水質改善方法及び装置
【課題】水域の水面付近の水性植物を確実に除去でき、かつ水域中の他の生物の生息環境に影響を与えない水質改善方法を提供する。
【解決手段】水域１０の水面付近の水性植物２１及び水２を含む流動体２０を遮光容器３１の暗室をなす内部３１ａに導入する。遮光容器３１は好ましく管状とする。水性植物２１の少なくとも一部が枯死するまで上記流動体２０遮光容器内３１ａに留まらせる。その後、上記流動体２０のうち少なくとも水２３を遮光容器３１から排出する。
【解決手段】水域１０の水面付近の水性植物２１及び水２を含む流動体２０を遮光容器３１の暗室をなす内部３１ａに導入する。遮光容器３１は好ましく管状とする。水性植物２１の少なくとも一部が枯死するまで上記流動体２０遮光容器内３１ａに留まらせる。その後、上記流動体２０のうち少なくとも水２３を遮光容器３１から排出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水質を改善する方法及び装置に関し、特に湖、沼、池、ダム、水田などの、水流が小さいか滞留しがちな水域に適した水質改善方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
湖沼、池、ダムなどの水域には、窒素やリンを含む栄養塩が流れ込むことにより藻類やウキクサなどの水性植物が異常繁殖しやすい。これらの水性植物は、水域の上部（水面上及び水面近くの水中）に生息して光合成を行い、炭酸ガスを固定しながら増えていく。水性植物が枯死すると、沈降して水底のヘドロとして堆積する。夜間は水性植物やヘドロによる水中酸素の消費が起きて水中の溶存酸素が減り、生物の生育に適さない環境になる。
【０００３】
水域の環境を改善するために、特許文献１では、水底のヘドロに特殊シート部材を被せている。特殊シート部材の下側は嫌気環境になり、ヘドロが分解される。分解に伴なってメタンガスが発生する。特殊シート部材の一部をメッシュにし、このメッシュから上記メタンガスを透過させることで、特殊シート部材が舞い上がらないようにしている。
【０００４】
特許文献２では、水中硬化セメントで水底のヘドロを固めている。セメントの亀裂部には漏斗状のガス採取管を被せ、このガス採取管の上端を水面まで伸ばす。ヘドロの分解で生じたメタンガスは、亀裂部から出て、ガス採取管に導かれて水面上の大気に放出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０３−００８４８７号公報
【特許文献２】特公昭５９−１４２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上掲特許文献に記載の技術は、水域の水面付近の水性植物を除去するには適さない。また、水域の底部の状態を面的に広範囲にわたって変えてしまうために、コストがかかるだけでなく、水域中の他の生物の生息環境を悪化させるおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題に鑑み、本発明方法は、水域の水質を改善する水質改善方法であって、
前記水域の水面付近の水性植物及び水を含む流動体を遮光容器の暗室をなす内部に導入し、前記流動体を前記水性植物の少なくとも一部が枯死するまで前記遮光容器内に留まらせ、その後、前記流動体のうち少なくとも水を前記遮光容器から排出することを特徴とする。
【０００８】
前記遮光容器内の暗室環境では水性植物が光合成できず、かつ水中の溶存酸素が当該水性植物自身やバクテリア等の他の生物の生命活動によって欠乏してくる。そのため、やがて水性植物が枯死して沈降する。また、酸素欠乏によって嫌気性細菌の活動が活発になり、遮光容器内の有機物を分解して酸化させるとともに窒素含有栄養塩（硝酸イオン、亜硝酸イオン等）を還元させる（式１）。
NO3− ＋ H＋ ＋ (有機物) → N2 + CO2 ＋ H2O （式１）
なお、式１において各項の係数は無視されている。これによって、脱窒が進み、栄養塩の一種である窒素濃度が低下する。この水を排出部から排出する。排出先は、前記水域でもよく、前記水域に連なる河川等でもよく、その他の場所でもよい。これによって、水域の水面付近の水性植物を減らし、水質を改善できる。所要コストも小さくできる。なお、排出先を河川にすると、遮光容器内で固形有機物から溶け出した水溶性の有機物や未分解の栄養塩が河川に流出するが、河川は淀みがなく溶存酸素量が多いために、上記水溶性の有機物や未分解の栄養塩が速やかに分解される。
上記方法によれば、たとえ、前記遮光容器を前記水域の水底に配置したとしても、水底の一部分が遮光容器で覆われるだけであり、水底の状態を面的に広範囲にわたって変えてしまうことはなく、生物の生息環境を悪化させるおそれが小さい。
【０００９】
前記流動体を、前記遮光容器内の遮光路の上流端から前記遮光路に導入し、かつ前記遮光容器内に留まる期間中、前記遮光路の下流側へ向けて流し、その後、前記遮光路の下流端から排出することが好ましい。これによって、遮光容器に先に導入された水を先に遮光容器から出すことができる。遮光容器に後から導入された水が先に導入された水よりも先に排出されるのを防止できる。この結果、水を連続的に確実に水質改善したうえで排出できる。
【００１０】
前記遮光容器は、管状であることが好ましい。管状の遮光容器の一端から流動体を導入し、他端から流動体を排出することによって、遮光容器に先に導入された水を確実に先に遮光容器から出すことができる。また、管状の遮光容器を前記水底に配置した場合、水底の遮光容器で覆われる部分が帯状になる。したがって、遮光容器によって影響を受ける水底領域を確実に狭くでき、生物の生息環境を充分に護ることができる。
【００１１】
前記流動体中の水が前記遮光容器内に留まる期間は、例えば一日から七日である。これによって、前記水性植物の少なくとも一部を確実に枯死させることができる。
【００１２】
前記遮光容器内の底部には前記水性植物の枯死体が沈殿する。この沈殿物（ヘドロ）が前記嫌気性細菌の活動によって分解される（式２）。
CxHyOz → aCO2 ＋ bCH4 +cH2O （式２）
ここで、x=a+b，y=4b+2c，z=2a+cを満たす。たとえばx=6，y=12，z=6のとき、a=3，b=3，c=0となる（式３）。
C6H12O6 → 3CO2＋ 3CH4 （式３）
式２及び式３に示すように、沈殿物の分解によってメタンが発生する。前記遮光容器から排出される水にはメタンが含まれる。メタンの温室効果係数は２０（炭酸ガスの２０倍）である。
そこで、前記排出する流動体から分離したガスを収集することが好ましい。これによって、メタンが大気中に放出されるのを防止でき、温暖化の促進を防止又は抑制できる。更には、収集したガスからメタンを抽出して貯蔵し、燃料等として活用できる。或いは、収集したメタンを燃焼処理することにしてもよい。
【００１３】
前記遮光容器に溜まった沈殿物を前記遮光容器から排出して燃料又は肥料として供することにしてもよい。これによって、前記沈殿物（ヘドロ）を資源化できる。前記沈殿物（ヘドロ）にはリンが固定化されているため、良好な肥料となる。前記沈殿物の排出は、定期的に行なうことにしてもよく、沈殿物の量がある程度になったとき行なうことにしてもよい。
【００１４】
また、本発明装置は、水域の水質を改善する水質改善装置であって、
内部に暗室をなす遮光路が形成された遮光容器と、
前記遮光路の上流端に連なり、前記前記水域の水面付近の水性植物及び水を含む流動体を取り込む導入部と、
前記遮光路の下流端に連なり、前記流動体を排出する排出部と、
を備え、前記流動体が前記遮光路内を流通する期間が、前記水性植物の少なくとも一部が暗室環境下で枯死する期間以上になるよう、前記遮光路の流路長及び流路断面積並びに前記流動体の取り込み流量が設定されていることを特徴とする。
これによって、前記水を遮光容器内における流通期間中に確実に水質改善できる。前記水を連続的に遮光路に流し、連続的に処理できる。遮光容器に先に導入された水を確実に先に遮光容器から出すことができる。遮光容器に後から導入された水が先に導入された水よりも先に排出されるのを確実に防止できる。
【００１５】
前記遮光容器が、樹脂を含む遮光性材質にて構成されていることが好ましい。遮光容器の主成分を樹脂にすることで材料コストを低くできる。
【００１６】
前記排出部に、前記流動体中のガスを収集する収集部を接続することが好ましい。これによって、メタンが大気中に放出されるのを防止でき、温暖化の促進を防止又は抑制できる。前記収集部は、前記排出部に対して機能的に、すなわち排出部からのガスを収集可能に接続されていればよく、排出部に物理的に接続されている必要はない。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、水域の水面付近の水性植物を減らして水質を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る水質改善装置を水域での使用状態で示す、図２のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【図２】図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う前記水質改善装置の断面図である。
【図３】図３は、本発明の第２実施形態に係る水質改善装置の断面図である。
【図４】図４は、本発明の第３実施形態に係る水質改善装置の断面図である。
【図５】図５は、本発明の第４実施形態に係る水質改善装置の断面図である。
【図６（ａ）】図６（ａ）は、水質改善装置の遮光容器の変形例（本発明の第５実施形態）を示し、図６（ｂ）のＶＩａ−ＶＩａ線に沿う上記遮光容器の平面断面図である。
【図６（ｂ）】図６（ｂ）は、図６（ａ）のＶＩｂ−ＶＩｂ線に沿う上記遮光容器の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１及び図２は、本発明の第１実施形態を示したものである。本発明の水質改善は、湖、沼、池等の水域１０に適用される。水域１０の水２の流れは充分に小さい。より好ましくは、水２が滞留している。水域１０に上流河川１１が流入していてもよい。水域１０から下流河川１２が流出していてもよい。河川１１，１２に代えて地下水脈であってもよい。
【００２０】
水域１０内の水２にはアンモニア、硝酸、亜硝酸、燐酸等の栄養塩が含まれている。また、上流河川１１に生活排水が混じっていると、それが水域１０に流れ込むことで、水２の栄養塩濃度が一層高くなる。
【００２１】
水域１０の水面付近（水面上又は水面近くの水中）には、藻類やウキクサ等の水生植物２１が浮遊している。水生植物２１は、上記栄養塩を養分として吸収しながら光合成を行なって繁殖する。
【００２２】
図１に示すように、水域１０には水質改善装置３が設置されている。水質改善装置３は、装置本体３０と、ポンプ４０と、収集部５０を備えている。装置本体３０は、管状の遮光容器３１と、管状の導入部３２と、管状の排出部３４を含み、全体として管状（長い容器状）になっている。
【００２３】
遮光容器３１を含む装置本体３０の全体が、遮光性の材質にて構成されている。上記遮光性材質は、好ましくは樹脂を主成分として含む。遮光性材質として、樹脂とアルミ箔の積層膜や、黒色系の着色剤を練り込んだ樹脂等が挙げられる。遮光性材質の主成分を構成する樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等が挙げられる。装置本体３０の外壁の肉厚は、例えば５μｍ〜５００μｍ程度である。
【００２４】
遮光容器３１は、導入部３２及び排出部３４よりも充分に大きな流路断面積を有する管状になっている。上述したように、遮光容器３１が遮光性材質にて構成されていることから、遮光容器３１の内部が暗室をなす遮光路３１ａ（遮光室）になっている。遮光路３１ａは流動体２０で満たされている。流動体２０は、水域１０の水面付近の水２及び該水２に担持された水性植物２１等の浮遊物が導入部２３を介して取り込まれたものである。更に、遮光路３１ａの底部には、沈殿物２２が堆積している。沈殿物２２は、主に上記水性植物２１の枯死体によって形成されたヘドロである。
環状の遮光容器３１の太さ、ひいては環状の遮光容器３１の長さ方向と直交する流路断面積Ａは、全長にわたって一定である必要は無く、例えば遮光容器３１の中央部を両端部より太くしてもよい。
【００２５】
図２に示すように、遮光容器３１の長さ方向と直交する断面は、扁平な円形になっている。遮光路３１ａの流路長Ｌ及び流路断面積Ａは、水が遮光路３１ａを通過するのに１日〜７日程度要する大きさになるように、流動体２０の取り込み流量との関係で設定されている。遮光容器３１の大きさは、水域１０の規模、処理すべき水の量等に応じて適宜設定されるが、例えば流路長ＬはＬ＝１０ｍ〜５０００ｍ程度である。流路断面積Ａは、例えばＡ＝０．１ｍ２〜１００ｍ２程度、乃至はＡ＝１ｍ２〜１０ｍ２程度である。遮光容器３１の高さは例えば約０．５ｍ以上であり、水域１０の水２の対流の障害になるのを避ける観点からは、遮光容器３１の高さは水流れ水深の半分程度以下が好ましい。遮光容器３１の幅は例えば約２ｍ程度である。流動体２０の取り込み流量については後述する。
【００２６】
遮光容器３１は、水域１０の底部（水底）に配置されている。水底の帯状部分１０ｂが管状の遮光容器３１で覆われる。帯状部分１０ｂの長さは、遮光容器３１の長さＬに対応する。帯状部分１０ｂの幅は、遮光容器３１の幅に対応する。水底の帯状部分１０ｂ以外の部分１０ａは、遮光容器３１に隠れることなく露出している。露出部分１０ａは、帯状部分１０ｂより充分に広い。
【００２７】
遮光容器３１の一端（上流端）に導入部３２が連なっている。導入部３２は、遮光容器３１と同じ遮光性材質からなり、遮光容器３１と一体形成されている。
なお、導入部３２が遮光容器３１とは異なる材質にて構成されていてもよい。導入部３２は、遮光性を有していなくてもよい。
【００２８】
導入部３２は、管状の遮光容器３１より細い管状になっている。導入部３２は、上下に延びている。導入部３２の上端部は、水域１０の水面付近に位置している。導入部３２の下端部が遮光容器３１に一体に連なっている。導入部３２の直径は、例えば数ｃｍ〜数十ｃｍ程度であり、好ましくは１０ｃｍ〜２０ｃｍ程度である。
【００２９】
導入部３２の上端部にポンプ４０が設けられている。ポンプ４０は、液体と一緒に固体をも吸い込んで吐出可能なポンプであることが好ましい。このようなポンプ４０として、例えば羽根ポンプ等の遠心式ポンプが挙げられる。ポンプ４０は、浮き（図示省略）によって水域１０の水面に浮かぶように支持されている。水域１０の水深が浅い（例えば数ｍ程度である）場合は、水底から支柱を立設し、この支柱の上端部にポンプ４０を支持させてもよい。
【００３０】
ポンプ４０の周側面には、吸込口４１が設けられている。好ましくは、複数の吸込口４１がポンプ４０の周方向に間隔を置いて設けられている。或いは、吸込口４１は、ポンプ４０の周方向に沿う環状になっている。ポンプ４０は、ほぼ全方向（３６０度）から流動体２０を取り込むことができる。吸込口４１には、木切れや浮遊ゴミ等の邪魔な固形物の侵入を防止する網を設けることが好ましい。ポンプ４０の底部には、吐出口４２が設けられている。この吐出口４２に導入部３２の上端部（上流端）が接続されている。ポンプ４０の駆動によって、水面付近の水２及び水性植物２１を含む流動体２０が取り込まれ、導入部３２を介して遮光容器３１へ送られる。流動体２０の取り込み流量は、例えば０．１ｍ３／分〜１０ｍ３／分程度である。
【００３１】
図１に示すように、遮光容器３１の他端（導入部３２とは反対側の下流端）に排出部３４が連なっている。排出部３４は、遮光容器３１と同じ遮光性材質からなり、遮光容器３１と一体形成されている。
なお、排出部３４が遮光容器３１とは異なる材質にて構成されていてもよい。排出部３４は、遮光性を有していなくてもよい。
【００３２】
排出部３４は、管状の遮光容器３１より細い管状になっている。排出部３４の直径は、例えば数ｃｍ〜数十ｃｍ程度であり、好ましくは１０ｃｍ〜２０ｃｍ程度である。排出部３４は、水底の遮光容器３１から水面へ向けて上へ延びている。排出部３４の先端の排出口３４ｅは、水域１０の水面近くの水中に配置されている。しかも、排出口３４ｅは、水域１０における河川１２の流出部の付近の岸辺に配置されている。水域１０の岸辺に排出部３４の先端部を支持する支持部材を設置してもよい。排出部３４の先端部を浮きによって支持してもよい。なお、排出口３４ｅを岸辺から離して水域１０の中央部に配置してもよい。または、排出部３４を河川１２まで延ばしてもよく、排出口３４ｅを河川１２の水中又は水面上に配置してもよい（図４参照）。或いは、排出口３４ｅを別の水域に配置してもよい。
【００３３】
排出部３４の先端に収集部５０が接続されている。収集部５０は、排出部３４に対して機能的（排出部３４からのガスを収集可能）に接続されていればよく、排出部３４に物理的に接続されている必要はない。収集部５０は、捕捉器５１と、ガス路５２を含む。捕捉器５１は、逆さ漏斗状ないしは底部開口の容器状になっている。捕捉器５１は、排出口３４ｅの真上に少し離れて排気口３４ｅに被さるように配置されている。捕捉器５１は、水面の少し上に配置されているが、捕捉器５１の全部または下側部が水中に漬かっていてもよい。排出口３４ｅからの流出体にガスが含まれていると、このガスが上昇して捕捉器５１に捕捉される。捕捉器５１からガス路５２が延びている。ガス路５２が利用部５３に接続されている。上記捕捉されたガスが、ガス路５２を介して利用部５３へ供給される。利用部５３は、上記ガスからメタン（CH4）を抽出して精製する抽出・精製部や、精製したメタンガスを貯留するボンベを含む。利用部５３が、メタンの燃焼部を含んでいてもよい。
【００３４】
上記構成の水質改善装置３を用いて水域１０の水質を改善する方法を説明する。
ポンプ４０を駆動して、水域１０の水面付近の水２及び水生植物２１を含む流動体２０を吸込口４１から取り込む。この流動体２０を、導入部３２を経て、遮光容器３１内の遮光路３１ａに送る。流動体２０は、遮光路３１ａ内を下流側（図１において右）へ流れる。
【００３５】
遮光路３１ａは暗室環境であるために水生植物２１が光合成できない。また、遮光路３１ａ内の水中の溶存酸素は、当該水性植物２１自身やバクテリア等の他の生物の生命活動によって消費され、欠乏してくる。そのため、やがて水性植物２１が枯死する。流動体２０は、水性植物２１の少なくとも一部が枯死するまで、遮光路３１ａ内を下流へ向けて流通しながら遮光路３１ａ内に留まる。水性植物２１が枯死するまでの期間は、遮光路３１ａへの導入から大略１日〜２日間程度である。流動体２０が遮光路３１ａ内を流通する期間が上記枯死までの期間（１日〜２日間程度）以上になるよう、遮光容器１３の流路長Ｌ及び流路断面積Ａ、並びにポンプ４０による流動体２０の取り込み流量を設定する。なお、ポンプ４０は、連続的に駆動してもよく、ある時間間隔で間欠的に駆動してもよい。
【００３６】
例えば、水域１０が、面積約５ｈａ、平均深さ５ｍの沼であり、河川１１から生活排水が水域１０に１日当たり平均１０００ｍ３程度流れ込むものとする。この場合、ポンプ４０によって毎分１００Ｌ（１日当たり１４４ｍ３）の水２を、導入部３２を経て、流路断面積Ａ＝２ｍ２程度の遮光路３１ａに送る。この場合、遮光路３１ａの長さＬをＬ＝１４４ｍ程度にすることで、水性植物２１を充分に枯死させることができる。水性植物２１の枯死体は、酸素等が抜けることで遮光路３１ａ内の底部に沈降して堆積し、沈殿物２２（ヘドロ）となる。水性植物２１の枯死沈降によって、遮光路３１ａ内の流動体２０の殆どが水２３（液成分）だけになる。
【００３７】
また、遮光路３１ａ内は、酸素の欠乏によって嫌気環境になる。そのため、嫌気性細菌の活動が活発になる。嫌気細菌は、遮光路３１ａ内の水中の有機物を分解して酸化させるとともに窒素含有栄養塩（硝酸イオン、亜硝酸イオン等）を還元させる（式１）。これによって、遮光路３１ａの下流に向かうにしたがって、水２３の脱窒が進み、栄養塩のうち特に窒素含有塩の濃度が低下する。このようにして、水２３を水質改善できる。この水質改善された水２３を、遮光路３１ａから排出部３４に送出し、排出口３４ｅから水域１０へ戻し、又は河川１２へ排出する。水２３を河川１２に排出した場合、水２３に含まれていた水溶性有機物や未分解栄養塩も一緒に河川１２に流出するが、河川１２は、湖沼等の水域１０とは違って淀みがなく溶存酸素量が多いために、上記水溶性有機物や未分解栄養塩を速やかに分解できる。
【００３８】
一方、遮光路３１ａの底部のヘドロ２２は、嫌気性細菌によって発酵して分解され、メタンや水素等のガスを放出する（式２）。遮光容器３１の内壁の上側部には、上記ヘドロ２２からのガスや、上記窒素含有栄養塩の還元ガス等が溜まる。このガス２４が、流動体２０と共に遮光路３１ａの下流側へ流れ、更に排出部３４を通って排出口３４ｅから水２３と一緒に排出される。排出後のガス２４は、水２３から分離されて水面上へ出て捕捉器５１にて捕捉される。したがって、ガス２４中のメタンが環境に放出されるのを防止でき、温暖化の促進を防止又は抑制できる。捕捉したガス２４は、ガス路５２を経て利用部５３に送る。利用部５３において、ガス２４からメタンを抽出して燃料等として活用できる。
なお、メタンを利用部５３には送らずに、捕捉部５１にて捕捉後、燃焼させて炭酸ガスに変換して、大気に放出してもよい。その場合でも、メタンをそのまま大気に放出するよりも温暖化係数を小さくできる。
【００３９】
遮光路３１ａ内のヘドロ２２の堆積量が大きくなったときは、ポンプ４０の出力を高くし、ヘドロ２２を排出部３４へ押し出して排出口３４ｅから排出することにしてもよい。ヘドロ２２には、生体時の水性植物２１が養分として吸収したリンが含まれている。したがって、上記排出したヘドロ２２を肥料として利用できる。或いは、上記ヘドロ３３を燃料として利用してもよい。これによって、ヘドロ２２を資源化できる。
ヘドロ２２を遮光容器３１内において完全に分解させてメタン化してもよい。
【００４０】
水質改善装置３によれば、遮光容器３１を水域１０の水底に設置したとしても、水底の帯状の一部分１０ｂだけが遮光容器３１で覆われるに留まり、水底の状態を面的に広範囲にわたって変えてしまうことはなく、生物の生息環境を悪化させるおそれが小さい。また、水２を連続的に改善処理でき、所要コストも小さくできる。
【００４１】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において、既述の形態と重複する構成に関しては、図面に同一符号を付して説明を適宜省略する。
図３は、本発明の第２実施形態を示したものである。第２実施形態の水質改善装置３Ａでは、ポンプ４０が水域１０の水底に設置されている。したがって、ポンプ４０を安定的に固定できる。ポンプ４０の上部に吸込口４１が設けられ、ポンプ４０の側部に吐出口４２が設けられている。
【００４２】
更に、第２実施形態では、導入部３２が、遮光容器３１から分離されている。導入部３２は、ポリエチレン等の硬質の樹脂管にて構成されていてもよく、ステンレス等の金属管にて構成されていてもよい。導入部３２は、鉛直に向けられ、その下端部が吸込口４１に連結されている。導入部３２の上端部が、上向きに開口された状態で水面近くの水中に配置されている。導入部３２の上端開口には、木切れや浮遊ゴミ等の邪魔な固形物の侵入を防止する網（図示省略）を設けることが好ましい。
【００４３】
ポンプ４０の吐出口４２に遮光容器３１の上流端が直接的に連なっている。導入部３２と遮光容器３１の間にポンプ４０が介在されている。
【００４４】
第２実施形態によれば、ポンプ４０の駆動によって、水面付近の水２及び水性植物２１を含む流動体２０が、導入部３２の上端開口から導入部３２内に吸い込まれる。そして、ポンプ４０を経て、遮光路３１ａへ送り込まれる。
【００４５】
本発明において、流動体２０を装置本体３０に取り込んで流通させる駆動源４０は必ずしも必要でない。図４は、本発明の第３実施形態を示したものである。第３実施形態の水質改善装置３Ｂでは、ポンプ４０が省略されている。遮光容器３１と一体をなす導入部３２の上端部（上流端）が、水域１０の水面付近の水中に上向きで配置されている。導入部３２の上端部は、浮き等によって支持されている。好ましくは、導入部３２の上端開口に網を設ける点は第２実施形態と同様である。
【００４６】
排出部３４は、水域１０から流出河川１２へ延ばされている。排出部３４の先端の排出口３４ｅは、河川１２の水中に配置されている。排出口３４ｅを河川１２の水面上に配置してもよい。
【００４７】
第３実施形態において重要な点は、排出部３４の排出口３４ｅが、導入部３２の上端開口より低所に配置されていることである。この高低差によって、水域１０の水面付近の水２及び水性植物２１を含む流動体２０が導入部３２内に入り込んで遮光路３１ａへ送られ、更に遮光路３１ａを流通した後、排出部３４を経て、排出口３４ｅから排出される。したがって、ポンプ４０等の駆動源が不要であり、設備コストを一層低減できる。また、導入部３２の上端開口と排出口３４ｅの高低差を調節することによって、流動体２０の取り込み流量を調節でき、更には遮光路３１ａ内での流動体２０の流速を調節でき、ひいては流動体２０が遮光路３１ａ内に留まる期間を調節できる。更に、排出部３４又は導入部３２に流量調節弁を設けて、流動体２０の流速を調節し、ひいては流動体２０が遮光路３１ａ内に留まる期間を調節してもよい。
【００４８】
図５は、本発明の第４実施形態を示したものである。第４実施形態では、水域１０の河川１２への流出部に堰６が設けられている。堰６は開閉可能及び開度調節可能であることが好ましい。堰６を閉めたり開度を調節したりすることによって、水域１０の流れを抑えることができる。これによって、水性植物２１を水２と一緒に装置本体３０に確実に取り込むことができる。
【００４９】
遮光容器３１は、必ずしも管状でなくてもよい。
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、本発明の第５実施形態を示したものである。第５実施形態は、遮光容器の変形例に係る。装置本体３０Ｂの遮光容器３３は、箱形ないしは直方体形をしている。遮光容器３３の内部には１又は複数（図では２つ）の仕切り３５が設けられている。これら仕切り３５によって、遮光容器３３の内部に、１つの遮光路３３ａが形成されている。遮光容器３３が遮光性材質にて構成され、遮光路３３ａが暗室である点は、既述の実施形態と同様である。図６（ａ）に示すように、遮光路３３ａは、ジグザグ（つづら折り状）になっている。なお、遮光路３３ａを迷路状（ラビリンス状）にしてもよい。遮光路３３ａの一端（上流端）に導入部３２が接続されている。遮光路３３ａの他端（下流端）に排出部３４が接続されている。この変形例では、導入部３２及び排出部３４が、遮光容器３３の互いに反対側の壁に接続されているが、これら導入部３２及び排出部３４が遮光容器３３の互いに同じ側の壁に接続されていてもよい。
【００５０】
水性植物２１及び水２を含む流動体２０が、導入部３２から遮光路３３ａに導入される。流動体２０が遮光路３３ａに沿って流れる過程で、水性植物２１が漸次枯死する。したがって、遮光路３３ａの下流側の部分になるほど、水質改善が進む。
【００５１】
上記箱形の遮光容器３３が水域１０の水底に設置されている。水底の遮光容器３３にて覆われた部分１０ｃは、四角形になっている。これによって、遮光容器によって影響を受ける水底部分をコンパクトにできる。
【００５２】
この発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変をなすことができる。
例えば、遮光容器３１は、必ずしも遮光性材料にて構成されている必要はない。水域１０が深くて、遮光容器３１を光が届かない深部に設置できる場合は、遮光容器３１が遮光性でなくても、容器内部３１ａを暗室環境にできる。
実施形態では、遮光容器３１が水底に設置されているが、これに限られず、遮光容器３１を水域１０の水中に浮遊させてもよく、水面上に浮かべて配置してもよい。そうすると、水底の環境への影響を一層小さくできる。或いは、遮光容器３１を地上に設けて、水域１０と地上の遮光容器３１とを導入部３２にて連結してもよい。地上の建造物内に遮光容器３１を収容してもよい。上記建造物の収容室を暗室にすれば、遮光容器３１自体が遮光性でなくても、容器内部３１ａを暗室環境にできる。
遮光容器３１内において、流動体２０が下流側へ流通せずに、静流状態で滞留していてもよい。
遮光容器３１が１つの出入り口を有していてもよい。この出入り口を導入部３２と排出部３４として兼用してもよい。流動体２０を上記出入り口から遮光容器３１内に導入して、水性植物２１の少なくとも一部が枯死する期間中、上記流動体２０を遮光容器３１内に静流状態で滞留させ、上記期間の経過後、上記流動体２０を上記出入り口から排出してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、湖沼や池等の水を改善するのに適用可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 水域
１０ａ 水底の露出部分
１０ｂ，１０ｃ 水底の遮光容器にて覆われた部分
１１ 流入河川
１２ 流出河川
２ 水域の水
２０ 流動体
２１ 水生植物
２２ 沈殿物（ヘドロ）
２３ 水質改善中又は水質改善された水
２４ ガス
３，３Ａ，３Ｂ 水質改善装置
３０，３０Ｂ 装置本体
３１ 遮光容器
３１ａ 遮光路（暗室をなす容器内部）
３２ 導入部
３３ 遮光容器
３３ａ 遮光路（暗室をなす容器内部）
３４ 排出部
３４ｅ 排出口
４０ ポンプ
４１ 吸込口
４２ 吐出口
５０ 収集部
５１ 捕捉器
５２ ガス路
５３ 利用部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水質を改善する方法及び装置に関し、特に湖、沼、池、ダム、水田などの、水流が小さいか滞留しがちな水域に適した水質改善方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
湖沼、池、ダムなどの水域には、窒素やリンを含む栄養塩が流れ込むことにより藻類やウキクサなどの水性植物が異常繁殖しやすい。これらの水性植物は、水域の上部（水面上及び水面近くの水中）に生息して光合成を行い、炭酸ガスを固定しながら増えていく。水性植物が枯死すると、沈降して水底のヘドロとして堆積する。夜間は水性植物やヘドロによる水中酸素の消費が起きて水中の溶存酸素が減り、生物の生育に適さない環境になる。
【０００３】
水域の環境を改善するために、特許文献１では、水底のヘドロに特殊シート部材を被せている。特殊シート部材の下側は嫌気環境になり、ヘドロが分解される。分解に伴なってメタンガスが発生する。特殊シート部材の一部をメッシュにし、このメッシュから上記メタンガスを透過させることで、特殊シート部材が舞い上がらないようにしている。
【０００４】
特許文献２では、水中硬化セメントで水底のヘドロを固めている。セメントの亀裂部には漏斗状のガス採取管を被せ、このガス採取管の上端を水面まで伸ばす。ヘドロの分解で生じたメタンガスは、亀裂部から出て、ガス採取管に導かれて水面上の大気に放出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０３−００８４８７号公報
【特許文献２】特公昭５９−１４２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上掲特許文献に記載の技術は、水域の水面付近の水性植物を除去するには適さない。また、水域の底部の状態を面的に広範囲にわたって変えてしまうために、コストがかかるだけでなく、水域中の他の生物の生息環境を悪化させるおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題に鑑み、本発明方法は、水域の水質を改善する水質改善方法であって、
前記水域の水面付近の水性植物及び水を含む流動体を遮光容器の暗室をなす内部に導入し、前記流動体を前記水性植物の少なくとも一部が枯死するまで前記遮光容器内に留まらせ、その後、前記流動体のうち少なくとも水を前記遮光容器から排出することを特徴とする。
【０００８】
前記遮光容器内の暗室環境では水性植物が光合成できず、かつ水中の溶存酸素が当該水性植物自身やバクテリア等の他の生物の生命活動によって欠乏してくる。そのため、やがて水性植物が枯死して沈降する。また、酸素欠乏によって嫌気性細菌の活動が活発になり、遮光容器内の有機物を分解して酸化させるとともに窒素含有栄養塩（硝酸イオン、亜硝酸イオン等）を還元させる（式１）。
NO3− ＋ H＋ ＋ (有機物) → N2 + CO2 ＋ H2O （式１）
なお、式１において各項の係数は無視されている。これによって、脱窒が進み、栄養塩の一種である窒素濃度が低下する。この水を排出部から排出する。排出先は、前記水域でもよく、前記水域に連なる河川等でもよく、その他の場所でもよい。これによって、水域の水面付近の水性植物を減らし、水質を改善できる。所要コストも小さくできる。なお、排出先を河川にすると、遮光容器内で固形有機物から溶け出した水溶性の有機物や未分解の栄養塩が河川に流出するが、河川は淀みがなく溶存酸素量が多いために、上記水溶性の有機物や未分解の栄養塩が速やかに分解される。
上記方法によれば、たとえ、前記遮光容器を前記水域の水底に配置したとしても、水底の一部分が遮光容器で覆われるだけであり、水底の状態を面的に広範囲にわたって変えてしまうことはなく、生物の生息環境を悪化させるおそれが小さい。
【０００９】
前記流動体を、前記遮光容器内の遮光路の上流端から前記遮光路に導入し、かつ前記遮光容器内に留まる期間中、前記遮光路の下流側へ向けて流し、その後、前記遮光路の下流端から排出することが好ましい。これによって、遮光容器に先に導入された水を先に遮光容器から出すことができる。遮光容器に後から導入された水が先に導入された水よりも先に排出されるのを防止できる。この結果、水を連続的に確実に水質改善したうえで排出できる。
【００１０】
前記遮光容器は、管状であることが好ましい。管状の遮光容器の一端から流動体を導入し、他端から流動体を排出することによって、遮光容器に先に導入された水を確実に先に遮光容器から出すことができる。また、管状の遮光容器を前記水底に配置した場合、水底の遮光容器で覆われる部分が帯状になる。したがって、遮光容器によって影響を受ける水底領域を確実に狭くでき、生物の生息環境を充分に護ることができる。
【００１１】
前記流動体中の水が前記遮光容器内に留まる期間は、例えば一日から七日である。これによって、前記水性植物の少なくとも一部を確実に枯死させることができる。
【００１２】
前記遮光容器内の底部には前記水性植物の枯死体が沈殿する。この沈殿物（ヘドロ）が前記嫌気性細菌の活動によって分解される（式２）。
CxHyOz → aCO2 ＋ bCH4 +cH2O （式２）
ここで、x=a+b，y=4b+2c，z=2a+cを満たす。たとえばx=6，y=12，z=6のとき、a=3，b=3，c=0となる（式３）。
C6H12O6 → 3CO2＋ 3CH4 （式３）
式２及び式３に示すように、沈殿物の分解によってメタンが発生する。前記遮光容器から排出される水にはメタンが含まれる。メタンの温室効果係数は２０（炭酸ガスの２０倍）である。
そこで、前記排出する流動体から分離したガスを収集することが好ましい。これによって、メタンが大気中に放出されるのを防止でき、温暖化の促進を防止又は抑制できる。更には、収集したガスからメタンを抽出して貯蔵し、燃料等として活用できる。或いは、収集したメタンを燃焼処理することにしてもよい。
【００１３】
前記遮光容器に溜まった沈殿物を前記遮光容器から排出して燃料又は肥料として供することにしてもよい。これによって、前記沈殿物（ヘドロ）を資源化できる。前記沈殿物（ヘドロ）にはリンが固定化されているため、良好な肥料となる。前記沈殿物の排出は、定期的に行なうことにしてもよく、沈殿物の量がある程度になったとき行なうことにしてもよい。
【００１４】
また、本発明装置は、水域の水質を改善する水質改善装置であって、
内部に暗室をなす遮光路が形成された遮光容器と、
前記遮光路の上流端に連なり、前記前記水域の水面付近の水性植物及び水を含む流動体を取り込む導入部と、
前記遮光路の下流端に連なり、前記流動体を排出する排出部と、
を備え、前記流動体が前記遮光路内を流通する期間が、前記水性植物の少なくとも一部が暗室環境下で枯死する期間以上になるよう、前記遮光路の流路長及び流路断面積並びに前記流動体の取り込み流量が設定されていることを特徴とする。
これによって、前記水を遮光容器内における流通期間中に確実に水質改善できる。前記水を連続的に遮光路に流し、連続的に処理できる。遮光容器に先に導入された水を確実に先に遮光容器から出すことができる。遮光容器に後から導入された水が先に導入された水よりも先に排出されるのを確実に防止できる。
【００１５】
前記遮光容器が、樹脂を含む遮光性材質にて構成されていることが好ましい。遮光容器の主成分を樹脂にすることで材料コストを低くできる。
【００１６】
前記排出部に、前記流動体中のガスを収集する収集部を接続することが好ましい。これによって、メタンが大気中に放出されるのを防止でき、温暖化の促進を防止又は抑制できる。前記収集部は、前記排出部に対して機能的に、すなわち排出部からのガスを収集可能に接続されていればよく、排出部に物理的に接続されている必要はない。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、水域の水面付近の水性植物を減らして水質を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る水質改善装置を水域での使用状態で示す、図２のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【図２】図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う前記水質改善装置の断面図である。
【図３】図３は、本発明の第２実施形態に係る水質改善装置の断面図である。
【図４】図４は、本発明の第３実施形態に係る水質改善装置の断面図である。
【図５】図５は、本発明の第４実施形態に係る水質改善装置の断面図である。
【図６（ａ）】図６（ａ）は、水質改善装置の遮光容器の変形例（本発明の第５実施形態）を示し、図６（ｂ）のＶＩａ−ＶＩａ線に沿う上記遮光容器の平面断面図である。
【図６（ｂ）】図６（ｂ）は、図６（ａ）のＶＩｂ−ＶＩｂ線に沿う上記遮光容器の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１及び図２は、本発明の第１実施形態を示したものである。本発明の水質改善は、湖、沼、池等の水域１０に適用される。水域１０の水２の流れは充分に小さい。より好ましくは、水２が滞留している。水域１０に上流河川１１が流入していてもよい。水域１０から下流河川１２が流出していてもよい。河川１１，１２に代えて地下水脈であってもよい。
【００２０】
水域１０内の水２にはアンモニア、硝酸、亜硝酸、燐酸等の栄養塩が含まれている。また、上流河川１１に生活排水が混じっていると、それが水域１０に流れ込むことで、水２の栄養塩濃度が一層高くなる。
【００２１】
水域１０の水面付近（水面上又は水面近くの水中）には、藻類やウキクサ等の水生植物２１が浮遊している。水生植物２１は、上記栄養塩を養分として吸収しながら光合成を行なって繁殖する。
【００２２】
図１に示すように、水域１０には水質改善装置３が設置されている。水質改善装置３は、装置本体３０と、ポンプ４０と、収集部５０を備えている。装置本体３０は、管状の遮光容器３１と、管状の導入部３２と、管状の排出部３４を含み、全体として管状（長い容器状）になっている。
【００２３】
遮光容器３１を含む装置本体３０の全体が、遮光性の材質にて構成されている。上記遮光性材質は、好ましくは樹脂を主成分として含む。遮光性材質として、樹脂とアルミ箔の積層膜や、黒色系の着色剤を練り込んだ樹脂等が挙げられる。遮光性材質の主成分を構成する樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等が挙げられる。装置本体３０の外壁の肉厚は、例えば５μｍ〜５００μｍ程度である。
【００２４】
遮光容器３１は、導入部３２及び排出部３４よりも充分に大きな流路断面積を有する管状になっている。上述したように、遮光容器３１が遮光性材質にて構成されていることから、遮光容器３１の内部が暗室をなす遮光路３１ａ（遮光室）になっている。遮光路３１ａは流動体２０で満たされている。流動体２０は、水域１０の水面付近の水２及び該水２に担持された水性植物２１等の浮遊物が導入部２３を介して取り込まれたものである。更に、遮光路３１ａの底部には、沈殿物２２が堆積している。沈殿物２２は、主に上記水性植物２１の枯死体によって形成されたヘドロである。
環状の遮光容器３１の太さ、ひいては環状の遮光容器３１の長さ方向と直交する流路断面積Ａは、全長にわたって一定である必要は無く、例えば遮光容器３１の中央部を両端部より太くしてもよい。
【００２５】
図２に示すように、遮光容器３１の長さ方向と直交する断面は、扁平な円形になっている。遮光路３１ａの流路長Ｌ及び流路断面積Ａは、水が遮光路３１ａを通過するのに１日〜７日程度要する大きさになるように、流動体２０の取り込み流量との関係で設定されている。遮光容器３１の大きさは、水域１０の規模、処理すべき水の量等に応じて適宜設定されるが、例えば流路長ＬはＬ＝１０ｍ〜５０００ｍ程度である。流路断面積Ａは、例えばＡ＝０．１ｍ２〜１００ｍ２程度、乃至はＡ＝１ｍ２〜１０ｍ２程度である。遮光容器３１の高さは例えば約０．５ｍ以上であり、水域１０の水２の対流の障害になるのを避ける観点からは、遮光容器３１の高さは水流れ水深の半分程度以下が好ましい。遮光容器３１の幅は例えば約２ｍ程度である。流動体２０の取り込み流量については後述する。
【００２６】
遮光容器３１は、水域１０の底部（水底）に配置されている。水底の帯状部分１０ｂが管状の遮光容器３１で覆われる。帯状部分１０ｂの長さは、遮光容器３１の長さＬに対応する。帯状部分１０ｂの幅は、遮光容器３１の幅に対応する。水底の帯状部分１０ｂ以外の部分１０ａは、遮光容器３１に隠れることなく露出している。露出部分１０ａは、帯状部分１０ｂより充分に広い。
【００２７】
遮光容器３１の一端（上流端）に導入部３２が連なっている。導入部３２は、遮光容器３１と同じ遮光性材質からなり、遮光容器３１と一体形成されている。
なお、導入部３２が遮光容器３１とは異なる材質にて構成されていてもよい。導入部３２は、遮光性を有していなくてもよい。
【００２８】
導入部３２は、管状の遮光容器３１より細い管状になっている。導入部３２は、上下に延びている。導入部３２の上端部は、水域１０の水面付近に位置している。導入部３２の下端部が遮光容器３１に一体に連なっている。導入部３２の直径は、例えば数ｃｍ〜数十ｃｍ程度であり、好ましくは１０ｃｍ〜２０ｃｍ程度である。
【００２９】
導入部３２の上端部にポンプ４０が設けられている。ポンプ４０は、液体と一緒に固体をも吸い込んで吐出可能なポンプであることが好ましい。このようなポンプ４０として、例えば羽根ポンプ等の遠心式ポンプが挙げられる。ポンプ４０は、浮き（図示省略）によって水域１０の水面に浮かぶように支持されている。水域１０の水深が浅い（例えば数ｍ程度である）場合は、水底から支柱を立設し、この支柱の上端部にポンプ４０を支持させてもよい。
【００３０】
ポンプ４０の周側面には、吸込口４１が設けられている。好ましくは、複数の吸込口４１がポンプ４０の周方向に間隔を置いて設けられている。或いは、吸込口４１は、ポンプ４０の周方向に沿う環状になっている。ポンプ４０は、ほぼ全方向（３６０度）から流動体２０を取り込むことができる。吸込口４１には、木切れや浮遊ゴミ等の邪魔な固形物の侵入を防止する網を設けることが好ましい。ポンプ４０の底部には、吐出口４２が設けられている。この吐出口４２に導入部３２の上端部（上流端）が接続されている。ポンプ４０の駆動によって、水面付近の水２及び水性植物２１を含む流動体２０が取り込まれ、導入部３２を介して遮光容器３１へ送られる。流動体２０の取り込み流量は、例えば０．１ｍ３／分〜１０ｍ３／分程度である。
【００３１】
図１に示すように、遮光容器３１の他端（導入部３２とは反対側の下流端）に排出部３４が連なっている。排出部３４は、遮光容器３１と同じ遮光性材質からなり、遮光容器３１と一体形成されている。
なお、排出部３４が遮光容器３１とは異なる材質にて構成されていてもよい。排出部３４は、遮光性を有していなくてもよい。
【００３２】
排出部３４は、管状の遮光容器３１より細い管状になっている。排出部３４の直径は、例えば数ｃｍ〜数十ｃｍ程度であり、好ましくは１０ｃｍ〜２０ｃｍ程度である。排出部３４は、水底の遮光容器３１から水面へ向けて上へ延びている。排出部３４の先端の排出口３４ｅは、水域１０の水面近くの水中に配置されている。しかも、排出口３４ｅは、水域１０における河川１２の流出部の付近の岸辺に配置されている。水域１０の岸辺に排出部３４の先端部を支持する支持部材を設置してもよい。排出部３４の先端部を浮きによって支持してもよい。なお、排出口３４ｅを岸辺から離して水域１０の中央部に配置してもよい。または、排出部３４を河川１２まで延ばしてもよく、排出口３４ｅを河川１２の水中又は水面上に配置してもよい（図４参照）。或いは、排出口３４ｅを別の水域に配置してもよい。
【００３３】
排出部３４の先端に収集部５０が接続されている。収集部５０は、排出部３４に対して機能的（排出部３４からのガスを収集可能）に接続されていればよく、排出部３４に物理的に接続されている必要はない。収集部５０は、捕捉器５１と、ガス路５２を含む。捕捉器５１は、逆さ漏斗状ないしは底部開口の容器状になっている。捕捉器５１は、排出口３４ｅの真上に少し離れて排気口３４ｅに被さるように配置されている。捕捉器５１は、水面の少し上に配置されているが、捕捉器５１の全部または下側部が水中に漬かっていてもよい。排出口３４ｅからの流出体にガスが含まれていると、このガスが上昇して捕捉器５１に捕捉される。捕捉器５１からガス路５２が延びている。ガス路５２が利用部５３に接続されている。上記捕捉されたガスが、ガス路５２を介して利用部５３へ供給される。利用部５３は、上記ガスからメタン（CH4）を抽出して精製する抽出・精製部や、精製したメタンガスを貯留するボンベを含む。利用部５３が、メタンの燃焼部を含んでいてもよい。
【００３４】
上記構成の水質改善装置３を用いて水域１０の水質を改善する方法を説明する。
ポンプ４０を駆動して、水域１０の水面付近の水２及び水生植物２１を含む流動体２０を吸込口４１から取り込む。この流動体２０を、導入部３２を経て、遮光容器３１内の遮光路３１ａに送る。流動体２０は、遮光路３１ａ内を下流側（図１において右）へ流れる。
【００３５】
遮光路３１ａは暗室環境であるために水生植物２１が光合成できない。また、遮光路３１ａ内の水中の溶存酸素は、当該水性植物２１自身やバクテリア等の他の生物の生命活動によって消費され、欠乏してくる。そのため、やがて水性植物２１が枯死する。流動体２０は、水性植物２１の少なくとも一部が枯死するまで、遮光路３１ａ内を下流へ向けて流通しながら遮光路３１ａ内に留まる。水性植物２１が枯死するまでの期間は、遮光路３１ａへの導入から大略１日〜２日間程度である。流動体２０が遮光路３１ａ内を流通する期間が上記枯死までの期間（１日〜２日間程度）以上になるよう、遮光容器１３の流路長Ｌ及び流路断面積Ａ、並びにポンプ４０による流動体２０の取り込み流量を設定する。なお、ポンプ４０は、連続的に駆動してもよく、ある時間間隔で間欠的に駆動してもよい。
【００３６】
例えば、水域１０が、面積約５ｈａ、平均深さ５ｍの沼であり、河川１１から生活排水が水域１０に１日当たり平均１０００ｍ３程度流れ込むものとする。この場合、ポンプ４０によって毎分１００Ｌ（１日当たり１４４ｍ３）の水２を、導入部３２を経て、流路断面積Ａ＝２ｍ２程度の遮光路３１ａに送る。この場合、遮光路３１ａの長さＬをＬ＝１４４ｍ程度にすることで、水性植物２１を充分に枯死させることができる。水性植物２１の枯死体は、酸素等が抜けることで遮光路３１ａ内の底部に沈降して堆積し、沈殿物２２（ヘドロ）となる。水性植物２１の枯死沈降によって、遮光路３１ａ内の流動体２０の殆どが水２３（液成分）だけになる。
【００３７】
また、遮光路３１ａ内は、酸素の欠乏によって嫌気環境になる。そのため、嫌気性細菌の活動が活発になる。嫌気細菌は、遮光路３１ａ内の水中の有機物を分解して酸化させるとともに窒素含有栄養塩（硝酸イオン、亜硝酸イオン等）を還元させる（式１）。これによって、遮光路３１ａの下流に向かうにしたがって、水２３の脱窒が進み、栄養塩のうち特に窒素含有塩の濃度が低下する。このようにして、水２３を水質改善できる。この水質改善された水２３を、遮光路３１ａから排出部３４に送出し、排出口３４ｅから水域１０へ戻し、又は河川１２へ排出する。水２３を河川１２に排出した場合、水２３に含まれていた水溶性有機物や未分解栄養塩も一緒に河川１２に流出するが、河川１２は、湖沼等の水域１０とは違って淀みがなく溶存酸素量が多いために、上記水溶性有機物や未分解栄養塩を速やかに分解できる。
【００３８】
一方、遮光路３１ａの底部のヘドロ２２は、嫌気性細菌によって発酵して分解され、メタンや水素等のガスを放出する（式２）。遮光容器３１の内壁の上側部には、上記ヘドロ２２からのガスや、上記窒素含有栄養塩の還元ガス等が溜まる。このガス２４が、流動体２０と共に遮光路３１ａの下流側へ流れ、更に排出部３４を通って排出口３４ｅから水２３と一緒に排出される。排出後のガス２４は、水２３から分離されて水面上へ出て捕捉器５１にて捕捉される。したがって、ガス２４中のメタンが環境に放出されるのを防止でき、温暖化の促進を防止又は抑制できる。捕捉したガス２４は、ガス路５２を経て利用部５３に送る。利用部５３において、ガス２４からメタンを抽出して燃料等として活用できる。
なお、メタンを利用部５３には送らずに、捕捉部５１にて捕捉後、燃焼させて炭酸ガスに変換して、大気に放出してもよい。その場合でも、メタンをそのまま大気に放出するよりも温暖化係数を小さくできる。
【００３９】
遮光路３１ａ内のヘドロ２２の堆積量が大きくなったときは、ポンプ４０の出力を高くし、ヘドロ２２を排出部３４へ押し出して排出口３４ｅから排出することにしてもよい。ヘドロ２２には、生体時の水性植物２１が養分として吸収したリンが含まれている。したがって、上記排出したヘドロ２２を肥料として利用できる。或いは、上記ヘドロ３３を燃料として利用してもよい。これによって、ヘドロ２２を資源化できる。
ヘドロ２２を遮光容器３１内において完全に分解させてメタン化してもよい。
【００４０】
水質改善装置３によれば、遮光容器３１を水域１０の水底に設置したとしても、水底の帯状の一部分１０ｂだけが遮光容器３１で覆われるに留まり、水底の状態を面的に広範囲にわたって変えてしまうことはなく、生物の生息環境を悪化させるおそれが小さい。また、水２を連続的に改善処理でき、所要コストも小さくできる。
【００４１】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において、既述の形態と重複する構成に関しては、図面に同一符号を付して説明を適宜省略する。
図３は、本発明の第２実施形態を示したものである。第２実施形態の水質改善装置３Ａでは、ポンプ４０が水域１０の水底に設置されている。したがって、ポンプ４０を安定的に固定できる。ポンプ４０の上部に吸込口４１が設けられ、ポンプ４０の側部に吐出口４２が設けられている。
【００４２】
更に、第２実施形態では、導入部３２が、遮光容器３１から分離されている。導入部３２は、ポリエチレン等の硬質の樹脂管にて構成されていてもよく、ステンレス等の金属管にて構成されていてもよい。導入部３２は、鉛直に向けられ、その下端部が吸込口４１に連結されている。導入部３２の上端部が、上向きに開口された状態で水面近くの水中に配置されている。導入部３２の上端開口には、木切れや浮遊ゴミ等の邪魔な固形物の侵入を防止する網（図示省略）を設けることが好ましい。
【００４３】
ポンプ４０の吐出口４２に遮光容器３１の上流端が直接的に連なっている。導入部３２と遮光容器３１の間にポンプ４０が介在されている。
【００４４】
第２実施形態によれば、ポンプ４０の駆動によって、水面付近の水２及び水性植物２１を含む流動体２０が、導入部３２の上端開口から導入部３２内に吸い込まれる。そして、ポンプ４０を経て、遮光路３１ａへ送り込まれる。
【００４５】
本発明において、流動体２０を装置本体３０に取り込んで流通させる駆動源４０は必ずしも必要でない。図４は、本発明の第３実施形態を示したものである。第３実施形態の水質改善装置３Ｂでは、ポンプ４０が省略されている。遮光容器３１と一体をなす導入部３２の上端部（上流端）が、水域１０の水面付近の水中に上向きで配置されている。導入部３２の上端部は、浮き等によって支持されている。好ましくは、導入部３２の上端開口に網を設ける点は第２実施形態と同様である。
【００４６】
排出部３４は、水域１０から流出河川１２へ延ばされている。排出部３４の先端の排出口３４ｅは、河川１２の水中に配置されている。排出口３４ｅを河川１２の水面上に配置してもよい。
【００４７】
第３実施形態において重要な点は、排出部３４の排出口３４ｅが、導入部３２の上端開口より低所に配置されていることである。この高低差によって、水域１０の水面付近の水２及び水性植物２１を含む流動体２０が導入部３２内に入り込んで遮光路３１ａへ送られ、更に遮光路３１ａを流通した後、排出部３４を経て、排出口３４ｅから排出される。したがって、ポンプ４０等の駆動源が不要であり、設備コストを一層低減できる。また、導入部３２の上端開口と排出口３４ｅの高低差を調節することによって、流動体２０の取り込み流量を調節でき、更には遮光路３１ａ内での流動体２０の流速を調節でき、ひいては流動体２０が遮光路３１ａ内に留まる期間を調節できる。更に、排出部３４又は導入部３２に流量調節弁を設けて、流動体２０の流速を調節し、ひいては流動体２０が遮光路３１ａ内に留まる期間を調節してもよい。
【００４８】
図５は、本発明の第４実施形態を示したものである。第４実施形態では、水域１０の河川１２への流出部に堰６が設けられている。堰６は開閉可能及び開度調節可能であることが好ましい。堰６を閉めたり開度を調節したりすることによって、水域１０の流れを抑えることができる。これによって、水性植物２１を水２と一緒に装置本体３０に確実に取り込むことができる。
【００４９】
遮光容器３１は、必ずしも管状でなくてもよい。
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、本発明の第５実施形態を示したものである。第５実施形態は、遮光容器の変形例に係る。装置本体３０Ｂの遮光容器３３は、箱形ないしは直方体形をしている。遮光容器３３の内部には１又は複数（図では２つ）の仕切り３５が設けられている。これら仕切り３５によって、遮光容器３３の内部に、１つの遮光路３３ａが形成されている。遮光容器３３が遮光性材質にて構成され、遮光路３３ａが暗室である点は、既述の実施形態と同様である。図６（ａ）に示すように、遮光路３３ａは、ジグザグ（つづら折り状）になっている。なお、遮光路３３ａを迷路状（ラビリンス状）にしてもよい。遮光路３３ａの一端（上流端）に導入部３２が接続されている。遮光路３３ａの他端（下流端）に排出部３４が接続されている。この変形例では、導入部３２及び排出部３４が、遮光容器３３の互いに反対側の壁に接続されているが、これら導入部３２及び排出部３４が遮光容器３３の互いに同じ側の壁に接続されていてもよい。
【００５０】
水性植物２１及び水２を含む流動体２０が、導入部３２から遮光路３３ａに導入される。流動体２０が遮光路３３ａに沿って流れる過程で、水性植物２１が漸次枯死する。したがって、遮光路３３ａの下流側の部分になるほど、水質改善が進む。
【００５１】
上記箱形の遮光容器３３が水域１０の水底に設置されている。水底の遮光容器３３にて覆われた部分１０ｃは、四角形になっている。これによって、遮光容器によって影響を受ける水底部分をコンパクトにできる。
【００５２】
この発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変をなすことができる。
例えば、遮光容器３１は、必ずしも遮光性材料にて構成されている必要はない。水域１０が深くて、遮光容器３１を光が届かない深部に設置できる場合は、遮光容器３１が遮光性でなくても、容器内部３１ａを暗室環境にできる。
実施形態では、遮光容器３１が水底に設置されているが、これに限られず、遮光容器３１を水域１０の水中に浮遊させてもよく、水面上に浮かべて配置してもよい。そうすると、水底の環境への影響を一層小さくできる。或いは、遮光容器３１を地上に設けて、水域１０と地上の遮光容器３１とを導入部３２にて連結してもよい。地上の建造物内に遮光容器３１を収容してもよい。上記建造物の収容室を暗室にすれば、遮光容器３１自体が遮光性でなくても、容器内部３１ａを暗室環境にできる。
遮光容器３１内において、流動体２０が下流側へ流通せずに、静流状態で滞留していてもよい。
遮光容器３１が１つの出入り口を有していてもよい。この出入り口を導入部３２と排出部３４として兼用してもよい。流動体２０を上記出入り口から遮光容器３１内に導入して、水性植物２１の少なくとも一部が枯死する期間中、上記流動体２０を遮光容器３１内に静流状態で滞留させ、上記期間の経過後、上記流動体２０を上記出入り口から排出してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、湖沼や池等の水を改善するのに適用可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 水域
１０ａ 水底の露出部分
１０ｂ，１０ｃ 水底の遮光容器にて覆われた部分
１１ 流入河川
１２ 流出河川
２ 水域の水
２０ 流動体
２１ 水生植物
２２ 沈殿物（ヘドロ）
２３ 水質改善中又は水質改善された水
２４ ガス
３，３Ａ，３Ｂ 水質改善装置
３０，３０Ｂ 装置本体
３１ 遮光容器
３１ａ 遮光路（暗室をなす容器内部）
３２ 導入部
３３ 遮光容器
３３ａ 遮光路（暗室をなす容器内部）
３４ 排出部
３４ｅ 排出口
４０ ポンプ
４１ 吸込口
４２ 吐出口
５０ 収集部
５１ 捕捉器
５２ ガス路
５３ 利用部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水域の水質を改善する水質改善方法であって、
前記水域の水面付近の水性植物及び水を含む流動体を遮光容器の暗室をなす内部に導入し、前記流動体を前記水性植物の少なくとも一部が枯死するまで前記遮光容器内に留まらせ、その後、前記流動体のうち少なくとも水を前記遮光容器から排出することを特徴とする水質改善方法。
【請求項２】
前記流動体を、前記遮光容器内の遮光路の上流端から前記遮光路に導入し、かつ前記遮光容器内に留まる期間中、前記遮光路の下流側へ向けて流し、その後、前記遮光路の下流端から排出することを特徴とする請求項１に記載の水質改善方法。
【請求項３】
前記流動体中の水が前記遮光容器内に留まる期間が、１日〜７日であることを特徴とする請求項１又は２に記載の水質改善方法。
【請求項４】
前記遮光容器を前記水域の水底に配置することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の水質改善方法。
【請求項５】
前記排出する流動体から分離したガスを収集することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の水質改善方法。
【請求項６】
前記遮光容器に溜まった沈殿物を前記遮光容器から排出して燃料又は肥料として供することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の水質改善方法。
【請求項７】
水域の水質を改善する水質改善装置であって、
内部に暗室をなす遮光路が形成された遮光容器と、
前記遮光路の上流端に連なり、前記前記水域の水面付近の水性植物及び水を含む流動体を取り込む導入部と、
前記遮光路の下流端に連なり、前記流動体を排出する排出部と、
を備え、前記流動体が前記遮光路内を流通する期間が、前記水性植物の少なくとも一部が暗室環境下で枯死する期間以上になるよう、前記遮光路の流路長及び流路断面積並びに前記流動体の取り込み流量が設定されていることを特徴とする水質改善装置。
【請求項８】
前記遮光容器が管状であることを特徴とする請求項７に記載の水質改善装置。
【請求項９】
前記遮光容器が、樹脂を含む遮光性材質にて構成されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の水質改善装置。
【請求項１０】
前記排出部に、前記流動体中のガスを収集する収集部を接続したことを特徴とする請求項７〜９の何れか１項に記載の水質改善装置。
【請求項１】
水域の水質を改善する水質改善方法であって、
前記水域の水面付近の水性植物及び水を含む流動体を遮光容器の暗室をなす内部に導入し、前記流動体を前記水性植物の少なくとも一部が枯死するまで前記遮光容器内に留まらせ、その後、前記流動体のうち少なくとも水を前記遮光容器から排出することを特徴とする水質改善方法。
【請求項２】
前記流動体を、前記遮光容器内の遮光路の上流端から前記遮光路に導入し、かつ前記遮光容器内に留まる期間中、前記遮光路の下流側へ向けて流し、その後、前記遮光路の下流端から排出することを特徴とする請求項１に記載の水質改善方法。
【請求項３】
前記流動体中の水が前記遮光容器内に留まる期間が、１日〜７日であることを特徴とする請求項１又は２に記載の水質改善方法。
【請求項４】
前記遮光容器を前記水域の水底に配置することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の水質改善方法。
【請求項５】
前記排出する流動体から分離したガスを収集することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の水質改善方法。
【請求項６】
前記遮光容器に溜まった沈殿物を前記遮光容器から排出して燃料又は肥料として供することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の水質改善方法。
【請求項７】
水域の水質を改善する水質改善装置であって、
内部に暗室をなす遮光路が形成された遮光容器と、
前記遮光路の上流端に連なり、前記前記水域の水面付近の水性植物及び水を含む流動体を取り込む導入部と、
前記遮光路の下流端に連なり、前記流動体を排出する排出部と、
を備え、前記流動体が前記遮光路内を流通する期間が、前記水性植物の少なくとも一部が暗室環境下で枯死する期間以上になるよう、前記遮光路の流路長及び流路断面積並びに前記流動体の取り込み流量が設定されていることを特徴とする水質改善装置。
【請求項８】
前記遮光容器が管状であることを特徴とする請求項７に記載の水質改善装置。
【請求項９】
前記遮光容器が、樹脂を含む遮光性材質にて構成されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の水質改善装置。
【請求項１０】
前記排出部に、前記流動体中のガスを収集する収集部を接続したことを特徴とする請求項７〜９の何れか１項に記載の水質改善装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６（ａ）】
【図６（ｂ）】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６（ａ）】
【図６（ｂ）】
【公開番号】特開２０１３−６８６（Ｐ２０１３−６８６Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３５５９３（Ｐ２０１１−１３５５９３）
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
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