JP2005193197A

JP2005193197A - 水質浄化装置

Info

Publication number: JP2005193197A
Application number: JP2004004105A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Yamashita; 英俊山下; Yasumasa Eda; 保正江田
Original assignee: Hokoku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Hokoku Kogyo Co Ltd
Priority date: 2004-01-09
Filing date: 2004-01-09
Publication date: 2005-07-21

Abstract

【課題】大きな動力を必要とすることなく、表層水を効率よく低層部に供給して、低層水の溶存酸素量を上げ水質を浄化させる水質浄化装置及び水質浄化方法を提供する。
【解決手段】水質浄化装置は、表層水を上方に掻き揚げる揚水手段１と、掻き揚げられた表層水の拡散を規制する規制手段２と、上端が水面に臨み下端が低層部に配設される導水管３とを備えている。これにより、表層水が揚水手段１により掻き揚げられて、規制手段２内の水位が上昇すると共に、上昇した表層水は、水面との落差により、水面に臨む導水管３の上端開口に流入し、導水管３に沿って流下して下端の流出口２７から低層部に流出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、湖沼、貯池、湾等の水面付近で溶存酸素が豊富な表層水を貧酸素水域である低層部に供給して水質を浄化させる水質浄化装置及び水質浄化方法に関するものである。

一般に、湖沼、貯池、湾等の閉鎖性水域では、水の流れがほとんどなく、表層部から下方の低層部には十分に酸素が供給されず、水が濁り易くなっている。しかも、湖沼等には生活用水や産業廃棄物等が流入し、これら生活用水や産業廃棄物内に含まれる有機物、栄養塩類が低層部に沈降すると、水中の微生物はこれを分解するために酸素を消費するため、低層部が貧酸素状態になってしまう。
特に、夏場太陽によって暖められる水面付近の表層水は自然対流を起こさないので、溶存酸素が豊富で高い温度を保ったままとなり、アオコ等が異常に繁殖してしまい湖沼全体が緑色に変色してしまう。一方、酸素がほとんど供給されない深層水では、貧酸素状態となり微生物は死滅し、死骸が底部にヘドロ化して堆積する状態となる。

上述した水質状態を改善するための具体的な方式として、下記（ア）〜（ウ）に示す方式が提案されている。
（ア）ポンプやブロペラ等を水中に配設して、直接水を攪拌する方式。例えば、特許文献１には、水に浮上するフロートと、該フロートの下方に上下に配置された第１回転羽根及び第２回転羽根を有し、第１回転羽根は、その回転により低層水を汲み上げるように斜め方向に延在した傾斜羽根を有し、第２回転羽根は、第１回転羽根で汲み上げられた水を回転により周方向に押し出すように垂直方向に延びる垂直羽根を有することが開示されている。

（イ）水中に配設したポンプやプロペラ等によって水中に上下循環流を発生させると共に、エアブロア又はエアコンプレッサーにより空気を低層部に送りこんで酸素溶存量を増加させる方式。例えば、特許文献２には、貯留水に浮遊して配置された浮上部と、この浮上部の下方に配置され、上部と下部にそれぞれ貯留水の給排開口部を備えた管状部と、この管状部の内部に配設され、下方向への水流を生起させる水流発生部と、この水流発生部の吸込側に空気を吐出する空気供給装置とを備え、水流発生部により表層水を低層部に押し込むようにして上下循環流を発生させる共に、空気供給装置により空気を低層部に供給して低層部の溶存酸素量を増加させることが開示されている。

（ウ）表層水を汲み上げて、その表層水を水中に配設した管を介して低層部に供給する方式。例えば、特許文献３には、海、湖沼、河川、ダム、掘等の所望の水域から汲み上げた水を、一端が水上の空中に配置され他端が所望の水深に配置された管の水上部に供給し、水頭圧を用いて所望の水深に排出することが開示されている。

特許第３１６９３４０号公報特許第２５５７６３５号公報特開２００３−８８８８６号公報

しかしながら、上述した（ア）〜（ウ）の方式においては、以下に説明する問題点が発生する虞がある。
（ア）の方式では、プロペラ等で表層水を直接低層部に圧送して水を循環させるために、水深が深い程大きな動力が必要で、消費エネルギーが大きくなり、運転コストが高くなる虞がある。そのために、動力を小さくしてしまうと、プロペラ付近で単に水を攪拌するのみとなり、水深が深い場合には低層部への水流はほとんど期待できない。
そこで、動力を小さくするために、特許文献１の発明では、プロペラで表層部を攪拌して低層部から表層部への水の流れを発生させて対流を起こしているが、この方式では、間接的に溶存酸素の多い表層水を低層部に供給するために、水域全体を攪拌するのに多くの時間を要し、また、表層水の温度が上昇する夏場では攪拌効果が著しく低減する。

（イ）の方式、すなわち特許文献２の発明では、空気供給装置（例えばエアブロアやエアコンプレッサー）を必要としており、装置全体のコストが高くなり、しかも、空気供給装置により水圧以上の力で空気を低層部に向かって噴射させなければならないために、大きな動力を要し運転コストが高くなると共に、運転時の騒音が大きくなる。また、この方式では、低層部に供給した空気（気泡）の上昇に伴って水流を発生させるので、一般的に水流の勢いが弱く、気泡が大きい場合には、酸素の溶解を期待できない。さらに、表層水の温度が上昇する夏場での攪拌効果を期待することはできない。

（ウ）の方式、すなわち特許文献３の発明では、溶存酸素増加方法として、所望の水深から汲み上げた水を管の水上部（空中に位置する部分）に供給する方法が明示されているが、表層水を管の水上部に供給するために表層水を一度地上、あるいは水上まで汲み上げているので、表層水を汲み上げる手段であるポンプ等に大きな動力を必要とする。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、大きな動力を必要とすることなく、表層水を効率よく低層部に供給して、低層水の溶存酸素量を上げ水質を浄化させる水質浄化装置及び水質浄化方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、請求項１に記載した水質浄化装置の発明は、溶存酸素の豊富な水面付近の表層水を低層部に導いて水質を浄化する水質浄化装置において、表層水を上方に掻き揚げる揚水手段と、掻き揚げられた表層水の拡散を規制する規制手段と、上端が水面に臨み下端が低層部に配設され、掻き揚げられた表層水を低層部まで導く導水管と、これら揚水手段、導水管及び規制手段に連結され水面に浮上するフロートとを具備することを特徴とするものである。
このように構成することにより、規制手段の内部は、揚水手段によって掻き揚げられた表層水によって水位が上昇して、水面との落差が形成されるので、上昇した表層水は、水面に臨む導水管の上端開口に流入して、導水管に沿って流下して導水管の下端に設けた流出口から低層部に流出される。さらに、低い揚程の表層部に揚水手段を配設して、揚水手段によって表層水を上方に掻き揚げるので、従来、プロペラの回転によって表層水を低層部に向かって押し込む方式やポンプ等によって表層水を水上や地上に汲み上げる方式に比べ、必要とする動力を大幅に削減することができる。しかも、表層水が水上に掻き揚げられる際、表層水は新鮮な空気と混合することにより、溶存酸素をさらに増加させることができる。

請求項２に記載した水質浄化装置の発明は、請求項１に記載した発明において、前記規制手段の内方に、掻き揚げられた表層水の水質を改善する水質改善手段を備えると共に、前記導水管を複数の上部導水管と、該複数の上部導水管の内方に位置する下部導水管とから構成して、前記各上部導水管は、その上端を水面に配設すると共に、その中間部を上端の位置から前記下部導水管の周方向に沿って延設して、その下端を前記下部導水管の上部に連通させることを特徴とするものである。
このように構成することにより、水質改善手段により、例えば、オゾンを表層水に混入させ、オゾンを含んだ表層水を低層部に排出して、有機物の分解を促進させることができると共に、各上部導水管内を流下する表層水に回転力が付加され、表層水の流下速度が増加して、水中放流後の拡散力を高めることができる。

請求項３に記載した水質浄化方法の発明は、溶存酸素の豊富な水面付近の表層水を低層部に導いて水質を浄化する水質浄化方法において、表層水を上方に掻き揚げて、水面との落差を形成し、掻き揚げられた表層水が、上端が水面に臨み下端が低層部に配設される導水管の上端開口に流入して、前記導水管の下端に設けた流出口から低層部に流出することを特徴とするものである。
このように構成することにより、揚水量に対して揚程が低いので、表層水を上方に掻き揚げる動力を小さく抑えることができ、掻き揚げられた表層水は、水面との落差により容易に導水管の上端開口に流入し、導水管に沿って流下して、導水管の下端に設けた流出口から低層部に流出される。

請求項１に記載した水質浄化装置の発明によれば、溶存酸素の豊富な水面付近の表層水を、揚水手段によって掻き揚げ、規制手段内の水位を上昇させて、水面との落差を形成することにより、上昇した表層水は、水面に臨む導水管の上端に流入して、導水管に沿って流下し導水管の下端から低層部に流出される。これにより、水域全体における溶存酸素量の偏りを無くしつつ、水域全体の溶存酸素量を増加させ、さらには表層水と低層水との温度差及び密度差により水域全体での対流を発生させるので、低層水の貧酸素状態を解消でき、水質を浄化することができる。しかも、表層水の揚水時、揚水量に対して揚程が低いため揚水手段の動力を、ポンプ等によって水上や地上に汲み上げる従来方式に比べ、大幅に低減することができる。
また、請求項２に記載した水質浄化装置の発明によれば、規制手段の内部に、掻き揚げられた表層水の水質を改善する水質改善手段を備えているので、より優れた水質に浄化することができ、また、導水管を複数の上部導水管と下部導水管とから構成し、各上部導水管は下部導水管の周方向に沿ってそれぞれ延設されているので、各上部導水管内を流下する表層水にさらに回転力が付加され、表層水の流下効率が向上して短時間で水質浄化が可能になる。
さらに、請求項３に記載した水質浄化方法の発明によれば、表層水を水上や地上に汲み上げることなく、表層水を上方に掻き揚げることにより水面との落差を形成して、表層水を導水管を介して低層部に供給するので、必要とする動力を最小限に留めることができ、運転コストを削減でき、実用的である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図１及び図２に基いて詳細に説明する。
本発明の実施の形態に係る水質浄化装置は、特に、湖沼、貯池、湾等の閉鎖性水域に設置されるものであり、図１及び図２に示すように、表層水を上方に掻き揚げて水位を上昇させる揚水手段１と、掻き揚げられた表層水の拡散を規制する規制手段２と、上端が水面に臨み下端が低層部に配設され掻き揚げられた表層水を低層部まで導く導水管３と、これら揚水手段１、規制手段２及び導水管３に連結され水面に浮上するフロート４とから概略構成されている。

フロート４は、略四角柱あるいは円柱からなり（図２では四角柱）、水面に複数（図２では４個）浮上している。各フロート４の中心には、支持棒４ａが立設されており、各支持棒４ａの下部には、各フロート４を連結する平面視略矩形状の支持板５が固定されている。
また、この支持板５には、そのほぼ中央部の上方に揚水手段１及び規制手段２が連結され、ほぼ中央部の底面には導水管３を構成する下部導水管２６の上端が固定されると共に、中央部の周りには、導水管３を構成する各上部導水管２５が挿通する開口部が複数（この形態では４個）形成されている。この支持板５によって、揚水手段１を構成するプロペラ部８が表層水のみではなく低層水も上方に掻き揚げることを防いでおり、その形状は、上述した矩形状に限定されることなく、他の形状を採用しても同じ効果を得ることができる。
また、各フロート４には、水の注入口が形成してあり、水をフロート４内に注入することにより、揚水手段１、規制手段２及び導水管３の喫水位置を調整できるようにしてある。

揚水手段１は、水面から上方に配設されるモータ部６と、モータ部６の下端から延設される出力軸７に固定され、表層部に配設されるプロペラ部８とから構成されている。このプロペラ部８の周りには、プロペラ部８の回転により上方に掻き揚げられる表層水の流路を形成する略円筒状の案内部９が形成されている。この案内部９の上端開口９ａは、水面に臨んでおり、その上端開口９ａの周端が後述する水平板部１１の開口部１３の周縁に接続されると共に、下端開口９ｂは、支持板５と所定の間隔１４をあけて配置されている。この案内部９の周りには、案内部９を取り囲むように、防塵ネット１０が支持板５の上面に固定されている。この防塵ネット１０の上方には、その上方開口を塞ぐように、略円形の水平板部１１が配設され、この水平板部１１は、水面と略同一平面上に配設されている。また、水平板部１１には、その中心に、案内部９の上端開口９ａの周端が接続される開口部１３が形成されると共に、この開口部１３の周りに、導水管３を構成する上部導水管２５の上端開口に連通する開口部１２が、周方向に所定の間隔をあけて複数（図２では４個）形成されている。
また、モータ部６と案内部９の上端との間には、中央部が出力軸７の外筒７ａに支持されると共に、水平板部１１に複数の支持部１５を介して支持され水平方向に延在する略円形の案内板部１６と、出力軸７の外筒７ａの外周から斜め上方に延びて案内板部１６に接続される案内傾斜部１７とが配設されている。

規制手段２は、水平板部１１の上方に配設され、水平板部１１の周端から連続して上方に延設される円筒状の囲み部である。この規制手段２の上方には、上方開口を塞ぐように、略円形の蓋部２１が配設されている。この蓋部２１は、モータ部６の出力軸７が挿通する開口と、モータ部６が配置される凹部とを有している。この蓋部２１の凹部には、モータ部６を覆うための被覆部２２が配設されている。
また、規制手段２の内方で水平板部１１上には、掻き揚げられた表層水の水質を改善する水質改善手段２３が複数（図１では２台）配設されている。この水質改善手段２３は、例えば、表層水にオゾンの混入するためのオゾン発生装置、又は酸素をさらに溶解させるための酸素発生装置等である。なお、水質改善手段２３は、掻き揚げられた表層水が適切な水質であれば設置する必要はない。

導水管３は、各上端開口が水平板部１１に設けた各開口部１２に連通する複数の上部導水管２５と、これら上部導水管２５に連通すると共に、上端が支持板５の底面のほぼ中央部に固定され、下端が低層部に配設される下部導水管２６とから構成されている。
上部導水管２５は、下部導水管２６の周りを周方向に９０度間隔で４本ほぼ鉛直に立設され、各上部導水管２５の下端が下部導水管２６の上部の胴部に連通している。なお、上部導水管２５の数量は４本に限定されず、処理する表層水の容量等に応じて適宜の数に設定できる。
下部導水管２６は、ほぼ鉛直に立設され、その下端には、下部導水管２６内を流下する表層水が底部と平行に流出するために底面が閉塞され、複数の流出口２７がその胴部に形成されている。また、下部導水管２６は、水深の変動に対応するため伸縮自在となるように、途中部位に蛇腹部２６ａを設けるか、あるいは途中部位を伸縮性のある材料（例えば、樹脂製や布製）で構成して形成されている。
また、下部導水管２６は、各上部導水管２５との接続部付近に接続されたワイヤロープ２８を介して底部に配置されたアンカ２９に係留されている。これにより、下部導水管２６、すなわち水質浄化装置全体が、アンカ２９を中心に回転移動でき、広い範囲において低層部に表層水を供給することが可能となっている。
さらに、各上部導水管２５を、図１の２点鎖線で示すように、その上端（水面に臨む部位）と下端（下部導水管２６との連通部）とが９０度相違するように、下部導水管２６の周方向に沿ってそれぞれ同方向に延設して、各上部導水管２５内を流下する表層水に回転力を付加し、さらに流下速度を高める形態を採用する場合もある。この時、各上部導水管２５の形状は、直線状に形成してもよいが、捩じるように曲線状に形成したほうがより流下速度を高めることができる。

ここで、揚水手段１を構成するモータ部６及び水質改善手段２３のオゾン発生機等への電源供給は、陸上に配設された図示しない制御盤により図示しないケーブルを介して供給される。また、これらモータ部６及び水質改善手段２３への電源供給は、太陽光発電等により自然エネルギーを利用することも考慮される。

次に、本発明の実施の形態に係る水質浄化装置による水質浄化方法を、図１及び図２に基いて説明する。ここで、図１及び図２の白抜き矢印は、表層水の流れを示すものである。
防塵ネット１０によってゴミ等の大きな浮遊物が取り除かれた表層水は、プロペラ部８の回転によって、案内部９の下部開口９ｂと支持板５との空間１４から、案内部９内に挿入され、案内部９に沿って上方に掻き揚げられる。掻き揚げられた表層水は、案内傾斜部１７及び案内板部１６の下面に沿って、案内部９の上端開口９ａの全周囲から水平方向で放射状にあふれるように揚水して、空気と接触して溶存酸素が増加されると共に規制手段２によりその水平方向の流れが規制され、規制手段２内の水位が外部の水面よりも上昇した状態となる。この段階において、掻き揚げられた表層水には、水質改善手段２３、例えばオゾン発生装置から噴射されるオゾンが混入されて、より優れた水質に改善される。
そして、表層水は、水面との落差により、水平板部１１に設けた複数の開口部１２から、各上部導水管２５、及び下部導水管２６に順次流れ込み、下部導水管２６の下端の胴部に設けた複数の流出口２７から底部とほぼ平行に低層部に流出する。

上述した実施の形態の他の形態として、図３に示すように、揚水手段１を構成するモータ部６が水中に配設されており、モータ部６は、複数のフロート４の支持棒４ａ（図１参照）に連結された支持板５の中央部に設けた凹部５ａに収容されている。その他の構成については、図１に示す形態とほぼ同一であり、作用についてもほぼ同一である。ここで、図３の白抜き矢印も表層水の流れを示すものである。

以上説明した、本発明の実施の形態及び他の形態に係る水質浄化装置によれば、表層水は、揚水手段１のプロペラ部８の回転によって、上方に掻き揚げられ、規制手段２により掻き揚げられた表層水の拡散が規制されて、規制手段２内は、外部の水面よりも水位が上昇した状態となる。そして、上昇した表層水は、水面との落差により、水平板部１１に複数設けた開口部１２、各上部導水管２５の上端開口に順次流入して、各上部導水管２５及び下部導水管２６に沿って流下して、下部導水管２６の下端の胴部に設けた流出口２７から低層部に流出する。これにより、大きな動力を必要とせず、表層水を効率良く低層部に供給すると共に、表層水と低層水とが温度差及び密度差により対流を起こすので、水域全体における溶存酸素量の偏りが解消され、水質が浄化される。

図１は、本発明の実施の形態に係る水質浄化装置の側面図である。図２は、本発明の実施の形態に係る水質浄化装置の平面図である。図３は、本発明の他の実施の形態に係る水質浄化装置の側面図である。

符号の説明

１揚水手段
２規制手段
３導水管
４フロート
６モータ部
８プロペラ部
９案内部
２５上部導水管
２６下部導水管
２３水質改善手段

Claims

溶存酸素の豊富な水面付近の表層水を低層部に導いて水質を浄化する水質浄化装置において、
表層水を上方に掻き揚げる揚水手段と、掻き揚げられた表層水の拡散を規制する規制手段と、上端が水面に臨み下端が低層部に配設され、掻き揚げられた表層水を低層部まで導く導水管と、これら揚水手段、導水管及び規制手段に連結され水面に浮上するフロートとを具備することを特徴とする水質浄化装置。
前記規制手段の内方に、掻き揚げられた表層水の水質を改善する水質改善手段を備えると共に、前記導水管を複数の上部導水管と、該複数の上部導水管の内方に位置する下部導水管とから構成して、前記各上部導水管は、その上端を水面に配設すると共に、その中間部を上端の位置から前記下部導水管の周方向に沿って延設して、その下端を前記下部導水管の上部に連通させることを特徴とする請求項１に記載の水質浄化装置。
溶存酸素の豊富な水面付近の表層水を低層部に導いて水質を浄化する水質浄化方法において、
表層水を上方に掻き揚げて、水面との落差を形成し、掻き揚げられた表層水が、上端が水面に臨み下端が低層部に配設される導水管の上端開口に流入して、前記導水管の下端に設けた流出口から低層部に流出することを特徴とする水質浄化方法。