JP2020065996A - 回転式水質浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】省エネルギーで水温差を有効利用した回転式水質浄化装置の提供。【解決手段】固定部と回転部からなり、固定盤２と前記固定盤２に取付けられた固定柱と前記固定柱に１つ以上のフロート１を備え、前記回転部は回転盤機械台１２と、前記回転盤機械台１２の中央下端に設けられた中口径柱４と、前記中口径柱４の下端に設けられた小口径柱７と、前記小口径柱７の下端に水平方向に設けられた吐出管９を有しており、前記回転盤機械台１２の上部には、コンプレッサー５と、エアータンク６と、前記中口径柱４内部に水中ポンプを設置したポンプ室を配置し、前記吐出管９の先端にノズル１０を取付けて、前記ノズル１０から吐出するエネルギーが前記小口径柱７を介して前記中口径柱４に回転力として伝わるようになっている。【選択図】図１

Description

本発明は、ダム、池沼、湖等において、水を浄化するための水質浄化装置に関して、水中ポンプにより水深０．５ｍまでの範囲で表面水と藻草類の植物プランクトンや溶存するリンや窒素等の栄養塩を深水部の低温部分に放流して希釈や抑制及び死滅、成長の抑制を図っている。

一般に、閉鎖性水域においてリンや窒素等の栄養塩の溶存濃度が増して富栄養化が進むと、植物プランクトンの異常増殖や腐食による悪臭が水面に発生し周辺の環境に悪影響を及ぼしており、これらの水質を浄化する方法としては、水流による撹拌や曝気によるエアーリフト現象や微生物による浄化方法や化学薬品を投入する方法等がある。

水流による方法としては、ポンプを陸上部に設置し、閉鎖性水域まで水配管を敷設して水流を発生させているので、水流エネルギーが大きくなっている。

曝気による方法としては、圧縮空気室を陸上部に設置し、閉鎖性水域まで空気配管を設置して断続的に曝気を行い、曝気・撹拌作用により水流とエアーリフト現象を発生させているため、多量の空気を供給することが伴う。

化学薬品による方法は、化学薬品の使用による微生物、植物、生物への影響が懸念される。

本発明は、従来の問題に顧みて改善するもので、その目的とするところは従来と比べて省エネルギーで水温差を有効利用しており、又、圧縮空気量も少量として水中の溶存酸素を高めることができる回転式水質浄化装置である。

ポンプ類による方法は、水質浄化作用の放水部が１ヶ所の点的な作用で、水流による撹拌作用で浄化作用を行っている状況であるが、水配管の敷設延長が長くなり、又、植物プランクトンの撹拌は大きなエネルギーが必要となっているのが現状である。

植物プランクトンと水面上の水をポンプ等にて吸い込む方法については、水深が浅いと空気が混合して能力低下が生じ、吸い込み性能が著しく困難となっている。

曝気による方法は水質浄化作用が放水部にて点的となる為、作用範囲が非常に小さくなっており、また、空気配管の延長が長く なり、空気量も多くなるため、コンプレッサーは大容量となり、音源が大音量となって騒音対策が必要になり、建物内に設置して環境対策をしているのが現状となっている。

本発明の第１発明として、回転式水質浄化装置は固定部と回転部からなり、前記固定部は固定盤と前記固定盤に取付けられた固定柱と前記固定柱に１つ以上のフロートを備え、前記回転部は回転盤機械台と、前記回転盤機械台の中央下端に設けられた中口径柱と、前記中口径柱の下端に設けられた小口径柱と、前記小口径柱の下端に水平方向に設けられた吐出管を有しており、前記回転盤機械台の上部には、コンプレッサーと、エアータンクと、前記コンプレッサーと前記エアータンクを接続する空気配管を取付け、前記中口径柱内部に水中ポンプを設置したポンプ室を配置し、前記水中ポンプと前記吐出管は水配管にて接続し、前記空気配管を前記吐出管の内部に挿入し、前記吐出管の先端にノズルを取付けて、前記ノズルから吐出するエネルギーが前記小口径柱を介して前記中口径柱に回転力として伝わるようになっていることを特徴としている回転式水質浄化装置である。

本発明の第２発明は前記固定柱及び前記中口径柱に孔を４ヶ所以上設けており、さらに孔が矩形状であることを特徴としている第１発明に記載の回転式水質浄化装置である。

本発明の第３発明は、前記吐出管の途中に分岐短管を１本以上設けることを特徴とする第１発明又は第２発明に記載の回転式水質浄化装置である。

本発明の第４発明は、前記吐出管が水深５ｍから２５ｍに配置されることを特徴とする第１発明〜第３発明のいずれか１項に記載の回転式水質浄化装置である。

本発明に係る回転式水質浄化装置は、植物プランクトンと太陽熱により水温が上昇している水深０．５ｍの範囲の表面水を前記水中ポンプにより垂直方向に水深５．０ｍから２５ｍの範囲の水温が低い部分に放水することにより植物プランクトンの発育の抑制と死滅を図ると共に、魚類の育成にも寄与する水質浄化装置である。

本発明に係る回転式水質浄化装置は、空気配管を介して前記吐出管内に圧縮空気を送り込むことにより曝気による水流と気泡化現象を生じ、細粒化された空気がバブルとなり、エアーリフト現象を生じることにより溶存酸素量を高めることが可能である。

本発明による回転式水質浄化装置は、浄化作用は面積的な広がりを持っており、前記吐出管は回転運動を発生させているため、小容量、小エネルギー化となっている。

本回転式水質浄化装置は、使用電力量が小さいので発動発電機、太陽電気等による電源を使用しても長期連続運転が可能である。

水質浄化装置の概略図。 回転部分の概略図。 回転部の吐出管、ノズル、分岐配管の配置図。（ａ）吐出管の直線形の基本図 （ｂ）吐出管に分岐配管を２本設置した配置図 （ｃ）吐出管をＹ字形にした基本図 （ｄ）吐出管を十字形にした基本図 ポンプ室、水中ポンプ、水配管、空気配管の配置図。 小口径柱内部の模式図、空気配管を水配管と接続する概略図。 固定部の概略図。

図１は回転式水質浄化装置の概略図であり、構成について列記すると次のような機能を持っている。

コンプレッサー５は圧縮空気圧が高いので、エアータンク６に溜めた後、減圧空気は吐出管９の内部で放出し、曝気、撹拌作用による水流と水中ポンプ１７からの水流と合併して噴出エネルギーとなって円運動を起こすと同時にバブルによる曝気のエアーリフト現象が生じ、水質浄化作用が拡大することが有効である。

コンプレッサー５（モータ出力３．７ｋｗ）は曝気噴流と水中に酸素を補給するものであるが、吐出圧力０．８Ｍｐａ以内であることが有効である。

エアータンク６（容積０．４ｍ^３）としてはコンプレッサー５の吐出圧力が高いので、一時排出圧力０．２Ｍｐａ以下にて空気配管２０により取り出し、吐出管部に放出する方法が好ましい。

集電器２３は回転部中央に取付け、外部電力を取り入れてコンプレッサー５と水中ポンプ１７の動力電源とするもので電源柱と外面の平板式ブラシにて構成していることが好ましい。

回転盤機械台１２には、上方にコンプレッサー５とエアータンク６を設けて回転運動をさせると同時に集電器２３も取付け、下方はベアリング１３を２筋に並べており、又、中央には着脱蓋８を備えて、水中ポンプ１７の保守又は交換時の容易化を図ることが好ましい。

ベアリング１３は２筋に配置して、コンプレッサー５とエアータンク６の重心が２重円の内に設置して天秤状にならないようにすると同時に、回転が円滑となるような構造とすることが好ましい。

中口径柱４は内部にポンプ室１５を有し水中ポンプ１７を設置して、回転盤機械台１２の中央部分に設置して、小口径柱７からの回転を伝える機構を持たせることが好ましい。

固定盤２と回転盤機械台１２との間に上部にベアリング１３を備え、中央部分には中口径柱４をはさんでおり、回転部分のエネルギーに支障を生じない構造を有していることが好ましい。

固定柱３は固定盤２の中央部分に設けて、中口径柱４の外側に備えて、長さは中口径柱４より短くし、中口径柱４が波等による横振れに対応するようにしていることが好ましい。

中口径柱４が風波等により発生する揺れを防ぐため、振れ止め金具１４は固定柱３を支持点とし、接触部はローラー面にて行い、ローラー面の移動に対してはスプリングを取付けて緩衝するようにして上部４ヶ所以上、下部４ヶ所以上にて保護させていることが好ましい。

フロート１は水面上に浮かべて、回転式水質浄化装置の全般が沈まないようにしており、フロート１は１つ以上で構成し、内部には発泡スチロールを挿入し、上部に固定盤２を有していることが好ましい。

小口径柱７（外径２１６．３ｍｍ）は内部に水配管１９と空気配管２０を、小さな寸法として配置しているため、回転力の伝達は小口径柱７にて行う構造が好
ましい。

着脱蓋８は水中ポンプ１７の整備、取替時の合理化を図るために設けて作業の安全性を保持するもので、これを備えていることが好ましい。

支持金物１１は小口径柱７と吐出管９との継ぎ用の金具で、これを備えて安全の確実性の向上を計ることが好ましい。

吐出管９（外径７６．３ｍｍ）は小口径柱７の中心と吐出管９の重心部分とを結合させており、吐出管９の長さを３．５ｍから１５ｍ迄の範囲の任意の長さとすることが可能であり、吐出管９の長さによって円形状の水質浄化作用が可能である。

ノズル１０は吐出管９の端部に取付けてノズル１０からの吐出圧力を回転運動の源動力とすることが好ましい。

水中ポンプ１７（モータ容量２．２ｋｗ又は３．７ｋｗ）は、ポンプ室１５に設置して、水配管１９（外径７６．３ｍｍ）により、吐出管９に接続していることが好ましい。

空気配管２０（外径２１．７ｍｍ）は、エアータンク６から小口径柱７の内部を通って吐出管９の内部に放出することが好ましい。

図２は回転式水質浄化装置の回転部分の概略図であり、特徴を列記すると次のとおり。

ポンプ室１５には水深０．５ｍ迄の浅い範囲の表面水の流れ込みを容易にするため、中口径柱４の孔は矩形状として、孔の有効面積を大きく広げていることを特徴とした回転式水質浄化装置である。

回転盤機械台１２と中口径柱４（外径５５８．８ｍｍ）は固定されており、中口径柱４には太陽熱で温度上昇している表面から水深０．５ｍの浅い範囲の部分と、植物プランクトンを含有している部分との水の流れ込みを可能とするために、自然流水の孔１６を矩形状として４ヶ所以上設けていることが好ましい。

中口径柱４の下部は盲蓋を取付けて水の侵入を防止すると共に、小口径柱７を接続している構造とすることが好ましい。

吐出管９は小口径柱７の最下端の位置に水平に設置されていることが好ましい。

ノズル１０は吐出管９の先端に水平に取付けるのが基本であるが、ノズル先端から圧力空気と圧力水とを一緒にして噴流エネルギーとして吐出される力により回転力を発生して、小口径柱７を介して中口径柱４に伝え、回転盤機械台１２に回転運動を伝える構造とすることが好ましい。

図３は回転式水質浄化装置の吐出管９とノズル１０及び分岐配管１８の構成で特徴を列記すると次項の通り。

吐出管９の形状は直線式が基本であるが、Ｙ字形又は十字形とすることが可能であり、回転半径１．７５ｍから７．５ｍ迄の範囲とすることができるが、回転半径２．５ｍ以上となると、吐出管９の中間部に分岐短管１８を１本以上設け、浄化作用を面積的に２重化円以上とすることを特徴とした回転式水質浄化装置である。

吐出管９の先端ノズル１０から流出するエネルギーが小口径柱７を中心として回転力を起こし、回転部を廻す力となり、ノズルが多くなると回転力が小さくなるので、ノズル口径を小さくすることを特徴とする回転式水質浄化装置である。

吐出管９のノズル１０から流出する力により回転運動を起こすが、ノズル１０が多数となると吐出エネルギーが小さくなるので、この現象を削減するにはノズル１０の口径を小さく変更することもできるものが好ましい。

吐出管９の形体によって水質浄化範囲を示すと次の通り。
ａ．形体について（ａ）は直線状とし、円形の範囲が小さい場合で１重の円的な面状になっている。
ｂ．形体について（ｂ）は直線状とし、円形の範囲が大きい場合で分岐短管１８を片側１本以上にて２重以上の円的な面状になっているが、分岐短管１８は片側４本の場合は４重以上の円形な面状となっている。
ｃ．形体について（ｃ）はＹ字形の場合で、Ｙの分岐点を小口径柱７の中心と結合させており、分岐短管１８が無い時においても、３重の円的な面状とすることができる。
ｄ．形体について（ｄ）は十字形の場合であり、分岐短管１８が無い時においても２重以上の円的な面状となっている。
ｅ．吐出管９は平行状となっているが、分岐短管１８を上方又は下方に４５°から１３５°迄の範囲の角度をつけた場合は面状のみでなく、上下方向に広げることにより水質浄化作用を拡大することができる構造となっていることが好ましい。
ｆ．分岐短管１８の端部は管径で開放すると、水中ポンプの吐出量が不足するので、分岐短管１８の先端部分に遮蔽板を設けて流出量の調整を行うことができる構造とすることが望ましい。

ノズル１０の長さを左右同一とした場合は、同心円による円形状運動が１重円形となり、長さが異なる場合は２重以上の円形状となるので、水質浄化作用の現象で選択することが好ましい。

図４はポンプ室１５と水中ポンプ１７と水配管１９と空気配管２０との配置図であり、水配管１９と空気配管２０は小さくしているため、回転力を伝達するには小口径柱７によって行うことが好ましい。

図５は小口径柱７の内部の水配管１９の途中で空気配管２０を装入する方法であるが、水流の摩擦抵抗を小さくするためには、吐出管９が近接していることが好ましい。

図６は固定部で、フロート１は１ヶ以上使用して、固定盤２及び固定柱３を中央部に設けている構造を取り入れており、本図はフロート２ヶの場合を示している。

固定盤２及び固定柱３の周囲に４ヶ所以上の孔を矩形状に設け、自然に表面水が流れ込みやすくして、水深０．５ｍの範囲の表面水が自流により入る構造としていることが好ましい。

孔の形状は矩形状とし、流入口を大きくし下方向からの流入を有効的として、水深０．５ｍ以内の表面水が万遍なく流れ込むようにすることが好ましい。

１． フロート
２． 固定盤
３． 固定柱
４． 中口径柱
５． コンプレッサー
６． エアータンク
７． 小口径柱
８． 着脱蓋
９． 吐出管
１０．ノズル
１１．支持金物
１２．回転盤機械台
１３．ベアリング
１４．振れ止め金具
１５．ポンプ室
１６．自然流水の孔
１７．水中ポンプ
１８．分岐短管
１９．水配管
２０．空気配管
２１．自然流水の孔
２２．接続管
２３．集電器

Claims (4)

1. 回転式水質浄化装置は固定部と回転部からなり、前記固定部は固定盤と前記固定盤に取付けられた固定柱と前記固定柱に１つ以上のフロートを備え、前記回転部は回転盤機械台と、前記回転盤機械台の中央下端に設けられた中口径柱と、前記中口径柱の下端に設けられた小口径柱と、前記小口径柱の下端に水平方向に設けられた吐出管を有しており、前記回転盤機械台の上部には、コンプレッサーと、エアータンクと、前記コンプレッサーと前記エアータンクを接続する空気配管を取付け、前記中口径柱内部に水中ポンプを設置したポンプ室を配置し、前記水中ポンプと前記吐出管は水配管にて接続し、前記空気配管を前記吐出管の内部に挿入し、前記吐出管の先端にノズルを取付けて、前記ノズルから吐出するエネルギーが前記小口径柱を介して前記中口径柱に回転力として伝わるようになっていることを特徴としている回転式水質浄化装置。
2. 前記固定柱及び前記中口径柱に孔を４ヶ所以上設けており、さらに孔が矩形状であることを特徴とする請求項１に記載の回転式水質浄化装置。
3. 前記吐出管の途中に分岐短管を１本以上設けることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転式水質浄化装置。
4. 前記吐出管が水深５ｍから２５ｍに配置されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の回転式水質浄化装置。

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