JP4868307B2

JP4868307B2 - 水質浄化システム及び水質浄化方法

Info

Publication number: JP4868307B2
Application number: JP2006166332A
Authority: JP
Inventors: 洋司中島
Original assignee: Nakashima Kogyo Corp
Current assignee: Nakashima Kogyo Corp
Priority date: 2006-06-15
Filing date: 2006-06-15
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2026-06-15
Also published as: JP2007330906A

Description

本発明は、河川、池、湖沼、汽水域等の一般水域における水質の浄化に関し、より詳しくは水域の溶存酸素量を増大させることにより水質を浄化するシステムとその方法に関する。

従来の水質の改善においては一般的に、空気を送気管で水底へ導びき、送気管に設けられた吐出口より水中に気泡を送り込んで水中溶存酸素濃度を高め、好気性の生物浄化を行なわせる方法等が採られている。
特開平１１‐３４２３９６号公報特開２００３‐０８０２８３号公報特開２００５‐２４６３５１号公報特開２００５‐２６２２００号公報

しかし、前記方法は、吐出口より吹き出される気泡の多くが１ｍｍ前後の直径であることから気泡の浮上速度が速く、気泡が水域に滞留して溶存酸素となるよりも脱気が進んで役割効果が低くなっている。また、吐出口より吹き出された気泡は略垂直に浮上するため、広範囲の水域を浄化することができず、吐出口を増やすことも一案であるがそのためには装置の増設が必要となり、設備費の負担が増大することとなる。

前記問題を解消する対策として、送り込んだ空気を微細化して水中に送出すことが考えられる。空気を微細化する手段として、ユニットに水を圧送することにより空気を自吸引し（アスピレータ効果）、この自吸引した空気を微細化して水中に噴出するものである。しかし、水深１０ｍ以上の水深の場所にこのユニットを設置した場合においては、水面上から導管で導いた空気をそのまま自吸引することは不可能で、コンプレッサで空気を圧送して目的を果たしている。この方法は、空気の圧送に重ねて設備費，動力費が必要となる。

本発明は、このような従来の問題を解決しようとするもので、水域の溶存酸素量を増大させて水質の浄化を図ることを目的としており、さらに好気性バクテリアの増殖により環境を改善することを目的とするものである。

上記従来の問題を解決しようとする本発明の水質浄化システムは、２００ｎｍ〜５μｍサイズの加圧状態にある微細な気泡を含有する微細気泡含有水を製造するとともに、該微細気泡含有水を底水層において水中へ放出することにより、水域の溶存酸素量を増大させるものであり、水質の浄化、しいては環境の改善を図るものである。

請求項１に記載の発明は、筏などの浮体構造物あるいは陸地に取水ポンプ４と、貯水タンク６と、微細気泡含有水製造装置８と、送水ポンプ１０を設置するとともに、取水口と、送水管１２と、吐出口１４を水中に設置してなり、少なくとも、水域の水を取水する取水ポンプ４と、取水された水を貯蔵する貯水タンク６と、水に微細な気泡を含有させる微細気泡含有水製造装置８を構成するエアコンプレッサ（気体圧縮機）１６と、エアコンプレッサで圧縮された気体を貯蔵する圧縮気体貯蔵タンク１８と、圧縮気体貯蔵タンク１８に貯蔵された圧縮気体を制御して泡噴出口２０へ送気するレギュレタ（減圧弁）２２と、取水された水の中に微細な気泡を送出する泡噴出口２０からなる水に微細な気泡を含有させる手段と、微細気泡含有水を水域の底水層へ送水する送水ポンプ１０、微細気泡含有水を水域の底水層へ導く送水管１２、吐出口１４で構成される微細な気泡を含有する水を水域の底水層において水中へ放出する放出手段からなり、エアコンプレッサで圧縮された気体を貯蔵する、圧縮気体貯蔵タンク１８に充填された圧縮気体を、レギュレタ（減圧弁）２２で制御して、取水された水が貯蔵された貯水タンク６の水底層などに配置された泡噴出口２０へ送気することにより、泡噴出口２０の気体透過部に気体透過材として配置された、高分子樹脂フィルムにクレーズを生成してなる通気性フィルムにおける透過量の制御下において、該圧縮気体を、取水された水中に強制的に透過させてなる２００ｎｍ〜５μｍサイズの加圧状態にある微細な気泡を含有せしめた微細気泡含有水を水域の水底層において放出することを特徴とする水質浄化システムである。

本発明において、水に微細な気泡を含有させる手段は、高分子樹脂フィルムにクレーズを生成してなる通気性フィルムにて気体透過材を構成し、気体貯蔵部に充填された圧縮気体を、通気性フィルムに強制的に透過させることにより、前記通気性フィルムによる透過量の制御下において、圧縮気体が２００ｎｍ〜５μｍサイズの加圧状態にある微細な気泡を水中に徐々に放出してなる。

加圧状態にある微細な気泡を含有する水を底水層において水中へ放出する放出手段としては、既存の送水ポンプと送水管が用いられるが、本発明においては、送水管が送気目的で使用されることはなく、また、微細気泡含有水に含有される２００ｎｍ〜５μｍサイズの加圧状態にある微細な気泡は、気泡同士が合体することがないことから、送水管内に泡だまり等の空洞が発生することがなく、送水管を水底に施行するばあい、従来のように浮き上がりを防止する目的を持って送水管の材質を特定したり、送水管に錘を装着する必要がなく、したがって、施行コストが低く設定される。

請求項１に記載の発明において、水に微細な気泡を含有させる手段は、少なくとも、エアコンプレッサ（気体圧縮機）と、エアコンプレッサで圧縮された気体を貯蔵する圧縮気体貯蔵タンクと、この圧縮気体貯蔵タンクに充填された圧縮気体を微細な気泡の状態で水中へ放出する泡噴出口２０で構成される。泡噴出口２０における気体の透過推移は、泡噴出口２０に設けられた気体透過部に、気体透過材として高分子樹脂フィルムにクレーズを生成してなる通気性フィルムを配置することにより、通気性フィルムにおける透過量の制御下において、該圧縮気体が僅かずつ徐々に放出されるため、エアコンプレッサで圧縮気体貯蔵タンクに圧縮気体を充填するのに、エアコンプレッサを常時作動させておくことなく、センサー等を用いて圧縮気体貯蔵タンク内の減圧を感知させることにより、必要に応じてエアコンプレッサが起動され、圧縮気体が圧縮気体貯蔵タンクに一定量充填されて、エアコンプレッサは静止する。

請求項２に記載の発明は、筏などの浮体構造物あるいは陸地に取水ポンプ４と、貯水タンク６と、微細気泡含有水製造装置８と、送水ポンプ１０を設置するとともに、取水口と、送水管１２と、吐出口１４を水中に設置してなり、少なくとも、水域の水を取水する取水ポンプ４と、取水された水を貯蔵する貯水タンク６と、水に微細な気泡を含有させる微細気泡含有水製造装置８を構成するエアコンプレッサ（気体圧縮機）１６と、取水された水の中に微細な気泡を送出する泡噴出口２０からなる水に微細な気泡を含有させる手段と、微細気泡含有水を水域の底水層へ送水する送水ポンプ１０、微細気泡含有水を水域の底水層へ導く送水管１２、吐出口１４で構成される微細な気泡を含有する水を水域の底水層において水中へ放出する放出手段からなり、エアコンプレッサで圧縮された気体を、取水された水が貯蔵された貯水タンク６の水底層などに配置された泡噴出口２０へ送気することにより、泡噴出口２０の気体透過部に気体透過材として配置された、高分子樹脂フィルムにクレーズを生成してなる通気性フィルムにおける透過量の制御下において、該圧縮気体を、取水された水中に強制的に透過させてなる２００ｎｍ〜５μｍサイズの加圧状態にある微細な気泡を含有せしめた微細気泡含有水を水域の水底層において放出することを特徴とする水質浄化システムである。

加圧状態の気体としてエアコンプレッサにより生成された圧縮気体は、レギュレタ（減圧弁）を介して減圧され、前記通気性フィルムによる透過量の制御下において、２００ｎｍ〜５μｍサイズの加圧状態にある微細な気泡となって水中に徐々に放出される。

本発明に用いられる微細気泡含有水は、２００ｎｍ〜５μｍサイズの加圧状態にある微細な気泡を含有してなる微細気泡含有水であり、このサイズの加圧状態にある微細な気泡は、送水事に送水管内で気泡同士が合体することなく微細な形状が維持されるため、送水管を用いて遠距離移送した場合にも微細な気泡の含有量が低減されることはない。

従来の微細気泡含有水にあっては、含有される気泡が最小で０．０１ｍｍ程度の直径の微細気泡であっても、同時に生成される気泡の多くがそれ以上のサイズを有しており、送水管内で気泡同士が合体し、大きな気泡となって水域へ放出される現象が頻繁に生じ、時には、送水管内に滞留することがあり微細気泡含有水の遠距離移送が効率よくなされていなかった。

本発明は、２００ｎｍ〜５μｍサイズの加圧状態にある気泡を水に含有させることにより、水に気泡を溶解及び混合させると共に、気泡同士の合体を防止することで、微細気泡含有水中の微細な気泡が減少することのない微細気泡含有水の遠距離移送がなされる。

２００ｎｍ〜５μｍサイズの加圧状態にある微細な気泡は、水中において微細な気泡の状態で水に溶解あるいは混合されて、漂いながら水中に滞留する性質を有するものであり、該２００ｎｍ〜５μｍサイズの加圧状態にある微細な気泡を含有する水を底水層において水中へ放出することにより、広範囲の水底から水面に至る全体の溶存酸素濃度を、長期に亘り徐々に増やすことができるため、環境に急激な変化を与えることなく、水質の浄化を自然な形で着実に効率良く行なうことができる。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。もちろんこの発明は以下の実施の形態によって限定されるものではない。

本発明の水質浄化システムの微細気泡含有水製造部は、水上において筏などの浮体構造物に設置、あるいは図１に示されるように、陸地に取水ポンプ４と、貯水タンク６と、微細気泡含有水製造装置８と、送水ポンプ１０を設置するとともに、水中に取水口と、送水管１２と、吐出口１４を水中に設置してなり、少なくとも水を取水するための取水ポンプ４と、取水された水を貯蔵するための貯水タンク６と、貯蔵水に加圧状態にある微細な気泡を含有させるための微細気泡含有水製造装置８で構成される。また、微細気泡含有水製造装置８は、図２に示されるようにエアコンプレッサ（気体圧縮機）１６と、エアコンプレッサで圧縮された気体を貯蔵するタンク１８と、圧縮気体貯蔵タンク１８に貯蔵された圧縮気体を制御して泡噴出口２０へ送気するレギュレタ（減圧弁）２２と、泡噴出口２０で構成され、該微細気泡含有水製造装置８によって貯蔵タンク６に取水された水に加圧状態にある微細な気泡が含有される。加圧状態にある微細な気泡を含有する水を底水層において水中へ放出する放出手段は、微細気泡含有水を底水層へ送水するための送水ポンプ１０、微細気泡含有水を底水層へ導くための送水管１２、吐出口１４でなされ、送水管１２には、複数個の吐出口１４が設けられており、加圧状態にある微細気泡含有水を底水層において水中へ放出することにより溶存酸素量を増加させて水質の浄化を図るシステムである。

水に微細な気泡を含有させる手段は、加圧状態の気体として圧縮気体が充填された気体貯蔵部と、この気体貯蔵部に充填された圧縮気体を放出する気体透過材を備えた気体透過部とを有し、且つ該気体透過材を、高分子樹脂フィルムにクレーズを生成してなる通気性フィルムにて構成して、該気体貯蔵部に充填された圧縮気体を、該通気性フィルムによる透過量の制御下において、強制的に透過させることにより２００ｎｍ〜５μｍサイズの加圧状態にある微細な気泡が水中に徐々に放出されてなる。

２００ｎｍ〜５μｍサイズの加圧状態にある微細な気泡を含有する水は、送水ポンプを用いて送水管に移送される。送水管は、２００ｎｍ〜５μｍサイズの加圧状態にある微細な気泡を含有する水を底水層へ導くための誘導体であり、底水層に施設された部分には複数個の吐出孔が設けられており、２００ｎｍ〜５μｍサイズの加圧状態にある微細な気泡を含有する水が底水層において水中へ放出されることにより、水域の溶存酸素量が増加されて水質の浄化がはかられる。

［微細気泡発生装置］
水中に、２００ｎｍ〜５μｍ程度の加圧状態にある微細な気泡を生成する微細気泡発生装置８は、図２に示されるようにエアコンプレッサ（空気圧縮機）１６と、圧縮空気貯蔵タンク１８、泡噴出口２０とから構成されている。エアコンプレッサ（空気圧縮機）１６で圧縮された空気は、圧縮空気貯蔵タンク１８に貯蔵され、レギュレタ（減圧弁）２２を介して泡噴出口２０に送られる。

〈泡噴出口〉
圧縮空気貯蔵タンク１８に貯蔵された圧縮空気は、図２に示されるような泡噴出口２０に気体透過材として装着された、高分子樹脂フィルムに発生させたクレーズを構成する微細なボイド（連通孔）を拡張して強制的に透過される。一方、圧縮空気はボイドの微細な空孔に透過量を制限されながら徐々に微細な泡となって水に溶け込む、あるいは混合され溶存酸素濃度が富化された微細気泡含有水が製造される。

〈加圧された微細な気泡〉
加圧された微細な気泡が容易に液中に融合されることは、次式により表される。
ｗ＝ｋＰ
この式においてｗは液体に溶ける気体の質量、Ｐは気体の圧力であり、ｋは比例定数である。このことから、溶ける気体の質量は気体の圧力に正比例することが解る。つまり液体に気体が溶けるときには、その液体に接触している気体の圧力が高くなるほど多くの気体が液体に溶けることになるのである。

本発明に用いる加圧された微細な気泡は、２００ｎｍ〜５μｍ程度の加圧状態にある微細な気泡であって、目視できるものでも、浮力が小さく、水中を漂いながら上昇する。従って上昇時に水域に過流を発生させることなく大気中に放出される。一方視認できない程度に微細なナノサイズの加圧状態にある気泡にあっては水に溶け込みあるいは混合されて水中に滞留することにより、水域の溶存酸素量は富加された状態で安定する。

〈泡の大きさ〉
本発明に用いられる泡のサイズは、高分子樹脂フィルムに発生させたクレーズを構成する微細なボイド（連通孔）に透過量を制限されながら徐々に微細な泡となって水に溶解、或いは混合される程度に微細な直径が２００ｎｍ〜５μｍ程度の小さな泡であり、水の中に含まれる酸素の量を増やすことが容易であり、小さなゴミであれば、泡を付着させて水面へ浮上させることもできる。その他にも、水中の水をゆるやかにかき混ぜる作用やさらに、殺菌作用などをもつものである。

〈泡の成分〉
本発明に用いられる泡の成分は、一例として空気を圧縮して強制的に透過材を透過させ、微細な泡を発生させていることから、空気中に存在する窒素、酸素等の成分が主であるが、精製された二酸化炭素、酸素等を単独或いは、複合して用いることができるため、状況に適した水質の改善を図ることができる。

〈高分子樹脂フィルムの素材〉
高分子樹脂フィルムの素材として使用される高分子樹脂としては、フィルム或いはシートの成形が可能な熱可塑性樹脂であれば特別に制限されるものではない。その様な熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、スチレン系樹脂、ポリカーボネート、ハロゲン含有熱可塑性樹脂、ニトリル樹脂等を挙げることができる。

これらの熱可塑性樹脂の中でも、フィルムやシートへの成形性や経済性の観点から、ポリオレフィン、ポリエステル、スチレン系樹脂、ハロゲン含有熱可塑性樹脂を使用することが好ましい。これらの熱可塑性樹脂は、単独で用いても、複合して組成物として用いても、或いは、別の高分子樹脂をブレンドしたりしても良く、更には二種以上の樹脂を多層化して用いても良い。

〈クレーズ〉高分子樹脂フィルムにクレージング処理を施すことにより発生されたクレーズは、基本的に、特許第３１５６０５８号公報に開示されているものと同様なものであり、高分子樹脂フィルムの分子配向の方向と略平行に、幅が一般に０．５〜１００μｍ、好ましくは１〜５０μｍのものである。このクレーズが、フィルムの厚み方向に貫通しているクレーズの数の割合が全クレーズの数に対して１０％以上、好ましくは２０％以上、特に好ましくは４０％以上必要であり、貫通している割合が上記範囲未満であると十分な通気性が得られ難くなる。

該クレーズを分子配向の方向と略平行の方向に形成するのは、分子鎖の配向の方向と直角の方向に引っ張ることによってクレーズが形成され、分子鎖の配向の方向と直角の方向にクレーズを形成することが難しいからである。ここで言うクレーズとは、高分子樹脂フィルムの表面に現れる表面クレーズと内部に発生する内部クレーズを含むものであって、微細なひび状の模様を有する領域を言う。

このクレーズは分子束〈フィブリル〉とボイドから構成されており、この部分で各種気体の通気性が生じることになる。

〈クレーズの気体透過性能〉
クレーズの気体透過性能は、用いる樹脂の種類により異なるが、例えばポリ弗化ビニリデンのホモ重合体を用いると、酸素及び窒素ガスのガス透過度で一般に０．３〜１００，０００×１０^４ｃｍ^３／ｍ^２・２４ｈｒ・ａｔｍの範囲内のものに、透湿度で一般に１０〜１００，０００×１０^４ｇ／ｍ^２・２４ｈｒの範囲内のものに、引張強度で一般に５〜５０ＭＰａ、好ましくは６〜５０ＭＰａ、特に好ましくは７．５〜５０ＭＰａの範囲内のものにすることができる。

本発明の水質浄化システムの構成を説明する概略図。微細気泡含有水製造装置の構成を説明する概略図。

符号の説明

２水質浄化システム
４取水ポンプ
６貯水タンク
８微細気泡含有水製造装置
１０送水ポンプ
１２送水管
１４吐出口
１６エアコンプレッサ（気体圧縮機）
１８圧縮気体貯蔵タンク
２０泡噴出口
２２レギュレタ（減圧弁）

Claims

筏などの浮体構造物あるいは陸地に取水ポンプ４と、貯水タンク６と、微細気泡含有水製造装置８と、送水ポンプ１０を設置するとともに、取水口と、送水管１２と、吐出口１４を水中に設置してなり、少なくとも、水域の水を取水する取水ポンプ４と、取水された水を貯蔵する貯水タンク６と、水に微細な気泡を含有させる微細気泡含有水製造装置８を構成するエアコンプレッサ（気体圧縮機）１６と、エアコンプレッサで圧縮された気体を貯蔵する圧縮気体貯蔵タンク１８と、圧縮気体貯蔵タンク１８に貯蔵された圧縮気体を制御して泡噴出口２０へ送気するレギュレタ（減圧弁）２２と、取水された水の中に微細な気泡を送出する泡噴出口２０からなる水に微細な気泡を含有させる手段と、微細気泡含有水を水域の底水層へ送水する送水ポンプ１０と、微細気泡含有水を水域の底水層へ導く送水管１２と、吐出口１４で構成される微細な気泡を含有する水を水域の底水層において水中へ放出する放出手段からなり、エアコンプレッサで圧縮された気体を貯蔵する、圧縮気体貯蔵タンク１８に充填された圧縮気体を、レギュレタ（減圧弁）２２で制御して、泡噴出口２０へ送気することにより、泡噴出口２０の気体透過部に気体透過材として配置された、高分子樹脂フィルムにクレーズを生成してなる通気性フィルムにおける透過量の制御下において、該圧縮気体を、取水された水中に強制的に透過させてなる２００ｎｍ〜５μｍサイズの加圧状態にある微細な気泡を含有せしめた微細気泡含有水を水域の水底層において放出することを特徴とする水質浄化システム。
筏などの浮体構造物あるいは陸地に取水ポンプ４と、貯水タンク６と、微細気泡含有水製造装置８と、送水ポンプ１０を設置するとともに、取水口と、送水管１２と、吐出口１４を水中に設置してなり、少なくとも、水域の水を取水する取水ポンプ４と、取水された水を貯蔵する貯水タンク６と、水に微細な気泡を含有させる微細気泡含有水製造装置８を構成するエアコンプレッサ（気体圧縮機）１６と、取水された水の中に微細な気泡を送出する泡噴出口２０からなる水に微細な気泡を含有させる手段と、微細気泡含有水を水域の底水層へ送水する送水ポンプ１０と、微細気泡含有水を水域の底水層へ導く送水管１２と、吐出口１４で構成される微細な気泡を含有する水を水域の底水層において水中へ放出する放出手段からなり、エアコンプレッサで圧縮された気体を、泡噴出口２０へ送気することにより、泡噴出口２０の気体透過部に気体透過材として配置された、高分子樹脂フィルムにクレーズを生成してなる通気性フィルムにおける透過量の制御下において、該圧縮気体を、取水された水中に強制的に透過させてなる２００ｎｍ〜５μｍサイズの加圧状態にある微細な気泡を含有せしめた微細気泡含有水を水域の水底層において放出することを特徴とする水質浄化システム。