(57)【要約】【課題】  酸素の供給効果を検出して、酸素溶解水供給装置の運転を効率よく制御することができるとともに、植物プランクトン対策としても有効である水質保全システムを提供する。【解決手段】  水温または塩分濃度または浮遊物質濃度が異なる密度成層を有する水域の水質を良好な状態に維持するための水質保全システムにおいて、任意の水深の水域に空気を放出する曝気循環手段と、前記曝気循環手段の空気吐出部より下の水域から水を吸引するとともに、この吸引した水に酸素を溶解させ、得られた酸素溶解水を前記曝気循環手段の空気吐出部より下の水域に吐出させる酸素溶解水供給手段とを具備することを特徴とする。【選択図】  図１
2005313064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水温または塩分濃度または浮遊物質濃度が異なる密度成層を有する水域の水質を良好な状態に維持するための水質保全システムにおいて、任意の水深の水域に空気を放出する曝気循環手段と、前記曝気循環手段の空気吐出部より下の水域から水を吸引するとともに、この吸引した水に酸素を溶解させ、得られた酸素溶解水を前記曝気循環手段の空気吐出部より下の水域に吐出させる酸素溶解水供給手段とを具備することを特徴とする水質保全システム。
【請求項２】
前記酸素溶解水供給手段は、前記曝気循環手段の空気吐出部より下の任意の水深の水域から水を吸引する吸引手段と、吸引した水に酸素を溶解させる酸素溶解手段と、得られた酸素溶解水を前記吸引手段により水を吸引した水深の水域に吐出させる吐出手段とから構成されることを特徴とする請求項１に記載の水質保全システム。
【請求項３】
前記曝気循環手段の空気吐出部より下の水域における水の導電率を測定する第１の導電率計を具備し、この第１の導電率計の出力に応じて前記酸素溶解水供給手段の動作を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の水質保全システム。
【請求項４】
前記第１の導電率計は、前記酸素溶解水供給手段により吸引された水の導電率を測定することを特徴とする請求項３に記載の水質保全システム。
【請求項５】
前記曝気循環手段の空気吐出部より上の水域における水の導電率を測定する第２の導電率計を具備し、この第２の導電率計の出力に応じて前記曝気循環手段の動作を制御することを特徴とする請求項３または４に記載の水質保全システム。
【請求項６】
前記第２の導電率計は、水域における表層付近の水の導電率を測定することを特徴とする請求項５に記載の水質保全システム。
【請求項７】
前記曝気循環手段が水深の異なる複数の空気吐出部を有する多段式曝気循環手段であり、前記第２の導電率計の出力に応じて前記多段式曝気循環手段における空気吐出部の位置およびまたは空気吐出の有無を制御することを特徴とする請求項５または６に記載の水質保全システム。
【請求項８】
前記第１の導電率計の出力に応じて前記多段式曝気循環手段における空気吐出部の位置およびまたは空気吐出の有無を制御することを特徴とする請求項７に記載の水質保全システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は海（港湾）、湖沼、ダム、濠等の閉鎖性水域における溶存酸素濃度や底層の水質を良好な状態に維持するための水質保全システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。この富栄養化による植物プランクトンの増殖は、それ自体が浄水場において凝集障害、ろ過障害、異臭味などの問題を引き起こすとともに、長期的には、死骸や排泄物が底層に堆積して、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。
【０００３】
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、底泥中の鉄、マンガン、ヒ素、リンなどの栄養塩類や金属が溶出し易くなり、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。
【０００４】
図３は、港湾、湖沼、ダム湖等（以下総称して湖沼1という）における水温の分布状態の一例を示すもので、夏季は水面付近は温度Ｔが高く、水深が下がると急に温度が低下する温度躍層Ａが形成された状態を模式的に示している。実線Ｃは温度分布曲線を示しており、水底は温度が一番低くなっている。
【０００５】
こうした状態では、下層の温度が低く密度が大きい水は水塊を形成しており、表層付近の水温が高く密度が小さい水との混ざり合いはほとんどない。これを密度成層と呼んでいる。
従って、表層付近の溶存酸素濃度の高い水は、底層へ供給されることはなく、底層の貧酸素状態は解消されない状態となっている。
【０００６】
このような現象は、水温の差（温度躍層Ａ）による場合だけでなく、汽水域のように塩分濃度の急激な変化が起こる塩分躍層の形成によっても生ずる。
【０００７】
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、曝気装置によるものと、水流発生装置によるものとを例示している。図４では、湖沼１の左側に曝気装置による酸素供給技術を、右側に水流発生装置による酸素供給技術を示している。
【０００８】
まず、曝気装置による酸素供給技術について説明する。図に示す曝気装置は、全層曝気と呼ばれ、エア・コンプレッサ２により水底まで空気を送り、この圧縮空気を散気板３から水底に放出するもので、底層の溶存酸素増加、及び連行水による温度躍層の破壊によって、上層からの溶存酸素を水底に供給することを狙ったものである。また、水の循環により、表層水温の低下、植物プランクトンの有光層以深への引き込み、藻類の拡散などを生じさせ、植物プランクトン対策として有効である。
【０００９】
しかしながら、こうした方法では、連行水による底泥の巻き上げが起こり、下層部から上層部へ栄養塩を供給してしまい、水域全体の水質を悪化させてしまうという問題がある。また、底泥の巻き上げを防止するために、空気の放出位置を高く設定した浅層曝気と呼ばれる装置もあるが、このような装置では、底層の水に酸素を供給することはできない。
【００１０】
次に、水流発生装置による酸素供給技術について説明する。図４の右側に示すように、この酸素供給技術においては、水流発生装置を構成するポンプ４によって溶存酸素の豊富な表層の水を吸い、水底に放出することにより、周囲の水を連行水として、下層水と混合させ、底層へ溶存酸素供給を行うものである。
【００１１】
しかしながら、表層水は温度が高く密度が小さいため、底層の温度が低く密度の高い水とは混ざることがないうえ、前述の場合と同様に、底泥の巻き上げが起こり、水域全体の水質を悪化させてしまうという欠点がある。
【００１２】
図５は、酸素溶解水供給方法と呼ばれるもので、貧酸素状態になっている底層の水を汲み上げ、その水に酸素溶解手段５により酸素を溶かし込んで、溶存酸素濃度を上昇させた後に、元の底層に戻すように構成したものである。
この様に、温度の低い水を、元の温度の低い水域に戻す構成にすれば、密度の違いにより混ざり合わないと云うこともなく、また、温度が高いことによる上昇流の発生もないため、底泥を巻き上げてしまうこともない。
【００１３】
しかしながら、図５に示す装置では、底層の水に効率よく酸素を供給することができるが、酸素の供給効果を客観的に評価する方法がなく、酸素溶解水供給装置を効率よく動作させることができない。従来、酸素溶解水供給装置の運転制御にタイマを使用した例もあるが、一定時間間隔で運転と停止を繰り返すだけのものであり、酸素の供給効果（水質の改善度合）を検出するものではない。
また、上層から下層への水の循環が発生しないので、植物プランクトン対策としての光合成の抑制効果を望むことはできない。
【００１４】
【特許文献１】特開２００３−０７１４９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記したように、従来の連行水を伴う酸素供給方法では、連行水による底泥の巻き上げが起こり、水域全体の水質を悪化させてしまうという問題があり、また、貧酸素状態になっている底層の水を汲み上げ、その水に酸素溶解手段により酸素を溶かし込んだ後、元の底層に戻すようにした酸素供給方法では、酸素の供給効果を客観的に評価する方法がなく、酸素溶解水供給装置を効率よく動作させることができないとともに、上層から下層への水の循環が発生せず、植物プランクトン対策として効果を望むことができないという問題がある。
【００１６】
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、酸素の供給効果を検出して、酸素溶解水供給装置の運転を効率よく制御することができるとともに、植物プランクトン対策としても有効である水質保全システムを提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
このような目的を達成するために、本発明の水質保全システムは、次に示す構成を有するものである。
【００１８】
（１）水質保全システムは、水温または塩分濃度または浮遊物質濃度が異なる密度成層を有する水域の水質を良好な状態に維持するための水質保全システムにおいて、任意の水深の水域に空気を放出する曝気循環手段と、前記曝気循環手段の空気吐出部より下の水域から水を吸引するとともに、この吸引した水に酸素を溶解させ、得られた酸素溶解水を前記曝気循環手段の空気吐出部より下の水域に吐出させる酸素溶解水供給手段とを具備することを特徴とする。
【００１９】
（２）前記酸素溶解水供給手段は、前記曝気循環手段の空気吐出部より下の任意の水深の水域から水を吸引する吸引手段と、吸引した水に酸素を溶解させる酸素溶解手段と、得られた酸素溶解水を前記吸引手段により水を吸引した水深の水域に吐出させる吐出手段とから構成されることを特徴とする（１）に記載の水質保全システム。
【００２０】
（３）前記曝気循環手段の空気吐出部より下の水域における水の導電率を測定する第１の導電率計を具備し、この第１の導電率計の出力に応じて前記酸素溶解水供給手段の動作を制御することを特徴とする（１）または（２）に記載の水質保全システム。
【００２１】
（４）前記第１の導電率計は、前記酸素溶解水供給手段により吸引された水の導電率を測定することを特徴とする（３）に記載の水質保全システム。
【００２２】
（５）前記曝気循環手段の空気吐出部より上の水域における水の導電率を測定する第２の導電率計を具備し、この第２の導電率計の出力に応じて前記曝気循環手段の動作を制御することを特徴とする（３）または（４）に記載の水質保全システム。
【００２３】
（６）前記第２の導電率計は、水域における表層付近の水の導電率を測定することを特徴とする（５）に記載の水質保全システム。
【００２４】
（７）前記曝気循環手段が水深の異なる複数の空気吐出部を有する多段式曝気循環手段であり、前記第２の導電率計の出力に応じて前記多段式曝気循環手段における空気吐出部の位置およびまたは空気吐出の有無を制御することを特徴とする（５）または（６）に記載の水質保全システム。
【００２５】
（８）前記第１の導電率計の出力に応じて前記多段式曝気循環手段における空気吐出部の位置およびまたは空気吐出の有無を制御することを特徴とする（７）に記載の水質保全システム。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、水温または塩分濃度または浮遊物質濃度が異なる密度成層を有する水域の水質を良好な状態に維持するための水質保全システムにおいて、任意の水深の水域に空気を放出する曝気循環手段と、前記曝気循環手段の空気吐出部より下の水域から水を吸引するとともに、この吸引した水に酸素を溶解させ、得られた酸素溶解水を前記曝気循環手段の空気吐出部より下の水域に吐出させる酸素溶解水供給手段とを具備しているので、従来のように、酸素を溶解させる際や酸素溶解水を水中に排出する際に連行水を伴うことがなく、連行水により底泥を巻き上げ、水域全体の水質を悪化させてしまうことがないとともに、曝気循環手段の空気吐出部より上の部分では水の循環を発生させ、植物プランクトン対策としても有効である水質保全システムを提供することができる。
【００２７】
また、酸素の供給効果を底層の水の導電率の変化として捉え、導電率計の出力に応じて酸素溶解水供給手段の動作を制御するようにしているので、安価な導電率計により酸素の供給効果を検出することができ、酸素溶解水供給手段の運転を効率よく制御することができる。
【００２８】
さらに、表層付近または曝気循環手段の空気吐出部より上の水域における水の導電率を測定して、曝気循環手段の動作を制御するようにしているので、この導電率変化から曝気循環手段による底泥の巻き上げを検知することができ、底泥の巻き上げを発生することなく、有効な植物プランクトン対策を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明に係る水質保全システムの実施形態について、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００３０】
図１は本発明の水質保全システムの一実施例を示す構成図である。図において、前記図２〜図４と同様のものは、同一符号を付して示す。６は曝気循環手段であり、ここでは、水深の異なる複数の空気吐出部を有する多段式曝気循環手段を例示している。曝気循環手段６は、その空気吐出部が密度成層より上の水域に位置するように設置されている。７は酸素溶解水供給手段であり、ポンプ４および酸素溶解手段５、底層水の吸引部７１、酸素溶解水の吐出部７２より構成されている。吸引部７１および吐出部７２は曝気循環手段６の空気吐出部（密度成層）より下の水域に位置するように配置されている。８は吸引部７１を介して汲み上げられた水における導電率を測定する第１の導電率計、９は表層付近の水の導電率を測定する第２の導電率計である。１０は任意の水深から水を取水する選択取水設備である。
【００３１】
すなわち、曝気循環手段６は密度成層より上の水域において曝気動作を行って、水の循環を発生し、表層水温の低下、植物プランクトンの有光層以深への引き込み、藻類の拡散など、植物プランクトン対策を行い、また、酸素溶解水供給手段７は密度成層より下の水域において、貧酸素水の吸引および酸素溶解水の吐出を行って、底層の水に酸素を供給し、これらが協同して、全体の水質保全（改善）を行っている。
【００３２】
また、第１の導電率計８の出力は酸素溶解水供給手段７の運転制御に利用されており、底層より汲み上げた水の導電率が一定値より低下すると、酸素溶解水供給手段７の運転または酸素溶解手段５への酸素の供給が停止される。
【００３３】
ここで、底層の水への酸素供給と水の導電率との関係は、次の通りである。
前記したように、底層水（底泥）が酸素不足になると、底泥中の鉄、マンガン、ヒ素、リンなどの栄養塩類や金属が溶出し易くなり、底層の水の導電率は上昇する。これに対して、底層水に酸素が供給され、貧酸素状態が改善されると、これらの栄養塩類や金属の溶出が抑制され、底層の水の導電率は低下する。
溶出金属の一種であるマンガンの濃度と水の導電率との相関関係の例を図２に示す。
【００３４】
したがって、栄養塩類や金属の溶出と底層水の導電率とは一定の相関関係を有しており、底層水の導電率を測定することにより、底層水中の栄養塩類や金属溶出の抑制度合、すなわち、水質の改善度合（酸素の供給効果）を知ることができる。
【００３５】
この結果、第１の導電率計８の出力を利用して酸素溶解水供給手段７の運転制御を行えば、酸素の供給効果を検出して、酸素溶解水供給装置の運転を効率よく制御することができる。また、導電率計は、溶存酸素計などに比べて、安価に入手できるものであり、設備費用を低減することができる。
【００３６】
さらに、第２の導電率計９の出力は曝気循環手段６の運転制御に利用されており、表層付近の水の導電率が一定値より上昇すると、曝気循環手段６の運転の停止または空気吐出部の切り換えが行われる。
【００３７】
ここで、表層付近の水の導電率を監視すると、曝気循環手段６による底泥の巻き上げを検知することができる。すなわち、曝気動作に伴う水の循環により、底泥の巻き上げが発生すると、底層に溶出していた栄養塩が表層付近に拡散するので、表層付近の水の導電率が上昇する。
【００３８】
したがって、第２の導電率計９の出力を利用して曝気循環手段６の運転制御を行えば、底泥の巻き上げを検知して、底泥の巻き上げを発生することなく、有効な植物プランクトン対策を行うことができる。
図に示す、多段式曝気循環手段の場合には、導電率の上昇とともに、空気吐出部の位置を上に移動させる。これにより、水の循環する深さを浅くして、循環による影響を低減することができる。
【００３９】
また、密度成層の形成される水深は季節などにより変化するので、その水深に合わせて空気吐出部の位置を上下させることができ、より効率的な運転が可能となる。
さらに、空気吐出部の移動だけではなく、曝気循環手段６の運転を完全に停止させ、酸素溶解水供給手段７のみによる酸素供給に切り換えることもできる。
【００４０】
なお、上記の説明においては、曝気循環手段６をその空気吐出部が密度成層より上の水域に位置するように設置した場合を例示したが、曝気循環手段６の設置位置はこれに限られるものではなく、任意の水深の水域に設置することができるものである。
この場合、酸素溶解水供給手段７における吸引部７１および吐出部７２の設置位置は、曝気循環手段６の空気吐出部より下の水域に位置するように決定される。
【実施例２】
【００４１】
上記の説明においては、第１の導電率計８を水上に配置し、吸引部７１を介して汲み上げられた水における導電率を測定する場合を例示したが、第１の導電率計８の測定位置はこれに限られるものではなく、底層の水における導電率を直接測定するように構成しても、同様の動作を行うことができる。
【００４２】
さらに、第２の導電率計９を表層付近に配置し、表層付近における水の導電率を測定する場合を例示したが、第２の導電率計９の測定位置はこれに限られるものではなく、曝気循環手段６の空気吐出部より上の水域であれば、任意の位置における水の導電率を測定するように構成しても、同様の動作を行うことができる。
【実施例３】
【００４３】
また、上記の説明においては、第２の導電率計の出力により曝気循環手段６の運転を制御する場合を例示したが、合わせて、第１の導電率計の出力により曝気循環手段６の運転を制御するように構成することもできる。
この場合、第１の導電率計の出力（底層の水の導電率）が一定値より上昇すると、曝気循環手段６の運転の停止または空気吐出部の切り換えが行われる。
【００４４】
このように、第１の導電率計の出力により曝気循環手段６の運転を制御すると、底層の水に栄養塩類が多く溶出している間は、深い層からの水の循環を停止して、溶出物質の拡散を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の水質保全システムの一実施例を示す構成図。
【図２】マンガン濃度と水の導電率との相関関係を示す構成図。
【図３】湖沼などに形成される温度躍層の説明図。
【図４】従来の水中への酸素供給装置の一例を示す構成図。
【図５】従来の水中への酸素供給装置の他の例を示す構成図。
【符号の説明】
【００４６】
１      湖沼
２      エア・コンプレッサ
３      散気板
４      ポンプ
５      酸素溶解手段
６      曝気循環手段
７      酸素溶解水供給手段
７１    底層水の吸引部
７２    酸素溶解水の吐出部
８      第１の導電率計
９      第２の導電率計
１０    選択取水設備
【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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