JP2005161287A

JP2005161287A - 空気を水に溶解させる装置

Info

Publication number: JP2005161287A
Application number: JP2003436158A
Authority: JP
Inventors: Takao Yamamoto; 孝夫山本
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-12-02
Filing date: 2003-12-02
Publication date: 2005-06-23

Abstract

【課題】図２の空気溶解装置では加圧ポンプや圧力調整弁が必要であるため、効率よく過飽和に空気が溶解した水を作ることができない。
【解決手段】図１の空気溶解装置を使用し、回分処理することで溶解タンク内に過飽和に空気が溶解した水を、空気圧縮機の動力のみで作ることができる。
【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明

汚濁水に混入した微小の難沈降性または非沈降性の懸濁物を分離する技術に、加圧浮上分離方式、あるいは減圧浮上分離方式が広く用いられている。これらの方式は空気の溶解度が空気圧に比例することと、水中に生ずる気泡は水中界面に発生することを利用したもので、高圧下で空気を高濃度に溶解した後、低圧下で気体化させ、水中に微細な気泡を発生せしめ、これに懸濁物を付着浮上させ、分離を容易にするものである。加圧浮上方式は加圧下で空気を溶解し、大気圧下で気泡を発生させる方式であるのに対し、減圧浮上方式は大気圧下で溶解している空気を減圧下で気体化させるものである。一般的な下水処理で使用されている加圧浮上方式は、図４のように溶解タンク（３）を中心とする高圧の空気溶解装置と、大気圧開放の浮上分離槽（１０）から成り立っている。高圧に保たれた溶解タンクに水と空気を送り込み、撹拌混合し空気を水に溶解させた後、大気開放された浮上分離槽で水中に発生する微細気泡に懸濁物を付着浮上させている。本発明は、この加圧浮上分離方式の、高圧下で空気を水に高濃度まで溶解させる装置の技術分野におけるものである。

従来、水に対し難溶性の空気を溶解させる方法は、図２のフローで示されている方式が使用されている。加圧ポンプの高圧水と、空気圧縮機の高圧空気を混合した後、溶解タンク内で溶解に必要な時間を接触させ空気の溶融を行う。（例えば、下水処理における加圧浮上分離装置、または、特開昭６３−２０９７８５）空気の飽和溶解度は空気圧に比例しているため、圧力を高めた溶解タンク内で空気と水を混合させることで、大気圧時の飽和溶解量を超える空気量の溶融が可能となる。
溶解タンク内の水は圧力調整弁を通過し、大気圧に戻されると、過飽和空気が水中で微細な気泡となる。このときこの気泡は水の中の懸濁物に付着して発生するため、この懸濁物を気泡の浮力で浮上させることができ、これにより懸濁物の分離が容易に行えるようになることを利用したものが図４に示す加圧浮上分離による水処理技術である。

発明が解決しようとする課題

従来装置では、溶解タンクは高圧に維持されていることから、水は加圧ポンプで、空気は空気圧縮機で加圧し供給する必要がある。
また、圧力調整弁は、精密機器であるため下水のような懸濁物を多く含む水を通すと動作不良を起こすため、懸濁水に対して使用が困難である事から、清水（一般的には最終処理水の一部を使用）に対し空気の溶解を行い、この溶解水を流入汚水と混合し浮上分離処理を行っている。
この結果、次の問題が生じている。
▲１▼空気は難溶解性であるため、溶解する空気量に対し水量が多く、加圧ポンプの容量が大きくなり非効率となる。
▲２▼加圧ポンプには渦巻ポンプを使用するが、その吐出圧は一般的に空気圧縮機のそれより低いため、高い圧力での空気の溶解が難しい。
▲３▼水処理設備においては、図４のように処理水の一部に空気溶解を行うため、浮上分離槽の処理水量に対し、空気溶解処理した水量が少ないため、浮上分離槽内で発生する気泡が少なく、高い汚濁除去能力の維持が困難となっている。
▲４▼発生する気泡が少ないことから、溶解タンクの圧力を更に高め、溶解空気量を増やす必要が生じるため、溶解圧力を上げるための特殊高圧ポンプを使用する必要性が生じ、コストの上昇を招いている。
▲５▼発生する気泡が少ないことから、汚水に凝集剤を添加し、凝集フロックを発生させ、分離効率を高める必要がある。
▲６▼圧力調整弁の動作不良防止のためにストレーナーが必要となり、それの清掃維持管理が必要となる。
▲７▼最終処理水の一部を流入側に戻すため、全体の処理量が低下する。

問題を解決するための手段

本発明は、図１のフローのように、鋼板製の溶解タンク（３）に水を満杯にし、密閉した状態にした後に、少量の高圧の気体を供給することで、高圧の気液混合水を作ることが可能となるものである。
溶解タンク（３）内で水が満杯の状況では、水は非圧縮性であるため少量の空気を注入するだけで、圧力が上昇する。よって、溶解タンク（３）に水が満杯の状態で、流入制御弁（６）・排出制御弁（７）・通気弁（１５）を閉じ、空気圧縮機（１）から溶解タンク（３）へ、給気制御弁（８）を通し空気を注入すると、その内圧が空気圧縮機吐出圧と同圧まで瞬時に上昇する。
鋼板製の溶解タンク（３）は、内圧が上昇すると鋼材の弾性で少し容積が大きくなり、大きくなった容積だけ空気が溶解タンク内に流入する。タンク内に流入した空気は散気装置（１４）から微小気泡となってタンク内を上昇する。この上昇中に気泡は高圧であるため急速に溶解して減少すると、空気圧縮機（１）からさらに空気が供給される。そして、さらに発生した気泡が溶解するように、空気圧縮機吐出圧の飽和溶解度まで空気の溶解を進めることが可能となる。
ある時間経過後、吸気制御弁（８）を閉じ、排出制御弁（７）・通気弁（１５）を開にすると、溶解タンク内は瞬時に大気圧に戻り、溶解タンク内の水は次工程へ送られる。
このように、本発明は、回分的な処理工程を経ることにより、空気圧縮機の動力と各制御弁の制御動作のみで、高速かつ高濃度に空気を水に溶解させることを可能とするものである。

本発明は、図３のような汚水処理装置にて使用する場合において、溶解タンク（３）の上に流入制御弁（６）と準備タンク（５）、通気弁（１５）、下に排出制御弁（７）、浮上分離槽（１０）があり、それに空気圧縮機（１）とそこから給気制御弁（８）からなるものである。
全ての弁が閉じた状態で準備タンク（５）に溶解タンクの容量以上の流入水を入れる。
流入制御弁（６）と通気弁（１５）を開き、溶解タンク（３）に流入水を満杯になるまで入れた後、流入制御弁（６）と通気弁（１５）を閉じる。なおこのとき溶解タンク内の残留空気は溶解タンク（３）容積の５％以下である必要がある。
給気制御弁（８）を開き０．１ＭｐａＧ以上の空気を溶解タンク内に空気を注入し、溶解タンク内で散気を行うことにより、気液混合を行う。
ある時間（２〜１０分）経過後給気制御弁（８）を閉じ、排出制御弁（７）・通気弁（１５）を開して、空気の溶解した水を排出し、その後排出制御弁（７）を閉じで１回の処理を終了する。
そして次の処理のために、流入制御弁（６）を開き準備タンク（５）より流入水を溶解タンク（３）に入れ、次の処理を行う。このように回分処理により水に空気の溶融を行うことができる。溶解タンクより排出された処理水は、浮上分離槽内で、静置され気泡を浮上分離させる。浮上した気泡はフロスを発生させるのでこれを分離することで水処理が可能となる。
溶解タンク（３）は、容量が必要処理量２〜１０分間に相当する容積と、空気圧縮機の吐出圧（通常０．７ＭＰａＧ）に充分耐えられる構造が必要である。
流入・排出制御弁（６，７）は、偏芯構造弁が理想であるが、ボール弁やゴムシール構造のバタフライ弁も使用可能である。さらに頻繁に開閉することからエアー駆動式のものが適している。
給気制御弁は通常の電磁弁で可能であるが、溶解タンク（３）内の水が逆流して弁内に入らないよう逆止弁が必要である。
場合によっては、空気の溶解速度を早くするため、溶解タンク内の気泡を微細化する散気装置（１４）や、気泡が溶解タンク内の上部に溜まることが無いよう撹拌装置を設ける必要がある場合も考えられる。
回分処理であることにより浮上分離槽への流入が脈流となり、浮上分離に悪影響を及ぼす場合、溶解タンク（３）と全ての制御弁を複数セットに分割し、順次ローテーション運転することで、脈流を平滑化することも可能である。

発明の効果

図１の回分式空気溶融方式により、以下の改善がなされる。
▲１▼空気圧縮機の吐出圧がそのまま溶解タンクの圧力となることから、空気圧縮機の吐出圧を上げることで簡単に高圧での空気溶解が可能となり、浮上分離性能を高めることができる。
▲２▼溶解タンクの加圧に、量の少ない空気のみで可能となるため、省エネルギーが可能となり、また溶解時、系外に排出される空気のロスが少ないため、高価なガスの溶解にも適する。
▲３▼量の多い水の加圧ポンプが不要となることから、加圧に要する電力が節約でき、さらに設備費と維持費の軽減ができる。
▲４▼圧力調整弁が不要となることから、維持管理の簡素化により維持費の軽減が可能となる。
▲５▼圧力調整弁が不要となることから、懸濁物を含む流入汚水にも直接空気の溶解が可能となり、多量の空気を溶解させることが可能となる。
▲６▼多量の空気を溶解することが可能となることから、汚濁濃度の高い流入汚水にも対応が可能となり、凝集剤の低減も可能となる。
▲７▼流入汚水に直接空気の溶解が可能となることから、最終処理水を流入側に戻す必要が無くなり、処理設備全体の効率が良くなる。
▲８▼溶解タンク、加圧浮上槽が小さくできるため、設備全体がコンパクトにできる。

本発明の空気溶解装置のフロー従来の空気溶解装置のフロー本発明の空気溶解装置を下水処理装置に使用する場合のフロー従来の空気溶解装置を下水処理設備に使用する場合のフロー

符号の説明

１．空気圧縮機
２．加圧ポンプ
３．溶解タンク
４．圧力調整弁
５．準備タンク
６．流入制御弁
７．排出制御弁
８．給気制御弁
９．汚水ポンプ
１０．浮上分離槽
１１．最終処理水
１２．浮上フロス
１３．除去フロス
１４．散気管
１５．通気弁

Claims

耐圧タンク（３）の上下に流入管と排出管を設け、さらに上部に通気のための管と底部に空気を供給する管を設け、各管に電動またはエアー駆動弁（６、７、１５）を取付、核タンクを満水でかつ密閉した状態で空気を注入することにより、高圧状態下での気液混合水をつくることを特徴とする空気を水に溶解させる装置。