(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部に下部吸込口を有し、空気を送抜して浮力が調整できる浮力体が取り付けられ、この浮力を調整することで下部吸込口の水深が調整可能な導管からなる下部構成体と、下部構成体の上方に結合され、互いに抜止め構造が施されて伸縮自在に内外嵌されて接続される複数の導管からなる中間構成体と、吐出口を有して中間構成体の上方に結合され、吐出口より上方の水面下に設けられた上部吸込口と下部吸込口から吸い込んだ上層水と下層水とを混合して吐出口から吐出するポンプを有する上部構成体と、浮力体に空気を送抜する送気設備が設けられ、水面に浮んで上部構成体を吊り下げる浮上体とで構成されることを特徴とする上下層水混合型水質浄化装置。
【請求項２】
下部構成体を浮上体から巻取り、巻出し可能なワイヤで吊り下げた請求項１の上下層水混合型水質浄化装置。
【請求項３】
ポンプが、上部構成体に設けられる原動機で駆動されるインペラを有するものであり、吐出口がインペラの周囲に形成されるものである請求項１又は２の上下層水混合型水質浄化装置。
【請求項４】
下部吸込口及び上部吸込口がベルマウス形状をしている請求項１〜３いずれかの上下層水混合型水質浄化装置。
【請求項５】
請求項１〜４いずれかの上下層水混合型水質浄化装置による水質浄化方法であり、下部吸込口から下層水を、上部吸込口から上層水をそれぞれ吸い込んで混合し、この混合水を吐出口から吐出することを特徴とする上下層水混合型水質浄化装置による水質浄化方法。
【請求項６】
吐出口から吐出される混合水が、吐出口が設けられる水位の水の密度とほぼ等しい密度流として吐出される請求項５の上下層水混合型水質浄化装置による水質浄化方法。
【請求項７】
浮力体の浮力を調整して下部吸込口の水深を変え、密度流を得る請求項６の上下層水混合型水質浄化装置による水質浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水域、特にダム湖、湖沼、内湾といった閉鎖された水域（閉鎖性水域）の水を浄化する上下層水混合型水質浄化装置及びこの水質浄化装置による水質浄化方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
閉鎖性水域では、特に夏場には、上層水は太陽光によって温められて密度（比重）が低くなるが、ある水深より深くなると、温められる度合いが低く、密度が低いままに保たれる。換言すれば、水域の水の密度は、水位にほぼ比例して高くなる。このような上下層水が混合しない状態を成層状態と呼ぶが、水域の水が成層状態になると、水の対流は起こらず、又、閉鎖性水域では他からの水の流入や他への水の流出も少ないことから、上層から中層ではアオコや赤潮が発生し、下層では沈澱した有機物を分解するために酸素が消費し尽くされた貧酸素状態を呈してヘドロや硫化水素が発生する。
【０００３】
これを解決するには、下層水と上層水とを強制的に混合してやればよいのであり、この目的の下に、水を流通できる導管に下部吸込口と上部吸込口とを形成し、下部吸込口からは下層水を、上部吸込口からは上層水をそれぞれ吸い込んで混合し、これを中間層に設けられる吐出口から吐出する上下層水混合型水質浄化装置が提案されている（例えば、特開平１１−１６９０１３号公報及び特開２０００−０２７７４８号公報）。この場合における下部吸込口は、錘等を設けて水底に着地させた導管の下端から一定高さに設定してある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、吐出口から吐出される混合水の密度は、吐出口が位置する水位の水の密度とほぼ等しい（これを密度流という）のが、吐出後に上昇も下降もしないから、水平方向の拡散力が強くて好ましい。このため、設定水位の下で、下部吸込口と上部吸込口の水深から吐出口の水深（位置）を決めている。しかし、水域には水位の変動があるから、導管を伸縮式にしてこれに対応させているが、この場合でも、導管の下端は水底に着地していることから、下部吸込口の水深は変わらない。従って、水面が上昇すると、下部吸込口の水深は相対的に深くなり、密度の高い下層水の割合が増えて混合水の密度は密度流のそれより高くなる。反対に、水面が下降すると、下部吸込口は押し上げられて混合水の密度は低くなる。
【０００５】
加えて、水位の変動も、特にダム湖では、管理運営面から或いは季節等によって非常に大きい。このため、上記した水質浄化装置におけるように導管を二段の伸縮式にする程度では、これに対処することができない。又、導管の下端を常に水底に接地させるものでは、一度接地させると、これを引き上げるのは非常に厄介であり、点検や修理に際して随時引き上げて岸近くの浅瀬まで移行するようなことは無理である。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するものであり、下部吸込口を有する導管に空気を送抜することで浮力を調整できる浮力体を取り付け、この浮力を調整することで下部吸込口の水深を密度流が得られる深さに設定できるようにしたものである。尚、上記した先行例においても、浮力体を取り付けているが、この浮力体は、導管の重量を軽減させるとともに、これを直立させるためのものであって、浮力を調整して導管を上下させるものではない。更に、本発明は、浮力体の浮力を上げて導管を縮短させ、このときの縮短量を大きくして水面下の長さを短くすることで、岸等の浅瀬まで移行できるようにしたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上の課題の下、本発明は、請求項１に記載した、下部に下部吸込口を有し、空気を送抜して浮力が調整できる浮力体が取り付けられ、この浮力を調整することで下部吸込口の水深が調整可能な導管からなる下部構成体と、下部構成体の上方に結合され、互いに抜止め構造が施されて伸縮自在に内外嵌されて接続される複数の導管からなる中間構成体と、吐出口を有して中間構成体の上方に結合され、吐出口より上方の水面下に設けられた上部吸込口と下部吸込口から吸い込んだ上層水と下層水とを混合して吐出口から吐出するポンプを有する上部構成体と、浮力体に空気を送抜する送気設備が設けられ、水面に浮んで上部構成体を吊り下げる浮上体とで構成されることを特徴とする上下層水混合型水質浄化装置を提供したものである。
【０００８】
以上の手段によれば、浮力体の浮力を調整することで、下部吸込口が設けられる下部構成体を水底に接地させることなく、所定の水深に保持できる。即ち、予め設定した水位の下で、混合水が密度流となるように下部吸込口、上部吸込口及び吐出口の水深を決めてあるのであるが、実際の施行に際しては微妙に異なることがある。そこで、上部吸込口及び吐出口の水深が固定されていても、下部吸込口の水深を調整することで、この密度流が得られるようにしているのである。更に、稼働中においても、条件が種々変わることもあるから、このときにも下部吸込口の水深を変えて密度流が得られるようにしているのである。これらにおいて、中間構成体が伸縮できることは、このことを可能にするし、このとき、中間構成体を構成する各導管に抜止め構造が施されていることで、抜け外れるといったことが防止される。
【０００９】
そして、浮力体に空気を送抜する送気設備を浮上体に設けると、送気設備を安定して設置できるし、請求項２に記載した、下部構成体を浮上体から巻取り、巻出し可能なワイヤで吊り下げた手段によれば、下部吸込口を任意の深さに設定できる。又、請求項３に記載した、ポンプが、上部構成体に設けられる原動機で駆動されるインペラを有するものであり、吐出口がインペラの周囲に形成される手段によれば、ポンプの効率が上がるとともに、混合水を全周囲に排出できて拡散効果が高まる。更に、請求項４の手段によれば、大量の水を渦等を発生させないで吸い込むことが可能になり、吸込みの効率が上がる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一例を示す上下層水混合型水質浄化装置（以下、水質浄化装置）の一部断面側面図、図２は組み立てられた状態の側面図であるが、この水質浄化装置は、下層である底層水を吸い込んで上昇させる下部構成体１と、下部構成体１の上方に結合され、上昇する底層水を流通させるとともに、伸縮してその長さが変更可能な中間構成体２と、中間構成体２の上方に結合され、水面下に浮んで上層である表層水を吸い込んで底層水と混合し、中間深さから吐出する上部構成体３と、上部構成体３を水面下所定深さに吊支する浮上体４とで構成される。
【００１１】
下部構成体１は、下部に下部吸込口５が形成された下部吸込口体６を接続した導管７を主体としており、本例では、導管７の上部には空気を送抜することで浮力を調整できるバラストタンクからなる浮力体８が取り付けられている。本例の下部吸込口５は、下部吸込口体６の下部に底板６ａと上板６ｂとで上下を隔成される間を全周囲に亘って開口したものであり、この下部吸込口５から下部吸込口体６にかけてはベルマウス形状となっている。
【００１２】
中間構成体２は、本例では、上方から第１導管９、第２導管１０、第３導管１１が互いに上方のものは下方のものに（第３導管１１は下部構成体２に）摺動可能に内嵌された形態をしているものである。そして、上方の導管９〜１１の下端の外周にはストッパリング１２、１３、１４が、下方の導管１０、１１の下端及び下部構成体２の導管７の上端の内周にもストッパリング１５、１６、１７が取り付けられている。これにより、各導管９〜１１が一杯に伸長したときも互いのストッパリング１２〜１７がストッパとなって抜け出たりしない。
【００１３】
又、各導管９〜１１の下端の外周側のストッパリング１２〜１４はある程度の幅を持たせており、これを上方の各導管９〜１１の内周に摺接させることで倒れやこじを防いで各導管９〜１１がスムーズに摺動できるようにしている。尚、これらのストッパリング１２〜１７は最初から取り付けられていては相互に嵌装できないので、上方の導管９〜１１を挿入した後に下方の導管９〜１１の内周側のストッパリング１５、１６、１７を半割り等にして取り付けることになる。尚、各導管９〜１２の嵌挿の仕方は、上方のものの径を太くして、下方のものに外嵌する形態によってもよいし、更に、中間構成体２を構成する導管は三本に限定されない。数を多くすればするほど、伸縮量が大きくなる。
【００１４】
上部構成体３は、中間構成体２（第１導管９）の上方に結合されてインペラ１８を収容するポンプ室１９からなるポンプ３９と、ポンプ室１９の上部に接続される上部吸込口２０を形成した上部吸込口体２１と、上部吸込口体２１の上方に架台２２を介して取り付けられる原動機２３等から構成される。ポンプ室１９は、それぞれベルマウス形状をした下部ケーシング１９ａと上部ケーシング１９ｂの大径部をスペーサ２４で間隔をとって結合したもので、このスペーサ２４で保持される間隔を吐出口２５としている。本例のインペラ１８は、それぞれポンプ室１９の下部と上部に取り付けられた上下二組の放射状羽根からなる上インペラ１８ａと下インペラ１８ｂがそのインペラボス上下端からインペラ外周に特定の漸低曲線で形成された円錐マウンド１８ｃ、１８ｄで形成されたものであり、原動機２３から垂下されたインペラ軸２６で駆動されるものである。
【００１５】
上部吸込口体２１は、ポンプ室１９の上部に接続されており、その上端に底板２１ａと上板２１ｂとで上下を隔成される間を全周囲に亘って開口してこれを上部吸込口２０にしている。そして、この上部吸込口２０から上部吸込口体２１にかけてをベルマウス形状としている。上部吸込口体２１の上板２１ｂの上には架台２２が載せられており、この架台２２に電動機からなる原動機２３が据え付けられており、その出力軸はインペラ軸２６に結合されている。
【００１６】
浮上体４は、支柱２７が立てられた筏であり、支柱２７に固定される吊支柱２８からワイヤ３０によって上部構成体３（水質浄化装置全体）を吊り下げている。この場合における上部構成体３の吊り下げ位置は、少なくとも上部吸込口２０が水面下に没する位置にしてある。
【００１７】
次に、以上の水質浄化装置を水域に設置する場合について説明する。図３は設置途中の水質浄化装置の側面図、図４は図３のＡーＡ矢視図であるが、まず、浮上体４を予め設定された場所に設置する。この浮上体４は、それぞれ裏面にフロート４ａを取り付けたＬ形の四つのピースからなり、これを組み付けて中央に孔があいた四角形の浮上体４にする。この場合、浮上体４の台板４ｂは、フロート４ａが浮力を受けて水面上に浮いた状態になっている。次に、下部構成体１を中央の孔から水中に降ろすのであるが、このとき、浮上体４に設けられる送気設備３１から圧力空気をエアーホース３２（３３は巻取りドラム）を通して一部浮力体８に送り、下部構成体１が作業し易い位置に沈めておく。
【００１８】
そして、第３導管１１を下部構成体１に一杯に挿入し、下部構成体１の上端にストッパリング１７を取り付けて抜け防止を図る。同様に、第２導管１０を第３導管に挿入し、ストッパリング１６を取り付ける。次いで、上部構成体３を結合した第１導管９を第２導管１０に挿入し、ストッパリング１５を取り付ける。尚、この状態になったとき、支柱２７に設けられた電動ホイスト３４からフック３５で吊り上げられた吊支柱２８からワイヤ３０で上部構成体３を、ワイヤ３７で下部構成体１（浮力体８）を吊っておくとともに、上部構成体３と下部構成体１とをワイヤ３８で結んで縮短した状態に保持しておく。
【００１９】
次に、ワイヤ３８を解くとともに、浮力体８の空気を減らし、下部構成体１を吊っているワイヤ３７を手動ホイスト３６で降ろしてある深さまで降ろす。このとき、中間構成体２を構成する各導管９〜１１は、この深さに対応して伸長するが、各導管９〜１１が一杯に伸長しない場合には、伸長残り分を最下方の導管９〜１１が順次縮短することで対応する。次いで、電動ホイスト３４を操作して吊支柱２８を上部構成体３が所定位置になるまで降ろし、その位置で吊支柱２８を支柱２７に固定する。以上の操作が終了すると、浮力体８の浮力を再度調整してこの水深の下部構成体１の重量と均衡させるようにし、下部構成体１をその位置に留まらせる。これにより、下部吸込口５は設定の水深に保たれることになる。
【００２０】
ところで、以上の下部吸込口５及び上部吸込口２０並びに吐出口２５を設ける水深は、設計段階において次のようにして決めている。即ち、この水質浄化装置を設置する水域の平均水位等を参考にして、まず、下部吸込口５、上部吸込口２０及び吐出口２５の位置を決定する。そして、吐出口２５が存する水深の水の密度と同じになるように下部吸込口５からの吸込み量と上部吸込口２０からの吸込み量を混合する割合を決定する。この混合割合の決定は、上下インペラ１８ａ、１８ｂの吸込み能力等を調整することで行っている。
【００２１】
図５はこの水質浄化装置の使用状態を示す側面図であるが、この水質浄化装置を作動させるときには、ワイヤ３７をフリーにして水位の変動にかかわらず下部構成体１の水深が変更できるようにしておく。そして、原動機２３によってインペラ１８を駆動して下部吸込口５からは底層水を、上部吸込口２０からは表層水をそれぞれ吸い込み、これらを混合して吐出口２５から吐出する。この動作を続けることで、底層水と表層水は混合されて水質は浄化する。
【００２２】
一方、水域の水位は変動するが、水位が上昇して浮上体４を始めとして装置全体が上昇すると、下部構成体１も浮力体８の浮力によってそれに追随して上昇することになり、下部吸込口５の水深は変わらず、吐出される混合水の密度は変わらない。これに対して、水位が下降すると、下部構成体１もそれに追随して水深が変わらないものとなるが、その下端が水底に接当すると、中間構成体２を構成する各導管９〜１１が縮短することでこれを吸収する。このようにして、水位の変動があっても、混合水は密度流と同じ密度又はこれに近い密度で吐出されることになり、安定した水質浄化機能が発揮される。
【００２３】
ところで、このとき、下部構成体１を吊っているワイヤ３７は、ある程度の緊張状態を保ってそのままにしておくこともある。水位の変動があっても、下部吸込口５の水深は変わらないのであるから、ワイヤ３７が存在していても問題とならないからである。勿論、下部吸込口５の水深を下げたりして水深を相対的に深くする場合にはワイヤ３７を緩めることになるし、下部構成体１を水底に設置したりして水深が相対的に浅くなったときにはこれを巻き取ることになる。このように、ワイヤ３７で下部構成体１を吊っておくと、下部構成体１及び中間構成体２を直立姿勢に安定させる効果がある。これに関連して、下部構成体１を従来装置のように水底に着地させておくことも考えられる。こうすると、下部吸込口５の位置は水底から一定高さになり、水位の変動に応じてその水深は相対的に変わるが、混合水を密度流にすることにあまりこだわらないときには、こうすることで、下部構成体１や中間構成体２の直立姿勢を安定させる利点がある。この他、底層の貧酸素状態を改善するために、底層水のみを表層に汲み上げることもある。この場合は、上部吸込口やそれに関連するインペラ等は不要になる。
【００２４】
一方、稼働途中において、何らかの原因で下部吸込口５の深さを変更する必要が生じたり、下部構成体１と中間構成体２の摺動抵抗等が違って来たり、下部構成体１に泥等が付着してその重量が変わって来たりすることはある。そのようなときには、浮力体８の空気を増減することで下部構成体１に付与される浮力を調整できるから、下部吸込口５の水深を所望の深さに修正できる。そして、このとき、浮力体８に空気を送抜する送気設備３１を遠隔操作できるものにしておけば、水質浄化装置をその位置に留めて置いてこの調整ができる。
【００２５】
このようにして水域の水は、水質浄化装置を中心に底層水と表層水とがこれに向かい、中間水（混合水）がこれから離れる流れを起こすから、この間に対流が生ずることになって浄化が促進される。尚、上記において、表層水とは表面近くの水を、底層水とは底部近くの水のことを言っているが、本発明は、この他に中間層（吐出口２５）を境としてその上方の上層水と下方の下層水を混合するものであってもよく、この意味で上下層水混合型と称しているのである。
【００２６】
以上の水質浄化装置の作動時、浮上体４が波や風で動かないように、岸等からワイヤ４０（４１はこれの巻取りドラム）を張って固定しておく。一方、点検、整備が必要なときには、浮力体８に空気を送り込んで下部構成体１を上昇させて中間構成体２と共に縮短させ、この状態で下部吸込口体６が底につかえない程度の岸近くまで引き寄せれば作業がし易い。従って、浮力体４の浮力は、これに一杯空気を送ると、下部構成体１や中間構成体２を浮上させる力が発揮できるものにしておく。このとき、中間構成体２を構成する各導管９〜１１の伸縮量を大きくしておけば、水面下の長さを短くでき、より岸近くまで寄せることができる。尚、これに関連して、岸近くの浅瀬でこの水質浄化装置を組立て、これを水深の深い個所まで移行し、ここで下部吸込口５を降ろすやり方をしてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、浮力体の浮力を調整することで、下部吸込口が設けられる下部構成体を水底に接地させることなく、一定の水深に保持できる。従って、混合水を常に密度流として吐出できる。又、水位の変動等によって下部構成体が水底に着地しても、これを構成する各導管が縮短して装置は正常に稼働する。更に、稼働当初又は途中から下部吸込口の水深を変更する必要が生じても、浮力体の浮力を調整することで、任意の水深に変更できる。更に、中間構成体を構成する各導管の本数を増やすと、大幅な伸縮量が確保できるから、大きな水深変更に対処できるとともに、各導管を一杯に縮短させたときに水面下の長さを極めて短くできるから、組み立てた状態で水深の浅い所にも移行できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例を示す上下層水混合型水質浄化装置の一部断面側面図である。
【図２】本発明の一例を示す上下層水混合型水質浄化装置の側面図である。
【図３】本発明の一例を示す上下層水混合型水質浄化装置の設置途中の側面図である。
【図４】図３のＡーＡ矢視図である。
【図５】本発明の一例を示す上下層水混合型水質浄化装置の使用状態の側面図である。
【符号の説明】
１    下部構成体
２    中間構成体
３    上部構成体
４    浮上体
５    下部吸込口
７    導管
８    浮力体
９    第１導管
１０  第２導管
１１  第３導管
１２  ストッパリング
１３  ストッパリング
１４  ストッパリング
１５  ストッパリング
１６  ストッパリング
１７  ストッパリング
１８  インペラ
２０  上部吸込口
２３  原動機
２５  吐出口
３１  送気設備
３７  ワイヤ
３９  ポンプ
【図１】
0003859133.tif 000002
【図２】
0003859133.tif 000003
【図３】
0003859133.tif 000004
【図４】
0003859133.tif 000005
【図５】
0003859133.tif 000006