(57)【要約】【課題】安価で消費エネルギーが小さく、コンパクトで維持管理が容易な水質改善装置を提供する。【解決手段】回動するフロートアーム２と、前記フロートアーム２に付帯する羽根３と、駆動装置１とからなる浄水機において、前記羽根３の周辺速度が、０．１〜１．５ｍ／秒であるようにフロートアーム２が回動される。また、前記フロートアーム２の数が、３本以上であることが望ましい。また、前記フロートアーム２が空洞であることが望ましい。【選択図】　図１
2004057966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回動するフロートアームと、前記フロートアームに付帯する羽根と、駆動装置とからなる浄水機において、前記羽根の周辺速度が、０．１〜１．５ｍ／秒であるようにフロートアームが回動されることを特徴とする浄水機。
【請求項２】
前記フロートアームの数が３本以上であることを特徴とする請求項１に記載の浄水機。
【請求項３】
回動するフロートアームと、前記フロートアームに付帯する羽根と、駆動装置とからなる浄水機において、前記フロートアームが空洞であることを特徴とする浄水機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中に流れを起こすことにより、水質を改善する浄水機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダム、湖沼、池等の停滞水域では、栄養塩類の過度の流入や温度成層の形成などの原因により、藻類の異常発生、臭気の発生等の様々な問題が発生しており、水質の改善、及び水質悪化の防止が必要とされている。
【０００３】
このような問題を解決する技術として、従来では、例えば、ブロワーやコンプレッサーにより水中に空気を吹き込む方法、気泡の上昇やポンプ、スクリューを用いて、水の循環を促す方法、陸上に設置したろ過装置などを用いる方法などが知られている。水の循環に関しては、例えば、浮遊式流水発生装置（特開平１１−４７７９４号公報）や、間欠式空気揚水筒（海洋工業株式会社製）のように、水中に垂直方向の昇流を生じさせる方式が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの従来の技術は、装置や運転にかかる費用が高額であるという問題、装置が大きく複雑であるという問題、水中に設置されるために維持管理が困難であるという問題などがあった。
【０００５】
・例えば、特開平８−３０９３３６号公報に開示の装置は、微細気泡の吸着浮上により夾雑物を分離するが、さらに凝集剤を添加したり、オゾン処理をしたりと、複雑な装置で管理、操作が複雑であった。
【０００６】
・例えば、特開平６−２２６２９３号公報に開示の装置は、水の改質浄化構造体と噴水を発生させることで水の改質を行うので、電力の設備などに費用がかかるうえに、設置場所の条件が重要であった。
【０００７】
・例えば、特開２０００−３０３４３８号公報に開示の装置は、吸水ポンプで水を引き上げ浄化するので、多くのエネルギーを要した。
【０００８】
・例えば、特開２００２−２８６９０号公報に開示の装置は、浮き植生床を用いての浄化法で、デッドスペースがあり、水底の腐敗を解消することができなかった。
【０００９】
・例えば、特開２００１−１０４９９０号公報に開示の装置は、捕食分解を利用しており、殺菌や凝集の効果はなかった。
【００１０】
・例えば、特開平６−２６９７６７号公報に開示の装置は、噴水で水を跳ね上げ、ポンプの羽根で水を切ったり、強い衝撃を加え、さらに凝集剤を加えており、生態系が破壊されていた。
【００１１】
・例えば、特開平８−２９８８９４号公報に開示の養殖では、固形塩素錠剤を養殖池に投入して、水質の悪化を引き起こす汚泥を浄化し、さらに、汚泥を中央に集積するために水流装置を設けるので、大きな電力を要していた。
【００１２】
本発明は、これらの問題を解決するため、安価で消費エネルギーが小さく、コンパクトで維持管理が容易な水質改善装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本装置の浄水機は、回動するフロートアームと、前記フロートアームに付帯する羽根と、駆動装置とからなる浄水機において、前記羽根の周辺速度が、０．１〜１．５ｍ／秒であるようにフロートアームが回動される。
【００１４】
また、前記羽根の枚数が３枚以上であること、換言すれば、フロートアームが３本以上で、該フロートアームに羽根が取り付けられていることが望ましい。前記羽根は、周端側に近づくにつれて水が回転の半径方向へ移動しやすい形状になっていることが好ましい。
【００１５】
また、全体が水中に浮く浮力を有することが望ましく、より具体的には、フロートアームおよび固定アームの少なくとも一部が、空洞であることが望ましい。本発明の浄水機は、放射状に伸びたフロートアームが水面に位置し、該フロートアームにより駆動装置の動力を羽根に伝達する。羽根の動きにより水流が発生する。これにより、水中に循環流が生じる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明を、図面に従って説明する。
【００１７】
図１は、本発明の浄水機の一実施例を示す側面図である。図２は、図１の実施例の駆動装置およびフロートアームなどを示す平面図である。水流を矢印で示している。
【００１８】
本装置の浄水機は、駆動装置１に連結され、かつ回動されるフロートアーム２と、該フロートアーム２に付帯する羽根３と、固定部材４に保持される駆動装置１とからなる。
【００１９】
固定部材４は、駆動装置１に連結されている。固定部材４は、例えば合成樹脂製で、中空であることが好ましい。固定部材４は、羽根３が水から受ける抵抗力の反作用として、駆動装置１が回転することを防止するためのものである。なお、固定部材は駆動装置と固定されているが、固定部材と駆動装置は別々の動きをするようになっていればよい。
【００２０】
固定部材４と、水底に配置されるアンカー６と、該アンカー６に一端を係止したワイヤー７とで、該ワイヤー７の他端に接続した固定部材４を水中に揺動可能に保持する。固定部材４は、例えばフロート５のような中空の合成樹脂製やその他浮力と強度のある材質なら何れでもよい。フロート５は、ワイヤー７の途中を係止し、固定部材４とアンカー６とを、直接、結んだ場合に生じる下方向への力により、装置が水没することを防止する。アンカー６は、全体が移動しないような質量の物質、例えば金属塊であればよく、防錆処理される。ワイヤー７は、耐荷重設計がされたローブ、例えば鋼線を使用する。あるいは、図４、５、６に示したように、固定アーム８を延長して、陸上、池壁、水底等に直接固定してもよい。さらに、固定アーム８は、外部から電力供給（商用電源あるいは陸地設置の太陽光発電、風力発電）を行う際に、ケーブル用配管の一部を兼ねることができる。
【００２１】
駆動装置１の例を図７および図８に示す。図７の例は、水中固定型で、図８の例は、水上固定型である。
【００２２】
駆動装置１は、固定部材４に固定され、例えばモーター１２と、減速ギア１３と、回転力をフロートアーム２へ伝達する回転軸１１と、筐体１４とから構成される。モーター１２は、羽根３およびフロートアーム２の回動により、所定の水流が得られるように選定する。該モーター１２の回転軸１１に、フロートアーム２を直接に取り付けてもよいが、減速ギア１３や、プーリー等、他の減速機構を用いて、モーター１２の回転速度をフロートアーム２の適切な回転速度へ変換してから、フロートアームに回転を伝達してもよい。ただし、減速比は大きいものである。筐体１４は、内部への水の進入により、モーター１２等の内部機構へのダメージを防ぐため、密閉されることが望ましく、フロートアーム２と共に、装置を浮上させる役割を担うことも可能である。モーター１２はケーブル１６で商用電源に接続される。
【００２３】
駆動電源は、５Ｗ〜１．１ｋＷで商用電源を利用できる。すなわち、商用電源から配線を、固定アーム８を通して駆動装置１に連結する。商用電源の他に、太陽光電池や風力発電を利用してもよい。
【００２４】
フロートアーム２および羽根３は、例えば合成樹脂製で、前記駆動装置１と共に、所定の水流が得られるように構造および材質を決定する。回転数は、１．６×１０−３〜５．２×１０−１（ｓ−１）が望ましい。
【００２５】
フロートアーム２は、装置に浮力を与え、バランスをとる役割を担う。フロートアーム２が水面に位置するのが好ましい。フロートアーム２が２本以下では、装置のバランスをとることが難しく不適切であり、１３本以上では、構造が複雑となり製造コストが増加するために不適切であるから、３本以上１２本以下が望ましい。さらに、製作を容易にし、装置のバランスをとるため、フロートアーム２は、放射状に等間隔で取り付けることが望ましい。
【００２６】
さらに、フロートアーム２は、装置に浮力を与える役割を担うことから、中空であることが望ましい。この場合、水の侵入を防ぐ措置が必要である。あるいは、発泡スチロールを充填するなど、水より比重の軽い材質が、内部に充填されているか、全体が水より比重の軽い材質により構成され、水面に浮くことができる構造とする。また、剛性確保のためにハニカム構造を採用することが好ましい。
【００２７】
羽根３は、フロートアーム２の下部に取り付けられ、フロートアーム２と共に旋回する。この動作により、羽根３の旋回軌道の法線方向に、水流が生じる。すなわち、羽根３は、回転軸に対し半径方向に水流を生じさせるものであり、直下の水は、羽根３の作用により外周部へ移動し、移動した水の体積を補うために、装置直下には上昇流が生じる。このようにして、池内に循環流を生じることで水底に酸素を溶解させ、さらに紫外線があたることで殺菌や臭気の分解をすることになる。羽根３の長さは、浄水機半径１７の長さに対して、０．４倍であることが最も望ましいが、０．３〜０．９倍の範囲であってもよく、さらに望ましくは０．３〜０．６倍の範囲である。
【００２８】
羽根３の形状は、平板、円弧、波状などが用いられ、これに合わせて、フロートアーム２を形成することが好ましい。羽根３の下端に水平方向の安定板を設けてもよい。円弧、波状の羽根３は、回転時に水の抵抗を抑えることができ、効率が５％程度上昇する。平板の羽根３は、加工が容易で、製作や補修等が容易となり、コスト低下に効果がある。具体的には、攪拌装置の輻流型として周知のフラットブレード、湾曲ブレード、Ｈ型フラットブレード、ブルーマージンブレード、ゲートブレード、ラストン型ブレード、カーブドブレードの形態を利用できる。
【００２９】
本発明の浄水機は、構造的には水流発生機で、停滞水域に対して１Ｗの電力で０．２ｍ３／ｍｉｎ以上の循環水量を生むものであり、水流が発生する結果として、停滞水域の水を空気や太陽光に曝して浄水する。
【００３０】
本発明の浄水機では、駆動装置１によってフロートアーム２及び羽根３が旋回することで、羽根３の旋回軌道の法線方向への水流が発生し、移動した水の体積を補うために、移動した水の直下の水が上昇する。この水が上昇する際の速度を適切な範囲に保つことによって、水底から水面までの上昇流を装置直下に発生させる。
【００３１】
羽根３の周辺速度が０．１〜１．５ｍ／秒であるように回動される。より良い条件としては、０．３〜０．８ｍ／秒で運転することが望ましい。すなわち、水面に浮かんだ羽根を静かに回して、水を掻くことにより、水面に広がる水の流れを生じさせる。これにより、底水は導かれて、上昇し、水面に広がって、酸素と太陽光を吸収して水底へ戻る循環流が生じる。さらに言うなら、１．５ｍ／秒より速い周辺速度で回動させると、水が跳ねるなどしてエネルギーが無駄になり、水循環のエネルギー効率が悪くなる。
【００３２】
本発明の浄水機により、従来のスクリュー、ポンプ等を用いた場合に必要とされ、水底の水を水面へ導くための水路となるダクト、チューブ、パイプなどの設備を、不要とすることができる。
【００３３】
以上のように構成された浄水機により、以下のような効果を得ることができる。
【００３４】
・フロートアーム２とフロートアーム２に付帯された羽根３が、駆動装置１によって回転することで、池内に上下方向の循環流を発生させる。このとき、小さな動力で大量の水を循環することができる。
【００３５】
・発生した循環流によって、水底付近で溶存酸素の欠乏した水を、水面へ導き、空気と接触させることにより、水中に酸素を供給する。
【００３６】
・発生した循環流によって、溶存酸素を多く含んだ水が水底へ供給されることにより、水底が好気的な環境に変化するため、メタンや硫化水素等のような臭気を発する還元性ガスの生成が防止できる。さらに、好気性微生物の活動が活発となり、水中の有機物質や栄養塩類を消費して、水質が改善される。
【００３７】
・発生した循環流によって、臭気物質を含んだ水が空気や紫外線と接触し、臭気物質が分解されたり、大気中に放出されることにより、水の臭気が減少する。
【００３８】
・発生した循環流によって、温度成層が破壊され、池内の水温が一様化する。
【００３９】
・発生した循環流によって、水中のアオコ等の藻類は、定期的に水深の深いところへ送られて遮光されるため、光合成が抑制されて、異常発生を防止または抑制することができる。
【００４０】
・発生した循環流によって、水中に存在する細菌類は、順次、太陽光にさらされ、太陽光に含まれる紫外線により滅菌され、もしくは紫外線を嫌って池壁、水底に付着したり、互いに凝集してフロックを形成した後、魚類等に捕食されて水中から除去される。なお、本発明の浄水機を運転しても、フロックを破壊することが無いので、フロックの持つ浄化作用に影響しない。
【００４１】
また、図示しないが、装置上部に太陽電池を搭載し、得られた電力によって装置を作動させることにより、外部からの電力供給を不要としてもよい。あるいは、装置上部に風を受ける帆などを搭載し、風力によって装置を作動させることにより、外部からの電力供給を不要としてもよい。
【００４２】
装置上部に装飾を施した覆蓋を搭載することにより、周囲の景観と調和のとれた外観とすることができる。
【００４３】
・養殖場に設置する場合には、羽根の下端を覆うように、整流板を設けることにより、魚や貝による羽根の損傷を防止できる。
【００４４】
【実施例】
（実施例１）
図１、２に示した構造の本発明の浄水機を作製し、運転を行った。
【００４５】
図１は、本発明の浄水機の一実施例を示す側面図である。図２は、図１の実施例の一部を示す平面図である。
【００４６】
本実施例では、羽根３が３枚で、浄水機半径１７が０．５〜２ｍの場合は、０．５〜３１回／分、浄水機半径１７が２〜６ｍの場合は、０．１５〜７回／分、浄水機半径１７が６ｍ以上の場合は、２回／分以下とすることにより、羽根３の周辺（先端）速度が０．１〜１．５ｍ／秒であるように回動することができた。ここでは、羽根１枚当たりで計算してあり、羽根の枚数が多くなるほど循環水量は多くなるが、循環水量が増加すればエネルギーを多く要するので、水の汚染度合いと、対象となる水量により考慮が必要である。
【００４７】
図３および表１に、これらの場合の浄水機半径（ｍ）に対する押し出し流量（ｍ３／ｓ）の関係を示す。
【００４８】
【表１】
2004057966.tif 000003
【００４９】
（実施例２）
図４に、本発明の異なる実施例を示す。実施例１とは駆動装置の固定方法が異なり、図示したように、浄水機は若干の水位の変動に追従可能な配管構造の構造体により、揺動可能に池壁に固定する。
【００５０】
（実施例３）
図５から６に、本発明の異なる実施例を示す。
【００５１】
図５は、本発明の浄水機の一実施例を示す側面図である。図６は、一部を示す平面図である。なお、図５は、支点固定部材１０やアンカー６の配置は９０度回転して描かれている。
【００５２】
本実施例では、駆動カバーは、ステンレス製の半球を駆動装置カバーとして用い、防水、防錆に配慮しながら、周囲の景観を考慮し外観を整えた。浄水機は、部材１０やアンカー６を基に揺動可能になっている。
【００５３】
（実施例４）
図１および２に示した構造（３枚羽根）の本発明の浄水機（浄水機半径１．１ｍ）を作製し、面積２０００ｍ２、水深３ｍの池で運転を行った。アンカーを池の中央に配置し、浄水機を回動させた。平板（フラット）型の場合、羽根の高さは２００ｍｍ以下、好ましくは１５０ｍｍ以下である。２００ｍｍを超えると、水流の勢いが強すぎることになる。一方、あまり小さくては水流を生じさせることができないので実用的ではない。
【００５４】
そこで、この実施例では、羽根の高さ１６０ｍｍ、長さ５００ｍｍとした。
【００５５】
駆動装置１の出力を２５Ｗ、循環水量を１０ｍ３／分としたときの水質の改善経過を、表２に示す。
【００５６】
浄水機設置後３ヶ月でＢＯＤは４．５ｍｇ／Ｌから２．１ｍｇ／Ｌに、ＣＯＤは４８ｍｇ／Ｌから２１ｍｇ／Ｌに、ＤＯは４ｍｇ／Ｌから１２ｍｇ／Ｌに、透視度は２７ｃｍから４０ｃｍに、ＳＳは１５ｍｇ／Ｌから９ｍｇ／Ｌに、ｐＨは６．３から７．２に改善された。
【００５７】
【表２】
2004057966.tif 000004
【００５８】
臭気は、運転開始から早期に感じられなくなった。
【００５９】
なお、羽根の周辺速度と溶存酸素の関係は表３のようになった。
【００６０】
【表３】
2004057966.tif 000005
【００６１】
表３から分かるように、周辺速度は０．１〜１．５（ｍ／ｓ）の範囲では７．５（ｍｇ／Ｌ）以上に保てた。周辺速度２．０（ｍ／ｓ）でも溶存酸素が７．４（ｍｇ／Ｌ）と高く保てているが、エネルギーも大きくなるので、溶存酸素とエネルギーの効率の良い範囲を選択する必要がある。この範囲として、周辺速度が０．３〜０．８（ｍ／ｓ）が効率の良い範囲である。
【００６２】
（実施例５）
図１および２に示した構造の本発明の浄水機（浄水機半径０．５ｍ）を作製し、駆動装置の出力を６Ｗ、循環水量２ｍ３／分で運転を行った。
【００６３】
農業用溜め池の底泥８ｍ３を吸引車により採取して、鋼製で２．５ｍ×５．６ｍ×２．５ｍ（有効容量３０ｍ３）の水槽に投入し、水道水を加えて水深約２ｍとしたところへ、本発明の浄水機を設置した。このときの水質の改善経過を、表４に示す。
【００６４】
【表４】
2004057966.tif 000006
【００６５】
早期に水の濁りが大幅に減少し、水槽内壁には藻などの増殖が観られ、微生物の活動が活発に行われていたものと考えられる。表４のように、ＢＯＤ、ＣＯＤ、総窒素、全リンおよび溶存酸素、色度、濁度、一般細菌数、大腸菌群数など、浄水機設置後、９週間で著しく改善された。また、臭気も開始後ほぼ１ヶ月で消滅していた。
【００６６】
（実施例６）
図５および６に示した構造の本発明の浄水機（浄水機半径０．５ｍ、４枚羽根）を作製し、農業用溜め池で運転を行った。構造としては、アンカー６，ワイヤー７で支点固定部材１０を揺動可能に保持し、さらに支点固定部材１０に回転可能に固定された支点駆動装置９に固定アーム８を固定する。さらに、この固定アーム８に固定部材４が固定され、固定部材４に回転可能に固定された駆動装置１により羽根３が回転する。これらにより、支点駆動装置９を中心に固定アーム８が回転し、さらに固定アーム８に固定した駆動装置１を中心として羽根３が回転することになる。
【００６７】
４ヶ月の運転前後の農業用溜め池の水質の改善経過を、表５に示す。測定したＢＯＤ、ＣＯＤ、ｐＨ、ＤＯのいずれの項目も水質が良好になったことを示す。
【００６８】
【表５】
2004057966.tif 000007
【００６９】
（実施例７）
図４に示した構造の本発明の浄水機を作製し、実施例６よりＣＯＤの悪い農業用溜め池で運転を行った。
【００７０】
農業用溜め池の水質の改善経過を、表６に示す。
【００７１】
【表６】
2004057966.tif 000008
【００７２】
早期に臭気が感じられなくなり、透視度も良好となった。ＣＯＤ、ＢＯＤの大幅な改善により、生態系が改善し、魚類の活動が目立つようになった。また、アオコがフロック化して沈降したのと、有機物の腐敗が微生物活性化により、腐敗しなくなり、浄化が進行していた。
【００７３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、駆動装置とフロートアームと羽根からなる浄水機を水面に設置し、駆動装置によりフロートアームと、フロートアームに付帯された羽根を回転させることで、池内に循環流を発生させ、これにより、水底付近の水を水面に導き、空気と接触させて水中に酸素を供給することができ、或いは水面近傍の酸素を豊富に含む水を水底へ送ることができる。
【００７４】
・すなわち、水底付近に酸素を供給することで、臭気の発生や藻類の異常発生を防止できる。
【００７５】
・水中に垂直方向の昇流を生じさせて水循環を行わないので、装置が複雑にならず、消費エネルギーも、運転にかかる費用も少なくて済む。
【００７６】
・羽根をゆるやかに回転することで、酸素が供給されるので、食物連鎖が円滑に行われ、水底が腐敗せず、殺菌剤などを添加せずに、養殖などに悪い影響のある菌の異常増殖を防ぐことができる。これにより、安価で消費エネルギーが少なく、コンパクトで維持管理が容易で、水質改善が可能となる。
【００７７】
閉鎖性水域における水の浄化を効率的に達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の浄水機の一実施例を示す側面図である。
【図２】図１の実施例の一部を示す平面図である。
【図３】アームの長さに対する押し出し流量の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の浄水機の一実施例を示す側面図である。
【図５】本発明の浄水機の一実施例を示す側面図である。
【図６】本発明の浄水機の一実施例を示す平面図である。
【図７】駆動装置の一例を示す断面図である。
【図８】駆動装置の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１　駆動装置
２　フロートアーム
３　羽根
４　固定部材
５　フロート
６　アンカー
７　ワイヤー
８　固定アーム
９　支点駆動装置
１０　支点固定部材
１１　回転軸
１２　モーター
１３　減速ギア
１４　筐体
１５　止具
１６　ケーブル
１７　浄水機半径
【図１】
2004057966.tif 000009
【図２】
2004057966.tif 000010
【図３】
2004057966.tif 000011
【図４】
2004057966.tif 000012
【図５】
2004057966.tif 000013
【図６】
2004057966.tif 000014
【図７】
2004057966.tif 000015
【図８】
2004057966.tif 000016