(57)【要約】【課題】設置コストおよびランニングコストを安価にし得る海洋底泥浄化方法を提供する。【解決手段】筒状で且つ無底有蓋にされた処理容器４を海底に沈め、この処理容器４の底部に配置された空気噴出管５より空気を噴出させて処理容器４内の海洋底泥を巻き上げることにより当該海洋底泥と空気とを接触させて有機性汚染物質を分解させるとともに、この海洋底泥と接触した空気を処理容器４の頂部にて回収した後、処理容器４側に設けられた循環用空気圧送機６により、空気循環供給管７を介して空気噴出管５に循環させ、且つ処理容器４の内部に吸着剤１２ｂが設けられた吸着ユニット１１を配置して無機性汚染物質を吸着する方法である。【選択図】      図１
2004174460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状で且つ無底有蓋にされた処理容器を海底に沈め、上記処理容器の底部に配置された空気噴出管より空気を噴出させて処理容器内で海洋底泥と空気とを接触させて有機性汚染物質を分解させるとともに、この海洋底泥と接触した空気を処理容器の頂部にて回収した後、処理容器側に設けられた空気圧送機により、空気循環供給管を介して空気噴出管に循環させることを特徴とする海洋底泥浄化方法。
【請求項２】
処理容器の側壁部の下部および上部に連通口を形成して、空気の上昇に応じて、下部連通口から外部の海洋底泥を取り込むとともに、上部連通口から浄化された海水を放出することを特徴とする請求項１に記載の海洋底泥浄化方法。
【請求項３】
処理容器の内部に吸着剤を配置して無機性汚染物質を吸着することを特徴とする請求項１または２に記載の海洋底泥浄化方法。
【請求項４】
海底に沈められるとともに筒状で且つ無底有蓋にされた処理容器と、
この処理容器内の底部に配置されて空気を噴出する空気噴出管と、
途中に処理容器側に設けられた空気圧送機が配置されるとともに上記処理容器の頂部と空気噴出管との間に接続されて上記空気噴出管より処理容器内に噴出された空気を上記空気噴出管に循環供給させる空気循環供給管とから構成したことを特徴とする海洋底泥浄化装置。
【請求項５】
処理容器の側壁部の上部および下部に連通口を形成したことを特徴とする請求項４に記載の海洋底泥浄化装置。
【請求項６】
処理容器の内部に無機性汚染物質を吸着するための吸着剤を配置したことを特徴とする請求項４または５に記載の海洋底泥浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海洋底泥を浚渫せずに浄化し得る浄化方法および浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、海洋に沈んでいる有機性汚染底泥（ヘドロともいう）を浚渫せずに浄化し得る浄化装置としては、例えば汚染海域に、多数の曝気管を海面上から海底に降ろすとともに、これら曝気管の周囲の海面上にリング状の浮体を配置し、この浮体から汚染防止膜を海底まで降ろし、浮体上に配置されたブロワ装置から、曝気管に空気を供給して海洋底泥内に噴出させることにより、ヘドロの堆積部分およびその周辺を好気性状態に変えて、好気性微生物により有機性汚染物質を分解させていた（例えば、特開平１１−３３５９７号公報参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−３３５９７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成によると、浄化すべき汚染海域の水面を、周囲から汚染防止膜が垂下されたドーム状の浮体式構造体にて覆うようにしているので、その設置コストが高くつくとともに、海面上に設けられたブロワ装置により、海底まで垂下された曝気管に空気を圧送しているためかなりの動力を必要とし、ランニングコストが高いという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、設置コストおよびランニングコストを安価にし得る海洋底泥浄化方法および浄化装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の海洋底泥浄化方法は、筒状で且つ無底有蓋にされた処理容器を海底に沈め、上記処理容器の底部に配置された空気噴出管より空気を噴出させて処理容器内で海洋底泥と空気とを接触させて有機性汚染物質を分解させるとともに、この海洋底泥と接触した空気を処理容器の頂部にて回収した後、処理容器側に設けられた空気圧送機により、空気循環供給管を介して空気噴出管に循環させる方法である。
【０００７】
また、請求項２に記載の海洋底泥浄化方法は、請求項１に係る浄化方法における処理容器の側壁部の下部および上部に連通口を形成して、空気の上昇に応じて、下部連通口から外部の海洋底泥を取り込むとともに、上部連通口から浄化された海水を放出する方法である。
【０００８】
さらに、請求項３に記載の海洋底泥浄化方法は、請求項１または２に係る浄化方法における処理容器の内部に吸着剤を配置して無機性汚染物質（主として、リン、窒素など）を吸着する方法である。
【０００９】
また、本発明の請求項４に記載の海洋底泥浄化装置は、海底に沈められるとともに筒状で且つ無底有蓋にされた処理容器と、この処理容器内の底部に配置されて空気を噴出する空気噴出管と、途中に処理容器側に設けられた空気圧送機が配置されるとともに上記処理容器の頂部と空気噴出管との間に接続されて上記空気噴出管より処理容器内に噴出された空気を上記空気噴出管に循環供給させる空気循環供給管とから構成したものである。
【００１０】
また、請求項５に記載の海洋底泥浄化装置は、請求項４に係る浄化装置における処理容器の側壁部の上部および下部に連通口を形成したものである。
さらに、請求項６に記載の海洋底泥浄化装置は、請求項１または２に係る浄化装置における処理容器の内部に無機性汚染物質（主として、リン、窒素など）を吸着するための吸着剤を配置したものである。
【００１１】
上記の海洋底泥浄化方法および浄化装置の構成によると、汚染海域に筒状で且つ無底有蓋の処理容器を海底に降ろして、底部の空気噴出管より空気を噴出させて、当該処理容器内にて有機性汚染物質を分解させるようにしたので、例えば汚染海域に幕部材を海面から海底に亘って配置するようなものに比べて、安価な構成にて、汚染海域の浄化を行うことができ、また処理容器内の空気を処理容器側に設けられた空気圧送機により循環させるようにしたので、空気を全て海面から圧送する場合に比べて、その圧送動力の低減化を図り得る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る海洋底泥浄化方法および浄化装置を、図１および図２に基づき説明する。
【００１３】
まず、海洋底泥浄化装置を図１に基づき説明する。
この海洋底泥浄化装置は、台船１上に設けられたクレーン装置２により、ワイヤーなどの索体３を介して、汚染海域の海底に吊り下げられて海底上に載置されるとともに無底有蓋の円筒状に形成された処理容器［簡単に言えば、下端が開放されるとともに上部が釣鐘形状（紡錘状または半球状）にされた容器である］４と、この処理容器４内の底部に配置されて空気を当該処理容器４内に噴出するための、すなわち曝気用のリング状空気噴出管（散気管ともいう）５と、途中に循環用空気圧送機（空気圧縮機が用いられる）６が介装（配置）されるとともに上記処理容器４の頂部と空気噴出管５との間に接続されて上記空気噴出管５より噴出された空気を当該処理容器４の頂部にて回収し当該空気噴出管５に循環供給させる空気循環供給管７と、一端部が上記空気循環供給管７に接続されるとともに他端側の一対の枝管部１０ａ，１０ｂが台船１上に配置されたスタートアップ用空気圧送機（空気圧縮機が用いられる）８および補充用空気圧送機（空気圧縮機が用いられる）９にそれぞれ接続された空気供給管１０と、処理容器４内の空気噴出管５より上方の中間位置に配置されて有機性汚染物質を吸着するための吸着ユニット１１とから構成され、また上記処理容器４の胴部（側壁部）４ａの下部および上部の周囲には、それぞれ所定間隔おきに複数個の下部連通口１３および上部連通口１４が形成されている。
【００１４】
上記吸着ユニット１１は、補強枠および金網により構成されてなる収納材１２ａ内に、溶存態窒素に対しては、木質系または多孔質セラミック系の、また溶存態リンに対しては、ジルコニウム系、イットリウム系、活性アルミナ系、キレート樹脂系、パイロライト系、またはハイドロタルサイト系などの吸着剤（汚染状態に応じて適宜選択される）１２ｂが充填されてなる吸着部材１２が、上下方向で且つ四方に放射状に配置されたものであり、また当該吸着ユニット１１は、ユニット化されており、処理容器４に対し着脱自在に設けられてその交換を容易に行い得るようにされている。
【００１５】
したがって、この吸着部材１２内を海水が通過する際に、海水中に含まれる窒素およびリンは、吸着剤１２ｂに吸着されて除去され、赤潮プランクトンの発生原因であるこれら栄養塩は、ここで取り除かれる。
【００１６】
また、上記循環用空気圧送機６は処理容器４側に配置され、すなわち処理容器４の頂部の上側に設けられた密閉容器１５内に配置され、また空気供給管１０の枝管部１０ａ，１０ｂの途中には、開閉弁１６，１７がそれぞれ設けられている。
【００１７】
次に、海洋底泥の浄化方法について説明する。
まず、台船１に処理容器４を載置して汚染海域まで航行し、クレーン装置２により索体３を介して処理容器４を吊り下げて海底に降ろす。この状態では、処理容器４内の上部に空気が溜まっている。勿論、処理容器４側の空気循環供給管７には、台船１からの空気供給管１０の一端部が接続されている。
【００１８】
そして、処理容器４が海底に着地されると、開閉弁１６を開くとともにスタートアップ用空気圧送機８を作動させて、空気供給管１０および空気循環供給管７を介して圧縮空気を空気噴出管５に圧送（供給）する。
【００１９】
空気噴出管５に圧送された空気は、その開口部から気泡として噴出されて、処理容器４内を上昇する。すなわち、曝気が行われる。
この気泡は、最初は、底泥（ヘドロ）内に噴出されて底泥を巻き上げあげながら、すなわち底泥を攪拌・上昇させながら、自身は処理容器４内を上昇することになる。
【００２０】
この処理容器４内を上昇する空気は、嫌気状態にある底泥および海水に酸素を供給して好気状態に変えて有機性汚染物質を酸化分解させる他に、海水の上昇流も発生させる。
【００２１】
この海水の上昇流により、処理容器４の胴部４ａに設けられた下部連通口１３から外部の海水が流入するとともに、空気により好気状態に変えられて、上部連通口１４から浄化海水として外部に排出される。
【００２２】
この時、海洋底泥と同時に処理容器４内に入る海水中には、窒素、リンなどの無機栄養塩も豊富に含まれているが、これらは、吸着ユニット１１の吸着剤１２ｂにより吸着されて除去される。したがって、赤潮発生の根本原因である栄養源は、ここで取り除かれることになる。
【００２３】
そして、スタートアップ後、曝気状態がほぼ安定したと考えられる時間が経過した後、開閉弁１６を閉じるとともにスタートアップ用空気圧送機８を停止させ、次に循環用空気圧送機６を作動させるとともに開閉弁１７を開いて補充用空気圧送機９を作動させ、定常運転に入り汚染海域での浄化を行う。なお、この補充用空気圧送機９は、例えば処理容器４の連通口１３，１４から外部に出た空気分を補充するためのものである。
【００２４】
また、吸着剤１２ｂが飽和吸着量に達した場合には、クレーン装置２により処理容器４を海面上に吊り上げて、吸着ユニット１１を交換し、引き続き、浄化が続行される。
【００２５】
そして、汚染状態にも影響されるが、所定時間（所定期間）が経過すると、クレーン装置２にて処理容器４を吊り上げ、次の汚染海域に移動させて、再び、処理容器４を海底に降ろし、海洋底泥の浄化を行う。
【００２６】
上述したように、汚染海域に筒状で且つ無底有蓋の処理容器を海底に降ろし、底部の空気噴出管より空気を噴出させて、当該処理容器内にて有機性汚染物質を酸化分解するようにしたので、例えば汚染海域に幕部材を海面から海底に亘って配置するようなものに比べて、安価な構成にて、汚染海域の浄化を行うことができる。
【００２７】
また、浄化を行う際に、まず最初は、スタートアップ用空気圧送機８にて、空気が海底に降ろされた処理容器４に圧送されるが、定常運転に入ると、循環用空気圧送機６および空気循環供給管７を介して、かなりの空気が海底で循環されることになり、したがって海面上から、空気を海底に供給し放出させる場合に比べて、かなりの動力の低減化、すなわちランニングコストの低減化を図ることができる。
【００２８】
以下、海底（海中）で空気を循環させる場合の利点について、詳しく説明する。
例えば、水深３０ｍの海底に海面上の台船から、１０００（ｍ３Ｎ／ｍｉｎ）の空気を圧送する場合、途中の配管抵抗、圧縮効率等を無視して、理論圧縮動力だけを概算すると次のようになる。
【００２９】
ポリトロープ圧縮とした場合、理論圧縮動力Ｗは下記の（１）式にて求められる。
Ｗ＝（Ｐ１・Ｖ１／６００００）×｛ｍ／（ｍ−１）｝×｛（Ｐ２／Ｐ１）（ｍ−１）／ｍ−１｝  ・・・（１）
ここで、
Ｗ：理論圧縮動力（ｋＷ）
Ｐ１：吸込圧力（Ｐａ）
Ｐ２：吐出圧力（Ｐａ）
ｍ：圧縮比（Ｐ１／Ｐ２）
圧縮比が２の場合は、ｍ＝１．３、圧縮比が８の場合は、ｍ＝１．２程度。
【００３０】
Ｖ１：吸込容積（ｍ３Ｎ／ｍｉｎ）
海水の比重を約１として、海底３０ｍの位置への曝気動力を（１）式によって概算すると、以下のようになる。
【００３１】
但し、Ｐ１＝１０１３３０Ｐａ、Ｐ２＝３９５５３０Ｐａ、Ｖ１＝１０００（ｍ３Ｎ／ｍｉｎ）、（Ｐ２／Ｐ１）＝３．９、ｍ＝１．２５とする。
Ｗ＝（１０１３３０×１０００／６００００）×（１．２５／０．２５）×｛（３９５５３００／１０１３３０）（０．２５／１．２５）−１｝
＝２６４０ｋＷ
曝気によって、海水中に吹き込まれた空気の酸素が溶存していくのであるが、海水表面の酸素の飽和溶解度は約８（ｇ／ｍ３）であり、３０ｍの水深ではこの４倍としても３２（ｇ／ｍ３）程度である。飽和溶解度を超えてもそれ以上は溶解しないうえ、曝気空気からの溶解速度が気泡と海水の接触面積に影響されるので、通常、曝気された空気が海面に到達するまでに、含まれている酸素がすべて海水中に溶解されるわけではなく、仮に１０００ｍ３Ｎの空気が、３０ｍの海底から海面まで上昇する間に、気泡周辺に存在する気泡体積の２倍の海水に瞬時に飽和溶解度まで酸素を溶存させたとしても、海面に達した空気中の酸素は約９０％残留すると推定される。したがって、空気の利用効率を上げるためには、一度、曝気した空気を循環させて再使用することが考えられ、しかもこれを飽和溶解度の大きい海底付近で集気、循環すれば吸収効率が大きいうえ、曝気に要する動力も減少する。
【００３２】
以下、これについて詳しく説明する。
まず、海洋底泥の存在する水深３０ｍの海底に設置した空気噴出管に、台船上のスタートアップ用空気圧送機８で１０００（ｍ３Ｎ／ｍｉｎ）の空気を圧送したとする。この場合の理論圧縮動力は前述の通り２６４０ｋＷとなる。海水中に放出された空気は、通常はそのまま、海水中を上昇するのであるが、ここでは、上昇する空気気泡を水深２５ｍの位置で下部が開放された釣鐘状の処理容器を用いて捕集したとする。釣鐘状の処理容器が空気で満たされた後、さらに供給される空気は処理容器の下端から溢れて海面に向かって上昇していく。このような状態から、次に、処理容器の上面の密閉容器に設けられた循環用空気圧送機（電源供給、制御は海上の台船から行われる）を運転する。この循環用空気圧送機の吸込み側導管（空気循環供給管の吸込み側）は処理容器の上部空気層を吸引できるようになっており、勿論、吐出側は空気噴出管に接続されている。循環用空気圧送機の運転開始とともに、スタートアップ用空気圧送機を停止すれば、処理容器中の空気は水深２５ｍと３０ｍの海中を循環することになる。
【００３３】
このときの理論圧縮動力Ｗを求めると、以下のようになる。
但し、Ｐ１＝３４６４９０Ｐａ、Ｐ２＝３９５５３０Ｐａ、Ｖ１＝１０００（ｍ３Ｎ／ｍｉｎ）、（Ｐ２／Ｐ１）＝１．１４、ｍ＝１．２５とする。
【００３４】
Ｗ＝（３４６４９０×１０００／６００００）×（１．２５／０．２５）×｛（３９５５３０／３４６４９０）（０．２５／１．２５）−１｝
＝７７４ｋＷ
この空気の循環によって、空気中の酸素は減少し、曝気による水中の有機性汚染物質の分解による炭酸ガスの増加により、空気性状が劣化するので、やはり新鮮な空気を補充する必要がある。
【００３５】
そこで、台船から小型の補充用空気圧送機によって、循環用空気圧送機の吸込み側に１００（ｍ３Ｎ／ｍｉｎ）の空気を圧送した場合、この理論圧縮動力は以下のようになる。
【００３６】
但し、Ｐ１＝１０１３３０Ｐａ、Ｐ２＝３４６４９０Ｐａ、Ｖ１＝１００（ｍ３Ｎ／ｍｉｎ）、（Ｐ２／Ｐ１）＝３．４２、ｍ＝１．２５とする。
Ｗ＝（１０１３３０×１００／６００００）×（１．２５／０．２５）×｛（３４６４９０／１０１３３０）（０．２５／１．２５）−１｝
＝２３５ｋＷ
したがって、本実施の形態に係る浄化方法および浄化装置によると、曝気のための理論圧縮動力は、
７７４ｋＷ＋２３５ｋＷ＝１００９ｋＷ
となり、従来例の２６４０ｋＷに比べて約１／３に低減できることが分かる。
【００３７】
ここでは、簡単に説明するために理論圧縮動力だけについて説明したが、実際には、機械効率と配管の圧力損失が加わるので、動力低減の効果はさらに大きくなる。
【００３８】
ところで、上記実施の形態においては、空気噴出管をリング状に配置したが、このような形状に限定されるものでもなく、例えば複数本の空気噴出管を平行に配置したものでもよい。
【００３９】
また、上記実施の形態においては、処理容器の形状を釣鐘状として説明したが、例えばその胴部の水平断面形状が、円形ではなく矩形状であってもよい。
さらに、上記実施の形態においては、処理容器を台船から吊り下げるように説明したが、勿論、陸上から吊り下げることもできる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように本発明の海洋底泥浄化方法および浄化装置の構成によると、汚染海域に筒状で且つ無底有蓋の処理容器を海底に降ろして、底部の空気噴出管より空気を噴出させて、当該処理容器内にて有機性汚染物質を分解させるようにしたので、例えば汚染海域に幕部材を海面から海底に亘って配置するようなものに比べて、安価な構成にて、汚染海域の浄化を行うことができ、また処理容器内の空気を処理容器側に設けられた空気圧送機により循環させるようにしたので、空気を全て海面から圧送する場合に比べて、その圧送動力の低減化、すなわちランニングコストの低減化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る海洋底泥浄化装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視図である。
【符号の説明】
１      台船
４      処理容器
５      空気噴出管
６      循環用空気圧送機
７      空気循環供給管
８      スタートアップ用空気圧送機
９      補充用空気圧送機
１０      空気供給管
１１      吸着ユニット
１２      吸着部材
１２ａ    収納材
１２ｂ    吸着剤
１３      下部連通口
１４      上部連通口
１５      密閉容器
【図１】
2004174460.tif 000003
【図２】
2004174460.tif 000004