JPS6351078B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、貯水池等に於いて用いられる汚水浄
化装置の制御方法に関する。 貯水池、ダム等において、その水を浄化するた
めに空気ジエツト式汚水浄化装置がしばしば用い
られている。これらの水域に於て一般に春から秋
にかけての成層期になると水面近くに温度の高い
従つて密度の小さい水が停滞し中層にできる急激
に温度が変化する温度躍層を境として、上下水の
対流が停止し底層が無酸素に近い状態となること
がある。上記の装置は、水中に垂直に設置される
直立管の下に空気を供給し逆サイホン原理を利用
して空気による上向きのジエツト噴流を作り、こ
れにより無酸素状態の底層水を水面に強制的に押
し上げるものである。押し上げられた底層水は水
面で空気と接触することより酸素溶存率を高め、
かかる作業が連続的に行われることにより、貯水
池内には対流が形成され、貯水池全体の水の水質
が改善されるものである。 このような装置が用いられるメリツトは、外部
から空気を送るだけでかなりの水質改善効果をあ
げられ、また、操作及び保守が簡単であるという
点と、水中に一旦生じた対流は比較的長時間継続
され、駆動エネルギーを多く必要としないという
点である。 併し乍ら従来のこの装置の駆動制御は対象とす
る貯水池等の長期間に亘る水質調査データに基づ
き駆動時間等の相関関係とにより行なわれて初め
て効率良く運転されるものであり、又特に夜間気
温が水温より低下する時には運転を停止するなど
の操作をする場合もあつた。この為その運転には
操作専任者を要することが多く又最適駆動制御の
為には対象貯水池等の固有の諸条件を勘案しつつ
長期に亘る水質調査を余儀なくされる。 しかし、このような調査データ等によつて求め
られた駆動制御方法が水質改善に最適であるかど
うかは頗る疑問である。何故なら、貯水池等の水
質に影響を与える条件は、気象条件その他により
変化するからである。すなわち、貯水池等の水質
は、日照時間、外気温度、流入する河川（水）の
量によつて極めて大きな影響を受け、これらの条
件は決して定常的ではないのである。従つて、汚
水浄化装置もこれら変化する諸条件に対応して運
転するのが理想である。水質の悪化は、短時間に
幾何級数的に増加するプランクトンの異常発生が
主たる原因であり、一旦これが発生すると貯水池
内全体にカビ臭、腐敗臭が広がり、その臭いは長
期に亘つて残存するばかりでなく、プランクトン
の異常発生の一種である赤潮の発生は貯水池内に
於ける魚介類に甚大なる被害を与えまた、これに
よつて水質がさらに悪化するという悪循環が生ず
る。 勿論、汚水浄化装置を無制限に設置し、連続運
転すれば、このような状況に陥ることを回避でき
るが、この様な運転方法をした場合のエネルギー
消費量はこの種機器に於いても厖大なものとな
る。 発明者は以上の点に鑑み永年に亘る研究、調査
の結果から、貯水池等に於ける水質悪化の主たる
原因が、温度躍層の形成による上下水対流の停滞
であることに着目し、本発明をするに致つた。 すなわち、一般に気温が水温を下まわる秋から
春にかけての循環期には上下水の自然循環が行な
われるため、水質がほゞ均一に保たれ、又春から
秋にかけての成層期には水中に水平方向の温度躍
層を形成し、これを境に上下水の対流が停止する
ことが水温の分布によつて知れる。 例えば、水深20ｍ程度の貯水池に於ては、その
地形、水底の形状等によつても異なるが、一般に
自然循環期には温度は深さに対し、直線的に変化
し、上層と底層の温度差は２℃前後にしかなら
ず、一方春から秋にかけての成層期には、水中に
５〜10ｍ程度の巾で15℃以上の温度差を持つ温度
躍層が形成されるので、上層と底層の温度差は15
℃〜30℃にまで達する。 この為、循環期には、自然対流により貯水池の
水全体が均一に表層に送られ、酸素の供給と太陽
の日射を受けるので、植物プランクトンも集中発
生することがないが、成層期になると、表層では
日射を集中的に受け、水温上昇とともに、植物プ
ランクトンが集中して異常発生し、中底層では、
酸素が消費されても供給がないので、無酸素状態
となり、その結果、貯水池の水質が悪化するもの
である。従つて、貯水池内の温度差は、水質汚染
の大きな指標となり、それが異常な場合にのみ所
望時間装置を運転し、正常の温度分布となつたと
き運転を停止すれば水質悪化の原因のほとんどが
除去されることになる。 本発明はこのような点に着服し完成されたもの
であり、その要旨とするところは、水中に直立せ
しめられる直立筒の下方に送気装置を用いて空気
を送り、直立筒内を噴射的に上昇する気流エネル
ギーにより直立筒周囲の水域に対流を生ぜしめる
汚水浄化装置に於いて、前記直立筒に沿つて任意
の間隔で設けられた温度センサにより直立筒周辺
水域の垂直温度分布を測定し、いずれかの２点間
の温度センサの測定値から単位深さ当りの温度差
を求め、その値が設定した値を越えたときのみ送
気装置を駆動する汚水浄化装置の制御方法であ
る。 まず、汚水浄化装置について図面に従つて説明
すると、１は上下両端を開放した直立筒体で、そ
の上端周囲には浮子２を取付け、下端にはチエー
ン３等を介してコンクリート等からなる重錘４を
連結し、直立筒体１は、水底に着座する重錘４と
上部の浮子２とによつて水中において直立状態に
保持される。５は、直立筒１を適宜の長さに連結
するためのフランジ、６は、連結部分の折曲を防
止するためのリング状の補強板であり、ボルト７
で、フランジ５，５と補強板６はしつかりと連結
される。直立筒体１の下端より適当な高さの位置
には筒体内部を塞ぐ天井板８を固着し、その中央
部には上下両端を開放した噴気管９を貫通状態に
固定し、この噴気管９と筒体１との間には、上部
に通気孔１０を有する空気筒１１を設け、空気筒
１１の上端は前記天井板８に取付け、筒体１と空
気筒１１と噴気管９との周囲には、通気孔１０に
よつて連通する環状の空気貯溜隙１２，１３を形
成し、さらに空気筒１１の外側には空気貯溜隙１
２に向つて圧縮空気を送るための可撓性送気管１
４と連結する口管１５を取付ける。水面１６に浮
いている１７は、フロートで、ロープ１８を介し
て、フロート１７は重錘４に連結されている。 以上のように構成された汚水浄化装置におい
て、直立筒体１を水中に入れれば、下部の重錘４
が水底に座り、上端は浮子２に浮力があるから、
第１図に示す如く水中に直立した状態に保持さ
れ、その内部には水が充満する。そこで送気管１
４を通じて圧縮空気を送入すれば、圧縮空気は口
管１５を経て外側の空気貯溜隙１２内に送られ、
通気孔１０を通して内側貯溜隙１３に侵入し、内
外貯溜隙１３，１２内における底層水を押し上げ
て天井板８との間に貯溜される。かくしてこの部
分に圧縮空気が貯溜されてその部分の水面が次第
に下降し、その水面が中心部の噴気管９の下端
９′より下方に下がると、内外貯溜隙１３，１２
に蓄積された圧縮空気は、一気に噴気管９内に押
出され、噴気管９の上端口から直立筒体１内を急
速に上昇し、筒体１の上端口から爆発的に大気中
に拡散し、その結果下層の水が水面に上昇し直立
筒１の周囲の水域に対流が生ずる。勿論本発明に
於いて制御対象となる汚水浄化装置は以上の実施
例に掲げた装置に限定されるものではなく、水中
に直立筒が設立されこの直立筒の下方に空気を送
り、その空気の噴射的上昇エネルギーを利用して
直立筒下方の水を直立筒内を通過させて上方に送
り直立筒周囲の水域に対流を生ぜしめるものであ
れば何でもよい。 一方、１９は、直立筒１の筒壁に適宜の間隔を
開けて垂直方向に複数設けられた温度センサであ
り、具体的には、例えばサーミスタなどが用いら
れる。各温度センサ１９により検知された温度
は、そのセンサ１３が設置された深度における温
度であり、この温度は電気信号に変換されて演算
装置２０に入力される。演算制御装置２０は、任
意のセンサ１９間の温度差を計算し、その値から
単位深さ当りの単位温度差を求め、その単位温度
差がある値を超えたとき、直立筒１へ送気管１４
を介して空気を送る空気供給装置２１を駆動す
る。該装置は、求められた単位温度に応じて間欠
運転または連続運転される。 ここでいう単位温度差とは直立筒１の垂直方向
に沿つて任意の間隔で取りつけられた温度センサ
１９で測定される。深さdiに於ける温度をtiとす
ると、任意の隣接するセンサ１９，１９間の深度
差、温度差からｉ番目と（ｉ＋１）番目のセンサ
間の単位温度差aiを求める。すなわち ai＝ti−t_i+1／d_i+1−di（ｉ＝０、１、２、………、ｉ
、… ……） なる式でaiの値を求め、その中の最大値a_naxを最
大単位温度差とし、a_naxの値により、該装置の運
転を制御するものである。 この制御を更に実施例に従つて詳しく説明する
と、発明者の調査による表１の測定データ及びこ
れをグラフに表わした第５図に示される様に、汚
水浄化装置の使用前と後で深さによる温度の分布
が大きく異つており、この例によると約３ｍ乃至
10ｍの深さの間に温度躍層が形成されていること
が確認できた。これは、水面から深さ20ｍ迄の間
に１ｍから２ｍの間隔で取りつけられた温度セン
サにより測定された水温であり、この結果から最
大単位温度差を算出すると、該装置の使用前に於
て深さ３ｍから４ｍの間の温度差４℃が最大であ
り、最大単位温度差は４℃／ｍとなる。該装置使
用後に於ける最大単位温度差は0.5℃／ｍとなる。

【表】 従つて、演算制御装置２０に、最大単位温度差
の標準値を例えば0.5℃／ｍ、２℃／ｍとして入
力し、計算された最大単位温度差が、この標準値
を越えるものであるかどうかを比較し得る状態に
しておく。 このような状態で温度センサ１９で貯水池内の
深さ毎の温度を求め、隣接するいずれかの温度セ
ンサ１９により検知された最大単位温度差が、
0.5℃／ｍ以下の場合には、演算制御装置２０か
ら何の信号も送らず、0.5℃／ｍを超え２℃／ｍ
未満の場合には汚染のおそれありと判断して空気
供給装置１５を間欠運動させる信号を送り、２
℃／ｍ以上の場合には、汚染がかなり進んだもの
と判断し連続運転させる信号を送るようにした。 すなわちa_nax0.5℃／ｍのとき、運転停止、
0.5℃／ｍa_nax＜２℃／ｍのとき間欠運転、２
℃／ｍa_naxのとき連続運転させた。以上のよう
にして汚水浄化装置を駆動制御した結果、水中の
成層が破壊され、底層水の酸素溶存量が上層水の
それとほぼ等しくなり、多大なエネルギーを要せ
ずして、良好な水質条件を満たす状態になつたこ
とが確認された。（表１及び第５図参照）。 以上の如く本発明の制御方法は、直立筒１の周
囲の垂直温度分布を調べそれが標準値を超える場
合にその超過の量に応じて間欠運転または連続運
転をすべく空気供給装置２１を駆動するので、停
滞した水層乃至水塊があつた場合、また、そのよ
うな水層乃至水塊が形成されるおそれがある場
合、いち早くこれを検知して汚水発生原因を迅速
に除去できるものであり、管理者を必要とせず、
省エネルギーにも役立ち、貯水池内の水質をたえ
ず理想状態に保つものである。また、本制御方法
は、大旨その貯水池の深さ、形状等より、正常時
における水面と水底の温度差を推定することがで
き、実施に際して、設置する貯水池の個有条件を
詳細に調べる必要がないので、簡単に実施出来る
と共に確実な汚水浄化効果が得られるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は汚水浄化装置の設置状態を示す正面
図、第２図は第１図の要部の拡大断面図、第３図
は制御系を示すブロツク図、第４図は、水中の深
さと温度の関係を示すグラフ、第５図は、実施例
の表１に対応するグラフである。 １……直立筒体、２……浮子、４……重錘、９
……噴気筒、１４……送気パイプ、１９……温度
センサ、２０……演算制御装置、２１……空気供
給装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 水中に直立せられる直立管の下方に送気パイ
   プを介して空気供給装置により空気を送り、直立
   筒内を噴射的に上昇する気流エネルギーを利用し
   て直立筒下方の水を上方に送る貯水池等における
   汚水浄化装置において、前記直立筒の筒壁に垂直
   方向に任意の間隔を設けて複数取付けられた温度
   センサにより、直立筒周囲の垂直温度分布を測定
   して演算制御装置に入力し、該演算制御装置で各
   センサ間の温度差を予め記憶させた標準値と比較
   し、その温度差が標準値を超える度合に応じて前
   記空気供給装置を間欠的にまたは連続的に運転制
   御することを特徴とした制御方法。