JP4884241B2 - アオコ回収装置、およびアオコ回収方法 - Google Patents

Description

本発明は、アオコ回収装置、およびアオコ回収方法に関する。

ダム貯水池などでは富栄養化などの影響でアオコが発生する場合がある。このアオコは水質悪化や悪臭発生の原因となりうるため、その回収作業が必要となっている。水域での浮遊物やアオコの回収技術として以下のような従来技術がある。

例えば、簡単な装置構成にて広い水域での浮遊物回収ができることを課題とした、水池に浮遊し、ポンプに連通する取水部１の周囲を囲むように浮環２を設け、浮環２内の浮遊物を含む水を前記ポンプ１により吸引して処理装置へ移送する浮遊物回収装置において、前記浮環２の全周にその下面から前記水池の底面Ｇに至るカーテンウォール４を設け、そのカーテンウォール４の上部、又は、浮環２の水中に位置する部分に開口４ａを形成したことを特徴とする浮遊物回収装置（特許文献１参照）などが提案されている。

また、アオコ回収技術の観点から自ら水面を浮遊し、吹送流により風下に集積するアオコの特性を利用して増殖期の表層アオコを効果的に回収除去することを課題とした、増殖期のアオコの特性である密集してマット状を形成すると閉鎖水域表面に浮上し、吹送流で風下に集積する性質を利用して、外周に浮き環が取付けられ該浮き環により喫水調整され内部に小径の内部取水管を備えた二重管構造の浮き取水管を風下の閉鎖水域表面に弓状に連結設置し、喫水位で内部取水管を浮き取水管の内周に内接すると共に内接する喫水位に複数の呑み口を形成し、喫水位に設けた複数の呑み口から浮上アオコを含む表層水を内部取水管内に引き込む水中ポンプを設けたことを特徴とする浮き取水管方式アオコ回収装置（特許文献２参照）なども提案されている。
特開２００５−５２７５１号公報 特開２００５−４６６７２号公報

従来技術においては、回収効率向上を図るための複雑な装置構成や、その装置を用いた煩雑な回収作業を採用する必要があり、アオコの回収効率向上を図る一方で、装置導入コストや作業実施の手間が反対に上昇することとなり、実際のアオコ回収現場に適用するのが容易ではなかった。

そこで本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、低コストでシンプルな構成にて優れたアオコ回収効率を実現する技術の提供を主たる目的とする。

上記目的を達成する本願の第１の発明は、所定間隔で開口部を複数配置した管体と、当該管体の内空に接続して前記内空に負圧を導入する負圧発生装置とからなるアオコ回収装置であって、前記管体に取り付けられた、深度を調整可能なフロートと、外部からの指示信号に応じて前記フロートの深度を調整する制御装置と、を備える。
また、第２の発明は、所定間隔で開口部を複数配置した管体と、当該管体の内空に接続して前記内空に負圧を導入する負圧発生装置とからなるアオコ回収装置であって、複数の前記管体が放射状に接続され、前記負圧発生装置から負圧が導入される管体を管体毎又は管体群毎に選択する切替弁切替弁が、前記複数の管体の接続部分に配置されていると共に、前記複数の管体のそれぞれに設けられ、当該管体をその軸方向に略垂直な水平面内の向きに移動させる移動装置と、外部からの指示信号に応じて各移動装置を制御する制御装置と、を備えるものである。
第１及び第２の発明によれば、管体の一端に作用する前記負圧発生装置由来の負圧が、管体の他端付近まで所定レベルを保ったまま作用することとなり、管体全体に配置された開口部からのアオコ吸引を実現する。したがって、低コストでシンプルな構成にて優れたアオコ回収効率が実現できる。
さらに、第１の発明によれば、アオコが浮遊している深度に合わせて前記管体を設置することが可能となり、アオコの存在位置に前記管体を確実に配置することで、より効率的なアオコ回収が可能となる。
また、第２の発明によれば、アオコ回収を行いたい領域に対応する管体を選んで負圧を導入することで、無意味に分散して低下した負圧を管体に導入するのではなく、良好なレベルの負圧を前記管体に導入して確実なアオコ回収を効率よく行えることとなる。

また、前記アオコ回収装置において、前記開口部を、前記管体の長手方向において所定間隔をもって複数配置したこととしてもよい。これによれば、アオコ吸引を行う前記開口部を管体長手方向の全体にわたって配置することができ、管体の長さをアオコ吸引範囲とする効率的なアオコ回収が実現できる。

また、前記アオコ回収装置において、前記開口部を、前記管体の外周方向において所定間隔をもって複数配置したこととしてもよい。これによれば、アオコ吸引を行う前記開口部を管体外周方向の全体にわたって配置することができ、管体の外周前面をアオコ吸引範囲とする効率的なアオコ回収が実現できる。

また、前記アオコ回収装置において、前記管体の先端口が水密に閉じられていることとしてもよい。これによれば、管体の一端に作用する前記負圧発生装置由来の負圧が、管体の他端付近まで所定レベルを保ったまま作用しやすくなり、管体全体に配置された開口部からのより効率的なアオコ吸引を実現する。

また、本発明のアオコ回収方法は、上記各発明に係るアオコ回収装置を用いたアオコ回収方法であって、前記管体を回収対象のアオコが浮遊する水域に投入し、前記管体に前記負圧発生装置からの負圧を導入してアオコの吸引回収を行うことを特徴とする。これによれば、管体の一端に作用する前記負圧発生装置由来の負圧が、管体の他端付近まで所定レベルを保ったまま作用することとなり、管体全体に配置された開口部からのアオコ吸引を実現する。したがって、低コストでシンプルな構成にて優れたアオコ回収効率が実現できる。

その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明の実施の形態の欄、及び図面により明らかにされる。

本発明によれば、低コストでシンプルな構成にて優れたアオコ回収効率が実現できる。

−−−アオコ回収装置の構成例１−−−
以下に本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は本実施形態におけるアオコ回収装置１００の構成例１を示す図であり、図２はアオコ回収装置１００の設置状況例を示す図である。本実施形態では、一例として、ダム貯水池１０において発生したアオコ１１を、本実施形態におけるアオコ回収装置１００を用いて吸引回収する状況を想定する。

前記アオコ回収装置１００は、所定間隔８０で開口部１０１を複数配置した管体１０２と、当該管体１０２の内空１０３に接続して前記内空１０３に負圧５を導入する負圧発生装置たるポンプ１０４とを備えている。前記管体１０２と前記ポンプ１０４との間は、配管６で連結されており、この配管６は前記管体１０２の接続口１０５に接続される。

こうしたポンプ１０４から配管６を経由して内空１０３に導入された負圧５は、前記開口部１０１に作用し、前記アオコ１１を含有した水を内空１０３に引き寄せる吸引力となるのである。前記開口部１０１は、前記管体１０２の長手方向において所定間隔８０をもって複数配置される形態を通常は想定する。しかしながら、開口部１０１ａを、前記管体１０２の外周方向１０６において所定間隔８１をもって複数配置するとしてもよい。

なお、前記ポンプ１０４が前記内空１０３に導入可能な負圧レベルに応じて、前記開口部１０１または開口部１０１ａの設置数を定めればよい（例：負圧レベルが所定レベル以上であれば開口部１０１ａを設ける、負圧レベルが所定レベル以上であれば前記間隔８０を低減し開口部１０１の設置数を増加させる、など）。

こうした構成を採用することで、前記管体１０２の接続口１０５（一端）から作用する前記ポンプ１０４由来の負圧５が、管体１０２の先端口１０６（他端）付近まで所定レベルを保ったまま作用することとなり、管体全体に配置された開口部１０１からのアオコ吸引を実現する。なお、前記管体１０２の先端口１０６は水密に閉じられているとすれば、前記内空１０３に導入される負圧５が、前記接続口１０５から徐々に減少するにせよ前記先端口１０６付近まで適宜維持され、管体全体の開口部１０１にわたるアオコ吸引がより効率的に行われる。

また、図２に示す設置例のように、前記管体１０２の先端付近にフロート９０を取り付けて、当該管体１０２を、アオコ回収水域の所定深度（アオコの浮遊深度に合致）にて浮遊可能とすると好適である。このように前記管体１０２の深度調整を可能とすることで、表層にのみ浮遊するアオコだけでなく、他の浮遊物と混然となったり或いは風浪により水面１２よりいくらか沈下しているアオコも自在に吸引することができる。そのため、前記フロート９０は、前記管体１０２の自重と前記管体１０２の設置深度とに応じた適宜な浮力を備えるよう、その大きさや材質が設定されている。

図２に示すような広範な水域においてアオコ回収を行う場合、前記管体１０２から、前記ダム貯水池１０の堤体３０上などに設置されたポンプ１０４までを結ぶ前記配管６が長大となるため、その際には補助浮き７を配管経路上に設置して前記配管６の取り回しと固定とを行うとすればよい。また、前記管体１０２の設置エリアを囲って水中スクリーン３５（アオコ１１を通過させないスクリーン）を設置し、水域区画毎のアオコ回収作業を行うとしても良い。

また、前記管体１０２から配管６を経由してポンプ１０４に集められた、アオコ１１を含んだ水は、配管８を経由して、アオコ１１と水との分離装置（例：フィルタ装置など）２０に送られる。ここでアオコ１１のみが分離され、回収装置２１で集塵される。集塵されたアオコ１１は肥料等に再生されるか、或いは廃棄処分される。

−−−アオコ回収装置の構成例２−−−
次に、アオコ回収装置１００の他の実施形態について説明する。図３は、本実施形態におけるアオコ回収装置の構成例２を示す図である。ここでは、前記管体１０２が複数設置される例を想定する。図３の例の場合、管体１０２ａ〜１０２ｄが互いに９０度の角度（所定間隔）で展開配置されている。そして、これら管体１０２ａ〜１０２ｄの接続点となっている箇所に、前記ポンプ１０４からの負圧導入を管体毎または管体群毎に選択する切替バルブ７０（切替弁）を設置している。切替バルブ７０としては、複数対象への圧力分配可能な従来のバルブを採用すればよい。こうした構成を採用することで、例えば、アオコ１１が管体１０２ａの周辺に偏在している場合に当該管体１０２ａのみに負圧導入を行って効率的なアオコ回収を実行したり（他の管体１０２ｂ〜１０２ｄに負圧を導入しない分、管体１０２ａにおける負圧レベルが強くなる）、アオコ１１が管体１０２ａ〜１０２ｄの周囲にまんべんなく散在している場合に前記管体１０２ａ〜１０２ｄの全てに負圧導入を行って、広範な領域におけるアオコ回収を実行する、といった制御が可能となる。

なお、前記した制御をおこなうため、前記切替バルブ７０は、前記堤体３０上などにいる作業員が所持するコントローラからの指示を信号線７１で受けて、負圧分配用の弁の開閉作業等を行うものとする。勿論、前記コントローラは、従来から存在する前記切替バルブ７０の遠隔制御用のコントローラとなる。

また、こうした管体１０２ａ〜１０２ｄのそれぞれにフロート９１を設置して所定深度でのアオコ回収を行うこともできる。このフロート９１が内空に浮力用気体を充填する浮き袋形式のものであり、こうしたフロート９１に、前記内空に浮力用気体を充填する空気ポンプ等が備わっているとしてもよい。例えば所望の管体のフロート９１における浮力用気体の充填度を前記空気ポンプで調整すれば、該当管体の設置深度を容易に調整できる。

また、こうしたフロート９１（または管体自体）に、管体の移動装置９５を備えるとしてもよい。この移動装置９５は、一例として、水ポンプやスクリュー機構が想定される。移動装置９５により移動可能となった管体１０２ａ〜１０２ｄは、例えば、全ての管体１０２ａ〜１０２ｄの各移動装置９５を駆動することで、前記切替バルブ７０を中心に回転運動することができる。つまり前記ダム貯水池１０の水域を回転しながらアオコ回収が実行でき、広範な範囲のアオコ回収作業を効率的に行える。また、前記移動装置９５のうち、たとえば前記管体１０２ｄの移動装置９５を駆動させるとともに、管体１０２ｂの移動装置９５における移動方向を逆（例：水ポンプやスクリューの噴流を逆転させる）にして駆動すれば、管体１０２ａ〜１０２ｄの全体として、紙面上方向に移動できる。つまり、移動装置９５を制御することで管体全体を所定方向に移動させることもできる。

なお、前記した制御をおこなうため、前記フロート９１および移動装置９５は、前記堤体３０上などにいる作業員が所持するコントローラからの指示を信号線９４で受けて、浮力用気体の充填ポンプのオンオフや、移動装置としてのポンプ等のオンオフの制御等を行うものとする。勿論、前記コントローラは、従来から存在するポンプやモータ類の遠隔制御用のコントローラとなる。

−−−開口部連続型と離散型との比較・検証−−−
次に、前記アオコ回収装置１００を構成する前記管体１０２の開口部１０１が間隔８０をもって離散配置されていることによる本願特有の効果について、開口が管体側面全長にわたって開いている管体との比較により説明を行う。図４は、連続スリット開口を備える管体２００と離散型の開口を備える管体１００とを示す図である。また図５は、開口形態の違いによる流速分布を示す図である。また図６は、各開口形態における負圧状況を示す図である。

図４に示す如く管体側面の全長にわたって開口が設けられている場合と、本実施形態における管体のように開口部１０１が離散は位置されている場合とで、アオコ回収効率をそれぞれ算定し、数値を比較する。

下記の２式を数値解析的に解いて、与条件（管体の直径や開口の配置間隔等）から管内における流量を求め、開口における吸い込み流速を算出する。
ここに、Ｑ:管内の流量、ｑ：管内へ流入する単位長さあたりの流入量、Ｕ：管内の断面平均流速、Ａ：管の断面積、ｘ：管軸に沿った流下方向の距離、ｇ：重力加速度、ｐ：管中心の圧力、ｗ：流体の単位体積重量、ｚ：基準面から管中心軸の高さ、Ｄ:管の直径、ｆ：摩擦係数である。なお、本実施形態では、前記管経Ｄ＝５．２ｃｍ、ｂ=１ｃｍとした（“ｂ”は、図１における開口部１０１の幅を指す）。

この算出処理の結果は図５のグラフに示すおりとなる。開口が管体側面の全長にわたって設けられている場合、ポンプ１０４との接続箇所付近（距離：０ｍ付近）は吸い込み流速が２．２ｍ／ｓ程度と比較的大きいが、前記接続箇所から遠ざかるにつれ、つまり管先端に向かうにつれ急速に吸い込み流速が小さくなり、距離１ｍあたり以降ではほとんど流速が認められない。つまり、管体全体を有効に使ってアオコ回収を行うことが非常に困難であることを意味する。一方、本実施形態の管体１０２のように、開口部１０１を離散化することで、管体１０２の全長にわたって吸い込み流速が早くなる領域を分散化させることが可能となり、効率のよいアオコ回収が可能となる（図６参照）。

本実施形態によれば、管体の一端に作用する前記負圧発生装置由来の負圧が、管体の他端付近まで所定レベルを保ったまま作用することとなり、管体全体に配置された開口部からのアオコ吸引を実現する。したがって、低コストでシンプルな構成にて優れたアオコ回収効率が実現できる。

以上、本発明の実施の形態について、その実施の形態に基づき具体的に説明したが、これに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

本実施形態におけるアオコ回収装置の構成例１を示す図である。 アオコ回収装置の設置状況例を示す図である。 本実施形態におけるアオコ回収装置の構成例２を示す図である。 連続スリット開口を備える管体と離散型の開口を備える管体とを示す図である。 開口形態の違いによる流速分布を示す図である。 各開口形態における負圧状況を示す図である。

符号の説明

５ 負圧
６ 配管
７ 補助浮き
８ 配管
１０ ダム貯水池
１１ アオコ
１２ 水面
２０ 分離装置
２１ 回収装置
３０ 堤体
３５ 水中スクリーン
７０ 切替バルブ（切替弁）
７１、９４ 信号線
８０ 間隔
９０ フロート
９５ 移動装置
１００ アオコ回収装置
１０１ 開口部
１０２ 管体
１０３ （管体の）内空
１０４ 負圧発生装置（ポンプ）
１０５ 接続口
１０６ 管体の外周方向

Claims (6)

1. 所定間隔で開口部を複数配置した管体と、当該管体の内空に接続して前記内空に負圧を導入する負圧発生装置とからなるアオコ回収装置であって、
   前記管体に取り付けられた、深度を調整可能なフロートと、
   外部からの指示信号に応じて前記フロートの深度を調整する制御装置と、を備えることを特徴とするアオコ回収装置。
2. 所定間隔で開口部を複数配置した管体と、当該管体の内空に接続して前記内空に負圧を導入する負圧発生装置とからなるアオコ回収装置であって、
   複数の前記管体が放射状に接続され、前記負圧発生装置から負圧が導入される管体を管体毎又は管体群毎に選択する切替弁が、前記複数の管体の接続部分に配置されていると共に、
   前記複数の管体のそれぞれに設けられ、当該管体をその軸方向に略垂直な水平面内の向きに移動させる移動装置と、
   外部からの指示信号に応じて各移動装置を制御する制御装置と、を備えることを特徴とするアオコ回収装置。
3. 前記開口部を、前記管体の長手方向において所定間隔をもって複数配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載のアオコ回収装置。
4. 前記開口部を、前記管体の外周方向において所定間隔をもって複数配置したことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のアオコ回収装置。
5. 前記管体の先端口が水密に閉じられていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のアオコ回収装置。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載のアオコ回収装置を用いたアオコ回収方法であって、前記管体を回収対象のアオコが浮遊する水域に投入し、前記管体に前記負圧発生装置からの負圧を導入してアオコの吸引回収を行うことを特徴とするアオコ回収方法。