JPH0564800A - 閉鎖自然水域浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 湖沼、ダム等の閉鎖自然水域水に微細な酸化
ガス等の気泡を高効率で供給し得る吸込式エアレータを
備えた閉鎖自然水域浄化装置の提供。 【構成】 多孔質の閉鎖自然水域水移送管を大気内に露
出して配設してなる吸込式エアレータ、あるいは気体供
給管の中側に多孔質の閉鎖自然水域水移送管を配設して
なる吸込式エアレータを閉鎖自然水域浄化装置に装着す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、湖沼、貯水池、調整池
あるいはダム等の閉鎖自然水域浄化装置に関し、特に閉
鎖自然水域水に微細な酸化ガス等の気泡を供給し得るエ
アレータを備えた閉鎖自然水域浄化装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】現代に
おける人類の生活様式の高度化に伴い、湖沼等の自然水
域の富栄養化が進行し、自然環境が汚染、劣化してい
る。そこでこうした閉鎖自然水域を浄化すべく種々のエ
アレーション方式が採用されており、湖沼等の水中に設
置された管状や板状のエアレータ細孔から空気を水中に
加圧して噴き出すことによって気泡を細分化して供給す
る方式や回転羽根や放水管などによりせん断力が形成さ
れた水流内に空気を入れてそれを細分化する方式、ある
いは湖沼水等をくみ揚げてその場で上へ噴出する噴水方
式、さらには湖沼水中に埋没して垂設した空気揚水筒か
ら間欠的に空気を噴出させることによって、水域に対流
を発生させる方式等が存在する。

【０００３】これら方式のエアレーションでは、基本的
には空気の送量やそれぞれのエアレータの設置個数等に
よって必要な調節が行われている。しかし、省エネルギ
ー型の高度湖沼水等処理を目的とする高機能閉鎖自然水
域浄化装置の開発のためには、微細な酸化ガス気泡を多
量に発生させ、さらにはその気泡の発生量・供給量を制
御する必要がある。

【０００４】ところが、上記方式のエアレーションに
は、例えば散気管、散気筒にいかに微細な細孔を設けて
も、気泡が細孔から噴出する際の気泡の表面張力によっ
て、結果的に数ミリメートル程度の径を有する大きな気
泡が発生してしまい、それよりも小さな気泡を発生させ
ることが不可能であるという欠点を有していた。また、
その長時間運転に伴う動力費の増大及び目づまり発生の
問題等が存在した。

【０００５】そしてまた、上記回転羽根や突起体とのせ
ん断力を利用する方式においては、羽根や突起体との接
触により水棲動物、微小生物等を破壊する問題があっ
た。以上のような欠点や問題点を有した従来の閉鎖自然
水域浄化装置におけるエアレータにおいては、微細気泡
の生成量が少なく、湖沼水等中への酸素溶解量の増大が
期待できなかった。さらには、微細気泡の径と発生量を
容易に制御することができないことから、湖沼水等の浄
化処理が効率的に実施できない問題があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者らは上
記従来技術の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた結
果、湖沼水等に微細な気泡を容易に供給できるエアレー
タを備えた閉鎖自然水域浄化装置を開発した。すなわち
本発明は下記のとおりの閉鎖自然水域浄化装置である。
第１の発明は、多孔質の閉鎖自然水域水移送管を大気内
に露出して設けてなる吸込式エアレータを備えたことを
特徴とする閉鎖自然水域浄化装置であり、第２の発明
は、気体供給管の中側に多孔質の閉鎖自然水域水移送管
を配設してなる吸込式エアレータを備えたことを特徴と
する閉鎖自然水域浄化装置であり、第３の発明は、閉鎖
自然水域水移送管の中側に多孔質の気体供給管を配設し
てなることを吸込式エアレータを備えたことを特徴とす
る閉鎖自然水域浄化装置である。第４の発明は、多孔質
管の連通孔が不規則連通孔である第１ないし３の発明の
いずれかに記載の閉鎖自然水域浄化装置であり、第５の
発明は、多孔質の閉鎖自然水域水移送管又は／及び多孔
質の気体供給管が、多孔質セラミック管である第１ない
し４の発明のいずれかに記載の閉鎖自然水域浄化装置で
ある。

【０００７】第６の発明は、多孔質の閉鎖自然水域水移
送管又は／及び多孔質の気体供給管が多孔質金属管であ
る第１ないし４の発明のいずれかに記載の閉鎖自然水域
浄化装置であり、第７の発明は、多孔質の閉鎖自然水域
水移送管又は／及び多孔質の気体供給管の連通孔の孔径
が５００μｍ以下である第１ないし６の発明のいずれか
に記載の閉鎖自然水域浄化装置であり、第８の発明は、
多孔質の気体供給管又は／及び多孔質の閉鎖自然水域水
移送管が、縦置き型又は横置き型あるいは斜方置き型で
ある第１ないし７の発明のいずれかに記載の閉鎖自然水
域浄化装置であり、第９の発明は、多孔質の閉鎖自然水
域水移送管又は／及び多孔質の気体供給管をサイフォン
配置とした第１ないし８の発明のいずれかに記載の閉鎖
自然水域浄化装置であり、

【０００８】第１０の発明は、多孔質の気体供給管又は
／及び多孔質の閉鎖自然水域水移送管が、横置き型又は
斜方置き型の漸縮管である第１ないし９の発明のいずれ
かに記載の閉鎖自然水域浄化装置であり、第１１の発明
は、横置き型又は斜方置き型の漸縮管の最大負圧又は最
小正圧発生部位に多孔質管を配設してなる第１０発明に
記載の閉鎖自然水域浄化装置であり、第１２の発明は、
縦型の多孔質の閉鎖自然水域水移送管が、漸拡管である
第１１又は２、あるいは４ないし９の発明のいずれかに
記載の閉鎖自然水域浄化装置であり、第１３の発明は、
縦型の漸拡管よりなる閉鎖自然水域水移送管の上部の最
大負圧発生部位に多孔質管を配設してなる第１１又は
２、あるいは４ないし９の発明のいずれかに記載の閉鎖
自然水域浄化装置であり、第１４の発明は、多孔質の閉
鎖自然水域水供給管に管体状又は筐体状の気体供給室を
周設してなる第２、又は４ないし１３の発明のいずれか
に記載する閉鎖自然水域浄化装置である。

【０００９】以上の発明においては、第１に、セラミッ
クスをはじめとする不規則多孔質管を用いる外気の供給
では、吸込方式の方が噴き出し方式よりもかなり小さい
圧力損失となる。これは管の外周壁面の表面積は、管厚
の存在により、内周壁面の表面積よりも常に大であるこ
とに起因するものであり、したがって、多孔質管を用い
る本発明の吸込方式によれば、湖沼水等の中への気泡発
生効率が飛躍的に向上することとなる。第２に、従来の
噴出し方式ではセラミックス製等の不規則多孔質管の細
孔の径をミクロン程度に小さくしてもそこから発生する
気泡の径は平均的に数ミリメートルほどあったが、本発
明に係る吸込式のエアレータによれば発生する気泡の平
均径を数１００ミクロン以下に微細化することができ
る。よって、湖沼水等と酸化ガス気泡との接触面積を従
来方式の１０〜１００倍程度に、滞留時間を１０〜１０
０倍に高めることができ、溶解酸素量を飛躍的に増量す
ることができる。

【００１０】第４に、多孔質管の閉鎖自然水域水移送管
に送り込む気体の圧力を制御することによって、湖沼水
等の流量を変化させない状態で、その気泡吸込量を調整
させることができる。この気泡発生量を制御することに
よって、汚染湖沼水等の高度浄化処理が達成できる。第
５に、多孔質管からの気体の吸込に必要な圧力エネルギ
ーは、多孔質管の圧力損失水頭を上回ればよく、きわめ
て小さい圧力エネルギーで足りる。通常、増水頭差で５
０ｃｍ程度でも足りる。第６に、高速回転羽根や突起体
への衝突によってエアレーションを行う従来の方式で
は、微小生物等が破壊される問題があったけれども、本
発明によればそうした問題は全く発生しない。第７に、
多孔質管の内壁近くには外部気体が均一に吸込まれるこ
とに伴い、その壁に垂直に管の中央に向かおうとする流
れが形成される。この流れは、内壁に付着しようとする
物質を剥がす方向に作用することから、結果的に本多孔
質管の目づまりの形成を起こりにくくする。

【００１１】第８に、従来コンプレッサーやブロアー等
の圧縮空気供給装置を必要としたが、本発明によれば吸
込式であるため、そうした装置を不要とすることができ
る。また、多孔質の閉鎖自然水域水供給管部はユニット
化が容易であり、例えば．移送管の両端部にジョイン
トを取り付けることによって、あるいは．透明プラス
チック製の気体供給用筐体に多孔質の閉鎖自然水域水供
給管を貫通して取り付け、かつ筐体の貫通孔部と移送管
との接触部を接着・封止することによって、ユニット体
を製作することができる。そして前記．のユニット体
においては、内部の多孔質管が特にセラミック製である
場合には、外部の筐体をプラスチック、金属等の機械的
強度の高い材料で構成すれば補強部材としても機能する
ため、多孔質セラミック管の破損を阻止することができ
る。多孔質管の素材としては、多孔質セラミックのほ
か、多孔質焼結金属、多孔質プラスチック等適宜多孔質
材料を用いることができるが、いずれにしても多孔質部
の細孔は、連通孔となっていることが必要である。

【００１２】

【実施例】以下に、本発明の実施例のいくつかを図面に
基づいて説明する。図１は、本発明に係る吸込式エアレ
ータを備えた閉鎖自然水域浄化装置の全体構成説明図を
示す。図中、４は閉鎖自然水域水移送管、３０は本発明
に係る吸込式エアレータ、３１は補助槽、５０は湖沼水
等、Ｐは揚水ポンプである。図において、まず湖沼水等
５０の酸素溶存量の少ない深水層の水が、揚水ポンプＰ
により移送管４中を上昇し、補助槽３１に導入される。
次いで、導入された湖沼水等が補助槽３１から落下され
る途中で、吸込式エアレータ３０から空気が微細気泡と
して供給されて、下方の湖沼水等中に返送にされる。以
上の工程が循環されて、湖沼水等５０の溶存酸素量が増
大され、富栄養化等により汚染された湖沼水等の閉鎖自
然水域の浄化、再生が図られる。

【００１３】上記閉鎖自然水域浄化装置においては、エ
アレータとして多孔質管からなる吸込式エアレータを使
用しているため、まず、散気管を用いる従来法のような
多大な気体混合エネルギーを要しなく、そして、多孔質
管を通して気体を水中へ吸込む方式のために、散気管の
場合のような大直径の気泡が生じるのではなく、極めて
微小直径の気泡が発生する。したがって、気泡と湖沼水
等との接触表面積が増大し、気体の水中への溶解率が非
常に向上し、その結果、高効率で湖沼水等のＣＯＤやＢ
ＯＤを低減を図ることができる。

【００１４】図２は、本発明の閉鎖自然水域浄化装置の
縦置き型エアレータの１実施例の概略断面図である。図
２において、１はセラミックス製の多孔質管、２はアク
リル樹脂製の気体供給管、２’はフランジ、３は気体導
入口、４は閉鎖自然水域水移送管、４’はフランジ、５
は締着具（ボルト、ナット）、６はパッキンである。同
図において、湖沼水等が閉鎖自然水域水移送管４内を矢
印方向から流れてくると、多孔質管１部において、気体
導入口からの気体が多孔質管壁を通過して内部の閉鎖自
然水域水（湖沼水等）に微細気泡となって供給される。
すなわち、多孔質管内壁部は、閉鎖自然水域水の落差に
より負圧となっており、気体導入口からの気体が多孔質
壁を介して閉鎖自然水域水内に微細気泡として吸引され
るのである。

【００１５】多孔質管の細孔の孔径と発生微細気泡の径
との関連性は、実験の結果、図７に示すとおりであり、
すなわち発生微細気泡の直径の分布は、多孔質管の細孔
孔径の分布の約３倍となっている。ただし、図７の測定
条件は、多孔質管の外径が１３．５ｍｍ、内径が７ｍ
ｍ、長さが１２０ｍｍ、平均細孔径が２２μｍであり、
閉鎖自然水域水移送管内の流水量は１．１０ ｌ／ｓｅ
ｃ．である。なお、他の測定実験の結果、発生微細気泡
径は多孔質管平均細孔径の約２〜４倍であることが解っ
た。

【００１６】該縦置き型エアレータは、各部材が分解容
易でしたがってその組み立ても容易であり、セラミック
ス製の多孔質管１の外径はアクリル樹脂製の気体供給管
２の最狭部内径とほぼ同一としておくことにより、両者
は滑動、挿入自在となり、組み立て、分解が容易とな
る。なお、本構成では気体供給管２は多孔質管１を挟持
するごとく支持しており、セラミック製のごとき脆弱な
多孔質管を補強する補強部材としての作用も奏するので
有利である。該構成の縦置き型エアレータは、これを横
あるいは斜方に倒して横置き型あるいは斜方置き型とな
してもよいが、その場合は、上下流の圧力差によって形
成される動水勾配線が下降している途中の流路にエアレ
ータを配設すべきである。

【００１７】また、漸縮管を用いればそのまま横置き型
あるいは斜方置き型となして使用することができる。図
３は、横置き型エアレータの１実施例の概略断面図であ
る。図において、１はセラミックス製の多孔質管、２は
アクリル樹脂製の気体供給管、２’はフランジ、３は気
体導入口、４は下流の閉鎖自然水域水移送管、４’はフ
ランジ、５は締着具（ボルト、ナット）、６はパッキ
ン、７は上流の閉鎖自然水域水移送管でもある漸縮管を
示す。同図において、湖沼水等が上流の漸縮管７内を矢
印方向から流れてくると、漸縮管７の後部内壁面におい
て負圧が最大となり多孔質管１部において、気体導入口
からの気体が多孔質管壁を通過して内部の閉鎖自然水域
水（湖沼水等）に微細気泡となって供給される。漸縮管
７の絞り角度は、通常１０〜３０度程度が好ましい。

【００１８】図４は、本エアレータを横置きしてサイフ
ォン配置し、多孔質管から気体を閉鎖自然水域水内に微
細気泡として吸引する概念図を示している。図中、３０
は本発明に係る吸込式エアレータ、４は閉鎖自然水域水
移送管、１１は上流の湖沼水、ダム又は河川等、１２は
下流の湖沼、ダム等、１３は閉鎖自然水域水移送管４を
下流の湖沼等に固定するための支柱、ＨＬは動水勾配
線、Ｈは水頭差である。同図において、湖沼水等が上流
の湖沼、ダム等１１から閉鎖自然水域水移送管４を経
て、吸込式エアレータ３０に導入されると、水頭差Ｈ、
動水勾配線ＨＬにより外気が微細気泡となって湖沼水等
中に吸引、供給され、閉鎖自然水域水移送管４を通って
下方位置に配置されている湖沼、ダム等１２へ送給され
る。本例においては、自然の傾斜地形（例えば、山間→
平地）を利用することにより、人為的揚水手段を全く必
要とせずに、下流部の湖沼水、ダム水等の溶存酸素量を
効果的に増大し、浄化することができる。

【００１９】図５は、縦置き型エアレータの他の実施例
の概略断面図である。該図においては、多孔質管１は漸
拡管となっており、その拡張部に多孔質管１が取着され
ている。本例方式によれば、閉鎖自然水域水移送管の下
方部直径が上方部のそれよりも大となっているため、多
孔質管の拡張部における吸引力はより増強されたものと
なる。同図において、湖沼水等が上方の湖沼水等貯留槽
１１から落下して漸拡管８内に入って来ると、漸拡管８
の多孔質管１内壁面において負圧が大となり、気体導入
口からの気体が多孔質管１壁を通過して内部の閉鎖自然
水域水（湖沼水等）に微細気泡となって供給される。

【００２０】図６は、縦置き型エアレータの他の実施例
の概略断面図である。該図においては、閉鎖自然水域水
供給管４の内側に、多孔質管１を備えた筒状（あるいは
管状）の気体供給器９を内設してなるものである。本例
方式によれば、外気が、閉鎖自然水域水移送管４を貫通
して気体供給器９内に連結された導気管１０を経て、多
孔質管１の管壁外面から微細気泡となって湖沼水等中に
吸引、供給される。

【００２１】以上のように本発明においては多孔質管に
よる吸込方式を採用したので、セラミックス等多孔質管
より外部気体を吸込むことにより、閉鎖自然水域水移送
管内に数１００μｍから数１０μｍの径を有する微細な
気泡を生成させ得るとともに、その気泡量を制御するこ
とが可能となる。生成気泡の調整において、気泡量を増
大するには、閉鎖自然水域水移送管内の負圧力を増大す
ることにより、又は気体供給管内の気圧を高めることに
よっても行うことができ、また気泡直径を微小化するに
は、多孔質管の連通孔の孔径を縮小することにより、又
は閉鎖自然水域水移送管内の負圧力を弱くすることによ
って実現することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上実施例等で詳述したように、本発明
によれば下記のごとき優れた多くの作用効果が発揮され
る。 （１）．本発明に係るエアレータによれば、従来の噴き
出し方式のエアレータよりもかなり小さい圧力損失とな
り、閉鎖自然水域水の中への気泡発生効率が飛躍的に向
上する。 （２）．従来の噴出し方式ではセラミックス製等の不規
則多孔質管の細孔の径をミクロン程度に小さくしてもそ
こから発生する気泡の径は平均的に数ミリメートルほど
あったが、本発明に係る吸込式のエアレータによれば発
生する気泡の平均径を数１００μｍから数１０μｍに微
細化することができる。よって、湖沼水等と酸化ガス等
の気泡との接触面積を極端に増大することができ、その
結果湖沼水等中への溶解酸素量を飛躍的に増量すること
ができる。 （４）．多孔質管の閉鎖自然水域水移送管に送り込む気
体の圧力を制御することによって、湖沼水等の流量を変
化させない状態で、その気泡吸込量を調整させることが
でき、この気泡発生量を制御することによって、湖沼水
等の高度処理が達成できる。

【００２３】（５）．多孔質管からの気体の吸込に必要
な圧力エネルギーは、多孔質管の圧力損失水頭を上回れ
ばよく、きわめて小さい圧力エネルギーで足り、省エネ
ルギー運転が可能となる。 （６）．高速回転羽根や突起体への衝突によってエアレ
ーションを行う従来の方式では、微小生物などが破壊さ
れる問題があったが、本発明によればそうした問題は全
く発生しない。 （７）．多孔質管の内壁近くには外部気体が均一に吸込
まれることに伴い、その壁に垂直に管の中央に向かおう
とする気液の流れが形成され、この流れが多孔質管内壁
に付着しようとする汚染物質等を常に剥がす方向に作用
する。その結果、多孔質管内壁面が継続的に更新され、
多孔質管の目づまりが起こりにくくなる。 （８）．従来方式のごときコンプレッサーやブロアー等
の圧縮空気供給装置を必要としなく、単に水頭差のみを
確保すればよい。自然傾斜地形の高度差を利用すれば、
人為的揚水手段を全く不要となすことができる。 （９）．多孔質の閉鎖自然水域水供給管部はユニット化
が容易であり、例えば透明プラスチック製の気体供給用
筐体に多孔質の閉鎖自然水域水供給管を貫通して取り付
け、かつ筐体の貫通孔部と移送管との接触部を接着・封
止することによって、ユニット体を製作することができ
る。そして、内部の多孔質管が特にセラミック製である
場合には、外部の筐体をプラスチック、金属等の機械的
強度の高い材料で構成すれば補強部材としても機能させ
ることができるため、多孔質セラミック管の破損を阻止
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る吸込式エアレータを備えた閉鎖自
然水域浄化装置の全体構成説明図。

【図２】閉鎖自然水域浄化装置の縦置き型エアレータの
１実施例の概略断面図。

【図３】横置き型エアレータの１実施例の概略断面図。

【図４】エアレータを横置きしてサイフォン配置し、多
孔質管から気体を閉鎖自然水域水内に微細気泡として吸
引・供給する概念図。

【図５】縦置き型エアレータの他の実施例の概略断面
図。

【図６】縦置き型エアレータの他の実施例の概略断面
図、

【図７】多孔質管の細孔の孔径と発生微細気泡の径との
関連性を示すグラフ図。

【符号の説明】

１：セラミックス製の多孔質管、 ２：アクリル樹脂製の気体供給管、 ２’、４’：フランジ、３：気体導入口、 ４：閉鎖自然水域水移送管、 ５：締着具（ボルト、ナット）、６：パッキン， ７：漸縮管、８：漸拡管 ９：筒状の気体供給器、１０：導気管、 １１：上流の湖沼、ダム等、１２：下流の湖沼、ダム
等、 １３：支柱 ３０：吸込式エアレータ、 ３１：補助槽 ５０：湖沼水等 Ｐ：揚水ポンプ ＨＬ：動水勾配線、Ｈ：水頭差

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多孔質の閉鎖自然水域水移送管を大気内
   に露出して設けてなる吸込式エアレータを備えたことを
   特徴とする閉鎖自然水域浄化装置。
2. 【請求項２】 気体供給管の中側に多孔質の閉鎖自然水
   域水移送管を配設してなる吸込式エアレータを備えたこ
   とを特徴とする閉鎖自然水域浄化装置。
3. 【請求項３】 閉鎖自然水域水移送管の中側に多孔質の
   気体供給管を配設してなることを吸込式エアレータを備
   えたことを特徴とする閉鎖自然水域浄化装置。
4. 【請求項４】 多孔質管の連通孔が不規則連通孔である
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の
   閉鎖自然水域浄化装置。
5. 【請求項５】 多孔質の閉鎖自然水域水移送管又は／及
   び多孔質の気体供給管が、多孔質セラミック管であるこ
   とを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の閉
   鎖自然水域浄化装置。
6. 【請求項６】 多孔質の閉鎖自然水域水移送管又は／及
   び多孔質の気体供給管が多孔質金属管であることを特徴
   とする請求項１ないし４のいずれかに記載の閉鎖自然水
   域浄化装置。
7. 【請求項７】 多孔質の閉鎖自然水域水移送管又は／及
   び多孔質の気体供給管の連通孔の孔径が５００μｍ以下
   であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに
   記載の閉鎖自然水域浄化装置。
8. 【請求項８】 多孔質の気体供給管又は／及び多孔質の
   閉鎖自然水域水移送管が、縦置き型又は横置き型あるい
   は斜方置き型であることを特徴とする請求項１ないし７
   のいずれかに記載の閉鎖自然水域浄化装置。
9. 【請求項９】 多孔質の閉鎖自然水域水移送管又は／及
   び多孔質の気体供給管をサイフォン配置としたことを特
   徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の閉鎖自然
   水域浄化装置。
10. 【請求項１０】 多孔質の気体供給管又は／及び多孔質
    の閉鎖自然水域水移送管が、横置き型又は斜方置き型の
    漸縮管であることを特徴とする請求項１ないし９のいず
    れかに記載の閉鎖自然水域浄化装置。
11. 【請求項１１】 横置き型又は斜方置き型の漸縮管の最
    大負圧又は最小正圧発生部位に多孔質管を配設してなる
    ことを特徴とする請求項１０記載の閉鎖自然水域浄化装
    置。
12. 【請求項１２】 縦置き型の多孔質の閉鎖自然水域水移
    送管が、漸拡管であることを特徴とする請求項１又は
    ２、あるいは４ないし９のいずれかに記載の閉鎖自然水
    域浄化装置。
13. 【請求項１３】 縦置き型の漸拡管よりなる閉鎖自然水
    域水移送管の上部の最大負圧発生部位に、多孔質管を配
    設してなることを特徴とする請求項１又は２、あるいは
    ４ないし９のいずれかに記載の閉鎖自然水域浄化装置。
14. 【請求項１４】 多孔質の閉鎖自然水域水供給管に管体
    状又は筐体状の気体供給室を周設してなることを特徴と
    する請求項２、又は４ないし１３のいずれかに記載の閉
    鎖自然水域浄化装置。