JP2007136389A

JP2007136389A - 散気装置

Info

Publication number: JP2007136389A
Application number: JP2005335985A
Authority: JP
Inventors: Shogo Takeno; 省吾武野; Koichiro Kando; 公一郎甘道; Motoharu Noguchi; 基治野口
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2005-11-21
Filing date: 2005-11-21
Publication date: 2007-06-07

Abstract

【課題】散気管の全長にわたって均質な曝気効果や洗浄効果が発揮できる。
【解決手段】槽内に導入された原水ａは散気された気泡ｃによって、酸素が供給され、膜ろ過装置４によって固液分離されてその処理液ｂが排出されるようにした、水処理槽１内に無数の気泡ｃを散気するための多数の散気孔２２を有する散気管２からなる散気装置であって、散気管２は水処理槽１内に配置された膜ろ過装置４の下方に設けられている。そして、ブロア３１と散気管２との間の散気管２に空気を送給するための送気管３に、散気管２の空気入口部２ａと管終端部２ｂにわたって気泡ｃを均等に散気させるための圧力損失作用のあるオリフィス部３２を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、膜分離活性汚泥法において生物反応槽内を曝気するための散気装置の改良に関するものである。

従来、散気装置は、散気管に散気孔から気泡を発生させて、生物反応槽内を好気性に保つための曝気を行う他、槽内に設置した膜分離装置の洗浄のため前記気泡を利用するケースが多くみられる。（特許文献１、非特許文献１を参照のこと）

特開平８−６５５９１号公報：段落（０００３）、図３著者「碓井次郎他」、書名「膜分離活性汚泥法による既設処理場の高度化（第３８回下水道研究発表会講演集）」、発行２００２年６月２５日：第６１６〜第６１８頁

このような目的には、前記散気孔の孔径を５〜１０ｍｍに設定することが多いが、このような孔径から発生する気泡は、膜面洗浄効果は高いが、気泡径が比較的大きいため活性汚泥への酸素溶解効率が劣るという問題があった。また、散気停止時に生物反応槽中の汚泥などが散気孔から散気管の中に侵入しやすく、散気管が閉塞してしまうという不具合もあった。

このような問題を解消するために、前記散気孔の孔径を小さくすることも試みられた。しかし、孔径を１ｍｍ以下と小さくすると酸素溶解効率は高くなるが、膜面洗浄効果が小さくなるため、安定した膜ろ過が行えなくなる。そのため、孔径１〜３ｍｍ程度が酸素溶解効率と膜面洗浄効果が両立するため良いことが予想された。しかし、孔径１〜３ｍｍ程度では散気管の全長にわたって均一な発泡量が得られず、曝気効果や洗浄効果が不均質になり、必ずしも酸素溶解効率が高くならず膜面洗浄ができない場所があるという問題が生じた。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、散気管の全長にわたって均質な発泡条件を作ることにより、曝気効果や膜面洗浄効果が高い散気装置を提供する。

上記の問題は、水処理槽内に気泡を散気するための多数の散気孔を有する散気管からなる散気装置であって、その散気管に気体を送給するための送気管にオリフィス部を設けたことを特徴とする本発明の散気装置によって、解決することができる。

そして、本発明では、水平方向に配置される散気管のほぼ中央から下方部分にかけて散気孔が設けられ、その散気孔の孔径を１〜３ｍｍとした形態が好ましく、さらにその散気孔が散気管の最下部分を中心にしてその両側に２列に設けられている形態も好ましい。これは、散気孔が最下部に一列に並んだ場合、気泡が合一し均一発泡しにくくなることがあるためである。さらに、水処理槽内に膜ろ過装置が配置され、散気装置がその下方に配置されたものである形態に好ましく具体化される。

本発明の散気装置は、このように構成されているので、オリフィス部を設けたことにより散気管の全長にわたって発泡量を揃えることが可能となり、散気管の全長にわたって均質な曝気効果や膜面洗浄効果が発揮できる。そして、散気孔の孔径を１〜３ｍｍと小さくできるので酸素溶解効率を向上させることも可能となる、また散気停止時にも汚泥なども侵入しにくくなるなどという優れた効果がある。よって本発明は、従来の問題点を解消した散気装置として、工業的価値はきわめて大なるものがある。

次に、本発明の散気装置に係る実施形態について、図１、２を参照しながら説明する。
本発明の散気装置は、水処理槽１内に無数の気泡ｃを散気するための多数の散気孔２２を有する散気管２からなる散気装置であって、図示の事例では、散気管２は水処理槽１内に配置された膜ろ過装置４の下方に水平に設けられている。なお、図１の事例では、散気管２が膜ろ過装置４の下方に配置されているが、本発明の必ずしもこの形態に限定されるものではない。

かくして、水処理槽１においては、槽内に導入された原水ａは槽内の活性汚泥や担体に付着した微生物により生物処理され、膜ろ過装置４によって固液分離されてその処理液ｂが排出される。この場合、生物処理に必要な酸素は、散気された気泡ｃによって供給される。また、分離された固形分はろ過の経過に応じてろ過膜表面に堆積し、ろ過効率を低下させるのであるが、前記散気された気泡ｃによって生じた上昇流動によって、ろ過膜表面が洗浄され、固形分が堆積するのを防止するものである。

本発明の特徴とするところは、このような散気装置において、ブロア３１と散気管２との間の散気管２に空気を送給するための送気管３に圧力損失作用のあるオリフィス部３２を設け、散気管２を一つの空気室とした点にある。このオリフィス部３２を設けたことにより、散気管２の空気入口部２ａと管終端部２ｂにわたって気泡ｃを均等に散気させることができるもので、そのための好ましい条件は、次の通りである。

本発明の目的に適するオリフィス部３２に関する条件を以下に説明する。散気管２において均一に発泡させるためには、散気孔での適当な圧力損失とオリフィス部での圧力損失が一定値を超えなくてはならない。また、圧力損失は風量に大きく影響を受けるため、風量によって適当な散気孔径やオリフィスが異なる。そこで、図３に散気孔１個当たりの風量と散気孔の圧力損失と散気むらの有無の関係を示す。

なお、散気むらの評価方法としては、水深２ｍの水槽内に散気装置を設置し目視により観察し、散気むらがほとんど見られない条件を○、散気むらが多少見られる条件を△、散気むらが激しい条件を×とした。

図３より、散気むらをなくすためには、散気孔１個当たりの風量が０．８Ｌ／ｍｉｎの時は散気孔の圧力損失が５ｍｍＡｑ以上、散気孔１個当たりの風量が１．６Ｌ／ｍｉｎの時は散気孔の圧力損失が１０ｍｍＡｑ以上、散気孔１個当たりの風量が３．２Ｌ／ｍｉｎの時は散気孔の圧力損失が２０ｍｍＡｑ以上必要なことがわかる。つまり、散気装置の散気孔が、散気孔１個当たりの風量をQ、散気孔の圧力損失をΔP1とすると、ΔP1≧６．２５×Qを満たす領域であるよう設定されていればよい。具体的には、散気孔の設置数、散気孔径などを調節しておけばよい。

一方、図４に散気孔一つ当たりの風量とオリフィス部の圧力損失の関係を示す。図４より、散気むらをなくすためには、散気孔１個当たりの風量が０．８Ｌ／ｍｉｎの時はオリフィス部の圧力損失が２００ｍｍＡｑ以上、散気孔１個当たりの風量が１．６Ｌ／ｍｉｎの時はオリフィス部の圧力損失が３００ｍｍＡｑ以上、散気孔１個当たりの風量が３．２Ｌ／ｍｉｎの時はオリフィス部の圧力損失が６００ｍｍＡｑ以上必要なことがわかる。つまり、散気孔１個当たりの風量をQ、オリフィス部の圧力損失をΔP２とすると、ΔP２≧１４１×ｅｘｐ（０．４５４×Q）を満たす領域であるようにオリフィス部を設定しておけばよい。具体的には、オリフィス部の設置数や穴の大きさやオリフィス部の板厚を調節しておけばよい。
さらに、散気孔１個当たりの風量Q、散気孔の圧力損失ΔP1、オリフィス部の圧力損失ΔP２が、前記各式の領域を同時に満たす場合がもっとも好ましいのはいうまでもない。

本発明のおいて、このような条件が好ましい理由は次のとおりである。散気装置として主管と支管があり支管に散気孔がある場合を考えると、散気むらを少なくするためには、支管全体の圧力がほぼ均一となり一つの空気室を形成する必要がある。オリフィスが無い場合、配管部や散気孔の圧力損失が少ないため、支管全体の圧力をほぼ均一にできない。空気は圧力損失が少ない場所を通過しようとするため、主管に近い散気孔から空気が出やすくなり、散気むらが生じる。なお、風量が多くなるほど空気室が作りにくくなるため、圧力損失を高くする必要がある。

また、本発明の散気装置における散気管２に設けられる散気孔２２としては、図１に例示するように、散気管２のほぼ中央から下方部分にかけて散気孔２２が設けられ、かつその散気孔２２の孔径を１〜３ｍｍとし、従来より小径とするのが好ましい。この場合には、得られる気泡径が比較的小さいため活性汚泥への酸素溶解効率が向上する利点がある他、気泡が膜近傍を通過する際の、気泡による剪断力によって膜が破損するおそれが減少する利点も得られる。

また、図２に示すように、散気孔２２を散気管２の最下部分２ｃを中心にしてその両側に２列に設けると気泡が散気管２の両側にバランスよく発生する他、散気停止時に処理水中の汚泥などが散気孔２２を通じて散気管２の中に侵入し難くなる利点も得られる。

なお、本発明の散気装置が用いられる水処理槽としては、通常の生物反応槽を含むのであって、下水、返流水、工場排水、ゴミ浸出水、し尿廃水、農業廃水、畜産廃水、養殖廃水など広範囲の排水処理に利用されている活性汚泥を用いる生物処理槽の他、一般的な好気槽、硝化液循環法による処理槽、ＡＯ法またはＡ２Ｏ法などによる処理槽やこれらに微生物固定化担体を組み合わせた処理槽を含むのである。

また、本発明の適用され得る膜分離装置としては、外圧方式または内圧方式のいずれでもよく、使用される膜は、高分子材（ＰＥＧ、ＰＶＡ、ＰＰ、ＰＵ、ＰＥ、ＰＶｄＦなど合成樹脂材料）またはセラミックス材料を用いて、モノリス、チューブラー、ハニカム、中空糸、または平膜状のろ過体に構成したもののような、多くの形式の膜分離装置に適用される。

次に、本発明のオリフィスの条件を変えた場合の散気むらについて調べた結果を次の表１に示す。これによれば、オリフィス条件を実施例が含まれる前記した範囲内に設定すれば、散気むらを実質的に解消できることが分かる。

＊散気むらの評価方法：水深２ｍの水槽内に散気装置を設置し目視により観察し、散気むらがほとんど見られない条件を○、散気むらが多少見られる条件を△、散気むらが激しい条件を×とした。
＊オリフィス条件、例えばΦ５×Φ３×１２個は、穴径が小さい方が３ｍｍΦ、大きい方が５ｍｍΦのオリフィスを１２個使用したことを示す。

本発明の散気装置を備えた生物反応槽を説明するための要部断面のイラスト図。散気管の下側面を下方から見た図。散気孔一つ当たりの風量と散気孔の圧力損失の関係を示すグラフ。散気孔一つ当たりの風量とオリフィスの圧力損失の関係を示すグラフ。

符号の説明

１：水処理槽
２：散気管
２ａ：空気入口部
２ｂ：管終端部
２２：散気孔
３：送気管
３１：ブロア
３２：オリフィス部
４：膜ろ過装置
ａ：原水、ｂ：処理液、ｃ：気泡

Claims

水処理槽内に配置された膜ろ過装置の下方に設けられた気泡を散気するための多数の散気孔を有する散気管からなる散気装置であって、その散気管に気体を送給するための送気管にオリフィス部を設けたことを特徴とする散気装置。
散気管のほぼ中央から下方部分にかけて散気孔が設けられ、その散気孔の孔径を１〜３ｍｍとした請求項１に記載の散気装置。
散気孔が散気管の最下部分を中心にしてその両側に２列に設けられている請求項２に記載の散気装置。
散気孔１個当たりの風量をQ、オリフィス部の圧力損失をΔP２としたとき、ΔP２≧１４１×ｅｘｐ（０．４５４×Q）を満たすようオリフィス部が設定されている請求項１、２または３に記載の散気装置。
散気孔１個当たりの風量をQ、散気孔の圧力損失をΔP1としたとき、ΔP1≧６．２５×Qを満たすよう散気管の散気孔が設定されている請求項１、２または３に記載の散気装置。
散気孔１個当たりの風量をQ、散気孔の圧力損失をΔP1としたとき、ΔP1≧６．２５×Qを満たすよう散気管の散気孔が設定され、かつ、散気孔１個当たりの風量をQ、オリフィス部の圧力損失をΔP２としたとき、ΔP２≧１４１×ｅｘｐ（０．４５４×Q）を満たすようオリフィス部が設定されている請求項１、２または３に記載の散気装置。