特開 2022-59966 水質改善装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022059966

(43)【公開日】2022-04-14

(54)【発明の名称】水質改善装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 7/00 20060101AFI20220407BHJP

   C02F 3/22 20060101ALI20220407BHJP

【ＦＩ】

C02F7/00

C02F3/22 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020167892

(22)【出願日】2020-10-02

(71)【出願人】

【識別番号】512078708

【氏名又は名称】有限会社アルファサービス

(74)【代理人】

【識別番号】100163533

【弁理士】

【氏名又は名称】金山 義信

(72)【発明者】

【氏名】藤岡 吉男

【テーマコード（参考）】

4D029

【Ｆターム（参考）】

4D029AA03

4D029AB05

4D029BB11

4D029CC08

(57)【要約】

【課題】ダム湖や湖沼等の閉鎖性水域の深層域における貧酸素状態の深層水の溶存酸素を効率的に高めて好気性環境に水質改善する水質改善装置を提供する。
【解決手段】ダム湖や湖沼等の閉鎖性水域１２の深層域における貧酸素状態の深層水１２Ｃの溶存酸素を高めて好気性環境に水質改善する水質改善装置１０であって、深層域に、酸素を含む微細気泡Ｂを含有し且つ深層水１２Ｃの水温と略同じ温度の微細気泡水を供給する微細気泡水供給手段１６を備えた。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ダム湖や湖沼等の閉鎖性水域の深層域における貧酸素状態の深層水の溶存酸素を高めて好気性環境に水質改善する水質改善装置であって、
前記深層域に、酸素を含む微細気泡を含有し且つ前記深層水の水温と略同じ温度の微細気泡水を供給する微細気泡水供給手段を備えたことを特徴とする水質改善装置。

【請求項2】

前記微細気泡水供給手段は、
前記深層域に取水口が配置され、前記取水口から前記深層水を採取水として取水する取水管と、
前記取水管で取水した採取水に前記微細気泡を含有させて微細気泡水を製造する微細気泡水製造手段と、
前記深層域に排出口が配置され、前記排出口から前記微細気泡水製造手段で製造した微細気泡水を前記深層域に排水する排水管と、
前記深層域から前記取水管で取水した前記採取水を前記微細気泡水製造手段及び前記排水管を介して前記深層域に循環させる循環手段と、を備えた請求項１に記載の水質改善装置。

【請求項3】

前記微細気泡水供給手段は、
前記閉鎖性水域の表層域又は中層域に取水口が配置され、前記取水口から前記深層水よりも溶存酸素が大きいが水温が高い表層水又は中層水を採取水として取水する取水管と、
前記取水管で取水した採取水に微細気泡を含有させて微細気泡水を製造する微細気泡水製造手段と、
前記深層域における前記深層水の水温を検出する水温検出手段と、
前記取水管で取水した前記採取水又は前記微細気泡水製造手段で製造した微細気泡水が前記水温検出手段で検出した深層水の水温と略同じ温度になるように冷却する冷却手段と、
前記深層水の水温と略同じ温度の前記微細気泡水を前記深層域に排水する排水管と、
前記取水管で取水した前記採取水を前記微細気泡水製造手段、前記冷却手段及び前記排水管を介して前記深層域に循環させる循環手段と、を備えた請求項１に記載の水質改善装置。

【請求項4】

前記微細気泡水製造手段は気泡径が１０μｍ以下の微細気泡を発生させるマイクロバブル発生手段又はナノバブル発生手段である請求項２又は３に記載の水質改善装置。

【請求項5】

前記冷却手段は、
上下方向に間隔を開けて複数枚の板状部材が積層され、前記取水管で取水された前記採取水が前記板状部材の表面を水膜状態で流れると共に上側の板状部材の先端部から下側の板状部材の基端部へ順番に落流して上下方向の蛇行落流を形成する蛇行落流形成手段と、
前記板状部材の表面に設けられ、前記板状部材の表面を水膜状態で流れる前記採取水に乱流を発生させる複数個の邪魔板と、
前記複数枚の板状部材の側方から外気を送風して、前記乱流を発生しながら前記蛇行落流する前記採取水に前記外気を吹き付けて攪拌状態で気液接触混合させる送風手段と、を備え、
前記気液接触混合を繰り返すことにより前記採取水を冷却する請求項３又は４に記載の水質改善装置。

【請求項6】

前記取水管内に空気を上向きに曝気して前記取水管内にエアリフト効果による前記採取水の上向流を発生させる曝気手段と、
前記曝気手段で曝気された採取水が流入すると共に前記排水管に連通された槽であって、前記槽に流入した採取水を前記微細気泡水製造手段で処理して製造した微細気泡と前記曝気手段での曝気により生じた大径気泡とを分離する気泡分離槽と、
前記大径気泡が前記気泡分離槽内を浮上する浮上速度よりも前記気泡分離槽から前記排水管へ流出する流出水の流出速度が遅くなるようにすることで前記大径気泡と前記微細気泡とを分離する気泡分離手段と、を有する請求項２から５の何れか１項に記載の水質改善装置。

【請求項7】

ダム湖や湖沼等の閉鎖性水域の深層域における貧酸素状態の深層水の溶存酸素を高めて好気性環境に水質改善する水質改善装置であって、
前記深層域に、酸素を含む気体を含有し且つ前記深層水の水温と略同じ温度の気液混合水を供給する気液混合水供給手段を備えたことを特徴とする水質改善装置。

【請求項8】

前記気液混合水供給手段は、
前記閉鎖性水域の表層域又は中層域又は深層域に取水口が配置され、前記取水口から表層水又は中層水又は深層水を採取水として取水する取水管と、
前記取水管で取水した前記採取水に気体を含有させて気液混合水を製造する気液混合水製造手段と、
前記深層域における前記深層水の水温を検出する水温検出手段と、
前記取水管で取水した前記採取水又は前記気液混合水製造手段で製造した気液混合水を前記水温検出手段で検出した深層水の水温と略同じ温度になるように冷却する冷却手段と、
前記深層水の水温と略同じ温度の気液混合水を前記深層域に排水する排水管と、
前記取水管で取水した前記採取水を前記気液混合水製造手段、前記冷却手段及び前記排水管を介して前記深層域に循環させる循環手段と、を備えた請求項７に記載の水質改善装置。

【請求項9】

前記気液混合水供給手段は、前記気液混合水製造手段と前記冷却手段とを一装置とした気液混合冷却水製造手段を有し、
前記気液混合冷却水製造手段は、
上下方向に間隔を開けて複数枚の板状部材が積層され、前記取水管で取水された前記採取水が前記板状部材の表面を水膜状態で流れると共に上側の板状部材の先端部から下側の板状部材の基端部へ順番に落流して上下方向の蛇行落流を形成する蛇行落流形成手段と、
前記板状部材の表面に設けられ、前記板状部材の表面を水膜状態で流れる前記採取水に乱流を発生させる複数個の邪魔板と、
前記複数枚の板状部材の側方から外気を送風して、前記乱流を発生しながら前記蛇行落流する前記採取水に前記外気を吹き付けて攪拌状態で気液接触混合させる送風手段と、を備え、
前記気液接触混合を繰り返すことにより前記気液混合水の製造と冷却とを同時に行う請求項８に記載の水質改善装置。

【請求項10】

前記板状部材及び前記邪魔板は鉄または水酸化鉄を含む請求項５又は９に記載の水質改善装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水質改善装置に係り、特にダム湖や湖沼等の閉鎖性水域の深層域における貧酸素状態の深層水の溶存酸素を高めて好気性環境に水質改善する水質改善装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ダム湖や湖沼等の水深の深い閉鎖性水域では、春から秋にかけて水面近くの表層域における表層水の水温が太陽熱で温まり比重が軽くなる。一方、水面から遠く太陽熱が届きにくい深層域における深層水の水温は冷たく比重が大きい。これにより、春から秋にかけて閉鎖性水域は表層域と深層域との２層に安定して分離する成層化現象が生じる。例えば表層水の水温と深層水の水温との温度差が５℃程度あると表層水と深層水とが混ざり合わない成層化現象が発生する。また、水深の深い閉鎖性水域では、風による水の循環は表層域部分が主であり、深層域まで循環されることはない。

【0003】

この結果、表層水と深層水との水の循環が不十分になり大気から表層水に溶け込んだ酸素が深層水まで届かなくなるため、深層水の酸素量が減少して貧酸素状態が生じる。溶存酸素量が水１Ｌ当たり２ｍｇを切る貧酸素状態になると、酸欠で深層域に生息する魚等の生物が死ぬ危険があると言われている。

【0004】

図８に示すように、特に８０ｍ以上の水深を有する閉鎖性水域１２では、水温の高い表層域の表層水１２Ａと水温の低い深層域の深層水１２Ｃとの間に中間水温の中間層域の中層水１２Ｂの３層に分離する場合もある。

【0005】

従来は、春から秋にかけて生じる深層水の貧酸素状態を、冬に起きる全層循環という現象によって解消していた。この全層循環の現象は、図８の矢印に示すように、冬に表層水１２Ａの水温が冷たい大気によって冷却されて比重が大きくなることによって深層水１２Ｃの方向に沈み込み、表層水１２Ａ、中層水１２Ｂ、深層水１２Ｃが混じり合う現象である。これにより、深層水１２Ｃの溶存酸素量が大きくなり、深層水の酸素量を１年間維持し魚等の生物が酸欠にならないようになっていた。

【0006】

しかし、近年の温暖化により、冬に表層水が十分に冷却されなくなり、全層循環が発生し難くなっている。これにより、１年を通して成層化現象が発生するようになり、深層水１２Ｃに貧酸素状態が発生し、魚等の生物が死ぬ危険があるだけでなく、富栄養化の危険もある。

【0007】

このような背景から、深層水１２Ｃの貧酸素状態を改善して好気性環境にする提案がなされている。

【0008】

特許文献１には、アオコが増殖した水面下であって浮遊物のない水層（いわゆる表層域）に吸水口を有する吸水管を循環ポンプの吸水口に接続し、循環ポンプの吐出側に貧酸素水層（いわゆる深層域）に吐出口を有する送水管を接続する。そして、送水管の途中にマイクロバブル発生装置を配設し、送水管の吐出口からマイクロバブルを含有した水を吐出することで、貧酸素水層の水質改善を行う水質浄化装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１１－１１０９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

ところで、気泡径の小さなマイクロバブルは気泡径の大きな気泡よりも浮上速度が遅く水中における滞留時間が長くなることが知られており、特許文献１でもこのマイクロバブルの特徴を利用している。

【0011】

しかしながら、特許文献１のように、表層水を使用して製造したマイクロバブルを深層域の深層水に供給しても満足できるほどに遅い浮上速度を得ることはできない。それは、表層水は温度が高いので、深層域にマイクロバブルとともに供給しても、温度の高い水はマイクロバブルとともに上に上がってしまうからである。この結果、貧酸素水層である深層域におけるマイクロバブルの滞留時間を十分に確保できず、マイクロバブルの特徴を水質改善に十分生かせていないのが実情である。

【0012】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ダム湖や湖沼等の閉鎖性水域の深層域における貧酸素状態の深層水の溶存酸素を効率的に高めて好気性環境に水質改善する水質改善装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明の発明者は、ダム湖や湖沼等の閉鎖性水域の深層域における貧酸素状態の深層水の溶存酸素を高めるために、酸素を含む微細気泡を含有する微細気泡水又は酸素を含む気体を混合した気液混合水を供給しても、深層域における深層水の水温と、供給する微細気泡水又は気液混合水の水温との間に水温差があると、深層水と微細気泡水又は気液混合水との間で成層化現象が発生し、深層水と微細気泡水又は気液混合水とが混ざり合い難くなり、深層水の溶存酸素を効率的に高めることができないという新規な知見に基づいて本発明を達成した。

【0014】

微細気泡水は酸素を含む多数の微細気泡（例えば空気の気泡）が水に懸濁して白く濁った懸濁水の状態を言い、気液混合水は酸素を含む気体（例えば空気）が水に混合溶解して溶存酸素の高くなった溶解水の状態を言う。

【0015】

本発明の水質改善装置は目的を達成するために、ダム湖や湖沼等の閉鎖性水域の深層域における貧酸素状態の深層水の溶存酸素を高めて好気性環境に水質改善する水質改善装置であって、深層域に、酸素を含む微細気泡を含有し且つ深層水の水温と略同じ温度の微細気泡水を供給する微細気泡水供給手段を備えたことを特徴とする。

【0016】

ここで、深層水の水温と略同じ温度の微細気泡水とは、微細気泡水を深層水に供給したときに、微細気泡水と深層水との間で成層化せずに混ざり合う温度差を言い、深層水の水温に対して微細気泡水の水温が±２℃の範囲内、好ましくは±１℃の範囲内を意味する。

【0017】

本発明の水質改善装置によれば、貧酸素状態の深層域に微細気泡を含有する微細気泡水を単に供給するのとは異なり、深層域の深層水と略同じ温度の微細気泡水を供給するようにした。このように、貧酸素状態の深層域の水温と略同じ温度の微細気泡水を深層域に供給することで、深層域における深層水と供給した微細気泡水との間の成層化現象を防止できるので、浮上速度が遅い微細気泡の特徴を十分に生かすことができる。

【0018】

これにより、微細気泡の深層域における滞留時間を飛躍的に長くすることができるので、ダム湖や湖沼等の閉鎖性水域の深層域における貧酸素状態の深層水の溶存酸素を効率的に高めて好気性環境に水質改善することができる。

【0019】

本発明の態様において、微細気泡水供給手段は、深層域に取水口が配置され、取水口から深層水を採取水として取水する取水管と、取水管で取水した採取水に微細気泡を含有させて微細気泡水を製造する微細気泡水製造手段と、深層域に排出口が配置され、排出口から微細気泡水製造手段で製造した微細気泡水を深層域に排水する排水管と、深層域から取水管で取水した採取水を微細気泡水製造手段及び排水管を介して前記深層域に循環させる循環手段と、を備えることが好ましい。

【0020】

本発明の態様は、微細気泡水を製造するために閉鎖性水域から採取する採取水として深層水を使用することで、特別な冷却装置を使用しなくても、深層域に、酸素を含む微細気泡を含有し且つ深層水の水温と略同じ温度の微細気泡水を供給できるようにしたものである。これにより、ダム湖や湖沼等の閉鎖性水域の深層域における貧酸素状態の深層水の溶存酸素を効率的に高めて好気性環境に水質改善することができる。

【0021】

ちなみに、深層域から深層水を取水してから微細気泡水を深層域に供給するまでの間に水温が上昇して微細気泡水の水温が上記した±２℃の範囲内を逸脱する場合には、取水した深層水又は製造した微細気泡水を冷却することが必要である。

【0022】

本発明の態様において、微細気泡水供給手段は、閉鎖性水域の表層域又は中層域に取水口が配置され、取水口から深層水よりも溶存酸素が大きいが水温が高い表層水又は中層水を採取水として取水する取水管と、取水管で取水した採取水に微細気泡を含有させて微細気泡水を製造する微細気泡水製造手段と、深層域における深層水の水温を検出する水温検出手段と、取水管で取水した採取水又は微細気泡水製造手段で製造した微細気泡水が水温検出手段で検出した深層水の水温と略同じ温度になるように冷却する冷却手段と、深層水の水温と略同じ温度の微細気泡水を深層域に排水する排水管と、取水管で取水した採取水を微細気泡水製造手段、冷却手段及び排水管を介して深層域に循環させる循環手段と、を備えることが好ましい。

【0023】

本発明の態様は、微細気泡水を製造するために閉鎖性水域から採取する採取水として深層水よりも溶存酸素が大きいが水温が高い表層水又は中層水を使用する場合である。
本発明の態様によれば、深層水の水温よりも高い水温の表層水又は中層水を使って微細気泡水を製造する場合には、微細気泡水が深層域における深層水の水温と略同じ温度になるように冷却してから深層域に供給するようにした。これにより、ダム湖や湖沼等の閉鎖性水域の深層域における貧酸素状態の深層水の溶存酸素を効率的に高めて好気性環境に水質改善することができる。

【0024】

本発明の態様において、微細気泡水製造手段は気泡径が１０μｍ以下の微細気泡を発生させるマイクロバブル発生手段又はナノバブル発生手段であることが好ましい。
気泡径が１０μｍ以下の微細気泡であれば浮上速度を顕著に遅くでき、本発明による成層化現象の防止と相まって、閉鎖性水域の深層域における貧酸素状態の深層水の溶存酸素を一層効率的に高めることができる。より好ましい気泡径は５μｍ以下である。

【0025】

本発明の態様において、冷却手段は、上下方向に間隔を空けて複数枚の板状部材が積層され、取水管で取水された採取水が板状部材の表面を水膜状態で流れると共に上側の板状部材の先端部から下側の板状部材の基端部へ順番に落流して上下方向の蛇行落流を形成する蛇行落流形成手段と、板状部材の表面に設けられ、板状部材の表面を水膜状態で流れる採取水に乱流を発生させる複数個の邪魔板と、複数枚の板状部材の側方から外気を送風して、乱流を発生しながら蛇行落流する採取水に外気を吹き付けて攪拌状態で気液接触混合させる送風手段と、を備え、気液接触混合を繰り返すことにより採取水を冷却することが好ましい。

【0026】

本発明の態様は、本発明の水質改善装置に使用する冷却手段の好ましい構成を示したものである。

【0027】

本発明の態様において、取水管内に空気を上向きに曝気して取水管内にエアリフト効果による採取水の上向流を発生させる曝気手段と、曝気手段で曝気された採取水が流入すると共に排水管に連通された槽であって、槽に流入した採取水を微細気泡水製造手段で処理して製造した微細気泡と曝気手段での曝気により生じた大径気泡とを分離する気泡分離槽と、大径気泡が気泡分離槽内を浮上する浮上速度よりも気泡分離槽から前記排水管へ流出する流出水の流出速度が遅くなるようにすることで大径気泡と微細気泡とを分離する気泡分離手段と、を有することが好ましい。

【0028】

本発明の態様は、曝気手段を設けてエアリフト効果を発生させることによって、取水管から排水管に水を循環させるための循環手段としてポンプを省略可能としたもので、ランニングコストを削減できる。

【0029】

また、曝気手段を設けることによって、取水した採取水の溶存酸素量を予め大きくしてから微細気泡水製造手段で微細気泡を製造でき、しかも曝気手段の曝気で形成された大径気泡は気泡分離槽と気泡分離手段で分離して深層域には供給されないようにした。

【0030】

本発明の水質改善装置は目的を達成するために、ダム湖や湖沼等の閉鎖性水域の深層域における貧酸素状態の深層水の溶存酸素を高めて好気性環境に水質改善する水質改善装置であって、深層域に、酸素を含む気体を含有し且つ深層水の水温と略同じ温度の気液混合水を供給する気液混合水供給手段を備え、たことを特徴とする。

【0031】

本発明は、上記した微細気泡水の代わりに気液混合水を深層域に供給するようにしたものであり、この場合にも、深層域における深層水と供給した気液混合水との間の成層化現象を防止できるので、深層水と気液混合水とが混ざり合い、貧酸素状態の深層水の溶存酸素を効率的に高めることができる。

【0032】

ここで、深層水の水温と略同じ温度の気液混合水とは、気液混合水を深層水に供給したときに、気液混合水と深層水との間で成層化せずに混ざり合う温度差を言い、深層水の水温に対して気液混合水の水温が±２℃の範囲内、好ましくは±１℃の範囲内を意味する。

【0033】

本発明の態様において、気液混合水供給手段は、閉鎖性水域の表層域又は中層域又は深層域に取水口が配置され、取水口から表層水又は中層水又は深層水を採取水として取水する取水管と、取水管で取水した採取水に気体を含有させて気液混合水を製造する気液混合水製造手段と、深層域における深層水の水温を検出する水温検出手段と、取水管で取水した採取水又は気液混合水製造手段で製造した気液混合水を水温検出手段で検出した深層水の水温と略同じ温度になるように冷却する冷却手段と、深層水の水温と略同じ温度の気液混合水を深層域に排水する排水管と、取水管で取水した採取水を気液混合水製造手段、冷却手段及び排水管を介して深層域に循環させる循環手段と、を備えることが好ましい。

【0034】

本発明の態様によれば、深層域に、酸素を含む気体を含有し且つ深層水の水温と略同じ温度の気液混合水を供給することができるので、ダム湖や湖沼等の閉鎖性水域の深層域における貧酸素状態の深層水の溶存酸素を効率的に高めて好気性環境に水質改善することができる。
ちなみに、採取水として深層水を使用し、供給する気液混合水の水温を深層域における深層水の水温と略同じにできる場合には冷却手段を使用する必要はない。

【0035】

本発明の態様において、気液混合水供給手段は、気液混合水製造手段と冷却手段とを一装置とした気液混合冷却水製造手段を有し、気液混合冷却水製造手段は、上下方向に間隔を空けて複数枚の板状部材が積層され、取水管で取水された採取水が板状部材の表面を水膜状態で流れると共に上側の板状部材の先端部から下側の板状部材の基端部へ順番に落流して上下方向の蛇行落流を形成する蛇行落流形成手段と、板状部材の表面に設けられ、板状部材の表面を水膜状態で流れる採取水に乱流を発生させる複数個の邪魔板と、複数枚の板状部材の側方から外気を送風して、乱流を発生しながら蛇行落流する採取水に外気を吹き付けて攪拌状態で気液接触混合させる送風手段と、を備え、気液接触混合を繰り返すことにより気液混合水の製造と冷却とを同時に行うことが好ましい。

【0036】

本発明の態様は、上述の微細気泡水供給手段で使用した冷却手段を冷却目的のみならず採取水に外気を含有させる気液混合目的にも使用するようにしたものである。これにより、気液混合水製造手段と冷却手段とを一つの装置として構成したので、気液混合水供給手段の装置構成をコンパクト化できる。

【0037】

本発明の態様において、板状部材及び邪魔板は鉄（Fe）で製作するのが好ましく、水酸化鉄を含むことも好ましい。これにより、閉鎖性水域におけるリンを鉄製の板状部材及び邪魔板で水酸化鉄として吸着除去することができるので、閉鎖性水域の富栄養現象の防止にも寄与することができるが、リン回収を考えずメンテナンス作業を優先する事を考えた時に、板状部材及び邪魔板は、ステンレス製やアルミ製でもこの限りではない。

【発明の効果】

【0038】

本発明の水質改善装置によれば、ダム湖や湖沼等の閉鎖性水域の深層域における貧酸素状態の深層水の溶存酸素を効率的に高めて好気性環境に水質改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【0039】

【図1】本発明の水質改善装置の実施形態例１の全体構成を説明する概念図

【図2】加圧溶解法による微細気泡水製造手段の一例を説明する説明図

【図3】本発明の水質改善装置の実施形態例２の全体構成を説明する概念図

【図4】冷却手段の一例で強制空冷式を説明する説明図

【図5】冷却手段の板状部材の構造を説明する斜視図

【図6】本発明の水質改善装置の実施形態例３を説明する断面図

【図7】本発明の水質改善装置の実施形態例４を説明する断面図

【図8】閉鎖性水域における全層循環について説明する説明図

【発明を実施するための形態】

【0040】

以下、添付図面にしたがって本発明の水質改善装置の好ましい実施の形態について説明する。

【0041】

本発明は以下の好ましい実施の形態により説明される。本発明の範囲を逸脱することなく、多くの手法により変更を行うことができ、本実施の形態以外の他の実施の形態を利用することができる。したがって、本発明の範囲内における全ての変更が特許請求の範囲に含まれる。

【0042】

[本発明の水質改善装置の基本概念]
本発明の水質改善装置は、ダム湖や湖沼等の閉鎖性水域の深層域における貧酸素状態の深層水の溶存酸素を高めて好気性環境に水質改善するものであって、深層域に、酸素を含む微細気泡を含有し且つ深層水の水温と略同じ温度の微細気泡水を供給することを基本概念とし、そのための微細気泡水供給手段を主たる装置構成とする。

【0043】

また、本発明の水質改善装置は、ダム湖や湖沼等の閉鎖性水域の深層域における貧酸素状態の深層水の溶存酸素を高めて好気性環境に水質改善する水質改善装置であって、深層域に、酸素を含む気体を含有し且つ深層水の水温と略同じ温度の気液混合水を供給することを基本概念とし、そのための気液混合水供給手段を主たる装置構成とする。

【0044】

即ち、本発明は、貧酸素状態の深層水に単に酸素を含む微細気泡水又は気液混合水を供給するのではなく、供給する微細気泡水又は気液混合水の水温を深層域における深層水の水温と略同じにすることで、深層域における貧酸素状態の深層水の溶存酸素を効率的に高めて好気性環境に水質改善するものである。

【0045】

ここで、深層域とは、閉鎖性水域の水面近傍の表層水に溶け込む酸素が届き難く貧酸素状態になり易い湖底近傍の水層域を言い、閉鎖性水域の深さによって異なるが、湖底から例えば１０ｍ程度の水層域を言う。また、微細気泡水は酸素を含む多数の微細気泡（例えば空気の気泡）が水に懸濁して白く濁った懸濁水の状態を言い、気液混合水は酸素を含む気体（例えば空気）が水に混合溶解して溶存酸素の高くなった溶解水の状態を言う。

【0046】

水質改善装置は、閉鎖性水域の陸地を設置基地として設けることもできるが、水質改善装置を船等の移動手段に搭載して閉鎖性水域を移動可能な構成とすることが好ましい。即ち、図１及び図３に示すように、閉鎖性水域１２の移動手段としてフロート１４Ａを備えた筏状構造物１４を使用し、筏状構造物１４に微細気泡水供給手段１６と、それを動かすバッテリー１８（自家発電機も含む）とを搭載した場合で説明する。なお、筏状構造物１４は例えばボート等で引っ張ることで閉鎖性水域１２の水質改善が必要なエリアに移動することができる。

【0047】

なお、図１及び図３に破線で示すように、閉鎖性水域１２が表層域の表層水１２Ａ（例えば１５℃）、中間層域の中層水１２Ｂ（例えば１０℃）、深層域の深層水１２Ｃ（例えば５℃）の３層に成層化し、これにより貧酸素状態になった深層水１２Ｃの溶存酸素を高めて好気性環境に水質改善する場合で以下に説明する。符号Ｅは陸地を示す。

【0048】

また、以下の説明において、表層水１２Ａ、中層水１２Ｂ、深層水１２Ｃの他に採取水との用語を使用している。この理由は、以下に説明する水質改善装置１０の各実施形態例において深層水１２Ｃを取水する場合、表層水１２Ａ又は中層水１２Ｂを取水する場合、表層水１２Ａ又は中層水１２Ｂ又は深層水１２Ｃを取水する場合がある。したがって、表層水１２Ａ又は中層水１２Ｂを取水する場合、表層水１２Ａ又は中層水１２Ｂ又は深層水１２Ｃを取水する場合には、長い文章の繰り返しを避けるために採取水という用語を用いている。

【0049】

[水質改善装置の実施形態例１]
水質改善装置１０の実施形態例１は、深層域から取水した深層水１２Ｃで微細気泡水を製造することで、深層水１２Ｃの水温と略同じ温度（±２℃以内）の微細気泡水を深層域に供給する最もシンプルな構成であり、図１に示すように、微細気泡水供給手段１６として、取水管２０と、微細気泡水製造手段２２と、排水管２４と、循環手段２６とで構成されている。

【0050】

取水管２０は、取水口２０Ａから深層水１２Ｃを採取水として取水するパイプ状の管であって、深層域に取水口２０Ａが配置される。取水管２０の取水口２０Ａにはゴミ等の異物を除去するフィルタ（図示せず）が設けられる。そして、取水管２０の取水口２０Ａとは反対側は循環手段２６を介して微細気泡水製造手段２２に連結される。

【0051】

微細気泡水製造手段２２は、取水した深層水１２Ｃに酸素を含む微細気泡を含有させて微細気泡水を製造するものであり、平均気泡径として１０μｍ以下の微細気泡を発生できるものが好ましい。平均気泡径が１０μｍ以下の微細気泡は、気泡径が極めて小さく気泡にかかる浮力も小さいために浮上速度が極めて遅く水中に滞留している時間が長いという特性（水中長時間滞留特性）、気泡がマイナスに帯電しており気泡同士の合体や吸収が起こりにくいため、小さい気泡径のまま長い時間均一に液中に分散することができるという特性（気泡小径維持特性）を有している。より好ましくは平均気泡径が５μｍ以下である。

【0052】

１０μｍ以下の微細気泡を発生させる微細気泡水製造手段２２としては、例えば加圧溶解方式、高速旋回方式、超音波方式等によりマイクロバブル又はナノバブルを発生する公知の装置を使用できる。

【0053】

図２は、加圧溶解方式の微細気泡水製造手段２２の一例であり、主として、取水管２０で取水された深層水１２Ｃを貯める貯留槽２８と、貯留槽２８の深層水１２Ｃと空気とを高圧下で混合することにより空気が過飽和状態で溶解した空気飽和水を形成するエアー混合ポンプ３０と、高圧下にある空気飽和水を減圧することで空気飽和水から溶解した溶存空気を発泡させた発泡水を形成する減圧ノズル３２と、貯留槽２８内の底部から貯留槽２８内の深層水１２Ｃに発泡水を噴出する噴出ノズル３４とで構成される。

【0054】

エアー混合ポンプ３０では0.1ＭＰａから0.6ＭＰａ近傍の圧力下で水と空気を混合することが好ましく、減圧ノズル３２では0.1ＭＰａから0.6ＭＰａの圧力から大気圧近傍まで急激に減圧することが好ましい。なお、本実施の形態では、酸素を含む気体として空気の例で説明したが、酸素そのものを使用することもできる。

【0055】

排水管２４は、図１に示すように、深層域に排水口２４Ａが配置され、排水口２４Ａから微細気泡水製造手段２２で発生した微細気泡水を深層域に排水する。
循環手段２６は、深層域から取水した深層水１２Ｃを取水管２０、微細気泡水製造手段２２及び排水管２４を介して深層域に循環させるものであり、本実施の形態では、循環手段２６としてはポンプ２６Ａを使用した場合で図１に示している。

【0056】

図２に示すように、筏状構造物１４に搭載された微細気泡水製造手段２２の貯留槽２８の液面２８Ａは閉鎖性水域１２の水面１２Ｄよりも高い位置にあり、ポンプ２６Ａで水質改善装置１０に取水された水は液面差により排水管２４から排水される。なお、図示しないが排水管２４に排水用のポンプを設けることもできる。

【0057】

上記の如く構成された第１の実施の形態の水質改善装置１０の一態様によれば、取水管２０により深層域の深層水１２Ｃを取水し、微細気泡水製造手段２２によって取水した深層水１２Ｃで微細気泡水を発生して深層域に戻すようにした。

【0058】

このように、貧酸素状態の深層水１２Ｃの水温と略同じ温度の微細気泡水を深層域に供給することで、深層域における深層水１２Ｃと微細気泡水とが水温差に起因する層を形成して混ざり合い難くなる成層化現象を防止できる。これにより、供給した微細気泡水は深層水１２Ｃに良く混ざり合って一体化するので、上記した微細気泡の水中長時間滞留特性及び気泡小径維持特性を一層発揮することができる。

【0059】

これにより、微細気泡の深層域における滞留時間を飛躍的に長くすることができるので、ダム湖や湖沼等の閉鎖性水域の深層域における貧酸素状態の深層水の溶存酸素を効率的に高めて好気性環境に水質改善することができる。

【0060】

ちなみに、深層域に貧酸素状態が発生する条件下では、表層水１２Ａの水温は深層水１２Ｃの水温よりも高くなっている。したがって、従来技術のように表層水１２Ａで発生させた温かい微細気泡水を冷たい深層水１２Ｃに供給すると、微細気泡水と深層水１２Ｃとの温度差によって微細気泡水と深層水１２Ｃとの間に成層化現象が生じ易くなり、微細気泡水が深層域に留まり難くなる。

【0061】

ここで、深層水１２Ｃの水温と略同じ温度の微細気泡水とは、微細気泡水を深層水１２Ｃに供給したときに、微細気泡水と深層水との間で成層化しないで良く混ざり合う温度差を言い、深層水１２Ｃの水温に対して微細気泡水の水温が±２℃の範囲内、好ましくは±１℃の範囲内である。

【0062】

なお、水質改善装置１０の実施形態例１は、深層域から取水した深層水１２Ｃで微細気泡水を製造することで、深層水１２Ｃの水温と略同じ温度（±２℃以内）の微細気泡水を深層域に供給できることを前提としたときの最もシンプルな装置構成である。したがって、深層域から深層水１２Ｃを取水してから微細気泡水を深層域に供給するまでに水温が上昇して上記の±２℃以内を逸脱する場合には、取水した深層水１２Ｃ又は製造した微細気泡水を冷却することが必要である。

【0063】

なお、図１で示した水質改善装置１０の実施形態例１は、酸素を含む微細気泡水を深層域に供給する図として説明したが、酸素を含む気液混合水を深層域に供給する場合には、微細気泡水製造手段２２を気液混合水製造手段（図示せず）に交換すればよい。

【0064】

気液混合水製造手段としては、効率的に気液混合できればどのような装置でもよいが、例えばダイアフラムポンプ、イジェクター装置、渦流ポンプ等を使用することができる。また、後記する図４の冷却手段３８を気液混合水製造手段として使用することもできる。

【0065】

[水質改善装置の実施形態例２]
本発明の水質改善装置１０の実施形態例２は、深層水１２Ｃよりも水温の高い表層水１２Ａ又は中層水１２Ｂの採取水を微細気泡水の製造に使用するものであり、図３に示すように、微細気泡水供給手段１６として、取水管２０と、微細気泡水製造手段２２と、水温検出手段３６と、冷却手段３８と、排水管２４と、循環手段２６とで構成される。

【0066】

なお、水質改善装置１０の実施形態例１と同じ手段及び部材は同符号を付して説明する。また、図３では、取水管２０の取水口２０Ａを表層域に配置した場合の例で示している。また、微細気泡水製造手段２２及び排水管２４については、上記の実施形態例１と同じなので説明は省略する。

【0067】

循環手段２６は、表層域から取水した採取水を取水管２０、冷却手段３８、微細気泡水製造手段２２及び排水管２４を介して深層域に循環させるものであり、上記の実施形態例１の循環経路に冷却手段３８が増えただけで基本的にはポンプ２６Ａが使用される。

【0068】

取水管２０は、取水口２０Ａから表層水１２Ａ又は中層水１２Ｂを採取水として取水するパイプ状の管であって、表層域又は中層域に取水口２０Ａが配置される。取水管２０の取水口２０Ａにはゴミ等の異物を除去するフィルタ（図示せず）が設けられる。そして、取水管２０の取水口２０Ａとは反対側は循環手段２６を介して冷却手段３８に連結される。

【0069】

水温検出手段３６は、深層域における深層水１２Ｃの水温を検出するものであり、深層域に配置された水温検出センサ３６Ａと、信号ケーブル３６Ｂを介して水温検出センサ３６Ａで検出した検出水温を冷却手段３８の制御部３８Ａに送る。

【0070】

なお、排水管２４内の出口近傍の管内水温を検出する排水温検出センサ３６Ｃを設け、制御部３８Ａにより水温検出センサ３６Ａと排水温検出センサ３６Ｃを対比して排水管２４から深層域に供給する微細気泡水の水温を管理すると更によい。

【0071】

冷却手段３８は、取水管２０で取水した採取水の水温を深層水１２Ｃの水温まで冷却するものである。水質改善装置１０が閉鎖性水域１２の陸地Ｅを設置基地として設けられる場合には冷凍機等の大掛かりな装置を使用できるが、水質改善装置１０を筏状構造物１４に搭載する場合にはできるだけシンプル且つ軽量なものが好ましい。

【0072】

ここでは強制空冷式の冷却手段３８を使用した場合で説明する。

【0073】

図４は、強制空冷型の冷却手段３８の構造を説明する説明図である。
図４に示すように、冷却手段３８は、主として、取水管２０で取水された採取水を冷却する冷却部４０と、冷却部４０に外気を送風する送風部４２と、冷却部４０を通った外気を排気する排気部４４と、冷却部４０で冷却された採取水を貯める受水部４６とで構成される。

【0074】

冷却部４０は、主として四角箱状の筐体４８の内部に上下方向に間隔を空けて積層された複数枚の板状部材５０で構成される。図４では６枚の板状部材５０で図示しているが、この枚数に限定されない。筐体４８の前壁４８Ａには、送風部４２からの外気を導入する多数の通気口４８Ｂが形成されると共に後壁４８Ｃには外気を排気部４４に排気する多数の通気口４８Ｄが形成される。また、筐体４８の上面には、採取水を筐体の内部に取り込む導入管５２が設けられ、導入管５２の一端が図３に示したポンプ２６Ａの排気側に連結される。なお、図４の右側を前側とし、左側を後側とする。また、筐体４８の前後方向に対して水平面上で直交する方向を筐体４８の左右方向と言うことにする。

【0075】

複数枚の板状部材５０は、筐体４８の前壁４８Ａと後壁４８Ｃとの間に平行に掛け渡された棒状の一対の梁部材(図示せず)の上に載置されることで着脱自在に支持される。筐体４８の上下方向には、板状部材５０の積層数よりも多い段数の梁部材が間隔を置いて設けられており、板状部材５０の積層する枚数を可変したり、板状部材５０の積層間隔を調整したりすることができるようになっている。

【0076】

また、複数枚の板状部材５０は、筐体４８の前後方向の長さよりも短く形成され、積層されたときに上から下に向かって板状部材５０の先端部５０Ａと筐体４８の前壁４８Ａ又は後壁４８Ｃとの間で上から下に向かって交互に離間して隙間Ｗが形成されるように配置される。即ち、図４の最上段の板状部材５０は先端部(図４の左端)が筐体４８の後壁４８Ｃから離間しており、次の板状部材５０は先端部(図４の右端)が筐体４８の前壁４８Ａから離間している。それ以降の板状部材５０について同様に先端部が前壁４８Ａ又は後壁４８Ｃとの間で交互に離間している。この場合、板状部材５０の基端部５０Ｂ及び両側辺部は筐体４８に接するか近接した状態の何れでもよい。

【0077】

これにより、図４に実線矢印で示すように、取水管２０で取水された採取水が導入管５２を介して複数枚の板状部材５０の一番上の板状部材５０の基端部５０Ｂの位置に供給される。そして、一番上の板状部材５０を伝って先端部５０Ａ側に流れ隙間Ｗから次の板状部材５０に流れ落ちることによって、複数枚の板状部材５０を上側から下側に蛇行しながら流れ落ちる上下方向の蛇行落流を形成する。このように、複数枚の板状部材５０を上側から下側に蛇行しながら流れ落とすことで冷却距離を長く確保することができる。

【0078】

図５に示すように、板状部材５０は、矩形な底板５４と側板５６とで構成された底の浅いトレー構造に形成され、側板５６のうち先端部５０Ａ側の側板が取り除かれて開放されている。そして、板状部材５０の底板５４の上面には、ジグザグ状に折曲された屏風形状の複数個の邪魔板５８が配列される。

【0079】

図５には、板状部材５０の底板５４の先端部５０Ａ側の半分のエリアに、５個の邪魔板５８を底板５４の幅方向(前記した筐体４８の左右方向と同じ)において等間隔になるように平行に配列すると共に基端部５０Ｂ側のエリアに４個の邪魔板５８を底板５４の幅方向において等間隔になるように平行に配列した場合で示している。なお、板状部材５０と底板５４との幅方向は同じ意味で使用している。

【0080】

上記した板状部材５０及び邪魔板５８は、鉄を含んで形成されることが好ましく、水酸化鉄を含むことも好ましい。例えば板状部材５０及び邪魔板５８自体を鉄で製作してもよく、鉄以外の材質の板状部材５０及び邪魔板５８の表面に鉄または水酸化鉄の被膜を形成してもよい。板状部材５０及び邪魔板５８自体を鉄で製作すると、鉄は水中での酸化で水酸化鉄を形成する。これにより、閉鎖性水域１２におけるリンを板状部材５０及び邪魔板５８で吸着除去することができるので、閉鎖性水域１２の富栄養現象の防止にも寄与する。

【0081】

また、板状部材５０の底板５４の先端部５０Ａには、四角形状の切り欠き６０が底板５４の幅方向に等間隔で形成される。底板５４の先端部５０Ａに切り欠き６０を形成することで、底板５４の上を流れた採取水が底板５４の幅方向の一部に偏って落流するのではなく幅方向全体から均等に流れ落ち易くなる。

【0082】

このように、板状部材５０に邪魔板５８を設けることで、板状部材５０を流れる採取水の流れが乱されて乱流を形成するので、採取水と外気とが攪拌状態で接触する。また、板状部材５０の先端部５０Ａ側に配列された邪魔板５８と、基端部５０Ｂ側に配列された邪魔板５８とは、板状部材５０の幅方向でズレを有して配列したことで、一層乱流が発生し易い。これにより、採取水と外気との接触効率が向上するので、採取水を効率的に冷却することができる。

【0083】

図４に示すように、送風部４２は冷却部４０の前側に設けられる。送風部４２は、冷却部４０に外気を送る送風手段としての送風機６２と、冷却部４０の筐体４８の前壁４８Ａと送風機６２との間に設けられた複数枚の整流板６４とで構成され、送風ボックス６６の内部に収納される。送風ボックス６６の後側（筐体４８側）が開放されて筐体４８の前壁４８Ａに支持されると共に送風ボックス６６の前壁６６Ａには外気を取り込む多数の通気口６６Ｂが形成される。

【0084】

また、複数枚の整流板６４は、側方から見た形状が山型形状に形成され、送風ボックス６６内の上下方向に等間隔で配列される。これにより、冷却部４０に送気する外気を整流する。

【0085】

図４に示すように、排気部４４は、冷却部４０の後側に設けられる。排気部４４は、内部に排気通路６８Ａが形成された排気ダクト６８で形成され、排気ダクト６８の前側（筐体４８側）の一部が開放されて筐体４８の後壁４８Ｃに支持される。また、排気ダクト６８の上端部に排気口６８Ｂが形成される。

【0086】

図４に示すように、受水部４６は冷却部４０の下側に設けられる。受水部４６は、冷却部４０で冷却された表層水を受ける受水槽７０と、冷却部４０の筐体４８の開放された底面と受水槽７０の上面とを仕切る金網状のスクリーン７２とで構成される。これにより、冷却部４０で冷却された採取水はスクリーン７２を通過して受水槽７０に受水される。受水槽７０の側面には、冷却された採取水を微細気泡水製造手段２２に送液する送液管７４が設けられる。

【0087】

これにより、送風機６２によって取り込まれた外気（図４の破線矢印）は、整流板６４で整流されて冷却部４０の筐体４８内に送られる。筐体４８内に送り込まれた外気は、複数枚の板状部材５０の上を水膜状態で伝って上側から下側に蛇行しながら流れ落ちる採取水（図４の実線矢印）と接触する。この結果、採取水は外気との熱交換及び気化熱効果によって冷却される。冷却された採取水は受水槽７０に溜まり、送液管７４を介して微細気泡水製造手段２２に送られる。一方、採取水と接触した外気は排気ダクト６８を通って外部に排気される。

【0088】

かかる採取水の冷却において、冷却手段３８の制御部３８Ａは、水温検出手段３６で検出された深層水１２Ｃの水温に基づいて、採取水の水温が検出した水温に±２℃（好ましくは±１℃）の範囲内で冷却されるように送風機６２の送風量を調整する。また、採取水の冷却距離を長くしたい場合には、板状部材５０の積層枚数を増やすことも可能である。

【0089】

上記の如く構成された水質改善装置１０の実施形態例２によれば、深層水１２Ｃの水温よりも高い水温の採取水（表層水１２Ａ又は中層水１２Ｂ）を使って微細気泡水を製造する場合には、取水した採取水を深層域における深層水１２Ｃの水温と略同じ温度まで冷却してから深層域に供給するようにした。

【0090】

これにより、上記した水質改善装置１０の実施形態例１で述べたように、微細気泡の深層域における滞留時間を飛躍的に長くすることができるので、ダム湖や湖沼等の閉鎖性水域の深層域における貧酸素状態の深層水の溶存酸素を効率的に高めて好気性環境に水質改善することができる。

【0091】

ちなみに、採取水の水温を深層域における深層水１２Ｃの水温よりも低くなるように冷却し過ぎると、微細気泡水と深層水１２Ｃとの温度差によって微細気泡水と深層水１２Ｃとの成層化現象が生じ易くなり、微細気泡水と深層水１２Ｃとが混ざりにくくなり、水質改善の効率が低下する。即ち、本発明では、貧酸素状態にある深層域に供給する微細気泡水の水温が深層水１２Ｃの水温に高くも低くもない略同じにすることが重要である。

【0092】

図３では、冷却手段３８の後段に微細気泡水製造手段２２を配置したが、配置を逆にして微細気泡水を製造してから冷却してもよい。また、微細気泡水の水温が深層水１２Ｃの水温に対して略同じになっているかを確認するために、排水管２４の出口に更に排水温検出センサ３６Ｃを設けることが好ましい。

【0093】

なお、図３で示した水質改善装置１０の実施形態例２は、酸素を含む微細気泡水を深層域に供給する図として説明したが、酸素を含む気液混合水を深層域に供給する場合には、微細気泡水製造手段２２を気液混合水製造手段に交換すればよい。

【0094】

また、水質改善装置１０の実施形態例２では、深層水１２Ｃよりも水温が高い表層水１２Ａ又は中層水１２Ｂを使用したので冷却手段３８を設置する必要があるが、深層水１２Ｃを取水する場合には設置した冷却手段３８を使用しないで済む場合もある。

【0095】

[水質改善装置の実施形態例３]
本発明の水質改善装置の実施形態例３は、微細気泡水を製造する採取水の溶存酸素を予め高め且つ循環手段２６としてポンプ２６Ａを省略できるように構成したものであり、図６に示すように、実施形態例１又は実施形態例２の構成に、曝気手段７６と、気泡分離槽７８と、気泡分離手段８０とを更に設けたものである。なお、水質改善装置１０の実施形態例１及び実施形態例２と同じ手段及び部材は同符号を付して説明する。

【0096】

図６は、水質改善装置１０の実施形態例１に曝気手段７６と、気泡分離槽７８と、気泡分離手段８０とを更に設けた場合であり、実施形態例２に適用する場合には循環配管２２Ｂに微細気泡水製造手段２２と冷却手段３８（図示せず）とを設ければよい。
なお、気泡分離手段８０は、曝気手段７６の曝気による大径気泡Ａと微細気泡水製造手段２２による微細気泡Ｂとを効率的に分離できるものであればどのような手段でもよいが、実施形態例３では曝気量調整手段７６Ｄ又は排水管２４に設けた排水量調整バルブ８２の例で説明する。また、図６では、実施形態例３のメカニズムを分かり易くするために、取水管２０と排水管２４を他の部材や手段に比べて大きく図示している。

【0097】

曝気手段７６は、取水管２０内の採取水（表層水１２Ａ又は中層水１２Ｂ又は深層水１２Ｃ）に空気を上向きに曝気して取水管２０内にエアリフト効果による採取水の上向流を発生させると共に採取水の溶存酸素を予め高めるものであり、取水管２０内に配設された曝気管７６Ａと、曝気管７６Ａにエアー配管７６Ｂを介して接続されたブロアー７６Ｃと、曝気管７６Ａから曝気する曝気量を調整する曝気量調整手段７６Ｄとで構成される。

【0098】

気泡分離槽７８は、大径気泡Ａと微細気泡Ｂとを分離する槽であって、曝気手段７６で曝気された採取水が流入すると共に排水管２４に接続されている。そして、気泡分離槽７８に流入した採取水を循環ポンプ２２Ａ及び循環配管２２Ｂにより微細気泡水製造手段２２との間で循環させる。これにより、曝気で形成された大径気泡Ａと微細気泡水製造手段２２で形成された微細気泡Ｂとが混在した混在気泡水が気泡分離槽７８に貯留される。

【0099】

図６に示すように、取水管２０内に曝気することによるエアリフト効果によって、取水管２０内の深層水１２Ｃ又は表層水１２Ａに上向流が発生する。上向流は気泡分離槽７８の液面７８Ａに達すると下向きに方向転換して下向流となる流れを形成する。また、エアリフト効果によって、気泡分離槽７８の液面７８Ａが上がり、取水管２０の越流口と気泡分離槽の液面７８Ａとの間に液面差Ｈが生じる。これにより、気泡分離槽７８の水は排水管２４から排水される。これにより、取水管２０から気泡分離槽７８を経由して排水管２４に流れる水の流れが生じるので、実施形態例１及び実施形態例２で示した循環手段２６としてポンプ２６Ａを省略できる。

【0100】

また、実施形態例３によれば、曝気手段７６を設けてエアリフト効果を発生させることによって、取水した採取水の溶存酸素量を予め大きくしてから微細気泡水製造手段２２で微細気泡を発生できるので、より多くの酸素を深層域に供給することができる。

【0101】

この場合、曝気手段７６で曝気して形成された気泡は微細気泡水製造手段２２で微細気泡に比べて顕著に大径な気泡である。したがって、大径気泡Ａを微細気泡Ｂと一緒に深層域に供給すると、深層域にエアリフト効果が生じてしまい、微細気泡の深層域での滞留時間に悪影響を与える。この対策として、実施形態例３では、大径気泡の浮上速度よりも気泡分離槽７８から排水管２４に流出する流出速度が遅くなるようにする気泡分離手段８０を設けるようにした。

【0102】

気泡分離手段８０は、気泡分離槽７８における混在気泡水中の曝気による大径気泡Ａと微細気泡水製造手段２２による微細気泡Ｂとを浮上速度の違いを利用して分離するものである。具体的には、気泡分離手段８０は大径気泡Ａが気泡分離槽７８内を浮上する浮上速度よりも気泡分離槽７８から排水管２４へ流出する流出水の流出速度が遅くなるようにする。

【0103】

図６では、上記したように気泡分離手段８０として、曝気量調整手段７６Ｄと排水管２４に設けた排水量調整バルブ８２の例で示している。即ち、曝気量調整手段７６Ｄの曝気量を調整してエアリフト効果の大きさを可変することによって取水管２０から気泡分離槽７８に流入する流入量が制御されるので、気泡分離槽７８から排水管２４への流出量も制御される。これにより、気泡分離槽７８から排水管２４への流出速度を調整することができる。また、排水量調整バルブ８２は、排水管２４の流れを調整することができるので、気泡分離槽７８から排水管２４への流出速度を調整することができる。この場合、曝気量調整手段７６Ｄと排水量調整バルブ８２とを併用してもよく、曝気量調整手段７６Ｄと排水量調整バルブ８２との何れかを使用してもよい。これにより、簡単な構成で、大径気泡が深層域に供給されるのを極力避けることができる。

【0104】

なお、図示しないが、曝気手段７６として微細気泡を発生させるマイクロバブル発生手段又はナノバブル発生手段を用いることもできる。この場合、微細気泡によるエアリフト効果は大径気泡に比べて小さいが、マイクロバブル発生ノズル及びナノバブル発生ノズルの圧力を上げて、取水管２０内に上向きの噴出流することでエジェクター効果を形成し、噴出流によって液面差Ｈを形成することが好ましい。

【0105】

上記の如く構成された水質改善装置１０の実施形態例３によれば、上記した水質改善装置１０の実施形態例１及び実施形態例２で述べたように、微細気泡の深層域における滞留時間を飛躍的に長くすることができるので、ダム湖や湖沼等の閉鎖性水域の深層域における貧酸素状態の深層水の溶存酸素を効率的に高めて好気性環境に水質改善することができる。

【0106】

また、曝気手段７６と、気泡分離槽７８と、気泡分離手段８０とを更に設けたので、微細気泡水を製造する採取水の溶存酸素を予め高めることができ、微細気泡と相まって一層効率的に水質改善することができる。更には、循環手段２６としてポンプ２６Ａを省略することができるので、ランニングコストを低減できる。

【0107】

[水質改善装置の実施形態例４]
本発明の水質改善装置１０の実施形態例４は、ダム湖や湖沼等の閉鎖性水域１２の深層域における貧酸素状態の深層水１２Ｃの溶存酸素を高めて好気性環境に水質改善する水質改善装置であって、深層域に、酸素を含む気体を含有し且つ深層水の水温と略同じ温度の気液混合水を供給する気液混合水供給手段８４を主たる構成としている。なお、水質改善装置１０の実施形態例１、実施形態例２、及び実施形態例３と同じ手段及び部材は同符号を付して説明する。

【0108】

図７に示すように、気液混合水供給手段８４は、主として取水管２０と、気液混合冷却水製造手段８８と、水温検出手段３６と、冷却手段３８と、排水管２４と、循環手段２６とで構成される。

【0109】

なお、実施形態例４は、採取水として表層水１２Ａ、中層水１２Ｂ、深層水１２Ｃの何れの採取水にも適用できるが、図７では採取水として深層水１２Ｃよりも水温の高い表層水１２Ａの例で図示している。また、気液混合水の水温が深層水１２Ｃの水温に対して略同じになっているかを確認するために、排水管２４の出口に更に排水温検出センサ３６Ｃを設けることが好ましい。

【0110】

取水管２０は、閉鎖性水域１２の表層水１２Ａ又は中層水１２Ｂ又は深層水１２Ｃに取水口２０Ａが配置され、取水口２０Ａから表層水１２Ａ又は中層水１２Ｂ又は深層水１２Ｃを採取水として取水する。

【0111】

気液混合冷却水製造手段８８は、上下方向に間隔を空けて複数枚の板状部材５０が積層され、取水管２０で取水された採取水が板状部材５０の表面を水膜状態で流れると共に上側の板状部材５０の先端部５０Ａから下側の板状部材５０の基端部５０Ｂへ順番に落流して上下方向の蛇行落流を形成する蛇行落流形成手段と、板状部材５０の表面に設けられ、板状部材５０の表面を水膜状態で流れる採取水に乱流を発生させる複数個の邪魔板５８と、複数枚の板状部材５０の側方から外気を送風して、乱流を発生しながら蛇行落流する採取水に外気を吹き付けて攪拌状態で気液接触混合させる送風手段としての送風機６２と、を備え、気液接触混合を繰り返すことにより気液混合水の製造と冷却とを同時に行う。

【0112】

即ち、気液混合冷却水製造手段８８は、取水管２０で取水した採取水に酸素を含む気体(例えば空気)を混合して気液混合水を製造する処理と、気液混合水を深層域における深層水１２Ｃの水温と略同じになるように冷却する処理とを同時に行う。図７の気液混合冷却水製造手段８８の構造から分かるように、構造的には図４に示した冷却手段３８と同じである。

【0113】

これは、本発明者が図４の冷却手段３８は、冷却手段３８としての役目の他に、乱流を発生しながら蛇行落流する採取水に外気を吹き付けて攪拌状態で気液接触混合させることによって気体と液体とを効率よく混合する気液混合水製造手段８６としての役目を有することに着目し、冷却手段３８と気液混合水製造手段８６とを一体化した装置として構成した。したがって、本発明の水質改善装置１０の実施形態例４は、冷却手段３８と気液混合水製造手段８６とを別装置として構成することもできる。

【0114】

水温検出手段３６は、深層域における深層水１２Ｃの水温を検出する。
排水管２４は、深層水１２Ｃの水温と略同じ温度の気液混合水を深層域に排水する。
循環手段２６は、取水管２０で取水した採取水を気液混合水製造手段８６、冷却手段３８及び排水管２４を介して深層域に循環させる。

【0115】

上記の如く構成された水質改善装置１０の実施形態例４によれば、取水管２０により取水した採取水によって溶存酸素が高く且つ深層域における深層水１２Ｃと略同じ水温まで冷却した気液混合水を深層域に戻すようにした。

【0116】

このように、溶存酸素が高く且つ貧酸素状態の深層水１２Ｃの水温と略同じ温度の気液混合水を深層域に供給することで、深層域における深層水１２Ｃと気液混合水とが水温差に起因する層を形成して混ざり合い難くなる成層化現象を防止できる。これにより、供給した気液混合水は深層水１２Ｃに良く混ざり合って一体化する。

【0117】

これにより、ダム湖や湖沼等の閉鎖性水域の深層域における貧酸素状態の深層水の溶存酸素を効率的に高めて好気性環境に水質改善することができる。
また、気液混合水製造手段８６と冷却手段３８とを一装置とした気液混合冷却水製造手段８８を用いることで、気液混合水供給手段８４の装置スケールをコンパクト化できる。

【符号の説明】

【0118】

１０…水質改善装置、１２…閉鎖性水域、１２Ａ…表層水、１２Ｂ…中層水、１２Ｃ…深層水、１２Ｄ…水面、１４…筏状構造物、１４Ａ…フロート、１６…微細気泡水供給手段、１８…バッテリー、２０…取水管、２０Ａ…取水口、２２…微細気泡水製造手段、２２Ａ…循環ポンプ、２２Ｂ…循環配管、２４…排水管、２４Ａ…排水口、２６…循環手段、２６Ａ…ポンプ、２８…貯留槽、２８Ａ…液面、３０…エアー混合ポンプ、３２…減圧ノズル、３４…噴出ノズル、３６…水温検出手段、３６Ａ…水温検出センサ、３６Ｂ…信号ケーブル、３６Ｃ…排水温検出センサ、３８…冷却手段、３８Ａ…制御部、４０…冷却部、４２…送風部、４４…排気部、４６…受水部、４８…筐体、４８Ａ…前壁、４８Ｂ…通気口、４８Ｃ…後壁、４８Ｄ…通気口、５０…板状部材、５０Ａ…先端部、５０Ｂ…基端部、５２…導入管、５４…底板、５６…側板、５８…邪魔板、６０…切り欠き、６２…送風機、６４…整流板、６６…送風ボックス、６６Ａ…前壁、６６Ｂ…通気口、６８…排気ダクト、６８Ａ…排気通路、６８Ｂ…排気口、７０…受水槽、７２…スクリーン、７４…送液管、７６…曝気手段、７６Ａ…曝気管、７６Ｂ…エアー配管、７６Ｃ…ブロアー、７６Ｄ…曝気量調整手段、７８…気泡分離槽、８０…気泡分離手段、８２…排水量調整バルブ、８４…気液混合水供給手段、８６…気液混合水製造手段、８８…気液混合冷却水製造手段、Ａ…大径気泡、Ｂ…微細気泡、Ｅ…陸地、Ｗ…隙間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】