JPH0710396B2 - 貯水池等の深層曝気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、湖沼、ダムの水源貯水池、港湾等の水域にお
いて死水化しようとする深層部の水質の回復のため水域
面積を分割した各所の水底に分散設置して使用される深
層曝気装置の改良に関する。

（従来の技術） ダム貯水池等の水域の深層部においては、沈降堆積した
有機物の分解に溶存酸素が消費され、太陽熱エネルギー
により温度躍層ができる夏期にはこの深層水は表層水と
の対流混合が起こらないため溶存酸素量が不足し、鉄、
マンガンが溶出し、アンモニア、硫化水素が生成して死
水化する。この深層水は魚も生棲できず、上水、発電用
水、農業用水の水源としても不適となる。またこの深層
水は自然対流が起こる秋、冬にかけて水域全体に拡散
し、その繰返しにより水域の富栄養化が急速に進む。

その対策としては、水域の特性に応じて総合的に流域対
策、貯水池内対策の全層曝気循環法、深層曝気法、２層
分離曝気循環法をそれぞれの得失を勘案して選択すべき
であるが、そのうち深層曝気深法は、温度躍層を破壊せ
ず、深層を低温のまま溶存酸素を増加して冷水魚の養殖
を可能とし、鉄、マンガン、富栄養化原因の栄養塩類の
溶出が防止され、表層水温の低下がないため農業用水と
して問題がない等、エネルギー消費が少なく、装置費が
少ない割合に、多くの効用が得られるという点で評価さ
れている。

深層曝気法の従来技術の具体的代表例としては、米国特
許第4060574号、特開昭60-894号等がある。これらは、
水域の深層の装置により供給空気を微細化して深層水の
曝気を行ったのち気水分離を行い、曝気水は横向きに放
出して深層に循環させ、酸素の減った余剰空気は温度躍
層、表層をバイパスさせて直接水面上に放出を図る点で
共通している。

（発明が解決しようとする問題点） 前記の従来技術の深層曝気装置では、余剰空気の排出管
路には抵抗が付加する制御弁が設けられている。これ
は、装置の内筒内で供給された空気が微細気泡となって
吸引深層水と混合して上昇する過程で曝気が行われ、こ
の２相流が外筒上部の空気溜で気水分離され、曝気水は
外筒内を降下流したのち深層に放出され、空気溜の余剰
空気はこの排出管路を経て水面上に放出される過程にお
いて、この管路下端の空気溜内の余剰空気には水深に相
当する圧力が加わっており、大気圧の管路上端との間に
圧力差を存在せしめ、かつ空気溜でのガス収支バランス
を保たなければならないからである。

すなわち、この制御弁により余剰空気の排出速度を前記
圧力差のもとに適切に保持することによりはじめて空気
溜内の空気保有量ならびに水位が適正に保持され、その
浮力により水底に係留された装置は起立姿勢に保持さ
れ、空気溜で気水分離が満足に行われ、こうして装置を
正常に作動させることが可能となるが、この弁の調整設
定は、装置が広い水域の岸から遠くまた相当の相互距離
を隔てた各所に分散して設置されることから、固定的な
設定にならざるを得ず、遠隔地点からの供給空気量の個
別制御は困難があり、これに対して、環境条件は気象に
依存して水位変動等の変化があり、また不測の妨害因が
介入する等各曝気装置毎の変動があることから、良好な
運転状態に維持することが容易でない。

その結果、弁の付加抵抗が小さければ空気溜での気水分
離は満足に行われず排出余剰空気は一部の深層水を伴っ
て噴水のように貯水池水面上に噴出し、これに伴って騒
音が発生するし、水域上層の水質が深層水の混入により
悪化する。

反対に弁の抵抗を大きくすれば、空気溜の空気領域が大
きくなり、気水分離は完全に行われるものの、大き過ぎ
れば過大の浮力を生じ、装置が水面に浮上して来る危険
性がある。

本発明は、従来技術の深層曝気装置の上記問題点に対
し、正常状態からの逸脱を自動的に解消する排気管路の
排気弁およびその前後関係の改善、新設により、継続的
に無制御で正常運転を継続することのできる深層曝気装
置を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 前記目的達成のため、本発明においては、排気管路の水
面上の位置にある排気弁と水域の深層の位置にある曝気
装置の空気溜との間において、異常回避の連繋動作が合
理的にかつ自動的に遂行されるものとする。

具体的には、本発明の貯水池等の深層曝気装置は、構成
上、貯水池等の水域の深層水質の改善のため、水底に係
留され浮力により起立状態に保持される深層曝気部の空
気溜から水面位置の浮上排気部の排気弁に排気用ホース
を接続するとともに、浮上排気部の水溜から前記空気溜
の下限水位規制レベルに下端開口を有する管部にリター
ン用ホースを接続したことを特徴とする。

また本発明は、上記解決手段とともに、前記空気溜内に
前記排気用ホースの下端を接続する空気流入ノズルを設
けこれに複数の空気オリフイスを上下に開設した付加解
決手段を含むものとすることができる。

（作用） 本発明においては、水域深層に水底係留、浮力起立状態
に設置される深層曝気部とフロートにより水面にある浮
上排気部とは可撓性の排気用ホースおよびリターン用ホ
ースにより特定の接続の連結をされている。

深層曝気部で生ずる余剰空気の量は、曝気の継続により
深層水の酸素濃度が増すとともに酸素溶解能力が低下す
るのに伴って次第に多くなる傾向にあるが、深層曝気部
では空気溜内の保有空気量が増してその水位がリターン
用ホースの下端開口により規制されるレベルより下がる
と、その余分の余剰空気がリターン用ホース内を上昇し
て大気中に放出されるので、保有空気量がこれ以上に増
すことがなくなり、従って浮力が過大となって深層曝気
部が水底から離れて浮上するという異常状態の発生が防
止される。これは最終の安全施設として作用するもので
ある。

異常状態以外の正常状態では、リターン用ホースは、浮
上排気部に運び上げられることのある深層水を水域上層
に拡散させることなく、その水溜に集光したのちに、こ
れを流下させて深層曝気部に戻すよう作用する。

排気用ホースについては、上端の出口に設ける排気弁は
周辺排出型とし、下端の入口にはオリフイス付空気流入
ノズルを設けると、このノズルにより空気溜の側で排気
に対する流入抵抗が排気弁の流出抵抗と直列に生じ、こ
れは空気溜内での水面が安定に形成され、気水分離を円
滑に行わせるよう作用する。こうして弁構造と相伴って
噴水現象の異常は回避される。

さらに、この空気流入ノズルのオリフイス口を複数上下
に設けると、上位オリフイスが池底沈降物の葉、シート
等により塞がれることがあっても、下位オリフイスが余
剰空気入口としての機能を引継ぐし、正常稼働状態で下
位オリフイスが漬水状態にあれば下位オリフイスからノ
ズル内に流入した深層水が排出空気に同伴されるが、こ
れは前記排出弁により周囲に放出され噴水状態となら
ず、騒音は低減され、この深層水は水槽からリターン用
ホースを経由して前記のように深層曝気部に戻されるこ
とにより、上層水質を深層水の混入により悪化させるよ
うなことはない。さらに下位オリフイスは空気溜内の水
位の変動を少なくし、その空気保有量を適正範囲に維持
するよう作用する。

（実施例） 以下、本発明の貯水池等の深層曝気装置を第１〜４図を
参照し実施例に即して具体的に説明しその特質を明らか
にする。

第１図はこの実施例装置の全体の縦断側面図を示す。第
２図はその構成部分の深層曝気部の上部、第３図は同じ
く浮上排気部、第４図はその排気弁の拡大縦断側面図で
ある。

第１図に示す本発明の貯水池等の深層曝気装置は、大別
して貯水池等の水域（ｗ）の深部に設置される深層曝気
部（１）と水面（ａ）位置の浮上排気部（２）とからな
り、両部は連繋作用を維持するための排気用ホース
（３）およびリターン用ホース（４）で後述のように連
結される。

深層曝気部（１）は、深層水の曝気循環のため、外筒
（５）内にこれと同心に間隔を隔てて上下に開通した内
筒（６）を結合した二重筒構造とされ、内筒（６）の下
端で池底のアンカ（７）にチエーン（８）で係留し、外
筒（５）の頸部を閉鎖ドーム状の空気溜（９）に形成
し、気水分離を行うとともに空気溜（９）内に保有され
る空気の浮力および深層曝気部（１）の頂部に隔壁によ
り形成したフロートにより水域の深層に起立状態の姿勢
に保持される。

曝気のため、外筒（５）の底壁を下方に貫通した内筒
（６）の開放底部内には散気管ヘッダ（10）が設けら
れ、池外の空気供給源（図示せず）から送気ホース（1
1）を経て送給される気を微細気泡として内筒（６）内
に散気し開放底部から流入する深層水と混合させる。

この混合気液二相は、気泡の上昇により誘起されて内筒
（６）内を上昇流し、その間に空気中の酸素が深層水中
に溶解して消費され流入深層水はこの曝気作用により溶
存酸素濃度が増加する。

内筒（６）の開放上端から空気溜（９）に流入する気液
二相流は、バッフル（12）に衝当って流速を殺がれ、空
気溜（９）内で気液が分離する。分離した曝気深層水は
内外筒（５）（６）間の環状通路を支持案内板（13）間
を流下し、底壁上位の出口（14）から水平向きに深層内
に放出され、深層内に拡がる。

一方、空気溜（９）で分離された余剰空気は排気用ホー
ス（３）を経由して浮上排気部（２）に導かれ、この間
に圧力、流量の規制を受けて池上大気中に放出される。
この規制により空気溜（９）内ではそこに働く水深に相
当する水圧との釣合を保って曝気深層水の変動水位
（ｂ）まで空気が貯留されるようになり、気水分離が満
足に行われるようになる。

このため、図示の装置では、排気用ホース（３）の上端
は、第３および４図に示すように、フロート（15）を持
つ浮上排気部（２）にカバー付平底弁の形式の排気弁
（16）を設けて、それに接続し、排気用ホース（３）の
下端は、第２図に示すように、深層曝気部（１）に下向
きに空気溜（９）内に突出する複数の空気オリフイス
（17）（18）を上下に開設した空気流入ノズル（19）を
設けて、それに接続する。

それにより空気溜（９）内に導入される余剰空気は通常
は上部オリフイス（17）のみを通って排出され、下部オ
リフイス（18）からノズル（19）内に入った深層水がそ
れに同伴されて搬び上げられても前記形式の排気弁（1
6）により横向きに吹き出すので噴水状にはならない。
そして曝気の継続による酸素溶解効率の低下により余剰
空気量が増して水位（ｂ）が低下すれば、下部オリフイ
ス（18）も空気域で開通してそれを通じて余剰空気の排
出が促進され、排気用ホース（３）を通じての空気流量
の収支バランスを保つ。上部オリフイス（17）が深層水
中の異物により一時的に塞がれた場合にも下位オリフイ
ス（18）が余剰空気の排出の作用を受継ぐ。

さらに図示の装置では、リターン用ホース（４）の上端
は、浮上排気部（２）のフロート（15）の域内に排気弁
（16）のまわりに水槽（20）を形成してその下底に接続
し、リターン用ホース（４）の下端は、空気溜（９）内
に下位オリフイス（18）より下位の下限水位規制レベル
（bl）に開口する管部（21）を設けてそれに接続する。

通常作動状態では、前記のように搬び上げられて水槽
（20）に入った深層化はリターン用ホース（４）を流下
して深層曝気部（１）内に戻る。余剰空気がさらに増加
し、水位（ｂ）が水位規制レベル（bl）より下がると、
空気溜（９）内の余剰空気はリターン用ホース（４）内
を逆流上昇して大気中に放出され、水位（ｂ）がこれ以
下に低下することを防止するように働く。従って余剰空
気の過剰蓄積により深層曝気部（１）が池底を離れて浮
上移動するという異常は完全に阻止される。

（発明の効果） 以上のように、本発明の深層曝気装置によると次に列記
の諸効果が実現される。

（Ｉ） 深層曝気部（１）内で排出される気液二相流の
気水分離が効果的に行われるため、運転制御が各個曝気
装置への空気の供給量の個別制御を微細に行なわなくと
も済み、制御調整が簡単化される。

（II） 余剰空気の放出に伴う噴水現象は回避され、景
観上および騒音防止に有利である。

（III） 揚水された少量の深層水を上層に拡散させる
ことなく深層に返戻するので、水域の上下層の無用有害
な混合が起こらない。

（IV） リターン用ホース（４）はノズル（19）の空気
オリフイス（17）（18）の異物の詰りに対して安全施設
として機能する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の貯水池等の深層曝気装置の１実施例
の全体の縦断側面図、第２図はその深層曝気部の上部の
拡大縦断側面図、第３図はその浮上排気部の拡大縦断側
面図、第４図はその排気弁の拡大縦断側面図である。 （１）……深層曝気部、（２）……浮上排気部、（３）
……排気用ホース、（４）……リターン用ホース、
（５）……外筒、（６）……内筒（７）……アンカ、
（８）……チエーン、（９）……空気溜、（９′）……
フロート、（10）……散気管ヘッダ、（11）……送気ホ
ース、（12）……バッフル、（13）……支持案内板、
（14）……出口、（15）……フロート、（16）……排気
弁、（17）（18）……空気オリフイス、（19）……空気
流入ノズル、（20）……水槽、（21）……管部、（ｗ）
……水域、（ａ）……水面、（ｂ）……変動水位、（b
l）……下限水位規制レベル。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】貯水池等の水域の深層水質の改善のため、
   水底に係留され浮力により起立状態に保持される深層曝
   気部の空気溜から水面位置の浮上排気部の排気弁に排気
   用ホースを接続するとともに、浮上排気部の水溜から前
   記空気溜の下限水位規制レベルに下端開口を有する管部
   にリターン用ホースを接続したことを特徴とする貯水池
   等の深層曝気装置。
2. 【請求項２】前記空気溜内に複数の空気オリフイスを開
   設した空気流入ノズルを設けてこれに前記排気用ホース
   の下端を接続した特許請求の範囲第１項記載の貯水池等
   の深層曝気装置。