JP2006142258A - 気体溶解水供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】 全体として効率が良い気体溶解水供給システムを実現する。
【解決手段】 水中に設けられ気体溜りを有する気体溶解装置を具備する気体溶解水供給システムにおいて、
前記気体溜りの気体を水中の所定位置で水中に排気する排気手段を具備したことを特徴とする気体溶解水供給システムである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、安価な気体溶解水供給システムに関するものである。
更に詳述すれば、例えば、近年、湖沼、ダム、濠、内湾などの閉鎖性水域は、生活排水、農業排水、工場排水などにより汚染が進み、水中に酸素が欠乏する貧酸素水となり、環境へ悪影響を及ぼしている。

こうした貧酸素水に酸素を溶かし込み、溶存酸素濃度を上昇させ、悪影響の軽減を図ることが行われている。
この様な水域に効率良く酸素を供給する（溶存酸素濃度を増加させる）気体溶解水供給システムに関するものである。

気体溶解水供給システムに関連する先行技術文献としては次のようなものがある。

特開２００４−１８８２６３号公報

今日、海（港湾）、湖沼、河川、ダム、濠等には生活排水や産業排水が流入しており、こうした排水中には有機物、栄養塩類が含まれている。これらの一部は水底に沈降して有機汚泥となる。
水中の微生物はこれらを分解するため溶存酸素を消費するので、底層の水への酸素供給が消費量より少ないと貧酸素状態となってしまう。

底層水が貧酸素状態に陥ると、底泥中の有機物は嫌気分解され、硫化物やメタンガス等の生物にとって有害な物質が生成される。
また、底泥が酸素不足になると底泥中の栄養塩が溶出し易くなり、水中の栄養塩濃度を高め、赤潮を引き起こすなど環境悪化の原因となる。

港湾、湖沼、ダム湖等比較的水深の深い水域において夏季は水面付近は温度が高く、水深が下がると急に温度が低下する温度躍層が形成され、水底は温度が一番低くなっている。
こうした状態では下層の温度が低く密度が大きい水は水塊を形成しており、表層付近の水温が高く密度が小さい水と混ざり合うことはない。
従って、表層付近の溶存酸素濃度の高い水は、底層へ供給されることはなく、底層の貧酸素状態は解消されない状態になる。

なお、汽水湖などでは、塩分濃度の違いにより、塩分躍層が形成されることにより、同様に底層が貧酸素状態に陥ることがある。
このように劣化した底質を改善する従来の方法として、曝気装置によるもの、水流発生装置によるものなどの浄化技術がある。

先づ、曝気装置による浄化技術について説明する。
曝気装置はコンプレッサにより水底まで空気を送り、これを散気板から水底に放出するもので、底層の溶存酸素増加、及び連行水による温度躍層の破壊による上層からの溶存酸素を水底に供給するよう狙ったものである。

しかしながら、こうした方法では連行水による底泥の巻き上げが起こり、下層部から上層部へ栄養塩を供給してしまい水域全体の水質を悪化させてしまうと云う事態に陥ってしまう。
また、半無限大に近い港湾、湖沼、大型ダムにおける温度躍層を破壊するには多大な動力を必要とし現実的ではない。

次に、水流発生装置による浄化技術について説明する。
この浄化技術においては、水流発生装置を構成するポンプによって溶存酸素の豊富な表層の水を吸い、水底に放出することにより周囲の水を連行水とし、下層水と混合させ、底層へ溶存酸素供給を行うものである。

しかしながら、表層水は温度が高く密度が小さいため、底層水の温度が低く密度の高い水とは混ざることがない上に、上述の方法と同様に底泥の巻き上げが起こり、事態の悪化を招いてしまう。

次に、酸素溶解水拡散方式では、貧酸素状態になっている底層の水を汲み上げ、その水に溶解タンク中で、酸素を溶かし込んで溶存酸素濃度を上昇させた後、元の底層に戻す。
この様にすることによって、温度の低い水を元の温度の低い水域に戻すことにより、密度の違いにより混ざり合わないと云うこともなく、また、温度が高いことによる上昇流の発生もないため底泥を掻き混ぜてしまうこともない。

但し、この場合は水底から水上まで水を吸い上げ、さらに水上から水底まで送水するためのエネルギーが必要なることや、送水距離が長い場合はタンクの圧力が上昇してしまい、エネルギーの浪費を生じる。
この欠点を改良した装置として,以下の装置がある。

図４は従来より一般に使用されている従来例の構成説明図で、特開２００４−１８８２６３号公報に示されている。
図において、１は任意の水深層における水を吸引するポンプ、２は水中に設置され、気体（酸素）の水への溶解を促進する溶解タンクであり、２１はポンプ１より吐出された水を溶解タンク２に流入させる導入管、２２は溶解タンク２内において気体が溶解した水（酸素溶解水）を排出し、再び任意の水深層に送出する排出管である。

２３は導入管２１を介して供給される水を溶解タンク２内に噴出するノズル、２４はノズル２３から噴出された水が衝突する位置の水面下に配置された邪魔板（衝突板）、２５は溶解タンク２の上部に発生する気体溜まり、２６は気体溜まり２５の気体（未溶解気体）をタンク外（大気）に放出するための排気手段である。

３はポンプ１の吐出側に挿入され、水に気体（酸素）を注入するとともに、乱流を発生して、水と気体とを撹拌するエジェクタおよびラインミキサである。
４はポンプ１の吸引側および／または吐出側において、水に酸素を含んだ気体を注入する気体注入手段である。上記したように、ポンプ１の吐出側における気体の注入は、エジェクタ／ラインミキサ３を介して行われる。

３１〜３６は調節弁であり、流れる水または気体の流量を最適の値に調節する。特に、調節弁３２においては、気体注入手段４からポンプ１の吸引側に送り込む気体の量を制御し、所謂、泡噛み（キャビテーション）が起きないように制御している。また、調節弁３６は、溶解タンク２上部の気体溜まり２５における気体（未溶解気体）を放出し、気体溜まり２５における窒素濃度の上昇を防ぐとともに、タンク内の水位を調節する。

このように構成された水中への気体供給装置においては、気体が注入され、ノズル２３を介して溶解タンク２内に噴出された水は、邪魔板２４に衝突して、タンク内を激しく泡立てる。このため、溶解タンク２内では、水の衝突による泡立ちのために、気液接触表面積が大きくなり、効率よく気体を溶解させることができる。

したがって、溶存酸素濃度の高い水を海（港湾）、湖沼、河川、ダム、濠等の底層に供給することができ、底層の貧酸素状態を解消して、水質の改善を図ることができる。
また、溶解タンク２を水中に設置することにより、水圧を利用して、比較的高濃度の酸素を溶解させることができる。

ここで、溶解タンク２内では、全ての気体が水に溶解するわけではなく、気泡として残っている未溶解の気体は、水から分離して、タンク上部に気体溜まり２５を形成する。
未溶解気体は徐々に増えるので、密閉された溶解タンク２内においては、その水位も徐々に下降する。水位が下降し続け、邪魔板２４が水面上に出てしまうと、泡の発生が少なくなり、気体の溶解効率が低下してしまうので、排気手段２６を介して、気体溜まり２５の未溶解気体を大気に放出して、タンク内の水位を一定レベル以上に調節する。

水位が高くなり、邪魔板２４が深く水没してしまうと、邪魔板２４に衝突する水の勢いが低下して、これまた、泡の発生が悪くなるので、タンク内の水位は一定の範囲内に調節されることが求められる。

また、窒素に比べて酸素の方が水に溶けやすいので、水に含まれていた窒素が脱気されたり、供給気体に含まれていた窒素ガスのために、気体溜まり２５における気体の窒素濃度が徐々に上昇（酸素濃度が徐々に低下）してくる。このような場合にも、窒素濃度がある程度上昇した時に、気体溜まり２５の気体を排気手段２６を介して大気に放出し、それ以上の窒素濃度の上昇を防止する。

なお、気体溜まり２５の未溶解気体を大気に放出する方式としては、上記の目的を考慮して、気体溜まり２５の窒素濃度がある濃度以上になった時に放出する方式、時間を決めて定期的に放出する方式、あるいは、タンク内の水位が所定のレベル以下に下がった時に放出する方式、およびこれらの組み合わせなどがある。

しかしながら、このような装置においては、曝気方式では気泡によるエアリフトや水温の高い水の上昇による底泥の巻き上げを生じてしまい水域全体の水質悪化を招いてしまう問題や、設置費用の高騰化と言った問題がある。
一方、高濃度酸素水供給方式では、掻き混ぜや底泥の巻き上げは生じないが、水を汲み上げた後に元の水深まで戻すと云う送水エネルギーの問題がある。

本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、港湾、湖沼、河川、ダム、濠などの環境水に効率良く、酸素を供給する気体溶解水供給システムにおいて、
全体として効率が良い気体溶解水供給システムを提供することを目的とする。

このような課題を達成するために、本発明では、請求項１の気体溶解水供給システムにおいては、
水中に設けられ気体溜りを有する気体溶解タンクを具備する気体溶解水供給システムにおいて、
前記気体溜りの気体を水中の所定位置で水中に排気する排気手段を具備したことを特徴とする。

本発明の請求項２においては、請求項１記載の気体溶解装置において、
前記排気手段は、前記気体溜りに一端が開口し他端が水中の所定位置で開口する排気管と、この排気管の途中に設けられ前記気体の流量を制御する調節弁とを具備したことを特徴とする。

本発明の請求項３においては、請求項１又は請求項２記載の気体溶解装置において、
前記排気手段は、排気管としてサイホン管が使用されたことを特徴とする。

本発明の請求項４においては、請求項３記載の気体溶解装置において、
前記排気手段は、前記サイホン管の開口部よりも低い位置に開口部を有する緊急排気ホースを具備したことを特徴とする。

本発明の請求項５においては、請求項１乃至請求項４の何れかに記載の気体溶解装置において、
前記排気手段の気体排気口に浮力手段が設けられたことを特徴とする。

本発明の請求項６においては、請求項５記載の気体溶解装置において、
前記浮力手段は、前記気体排気口に設けられたフロートが使用たことを特徴とする。

本発明の請求項７においては、請求項２乃至請求項６の何れかに記載の気体溶解装置において、
前記排気管は可撓性を有することを特徴とする。

本発明の請求項８においては、請求項２乃至請求項７の何れかに記載の気体溶解装置において、
前記排気管の排気口の位置を移動する移動手段を具備したことを特徴とする。

本発明の請求項１によれば、次のような効果がある。
気体溜りの水位を所定水位に保つようにし且つ気体溜りの気体を水中の所定位置で水中に排気する排気手段が設けられたので、気体溶解装置から排気する余剰ガスを所定の高さで放出することにより、その放出ガスの連行流により排気手段の上部の水は放出ガスの上昇に伴い連行流となり所定の高さより上部の水域を均一に混ぜることが出来る気体溶解水供給システムが得られる。

要するに、低層の水を気体溶解装置により、高濃度気体溶解水を効率良く供給すると共に、放出ガスを利用して、低泥を巻き上げる心配の無い中間層より上は従来から行なわれている、湖沼全体を掻き混ぜる曝気装置を併用するようにしたので、全体としてエネルギー効率が良い気体溶解水供給システムが得られる。

結果として、改善すべき低層の容量を減らす事ができ、結果的には、小型化が容易に出来る気体溶解水供給システムが得られる。

本発明の請求項２によれば、次のような効果がある。
排気手段は、気体溜りに一端が開口し他端が水中の所定位置で開口する排気管と、排気管の途中に設けられ気体の流量を制御する調節弁とが設けられたので、構成が簡単に出来、安価な気体溶解水供給システムが得られる。
また、外部から気体溜りの水位を調節弁により制御出来る気体溶解水供給システムが得られる。

本発明の請求項３によれば、次のような効果がある。
排気手段は、気体溜りに一端が開口し他端が水中の所定位置で開口するサイホン管が設けられたので、気体溜りの水位を自動的に保持し易い気体溶解水供給システムが得られる。

本発明の請求項４によれば、次のような効果がある。
排気手段はサイホン管の他に、サイホン管の開口部よりも低い位置に開口部を有する緊急排気ホースが設けられたので、何らかの理由によりサイホン管の排気量が低下し、水面のレベルが回復せずに、水面の下降が続いた場合には、緊急排気ホースを介して排気動作が行われ、水面の保持の信頼性が高い気体溶解水供給システムが得られる。

本発明の請求項５によれば、次のような効果がある。
排気手段の気体排気口に浮力手段が設けられたので、気体排気口は確実に鉛直方向を向くことが出来、曝気効率が良好な気体溶解水供給システムが得られる。

本発明の請求項６によれば、次のような効果がある。
浮力手段は、気体排気口に設けられたフロートが使用されたので、構成を簡潔に出来,安価な気体溶解水供給システムが得られる。

本発明の請求項７によれば、次のような効果がある。
排気管は可撓性を有するので、気体排気口を水中の所定位置に容易に調節配置できる気体溶解水供給システムが得られる。

本発明の請求項８によれば、次のような効果がある。
排気管の排気口の位置を移動する移動手段が設けられたので、水位の変動に対処して気体排気口の位置を容易に移動できる気体溶解水供給システムが得られる。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例の要部構成説明図である。
図において、図４と同一記号の構成は同一機能を表す。
以下、図４との相違部分のみ説明する。

図において、排気手段４１は、気体溜り２５の気体を水中の所定位置で水中に排気する。
ここで、水中の所定位置とは、曝気により、気泡によるエアリフトや水温の高い水の上昇による底泥の巻き上げを生じ無い位置を言う。

この場合は、排気手段４１は、気体溜り２５に一端が開口し、他端が水中の所定位置で開口する排気管４１１と、この排気管４１１の途中に設けられ気体の流量を制御する調節弁４１２とを有する。
なお、排気の流量を制御する必要が無い場合は、調節弁４１２は無くても良い。

この場合は、浮力手段４２が、排気手段４１の気体排気口４１３に設けられている。
浮力手段４２は、気体排気口４１３に設けられたフロート４２１が使用されてる。
また、この場合は、排気管４１１は可撓性を有する。

排気管４１１は、例えば、可撓性のプラスチック、軟質塩化ビニール等よりなる。
移動手段４３は、排気管４１１の排気口４１３の位置を移動する。
この場合は、例えば、排気口４１３に一端が接続され、他端が水底に固定された鎖からなる（図示せず。）。

以上の構成において、溶解タンク２から排気される余剰ガスを,排気手段４１により、所定の高さで放出することにより、そのガスの連行流Ｈにより排気口４１３より上部の水はガスの上昇に伴い連行流Ｈとなり均一に混ぜることが出来、曝気作用が加わる。

この結果、
気体溜り２５の気体を水中の所定位置で水中に排気する排気手段４１が設けられたので、気体溶解装置２から排気する余剰ガスを所定の高さで放出することにより、その放出ガスの連行流Ｈにより排気手段４１の上部の水は放出ガスの上昇に伴い連行流Ｈとなり所定の高さより上部の水域を均一に混ぜることが出来る気体溶解水供給システムが得られる。

要するに、低層の水を気体溶解装置２により、高濃度気体溶解水を効率良く供給すると共に、放出ガスを利用して、底泥を巻き上げる心配の無い中間層より上は、従来から行なわれている、湖沼全体を掻き混ぜてる曝気装置を併用するようにしたので、全体としてエネルギー効率が良い気体溶解水供給システムが得られる。

結果として、改善すべき低層の容量を減らす事ができ、結果的には、小型化が容易に出来る気体溶解水供給システムが得られる。
排気手段４１は、気体溜り２５に一端が開口し他端が水中の所定位置で開口する排気管４１１と、排気管４１１の途中に設けられ気体の流量を制御する調節弁４１２とが設けられたので、構成が簡単に出来、安価な気体溶解水供給システムが得られる。

排気手段４１の気体排気口４１３に浮力手段４２が設けられたので、気体排気口４１３は確実に鉛直方向を向くことが出来、曝気効率が良好な気体溶解水供給システムが得られる。
浮力手段４２は、気体排気口４１３に設けられたフロート４２１が使用されたので、構成を簡潔に出来,安価な気体溶解水供給システムが得られる。

排気管４１１は可撓性を有するので、気体排気口４１３を水中の所定位置に容易に調節配置できる気体溶解水供給システムが得られる。
排気管４１１の排気口４１３の位置を移動する移動手段が設けられたので、水位の変動に対処して気体排気口４１３の位置を容易に移動できる気体溶解水供給システムが得られる。

図２は本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
排気手段５１は、排気管としてサイホン管５１１が使用されている。
サイホン管５１１は、Ｕ字部分が下となり、開口部５１２が上を向くように配置されている。

ここで、サイホン管５１１における開口部５１２のレベルをＡ、Ｕ字の頂点より下がったあるレベルをａとすると、水面がａのレベルに達した時にサイホン管５１１内の気体溶解水が押し出されて、排気動作が開始され、水面がＡのレベルに達し、開口部５１２を塞ぐと排気動作が停止される。

このように、サイホン管５１１を使用することにより、排気動作を開始または停止させる水面レベルにヒステリシスを持たせることができる。
また、水面レベルがａとなり、排気動作が開始される際には、開口部５１２は水面から（Ａ−ａ）だけ離れた状態となっているので、水面が泡立ったり、渦を巻いたりして、波立っていた場合にも、開口部５１２から大量の気体溶解水が放出されてしまうことがない。
調節弁５２は、サイホン管５１１の流量を制御する。
なお、排気の流量を制御する必要が無い場合は、調節弁５２は無くても良い。

この結果、
排気手段５１は、気体溜り２５に一端が開口し他端が水中の所定位置で開口するサイホン管５１１が設けられたので、気体溜り２５の水位を自動的に保持し易い気体溶解水供給システムが得られる。
サイホン管５１１はその流量を制御する調節弁５２が設けられたので、外部から気体溜り２５の水位を制御出来る気体溶解水供給システムが得られる。

図３は本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
本実施例においては、排気手段６１として、サイホン管５１１の他に緊急排気ホース６１１を設けたものである。
図において、緊急排気ホース６１１の先端はＢのレベルに設定されている。各レベルの関係は、Ａ＞ａ＞Ｂとなっている。

何らかの理由によりサイホン管５１１の排気量が低下し、水面のレベルが回復せずに、水面の下降が続いた場合には、Ｂのレベルにおいて、緊急排気ホース６１１を介して排気動作が行われ、水面はＢのレベルに保持される。

この結果、排気手段６１はサイホン管５１１の他に、サイホン管５１１の開口部よりも低い位置に開口部を有する緊急排気ホース６１１が設けられたので、何らかの理由によりサイホン管５１１の排気量が低下し、水面のレベルが回復せずに、水面の下降が続いた場合には、緊急排気ホース５１１を介して排気動作が行われ、水面の保持の信頼性が高い気体溶解水供給システムが得られる。

なお、前述の実施例においては、酸素溶解水供給装置に付いて説明したが、酸素に限ることはなく、要するに、気体であれば良い。
また、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。

本発明の一実施例の要部構成説明図である。 本発明の他の実施例の要部構成説明図である。 本発明の他の実施例の要部構成説明図である。 従来より一般に使用されている従来例の構成説明図である。

符号の説明

１ ポンプ
２ 溶解タンク
３ エジェクタ・ラインミキサ
４ 気体注入手段
２１ 導入管
２２ 排出管
２３ ノズル
２４ 邪魔板（衝突板）
２５ 気体溜まり
２６ 排気手段
３１ 調節弁
３２ 調節弁
３３ 調節弁
３４ 調節弁
３５ 調節弁
３６ 調節弁
４１ 排気手段
４１１ 排気管
４１２ 調節弁
４１３ 気体排気口
４２ 浮力手段
４２１ フロート
４３ 移動手段
５１ 排気手段
５１１ サイホン管（気体抜きホース）
５１２ 開口部
５２ 調節弁
６１ 排気手段
６１１ 緊急排気ホース
Ｇ 水面
Ｈ 連行水
Ｉ 気泡

Claims (8)

1. 水中に設けられ気体溜りを有する気体溶解タンクを具備する気体溶解水供給システムにおいて、
   前記気体溜りの気体を水中の所定位置で水中に排気する排気手段
   を具備したことを特徴とする気体溶解水供給システム。
2. 前記排気手段は、前記気体溜りに一端が開口し他端が水中の所定位置で開口する排気管と、
   この排気管の途中に設けられ前記気体の流量を制御する調節弁と
   を具備したことを特徴とする請求項１記載の気体溶解水供給システム。
3. 前記排気手段は、排気管としてサイホン管が使用されたこと
   を特徴とする請求項１又は請求項２記載の気体溶解水供給システム。
4. 前記排気手段は、前記サイホン管の前記タンク内の開口部よりも低い位置に開口部を有する緊急排気ホース
   を具備したことを特徴とする請求項３記載の気体溶解水供給システム。
5. 前記排気手段の気体排気口に浮力手段が設けられたこと
   を特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の気体溶解水供給システム。
6. 前記浮力手段は、前記気体排気口に設けられたフロートが使用たこと
   を特徴とする請求項５記載の気体溶解水供給システム。
7. 前記排気管は可撓性を有すること
   を特徴とする請求項２乃至請求項６の何れかに記載の気体溶解水供給システム。
8. 前記排気管の排気口の位置を移動する移動手段
   を具備したことを特徴とする請求項２乃至請求項７の何れかに記載の気体溶解水供給システム。
   
   
   

Images