JP4747006B2 - 水没式複合型曝気装置 - Google Patents

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８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。
特開平１−２８４３９７号公報

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。

本発明は、前記問題を解消するためになされたもので、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であって、前記曝気装置の曝気本体は、外筒と内筒とを備え、下端開口に供給されたエアーレーションとともに内筒内を上昇流が上昇し、上端開口で反転して、外筒との間の下降流路を下降する下降流が出口から排水される構成であり、前記外筒の頂部と内筒の上端部との間にエアー溜め室が形成されて、このエアー溜め室に、上昇流を反転させる反転水面が設定され、前記外筒の頂部には、エアー溜め室の余剰エアーを水中に散気する散気管を設ける一方、前記散気管に排気調整弁を設けて、この排気調整弁は、前記散気管の内端側に弁座を形成して、この弁座に対向するとともにエアー溜め室の反転水面の変動に追従して上下動する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弁座を閉じ、反転水面が下がったときに弁座を開くようにして、前記散気管で、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を提供するものである。

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構成とすることができる。

前記散気管に、フロート弁で弁座を閉じている時に、極少量の水を散気管内に流し込むバイパス部を形成することが好ましい。

前記弁座は下向きテーパ状であり、前記フロート弁は、上部が弁座に下方から嵌り込み可能な円錐形状である構成が好ましい。

本発明によれば、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したから、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弁座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弁座を開くことにより、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。

請求項２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。

請求項３のように、フロート弁で弁座を閉じている時に、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、フロート弁が弁座に固着するのを防止することができる。

請求項４のように、下向きテーパ状の弁座に対して下方から嵌り込み可能なフロート弁を円錐形状に形成すれば、エアーリークが少なくなるので、余剰エアーの排出量が安定するようになる。

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６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３３Ａを有する第２散気管２７は、内端部に弁座板３０が水密（気密）状態で固定され、弁座板３０の中央位置には、下向きテーパ状の弁座３０ａが形成されている。

弁座板３０には、弁座３０ａの周囲に、図２（ａ）のＡ−Ａ線拡大断面図である図２（ｃ）のように、円周上等角度間隔（本例では９０°間隔）で４本の支柱３１の上端部が固定され、各支柱３１の下端部には、図２（ａ）のＢ−Ｂ線拡大断面図である図２（ｄ）のように、フロート弁３３Ａの下動位置を規制するストッパー板３２が固定されている。

弁座板３０の弁座３０ａに対向して、４本の支柱３１の間で保持されて上下動ガイドされる円錐形状のフロート弁３３Ａが設けられている。このフロート弁３３Ａは、ガラス繊維強化プラスチック製若しくは木材製で、下部にフロート部３０ａを有し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。

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３３Ａが上動することで、フロート弁３３Ａの上部が弁座３０ａに下方から嵌り込むことで弁座３０ａ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３３Ａが下動することで、フロート弁３３Ａの上部が弁座３０ａから抜け出ることで弁座３０ａを開くようになる。

第２散気管２７の弁座板３０には、フロート弁３３Ａで弁座３０ａを閉じている時に、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１実施形態の排気調整弁であるフロート弁３３Ａ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３３Ａで第２散気管２７の弁座３０ａ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３３Ａで第２散気管２７の弁座３０ａ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３３Ａ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６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、フロート弁３３Ａで弁座３０ａを閉じている時に、バイパス部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３３Ａに作用する水圧が減少して、フロート弁３３Ａが弁座３０ａに固着するのを防止することができる。

さらに、下向きテーパ状の弁座３０ａに対して下方から嵌り込み可能なフロート弁３３Ａを円錐形状に形成すれば、エアーリークが少なくなるので、余剰エアーｄの排出量が安定するようになる。

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３３Ｂ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散気管は、図４（ａ）に要部を拡大して示すように、内端部に凹状の弁座２７ａが形成されている。

第２散気管２７の中心部には、ガイド軸３５が固定され、このガイド軸３５には、逆円錐形状のフロート弁３３Ｂの中心穴３３ａが貫通されて、ガイド軸３５によってフロート弁３３Ｂが上下移動可能にガイドされるようになる。ガイド軸３５の下端部には、フロート弁３３Ｂの下動位置を規制するストッパー部３５ａが形成されている。

そして、図４（ａ）のように、反転水面Ｌ２が上がった〔Ｌ２（Ｕ）参照〕ときにフロート弁３３Ｂが上動することで、フロート弁３３Ｂの上部が弁座２７ａに当たることで弁座２７ａを閉じるようになる。逆に、図４（ｂ）のように、反転水面Ｌ２が下がった〔Ｌ２（Ｄ）参照〕ときにフロート弁３３Ｂが下動することで、フロート弁３３Ｂの上部が弁座２７ａから離れることで弁座２７ａを開くようになる。

ガイド軸３５とフロート弁３３Ｂの中心穴３３ａとの間の隙間〔図４（ｃ）参照〕には、フロート弁３３Ｂで弁座２７ａを閉じている時に、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３３Ｂ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〕に従って上動するフロート弁３３Ｂで第２散気管２７の弁座２７ａ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〕のに従って下動するフロート弁３３Ｂで第２散気管２７の弁座２７ａ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の変動に追従して上下動するフロート弁３３Ｂ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。その他、第１実施形態の第２散気管２７のフロート弁３３Ａと同様の作用効果を奏することができる。

図５は、第３実施形態の排気調整弁である可動蓋３８を有する第３散気管２７を設けた水没式複合型曝気装置２２である。

第３散気管２７の外端口２７ｂには、ヒンジ部３９で開閉可能に支持されたドーム状の可動蓋３８が設けられ、この可動蓋３８は、図５（ａ）のように、コイルバネ４０のバネ力で外端口２７ｂを閉じるようになっている。

第３実施形態の排気調整弁である可動蓋３８を有する第３散気管２７を曝気本体２４に設ければ、図５（ａ）のように、第２散気管２７の外端口２７ｂが可動蓋３８で閉じられた状態で、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ると反転水面Ｌ２が下がる〔Ｌ２（Ｄ）参照〕から、図５（ｂ）のように、上がったエアー圧（例えば５Ｋｇ／ｃｍ^２）でバネ力に抗して可動蓋３８が開くことで、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。

また、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ると、バネ力で可動蓋３８が閉じるので、エアー溜め室１０に余剰エアーｄが溜まってエアー圧が上がることで反転水面Ｌ２が下がる〔Ｌ２（Ｄ）参照〕ようになる。

このように、エアー圧で開き、バネ力で閉じる可動蓋３８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。その他、第１実施形態の第２散気管２７のフロート弁３３Ａと同様の作用効果を奏することができる。

なお、緊急排気管２８の外端口２８ｂにも、ヒンジ部４２で開閉可能に支持されたドーム状の可動蓋４１が設けられ、この可動蓋４１は、図５（ａ）のように、コイルバネ４３のバネ力で外端口２８ｂを閉じるようになっていて、エアー溜め室１０内のエアー圧が異常に上がった時に、コイルバネ４３のバネ力に抗して開いて、余剰エアーｄを水中に緊急排気するようになる。

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７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）は第２フロート弁が閉じた要部断面図、（ｂ）は第２フロート弁が開いた要部断面図である。 （ａ）は第２散気管の弁座を閉じた第１フロート弁の側面図、（ｂ）は第２散気管の弁座を開いた第１フロート弁の側面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線拡大断面図、（ｄ）は（ａ）のＢ−Ｂ線拡大断面図である。 本発明の第２実施形態に係る排気調整弁である第２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）は第２フロート弁が閉じた要部断面図、（ｂ）は第２フロート弁が開いた要部断面図である。 （ａ）は第２散気管の弁座を閉じた第２フロート弁の側面図、（ｂ）は第２散気管の弁座を開いた第２フロート弁の側面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線拡大断面図である。 本発明の第３実施形態に係る排気調整弁である可動蓋を有する第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）は可動蓋が閉じた要部断面図、（ｂ）は可動蓋が開いた要部断面図である。 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）
３０ 弁座板
３０ａ 弁座
３３Ａ，３３Ｂ フロート弁（排気調整弁）
３４ バイパス部
３５ ガイド軸
３８ 可動蓋（排気調整弁）
４０ コイルバネ
４５ 排気フロート
４６ 開閉弁
４７ 排気用ホース
ｄ 余剰エアー
Ｌ２ 反転水面

Claims (4)

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であって、
   前記曝気装置の曝気本体は、外筒と内筒とを備え、下端開口に供給されたエアーレーションとともに内筒内を上昇流が上昇し、上端開口で反転して、外筒との間の下降流路を下降する下降流が出口から排水される構成であり、
   前記外筒の頂部と内筒の上端部との間にエアー溜め室が形成されて、このエアー溜め室に、上昇流を反転させる反転水面が設定され、前記外筒の頂部には、エアー溜め室の余剰エアーを水中に散気する散気管を設ける一方、
   前記散気管に排気調整弁を設けて、この排気調整弁は、前記散気管の内端側に弁座を形成して、この弁座に対向するとともにエアー溜め室の反転水面の変動に追従して上下動する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弁座を閉じ、反転水面が下がったときに弁座を開くようにして、
   前記散気管で、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。
2. 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に記載の水没式複合型曝気装置。
3. 前記散気管に、フロート弁で弁座を閉じている時に、極少量の水を散気管内に流し込むバイパス部を形成した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. 前記弁座は下向きテーパ状であり、前記フロート弁は、上部が弁座に下方から嵌り込み可能な円錐形状であ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没式複合型曝気装置。

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