JPS6339316B2 - - Google Patents

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、内湾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置に関する。

〔従来の技術〕

近年、湖沼や内湾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つ
ている。このため現状としては閉鎖水域流入水中
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れてい
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ある。

本発明はこのような現状に鑑みなされたもの
で、富栄養化のメカニズムの全容を解明し、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富栄養化のメカニ
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属し、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。停滞期においては、第２図に示すように表
層ａ、水温躍層ｂ及び低層ｃに分かれ、湖水の状
態は垂直的に変化する。

すなわち表層ａ部では太陽光を利用した光合成
により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ａで死滅したプランクトンが落ちてきて
酸化分解されるのでDOは消費され、しばしば無
酸素状態になる。この酸欠状態が起きると、H₂S
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
栄養塩類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。

したがつて、この富栄養化の悪循環を断ち切る
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
素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り異なるが、その目的、機
能から次の２方法が考えられる。

循環曝気法、これは成層を破壊することにな
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
で困つている水源池の水質改善にも有効であ
る。

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り、夏期
の表層水の水温低下防止、濁水の流出防止にも
有効である。

本発明は、これらのうち循環曝気法により閉鎖
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
外管１と、内管２と、放射状スカート３と、空気
上昇用スカート４と、導通管５と、送水装置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、その上端が閉塞され、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、下端
側を湖底１０１側に係留する等して水中に垂設さ
れる。この外管１はその中に注入された表層水等
が低層ｃ側に送水される時の通路となるものであ
る。

内管２は二重管構造のうち前記外管１内に挿入
される管であり、挿入された時外管１との間に表
層水通路用空間が形成される。又、上端が表層ａ
側に開口されており、低層水が表層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
けれたものである。又、この放射状スカート３は
傘型に拡張された部分の間に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内送装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。

空気上昇用スカート４は、その上端４ａが管状
となつていて内管２下部に内装され、更に放射状
スカート３下方に傘型に拡張して設けられてお
り、全体として、じよ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連通
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を通つて該スカート４下方に流出し
た表層水から溶解しきれなくなつた気泡を集め
て、内管２内に送り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つて低層水吸
い込み水路４ｂから内管２内に低層水を吸い込
み、これを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り、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。

送水装置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、その混合水を低層ｃ側に送り低層水と熱交換
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つた気泡を集めて
上昇させ、その時生ずるエアリフトポンプの作用
により低層水を表層ａ側に汲み上げて表層水と混
合曝気及び熱交換させ、閉鎖水域全体の循環曝気
を行なう。

即ち、湖沼等の表層ａにおいては、風等の影響
により湖沼水面１００で自然曝気が起こつてお
り、更に藻類等による光合成の影響もあるため、
表層水は溶存酸素が飽和値近くまで達している。
然も太陽熱によつて湖沼水面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
置６により汲み上げ（矢印イ）、その中に空気を
吸引して（矢印ロ）、混和すると共に、この混合
水を外管１内へと送り込む。この時、水圧の上昇
によつて一部の空気は溶解し、混合水中の溶存酸
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ニに示されるよう
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を通つ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
酸素豊富な混合水は低層水と混合して該低層水を
曝気し、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
中に溶解しきれず気泡状となつていた空気は水流
から分離される。そして矢印ヘに示すように空気
上昇用スカート４中心方向に集まり、その上端４
ａから矢印トのように内管２内を上昇する。この
時、内管２内はエアリフトポンプが形成され、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まれ、更に矢印リに
示すように内管２内を上昇して矢印ヌのように水
面１００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
表層水を溶存酸素が少なく温度の低い低層水に送
り込み、同時に低層水を水面１００に汲み上げる
ことによつ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り、本発
明は、外管１０と、内管２０と、放射状スカート
３０と、空気上昇用スカート４０と、導通管５０
と、送水装置６０とから構成されている。

外管１０は、後述する内管２０上部外周に装着
されたフロート１１によりその上端が閉塞され、
又、このフロート１１によつて上部が水面１００
側に浮び上がらせられると共に、後述する放射状
スカート３０及び空気上昇用スカート４０を介し
て該空気上昇用スカート４０の縁部に連結された
チエーン１２により湖底１０１のアンカー１３に
その下部が係留され、このような構成で水中に垂
設される。尚、このような垂設の仕方は一例にす
ぎず、他の方法で垂設しても良いことは言うまで
もない。

内管２０は、上記外管１０内に挿入され、その
上下端を外管１０上下端より突出せしめている。
そして外管１０上端より突出した内管２０上部の
周りには前記フロート１１が嵌着され、その上端
は水面１００上の空気中で開口されている。

放射状スカート３０は、外管１０及び内管２０
の下端を傘型に拡張した断面テーパ状の二つの円
錐台３１，３２からなり、その外周縁部を閉塞し
て構成されている。又、上記二つの円錐台３１，
３２の間に形成された空間を表層水放射水路３３
として有している。

空気上昇用スカート４０は、傘型に拡張された
断面テーパ状の円錐台４１からなり、上記放射状
スカート３０下方に設けられており、その上端が
しぼんでじようご先端のような短管４２を形成し
て内管２０内に内装されている。この空気上昇用
スカート４０は上記放射状スカート３０との間に
内管２０内に向けこれと連通する低層水吸い込み
水路４３を形成せしめている。

導通管５０は、放射状スカート３０と空気上昇
用スカート４０との間に複数立設されている。こ
の導通管５０は表層水放射水路３３内を流れる表
層水を空気上昇用スカート４０下方に流出せし
め、低層水に混合曝気せしめるためのものである
から、両スカート３０，４０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６０は、吸入管６１とポンプ６２とエ
ジエクタ６３と送水管６４で構成され、ポンプ６
２で吸入管６１を通し矢印イのように汲み上げら
れた表層水にエジエクタ６３で矢印ロのように空
気を吸引し混和すると共に、この混合水を送水管
６４で外管１０内へと送り込み、表層水放射水路
３３内へと送水するものである。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。
従つて送水管６４及び外管１０内の下降流速は
0.3ｍ／Ｓ以上に保つようにした。又、吸水管６
１、ポンプ６２、エジエクタ６３の代わりに、送
水管６４路中にブロワやコンプレツサにより（圧
縮）空気を吹き込むようにしても良い。

以上のような装置によれば、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、溶解しき
れなかつた空気は気泡となつて空気上昇用スカー
ト４０から内管２０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層ａ
部に汲み上げることができる。従つて人為的に成
層を破壊でき湖沼等の水全体を循環状態に保ち、
低層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
装置により送り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り低層水との熱交換を
図りながら拡散して、これと混合曝気させ低層部
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させる
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
う優れた効果を有している。又、熱交換により表
層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図は本発明の構成を示す説明図、第２図は
停滞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、１，１０は外管、２，２０は内管、３，
３０は放射状スカート、４，４０は空気上昇用ス
カート、５，５０は導通管、６，６０は送水装
置、３ａ，３３は表層水放射水路、４ｂ，４３は
低層水吸い込み水路、１００は水面、１０１は湖
底を各示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 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。