JP2007069063A - 気体溶解水供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】 繋留設備を小さくでき、ポンプの呼び水を不要にでき、効率が向上された気体溶解水供給システムを実現する。
【解決手段】 フロートに搭載され原水を汲み上げ溶解タンクに送水するポンプを具備する気体溶解水供給システムにおいて、前記ポンプは水中に配置された水中ポンプである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

本発明は海（港湾）、湖沼、河川、ダム、堀等の貧酸素水域の水中へ酸素を供給することにより水質の改善を図る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、繋留設備を小さくでき、ポンプの呼び水を不要にでき、効率が向上された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。

横河電機株式会社発行、横河技報、２００３年４月２１日発行、Ｖｏｌ.４７ Ｎｏ.２、Ｐ４７、図４。 特開２００２−３４６３５１号公報 特開２００４−１８８２６３号公報

所で、今日、海（港湾）、湖沼、河川、ダム、堀等には生活排水や産業排水等が流入しており、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、アオコの発生や赤潮を引き起こすなど環境悪化の原因となる。

図２は、港湾、湖沼、ダム湖等（以下総称して湖沼と称する。）において夏季は水面付近は温度Ｔが高く、水深が下がると急に温度が低下する温度躍層Ａが形成された状態を模式的に示すもので、水底は温度が一番低くなっている（実線Ｃは温度分布曲線を示している）。
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の混ざり合いはほとんどない。

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となっている。
このようなことは水温による場所だけでなく、汽水域のように塩分濃度の急激な変化が起きる塩分躍層の形成によっても同様な現象を生ずる。

図３に示された酸素溶解手段２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。
温度の低い水を元の温度の低い水域に戻すことにより、同密度の水域（水深）での水と良く混ざり合い乍ら底泥を掻き混ぜることもなく拡がる。

溶解タンク２１は、図３に示す様に、陸上または水上に設置する事が考えられる。
水位が変動する場合は、ポンプ２２の吸込揚程が実用的には４ｍ以下にすることが求められることから、フロート２３に搭載し、水上に設置する。
図４に、これらの装置をフロート２３に搭載した例について、詳細図を示す。
図４には示していないが、フロート２３はアンカー及びワイヤ等により繋留されている。

なお、酸素溶解手段２としては、例えば、図５に示す装置が使用される。
図５において、２１は気密に加工された溶解タンクであり、気体を溶解すべき水が例えば８分目程度注入されている。
この溶解タンク２１の近傍には図では省略するが空気や酸素などを供給するためのポンプや気体ボンベ、ガス発生装置などの気体供給手段が配置されている。

２４はノズルであり、溶解タンク２１の天井付近に水面に対して直角方向に設けられ、上方から水面に出射するように配置されている。
２２は液体供給手段として機能するポンプであり、例えば、逆止弁２５を介して湖沼１から水を汲み上げて、ノズル２４から溶解タンク２１内に水を供給する。

２６は調節弁であり、通常は開とされて溶解タンク２１内で気体が溶解された水を浄化すべき場所に放出するが、溶解タンク２１内の水が所定レベル位置以下になった場合は開閉度を調節して水位を調整したり、気体調節弁２７を閉として気体の供給を停止させることによって水位調整を行なう。

なお、図では省略するが溶解タンク２１には、溶解タンク内の水量を測定するためのレベル計や、溶解タンク２１内の圧力を測定するための圧力計が取付けられている。
ノズル２４の出射方向の真下に、略水平に邪魔板２８が配置されている。
２９は気体供給手段で、ポンプ２２の前段や後段または溶解タンク２１に設けられている。
エジェクタ３１は、ポンプ２２と溶解タンク２１との間に設けられている。

上記の構成において溶解タンク２１の上方に所定の圧力に加圧された気体（例えば酸素，オゾン）が導入される。
未溶解ガスが増加してくると、水は予め設定した水位以下になるが、その場合は所定の水位になるように気体調節弁２７で気体の流量を調節したり、調節弁２６を調節して吐出量を調整したり、大気開放弁３２を開として、溶解タンク２１内の未溶解ガスを大気放出したりして水位を制御する。

このような装置においては、以下の間題点がある。
フロート２３を繋留するにあたり、繋留ワイヤの線径やアンカーの大きさは、主に強風時に装置に加わる加重（風／流水／波の影響）から決定される。
風の影響は、溶解タンク等も含めたフロートの水面上の投影面積に比例し、一番大きい加重となる。

流水の影響は、フロートの水面下の投影面積に比例し、風の影響に比して１／１０程度となる。
波の影響は、フロートの水面下の投影面積に比例し、風の影響の半分程度となる。
また、ポンプ２２、溶解タンク２１等をフロート２３上に搭載すると重心位置が高くなることにより、フロート２３の大きさを大きくしなければならない為、風加重の上昇を招き、繋留設備も大きくしなければならない。

一方、ポンプ２２をフロート２３上に設置すると、ポンプが自給式でない限り、呼び水が必要となる。
起動時にポンプ２２の羽根車、ケーシングが水で満たされていないと、水を吸い上げることが出来ず、ポンプは空回りする。

このために、ポンプ２２の停止時にポンプ内の水が吸込口から逆流し、羽根車、ケーシング内の水が無くならない様に、吸込口にフート弁（逆止弁の一種）を取り付けたり、ポンプの出口側に逆止弁を取り付けたりしている。
然し乍ら、これらのものは完全に逆流を止めることは出来ないことから、長期に亘りポンプを停止していた場合は、再起動時に呼び水が必要となる。
また、これらの逆止弁は送水時の圧損が大きい。

本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、フロートを小さくすることにより、繋留設備を小さくする。
ポンプの呼び水を不要にすると共に、圧損を小さくし、効率を向上させる気体溶解水供給システムを提供することにある。

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、
フロートに搭載され原水を汲み上げ溶解タンクに送水するポンプを具備する気体溶解水供給システムにおいて、前記ポンプは水中に配置された水中ポンプであることを特徴とする。

本発明の請求項２の気体溶解水供給システムにおいては、請求項１記載の気体溶解水供給システムにおいて、
前記溶解タンクの一部または全部が水中に配置され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。
ポンプは重量物である為、これをフロート上ではなく、全部を水面下に配置することにより、重心位置を下げることが出来る。これにより、フロートに搭載するバラストを軽く出来る気体溶解水供給システムが得られる。

また、フロートを小さく出来、繋留設備（アンカー、ワイヤー）も小さく出来る気体溶解水供給システムが得られる。
また、ポンプを水面下に配置するとそのケーシング内の羽根車は常に水で満たされている状態となり、呼び水動作が必要なくなる。つまり、フート弁、逆止弁が必要ない為、送水時に圧損が小さくなり、効率が向上された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。
溶解タンクの一部または全部が水中に配置されたので、更に、重心位置を下げることが出来る。これにより、フロートに搭載するバラストを軽く出来る気体溶解水供給システムが得られる。
また、フロートを小さく出来、繋留設備（アンカー、ワイヤー）も小さく出来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１において、設置台４１は、フロート４２に接続され、所定の水面下に配置されている。
水中ポンプ４３は、設置台４１に搭載され水面下に水没して設けられている。
水中ポンプ４３は、原水を汲み上げ、溶解タンク４４に送水する。
溶解タンク４４は、この場合は、一部が水中に配置されている。

溶解タンク４４は、原水と酸素ガスを混合・攪拌・分離を行う。
ホース（配管）４５は、原水を水中ポンプ４３へ導く為のホースである。
配管４６は、水中ポンプ４３から溶解タンク４４へ導水する。
気体供給手段４７は、水中ポンプ４３と溶解タンク４４の間の配管４６に、この場合は、酸素ガスを供給する。

ホース（配管）４８は、溶解タンク４４から放出される酸素溶解水を一定の水深に返送する為のホースである。
なお、溶解タンク４４は全部が水中に配置されても良い。

以上の構成において、原水は水中ポンプ４３により吸引されて溶解タンク４４に供給され、溶解タンク４４にて、原水と酸素ガスが混合・攪拌・分離され、酸素溶解水を一定の水深に返送される。

この結果、水中ポンプ４３は重量物である為、これをフロート４２上ではなく、全部を水面下に配置することにより、重心位置を下げることが出来る。これにより、フロート４２に搭載するバラストを軽く出来る気体溶解水供給システムが得られる。

また、フロート４２を小さく出来、繋留設備（アンカー、ワイヤー）も小さく出来る気体溶解水供給システムが得られる。
また、水中ポンプ４３を水面下に配置するとそのケーシング内の羽根車は常に水で満たされている状態となり、呼び水動作が必要なくなる。つまり、フート弁、逆止弁が必要ない為、送水時に圧損が小さくなり、効率が向上された気体溶解水供給システムが得られる。

溶解タンク４４の一部または全部が水中に配置されたので、更に、重心位置を下げることが出来る。これにより、フロート４２に搭載するバラストを軽く出来る気体溶解水供給システムが得られる。
また、フロート４２を小さく出来、繋留設備（アンカー、ワイヤー）も小さく出来る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、酸素ガスの供給を水中ポンプ４３と溶解タンク４４との間に設けると説明したが、これに限ることはなく、水中ポンプ４３の吸引側や溶解タンク４４への直接供給であっても良い。また、１箇所に限定せず、これらの内の複数箇所から供給しても良い。

供給する酸素ガスは、ボンベやＰＳＡ(Pressure Swing Adsorption)を使用した酸素濃縮器などからの供給でも良い。
また、酸素ガスの濃度は８０％以上が望ましく、オゾンガスを含んでいても良い。

なお、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。 湖沼などに形成される温度躍層の説明図である。 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。 図３の詳細説明図である。 図４の要部構成説明図である。

符号の説明

１ 湖沼
２ 酸素溶解手段
２１ 溶解タンク
２２ ポンプ
２３ フロート
２４ ノズル
２５ 逆止弁
２６ 調節弁
２７ 気体調節弁
２８ 邪魔板
２９ 気体供給手段
３１ エジェクタ
４１ 設置台
４２ フロート
４３ 水中ポンプ
４４ 溶解タンク
４５ ホース（配管）
４６ 配管
４７ 気体供給手段
４８ ホース（配管）

Claims (2)

1. フロートに搭載され原水を汲み上げ溶解タンクに送水するポンプ
   を具備する気体溶解水供給システムにおいて、
   前記ポンプは水中に配置された水中ポンプであること
   を特徴とする気体溶解水供給システム。
2. 前記溶解タンクの一部または全部が水中に配置された
   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。
   
   

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