JPS6157297A - 閉鎖水域の浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、富栄養化が進行している湖沼、貯水池、内
力等の閉鎖水域に効率良く空気を供給し浄化する閉鎖水
域の浄化装量に関する。

〔従来の技術〕

近年、湖沼や内溝などの閉鎖性水域においては周辺流域
からの窒素、リン等の栄養塩類の流入・蓄積に起因する
富栄養化が進行し社会問題となっている。このため現状
としてに閉鎖水域流入水中の有機物、窒素、リンを規制
するという方法が富栄養化防止対策の有効な手段として
実施さ几ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、富栄養化のメカニズムの全容が未だ解明されて
いないこと、効率の良い浄化方法が確立されていないこ
と等から、湖沼等の閉鎖水域を積極的に浄化、再生しよ
うという試みはほとんどなされていないのが現状でらる
〇 本発明はこのような現状に鑑みなされたもので、官栄□
□□化のメカニズムの全容を屏明し、そこから閉鎖水域
を浄化、再生する装置を創案したものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者等はまず前提となる官栄Ｃ化のメカニズムが次
のようにして進行すると考えた。

わが国の湖沼等は温帯湖にハし、年間を通じて秋と春の
２回の循環期、冬と夏の２回の停滞期がある。停滞期に
おいてに、第２図に示すように表層（＆）、水温ｗ層（
ｂ）及び低層（ｅ）に分かれ、湖水の状態は垂直的に変
化するＯ すなわち表層（＆）部では太陽光を利用した光合成によ
シ植物性プランクトンが増殖し、溶存酸素（Ｄｏ）は過
飽和の状態になる。一方、低層（Ｃ）部では表層（＆）
で死滅したプランクトンが落ちてきて酸化分屏されるの
でＤＯは消費され、しばしば無欲素状態になる。この酸
欠状態が起きると、Ｈ，Ｓが発生しはじめ同時に鉄、マ
ンガン、窒素、リンが溶出する。

そして次の循環期になると溶出した栄巷塩顛等が閉鎖水
域全体に拡散することになり、富栄養化の進行を促進す
ることになる。

し九がって、この富栄養化の悪ｗＩ環を断ち切るために
は、湖底（１００）に酸素を供給し、栄養塩類等の溶出
を防止することが必要である。

湖沼等に酸云を供給する方法に関しては湖沼等の水深、
富栄養化の進行状況等によシ異なるが、その目的、機能
から次の２方法が考えられる。

■循環曝気法、とｆ′Ｌは成ＩｆＪｔ−破康することに
なるので比較的水深が浅く溶存酸素が極端に不足してい
るような湖沼等に適する。また異臭味水で困っている水
源池の水質改善にも有効である。　　　　　　　　　　
　１■深層曝気法、これは成層を破壊することなく深層
水に十分な酸素を与える方法であ少、夏期の表層水の水
温低下防止、濁水の流出防止にも有効でちる。

本発明は、これらのうち循環−気性により閉鎖水域を浄
化、再生する装置を考案したものである。

第１図は本発明の構成を示すもので、本発明は外ｇ（１
）と、内管（２）と、放湯状スカート（３）と、空気上
昇用スカート（４）と、導通管（５）と、送水装量（６
）とを有している。尚、（１００）は水面、（１０１）
は湖底を示している。

外管（１）は二重管のうち外側の管で構成されたもので
、その上端が閉塞さｎ、この上端側に浮体等を装備して
水面（１００）側に浮かせると共に、下娼側を湖底（１
０１）側に係留する等して水中に岳設される。この外管
（１）にその中に注入さｆＬ　ｆＣ表層水等が低！（Ｃ
）側に送水さ九る時の通路となるものである＠ 内ｇ（２）は二重管溝造のうち前記外管（１）内に挿入
される管であシ、挿入さルた時外管（１）との間に表層
水通路用空間が形成さ九る◇又、上端が表ｆｆＣ＆）側
に開口されておシ、低層水が表ｆｆ１（ａ）側に上昇す
る時の通路となるものである。

放射状スカート（３）は上記両管（１）　（２）の下端
を傘型に拡張すると共に、その外周縁部を閉塞して設け
ら几たものである。又、この放射状スカート（３）は型
温に拡張された部分の間く形成された空間を表層水放射
水路〔３ａ〕として有している◇該水路（３ａ）は外管
（１）内に送入された表層水をその下方で放射状に広げ
る水路となると共に、表層水を外部の低層水（後述の低
層水吸い込み水路（４ｂ）に流れる低層水を含む）と熱
交換させる熱伝導部となるものであるＯ 空気上昇用スカート（４）は、その上端（４ａ）が管状
となっていて内管（２）下部に内政され、更に放射状ス
カート（３）下方に重態に拡張して設けられておシ、全
体として、じょうご状の形をなすものである。この空気
上昇用スカート（４）は、上記放射状スカート（３）と
の間に内管（２）下部に向けてこれと遅過する低層水吸
い込み水路（４ｂ）を形成しており、後述の導通管（５
）を通って該スカート（４）下方に流出した表層水から
ｉ解しきれなくなつ九気泡を集めて、内管（２）内に送
シ込む働きをすると共に、該気泡の上昇の際エアリフト
ポンプによって低層水吸り込み水路（４ｂ）から内管（
２）内に低層水を吸い込み、これｔ上昇せしめる働きを
するものである。又、この空気上昇用スカート（４）は
その下方に流出した表層水と上記低層水吸い込み水路（
４ｂ）に流れる低層水を熱交換せしめることができる。

導通管（５）は、上記放射状スカート（３）と空気上昇
用スカート（４）との間に複数立設されておシ、前記表
層水放射水路（３ａ）に流れる表層水を空気上昇用スカ
ート（４）の下方に流出せしめる通路となるものである
。

送水艮【（６）は、表層水と空気を混和すると共に、そ
の混合水を前記外管（１）内に送水し、前記放射状スカ
ート（３）内の表層水放射水路（３ａ）へ送り込むもの
である。

〔作　用〕

溶存酸素豊富で高温な表層水を空気と混和させ、その混
合水を低ＨＡ　（（り側に送９低層水と熱交換させなが
ら流出せしめてこれと混合曝気させ、更に上記混合水に
溶解しきれなかった気泡を集めて上昇させ、その時生ず
るエアリフトポンプの作用により低層水を表ｍ　Ｃ＆）
側に汲み上げて表層水と晶ｅ＠気及び熱交換させ、閉鎖
水域全体の循環の気を行なり。

即ち、湖沼等の表層（ａ）においては、風等の影響によ
シ湖沼水ａｒｊ（１００）で自然曝気が起こっており、
更に冴類等による光合成の影響もあるため、表層水は溶
存酸氷が飽和値近くまで達している。然も太陽熱により
工湖沼水面（１００）温度は気温近くまで上昇している
。

この温度の高い溶存酸素豊富な表層水を送水装量（６）
によシ汲み上げ（矢印イ）、その中に空気を吸引して（
矢印口）、混和すると共に、この混合水を外管（１）内
へと送シ込む。この時、水圧の上昇によりτ一部の空気
は溶解し、混合水中の溶存は素濃度は更に高くなる＠そ
して外管（１）内を矢印ハのように下降した混合水は矢
印二に示されるように放射状スカート（３）内の表層水
放射水路（３ａ）内に流れ、該放射状スカート（３）面
を介して外部低温の低層水（前述のように低層水吸い込
み水路（４ｂ）中を流れる低層水を含む）と熱交換する
。そして複数の導通管（５）を通って矢印ホに示すよう
に空気上昇用スカート（４）の下方に流出する。この時
、溶存醒協会富な混合水は低層水と混合して該低層水を
ａＢ気し、その水温も上昇せしめる、一方、表層水放射
水路（３ａ）から更に空気上昇用スカート（４）下方に
流出した混合水は流速が低下するため、混合水中に溶解
しきｎず気泡状となっていた空気は水流から分離さ九る
。そして矢印へに示すように空気上昇用スカート（４）
中心方向に集マフ、その上端（４ａ）から矢印トのよう
に内管（２）内°を上昇する◎この時、内管（２）内は
エアリ７トボンブが形成され、これに連通する低層水吸
い込み水路（４ｂ）から矢印チに示すように低層水が吸
い込ｔｎ。

更に矢印すに示すように内管（２）内を上昇して矢印ヌ
のように水面（Ｚｏｏ）へと汲み上げられる＠尚、低層
水吸い込み水路（４ｂ）を流れる低層水は、放射状スカ
ート（３）及び空気上昇用スカート（４）を介して表層
水放射水路（３ａ）を流れる混合水及び空気上昇用スカ
ート（４）の下方に流出した混合水と熱交換し、昇温せ
しめられる。

以上のように溶存酸素豊富で温度の高い表層水ｔ−溶存
酸素が少なく温度の低い低層水に送フ込み、同時に低層
水を水面（１００）に汲み上げることによって閉鎖水域
全体を循環させることになる。

（実施例〕 以下本発明の具体的実施例を図面に基づいて説明する。

第３図は本発明の一実施例を示しておフ、本発明は、外
？？αＯと、内管四と、放射状スカート（１）と、空気
上昇用スカート０りと、導通管（７）と、送水装置−と
から溝底されている。

外管αＯは、後述する内管（７）上部外周に装着された
７０−トａηによりその上端が閉塞さｎ１又、このフロ
ートα乃によって上部・が水面（Ｚｏｏ）側に浮かび上
がらせられると共に、後述する放射状スカート（至）及
び空覚上外用スカートθ０を介して該空気上昇用スカー
ト＆０の縁部に述結さ九たチェーン（６）によシ湖底Ｃ
ｌ０Ｉ）のアンカー（２）にその下部が係留さｎ、この
ような構成で水中に岳設される。尚、このような垂設の
仕方は一例にすぎず、他の方法で岳設しても良いことは
言うまでもない。

内管１７［１ば、上記外管ａＱ内に挿入され、その上下
端を外管頭上下端よ）突出せしめている〇そして外管叫
上端より突出した内管（７）上部の周りには前記フロー
トα乃が嵌着さル、その上端に水面（１００）上の空気
中で開口されている。

放射状スカート（１）は、外管αＱ及び内管−の下端を
型温に拡張した断面テーバ状の二つの円錐台Ｇ１）０諦
からな力、その外周縁部を閉基して構成されている。又
、上記二つの円錐台０やθつの間に形成さまた空間を表
層水放射水路０浄として有している。

空気上昇用スカートθＱは、傘型に拡張された断面テー
パ状の円錐台６１）からな）、上記放射状スカート（至
）下方に設けらｎており、その上端がし埋んでじょうご
先端のような短管（９）を形成して内管（ホ）内に内装
されている。この空気上昇用スカー１は上記放射状スカ
ート（１）との間に内管（７）内に向けこれと連通する
低層水吸い込み水路θ場を形成せしめている。

導通管図は、放射状スカート（１）と空気上昇用スカー
ト（ｉｌとの間に複数立設されている。

この導通管図は表層水放射水路（至）内を流れる表層水
を空気上外用スカートθ１下方に流出せしめ、低層水に
晶合曝気せしめるためのものであるから、両スカート（
１）θ１の外周寄りに多数設けて低層（Ｃ）側に広く表
層水を拡散できるようにしている。

送水装置…は、吸入管６３力とポンプ簡とエジェクタ輪
と送水管（財）で構成され、ポンプＧ力で吸入管０１）
ｔ−通し矢印イのように汲み上げられ叱表層水にエジェ
クタ付で矢印口のように空気を吸引し混和すると共に、
この混合水を送水ｇ（財）で外管頭内へと送フ込み、表
層水放射水路（イ）内へと送水するものである０本発明
者等は気泡上昇速度を調べ、０．３ｍ／Ｓの測定値を得
た。従って送水管−及び外管αＧ内の下降流速ｉｌ（０
，３ｍ／Ｓ以上に保つようにした０又、吸水管βυ、ポ
ンプＦ）Ｓ、エジェクタ付の代わりに、送水管（財）路
中にプロワやコンプレッサによシ（圧縮）窒息を吹き込
むようにしても良いＯ 以上のような装置によルば、溶存酸素豊富な表層水を更
に空気と混和させて、低層（Ｃ）部に拡散させ低層水を
曝気することができる。

又、ｍｍしきれなかった空気は気泡となって空気上昇用
スカート（ｉｏから内管（７）内を上昇する。その上昇
に伴いエアリフトポンプの作用により低層水を表ｆｆｉ
　（ｊＬ）部に汲み上げることができる。従って人為的
に成Ｉ−を破壊でき湖沼ｑの水全体′ｔ−循猿状態に保
ち、低原水の曝気及び低層水と表層水の熱交換を行なう
ことが可能になる。

〔発明の効果〕

以上のような本発明の浄化装置によれば、送水装置によ
り送シ込まれてくる溶存酸素豊富な表層水を放射状スカ
ート等によシ低層水との熱交換を図シながら拡散して、
これと温合吟気させ低Ｍ部の酸素不足をなくすことがで
きると共に、空気上昇用スカートで気泡を集めて内管内
を上昇でせることにより低層水を表層側に上昇せしめ、
水面上で曝気せしめることができるため、全体として閉
鎖水域を循環曝気せしめることが可能になるという優ル
た効果を有している〇又、熱交換によル表乃側と低層側
の温度分布を自然の状態に保つことができるという効果
も併せて有している◎

【図面の簡単な説明】

第１図に本発明の構成を示す説明図、第２図は停ｔ；１
７期の閉鎖水域の状況を示す概略図、第３図は本発明の
一実施例を示す断面図である。 図中、（１）Ｃ１Ｏｔ；を外管、（２）（７）は内管、
（３）ωは放射状スカート、（４）θｔｉｔ″ｌ：空気
上昇用スカート、（５）（イ）は導通菅、（６）−は送
水装口、（３ａ）（イ）は表層水放射水路、（４ｂ）　
（４３）は低に１水吸い込み水路、（１００）は水面、
（１０１）に湖底を各示す０ 特許出劇人　日本鋼管株式会社 発明者　原　　　　淳

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 水中に垂設され上端が閉塞された外管と、 該外管内に挿入され上端が表層側に開口さ れた内管と、両管下端を傘型に拡張し且つ その外周縁部を閉塞して設けられその間に 形成された空間を表層水放射水路として有 する放射状スカートと、上端が管状となつ て内管に内装されると共に放射状スカート 下方に傘型に拡張して設けられ、放射状ス カートとの間に内管内に連通する低層水吸 い込み水路を形成する空気上昇用スカート と、前記放射状スカートと空気上昇用スカ ートとの間に立設され、前記表層水放射水 路に流れる表層水を空気上昇用スカートの 下方に流出せしめる複数の導通管と、表層 水と空気を混和し、その混合水を前記外管 内に送水する送水装置とを有することを特 徴とする閉鎖水域の浄化装置。