JPH06277691A - 貯水の浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 〔目的〕 貯水を効率よく浄化する。 〔構成〕 外筒３を貯水２中に縦方向に置く。外筒３内
に変流管８を固定する。変流管８内に変流装置１０を設
ける。この変流装置１０を、２枚の半楕円形翼盤１１と
仕切板１２とで構成する。変流装置１０の上方位置に、
突起１６を設ける。外筒３の上端部に、遠赤外線発生部
材１７を取付ける。空気配管１３から空気を放出する
と、空気スラグのエアリフト効果により水底４付近の貯
水２が変流管８内に引張られる。そして、変流装置１０
および突起１６による撹拌により、微細気泡を多量に含
んだ水となる。この水は、遠赤外線で減菌された後、貯
水２の水面側に放出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、貯水タンク、池あるい
は湖沼等に滞留する貯水を浄化する装置に係り、特に溶
存酸素濃度の大幅な向上を図ることができる貯水の浄化
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、貯水タンク、池あるいは湖沼等
に滞留する貯水は、滞留時間の長期化に伴い、自然界に
存在する微生物や土壌菌等の飛来、混入により腐敗し、
青粉の発生等の現象を引起こして社会問題となってい
る。このため、旧来より種々の方向により貯水の浄化が
行なわれている。

【０００３】ところで従来、貯水を浄化する方法として
は、水中に溶解している物質を、活性炭またはこれに類
する吸着剤等により吸着して水を浄化する方式、および
気泡を水中に放出して水中の溶存酸素量を増大させる方
式が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の貯水の浄化
方法のうち、吸着剤を用いる前者は、溶解物質に対する
吸着剤の平衡吸着量を超えた時点で吸着剤の交換を要す
るとともに、この時点での吸着物質の基質によっては、
吸着物質に依存する微生物の発生も招きかねず、経済性
および衛生面で問題がある。

【０００５】一方、気泡を放出する後者は、吸着剤の交
換等の必要もなく経済的であるが、放出される気泡の径
が大きく、その表面積が小さいため、貯水に対する酸素
移動効率が悪く、また気泡発生装置の閉塞や水中の好気
性微生物の発生等のおそれがある。

【０００６】本発明は、かかる現況に鑑みなされたもの
で、貯水中の溶存酸素濃度を大幅に増加させることがで
きるとともに、貯水の上下の水層を交換して貯水を効果
的に浄化することができ、しかも装置が閉塞するおそれ
がない貯水の浄化装置を提供することを目的とする。

【０００７】本発明の他の目的は、水中微生物の減菌、
除去を図ることができる貯水の浄化装置を提供するにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成する手段として、水中に垂直方向に配置された外筒
と；この外筒内に同心の二重管状に配置された変流管
と；この変流管内に組付けられた変流装置と；前記変流
管内にその下端部から空気を供給する空気配管と；を備
え、前記変流装置を、一対の半楕円形翼盤の弦側側縁部
を向き合わせて、変流管の軸心に対して対称的に交差さ
せ、その交差部より上流側の両翼盤の弦側側縁間を、変
流間の横断面をほぼ二等分する三角形の仕切板で閉塞し
て構成するようにしたことを特徴とする。

【０００９】そして、本発明においては、変流管内面の
変流装置出側位置に、旋回流を撹拌するための突起を設
けることが好ましく、また変流管の軸心位置に、変流装
置を貫通する流速調整棒を設けることが好ましい。ま
た、外筒の上端近傍位置に、多数の開口とを有する遠赤
外線発生部材を配置することがより好ましい。

【００１０】

【作用】本発明に係る貯水の浄化装置においては、空気
配管からの空気が、変流装置を有する変流管内にその下
端部から供給される。すると、供給される空気の気塊
（スラグ）の浮力に基づくエアリフト効果により、変流
管下部周辺の水底付近の貯水が、供給空気量に比して多
量に、空気スラグに同伴・上昇する。この空気スラグお
よび貯水は、変流装置内において発生する剪断応力の作
用により、流動状態の乱流と化して混合・撹拌・細分化
され、貯水の浄化に必要な充分な溶存酸素を含む空気・
水の微細気泡含有の混相流体の旋回流体となる。

【００１１】この微細気泡含有水の旋回流体は、変流管
の上端部から外筒内に放出されるが、外筒は変流管に比
べて大径であるので、微細気泡含有水自体の遠心力によ
り、ほぼ水平方向に放射状に拡がる。そして、その一部
は、外筒と変流管との間を通って下降し、残部は外筒内
を上昇する。下降した微細気泡含有水は、再び変流管内
にその下端から流入して循環流となる。一方、外筒内を
上昇した微細気泡含有水は、外筒の上端から概略放物線
状に分散しつつ上昇し、貯水水面付近で水面に沿って拡
散し、貯水の上下の水槽の交換を行なう。

【００１２】そして、本発明において、変流管内面の変
流装置出側位置に、旋回流を撹拌するための突起を設け
ることにより、変流装置内で形成された旋回液層と旋回
空気層とが衝突し、空気中の酸素の水中への移動効率が
向上する。

【００１３】また、変流管の軸心位置に、変流装置を貫
通する流速調整棒を設けることにより、変流装置の設置
される空間を狭くすることができ、これにより、より強
力な捻りを有する旋回流を得ることが可能となる。

【００１４】さらに、外筒の上端近傍位置に、多数の開
口を有する遠赤外線発生部材を配置することにより、微
細気泡の存在と相俟って、貯水を充分に減菌して浄化す
ることが可能となる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１は、本発明に係る貯水の浄化装置の一例を
示すもので、この浄化装置１は、貯水２中に垂直方向に
配置された外筒３を備えており、この外筒３の下端部に
は、水底４上に設置される重鍾５がチェーン６を介して
連結され、また外筒３の上端部には、浮子７がチェーン
６を介して連結されている。

【００１６】この外筒３内には、図１に示すように、外
筒３よりも小径の変流管８が同心の二重管状に配置され
ており、この変流管８の下端部は、支持部材９を介して
外筒３内に固定されている。そして、この変流管８内に
は、変流装置１０が設置されている。

【００１７】この変流装置１０は、図２に示すように、
一対の半楕円形翼盤１１の弦側側縁１１ａを向き合わせ
て、変流管８の軸心に対して対称的に交差させるととも
に、一対の半楕円形翼盤１１の弧側側縁１１ｂを変流管
８の内面に密着固定して構成されており、これら両半楕
円形翼盤１１の交差部上流側（流体流入側）の弦側側縁
１１ａ間には、変流管８の横断面をほぼ二等分する三角
形の仕切板１２が固設されている。

【００１８】前記変流管８の直下位置には、図１に示す
ように、空気配管１３が支持部材９に固設されており、
この空気配管１３には、図示しないエアポンプからの空
気を送給する送給管１４の先端が、蛇腹部材１５を介し
て接続されている。

【００１９】また、前記変流管８内面の変流装置１０出
側位置には、図１に示すように、所定長さの突起１６が
複数設置されており、これらの突起１６により、旋回流
が撹拌されて溶存酸素の増大が図られるようになってい
る。なお、これについては後に詳述する。

【００２０】前記外筒３の上端部には、図１に示すよう
に、多数の開口を有する遠赤外線発生部材１７が配設さ
れている。この遠赤外線発生部材１７は、格子状または
簾状あるいは網状等のセラミックス担体に、アモルファ
スのアルミ合金を担持させて構成されており、この遠赤
外線発生部材１７から発生する遠赤外線により、貯水２
が減菌されて浄化されるようになっている。

【００２１】次に、本実施例の作用について説明する。
空気配管１３から放出された空気は、空気と水との質量
差および粘性等の物性の差により、気塊（スラグ）状で
上昇する。このため、この空気スラグは、従来の散気法
のように空気を多数の小孔から大きな圧力損失をもって
水中に噴出することによって生成される粗泡気泡の個々
の浮力に比較して、大きなエアリフト効果をもって、大
量の体積の貯水２を水底４付近から同伴しつつ上昇する
ことになる。

【００２２】この上昇流は、変流装置１０の仕切板１２
により整流され、仕切板１２の上流側に渦流を形成する
ことなく、集中した上昇エネルギをもって２つの分流に
仕分けられ、さらに２枚の半楕円形翼盤１１によって形
成される２つのツルマキ状の変流路を、所定の流速をも
って旋回流過する。

【００２３】すなわち、空気スラグの主な作用は、エア
リフト効果に基づく多量の同伴水を得ることにあり、変
流装置１０における流体の諸々の挙動においては、同伴
水の上昇力の作用が主となり、細分化された空気スラグ
の作用は従となることは、空気・水の質量の差から見て
当然である。

【００２４】このようにして、空気スラグに同伴して上
昇する空気・水の混合流体が、変流装置１０において整
流・分断・旋回流化される等、流体が急激に進行方向を
変換した場合には、流体中に大きな剪断応力が発生し、
この剪断応力の作用により流体は乱流となるので、前記
混合流体は乱流と化して撹拌・混合・細分化されつつ旋
回流となる。

【００２５】この旋回流は、変流装置１０内の変流路を
通過するのであるが、変流路の開口最小断面積は、変流
管８の横断面積よりも狭搾されているので、この部分を
流過する混合流体の流速は、それ以前よりも増加し、流
速の増大に伴なってさらに激しい撹拌作用を受ける。そ
して、空気・水は第１次の混沌状態を呈しつつ変流路を
流過して変流管８内を旋回上昇する。この際、ほぼ変流
管８の断面積から変流路の２つの開口最小断面積の合計
面積を差引いた面積を断面積とする概略円柱筒状の底圧
部を軸心部に形成した状態で、その外周部を旋回上昇す
ることになる。

【００２６】ところで、旋回流を形成する混合流体の組
成成分は、ほとんど空気および水であり、大きな物性の
差を有しているので、旋回運動に基づく各慣性力の作用
により、比較的質量・粘性の大きな水は、変流管８の外
径側に移動して旋回液層を形成し、一方比較的質量・粘
性の小さな空気は、水の旋回液層から離脱して、変流管
８の内径側に移動し、前記液層の内側において境界を接
して旋回空気層を形成する。

【００２７】すなわち、図３に示すように、変流管８内
において、円筒状の底圧部Ａの周囲に旋回空気層Ｂが形
成され、その周囲に旋回液層Ｃが形成されることになる
が、旋回空気層Ｂの流速は旋回液層Ｃの流速よりも速い
ので、両層Ｂ、Ｃの境界では流体摩擦が生じ、無数の乱
流渦で覆われることになる。このため、前記境界におけ
る空気・水の各粒子間には大きな物質移動作用が生じ
る。また低圧部Ａの周囲を正圧の流体が旋回するので、
この両者間には大きな圧力勾配が生じ、したがって両者
の各飽和蒸気圧が低下し、物質移動作用の促進に寄与す
る。

【００２８】また、円筒状の低圧部Ａの成分物質は水で
あり、かつ周囲の境界を接する流体の旋回運動の作用に
より低圧部Ａ自身も旋回運動するので、低圧部Ａの旋回
流体は、その遠心力の作用により変流管８の外径側に移
動しようとする。一方、旋回液層Ｃから離脱した旋回空
気層Ｂは、変流管８の内径側に移動しようとするので、
ここで両者が衝突する。そしてこれにより、変流路にお
ける第１次の混沌状態の撹拌作用に次いで、空気・水の
第２次の混沌状態の撹拌・混合の現象が生じる。

【００２９】以上説明した剪断応力の作用による乱流
化、旋回空気層Ｂと旋回液層Ｃとの境界における流体摩
擦、狭搾された変流路における撹拌作用、旋回する低圧
部Ａの水と旋回空気層Ｂとの衝突等の厳しい撹拌作用に
より、変流管８内において最も外径側の旋回液層Ｃは、
多量の微細気泡を含有する微細気泡含有水の旋回層と化
すとともに、空気・水の各流体粒子の境膜抵抗が減じて
物質移動が励起される。このため、空気中の酸素は効率
よく水中に移動し、水質の向上を図ることができる。

【００３０】ところで、変流管８内面の変流装置１０出
側位置には、複数の突起１６が設けられている。このた
め、高速の前記旋回空気層Ｂおよび旋回液層Ｃがこれら
の突起１６に衝突し、前記両層Ｂ、Ｃが激しく撹拌され
る。このため、空気中の酸素の水中への移動効率をより
向上させることができる。

【００３１】このように、効率よく水質が向上した空気
・水の各旋回流は、やがて変流管８の上端から外筒３内
に放出されることになるが、外筒３の横断面積は変流管
８の横断面積に比べて極端に大きくなっているので、旋
回液層Ｃはその遠心力の作用により、変流管８の上端か
らほぼ水平方向に放射状に放出され、また大部分の空気
・水の各旋回流は、変流管８の上端から放出された段階
で旋回運動が衰減し、外筒３の全域に拡散されながら上
昇する。そして、遠赤外線発生部材１７に衝突する。

【００３２】この旋回流体の挙動の過程において、空気
配管１４から放出される空気により、水底４付近の貯水
２が変流管８内に同伴・吸引されることになるが、この
際、外筒３と変流管８との間に存在する貯水２も、変流
管８内に同伴・吸引されることになる。

【００３３】ところで、変流管８の上端から水平方向に
放出された旋回液層Ｃの微細気泡含有水は、その微細気
泡の粒子径が小さく、浮力も小さいので、水中を浮遊す
る状態を呈する。このため、前記吸引力により外筒３の
内面にそって下降し、再び変流管８内にその下端から流
入することになる。すなわち、微細気泡含有水は、変流
管８内を循環し、その微細気泡含有量を次第に増加させ
ることになる。そして、微細気泡含有量が多くなって、
その浮力が前記吸引力を上廻った際に、外筒３の内面に
そって下降することなく、外筒３内を上昇して遠赤外線
発生部材１７に衝突することになる。

【００３４】空気、微細気泡含有水および微細気泡の混
相流体は、遠赤外線発生部材１７を通過した後、外筒３
の上端から放出されるが、この混相流体は、貯水２の水
面に向かって放物線状に分散しつつ上昇し、水面に沿っ
て拡散する。そしてこれにより、上下の水層が交換さ
れ、経時的に貯水２中の溶存酸素量が増加することにな
る。

【００３５】前記遠赤外線発生部材１７は、格子状、簾
状、網状またはこれらを組合わせた構造となっており、
前記混相流体に対して効果的な遠赤外線の照射距離が維
持される。このため、混相流体は、効率よくしかも均一
に遠赤外線の照射を受けて浄化される。

【００３６】遠赤外線照射の水中微生物に対する減菌作
用効果は、文献等で既に明らかにされており、また水中
に微細気泡が存在する場合、前記減菌作用はさらに向上
することも知られている。したがって、上下方向の循環
系を形成する貯水２が、微細気泡含有水の状態で遠赤外
線発生部材１７内を通過する場合、貯水２中に存在する
細菌等の水中微生物は、徐々に死滅に至る。このため、
貯水２は、充分な酸素の供給を受けて水質が向上した上
に、遠赤外線の照射により減菌され、極めて効果的に浄
化されることになる。

【００３７】因に、微細気泡の存在する風呂排水に対し
遠赤外線を照射して循環させた処、同一の風呂水を約３
週間に亘って腐敗臭なく連続使用し得ることが確認され
ており、このことから、遠赤外線の減菌効果は、貯水２
の浄化に対して極めて効果的であることが判る。

【００３８】図４および図５は、本発明の他の実施例を
示すもので、変流装置１０の軸心部に、両半楕円形翼盤
１１および仕切板１２を貫通する棒状あるいは少なくと
も一端閉塞の筒状をなす流速調整棒２１を設置するよう
にしたものである。

【００３９】しかして、流速調整棒２１を設置すること
により、変流装置１０の変流路の開口最小断面積を、流
速調整棒２１の半径相当分の面積だけ縮小することがで
き、その分、変流路を通過する流体の流速を速くするこ
とができる。そしてこれにより、通過流体の混合・撹拌
作用が増加し、空気中の酸素の水中への移動速度を増大
させ、より短時間に溶存酸素量を増加させることができ
る。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、空気配管
から放出される空気スラグの大きなエアリフト効果によ
り大量の貯水を循環させるとともに、変流装置での流体
摩擦、流体間の衝突、あるいは飽和蒸気圧の低下等によ
る物質移動速度の励起の作用による酸素移動効果を利用
して溶存酸素量の富化を図っているので、貯水中の溶存
酸素濃度を大幅に増加させることができるとともに、貯
水の上下の水層を交換して貯水を効果的に浄化すること
ができ、しかも装置が閉塞するおそれもない。

【００４１】そして、本発明において、変流管内面の変
流装置出側位置に、旋回流を撹拌するための突起を設け
ることにより、空気中の酸素の水中への移動効率をより
向上させることができる。

【００４２】また、変流管の軸心位置に、変流装置を貫
通する流速調整棒を設けることにより、変流装置が設置
される空間を狭くすることができ、これにより、より強
力な捻りを有する旋回流を得て溶存酸素の富化をより効
果的に行なうことができる。

【００４３】さらに、外筒の上端近傍位置に、多数の開
口を有する遠赤外線発生部材を配置することにより、微
細気泡の存在と相俟って、貯水を充分に減菌して浄化す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る貯水の浄化装置を示
す断面構成図である。

【図２】 変流装置の斜視図である。

【図３】 変流装置により変流管内に形成される旋回流
の状態を示す説明図である。

【図４】 本発明の他の実施例を示す図２相当図であ
る。

【図５】 図４の変流装置を変流管内に設置した状態を
下方から見た構成図である。

【符号の説明】

１…浄化装置、 ２…貯水、 ３…外筒、 ８…変流
管、 １０…変流装置、１１…半楕円形翼盤、 １２…
仕切板、 １３…空気配管、 １６…突起、１７…遠赤
外線発生部材、 ２１…流速調整棒。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水中に垂直方向に配置された外筒と；こ
   の外筒内に同心の二重管状に配置された変流管と；この
   変流管内に組付けられた変流装置と；前記変流管内にそ
   の下端部から空気を供給する空気配管と；を備え、前記
   変流装置は、一対の半楕円形翼盤の弦側側縁部を向き合
   わせて、変流管の軸心に対して対称的に交差させ、その
   交差部より上流側の両翼盤の弦側側縁間を、変流管の横
   断面をほぼ二等分する三角形の仕切板で閉塞して構成さ
   れていることを特徴とする貯水の浄化装置。
2. 【請求項２】 変流管内面の変流装置出側位置に、旋回
   流を撹拌するための突起を設けたことを特徴とする請求
   項１記載の貯水の浄化装置。
3. 【請求項３】 変流管の軸心位置に、変流装置を貫通す
   る流速調整棒を設けたことを特徴とする請求項１または
   ２記載の貯水の浄化装置。
4. 【請求項４】 外筒の上端近傍位置に、多数の開口を有
   する遠赤外線発生部材を配置したことを特徴とする請求
   項１、２または３記載の貯水の浄化装置。