JP4420452B2

JP4420452B2 - 水流発生撹拌混合機

Info

Publication number: JP4420452B2
Application number: JP2004205300A
Authority: JP
Inventors: 和義徳本
Original assignee: Kyoritsu Co Ltd
Current assignee: Kyoritsu Co Ltd
Priority date: 2004-06-15
Filing date: 2004-06-15
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2024-06-15
Also published as: JP2006000835A

Description

本発明は、湖沼、河川等へ空気を散気して水質を浄化する水浄化システムにおける水流発生撹拌混合機に関する。水浄化システムの詳しくは、水域内の底層に設置する水流発生撹拌混合機と、該水流発生撹拌混合機へ水を供給するポンプとを備え、該水ポンプの吸込み口を水深１メートル程度以内までの表層に設置し、該水流発生撹拌混合機を水深１０メートル程度以深の底層に設置した水浄化システムに関する。

一般に流水のない貯水池や湖沼等では表層水と底層水との間に自然対流が起こらず、また底層では有機物質が堆積し無酸素状態になる。また、無酸素状態になると嫌気性微生物が発生し、好気性微生物や魚類等が生存できなくなる。

従来、上述のように水質が悪化した湖沼、河川、下水道処理場等に対しては、水域内に空気を散気して浄化する方式が知られており、特許文献１には、水域内に設置した水噴流ポンプ（噴流発生器）と該水噴流ポンプに水を供給する駆動水ポンプと水噴流ポンプへ圧縮空気（含オゾン）を供給する空気圧縮機とを備えた水域浄化装置が提案されている。

また、特許文献２には、水域内に設置した水中モータと該水中モータに空気を供給する通気管（エジェクター管）を備えた自吸式曝気装置と該自吸式曝気装置へ圧縮空気（含オゾン）を供給するコンプレッサーとを備えた水域浄化装置が提案されている。

しかしながら、上記技術は水噴流ポンプ吐出口が平行直線状を呈しており、噴流が層流状に吐出されるため、底層水との混合が効果的に行われず、溶存酸素を含んだ吐出水が水の密度差によりそのまま水面へと上昇拡散し、底層水への酸素供給が効率的に行えなかった。

また、水質汚濁の原因の一つであるアオコ現象等において、アオコ等の植物性プランクトンに瞬間的に圧力およびまたは水温の変化を与えることによりそれらが不活性化し、アオコ現象が抑制される効果が既存技術として認知されているが、本発明において水ポンプ吸い込み口を水深１メートル程度以内の表層に設置し、表層水中に含まれるアオコ等を表層水と共に吸込み、水深１０メートル程度以深の底層に設置された水流発生撹拌混合機から放出することにより、その水深差による上記の圧力およびまたは水温変化を瞬間的に与えることが効果的に行える水浄化システムを構築しうることがわかった。

また、非特許文献１のとおり、既存技術としてアオコ等の植物性プランクトンを長時間底層に滞留させ、日光の到達を遮断し炭酸同化作用を阻害することにより不活性化を図る技術が認知されているが、本発明における水流発生撹拌混合機により吐出された混合水はその密度が底層水のそれとほぼ等しく、密度差による急激な水塊の上昇が発生せず、アオコ等を含む吐出水を日光が遮断された底層に長時間留めることができることがわかった。

すなわち本発明は、上述の水深差を与えることで、アオコ現象の原因である藍藻が細胞内に持つ偽空胞をゲージ圧で１気圧程度の水圧により圧縮し、偽空胞の浮力を低減させ、藍藻の水面への再浮上を困難にするものである。

また本発明は、上述の水深差を与えることで水温が表層よりも５℃程度以上低い底層水中にアオコ等を放出することになり、アオコ等の植物性プランクトンを冬眠状態にさせ不活性化させるものである。

さらに本発明は、藍藻の偽空胞の圧縮およびまたは混合撹拌による水塊上昇の抑制により、底層へ放出されたアオコ等の植物性プランクトンを日光が到達しない底層に長時間滞留させるため炭酸同化作用を抑制することができ、それらをもってアオコ等の植物性プランクトンを複合的に不活性化するものである。

本発明者は、このような状況に鑑みて鋭意研究した結果、水域内に設置する水流発生撹拌混合機の流入側口径よりも流出側の口径を小さくし、さらに水流発生撹拌混合機内に整流板を設けることにより吐出噴流が渦巻状の乱流となる構造とし、効果的に底層水との撹拌混合を行い、また水深１メートル程度以内の表層に設置された水ポンプ吸い込み口と、水深１０メートル程度以深の底層に設置された水流発生撹拌混合機による水深差により、効果的にアオコ等に圧力差およびまたは水温差ショックを与え不活性化できることを見出し、本発明を完成するに至った。

特開平１０−２０２２７４号公報特開平０５−２９３４７９号公報「局部遮光による藻類（アオコ）制御の実証的研究：小島貞男、飯田耕作、滑川明夫：「用水と廃水」Ｖｏｌ．４２、Ｎｏ．５、Ｐ５〜１２（２０００）」

本発明は、湖沼、河川等へ空気を散気して水質を浄化する水浄化システムにおける水流発生撹拌混合機において、水ポンプから送水された表層水が渦巻状の乱流として噴出されることにより、底層の水と効果的に撹拌混合され貧酸素状態を改善することができる水流発生撹拌混合機を提供することを課題とする。

この課題のもとに、表層水中に存在するアオコ等の植物性プランクトンに対して、水深差による圧力およびまたは水温の変化を瞬間的に与え、アオコ等を不活性化させアオコ現象等を抑制または予防できるようにする。

また、水ポンプから送水された表層水が底層水と効果的に撹拌混合されることにより底層水の密度とほぼ等しい撹拌混合水を吐出し、密度差による急激な水塊上昇をおこすことなく吐出水を長時間底層に滞留させ、底層水の貧酸素状態を効果的に改善できるようにする。

本発明に係る水流発生撹拌混合気は、湖沼、河川等の底層部に設けられる水流発生撹拌混合機であって、該湖沼、河川等から水ポンプにより吸引されて供給される表層水を前方、下流方向に向けて分岐吐出させる分岐筒と、該分岐筒から分岐吐出される分流水を、その分流水に連行される底層水とともに受け入れ、これらを混合・整流して下流方向前記底層部に吐出させる整流筒と、を有してなる。

上記発明において、整流筒は分岐筒の下流側に延在し、該分岐筒の軸方向と整流筒の軸方向が平行になるように配設されているのがよい。

また、整流筒は、その下流側端部の内周部に等間隔に配設され、整流筒の軸方向と傾斜する方向に配設された複数の整流板を有するのがよい。この整流板は、水流発生撹拌混合機の水流発生方向に対して斜角を持たせたているので、吐出噴流が渦巻状の乱流となり、効果的に底層の水と混合撹拌されるようにすることができる。さらに、整流筒は、両端部に開口部を有する筒状であり、下流側に向かって縮径しているのがよい。これにより、噴出流速を加速させ、整流板の乱流発生機能をより効果的にすることができる。

分岐筒は、水ポンプからの表層水を受け入れる１の吸引口と、該吸引口の口径より口径の小さい複数本の吐出口を有するのがよい。これにより、吐出水表面積を多くしてその摩擦力で整流筒内および整流筒後方の底層水を強制連行させることができる。また、分岐筒の吐出口は、整流筒の内側上流部に開口しており、該吐出口から吐出される分流水が前記整流筒の軸方向に吐出されるように配設されているのがよい。

本発明の水流発生撹拌混合機は、吐出噴流が渦巻状の乱流であるため、溶存酸素を多量に含んだ表層水が底層水と撹拌混合されやすく、効果的に底層の貧酸素状態を改善することがでるという効果がある。

また、送水されたアオコ等を含む表層水が底層水と撹拌混合され吐出されることにより、吐出水密度が底層水のそれとほぼ等しくなり、吐出水が密度差による急激な水塊上昇を発生することなく長時間底層に滞留し、日光の遮断によりアオコ等の炭酸同化作用を阻害し不活性化させる効果がある。

また、本発明の水浄化システムはアオコ等の植物性プランクトンに対して瞬間的に圧力およびまたは水温変化を与えることにより、アオコ等の植物性プランクトンの不活性化を図り、よってアオコ現象等の抑制または予防ができるという効果がある。

以下、図面に示した実施の形態にもとづいて本発明の水流発生撹拌混合機および水浄化システムを具体的に説明する。

図１は、本発明に係る水流発生撹拌混合機の一実施形態を示したものである。

図２は、本発明に係る水浄化システムが適用される一実施形態を示したものである。

図１において、水ポンプから送水されてきた表層水が分岐筒出口で送水ホースより口径の小さい吐出口数本に分岐されることにより、吐出水の表面積を増大させ、その結果吐出水と整流筒内の水との間に効果的に摩擦が生じ、吐出水と共に整流筒内の水が強制連行されて水流発生撹拌混合機より噴出する。また、その際に整流筒後方に生じるエダクター効果による負圧で、整流筒後方の底層水をも効果的に強制連行できる。

図１において、噴出の際に整流筒内に設けた整流板に吐出水が衝突し、整流板の斜角により水流発生撹拌混合機出口に渦巻状の乱流が発生し、吐出水と底層水とが効果的に撹拌混合される。

図１において、整流筒の前方口径を後方口径よりも直径を小さくすることにより、整流筒内の吐出水が整流板付近に収束され、また吐出する際の流速が加速されることとあいまって、整流板による乱流発生の機能が効果的に発揮される。

図２において、水ポンプ吸い込み口を水深１メートル程度以内の表層に設け、水流発生撹拌混合機を水深１０メートル程度以深の底層に設置する。

上記において、水ポンプ吸い込み口を水深１メートル程度以内とすることにより、表層水中に存在するアオコ等の植物性プランクトンを効率よく吸込むことができる。

また、水深１メートル程度以内の表層水は溶存酸素を豊富に含んでいる場合が多く、その表層水を底層に噴出することにより、底層の貧酸素状態の改善に効果がある。

図２において、アオコ等の植物性プランクトンに水深差による水圧およびまたは水温の変化を効果的に与えるために、水流発生撹拌混合機の設置深度は、ゲージ圧で１気圧程度以上の水圧および水温が５℃程度以上降下する水深１０メートル程度以深が好ましい。

また、図２による水浄化システムにおいて、水流発生撹拌混合機は特に限定されるものではなく、表層水を底層に吐出することができるものであれば任意に使用することができる。

本発明の実施形態を示す水流発生撹拌混合機の適用例を示す説明図である。本発明の実施形態を示す水浄化システムの適用例を示す説明図である。

符号の説明

１送水ホース
２分岐筒
３吐出口
４整流板
５整流筒
６表層
７底層
８吸込口
９吸込ホース
１０水ポンプ
１１水流発生撹拌混合機
１２吐出噴流
１３水ポンプ吸込口と水流発生撹拌混合機吐出位置との水深差

Claims

湖沼、河川等の底層部に設けられる水流発生撹拌混合機であって、該湖沼、河川等から水ポンプにより吸引されて供給される表層水を前方、下流方向に向けて分岐吐出させる分岐筒と、該分岐筒から分岐吐出される分流水を、その分流水に連行される底層水とともに受け入れ、これらを混合・整流し下流方向前記底層部に吐出させる整流筒と、を有してなり、
前記分岐筒は、前記水ポンプからの表層水を受け入れる１の吸引口と、該吸引口の口径より口径の小さい複数本の吐出口を有する水流発生撹拌混合機。
分岐筒の吐出口は、整流筒の内側上流部に開口しており、該吐出口から吐出される分流水が前記整流筒の軸方向に吐出されるように配設されていることを特徴とする請求項１に記載の水流発生撹拌混合機。
整流筒は、その下流側端部の内周部に等間隔に配設され、該整流筒の軸方向と傾斜する方向に配設された複数の整流板を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の水流発生撹拌混合機。
整流筒は、両端部に開口部を有する筒状であり、下流側に向かって縮径していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の水流発生撹拌混合機。