(57)【要約】【課題】  富栄養化の原因物質であるリンと窒素を低いイニシャルコスト、ランニングコストで除去できる装置を提供する。【解決手段】  本発明の水質浄化装置は、フロートを収納する筐体から浮体が形成され、前記浮体の下部に多孔質体を収納する金属板が接続されている。多孔質体によって被処理水中の窒素を吸着し、金属板によって溶存リンを除去することにより、被処理水域の富栄養化の低減または抑制することができる。更に、本発明装置は浮体により被処理水域内を容易に移動させることができ、効率的な浄化を可能とした。また、浮体の上部に植物を繁茂させることにより、自然的景観を損なうことなく水質浄化作用を発揮することができる。また、繁茂させた植物による水質浄化作用も期待できる。【選択図】  図１
2005313006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被浄化水よりも比重が小さい材料から成る浮体と、
前記浮体と機械的に連結されて内部に空間を形成する金属板と、
前記空間に収納された多孔質体とを具備することを特徴とする水質浄化装置。
【請求項２】
前記金属板が、溶解性無機リンと反応する金属イオンを電離する金属から成ることを特徴とする請求項１記載の水質浄化装置。
【請求項３】
前記金属板が、多数の孔子を有するものであることを特徴とする請求項１記載の水質浄化装置。
【請求項４】
前記多孔質体が、ゼオライトであることを特徴とする請求項１記載の水質浄化装置。
【請求項５】
前記浮体の上部に、植物が植生されていることを特徴とする請求項１記載の水質浄化装置。
【請求項６】
前記浮体、または前記金属板が、一本以上のケーブル、または固定装置によって移動範囲を制限することを特徴とする請求項１記載の水質浄化装置。
【請求項７】
前記浮体の水中に浸漬する部位に移動機構が設置されることを特徴とする請求項１記載の水質浄化装置。
【請求項８】
自然エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機構を具備することを特徴とする請求項１もしくは請求項７記載の水質浄化装置。
【請求項９】
前記発電機構が電気エネルギーを前記移動機構へ供給し、前記電気エネルギーを用いることにより前記移動機構は動作することを特徴とする請求項８記載の水質浄化装置。
【請求項１０】
前記発電機構は、太陽光発電機構または、風力発電機構であることを特徴とする請求項８もしくは請求項９記載の水質浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川、湖沼、閉鎖性水域などの浄化を行う水質浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
河川、湖沼、閉鎖性水域など、水が滞留する水域の富栄養化が懸念されており、このような水域では栄養塩としてのリンや窒素が増大している。これにより単一種の植物プランクトンが異常に増殖し、水質汚染を引き起こしていた。特に藻類の一種である有毒アオコはミクロキスチンという猛毒物質を生産する。このため、こうした富栄養化した水域における窒素とリン成分の浄化が強く望まれている。
【０００３】
これまで、河川、湖沼などから、リンと窒素を除去するために植物や微生物の浄化作用を利用した方法が提案されている。
【０００４】
植物の浄化作用を利用した方法としては、格子状に組まれたポリ塩化ビニルの担体に藻類を付着させ、ポンプや高低差を利用して被処理水を散布するという方法がある。これは、被処理水と空気の接触効率を高め、被処理水中により多くの酸素と二酸化炭素を溶解させことが可能である。よって藻類の増殖が加速されるとともに、浄化作用が高まるという相乗効果が期待される（下記特許文献１参照）。
【０００５】
また、微生物の浄化作用を利用したものとして、生物接触濾材を含む接触曝気槽を有したものがある。配管により原水を接触曝気槽に導き、生物的処理を行ったのち、処理水を別の配管により戻す装置である。曝気槽内には有機物、窒素、リンを除去する有用微生物がそれぞれ含有されている（下記特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−１７９８６号公報
【特許文献２】特開平９−７５９８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ポンプなどで水を循環させる方法や、微生物の培養槽を備えた方法では、装置が大がかりになるだけでなく、イニシャルコスト、ランニングコストが高く、また自然的外観を大いに損なうという問題がある。また、水質浄化を植物や微生物だけに依存する方法では、高度に汚染された水域の浄化に時間がかかる。更に、天候や気候の変化が浄化作用に大きく影響するという問題がある。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みて成された。本発明の目的は、富栄養化した水域、または、富栄養化の可能性がある水域において、水質中から富栄養化の原因物質であるリンおよび窒素を低イニシャルコスト、低ランニングコストで除去することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の水質浄化装置は、被浄化水よりも比重が小さい材料から成る浮体と、前記浮体と機械的に連結されて内部に空間を形成する金属板と、前記空間に収納された多孔質体とを具備することを特徴とする。
【０００９】
更に本発明の水質浄化装置では、前記金属板が、溶解性無機リンと反応する金属イオンを電離する金属から成ることを特徴とする。
【００１０】
更に本発明の水質浄化装置では、前記金属板が、多数の孔子を有するものであることを特徴とする。
【００１１】
更に本発明の水質浄化装置では、前記多孔質体が、ゼオライトであることを特徴とする。
【００１２】
更に本発明の水質浄化装置では、前記浮体の上部に、植物が植生されていることを特徴とする。
【００１３】
更に本発明の水質浄化装置では、前記浮体、または前記金属板が、一本以上のケーブル、または固定装置によって移動範囲を制限することを特徴とする。
【００１４】
更に本発明の水質浄化装置では、前記浮体の水中に浸漬する部位に移動機構が設置されることを特徴とする。
【００１５】
更に本発明の水質浄化装置では、自然エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機構を具備することを特徴とする。
【００１６】
更に本発明の水質浄化装置では、前記発電機構が電気エネルギーを前記移動機構へ供給し、前記電気エネルギーを用いることにより前記移動機構は動作することを特徴とする。
【００１７】
更に本発明の水質浄化装置では、前記発電機構は、太陽光発電機構または、風力発電機構であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、富栄養化した水域からリンおよび窒素を除去できるので、有害藻類であるアオコの発生を抑制することができる。また、富栄養化の可能性がある水域からリンおよび窒素を除去することにより、富栄養化を未然に防ぐことができる。また、発明装置を様々な形状、大きさにすることができるので、対象とする被処理水域を限定されない。更に、本発明装置は大規模な装置が必要とせず、メンテナンスも容易であるので、低いイニシャルコスト、低ランニングコストで水質浄化が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
＜第1の実施の形態＞
図１、図２を参照して、本形態の水質浄化装置を説明する。図１（Ａ）は本発明装置の斜視図、図１（Ｂ）は本発明装置の垂直断面図である。図２（Ａ）は本形態の斜視図、図２（Ｂ）は本形態の垂直断面図である。
【００２０】
先ず、本発明装置について説明する。図１を参照して、本発明装置は、フロート４を収納する筐体１から浮体が形成されている。さらに、筐体１の下部に空間を形成するように、金属板２が接続部１６により機械的に接続されている。金属板２によって形成された空間に、多孔質体５が収納されている。本発明装置はフロート４の浮力により水面を浮遊することが可能である。その際、金属板２と多孔質体５は常に水中にある。
【００２１】
本形態においては、フロート４を収納する筐体１の上面の中心部分は、凹状になっている。更に、筐体１を貫通するように吸水用ロープ３が備え付けられており、筐体１の上部には水が供給されている。また、図２に示すように、筐体１の上部の凹状部には、土９が敷き詰められており、植物６が繁茂している。そして、本形態において本発明装置は被処理水域上を浮遊している。
【００２２】
本発明装置に用いた、筐体１およびフロート４の材質としては、再利用、長期使用が可能で、耐水性、耐候性、に優れており、環境に影響を与えないポリエチレンテレフタレート,ポリエチレン、ポリプロピレン等の合成樹脂、または金属などが好ましい。更にフロート４は十分な浮力を有することが必要である。よって内部に水よりも比重の低い物質を収納可能な中空体の形状を有したものであることが望ましい。
【００２３】
金属板２は、溶存リンと反応する金属イオンを電離する鉄、アルミなどの金属、またはそれら金属を含むものであることが望ましい。また、通水性をよくし、効果的な浄化が行えるよう、金属板２の形状はパンチングメタル状、またはメッシュ状であることが望ましい。更に、多孔質体５が被処理水に流出しないように、小孔の直径は多孔質体５の直径よりも小さいことが望ましい。小孔の密度は水の流れを阻害しない程度であることが望ましい。
【００２４】
多孔質体５は窒素を吸着する性質を有するもので、セラミック、金属、高分子、木炭、竹炭、酸化チタンコーティング（光触媒）されたセラミック多孔質体などが上げられるが、吸着能、強度、環境に与える影響、コスト面を考慮すれば、天然鉱物資源であるゼオライト、または人工ゼオライトであることが望ましい。
【００２５】
吸水用ロープ３は、水中から土９の内部まで延びており、満遍なく水分が行き渡るように設置されている。その材質は吸水性がよく、かつ天然素材である綿、または麻であることが望ましい。
【００２６】
図２を参照して、筐体１の上部に敷き詰められた土９は、植生用の土壌であり、市販の園芸用などで十分であるが、リンや窒素を多量に含む肥料などの添加は避ける。土壌の中に本発明装置で使用後の多孔質体を混ぜておけば、植物に有益な土壌を作り出す微生物のすみかとなる。
【００２７】
図２中の植物６は筐体１の上部に敷き詰められた土９に植生されている。植物６の種類としては、ヨシやシュロガヤツリに代表される、富栄養化した水域のリン、窒素等を吸収する能力が高い樹木や草木が望ましい。
【００２８】
次に上記の形態の作用について説明する。本発明装置は筐体１の内部に収納されているフロート４の浮力により、水面を浮遊する。このとき、筐体１の下部に接続された金属板２と、その内部に格納されている多孔質体５は常に被処理水中にある。金属板２には多数の小孔子が空けられており、更に本発明装置が水面を浮遊していることから、装置内部に流れが生じる。これにより、収納された多孔質体５には新しい被処理水が供給されている。
【００２９】
ここで、被処理水中のリンの除去方法について説明する。水中に存在するリンの形態で富栄養化の原因となるのは溶解性無機リン（ＰＯ３−）である。金属板は被処理水中で電離し、被処理水中の溶解性無機リン（ＰＯ３−）と反応して、不溶性リン酸塩になり沈殿する。このことにより、水中から溶解性無機リンが除去される。また、沈殿した不溶性リン酸塩は再溶解しないので環境悪化を生じない。そして、沈殿した不溶性リン酸塩を含む底泥は本発明装置の、植物生育用土壌として使用することで、植物へ栄養素が供給できるとともに、被処理水から完全にリンを除去することができる。
【００３０】
次に被処理水中の窒素の除去方法について説明する。湖沼などの被処理水中の窒素は、無機態窒素と有機体窒素に大別される。富栄養化の原因となる無機態窒素は、アンモニウムイオン（ＮＨ４＋）、亜硝酸イオン（ＮＯ２−）-、硝酸イオン（ＮＯ３−）の形態で存在している。本発明装置で用いる多孔質体であるゼオライトは、高い陽イオン交換能力があり、被処理水中のアンモニウムイオンを吸着する。よって、被処理水中の無機体窒素濃度を低減することが可能となる。また、多孔質体５には水質浄化作用を有す微生物が繁殖しやすく、自然浄化作用も期待できる。
【００３１】
吸水用ロープ３によって、被処理水は植物６に供給される。供給された被処理水を植物が吸収することによる、植物によるリンおよび窒素の吸収除去も可能となる。また、筐体１の上部に植物を繁茂させることにより、本発明装置による自然的外観が損なわれることはない。
【００３２】
以上のような方法により、被処理水から富栄養化の原因物質であるリン及び窒素の除去が可能となり、アオコなどの有害プランクトンの異常発生を防止することができる。更に、本発明装置は有害プランクトンが発生しやすい水域の上層から、リンおよび窒素を除去することができる。また、水域内の広範囲を移動可能であることにより、効果的な除去が可能である。
＜第２の実施の形態＞
図３を参照して、本形態の水質浄化装置を説明する。図３は本形態の垂直断面図である。
【００３３】
先ず、本形態について説明する。本形態では、筐体１の上部の凹状部分に、孔子を有する底板１０を敷き、植物６の根が底板１０を介して、被処理水中から直接水分を吸収できるようにした。筐体１と底板１０は機械的接続されている。その他の構成、材質は形態１と同じである。底板１０は植物６の根が通過できる程度の孔子を多数有するもので、再利用、長期使用が可能で、耐水性、耐候性に優れており、環境に影響を与えないポリエチレンテレフタレート,ポリエチレン、ポリプロピレン等の合成樹脂、または金属などが好ましい。また、土９および植物６の重量に十分耐えうる強度を有するものである。筐体１の凹状部分に孔子を空け、底板１０の役割をさせることも可能である。
【００３４】
次に本形態の作用について説明する。本形態は、筐体１の上部に繁茂させた植物６の水質浄化作用をより積極的に利用したものである。植物６の根は伸長する範囲を制限されなくなり、常時水分を摂取可能になることにより成長が促進される。このことにより、被処理水中のリンおよび窒素の吸収量も増加し、より効果的な水質浄化が期待できる。更に、植物６の根１３は水生生物のすみかとなり、複雑な生態系を作りだし、自然浄化作用の向上も期待できる。
＜第３の実施の形態＞
図４、図５は本形態の模式図である。本形態は、本発明装置の移動範囲を制限可能にしたものである。
【００３５】
先ず、図４、図５を用いて本形態を説明する。図４において、本形態は本発明装置の底部と重り８をケーブル７を用いて接続したものである。重り８は、水の流れ、風などの影響で本発明装置が移動する際の力に対して、十分耐えうる程度の重量を備えている必要がある。また、耐水性を有し、水中において性質が変化しない、コンクリートブロック、岩石などであることが望ましい。
【００３６】
ケーブル７は、本発明装置と重り８との間に生じる張力に対する耐久性を備えている必要がある。また、本発明装置の移動を阻害することがないよう、柔軟性および耐屈曲性を備えている必要がある。よって、防さび加工を施された鎖、合成樹脂からなる鎖状のケーブルなどであることが望ましい。
【００３７】
また、本発明装置と本発明装置以外の部分が一本以上のケーブル、または固定装置によって移動範囲を制限することができる。
【００３８】
図５では、本発明装置を利用する環境にあわせて変化させてものである。本発明装置は製造段階での加工、組み立てが容易であるので、利用する環境に合わせた製作が可能である。よって、排水路、用水路などの狭い水路などにも利用できる。
【００３９】
次に本形態の作用について説明する。本形態により、本発明装置の移動範囲を制限することが可能になった。このことから、被処理水域外への流出による事故の防止や、様々な環境下への本発明装置の利用が可能になった。また、被浄化水域に合わせた大きさや形状をした本発明装置の作成が可能であることにより、本発明装置の浄化能を最大限に発揮させることができる。
＜第４の実施の形態＞
図６は本形態の模式図である。本形態は、本発明装置が被処理水域内を移動可能にしたものである。
【００４０】
図６において、本形態では本発明装置の水中に浸漬する位置に、本発明装置を移動可能にする移動機構１７が設置されている。更に、本発明装置の水面から露出している部分に発電機構１８が設置されている。
【００４１】
前記移動機構１７は電気エネルギーを本発明装置の移動力に変換する機構である。具体的には、１つまたは複数のスクリューを有し、電気エネルギーをスクリューの回転運動に変換し推進力を得る機構などが挙げられる。また、前記移動機構１７に梶または制御機能を設けることにより、本発明装置の移動範囲を制御することも可能である。更に、前記移動機構１７は帆などの風力エネルギーを利用するものでもよい。
【００４２】
前記発電機構１８は自然エネルギーを電気エネルギーに変換する機能を有するもので、太陽光発電機構や風力発電機構などが用いられる。前記太陽光発電機構は、本発明装置の水面から露出している部分に設置され、直接太陽光を受けることが可能な位置に設置されることが望ましい。また、風力発電機構は本発明装置の水面から露出している部分に設置され、風力を遮る物体が存在しない位置に設置することが望ましい。
【００４３】
本形態により、本発明装置は被処理水域上を移動することができ、被処理水域の広範囲を処理することが可能となった。また、移動機構に梶やコントロール機能を備えることにより本発明装置の位置を制御でき、被処理水域内の特定の水域に本発明装置を停留させることが可能となる。また、発電機構１８が自然エネルギーを電気エネルギーに変換する機能を有するものであることから、電気エネルギーを半永久的に移動装置１７へ供給することができる。従って、環境に負担をかけることなく被浄化水域内の汚染の著しい水域や重点的に浄化させたい水域に本発明装置を移動および、停留させることが可能となり、一層効率的な浄化が可能となる。また、本発明装置が自ら移動することにより、本発明装置内部の通水性が向上し、金属板２および、多孔質体５の浄化作用能率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明装置を示す斜視図（Ａ）、垂直断面図（Ｂ）である。
【図２】本発明の実施形態１を示す斜視図（Ａ）、実施形態１における本発明装置を示す垂直断面図（Ｂ）である。
【図３】実施形態２における本発明装置を示す垂直断面図
【図４】実施形態３における本発明装置を示す模式図
【図５】実施形態３における本発明装置を示す模式図
【図６】実施形態４における本発明装置を示す模式図
【符号の説明】
【００４５】
１      筐体
２      金属板
３      吸水用ロープ
４      フロート
５      多孔質体
６      植物
７      ケーブル
８      重り
９      土
１０    底板
１１    水面
１２    底面
１３    根
１４    水路
１５    水面
１６    接続部
１７    移動機構
１８    発電機構
２０    浄化装置
２１    浄化装置
【図１】
2005313006.tif 000003
【図２】
2005313006.tif 000004
【図３】
2005313006.tif 000005
【図４】
2005313006.tif 000006
【図５】
2005313006.tif 000007
【図６】
2005313006.tif 000008