(57)【要約】【課題】  産業排水と農業・畜産排水中のリン等の栄養塩類が、海、河川、湖沼、溜池等に代表される水圏環境の富栄養化を加速化させ、富栄養化で起こる藍藻類の大増殖現象（いわゆるアオコ）が世界各地の水源地に発生し、大きな環境問題化している。本発明は、このような有毒アオコ（有毒藻類）を含む藻類の生物量を減少させることと、水中のリンの濃度を制御する技術を提供する。【解決手段】  振動波発生装置は、有毒アオコの成長を制御することができる。また、酸素及びオゾン発生装置は、植物プランクトン（藻類）の成長に必要とされているリンの底泥からの溶出を抑えることとリンの底泥への吸着を促進することができる。【選択図】図１
2010158657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動波発生装置に酸素及びオゾン発生装置を併用することで植物プランクトン（アオコ類）の発生を制御することを特徴とする。
【請求項２】
振動波発生装置に電気分解発生装置（水電解電極）を併用することで植物プランクトン（アオコ類）の発生を制御することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  産業排水と農業・畜産排水中のリン等の栄養塩類が、海、河川、湖沼、溜池等に代表される水圏環境の富栄養化を加速化させ、富栄養化で起こる藍藻類の大増殖現象（いわゆるアオコ）が世界各地の水圏環境に発生し、大きな環境問題化しており、今後水圏環境におけるアオコの抑制は必要不可欠である。本発明は、このような有毒アオコ（有毒藻類）を含む藻類の発生を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】  アオコ抑制のための湖沼や河川等の水圏環境における浄化装置は、多数考案されているが従来の方法は、単純に空気又は、酸素を湖沼の深層に送り込む技術が主である。また、海外ではアオコを死滅させる化学薬品（重金属、除草剤、吸着剤など）を用いることが多いが根本的な解決方法にはならず、新たな環境問題を引き起こす例も報告されている。また、薬品を使用する際には経費が高くなることと他生物の影響を懸念することも多いことから使用許可を得ることが困難である。ジェットポンプといった人工的水流、湖沼の曝気、人工的攪拌、化学的処理、溶藻菌・ファージ、超音波等の様々な方法が試みられてきたが、藍藻類の処理時・処理後に発生するラン藻毒素溶出や、水質への影響等の問題点がある。これら従来のアオコ抑制技術は、アオコ発生後の水圏環境を対象として処理を行う点で共通している。水圏環境におけるアオコの主な発生は、長年蓄積された底泥からの栄養塩類の溶出が大きな原因となっている。本発明は、底泥からの栄養塩類を抑制することで、アオコの発生を抑制する有効な方法を開発することを目的とした。
従来から、湖沼浄化装置（特許文献１）やアオコ除去装置（特許文献２）、水浄化システム及び水流発生攪拌混合機（特許文献３）、水浄化システム（特許文献４）等あるが、水圏環境をアオコが発生しにくい環境に変化させる方法の開発に該当するものは無い。
【特許文献１】特開平５−２３７４９３号公報
【特許文献２】特開平１１−７０３８２号公報
【特許文献３】特開２００６−８３５号公報
【特許文献４】特開２００７−７６０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  アオコなどの藻類の繁殖を制限しているのは、主にリン類の量だと言われている。一般的に藻類は、冬季に死滅沈降して底泥中に堆積するが、底泥中の細菌や微生物が藻類の死骸を分解して、リン酸態リン（ＰＯ４−Ｐ）ができて水中に溶出する。このリンを栄養源として翌年に再び藻類が発生するという循環ができている。したがって、水圏環境に蓄積された栄養塩類の除去又は溶出を防ぐことがアオコを抑制することになる。湖沼や溜池等は古いものが多く、長年にわたって外部から絶え間なく供給される栄養塩類が底泥に蓄積されており、これを除去し、流入する栄養塩類を削減できれば恒久的な水質改善になる。
水源地として利用される、湖沼・ダム湖などでは、水温が２０℃以上となる環境下で特にアオコが発生し、浄水処理中に凝集沈殿剤とアオコのカビ臭（ジオスミン等）の除去のために多額の費用を負担している。そこで本発明は、従来の藻類装置で問題点として挙げられた、他生物への影響が少ないアオコの成長阻害の物理的方法に着目した点が特徴である。異常発生し続けるアオコ（有毒藻類）を無害の藻類に変えることと生物量の発生を抑制し減少させることで水圏環境の環境改善に負荷をかけずに行うことが本発明で解決しようとする課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  本発明は、アオコ制御システムとして、振動波発生装置と酸素及びオゾン発生装置の組合わせで構成されている。振動波発生装置は、〔特許文献１〕特許第３９８０５５７「液流発生装置」参照：を使用し、水圏環境に浮かべるための筏部分、装置を支えるための基台部、攪拌翼及び攪拌翼を回転させるための動力から成る。従来の攪拌装置とは攪拌翼の形状が大きく異なり、媒質を振動させて攪拌を行うことができる。攪拌翼が２つ以上あるものを多翼式、単体のものを一翼式と呼称する。従来の攪拌装置と比較すると低速回転で運用されるため媒質中の回転抵抗が少なく、耐久性に優れている。【０００５】  攪拌翼図８及び図９ａ、９ｂの振動波発生原理を説明する。媒質中のある点における流速や圧力は大きくなったり小さくなったりといった変化を繰り返しており、規則的または不規則的な繰り返し変化を振動と総称する。揺動とは、例えば容器に入れた液体を揺すると、液体が波打って揺れる現象のことである。揺動では、液体の形状は容器の形状に沿って変化するが、流れはほとんど起きず、揺するのをやめると液体粒子は元の位置に戻る。この現象は、水面に浮かべた物質（木の葉等）で観察することができる。攪拌翼の回転には電気等の動力が必要であり、回転に要したエネルギーが媒質中を伝播するエネルギーや流動に費やされるエネルギーに転嫁すると考えられる。（エネルギー保存の法則）
攪拌翼の構成は、本体の回転軸に対して垂直に配置されている振動翼（Ｗａｖｅ  Ｗｉｎｇ）で、やや扁平にしたラクビーボール状の膨らんだ形である。この振動翼が媒質中を回転すると、振動部分の体積に相当する媒質を押しよけるが、翼の通過後は、押しよけられた媒質が元の位置に戻ろうとする揺動が発生する。この連続動作により媒質中に振動効果が得られる。この振動翼に対して半分位の膨らみで、回転軸中心部から斜めに交差するよう固定された翼が流動翼（Ｆｌｏｗ  Ｗｉｎｇ）である。この流動翼が媒質中を回転すると、パドルが水を押し出すように連続的な流動（流れ）を発生させる。すなわち流動翼は、媒質を構成する物質粒子自体を移流及び拡散させることができる。従来、水圏環境に流動を発生させる手段としては、プロペラ、スクリュー等の回転力を利用して流動を発生させる方法、また噴射流体のエネルギーを外部から水圏環境に与えて流動を起こす方法がある。いずれの方法も発生した流れを装置から遠方領域まで効率よく拡散させる事は困難である。その原因は、プロペラ等を高速回転して発生させる流れは、乱流状態であり瞬間的には大きな流速を発生させることはできるが、乱流に伴うエネルギー損失などの減衰作用により、装置からの距離が遠くになるにつれて流速が低下するためである。したがって、これらの方法で水圏環境に大域的な流動を発生させることは、エネルギー効率が悪く、遠方領域に影響を与えるためには構造が大きくなり、経済性や耐久性が乏しくなるため、実用に適さないのが現状である。
攪拌翼を回転することで誘起される媒質の流速については、撹拌翼の大きさや回転数に依存するが、例えば水中で直径１．０ｍの撹拌翼が毎分１８０回転する場合は、最大で約１０．０［ｍ／ｓ］の流速が得られるが、水中を伝播する圧力波の伝播速度は約１，５００［ｍ／ｓ］に達する。すなわち、媒質の流速と圧力波の伝播速度は異なる現象の速度をあらわす。圧力波の伝播は流動とは異なり、媒質を構成する粒子そのものが流動のように移動するのではなく、媒質が振動することにより、エネルギーが媒質中を伝播していく現象である。媒質自体はある点を中心に振動するのみで、移流はしない。一方、流動とは前述したように媒質の流れであり、媒質構成粒子自体が移動していく現象である。一般に、振動や揺動を含む波動現象はエネルギーの伝播現象であり、流動現象と比較するとエネルギーの損失が少なく、エネルギーを遠方まで輸送することが可能である。流動の場合は、媒質の減衰が原因で、流れを遠方に拡散するためには非常に大きなエネルギーを要し、逆に小さなエネルギーでは、減衰により流れを遠方に拡散することができない。しかし提示する振動波発生装置は、媒質に振動と流動を交互に繰り返し生成させることにより遠方領域まで流動の影響を及ぼすことが可能であり、実証実験では、小さな入力エネルギー（６００Ｗ程度）で湖沼全域（６０，０００ｍ３）に低速で大域的な流動作用が可能であることを確認した。このように振動エネルギーと流動エネルギーの相乗効果で遠方領域まで媒質を連続的に運動させる事ができ、且つ装置構造が簡単で耐久性と経済性の高いものを提供することを可能とした。【０００６】  図１０の酸素及びオゾン発生装置は、〔特許文献３〕特許第４０３５３０２「液体浄化装置」参照：  微細気泡（マイクロバブル・ナノバブル）発生装置併用例である。水圏環境への酸素の拡散により対象とする水圏環境を好気的とし、植物プランクトンの成長に必要とされているリンの底泥からの溶出を抑えることとリンの底泥への吸着を促進することができる。通常の酸素及びオゾン発生装置では湖沼の深層に酸素を送り込むことは装置が大掛かりで、運転コストもかかり、設置及び運営に課題が残る。しかし提示する振動波発生装置と併用することにより、小さな入力エネルギーで対象水圏環境全域に微細気泡（マイクロバブル・ナノバブル）を拡散させ好気的とし、底泥からのリンの溶出を抑える。【０００７】  上記酸素及びオゾン発生装置の他に、電気分解装置（水電解電極）による組合わせがある。この方法は、少ない動力で水深の深い場所でも酸素を発生させ、水圏環境全域に拡散させることができる。また同時発生した水素は回収してエネルギーとして再利用することも可能である。
【発明の効果】
【０００８】  本発明の実証実験を水源地（６０，０００ｍ３）で、２００２年〜２００５年まで振動波発生装置と併用した酸素及びオゾン発生装置との一例とした、微細気泡（マイクロバブル・ナノバブル）発生装置を用いて水質浄化を目的として行った。２００３年は攪拌翼が２つの多翼式のみ、２００４年は一翼式と微細気泡（マイクロバブル・ナノバブル）発生装置の併用、２００５年は一翼式のみ、２００６年は設置せずＰＯ４−Ｐ濃度を調べた結果、各年のＰＯ４−Ｐ濃度は２００３年が３５μｇＬ−１、２００４年が１４μｇＬ−１、２００５年が１４μｇＬ−１、２００６年が１１μｇＬ−１を示した。
振動波装置が底泥中の栄養塩類溶出速度に与える影響を確かめるため、１トン水槽での栄養塩類溶出実験を行った。実験結果は、ＤＯ消費速度は振動波装置区で３．５ｍｇＯ２  Ｌ−１ｄａｙ−１、対照区で１．１ｍｇＯ２  Ｌ−１ｄａｙ−１を示した。実験２２日目のＤＯ濃度は酸素供給区で４．０ｍｇＯ２  Ｌ−１、振動波装置＋酸素供給区で６．９ｍｇＯ２  Ｌ−１を示した。実験２２日目のＰＯ４−Ｐ濃度は対照区で５５２μｇＬ−１、振動波装置区で９４８μｇＬ−１、酸素供給区と振動波装置＋酸素供給区で検出限界以下を示した。１５〜２２日目でのＰＯ４−Ｐ溶出速度は、対照区で２６ｍｇ  ｍ−２ｄａｙ−１、振動波装置区で４８ｍｇ  ｍ−２ｄａｙ−１を示した。本実験結果より、アオコ制御には、外部負荷を制限し、振動波発生装置と酸素供給装置を同時に稼動させることが適切である。この方法は水圏環境を効率的に好気的にし、還元状態になりやすい底泥の表面を酸化状態とし、酸化鉄の薄層を形成し、底泥中の栄養塩の溶出を抑制することでアオコ発生を制御する（ＤＯの増加はＰＯ４の供給を抑え、消費を促す）ことが可能である。【０００９】振動波発生装置で酸素及びオゾン発生装置を併用しない場合は、水圏環境底部を嫌気的に誘導するため底泥中の栄養塩類が溶出しやすくなる。ＰＯ４はＯ２があると一部が周囲の金属イオン（Ｆｅ，Ａｌ，Ｃａ，Ｍｇ等）と結合し、植物が利用できない不溶物の状態で存在する。Ｏ２が不足してくると金属から離れＰＯ４−Ｐとして水中に溶出し植物プランクトンの栄養となる。Ｏ２を供給しない単体での稼動はＤＯ消費速度が３倍、ＰＯ４−Ｐ溶出速度が２倍となる。湖底には有機物が含まれるヘドロ等の堆積物があり水中微生物による分解（化学反応）作用が振動波によって活性化され、高速に促進される。この化学反応により湖底の酸素は消費され、嫌気性環境となる。Ｏ２不足の湖底から底泥中の栄養塩類が溶出する（水中に継続的にＰＯ４−Ｐが補給）ことは湖底の堆積物の負荷軽減になる。振動波発生装置単体稼動では栄養塩類が堆積していた１年目は多量の栄養塩類が溶出する（水圏環境底部の環境改善の始まり）ため、むしろアオコは大量発生する。負荷軽減の水圏環境底部土壌改良効果には２〜３年の期間が必要となる。これは浚渫に近い効果が見込まれるとともに、浚渫工事で必要な浚渫泥の処理が不要になる。また大量に発生したアオコに対しては、死滅させると毒素拡散の可能性あり、回収しないと栄養塩類の再供給となるため、回収し毒素を抽出した上で肥料（リン）等へのリサイクルすることも可能である。【００１０】振動波発生装置と酸素及びオゾン発生装置を併用したアオコ制御方法の応用例として、水温が２０℃以上となる水圏環境下（例えば夏季）で特にアオコ（有毒藻類含む）が発生するため、振動波発生装置と酸素及びオゾン発生装置を併用稼動させて、湖底からの栄養塩類の溶出を抑制することでアオコの発生を防止又は軽減する。反対に、水温が２０℃以下となる水圏環境下（例えば冬季）は、水温が低いためアオコの発生はないため、振動波発生装置単体で稼動させることにより、堆積した湖底からの栄養塩類ＰＯ４−Ｐを溶出、回収することが可能である。【００１１】水質汚染が進行する水圏環境は、水��地であることも多く、又水域に生息する生態系へ影響を考慮すると、装置の動作によりヘドロを巻き上げて縣濁が発生することは避けなければならない。提案する攪拌翼は翼を中心に上下に二層の対流が発生し、撹拌翼から底泥に向かう強い水流が存在しないため、従来の攪拌翼で発生する底泥の巻上げとそれに伴う懸濁を生じない。また、撹拌翼の回転数は５０〜１８０ｒｐｍ程度で運転するため、水域は低速な流動を生じるのみで、ヘドロの巻き上げや懸濁は生じない。
【特許文献１】特許第３９８０５５７「液流発生装置」参照
【特許文献２】特許第２８７２９８４「浚渫方法および浚渫装置」参照
【特許文献３】特許第４０３５３０２「液体浄化装置」参照
【特許文献４】特許公開２００４−０７４１３１「微小気泡含有液状物及びその製造法」参照
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例】
【００１２】図１は本発明に係る装置の一実施例の説明図である。以下これらの図面に基づき説明をする。
アオコ制御装置１、フロート  ２、筏形基台  ３、基台部４、で骨組みが構成されている。基台部４を中央、縦に配置し水中に浮かべると、基台部４が２／３位水中に沈む。振動波発生装置は、基台部にモーター  ５、シャフト  ６、ギヤボックス  ７、攪拌翼（水平配置）  ８、攪拌翼（垂直配置）９、が配置されている。攪拌翼は垂直回転の振動翼  ９ａ、斜め交差回転の流動翼  ９ｂ、で構成されている。図は攪拌翼が２つの多翼式で構成されている。酸素発生装置  １０、は水中モーター  １１、吸込み口（ストレーナー付）１２、吸水ホース  １３、攪拌筒  １４、インペラー（吐出口）１５、吸気口（調整弁付）１６、吸気ホース  １７、で構成されており、水中モーター  １１が始動すると吸込み口（ストレーナー付）１２より水が吸水されて、吸水ホース  １３、攪拌筒  １４、を通りインペラー（拡散口）１５で吐き出される。この一連の循環流速により、小さい吸気口（調整弁付）１６は負圧となり、空気が吸気ホース  １７を通じて導入される。この空気は攪拌筒  １４に送られ、水と空気が粉砕混合されて微細気泡となりインペラー（拡散口）１５から水中に放出拡散される。電源の供給は、モーター  ５と水中モーター  １１の電源ケーブル  １８が電源供給されている結線ボックス  １９に接続されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】振動波発生装置及び酸素発生装置の要部説明図である。
【図２】振動波発生装置及び電気分解酸素発生装置（水電解電極）の組合せ図。
【図３】振動波発生装置及び電気分解酸素発生装置（水電解電極）と自然エネルギー（ソーラー、風力等）発電装置との組合せ図。
【符号の説明】１・・・アオコ制御装置、２・・・フロート、３・・・筏形基台、４・・・基台部、５・・・モーター、６・・・シャフト、７・・・ギヤボックス、８・・・攪拌翼（水平配置）、９・・・攪拌翼（垂直配置）、９ａ・・・振動翼、９ｂ・・・流動翼、１０・・・酸素発生装置、１１・・・水中モーター、１２・・・吸込み口（ストレーナー付）、１３・・・吸水ホース、１４・・・攪拌筒、１５・・・インペラー（吐出口）、１６・・・吸気口（調整弁付）、１７・・・吸気ホース、１８・・・電源ケーブル、１９・・・結線ボックス
２０・・・電気分解酸素発生装置（水電解電極）、２１・・・自然エネルギー発電、２２・・・充放電制御装置
【図１】
2010158657.tif 000003
【図２】
2010158657.tif 000004
【図３】
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