JP2008521592A - 排水を曝気するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

排水用容器と、実質的に垂直な軸（１）を中心に回転可能でありかつ下向きに向けられた部分が排水の中に到達し得るロータとを備える、排水を曝気するための装置であって、ロータは実質的に径方向におよび軸方向に方向付けられた面を有するブレード（４）を備え、ロータの回転の方向に湾曲した面（１２）はブレード（４）の上部端縁（８）の近くに存在し、上部端縁の近くの湾曲した面はブレードの垂直面と１０°から６０°の間の角度をなす。

Description

この発明は、排水用容器と、実質的に垂直な軸を中心に回転可能でありかつ下向きに向けられた部分が排水の中に到達し得るロータとを備える、排水を曝気するための装置に関し、ロータは、実質的に径方向におよび軸方向に方向付けられた面を有するブレードを備え、ロータの回転の方向に湾曲した面はブレードの上部端縁の近くに存在する。このような装置は、ＮＬ−Ａ−９２０１７８２に記載される。

このようないわゆる表面エアレータはしばしば、活性汚泥設備の曝気タンクに適用され、水の中に酸素を溶解させるという目的を有し、それによって曝気タンクの中の微生物に酸素を供給する。

大気と水との間の境界面において実質的に酸素移動が起こり、大気から水への最適な酸素移動は、この境界面をできる限り大きなものにすることによって達成される。酸素移動はさらに、境界面近くの水の中の酸素含有量をできる限り低く保つことによって高められる。なぜなら、境界面の位置での水の酸素含有量が高くなればなるほど、水に酸素を溶解させることがより困難になるためである。したがって、境界面近くの水が速やかに置換されることが重要である。

曝気に必要なエネルギの量は、排水処理プラントのエネルギ消費量の最大の部分をなす。したがって、エネルギの単位当たりの、水に溶解している酸素の量（酸素化効率）ができる限り高いことが極めて重要である。

水を動き出させるロータを備えた表面エアレータの酸素化能力の制御は、ロータの浸漬深さおよび／または回転速度を変化させることによって行なわれる。表面エアレータの浸漬深さゾーンは、高い酸素化効率を維持しながら曝気タンクの水位の通常のばらつきに対処できるように十分に大きなものでなければならない。高い酸素化効率が達成される回転速度範囲もできる限り大きくなければならず、そのため、導入される酸素が多いときもより少ないときも可能な限り高い酸素化効率が得られる。

この発明は、その目的のために、水中の廃棄物を急速に分解する。この発明はさらに、その目的のために、幅広い浸漬深さゾーンおよび幅広い回転速度範囲にわたって高くかつ事実上一定の酸素化効率を有する。

この発明の別の目的は、汚泥が浮遊状態で保持され、溶解した酸素と接触するように排水中に十分な流量および乱れを作ることである。

この発明はさらに、その目的のために、発生した力が依然として限定されているような態様で排水を曝気しなければならず、そのため、この設備は比較的軽量の形態を取り得る。

この発明の別の目的は、汚染、特に排水中に存在する物質、材料および固形廃棄物がロータに付着することに比較的影響されない、排水を曝気するための装置を提供することである。

この発明によれば、上部端縁の近くの湾曲した面は、ブレードの垂直面と１０°から６０°の間の角度をなす。ＮＬ−Ａ−９２０１７８２における例示的な実施例の湾曲した面は、ブレードと９０°の角度を内包するが、説明によれば、それとは異なる角度も可能である。しかしながら、ブレードによって押上げられている水を、水面に対して大きな角度で投げ出すことによって、より高い程度の酸素混合が達成され、したがって生物活動がより大きくなり、廃棄物がより急速に分解されることを試験は実証してきた。上部端縁の近くの湾曲した面は好ましくは、ブレードの垂直面と２０°から４０°の間、好ましくは約３０°の角度を内包する。

ブレードは好ましくは、厳密には径方向に延在しないが、ブレードの垂直面と、そこに平行にロータの回転軸から延在する放射部との間の距離は、ロータの直径の０．０１倍から０．１０倍の間、より好ましくは約０．０４倍である。径方向に対してある角度でブレードを置くことは酸素化に好ましい影響を及ぼすことを試験は示してきた。

ブレードと湾曲部との間の遷移部の半径は好ましくは、ロータの直径の少なくとも０．０２倍、好ましくは少なくとも０．０５倍、より好ましくは約０．０７倍である。このように、押上げられた水の速度は鋭角によって低減されることはない。

湾曲部の高さは好ましくは、ロータの直径の０．０３倍から０．１０倍の間、より好ましくは約０．０５倍である。

ブレードは好ましくは、少なくとも一部分は、ロータの回転軸からある距離を置いて位置するプレートのような部分で構成され、これらの部分の幅は径方向にロータの外径の０．０７倍から０．３倍の間である。ブレードの幅は本明細書では下方向に減少し得る。

ブレードは好ましくは、実質的に水平なプレートのような部分によって互いに接続され、その端縁の近くにブレードが固定される。ブレードは次いで上記水平なプレートのような部分の両側に延在することができ、ブレードの高さは好ましくはロータの外径の０．０５倍から０．３倍の間である。

湾曲部はブレードと一体化して形成され得るが、ブレードの他の部分に固定される別個の構成要素である可能性もある。

この発明はさらに、排水を曝気するためのロータに関し、ロータは、円状に置かれ、かつ上部端縁および下部端縁を有する、実質的に径方向におよび軸方向に延在する面を有するブレードを備え、ロータの回転の方向に湾曲した面はブレードの上部端縁の近くに存在する。

この発明はさらに、排水を曝気するための方法に関し、大気と排水との間の境界面は水を撥ね散らすことによって増大し、排水中の汚泥は、水の中に流れおよび／または乱れを作り出すことによって浮遊状態に保持され、排水は、円状に配置されたいくつかのブレードを排水を介して動かすことによって動き出し、ブレードは実質的に径方向におよび垂直に延在し、ブレードの上部端縁は水面より上に延在し、水はブレードの速度によって上向きに運ばれ、次いで、斜め上向きに方向付けられかつ順方向に湾曲したブレードの面によって、移動の方向に対して横方向に投げ出される。

この発明を説明する目的で、排水を曝気するためのロータの例示的な実施例について図面を参照しながら説明する。

図１は、水面１３を有する水で満たされた生物学的水処理槽１４を示している。図１に示される槽１４はいわゆるバイパス槽であるが、この発明はさらに、正方形もしくは円形の入れ物またはプールその他の形態などの他のタイプの槽に関する。駆動装置、たとえばモータ１５が槽１４に固定して配置され、モータ１５はシャフト１を駆動する。ロータは中央に位置する垂直なシャフト１を備え、シャフト１の底部に、その直交して取付けられたプレート２が接続される。いくつかのブレード４、この実施例では１０個のブレード４がプレート２の外側端縁上に実質的に垂直におよび径方向に延在する。ロータは好ましくは、ブレードの周速が３から７メートル／秒の間、より好ましくは４から６メートル／秒の間にあるような回転速度で回転し、この速度で水は押上げられることになり、上向きに撥ねることになる。ロータはそうでなければ、周速が１から３メートル／秒の間で、汚泥の沈殿を防ぐための混合／攪拌機器としても非常によく利用されることができ、この目的のために、水面下に延在するブレード４の部分の形状が特に重要である。

ロータの２つの実施例が図２〜図５および図６〜図９に示されている。両方の実施例では、ロータは中央に位置する垂直なシャフト１を備え、シャフト１に、その直交して取付けられたプレート２が接続される。プレート２の外側端縁上に１０個の実質的に三角形の凹部３が配置され、ブレード４はその凹部３に位置する。

図４によるブレード４はプレートのようなものであり、ロータの外側近くの最も低いポイント５と、７７．５°の角度で上向きにおよび外向きに急勾配に走りプレート２より上に続いている端縁７と、０°の角度で内向きに走り、かつプレート２のところまで１５°の角度で斜め下向きに走る端縁１０に入れ替わる上部端縁８と、プレート２から６５°の角度で下向きにおよび外向きに急勾配に走る端縁９と、最も低いポイント５に向けて１５°の角度で外向きにおよび斜め下向きに走る端縁６とを有する。

図８によるブレード４は、図４によるブレード４と実質的に同じであるが、それと比較して、実質的に三角形のプレートのような部分が下側から、すなわち図４における端縁６から延在している。最も低いポイント５はここではブレード４の内側により接近してあり、この最も低いポイント５からブレードは、３０°の角度で外向きにおよび斜め上向きに走り、かつ７７．５°の角度で上向きにおよび外向きに急勾配に走りプレート２より上に続いている端縁７に入れ替わる端縁６と、０°の角度で内向きに走り、かつプレート２のところまで１５°の角度で斜め下向きに走る端縁１０に入れ替わる上部端縁８と、最も低いポイント５に向けて７５°の角度でプレート２から下向きにおよび外向きに急勾配に走る端縁９とを有する。

端縁８とプレート２の下側の面との間の距離は好ましくは、ロータの直径の０．０５倍から０．１３倍であり、両方の好ましい実施例ではロータの直径の約０．０９倍である。ロータの回転の方向１１に上部端縁８全体の近くに存在するのは湾曲部１２であり、外側端部の近くの面、すなわち上部端縁８はブレード４の垂直面とある特定の角度、所与の好ましい実施例では約３０°の角度をなす。この角度は好ましくは１０°から６０°の間であり、より好ましくはこの角度は２０°から４０°の間である。湾曲部１２は、端縁８においてロータの回転の方向に、ブレード４が製造されるプレートのような材料を曲げることによって形成され、ブレード４と湾曲部１２との間の遷移部の半径は好ましくは、ロータの直径の少なくとも０．０２倍、より好ましくは約０．０７倍である。湾曲部１２の高さは好ましくは、ロータの直径の０．０３倍から０．１０倍の間、より好ましくは約０．０５倍である。

湾曲部１２は、ブレード４の上側の一部、すなわち外側部分に沿って、好ましくはその３０％〜７０％に沿ってしか延在しない。これは斜めの端縁１０によって達成される。これによって水はブレード４の内側ではそれない。内側ではブレードの周速がより低いので
、これによってより優れた、より広範な撥ね散らしパターンがもたらされ、それによってロータの効率が改善される。

各ブレード４は、回転の方向に見て、ロータの放射部に平行に、ロータの放射部からある距離を置いておよびロータの放射部の前に置かれる。ブレード４の垂直面と、そこに平行にロータの回転軸から延在する放射部との間の距離は好ましくは、ロータの直径の０．０１倍から０．１０倍の間であり、より好ましくは約０．０４倍である。

ロータのブレード４の下方部分は排水の中に到達し、矢印１１で示されるようにロータを回転させることによって、排水は動き出す。これはブレード４に対して上向きに向けられた流れを作り出し、この流れは湾曲部１２によってある特定の角度でそれる。水は、ブレードからある距離を置いて排水１３の中に戻る。これは乱れを作り出し、気泡が形成され、それによって境界面の水の強力な置換が発生する。

ブレード４を有するロータの形は、ブレードの下方部分が排水１３の中に到達し、ブレード４を各々におよびロータに接続するプレートのような部分２が排水１３の表面のすぐ下に位置するようなものである。プレートの下側の水圧に起因して、誘導された水の流れが排水中で得られ、それによってロータの静かでかつ低振動の動きが達成される。プレート２が水面１３より上に位置するロータと比較して、水は周期的にプレートの下側に対しておよびその上に撥ねることができず、これはリズム（cadence）とも称され、駆動装置に対して大きな変化する力をもたらす。ロータの回転に起因して、水はブレード４の前で掻き回され、押上げられ、水は凹部３を通って上向きに逃げることができ、水は大気と十分に接触し得るが、プレート２ならびに駆動装置１５の軸受および歯車箱に対する上向きの圧力は依然として限定されている。

ロータは汚染に影響されず、ブレードの配置および形に起因して自浄式である。斜めの端縁９が特に、ロータの自浄能力に対して寄与する。

この発明はもちろん示される例示的な実施例に限定されない。多くの他の変形例に加えて、ブレード４の端縁８がプレート２となす角度をブレード４のうちのすべてまたはそのいくつかのために異なるようにすることが可能である。水がロータから投げ出される距離において配水量が大きくなることがこれによって達成される。シャフト１に対するブレード４の方向にも異なる形態を与えることが可能である。示される例示的な実施例における放射部とわずかに異なるブレード４は、径方向とは異なる別の位置も有し得る。本明細書におけるブレードは、すべてが同じ位置を占める必要はなく、最適な効果を達成するために異なって方向付けられることが可能である。ロータの上述の局面はさらに、それ自体を別個の発明として考えることができ、または多様な組合せで考えることができる。

生物学的処理槽の斜視図である。 ロータの第１の例示的な実施例の正面図である。 図２のロータの上面図である。 図２のロータのブレードの正面図である。 図４のブレードの側面図である。 ロータの第２の例示的な実施例の正面図である。 図６のロータの上面図である。 図６のロータのブレードの正面図である。 図８のブレードの側面図である。

Claims (9)

1. 排水用容器（１４）と、実質的に垂直な軸を中心に回転可能でありかつ下向きに向けられた部分が排水の中に到達し得るロータとを備える、排水を曝気するための装置であって、ロータは、実質的に径方向におよび軸方向に方向付けられた面を有するブレード（４）を備え、前記ロータの回転の方向に湾曲した面（１２）はブレード（４）の上部端縁（８）の近くに存在し、前記上部端縁（８）の近くの前記湾曲した面（１２）は前記ブレード（４）の垂直面と１０°から６０°の間の角度をなすことを特徴とする、装置。
2. 前記上部端縁（８）の近くの前記湾曲した面（１２）は、前記ブレード（４）の前記垂直面と２０°から４０°の間、好ましくは約３０°の角度を内包する、請求項１に記載の装置。
3. 前記ブレード（４）の前記垂直面と、そこに平行に前記ロータの回転軸から延在する放射部との間の距離は、前記ロータの直径の０．０１倍から０．１０倍の間、より好ましくは約０．０４倍である、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記ブレード（４）と湾曲部（１２）との間の遷移部の半径は、前記ロータの直径の少なくとも０．０２倍、好ましくは少なくとも０．０５倍、より好ましくは約０．０７倍である、請求項１、２または３に記載の装置。
5. 前記湾曲部（１２）の高さは、前記ロータの直径の０．０３倍から０．１０倍の間、より好ましくは約０．０５倍である、先の請求項１から４のいずれかに記載の装置。
6. 前記湾曲部（１２）は、前記ブレード（４）の上側の一部に沿って、すなわち外側部分に沿って、好ましくはその３０％〜７０％に沿ってしか延在しない、先の請求項１から５のいずれかに記載の装置。
7. 排水を曝気するためのロータであって、ロータは、円状に置かれ、かつ上部端縁（１０）および下部端縁（６）を有する、実質的に径方向におよび軸方向に延在する面を有するブレード（４）を備え、前記ロータの回転の方向に湾曲した面（１２）はブレードの前記上部端縁（８）の近くに存在し、前記上部端縁（８）の近くの前記湾曲した面は前記ブレード（４）の垂直面と１０°から６０°の間の角度をなすことを特徴とする、ロータ。
8. 排水を曝気するための方法であって、大気と排水との間の境界面は水を撥ね散らすことによって増大し、前記排水中の汚泥は、前記水の中に流れおよび／または乱れを作り出すことによって浮遊状態に保持され、前記排水は、円状に配置されたいくつかのブレード（４）を前記排水を介して動かすことによって動き出し、ブレード（４）は実質的に径方向におよび垂直に延在し、ブレード（４）の上部端縁（８）は水面より上に延在し、前記水は前記ブレード（４）の速度によって上向きに運ばれ、次いで、斜め上向きに方向付けられかつ順方向に湾曲した前記ブレードの面（１２）によって、移動の方向に対して横方向に投げ出され、前記上部端縁（８）の近くの前記湾曲した面（１２）は垂直面と１０°から６０°の間の角度をなすことを特徴とする、方法。
9. ロータは、前記ブレード（４）の前記速度が３から７メートル／秒の間、好ましくは４から６メートル／秒の間にあるような回転速度で回転することを特徴とする、請求項８に記載の方法。

Images