JP2008119609A - 散気システムおよび散気方法 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない動力エネルギー、低い剪断力で気体を曝気槽に供給できる、散気システム、及び散気方法を提供する。
【解決手段】導入された被処理排水を活性汚泥で処理するための曝気槽と、曝気槽内の被処理排水の液面よりも下方から散気させるための気体供給部を有する第１の散気装置と、第１の散気装置よりも下方から散気させるための気体供給部を有する第２の散気装置と、第１の散気装置から散気される第１の気泡の領域と第２の散気装置から散気される第２の気泡の領域とを循環可能に隔離するための隔離手段とを備え、第２の散気装置がらの気泡が、第１の散気装置からのの気泡よりも大きい気泡発生時直径を有し、第１の散気装置と、第２の散気装置と、隔離手段とが、第１の気泡の上昇力と第２の気泡の上昇力との差により、曝気槽内に循環流が発生するように配置されていることを特徴とする散気システム及び散気方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、散気システムおよび散気方法に関する。より詳しくは、本発明は、例えば、排水の生物学的処理方法などを行なうに有用な、散気システムおよび散気方法に関する。

従来、排水を生物学的処理により行なう場合、好気的処理および嫌気的処理の２つの手法が行なわれている。前記好気的処理の場合、曝気槽に空気を送り込み、それにより、該曝気槽内に酸素が供給されている。

前記曝気槽への酸素の供給は、例えば、撹拌装置と散気装置とが組み合わされたものであり、該曝気槽内に設けられた撹拌曝気装置を用いて、該散気装置から散気された気体を該撹拌装置による撹拌力により曝気槽内で循環させ、曝気を行なう方法（例えば、特許文献１、特許文献２などを参照のこと）などにより行なわれている。

しかしながら、前記特許文献１および２に記載の撹拌曝気装置を用いた場合、曝気処理に際し、膨大な動力エネルギーを消費するという欠点がある。
特開２００３−０５３３７１号公報 特許第３１６００５７号公報

本発明は、上記従来の欠点に鑑みてなされたものであり、少ない動力エネルギーで、低い剪断力条件下で気体を曝気槽に供給することができる、散気システムを提供することを１つの課題とする。また、本発明は、少ない動力エネルギーで、低い剪断力条件下で気体を曝気槽に供給することができる、散気方法を提供することを他の課題とする。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、導入された被処理排水を活性汚泥で処理するための曝気槽と、
該曝気槽内の被処理排水と活性汚泥とを含む液相の液面よりも下方から散気させるための、気体供給部を有する第１の散気装置と、
該曝気槽内の第１の散気装置よりも下方から散気させるための、気体供給部を有する第２の散気装置と、
該曝気槽内に配置され、かつ該第１の散気装置から散気される第１の気泡の領域と該第２の散気装置から散気される第２の気泡の領域とを循環可能に隔離するための隔離手段と
を備え、
該第２の散気装置が、第１の散気装置により散気される第１の気泡よりも大きい気泡発生時直径を有する第２の気泡を発生するものであり、
該第１の散気装置と、該第２の散気装置と、該隔離手段とが、該第１の気泡の上昇力と該第２の気泡の上昇力との差により、該曝気槽内に循環流が発生するように配置されていることを特徴とする、散気システムに関する。また、本発明は、前記散気システムを用い、該液相の液面よりも下方から第１の気泡を散気させ、かつ該気泡を散気させる部位よりも下方から第２の気泡を散気させて、該第１の気泡の上昇力と該第２の気泡の上昇力との差により、該曝気槽内に循環流を発生させることを特徴とする、散気方法に関する。

本発明の散気システムによれば、第２の散気装置が、第１の散気装置により散気される第１の気泡よりも大きい気泡発生時直径を有する第２の気泡を発生するものであり、該第１の散気装置と、該第２の散気装置と、隔離手段とが、該第１の気泡の上昇力と該第２の気泡の上昇力との差により、該曝気槽内に循環流が発生するように配置された構成を有するため、少ない動力エネルギーで、かつ低い剪断力条件下で気体を曝気槽に供給することができるという優れた効果が奏される。また、本発明の散気方法によれば、少ない動力エネルギーで、低い剪断力条件下で気体を曝気槽に供給することができるという優れた効果が奏される。

本発明は、１つの側面では、導入された被処理排水を活性汚泥で処理するための曝気槽と、
該曝気槽内の被処理排水と活性汚泥とを含む液相の液面よりも下方から散気させるための、気体供給部を有する第１の散気装置と、
該曝気槽内の第１の散気装置よりも下方から散気させるための、気体供給部を有する第２の散気装置と、
該曝気槽内に配置され、かつ該第１の散気装置から散気される第１の気泡の領域と該第２の散気装置から散気される第２の気泡の領域とを循環可能に隔離するための隔離手段と
を備え、
該第２の散気装置が、第１の散気装置により散気される第１の気泡よりも大きい気泡発生時直径を有する第２の気泡を発生するものであり、
該第１の散気装置と、該第２の散気装置と、該隔離手段とが、該第１の気泡の上昇力と該第２の気泡の上昇力との差により、該曝気槽内に循環流が発生するように配置されていることを特徴とする、散気システムに関する。

本発明の散気システムは、曝気槽内の被処理排水と活性汚泥とを含む液相の液面よりも下部に配置された第１の散気装置と、曝気槽内の第１の散気装置よりも下部に配置された第２の散気装置と、隔離手段とを備えているため、前記曝気槽内の被処理排水と活性汚泥とを含む液相の液面よりも下部から下方に第１の気泡を散気させ、かつ該気泡を散気させる部位よりも下方から上方に向けて該第１の気泡よりも大きい気泡発生時直径の第２の気泡を散気させることができる。また、本発明の散気システムは、前記第１の散気装置と第２の散気装置と隔離手段とが、第１の散気装置と、該第２の散気装置と、隔離手段とが、該第１の気泡の上昇力と該第２の気泡の上昇力との差により、該曝気槽内に循環流が発生するように配置されているため、例えば、撹拌装置をさらに備えていなくとも、少ない動力エネルギーで循環流を発生させることができるという優れた効果を発揮する。したがって、本発明の散気システムは、少ない動力エネルギーで気体を曝気槽内の液相に効率よく供給することができるという優れた効果を発揮する。

さらに、本発明の散気システムは、前述のように、気体を曝気槽内における気体の循環に際して、撹拌装置などを用いなくともよいため、低い剪断力条件下で気体を曝気槽に供給することができるという優れた効果を発揮する。そのため、本発明の散気システムによれば、曝気槽内でフロックの破壊を抑制することができるので、本発明の散気システムは、曝気槽による処理の後に、沈殿分離を行なう場合に、沈殿分離の効率を向上させることができる点で有利である。

前記被処理排水としては、特に限定されないが、例えば、活性汚泥などによる生物処理の対象となる排水などが挙げられる。具体的には、前記被処理排水としては、特に限定されないが、例えば、一般の都市下水、農業集落排水、食品工場排水、化学工場排水、製紙工場排水などの有機性排水などが挙げられる。

前記第１の散気装置は、曝気槽内の被処理排水と活性汚泥とを含む液相の液面よりも下部に、その気体供給部が配置される。前記第１の散気装置は、好ましくは、前記液相の液面より下部であって、液面付近に位置するように、その気体供給部が配置される。具体的には、第１の散気装置は、直接空気が水面から放出されることを防止する観点から、該第１の散気装置における気体供給部が、前記液相の液面から、０．１ｍ以上、吹込み動力エネルギーを低減させる観点から、２ｍ以下、好ましくは、０．３ｍ以下の位置に配置されていることが望ましい。前記第１の散気装置を、前記位置に配置させた場合、より低い圧力で、気体を散気させることができるため、かかる場合の散気システムは、該第１の散気装置からの散気に要する動力エネルギーが、より低減されるという優れた効果を発揮する。

前記第１の散気装置は、第２の散気装置により散気される気泡（第２の気泡）よりも小さい気泡発生時直径を有する気泡（第１の気泡）を発生する装置である。

なお、本明細書において、前記「気体供給部」とは、例えば、散気孔、微細気泡供給部、気泡吐出（排出）口などを包含する概念をいう。

前記第１の散気装置としては、微細気泡散気装置、多孔板、多孔管などの散気装置が挙げられる。前記散気装置のなかでも、下向流により容易に気体を下方へ移動させる観点から、好ましくは、微細気泡散気装置が望ましい。

前記微細気泡散気装置としては、微細気泡を発生させることができるものであればよく、特に限定されないが、例えば、旋回流発生部内に液体を加圧ポンプなどで圧送し、旋回流を発生させて、高遠心力場を発生させるとともに、該高遠心力場に気体を導入して、液体と気体とを混合することにより微細気泡を発生させる機構を有する装置などが挙げられる。具体的には、前記微細気泡散気装置としては、例えば、流通方向に向かって縮径する円錐台形状の内面を有する管体からなる、排水の旋回流を発生させる旋回流発生部と、
排水を吸引して加圧状態で旋回流発生部に排水を送り出す加圧ポンプと、
旋回流発生部に気体を導入する気体供給装置と
旋回流発生部で生成した微細気泡を、処理槽本体内に供給する微細気泡供給部と、
を備え、
処理槽と加圧ポンプ入口とが配管により接続され、
加圧ポンプ出口と旋回流発生部入口とが、旋回流発生部の円錐台形状の径大側において円周方向に排水が導入されるように配管により接続され、
微細気泡供給部が、処理槽本体内の排水中に浸漬された状態で配され、
気体供給装置から気体が旋回流発生部に導入され、旋回流により気体が剪断され、生成した微細気泡が、旋回流発生部の円錐台形状の径小側から微細気泡供給部に移送され、それにより、微細気泡供給部から気体の微細気泡が排出されるように構成されている微細気泡散気装置などが挙げられる。

本発明の散気システムにおいては、前記第１の散気装置は、下向流により容易に気体を下方へ移動させる観点から、好ましくは、気泡発生時直径１ｍｍ以下の気泡を発生する装置、具体的には、例えば、微細気泡散気装置が望ましい。本発明の散気システムが、第１の散気装置として、かかる微細気泡散気装置を備えたものである場合、曝気槽内の液相に、循環流で気体を滞留させることができるので、本発明の散気システムによれば、少ない動力エネルギーで、気体を曝気槽内の液相に溶け込ませることができる。

なお、本明細書において、前記「気泡発生時直径」とは、散気装置（例えば、微細気泡散気装置など）における気体供給部、すなわち、気泡を排出する出口（例えば、微細気泡供給部の出口）から５０ｍｍの位置における気泡の直径をいう。

また、本明細書において、前記「気泡発生時直径１ｍｍ以下の気泡」とは、散気装置から排出される全気泡の内の８０％以上（個数）の気泡が直径１ｍｍ以下の大きさであるものをいう。かかる気泡の大きさは、前記気体供給部、例えば、微細気泡供給部から排出される気泡を、気体供給部、例えば、微細気泡供給部出口近傍でマイクロスコープ等を用いて撮影し、撮影された写真を画像解析等に供することにより求められうる。具体的には、気泡の大きさは、例えば、気体供給部、例えば、微細気泡供給部出口近傍（すなわち、出口から５０ｍｍの位置）において、気体供給部、例えば、微細気泡供給部から排出される気泡を、２０倍程度の倍率のマイクロスコープ等を用いて撮影し、撮影された写真を、例えば、旭化成エンジニアリング株式会社、商品名：Ａ像くん等の画像解析ソフトにより解析し、それにより、円相当径を算出することにより求められうる。「８０％以上の気泡が１ｍｍ以下の大きさ」であることは、上記のように画像解析された全気泡のうち、８０％以上の気泡が直径１ｍｍ以下の円相当径として観察されることによりで確認されうる。

前記第１の気泡の気泡発生時直径は、下向流により容易に気体を下方へ移動させる観点から、好ましくは、１ｍｍ以下、より好ましくは、０．５ｍｍ以下である。また、より微細な気泡を作り出すにはエネルギーが必要となるので、前記第１の気泡の気泡発生時直径は、好ましくは１μｍ以上である。

前記第１の散気装置は、酸素を富化して曝気槽内に供給するための酸素供給手段をさらに備えた装置であることが好ましい。前記第１の散気装置が、酸素を富化して曝気槽内に供給するための酸素供給手段をさらに備えた装置である場合、該第１の散気装置は、曝気槽における処理を行なうに十分な量の酸素を、より低い動力エネルギーで、より効率よく曝気槽内の液相に供給することができるという優れた効果を発揮する。

前記第２の散気装置は、曝気槽内の第１の散気装置よりも下方から散気するように、その気体供給部が配置される。前記第２の散気装置は、該第２の散気装置における気体供給部が、吹込み動力エネルギーの低減の観点から、前記曝気槽の底面から、水深の１／４以上、好ましくは、１／３以上、エアリフト発生の観点から、底面から水深の２／３以下、好ましくは、１／２以下の位置に、その気体供給部が配置されていることが望ましい。

前記第２の散気装置は、第１の散気装置により散気される気泡（第１の気泡）よりも大きい気泡発生時直径を有する第２の気泡を発生する装置である。前記第２の散気装置としては、少なくとも気泡発生時直径１ｍｍの気泡を発生するスパージャー、多孔管、多孔板などが挙げられる。なかでも、エアリフト発生の観点から、少なくとも気泡発生時直径２ｍｍの気泡を発生するスパージャーが好ましい。

前記第２の気泡の気泡発生時直径は、１ｍｍを超える大きさであり、エアリフト発生の観点から、好ましくは、２ｍｍ以上、より好ましくは、３ｍｍ以上であり、均一なエアリフトの観点から、好ましくは、１５ｍｍ以下、より好ましくは、１０ｍｍ以下であることが望ましい。

前記隔離手段は、曝気槽内に配置される。前記隔離手段によれば、曝気槽内で、第１の散気装置から散気される第１の気泡の領域と該第２の散気装置から散気される第２の気泡の領域とを循環可能に隔離することができ、循環流を効率よく発生させ、かつ維持することができる。前記隔離手段としては、筒体、隔壁などが挙げられる。前記隔離手段は、好ましくは、第１の散気装置から散気される第１の気泡の領域と該第２の散気装置から散気される第２の気泡の領域とを、循環可能に隔離し、かつ曝気槽の底面に対して、垂直方向に配置されることが望ましい。

前記隔離手段が筒体である場合、第１の散気装置の気体供給部が、該筒体の内部に位置するように配置されうる。前記第１の散気装置の気体供給部は、好ましくは、前記筒体の上端から下へ０．１ｍ以上の位置に配置されることが望ましい。

前記筒体内の領域の水平面断面積（Ａ１）は、空気が溶け込む領域を広く取る観点から、曝気槽内の領域の水平面断面積〔すなわち、筒体内の領域の水平面断面積（Ａ１）と筒体外の領域の水平面断面積（Ａ２）との和＝Ａ１＋Ａ２〕 １に対して、１／４以上、好ましくは、１／３以上であり、低動力で下向流を起こす観点から、１／２以下、好ましくは、１／３以下であることが望ましい。また、前記筒体の上端は、筒体内への水の流入の観点から、水面より下へ、０．１ｍ以上であり、該筒体の下端は、筒体内からの水流出の観点から、底面より２００ｍｍ以下であることが望ましい。

本発明の散気システムにおいて、前記第１の散気装置と第２の散気装置と隔離手段とは、該第１の気泡の上昇力と該第２の気泡の上昇力との差により、該曝気槽内に循環流が発生するように配置される。

以下、図１〜図３を参照して、本発明の散気システムの一例を具体的に説明するが、本発明は、かかる実施態様に限定されるものではない。

図１に示される実施態様１の散気システムは、曝気槽４と、第１の散気装置１（気体供給部）と、第２の散気装置２（気体供給部）と、隔離手段（筒体）３とを備えたシステムである。前記実施態様１の散気システムでは、隔離手段（筒体）３の内部で、かつ被処理排水と活性汚泥とからなる液相の液面付近に、第１の散気装置１（気体供給部）が配置されている。また、第２の散気装置２（気体供給部）は、曝気槽４内の曝気槽底面付近で、かつ隔離手段（筒体）３の外部に配置されている。第２の散気装置２（気体供給部）は、第１の散気装置１（気体供給部）により散気される第１の気泡よりも大きい気泡発生時直径を有する第２の気泡を発生する。そのため、実施態様１の散気システムによれば、気泡発生時直径が大きい第２の気泡により液相内での循環を効率よく維持でき、かつ気泡発生時直径が小さい第１の気泡により液相への気体の溶解性を高めることができるため、経済性に優れた散気が可能になる。第１の散気装置１（気体供給部）から、第１の気泡が、隔離手段３により第２の散気装置２（気体供給部）から散気された第２の気泡と隔離されながら、散気され、かつ第２の散気装置２（気体供給部）から、第２の気泡が、隔離手段３により第１の散気装置１（気体供給部）から散気された第１の気泡と隔離されながら、散気される。ここで、第２の散気装置２（気体供給部）から散気された第２の気泡は、上昇流を発生させ、第１の気泡の上昇力と該第２の気泡の上昇力との差により、曝気槽４内に循環流が発生する。ここで、第１の散気装置１（気体供給部）から散気された第１の気泡は、下降流にしたがって、曝気槽４の底面に近づくほど、直径が小さくなり、気体の移動効果が大きくなる。

図２に示される実施態様２の散気システムは、前記実施態様１の散気システムにおける第１の散気装置１が、酸素供給手段５をさらに備えた装置であることを除き、前記実施態様１の散気システムと同様の構成を有するシステムである。前記実施態様２の散気システムは、曝気槽４内での活性汚泥による処理に有用な酸素をより多く供給する酸素供給手段５をさらに備えているため、曝気槽４内への十分な酸素の供給を行なうために、散気に要する動力エネルギーをより低減させることができる。また、酸素供給手段５を介して第１の散気装置から散気される酸素の濃度の向上は、酸素移動効率の増加をもたらすことができる。

酸素供給手段５としては、特に限定されないが、例えば、Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｐｔｉｏｎ（ＰＳＡ）方式や酸素富化膜方式による高濃度酸素発生装置などが挙げられる。

図３に示される実施態様３の散気システムは、前記実施態様１の散気システムにおける第１の散気装置１（気体供給部）が、隔離手段（筒体）３の外部に配置され、第２の散気装置（気体供給部）が隔壁手段（筒体）３の内部に配置された装置であることを除き、前記実施態様１の散気システムと同様の構成を有するシステムである。

本発明は、他の側面では、前記散気システムを用い、該液相の液面よりも下方から第１の気泡を散気させ、かつ該気泡を散気させる部位よりも下方から第２の気泡を散気させて、該第１の気泡の上昇力と該第２の気泡の上昇力との差により、該曝気槽内に循環流を発生させることを特徴とする、散気方法に関する。

本発明の散気方法は、前記散気システムが用いられるため、効率よく循環流を発生させることができるという優れた効果を発揮する。

また、本発明の散気方法は、前記曝気槽内の被処理排水と活性汚泥とを含む液相の液面よりも下方から第１の気泡を散気させ、かつ該第１の気泡を散気させる部位よりも下方から該第１の気泡よりも大きい気泡発生時直径の第２の気泡を散気させるため、例えば、撹拌装置などを用いなくとも、該第１の気泡の上昇力と該第２の気泡の上昇力との差により、循環流を発生させることができるという優れた効果を発揮する。そのため、少ない動力エネルギーで気体を曝気槽内の液相に効率よく供給することができるという優れた効果を発揮する。

さらに、本発明の散気方法は、気体を曝気槽内における気体の循環に際して、撹拌装置などを用いなくともよいため、低い剪断力条件下で気体を曝気槽に供給することができるという優れた効果を発揮する。そのため、本発明の散気方法によれば、曝気槽内でフロックの破壊を抑制することができるので、本発明の散気方法は、曝気槽による処理の後に、沈殿分離を行なう場合に、沈殿分離の効率を向上させることができる点で有利である。

本発明の散気方法において、第１の気泡は、下向流により容易に気体を下方へ移動させる観点から、気泡発生時直径が、１ｍｍ以下、好ましくは、０．５ｍｍ以下である。また、より微細な気泡を作り出すにはエネルギーが必要となるので、前記第１の気泡の気泡発生時直径は、好ましくは１μｍ以上である。

本発明の散気方法において、第１の気泡の散気位置は、曝気槽内の被処理排水と活性汚泥とを含む液相の液面からの距離が、直接空気が水面から放出されることを防止する観点から、０．１ｍ以上、吹込み動力エネルギーを低減させる観点から、２ｍ以下、好ましくは、０．３ｍ以下の位置に配置されていることが望ましい。

第１の気泡の散気量は、吹込み動力エネルギーの低減の観点から、好ましくは、理論必要空気量の２倍以下、より好ましくは、１．５倍以下であることが望ましく、また、第２の散気装置から散気された空気中の酸素の被処理排水への溶解効率や散気量等を考慮して、好ましくは、理論必要空気量の０．７倍以上であることが望ましい。

本発明の散気方法において、前記第２の気泡は、曝気槽内において、第１の気泡よりも下方から散気される。

本発明の散気方法において、第２の気泡は、気泡発生時直径が、１ｍｍを超える大きさであり、エアリフト発生の観点から、好ましくは、２ｍｍ以上、より好ましくは、３ｍｍ以上であり、均一なエアリフトの観点から、好ましくは、１５ｍｍ以下、より好ましくは、１０ｍｍ以下であることが望ましい。

本発明の散気方法において、第２の気泡の散気位置は、曝気槽の底面からの距離が、吹込み動力エネルギーの低減の観点から、前記曝気槽の底面から、水深の１／４以上、好ましくは、１／３以上、エアリフト発生の観点から、底面から水深の１／２以下、好ましくは、１／３以下の位置であることが望ましい。

前記隔離手段は、前記散気システムで用いられたものと同様である。

本発明によれば、少ない動力エネルギーで、低い剪断力条件下での曝気処理が可能になる。

図１は、実施態様１の散気システムの概略説明図を示す。 図２は、実施態様２の散気システムの概略説明図を示す。 図３は、実施態様３の散気システムの概略説明図を示す。

符号の説明

１ 第１の散気装置（気体供給部）
２ 第２の散気装置（気体供給部）
３ 隔離手段
４ 曝気槽
５ 酸素供給手段

Claims (6)

1. 導入された被処理排水を活性汚泥で処理するための曝気槽と、
   該曝気槽内の被処理排水と活性汚泥とを含む液相の液面よりも下方から散気させるための、気体供給部を有する第１の散気装置と、
   該曝気槽内の第１の散気装置よりも下方から散気させるための、気体供給部を有する第２の散気装置と、
   該曝気槽内に配置され、かつ該第１の散気装置から散気される第１の気泡の領域と該第２の散気装置から散気される第２の気泡の領域とを循環可能に隔離するための隔離手段と
   を備えてなり、
   該第２の散気装置が、第１の散気装置により散気される第１の気泡よりも大きい気泡発生時直径を有する第２の気泡を発生するものであり、
   該第１の散気装置と、該第２の散気装置と、該隔離手段とが、該第１の気泡の上昇力と該第２の気泡の上昇力との差により、該曝気槽内に循環流が発生するように配置されていることを特徴とする、散気システム。
2. 該第１の散気装置が、気泡発生時直径１ｍｍ以下の気泡を発生する装置である、請求項１記載の散気システム。
3. 該第１の散気装置が、酸素を曝気槽内に供給するための酸素供給手段をさらに備えた装置である、請求項１または２記載の散気システム。
4. 該第２の散気装置が、気泡発生時直径１ｍｍを超える大きさの気泡を発生するスパージャーである、請求項１〜３いずれか１項に記載の散気システム。
5. 該隔離手段が、筒体であり、該第１の散気装置の気体供給部が、該筒体の内部に配置されてなる、請求項１〜４いずれか１項に記載の散気システム。
6. 請求項１〜５いずれか１項に記載の散気システムを用い、該液相の液面よりも下方から第１の気泡を散気させ、かつ該気泡を散気させる部位よりも下方から第２の気泡を散気させて、該第１の気泡の上昇力と該第２の気泡の上昇力との差により、該曝気槽内に循環流を発生させることを特徴とする、散気方法。

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