JP2005155385A - 曝気システム - Google Patents

Abstract

【課題】 水中に溶け込む溶存酸素量を増加させて溶存酸素改善効果を高め、しかも放流水でヘドロ等を巻き上げることなく曝気を行えるようにする。
【解決手段】 ポンプ２０の吸込み側に接続されて取水する取水管２２と、ポンプ２０の吐出し側に接続されて水中に敷設され、長さ方向に沿った所定の位置に多数の放流穴２４ａを設けた長尺状に延びる放流管２４と、取水管２２または放流管２４の内部に空気を導入する空気導入部３２を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば水質汚染の進んだ河川、ダム、池または沼等の水に曝気用空気（酸素）を供給して水を浄化するのに使用される曝気システムに関する。

例えば、水質汚染の進んだ河川、ダム、池または沼等の水にあっては、例えば硫化水素による悪臭が発生し、また鉄筋コンクリート管等の腐食が問題となるため、これを浄化することが求められている。ここで、水中に空気を注入（曝気）して酸素を供給し、水中の溶存酸素量を増加させ好気性条件とすることによって硫酸塩還元細菌の活動を抑制し、硫化水素等の発生を防止できることが知られている。

従来、この種の水中に空気を注入して水中の溶存酸素量を増加させる曝気装置としては、図６に示すように、ポンプ１０により高圧な状態で圧送されてきた配管内の水に、ノズル・ジェクタ１２を介して空気をジェット流により強力に吸い込みつつ曝気して、空気を水に溶解させた後、勢いよく放出させるようにしたものや、図７に示すように、ポンプ１０の運転に伴って空気を吸入し、この空気が混入し高圧となった水を、例えばポンプやノズル・ジェット等からなる微細空気発生装置１４内を通過させて、その圧力等で空気を水に溶解させた後、勢いよく低圧部へ放出させるようにしたもの等が一般に知られている。

しかしながら、上記従来例にあっては、ポンプによって水をかなり高圧にして圧送するようにしているため、曝気した直後に勢いよく放出するようにしていたため、空気が溶存酸素として水中に溶け込む前に大気に開放されてしまい、溶存酸素改善効果が小さいばかりでなく、放流水で河川等の底に溜まったヘドロ等を巻き上げてしまうことがあるといった問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、水中に溶け込む溶存酸素量を増加させて溶存酸素改善効果を高め、しかも放流水でヘドロ等を巻き上げることなく曝気を行えるようにした曝気システムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、ポンプの吸込み側に接続されて取水する取水管と、前記ポンプの吐出し側に接続されて水中に敷設され、長さ方向に沿った所定の位置に多数の放流穴を設けた長尺状に延びる放流管と、前記取水管または前記放流管の内部に空気を導入する空気導入部を有することを特徴とする曝気システムである。

このように、放流管として長尺状に延びる管を使用して水中に敷設し、この放流管に設けた複数の放流穴から流速を落とした水をゆっくり放流することで、放流水によるヘドロ等の巻き上げを防止することができる。また、このように、流速を落とした水をゆっくり放流することで、ポンプによる加圧を低く抑えて、放流管内で空気（気泡）と水とが接触する時間をより長くして、空気を溶存酸素として水中により多く溶け込ませることができる。

請求項２に記載の発明は、前記取水管は、長尺状に形成されて水中に敷設され、長さ方向に沿った所定の位置に多数の取水穴が設けられていることを特徴とする請求項１記載の曝気システムである。
これにより、例えば、河川等の底を流れる酸欠状態場所の水を取水穴から直接取水し、効率的に曝気して放流することができる。また、配管を移動することによって、任意の場所から取水することも可能である。

請求項３に記載の発明は、前記取水管と前記放流管は、前記ポンプを挟んだ位置で、内部に開閉弁を介装した送水方向切換え配管で交互に連結され送水方向を逆にできることを特徴とする請求項１または２記載の曝気システムである。
これにより、送水方向切換え配管内の開閉弁を開き、送水方向切換え配管内を水が流通する状態でポンプを運転することで、送水方向を切換えて、つまり放流管から取水して、取水管から放流することができ、これによって、溶存酸素改善範囲を改善し、しかもこのように送水方向を逆にして水を流すことで、取水管及び放流管を洗浄（逆洗）することができる。

請求項４に記載の発明は、前記取水管及び／または前記放流管の端部には、開閉弁が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の曝気システムである。
これにより、例えば、順方向に送水していた状態から、逆方向に送水するに先立って、放流管の端部に設けた開閉弁を一旦開くことで、配管内の堆積物を圧力水でフラッシュし、逆に、逆方向に送水していた状態から、順方向に送水するに先立って、取水管の端部に設けた開閉弁を一旦開くことで、配管内の堆積物を圧力水でフラッシュすることができる。

請求項５に記載の発明は、前記取水管には、吸込んだ異物を除去するストレーナが設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の曝気システムである。
これにより、ストレーナで異物を除去した後の水をポンプに供給することができる。
請求項６に記載の発明は、前記取水管と前記放流管は、前記ポンプを挟み、かつ前記ストレーナの下流側の位置で、内部に開閉弁を介装した送水方向切換え配管で交互に連結されていることを特徴とする請求項５記載の曝気システムである。
本装置でのストレーナは、通常はポンプの吸込側に設けるため、負圧部となり逆洗できないが、これにより、ポンプの運転に伴って、水がストレーナの内部を逆方向に流れるようにして、ストレーナの内部を洗浄（逆洗）することができる。

請求項７に記載の発明は、前記放流管の水中に入る付近には、他の放流穴より大きな径の大径放流穴が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の曝気システムである。
これにより、比較的粒径の大きな空気の塊（気泡）を大径放流穴から先に放流させることで、このような比較的粒径の大きな気泡が放流管に沿って流れて微細空気を結合させてしまうことを防止することができる。なお、取水管の水中に入る付近に、他の取水穴より大きな径の大径取水穴を設けることで、送水方向を逆にした時に対処することができる。

請求項８に記載の発明は、複数のポンプが並列に備えられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の曝気システムである。
これにより、低出力のポンプを使用し、しかも現地で必要な空気量をポンプの台数で調整することができる。

請求項９に記載の発明は、前記放流管には、配管を介して真空ポンプが連結されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の曝気システムである。
これにより、例えば、空気だまりが生じてしまう可能性のある部分に、配管を介して真空ポンプを連結させておき、真空ポンプを運転することで、放流管の内部に空気だまりが生じてしまうことを回避することができる。なお、送水方向を逆にした場合に対処できるように、取水管に配管を介して真空ポンプを連結するようにしてもよい。

本発明によれば、放流管として長尺状に延びる管を使用し、この放流管に設けた複数の放流穴から流速を落とした水をゆっくり放流することで、水中に溶け込む溶存酸素量を増加させて溶存酸素改善効果を高め、しかも放流水でヘドロ等を巻き上げることなく曝気を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図１乃至図５を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態における曝気システムを示す。この曝気システムには、陸上に設置される２台のポンプ２０が並列に備えられて、この各ポンプ２０の吸込み側には取水管２２が、吐出し側には放流管２４がそれぞれ分岐して接続されている。このように、ポンプ２０を地上に設置することで、ポンプ２０の維持管理を容易となすことができ、また複数のポンプ２０を並列に備えることで、ポンプとして低出力のポンプを使用し、しかも現地で必要な空気量をポンプの台数で調整することができる。

なお、この例では、下記のように、送水方向を切換えて曝気を行うことで、溶存酸素改善範囲を改善し、しかもこのように送水方向を逆して水を流すことで、取水管２２及び放流管２４を洗浄（逆洗）することができるようになっている。このため、取水管２２及び放流管２４は、ほぼ同じ構成を有していて、取水管２２は、逆方向への送水の際には放流管としての役割を果たし、放流管２４は、逆方向への送水の際には取水管としての役割を果たすようになっている。

取水管２２は、長尺状に延びる配管で構成され、大部分を河川等の水中に直線状に敷設されるようになっており、その水中に敷設される部分には、例えば、河川等の底を流れる酸欠状態の水を取水穴２２ａから効率的に直接取水できるように、長さ方向に沿った所定の位置に、多数の取水穴２２ａが所定のピッチで設けられている。取水管２２の端部には、通常時は閉じて取水管２２の端部を閉塞し、これによって、取水穴２２ａのみから取水が行われるようにするとともに、下記のように、順方向に送水するに先立って、一時的に開くことで、配管内の堆積物を高圧水でフラッシュする開閉弁２６ａが設けられている。

取水管２２の内部には、取水管２２が吸込んだ異物を除去して、異物を除去した後の水をポンプ２０に供給するストレーナ２８が直列に配置され、このストレーナ２８には、該ストレーナ２８を迂回する迂回路３０が並列に配置されている。

分岐した各取水管２２の各ポンプ２０の上流側には、各ポンプ２０の運転に伴って該ポンプ２０の吸込み側に発生する負圧によって空気を吸入する、空気導入部としての２本の空気吸入部３２が設けられている。このように、ポンプ２０の運転に伴って、空気吸入部３２から空気を吸入（自然吸引）することで、空気吸入用の外部動力を不要となすことができる。

一方、放流管２４は、長尺状に延びる配管で構成され、大部分を河川等の水中に直線状に敷設されるようになっており、その水中に敷設される部分には、長さ方向に沿った所定の位置に、多数の放流穴２４ａが所定のピッチで設けられている。このように、放流管２４として長尺状に延びる管を使用し、この放流管２４に設けた複数の放流穴２４ａから流速を落とした水をゆっくり放流することで、放流水によるヘドロ等の巻き上げを防止することができる。また、このように、流速を落とした水をゆっくり放流することで、ポンプ２０による加圧を低く抑えて、水中に溶け込む空気（気泡）の粒径をより細かくし、しかも、放流管２４内で空気（気泡）と水とが接触する時間をより長くして、空気を溶存酸素として水中により多く溶け込ませることができる。

放流管２４の端部には、通常時は閉じて放流管２４の端部を閉塞し、これによって、放流穴２４ａのみから放流取水が行われるようにするとともに、下記のように、逆方向に送水するに先立って、一時的に開くことで、配管内の堆積物をフラッシュする開閉弁２６ｂが設けられている。

分岐した各放流管２４の核各ポンプ２０の下流側には、例えばノズルやオリフィスからなり、空気が混入された水を加圧し、その圧力等で空気（または酸素）を水に飽和させ、しかる後、圧力を開放することによって、水中に微細な空気を生成する微細空気発生装置３４が配置されている。

更に、この例では、送水方向を切換えて溶存酸素改善範囲を改善し、しかもこのように送水方向を逆して水を流すことで、取水管２２及び放流管２４を洗浄（逆洗）するための以下の構成が備えられている。

すなわち、分岐する前の取水管２２と放流管２４は、取水管２２のストレーナ２８の下流側で取水管２２から分岐し、放流管２４に合流する送水方向切換え配管３６ａと、取水管２２の前記分岐点より上流側で取水管２２から分岐し、放流管２４の前記合流点の下流側で放流管２４に合流する送水方向切換え配管３６ｂからなる第１の送水方向切換え配管で連結されている。更に、取水管２２の両分岐点間、放流管２４の両合流点間、及び両第１の送水方向切換え配管３６ａ，３６ｂ内には、開閉弁２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ，２６ｆがそれぞれ介装されている。

これによって、取水管２２の両分岐点間、及び放流管２４の両合流点間にそれぞれ介装した開閉弁２６ｃ，２６ｄを開き、第１の送水方向切換え配管３６ａ，３６ｂ内にそれぞれ設置した開閉弁２６ｅ，２６ｆを閉じた状態で、ポンプ２０を運転することで、順方向の送水、すなわち取水管２２からポンプ２０を通って放流管２４に流れる送水（図１実線の矢印参照）を行う。そして、取水管２２の両分岐点間、及び放流管２４の両合流点間にそれぞれ介装した開閉弁２６ｃ，２６ｄを閉じ、第１の送水方向切換え配管３６ａ，３６ｂ内にそれぞれ設置した開閉弁２６ｅ，２６ｆを開いた状態で、ポンプ２０を運転することで、逆方向の送水、すなわち放流管２４からポンプ２０を通って放流管２４に流れる送水（図１破線参照）を行い、この時に流れる水がストレーナ２８を通るようになっている。

次に、この曝気システムの操作例について説明する。
先ず、順方向に送水して、取水管２２で取水した水の曝気を行う時には、前述のように、取水管２２の両分岐点間、及び放流管２４の両合流点間にそれぞれ介装した開閉弁２６ｃ，２６ｄを開き、第１の送水方向切換え配管３６ａ，３６ｂ内にそれぞれ設置した開閉弁２６ｅ，２６ｆを閉じた状態で、ポンプ２０を運転する。この時、取水管２２及び放流管２４の先端に設けた開閉弁２６ａ，２６ｂを閉じておく。これにより、河川等の水が取水穴２２ａを通って取水管２２の内部に導かれ、ストレーナ２８を通過して異物が除去されてポンプ２０の内部に吸込まれる。この時、ポンプ２０の吸込み側に発生する負圧によって、２つの空気吸入部３２の双方または一方から空気がポンプ２０の内部に吸入されて、ポンプ２０に吸込まれた水の中に空気が混入する。そして、例えばポンプからなる微細空気発生装置３４で空気が混入された水を加圧し、その圧力で空気（または酸素）を水に飽和させ、しかる後、圧力を開放することによって、水中に微細な空気が生成される。そして、この微細な空気が生成された水は、放流管２４に沿って流れ、放流穴２４ａから水中に放出される。

このように、図２に示すように、放流管２４として長尺状に延びる管を使用し、この放流管２４に設けた複数の放流穴２４ａから流速を落とした水をゆっくり放流することで、放流水によるヘドロ等の巻き上げを防止することができる。また、流速を落とした水をゆっくり放流することで、ポンプ２０による加圧を低く抑え、低い圧力の水を微細空気発生装置３４に送り、これによって、タンク等を設けなくても水中に溶け込む空気（気泡）の粒径をより細かくし、しかも、放流管２４内で空気（気泡）と水とが接触する時間をより長くして、空気を溶存酸素として水中により多く溶け込ませることができる。

そして、送水方向を切換えて放流管２４で取水した水を曝気して溶存酸素改善範囲を拡大したり、取水管２２及び放流管２４を洗浄（逆洗）したりする時には、先ず、取水管２２の端部に設けた開閉弁２６ａを一旦開き、これにより、配管内の堆積物を圧力水でフラッシュする。このように、配管内の堆積物を圧力水でフラッシュすることで、堆積物などが取水管２２の取水穴２２ａ等に詰まることを防止することができる。このフラッシュ後、開閉弁２６ａを閉じる。

なお、図３に示すように、取水管２２の端部に、例えば上方に開放した横断面半円状のヘドロ巻き上げ防止部３８を連結することで、このフラッシュ時に放流される水でヘドロが巻き上げられることを防止することができる。なお、このヘドロ巻き上げ防止部３８を取水管２２に一体に形成してもよい。

次に、ポンプ２０の運転を停止し、取水管２２の両分岐点間、及び放流管２４の両合流点間にそれぞれ介装した開閉弁２６ｃ，２６ｄを閉じ、第１の送水方向切換え配管３６ａ，３６ｂ内にそれぞれ設置した開閉弁２６ｅ，２６ｆを開き、しかる後、ポンプ２０を運転することで、逆方向の送水、すなわち放流管２４からポンプ２０を通って取水管２２に流れる送水（図１破線参照）を行う。この時、この逆方向に流れる水は、ストレーナ２８を通過する。これにより、放流穴２４ａを通過して放流管２４内に流入した水を、前述と同様にして曝気し、この曝気した水を取水管２２の取水穴２２ａから放流する。このように、放流管２４から取水し曝気して取水管２４から放流することで溶存酸素改善範囲を拡大し、しかも、これにより、取水管２２及び放流管２４の内部を洗浄（逆洗）することができる。

再び順方向の送水を行う時には、放流管２４の端部に設けた開閉弁２６ｂを一旦開いて、配管内の堆積物を圧力水でフラッシュし、これにより、前述とほぼ同様に、堆積物などが放流管２４の放流穴２４ａ等に詰まることを防止し、しかる後、開閉弁２６ｂを閉じる。そして、取水管２２の両分岐点間、及び放流管２４の両合流点間にそれぞれ介装した開閉弁２６ｃ，２６ｄを開き、第１の送水方向切換え配管３６ａ，３６ｂ内にそれぞれ設置した開閉弁２６ｅ，２６ｆを閉じた状態でポンプ２０を運転する。

なお、放流管２４の端部に、図３に示すように、例えば上方に開放した横断面半円状のヘドロ巻き上げ防止部３８を連接することで、このフラッシュ時に放流される水でヘドロが巻き上げられることを防止することができることは前述と同様である。

図４は、本発明の他の実施の形態における曝気システムの概要を示す。この例の図１に示す例と異なる点は、１台のポンプ２０と微細空気発生装置３４を使用し、更に取水管２２の水中に入る付近に、他の取水穴２２ａより大きな径の大径取水穴２２ｂを、放流穴２４の水中に入る付近に、他の放流穴２４ａより大きな径の大径放流穴２４ｂをそれぞれ設けた点である。その他の構成は、図１に示すものとほぼ同様である。

この例によれば、順方向に送水し、取水管２２で取水した水を曝気して放流管２４の放流穴２４ａから放流させる時には、比較的粒径の大きな空気の塊（気泡）を大径放流穴２４ｂから先に放流させ、また、逆方向に送水し、放流管２４で取水した水を曝気して取水管２２の取水穴２２ａから放流させる時には、比較的粒径の大きな空気の塊（気泡）を大径取水穴２２ｂから先に放流させることができる。これによって、このような比較的粒径の大きな気泡が放流管２４や取水管２２の内部を流れた際に微細空気泡と結合させてしまうことを防止することができる

図５は、本発明の更に他の実施の形態における曝気システムの概要を示す。この例の図４に示す例と異なる点は、ストレーナ２８を逆方向の水の流れで洗浄（逆洗）できるようにした点である。つまり、この例では、取水管２２と放流管２４は、取水管２２のストレーナ２８の上流側で取水管２２から分岐し、放流管２４の前記送水方向切換え配管３６ａとの合流点の上流側で放流管２４に合流する送水方向切換え配管４０ａと、取水管２２の前記送水方向切換え配管４０ａとの分岐点より上流側で取水管２２から分岐し、放流管２４の前記送水方向切換え配管４０ａの合流点の下流側で放流管２４に合流する送水方向切換え配管４０ｂからなる第２の送水方向切換え配管で連結されている。更に、取水管２２の第２の送水方向切換え配管４０ａ，４０ｂの分岐点間、放流管２４の第２の送水方向切換え配管４０ａ，４０ｂの合流点間、及び両第２の送水方向切換え配管４０ａ，４０ｂには、開閉弁２６ｇ，２６ｈ，２６ｉ，２６ｊがそれぞれ介装されている。

これによって、取水管２２の第２の送水方向切換え配管４０ａ，４０ｂの分岐点間及び放流管２４の第２の送水方向切換え配管４０ａ，４０ｂの合流点間にそれぞれ介装した開閉弁２６ｇ，２６ｈを開き、第２の送水方向切換え配管４０ａ，４０ｂ内にそれぞれ設置した開閉弁２６ｉ，２６ｊを閉じた状態で、前述のようにして、順方向（または逆方向）に水を送水して、取水管２２（または放流管２４）で取水した水を曝気して放流する。そして、順方向に水を送水している状態で、取水管２２の第２の送水方向切換え配管４０ａ，４０ｂの分岐点間及び放流管２４の第２の送水方向切換え配管４０ａ，４０ｂの合流点間にそれぞれ介装した開閉弁２６ｇ，２６ｈを閉じ、第２の送水方向切換え配管４０ａ，４０ｂ内にそれぞれ設置した開閉弁２６ｉ，２６ｊを閉じた状態でポンプ２０を運転する。これにより、逆方向の送水、すなわち放流管２４からポンプ２０を通り、更に取水管２２に流れる送水（図５矢印参照）を行い、この時に流れる水が、ストレーナ２８を逆方向から通るようにして、ストレーナ２８を洗浄（逆洗）する。

なお、放流管２４に空気たまりが生じる問題の回避には、（１）一定時間毎に（または、定期的に、あるいは放流管２４内の空気量を検知して）、タイマなどで空気吸入部３２を閉じ、ポンプ運転台数を空気連衡速度以上に選択して放流管２４内の空気を排除するか、または、（２）一定時間毎に（または、定期的に、あるいは放流管２４内の空気量を検知して）、タイマなどで空気吸入部３２を閉じ、予め空気たまりが生じる可能性がある部分に配管を介して繋いでおいた真空ポンプを運転して空気を排除することによって解決することができる。

本発明の実施の形態における曝気システムを示す概要図である。 図１に示す実施の形態のポンプ、微細空気発生装置及び放流管を示す図である。 放流管（または取水管）の端部にヘドロ巻き上げ防止部を設けた状態を示す斜視図である。 本発明の他の実施の形態における曝気システムを示す概要図である。 本発明の更に他の実施の形態における曝気システムを示す概要図である。 従来の曝気装置の一例を示す概要図である。 従来の曝気装置の他の例を示す概要図である。

符号の説明

２０ ポンプ
２２ 取水管
２２ａ 取水穴
２２ｂ 大径取水穴
２４ 放流管
２４ａ 放流穴
２４ｂ 大径放流穴
２８ ストレーナ
３０ 迂回路
３２ 空気吸入部（空気導入部）
３４ 微細空気発生装置
３６ａ，３６ｂ 第１の送水方向切換え配管
３８ ヘドロ巻き上げ防止部
４０ａ，４０ｂ 第２の送水方向切換え配管

Claims (9)

1. ポンプの吸込み側に接続されて取水する取水管と、
   前記ポンプの吐出し側に接続されて水中に敷設され、長さ方向に沿った所定の位置に多数の放流穴を設けた長尺状に延びる放流管と、
   前記取水管または前記放流管の内部に空気を導入する空気導入部を有することを特徴とする曝気システム。
2. 前記取水管は、長尺状に形成されて水中に敷設され、長さ方向に沿った所定の位置に多数の取水穴が設けられていることを特徴とする請求項１記載の曝気システム。
3. 前記取水管と前記放流管は、前記ポンプを挟んだ位置で、内部に開閉弁を介装した送水方向切換え配管で交互に連結され送水方向を逆にできることを特徴とする請求項１または２記載の曝気システム。
4. 前記取水管及び／または前記放流管の端部には、開閉弁が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の曝気システム。
5. 前記取水管には、吸込んだ異物を除去するストレーナが設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の曝気システム。
6. 前記取水管と前記放流管は、前記ポンプを挟み、かつ前記ストレーナの下流側の位置で、内部に開閉弁を介装した送水方向切換え配管で交互に連結されていることを特徴とする請求項５記載の曝気システム。
7. 前記放流管の水中に入る付近には、他の放流穴より大きな径の大径放流穴が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の曝気システム。
8. 複数のポンプが並列に備えられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の曝気システム。
9. 前記放流管には、配管を介して真空ポンプが連結されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の曝気システム。

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