JP2007275751A - 水流発生及び酸素供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水流発生の制御と酸素供給量の制御を独立して行うとともに、水流と酸素の供給を一体構造のジェットノズルにより効率良く行う。
【解決手段】ＯＤ水路１中に没してジェットノズル２を配置し、ジェットノズル２には貫通した流路２ａを形成し、流路２ａの周壁には一端が流路２ａに開口した排水の噴射孔２ｄを流路２ａの流出口２側に傾斜して形成し、流路２ａの周壁の噴射孔２ｄの上流側には空気孔２ｆを流路２ａからジェットノズル２の外周まで貫通して形成し、噴射孔２ｄの外端に排水供給管３を接続するとともに、空気孔２ｆの外端に空気供給管６を接続し、ポンプ５によりＯＤ水路１中の排水を空気供給管３を介して噴射孔２ｄから噴射することにより、ジェットノズル２の流路２ａに排水流を発生させるとともに、ブロワ８から空気供給管６を介して空気孔２ｆに供給した空気を流路２ａに噴射させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、公共下水道や農村集落排水等に供せられるオキシデーションディッチ（以下ＯＤと称する。）法等による施設に関し、特にＯＤ法等による水流発生及び酸素供給装置に関するものである。

ＯＤ法は、下水等の有機性排水を無終端の長水路内に導入し、長時間曝気を行うものであり、活性汚泥法の一種である。ＯＤ法は、当初、オキシデーションデイッチ水路（以下、ＯＤ水路と略する。）内における水流の発生と酸素の供給を横軸又は縦軸の表面曝気装置で同時に行うのが一般的であり、このため装置がシンプルに纏まるという大きな特徴があった。しかし、この種の装置では、ＯＤ水路の底部に汚泥が沈降堆積するのを防止するための水流の発生と酸素の供給とを表面曝気装置により同時に行っているため、それぞれの運転操作の最適化ができないという大きな欠点があった。

特に、ＯＤ水路内を積極的に嫌気状態と好気状態とにすることにより脱窒を行うことが重要視されるようになってくると、表面曝気装置では酸素を供給せずに水流を発生させることが困難なことから、水流の発生と酸素の供給とをそれぞれ別の装置で行う方式が主流になってきた。その代表的な方式として、水中プロペラ式ＯＤシステムが知られている。この方式は水流の発生を水中プロペラで行い、酸素の供給を散気装置で行うところに特長があり、水中電動機が直結された大口径の水中プロペラを回転させることにより少ない動力で所定水流の発生を可能としている。散気装置はブロワに接続され、ブロワのオンオフ運転により嫌気・好気状態を形成する。

一方、湖沼等の富栄養化対策の装置として、ジェットノズルを用いて湖沼水を流動化するとともに、微生物の浄化作用に必要な酸素を供給するジェットストリーマ装置等が特許文献１〜３に示されている。ＯＤ法の水流発生と酸素供給を担う装置として、ジェットストリーマのような装置を適用することにより、システムの安定化、省メンテナンス化を図ることができる。
特許第２９１１０７８号公報 特許第２９７９２２０号公報 特許第３２９００８５号公報

しかしながら、上記した従来の水中プロペラ式ＯＤシステムにおいては、水流の発生に水中プロペラを用いているため、水中電動機が必要となり、漏水等による水中電動機の故障が不可避であり、このため、大重量の水中プロペラと水中電動機を水中から引き上げるための吊上装置も必要となった。さらに、水中電動機が故障した場合に備えて、予備の水中電動機を現地に設置しておく必要があり。また大口径の水中プロペラを水没状態で使用する必要があり、水深が深いＯＤ水路でないと適用が困難であった。

この発明は上記のような課題を解決するために成されたものであり、水流発生の制御と酸素供給量の制御を独立して行うことができ、負荷変動に対して適切な対応をすることができるとともに、水流と酸素の供給を一体構造のジェットノズルにより効率良く行うことができ、かつ故障が少なく、設置が容易な水流発生及び酸素供給装置を得ることを目的とする。

この発明の請求項１に係る水流発生及び酸素供給装置は、活性汚泥槽内に没して配置されるとともに、内部に貫通した流路が形成され、流路の上流端に活性汚泥槽内の被処理水の流入口が形成されるとともに、流路の下流端に被処理水の流出口が形成され、かつ流路の周壁には一端が流路に開口した被処理水の噴射孔が流出口側に傾斜して形成され、流路の周壁の噴射孔の上流側には空気孔が流路から外周まで貫通して形成されたジェットノズルと、噴射孔のジェットノズルの外周に開口した他端に接続され、活性汚泥槽内の被処理水を噴射孔に供給する被処理水供給管と、空気孔の外端に接続され、第１のブロワからの空気を空気孔に供給する空気供給管と、被処理水供給管に設けられ、噴射孔からジェットノズルの流路内に活性汚泥槽内の被処理水を噴射させることにより該流路の流入口から流出口まで被処理水流を生じさせるとともに、空気孔から該流路内に空気を噴射させる第１のポンプとを備えたものである。

請求項２に係る水流発生及び酸素供給装置は、上記活性汚泥槽内に没して複数のジェットノズルを配置し、一部のジェットノズルには空気を供給しないで被処理水のみ供給するようにしたものである。

請求項３に係る水流発生及び酸素供給装置は、被処理水供給管の活性汚泥槽内に没した被処理水吸込口を囲んで、活性汚泥の沈殿機能を有する沈殿構造物を設けたものである。

請求項４に係る水流発生及び酸素供給装置は、被処理水供給管の活性汚泥槽内に没した被処理水吸込口を囲んで、上記活性汚泥槽内への流入水を受ける流入水受水槽を設けたものである。

請求項５に係る水流発生及び酸素供給装置は、ジェットノズルの外周に筒状の整流筒を間隔をあけて同軸状に配置したものである。

請求項６に係る水流発生及び酸素供給装置は、上記活性汚泥槽内におけるジェットノズルの下流側近傍に膜ろ過装置を配置し、膜ろ過装置によりろ過した被処理水を第２のポンプにより汲み上げるようにしたものである。

請求項７に係る水流発生及び酸素供給装置は、上記活性汚泥槽内に、第２のブロワに接続され、空気を供給する散気装置を配置したものである。

以上のようにこの発明の請求項１によれば、水流の制御を第１のポンプの流量により容易に行うことができるとともに、酸素供給量の制御を第１のブロワからの供給風量により容易に行うことができ、しかもこの二つの制御を独立して行うことができるので、水処理施設への負荷変動等に対して適切な運転管理を行うことができる。又、水流の発生と酸素の供給を一体構造のジェットノズルにより行っているので、エネルギー効率が良い。さらに、ジェットノズルは可動部が無く、シンプルな構造であるので、故障が少なく、予備の用意が必要でなく、またジェットノズルは活性汚泥槽の底部近傍にも設置することができるので、水深が浅い活性汚泥槽にも設置することができる。

請求項２によれば、活性汚泥槽内に複数のジェットノズルを設置することができ、しかも一部のジェットノズルは被処理水のみの供給としており、簡単な構成により水流発生と酸素供給を効果的に行うことができる。

請求項３によれば、被処理水供給管の活性汚泥槽内に没した被処理水吸込口を囲んで、活性汚泥の沈殿機能を有する沈殿構造物を設けており、活性汚泥が被処理水供給管の被処理水吸込口から吸い込まれないようにすることにより、活性汚泥の解体による固液分離の悪化を防いでいる。

請求項４によれば、被処理水供給管の活性汚泥槽内に没した被処理水吸込口を囲んで、活性汚泥槽内への流入水を受ける流入水受水槽を設けており、活性汚泥が被処理水供給管の被処理水吸込口から吸い込まれないようにすることにより、活性汚泥の解体による固液分離の悪化を防いでいる。

請求項５によれば、ジェットノズルの外周に筒状の整流筒を間隔をあけて同軸状に配置しており、ジェットノズルから前方に水流（気液流）が発生するとともに、整流筒から前方に水流の周囲に随伴流が発生し、水流量を増大させることができ、少ないエネルギーにより大きな水流量を得ることができる。

請求項６によれば、活性汚泥槽内のジェットノズルの下流側近傍に膜ろ過装置を設け、膜ろ過装置によりろ過した被処理水を第２のポンプにより汲み上げるようにしており、膜ろ過装置の膜面にジェットノズルからの気泡を含んだ水流が作用することにより、膜面に微生物膜等の汚れが付着するのを防止することができる。

請求項７によれば、活性汚泥槽内に、第２のブロワに接続されて空気を供給する散気装置を設けており、ジェットノズルの被処理水の噴射孔からの噴射量に対して、空気孔からの空気供給量を最適なエネルギー効率にするためには上限があり、この上限以上の空気量（酸素供給量）が必要な場合がある。このような場合には、別途、散気装置を設けて、空気量を補給する。

実施最良形態１
以下、この発明を実施するための最良の形態を図面とともに説明する。図１はこの発明の実施最良形態１によるＯＤ法による水流発生及び酸素供給装置の構成図、図２は同じくジェットノズルの断面図、図３は有機性排水（被処理水）からなるオキシデーションディッチ水路におけるジェットノズルの配置図を示し、ＯＤ水路１にはジェットノズル２が水中に没して配置され、その長さ方向と平行な中心部には貫通した流路２ａが形成され、その上流端には排水の流入口２ｂが形成され、下流端には排水の流出口２ｃが形成されている。流路２ａの中間部の周壁には排水を噴射する噴射孔２ｄが一周して形成され、噴射孔２ｄは流出口２ｃ方向に傾斜して設けられている。一端が流路２ａに開口した噴射孔２ｄの他端は流路２ａの周壁に形成された排水チャンバー２ｅに接続され、排水チャンバー２ｅのジェットノズル２の外周に開口した外端には排水供給管３の一端が接続され、排水供給管３の他端は電磁弁４を介して第１のポンプ５に接続される。ポンプ５は地上置きポンプでも水中ポンプでも良い。

又、ジェットノズル２の流路２ａの噴射孔２ｄ及び排水チャンバー２ｅより上流側の周壁には流路２ａから外周側まで貫通して空気孔２ｆが設けられ、空気孔２ｆの外端には空気供給管６の一端が接続され、空気供給管６の他端には電磁弁７を介して第１のブロワ８が接続される。９は電磁弁４，７、ポンプ５及びブロワ８を制御するコントローラである。

次に、上記構成の動作を説明する。まず、電磁弁４，７を開き、ポンプ５及びブロワ８を駆動すると、ＯＤ水路１の排水はポンプ５により汲み上げられ、排水供給管３を介して排水チャンバー２ｅに供給されるとともに、ブロワ８から空気供給管６を介して空気孔２ｆに空気が供給される。排水は排水チャンバー２ｅから噴射孔２ｄを介して流路２ａに高速で噴射され、噴射孔２ｄより下流側の排水を流出口２ｃに向けて押し出す。このとき、噴射孔２ｄより上流側では負圧領域が生じて吸引力が発生し、この吸引力によって流路２ａの流入口２ｂからＯＤ水路１の排水が流路２ａ内に流入し、流入した排水は流出口２ｃから流出され、水流が発生する。一方、空気孔２ｆに供給された空気は空気孔２ｆの流路２ａ側出口が負圧で吸引力が発生するので、やはり吸引噴射される。こうして、空気孔２ｆから流路２ａ内に噴射された空気は噴射孔２ｄから噴射された排水と共にせん断され、前方に微細気泡を噴射し、水流と合わさって水流（気液流）１０となる。なお、このとき、空気供給管６の先端は負圧となるので、ブロワ８の圧力は低圧力で良い。

上記した実施最良形態１においては、水流の制御はポンプ５の流量を調整することにより容易に行うことができ、酸素供給量の制御はブロワ８からの供給風量を調整することにより容易に行うことができる。この二つの制御は独立して行うことができるので、ＯＤ施設への負荷変動等に対して適切な運転管理が実現できる。又、水流供給と酸素（空気）供給を一体構造のジェットノズル２により行っているので、エネルギー効率が良い。さらに、水中に没しているジェットノズル２には可動部が無く、シンプルな構造であるため、故障が少ない。又、ジェットノズル２はほとんどの部分が樹脂加工により形成されているために軽量であり、万一故障して保守が必要になっても、簡単な吊り上げ機により容易に吊り上げることができる。又、ジェットノズル２の主なトラブルは噴射孔２ｄでの異物の詰まりであり、簡単な器具により容易に復旧させることができ、特に予備の装置を保管しておく必要がない。また、水流が必要なＯＤ水路１の底部近傍にもジェットノズル２を設置することができるので、水深が浅いＯＤ水路１においても、水流発生及び酸素供給装置を容易に設置することができ、設置に際しての制約を受けない。

なお、ジェットノズル２の構造は図２に示される構造に限定されず、類似の構造のものでも良い。又、ＯＤ水路１におけるジェットノズル２の設置数は一つでもよいが、複数設けることもできる。複数設けた場合には、一部のジェットノズル２には空気を供給しないで液のみを供給するようにしても良く、簡単な構成で水流発生と酸素供給を効果的に行うことができる。

実施最良形態２
ＯＤ施設では、一般的に、沈殿池等で活性汚泥と被処理液とを固液分離し、上澄液（被処理液）を消毒した後に河川等に放流しているが、固液分離が適切に行われないと、上澄液の水質が悪化する。ところが、ポンプ５により活性汚泥混合液を汲み上げて、ジェットノズル２に供給する過程で活性汚泥が機械的に解体され、固液分離が悪化する場合がある。そこで、実施最良形態２においては、図４に示すように、排水供給管３のＯＤ水路１中に没した排水吸込口３ａの周囲を取り囲むように沈殿構造物１１を設け、沈殿構造物１１の底部を傾斜させるとともに、沈殿構造物１１の下部には排水の流入と沈殿する活性汚泥の排出を行うための開口部１１ａを設け、活性汚泥が排水供給管３の排水吸込口３ａから吸い込まれないようにすることにより、活性汚泥の解体による固液分離の悪化を防いでいる。その他の構成、作用、効果は実施最良形態１と同様である。

実施最良形態３
図５はこの発明の実施最良形態３によるＯＤ法による水流発生及び酸素供給装置の構成図であり、排水供給管３のＯＤ水路１に没した排水吸込口３ａの周囲を取り囲むように流入水受水槽１２を設けるとともに、ＯＤ水路１への流入水を流入水供給管１３から流入水受水槽１２に供給し、かつ流入水受水槽１２の下部には活性汚泥を排出するための開口部１２ａを設け、活性汚泥が排水供給管３の吸込口３ａから吸い込まれないようにすることにより、活性汚泥の解体による固液分離の悪化を防いでいる。その他の構成、作用、効果は実施最良形態１と同様である。

なお、実施最良形態２と実施最良形態３を組み合わせることにより、即ち実施最良形態２の沈殿構造物１１内に流入水供給管１３から流入水を供給することにより、更に効果を向上させることができる。

実施最良形態４
図６はこの発明の実施最良形態４によるＯＤ法による水流発生及び酸素供給装置の構成図であり、筒状の整流筒１４はＯＤ水路１中に没して配置され、整流筒１４内には適宜の支持手段を介してジェットノズル２が間隔を置いて同軸状に配置されている。その他の構成は実施最良形態１と同様である。

実施最良形態４においては、ジェットノズル２から前方に水流（気液流）１０が発生するとともに、整流筒１４から前方に水流１０の周囲に随伴流１５が発生し、水流量を増大させることができ、少ないエネルギーにより大きな水流量を得ることができる。その他の作用、効果は実施最良形態１と同様である。

実施最良形態５
図７はこの発明の実施最良形態５によるＯＤ法による水流発生及び酸素供給装置の構成図であり、ＯＤ水路１におけるジェットノズル２の下流側近傍に膜ろ過装置１６を設置し、膜ろ過装置１６でろ過された排水は配管１７を介して第２のポンプ１８により汲み上げられる。ポンプ５，１８、電磁弁４，７及びブロワ８はコントローラ９により制御される。その他の構成は実施最良形態１と同様である。

実施最良形態５においては、ジェットノズル２から下流側に気泡を含んだ水流１０が発生し、この水流１０が膜ろ過装置１６の膜面に作用し、これによって膜面に微生物膜等の汚れが付着するのが防止される。通常、膜ろ過装置１６への汚れ防止のために、気泡の上昇による洗浄を行っているが、一定の流速を得るために、上昇速度の速い比較的大きな気泡を用いている。径の大きな気泡は汚れの溶解効率が悪く、エネルギー効率が悪い。しかし、水流発生及び酸素供給のためのジェットノズル２による水流１０により汚れ防止を行うので、総合的にエネルギー効率が良くなる。なお、膜ろ過装置１６は平膜タイプでも中空糸タイプでもよい。その他の効果は実施最良形態１と同様である。

実施最良形態６
図８はこの発明の実施最良形態６によるＯＤ法による水流発生及び酸素供給装置の構成図であり、ジェットノズル２の噴射孔２ｄからの排水の噴射量に対して、空気孔２ｆからの空気供給量には、最適なエネルギー効率となるように、供給する気泡径を適切な値にするためには、上限があり、供給空気量が不足することがある。そこで、空気量を補給するために、ジェットノズル２の下流側にＯＤ水路１中に空気を供給する散気装置１９を設ける。散気装置１９には第２のブロワ２０から配管２１を介して空気を供給する。その他の構成、効果は実施最良形態１と同様である。

なお、上記各実施最良形態においては、ＯＤ法による施設（ＯＤ水路）に適用した例を示したが、一般的な活性汚泥法による施設（活性汚泥槽）や嫌気・無酸素・好気法による施設にも適用することができる。

この発明の実施最良形態１によるＯＤ法による水流発生及び酸素供給装置の構成図である。 実施最良形態１によるジェットノズルの断面図である。 実施最良形態１によるＯＤ水路におけるジェットノズルの配置図である。 実施最良形態２によるＯＤ法による水流発生及び酸素供給装置の構成図である。 実施最良形態３によるＯＤ法による水流発生及び酸素供給装置の構成図である。 実施最良形態４によるＯＤ法による水流発生及び酸素供給装置の構成図である。 実施最良形態５によるＯＤ法による水流発生及び酸素供給装置の構成図である。 実施最良形態６によるＯＤ法による水流発生及び酸素供給装置の構成図である。

符号の説明

１…ＯＤ水路
２…ジェットノズル
２ａ…流路
２ｂ…流入口
２ｃ…流出口
２ｄ…噴射孔
２ｅ…排水チャンバー
２ｆ…空気孔
３…排水供給管
５，１８…ポンプ
６…空気供給管
８，２０…ブロワ
９…コントローラ
１１…沈殿構造物
１２…流入水受水槽
１４…整流筒
１６…膜ろ過装置
１９…散気装置

Claims (7)

1. 活性汚泥槽内に没して配置されるとともに、内部に貫通した流路が形成され、流路の上流端に活性汚泥槽内の被処理水の流入口が形成されるとともに、流路の下流端に被処理水の流出口が形成され、かつ流路の周壁には一端が流路に開口した被処理水の噴射孔が流出口側に傾斜して形成され、流路の周壁の噴射孔の上流側には空気孔が流路から外周まで貫通して形成されたジェットノズルと、噴射孔のジェットノズルの外周に開口した他端に接続され、活性汚泥槽内の被処理水を噴射孔に供給する被処理水供給管と、空気孔の外端に接続され、第１のブロワからの空気を空気孔に供給する空気供給管と、被処理水供給管に設けられ、噴射孔からジェットノズルの流路内に活性汚泥槽内の被処理水を噴射させることにより該流路の流入口から流出口まで被処理水流を生じさせるとともに、空気孔から該流路内に空気を噴射させる第１のポンプとを備えたことを特徴とする水流発生及び酸素供給装置。
2. 上記活性汚泥槽内に没して複数のジェットノズルを配置し、一部のジェットノズルには空気を供給しないで被処理水のみ供給するようにしたことを特徴とする請求項１記載の水流発生及び酸素供給装置。
3. 被処理水供給管の活性汚泥槽内に没した被処理水吸込口を囲んで、活性汚泥の沈殿機能を有する沈殿構造物を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の水流発生及び酸素供給装置。
4. 被処理水供給管の活性汚泥槽内に没した被処理水吸込口を囲んで、上記活性汚泥槽内への流入水を受ける流入水受水槽を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の水流発生及び酸素供給装置。
5. ジェットノズルの外周に筒状の整流筒を間隔をあけて同軸状に配置したことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の水流発生及び酸素供給装置。
6. 上記活性汚泥槽内におけるジェットノズルの下流側近傍に膜ろ過装置を配置し、膜ろ過装置によりろ過した被処理水を第２のポンプにより汲み上げるようにしたことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の水流発生及び酸素供給装置。
7. 上記活性汚泥槽内に、第２のブロワに接続され、空気を供給する散気装置を配置したことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の水流発生及び酸素供給装置。
   

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