JP2010162454A - Oligoaerobic state improving apparatus arranged in closed water area - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば、ダム、湖水、人工湖沼や自然湖沼などの閉鎖水域で出現する貧酸素状態を改善する閉鎖水域の貧酸素改善装置に関するものである。 The present invention relates to an apparatus for improving anoxia in a closed water area that improves an anoxic state appearing in a closed water area such as a dam, a lake, an artificial lake or a natural lake.
例えば、ダム、湖水、人工湖沼や自然湖沼などの閉鎖水域では富栄養化に伴い、貧酸素状態が出現することが多い。貧酸素状態は通常、閉鎖水域例えば湖沼底部で発生するが、湖沼によっては中層付近まで広がることがある。この貧酸素状態を改善するのに図7(A)(B)のように、湖水などの閉鎖水域の鉛直循環を起こす方法が用いられる。
原理は、鉛直方向の水循環を起こして水表面からとけ込む酸素を、湖水などの閉鎖水域全体に行き渡らせるというものである。図7(B)の空気を用いる方式は、気泡aからの酸素のとけ込みも期待できるが、水面からのとけ込み量に較べ小さく、空気の上昇に伴い水を動かすことが目的である。
閉鎖水域例えば湖水の水量が小さい場合はこれらの方法が用いられるが、水量が膨大になると、湖水全体の循環を起こそうとすれば、多くの装置や電力が必要となる。そこで、貧酸素状態が最も激しい貧酸素改善領域bの底層水のみに酸素を供給する目的で図8(A)〜(C)のような装置が用いられる。
For example, in closed water areas such as dams, lakes, artificial lakes and natural lakes, anoxic conditions often appear with eutrophication. Anoxic conditions usually occur in closed water areas such as the bottom of a lake, but depending on the lake, it may spread to the middle. In order to improve this poor oxygen state, as shown in FIGS. 7A and 7B, a method of causing vertical circulation in a closed water area such as lake water is used.
The principle is that oxygen flowing from the surface of the water by causing a vertical water circulation to spread throughout the closed water area such as lake water. The method using air in FIG. 7B can be expected to cause oxygen penetration from the bubbles a, but is smaller than the amount of penetration from the water surface and is intended to move water as the air rises.
These methods are used when the amount of water in a closed water area, such as lake water, is small. However, if the amount of water becomes enormous, many devices and electric power are required to cause circulation of the entire lake water. Therefore, an apparatus as shown in FIGS. 8A to 8C is used for the purpose of supplying oxygen only to the bottom layer water in the poor oxygen improvement region b in which the poor oxygen state is most severe.
しかしながら、この図8(A)〜(C)の方式の問題は、散気管93は底部にあるため、閉鎖水域の例えば深いダムでは大きな水圧に打ち勝つため圧縮空気発生装置で空気を送らねばならないことで、電力の消費量が大きくなることである。
また、広い範囲に酸素をおくるためには、多量の水量を循環させねばならないが、空気の上昇に伴い発生する水の動きでは不十分であり、結果的に多くの台数が必要となる。
However, the problem with the system shown in FIGS. 8A to 8C is that the
Further, in order to place oxygen in a wide range, a large amount of water must be circulated, but the movement of water generated as the air rises is not sufficient, and as a result, a large number of units are required.
この発明は、上記のような課題に鑑み、その課題を解決すべく創案されたものであって、その目的とするところは、プロペラによって閉鎖水域の底部の貧酸素水を水面近くまで送入管を通じて引き上げ、水面近くの曝気水槽に導き、曝気水槽内で散気管によって曝気を行い、その水を再び送出管で底部に送り込み、送入口と送出口の間の層の貧酸素状態を改善することのできる閉鎖水域の貧酸素改善装置を提供することにある。 In view of the above-described problems, the present invention has been made to solve the problems, and the object of the present invention is to supply the oxygen-poor water at the bottom of the closed water area near the water surface by a propeller. To the aeration tank near the surface of the water, aerated in the aeration tank by the diffusing pipe, the water is again sent to the bottom by the delivery pipe, to improve the poor oxygen state of the layer between the inlet and outlet An object of the present invention is to provide a device for improving anoxia in a closed water area.
以上の課題を解決するために、請求項1の発明は、閉鎖水域の水面に曝気水槽を浮かべ、水面に浮かぶ曝気水槽の底部に酸素又は空気を気泡として吹き出す散気管を配管し、散気管を挟んでその両端側に、閉鎖水域の底部に下端が開口され底部の貧酸素水の引き上げ水路となる送入管の上端と、曝気水槽内で曝気された曝気水を底部に送り出す水路となる送出管の上端とをそれぞれ接続し、閉鎖水域の底部の貧酸素水を曝気水槽まで引き上げる水流を発生させるプロペラを送入管内の上端側に設けた手段よりなるものである。
In order to solve the above problems, the invention of
また、以上の課題を解決するために、請求項2の発明は、閉鎖水域の水面に曝気水槽を浮かべ、水面に浮かぶ曝気水槽の底部に酸素又は空気を気泡として吹き出す散気管を配管し、散気管を挟んでその両端側に、閉鎖水域の底部に下端が開口され底部の貧酸素水の引き上げ水路となる送入管の上端と、曝気水槽内で曝気された曝気水を底部に送り出す水路となる送出管の上端とをそれぞれ接続し、閉鎖水域の底部の貧酸素水を曝気水槽まで引き上げる水流を発生させるプロペラを送出管内の上端側に設けた手段よりなるものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of
また、以上の課題を解決するために、請求項3の発明は、閉鎖水域の水面に曝気水槽を浮かべ、水面に浮かぶ曝気水槽の底部に酸素又は空気を気泡として吹き出す散気管を配管し、曝気水槽の一端側に閉鎖水域の底部に下端が開口され底部の貧酸素水の引き上げ水路となる送入管の上端を接続し、散気管が配管された側の底部側に曝気水槽内で曝気された曝気水を底部に送り出す水路となる送出管の上端を接続し、閉鎖水域の底部の貧酸素水を曝気水槽まで引き上げる水流を発生させるプロペラを送入管内の上端側に設け、散気管と送入管の上端が接続開口する流入口との間に越流仕切板を設けて仕切り、越流仕切板で仕切られた曝気水槽内の散気管が配管された側の水面近くに整流板を配置すると共に、送出管の上端が接続開口する流出口に向かって降下する曝気水槽内の水流降下速度を気泡上昇速度よりわずかに小さくした手段よりなるものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of
また、以上の課題を解決するために、請求項4の発明は、閉鎖水域の水面に曝気水槽を浮かべ、水面に浮かぶ曝気水槽の底部に酸素又は空気を気泡として吹き出す散気管を配管し、曝気水槽の一端側に閉鎖水域の底部に下端が開口され底部の貧酸素水の引き上げ水路となる送入管の上端を接続し、散気管が配管された側の底部側に曝気水槽内で曝気された曝気水を底部に送り出す水路となる送出管の上端を接続し、閉鎖水域の底部の貧酸素水を曝気水槽まで引き上げる水流を発生させるプロペラを送出管内の上端側に設け、散気管と送入管の上端が接続開口する流入口との間に越流仕切板を設けて仕切り、越流仕切板で仕切られた曝気水槽内の散気管が配管された側の水面近くに整流板を配置すると共に、送出管の上端が接続開口する流出口に向かって降下する曝気水槽内の水流降下速度を気泡上昇速度よりわずかに小さくした手段よりなるものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of
課題を解決するための手段より明らかなように、請求項1〜請求項4の発明に係る閉鎖水域の貧酸素改善装置によれば、従来の方法は、流れ発生方法としては効率のわるい空気に、酸素供給だけでなく流れ発生機能をもたせたことが非効率の原因であったのを、流れの発生をプロペラで行うが、酸素の供給方法と流れの発生方法を分離したことで水流を自由にコントロールできるし、多量の流れを発生できる。
しかも、水圧が小さい水面近くに散気管を設置するため、圧縮空気発生装置でなく、低圧空気を発生する送風機で散気管に空気を供給でき、消費電力を小さくすることができる。プロペラを稼働させるために電力を要するが、送風機とプロペラの使用による方が、従来の圧縮空気発生装置の使用による場合に比べて消費電力をより小さくでき、省エネとなり、ランニングコストを安価にでき経済的である。
As is clear from the means for solving the problems, according to the apparatus for improving oxygen in a closed water area according to the inventions of
In addition, since the air diffuser is installed near the water surface where the water pressure is low, air can be supplied to the air diffuser with a blower that generates low-pressure air instead of the compressed air generator, and power consumption can be reduced. Power is required to operate the propeller, but the use of a blower and a propeller can reduce power consumption, save energy, and reduce running costs compared to using a conventional compressed air generator. Is.
また、請求項3及び請求項4の発明にあっては、前記の効果に加えて、曝気水槽内の水流降下速度を気泡上昇速度よりわずかに小さくすることにより、気泡の水中滞在時間を極めて大きくすることができ、これよって、曝気効率を飛躍的に向上させることができる等、極めて新規的有益なる効果を奏するものである。 In addition, in addition to the above-described effects, the water flow descent rate in the aeration tank is slightly smaller than the bubble rise rate, so that the bubble residence time in the water is greatly increased. Thus, a very new beneficial effect such as a dramatic improvement in aeration efficiency can be achieved.
以下、図面に記載の発明を実施するための形態に基づいて、この発明をより具体的に説明する。
ここで、図1は全体概要図、図2は曝気水槽の概要図、図3は別の曝気水槽の概要図、図4は他例の全体概要図、図5は他例の曝気水槽の概要図、図6は他例の別の曝気水槽の概要図である。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on embodiments for carrying out the invention described in the drawings.
Here, FIG. 1 is an overview diagram, FIG. 2 is an overview diagram of an aeration tank, FIG. 3 is an overview diagram of another aeration tank, FIG. 4 is an overview diagram of another example, and FIG. 5 is an overview of an aeration tank of another example. FIG. 6 and FIG. 6 are schematic views of another aeration tank according to another example.
図において、貧酸素改善装置1は、例えば、ダム、湖水、人工湖沼や自然湖沼などの閉鎖水域の底部で発生する貧酸素状態を改善する装置で、閉鎖水域の底部の貧酸素改善領域bの貧酸素水の引き上げ水路の送入管2、閉鎖水域の底部の貧酸素水を水面近くまで引き上げる水流を発生させるプロペラ3、貧酸素水に曝気を通じて酸素を溶解させる曝気水槽4、曝気水を底部に送り出す水路となる送出管5などから構成されている。
In the figure, an
貧酸素改善装置1は、送入管2内のプロぺラ3(図1〜図3参照)、或いは送出管5内のプロぺラ3(図4〜図6参照)によって閉鎖水域の底部の貧酸素改善領域bの貧酸素水を水面近くまで送入管2を通じて引き上げ、水面近くの曝気水槽4に導き、曝気水槽4内で散気管41によって曝気を行い、曝気により酸素を含んだ水を再び送出管5で底部に送り込み、送入口21と送出口51の間の層の貧酸素改善領域bの貧酸素状態を改善するものである。貧酸素改善装置1は図示しない係留索によって、所定水域から移動しないように係留されている。
The
送入管2は、閉鎖水域の底部の貧酸素改善領域bの貧酸素水を水面近くまで引き上げる際の水路となる管で、その下端側は閉鎖水域の底部の所定の深さまで下ろされている。送入管2の下端には送入口21が開口されており、底部の貧酸素改善領域bの貧酸素水はこの送入口21から送入管2に吸引される。送入管2には、その下端の送入口21を閉鎖水域の底部の所定の深さまで任意に下ろせるように、例えば蛇腹式管などの伸縮自在な管が使用される。
The
プロペラ3は、閉鎖水域の底部の貧酸素改善領域bの貧酸素水を水面近くまで送入管2を通じて引き上げる水流を発生させるもので、プロペラ3は送入管2の内部の上端の近く(図1〜図3参照)に、或いはプロペラ3は送出管5の内部の上端の近く(図4〜図6参照)に、上下軸回りに回転するように取り付けられている。
The
プロペラ3の回転によって、送入管2の内部には上向きの流れが発生し、下端の送入口21から閉鎖水域の底部の貧酸素改善領域bの貧酸素水を吸引する。水圧の高い深い底部から貧酸素水を引き上げる場合、プロペラ3は圧縮空気発生装置を使用する場合に比べて消費電力が小さく、省エネを計ることができる。
Due to the rotation of the
プロペラ3は、上下方向に配置されたプロペラ回転軸31の下端に取り付けられている。プロペラ回転軸31は曝気水槽4内を上向きに取り付けられていて、プロペラ回転軸31の上端は曝気水槽4の上部に取り付けられているモーター32に連動連結されている。モーター32の駆動によりプロペラ回転軸31は回転してその下端のプロペラ3を回転させる。
The
曝気水槽4は、水面近くまで引き上げられた閉鎖水域の底部の貧酸素改善領域bの貧酸素水を曝気して酸素を溶解させて酸素を十分に含んだ水にするための水槽で、曝気水槽4の底部には散気管41が配管されている。散気管41には酸素又は空気を吹き出す多数の小孔が形成されている。散気管41の多数の小孔から吹き出された酸素又は空気は多数の気泡aとなって曝気水槽4内の水深Hの高さを貧酸素水を曝気しながら上昇し、その上昇の過程で酸素又は空気の一部は貧酸素水に溶解して、貧酸素水は酸素を含んだ酸素水に置き換えられる。
The
散気管41の上流端はこの散気管41に酸素又は空気を送り込むための図示しない送風機に接続されている。散気管41が配管されている部分は水面の近くであり水圧が小さいので、酸素又は空気を送り込んで散気管41から散気させる場合に大きな圧力を必要としない。このため、従来のように水圧の高い水深のある場所から酸素又は空気を散気させるために高圧気体を送り出すための圧縮空気発生装置を必要とせず、安価な送風機で酸素又は空気を送り込んで散気管41から散気させることができる。
The upstream end of the
曝気水槽4は、例えば箱形の形状から構成され、4つの側面及び底面が塞がれ、上面は開放されている。曝気水槽4は水面に浮かんでおり、このため、曝気水槽4の外側の側面には、曝気水槽4を水面に浮かす浮体42が取り付けられている。浮体42は例えば内部が空洞になっていたり、或いは水より比重の小さな材料で造られている。
The
曝気水槽4の底部には散気管41を挟んでその一端側に、送入管2の上端が接続される流入口43が開口されている。送入管2を通じて引き上げられた貧酸素改善領域bの貧酸素水はこの流入口43を通じて曝気水槽4内に流入する。
An
図1、図2及び図4、図5にあっては、散気管41を挟んで流入口43の反対側の底部には流出口44が開口されている。この流出口44には送出管5の上端が接続されていて、曝気された水は流出口44を通じて送出管5内に排出される。また、図3及び図6にあっては、散気管41下方の底部に流出口44が開口されている。
In FIGS. 1, 2, 4, and 5, an
また、図3及び図6に示す曝気水槽4には、散気管41と送入管2の上端が接続開口する流入口43との間には越流仕切板45が設けられていて、この越流仕切板45により曝気水槽4内は散気管41が配管された側と流入口43とが仕切られている。流入口43から流入した閉鎖水域の底部の貧酸素改善領域bの貧酸素水は、越流仕切板45を越えて散気管41が配管された側に流入するようになっている。
In addition, the
さらに、越流仕切板45で仕切られた曝気水槽4内の散気管41が配管された側の水面近くには整流板46が水平に配置されている。図では整流板46は散気管41が配管された側の水面の全面を覆うように配置されている。整流板46の表面には平面方向に一定の等間隔で複数の小孔の通水孔46aが形成されている。
Further, a rectifying
整流板46は越流仕切板45を越流して散気管41側に流入する水流の流速を均一するもので、散気管41側に流入する閉鎖水域の底部の貧酸素改善領域bの貧酸素水は、平面方向に等間隔に形成された整流板46の各小孔の通水孔46aを通過することで、流速が均一になる。整流板46としては、例えばガイドベーン(案内板)なども用いられる。
The rectifying
さらにまた、散気管41側に流入した閉鎖水域の底部の貧酸素改善領域bの貧酸素水は、曝気水槽4の底部の流出口44に向かって降下する曝気水槽内の水流降下速度V0が散気管41から吹き出す気泡上昇速度Vよりわずかに小さくなるように調整されている。この調整はプロペラ3の回転による貧酸素水の流入量を調整することにより行われる。
Furthermore, the anoxic water in the anoxic improvement region b at the bottom of the closed water area that has flowed into the
送出管5は、曝気水槽4で曝気されて酸素が溶解した酸素水を閉鎖水域の底部の貧酸素改善領域bまで送り出す際の水路となる管で、その下端側は閉鎖水域の底部の所定の深さまで下ろされている。送出管5の下端には送出口51が開口されており、曝気されて酸素が溶解した酸素水はこの送出口51から閉鎖水域の底部の貧酸素改善領域bに送り出される。送出管5には、その下端の送出口51を閉鎖水域の底部の所定の深さまで任意に下ろせるように、例えば蛇腹式管などの伸縮自在な管が使用される。
The
次に、上記発明を実施するための形態の構成に基づく作用について以下説明する。
プロペラ3のモーター32を作動させると、モーター32に連動連結されているプロペラ回転軸31は回転し、プロペラ回転軸31の下端に取り付けられているプロペラ3を軸回りに回転させる。プロペラ3が送入管2内に設けられている場合(図1〜図3参照)にはプロペラ3は送入管2の内部の水を上向きに引き上げる方向に回転して、またプロペラ3が送出管5内に設けられている場合(図4〜図6参照)にはプロペラ3は送出管5の内部の水を下向きに押し出す方向に回転して、送入管2内部には上向きの水流が発生する。
Next, the operation based on the configuration of the embodiment for carrying out the invention will be described below.
When the
プロペラ3によって送入管2内に上向きの水流が発生すると、送入管2の下端の送入口21は負圧状態となって、閉鎖水域の底部の貧酸素改善領域bの貧酸素水は送入口21に吸引される。吸引された底部の貧酸素水は送入管2内部を上昇し、送入管2の上端から曝気水槽4の流入口43を通って曝気水槽4内に流入する。
When an upward water flow is generated in the
曝気水槽4内では、図示しない送風機を作動させて、散気管41に低圧で酸素又は空気を送り込む。散気管41は水面近くにあるので、水圧が低く送風機でも十分に酸素又は空気は送り込まれる。消費電力の小さな送風機が使用できるので、電力コストを安価にすることができる。図示しない送風機の作動により、曝気水槽4の底部に配管された散気管41の多数の小孔から酸素又は空気が吹き出し、気泡aとなって曝気水槽4内を上昇しながら曝気水槽4内の貧酸素水を曝気してその一部は貧酸素水に溶解し、貧酸素水を酸素を十分に含んだ酸素水に置き換える。
In the
曝気水槽4内では流入口43から底部の貧酸素改善領域bの貧酸素水が流入して水量が増大すると、散気管41を挟んで流入口43の反対側に設けられた流出口44からは流入量に相当する水量が排出される。このため、曝気水槽4内では、流入口43から流出口44に向かって流れ生じる。曝気水槽4内では、曝気によって水の比重が少し小さくなるため、外部の水位に比べて少しだけ水位が高くなる。
In the
図1、図2及び図4、図5に示す構成では、流入口43から流入した底部の貧酸素改善領域bの貧酸素水は底部の散気管41の上を通過しながら流出口44に向けて移動するが、この間に上述したように散気管41から発生する気泡aによって曝気されるのである。このとき、曝気効率(気泡の中の酸素のとけ込む比率)は、気泡が水中に滞在する時間にほぼ比例する。曝気水槽4の水深H、気泡上昇速度をVとすると、貧酸素水の水中滞在時間t1=H/Vとなる。
In the configuration shown in FIGS. 1, 2, 4, and 5, the anoxic water in the bottom anoxic improvement region b flowing in from the
また、図3及び図6に示す構成では、流入口43から流入した底部の貧酸素改善領域bの貧酸素水は、越流仕切板45を越流して散気管41が配管された側の水面近くに取り付けられた整流板46の各通水孔46aを通過するが、この各通水孔46aを通過する過程で流速の均一化が計られ、均一の流速になって散気管41が配管された側に流入し、散気管41の下方の底部に開口された流出口44に向かって降下する。
3 and FIG. 6, the anoxic water in the anoxic improvement region b at the bottom flowing in from the
このとき、前記したように、散気管41側に流入した閉鎖水域の底部の貧酸素改善領域bの貧酸素水は、曝気水槽4の底部の流出口44に向かって、曝気水槽4の水深Hを降下する曝気水槽内の水流降下速度V0が散気管41から吹き出す気泡上昇速度Vよりわずかに小さくなるように調整されている。
At this time, as described above, the anoxic water in the anoxic improvement region b at the bottom of the closed water area that has flowed into the
このため、図1、図2及び図4、図5の構成の場合に比べて図3及び図6の構成では、曝気水槽4の散気管41側での貧酸素水の水中滞在時間t2=H/(V−V0)となり長くなる。特に水流降下速度V0を気泡上昇速度Vよりわずかに小さくすると、貧酸素水の水中滞在時間t2は極めて大きな値となり、曝気効率は飛躍的に向上する。
For this reason, in the structure of FIG.3 and FIG.6 compared with the case of the structure of FIG.1, FIG.2 and FIG.4, FIG.5, the dwell time t2 = H of the anoxic water in the
因みに、気泡上昇速度Vを、0.3m/秒とし、水流降下速度V0を0.4m/秒、水深Hを2.0mとすると、貧酸素水の水中滞在時間t1は約7秒に対し、水中滞在時間t2は20秒になり、約3倍の曝気効率になる。 Incidentally, if the bubble rising speed V is 0.3 m / second, the water flow descending speed V 0 is 0.4 m / second, and the water depth H is 2.0 m, the dwell time t1 of the anoxic water is about 7 seconds. The underwater residence time t2 is 20 seconds, and the aeration efficiency is about three times.
酸素水に置き換えられた水は流出口44から送出管5内に排出され、送出管5内を降下してその下端に開口された送出口51から閉鎖水域の底部に送り出されて、底部の貧酸素改善領域bの貧酸素水を徐々に酸素水に置き換えて、閉鎖水域の底部の貧酸素改善領域bの水質改善を計ることが可能となる。
The water replaced with oxygen water is discharged from the
なお、この発明は上記発明を実施するための形態に限定されるものではなく、この発明の精神を逸脱しない範囲で種々の改変をなし得ることは勿論である。 The present invention is not limited to the embodiment for carrying out the invention, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
1 貧酸素改善装置
2 送入管
21 送入口
3 プロペラ
31 プロペラ回転軸
32 モーター
4 曝気水槽
41 散気管
42 浮体
43 流入口
44 流出口
45 越流仕切板
46 整流板
46a 通水孔
5 送出管
51 送出口
a 気泡
b 貧酸素改善領域
H 曝気水槽の水深
V0 水流降下速度
V 気泡上昇速度
91 送水管
92 プロペラ
93 散気管
94 気泡抜き
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