JP2010172792A - 散気方法及び散気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 活性汚泥処理装置等の汚泥混合液中に配置された散気管の内部に汚泥混合液が侵入するのを抑制し、散気管が目詰まりするのを抑制することで、散気管のメンテナンスの手間を軽減すると共に、散気管を配置する空間の小規模化を図ることを課題とする。
【解決手段】 汚泥混合液中に散気管を配置し、該散気管から気体を吐出させて散気する散気方法であって、気体を吐出する吐出口の内径が２０ｍｍ以上である前記散気管を吐出口の開口方向が水平方向となるように汚泥混合液中に配置し、前記吐出口の開口端における気体の線速度が４ｍ／秒以上１５ｍ／秒以下となるように気体を吐出させて散気することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、汚泥混合液中に気体を散気する散気方法及び散気装置に関する。

従来から、廃水等の水処理を行う際には、様々な目的で被処理水中への気体（主に、空気）の散気が行われている。例えば、活性汚泥を用いて廃水を処理する活性汚泥法では、活性汚泥中の微生物が廃水中の有機物を分解するために必要な酸素を供給する目的で、活性汚泥と廃水等とを混合した活性汚泥混合液中に空気の散気が行われている。

また、別な目的としては、汚泥と水との固液分離を目的として活性汚泥混合液中に浸漬された分離膜に付着物が付着するのを抑制し、また、付着物を分離膜の表面から剥がし取る目的で、分離膜の下方から気体を散気し、気体が浮上する際の水流や分離膜への気泡の接触によって、分離膜を揺れ動かすために散気が行われている。

活性汚泥混合液中に気体を散気する方法としては、活性汚泥混合液が入った処理槽内の下方から気体を散気する方法が一般的である。具体的には、活性汚泥混合液が入った処理槽内の下方に散気管を配置し、該散気管に気体供給手段からの気体を供給し、活性汚泥混合液中に気体を吐出させて散気する方法が採用されている。該散気管は、処理槽内に配置された状態でその開口方向が上方または下方に向くように配置されている。これにより、吐出された気体が上方に向かって浮上しつつ水平方向にも均一に拡散し、ムラなく活性汚泥混合液中に散気することができる。例えば、前記分離膜の下方に散気管を配置した際に、吐出口の開口方向が上方に向くように配置することで、散気された気体が分離膜の全体を覆うように上昇するため、分離膜の全体から付着物を除去し、付着物が付着するのを抑制することができる（特許文献１参照）。

再公表２００４−１１２９４４号公報

しかしながら、上記のように吐出口の開口方向が上方となるように散気管を活性汚泥混合液中に配置すると、活性汚泥が散気管内に侵入し易く、長時間稼動させた場合には、散気管内に活性汚泥が蓄積して散気管の内径が狭まるため、散気が不十分となる場合がある。特に、活性汚泥混合液中の固形物濃度（ＭＬＳＳ）が高い場合には、短時間で散気管が目詰まりすることもあり、メンテナンスを行うために多大な手間がかかってしまう。また、吐出口の開口方向が上方となるように上方に屈曲した散気管を用いる必要があるため、散気管を配置する為に上方に広い空間が必要となってしまう。一方、吐出口の開口方向を下方に向けた状態で散気管を配置した場合には、散気管内に活性汚泥が侵入することを抑制することができるが、下方に屈曲した散気管を用いる必要があるため、散気管を配置する際に上下方向に広い空間が必要となり、散気管を配置する空間を小規模化することが困難となってしまう。

そこで、本発明は、活性汚泥処理装置等の汚泥混合液中に配置された散気管の内部に汚泥混合液が侵入するのを抑制し、散気管が目詰まりするのを抑制することで、散気管のメンテナンスの手間を軽減すると共に、散気管を配置する空間の小規模化を図ることを課題とする。

本発明にかかる散気方法は、汚泥混合液中に散気管を配置し、該散気管から気体を吐出させて散気する散気方法であって、気体を吐出する吐出口の内径が２０ｍｍ以上である前記散気管を吐出口の開口方向が水平方向となるように汚泥混合液中に配置し、前記吐出口の開口端における気体の線速度が４ｍ／秒以上１５ｍ／秒以下となるように気体を吐出させて散気することを特徴とする。

かかる構成の散気方法によれば、気体を吐出する吐出口の内径が２０ｍｍ以上である散気管を吐出口の開口方向が水平方向となるように汚泥混合液中に配置し、前記吐出口の開口端における気体の線速度が４ｍ／秒以上１５ｍ／秒以下となるように気体を吐出させて散気することで、散気管内への汚泥混合液の侵入を抑制することができる。

具体的には、汚泥混合液は、活性汚泥等の生物性の固形物を多く含み、また、粘度が高いため、散気管の吐出口の開口方向が上方に向いている場合には、吐出口から気体（気泡）が吐出されている状態であっても、汚泥混合液が吐出口から散気管内に侵入し易く、長期間の稼動によって散気管の内部に汚泥が蓄積し、散気管が目詰まりしてしまうことがある。しかしながら、吐出口の開口方向が水平方向となるように散気管を汚泥混合液中に配置することで、汚泥混合液が散気管内に侵入するのを抑制することができ、散気管が目詰まりするのを抑制することができる。更に、気体の線速度が４ｍ／秒以上となるように散気管から気体を吐出させることで、散気管内に侵入しようとする汚泥混合液を散気管の外側へ押し出すことができ、より確実に汚泥混合液の侵入を抑制することができる。また、気体の線速度が１５ｍ／秒以下となるように散気管から気体を吐出させることで、吐出口から吐出された気体（気泡）が吐出口の開口方向側に移動しつつ上昇する（即ち、開口方向側に向かって放物線状に上昇する）のを抑制することができ、吐出された気体を上方に向かって均一に拡散させることができる。

また、吐出口の開口方向を水平方向にすることで、吐出口の開口方向が下方向となる場合よりも散気管を配置する空間を小さくすることができる。具体的には、吐出口の開口方向を下方にする場合には、吐出口の近傍が下方に屈曲した散気管を用いる必要があるため、散気管を配置する際に上下方向に広い空間が必要となり、散気管を配置する空間を小規模化することが困難となってしまう。これに対し、吐出口の開口方向を水平方向にすることで、上下方向に空間を確保する必要がなくなり、散気管を配置する空間を小規模なものにすることができる。

また、本発明にかかる散気方法は、前記汚泥混合液の固形物濃度が３００００ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましい。

かかる構成の散気方法によれば、散気管の閉塞を抑制することができる。具体的には、散気管の開口方向が上方となるように散気管を配置する従来の散気方法では、固形物濃度が最大でも１５０００ｍｇ／Ｌまでしか使用できず、それ以上の固形物濃度になると散気管が閉塞してしまうことがあるのに対し、本発明にかかる散気方法では、固形物濃度が１５０００〜３００００ｍｇ／Ｌの範囲の高濃度であっても散気管の閉塞がほとんど起こらず、特に２００００〜２５０００ｍｇ／Ｌの範囲において、従来の散気方法との違いが顕著となる。

本発明にかかる散気装置は、汚泥混合液中に気体を吐出する散気管を備える散気装置であって、前記散気管は、気体を吐出する吐出口の内径が２０ｍｍ以上となるように構成されると共に、汚泥混合液中に配置された際に前記吐出口の開口方向が水平方向となるように構成されてなり、汚泥混合液中に気体を吐出させた際の吐出口の開口端における気体の線速度が４ｍ／秒以上１５ｍ／秒以下となるように設定されていることを特徴とする。

以上のように、本発明にかかる散気方法及び散気装置によれば、汚泥混合液中に配置された散気管の内部に汚泥混合液が侵入するのを抑制し、散気管が目詰まりするのを抑制することができ、散気管のメンテナンスの手間を軽減することができると共に、散気管を配置する空間の小規模化を図ることができる。

（ａ）は、本実施形態にかかる散気管の側面図であり、（ｂ）は、本実施形態にかかる散気管の正面図。 （ａ）は、本実施形態にかかる散気装置を中空糸膜装置と共に用いた際の側面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩ−Ｉ断面図。 図２（ｂ）のＩＩ−ＩＩ断面図。

以下、本発明にかかる実施形態について説明する。

本実施形態にかかる散気方法は、汚泥混合液中に気体を散気すべく構成された散気装置を用いて行われる。該散気装置は、気体を吐出する散気管１と該散気管１に気体を供給する気体供給手段（図示せず）とを備えるものである。

前記散気管１は、活性汚泥処理槽や汚泥分離槽等の活性汚泥混合液中に配置されて気体を吐出するように構成されている。具体的には、図１に示すように、散気管１は、断面形状が円状となるように形成されている。また、散気管１は、一端部に気体を吐出する吐出口１１を備え、他端側が気体供給手段に連なるように構成されている。前記吐出口１１は、散気管１の軸方向に開口するように形成されている。前記吐出口１１の形状は、図１（ａ）に示すように、略円形となるように形成され、その内径Ｒが２０ｍｍ以上、好ましくは、コンパクトな散気装置の大きさに収まるよう、２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下となるように形成されている。

また、散気管１は、吐出口１１から他端側に離れた位置で屈曲しており、屈曲部１２が形成されている。該屈曲部１２は、吐出口１１から所定の位置に形成されている。具体的には、屈曲部１２で生じた気体の流れの乱れが吐出口１１に到達するまでに整えることができるような位置に形成されている。より詳しくは、散気管１が直角に屈曲している場合、屈曲部１２は、図１（ｂ）に示すように、吐出口１１の開口端から屈曲部１２よりも他端側の散気管１の軸線までの距離Ｈが散気管１の内径Ｒの３倍以上の数値となるような位置に形成されることが好ましい。これにより、屈曲部１２において乱れた気体の流れが吐出口１１では整えられたものとなりやすく、吐出口１１から吐出される空気の方向を散気管１の開口方向と同一となるように調整しやすくなる。更に、距離Ｈが短すぎると、散気管１の屈曲による遠心力等により、空気の吐出方向が散気管１の開口方向と同一とならない場合もあるが、このような虞も低減されることとなる。また、散気管１は、吐出口１１よりも他端側で分割可能に構成されている。具体的には、散気管１は、屈曲部１２よりも他端側に連結部１３を備え、該連結部１３を境に吐出口側（先端側）と他端側（基端側）とに分割可能に構成されている。

また、散気管１は、活性汚泥混合液中に配置された際に、吐出口１１の開口方向が水平方向となるように構成されている。具体的には、散気管１は、活性汚泥混合液中に配置された際に、その軸が水平となるように構成されている。また、散気管１は、活性汚泥混合液中に配置された際に、吐出口１１の開口面が水平方向に対して直角をなすように形成されている。言い換えれば、吐出口１１の開口面は、散気管１の軸に対して直角をなすように形成されている。

前記吐出口１１から吐出される気体としては、コンプレッサ等の気体供給手段から供給される空気が用いられている。また、吐出口の開口端における気体の線速度は、４ｍ／秒以上１５ｍ／秒以下、より好ましくは、８ｍ／秒以上１５ｍ／秒以下となるように設定されている。なお、線速度とは、単位時間あたりに散気管１の断面積を通過する気体の速度で、気体の流量（単位時間当たりに流れる気体の体積）を散気管１の断面積で割ることで算出されるものである。

前記散気管１を形成する素材としては、特に限定されるものではないが、剛性を有する素材を用いて形成されることが好ましい。例えば、ポリ塩化ビニル等の樹脂製素材を用いて形成されてもよく、ＳＵＳ等の金属製素材を用いて形成されてもよい。

また、本発明に係る散気方法は、活性汚泥混合液のＭＬＳＳ(固形物濃度)が３００００ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは、２００００〜２５０００ｍｇ／Ｌとなるものにおいても用いることができる。このように、活性汚泥混合液中の固形物濃度が高い場合、活性汚泥混合液の粘度も高くなるため、散気管１から吐出された気体（気泡）が吐出口から放物線状に上方に拡散されることがなく、吐出口から上方に向かって均一に拡散するため、活性汚泥混合液内を均一に散気することができる。

次に、前記散気装置の使用例について説明する。前記散気装置は、図２及び図３に示すように、活性汚泥混合液を活性汚泥と処理水とに分離する際に用いる中空糸膜装置と共に活性汚泥混合液中に浸漬されて用いられている。該中空糸膜装置は、複数の中空糸膜が束になって構成された中空糸膜部Ａと該中空糸膜部Ａの基端部が接続された台座部Ｂと該台座部Ｂを嵌め込む台座枠Ｃとを備えるものである。

前記中空糸膜部Ａを構成する中空糸膜は、多数の微細孔が形成された多孔性膜が筒状に形成されてなるものであり、その下端部が閉塞された状態で台座部Ｂに接続されると共に、上端部は、開口した状態で吸引手段（図示せず）に連結されている。前記台座部Ｂは、内部が中空となるように円柱状に成形され、側面には散気管１を挿入可能な散気管挿入孔Ｂ１を備えている。また、台座部Ｂは、その天面に中空糸膜を接続する接続部を有し、該接続部は、複数の直径１０ｍｍ程度の貫通孔Ｂ３を備える多孔板Ｂ２から構成されている。前記台座枠Ｃは、台座部Ｂの下端部の外周を包囲するように構成され、台座部Ｂの散気管挿入孔Ｂ１と連通するように散気管挿入孔Ｃ１が形成されている。

一方、前記散気装置は、中空糸膜装置の下方に散気管１が配置されるように構成されている。具体的には、散気管１は、吐出口１１の開口方向が水平方向となるように、前記散気管挿入孔Ｂ１，Ｃ１から台座部Ｂの内側に挿入されている。この際、吐出口１１（即ち、散気管１の先端）は、台座部Ｂの略中央に位置するように配置されている。言い換えれば、吐出口１１は、多孔板Ｂ２の下方領域の略中央に位置するように配置されている。なお、散気管１の他端部は、気体供給手段に連なる気体供給管Ｄに連結されている。

そして、気体供給手段から供給された気体は、吐出口１１から吐出されて気泡となり、台座部Ｂの内側に均一に拡散される。そして、前記多孔板Ｂ２の貫通孔を通って更に細かな気泡となり、中空糸膜を覆うようにして中空糸膜を揺り動かしながら上昇することとなる。これにより、中空糸膜に付着した付着物を剥がし取り、また、付着物が付着するのを抑制することが可能となる。

以上のように、本発明にかかる散気方法及び散気装置によれば、活性汚泥混合液中に配置された散気管１の内部に活性汚泥混合液が侵入するのを抑制し、散気管１が目詰まりするのを抑制することができ、散気管１のメンテナンスの手間を軽減することができると共に、散気管１を配置する空間の小規模化を図ることができる。

即ち、前記散気方法及び散気装置は、吐出口１１の開口方向が水平方向となるように散気管１が配置されることで、活性汚泥が散気管１内に侵入するのを抑制することができ、散気管１が目詰まりするのを抑制することができる。更に、散気管１から吐出される気体の線速度が４ｍ／秒以上１５ｍ／秒以下であることで、散気管１に侵入しようとする活性汚泥混合液が散気管１の外側へ押し出すことができ、より確実に活性汚泥混合液の侵入を抑制することができる。また、吐出口１１の開口方向を水平方向にすることで、散気管１を配置する際の上下方向の空間を小規模なものすることができる。

なお、本実施形態に係る散気方法及び散気装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、散気装置が中空糸膜装置と共に用いられているが、これに限定されるものではなく、活性汚泥混合液中に散気管１を直接配置し、活性汚泥混合液中に直接散気して活性汚泥混合液を曝気するようにしてもよい。

以下、本発明の実施例について説明する。

（１）活性汚泥混合液：ＭＬＳＳ(固形物濃度)が下記表１に記載条件となるように活性汚泥混合液を作製した。
（２）散気管：下記表１に記載の吐出口内径となる散気管を用いて試験を行った。
（３）気体供給手段：５〜１５ｍ³／時の範囲で空気を供給して試験を行った。
（４）試験方法
（イ）吐出口の開口方向が水平方向となるように上記散気管を活性汚泥混合液を入れる処理槽の中に配置し、散気管の吐出口から３０００ｍｍの位置に液面が位置するように処理槽内に活性汚泥混合液を満たした。
（ロ）下記表１に記載の線速度で気体を吐出口から吐出させ、２週間稼動させた後、散気管の目詰まりの状態を確認した。
（ハ）評価方法としては、吐出口からの空気の吐出量を確認するとともに、吐出口から空気が上方に向かって均一に拡散されているかを確認し、汚泥によって散気管が目詰まりしているかどうかを目視で確認した。
そして、吐出量及び空気の拡散の様子が良好であり、目詰まりが生じなかったものを「ＯＫ」、目詰まりが生じたものを「ＮＧ」として評価を行った。なお、目詰まりしなかったものの、空気が吐出口からやや斜めに吐出されて吐出口から直上に上がらず、均一に拡散しなかったものを「▲」とした。

（５）まとめ
以上の試験結果から、実施例及び比較例を比較すると、実施例１〜３のように、吐出口内径Ｒが２０ｍｍ以上である散気管を吐出口の開口方向が水平方向となるように活性汚泥混合液中に配置し、線速度が４ｍ／秒以上１５ｍ／秒以下となるように気体を吐出させることで、ＭＬＳＳが２５０００以上３００００ｍｇ／Ｌ以下の高濃度の活性汚泥混合液中であっても、散気管内への活性汚泥混合液の侵入を抑制することができ、散気管の目詰まりを抑制することができることが認められる。更に、吐出口から吐出される空気が吐出口から上方に均一に拡散されることが認められる。

１…散気管、１１…吐出口、１２…屈曲部、１３…連結部、Ａ…中空糸膜部、Ｂ…台座部、Ｂ１，Ｃ１…散気管挿入孔、Ｂ２…多孔板、Ｃ…台座枠、Ｄ…気体供給管

Claims (3)

1. 汚泥混合液中に散気管を配置し、該散気管から気体を吐出させて散気する散気方法であって、気体を吐出する吐出口の内径が２０ｍｍ以上である前記散気管を吐出口の開口方向が水平方向となるように汚泥混合液中に配置し、前記吐出口の開口端における気体の線速度が４ｍ／秒以上１５ｍ／秒以下となるように気体を吐出させて散気することを特徴とする散気方法。
2. 前記汚泥混合液の固形物濃度が３００００ｍｇ／Ｌ以下であることを特徴とする請求項１に記載の散気方法。
3. 汚泥混合液中に気体を吐出する散気管を備える散気装置であって、前記散気管は、気体を吐出する吐出口の内径が２０ｍｍ以上となるように構成されると共に、汚泥混合液中に配置された際に前記吐出口の開口方向が水平方向となるように構成されてなり、汚泥混合液中に気体を吐出させた際の吐出口の開口端における気体の線速度が４ｍ／秒以上１５ｍ／秒以下となるように設定されていることを特徴とする散気装置。

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