JP4365190B2

JP4365190B2 - 水中へ薬剤の散布方法及び薬剤散布器

Info

Publication number: JP4365190B2
Application number: JP2003386111A
Authority: JP
Inventors: 兼利小田
Original assignee: 日本ポリグル株式会社
Priority date: 2003-11-17
Filing date: 2003-11-17
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2023-11-17
Also published as: JP2005144340A

Description

本発明は、主として沼湖や河川、港湾等の広大な水域を対象とする浄化処理等に利用されるものであり、船舶や筏等を利用して薬剤を水中へ能率よく拡散・混合させる方法と、これに用いる薬剤散布器に関するものである。

近年、環境汚染の防止や汚染された地球環境の回復が人類社会の重要な課題となっており、その中でも、特に水環境の回復、改善は優先的に解決されるべき問題となっている。

一方、これ等の問題に対応するため、各種の技術やシステムが開発されており、水環境の改善に関しても、広域的な汚水浄化処理システムの運用によって、生活排水や産業排水による河川や沼湖の汚染を防止する対策や、高能率の排水処理装置や処理薬剤の採用による汚染源そのものの減量等が広く押し進められている。

しかし、既に汚染されてしまった環境の改善については、有効な環境改善対策の実施が遅々として進まず、現実には所謂「自然の浄化能力による環境改善」を待っている状態にあると云っても過言でない。

勿論、環境汚染を引き起さない環境改善用の薬剤、例えば自然分解が可能な水浄化処理用の凝集剤等の薬剤の開発が進められ、これを用いた環境にやさしい水の浄化処理等が行なわれ出している。
ところが、これ等は何れも小規模な実施、例えば著名な城郭の堀や庭園の池等だけであって、河川や沼湖を対象とする大規模な水等の浄化処理は全く行なわれていない。

換言すれば、自然分解が可能な水の浄化処理用等の薬剤は開発が進んで既に実用化の域に達しているが、これ等処理用薬剤を現実の処理対象へ適用し、大量の被処理物である水を高能率で処理する技術が未開発であるため、大規模な港湾や河川等の水の浄化処理は、大部分が未着手の状態で放置されている。

特願２００１−０１２８７４

本願発明者は、港湾や河川、沼湖等の大規模な被処理対象の環境浄化処理が、優れた処理薬剤が開発、供給されているにも拘わらず遅れたり、或いは手付かずのまま放置されている原因を検討する過程に於いて、その原因が（１）大量の処理薬剤例えば凝集剤を水中へ能率よく拡散、混合させる技術が未開発であること、及び（２）河床底等へ堆積した凝集沈澱物の動態が未解析であって、不明な点が多いこと等に在ることを見出した。

例えば、従前の凝集剤等の薬剤の適用方法は、例えば（イ）船舶又はヘリコプター等から水面上へ所要量の処理用薬剤を散布し、その後これが自然に水中へ拡散するのを待つ（又は、人手で水面上へ散布した処理用薬剤を掻き混ぜる）方法、又は（ロ）予かじめ処理用薬剤を溶液中へ溶解させ、この溶解水を船舶又はヘリコプターから水面上へ散布する方法、の何れかが採られている。
しかし、このような方法を用いた場合には、所要量の処理薬剤の散布に手数がかかるうえ、散布した処理薬剤例えば凝集剤の汚濁物質に対する凝集作用が、実験室規模に於いて得られる凝集作用よりも相当に低下すると云う問題がある。

また、かりに河川や沼湖の水中の汚濁物質を凝集沈澱させることが出来たとしても、これ等凝集物が河床底等に未分解のまま堆積するのであれば、潮流変化等の自然現象により凝集沈澱物が再浮上したり、或いは河床底でヘドロ化する可能性があり、問題の基本的な解決には至らない。

本願発明者等は上述の如き問題を解決するため、ポリグルタミン酸架橋物を主体とする生分解性水質浄化剤（日本ポリグル株式会社製使用品名ＰＧα２１）を用いて、各地の河川や沼湖に於いて処理用薬剤（凝集剤）の散布と水中汚濁物質の凝集沈澱について、多くの実験を繰り返した。自然分解性の凝集剤を用いたのは、当該凝集剤を核にして凝集した沈殿物の方が、少なくとも従前のポリアクリルアミド等の合成高分子凝集剤により凝集せしめた沈殿物よりも、自然分解される可能性が高かく且つ自然分解速度も早いと想定されるからである。
尚、当該実験に用いた上記生分解性凝集剤は自然界で容易に分解され、天然アミノ酸の一種であるグルタミン酸に変換されるのに対して、ポアクリルアミドを主体とする高分子凝集剤は、分解されると発ガン性を有する可能性のある物質に分類されているモノマーのアクリルアミドになり、この点で両凝集剤の間には基本的な差異がある。

本願発明者等は、上記の試験の結果を通して、例えば河川や沼湖等の汚水を粉体状の凝集剤を用いて浄化処理するためには、粉体（若しくは粉末）状の凝集剤を水深０．５〜１．５ｍの位置へ供給し且つこれを水内へ均一に混入させると共に、凝集せしめた汚濁物質の集合体（凝集物）を可能な限り能率よく沈下させ、また、大きな団塊に凝集する途中で分散（分離）したとしても、細かく分かれた凝集物が再度凝集して沈澱可能な団塊に成長させるようにすることが、必要であることを知得した。

本願発明は、上述の如き各種の実験に基づく知得の上に創作されたものであり、河川や沼湖、港湾等の大規模な環境浄化処理対象域に対しても容易に適用することが出来、高能率で域内の水中汚濁物質を凝集沈澱せしめて水の浄化処理が行なえると共に、凝集沈澱せしめた沈澱物質も時間をかけて自然分解できるようにした水中への薬剤の散布方法と、これに用いる散布器を提供することを発明の主たる目的とするものである。

請求項１の発明は、船舶や筏上に設けた薬剤タンクと、薬剤タンクの下方の水中に横向き姿勢で支持固定され、横方向の一方の側面を密閉すると共に他方の側面を開放して噴射口とした横長筒型の噴射ケースと、上端側を前記薬剤タンクの内部へ、また、下端部を前記横長筒型の噴射ケースの密閉された側面側の内部へ夫々連通させると共に、水中内へ浸漬される部分の管壁に複数個の吸水孔を穿設した吸水管と、横長筒型の噴射ケース内の吸水管が連通する位置より前方に回転自在に軸支したインペラーと、当該インペラーを回転させる回転駆動装置とから構成され、前記インペラーの回転により薬剤タンク内の薬剤を水中へ拡散混合させることを発明の基本構成とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明に於いて薬剤を粉体状の凝集剤としたものである。

また、本発明の薬剤散布器では、極く簡単な構造にも拘わらず、任意の水深の位置へ薬剤を高能率で拡散混合させることが可能となり、広領域の水浄化処理等では優れた効用が奏される。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本願方法発明の第１実施形態の説明図であり、図２は薬剤散布装置Ａの構成系統図である。
図１及び図２に於いて１は船舶、２は船舶等のデッキ上に設置した薬剤タンク、３は薬剤定量フィーダー、４はコンプレッサー、５は薬剤噴出ノズル、６は配管路、７は空気吸入口、８は制御バルブ、９は船舶のスクリュー、Ａは薬剤散布装置、Ｂは薬剤である。

前記薬剤散布装置Ａは、薬剤噴出ノズル５の部分を除いて船舶１のデッキ上に配設されている。
前記薬剤タンク２は通常の鋼板製貯蔵タンクであり、開閉自在な上部蓋（図示省略）が設けられていて、適宜に薬剤Ｂの補給が行なわれる。また、図示されてはいないが、タンク２内へは圧縮空気が供給される構成となっており、タンク内を適宜に加圧することにより、薬剤Ｂの供給性能を高めたり、或いはタンク２内の清掃を容易なものにしている。

前記薬剤定量フィーダー３は所謂エジェクターを主体として形成されており、コンプレッサー４から供給する圧縮空気の圧力や流量及び制御バルブ８ａ、８ｂ等の開度調整により、所定量の薬剤Ｂが配管路６内へ吸入されて行く。

尚、図２の実施形態に於いては、エジェクター型式の薬剤定量フィーダー３を使用しているが、これに代えて、制御バルブ８ａのタンク２側にスクリューフィーダー型式等の薬剤定量フィーダー３を用いるようにしてもよい。

前記薬剤噴射ノズル５はパイプ状のカバー体５ａとノズル本体５ｂとから形成されており、水深０．５〜１．５ｍで且つ船舶１のスクリュー９の上方の船体側（船舶の進行方向）位置に支持固定されている。

前記薬剤タンク２内には粉体状の凝集剤Ｂが所定量充填されている。本実施形態に於いては、粉体状の凝集剤Ｂとして、下記の成分量（ｗｔ％）を有する凝集剤Ｂが用いられている。
成分構成（ｗｔ％）
ＰＧα２１＝１４％、Ｃ＝０．５％、Ｏ＝４５％、Ｎａ＝８％、Ａｌ＝０．５％、Ｓｉ＝１２％、Ｃｌ＝０．４、Ｃａ＝１５％、Ｋ＝０．１％、Ｆｅ＝１５％。

尚、前記ＰＧα２１は、本件出願人が開発して実用に供している商品名ＰＧα２１Ｃａと呼ばれる粉体状凝集剤であり、生分解性を有するγ−ポリグルタミン酸を主体とする新規な自然分解性の物質であり、下記の構造式であらわされるものである。

また、凝集剤Ｂ内のＯ、Ｃａ、Ｆｅ、Ｓｉ等は通常２ＣａＳＯ₄・Ｈ₂Ｏ、ＮａＣＯ₃・Ｈ₂Ｏ、ＮａＳＯ₄、ＭｇＳＯ₄・６Ｈ₂Ｏ、Ａｌ₂（ＳＯ₄）・１８Ｈ₂Ｏ等の化学構造式で表わされる物質の型で当該凝集剤Ｂ内に含まれている。

また、図１及び図２の実施形態に於いては、薬剤Ｂとして粉体化の凝集剤を用いているが、薬剤Ｂとしては粒状のものであってもよく、また殺菌剤等の凝集剤以外の薬剤であってもよいことは勿論である。
更に、前記図１及び図２の実施形態に於いては、コンプレッサーを圧縮流体源として利用しているが、窒素貯留タンクに貯留したＮ₂等を圧縮流体源としてもよいことは勿論である。

河川や港湾等の水の浄化処理に際しては、船舶を所定の速度（例えば５〜２０ｋｍ／Ｈ）で航行させ乍ら、コンプレッサー４を起動して薬剤定量フィーダ３へ圧縮空気Ｃを供給する。当該圧縮空気Ｃの供給により、薬剤定量フィーダ３の制御バルブ８ａ側部分に真空状態が発生し、タンク２内の薬剤Ｂが自動的にフィーダ３の本体内へ吸入されることになり、圧縮空気Ｃと共に配管路６内へ供給される。

配管路６内へ吸入された粉体状薬剤Ｂは薬剤噴出ノズル５から水中へ噴出され、高速回転するスクリュー９により形成されている旋回水流内へ巻き込まれることにより、水中へ混合、拡散されて行く。

尚、本発明で使用する粉体状薬剤Ｂそのものは所謂疏水性の物質である。しかし、これを粒径が１０〜５０μｍ程度の粉体状とすることにより、水中へも容易に拡散混合されるようになり、適宜の親水性を保有して高い汚濁物質の凝集作用を発揮することが出来る。

大阪湾近傍に於いて、船舶１を１０ｋｍ／Ｈｒで巡行させ、スクリュー９の回転数２００〜６００ｒｐｍ、圧縮空気Ｃの圧力５〜６ｋｇ／ｃｍ²、薬剤噴出ノズル５の水深１．０〜１．５ｍ、薬剤噴出量１０〜３０ｋｇ／ｍｉｎに設定して、海水内の汚濁物質の凝集剤Ｂによる沈澱分離処理を行なった。

その結果、船舶１の後方の深さ約２〜３ｍ、横幅約３〜４ｍの領域内に、薬剤Ｂがほぼ均等に拡散混合されることが判明した。

また、薬剤Ｂを拡散・混合させた領域内の水中の汚濁物質は、約６０〜９０分後にはほぼ完全に凝集沈澱することが判明した。即ち、処理前の海水のＣＯＤ値が約２．０ｐｐｍであったものが、処理後には約０．２ｐｐｍまで減少していることが判明した。

図３は、本発明に係る薬剤散布器１０の断面概要図である。
図３に於いて、１１は吸水管、１２は筒状噴射ケース、１３はインペラー、１４は回転駆動装置、１５は水吸入孔、１６は薬剤タンク、１７は制御弁である。

前記吸水管１１は、船舶や筏上に設けた薬剤タンク１６と水中に位置する筒状噴射ケース１２の後部空間とを連通するものであり、筒状噴射ケース１２の支持体の役目を兼ねている。

また、当該吸水管１１の下方部の壁面には、複数個の水を吸入するための吸水孔１５・１５・・・が穿設されており、後述するようにインペラー１３が高速回転することにより、当該吸水孔１５より水が吸水管１１内へ吸入される。

尚、吸水管１１の上端部は、薬剤タンク１６内へ連通されており、インペラー１３の回転により吸水孔１５から水が吸引されることにより、制御弁１７の下方空間に若干負圧が発生すると共に、薬剤Ｂの自重降下も加わることにより、制御弁１７を通して薬剤Ｂが吸水管１１内へ供給される。

前記筒状噴射ケース１２は、船舶１等の進行方向に対して後方側（即ち、筒状噴射ケースの前方側）が開放された筒体を呈しており、ステンレス鋼板により直径３００〜５００ｍｍφの円筒形に形成されている。

また、筒状噴射ケース１２の内部には、インペラー（回転羽根）１３が回動自在に支持されており、水中モータ等の回転駆動装置１４により３００〜１０００ｒｐｍで高速回転される。
尚、本実施例では、インペラー１３として３〜４枚羽根型のものが使用されており、且つ筒状噴射ケース１２の内径は４００ｍｍφ、長さは１２００ｍｍ、インペラー回転数６００ｒｐｍに夫々設定されている。

当該筒状噴射ケース１２及び吸水管１１等から成る薬剤散布器１０は、ボートや漁船、運搬船等の船舶１や筏に適宜に固定され、その噴射口１２ａを船舶の進行方向に対して後方に向けた状態で水深約８００〜１５００ｍｍの位置に保持される。
尚、薬剤タンク１６は船上に設置されており、また、船上に別途に設けた発電機から回転駆動装置１４へ必要な電力が供給される。

当該薬剤散布器１０の使用に際しては、前記第１実施形態の場合と同様に、小型船舶（小型漁船）の側弦等へ薬剤散布器１０を支持固定し（筒状噴射ケース１２の軸芯は水深約１０００ｍｍの位置が最適である）船上の薬剤タンク１６から前記第１実施形態の場合と同一の粉体状凝集剤Ｂを吸水管１１内へ供給する。

尚、当該薬剤散布器１０の試験は、その試験の条件を前記第１実施形態の場合とほぼ同一にして行なった。即ち、試験場所を大阪湾近傍（陸地より約３００ｍ）とし、航行速度１０ｋｍ／ｈｒ、薬剤投入量２０ｋｇ／ｍｉｎ、インペラー回転数６００ｒｐｍ、筒状噴射ケース１２の内径３００ｍｍ、長さ１０００ｍｍ、吸水管１１の内径７５ｍｍ、吸入孔１５の径１５ｍｍφ×８ケとして水の浄化試験を行なった。

試験の結果、船舶１の後方の深さ１．５〜２．０ｍｍの領域内へ、薬剤Ｂがほぼ均等に拡散混合されることが判明した。
即ち、当該凝集剤Ｂは前述したように比較的疎水性のものであるが、水中内へ吸引されてインペラー１３により強力に攪拌混合されることにより、水中へ均等に拡散混合されることが判明した。

また、凝集剤Ｂが拡散・混合された領域内の水中に存在する汚濁物質は、６０〜３００分後にはほぼ完全に凝集・沈澱することが判明した。

テストの結果によれば、凝集剤の混入前のＣＯＤ値が２．０ｐｐｍであった海水が、処理後（凝集剤混入後約６０分）にはＣＯＤ値が約０．２ｐｐｍとなった。
当該テスト結果からも明らかなように、本願発明は相当に広い水面域であっても効率よく汚濁物質の沈澱分離が出来、上層水の浄化処理が可能となる。

本発明は、河川や沼湖、港湾等の広い水域面積の汚濁物質の沈澱分離に適用することができ、特に深さ３〜４ｍ程度の上層水の浄化処理、即ち、水深５〜１０ｍ程度の河川や沼湖の浄化処理に適している。

本件方法発明の第１実施形態の説明図である。薬剤散布装置の構成を示す系統図である。本件方法発明の第２実施形態で使用する散布器の断面概要図である。

符号の説明

Ａは薬剤散布装置、Ｂは薬剤、Ｃは圧縮空気、１は船舶、２は薬剤タンク、３は薬剤定量フィーダー、４はコンプレッサー、５は薬剤噴出ノズル、６は配管路、７は空気吸入口、８は制御バルブ、９はスクリュー、１０は薬剤散布器、１１は吸水管、１２は筒状噴射ケース、１２ａは噴射口、１３はインペラー、１４は回転駆動装置、１５は吸水孔、１６は薬剤タンク、１７は供給量制御弁。

Claims

船舶や筏上に設けた薬剤タンクと、薬剤タンクの下方の水中に横向き姿勢で支持固定され、横方向の一方の側面を密閉すると共に他方の側面を開放して噴射口とした横長筒型の噴射ケースと、上端側を前記薬剤タンクの内部へ、また、下端部を前記横長筒型の噴射ケースの密閉された側面側の内部へ夫々連通させると共に、水中内へ浸漬される部分の管壁に複数個の吸水孔を穿設した吸水管と、横長筒型の噴射ケース内の吸水管が連通する位置より前方に回転自在に軸支したインペラーと、当該インペラーを回転させる回転駆動装置とから構成され、前記インペラーの回転により薬剤タンク内の薬剤を水中へ拡散混合させることを特徴とする薬剤散布器。
薬剤を粉体状の凝集剤とした請求項１に記載の薬剤散布器。