JP2010104900A - メンブレン式散気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】応力集中による散気膜の破損を防止でき、運転停止時の止水性が向上するとともに、散気膜の全面にわたって散気を行えるメンブレン式散気装置を提供する。
【解決手段】シート状部材５、６を接合してなる袋状体２を備え、袋状体２の少なくとも上面部に設ける散気領域７が通気性のシート状部材６からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は下水処理施設などの槽内に設置するメンブレン式散気装置に関し、生物処理または攪拌のために散気を行う技術に係るものである。

従来、この種の散気装置には、例えば図１２および図１３に示すものがある。これはベースプレート５１の上面に散気膜５２を装着し、所定位置に給気口５３を設けたものであり、給気口５３がベースプレート５１と散気膜５２との間に連通している。散気膜５２は合成樹脂膜または合成ゴム膜に多数の小孔５４を設けたものであり、散気膜５２の周囲を固定部５５によってベースプレート５１に固定した構造をなす。

図１３（ａ）に示すように、運転停止時に散気膜５２は水圧を受けてベースプレート５１の上面に当接し、散気膜５２の小孔５４は閉じた状態となる。運転時にはベースプレート５１と散気膜５２の間に圧縮空気を供給する。このとき、図１３（ｂ）に示すように、圧縮空気の圧力を受けて散気膜５２がベースプレート５１の上面から離間して膨らみ、小孔５４が開いた状態となり、小孔５４を通して水中へ空気の散気が行なわれる。

このような構成を有するものとしては、例えば特許文献１に記載のメンブレン散気装置がある。これは、内部に空気室を備えた箱状のホルダーの天面に空気孔を形成し、ホルダーの上面にメンブレンを装着している。メンブレンは合成樹脂膜または合成ゴム膜に多数の小孔を設けたものであり、その周囲を額縁状の枠によってホルダーの上面に固定している。メンブレンの小孔は運転停止状態では水圧によって閉じており、空気室に圧縮空気を供給するとメンブレンが膨らみ、小孔が開いて水中へ散気する。

また、特許文献２に記載のパネル型の散気装置は、平板状をなす金属製又は合成樹脂製のベースプレートの一面に散気膜を配置し、散気膜の四辺縁部とベースプレートの四辺縁部とをパッキンを介して金属製の枠体に固定している。散気膜は多数の小孔を有し、その材質は、ポリウレタン、シリコン、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）などの適度の弾性を有する合成樹脂又は合成ゴムからなる。
特開２００３−３２０３８８ 特開２００４−３１３９３８

従来の構成では散気膜の周囲を固定部によってベースプレートに固定しているが、固定部をベースプレートに固定する固定手段としてかしめやボルト締結を採用する場合には、固定手段が散気膜を局所的に加圧することになり、固定手段の付近において応力集中が生じて散気膜が損傷する場合がある。また、かしめ用の金属固定枠やボルト、ナット等の部品点数が多くなる。

また、固定部において散気膜の周側部がベースプレートの端部に直接に当接する構造では、ベースプレートの角部に製作時の加工不良がある場合に散気膜が損傷する恐れがある。一方、樹脂製の固定枠で散気膜を受け止める場合には、散気装置の重量が大きくなり、その取り扱いが困難となって施工性が悪くなる。

散気膜は運転停止時に水圧を受けるとベースプレートに圧接して小孔が閉じることで止水性を発揮し、水の逆流を防止する。しかしながら、散気膜とベースプレートとの間および小孔における止水性が乏しいために、水圧を受けて水が逆流することがある。

運転時には散気膜を水平方向に配置する状態で給気口を通して散気膜の上方から下方に向けて空気を給気し、散気膜から上方へ発泡させて散気するので、空気の給気方向と散気方向が全く逆方向となり、圧力損失が高くなる。そのため、散気装置は給気口とは反対側の先端側において気泡が出難く、散気に偏りが発生する。また、給気口の周辺も散気膜を補強してあるので気泡が出難い。

本発明は上記した課題を解決するものであり、応力集中による散気膜の破損を防止でき、運転停止時の止水性が向上するとともに、散気膜の全面にわたって散気を行えるメンブレン式散気装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のメンブレン式散気装置は、シート状部材を接合してなる袋状体を備え、袋状体の少なくとも上面部を形成するシート状部材に散気領域を設けたことを特徴とする。

また、本発明のメンブレン式散気装置において、袋状体は軟質弾性材からなるシート状部材を溶着により相互に接合してなることを特徴とする。
また、本発明のメンブレン式散気装置において、袋状体は下面部が不通気性のシート状部材からなり、上面部が散気領域を形成する通気性のシート状部材と散気領域の外周領域を形成する不通気性のシート状部材とからなることを特徴とする。

また、本発明のメンブレン式散気装置において、袋状体は外縁に給気口を有し、給気口周囲のシート状部材に不通気性領域を設けたことを特徴とする。
また、本発明のメンブレン式散気装置において、袋状体は散気領域の外周領域に袋状体の全長にわたって支持部材を備えることを特徴する。

本発明の反応槽は、対象処理液を貯溜する槽体と、槽体内に配置する散気装置を備え、散気装置が、請求項１から６の何れか１項に記載のメンブレン式散気装置からなることを特徴とする。

以上のように本発明によれば、運転時には袋状体の内部に供給した空気の圧力で袋状体が膨らみ、通気性を有する散気領域から空気を噴出させて散気する。運転停止時には周囲の水圧を受けて袋状体の上面部と下面部のシート状部材が互いに圧接することで止水性を発揮する。

袋状体の接合部は軟質弾性材からなるシート状部材を溶着して形成し、双方の部材が接合部の接合面において樹脂の溶融により一体化するので、接合部における気密性が向上し、かつ接合部において応力集中が生じる構造的要素がなく、運転時および運転停止時において応力集中に起因する損傷を防止できる。

また、袋状体がシート状部材からなることで散気装置としての重量が小さくなり、かつ柔軟であることでその取り扱いが容易となる。さらに、従来のような、かしめ用の枠や締結用のボルト、ナットが不要で部品点数の削減を図れるとともに、かしめ用の枠や締結用のボルト、ナットの装着時におけるプレス圧や締め付けトルクの調整が不要となる。

袋状体は下面部が不通気性のシート状部材からなり、上面部が散気領域を形成する通気性のシート状部材と散気領域の外周領域を形成する不通気性のシート状部材とからなり、袋状体の外縁に設けた給気口がシート状部材と平行な方向に向けて開口することで、給気口から供給する空気が給気口の軸心方向と平行をなすシート状部材に沿って広がり、給気口と対向する反対側の末端にまでスムーズに行き渡り、散気領域の全面から空気が噴出するので散気の偏りが生じることはない。

運転停止時には、散気領域の外周領域において上面部の不通気性のシート状部材と下面部の不通気性のシート状部材が圧接することで止水性が高くなり、周囲の水圧を受ける水が給気口へ逆流することはない。

袋状体が散気領域の外周領域に袋状体の全長にわたって支持部材を備えることで、散気時に袋状体に生じる浮力に抗して支持部材で袋状体を水平方向に伸長した状態に保持することができ、浮力に因って袋状体に生じる応力が袋状体の全長にわたって分散し、袋状体の破損を防止できる。

また、給気口の周囲において上面部および下面部のシート状部材の不通気性領域が圧接し合うことで止水性が高くなり、周囲の水圧を受ける水が給気口へ逆流することはない。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１から図６において、メンブレン式散気装置１は、本体が帯状に長く延びる袋状体２からなり、袋状体２の一側の外縁に設けた給気口３にノズル４が装着してあり、ノズル４を介して空気供給源（図示省略）に接続する構造をなす。袋状体２の形状は、風船形、円板形、正方形、ひし形、円柱形等の何れの形状であっても良い。

袋状体２は軟質弾性材の合成樹脂からなるシート状部材５、６を溶着により相互に接合してなり、本実施の形態では不通気性のシート状部材５および通気性のシート状部材(散気膜)６がポリウレタンからなる。

袋状体２は、下面部が不通気性のシート状部材５からなり、上面部が散気領域７を形成する通気性のシート状部材６と散気領域７の外周領域を形成する不通気性のシート状部材５とからなる。

シート状部材５、６の接合は熱溶着や高周波溶着等に限らず超音波融着等の他の融着方法や接着によっても行うことができ、ボルト等の機械的手段を併用することも可能である。シート状部材５、６はポリウレタンに限らず、ポリエステル繊維やナイロン繊維で補強したポリウレタン、シリコンゴム等の他の材質のものを使用することも可能である。

例えば、散気領域を形成する通気性のシート状部材６にポリウレタンを使用し、散気領域７の外周領域を形成する不通気性のシート状部材５にポリエステル繊維等で補強したポリウレタンを使用すると、運転時に力の掛かる溶着部や袋状体を固定するための部分を補強できるため好適である。

本実施の形態では袋状体２の上面部にのみ散気領域を設けているが、他の部位に散気領域を設けることも可能である。また、通気性のシート状部材６を不通気性のシート状部材５に接合する構造ではなく、不通気性のシート状部材５の所定の領域に小孔を加工して散気領域７を形成しても良い。

袋状体２は、下面部の不通気性のシート状部材５と上面部の外周領域の不通気性のシート状部材５とを気密に溶着してなる接合部８を袋状体２の外縁に全周的に形成し、上面部の通気性のシート状部材６と外周領域の不通気性のシート状部材５とを気密に溶着してなる接合部９を散気領域７の全周に沿って形成してある。

しかしながら、従来のベースプレートの代替部材となる下面部の不通気性のシート状部材５に代えて樹脂プレートや樹脂パイプを使用することも可能であり、散気膜をなす通気性のシート状部材６と溶着可能な材質であれば良く、その形状、性状を限定するものではない。

さらに、図７に示すように、平坦なベースプレート５０ａに袋状体２を周縁部で接合することも可能であり、図８に示すように、上方に湾曲するベースプレート５０ｂに袋状体２を周縁部で接合することも可能であり、図９に示すように、下方に湾曲するベースプレート５０ｃに袋状体２を周縁部で接合することも可能である。

図２に示すように、袋状体２の給気口３に挿入したノズル４は複数箇所の溶着部１０において下面部の不通気性のシート状部材５と上面部の不通気性のシート状部材５に気密に接合しており、給気口３およびノズル４がシート状部材５、６と平行な方向に向けて開口している。ノズル４の形状は図２に示すものに限らず、任意の形状を採用することが可能であり、ノズル４に対する空気供給源の接続は、上方、下方、水平等の何れの角度から行って良い。

図３に示すように、袋状体２は、幅方向の両側において散気領域７の外周領域に袋状体２の長手方向に延びる挿入孔１１を設けており、図４に示すように、支持部材１２を挿入孔１１に挿入してある。

図５および図６に示すように、支持部材１２は、袋状体２の長手方向と平行をなし、支持部材１２の軸心方向の両端側に配置した連結固定部１３に固定してある。詳細には、支持部材１２の両端に形成したねじ部１４を連結固定部１３に形成したＬ字形の切り込み口１５に挿入し、一対のナット１６の間に連結固定部１３を挟み込んで固定してある。支持部材１２に代えてロッドやワイヤー等の部材を用いることも可能である。尚、ナット１６による締結は必ずしも必要ではなく、支持部材１２をＬ字形の切り込み口１５に係合させるだけでも良く、散気時に袋状体２が膨らむと両側の支持部材１２が相互に接近するので、支持部材１２が切り込み口１５から離間することはない。

ノズル４は固定バンド１７で連結固定部１３に押さえ付け、固定バンド１７をボルト１８およびナット１９で連結固定部１３に固定してある。連結固定部１３はアンカーボルト２０で反応槽２１に固定してある。

本発明は種々の反応槽２１に適用可能であり、例えば、水処理等を行うもので、活性汚泥法等において使用するものである。
以下、上記した構成における作用を説明する。運転時には空気供給源（図示省略）からノズル４および給気口３を通して所定圧力の空気を袋状体２の内部に供給する。運転時に袋状体２は内部に供給した空気の圧力で膨らみ、散気膜をなす通気性のシート状部材６を通して散気領域７から空気が噴出し、噴出する空気を処理槽２１の内部の処理対象水中に散気する。

袋状体２の外縁に設けた給気口３およびノズル４がシート状部材５、６と平行な方向に向けて開口することで、給気口３およびノズル４の軸心方向において空気の流れを阻害する抵抗となる要素がなくなり、給気口３およびノズル４から供給する空気は、下面部の不通気性のシート状部材５と上面部の通気性のシート状部材６および不通気性のシート状部材５との間においてシート状部材５、６に沿って広がり、給気口およびノズル４と対向する反対側の末端にまでスムーズに行き渡り、散気領域７の全面から空気が噴出するので散気の偏りが生じることはない。

また、袋状体２の幅方向の両側に配置した支持部材１２が袋状体２を散気領域７の外周領域において袋状体２の全長にわたって支持するので、散気時に袋状体２に生じる浮力に抗して袋状体２を水平方向に伸長した状態に保持することができ、かつ浮力に因って袋状体２に生じる応力が袋状体２の全長にわたって分散し、袋状体２の破損を防止できる。

運転停止時に空気の供給を停止すると、袋状体２は周囲の水圧を受けて上面部の通気性のシート状部材６および不通気性のシート状部材５が下面部の不通気性のシート状部材５に圧接することで、軟質弾性材同士が密着するためより高い止水性を発揮し、給気口３の周囲において上面部の不通気性のシート状部材５と下面部の不通気性のシート状部材５が圧接することで、たとえ小孔から水が入ったとしても給気口周囲は密封されているため止水性が高くなり、周囲の水圧を受ける水が給気口へ逆流することはない。給気口３に逆止弁的な構造を併設することも可能である。

袋状体２の接合部８、９は軟質弾性材からなるシート状部材５、６を溶着して形成し、双方の部材が接合部８、９の接合面において樹脂の溶融により一体化するので、接合部８、９における気密性が向上し、かつ接合部８、９において応力集中が生じる構造的要素がなく、運転時および運転停止時において応力集中に起因する損傷を防止できる。

また、メンブレン式散気装置１は本体をなす袋状体２が合成樹脂材のシート状部材５、６からなり、従来における強い剛性を備えたベースプレートに代えて軟質弾性材のシート状部材５、６を用いることで散気装置としての重量が小さくなり、かつ柔軟であることでその取り扱いが容易となり、運搬および施工性が大幅に向上する。

さらに、従来のような、かしめ用の枠や締結用のボルト、ナットが不要で部品点数の削減を図れるとともに、かしめ用の枠や締結用のボルト、ナットの装着時におけるプレス圧や締め付けトルクの調整が不要となり、加工ミス、施工ミスに起因するトラブルを低減できる。

図１０（ａ）に示すように、袋状体２は、上面部を形成する不通気性のシート状部材５および下面部の不通気性のシート状部材５を１枚のシートで形成し、図１０（ｃ）に示すように、袋状に折り返すことも可能である。そして、折り返し部５１にノズル４の挿通孔５２を形成し、図１０（ｃ）に示すように、折り返し部５１の内側から外側へノズル４を挿通して配置する。図１０（ｂ）に示すように、ノズル４は、元口側に形成したフランジ４ａを不通気性のシート状部材５に溶着して固定し、上下の不通気性のシート状部材５は折り返し部５１を除く周縁部を溶着する。

図１１に示すように、袋状体２は長尺に形成することも可能である。この場合に散気領域７は複数に区分して形成し、散気領域７の間に不通気領域５３を形成し、不通気領域５３において支持手段５４で支持するとともに、先の実施の形態と同様に支持部材１２で支持する。また、不通気領域５３の両側には支持具等（図示省略）を配置するための切欠き部５５を設ける。

本発明の実施の形態における袋状体を示す平面図 同実施の形態におけるノズルを示す断面図 同実施の形態における袋状体の要部を示す断面図 同実施の形態におけるメンブレン式散気装置を示す平面図 同実施の形態におけるメンブレン式散気装置を示す正面図 連結固定部１３を示す正面図 本発明の他の実施の形態におけるメンブレン式散気装置を示す断面図 本発明の他の実施の形態におけるメンブレン式散気装置を示す断面図 本発明の他の実施の形態におけるメンブレン式散気装置を示す断面図 本発明の他の実施の形態におけるメンブレン式散気装置を示し、（ａ）はシートの展開図、（ｂ）はノズルの断面図、（ｃ）は折り返した状態を示す説明図 本発明の他の実施の形態におけるメンブレン式散気装置を示す模式図 従来の散気装置を示す斜視図 従来の散気装置における作用を示す模式図

符号の説明

１ メンブレン式散気装置
２ 袋状体
３ 給気口
４ ノズル
４ａ フランジ
５ 不通気性のシート状部材
６ 通気性のシート状部材
７ 散気領域
８、９ 接合部
１０ 溶着部
１１ 挿入孔
１２ 支持部材
１３ 連結固定部
１４ ねじ部
１５ 切り込み口
１６ ナット
１７ 固定バンド
１８ ボルト
１９ ナット
２０ アンカーボルト
２１ 反応槽
５１ 折り返し部
５２ 挿通孔
５３ 不通気領域
５４ 支持手段
５５ 切欠き部

Claims (6)

1. シート状部材を接合してなる袋状体を備え、袋状体の少なくとも上面部を形成するシート状部材に散気領域を設けたことを特徴とするメンブレン式散気装置。
2. 袋状体は軟質弾性材からなるシート状部材を溶着により相互に接合してなることを特徴とする請求項１に記載のメンブレン式散気装置。
3. 袋状体は下面部が不通気性のシート状部材からなり、上面部が散気領域を形成する通気性のシート状部材と散気領域の外周領域を形成する不通気性のシート状部材とからなることを特徴とする請求項１または２に記載のメンブレン式散気装置。
4. 袋状体は外縁に給気口を有し、給気口周囲のシート状部材に不通気性領域を設けたことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のメンブレン式散気装置。
5. 袋状体は散気領域の外周領域に袋状体の全長にわたって支持部材を備えることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のメンブレン式散気装置。
6. 対象処理液を貯溜する槽体と、槽体内に配置する散気装置を備え、散気装置が、請求項１から５の何れか１項に記載のメンブレン式散気装置からなることを特徴とする反応槽。

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