JP2006181565A - 水浄化システム及び水流発生撹拌混合機 - Google Patents

Abstract

【課題】水浄化システムにおいて、設備が簡略で表層水と底層水が効果的に撹拌混合され、貧酸素状態を改善すること、また表層水中に存在するアオコ等の植物性プランクトンに対して、水深差による圧力及びまたは水温の変化を瞬間的に与え、アオコ等を不活性化させアオコ現象等を抑制または予防する水浄化システムを提供する。
【解決手段】水浄化システムにおいて、水ポンプ１の吸引側に空気吸引口３を設けた。また、水ポンプの吸込み口を湖沼、河川等の水面から水深１メートル程度以内の表層に設置し、アオコ等の植物性プランクトンを表層水と共に水ポンプで吸込み、水深１０メートル程度以深の底層に放出することにより、水深差による水圧差ショック及びまたは水温差ショックをアオコ等に与え、それらによりアオコ等の植物性プランクトンを不活性化させ、アオコ現象等を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、湖沼、河川等へ空気を散気して水質を浄化する水浄化システム及びそのシステムを構成する水流発生撹拌混合機に関する。水浄化システムの詳しくは、水域内の底層に設置する水流発生撹拌混合機と、該水流発生撹拌混合機へ水を供給するポンプとを備え、該水ポンプの吸引側に空気吸引口を設けた水浄化システムに関する。また、該水ポンプの吸込み口を水深１メートル程度以内までの表層に設置し、該水流発生撹拌混合機を水深１０メートル程度以深の底層に設置した水浄化システムに関する。

一般に流水のない貯水池や湖沼等では表層水と低層水との間に自然対流が起こらず、また池底部では有機物質が堆積したりメタンガスが発生するため、低層水は溶存酸素量がほとんど無しに近い状態になり魚類や藻類が生存できなくなる。

従来、上述のように水質が悪化した湖沼、河川、下水道処理場等に対しては、水域内に空気を散気して浄化する方式が知られており、特許文献１には、水域内に設置した水噴流ポンプ（噴流発生器）と該水噴流ポンプに水を供給する駆動水ポンプと水噴流ポンプへ圧縮空気（含オゾン）を供給する空気圧縮機とを備えた水域浄化装置が提案されている。

また、特許文献２には、水域内に設置した水中モータと該水中モータに空気を供給する通気管（エジェクター管）を備えた自吸式曝気装置と該自吸式曝気装置へ圧縮空気（含オゾン）を供給するコンプレッサーとを備えた水域浄化装置が提案されている。

しかしながら、上記技術は圧縮空気供給用の空気圧縮機（コンプレッサー）を必須とするため、設備が煩雑になるだけでなく、コンプレッサーの稼動音が大きく、近隣住民に対する騒音発生という問題が起こっていた。さらに、オゾン発生機を必須としているため益々設備が煩雑になるという問題があった。

また、特許文献２に提案されているエジェクター管を備えた自吸式曝気装置は水深が深い所例えば湖沼ではエジェクター効果が得られなく空気を自吸することができなくなるという問題があった。

このような状況から騒音が発生することなくまた設備が簡略で効率の良い水浄化システムが望まれていた。

本発明者は、このような状況に鑑みて鋭意研究した結果、水域内に設置する水流発生撹拌混合機と該水流発生撹拌混合機へ水を供給する水域外に設置された水ポンプとを備え該水ポンプの吸引側に空気吸引口を設けた構成とすることにより、空気圧縮機が不要となり、よって設備が簡略で騒音が発生することなく低層水に対しても溶存酸素量を効果的に改善することを見出し本発明を完成するに至った。

また、上述特許文献２に記載の技術は水噴流ポンプ吐出口が平行直線状を呈しており、噴流が層流状に吐出されるため、底層水との混合が効果的に行われず、溶存酸素を含んだ吐出水が水の密度差によりそのまま水面へと上昇拡散し、底層水への酸素供給が効率的に行えないという問題があった。

さらに、水質汚濁の原因の一つであるアオコ現象等において、アオコ等の植物性プランクトンに瞬間的に圧力及びまたは水温の変化を与えることによりそれらが不活性化し、アオコ現象が抑制される効果が既存技術として認知されているが、本発明において水ポンプ吸い込み口を水深１メートル程度以内の表層に設置し、表層水中に含まれるアオコ等を表層水と共に吸込み、水深１０メートル程度以深の底層に設置された水流発生撹拌混合機から放出することにより、その水深差による上記の圧力及びまたは水温変化を瞬間的に与えることが効果的に行える水浄化システムを構築しうることがわかった。

また、非特許文献１のとおり、既存技術としてアオコ等の植物性プランクトンを長時間底層に滞留させ、日光の到達を遮断し炭酸同化作用を阻害することにより不活性化を図る技術が認知されているが、本発明における水流発生撹拌混合機により吐出された混合水はその密度が底層水のそれとほぼ等しく、密度差による急激な水塊の上昇が発生せず、アオコ等を含む吐出水を日光が遮断された底層に長時間留めることができることがわかった。

すなわち本発明の水浄化システム及び水流発生撹拌混合機は、上述の水深差を与えることで、アオコ現象の原因である藍藻が細胞内に持つ偽空胞をゲージ圧で１気圧程度の水圧により圧縮し、偽空胞の浮力を低減させ、藍藻の水面への再浮上を困難にするものである。

また本発明は、上述の水深差を与えることで水温が表層よりも５℃程度以上低い底層水中にアオコ等を放出することになり、アオコ等の植物性プランクトンを冬眠状態にさせ不活性化させるものである。

さらに本発明は、藍藻の偽空胞の圧縮及びまたは混合撹拌による水塊上昇の抑制により、底層へ放出されたアオコ等の植物性プランクトンを日光が到達しない底層に長時間滞留させるため炭酸同化作用を抑制することができ、それらをもってアオコ等の植物性プランクトンを複合的に不活性化するものである。

上述の研究成果を基に、水域内に設置する水流発生撹拌混合機の流入側口径よりも流出側の口径を小さくしたテーパー形状とし、さらに水流発生撹拌混合機内に整流板を設けることにより吐出噴流が渦巻状の乱流となる構造とし、効果的に底層水との撹拌混合を行い、また水深１メートル程度以内の表層に設置された水ポンプ吸い込み口と、水深１０メートル程度以深の底層に設置された水流発生撹拌混合機による水深差により、効果的にアオコ等に圧力差及びまたは水温差ショックを与え不活性化できることを見出し、本発明を完成するに至った。

特開平１０−２０２２７４号公報 特開平０５−２９３４７９号公報 「局部遮光による藻類（アオコ）制御の実証的研究：小島貞男、飯田耕作、滑川明夫：「用水と廃水」Ｖｏ１．４２、Ｎｏ．５、Ｐ５〜１２（２０００）」

本発明の第１は、湖沼、河川等へ空気を散気して水質を浄化する水浄化システムにおいて、設備が簡略で、騒音が発生することなく深層水に対しても溶存酸素量を効果的に改善することができる水浄化システムを提供することを課題とする。

第２は、湖沼、河川等へ空気を散気して水質を浄化する水浄化システムにおいて、水ポンプから送水された表層水が渦巻状の乱流として噴出されることにより、底層の水と効果的に撹拌混合され貧酸素状態を改善することができる水浄化システムを提供することを課題とする。

第３は、表層水中に存在するアオコ等の植物性プランクトンに対して、水深差による圧力及びまたは水温の変化を瞬間的に与え、アオコ等を不活性化させアオコ現象等を抑制または予防できる水浄化システムを提供することを課題とする。

第４は、水ポンプから送水された表層水が底層水と効果的に撹拌混合されることにより底層水の密度とほぼ等しい撹拌混合水を吐出し、密度差による急激な水塊上昇をおこすことなく吐出水を長時間底層に滞留させることができる水浄化システムを提供する事を課題とする。

本発明の第１は、湖沼、河川等へ空気を散気して水質を浄化する水浄化システムにおいて、水域内に設置する水流発生撹拌混合機と該水流発生撹拌混合機へ水を供給する水域外に設置された水ポンプとを備え該水ポンプの吸引側に空気吸引口を設けたことを特徴とする水浄化システムに関する。

第２は、空気吸引口に、空気浄化フィルター、空気吸引量調節バルブ及び電磁式封水バルブを備えた吸気パイプが連結されていることを特徴とする第１に記載の水浄化システムに関する。

第３は、空気吸引口から吸気する空気量が水ポンプ送水量の２０容量％以下であることを特徴とする第１または２に記載の水浄化システムに関する。

第４は、空気吸引口から吸気する空気量が水ポンプ送水量の５〜１５容量％程度であることを特徴とする第１〜３のいずれかに記載の水浄化システム。

第５は、水ポンプが遠心式ポンプであることを特徴とする第１〜４のいずれかに記載の水浄化システムに関する。

第６は、水域内に設置する水流発生撹拌混合機の整流筒内に水流発生方向に対して斜角を持たせた整流板を設け、吐出噴流が渦巻状の乱流となり、効果的に底層の水と混合撹拌されることを特徴とする水流発生撹拌混合機に関する。

第７は、整流筒の前方口径を後方口径よりも直径を小さくすることにより、噴出流速を加速させ、整流板の乱流発生機能をより効果的にすることを特徴とする、第６に記載の水流発生撹拌混合機に関する。

第８は、送水ホースで送られてきた表層水を分岐筒出口で送水ホースより口径の小さい吐出口数本に分岐させ、吐出水表面積を多くすることによりその摩擦力で整流筒内及び整流筒後方の底層水を強制連行させることを特徴とする、第６または７に記載の水流発生撹拌混合機に関する。

第９は、水浄化システムにおける水流発生撹拌混合機及び付属する水ポンプにおいて、水ポンプの吸込み口を湖沼、河川等の水面から水深１メートル程度以内の表層に設置し、表層に存在するアオコ等の植物性プランクトンを表層水と共に水ポンプで吸込み、水深１０メートル程度以深の底層に設置された水流発生撹拌混合機から放出することにより、吸込み口位置と放出位置との水深差による水圧差ショック及びまたは水温差ショックをアオコ等に与え、それらによりアオコ等の植物性プランクトンを不活性化させ、アオコ現象等を抑制することを特徴とした、第１〜８に記載の水浄化システムに関する。

本発明の水浄化システムは、圧縮空気供給用の空気圧縮機（コンプレッサー）を使用することなく水域内に空気を散気することができるため、騒音を発生することなく水質を浄化することがでるという効果がある。

また、圧縮空気供給用の空気圧縮機（コンプレッサー）を使用しないのでそのための電気設備が不要であるとともに設備が簡略化できる。

水ポンプの吸引側に設けた空気吸引口から空気を吸引して水域内に空気を供給する構成としているため、水域内に到達する間に、ポンプの水圧よって供給水の溶存酸素量が増加しそのため低層水や深層水に対しても効果的に水質を浄化することができるという効果がある。

本発明の水流発生撹拌混合機は、吐出噴流が渦巻状の乱流であるため、溶存酸素を多量に含んだ表層水が底層水と撹拌混合されやすく、効果的に底層の貧酸素状態を改善することがでるという効果がある。

また、送水されたアオコ等を含む表層水が底層水と撹拌混合され吐出されることにより、吐出水密度が底層水のそれとほぼ等しくなり、吐出水が密度差による急激な水塊上昇を発生することなく長時間底層に滞留し、日光の遮断によりアオコ等の炭酸同化作用を阻害し不活性化させる効果がある。

また、本発明の水浄化システムはアオコ等の植物性プランクトンに対して瞬間的に圧力及びまたは水温変化を与えることにより、アオコ等の植物性プランクトンの不活性化を図り、よってアオコ現象等の抑制または予防ができるという効果がある。

以下、図面に示した実施の形態にもとづいて本発明の水浄化システムを具体的に説明する。

図１、図２及び図４は、本発明に係る水浄化システムが適用される一実施形態を示したものである。

図３は、本発明に係る水流発生撹拌混合機の一実施形態を示したものである。

図１において、閉鎖性水域１２の底部に設置された水流発生撹拌混合機５とポンプの吸引側に空気吸引口３を設けた水ポンプ１とを備え、水ポンプ吐出口７と水流発生撹拌混合機５は水ポンプ吐出ライン４で連接され、また、水ポンプ吸引口６は水ポンプ吸入ライン２に連接された構成となっている。

本発明に係る水浄化システムは、閉鎖性水域１２の水が、水ポンプ吸入ライン２を通じて水ポンプ１に吸引され、空気吸引口３より吸気した空気と混合されて水ポンプ吐出ライン４を通じて水流発生撹拌混合機５に圧出され、最終的に閉鎖性水域１２に循環・流出される。

上記において、空気吸引口３より吸気した空気は、閉鎖性水域１２内に到達する間に水ポンプの水圧及び閉鎖性水域の水圧を受けて水ポンプ吸引水に溶存された状態で閉鎖性水域１２に循環・流出される。そのため、溶存酸素量がほとんど無しに近い状態になり魚類や藻類が生存できなくなった閉鎖性水域を効率よく浄化することができる。

即ち、本発明の水浄化システムは、ただ単に空気を散気させるのではなく、溶存酸素量を増加させた供給水を閉鎖性水域に循環するために、低層水や深層水に対しても効果的に水質を浄化することがでるのである。

また、空気吸引口３より吸気する空気量は、図２に示すように、調節バルブ等で任意にコントロールされることが好ましい。即ち、本発明に係る水浄化システムは、空気吸引口３が、空気浄化フィルター１１、空気吸引量調節バルブ９及び電磁式封水バルブ１０を備えた吸気パイプ８と連結された構成とすることが好ましい。

上記において、大気中の空気は空気浄化フィルター１１により粉塵やごみが取り除かれ、また、空気吸引量調節バルブ９により吸引量がコントロールされて空気吸引口に導かれる。そして、水ポンプ１が吸引した吸引水に混合、溶解して最終的に閉鎖性水域１２に循環・流出される。

また、電磁式封水バルブ１０は、本発明の水浄化システムが稼動中は全開状態であるが、漏電や停電等による水ポンプ１に異常が生じた時に水ポンプ１の電気信号と連動して閉止される構成になっている。

また、本発明の水浄化システムは、空気吸引口３から吸気する空気量が水ポンプ１の送水量の２０容量％以下であることが好ましい。空気量が水ポンプ１の送水量の２０容量％を超えると水ポンプ１の送水量が減少し十分な水流を発生することができなくなる場合があるので２０容量％をあまり超えないようにすることが肝要である。さらに好ましい空気量は、水ポンプ１の送水量の５〜１５容量％の範囲である。

本発明に係る水浄化システムの水ポンプ１は図１のごとく水域外に設置されて使用されるが、図４のごとく水域の水面上に浮かべて使用することも包含している。また、水ポンプ１は、遠心式ポンプであることが大容量の水を吸引、吐出できるので好ましい。

また、水流発生撹拌混合機５は、特に限定されるものではなく強力な水流を発生することができるものであれば任意に使用することができる。

図３において、撹拌混合機５の実施形態を具体的に説明する。水ポンプ１から送水されてきた表層水が分岐筒１４出口で送水ホース１３より口径の小さい吐出口１５数本に分岐されることにより、吐出水の表面積を増大させ、その結果吐出水と整流筒１７内の水との間に効果的に摩擦が生じ、吐出水と共に整流筒１７内の水が強制連行されて水流発生撹拌混合機５より噴出する。また、その際に整流筒１７後方に生じるエダクター効果による負圧で、整流筒１７後方の底層水をも効果的に強制連行できる。

図３において、噴出の際に整流筒１７内に設けた整流板１６に吐出水が衝突し、整流板１６の斜角により水流発生撹拌混合機５出口に渦巻状の乱流が発生し、吐出水と底層水とが効果的に撹拌混合され、吐出噴流２１として前方に放出される。また、この撹拌混合の効果を確実なものとするため、整流板１６は整流筒１７内部の前方に配置することが望ましい。

図３において、整流筒１７の前方口径を後方口径よりも直径を小さくしたテーパー形状とすることにより、整流筒１７内の吐出水が整流板１６付近に収束され、また吐出する際の流速が加速されることとあいまって、整流板１６による乱流発生の機能が効果的に発揮される。

図４において、水ポンプ吸込口２０を水深１メートル程度以内の表層１８に設け、水流発生撹拌混合機５を水深１０メートル程度以深の底層１９に設置する。

上記において、水ポンプ吸込口２０を水深１メートル程度以内とすることにより、表層水中に存在するアオコ等の植物性プランクトンを効率よく吸込むことができる。

また、水深１メートル程度以内の表層水は溶存酸素を豊富に含んでいる場合が多く、その表層水を底層１９に噴出することにより、底層１９の貧酸素状態の改善に効果がある。

図４において、アオコ等の植物性プランクトンに水深差２２による水圧及びまたは水温の変化を効果的に与えるために、水流発生撹拌混合機５の設置深度は、ゲージ圧で１気圧程度以上の水圧及び水温が５℃程度以上降下する水深１０メートル程度以深が好ましい。

また、図４による水浄化システムにおいて、水流発生撹拌混合機５は特に限定されるものではなく、表層水を底層１９に吐出することができるものであれば任意に使用することができる。

実施例
以下、実施例に基づいて本発明の水浄化システムをさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

アオコが発生した、縦３００メートル、横１７０メートル、最水深１１メートル、貯水容量約１１万２千立方メートルの水源池について、本発明の水浄化システムを実施し、浄化前後の溶存酸素量を測定した。測定地点は水流発生撹拌混合機の流出先２０メートルとした。

実施条件 実施季節 春
水ポンプ送水量 毎分５５０リットル
吸引空気量 毎分５０リットル（送水量の９．１容量％）
実施期間 ５１日

実施結果

アオコが発生した、縦３００メートル、横１７０メートル、最水深１１メートル、貯水容量約１１万２千立方メートルの水源池について、本発明の水浄化システムを実施し、浄化前後の溶存酸素量を測定した。測定地点は水流発生撹拌混合機の流出先２０メートルとした。

実施条件 実施季節 秋
水ポンプ送水量 毎分５５０リットル
吸引空気量 毎分５５リットル（送水量の１０．０容量％）
実施期間 ３１日

実施結果

アオコが発生した、縦２００メートル、横１００メートル、最水深３０メートルのダム湖内閉鎖水域について、本発明の水浄化システムを実施し、浄化前後のアナベナ細胞数を測定した。測定地点は水流発生撹拌混合機の流出先１０メートルとした。

実施条件 実施季節 秋
水ポンプ送水量 毎分１，０００リットル
吸引空気量 毎分１００リットル（送水量の１０．０容量％）
実施期間 ６０日

実施結果

本発明の実施形態を示す水浄化システムの適用例を示す説明図である。 図１に示す空気吸引口の詳細図である。 本発明の実施形態を示す水流発生撹拌混合機の適用例を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す水浄化システムの適用例を示す説明図である。

符号の説明

１ 水ポンプ
２ 水ポンプ吸入ライン
３ 空気吸引口
４ 水ポンプ吐出ライン
５ 水流発生撹拌混合機
６ 水ポンプ吸引口
７ 水ポンプ吐出口
８ 吸気パイプ
９ 空気吸引量調節バルブ
１０ 電磁式封水バルブ
１１ 空気浄化フィルター
１２ 閉鎖性水域
１３ 送水ホース
１４ 分岐筒
１５ 吐出口
１６ 整流板
１７ 整流筒
１８ 表層
１９ 底層
２０ 吸込口
２１ 吐出噴流
２２ 水ポンプ吸込口と水流発生撹拌混合機吐出位置との水深差

Claims (8)

1. 湖沼、河川等へ空気を散気して水質を浄化する水浄化システムにおいて、水域内に設置する水流発生攪拌混合機と該水流発生攪拌混合機へ水を供給する水域外に設置された水ポンプとを備え該水ポンプの吸引側に空気吸引口を設けたことを特徴とする水浄化システム。
2. 空気吸引口に、空気浄化フィルター、空気吸引量調節バルブ及び電磁式封水バルブを備えた吸気パイプが連結されていることを特徴とする請求項１に記載の水浄化システム。
3. 空気吸引口から吸気する空気量が水ポンプ送水量の５〜１５容量％程度であることを特徴とする請求項１〜２に記載の水浄化システム。
4. 該水流発生撹拌混合機整流筒内に水流発生方向に対して斜角を持たせた整流板を設け、渦巻状の乱流を発生させ、底層水との混合撹拌を効果的に行うことを特徴とする水流発生撹拌混合機。
5. 整流筒の前方口径を後方口径よりも直径を小さくすることにより、噴出流速を加速させ、整流板とあいまって効果的に渦巻状乱流を発生させることを特徴とする、請求項４に記載の水流発生撹拌混合機。
6. 送水ホースで送られてきた表層水を分岐筒出口で送水ホースより口径の小さい吐出口数本に分岐させ、吐出水表面積を多くすることによりその摩擦力で整流筒内および整流筒後方の底層水を強制連行させることを特徴とする、請求項４〜５に記載の水流発生撹拌混合機。
7. 水浄化システムにおける水流発生撹拌混合機および付属する水ポンプにおいて、水ポンプの吸込み口を湖沼、河川等の水深１メートル程度以内の表層に設置し、表層に存在するアオコ等の植物性プランクトンを表層水と共に水ポンプで吸込み、水深１０メートル程度以深の底層に設置された水流発生撹拌混合機から放出することにより、吸込み口位置と放出位置との水深差による水圧差ショックおよびまたは水温差ショックをアオコ等に与えうる水深に水流発生撹拌混合機を設置することを特徴とする水浄化システム。
8. 水流発生撹拌混合機から放出されたアオコ等の植物性プランクトンを含む吐出水を水深１０メートル程度以深の底層に長時間滞留させることにより、アオコ等の植物性プランクトンを不活性化させ、アオコ等の大量発生を抑制することを特徴とした、請求項７に記載の水浄化システム。

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