JP2015512779A - 停滞水におけるシアノバクテリアの処理方法およびその実施設備 - Google Patents

Abstract

停滞水におけるシアノバクテリアの処理設備は、フロート構造物を有し、当該フロート構造物に２つのタイプの双極電極（１および６）が水面下で取り付けられ、相互接続され、および、交流電源（１０）を介して直流電流が供給される。当該設備は、中空体の形状を有する支持フロート（５）を含み、当該支持フロート（５）には、浮動電極（１）が付属された、横方向に位置付けられたリブ（４）であって、当該浮動電極（１）は、光電池（８）の供給源および交流電源（１０）に相互連結される、リブ（４）と、リブ（４）に固定され、風力を利用する装置（９）であって、交流電源（１０）に連結され、水ポンプ（２）を駆動し、当該水ポンプ（２）は吐出管（３）に置かれ、かつ、風力を利用する装置（９）の軸に直接連結される、装置（９）とがある。支持フロート（５）に固定され、グリッド電極（６）が固着されかつ光電池（８）が蓄電される上部フロート（７）であって、電極（１）および（６）に相互連結される、上部フロート（７）がある。吐出管（３）は水ポンプ（２）に連結され、吐出管（３）の出口は浮動電極（１）の真上に位置付けられる。上部フロート（７）は、支持フロート（５）の形状を複製したもので、誘電性を有する軽量の浮遊材でできている。停滞水におけるシアノバクテリアの処理方法は、上記設備によって、電気浮上方法によるシアノバクテリアのクアトロリーシス処理に基づく。【選択図】図１

Description

本技術的解決法は、クアトロリーシス（ｑｕａｔｒｏｌｙｔｉｃ）方法を使用することによる、湖およびダムの停滞水におけるシアノバクテリアの処理方法、ならびに、それらの処理を対象とした設備に関する。

水の富栄養化として知られる、停滞水におけるシアノバクテリアおよび藻類の過多は、特に、シアノバクテリアの成長分泌が有毒であるため、世界的問題である。

現在、湖およびダムの停滞水におけるシアノバクテリアは、特殊な水生植物を栽培することによって、水中のリンおよび窒素の生物学的還元の原理の上に成り立っている、フロート構造物を使用した生体力学的設備によって処理される。これら装置の欠点として、低効率、植物の成長に向けた世話の必要性、および、植物の植生期間による限界が挙げられる（Ｅ １０８２２、特許文献１）。

貯水池の底部を貯水池の堤防から浚渫するという原則に基づいて、または、水上浚渫船を使用することによって、シアノバクテリアを機械的に処理する施設も知られている。この技術には費用がかかる上、シアノバクテリアの生殖が、これらの装置によって排除されない水中のリンおよび窒素の含有量に依存しているため、短期の効果しかない（ＦＲ２００００００００４６、特許文献２）。

ディスペンサーの原理に基づく設備によって、化学的または生物学的原理に基づく技術も使用される（特許文献３）。しかしながら、化学的水処理によるシアノバクテリアの処理は、水中の生物学的生命全体を破壊するため、マクロ論理的な生命の形にも影響を及ぼす。貯水池におけるシアノバクテリアの成長を制限する最も共通した方式は、シアノバクテリアおよび藻類に対する有毒物質の適用、つまり、殺藻性物質または静藻性物質の使用である。この方法の利点は、その比較的容易な適用および時間消費が短いことであるが、このような介在が、効果的で、環境に優しく、経済的に有利であるかどうかを前もって判断することはできない。

天敵によってシアノバクテリアが食い殺されることは、稀であり、かつ、例えば、シアノバクテリアの細胞壁に影響を及ぼす、放線菌およびフレキシバクター属といったバクテリアも含む、シアノファージのウィルスの使用に限定されるため、光合成を防止するが、この方法の副次的効果は依然調査されていない。藻類、菌類および原生動物を使用することによって、水の全体的な生物学的多様性も崩壊され、効果的ではない（特許文献４）。

キャビテーションは、貯水場の底部からのシアノバクテリアの周知の処理方法でもある。

国際公開第２００９０３０９７７号パンフレット 仏国実用新案証公開第２７９１９４７号 国際公開第９９３８８１０号パンフレット 独国特許出願公開第１９７３１３０９号

これらの不備な点は技術的解決法によって解消され、その基準は、停滞水におけるシアノバクテリアの処理方法およびその実施設備の組み合わせである。当該設備は、水中で２つのタイプの電極を維持するのに役立つフロート構造物を含む。当該電極は、水中で上下に置かれ、２極式である。上部電極は陽極および陰極のシステムであり、下部電極についても同様である。

下部電極は、電気分解の効果を増大させ、それによって、真空管のグリッドが電子の流れに影響を及ぼすのと同様にクアトロリーシスをもたらす。クアトロリーシスは、特異な力の円で、フロートの周りで広範に電極間で生じ、それによって、シアノバクテリアの処理における起電浮力の効果が増大する。力の円は、電荷を水中に移行させることによって、シアノバクテリアにとって有害な環境をもたらす。

設備本体の底部に、水流によって設備にゆっくりと沈殿する不純物を捕獲するのに役立つカスケード段がある。その後、蓄積した沈殿物は動物の食物として使用され、一部は底部で崩壊する。

同時に、シアノバクテリアの処理設備は、交流電源を介した直流電流によって電極に電力供給するために、電力を作り出す施設、回転動力源、および、光電池を含む。当該施設はまた、例えば、直流電流の回転源を駆動する、風プロペラ、エンジン、インペラまたは空気タービン、および、直流電流の回転源を駆動する、電動送風機も含む羽根車の形とすることができる、風力を利用した装置、ならびに、環状フロートの内部の水の動きを加速させ、かつ、直流電流の回転源を駆動するねじ水ポンプを含む。

シアノバクテリアの処理のクアトロリーシス方法は、効果を増大させることによる起電電気浮上方法である。すなわち、当該方法は、浮力と組み合わせた、水中の異なる電位の自然な自浄効果の促進に基づく水処理であるため、水の電気分解によって生成された酸素および水素の泡によってシアノバクテリアを運び去る。水の分子は分解され、水素は陰極に付着し、酸素は陽極に付着する。水のクアトロリーシスから生じる酸素および水素の泡はまた、電気浮上法の原理に基づいて、水面へ破壊したシアノバクテリアを運び去り、ここで、それら泡の自然環境が変化し、シアノバクテリアは生き残らない。加えて、クアトロリーシスの間、シアノバクテリア、藻類、およびバクテリアで汚染されている水は、単細胞生物の栄養素の膜間交換を広範に防止し、また、それら栄養素を水面にもたらすシアノバクテリアのガス含有量を増加させる。

クアトロリーシスの間、湖の自然水において溶解した無機塩は、正電荷を持つ金属イオンに、つまり、重金属およびその他の金属のカルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウムのカチオンに、および、塩素、硫黄、リン、部分的に窒素などの負電荷を有する酸性残基に、つまり、アニオンに分解される。クアトロリーシスプロセスの原理に基づいて生成された設備近くの水は、特に、２つの特殊なタイプの電極、つまり、浮動電極およびグリッド電極が装備一式として使用される場合、新しい特徴を得る。よって、両方のタイプ、すなわち、アルカリ性および酸性の生成水は、しばらくの間維持可能であり、かつ、シアノバクテリアの生命に不適当な全く異なる性質を得る。

可溶性物質、硝酸塩およびリン酸塩の分子の解離から生じるカチオンおよびアニオンは、シアノバクテリアの生命にとって不適当である。電極間の電界における２つのタイプのイオンは、同等の力を受けて、電荷をまたシアノバクテリアへ移動かつ移行させるため、当該イオンはそういった力を麻痺させる。電解質によって電流を輸送する時、湖の水の全てのイオンは、電解質を帯びるため、当該イオンは、広範に電流の一部を移行させ、そういう理由で、この方法は電極外の空間においても効果的である。

シアノバクテリアの処理設備の断面図である。 シアノバクテリアの処理設備の正面図である。

停滞水におけるシアノバクテリアの処理設備は、横方向に位置付けられたリブ４を含む、閉鎖された中空シリンダの形の支持フロート５を含む。吐出管３に置かれた水ポンプ２を駆動する、風力エネルギーを利用する装置９、および、電源、つまり、交流電源１０が当該設備に取り付けられる。設備の上部支持部分、つまり、上部フロート７は、支持フロート５の形状を複製したもので、誘電性を有する軽量の浮遊材でできており、半径方向に分布した電極のシステムとして、グリッド電極６を固着するのに役立つ。上部フロート７上に置かれ、双極電極１および６に相互連結された光電池がある。交流電源１０はまた、双極電極１および６に直流を供給する。リブ４に吊るされ、光電池８の電源および交流電源１０に連結された浮動電極１がある。シアノバクテリアの処理設備の支持フロート５の本体はフロート装置であり、ここで、下部において、支持フロート５の囲まれた内部への水流によってゆっくりと集められた不純物を保つのに役立つカスケード段があり、ここで不純物は沈殿する。その後、蓄積した沈殿物は動物の食物として使用され、一部は底部で崩壊する。設備の本体はプラスチック材でできているため、できるだけ軽量かつ頑丈にすることができ、同時に、水上に浮遊させることができる。浮動電極１を形成する電極は、手動で相互連結され、電流１０の供給源、つまり、交流電源を介して風力によって電力供給される。水面下の２つのタイプの双極電極１および６を保持するのに役立つ支持フロート５の近くで、特異な電力円における、支持フロート５周辺の広範において、電極１および６を水平に相互に回転させることによって、水のクアトロリーシスがもたらされ、このプロセスにおいて、水のクアトロリーシスによって発生した酸素および水素の泡は、電気浮上法の原理に基づいて、水面へと破壊したシアノバクテリアを運び去り、ここで、それら泡の自然環境が変化し、その結果、シアノバクテリアは生き残らない。両方のタイプのイオンがシアノバクテリアの生命にとって不適当である限りにおいて、硝酸塩およびリン酸塩の分子の解離によってもたらされたカチオンおよびアニオンによって、シアノバクテリアの処理が行われる。電解質によって電力を輸送する時、水溶性物質の全てのイオンはそのプロセスに関与する。当該イオンは、双極電極１および６間の電界において同等の力の影響を受け、電荷をまたシアノバクテリア上で移動かつ移行させるため、当該イオンはそういった力を麻痺させる。

グリッド電極６を通して水を循環させるために、吐出管３において穴を有するねじ水ポンプ２が使用される。水ポンプ２は、風力エネルギーを利用するために、設備の軸９に直接連結される。吐出管３は、穴を有する水ポンプ２に連結され、水を循環させるために必要な水の動きを誘導するのに役立つ。吐出管３の出口は、浮動電極１の真上に位置している。吐出管３から流れ出る水の圧力および動きを受けて、出ていく水は浮動電極１周辺を流れ、双極電極１および６周辺でその動きを増大させる。支持フロート５の下部は支持構成要素部分であり、直径Ｄ＝２〜１５ｍを有することができ、実際、プラスチック、金属および木でできた中空円板であり、例えば、６００〜７００ｍｍの幅、および、５００ｍｍの高さを有する。グリッド電極６は金属薄板の板を含み、これら板は、支持フロート５の下方部分に位置している。当該板は上部フロート７に取り付けられ、外辺部全体の周りで均一に分布し、光電池８および交流電源１０それぞれに連結されるため、当該板は電極としての機能を果たす。当該板は、シアノバクテリアの処理設備内部を損傷させるかもしれない、非常に粗い不純物でさえも捕獲することができるように置かれる。上部フロート７は、光電池８のモジュールを固定かつ相互連結させるのに役立つ。２４Ｖまでの安全な電圧が双極電極１および６間で発生可能であるように相互連結された光電池８から、電力が供給される。

停滞水におけるシアノバクテリアの処理方法および設備は、飲料水の供給、または、水泳、養魚を対象とした、および、水中の微小生物の質を確保し、かつ、水の富栄養化の程度を低減する必要がある停滞水におけるシアノバクテリアの処理に有利に使用可能である。

Claims (3)

1. 停滞水におけるシアノバクテリアの処理設備であって、
   フロート構造物を有し、当該フロート構造物に２つのタイプの双極電極（１および６）が水面下で取り付けられ、相互接続され、および、交流電源（１０）を介して直流電流が供給され、中空体の形状を有する支持フロート（５）を含み、当該支持フロート（５）には、浮動電極（１）が付属された、横方向に位置付けられたリブ（４）であって、当該浮動電極（１）は、光電池（８）の供給源および交流電源（１０）それぞれに相互連結される、リブ（４）と、前記リブ（４）に固定され、風力を利用する装置（９）であって、交流電源（１０）に連結され、水ポンプ（２）を駆動し、当該水ポンプ（２）は吐出管（３）に置かれ、かつ、風力を利用する前記装置（９）の軸に直接連結される、装置（９）と、前記支持フロート（５）に固定され、グリッド電極（６）が固着されかつ光電池（８）が蓄電される上部フロート（７）であって、前記双極電極（１）および（６）それぞれに相互連結される、上部フロート（７）と、があり、前記吐出管（３）は前記水ポンプ（２）に連結され、前記吐出管（３）の出口は前記浮動電極（１）の真上に位置付けられる、停滞水におけるシアノバクテリアの処理設備。
2. 前記上部フロート（７）は、前記支持フロート（５）の形状を複製したもので、誘電性を有する軽量の浮遊材でできている、請求項１に記載の停滞水におけるシアノバクテリアの処理設備。
3. 支持フロート（５）上に、水面より下のより深い所で、双極電極（１および６）が、２４Ｖまでの電圧で、順次下へ独立して連結されており、前記双極電極（１および６）は水平に相互に、左右交互に回転する、停滞水におけるシアノバクテリアの処理方法。

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