(57)【要約】【課題】簡易な設備で効率よく、低動力で深層水域の水質浄化を行なうことが出来る水質浄化方法及び水質浄化装置を提供しようとする。【解決手段】陸上又は水面上又は水面近くの水中に微細気泡含有水製造を設置し、製造された微細気泡含有水を深層水域へ送り込み、深層水中へ放出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陸上又は水面上又は水面近くの水中に設置されて微細気泡含有水を製造する微細気泡含有水製造手段と、該微細気泡含有水を深層水域へ送り込む送水手段と、該深層水域中に設置されて、該深層水域へ送り込まれた該微細気泡含有水を深層水中へ放出する放出手段と、該微細気泡含有水製造手段に水を供給する給水手段とを含む、深層水を浄化する水質浄化装置。
【請求項２】
前記放出手段の近傍に、接触濾材が配置されたことを特徴とする請求項１に記載の水質浄化装置。
【請求項３】
前記接触濾材が、繊維集合体から成る構造物であることを特徴とする請求項２に記載の水質浄化装置。
【請求項４】
陸上又は水面上又は水面近くの水中から微細気泡含有水を深層水域へ送り込み、深層水中へ放出することを特徴とする深層水を浄化する水質浄化方法。
【請求項５】
前記微細気泡含有水の放出部近傍に、接触濾材を配置することを特徴とする請求項４に記載の水質浄化方法。
【請求項６】
前記微細気泡含有水の放出部近傍の深層水を微細気泡含有水製造装置へ供給して前記微細気泡含有水と成すことを特徴とする請求項４又は５に記載の水質浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水質浄化装置及び水質浄化方法に関し、より詳しくは深層水と呼ばれる湖沼、池、ダム等の水深の深い深層水域に存在する水を浄化する装置及び浄化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近来、湖沼、池、ダムの富栄養化が進み、水質悪化が表面水域にとどまらず、深層水域にまで進行し、対策が望まれている。水温や溶解している微量成分の差等による比重の違い等により表面層と深層との間の自然循環が起こらなくなって、それぞれ別の水塊を形成してしまう。結果として深層水域では太陽光の恩恵に浴さないこともあって、貧酸素水塊となって、棲息する微生物，動植物が、大きく変化してしまっている。
【０００３】
この悪化した深層水域の水質を改善するために、従来より各種の方法が講じられている。一般的には、貧酸素水塊となっている深層水域に圧縮空気を導管で導びいて送り込んで、水中溶存酸素濃度を高め、好気性の生物浄化を行なわせる方法が採られる。空気は導管の先端の散気管により貧酸素水塊に吹き込まれる。しかし、この方法は、散気管により作られる曝気気泡の多くが１ｍｍ前後の直径であることから気泡の浮上速度が大きく、気泡が深層水域の溶存酸素となるまでに脱気が進んで、吹き込んだ空気の利用効率が低い。又、深層水域の水圧に打ち勝って空気を送り込むために、大きな動力を必要とする。更に、曝気気泡は垂直に真っ直ぐに浮上するため、気泡の影響範囲が狭いので、広大な水域へ対応するためには装置ユニットの設置基数が多くなり、設備費が大きくなる。
【０００４】
これらの問題への対策として、送り込んだ空気を微細化した状態で水中に送り出すことが考えられる。空気を微細化する手段として、大波博文により、微細気泡発生ユニットが開発された。これは、ユニットに水を圧送することによりアスピレータ効果により空気を自吸引し、この自吸引した空気を微細化して０．０１ｍｍ程度の直径の微細気泡として水中に噴出するものである。しかしながら、水深１０ｍ以上の水深の場所にこのユニットを設置した場合は、水面上から導管で導いた空気をそのまま自吸引することが不可能で、コンプレッサで圧送された空気を利用して目的を果たしているのが現状である。従って、この方法も空気の圧送に多くの設備費，動力費が必要となる。又、ユニットの自吸引空気量が少なくなるのでこの場合もユニットの設置基数が多くなり、その分更に多くの設備費，動力費が必要となる。又、メンテナンスの手間が多くなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、これら課題を解決し、簡易な設備で、効率よく、低動力で深層水域の水質浄化を行なうことが出来る水質浄化装置及び水質浄化方法を提供しようとする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨とするところは、陸上又は水面上又は水面近くの水中に設置されて微細気泡含有水を製造する微細気泡含有水製造手段と、該微細気泡含有水を深層水域へ送り込む送水手段と、該深層水域に設置され、該深層水域に送り込まれた該微細気泡含有水を深層水中へ放出する放出手段と、微細気泡含有水製造手段に水を供給する給水手段とを含む、深層水を浄化する水質浄化装置であることにある。
【０００７】
又、本発明の要旨とするところは、前記放出手段の近傍に、接触濾材が配置されたことを特徴とする水質浄化装置であることにある。
【０００８】
前記接触濾材は、繊維集合体から成る構造物であり得る。
【０００９】
更に、本発明の要旨とするところは、陸上又は水面上又は水面近くの水中から微細気泡含有水を送水手段により深層水域へ送り込み、深層水中へ放出することを特徴とする深層水を浄化する水質浄化方法であることにある。
【００１０】
前記水質浄化方法においては、前記微細気泡含有水の放出部近傍に、接触濾材を配置し得る。
【００１１】
前記水質浄化方法においては、前記微細気泡含有水の放出部近傍の深層水を微細気泡含有水製造装置へ供給して前記微細気泡含有水と成し得る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の水質浄化装置の構成を図により説明する。図１は本発明の水質浄化装置２を湖に設置した状態を示す概観図である。図１の水質浄化装置２は、湖岸陸上に設置された微細気泡含有水製造手段４を備え、送水手段６の一端が微細気泡含有水製造手段４の微細気泡含有水噴出口１２に接続されている。微細気泡含有水製造手段４は、空気吸引口５を有し、この空気吸引口５から大気を取り込み微細気泡含有水を製造する。酸素ボンベから酸素を取り込んでもよい。微細気泡含有水製造手段４により作られた微細気泡含有水が、送水手段６により深層水域１０に導かれる。図１においては送水手段６はパイプ７から成る。送水手段６の他端には、微細気泡含有水を水中に放出する放出手段９が備えられている。放出手段９は深層水域１０に配置されている。図１においては放出手段９は、微細気泡含有水を放出する方向の異なる複数の放出口１４を備えるノズル１６から成る。微細気泡含有水製造手段４の吸引口８には水導入管２０の一端が接続されている。水導入管２０の他端にはストレーナー２２が取り付けられており、ストレーナー２２は水中に沈められている。水導入管２０の中間部にはポンプ２４が備なわっており、湖水をストレーナー２２を介して微細気泡含有水製造手段４の吸引口８に供給する。即ち、ここでは、微細気泡含有水製造手段４へ湖水を供給する給水手段２６が水導入管２０とポンプ２４とストレーナー２２とから成る。
【００１３】
このような水質浄化装置２の構成により、給水手段２６により湖水が微細気泡含有水製造手段４へ供給され、微細気泡含有水となり、その微細気泡含有水が送水手段６により放出手段９に送られ、深層水域１０に配置された放出手段９により深層水域１０の水中へ放出される。
【００１４】
このような水質浄化装置２の構成にあっては、微細気泡含有水製造手段４が陸上に配置されており、湖水の水面３０より水頭が高い位置にあるので、ここから微細気泡含有水を深層水域１０に送り込むためのエネルギーはパイプ７の流路抵抗等極僅かである。空気を深層水域１０に送り込むためには、空気と湖水との比重差による空気の浮力、もしくは深層水域１０の水圧に抗して多くエネルギーが必要であるのに対して、本発明においては、微細気泡含有水と、湖水との僅かな比重差と深層水域１０の水深との積に相当するエネルギーとパイプ７の流路抵抗に対応するエネルギーを送水動力として要するのみである。この動力は、通常は微細気泡含有水製造手段４から排出される微細気泡含有水の噴出圧でまかなうことができ、微細気泡含有水を深層水域１０に送り込むための専用の動力ポンプ等を必要としないのである。
【００１５】
従来のように微細気泡含有水製造手段４そのものを深層水域１０に設置したのでは、空気を、深層水域１０の水圧に打ち克って微細気泡含有水製造手段４に供給せねばならず、水深が深くなるほど大規模のコンプレッサと、多くの動力を必要とする。本発明においては、深層水域１０がいかに深くなってもこのような問題は生ぜず、機材の耐圧や、設置操作等に問題がなければ数百ｍの深さでも十数ｍの深さでも同じように簡易な設備と少ない動力で微細気泡含有水を所定の水深のところまで送り込むことが出来る。
【００１６】
深層水域１０に送り込まれ水中に放出された微細気泡含有水に含まれる微細気泡は、浮上速度が極めて遅いので深層水域中を浮遊し、微かな水流にのってゆるやかに拡散する。この滞留中に酸素が水に溶け込んで溶存酸素となり好気性の水浄化が促進される。
【００１７】
本発明の他の態様を図２に示す。図２の水質浄化装置２ａにおいては微細気泡含有水製造手段４が、湖水の水面３０に浮かぶ筏３２に取り付けられ、水面３０近くの水中に位置している。微細気泡含有水製造手段４の空気吸引口５には空気導入管３４の一端が接続され、他端は、水面の上に出ている。
【００１８】
微細気泡含有水製造手段４により作られた微細気泡含有水が、送水手段６により深層水域１０に導かれる。送水手段６はパイプ７から成る。送水手段６の他端には、微細気泡含有水を水中に放出する放出手段９が備えられている。放出手段９は深層水域１０に配置されている。放出手段９は、微細気泡含有水を放出する方向の異なる複数の放出口１４を備えるノズル１６から成る。微細気泡含有水製造手段４の吸引口８には水導入管２０の一端が接続されている。水導入管２０の他端にはストレーナー２２が取り付けられており、ストレーナー２２は深層水域１０の水中に沈められている。水導入管２０の中間部には水中ポンプ３６が備なわっており、湖水をストレーナー２２を介して微細気泡含有水製造手段４の吸引口８に供給する。即ち、ここでは、微細気泡含有水製造手段４へ湖水を供給する給水手段２６が水導入管２０と水中ポンプ３６とストレーナー２２とから成る。
【００１９】
このような水質浄化装置２の構成により、給水手段２６により湖水が微細気泡含有水製造手段４へ供給され、微細気泡含有水となり、その微細気泡含有水が送水手段６により放出手段９に送られ、深層水域１０に配置された放出手段９により深層水域１０の水中へ放出される。
【００２０】
更に、微細気泡含有水製造手段４の微細気泡含有水噴出口１２に、或いは、送水手段６の中間に、マグネタイザー（ＴＨＥ  ＭＡＧＮＥＴＩＺＥＲ  ＧＲＯＵＰ．ＩＮＣ．ＵＳＡ  製）４０を取り付ける態様もとることが出来る。マグネタイザー４０により発生させた磁場を、電気伝導度を有する水が横切ることから電子励起作用が働いて、微細気泡含有水が活性化されて、より浄化機能を高めることが出来る。このマグネタイザーは、図１、２のように水の導管部分に取り付けてもよいが、吸引される空気の導管部分に取り付けて、吸引される空気を活性化させることによっても、より浄化機能を高めることが出来る。
【００２１】
又、放出手段９の近傍、即ち微細気泡含有水の放出部の近傍に、接触濾材３８が設置されている。接触濾材３８は、好ましくは網や織物や不織布等の繊維集合体で構成される環状の構造物から成り、微細気泡含有水が放出されて流れていく流路を囲むように配置されている。
【００２２】
接触濾材は環状でもブロック状でもよく、微細気泡含有水が放出されて流れていく流路を囲んで一対のゲート状に配されてもよい。流路に対向して微細気泡含有水が接触濾材に衝突するように配されてもよい。接触濾材はプラスチックや金属製の構造物であってもよい。石やコンクリートから構成されていてもよい。
【００２３】
接触濾材３８は微細気泡をからめとり気泡中の酸素の溶存酸素化を助長する。かつ、好気性バクテリアを担持する好適な濾床となり、水の浄化が促進される。
【００２４】
接触濾材３８を構成する環状の構造物の構造を図３に示す。構造物１１０は金属製あるいはプラスチック製の格子状の板から成る筒状体１１２の外周に網や織物や不織布等の繊維集合体１１４が巻き付けてある。構造物１１０の内径は１０乃至１００ｃｍ程であり、長さＬは１０乃至２００ｃｍ程である。繊維集合体１１４としては、魚網のような網や、厚手の織物や、フェルト状やスパンボンド状の不織布を一層又は多層に厚さ０．１乃至１０ｃｍ程度に巻き付けて使用する。
【００２５】
又、繊維集合体１１４として特開平−２５３６８０に記されているような多筒状立体織物を使用出来る。この立体織物の断面構造を図４に示す。図４において、符号１２０は芯となる緯糸であり、１１８は弧となる緯糸である。符号１２６は経糸である。緯糸１２０は熱収縮性の糸であり、織り上げた生機を熱処理して緯糸１２０を収縮させて筒状部１１６が形成される。糸の素材としては、例えば緯糸１２０として５５０ｄｔｅｘポリエステル高収縮マルチフィラメント、弧となる緯糸１１８として１１００ｄｔｅｘポリプロピレンモノフィラメント、経糸１２６としては、２０／２番手のポリプロピレンスパン糸が使用される。このような織物の構造は、空間部１３４を有するので、繊維素材が水と接触する有効表面積が多く、本発明の装置に好適に用いられる。図５は立体織物１３６を金属製の格子状の板から成る筒状体１１２に巻き付けて得られた構造物１１０ａの断面の構造を示す。
【００２６】
なお、本発明の図２のような態様においては、岸からはなれたところに、水質浄化装置を設置出来る。微細気泡含有水製造手段４が水面下に位置するが、水面から浅いところであるので、空気吸引口５から自吸引される空気には大きな水圧がかからず、微細気泡含有水製造手段４は、陸上に設置されたときとほぼ同様に作動する。微細気泡含有水製造手段４は筏３２のような浮上体の上に載置してもよい。即ち、微細気泡含有水製造手段４は、その一部又は全体が水面３０の上にあってもよい。
【００２７】
ここで、本発明において用いられる微細気泡含有水製造手段４について説明する。微細気泡含有水製造手段４は直径０．０１ｍｍ程の微細気泡を含有する微細気泡含有水を製造出来る装置であれば様式は問わないが、例えば、その構造は図６に示すようなものである。図６（ａ）は縦断面図、図６（ｂ）は横断面図である。図６において微細気泡含有水製造手段４は円筒の一端部を封じたケーシング４１を備え、他端部側の側面にフランジ４２を螺合し、ケーシング４１の空洞４３内に複数個の液体吐出ノズル４４を直列に嵌挿する。ケーシング４１の外側面に水を導入する流体給水管４６及び配水用継ぎ手５２を接続する。フランジ４２からは筒部４８が突出し、筒部４８の内部に筒状ノズル５０が嵌合固定されている。筒状ノズル５０の後端と、配水用継ぎ手５２とをホース５４で接続し、ケーシング４１に供給された水の余剰分が筒状ノズル５０に供給されるようにする。
【００２８】
筒部４８内で、筒状ノズル５０の中央外周部に空気室５２を形成し、この空気室５２に空気を供給する空気吸引口５３を筒部４８に設ける。
【００２９】
ケーシング４１の筒状ノズル５０と反対側の側面中央に噴射管５６を接続する。一方、液体吐出ノズル４４は円錐筒型を有する内周ノズル片５８と、これに隙間をもってノズル孔６１を形成して嵌合する外周ノズル片６０とにより構成されている。内周ノズル片５８は内部に直管状の内孔６２があけられており、外周ノズル片６０はその内部に内周ノズル片５８を嵌合する円錐形状のほぼ中央部分の内周の全周にわたって凹溝６４が形成されている。又、図２の断面図に示すように、給水孔６６が凹溝６４の外周に沿って所定の間隔で複数個斜めにあけられている。これにより、ケーシング４１に接合した流体給水管４６よりの給水は凹溝６４の接線方向に穿孔した給水孔６６より凹溝６４内に水を旋回させつつ供給可能となっている。
【００３０】
このように構成された微細気泡含有水製造手段４において、流体給水管４６より給水ポンプで高圧水をケーシング４１に内に供給すると、空洞６８に導かれ、更に液体吐出ノズル４４の外周面に、給水孔６６より導入され、内周ノズル片５８と外周ノズル片６０との間の隙間のノズル孔６１から高速で吐出され、空洞６８内へ供給された高圧水で液体吐出ノズル４４内に導入されなかった余剰分が配水用継ぎ手５２とホース５４を経て筒状ノズル５０へ給水される。
【００３１】
この筒状ノズル５０へ供給された高圧水はその先端より液体吐出ノズル４４の中心部に高速で吐出される。このとき、筒状ノズル５０の先端部において、その外周にリング状のスリットノズル７０が形成されており、かつ、このスリットノズル７０と、空気室５２とが導通されているので、スリットノズル７０の先端で発生する負圧により、スリットノズル７０より空気室５２内の空気が吸引され旋回しつつ液体吐出ノズル４４内へ吐出され、筒状ノズル５０より吐出される高圧水にて粉砕混合され微細気泡となって噴出される。
【００３２】
この筒状ノズル５０よりの高圧水と、スリットノズル７０より吸引される空気とは、粉砕混合されて液体吐出ノズル４４内へ吐出されると、この液体吐出ノズル４４内を流下し、かつリング状のノズルより吐出されて、空気は更に粉砕されて微細化され、数十ミクロン以下となり、高圧水と混合した状態、即ち空気が高圧吐出水に溶存した状態となって噴射管５６を経て吐出される。
【００３３】
この微細気泡含有水製造手段を本発明の水質浄化装置に用いる場合、２１乃至６３０リットル／ｍｉｎの高圧水（０．１４乃至１ＭＰａ）を高圧ポンプにて微細気泡含有水製造手段４に送り込む。所要動力は水量、圧力にもよるが１．５ｋｗ程である。
【００３４】
この微細気泡含有水製造手段は、特公平−４７９９に開示されている装置であるが、特許公報  第２８８１５７０に開示されている図７に示す曝気装置４ａのようなものであってもよい。図７の曝気装置４ａは加圧給水管８０を接続した吸い込みゾーンＳ１を形成する第１段ノズル部材８５に、複数段の気泡熟成ゾーンＳ２のノズル部材８６，８８，９０を同一軸心上に配設し、かつ互いに連結固定し構成する。又、各段のノズル部材接合位置に、空気吸引口８３より吸気するリングスリット状の各段噴射ノズル９２、９４、９６、９８をそれぞれ形成する。そして、各段噴射ノズル位置において、各段のノズル部材の通水経路ごとに順次太い径となるよう異径段差を形成する。このような構成により、加圧給水管８０に加圧水を導入すると、細い経路から太い経路へと通水路９３へ圧力水が通水するときに、この通水路径の段部材に負圧が発生して、空気吸引口８３から空気を吸引し、この吸引空気が太い径の通水経へ吐出される高圧水の圧力によりこの空気が粉砕されて、これが３段にわたって繰り返されるので、吸引された空気がミクロン単位まで微細化され、かつ、吐出水と混合攪拌され高速で噴出管１００から吐出される。
【００３５】
又、本発明の水質浄化装置に用いられる微細気泡含有水製造手段としては、徳山工業高等専門学校の大成教授により開発されたマイクロバブル技術によるマイクロバブルエアレータを用いてもよい。
【００３６】
マイクロバブルエアレータのように、微細気泡含有水を高圧で吐出する機能がない微細気泡含有水製造手段を用いる場合は、本発明の水質浄化装置は、製造された微細気泡含有水を貯蔵タンクに中間で貯蔵し、送水ポンプを備えた導管から成る送水手段で深層水域に送り込む態様となる。
【００３７】
更に,本発明の水質浄化装置においては、図１，２に示す水を水導入管２０に取り込む導入口のストレーナー２２を深層水域、特には、微細気泡含有水の放出部の近傍に設置してもよい。これにより深層水域の水を微細気泡含有水製造手段４を経由して循環させることが出来る。これにより、深層水域の水の流動化が促進される。なお、ストレーナー２２を深層水域に設置しても水を微細気泡含有水製造手段４に供給するに要する動力は、ストレーナー２２が水面近くにある場合と比べて大差ない。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の水質浄化装置は、装置の構成が簡易であり、かつ少ない動力で微細気泡含有水を深層水域に送り込むことが出来る。従って、本発明の水質浄化装置を用いて、効率よく低コストで深層水域の水質浄化を行うことが出来る。
【００３９】
本発明の水質浄化装置は深層水域に、微細気泡含有水を放出するヘッド、それに至る配管、及び場合によって接触濾材を配置するだけである。従って維持管理が容易である。
【００４０】
本発明の水質浄化装置は、深層水域の水深に殆どかかわらず、微細気泡含有水を構成が簡易な装置により、かつ少ない動力で微細気泡含有水を深層水域に送り込むことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水質浄化装置の構成を示す説明図である。
【図２】本発明に係る他の態様の水質浄化装置の構成を示す説明図である。
【図３】本発明に係る水質浄化装置に用いられる接触濾材の構成の一例を示す斜視図である。
【図４】本発明に係る水質浄化装置に用いられる接触濾材に使用される立体織物の構成を示す断面図である。
【図５】立体織物を配した接触濾材の構成を示す断面図である。
【図６】本発明に係る水質浄化装置に用いられる微細気泡含有水製造装置の構成の一例を示す断面図であり、図６（ａ）は縦断面図、図６（ｂ）は横断面図である。
【図７】
本発明に係る水質浄化装置に用いられる他の微細気泡含有水製造装置の構成の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
２，２ａ：水質浄化装置
４：微細気泡含有水製造手段
４ａ：曝気装置
６：送水手段
７：パイプ
９：放出手段
１０：深層水域
１２：微細気泡含有水噴出口
１４：放出口
１６：ノズル
２０：水導入管
２２：ストレーナ
２４：ポンプ
３８：接触濾材
４０：マグネタイザー
４１：ケーシング
４４：液体吐出ノズル
４６：流体給水管
４８：筒部
５４：ホース
５０：筒状ノズル
５２：空気室
５３、８３：空気吸引口
５６：噴射管
５８：内周ノズル片
６０：外周ノズル片
６２：内孔
６４：凹溝
６６：給水孔
６８：空洞
７０：スリットノズル
８０：加圧給水管
８５：第１段ノズル部材
８６，８８，９０：ノズル部材
９２、９４、９６、９８：噴射ノズル
【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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