JP3749919B2

JP3749919B2 - アオコと超音波を利用した水質浄化方法及びその装置

Info

Publication number: JP3749919B2
Application number: JP10800097A
Authority: JP
Inventors: 治生藤本
Original assignee: 治生藤本; 吉崎裕
Priority date: 1997-03-24
Filing date: 1997-03-24
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2017-03-24
Also published as: JPH10263590A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は湖沼、池、ダム湖等の浄水方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術に於いては超音波を用いてアオコの処理を行う場合、超音波のキャビテーション作用による細胞破壊をその主たる方法としていた。しかし、超音波のキャビテーション作用を用いた水処理は脱気を伴い水中溶存酸素濃度を下げる働きをする。従ってキャビテーション使用によるアオコ処理技術を直接環境中で用いる場合の溶存酸素濃度の低下は避けられず魚類を始めとする生態系への悪影響が考えられた。
【０００３】
また、従来技術では超音波のアオコへの照射方法に於いて別の動力源、装置を必要としていた。そして、超音波による細胞破壊後は微生物による生分解処理のため別の処理槽に送りエアレーションを行うなど複数の装置を必要とした。
【０００４】
今日、汚濁湖沼で優先株と成りつつある有毒株のミクロキスティスなどではキャビテーションによる細胞破壊は細胞内毒素が一気に環境中に放出される事を意味し、魚貝類をも含めた生態系への悪影響が懸念される。
微生物酸化処理を行う技術に於いてもアオコ毒素を含んた被処理水を微生物酸化処理タンクに直接導く方法の信頼性には疑問点も少なくない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
（１）水質汚濁問題の処理対象をアオコの異常発生という現象に限定せず、異常発生したアオコの光合成能力を逆に浄水手段の一つに取り込み且つ、アオコの優位性の主たる原因である浮力の一時喪失をもたらし得る方法及び装置の提供。
（２）アオコへの超音波照射のため別付けの装置や動力源を要せず、超音波処理後の生分解を行うための曝気装置等も必要としない超音波によるアオコ処理方法及び装置の提供。
（３）細胞内毒素を一気に溶出させる細胞破壊を起こしたり水中溶存酸素濃度を下げる脱気原因となるキャビテーションの発生しない超音波の浄水に於ける利用方法の提供。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
湖沼、池、ダム湖等で日中に表層アオコが光合成により作りだした溶存酸素濃度、ｐＨ共に高いアオコ含有表層水を超音波振動子が作り出す直進水流に乗せ導波管を通し底層部に送り込み底層部の好気化、ｐＨの中性化を行う。これによる低層部のヘドロの改質と動物プランクトンの活性化を図る事を特徴とする浄水装置。
【０００７】
超音波が発生する水流の流速は約１０ｃｍ／秒であるから、例えば３ｍの導波管を用いた場合アオコは約３０秒間超音波照射を受ける事になる。この間にアオコ細胞内のガス胞は超音波の振動加速度により圧縮されるがキャビテーションのような細胞破壊力はないのでアオコ細胞は浮力を失った状態で底泥上に一定時間滞留する。沿岸部での使用ではこの状態のアオコに光が届き浮力喪失アオコを底泥上の酸素発生源として利用する事を特徴とする浄水方法。
【０００８】
底泥上に滞留したアオコはウイルス、細菌、原生動物等と直接接触しこれにより感染、あるいわ補食される。この接触によりアオコは減少し分解のための別付け処理装置を必要としない。また、細胞内ガス胞の復活により再浮上したアオコがウイルス、細菌等のキャリアーとなり２次感染が発生する事を特徴とする浄水方法。
【０００９】
以上、本発明に於いては表層浮遊アオコの除去による水中光条件の改善と浮遊アオコが作りだした酸素を用いての底層部の好気化、ｐＨの中性化および浮力喪失アオコの有光底泥上での酸素発生源としての利用、その場の滞留によるシアノファージ、シアノバクテリア分解菌への１次感染、２次感染、原生動物による攻撃等をアオコ分解手段とする事を特徴とする浄水方法。
【００１０】
【発明実施の形態】
本発明によれば日中、表層アオコの光合成によって作り出された溶存酸素濃度、ｐＨ共に高いアオコ含有水を超音波の直進水流に乗せ導波管により低酸素状態且つ、ｐＨの低い底層に送り込む。底泥付近の溶存酸素量は増加すると同時にｐＨ値も中和される。遮光原因である表層アオコの撤去により水中への入光量が増加する。
本発明ではキャビテーションは非発生での超音波使用を行うのでアオコの細胞破壊はなくアオコは細胞内ガス胞の一時的圧縮による浮力喪失で底泥上に滞留する。比較的浅い沿岸部ではこの状態の浮力喪失アオコにも光が届き水域内での光合成利用の酸素発生源として暫くの間機能する。底泥上に滞留するアオコは徐々にウイルス、細菌、原生動物等に感染、補食され減少する。この為、微生物酸化処理のための別付け装置は必要としない。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。
図１は本発明の中心的役割を果たす超音波振動子と導波管の組み合わせから構成される発明本体を示す斜視図である。（１）は指向性の高い直進水流を発生させるメガヘルツ帯の超音波振動子、（２）はこの振動子からの直進水流を表層から底層に導くと同時に超音波パワーの分散を防ぐ為の導波管である。超音波振動子の超音波振動子取付台（３）への取付方法は複数固の振動素子を導波管入り口付近で焦点を結ぶように角度をつけて行っても良いし、渦流を作るように取り付けても良い。導波管の長さは超音波発生装置（１７）の出力や水深、アオコの種類、濃度等によって若干違ってくるので複数の筒を用いたスライド式、連結式で長さ調節出来るものも可能である。発生する流速が約１０ｃｍ／秒なのでその長さは超音波照射時間に比例する。振動子から送られた振動加速度は導波管内を流れるアオコ含有水中で最もインピーダンスの大きいアオコのガス胞にそのエネルギーを作用させこれを圧縮する。本体装置吊り下げ具（６）はロープ等で水中に釣り下げ固定するものでも良いし桟橋等に直接ボルト、ネジ等の金具で固定する事も出来るが超音波振動子が水位の変動、波等により水面上に出ない範囲で出来るだけ表層付近に維持され、導波管の吐出口側が底泥直上にあるように支持する事が重要である。但し吐出口側の位置に付いて沿岸付近の使用にもかかわらず水深が極端に深い場合は例外である。図２はイカダを使用しての実施例を示す概略側面図である。（７）はイカダ本体で（１０）はアオコ集積板、（８）はアオコ沈降促進板（図２にのみ図示）であり風波により移動するアオコを効率よく集め装置本体に導くものである。（１２）はイカダ固定用ロープ、（１４）はイカダの流出を防ぐアンカーである。図３はイカダ上での実施例を示す概略平面図である。イカダはアンカーを中心に風下へ移動しアオコ集積板で表層アオコ流を捕らえ超音波振動子直上までこれを運ぶ。この様に集積したアオコ含有表層水を日中、太陽電池（１５）により作られた電力をインバーター（１６）を経て交流に変換し超音波発信器（１７）を駆動させ処理を行う。本発明ではアオコの光合成を水域全体の浄化対策に利用しているので装置は日中しか用いず太陽電池使用の場合でもバッテリーの必要性はない。
【００１２】
本発明は上記実施例に限定されるものでなく、浄水装置本体部はイカダに取り付けても良いが比較的大きな湖沼の場合ならボート舷側などに固定しアオコ集積場所を追いながら浄化作業を行う事も可能である。この場合超音波の作る直進水流はボートの推進力の一部として機能し得る。また、コンクリート護岸の池やダム貯水池などでは地理的にアオコの集積しやすい場所に杭等で水位の上下に対応出来るように固定する事もできる。
【００１３】
アオコを形成する藍藻類がその水域での優先種でなくなりアオコ以外の植物プランクトンが主流を成したときでも日中、太陽光により表層浮遊植物プランクトンの光合成が行われる以上本発明装置は光合成利用型の曝気兼ｐＨ中和装置として同様に機能し得る。
【００１４】
本発明装置はまた本体吊り下げ具の調整により底層から表層に水流を送る事も可能である。夜間にバッテリー、または陸上からの送電によりこれを行う事により夜間酸素不足になる底層水を水面に押し上げここでガス交換を行う事も出来る。
【００１５】
本発明は表層でスカム化したアオコを効率よく導波管に送り込むため表層でのスカム沈降促進用スクリューのようなもの（図示せず）を超音波振動子の近くに別途取り付ける事も出来る。
【００１６】
【発明の効果】
本発明方法は日中、表層アオコの持つ優れた光合成能力により作り出された溶存態酸素を超音波発信により生じた直進水流に乗せ導波管を経由し酸素欠乏状態の底層に送り込むものであり溶存酸素濃度の低い底泥付近の溶存酸素量を増加させるエアレーション効果がある。本発明では底泥の曝気手段として植物プランクトンの光合成により作り出された溶存態酸素を用いるためコンプレッサーを用いて空気を送り込む通常の方法よりエネルギー効率がよい。曝気による底泥部の好気化、ヘドロの改質が進み好気性微生物による有機物の分解をもたらす効果がある。また日中、アオコの行う光合成により表層水のｐＨは１０程度と高くなる一方、底層は嫌気条件下で酸性成菌等によりアオコの有無に関係なくｐＨは４から５と低い。水のｐＨはｐＨ５以下あるいはｐＨ９以上の時それ自体がほとんどの動植物に対し有害であり、この点に於いて本発明は溶存酸素濃度とｐＨの垂直アンバランスをアオコの光合成作用を用いて適正化し好気性バクテリアによる有機物の分解に適した生態系回復効果がある。
【００１７】
また、本発明装置は遮光原因である表層アオコの底層部への移送による水中への入光量の増加をもたらし魚貝類や大型水性植物の生活空間ともなる湖沼、池等の生産層を広げる効果もある。
【００１８】
本発明装置はキャビテーション非発生使用なので即効的な細胞破壊はなくアオコ細胞はガス胞圧縮による浮力喪失状態で生きたまま底泥上に滞留する。比較的浅い沿岸部ではこの状態の浮力喪失アオコも光が届けば光合成能力は残っており、底泥上での酸素発生源として機能しより一層の浄水効果がある。
【００１９】
本発明方法では前記の様に浮力を失ったアオコは低泥上に滞留する間にもともとそこに存在するシアノファージ等のウイルス、シアノバクテリア分解菌による感染、原生動物、動物プランクトンによる補食等の攻撃に晒され徐々に減少しアオコの独占的異常繁殖という構図が崩れ、生態系のアンバランスは適正なものとなってゆく、また、浮力を回復したアオコはこれらウイルス、細菌のキャリアーとなり天敵との２次感染の接触率を大幅に引き上げる効果がある。以上、アオコの生分解処理に別付け装置を必要をせず全体として装置の簡素化が図れる。
【００２０】
本発明装置はアオコ集積板、及び吹き寄せられるアオコが重なりあいスカム化するのを防ぐためイカダの上下運動を利用したアオコ沈降板（図２のみに図示）を有し風波、水流等物理的原因で移動するアオコを効率的に集められ、この様なイカダを用いた装置を湖沼、池等の水性植物が繁殖する沿岸部沖側に敷設する事により、これら植物帯を保護するフェンスの役目を成し水性植物に対するアオコの害を阻止する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】超音波振動子と導波管の組み合わせからなる本発明の本体部分を示す斜視図である。
【図２】本発明本体部分のイカダを使用しての実施例を示す概略側面図である。
【図３】前記実施例を示す概略平面図である。
【符号の説明】
１超音波振動子
２導波管
３超音波振動子取付台
４振動子と導波管の連結具
５リード線
６本体装置吊り下げ具
７イカダ本体
８アオコ沈降促進板（図２にのみ図示）
９アオコ集積板支持アーム
１０アオコ集積板
１１アーム支持浮力体
１２イカダ固定用ロープ
１３底泥部
１４アンカー
１５太陽電池
１６インバーター
１７超音波発生装置
１８植物プランクトン含有表層流
Ｗ表層水

Claims

湖沼、池、ダム等で日中に表層アオコが作りだした溶存酸素濃度、ｐＨ共に高いアオコ含有水を超音波振動子が作り出す直進水流に乗せ導波管を通し底層部に送り込み底層部のエアレーションとｐＨの中性化を行うことを特徴とする浄化方法。
請求項１の処理によって浮上手段を失ったアオコが比較的浅い沿岸部底泥上に於いて日中光合成を行い水域に酸素を送り込むことを第２のエアレーション手段として用いた浄水方法。
請求項１に於いて超音波の３つの作用のうちキャビテーションによる即効的な細胞破壊手段は用いず、直進水流と振動加速度によるアオコ浮上手段（細胞内ガス胞等）の喪失によるアオコ・コロニーの底泥上での停滞とそれによるウイルス、細菌、原生生物等との直接接触による感染、補食をアオコ除去手段とする浄水方法。
超音波を用いたアオコ処理に於いて、一定時間の超音波照射の為、直進流発生型超音波振動子の使用とその直進水流を一定方向に導く為、超音波振動子取付台（３）に超音波振動子（１）を取り付け、振動子と導波管の連結具（４）の間を通し、アオコ含有水を導波管（２）に送り込む事を特徴とする浄水装置。
請求項４に於いて、湖沼、池等の表層に浮遊するアオコを集め効率よく、前記導波管に送り込むため、風波、水流等を利用したアオコ集積板及びアオコ沈降板を有するイカダを用いる事を特徴とする装置。
請求項１から請求項３のいずれかの技術をアオコ以外の植物プランクトンに対して同様の処理を行う浄水方法。
請求項４から請求項５のいずれかの技術をアオコ以外の植物プランクトンに対して同様の処理を行う浄水装置。