WO2016098711A1 - 浄化システムおよびそれを用いた浄化方法、および、藻類増殖抑制方法、および水流発生装置、および浄化装置 - Google Patents

Abstract

湖沼等の富栄養化を解消し、アオコ等の微細藻類の繁殖により水質の悪化した水系を浄化し、持続的に微細藻類の繁殖を抑制する根本的な解決手段を提示するためになされた発明であり、本発明に係る浄化システムは、微細藻類の繁殖により水質の悪化した水系を浄化するシステムであって、水流発生手段と、発酵菌を投与する藻類凝集分解手段とを備え、あるいは、水流発生手段と、硫化水素を取り込む光合成細菌を投与する藻類二次分解手段とを備えたものである。

Description

浄化システムおよびそれを用いた浄化方法、および、藻類増殖抑制方法、および水流発生装置、および浄化装置

　本発明は、アオコ（青粉）等の微細藻類の繁殖により水質の悪化した水系を浄化する浄化システム、および微細藻類の増殖を抑制するための方法に関するものである。また、それらを助長する水流発生装置、および浄化装置に関するものである。

　近年、経済発展に伴う富栄養化や、大規模開発に伴う生態系変化により、多くの湖沼等においてアオコが大量発生している。アオコとは、主に浮遊性藍藻である微細藻類であり、水面を覆い尽くすほどに大発生し、湖沼等の生態系に大きな悪影響を及ぼしている。

　水面をアオコが覆うことで日照が遮断され、他の水生植物は光合成ができずに死滅する。水生植物は魚類の産卵や稚魚の成育場所としての役割を持つため、水生植物が死滅すると、生態系に壊滅的な打撃を与えることになる。さらに、夜間においては、アオコが酸素呼吸をすることで、水中の溶存酸素が消費され、魚類などの動物が酸欠により死滅する。

　また、生態系だけではなく、人間の生活にも影響を与える。
　例えば、湖沼等を取水源として利用する場合には、水道水の異臭・異味の原因となり、さらには人や家畜への健康被害の要因ともなる。
　観光地や寺社等において、湖沼等を観光資源として利用する場合にも、大きな問題が生じる。景観の悪化だけでは無く、大量のアオコの腐敗臭もイメージダウンに繋がり、もちろん、近隣住民への公害ともなる。

　また、昨今では、水系施設を設けるニュータウンや大型商業施設も多くみられるが、やはり、アオコ被害により、その長期的な維持管理が困難になっている。

　このようなアオコ被害を解決するため、様々な対策が施されている。
　例えば、湖沼等の水をすべて汲み上げ、アオコをフィルタリングした後に水を湖沼等に戻す方法や、超音波を用いてアオコを破壊するといった方法が用いられている。あるいは、殺藻剤を散布したり、オゾン等を用いた処理も用いられている。
　また、土着の好気性微生物を活性化させて、食物連鎖による自浄作用を助長するために、水中ポンプを用いて酸素を水中に効率良く供給する曝気装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２００４－６６０１２

　上記に示した各対策はアオコを一時的に減少させる効果はあるものの、問題を根本的に解決する対策では無く、対処療法の域を出なかった。
　また、汲み上げ処理は非常に多大なコストを要するという課題もあった。殺藻剤散布等の化学的処理は、水系環境への悪影響も無視できなかった。

　本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、湖沼等の富栄養化を解消し、アオコ等の微細藻類の繁殖により水質の悪化した水系を浄化し、持続的に微細藻類の繁殖を抑制する根本的な解決手段を提示するものである。

　本発明に係る浄化システムは、微細藻類の繁殖により水質の悪化した水系を浄化するものであって、水流発生手段と、発酵菌を用いた藻類凝集分解手段とを備えたものである。

　本発明に係る浄化システムは、微細藻類の繁殖により水質の悪化した水系を浄化するものであって、水流発生手段と、硫化水素を取り込む光合成細菌を投与する藻類二次分解手段とを備えたものである。

　本発明に係る浄化方法は、水質の悪化した水系を浄化する方法であって、水流発生工程と、発酵菌を投与する藻類凝集分解工程とを備えたものである。

　本発明に係る浄化方法は、水質の悪化した水系を浄化する方法であって、水流発生工程と、光合成細菌を投与する藻類二次分解工程とを備えたものである。

　本発明に係る藻類増殖抑制方法は、閉鎖型水系または河川等の水の淀んだ個所において、水中に水流を生じさせ、微細藻類の増殖を抑制するものである。

　本発明に係る水流発生装置は、藻類増殖抑制のために用いるものであって、水中ポンプと、吸入管と、排水管と、排水管に接続された回転水流生成部とを備えたものである。

　本発明に係る水流発生装置は、藻類増殖抑制のために用いるものであって、水中ポンプと、吸入管と、排水管と、吸入管に接続された空気導入管とを備えたものである。

　本発明に係る浄化装置は、微細藻類により水質の悪化した水系を浄化するものであって、芯部と、上記芯部の周りに配置された倍基に定着させた光合成細菌と、上記倍基に定着させた光合成細菌を包囲する内部ネットと、上記内部ネットの周りに配置された抗菌性を有する植物由来素材と、上記抗菌性を有する植物由来素材を包囲する外部ネットとを備えたものである。

　本発明に係る浄化システムは、自然界の持つ自浄システムを十分に勘案し、自浄作用を助長することで、自浄作用を最大限に活性化させるものである。そのため、水系の富栄養化を解消かつ防止し、継続的な浄化を可能としている。そして、水系やその周囲環境に負荷を与えることなく、無理なく自然な形で浄化が行える。また、浄化システムを設置するコストや、それを維持管理するコストを抑えることができる。

本発明に係る浄化システムの構成を説明するためのブロック図である。 本発明に係る浄化システムに用いる水流発生手段の一例である。 浄化システムに用いる水流発生手段の別の一例である。 浄化システムに用いる水流発生手段のさらに別の一例である。 本考案に係る浄化システムを用いて浄化を行った池の浄化開始時の写真である。 本考案に係る浄化システムを用いて浄化を行った池の浄化後の写真である。 本考案に係る浄化システムを用いて浄化を行った池の浄化後の局部拡大写真である。 本考案の実施の形態２に係る浄化装置の構成を説明するための図である。 本考案の実施の形態２に係る浄化装置の使用方法を説明するための図である。

　実施の形態１．
　本発明に係る浄化システムに関して、以下において説明する。なお、以下の説明は本発明に関する良好な一例を開示するものであり、本発明が当該実施の形態に限定されるものではない。

　本発明に係る浄化システムは、湖沼や池、あるいは、ニュータウンや大型商業施設に設けられた人工の水系施設等の閉鎖型水系に適用可能である。その他にも、ほとんど流れの無い河川といった水系にも適用でき、また、流れがある河川であっても、局所的に水の淀んでいる個所にも適用できる。このような様々な水系において、アオコ等の微細藻類の繁殖による水質悪化を解消し、あるいは、水質悪化を半恒久的に予防するものである。

＜浄化システムの構成＞
　本発明に係るる浄化システムの構成を図１を用いて説明する。図１は、浄化システム１の構成を説明するためのブロック図である。
　浄化システム１は、水流発生手段２、藻類凝集分解手段３、および藻類二次分解手段４を有し、さらに、培養手段５等を有する。以下、各手段の詳細について説明する。

＜水流発生手段＞
　水流発生手段２は、浄化を行う水系に水の流れを発生させる手段である。
　例えば、水中ポンプを用いて、単純に水平方向に流れを生じさせても良いし、水面上から導いた空気を混入させた水流を生じさせても良い。
　水流を生じさせる目的は主に２つあり、以下に順に説明する。

　第一に、微細藻類に水圧を与えるためである。この水圧は、大きな水圧である必要は無く、静かな流れであっても良い。本発明における重要な発見は、小さな水圧であっても、微細藻類に水圧を与えることで、微細藻類の分裂増殖を抑制できることを見出したことにある。微細藻類の分裂増殖を抑えることができれば、数日の内に微細藻類は大きく減少し、やがて死滅する。

　第二に、水系内における水の循環を促進することで、酸素が欠乏した水深の深い領域に酸素を送り込み、浄化機能を有する有用細菌の活動を活発化させることができる。空気を混入させた水流を用いることは、より多くの酸素を水中に導入できるため、さらに有効である。

　水流発生手段２は上述の２つの目的を満たすものであれば良いが、特に、図２に示す構成が望ましい。図２は、浄化システムに用いる水流発生手段の一例を示しており、水流発生手段２ａは、水中ポンプ２１、水中ポンプ２１の吸入側に接続された吸入管２２、排出側に接続された排出管２３から構成されている。排出管２３には、一つまたは複数の噴上げ部２３ａが上方に向けて設けられている。

　図２において、吸入管２２の左端から吸入された水系の水は、噴上げ部２３ａから略鉛直上方に向かって噴出される。噴出された水流２４は、水面を越えて噴き上がり、水面に落下する。この落下により、水面には同心円状に波紋が広がっていく。水深に応じて、水面を越えて噴き上がった水流の高さｈを調整してやれば、この波紋に応じた水の流れと落下の際に発生している水撃振動は、水面付近だけではなく、水底付近にまで生じる。

　このような水の流れと水撃振動は緩やかなものであるが、水面あるいは水中に存在する微細藻類に断続的な圧力を与えることで、微細藻類の分裂増殖を抑制することができる。波紋は水平方向の全方位に広がるため、水系の広い面積に渡って、微細藻類の分裂増殖を効率的に抑制することができる。
　水流発生手段２ａにおける重要な点は、噴水のように水流を広範囲に広げるのではなく、ほぼ鉛直上方に真っ直ぐに噴き上げることである。噴き上がった水流が略垂直に水面に向かって強く落下することで発生する水撃振動と同心円状に広がる波紋は、水面付近だけでは無く、水中に浮遊する微細藻類にも作用し、増殖を抑制することができる。また、落下時に発生する水撃圧により微細藻類を死滅させる効果もある。
　なお、水中から噴き上げるのではなく、水系の上方より水を自由落下させても良い。この場合も、落下させる水は拡散して散布するのではなく、出来るだけ収束して一塊の水流を落下させることが望ましい。
　以上のように、収束した水流を水面に落下させ、そこから略同心円状に広がる波動（水撃振動）により微細藻類の繁殖を効果的に抑制することができる。
　水流による水撃振動発生の目安としては、水深が１ｍまでで表面積が２００平方ｍ程度、水量にすると２００立方ｍ程度の水系において、毎分で約１００Ｌ以上の水流を、口径２ｃｍ程度の筒形状の管から、概ね鉛直方向に約５ｃｍ以上は吹き上げ、その水流が水塊として水面に自由落下するレベルのものが必要である。管の数は、上記のような水系においては、３口程度、あるいはそれ以上が望ましい。

　また、水流発生手段２としては、水流に気泡を含むものであってもよい。気泡は、水中ポンプを出た水流に合流させるように加え、水流と共に噴出するようにすれば良い。
　気泡を加えることで、水中に多量の酸素を送り込むことができ、酸素が欠乏しやすい水底付近にも十分な酸素濃度を与えることができる。また、気泡が破裂する衝撃で、微細藻類の細胞膜を破壊する効果もある。

　気泡としては、非常な細かなマイクロバブルを用いても良い。マイクロバブルを用いた場合、上述の効果に加えて、気泡が長時間水中に滞留し、水面に泡が生じにくく、水系の景観に影響を与えないまま、溶存酸素濃度を飛躍的に向上させる利点も生じる。

　さらに、図３に示すような回転流を生じる水流発生手段２ｂを用いても良い。水流発生手段２ｂは、水中ポンプ２１、水中ポンプ２１の吸入側に接続された吸入管２２、排出側に接続された排出管２５、排出管２５から噴射される水流を回転水流に変換する回転水流生成管２６からなる。回転水流生成管２６には、回転水流生成部２６ａが設けられている。回転水流生成部２６ａは、大きな径の中空状の円錐と、その内部に設けられた小さな径の円錐からなり、水流は、その間を通過する。

　排出管２５から噴射される水流は、斜め方向から角度を持って、回転水流生成管２６内に噴射され、回転水流生成部２６ａで回転水流になって噴出される。回転水流生成管２６の噴出部には、ストッパー２６ｂが設けられている。

　回転水流生成部２６ａでは、入水部から噴出部にむけて水流の回転半径が徐々に小さくなるため、噴出部においては、非常に回転スピードの速い水流となり、ストッパー２６ｂに衝突する。
　吸入管２２にからは、水系の水だけでは無く、微細藻類も吸入する。吸入された微細藻類は、非常に回転スピードの速い水流と共にストッパー２６ｂに衝突することで、細胞膜は完全に破砕される。あるいは、衝突以前において、非常に回転スピードの速い水流中において、遠心力にて細胞膜は破壊される。
　このように、水流発生手段２ｂは、水の流れを生じさせるだけでは無く、微細藻類の細胞膜を確実に破砕するという利点も有する。

　また、水上より空気を導入する空気導入管２７を設けても良い。空気導入管２７を設けることで、多量の酸素を水中に供給できる。

　図４は、さらに別の水流発生手段２ｃの構成を示している。モータ部２１ａとファン２１ｂとで水中ポンプ部を構成し、この水中ポンプ部は、吸入管２２と排出管２３の交差する個所に設けられる。微細藻類を含んだ水流は、白抜き矢印で示すように、吸入管２２から排出管２３へと流れる。空気導入管２７は、吸入管２２に挿入され、排気口２７ａより吸入管２２に空気が導入される。

　導入された空気は、水流に混じった状態で、回転するファン２１ｂに吸引される。空気が混じった水流は、ファン２１の回転により細かな気泡が生じ、そしてその気泡が壊れるが、この際に生じる衝撃により、微細藻類の細胞膜が破壊される。
　このように、水流発生手段２ｃは、外部に水流を生じさせると同時に、内部において、微細藻類の細胞膜を破壊するという効果も併せ持っている。これは、水中ポンプ部の吸入側に空気導入部である排気口２７ａを設けたことによる効果である。

＜藻類凝集分解手段＞
　次に、藻類凝集分解手段３について説明する。
　藻類凝集分解手段３は、納豆菌等の枯草菌、酵母菌、乳酸菌といった発酵菌を水中に散布する手段である。こういった発酵菌は、多くの微細藻類を凝集させ、さらに、微細藻類を構成するタンパク質を分解し、凝集した有機物とする働きを持つ。

　上述のように、藻類凝集分解手段３は、多くの微細藻類を凝集させることで、比重を大きくし、水底に沈下させるという重要な働きを持つ。水面や水面近くに浮遊する微細藻類を水底に沈下させることで、水底まで日光が導入できるので、水底で働く有用細菌を活性化させることができる。そして、凝集した有機物は水底に沈下するので、これらの有用細菌と接触する機会が増加し、さらに効率的に分解を進めることができる。
　また、発酵菌は静菌作用も有するため、腐敗菌等の有害細菌を死滅させたり、減少させることができる。

　水底において働く有用細菌としては、たんぱく質を分解する好気性の細菌とともに、嫌気性の光合成細菌も重要な働きを持つ。光合成細菌は、日照により活性化し、凝集した有機物を、二酸化炭素、窒素や酸素といった気体レベルにまで最終的に分解（二次分解）する。また、有害な硫化水素を取り込んでエネルギー源として増殖する。

＜藻類二次分解手段＞
　ただし、微細藻類に水面を覆われていた水系においては、日照を得られない光合成細菌は既に死滅していたり、数が極端に減少していたりすることがあり、そのような場合には、藻類二次分解手段４が必要となる。
　藻類二次分解手段４は、光合成細菌を水系に散布する手段である。光合成細菌は、硫化水素などを取り込んで増殖する真正細菌であり、シアノバクテリア、紅色硫黄細菌、緑色硫黄細菌、ヘリオバクテリア等の細菌である。

　＜必要な全体工程＞
　以上に説明したように、本発明に係る浄化システム１は、水流発生手段２、藻類凝集分解手段３、および藻類二次分解手段４から主に構成されるが、これらのすべての手段が必ずしも必要なわけではない。

　これら３つの手段において、不可欠な手段は水流発生手段２である。水流発生手段２により、水系全体に適度な水の流れを形成することができれば、微細藻類の増殖を抑制し、数日中に微細藻類の数を大きく減少させることができる。そして、微細藻類の数を大きく減少させることで、水中の酸素濃度を高め、また、水底まで日照が届くようにできるため、水系に生育する有用細菌の働きを取戻し、微細藻類を分解させることで、水系の富栄養化を抑制し、再び、微細藻類の増殖が生じない環境を得ることができる。
　ただし、複雑な形状を有し、岩等が置かれた水系、あるいは広大な水系においては、水系全体に適度な水の流れを形成することが困難な場合が多い。このような水系であっても、図２に示すような、鉛直方向に水流を噴射させるだけの簡単な水流発生手段２ａを用いれば、容易に、水系全体に、くまなく適度な水の流れと水撃振動を発生させることができる。

　藻類凝集分解手段３は、必ずしも必須な手段ではないが、水系に浮遊する微細藻類を素早く水底に沈下させることができるので、水系の浄化を早めるために有効である。
　藻類二次分解手段４についても、必ずしも必須な手段ではないが、長年に渡り微細藻類が水面を覆っていた場合には、既に光合成細菌が死滅している場合もあり、あるいは、人工的に造られた底部がコンクリートの水系においては、最初から光合成細菌が生育しないケースもあり、そういった場合には、必要な手段となる。

　一方、藻類凝集分解手段３と藻類二次分解手段４とを共に用いた方が、それらの相乗効果により、浄化効果が上がる場合も多い。例えば、水底に厚く有機ヘドロ層が堆積し、酸素濃度が低く、日照も十分に届かないような状況においては、有用細菌の働きが低下しており、そのため、腐敗菌等の有害微生物群が大量に繁殖している。有害微生物群は硫化水素を発生するため、有用細菌の働きはさらに低下してしまう。

　このように、非常に悪化した水底環境において、有用細菌の働きを高めてやるには、曝気等の方法により貧酸素状態を改善するだけでは不十分である。まず、有用細菌にとって有害である硫化水素を除去することが必要である。硫化水素を除去するためには、藻類二次分解手段４により、硫化水素を取り込む光合成細菌を集中して散布することが効果的とも考えられる。しかし、光合成細菌は腐敗菌等の有害微生物に対する抵抗力が極めて弱く、有害微生物群が繁殖している環境においては活動ができない。

　そのため、まず、藻類凝集分解手段３により、発酵菌を散布する。発酵菌は凝集効果により、浮遊有機物を沈下させ、水底への日照を確保する。それだけではなく、静菌効果により、有害微生物群を弱体化させることができる。このように日照の確保と有害微生物群の弱体化により、光合成細菌が繁殖し、そして活躍する環境を作ることができる。

＜定着倍基の利用＞
　なお、長年に渡り微細藻類が水面を覆っていた水系には、水底に有機物が厚く堆積し、いわゆる有機ヘドロ化している場合が多い。この有機ヘドロは、上述したような方法で、水底付近の酸素濃度を確保し、さらに日照が水底に届くようにすれば、有用微生物により分解が進み、徐々に取り除くことができる。そして、水系の富栄養化を軽減することができる。

　ただし、局所的に非常に厚く有機ヘドロが堆積しているような場合には、その個所に有用細菌を集中的に散布することが有効となる。しかしながら、有用細菌は容易に水中の流れに乗って移動してしまうため、所望の場所に定着させることが難しい。
　そこで、天然石や天然繊維を粉末化した素材を入れた培地で有用細菌を培養することで、有用細菌を粉末化した素材に定着させ、それを所望の場所に散布することで、有用細菌を散布した場所から移動しにくくすることができる。
　ここで用いる有用細菌としては、上述した硫化水素を取り込む光合成細菌が特に効果的である。また、光合成細菌の死骸を餌として増殖する放線菌等の有用細菌を同時に散布すると、一層の浄化効果が得られる。

＜凝集有機物を利用した現地培養＞
　発酵菌や光合成細菌は、浄化する水系とは異なる場所で培養し、現地まで運搬して散布しても良いが、現地で培養する方が、輸送コストを軽減することができ、効率的である。
　そこで、例えば、水系の傍の陸部に現地培養手段５を設ける。培養する際の栄養源は、水系の水底に沈下した凝集有機物を利用する。例えば、ダクトやポンプを用いて、水底に沈下した凝集有機物を現地培養手段５まで引き上げて利用する。また、その際にその際に前述した水流発生手段２ｃを用いることにより、微細藻類の細胞膜が破砕された状態の凝集有機物が供給され、有用浄化細菌が栄養源として利用しやすい状態となっているため、より効率的な培養が行える。
　このように現地培養することで、有機物の循環サーキットを構成でき、資源の有効活用が行える。

　なお、培養した有用細菌は、有機農業に用いる肥料や土壌改良剤として用いることもできる。さらに、畜産においては、飼料に混ぜることで、家畜の発育促進剤として利用することもできる。光合成細菌等は、植物や動物の生育状態を良好にすることが、数々の研究により実証されている。

　培養方法については、通常の培養方法とともに、定着倍基に培養する定着倍基培養手段５ａの方法も可能であり、水系の状態に応じて、使い分ければ良い。

＜検証実験＞
　京都府宇治市の平等院鳳凰堂の阿字池（後池）において、検証実験を行った。
　平成２６年７月１５日に水流発生手段２ａを仮設置し、同年７月１８日より稼働した。さらに、同日、藻類凝集分解手段３として、枯草菌および、酵母菌、乳酸菌といった発酵菌を水中に投与した。この時点における池の水のＤＯ値（溶存酸素濃度）は各所において２ｐｐｍを下回る状態で、多くの貧酸素層が散見された。

　その六日後の池の写真を図５に示す。
　水は全面的に濁っており、アオコが水面を覆い、透視度はほぼゼロであった。アオコ臭もかなり感じられた。水底においては、かなり厚い有機ヘドロが堆積していた。なお、水面には小さな泡が観察され、水底においては、藻類凝集分解手段３による有機ヘドロの分解が始まっていた。

　さらに、同年７月１５日から７月２９日までに、藻類二次分解手段４として光合成細菌を水系全体水量の０．２％程度を、目安として水中に投与した。
　図６は、同年１０月１９日における池の写真である。また、図７は、その中心付近の局所拡大写真である。
　水の透明度は大きく向上し、遊泳する魚の姿だけでは無く、水深約１．５ｍ程度の水底に映る魚の影もはっきりと見えるようになった。すなわち、水底まで完全に見える状態に改善した。また、水流発生手段２ａもはっきりと見える。

　そして、水底付近に堆積していた有機ヘドロも減少し、水底の石も見えるようになった。
池の各所における日中の溶存酸素濃度は、概ね５から７ｐｐｍと向上し、池の水のＣＯＤ値は、概ね約２ｐｐｍ前後と改善し、上水道に近い水質状態にまで改善した。

＜本発明のまとめ＞
　以下、本発明の優れた特長や社会意義について、以下にまとめる。
　まず、本発明は、湖沼や池等の水系の浄化に関するものである。従来から行われている浄化方法は、アオコ等の微細藻類をとりあえず除去したり、死滅させたりして、取り除く対処療法的な手法であった。このような手法では、一時的に水系を浄化することができたとしても、富栄養化した水系には、再び、微細藻類が繁殖するため、恒久的な解決策ではなかった。

　一方、本発明においては、生態系といった自然界の性質を十分に考慮し、自然界が持つ自浄作用を活性化させることを主眼とするものであり、そのため、水系の富栄養化を解消かつ防止し、継続的な浄化を可能としている。そして、水系やその周囲環境に負荷を与えることなく、無理なく自然な形で浄化が行える。また、浄化システムを設置するコストや、それを維持管理するコストを極力抑えることもできる。

　本発明における第一のポイントは、水系に水の流れを形成することである。これは強い水流である必要は無く、波紋の広がりといった緩やかな流れで良い。緩やかな流れにより、微細藻類に小さな圧力、すなわち水撃振動が掛かる。このような小さな圧力でも、微細藻類の増殖を抑制できることを見出したことが、本発明の基礎となっている。

　微細藻類の増殖を抑制するメカニズムについては未解明であるが、流れや水の搖動のある場所での繁殖を避けるべく、微細藻類は圧力を感じた際には、細胞分裂を行わないよう、遺伝子的にプログラムされていると考えている。

　このような穏かな流れを生じさせるだけで、微細藻類の繁殖を抑えることができるため、低容量、低消費電力のポンプを用いることができる。したがって、配電設備が無い僻地等の自然の水系においても、小面積の太陽電池を用いてポンプを駆動することができる。すなわち、どのような場所でも用いることが可能であり、且つ、多大な時間や費用を必要とせずに設置できる。もちろん、ランニングコストも低コスト化できるという利点を有するシステムである。

　また、穏かな流れであるため、水系に与える影響は軽微であり、自然に優しいシステムでもある。
　また、水系は人間にとっては憩いの場所であり、せせらぎをイメージさせる場所である。そういった観点からも、穏かな流れで浄化を行えることは好ましいことである。

　特に、継続的な浄化を行うためには、システムの連続稼働、あるいは間欠可動が必要であるが、低ランニングコスト、穏かな水の流れ、環境への低負荷といった特長を有する本システムは、まさに最適な浄化システムと言える。

　なお、図３に示した回転水流式の水流発生源は、強力な回転水流を生み出すことができるが、これは強力な駆動力を必要とするわけではなく、水流の回転半径を徐々に小さくすることで強力な回転水流を実現している。

　本発明における第二のポイントは、納豆菌等の有用細菌を用いて、継続的に微細藻類を凝集させることである。先行技術においては、納豆菌や化学物質の凝集効果を利用したものは多く存在するが、本発明では水中において、環境を整備することにより継続してその効果を発揮させることが出来る。
　微細藻類の比重は水と同程度であり、したがって、水面や水中に浮遊し、日光を遮断する。また、夜間は酸素呼吸を行うことで水中の酸素濃度を低下させる。日光の遮断および酸素濃度の欠乏は、水中に生育する有用細菌の活動を不活性化してしまう。
　そこで、微細藻類を凝集させて沈下させることで、微細藻類の活動を止め、水中の酸素濃度を回復させるとともに、水底まで日光を届けることが可能となる。これにより、迅速に水中に生育する有用細菌を活性化させ、生態系が持つ自浄作用を回復させることができる。

　すなわち、藻類凝集分解手段により、有用細菌を活性化させ、さらに、有機物の巻き上げを抑制することで、水底部における効率的な浄化分解を可能としている。
　なお、水流発生手段により、ある程度の水底部の有機物を巻き上げている。水底部の有機物を巻き上げることで、有用細菌と有機物の接触機会が増加し、浄化分解がさらに効率的に進むという一面もある。水面付近から水底付近への酸素循環を促す狙いもある。
　ただし、水底に堆積する有機物を巻き上げた場合、通常は、水面や水中に拡散してしまう。しかし、藻類凝集分解手段により凝集した有機物は、水面付近まで巻き上げても、水中に拡散することなく比較的速やかに沈下するため、水底での浄化作用も再度効率的に行われる。また、水中に拡散しないため、水の透明度を悪化させることも無く、景観を壊す心配も生じない。
　このように、水流発生手段と藻類凝集分解手段とを組合せることで、浮遊藻類の繁殖を抑止し、水底への酸素供給および日照を確保し、有用細菌が活躍できる環境を整え、迅速に生態系が有する自浄作用を活性化させてやることが可能となる。

　本発明における第三のポイントは、光合成細菌を散布することで、水系にとって有害な有機物の完全な分解を促進することである。また、アミノ酸の分解によって生じた有害な硫化水素を光合成細菌によって減少させることもできるため、水系をより健全な状態に回復させることができる。
　長期間に渡って、微細藻類が水面を覆っていた水系や、人工的な水系においては、十分な数の光合成細菌が生育していないことが多く、したがって、光合成細菌の散布は、そういった水系においては不可欠である。

　光合成細菌の投与は、水流発生手段による日照確保により、その効果が増大する。すなわち、水底まで日照が確保されると、光合成細菌が繁殖する環境が整備され、その浄化能力が最大限に発揮される。これらの総合的な結果として、これまで水系内に存在した有機微細生物群や浄化バクテリア等が共存・活性化し、光に反応して浄化機能を発揮する「光反応型活性汚泥」と呼べる状態が水系内に構築される。そして水系が本来持つ自然浄化能力が最大限に活性化され、この循環により水系内の富栄養化を継続して改善することができる。
　以上のように、水流発生手段と藻類二次分解手段との相乗効果として、浮遊藻類の除去から富栄養化の改善に至る根本的且つ継続的な浄化が実現できる。

　以上に述べた３つのポイントの他にも、いくつか本発明は特長を有する。
　例えば、定着倍基とともに培養した有用細菌の散布により、局所的に厚く堆積した有機ヘドロを迅速に除去することができる。

　また、水流発生手段２ｂ、２ｃ等を用いることにより、効率的に現地にて収集した凝集有機物を用いて現地で有用細菌を培養することが出来、輸送コストの低減や資源の有効利用が可能となる。

　実施の形態２．
　実施の形態１においては、藻類二次分解手段４として、水系に光合成細菌を直接散布した。
　本実施の形態においては、光合成細菌を保持する浄化装置の構成について説明し、この浄化装置を水系において利用する方法について述べる。

　図８は、浄化装置の構成を説明するための図であり、この図に示すように、浄化装置１００は芯部１０１、芯部の周りに配置された倍基に定着させた光合成細菌１０２、この倍基に定着させた光合成細菌を包囲する内部ネット１０３、この内部ネットの周りに配置された抗菌性を有する植物由来素材１０４、および、この抗菌性を有する植物由来素材１０４を包囲する外部ネット１０５から主に構成されている。
　浄化装置１００の直径は、１０ｃｍから３０ｃｍ程度である。

　芯部１０１は、浄化装置１００全体の比重を調整する役割を有しており、浄化装置１００が水中で浮遊できるように比重を調整する。浄化装置１００全体の比重の範囲としては、１．０３から１．１５であり、１．０５から１．１がより適切である。
　芯部１０１の素材として自然石を用いた。特に自然石に限るものでは無く、ある程度の比重のある重量物であれば、どんな素材であっても良い。

　倍基に定着させた光合成細菌１０２は、実施の形態１で示した光合成細菌と同様である。倍基としては、バーミキュライト等の天然の無機素材が良い。倍基の粒の大きさは数ｍｍ程度である。

　倍基に定着させた光合成細菌１０２の集合体は、内部ネット１０３により包囲されることで、芯部１０１の周囲に固定される。内部ネット１０３は、水中で物性の安定したポリエチレンやナイロンといった樹脂製のネットで良い。倍基に定着させた光合成細菌１０２がネット目から外に出ないように、細かな目のネットを用いる。

　抗菌性を有する植物由来素材１０４は、ヒノキ、ヒバ、スギといった針葉樹の樹皮が最適である。樹皮を粉砕、あるいは切削加工等により細かくしたものである。針葉樹の樹皮は抗菌性を有しているため、有害微生物の働きを弱め、倍基に定着させた光合成細菌１０２が繁殖し、効果的に機能する環境を提供できる。
　針葉樹の樹皮の代わりに、竹の繊維やユウカリの葉といった抗菌性を有する植物由来素材を用いても良い。

　抗菌性を有する植物由来素材１０４は、外部ネット１０５に包囲されて固定される。外部ネット１０５は、内部ネット１０３と同様の素材で良い。内部ネット１０３も外部ネット１０５も、十分な通気性、通水性を有し、水中において長期間に渡り、強度を保持できる材質であれば、どのような材質であっても良い。
　更に、この素材の中に、芹（セリ）、クレソン、葦、ガマなどの湿地や水辺の浅瀬に自生している湿地性植物の種子を混ぜ込む場合もある。その目的は、これらの湿地性植物が浄化装置１００の植物性由来素材１０４を培地として発芽定着し、成長する際にその毛細根から栄養塩を吸収し、水質浄化機能を果たすことである。
　勿論、水系の生態系や状態に適した種類の湿地性植物を留意して選択し、種子を混入する必要がある。
　浄化装置１００を水系内に投入し、浅瀬に定着した際に、そのまま湿地性植物の定着する培地になり、自然の浄化能力を持った水辺を再生する足掛かりとなる。

　次に、図９を用いて、この浄化装置１００の使用方法を説明する。
　いくつかの浄化装置１００をカゴ１１０に入れて、水底に設置する。そして、水中ポンプ等によって、白抜き矢印のように水流を形成する。浄化装置１００の比重は、水の比重よりもわずかに重い程度であるので、水流によって、自転しながらカゴ１１０内を浮遊する。

　水系には多くの好気性の有用性細菌が存在するが、浮遊している浄化装置１００内の植物由来素材１０４は、好気性の有用性細菌の繁殖床として機能する。植物由来素材１０４は、有害微生物に対する抗菌性を有するとともに、多孔性の形状であることから、大量の酸素を含有できるので、好気性の有用性細菌の繁殖床として最適な環境である。

　植物由来素材１０４を繁殖床とした好気性の有用性細菌は、酸素を多量に消費するため、その内部は酸素濃度が薄い状態となる。そのため、嫌気性である倍基に定着させた光合成細菌１０２の繁殖が盛んになり、その働きが強化される。
　このように、浄化装置１００内には、好気性の有用性細菌と倍基に定着させた光合成細菌１０２が共存できるので、自立型の浄化濾過槽として機能する。

　浄化装置１００は、略球形であるため、水流によって自転する。この自転により、周りの水が浄化装置１００内に巻きこまれる。そのため、浮遊藻類や有機物との接触機会が増え、効率的な浄化が行われる。すなわち、浮遊藻類や有機物は、好気性の有用性細菌と倍基に定着させた光合成細菌１０２に接触し、分解される。
　また、浄化装置１００は常に回転し搖動することにより、内に常に水の流れが生じるので、浄化装置１００内の目詰まりが防止できる。

　植物由来素材１０４は有機物であるが、それ自身が抗菌性を持つため、水中においても腐敗や朽廃することなく、長期に渡り安定して使用できる。そのため、植物由来素材１０４が腐敗して水質汚濁の原因となることは無い。更にはその抗菌成分が穏やかに水中に溶出して付近の水系の腐敗菌などを制菌する効果も発揮する。

　なお、浄化装置１００に与える水流は、図９で示した横方向の水流に限るものでは無い。自然河川等の段差形状の下に設置すること等、浄化装置１１０の設置方法を工夫することにより、上昇水流であって、回転する水流であってもその効果を発揮する。浄化装置１００は略球形をしているため、どのような水流であっても自転し、それによって効果的な浄化を行うことができる。

　１　浄化システム
　２、２ａ、２ｂ、２ｃ　水流発生手段
　３　藻類凝集分解手段
　４　藻類二次分解手段
　５　培養手段
　２１　水中ポンプ
　２２　吸入管
　２５　排水管
　２６ａ　回転水流生成部
　２７　空気導入管
　１００　浄化装置
　１０１　芯部
　１０２　光合成細菌
　１０３　内部ネット
　１０４　植物由来素材
　１０５　外部ネット

Claims (15)

1. 　水流発生手段と、
   　発酵菌を投与する藻類凝集分解手段と、
   　を備えた
   　微細藻類の繁殖により水質の悪化した水系を浄化する浄化システム。
2. 　硫化水素を取り込む光合成細菌を投与する藻類二次分解手段をさらに備えたことを特徴とする
   　微細藻類により水質の悪化した水系を浄化する請求項１に記載の浄化システム。
3. 　上記光合成細菌を定着倍基に定着させた状態で投与する
   　ことを特徴とする
   　微細藻類により水質の悪化した水系を浄化する請求項２に記載の浄化システム。
4. 　上記藻類凝集分解手段により凝集した藻類のたんぱく質を用いて
   　上記発酵菌または上記光合成細菌を培養する培養手段を
   　備えたことを特徴とする
   　微細藻類により水質の悪化した水系を浄化する請求項１から３のいずれかに記載の浄化システム。
5. 　水流発生工程と、
   　発酵菌を投与する藻類凝集分解工程と、
   　を備えた
   　微細藻類により水質の悪化した水系を浄化する浄化方法。
6. 　光合成細菌を投与する藻類二次分解工程をさらに備えたことを特徴とする
   　微細藻類により水質の悪化した水系を浄化する請求項５に記載の浄化方法。
7. 　上記水流発生工程により水底付近への日照を確保した後に、
   　上記藻類二次分解工程を実施する
   　ことを特徴とする
   　微細藻類により水質の悪化した水系を浄化する請求項６に記載の浄化方法。
8. 　閉鎖型水系または河川等の水の淀んだ個所において、
   　水中に水流を生じさせ、
   　微細藻類の増殖を抑制する藻類増殖抑制方法。
9. 　収束した水流を水面に落下させ、そこから略同心円状に広がる波動と水撃振動により微細藻類の増殖を抑制する
   　ことを特徴とする請求項８に記載の藻類増殖抑制方法。
10. 　流水を水面より略垂直に噴き上げる
    　ことを特徴とする請求項９に記載の藻類増殖抑制方法。
11. 　水中ポンプと、
    　吸入管と、
    　排水管と、
    　排水管に接続された回転水流生成部を備えた
    　ことを特徴とする藻類増殖抑制のために用いる水流発生装置。
12. 　水中ポンプと、
    　吸入管と、
    　排水管と、
    　吸入管に接続された空気導入管を備えた
    　ことを特徴とする藻類増殖抑制のために用いる水流発生装置。
13. 　芯部と、
    　上記芯部の周りに配置された倍基に定着させた光合成細菌と、
    　上記倍基に定着させた光合成細菌を包囲する内部ネットと、
    　上記内部ネットの周りに配置された抗菌性を有する植物由来素材と、
    　上記抗菌性を有する植物由来素材を包囲する外部ネットと、
    　を備えた微細藻類により水質の悪化した水系を浄化する浄化装置。
14. 　上記抗菌性を有する植物由来素材は樹皮を粉砕または切削したものである
    　ことを特徴とする請求項１３に記載の微細藻類により水質の悪化した水系を浄化する浄化装置。
15. 　上記抗菌性を有する植物由来素材を培地として発芽定着する湿地性植物の種子を備えた
    　ことを特徴とする請求項１４に記載の微細藻類により水質の悪化した水系を浄化する浄化装置。

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