JP3186415U - 水質浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的に水を浄化する水質浄化装置を提供する。
【解決手段】水質浄化装置は、水面Ｗ１上に配置される滑車２と、滑車２により水面Ｗ１上から水中に吊り下げ支持され、滑車２の回転により回転する輪状部材４と、輪状部材４に設けられた容器と、から構成される。滑車２の回転により輪状部材４が回転し、輪状部材４に設けられた容器が水面Ｗ１上と水中との間を循環する。それにより、下降する容器により水面上から水中及び水底に堆積した有機汚泥堆積層に空気（酸素）を供給するとともに、上昇する容器により水底に堆積した汚泥を汲み上げて拡散することで、汚泥の好気性分解を促し、効率的に水を浄化し水質を改善することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本考案は、閉鎖水域の水を浄化し、水質を改善する水質浄化装置に関する。

ため池等の閉鎖水域では、水の流れがほとんどないため、底部に有機汚泥が堆積する。これに加えてアオコ等の藻類の大量発生により、水質が汚染され、これにともなう悪臭の発生が問題となる。特に、堆積する有機汚泥は、時間と共に増加していくこととなり、問題を深刻にしている。

そこで、例えば特許文献１には、水中に配置した複数の水流機を用いて水を循環し、その循環する水流の中に配置した浄化装置を用いて水中の汚濁物を除去することで、水を浄化する浄化システムが開示されている。また、例えば特許文献２には、水面に浮遊して水面から水中に向かう水流を発生して水を循環し、多くの酸素を含んだ水面付近の水を水底に送ることで水を浄化する水質浄化装置が開示されている。しかし、これら水流を発生する方法では、浄水効果は限定的である。

特開２００４−３２１９６０号公報 特開２０１２−２４００４０号公報

本考案は、効率的に閉鎖水域内の水を浄化し、水質を改善する水質浄化装置を提供することを課題とする。

有機汚泥に大量の空気（酸素）を送り、かつ、有機汚泥を拡散する水質浄化装置によって課題を解決する。

本考案の第１の態様は、水を浄化する水質浄化装置であって、水面上に配置される滑車と、前記滑車により前記水面上から水中に吊り下げ支持され、前記滑車の回転により回転する輪状部材と、前記輪状部材に設けられた容器とを備え、前記容器は前記輪状部材が前記滑車の回転により回転する方向に向けて開口した水質浄化装置である。
これによれば、滑車の回転により輪状部材が回転することで、輪状部材に設けられた容器が水面上と水中との間を循環する。それにより、容器が下降する際に水面上から水中に空気（酸素）が供給され、容器が上昇する際に水中から水面に向けて水中の汚泥が拡散される。

また、本考案の第２の態様は、第１の態様において、前記容器は、複数設けられる水質浄化装置である。
これによれば、空気（酸素）の供給と汚泥の拡散が効率化し、浄水効果が上がる。

また、本考案の第３の態様は、第１又は第２の態様において、前記容器は、開口部分の前記輪状部材から離隔した位置に、幅２．５ｍｍ以下のスリットを備える水質浄化装置である。
これによれば、水面上から水中に向けて容器が下降する際にスリットから空気が抜けて浮力が小さくなり滑車による輪状部材の循環に対する抗力が減少する。また、水底近くにおいてスリットから微細泡が発生して浄水効果がさらに上がる。

また、本考案の第４の態様は、第１〜第３のいずれかの態様において、前記輪状部材は、水より比重の大きな部材を含んで構成される水質浄化装置である。
これによれば、輪状部材が水面上の滑車から水中に吊り下がり、その下端が水底に堆積した有機汚泥堆積層まで沈むことが可能となる。好ましくは、容器に空気が充填されている状態において容器、空気、輪状部材の全体としての比重が水より大きなものとなるように輪状部材の比重が十分に大きいものである。

また、本考案の第５の態様は、第１〜第４のいずれかの態様において、浮体を備えて前記滑車を前記水面上に浮かべるフロートをさらに備える水質浄化装置である。
これによれば、滑車を水面上に配置することができる。

また、本考案の第６の態様は、第５の態様において、前記フロートから水中に吊り下げ支持された固形物回収網をさらに備える水質浄化装置である。
これによれば、容器によって水面に持ち上げられた小石等の固形物を回収することができる。

また、本考案の本考案の第７の態様は、第１〜第６のいずれかの態様において、前記輪状部材は、複数設けられる水質浄化装置である。
これによれば、多くの汚泥を拡散させることができる。

また、本考案の本考案の第８の態様は、第７の態様において、
前記複数の輪状部材は、同一方向に回転する水質浄化装置である。
これによれば、複数の輪状部材に設けられた容器が、水底から同方向の反力を受ける。水質浄化装置が移動することが期待され、より広範囲の汚泥を浄化することが可能となる。

また、本考案の第９の態様は、第１〜第８のいずれかの態様において、前記滑車を回転する動力を発生する風車をさらに備える水質浄化装置である。
これによれば、電力を用いることなく、滑車を回転すること、すなわち水質浄化装置を稼働することができる。

本考案の水質浄化装置によれば、水底に堆積した有機汚泥堆積層に酸素を供給するとともに汚泥を拡散することで、汚泥の好気性分解を促し、効率的に水を浄化し水質を改善することが可能となる。

図１は、一実施形態に係る水質浄化装置の概略構成を示す図である。 図２は、輪状部材の構成を示す断面図である。 図３は、容器部の構成を示す図である。 図４は、フロートの構成を示す図である。 図５は、水質浄化装置の動作及び浄水の原理を説明するための図である。 図６は、２つの滑車を備えた水質浄化装置を示す図である。

以下、本考案の一実施形態を、図１〜図５を用いて説明する。

図１に、本実施形態に係る水質浄化装置の概略構成を示す。水質浄化装置は、閉鎖水域内の水面Ｗ１上に配置されている。一例として、閉鎖水域の深さ（輪状部材４の沈降する深さ）は５ｍとし、その水底Ｗ２には有機汚泥が堆積しているものとする。

水質浄化装置は、風車１、滑車２、フロート３、及び輪状部材４から構成される。

風車１は、回転軸と、それから四方に延設された４つの支持部材と、それらの先端に固定された４つの半球形の風杯１ｃと、から構成されるロータを有するパドル型風車である。本実施形態では、風杯の直径は例えば５００ｍｍである。この構成の風車１において、４つの風杯１ｃが風の力を受けることでロータが時計回り（図１における矢印の方向）に回転する。ロータの回転（風車１の回転動力）は、減速機（不図示）を介して、滑車２に伝えられる。

減速機（不図示）は、風車１の回転動力を受け、その回転速度を例えば歯車等を用いて減ずることで、風車１の回転動力を増大して滑車２に出力する。出力される回転動力（トルク）は、減速比に反比例する。本実施形態では、例えば、減速比２０：１とする。この場合、風車１の回転動力は２０倍されて滑車２に伝達される。なお、減速機は、水面上に配置されるため、防水及び耐候処理が施されているものとする。

滑車２は、減速機（不図示）からの回転動力をその向きを変えて受けることで、水面Ｗ１に対して平行な軸を中心に（図１における矢印の方向に）回転する円盤又は円環状の部材である。本実施形態では、滑車２の直径は例えば７５０ｍｍである。また、水面上に配置されるため、耐食性に優れた鋼鈑を用いて加工されている。

滑車２は、周長に沿って２つのフランジ（不図示）と、それらの間に溝部（不図示）が設けられている。滑車２の溝部に輪状部材４を係合することで、輪状部材４が滑車２に吊り下げ支持される。

フロート３は、６つの浮体３ａとこれらを支持する支持部材３ｂとから構成される。なお、図１では、煩雑を避けるため、２つの浮体３ａのみを示した。本実施形態では、６つの浮体３ａは、例えば、樹脂製の直径４５０ｍｍ長さ６８０ｍｍの円柱体であり、１つの浮体３ａあたりの浮力はおよそ１００ｋｇである。フロート３は、風車１、減速機（不図示）、及び滑車２を、支持部材（不図示）を介して水面Ｗ１上に配置する。なお、浮体３ａの数、大きさ、及び形状は、風車１、減速機（不図示）、滑車２、及び輪状部材４の重量に応じて、適宜変更してよい。

図２に、輪状部材４の概略構成を示す。輪状部材４は、チェーン４ａ及び固定具４ｂを含んで構成されている。

チェーン４ａは、一端と他端が結合されてループ状に形成された鎖輪である。チェーン４ａの長さは、閉鎖水域の深さに応じてその２倍である約１０ｍに、滑車２の外周（半周）の長さ及び水底Ｗ２部分の長さを加え、約１２．８ｍとする。ループ状に形成されたチェーン４ａの外側には、約３０４ｍｍ間隔で、４２個の容器４ｃが固定具４ｂによって固定されている。

チェーン４ａは、例えば、水より十分重い金属製とすることでウエイトの役割を果たす。それにより、輪状部材４は水面Ｗ１上の滑車２から水中に吊り下げされ、その下端は水底に堆積した有機汚泥堆積層まで沈む。

図３に、容器部の構成を示す。容器４ｃは、内径１５４ｍｍ深さ１９５ｍｍの円筒形であり、周縁には幅２ｍｍ、長さ４５ｍｍのスリット４ｄが、２つ設けられている。

チェーン４ａは、滑車２の溝部（不図示）に係合し、滑車２の回転に伴って回転する。それにより輪状部材４が回転することで、本体４ａに設けられた複数の容器４ｃが水面Ｗ１上と水底Ｗ２との間を循環する。本実施形態の水質浄化装置の揚水能力は、上述の輪状部材４の構成（容器４ｃの数と容量）より、１回転あたり約１５２リットルである。また、水底Ｗ２への送気能力は、１回転あたり約１１７リットルである。

図４に、フロートの構成を示す。フロート３は、浮体取付棒３ｃに浮体が取り付けられ、支持部材３ｂからは固形物回収網５が水中に吊り下げられている。

水質浄化装置の動作及び浄水の原理を説明する。

図５に、水質浄化装置の構成を概念的に示す。自然エネルギー（風力）により風車１が時計回り（図５に示される矢印の方向）に回転し、その回転動力が減速機（不図示）を介して滑車２に伝達され、滑車２が時計回り（図５に示される矢印の方向）に回転する。滑車２の回転に伴って、輪状部材４が回転し、それに設けられた複数の容器４ｃが水面Ｗ１上と水中（水底Ｗ２）との間を循環する。

容器４ｃは、逆さまの状態で、水面Ｗ１上から水底Ｗ２に向かって下降する。水面Ｗ１上において容器４ｃ内に空気が充填され、容器４ｃが水中を下降するにつれて、スリット４ｄから空気が流出して容器４ｃ内の空気量が減少する。容器４ｃ内の空気は水圧により圧縮される。かかる空気量減少と圧縮により、内部の空気及び水を含めた容器４ｃ全体の比重が大きくなる。滑車を介した反対側の容器４ｃには汚泥が入っており、比重が大きい。滑車の両側の容器４ｃの比重の差を小さくして輪状部材４の循環を容易にしている。

容器４ｃは水底における移動が汚泥等による抵抗を受ける。このため、水底付近では、図に示すように容器が輪状部材４の移動方向に偏って配される。有機汚泥堆積層又はその上の汚濁水槽において、容器４ｃのスリット４ｄ側が上方を向く。この際、スリット４ｄから微細泡が容器４ｃの外に出る。微細泡は、体積に対する表面積が大きく、酸素を効率的に供給する。

容器４ｃが水底Ｗ２（有機汚泥堆積層）に達してその向きが変わると、容器４ｃ内の空気の全部が放出される。ここで、圧縮された空気は、膨張しつつ水面Ｗ１に向かって上昇する。それにより、汚泥中及び水中に酸素が供給される。

空気を放出した容器４ｃは、有機汚泥堆積層中を移動することでその中に汚泥を入れ、向きを変えて水面Ｗ１に向かって上昇する。容器４ｃは、水面Ｗ１上で向きを変えることで、水底から汲み上げたその中の汚泥を水面Ｗ１に放出する。それにより、水底に堆積した汚泥が拡散する。

汚泥の中に含まれる固形物は、その外径が固形物回収網５の目よりも大きければ、固形物回収網５に捕捉され水底には戻らない。

このように、水底に堆積した有機汚泥堆積層及び水中に酸素を供給するとともに、水底に堆積した汚泥を拡散することで、汚泥の好気性分解を促し、効率的に水を浄化し水質を改善することが可能となる。また、汚泥を拡散することで堆積量の増加を防ぐことが可能となる。

以上、滑車２が１つだけである場合について説明したが、複数の滑車を用いることもできる。図６に、２つの滑車を備えた水質浄化装置を示す。２つの滑車２ａ及び２ｂ、２つの輪状部材４ａ及び４ｂが備えられている。１つだけの滑車及び輪状部材を用いる場合に比して、２倍の量の汚泥を拡散することができる。

滑車２ａ及び２ｂは、１本の共通の軸によって回転させられる。輪状部材４ａ及び４ｂは、同一方向に移動する。水底において、輪状部材４ａの容器と輪状部材４ｂの容器とに、同一方向の抵抗力が発生する。この力は、滑車２を介してフロート３に伝達され、フロート３を移動させ得る。かかる移動によって、水底の異なる箇所の汚泥を拡散させることができる。なお、滑車の数をさらに増加させて３以上とすることで、移動が発生する可能性を高めることができる。

なお、本実施形態の水質浄化装置では、４つの半球形の風杯１ｃから構成される１つのロータを有するパドル型風車を採用したが、これに限らず、例えば、ロータが上下２段に配置されたものを採用してもよい。また、ロータの数、並びに風杯の数、大きさ、及び形状は、適宜変更してよい。また、パドル型風車に限らず、サボニウス型、クロスフロー型等、任意の方式の風車を採用しても良い。また、強風時に過回転を防止する機構を設けてもよい。

また、本実施形態の水質浄化装置では、風車１を含んで一体的に水質浄化装置を構成することとしたが、風車１の回転動力を滑車２に伝達することができれば、必ずしも一体的に構成する必要はない。

また、本実施形態の水質浄化装置では、滑車２を回転する動力源として風車１を採用した。それにより、送電設備のない環境においても、昼夜問わず、電力を用いることなく、水質浄化装置を稼働することができる。ただし、送電設備のある環境においては、風車１に代えて電気モータを用いても良い。また、閉鎖水域外に風車１を配置し、その風車１により発電される電力を、或いは太陽光発電装置を配備し、それにより発電される電力を利用して電気モータを稼動して、滑車２を回転することとしてもよい。

また、輪状部材４に設けられる容器４ｃの数と容量も、適宜変更してよい。輪状部材４に複数の容器４ｃを設けることで、水質浄化装置の揚水・送気能力が上がり、すなわち空気（酸素）の供給と汚泥の拡散が効率化し、浄水効果が向上する。

また、容器４ｃ及びフロート３の周辺部材をビニル製としてもよい。これにより、水底に設けられる防水シート、揚水施設等を破損することがない。

また、本実施形態の水質浄化装置は、ため池等の閉鎖水域内の水を浄化するために使用することができるが、閉鎖水域に限らず開放水域内の水を浄化するために使用することもできる。

本考案の水質浄化装置は、ため池等の閉鎖水域の水を浄化し、水質を改善するのに好適である。ため池を用いる多くの農業従事者や、ため池を管理する多くの地方自治体による利用が期待される。

１ 風車
２ 滑車
３ フロート
４ 輪状部材
４ａ チェーン
４ｂ 固定具
４ｃ 容器
４ｄ スリット
５ 固形物回収網

Claims (9)

1. 水を浄化する水質浄化装置であって、
   水面上に配置される滑車と、
   前記滑車により前記水面上から水中に吊り下げ支持され、前記滑車の回転により回転する輪状部材と、
   前記輪状部材に設けられた容器とを備え、
   前記容器は前記輪状部材が前記滑車の回転により回転する方向に向けて開口したものであることを特徴とする、水質浄化装置。
2. 前記容器は、複数設けられることを特徴とする、請求項１に記載の水質浄化装置。
3. 前記容器は、開口部分の前記輪状部材から離隔した位置に、幅２．５ｍｍ以下のスリットを備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の水質浄化装置。
4. 前記輪状部材は、水より比重の大きな鎖輪を含んで構成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の水質浄化装置。
5. 浮体を備えて前記滑車を前記水面上に浮かべるフロートをさらに備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の水質浄化装置。
6. 前記フロートから水中に吊り下げ支持された固形物回収網をさらに備えることを特徴とする、請求項５に記載の水質浄化装置。
7. 前記輪状部材は、複数設けられることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の水質浄化装置。
8. 前記複数の輪状部材は、同一方向に回転することを特徴とする、請求項７に記載の水質浄化装置。
9. 前記滑車を回転する動力を発生する風車をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の水質浄化装置。