JP5792212B2 - 水力を利用する水浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、小規模な河川の水、湖沼・池の水の中に微細気泡混じりの水を放出することにより溶存酸素濃度を高めて水質が悪化している状態の水を浄化する水力を利用する水浄化装置に関する。

河川や池の汚染された水の水浄化装置として、色々な装置・方法が提案されており、生態系、人の生活環境への影響等を懸念して水質が悪化している状態の水の浄化対策が望まれている。因みに、水質が悪化している状態の河川などの溶存酸素濃度（ＤＯ値）については、１（ｍｇ／リットル）以下の場合が多く、水質を浄化する改善策として溶存酸素濃度を高めることが効果的であると言われている。

特許文献１には、河川や湖沼などから汲み上げた原水を気液混合手段へ供給する加圧ポンプと、原水へ圧縮空気を供給するコンプレッサーと、加圧下で原水中に空気を混合、溶解させる気液混合手段と、空気が溶解した加圧水を受け入れる加圧タンクと、加圧水を加圧タンクから河川や湖沼に戻す給水管と、給水管の先端に取り付けた圧力弁と、水面に浮置させる環状フロートと、水中に設けるフェンスと、フロート内の水面に浮上するスカムを収集するスクレバーと、収集したスカムを回収するスカムトレーなどからなる「河川・湖沼等の浄化装置」が記載されている。

特許文献２には、ルーツブロワを用いる第１水浄化装置と、ルーツポンプを用いる第２水浄化装置からなり、第１水浄化装置の散気管から多量の微細気泡を河川等の水中に放出し、第２水浄化装置の放出口から気泡が含まれた水を河川等の水中に放出することにより、水中の溶存酸素濃度を高めて水を浄化する「小型船を利用した水浄化装置」が記載されている。因みに、この水浄化装置は本件出願人に係るものである。

ところで、特許文献１に開示された水浄化装置は、複雑な工程・構造で大掛かりな設備となることから、設備コストが高くついて保守管理も容易ではないと思われる。また、特許文献２の小型船を利用した水浄化装置は、水上移動して汚染された区域の水を浄化するタイプの装置であり、定置式に利用するには不向きである。

特開平９−２３９３５３号公報 特許第４９７１３９７号公報

本発明の目的は、河川、池などの水質が悪化している状態の水の溶存酸素濃度を高めて水を浄化するために水力を利用するコンパクトな構造とし、無動力で稼働コストが安く維持管理の容易な水浄化装置を提供することにある。

前記目的を達成するために請求項１に記載した発明は、河川の水、湖沼・池の水の中に微細気泡を放出させることにより水中の溶存酸素濃度を高めて水を浄化する水浄化装置であって、
上流側に対応する流入口と下流側に対応する排出口が形成された直線形の潜水タンクを水流方向に設置可能に設け、その潜水タンク内の中心部に回転自由に設けられた主軸に、前記流入口から流入する水を受けるインペラーと、流入水による吸い込み作用により外部の空気を取り込むための空気吸引用インペラーと、多数のブラシ片が放射状に突設された少なくとも１つの円盤型ブラシを上流側から順に取り付けて固定を施し、前記主軸内に形成された空気通路の入口を大気側に延びる空気導入管に連通するように設けると共に当該空気通路の出口を該空気吸引用インペラーの内部に連通するように設け、
前記流入口から流入する水の勢いによって前記インペラー、空気吸引用インペラー及び円盤型ブラシを一緒に回転させることにより、流入する水と該空気導入管から取り込まれる空気を撹拌・混合して微細化した気泡が含まれた水を前記排出口から下流へ排出させるように構成したことを特徴とする。

同様の目的を達成するために請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の水力を利用する水浄化装置において、前記流入口にストレーナを設けたことを特徴とするものである。

この水浄化装置によれば、水中に設置した潜水タンクの流入口から流入する水の勢いによってインペラーと空気吸引用インペラー及び円盤型ブラシを一緒に回転させることにより、流入する水と空気導入管から取り込まれる空気を撹拌・混合して微細気泡混じりの水とし、その水を排出口から下流へ排出することにより溶存酸素濃度を高めて水質が悪化している状態の水を浄化することができる。加えて、この装置は水力を利用するコンパクトな構造とされているので無動力で稼働コストが安く、維持管理が容易で設備費の低減を図ることができる。

この水浄化装置は、水と一緒に流れ込むゴミなどが撹拌タンク・潜水タンク内に流入するのをストレーナによって防止し、円滑な稼動をすることができる。

本発明の第１参考例の水浄化装置の概要図 撹拌タンクの要部の縦断面図 撹拌タンクの要部の平断面図 インペラーの説明図であり、（ａ）平面図、（ｂ）側面図 円盤型ブラシの説明図であり、（ａ）平面図、（ｂ）縦断面図 本発明の第２参考例の水浄化装置の概要図 インペラーの説明図であり、（ａ）平面図、（ｂ）側面図 本発明に係る実施例の水浄化装置の概要図 潜水タンクの要部の縦断面図 空気吸引用インペラーの説明図であり、（ａ）平面図、（ｂ）縦断面図 実験装置１ 実験装置２ 実験装置３

以下に、本発明を図面に基づいて説明する。
（参考例１）
図１に示すように、本発明に係る第１参考例の水力を利用する水浄化装置Ａは、小規模な河川、湖沼、池の堤防・堰の下流側に、せきとめられた水と当該装置Ａの上部タンクとの間に所定の落差を生ずるように設置される。図中、１は河川（ｒ）に設けられる堰、２は堰１に設けられる取水口である。

撹拌タンク１０は、前記取水口２付近の適宜箇所の水中に据え付けられる架台１１に縦向きに設けられる。この撹拌タンク１０は、排出口１３を横向き（若しくは下向き）に形成したほぼ円筒形状のタンク本体１２の上口部１２ａに、撹拌室１６が形成される下部タンク１５の下口部１５ｂを合わせてこれらを一体状に設けられている。上部タンク１８は、下部タンク１５の上にボルト・ナット（図示せず）により連結されている。なお、上部タンク１８については、下部タンク１５と一体化構造とすることもできる。

図２、図３に示すように、上部タンク１８の側面１８ａに形成された開口部１９には、前記取水口２に配設された送水管５の出口部５ｂを、導入される水が当該タンク１８の中心部を外れて側面１８ａの内方近くに流入するように所定角度をもって溶接、ロウ付けなどにより接続されている。６は送水管５の入口部に取り付けられたストレーナ、７は堰１の外側で送水管５に設けられたストップバルブである。８ａは外部空気をエジェクタ作用に取り込むために送水管５に接続された空気導入部８の配管、９は配管８ａに設けられたストップバルブである。

２３は上部タンク１８の蓋２１の中心部に設けた軸受け部材である。この軸受け部材２３には、主軸２５が縦向きで下方に突出するように回転自由に設けられている。なお、軸受け部材２３の軸受けは、耐食性の優れたものが好ましい。

図２において、主軸２５には、スペーサ２８、撹拌タンク１０内に流入する水を受けるインペラー３１、ブッシュ２９、１個目の円盤型ブラシ３５を上から順に挿入し、さらに２個の円盤型ブラシ３５をスペーサ３０を介して挿入してからネジ部２５ａにワッシャー２６を通してナット２７を締め付けることにより、それらを確実に固定している。それらブラシ３５は、下部タンク１５の内方に位置するように設けられている。

図４に示すように、インペラー３１は、前記主軸２５に挿入するための取付け穴３２が形成された基部３１ａの外周に４枚の羽根３３を一体状に設けている。インペラー３１の大きさについては、外径：２５０ｍｍ、羽根の高さ：１００ｍｍである。

図５に示すように、ブラシ３５は、前記主軸２５に装着するための軸穴３６ａを形成した固定部３６の外周に多数のブラシ片３７を放射状に突設している。ブラシ３５の大きさについては、外径：２５０ｍｍ、厚さ：３０ｍｍである。ブラシ片３７については、線径：約０．３ｍｍ、長さ：約６０ｍｍの硬質スチール又はステンレス製を用いる。

なお、せきとめられる水と当該装置Ａの上部タンクとの間に生ずる所定の「落差」については、後記実験の項で示すように少なくとも１ｍを要すると言えよう。

以上により、河川、湖沼、池でせき止められた水を落差を利用して撹拌タンク１０内に流入させ、タンク１０内に流入する水の勢いによってインペラー３１と円盤型ブラシ３５を一緒に回転させることにより、流入する水と空気導入部８からエジェクタ作用により取り込まれる空気を撹拌・混合して微細化気泡が含まれた水とし、その気泡混じりの水を撹拌タンク１０の排出口１３から放出して溶存酸素濃度を高めることにより水を浄化する本発明に係る第１参考例の水力を利用する水浄化装置Ａが構成される。

（参考例２）
本発明に係る第２参考例の水力を利用する水浄化装置Ｂは、上述した第１参考例の水力を利用する水浄化装置Ａに準ずる構成とされている。前述した水浄化装置Ａでは、河川、湖沼、池でせきとめられた水を送水管５により撹拌タンク１０に流入する構成としているが、この水浄化装置Ｂでは送水管５を用いずに堰１から溢れて放出される水を撹拌タンク１０の受け皿部４１で受けて内部へ流入させる構造としている。したがって、水浄化装置Ａと同一構成部分については、それに付した符号を図面に記載して説明を省略し、構成の異なる部分に関して述べる。

図６に示すように、前記水浄化装置Ａの上部タンク１８に相当する上部タンク４０は、中心部内方に軸受け部材２３を配置し、その上口４０ａに堰１から放出される水を受ける受け皿部４１を一体状に設けている。受け皿部４１は上方に向かって拡がるラッパ型に形成されていて、上口４０ａを覆うように半球状のストレーナ４２が設けられている。

インペラー４５については、図７に示すように、前記主軸２５に挿入するための取付け穴４７が形成された基部４６の外周に４枚の羽根４８を一体状に設けている。インペラー４５の大きさについては、外径：２５０ｍｍ、羽根の高さ：７５ｍｍである。

以上により、河川、湖沼、池に設けられた堰１から溢れて放出される水を受け皿部４１で受けてから撹拌タンク１０内に流入させてインペラー４５と円盤型ブラシ３５を一緒に回転させることにより、流入する水と外部から自然に取り込まれる空気を撹拌・混合して微細化気泡が含まれた水とし、その気泡混じりの水を撹拌タンク１０の排出口１３から放出して溶存酸素濃度を高めることにより水を浄化する本発明に係る第２参考例の水力を利用する水浄化装置Ｂが構成される。

（実施例）
本発明に係る実施例の水力を利用する水浄化装置Ｃは、図８に示すように、河川などの勢いのある流れがある水中に直線形の潜水タンク５０を脚５１により水流方向に沿うように設置している。

潜水タンク５０は、図９に示すように、撹拌室５３を形成する円筒形状の中間胴５２の前口部５２ａに、上流側に対応する流入口５６が形成された入口筒５５を、中間胴５２の後口部５２ｂに、下流側に対応する排出口６２が形成された排出筒６１を突合せてボルト・ナット（図示せず）により締め付けることにより一体状に設けられている。流入口５６は先端が拡がるラッパ型に形成されている。５７は流入口５６の近くで入口筒５５に装着された半球状のストレーナである。

潜水タンク５０の中心方向には、主軸６６を軸受け５９と軸受け部材６４によって回転自由に設けている。一方の軸受け５９は入口筒５５に固定された軸受け部材５８に装着され、他方の軸受け６４は排出筒６１に固定された軸受け部材６３に装着されている。それら軸受け５９，６４は、耐食性の優れたものが好ましい。６７は主軸６６内に形成された空気通路である。

主軸６６には、前記流入口５６から流入する水を受けるインペラー４５と、流入水による吸い込み作用により外部の空気を取り込むための空気吸引用インペラー７０と、３個の円盤型ブラシ３５を上流側から順に挿入し、ネジ部６６ａにワッシャー７６を通してナット７７を締め付けることによりそれらを確実に固定している。７５は空気吸引用インペラー７０とブラシ３５、及びブラシ３５間に夫々介装されたスペーサである。

なお、円盤型ブラシ３５については前述した第１参考例の項で、インペラー４５については第２参考例の項で説明したものと同じ構造としていることから、それらの符号を図面に表して説明を省く。

図１０（ａ）に示すように、空気吸引用インペラー７０は、前記主軸６６に遊嵌する固定用孔７２が形成されたボス７１と、水を流入させるための環状穴７３を設けると共に、環状穴７３から流入する水を受けて回転力を生ずるように各々の出口７４ａに向かうにしたがい徐々に曲がるように形成された多数の通路７４を夫々設けている。図１０（ｂ）に示すように、７４ｂは通路７４と前記空気通路６７の出口６７ｂと連通するように設けられた孔である。

８０は軸受け５９側の主軸６６の先端部に後端８０ｂを遊嵌し、他端８０ａを入口筒５５の内面５５ａに突き当てて溶接などにより固定されたＬ字形継手である。継手８０には大気側に延びる空気導入管８１の端部を挿入して前記空気通路６７に連通するように設けられている。

以上により、流入口５６から流入する水の勢いによってインペラー４５、空気吸引用インペラー７０及び円盤型ブラシ３５を一緒に回転させることにより、流入する水と空気導入管８１から取り込まれる空気を撹拌・混合して微細化気泡が含まれた水とし、その気泡混じりの水を排出口６２から下流へ排出して溶存酸素濃度を高めることにより水を浄化する本発明に係る実施例の水力を利用する水浄化装置Ｃが構成される。

（実験１）
本発明に係る第１参考例の水力を利用する水浄化装置Ａについて、図１１に示す実験装置により水道水を用いて溶存酸素濃度（ＤＯ値）の測定を行った。その結果を表１に示す。
なお、「原水」としての水道水には、無水亜硫酸ナトリウムを約３００ｇ投入して溶存酸素濃度をほぼゼロに調整した。
原水用タンクの容積：約３，０００リットル
円盤型ブラシ
外径：２５０ｍｍ，厚さ：３０ｍｍ、使用数量：３個

実験の結果、水浄化装置Ａから排出される気泡混じりの水によって水中の溶存酸素濃度（ＤＯ値）が上昇することが確認された。落差２ｍの場合における溶存酸素濃度は、飽和溶存酸素量の４６％まで上昇し、本装置による顕著な効果が確認された。このことから、本装置により水質の悪い状態の水の浄化処理を行うことができると判断される。

（実験２）
本発明に係る第２参考例の水力を利用する水浄化装置Ｂについて、図１２に示す実験装置により水道水を用いて溶存酸素濃度（ＤＯ値）の測定を行った。その結果を表２に示す。
なお、「原水」としての水道水には、無水亜硫酸ナトリウムを約３００ｇ投入して溶存酸素濃度をほぼゼロに調整した。
原水用タンクの容積：約３，０００リットル
円盤型ブラシ
外径：２５０ｍｍ，厚さ：３０ｍｍ、使用数量：３個

実験の結果、水浄化装置Ｂから排出される気泡混じりの水によって水中の溶存酸素濃度（ＤＯ値）が上昇することが確認された。落差２ｍの場合における溶存酸素濃度は、飽和溶存酸素量の４７％まで上昇し、本装置による顕著な効果が確認された。このことから、本装置により水質の悪い状態の水の浄化処理を行うことができると判断される。

（実験３）
本発明に係る実施例の水力を利用する水浄化装置Ｃについて、図１３に示す実験装置により水道水を用いて溶存酸素濃度（ＤＯ値）の測定を行った。その結果を表３に示す。
なお、「原水」としての水道水には、無水亜硫酸ナトリウムを約６００ｇ投入して溶存酸素濃度をほぼゼロに調整した。また、水流発生機として水中ミキサーを使用した。
実験用水路の容積：約６，０００リットル
円盤型ブラシ
外径：２５０ｍｍ，厚さ：３０ｍｍ、使用数量：３個

実験の結果、水浄化装置から排出される気泡混じりの水によって水中の溶存酸素濃度が上昇することが確認された。流速５（ｍ／ｓ）、運転時間１２０分の場合における溶存酸素濃度は、飽和溶存酸素量の３６％まで上昇し、本装置による顕著な効果が確認された。このことから、本装置により水質の悪い状態の水の浄化処理を行うことができると判断される。

Ａ・・・本発明に係る第１参考例の水力を利用する水浄化装置
５・・・送水管
６・・・ストレーナ
８・・・空気導入部
１０・・・撹拌タンク
１３・・・排出口
２５・・・主軸
３１・・・インペラー
３５・・・円盤型ブラシ
Ｂ・・・本発明に係る第２参考例の水力を利用する水浄化装置
４１・・・受け皿部
４２・・・ストレーナ
４５・・・インペラー
Ｃ・・・本発明に係る実施例の水力を利用する水浄化装置
５０・・・潜水タンク
５６・・・流入口
５７・・・ストレーナ
６２・・・排出口
６６・・・主軸
７０・・・空気吸引用インペラー
８１・・・空気導入管

Claims (2)

1. 河川の水、湖沼・池の水の中に微細気泡を放出させることにより水中の溶存酸素濃度を高めて水を浄化する水浄化装置であって、
   上流側に対応する流入口と下流側に対応する排出口が形成された直線形の潜水タンクを水流方向に設置可能に設け、その潜水タンク内の中心部に回転自由に設けられた主軸に、前記流入口から流入する水を受けるインペラーと、流入水による吸い込み作用により外部の空気を取り込むための空気吸引用インペラーと、多数のブラシ片が放射状に突設された少なくとも１つの円盤型ブラシを上流側から順に取り付けて固定を施し、前記主軸内に形成された空気通路の入口を大気側に延びる空気導入管に連通するように設けると共に当該空気通路の出口を該空気吸引用インペラーの内部に連通するように設け、
   前記流入口から流入する水の勢いによって前記インペラー、空気吸引用インペラー及び円盤型ブラシを一緒に回転させることにより、流入する水と該空気導入管から取り込まれる空気を撹拌・混合して微細化した気泡が含まれた水を前記排出口から下流へ排出させるように構成したことを特徴とする水力を利用する水浄化装置。
2. 前記流入口にストレーナを設けたことを特徴とする請求項１に記載の水力を利用する水浄化装置。

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