(57)【要約】【課題】オゾン等を利用することなく簡単な構成で閉鎖性水域の藻類の増殖を抑え、水質改善を行うことが可能な水質改善方法および水質改善装置の提供。【解決手段】水面Ｗ近傍から水底Ｚへ向かう管路としてのダクト２と、ダクト２の上部に取り付けられた軸流ポンプ３と、軸流ポンプ３を水面Ｗ近傍に維持する浮力発生手段としてのフロート４とを備える。軸流ポンプ３は、水面Ｗ近傍の水を吸引してダクト２内へ送出するためのプロペラ５と、プロペラ５の回転軸としてのシャフト６と、シャフト６を介してプロペラ５を回転させる動力源としてのモータ７により構成される。軸流ポンプ３により閉鎖性水域Ｘの水面Ｗ近傍の水を吸引して、この吸引した水をダクト２を通じて補償深度以上の水底Ｚ近傍の水中へ送出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉鎖性水域の水面近傍の水を吸引し、この吸引した水を前記水面近傍から水底に向かう管路を通じて水中へ送出する水質改善方法。
【請求項２】
前記水面近傍の水は、前記管路を通じて補償深度以上の水中へ送出することを特徴とする請求項１記載の水質改善方法。
【請求項３】
閉鎖性水域の水面近傍から水底に向かう管路と、
前記水面近傍の水を吸引し、この吸引した水を前記管路を通じて水中へ送出する手段と
を備えた水質改善装置。
【請求項４】
前記管路は、前記水面近傍の水を補償深度以上の水中へ送出するものである請求項３記載の水質改善装置。
【請求項５】
前記管路は、前記閉鎖性水域の水底近傍に至るものである請求項４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、例えば、ダム、湖沼、貯水池、溜め池などの閉鎖性水域の水質を改善するための水質改善方法および水質改善装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、ダム、湖沼、貯水池、溜め池などの閉鎖性水域では、水の流れがほとんどないため、酸素が十分に水面下方の水中および水底側に供給されず、その結果、中層以下に貧酸素または無酸素状態が出現する。このため、例えば、曝気装置、攪拌装置、酸素供給ポンプなどを使用し、水中に酸素等を供給して水の浄化を図る技術が知られており、その一部は実用化されている（例えば、特許文献１，２参照。）。
【０００３】
例えば、特許文献１には、藻類を含む液をオゾンを含む微細気泡で曝気、あるいは予め粉砕処理した藻類を含む液を空気からなる微細気泡で曝気することにより、この液中の藻類を気泡と一緒に上昇させ、水面に集まってきたところを物理的にかき集める技術が記載されている。特許文献２に記載の技術も、オゾン泡沫によりアオコ等の浮遊物を浮上分離するものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３４０８４７号公報
【特許文献２】特開２００３−２２５６５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、水中に酸素等を供給して水中の藻類を気泡と一緒に上昇させた場合、藻類は水面近くで光を浴びることによって光合成を行い、次々に繁殖していく。そのため、上記のように藻類が水面に集まってきたところを回収するようにしても、回収する傍ら藻類は増え続けているので、非常に回収効率が悪い。
【０００６】
また、上記のように、水中に酸素等を供給して水中の藻類を気泡と一緒に上昇させる場合、水中に送り込んだ気泡は軽いのですぐに上昇するように考えられがちだが、実際には浮上に伴って周辺の水と混合して比重が徐々に大きくなっていくので、徐々に浮上速度を落としつつ水平方向に拡がりながら浮上していく。
【０００７】
そのため、水面に拡がって浮上した藻類を回収するのにさらに手間取り、場合によっては、藻類の繁殖速度が藻類の回収速度を上回る可能性があり、藻類を回収しきれなくなる恐れがある。特許文献１，２に記載の技術は、このような問題を解決するため、酸化作用の強いオゾンを利用して藻類を分解、浮上、除去するものであるが、高価なオゾン発生装置等が必要となるため、装置全体のコストが非常に高い。
【０００８】
そこで、本発明においては、オゾン等を利用することなく簡単な構成で閉鎖性水域の藻類の増殖を抑え、水質改善を行うことが可能な水質改善方法および水質改善装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の水質改善方法は、閉鎖性水域の水面近傍の水を吸引し、この吸引した水を水面近傍から水底に向かう管路を通じて水中へ送出するものである。本発明によれば、閉鎖性水域の水面近傍に浮遊するアオコや赤潮プランクトン等の藻類が水とともに吸引され、管路を通じて水中へ送出される。水中へ送出された藻類は、水中が水面近傍よりも光が届きにくく温度が低いことから、活性が低下して増殖しにくくなる。その後、藻類は水中から水面へ浮上するが、活性を取り戻す前に再び水とともに吸引され、管路を通じて水中へ送出される。これにより、藻類の増殖が抑えられ、閉鎖性水域の水質改善がなされる。
【００１０】
ここで、水面近傍の水は、管路を通じて補償深度以上の水中へ送出することが望ましい。補償深度以上の水中、すなわち補償深度と等しいかそれより深い水中へ吸引した水とともに藻類を送出することで、活性化に必要な光が藻類に届かなくすることができ、藻類の増殖をより効率良く抑えることができる。なお、補償深度とは、藻類の増殖量より死滅量が多くなる深さをいう。
【００１１】
特に、藻類の繁殖が問題となっている閉鎖性水域においては、水面近傍に浮遊する藻類によって光が遮られており、補償深度は数ｍと小さく、さらに効率良く藻類の増殖を抑えることができる。なお、補償深度未満の水中へ藻類を送出してもそれなりに藻類の繁殖を抑えることができるが、藻類の活性化を抑える作用が乏しく、藻類の繁殖が少ない閉鎖性水域ではそれ以上の水質改善を望みにくくなる。
【００１２】
上記本発明の水質改善方法は、閉鎖性水域の水面近傍から水底に向かう管路と、水面近傍の水を吸引し、この吸引した水を管路を通じて水中へ送出する手段とを備えた水質改善装置により実現することができる。また、管路は、水面近傍の水を補償深度以上の水中へ送出するものとすることで、活性化に必要な光が藻類に届かなくなる水中へ藻類を送出することができる。特に、管路は、閉鎖性水域の水底近傍に至るものとすれば、その閉鎖性水域において最も深い底の部分に藻類を送出して、その増殖を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１３】
（１）閉鎖性水域の水面近傍の水を吸引し、この吸引した水を水面近傍から水底に向かう管路を通じて水中へ送出することにより、閉鎖性水域の水面近傍に浮遊するアオコや赤潮プランクトン等の藻類が、水面近傍よりも光が届きにくく温度が低い水中へ送出され活性が低下して増殖しにくくなるので、藻類の増殖を抑えることができ、閉鎖性水域の水質改善を行うことができる。また、閉鎖性水域の水面近傍の水を吸引し、この吸引した水を水面近傍から水底に向かう管路を通じて水中へ送出するだけであるため、オゾン等を利用することもなく簡単な構成で水質改善を行うことができる。
【００１４】
（２）水面近傍の水を、管路を通じて補償深度以上の水中へ送出することにより、閉鎖性水域の水面近傍に浮遊するアオコや赤潮プランクトン等の藻類が、活性化に必要な光が届かない水中へ送出され活性が低下するので、藻類の増殖をより効率良く抑えることができる。特に藻類の繁殖が問題となっている閉鎖性水域においては、補償深度は数ｍと小さく、さらに効率良く藻類の増殖を抑え、水質改善を行うことができる。
【００１５】
（３）水面近傍の水を、閉鎖性水域の水底近傍に至る管路を通じて送出することで、その閉鎖性水域において最も深い底の部分に藻類を送出して、その増殖を抑えることができ、最も効率良く藻類の増殖を抑え、水質改善を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は本発明の実施の形態における水質改善装置を示す縦断面図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態における水質改善装置１は、水面Ｗ近傍から水底Ｚへ向かう管路としてのダクト２と、ダクト２の上部に取り付けられた軸流ポンプ３と、軸流ポンプ３を水面Ｗ近傍に維持する浮力発生手段としてのフロート４とを備える。軸流ポンプ３は、水面Ｗ近傍の水を吸引してダクト２内へ送出するためのプロペラ５と、プロペラ５の回転軸としてのシャフト６と、シャフト６を介してプロペラ５を回転させる動力源としてのモータ７により構成される。
【００１７】
ダクト２は、閉鎖性水域の水面Ｗ近傍から補償深度以下である水底Ｚ近傍に至るまでの長さを有する。ダクト２は、軸流ポンプ３のプロペラ５の回転によって吸引された水面Ｆ近傍の水を、導入口２ａから導出口２ｂまで送り、水中へ送出するためのものである。なお、図１においてダクト２は直線状に延びる管であるが、これを伸縮かつ曲げ可能な材質により形成した管、例えば蛇腹管とすることも可能である。
【００１８】
フロート４は、軸流ポンプ３により水面Ｗ近傍の水を吸引してダクト２の導入口２ａへ導かせるため、軸流ポンプ３を水面Ｗ近傍に浮かせる機能を果たすものである。本実施形態においては４個のフロート４としているが、周囲の水面Ｗ近傍の水を満遍なく吸引する際の妨げとならないように適宜間隔を空けて配置できれば何個配置しても良い。
【００１９】
図２は図１の水質改善装置１による閉鎖性水域の水質改善の様子を示す説明図である。
図２に示すように、閉鎖性水域Ｘに水質改善装置１を設置し、軸流ポンプ３により水面Ｗ近傍の水を吸引して、この吸引した水をダクト２を通じて補償深度以下の水底Ｚ近傍の水中へ送出する。これにより、水面Ｗ近傍に浮遊する藻類としてのアオコＳが水とともに吸引され、ダクト２を通じて水底Ｚ近傍の水中へと送出される。
【００２０】
水中へ送出されたアオコＳは、水中が水面Ｗ近傍よりも光が届きにくく温度が低いことから、活性が低下して増殖しにくくなる。特に、本実施形態においては、閉鎖性水域Ｘにおいて最も深い底の部分へ送出されるため、光はほとんど届かず、温度も低いため、アオコＳはほとんど活動できなくなり、死んでいく。その後、生き残ったアオコＳは徐々に水面へと浮上するが、活性を取り戻す前に再び水とともに吸引され、ダクト２を通じて水底Ｚ近傍の水中へ送出される。これにより、アオコＳの増殖が抑えられ、徐々に減少していくことになるため、閉鎖性水域の水質改善がなされる。
【００２１】
なお、本実施形態においては、ダクト２によって導入口２ａから吸引された水面Ｆ近傍の水を、最も水質改善効果の高い水底Ｚ近傍の導出口２ｂから水中へ送出する構成としているが、導出口２ｂの深さは補償深度より深ければ水深２〜５ｍより深くても構わない。
【００２２】
図３は図１の水質改善装置１を設置した閉鎖性水域ＸのアオコＳの濃度変化を示す図である。図３において、Ａ状態は、アオコＳが水質改善装置１によって水底Ｚ近傍へ押し込まれる寸前の状態である。アオコＳは、水質改善装置１によって光がほとんど届かない水底Ｚ近傍へ押し込まれると暗闇状態に置かれ、徐々に浮上しながらＢ状態までその数を減らしていく。Ｂ状態は、水底Ｚ近傍から上昇したアオコＳに光が当たる場所に到達して、減少から増加に転ずる状態である。
【００２３】
その後、アオコＳは、光の照射を受けることによって、Ｃ状態（アオコＳが水面Ｗに到達した状態）まで増加していくが、その増殖速度は、図３に細い点線で示すように暗闇を経験していない場合と比べて非常に遅い。水面に到達したアオコＳは光を直に受けることによって増殖速度を速め、水質改善装置１によって吸引される（Ｄ状態）まで次第に増えていく。結果的に、Ｄ状態におけるアオコＳの数が、Ａ状態におけるそれよりも小さくなれば、本水質改善装置１により閉鎖性水域Ｘの水を循環することでアオコＳの数を減らしていくことができ、水質改善を行うことができる。
【００２４】
なお、Ａ状態からＣ状態までの日数は、主に、水質改善装置１の送出能力、閉鎖性水域Ｘの容積（大きさ、形状）に左右される。また、Ｃ状態からＤ状態までの日数は、閉鎖性水域Ｘの広さ（水面Ｗの面積）、水質改善装置１の送出能力によって決定される。したがって、閉鎖性水域Ｘの大きさ、形状および水質改善装置１の送出能力を元に各状態間の日数を推定し、予め実験で求めた各状態間のアオコＳの増殖速度データを元にＤ状態におけるアオコＳの濃度を求め、その値がＡ状態におけるそれよりも小さくなるように水質改善装置１の送出能力を決定すればよい。
【００２５】
また、本実施形態における水質改善装置１によれば、水面Ｗ近傍から吸引した水を水底Ｚ近傍へ送出することで、水質改善装置１の設置場所近くだけでなく、遠方から水を引き寄せることが可能である。以下、これについて詳細に説明する。
【００２６】
図４に示すように、本実施形態における水質改善装置１により、水面Ｗ近傍から吸引した水を水底Ｚ近傍から放出しても、水面Ｗ近傍の水温が高い水は軽いのですぐに浮上してしまい、その影響は狭い範囲に限られるように思われるが、実際にはそうではない。閉鎖性水域Ｘのように水の出入りが少ない閉ざされた水域では、水中に密度成層が生じている。そのため、水底Ｚ近傍へ放出された水は、自身の密度と同じ密度の層へ入り込み、重力により水平に遠方まで流れていく。この流れを密度流という。
【００２７】
水質改善装置１により水底Ｚ近傍へ放出した水は温かく軽いため、放出後は水面Ｗに浮上しようとするが、実際には、図５に示すように、浮上中に周辺の冷たく重い水との混合が起こり、密度流により自身の比重と同じ層で水平方向に拡がるため、遠方までの対流が可能となる。
【００２８】
この現象により、水質改善装置１により水とともに水底Ｚ近傍へ放出されたアオコＳは、すぐに浮上せず、光の届かない暗い場所に長時間留まることになる。したがって、アオコＳの死滅が促進される。また、密度流現象は、水底Ｚ近傍への放出だけでなく、水面Ｗ近傍での吸引によっても発生する。アオコＳは水面Ｗ近傍に非常に高密度で存在するので、この高密度な層の水だけを遠方から引き寄せて吸引することができ、非常に効率良くアオコＳを回収して水底Ｚ近傍へ送出することが可能である。
【実施例】
【００２９】
以上の現象を数値計算によって確認した例を図６に示す。
図６に示すように、水質改善装置１により水とともに水底Ｚ近傍へ放出されたアオコＳを含む水は、周辺の冷たく重い水と混合し、密度流により自身の比重と同じ層で水平に拡がり、容易に浮上しないことが確認できた。
【００３０】
また、遮光実験によりアオコＳの数の変化を調べた。図７はその実験結果を示している。図７に示すように、遮光時は光の照射時と比較して、２日後以降、アオコＳの数が半分以下に減少していることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の水質改善方法および水質改善装置は、閉鎖性水域の藻類の繁殖を抑え、水質改善を行うための方法および装置として有用であり、特にオゾン等を利用することなく簡単な構成で低簾に閉鎖性水域の水質を改善することができるものとして好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態における水質改善装置を示す縦断面図である。
【図２】図１の水質改善装置による閉鎖性水域の水質改善の様子を示す説明図である。
【図３】図１の水質改善装置を設置した閉鎖性水域のアオコの濃度変化を示す図である。
【図４】水面近傍から吸引した水を水底近傍から放出したときの水の流れの想像図である。
【図５】水面近傍から吸引した水を水底近傍から放出したときの実際の水の流れを示す説明図である。
【図６】水面近傍から吸引した水を水底近傍から放出したときの数値計算による水の流れを示す図である。
【図７】遮光実験によりアオコの数の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  水質改善装置
２  ダクト
３  軸流ポンプ
４  フロート
５  プロペラ
６  シャフト
７  モータ
２ａ  導入口
２ｂ  導出口
【図３】
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【図７】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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