JP2008126226A - 撹拌曝気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 撹拌ノズルから吐出される加圧回転ジェット水流により汚水等を効率的に曝気することができ、しかも、微小な気泡を水中に吸入させることにより酸素溶解効率を向上することができる撹拌曝気装置を提供する。
【解決手段】 吸水口から吸入された汚水等に圧力を与えて吐水口から送出するポンプ１の後方には、軸線に対して傾斜させた複数の羽根型突片１７が内部に形成され、空気等の気体を吸入して汚水等内に微細気泡を混合させるインジェクター３が接続される。インジェクター３の後方には、微細気泡を混合させた汚水等を回転水流に変換する複数の羽根型突片２７が形成された撹拌ノズル７が接続される。この撹拌ノズル７から汚水等の水域内に微細気泡を混合させた加圧回転水流を噴出させて水域を曝気処理する。
【選択図】図１

Description

本発明は、曝気装置、特に汚水中に導入する空気を、流体の持つ流下エネルギーを用いて効率的に微細化して酸素の溶存性を高めるようにした曝気装置に関するものである。

従来、観賞魚用水槽、池、湖沼、汚水曝気層等の閉鎖された水域、或いは河川等の解放された水域等において、水域内の水又は汚水を浄化するために曝気を行っている。この曝気方法としては、特開２００４−１８８２５９号公報（特許文献１）に開示されているように、撹拌曝気機にて汚水を撹拌して強制的に空気との接触を行う方法、特開平８−１０３７９８号公報（特許文献３）に開示されているように、水を空気中に噴射することにより空気との接触を強制的に行う噴水方法、水中ポンプとジェットポンプとを組み合わせた装置である水中エジェクターにより、特開２００１−２７６８７９号公報（特許文献２）に開示されているように、空気を自吸して微細気泡を含んだ気液混合流として水中に水平方向に噴射する方法、ブロアーにより空気を強制的に底部に設置された散気管に送り細かい気泡を発生させる方法等が一般に採用されている。
特開２００４−１８８２５９号公報 特開２００１−２７６８７９号公報 特開平８−１０３７９８号公報

ところで、水の撹拌曝気としては、気泡を微細化するほど汚水中の滞留時間が長くなって酸素の溶存性が向上することは周知である。しかし、従来の撹拌曝気方式は、一般的に水面または水中にスクリューを配置し、これを動力機にて強制的に回動させて汚水を撹拌し、汚水中に大気を供給混合しているため、機械的駆動部分が水または汚水中に含む不純物の侵入により磨耗したり、又はスクリュー軸に紐等の長い不純物が絡みついて故障することから、定期的な点検保守を頻繁に行う必要がある。さらには、導入する空気の気泡の微細化にもスクリューによる破砕力だけでは限度があり、かつ大きな動力を要するという問題点があった。噴水方式においては、水面又は水面に近い表層部の水のみ撹拌曝気されるだけで、水深の深い池、又は槽においては槽内全体の撹拌曝気は行えないという問題点もあった。水中エジェクター方式においては、細かい気泡を水平方向に勢い良く噴出させた場合も、拡散することで流速が急速に低下し。気泡の会合が起こって水面に上昇してしまうため、特に水深が浅いときに酸素溶解効率が低下するという問題点があった。散気菅方式においては、散気菅の閉塞による溶存酸素効率の低下、底部の汚水の処理不足という問題点があった。

本発明の課題は、従来の曝気装置の有する問題点に鑑み、撹拌ノズルから吐出される加圧回転ジェット水流により汚水等を効率的に曝気することができ、しかも、微小な気泡を水中に吸入させることにより酸素溶解効率を向上することができる撹拌曝気装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の撹拌曝気装置は、吸水口から吸入された汚水等に圧力を与えて吐水口から送出するポンプと、上記ポンプの後方に接続され、内部に軸線に対して傾斜させた複数の羽根型突片が形成されるとともに、空気等の気体を吸入して上記汚水等内に微細気泡を混合させるインジェクターと、上記インジェクターの後方に接続され、微細気泡を混合させた上記汚水等を回転水流に変換する複数の羽根型突片が形成された撹拌ノズルとを少なくとも備え、上記撹拌ノズルから上記汚水等の水域内に微細気泡を混合させた加圧回転水流を噴出する構成としている。

この発明の撹拌曝気装置は、ポンプから吐出される加圧された汚水等が、インジェクター前部の収縮状テーパー菅部内壁に設けられた回転状羽根型突片で加圧回転ジェット水流に変えられ、空気取り入れ口後部の拡散状テーパー菅部で水流が広められる時の負圧を利用し空気吸入口より空気を吸入し加圧水との混合を行う。このとき、水流の回転力により吸入された空気が微細気泡となりよりよく混合される。

空気と混合された加圧回転ジェット水流は、インジェクター後部拡散状テーパー菅部の内壁に設けられた整流羽根型突片により回転力が弱められ、混合された気泡は再度微細化され接続管内を流下抵抗が低減された水流となり高速で流下する。

高速で接続管内を流下してきた水流は、撹拌ノズルの収縮状テーパー菅部の内壁に設けられた回転状羽根型突片により加圧回転ジェット水流に変えられる。このとき、混入された空気は再度回転状羽根型突片により微細気泡となる。撹拌ノズルより水域の中に勢いよく吐出された加圧回転ジェット水流は、回転力により急激な拡散による流速の低下や気泡の会合を招くことなく広範囲に行きわたる。撹拌ノズルの収縮状テーパー形状により、ジェット水流は近傍の水を引き込み、多量の水流となり、酸素溶解効率を向上させ、又水域最下層部の撹拌を強め、曝気効果を高める。

従来の撹拌曝気方式、水中エジェクター方式では、吸水と吐水が同じレベルで行なわれる。本発明による撹拌曝気装置は、吸水は最下層部より上層部側に、吐水は最下層部に設定している。これにより、通常は最下層部に存在する異物が、水中ポンプ又は陸上ポンプに吸入されて故障が起こることを防止する。また吐水は一番酸素が要求され且つ撹拌が必要な最下層部に行うことから曝気効果を高められる。

水域の最下層部に接続される撹拌ノズルは、水域の状況により複数個を接続することができる。又各撹拌ノズルは状況により吐出方向をそれぞれ変えられることにより、水域全体の曝気効果が高められる。

水域の状況により、１台の水中ポンプ又は陸上ポンプに複数のインジェクターを接続し、そのインジェクターの後方に複数の撹拌ノズルを接続することにより、より広範囲な水域の曝気処理が可能となる。

この発明によれば、インジェクター内の羽根状突片により加圧された汚水に回転力が与えられる。この加圧回転水流は空気を微細気泡として混入させることができる。微細気泡と混合された加圧回転水流は、またインジェクター内に設置された整流状羽根状突片により回転力が解かれ接続菅の内部を抵抗を減少させ流下する。接続菅を通り撹拌ノズルに導かれた水流は撹拌ノズル内に設置された羽根状突片により再度加圧回転水流となる。接続菅内部で起きた気泡の会合はこの加圧回転水流により微細気泡となり水流に混合する。微細気泡混合水は加圧回転ジェット水流となり噴出されるので、急激な水流の拡散が抑えられ気泡の会合が少なく汚水との接触が高められるため、水域の水深が浅い場合でも高い酸素溶解効率が得られる。

また、加圧回転ジェット水流が水域の最下層部に水平方向に噴出されるため、水域内に大きな撹拌流が得られ水域全体の浄化処理に大きく貢献する。

複数のインジェクターと複数の撹拌ノズルを用いれば、従来の装置では不可能であった広範囲の水域でも曝気処理が可能となる。

よってこの撹拌曝気装置は、観賞用水槽、池、湖沼、汚水曝気槽等の閉鎖された水域、或いは河川等の解放された水域においても、水中ポンプ方式、陸上ポンプ方式の選択ができ、状況に応じた撹拌曝気装置の設定ができるため、充分その性能を発揮できる。

撹拌曝気装置は、吸水口から吸入された汚水等に圧力を与えて吐水口から送出するポンプと、上記ポンプの後方に接続され、内部に軸線に対して傾斜させた複数の羽根型突片が形成されるとともに、空気等の気体を吸入して上記汚水等内に微細気泡を混合させるインジェクターと、上記インジェクターの後方に接続され、微細気泡を混合させた上記汚水等を回転水流に変換する複数の羽根型突片が形成された撹拌ノズルとを少なくとも備えている。上記撹拌ノズルからは、上記汚水等の水域内に微細気泡を混合させた加圧回転水流を噴出する。このように、噴出された加圧回転水流は、回転が与えられているため急激に拡散することなく、近傍の水を伴ったジェット水流となり撹拌効果を増大させる。また、ジェット水流は、撹拌ノズルの先端を収縮テーパー状に形成することにより、近傍の水を引き寄せ、ノズルより吐出する水量より多量な水流となる。さらに、噴出された微細気泡を含んだジェット水流は、気泡の会合が少ないため汚水に対する酸素溶解効率を高められる。

以下、本発明の撹拌曝気装置の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は水中ポンプを使用した実施例である。水域Ｗには、吊り下げチェーン１２により水中ポンプ１が吊り下げられている。この水中ポンプ１は、吸入部１ａが水域Ｗの底部に接することのないように所定の間隔が設けられている。水中ポンプ１の吐出部１ｂには道水管９を介してインジェクター３の入力側が接続され、さらに、インジェクター３の出力側には接続管６の一端が接続されている。接続管６の他端は水域Ｗの底部、もしくは底部近傍まで下降させ、他端には撹拌ノズル７が接続されている。

インジェクター３は、図５、図６、図７、及び、図８に示すように、外壁、内壁から成り、内壁の端部から導入菅部１８は円筒状になっている。導入菅部１８の後に収縮状テーパー菅部１６があり、そのテーパー菅部１６の最後部に吸気口１５が設けられ、それに続いて注入部２３があり、その後に拡散状テーパー菅部１９が設けられ、続いて円筒状の排出菅２５が設けられている。そして、収縮状テーパー菅部１６の内壁には、８個の羽根型突片１７が形成されている。この羽根型突片１７は、図６に示すように、テーパー菅部１６の軸線に対して所定の角度に傾斜させている。また、拡散状テーパー菅部１９の内壁には、整流状羽根型突片２１が形成されている。

水流１４は、インジェクター３の内部の導入菅部１８を通過し、収縮状テーパー菅部１６において加圧され加圧水流となる。このとき、テーパー菅部１６の内壁に設置された８個の羽根型突片１７により水流１４は回転力を与えられるとともに加圧された回転ジェット水流となる。

加圧された回転ジェット水流は、導入菅部１８の内部の圧力と排水管部２５の内部の圧力差により吸気菅４の先端にある吸気口１５から空気１３を吸い込む。空気１３は吸気接続菅２０の先端にあるサイレンサ５を通り吸入される。このとき、吸入された空気１３は回転水流に吸入される。吸入された空気は注入部２３で微細気泡となり、汚水と混合される。

微細気泡が混合された回転水流は拡散状テーパー菅部１９に送られる。回転水流は拡散状テーパー菅部１９の内壁に設置された８個の整流状羽根型突片２１によりその回転が弱められ、軸線と平行な整流となり、また、微細気泡は整流状羽根型突片２１により再度細かく砕かれ、接続管６内では流下抵抗が低減された水流となり高速で流下する。

インジェクター３は接続用ねじ山部２２により導水管９、接続菅６と接続される。なお、ねじ山接続ではなくフランジ接続にも変更しても良い。吸気菅４は接続用ねじ山部２２により吸気接続菅２０と接続される。

接続菅６の中を高速で流下してきた微細気泡混合水は接続菅６の先端に接続された撹拌ノズル７に入る。撹拌ノズル７は、図９、図１０で示す通り、外壁、内壁から成り、内壁の端部から導入菅部２８は略円筒状になっている。導入菅部２８の後に収縮状テーパー菅部２６がつながる構造となっている。

撹拌ノズル７に流下してきた微細気泡混合水は導入菅部２８を通り収縮状テーパー菅部２６で加圧水流となる。このとき、収縮状テーパー菅部２６の内壁に設置された８個の回転状羽根型突片２７により接続菅６の中で生じる会合気泡を再度微細気泡に変えることができる。加圧微細気泡混合水は８個の回転状羽根型突片２７により回転水流となり、勢いよく水域の中に噴出する。噴出されたジェット水流１１は回転が与えられているため急激に拡散することなく、近傍の水を伴ったジェット水流 １１となり撹拌効果を増大させる。ジェット水流１１は、図９に示すように撹拌ノズルの先端が収縮テーパー状の為、近傍の水を引き寄せ、ノズルより吐出する水量より多量な水流となる。また噴出された微細気泡を含んだジェット水流１１は、気泡の会合が少ないため汚水に対する酸素溶解効率を高めることができる。

撹拌ノズル７は接続用ねじ山部２９により接続菅６と接続される。なお、ねじ山接続ではなくフランジ接続にも変えることができる。また撹拌ノズル７は配管材とねじ込み接続又はフランジ接続ができる為、水域の形状等により複数接続することができ、それぞれの撹拌ノズルの吐出方向を自由に変えることができる。

図１の実施例において、水中ポンプの能力を大きくして、大きなインジェクターを使用し複数の撹拌ノズルを接続して曝気することもできる。また１台の水中ポンプに複数のインジェクターを接続して曝気することもできる。よって本発明の撹拌曝気装置は、水域の状況に応じた設置パターンが選択できる。

図１の実施例においてわかるように、水中ポンプの吸入部１ａは撹拌ノズル７と同じレベルでなく撹拌ノズルより上部に設置することができる。このことにより水域下層部の異物を吸入することなく水中ポンプの故障を防ぐことができる。水域の状況によっては水中ポンプを可能な限り水面近くに設置し、撹拌ノズルを水域の最下層部に設置することもできる。これにより水域の上層部の酸素を多く含んだ水を微細気泡混合水として最下層部の低酸素水域に送り込むことができる。このように吸水位置を水域の状況により自由に変えることができる。

図２は陸上ポンプを使用した実施例である。水中ポンプ方式では対応しきれない広範囲の水域では陸上ポンプ方式をとることが好ましい。陸上ポンプ８を作動させると、吸入部２に接続された導水菅９の先端部のストレーナー１０から汚水が吸入される。以下は図１の水中ポンプ方式の実施例と同様なので説明を省略する。

図３は陸上ポンプを使用した鑑賞魚用水槽の実施例である。鑑賞魚水槽のように水中ポンプが使えない狭い水域においては、小さな陸上ポンプを使用して曝気処理を行うことが可能である。図２の実施例と同様なので説明を省略する。

図４の実施例は陸上ポンプに２個のインジェクターを接続し、２系統の接続菅に複数の撹拌ノズルを接続した装置を示している。この実施例のようにインジェクターの数量を変え、各インジェクターに複数の撹拌ノズルを接続することにより吐出水量又酸素供給量を変え、状況に応じた吐水方向が選択できるため、より広範囲の水域での曝気処理が可能となる。

水中ポンプを使用した実施例を示す断面図である。 陸上ポンプを使用した実施例を示す断面図である。 陸上ポンプを使用した観賞魚用水槽の実施例を示す断面図である。 陸上ポンプを使用した実施例を示す平面図である。 インジェクターの断面図である。 インジェクター導入菅部Ａ−Ａの側面図である。 インジェクター排出菅部Ｂ−Ｂの側面図である。 インジェクター□Ｃ−Ｃの断面図である。 撹拌ノズルの断面図である。 撹拌ノズル導入菅部Ｄ−Ｄの側面図である。

符号の説明

Ｗ 水域
１ａ 吸入部
１ｂ 吐出部
１ 水中ポンプ
２ 吸入部
３ インジェクター
４ 吸気菅
５ サイレンサ
６ 接続菅
７ 撹拌ノズル
８ 陸上ポンプ
９ 導水菅
１０ ストレーナー
１１ ジェット水流
１２ 吊り下げチェーン
１３ 空気
１４ 水流
１５ 吸気口
１６ 収縮状テーパー菅部
１７ 羽根型突片
１８ 導入菅部
１９ 拡散状テーパー菅部
２０ 吸気接続菅
２１ 整流状羽根型突片
２２ 接続用ねじ山部
２３ 注入部
２４ 観賞魚用水槽
２５ 排出菅
２６ 収縮状テーパー菅部
２７ 回転状羽根型突片
２８ 導入菅部
２９ 接続用ねじ山部

Claims (5)

1. 吸水口から吸入された汚水等に圧力を与えて吐水口から送出するポンプと、
   上記ポンプの後方に接続され、内部に軸線に対して傾斜させた複数の羽根型突片が形成されるとともに、空気等の気体を吸入して上記汚水等内に微細気泡を混合させるインジェクターと、
   上記インジェクターの後方に接続され、微細気泡を混合させた上記汚水等を回転水流に変換する複数の羽根型突片が形成された撹拌ノズルとを少なくとも備え、
   上記撹拌ノズルから上記汚水等の水域内に微細気泡を混合させた加圧回転水流を噴出することを特徴とする撹拌曝気装置。
2. インジェクターの上流側内部には、軸線に対して傾斜させることにより汚水等を回転水流に変換する複数の羽根型突片を形成するとともに、上記インジェクターの下流側内部には上記汚水等を整流させる整流状羽根型突片を形成し、上記インジェクターと撹拌ノズルとの間に接続された接続管に送出する請求項１に記載の撹拌曝気装置。
3. ポンプの吸水口は水域に底面から所定寸法離間させて設置し、撹拌ノズルは上記水域の底面近傍に設置する請求項１または２に記載の撹拌曝気装置。
4. インジェクターの後方には複数個の撹拌ノズルを接続した請求項３に記載の撹拌曝気装置。
5. ポンプの吐水口の後方には複数個のインジェクターを接続するとともに、各々のインジェクターの後方には撹拌ノズルを接続した請求項３に記載の撹拌曝気装置。

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