JPH1147785A - 湖沼、池等の浄化方法及び浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アオコ等の植物プランクトンを含む湖沼、池
等の生態環境を破壊することなく、効率的に浄化できる
湖沼、池等の水の浄化方法及び浄化装置を提供する。 【解決手段】 湖沼、池１等から揚水ポンプ２で汲み上
げた植物プランクトンを含む被処理水をオリフィス４を
通過させる。これにより生じるキャビテーションを被処
理水中の植物プランクトンに作用させ、植物プランクト
ンの増殖能力の失活を図る。オリフィス４によるキャビ
テーション作動を実施した水は、空気を混入させる空気
混入装置５を通って空気が混入され、その比重が小さく
なり噴水落下水は貯水池表面を移行し、遠方へ移動し、
湖沼、池等の植物プランクトンを含む水は万遍なく処理
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は湖沼、池等の閉鎖水
域の水の浄化方法及び浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】湖沼、池、河口堰等の閉鎖水域では、水
の滞留や大量に流入するリンや窒素が原因となって富栄
養化が起こり、アオコ等の植物プランクトンが異常繁殖
して水質の汚濁が進行する。

【０００３】従来、アオコ等の植物プランクトンが異常
繁殖した湖沼、池等の水は、凝集ろ過手段によって集積
除去したり、硫酸銅や塩素等の殺藻剤を使って植物プラ
ンクトンを死滅させたり、あるいは紫外線照射によって
植物プランクトンの増殖機能を失活させたりする浄化方
法が提案され、実施されている。

【０００４】その他の従来技術の例（原理図）を図８に
示す。図８において、１２はポンプ船と称され、植物プ
ランクトン及び溶存酸素（ＤＯと略記）の豊富な表層水
をポンプ１３で吸込み、送水管２２にて無光層（図中Ｂ
の領域）まで送り吐出口２３から放出させる。

【０００５】無光層Ｂと有光層（図中Ａの領域）の境界
は温度躍層２８と称され水の密度差が存在する。このた
め、無光層Ｂへ送り込まれた表層水は無光層Ｂの密度が
大きい水と混合して、多少無光層Ｂに留まり、プランク
トン増殖を抑制する作用がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来技術の、凝集ろ過
法によって植物プランクトンを集積除去する方法では、
湖沼、池等の膨大な水域の全域に同時的な浄化を期待す
ることは難しく極めて効率が悪いという問題がある。

【０００７】また、殺藻剤を使った浄化方法では、その
毒性による自然生態系の破壊や二次的水質汚濁問題に波
及し、根本的な環境浄化対策とはならない。また、紫外
線照射による方法の場合は、設備費とそれの保守管理に
労力を要し、経済性の面で問題が多い。

【０００８】また、図８に示したようにポンプ船を用い
た水質浄化装置の場合、植物プランクトンは有光層の２
〜３ｍ水深の間に生存しているため、固定されたポンプ
取水口１６では効率が悪い。また、この水質浄化装置に
よる場合は流れが一方向であり、単に表層水を無光層へ
送り込むのみで効果が少い。

【０００９】本発明は上述のような実状に鑑みてなされ
たもので、アオコ等の植物プランクトンを含む湖沼、池
等の生態環境を破壊することなく、効率的に浄化できる
湖沼、池等の水の浄化方法及び浄化装置を提供すること
を課題としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、次の技術的手段を講ずる。即ち、本発明
は、湖沼、池等から汲み上げた植物プランクトンを含む
被処理水をオリフィスやジェットノズルを通過させるこ
とにより生じるキャビテーションに植物プランクトンを
作用させ、それら植物プランクトンの増殖能力の失活を
図る浄化方法を採用する。

【００１１】本発明のこの浄化方法によれば、植物プラ
ンクトンを含む水がオリフィスやジェットノズルを通過
するときに、強い渦キャビテーションが作用するため、
植物プランクトンの細胞が破壊されやがて死滅する。

【００１２】また、前記課題を解決するため、本発明
は、湖沼、池等から汲み上げた植物プランクトンを含む
水にキャビテーションを印加できるオリフィスやジェッ
トノズルが装着されさらにキャビテーション作動を実施
した水に空気が混入させる機構が付加されている浄化装
置を採用する。

【００１３】このような構成を有する本発明の浄化装置
によれば、そのオリフィスやジェットノズルを通過する
ときのキャビテーション作用で植物プランクトンの細胞
が破壊されるとともに、キャビテーションを受けた水は
空気が混入することによりその比重が小さくなり、貯水
池表面を移行し、遠方へ移動する。従って、本装置によ
れば湖沼、池等の水に対し万遍なくキャビテーション作
動を加え効率的、効果的に植物プランクトンの発生抑制
が可能となる。

【００１４】本発明のこの浄化装置においてオリフィス
を複数段に設けた構成を採用すると激しいキャビテーシ
ョンが発生され植物プランクトンの増殖能力を効果的に
失活させることができるので好ましい。

【００１５】すなわち、複数段のオリフィスを設ける
と、先行するオリフィスでは比較的小規模のキャビテー
ションが発生し、これが崩壊して生成した微細気泡が後
続のオリフィスにおけるキャビテーション気泡核となり
後続のオリフィスでは極めて激しいキャビテーションが
発生し植物プランクトンに対し効果的にダメージを与え
るのである。

【００１６】また、本発明の浄化装置において前記した
オリフィスの上流側に曝気装置を設けるのも植物プラン
クトンを失活させる上で大きな効果がある。すなわち、
曝気装置で被処理水は微細な気泡を含む水となるが、被
処理水中に含まれている極微量のタンパク質や洗剤等の
働きでその微細な気泡に植物プランクトンが吸着され
る。

【００１７】このように植物プランクトンが吸着された
微細気泡を含む水がオリフィスで圧力低下されるとその
微細気泡を核とするキャビテーションが激しく発生し、
そのキャビテーション気泡崩壊に伴なう衝撃波で植物プ
ランクトンはダメージを受け増殖能力を効果的に失活さ
せうるのである。

【００１８】更にまた、本発明は前記課題を解決するた
め、湖沼、池等の水をジェットポンプ状に噴出させるこ
とにより生じるキャビテーションの作用と表層水の循環
による水温低下の併用効果で植物プランクトンの増殖能
力の失活を図る浄化方法を採用する。

【００１９】この浄化方法によれば、植物プランクトン
を含む水がオリフィスやジェットノズルを通過するとき
に植物プランクトンに作用する強いキャビテーションに
よって植物プランクトンの細胞が破壊されることに加
え、水温成層を形成している湖沼や池等の水中で水をジ
ェット気流状に噴射させることにより生ずる循環作用に
より、底層の冷水を上昇させ、表層の水温を下げること
により植物プランクトンの増殖環境を悪化させて植物プ
ランクトンの増殖速度を低下させる。

【００２０】このようにキャビテーションの作用と、湖
沼、池等における表層水の循環による水温低下による浄
化方法は、湖沼、池等から汲み上げた植物プランクトン
を含む水にキャビテーションを印加させると共に表層循
環を行わせるジェットポンプを装置した浄化装置を湖沼
や池等に置いて効果的に実施することができる。

【００２１】本発明は、また、前記課題を解決するた
め、 湖沼、池等からポンプで汲み上げた植物プランク
トンを含む水を、キャビテーションを生ぜしめるオリフ
ィスやジェットノズルを通過させて無光層内に送り出す
ようにした湖沼、池等の浄化装置において、前記ポンプ
の取水口の位置が水深方向に可変に構成されていると共
にその吐出口は無光層に位置されており、かつ、前記ポ
ンプは正転、逆転可能なポンプ水車で構成した湖沼、池
等の浄化装置を提供する。

【００２２】このように構成した浄化装置によれば、湖
沼や池等でポンプの取水口の位置を植物プランクトンが
豊富なところに置いて取水し、それをオリフィスやジェ
ットノズルを通過させ、発生されるキャビテーションに
よって取水中の植物プランクトンを減殺しその増殖を抑
えることができる。

【００２３】また、ポンプは正，逆転可能なポンプ水車
を用いているので正転時に上記作用を行わせる一方で、
逆転させることによって無光層の水を表層へ汲み上げ
る。ダム湖、湖沼の無光層で貧酸素の状態となっている
場合にポンプを逆転運転して無光層の水を汲み上げるこ
とにより無光層の水の循環が生じ、無光層（主として底
層部）の貧酸素状況を改善して水質浄化効果が期待でき
る。

【００２４】この浄化装置において、前記ポンプの送水
管に、流れ方向の切替え弁を介して噴水発生ノズルと無
光層に位置された前記吐出口をもつ下降送水管とが接続
された構成を採用すると、噴水機能及び有光層と無光層
との間の送水機能の両方を持たすことができる。

【００２５】例えば日中は植物プランクトンがキャビテ
ーションにより減殺された水を噴水として放水し、植物
プランクトンの増殖の抑制効果を加速する。一方、夜間
には切替え弁を切替え、植物プランクトンが減殺された
水と更にキャビテーション発生に伴う気泡流を同時に無
光層へ送り込み、植物プランクトンの増殖抑制と合わせ
て無光層へＤＯが供給され、無光層での貧酸素状態の回
復も可能となる。

【００２６】更にまた、本発明の浄化装置において、湖
沼、池等の水中の植物プランクトンを検出する植物プラ
ンクトン感知センサを設け、同センサの検出信号により
ポンプ取水口の水深位置を変えるようにするのも好まし
い構成である。

【００２７】このように植物プランクトン感知センサを
水中に設置することで植物プランクトンの生息密度の高
い水深を知り、ポンプ取水口の水深位置をプランクトン
感知センサと連動させることにより、植物プランクトン
の生息密度の高い水深から効率的な取水が可能となる。

【００２８】以上のように、本発明の浄化方法及び浄化
装置によれば、湖沼や池等植物プランクトンを含む水を
循環しながら、これらキャビテーションの印加をくり返
し行うことで、水域全体の浄化効果を行わせることがで
きる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明による湖沼、池等の
浄化方法及び浄化装置の実施の形態を添付図面により具
体的に説明する。

【００３０】（第１実施形態）まず、図１により第１実
施形態について説明する。図１において、１はアオコ等
の植物プランクトンを含む湖沼又は池（＝被処理水）、
２は前記被処理水を汲み上げるポンプ、３は送水配管、
４はオリフィス、５は空気混入装置、６は噴水船であ
る。

【００３１】湖沼又は池１からポンプ２により汲み上げ
たアオコ等の植物プランクトンを含む水は、送水配管３
の途中に設けたオリフィス４を通過するとき、高流速化
によって発生する渦キャビテーションの作用を受けプラ
ンクトン細胞の破壊により、植物プランクトンは増殖能
力が失活する。さらにキャビテーションを受けた水は空
気混入装置５を通過するときに空気が混入することによ
りその比重が小さくなり、噴水落下水が貯水池表面を移
行し、遠方へ移動する。

【００３２】このことにより、植物プランクトンが存在
する貯水池表層の水を連続して、吸込む場合に、先にキ
ャビテーション作動した水を重複して吸い込んで、くり
返してキャビテーション作動を加えることを防止するこ
とが可能となり、より効率的、効果的にプランクトン発
生抑制が可能となる。

【００３３】このように、植物プランクトンを不活性化
させる効果のある噴水船の稼働により植物プランクトン
の減量を図り、湖沼、池等の継続的浄化を進めることが
できる。

【００３４】（第２実施形態）次に、図２、図３によ
り、第２実施形態について説明する。図２において、図
１に示した第１実施形態による浄化装置と同じ構成部分
には同じ符号を付してあり重複する説明を省略する。

【００３５】図２において、１０は送水配管３に設けら
れたキャビテーション発生装置で、図３にその拡大図を
示してあるように同一管路軸上に複数段のオリフィス４
−１と４−２を有している。送水配管３を流れてきた植
物プランクトンを含む水（被処理水）に対して、まずオ
リフィス４−１で比較的小規模のキャビテーションを発
生させる。

【００３６】このキャビテーションによる気泡が下流側
で崩壊した後に生成された微細気泡は、下流側オリフィ
ス４−２の有効なキャビテーション気泡核になり、オリ
フィス４−２では上流側に何もない状態よりも、桁違い
に衝撃圧発生頻度の高い激しいキャビテーションが発生
する。この激しいキャビテーション衝撃圧により、植物
プランクトンの細胞は破壊またはダメージを受け、効率
よく増殖能力を失活させることができる。

【００３７】なお、図２の下流側オリフィス４−２は管
路中心上に流路穴があり、キャビテーション気泡崩壊は
送水配管３の下流管路中心軸付近で起こるため、管壁面
近傍における壊食作用は発生しない。

【００３８】（第３実施形態）次に、図４、図５によ
り、第３実施形態について説明する。図４において図１
に示した第１実施形態による浄化装置と同じ構成部分に
は同じ符号を付してあり、重複する説明を省略する。図
４において、キャビテーション発生装置１０は図５にそ
の拡大図を示してあるようにオリフィス４の上流に曝気
装置１１−１と曝気水槽１１−２を設けてある。このよ
うに構成された図４の装置において、送水配管３を流れ
てきた被処理水は、曝気水槽１１−２内で曝気され、微
細な気泡を含む水となる。液中の微細な気泡は、液に極
微量のタンパク質や洗剤などが含まれると、多数の植物
プランクトンが吸着される。その後、オリフィス４で急
激な圧力低下が起こり、この微細気泡が核となり、キャ
ビテーションが爆発的に発生する。こうして下流におい
て、このキャビテーションの気泡崩壊に伴う衝撃圧が発
生し、植物プランクトンの細胞は破壊またはダメージを
受け、増殖能力は失活する。

【００３９】なお、オリフィス４は管路中心上に流路穴
があり、キャビテーション気泡崩壊は送水配管３の下流
管路中心軸付近で起こるため、管壁面近傍における壊食
作用は発生しない。

【００４０】（第４実施形態）次に、図６により、第４
実施形態について説明する。図６において、図１に示し
た第１実施形態による浄化装置と同じ構成部分には同じ
符号を付してある。図６に示す装置において、図１に示
した装置と異なるところは、ポンプ２によって汲み上げ
た被処理水は送水配管３の途中に設けた三方バルブ７の
切替えにより排出水管８に導水され管端に設けたジェッ
トノズル９から被処理を噴射するようになっている。

【００４１】この第４実施形態において、ジェットノズ
ル９に導入された植物プランクトンを含む被処理水は、
そこで発生する強力なキャビテーションの作用を受け、
細胞が破壊され増殖能が失活する。さらにジェット気流
による表層水の循環作用で水温が低下し、それによる植
物プランクトンの増殖性能低下が図れる。

【００４２】（第５実施形態）次に、図７により第５実
施形態について説明する。図７は水質が悪化する夏場の
状況を示しており図中のＡは有光層を、Ｂは無光層を示
す。ＡとＢの境界は温度躍層２８と称され密度の異なる
水が接している。湖沼又は池１上の浮体１２の中に低圧
ポンプ１３が設置されており、ポンプ取水口１６は位置
が水深方向に可変できる取水口位置可変機構１５を有し
ている。

【００４３】２７は、水中に配置された植物プランクト
ン感知センサで、この感知センサ２７によって植物プラ
ンクトンの生息水深を検知する。この植物プランクトン
感知センサ２７の信号に連動して取水口位置可変機構１
５が動作され、ポンプ取水口１６の水深位置が決められ
る。

【００４４】ホンプ送水管１４中にキャビテーション発
生用ノズル１９が設置されており、キャビテーション気
泡２０を発生する。高圧ポンプ１７により吸込み管１８
を通して吸込まれた水はキャビテーション発生用ノズル
１９に送られる。二方向切替え弁２１により無光層Ｂへ
の下降送水管２２と噴水用送水管２４に通路が切替え可
能となっている。

【００４５】下降送水管２２の吐出口２３は無光層Ｂの
中に設置される。通常有光層Ａの水深は２〜５ｍと言わ
れている。下降送水管２４の先は先細ノズル２５となっ
ており二方向切替え弁２１を図３の（ｂ）の状態に切替
えたときは低圧ポンプ１３を出てキャビテーション発生
用ノズル１９を経た水は噴水２６として放水される。

【００４６】

【発明の効果】本発明では、前述のように湖沼、池等か
ら汲み上げた植物プランクトンを含む被処理水をオリフ
ィスやジェットノズルを通過させることにより生じるキ
ャビテーションによるプランクトン細胞の破壊で植物プ
ランクトンの増殖能力を失活させる。

【００４７】また、本発明の浄化装置において、オリフ
ィスを複数段設けたもの、またはオリフィスの上流側に
曝気装置を設けた構成とすることにより、激しいキャビ
テーションを発生させて植物プランクトンの増殖能力を
効果的に失活させることができるものとなる。

【００４８】また、本発明の方法では水中でジェットノ
ズルから水を噴射させることによるキャビテーションの
作用と表層水の循環による水温低下の併用効果で植物プ
ランクトンの増殖能力の失活を図るものである。従っ
て、本発明の浄化方法では継続的な使用でも、自然生態
系を破壊することなく、湖沼、池等の閉鎖水域の水質浄
化を進めることが可能である。

【００４９】また、本発明による装置は、オリフィスと
ジェットノズルあるいはジェットポンプを船舶等に備え
た装置であるから、簡単でかつ経済的に製作可能であ
る。また、エアレーションによる浄化効果も期待でき
る。

【００５０】更に、本発明の浄化装置においてポンプの
取水口の位置を水深方向に可変とし、かつそのポンプを
正逆転可能なポンプ水車として構成したものでは、植物
プランクトンの生息する水深位置で取水しその植物プラ
ンクトンをキャビテーション流により減殺して無光層へ
送り込み植物プランクトンの増殖を抑制することができ
る。

【００５１】この場合、ポンプの送水管に流れ方向の切
替え弁を介して噴水発生ノズルと下降送水管とを接続し
た構成としたものでは、キャビテーション流により植物
プランクトンが減殺した水を噴水として放水、または無
光層へ送り込むことにより植物プランクトンの増殖抑制
効果を増加できる。

【００５２】更に、本発明の浄化装置において、植物プ
ランクトン感知センサを設けその信号によってポンプの
取水口水深位置を変えるように構成したものでは、植物
プランクトンが高密度に生息している水深から効率的に
取水可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による湖沼、池等の浄化
方法及び装置を示す説明図。

【図２】本発明の第２実施形態による湖沼、池等の浄化
方法及び装置を示す説明図。

【図３】図２に示されたキャビテーション発生装置の拡
大図。

【図４】本発明の第３実施形態による湖沼、池等の浄化
方法及び装置を示す説明図。

【図５】図４に示されたキャビテーション発生装置の拡
大図。

【図６】本発明の第４実施形態による湖沼、池等の浄化
装置を示す説明図。

【図７】本発明の第５実施形態による湖沼、池等の浄化
装置を示す説明図。

【図８】ポンプ船を用いた従来の浄化技術の例を示す説
明図。

【符号の説明】

１ 湖沼又は池（＝被処理水） ２ 揚水ポンプ ３ 送水配管 ４ オリフィス ４−１ オリフィス ４−２ オリフィス ５ 空気混入装置 ６ 噴水船 ７ 三方バルブ ８ 排出水管 ９ ジェットノズル １０ キャビテーション発生装置 １１−１ 曝気装置 １１−２ 曝気水槽 １２ 浮体 １３ 低圧ポンプ １４ ポンプ送水管 １５ 取水口位置可変機構 １６ ポンプ取水口 １７ 高圧ポンプ １８ 吸込管 １９ キャビテーション発生用ノズル ２０ キャビテーション気泡 ２１ 二方向切替え弁 ２２ 下降送水管 ２３ 吐出口 ２４ 噴水用送水管 ２５ 先細ノズル ２６ 噴水 ２７ 植物プランクトン感知センサ ２８ 温度躍層 Ａ 有光層 Ｂ 無光層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高見 英明 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 縄田 秀夫 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 市岡 丈彦 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 塩地 則夫 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 小川 尚樹 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 小松 由尚 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 坂田 英之 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 湖沼、池等から汲み上げた植物プランク
   トンを含む被処理水をオリフィスやジェットノズルを通
   過させることにより生じるキャビテーションに作用さ
   せ、植物プランクトンの増殖能力の失活を図ることを特
   徴とする湖沼、池等の浄化方法。
2. 【請求項２】 湖沼、池等から汲み上げた植物プランク
   トンを含む水にキャビテーションを生ぜしめるオリフィ
   スやジェットノズルが装着され、さらにキャビテーショ
   ン作動を実施した水に空気を混入させる機構が付加され
   ていることを特徴とする湖沼、池等の浄化装置。
3. 【請求項３】 前記オリフィスを複数段に設けてなる請
   求項２記載の湖沼、池等の浄化装置。
4. 【請求項４】 前記オリフィスの上流側に曝気装置を設
   けてなる請求項２記載の湖沼、池等の浄化装置。
5. 【請求項５】 湖沼、池等の水をジェットポンプ状に噴
   射させることにより生じるキャビテーションの作用と表
   層水の循環による水温低下の併用効果で植物プランクト
   ンの増殖能力の失活を図ることを特徴とする湖沼、池等
   の浄化方法。
6. 【請求項６】 湖沼、池等から汲み上げた植物プランク
   トンを含む水にキャビテーションを印加させると共に表
   層循環を行わせるジェットポンプが装置されていること
   を特徴とする湖沼、池等の浄化装置。
7. 【請求項７】 湖沼、池等からポンプで汲み上げた植物
   プラントを含む水を、キャビテーションを生ぜしめるオ
   リフィスやジェットノズルに通過させて無光層内に送り
   出すようにした湖沼、池等の浄化装置において、前記ポ
   ンプの取水口の位置が水深方向に可変に構成されている
   と共にその吐出口は無光層に位置されており、かつ、前
   記ポンプは正転、逆転可能なポンプ水車であることを特
   徴とする湖沼、池等の浄化装置。
8. 【請求項８】 前記ポンプの送水管には、流れ方向の切
   替え弁を介して、噴水発生ノズルと無光層に位置された
   前記吐出口をもつ下降送水管とが接続されている請求項
   ７の湖沼、池等の浄化装置。
9. 【請求項９】 湖沼、池等の水中の植物プランクトンを
   検出する植物プランクトン感知センサを設け、同センサ
   の検出信号により前記取水口の水深位置を変えるように
   構成した請求項７又は８の湖沼、池等の浄化装置。