WO2013038748A1 - 水力発電装置を配設した散気方法及び散気装置 - Google Patents

水力発電装置を配設した散気方法及び散気装置 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an aeration method and an aeration apparatus or a deep-layer anoxic water for supplying oxygen to water requiring dissolved oxygen such as biological treatment, seafood aquaculture, anoxic water mass, etc.
  • the present invention relates to an aeration apparatus for deep aeration that supplies oxygen to a mass.
  • a low-head hydraulic turbine hydroelectric generator arranged and configured on the downstream side is disclosed (for example, see Patent Document 3). Further, it discloses the knowledge that a diffuser is disposed in the deep layer to diffuse, and the gas-liquid two-phase flow rises up the spiral tube to extend the gas-liquid contact time (see, for example, Patent Document 4). .
  • the problem to be solved is that the amount of undissolved residual air, which was conventionally discarded in vain among the amount of air that supplies dissolved oxygen into the liquid or water, is simply released to the atmosphere above the liquid surface or water surface. It is a problem to make effective energy without any problems. Furthermore, utilization in a high range of fields and efficient use of the effective energy are problems.
  • the low-head water turbine is driven to rotate by flowing down to the liquid-heading means or the water-heading means of the low-head turbine hydraulic power generation apparatus having the water-collecting means or the water-heading means.
  • the mixed liquid at the bottom of the aeration tank reaches the pump pit via the circulation upflow pipe, and is pumped to the air / water separation and metering means by a circulation pump to the reference water surface of the aeration tank.
  • a low head with large potential energy is generated, the lower end water inlet is immersed in the mixed liquid, and the upper end is placed in the steam-water separation and measuring means disposed at a low head position around 1 to 5 m above the liquid surface of the mixed liquid.
  • a pumping pipe provided with a spout and a gas-liquid two-phase flux with an air diffuser disposed inside the lower end position of the water pump and an undissolved bubble accompanying the air diffused by the deep aeration means
  • the mixed liquid obtained by gas-liquid separation after the liquid mixture is pumped into the gas-water separation and metering means by a bubble pump comprising gas-liquid two-phase flow collecting means for absorbing water is pumped by the circulation pump.
  • a water intake means for taking the combined mixed liquid into It is arranged in the construction section and flows down to the water introduction means of the low-head turbine hydraulic power generation device, and the low-head turbine is driven to rotate. As the low-head turbine is rotated, it rotates through the connecting means and the speed increasing means.
  • the power is generated by the generator connected so as to flow down to the mixing adjusting means, and merged with the inflow wastewater and the inflow return sludge to form a mixed liquid.
  • a liquid phase flow that is generated while the mixed liquid is sucked into the water suction port of the downflow pipe provided with a diffuser means below the water surface and flows downward.
  • the deep layer aeration means that flows down as a gas-liquid two-phase flow constituted by a gas phase flow generated by the aeration means is configured.
  • the gas-liquid two-phase flow generated in the downflow pipe of the deep-layer aeration means goes to the deep layer, oxygen dissolves in water, and a part of the gas-liquid two-phase flow is sucked into the bubble pump, and the remaining gas-liquid separated
  • the separated liquid is directed to the circulating upflow pipe. That is, as a circulation flow path, the mixed liquid in the mixing adjustment tank starts from the mixing adjustment tank, descends the downflow pipe of the deep layer aeration means, and branches the gas-liquid two-phase flow collection means position.
  • the mixed liquid reaches the air-water separation and metering means via the upflow pipe of the bubble pump, and the remaining mixed liquid rises up the circulation upflow pipe to the pump pit,
  • the combined liquid mixture flows down through the gas / water separation / measuring tank, flows down the water guiding means of the low-head hydraulic turbine hydroelectric generator, and reaches the mixing / adjusting tank.
  • the treated water flows down to the next treatment tank.
  • an upper end of an upflow pipe in which a water intake port is moved to a desired intake layer by a moving means is connected to a bottom opening of a pump pit arranged in a float floated in a natural water area, and at the side of the pump pit. Opening in the auko habitat water, the upper end of the upflow pipe and the opening in the ako habitat water are equipped with optional opening and closing means, and a water absorption source is arbitrarily selected.
  • a water pump is immersed in the pump pit, and the water is pumped to a steam / water separation / measuring means with a circulation pump provided with a water discharge port to obtain a high potential energy with respect to the water surface of the natural water area.
  • the lower end of the natural water area is a lower end of the natural water area, which generates a descending air-water two-phase flow accompanied by a gas phase in the water-phase downflow and discharges the air-water two-phase flow into the water from the water outlet which is the tip of the downflow pipe.
  • the bubbles collected by the collecting means are sucked into the lower end water intake port of the bubble pump, and the bubble pump is constituted by the bubbles and the pumping pipe, and the bubble pump is placed at a low head position around 1 to 5 m above the natural water surface. Water is pumped up to the high-position air-water separation and metering means, and the potential energy is large relative to the natural water surface.
  • the water intake means for taking the desorbed water separated by the air / water separation / measuring means is disposed in the head forming portion of the air / water separation / measuring means, and the water is taken down to the water introduction means of the low-head turbine hydraulic power generation device, and the low head
  • a discharge means having a deep discharge position selection means is disposed.
  • the desorbed bubbles that are diffused and floated by the air diffuser in the deep layer of the natural water area are collected by the collecting means below the surface of the water and introduced into the water suction port of the pumping pipe constituting the bubble pump.
  • the low-head turbine is rotated and driven through the connecting means and the speed-increasing means as the low-head turbine is rotated. Power is generated with a generator connected in such a way.
  • the internal cross-sectional area of the upper end outlet of the pumping pipe is gradually or step-by-step enlarged than the internal cross-sectional area of the lower end position of the pumping pipe in the pump, and as the gas floats in the water, By reducing the pressure loss of the gas-water mixed phase due to volume expansion, the pumping efficiency is improved.
  • an upper end port of an upflow pipe that moves a water intake port to a desired intake layer by moving means is connected to a bottom opening of a pump pit disposed in a float floating in a natural water area, and a side portion of the pump pit.
  • An opening is opened in the water inhabiting the aquatic habitat, and an outlet for the upward flow pipe of the pump pit and a side opening in the water in the habitat are equipped with optional open / close means to arbitrarily select the water absorption source.
  • a circulation pump in which a water suction port is immersed in the pump pit and a water discharge port is arranged, and a plurality of head tanks are selectively pumped by selective water distribution means, or pumped to a single head tank, and each bottom portion of the plurality of head tanks
  • the opening is connected to the water suction port of the downflow pipe of the deep aeration means having different water discharge depths, or the single head tank is configured to absorb the water of the downflow pipe of the deep aeration means that can be moved by the movement means.
  • the dissolved oxygen is supplied into the dissolved oxygen supply liquid or water, and the density inside the pumping pipe is made smaller than the density outside the pumping pipe, so that the liquid level outside the pumping pipe.
  • the gas-liquid or gas-water contact time is increased, the oxygen transfer efficiency is increased, and the gas-liquid contact opportunity in the water channel and discharge channel of the low-head hydroelectric generator is increased. And oxygen transfer efficiency is further increased.
  • the waste energy can be recovered as active power by the low-head hydraulic turbine hydroelectric generator.
  • the aeration depth can be reduced by aeration of the biologically treated water with the deep aeration means, so the required power can be reduced and the deep layer effect reduces the bubbles, increases the contact area and increases the oxygen partial pressure. , Oxygen utilization efficiency increases.
  • the volume ratio of nitrogen gas in the air is as large as about 78%, which is about one-half of the solubility of oxygen gas, and is hardly consumed in the water to be treated. Therefore, in the conventional method, it is diffused by the deep aeration means. Most of the nitrogen gas released was wasted to the atmosphere, but by collecting it and introducing it into the bubble pump, it can be used not only as the operating energy for the bubble pump but also for low-head power generation, increasing overall energy efficiency To do. Furthermore, there is an effect of facilitating the processing operation in the post-processing step by combining the fine bubbles released from the deep layer aeration means into the coarse bubbles of the bubble pump.
  • aeration of biologically treated water with deep layer aeration means makes the bubbles finer and tends to adversely affect post-treatment processes such as sedimentation separation process. Bubbles are combined with coarse bubbles of the bubble pump to promote the disappearance of fine bubbles.
  • the diffused water depth can be reduced, so that the required power can be reduced and the deep layer effect reduces bubbles and increases the contact area.
  • Oxygen partial pressure increases and oxygen utilization efficiency increases.
  • the volume ratio of nitrogen gas in the air is as large as about 78%, which is about one-half of the solubility of oxygen gas, and is hardly consumed in the water to be treated. Therefore, in the conventional method, it is diffused by the deep aeration means. Most of the nitrogen gas released was wasted to the atmosphere, but by collecting it and introducing it into the bubble pump, it can be used not only as the operating energy for the bubble pump but also for low-head power generation, increasing overall energy efficiency Do
  • the air-water two-phase flux that is aerated and aerated by the aeration means is collected by the collection means under the surface of the water, and introduced into the water intake of the pumping pipe constituting the bubble pump.
  • the internal cross-sectional area of the upper end outlet is gradually or stepwise expanded from the internal cross-sectional area of the lower end inlet of the pumping pipe.
  • pumping efficiency can be improved by reducing friction loss and reducing pressure drop.
  • it can be used to improve the oxygen utilization efficiency and the energy utilization efficiency.
  • the water source of the circulation pump is moved by moving the water intake port of the upflow pipe to the poor oxygen water mass layer under the water temperature striking layer, and water is taken in, and the oxygen-dissolved water generated by the deep aeration means is Since it can circulate to an anoxic water mass layer, it has the effect that a required power can be reduced compared with the former which arrange
  • the water source of the circulation pump as the auko habitat, the sun can not be reached by the sun and can be sent to a low temperature area, so that there is an effect of suppressing the growth of the ako.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal cross-sectional view of a contact aeration tank liquid for generating a spiral-headed low-head turbine hydroelectric power by a bubble pump pumped-down head water.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of FIG.
  • FIG. 3 is a schematic longitudinal cross-sectional view of a low-head turbine hydraulic power generation using a deep aeration tank mixed liquid by bubble pump pumping low-head water.
  • FIG. 4 is a schematic longitudinal cross-sectional view of the bubble pump pumped power generation by pumping the dam lake water and discharging bubbles from the deep aeration downflow pipe. (Embodiment of the fourth invention) FIG.
  • FIG. 5 is a schematic longitudinal cross-sectional view of power generation using dam lake aeration bubble-based bubble pump pumped low drop water.
  • FIG. 6 is a schematic longitudinal cross-sectional view in which the internal cross-sectional area at the upper outlet outlet position of the pumping pipe is gradually enlarged rather than the internal cross-sectional area at the lower end position of the pumping pipe.
  • FIG. 7 is a schematic longitudinal cross-sectional view of deep aeration of dam lake water with a deep aeration downflow pipe. (Example of the seventh invention)
  • dissolved oxygen supply by supplying air to the aeration tank mixture liquid for aerobic biological treatment of organic wastewater with an air diffuser is an inevitable treatment process, but according to the present invention, dissolved oxygen supply It can be pumped by a bubble pump that has a function and a low-head pumping function, and can be generated by a low-head turbine hydroelectric generator.
  • a bubble pump that has a function and a low-head pumping function, and can be generated by a low-head turbine hydroelectric generator.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an embodiment according to the second invention
  • FIG. 2 is a plan view of the embodiment, in which a contact aeration tank liquid 3 sucked from a water suction port 2 of an upflow pipe 1 is shown.
  • the bubble aeration tank 4 functioning as a part of dissolved oxygen supply means generates the low drop generation high position of the contact aeration tank liquid 3.
  • the liquid is pumped into the air / water separation / measuring tank 9, the pumped contact aeration tank liquid 3 overflows the measuring weir 10 constituting the air / water separation / measuring tank 9, and the spiral turbine hydraulic power generation device 6.
  • the spiral water turbine 13 is rotationally driven while flowing down the water conduit 11 and discharged from the water outlet 14 into the contact aeration tank 8.
  • the generator 16 In order to rotationally drive the generator 15 by the spiral water wheel 13, the generator 16 is connected by a coupling 16, a connecting shaft 17, and a speed increasing gear mechanism 18. Then, as the spiral aeration turbine 13 is rotated while the pumped contact aeration tank liquid 3 flows down the upper open-type water conduit 11, the flowing liquid surface is stirred to bring air into the liquid. As a result of the gas-liquid contact action, oxygen dissolves in the liquid.
  • an air diffuser 4 for diffusing a sufficient amount of air to generate a minimum necessary circulation flow in the contact aeration tank 8 is provided.
  • equipment or a stand for fixing or connecting each device is omitted for simplicity (the same applies to the following embodiments).
  • the power generation by the spiral turbine 13 is exemplified, but there is no type restriction as long as it is a low-head turbine (the same applies hereinafter).
  • one of the means for generating the minimum necessary circulating flow in the contact aeration tank 8 is not limited to the air diffuser 4, and an underwater mixer, a pump and the like can be selected.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view of an embodiment according to the third aspect of the present invention.
  • Electric power is generated by the siphon propeller turbine hydroelectric generator 23 using low-head water generated by collecting the bubbles and the regasified product and pumping them up with the bubble pump 5 that forms part of the drive source bubbles.
  • the diluted urine and the return sludge flow into the mixing adjustment tank 24, and from the mixing adjustment tank 24 through the downflow pipe 22, the water and water separation and measurement are performed by the circulation pump 19 and the bubble pump 5.
  • the liquid is pumped to the tank 9.
  • a water outlet 26 of the upflow pipe 1 constituting the bubble pump 5 is connected to the bottom opening 25 of the steam / water separation measuring tank 9. Due to the pumping action by the circulation pump 19 and the bubble pump 5, a liquid phase downward flow is generated in the downward flow pipe 22 by the mixed liquid flowing into the water suction port 2 of the downward flow pipe 22 from the mixing adjustment tank 24.
  • the bubbles are accompanied by gas accompanying the liquid phase descending flow.
  • a liquid two-phase flow is formed, and part of the oxygen gas is dissolved in the descending path of the gas-liquid two-phase flow, but most of the refined undissolved oxygen and nitrogen gas are not dissolved, and the downflow pipe 22
  • the air diffuser 4 of the air diffuser 4 disposed inside the upward flow pipe 1 flows out from the water discharge port 26 and is collected and raised by the water intake 2 of the upward flow pipe 1 having a structure that easily collects bubbles.
  • the bubbles are mixed and united, and the refined bubbles rise while decreasing,
  • the remaining mixed liquid separated and diffused above the surface and outflowed from the water discharge port 26 of the downflow pipe 22 to separate the bubbles rises up the circulation upflow pipe 27 and flows into the pump pit 28, and the circulation pump In 19, the liquid is pumped into the air / water separation / measuring tank 9 and joined with the aeration tank mixed liquid pumped by the bubble pump 5.
  • the outflow amount corresponding to the inflow amount of the low-diluted urine and the return sludge is naturally transferred to the next treatment step as treated water.
  • the mixed liquid flowing down the steam-water separation and measurement tank 9 flows in from the water intake 12 of the water conduit 29 constituting the siphon propeller turbine power generation device 23, and rotates the propeller turbine 30 to adjust the mixing from the water outlet 14.
  • the liquid is discharged into the tank 24.
  • the mixing adjustment tank 24 constituting a series of circulation flows, the downflow pipe 22 of the deep aeration apparatus 21, the upflow pipe 1 of the bubble pump 5, the circulation upflow pipe 27, the pump pit 28, and the circulation pump 19.
  • the air / water separation / measuring tank 9, the siphon propeller turbine hydraulic power generation device 23 and other components have been described as one set for the sake of simplicity. Any number of sets can be used (the same applies to the following embodiments).
  • urine is biologically treated with low dilution, but the urine is not limited to the low dilution urine, and any other high BOD concentration wastewater, wastewater with any BOD concentration can be subjected to the BOD load per unit MLSS. Applicable by selection.
  • the deep layer aeration is used.
  • the present invention is not limited to the deep layer aeration, and may be an ultra deep layer aeration, a middle layer aeration, or the like.
  • the siphon propeller turbine hydroelectric generator 23 is used, but any other low head hydraulic turbine hydroelectric generator is not limited.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view of an embodiment according to the fourth aspect of the present invention, which collects undissolved bubbles released from the downflow pipe 22 of the deep aeration apparatus 21 with respect to the reference water surface 20 of the dam lake in the natural water area. Then, power is generated by the siphon propeller turbine hydraulic power generation device 23 by low-head water generated by pumping with the bubble pump 5 which is a bubble of the drive source.
  • the water intake port 2 of the expandable water absorption pipe 31 is moved up and down by the electric winch 32 to the poor oxygen water mass layer under the water temperature rise layer to form one water source, and the water discharge opening 26 of the water absorption pipe 31 is below the water surface.
  • the water intake opening 26 of the water absorption pipe 31 is below the water surface.
  • the side wall opening 33 is provided in the pump pit 28, and the water source of the octopus habitat is used as a second water source.
  • the bottom opening 25 and the side wall opening 33 are opened and closed by selecting the bottom opening 25 and the side wall opening 33 by an electric shutter 34 (not shown).
  • the water inlet 2 of the pump 35 for pumping water from the pump pit 28 to the steam / water separation / measuring tank 9 is immersed in the water in the pump pit 28 for pumping, and the bottom opening 25 of the steam / water separation / measuring tank 9 is pumped.
  • the water inlets 2 of two water distribution pipes 38 equipped with an electric valve 37 for distributing water to the head tank 36 are arranged in communication with each other.
  • the water inlet 2 of the downflow pipe 22 of the deep aeration apparatus 21 is connected in communication with the bottom opening 25 of the head tank 36.
  • two sets are provided, but the diffuser 4 is provided inside. Two sets of deep aeration devices 21 are configured by connecting the water inlets 2 of the two sets of downflow pipes 22 in communication.
  • a hood-like bubble collector 39 that collects bubbles desorbed from the gas-water two-phase flow discharged from the water outlet 26 of the downflow pipe 22 is disposed above the water outlet 26 of the downflow pipe 22.
  • Two sets of bubble pumps 5 provided on the outer periphery of the downflow pipe 22 and eccentric to the position of the downflow pipe 22 at the top of the bubble collector 39 and equipped with a diffuser 4 inside.
  • the water inlet 2 of the upward flow pipe 1 constituting the above is connected in communication, and the water outlet 26 of the upward flow pipe 1 is connected in communication with the bottom opening 25 of the steam / water separation measuring tank 9.
  • the collected air bubbles form a gas phase together with the air bubbles diffused from the air diffuser 4 arranged in the upward flow pipe 1 and are connected to the bottom opening 25 of the air / water separation measuring tank 9 in communication with the water outlet 26. It is discharged as a two-phase flow from the air.
  • the water is discharged from the discharge port 42 of the discharge pipe 41 that is telescopically connected to the bottom opening 25 of the discharge pit 40 by the electric winch 32.
  • the siphon propeller turbine hydroelectric generator 23 is used, but any other low head hydraulic turbine hydroelectric generator is not limited.
  • all the devices are arranged in a single float 43.
  • the water absorption pipe 31, the water / water separation / measuring tank 9, the head tank 36, the deep aeration device 21, the bubble pump 5, etc. Can also be arranged in separate floats.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view of an embodiment according to the fifth aspect of the present invention, in which air bubbles are diffused from a bottom-floor-type diffuser 4 disposed on the bottom of a dam lake in a natural water area.
  • a diffuser is formed inside the upflow pipe 1 with a hood-like bubble collector 39 that forms a circulating flow in the water area and traps bubbles in a shallow layer directly above the diffuser 4.
  • the bubble pump 5 is configured, the water is pumped to the air / water separation and measurement tank 9 having high potential energy with respect to the lake surface, the measurement weir 10 is overflowed, and the siphon propeller turbine hydroelectric generator 23 is installed. It flows into the water inlet 2 of the water guide pipe 29 that constitutes and drives the propeller turbine 30, and the propeller turbine 30 is driven to generate power by driving the generator 15 via a coupling device (not shown).
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional view of the first embodiment according to the sixth aspect of the present invention.
  • the air diffuser 4 is installed at a position below the liquid level or below the water level, and the air diffused position 44 of the upflow pipe 1 is shown.
  • the internal cross-sectional area of the upper end water discharge port position 45 of the pumping pipe 1 is gradually formed in an enlarged structure rather than the internal cross-sectional area of.
  • the air diffuser 4 is installed at a position below the liquid level or the water level, and the internal cross-sectional area of the air diffusion position 44 of the upward flow pipe 1 is If the cross-sectional area of the upper end spout position 45 of the upflow pipe 1 is the same in the section from the aeration position 44 to the upper end spout position 45, as the upflow pipe 1 is raised, Boyle Charles If the liquid temperature or water temperature is assumed to be constant according to the law, the product of the gas pressure and volume is constant, so the gas pressure decreases as the water depth rises from a large position to a shallow position.
  • the gas occupancy ratio in the gas-liquid two-phase flow or the gas-water two-phase flow can be the same or the amount of change can be reduced.
  • the amount of pumped liquid or the amount of pumped water can be increased as compared with the above example.
  • the structure is gradually enlarged from the aeration position 44 to the upper end spout position 45, but may be gradually enlarged from the arbitrary position above the aeration position 44 to the upper end spout position 45.
  • a stepwise enlarged structure with an arbitrary number of steps can also be used.
  • FIG. 7 is a longitudinal sectional view of an embodiment according to the seventh aspect of the present invention, in which the low-layer water that has risen up the extendable water absorption pipe 31 is pumped up in the upper layer and used as a water source for turbine hydroelectric power generation.
  • the water suction port 2 of the expandable water absorption pipe 31 is moved up and down by an electric winch 32 to the poor oxygen water mass layer below the water temperature layer to form one water source, and the water discharge port 26 is pump pit 28 below the surface of the water.
  • a side wall opening 33 is disposed in the pump pit 28, and a water source of the aquatic habitat is used as a second water source.
  • the bottom opening 25 and the side wall opening 33 are selected and opened and closed by an electric shutter 34 (not shown).
  • the water of the pump pit 28 is immersed in the water of the pump pit 28 in the water suction port 2 of the pumping pump 35, the two motorized valves 37 are operated, and the head tank 36 is divided into two tanks by the partition plate 46. Select and pump up.
  • the water inlet 2 of the downflow pipe 22 of the deep aeration apparatus 21 is connected in communication with the bottom opening 25 of the head tank 36, and the water inlet of the two sets of downflow pipes 22 equipped with the air diffuser 4 inside. 2 is connected, and the deep layer aeration apparatus 21 in which the two sets of water discharge ports 26 are disposed at different depths is configured.
  • two sets of the downflow pipes 22 are used, but the number of sets is not limited and can be arbitrarily selected as necessary.
  • all the devices are arranged in a single float 43.
  • the water absorption pipe 31, the head tank 36, the deep aeration device 21 and the like can be divided into different floats. .
  • Aerobic biological treatment of organic wastewater, various aeration tanks, various shellfish culture ponds, sea and lakes, low-head turbine hydroelectric power generation means in dam lakes, can be used as a diffuser with great energy saving effect .

Abstract

　曝気槽又は自然水域における曝気槽混合液又は水中へ溶存酸素を供給する空気量の内で、従来では無駄に廃棄されていた残存空気量を液面又は水面上大気へ開放することなく、有効エネルギーとすることが課題である。曝気槽混合液又は水を内容した曝気槽又は自然水域における液面又は水面上方１～５m前後の低落差位置に配設した気水分離軽量流下手段に、液又は水を気泡ポンプ又は揚水ポンプで揚水し、該曝気槽混合液又は水を、取水手段を有する低落差水車に取水流下して、前記低落差水車を回転駆動し、連結した発電機で発電する。又、上昇流管及び下降流管と越流移流手段を連結して、浅層散気空気供給手段を配設した通常曝気槽、深層曝気槽又は超深層曝気槽を構成し、気泡ポンプ及び循環ポンプで前記各曝気槽の下降流生成動力源とし、さらに、曝気用散気における未溶解空気を捕集手段で捕集し、気泡ポンプの散気空気源として利用し、省エネルギー散気手段とする。

Description

水力発電装置を配設した散気方法及び散気装置
　本発明は、低落差水車水力発電装置を配設した、生物処理、魚介類養殖、貧酸素水塊等の溶存酸素を要する水中へ酸素を供給する散気方法及び散気装置又は深層貧酸素水塊へ酸素を供給する深層曝気用散気装置に関する。
　従来、有機性廃水を好気性生物処理、養魚池、海域及び湖沼等の水中への酸素供給手段として使用されるブロワー等を駆動する電力費が多大であるため、散気装置の酸素移動効率を大きくする技術が多く開示されている。しかしながら、いくら酸素利用効率のよい散気装置であっても、溶存酸素供給のためだけに供用されるだけである。一方、液体を揚液するためのポンプの一つとして、気泡ポンプが知られていて、前記気泡ポンプの揚水管の下方内部に散気装置を配設して、液体中に気泡を生成することにより、揚水効率を高める装置を開示している（例えば、特許文献1参照）。
又、気泡ポンプの揚水管の圧力損出を小さくして、揚水効率を高めるために、揚水管の下端流入口断面積よりも上端流出口の断面積を漸次拡大することにより達成するが、揚水管の下端流入口から上端流出口までの断面積が一様な場合に比較して揚水量を最大約７０％増加する知見を開示している（例えば、特許文献２参照）。
又、農業用水路等に配設する、導水路と水車と発電機を一体的に組み込んだ上流側モジュールを上流側に配設し、放水路を組み込んだ下流側モジュールを上流側モジュールに懸垂させて下流側に配設して構成した低落差水車水力発電装置が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
そして又、散気装置を深層に配設して散気し、気液二相流が螺旋管を上昇して気液接触時間を延長する知見を開示している（例えば、特許文献４参照）。
　しかし、溶存酸素供給散気空気の持つエネルギーを回収する技術は開示されていない。又、自然水域における深層貧酸素水塊へ浅層配設の散気装置で酸素を供給する省エネルギー技術は開示されていない。
特開２０００－２０５２００号公報 特開平４－３７０４００号公報 特開２００７－６４１４１号公報 特開２００５－５８９５４号公報
　解決しようとする問題点は、液中又は水中へ溶存酸素を供給する空気量の内で、従来では無駄に廃棄されていた、未溶解残存空気量を単に液面上又は水面上大気へ開放することなく、有効エネルギーとすることが課題である。さらに、高範囲の分野における利用と、効率よい前記有効エネルギー化が課題である。
　本発明は、従来においては、ブロワー等の送風機で空気を散気装置に送風し、液中又は水中へ溶存酸素を供給していたが、残存空気は大気へ廃棄処分していたので、以下の手段で、有効エネルギー化を図った。尚、以下の記述においては、処理対象が液又は水であっても、手段名では水を使用して説明する。
被溶存酸素供給液又は水を内容した曝気槽又は自然水域における液面上又は水面上方１～５m前後の低落差位置に配設した気水分離計量手段に揚水すると共に溶存酸素を供給するために、気泡ポンプの揚水管下端吸水口を前記曝気槽又は自然水域の低層水部に配設して被溶存酸素供給液又は水を吸液又は吸水すると共に前記気水分離計量手段に揚液又は揚水して気水分離操作後に、取液手段又は取水手段を有する低落差水車水力発電装置の導液手段又は導水手段に流下して、低落差水車を回転駆動し、該低落差水車の回転に伴って、連結手段と増速手段を介して回転するように連結した発電機で発電し、前記曝気槽又は自然水域の液面部又は水面部へ被溶存酸素供給液又は水を放流する。尚、必要最低限度の循環流を達成することが必要な場合は、従来の散気装置又は水中ミキサーで補完する。
　又、曝気槽の槽底部の混合液が循環上昇流管を径由してポンプピットに到達した前記混合液を循環ポンプで気水分離計量手段に揚水して前記曝気槽の基準水面に対して大きな位置エネルギーとなる低落差を生成し、前記混合液中に下端吸水口を浸漬し、前記混合液の液面上方１～５m前後の低落差位置に配設した気水分離計量手段内に上端吐水口を配設した揚水管と、該揚水管の下端位置内部に散気手段を配設すると共に、深層曝気手段で散気した気泡の内で未溶解気泡を随伴した気液二相流束を吸水する気液二相流捕集手段とで構成する気泡ポンプで前記混合液を前記気水分離計量手段内に揚液後に気液分離した分離液が、前記循環ポンプで揚水した前記混合液と合流し、該合流混合液を取水する取水手段を前記気水分離計量手段の落差形成部に配設して低落差水車水力発電装置の導水手段に取水流下して、低落差水車を回転駆動し、該低落差水車の回転に伴って、連結手段と増速手段を介して回転するように連結した発電機で発電すると共に混合調整手段へ流下し、流入廃水及び流入返送汚泥と合流して混合液を形成する。そして、前記循環ポンプ及び気泡ポンプの揚水により、水面下内部に散気手段を配設した下降流管の吸水口に前記混合液が吸引されると共に下方へ流下して生成する液相流と、前記散気手段で生成する気相流で構成する気液二相流として流下する前記深層曝気手段を構成する。前記深層曝気手段の下降流管に生成する気液二相流が深層へ向かうに従って水中に酸素が溶解し、前記気液二相流の一部は前記気泡ポンプへ吸引され、気液分離した残部の分離液は前記循環上昇流管へ向かう。即ち、循環流経路として、前記混合調整槽の混合液は、前記混合調整槽を出発点とし、前記深層曝気手段の下降流管を下降し、前記気液二相流捕集手段位置を分岐点として、一部混合液は前記気泡ポンプの上昇流管を径由して前記気水分離計量手段に至り、残部混合液は前記循環上昇流管を上昇して前記ポンプピットに至り、前記循環ポンプで前記気水分離計量手段に至り、合流した混合液は前記気水分離計量槽を流下して、前記低落差水車水力発電装置の導水手段を流下して、前記混合調整槽へ至る。尚、流入廃水及び流入返送汚泥に起因して、処理水が次処理槽へ流下移流する。
　又、自然水域に浮かべたフロートに配設したポンプピットの底部開口に、任意の取水層に吸水口を移動手段で移動する上昇流管の上端口を連通接続すると共に前記ポンプピットの側部にアオコ生息水中に開口していて、前記上昇流管の上端口とアオコ生息水中の開口には任意選択開閉手段を装備していて、吸水源を任意に選択する。前記ポンプピットに吸水口を浸漬し、吐水口を配設した循環ポンプで気水分離計量手段へ揚水して前記自然水域の水面に対して高位置エネルギーとし、さらに、前記気水分離計量手段から前記自然水域の水面に対して高位置エネルギーとなる複数区画ヘッドタンクに流下配水し、該複数区画ヘッドタンクのそれぞれの底部開口に、吐水口の配設深度を異にするために長さを異にするか又は前記吐水口を移動手段で移動する深層曝気手段の下降流管の吸水口を連通接続し、前記下降流管に配設する散気手段から供給する気泡を前記下降流管内に生成する水相下降流に気相を随伴して下降気水二相流を生成して、前記下降流管の先端である吐水口より気水二相流を水中へ吐水する自然水域の水中に下端吸水口を浸漬し、深層曝気手段による未溶解気泡を捕集手段で捕集した気泡を気泡ポンプの下端吸水口に吸引し、前記気泡と揚水管で前記気泡ポンプを構成し、該気泡ポンプで自然水面上方１～５m前後の低落差位置に配設した高位置の気水分離計量手段へ揚水して前記自然水面に対して大きな位置エネルギーとする。前記気水分離計量手段で気水分離した脱離水を取水する取水手段を前記気水分離計量手段の落差形成部に配設して低落差水車水力発電装置の導水手段に取水流下し、低落差水車を回転駆動し、該低落差水車の回転に伴って、連結手段と増速手段を介して回転するように連結した発電機で発電すると共に、表層及び深層への放流を選択する選択手段と、深層放流位置選択手段を有する放流手段を配設する。
又、自然水域の深層において散気手段で散気して浮上する脱離気泡を水面下において捕集手段で捕集すると共に気泡ポンプを構成する揚水管の吸水口に導入し、前記気泡ポンプの吐水口を底部開口に連通接続した気水分離軽量手段へ揚水し、前記気水分離計量手段で気水分離した前記被溶存酸素供給水を取水する取水手段を前記気水分離計量手段の落差形成部に配設して低落差水車水力発電装置の導水手段に取水流下して、前記低落差水車を回転駆動し、該低落差水車の回転に伴って、連結手段と増速手段を介して回転するように連結した発電機で発電する。
又、前記揚水ポンプにおける揚水管の下端位置の内部断面積よりも、前記揚水管の上端吐水口の内部断面積を漸次又は段階的に拡大構造として、気体が水中で浮上するに従って、該気体の体積膨張による気水混合相の圧力損失を低減することにより、揚水効率を高める手段とする。
　そして又、自然水域に浮かべたフロートに配設したポンプピットの底部開口に、任意の取水層に吸水口を移動手段で移動する上昇流管の上端口を連通接続すると共に前記ポンプピットの側部開口をアオコ生息水中に開口していて、前記ポンプピットの前記上昇流管の吐出口とアオコ生息水中の側部開口には任意選択開閉手段を装備していて、吸水源を任意に選択する。前記ポンプピットに吸水口を浸漬し、吐水口を配設した循環ポンプで、複数区画ヘッドタンクへは選択配水手段で選択揚水し、又は単独ヘッドタンクへ揚水し、前記複数区画ヘッドタンクの各底部開口には吐水水深を異にする深層曝気手段の下降流管の吸水口を連通接続し、又は前記単独ヘッドタンクには吐水口位置を移動手段で移動可能な深層曝気手段の下降流管の吸水口を連通接続し、前記自然水域の水面に対して前記ヘッドタンクの水面を高位置エネルギーとして、前記深層曝気手段の下降流管に配設する散気手段から供給する気泡を前記下降流管内に生成する水相下降流に気相を随伴して下降気水二相流を生成して、前記下降流管の先端である吐水口より気水二相流を水中へ吐出して溶存酸素を供給する。
　気泡ポンプの揚水管内に散気することにより、被溶存酸素供給液中又は水中へ溶存酸素を供給すると共に揚水管内の密度を揚水管外の密度よりも小さくすることにより、揚水管外の液面又は水面よりも高所の水槽に揚液又は揚水するので、気液又は気水接触時間が長くなり、酸素移動効率が大きくなると共に低落差水力発電装置の導水路及び放水路における気液接触機会が生じて、さらに酸素移動効率が増大する。そして、前記低落差水車水力発電装置により、廃棄エネルギーを有効電力として回収出来る。
又、深層曝気手段で生物被処理水を曝気することにより、散気水深を小さく出来るので、所要動力を低減出来ると共に深層効果により、気泡が小さくなり接触面積が大きくなると共に酸素分圧が大きくなり、酸素利用効率が高まる。又、空気中の窒素ガスの容積割合は約７８％と大きく、酸素ガスの溶解度の約二分の一程度で、しかも被処理水中でほとんど消費されないので、従来方法では前記深層曝気手段で散気される窒素ガスのほとんどは無駄に大気に放出していたが、捕集して気泡ポンプに導入することにより、気泡ポンプの作動エネルギーとして利用出来ると共に低落差発電に利用出来るので、総合エネルギー効率が増大する。さらに、深層曝気手段から放出される微細気泡を前記気泡ポンプの粗大気泡に集合合体して、後処理工程での処理操作を容易にする効果がある。
又、深層曝気手段で生物被処理水を曝気することにより気泡が微細化して、沈降分離工程等の後処理工程へ悪影響を生じやすいが、深層曝気処理水を気泡ポンプで揚水することにより、微細化気泡が気泡ポンプの粗大気泡と合体して微細気泡の消滅を促進する効果がある。
又、深層曝気手段で水温躍層下における深層の貧酸素水を曝気することにより、散気水深を小さく出来るので、所要動力を低減出来ると共に深層効果により、気泡が小さくなり接触面積が大きくなると共に酸素分圧が大きくなり、酸素利用効率が高まる。又、空気中の窒素ガスの容積割合は約７８％と大きく、酸素ガスの溶解度の約二分の一程度で、しかも被処理水中でほとんど消費されないので、従来方法では前記深層曝気手段で散気される窒素ガスのほとんどは無駄に大気に放出していたが、捕集して気泡ポンプに導入することにより、気泡ポンプの作動エネルギーとして利用出来ると共に低落差発電に利用出来るので、総合エネルギー効率が増大する
又、自然水域において、散気手段で散気して曝気すると共に浮上する気水二相流束を水面下において捕集手段で捕集すると共に気泡ポンプを構成する揚水管の吸水口に導入し、前記気泡ポンプの散気源として利用することにより、従来は大気に開放していた気泡を有効利用して発電出来る。
又、気泡ポンプの揚水管の圧力損出を小さくして、揚水効率を高めるために、揚水管の下端流入口の内部断面積よりも上端流出口の内部断面積を漸次又は段階的に拡大することにより、摩擦損出を低減して圧力低下を低減することにより、揚水効率を向上することが出来る。従来における気泡ポンプのごとく単に揚水機能だけを利用する場合に比較して、酸素利用効率の向上とエネルギー利用効率の向上に利活用出来る。
そして又、循環ポンプの水源を、上昇流管の吸水口を移動手段で移動して水温躍層下の貧酸素水塊層に移動して取水し、深層曝気手段で生成する酸素溶解水を前記貧酸素水塊層へ循環出来るので、深層の貧酸素水塊層に散気手段を配設する従来に比較して、所要動力を低減出来る効果がある。又、循環ポンプの水源をアオコ生息域とすることにより、アオコを、太陽光が到達せず、しかも低温域に送水することが出来るので、アオコの生育を抑制する効果がある。
図１は接触曝気槽液を気泡ポンプ揚水低落差水により螺旋水車低落差水車水力発電する概略説明縦断面図である。（第二発明の実施例） 図２は図１の概略説明平面図である。（第二発明の実施例） 図３は深層曝気槽混合液を気泡ポンプ揚水低落差水により低落差水車水力発電する概略説明縦断面図である。（第三発明の実施例） 図４はダム湖水をポンプ揚水して深層曝気下降流管からの放出気泡による気泡ポンプ揚水発電の概略説明縦断面図である。（第四発明の実施例） 図５はダム湖水曝気気泡利用気泡ポンプ揚水低落差水により発電する概略説明縦断面図である。（第五発明の実施例） 図６は揚水管の下端位置の内部断面積よりも、前記揚水管の上端出水口位置の内部断面積を漸次に拡大構造とした概略説明縦断面図である。（第六発明の実施例） 図７はダム湖水を深層曝気下降流管で深層曝気する概略説明縦断面図である。（第七発明の実施例）
　深層曝気散気空気量の内で未溶解残存空気量を単に水面上大気へ開放することなく、有効エネルギーとする目的を、簡単な構造の気泡捕集手段で実現出来た。
　有機性廃水を好気性生物処理する曝気槽混合液に散気装置で空気を散気供給することにより、溶存酸素を供給することは必然的な処理プロセスであるが、本発明によると溶存酸素供給機能を持つと共に低落差揚水機能を有する気泡ポンプで揚水し、低落差水車水力発電装置で発電することが出来る。尚、以下の実施例においては、処理対象が液又は水であっても機器の名称では水を使用して説明する。
　図１は、本第二発明に係わる実施例の縦断面図であり、図２は本実施例の平面図であって、上昇流管１の吸水口２から吸液された接触曝気槽液３を、図示してないブロワーで空気を供給している（以降同様）散気装置４内臓の気泡ポンプ５で揚液して生成する低落差水を利用して螺旋水車水力発電装置６で発電している。
　有機性廃水を好気性生物処理する接触材７を浸漬内設した接触曝気槽８において、一部の溶存酸素供給手段として機能する前記気泡ポンプ４で前記接触曝気槽液３を低落差生成高位置にある気水分離計量槽９に揚液すると、揚液された前記接触曝気槽液３は前記気水分離計量槽９を構成する計量堰１０を越流下して、前記螺旋水車水力発電装置６を構成する上部開放型の導水路１１の取水口１２から流入し、前記導水路１１を流下しながら螺旋水車１３を回転駆動して、放水口１４から前記接触曝気槽８内へ放液する。前記螺旋水車１３で発電機１５を回転駆動させるために、カップリング１６、連結軸１７、増速歯車機構１８で連結している。そして、揚液された前記接触曝気槽液３が上部開放型の前記導水路１１を流下する間に前記螺旋水車１３を回転させるに伴って流下液面を攪拌して空気を液中に同伴して気液接触作用で、酸素が液中に溶解する。又、前記接触曝気槽８の必要最低限の循環流を生成するに十分な散気量を散気する散気装置４を配設している。尚、各機器を固着又は連結する機材又は架台等は簡単のため、省略している（以下の実施例でも同様とする）。
本実施例では、前記螺旋水車１３による発電を例示したが、低落差水車であれば、種別の制限はない（以降において同様）。又、前記接触曝気槽８の必要最低限の循環流を生成する手段の一つとしては、前記散気装置４だけに限定するものでなく、水中ミキサー、ポンプ等も選択出来る。
　図３は、本第三発明に係わる実施例の縦断面図であり、循環ポンプ１９で揚液して生成する基準水面２０に対して、深層曝気装置２１の下降流管２２から放出する未溶解気泡及び再ガス化物を捕集して駆動源の一部気泡としている気泡ポンプ５で揚液して生成する低落差水によりサイホンプロペラ水車水力発電装置２３で発電している。
本実施例では、低希釈し尿と返送汚泥が混合調整槽２４に流入し、該混合調整槽２４から前記下降流管２２を経由して、前記循環ポンプ１９及び前記気泡ポンプ５で気水分離計量槽９へ揚液している。該気水分離計量槽９の底部開口２５には、前記気泡ポンプ５を構成する上昇流管１の吐水口２６を連通接続している。前記循環ポンプ１９及び気泡ポンプ５による揚液作用により、前記混合調整槽２４より前記下降流管２２の吸水口２へ流入した混合液により、前記下降流管２２には液相下降流を生成するが、該下降流管２２内部に配設している散気装置４で生成する気泡の浮上流速よりも前記液相下降流速が大きくなるために、前記気泡は液相下降流に随伴して気液二相流を形成し、該気液二相流の下降経路で酸素ガスの一部が溶解するが、微細化した未溶解酸素と窒素ガスの大部分は溶解せず前記下降流管２２の吐水口２６から流出して、気泡を捕集しやすい構造を有する前記上昇流管１の吸水口２に捕集されて上昇し、前記上昇流管１の内部に配設した散気装置４の気泡と混合合体し、前記微細化気泡が減少しながら上昇して、前記気水分離計量槽９の液面上方へ分離放散し、又、前記下降流管２２の吐水口２６から流出して気泡を分離した残部混合液は、循環上昇流管２７を上昇してポンプピット２８へ流入し、前記循環ポンプ１９で前記気水分離計量槽９へ揚液されて前記気泡ポンプ５により揚液された曝気槽混合液と合流する。前記低希釈し尿と返送汚泥の流入量に相当する流出量が次処理工程へ処理水として自然流下移流する。前記気水分離計量槽９を流下した混合液は前記サイホンプロペラ水車発電装置２３を構成する導水管２９の取水口１２から流入し、プロペラ水車３０を回転駆動して、放水口１４から前記混合調整槽２４へ吐液する。本実施例では、一連の循環流を構成する前記混合調整槽２４、深層曝気装置２１の下降流管２２、気泡ポンプ５の上昇流管１、循環上昇流管２７、ポンプピット２８、循環ポンプ１９、気水分離計量槽９、サイホンプロペラ水車水力発電装置２３その他構成要素は、説明を簡単にするために、一組で説明しているが、流入処理水量および装置製作等を考慮して、適宜、任意の組数とすることが出来る（以降の実施例で同様）。本実施例では、低希釈し尿を生物処理しているが、該低希釈し尿に限定するものでなく、他の如何なる高BOD濃度廃水、如何なるBOD濃度の廃水にも、単位MLSS当たりのBOD負荷の選定により適用出来る。又、本実施例では、深層曝気としているが、該深層曝気に限定するものでなく、超深層曝気や中層曝気等でもよく、なんら限定するものでない。そして又、本実施例では、前記サイホンプロペラ水車水力発電装置２３としているが、他の低落差水車水力発電装置であれば、何ら制限されない。
　図４は、本第四発明に係わる実施例の縦断面図であり、自然水域のダム湖の基準水面２０に対して、深層曝気装置２１の下降流管２２から放出する未溶解気泡を捕集して駆動源の一部気泡としている気泡ポンプ５で揚水して生成する低落差水によりサイホンプロペラ水車水力発電装置２３で発電している。
　本実施例では、伸縮可能な吸水管３１の吸水口２を水温躍層下の貧酸素水塊層に電動ウインチ３２で昇降して一つの水源とし、前記吸水管３１の吐水口２６を水面下でポンプピット２８の底部開口２５に連通接続していて、又、前記ポンプピット２８に側壁開口３３を配設して、アオコ生息域水層を二つ目の水源としていて、前記ポンプピット２８の前記底部開口２５と側壁開口３３には、電動機構を図示してない電動シャッター３４で前記底部開口２５と側壁開口３３を選択して開閉している。前記ポンプピット２８の水を気水分離計量槽９に揚水する揚水ポンプ３５の吸水口２を前記ポンプピット２８の水中に浸漬して揚水していて、前記気水分離計量槽９の底部開口２５には、ヘッドタンク３６に配水するための、電動弁３７を装備した二本の配水管３８の吸水口２を連通接続して配設している。そして、深層曝気装置２１の下降流管２２の吸水口２を前記ヘッドタンク３６の底部開口２５に連通接続していて、本実施例では二組であるが、内部に散気装置４を装備した二組の下降流管２２の吸水口２を連通接続して二組の深層曝気装置２１を構成している。そして、前記下降流管２２の吐水口２６から吐出する気水二相流から脱離する気泡を捕集するフード状の気泡捕集器３９を前記下降流管２２の吐水口２６の上部で、前記下降流管２２の外周に配設し、前記気泡捕集器３９の頂部には、前記下降流管２２位置に偏芯して、内部に散気装置４を装備した二組の気泡ポンプ５を構成する上昇流管１の吸水口２を連通接続し、前記上昇流管１の吐水口２６を前記気水分離計量槽９の底部開口２５に連通接続している。そして、前記気泡捕集器３９に捕集され、前記上昇流管１を上昇する気泡に随伴した低層の湖水と共に気水二相流を形成して上昇するが、前記気泡捕集器３９に捕集された気泡は、前記上昇流管１に配設した散気装置４から散気される気泡と共に気相を形成し、前記気水分離計量槽９の底部開口２５に連通接続した吐水口２６から気水二相流として吐出する。前記気水分離計量槽９に揚水された湖水の一部は、計量堰１０を越流下して、サイホンプロペラ水車水力発電装置２３を構成する導水管２９の取水口１２に流入して、プロペラ水車３０を駆動した水は、放流ピット４０へ流入するが、深層へ放流するか又は表層へ放流するかを選択し、底部開口２５及び側壁開口３３に配設した電動機構を図示してない電動シャッター３４を操作して放流する。前記放流ピット４０に流入した水を深層へ放流するためには、前記放流ピット４０の底部開口２５に連通接続した、電動ウインチ３２で伸縮自在の放流管４１の放流口４２から放流される。本実施例では、前記サイホンプロペラ水車水力発電装置２３としているが、他の低落差水車水力発電装置であれば、何ら制限されない。又、本実施例では、全ての装置を一艘のフロート４３に配設しているが、前記吸水管３１と気水分離計量槽９、ヘッドタンク３６、深層曝気装置２１、気泡ポンプ５等とを別のフロートに分割して配設することも出来る。
　図５は、本第五発明に係わる実施例の縦断面図であり、自然水域のダム湖の湖底に配設している湖底設置式の散気装置４から気泡を散気して、前記自然水域に循環流を形成していて、前記散気装置４の直上で浅層に気泡を捕集するフード状の気泡捕集器３９を吸水口２とした上昇流管１の内部に散気装置４を装備して気泡ポンプ５を構成して、湖水面に対して高位置エネルギーを有する気水分離計量槽９に揚水し、計量堰１０を越流下して、サイホンプロペラ水車水力発電装置２３を構成する導水管２９の吸水口２に流入して、プロペラ水車３０を駆動し、該プロペラ水車３０に、図示してない連結装置を介して発電機１５を駆動して発電している。
　図６は、本第六発明に係わる第一実施例の縦断面図であり、散気装置４が液面下又は水面下の位置に内設されていて、上昇流管１の散気位置４４の内部断面積よりも、前記揚水管１の上端吐水口位置４５の内部断面積を漸次に拡大構造に形成している。
　即ち、第一発明から第四発明の実施例のごとく、散気装置４が液面下又は水面下の位置に内設されていて、前記上昇流管1の散気位置４４の内部断面積と、前記上昇流管１の上端吐水口位置４５の断面積を、前記散気位置４４から上端吐水口位置４５までの区間で同一にすると、前記上昇流管1を上昇するに従って、ボイル・シャルルの法則により、液温又は水温が一定と仮定すると、気体の圧力と体積の積は一定となるので、水深が大きい位置から浅い位置に上昇するに従って、気体の圧力が低下するので、前記気体の圧力低下に反比例して、気体の体積が大きくなり、気液二相流又は気水二相流の摩擦損出が大きくなる結果として、圧力が低下して揚液量又は揚水量が低減する。しかし、本実施例のごとく構成すると、前記気液二相流又は気水二相流に占める気体の占有率を同じか或いは変化量を低減することが出来るので、前記第一発明から第四発明の実施例に比較して、揚液量又は揚水量を大きくすることが出来る。本実施例では、前記散気位置４４から上端吐水口位置４５まで漸次に拡大構造としているが、前記散気位置４４より上部の任意位置から前記上端吐水口位置４５まで漸次拡大構造とすることも、又、任意段数とする段階的な拡大構造とすることも出来る。
　図７は、本第七発明に係わる実施例の縦断面図であり、伸縮可能な吸水管３１を上昇した低層水を上層で揚水して水車水力発電の水源としている。
　本実施例では、伸縮可能な前記吸水管３１の吸水口２を水温躍層下の貧酸素水塊層に電動ウインチ３２で昇降して一つの水源とし、吐水口２６を水面下でポンプピット２８の底部開口２５に連通接続していて、又、前記ポンプピット２８に側壁開口３３を配設して、アオコ生息水域層を二つ目の水源としていて、前記底部開口２５と側壁開口３３には、電動機構を図示してない電動シャッター３４で前記底部開口２５と側壁開口３３を選択して開閉している。前記ポンピット２８の水を、揚水ポンプ３５の吸水口２を前記ポンプピット２８の水中に浸漬し、二個の電動弁３７を操作して、中仕切板４６で二槽に区分したヘッドタンク３６に選択して揚水している。そして、深層曝気装置２１の下降流管２２の吸水口２を前記ヘッドタンク３６の底部開口２５に連通接続していて、内部に散気装置４を装備した二組の下降流管２２の吸水口２を連通接続して二組の吐水口２６の配設水深が異なる深層曝気装置２１を構成している。本実施例では、二組の前記下降流管２２としているが、組数は限定するものでなく、必要に応じて任意に選択できる。　本実施例では、全ての装置を一艘のフロート４３に配設しているが、吸水管３１とヘッドタンク３６、深層曝気装置２１等とを別のフロートに分割して配設することも出来る。
　有機性廃水を好気性生物処理する、各種方式曝気槽、各種魚貝類養殖池、海域及び湖沼域、ダム湖における低落差水車水力発電手段を有し、省エネルギー効果が大きい散気手段として利活用出来る。
　１　　上昇流管
　２　　吸水口
　３　　接触曝気槽液
　４　　散気装置
　５　　気泡ポンプ
　６　　螺旋水車水力発電装置
　７　　接触材
　８　　接触曝気槽
　９　　気水分離計量槽
　１０　　計量堰
　１1　　導水路
　１２　　取水口
　１３　　螺旋水車
　１４　　放水口
　１５　　発電機
　１６　　カップリング
　１７　　連結軸
　１８　　増速歯車機構
　１９　　循環ポンプ
　２０　　基準水面
　２１　　深層曝気装置
　２２　　下降流管
　２３　　サイホンプロペラ水車水力発電装置
　２４　　混合調整槽
　２５　　底部開口
　２６　　吐水口
　２７　　循環上昇流管
　２８　　ポンプピット
　２９　　導水管　
　３０　　プロペラ水車
　３１　　吸水管
　３２　　電動ウインチ
　３３　　側壁開口
　３４　　電動シャッター
　３５　　揚水ポンプ
　３６　　ヘッドタンク
　３７　　電動弁
　３８　　配水管
　３９　　気泡捕集器
　４０　　放流ピット
　４１　　放流管
　４２　　放流口
　４３　　フロート
　４４　　散気位置
　４５　　上端吐水口位置
　４６　　中仕切板

Claims (7)

  1. 　　曝気槽又は自然水域の被溶存酸素供給液又は水中に下端吸水口を浸漬し、前記被溶存酸素供給液又は水の水面上方１～５m前後の低落差位置に配設した気水分離計量手段内に上端吐水口を配設した揚水管と、該揚水管の内部に空気供給手段を配設して構成する気泡ポンプで前記被溶存酸素供給液又は水を揚液又は揚水し、前記気水分離計量手段の前記被溶存酸素供給液又は水を取液又は取水する取水手段を前記気水分離計量手段の落差形成部に配設して低落差水車発電装置の導水手段に取液又は取水流下して、低落差水車を回転駆動し、該低落差水車の回転に伴って、連結手段と増速手段を介して回転するように連結した発電機で発電すると共に前記曝気槽又は自然水域の循環流形成手段を併設することを特徴とする散気方法。
  2. 　曝気槽の曝気槽混合液中に下端吸水口を浸漬し、前記曝気槽混合液の液面上方１～５m前後の低落差位置に配設した気水分離計量手段内に上端吐水口を配設した揚水管と、該揚水管の内部に空気供給手段を配設して構成する気泡ポンプで前記曝気槽混合液を揚液し、前記気水分離計量手段の前記曝気槽混合液を取水する取水手段を前記気水分離計量手段の落差形成部に配設して低落差水車水力発電装置の導水手段に取水流下して、低落差水車を回転駆動し、該低落差水車の回転に伴って、連結手段と増速手段を介して回転するように連結した発電機で発電すると共に前記曝気槽の循環流形成手段を併設することを特徴とする請求項１記載の散気装置。
  3. 　曝気槽の槽底部の曝気槽混合液が循環上昇流管を径由してポンプピットに到達した前記曝気槽混合液を循環ポンプで、前記曝気槽混合液の液面上方１～５m前後の低落差位置に配設した気水分離計量手段に揚液して前記曝気槽の基準液面に対して大きな位置エネルギーとした環境下において、前記曝気槽混合液中に下端吸水口を浸漬し、前記気水分離計量手段内に上端吐水口を配設した揚水管と、該揚水管の内部に空気供給手段を配設して気泡ポンプを構成して前記曝気槽混合液を前記気水分離計量手段へ揚液し、前記循環ポンプと前記気泡ポンプにより揚液した前記曝気槽混合液が前記気水分離計量槽を流下して、低落差水車水力発電装置の取水手段を前記気水分離計量手段の落差形成部に配設して低落差水車水力発電装置の導水手段に取水流下して、低落差水車を回転駆動し、該低落差水車の回転に伴って、連結手段と増速手段を介して回転するように連結した発電機で発電し、前記曝気槽混合液は混合調整槽へ流下する。前記混合調整槽の底部開口に下降流管の吸水口を連通接続し、前記下降流管の浅層内部に空気供給手段を配設して構成した深層曝気手段で散気して下降気液二相流とし、前記下降流管の下端吐水口から流出した気泡の内で未溶解気泡を随伴した気液二相流束を吸液する気液二相流捕集手段と上昇流管及び該上昇流管内部に配設した空気供給手段で構成する気泡ポンプで前記曝気槽混合液を前記気水分離計量手段へ揚液することを特徴とする請求項１又は２記載の散気装置。
  4. 　自然水域に浮かべたフロートに配設したポンプピットの底部に、任意の取水層に吸水口を移動手段で移動する上昇流管の上端に配設の吐水口を連通接続すると共に前記ポンプピットの側部をアオコ生息水中に開口していて、前記上昇流管の吐水口とアオコ生息水中の開口には任意選択開閉手段を装備していて、吸水源を任意に選択する選択手段を配設していて、前記ポンプピットに吸水口を浸漬し、吐水口を配設した循環ポンプで、自然水面上方１～５m前後の低落差位置に配設した高位置の気水分離計量手段へ揚水して前記自然水域の水面に対して高位置エネルギーとし、さらに、前記気水分離計量手段から前記自然水域の水面に対して高位置エネルギーとなる複数区画ヘッドタンクに流下配水し、該複数区画ヘッドタンクのそれぞれの底部開口に、吐水口の配設深度を異にするために長さを異にするか又は前記吐水口を移動手段で移動する深層曝気手段の下降流管の吸水口を連通接続し、前記下降流管に配設する散気手段から供給する気泡を前記下降流管内に生成する水相下降流に気相を随伴して下降気水二相流を生成し、前記下降流管の先端である吐水口より気水二相流を吐水する自然水域の水中に下端の吐水口を浸漬し、深層曝気手段による未溶解気泡を捕集手段で捕集した気泡を気泡ポンプの下端に配設した吸水口に吸引し、前記気泡と揚水管で前記気泡ポンプを構成し、該気泡ポンプで前記気水分離計量手段へ揚水して前記自然水面に対して大きな位置エネルギーとする。前記気水分離計量手段で気水分離した脱離水を取水する取水手段を前記気水分離計量手段の落差形成部に配設して低落差水車水力発電装置の導水手段に取水流下して、低落差水車を回転駆動し、該低落差水車の回転に伴って、連結手段と増速手段を介して回転するように連結した発電機で発電すると共に、表層及び深層への放流を選択する選択手段と、深層放流位置選択手段を有する放流手段を配設することを特徴とする請求項１記載の散気装置。　　　
  5. 　自然水域の深層に配設した散気手段で散気して曝気すると共に浮上する気水二相流束を水面下の捕集手段で捕集すると共に気泡ポンプを構成する揚水管の吸水口に導入し、前記気泡ポンプの吐水口を槽底に配設した気水分離軽量手段へ揚水し、前記気水分離計量手段で気水分離した前記被溶存酸素供給水を取水する取水手段を前記気水分離計量手段の落差形成部に配設し、落差形成部に配設して低落差水車水力発電装置の導水手段に取水流下して、低落差水車を回転駆動し、該低落差水車の回転に伴って、連結手段と増速手段を介して回転するように連結した発電機で発電することを特徴とする請求項４記載の散気装置。
  6. 　請求項１、２，３，４又は５記載の空気供給手段を配設した気泡ポンプにおける揚水管の吐水側配管の下端位置内部断面積よりも、前記揚水管の吐水側配管の上端吐水口断面積を漸次又は段階的に拡大構造に形成したことを特徴とする請求項１、２、３、４、又は５記載の散気装置。
  7. 自然水域に浮かべたフロートに配設したポンプピットの底部開口に、任意の取水層に吸水口を移動手段で移動する上昇流管の上端口を連通接続すると共に前記ポンプピットの側部開口をアオコ生息水中に開口していて、前記上昇流管の底部開口とアオコ生息水中の側部開口には任意選択開閉手段を装備していて、吸水源を任意に選択する。前記ポンプピットに吸水口を浸漬し、吐水口を配設した循環ポンプで、複数区画ヘッドタンクへは選択配水手段で選択揚水し、又は単独ヘッドタンクへ揚水し、前記複数区画ヘッドタンクの各底部開口には吐水水深を異にする深層曝気手段の下降流管の吸水口を連通接続し、又は前記単独ヘッドタンクには吐水口位置を移動手段で移動可能な深層曝気手段の下降流管の吸水口を連通接続し、前記自然水域の水面に対して前記ヘッドタンクの水面を高位置エネルギーとして、前記深層曝気手段の下降流管に配設する散気手段から供給する気泡を前記下降流管内に生成する水相下降流に気相を随伴して下降気水二相流を生成して、前記下降流管の先端である吐水口より気水二相流を水中へ吐出して溶存酸素を供給することを特徴とする請求項４記載の散気装置。
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