JP6186534B1

JP6186534B1 - 浄化システム

Info

Publication number: JP6186534B1
Application number: JP2017077237A
Authority: JP
Inventors: 哲雄野村; 美恵千葉
Original assignee: ナノテクノロジーコスメティック株式会社
Priority date: 2017-03-14
Filing date: 2017-04-10
Publication date: 2017-08-23
Anticipated expiration: 2037-04-10
Also published as: WO2018168844A1; CN109936980A; JP2018148872A; CN109936980B

Abstract

【課題】菌の増殖（繁殖）を抑制し且つ養殖領域の全域において溶存酸素量が増大する開放非循環式養殖システムを提供する。【解決手段】開放された河川１の一部を平面視で矩形状をなす養殖領域２として設定し、この養殖領域２を区画する４つの辺のうち流れに平行な２つの対向する辺２ａ、２ｂのそれぞれに吐出装置３を配置している。吐出装置３に空気を導入することで、粒径がｍｍ、μｍ及びｎｍ単位の各種粒径の気泡を形成し水中に混入する。混入の結果、溶存酸素量が大幅に向上する。【選択図】図１

Description

本発明は、自然の河川、池、海などの開放された領域の一部を浄化するシステムに関する

浄化システムの一態様として、陸上において水を循環させて再利用しながら飼育する閉鎖循環式養殖システムが広く採用されている。

例えば、特許文献１は本発明者が提案したものであり、この特許文献１には、閉鎖循環式養殖システムとして、水槽内の１つのコーナから対向するコーナに向かって微細気泡を含んだ水を送りだすポンプとノズルを配置し、前記対向するコーナには水槽内に循環流を形成するためのパドルミキサーを配置し、更に水槽内にはナノ銀粒子を担持した抗菌部材を吊下げ支持した構造が開示されている。

また特許文献２には、海水を循環させながら海水中のアンモニア等の窒素成分を除去する閉鎖循環式養殖システムとして、海水中の固形物を取り除く物理的ろ過部と、海水を電気分解して活性塩素種を発生させると共にこの活性塩素種で海水中の窒素成分を除去する電気分解・窒素除去部と、活性塩素種を中和する塩素中和部とを、海水の流れ方向に沿ってこの順に配置したものが提案されている。

特許文献３には、複数の所定長さの養殖用パイプを接続して循環路とする閉鎖循環式養殖システムとして、観察用窓を設け、養殖用パイプ内の状態を観察するものが提案されている。

特許文献４には、魚介類を養殖する陸上養殖施設として、物理浄化処理手段、生物浄化処理手段、化学浄化処理手段及び電気化学浄化処理手段を備えたものが提案されている。

特許文献５には、ナノバブルを含む水を生体表面に接触させることにより、生体の疲労回復を行うナノバブル利用生体疲労回復方法が提案されている。

特許文献６には、海上、湖沼、河川、汽水域等の一般水域の水質浄化用法として、変動する自然エネルギーを圧縮空気の形で貯蔵し空気を高分子樹脂フィルムに生成されたクレーズに強制的に透過させることにより自然に近い状態で溶存酸素量を増加させる方法が提案されている。

特許文献７には、発泡・凝縮工程を複数回繰り返す微細化方法が提案され、この微細化方法において、セラミック表面に担持したナノ銀粒子に水を接触させることで、ナノ銀粒子が保持するゼータ電位により菌類や藻類を破壊・除去することが記載されている。

特許文献８には、ナノバブルの製造に関する基本的な以下の内容が開示されている。先ず、鉄イオンやナトリウムイオンなどの電解質イオンが混入した高い電気伝導度の水溶液中に１０〜５０μｍの微小気泡を作成する。次いで、上記の微小気泡に対し物理的刺激を加えることで、急激に微小気泡を直径５０〜５００ｎｍに縮小（ナノ化）する。このナノ化した気泡は急激に縮小したため、単位面積当たりの電荷量が大幅に増加して気液界面に吸着した水素イオンや水酸化物イオンの静電気的な反発力が働き、また水素イオン、水酸化物イオン及び電解質イオンが気液界面の縮小に伴って微小な体積中に高濃度に濃縮してナノ化した微小気泡周囲を囲む殻として働くため、特有の機能を発揮すると解釈されている。

特許第６０９２４５４号公報特開２００３−２７４７９６号公報特開２００５−０２１１４２号公報特開２０１４−２０９８９９号公報特開２００７−０５４６５５号公報特開２００６−３２０２５９号公報特開２０１４−１９８３３３号公報特許第４１４４６６９号公報

閉鎖循環式養殖システムは、気候・赤潮などの外的要因による影響が少なく生産性に優れ、水温の調整が可能なため養殖期間の短縮化を図ることができ、排水が殆どでないため環境への影響が少なく、区画漁業権等の漁業法の制約を受けないなどの利点がある一方、ウィルスや魚病等が飼育水槽内に持ち込まれると、飼育魚が全滅してしまう。

これに対し、河川や水路などをそのまま利用した開放非循環式養殖システムにあっては、水質の管理が難しく、水流の速度が遅い状況では溶存酸素量が不足し量産に向かない場合が多い。

特許文献１は、閉鎖された水槽に適用されるものであり、これをそのまま河川などの開放された領域に適用することはできない。また特許文献１では１つのコーナのみにポンプとノズルを設けているが、本願発明は領域を区画する辺のうち対向する２つの辺のそれぞれに相手方の辺に向かって斜め且つ互いに打ち消し合わない方向に微細気泡を含んだ水を吐出する吐出装置を複数設けている。特許文献１は流れのない水槽内に流れを形成するため、対向するコーナにも吐出装置を設けると、互いに吐出装置からの流れが打ち消し合って循環流を形成することが出来ない。

特許文献２〜特許文献７に記載される河川や水路などをそのまま利用した開放非循環式養殖システムにあっては、水質の管理が難しく、水流の速度が遅い状況では溶存酸素量が不足し量産に向かない場合が多い。しかしながら、上記した何れの先行技術文献も、河川や水路などをそのまま利用した開放領域の浄化には有効ではない。

また、特許文献８では、水中に１０〜５０μｍの微小気泡を作成する前に、当該水に電解質イオンを混入させている。電解質イオンは気泡が５００ｎｍ以下のナノサイズになった際に、気液界面の縮小に伴って濃縮されナノ化した気泡周囲を取り囲む殻として働くのであるが、電解質イオンの溶け込み量が少ないと殻も強固にはならず、ナノサイズを維持できる期間も短くなる。

上記の課題を解決するため本願発明は、河川、池、海などの開放された領域を一部を浄化するシステムであって、前記開放された領域の一部を平面視で矩形状をなす浄化領域として設定し、この浄化領域を区画する辺のうち対向する２つの辺のそれぞれに相手方の辺に向かって斜め且つ互いに打ち消し合わない方向に微細気泡を含んだ水を吐出する吐出装置が配置され、この吐出装置は、水中に直径５００ｎｍ以上の微小気泡を発生させる微小気泡発生部と、この微小気泡発生部の下流側に配置される金属イオン付加部と、この金属イオン付加部の下流側に配置される微小気泡縮小部とからなり、前記金属イオン付加部には、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、第８〜１０属元素の酸化物の少なくとも１つからなるセラミックが充填され、前記微小気泡縮小部には気泡を縮小させる力を作用させる流路が形成された構成である。

前記浄化領域内には多孔質部材の表面にナノ銀粒子が担持された抗菌部材を配置してもよい。

また、浄化領域を区画する辺の近傍に大気を水中に取り込むパドルミキサーを配置してもよい。このようにすることで、溶存酸素量を更に高めることができる。

本発明に係る浄化システムによれば、河川などの開放された自然の水を利用したシステムであるので、エビや魚などにストレスがかからず病気等が発生しにくい。特に、浄化領域を矩形状に画定する辺のうち、対向する２つの辺の一方から他方に向かって強制的に微細気泡を含む水を噴出するため、溶存酸素量を高めることができる。
特に河川などの流れがある場合には、浄化領域のみならずその下流領域に浄化された水が流れるため、効果は更に高まる。

ノズルから噴出する水には、ｎｍサイズの気泡、μｍサイズの気泡、ｍｍサイズの気泡など各種サイズの気泡が含まれているので、殺菌・滅菌効果の他に、養殖領域全域に亘って溶存酸素量を高く維持することが可能となる。

また、浄化領域には常に新鮮な水が供給されるのであるが、万一水中に菌類や藻類が多量に含まれていても、多孔質部材の表面に担持されたナノ銀粒子と接触し、菌類や藻類が破壊・除去され、エビや養殖魚の全滅が生じる可能性が極めて少ない。特に、ノズルの上流側に濾過部を設け、この濾過部内に多孔質部材の表面にナノ銀粒子が担持された抗菌部材を収納する構成とした場合には、ナノ銀粒子と接触が確実に行われ、更に効果は高まる。

本発明に係る浄化システムの平面図吐出装置の構成図微小気泡縮小部の構造を説明した断面図ろ過材の斜視図パドルミキサーの側面図

図１に示す実施例にあっては、水流が形成される河川に適用する例を示している。尚、本発明は河川に限らず水の流入と流出が自由な開放された領域、例えば池、湖、海、水路などにも適用できる。

図示例にあっては、開放された河川１の一部を平面視で矩形状をなす浄化領域２として設定し、この浄化領域２を区画する４つの辺のうち流れに平行な２つの対向する辺２ａ、２ｂのそれぞれに吐出装置３を配置している。

尚、浄化領域２を区画する４つの辺は壁や板等で形成されるものではなく、吐出装置３を配置する位置を決めるための架空の線であるが、この線に沿って養殖エビや養殖魚が逃げ出したり、外敵が入り込まないようにするための網を設けることができる。

吐出装置３は図２に示すように、筒状ケース１の一端を河川水などの入口４とし、他端を機能水の出口５としている。この実施例では入口４の径が出口５の径よりも大きく設定されている。

入口４に続く筒状ケース内には微小気泡発生部６が設けられ、この微小気泡発生部６内にはステンレスネットやステンレスウール７などが充填されている。ステンレスネットやステンレスウール７の代わりに金属網や多孔板などでもよい。

上記微小気泡発生部６の下流側には金属イオン付加部８が連続して設けられている。この金属イオン付加部８内には粒径１〜１０ｍｍのセラミック粒子９が充填されている。

セラミック粒子９としては、例えば、Ｓｉ酸化物とＡｌ酸化物を主成分とし、その他の成分として、ＮａやＫなどのアルカリ金属酸化物、ＭｇやＣａなどのアルカリ土類金属酸化物、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの第８〜１０族元素の酸化物が挙げられる。尚、Ｓｉ酸化物とＡｌ酸化物の合計は、９０〜９５ｗｔ％が好ましい。９０ｗｔ％以下だとセラミックが脆くなって壊れやすくなる。

セラミック粒子９には、ＴｉやＣｒなどの遷移金属の酸化物やＰなどの非金属の酸化物を含んでもよい。機能水を効果的に製造するには、セラミック粒子中のアルカリ土類金属の酸化物の含量は、アルカリ金属の酸化物の含量の２５％以上（重量比）であることが望ましく、またセラミック粒子が第８〜１０族元素に属する元素から少なくとも１種の元素の酸化物を０．１〜３重量％含むことが望ましい。

前記金属イオン付加部８の下流部は絞られて微小気泡縮小部（ノズル）１０につながっている。微小気泡縮小部１０は図３に示すように、隔壁１１に複数のノズル孔１２が形成され、その下流には合流した噴出流を平行に下流に導く直線状の縮小力作用部１３が連続している。この縮小力作用部１３ではケルビンヘルムホルツ不安定などの不安定環境を作り出すことで、微小気泡（マイクロバブル）が５００ｎｍ以下のナノサイズまでに更に縮小される。

微小気泡に縮小力を作用する手段としては、特許文献８に開示されたような超音波、高速回転、圧縮・膨張などでもよいが、本実施例のように、金属イオン付加部６の下流部に微小気泡縮小部８を連続して設けることで、特別の動力を必要としないでナノバブルを作り出すことができる。

以上において、入口４から微小気泡発生部６に導入された水はステンレスネットやステンレスウール７間を通過することによって、ミクロンサイズの微小気泡（マイクロバブル）が水中に形成される。尚、微小気泡（マイクロバブル）は原料水に別途空気を送り込まなくともキャビテーション現象によって自動的に発生する。

微小気泡発生部６おいて生成されたミクロンサイズの微小気泡が混入した水は金属イオン付加部８に導入され、セラミック粒子と接触することで水中にセラミックを構成している金属酸化物から金属イオンが溶け込む。この金属イオンの濃度は微小気泡の気液界面において高くなっていると推定される。

金属イオンとミクロンサイズの微小気泡を含んだ水はノズル１２を介して微小気泡縮小部１０の微小力作用部１３に送りだされ、更に小さなナノバブル（５０〜５００ｎｍ）となって出口５から噴出する。

図示例では、微小気泡発生部６と金属イオン付加部８とを１つの容器内に連続的に配置したが、それぞれを別の容器に分離して配管などでつなげてもよい。また、微小気泡縮小部８の縮小力作用部１３は単純な直線状流路としたが、ナノ化を促進する撹拌部材等を配置してもよい。

微小気泡縮小部（ノズル）１０の軸線は、気泡が混入した水の噴出方向が相手方の辺から噴出される水と打ち消し合わない方向とする。河川のように上流から下流に水が流れている場合には、ノズル１０の噴出方向は水の流れ方向に対して９０°以下とするのが好ましい。この実施例にあっては、辺２ａに配置された吐出装置３からの水が辺２ｂに配置された吐出装置３に向かい、辺２ｂに配置された吐出装置３からの水が辺２ａに配置された吐出装置３に向かうようにし、流れに沿って連続的に蛇行する動きを形成している。

また、浄化領域２内には所定数のろ過材２０を間隔を開けて吊り下げ支持している。濾過材２０は図４に示すように板材２１の両面に溶岩などを細かく砕いた多孔質部材を収納したメッシュ袋２２を取付け、更にこれらを紐２３で連結したものとしている。多孔質部材の表面には前記した濾過部８内に充填した多孔質部材と同様にナノ銀粒子が担持されている。

濾過材２０の構造は上記に限るものではなく、浄化領域２を流れる水が効率良く接触することで、殺菌及び浄化が効果的に行えるものであればよい。

また、浄化領域２を区画する辺２ａ、２ｂにパドルミキサー２４が設けられている。実施例では吐出装置３の下流に隣接して配置しているが、配置する箇所はこれに限らない。

パドルミキサー２４は図５に示すように、辺２ａ、２ｂに直交する軸２５に複数の羽根２６を取付け、羽根２６の回転により水中に大気（酸素）を取り入れる。

本発明に係る浄化システムは、エビや各種魚類や酸素を必要とする水生植物の養殖に限らず、水の浄化自体に利用することができる。

１…河川、２…浄化領域、２ａ、２ｂ…浄化領域を区画する辺、３…吐出装置、４…吐出装置の入口、５…吐出装置の出口、６…微小気泡発生部、７…ステンレスウール、８…金属イオン付加部、９…セラミック粒子、１０…微小気泡縮小部、１１…隔壁、１２…ノズル孔、１３…縮小力作用部、２０…濾過材、２１…板材、２２…メッシュ袋、２３…紐、２４…パドルミキサー、２５…軸、２６…羽根。

Claims

河川、池、海などの開放された領域を一部を浄化するシステムであって、前記開放された領域の一部を平面視で矩形状をなす浄化領域として設定し、この浄化領域を区画する辺のうち対向する２つの辺のそれぞれに相手方の辺に向かって斜め且つ互いに打ち消し合わない方向に微細気泡を含んだ水を吐出する吐出装置が配置され、この吐出装置は、水中に直径５００ｎｍ以上の微小気泡を発生させる微小気泡発生部と、この微小気泡発生部の下流側に配置される金属イオン付加部と、この金属イオン付加部の下流側に配置される微小気泡縮小部とからなり、前記金属イオン付加部には、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、第８〜１０属元素の酸化物の少なくとも１つからなるセラミックが充填され、前記微小気泡縮小部には気泡を縮小させる力を作用させる流路が形成されていることを特徴とする浄化システム。
請求項１に記載の浄化システムにおいて、前記浄化領域内には多孔質部材の表面にナノ銀粒子が担持された抗菌部材が配置されていることを特徴とする浄化システム。
請求項１に記載の浄化システムにおいて、前記対向する２つの辺の近傍には大気を水中に取り込むパドルミキサーが配置されることを特徴とする浄化システム。
請求項１乃至３の何れかに記載の浄化システムにおいて、前記開放された領域の一部は、養殖に利用されることを特徴とする浄化システム。