JP2004113920A

JP2004113920A - 曳航式潜水気体溶解装置

Info

Publication number: JP2004113920A
Application number: JP2002280194A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Hatakeyama; 畠山　和夫
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2004-04-15

Abstract

【課題】全水域全深度に対して、まんべんなく過飽和酸素水を行き渡らせることができ、低酸素で問題となる水域、水深に対してピンポイントの過飽和酸素水注入が出来る曳航式潜水気体溶解装置を提供する。
【解決手段】酸素発生装置を搭載した母船と、所定の水深を移動しながらその水深の水をタンクに水を取り入れる潜水体とからなり、前記タンク内に前記酸素発生装置で発生した酸素を注入しミキシングして水中に放出するように構成した。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は海洋、湖沼、池等の比較的深い閉鎖水域等における下層の貧酸素水域の水質改善システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
海（港湾）、湖沼、河川、ダム、堀等には生活排水や産業排水等が流入し、汚濁負荷を増大させている。また、港湾、ダム、堰は人工的な閉鎖性水域となり、自浄作用に必要な酸素を供給できなくなる。特に下層は酸素供給が消費量より少なくなり貧酸素状態となってしまう。
【０００３】
下層水が貧酸素状態に陥ると、底泥中の有機物は嫌気分解され、硫化水素やメタンガス等の生物にとって有害な物質が生成される。
また、底泥が酸素不足になるとリン等の栄養塩が溶出し易くなり、水中の栄養塩濃度を高め、赤潮等、植物プランクトンの異常増殖を引き起こす原因となる。
【０００４】
図５は、港湾、湖沼、ダム湖等（以下これらを総称して湖沼という）において夏季は水面付近（上層）は温度が高く、水深が下がると急に温度が低下する温度躍層Ａが形成された状態を示すもので、水底（下層）付近は温度が一番低くなっている（実線Ｃは温度分布曲線を示している）。
【０００５】
こうした状態では下層の温度が低く密度が大きい水は水塊を形成しており、表層付近の水温が高く密度が小さい水との混ざり合いはほとんどない。
従って、表層付近の溶存酸素濃度の高い水は、下層へ供給されることはなく、下層の貧酸素状態は解消されない状態となっている。
【０００６】
このようなことは水温による場所だけでなく、汽水域のように塩分濃度の急激な変化が起きる塩分躍層の形成によっても同様な現象を生ずる。
本発明では温度や塩分濃度（密度）が急変している部分より深い層を下層と定義する。
【０００７】
図６はこのように劣化した下層の水質を改善する従来の装置を示すもので、特開平８−２４７９に開示されている。
図６に開示された技術は、水域浄化船１０に加圧タンク２２を搭載し、加圧タンク２２に、表層水をポンプ８で送入するとともにエアブロワー１４で散気管１５を介して空気を供給し、溶存酸素量の増加した加圧タンク２２内の原水を、ウインチ１３により開口部深度を調節可能な傾斜型水中送水管１１により、底層水へ送出して、底層部の溶存酸素を増加して水域の浄化をはかるものである。
【０００８】
さらに船体搭載した推進装置１６で船体を自走させながら水質浄化を行なうことで、広範囲の水域浄化を可能にし、推進装置１６の吐出水を流向コントロール装置１７で底層部へ噴出させて、底層部の浄化に利用するというものである。
【０００９】
なお、１５は加圧タンク２２の底部に取付けられた散気管、１８は先端部に底泥耕運２０を備えたフレキシブルホース。１９は水ジェット噴射ノズル、２４は水底、２５は表層水の吸引ホース、２６は吊下げ格納装置である。
【００１０】
このような構成によれば酸素溶存度の高い水を一定水深に吐出し、且つ、自航することにより局所的な順還流の発生を防ぎ、広範囲な水域を改善することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来例においては改善すべき水深が固定されたものとなり、水底までの深さが変化するような未知の深さの水域では効率が悪いという問題があった。また、浄化範囲は水域浄化船１０の移動範囲に限られるという問題があった。
【００１２】
本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、深さに合わせて潜水体の位置を移動させるとともに母船の位置より広い範囲の領域の水質改善が可能な曳航式潜水気体溶解装置を提供ことを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成する為に本発明は、
請求項１の曳航式潜水気体溶解装置においては、
酸素発生装置を搭載した母船と、所定の水深を移動しながらその水深の水をタンクに水を取り入れる潜水体とからなり、前記タンク内に前記酸素発生装置で発生した酸素を注入しミキシングして水中に放出するように構成したことを特徴とする。
【００１４】
請求項２においては、請求項１記載の曳航式潜水気体溶解装置において、
前記母船には前記潜水体の位置及び姿勢を制御する制御機器が搭載され、前記潜水体を所定の水深の範囲で制御するように構成したことを特徴とする。
【００１５】
請求項３においては、請求項１記載の曳航式潜水気体溶解装置において、
前記母船と潜水体は曳航索により結ばれており、曳航索の内側若しくは外側に電源ケーブル、制御ケーブル及び酸素チューブを有することを特徴とする。
【００１６】
請求項４においては、請求項１記載の曳航式潜水気体溶解装置において、
前記潜水体は深度計及び溶存酸素計を有し、前記酸素発生装置で発生させた酸素と所望の水深の水をミキシング後の溶存酸素量と水中に放出された後の溶存酸素量を測定することを特徴とする。
【００１７】
請求項５においては、請求項１記載の曳航式潜水気体溶解装置において、
前記潜水体は尾翼及び水平維持手段を有しており、前記制御機器の指令により定点における静止状態での運転や曳航平行運動、曳航円周運動、１８０度反転運動、３６０度反転運動、自律８の字運動の少なくとも一つを行うようにしたことを特徴とする。
【００１８】
請求項６においては、請求項１記載の曳航式潜水気体溶解装置において、
前記酸素発生装置で発生した酸素は前記潜水体に設けた水中ポンプの下流側に注入するように構成したことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の曳航式潜水気体溶解装置の構成例を示す概略図である。図において、３０は母船であり、この母船には図では省略するが、発電機、コンプレッサ、酸素発生装置、制御機器などが搭載されており、位置、コース維持のためにＧＰＳ航行も可能とされている。３１は潜水体であり、気体溶解装置として機能する。この潜水体３１にはソナー３２や水深センサー３３、溶存酸素計（以下ＤＯ計という）３４等が装備されている。
【００２０】
３５は曳航索であり、この曳航索の内側又は外側には電源ケーブル、制御ケーブル、酸素チューブなどが設けられている。
図２は潜水体の平面図、図３は正面図である。これらの図において潜水体３１の前部には水の吸込み口３６が形成され、吸込み口の端部には水中ポンプ３７が配置されている。３８はバラストタンク、３２はソナー、３３は深度計、４０は前後、上下推進用電動機およびプロペラであり、潜水体の自走を可能としたり、母船が低速になった時の舵の利きの悪さを補助するものである。
【００２１】
４１はミキシングタンク、４２は酸素ノズルであり一端は前述の酸素ケーブルに接続され他端はミキシングタンク内の出口付近に配置されている。４３は流量計でミキシングタンク４１から排出される気体溶解水の流量を監視する。
【００２２】
４４はミキシングタンクからの排出流量を調整する調節弁、４５は気体溶解水の吐出口である。３４ａ，３４ｂはＤＯ計で３４ａは気体溶解水（処理水）の酸素濃度を測定し、３４ｂは排出口から処理水が吐出した後の混合水の酸素濃度を測定する。４７はＤＯ計のサンプル水配管である。
【００２３】
４８は潜水体の曳航方向を上下左右に制御する尾翼。４９は２軸サーボで尾翼をバランスさせながら動作させるための動力源。５０は母船からの指令に基づいて各部の機器を動作させる制御部である。
【００２４】
上述の構成において、曳航索により母船３０に繋がれた潜水体３１は母船の移動に伴って予め設定された水深範囲の水中を移動する。この場合、潜水体３１は底面の細かな凹凸には反応せず所定の範囲を超える凹凸があった場合のみ上下動を行うように設定する。
【００２５】
下層の水は母船３０の前方に設けられた吸込み口３２を介して水中ポンプ３７からミキシングタンク４１内に導入される。このタンク内には母船に搭載された酸素発生装置により生成された９５％の酸素がエアコンプレッサにより酸素チューブ及び酸素ノズル４２を介して注入される。
【００２６】
この場合、酸素ノズル４２の吹出口が水中ポンプに近いとキャビテーションが発生してポンプインペラーのエロージョンや効率低下の原因となるので吹出口は水中ポンプの後方が望ましい。酸素が吹き込まれた気体溶解水は流量計４３、調節弁４４を経て吐出口４５から排出される。
【００２７】
なお、流量計４３の後段に設けられたＤＯ計３４ｂは酸素注入後の処理水の酸素濃度を測定し、船尾に設けられたＤＯ計は気体溶解水を排出した後に下層水と混合した水の酸素濃度を測定する。
【００２８】
また、調節弁４４は水温などによって変化する溶存酸素濃度に対してタンクから吐出する処理水の排出量の調整装置として機能する。
図３は潜水体３１の動作を示すもので、母船からの尾翼制御指令による動きを示している。Ａは母船３０の進行方向に所定の距離ａを隔てて曳航平行運動をしている状態。
【００２９】
Ｂは所定の角度θの範囲を曳航円周運動をしている状態。
Ｃは３６０度反転運動をしている状態。
Ｄは１８０度反転運動をしている状態。
Ｅは自律８の字運動をしている状態を示している。
【００３０】
このように任意の地点と水深において潜水体３１を曳航しながらその場で３次元の姿勢変更ができるので、水底の地形に沿って木目細かく高濃度酸素水を広角度、広範囲に渡って散布可能である。
【００３１】
本発明の以上の説明は、説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの変更、変形をなし得ることは当業者に明らかである。例えば潜水体の装備や配置形状等は実施例に限るものではない。
特許請求の範囲の欄の記載により定義される本発明の範囲は、その範囲内の変更、変形を包含するものとする。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、全水域全深度に対して、まんべんなく過飽和酸素水を行き渡らせることができ、低酸素で問題となる水域、水深に対してピンポイントの過飽和酸素水注入が出来る。また、母船側に酸素発生装置や潜水体の位置及び姿勢を制御する制御機器を搭載しているので高い信頼性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の一例を示す図である。
【図２】本発明で使用する潜水体の一例を示す平面図である。
【図３】本発明で使用する潜水体の一例を示す正面図である。
【図４】本発明で使用する潜水体の動作を示す図である。
【図５】温度躍層Ａが形成された状態を示す説明図である。
【図６】従来例を示す図である。
【符号の説明】
３０　　母船
３１　　潜水体
３２　　ソナー
３３　　水深センサ（深度計）
３４　　溶存酸素計（ＤＯセンサ）
３５　　曳航索
３６　　吸込み口
３７　　水中ポンプ
３８　　バラストタンク
４０　　電動機とプロペラ
４１　　ミキシングタンク
４２　　酸素ノズル
４３　　流量計
４４　　調節弁
４５　　吐出口
４７　　サンプル水配管
４８　　尾翼
４９　　３軸サーボ
５０　　制御部

Claims

酸素発生装置を搭載した母船と、所定の水深を移動しながらその水深の水をタンクに水を取り入れる潜水体とからなり、前記タンク内に前記酸素発生装置で発生した酸素を注入しミキシングして水中に放出するように構成したことを特徴とする曳航式潜水気体溶解装置。
前記母船には前記潜水体の位置及び姿勢を制御する制御機器が搭載され、前記潜水体を所定の水深の範囲で制御するように構成したことを特徴とする請求項１記載の曳航式潜水気体溶解装置。
前記母船と潜水体は曳航索により結ばれており、曳航索の内側若しくは外側に電源ケーブル、制御ケーブル及び酸素チューブを有することを特徴とする請求項１記載の曳航式潜水気体溶解装置。
前記潜水体は深度計及び溶存酸素計を有し、前記酸素発生装置で発生させた酸素と所望の水深の水をミキシング後の溶存酸素量と水中に放出された後の溶存酸素量を測定することを特徴とする請求項１記載の曳航式潜水気体溶解装置。
前記潜水体は尾翼及び水平維持手段を有しており、前記制御機器の指令により定点における静止状態での運転や曳航平行運動、曳航円周運動、１８０度反転運動、３６０度反転運動、自律８の字運動の少なくとも一つを行うようにしたことを特徴とする請求項１記載の曳航式潜水気体溶解装置。
前記酸素発生装置で発生した酸素は前記潜水体に設けた水中ポンプの下流側に注入するように構成したことを特徴とする請求項１記載の曳航式潜水気体溶解装置。