JP2009202038A - 太陽光発電による浮体式水循環ろ過エアレーション水質浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】湖水、ダム湖、湾など閉鎖性の強い水域の水質を改善するため、底層の水をくみ上げ表層に放流しまた底層に微細気泡のエアーを送り込んで酸素不足を解消する。
【解決手段】本発明の装置は、水面と水底を連通させた筒状構造内の水面の水を、太陽電池等で駆動する揚水ポンプにより吸引し、底層の水と循環攪拌混合する。また導水構造の断面積を大きくし、揚水ポンプの揚水能力より多い導水量が可能な大きさとし、底層と表層の水の急激な攪拌を無くし、また緩やかな導水で底層の異物を吸引してポンプ、吐出口などが詰まってしまうことが無い、加えて貯水槽内部に濾剤を敷き、底層水を濾過し、有機物などを分解浄化する。さらに、水が吐出される際エジェクター式の微細気泡により大気を吸引、微細気泡として混合吐出することにより、閉鎖水域全体の水質浄化を自然エネルギーのみで行うものである。
【選択図】図３

Description

本発明は、太陽光発電により駆動するポンプで貯水池等の水を水底から表層へ循環させ、この過程で水をろ過し、かつ空気の微細気泡を加える所謂エアレーションを行うことで、貯水池等の水質を改善する装置に関するものである。

近年、湖水、ダム湖、湾など閉鎖性の強い水域において周辺地域の環境変化から富栄養状態となり水質が悪化し、アオコ等の藻類の異常発生、底層水の貧酸素化ひいては硫化水素ガスの発生など重大な環境悪化を招いている。このためポンプ等により底層の水をくみ上げ表層に放流する装置や底層にエアーを送り込むものなど種々の水質改善のための装置が考案、開示されている。

しかし、単に底層の水を表層に放水しても水温による比重差から底層水はすぐに沈降し効果が期待できない。また底層に微細気泡のエアーを送り込んで酸素不足を解消する装置もあるがごく限られた範囲に酸素を供給しても底層全体の改善にはつながらず、両方式とも、むしろ強い上昇流をつくり急激な攪拌により富栄養状態の底層水が表層に大量に供給されアオコ等の異常発生を招いたり、酸素消費量の多い表層水を底層に送り込むことにより一層貧酸素状態を助長するなど弊害も多く効果的とは言いがたい。

また、このような装置は閉鎖性の強い水域全体を浄化する目的のために必要な水流量、空気量を発生させようとすれば装置が大掛かりとなり、消費するエネルギーも膨大なものとなって、かえって環境負荷を与えるものとなりかねない。

この改善策として、装置を小型のものとし閉鎖性の強い水域に多数設置することにより、急激な攪拌をせず穏やかに水質改善をはかり、必要なエネルギーを太陽光などの自然エネルギーを利用し環境負荷を低減した装置が種々考案されている。しかしながら単に小型化した装置で底層水を表層に放流したり、底層にエアーを吹き込んだりしても緩やかとはいえ富栄養状態の底層水が表層に供給され、アオコ等の異常発生を招いたり、酸素消費量の多い表層水を底層に送り込むことにより一層貧酸素状態を助長することは避けきれず、また装置を小型化することにより、複雑、脆弱な構造となり底泥や塵埃など異物を巻き込みやすくなるなど保守管理が煩雑となり装置寿命も短くなるなど経済性も悪くなる。
特開２００３−１１７５８２号公報

解決しようとする問題点は、湖水、ダム湖、湾など閉鎖性の強い水域の水質を改善するため、底層の水をくみ上げ表層に放流しまた底層に微細気泡のエアーを送り込んで酸素不足を解消するなどの装置があるが、強い上昇流をつくり急激な攪拌により富栄養状態の底層水が表層に大量に供給されアオコ等の異常発生を招いたり、酸素消費量の多い表層水を底層に送り込むことにより一層貧酸素状態を助長するなど弊害も多い。また装置を小型化し多数設置し急激な攪拌をしないようにしても、効果は期待できず装置が複雑、脆弱な構造となり底泥や塵埃など異物を巻き込みやすくなるなど保守管理が煩雑となり装置寿命も短くなるなど経済性も悪くなるなどの問題があった。

前記目的に沿う第１の発明に係る太陽光発電による浮体式水循環ろ過エアレーション水質浄化装置は、アンカー等で水面上に固定された浮力体であって、この浮力体から水底まで伸びた筒状の導水構造により湖水、ダム湖、湾など閉鎖性の強い水域の底層と表層を連通させている。この筒状構造は即ち水面と水底に開口部をもつホース状の構造で合成樹脂性の円断面のホースが好適である。水面と水底を連通させたこの構造内の浮体付近水面の水を、太陽電池等の自然エネルギーにより発電された電力で駆動する揚水ポンプにより吸引し、水面付近で吐出することで、底層の水を水面まで引き上げ結果的に当該水域の底層表層の水を循環攪拌混合することにより底層水の貧酸素状態を解消し、微生物等による有機物等の分解を促進し、水質を浄化する。この内太陽電池等の自然エネルギー発電装置と揚水ポンプは既存の広く普及している市販品で足りるので説明を省略する。

第２の発明に係る太陽光発電による浮体式水循環ろ過エアレーション水質浄化装置は、第１の発明に係る太陽光発電による浮体式水循環ろ過エアレーション水質浄化装置において、前述のホース等の筒状の導水構造の断面積を十分大きくし、太陽光発電等自然エネルギーにより発電された電力により駆動される揚水ポンプの揚水能力より多い導水量が可能な大きさとすることにより、水面付近で揚水ポンプにより揚水され吐出排出された水は底層より導水された水であるが、揚水ポンプの吐出量が比較して少ないため表面にまで導水されるまでの時間がかかり、表層の水との温度差が無くなっており、温度差による比重の違いから起こる底層と表層の水の急激な攪拌が無い。また緩やかな導水のため底層の泥、塵埃などの異物を吸引して、ポンプ、吐出口などが詰まってしまうことが無く保守管理が容易になる。

第３の発明に係る太陽光発電による浮体式水循環ろ過エアレーション水質浄化装置は、第１、第２の発明に係る太陽光発電による浮体式水循環ろ過エアレーション水質浄化装置において、浮力体とこれに支えられた貯水槽をもちこの貯水槽の底部に水底まで伸びた筒状の導水構造が接続され、底層水をこの貯水槽に導水する。貯水槽内部には活性炭やガラス発泡体などの多孔質の浄水能力のある濾剤を敷き詰め導水された底層水の有機性浮泥など微細な有害物やプランクトンなどを濾過し、また夜間など発電がなく揚水ポンプが作動しないときは、貯水槽内に底層水が滞留するため、多孔質内のバクテリア分解により有機物などを分解浄化する。独立発泡体の濾剤は広く普及しており、市販されているものなので説明を省略する。

第４の発明に係る太陽光発電による浮体式水循環ろ過エアレーション水質浄化装置は、第１、第２あるいは第３の発明に係る太陽光発電による浮体式水循環ろ過エアレーション水質浄化装置において、太陽電池等の自然エネルギーにより発電された電力で駆動する揚水ポンプで貯水槽内の濾剤により浄化された水が吐出される際エジェクター式の微細気泡発生ノズル内の狭められた管内を流速を増して水が通過するとき、所謂ベンチュリー効果により管内に設けられたオリフェスに負圧を生じ、大気を吸引、微細気泡として混合吐出することにより、貧酸素状態にある底層水に酸素を供給し、溶存酸素量を高め、バクテリア等による好気分解を促進させ、多孔質浄水濾剤の浄化効果と相まって閉鎖水域全体の水質浄化を自然エネルギーのみで行うものである。

本発明の太陽光発電による浮体式水循環ろ過エアレーション水質浄化装置は、水面と水底を連通させたホース等の筒状構造内の浮体付近水面の水を、太陽電池等の自然エネルギーにより発電された電力で駆動する揚水ポンプにより吸引し、水面付近で吐出することで、底層の水を水面まで引き上げ結果的に当該水域の底層表層の水を循環攪拌混合する。またホース等の筒状の導水構造の断面積を十分大きくし、太陽光発電等自然エネルギーにより発電された電力により駆動される揚水ポンプの揚水能力より多い導水量が可能な大きさとすることにより、表面にまで導水されるまでの時間がかかり、表層の水との温度差が無くなっており、温度差による比重の違いから起こる底層と表層の水の急激な攪拌が無い。また緩やかな導水のため底層の泥、塵埃などの異物を吸引して、ポンプ、吐出口などが詰まってしまうことが無く保守管理が容易になる。加えて貯水槽内部には活性炭やガラス発泡体などの多孔質の浄水能力のある濾剤を敷き詰め、導水された底層水の有機性不泥など微細な有害物やプランクトンなどを濾過し、また夜間など発電がなく揚水ポンプが作動しないときは、貯水槽内に底層水が滞留するため、多孔質内のバクテリア分解により有機物などを分解浄化する。さらに、貯水槽内の濾剤により浄化された水が吐出される際エジェクター式の微細気泡発生ノズル内の狭められた管内を流速を増して水が通過するとき、所謂ベンチュリー効果により管内に設けられたオリフェスに負圧を生じ、大気を吸引、微細気泡として混合吐出することにより、貧酸素状態にある底層水に酸素を供給し、溶存酸素量を高め、バクテリア等による好気分解を促進させ、多孔質浄水濾剤の浄化効果と相まって閉鎖水域全体の水質浄化を自然エネルギーのみで行うものである。

続いて、添付した図面を参照しつつ本発明を実施するための最良の形態について説明し、本発明の理解に供する。

図１は、本発明装置の１実施例の平面図であって、１は、底層水の吐出口であってエジェクター式の微細気泡発生ノズルである。このエジェクター式の微細気泡発生ノズルは種々の形態のものが市販されており周知の技術であるので説明は省略する。２は揚水ポンプであり６の導水口から導水された底層水を吸引し１の吐出口から吐出させる。５は吐出口上部に設けたフィルターで異物の混入を防ぐ、３は装置全体の外周に取付けられた浮力体で装置を水面上に浮遊させる浮力を持つ、また４は太陽電池パネルであって太陽光発電により２の揚水ポンプを駆動する電力を賄う。

図２は本発明装置の１実施例の側面図であって、1から６は前記のとおりであって、７は合成樹脂製等のホースを好適とする浮力体から水底まで伸びた筒状の導水構造で底層の水を２の揚水ポンプの揚水により徐々に８の貯水槽と内部の多孔質浄水濾剤に導く、この時７の筒状の導水構造の断面積は２の揚水ポンプの揚水能力より多い導水が可能な面積なので、8の貯水槽と内部の多孔質浄水濾剤に流入する水流は非常に緩やかなものとなる。

図３は本発明装置の１実施例の全体側面図であって1から８は前記と同じである。９は、７のホース等の筒状の導水構造の底水吸引口であって自重により常に水底にあり、底層水を吸引する構造である。１０はこの装置を水面に固定するためのアンカー及びアンカーロープであり概ね四方4点に張る。１１は水面でありこの装置３の浮力体により水面上に浮上している。１２は湖水、ダム湖、湾など閉鎖性の強い水域の水底でその直上に貧酸素状態の底層水が滞留することが多い。

近年、湖水、ダム湖、湾など閉鎖性の強い水域において周辺地域の環境変化から富栄養状態となり水質が悪化し、アオコ等の藻類の異常発生、底層水の貧酸素化ひいては硫化水素ガスの発生など重大な環境悪化を招いている。これを自然エネルギーを利用して浄化することは、飲料水、工業用水を浄化することであり、また水産資源の回復、多様化に資することである。

太陽光発電による浮体式水循環ろ過エアレーション水質浄化装置の実施方法を示した説明図の平面図である。（実施例１） 太陽光発電による浮体式水循環ろ過エアレーション水質浄化装置の実施方法を示した説明図の側面図である。（実施例１） 太陽光発電による浮体式水循環ろ過エアレーション水質浄化装置の実施方法を示した説明図の全体側面図である。（実施例１）

符号の説明

１ エジェクター式微細気泡発生ノズル
２ 水ポンプ
３ 浮力体
４ 太陽光発電池パネル
５ 水フィルター
６ 導水口
７ 導水ホース
８ 貯水槽と内部の多孔質浄水濾剤
９ 底水吸引口
１０ 固定用アンカーライン
１１ 水面
１２ 水底面

Claims (4)

1. 湖水、ダム湖、湾など閉鎖性の強い水域において、アンカーライン等で固定された浮体構造物であって、水面上のこの浮体構造物から水底まで延びたホース等の筒状の導水構造を持ち、太陽電池等の自然エネルギーにより発電された電力で駆動する揚水ポンプにより、この導水構造内上部まで導かれた水底付近の底層水を水面に吐出することで、底層水を水面表層まで持ち上げ、循環攪拌、混合する太陽光発電等による浮体式水循環ろ過エアレーション水質浄化装置である。
2. 請求項１に記載の太陽光発電による浮体式水循環ろ過エアレーション水質浄化装置において、浮体に支持されたホース等の筒状の導水構造は、太陽光発電等自然エネルギーにより発電された電力により駆動される揚水ポンプの吸引能力より多い導水が可能な大きさの断面積であることを特徴とする。
3. 請求項１または請求項２に記載の太陽光発電による浮体式水循環ろ過エアレーション水質浄化装置において、浮力体に貯水槽を持ちこの内部に活性炭、ガラス発泡体等の多孔質浄水濾剤を備え、ホース等導水構造により導かれる底層をこの浄水濾剤を通させることにより浄化することを特徴とする太陽光発電等による浮体式水循環ろ過エアレーション水質浄化装置である。
4. 請求項１または請求項２あるいは請求項３に記載の太陽光発電等による浮体式水循環ろ過エアレーション水質浄化装置であって、太陽電池等の自然エネルギーにより発電された電力で駆動する揚水ポンプで貯水槽内の濾剤により浄化された水を吐出する際エジェクター式の微細気泡発生ノズルを通し大気を吸引、微細気泡として混合吐出することにより、貧酸素状態にある底層水に酸素を供給し、溶存酸素量を高め、多孔質浄水濾剤の浄化効果と相まって閉鎖水域全体の水質浄化を自然エネルギーのみで行うことを特徴とする太陽光発電等による浮体式水循環ろ過エアレーション水質浄化装置