JP5042585B2

JP5042585B2 - 水質浄化装置および水質浄化方法

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Publication number: JP5042585B2
Application number: JP2006281229A
Authority: JP
Inventors: 和幸山嵜; 和之坂田; 数美中條; 正紀片岡
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2006-10-16
Filing date: 2006-10-16
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2026-10-16
Also published as: JP2008093624A

Description

本発明は水質浄化装置および水質浄化方法に関する。

従来、池などの水質浄化装置は数多く存在していたが、湖沼の富栄養化が進展していくなかで、環境に悪影響を与えず、安全で、ランニングコストも低く、且つ、処理効率の高い水質浄化装置や水質浄化方法は存在していなかった。

また、マイクロナノバブル含有水を利用した水質浄化装置が存在するが、処理水の富栄養化が進行すると、マイクロナノバブルによる水質浄化が追いつかず、十分な浄化効果が得られないという問題があった。
特開２００４−１２１９６２号公報

本発明は、前記問題点に鑑みて、富栄養化が進んでも十分な効果が得られる水質浄化装置および水質浄化方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明による水質浄化装置は、処理水が導入され、貯留する処理水中にマイクロナノバブルを発生させるマイクロナノバブル発生装置が設置されたマイクロナノバブル発生槽と、前記マイクロナノバブル発生槽から流出した処理水が導入され、水草が根付くことが可能な定植床を水中に配設した植物栽培槽とを有し、前記マイクロナノバブル発生槽は、前記マイクロナノバブルの吸気の少なくとも一部にオゾンを供給するオゾン発生装置を備え、前記マイクロナノバブル発生槽から流出した処理水は、浄化すべき原水に流入し、前記マイクロナノバブル発生槽から流出した処理水を含む前記原水を前記植物栽培槽に導入するものとする。

この構成によれば、処理水中に発生させたマイクロナノバブルによって、好気性の微生物を活性化して処理水中の藻類やアンモニア性窒素を分解し、藻類等の分解によって生じる硝酸性窒素を水草に養分として吸収させることで、水質を浄化することができる。また、マイクロナノバブルは、水草による窒素の吸収を促進することもできる。また、この構成によれば、マイクロナノバブル発生槽においてオゾンマイクロナノバブルを発生させ、処理水中の藻類やアンモニア性窒素を酸化分解し、藻類等の分解によって生じる硝酸性窒素を水草に養分として吸収させるが、オゾンマイクロナノバブルを含む処理水を直接植物栽培槽に導入しないようにすることで、水草がオゾンによってかれる心配がない。

また、本発明の水質浄化装置において、前記マイクロナノバブル発生槽は、処理水に界面活性剤を投入する界面活性剤投入装置を備えてもよい。

この構成によれば、マイクロナノバブルを安定して大量に発生させることができ、藻類等の分解を効率よく行える。

また、本発明の水質浄化装置において、前記マイクロナノバブル発生装置は、好ましくは、旋回流型マイクロナノバブル発生機、加圧溶解ポンプ型マイクロナノバブル発生機、コンプレッサー型加圧型マイクロナノバブル発生機およびノズル噴射型マイクロナノバブル発生機の少なくともいずれかと、水中ポンプ型マイクロナノバブル発生機とを含む、種類の異なるものが複数設置されてもよい。

この構成によれば、藻類を分解する効果の高い小径のマイクロナノバブルを発生させる小容量のマイクロナノバブル発生装置と、比較的大径のマイクロナノバブルを発生させる大容量のマイクロナノバブル発生装置とを併用することで、相乗効果により微細なマイクロナノバブルを多量に発生させることができ、藻類やアンモニア性窒素を効率よく分解できる。

また、本発明の水質浄化装置において、前記定植床は、その下側に空間を形成するように水中に架設されてもよい。

この構成によれば、定植床の下側空間を魚類等が住み処または隠れ場所とすることができ、魚類等が水草に付着した藻類や生長した水草を食べるので、水草が効率よく窒素を吸収できる状態が維持される。

また、本発明による水質浄化方法は、原水を汲み出してマイクロナノバブル発生装置が設置されたマイクロナノバブル発生槽に導入してマイクロナノバブルを発生させ、前記マイクロナノバブルによって処理水中の好気性微生物を活性化して、処理水中の藻類を硝酸性窒素に分解させ、マイクロナノバブルを含む処理水を、水草を定植した定植床を水中に配設した植物栽培槽に導入し、硝酸性窒素を前記水草に養分として吸収させる方法とする。

この方法によれば、処理水中に発生させたマイクロナノバブルによって、好気性の微生物を活性化して処理水中の藻類やアンモニア性窒素を分解し、藻類等の分解によって生じる硝酸性窒素を水草に養分として吸収させることで、水質を浄化することができる。

また、本発明の水質浄化方法において、前記マイクロナノバブル発生槽に界面活性剤を投入してもよく、前記界面活性剤は洗剤であってもよい。

この方法によれば、マイクロナノバブルを安定して大量に発生させることができ、藻類等の分解を効率よく行える。

また、本発明の水質浄化方法の異なる態様は、浄化すべき原水を汲み出して、少なくとも吸気の一部にオゾンを供給するオゾン発生装置を備えるマイクロナノバブル発生装置が設置されたマイクロナノバブル発生槽に導入し、処理水に界面活性剤を投入し、処理水中にオゾンマイクロナノバブルを発生させ、前記オゾンマイクロナノバブルによって処理水中の藻類を酸化分解して、流出した処理水を前記原水に環流させ、前記原水を汲み出して、水草を定植した定植床を水中に配設した植物栽培槽に導入し、硝酸性窒素を前記水草に養分として吸収させる方法とする。

この方法によれば、処理水中に発生させたオゾンマイクロナノバブルによって、処理水中の藻類やアンモニア性窒素を酸化分解し、藻類等の分解によって生じる硝酸性窒素を水草に養分として吸収させることで、水質を浄化することができる。

また、本発明の水質浄化方法において、前記マイクロナノバブル発生装置は、好ましくは、旋回流型マイクロナノバブル発生機、加圧溶解ポンプ型マイクロナノバブル発生機、コンプレッサー型加圧型マイクロナノバブル発生機およびノズル噴射型マイクロナノバブル発生機の少なくともいずれかと、水中ポンプ型マイクロナノバブル発生機とを含む、種類の異なるものが複数設置されていてもよい。

この方法によれば、藻類を分解する効果の高い小径のマイクロナノバブルを発生させる小容量のマイクロナノバブル発生装置と、比較的大径のマイクロナノバブルを発生させる大容量のマイクロナノバブル発生装置とを併用することで、相乗効果により藻類やアンモニア性窒素を効率よく分解できる。

また、本発明の水質浄化方法において、前記水草は、川しょうぶであってもよい。

この方法によれば、川しょうぶが季節を問わず窒素を吸収することができるので、１年間を通して安定した水質浄化を行うことができる。

また、本発明の水質浄化方法において、前記水草は、わさびであってもよい。

この方法によれば、湧き水などの比較適富栄養化していない水をさらに清浄化しつつ、高品質のわさびを栽培することができる。

また、本発明の水質浄化方法において、前記植物栽培槽において、前記定植床の下側に空間を形成して、魚類、甲殻類および貝類の少なくともいずれかを、前記定植床の下側の空間をその住み処として養殖してもよい。

この方法によれば、魚類等が水草に付着した藻類や生長した水草を食べるので、水草が効率よく窒素を吸収できる状態が維持される。

また、本発明の水質浄化方法において、前記植物栽培槽において、前記定植床の下側に空間を形成して、冷水魚を、前記定植床の下側の空間をその住み処として養殖してもよい。

この方法によれば、水質を浄化しながら、冷水魚のえさを供給することもできるので、冷水魚をストレスなく成長させることができる。

本発明によれば、マイクロナノバブルによって好気性の微生物を活性化して処理水中の藻類やアンモニア性窒素を分解し、藻類等の分解によって生じる硝酸性窒素を水草に養分として吸収させることで、安定して効率よく水質を浄化することができる。

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明の第１実施形態の水質浄化装置１を示す。水質浄化装置１は、マイクロナノバブル発生槽２と、植物栽培槽３とを有し、例えば池４の水を浄化する装置である。

水質浄化装置１は、池４から浄化すべき原水を原水ポンプ５で汲み出して、マイクロナノバブル発生槽２に導入するようになっている。マイクロナノバブル発生槽２は、原水が補給される処理水を貯留し、水中ポンプ型マイクロナノバブル発生器６と、旋回流型マイクロナノバブル発生装置７とを備える。

水中ポンプ型マイクロナノバブル発生装置６は、ブロワ８から空気が供給され、吸い込んだ処理水を回転撹拌して供給された空気を分散させることでマイクロナノバブルを生成するものである。水中ポンプ型マイクロナノバブル発生装置６は、例えば、処理水中に毎分５リットルの空気を導入してマイクロナノバブルとする能力があるが、形成されるマイクロナノバブルがやや大きめになる特性がある。

旋回流型マイクロナノバブル発生装置７は、マイクロナノバブル発生槽２の処理水を循環ポンプ９で吸い出して、旋回流型マイクロナノバブル発生器１０に導入し、旋回流型マイクロナノバブル発生器１０内における水流によって調節弁１１を介して空気を自給し、空気を剪断することでマイクロナノバブルを発生することができる。旋回流型マイクロナノバブル発生装置７は、例えば、毎分１リットルの空気をマイクロナノバブルとして処理水中に導入する能力があり、水中ポンプ型マイクロナノバブル発生器６に比して微細なマイクロナノバブルを発生させることができる。

マイクロナノバブル導入槽２からオーバーフローした処理水は、オーバーフロー流路１２を介して、植物栽培槽３に導入される。

植物栽培槽３は、処理水が一定方向に流れる人工水路である。植物栽培槽３には、例えば川しょうぶ等の水草１３が根付くことが可能な定植床１４を形成する植物栽培容器１５が配設されている。

植物栽培容器１５は、例えば、図２に示すように、側壁に魚が出入りできるように穴１６を開けた例えばＦＲＰ製の容器であり、その中程に多孔板１７を架設し、多孔板１７の上に礫（小石）等を敷き詰めることで、定植床１４を形成するとともに、定植床１４の下側に空間を形成している。植物栽培槽３において、植物栽培容器１５は、定植床１４が水没して水草１３が根付くことができるように配置される。

多孔板１７は、パンチングメタルやワイヤメッシュなどからなり、水草１３は、その根１３ａが多孔板１７を貫通して下側空間に延伸することができるようになっている。

定植床１４の下部空間は、外部から隔離されており、魚類、甲殻類および貝類の住み処に適するように形成されている。よって、定植床１４を架設する高さや、穴１６の大きさ等は、住まわせる魚類等の種類に応じて設定することができる。

図１に戻ると、植物栽培槽３からオーバーフローした処理水は、環流路１９を介して池４に返送されるようになっている。また、循環ポンプ９の吐出側を分岐した洗浄配管２０，２１は、原水ポンプ５の吐出配管や環流路１９を洗浄する際にのみ使用される。

続いて、本実施形態の水質浄化装置１の作用について説明する。
池４の藻類等を含む原水は、マイクロナノバブル発生槽２に汲み上げられ、マイクロナノバブルが導入される。

マイクロナノバブル発生槽２は、ポンプ型マイクロナノバブル発生装置６によって処理水中に大きめのマイクロナノバブルを発生させる。このマイクロナノバブルを含む処理水が、旋回型マイクロナノバブル発生装置７に取り込まれると、ポンプ型マイクロナノバブル発生装置６によって発生した大きめのマイクロナノバブルがさらに剪断され、より小さいマイクロナノバブルになる。つまり、旋回型マイクロナノバブル発生装置７は、空気量１Ｌ／分の微細なマイクロナノバブルを処理水中に発生させるだけでなく、ポンプ型マイクロナノバブル発生装置６が形成した大きめのマイクロナノバブルを剪断してより多くの、且つ、より微細なマイクロナノバブルを形成するのである。

このように、大径大容量のマイクロナノバブル発生装置７と小径小容量のマイクロナノバブル発生装置７を併用することで、微細なマイクロナノバブルを効率よく大量に生成することができる。

小容量の微細なマイクロナノバブルを発生するものとして、旋回型マイクロナノバブル発生装置７に代えて、加圧溶解ポンプ型マイクロナノバブル発生機、コンプレッサー型加圧型マイクロナノバブル発生機またはノズル噴射型マイクロナノバブル発生機が適用できる。また、大径大容量のマイクロナノバブル発生装置７および小径小容量のマイクロナノバブル発生装置７は、それぞれ、複数設けてもよく、３種類以上のマイクロナノバブル発生装置を設置してもよい。

マイクロナノバブル発生槽２において、マイクロナノバブルは、処理水中の好気性微生物を活性化し、処理水中の藻類やアンモニア性窒素を硝酸性窒素に分解する。

藻類やアンモニア性窒素が分解されて生じる硝酸性窒素を含む処理水は、オーバーフロー流路１２を介して植物栽培槽３に導入される。

植物栽培槽３では、水草１３が、光合成を行うために、処理水中の硝酸性窒素を養分として、その根から吸収する。つまり、処理水中の硝酸性窒素は、水草に吸収されて水草の組織中に固定される。

定植床１４の下側空間に住む魚等は、水草１３の表面に付着した藻類やその死骸、および、成長しすぎた水草１３を食べて成長する。このため、水草１３は、常に、適切に日光を浴びることができ、効率よく光合成を行うことができる状態に維持される。

水草によって硝酸性窒素を吸収除去した処理水は、藻類が発生し難く、植物栽培槽３からオーバーフローした処理水を環流路１９を介して池４に環流することで、池４における藻類の発生を低減することができる。つまり、池４の水を水質浄化装置１に繰り返して循環させることで、その透明度を高めることができる。

また、池４の原水が、例えば湧き水であって比較的清浄度が高い場合、植物栽培槽３において、例えばわさび等の食用の水草１３を栽培することもできる。特に、水質浄化装置１でわさびを栽培すると、墨入り病の発生を抑え、品質のよいわさびを生産することができる。

また、池４の原水が、例えば湧き水等である場合、定植床１４の下側空間で、例えばマス等の冷水魚のような食用魚を養殖することもできる。水質浄化装置１によって、水質が良好に維持されるので、冷水魚はストレスなく成長する。

図３に、本発明の第２実施形態の水質浄化装置１を示す。以降の説明において、先に説明した構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付して説明を省略する。

本実施形態の水質浄化装置１のマイクロナノバブル発生槽２は、貯留している処理水に界面活性剤を一定量投入する界面活性剤投入装置２２を備えている。界面活性剤投入装置２２により投入する界面活性剤は、できるだけ微生物による分解が容易なものを使用することが好ましく、例えば、安価な家庭用の洗剤等を用いることができる。

マイクロナノバブル発生槽２の処理水に界面活性剤を投入することで、マイクロナノバブルの発生を容易にし、且つ、発生したマイクロナノバブルが長時間持続する。これによって、処理水中の好気性微生物を活性化して藻類等を分解させる効果が高くなる。

よって、本実施形態の水質浄化装置１は、第１実施形態よりも、より富栄養化度が高い池などの水質浄化に適用できる。

図４に、本発明の第３実施形態の水質浄化装置１を示す。本実施形態では、マイクロナノバブル発生槽２からオーバーフローした処理水を、オーバーフロー流路１２ａを介して池４に環流させている。また、オゾン発生装置２４がポンプ型マイクロナノバブル発生装置６の吸気にオゾンを供給するようになっている。

また、植物栽培槽３には、池４に設置したポンプ２５により、清浄化すべき原水が汲み上げられて供給されるようになっている。

本実施形態では、ポンプ型マイクロナノバブル発生装置６により、マイクロナノバブル発生槽２に貯留している処理水中にオゾンマイクロナノバブルが導入される。オゾンマイクロナノバブルは、オゾンが有する強力な酸化力により、処理水中の藻類を枯らす作用を有する。

本実施形態では、オゾンマイクロナノバブルを含有する処理水を池４にオーバーフロー流路１２ａを介して環流させている。これは、オゾンマイクロナノバブルを含有する処理水を、植物栽培槽３に直接導入すると、オゾンの酸化力によって、植物３を枯らしたり、定植床１４の下側空間に住んでいる魚類等に悪影響を与えるからである。

本実施形態の水質浄化装置１は、特に、処理水中の藻類を枯らして除去する能力が高いので、第２実施形態よりも、さらに富栄養化度が高い場合、つまり、藻類が多く発生しているような場合に適用される。

オゾン発生装置２４は、図５に示す本発明の第４実施形態の水質浄化装置１のように、旋回型マイクロナノバブル発生装置７の吸気に接続してもよく、図６に示す本発明の第５実施形態の水質浄化装置１のように、ポンプ型マイクロナノバブル発生装置６および旋回型マイクロナノバブル発生装置７の両者の吸気に接続してもよい。

（実験例）
図２に示す第２実施形態の水質浄化装置１を検証するために、容量２ｍ^３の２つの人工池４、容量０．１ｍ^３のマイクロナノバブル発生槽２、容量１ｍ^３の植物栽培槽３を用意し、植物栽培槽３に容量０．０５ｍ^３の植物栽培容器１５を配置して実験を行った。

人工池４には、それぞれ、液体肥料４０ｍｌとアオミドロの種子とを投入して、一方の人工池４の水だけを水質浄化装置１に循環させた。

２週間後、水を水質浄化装置１に循環した人工池４には藻の発生が見られなかったが、水質浄化装置１を適用しなかった人工池４の水面には、多量の藻が発生した。

本発明の第１実施形態の水質浄化装置の概略構成図。図１の水質浄化装置の植物栽培容器の詳細図。本発明の第１実施形態の水質浄化装置の概略構成図。本発明の第１実施形態の水質浄化装置の概略構成図。本発明の第１実施形態の水質浄化装置の概略構成図。本発明の第１実施形態の水質浄化装置の概略構成図。

符号の説明

１水質浄化装置
２マイクロナノバブル発生槽
３植物栽培槽
４池
６ポンプ型マイクロナノバブル発生装置
７旋回型マイクロナノバブル発生装置
１３水草
１４定植床
１５植物栽培容器
２２界面活性剤投入装置
２４オゾン発生装置

Claims

処理水が導入され、貯留する処理水中にマイクロナノバブルを発生させるマイクロナノバブル発生装置が設置されたマイクロナノバブル発生槽と、
前記マイクロナノバブル発生槽から流出した処理水が導入され、水草が根付くことが可能な定植床を水中に配設した植物栽培槽とを有し、
前記マイクロナノバブル発生槽は、前記マイクロナノバブルの吸気の少なくとも一部にオゾンを供給するオゾン発生装置を備え、
前記マイクロナノバブル発生槽から流出した処理水は、浄化すべき原水に流入し、前記マイクロナノバブル発生槽から流出した処理水を含む前記原水を前記植物栽培槽に導入することを特徴とする水質浄化装置。
前記マイクロナノバブル発生槽は、処理水に界面活性剤を投入する界面活性剤投入装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の水質浄化装置。
前記マイクロナノバブル発生装置は、種類の異なるものが複数設置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の水質浄化装置。
前記マイクロナノバブル発生装置は、旋回流型マイクロナノバブル発生機、加圧溶解ポンプ型マイクロナノバブル発生機、コンプレッサー型加圧型マイクロナノバブル発生機およびノズル噴射型マイクロナノバブル発生機の少なくともいずれかと、水中ポンプ型マイクロナノバブル発生機とを含むことを特徴とする請求項３に記載の水質浄化装置。
前記定植床は、その下側に空間を形成するように水中に架設されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の水質浄化装置。
原水を汲み出して、少なくとも吸気の一部にオゾンを供給するオゾン発生装置を備えるマイクロナノバブル発生装置が設置されたマイクロナノバブル発生槽に導入し、処理水に界面活性剤を投入し、処理水中にオゾンマイクロナノバブルを発生させ、前記オゾンマイクロナノバブルによって処理水中の藻類を酸化分解し、
マイクロナノバブル発生槽から流出した処理水を前記原水に環流させ、
前記原水を汲み出して、水草を定植した定植床を水中に配設した植物栽培槽に導入し、硝酸性窒素を前記水草に養分として吸収させることを特徴とする水質浄化方法。
前記マイクロナノバブル発生装置は、種類の異なるものが複数設置されていることを特徴とする請求項６に記載の水質浄化方法。
前記マイクロナノバブル発生装置は、旋回流型マイクロナノバブル発生機、加圧溶解ポンプ型マイクロナノバブル発生機、コンプレッサー型加圧型マイクロナノバブル発生機およびノズル噴射型マイクロナノバブル発生機の少なくともいずれかと、水中ポンプ型マイクロナノバブル発生機とを含むことを特徴とする請求項７に記載の水質浄化方法。
前記水草は、川しょうぶであることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の水質浄化方法。
前記植物栽培槽において、前記定植床の下側に空間を形成して、魚類、甲殻類および貝類の少なくともいずれかを、前記定植床の下側の空間をその住み処として養殖することを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載の水質浄化方法。