JP2005262200A - 水質浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 閉鎖性水域の水質改善を効率良く十分に行える水質浄化装置を提供する。
【解決手段】 水質浄化装置は、送水ポンプ１と気泡発生器２と噴流ポンプ３とを備える。送水ポンプ１は、閉鎖性水域から滞留水を汲み上げて送り出す。気泡発生器２は、閉鎖性水域の水から脱して設置されていて、送水ポンプ１から送り出された水が駆動水として導入され、この水に少なくとも酸素を含む気体を受け入れて、微細な気泡が混入した水を生成しながら送り出す。噴流ポンプ３は、閉鎖性水域の水底近傍に設置されていて、気泡発生器２から送り出された気泡混入の水が駆動水として導入され、周囲の滞留水を吸入しながら気泡混入の水と共に噴射する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、湖沼、池、内海、港湾、貯水槽、プール、養殖場等といった閉鎖性水域に滞留した水を浄化する水質浄化装置に関する。

一般に、閉鎖性水域においては、水の交換が行われ難い状況下にあることから、汚濁物質が蓄積されたり、水底付近に溶存酸素の少ない貧酸素領域が生じたりし易く、結果として水質が悪化し易い。そのため、その水質を改善すべく、滞留した水を浄化する水質浄化装置は欠かせない。

従来の水質浄化装置としては、図１４に示すような水流発生装置がある（例えば、特許文献１参照）。この水流発生装置すなわち水質浄化装置は、閉鎖性水域の水底近傍に水没されて設置されるものであって、大きくは、前後両端が開口した円筒状の外筒１０１と、この外筒１０１の内部に同軸状に収容され前後両端が開口した内筒１０２と、より成る。内筒１０２の内部空間は中間部において後端から前端に向けて緩やか縮径されており、その中間部と前端部の境界付近の周壁には、空気や水やこれらの気液混合流体を駆動流体として内部に導入するための駆動流体導入口１０３が形成されている。この駆動流体導入口１０３は、駆動流体を斜め前方に且つ周方向に沿って噴出できるように開口している。更に、内筒１０２における中間部と後端部の境界付近の周壁には、空気等の気体を内部に導入するための気体導入口１０４が形成されており、この気体導入口１０４には多孔質材１０５が嵌入されている。

なお、外筒１０１の前後両端の周壁内には浮力材１０６が埋設され、この外筒１０１は、水底に固定のアンカー１０７に連結された係留索１０８で繋ぎとめられている。

このような水質浄化装置によれば、駆動流体供給管１０９を通じて圧送された駆動流体が駆動流体導入口１０３から内筒１０２の内部に噴出され、これにより、内筒１０２の後端の開口から閉鎖性水域の滞留水が内部に吸入され、駆動流体と共に内筒１０２の前端の開口から噴射されるようになる。その際、気体供給管１１０を通じて圧送された気体が気体導入口１０４から多孔質材１０５を経て噴出されるため、内筒１０２内の水流に気泡が生成される。また、駆動流体導入口１０３からは駆動流体が斜め前方に且つ周方向に沿って噴出されるため、内筒１０２内には螺旋状の旋回流が形成される。これにより、生成された気泡はその旋回流の中心に集まり、このような気泡混入の水が内筒１０２の前端の開口から噴射される。

こうした内筒１０２の作用により、外筒１０１の内部には、後端の開口から閉鎖性水域の滞留水が内部に取り込まれ、この一部が内筒１０２内に吸入されるとともに、残りが内筒１０２外を流動する。そして、流動した水と共に、内筒１０２から噴射された気泡混入の水が、一体となって外筒１０１の前端の開口から吐出される。

このようにして、閉鎖性水域においては、水底付近の滞留水に水流が発生するため、全体として滞留水が循環するようになる。併せて、水底付近の滞留水に気泡が供給されるため、その領域の滞留水に酸素が溶解して溶存酸素が増加するようになる。その結果、閉鎖性水域の水質が一応は改善される。
特開平８−２００３００号公報

しかし、上記した従来の水質浄化装置では、吐出される水に混入の気泡について、その気泡径は多孔質材１０５の開口径に依存することから、ある程度大きいものとなる。そうすると、吐出された後のその気泡は早期に浮上してしまい、到底遠方まで到達し得ない。そのため、滞留水への酸素の溶解効率は決して良いとは言えず、閉鎖性水域の水質改善は実質的に不十分となる。

そこで本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、閉鎖性水域の水質改善を効率良く十分に行える水質浄化装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明による水質浄化装置は、閉鎖性水域に滞留した水を浄化する水質浄化装置において、閉鎖性水域から滞留水を汲み上げて送り出す送水ポンプと、閉鎖性水域の水から脱して設置されていて、前記送水ポンプから送り出された水が駆動水として導入され、この水に少なくとも酸素を含む気体を受け入れて、微細な気泡が混入した水を生成しながら送り出す気泡発生器と、閉鎖性水域の水底近傍に設置されていて、前記気泡発生器から送り出された気泡混入の水が駆動水として導入され、周囲の滞留水を吸入しながら気泡混入の水と共に噴射する噴流ポンプと、を備えている。

これにより、噴流ポンプから噴射される水、すなわち気泡発生器から送り出された水と周囲から吸入された滞留水とで構成される水について、その水に混入の気泡径は、送水ポンプの送水力を受けて気泡発生器で生成された微細なものであり、しかもその水には、送水ポンプの送水力を同じく受けて高い噴射力が与えられるため、噴射された後のその気泡は早期に浮上してしまうことは無いし、その気泡を含む水は遠方まで到達し得る。そのため、滞留水への酸素の溶解効率が良く、閉鎖性水域全体の滞留水の循環が円滑に行える。

ここで、前記噴流ポンプは、ノズル状の前端部を有する内筒と、この内筒と同軸状であって、前記内筒の前端部を収容し周壁に吸入口が形成された後端部、スロート状の中間部、及び先端に噴射口が形成された前端部を有する外筒と、より成り、前記気泡発生器から送り出された気泡混入の水が前記内筒を経てこの前端から前記外筒の中間部に向けて導入されるとともに、周囲の滞留水が前記外筒の後端部の吸入口から吸入されてこの中間部に向けて導入され、これらの導入された水が一体となって前記外筒の前端部の噴射口から噴射されるようになっている。これにより、噴流ポンプは、気泡発生器から送り出された比較的小流量の水すなわち駆動水で、周囲から大流量の滞留水を吸入でき、これらの総流量の水を噴射できるため、能力の小さい送水ポンプでも十分に噴射機能を賄える。

また、実用的には、外部から空気を取り入れて圧縮する空気圧縮機が閉鎖性水域の水から脱して設置されており、前記気泡発生器は前記空気圧縮機からの空気を前記気体として受け入れるようになっているとよい。

また、気泡の酸素濃度が高いほど滞留水への酸素の溶解効率が向上するため、これを踏まえ、外部から空気を取り入れて圧縮する空気圧縮機、及びこの圧縮機からの圧縮空気に含まれる酸素を抽出する酸素抽出機が共に閉鎖性水域の水から脱して設置されており、前記気泡発生器は前記酸素抽出機からの酸素を前記気体として受け入れるようになっているとよい。簡便には、圧縮酸素を格納した酸素ボンベが閉鎖性水域の水から脱して設置されており、前記気泡発生器は前記酸素ボンベからの酸素を前記気体として受け入れるようになっていてもよい。

その他、閉鎖性水域から滞留水を汲み上げて送り出す送水ポンプと、該送水ポンプから送り出された水が駆動水として導入され、この水に少なくとも酸素を含む気体を受け入れて、微細な気泡が混入した水を生成しながら送り出す気泡発生器と、前記気泡発生器から送り出された気泡混入の水が駆動水として導入され、周囲の滞留水を吸入しながら気泡混入の水と共に噴射する噴流ポンプとを備え、前記気泡発生器と前記噴流ポンプとを一体化し、前記気泡発生器からの水を直接前記噴流ポンプに供給する構成とすることができる。これにより、気泡発生器からの気泡混入の水を、配管を介さず直接噴流ポンプに供給することができるので、噴流ポンプからの更に効率の良い噴射を行うことが可能となる。

また、前記気泡発生器は、駆動水を旋回させつつ導入する場合と、駆動水を旋回させずに導入し、直接に前記噴流ポンプ側へ向けて供給する場合とを、切り替え可能であるようにしてもよい。これにより、閉鎖性水域に滞留した水を循環させるだけで水質改善の効果が得られる場合に、駆動水を旋回させないようにして、無駄な圧力損失が生じるのを防止することが可能となる。

また、前記気泡発生器は、散気板からの気泡を駆動水の高速旋回流による気泡せん断で微細気泡とするようにしてもよい。これにより、より微細な気泡が混入した水を生成することが可能となる。また、前記気泡発生器は、サイクロン部である複数の容器を並設してなる構成としてもよい。これにより、気泡生成の能力をアップさせることが可能となる。

本発明の水質浄化装置によれば、噴流ポンプから噴射された後の気泡は早期に浮上してしまうことは無いし、その気泡を含む水は遠方まで到達し得るため、滞留水への酸素の溶解効率が良く、閉鎖性水域全体の滞留水の循環が円滑に行える。従って、閉鎖性水域の水質改善を効率良く十分に行うことが可能になる。

さらに、気泡発生器と噴流ポンプとを一体化し、気泡発生器からの水を直接噴流ポンプに供給する構成とすることにより、噴流ポンプからの更に効率の良い噴射を行うことが可能となり、結果として閉鎖性水域の水質改善がより効率良く行われることとなる。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳述する。先ず、本発明の第１実施形態である水質浄化装置について説明する。図１は第１実施形態の水質浄化装置の全体構成を示す概略図、図２はその水質浄化装置における気泡発生器を示す概略図、図３は図２のＡ−Ａ断面図、図４は図２のＢ−Ｂ断面図、図５はその水質浄化装置における噴流ポンプの縦断面図である。

本実施形態の水質浄化装置は、図１に示すように、大きくは、送水ポンプ１、気泡発生器２、及び噴流ポンプ３より構成される。送水ポンプ１は水中ポンプであって、閉鎖性水域に水没されて設置され、気泡発生器２は閉鎖性水域の水から脱した状態、例えば閉鎖性水域周辺の地面に設置され、噴流ポンプ３は閉鎖性水域の水底近傍に水没されて設置されている。送水ポンプ１と気泡発生器２は、柔軟性を有するビニル系等の第１の配管４を介して連結され、気泡発生器２と噴流ポンプ３は、同じく柔軟性を有するビニル系等の第２の配管５を介して連結されている。

このような概略構成のもとで、送水ポンプ１は、閉鎖性水域から滞留水を汲み上げ、この水を気泡発生器２の駆動水として第１の配管４を通じて気泡発生器２に送り出す役割を果たす。また、気泡発生器２は、詳細は後述するが、送水ポンプ１の送水力を受けて第１の配管４から導入された水（駆動水）に、少なくとも酸素を含む気体を受け入れ、微細な気泡が混入した水を生成する役割を果たす。この気泡発生器２で生成された気泡混入の水は、送水ポンプ１の送水力を同じく受けて、噴流ポンプ３の駆動水として第２の配管５を通じて噴流ポンプ３に送り出される。また、噴流ポンプ３は、詳細は後述するが、第２の配管５から導入された気泡混入の水（駆動水）により、周囲の滞留水を吸入し、これらの水を一体に噴射する役割を果たす。

第１の配管４の経路中には、流量調整弁６、流量計７、及び圧力計８が設けられており、流量調整弁６の開閉度合いで、送水ポンプ１から送り出される水の流量、ひいては噴流ポンプ３から噴射される水の流量が調整される。

続いて、先ず気泡発生器２の具体的な構成について、図１〜図４を参照しながら説明する。本実施形態の気泡発生器２は、概略、円筒形の容器２０と、気泡発生部２１とを備える。容器２０における後端壁２０ｂの中央部には、気体導入孔２２が形成され、この気体導入孔２２には気体供給管２３の一端が連結されている。また、容器２０の近傍には、外部から空気を取り入れて圧縮する空気圧縮機９が閉鎖性水域の水から脱した状態で設置されており、この空気圧縮機９には気体供給管２３の他端が連結されている。気体供給管２３の経路中には、流量調整弁１０が設けられており、この流量調整弁１０の開閉度合いで、空気圧縮機９から容器２０に向けて気体供給管２３を流通する気体（本実施形態では空気）の流量が調整される。

容器２０における周壁には、後端壁２０ｂ側に寄った位置に駆動水導入口２４が形成され、この駆動水導入口２４には第１の配管４が連結されている。但し駆動水導入口２４は、第１の配管４を通じて圧送された水（駆動水）を容器２０の円周方向に沿ってその内部に噴出できるように開口している。

容器２０における前端壁２０ａの中央部には、導出口２５が形成され、この導出口２５には、第２の配管５へ連なる導出管２６が連結されている。ここで、導出管２６の一部で気泡発生部２１が形成される。具体的には、導出管２６の気泡発生部２１内には、その長手方向長Ｘと同じ長さを有する複数枚の板状部材２７が縦横（格子状）に配されている。
つまり各板状部材２７は、導出管２６の軸線に沿って延在し、これと直角方向に間隔Ｌで縦横に配列されており、これにより、互いの板状部材２７の間に流路が形成される。

但し、導出管２６において、気泡発生部２１の長手方向長Ｘや、気泡発生部２１と容器
２０の前端壁２０ａとのなす距離Ｙは、実験結果や流体力学等に基づいて気泡の発生効率がより高められるように設定される。例えば、その長手方向長Ｘは、各板状部材２７の配
列間隔Ｌの３倍程度又はこれ以上に設定することが望ましく、またその距離Ｙは、導出管２６の内径Ｄの２倍以内に設定することが望ましい。なお、本実施形態では、距離Ｙが内径Ｄの０．５〜１倍程度に設定されている。

このような構成の気泡発生器２では、送水ポンプ１の駆動により、閉鎖性水域から滞留水が汲み上げられ、この水（駆動水）がそのまま送水ポンプ１の送水力を受けて第１の配管４を通じて圧送されて、駆動水導入口２４から容器２０の内部に円周方向に沿って噴出される。この噴出された水は、容器２０の内部において螺旋状の旋回流となって前端壁２０ａに向けて進行するため（図３の実線矢印参照）、容器２０の軸線周辺に負圧部分が形成される。これにより、気体供給管２３を経て気体導入孔２２から容器２０の内部に、気体（空気）が吸い込まれる。吸い込まれた気体は、駆動水導入口２４からの水と共に旋回しながら容器２０の前端壁２０ａに向けて進行し、気液混合流体となって導出口２５から導出管２６内に流入する。

そして、導出管２６の径が容器２０の径よりも小さいため、導出管２６内において気液混合流体の旋回速度が加速される。従って、気液混合流体は、急激な旋回速度変化により生じたせん断力のために気泡を生じて白濁する。その後、気泡発生部２１に流入した気液混合流体は、各板状部材２７によりその旋回が抑制されるので、強いせん断力を受け、その内部に含まれた気体塊が分散される。その結果、気泡発生部２１では、大量の微細な気泡が発生して、微細な気泡が混入した水が生成される。この気泡混入の水は、そのまま送水ポンプ１の送水力を受けて第２の配管５に圧送される。

なお、気泡発生部２１における板状部材２７については、例えば、図６に示すような十字状の配列形態を採用しても良い。要するに、板状部材２７は、気液混合流体に含まれる気体塊を効率良く分散できるものであれば、種々の配列形態を取り得る。また、図７に示すように、気液混合流体が流入する側における板状部材２７の端部にナイフエッジ２７ａを形成してもよい。このナイフエッジ２７ａの刃先が気液混合流体の旋回方向下流側に位置するように形成されていると、渦流が発生し、これにより微細な気泡の発生が一層促進されるからである。

続いて、噴流ポンプ３の具体的な構成について、図５を参照しながら説明する。本実施形態の噴流ポンプ３は、内筒４０と、これと同軸状の外筒４１とより成る。内筒４０の後端には第２の配管５（図５では不図示）が連結され、他方の前端部４０ａは、先端に向けて緩やか縮径されてノズル状になっている。

外筒４１は、内筒４０の前端部４０ａを収容する後端部４１ｃ、この後端部４１ｃから急激に縮径されたスロート状の中間部４１ｂ、及び、この中間部４１ｂから緩やかに拡径された前端部４１ａを有する。その後端部４１ｃの周壁には、周囲の滞留水を内部に吸入するための吸入口４２が形成され、前端部４１ａの先端には、噴射口４３が形成されている。

このような構成の噴流ポンプ３では、送水ポンプ１の駆動により第２の配管５を通じて圧送された気泡発生器２からの気泡混入の水（駆動水）が、内筒４０の内部に導入され、その前端の開口４４から外筒４１の中間部４１ｂに向けて噴出される。これにより、吸入口４２から周囲の滞留水が外筒４１の後端部４１ｃの内部に吸入される。そして、これらの噴出された水（気泡発生器２からの気泡混入の水）と吸入された水（周囲の滞留水）は、そのまま中間部４１ｂに導入されて一体となり、前端部４１ａを経て噴射口４３から噴射される。

このような水質浄化装置によれば、噴流ポンプ３から噴射される水は、気泡発生器２から送り出された水と吸入口４２から吸入された滞留水とで構成されるが、その水に混入の気泡径は、送水ポンプ１の送水力を受けて気泡発生器２で生成された微細なものとなっている。しかもその水には、送水ポンプ１の送水力を同じく受けて高い噴射力が与えられる。そうすると、噴射された後のその気泡は早期に浮上してしまうことは無いし、その気泡を含む水は遠方まで到達し得る。そのため、滞留水への酸素の溶解効率が良く、閉鎖性水域全体の滞留水の循環が円滑に行える。従って、閉鎖性水域の水質改善を効率良く十分に行うことが可能になる。

また、本実施形態の噴流ポンプ３によれば、気泡発生器２から送り出された水（駆動水）の流量に対して、１０倍程度の流量の滞留水を吸入口４２から吸入することが可能である。つまり、比較的小流量の駆動水で周囲から大流量の滞留水を吸入でき、これらの総流量の水を噴射できる。これにより、能力の小さい送水ポンプ１でも十分に噴射機能を賄える。

また、本実施形態では、気泡発生器２やこれにまつわる空気圧縮機９等が閉鎖性水域の水から脱した状態で設置されているので、これらのメンテナンスが容易に行えるという利点がある。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。本第２実施形態の特徴は、噴流ポンプ３から噴射される水に含まれる気泡に関して、その酸素濃度が高いほど滞留水への酸素の溶解効率が向上することに着眼し、閉鎖性水域のより効果的な水質改善を図った点にある。つまり本実施形態では、上記の第１実施形態における気体供給管２３の経路中において、空気圧縮機９と流量調整弁１０の間に、酸素抽出機が閉鎖性水域の水から脱した状態で設置されている。酸素抽出機としては、ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption：圧力変動吸着）等のガス分離装置が適用される。

このような構成にすると、空気圧縮機９からの圧縮空気が酸素抽出機で分離・精製されて酸素が抽出され、この酸素が気体供給管２３を経て気泡発生器２の容器２０の内部に供給されるようになる。これにより、気泡発生器２では酸素濃度の高い微細な気泡が混入された水が生成されることから、噴流ポンプ３から噴射される水にも当然酸素濃度の高い気泡が含まれる。従って、滞留水への酸素の溶解効率が向上するため、閉鎖性水域の水質改善をより効率良く十分に行うことが可能になる。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。本第３実施形態の特徴は、上記の第２実施形態と同様、閉鎖性水域のより効果的な水質改善を図った点にある。つまり本実施形態では、上記の第１実施形態における空気圧縮機９に代えて、圧縮酸素を格納した酸素ボンベが閉鎖性水域の水から脱した状態で設置されている。

このような構成にすると、酸素ボンベからの酸素が気体供給管２３を経て気泡発生器２の容器２０の内部に供給されるようになるため、上記した第２実施形態と同様の効果を奏することが可能になる。また、第２実施形態と比較して、設備が簡便になるという利点もある。

なお本実施形態の場合、閉鎖性水域の水底付近の溶存酸素を継続的に計測するＤＯセンサを配設し、このＤＯセンサの出力に応じて、気体供給管２３の経路中に設けられた流量調整弁１０の開閉度合いが調整されるようになっていることが好ましい。酸素ボンベ内の圧縮酸素の浪費を防止できるからである。

次に、本発明の第４実施形態について図面を参照しながら説明する。図８は第４実施形態の水質浄化装置における気泡発生器を示す概略図、図９は図８のＣ−Ｃ断面図である。なお、図中で図１〜図７と同じ名称で同じ機能を果たす部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。後述する第５〜第７実施形態においても同様とする。

本第４実施形態の特徴は、上記の第１〜第３実施形態における気泡発生器２の構造を変形した点にある。つまり本実施形態では、導出管２６の気泡発生部２１内には、導出管２６の軸線に直交するメッシュ板３０が配設されている。

このような構成の気泡発生器２によれば、気泡発生部２１に流入した気液混合流体は、メッシュ板３０によりその旋回が抑制されるので、この抑制に伴って生じるせん断力によって、その内部に含まれた気体塊が分散される。その結果、本実施形態の気泡発生部２１においても、大量の微細な気泡が発生して、微細な気泡が混入した水が生成される。

なお、気泡発生部２１におけるメッシュ板３０については、導出管２６の長手方向に所定の間隔を置いて多段配置することも可能であり、これは気泡の発生効率を向上させる観点から有効である。また、そのメッシュ形態は、図９に示すような格子状に限らず、ハニカム状であっても勿論構わない。要するに、気液混合流体の旋回を抑制する機能を有するものであれば、種々のメッシュ形態を採用することができる。更に、メッシュ板３０に代えて、図１０に示すような多孔板３１を配設しても同様の効果が得られる。

次に、本発明の第５実施形態について図１１を参照しながら説明する。図１１は第５実施形態の水質浄化装置における気泡発生器を示す概略図である。本第５実施形態の特徴は、上記の第４実施形態と同様、第１〜第３実施形態における気泡発生器２の構造を変形した点にある。つまり本実施形態では、導出管２６の気泡発生部２１が拡径されていて、この拡径された導出管２６の周壁には、第１の配管４から分岐した第１の分岐配管３５が連結されている。この第１の分岐配管３５には、送水ポンプ１で汲み上げられた水の一部が流入するようになっており、この流入した水が、導出管２６における気泡発生部２１内にこの円周方向に沿って噴出され、容器２０内における旋回流とは逆向きの旋回流を形成するようになっている。

このような構成の気泡発生器２によれば、容器２０で形成された気液混合流体は、気泡発生部２１に流入した際、第１の分岐配管３５からの逆向きの旋回流によりその旋回が抑制されるので、この抑制に伴って生じるせん断力によって、その内部に含まれた気体塊が分散される。その結果、本実施形態の気泡発生部２１においても、大量の微細な気泡が発生して、微細な気泡が混入した水が生成される。なお、導出管２６における気泡発生部２１の径や容積は、容器２０の径や容積等を勘案して適宜設定される。

次に、本発明の第６実施形態について図１２を参照しながら説明する。図１２は第６実施形態の水質浄化装置における気泡発生器を示す概略図である。本第６実施形態の特徴は、上記の第１〜第５実施形態における気泡発生器２の構造を変形して、気泡の発生効率をより高めるよう図った点にある。つまり本実施形態では、容器２０の導出口２５、すなわち容器２０と導出管２６の境界に、オリフィス３７が設けられている。

このような構成の気泡発生器２によれば、オリフィス３７が導出口２５の開口面積を縮小するため、容器２０で形成された気液混合流体は、導出管２６に流入する際にその旋回速度がより加速され、強力なせん断力を受ける。しかも、オリフィス３７を通過した気液混合流体の旋回流はコーン状に拡がりながら進行するので、そのコーン状のエリアの気液混合流体とその周辺のエリアの気液混合流体との境界に生じたせん断力によって、旋回流に含まれた気体塊が分散されることになる。こうして、オリフィス３７は、気泡の発生効率をより高める役割を果たす。

次に、本発明の第７実施形態について図１３を参照しながら説明する。図１３は第７実施形態の水質浄化装置における気泡発生器を示す概略図である。本第７実施形態の特徴は、上記の第１〜第６実施形態における気泡発生器２の構造を変形して、気液混合流体の旋回流をより効率的に形成するよう図った点にある。つまり本実施形態では、容器２０における前端壁２０ａが円錐状に突出していて、その先端に導出口２５が形成されて導出管２６が連結されている。このような構成の気泡発生器２によれば、容器２０内の気液混合流体への抵抗が低減されるため、より効率的に気液混合流体の旋回流を形成することが可能になる。

なお、上記の各実施形態における気泡発生部２１については、組付けやメンテナンスの容易性に配慮して、導出管２６に対し適当な結合手段（フランジ、ボルト等）を用いて着脱自在に取付け可能にすると良い。更に、図１３に示すオリフィス３７を併用する場合は、気泡発生部２１とこれらに対応するオリフィス３７とをそれぞれユニット化して、そのユニットを導出管２６に対し適当な結合手段で着脱自在に取付け可能にすると良い。

その他本発明は上記の各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、気泡発生器２に関しては、上記したような気液混合流体の旋回流が形成されるいわゆるサイクロン方式が好適であるが、閉鎖性水域から汲み上げられた滞留水を駆動水として導入するとともに、少なくとも酸素を含む気体を受け入れて、この気体の微細な気泡が混入された水を生成し得る限り、遠心分離方式やノズル方式を採用しても構わない。

また、噴流ポンプ３に関しては、気泡発生器２からの気泡混入の水を駆動水として導入するとともに、周囲から滞留水を吸入して、これらの水を高い圧力で一体に噴射し得る限り、上記の第１実施形態で説明した構成に限定されるわけではない。

図１５は、第８実施形態の水質浄化装置の縦断面図である。本実施形態では、上記図５で示した内筒４０の代わりに気泡発生器２を配置して、噴流ポンプ３と一体化する構成としている。この場合、噴流ポンプ３の外筒４１内に、気泡発生器２の導出管２６が収容されている。これにより、気泡発生器２からの気泡混入の水を、上記第２の配管５を介さず、直接噴流ポンプ３に供給することができるので、噴流ポンプ３からの更に効率の良い噴射を行うことが可能となり、結果として閉鎖性水域の水質改善がより効率良く行われる。なお図１５において、気泡発生器２は、上記図１３で示したような、容器２０における前端壁２０ａが円錐状に突出している構成のものを例示しているが、これに限定されるものでは勿論ない。

本実施形態の水質浄化装置では、送水ポンプ１の駆動により圧送された気泡発生器２からの気泡混入の水（駆動水）が、直ちに導出管２６前端の開口から外筒４１の中間部４１ｂに向けて噴出される。これにより、吸入口４２から周囲の滞留水が外筒４１の後端部４１ｃの内部に吸入される。そして、これらの噴出された水（気泡発生器２からの気泡混入の水）と吸入された水（周囲の滞留水）は、そのまま中間部４１ｂに導入されて一体となり、前端部４１ａを経て噴射口４３から噴射される。

図１６は、第９実施形態の水質浄化装置の縦断面図である。本実施形態では、上記第８実施形態の構成に加えて、第１の配管４から分岐する分岐管４ａを設け、これを気泡発生器２の容器２０における後端壁２０ｂに接続している。第１の配管４と分岐管４ａの分岐部にはバルブ１２が設けられており、これにより、送水ポンプ１からの駆動水を、第１の配管４又は分岐管４ａより容器２０に供給するよう切り替える構成としている。

水質浄化装置においては、必ずしも微細気泡を発生させずとも、閉鎖性水域に滞留した水を循環させるだけで水質改善の効果が得られる場合もあるため、気泡発生器２において空気を導入しないこともある。この場合は、容器２０内で駆動水を旋回させても無駄な圧力損失が生じるだけであるので、本実施形態では、第１の配管４から容器２０の周壁より駆動水を導入せず、分岐管４ａから容器２０の後端壁２０ｂより駆動水を導入して、直接に噴流ポンプ３側へ向けて駆動水を供給する構成としている。またこのとき、空気圧縮機９からの空気の供給は停止する。

図１７は、第１０実施形態の水質浄化装置の縦断面図である。本実施形態では、上記第８実施形態の構成に加えて、気泡発生器に散気板を設けた構成としている。具体的には、容器２０を略円筒状とし、その内側に同じく略円筒状の内筒２０ｃを、断面視同心円状に配置した構成となっており、内筒２０ｃはその周壁に多数の微小な孔が開けられていて、ここから気泡を噴き出す散気板としての働きを有する。

また、容器２０の周壁で後端壁２０ｂ側に寄った位置に、第１の配管４の一端が接続されている。この第１の配管４の接続部は、第１の配管４を通じて圧送された水（駆動水）を容器２０の円周方向に沿ってその内部に噴出できるように開口している。また、容器２０の後端壁２０ｂで内筒２０ｃの中心軸位置には、気体供給管２３の一端が接続されている。その他の部分の構成は、第８実施形態と同様である。

以上のような構成により、容器２０，内筒２０ｃ間には駆動水が軸周りに高速で旋回する一方、内筒２０ｃ周壁の孔からは気泡が噴き出される。そして、この気泡が駆動水の高速旋回流による気泡せん断で微細気泡となる。このような微細気泡を含んだ駆動水は、旋回しつつ矢印ａで示すように導出管２６へと流れる。さらに、導出管２６の気泡発生部２１内に配置された板状部材２７で気泡を細分化し、より小さい気泡を作ることによって、いわゆる気泡溶解速度を高めることができる。

ここで、気泡溶解速度は以下の式で表される。
ｄＣ_L／ｄＴ＝Ｋ_La（Ｃ_S−Ｃ_L）
但し、
Ｃ_S ：飽和溶存酸素濃度(mg/l)
Ｃ_L ：溶存酸素濃度(mg/l)
Ｋ_La：総括酸素移動容量係数(1/min)
Ｔ ：時間(min)
である。

また、総括酸素移動容量係数Ｋ_Laを求める実験公式としては、以下に示すエッケンフェルダー(Eckenfelder)の式が知られている。
Ｋ_La＝Ｃ₁Ｇ_S ^(1-m)Ｈ^(1-n)／Ｖ
但し、
Ｃ₁，Ｇ_S，１−ｍ，１−ｎ：定数
Ｇ_S ：単位時間当たりの空気量(m³/min)
Ｈ ：散気板設置水深(m)
Ｖ ：エアレーション領域（水容量）(m³)
である。

その他、本実施形態の構成において、第１の配管４を通じて気泡発生器２の容器２０に圧送される駆動水を、予め圧力容器等により酸素過飽和水としておくと良い。これにより、大量の酸素を効率良く閉鎖性水域に注入することが可能となる。

図１８は、第１１実施形態の水質浄化装置の縦断面図である。本実施形態では、気泡発生器の能力アップのため、複数の容器を並設した構成としている。サイクロン方式を採用した気泡発生器の場合、その構造上、単に大型化しても能力アップは望めず、限界がある。そこで、サイクロンの部分を複数とすることにより、気泡生成の能力をアップさせている。

具体的には、同図に示すように、サイクロン部である複数の容器２０を、その円錐状に突出する前端壁２０ａ同士が互いに接するように並設している。そして、それぞれの導出口２５が一本の導出管２６に集中して接続されている。なお、この導出管２６及び噴流ポンプ３の外筒４１は、本構成で扱う駆動水の流量に応じて、それぞれの径を大きくすることができる。

なお同図では、上記図１６で示した第９実施形態における気泡発生器２の容器２０を並設させた構成を描いてあるが、これに限定されるものでは勿論なく、例えば上記図１５で示した第８実施形態における気泡発生器２の容器２０を並設させた構成としても良いし、上記図１７で示した第１０実施形態における気泡発生器２の容器２０を並設させた構成としても良い。

本発明は、閉鎖性水域における滞留水の水質改善に有用である。

本発明の第１実施形態の水質浄化装置の全体構成を示す概略図である。 第１実施形態の水質浄化装置における気泡発生器を示す概略図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図２のＢ−Ｂ断面図である。 第１実施形態の水質浄化装置における噴流ポンプの縦断面図である。 第１実施形態の水質浄化装置における気泡発生部の変形例を示す図であって、図２のＢ−Ｂ断面に相当する図である。 第１実施形態の水質浄化装置における気泡発生部の他の変形例を示す図であって、板状部材の要部拡大図である。 本発明の第４実施形態の水質浄化装置における気泡発生器を示す概略図である。 図８のＣ−Ｃ断面図である。 第４実施形態の水質浄化装置における気泡発生部の変形例を示す図であって、図８のＣ−Ｃ断面に相当する図である。 本発明の第５実施形態の水質浄化装置における気泡発生器を示す概略図である。 本発明の第６実施形態の水質浄化装置における気泡発生器を示す概略図である。 本発明の第７実施形態の水質浄化装置における気泡発生器を示す概略図である。 従来の水質浄化装置の全体構成を示す概略図である。 第８実施形態の水質浄化装置の縦断面図。 第９実施形態の水質浄化装置の縦断面図。 第１０実施形態の水質浄化装置の縦断面図。 第１１実施形態の水質浄化装置の縦断面図。

符号の説明

１ 送水ポンプ
２ 気泡発生器
３ 噴流ポンプ
４ 第１の配管
５ 第２の配管
９ 空気圧縮機
２０ 容器
２１ 気泡発生部
２２ 気体導入孔
２３ 気体供給管
２４ 駆動水導入口
２５ 導出口
２６ 導出管
２７ 板状部材
３０ メッシュ板
３１ 多孔板
３５ 第１の分岐配管
３７ オリフィス
４０ 内筒
４１ 外筒
４２ 吸入口
４３ 噴射口
４４ 開口

Claims (9)

1. 閉鎖性水域に滞留した水を浄化する水質浄化装置において、
   閉鎖性水域から滞留水を汲み上げて送り出す送水ポンプと、閉鎖性水域の水から脱して設置されていて、前記送水ポンプから送り出された水が駆動水として導入され、この水に少なくとも酸素を含む気体を受け入れて、微細な気泡が混入した水を生成しながら送り出す気泡発生器と、閉鎖性水域の水底近傍に設置されていて、前記気泡発生器から送り出された気泡混入の水が駆動水として導入され、周囲の滞留水を吸入しながら気泡混入の水と共に噴射する噴流ポンプと、を備えたことを特徴とする水質浄化装置。
2. 前記噴流ポンプは、ノズル状の前端部を有する内筒と、この内筒と同軸状であって、前記内筒の前端部を収容し周壁に吸入口が形成された後端部、スロート状の中間部、及び先端に噴射口が形成された前端部を有する外筒と、より成り、
   前記気泡発生器から送り出された気泡混入の水が前記内筒を経てこの前端から前記外筒の中間部に向けて導入されるとともに、周囲の滞留水が前記外筒の後端部の吸入口から吸入されてこの中間部に向けて導入され、これらの導入された水が一体となって前記外筒の前端部の噴射口から噴射されることを特徴とする請求項１に記載の水質浄化装置。
3. 外部から空気を取り入れて圧縮する空気圧縮機が閉鎖性水域の水から脱して設置されており、前記気泡発生器は前記空気圧縮機からの空気を前記気体として受け入れることを特徴とする請求項１又は２に記載の水質浄化装置。
4. 外部から空気を取り入れて圧縮する空気圧縮機、及びこの圧縮機からの圧縮空気に含まれる酸素を抽出する酸素抽出機が共に閉鎖性水域の水から脱して設置されており、前記気泡発生器は前記酸素抽出機からの酸素を前記気体として受け入れることを特徴とする請求項１又は２に記載の水質浄化装置。
5. 圧縮酸素を格納した酸素ボンベが閉鎖性水域の水から脱して設置されており、前記気泡発生器は前記酸素ボンベからの酸素を前記気体として受け入れることを特徴とする請求項１又は２に記載の水質浄化装置。
6. 閉鎖性水域に滞留した水を浄化する水質浄化装置において、
   閉鎖性水域から滞留水を汲み上げて送り出す送水ポンプと、
   該送水ポンプから送り出された水が駆動水として導入され、この水に少なくとも酸素を含む気体を受け入れて、微細な気泡が混入した水を生成しながら送り出す気泡発生器と、 前記気泡発生器から送り出された気泡混入の水が駆動水として導入され、周囲の滞留水を吸入しながら気泡混入の水と共に噴射する噴流ポンプとを備え、
   前記気泡発生器と前記噴流ポンプとを一体化し、前記気泡発生器からの水を直接前記噴流ポンプに供給するようにしたことを特徴とする水質浄化装置。
7. 前記気泡発生器は、駆動水を旋回させつつ導入する場合と、駆動水を旋回させずに導入し、直接に前記噴流ポンプ側へ向けて供給する場合とを、切り替え可能であるようにしたことを特徴とする請求項６に記載の水質浄化装置。
8. 前記気泡発生器は、散気板からの気泡を駆動水の高速旋回流による気泡せん断で微細気泡とするようにしてなることを特徴とする請求項６に記載の水質浄化装置。
9. 前記気泡発生器は、サイクロン部である複数の容器を並設してなることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の水質浄化装置。

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