間欠空気揚水簡による貯水池の水質改善
JmproyemenT
byUseof,mpounded

Wc(TerAero‑Hydrc[uricof6unsResults

AcMeyed(AHG)
環境装置事業部

Today,

theAero‑Hydraulichas

reservoir

This

paper

AHG

that

attracted

Gun

Shinko‑Pfaudler

improvement

has

installed

近年,富栄養化のために水質の悪化した貯水池の水質改善装置として間欠空気揚水筒が注目を集めている｡
本稿では,このほど当社が間欠空気揚水筒を設置した兵庫県鴨川ダムにおける水質改善結果について報告する｡､l1.まえがeutrophicationL

controlof丸

YlltakaIshimaru

豊

impounding

anattention.

thepresentsfor

技術部技術課石き

一般に貯水池では,夏期になると水域に温度躍層が発生し,上下の水の対流･混合が妨げられると,貯水が停滞し表層では植物プランクトンが大量増殖する｡また底層では,

waterofquality
damat Kamogawa

achievedbyin flyogo

Prefecture.

useof

2.鴨川ダムの概要
鴨川ダムは,兵庫県加東郡東条町と社町の一部に位置し東条湖とも呼ばれ,清水東条湖県立自然公園の中核として県民の憩いの場として親しまれている｡ダム建設ほ,加古川左岸の旧11カ町村の農業用水供給の目的のため農林省(当時)を施工主体とした国営事業であり昭和26年,有効
貯水量8, 380,380m3直線重力式コンクリート堰堤の鴨川ダ表層から沈殿してくる植物プランクトンが分解のために酸ムが完成した.さらレこ計画用水量確保のために,東条町松沢に安政池(貯水量558,630m3),小野市船木に船木池(貯素を消費することから還元状態となり,秩,マンガン,ア

水量1, 615, 970m3)の補助貯水池が新設され導水路で結ばンモ=ア性窒素などとともに栄養塩が溶出してくる｡これが貯水池の循環期になると,自然対流により水域全体に拡散するoこれらの現象のくり返しにより貯水池は,急速に富栄養化し水質悪化による諸問題が発生することになる｡(第1図参照)そこで,これら貯水池･湖沼等の閉鋲性水城の水質改善装置として最近,間欠空気揚水筒が注目を集めている｡

K(I〃l() T!11L,

河川名1諜古川溺･楓rL支謂

芸ムの名霊室空席諾加害都芸珊鮪i

塁【

同装置は,小さなェネ/i,ギ‑で水域全体に対流混合を起102.

こし,成層期の温度歴層を破壊または,形成を防止し有害物質の溶出を抑制する一方,水面近くの受光層に繁殖するしl∧￣C)

Om

植物プランクトンを受光層下の中･底層部‑送り込むこと

堤で大量増殖を抑えることができる画期的なものであり,既堤に各地の貯水池などで採用され,大きな成果をあげつつあ

顎体現:

貯水量i(驚最良塁B8思…去監;る｡

48,434m8

計画満水位標高

そこで本稿では,このたび農業用水を主とした多目的ダムである兵庫県鴨川ダムに設置した間欠空気揚水筒による水質改善結果について報告する｡

清地水142.OTn

積5⊥i.3ha

計画朗水位モ崇高
余裕

143.

筒Oml.Om(テン蛋言;1',‑去喜Pn5
余水吐構造i
流域地積l頂葺 ぷ主昌詑

カヒ央のヲ芭(ヒロ7)池のfy‑J塞

AJIG● I‑3AEG● 4‑‑60 SL 1‑St.
C St. 4‑SLNOV.

1983

AUG,ユ9B4
3

S.1mpZe

6 Sarr'p】esite

1983

site

1984

第1図Fig･

Vol.

129

sf

ンカーンのl硫化/J(女グ)
Ffli

赫水の発iE

Mechanism

Fig･

No.

1(1985/3)

waterpollution

77 IIl'(I))I()g(IIl ･a (/(/(､n7JZ/))￣〔.(A.I)㍗lLn比ヾC,,i∩,Tm()

S(､′Jl(,第2園impounded.ill7(':儒敗Ij!‑の7L'E

貯水池における水質悪化のメカニズムof/.ヾ/.

sLtも水域の;Lil栄養化

性拘ir言u)
1:了､し‑/.

鴨川ダムの概要2

神鋼ファウドラー技報

0t,tlineof Kamogawa

dam89

第1表

間欠空気揚水簡設備仕様

Table

1

Specificationof Aero‑Hydraulic

GunEquipment(AHG)
Designation

lAHG】
Dime?ion ￠420×9050βlMat｡rl｡1 PVC

i Q,ty! DelivaTey

specification

間欠空気揚水簡

Photo.

1

Aero‑吉ydraulicpackagedGunMotor

9kW:

1.逆サイホン室にコンプレッサーで圧縮空気を送1(No.

1

Reinforced

動作説明screw

1.2:1)

1983

m3/mirl.
Press. : 8.5 kgf/cm2G

Compressor

写真1:

Capacity

NOV.

1983
2,?)
3(No. 4, Au16T I19型̲
̲.巨し9̲)NOV.

:

Type

1,

3(No.

:AUG.

(No. 2)1984

concrete

structure

Compressor
house

Dimension

:

Area:

iNOV･ 1983

3,000mmx4

ゝ

,000mm

12m2る｡
2.

EE縮空気が逆サイホン
室内の水面を押し下げる｡

1t/

r/I//I/lg//!bL･1[′ jL,iP[kク′Co))ゆて■S.ヾrJ(EEL )(71E′∴くeCl'nl'L/'',r.巾[IO71

第3囲
Fig.

3.水面が噴気管下端に達すると,逆サイホン室の空気が一気に揚水簡内に噴出する｡4.空気塊が,揚水筒内を上昇する ピストン作用で吸水孔か ら底層の水を‑気に吸+二 げる｡

第2表

0peration

principleof Aero‑Hydraulic

Itern of water

2)

(AEG)

れている｡また今日では,農業用水のみならず近隣の+＼野

andmethod

分析法

方I,ガラス竃極法
ウインクラ‑･アジ化ナトリウム変法

3)溶存酸素電気伝導率l̲軍室̲堅撃墜軍

溶解性鉄と芸‑7)アンモニア性窒素

インドフェノール法8)仝窒素

紫外吸光光度法

9)of analysis

ガラス製棒状温度計

pE

溶解性マンガンGunqualityl目

温1)水

間欠空気揚水筒の動作説明
32

調査水質項

5.噴き上げられた水と空気は,水面にぶつかり,水平方向に拡散する｡:1l'r /,i/,e,

調査水質項目と分析方法

Table

酸性過マンガン酸カリウム法

coo

市,社町,滝野町の上水道の水源としても重要な貯水池である｡しかしここ数年,植物プランクトンによると思われる異臭昧の発生や水質の悪化により船木池を水源とする浄水場においてもー時期,活性炭処理を余儀なくされていた｡(第2図参照)3.間欠空気揚水簡装置の概要
3.1.間欠空気揚水筒の動作原理
間欠空気揚水筒(以下揚水筒と略す)は,のJ. G.

1961年に英国
Bryanによって考案されたが,わが国においてもt

その後稜々の改良が加えられ,現在20数カ所に揚水筒が設置されている｡
揚水筒の特長は,極めて′トさな動力で,多大の効果を発揮することFL̲あるoすなわち,本体下部の空気室に,コン

写真

2Photo.

2/くッケ‑ジ型スク1)ユーコンプvッサー
Packagedscrew
compressor

質調

プレッサーから圧縮空気を送り,逆サイホン作用により,揚水筒内に,ピストン状の空気塊を間欠的に上昇させる.

4.水

これをくり返すことから,強固な温度歴屈も破壊され,水域全体に大きな対流,混合を起すことができる｡(第3図設置前後の二水質調査を行なった｡

揚水筒設置による効果測定および影響範囲の確認のため
4.1.調査地点(第2図参照)

参照)

St.

1/‑3:

3.2.装置の主要諸元

St.

4/‑6:

納入した装置の仕様,設置位置は,第1表,第2図のとコンプレッサーは,揚水筒3基に1台の割合で設置し,騒音,省エネの点からパッケージ型スクリューコンプレッ
また送気ホ‑スは,湖面を観光用の遊覧サーを採用したo船が航行するため特殊き替水ホースを使用し貯水池内の揚水

40

1983年度調査地点
1984年度調査地点

4.2.調査時期おりである｡

筒に連結した.

査

1, No.2,1983年度(揚水筒3基設置No.
第1回1983年9月19日(揚水筒運転前)

No.

3)

第2回1983年11月8日(揚水筒運転後1週間)
第3回1983年12月13日(揚水筒運転後1カ月)
1984年度(揚水簡3基増設No.4,第1回1984年7月30日(揚水筒3基運転)

神鋼ファウドラ‑技報Vol.

No.5,29No.6)

No.

1(1985/3)

第2回1984年9月7日(揚水筒6TL'771/,Cm/1,,JC (℃)

基運転後1カ月)1

ご0:3̲

TL7jl/,L'r(]!

コIT;

10
1言し‑‑‑‑‑‑‑+r一一‑‑‑‑‑→‑.70

4.3.調査水質項目と分析方法
第2表のとおりである｡

ハリ21I

TL･Dl♪c7･GfIIJ16('c)'E103り]:120

211‑‑T:iO｢ii

5.調査結果と考察

1〔)

温
5.1.水
第4図に示すように1983年度の結果

むこおいて揚水筒設置前の9月には,は

ヱ15

ヱ15

ユ5

戸喜20oチノミコ(J呈コO

o‑‑‑や19/57･:T'.

レ′戻25T''i子亨

B/1'ulこD‑一‑‑Cユ3/LLILl.

】;ilっきりとした温度躍層の存在が確認できる.しかし揚水筒運転後1週間目に

A‑‑‑止

2530

手鼻
七

おいて躍層ほ,水深15/‑20mに移行するとともに,温度差は緩和され1カ月

St. 1

St. 2

後には躍層はなくなった｡この時点で第4図1983年度水温変化

揚水筒の効果は,断言できなかったが,Fig･4Reservoir

Time･DepthTemperature

St. 3

variation,

1983

第5国に示すように1984年度の結果において前回の同時期に見られたような強大な温度躍層はなく湖底までかなりTL',
1O

5.2.

ユ≡

+i…葺%〜‑にもかなり高い歴層が形成されており,昨年度の揚水筒の効果は継続していな

St. 4

第5園いoしかし揚水筒運転後には,ほぼ中性(pH≒7)に抑えられ前年度の運Fig.

St. 5

1984年度水温変化
5Reservoir

転後と同じような結果(第6図)が得

Time･Depth

Temperature8.r)【4′/1984

S,nヰもT今冬与ト)

i∫./

言1!

…ヨ三て≡

i.官=､ンクTlンの増殖が行なわれていると思われる｡また揚水筒によって底層からし=上昇する栄養塩もこの増殖を助長した…1

1 〔J/5[･̲I‑113/LJELt.

1人I.

一時的にpHが低下するものの,長期間には,さらにそれを上回る植物プラ

S/Ivr()IこゝL￣･I
St, 1と考えられる｡

St. 2

St. 3

第6園1983年度pli変化

5.3.溶存酸素
溶存酸素は,その推移およびグラフ

6Fig.

Reservoir

形状が,水温の場合とよく似た傾向をTime･Depth

pHvariation,

1J[((第8国,第9国)(r'1983♪i(7,U｢Tん̀てUi:'Fノ

ここでも揚水簡設置効果は顕著であるが,第9園において1984年度の揚水5)

10

…三E三]

ミ≡

ー?

されたためと考えられる｡
湖底付近においては,運転後も上層

第7国1984年匿pH変化に比して酸素量が少ないが,これは湖Fig.

St. 4

7Reservoir､ヽ

St. 5

Time･Depth

神鋼ファウドラー技報

pEvariation,

/15/I

喜2U

＼……巨

揚水簡の増設により一段と水域全体に混合塩拝され,その分解に酸素が消費(1985/3)

variation,々貫1

7/Sid.1L'.

St. 6

｢

￣￣ー

層のpHの低い水塊が表層へ移動し,Vol. 29 No.

ーー→>[/7.

l￣￣￣yーナ了￣￣

一般に植物ブランク†ンの炭酸同化作用により上昇するが,揚水筒により底因としては,表層近くで大量に発生していたと思われる植物ブランクナンが,ir｡‑‑‑‑‑‑‑‑‑一:礼/Jr/i/,/∫

られている｡理由として表層のpHは,筒増設後1カ月目の溶存酸素が,増設前より全体的に低下している｡この原!fI

5卜については,第7図に示すよう
4, 5, 6)運転前に1984年度揚水筒(No.

示すことが判る｡

り￣

o｢‑llpH､lL)り?

ミ･)%

pⅡ11T)｡L配が,各調査地点で得られている｡このことから揚水簡の効果は顕著かつ広範匪けこわたっているといえるo'j'u)llw)'LtfL[TL'(pC)
1 ()り｢‑‑斗づ+

水温が高く,しかも緩やかな温度勾､l/NIL‑(7/,,,･C(oc)1:)

l.→こ叫′./(;り■‑.･‑

7/.＼7JP.

l);‑)

31r:iT)

St. 6198441I)0＋f∫与言15

S

ち号I2〔)

ら古2C1らr)

25

I+3()

むこより供給される酸素を相当消費して5.4.電気伝導率
第11図に示すよう忙伝導率は,上下lUt[き言…し皇;:.t

言15l‑‑‑一十･いるためと考えられる｡

i

ち

3口

底FL沈でんする還元性物質が依然循環(,)7ギノl)[+I‑‑r1

しll○‑‑‑‑･･･一･←‑･･‑‑̀

層にわたりほぼ一定の数値が得られてr:)/.㌧ノJ

L>‑‑△i/.＼￣(̲り+.;//)l･i:.

おり,広範囲にわたって水の循環が行なわれ,かつ底層‑の酸素供給によりイオン性物質の溶出量が減少したものと考えられる｡

St.

St. 1

St.

2

5.5.溶解性鉄
第12国に示すように,湖底での溶解

3性鉄は,揚水簡の運転後かなり低下し

第8図1983年皮溶存酸素量の変化
Fig.

8Reservoir

DO

Time‑Depthvariation,J)()

Tn(),Ijl/I)

1983(lil.L･/I)

1)()

n

り｢

1984年度の増設後も多少の増加はある
ものの1mg/β以下に抑えられている｡(7ノ7,a//)

これも5.4項と同じく底層‑の酸素供給により溶解性鉄が酸化されるためで￣￣￣￣￣ある｡このような酸化,溶出抑制効果ll)は以下の溶解性マンガン,アンモニア性窒素,CODについても認められる｡

1.I)

二≡
ちtpLt>

卓モ

2n一5.6.溶解性マンガン25

第13図に示すように,溶解性鉄とほ:二=‑1'L/:,..:I;,.r30

ぼ同様の変化が認められた｡特に溶解35性マンガンは,浄水処理においても除去し【′こくい物質の1つであり水源での低下は,本貯水池を水源とする浄水場

St. 6

St. 5st. 4にとって有益である｡
5.7.アン毛=ア性窒素

第g園1984年皮溶存酸素量の変化
Fig.

9ReservoirDOTime･Depth1984variation,L､,),/7(,㌔l･l川F()･.

T:1L.汁(二 今Il =1lユ‑￣￣‑:.1｢汗rl:,b争

第14図に示すように,∫･Ll/■,, L'.7.し)(/Lヾ/･･IJニ丁りl

1コり･‑･■ト;｢￣￣L )

ベかなり低い値に抑えられ改善されて1コl

三■いる｡アンモニア性窒素は,浄水処理

＼洲

i f'干

㌔α‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑41!lヾFr.

J}‑‑‑‑△

べ/.＼=L〇､･･‑+

l:1/I)/･三い‑の経済性に大きく関与する｡すなわちその存在【′こより多量の塩素が消費されるためであるo
またその結果Tl l)ハロメタン生成を助長するといった問題をもっており水源における低下は,その抜本的対篤といってもよい｡
本貯水池を水源とする浄水場におけ

St. 3

St. 2

St. 1

第10園

1 983年度電気伝導率の変化

Fig.

Reservoir

10

1983年度に比｢￣･･.ヾ.･′二㌢JりConductivity

Time‑Depthvariation,る塩素消費量が例年より2‑30%減少したとの報告を聞いている｡

1983

5.8.全窒素
全窒素は,窒素ガスを除く窒素化合∫:■｢三 IlIく̲111ト†
II
11‥

喜ニ[

St. 4I‑･￣‑I‑

St.

St. 5

42ll

Reservoir

Time‑DepthCotlductivity

variation,

7/ill‑P.

6

第11国1984年圧電気伝導率の変化
Fig.

:jO/7[:I,ア1984

神鋼ファウドラ‑技報

写真3

揚水簡の運転状況

Photo.

30peratingVol.

conditions

29No.

1of AHG(1985/3)

A,4.0

Iloa

3.D

ど＼㍗
≧
(iニ芝ニ〕

St,2･0式./

0,5

叶望ま･‑‑‑‑‑￣○＼ヽヽSl･3

ク′一

第12囲

＼6/.SI1
Sf. 4

SL5￣‑‑‑‑‑‑一寸0 +‑⊥1 9/5EP.

ヶー/

湖底での溶解性1

1.0

8/∧r()t'.

7/ SEP,鉄量の変化
Fig.

0 L⊥･
19/SEP.

12

Variation

8/NO

V.

7/SEP.

1983

in Fe

1984

concentration
ofbotbmreservoir

1983∫M7Lddle?

1.0＼∈,A5J.･?′‑51i.1

CL､玩:> /･ノヽ＼

2,0SE.1￣￣･‑○■=岩￣○0J)＼＼St. 3

鳶

St.6

E1

第13図
湖底での溶解性
St.4

1.〔1マンガン量の変化
Fig.

ユ9/5EP.

8/NOl′二7/SEP,

1983

198･i

13

19/SEP.

Variation

inconcentration蒜)S/∧･'OF;

30/JUIJ Y

19Lq3

Mnof reservoir
bottom

7/SEI'.
1984

3.0
Bottom

ヱ

第15図

2.0

O+I̲

こ2.()

≒
F1I･St.2 /I＼＼57.3､､もT･N

i 9/.SEP.

8/() r】3/ I)EC.

19Lq3

E3()/JL[L l'1i9/ SEP.

in

7/SEP,1 〜)S.】

13/DEC

7/SEP,

surface, middle
and bottom

concentration

し,植物プランクトンの生産性が高まったことが考えられreservoir

る｡とは難しいが,一般的には,この量が少ない方が水質は良好と考えられる.第15図に示すように,揚水筒運転前にくらべ湖底の全窒素量はかなり低下しているが,表層では逆に増加している｡

ofbottom

COD

CODの変化は,第16囲のごとく大きな変化はないが,湖底では低下しており底層まで酸素が供給され,好気的状態に変化したことを裏づけている｡
5.10.植物プランクトン
今回,生物類の調査は実施していないが,鴨川ダムの補この原因としては,生物の残骸を含む窒素化合物が,堤水筒によって底層から表層‑移動したか,栄養塩が上昇
1I/.

1 983

5.9.

No.

8/N()

NH31N

物の総量であり,この数値からそのまま水質を判定するこ

29inconcentra.

tion of reservoir

14

Variation㌔L⊥

15Variation

ニア性窒素量の変化Fig.

Vol.

Fig.

＼1.O

第14図
湖底でのアンモp‑‑‑‑‑‑‑‑一‑一1‑JqL

0､4･‑へ‑//a

表層･中層･湖底の全窒素量の変化＼･ーーー

JS[,3(1985/3)

助貯水池である船木池を水源とする′J､野市の水道部が行なっている分析をもとにその植物ブランクT‑ン(Synedra)の神鋼ファウドラ‑技報

43

第3表
Table

Su TIP(I(‑i,

農業用氷水質基準
3

Waterqualitystandards

for agriculturalirrigationsl

項目

水質基準値tl項目;水質基準値＼it)

1

≡

COD

31‑6ppm以下100ppm以下とl亜銅鉛L:二三2p,::呂芸
1ppm以下l らSS:ミ:こLL?i'3'‑｡'̲),()全窒素■､･ヽ

溶存酸素

1 :i/I)I.:C.

変化を第17園に示すo汁‑‑‑‑⊥:帆//JjL lー

7/上どZ',

轡伝導率弓300/LS'5ppm以上;】.00 +‑‑ +19/.blEP.

lヒ素0.05ppm以下

6.0‑7.5

pH

1

揚水筒の設置による生数は著しく減少している｡

19.SI

Syredraの発1982年および1983年に実施した臭気除去のための粉末活性炭の注入は1984年は行なっていない｡
Middle5.ll.農業用水水質基準との対比
揚水筒運転前は,表層のpH,底層の全窒素などで農林水産省の農業用水水質基準(第3表)を満たしていなかっqOi)

たが,運転後には底層までほほ基準値を満足する｡底層部

J芸,.ヾ′.

:.(IS!. 5ーの溶存酸素がまだ基準値に達していないが,引き続き湯水簡の運転を行なうことにより徐々に上昇するものと考えら

l○■･■･▲

I■■■■JLdSf. 6

一れる｡

1.0む6.

OL･⊥
19/SEP.

7′SEP'

198:'

1:3 }EC'L30′′L'LY198i
OV'

すぴ

以上,揚水簡の運転による貯水池の水質改善の一例を紹介したが,今後は物理的,生物学的な観点のデ‑タの蓄積も行ない貯水池におけるより効果的な揚水筒設置指針の確立をはかりたいと考える｡
終りに,本装置の建設,運転に際し多大な協力をいただ

Bottom

第16国

10･O?

いた東播土地改良区の関係各位,ならびに本報の作成にあ

表層･中層･潤底のCODの変C)(こ)
Uたり資料提供,助言いただいた小野市,社町,滝野町の各
水道関係者およびシステム科学コンサルタンツ㈱の諸氏に

化
Fig.

･
こぞ/%3･5,0

16

対し,深く感謝の意を表する次第である｡‑

Variation

≡
ご‑二三…

COD

in

concen‑trationOL⊥
ユ9/.t'1EP.

7′SEPl19883/

OV'〔参考文献〕

ofSur‑

reSerV10r

face, middle
and bottom

13/DEC.130/′UIJYr)84

佐藤晃一:水道協会雑誌｢間欠式空気揚水簡による貯水の水質改善+,第567号(1981)
P13‑23A,403
BOD

口200Tg

言L二宇て､害鳥
トこ亡;≡

L=S,aき蛋loo
ATIGJVO.1‑a

Ti71u:･W10.

71引91】0111J12198】

tAfloG}eJ}:2i,‑L1121314hI)l引71日】†)ll()11111'2 1E213Id1516‑718L亡=10111112]9812
19S3f')本宿性炭注入串
PDWde71PdacLiL)a!edlO(:']rb(,7Hlo‑wjlEL'‑,,44//I()i

1事213F4事51617[sF911rJl
19糾L

L
神鋼ファウドラー技報

第17図

船木他における植物プランクト

Fig.

Variationin Phytoplankton

centration

in

ンの変化

17Vol.

Funakiike

29No.

con‑reservoir

1(1985/3)