JP2004232698A - ロータリバルブ並びにそれを用いた散気装置及び散気システム - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の膜式散気装置を用いて散気を行う際に、一部の散気装置をブローダウンしたときに他の散気装置における風量のバラツキ及び空気圧の変動を抑制することが可能なロータリバルブ、並びにそのロータリバルブの使用により均一且つ安定的な散気を行うことが可能な散気装置及び散気システムの提供。
【解決手段】ケーシング2と弁体3との相対運動により複数の流出路24を選択的に連通又は遮断して流路切替を行うロータリバルブ1において、ケーシング2の流出路24近傍に貫通孔25を設け、弁体3には、流出路24の一部を連通して流路を形成する第1連通路32と、第1連通路32により流出路24の一部が連通したときに遮断した他の流出路24と貫通孔25とを連通して流出路24内の流体を貫通孔25から排出させる第2連通路33と、を設ける。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータリバルブ並びにそれを用いた散気装置及び散気システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、排水の活性汚泥処理(生物処理)等において、被処理水に空気を供給する際には、例えば板状又は筒状に成形された多孔質セラミックの壁孔(散気孔)から気泡を発生させる散気装置が使用される。このような散気装置の場合、被処理水中で通気を停止すると汚泥等により散気孔が閉塞するため、装置の運転中は通気を停止することができない。通気を停止する際には、通常、被処理水を抜き出して処理槽内を空にしてから通気を停止する必要がある。
【0003】
そこで近年、膜式散気装置の使用が検討されている(例えば、特許文献1参照)。膜式散気装置は、空気圧により膨張すると散気孔を生じる散気膜を利用したものであり、通気を停止すると散気膜が平滑なシート状に戻り散気孔が見かけ上消失するので、被処理水中で通気を停止しても散気孔の閉塞が起こりにくいという利点を有している。
【0004】
このような膜式散気装置を用いる場合、送風機からの空気供給ラインを分岐させて処理槽内に導き、分岐ラインのそれぞれに膜式散気装置を接続し、複数の膜式散気装置により散気を行うことが多い。
【0005】
【特許文献1】
特表2001−504754号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、膜式散気装置であっても、長時間連続して装置を運転すると、運転中に被処理水中の浮遊物等が散気孔に付着し、その結果、散気装置内の空気圧の上昇や散気孔の閉塞が生じることがある。
【0007】
この場合、散気孔の付着物を除去する方法として、散気装置のブローダウン(通気の停止及び再通気)が考えられる。しかし、処理槽内の全ての散気装置について同時にブローダウンを行うと、汚泥が沈降して処理槽底部に堆積し、再通気しても沈降した汚泥が被処理水中に拡散しにくくなるため、活性汚泥処理の処理効率が低下する原因となる。
【0008】
なお、一部の散気装置にブローダウンを行い、そのブローダウンが行われている間は他の散気装置により散気を継続させることで、汚泥の沈降を防止することは可能である。しかし、一部の散気装置についてブローダウンを行うと、他の散気装置において風量のバラツキや空気圧の変動が起こりやすくなる。
【0009】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、複数の膜式散気装置を用いて散気を行う際に、一部の散気装置をブローダウンしたときに他の散気装置における風量のバラツキ及び空気圧の変動を抑制することが可能なロータリバルブ、並びにそのロータリバルブの使用により均一且つ安定的な散気を行うことが可能な散気装置及び散気システムを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のロータリバルブは、流入路及び複数の流出路を有するケーシングと、ケーシング内に回転可能に設けられた弁体と、弁体を回転駆動する駆動装置と、を備え、流入路からケーシング内に流入する流体を流出路から流出させる際に、ケーシングと弁体との相対運動により流出路を選択的に連通又は遮断して流路切替を行うロータリバルブであって、ケーシングの流出路それぞれの近傍には貫通孔が設けられており、弁体には、流出路の一部を連通して流路を形成する第1連通路と、該第1連通路により流出路の一部が連通したときに遮断した他の流出路と貫通孔とを連通して該流出路内の流体を貫通孔から排出させる第2連通路と、が設けられていることを特徴とする。
【0011】
本発明のロータリバルブにおいては、ケーシングの流出路に対応して、ケーシングに貫通孔を、弁体に第1連通路及び第2連通路をそれぞれ設け、第1連通路により流出路の一部を連通して流路を形成したときに遮断した他の流通路と貫通孔とを第2連通路を介して連通することによって、遮断した流出路内に加圧流体が存在するときには当該加圧流体が第2連通路を通って貫通孔から放出するので、配管内の圧力を効率よく低下させることができる。また、かかる流体の排出の際にも連通した他の流出路への流体の供給は継続されるが、遮断された流出路における流体の圧力、流量等が他の流出路における流体の流出に及ぼす影響を十分に抑制することができるので、安定的な流路切替が実現可能となる。
【0012】
また、本発明のロータリバルブは、ケーシングが、複数の流出路及び該流出路に対応して設けられた複数の貫通孔を有する固定プレートを有し、弁体が、ケーシングの内側から流出路の開口を覆うように固定プレートに摺接するバルブシートであることを特徴としてもよい。このように、平板状弁体であるバルブシートを、ケーシングの内側から流出路の開口を覆うように固定プレートに摺接させることで、遮断された流出路における流体の圧力、流量等が他の流出路における流体の流出に及ぼす影響をより高水準で抑制することができる。
【0013】
また、本発明のロータリバルブは、駆動装置がステッピングモータであり、(N+1)個の流出路及び(N+1)個の貫通孔がそれぞれ弁体の回転軸の周方向に等配して設けられた固体プレートに対して、流出路のそれぞれに対応する(N+1)個の第1連通路形成予定領域のうちN個に第1連通路が設けられていると共に残りの1個の第1連通路形成予定領域に第2連通路が設けられたバルブシートを、{360/(N+1)}°ずつ回転させて流路切替を行うことものであることを特徴としてもよい。ここで、Nは1以上の整数である。このように、個数及び位置がそれぞれ上記の条件を満たすように流出路、貫通孔、第1連通路、第2連通路を形成し、ステッピングモータにより固定プレートに対してバルブシートを(360/N)°ずつ回転させることで、流通路の遮断がバルブシートの回転軸の周方向に沿って順次行われるので、操作の自動化及び効率化の点で有効である。
【0014】
また、本発明のロータリバルブは、第2連通路が、バルブシートの固定プレート側の面に形成された溝であることを特徴としてもよい。第2連通路はバルブシートの内部に形成してもよいが、上述のように固定プレート側の面に溝を形成して第2連通路とすることで、目的の機能を有するバルブシートを容易に成型することができ、また、ケーシング内の流体や押付け部材による外力に対する弁体の強度を高めることができる。
【0015】
また、本発明の散気装置は、上記本発明のロータリバルブと、一端がロータリバルブの流出路のそれぞれに連結された複数の配管と、配管のそれぞれの他端に連結され散気膜を備える複数の膜式散気装置本体と、を備えることを特徴とする。
【0016】
また、本発明の散気システムは、被処理水を収容する処理槽と、前記処理槽内に配置された上記本発明の散気装置と、前記ロータリバルブを介して前記膜式散気装置本体に空気を供給する空気供給装置と、を備えることを特徴とする。
【0017】
本発明の散気装置及び散気システムにおいては、上記本発明のロータリバルブを用い、該ロータリバルブのケーシングと弁体との相対運動により複数の流出路を選択的に連通又は遮断することによって、複数の膜式散気装置本体への通気又は通気停止を膜式散気装置本体ごとに独立して行うことができる。従って、一部の膜式散気装置本体についてブローダウンしても、かかるブローダウンによる風量のバラツキ及び空気圧の変動を生じることなく、他の膜式散気装置本体への通気を安定的に行うことができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一又は相当部分には同一符号を付することとし、重複する説明は省略する。
【0019】
図1は本発明のロータリバルブの好適な一実施形態を示す模式断面図である。図1に示したロータリバルブ1は、円筒中空状のケーシング2内に回転可能に設けられたバルブシート3(平板状弁体)を備えるもので、図1はバルブシート3の回転軸を含む平面で切断したときの断面図を示している。
【0020】
ケーシング2は、それぞれ一方の底面が開口した円筒中空状のケーシング本体2a、2bを、円盤状の固定プレート2cを介して開口同士が向かい合うように配置して一体化したものである。ケーシング本体2aの側面には流入口21、ケーシング本体2bの側面には排出口22がそれぞれ設けられている。
【0021】
図2は固定プレート2cの一方面を示す説明図である。なお、固定プレート2cの他方面も図2と同様である。図示の通り、固定プレート2cの中心部にはシャフト4を通す軸穴23が形成されており、その周方向には、9個の円筒穴24が等配して形成されている。円筒穴24のそれぞれには、図1に示したように、ケーシング本体2b側から配管5が連結され、ケーシング本体2aと固定プレート2cとにより形成される空間に収容される流体の流出路が形成される。さらに、固定プレート2cには、円筒穴24(流出路)のそれぞれに対応する9個の貫通孔25が、軸穴23の周方向に等配して形成されている。
【0022】
図1に戻り、ケーシング本体2a及び固定プレート2cにより形成される空間には、円盤状のバルブシート3が、円筒穴24の開口を覆うように固定プレート2cに摺接して配置されている。
【0023】
図3はバルブシート3のケーシング本体2a側の面を示す説明図である。図示の通り、バルブシート3の中心部にはシャフト4を通す軸穴31が形成されており、バルブシート3は軸穴31においてシャフト4に固定される。
【0024】
また、軸穴31の周方向には、固定プレート2cの円筒穴24と同径の8個の円筒穴32が等配して形成されている。なお、円筒穴32は円筒穴24より若干大きくてもよい。これらの円筒穴32の形成位置は、円筒穴24に対応する9個の第1連通路形成予定領域のうちの8個である。さらに、バルブシート3の固定プレート2c側の面の円筒穴32が形成されていない第1連通路形成予定領域には、円筒穴24及びこれに対応する貫通孔25の上部に配置されたときに両者を結ぶ溝33が形成されている。
【0025】
再び図1に戻り、バルブシート3は、皿ばね8を介した押付け部材7により固定プレート2cに押し付けられている。また、シャフト4のケーシング本体2b側端部は、カップリング部材(フレキシブルカップリング)6を介してステッピングモータ7に連結されている。ステッピングモータ7はタイマー機能を有するもので、所定時間経過後にバルブシート3を固定シート2cに対して所定角回転させるものである。
【0026】
このようなロータリバルブ1においては、バルブシート3の8個の円筒穴32が9個の円筒穴24(流出路)のうちの8個を連通して流路を形成する第1連通路として機能し、流入口21からケーシング2内に流入した流体は形成された流路を通って8個の配管5に流出する。そして、バルブシート3を固定シート2cに対して所定角(例えば360/9=40°)回転させ、8個の円筒穴24の連通及び1個の円筒穴24の遮断が円筒穴24の周方向に沿って順次行うことで、流路切替を効率よく行うことができる。
【0027】
また、バルブシート3に形成された溝33は、遮断された円筒穴24及びこれに対応する貫通孔25の上部に配置されたときに、円筒穴24と貫通孔とを連通する第2連通路として機能する。これにより、遮断された配管5内に加圧流体が存在しても、当該加圧流体は第2連通路を通って貫通孔25から放出されるので、配管5内の圧力を効率よく低下させることができる。さらに、かかる流体の放出の際にも連通した他の流出路への流体の供給は行われるが、遮断された流出路における流体の圧力、流量等が連通した他の流出路における流体の流出に及ぼす影響を十分に抑制することができるため、安定した流路切替が実現可能となる。
【0028】
なお、本発明のロータリバルブは上記実施形態に限定されるものではない。例えば、固定プレート2cが有する円筒穴24及び貫通孔25の個数、並びにバルブシート3が有する円筒穴32及び溝33の個数は特に制限されない。しかしながら、本発明においては、(N+1)個の円筒穴24及び(N+1)個の貫通孔25がそれぞれ弁体の回転軸の周方向に等配して形成された固体プレート2cに対して、円筒穴24のそれぞれに対応する(N+1)個の第1連通路形成予定領域のうちN個に円筒穴32が形成されていると共に残りの1個の第1連通路形成予定領域に溝33が形成されたバルブシート3を、ステッピングモータ7により{360/(N+1)}°ずつ回転させて流路切替を行うことが好ましい。このように、個数及び位置がそれぞれ上記の条件を満たすように流出路、貫通孔、第1連通路、第2連通路を形成し、ステッピングモータにより固定プレートに対してバルブシートを(360/N)°ずつ回転させることで、流通路の遮断がバルブシートの回転軸の周方向に沿って順次行われるので、操作の自動化及び効率化の点で有効である。
【0029】
また、目的の機能を有するものであれば固定プレートやバルブシートの構成は特に制限されない。例えば、バルブシート3としては図4に示すものを用いてもよい。図4に示したバルブシート3は、複数の円筒穴24に対応する第1連通路を軸穴31の周方向に帯状に形成したものである。なお、バルブシート3の強度の点からは、第1連通路はできるだけ小さいことが望ましく、従って図4のバルブシートのように帯状に形成するよりも図3のバルブシートのように円筒穴とすることが好ましい。
【0030】
また、溝33の代わりにバルブシート3内部を通る流路を設けて第2連通路とすることも可能であるが、成形容易性等の点からは溝33を形成することが好ましい。
【0031】
次に、本発明の散気装置及び散気システムについて説明する。
【0032】
図5は本発明の散気システムの好適な一実施形態を模式的に示す上面図である。図5中、活性汚泥処理槽51には有機性排水と生物汚泥とを含む被処理水500が貯留されており、この活性汚泥処理槽50内には複数の散気ユニット52が複数配置されている。
【0033】
散気ユニット52は、図1に示したロータリバルブ1と、一端がロータリバルブ1の円筒穴24(流出路)のそれぞれに連結された空気供給ラインL3a〜L3iと、ラインL3a〜L3iのそれぞれの他端に連結され散気膜を備える複数の膜式散気エレメント(膜式散気装置本体)53a〜53iと、を備えるもので、本発明の散気装置の一例である。ロータリバルブ1の流入口21には、空気供給ラインL1からの分岐ラインL2が連結されている。なお、散気エレメント53a〜53iは等価であるため、ここでは散気エレメント53aについてのみ説明する。
【0034】
図6は散気エレメント53aの概略構成を模式的に示した断面図である。図2中、散気エレメント53aは、板状の金属製プレート530aと、プレート530aの一方の面をシート状に成形した合成樹脂膜で覆うように配置された散気膜530bとを含んで構成されている。プレート530aの周縁部には、嵌合部531aと、嵌合部531aの周囲に凹状に形成された連通部531bとを有するプラスチックカバー531が設けられており、連通部531bにおいて散気膜530bの周縁部をプレート530aの上面から下面にわたって折り返されるように連通させると共に、嵌合部531aとプレート530aの周縁部とを嵌合させることによって、プレート530aと散気膜530bとが一体化されている。さらに、プレート530aの上下面方向からプラスチックカバー531を挟み込むSUSカバー532によりこれらは強固に固定されている。
【0035】
また、散気膜530bの所定の位置には開口部533が設けられており、開口部533に配管534(図5中のラインL3a)が差し込まれて空気導入口530cが形成されている。散気膜530bの内側において、配管534には散気膜530bと同材質のパッキン535及びゴムパッキン536が装着され、さらにその先端は支持部材537で支持されている。また、散気膜530bの外側において、配管534には散気膜530bと同材質のパッキン535及びSUSパッキン538が装着され、これらをナット539と支持部材537とで挟み込むことにより配管534がプレート530aに固定されている。
【0036】
散気膜530bは、散気エレメント53aの内部から圧力が加わらないときには平滑なシート状で空気を通さないが、空気導入口530cから空気を圧入するとその圧力により膨張し、複数の細孔(散気孔)を生じるものである。散気膜に用いられる合成樹脂としては、具体的には、ポリウレタン樹脂などが挙げられる。
【0037】
なお、本発明に用いられる散気エレメントの構造は、散気膜を有するものであれば上記構造に限定されるものではなく、例えば、円筒形状の散気エレメントであってもよい。
【0038】
このような散気システムにおいて、バルブシート3の8個の円筒穴32により固定プレート2cの9個の円筒穴24(流出路)のうちの8個が連通するようにロータリバルブ1を作動させることで、ラインL3a〜L3iのうちの8個に対応する散気エレメントへの通気(空気の供給)が行われる。そして、通気された8個の散気エレメントにおいては、散気膜の膨張により生じた散気孔から微細な気泡を噴出させることで、被処理水500への酸素供給が行われる。
【0039】
次に、上述の通気を所定時間行った後、バルブシート3を固定シート2cに対して所定角(例えば360/9=40°)回転させ、8個の円筒穴24の連通及び1個の円筒穴24の遮断が円筒穴24の周方向に沿って順次行うことで、流路切替が行われる。かかる流路切替の際、ラインL3a〜L3iのうち遮断されたラインには加圧空気が存在するが、当該加圧空気はバルブシート3の溝33(第2連通路)を通って固定プレート2cの貫通孔25から外部に放出されるので、遮断されたライン及びこれに対応する散気エレメント内の圧力を低下させて散気膜を平滑化させた後、再通気により散気膜を膨張させる操作(ブローダウン)を効率よく行うことができる。
【0040】
図7はブローダウンのタイムスケジュールの一例を示すグラフである。散気システムの起動時には、ロータリバルブ1の9個の円筒穴24のうち散気エレメント53b〜53iに対応する円筒穴を連通し、散気エレメント53aに対応する円筒穴を遮断して通気を行う。かかる通気を所定時間行った後、ロータリバルブ1のバルブシート3を40°回転させ、散気エレメント53a、53c〜53iに対応する円筒穴を連通し、散気エレメント53bに対応する円筒穴を遮断することで、散気エレメント53bについてブローダウンを行いつつ他の8個の散気エレメントへの通気を行う。同様にして、所定時間経過後にバルブシート3を40°ずつ回転させることで、散気エレメント53c、53d、53e、53f、53g、53h、53i、53aの順にブローダウンを行う。
【0041】
かかるブローダウンにより、散気孔への付着物(被処理水500中の浮遊物等)は効率よく除去されるので、散気エレメント毎の散気特性を長期にわたって高水準に維持することができる。また、1個の散気エレメントについてブローダウンが行われている間も他の8個の散気エレメントへの通気は継続され、このとき、遮断された流出路における流体の圧力、流量等が他の流出路における流体の流出に及ぼす影響は十分に抑制されるので、散気ユニット52全体での被処理水500への酸素供給率は常に高水準で安定化する。
【0042】
なお、上述のブローダウンはロータリバルブ1のタイマー機能を利用したものであるが、散気エレメント53a〜53i又はラインL3a〜L3i内の圧力をモニターし、圧力上昇が認められた散気エレメントについてブローダウンを行う方法も適用可能である。
【0043】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、複数の膜式散気装置を用いて散気を行う際に、一部の散気装置をブローダウンしたときに他の散気装置における風量のバラツキ及び空気圧の変動を抑制することが可能なロータリバルブ、並びにそのロータリバルブの使用により均一且つ安定的な散気を行うことが可能な散気装置及び散気システムが提供可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のロータリバルブの好適な一実施形態を示す模式断面図である。
【図2】図1に示したロータリバルブが備える固定プレートの一方面を示す説明図である。
【図3】図1に示したロータリバルブが備えるバルブシートの一方面を示す説明図である。
【図4】図3に示したバルブシートと置換可能なバルブシートの一例を示す説明図である。
【図5】本発明の散気システムの好適な一実施形態を示す概略構成図である。
【図6】図5に示した散気システムが備える膜式散気エレメントを示す模式断面図である。
【図7】ブローダウンのタイムスケジュールの一例を示すグラフである。
【符号の説明】
1…ロータリバルブ、2…ケーシング、2a、2b…ケーシング本体、2c…固体プレート、21…流入口、22…排出口、23…軸穴、24…流出口、25…貫通孔、3…バルブシート、31…軸穴、32…円筒穴(第1連通路)、33…溝(第2連通路)、34…第1連通路、4…シャフト、5…配管、6…カップリング部材、7…駆動装置(ステッピングモータ)、51…活性汚泥処理槽、52…膜式散気ユニット、53a〜53c…膜式散気エレメント、530a…プレート、530b…散気膜、530c…空気導入口、531…プラスチックカバー、531a…嵌合部、531b…連通部、532…SUSカバー、533…開口部、534…配管、535…パッキン、536…ゴムパッキン、537…支持部材、538…SUSパッキン、539…ナット。

Claims (6)

  1. 流入路及び複数の流出路を有するケーシングと、前記ケーシング内に回転可能に設けられた弁体と、前記弁体を回転駆動する駆動装置と、を備え、前記流入路から前記ケーシング内に流入する流体を前記流出路から流出させる際に、前記ケーシングと前記弁体との相対運動により前記流出路を選択的に連通又は遮断して流路切替を行うロータリバルブであって、
    前記ケーシングの前記流出路それぞれの近傍には貫通孔が設けられており、前記弁体には、前記流出路の一部を連通して流路を形成する第1連通路と、該第1連通路により前記流出路の一部が連通したときに遮断した他の前記流出路と前記貫通孔とを連通して該流出路内の流体を前記貫通孔から排出させる第2連通路と、が設けられていることを特徴とするロータリバルブ。
  2. 前記ケーシングが、複数の前記流出路及び該流出路に対応して設けられた複数の前記貫通孔を有する固定プレートを有し、
    前記弁体が、前記ケーシングの内側から前記流出路の開口を覆うように前記固定プレートに摺接するバルブシートであることを特徴とする、請求項1に記載のロータリバルブ。
  3. 前記駆動装置がステッピングモータであり、(N+1)個の前記流出路及び(N+1)個の前記貫通孔がそれぞれ前記弁体の回転軸の周方向に等配して設けられた前記固体プレートに対して、前記流出路のそれぞれに対応する(N+1)個の第1連通路形成予定領域のうちN個に前記第1連通路が設けられていると共に残りの1個の第1連通路形成予定領域に第2連通路が設けられた前記バルブシートを、{360/(N+1)}°ずつ回転させて流路切替を行うことを特徴とする、請求項2に記載のロータリバルブ。
  4. 前記第2連通路が、前記バルブシートの前記固定プレート側の面に形成された溝であることを特徴とする、請求項2又は3に記載のロータリバルブ。
  5. 請求項1〜4のうちのいずれか一項に記載のロータリバルブと、一端が前記ロータリバルブの前記流出路のそれぞれに連結された複数の配管と、前記配管のそれぞれの他端に連結され散気膜を備える複数の膜式散気装置本体と、を備えることを特徴とする散気装置。
  6. 被処理水を収容する処理槽と、前記処理槽内に配置された請求項5に記載の散気装置と、該散気装置が備える前記ロータリバルブを介して前記膜式散気装置本体に空気を供給する空気供給装置と、を備えることを特徴とする散気システム。
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