JP5093580B2 - 酸素溶解水供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、酸素溶解水供給装置に関するものである。
更に詳述すれば、例えば、近年、海（港湾）、湖沼、河川、ダム、濠等には生活排水や産業排水が流入しており、こうした排水中には有機物、栄養塩類が含まれている。これらの一部は水底に沈降して有機汚泥となる。
水中の微生物はこれらを分解するため溶存酸素を消費するので、底層の水域では、酸素供給が消費量より少ないと貧酸素状態になる。

底層水が貧酸素状態に陥ると、底泥中の有機物は嫌気分解され、硫化物やメタンガス等の生物にとって有害な物質が生成される。
また、底泥が酸素不足になると底泥中の栄養塩が溶出し易くなり、水中の栄養塩濃度を高め、赤潮を引き起こすなどの環境悪化の原因となる。

貧酸素状態の水は、水中に酸素が欠乏する貧酸素水で、環境に影響を与えている。こうした貧酸素水に酸素を溶かし込み、溶存酸素濃度を上昇させ、悪影響の軽減を図ることが行われている。
この様な水域に効率良く酸素を供給して、溶存酸素濃度を増加させる酸素溶解水供給装置に関するものである。

図６、８，９は、一般に使用されている従来例の酸素溶解水供給装置の例を示す構成説明図である。

図６に示す如く、港湾、湖沼、ダム等比較的水深の深い水域において、夏季は、水面付近は温度が高く、水深が下がると急に温度が低下する温度躍層Ｃが形成され、水底は温度が一番低くなっている。
こうした状態では、下層の水温が低く密度が大きい水は水塊を形成し、表層付近の水温が高く密度が小さい水と混ざり合うことはない。

従って、表層付近の溶存酸素濃度の高い水は底層へ供給されることはなく、底層の貧酸素状態は解消されない。
なお、汽水湖や感潮河川などでは、塩分濃度の違いにより、塩分躍層が形成され、同様に底層が貧酸素状態に陥ることがある。
図７は感潮河川で潮汐により塩水楔Ｂと呼ばれる塩分濃度が高い海水が河川の底層を行ったり来たりする様子を表している。表層付近は塩分濃度が低い水が流れており、底層付近の海水とは混ざらない為、底層は貧酸素状態となる。

このように劣化した底層を改善する従来の方法として、図６に示した酸素溶解水拡散方式では、貧酸素状態になっている底層の水を汲み上げ、その水に酸素を溶かし込んで溶存酸素濃度を上昇させた後、元の底層に戻す。
この様に水温（密度）が同じ底層に溶存酸素濃度を上昇させた水を返送するので、上昇流が発生せず効率良く底層に酸素を供給することができる。

図６において、気体溶解装置１１は、ホース２６を介して、吸込口３から任意の水域の水を吸引する。
気体溶解装置１１には、酸素供給装置１２から、酸素ガスが供給されるようになっている。例えば、酸素供給装置１２内には、酸素ボンベが配置されている。
また、気体溶解装置１１には、ホース２６を介して、酸素溶解水を吐出する吐出口４が接続されている。
斑点で表した領域５は、酸素溶解水が拡がる範囲を示した。

以上の構成において、酸素溶解水供給装置１は、吸込口３から任意の水域の水を汲み上げる。気体溶解装置１１に汲み上げられた水は、酸素供給装置１２から供給される酸素ガスと混合することで、酸素溶解水となる。酸素溶解水は、吐出口４から任意の水域に吐出される。
吐出された酸素溶解水は、任意の水域のある一定の範囲に拡がる。

図８は、酸素溶解水供給装置１において、吐出口４、８の位置および高さを異なる場所に複数箇所配置して異なる水深に酸素溶解水を供給したいと云う要望に応える場合を示す。
酸素溶解水供給装置１は、水中で１本の配管を２本に分岐し、２個の弁９、１０と２個の吐出口４、８を設ける。

しかし、例えば海水中では電蝕の影響もあり、水中で保守なしに長期に亘り動作すると云う条件に合致する弁が現状ではなかなか存在しない。
従って、通常、図９の様に、水上に弁９、１０を配置し、配水管（ホース）２６ａ、２６ｂを数１００ｍに亘り複数本設置しなくてはならなかった。

図１０は、このような酸素溶解水供給装置１に使用される気体溶解装置１１の一例を示す構成説明図である。
図において、密閉タンク１３は気密に加工されたタンクであり、酸素を溶解すべき水が例えば８分目程度に注入されている。

ノズル１４は、密閉タンク１３の天井付近に水面に対して直角方向に設けられ、このノズル１４の出射方向の真下に、略水平に邪魔板１５が配置されている。
ポンプ１６は、液体供給手段として機能し、例えば、逆止弁１７を介して、湖や河川Ａ等から水を汲み上げて、ノズル１４から密閉タンク１３内に水を供給する。

密閉タンク１３の水位調節は、吐出弁１８が通常開とされて、密閉タンク１３内で酸素が溶解された水を浄化すべき場所に放出するが、密閉タンク１３内の水が所定レベル位置以下になった場合は、吐出弁１８の開閉度を調節して水位を調節したり、大気開放弁１９を開とすることで密閉タンク１３内の未溶解気体を大気中に放出したりすることにより行なう。

逆止弁１７は、ポンプ１６が停止時に水がポンプ１６から抜けてしまい、停止後の再起動時に呼び水動作を行わなくても済むようにするための弁である。
また、この場合は、ポンプ（液体供給手段）１６の後段に供給気体αの注入手段が設けられている。
なお、図では省略するが密閉タンク１３には、密閉タンク１３内の水量を測定するためのレベル計や密閉タンク１３内の圧力を測定するための圧力計が取り付けられている。

上記の構成において、密閉タンク１３の上方には、所定の圧力に加圧された気体（例えば酸素やオゾン）がノズル１４を介して導入される。
気体溶解装置１１では、密閉タンク１３内の気体の圧力が高いと水位が下降し、水は予め設定した水位以下になるが、その場合は所定の圧力レベルになるように大気開放弁１９で密閉タンク１３内の気体を放出したり、吐出弁１８を調節したりして水位を制御する。

また、密閉タンク１３では、ノズル１４から出射した水を邪魔板１５に衝突させて水と固体の衝突圧力を利用したり、水の飛沫を大量発生させたりすることにより密閉タンク１３内に充満する気体（例えば、酸素やオゾン）を溶解して水面に落下する。
この過程で水は気体を取り込んで気体溶解水となり、密閉タンク１３に蓄積されることとなる。

図の場合は、密閉タンク１３内の邪魔板１５が水面より下方に設けられた一例を示すもので、ノズル１４から噴き出す水の勢いにもよるが、噴き出す水が表面の水を押しのけて邪魔板１５に直接衝突する程度の深さとなるように、また、水の飛沫や泡が大量に発生するように制御する。

特開２００２−３４６３５１号公報 特開２００６−１３６７５９号公報

上記のような酸素溶解水供給装置においては、吸込口から任意の水質改善対象水域の水を汲み上げ、気体溶解装置に酸素ガスを供給し、気体溶解装置内で汲み上げた水と酸素ガスを混合して酸素溶解水にし、吸込口とは異なる水深（温度・密度）に設置した吐出口から酸素溶解水を吐出しても吐出した水の温度（密度）と同じ温度（密度）の水域に拡がると云う性質を持っている。
このように、任意の水質改善対象水域に酸素溶解水を供給する場合、汲み上げた水の温度（密度）以外の範囲に酸素溶解水がなかなか拡がらないと云う問題がある。
また、上記のような酸素溶解水供給装置においては、使用される配水管が数１００ｍに及ぶこともあり、かつ圧損を抑える為に直径の大きなものを使用しなくてはならない。また、配水管は耐候性、耐久性、可どう性が求められるため、コストが高くなる。
このような配水管に吸込口および吐出口を複数箇所設けるとその分だけの配水管を設置する必要があるため、施工費用が嵩むと云う問題がある。

本発明は、上記のような従来装置の欠点をなくし、港湾、湖沼、河川、ダム、濠などの環境水に効率良く、酸素を供給する装置において、汲み上げた水の密度（温度・塩分濃度）以外の範囲にも酸素溶解水を拡げることができ、さらに施工費用の縮減を図ることができる酸素溶解水供給装置を実現することを目的としたものである。

上記のような課題を達成するために、本発明の請求項１では、吸入口から任意の水域の水を汲み上げ、この汲み上げた水を気体溶解装置に注入し、前記気体溶解装置に酸素ガスを供給し、前記汲み上げた水と前記酸素ガスを前記気体溶解装置内で混合して酸素溶解水にし、この混合して得られた酸素溶解水を吐出口から任意の水域に吐出する酸素溶解水供給装置において、前記吸入口から任意の水域の水を汲み上げるのは、底層水を吸入口から汲み上げる第１の取水手段と、表層水を吸入口から汲み上げる第２の取水手段とからなり、前記吐出口から任意の水域に吐出するのは、前記酸素溶解水を任意の水質改善対象水域に排出する吐出手段であり、前記第１の取水手段を介して汲み上げた水と前記第２の取水手段を介して汲み上げた水との混合比を調節することにより、前記吐出手段を介して排出する酸素溶解水の塩分濃度を前記水質改善対象水域の任意の水深の塩分濃度に制御することを特徴とする酸素溶解水供給装置。

請求項２では、請求項１の酸素溶解水供給装置において、任意の水質改善対象水域の水深方向の塩分濃度分布を測定する導電率計を設け、前記第１の取水手段を介して汲み上げた水と前記第２の取水手段を介して汲み上げた水との混合比を調整することにより、前記吐出手段を介して排出する酸素溶解水の塩分濃度を前記導電率計の測定に基づいて得られた前記水質改善対象水域の任意の水深の塩分濃度に制御することを特徴とする。

本発明の請求項１によれば、次のような効果がある。
混合後の水の塩分濃度を測定する導電率計を設け、塩分濃度を制御することにより酸素溶解水の密度制御を行うことができる酸素溶解水供給装置が得られる。

本発明の請求項２によれば、次のような効果がある。
水質改善対象水域の水深方向の塩分濃度分布を測定する導電率計を設け、任意の水深の塩分濃度と同じ酸素溶解水を吐出するように混合比を調節することにより、任意の水深に酸素溶解水を拡げることができる。汲み上げた水の塩分濃度（密度）以外の水深より広範囲に酸素溶解水を拡げることができるため、取水手段である吸込口および吐出手段である吐出口の数を多く設ける必要がなくなるので、施工費用の増減を図ることができる酸素溶解水供給装置が得られる。

以下、図面を用いて、本発明の酸素溶解水供給装置を説明する。

以下本発明について図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の酸素溶解水供給装置の一実施例を示す構成図である。図において、図６と同様のものは同一符号を付して示す。
本願発明に係る第１の実施形態の酸素溶解水供給装置は、図１に示すように、酸素供給装置１２および気体溶解装置１１を備えた酸素溶解水供給装置１と、水中に配置された吸込口２と、吸込口３と、吐出口４との構成になっている。
また、斑点で表した領域５は、酸素濃度を改善できる範囲を示す。
吸込口２は水面に近い水域の水を汲み上げる手段であり、吸込口３は任意の水域（水深）の水を汲み上げる手段であり、吐出口４は、気体溶解装置１１で生成された酸素溶解水を任意の水質改善対象水域に排出する手段である。

このような構成からなる酸素溶解水供給装置１において、先づ、底層付近に設置した吸込口３だけではなく表層付近にも吸込口２を設けることで、温度の低い水だけでなく、温度が高い水も取り込めるようになる。

酸素溶解水供給装置１において、第１の取水手段である吸込口３および第２の取水手段である吸込口２から汲み上げた水と、酸素供給装置１２から気体溶解装置１１に供給する酸素ガスとを、気体溶解装置１１内で混合することにより、任意の温度の酸素溶解水が生成される。吸込口３から温度の低い水と吸込口２から温度の高い水を、汲み上げることにより、各吸込口から汲み上げる水を混合した水の密度（温度）は、各吸込口から汲み上げる水の密度（温度）と異なるため、吐出口４からは、汲み上げる水の密度（温度）以外の範囲（水深）にも酸素溶解水を拡げることができる。

また、表層水を取り入れる第２の取水手段である吸込口２を設けることにより、酸素溶解水供給装置１は吐出する水の温度が底層水の温度から表層水の温度までの任意の温度に設定して運転することが可能になり、複数個の吐出配管を設置せずに、任意に改善水域を変える事ができるため、全体の設置費用を安価にすることができる。

図２は、本発明の酸素溶解水供給装置１の他の実施例を示す構成図である。図において、図１および６と同様のものは同一符号を付して示す。
本願発明に係る第２の実施形態の酸素溶解水供給装置１は、図２と図３に示すように、酸素供給装置１２や気体溶解装置１１を備えた酸素溶解水供給装置１と、気体溶解装置１１内で２つの異なる水深から汲み上げた水を混合した後の配管に配置した水質測定器７と、水中に配置された吸込口２と、吸込口３と、吐出口４と、水質測定器６とを備えた構成になっている。
また、斑点で表した領域５は、酸素濃度を改善できる範囲を示した。

このような構成からなる酸素溶解水供給装置１において、先づ、第１の実施形態に加えて、任意の水質改善対象水域（水深方向）の温度を測定するために水質測定器６を設け、任意の水質改善対象水域の温度を測定し、かつ気体溶解装置１１内で水温を測定する水質測定器７を設けて汲み上げ混合した後の水温を測定し、水質測定器７の指示値により吸込口２、吸込口３に接続している各弁２２、２３の開閉度を調節することで、任意の水域から汲み上げる水の混合比を調節する。

つまり、酸素溶解水供給装置１において、第１の取水手段である吸込口３および第２の取水手段である吸込口２から汲み上げた水と、酸素供給装置１２から気体溶解装置１１に供給する酸素とを、気体溶解装置１１内の密閉タンク１３で混合することにより、任意の温度の酸素溶解水が生成される。
任意の水域の水深方向の水温分布を水質測定器６にて測定し、酸素溶解水供給装置１から吐出される酸素溶解水の水温を任意の水深の水温になるよう調節すれば、酸素溶解水はその水温の水深域に拡がることになる。

なお、水質測定器６にて溶存酸素濃度の水深方向の分布も測定しておけば、溶存酸素濃度の低い水深に合わせて酸素溶解水を拡げることが可能となる。

図４及び５は水質測定器６の構成を示しており、繋留索３３により繋留されたフロート３２から水質測定器６をケーブル３０により吊り下げている。
図４では水質測定器６がウィンチ３１によって上下させており、図５では複数の水質測定器６ａ〜６ｃの水深を固定して配置している例である。

なお、酸素溶解水供給装置は水上に設置することもできる。
前述の実施例においては、温度による水の密度制御について説明したが、塩分濃度による水の密度制御についても同様である。但し、水の塩分濃度は一般的には導電率で測定が行われている為、水質測定器６には導電率計を使用する。

また、気体溶解装置１１へ供給する酸素ガスは、ガスボンベだけでなくＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）を使用した酸素濃縮器などからの供給でも良い。酸素ガスの濃度は８０％以上が望ましく、オゾンガスを含んでいても良い。

なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。

図１は本発明の酸素溶解水供給装置の一実施例を示す構成図。 図２は本発明の酸素溶解水供給装置の他の実施例を示す構成図。 図３は図２の要部構成説明図である。 図４は図２の要部構成説明図である。 図５は図２の要部構成説明図である。 図６は従来の酸素溶解水供給装置の一例を示す構成図。 図７は汽水域における塩水楔説明図である。 図８は図６の動作を示す説明図である。 図９は図６の動作を示す説明図である。 図７は図６の構成説明図である。

符号の説明

１ 酸素溶解水供給装置
２ 吸込口
３ 吸込口
４ 吐出口
５ 領域
６ 水質測定器
６ａ 水質測定器
６ｂ 水質測定器
６ｃ 水質測定器
７ 水質測定器
８ 吐出口
９ 弁
１０ 弁
１１ 気体溶解装置
１２ 酸素供給装置
１３ 密閉タンク
１４ ノズル
１５ 邪魔板
１６ ポンプ
１７ 逆止弁
１７ａ 逆止弁
１７ｂ 逆止弁
１８ 吐出弁
１９ 大気開放弁
２０ 気体調節弁
２２ 弁
２３ 弁
２６ ホース
２６ａ ホース
２６ｂ ホース
３０ ケーブル
３１ ウィンチ
３２ フロート
３３ 繋留索
Ａ 湖水や河川
Ｂ 塩水楔
Ｃ 温度躍層
α 供給気体
β 気体溶解水

Claims (2)

1. 吸入口から任意の水域の水を汲み上げ、この汲み上げた水を気体溶解装置に注入し、前記気体溶解装置に酸素ガスを供給し、前記汲み上げた水と前記酸素ガスを前記気体溶解装置内で混合して酸素溶解水にし、この混合して得られた酸素溶解水を吐出口から任意の水域に吐出する酸素溶解水供給装置において、
   前記吸入口から任意の水域の水を汲み上げるのは、底層水を吸入口から汲み上げる第１の取水手段と、表層水を吸入口から汲み上げる第２の取水手段とからなり、
   前記吐出口から任意の水域に吐出するのは、前記酸素溶解水を任意の水質改善対象水域に排出する吐出手段であり、
   前記第１の取水手段を介して汲み上げた水と前記第２の取水手段を介して汲み上げた水との混合比を調節することにより、前記吐出手段を介して排出する酸素溶解水の塩分濃度を前記水質改善対象水域の任意の水深の塩分濃度に制御することを特徴とする酸素溶解水供給装置。
2. 任意の水質改善対象水域の水深方向の塩分濃度分布を測定する導電率計を設け、前記第１の取水手段を介して汲み上げた水と前記第２の取水手段を介して汲み上げた水との混合比を調整することにより、前記吐出手段を介して排出する酸素溶解水の塩分濃度を前記導電率計の測定に基づいて得られた前記水質改善対象水域の任意の水深の塩分濃度に制御することを特徴とする請求項１記載の酸素溶解水供給装置。

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