。

この発明の第２の実施例について説明する。図６は、水浄化方法の第２の実施例を示す概略図である。この実施例においては、ろ過材５によって浄化する前処理段階の部分と、光触媒と紫外線ランプによって浄化を行う後処理浄化装置の部分が一体の装置をして結合されている。水浄化装置１は図１〜３に示すものに類似しており、中央部に設けられた排水ポンプ６を作動させることにより水は外側から導入され、外側から中心部へ向かってろ過材５を有する小部屋４を通過する。そしてこの実施例においては、最も中心側にある小部屋４の次に光触媒を担持した浄化パネルが設けられており、ろ過材５を通過した水が光触媒に接触しながらさらに浄化されて外部に排出される。

ろ過材５によって浄化する前処理段階の部分と光触媒によって浄化を行う後処理浄化装置の部分を一体の装置に結合する場合、図６に示すように構成する以外に、ろ過材を下段に設けて、その上に浄化パネルと紫外線ランプを設ける、というように上下２段に構成することもできる。この場合、ろ過材上で浄化した水の全量又は一部を揚水ポンプなどで水を汲み上げて、浄化パネルへ注ぐように構成することができる。

この発明は、アオコなどの時間的な移動に追随し、アオコなどが多く存在する位置の水を選択的に処理し、城の周囲の濠や公園の池など、汚染が著しい水域の水を効果的に浄化することができる水浄化装置および水浄化方法として利用することができる。浮きの浮力によって装置を浮遊させて設置するものであり、設置および撤去は容易であり、大規模な工事を必要とせず、周囲への影響もきわめて小さい。長期間に渡って効果的な水の浄化を行うことができる水浄化装置および水浄化方法として利用できるものである。

水浄化装置の平面図である。 同Ａ断面図である。 同Ｂ断面図である。 水浄化方法の実施例を示す説明図である。 取水位置の切替えの例を示す説明図である。 水浄化方法の第２の実施例を示す説明図である。

符号の説明

１．水浄化装置
２．ろ過槽
３．浮き（空気室）
４．小部屋
５．ろ過材
６．排水ポンプ
７．水導入室
８．上部水取入口
９．パイプ
１０．オゾン発生器
１１．バイブレータ
１２．エアーコンプレッサー
１４．３方電磁弁
１６，１７，１８．フロートスイッチ
１９．制御器
２１．後処理浄化装置
２３．浄化パネル（光触媒パネル）

Claims (7)

1. ろ過材と、このろ過材を支持する浮きと、複数の水取入口を有し、異なる複数の取水位置の選択を制御してろ過材に水を供給する水浄化装置。
2. 異なる深度にある複数の取水位置を選択してろ過材に水を供給する請求項１に記載の水浄化装置。
3. 水面近くである第１深度の水と、第１深度よりも深い第２深度の水を選択してろ過材に供給する請求項２に記載の水浄化装置。
4. ろ過材をろ過槽内に有し、浮きが空気室を有するものであり、空気室の空気量の調整によってろ過槽の昇降を行う請求項２または請求項３に記載の水浄化装置。
5. 取水位置の切替を制御する制御器を有し、予め設定された条件に従って取水位置を切替えて水をろ過材に供給する請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の水浄化装置。
6. 浮きによってろ過材を浄化を行う水域に設置し、複数の水取入口よりの取水を制御しながら異なる複数の取水位置を選択してろ過材に供給しながら浄化を行う水浄化方法。
7. ろ過材によって浄化処理された水を光触媒を有する浄化パネルに送ってさらに浄化する請求項６に記載の水浄化方法。
   

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