(57)【要約】【課題】冷たく酸素の少ない最深部の水を強制的に水面上に排出して、水面で大気中の酸素に接触させ、酸素が溶解した水を水中に落下拡散させ、閉鎖性水域全体に酸素を豊富に含んだ水を万遍なく行き渡らせて、省エネルギーで閉鎖性水域全体、特に底層への酸素供給により水質浄化を図ることのできる閉鎖性水域の水質浄化方法を提供する。【解決手段】淡水又は海水の閉鎖性水域ａの最深部２と水面３との間に排水通路４を配設し、閉鎖性水域ａの最深部２の水を排水通路４を通じて水面３上に強制的に排出して大気中の酸素と接触させて酸素を取り込み、又最深部の比重の大きい水の落下現象を利用し、閉鎖性水域ａ全体に上下の対流を生じさせ、大気中の酸素と接触して酸素が溶解した水面水を最深部２に向けて連続的に移動循環させることで、閉鎖性水域ａの貧酸素状態の水を酸素を豊富に含んだ水に置き換えて、閉鎖性水域ａ全体に酸素を豊富に含んだ水を万遍なく行き渡らせ、酸素を利用して閉鎖性水域ａ全体の水質浄化を図る。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
淡水又は海水の閉鎖性水域の最深部と水面との間に排水通路を配設し、閉鎖性水域の最深部の水を排水通路を通じて水面上に強制的に排出して大気中の酸素と接触させて酸素を取り込み、又最深部の比重の大きい水の落下現象を利用し、最深部から水面、水面から最深部に向けての閉鎖性水域全体に上下の対流を生じさせ、大気中の酸素と接触して酸素が溶解した水面水を最深部に向けて連続的に移動循環させることで、閉鎖性水域の貧酸素状態の水を酸素を豊富に含んだ水に置き換えて、閉鎖性水域全体に酸素を豊富に含んだ水を万遍なく行き渡らせ、酸素を利用して閉鎖性水域全体の水質浄化を図ることを特徴とする閉鎖性水域の水質浄化方法。
【請求項２】
淡水又は海水の閉鎖性水域の水底に凹穴部を形成して最深部を設け、閉鎖性水域の水底側を最深部に向かって連続的に深くして流水状に形成すると共に、淡水又は海水の閉鎖性水域の最深部と水面との間に排水通路を配設し、閉鎖性水域の最深部の水を排水通路を通じて水面上に強制的に排出して大気中の酸素と接触させて酸素を取り込み、又最深部の比重の大きい水の落下現象を利用し、最深部から水面、水面から最深部に向けての閉鎖性水域全体に上下の対流を生じさせ、大気中の酸素と接触して酸素が溶解した水面水を最深部に向けて連続的に移動循環させることで、閉鎖性水域の貧酸素状態の水を酸素を豊富に含んだ水に置き換えて、閉鎖性水域全体に酸素を豊富に含んだ水を万遍なく行き渡らせ、酸素を利用して閉鎖性水域全体の水質浄化を図ることを特徴とする閉鎖性水域の水質浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、ダム、湖、湖沼、貯水池、溜め池などの閉鎖性水域の淡水又は海水などの水質浄化を図る技術に係り、特に、閉鎖性水域の最深部の水を排水通路を用いて水面上に強制的に排出して大気中の酸素と接触させて閉鎖性水域内に戻すことにより、低コストで閉鎖性水域全体の淡水又は海水などの水に万遍なく酸素を溶解させて貧酸素状態を解消し、酸素を利用して水質浄化を図る閉鎖性水域の水質浄化方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、ダム、湖、湖沼、貯水池、溜め池などの閉鎖性水域では、淡水又は海水などの水の流れが殆どないため、酸素が十分に水面下方の水中及び水底側に供給されず、その結果、中層以下に貧酸素又は無酸素状態が出現する。このため、例えば、曝気装置、撹拌装置、酸素供給ポンプなどを使用して、水中に酸素を供給して水の浄化を図る技術が知られており、その一部は実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の曝気装置、撹拌装置、酸素供給ポンプなどの装置を用いて、閉鎖性水域の淡水中又は海水中に空気又は酸素を供給して水の浄化を図る技術においては、装置が大型となったり、構造が複雑で、消費エネルギーが大きく、その結果、コストがかかり過ぎて、コスト面で非常に効率が悪いという問題があった。
【０００４】
この発明は、上記のような課題に鑑み、その課題を解決すべく創案されたものであって、その目的とするところは、冷たく比重の大きい水は高い場所から低い場所に水平方向へも拡散しながら落下する現象及び酸素の少ない水は水面上で酸素を効率的に吸収できる性質を利用して、冷たく酸素の少ない最深部の水を強制的に水面上に排出して、水面で大気中の酸素に接触させ、酸素が溶解した水を水中に落下拡散させ、閉鎖性水域全体に酸素を豊富に含んだ水を万遍なく行き渡らせて、省エネルギーで閉鎖性水域全体、特に底層への酸素供給により水質浄化を図ることのできる閉鎖性水域の水質浄化方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、請求項１の発明は、淡水又は海水の閉鎖性水域の最深部と水面との間に排水通路を配設し、閉鎖性水域の最深部の水を排水通路を通じて水面上に強制的に排出して大気中の酸素と接触させて酸素を取り込み、又最深部の比重の大きい水の落下現象を利用し、最深部から水面、水面から最深部に向けての閉鎖性水域全体に上下の対流を生じさせ、大気中の酸素と接触して酸素が溶解した水面水を最深部に向けて連続的に移動循環させることで、閉鎖性水域の貧酸素状態の水を酸素を豊富に含んだ水に置き換えて、閉鎖性水域全体に酸素を豊富に含んだ水を万遍なく行き渡らせ、酸素を利用して閉鎖性水域全体の水質浄化を図る手段よりなるものである。
【０００６】
また、請求項２の発明は、淡水又は海水の閉鎖性水域の水底に凹穴部を形成して最深部を設け、閉鎖性水域の水底側を最深部に向かって連続的に深くして流水状に形成すると共に、淡水又は海水の閉鎖性水域の最深部と水面との間に排水通路を配設し、閉鎖性水域の最深部の水を排水通路を通じて水面上に強制的に排出して大気中の酸素と接触させて酸素を取り込み、又最深部の比重の大きい水の落下現象を利用し、最深部から水面、水面から最深部に向けての閉鎖性水域全体に上下の対流を生じさせ、大気中の酸素と接触して酸素が溶解した水面水を最深部に向けて連続的に移動循環させることで、閉鎖性水域の貧酸素状態の水を酸素を豊富に含んだ水に置き換えて、閉鎖性水域全体に酸素を豊富に含んだ水を万遍なく行き渡らせ、酸素を利用して閉鎖性水域全体の水質浄化を図る手段よりなるものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に記載の発明の実施の形態に基づいて、この発明をより具体的に説明する。
ここで、図１は閉鎖性水域の水質浄化方法の概念図、図２は排水装置の側面図、図３は排水装置の平面図である。
【０００８】
図において、淡水又は海水の閉鎖性水域ａの水質浄化に使用する閉鎖性水域水質浄化装置１は、淡水又は海水の閉鎖性水域ａの最深部２と水面３との間に配設された排水通路４としての排水ホース４１、閉鎖性水域ａの最深部２の水を排水通路４を通じて水面３上に強制的に排出する排水装置５から構成される。
【０００９】
閉鎖性水域ａの最深部２は、閉鎖性水域ａで最も深い水底であり、天然状態で存在する場合にその箇所を利用する。また、閉鎖性水域ａの水底は、最深部２に向かって連続的に深くなっていて、水が水底に沿って自然に流れて最深部２に集まるような流水状の地形になっているのが望まれる。
【００１０】
天然状態で閉鎖性水域ａの最深部２が特定できない場合には、閉鎖性水域ａの水底に周囲よりも最も深い凹穴を形成して最深部２を人工的に設ける。また、閉鎖性水域ａの水底が天然状態で凹凸状態にある場合には、閉鎖性水域ａの水底の地形を最深部２に向かって連続的に深くなるように形成し、水が底面に沿って自然に流れて最深部２に集まるような流水状の地形に形成する。
【００１１】
排水通路４としての排水ホース４１は、その下端が閉鎖性水域ａの最深部２に配置されていて、最深部２に移動してきた水を排水ホース４１を通じて取り入れることができるようになっている。排水ホース４１の上端は水面３上に設けられた排水装置５のダクト５１に接続されている。排水ホース４１には柔軟性のあるホースが使用され、閉鎖性水域ａの水位変動に対して柔軟に対応して負荷が作用しにくい構造になっている。
【００１２】
排水装置５は、排水通路４としての排水ホース４１を通じて最深部２に移動してきた水を強制的に水面３上に排出する装置で、排水ホース４１に連結するダクト５１、ダクト５１の上部に取り付けられた軸流ポンプ５２、排水装置５を水面３上に浮かべるフロート５３などから構成されている。
【００１３】
ダクト５１は上下向きに配置され、上下向きのダクト５１は下部が円筒形に形成され、その下端には前記排水ホース４１の上端が接続され、上部には軸流ポンプ５２が配置されている。ダクト５１は排水ホース４１を通じて吸い上げられた水を水面３上に排出する出口側となる。
【００１４】
軸流ポンプ５２は、排水ホース４１を通じて最深部２の水を強制的に汲み上げるもので、回転して水を汲み上げるプロペラ５２ａ、プロペラ５２ａの回転軸となるシャフト５２ｂ、及びシャフト５２ｂを通じてプロペラ５２ａを回転させるモーター５２ｃから構成される。モーター５２ｃは、モーター収容ケース５４に収容されている。
【００１５】
プロペラ５２ａは上下向きに配置されたシャフト５２ｂの下端に取り付けられており、下端にプロペラ５２ａを取り付けたシャフト５２ｂの上端はその上部に配置されたモーター５２ｃに連動連結されている。
【００１６】
フロート５３は、排水装置５を水面３上に浮かべる機能を果たすもので、モーター収容ケース５４の外周側にこの実施の形態では４個取り付けられている。各フロート５３はダクト５１の上端から最深部２の水を排出する際に妨げとならないように、それぞれ間隔をあけてモーター収容ケース５４の外周回りに取り付けられている。
【００１７】
次に、上記発明の実施の形態の構成に基づく作用について以下説明する。
例えば、ダム、湖、湖沼、貯水池、溜め池などの閉鎖性水域ａの汚れた淡水又は海水などの水を浄化するために、閉鎖性水域ａの最も深い最深部２の上方の水面３上に閉鎖性水域水質浄化装置１の排水装置５を曳航し、排水装置５のダクト５１の下端に接続された排水通路４としての排水ホース４１の下端を最深部２に下ろす。
【００１８】
水面３上の排水装置５は水流や風などによって簡単に流れないように、係留ロープなどを使用して最深部２の上方の水面３上に係留する。また、排水ホース４１の下端には、ゴミの吸引を防ぐストレーナーが付けられている。これは重くなるように金属で製作し排水ホース４１の移動防止の役目を果たしている。
【００１９】
この発明に係る閉鎖性水域ａの水質浄化方法が適用される閉鎖性水域ａの水底は、最深部２に向かって連続的に深くなっていて、水が水底に沿って自然に流れて最深部２に集まるような流水状の地形になっているのが望まれる。
【００２０】
また、閉鎖性水域ａの水底に天然の最深部２が存在しない場合や水底の凹凸が激しい場合には事前に土木作業などによって、水底に凹穴部を形成して最深部２を人工的に設けたり、閉鎖性水域ａの水底の地形を最深部２に向かって連続的に深くなるように形成し、水が底面に沿って自然に流れて最深部２に集まるような流水状の地形に形成する。
【００２１】
以上のようにして、閉鎖性水域水質浄化装置１の排水通路４としての排水ホース４１と排水装置５を淡水又は海水の閉鎖性水域ａに設置した後に、排水装置５の軸流ポンプ５２を作動させる。軸流ポンプ５２のモーター５２ｃが作動すると、モーター５２ｃに連動連結されたシャフト５２ｂの下端に取り付けられたプロペラ５２ａが一定方向回りつまり水を汲み上げる方向に回転する。
【００２２】
軸流ポンプ５２のプロペラ５２ａが回転すると、ダクト５１及び排水通路４としての排水ホース４１の内部には上方に向かって上昇流が生じて、排水ホース４１の下端の最深部２の貧酸素状態の水は排水ホース４１内に吸引されてその内部を上昇し排水ホース４１の上端が接続されたダクト５１の上端から水面３上に排出される。
【００２３】
最深部２の貧酸素状態の水は、水面３上に排出される際に大気中の酸素に接触して、大気中の酸素が貧酸素状態の水に溶解して酸素を豊富に含んだに水になる。また、このとき、最深部２の水温の低い水は水面３上で太陽光などによって暖められて水温はやや上昇する。
【００２４】
閉鎖性水域ａの最深部２では連続的に水が水面３上に排出されるために、その周囲の水が最深部２に向かって移動する。このため。閉鎖性水域ａの水面３と最深部２との間では、上下方向に対流が生じる。つまり、最深部２及び排水通路４としての排水ホース４１及びダクト５１を通じて上昇流が生じ、排水通路４の周囲では水面３全体から最深部２に向かって下降流が生じる。
【００２５】
この下降流に沿って水面３全体から下側の最深部２に向かって移動する水には酸素が豊富に含まれているために、閉鎖性水域ａ全体の水は、時間と共に水面３の表面全体から下側に向かって徐々に酸素が豊富に含まれた水と置き換えられて行く。
【００２６】
同様に、この酸素が含まれた水は太陽光によって暖められて水温が高いために、閉鎖性水域ａ全体の水は、時間と共に水面３の表面全体から下側に向かって徐々に水温の高い水と置き換えられて行く。
【００２７】
このようにして、閉鎖性水域ａの貧酸素状態の水は、酸素を豊富に含んだ水に置き換えられて、閉鎖性水域ａ全体に酸素を豊富に含んだ水を万遍なく行き渡らせることができ、これにより、酸素を利用して閉鎖性水域ａ全体の水質の浄化を図ることができる。
【００２８】
【実験例】
実験は、閉鎖性水域ａとして図４に示す佐賀県多久市の天ヶ瀬ダムで行った。図５〜図８に装置設置前の昨年（２００１年）７月、９月と装置設置後の今年（２００２年）７月、９月の溶存酸素、水温、全リン、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）のデータを比較する。
図５では昨年存在していた中層以下の無酸素状態が完全に消滅していることを示す。図６では水温が低層から上層までほぼ均一化していることを示す。また、図７では、無酸素状態の解消に伴い水底部の泥からのリンの溶出が抑制され、昨年に比べ水中の全リンが低下していることを示している。図８では、ＣＯＤの値の改善が行われたことを示している。
【００２９】
なお、この発明は上記発明の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の精神を逸脱しない範囲で種々の改変をなし得ることは勿論である。
【００３０】
【発明の効果】
以上の記載より明らかなように、請求項１、請求項２の発明に係る閉鎖性水域の水質浄化方法によれば、冷たく比重の大きい水は高い場所から低い場所に水平方向へも拡散しながら落下する現象及び酸素の少ない水は水面上で酸素を効率的に吸収できる性質を利用して、冷たく酸素の少ない最深部の水を強制的に水面上に排出して、水面で大気中の酸素に接触させ、酸素が溶解した水を水中に落下拡散させ、閉鎖性水域全体に酸素を豊富に含んだ水を万遍なく行き渡らせて、省エネルギーで閉鎖性水域全体、特に底層への酸素供給により水質浄化を図ることができる。そのうえ、これを達成するに当たり、最深部と水面との間に配置した排水通路と、最深部の水を排水通路を通じて水面に強制的に排出する排水装置のみの、非常に簡単な構造で、しかも、そのランニングコストも非常に低コストで実現することができる。
また、上記の効果に加えて、閉鎖性水域全体の水温も略均一にすることができ、特に底層の低水温部分の水温を高くすることができる等、極めて新規的有益なる効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示す閉鎖性水域の水質浄化方法の概念図である。
【図２】この発明の実施の形態を示す排水装置の側面図である。
【図３】この発明の実施の形態を示す排水装置の平面図である。
【図４】実験場所の平面図である。
【図５】溶存酸素量改善の実験前後の結果を示す図である。
【図６】水温改善の実験前後の結果を示す図である。
【図７】全リン改善の実験前後の結果を示す図である。
【図８】ＣＯＤ（化学的酸素要求量）改善の実験前後の結果を示す図である。
【符号の説明】
１　　閉鎖性水域水質浄化装置
２　　最深部
３　　水面
４　　排水通路
４１　　排水ホース
５　　排水装置
５１　　ダクト
５２　　軸流ポンプ
５２ａ　プロペラ
５２ｂ　シャフト
５２ｃ　モーター
５３　　フロート
５４　　モーター収容ケース
ａ　　閉鎖性水域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004130272.tif 000008
【図７】
2004130272.tif 000009
【図８】
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