JP2004136155A - ダム放流水改質装置およびダム放流水改質方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電源などの動力源を使用することなくダム放流水の水質を改善することができ、耐久性にも優れたダム放流水改質技術を提供する。
【解決手段】放流用取水口３ａから流入したダム湖２の水は放流用管路３、止水弁４および放流管５を経由して、ダム１の下流側に配置された堤外バルブ室６ｂ内へ送り込まれ、その一部は止水弁１３を通過してダム放流水改質装置７へ送給され、残部はコーンスリーブバルブ８で水勢、水量を調整されて水槽９内に放流される。ダム放流水改質装置７へ送給されたダム放流水は放流水送給路１４を通過して微細気泡発生器１２内へ流入して改質処理され微細気泡含有水ＢＷとなって水槽９内へ放出され、ダム放流水と混合された後、放流水路１０，１１を経由して余剰水、維持用水、上水用水などとして放流される。
【選択図】 図１
【解決手段】放流用取水口３ａから流入したダム湖２の水は放流用管路３、止水弁４および放流管５を経由して、ダム１の下流側に配置された堤外バルブ室６ｂ内へ送り込まれ、その一部は止水弁１３を通過してダム放流水改質装置７へ送給され、残部はコーンスリーブバルブ８で水勢、水量を調整されて水槽９内に放流される。ダム放流水改質装置７へ送給されたダム放流水は放流水送給路１４を通過して微細気泡発生器１２内へ流入して改質処理され微細気泡含有水ＢＷとなって水槽９内へ放出され、ダム放流水と混合された後、放流水路１０，１１を経由して余剰水、維持用水、上水用水などとして放流される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダム放流水の流下水域の水質を魚介類などの生息に適した水質に改善する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１７に示すように、一般にダム９０の上流側には流れ込む水によってダム湖９１が形成されており、梅雨などの増水時期にはダム９０の上部に設けられた越流部９０ａよりダム湖９０の水は放流されるが、平常時はダム９０に設けられた複数の放流用取水口９２ａから放流用管路９２を経由して下流側へ放流されている。放流用管路９２は堤内バルブ室９４ａ内の止水弁９３を経由して、堤外バルブ室９４ｂへ配管されている。
【０００３】
放流用取水口９２ａから流入したダム湖９１の水は放流用管路９２および止水弁９３を通り、ダム９０の下流側に配置された堤外バルブ室９４ｂ内のコーンスリーブバルブ９５によって水勢、水量が調整されて水槽９６内に放流された後、放流水路９７，９８などを経由し余剰水、維持用水、上水用水などとして放流されている。
【０００４】
ダム湖９１に貯留されている水に溶存している酸素は、ダム湖９１の底部に流入する有機物を分解する微生物によって消費されていくため、時間経過に伴って溶存酸素量は徐々に減少していく傾向にあり、ダム湖９１における滞留時間の長期化に伴って酸素不足の状態となっている。
【０００５】
一方、ダム湖９１からの放流水に空気が混在していると放流過程においてキャビテーション・エロージョンなどを生じて放流用管路９２などを破損するおそれがあるため、放流経路を通過中の放流水に空気が混入するのを防止する様々な工夫がなされている。したがって、通常の河川を流れる水に比べ、ダム放流水は極度の酸素不足状態となっている。
【０００６】
このように酸素不足状態にあるダム湖９１の水を下流域へ放流しているため、ダム放流水が流れ込む河川の水質は徐々に悪化していき、魚介類やその他の水棲生物が生息できない状態となっているのが実状である。なお、ダム放流水が流入する河川の水質が悪化する原因は溶存酸素量の極度の低下と富栄養化にあるものと考えられる。
【０００７】
従来、河川や閉鎖水域などの水質を改善する技術としては、プランジャポンプを用いるとともにセラミックスおよび磁石などを併用して水中へ微細気泡を送り込むもの（例えば、特許文献１参照。）、ブロワーを用いて微細気泡を供給するもの（例えば、特許文献２参照。）あるいは旋回気液混合流形成装置を用いて発生させた微細気泡を水中へ供給するもの（例えば、特許文献３参照。）などがある。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−７９５５７号公報（第４−６頁、第３図）
【特許文献２】
特開２００１−３２１７９０号公報（第３−５頁、第１図）
【特許文献３】
特開平９−３１４１９０号公報（第３−５、第２図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１，２に記載されている浄化装置はいずれもモータで稼動するものであるため、実際に使用する場合には何らかの電源設備が必要である。また、これらの河川浄化装置は複雑な構造であり部品点数も多いので故障要因も多く、定期的なメンテナンスなども必要であり耐久性にも不安がある。さらに、導入するに当たっては重機の使用や大掛かりな工事などを必要とするので、既設のダムなどに簡単に導入することが困難である。
【００１０】
また、特許文献１，２に記載の浄化装置は、水中の溶存酸素を高め、微生物による汚濁物質の分解を促進したり、汚濁物質を酸化安定化したりすることによって水質浄化を行うものであるが、微生物による分解作用は微生物が活発に活動する春から秋までの期間は活発であるものの、冬になると分解作用が大幅に低下するので水質浄化機能が低下することとなり、水棲生物に有害なアンモニアなどを除去する機能もない。さらに、梅雨時期などに汚濁水が流入すると、酸化によって安定化された汚濁物質が還元されて河川水中へ再溶出するおそれもある。
【００１１】
特許文献３に記載の浄化装置は、数μｍ〜数１００μｍの径を有する微細気泡を水中へ供給することができるので、特許文献１，２に記載の浄化装置より優れた浄化機能を発揮するのであるが、水と空気との混合物を当該浄化装置に送給する方式であるため、水の送給経路に何らかの空気混合手段を設ける必要がある。また、水と空気との混合物の通過経路などにおいてはキャビテーションが発生しやすくなるので、キャビテーション・エロージョンや振動などの弊害が生じる可能性が高い。
【００１２】
また、特許文献３に記載の浄化装置においては、有蓋円筒体内に出現する竜巻状または縄状の気液分離形状（負圧空洞部）の上端部分が有蓋円筒体の蓋部内面に接触しているため、この接触部分にキャビテーション・エロージョンが発生しやすく、短期間のうちに蓋部などが破壊されるおそれがある。
【００１３】
本発明が解決しようとする課題は、電源などの動力源を使用することなくダム放流水の水質を改善することができ、耐久性にも優れたダム放流水改質装置と、微細気泡含有水を放出する機能を有する装置を用いたダム放流水改質方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１のダム放流水改質装置は、中心軸の周りを流体が旋回可能な筒状旋回室と、筒状旋回室の周面の接線方向から筒状旋回室内に水を導入するため筒状旋回室の周面に開設された水導入口と、筒状旋回室内へ空気を供給するため筒状旋回室の中心軸方向の一方の隔壁に開設された空気導入口と、筒状旋回室から流体を放出するため筒状旋回室の中心軸方向の他方の隔壁に開設された流体放出口とを有する微細気泡発生器と、微細気泡発生器の水導入口へダム放流水の少なくとも一部を送給する放流水送給路と、微細気泡発生器の空気導入口へ空気を送給する空気導入路とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
放流水送給路を経由して送給されるダム放流水を水導入口を経由して筒状旋回室内へ導入すると、ダム放流水が有する水頭差エネルギにより筒状旋回室内に旋回流が発生し、この旋回流のほぼ中心軸に沿って両端が括れた円筒状の負圧空洞部が出現し、この負圧空洞部の一方の端部は筒状旋回室の一方の隔壁にある空気導入口付近に位置するとともに負圧空洞部の他方の端部は筒状旋回室の他方の隔壁にある流体放出口付近に位置する。このため、負圧空洞部の負圧によって空気導入口付近にも負圧が生じ、この負圧に起因する吸引力により空気導入路を経由して吸引された空気が空気導入口から筒状旋回室内の負圧空洞部内へ流入し、筒状旋回室内に導入された放流水とともに旋回流を形成する。
【００１６】
負圧空洞部内へ流入した空気は、筒状旋回室内に発生している旋回流に連行され流体放出口から放出されるのであるが、このとき、負圧空洞部の流体放出口側の端部において旋回流によってねじ切られて微細気泡となり、旋回流を形成する水とともに流体放出口から微細気泡含有水となって放出される。
【００１７】
一方、負圧空洞部と旋回流の気液界面付近における旋回流内の液圧は負圧空洞部の負圧によって減圧されるため、旋回流を形成するダム放流水中に溶存している窒素、アンモニアなどの空気は減圧沸騰現象によって微細気泡となって旋回流中に出現するとともに、これらの微細気泡は気液の比重差により旋回流の中心軸付近に集積され、負圧空洞部内へ気化した後、微細気泡含有水とともに流体放出口から放出されることで、水中を浮上して大気中への放散が可能となるため、過剰の窒素などを除去することができる。
【００１８】
また、旋回流中にアンモニアが溶存している場合、前述の減圧沸騰現象により微細気泡となって旋回流中に出現し、これらの微細気泡は気液の比重差により、旋回流の中心軸付近に集積され負圧空洞部分内へと気化するが、負圧空洞部内へ気化したアンモニアは減圧されることによって反応式２ＮＨ３⇔Ｎ２＋３Ｈ２の平衡状態が右に移動して窒素と水素とに分解されるため、ダム放流水中に溶存しているアンモニアを分解除去することもできる。
【００１９】
微細気泡発生器から放出される微細気泡含有水は従来のダム放流水よりも溶存酸素量が大幅に増大しているだけでなく、過剰な窒素などは除去され、水棲生物に有害なアンモニアなども分解除去された状態にあり、微細気泡により浮遊物を凝集沈殿させたり、凝集浮上させたりする作用も具備しているため、このような微細気泡含有水をダム放流水に混入させて放流することによりダム放流水の水質を大幅に改善することができる。
【００２０】
このように第１のダム放流水改質装置を構成する微細気泡発生器は、ダム放流水が有する水頭差エネルギを利用して微細気泡含有水を生成するため、電源などの動力源を使用することなくダム放流水の水質を改善することができる。また、このダム放流水改質装置は、空気溶存量が極めて少ない状態にあるダム放流水をそのまま放流水送給路を経由して導入するので、放流水送給経路などにキャビテーション・エロージョンなどが発生しない。さらに、微細気泡発生器の筒状旋回室内に出現する負圧空洞部の一方の端部から空気を導入しながら他方の端部の延長方向に向かって微細気泡含有水を放出するのでこの負圧空洞部は筒状旋回室の中心軸付近に安定的に存在し続け、その両端もそれぞれ空気導入口付近および流体放出口付近に安定的に位置して壁面などに接触することがないので、微細気泡発生器内においてもキャビテーション・エロージョンが発生せず、耐久性に優れている。
【００２１】
また、本発明に係る第２のダム放流水改質装置は、中心軸の周りを流体が旋回可能な筒状旋回室と、筒状旋回室内へ水を導入するため筒状旋回室の一方の隔壁から筒状旋回室内へ突設され筒状旋回室の中心軸に対してねじれの位置をなす方向へ水を噴出可能な水噴出口を設けた水導入管と、水導入管側から筒状旋回室内の中心軸に沿って空気を供給するため筒状旋回室に連通して設けられた空気導入管と、筒状旋回室から流体を放出するため筒状旋回室の中心軸方向の他方の隔壁に開設された流体放出口とを有する微細気泡発生器と、微細気泡発生器の水導入管へダム放流水の少なくとも一部を送給する放流水送給路と、微細気泡発生器の空気導入管へ空気を送給する空気導入路とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
このような構成とすることにより、放流水送給路から微細気泡発生器の水導入管を経由して導入されたダム放流水を水噴出口から筒状旋回室内へ噴出させると、筒状旋回室内に旋回流が形成されるとともにその中心軸付近に負圧空洞部が出現し、前述した第１のダム放流水改質装置と同様の作用により、空気導入管を通して空気が筒状旋回室内へ吸い込まれ、流体放出口から微細気泡含有水が放出されるため、ダム放流水の改善を行なうことができる。また、筒状旋回室内に突設した水導入管の水噴出口から筒状旋回室の中心軸に対してねじれの位置をなす方向へ水を噴出するので、筒状旋回室内への水導入量が増加しても旋回流の形成に悪影響を及ぼすことがなく、大量のダム放流水を改質する場合に好適である。
【００２３】
このダム放流水改質装置においては、水導入管および流体放出口を筒状旋回室の中心軸と同軸上に配置することにより、水導入管の配管方向と筒状旋回室の中心軸方向とを一致させることが可能であるため装置のコンパクト化を図ることができ、特に、複数のダム放流水改質装置を配置する必要がある場合に、配置スペースの増大を最小限に抑制することができる。
【００２４】
また、本発明に係る第３のダム放流水改質装置は、中心軸の周りを流体が旋回可能な筒状旋回室と、筒状旋回室の周面の接線方向から筒状旋回室内に水を導入するため筒状旋回室の周面に開設された水導入口と、筒状旋回室から流体を放出するため筒状旋回室の中心軸方向の両隔壁に開設された流体放出口と、流体放出口に開口部を臨ませて配置した空気供給管とを有する微細気泡発生器と、微細気泡発生器の水導入口へダム放流水の少なくとも一部を送給する放流水送給路と、微細気泡発生器の空気供給管へ空気を導入する空気導入路とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
このような構成において、放流水送給経路から微細気泡発生器の水導入口を経由して筒状旋回室内へダム放流水を送給すると、ダム放流水が有する水頭差エネルギにより筒状旋回室内に旋回流が発生し、この旋回流のほぼ中心軸に沿って両端が括れた円筒状の負圧空洞部が出現し、負圧空洞部の両端部はそれぞれ筒状旋回室の両方の隔壁にある流体放出口付近に位置した状態となる。
【００２６】
このような負圧空洞部と旋回流の気液界面付近における旋回流内の液圧は負圧空洞部の負圧によって減圧されるため、旋回流を形成するダム放流水中に溶存している窒素、アンモニアなどの空気は減圧沸騰現象によって微細気泡となって旋回流中に出現するとともに、これらの微細気泡は気液の比重差により旋回流の中心軸付近に集積され、負圧空洞部内へ気化した後、微細気泡含有水となって流体放出口から放出されることで、水中を浮上し大気中への放散が可能となるため、過剰の窒素などを除去することができる。
【００２７】
一方、負圧空洞部の存在により流体放出口付近は負圧状態となるため、流体放出口に開口部を臨ませて配置された空気供給管には吸引力が発生し、この吸引力によって空気導入路を経由して吸い込まれた空気が開口部から流体放出口付近に供給されるが、負圧空洞部の負圧によりその端部と空気供給管の開口部との間に空気柱が出現し、この空気柱が流体放出口から放出される旋回流によってねじ切られることによって空気の微細気泡が発生し、前述した微細気泡含有水中に溶け込んで放出されるため、ダム放流水の改善を行なうことができる。
【００２８】
また、旋回流中にアンモニアが溶存している場合、前述の減圧沸騰現象により微細気泡となって旋回流中に出現し、これらの微細気泡は気液の比重差により、旋回流の中心軸付近に集積され負圧空洞部分内へと気化するが、負圧空洞部内へ気化したアンモニアは減圧されることによって反応式２ＮＨ３⇔Ｎ２＋３Ｈ２の平衡状態が右に移動して窒素と水素とに分解されるため、ダム放流水中のアンモニアを分解除去することもできる。
【００２９】
第３のダム放流水改質装置の場合、流体放出口は筒状旋回室の中心軸方向の両隔壁に合計２カ所開設されているため、流入量の増大にも対処可能であり、大量のダム放流水を改質することができる。空気供給管は流体放出口に開口部を臨ませて配置しているため、万一、空気導入路が閉塞して空気の供給が停止することがあっても筒状旋回室内の負圧が異常増大することがなく、負圧による微細気泡発生器の破壊を回避することができる。
【００３０】
さらに、本発明に係る第４のダム放流水改質装置は、中心軸の周りを流体が旋回可能な筒状旋回室と、筒状旋回室の周面の接線方向から筒状旋回室内に水を導入するため筒状旋回室の周面に開設された水導入口と、筒状旋回室内へ空気を供給するため水導入口に臨む位置に設けられた空気導入口と、筒状旋回室から流体を放出するため筒状旋回室の中心軸方向の他方の隔壁に開設された流体放出口とを有する微細気泡発生器と、微細気泡発生器の水導入口へダム放流水の少なくとも一部を送給する放流水送給路と、微細気泡発生器の空気導入口へ空気を送給する空気導入路とを備えたことを特徴とする。
【００３１】
このような構成とすることにより、放流水送給路から微細気泡発生器の水導入口を経由して筒状旋回室内へダム放流水を送給すると、前述した第１のダム放流水改質装置と同様の作用により、筒状旋回室内に旋回流および負圧空洞部が生じ、空気導入路から空気導入口を経由して筒状旋回室内へ空気が吸い込まれ、流体放出口から微細気泡含有水となって放出されるため、ダム放流水の改善を行なうことができる。また、空気導入口が水導入口に臨む位置に設けられているため、旋回室内に形成される負圧空洞部の負圧が極度に高まることがあっても水中の浮遊物などが空気導入口へ吸引されることがなく、浮遊物による空気導入路の閉塞が生じない。なお、第３のダム放流水改質装置では、空気供給管はその開口部を流体放出口に臨ませ、筒状旋回室の外部に露出した状態で配置されているが、このダム放流水改質装置では、外部に露出しない位置に空気導入口を配置しているため、取り扱いも容易である。
【００３２】
また、筒状旋回室の中心軸方向の一方の隔壁に開設された空気導入口を、筒状旋回室の中心軸に沿って内側へ突出させて配置するとともに、筒状旋回室の周面と空気導入口との間に凹曲面を設けることが望ましい。このような構成とすれば、筒状旋回室内に形成される負圧空洞部の一方の端部は流体放出口に位置し、他方の端部は筒状旋回室内側に突出した空気導入口に安定的に位置するようになるため、負圧空洞部の空気導入口側の端部が不安定に移動して筒状旋回室の隔壁にキャビテーション・エロージョンなどが生じるのを防止することができる。
【００３３】
次に、本発明のダム放流水改質方法は、ダム放流水の少なくとも一部および空気を導入し、ダム放流水の水頭差エネルギを利用して微細気泡含有水を放出する機能を有するダム放流水改質装置をダム下流に設置し、ダム放流水の少なくとも一部および空気をダム放流水改質装置に送給しダム放流水改質装置から放出される微細気泡含有水をダム放流水に混入させて放流することを特徴とする。
【００３４】
このような構成とすることにより、前述と同様の理由に基づき、電源などを用いることなくダム放流水の水質を大幅に改善することができる。この場合、前記ダム放流水改質装置として、前述した第１〜第４のダム放流水改質装置のいずれかを使用することが望ましい。
【００３５】
また、第１〜第４のダム放流水改質装置を構成する微細気泡発生器をダム放流水の流下水域内に浸漬することが望ましい。このような構成とすれば、前記放流水導出口から流出する微細気泡含有水を水圧が加わった状態でダム放流水に混入させて放流することができるため、溶存酸素量のさらなる増大を図ることができるとともにＢＯＤ，ＣＯＤ，ＳＳ，Ｔ−Ｎを低減することができる。
【００３６】
この場合、微細気泡発生器を水深０．５ｍ〜１．０ｍ程度の比較的浅い位置に配置すれば大気中への窒素などの排出が速やかに行われるが、水深８．０ｍ〜１０．０ｍ程度の比較的深い位置に配置すれば負圧による空気自吸機能が低下するので、０．５ｍ〜６．０ｍ程度が好適である。
【００３７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施形態であるダム放流水改質装置の構成を示す図、図２は図１の要部拡大図、図３は図１に示すダム放流水気質装置を構成する微細気泡発生器の斜視図、図４は図３におけるＡ−Ａ線断面図、図５は図３に示す微細気泡発生器の筒状旋回室の中心軸を含む断面図、図６は図３に示す微細気泡発生器における微細気泡含有水の生成状態を示す説明図である。
【００３８】
図１に示すように、ダム１の上流側にはダム湖２が形成され、梅雨などの増水時期にはダム１の上部に設けられた越流部１ａよりダム湖２の貯留水が放流されるが、平常時はダム１に設けられた複数の放流用取水口３ａから放流用管路３を経由して下流側へ放流されている。放流用管路３の開閉は、ダム１の堤内バルブ室６ａ内に設けられた止水弁４を操作することによって行われている。
【００３９】
放流用取水口３ａから流入したダム湖２の水は、放流用管路３、止水弁４および放流管５を経由して、ダム１の下流側に配置された堤外バルブ室６内へ送り込まれ、その一部は止水弁１３を経てダム放流水改質装置７へ送給され、残部はコーンスリーブバルブ８で水勢、水量を調整されて水槽９内に放流される。ダム放流水改質装置７へ送給されたダム放流水は放流水送給路１４を通過して微細気泡発生器１２内へ流入して改質処理された後、水槽９内へ放出され、ダム放流水と混合された後、放流水路１０，１１を経由し余剰水、維持用水、上水用水などとして放流される。
【００４０】
図２に示すように、ダム放流水改質装置７を構成する微細気泡発生器１２は、その全体が水槽９内の水Ｗの中に浸漬された状態を保つ位置に配置され、水槽９の内壁に打ち込まれたアンカー部材１８に係止された固定バンド１７を巻き付けることによって固定されている。微細気泡発生器１２は、後述する図３〜図５に示す空気導入口２２を上に向け、流体放出口２４を下に向け、筒状旋回室１９の中心軸１９ｃが垂直になる姿勢で固定されている。空気導入口２２には垂直な空気導入路１５が連結され、空気導入路１５の上端は空気導入部１６として大気中に開口している。空気導入路１５には、空気供給量を調整するための空気量調整バルブ２７と、空気の供給状態を表示する負圧計２８および流量計２９が取り付けられている。
【００４１】
図３〜図５に示すように、微細気泡発生器１２は、中心軸１９ｃの周りを流体が旋回可能な筒状旋回室１９と、筒状旋回室１９の周面１９ａ接線方向から筒状旋回室１９内に水（ダム放流水）を導入するため筒状旋回室１９の周面に開設された水導入口２０と、筒状旋回室１９内へ空気を供給するため筒状旋回室１９の中心軸１９ｃ方向の一方の隔壁２１の中心に開設された空気導入口２２と、筒状旋回室１９から流体を放出するため筒状旋回室１９の中心軸１９ｃ方向の他方の隔壁２３の中心に開設された流体放出口２４とを有している。そして、微細気泡発生器１２の水導入口２０へダム放流水の少なくとも一部を送給するための放流水送給路１４と、空気導入口２２へ空気を送給するための空気導入路１５とを設けることによってダム放流水改質装置７が形成されている。
【００４２】
放流水送給路１４を経由して送給されるダム放流水を水導入口２０を経由して筒状旋回室１９内へ導入すると、ダム放流水が有する水頭差エネルギにより、図４に示すように筒状旋回室１９内に旋回流Ｒが発生し、図６に示すように、この旋回流Ｒのほぼ中心軸に沿って下端が括れた円筒状の負圧空洞部Ｖが出現し、この負圧空洞部Ｖの上端部は筒状旋回室１９の上方の隔壁２１にある空気導入口２２付近に位置するとともに負圧空洞部Ｖの下端部は筒状旋回室１９の下方の隔壁２３にある流体放出口２４付近に位置する。
【００４３】
このため、負圧空洞部Ｖの負圧によって空気導入口２２付近にも負圧が生じ、この負圧に起因する吸引力により空気導入路１５を経由して大気中から吸引された空気が空気導入口２２から筒状旋回室１９内の負圧空洞部Ｖ内へ連続的に流入し、筒状旋回室１９内に導入された放流水とともに旋回流Ｒを形成する。
【００４４】
負圧空洞部Ｖ内へ流入した空気は、筒状旋回室１９内に発生している旋回流Ｒに連行され流体放出口２４から放出されるのであるが、このとき、負圧空洞部Ｖの流体放出口２４側の端部において旋回流Ｒによってねじ切られて微細気泡となり、旋回流Ｒを形成する水とともに流体放出口２４から微細気泡含有水ＢＷとなって流体放出口２４から水槽９内へ放出される。
【００４５】
一方、負圧空洞部Ｖと旋回流Ｒの気液界面付近における旋回流Ｒ内の液圧は負圧空洞部Ｖの負圧によって減圧されるため、旋回流Ｒを形成するダム放流水中に溶存している窒素、アンモニアなどの空気は減圧沸騰現象によって微細気泡となって旋回流Ｒ中に出現するとともに、これらの微細気泡は気液の比重差により旋回流の中心軸付近に集積され、負圧空洞部Ｖ内へ気化した後、微細気泡含有水ＢＷとともに流体放出口２４から放出され、やがて水Ｗ中を浮上して大気中へ放散されるため、ダム放流水中の過剰な窒素などを除去することができる。
【００４６】
また、旋回流Ｒ中にアンモニアが溶存している場合、前述の減圧沸騰現象により微細気泡となって旋回流Ｒ中に出現し、これらの微細気泡は気液の比重差により、旋回流Ｒの中心軸付近に集積され負圧空洞部Ｖ内へと気化するが、負圧空洞部Ｖ内へ気化したアンモニアは減圧されることによって反応式２ＮＨ３⇔Ｎ２＋３Ｈ２の平衡状態が右に移動して窒素と水素とに分解されるため、ダム放流水中のアンモニアを分解除去することもできる。
【００４７】
以上のようにして微細気泡発生器１２から放出される微細気泡含有水ＢＷは従来のダム放流水よりも溶存酸素量が大幅に増大しているだけでなく、過剰な窒素などは除去され、水棲生物に有害なアンモニアなども分解除去され水質が改善された状態にあり、微細気泡含有水ＢＷ中に存在する微細気泡により水中の浮遊物を凝集沈殿させたり、凝集浮上させたりする作用も具備しているため、このような微細気泡含有水ＢＷをダム放流水に混入させて放流することによりダム放流水全体の水質を大幅に改善することができる。
【００４８】
なお、図２に示すように、水槽９の下流側壁面には垂直断面が逆Ｌ字状の仕切板２５を設けているため、微細気泡含有水ＢＷ中の微細気泡の働きにより凝集浮上した浮遊物Ｆは放流水路１０の方へ流れ込むが、放流水路１１へ流入することはない。本実施形態において、微細気泡発生器１２を水槽９内の水深１．０ｍ程度の比較的浅い位置に配置したところ、大気中への窒素などの排出が速やかに行われた。
【００４９】
ダム放流水改質装置７を構成する微細気泡発生器１２は、ダム放流水が有する水頭差エネルギを利用して微細気泡含有水ＢＷを生成することができるため、電源などの動力源を一切使用することなくダム放流水の水質を改善することができる。また、このダム放流水改質装置７は、空気溶存量が極めて少ない状態にあるダム放流水をそのまま放流水送給路１４を経由して導入するので、放流水送給経路１４などにキャビテーション・エロージョンなどが発生せず、耐久性に優れている。
【００５０】
また、図５に示すように、筒状旋回室１９の隔壁２１に開設された空気導入口２２を、筒状旋回室１９の中心軸１９ｃに沿って内側へ突出させて配置するとともに、筒状旋回室１９の周面１９ａと空気導入口２２との間に滑らかに連続した凹曲面２６を設けており、図６に示すように、筒状旋回室１９内に形成される負圧空洞部Ｖの上方の端部から空気を導入し、下方の端部の延長方向に向かって微細気泡含有水ＢＷを放出するので、負圧空洞部Ｖは筒状旋回室１９の中心軸１９ｃ付近に安定的に存在し続け、その下方の端部も流体放出口２４付近に安定的に位置するとともに、上方の端部も筒状旋回室内１９側に突出した空気導入口２２付近に安定的に位置する。したがって、負圧空洞部Ｖの空気導入口２２側の端部が不安定に移動することがなく、筒状旋回室１９の隔壁にキャビテーション・エロージョンなどが生じることもないので優れた耐久性を発揮する。
【００５１】
次に、図７を参照して、ダム放流水改質装置７の応用例について説明する。なお、図７において図１〜図６で示した符号と同符号を付した部分の構造、機能などは前述と同様であるため説明を省略する。また、図７においては、図２で示した空気導入路１５に取り付けられている空気量調整バルブ２７、負圧計２８および流量計２９は省略している。
【００５２】
図７に示す応用例においては、水槽９内に複数のダム放流水改質装置７を配置し、放流管５を通して送給されるダム放流水を放流水送給路１４を経由してそれそれの微細気泡発生器１２内へ導入して水質の改善を行っている。複数のダム放流水改質装置７を配置しているため、図１で示した減衰弁８などをなくすことが可能であり、放流管５を通して送給されるダム放流水の全てを確実に改質処理して放流することができるため、放流水の水質を大幅に改善することができる。したがって、図７に示す応用例は、放流管５を通して送給されるダム放流水の水量が比較的多い場合や、ダム放流水の水質が悪い場合などに好適である。
【００５３】
次に図８〜図１１を参照して、本発明の第２実施形態であるダム放流水改質装置３０について説明する。本実施形態のダム放流水改質装置３０は、微細気泡発生器３８と、微細気泡発生器３８の水導入管３４へダム放流水の少なくとも一部を送給する放流水送給路１４と、微細気泡発生器３８の空気導入管３５へ空気を送給する空気導入路１５とを備えている。
【００５４】
微細気泡発生器３８は、中心軸３１ｃの周りを流体が旋回可能な筒状旋回室３１と、筒状旋回室３１内へ水を導入するため筒状旋回室３１の一方の隔壁３２から筒状旋回室３１内へ突設され筒状旋回室３１の中心軸３１ｃに対してねじれの位置をなす方向へ水を噴出可能な水噴出口３３を設けた水導入管３４と、水導入管３４側から筒状旋回室３１内の中心軸３１ｃに沿って空気を供給するため筒状旋回室３１に連通して設けられた空気導入管３５と、筒状旋回室３１から流体を放出するため筒状旋回室３１の中心軸３１ｃ方向の他方の隔壁３６に開設された流体放出口３７とを有している。空気導入管３５の先端開口部３５ａは、水導入管３４の先端隔壁３４ａの中心に位置している。
【００５５】
ダム放流水改質装置３０を図１、図２に示すダム放流水改質装置７と同様に配置し、ダム放流水改質装置３０を構成する放流水送給路１４を止水弁１３に連結し、空気導入路１５の上端に空気導入部１６を配置する。そして、放流水送給路１４および微細気泡発生器３８の水導入管３４を経由して導入したダム放流水を水噴出口３３を通して筒状旋回室３１内へ噴出させると筒状旋回室３１内に旋回流Ｒが形成されるとともに中心軸３１ｃ付近に負圧空洞部Ｖが出現し、前述したダム放流水改質装置７と同様の作用により、空気導入路１５および空気導入管３５を通して吸引された空気が先端開口部３５ａから筒状旋回室３１内へ吸い込まれ、旋回流Ｒおよび負圧空洞部Ｖの作用により流体放出口３７から微細気泡含有水ＢＷとなって放出されるため、ダム放流水の改善を行なうことができる。
【００５６】
微細気泡発生器３８の場合、筒状旋回室３１内に突設した水導入管３４の水噴出口３３から筒状旋回室３１の中心軸３１ｃに対してねじれの位置をなす方向へ水を噴出する方式であるため、筒状旋回室３１内へのダム放流水の導入量が増加しても旋回流Ｒの形成に悪影響を及ぼすことがなく、比較的大量のダム放流水を改質処理することができる。
【００５７】
また、ダム放流水改質装置３８においては、水導入管３４および流体放出口３７を筒状旋回室３１の中心軸３１ｃと同軸上に配置し、水導入管３４および放流水送給路３４の配管方向と筒状旋回室３１の中心軸３１ｃ方向とを一致させているため装置のコンパクト化を図ることができ、図７で示したように、複数のダム放流水改質装置を配置する場合に配置スペースの増大を最小限に抑制することができる。
【００５８】
次に図１２〜図１５を参照して本発明の第３実施形態であるダム放流水改質装置４０について説明する。本実施形態のダム放流水改質装置４０は、微細気泡発生器４１と、微細気泡発生器４１の水導入口４３へダム放流水を送給する放流水送給路１４と、微細気泡発生器４１の空気供給管４７へ空気を導入する空気導入路１５とを備えている。
【００５９】
微細気泡発生器４１は、中心軸４２ｃの周りを流体が旋回可能な筒状旋回室４２と、筒状旋回室４２の周面４２ａの接線方向から筒状旋回室４２内に水を導入するため筒状旋回室４２の周面４２ａに開設された水導入口４３と、筒状旋回室４２から流体を放出するため筒状旋回室４２の中心軸４２ｃ方向の両隔壁４４，４５に開設された流体放出口４６と、流体放出口４６に開口部４７ａを臨ませて配置した空気供給管４７とを有している。
【００６０】
ダム放流水改質装置４０を図１、図２に示すダム放流水改質装置７と同様に配置し、ダム放流水改質装置４０を構成する放流水送給路１４を止水弁１３に連結し、空気導入路１５の上端に空気導入部１６を配置する。このとき、微細気泡発生器４１の筒状旋回室４２の中心軸４２ｃが水平状態となるように配置する。
【００６１】
放流水送給路１４から微細気泡発生器４１の水導入口４３を経由して筒状旋回室４２内へダム放流水を送給すると、図１３に示すように、ダム放流水が有する水頭差エネルギにより筒状旋回室４２内に旋回流Ｒが発生し、図１５に示すように、この旋回流Ｒのほぼ中心軸に沿って両端が括れた円筒状の負圧空洞部Ｖが出現し、負圧空洞部Ｖの両端部はそれぞれ流体放出口４６付近に位置した状態となる。
【００６２】
この負圧空洞部Ｖと旋回流Ｒの気液界面付近における旋回流Ｒ内の液圧は負圧空洞部Ｖの負圧によって減圧されるため、旋回流Ｒを形成するダム放流水中に溶存している窒素、アンモニアなどの空気は減圧沸騰現象によって微細気泡となって旋回流Ｒ中に出現する。そして、これらの微細気泡は気液の比重差により旋回流Ｒの中心軸付近に集積され、負圧空洞部Ｖ内へ気化した後、微細気泡含有水ＢＷとなって流体放出口４６から放出された後、水中を上昇して大気中へ放散されるため、過剰の窒素などを除去することができる。
【００６３】
一方、負圧空洞部Ｖの存在により流体放出口４６付近は負圧状態となるため、流体放出口４６に開口部４７ａを臨ませて配置された空気供給管４７には吸引力が発生し、この吸引力によって空気導入路１５を経由して吸い込まれた空気が開口部４７ａから流体放出口４６付近に供給されるが、負圧空洞部Ｖの負圧によりその端部と空気供給管４７の開口部４７ａとの間に空気柱Ｐが出現し、この空気柱Ｐが流体放出口４６から放出される旋回流によってねじ切られることによって空気の微細気泡が発生し、前述した微細気泡含有水ＢＷ中に溶け込んで放出されるため、ダム放流水の水質改善を行なうことができる。
【００６４】
ダム放流水改質装置４０の場合、流体放出口４６は筒状旋回室４２の中心軸４２ｃ方向の両隔壁４４，４５に合計２カ所開設されているため、流入量の増大にも対処可能であり、大量のダム放流水を改質処理することができる。また、空気供給管４７は流体放出口４６に開口部４７ａを臨ませて配置しているため、空気導入路１５が閉塞して空気の供給が停止することがあっても筒状旋回室４２内の負圧が異常増大することがなく、負圧による微細気泡発生器４２の破壊を回避することができる。
【００６５】
次に図１６を参照して本発明の第４実施形態であるダム放流水改質装置５０について説明する。本実施形態のダム放流水改質装置５０は、微細気泡発生器５１と、微細気泡発生器５１の水導入口５２へダム放流水を送給する放流水送給路１４と、微細気泡発生器５１の空気導入口５３へ空気を導入する空気導入路１５とを備えている。
【００６６】
微細気泡発生器５１は中心軸５４ｃの周りを流体が旋回可能な筒状旋回室５４と、筒状旋回室５４の周面５４ａの接線方向から筒状旋回室５４内に水を導入するため筒状旋回室５４の周面５４ａに開設された水導入口５２と、筒状旋回室５４内へ空気を供給するため水導入口５２に臨む位置に設けられた空気導入口５３と、筒状旋回室５４から流体を放出するため筒状旋回室５４の中心軸５４ｃ方向の一方の隔壁５５に開設された流体放出口５６とを有する。
【００６７】
ダム放流水改質装置５０の流体放出口５６を下に向け、中心軸５４ｃが垂直状態となるようにして、図１で示したダム放流水改質装置７のように配置し、放流水送給路１４から微細気泡発生器の水導入口５２を経由して筒状旋回室５４内へダム放流水を送給すると、前述したダム放流水改質装置７と同様の作用により、筒状旋回室５４内に旋回流Ｒおよび負圧空洞部Ｖが出現し、空気導入路１５を通じて吸い込まれた空気が空気導入口５３から筒状旋回室５４内へ供給され、流体放出口５６から微細気泡含有水ＢＷとなって放出されるため、ダム放流水の水質改善を行なうことができる。
【００６８】
空気導入口５３が水導入口５２に臨む位置に設けられているため、旋回室５４内に形成される負圧空洞部Ｖの負圧が極度に高まることがあっても水中の浮遊物などが空気導入口５３へ吸引されることがなく、浮遊物による空気導入路１５の閉塞が生じない。また、ダム放流水改質装置５０では、外部に露出しない位置に空気導入口５３を配置しているため、取り扱いも容易である。
【００６９】
また、筒状旋回室５４の中心軸５４ｃ方向の他方の隔壁５７の中心に、中心軸５４ｃに沿って内側へ突き出した突起部５８を設けるとともに、筒状旋回室５４の周面５４ａと突起部５８との間に滑らかに連続した凹曲面５９を設けているため、筒状旋回室５４内に形成される負圧空洞部Ｖの下方の端部は流体放出口５６付近に位置し、上方の端部は突起部５８付近に安定的に位置するようになる。したがって、負圧空洞部Ｖの上端部が不安定に移動して筒状旋回室５４の隔壁にキャビテーション・エロージョンなどが生じるのを防止することができる。
【００７０】
以上の実施の形態においては、ダム湖から放流される放流水を改質する場合について説明しており、本発明の改質対象物である水はダム放流水であるが、水頭差があって自然に落下あるいは流下する水であれば、例えば、水門や樋門から流下する水、干満差によって移動、落下する海水などの改質手段としても応用することができる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明により、以下の効果を奏する。
【００７２】
（１）中心軸の周りを流体が旋回可能な筒状旋回室と、筒状旋回室の周面の接線方向から筒状旋回室内に水を導入するため筒状旋回室の周面に開設された水導入口と、筒状旋回室内へ空気を供給するため筒状旋回室の中心軸方向の一方の隔壁に開設された空気導入口と、筒状旋回室から流体を放出するため筒状旋回室の中心軸方向の他方の隔壁に開設された流体放出口とを有する微細気泡発生器と、微細気泡発生器の水導入口へダム放流水の少なくとも一部を送給する放流水送給路と、微細気泡発生器の空気導入口へ空気を送給する空気導入路とを備えたことにより、電源などの動力源を使用することなくダム放流水の水質を改善することができ、キャビテーション・エロージョンが発生せず、優れた耐久性を発揮する。
【００７３】
（２）中心軸の周りを流体が旋回可能な筒状旋回室と、筒状旋回室内へ水を導入するため筒状旋回室の一方の隔壁から筒状旋回室内へ突設され筒状旋回室の中心軸に対してねじれの位置をなす方向へ水を噴出可能な水噴出口を設けた水導入管と、水導入管側から筒状旋回室内の中心軸に沿って空気を供給するため筒状旋回室に連通して設けられた空気導入管と、筒状旋回室から流体を放出するため筒状旋回室の中心軸方向の他方の隔壁に開設された流体放出口とを有する微細気泡発生器と、微細気泡発生器の水導入管へダム放流水の少なくとも一部を送給する放流水送給路と、微細気泡発生器の空気導入管へ空気を送給する空気導入路とを備えたことにより、前記（１）と同様の効果が得られるほか、比較的大量のダム放流水を改質処理することができ、装置のコンパクト化を図ることができる。
【００７４】
（３）中心軸の周りを流体が旋回可能な筒状旋回室と、筒状旋回室の周面の接線方向から筒状旋回室内に水を導入するため筒状旋回室の周面に開設された水導入口と、筒状旋回室から流体を放出するため筒状旋回室の中心軸方向の両隔壁に開設された流体放出口と、流体放出口に開口部を臨ませて配置した空気供給管とを有する微細気泡発生器と、微細気泡発生器の水導入口へダム放流水の少なくとも一部を送給する放流水送給路と、微細気泡発生器の空気供給管へ空気を導入する空気導入路とを備えたことにより、前記（１）と同様の効果が得られるほか、前記（２）よりも大量のダム放流水を改質処理することができ、万一、空気導入路が閉塞して空気供給が停止しても筒状旋回室内の負圧が異常増大することがなく、負圧による微細気泡発生器の破壊を回避することができる。
【００７５】
（４）中心軸の周りを流体が旋回可能な筒状旋回室と、筒状旋回室の周面の接線方向から筒状旋回室内に水を導入するため筒状旋回室の周面に開設された水導入口と、筒状旋回室内へ空気を供給するため水導入口に臨む位置に設けられた空気導入口と、筒状旋回室から流体を放出するため筒状旋回室の中心軸方向の他方の隔壁に開設された流体放出口とを有する微細気泡発生器と、微細気泡発生器の水導入口へダム放流水を送給する放流水送給路と、微細気泡発生器の空気導入口へ空気を送給する空気導入路とを備えたことにより、前記（１）と同様の効果が得られるほか、旋回室内に形成される負圧空洞部の負圧が極度に高まっても水中浮遊物などが空気導入口へ吸引されないので、浮遊物による空気導入路の閉塞が生じることがなく、取り扱いも容易である。
【００７６】
（５）筒状旋回室の中心軸方向の一方の隔壁に開設された空気導入口を、筒状旋回室の中心軸に沿って内側へ突出させて配置するとともに、筒状旋回室の周面と空気導入口との間に凹曲面を設ければ、筒状旋回室内に形成される負圧空洞部の一方の端部は流体放出口に位置し、他方の端部は筒状旋回室内側に突出した空気導入口に安定的に位置するようになるため、負圧空洞部の空気導入口側の端部が不安定に移動して筒状旋回室の隔壁にキャビテーション・エロージョンなどが生じるのを防止することができる。
【００７７】
（６）ダム放流水の少なくとも一部および空気を導入し、ダム放流水の水頭差エネルギを利用して微細気泡含有水を放出する機能を有するダム放流水改質装置をダム下流に設置し、ダム放流水の少なくとも一部および空気をダム放流水改質装置に送給しダム放流水改質装置から放出される微細気泡含有水をダム放流水に混入させて放流することにより、電源などを用いることなくダム放流水の水質を大幅に改善することができる。
【００７８】
（７）前記（６）のダム放流水改質装置として前記（１）〜（４）のダム放流水改質装置のいずれかを使用すれば、それぞれ前記（１）〜（４）の効果が得られる。
【００７９】
（８）前記（１）〜（４）のダム放流水改質装置を構成する微細気泡発生器をダム放流水の流下水域内に浸漬して配置すれば、放流水導出口から流出する微細気泡含有水を水圧が加わった状態でダム放流水に混入させて放流することができるため、溶存酸素量のさらなる増大を図ることができるとともにＢＯＤ，ＣＯＤ，ＳＳ，Ｔ−Ｎを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態であるダム放流水改質装置の構成を示す図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】図１に示すダム放流水気質装置を構成する微細気泡発生器の斜視図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図３に示す微細気泡発生器の筒状旋回室の中心軸を含む断面図である。
【図６】図３に示す微細気泡発生器における微細気泡含有水の生成状態を示す説明図である。
【図７】本発明のその他の実施の形態であるダム放流水発生装置の構成を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態であるダム放流水改質装置を構成する微細気泡発生器を示す斜視図である。
【図９】図８におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図１０】図８に示す微細気泡発生器の筒状旋回室の中心軸を含む断面図である。
【図１１】（ａ）は図１０におけるＣ−Ｃ線断面図であり、（ｂ）は図１０におけるＤ−Ｄ線断面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態であるダム放流水改質装置を構成する微細気泡発生器を示す斜視図である。
【図１３】図１２におけるＥ−Ｅ線断面図である。
【図１４】図１２に示す微細気泡発生器の筒状旋回室の中心軸を含む断面図である。
【図１５】図１２に示す微細気泡発生器における微細気泡含有水の生成状態を示す説明図である。
【図１６】本発明の第４実施形態であるダム放流水改質装置を構成する微細気泡発生器の筒状旋回室の中心軸を含む断面図である。
【図１７】従来のダム放流水の放流状態を示す図である。
【符号の説明】
１ ダム
１ａ 越流部
２ ダム湖
３ 放流用管路
３ａ 放流用取水口
４，１３ 止水弁
５ 放流管
６ａ 堤内バルブ室
６ｂ 堤外バルブ室
７，３０，４０，５０ ダム放流水改質装置
８ コーンスリーブバルブ
９ 水槽
１０，１１ 放流水路
１２，３８，４１，５１ 微細気泡発生器
１４ 放流水送給路
１５ 空気導入路
１６ 空気導入部
１７ 固定バンド
１８ アンカー部材
１９，３１，４２，５４ 筒状旋回室
１９ａ，４２ａ，５４ａ 周面
１９ｃ，３１ｃ，４２ｃ，５４ｃ 中心軸
２０，４３，５２ 水導入口
２１，２３，３２，３６，４４，４５，５５，５７ 隔壁
２２，５３ 空気導入口
２４，３７，４６，５６ 流体放出口
２５ 仕切板
２６，５９ 凹曲面
２７ 空気量調整バルブ
２８ 負圧計
２９ 流量計
３３ 水噴出口
３４ 水導入管
３４ａ 先端隔壁
３５ 空気導入管
３５ａ 先端開口部
４７ 空気供給管
Ｗ 水
Ｒ 旋回流
Ｖ 負圧空洞部
ＢＷ 微細気泡含有水
Ｆ 浮遊物
Ｐ 空気柱
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダム放流水の流下水域の水質を魚介類などの生息に適した水質に改善する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１７に示すように、一般にダム９０の上流側には流れ込む水によってダム湖９１が形成されており、梅雨などの増水時期にはダム９０の上部に設けられた越流部９０ａよりダム湖９０の水は放流されるが、平常時はダム９０に設けられた複数の放流用取水口９２ａから放流用管路９２を経由して下流側へ放流されている。放流用管路９２は堤内バルブ室９４ａ内の止水弁９３を経由して、堤外バルブ室９４ｂへ配管されている。
【０００３】
放流用取水口９２ａから流入したダム湖９１の水は放流用管路９２および止水弁９３を通り、ダム９０の下流側に配置された堤外バルブ室９４ｂ内のコーンスリーブバルブ９５によって水勢、水量が調整されて水槽９６内に放流された後、放流水路９７，９８などを経由し余剰水、維持用水、上水用水などとして放流されている。
【０００４】
ダム湖９１に貯留されている水に溶存している酸素は、ダム湖９１の底部に流入する有機物を分解する微生物によって消費されていくため、時間経過に伴って溶存酸素量は徐々に減少していく傾向にあり、ダム湖９１における滞留時間の長期化に伴って酸素不足の状態となっている。
【０００５】
一方、ダム湖９１からの放流水に空気が混在していると放流過程においてキャビテーション・エロージョンなどを生じて放流用管路９２などを破損するおそれがあるため、放流経路を通過中の放流水に空気が混入するのを防止する様々な工夫がなされている。したがって、通常の河川を流れる水に比べ、ダム放流水は極度の酸素不足状態となっている。
【０００６】
このように酸素不足状態にあるダム湖９１の水を下流域へ放流しているため、ダム放流水が流れ込む河川の水質は徐々に悪化していき、魚介類やその他の水棲生物が生息できない状態となっているのが実状である。なお、ダム放流水が流入する河川の水質が悪化する原因は溶存酸素量の極度の低下と富栄養化にあるものと考えられる。
【０００７】
従来、河川や閉鎖水域などの水質を改善する技術としては、プランジャポンプを用いるとともにセラミックスおよび磁石などを併用して水中へ微細気泡を送り込むもの（例えば、特許文献１参照。）、ブロワーを用いて微細気泡を供給するもの（例えば、特許文献２参照。）あるいは旋回気液混合流形成装置を用いて発生させた微細気泡を水中へ供給するもの（例えば、特許文献３参照。）などがある。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−７９５５７号公報（第４−６頁、第３図）
【特許文献２】
特開２００１−３２１７９０号公報（第３−５頁、第１図）
【特許文献３】
特開平９−３１４１９０号公報（第３−５、第２図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１，２に記載されている浄化装置はいずれもモータで稼動するものであるため、実際に使用する場合には何らかの電源設備が必要である。また、これらの河川浄化装置は複雑な構造であり部品点数も多いので故障要因も多く、定期的なメンテナンスなども必要であり耐久性にも不安がある。さらに、導入するに当たっては重機の使用や大掛かりな工事などを必要とするので、既設のダムなどに簡単に導入することが困難である。
【００１０】
また、特許文献１，２に記載の浄化装置は、水中の溶存酸素を高め、微生物による汚濁物質の分解を促進したり、汚濁物質を酸化安定化したりすることによって水質浄化を行うものであるが、微生物による分解作用は微生物が活発に活動する春から秋までの期間は活発であるものの、冬になると分解作用が大幅に低下するので水質浄化機能が低下することとなり、水棲生物に有害なアンモニアなどを除去する機能もない。さらに、梅雨時期などに汚濁水が流入すると、酸化によって安定化された汚濁物質が還元されて河川水中へ再溶出するおそれもある。
【００１１】
特許文献３に記載の浄化装置は、数μｍ〜数１００μｍの径を有する微細気泡を水中へ供給することができるので、特許文献１，２に記載の浄化装置より優れた浄化機能を発揮するのであるが、水と空気との混合物を当該浄化装置に送給する方式であるため、水の送給経路に何らかの空気混合手段を設ける必要がある。また、水と空気との混合物の通過経路などにおいてはキャビテーションが発生しやすくなるので、キャビテーション・エロージョンや振動などの弊害が生じる可能性が高い。
【００１２】
また、特許文献３に記載の浄化装置においては、有蓋円筒体内に出現する竜巻状または縄状の気液分離形状（負圧空洞部）の上端部分が有蓋円筒体の蓋部内面に接触しているため、この接触部分にキャビテーション・エロージョンが発生しやすく、短期間のうちに蓋部などが破壊されるおそれがある。
【００１３】
本発明が解決しようとする課題は、電源などの動力源を使用することなくダム放流水の水質を改善することができ、耐久性にも優れたダム放流水改質装置と、微細気泡含有水を放出する機能を有する装置を用いたダム放流水改質方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１のダム放流水改質装置は、中心軸の周りを流体が旋回可能な筒状旋回室と、筒状旋回室の周面の接線方向から筒状旋回室内に水を導入するため筒状旋回室の周面に開設された水導入口と、筒状旋回室内へ空気を供給するため筒状旋回室の中心軸方向の一方の隔壁に開設された空気導入口と、筒状旋回室から流体を放出するため筒状旋回室の中心軸方向の他方の隔壁に開設された流体放出口とを有する微細気泡発生器と、微細気泡発生器の水導入口へダム放流水の少なくとも一部を送給する放流水送給路と、微細気泡発生器の空気導入口へ空気を送給する空気導入路とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
放流水送給路を経由して送給されるダム放流水を水導入口を経由して筒状旋回室内へ導入すると、ダム放流水が有する水頭差エネルギにより筒状旋回室内に旋回流が発生し、この旋回流のほぼ中心軸に沿って両端が括れた円筒状の負圧空洞部が出現し、この負圧空洞部の一方の端部は筒状旋回室の一方の隔壁にある空気導入口付近に位置するとともに負圧空洞部の他方の端部は筒状旋回室の他方の隔壁にある流体放出口付近に位置する。このため、負圧空洞部の負圧によって空気導入口付近にも負圧が生じ、この負圧に起因する吸引力により空気導入路を経由して吸引された空気が空気導入口から筒状旋回室内の負圧空洞部内へ流入し、筒状旋回室内に導入された放流水とともに旋回流を形成する。
【００１６】
負圧空洞部内へ流入した空気は、筒状旋回室内に発生している旋回流に連行され流体放出口から放出されるのであるが、このとき、負圧空洞部の流体放出口側の端部において旋回流によってねじ切られて微細気泡となり、旋回流を形成する水とともに流体放出口から微細気泡含有水となって放出される。
【００１７】
一方、負圧空洞部と旋回流の気液界面付近における旋回流内の液圧は負圧空洞部の負圧によって減圧されるため、旋回流を形成するダム放流水中に溶存している窒素、アンモニアなどの空気は減圧沸騰現象によって微細気泡となって旋回流中に出現するとともに、これらの微細気泡は気液の比重差により旋回流の中心軸付近に集積され、負圧空洞部内へ気化した後、微細気泡含有水とともに流体放出口から放出されることで、水中を浮上して大気中への放散が可能となるため、過剰の窒素などを除去することができる。
【００１８】
また、旋回流中にアンモニアが溶存している場合、前述の減圧沸騰現象により微細気泡となって旋回流中に出現し、これらの微細気泡は気液の比重差により、旋回流の中心軸付近に集積され負圧空洞部分内へと気化するが、負圧空洞部内へ気化したアンモニアは減圧されることによって反応式２ＮＨ３⇔Ｎ２＋３Ｈ２の平衡状態が右に移動して窒素と水素とに分解されるため、ダム放流水中に溶存しているアンモニアを分解除去することもできる。
【００１９】
微細気泡発生器から放出される微細気泡含有水は従来のダム放流水よりも溶存酸素量が大幅に増大しているだけでなく、過剰な窒素などは除去され、水棲生物に有害なアンモニアなども分解除去された状態にあり、微細気泡により浮遊物を凝集沈殿させたり、凝集浮上させたりする作用も具備しているため、このような微細気泡含有水をダム放流水に混入させて放流することによりダム放流水の水質を大幅に改善することができる。
【００２０】
このように第１のダム放流水改質装置を構成する微細気泡発生器は、ダム放流水が有する水頭差エネルギを利用して微細気泡含有水を生成するため、電源などの動力源を使用することなくダム放流水の水質を改善することができる。また、このダム放流水改質装置は、空気溶存量が極めて少ない状態にあるダム放流水をそのまま放流水送給路を経由して導入するので、放流水送給経路などにキャビテーション・エロージョンなどが発生しない。さらに、微細気泡発生器の筒状旋回室内に出現する負圧空洞部の一方の端部から空気を導入しながら他方の端部の延長方向に向かって微細気泡含有水を放出するのでこの負圧空洞部は筒状旋回室の中心軸付近に安定的に存在し続け、その両端もそれぞれ空気導入口付近および流体放出口付近に安定的に位置して壁面などに接触することがないので、微細気泡発生器内においてもキャビテーション・エロージョンが発生せず、耐久性に優れている。
【００２１】
また、本発明に係る第２のダム放流水改質装置は、中心軸の周りを流体が旋回可能な筒状旋回室と、筒状旋回室内へ水を導入するため筒状旋回室の一方の隔壁から筒状旋回室内へ突設され筒状旋回室の中心軸に対してねじれの位置をなす方向へ水を噴出可能な水噴出口を設けた水導入管と、水導入管側から筒状旋回室内の中心軸に沿って空気を供給するため筒状旋回室に連通して設けられた空気導入管と、筒状旋回室から流体を放出するため筒状旋回室の中心軸方向の他方の隔壁に開設された流体放出口とを有する微細気泡発生器と、微細気泡発生器の水導入管へダム放流水の少なくとも一部を送給する放流水送給路と、微細気泡発生器の空気導入管へ空気を送給する空気導入路とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
このような構成とすることにより、放流水送給路から微細気泡発生器の水導入管を経由して導入されたダム放流水を水噴出口から筒状旋回室内へ噴出させると、筒状旋回室内に旋回流が形成されるとともにその中心軸付近に負圧空洞部が出現し、前述した第１のダム放流水改質装置と同様の作用により、空気導入管を通して空気が筒状旋回室内へ吸い込まれ、流体放出口から微細気泡含有水が放出されるため、ダム放流水の改善を行なうことができる。また、筒状旋回室内に突設した水導入管の水噴出口から筒状旋回室の中心軸に対してねじれの位置をなす方向へ水を噴出するので、筒状旋回室内への水導入量が増加しても旋回流の形成に悪影響を及ぼすことがなく、大量のダム放流水を改質する場合に好適である。
【００２３】
このダム放流水改質装置においては、水導入管および流体放出口を筒状旋回室の中心軸と同軸上に配置することにより、水導入管の配管方向と筒状旋回室の中心軸方向とを一致させることが可能であるため装置のコンパクト化を図ることができ、特に、複数のダム放流水改質装置を配置する必要がある場合に、配置スペースの増大を最小限に抑制することができる。
【００２４】
また、本発明に係る第３のダム放流水改質装置は、中心軸の周りを流体が旋回可能な筒状旋回室と、筒状旋回室の周面の接線方向から筒状旋回室内に水を導入するため筒状旋回室の周面に開設された水導入口と、筒状旋回室から流体を放出するため筒状旋回室の中心軸方向の両隔壁に開設された流体放出口と、流体放出口に開口部を臨ませて配置した空気供給管とを有する微細気泡発生器と、微細気泡発生器の水導入口へダム放流水の少なくとも一部を送給する放流水送給路と、微細気泡発生器の空気供給管へ空気を導入する空気導入路とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
このような構成において、放流水送給経路から微細気泡発生器の水導入口を経由して筒状旋回室内へダム放流水を送給すると、ダム放流水が有する水頭差エネルギにより筒状旋回室内に旋回流が発生し、この旋回流のほぼ中心軸に沿って両端が括れた円筒状の負圧空洞部が出現し、負圧空洞部の両端部はそれぞれ筒状旋回室の両方の隔壁にある流体放出口付近に位置した状態となる。
【００２６】
このような負圧空洞部と旋回流の気液界面付近における旋回流内の液圧は負圧空洞部の負圧によって減圧されるため、旋回流を形成するダム放流水中に溶存している窒素、アンモニアなどの空気は減圧沸騰現象によって微細気泡となって旋回流中に出現するとともに、これらの微細気泡は気液の比重差により旋回流の中心軸付近に集積され、負圧空洞部内へ気化した後、微細気泡含有水となって流体放出口から放出されることで、水中を浮上し大気中への放散が可能となるため、過剰の窒素などを除去することができる。
【００２７】
一方、負圧空洞部の存在により流体放出口付近は負圧状態となるため、流体放出口に開口部を臨ませて配置された空気供給管には吸引力が発生し、この吸引力によって空気導入路を経由して吸い込まれた空気が開口部から流体放出口付近に供給されるが、負圧空洞部の負圧によりその端部と空気供給管の開口部との間に空気柱が出現し、この空気柱が流体放出口から放出される旋回流によってねじ切られることによって空気の微細気泡が発生し、前述した微細気泡含有水中に溶け込んで放出されるため、ダム放流水の改善を行なうことができる。
【００２８】
また、旋回流中にアンモニアが溶存している場合、前述の減圧沸騰現象により微細気泡となって旋回流中に出現し、これらの微細気泡は気液の比重差により、旋回流の中心軸付近に集積され負圧空洞部分内へと気化するが、負圧空洞部内へ気化したアンモニアは減圧されることによって反応式２ＮＨ３⇔Ｎ２＋３Ｈ２の平衡状態が右に移動して窒素と水素とに分解されるため、ダム放流水中のアンモニアを分解除去することもできる。
【００２９】
第３のダム放流水改質装置の場合、流体放出口は筒状旋回室の中心軸方向の両隔壁に合計２カ所開設されているため、流入量の増大にも対処可能であり、大量のダム放流水を改質することができる。空気供給管は流体放出口に開口部を臨ませて配置しているため、万一、空気導入路が閉塞して空気の供給が停止することがあっても筒状旋回室内の負圧が異常増大することがなく、負圧による微細気泡発生器の破壊を回避することができる。
【００３０】
さらに、本発明に係る第４のダム放流水改質装置は、中心軸の周りを流体が旋回可能な筒状旋回室と、筒状旋回室の周面の接線方向から筒状旋回室内に水を導入するため筒状旋回室の周面に開設された水導入口と、筒状旋回室内へ空気を供給するため水導入口に臨む位置に設けられた空気導入口と、筒状旋回室から流体を放出するため筒状旋回室の中心軸方向の他方の隔壁に開設された流体放出口とを有する微細気泡発生器と、微細気泡発生器の水導入口へダム放流水の少なくとも一部を送給する放流水送給路と、微細気泡発生器の空気導入口へ空気を送給する空気導入路とを備えたことを特徴とする。
【００３１】
このような構成とすることにより、放流水送給路から微細気泡発生器の水導入口を経由して筒状旋回室内へダム放流水を送給すると、前述した第１のダム放流水改質装置と同様の作用により、筒状旋回室内に旋回流および負圧空洞部が生じ、空気導入路から空気導入口を経由して筒状旋回室内へ空気が吸い込まれ、流体放出口から微細気泡含有水となって放出されるため、ダム放流水の改善を行なうことができる。また、空気導入口が水導入口に臨む位置に設けられているため、旋回室内に形成される負圧空洞部の負圧が極度に高まることがあっても水中の浮遊物などが空気導入口へ吸引されることがなく、浮遊物による空気導入路の閉塞が生じない。なお、第３のダム放流水改質装置では、空気供給管はその開口部を流体放出口に臨ませ、筒状旋回室の外部に露出した状態で配置されているが、このダム放流水改質装置では、外部に露出しない位置に空気導入口を配置しているため、取り扱いも容易である。
【００３２】
また、筒状旋回室の中心軸方向の一方の隔壁に開設された空気導入口を、筒状旋回室の中心軸に沿って内側へ突出させて配置するとともに、筒状旋回室の周面と空気導入口との間に凹曲面を設けることが望ましい。このような構成とすれば、筒状旋回室内に形成される負圧空洞部の一方の端部は流体放出口に位置し、他方の端部は筒状旋回室内側に突出した空気導入口に安定的に位置するようになるため、負圧空洞部の空気導入口側の端部が不安定に移動して筒状旋回室の隔壁にキャビテーション・エロージョンなどが生じるのを防止することができる。
【００３３】
次に、本発明のダム放流水改質方法は、ダム放流水の少なくとも一部および空気を導入し、ダム放流水の水頭差エネルギを利用して微細気泡含有水を放出する機能を有するダム放流水改質装置をダム下流に設置し、ダム放流水の少なくとも一部および空気をダム放流水改質装置に送給しダム放流水改質装置から放出される微細気泡含有水をダム放流水に混入させて放流することを特徴とする。
【００３４】
このような構成とすることにより、前述と同様の理由に基づき、電源などを用いることなくダム放流水の水質を大幅に改善することができる。この場合、前記ダム放流水改質装置として、前述した第１〜第４のダム放流水改質装置のいずれかを使用することが望ましい。
【００３５】
また、第１〜第４のダム放流水改質装置を構成する微細気泡発生器をダム放流水の流下水域内に浸漬することが望ましい。このような構成とすれば、前記放流水導出口から流出する微細気泡含有水を水圧が加わった状態でダム放流水に混入させて放流することができるため、溶存酸素量のさらなる増大を図ることができるとともにＢＯＤ，ＣＯＤ，ＳＳ，Ｔ−Ｎを低減することができる。
【００３６】
この場合、微細気泡発生器を水深０．５ｍ〜１．０ｍ程度の比較的浅い位置に配置すれば大気中への窒素などの排出が速やかに行われるが、水深８．０ｍ〜１０．０ｍ程度の比較的深い位置に配置すれば負圧による空気自吸機能が低下するので、０．５ｍ〜６．０ｍ程度が好適である。
【００３７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施形態であるダム放流水改質装置の構成を示す図、図２は図１の要部拡大図、図３は図１に示すダム放流水気質装置を構成する微細気泡発生器の斜視図、図４は図３におけるＡ−Ａ線断面図、図５は図３に示す微細気泡発生器の筒状旋回室の中心軸を含む断面図、図６は図３に示す微細気泡発生器における微細気泡含有水の生成状態を示す説明図である。
【００３８】
図１に示すように、ダム１の上流側にはダム湖２が形成され、梅雨などの増水時期にはダム１の上部に設けられた越流部１ａよりダム湖２の貯留水が放流されるが、平常時はダム１に設けられた複数の放流用取水口３ａから放流用管路３を経由して下流側へ放流されている。放流用管路３の開閉は、ダム１の堤内バルブ室６ａ内に設けられた止水弁４を操作することによって行われている。
【００３９】
放流用取水口３ａから流入したダム湖２の水は、放流用管路３、止水弁４および放流管５を経由して、ダム１の下流側に配置された堤外バルブ室６内へ送り込まれ、その一部は止水弁１３を経てダム放流水改質装置７へ送給され、残部はコーンスリーブバルブ８で水勢、水量を調整されて水槽９内に放流される。ダム放流水改質装置７へ送給されたダム放流水は放流水送給路１４を通過して微細気泡発生器１２内へ流入して改質処理された後、水槽９内へ放出され、ダム放流水と混合された後、放流水路１０，１１を経由し余剰水、維持用水、上水用水などとして放流される。
【００４０】
図２に示すように、ダム放流水改質装置７を構成する微細気泡発生器１２は、その全体が水槽９内の水Ｗの中に浸漬された状態を保つ位置に配置され、水槽９の内壁に打ち込まれたアンカー部材１８に係止された固定バンド１７を巻き付けることによって固定されている。微細気泡発生器１２は、後述する図３〜図５に示す空気導入口２２を上に向け、流体放出口２４を下に向け、筒状旋回室１９の中心軸１９ｃが垂直になる姿勢で固定されている。空気導入口２２には垂直な空気導入路１５が連結され、空気導入路１５の上端は空気導入部１６として大気中に開口している。空気導入路１５には、空気供給量を調整するための空気量調整バルブ２７と、空気の供給状態を表示する負圧計２８および流量計２９が取り付けられている。
【００４１】
図３〜図５に示すように、微細気泡発生器１２は、中心軸１９ｃの周りを流体が旋回可能な筒状旋回室１９と、筒状旋回室１９の周面１９ａ接線方向から筒状旋回室１９内に水（ダム放流水）を導入するため筒状旋回室１９の周面に開設された水導入口２０と、筒状旋回室１９内へ空気を供給するため筒状旋回室１９の中心軸１９ｃ方向の一方の隔壁２１の中心に開設された空気導入口２２と、筒状旋回室１９から流体を放出するため筒状旋回室１９の中心軸１９ｃ方向の他方の隔壁２３の中心に開設された流体放出口２４とを有している。そして、微細気泡発生器１２の水導入口２０へダム放流水の少なくとも一部を送給するための放流水送給路１４と、空気導入口２２へ空気を送給するための空気導入路１５とを設けることによってダム放流水改質装置７が形成されている。
【００４２】
放流水送給路１４を経由して送給されるダム放流水を水導入口２０を経由して筒状旋回室１９内へ導入すると、ダム放流水が有する水頭差エネルギにより、図４に示すように筒状旋回室１９内に旋回流Ｒが発生し、図６に示すように、この旋回流Ｒのほぼ中心軸に沿って下端が括れた円筒状の負圧空洞部Ｖが出現し、この負圧空洞部Ｖの上端部は筒状旋回室１９の上方の隔壁２１にある空気導入口２２付近に位置するとともに負圧空洞部Ｖの下端部は筒状旋回室１９の下方の隔壁２３にある流体放出口２４付近に位置する。
【００４３】
このため、負圧空洞部Ｖの負圧によって空気導入口２２付近にも負圧が生じ、この負圧に起因する吸引力により空気導入路１５を経由して大気中から吸引された空気が空気導入口２２から筒状旋回室１９内の負圧空洞部Ｖ内へ連続的に流入し、筒状旋回室１９内に導入された放流水とともに旋回流Ｒを形成する。
【００４４】
負圧空洞部Ｖ内へ流入した空気は、筒状旋回室１９内に発生している旋回流Ｒに連行され流体放出口２４から放出されるのであるが、このとき、負圧空洞部Ｖの流体放出口２４側の端部において旋回流Ｒによってねじ切られて微細気泡となり、旋回流Ｒを形成する水とともに流体放出口２４から微細気泡含有水ＢＷとなって流体放出口２４から水槽９内へ放出される。
【００４５】
一方、負圧空洞部Ｖと旋回流Ｒの気液界面付近における旋回流Ｒ内の液圧は負圧空洞部Ｖの負圧によって減圧されるため、旋回流Ｒを形成するダム放流水中に溶存している窒素、アンモニアなどの空気は減圧沸騰現象によって微細気泡となって旋回流Ｒ中に出現するとともに、これらの微細気泡は気液の比重差により旋回流の中心軸付近に集積され、負圧空洞部Ｖ内へ気化した後、微細気泡含有水ＢＷとともに流体放出口２４から放出され、やがて水Ｗ中を浮上して大気中へ放散されるため、ダム放流水中の過剰な窒素などを除去することができる。
【００４６】
また、旋回流Ｒ中にアンモニアが溶存している場合、前述の減圧沸騰現象により微細気泡となって旋回流Ｒ中に出現し、これらの微細気泡は気液の比重差により、旋回流Ｒの中心軸付近に集積され負圧空洞部Ｖ内へと気化するが、負圧空洞部Ｖ内へ気化したアンモニアは減圧されることによって反応式２ＮＨ３⇔Ｎ２＋３Ｈ２の平衡状態が右に移動して窒素と水素とに分解されるため、ダム放流水中のアンモニアを分解除去することもできる。
【００４７】
以上のようにして微細気泡発生器１２から放出される微細気泡含有水ＢＷは従来のダム放流水よりも溶存酸素量が大幅に増大しているだけでなく、過剰な窒素などは除去され、水棲生物に有害なアンモニアなども分解除去され水質が改善された状態にあり、微細気泡含有水ＢＷ中に存在する微細気泡により水中の浮遊物を凝集沈殿させたり、凝集浮上させたりする作用も具備しているため、このような微細気泡含有水ＢＷをダム放流水に混入させて放流することによりダム放流水全体の水質を大幅に改善することができる。
【００４８】
なお、図２に示すように、水槽９の下流側壁面には垂直断面が逆Ｌ字状の仕切板２５を設けているため、微細気泡含有水ＢＷ中の微細気泡の働きにより凝集浮上した浮遊物Ｆは放流水路１０の方へ流れ込むが、放流水路１１へ流入することはない。本実施形態において、微細気泡発生器１２を水槽９内の水深１．０ｍ程度の比較的浅い位置に配置したところ、大気中への窒素などの排出が速やかに行われた。
【００４９】
ダム放流水改質装置７を構成する微細気泡発生器１２は、ダム放流水が有する水頭差エネルギを利用して微細気泡含有水ＢＷを生成することができるため、電源などの動力源を一切使用することなくダム放流水の水質を改善することができる。また、このダム放流水改質装置７は、空気溶存量が極めて少ない状態にあるダム放流水をそのまま放流水送給路１４を経由して導入するので、放流水送給経路１４などにキャビテーション・エロージョンなどが発生せず、耐久性に優れている。
【００５０】
また、図５に示すように、筒状旋回室１９の隔壁２１に開設された空気導入口２２を、筒状旋回室１９の中心軸１９ｃに沿って内側へ突出させて配置するとともに、筒状旋回室１９の周面１９ａと空気導入口２２との間に滑らかに連続した凹曲面２６を設けており、図６に示すように、筒状旋回室１９内に形成される負圧空洞部Ｖの上方の端部から空気を導入し、下方の端部の延長方向に向かって微細気泡含有水ＢＷを放出するので、負圧空洞部Ｖは筒状旋回室１９の中心軸１９ｃ付近に安定的に存在し続け、その下方の端部も流体放出口２４付近に安定的に位置するとともに、上方の端部も筒状旋回室内１９側に突出した空気導入口２２付近に安定的に位置する。したがって、負圧空洞部Ｖの空気導入口２２側の端部が不安定に移動することがなく、筒状旋回室１９の隔壁にキャビテーション・エロージョンなどが生じることもないので優れた耐久性を発揮する。
【００５１】
次に、図７を参照して、ダム放流水改質装置７の応用例について説明する。なお、図７において図１〜図６で示した符号と同符号を付した部分の構造、機能などは前述と同様であるため説明を省略する。また、図７においては、図２で示した空気導入路１５に取り付けられている空気量調整バルブ２７、負圧計２８および流量計２９は省略している。
【００５２】
図７に示す応用例においては、水槽９内に複数のダム放流水改質装置７を配置し、放流管５を通して送給されるダム放流水を放流水送給路１４を経由してそれそれの微細気泡発生器１２内へ導入して水質の改善を行っている。複数のダム放流水改質装置７を配置しているため、図１で示した減衰弁８などをなくすことが可能であり、放流管５を通して送給されるダム放流水の全てを確実に改質処理して放流することができるため、放流水の水質を大幅に改善することができる。したがって、図７に示す応用例は、放流管５を通して送給されるダム放流水の水量が比較的多い場合や、ダム放流水の水質が悪い場合などに好適である。
【００５３】
次に図８〜図１１を参照して、本発明の第２実施形態であるダム放流水改質装置３０について説明する。本実施形態のダム放流水改質装置３０は、微細気泡発生器３８と、微細気泡発生器３８の水導入管３４へダム放流水の少なくとも一部を送給する放流水送給路１４と、微細気泡発生器３８の空気導入管３５へ空気を送給する空気導入路１５とを備えている。
【００５４】
微細気泡発生器３８は、中心軸３１ｃの周りを流体が旋回可能な筒状旋回室３１と、筒状旋回室３１内へ水を導入するため筒状旋回室３１の一方の隔壁３２から筒状旋回室３１内へ突設され筒状旋回室３１の中心軸３１ｃに対してねじれの位置をなす方向へ水を噴出可能な水噴出口３３を設けた水導入管３４と、水導入管３４側から筒状旋回室３１内の中心軸３１ｃに沿って空気を供給するため筒状旋回室３１に連通して設けられた空気導入管３５と、筒状旋回室３１から流体を放出するため筒状旋回室３１の中心軸３１ｃ方向の他方の隔壁３６に開設された流体放出口３７とを有している。空気導入管３５の先端開口部３５ａは、水導入管３４の先端隔壁３４ａの中心に位置している。
【００５５】
ダム放流水改質装置３０を図１、図２に示すダム放流水改質装置７と同様に配置し、ダム放流水改質装置３０を構成する放流水送給路１４を止水弁１３に連結し、空気導入路１５の上端に空気導入部１６を配置する。そして、放流水送給路１４および微細気泡発生器３８の水導入管３４を経由して導入したダム放流水を水噴出口３３を通して筒状旋回室３１内へ噴出させると筒状旋回室３１内に旋回流Ｒが形成されるとともに中心軸３１ｃ付近に負圧空洞部Ｖが出現し、前述したダム放流水改質装置７と同様の作用により、空気導入路１５および空気導入管３５を通して吸引された空気が先端開口部３５ａから筒状旋回室３１内へ吸い込まれ、旋回流Ｒおよび負圧空洞部Ｖの作用により流体放出口３７から微細気泡含有水ＢＷとなって放出されるため、ダム放流水の改善を行なうことができる。
【００５６】
微細気泡発生器３８の場合、筒状旋回室３１内に突設した水導入管３４の水噴出口３３から筒状旋回室３１の中心軸３１ｃに対してねじれの位置をなす方向へ水を噴出する方式であるため、筒状旋回室３１内へのダム放流水の導入量が増加しても旋回流Ｒの形成に悪影響を及ぼすことがなく、比較的大量のダム放流水を改質処理することができる。
【００５７】
また、ダム放流水改質装置３８においては、水導入管３４および流体放出口３７を筒状旋回室３１の中心軸３１ｃと同軸上に配置し、水導入管３４および放流水送給路３４の配管方向と筒状旋回室３１の中心軸３１ｃ方向とを一致させているため装置のコンパクト化を図ることができ、図７で示したように、複数のダム放流水改質装置を配置する場合に配置スペースの増大を最小限に抑制することができる。
【００５８】
次に図１２〜図１５を参照して本発明の第３実施形態であるダム放流水改質装置４０について説明する。本実施形態のダム放流水改質装置４０は、微細気泡発生器４１と、微細気泡発生器４１の水導入口４３へダム放流水を送給する放流水送給路１４と、微細気泡発生器４１の空気供給管４７へ空気を導入する空気導入路１５とを備えている。
【００５９】
微細気泡発生器４１は、中心軸４２ｃの周りを流体が旋回可能な筒状旋回室４２と、筒状旋回室４２の周面４２ａの接線方向から筒状旋回室４２内に水を導入するため筒状旋回室４２の周面４２ａに開設された水導入口４３と、筒状旋回室４２から流体を放出するため筒状旋回室４２の中心軸４２ｃ方向の両隔壁４４，４５に開設された流体放出口４６と、流体放出口４６に開口部４７ａを臨ませて配置した空気供給管４７とを有している。
【００６０】
ダム放流水改質装置４０を図１、図２に示すダム放流水改質装置７と同様に配置し、ダム放流水改質装置４０を構成する放流水送給路１４を止水弁１３に連結し、空気導入路１５の上端に空気導入部１６を配置する。このとき、微細気泡発生器４１の筒状旋回室４２の中心軸４２ｃが水平状態となるように配置する。
【００６１】
放流水送給路１４から微細気泡発生器４１の水導入口４３を経由して筒状旋回室４２内へダム放流水を送給すると、図１３に示すように、ダム放流水が有する水頭差エネルギにより筒状旋回室４２内に旋回流Ｒが発生し、図１５に示すように、この旋回流Ｒのほぼ中心軸に沿って両端が括れた円筒状の負圧空洞部Ｖが出現し、負圧空洞部Ｖの両端部はそれぞれ流体放出口４６付近に位置した状態となる。
【００６２】
この負圧空洞部Ｖと旋回流Ｒの気液界面付近における旋回流Ｒ内の液圧は負圧空洞部Ｖの負圧によって減圧されるため、旋回流Ｒを形成するダム放流水中に溶存している窒素、アンモニアなどの空気は減圧沸騰現象によって微細気泡となって旋回流Ｒ中に出現する。そして、これらの微細気泡は気液の比重差により旋回流Ｒの中心軸付近に集積され、負圧空洞部Ｖ内へ気化した後、微細気泡含有水ＢＷとなって流体放出口４６から放出された後、水中を上昇して大気中へ放散されるため、過剰の窒素などを除去することができる。
【００６３】
一方、負圧空洞部Ｖの存在により流体放出口４６付近は負圧状態となるため、流体放出口４６に開口部４７ａを臨ませて配置された空気供給管４７には吸引力が発生し、この吸引力によって空気導入路１５を経由して吸い込まれた空気が開口部４７ａから流体放出口４６付近に供給されるが、負圧空洞部Ｖの負圧によりその端部と空気供給管４７の開口部４７ａとの間に空気柱Ｐが出現し、この空気柱Ｐが流体放出口４６から放出される旋回流によってねじ切られることによって空気の微細気泡が発生し、前述した微細気泡含有水ＢＷ中に溶け込んで放出されるため、ダム放流水の水質改善を行なうことができる。
【００６４】
ダム放流水改質装置４０の場合、流体放出口４６は筒状旋回室４２の中心軸４２ｃ方向の両隔壁４４，４５に合計２カ所開設されているため、流入量の増大にも対処可能であり、大量のダム放流水を改質処理することができる。また、空気供給管４７は流体放出口４６に開口部４７ａを臨ませて配置しているため、空気導入路１５が閉塞して空気の供給が停止することがあっても筒状旋回室４２内の負圧が異常増大することがなく、負圧による微細気泡発生器４２の破壊を回避することができる。
【００６５】
次に図１６を参照して本発明の第４実施形態であるダム放流水改質装置５０について説明する。本実施形態のダム放流水改質装置５０は、微細気泡発生器５１と、微細気泡発生器５１の水導入口５２へダム放流水を送給する放流水送給路１４と、微細気泡発生器５１の空気導入口５３へ空気を導入する空気導入路１５とを備えている。
【００６６】
微細気泡発生器５１は中心軸５４ｃの周りを流体が旋回可能な筒状旋回室５４と、筒状旋回室５４の周面５４ａの接線方向から筒状旋回室５４内に水を導入するため筒状旋回室５４の周面５４ａに開設された水導入口５２と、筒状旋回室５４内へ空気を供給するため水導入口５２に臨む位置に設けられた空気導入口５３と、筒状旋回室５４から流体を放出するため筒状旋回室５４の中心軸５４ｃ方向の一方の隔壁５５に開設された流体放出口５６とを有する。
【００６７】
ダム放流水改質装置５０の流体放出口５６を下に向け、中心軸５４ｃが垂直状態となるようにして、図１で示したダム放流水改質装置７のように配置し、放流水送給路１４から微細気泡発生器の水導入口５２を経由して筒状旋回室５４内へダム放流水を送給すると、前述したダム放流水改質装置７と同様の作用により、筒状旋回室５４内に旋回流Ｒおよび負圧空洞部Ｖが出現し、空気導入路１５を通じて吸い込まれた空気が空気導入口５３から筒状旋回室５４内へ供給され、流体放出口５６から微細気泡含有水ＢＷとなって放出されるため、ダム放流水の水質改善を行なうことができる。
【００６８】
空気導入口５３が水導入口５２に臨む位置に設けられているため、旋回室５４内に形成される負圧空洞部Ｖの負圧が極度に高まることがあっても水中の浮遊物などが空気導入口５３へ吸引されることがなく、浮遊物による空気導入路１５の閉塞が生じない。また、ダム放流水改質装置５０では、外部に露出しない位置に空気導入口５３を配置しているため、取り扱いも容易である。
【００６９】
また、筒状旋回室５４の中心軸５４ｃ方向の他方の隔壁５７の中心に、中心軸５４ｃに沿って内側へ突き出した突起部５８を設けるとともに、筒状旋回室５４の周面５４ａと突起部５８との間に滑らかに連続した凹曲面５９を設けているため、筒状旋回室５４内に形成される負圧空洞部Ｖの下方の端部は流体放出口５６付近に位置し、上方の端部は突起部５８付近に安定的に位置するようになる。したがって、負圧空洞部Ｖの上端部が不安定に移動して筒状旋回室５４の隔壁にキャビテーション・エロージョンなどが生じるのを防止することができる。
【００７０】
以上の実施の形態においては、ダム湖から放流される放流水を改質する場合について説明しており、本発明の改質対象物である水はダム放流水であるが、水頭差があって自然に落下あるいは流下する水であれば、例えば、水門や樋門から流下する水、干満差によって移動、落下する海水などの改質手段としても応用することができる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明により、以下の効果を奏する。
【００７２】
（１）中心軸の周りを流体が旋回可能な筒状旋回室と、筒状旋回室の周面の接線方向から筒状旋回室内に水を導入するため筒状旋回室の周面に開設された水導入口と、筒状旋回室内へ空気を供給するため筒状旋回室の中心軸方向の一方の隔壁に開設された空気導入口と、筒状旋回室から流体を放出するため筒状旋回室の中心軸方向の他方の隔壁に開設された流体放出口とを有する微細気泡発生器と、微細気泡発生器の水導入口へダム放流水の少なくとも一部を送給する放流水送給路と、微細気泡発生器の空気導入口へ空気を送給する空気導入路とを備えたことにより、電源などの動力源を使用することなくダム放流水の水質を改善することができ、キャビテーション・エロージョンが発生せず、優れた耐久性を発揮する。
【００７３】
（２）中心軸の周りを流体が旋回可能な筒状旋回室と、筒状旋回室内へ水を導入するため筒状旋回室の一方の隔壁から筒状旋回室内へ突設され筒状旋回室の中心軸に対してねじれの位置をなす方向へ水を噴出可能な水噴出口を設けた水導入管と、水導入管側から筒状旋回室内の中心軸に沿って空気を供給するため筒状旋回室に連通して設けられた空気導入管と、筒状旋回室から流体を放出するため筒状旋回室の中心軸方向の他方の隔壁に開設された流体放出口とを有する微細気泡発生器と、微細気泡発生器の水導入管へダム放流水の少なくとも一部を送給する放流水送給路と、微細気泡発生器の空気導入管へ空気を送給する空気導入路とを備えたことにより、前記（１）と同様の効果が得られるほか、比較的大量のダム放流水を改質処理することができ、装置のコンパクト化を図ることができる。
【００７４】
（３）中心軸の周りを流体が旋回可能な筒状旋回室と、筒状旋回室の周面の接線方向から筒状旋回室内に水を導入するため筒状旋回室の周面に開設された水導入口と、筒状旋回室から流体を放出するため筒状旋回室の中心軸方向の両隔壁に開設された流体放出口と、流体放出口に開口部を臨ませて配置した空気供給管とを有する微細気泡発生器と、微細気泡発生器の水導入口へダム放流水の少なくとも一部を送給する放流水送給路と、微細気泡発生器の空気供給管へ空気を導入する空気導入路とを備えたことにより、前記（１）と同様の効果が得られるほか、前記（２）よりも大量のダム放流水を改質処理することができ、万一、空気導入路が閉塞して空気供給が停止しても筒状旋回室内の負圧が異常増大することがなく、負圧による微細気泡発生器の破壊を回避することができる。
【００７５】
（４）中心軸の周りを流体が旋回可能な筒状旋回室と、筒状旋回室の周面の接線方向から筒状旋回室内に水を導入するため筒状旋回室の周面に開設された水導入口と、筒状旋回室内へ空気を供給するため水導入口に臨む位置に設けられた空気導入口と、筒状旋回室から流体を放出するため筒状旋回室の中心軸方向の他方の隔壁に開設された流体放出口とを有する微細気泡発生器と、微細気泡発生器の水導入口へダム放流水を送給する放流水送給路と、微細気泡発生器の空気導入口へ空気を送給する空気導入路とを備えたことにより、前記（１）と同様の効果が得られるほか、旋回室内に形成される負圧空洞部の負圧が極度に高まっても水中浮遊物などが空気導入口へ吸引されないので、浮遊物による空気導入路の閉塞が生じることがなく、取り扱いも容易である。
【００７６】
（５）筒状旋回室の中心軸方向の一方の隔壁に開設された空気導入口を、筒状旋回室の中心軸に沿って内側へ突出させて配置するとともに、筒状旋回室の周面と空気導入口との間に凹曲面を設ければ、筒状旋回室内に形成される負圧空洞部の一方の端部は流体放出口に位置し、他方の端部は筒状旋回室内側に突出した空気導入口に安定的に位置するようになるため、負圧空洞部の空気導入口側の端部が不安定に移動して筒状旋回室の隔壁にキャビテーション・エロージョンなどが生じるのを防止することができる。
【００７７】
（６）ダム放流水の少なくとも一部および空気を導入し、ダム放流水の水頭差エネルギを利用して微細気泡含有水を放出する機能を有するダム放流水改質装置をダム下流に設置し、ダム放流水の少なくとも一部および空気をダム放流水改質装置に送給しダム放流水改質装置から放出される微細気泡含有水をダム放流水に混入させて放流することにより、電源などを用いることなくダム放流水の水質を大幅に改善することができる。
【００７８】
（７）前記（６）のダム放流水改質装置として前記（１）〜（４）のダム放流水改質装置のいずれかを使用すれば、それぞれ前記（１）〜（４）の効果が得られる。
【００７９】
（８）前記（１）〜（４）のダム放流水改質装置を構成する微細気泡発生器をダム放流水の流下水域内に浸漬して配置すれば、放流水導出口から流出する微細気泡含有水を水圧が加わった状態でダム放流水に混入させて放流することができるため、溶存酸素量のさらなる増大を図ることができるとともにＢＯＤ，ＣＯＤ，ＳＳ，Ｔ−Ｎを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態であるダム放流水改質装置の構成を示す図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】図１に示すダム放流水気質装置を構成する微細気泡発生器の斜視図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図３に示す微細気泡発生器の筒状旋回室の中心軸を含む断面図である。
【図６】図３に示す微細気泡発生器における微細気泡含有水の生成状態を示す説明図である。
【図７】本発明のその他の実施の形態であるダム放流水発生装置の構成を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態であるダム放流水改質装置を構成する微細気泡発生器を示す斜視図である。
【図９】図８におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図１０】図８に示す微細気泡発生器の筒状旋回室の中心軸を含む断面図である。
【図１１】（ａ）は図１０におけるＣ−Ｃ線断面図であり、（ｂ）は図１０におけるＤ−Ｄ線断面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態であるダム放流水改質装置を構成する微細気泡発生器を示す斜視図である。
【図１３】図１２におけるＥ−Ｅ線断面図である。
【図１４】図１２に示す微細気泡発生器の筒状旋回室の中心軸を含む断面図である。
【図１５】図１２に示す微細気泡発生器における微細気泡含有水の生成状態を示す説明図である。
【図１６】本発明の第４実施形態であるダム放流水改質装置を構成する微細気泡発生器の筒状旋回室の中心軸を含む断面図である。
【図１７】従来のダム放流水の放流状態を示す図である。
【符号の説明】
１ ダム
１ａ 越流部
２ ダム湖
３ 放流用管路
３ａ 放流用取水口
４，１３ 止水弁
５ 放流管
６ａ 堤内バルブ室
６ｂ 堤外バルブ室
７，３０，４０，５０ ダム放流水改質装置
８ コーンスリーブバルブ
９ 水槽
１０，１１ 放流水路
１２，３８，４１，５１ 微細気泡発生器
１４ 放流水送給路
１５ 空気導入路
１６ 空気導入部
１７ 固定バンド
１８ アンカー部材
１９，３１，４２，５４ 筒状旋回室
１９ａ，４２ａ，５４ａ 周面
１９ｃ，３１ｃ，４２ｃ，５４ｃ 中心軸
２０，４３，５２ 水導入口
２１，２３，３２，３６，４４，４５，５５，５７ 隔壁
２２，５３ 空気導入口
２４，３７，４６，５６ 流体放出口
２５ 仕切板
２６，５９ 凹曲面
２７ 空気量調整バルブ
２８ 負圧計
２９ 流量計
３３ 水噴出口
３４ 水導入管
３４ａ 先端隔壁
３５ 空気導入管
３５ａ 先端開口部
４７ 空気供給管
Ｗ 水
Ｒ 旋回流
Ｖ 負圧空洞部
ＢＷ 微細気泡含有水
Ｆ 浮遊物
Ｐ 空気柱
Claims (8)
- 中心軸の周りを流体が旋回可能な筒状旋回室と、前記筒状旋回室の周面の接線方向から前記筒状旋回室内に水を導入するため前記筒状旋回室の周面に開設された水導入口と、前記筒状旋回室内へ空気を供給するため前記筒状旋回室の中心軸方向の一方の隔壁に開設された空気導入口と、前記筒状旋回室から流体を放出するため前記筒状旋回室の中心軸方向の他方の隔壁に開設された流体放出口とを有する微細気泡発生器と、前記微細気泡発生器の水導入口へダム放流水の少なくとも一部を送給する放流水送給路と、前記微細気泡発生器の空気導入口へ空気を送給する空気導入路とを備えたことを特徴とするダム放流水改質装置。
- 中心軸の周りを流体が旋回可能な筒状旋回室と、前記筒状旋回室内へ水を導入するため前記筒状旋回室の一方の隔壁から前記筒状旋回室内へ突設され前記筒状旋回室の中心軸に対してねじれの位置をなす方向へ水を噴出可能な水噴出口を設けた水導入管と、前記水導入管側から前記筒状旋回室内の中心軸に沿って空気を供給するため前記筒状旋回室に連通して設けられた空気導入管と、前記筒状旋回室から流体を放出するため前記筒状旋回室の中心軸方向の他方の隔壁に開設された流体放出口とを有する微細気泡発生器と、前記微細気泡発生器の水導入管へダム放流水の少なくとも一部を送給する放流水送給路と、前記微細気泡発生器の空気導入管へ空気を送給する空気導入路とを備えたことを特徴とするダム放流水改質装置。
- 中心軸の周りを流体が旋回可能な筒状旋回室と、前記筒状旋回室の周面の接線方向から前記筒状旋回室内に水を導入するため前記筒状旋回室の周面に開設された水導入口と、前記筒状旋回室から流体を放出するため前記筒状旋回室の中心軸方向の両隔壁に開設された流体放出口と、前記流体放出口に開口部を臨ませて配置した空気供給管とを有する微細気泡発生器と、前記微細気泡発生器の水導入口へダム放流水の少なくとも一部を送給する放流水送給路と、前記微細気泡発生器の空気供給管へ空気を導入する空気導入路とを備えたことを特徴とするダム放流水改質装置。
- 中心軸の周りを流体が旋回可能な筒状旋回室と、前記筒状旋回室の周面の接線方向から前記筒状旋回室内に水を導入するため前記筒状旋回室の周面に開設された水導入口と、前記筒状旋回室内へ空気を供給するため前記水導入口に臨む位置に設けられた空気導入口と、前記筒状旋回室から流体を放出するため前記筒状旋回室の中心軸方向の他方の隔壁に開設された流体放出口とを有する微細気泡発生器と、前記微細気泡発生器の水導入口へダム放流水の少なくとも一部を送給する放流水送給路と、前記微細気泡発生器の空気導入口へ空気を送給する空気導入路とを備えたことを特徴とするダム放流水改質装置。
- 前記空気導入口を、前記筒状旋回室の中心軸に沿って内側へ突出させて配置するとともに、前記筒状旋回室の周面と前記空気導入口との間に凹曲面を設けた請求項１記載のダム放流水改質装置。
- ダム放流水の少なくとも一部および空気を導入し、前記ダム放流水の水頭差エネルギを利用して微細気泡含有水を放出する機能を有するダム放流水改質装置をダム下流に設置し、ダム放流水の少なくとも一部および空気を前記ダム放流水改質装置に送給し前記ダム放流水改質装置から放出される前記微細気泡含有水をダム放流水に混入させて放流することを特徴とするダム放流水改質方法。
- 前記ダム放流水改質装置として請求項１〜５のいずれかに記載のダム放流水改質装置を用いた請求項６記載のダム放流水改質方法。
- 請求項１〜５のいずれかに記載のダム放流水改質装置を構成する微細気泡発生器をダム放流水の流下水域内に浸漬した請求項７記載のダム放流水改質方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002301020A JP2004136155A (ja) | 2002-10-15 | 2002-10-15 | ダム放流水改質装置およびダム放流水改質方法 |
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|---|---|
| JP2004136155A true JP2004136155A (ja) | 2004-05-13 |
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| JP2002301020A Pending JP2004136155A (ja) | 2002-10-15 | 2002-10-15 | ダム放流水改質装置およびダム放流水改質方法 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006116365A (ja) * | 2004-09-27 | 2006-05-11 | Nanoplanet Kenkyusho:Kk | 旋回式微細気泡発生装置及び同気泡発生方法 |
| KR100660982B1 (ko) | 2006-06-12 | 2006-12-26 | 주식회사 동호 | 하천내의 침적물 수거가 용이한 친환경적인 하천의 수중보 |
-
2002
- 2002-10-15 JP JP2002301020A patent/JP2004136155A/ja active Pending
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