JP5077874B2 - 浄水装置 - Google Patents

Description

この発明は、池・湖・沼・ダムなどの大量水域の水質を改善することを目的とした浄水装置に関する。

従来木炭を収容した容器内へ通水して好気性微生物により浄水する装置は各種方式が提案されている。

また木炭を用いた浄化装置と、個別の曝気装置とを組み合わせた浄化システムも知られている。

更に間欠空気揚水装置により、大量水域に上下対流を生起し、全水域の溶存酸素量を増加させて浄水する浄水装置も提案されている。
特開平１１−２６２７８８ 特開平７−３０８６９５ 特許第２６６４３３４号 特公平３−４６６７９

従来木炭を利用した水質改善については、比較的少水量（例えば水量１００トン〜１０００トン）においては、相当の効果が見込まれるけれども、５０万トン〜２億トンというような大量水に、前記木炭を利用しようとすれば、厖大な量の木炭が必要となり、実用上採用され難い問題点があった。

また間欠空気揚水装置（特許文献４）は前記１００万トン以上の大量水の浄水について、絶大な効力を発揮しているが、浄化度に関し、更なる向上を期待されるけれども、浄化度に関しては未だ研究課題であって、満足するに至らない問題点があった。

従来公園、庭園、庭池等の小規模閉鎖水域の浄水装置として、通水可能な収容器内に木炭を充填してなる浄化材ユニット内に水を通過させるようにした装置が提案されている（特許文献１）。前記浄水装置は、明細書記載のように、小規模閉鎖水域の浄水には効果があるが、本願発明のような大規模浄水（例えば５０万トン以上）には使用することができない。また、曝気について考慮していないし、水深が小さければ曝気の必要性もない。本願発明のシステムは、水量５０万トン以下でも使用できる。

また従来水を吸引して空気を混入した状態で吐出する曝気装置と、好気性微生物が存在する木炭が内部に収容された浄化装置とを具備し、この浄化装置を通過した水が前記曝気装置によって吸引されるようになっている循環式水浄化システムが提案されている（特許文献２）。

前記公知のシステムは、本願発明と、木炭を利用する点及び水流を生起する点、木炭を担体とする好気性微生物に有機物を処理させる点において近似技術を使用している。また曝気により溶存酸素量を増加させる点も近似している。

然し乍ら本願発明は、湖・沼・ダム・池などの全水量を流動させ、全水量の溶存酸素量を増加させると共に、浄水ユニットを通過させることによって、水域全体を高度の浄水を達成するが、前記公知例には斯かる思想がない。また本願発明のように、浄水ユニット内へ曝気する思想は皆無である。結局本願発明のように、５０万トン以上２億トンというような厖大な水量の浄化はできない問題点があった。

次に被処理水が流通可能な通水孔が表面に複数穿設された長手筒状の集水体と、この集水体が長手軸方向を前記被処理水の水域底部に対し、略垂直方向に内包されると共に、前記被処理水が流通可能な集水孔が設けられた収容体と、この収容体に設けられた前記集水体の一端縁に連続する流通孔と、前記集水体および前記収容体の間に設けられた微生物を担持する粒体の木炭を有する粒状物にて、前記隣接する通水孔の間隔と略同寸法の厚さ寸法に構成された処理層とを具備した浄化処理装置が提案されている（特許文献３）。

前記浄化処理装置においても、集水体を流通する被処理水を浄化するものであって、通過しない多量の水は処理されないという問題点があった。

また間欠空気揚水装置（特許文献４）によれば、湖・沼・ダム・池などの全水域の水を流動させて、全水の溶存酸素量を増加し、水中及び水底の好気性微生物を繁殖させて、有機物を分解し、水質を改善するのであるが、浄水効果について、好気性微生物を担持した浄水ユニットを通過させた場合よりも劣る問題点があった。

この発明は、木炭浄水と曝気とを組み合わせて木炭利用の浄水の効果を向上し、更に流水装置を組み合わせることにより、大量水の高精度の浄水を可能にして、前記従来の問題点を解決したのである。

即ちこの発明は、通水性の容器内へ、木炭を充填し、かつ前記容器内へ曝気手段を付与して浄水ユニットとし、該浄水ユニットに浮子を連結して、適度の水中深度に設置できるようにし、前記曝気手段へ送気手段を連結したことを特徴とする浄水装置であり、浄水ユニットの複数個を湖・沼などの浄水域へ直線状又は環状に配置したものである。

また他の発明は、浄水ユニットは、浮子に吊下げし、吊下位置の上下調節により前記浄水ユニットの水中深度を定めたものである。

更に、流水装置は、水面と水底の中間部に吐水口を設置した揚水装置としたものであり、流水装置は、浄水域の一側に流入口を設け、他側に流出口を設け、前記流入口と流出口とを流水手段付きの流動路で連結したものであり、間欠空気揚水装置の揚水筒の外側に前記浄水装置を周繞設置したものである。

前記において、浄水ユニットは、充填された木炭の間に空気を均等配分することを目的としているものであり、曝気パイプの挿入構造に限定はない。空気を可及的に均等流入させることができれば、従来公知の吹き込み方法を採用することができる。

前記木炭の大きさは、５ｃｍ〜１０ｃｍの大形から、１ｃｍ程度の小形まであるが、要は木炭が容器（通水性の容器、例えばパンチングメタルの筒状容器、又は網袋等）から出なければ採用できる。然し乍ら空気及び水の流通が良好でなければならないので、網目などが小さ過ぎる（例えば０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ）ことも不適当であり、木炭を保持する為に、網目が大き過ぎる（例えば３ｃｍ〜１０ｃｍ）でも好ましくないので、使用木炭の大きさと、目詰まりをしない程度の網目（又は透孔）が好ましい。

前記網に代えて、パンチングメタル製の容器、又は小孔を設けた合成樹脂容器も考えられる。要は木炭を保有し、水及び空気が自由に流通する程度の多数の小孔を有する容器ならば、使用することができる。

この発明の曝気パイプは、例えば壁面に直径０．５ｍｍ〜２ｍｍの小孔を多数設けた合成樹脂又は金属製のパイプであって、微小気泡を各炭の間を通過させるようにしたものである。この場合に、気泡が停滞なく通過する為の空気圧は水深よるヘッド圧プラス１ｋｇ〜２ｋｇ／ｃｍ^２以上が好ましい。

前記木炭は、好気性微生物の担体として、その微小孔に無数の好気性微生物を繁殖させ、この好気性微生物により水中の有機物を分解させるものである。前記曝気は、前記微生物に十分の空気を補給する為のものである。従って空気量は、繁殖した好気性菌に十分の酸素を与えることを目的としているが、併せて水中の溶存酸素量を増加させることが好ましい。これにより浄水ユニット以外の浮遊微生物の繁殖を図ることができる。

この発明は、曝気により、木炭に付着している好気性微生物の繁殖を助長して有機物処理の効率を向上させると共に、水中の溶存酸素量を増大させることにより、水中と水底の浮遊物と堆積物中にも好気性微生物を繁殖させて、前記浮遊物及び堆積物中の有機物を分解させ、従来の木炭利用の浄水装置で達成し得なかった浄水効果を奏するようにしたものである。

従来提案されている木炭使用の浄水装置は、一般的に浄水効率は良いけれども、水域全体の水の流動に関し不十分であって、浄水水域が狭くなる（従って多数の浄水装置を必要とする）問題点があった。

然るにこの発明は、曝気による溶存酸素量の増加と、水域の水を、全体として流動させる手段を組み合わせたので、浄水装置の能力を十分発揮させると共に、広範な水域においても比較的少ない浄水装置で十分の効力を奏するようにして、前記従来の問題点を解決したのである。

この発明は、木炭を担体として空気を供給し微生物を繁殖させたので、自浄作用（木炭の汚損を防止する）があって、長期間（１年以上）の連続使用が可能となった。また流水装置は、主として加圧空気を使用するので（複雑な構造がない）、長期間の連続使用に耐え得ると共に、故障が生じるおそれがなく、耐久性が抜群である。

例えば、間欠空気揚水装置は、筒体と、加圧空気のみによって作動するので、長期使用に耐え得ると共に、故障のおそれがない。例えば、２０年以上日本全国の各地湖、沼、ダムなどで使用されている実績があり、効率低下もなく、故障もない。１年〜数年に１回の清掃で十分の能力を発揮することができる。

前記発明の流水装置として、流入口と、流出口とを流水手段付の流動路で連結した装置は、比較的浅水域（例えば水深１ｍ〜３ｍ）で一層有効である。従って水量の少ない場合（水量１０万トン〜５０万トン）が多く使用される。

更に木炭の発生する遠赤外線によって、好気性微生物に好影響を与えて、その増殖を助長することができると共に、有機物の分解にも顕著な効果がある。

この発明によれば、木炭を微生物の担体とし、かつ十分の空気を送ることにより、好気性微生物の繁殖によって水中の有機物を効率よく分解し、浄水する効果がある。

また前記浄水装置と、浄水域の水を流動させる流水装置とを組み合わせたシステムにより、広範な水域でも比較的少ない浄水装置によって、高度の浄水効果を奏することができる。

この発明の使用資材は、木炭、微生物、空気であるから、長期間の連続使用であっても同一効率を保つことができると共に、資材及び構造の耐久性と相俟って長期間の使用に耐え、かつ資材等による２次公害が皆無となるなどの諸効果がある。

また木炭と微生物と曝気とによって自浄能力があり、浄水ユニットの老化乃至劣化による取り換えの必要性がなく、一定の保守（例えば清掃）のみで長い耐用年限（例えば２０年以上）を保つことができる効果あがる。また浄水装置も主として空気のみの使用であり、二次公害を生じるおそれなく、かつ自浄作用もある。

前記清掃としては、主として木炭に付着した泥その他の汚物除去が目的であって、特別の再生処理の必要はない場合が多い。また、微生物床の剥落があっても使用中に自然補修される。

この発明の浄水装置は、通水性の容器内へ木炭を充填すると共に、前記木炭入り容器内へ曝気手段（曝気パイプ）を挿入して浄水ユニットを構成し、該浄水ユニットを水中へ並列設置し、前記各曝気パイプへ夫々送気手段を連結し、設置水域の微生物による浄水を行うものである。この場合に、曝気するので、木炭を担体とする好気性微生物の大繁殖を促し、浄化効率を一層高めると共に、曝気による微細気泡の上昇により、浄水ユニット付近の上昇流を生起し、浄水ユニット水域の水を流動させて、前記浄水ユニットの効率をより向上させるものである。

即ち浄水すべき水を自動的に供給する自動流水域を生成し、浄水ユニットの廻りから逐次浄水域を拡げている。

この発明のシステムによれば、前記浄水ユニットを、水域の水が強制流動により通過するので、広範な水域の一部に浄水ユニットを設置すれば、全水域の厖大な水量に高度の浄水効果を付与することができる。

前記浄水装置としては、間欠空気揚水装置を使用し、該装置による流水状態を企画し、該流水域にこの発明の浄水ユニットを必要量設置すれば、最も効率のよい高度の浄水効果を期待することができる。

この発明の実施例を図１、２について説明すれば、合成樹脂製の網袋１の中央部へ曝気パイプ２を挿入し、前記網袋１の内壁と、前記曝気パイプ２の外壁との間へ木炭３、３を充填し、浄水ユニット５を構成する。前記浄水ユニット５は紐４を介して浮子６に吊下し、前記紐４の長さを調節可能にすれば、浄水ユニット５の水中への設置深さを決めることができる。図中９は重錘、１０は送気パイプ、１７は重錘のロープ、１８は枠体である。

前記浮子６へ、紐４を巻きつけておき、又は紐４の長さ調節器４８を備えておけば、紐４の吊下長さを自由に調節することができる。要するに、浄水ユニット５を最も良く浄水できる場所へ設置すればよいことになる。前記浄水ユニット５の網袋１の長さを考慮し、水中に設置した時の深さを定める。

前記浄水ユニット５は、図２のように、内網筒３５と、外網筒３６の下部へ、内外網筒３５、３６の底部を塞ぐ底網３７を設けてなるドーナツ状容器３８の中へ、木炭３、３を充填すると共に、複数の曝気パイプ２、２を挿通し、該曝気パイプ２、２の下端を送気パイプ１０に連結して、浄水ユニット４０を構成した。

前記浄水ユニット４０は、紐４、４により浮子６に吊下し、前記紐４の長さを調節して、前記浄水ユニット４０の水中での位置決めをして、効率よく浄水させる。

前記実施例において、送気パイプ１０へ矢示３９のように、加圧空気を送入すれば、加圧空気は送気パイプ１０内を矢示４１のように流動し、ついで矢示４２のように曝気パイプ２、２内を上昇しつつ、矢示４３のように曝気パイプ２、２の各微小孔から空気を吹き出し、矢示４５、４５のように、木炭３、３間を通過し、矢示４６のように各網目から出て、矢示４７のように上昇し、外界へ排出される。

次に前記浄水ユニット５を使用するには、図３に示すように、前記浄水ユニット５の複数個を、沼７の適所へ環状に設置し、又は図５のように直線状に単列又は複列に設置し、前記沼７の水を矢示８、８のように放射状（図３、５）、又は矢示６５のように一方から他方へ直線状に流動させて浄水する（図８）。

前記流水生起については、従来公知の間欠空気揚水装置１５、又はポンプ又はジェット水を用いた送水装置５８を使用することができる。

前記実施例において、例えば陸上に設置したコンプレッサー１１から矢示１２のように送気パイプ１０を介して加圧空気を送気すると、加圧空気は図１のように曝気パイプ２、２を介して浄水ユニット５内へ放出し、ついで浄水ユニット５外へ出て上昇する。またコンプレッサー１１ａから送気パイプ２３を介して矢示２５のように加圧空気を送ると、前記加圧空気は、揚水装置１５を介して、揚水筒１３内を矢示１４のように上昇する。そこで揚水筒１３の下部の水は、矢示１６のように吸い込まれ、矢示１４のように揚水筒１３内を上昇する。前記揚水筒１３内を上昇した水は、揚水筒１３の上端から、矢示８、８のように放射状に拡散する（図３、５）。

次に図４のように、浄水ユニット４０の中央部へ間欠空気揚水装置１５の揚水筒１３を設置すれば、揚水筒１３により上昇した水底側の水は、揚水筒１３の中を矢示１４のように上昇し、その上端から矢示８、８のように四方へ拡散する。

従って図３に示す実施例と同様に、水底部の揚水が水面側へ上昇して拡散するので、上下対流が生成され、大量水を効率よく流動させ浄水することができる。

そこで前記各流水は、前記浄水ユニット５、４０を通過することになり、水中の有機物は、浄水ユニット５、４０内の木炭に付着している微生物により分解され、流水を浄水することができる。

また木炭に付着している好気性微生物は、曝気によって十分の酸素を供給されて繁殖し、有機物を分解するので、通過水流中の有機物は悉く分解され、高い効率で十分浄水される。また曝気パイプ２から吹き出す微細気泡により、木炭を振動させて流水の通過を容易にすると共に、微細気泡の酸素により好気性微生物に活性を付与することができる。

この発明の実施例を図６について説明すれば、揚水筒１３の下部に空気室２０を嵌装し、前記空気室２０内へ環状の仕切筒２１ａ、２１ｂを内外に同心円状に設け、各仕切筒２１ａ、２１ｂの上部へ上板２２ａ、２２ｂを設け、上板２２ｂへ給気ホース２３の先端を接続する。図中５１は浮子、５２は重錘５３を連結するチェーンである。

前記実施例において、コンプレッサー１１ａ（図３）から給気ホース２３を介して加圧空気を矢示２５のように送ると、加圧空気は矢示２６のように空気室２０に入り、水位２７を押し下げる。

そこで水位２７が仕切筒２１ａの基部の吸入孔２８の上縁以下となると、空気室２０内の空気は吸入孔２４、２８、３２を経て、矢示１９、２１、２９のように流動し、揚水筒１３内へ気泡３０を形成し、気泡３０は、矢示３１のように揚水筒１３内を上昇し、その先端から、矢示８、８のように拡散する（図３、４、５）。前記において、気泡３０は浮力により上昇し、水は水圧差及び浮力により矢示３１のように引き上げられる。

前記揚水が、例えば１５℃の水であって、水面の水（水温２２℃）と混合し、例えば１９℃の水になったとすれば、混合水は、図５中矢示８ａのように前記１９℃の温度躍層に沿って進行する（図５）。

前記拡散に際し、浄水ユニット５、４０を横切る場合には、浄水ユニット５、４０内の木炭３に付着した好気性微生物により水中の有機物が分解され、浄水される。即ち浄水ユニット５、４０を横切る水は悉く浄化されることになる。

そこで前記浄水ユニット５、４０の通過水が順次浄化され、浄化度が高度に保たれる。

前記浄水ユニット５、４０は、浄水すべき湖・沼・ダム・池などの水域へ、必要量宛設置するのであるが、揚水筒などによる流水装置によって、前記浄水ユニット５、４０を水の流れが通過することにより浄水されるので、大量水域の高度な浄水ができる。

次に図７の実施例は、湖・沼・池などの水深が浅い場合（例えば５ｍ以下）には揚水装置１５を使用する。この場合には、揚水筒１３ａの直径を小さくし（例えば直径１０ｃｍ〜３０ｃｍ）、四本束にして用いる。前記実施例において、空気室２０、仕切筒２１ａ、２１ｂ、送気パイプ２３、重錘５３、チェーン５２、気泡３０などは図６の実施例と同一である。

前記図７の実施例は、前記のように図６の実施例とほぼ同一であるが、水深が浅い為に、太くて長い揚水筒（例えば直径５０ｃｍ、長さ５ｍ以上）は使用できない。そこで揚水筒１３ａの直径を小さくし（例えば２０ｃｍ）、これを４本束にして用いることにより、揚水量の激減を防止しようとしたものである。

従って空気室２０における空気の間欠移送のメカニズムは、図６と同一である。そこで空気室内の水位が、仕切筒２１ａの下部吸入孔２８に達すると、空気室２０内の空気は一度に揚水筒１３内へ放出され、気泡３０を作り、ついで４本の揚水筒１３ａ、１３ａ内へ分割して流入し、夫々矢示３１、３１のように前記揚水筒１３ａ、１３ａ内を上昇し、図６の実施例と同様に四方へ拡散する。

この発明の他の実施例を図８、９に基づいて説明すると、湖・沼７に浄水ユニット５、５を複数列平行して設置し（例えば１０ｍ間隔で３列に設置）、水底へ循環パイプ５８、５８を設置した場合を示す。

前記実施例において、図９（ａ）の循環パイプ５８の一端部に設けたノズル管４９のノズル５９、５９を、加圧水を送るポンプ６０の送水パイプ６１と連結する。

前記ポンプ６０を始動し、加圧水を矢示５０のように送ると、加圧水は、ノズル管４９を経てノズル５９、５９から矢示５４のように循環パイプ５８内へ送入される。そこで循環パイプ５８の一端に水が矢示６２のように吸入され、循環パイプ５８内を矢示６３のように流動し、循環パイプ５８の他端から矢示６４のように放出されると、湖・沼７内には、矢示６２、６３、６４、６５、６６、６２のように循環する。従って流水は浄水ユニット５内を通過し、該部において炭に付着した微生物による浄水が行われる。前記浄水ユニット５内は、加圧空気により曝気されているので、常時十分の溶存酸素があって、好気性微生物を十分繁殖させ、有機物を効率よく分解する。

前記図８、９の実施例において、循環パイプ５８の流水手段について、他の例を図９（ｂ）について説明する。前記循環パイプ５８の一部に膨太部５８ａを設け、その中心部へ、流線外形のノズル５７を設置し、ノズル５７と、ポンプ６０の送水管６１とを連結管５５で連結し、前記ノズル５７から加圧水を矢示５６のように吹き出す。従って循環パイプ５８と、ノズル５７との間の水は、前記加圧水の流動に伴って、矢示６３の方向へ流動し、結局循環パイプ５８内へ矢示６２、６３、６４の方向へ水流を引き起こすことになる。

前記図９（ａ）、（ｂ）は、ジェット水を利用した流水装置の一例であるが、要は循環パイプ５８によって湖・沼の水を環流させようとする技術であるから、同様の作用効果を奏する公知の流水装置を使用することができる。

また前記流水の循環を生起する為に、水面付近の溶存酸素量の多い水は、循環パイプ５８によって水底側を流動し、水底付近の水の溶存酸素量を改善するので、水底の好気性微生物も繁殖し、水底の堆積物を処理して、無機物とすることができる。従って水底の堆積物量を１０分の１以下とすることができる。前記実施例は循環パイプ２本を例示したが、循環パイプ５８の本数に限定はなく、水量と地形に応じ１本〜５本とすることもできる。

（ａ）この発明の浄水ユニットの実施例の一部を破切した正面図、（ｂ）同じく一部縦断面図、（ｃ）同じく横断面図。 （ａ）同じく他の実施例の一部を破切した正面図、（ｂ）同じく一部を破切した平面図。 （ａ）同じくシステムの実施例の一部を省略した正面図、（ｂ）同じく一部を省略した平面図。 （ａ）同じく他の実施例の一部を省略した正面図、（ｂ）同じく一部を省略した平面図。 （ａ）同じく他の実施例の一部を省略した正面図、（ｂ）同じく一部を省略した平面図。 （ａ）同じく揚水装置の斜視図、（ｂ）同じく平面図、（ｃ）同じく空気室の拡大断面図。 （ａ）同じく揚水装置の他の実施例の一部を断面した正面図、（ｂ）同じく平面図。 （ａ）同じく他の実施例の一部を省略した正面図、（ｂ）同じく一部を省略した平面図。 （ａ）同じく流水装置の実施例の一部断面拡大図、（ｂ）同じく他の実施例の一部断面拡大図。

符号の説明

１ 網袋
２ 曝気パイプ
３ 木炭
４ 浄水ユニット
６ 浮子
７ 沼
１０ 送気パイプ
１１ コンプレッサー
１３ 揚水筒
１５ 揚水装置
２０ 空気室
２２ａ、２２ｂ 上板
２３ 給気ホース
２７ 水位
２８ 吸入孔
４０ 浄水ユニット
５３ 重錘
５８ 循環パイプ
５７、５９ ノズル

Claims (1)

1. 筒状の網袋を平面ドーナツ状に形成し、該網袋内へ複数の曝気パイプを設置すると共に、前記曝気パイプと前記網袋との間へ木炭を充填し、前記網袋に浮子と重錘を付けて適度の水中深度に保持できるようにし、前記曝気パイプに送気パイプを連結し、前記平面ドーナツ状網袋の中央部へ揚水装置を設置したことを特徴とする湖沼設置用の浄水装置。

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