JPH09314174A - 貯水池等用の深層曝気方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 湖沼やダム等の水源貯水池，港湾等の水域に
於ける深層部の水質を改善するための深層曝気方法と、
その方法に使用される深層曝気装置に関し、深層部に溶
け込ませるのに必要な酸素量を、装置を連続運転させな
がら所望の一定量に調整することを可能とし、供給され
るエアーが無駄に消費されるのを防止し、曝気効率を良
好にし、供給空気量を経済的なものとすることを課題と
する。 【解決手段】 貯水池Ｂ等の深層部Ｃにおける循環水量
を、前記深層部Ｃにおける必要溶解酸素量を確保しうる
数値に制御しつつ、前記深層部Ｃにエアーを供給するこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、湖沼やダム等の水
源貯水池，港湾等の水域に於ける深層部の水質を改善す
るための深層曝気方法と、その方法に使用される深層曝
気装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、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
はこの深層水と表層水との対流混合が生じないため、溶
存酸素量が不足し、鉄，マンガンが底質より溶出し、ア
ンモニア，硫化水素が生成して死水化する。この深層水
は魚類も生息できず、上水，発電用，農業用水の水源と
しても不適となる。

【０００３】一方、この深層水は自然対流が生ずる秋，
冬にかけて水域全体に拡散し、その繰り返しにより水域
の富栄養化が急速に進む。

【０００４】その対策としては、水域の特性に応じて全
層曝気循環法，深層曝気法，２層分離曝気循環法等が採
用されているが、そのうち深層曝気法は、温度躍層を破
壊せず、深層を低温状態に維持した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く、またエネルギー消費
が少ない等、多くの利点がある。

【０００５】このような深層曝気法として、従来では特
開昭60−894 号や実開昭63-29553号公報等に開示された
技術が存在する。

【０００６】即ち、これら従来の技術は、深層部に配置
される装置本体内にエアー供給手段であるコンプレッサ
ー等からエアーを供給し、深層水の曝気を行って気液混
合させることにより、深層部における溶存酸素濃度を高
めるものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなコ
ンプレッサー等でエアーを供給する場合、そのエアー供
給によって深層水中に溶解させることのできる酸素量
は、すでに溶解している酸素量、すなわち溶存酸素濃度
に依存し、溶存酸素濃度が低いと供給されるエアー中の
酸素は多量に溶解されるが、溶存酸素濃度が高いと、さ
ほど酸素は溶解されない。

【０００８】一方、このようなエアーの供給を行わない
場合、深層部における溶存酸素濃度は自然に低下する。
また、その低下の程度は上述のように深層水中の有機物
や太陽熱エネルギー等の外的要因によって左右され、ま
た季節や年によっても異なる。

【０００９】従って、これらの要因を考慮した上で、深
層部に溶解させるに必要な酸素量を調整するのは容易で
はなく、特に上記のような従来の技術ではコンプレッサ
ーからのエアーの供給量が一定であるため、その調整が
非常に困難であった。

【００１０】この結果、エアーを供給し続けると、飽和
酸素濃度を超えて供給されるエアーが無駄に消費される
こととなり、循環に要するエアー供給量や循環水量が必
要以上に増大することともなっていた。

【００１１】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、深層部に溶け込ませるのに必要な
酸素量を、装置を連続運転させながら所望の一定量に調
整することを可能とし、供給されるエアーが無駄に消費
されるのを防止し、曝気効率を良好にし、供給空気量を
経済的なものとすることを課題とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解決するために、貯水池等用の深層曝気方法とその
装置としてなされたもので、深層曝気方法としての特徴
は、貯水池Ｂ等の深層部Ｃにおける循環水量を、前記深
層部Ｃにおける必要溶解酸素量を確保しうる数値に制御
しつつ、前記深層部Ｃにエアーを供給することにある。

【００１３】また、深層曝気装置としての特徴は、貯水
池Ｂ等の深層部Ｃに配置される装置本体１と、該装置本
体１内にエアーを供給するためのエアー供給手段と、該
装置本体１の内部の流速、及び該装置本体１の内部又は
その近傍の溶存酸素濃度を測定するための手段と、測定
された流速から算出される循環水量と溶存酸素濃度との
値に応じて前記エアー供給手段からのエアーの供給量を
制御する制御手段とからなることにある。

【００１４】装置本体１は、たとえば前記エアー供給手
段からのエアーが供給される内筒３と、該内筒３との間
で前記エアーの供給によって生ずる曝気深層水の通路５
を形成する外筒２とで構成される。

【００１５】流速は、たとえば内筒３と外筒２間の通路
５で測定される。

【００１６】また、溶存酸素濃度は、たとえば装置本体
１の出口部27において測定される。

【００１７】さらに、内筒３の長さの異なる複数の装置
本体1a,1b …を具備させ、該装置本体１，…にエアー供
給手段からのエアーの供給量を調整するコントロール弁
35a,35b,…を複数設けることも可能である。

【００１８】深層部に溶け込ませるに必要な総酸素量
は、循環水量によって算出され、従って、上述のように
深層部における循環水量を、必要溶解酸素量を確保しう
る数値に制御しつつ、深層部にエアーを供給すれば、深
層部に溶け込ませるのに必要な酸素量を調整することが
できるのである。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる深層曝気装
置の一実施形態について図面に従って説明する。

【００２０】図１及び図２に於いて、１は下端に鍔部2a
を有する下面開口状の外筒２と、外筒２に上端部側が挿
入された内筒３とからなる装置本体を示し、該内筒３の
外周面と前記外筒２の内周面間には複数の取付板４が架
設されて、この両者間には通路５が形成されると共に、
内筒３は外筒２に同芯状に配される。

【００２１】６は複数本の取付杆７を介して内筒３の上
部開口部3aに対向配置した円板状のバッフルを示す。８
は外筒２の鍔部2aと上下に所定間隔を有して内筒３の外
周面に固着された環状体である。

【００２２】９は内筒３の下端部に複数本のチェーン10
を介して接続した錘を示す。11は内筒３内にエアを微細
気泡として供給すべく、その下端部に内装された散気管
で、該散気管11には、図２に示すように、送気ホース12
を介してコンプレッサー19が接続されている。

【００２３】21は、前記外筒２と内筒３間の通路５にお
ける流体（水）の流速を測定するための流速計で、該外
筒２の外側に設けられているとともに、その先端側には
センサー25が前記外筒２と内筒３間に臨出するように取
付けられている。

【００２４】26は、前記外筒２の鍔部2aと環状体８間に
形成される流体の出口部27における溶存酸素濃度を測定
するための溶存酸素測定計で、該出口部27の上部に設け
られてなるとともに、その先端側にはセンサー28が前記
鍔部2aと環状体８間の出口部27内に臨出するように取付
けられている。

【００２５】29は、前記流速計21と溶存酸素濃度計26と
でそれぞれ測定される流速と溶存酸素濃度とを演算する
ための演算器で、接続線31,32 を介して前記流速計21と
溶存酸素濃度計26とにそれぞれ接続されている。

【００２６】33は、前記演算器29で演算された流速と溶
存酸素濃度との値に応じて前記コンプレッサーの回転数
を制御するための回転数制御器を示す。

【００２７】13は隔壁14により外筒２の半球面状の天面
2bの内側に設けられた環状空間で、該環状空間13には発
泡ウレタン15が充填されてなる。

【００２８】16は外側面にフロート17が取着されて貯水
池等の水面Ａを浮遊可能な浮上排気体で、側面には排気
孔（図示せず）を備えている。

【００２９】18は外筒２の天面2bの中央部に下端部が挿
着された排気管で、その下部外周面にはオリフィス（図
示せず）が設けられており、排気弁20が接続された上端
部は浮上排気体16の底面に挿着されてなる。

【００３０】22は、下端部が天面2bに挿着されたリター
ン管で、その上端部は浮上排気体16の底面に挿着されて
いる。23はリターン管22の下端部に対向設置された受皿
を示す。

【００３１】24は錘９と浮上排気体16間に接続されたロ
ープを示す。

【００３２】かかる深層曝気装置は貯水池Ｂ等の深層部
Ｃに装置本体１が配置されるように、その錘９を貯水池
Ｂの池底Ｄに設置するのであるが、装置本体１の外筒２
に設けた環状空間13及びこれに充填した発泡ウレタン15
がフロート機能を発揮するため、装置本体１は自立状態
の姿勢が保持されることとなり、該装置本体１の外筒２
及び内筒３内には深層水が流入する。

【００３３】次に、上記のような深層曝気装置を使用し
て貯水池Ｂ等の深層部Ｃの水質を改善する場合について
説明する。先ず、コンプレッサー19を作動すると、送気
ホース12を介して散気管11からエアが微細気泡として内
筒２内に散気され、該内筒３内の深層水と混合されるこ
とになる。そして、かかる混合気液二相は気泡と共に内
筒３内を上昇することになるが、その間にエアー中の酸
素が深層水中に溶解してその溶存酸素濃度が増加するの
である。

【００３４】その後、内筒３から流出した混合気液二相
はバッフル６により流速が低減されて、外筒２内に流出
して気液が分離されることとなる。そして、分離された
曝気深層水は装置本体１の通路５を下降し、内筒３の環
状体８により側方に放出されて深層部Ｃに拡散される。

【００３５】この場合において、通路５における水の流
速は、その通路５に臨出している流速計21のセンサー25
によって検知され、流速計21によって測定される。

【００３６】一方、上記のようにコンプレッサー19によ
るエアの供給により、装置本体１内の深層水の溶存酸素
濃度が増加し、深層部Ｃに放出される水の溶存酸素濃度
は、前記出口部27に臨出している溶存酸素濃度計26のセ
ンサー28によって検知され、溶存酸素濃度計26によって
測定される。

【００３７】このように、流速計21で測定した水の流速
と、溶存酸素濃度計26で測定した溶存酸素濃度とを演算
器29で演算し、その演算値に応じてコンプレッサー19か
らのエアーの供給量が回転数制御器33によって制御され
る。

【００３８】これをより詳細に説明すれば、深層部Ｃに
溶け込ませるべき必要な酸素量は、その深層部Ｃにおけ
る循環水量に依存するが、その循環水量は上記のように
装置本体１の外筒２と内筒３との間の通路５における流
速やその部分の断面積等によって求められる。

【００３９】従って、その通路５における流速が測定さ
れると演算器29で循環水量が算出される。

【００４０】この循環水量が大きく、また溶存酸素濃度
が高ければ、深層部Ｃに溶け込んでいる酸素量が多いこ
ととなるため、コンプレッサー19からのエアーの供給量
を減少させるべく、回転数制御器33によってそのエアー
供給量が制御されることとなる。

【００４１】一方、循環水量が小さく、溶存酸素濃度が
低ければ、深層部Ｃに溶け込んでいる酸素量が少ないこ
ととなり、コンプレッサー19からのエアーの供給量を増
加させるべく、回転数制御器33によってそのエアー供給
量が制御されることとなる。

【００４２】このように、流速計21と溶存酸素濃度計26
とによって、深層部Ｃに溶け込ませるべき酸素量を算出
するのに最も好都合な箇所、すなわち装置本体１の外筒
２と内筒３間の通路５における流速によって循環水量が
算出され、また外筒２の鍔部2aと環状体８間の出口部27
における溶存酸素濃度によって、深層部Ｃに溶け込ませ
るべき酸素量が自動的に算出され、その算出量に応じて
コンプレッサー19からのエアーの供給量が自動的に制御
されるため、装置を連続運転しながら、循環水量を一定
に維持すべくエアー供給量を調整できることとなる。

【００４３】従って、装置を停止することなく、深層部
Ｃにおける溶存酸素濃度を所望の値に維持でき、その深
層部Ｃにおける水質改善を図ることが可能となるのであ
る。

【００４４】たとえば装置運転開始直後は溶存酸素濃度
が低く、また循環水量も小さいため、多量のエアーを供
給する必要があるが、一定時間経過後には溶存酸素濃度
も高くなり、必要なエアーの供給量も少なくてすむこと
となる。

【００４５】尚、上記実施形態では、１台の深層曝気装
置に対してコンプレッサー19からのエアー供給量を制御
するようにしたが、これに限らず、図３に示すように気
液混合流体の通路となる内筒３の長さの異なる３種類の
装置本体1a,1b,1cを設け、それぞれの装置本体1a,1b,1c
に、上記図１の実施形態と同様に流速計21a,21b,21cや
溶存酸素濃度計26a,26b,26c をそれぞれ設けることも可
能である。

【００４６】この場合、コンプレッサー19は１台で足り
るが、各装置本体1a,1b,1cに必要なエアーを別々に供給
するために、コントロール弁35a,35b,35c を３個並設す
る必要がある。

【００４７】このように、複数の装置本体1a,1b,1cにコ
ンプレッサー19からのエアーを供給することにより、異
なる水深領域にエアーを供給することができ、従って深
層部Ｃの各水深領域における酸素量の調整をむらなく行
えるという利点がある。

【００４８】コンプレッサー19からのエアーは、抵抗の
より少ない浅い領域に供給され易いが、その場合でも、
演算器29で算出された各装置本体1a,1b,1cでの流速や溶
存酸素濃度に応じて各コントロール弁35a,35b,35c から
のエアーの供給量が調整されることとなるのである。

【００４９】この場合、コントロール弁を装置の台数に
応じて複数設ける代わりに、コンプレッサー19自体を複
数台設けることも可能であるが、メンテナンスの簡易化
等の観点からは、１台のコンプレッサー19で複数のコン
トロール弁を設ける方が好ましい。

【００５０】また、上記実施形態では、溶存酸素濃度計
26のセンサー28が、装置内部、より具体的には外筒２の
鍔部2aと環状体８間の出口部27内に臨出するように取付
けられていたが、これに限らず、たとえば図４に示すよ
うに装置の外部に別に溶存酸素濃度計26のセンサー28を
配置することも可能である。

【００５１】これによって、異なる箇所での溶存酸素濃
度を測定することができるため、深層部Ｃの水域全体の
水質改善の程度をモニターすることができるという効果
がある。

【００５２】さらに、エアー供給手段は、上記実施形態
のコンプレッサー19に限定されるものではない。

【００５３】また、排気管18には上記実施形態の如くオ
リフィスを設ける必要はなく、その下端面を開口してこ
れを流入口としてもよい。

【００５４】その他、装置本体１や浮上排気体16等の具
体的な構成も本発明の意図する範囲内に於いて任意に設
計変更自在である。

【００５５】

【発明の効果】叙上のように、本発明は、深層部におけ
る循環水量を、深層部に溶解させるに必要な酸素量を確
保しうる数値に制御しつつ、深層部にエアーを供給する
ものであるため、深層部に溶解させる必要な酸素量、す
なわち有機物での分解等により酸素が消費されて溶存酸
素濃度の著しい低下を招くことなく且つエアーが供給過
剰とならない程度の最適な酸素量を所望の一定量に調整
することができ、ひいては供給されるエアーの無駄な消
費を防止でき、曝気効率を高め、エアー供給量や循環水
量の節減を図れるという効果を得た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す一部断面正面図。

【図２】同概略側面図。

【図３】他実施例の概略側面図。

【図４】他実施例の概略側面図。

【符号の説明】

１…装置本体 ２…外筒 ３…内筒 ５…通路 19…コンプレッサー 21…流速計 26…溶存酸素濃度計 Ｂ…貯水池 Ｃ…深層部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 貯水池(B) 等の深層部(C) における循環
   水量を、前記深層部(C) における必要溶解酸素量を確保
   しうる数値に制御すべく、前記深層部(C) にエアーを供
   給することを特徴とする貯水池等の深層曝気方法。
2. 【請求項２】 貯水池(B) 等の深層部(C) に配置される
   装置本体(1) 内にエアーを供給して該深層部(C) におい
   て深層曝気を行う貯水池等用の深層曝気方法において、
   前記装置本体(1) の内部の流速、及び該装置本体(1) の
   内部又はその近傍の溶存酸素濃度を測定することによ
   り、測定された流速から算出される循環水量と溶存酸素
   濃度との値に応じてエアーの供給量を制御することを特
   徴とする貯水池等の深層曝気方法。
3. 【請求項３】 貯水池(B) 等の深層部(C) に配置される
   装置本体(1) と、該装置本体(1) 内にエアーを供給する
   ためのエアー供給手段と、該装置本体(1) の内部の流
   速、及び該装置本体(1) の内部又はその近傍の溶存酸素
   濃度を測定するための手段と、測定された流速から算出
   される循環水量と溶存酸素濃度との値に応じて前記エア
   ー供給手段からのエアーの供給量を制御する制御手段と
   からなることを特徴とする貯水池等の深層曝気装置。
4. 【請求項４】 前記装置本体(1) が、前記エアー供給手
   段からのエアーが供給される内筒(3) と、該内筒(3) と
   の間で前記エアーの供給によって生ずる曝気深層水の通
   路(5) を形成する外筒(2) とで構成されてなる請求項３
   記載の貯水池等の深層曝気装置。
5. 【請求項５】 前記内筒(3) と外筒(2) 間の通路(5) の
   流速が測定される請求項４記載の貯水池等の深層曝気装
   置。
6. 【請求項６】 前記装置本体(1) の出口部(27)における
   溶存酸素濃度が測定される請求項３乃至５のいずれかに
   記載の貯水池等の深層曝気装置。
7. 【請求項７】 内筒(3) の長さの異なる複数の装置本体
   (1a),(1b) …を具備し、該装置本体(1a),(1b),…に前記
   エアー供給手段からのエアーの供給量を調整するコント
   ロール弁(35a),(35b),…を複数設けた請求項３乃至６の
   いずれかに記載の貯水池等の深層曝気装置。