JPS638472Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 此の考案は水温躍層を境にして形成される深層
湖沼、港湾、貯水池の表層水及び深層水に、夫々
別個に前者には対流、撹拌、混合により日光遮断
による藻類、プランクトンの生産制御、後者には
ジエツト流による深層曝気を同一エネルギーに
て、富栄養化等による上下二層の汚濁した水質を
浄化するとともに、表層水の水温低下を防止する
ことを特徴とする二層分離式空気揚水装置に関す
る。

深層湖沼等の場合、夏季湖沼表層の水は日射に
より温められて比重が軽くなり、深層の水は熱が
伝わらないため低温のまま保たれ、此の温度差が
ある程度をこすと水温の高い水が表層に、低い水
が下層に重なつた状態になり、その中間に所謂水
温躍層が形成され、此の成層を境にして２つの水
塊は完全に上下に分離された安定した状態になり
上下の混合は行なわれなくなる。上述の如く深層
湖沼水が成層して垂直的に混合しなくなると、之
に伴い含有化学成分も同じく成層状態になる。例
えば表水層は光合成作用により藻類、プランクト
ンが繁殖し酸素は過飽和（100〜200％）となり、
PHは（８〜10）に上昇し、窒素、燐は激減する。
之に反し深水層では枯死した表層水の藻類、プラ
ンクトンが沈下して分解するため酸素は減少し
（70〜０％）PHは下降し（７〜６）窒素、燐は生
物体の分解底泥からの溶出によつて増加する。更
に底層水はしばしば無酸素状態になるので多量の
鉄、マンガン、アンモニア、硫化水素などが溶出
して水質を悪化させる。

以上のように水質悪化の主因は表層水中で藻
類、プランクトンが発生増殖し、それが沈下して
分解するため、深層水中の酸素を費消し無酸素状
態にすることに起因している。藻類、プランクト
ンの発生要因は第１に日光、第２に窒素や燐等の
栄養塩、第３に湖盆等底部の形、特にその深浅に
より左右されるが、以上のうち人力により制御可
能のものは第２の栄養塩のみであるため従来の水
質浄化特に富栄養化対策としては、もつぱら湖
沼、貯水池等への栄養塩の流入を減少する方法が
主であつた。之に対し本考案は日光遮断による藻
類及びプランクトンの生産制御及び湖沼、貯水池
等における酸素補給による窒素、燐等の溶出防止
を利用している。

すなわち深層水の水質改善は深層水に充分な酸
素を供給して好気性環境を保つて燐、窒素の溶出
を防止することであり、反対に無酸素状態にして
嫌気性環境におくと、前述の如く鉄、マンガンは
還元反応によつて２価のFe²⁺，Mn²⁺となつて溶
出し、アンモニア、硫化水素等も夫々有機物分
解、硫黄細菌や硫酸塩環元菌によつて作られ、更
に底泥中の燐も溶出して、これが上昇回帰して藻
類プランクトン等の発生原因となることである。
このため湖沼、貯水池等を貧栄養湖の状態に保ち
水質を保全するためには湖沼水の充分な循環、混
合により湖底迄酸素を充分供給すればよく例えば
特公昭42−5795号公報、実公昭55−12960公報に
開示されている如く空気揚水筒によつて水域全層
を強制循環すると、たとえ湖沼水中に窒素、燐等
の栄養塩があつても好気性環境のため溶出せず前
述の如く藻類プランクトンの増殖を抑えてこれに
よる水質悪化を防止することができるわけであ
る。

併しながら此等の方法は同時に湖沼水を全層に
わたつて循環混合するため水域の水温が均一化さ
れ、その結果表層水温が低温化し、表層より取水
をしている潅漑用ダムの放流水の温度低下はまぬ
かれず農業用水供給温度としては考慮を要する。
勿論表層水とはいつても水面より５ｍ位の水が混
合流出するのであるが、それでも流出水温の低下
はさけられず、更に全層循環状態を春季より夏季
に続けていると水塊全体の蒸発量を減少し受熱量
が増加し夏になつてから湖水全体を混合した場合
に比較し３℃程度高温になる傾向がある。

本考案は此等の欠点を除去するために表層水の
藻類、プランクトンの発生防止と底層水の深層曝
気を夫々別個に分離処理して湖沼水、貯水池等の
全体の水質を保全しつつ、ダム放流水の水温低下
を防止することを目的としている。

即ち表層水処理は空気揚水筒による対流、循
環、混合により表水層中の藻類及びプランクトン
を水の日光遮断作用により比較的光のとどかない
深部に運びここで数日間すごすことにより耐暗性
の弱い種類は死滅し、強い種類も増殖速度を著る
しく落すか又は増殖を停止させてその生産性を抑
制し深層水処理はコンプレツサー又はブロワー等
より圧力空気を酸素補給装置に供給しジエツト流
を利用した微細気泡化による深層曝気を行うもの
とする。

図面につき本考案実施の一例態様を説明するに
第７図中１は湖沼、港湾、貯水池等の水面、２は
その水底面、１６はコンプレツサー等の空気圧力
源、２５は設置用ロープ、２６は位置を明示する
浮標を示す。

本考案においては第１図の下部酸素補給装置に
おいて中空筒体３の上端を密閉上蓋４で密閉し、
下端に周辺に多数の孔５と中心部にジエツトノズ
ル７及その周囲に円錐形第２ノツズル８を備えた
底板６を設け、更に筒体３内に一端が密閉上蓋４
の中心部を貫通し他端が上蓋４近くに開口するＵ
字管９を内設し、底板６の上方筒体３の側壁に数
個の通水口１０を設け、更にジエツトノズル７に
外部より空気を送給する給気管１１及び給気量調
節弁１２を設ける。図中１３は中空筒体３の上端
部周囲を取巻く環状密室状の浮室、１４は重鍾、
１５はワイヤーを示す。次に上部空気揚水筒にお
いて１７は中空筒体、１８は周辺に多数の孔１９
及びその中心部に連結用ソケツト２０を有する多
孔底板、２１は多孔底板１８に近く筒体側壁に設
けた吸水口、２２は中空筒体１７の上端部周囲を
取巻く環状密室状の浮室、２３は下部酸素補給装
置との連結用可撓管、２４は連結金具、２５は設
置用ロープを示す。

上述の如く構成された本考案の作用を説明する
に、此の装置は第７図の如く湖沼、港湾、貯水池
等に夫々風向、湖流、潮流、潮盆形、湾形、底泥
及び富栄養化の状態等を考慮して、対流、撹拌、
混合、酸化作用等が最も効果的に作用する場所を
選んで適当間隔をおいて数個水中に投下すると、
中空筒体３及び１７は上部浮室１３及び２２の浮
力と最下部に連結した重鍾１４の重力により自動
的にバランスを取りつつ重鍾１４が水底面２に接
地した位置において水中に直立した状態で設置さ
れる。この際可撓管２３の長さは水深及び水温躍
層の位置によつて決定される。

このときの装置全体の状態は第４図に示す状態
で中空筒体３の上部及び浮室１３及び２２内に空
気を残すのみで他はすべて水が充満している。次
にコンプレツサー１６を始動して給気量調節弁１
２にて給気量を適当に調節しつつ給気管１１より
ジエツトノズル７を通じて中空筒体３内に空気を
噴射すると、ジエツト作用により円錐形第２ノツ
ズル８との間隔を通じて外部の水を吸収し、第２
ノツズル８の先端部８ａを通過する際アスピレー
ター作用により超微細気泡を発生し、発生気泡は
吸引水と混合しつつ中空筒体３内に噴射される。
噴射された微細気泡は中空筒体内を上昇しつつ吸
引水と接触して効率よく酸化し、その後次第に気
液分離して分離空気は中空筒体内上部に次第に蓄
積され酸素を与えられた分離水は通水口１０及び
５より外部に放出される。この状態が続くと中空
筒体内上部に蓄積された空気と水との気水接触面
Ｌ−Ｌは次第に下降してゆくが第５図に示すＵ字
管の曲部上端縁Ｍ−Ｍより下方にさがると第６図
に示す如く逆サイホン作用により蓄積空気はＵ字
管９、可撓管２３を経て中空筒体１７内に曝発的
に噴射され大空気塊となつて急速に浮上する。こ
のときの空気塊はあたかも空気ピストンの如き作
用をして筒体内の水を急速に揚水しその際生じた
負圧により吸水口２１より外部の水を大量に吸引
する。此の際中空筒体３内の空気噴射後の水の補
給は通水口１０及び底板６の孔５を通じて行なわ
れる。本装置のサイホン作用による空気噴射の放
出回数は給気量調節弁１２により給気量を制御し
てその時間的間隔を調節することが可能である
が、中空筒体１７内に前回の上昇慣性流がある間
になるべく早く次回の噴出作用を継続させた方が
エネルギーの損失が少い。中空筒体１７内を空気
ピストンの作用をしつつ急速に上昇する空気塊は
上昇するに従い水圧が低下するため容積を膨脹
し、筒外に放出されたあとは揚水された大量の水
とともに周囲の水域に対流、撹拌、混合作用を引
きおこしつつ浮上し水面上に環状気液混合水にな
つて崩壊し、水温躍層上の表層水に所定の対流、
混合作用を与えることができる。この作用は給気
量が中空筒体３の上部に一定量に達するたびごと
に繰返して行なわれるため、この装置を湖沼、港
湾、貯水池等の比較的深処に適当数設置すると、
水域の表層水に対流、混合作用による日光遮断を
利用した藻類、プランクトンの生産制御、及び深
層水の曝気作用を同一エネルギーにて同時に行な
い、上下二層の水質浄化とともに表層水の水温低
下を防止し、農業用潅漑用水として支障のないよ
うにすることができる。

本考案は上述の如く極めて簡単な構造で比較的
小型小動力で富栄養化対策として窒素、燐の溶出
防止に効果的であり、且潅漑用水の温度低下を防
ぐので水質保全及び農業政策上大きな効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案装置の縦断側面図、第２図は第
１図の平面図、第３図は第１図のＡ−Ａ矢視断面
図、第４図〜第６図は作用説明図、第７図は此の
装置を水底に設置した状態を示す作用説明図であ
る。 １……水面、２……水底面、３……中空筒体、
４……密閉上蓋、５……孔、６……底板、７……
ジエツトノズル、８……第２ノツズル、９……Ｕ
字管、１０……通水口、１１……給気管、１２…
…給気量調節弁、１３……浮室、１４……重鍾、
１５……ワイヤー、１６……コンプレツサー、１
７……中空筒体、１８……多孔底板、１９……
孔、２０……連結用ソケツト、２１……吸水口、
２２……浮室、２３……可撓管、２４……連結金
具、２５……設置用ロープ、２６……浮標。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 深層湖沼又は港湾において、水温躍層下方の深
   水層中の水底に近く概ね直立して設置し得るよう
   にした中空筒体の上端を密閉し、下端に周辺に多
   数の孔と中心部にジエツトノツズル及びその周囲
   に円錐形第２ノツズルを備えた底板を設け、更に
   筒体内に一端が密閉上蓋中心部を貫通し、他端が
   上蓋近くに開口するＵ字管を内設し、底板上方筒
   体側壁に数個の通水口及びジエツトノツズルに外
   部より空気を送給する空気配管系を有する深層用
   酸素補給装置と、同じく水温躍層上方の表水層中
   に概ね水中に直立して設置し得るようにした中空
   筒体下端に周辺に多数の孔を有する多孔底板及び
   底板上方筒体側壁に数個の吸水口を有する空気揚
   水筒とを、前記酸素補給装置上蓋中心部を貫通す
   るＵ字管先端と空気揚水筒有孔底板中心部とを可
   撓管にて接続して内部を連通させ、下部酸素補給
   装置に外部より空気を供給してジエツト流を利用
   した微細気泡による深層曝気を行うと同時に同一
   空気を筒内において気液分離後サイホン作用によ
   り間欠的に上部空気揚水筒に上昇噴射して、表層
   水中に対流撹拌、混合、酸化作用をおこすことを
   特徴とする二層分離式空気揚水装置。