JP6530599B2

JP6530599B2 - 自走式水質浄化装置

Info

Publication number: JP6530599B2
Application number: JP2014243825A
Authority: JP
Inventors: 忠治藤原; 洋一郎北野; 奉實香川
Original assignee: 株式会社メセナ
Priority date: 2014-12-02
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2019-06-12
Anticipated expiration: 2034-12-02
Also published as: JP2016107169A

Description

本発明は、池、湖沼、灌漑用池、溜池、農業池、貯水池、ダム湖等の閉鎖された水域を浄化する自走式水質浄化装置に関するものである。

閉鎖水域の水質浄化技術として、例えば特許文献１には、内部に向かう凹部を下部に設けた中空体の凹部に該凹部に開口する給水口を有するポンプを、中空体の内部にブロワを設けた自走式噴水ユニットと、該自走式噴水ユニットと別に設けた自走式噴水ユニットへ電力を供給する太陽電池ユニットからなる自走式噴水型水質浄化装置において、前記自走式噴水ユニットを、前記中空体の下部から吸い上げた水を中空体上方に設けたノズルから噴出するようにした前記ポンプによって駆動される噴水系と、前記中空体の上部からの吸気を中空体の水面下に設けたノズルから水平方向を含む斜め後方へ向けて噴出させるようにした前記ブロワによって駆動される曝気系と、空気抜き管の中間部に接する水位検出器と管内に挿入した水位検出用浮子からなり水位が低下して自走式噴水ユニットが底に着底したときに自走式噴水ユニットの動作を停止させる水位検出手段を備えた下端部が前記凹部内に開口し上端部が中空体の上部に開口した空気抜き管とを設けるとともに、前記中空体を係溜用ケーブルを介して固定用アンカーに繋いで構成した自走式噴水型水質浄化装置が開示されている。

特許第３２４３１１４号公報

しかし、特許文献１に記載の自走式噴水型水質浄化装置は、アオコなどの植物プランクトンが繁殖する富栄養化の要因となっているリン酸や窒素を減少化させないことから、閉鎖性水域の水質浄化が不十分であるという問題があった。

閉鎖性水域の水質を嫌気性環境から好気性環境に変えるために、取水から曝気に至る経路に水中ポンプとブロアを配設しており、設備投資コストが高いという問題があった。

本発明はこうした問題に鑑み創案されたもので、閉鎖性水域の富栄養化の要因になっている水質の嫌気性環境の好気性化、ならびに、リン酸及び窒素も除去させる装置を提供することを課題とする。

請求項１に記載の自走式水質浄化装置１の発明は、閉鎖性水域を浮遊する水質浄化装置であって、浮体２の上に設置した太陽電池３と、制御装置４と、ポンプ５と、薬液タンク６と、定量ポンプ７とを、及び、浮体２から吊設した網状収容体８とを備え、前記太陽電池３から電力が制御装置４、ポンプ５及び定量ポンプ７に供給され、前記ポンプ５の吸水側に取り付け、水中６０に垂下させた取水用サクションホース１０の前記ポンプ５直近の位置の周壁に小径の孔１１を穿孔し、前記ポンプ５の吐出側に取り付け、水中に垂下させた吐出配管１２の先端に噴射ノズル１３を配設し、前記ポンプ５の作動により取水用サクションホース１０側に負圧を生じさせてキャビテーションを生じさせ、キャビテーションで生じた微細な気泡７０を前記噴射ノズル１３から水中にエアレーションさせ、前記浮体２から水中に、砕いた牡蠣殻２０を収容した網状収容体８を吊設し、メタノールを収容した前記薬液タンク６に取り付け、水中６０に垂下させ、先端形態を開口部とした配管４０の浮体２上域に流量調整可能な定量ポンプ７を配設し、前記太陽電池３と接続された前記制御装置４が、前記太陽電池３から供給される電力に応じて、前記ポンプ５及び定量ポンプ７の作動を制御することを特徴とする。

請求項２に記載の自走式水質浄化装置１は、請求項１において、前記浮体２上に、太陽電池３及び制御装置４と接続した蓄電池５０を設置し、前記太陽電池３から前記ポンプ５、前記定量ポンプ７に供給される電力を、前記制御装置４で、前記蓄電池５０が充電完了でない場合は、前記太陽電池３からの電力を前記蓄電池５０に充電して前記蓄電池５０から電力を供給するように制御し、前記蓄電池５０が充電完了の場合は、前記太陽電池３からの電力を前記蓄電池５０を介さずに供給するように制御することを特徴とする。

請求項１に記載の自走式水質浄化装置１の発明は、池、湖沼、灌漑用池等の閉鎖性水域の富栄養化を抑制させ水質浄化を促進させるために、第一に、水中に空気を混入させることにより閉鎖性水域の嫌気性環境を好気性環境に改善して、閉鎖性水域内に流入し蓄積された有機物の分解を促進させ、かつ植物プランクトンが利用するアンモニアを亜硝酸と硝酸に変えるという効果を奏する。

そして、第二に、富栄養化の原因である、畑で使う肥料や堆肥、養豚場などにおける家畜の糞尿などの農業排水、及び、半導体工場の洗浄排水などの工業排水に含まれるリン酸を牡蠣殻２０と反応させてリン酸を牡蠣殻２０に吸収させて、閉鎖性水域内のリン酸を除去するという効果を奏する。

さらに、第三に、薬液タンク６内から水中６０に滴下されたメタノールから供与される水素イオンと、亜硝酸と硝酸とを化学反応させて、亜硝酸と硝酸を水と窒素ガスに分解させて脱窒を促進できるという効果を奏する。

したがって、本願発明の自走式水質浄化装置１は、富栄養化で生じた汚染物質を分解し、富栄養化の要因を除去して富栄養化を阻止し水質浄化することができるという効果を奏する。

ポンプ５を作動させて、羽根の裏側に負圧を生じさせて、この負圧によって取水側のサクションホース１０のポンプ５側に穿孔した孔１１から空気が混入し、この空気の混入によってキャビテーションを生じさせて気泡７０を生じさせることにより、一般的にはポンプ５に加えて設置されるブロアや空気圧縮機を不要とすることができ、設備費を安価化できるという効果を奏する。

ポンプなどの電力を、商用電源を使用せずに太陽電池３から供給するので、商用電源が設けられない地域の閉鎖性水域であっても水質浄化ができ、運転電力費を最小化にできるという効果を奏する。

閉鎖性水域の水面を自走で移動できることにより、広い水域での水質浄化、突発的な水質悪化水域への移動が可能になり、狭い閉鎖性水域であっても広い閉鎖性水域であっても水質浄化を促進させることができるという効果を奏する。

自走式水質浄化装置１に設けた噴射ノズル１３と舵１６により、自走式水質浄化装置１が閉鎖性水域内をあらかじめ設定させた軌跡で移動させることができる。また、舵１６を自動制御するようにすればあらかじめ設定させた任意の軌跡で移動させることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１と同じ効果を奏するとともに、太陽の日照時に限らず、雨天時、夜間時、降雪時であっても自走式水質浄化装置を作動させることができる。

本発明の自走式水質浄化装置の閉鎖性水域における使用状態の概要図である。自走式水質浄化装置の軌跡の例を示す図である。本発明の自走式水質浄化装置の背面概要図である。本発明の自走式水質浄化装置の側面概要図である。本発明の自走式水質浄化装置の浮力体を除いた場合の側面概要図である。ポンプの取水側のサクションホースに穿設した小孔の説明図である。ポンプ内に生じた負圧により、サクションホースに穿設した小孔でキャビテーションが発生する説明図である。制御システムの構成を示す説明図である。

本発明の自走式水質浄化装置１の発明は、図３乃至図５に示すように、閉鎖性水域を浮遊する水質浄化装置であって、浮体２の上に設置した太陽電池３と、制御装置４と、ポンプ５と、薬液タンク６と、定量ポンプ７とを、及び、浮体２から吊設した網状収容体８とを備え、前記太陽電池３から電力が制御装置４、ポンプ５及び定量ポンプ７に供給され、前記ポンプ５の吸水側に取り付け、水中６０垂下させた取水用サクションホース１０の前記ポンプ５直近の位置の周壁に小径の孔１１を穿孔し、前記ポンプ５の吐出側に取り付け、水中６０に垂下させた吐出配管１２の先端に噴射ノズル１３を配設し、前記ポンプ５の作動により取水用サクションホース側に負圧を生じさせてキャビテーションを生じさせ、キャビテーションで生じた微細な気泡７０を前記噴射ノズル１３から水中６０にエアレーションさせ、前記浮体２から水中６０に、砕いた牡蠣殻２０を収容した網状収容体８を吊設し、前記薬液タンク６に取り付け、水中６０に垂下させ、先端形態を開口部とした配管４０の浮体２上域に流量調整可能な定量ポンプ７を配設し、前記太陽電池３と接続された前記制御装置４が、前記太陽電池３から供給される電力に応じて、前記ポンプ５及び定量ポンプ７の作動を制御する。

自走式水質浄化装置１の浮体２は、前記浮体２の下部に取り付けられた、発泡スチロールや空気入りタンクなどの浮力体１５によって、閉鎖性水域の水面に浮く。

次に、水中６０に空気を混入させることにより閉鎖性水域の嫌気性環境を好気性環境に改善して、閉鎖性水域内に流入し蓄積された有機物の分解を促進させ、かつ植物プランクトンが利用するアンモニアを亜硝酸と硝酸に変える、水中に空気を混入させる装置について説明する。

浮体２上に配設されたポンプ５の吸水側に取水用サクションホース１０を取り付け、前記ポンプ５の吐出側に吐出配管１２取り付ける。取水用サクションホース１０の先端は開口状態で閉鎖性水域の水中６０に垂下されて、吐出配管１２の先端は噴射ノズル１３を取り付けた状態で閉鎖性水域の水中６０に垂下されている。ポンプ５は、遠心力でポンプ５内に負圧を生じさせるポンプであればよく、渦巻きポンプなどの遠心ポンプや斜流ポンプが該当する。

そして、図６及び図７に示すように取水用サクションホース１０のポンプ５近傍に小径の孔１１を穿孔している。渦巻きポンプなどのポンプ５が作動すると、ポンプ５内部に負圧が生じ、この負圧によって取水用サクションホース１０内の水が勢いよく流入して、その勢いのよい水の流入によって流路の管壁に設けた小孔１１から空気が入りキャビテーションが発生する。このときに生じた気泡７０は、吐出配管１２を流動し、前記噴射ノズル１３から気泡７０が噴射される。

取水用サクションホース１０に穿孔した孔１１の径や数は、ポンプ５の定格、取水用サクションホース１０の水中に垂下させた深さや内径などを考慮しながら、キャビテーションによる気泡７０が狙いの量になるように設定する。例えば、孔の数は１〜数個で、孔の径は５〜６ｍｍがよい。径が大き過ぎると水が孔からこぼれ落ち、径が小さ過ぎると気泡量が確保できず、適正なキャビテーション気泡７０が確保できない。孔の数や径によってキャビテーションによる気泡７０が決まる。よって、キャビテーションによる気泡７０を適正にするように小孔の数や径を設定する。

前記噴射ノズル１３から噴射される気泡７０により、閉鎖性水域の好気性化などを行うとともに、自走式水質浄化装置１を前進させる。前記噴射ノズル１３の向きを固定化したり、又は、噴射ノズル向き可変手段で任意の方向に可変できる。噴射ノズル１３を固定化した場合は、図１に示すように、沼底や湖底に配設したアンカー４１と自走式水質浄化装置１とを綱などで結び付けておけば、アンカー４１を中心に自走式水質浄化装置１は図２に示すように円運動する。この場合は、アンカー４１の位置を閉鎖性水域内で移動すれば、自走式水質浄化装置１を閉鎖性水域内全体に水質に好気性化を実施することができる。また、噴射ノズル向き可変手段を備えた場合は、アンカー４１や綱を必要とせず、予め設定した軌跡に沿って前進運動を繰り返すことによって閉鎖性水域内全体に水質に好気性化を実施することができる。また、噴射ノズル１３を固定化した場合に舵１６により自走式水質浄化装置１の軌跡を任意に変えることができる。

次に、富栄養化の原因であるリン酸除去について説明する。浮体２から水中に砕いた牡蠣殻２０を収容した網状収容体８を吊設している。リン酸を牡蠣殻２０と反応させてリン酸を牡蠣殻２０に吸収させて、閉鎖性水域内のリン酸を除去する。反応や吸収の効果を高めるために、牡蠣殻２０は粉末状又は小片状の大きさがよい。

次に、富栄養化の原因である窒素除去について説明する。浮体２上に薬液タンク６を配設し、前記薬液タンク６に配管４０を散り付け、配管４０の先端は閉鎖性水域の水中６０に垂下させる。配管４０の先端形態は開口部としている。そして、配管４０の浮体２上域に流量調整可能な定量ポンプ７を配設している。薬液タンク６にはメタノールを収容する。

薬液タンク６内に収容されたメタノールを、定量ポンプ７を作動させて、閉鎖性水域の水中６０に滴下させる。メタノールから供与される水素イオンと、亜硝酸と硝酸とを、水中６０の嫌気性菌の持つ還元能力を利用して、還元反応を起こして、亜硝酸と硝酸を水と窒素ガスに分解させて脱窒を促進する。滴下量は脱窒効果を勘案しながら調整する。また、配管４０の先を一本でなく複数に分岐させて一度により広い範囲に散布するようにしてもよい。

次に制御システム８０について説明する、図８に示すように、太陽電池３からの電力は、充放電コントローラ８１によって、蓄電池５０を備えていない場合は、太陽電池３で電力が生じているときのみ自走式水質浄化装置１を作動させる。一方、夜間や雨天時にも自走式水質浄化装置１を作動させたい場合は、浮体２上に、太陽電池３及び制御装置４と接続した蓄電池５０を設置し、前記太陽電池３から前記ポンプ５、前記定量ポンプに供給される電力を、前記制御装置４内の充放電コントローラ８１により、前記蓄電池５０が充電完了でない場合は、前記太陽電池３からの電力を前記蓄電池５０に充電して前記蓄電池５０から電力を供給するように制御し、前記蓄電池５０が充電完了の場合は、前記太陽電池３からの電力を、前記蓄電池５０を介さずに供給するように制御する。

１自走式水質浄化装置
２浮体
３太陽電池
４制御装置
５ポンプ
６薬液タンク
７定量ポンプ
８網状収容体
１０サクションホース
１１孔
１２吐出配管
１３噴射ノズル
１５浮力体
１６舵
２０牡蠣殻
３０ケーシング
４０配管
４１アンカー
５０蓄電池
６０水中
７０気泡
８０制御システム
８１充放電コントローラ

Claims

閉鎖性水域を浮遊する水質浄化装置であって、
浮体の上に設置した太陽電池と、制御装置と、ポンプと、薬液タンクと、定量ポンプとを、及び、浮体から吊設した網状収容体とを備え、
前記太陽電池から電力が制御装置、ポンプ及び定量ポンプに供給され、
前記ポンプの吸水側に取り付け、水中に垂下させた取水用サクションホースの前記ポンプ直近の位置の周壁に小径の孔を穿孔し、前記ポンプの吐出側に取り付け、水中に垂下させた吐出配管の先端に噴射ノズルを配設し、前記ポンプの作動により取水用サクションホース側に負圧を生じさせてキャビテーションを生じさせ、キャビテーションで生じた微細な気泡を前記噴射ノズルから水中にエアレーションさせ、
前記浮体から水中に、砕いた牡蠣殻を収容した網状収容体を吊設し、
メタノールを収容した前記薬液タンクに取り付け、水中に垂下させ、先端形態を開口部とした配管の浮体上域に流量調整可能な定量ポンプを配設し、
前記太陽電池と接続された前記制御装置が、前記太陽電池から供給される電力に応じて、前記ポンプ及び定量ポンプの作動を制御することを特徴とする自走式水質浄化装置。
前記浮体上に、太陽電池及び制御装置と接続した蓄電池を設置し、前記太陽電池から前記ポンプ、前記定量ポンプに供給される電力を、
前記制御装置で、前記蓄電池が充電完了でない場合は、前記太陽電池からの電力を前記蓄電池に充電して前記蓄電池から電力を供給するように制御し、前記蓄電池が充電完了の場合は、前記太陽電池からの電力を前記蓄電池を介さずに供給するように制御することを特徴とする請求項１に記載の自走式水質浄化装置。