JP5268593B2 - 送水システムおよびこれを用いた水質改善装置 - Google Patents

Description

本発明は、水面に浮かぶ水循環装置とこの水循環装置と水域の深層部との間で送水する送水管とを有する送水システムおよびこれを用いた水質改善装置に関する。

従来、例えば、ダム、湖沼、貯水池や溜め池などの閉鎖性水域では、水の流れがほとんどないため、酸素が十分に水面下方の水中および水底側に供給されず、その結果、中層以下に貧酸素または無酸素状態が出現する。このため、例えば、曝気装置、攪拌装置や酸素供給ポンプなどを使用し、水中に酸素等を供給して水中の藻類を浮上分離することにより、水の浄化を図る技術が知られており、その一部は実用化されている（例えば、特許文献１，２参照。）。

ところが、このように水中に酸素等を供給して水中の藻類を気泡と一緒に上昇させる方法では、藻類は水面近くで光を浴びることによって光合成を行い、次々に繁殖していく。そのため、藻類が水面に集まってきたところを回収するようにしても、回収する傍ら藻類は増え続けているので、回収効率が非常に悪い。

そこで、本発明者は、特許文献３に記載のように、閉鎖性水域の水面近傍の水を吸引し、この吸引した水を水面近傍から水底に向かう管路を通じて水中へ送出する水質改善装置を提案している。この方法によれば、閉鎖性水域の水面近傍に浮遊する藻類が、光が届きにくく温度が低い水中へ送出されることにより、活性が低下して増殖しにくくなるので、藻類の増殖を抑えることができる。また、同様に、表層水を閉鎖水域の深層へ強制的に導くものとして、例えば、特許文献４〜７に記載のものが知られている。

特開２００１−３４０８４７号公報 特開２００３−２２５６５４号公報 特開２００５−１８５９７０号公報 実開平２−１０８８００号公報 特開平１−３１５３９５号公報 国際公開第９８／０２３８５号パンフレット 特開２００２−２０５０８８号公報

ところで、特許文献３〜７に記載のような方法を実施するためには、水面に浮かべた水循環装置により吸引した水面近傍の水を水底へ送出する送水管を設置する必要があるが、たとえ閉鎖性水域であっても水の出入りがあるため、水底から水面までの高さは変化する。そのため、送水管は、この水位の変化に対応できるようにしなければならない。

従来、この水位の変化に対応する方法としては、図５（ａ）に示すように、送水管を柔軟なホース５１により構成して、水面に浮かべた水循環装置５０の真下に鉛直方向に垂らす方法があるが、水位が大きく変化する場合には、図５（ｂ）に示すように、ホース５１の曲がり部が多くなり、ホース５１を痛めてしまう可能性がある。

また、ホース５１の曲がり部が多くなると、ホース５１内を送出する水の抵抗が大きくなり、送水ポンプの出力を大きくする必要がある。特に、この方法では、水循環装置５０が水底Ｇに着底する程度にまで水位が低下した場合、水循環装置５０がホース５１上に載ってしまい、ホース５１を破損してしまうという問題がある。つまり、この方法では、水底Ｇから水面までの高さが０となった場合に対応できず、水循環装置５０の着底は不可能である。

そこで、本発明においては、水循環装置５０のような水面に浮かぶ水循環装置と水域の深層部との間で送水する送水管内の水の抵抗を大きくすることなく、水位の大きな変化に対応可能であり、かつ水面に浮かぶ水循環装置の着底が可能な送水システムおよびこれを用いた水質改善装置を提供することを目的とする。

本発明の送水システムは、水面に浮かぶ水循環装置と、この水循環装置と水域の深層部との間で送水する送水管とを有する送水システムであって、送水管は、略直線状の直管部と、この直管部の上端部と水循環装置とを接続する可撓管部とから構成され、水循環装置は、可撓管部を跨ぐ脚を備えたものである。

本発明の送水システムによれば、水位が変化した場合には、送水管の直管部は略直線状を維持したまま傾き、可撓管部が曲がることにより、送水管は、水位の変化に追従する水循環装置と水域との間で送水を続けることができる。このとき、送水管の曲がり部は可撓管部の１箇所のみであり、他の箇所の直管部は略直線状を維持するので、水位がどのように変化したとしても送水管内を送水される水の抵抗は大きく変化しない。また、水循環装置が着底する程度にまで水位が低下した場合には、水循環装置に備えられた脚部によって、この可撓管部を跨ぐので、水循環装置が送水管に載るのを防止することができ、水循環装置は着底することができる。

ここで、可撓管部は、一平面内でのみ曲がるように規制されたものであることが望ましい。これにより、水位が変化した場合に可撓管部の曲がる方向が一方向に決まるので、水循環装置の脚部が可撓管部を跨ぐ位置を確実に決めることができ、水循環装置が送水管に載るのを確実に防止することが可能となる。

また、本発明の送水システムでは、直管部の下端部を水域の底部または水中へ係留する水中係留手段を備えたものであることが望ましい。直管部の下端部を水域の底部へ水中係留手段によって係留することにより、水位が変化したり、水循環装置が風や波を受けたりした場合には、この水中係留手段を中心として送水管の直管部が傾くようになる。これにより、水位が変化したり、水循環装置が風や波を受けたりした場合であっても送水管の下端部の水域の深層部での位置は変わらないので、同じ深層部位置への送水または同じ深層部位置からの送水を行うことが可能となる。

さらに、この送水システムが、水循環装置を陸に係留する陸係留手段を備えたものであれば、水循環装置の移動範囲および直管部の傾きによる移動範囲が、陸の係留位置と水域の底の係留位置との間の範囲に決まるので、水循環装置の脚部が着底する位置を容易に決めることが可能となる。

（１）送水管が、略直線状の直管部と、この直管部の上端部と水循環装置とを接続する可撓管部とから構成され、水循環装置が、可撓管部を跨ぐ脚を備えたものであることによって、水面に浮かぶ水循環装置と水域の深層部との間で送水する送水管内の水の抵抗を大きくすることなく、水位の大きな変化に対応することが可能となるので、水位がどのように変化したとしても小さな動力によって送水を行うことができる。また、水循環装置が着底する程度にまで水位が低下した場合には、水循環装置に備えられた脚によって可撓管部を跨ぐことにより水循環装置が送水管に載るのを防止し、水循環装置は着底することができる。

（２）可撓管部が、一平面内でのみ曲がるように規制されたものであることにより、水位が変化した場合に可撓管部の曲がる方向が一方向に決まり、水循環装置の脚が可撓管部を跨ぐ位置を確実に決めることができる。これにより、水循環装置が送水管に載るのを確実に防止することが可能となる。

（３）直管部の下端部を水域の底へ水底係留手段によって係留することにより、水位が変化したり、水循環装置が風や波を受けたりした場合であっても送水管の下端部の水域の深層部での位置を変えることなく、同じ深層部位置への送水または同じ深層部位置からの送水を行うことが可能となる。

（４）水循環装置を陸に係留する陸係留手段を備えたものであることにより、水循環装置の移動範囲および直管部の傾きによる移動範囲が、陸の係留位置と水域の底の係留位置との間の範囲に決まるので、水循環装置の脚部が着底する位置を容易に決めることができ、水位が変化したり、風や波を受けたりした場合の水循環装置の位置を決めることが可能となる。

図１は本発明の実施の形態における水質改善装置の全体構成図、図２は図１の主要部の一部を省略した拡大図、図３は図１のＡ部拡大図、図４は図１のＢ部拡大図である。

図１において、本発明の実施の形態における水質改善装置は、ダム、湖沼、貯水池や溜め池などの閉鎖性水域Ｗの水面に浮かばせる水循環装置１と、この水循環装置１と閉鎖性水域Ｗの深層部との間で送水する送水管２と、送水管２の下端部を閉鎖性水域Ｗの水底部Ｇへ係留する水中係留手段としての水中アンカー３ａおよび係留チェーン３ｂと、水循環装置１を陸に係留する陸係留手段としての陸上アンカー４ａおよび係留ワイヤー４ｂとを有する。

水循環装置１は、水循環装置本体１０内に、水面近傍の水を吸引し、送水管２を通じて深層部へ送出するためのプロペラ１１を備える。また、水循環装置本体１０には、当該水循環装置１を水面に浮かせて水面近傍に維持するための浮力発生手段としてのフロート１２を備える。また、この水循環装置本体１０には、閉鎖性水域Ｗの水底部Ｇに着底した際に当該水循環装置本体１０を支持する脚１３を備える。脚１３は、後述する送水管２の可撓管部２ｂを跨ぐような櫓状の脚部であり、可撓管部２ｂよりも高い位置へ水循環装置本体１０の底面を維持するものである。

送水管２は、可撓性を有する可撓管部２ａと、可撓性を有しない略直線状の直管部２ｂと、直管部２の下端部に浮力を与えるフロート部２ｃとから構成される。可撓管部２ａは、可撓性を持たせるために蛇腹状としたダクト２ａ−１と、ダクト２ａ−１の傾き方向を制限するためのヒンジ機構２ａ−２と、水循環装置本体１０の下部に接続するためのフランジ２ａ−３と、直管部２の上端部に接続するためのフランジ２ａ−４とから構成される。ダクト２ａ−１およびヒンジ機構２ａ−２の両端部は、フランジ２ａ−３，２ａ−４に固定されているため、ダクト２ａ−１は、一平面内でのみ曲がるように規制される。

直管部２ｂは、その全体の長さを調節可能とするため、分割構造を採っているが、一体に構成することも可能である。要するに、本実施形態において直管部２ｂは、可撓性が不要であり、その内部を送水される水の抵抗が大きくならないように直線状に形成されていればよい。なお、直管部２ｂは完全な直線状でなくても良く、内部を送水される水の抵抗に大きな影響を与えない程度に撓んでいても良い。また、フロート部２ｃは、直管部２ｂの下端部に浮力を発生させることにより、直管部２ｂの下端開口部を水底部Ｇから離れた位置に維持するためものである。

上記構成の水質改善装置では、プロペラ１１の回転により水面Ｇ近傍の水を吸引して、この吸引した水を、送水管２を通じて補償深度以下の水底部Ｇ近傍の水中へ送出する。これにより、水面近傍に浮遊する藻類としてのアオコが水とともに吸引され、送水管２を通じて水底部Ｇ近傍の水中へと送出される。そして、水中へ送出されたアオコは、水中が水面近傍よりも光が届きにくく温度が低いことから、活性が低下して増殖しにくくなる。

特に、本実施形態においては、閉鎖性水域Ｗにおいて最も深い水底部Ｇの部分へ送出されるため、光はほとんど届かず、温度も低いため、アオコはほとんど活動できなくなり、死んでいく。その後、生き残ったアオコは徐々に水面へと浮上するが、活性を取り戻す前に再び水とともに吸引され、送水管２を通じて水底部Ｇ近傍の水中へ送出される。これにより、アオコの増殖が抑えられ、徐々に減少していくことになるため、閉鎖性水域Ｗの水質改善がなされる。

なお、本実施形態においては、送水管２によって水面近傍から吸引された水を、最も水質改善効果の高い水底部Ｇ近傍から水中へ送出する構成としているが、直管部２ｂの下端開口部の深さは補償深度よりも深ければ良い。直管部２ｂの下端開口部の水底部Ｇからの高さは、係留チェーン３ｂの長さを調整することにより自由に設定することが可能であり、この長さを調整することにより閉鎖性水域Ｗの水中の任意の深さとすることできる。また、この水質改善装置ではプロペラ１１を逆回転させることで、逆に閉鎖性水域Ｗの水中の水を吸引し、送水管２を通じて水面近傍へ送出することも可能である。

また、本実施形態における水質改善装置では、閉鎖性水域Ｗの水量が減少すると、水面の水位の低下に伴って水循環装置１の水底部Ｇからの高さが下がっていく。このとき、送水管２は、可撓管部２ａのみが曲がることで直管部２ｂは直線状を保ったまま傾斜する。そして、水底部Ｇからの水位が０近くになったとき、可撓管部２ａは図４に示すようにほぼ直角に曲がり、水循環装置１は、この可撓管部２ａを脚１３により跨いだ状態となる。

したがって、本実施形態における水質改善装置では、水循環装置１が送水管２に載ることなく、水底部Ｇに着底する。そして、この水質改善装置では、上述のように水位が変化した場合には、送水管２の直管部２ｂは直線状を維持したまま傾き、可撓管部２ａのみが曲がることにより、送水管２は、水位の変化に追従する水循環装置１から閉鎖性水域の水底部Ｇ近傍へと送水を続けることができる。

このとき、送水管２の曲がり部は可撓管部２ａの１箇所のみであり、他の箇所の直管部２ｂは直線状を維持するので、水位がどのように変化したとしても送水管２内を送水される水の抵抗は大きく変化しない。そのため、閉鎖性水域Ｗの水位の大きな変化に対応することが可能であり、水位がどのように変化したとしても小さな動力によって送水を行うことができ、小型小出力のプロペラ１１を使用することができる。

また、本実施形態における水質改善装置では、可撓管部２ａが、一平面内でのみ曲がるように規制されているため、水位が変化した場合に可撓管部２ａの曲がる方向が一方向に決まっている。そのため、水循環装置１の脚１３は、この可撓管部２ａの曲がる方向から外れた位置に配置されており、水循環装置１の脚１３が送水管２に載ることはない。

また、この水質改善装置では、直管部２ｂの下端部を閉鎖性水域Ｗの水底部Ｇへ水中アンカー３ａおよび係留チェーン３ｂによって係留することにより、水位が変化したり、水循環装置１が風や波を受けたりした場合であっても送水管２の下端部の閉鎖性水域Ｗの深層部での位置を変えることなく、同じ深層部位置への送水を行うことができる。

さらに、この水質改善装置では、水循環装置１を陸上アンカー４ａおよび係留ワイヤー４ｂによって陸に係留しているので、水循環装置１の移動範囲および直管部２の傾きによる移動範囲が、陸の係留位置と閉鎖性水域Ｗの水底部Ｇの係留位置との間の範囲に決まっていることから、水循環装置１の脚１３が着底する位置を容易に決めることもでき、水位が変化したり、風や波を受けたりした場合の水循環装置１の位置を決めることが可能となる。

本発明の送水システムは、水面に浮かぶ水循環装置とこの水循環装置と水域の深層部との間で送水方向を問わず送水するシステムとして有用である。また、本発明の送水システムを用いた水質改善装置は、ダム、湖沼、貯水池や溜め池などの閉鎖性水域の水質を改善する装置として有用であるが、閉鎖性水域以外の水域でも使用することができる。

本発明の実施の形態における水質改善装置の全体構成図である。 図１の主要部の一部を省略した拡大図である。 図１のＡ部拡大図である。 図１のＢ部拡大図である。 従来の水質改善装置を示す図であって、（ａ）はホースが鉛直方向に延びた状態を示す図、（ｂ）はホースが複数箇所で湾曲した状態を示す図である。

符号の説明

１ 水循環装置
１０ 水循環装置本体
１１ プロペラ
１２ フロート
１３ 脚
２ 送水管
２ａ 可撓管部
２ａ−１ ダクト
２ａ−２ ヒンジ機構
２ａ−３，２ａ−４ フランジ
２ｂ 直管部
２ｃ フロート部
３ａ 水中アンカー
３ｂ 係留チェーン
４ａ 陸上アンカー
４ｂ 係留ワイヤー

Claims (3)

1. 水面に浮かぶ水循環装置と、この水循環装置と水域の深層部との間で送水する送水管とを有する送水システムであって、
   前記送水管は、略直線状の直管部と、この直管部の上端部と前記水循環装置とを接続し、一平面内でのみ曲がるように規制された１箇所の可撓管部とから構成され、さらに、前記直管部の下端部を前記水域の底部または水中へ係留する水中係留手段を備え、
   前記水循環装置は、前記可撓管部を跨ぐ脚部を備えた送水システム。
2. 前記水循環装置を陸に係留する陸係留手段を備えた請求項１記載の送水システム。
3. 請求項１または２に記載の送水システムにおける水循環装置が、前記水面近傍の水を吸引し、前記送水管を通じて水中へ送出、または、前記水域の水中の水を吸引し、前記送水管を通じて前記水面近傍へ送出する手段を備えたものであることを特徴とする水質改善装置。

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