JP2005224677A - 水中への酸素供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 溶解タンク内の水面が泡立ったり、渦を巻いたりして、波立っていた場合にも、大量の気体溶解水を放出させずに、溶解タンク内の水位調整を行うことのできる水中への酸素供給装置を実現する。
【解決手段】 任意の水深層における水を吸引するポンプと、このポンプの吸引側及び／又は吐出側において前記吸引した水に酸素を含む気体を注入する気体注入手段と、水中に設置され前記気体の水への溶解を促進するとともに気体が溶解した水を排出し再び任意の水深層に送出する溶解タンクとを備えた水中への酸素供給装置において、前記溶解タンクの上部に形成される気体溜まりの気体をサイホン管よりなる排気手段を介して水面上に排気することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は海（港湾）、湖沼、河川、ダム、濠等の貧酸素水域に酸素を供給することにより、水質の改善を図る水中への酸素供給装置に関するものである。更に詳しくは、水中に配設される溶解タンクにおいて、タンク内の未溶解気体を大気中に放出するための排気手段に関するものである。

海（港湾）、湖沼、河川、ダム、濠等には生活排水や産業排水等が流入しており、こうした排水中には有機物、栄養塩類が含まれている。これらの一部は水底に沈降して有機汚泥となる。
水中の微生物はこれらを分解するために溶存酸素を消費するので、底層の水への酸素供給が消費量より少ないと、貧酸素状態となってしまう。

底層水が貧酸素状態に陥ると、底泥中の有機物は嫌気分解され、硫化物やメタンガス等の、生物にとって有害な物質が生成される。
また、底泥が酸素不足になると、底泥中の栄養塩が溶出し易くなり、水中の栄養塩濃度を高め、アオコの発生や赤潮を引き起こすなど、環境悪化の原因となる。

図４は、このように貧酸素状態となった底層の水に酸素を供給する、従来の装置の例を示すものである。図において、１は任意の水深層における水を吸引するポンプ、２は水中に設置され、気体（酸素）の水への溶解を促進する溶解タンクであり、２１はポンプ１より吐出された水を溶解タンク２に流入させる導入管、２２は溶解タンク２内において気体が溶解した水（酸素溶解水）を排出し、再び任意の水深層に送出する排出管である。また、２３は導入管２１を介して供給される水を溶解タンク２内に噴出するノズル、２４はノズル２３から噴出された水が衝突する位置の水面下に配置された邪魔板（衝突板）、２５は溶解タンク２の上部に発生する気体溜まり、２６は気体溜まり２５の気体（未溶解気体）をタンク外（大気）に放出するための排気手段である。３はポンプ１の吐出側に挿入され、水に気体（酸素）を注入するとともに、乱流を発生して、水と気体とを撹拌するエジェクタおよびラインミキサである。４はポンプ１の吸引側および／または吐出側において、水に酸素を含んだ気体を注入する気体注入手段である。前記したように、ポンプ１の吐出側における気体の注入は、エジェクタ／ラインミキサ３を介して行われる。

３１〜３６は調節弁であり、流れる水または気体の流量を最適の値に調節する。特に、調節弁３２においては、気体注入手段４からポンプ１の吸引側に送り込む気体の量を制御し、所謂、泡噛み（キャビテーション）が起きないように制御している。また、調節弁３６は、溶解タンク２上部の気体溜まり２５における気体（未溶解気体）を放出し、気体溜まり２５における窒素濃度の上昇を防ぐとともに、タンク内の水位を調節する。

このように構成された水中への気体供給装置においては、気体が注入され、ノズル２３を介して溶解タンク２内に噴出された水は、邪魔板２４に衝突して、タンク内を激しく泡立てる。このため、溶解タンク２内では、水の衝突による泡立ちのために、気液接触表面積が大きくなり、効率よく気体を溶解させることができる。
したがって、溶存酸素濃度の高い水を海（港湾）、湖沼、河川、ダム、濠等の底層に供給することができ、底層の貧酸素状態を解消して、水質の改善を図ることができる。また、溶解タンク２を水中に設置することにより、水圧を利用して、比較的高濃度の酸素を溶解させることができる。

ここで、溶解タンク２内では、全ての気体が水に溶解するわけではなく、気泡として残っている未溶解の気体は、水から分離して、タンク上部に気体溜まり２５を形成する。
未溶解気体は徐々に増えるので、密閉された溶解タンク２内においては、その水位も徐々に下降する。水位が下降し続け、邪魔板２４が水面上に出てしまうと、泡の発生が少なくなり、気体の溶解効率が低下してしまうので、排気手段２６を介して、気体溜まり２５の未溶解気体を大気に放出して、タンク内の水位を一定レベル以上に調節する。
水位が高くなり、邪魔板２４が深く水没してしまうと、邪魔板２４に衝突する水の勢いが低下して、これまた、泡の発生が悪くなるので、タンク内の水位は一定の範囲内に調節されることが求められる。

また、窒素に比べて酸素の方が水に溶けやすいので、水に含まれていた窒素が脱気されたり、供給気体に含まれていた窒素ガスのために、気体溜まり２５における気体の窒素濃度が徐々に上昇（酸素濃度が徐々に低下）してくる。このような場合にも、窒素濃度がある程度上昇した時に、気体溜まり２５の気体を排気手段２６を介して大気に放出し、それ以上の窒素濃度の上昇を防止する。
なお、気体溜まり２５の未溶解気体を大気に放出する方式としては、上記の目的を考慮して、気体溜まり２５の窒素濃度がある濃度以上になった時に放出する方式、時間を決めて定期的に放出する方式、あるいは、タンク内の水位が所定のレベル以下に下がった時に放出する方式、およびこれらの組み合わせなどがある。

図５は、溶解タンク２における排気手段２６の一例を示す構成図である。図において、２６１は海（港湾）、湖沼、河川、ダム、濠等の水面に設けられた排気フロート、２６２は調節弁３６を介して気体溜まり２５の未溶解気体を大気に放出する気体抜きホースで、その先端は溶解タンク２内のＡのレベルに設定されている。２６３は排気フロート２６１の液溜め２６５に溜まった酸素溶解水を溶解タンク２内に還流させる返送ホースで、その先端は溶解タンク２内のＣのレベルに設定されている。２６４は緊急排気ホースで、その先端は溶解タンク２内のＢのレベルに設定されている。各レベルの関係は、Ａ＞Ｂ＞Ｃとなっている。
なお、図においては、ノズル２３および邪魔板２４の図示は省略している。

このように構成された排気手段２６においては、調節弁３６の開度を調節して、装置への気体供給量と気体抜きホース２６２からの排気量とのバランスを変え、溶解タンク２内の水位を一定に保持する。いま、タンク水面のレベルがＡとＢの間にあるとすると、気体抜きホース２６２を介して排気される未溶解気体の排気量が気体供給量より多い場合には、気体溜まり２５に溜まる未溶解気体が減少して、タンク水面は徐々に上昇し、タンク水面がＡのレベルに達した時に、気体抜きホース２６２が気体溶解水により塞がれ、気体抜きホース２６２による排気が停止される。また、気体溜まり２５に溜まる未溶解気体が増加して、タンク水面がＡのレベルより下がると、未溶解気体とともに気体抜きホース２６２内の気体溶解水が放出され、気体抜きホース２６２による排気が再開される。したがって、タンク水面は、Ａのレベルに保たれる。

次に、気体抜きホース２６２を介して排気される未溶解気体の排気量が気体供給量より少ない場合には、気体溜まり２５に溜まる未溶解気体が増加して、タンク水面は徐々に下降し、タンク水面がＢのレベルに達した時に、未溶解気体とともに緊急排気ホース２６４内の気体溶解水が放出され、緊急排気ホース２６４による排気が開始される。したがって、タンク水面は、Ｂのレベルに保たれる。
ここで、気体抜きホース２６２または緊急排気ホース２６４を介して放出された気体溶解水は、排気フロート２６１の液溜め２６５に貯留され、底に設けられた返送ホース２６３を介して、溶解タンク２内に還流する。
この結果、溶解タンク２内の水位は、ＡまたはＢのいずれかのレベルに保持されることになる。

特開平９−１６８７７７号公報 特開平１１−２０７１６２号公報 特開２００２−３４６３５１号公報

しかしながら、溶解タンク２内は、図６に示す如く、激しく泡立ったり、渦を巻いたりして、かなり波立った状態となっており、ホース開口部の開閉にともなって、気体抜きホース２６２または緊急排気ホース２６４からは、気体溜まり２５の未溶解気体とともに、かなりの量の気体溶解水が放出されてしまう。ここで、溶解タンク２内の気体溶解水は水圧により加圧されているために、常圧換算としてはかなりの過飽和状態となっており、排気フロート２６１の液溜め２６５に放出された状態では気泡を生じ、溶解タンク２内のそれよりは、溶存酸素濃度が低下してしまう。このため、溶存酸素濃度の低下した気体溶解水が返送ホース２６３を介して溶解タンク２に還流すると、溶解タンク２内の溶存酸素濃度を低下させてしまう問題がある。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、大量の気体溶解水を放出させずに、溶解タンク内の水位調整を行うことのできる水中への酸素供給装置を実現することを目的としたものである。

このような目的を達成するために、本発明の水中への酸素供給装置は、次に示す構成を有するものである。

（１）水中への酸素供給装置は、任意の水深層における水を吸引するポンプと、このポンプの吸引側及び／又は吐出側において前記吸引した水に酸素を含む気体を注入する気体注入手段と、水中に設置され前記気体の水への溶解を促進するとともに気体が溶解した水を排出し再び任意の水深層に送出する溶解タンクとを備えた水中への酸素供給装置において、前記溶解タンクの上部に形成される気体溜まりの気体をサイホン管よりなる排気手段を介して水面上に排気することを特徴とする。

（２）前記サイホン管はその流量を制御する調節弁を具備したことを特徴とする（１）に記載の水中への酸素供給装置。

（３）前記排気手段は前記サイホン管の他に、前記サイホン管の開口部よりも低い位置に開口部を有する緊急排気ホースを具備したことを特徴とする（１）または（２）に記載の水中への酸素供給装置。

（４）前記排気手段は前記溶解タンクから水上に至る配管を水面の位置において支持する排気フロートを具備したことを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の水中への酸素供給装置。

（５）前記排気フロートは前記サイホン管または前記緊急排気ホースから放出された気体溶解水を受ける液溜めを具備し、前記排気手段は前記サイホン管および緊急排気ホースの他に、前記排気フロートの液溜めに貯留された気体溶解水を前記溶解タンクに還流させる返送ホースを具備したことを特徴とする（４）に記載の水中への酸素供給装置。

本発明によれば、溶解タンクの上部に形成される気体溜まりの未溶解気体を水面上に排気する排気手段をサイホン管とすることにより、排気を開始または停止する水面レベルにヒステリシスを持たせ、サイホン管の開口部が水面から離れた状態で排気動作を開始させることができ、水面が泡立ったり、渦を巻いたりして、波立っていた場合にも、大量の気体溶解水を放出させずに、溶解タンク内の水位調整を行うことのできる水中への酸素供給装置を実現することができる。

以下、本発明に係る水中への酸素供給装置の様々な実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の水中への酸素供給装置の一実施例を示す構成図である。図において、図４〜図６と同様のものは、同一符号を付して示す。２６６は排気手段２６を構成するサイホン管であり、Ｕ字部分が下となり、開口部Ｍが上を向くように配置されている。ここで、サイホン管２６６における開口部ＭのレベルをＡ、Ｕ字の頂点より下がったあるレベルをａとすると、水面がａのレベルに達した時にサイホン管２６６内の気体溶解水が押し出されて、排気動作が開始され、水面がＡのレベルに達し、開口部Ｍを塞ぐと排気動作が停止される。ここで、このレベルａは排気手段２６における水面上の部分に溜まった水（酸素溶解水）のレベル分だけ、サイホン管２６６のＵ字の頂点から下がった位置となる。

このように、サイホン管２６６を使用することにより、排気動作を開始または停止させる水面レベルにヒステリシスを持たせることができる。また、水面レベルがａとなり、排気動作が開始される際には、開口部Ｍは水面から（Ａ−ａ）だけ離れた状態となっているので、水面が泡立ったり、渦を巻いたりして、波立っていた場合にも、開口部Ｍから大量の気体溶解水が放出されてしまうことがない。

図２に示す例は、排気手段２６として、サイホン管２６６の他に緊急排気ホース２６４を設けたものである。図において、前記図１と同様のものは、同一符号を付して示す。緊急排気ホース２６４の先端はＢのレベルに設定されている。各レベルの関係は、Ａ＞ａ＞Ｂとなっている。
何らかの理由によりサイホン管２６６の排気量が低下し、水面のレベルが回復せずに、水面の下降が続いた場合には、Ｂのレベルにおいて、緊急排気ホース２６４を介して排気動作が行われ、水面はＢのレベルに保持される。

図３に示す例は、排気手段２６として、サイホン管２６６および緊急排気ホース２６４の他に返送ホース２６３を設けたものである。また、これらの配管を水面の位置において支持する排気フロート２６１を設けたものである。更に、サイホン管２６６には調節弁３６を付加している。返送ホース２６３の先端はＣのレベルに設定されており、排気フロート２６１の液溜め２６５に貯留された気体溶解水を溶解タンク２内に還流させる。各レベルの関係は、Ａ＞ａ＞Ｂ＞Ｃとなっている。
また、サイホン管２６６に設けられた調節弁３６は、メンテナンス時などに使用されるもので、通常、サイホン管２６６の排気量を溶解タンク２への気体供給量より少なくすることはない。

以上、本発明の水中への酸素供給装置について、様々な実施形態をもとに説明をしたが、これらの実施例は、例示の内容にのみ限られるものではなく、変更、変形および組み合わせて実施することができるものである。

本発明の水中への酸素供給装置の一実施例（実施例１）を示す構成図。 本発明の水中への酸素供給装置の他の実施例（実施例２）を示す構成図。 本発明の水中への酸素供給装置の他の実施例（実施例３）を示す構成図。 従来の水中への酸素供給装置の一例を示す構成図。 従来の水中への酸素供給装置における排気手段の一例を示す構成図。 溶解タンク内における水面の状態を示す説明図。

符号の説明

１ ポンプ
２ 溶解タンク
３ エジェクタ・ラインミキサ
４ 気体注入手段
２１ 導入管
２２ 排出管
２３ ノズル
２４ 邪魔板（衝突板）
２５ 気体溜まり
２６ 排気手段
３１〜３６ 調節弁
２６１ 排気フロート
２６２ 気体抜きホース
２６３ 返送ホース
２６４ 緊急排気ホース
２６５ 液溜め
２６６ サイホン管（気体抜きホース）

Claims (5)

1. 任意の水深層における水を吸引するポンプと、このポンプの吸引側及び／又は吐出側において前記吸引した水に酸素を含む気体を注入する気体注入手段と、水中に設置され前記気体の水への溶解を促進するとともに気体が溶解した水を排出し再び任意の水深層に送出する溶解タンクとを備えた水中への酸素供給装置において、前記溶解タンクの上部に形成される気体溜まりの気体をサイホン管よりなる排気手段を介して水面上に排気することを特徴とする水中への酸素供給装置。
2. 前記サイホン管はその流量を制御する調節弁を具備したことを特徴とする請求項１に記載の水中への酸素供給装置。
3. 前記排気手段は前記サイホン管の他に、前記サイホン管の開口部よりも低い位置に開口部を有する緊急排気ホースを具備したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水中への酸素供給装置。
4. 前記排気手段は前記溶解タンクから水上に至る配管を水面の位置において支持する排気フロートを具備したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の水中への酸素供給装置。
5. 前記排気フロートは前記サイホン管または前記緊急排気ホースから放出された気体溶解水を受ける液溜めを具備し、前記排気手段は前記サイホン管および緊急排気ホースの他に、前記排気フロートの液溜めに貯留された気体溶解水を前記溶解タンクに還流させる返送ホースを具備したことを特徴とする請求項４に記載の水中への酸素供給装置。
   

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