JP4734166B2 - 水底の浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオードの光照射によって、海底・川底・池底・貯水槽の水底の汚泥・沈殿物及びその周辺の水域の水を浄化する装置である。特に深海底の領域の浄化に適している。発光ダイオードの光を水底の無光層に照射して微生物の分解活動・藻の光合成活動を高め、活性化した微生物・珪藻類によって水底に酸素を供給するとともに有機物の分解作用・富養塩の吸収を行って浄化させる技術である。

近年、人為的有機物負荷量の増大に伴い、海底の有機汚濁が進行している。
海底の有機汚濁は、底層水の無酸素化をまねき、リンや窒素の栄養塩の溶出，金属イオンの溶出，硫化水素などの有毒ガスの発生につながる。また、これらの物質を含んだ底層水が海水の循環作用により表層に移動した場合、白潮，苦潮となり、海産生物の大量へい死につながったり、表層のプランクトンに栄養を供給し赤潮などの発生の原因となる。
特に、有明海などでは比較的深い海底窪地に浮泥などの有機汚濁汚泥が沈積し、海域の環境悪化の要因のひとつとしてあげられている。
貧酸素水塊は水の鉛直循環が発生しにくい水深の深い層に形成する。また、浚渫、陥没窪地などにも生じる、このことが、従来の底層改善方法である、浚渫、覆砂、微細気泡曝気、光ファイバーなどの方法の適用を困難としており、実用的な改善システムは開発されていない。
海底土汚濁の対策として、浚渫，覆砂，曝気，光ファイバーによる光供給等が試みられてきたが、水深が深い場合、いずれも多額の費用やエネルギーを要し適用が困難である。
又、発光ダイオードを単色光を照射して藻類の増殖を促進させる技術が、特開２００２−３１５５６９号公報に開示されているが、この技術は、培養方法としての発光ダイオードの使用であって、海底の汚泥を浄化させることを目的としたものではなかった。
特開２００２−３１５５６９号公報

本発明は、これらの従来の問題点を解消し、発光ダイオードを活用し、安価に且つ確実に無光層の海底・川底等の水底の汚泥及びその周辺の水の浄化できる水底の浄化装置を提供することにある。
更に他の目的は、水底に沈降した浄化装置を水面まで浮上させ、電池交換及び水底汚泥・微生物のサンプリングが回収できるようにすることにある。

かかる課題を解決した本発明の構成は、
１） 海底又は川底の水底に沈降できる耐圧体の表面に発光ダイオードの光照射部を設け、発光ダイオードの光を水底の領域に照射することで川底を浄化することを特徴とする、水底の浄化装置
２） 耐圧体の表面の異なった場所に、波長を異にする発光ダイオードの光を照射する光照射部を複数設け、複数の波長の光で確実な浄化を行う、前記１）記載の水底の浄化装置
３） 発光ダイオードの光が、主波長が６３５ｎｍの赤色又は主波長が４７０ｎｍの青色の波長域の光である、前記１）又は２）記載の水底の浄化装置
４） 耐圧体の表面に凹部を１つ又は複数設けた前記１）〜３）何れか記載の水底の浄化装置
５） 複数の凹部の全部又は一部の内周面に光照射部を設け、同凹部空間を発光ダイオードの光で照射できるようにした前記４）記載の水底の浄化装置
６） 複数の凹部の一部を暗所とした前記４）記載の水底の浄化装置
７） 複数の凹部の全部又は一部に、凹部空間に磁場を与える磁石を取付けた、前記４）記載の水底の浄化装置
８） 凹部の出入口に、出入口を閉じるシャッターを設けた、前記４）〜７）何れか記載の水底の浄化装置
９） 耐圧体の表面に突出部を設け、同突出部に光照射部を設けた、前記１）〜８）何れか記載の水底の浄化装置
１０） 耐圧体内に電池が設けられ、同電池で光照射部を作動させるようにした前記１）〜９）何れか記載の水底の浄化装置
１１） 耐圧体に浮力を調整できる浮力調整装置を設け、水面への浮上又は水底近くでの浮遊が可能とした、前記１）〜１０）何れか記載の水底の浄化装置
１２） 耐圧体の電池で浮力調整装置を作動させ、電池切れ又は無線による信号によって装置が水面に浮上できるよう浮力調整装置を作動させる回路を設けた前記１１）記載の水底の浄化装置
にある。

本発明によれば、沈降できる耐圧体の表面からの発光ダイオードの発光によって、水底にある有機物を分解させ、又有機物を分解させる微生物を活性化させ、又光合成できる微生物・珪藻を増殖してこれらの活動によって水環境を良好にし、浄化する。
特に複数の波長を異にする発光ダイオード光を複数の光照射部から投射するもの、複数の凹部を設け、同凹部空間を暗所・所定波長の照射・磁界を作る等の異なった環境にすることで、確実に且つ種々の微生物・小生物を増殖させることができ、浄化力が確実に改善できる。
更に、浮力調整装置を設けることで、水底面下、浮泥と一緒に浮遊させたり、水面に浮上して電池交換、サンプル回収したりできる。
凹部の出入口にシャッターを設けたものでは、凹部の微生物・小動物・植物を流出することなく水面上まで回収できる。

本発明の耐圧体は、水圧に耐え、水が内部の回路まで進入するのを防ぐもので、腐食しにくいステンレス製・プラスチック製・セラミック製でもよいが、比重が小さく浮力を得やすいプラスチック製が好ましい。深海の場合かなりの高圧が作用するので、それらに耐える素材又は構造にする。
本発明の発光ダイオードの発光の波長は、主波長が６３５ｎｍの赤色領域、主波長が４７０ｎｍの青色領域の光が、酸化環境形成の効果及び浮泥分解作用・硫化水素除去作用が強くて好ましい。
発光ダイオードの光照射部は、耐圧体に複数設けることが、広い領域を照射でき好ましい。又、波長を異にする光を異なった場所で照射すれば、種々の微生物・小生物を活性化でき、浄化力が高まる。光の輝度は、１１００ミリ〜５０００ミリカンデラが普通である。
更には耐圧体の表面に凹部を設け、同凹部内の環境（発光ダイオードの有無，その光の波長を異にする，磁界の生成等）を異にして、種々の微生物・小生物の増殖の可能性を高めることが、浄化の効率化を促進する。
更には、凹部・セルに微生物・小生物を閉じこめて浄化装置を水面上に浮上できるようにできれば貴重なサンプリング、生態が判明できる。
耐圧体の浮力調整装置としては、ガスを発生させて充填していた水を放出するタイプ、内部の貯水部の水を外へポンプで放出して耐圧体を軽量化する方法、あるいは、高圧ガスをボンベから放出して気球を膨らます方式、及び浄化装置に取付けていた重りを分離して浮上できるようにする方式等がある。
耐圧体の発光ダイオード・回路の作動用電源は、電池・水面からの電源線による給電方式いずれでもよいが、深海・深い川底・水流の流速が速い場合は、電池内蔵させるのが好ましい。この場合、電池切れそうになった場合、又は回収したい場合に、浮力調整装置を作動させて浮力を増大させて水面まで上昇させて、水面で電池交換・サンプリングの回収できるようにすることが好ましい。
発光ダイオードの電源は、通常の発熱電球に比べはるかに小電力のもので済むので、電池でも長期間の使用できる。
（本システムが設置方法、再利用に関して優れている点）
構造がシンプルなので小型化が可能である。人力によって投入可能な大きさ、重量の装置を、船上から海中に投入することが可能である。本システムは、カプセルの浮力を調整して水域（海域、陸水域）に投入することで、水の動きにあわせて移動し、最も深い貧酸素水塊に自動的に集まり効果を発揮する。また、浮泥とともに移動しながら浮泥の分解を促進する従来にないシステムである。さらに、効果発揮後、浮力を発現させ、位置情報を発信させ、回収される。
（有用物質の回収の点）
上記の過程で酸化、硫化化合物など沈殿物質を形成させる。沈殿物質形成界で水中の重金属、有害有機化合物を共沈し、水中から除去せしめる。また、沈殿物回収ユニットを敷設することにより、これらの有害物を回収することも可能となる。
（大深度適用の点）
上記の貧酸素水塊、浮泥の集積、底泥の悪化は海底の最も水深のある区域や窪地で発生する。このような区域を改善するシステムは浚渫、覆砂、曝気が検討されているが、数百ｍレベルより大深度の層には適用できない。本システムは、耐圧の一体化したシステムで運用可能であり、大深度の層の適用が可能となる。
（有用微生物回収システムの点）
大深度水域は高圧，低圧，還元的環境である。また、その水域における微生物相に関してはまだ充分な調査は行われておらず、未知な有用微生物が存在している可能性が高い。本システムは、微生物回収セルを装備し、海底で微生物を含んだ水及び泥を採取し、回収することが可能である。
また、走磁性微生物を回収する磁気照射セル，走光性微生物を回収するダイオード光照射セルを有する。また、ダイオード光照射セルでは、セル内で微生物を培養増殖させる。

（貧酸素水塊酸素供給システム）
本発明の発光ダイオードの照射の効果を海底の貧酸素水域の汚泥５０ｇと底層海水７０ｍｌを密閉容器に入れ、１００日間２０℃恒温槽で発光ダイオードで照射する試験をした。その結果下記表１の如く、赤色・青色で酸化作用が優れたものであったことが分かった。
貧酸素水塊は水の鉛直循環が発生しにくい水深の深い層に形成する。また、浚渫、陥没窪地などにも生じる、このことが、従来の底層改善方法である、浚渫、覆砂、微細気泡曝気、光ファイバーなどの方法の適用を困難としており、実用的な改善システムは開発されていない。
本法は、現在存在する環境改善手法の中で最もエネルギー効率が優れている手法のひとつであり、低エネルギーでの稼働が可能であり、波力、風力、太陽光、ヒートポンプ、蓄電池、燃料電池などで長期的に稼働できる。本体の本システムは、電源部を耐圧容器内に一体化するタイプでは、数百ｍ以上海溝部などの大深度底層域にも適用可能である。
貧酸素化水域汚泥５０ｇ，底層海水７０ｍＬを密閉容器に入れ１００日間２０℃恒温槽で，波高ダイオード照射処理を行った結果を下記に示す。

（本発明の浮泥分解力の実験）
本発明の発光ダイオードの光の波長を変えて、海底貧酸素層浮泥の分解作用の実験を行った。その結果、赤色のダイオード発光のものでは８５．７％低減できた。
現在、湖沼、海域の悪化の大きな要因として、底質上に浮遊する浮泥の存在があげられる。浮泥は、水の動きとあわせた移動性があること、底質付近に広く分布すること、底質と比較して回収が困難であること、回収しても水分含有量が多く、最終処理に多くの費用と手間がかかることなどから、現地で効率的に除去する方法の開発が望まれている。
ユニットを浮泥と同様な比重に調整可能であり、これにより、浮泥に追随して移動し、また、浮泥が集積する位置に移動し、効率的に浮泥を分解することが可能となる。
ＬＥＣ照射浮泥分解処理実験の結果を下記に示す。コントロール（暗黒）に対して、主波長６３５ｎｍ，５９０ｎｍ，４７０ｎｍの各処理において海底貧酸素層浮泥の分解作用が確認でき、最大８５．７％の浮泥を減じる効果があった。

（本発明の硫化水素除去効果の実験）
嫌気化が進んだ汚泥域では、酸素の枯渇による硫化水素の発生を生じる、硫化水素は直接的に底生の生物を死亡させたり、青潮やしら潮を生じさせる。
ＬＥＣ照射硫化水素処理実験の結果を下記に示す。コントロール（暗黒）に対して、主波長６３５ｎｍ，５９０ｎｍ，４７０ｎｍの各処理において海底貧酸素層浮泥の分解作用が確認でき、最大１００％の浮泥を減じる効果があった。

窒素及びリン除去（富栄養化防止）の実験
底泥からの栄養塩の溶出供給は海域の渦鞭毛藻等の赤潮の異常増殖を引き起こし、水産生物の死亡，毒物の生産など障害となる。
嫌気的水界に発光ダイオード微細珪藻活性化システムを投入することで、嫌気化した底層水に純酸素を供給する。これにより酸化的環境を生じさせるとともに、従来の嫌気性菌に加え酸化菌を共存可能とする。これにより、有機態窒素、アンモニア態窒素を酸化で亜硝酸態窒素、硝酸態窒素に変化させ、硝酸態窒素の脱窒作用により窒素を除去する。さらに、リンの化学的酸化沈殿作用を促進し、リンを水界より除去する。

以下、本発明の川底の浄化装置の構造例を示す。
図１は、実施例の断面図である。
図２は、実施例の回路説明図である。
図３は、実施例の投入と浮上を示す説明図である。

図中、Ａは実施例の水底の浄化装置、１はプラスチック製の耐圧体、１ａは同耐圧体の中央部に設けられた浮力を発生させるための密閉された中央空間、１ｂは耐圧体１の表面に形成した凹部、１ｃは耐圧体１の表面に突出させた突出部、２は同耐圧体の下部に吊り下げた重り、２ａは同重りを耐圧体１に吊る吊り軸、２ｂは同吊り軸を進退させる重り分離ソレノイド、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ・・・は発光ダイオードを用いた光照射部で、３a，３ｂ，３ｃは主波長が６３５ｎｍの赤色の光を発光し、３ｄ，３ｅは４７０ｎｍの青色の光を発光し、３ｆ，３ｇは５９０ｎｍの黄色の光を発光させている。４は凹部１ｂの１つに設けた磁界を与える磁石、５は電池、６は各光照射部３ａ，３ｂ・・・及び重り分離ソレノイド２ｂ，ソレノイド１０，送受信部７を制御する制御部、７は電波による浮上信号・データの情報を送受する送受信部、８は電池５の電池切れを監視する電池監視回路、９は凹部２ｂの出入口を閉じるシャッター、１０は同シャッターを開閉作動させるソレノイド、１１は突出部１ｃに設けた小型ＣＣＤカメラである。電池５、制御部６、電池監視回路８、送受信部７は中央空間１ａ内に封止される。電池５は、耐圧体１の底壁の一部を開孔することで交換できるようになっている。電池交換後開孔はプラスチックを充填させて塞いで再使用できる。

この実施例では、浄化装置Ａの耐圧体１の下部に重りＺを吊り軸２ａで吊り下げ、装置全体として水より少し重い程度にされている。この浄化装置Ａを海面の船上から投入すると、自重で落下し、海底に着く。
その後、電波で発光ダイオードを点灯させて光照射部３ａ，３ｂ・・・から光を照射する。
光照射部３ａ，３ｂ・・・は赤・黄・青の波長の光で照射し、又一部は凹部１ｂの内部空間を照す。他は耐圧体１の外周の汚泥・周辺海水を照す。
又、磁石４は凹部の空間に磁界を発生させる。

この様に、発光ダイオードの光照射部３ａ，３ｂ・・・によって種々の波長の光を発光することで、この耐圧体１の外周及び凹部１ｂ内の微生物・小生物を活性化し、光合成を有する生物の活動をうながす。これら発光ダイオードの光で前記の酸化作用させ、浮泥を分解し、又硫化水素除去を行い、富栄養化防止を行う。

このような状態は小型ＣＣＤカメラ１１で撮像されてその画像は送信される。

又、凹部１ｂの空間は、発光ダイオードの照射の有無，光の波長の違い，磁界の有無等で環境が違い、種々の微生物のよいすみかとすることができ、有用な微生物・小生物・珪藻の育成の場を与え、増殖のよい環境を作る。
又、ソレノイド１０を作動させることで凹部２ｂの出入口のシャッター９を閉じて密閉し、浄化装置Ａを浮上させることで貴重な小生物・微生物のサンプリングを可能とする。

浄化装置Ａを水面に浮上させたいときは、又は電池切れの場合は、重り分離ソレノイド２ｂを電波指令又は電池監視回路８によって作動させ、吊り軸２ａを退去させて重りＺを耐圧体１から分離する。分離されると耐圧体１は、中央空間１ａ、素材のプラスチックの軽さから浮力が相対的に強くなって浮上して海面まで上昇する。上昇した浄化装置Ａは、船によって回収し、凹部１ｂの内に捕捉した微生物・小生物・泥・海水を回収し、分析してデータを得る。浄化装置Ａを再使用するときは、電池５を交換して使用する。

本発明は、海底、特に深海の海底、川底、池底の浄化の他に、貯水槽の底にたまる汚泥の分解にも活用できる。

実施例の断面図である。 実施例の回路説明図である。 実施例の投入と浮上を示す説明図である。

符号の説明

Ａ 浄化装置
１ 耐圧体
１ａ 中央空間
１ｂ 凹部
１ｃ 突出部
２ 重り
２ａ 吊り軸
２ｂ 重り分離ソレノイド
３ａ，３ｂ，３ｃ・・・ 光照射部
４ 磁石
５ 電池
６ 制御部
７ 送受信部
８ 電池監視回路
９ シャッター
１０ ソレノイド
１１ 小型ＣＣＤカメラ

Claims (12)

1. 海底又は川底の水底に沈降できる耐圧体の表面に発光ダイオードの光照射部を設け、発光ダイオードの光を水底の領域に照射することで川底を浄化することを特徴とする、水底の浄化装置。
2. 耐圧体の表面の異なった場所に、波長を異にする発光ダイオードの光を照射する光照射部を複数設け、複数の波長の光で確実な浄化を行う、請求項１記載の水底の浄化装置。
3. 発光ダイオードの光が、主波長が６３５ｎｍの赤色又は主波長が４７０ｎｍの青色の波長域の光である、請求項１又は２記載の水底の浄化装置。
4. 耐圧体の表面に凹部を１つ又は複数設けた請求項１〜３何れか記載の水底の浄化装置。
5. 複数の凹部の全部又は一部の内周面に光照射部を設け、同凹部空間を発光ダイオードの光で照射できるようにした請求項４記載の水底の浄化装置。
6. 複数の凹部の一部を暗所とした請求項４記載の水底の浄化装置。
7. 複数の凹部の全部又は一部に、凹部空間に磁場を与える磁石を取付けた、請求項４記載の水底の浄化装置。
8. 凹部の出入口に、出入口を閉じるシャッターを設けた、請求項４〜７何れか記載の水底の浄化装置。
9. 耐圧体の表面に突出部を設け、同突出部に光照射部を設けた、請求項１〜８何れか記載の水底の浄化装置。
10. 耐圧体内に電池が設けられ、同電池で光照射部を作動させるようにした請求項１〜９何れか記載の水底の浄化装置。
11. 耐圧体に浮力を調整できる浮力調整装置を設け、水面への浮上又は水底近くでの浮遊が可能とした、請求項１〜１０何れか記載の水底の浄化装置。
12. 耐圧体の電池で浮力調整装置を作動させ、電池切れ又は無線による信号によって装置が水面に浮上できるよう浮力調整装置を作動させる回路を設けた請求項１１記載の水底の浄化装置。
    

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