JP2014144450A

JP2014144450A - 水力発電装置を配設した曝気装置

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Publication number: JP2014144450A
Application number: JP2013089937A
Authority: JP
Inventors: Shunji Nishi; 舜司西
Original assignee: BLUE AQUA INDUSTRY KK
Current assignee: BLUE AQUA INDUSTRY KK
Priority date: 2013-01-07
Filing date: 2013-04-23
Publication date: 2014-08-14
Also published as: JP2014144451A

Abstract

【課題】曝気槽、自然水域水中への曝気手段、又は気泡ポンプへの空気供給手段として、従来のブロワ等の送風手段とせず、総合エネルギー効率の良い送風手段で送風し、又、曝気済みの未溶解気泡を捕集して、気泡ポンプの動力源として揚水し、発電し、総合エネルギー効率を増大する。
【解決手段】ポンプ圧送のエゼクタ４の負圧自吸作用又は水中で回転する羽根車の負圧自吸作用により大気中の空気を、空気導入管６を径由して吸気すると共に水を送水し、上記吸気と気水混合し、前記下降流管の上部で下向きに気水二相流を噴流させて曝気する水中曝気装置で前記深層曝気槽の下降流生成動力源とし、さらに、曝気用散気における未溶解空気を捕集手段３３で捕集し、気泡ポンプ揚水し、低落差水車水力発電装置１８で発電する。
【選択図】図４

Description

本発明は、低落差水車水力発電装置を配設した、生物処理、魚介類養殖、貧酸素水塊等の溶存酸素を要する水中へ酸素を供給する曝気装置又は深層貧酸素水塊へ酸素を供給する深層曝気装置に関する。

従来、有機性廃水の好気性生物処理、養魚池、海域及び湖沼等の水中への酸素供給手段として使用されるブロワ等を駆動する電力費が多大であるため、散気装置の酸素移動効率を大きくする技術が多く開示されている（例えば、特許文献１参照）。又、ダム湖等の底部に設置した散気装置へ、地上に設置したコンプレッサーから給気する多段式散気装置を開示している（例えば、特許文献２参照）。又、貯水池の水面にフロートで保持した浮上槽に揚水管と流下水管を配設して、揚水管の内部に配設した気泡で揚水し、湖水面に対して浮上槽の水位を高くすることにより、流下水管に下降流を生成して酸素を湖底に供給する装置を開示している（例えば、特許文献３参照）。又、一般家庭や工場で、気泡ポンプで揚水して衝動水車で発電する装置を開示している（例えば、特許文献４参照）。又、揚水発電下池と上池を排水処理用処理槽として適用し、揚水発電における揚水ポンプ及び水車タービンでの酸素供給により廃水処理を行うことを開示している（例えば、特許文献５参照）。又、内部に散気手段を配設し、下降流を生成する静水圧水頭を有する降水管（以降において、下降流管と呼称する）と昇水管（以降において、上昇流管と呼称する）の下部を互いに連結し、上昇流管の上部水を下降流管の上部へ返送する廃水処理装置の知見を開示している（例えば、特許文献６参照）。又、多段の気泡ポンプで揚水し、落水でタービンを回転駆動して発電する装置を開示している（例えば、特許文献７参照）。又、湖沼において、水中ミキサにより循環流を形成し、エゼクタで凝集剤を散布し、微細気泡で浮上固液分離する方法を開示している（例えば、特許文献８参照）。そして又、気泡ポンプの理論と浸水率を用いた実験式を述べている（例えば非特許文献１）。又、液槽内で回転する羽根車の負圧自吸作用により大気中の空気を通気導管を径由して吸気すると共に槽内に流入する廃水を吸水し、上記吸気と気水混合し、槽内に噴流させて曝気する水中曝気装置を開示している（例えば、特許文献９参照）。又、ポンプで吸入した汚水を吐水口からエゼクタへ圧力水を圧入し、エゼクタの負圧自吸作用により大気中の空気を、通気導管を経由して吸気すると共に汚水と気水混合し、槽内に噴流させて曝気する曝気装置を開示している。そして又、下降流式深層曝気槽の未溶解気泡を捕集して、気泡ポンプの動力源の一部として利用して低落差位置に揚水し、低落差水車水力発電装置で発電する省エネルギー散気装置を開示している。

特開２０１１−１２５７８２号公報特開平７−２５１１９６号公報実開昭６１−１５５１００号公報特開２００７−２３１７６０号公報特開昭５８−６２９８号公報特開昭５６−１５０４９２号公報特開昭５５−１４８９７６号公報特開平６−２２６２４９号公報特開２００９−０９５７５６号公報特開２００８−１２６２２６号公報特開２０１２−０８９２１４号公報

機械工学便覧：日本機械工学会編昭和３６年３月１日発行

解決しようとする問題点は、水中へ溶存酸素を供給する空気を、ブロワ等で供給することなく、攪拌混合作用と送水作用を有する曝気手段で、従来のブロワ等による曝気装置よりも総合エネルギー効率を増大することを課題とする。又、気泡ポンプの空気供給源を、従来のブロワ等で供給することなく、総合エネルギー効率を増大することを課題とする。又、前記曝気手段で使用した使用済み空気を捕集して、気泡ポンプの駆動源空気とすることを課題とする。又、前記気泡ポンプの効率を向上することを課題とする。使用済み空気の捕集を効果的にすることを課題とする。又、有機性廃水処理深層曝気槽の滞留時間を長くすることを課題とする。又、ダム湖等の深層へ送水する表層のアオコ含有飽和溶存水と、気泡ポンプで水面へ揚水する深層の貧酸素水を、低層で可能な限りに混合させないことを課題とする。又、気泡ポンプの揚程を効率よく増大することを課題とする。又、深層曝気槽の散気水深を低減して、空気供給動力を低減することが課題である。又、自然水域における高温のアオコ含有飽和酸素水を、低層の無光で低温の貧酸素水塊層に送水すると共に該送水された表層水と混合されない低温で貧酸素低層水を、深層曝気槽での使用済み未溶解気泡を動力源とした気泡ポンプで揚水して発電し、表層水域へ放流することを課題とする。又、有機性廃水処理深層曝気槽の上昇流管を気泡ポンプとすると共に循環ポンプ機能を付帯することを課題とする。そして又、自然水域の成層化した低層の貧酸素水塊層へ酸素を供給する目的のために、低層で散気するか、又は上層で散気して、低層から上層へ、又は上層から下層への循環流を形成する無駄な動力を使用することなく、低層の貧酸素水塊層だけを曝気して酸素を供給することを課題とする。

本発明は、従来の曝気槽においては、曝気槽の水中に配設した散気装置で散気して曝気攪拌していたが、以下の手段で、曝気すると共に揚水又は送水し、曝気で使用済みの空気を動力源とした気泡ポンプで曝気揚水すると共に低落差水車水力発電装置で発電し、省電力化を図った。尚、以下の記述においては、処理対象が液又は水であっても、説明上の簡単化のために水と記載して説明する。

有機性廃水の好気性生物処理における曝気手段として、ポンプで吸入した汚水を吐水口からエゼクタへ圧力水を圧入し、エゼクタの負圧自吸作用により大気中の空気を、空気導入管を経由して吸気すると共に被溶存酸素供給水と気水混合した気水二相流を前記エゼクタから噴出し、該エゼクタの吐出側に末広がり構造のディフュ−ザを連通接続し、前記エゼクタ及びディフュ−ザ共に、前記気水二相流方向を水面に対して、垂直に配設すると共に前記ディフュ−ザの吐出口を、水面上方２〜７ｍ前後の低落差位置に配設した気水分離軽量槽へ揚水し、該気水分離軽量槽の落差形成部に配設し、螺旋水車等の開放型低落差水車発電装置の取水手段を有する開放型低落差水車水力発電装置の導水手段に流下して、開放型低落差水車を回転駆動し、該開放型低落差水車の回転に伴って、連結手段と増速手段を介して回転するように連結した発電機で発電し、前記曝気槽又は自然水域の水面部へ被溶存酸素供給水を放流する。尚、必要最低限度の循環流を達成することが必要な場合は、従来の散気装置又は水中ミキサで補完する。

又、自然水域に浮かべたフロートに配設したポンプピットの底部開口に、任意の取水層に吐出口を移動手段で移動する下降流管の上端口を連通接続すると共に前記ポンプピットの側部をアオコ生息表層水中に開口していて、吐出口の配設深度を異にするために長さを異にするか又は前記吐出口を移動手段で移動する深層曝気槽の下降流管の吸入口をエゼクタの吐出口に連通接続し、前記エゼクタの流入口に、ポンプピットに流入するアオコ生息表層水を水源とするポンプの吸水口を連通接続し、エゼクタの負圧自吸作用により大気中の空気を空気導入管を径由して空気を吸入すると共に前記ポンプピット内に流入する水を吸入し、吸入空気と気水混合し、下向きに気水二相流を噴流させて曝気するエゼクタ曝気装置を配設し、前記深層曝気槽は気泡が下降流に随伴するに十分な下降流速とするに必要な断面積とすると共に前記深層曝気槽の吐出口は、気水二相流から離脱した気泡との距離を遠ざけるに十分な水流速の１〜３ｍ／ｓｅｃとするために断面積を縮小し、前記深層曝気槽の下端部の吐出口から吐出する気水二相流から離脱する気泡を、気泡と水の慣性力及び浮力の差を利用して分離し、前記気水二相流から離脱した水流から離隔するために、上昇気泡の上方に一端を配設し、他端を斜め上方に傾斜して配設した下方開口の気泡誘導傾斜チャンネルを配設し、前記他端の上方に気泡を捕集する気泡捕集器を吸入口とし、内部に補助散気装置を配設した気泡ポンプの吐出口を、水面上方２〜７ｍ前後の低落差位置に配設した気水分離軽量槽の底部開口に連通接続して揚水し、気水分離後に越流下し、前記自然水域の基準水面に対して大きな位置エネルギーとなる落差形成部に、取水手段を配設した低落差水車水力発電装置の導水手段に取水流下して、低落差水車を回転駆動し、該低落差水車の回転に伴って、連結手段と増速手段を介して回転するように連結した発電機で発電し、前記混合調整槽へ放流する。

又、有機性廃水の好気性生物処理の曝気手段として、流入廃水、返送汚泥及び循環混合水を混合調整する混合調整槽の底部開口に下降流生成手段を有する深層曝気槽の上端吸入口に連通接続すると共に該連通接続部位置に、混合調整槽内で回転する羽根車の負圧自吸作用により大気中の空気を空気導入管を径由して吸気すると共に槽内に流入する廃水を吸水し、上記吸気と気水混合し、前記深層曝気槽の上部で下向きに気水二相流を噴流させて曝気する水中曝気装置を配設し、前記深層曝気槽は気泡が下降流に随伴するに十分な下降流速とするに必要な断面積として、前記深層曝気槽での滞留時間を確保する手段とし、該深層曝気槽の下端部の吐出口から吐出する気水二相流から、離脱する気泡を気泡と水の慣性力及び浮力の違いを利用して捕集する気泡捕集器を吸入口とし、内部に補助散気装置を配設した気泡ポンプの吐出口を、水面上方２〜７ｍ前後の低落差位置に配設した気水分離軽量槽に配設して揚水し、前記深層曝気槽の下端部の吐出口から吐出する気水二相流から、離脱する曝気槽混合水の一部が上昇流管を経由してポンプピットに到達した前記曝気槽混合水を循環ポンプで気水分離計量槽に揚水して前記曝気槽混合水の基準水面に対して大きな位置エネルギーとなる低落差を生成し、前記気泡ポンプで揚水した曝気槽混合水と前記循環ポンプで揚水した曝気槽混合水と合流して越流下し、該合流曝気槽混合水を取水する取水手段を前記気水分離計量槽の落差形成部に配設した低落差水車水力発電装置の導水手段に取水流下して、低落差水車を回転駆動し、該低落差水車の回転に伴って、連結手段と増速手段を介して回転するように連結した発電機で発電し、前記混合調整槽へ放流する。前記深層曝気槽の下降流管を気水二相流が深層へ向かうに従がって、気泡は次第に微細化すると共に水中に溶解し、前記気水二相流の一部は前記気泡ポンプへ吸引され、気水分離した残部の分離水は前記上昇流管へ向かう。

又、自然水域に浮かべたフロートに配設したポンプピットの底部開口に、任意の取水層に吐出口を移動手段で移動する下降流管の上端口を連通接続すると共に前記ポンプピットの側部をアオコ生息水中に開口していて、前記ポンプピットの底部開口に、吐出口の配設深度を異にするために長さを異にするか又は前記吐出口を移動手段で移動する深層曝気槽の下降流管の吸入口を連通接続し、該吸入口の上部に、ポンプピット内で回転する羽根車の負圧自吸作用により大気中の空気を空気導入管を径由して空気を吸入すると共に前記ポンプピット内に流入する水を吸入し、吸入空気と気水混合し、前記深層曝気槽の吸入口の上部に、下向きに気水二相流を噴流させて曝気する水中羽根車型曝気装置を配設し、前記深層曝気槽は気泡が下降流に随伴するに十分な下降流速とするに必要な断面積として、該深層曝気槽の下端部の吐出口から吐出する気水二相流から離脱する気泡を、気泡と水の慣性力及び浮力の差を利用して分離し、前記気水二相流から離脱した水流から離隔するために、上昇気泡の上方に一端を配設し、他端を斜め上方に傾斜して配設した下方開口の気泡誘導傾斜チャンネルを配設し、前記他端の上方に気泡を捕集する気泡捕集器を吸入口とし、内部に補助散気装置を配設した気泡ポンプの吐出口を、水面上方２〜７ｍ前後の低落差位置に配設した気水分離軽量槽の底部開口に連通接続して揚水し、気水分離後に越流下し、前記自然水域の基準水面に対して大きな位置エネルギーとなる落差形成部に、取水手段を配設した低落差水車水力発電装置の導水手段に取水流下して、低落差水車を回転駆動し、該低落差水車の回転に伴って、連結手段と増速手段を介して回転するように連結した発電機で発電し、前記混合調整槽へ放流する。

又、有機性廃水の好気性生物処理の曝気手段として、流入廃水、返送汚泥及び循環混合水を混合調整する混合調整槽の底部開口に下降流生成手段を有する深層曝気槽の上端吸入口に連通接続すると共に該連通接続部位置に、混合調整槽内で回転する羽根車の負圧自吸作用により大気中の空気を空気導入管を径由して吸気すると共に槽内に流入する廃水を吸水し、上記吸気と気水混合し、前記深層曝気槽の上部で下向きに気水二相流を噴流させて曝気する水中曝気装置を配設し、前記深層曝気槽は気泡が下降流に随伴するに十分な下降流速とするに必要な断面積として、前記深層曝気槽での滞留時間を確保する手段とし、該深層曝気槽の下端部の吐出口から吐出する気水二相流から、離脱する気泡を気泡と水の慣性力及び浮力の違いを利用して捕集する気泡捕集器を吸入口とし、内部に補助散気装置を配設した気泡ポンプの吐出口を、水面上方２〜７ｍ前後の低落差位置に配設した気水分離軽量槽に配設して前記曝気槽混合水を揚水すると共に気液分離後、曝気槽混合水を越流下し、該曝気槽混合水を取水する取水手段を前記気水分離計量槽の落差形成部に配設した低落差水車水力発電装置の導水手段に取水流下して、低落差水車を回転駆動し、該低落差水車の回転に伴って、連結手段と増速手段を介して回転するように連結した発電機で発電し、前記混合調整槽へ放流する。

又、自然水域に浮かべたフロートに配設し、貧酸素水塊層に吸水口を浸漬して貧酸素水を低落差位置に揚水する揚水手段で、水面上方２〜７ｍ前後の低落差位置に配設した気水分離計量槽に揚水し、該気水分離計量槽で気泡を分離放散した水が、計量堰を越流下してヘッドタンクへ流入し、該ヘッドタンクの水頭で下降流を生成する深層曝気槽の内部に空気を散気する散気装置を配設し、任意の深層水層に吐出口を移動手段で移動する上端口を連通接続して構成すると共に気泡が下降流に随伴するに必要な下降流速とする断面積とし、吐出口は、気水二相流から離脱した気泡との距離を遠ざける水流速の１〜３ｍ／ｓｅｃとするために断面積を縮小した下降流型の深層曝気槽で貧酸素水塊層に溶存酸素飽和水を供給し、該深層曝気槽の吐出口から吐出する気水二相流から分離して上昇する気泡を、気水二相流の吐出方向とは逆方向で上方への緩傾斜誘導手段で誘導し、該緩傾斜誘導手段から離脱する上昇気泡の上方に、散気装置を内設すると共に気泡捕集器を吸入口とした気泡ポンプの配設し、該気泡ポンプの吐出口を、水面上方２〜７ｍ前後の低落差位置に配設した気水分離軽量槽の底部開口に連通接続して揚水し、気水分離後に越流下し、前記自然水域の基準水面に対して大きな位置エネルギーとなる落差形成部に、取水手段を配設し、該取水手段から導水手段に取水流下して、低落差水車を回転駆動し、該低落差水車の回転に伴って、連結手段と増速手段を介して回転するように連結した発電機で発電する低落差水車水力発電装置の吐水口から、水深の変化に応じて放水口の水深位置を調節して伸縮する放流管の受水口に吐水し、前記放流管の吐水口から貧酸素水塊層へ溶存酸素飽和水を返流する。そして、前記放流管の放流口の水深位置を、水深の変化に応じて調節する調節手段で調節する。

ポンプで吸入した汚水を吐水口からエゼクタへ圧力水を圧入し、エゼクタの負圧自吸作用により大気中の空気を空気導入管を経由して吸気すると共に被溶存酸素供給水と気水混合した気水二相流を前記エゼクタから噴出し、該エゼクタの吐出側に末広がり構造のディフュ−ザを連通接続し、前記エゼクタ及びディフュ−ザ共に、前記気水二相流方向を水面に対して、垂直に配設して気泡ポンプ化する共に前記ディフュ−ザの吐出口を、水面上方２〜７ｍ前後の低落差位置に配設した気水分離軽量槽へ揚水し、該気水分離軽量槽の落差形成部に配設した低落差水車水力発電装置で発電することで、総合エネルギー効率を増大する効果がある。さらに、ブロワ等の送風手段を配設する必要としないで空気を供給することが出来、ポンプの揚程と、前記ディフューザの気泡ポンプ機能による揚程との総合揚程が大きくなり、酸素利用効率が増大すると共に発電量が増大する効果がある。

又、アオコ生息表層水を水源としたポンプでエゼクタに圧力水を供給し、該エゼクタの負圧自吸作用により大気中の空気を、空気導入管を径由して吸入した空気とで深層曝気槽に生成した下降気水二相流を、必要最小限度の低流速とする断面積を確保して摩擦損出を抑制することで、吐出口の断面積を縮小して、吐出流速を２〜３ｍ／ｓｅｃとすることが出来るので、気水二相流から離脱して上昇する気泡から、アオコ含有飽和溶存酸素水が、吐出流速で遠方へ離隔される。従がって、上昇気泡に随伴する貧酸素低層水と前記アオコ含有飽和溶存酸素水が混合して気泡ポンプで揚水されることを防止する効果がある。さらに、上昇気泡の上方に一端を配設し、他端を斜め上方に傾斜して配設した下方開口の気泡誘導傾斜チャンネルを配設し、前記他端の上方に気泡を捕集する気泡捕集器を吸入口とし、内部に補助散気装置を配設した気泡ポンプの吐出口を、水面上方２〜７ｍ前後の低落差位置に配設した気水分離軽量槽の底部開口に連通接続して揚水して低落差水車水力発電装置で発電することで、アオコ含有飽和溶存酸素水を低温無光水層に封じ込み、アオコの生育を阻害すると共に低水層を好気性環境とすることで、無機栄養塩の溶出を防止して、富栄養化を抑止する効果があると共に省エネルギー効果がある。

又、有機性廃水の好気性生物処理の曝気手段として、混合調整槽内で回転する羽根車の負圧自吸作用により大気中の空気を、空気導入管を径由して吸気すると共に槽内に流入する廃水を吸水し、上記吸気と気水混合し、前記深層曝気槽の上部で下向きに気水二相流を噴流させて下降流を生成すると共に曝気機能を有する水中曝気装置を配設し、前記深層曝気槽は気泡が下降流に随伴するに必要な下降流速に必要な断面積とし、ブロワ等の送風手段を必要とせず、前記深層曝気槽における廃水の所要の滞留時間を確保出来と共に摩擦損出を低減出来、又、前記深層曝気槽で曝気に使用した気泡の内で、未溶解気泡を気泡捕集器で捕集して気泡ポンプで曝気揚水し、低落差水車水力発電装置で発電出来るので、総合エネルギー効率が増大する。さらに又、前記深層曝気槽の下降流生成手段としては、従来の高置へポンプで単に揚水することなく、空気供給手段である回転する羽根車の送水作用と、負圧自吸作用で生成した気泡で曝気すると共に従来では曝気使用済みの未溶解気泡を動力源とした気泡ポンプによる吸引作用を下降流生成源とするので、省エネルギー効果が増大する。

又、アオコ生息表層水域を水源とするポンプピット内で回転する羽根車の負圧自吸作用により大気中の空気を通気導管を径由して空気を吸入すると共に前記ポンプピット内に流入する水を吸入し、吸入空気と気水混合し、前記深層曝気槽の吸入口の上部に、下向きに気水二相流を噴流させて曝気する水中羽根車型曝気装置を配設し、生成した下降気水二相流を、必要最小限度の低流速とする断面積を確保して摩擦損出を抑制することで、吐出口の断面積を縮小して、吐出流速を２〜３ｍ／ｓｅｃとすることが出来るので、気水二相流から離脱して上昇する気泡から、アオコ含有飽和溶存酸素水が、吐出流速で遠方へ離隔される。従がって、上昇気泡に随伴する貧酸素低層水と前記アオコ含有飽和溶存酸素水が混合して気泡ポンプで揚水されることを防止する効果がある。前記深層曝気槽の下端部の吐出口から吐出する気水二相流から離脱する気泡を、気泡と水の慣性力及び浮力の差を利用して分離し、前記気水二相流から離脱した水流から離隔するために、上昇気泡の上方に一端を配設し、他端を斜め上方に傾斜して配設した下方開口の気泡誘導傾斜チャンネルを配設し、前記他端の上方に気泡を捕集する気泡捕集器を吸入口とし、内部に補助散気装置を配設した気泡ポンプの吐出口を、水面上方２〜７ｍ前後の低落差位置に配設した気水分離軽量槽へ揚水し該気水分離計量槽の落差形成部に配設した低落差水車水力発電装置で発電するので、総合エネルギー効率が増大し、省エネルギーを増大する効果がある。即ち、深層曝気手段で水温躍層下における深層の貧酸素水を曝気することにより、散気水深を小さく出来るので、所要動力を低減出来ると共に深層効果により、気泡が小さくなり接触面積が大きくなると共に酸素分圧が大きくなり、酸素利用効率が高まる。又、空気中の窒素ガスの容積割合は約７８％と大きく、酸素ガスの溶解度の約二分の一程度で、しかも被処理水中でほとんど消費されないので、従来方法では前記深層曝気手段で散気される窒素ガスのほとんどは無駄に大気に放出していたが、捕集して気泡ポンプに導入することにより、気泡ポンプの作動エネルギーとして利用出来ると共に低落差発電に利用出来るので、総合エネルギー効率が増大する。さらに又、省エネルギー手段でアオコ含有表層水を低水温で無光層へ送水して封じ込むと共に飽和溶存酸素水を送水することで、アオコの増殖抑制効果と低層水域を好気性環境とすることが出来るので、無機塩類の溶出を防止出来、アオコの増殖を抑制する効果がある。

又、有機性廃水好気性生物処理の曝気手段及び深層曝気槽の下降流生成手段としては、大気中空気を自吸する水中曝気装置と捕集気泡利用の気泡ポンプとを下降流生成動力源としているので、省エネルギー効果が増大する。又、深層曝気用のブロワ等の送風手段を必要とせず、さっらに、循環ポンプを必要としないことで、装置を簡単化出来る効果がある。

そして又、自然水域に浮かべたフロートに配設し、貧酸素水塊層の水を水面上方２〜７ｍ前後の低落差位置に配設した気水分離計量槽に揚水し、気泡を分離放散した水が、計量堰を越流下してヘッドタンクへ流入することで、散気装置を内設した深層曝気槽に、散気して生成する気泡を随伴して下降気水二層流を生成することで、気泡は下降するに従って微細化し、酸素移動効率が上昇磨ると共に酸素利用効率も上昇する。空気組成の大部分を占める窒素がガスと未溶解酸素等は再上昇するが、該再上昇未溶解空気を気泡捕集器で捕集して気泡ポンプの駆動源の一部として利用して低落差位置に揚水し、低落差水車水力発電装置で発電出来るので省エネルギーであると共に創エネルギーとなり、極めて経済的である。さらに、低落差水車水力発電装置の吐水口から吐水する水を成層化した貧酸素水塊層へ放流管で放流することで、成層化して溶存酸素を高濃度で含有する上層水と下層の貧酸素水塊層の水を混合する必要が無く、貧酸素水塊層に酸素を供給するためだけに動力が使用されるので、無駄な動力を消費する必要が無く、極めて経済的な運転となる。

図１は接触曝気槽液を気泡ポンプ揚水低落差水により螺旋水車低落差水車水力発電する概略説明縦断面図である。（第一発明の実施例）図２は図１の概略説明平面図である。（第一発明の実施例）図３は本実施例の複合ポンプの概略説明縦断面図である。（第一発明の実施例）図４はダム湖水を複合ポンプ揚水して深層曝気槽からの放出気泡による気泡ポンプ揚水発電の概略説明縦断面図である。（第二発明の実施例）図５は水中エアレータ曝気の深層曝気槽からの放出気泡による気泡ポンプ及び循環ポンプ揚水発電の概略説明縦断面図である。（第三発明の実施例）図６はダム湖水を水中エアレータ曝気の深層曝気槽からの放出気泡による気泡ポンプ揚水発電の概略説明縦断面図である。（第四発明の実施例）図７はダム湖貧酸素水を揚水発電し、成層破壊なしに飽和溶存酸素水を貧酸素水塊層へ返送する概略説明縦断面図である。（第五発明の実施例）

深層曝気散気空気量の内で未溶解残存空気量を単に水面上大気へ開放することなく、有効エネルギーとする目的を、簡単な構造の気泡捕集手段で実現出来た。

有機性廃水を好気性生物処理する曝気槽混合液に散気装置で空気を散気供給することにより、溶存酸素を供給することは必然的な処理プロセスであるが、本発明によると溶存酸素供給機能を持つと共に低落差揚水機能を有する気泡ポンプで揚水し、低落差水車水力発電装置で発電することが出来る。尚、以下の実施例においては、処理対象が液又は水であっても機器の名称では水を使用して説明する。

図１は、本第一発明に係わる実施例の概略説明縦断面図であり、図２は本実施例の概略説明平面図であって、図３は本実施例の部分概略説明縦断面図である。接触曝気槽１の槽底部１ａ水中に吸水口２Ａａを配設した配管２Ａを揚水ポンプ３の吸水口３ａに連通接続し、前記揚水ポンプ３の吐出口３ｂを配管２Ｂでエゼクタ４に連通接続して該エゼクタ４のノズル４ａから接触曝気槽水５を高速で噴出すると、エゼクタ作用で前記エゼクタ４内が大気圧に対して負圧となり、空気導入管６を通じて空気を前記エゼクタ４に吸引すると、高速の前記接触曝気槽水５が空気を巻き込んで、微細気泡の気水二相流を生成し、水面に対して垂直上方へ立設した末広がり形状のディフューザ７が気泡ポンプとしての揚水機能を有し、前記ディフューザ７の揚程を揚水ポンプ３の揚程に加算する構成とした複合ポンプ８で、前記ディフューザ７の吐出口７ａを前記ディフューザ７の上方の低落差位置に配設した気水分離軽量槽９内に配設した前記ディフューザ７の吐出口７ａから前記気水二相流を吐出している。前記気水分離計量槽９で気水分離後の前記接触曝気槽水５は越流し、基準水面１０に対して生成する低落差水を利用して開放型の螺旋水車水力発電装置１１で発電している。

有機性廃水を好気性生物処理する接触材１２を浸漬内設した前記接触曝気槽１において、一部の溶存酸素供給手段として機能する前記ディフューザ７で前記接触曝気槽水５を低落差生成高位置に配設した前記気水分離計量槽９に揚水すると、揚水された前記接触曝気槽水５は前記気水分離計量槽９を構成する計量堰１３を越流下して、前記螺旋水車水力発電装置１１を構成する上部開放型の導水路１４の取水口１５から流入し、前記導水路１４を流下しながら螺旋水車１６を回転駆動して、放水口１７から前記接触曝気槽１内へ放水する。前記螺旋水車１６で発電機１８を回転駆動させるために、増速歯車機構１９等の連結機構で連結している。そして、揚水された前記接触曝気槽水５が上部開放型の前記導水路１４を流下する間に前記螺旋水車１６を回転させるに伴って流下水面を攪拌して空気を水中に同伴して気水接触作用で、酸素が水中に溶解する。又、前記接触曝気槽１の必要最低限の循環流を生成するに十分な散気量を、図示してないブロワから空気を供給して散気する散気装置２０を配設している。尚、各機器を固着又は連結する機材又は架台等は簡単のため、省略している（以下の実施例でも同様とする）。

本実施例では、前記螺旋水車１４による発電を例示したが、開放型の低落差水車であれば、種別の制限はない（以降において同様）。又、前記接触曝気槽１の必要最低限の循環流を生成する手段の一つとしては、前記散気装置２０だけに限定するものでなく、水中ミキサ、ポンプ等も選択出来る。

図４は、本第二発明に係わる実施例の概略説明縦断面図であり、自然水域のダム湖の基準水面１０に対して、深層曝気槽２１の吐出口２１ａから放出する未溶解気泡を捕集して駆動源の一部気泡としている気泡ポンプ２２で揚水して生成する低落差水によりサイホンプロペラ水車水力発電装置２３で発電している。

本実施例では、アオコ生息域水層を水源としたポンプピット２４の底部２４ａ水中に、水中ポンプ２５の吐水口２５ａをエゼクタ４に連通接続して該エゼクタ４のノズル４ａから湖水２６を高速で噴出すると、エゼクタ作用で前記エゼクタ４内が大気圧に対して負圧となり、空気導入管６を通じて空気を前記エゼクタ４に吸引すると、高速の前記湖水２６が空気を巻き込んで、微細気泡を生成し、気水二相流となって、水面に対して垂直上方へ立設した末広がり形状のディフューザ７が気泡ポンプとしての揚水機能を有して、前記ディフューザ７の揚程を前記水中ポンプ２５の揚程に加算して揚程を増大化して構成した複合ポンプ８とし、前記ポンプピット２４の上方に配設した第一気水分離計量槽９Ａに前記ディフューザ７の吐出口７ａを配設して揚水している。前記第一気水分離計量槽９Ａに揚水されて気泡を分離した水は計量堰１３Ａを越流下して第一ヘッドタンク２７Ａへ流下する。該第一ヘッドタンク２７Ａの底部２７Ａａに、気泡が下降流に随伴するに必要な断面積とすると共に摩擦抵抗を極力抑制した可撓管製の前記深層曝気槽２１を連通接続し、該深層曝気槽２１の流速よりも増速するために管径を縮小した吐出口２１ａを連通接続し、該吐出口２１ａを水温躍層下の貧酸素水塊層に電動ウインチ２８で昇降して、水温躍層下の貧酸素水塊層にアオコ含有の溶存酸素飽和水を吐出している。前記ポンプピット２４の四箇所の側壁２４ｂには、スクリーン２９を配設して、表層水と共に流入する粗大塵芥を阻止している。植物プランクトンが増殖する夏季には、水温躍層が生じて、水温成層の上下の混合が阻害されるので、前記複合ポンプ８で揚水することで、該複合ポンプ８の吸引により、前記ポンプピット２４へは、付近及び遠方のアオコ含有表層水のみが選択的に吸引されるので、低温且つ無光層の深層水域へアオコを封じ込めると共に飽和溶存酸素水を貧酸素水塊層へ供給し、低層を好気性微生物環境にして、無機塩類の溶出を防止するので、富栄養化を抑制する。前記吐出口２１ａから吐出した気水二相流は、気泡と水による浮力と慣性力の相違により、気泡は僅かに水平方向に進行後に浮力で斜め上方から次第に垂直上方へ上昇し、水は遠方の水平方向へ進行して、拡散する。垂直上方へ浮上する気泡を捕集するために、前記吐出口２１ａから吐出する逆の方向へ気泡を誘導する下側が開いた半円形状の気泡誘導チャンネル板３０を傾斜させて配設すると共に、前記吐出口２１ａ後方の前記深層曝気槽２１と一体して上下可動に、ワイヤ３１で連結すると共にウェイト３２を垂下して前記ワイヤ３１を緊張し、前記電動ウインチ２８で昇降可能に配設する。前記気泡誘導チャンネル板３０の気泡離脱端３０ａの上方には、フード状の気泡捕集器３３を吸入口とし、第二気水分離計量槽９Ｂの水中に吐出口２２ａを開口し、内部に散気装置２０を配設した気泡ポンプ２２で揚水している。前記散気装置２０へは、ブロワ３４で空気を供給する。前記電動ウインチ２８により、前記吐出口２１ａ及び気泡誘導チャンネル板３０の水平方向位置が変動するが、前記第二気水分離計量槽９Ｂを載架する架台３５には、車輪３６を配設して、気泡を捕集する位置に移動するために、フロート３７上に施設したレール３８上を移動調整する。前記気泡ポンプ２２で第二気水分離計量槽９Ｂへ揚水し、気泡を分離した水は、計量堰１３を越流下して、第二ヘッドタンク２７Ｂへ流下する。該第二ヘッドタンク２７Ｂの落差形成部に配設したサイホンプロペラ水車水力発電装置２３を構成する導水管３９の吸水口３９ｂに流入し、プロペラ水車４０を駆動した水は吐水口３９ａからダム湖へ吐水している。

図５は、本第三発明に係わる実施例の概略説明縦断面図であり、水中ポンプ２５の吐出口２５ａをエゼクタ４に連通接続して該エゼクタ４のノズル４ａから曝気槽混合水４１を高速で噴出すると、エゼクタ作用で前記エゼクタ４内が大気圧に対して負圧となり、空気導入管６を通じて空気を前記エゼクタ４に吸引すると、高速の前記曝気槽混合水４１が空気を巻き込んで、微細気泡を生成し、気水二相流となって、水面に対して垂直上方へ立設した末広がり形状のディフューザ７が気泡ポンプとしての揚水機能を有して、前記ディフューザ７の揚程を水中ポンプ２５の揚程に加算して揚程を増大化して構成した複合ポンプ８で揚水して生成した基準水面１０に対して、深層曝気槽２１から放出する未溶解気泡及び再ガス化物を捕集して駆動源の一部気泡としている気泡ポンプ２２で揚水して生成する低落差水により、サイホンプロペラ水車水力発電装置２３で発電している。

混合調整槽４２に流入する有機性廃水、返送汚泥及び曝気槽混合水４１を、前記混合調整槽４２の底部４２ａに連通接続した前記深層曝気槽２１の連通接続部２１ｂに、羽根車が高速回転して生成する高速吐出流により、大気圧に対して負圧を生成した噴流中に大気中空気を吸入して気水二相流として吐出する水中エアレータ４３を配設していて、前記深層曝気槽２１に気水二相流を生成して曝気している。前記複合ポンプ８及び気泡ポンプ２２の揚水作用で生成する吸引作用と、前記混合調整槽４２の前記曝気槽混合水４１を前記水中エアレータ４３で前記深層曝気槽２１への吐出作用により、該深層曝気槽２１には下降気水二相流を生成するが、気泡が下降流に随伴するに必要な断面積とすると共に摩擦抵抗を極力抑制し、前記気水二相流の下降経路で酸素ガスの一部が溶解するが、微細化した未溶解酸素と窒素ガスの大部分は溶解せず前記深層曝気槽２１の吐出口２１ａから流出して、気泡を捕集しやすい構造を有する気泡捕集器３３を吸入口とした前記気泡ポンプ２２に捕集されて上昇し、該気泡ポンプ２２の内部に配設した散気装置２０の気泡と混合合体し、前記微細化気泡が減少しながら上昇して、前記気水分離計量槽９の水面上方へ分離放散し、又、前記深層曝気槽２１の前記吐出口２１ａから流出して気泡を分離した残部の前記曝気槽混合水４１は、上昇流管４４を上昇してポンプピット２４へ流入し、前記複合ポンプ８で前記気水分離計量槽９へ揚水されて前記気泡ポンプ２２により揚水された前記曝気槽混合水４１と合流する。又、前記有機性廃水と返送汚泥の流入量に相当する流出量が次処理工程へ処理水として自然流下移流する。又、前記気水分離計量槽９を流下した前記曝気槽混合水４１は前記サイホンプロペラ水車発電装置２３を構成する導水管３９の吸水口３９ｂから流入し、プロペラ水車４０を回転駆動して、吐水口３９ａから前記混合調整槽４２へ吐水する。本実施例では、一連の循環流を構成する前記混合調整槽４２、深層曝気槽２１、気泡ポンプ２２、上昇流管４４、ポンプピット２４、複合ポンプ８、気水分離計量槽９、サイホンプロペラ水車水力発電装置２３その他構成要素は、説明を簡単にするために、一組で説明しているが、流入処理水量および装置製作等を考慮して、適宜、任意の組数とすることが出来る（以降の実施例で同様）。又、本実施例では、深層曝気としているが、該深層曝気に限定するものでなく、超深層曝気や中層曝気等でもよく、なんら限定するものでない。そして又、本実施例では、前記サイホンプロペラ水車水力発電装置２３としているが、他の低落差水車水力発電装置であれば、何ら制限されない。

図６は、本第四発明に係わる実施例の縦断面図であり、自然水域のダム湖の基準水面１０に対して、深層曝気槽２１の吐出口２１ａから放出する未溶解気泡を捕集して駆動源の一部気泡としている気泡ポンプ２２で揚水して生成する低落差水によりサイホンプロペラ水車水力発電装置２３で発電している。

本実施例では、アオコ生息域水層を水源としたポンプピット２４の底部２４ａ水中であって、前記深層曝気槽２１の連通接続部２１ｂに、羽根車が高速回転して生成する高速吐出流により、大気圧に対して負圧を生成した噴流中に大気中空気を吸入して気水二相流として吐出する水中エアレータ４３を配設し、気泡が下降流に随伴するに必要な断面積とすると共に摩擦抵抗を極力抑制した前記深層曝気槽２１の直管部２１Ａを連通接続し、さらに、気泡が下降流に随伴するに必要な断面積とすると共に摩擦抵抗を極力抑制した該直管部２１Ａに可撓管部２１Ｂを連通接続し、前記直管部２１Ａ及び可撓管部２１Ｂの流速よりも増速するために管径を縮小した吐出口２１ａを連通接続して構成する深層曝気槽２１の前記吐出口２１ａを水温躍層下の貧酸素水塊層に電動ウインチ２８で昇降して、水温躍層下の貧酸素水塊層にアオコ含有の溶存酸素飽和水を吐出している。ポンプピット２４の四箇所の側壁２４ｂには、スクリーン２９を配設して、表層水と共に流入する粗大塵芥を阻止している。植物プランクトンが増殖する夏季には、水温躍層が生じて、水温成層の上下の混合が阻害されるので、前記水中エアレータ４３の吸引により、ポンプピット２４へは、付近又は遠方のアオコ含有表層水のみが選択的に吸引されるので、低温且つ無光層の深層水域へアオコを封じ込めると共に飽和溶存酸素水を貧酸素水塊層へ供給し、低層を好気性微生物環境にして、無機塩類の溶出を防止する。前記吐出口２１ａから吐出した気水二相流は、気泡と水による浮力と慣性力の相違により、気泡は僅かに水平方向に進行後に浮力で斜め上方から次第に垂直上方へ上昇し、水は遠方の水平方向へ進行して、拡散する。垂直上方へ浮上する気泡を捕集するために、前記吐出口２１ａから吐出する逆の方向へ気泡を誘導する下側が開いた半円形状の気泡誘導チャンネル板３０を傾斜させて配設すると共に、前記吐出口２１ａ後方の深層曝気槽２１と一体に上下可動するように、ワイヤ３１で連結すると共にウェイト３２を垂下して前記ワイヤ３１を緊張し、前記電動ウインチ２８で昇降可能に配設する。前記気泡誘導チャンネル板３０の気泡離脱端３０ａの上方には、フード状の気泡捕集器３３を吸入口とし、内部に散気装置２０を配設した気泡ポンプ２２を気水分離計量槽９の水中に吐出口２２ａを開口して揚水している。前記散気装置２０へは、ブロワ３４で空気を供給する。前記電動ウインチ２８により、前記吐出口２１ａ及び気泡誘導チャンネル板３０の水平方向位置が変動するが、前記気水分離計量槽９を載架する架台３５には、車輪３６を配設して、気泡を捕集する位置に移動するために、フロート３７上に施設したレール３８上を移動調整する。前記気泡ポンプ２２で気水分離計量槽９へ揚水し、気泡を分離した水は、計量堰１３を越流下して、ヘッドタンク２７へ流下する。該ヘッドタンクの落差形成部に配設したサイホンプロペラ水車水力発電装置２３を構成する導水管３９の吸水口３９ｂに流入して、プロペラ水車３３を駆動した水を、吐水口３９ａからダム湖へ放流している。

図７は、本第五発明に係わる実施例の縦断面図であり、自然水域のダム湖の基準水面１０に対して、深層曝気槽２１の吐出口２１ａから放出する未溶解気泡を捕集して駆動源の一部気泡としている気泡ポンプ２２で揚水して生成する低落差水によりサイホンプロペラ水車水力発電装置２３で発電している。

本実施例では、成層化して貧酸素水塊層を形成している深層水に吸水口２２ｂを浸漬し、内部に散気装置２０を配設した気泡ポンプ２２の吐出口２２ａを第一気水分離計量槽９Ａの水中に開口して揚水している。尚、本実施例では、前記気泡ポンプとしているが、渦巻ポンプ等のポンプの吐出口にエゼクタとディフューザを配設した複合ポンプとすることも出来る。気泡を分離した水は、計量堰１３Ａを越流下して、第一ヘッドタンク２７Ａへ流下する。該第一ヘッドタンク２７Ａの底部２７Ａａに、気泡が下降流に随伴するに必要な断面積とすると共に摩擦抵抗を極力抑制した深層曝気槽２１の直管部２１Ａを連通接続し、さらに、該直管部２１Ａに可撓管部２１Ｂを連通接続し、前記直管部２１Ａ及び可撓管部２１Ｂの流速よりも増速するために管径を縮小した吐出口２１ａを連通接続して構成する深層曝気槽２１の前記吐出口２１ａを水温躍層下の貧酸素水塊層に電動ウインチ２８で昇降して、水温躍層下の貧酸素水塊層に溶存酸素飽和水を吐出している。前記吐出口２１ａから吐出した気水二相流は、気泡と水による浮力と慣性力の相違により、気泡は僅かに水平方向に進行後に浮力で斜め上方から次第に垂直上方へ上昇し、水は遠方の水平方向へ進行して、拡散する。垂直上方へ浮上する気泡を捕集するために、前記吐出口２１ａから吐出する逆の方向へ気泡を誘導する下側が開いた半円形状の気泡誘導チャンネル板３０を傾斜させて配設すると共に、前記吐出口２１ａ後方の深層曝気槽２１と一体に上下可動するように、ワイヤ３１で連結すると共にウェイト３２を垂下して前記ワイヤ３１を緊張し、前記電動ウインチ２８で昇降可能に配設する。前記気泡誘導チャンネル板３０の気泡離脱端３０ａの上方には、フード状の気泡捕集器３３を吸入口とし、内部に散気装置２０を配設した気泡ポンプ２２を第二気水分離計量槽９Ｂの水中に吐出口２２ａを開口して揚水している。前記散気装置２０へは、ブロワ３４で空気を供給する。前記電動ウインチ２８により、前記吐出口２１ａ及び気泡誘導チャンネル板３０の水平方向位置が変動するが、前記第二気水分離計量槽９Ｂを載架する架台３５には、車輪３６を配設して、気泡を捕集する位置に移動するために、フロート３７上に施設したレール３８上を移動調整する。前記気泡ポンプ２２で第二気水分離計量槽９Ｂへ揚水し、気泡を分離した水は、計量堰１３Ｂを越流下して、第二ヘッドタンク２７Ｂへ流下する。該第二ヘッドタンク２７Ｂの落差形成部に配設したサイホンプロペラ水車水力発電装置２３を構成する導水管３９の吸水口３９ｂに流入し、プロペラ水車３３を駆動した水は吐水口３９ａから吐出して放流管４５の受水口４５ｂへ流入し、貧酸素水塊層に浸漬した放水口４５ａから放水される。従って、貧酸素水塊層の貧酸素水は、成層化された上層の富溶存酸素の上層水と混合されることなく、揚水発電に利用されると共に飽和溶存酸素の状態で、元の貧酸素水塊層へ返流されて、成層化した低層も次第に富溶存酸素化する。前記放流管４５は、上部が伸縮自在の伸縮自在管４５Aで、下部が直管４５Bで構成され、ウェイト４６が湖底に当接した位置でカウンターウェイト４７とバランスして、前記放水口４５ａの水深位置を確定する。尚、本実施例では、低落差水車水力発電装置をサイホンプロペラ水車水力発電装置３３としているが、開放型の螺旋水車水力発電装置でも良く、なんら制限されない。

有機性廃水を好気性生物処理する、各種方式曝気槽、各種魚貝類養殖池、海域及び湖沼域、ダム湖における低落差水車水力発電手段を有し、省エネルギー効果及び創エネルギー効果が大きい発電を伴う曝気手段として利活用出来る。

１接触曝気槽
１ａ槽底部
２Ａａ吸水口
２A 配管
３揚水ポンプ
３ａ吸水口
３ｂ吐出口
２Ｂ配管
４エゼクタ
４ａノズル
５接触曝気槽水
６空気導入管
７ディフューザ
８複合ポンプ
７ａ吐出口
９気水分離計量槽
１０基準水面
１1 螺旋水車水力発電装置
１２接触材
１３計量堰
１４導水路
１５取水口
１６螺旋水車
１７放水口
１８発電機
１９増速歯車機構
２０散気装置
２１深層曝気槽
２１ａ吐出口
２２気泡ポンプ
２３サイホンプロペラ水車水力発電装置
２４ポンプピット
２４ａ底部
２５水中ポンプ
２５ａ吐水口
２６湖水
９Ａ第一気水分離計量槽
１３Ａ計量堰
２７Ａ第一ヘッドタンク
２７Ａａ底部
２８電動ウインチ
２４ｂ側壁
２９スクリーン
３０気泡誘導チャンネル板
３１ワイヤ
３２ウェイト
３０ａ気泡離脱端
３３気泡捕集器
９Ｂ第二気水分離計量槽
２３ａ吐出口
３４ブロワ
３５架台
３６車輪
３７フロート
３８レール
１３Ｂ計量堰
３９導水管
３９ｂ吸水口
４０プロペラ水車
３９ａ吐水口
４１曝気槽混合水
４２混合調整槽
４２ａ底部
２１ｂ連通接続部
４３水中エアレータ
４４上昇流管
２１ｂ連通接続部
２１Ａ直管部
２１Ｂ可撓管部
２４ｂ側壁
２２ｂ吸水口
２２ａ吐出口
４５放流管
４５ｂ受水口
４５ａ放水口
４６ウェイト
４７カウンターウェイト

Claims

有機性廃水の好気性生物処理における曝気手段として、吸入した廃水を、吐水口からエゼクタへ圧力水として圧入するポンプと、圧力水の負圧自吸作用により大気中の空気を、空気導入管を経由して吸気すると共に被溶存酸素供給水と気水混合した気水二相流を噴出する前記エゼクタと、該エゼクタの吐出側に連通接続した末広がり構造のディフュ−ザと、前記エゼクタの水流方向及びディフュ−ザの前記気水二相流方向を水面に対して、垂直に配設すると共に前記ディフュ−ザの吐出口を底部開口に連通接続し、水面上方２〜７ｍ前後の低落差位置に配設した気水分離軽量槽と、該気水分離軽量槽の落差形成部に配設し、取水手段を有する導水手段に流下して、開放型低落差水車を回転駆動し、該開放型低落差水車の回転に伴って、連結手段と増速手段を介して回転するように連結した発電機で発電する螺旋水車等の開放型低落差水車発電装置と、曝気槽の水面部へ被処理水を放流して循環し、必要最低限度の循環流を達成することが必要な場合は、従来の散気装置又は水中ミキサで補完することを特徴とする曝気装置。
自然水域に浮かべたフロートに配設し、側部をアオコ生息表層水中に開口したポンプピットと、該ポンプピットの底部に、アオコ生息表層水を水源として吸水口を水中に浸漬した揚水ポンプと、該揚水ポンプの圧力水を圧送する吐出側を吸入側に連通接続したエゼクタと、該エゼクタの負圧自吸作用により大気中の空気を吸入する空気導入管と、前記エゼクタの吐出側に、末広がり構造のディフュ−ザを連通接続すると共に生成した気水二相流方向を水面に対して、垂直に配設して構成することで気泡ポンプ機能を付加した複合ポンプと、該複合ポンプで揚水する水面上方２〜７ｍ前後の低落差位置に配設した気水分離計量槽と、該気水分離計量槽で気泡を分離放散した水が、計量堰を越流下するヘッドタンクと、該ヘッドタンクの底部開口に、任意の深層水層に吐出口を移動手段で移動する上端口を連通接続して構成すると共に気泡が下降流に随伴するに必要な下降流速とする断面積とし、気水二相流から離脱した気泡との距離を遠ざける水流速の１〜３ｍ／ｓｅｃとするために吐出口の断面積を縮小した下降流型の深層曝気槽と、該深層曝気手段の吐出口から吐出する気水二相流から分離して上昇する気泡を、気水二相流の吐出方向とは逆方向で上方への緩傾斜誘導手段と、該緩傾斜誘導手段から離脱する上昇気泡の上方に配設し、気泡捕集器を吸入口とすると共に散気装置を内設した気泡ポンプと、該気泡ポンプの吐出口を、水面上方２〜７ｍ前後の低落差位置に配設した気水分離軽量槽の底部開口に連通接続して揚水し、気水分離後に越流下し、前記自然水域の基準水面に対して大きな位置エネルギーとなる落差形成部に、取水手段を配設し、該取水手段から導水手段に取水流下して、低落差水車を回転駆動し、該低落差水車の回転に伴って、連結手段と増速手段を介して回転するように連結した発電機で発電する低落差水車水力発電装置と、該低落差水車水力発電装置の吐水口から前記自然水域水の水面へ放流することを特徴とする曝気装置。
有機性廃水の好気性生物処理の曝気手段として、流入廃水、返送汚泥及び循環混合水を混合調整する混合調整槽と、該混合調整槽の底部開口に連通接続した下降流生成手段を有する深層曝気槽と、該連通接続部位置に、混合調整槽内で、羽根車を高速回転して生成する高圧水を高速噴流として噴射することで、大気圧に対する負圧自吸作用により、大気中の空気を、空気導入管を径由して吸気し、前記吸気と気水混合し、下向きに気水二相流を噴流させて曝気する水中曝気装置とで構成する深層曝気槽と、該深層曝気槽内で気泡が下降流に随伴するに必要な下降流速とする断面積として、前記深層曝気槽での滞留時間を確保する手段とし、該深層曝気槽の下端部の吐出口から吐出する気水二相流から、離脱する気泡を、気泡と水の慣性力及び浮力の相違を利用して捕集する気泡捕集器と、該気泡捕集器を吸入口とし、内部に補助散気装置を配設して前記曝気槽混合水を揚水する気泡ポンプと、水面上方２〜７ｍ前後の低落差位置に配設すると共に底部開口に前記気泡ポンプの水中に吐出口を配設した気水分離計量槽と、前記深層曝気槽の下端部の吐出口から吐出する気水二相流から、離脱する曝気槽混合水の一部が流入上昇する上昇流管と、前記曝気槽混合水が前記上昇流管を経由して流入するポンプピットと、該ポンプピットに到達した前記曝気槽混合水を吸入し、吐水口からエゼクタへ圧力水として圧入し、高速水流に変換した負圧自吸作用により大気中の空気を、空気導入管を経由して吸気すると共に被溶存酸素供給水と気水混合した気水二相流を噴出する前記エゼクタの吐出側に連通接続した末広がり構造のディフュ−ザで構成する複合ポンプと、前記気水分離計量槽に揚水し、前記気泡ポンプで前記気水分離計量槽に揚水した前記曝気槽混合水を前記曝気槽混合水の基準水面に対して大きな位置エネルギーとなる低落差を生成して越流下し、該合流曝気槽混合水を取水する取水手段を前記気水分離計量槽の落差形成部に配設して導水手段に取水流下し、低落差水車を回転駆動し、該低落差水車の回転に伴って、連結手段と増速手段を介して回転するように連結した発電機で発電する低落差水車水力発電装置と、該低落差水車水力発電装置の放水口から前記混合調整槽へ放流して循環することを特徴とする曝気装置。
自然水域に浮かべたフロートに配設したポンプピットと、側部をアオコ生息表層水中に開口していて該ポンプピットの底部開口に、任意の深層水層に吐出口を移動手段で移動する上端口を連通接続して構成すると共に前記ポンプピット内で羽根車を高速回転して生成する高圧水を高速噴流として噴射することで、大気圧に対する負圧自吸作用により、大気中の空気を、空気導入管を径由して吸気し、前記吸気と気水混合し、下向きに気水二相流を噴流させて曝気する水中曝気装置とで構成するすると共に気泡が下降流に随伴するに必要な下降流速とする断面積とし、吐出口は、気水二相流から離脱した気泡との距離を遠ざけるために必要な水流速の１〜３ｍ／ｓｅｃとする断面積を縮小した下降流型の深層曝気槽と、該深層曝気槽の吐出口から吐出する気水二相流から分離して上昇する気泡を、気水二相流の吐出方向とは逆方向で上方向に緩傾斜した誘導手段と、該誘導手段から離脱する上昇気泡の上方に配設し、気泡捕集器を吸入口とすると共に散気装置を内設した気泡ポンプと、該気泡ポンプの吐出口を、水面上方２〜７ｍ前後の低落差位置に配設した気水分離軽量槽の底部開口に連通接続して揚水し、気水分離後に越流下し、前記自然水域の基準水面に対して大きな位置エネルギーとなる落差形成部に、取水手段を配設し、該取水手段から導水手段に取水流下して、低落差水車を回転駆動し、該低落差水車の回転に伴って、連結手段と増速手段を介して回転するように連結した発電機で発電する低落差水車水力発電装置と、該低落差水車水力発電装置の吐水口から前記自然水域水を水面へ放流することを特徴とする請求項２記載の曝気装置。
自然水域に浮かべたフロートに配設し、貧酸素水塊層に吸水口を浸漬して貧酸素水を低落差位置に揚水する揚水手段と、該揚水手段で揚水する水面上方２〜７ｍ前後の低落差位置に配設した気水分離計量槽と、該気水分離計量槽で気泡を分離放散した水が、計量堰を越流下するヘッドタンクと、該ヘッドタンクの底部開口に、任意の深層水層に吐出口を移動手段で移動する吸水口を連通接続して構成すると共に気泡が下降流に随伴するに必要な下降流速とする断面積とし、気水二相流から離脱した気泡との距離を遠ざける水流速の１〜３ｍ／ｓｅｃとするために吐出口の断面積を縮小した下降流型の深層曝気槽と、該深層曝気槽の吐出口から吐出する気水二相流から分離して上昇する気泡を、気水二相流の吐出方向とは逆方向で上方への緩傾斜誘導手段と、該緩傾斜誘導手段と、該緩傾斜誘導手段から離脱する上昇気泡の上方に配設し、気泡捕集器を吸入口とすると共に散気装置を内設した気泡ポンプと、該気泡ポンプの吐出口を、水面上方２〜７ｍ前後の低落差位置に配設した気水分離軽量槽の底部開口に連通接続して揚水し、気水分離後に越流下し、前記自然水域の基準水面に対して大きな位置エネルギーとなる低落差形成部に、取水手段を配設し、該取水手段から導水手段に取水流下して、低落差水車を回転駆動し、該低落差水車の回転に伴って、連結手段と増速手段を介して回転するように連結した発電機で発電する低落差水車水力発電装置と、該低落差水車水力発電装置の吐水口から前記自然水域水の水面へ吐出した水を受水口に受水すると共に放出口から貧酸素水塊層へ放出する伸縮自在の放流管と、該放流管の放流口の水深位置を水深の変化に応じて調節する調節手段を配設することを特徴とする曝気装置。