(57)【要約】【課題】送気または送水設備からの遠近に関わらず一定量の酸素を水中送気する。【解決手段】長手方向に沿って多数の吐出口２ａを備えたパイプ２を水底上に沈設するとともに、該パイプ２の一端を送気設備４または循環送水設備２２，２３，２４に接続したものにおいて、前記パイプ２内には各吐出口２ａ毎に吐出量が一定となるための圧力補正機構５を備える。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に沿って多数の吐出口を備えたパイプを水底上に沈設するとともに、該パイプの一端を送気設備または循環送水設備に接続したシステムにおいて、
前記パイプ内に、各吐出口毎に吐出量を一定とするための圧力補正機構を備えたことを特徴とする水中送気システム。
【請求項２】
送気または送水設備の供給圧力が、水底面の水圧より３００ｋＰａ以上高い圧力であることを特徴とする請求項１に記載の水中送気システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、閉鎖性海域、湖沼などの水底を好気性状態に保つための水中送気システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の水域汚濁の中心的問題として、赤潮、アオコに代表される藻類の大量発生や、青潮、苦潮などの貧酸素水塊の発生がある。
【０００３】
これらは、富栄養化した内湾、湖沼などの閉鎖性水域において見られる現象である。図５は、閉鎖性水域における物質循環経路を模式的に示すもので、水域の水質汚濁の原因の第一は水域の外部から各種排水などの流入汚濁負荷を受けることにある。加えて有機質の底泥からは栄養塩類が溶出し（内部汚濁負荷）、水域の富栄養化が進行する。
【０００４】
因みに、東京湾、大阪湾などでの水質調査によれば、水中の栄養塩の５０〜７０％は外部からの流入負荷に由来し、約３０〜５０％は底泥から溶出してくる内部負荷に由来すると推定されている。
【０００５】
閉鎖性水域は水の交換率が低い特質があり、このことが水質汚濁に大きな影響を与えている。すなわち、閉鎖性水域では、植物プランクトンが養分を吸収し、光合成を行っているため、水質汚濁の原因となる。例えば、湖沼などの淡水域では「アオコ」と呼ばれる現象があるが、これは、夏場に植物プランクトンが大量発生し、水面が緑色のペンキを落したようになることである。
【０００６】
また、沿岸海域や一部の湖沼で生ずる「赤潮」と呼ばれる現象は、水面が赤茶けてコーヒー色になることを言い、これも同じく植物プランクトンの大量発生に起因している。この種の現象は景観的な問題ばかりでなく、植物プランクトンが分泌する有害物質により、魚介類が死亡する原因となる。
【０００７】
さらに、上述の大量発生したプランクトンはやがて死滅し、水底に沈積する。堆積した有機物の分解などにより酸素消費が進むと、底層が貧酸素化する。特に水温や塩分などによって密度躍層を形成する水域では、鉛直方向に水が循環しにくくなり、表層から下層への酸素供給が抑制されるため、底層が無酸素状態となるうえ、硫化水素などの還元性物質も生成し、大形の生物は生存が不可能となる。
【０００８】
そして、この貧酸素水が沿岸水面に湧昇する現象が「青潮」と呼ばれる。この青潮は、酸欠水であり、硫化水素なども含有されているため、沿岸の魚類やアサリなどの底生生物を死滅させ、悪臭発生の原因ともなる。
【０００９】
そこで、このような水質汚濁を防止する取組みが各地で行われている。この取組みのうち、既に汚染された水域に対する回復手段あるいは汚染防止手段の一つとして、底泥からの栄養塩類の溶出を抑制することにより水質悪化を抑制し、水質浄化するシステムがある。
【００１０】
このシステムは、水底に空気あるいは溶存酸素濃度の高い水を供給するもので、パイプを水底に沈設するとともに、地上部などに送気設備または循環送水設備を配置し、パイプ内に空気または溶存酸素濃度の高い水を循環供給することにより、パイプの長手方向に沿って開口された複数の孔より、空気または水を吐出し、これらに含まれる酸素により水底を好気状態とするもので、浚渫工法などに比べて、広い処分用地が不要であり、新生堆積物に対しても持続的効果を発揮する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のシステムでは次に述べるような技術的課題があった。すなわち、送気または送水設備に近い位置、すなわち圧力が高い場所に位置する吐出口から大部分の空気または水が吐出され、末梢部分に至るまでにその吐出量は急激に減少するため、パイプ周囲全体の底泥に均一に酸素を供給することができなかった。
【００１２】
また、空気または水が大量吐出される場所では、その噴流により底泥が巻上げられ、却って水質汚濁の原因となることが懸念されていた。
【００１３】
なお、この方法において、孔径を調整することにより、オリフィス効果を生じさせ、各部の流量を調整することも可能であるが、その調整範囲は小さく、広範囲にわたって吐出量を一定とするには限界があった。
【００１４】
本発明は、以上の課題を解決するものであり、その目的は、送気または送水設備からの遠近に関わらず一定量の酸素を水中送気できるようにした水中送気システムを提供するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、長手方向に沿って多数の吐出口を備えたパイプを水底上に沈設するとともに、該パイプの一端を送気設備または循環送水設備に接続したシステムにおいて、前記パイプ内に、各吐出口毎に吐出量を一定とするための圧力補正機構を備えたことを特徴とするものである。従って、本発明によれば、送気または送水設備に近い位置でも遠い位置でも同量の空気または水が吐出するため、パイプ周囲の水底面を均等な好気状態とすることができる。
【００１６】
また、本発明では、送気または送水設備の供給圧力が、水底面の水圧より３００ｋＰａ以上高いことにより、各位置での吐出量をほぼ一定とすることが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の水中送気システムを示すもので、閉鎖性水域１の水底面に沿って送気パイプ２が錘などを介して沈設配管されている。
【００１８】
この送気パイプ２の一端部は陸上部３に引込まれており、陸上部３に設けた送気設備４に接続している。
【００１９】
前記閉鎖性水域１は、既に水底面が貧酸素状態であり、底泥から硫化水素、窒素、リンなどの栄養塩が溶出し、水域全体が汚染されている、あるいは汚染のおそれがある比較的広範な水域であり、かつ図では１本の送気パイプ２のみ示しているが、実際には複数本の送気パイプ２が所定間隔をおいて並列状態に配管され、陸上部３において前記送気設備４に集合状態に接続されている。
【００２０】
各送気パイプ２は、水底面の水圧に十分対抗できる耐圧パイプであって、その長手方向に沿って所定間隔をおいて複数の吐出口２ａが設けられ、送気設備４の稼働により各吐出口２ａから空気を吐出し、その気泡の曝気効果により水底全体を好気性状態としている。
【００２１】
そして、送気パイプ２における各吐出口２ａの内側には空気吐出量を一定に保つための圧力補正機構が設けられている。この圧力補正機構は、例えば株式会社キッツなどによって開発された潅水チューブ（商品名：ＲＡＭチューブ）と同一機構を採用しているが、本実施形態では潅水に替えて空気を流す点が異なるものである。
【００２２】
図２はその圧力補正機構５の詳細構造を示すもので、送気パイプ２内にあってこれの内部を流通する空気の一部を導入すべく一端開口したケーシング６と、ケーシング６の上面に設けたダイアフラム７と、ケーシング６の下面に開口され、送気パイプ２の吐出口２ａに連通する吐出孔８と、ケーシング６の開口面に設けたフィルタ９と、フィルタ９に一端を面し、他端をケーシング６内に開口させたフレキシブル素材からなるコイル状のラビリンスチューブ１０とからなっており、矢印のごとくケーシング６内に導入された空気の一部はフィルタ９及びラビリンスチューブ１０を通じてケーシング６内から吐出孔８を通じて送気パイプ２の外部に吐出する。なお、図２においては機構を明らかにするために吐出孔８を下部側に向けているが、送気パイプ２の上部側に向けてケーシング６を配備することによって、図１のごとく上部側に向けて気泡が吐出することになる。
【００２３】
そして、ラビリンスチューブ１０内に導入された空気はそのオリフィス効果により適度に減圧されるとともに、パイプ２内の圧力が高いとダイアフラム７が押され、その圧力によってラビリンスチューブ１０が圧迫される結果、さらなる減圧効果を得ることができ、これによって圧力補正機構５を通過し、下流側に送られる空気は格別に大きな圧力損失を生ずることがないものとなる。
【００２４】
以上により、送気パイプ２は送気設備４から近い位置であっても、離れた位置であってもほぼ同等の供給量及び吐出圧力で空気の吐出作用がなされ、水底面の底泥を巻上げることがなく穏和な状態で各部均一に曝気することが可能となり、送気パイプ２の敷設範囲全体をほぼ均一な好気性状態とすることができる。
【００２５】
そして、吐出作業の持続に伴い底泥の表面は徐々に酸化されるとともに、好気性菌などの活動により、硫化物、リン、窒素などが固定され、閉鎖性水域１全体の浄化を行うことができるのである。
【００２６】
なお、以上の均等な空気吐出作用は、供給源における空気供給圧力に依存する。そこで、図３に示すごとくエアコンプレッサ１１及びレギュレータ１２などからなる空気供給源（▲１▼）の位置に圧力計１３を接続し、空気供給源（▲１▼）から５０ｍ（▲２▼）及び１００ｍ（▲３▼）離れた位置に給気孔を有する前記機構を備えた送気パイプ２を用い、各孔位置を水槽１４に漬けその上部にビーカ１５をかぶせた実験装置を作り、各圧力による送気に伴うビーカ１５の内部に置き換わった単位時間あたりの空気置換量の測定を行った結果、空気供給源▲１▼の圧力が３００ｋＰａ以上であると、▲２▼、▲３▼の位置とも約２ｌ／ｍｉｎと、ほぼ一定の空気吐出量となることが確認された。但しこの数値は、水底面の水圧を考慮していない値である。従って、実用にあたっては、水底面の水圧を加味し、この水圧より３００ｋＰａ以上高い圧力であって、底泥を巻き上げない程度の吐出圧に設定することで、以上の効果を得ることができる。
【００２７】
図４は、本発明の他の実施形態を示す。なお、図中前記実施形態と同一箇所には同一符号を用いて説明を行う。図において、閉鎖水域１の水底面には送水パイプ２０が沈設配管されているとともに、水底面に近い箇所には一箇所の取水口を設けた取水パイプ２１が配管されている。
【００２８】
陸上部３には、前記取水パイプ２１に接続した取水設備２２、曝気設備２３、及び前記送水パイプ２１に接続した送水設備２４が設けられている。そして、取水パイプ２１及び取水設備２２を通じて汲上げられた水は、曝気設備２３により空気が混合され、酸素濃度を高めた状態で送水設備２４及び送水パイプ２０を通じて水域１内に循環供給される。
【００２９】
送水パイプ２０には適宜間隔をおいて複数の吐出口２０ａが開口している。各吐出口２０ａの内側には図示しないが、前記と同様の圧力補正機構５が内蔵されており、これによって、水域１全体に亘って均等な吐出量、吐出圧により高酸素濃度の循環水を供給することにより水底面を好気性状態としている。
【００３０】
なお、本実施形態において、必ずしも曝気設備２３は必要でなく、水面に近い酸素濃度の高い水を取水して水底側に循環供給することも可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明により明らかなように、本発明による水中送気システムによれば、送気または送水設備からの遠近に関わらず一定量の酸素を水中送気できるため、汚染された閉鎖性水域の浄化、または浄化維持に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水中送気システムを適用した閉鎖性水域の概念図である。
【図２】送気パイプ内における圧力補正機構を示す説明図である。
【図３】送気圧力と空気吐出量との関係の調査に使用した実験装置の説明図である。
【図４】本発明の他の実施形態を示す説明図である。
【図５】閉鎖性水域における物質循環経路を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
１　　閉鎖性水域
２　　送気パイプ
２ａ　吐出口
４　　送気設備
５　　圧力補正機構
２０　送水パイプ
２０ａ　吐出口
２１　取水パイプ
２２，２３，２４　循環送水設備
（２２　取水設備、２３　曝気設備、２４　送水設備）
【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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