(57)【要約】内部中央に紫外線照射管（２）を組み込み上部に水中ポンプ（３）を載置した浄化槽（１）をフロート（７ａ）によって水面から５〜１００ｃｍの位置に保持し、さらに水面近傍を上下に仕切る仕切部（６）を設け、仕切部（６）の上方の水のみを水中ポンプ（３）によって吸引し、浄化槽（１）内で浄化することで、水面を浮遊するアオコや藻類等をより早く回収して分解、除去する。
2002048051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フロートによって水深調整可能に保持され水面近傍の水を吸引する水中ポンプと、同水中ポンプの吸水口へ水面側の水を導く仕切部と、前記水中ポンプによって吸引した水を浄化する浄化槽と、同浄化槽に接続される排出管とを備えた浄化装置。
【請求項２】
前記仕切部は、水面から５〜１００ｃｍの水を導くものである請求の範囲第１項記載の浄化装置。
【請求項３】
前記水中ポンプの下流に、前記吸引した水にオゾンを注入するインジェクタを備え、さらに前記浄化槽内に、紫外線照射管と、前記吸引した水を前記紫外線照射管の周方向に吐出する吐出ヘッドとを備えた請求の範囲第１項記載の浄化装置。
【請求項４】
前記紫外線照射管の外周に接触して回転可能な洗浄ブラシを備えた請求の範囲第３項記載の浄化装置。
【請求項５】
前記浄化槽内面を鏡面とした請求の範囲第３項記載の浄化装置。
【請求項６】
前記排出管から排出する水に窒素を混合してその溶存酸素濃度を調整する制御装置を備えた請求の範囲第３項記載の浄化装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、例えば湖沼、池、ダム、溜池や河川等に浮遊するアオコ、藻類や赤潮の原因となるプランクトン等の有機性浮遊物を分解して洗浄するための浄化装置に関する。
背景技術
水の流動が少なく長期間水が滞留したままとなる例えば湖沼、池、ダム、溜池などのような閉鎖性水域において、その水面に浮遊するアオコや藻類等は自然のまま放置しておくと繁茂密度が高くなるとともに腐敗して水を汚染させてしまう。このようなアオコや藻類の除去作業では、たとえば作業ボート上から網等を用いて捕捉回収したりするのが、従来行われている。このような作業では人手による回収なので、作業効率に限界があり、広い面積の湖沼等の場合では、作業時間がかなり長くなってしまう。
これに対し、近来、オゾン、超音波や紫外線等を単体で用いてアオコ等の植物プランクトンの細胞を破壊していく浄化装置が採用されるようになり、閉鎖性水域の浄化作業が格段に効率化されるようになってきている。ところが、従来の浄化装置は、水中にオゾンを吹き込んだり、水底に堆積したヘドロ状の腐敗物を回収したりして処理するというものが主である。
このため、特に水面を浮遊しているアオコや藻類については依然として作業ボートによる回収に頼るしかなく、閉鎖性水域の浄化は万全ではない。そこで、本発明者は、特願２０００−２８９００５号において水面を浮遊するアオコや藻類等を効率的に分解して酸素のみを水中に放出することにより浄化度を向上し得る河川や湖沼等の浄化装置を提案している。
この河川や湖沼等の浄化装置は、水面付近の水を水中ポンプで吸引してオゾンや酸化作用のあるガスを添加溶解させて水中に放出し、水面付近のアオコや藻類の除去ができるとともにオゾンを使用する場合ではこれらを速やかに分解処理できるというものである。
この浄化装置では、水面付近のアオコ等は水中ポンプの吸引力によって水とともに回収されるため、より早くアオコ等を吸引して水の浄化を行おうとする場合、より大きな吸引力を有する水中ポンプを使用する必要がある。ところが、水中ポンプの吸引力を上げると、水中ポンプの消費電力も増加することになる。
そこで、本発明は、水面を浮遊するアオコや藻類等の浮遊物をより早く回収してより効率的に閉鎖性水域の水の浄化を行うことが可能な小電力タイプの浄化装置を提供することを目的とする。
発明の開示
本発明の浄化装置は、フロートによって水深調整可能に保持され水面近傍の水を吸引する水中ポンプと、水中ポンプの吸水口へ水面側の水を導く仕切部と、水中ポンプによって吸引した水を浄化する浄化槽と、浄化槽に接続される排出管とを備えたものである。
本発明では、水面近傍の水を仕切部によって上下に仕切ることで、仕切部の下方の水を遮り、仕切部の上方の水のみを水中ポンプによって吸引することができるため、水中ポンプの吸引による仕切部の上方の水の流速を高めることができる。すなわち、仕切部の上方の水をより早く吸引することで、浄化水域の水面を浮遊するアオコや藻類等の浮遊物をより早く回収して分解、浄化し、排出管から浄化水域の水中に戻すことができる。
ここで、仕切部は、水面から５〜１００ｃｍの位置にステンレス鋼製の薄板やビニール製のシート等を水面と略平行に形成して、この水面から５〜１００ｃｍの水を水中ポンプの吸水口へ導くものとするのが望ましい。
アオコや藻類等の浮遊物は数ミクロン程度の大きさであり、そのほとんどは水面から０〜３００ｃｍの位置に浮遊しているため、仕切部はこの０〜３００ｃｍのどの位置に設置してもよいが、浮遊物の濃度が最も高い水面から５〜１００ｃｍの水のみを水中ポンプの吸水口へ導くことで効率的に浮遊物を回収することができる。また、水面から５〜５０ｃｍの水を導くものとすれば、余分な水を吸引することなく、さらに効率的に浮遊物を回収することができる。水面から５ｃｍ以下の位置に仕切部を設けることで、大きな浮遊物であっても滞留することなく水中ポンプへ導くことができる。また、水面下１００ｃｍ以内の位置に仕切部を設けることで、水中ポンプの吸水口へ水とともに浮遊物が流れるだけの充分な流速を得ることができる。
また、本発明では、水中ポンプの下流に、吸引した水にオゾン（Ｏ３）を注入するインジェクタを備えた構成とすることが望ましい。これにより、水中ポンプによって吸引した水面付近のアオコや藻類を含む水にオゾンを吸引できるので、オゾンによってアオコや藻類の細胞を破壊して分解し、排出管から浄化水域の水中に戻すことができる。
また、本発明の浄化槽内に、紫外線照射管と、水を紫外線照射管の周方向に吐出する吐出ヘッドとを備えた構成とすることが望ましい。これにより、水中ポンプによって吸引した水面付近のアオコや藻類を含む水を紫外線照射管の周り回転させることで攪拌しながら速やかに殺菌および消毒することができる。
特に、アオコや藻類を含む水にオゾンを吸引した状態で紫外線照射管の周りを回転させることによって、水に溶解したオゾンが紫外線によって反応し、オゾンよりも強力な酸化力を示すヒドロキシラジカル（ＯＨ）が発生するため、殺菌力および酸化力が増加してアオコや藻類をほとんど完全に分解して消滅させることができる。また、水に溶解したオゾンはほとんど反応して酸素（Ｏ２）の状態で水中に吐出されるため、浄化水域のオゾン濃度が増加することはない。このとき、浄化槽内面を鏡面とすれば、紫外線照射管から照射された紫外線が鏡面によって反射され、浄化槽内の隅々まで行き渡るようになり、浄化槽内のオゾンをより早く反応させて浄化作用をさらに高めることができる。
また、紫外線照射管の周りには、その外周に接触して回転可能な洗浄ブラシを備えた構成とすることが望ましい。洗浄ブラシは吐出ヘッドから吐出され紫外線照射管の周りを流れる水の回転力によって紫外線照射管の外周に接触して回転するため、紫外線照射管の外周に付着したアオコや藻類の死骸および無機物を除去するとともに付着するのを防止し、紫外線照射管により照射される紫外線量が減少するのを防止することができる。
また、排出管から排出する水に窒素を混合してその溶存酸素濃度を調整する制御装置を備えた構成とすることが望ましい。これにより、水に溶解したオゾンを紫外線の照射によって反応させることで溶存酸素濃度が高くなった水に対し、窒素を混合して溶存酸素濃度を自動的に下げることで、水中の酸素濃度が過剰に上がることを防止することができる。
本発明により、以下の効果を奏することができる。
（１）水面近傍を仕切部によって上下に仕切り、仕切部の上方の水のみを水中ポンプによって吸引することで、浄化水域の水面を浮遊するアオコや藻類等をより早く回収して分解、除去することができる。したがって、従来と同じ消費電力でも効率良く水の浄化を行うことができる消費電力の小さな浄化装置が得られる。
（２）仕切部は、アオコ等の濃度が最も高い水面から５〜１００ｃｍの水を導くものとすることで、大小の浮遊物を効率的に吸引して分解、除去することができる。
（３）水中ポンプの下流に、吸引した水にオゾンを注入するインジェクタを備え、さらに浄化槽内に、紫外線照射管と、水を紫外線照射管の周方向に吐出する吐出ヘッドとを備えることで、オゾンに紫外線を照射して発生するヒドロキシラジカルによってより強い殺菌力および酸化力が得られるため、アオコや藻類をさらに速やかに分解処理できる。また、水中に溶解したオゾンを反応させて酸素の状態で水中に戻すことで、水中のオゾン濃度が増加することはない。
（４）紫外線照射管の外周に接触して回転可能な洗浄ブラシを備えることで、紫外線照射管の外周に付着したアオコや藻類の死骸を除去するとともに付着するのを防止し、紫外線照射管により照射される紫外線量が減少するのを防止することができるため、長期間に渡って連続的に使用しても浄化効果を持続させることができる。
発明を実施するための最良の形態
図において、内面を鏡面とした円筒状の浄化槽１の内部中央に紫外線照射管２が組み込まれ、浄化槽１の上部には水中ポンプ３が載置されている。水中ポンプ３の排水口にはオゾン注入のためのインジェクタ４が連結され、インジェクタ４の先には浄化槽１内に吸引した水を吐出する吐出ヘッド５が連結されている。また、浄化槽１の上部であって水中ポンプ３の吸水口３ａより下の位置には、ビニール製のシートによって水面と略平行な面を構成する円盤状の仕切部６が設けられている。
浄化槽１の上部には、この浄化槽１の水深を調整可能に保持する３個のフロート７ａが連結されており、このフロート７ａによって浄化槽１の水深を調整することで水中ポンプ３の吸水口３ａの水面からの深さを調整することが可能である。仕切部６の周縁部にも同様のフロート７ｂが連結されており、このフロート７ｂによって仕切部６の水面からの深さを調整することが可能である。
インジェクタ４は流路の中途を絞ってスロート４ａとしたノズル状のもので、スロート４ａの直ぐ下流に開けた開口４ｂにオゾンの供給管８を接続している。供給管８には、地上側に設置されたオゾン供給ユニット９が電磁弁式の開閉弁９ａを介して接続される。このようにスロート４ａの直ぐ下流に供給管８を接続することにより、スロート４ａで水の流れが増速されスロート４ａの下流で負圧になった部分にオゾンを吸引するようにして供給することができる。インジェクタ４からの水は吐出ヘッド５から紫外線照射管２の周方向に吐出される。
紫外線照射管２は、透明な石英製のケーシング２ａ内に紫外線ランプ２ｂを内蔵したものであり、浄化槽１の上部からケーシング２ａ内の紫外線ランプ２ｂを引き出して交換することが可能である。また、紫外線照射管２の周りには、その外周のケーシング２ａに接触して回転可能な洗浄ブラシ１１を備える。洗浄ブラシ１１は、その上下端部をケーシング２ａの周方向に回転可能に支持したものであり、吐出ヘッド５から吐出される水によって生じる浄化槽１内の水の流れに伴ってケーシング２ａの周面に接触しながら回転する。
なお、紫外線ランプ２ｂ、水中ポンプ３およびオゾン供給ユニット９は、地上もしくは浄化槽１の上方へ設置するソーラーパネル１０によって供給される電力によって駆動される。オゾン供給ユニット９は、大気を窒素と酸素とに分解し、取り出した酸素からオゾンを生成する装置である。なお、これらは風力エネルギにより駆動してもよい。
以上の構成において、浄化装置はフロート７ａ，７ｂの浮力によって水中に浮かした状態で浄化作業をする。この場合、フロート７ａ，７ｂの上下のナットによって、仕切部６の上面の水面からの深さを５〜１００ｃｍ程度となるように調整する。これにより、水面近傍の水が仕切部６によって上下に仕切られ、仕切部６の上方の水のみが導かれて吸引され、水面Ｗ．Ｌを浮遊している大小のアオコや藻類を水中ポンプ３の吸水口３ａへと効率良く送り込むことができる。
水中ポンプ２の作動と同時にオゾン供給ユニット９を作動させるとともに開閉弁９ａを開弁させ、オゾンを供給管８からインジェクタ４へ送り込む。供給管８はインジェクタ４のスロート４ａの直ぐ下流に接続されているので、水中ポンプ２により圧送されてくるアオコおよび藻類を含む水の流速の増加による減圧効果により、オゾンがインジェクタ４に入り込む。そして、供給されたオゾンは水に含まれながら浄化槽１に向かって流れ、吐出ヘッド５から浄化槽１内へ吐出される。
水は吐出ヘッド５から浄化槽１内の紫外線照射管２の周方向へ吐出されるため、浄化槽１内の水は紫外線照射管２の周囲を回転するように流れる。このとき、浄化槽１内は水中ポンプ３からの水の圧送によって加圧された状態であるため、オゾンの水中への溶解が促される。そして、この水中のオゾンによってアオコ等の植物プランクトンや藻類の細胞が破壊され、加圧によってオゾンの細胞への浸透も促されるのでアオコや藻類を速やかに分解することができる。また、水中のＢＯＤ、ＣＯＤ、ＳＳやノルマルヘキサンもオゾンによって酸化分解されるため、これらを改善することができる。
また、浄化槽１内では、水中ポンプ２の作動と同時に作動させた紫外線ランプ２ｂから、紫外線照射管２の周囲を回転する水に対して紫外線が照射され、水に含まれるオゾンが反応する。紫外線とオゾンの反応によってヒドロキシラジカルが発生し、殺菌力および酸化力が増加するため、アオコや藻類をほぼ完全に（９９％以上）分解して浄化することができる。また、紫外線ランプ２ｂから照射された紫外線は、鏡面とした浄化槽１内面によって反射されることで浄化槽１内の隅々まで行き渡るため、浄化槽１内のオゾンはより早く反応するようになり、その浄化作用がさらに高められる。ここで、分解されたアオコや藻類の死骸の一部は、紫外線照射管２の熱によってそのケーシング２ａに付着しようとするが、紫外線照射管２の周囲の水の流れに伴ってケーシング２ａの周面に接触しながら回転する洗浄ブラシ１１によって洗浄および除去される。
浄化槽１内で浄化された水は、浄化槽１の側面および下面にそれぞれ接続されるバルブ付き排出管１２ａ，１２ｂから水中に放出される。このとき、インジェクタ４によって吸引したオゾンは、紫外線照射管２から照射される紫外線によってほとんど反応しているため、バルブ付き排出管１２ａ，１２ｂから排出される水のオゾン濃度は基準値以下（ほぼ０）であり、浄化後の水によって水中のオゾン濃度が変わることはない。
また、従来のように超音波や紫外線のみではアオコ等のプランクトンの浮き袋を潰したり死滅させるだけで分解できないが、本実施形態における浄化装置ではオゾンに紫外線を照射することによってヒドロキシラジカルを発生させてこれらを完全に分解することができる。すなわち、従来のように超音波や紫外線のみでプランクトンを死滅させて水底に沈めると、このプランクトンの死骸は有機物であるため腐敗してヘドロ化し、ヘドロ化した有機物を分解するために水中の酸素が使われて水底から無酸素状態が拡がって水全体が嫌気状態となり臭気等を発することがあるが、本実施形態における浄化装置ではプランクトンを完全に分解してしまうため、分解したものが水底に沈んでも腐敗することはなく臭気も発生しない。
また、オゾンは紫外線による反応によって酸素へと変化するため、排出管１２ａ，１２ｂから排出される水は溶存酸素濃度が高い。浄化槽１内は加圧されているため、排出管１２ｂから排出される溶存酸素濃度の高い水は、水底まで運ばれる。その結果、水底にはヘドロ層２１の上に通気性嫌気層２２が形成されるとともに好気層２３が形成され、好気層２３は好気性微生物の生息地となる。この好気層２３の好気性微生物は上方から沈降した一部の有機物をエサとして分解する。
以上のように、水面近傍を仕切部６によって上下に仕切り、仕切部６の上方の水のみを水中ポンプ３によって吸引することで、水面を浮遊するアオコや藻類等をより早く回収して分解、除去することができる。したがって、従来と同じ消費電力でも効率良く水の浄化を行うことができる消費電力の小さな浄化装置が得られる。
なお、本実施形態においては、浄化槽１を水中ポンプ３とともに水中に浮かした構成としているが、水中ポンプ３および仕切部６のみをフロート７ａ，７ｂ等によって水中に浮かし、浄化槽１を地上に設置した構成としてもよい。このとき、水中ポンプ３と浄化槽１とをホースで接続し、地上に設置した浄化槽１により浄化した後の水は再びホースによって水中へ戻すようにする。
また、本発明に係る浄化槽は、本実施形態において説明したものに限定されず、例えば本発明者が特願２０００−２８９００５号において提案した浄化装置のようなものであってもよい。要するに、フロートによって保持される水中ポンプの吸水口へ水面側の水を導く仕切部を備え、仕切部の上方の水のみを水中ポンプによって吸引する構成であれば、水面を浮遊するアオコや藻類等をより早く回収して除去することが可能である。
また、本実施形態においては、浄化槽１の内部中央に１つの紫外線照射管２を組み込んだ構成について説明したが、この紫外線照射管２を取り巻くように３〜４本程度の複数の紫外線照射管を配置することも可能である。これにより、浄化槽１内への紫外線照射によるオゾンの反応効果をより高めることができ、より大きな浄化槽１を構成してより大きな水域の浄化に用いることが可能となる。
また、本実施形態において排出管１２ａ，１２ｂから排出する水に対し、オゾン供給ユニット９から取り出した窒素を混合して自動的に水中の溶存酸素濃度を調整する制御装置を組み込んだ構成とすることも可能である。このとき、オゾン供給ユニット９から取り出した窒素には、アオコや藻類等が好む炭酸ガスが含まれているため、この炭酸ガスを分離してから混合するものとする。これにより、排出管１２ａ，１２ｂから排出される水は前述のように溶存酸素濃度が高いが、この水に窒素を混合して溶存酸素濃度を自動的に下げることで、水中の酸素濃度が過剰に上がることを防止することができる。また、混合する窒素に炭酸ガスが含まれていないため、アオコや藻類等が活発化することもない。さらに、ここで混合する窒素は、浄化槽１内に供給するオゾンとともに、オゾン供給ユニット９によって同じ大気から取り出したものであるため、資源を無駄なく利用することができる。
次に、上記実施形態における浄化装置を用い、池の浄化処理を行った例について説明する。本実施例における浄化装置の仕切部６の直径を１ｍとし、仕切部６の上面の水面からの深さを１００ｃｍとなるように調整して浄化を行った。浄化前（水中ポンプ３の吸水口３ａの位置）の水と浄化後（バルブ付き排出管１２ａ，１２ｂの位置）の水とのクロロフィル濃度を比較した。
比較の結果、浄化前の水のクロロフィル濃度が１９０μｇ／Ｌであるのに対し、浄化後の水のクロロフィル濃度は０．９μｇ／Ｌであり、浄化前と比較して浄化後の水は０．５％以下までクロロフィル濃度を低下させることができた。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明に係る浄化装置は、湖沼、池、ダム、溜池等の閉鎖性水域や流れのある河川等の表面に浮遊するアオコ、藻類や赤潮の原因となるプランクトン等の有機性浮遊物を分解して洗浄する装置として有用であり、臭気、色度、ＢＯＤ、ＣＯＤ、ＳＳやノルマルヘキサンを低減し、また、ウイルスや細菌の増殖を防止するのに適している。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の浄化装置の全体を示す概略縦断面図であり、第２図は、第１図の浄化装置の拡大縦断面図であり、第３図は、第１図の浄化装置の概略平面図である。
【図１】
2002048051.tif 000003
【図２】
2002048051.tif 000004
【図３】
2002048051.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成14年11月7日(2002.11.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
フロートによって水深調整可能に保持され水面近傍の水を吸引する水中ポンプと、水面近傍の水を上下方向に仕切り同水中ポンプの吸水口へ水面側の水を導く薄板やシート状物からなる仕切部と、前記水中ポンプによって吸引した水を浄化する浄化槽と、同浄化槽に接続される排出管とを備えた浄化装置。
【手続補正書】
【提出日】平成14年11月7日(2002.11.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フロートによって水深調整可能に保持され水面近傍の水を吸引する水中ポンプと、水面近傍の水を上下方向に仕切り同水中ポンプの吸水口へ水面側の水を導く薄板やシート状物からなる仕切部と、前記水中ポンプによって吸引した水を浄化する浄化槽と、同浄化槽に接続される排出管とを備えた浄化装置。
【請求項２】
前記仕切部は、水面から５〜１００ｃｍの水を導くものである請求の範囲第１項記載の浄化装置。
【請求項３】
前記水中ポンプの下流に、前記吸引した水にオゾンを注入するインジェクタを備え、さらに前記浄化槽内に、紫外線照射管と、前記吸引した水を前記紫外線照射管の周方向に吐出する吐出ヘッドとを備えた請求の範囲第１項記載の浄化装置。
【請求項４】
前記紫外線照射管の外周に接触して回転可能な洗浄ブラシを備えた請求の範囲第３項記載の浄化装置。
【請求項５】
前記浄化槽内面を鏡面とした請求の範囲第３項記載の浄化装置。
【請求項６】
前記排出管から排出する水に窒素を混合してその溶存酸素濃度を調整する制御装置を備えた請求の範囲第３項記載の浄化装置。
【国際調査報告】
2002048051.tif 000006
2002048051.tif 000007
2002048051.tif 000008
2002048051.tif 000009