JPH0698246B2 - ダム濁水の浄化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、洪水やダム湖底の洗掘、ダム湖岸の波食、富
栄養化現象等によって生じるダム湖内の濁りを浄化処理
する装置に関する。

［従来の技術］ 我国の河川は急流が多く短いため洪水等による濁りは数
日を待たずして流下しもとの清流に復する。しかし一度
ダムが構築されると、粘土鉱物等数ミクロン以下の微粒
子で構成される濁質は沈降が極端に遅いため、貯水がダ
ム湖から流出するまでの期間内に沈降せず、また流量が
制御されて放流されるため河川の濁りが長期化すること
は避け難い。

また渇水期にダムの水位が降下するとバックウオータ部
の堆砂、堆泥が水面上に露出し、未固結の泥土が河川水
によってダム湖内に持ち込まれ濁水が発生する。更には
ダム湖に流入する畜産、工場、生活排水中に含まれる栄
養塩が湖内の生物活動を盛んにし、濁りや異臭を発生し
水質を悪化させる富栄養化現象も生じる。

このような様々な原因によって生じるダム濁水は、河川
景観や淡水漁業等の環境に対して、またそれを取水して
利用する農業、生活用水あるいは工業用等に大きな経済
的影響を与える。

しかし全てのダムが濁水現象を起こす訳ではなく、地形
や地質、植生等の自然環境、開発行為等の社会環境によ
る集水域の地表の性状に左右されるし、またダムの規模
にもよる。経験的にはダム湖水の年間交換回数指数α
（＝年間総流入量／貯水池総容量）が30以上では洪水に
よる濁水の問題は生じないとされている。この指数αは
ダム湖が成層（温度躍層）型であるか否かの指標でもあ
り、αが小さいと（特に10以下では）成層型ダム湖とな
る。温度躍層は夏期に湖水面の温度が上昇し水の密度が
小さくなることによって成形されるもので、この時期に
洪水等により濁水が流入すると、その温度は一般に湖面
水よりも低くかつ濁質を含むので密度がほぼ躍層位置の
密度に等しくなり、濁水はこの位置に潜り込む形で湖内
に流入する。このように安定した成層に濁水が浸入する
と稀釈拡散され難くなり濁質の沈降が妨げられる。この
躍層の位置から取水しているダムであればこの層の水が
排出され尽くすまで濁水が長期化することになる。

ダム湖の濁水対策の一つに選択取水法がある。これは取
水レベルを調節して濁度の高い部分を避け、出来るだけ
湖内を攪拌しないように取水する方法である。

その他、集水域の植生によってダム濁水の発生を防止す
る方法や、ダム湖全体に沈澱促進剤を混入する方法、あ
るいは上流に副ダムを造り洪水時の濁水をそれに一旦貯
留し、水量を調節して下流にトンネルで放流する方法、
推砂を浚渫する方法等も考えられている。

［発明が解決しようとする問題点］ 選択取水法は現時点において最も有効な濁水防止対策で
あるが、取水口を機械的に昇降しなければならないから
既設ダムについては設備の変更が困難な場合が多いし、
要求される清浄化の程度が高く選択取水では対応しきれ
ない場合も多く、抜本的な解決法とはなり得ない。また
洪水の規模が大きくなると温度躍層の上方全体が濁水と
なってしまうため選択取水の効果はなくなってしまう。

植生による防御や砂防設備の設置等はある程度有効では
あるが、地滑りや崩壊等がある場合には不可能だし、我
国においては山地が急峻なため山地への対策で濁質を完
全に抑えることは困難な面が多い。また沈澱促進剤を湖
水全体に混入しようとしても非常に高価となるばかりで
なく混合攪拌が不可能だから効果は少なく。上流に副ダ
ムを造る方法は大土木工事となり経済的に不利であるば
かりでなく副ダムが造れない地形では実施出来ない。

このように従来技術にはそれぞれ解決すべき様々な問題
があり、現時点では選択取水法以外の対策は採られてい
ない。

本発明の目的は、上記のような従来技術の欠点を解消
し、比較的簡単な設備によって濁水が生じた時に放流水
のみを効率よく浄化できる経済的な装置を提供すること
にある。

［問題点を解決するための手段］ 上記のような目的を達成することのできる本発明は、開
口部を備え、上縁に浮きを、下部に錘を取り付けて、ダ
ムの取水口または放水口を囲むように水面から水中に垂
設して、取水口または放水口に向かう水流が前記開口部
を通るように集中させる不透水性のフェンスと、浮きに
沿って薬液注入パイプを配置し、該薬液注入パイプの先
端のノズルが前記開口部近傍で開口する薬剤注入手段
と、前記開口部近傍の水中に設置した気泡発生装置と、
前記取水口または放水口と前記不透水性のフェンスとの
間で、該取水口または放水口を囲むように位置し、上縁
に浮きを、下部に錘を取り付けて水面から水中に垂設し
た濁水物質の流出を阻止する透水性のフェンスを有する
構成である。

ここで「不透水性のフェンス」とは、水の流れを阻止し
て水流がほぼ開口部のみに集中するように制御するもの
をいい、また「透水性のフェンス」とは、構造的に多数
の開口や隙間等が存在して水がある程度自由に通過しう
ようなものをいう。

好ましい実施態様としては、不透水性のフェンスに形成
する開口部を水面直下に切り欠いた矩形状とし、その開
口縁から上流側に樋状の水路を延設し、薬剤注入ノズル
をその上流側端部に設けると共に、気泡発生装置を水路
底部に配置した構成である。前記水路には邪魔板を取り
付けるのが有効である。

２種類のフェンスは取水口等の回りをそれらのみで完全
に取り囲む必要はない。ダム湖の両岸を利用して、前記
取水口等の上流側にそれらフェンスを張り渡す構成も可
能である。本発明において「取水口等を取り囲む」と
は、湖岸やダム等と協働して取り囲む態様をも含んでい
る。これらフェンスは上縁に浮きを、下縁に錘を取り付
けて水中に垂設される。

［作用］ 通常ダム湖の流速は毎秒数mm程度と非常に小さいが、前
記不透水性フェンスによって開口部のみが水路となるよ
うダム湖の流れがその開口部のみに集中するため、該開
口部近傍での流れは局所的にかなり速くなりカルマン渦
が発生する。薬剤注入手段から供給される薬剤は、前記
開口部近傍で生じる湖水の局部的急流によって充分に混
合攪拌される。

薬剤として沈澱促進剤を使用した場合には濁質粒子同士
および粒子と沈澱促進剤との会合が促進され少量の薬剤
で効率よく浄化することが可能となる。このとき気泡発
生装置から大きな気泡を発生させれば、それによって混
合攪拌を更に効率よく行なえる。また富栄養化現象の進
んだダム湖の場合には、濁質はプランクトン類を主とす
る場合が多く、これらを沈降させるとダム湖内の水質が
一層悪化することも考えられる。その時には界面活性剤
など適切な薬剤を選択し、気泡発生装置を作動させ微細
気泡を供給してそれを濁質に付着させることによって濁
質を浮上分離させることも可能である。この気泡発生は
BOD（生物化学的酸素要求量）等で評価される水中の有
機物の分解および浄化にも有効に作用する。

本発明では湖水全体を浄化の対象とするのではなく、開
口部を通過する濁水のみを対象とするものであるから、
処理量が少なく先の薬剤攪拌効果と相俟て経済的に非常
に有利である。

不透水性フェンスの囲みの中に設けた網状等の透水性フ
ェンスは、凝集大粒化した濁質または浮上分離した濁質
が取水口等へ流出するのを防止する機能を果たし、不透
水性フェンスとの間で濁質の集積区域を形成するほか、
透水性フェンス近傍はスラリーブランケットと呼ばれる
濁質濃厚部となり水中の微細濁質を吸蔵付着する機能を
も果たす。また透水性フェンスは、取水口等を取り囲む
フェンス面積を縮小する方向にも作用する。その結果、
各フェンスにかかる水圧等に対する強度の制約を著しく
減少させることが可能となる。

［実施例］ 第１図は本発明に係るダム濁水浄化装置の一実施例を示
す配置図であり、第２図はその断面図である。ダム湖10
は河川からの流水をダム12によって堰き止め一端貯留す
るものであり、貯留した水は取水口14から放流される。

本発明ではダム湖10の取水口14を囲むように不透水性の
フェンス16が設けられ、該フェンス16と前記取水口14と
の間に網状等のフェンス18が設けられる。不透水性のフ
ェンス16としては、例えば合成樹脂製のフィルム、不織
布、緻密な織布等が用いられる。これらのフェンス16,1
8は、上縁に浮き20が、下縁に錘22が取り付けられ、そ
れらによって水面から温度躍層Ｔの下方まで垂設され
る。不透水性のフェンス16は、その一部に開口部24を備
え、湖水の流れをほぼ該開口部24のみに集中させる機能
を果たす。本発明に係る装置はこれらフェンスの他、前
記開口部24を通る湖水の流れに薬剤を供給する薬剤注入
手段および流れに空気を通す気泡発生装置を備えてい
る。

不透水性フェンス16、およびそれに連結される流路の詳
細を第３図に示す。開口部24はフェンス16の上端の一部
を矩形状に切り欠いたものであり、該開口部24から上流
側に樋状の水路30が延設される。この樋状の水路30も不
透水性シートによって形成され、上方に浮き20が、下方
に錘22が取り付けられて所定の形を保つように構成され
る。この水路は第１図に示すように不透水性フェンス16
の適宜個所に複数個設けてよい。

薬剤注入用のパイプ32は浮き20に沿って配置され、その
先端のノズル34は水路30の上流側端部近傍で開口する。
また該水路30の底部には気泡発生装置36が取り付けられ
る。水路30の内部には邪魔板38を取り付けるのが望まし
い。薬液は各薬液注入パイプ32を通りノズル34から湖水
中に放散される。気泡発生装置36には送気パイプ40を通
って加圧空気が供給され、薬剤を含む流れに対して微細
気泡を発生させる。

次に本発明装置の動作について第４図および第５図によ
り説明する。取水口14の回りにフェンス16が水面から温
度躍層Ｔの下方まで垂設されており、取水口14は湖底の
冷水塊を取り入れないように水面から躍層Ｔまでの範囲
内で設定されるのが一般的だから、取水レベルの流れは
このフェンス16で充分規制される。躍層Ｔより下まで垂
設すれば、その下方を流れようとする水は密度の大きい
冷水塊によって受け止められ、流れが阻害されるからで
ある。従って全て前記水路34および開口部24を流過しよ
うとするから（矢印Ａ参照）、その部分での流速は局部
的に増加する。

水路30は流入する湖水と注入する薬液との混合攪拌を促
進する機能を果たす。濁質を沈澱させたい場合にはノズ
ル34から沈澱促進剤を供給する。それによって湖水と沈
澱促進剤とが混合攪拌され、開口部24を通過した後では
濁質が凝集大粒化することと流速が極端に低下すること
とが相俟て直ちに沈降することになる。このとき気泡発
生装置36から大きな気泡を発生させれば混合攪拌をより
一層促進させることができる。網状のフェンス18は濁質
が取水口14に至らないようにする機能を果たす。またこ
の網状のフェンス18近傍は、硅藻や濁質が付着して濁質
濃厚部（スラリーブランケット）を形成し、一種の濾材
のような作用を果たし流過する水の浄化を促進する。富
栄養化現象が進んだダム湖の場合には、界面活性剤等の
薬剤を供給するとともに、気泡発生装置36から微細な気
泡を放出させて気泡を濁質に付着させ、それによってプ
ランクトン類等の濁質42を浮上分離し不透水性フェンス
16と網状フェンス18との間の領域に集める。

一般に濁質を除去する方法としては、沈降による分離、
浮上による分離、付着による分離があるが、本発明では
沈降と付着もしくは浮上と付着を流入してくる濁水の性
状に応じて選定し最適条件で分離することが可能であ
る。

上記実施例では不透水性フェンスの開口部に水路を連結
しているが、開口部のみでもよい。水路を設けて更に邪
魔板等を取り付ければ、薬液との混合攪拌距離が長くな
り、薬液の効果を充分高めることが出来ると共に両フェ
ンスの間隔を短くでき装置を小型化できる点で有利であ
る。上記実施例では透水性フェンスとして網状フェンス
を用いているが、そに代えて多数の穴が穿設されたフェ
ンスや簾状あるいは暖簾状のフェンス等を用いてもよ
い。勿論フェンスは湖底に至るまで設けてもよい。また
ダム湖の両湖岸間にこのようなフェンスを張設すること
によって取水口等の一部を取り囲むような構成としても
よい。両フェンスはそれぞれ多重構造とすることも可能
である。流れの量を制御するためには開口部の大きさを
可変出来るような機構を付与したり、あるいは水路を開
閉自在の構造としてもよい。

ところでこのようなフェンスにかかる圧力は、静水圧、
流動圧、波浪圧の３種類に分類して考えることができる
が、このうち強風時に発生する波浪圧が最も大きい。そ
れに対処するためには、湖岸からの動力または浮きに取
り付けた動力等によりフェンスを巻き上げれるような構
造とするのが望ましい。

［発明の効果］ 本発明によればダム湖の流れをフェンスによって規制し
局部的に急流を形成して薬剤を供給混合するように構成
しているので、薬剤と濁水との混合撹拌を効率良く行わ
せることができ、濁質除去が促進されるという優れた効
果を奏する。薬剤として沈澱促進剤を使った場合には濁
質粒子の会合が促進され透水性のフェンスとの間に濃縮
され沈降除去が促進される。また濁質が有害物または有
機物である場合には界面活性剤等の使用と微細気泡の付
着によって濁質を浮上させ分離回収することができる。
つまり本発明では沈降、浮上、付着という３種類の濁質
除去方法を使い分けることができるため、いかなる濁質
にも対応できるという極めて優れた効果を有する。

また本発明では取水口等を取り囲む構造であるから、取
水量だけを対象に薬剤を添加し混合撹拌して分離するこ
とになり、ダム湖全体の水量を処理対象とするのと異な
り薬剤の使用量を大幅に節約できるし、殆ど静止状態に
あるダム湖内に全く動力を用いることなく攪拌流をつく
り、それによって薬剤を効果的に作用させることがで
き、また本発明は濁水状態が悪化したときのみ運転操作
すればよいから運転コストも安くなり極めて経済的であ
る。

更に本発明は比較的可撓性を有する素材で構成されてい
るから、設置や保守が容易であり既設ダムへも適用でき
る等の優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るダム濁水浄化装置の一実施例を示
す配置図、第２図はその断面図、第３図は不透水性フェ
ンスとそれに連結された水路の一例を示す説明図、第４
図および第５図は本発明に係る装置の動作説明図であ
る。 10……ダム湖、12……ダム、14……取水口、16……不透
水性フェンス、18……網状フェンス、24……開口部、30
……水路、32……薬液注入パイプ、34……ノズル、36…
…気泡発生装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】開口部を備え、上縁に浮きを、下部に錘を
   取り付けて、ダムの取水口または放水口を囲むように水
   面から水中に垂設して、取水口または放水口に向かう水
   流が前記開口部を通るように集中させる不透水性のフェ
   ンスと、浮きに沿って薬液注入パイプを配置し、該薬液
   注入パイプの先端のノズルが前記開口部近傍で開口する
   薬剤注入手段と、前記開口部近傍の水中に設置した気泡
   発生装置と、前記取水口または放水口と前記不透水性の
   フェンスとの間で、該取水口または放水口を囲むように
   位置し、上縁に浮きを、下部に錘を取り付けて水面から
   水中に垂設した濁水物質の流出を阻止する透水性のフェ
   ンスを有することを特徴とするダム濁水の浄化装置。