JPH05146796A - 閉鎖自然水域浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 湖沼、ダム等の閉鎖自然水域水に微細な酸化
ガス等の気泡を高効率で供給し得る旋回式エアレータを
備えた閉鎖自然水域浄化装置の提供。 【構成】 内壁に螺旋板を固着してなる円筒体と該円筒
体下方開口部直下に若干の間隔をおいて配置された空気
供給口とから構成される旋回式エアレータを、閉鎖自然
水域底部に垂設する。円筒体内の中心に立設された螺旋
板支持支柱に多条の螺旋板を固着したものを、円筒体内
壁に固着したものは好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、湖沼、貯水池、調整池
あるいはダム等の閉鎖自然水域の浄化装置に関し、特に
閉鎖自然水域水に微細な酸化ガス等の気泡を供給し、か
つ閉鎖自然水域水内に強力な安定した循環流を形成し得
るエアレータを備えた閉鎖自然水域浄化装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】現代に
おける人類の生活様式の高度化に伴い、湖沼等の自然水
域の富栄養化が進行し、自然環境が汚染、劣化してい
る。そこでこうした閉鎖自然水域を浄化すべく種々のエ
アレーション方式が採用されており、湖沼等の水中に設
置された環状や板状のエアレータ細孔から空気を水中に
加圧して噴き出すことによって気泡を細分化して供給す
る方式や回転羽根や放水管などによりせん断力が形成さ
れた水流内に空気を入れてそれを細分化する方式、ある
いは湖沼水等をくみ揚げてその場で上へ噴出する噴水方
式、さらには湖沼水中に没入させて垂設した空気揚水筒
から間欠的に空気を噴出させることによって、湖沼等水
域に対流を発生させる方式等が存在する。

【０００３】これらの方式のエアレーションでは、基本
的には空気の送量やそれぞれのエアレータの設置個数等
によって必要な調節が行われている。しかし、省エネル
ギー型の高度湖沼水等処理を目的とする高機能閉鎖自然
水域浄化装置の開発のためには、微細な酸化ガス気泡を
多量に発生させ、さらにはその気泡の発生量・供給量と
それを含む循環流の形成を制御する必要がある。

【０００４】ところが、上記方式のエアレーションに
は、例えば散気管、散気筒にいかに微細な細孔を設けて
も、気泡が細孔から噴出する際の気泡の表面張力によっ
て、結果的にそのほとんどが噴き出しによる散気方式か
回転羽根や突起体とにせん断によって気泡を発生させる
方式であるために、下記のさまざまな欠点があった。例
えば、散気管、散気板、散気筒からの噴き出し方式で
は、そこにいかに微細な細孔を設けても、気泡が細孔か
ら噴出する際の気泡の表面張力によって、結果的に数ミ
リメートル程度の径を有する大きな気泡が発生してしま
い、それよりも小さな気泡を発生させることが不可能で
あるという欠点を有していた。また、その長時間運転に
伴う動力費の増大及び目づまり発生の問題等が存在して
いた。

【０００５】そしてまた、上記回転羽根や突起体とのせ
ん断力を利用する方法においては、羽根や突起体との接
触により水棲動物、微小生物等を破壊する問題があっ
た。以上のような欠点や問題点を有した従来の閉鎖自然
水域浄化装置におけるエアレータにおいては、微細気泡
の発生量が少なく、湖沼水等中への酸素溶解量の増大が
期待できなかった。さらには、微細気泡の径と発生量を
容易に制御することと同時に強力かつ安定した循環流の
形成ができないことから、湖沼水等の浄化処理が効率的
に実施できない問題があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者らは上
記従来技術の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた結
果、湖沼水等に微細な気泡を容易に供給でき、かつ同水
域に好適な循環流を生成し得るエアレータを備えた閉鎖
自然水域浄化装置を開発した。すなわち本発明は下記の
とおりの閉鎖自然水域浄化装置である。第１の発明は、
内壁に螺旋板を固着してなる円筒体と該円筒体下方開口
部直下に若干の間隔をおいて配置された空気供給口とか
ら構成される旋回式エアレータを、閉鎖自然水域底部に
配設してなることを特徴とする閉鎖自然水域浄化装置で
あり、第２の発明は、円筒体が、その全体又は上方部が
漸縮円筒体であることを特徴とする上記第１発明に記載
の閉鎖自然水域浄化装置であり、第３の発明は、螺旋板
が、多条のものであることを特徴とする第１又は第２発
明に記載の閉鎖自然水域浄化装置である。第４の発明
は、円筒体内の中心軸に旋回板支持支柱を設けたことを
特徴とする第１ないし第３発明のいずれかに記載の排水
処理装置であり、第５の発明は、円筒体下方開口部を縮
小してなることを特徴とする第１ないし第４発明のいず
れかに記載の閉鎖自然水域浄化装置であり、そして第５
の発明は、円筒体内壁に固着される螺旋板が、複数枚で
あり、リード角が０．７〜１．３であることを特徴とす
る第１ないし第５発明のいずれかに記載の閉鎖自然水域
浄化装置である。

【０００７】以上の発明においては、第１に、本発明に
係るエアレータによれば、従来の噴き出し方式のエアレ
ータよりもかなり小さい圧力損失となり、流動排水中へ
の気泡発生効率が飛躍的に向上する。第２に、本発明に
係る旋回式のエアレータによれば発生する微細気泡の平
均径を数１００ミクロン以下に微細化することができ
る。よって、湖沼水等と酸化ガス気泡との接触面積を従
来方式の１０〜１００倍程度に、滞留時間を１０〜１０
０倍に高めることができ、溶解酸素量を飛躍的に増量す
ることができる。

【０００８】第３に、漸縮円筒体の採用により、上昇気
液二相流の流速が増強され、閉鎖自然水域内に強力かつ
安定した循環流を形成することができる。しかも、漸縮
円筒体内には格別な突起物が存在しないため、圧力損失
はほとんどない。第４に、高速回転羽根や突起体への衝
突によってエアレーションを行う従来の方式では、微小
生物等が破壊される問題があったけれども、本発明によ
ればそうした問題はほとんど発生しない。第５に、円筒
体下部開口部が縮小されていることから、気体の上昇に
伴うエアリフト効果をさらに向上させ、湖沼等内の循環
流の形成が、その深部におけるへどろ等の沈澱化を防止
して、エアレーションによる浄化処理を行うことができ
る。第６に、下方配置の空気供給管から噴き出された空
気塊は、円筒体中の上昇連行過程で微細化されるのでエ
アレータに目づまりはほとんど発生しない。

【０００９】

【 実 施 例 】以下に、本発明の実施例のいくつかを図
面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る旋回式エ
アレータを備えた閉鎖自然水域浄化装置を湖沼に適用し
た例の全体構成説明図を示す。図中６５は気体移送管、
６は本発明に係る旋回式エアレータ、１は湖沼水等、３
はブロワーあるいはコンプレッサーである。図におい
て、閉鎖自然水域への気体移送管６５の端部から、閉鎖
自然水域１水中に浄化用気体が旋回式エアレータ６を介
して供給される。旋回式エアレータ６内では上昇気体
と、これに伴うエアリフト効果による閉鎖自然水域水の
上昇連行過程で気泡の細分化が行なわれ、瞬時に気液更
新が行われる。さらには、気液混合流が螺旋板を内設し
た円筒体内を流通することによって、強力な循環流が水
域に形成される結果、閉鎖自然水域深層部に微細気泡の
運搬が行われ、その一部は旋回式エアレータ下部開口ま
で到達することができる。以上の行程が繰り返し続行さ
れて、湖沼水等１の溶存酸素量が増大され、さらにはそ
の底部にある無酸素塊が拡散されることによって、富栄
養化等により汚染された湖沼水等の閉鎖自然水域の浄
化、再生が図られることとなる。

【００１０】上記閉鎖自然水域浄化装置においては、エ
アレータとして図２以下に図示する内部に螺旋板を固着
した円筒体を使用しているため、まず散気管を用いる従
来法のような多大な圧力損失エネルギーを要しなく、そ
して、せん断力を利用して気液を細分化する方式のため
に、散気管の場合のような大直径の気泡が生じるのでは
なく、極めて微小直径の気泡と比較的大直径の気泡の二
種類が発生する。したがって、気泡と湖沼水等との接触
表面積が増大し、気体の水中への溶解効率が非常に向上
し、その結果、高効率で湖沼水等のＣＯＤやＢＯＤの低
減を図ることができる。

【００１１】図２は、本発明の閉鎖自然水域浄化装置を
浄水場混和池に適用した例の全体構成説明平面図であ
る。図２は、浄水場混和池の一部を示すが、まず同池で
は上水を得るために浄化用水路２に入る閉鎖自然水域水
に水路入口２’から活性炭粉等を混入する。しかしこれ
らが水路中で沈降し、活性炭等の必要量を増大させる原
因となっている。これは例えば流速７ｍ／秒で閉鎖自然
水域水が浄化用水路を通過する場合、水路長７０ｍで混
入された活性炭がほぼ全量水路中に沈降するという状況
に代表される。この時本発明に係る旋回式エアレータ６
・・を上向に傾斜して水路２の所々に設置し、これにブ
ロワーあるいはコンプレッサー３より浄化用気体をバル
ブ４・・を介して供給すれば、微細気泡に活性炭粉が付
着し水路下流にまで活性炭粉を運搬することができると
同時に水路隅部底部に活性炭粉が沈澱することも防止で
きる。

【００１２】図３は、本発明実施例の閉鎖自然水域浄化
装置に係る旋回式エアレータの円筒体部の一部切欠斜視
図である。図３において、６０は（樹脂製の）円筒体、
６１・・は螺旋板、６２は螺旋板支持支柱、６３は下方
開口部を縮小した気液導入部である。

【００１３】図４は、本発明実施例の閉鎖自然水域浄化
装置に係る旋回式エアレータの一部切欠取付斜視図であ
り、図５（ａ）、（ｂ）は平面図及び縦断面図である。
ここで、気体（通常は空気）は気体供給管６５より供給
され、空気供給口６６より、サポート６４に取付られた
旋回式エアレータの円筒体６０に供給される。なお、サ
ポート６４と気体導入部６３及び気体供給管６５とは、
強力接着剤等による接着あるいは溶着により固着されて
おり、さらにそれらは、取付用Ｕバンド６８により、エ
アレータ取付架台６７に固定されて取付られている。同
図において、気体が気体供給管６５内を矢印方向から流
れてくると、空気供給口６６において空気塊となって閉
鎖自然水域水中に放出される。この空気塊はその浮力に
より上昇する過程で気液導入部６３に導入され、螺旋板
６１・・に側って上昇しながら旋回を増す過程で、円筒
体内の旋回閉鎖自然水域水との間に形成されるせん断力
で微細化される。本例では、螺旋板６１・・は、９０゜
間隔で４枚取着されており、リード角βは１．０であ
る。通常、リード角βは０．７〜１．３程度が望まし
い。次いで、発生した微細気泡を含む気液二相流は、漸
縮円筒体６０’内で更にその上昇速度を増し、閉鎖自然
水域内に強力で安定した循環流を連続して形成し、その
深層部まで微細気泡を運搬することとなる。

【００１４】図６は、従来の単管曝気式エアレータによ
る発生気泡と実施例のエアレータによる発生気泡の気泡
径・気泡発生率等の分布図である。この場合の測定条件
は両者共、下記のとおりである。

【００１５】本発明に係るエアレータの閉鎖自然水域内
における設置は、水域内に多数個を配設することが好ま
しく、特に例えば３〜５個を一まとめにしたものを適宜
距離間隔を隔てて、湖沼等の底部中央部と右側とに配設
することにより、湖沼等内に安定した強力な循環流を生
成せしめるようにすることも好ましい。

【００１６】

【発明の効果】以上実施例等で詳述したように、本発明
によれば下記のごとき優れた多くの作用効果が発揮され
る。 （１）本発明に係るエアレータによれば、従来の噴き出
し方式のエアレータよりもかなり小さい圧力損失とな
り、閉鎖自然水域水中での気泡発生効率が飛躍的に向上
する。 （２）従来の噴き出し方式ではセラミックス製等の不規
則多孔質管の細孔の径をミクロン程度に小さくしてもそ
こから発生する気泡の径は平均的に数ミリメートルほど
あったが、本発明に係る旋回式のエアレータによれば発
生する微細気泡の平均径を数１００μｍから数１０μｍ
に微細化することができる。よって、湖沼水等と酸化ガ
ス等の気泡との接触面積を極端に増大することができ、
その結果湖沼水等中への溶解酸素量を飛躍的に増量する
ことができる。 （３）漸縮円筒体の採用により、上昇気液二相流の旋回
上昇流速が増大され、閉鎖自然水域内に強力かつ安定し
た循環流を形成することができる。この時、漸縮円筒体
内には圧力損失がほとんどない。

【００１７】（４）特に円筒体下部開口部を絞って縮小
したものにあっては、気体の上昇に伴うエアリフト効果
をさらに向上させるために、自然閉鎖水域内水底付近に
沈澱するヘドロ等を巻き上げ、水底付近の腐敗を防止す
ることができる。 （５）高速回転羽根や突起体への衝突によってエアレー
ションを行う従来の方式では、微小生物などが破壊され
る問題があったが、本発明によればそうした問題は全く
発生しない。 （６）本発明に係る旋回式エアレータの空気供給口から
噴き出された空気塊は上昇連行過程で微細化されるので
該エアレータに目づまりはほとんど発生しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例に係る旋回式エアレータを備えた
閉鎖自然水域浄化装置を湖沼に適用した例の全体構成説
明図。

【図２】本発明に係る旋回式エアレータを備えた閉鎖自
然水域浄化装置を浄水場混和池に適用した例の全体構成
説明平面図。

【図３】実施例旋回式エアレータの円筒体部の一部切欠
斜視図。

【図４】実施例旋回式エアレータの一部切欠概略取付斜
視図。

【図５】（ａ）及び（ｂ）は、実施例旋回式エアレータ
の平面図及び縦断面図。

【図６】従来の単管曝気式エアレータと本発明実施例に
係る旋回式エアレータによる発生気泡の気泡径・気泡発
生率の分布図。

【符号の説明】

１：湖沼水等 ２：閉鎖自然水域浄化用水路 ２’：水路入口 ３：ブロワー ４：バルブ ６・・：旋回式エアレータ ６０：円筒体 ６０’：漸縮円筒体 ６１・・：螺旋板 ６２：螺旋板支持支柱 ６３：気液導入部 ６４：サポート ６５：気体供給管 ６６：空気供給口 ６７：エアレータ取付架台 ６８：取付用Ｕバンド

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内壁に螺旋板を固着してなる円筒体と該
   円筒体下方開口部直下に若干の間隔をおいて配置された
   気体供給口とから構成される旋回式エアレータを、閉鎖
   自然水域底部に配設してなることを特徴とする閉鎖自然
   水域浄化装置。
2. 【請求項２】 円筒体が、その全体又は上方部が漸縮円
   筒体であることを特徴とする請求項１記載の閉鎖自然水
   域浄化装置。
3. 【請求項３】 螺旋板が、多条のものであることを特徴
   とする請求項１又は２に記載の閉鎖自然水域浄化装置。
4. 【請求項４】 円筒体内の中心軸に旋回板支持支柱を設
   けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記
   載の閉鎖自然水域浄化装置。
5. 【請求項５】 円筒体下方開口部を縮小してなることを
   特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の閉鎖自
   然水域浄化装置。
6. 【請求項６】 円筒体内壁に固着される螺旋板が、複数
   枚であり、リード角が０．７〜１．３であることを特徴
   とする請求項１ないし５のいずれかに記載の閉鎖自然水
   域浄化装置。