JP4231249B2 - 高酸素水製造装置及び底質の浄化方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、河川、湖沼、運河、閉鎖性海域などの貧酸素水域に高酸素水を供給する高酸素水製造装置及び底質の浄化方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
各地の河川、湖沼、運河、閉鎖性海域などでは、生活排水の流入によって水質が富栄養化し、それに伴ってプランクトンなどが大増殖している。
表層で大増殖したプランクトンが死骸となって水底に沈降し、水底では、かかる死骸の有機物分解で多量の酸素が消費され、底質表面付近の水が貧酸素(低濃度の酸素)状態になっている。
貧酸素水の存在により好気的な生物環境が形成されず、さらに嫌気的な腐敗を進行させるという悪循環を繰り返している。嫌気環境下では多様な生物が生息できず、硫化水素の発生(青潮の発生)などを招くことになる。
このような水域環境の改良には好気環境の維持が必要であり、好気環境を維持することにより有機物を酸化分解する多様な生物が生息し、汚濁した底質の浄化が可能となる。
好気的な環境を創り出す手法の一つとして、貧酸素の底質表面付近に高濃度の溶存酸素を注入し、底質表面付近の水を高酸素濃度の状態にする方法がある。高濃度の溶存酸素を注入する方法として、空気気泡を現位置(底質表面)で発生させる曝気方式や、陸上で曝気を行い、溶存酸素濃度を高めた水を現位置に放水する方式などが開発されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記した従来の曝気方式では、次のような問題がある。
<イ>大気圧下の飽和濃度までしか酸素を溶存させることができない。
<ロ>飽和濃度程度の溶存酸素では、これを底質表面付近の水域に放流しても速やかに希釈拡散してしまう。このため、底質の改善は放流口周辺となり、浄化水域が狭い水域に限定される。
【0004】
【発明の目的】
本発明は上記したような従来の問題点に鑑みて考えられたもので、飽和濃度以上の高酸素水をつくりだす高酸素水製造装置を提供することを目的とする。
また本発明は、広い水域を浄化することを可能にした底質の浄化方法を提供することを目的とする。
本発明は、上記目的のうち少なくとも一つを達成するようにしたものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、本発明の高酸素水製造装置は、水を収容する加圧タンクと、一方の端部を底質付近の貧酸素水域に設置し、他方の端部を加圧タンクに接続する給水パイプと、前記給水パイプの途中に設置し、貧酸素水を前記加圧タンクへ揚水する揚水ポンプと、前記加圧タンクを加圧するコンプレッサと、前記加圧タンク内に回転自在に設けた攪拌翼と、からなり、前記コンプレッサで加圧しながら、攪拌翼を回転してタンク内部に回転渦をつくり、加圧タンク内の空気を水に溶存させて高酸素水を製造することを特徴とする。
【0006】
ここで、貧酸素水を加圧タンクへ揚水する揚水ポンプを設けるとともに、脱気泡装置を有する放水パイプを設けることができる。また、コンプレッサの前段に酸素ボンベを加え、空気あるいは酸素を加圧、溶解することができる。また、放水パイプの途中に冷却器を設け、前記高酸素水を冷却することができる。
【0007】
また、本発明の底質の浄化方法は、貧酸素水域に高酸素水を供給して行う底質の浄化方法であって、前記の高酸素水製造装置の加圧タンクに水を収容し、給水バルブを閉塞してコンプレッサで加圧タンクを加圧し、同時に加圧タンク内の攪拌翼を回転してタンク内部に回転渦をつくり、加圧タンク内の空気を水に溶存させて高酸素水を製造し、加圧バルブを閉塞し、放水バルブを開放して高酸素水を底質付近の貧酸素水域へ放水して行うものである。
【0008】
ここで、揚水ポンプで貧酸素水域の貧酸素水を揚水ポンプで連続して揚水し、コンプレッサで加圧タンクを連続して加圧し、同時に加圧タンク内の攪拌翼を回転してタンク内部に回転渦をつくり、加圧タンク内の空気を貧酸素水に溶存させて高酸素水を製造し、残存した気泡を脱気泡装置で除外しながら高酸素水を連続的に底質付近の貧酸素水域へ放水することができる。
【0009】
【本発明の実施の形態1】
以下図面を参照しながら、本発明に係る一実施の形態について説明する。
図1は高酸素水製造装置の基本構成を示す説明図で、図2は実施例を示す概略図である。
【0010】
<イ>高酸素水製造装置(図1)
高酸素水製造装置1は、水や貧酸素水71を収容する加圧タンク10と、この加圧タンク10を加圧するコンプレッサ20と、加圧タンク10内に回転自在に設けた攪拌翼30とからなる。
コンプレッサ20で加圧しながら、攪拌翼30を回転して加圧タンク10内の空気を水や貧酸素水71に溶存させて溶存酸素濃度の高い高溶存酸素水80(以下、高酸素水80という)を製造する。
【0011】
<ロ>加圧タンク(図1、図2)
加圧タンク10は、鉛直方向に延びる円筒状の本体11と、この本体11の上下端を塞ぐ上蓋12と下蓋13とからなる密閉状の圧力容器である。
上蓋12には給水パイプ40と送気パイプ21が接続しており、下蓋13には放水パイプ50が接続している。また、上蓋12に加圧タンク10内の圧力を測定する圧力計16を取り付けている。
給水パイプ40の先端を河川、湖沼、運河などの貧酸素水域70に設置しており、貧酸素水71を加圧タンク10へ導くことができる。なお、給水パイプ40は水道水を導くようにしてもよい。
加圧タンク10内は、水や貧酸素水71による液相部15と空気による気相部14とが形成される。
【0012】
<ハ>コンプレッサ(図1、図2)
コンプレッサ20はエアコンプレッサなどである。
コンプレッサ20と加圧タンク10との間を送気パイプ21で接続し、コンプレッサ20からの圧縮エアを加圧タンク10に供給する。なお、コンプレッサ20の前段に酸素ボンベ(図示せず)を加え、酸素を加圧、供給してもよい。
送気パイプ21の途中にレギュレータ23を取り付けておく。レギュレータ23を調整して圧縮エアの供給量を調節することで、加圧タンク10に対する加圧力を調整できる。
【0013】
<ニ>バルブ(図1、図2)
バルブには、給水バルブ41、加圧バルブ22及び放水バルブ51がある。
給水バルブ41は給水パイプ40に取り付けてあり、開放することで水や貧酸素水71を加圧タンク10内へ供給する。加圧バルブ22は送気パイプ21に取り付けてあり、開放することで圧縮したエアを加圧タンク10内に供給し、加圧タンク10内を加圧する。
放水バルブ51は放水パイプ50に取り付けてあり、開放することで加圧タンク10内の高酸素水80を放出する。なお、放水パイプ50は途中に流量計52を設け、先端が底質付近の貧酸素水域70に配置されるように設置する。
これらバルブ22、41、51を、例えば電磁弁などで構成すれば、バルブ22、41、51の切り替えを自動的に行うことができる。
【0014】
<ホ>攪拌翼(図1、図2)
攪拌翼30は加圧タンク10内の液相部15を攪拌するもので、例えば複数枚のプロペラ状の攪拌羽根などからなる。
攪拌翼30を先端に取り付けた攪拌棒31を、加圧タンク10の中央に回転自在に設置する。攪拌棒31の後端を上蓋12から突出し、図示していないモータに連結する。
モータを駆動して攪拌翼30を回転させることにより、液相部15を攪拌して内部に渦をつくり、急激に気相部14の空気を加圧状態に応じた飽和濃度まで容易に溶解することができる。
【0015】
<ヘ>高酸素水の製造(図1、図2)
水や貧酸素水71を加圧タンク10内に導き、加圧タンク10内に水や貧酸素水71による液相部15と、空気による気相部14とを形成する。
コンプレッサ20で加圧しながら、攪拌翼30を回転することで内部に渦をつくり、気相14の空気を液相15に加圧状態に応じた飽和濃度まで溶解し、高酸素水80を製造する。溶解濃度は、加圧する圧力と攪拌速度及び攪拌時間によって任意に調整が可能である。
【0016】
一例をあげると、約20リットルの加圧タンク10に水道水を入れ、2気圧の加圧を行いながら攪拌翼30を毎分100回転程度で回転させると、約10秒の回転で溶存酸素濃度は飽和濃度の122%の高酸素水80をつくる。4気圧の加圧では約20秒の回転で飽和濃度の215%以上の高酸素水80をつくる。
従来の曝気方式では大気圧下の飽和濃度までしか酸素を溶存させることができないが、本発明によれば加圧力に応じた飽和濃度まで溶存することができる。
【0017】
次に高酸素水製造装置1を使用して、底質を浄化する方法について説明する。
【0018】
<イ>揚水
底質付近の貧酸素水域70に給水パイプ40を設置する(図1参照)。
給水パイプ40の途中に揚水ポンプ60(図4参照)を設置し、揚水ポンプ60で底質直上の貧酸素水71を揚水し、給水バルブ41を開放して貧酸素水71を陸上の加圧タンク10内に供給する。なお、揚水した貧酸素水71をフィルタ(図示せず)でゴミなどの不要物を除去して加圧タンク10内へ供給するのが好ましい。
このように貧酸素水71を給水パイプ40で加圧タンク10内に導き、加圧タンク10内に貧酸素水71による液相部15と空気による気相部14とを形成する。
【0019】
<ロ>加圧、攪拌
給水バルブ41を閉塞して加圧バルブ22を開放し、コンプレッサ20から圧縮したエアを加圧タンク10内へ供給する。
コンプレッサ20の駆動と同時に、モータ(図示せず)を駆動して攪拌棒31とともに攪拌翼30を回転する。
圧縮したエアによって加圧タンク10内が加圧され、加圧と同時に攪拌翼30で攪拌されて内部に渦をつくるので、急激に気相の空気を液相に加圧状態に応じた飽和濃度まで溶解する。なお、コンプレッサ20の前段に酸素ボンベを加えた場合は、空気あるいは酸素を加圧、溶解する。
このように高酸素水製造装置1で製造された高酸素水80は、加圧タンク10内に蓄えられる。
【0020】
<ハ>放水
加圧バルブ22を閉塞して放水バルブ51を開放し、必要な量の高酸素水80を放水バルブ51、流量計52、放水パイプ50を通して底質付近の貧酸素水域70へ放水する。放水が終了したら、再び揚水し、同様の手順を繰り返して貧酸素の環境を高酸素濃度の環境に改善する。
溶存酸素濃度が飽和濃度の200%以上の高酸素水80とすることができるため、広い水域に対しても少量の高酸素水80を水底に送ることで水質の改善を図り、浄化することが可能となる。
放水パイプ50の途中に冷却器などを取り付けて、高酸素水80を冷却して密度を高めてから水底へ放水してもよい。冷却することによって高酸素水80が水面上に上昇するまでに時間がかかり、水底近くの貧酸素水域70と長時間接触するため、より多くの溶存酸素を貧酸素水域70に供給する。
また、高酸素水製造装置1を船上などに搭載し、移動しながら底質を浄化するようにしてもよい。
【0021】
【発明の実施の形態2】
加圧タンク10を複数設置し、これら加圧タンク10に1台のコンプレッサ20を接続して構成してもよい(図3参照)。
給水パイプ40を分岐して、給水バルブ41を介して夫々の加圧タンク10に接続するとともに、放水パイプ50を途中で合流する。交互に運転することによって高酸素水80の放水流量を一定に保つことができる。
【0022】
【発明の実施の形態3】
貧酸素水71を連続して揚水し、管路(供給パイプ40と放水パイプ50)の中間に高酸素水製造装置1を配置し、高酸素水80を連続的に放水してもよい(図4参照)。
貧酸素水71を揚水ポンプ60で連続的に加圧タンク10へ揚水し、コンプレッサ20で加圧タンク10を連続的に加圧し、同時に加圧タンク10内の攪拌翼30を回転しながら、加圧タンク10内の空気を貧酸素水71に溶存させて高酸素水80を製造する。この場合、コンプレッサ20からは管内水圧より高い圧力に調整したエアを加圧タンク10へ供給する。
放水パイプ50の途中に脱気泡装置53を設け、溶存せずに残存した気泡を脱気泡装置53で除外しながら高酸素水80を連続的に貧酸素水域70へ放水する。
本例によれば連続的に高酸素水80を供給でき、効果的に貧酸素水域70を浄化できる。
【0023】
【本発明の効果】
本発明は、以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
<イ>従来の曝気方式では大気圧下の飽和濃度までしか酸素を溶存させることができないが、本発明ではコンプレッサで任意に加圧できるので、加圧力に応じた飽和濃度まで溶存させることができる。
<ロ>従来のような飽和濃度程度の溶存酸素水と異なり、溶存酸素濃度が飽和濃度の200%以上の高酸素水とすることができるため、広い水域に対しても少量の高酸素水を水底に送ることで水質の改善を図り、浄化することが可能となる。
<ハ>酸素の溶存濃度は加圧力と攪拌速度、攪拌時間を調整することによって任意の濃度にすることができる。このため、周辺状況や底質の条件に適した浄化を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の高酸素水製造装置の基本構成を示す説明図。
【図2】高酸素水製造装置の実施例を示す概略図。
【図3】他の実施例を示す説明図。
【図4】他の実施例を示す説明図。
【符号の説明】
1・・・・高酸素水製造装置
10・・・加圧タンク
20・・・コンプレッサ
22・・・加圧バルブ
30・・・攪拌翼
41・・・給水バルブ
51・・・放水バルブ
53・・・脱気泡装置
60・・・揚水ポンプ
70・・・貧酸素水域
71・・・貧酸素水
80・・・高酸素水
Claims (2)
- 貧酸素水域に高酸素水を供給する高酸素水製造装置であって、
一方の端部を底質付近の貧酸素水域に設置し、他方の端部を加圧タンクに接続する給水パイプと、
前記給水パイプの途中に設置し、貧酸素水を前記加圧タンクへ揚水する揚水ポンプと、
貧酸素水を収容する前記加圧タンクと、
前記加圧タンクを加圧するコンプレッサと、
前記加圧タンク内に回転自在に設けた攪拌翼と、
前記加圧タンクに接続し、脱気泡装置を有する放水パイプと、
前記放水パイプの途中に設けた冷却器と、からなり、
貧酸素水を連続的に揚水し、コンプレッサで加圧しながら、攪拌翼を回転してタンク内部に回転渦をつくり、加圧タンク内の空気を貧酸素水に溶存させて高酸素水を製造し、残存した気泡を脱気装置で除外しながら該高酸素水を冷却器で冷却して密度を高めて連続的に底質付近の貧酸素水域へ放水することを特徴とする、
高酸素水製造装置。 - 貧酸素水域に高酸素水を供給して行う底質の浄化方法であって、
請求項1に記載する高酸素水製造装置の加圧タンクに、底質付近の貧酸素水域の貧酸素水を揚水ポンプで連続して揚水し、
コンプレッサで加圧タンクを連続して加圧し、
同時に加圧タンク内の攪拌翼を回転してタンク内部に回転渦をつくり、加圧タンク内の空気を貧酸素水に溶存させて高酸素水を製造し、
残存した気泡を脱気泡装置で除外しながら高酸素水を連続的に底質付近の貧酸素水域へ放水して行う、
底質の浄化方法。
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