(57)【要約】【課題】閉鎖水域中の貯水を自然環境に悪影響を及ぼすことなく、比較的容易に自然水に近い状態まで浄化することができる貯水浄化技術を提供する。【解決手段】貯水浄化装置１は、ダム２の上流側に形成されている閉鎖水域であるダム湖３の水中に外径５μｍ〜５０μｍのキャビテーション気泡ＭＢ１を供給する第１気泡発生器４と、水中に外径２ｍｍ〜５ｍｍの加圧気泡ＳＢおよび外径１０μｍ〜５０μｍのガス化気泡ＭＢ２を供給する第２気泡発生器５と、ダム湖３の水を吸い込んで第１気泡発生器４および第２気泡発生器５に送給する送水ポンプ６と、大気中の空気を吸い込んでキャビテーション気泡発生器４および気泡発生器５に送給する送気ポンプ７などを備えている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被浄化水域中における特定領域へ、外径５μｍ〜５０μｍのキャビテーション気泡と、外径２ｍｍ〜５ｍｍの加圧気泡と、外径１０μｍ〜５０μｍのガス化気泡とを同時に供給することを特徴とする貯水浄化方法。
【請求項２】
前記キャビテーション気泡が被浄化水域中の水と空気との混合流体の液圧を減圧することによって発生させたものであり、前記ガス化気泡が前記混合流体を前記特定領域の水圧よりも高く加圧した後、前記特定領域の水圧まで戻すことによって発生させたものである請求項１記載の貯水浄化方法。
【請求項３】
被浄化水域中における特定領域へ、外径５μｍ〜５０μｍのキャビテーション気泡を供給するキャビテーション気泡発生手段と、外径２ｍｍ〜５ｍｍの加圧気泡を供給する加圧気泡発生手段と、外径１０μｍ〜５０μｍのガス化気泡を供給するガス化気泡発生手段とを備えたことを特徴とする貯水浄化装置。
【請求項４】
前記キャビテーション気泡発生手段の下方に前記加圧気泡発生手段を配置した請求項３記載の貯水浄化装置。
【請求項５】
前記キャビテーション気泡発生手段が、中心軸の回りを流体が旋回可能な筒状旋回室と、前記筒状旋回室の接線方向から前記筒状旋回室の周面に開設された水導入口と、前記筒状旋回室に連通して開設された空気導入口と、前記筒状旋回室の中心軸の両延長上に開設された複数の流体放出口とを有するキャビテーション気泡発生器と、前記水導入口へ水を送給する送水路と、前記空気導入口へ空気を送給する送気路とを備え、前記水導入口の開口面積より前記流体放出口の開口面積を大とした請求項３または４記載の貯水浄化装置。
【請求項６】
前記ガス化気泡発生手段が、中心軸の回りを流体が旋回可能な筒状旋回室と、前記筒状旋回室の接線方向から前記筒状旋回室の周面に開設された水導入口と、前記筒状旋回室に連通して開設された空気導入口と、前記筒状旋回室の中心軸の両延長上に開設された複数の流体放出口とを有するガス化気泡発生器と、前記水導入口へ水を送給する送水路と、前記空気導入口へ空気を送給する送気路とを備え、前記水導入口の開口面積より前記流体放出口の開口面積を小とした請求項３記載の貯水浄化装置。
【請求項７】
請求項５記載のキャビテーション気泡発生手段を構成するキャビテーション気泡発生器への空気送給量を、請求項６記載のガス化気泡発生手段を構成するガス化気泡発生器への空気送給量より少なく設定した請求項３〜６のいずれかに記載の貯水浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、池、湖沼あるいはダム湖などの閉鎖水域内の貯水を浄化する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダム湖などの閉鎖水域内の貯水は長期間にわたって滞留しているため、貯水中に存在する微生物によって溶存酸素が消費され尽くし、土壌菌などによって汚濁したり、腐敗したりして水質が悪化した状態にある。
【０００３】
このような閉鎖水域内の貯水を浄化する技術として、数μｍ〜数１００μｍの径を有する微細気泡を水中へ供給することによって溶存酸素濃度を高めて水質浄化を図るもの（例えば、特許文献１参照。）がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−３１４１９０号公報（第３−５頁、第１図および第２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
地球上における物質循環はその殆どが水を媒体として行なわれ、このような水を媒体とする物質循環が円滑に行なわれることによって自然環境が清浄に保たれている。したがって、ダム湖などの閉鎖水域中の水質が汚濁する原因は、閉鎖水域中における物質循環が滞っていることにあると考えられ、閉鎖水域中の貯水を完全に浄化するには、閉鎖水域全体に自然界と同様の物質循環を生じさせ、被浄化水域中の水を媒体とした物質の移動、吸収、排出などを促進させることが必要である。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されている貯水浄化技術は、被浄化水域中で微細気泡を発生させ溶存酸素濃度を高めることによって被浄化水域の水質を好気的状態に変化させ、汚濁物質を酸化させて水質浄化を図るものであるため、自然界で行なわれている、水を媒体とする物質循環とは程遠い状態であり、根本的な水質浄化は実現できていないのが実状である。
【０００７】
また、特許文献１に記載されている浄水装置は、被浄化水域中に配置されたエアレータに対して当該被浄化水域中の水と気体との混合物を送給する方式であるため、水の送給経路に何らかの気体混合手段を設ける必要がある。また、水と気体との混合物が通過する経路などにはキャビテーションが発生しやすいので、キャビテーション・エロージョンや振動などの弊害が生じる可能性が高い。
【０００８】
また、特許文献１に記載の浄化装置は、その稼働中、有蓋円筒体内に出現する竜巻状または縄状の気液分離形状（負圧空洞部）の上端部分が、有蓋円筒体の蓋部内面に常に接触した状態にあるため、この接触部分にキャビテーション・エロージョンが発生しやすく、比較的短い期間のうちに蓋部などが損傷されるおそれがある。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、閉鎖水域中の貯水を自然環境に悪影響を及ぼすことなく、比較的容易に自然水に近い状態まで浄化することができる貯水浄化技術を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の貯水浄化方法は、被浄化水域中における特定領域へ、外径５μｍ〜５０μｍのキャビテーション気泡と、外径２ｍｍ〜５ｍｍの加圧気泡と、外径１０μｍ〜５０μｍのガス化気泡とを同時に供給することを特徴とする。なお、本明細書においては、水をそのときの水温で決まる蒸気圧より減圧することにより水が蒸発して生じた気泡をキャビテーション気泡といい、加圧気泡とは内部が加圧空気で満たされた気泡を加圧気泡といい、水と空気との混合流体を加圧して水中へ空気を加圧溶解させた後、減圧することにより溶存空気が過飽和となりガス化して生じる気泡をガス化気泡という。
【００１１】
キャビテーション気泡は減圧して形成されるため、被浄化水中に含まれるアンモニアなどがキャビテーション気泡内へ気化しやすく、これらのキャビテーション気泡は気化したアンモニアなどを内包した状態で被浄化水域中を上昇した後、水面で弾けるため、被浄化水中のアンモニアなどの溶解気体を除去することができる。
【００１２】
一方、加圧気泡は微細気泡に比べ水中での上昇速度が速いため、被浄化水中へ加圧気泡を供給することで被浄化水中に鉛直循環流が発生し、これによって水の滞留領域をなくすことで水質の浄化を図ることができる。また、鉛直循環流により、前述したキャビテーション気泡の上昇も促進されるため、キャビテーション気泡に内包されるアンモニアなどを効率的に除去することができる。さらに、加圧気泡が被浄化水中を上昇する際、水中に溶存している有害気体や過飽和気体を気泡内に取り込む作用も発揮するため、これらの気泡が上昇して水面で弾けるときに気泡内の有害気体を大気中へ放散することができる。
【００１３】
また、ガス化気泡は被浄化水中での上昇速度が極めて遅く、被浄化水中を長時間に渡って漂い続けるため気泡内の酸素が貧酸素状態にある被浄化水中へ溶け込んで溶存酸素濃度を高め、水質を好気的状態に変化させ、汚濁物質を酸化させることによって水質を浄化するという作用を発揮する。
【００１４】
したがって、これら外径あるいは発生過程の異なる３種類の気泡を被浄化水域における特定領域内に供給することにより、被浄化水中のアンモニアなどを除去する作用と、被浄化水中に鉛直循環流を発生させる作用と、被浄化水の溶存酸素濃度を増加させる作用という三つの作用が得られ、被浄化水中に溶存する各種気体の濃度はこれらの三つの作用によってバランスの良い状態に回復していくので、被浄化水域の自然環境に悪影響を及ぼすことなく、比較的容易に且つ自然水に近い状態まで貯水を浄化することができる。
【００１５】
一般に、汚濁した水においては、水中に溶存している汚濁物質に水分子が固定された状態にあるといわれているが、前述した３種類の気泡を汚濁水中に供給することによって、汚濁物質と水分子とが分離され、いわゆる自由水となる。水中生物は、この自由水でなければ利用できないといわれているため、本発明の貯水浄化方法を実施して自由水を増加させることによって水中生物を活性化させるという効果も生じる。
【００１６】
ところで、閉鎖水域中の貯水の水面から１０ｍ程度の深さの部分には水温躍層が存在し、この水温躍層を境にして、これより深い領域の水温は、水温躍層より浅い領域の水温より５℃程度低く、水が殆ど移動することなく滞留した領域となっており、このような水温躍層の存在が水質悪化要因の一つとなっていることが知られているが、水温躍層よりも深い領域に外径２ｍｍ〜５ｍｍの加圧気泡を供給すれば、上昇速度の大きなこれらの加圧気泡によって発生する鉛直循環流で水温躍層を破壊することが可能となるため、水の循環が促進されてアオコなどの繁殖も抑制され、水質浄化を促進することができる。
【００１７】
このような貯水浄化方法において、前記キャビテーション気泡が被浄化水域中の水の圧力を前記特定領域の水圧より減圧することによって発生させたものであり、前記ガス化気泡が前記混合流体を前記特定領域の水圧よりも高く加圧した後、前記特定領域の水圧まで戻すことによって発生させたものであるであることが望ましい。このような構成とすれば、被浄化水域中から採取した水と大気中の空気との混合流体を減圧または加圧するという比較的簡単な工程で前記キャビテーション気泡またはガス化気泡を発生させることができる。
【００１８】
一方、前述した貯水浄化方法は、被浄化水域中における特定領域へ、外径５μｍ〜５０μｍのキャビテーション気泡を供給するキャビテーション気泡発生手段と、外径２ｍｍ〜５ｍｍの加圧気泡を供給する加圧気泡発生手段と、外径１０μｍ〜５０μｍのガス化気泡を供給するガス化気泡発生手段とを備えた貯水浄化装置を貯水などの被浄化水域中に浸漬し、この貯水浄化装置から被浄化水域中における特定領域内に、外径５μｍ〜５０μｍのキャビテーション気泡と、外径２ｍｍ〜５ｍｍの加圧気泡と、外径１０μｍ〜５０μｍのガス化気泡とを同時に発生させることによって容易に実施することができる。
【００１９】
この場合、前記キャビテーション気泡発生手段の下方に前記加圧気泡発生手段を配置することが望ましい。このような構成とすれば、外径５μｍ〜５０μｍのキャビテーション気泡の発生位置よりも下方の位置で外径２ｍｍ〜５ｍｍの加圧気泡を発生させることが可能となるため、水中での上昇速度が大きい加圧気泡によって水中に発生する鉛直循環流により、水中での上昇速度が遅いキャビテーション気泡の上昇が促進され、キャビテーション気泡となって現れたアンモニアなどを速やかに水面まで上昇させ、大気中へ放散させることができる。
【００２０】
この場合、前記キャビテーション気泡発生手段は、中心軸の回りを流体が旋回可能な筒状旋回室と、筒状旋回室の接線方向から筒状旋回室の周面に開設された水導入口と、筒状旋回室に連通して開設された空気導入口と、筒状旋回室の中心軸の両延長上に開設された複数の流体放出口とを有するキャビテーション気泡発生器と、水導入口へ水を送給する送水路と、空気導入口へ空気を送給する送気路とを備え、水導入口の開口面積より流体放出口の開口面積を大としたものであることが望ましい。
【００２１】
このような構成において、被浄化水域中の水を、送水路を経由してキャビテーション気泡発生器の水導入口から筒状旋回室内へ送給するとともに、送気路を経由してキャビテーション気泡発生器の空気導入口から筒状旋回室内へ空気を送給すると、筒状旋回室内に空気混じりの水の旋回流が発生し、旋回中の水と空気はその比重差により、水には遠心力が作用して筒状旋回室の外周方向へ移動し、空気には向心力が作用して筒状旋回室の中心軸方向へ移動することによって、筒状旋回室の中心軸付近に負圧空洞部が出現する。
【００２２】
このとき、筒状旋回室内へ送給され水中を移動する空気には互いに対向する遠心力および向心力により剪断力が作用して分断微細化され、空気の進行方向に対して直角方向からは水の回転流の動圧エネルギによる剪断力も作用して、さらに微細化されつつ旋回流中心部分に集積されながら流体放出口からキャビテーション気泡を含有する水となって放出される。すなわち、筒状旋回室内の空気には、その移動方向に対し縦横方向から水の旋回流による剪断力が作用することによって微細な気泡となり、これが気泡核となって外径５μｍ〜５０μｍのキャビテーション気泡が大量に発生するため、これらのキャビテーション気泡を含有する水を被浄化水中に効率的に供給することができる。
【００２３】
また、水導入口の開口面積より流体放出口の開口面積を大としたことにより、入口より出口の方が大きくなるため、筒状旋回室内へ送給された水と空気との混合流体はその圧力が高まることなく、速やかにキャビテーション気泡含有水となって流体放出口から効率良く放出される結果、筒状旋回室内には比較的開口面積の大きな負圧空洞部が形成されるため、水中に溶存している気体は減圧沸騰現象によりこの負圧空洞部に向かって気化する傾向が高まる。したがって、水中に過飽和に溶存している窒素、アンモニアなどの気体は負圧空洞部内に気化した後、キャビテーション気泡となって水とともに流体放出口から放出され、水中を浮上して水面から大気中へ放散されるので、過剰の窒素やアンモニアなどを除去することができる。
【００２４】
また、前述した減圧沸騰現象により負圧空洞部内に気化したアンモニアは負圧空洞部内で減圧されることによって、反応式２ＮＨ３⇔Ｎ２＋３Ｈ２の平衡状態が右に移動して窒素と水素とに分解されるため、被浄化水域の水中に溶存しているアンモニアを分解除去するという効果も得られる。なお、アンモニアの分解で発生した窒素、水素が被浄化水域中に再溶解しても水質浄化に悪影響を及ぼすことはない。
【００２５】
一方、前記ガス化気泡発生手段が、中心軸の回りを流体が旋回可能な筒状旋回室と、筒状旋回室の接線方向から筒状旋回室の周面に開設された水導入口と、筒状旋回室に連通して開設された空気導入口と、筒状旋回室の中心軸の両延長上に開設された複数の流体放出口とを有するガス化気泡発生器と、水導入口へ水を送給する送水路と、空気導入口へ空気を送給する送気路とを備え、水導入口の開口面積より流体放出口の開口面積を小としたものであることが望ましい。
【００２６】
このような構成において、被浄化水域中の水を、送水路を経由してガス化気泡発生器の水導入口から筒状旋回室内へ送給するとともに、送気路を経由してガス化気泡発生器の空気導入口から筒状旋回室内へ空気を送給すると、前述したキャビテーション気泡発生器の場合と同様に筒状旋回室内に旋回流および負圧空洞部が出現するが、水導入口の開口面積より流体放出口の開口面積を小としたことで入口よりも出口の方が小さくなり、筒状旋回部に流入した空気と水との混合流体の圧力が高まるため、筒状旋回室内には比較的内径の小さな負圧空洞部が形成され、内圧の高い微細気泡が発生するが、流体放出口から放出されることで前記微細気泡の内圧が周囲の水圧と等圧に戻るため、外径１０μｍ〜５０μｍのガス化気泡となり、これらのガス化気泡を大量に含有する水を被浄化水中に効率的に供給することができる。また、これらのガス化気泡含有水は開口面積の小さな流体放出口から比較的高速で被浄化水域中へ放出されるため、ガス化気泡が広範囲に拡散するという効果も得られる。
【００２７】
この場合、水導入口から送り込まれる水の圧力によって筒状旋回室内の圧力が高まることで水中への空気溶解量が増加する一方、水中に溶解できなかった空気は小気泡となって筒状旋回室内の水中に出現し、やがて外径２ｍｍ〜５ｍｍの加圧気泡となって流体放出口から放出されるため、このガス化気泡発生器は、外径２ｍｍ〜５ｍｍの加圧気泡を供給可能な加圧気泡発生器としても機能する。
【００２８】
したがって、ガス化気泡による浄化作用が得られるだけでなく、これより大径で上昇速度の速い加圧気泡によって水中に鉛直循環流が発生して水の滞留をなくすことができるので、さらに優れた浄化作用が得られる。また、前述のように、筒状旋回室内の高圧力によって溶存酸素量が増大した気泡含有水が流体放出口から放出され周囲の水圧と同レベルまで復帰する際に、加圧溶解された空気がガス化気泡となって水中に出現するが、これらのガス化気泡は被浄化水域中へ広く拡散していくため、被浄化水域中の溶存酸素量をさらに増大させることができる。
【００２９】
前述したキャビテーション気泡発生手段およびガス化気泡発生手段の場合、水と空気とをそれぞれ別々の経路を通してキャビテーション気泡発生器、ガス化気泡発生器の筒状旋回室へ送給する構成としているため、送水路などにおいてキャビテーション・エロージョンに起因する損傷が発生せず耐久性に優れており、また、キャビテーション気泡発生器、ガス化気泡発生器が水深１０ｍより深い位置に配置された場合でも、空気をそのままの状態で筒状旋回室まで送給することが可能であるため、水圧の高低に左右されず安定的にキャビテーション気泡、ガス化気泡および加圧気泡を発生させることができる。
【００３０】
また、キャビテーション気泡発生手段およびガス化気泡発生手段の場合、キャビテーション気泡発生器、ガス化気泡発生器を構成する筒状旋回室内に出現する負圧空洞部はその中心軸付近に位置するとともにその両端部は流体放出口に位置し続け、負圧空洞部の両端部が筒状旋回室の内周面などに接触することがないので、負圧空洞部に起因するキャビテーション・エロージョンが発生しない。
【００３１】
また、前記キャビテーション気泡発生手段を構成するキャビテーション気泡発生器への空気送給量より、前記ガス化気泡発生手段を構成するガス化気泡発生器への空気送給量を多くすることが望ましい。このような構成とすれば、外径５μｍ〜５０μｍのキャビテーション気泡、外径２ｍｍ〜５ｍｍの加圧気泡、外径１０μｍ〜５０μｍのガス化気泡をそれぞれ明確に区別して放出することが可能となるため、キャビテーション気泡、加圧気泡およびガス化気泡がそれぞれ有している独自の浄化作用を効率的に発揮させることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態である貯水浄化装置を用いてダム湖の水質浄化を行っている状態を示す模式図であり、図２は図１に示す貯水浄化装置を構成する第１気泡発生器および第２気泡発生器を示す斜視図であり、図３（ａ）は図２におけるＡ−Ａ線断面図であり、図３（ｂ）は図２におけるＢ−Ｂ線断面図であり、図４は図２おけるＣ−Ｃ線断面図である。
【００３３】
図１に示すように、本実施形態の貯水浄化装置１は、ダム２の上流側に形成されている閉鎖水域であるダム湖３の水質浄化を行うために使用されている。貯水浄化装置１は、水中に外径５μｍ〜５０μｍのキャビテーション気泡ＭＢ１（図５参照）を供給する機能を有する第１気泡発生器４と、水中に外径２ｍｍ〜５ｍｍの加圧気泡ＳＢ（図５参照）および外径１０μｍ〜５０μｍのガス化気泡ＭＢ２（図５参照）を供給する機能を有する第２気泡発生器５と、ダム湖３の水を吸い込んで第１気泡発生器４および第２気泡発生器５に送給する送水ポンプ６と、大気中の空気を吸い込んで第１気泡発生器４および第２気泡発生器５に送給する送気ポンプ７などを備えている。
【００３４】
第１気泡発生器４および第２気泡発生器５は、ダム湖３の水面にフロート８によって浮設された浮架台９に設けられたウインチ１０に、チェーン１１を介して昇降可能に吊り下げられており、ウインチ１０を地上部分から遠隔操作することによって、ダム湖３の水中における第１気泡発生器４および第２気泡発生器５の位置を上下調節することができる。本実施形態では、第１気泡発生器４および第２気泡発生器５は、ダム湖３の水深１０ｍ程度の部分に存在する水温躍層１６より深い部分に配置している。
【００３５】
第１気泡発生器４および第２気泡発生器５と送水ポンプ６との間には送水路である送水管１２が配管され、第１気泡発生器４および第２気泡発生器５と送気ポンプ７との間には、送気路である送気管１３ａ，１３ｂがそれぞれ配管され、送気管１３ａ，１３ｂの送気ポンプ７寄りの部分には送気量を増減調節するための流量調節弁２７ａ，２７ｂが取り付けられている。送水ポンプ６には、ダム湖３の水を吸い込むための吸水管１４が連結され、ダム湖３の底部付近に沈められた吸水管１４の先端には水中の異物などの侵入を防ぐための吸水フィルタ１４ａが取り付けられている。送気ポンプ７には、大気中の空気を吸い込むための吸気管１５が連結され、吸気管１５の先端は防塵用の吸気フィルタ１５ａを介して大気中に開口している。送水ポンプ６および送気ポンプ７は電動式であり、送水ポンプ６の代わりに水中ポンプを用いることもできる。
【００３６】
図２に示すように、第１気泡発生器４の下側に第２気泡発生器５を配置するとともに第１気泡発生器４の両側面に開設された流体放出口１７と、第２気泡発生器５の両側面に開設された流体放出口１８とが同一の垂直平面上において上下に位置するように配置されている。本実施形態では、第１気泡発生器４がキャビテーション気泡発生器として機能し、第２気泡発生器がガス化気泡発生器および加圧気泡発生器として機能する。
【００３７】
図３，図４に示すように、第１気泡発生器４は、中心軸１９ａの回りを流体が旋回可能な筒状旋回室１９と、筒状旋回室１９の接線方向から筒状旋回室１９の周面１９ｂに開設された２つの水導入口２０と、周面１９ｂに直交する方向から筒状旋回室１９に連通して開設された空気導入口２１と、筒状旋回室１９の中心軸１９ａの両延長上にある隔壁２２にそれぞれ開設された流体放出口１７とを有し、水導入口２０へ送水管１２が連結され、空気導入口２０へ送気管１３ａが連結され、水導入口２０の開口面積より流体放出口１７の開口面積が大である。
【００３８】
一方、第２気泡発生器５は、中心軸２３ａの回りを流体が旋回可能な筒状旋回室２３と、筒状旋回室２３の接線方向から筒状旋回室２３の周面２３ｂに開設された２つの水導入口２４と、周面２３ｂに直交する方向から筒状旋回室２４に連通して開設された空気導入口２５と、筒状旋回室２３の中心軸２３ａの両延長上にある隔壁２６にそれぞれ開設された流体放出口１８とを有し、水導入口２４へ送水管１２が連結され、空気導入口２５へ送気管１３ｂが連結され、水導入口２４の開口面積より流体放出口１８の開口面積が小である。
【００３９】
第１気泡発生器４において、送水ポンプ６を稼働させることによってダム湖３の底部付近から吸水管１４を通して吸い上げた水を送水管１２を経由して水導入口２０から筒状旋回室１９内へ送給するとともに、送気ポンプ７で大気中から吸い込んだ空気を送気管１３ａを経由して空気導入口２１から筒状旋回室１９内へ空気を送給すると、図３，図５に示すように、筒状旋回室１９内には空気と水の混合流体の旋回流Ｒ１が発生し、旋回流中の水と空気はその比重差により、水には遠心力が作用して筒状旋回室１９の周面１９ｂ方向へ移動し、空気には向心力が作用して筒状旋回室１９の中心軸１９ａ方向へ移動することによって、筒状旋回室１９の中心軸１９ａ付近に両端が括れた略円筒形状の負圧空洞部Ｖ１が出現する。
【００４０】
このとき、筒状旋回室１９内へ送給され水中を移動する空気には互いに対向する遠心力および向心力により剪断力が作用して分断微細化され、空気の進行方向に対して直角方向からは水の回転流の動圧エネルギによる剪断力も作用して、さらに微細化されつつ旋回流Ｒ１の中心部分に集積されながら流体放出口１７から減圧微細気泡ＭＢ１を含有する水となって放出される。
【００４１】
このように、筒状旋回室１９内の空気には、その移動方向に対し縦横方向から旋回流Ｒ１による剪断力が作用することで微細な気泡となり、これらが気泡核となって外径５μｍ〜５０μｍのキャビテーション気泡ＭＢ１が大量に発生し、これらのキャビテーション気泡ＭＢ１を大量に含有する水をダム湖３の水中へ効率的に供給することができる。また、負圧空洞部Ｖ１の両端付近では、激しい加圧・減圧雰囲気が生じており、これらの雰囲気中では混合流体中に存在する雑菌なども死滅するため、殺菌による水質浄化効果も得られる。
【００４２】
また、水導入口２０の開口面積より流体放出口１７の開口面積を大としたことにより、入口より出口の方が広くなるため、筒状旋回室１９内へ送給された水および空気の混合流体の圧力は高まることなく、速やかにキャビテーション気泡ＭＢ１を含有する水となって流体放出口１７から効率良く放出される結果、筒状旋回室１９内には比較的内径の大きな負圧空洞部Ｖ１が形成されるため、水中に溶存している気体は減圧沸騰現象によりこの負圧空洞部Ｖ１内に向かって気化する傾向が高まる。
【００４３】
したがって、水中に過飽和に溶存している窒素、アンモニアなどの気体は負圧空洞部Ｖ１に気化した後、キャビテーション気泡ＭＢ１となって水とともに流体放出口１７から被浄化水域中へ放出され、水中を浮上してダム湖３の水面から大気中へ放散されるので、過剰の窒素やアンモニアなどを除去することができる。
【００４４】
また、前述した減圧沸騰現象により負圧空洞部Ｖ１内に気化したアンモニアは負圧空洞部Ｖ１で減圧されることによって、反応式２ＮＨ３⇔Ｎ２＋３Ｈ２の平衡状態が右に移動して窒素と水素とに分解されるため、ダム湖３の水中に溶存しているアンモニアを分解除去することもできる。なお、アンモニアの分解によって発生した窒素、水素が水中へ再溶解することがあっても、水質浄化に悪影響を及ぼすことはない。
【００４５】
一方、第２気泡発生器５において、送水管１２を経由して水導入口２４から筒状旋回室２３内へダム湖３の水を送給するとともに、送気管１３ｂを経由して空気導入口２５から筒状旋回室２３内へ空気を送給すると、筒状旋回室２３内に旋回流Ｒ２が発生するとともに負圧空洞部Ｖ２が出現し、前述した第１気泡発生器４の場合と同様の作用により、外径１０μｍ〜５０μｍのガス化気泡ＭＢ２を大量に含有する水と外径２ｍｍ〜５ｍｍの加圧気泡ＳＢとを流体放出口１８から水中へ効率的に供給することができる。
【００４６】
この場合、水導入口２４の開口面積より流体放出口１８の開口面積を小としたことにより、入口よりも出口が小さくなる結果、水導入口２４から流入する水の圧力により筒状旋回室２３の内圧が高まり、筒状旋回室２３内には比較的内径が小さな負圧空洞部Ｖ２が形成されるため、水中への空気溶解量が増加する一方、水中に溶解できなかった空気は外径２ｍｍ〜５ｍｍの加圧気泡ＳＢとなって流体放出口１８から放出される。
【００４７】
このように、第１気泡発生器４から外径５μｍ〜５０μｍのキャビテーション気泡ＭＢ１を含有する水をダム湖３中の特定領域へ供給すると同時に、第２気泡発生器５から外径２ｍｍ〜５ｍｍの加圧気泡ＳＢおよび外径１０μｍ〜５０μｍのガス化気泡ＭＢ２を含有する水を前記特定領域へ供給すると、キャビテーション気泡ＭＢ１はアンモニアなどを除去する作用を発揮し、加圧気泡ＳＢは水中に鉛直循環流を発生させるとともにキャビテーション気泡ＭＢ１の上昇を促進するという作用を発揮し、ガス化気泡ＭＢ２は溶存酸素濃度を高め水質を好気的状態に変化させるという作用を発揮するため、ダム湖３の水中に溶存している各種気体の濃度はこれらの三つの作用によってバランスの良い状態に回復していき、ダム湖３水域の自然環境に悪影響を及ぼすことなく、比較的容易に且つ自然水に近い状態までダム湖３の水を浄化することができる。
【００４８】
また、前述した３種類のキャビテーション気泡ＭＢ１、加圧気泡ＳＢおよびガス化気泡ＭＢ２をダム湖３の汚濁水中に発生させることによって、汚濁物質と水分子とが分離され、水中生物が利用することのできる自由水となるため、ダム湖３水中の自由水を増加させ水中生物を活性化させることを通じて水質浄化を図ることもできる。
【００４９】
本実施形態では、図１で示したように、第１気泡発生器４および第２気泡発生器５を水温躍層１６よりも深い位置に配置し、水温躍層１６よりも深い領域にキャビテーション気泡ＭＢ１、ガス化気泡ＭＢ２だけでなくこれらより外径が大きく上昇速度の速い加圧気泡ＳＢをも供給しているため、加圧気泡ＳＢの急速な上昇により水中に鉛直循環流が発生し、こららによって水温躍層１６が破壊されるようになるため、ダム湖３中における水の循環が促進されアオコなどの繁殖も抑制され、水質浄化を促進することができる。
【００５０】
第１気泡発生器４および第２気泡発生器５の場合、水と空気とをそれぞれ別々の経路である送水管１２、送気管１３ａ，１３ｂを通してそれぞれの筒状旋回室１９，２３内へ送給する構成としているため、送水管１２内などにキャビテーション・エロージョンに起因する損傷が発生せず、耐久性に優れている。また、第１気泡発生器４および第２気泡発生器５が水深１０ｍより深い位置に配置された場合でも、空気をそのままの状態で筒状旋回室１９，２３内まで送給することが可能であるため、水圧の高低に左右されず安定的に、キャビテーション気泡ＭＢ１、ガス化気泡ＭＢ２および加圧気泡ＳＢを発生させることができる。
【００５１】
また、第１気泡発生器４および第２気泡発生器５の場合、それぞれの筒状旋回室１９，２３内に出現する負圧空洞部Ｖ１，Ｖ２はそれぞれの中心軸１９ａ，２３ａ付近に位置するとともにその両端部は流体放出口１７，１８に位置し続け、負圧空洞部Ｖ１，Ｖ２の両端部が筒状旋回室１９，２３の内周面などに接触することがないので、負圧空洞部Ｖ１，Ｖ２に起因するキャビテーション・エロージョンも発生しない。
【００５２】
一方、第１気泡発生器４の下方に第２気泡発生器５を配置するとともに流体放出口１７と流体放出口１８とが同一の垂直平面上において上下に位置するように配置しているため、キャビテーション気泡ＭＢ１を含有する水を放出する流体放出口１７の垂直下方に加圧気泡ＳＢを含有する水を放出する流体放出口１８が位置した状態となっている。したがって、下方の流体放出口１８から放出され水中での上昇速度が大きい加圧気泡ＳＢが、上方の流体放出口１７から放出され水中での上昇速度が遅いキャビテーション気泡ＭＢ１を随伴しやすい配置となっており、キャビテーション気泡ＭＢ１となって現れた水中のアンモニアや過飽和溶存気体を速やかにダム湖３の水面まで上昇させ大気中へ放散させることができる。
【００５３】
また、図１，図３（ｂ）で示したように、二つに分岐した送気管１３ａ，１３ｂにそれぞれ流量調節弁２７ａ，２７ｂが取り付けられているが、本実施形態では、第１気泡発生器４に向かう流量調節弁２７ａを若干絞ることにより、第１気泡発生器４への空気送給量より、第２気泡発生器５への空気送給量が多くなるように設定している。したがって、外径５μｍ〜５０μｍのキャビテーション気泡ＭＢ１、外径２ｍｍ〜５ｍｍの加圧気泡ＳＢおよび外径１０μｍ〜５０μｍのガス化気泡ＭＢ２を明確に区別して放出することができ、これによって、キャビテーション気泡ＭＢ１および加圧気泡ＳＢおよびガス化気泡ＭＢ２がそれぞれ有している独自の浄化作用を効率的に発揮させることができる。
【００５４】
流量調節弁２７ａ，２７ｂはそれぞれ独立して開度調節することができ、流量調節弁２７ｂを開いて第２気泡発生器５への送気量を増加させると、外径２ｍｍ〜５ｍｍ程度の比較的大径の加圧気泡ＳＢが多く発生するようになるため、図１で示した水温躍層１６の破壊作用が増大するという効果が得られ、流量調節弁２７ｂを絞って第２気泡発生器５への送気量を減少させると、外径１０μｍ〜５０μｍのガス化気泡ＭＢ２のみが発生するようになるため、加圧気泡ＳＢによって発生する鉛直循環流の撹拌作用が不要である場合に好適となる。
【００５５】
本実施形態においては、第１気泡発生器４の筒状旋回室１９および第２気泡発生器５の筒状旋回室２３はいずれも円筒形であるため、図５に示すように、それぞれの中心軸１９ａ，２３ａの周りの旋回流Ｒ１，Ｒ２と、負圧空洞部Ｖ１，Ｖ２の長手方向の循環流を発生させることができ、それぞれの両側部分の隔壁２２，２６は中心軸１９ａ，２３ａと直交していることで旋回流Ｒ１，Ｒ２などは隔壁２２，２６付近で急激に絞られることとなるため、それぞれキャビテーション気泡ＭＢ１、ガス化気泡ＭＢ２を大量に発生させることができる。
【００５６】
なお、隔壁２２，２６の形状は平面に限定するものではないので、それぞれの流体放出口１７，１８に向かって徐々に縮径した漏斗形状、擂り鉢形状とすることもでき、このような形状とすれば、旋回流Ｒ１，Ｒ２はそれぞれ放出口１７，１８に向かってスムーズに誘導されるようになるため、それぞれの放出口１７，１８からのキャビテーション気泡ＭＢ１、ガス化気泡ＭＢ２を含有する水の放出が促進されるという効果がある。
【００５７】
なお、筒状旋回室の形状は円筒形に限定するものではないので、六角筒形状、八角筒形状などの多角筒形状とすることもでき、このような形状とした場合、水と空気との混合流体が筒状旋回室内で高速旋回するときに周面との衝突で生じる振動によって周波数の高い音波や超音波が発生し、混合流体中の含有物を分解する作用も生じるため、水質浄化に有効である。
【００５８】
【発明の効果】
本発明により、以下の効果を奏する。
【００５９】
（１）被浄化水域中における特定領域へ、外径５μｍ〜５０μｍのキャビテーション気泡と、外径２ｍｍ〜５ｍｍの加圧気泡と、外径１０μｍ〜５０μｍのガス化気泡とを同時に供給することにより、被浄化水中のアンモニアなどを除去する作用と、被浄化水中に鉛直循環流を発生させる作用と、被浄化水の溶存酸素濃度を増加させる作用という三つの作用が得られ、被浄化水中に溶存する各種気体の濃度はこれらの三つの作用によってバランスの良い状態に回復するので、被浄化水域の自然環境に悪影響を及ぼすことなく、比較的容易に且つ自然水に近い状態まで貯水を浄化することができる。
【００６０】
（２）前記キャビテーション気泡が被浄化水域中の水と空気との混合流体の液圧を減圧することによって発生させたものであり、前記ガス化気泡が前記混合流体を特定領域の水圧よりも高く加圧した後、特定領域の水圧まで戻すことによって発生させたものであることにより、被浄化水域中から採取した水に大気中の空気を混合させ減圧状態または加圧状態にするという比較的簡単な工程でキャビテーション気泡またはガス化気泡を発生させることができる。
【００６１】
（３）被浄化水域中における特定領域へ、外径５μｍ〜５０μｍのキャビテーション気泡を供給するキャビテーション気泡発生手段と、外径２ｍｍ〜５ｍｍの加圧気泡を供給する加圧気泡発生手段と、外径１０μｍ〜５０μｍのガス化気泡を供給するガス化気泡発生手段とを備えた貯水浄化装置により、前記（１）の貯水浄化方法を容易に実施することができる。
【００６２】
（４）前記キャビテーション気泡発生手段の下方に前記加圧気泡発生手段を配置することにより、水中での上昇速度が大きい加圧気泡によって水中に発生する鉛直循環流により、水中での上昇速度が遅いキャビテーション気泡の上昇が促進され、キャビテーション気泡となって現れたアンモニアなどを速やかに水面まで上昇させ大気中へ放散させることができるようになる。
【００６３】
（５）前記キャビテーション気泡発生手段が、筒状旋回室と、筒状旋回室の周面に開設された水導入口と、筒状旋回室に連通して開設された空気導入口と、筒状旋回室の中心軸の両延長上に開設された複数の流体放出口とを有するキャビテーション気泡発生器と、水導入口へ水を送給する送水路と、空気導入口へ空気を送給する送気路とを備え、水導入口の開口面積より流体放出口の開口面積を大としたものであることにより、外径５μｍ〜５０μｍの大量のキャビテーション気泡を含有する水を被浄化水中に効率的に供給しアンモニアなどを除去することで水質浄化を図ることができ、優れた耐久性が得られる。
【００６４】
（６）前記ガス化気泡発生手段が、筒状旋回室と、筒状旋回室の周面に開設された水導入口と、筒状旋回室に連通して開設された空気導入口と、筒状旋回室の中心軸の両延長上に開設された複数の流体放出口とを有するガス化気泡発生器と、水導入口へ水を送給する送水路と、空気導入口へ空気を送給する送気路とを備え、水導入口の開口面積より流体放出口の開口面積を小としたものであることにより、外径１０μｍ〜５０μｍのガス化気泡を大量に含有する水を被浄化水中に効率的に供給して溶存酸素濃度を高めることで水質浄化を図ることができ、優れた耐久性も得られる。
【００６５】
（７）前記キャビテーション気泡発生手段を構成するキャビテーション気泡発生器への空気送給量より、前記ガス化気泡発生手段を構成するガス化気泡発生器への空気送給量を多くすることにより、外径５μｍ〜５０μｍのキャビテーション気泡、外径２ｍｍ〜５ｍｍの加圧気泡および外径１０μｍ〜５０μｍのガス化気泡を明確に区別して放出することが可能となるため、これらの３種類の気泡がそれぞれ有している独自の浄化作用を有効に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である貯水浄化装置を用いてダム湖の水質浄化を行っている状態を示す模式図である。
【図２】図１に示す貯水浄化装置を構成する第１気泡発生器および第２気泡発生器を示す斜視図である。
【図３】（ａ）は図２におけるＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）は図２におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図２おけるＣ−Ｃ線断面図である。
【図５】第１気泡発生器および第２気泡発生器の稼動状態を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１  貯水浄化装置
２  ダム
３  ダム湖
４  第１気泡発生器
５  第２気泡発生器
６  送水ポンプ
７  送気ポンプ
８  フロート
９  浮架台
１０  ウインチ
１１  チェーン
１２  送水管
１３ａ，１３ｂ  送気管
１４  吸水管
１４ａ  吸水フィルタ
１５  吸気管
１５ａ  吸気フィルタ
１６  水温躍層
１７，１８  流体放出口
１９，２３  筒状旋回室
１９ａ，２３ａ  中心軸
１９ｂ，２３ｂ  周面
２０，２４  水導入口
２１，２５  空気導入口
２２，２６  隔壁
２７ａ，２７ｂ  流量調節弁
Ｒ１，Ｒ２  旋回流
Ｖ１，Ｖ２  負圧空洞部
ＭＢ１  キャビテーション気泡
ＳＢ  加圧気泡
ＭＢ２  ガス化気泡
【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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