JP2008264711A - 水没式複合型曝気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】深層の嫌気化の予防と同時に、余剰エアーを有効に利用することによって、表層におけるアオコのような藻類の発生を抑制できるとともに、景観性を損なうことがなく、維持管理費も削減できる一方、構造が極めて簡単で動作不良等が無く、コスト安に製造できるようにした水没式複合型曝気装置を提供する。
【解決手段】曝気装置２２の曝気本体２４の上部に、排気調整弁を有する散気管２７を設けて、排気調整弁は、散気管２７の外周に排気穴２７ｃを形成するとともに、この散気管２７の外周に所定の隙間を隔てて嵌合して、エアー溜め室１０の反転水面の変動に追従して上下動する筒状のフロート弁３３Ｃを設けて、このフロート弁３３Ｃで、反転水面が上がったときに排気穴３３ｃを閉じ、反転水面が下がったときに排気穴３３ｃを開くようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、深層の嫌気化の予防と同時に、表層におけるアオコのような藻類の発生を抑制できる水没式複合型曝気装置に関する。

従来、図７に示すように、ダム湖等の湖底１に係留されて、湖底付近の深層の水をエアーレーションにより循環（矢印ａ参照）させる曝気装置２がある（特許文献１参照）。

前記曝気装置２は、湖底１にシンカー１５で係留された状態でフロート３の浮力により起立状態に保持される曝気本体４を備えて、送気管５から送られたエアーによる散気管６からのエアーレーションの上昇流ｂで内筒７内に吸水して、溶存酸素量を上げた水ｃを上方から下方に反転させて、外筒８との間の出口９から外部（深層）に排水することで、深層の嫌気化を予防するものである。

前記曝気装置２では、曝気本体４内のエアー溜め室１０と、水面Ｌ１上に浮上する排気フロート１１の排気調整弁１２とを排気用ホース１３で連結して、曝気本体４内の余剰エアーを排気用ホース１３から排気調整弁１２を介して大気中に排気することで、曝気本体４の表層の水を攪拌しないようにしている。前記曝気本体４は、例えば水深が５０ｍとすると、水深が２０ｍの付近に位置するように設定されている。なお、１４は、緊急排気ホースである。

前記曝気本体４内のエアー溜め室１０には反転水面Ｌ２が設定され、反転水面Ｌ２が低すぎると、溶存酸素量を上げた水が反転できないので、深層に排水できなくなるおそれがあり、反転水面Ｌ２が高すぎると、溶存酸素量を上げた水が排気用ホース１３から排気調整弁１２を介して水面Ｌ１に排水されるおそれがある。この反転水面Ｌ２の設定は、排気調整弁１２で排気量を微調整することで行っている。

しかしながら、曝気本体４内の余剰エアーは、常に大気中に排気するようになっているので、余剰エアーが全く無駄になるという問題があった。

また、排気用ホース１３は、数年毎に取り替える必要があるので、維持管理費が高くなるとともに、長さが長いことから（例えば約３０ｍ）、水面Ｌ１が下がったような場合、水面上に浮き上がるので、景観性が悪くなるという問題があった。
特開平１−２８４３９７号公報

そこで、本出願人は、深層の嫌気化の予防と同時に、余剰エアーを有効に利用することによって、表層におけるアオコのような藻類の発生を抑制できるとともに、景観性を損なうことがなく、維持管理費も削減できる水没式複合型曝気装置を先に提案した。

本発明は、前記提案の改善に係るものであって、構造が極めて簡単で、コスト安に製造できるようにした水没式複合型曝気装置を提供することを目的とするものである。

前記課題を解決するために、本発明の請求項１は、ダム湖等の湖底に係留されて、湖底付近の深層の水をエアーレーションにより循環させる曝気装置の曝気本体の上部に、排気調整弁を有する散気管を設けて、この散気管で、曝気本体内のエアー溜め室に溜まった余剰エアーを水中に散気して、表層の水を攪拌させるようにしたことを特徴とする水没式複合型曝気装置であって、前記排気調整弁は、前記散気管の外周に排気穴を形成するとともに、この散気管の外周に所定の隙間を隔てて嵌合して、エアー溜め室の反転水面の変動に追従して上下動する筒状のフロート弁を設けて、このフロート弁で、反転水面が上がったときに排気穴を閉じ、反転水面が下がったときに排気穴を開くようにしたことを特徴とする水没式複合型曝気装置を提供するものである。

請求項２のように、前記隙間は、フロート弁で排気穴を閉じている時に、極少量の水を散気管内に流し込むバイパス部であることが好ましい。

請求項３のように、前記フロート弁の外周に、上下動時にフロート弁を回転させるような水流抵抗を付与する水流抵抗付与部が形成されていることが好ましい。

本発明の請求項４は、ダム湖等の湖底に係留されて、湖底付近の深層の水をエアーレーションにより循環させる曝気装置の曝気本体の上部に、排気調整弁を有する散気管を設けて、この散気管で、曝気本体内のエアー溜め室に溜まった余剰エアーを水中に散気して、表層の水を攪拌させるようにしたことを特徴とする水没式複合型曝気装置であって、前記排気調整弁は、前記散気管の外周に上下方向のスリットを形成するとともに、この散気管の外周に嵌合して、エアー溜め室の反転水面の変動に追従して上下動する筒状のフロート弁を設けて、このフロート弁で、反転水面が上がったときにスリットを開き、反転水面が下がったときにスリットの下部を閉じるようにしたことを特徴とする水没式複合型曝気装置を提供するものである。

請求項５のように、前記曝気本体内のエアー溜め室と、水面上に浮上する排気フロートの開閉弁とを排気用ホースで連結して、常時は開閉弁を閉じるとともに、濁水流入時に開閉弁を開いて、エアー溜め室内のエアーを大気に放出することで、散気管からの散気を止めるようにすることが好ましい。

本発明の請求項１によれば、曝気本体によって、湖底付近の深層の水をエアーレーションにより循環させると同時に、曝気本体のエアー溜め室に溜まった余剰エアーは、曝気本体の散気管から水中に散気するようになるから、曝気本体の表層に散気による水流が生じるようになり（循環曝気攪拌）、余剰エアーを有効に利用することによって、表層を攪拌して水温を均一化できるとともに、表層におけるアオコのような藻類の発生を抑制できるようになる。

また、従来技術のような排気用ホースが不要になるから、維持管理費が削減できるとともに、水面上に浮き上がるという問題も無くなるので、景観を損なうおそれもなくなる。

さらに、反転水面が上がったときに上動するフロート弁で散気管の排気穴を閉じることにより、エアー溜め室に余剰エアーが溜まることでエアー圧が上がって反転水面が下がるようになる。また、反転水面が下がったときに下動するフロート弁で散気管の排気穴を開くことにより、エアー溜め室の余剰エアーが散気管から水中に散気されることでエアー圧が下がって反転水面が上がるようになる。このように、反転水面の変動に追従して上下動するフロート弁でエアー溜め室の余剰エアー量を制御することで、反転水面を自動的に適正範囲に設定できるようになる。

また、散気管に排気穴を開けるとともに、散気管に筒状のフロート弁を嵌合させるだけであるから、構造が極めて簡単で動作不良等が無く、コスト安に製造できるようになる。

請求項２によれば、フロート弁で排気穴を閉じている時に、隙間であるバイパス部で極少量の水を散気管内に流し込むようにすれば、フロート弁に作用する水圧が減少して、フロート弁が散気管の外周に固着するのを防止することができる。

請求項３によれば、藻や水垢等が隙間に入り込んで固着しても、水流抵抗付与部でフロート弁が上下動時に回転されるから、固着した藻や水垢等の生物膜が引き千切られるので、フロート弁が散気管の外周に固着するのを、セルフクリーニング作用でより有効に防止することができる。

本発明の請求項４によれば、曝気本体によって、湖底付近の深層の水をエアーレーションにより循環させると同時に、曝気本体のエアー溜め室に溜まった余剰エアーは、曝気本体の散気管から水中に散気するようになるから、曝気本体の表層に散気による水流が生じるようになり（循環曝気攪拌）、余剰エアーを有効に利用することによって、表層を攪拌して水温を均一化できるとともに、表層におけるアオコのような藻類の発生を抑制できるようになる。

また、従来技術のような排気用ホースが不要になるから、維持管理費が削減できるとともに、水面上に浮き上がるという問題も無くなるので、景観を損なうおそれもなくなる。

さらに、反転水面が上がったときに上動するフロート弁で散気管のスリットを開くことにより、エアー溜め室に余剰エアーが溜まることでエアー圧が上がって反転水面が下がるようになる。また、反転水面が下がったときに下動するフロート弁で散気管のスリットの下部を閉じることにより、開いたスリットの上部からエアー溜め室の余剰エアーが散気管から水中に散気されることでエアー圧が下がって反転水面が上がるようになる。このように、反転水面の変動に追従して上下動するフロート弁でエアー溜め室の余剰エアー量を制御することで、反転水面を自動的に適正範囲に設定できるようになる。

また、散気管にスリットを開けるとともに、散気管にフロート弁を嵌合させるだけであるから、構造が極めて簡単で動作不良等が無く、コスト安に製造できるようになる。

請求項５によれば、曝気本体内のエアー溜め室と、水面上に浮上する排気フロートの開閉弁とを排気用ホースで連結して、濁水流入時に開閉弁を開いて、エアー溜め室内のエアーを大気に放出するようにしたから、濁水流入時に散気管からの散気を止めることができるので、濁水の沈降が妨げられなくなる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、背景技術と同一構成・作用の箇所は、同一番号を付して詳細な説明を省略する。

図５に示すように、水没式複合型曝気装置２２は、ダム湖等の湖底１に係留されて、湖底付近の深層の水をエアーレーションにより循環（矢印ａ参照）させるものである。

前記曝気装置２は、湖底１にシンカー１５で係留された状態でフロート３の浮力により起立状態に保持される曝気本体２４を備えて、送気管５から送られたエアーによる第１散気管２６からのエアーレーションの上昇流ｂで内筒７内に吸水して、溶存酸素量を上げた水ｃを上方から下方に反転させて、外筒８との間の出口９から外部（深層）に排水することで、深層の嫌気化を予防するものである。

図１（ａ）（ｂ）に詳細に示すように、前記外筒８の頂部は半球状に形成され、内筒７の上端部との間には、エアーレーションの余剰エアーｄを溜めるエアー溜め室１０が形成されて、外筒８の頂部には、エアー溜め室１０の余剰エアーｄを水中に散気するために、内外に貫通する第２散気管２７が設けられている。なお、２８は、エアー溜め室１０内のエアー圧が異常に上がった時に開いて、余剰エアーｄを水中に緊急排気するための緊急排気管である。

図２（ａ）に要部を拡大して示すように、第１実施形態の排気調整弁であるフロート弁３３Ｃを有する第２散気管２７の外周には、縦長の排気穴２７ｃが形成されている。

第２散気管２７の排気穴２７ｃの上端位置には、上部ストッパー５０が固定されるとともに、第２散気管２７の下端部には、下部ストッパー５１が固定されている。この各ストッパー５１，５２は、後述するフロート弁３３Ｃの上下動位置を規制するものである。

第２散気管２７の外周には、所定の隙間を隔てて嵌合して、エアー溜め室１０の反転水面Ｌ２（Ｕ，Ｄ）の変動に追従して上下動する円筒状のフロート弁３３Ｃが設けられている。このフロート弁３３Ｃは、ガラス繊維強化プラスチック製、木材製または合成樹脂製で、耐摩耗性、耐加水分解性に優れ、吸水性の少ない材質であって、水に浮く比重に設定されていて、エアー溜め室１０の反転水面Ｌ２に浮かんで、反転水面Ｌ２の変動に追従して上下動するようになる。なお、フロート弁３３Ｃは、必ずしも円筒状である必要は無く、例えば四角筒状等の多角筒状であっても良い。

そして、図２（ａ）のように、反転水面Ｌ２が上がったときに〔Ｌ２（Ｕ）参照〕フロート弁３３Ｃが上動することで、フロート弁３３Ｃで排気穴２７ｃを閉じるようになる。逆に、図２（ｂ）のように、反転水面Ｌ２が下がったときに〔Ｌ２（Ｄ）参照〕フロート弁３３Ｃが下動することで、フロート弁３３Ｃで排気穴２７ｃを開くようになる。

第２散気管２７の外周とフロート弁３３Ｃの内周との間の隙間は、フロート弁３３Ｃで排気穴２７ｃを閉じている時に、極少量の水を第２散気管２７内に流し込むバイパス部３４を形成する。この隙間は、第２散気管２７の外周径が４０ｍｍ程度である時は、０．５〜０．８ｍｍ程度のものである。

フロート弁３３Ｃの外周には、図２（ｃ）（ｄ）に詳細に示すように、上下動時にフロート弁３３Ｃを回転させるような水流抵抗を付与する水流抵抗付与部３３ｄが形成されている。この水流抵抗付与部３３ｄは、図では、４５度に傾斜させたスパイラル（ねじ）状の溝〔図２（ｄ）の点々参照〕であり、この溝内に水が入り込むことで、フロート弁３３Ｃが上下動する時の水流抵抗で、フロート弁３３Ｃが緩やかに回転させるようになる。なお、スパイラル状の溝に代えて、フィン（スクリュー）を形成しても良い。

第１実施形態の排気調整弁であるフロート弁３３Ｃを有する第２散気管２７を曝気本体２４に設ければ、図１（ａ）および２（ａ）のように、反転水面Ｌ２が上がる〔Ｌ２（Ｕ）参照〕のに従って上動するフロート弁３３Ｃで第２散気管２７の排気穴２７ｃを閉じることにより、エアー溜め室１０に余剰エアーｄが溜まることでエアー圧が上がって反転水面Ｌ２が下がる〔Ｌ２（Ｄ）参照〕ようになる。

また、図１（ｂ）および図２（ｂ）のように、反転水面Ｌ２が下がる〔Ｌ２（Ｄ）参照〕のに従って下動するフロート弁３３Ｃで第２散気管２７の排気穴２７ｃを開くことにより、エアー溜め室１０の余剰エアーｄが第２散気管２７から水中に散気されることでエアー圧が下がって反転水面Ｌ２が上がる〔Ｌ２（Ｕ）参照〕ようになる。

このように、反転水面Ｌ２の変動〔Ｌ２（Ｕ）、Ｌ２（Ｄ）参照〕に追従して上下動するフロート弁３３Ｃでエアー溜め室１０の余剰エアー量を制御することで、反転水面Ｌ２を自動的に適正範囲Ｈに設定できるようになる。

また、エアー溜め室１０に溜まった余剰エアーｄは、曝気本体２４の第２散気管２７から水中に散気されるから、曝気本体２４の表層に散気による水流（図５の矢印ｅ参照）が生じるようになり（循環曝気攪拌）、余剰エアーｄを有効に利用することによって、表層を攪拌して水温を均一化できるとともに、表層におけるアオコのような藻類の発生を抑制できるようになる。

さらに、従来技術のような排気用ホースが不要になるから、維持管理費が削減できるとともに、水面上に浮き上がるという問題も無くなるので、景観性を損なうおそれもなくなる。

また、第２散気管２７に排気穴２７ｃを開けるとともに、第２散気管２７に筒状のフロート弁３３Ｃを嵌合させるだけであるから、構造が極めて簡単で動作不良等が無く、コスト安に製造できるようになる。

さらに、フロート弁３３Ｃで排気穴２７ｃを閉じている時に、バイパス部（隙間）３４で極少量の水ｃを第２散気管２７内に流し込むようにすれば、フロート弁３３Ｃに作用する水圧が減少して、フロート弁３３Ｃが第２散気管２７の外周に固着するのを防止することができる。

また、フロート弁３３Ｃの外周に、上下動時にフロート弁３３Ｃを回転させるような水流抵抗を付与する水流抵抗付与部３３ｄを形成すれば、藻や水垢等が隙間に入り込んで固着しても、水流抵抗付与部３３ｄでフロート弁３３Ｃが上下動時に回転されるから、固着した藻や水垢等の生物膜が引き千切られるので、フロート弁３３Ｃが散気管の外周に固着するのを、セルフクリーニング作用でより有効に防止することができる。

図３および図４は、第２実施形態の排気調整弁であるフロート弁３３Ｄを有する第２散気管２７を設けた水没式複合型曝気装置２２である。

第２散気管２７の外周の下部には、図４（ａ）に要部を拡大して示すように、円周上等角度間隔で上下方向の三角形状のスリット２７ｄが形成されている。なお、スリット２７ｄは三角形状に限られるものではない。

第２散気管２７の外周の側部には、側面視で略コ字状のガイド軸５４の上端部が固定され、このガイド軸５４には、フロート弁３３Ｄに連結された球状のフロート部３３ｆの中心穴３３ｅが貫通されて、ガイド軸５４に沿ってフロート部３３ｆが上下移動可能にガイドされるようになる。ガイド軸５４の下端部は、フロート部３３ｆの下動位置を規制するストッパーとなる。

そして、図４（ａ）のように、反転水面Ｌ２が上がった〔Ｌ２（Ｕ）参照〕ときにフロート部３３ｆとともにフロート弁３３Ｄが上動することで、フロート弁３３Ｄがスリット２７ｄを開くようになる。逆に、図４（ｂ）のように、反転水面Ｌ２が下がった〔Ｌ２（Ｄ）参照〕ときにフロート部３３ｆとともにフロート弁３３Ｄが下動することで、フロート弁３３Ｄがスリット２７ｄの下部を閉じるようになる。

フロート弁３３Ｄでスリット２７ｄの下部を閉じている時に、開かれたスリット２７ｄの上部に、極少量の水ｃを第２散気管２７内に流し込むバイパス部３４が形成されている。

第２実施形態の排気調整弁であるフロート弁３３Ｄを有する第２散気管２７を曝気本体２４に設ければ、図３（ａ）および図４（ａ）のように、反転水面Ｌ２が上がる〔Ｌ２（Ｕ）参照〕に従ってフロート部３３ｆとともに上動するフロート弁３３Ｄで第２散気管２７のスリット２７ｄを開くことにより、エアー溜め室１０に余剰エアーｄが溜まることでエアー圧が上がって反転水面Ｌ２が下がる〔Ｌ２（Ｄ）参照〕ようになる。

また、図３（ｂ）および図４（ｂ）のように、反転水面Ｌ２が下がる〔Ｌ２（Ｄ）参照〕のに従ってフロート部３３ｆとともに下動するフロート弁３３Ｄでスリット２７ｄの下部を閉じることにより、エアー溜め室１０の余剰エアーｄが開いたスリット２７ｄの上部から第２散気管２７から水中に散気されることでエアー圧が下がって反転水面Ｌ２が上がる〔Ｌ２（Ｕ）参照〕ようになる。

このように、反転水面Ｌ２の変動に追従して上下動するフロート弁３３Ｄでエアー溜め室１０の余剰エアー量を制御することで、反転水面Ｌ２を自動的に適正範囲Ｈに設定できるようになる。

また、第２散気管２７にスリット２７ｄを開けるとともに、第２散気管２７にフロート弁３３Ｄを嵌合させるだけであるから、構造が極めて簡単で動作不良等が無く、コスト安に製造できるようになる。その他、第１実施形態の第２散気管２７のフロート弁３３Ｃと同様の作用効果を奏することができる。

前記各実施形態の水没式複合型曝気装置２２においては、濁水流入時に第２散気管２７からの散気が継続していると、濁水の沈降が妨げられることがある。

そこで、図６に示すように、曝気本体２４内のエアー溜め室１０と、水面Ｌ１上に浮上する排気フロート４５の開閉弁４６とを排気用ホース４７で連結して、常時は開閉弁４６を閉じるとともに、濁水流入時に開閉弁４６を開いて、エアー溜め室１０内のエアーを大気に放出することで、第２散気管２７からの散気を止めるようにすることができる。なお、開閉弁４６の開閉操作は、作業員がボートを漕ぎ寄せて手動で操作することができる他、リモートコントロールにより自動で操作することもできる。

この構成であれば、濁水流入時に第２散気管２７からの散気を止めることができるので、濁水の沈降が妨げられなくなる。

本発明の第１実施形態に係る排気調整弁である第１フロート弁を有する第２散気管を設けた水没式複合型曝気装置の曝気本体であり、（ａ）はフロート弁が上動した要部断面図、（ｂ）はフロート弁が下動した要部断面図である。 （ａ）は第２散気管の排気穴を閉じたフロート弁の側面図、（ｂ）は第２散気管の排気穴を開いたフロート弁の側面図、（ｃ）はフロート弁の平面図、（ｄ）は（ａ）の正面図である。 本発明の第２実施形態に係る排気調整弁であるフロート弁を有する第２散気管を設けた水没式複合型曝気装置の曝気本体であり、（ａ）はフロート弁が上動した要部断面図、（ｂ）はフロート弁が下動した要部断面図である。 （ａ）は第２散気管のスリットを開いたフロート弁の側面図、（ｂ）は第２散気管のスリットを閉じたフロート弁の側面図である。 本発明の第１実施形態に係る排気調整弁であるフロート弁を有する第２散気管を設けた水没式複合型曝気装置の側面図である。 濁水流入時に第２散気管からの散気を止められるように構成した水没式複合型曝気装置の側面図である。 従来の曝気装置の側面図である。

符号の説明

１ 湖底
１０ エアー溜め室
２２ 水没式複合型曝気装置
２４ 曝気本体
２７ 第２散気管（散気管）
２７ｃ 排気穴
２７ｄ スリット
３３Ｃ，３３Ｄ フロート弁（排気調整弁）
３３ｄ 水流抵抗付与部
３４ バイパス部
４５ 排気フロート
４６ 開閉弁
４７ 排気用ホース
５０ 上部ストッパー
５１ 下部ストッパー
ｄ 余剰エアー
Ｌ２ 反転水面

Claims (5)

1. ダム湖等の湖底に係留されて、湖底付近の深層の水をエアーレーションにより循環させる曝気装置の曝気本体の上部に、排気調整弁を有する散気管を設けて、この散気管で、曝気本体内のエアー溜め室に溜まった余剰エアーを水中に散気して、表層の水を攪拌させるようにしたことを特徴とする水没式複合型曝気装置であって、
   前記排気調整弁は、前記散気管の外周に排気穴を形成するとともに、この散気管の外周に所定の隙間を隔てて嵌合して、エアー溜め室の反転水面の変動に追従して上下動する筒状のフロート弁を設けて、このフロート弁で、反転水面が上がったときに排気穴を閉じ、反転水面が下がったときに排気穴を開くようにしたことを特徴とする水没式複合型曝気装置。
2. 前記隙間は、フロート弁で排気穴を閉じている時に、極少量の水を散気管内に流し込むバイパス部であることを特徴とする請求項１に記載の水没式複合型曝気装置。
3. 前記フロート弁の外周に、上下動時にフロート弁を回転させるような水流抵抗を付与する水流抵抗付与部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の水没式複合型曝気装置。
4. ダム湖等の湖底に係留されて、湖底付近の深層の水をエアーレーションにより循環させる曝気装置の曝気本体の上部に、排気調整弁を有する散気管を設けて、この散気管で、曝気本体内のエアー溜め室に溜まった余剰エアーを水中に散気して、表層の水を攪拌させるようにしたことを特徴とする水没式複合型曝気装置であって、
   前記排気調整弁は、前記散気管の外周に上下方向のスリットを形成するとともに、この散気管の外周に嵌合して、エアー溜め室の反転水面の変動に追従して上下動する筒状のフロート弁を設けて、このフロート弁で、反転水面が上がったときにスリットを開き、反転水面が下がったときにスリットの下部を閉じるようにしたことを特徴とする水没式複合型曝気装置。
5. 前記曝気本体内のエアー溜め室と、水面上に浮上する排気フロートの開閉弁とを排気用ホースで連結して、常時は開閉弁を閉じるとともに、濁水流入時に開閉弁を開いて、エアー溜め室内のエアーを大気に放出することで、散気管からの散気を止めるようにしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の水没式複合型曝気装置。

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