(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水口より処理前の水を取り込む吸水工程と、
吸気口より取り込んだ空気を圧縮して酸素量を増加させながら吸気する吸気工程と、
前記吸気工程において取り込んだ圧縮空気を、イオン発生装置によりイオン化するイオン化工程と、
前記イオン化工程を経てイオン化された圧縮空気の流路と、前記吸水工程により取り込んだ前記処理前の水の流路とを連結口で連結し、気液混合流体を得て、
前記気液混合流体を渦乱流発生装置を用いてマイクロバブル化する混合工程と、
該マイクロバブル化された前記気液混合流体を吐出口の口径を絞り込んで水中へ加速噴射させ、更に微細気泡化を図る加速噴射工程と、
から成ることを特徴とする水質改善方法。
【請求項２】
前記の水質改善方法において、
充填されたゼオライト粉末に窒素成分を吸着させ、酸素濃度を増加させる酸素濃縮装置を使用し、前記吸気工程で取り込んだ空気の酸素濃度を高める酸素濃縮工程を、前記イオン化工程の前工程として行なうことを特徴とする請求項１に記載の水質改善方法。
【請求項３】
前記の水質改善方法において、
各工程間若しくは全工程の前後の処理水の流路内に、該処理水に育成光線を照射する育成光線放射工程を備えたことを特徴とする前記請求項１又は請求項２に記載の水質改善方法。
【請求項４】
前記請求項１から請求項３のいずれかに係る水質改善方法を実施するための装置であって、
前記吸水工程において、前記吸水口から前記処理前の水を吸引し送水管に圧送するための吸水ポンプと、
前記吸気工程において、吸気口から大気中の空気を吸引し送気管を介してイオン発生装置にその空気を圧縮して酸素量を増加させながら供給するためのエアーポンプと、
前記エアーポンプによって供給された空気をイオン化するイオン発生装置と、
前記混合工程において、前記イオン発生装置によりイオン化された圧縮空気の流路である送気管と前記吸水ポンプにより給水された処理前の水の流路である前記送水管とを連結する連結口、及び、渦乱流発生装置、
とを設け、
前記加速噴射工程において、前記吐出口の口径を絞り込んで水中へ加速噴射させる加速噴射装置、
を備えたことを特徴とする水質改善装置。
【請求項５】
空気中の窒素を吸着除去することで気体の酸素分率を高めるための酸素増量装置を前記イオン発生装置の上流側に配備したことを特徴とする請求項５に記載の水質改善装置。
【請求項６】
前記処理前の水を取り込む前記吸水口から前記処理後の水が吐き出される吐出口に至る送水管のいずれかの位置に、育成光線放射セラミック収納管を設けたことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の水質改善装置。
【請求項７】
前記イオン発生装置内に装備したイオン発生手段が、空気をイオン化する性能を有するセラミック鉱物を蒟蒻繊維に分散した多孔性結合体チップの収納管を備えていることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれかに記載の水質改善装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水質を改善する方法およびその装置に関し、詳しくは、生活廃水、産業廃水、農薬等の流入による等、富栄養化により汚染が深刻化している河川、湖沼、さらには重油の流出処理による界面活性剤に被覆されてエマルジョン化されたオイルの漂流問題を抱えた海湾等の水質を改善する方法およびその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、河川や湖沼の改善対策として、微生物利用による汚染物質の分解、オゾンや超音波等を利用した物理的処理、更には木炭、竹炭や活性炭等による吸着や濾過等、いろいろな方法や装置が開発されている。また、企業や地方自治体などによる河川の清掃活動といった人的な取り組みもなされるようになった。更に、日本国民の環境へのモラルも高揚し、生活排水に廃油等を流すような行為も減少し、以前は廃液等を河川に放出していたような工場などでも、環境マネジメントシステム（ＩＳＯ１４００１）の認証を受けたり、社会規範や倫理から企業コンプライアンスとして環境整備などを取組む姿勢を見せる企業が増えている。
【０００３】
また、国土交通省による「河川水辺の国勢調査（河川版）」も、平成１８年に改正した生物調査や河川環境基図作成調査などについて、一昨年前の平成２４年３月に更に一部改正するなどの見直しがなされ、水質環境問題への取り組みが強化されたばかりである。
【０００４】
しかしながら、長期に渡って汚染が進行してしまった河川や海洋を改善・浄水することは極めて困難であり、大規模な浄水処理装置と、長期的な作業によらなければ回復は難しい。特に大きな湖や海洋の浄水を目的とした場合では膨大なコストがかかることも問題である。
【０００５】
このような問題に鑑み、従来からも種々の技術が提案されている。本願発明者らも係る問題解決に以前より取り組み、技術提案をしてきた。例えば、「汚染水に多数のマイナスイオンを取り込んだ気泡を発生させて有害物質を効率よく分解して消滅させる方法及び装置の提案である（特許文献１参照）」。係る発明によれば、衝突イオン化現象を起こし、拡散板の環状開口部より、河川、湖沼に超微細気泡となって拡開して排水され、更に前記排水された超微細気泡は消滅時にキャビテーション効果により有害物質を無害化することができる。そして、無害化された処理残渣物質を界面凝集作用により、水面上に浮上させて、これを吸引して地上処理ができるので、河川・湖沼の改善と同時に、無害化された残査物が河川・湖沼の底部に沈降して底質汚泥となることが防止され、河川・湖沼の水質改善の効果が極めて大きいものである。
【０００６】
しかしながら、従来前記各種方法により河川、湖沼の汚水改善を実施しているにも拘らず、汚染がますます深刻化している現状にある。そして、その原因として有害汚染物質の分解や吸着・濾過等により無害化された処理残渣物を除去する方法が欠落しているために、無害化された残渣物が河川、湖沼の底部に沈降して底質汚泥となり、該底質汚泥が再び嫌気性菌等の菌床となることで、窒素やリン等富栄養化が起こり、プランクトン等の大量発生源となるという課題があった。特許文献１の方法と装置はこれらの課題を解決できる技術であるが、処理後に発生する水面浮遊有機物フロックの回収作業が伴うことや広範囲の池や湖沼をすべて処理するには１乃至２カ月の長期間を要すること、さらには回転部に狭い汚水の通路を有しているため回転トルクが高くなり、多大な電力と部品寿命の短縮が課題として発生していた。また、最近社会問題化している重油流出事故に伴う界面活性剤で被覆されたエマルジョン化されたオイル漂流物の効率的な微生物による分解除去が十分ではなかった。
【０００７】
また、他にも、「液体中にマイクロバブル化したガスを溶解させるためのマイクロバブル化装置」（特許文献２参照）や、「細菌を利用した水の改善方法、並びに、細菌を利用した水産養殖方法及びシステム（特許文献３参照）」、或いは「アルカリ電解水と酸性電解水を製造する電解水製造装置と、これによって製造されたアルカリ電解水または酸性電解水を洗浄液として除染対象物に対して除染を行う除染装置と、を有する汚染物質の処理装置及び処理方法」（特許文献４参照）、更に、「水を改善する浄水装置に組み込まれ、そのセラミック単体の形状が、七面以上の平面で囲まれる多面体等である浄水装置用セラミック」（特許文献５参照）等がある。前記これらの発明は、それぞれ特有の長所を有するものであり、有用なものと考えられる。しかしながら、浄水の効果がそれぞれ特有のものであり、少なくとも生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ：  Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｏｘｙｇｅｎ  ｄｅｍａｎｄ）、化学的酸素要求量（ＣＯＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｄｅｍａｎｄ）、懸濁物質または浮遊物質（ＳＳ：ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  ｓｏｌｉｄ）、全窒素（ｔｏｔａｌ  ｎｉｔｒｏｇｅｎ）、全りん（ｔｏｔａｌ  ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ）について複合的に効果を発揮し、低コストで実施を可能とする浄水装置の技術提案が望まれるところである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−７９５５７号公報
【特許文献２】特許第４８７９３６５号公報
【特許文献３】特開２００１−１２１１８６号公報
【特許文献４】特開２０１３−２２４９１８号公報
【特許文献５】特開２００９−２６８９６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前記課題を解決すべくなされたもので、汚染された河川、湖沼水を無害化すると共に、該無害化処理された残渣物質を水面上に浮上させて、これを吸引除去して地上処理といった後処理作業を必要とせず、さらに海湾に漂流する界面活性剤でエマルジョン化されたオイルを効率よく分解でき、しかも装置の構造が簡単で故障が少なく長寿命でかつ安価な河川、湖沼、海湾の水質改善方法およびその装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、給水口より処理前の水を取り込む吸水工程と、吸気口より取り込んだ空気を圧縮して酸素量を増加させながら吸気する吸気工程と、前記吸気工程において取り込んだ圧縮空気を、イオン発生装置によりイオン化するイオン化工程と、前記イオン化工程を経てイオン化された圧縮空気の流路と、前記吸水工程により取り込んだ前記処理前の水の流路とを連結口で連結し、気液混合流体を得て、前記気液混合流体を渦乱流発生装置を用いてマイクロバブル化する混合工程と、該マイクロバブル化された前記気液混合流体を吐出口の口径を絞り込んで水中へ加速噴射させ、更に微細気泡化を図る加速噴射工程と、から成ることを特徴とする水質改善方法とした。
【００１１】
また、本発明は、充填されたゼオライト粉末に窒素成分を吸着させ、酸素濃度を増加させる酸素濃縮装置を使用し、前記吸気工程で取り込んだ空気の酸素濃度を高める酸素濃縮工程を、前記イオン化工程の前工程として行なう手段を採用することもできる。
【００１２】
また本発明は、前記吸水工程において、吸水口より吸引した処理水を、前記気液混合流体とする混合工程の前に、育成光線を照射する育成光線放射工程を備えた手段を採用することもできる。
【００１３】
また、本願発明は、前記に記載したいずれかに係る水質改善方法を実施するための装置であって、前記吸水工程において、前記吸水口から前記処理前の水を吸引し送水管に圧送するための吸水ポンプと、前記吸気工程において、吸気口から大気中の空気を吸引し送気管を介してイオン発生装置にその空気を圧縮して酸素量を増加させながら供給するためのエアーポンプと、前記エアーポンプによって供給された空気をイオン化するイオン発生装置と、前記混合工程において、前記イオン発生装置によりイオン化された圧縮空気の流路である送気管と前記吸水ポンプにより給水された処理前の水の流路である前記送水管とを連結する連結口、及び、渦乱流発生装置、とを設け、前記加速噴射工程において、前記吐出口の口径を絞り込んで水中へ加速噴射させる加速噴射装置、を備えたことを特徴とする水質改善装置とすることもできる。
【００１４】
また本発明は、空気中の窒素を吸着除去することで気体の酸素分率を高めるための酸素増量装置をイオン発生装置の上流側に配備したことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の水質改善装置とすることもできる。
【００１５】
また本発明は、前記吸水工程で処理水を取り込んだ後であって、前期混合工程の前に、
前記送水管と前記送気管とを連結する連結口の上流部又は下流部のいずれか、若しくは上流部と下流部の両方に、育成光線放射セラミック収納管を設けた構成を採用することもできる。
【００１６】
また本発明は、前記イオン発生装置内に装備したイオン発生手段が、空気をイオン化する性能を有するセラミック鉱物を蒟蒻繊維に分散した多孔性結合体チップの収納管を備えている構成を採用することもできる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る水質改善方法、並びに水質改善装置によれば、河川、湖沼、海湾の水質改善に用いると、汚染された河川や湖沼水を無害化すると共に、該無害化処理された残渣物質を水面上に浮上させて、これを吸引除去して地上処理といった後処理作業を必要とせず、さらに海湾に漂流する界面活性剤でエマルジョン化されたオイルを効率よく分解でき、しかも装置の構造が簡単で故障が少なく長寿命でメンテナンス作業が容易であり、その製造や維持が低コストであるとともに、部品の故障が起こりにくく長期間の使用ができ、さらに広大な地域を比較的短期間のうちに効率よく改善することができる。
【００１８】
また、本発明に係る水質改善方法並びに水質改善装置において、酸素濃縮工程を採用した構成では、空気中の窒素を吸着材により減少させることにより気体中の酸素濃度が増強され、イオン化装置内でイオン化されて酸素分率の高いイオン化気体が有機物を分解する好気性微生物の分解作用を一段と活発化する。これにより急速に有機物等の分解及び水質の改善が図られるものである。また水中の藻類や魚類の生物も増量された酸素により活性度を増し好ましい生物環境が構築されるという優れた効果を奏する。
【００１９】
また、本発明に係る水質改善方法並びに水質改善装置において、育成光線放射工程を採用した構成では、育成光線放射セラミック収納域を通過させることにより水分子のクラスターが小さくなりその浸透性が向上することと、汚染水と混合したイオン化された微細気泡を吐出口から加速噴射することによる相乗効果を発揮し、通常の有機物はもとより従来から改善処理が困難であった海湾に漂流する界面活性剤でエマルジョン化されたオイルを効率よくかつ広範囲にわたり分解消滅させることができるという優れた効果を発揮する。
【００２０】
なお、前記のセラミック鉱物を蒟蒻繊維に分散した多孔性結合体チップの収納管を備えたイオン発生装置を用いた場合では、空気をイオン化する鉱物を蒟蒻繊維に分散した多孔性結合体チップは通常の空気のイオン化量の１０倍以上に気体中のイオン化分子を増量することができる。この装置では１００倍〜１００００倍に増量したイオン化気体を使用するもので、これにより、界面活性剤で被覆されて微生物による分解に漂流するオイルも、イオンの作用と浸透性を向上した微細気泡を含有する処理水の物理的作用により効率的に界面活性剤をはぎ取り、微生物による分解改善することができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の水質改善方法を示す該略フロー図である。
【図２】本発明の水質改善方法を示すチャート図である。
【図３】本発明の実施例の構成を示す装置の側面図である。
【図４】本発明の実施例の構成を示す装置の平面図である。
【図５】本発明の実施例の吸水口の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の実施例のイオン発生装置の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の実施例の処理水の吐出口の構成を示す断面図である。
【図８】本発明の実験初期の結果を示す表である。
【図９】本発明の実験初期の結果を示すグラフである。
【図１０】本発明の実験開始約１月後の結果を示す表である。
【図１１】本発明の実験開始約１月後の結果を示すグラフである。
【図１２】本発明の実験開始約３月後の結果を示す表である。
【図１３】本発明の実験開始約３月後当初の結果を示すグラフである。
【図１４】発明の成果を表示する写真である。
【図１５】海湾試験結果を示す説明図である。
【図１６】海湾試験結果（酸素濃度）を示す表である。
【図１７】発明の成果（透明度）を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は、河川、湖沼、海湾といった広域にわたる水に浮遊する有機物を物理的、化学的、微生物的に分解してその水質を改善する方法、及びその方法に用いる水質改善装置であり、空気をイオン化し、そのイオン化した空気を微細気泡化して気液混合流体を噴射する点を最大の特徴としている。またさらに、前工程として、水に育成光線を照射しておく工程や、酸素濃度を高める工程を経る構成を採用することによって、浄水効果のみならず、植物や魚貝類などの育成に適した機能水を放水し、河川や湖沼、或いは海湾等の水質を改善する構成とすることもできる。
【００２３】
まず物理的に分解する手段として２つの手段が導入可能である。その一つ目は、所謂マイクロバブルである。微細気泡を浸透性の高い処理水中に発生させることにより分解対象物の内部まで入り込み、気泡の破裂により対象物を細かく分断することである。本発明では、微細気泡を発生させる手段として、吐出口の口径を絞り込む構造（ベンチュリ）を採用し、処理水を加速噴射することで、遠く離れた広域にまで処理水が行きわたることとした。また、微細気泡は破裂する際に超音波を発生しその衝撃で分子を振動させるため、細菌を死滅させる効果もある。牡蛎の養殖では、食あたりの原因となる菌類を除去するために牡蛎を超音波洗浄する除菌の用途例がある。
【００２４】
二つ目の物理的分解手段は、水に育成光線を照射しておくことである。水の分子振動周波数と共鳴させて活性化エネルギーを増幅させ、水のクラスターを分断して自由度を向上させることで浸透性の高い水に変化させることが可能となる。一般に、水の浸透性が高いと植物の育成が良いと言われている。
【００２５】
化学的な分解手段としては、気泡となる気体をイオン化しておくことにある。これにより通常微生物分解が困難といわれている界面活性剤で覆われエマルジョン化されたオイルなどがイオン化された気泡の浸透により、界面活性剤がオイルから剥離状態となり、微生物による分解が効率よくなされることになる。即ち、化学的な分離手段と、微生物による分離手段の相乗効果によって、分解効率を高めているわけである。これらの分解に寄与する微生物は好気性であり、水中の酸素濃度を高めることによりさらにその活性が強化されるものである。また、イオン化に伴うラジカル（不対電子）の生成は、反応性に富む短寿命の中間体として、かなりの速さで他の非ラジカル種と結合をして別の化合物を生成する為、濾過フィルター等を用いるような場合であれば、係る濾過フィルター等への吸着を促進する。
【００２６】
本発明は以上に説明したように物理的、化学的、微生物的手段を組み合わせることにより、水の汚れを効率的に迅速に分解することで水質を改善する方法である。係る工程または装置について、以下、図面を利用しながら説明する。
【実施例】
【００２７】
図１は、本発明に係る水質改善方法を示す概略フロー図である。図１（ａ）は請求項１に係る水質改善方法のフロー概略を示し、図１（ｂ）は請求項２に係る水質改善方法のフロー概略を示し、図１（ｃ）は請求項３に係る水質改善方法のフロー概略を示している。また、図１（ｄ）は、前記全ての構成要素を備えた場合の水質改善方法のフローを示している。  
【００２８】
請求項１に係る水質改善方法は、図１（ａ）に示すように、吸気工程においてエアーポンプ２から圧縮送風された空気は、単位体積当たりにおける酸素の絶対量が増量されてイオン化工程１００へと送られ、該イオン化工程１００によってイオン化し、該イオン化された空気は混合工程２００において給水された水とマイクロバブル化して混合され、さらに、加速噴射工程３００により処理水の流速を高めて放出させる水質改善方法である。
【００２９】
請求項２に係る水質改善方法は、図１（ｂ）に示すように、前記吸気工程によって取り込んだ圧縮空気の酸素濃度をより高めるための酸素濃縮工程５００が付加された前記水質改善方法である。
【００３０】
請求項３に係る水質改善方法は、図１（ｃ）及び（ｄ）に示すように、前記吸水工程によって取り込んだ処理水に育成光線を放射する育成光線放射工程４００が付加された前記水質改善方法である。
【００３１】
図２は吸水した水の流れとエアーポンプ２により吸気された空気の流れ、さらに吸水された水と吸気された空気が混合されて吐出される流れを示すチャート図である。なお、図２は、全体構成を容易にするため、特許請求の範囲に記載した発明の構成に必要な要素を全て備えた場合の水質改善装置１を例示したものである。従って、酸素濃縮装置５や育成光線放射装置１２を含めない構成を意識的に除外するものではない。
【００３２】
エアーポンプ２からエアフィルター３を通過した空気は少なくとも大気圧以上の高圧下で履き出されるため、圧縮された状態で水と混和させることができ、その結果、水が保有できる溶存酸素量が増加する。その後加圧下で溶解した空気は放水と同時に大気圧まで減圧されるため、過剰に溶存した空気が気泡化して白濁する。この気泡の発生量は加圧力が高いほど多量に発生するが、気泡は浮上・脱気して容器内の透明度が増加し、数分後には消失するが、気泡が消失しても水中の溶存酸素濃度は飽和濃度を大きく上回った。したがって加圧状態で水中に溶解した過飽和の空気は、速やかに全量が気泡化するのではなく、一部が過飽和の溶存状態で水中に維持できる特性があるといえる。従って本願発明に係る水質改善方法及び水質改善装置１により得られた水は、微生物の活性化などに資する機能水となる（図１７参照）。
【００３３】
水質改善装置１における空気の流れについて説明する。空気の流れは前記エアーポンプ２から取り入れた外気をエアフィルター３を通して不純物を取り除き、送気管４を経て酸素濃縮装置５に送り、該酸素濃縮装置５により酸素濃度を２５〜９５％に調整された後、イオン発生装置６に送られる。
【００３４】
エアーポンプ２は、本願発明に係る水質改善方法及び水質改善装置１に必要な空気を送る装置であり、圧縮空気による加圧力を利用して過飽和の状態になるまで空気を水中に溶解させ、過飽和の酸素を含む高濃度酸素水を生成する。高濃度酸素水を得るためには、少なくとも大気圧（０．１ＭＰａ）以上の出力特性を有することが必要であるが、理論的には加圧力に比例して酸素飽和度は増加するため、高圧縮可能な吐き出し性能を有する物を利用することが望ましい。なお、酸素濃度を３倍程度にするためには、少なくとも０．２ＭＰａ以上の加圧が必要であり、酸素濃度９５％の酸素飽和度を得るためには少なくとも、０．５ＭＰａ以上の圧力を加える出力が必要である。従って、係るエアーポンプ２単体で所望する酸素濃度を得ることも可能であるが、大量の処理水に高酸素濃度を得るためには、小型化や省電力化を考慮すると、後記の酸素濃縮装置５と併用することも有効である。
【００３５】
エアフィルター３は、主に空気中の微細なちりやほこりを吸着しさらには、海岸部においては空気中の塩分を吸着し内部に侵入するのを防止する役割を果たす。実験に用いたフィルター材料としては布や和紙を使用した。
【００３６】
酸素濃縮装置５は、前記エアーポンプ２により加圧された空気中の窒素と酸素を分離し、酸素を取り出す装置である。空気を分離する方法を大別すると、窒素と酸素の沸点の差を利用する「深冷分離法」と、窒素と酸素の平衡吸着量の差を利用する「ＰＳＡ法」の２種類がり、本願では内部にゼオライト粉末を充填したものを使用し、通気により空気中の窒素成分を該ゼオライト粉末に吸着させて酸素濃度を増加する「酸素ＰＳＡ」を採用した。但し、他の「窒素ＰＳＡ」や前記「深冷分離法」を除くものではなく、また、酸素ボンベ等から吸入工程で取り入れた空気に酸素を供給して酸素濃度を高める方法など、本願発明に係る発明の効果を発生させることができるとして、同等の効果（酸素濃度を２５〜９５％に濃縮してイオン発生装置６に送る装置）を発揮するものであれば転用可能である。なお、係る酸素濃度を増加させる機能として、前記のエアーポンプ２による加圧により空気の絶対量を増やすことで酸素の溶存酸素量が増加する構成とは別の装置であり、請求項２または請求項３に記載の水質改善方法及び請求項５から請求項７のいずれかに使用される水質改善装置１に用いられる装置である。
【００３７】
次に図４の育成光線放射装置１２について詳しく説明する。吸水フィルター１１は、金属網に育成光線放射セラミック含有塗料を塗布したものを使用した。吸水フィルター１１を通過した汚染水は育成光線放射セラミック含有塗料を塗布した育成光線放射網１８で囲まれる育成光線放射セラミックボール１９収納域を通過することにより水の分子振動周波数と共鳴させて活性化エネルギーを増幅することで水のクラスターを分断して自由度を向上させて浸透性の高い水に変化させるものである。
【００３８】
育成光線放射セラミック含有塗料は、二酸化チタン、アルミナ、ブラックシリカ、トルマリンなどのセラミック材料粉末及び竹炭の粉末を塗料中に分散して金属網に塗布して使用した。
【００３９】
育成光線放射セラミックボール１９は、二酸化チタン、アルミナ、ブラックシリカ、トルマリンなどのセラミック材料粉末粘土に混ぜ込み、粒径は３ｍｍから２０ｍｍ程度で、実験に用いたのは、平均粒8ミリの球体に成型し、約1000度で焼成したものである。係る育成光線放射装置１２単体で二十日大根の生育実験をしたところ、発芽率が３０％から４０％増加した。従って、該育成光線放射装置１に、育成光線放射セラミックボール１９又はセラミック材料粉末及び竹炭の粉末を塗料中に分散して金属網に塗布して使用するなど、利用の途は広いものといえる。
【００４０】
図5のイオン発生装置6にいて詳しく説明する。イオン発生装置６の容器２２は電気絶縁性のプラスチック製のものを使用した。容器の中には育成光線放射網１８で囲ってイオン化セラミックチップ２０を充填し、エアーポンプ２から送られた気体を、イオン化セラミックチップ２０中を通過させることによりこの気体をイオン化するものである。さらにイオン化を確実にするためにイオン発生器２１を使用することも効果として万全である。通常の外気のイオン濃度は１００〜２００個／ｃｃであり、イオン発生装置を通過することにより１０，０００〜１，０００，０００個／ｃｃに高濃度化される。なお、稚魚から３ヶ月間育成したフグの養殖に係る水で育成した結果では、生存率が２０％から３０％増加した。
【００４１】
イオン化セラミックチップ２０は、遠赤外線放射性物質の粉末およびトルマリン、炭微粉末を蒟蒻繊維で結着し２〜３センチ角のチップに乾燥成型したもので多孔性の表面を有している。
【００４２】
イオン発生器２１は、交流電界を印加することによりグロー放電がおこり周囲の空気をイオン化するものである。
【００４３】
次に図６の渦乱流発生装置１４および微細気泡発生ノズル１５について詳しく説明する。渦乱流発生装置１４は送水管１３の直径よりも大きな直径を有する部分的に球体状をしており送水管１３に送られてくる気液混合流体６００は渦乱流発生装置１４に侵入すると曲面状の内壁に沿って渦乱流が発生する。この時気液混合流体６００は含有するイオン化されている気体が渦乱流により撹拌作用が起き、結果的にマイクロバブル化されて後続する処理水の水圧により漸次口径を絞り込んだ形状の口径絞り部材２３を配する吐出口１６方向に押し出されていく。吐出口１６からは水圧により流速が加速されジェット気流のように処理水が噴射され、さらに処理水中のバブルが微細化されて白色の帯のように遠方に押し流されていく。
【００４４】
渦乱流発生装置１４は、水の進入口と流出口の中心位置が同一ではなく少しずれた状態をもつ球体構造をしており、この球体の中で渦乱流が発生し流出口から吐き出される水はより微細なマイクロバブルを包含している。
【００４５】
口径絞り部材２３は、育成光線発生材料を漏斗状に成型して使用することにより水のクラスターがより微細化される一方、口径を絞った吐出口から勢いよく噴射されることにより微細なバブルとして遠方まで処理水が拡散される。
【００４６】
上述した実施形態によれば、本発明の水質改善方法は、河川、湖沼、海湾といった広域にわたる水に浮遊する有機物を物理的、化学的、微生物的に分解してその水質を改善する方法である。
【００４７】
まず物理的に分解する手段としては、２つの手段を導入している。その一つは、水に育成光線を照射することにより水の分子振動周波数と共鳴させて活性化エネルギーを増幅することにより水のクラスターを分断して自由度を向上させることで浸透性の高い水に変化させることである。
【００４８】
二つ目の物理的分解手段は、微細気泡を浸透性の高い処理水中に発生させることにより、分解対象物の内部まで入り込み、気泡の破裂により対象物を細かく分断することである。さらに微細気泡を発生させる手段として吐出口の口径を絞り込む構造をとり、処理水を加速噴射することで遠く離れた広域にまで処理水が行きわたることが特徴としてある。
【００４９】
一方、化学的な手段としては気泡中の気体をイオン化しておくことにある。これにより通常微生物分解が困難といわれている界面活性剤で覆われエマルジョン化されたオイルなどが、イオン化された気泡の浸透により界面活性剤がオイルから剥離状態となり、微生物による分解が効率よくなされることである。これらの分解に寄与する微生物は好気性であり、水中の酸素濃度を高めることによりさらにその活性が強化されるものである。本発明は以上に説明したように物理的、化学的、微生物的手段を組み合わせることにより水の汚れを効率的に迅速に分解することで水質を改善する方法である。
【００５０】
また、上述した実施形態によると、水質改善装置１はエアフィルター３を介して外気を吸入し送気管４を経て酸素濃縮装置５に送り、酸素濃縮装置５で酸素濃度を２５〜９５％に濃縮してイオン発生装置６に送る。イオン発生装置６で１０，０００個／ｃｃ〜１，０００，０００個／ｃｃのイオンを含むイオン化された酸素濃度の高い気体は送気管４を経て逆支弁７を設けた連結口８で汚染水の流れに吸い込まれて送水管１３中に混入されていく。一方、吸水ポンプ１０で吸引された水は吸水フィルター１１を通り育成光線放射装置１２を通過して連結口８に送られ、ここで水中にイオン化した空気を取り入れる。気体と液体の混合液は渦乱流発生装置１４で対流しながらイオン化空気のマイクロバブルを形成する。その後、口径を絞り込んだ吐出口１６をもつ微細気泡発生ノズル１５から加速噴射されて、さらにバブルは微細化されて勢いよく遠方に放出される。これらにより物理的化学的に汚染物質である有機物を分解する一方、有機物を分解する好気性微生物の活動が活発になる環境が維持されて、常に好適な状態を広範囲に保つことができるものである。
【００５１】
図８から図１４は、東京都台東区の上野恩賜公園内に位置する天然の池である、不忍池（しのばずのいけ）で実験を行った結果を示すものである。図８及び図９は実験開始直後を示し、図１０及び図１１は実験開始から約1ヶ月後を示し、図１２及び図１３は実験開始から約3ヶ月経過後を測定した結果を示している。なお、測定の対象は、ｐＨ（hydrogen exponent：水素イオン指数）、ＢＯＤ（Biochemical oxygen demand：生物化学的酸素要求量）、ＣＯＤ（Chemical Oxygen Demand：化学的酸素要求量）、ＳＳ（suspended solid：懸濁物質または浮遊物質）、全窒素（窒素を含む化合物の総称）、全リン（total phosphorus）の６項目とした。また、実験に用いた水質改善方法及び水質改善装置１は、本願特許請求の範囲に記載された請求項１に係る水質改善方法、並びに請求項５に係る水質改善装置１である。
【００５２】
先ずｐＨについては、試験開始直後から、試験池外水Ｗ１と試験池内水Ｗ２とで大きく変化した。水溶液中の水素イオン濃度の逆数の対数をとった水素イオン濃度と水酸化物イオン濃度が等しい中性におけるｐＨは７であり、ｐＨが７より大きければアルカリとなり、その逆は酸性となる。人為的な汚染のない河川水では、その地質的な要因によって主にｐＨが変化することがあるが、概ね、わが国における河川のｐＨは通常中性付近である。例外的に火山や温泉の影響を受けてアルカリ度が高い沼などもあるが、試験に用いた不忍池付近に地質に特殊性はなく、河川ではｐＨ6.5から8.5、海域ではｐＨ７.8から8.3が生物の生育に適しているといわれ、ｐＨがこれらの値の範囲から出ると、生態系のバランスを崩し、生産の低下を招くことが予想される。また水稲の例ではｐＨ6.0から7.5（農業用水基準）程度が適しており、水道用水としてはｐＨ6.5から8.5が望ましい数値とされている。
試験開始直後、約1ヶ月後、更に約3ヶ月後のいずれの時期をみても、アルカリ度が高く、また値に変動も大きかった試験池外水Ｗ１と比較すると、試験池内水Ｗ２はｐＨが常に6.7から７と安定した数値（中性）を示していた。
【００５３】
次に、ＢＯＤについて、ＢＯＤは水質汚濁を示す代表的な指標であり、水中の好気性微生物によって消費される溶存酸素の量をいい、通常２０℃、５日間で消費されたＤＯ（ｍｇ／Ｌ）で表わされ、不忍池に多く生息するコイやフナについては５ｍｇ／Ｌ以下であることが必要と考えられている。また、環境保全の面では、臭気限界からＤＯとの関連で考えれば、ＢＯＤは１０ｍｇ／Ｌ以下が適当であるとされている。試験開始直後、約１ヶ月後、更に約３ヶ月後のいずれの時期をみても、１〜２．２以下に抑えられており、有効な結果を得ることができた。
【００５４】
ＣＯＤについては、ＣＯＤはＢＯＤとともに水質汚濁を示す代表的な指標であり、湖沼及び海域で類型別に環境基準が定められている。水浴中で３０分間加熱分解し、消費された過マンガン酸の量を求め、対応する酸素の量で表わされる。１ｍｇ／Ｌ以下は、ほとんど人為的汚染がないと考えられ、これらの湖沼は自然探勝等に適している。水道法水質基準の過マンガン酸カリウム消費量は１０ｍｇ／Ｌ以下が基準であり、これをＣＯＤに換算すると２．５ｍｇ／Ｌ以下となり、浄水処理過程能力を勘案すれば湖沼の水道用水の適応性として、３ｍｇ／Ｌ以下とされている。農業用水としては、ＣＯＤが高いと土壌の還元の促進等により稲の根の活力が低下し、根ぐされが発生するため、試験の結果から６ｍｇ／Ｌ以下が望ましいとされる。水浴についてはＣＯＤ３ｍｇ／Ｌ以下であれば問題はなく、その他、工業用水、環境保全の面からすれば、ＣＯＤ８ｍｇ／Ｌ以下であれば十分である。本願発明によると、試験開始直後、約１ヶ月後、更に約３ヶ月後のいずれの時期をみても、目標とする数値内に抑えることができた。試験池外水Ｗ１と試験池内水Ｗ２とを比較すると、大幅に減少し、有効な結果を得ることができた。  
【００５５】
ＳＳについては、ＳＳは水中に懸濁している不溶解性物質のことで、数値が大きいほど水質汚濁は著しい。JISでは懸濁物質といい、粘土鉱物に由来する微粒子や、動植物プランクトンとその死骸、排水等に由来する有機物や金属等が含まれる。一般に清澄な河川では、粘土分が主体であり、汚濁が進むと有機物の比率が高くなる。湖沼や海域では、季節によってプランクトンとその死骸が多くなる。SSの量は水の濁り、透視度や透明度等の外観に影響を与える。またSSが生態系に与える影響には、魚類の窒息や太陽光線の透過を妨げることによる藻類の光合成阻害等がある。通常の河川のSSは高くても数十ｍｇ／Ｌであるが、降雨後では、数百ｍｇ／Ｌ以上になることもある。また水産生物の正常な生育環境としてはＳＳ２５ｍｇ／Ｌ以下が望ましいとされ、農業用水中のSSについては、１００ｍｇ／Ｌ以下が基準となっている。本件試験結果によれば、図８から図１４に示されるように試験池外水Ｗ１と試験池内水Ｗ２とを比較すると、いずれの項目についても大幅に減少していることがわかる。
【００５６】
最後に、湖沼の全窒素及び全リンに係る環境基準は、水中の藻類等の増殖を防止するため、生活環境を保全する上で維持することが望ましい基準として定められたものである。水中の窒素及び燐の濃度が上昇し、水域が富栄養化すると、透明度の低下等による景観の悪化、水道水の異臭味や浄水場の濾過障害の発生、魚介類へい死等の水域の利用上の障害が生じる。水道１級の場合、環境基準値は全窒素０．２ｍｇ／Ｌ以下、全リン０．０１ｍｇ／Ｌ以下であり、農業用水の環境基準値は、全窒素１ｍｇ／Ｌ以下が適当である。また環境保全の観点からは国民の日常生活に不快感を与えない程度として、全窒素１ｍｇ／Ｌ以下、全リン０．４ｍｇ／Ｌ以下とすることが適当であるとされている。本願発明に係る水質改善方法並びに水質改善装置１による試験結果より、全窒素は１以下に抑えられており、全リンの値も０．０２５と、極めて有効な効果を得ることができた。
【００５７】
上記不忍池における水質検査の結果は、財団法人栃木県環境技術協会（栃木県宇都宮市下岡本２１４５−１３）によるものである。なお、係る上記の効果は、目視してもはっきりと認識できるものであり、図１４にその効果を示す。図１４（ａ）では、アオコやヘドロのフロックが固まり、層になっていて、吸水口から水が取り込めない状態であることがわかる。図１４（ｂ）では、前記装置によってアオコやヘドロのフロックが取り込まれ、前記装置周辺に池水が現れ、優れた浄水効果を示していることがわかる。図１４（ｃ）では、アオコやヘドロがイオン化作用を受けて表面に浮いてきている状態であることがわかる。図１４（ｄ）及び図１７では、写真に示されるように、水質が改善され、透明度が向上していることがわかる。
【００５８】
次に、本願出願に係る特許請求の範囲に記載された請求項２に係る水質改善方法並びに水質改善装置１による試験結果について説明する。充填されたゼオライト粉末に窒素成分を吸着させ、酸素濃度を増加させる酸素濃縮装置５を使用し、前記吸気工程で取り込んだ空気の酸素濃度を高める酸素濃縮工程を前記イオン化工程の前工程として行なう水質改善方法及び水質改善装置１を用いて、メキシコ湾（Ｏｒａｎｇｅ  Ｂｅａｃｈ  Ａｌａｂａｍａ36561）の油流出事故に対し、原油分解試験を行った結果は、図１５に示す海湾の各ポイントで試験し、界面活性剤で覆われたオイルが漂流する海湾の淵に設置し、周囲の海水を吸入し処理後の水を海湾に戻すことを実施したところ、わずか4日目にはオイルが分解されて透明な海水に甦り、水深２mの海底のカニやヒトデが目視できるまでの効果が出た。また、図１６（１週間経過後）に示すような酸素濃度の上昇も図られた。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明に係る河川、湖沼、海湾の水質改善方法及びその装置は、文字通り、河川、湖沼、海湾に浮遊する有機物からなる汚染物質の分解により水質を改善する方法及び装置として用いることを主目的としているが、魚の養殖やさらには小型化することにより家庭用の改善槽にも利用可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１    水質改善装置
２    エアーポンプ
３    エアフィルター
４    送気管
５    酸素濃縮装置
６    イオン発生装置
７    逆止弁
８    連結口
９    バッテリー
１０  吸水ポンプ
１１  吸水フィルター
１２  育成光線放射装置
１３  送水管
１４  渦乱流発生装置
１５  微細気泡発生ノズル
１６  吐出口
１７  配電盤
１８  育成光線放射網
１９  育成光線放射セラミックボール
２０  イオン化セラミックチップ
２１  イオン発生器
２２  容器
２３  口径絞り部材
１００  イオン化工程
２００  混合工程
３００  噴射工程
４００  育成光線放射工程
５００  酸素濃縮工程
６００  気液混合流体
Ｗ１    試験池外水
Ｗ２    試験池内水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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