JP2012250153A - 曝気攪拌装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドラフトチューブ内へ空気を供給しながらドラフトチューブ内に配設された軸流インペラを回転させて被処理液を曝気攪拌する曝気攪拌装置において、ドラフトチューブ上部の吸込口から流入する被処理液と接触済みの空気泡の量を低減させ、曝気撹拌効率を向上させる。
【解決手段】処理槽ＴＫに収容された被処理液内に設けられるドラフトチューブ４０と、ドラフトチューブ４０内に設けられ、回転駆動部８２の駆動により回転する軸流インペラ８５と、ドラフトチューブ４０内へ空気吐出口５９ａを介して空気を供給する空気供給部５０と、ドラフトチューブ４０の外周において上面および周面が閉塞された空間を形成するカバー６１と、一端がその空間に連結され、他端に被処理液の水面近傍に位置する開口６１ａが形成された空気排出路６３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、下廃水、し尿，工場廃水などの汚水や汚泥等の被処理液を浄化処理する曝気攪拌装置に関する。

従来、被処理液の内部に空気を吹き込んで酸素を溶解させるとともに、被処理液を流動循環させることによって、被処理液を好気的に浄化処理する曝気攪拌装置が知られている。このような曝気攪拌装置には、特許文献１〜４に記載されているように、筒状のハウジング内に配設された軸流インペラを回転させて攪拌水流を発生させるとともに、散気管や散気板などの構造物を軸流インペラの下部に設置し、その構造物に形成されている散気孔から空気を吐出させ、空気の気泡が被処理液に混ぜ込むようにしたものがある。

ここで、図２４に従来の曝気攪拌装置の一例を示す。図２４に示す曝気撹拌装置１は、保持部１Ａと、処理槽ＴＫ内において保持部１Ａに保持されている円筒状のハウジングであるドラフトチューブ１０と、ドラフトチューブ１０内の被処理液に下降流を形成する攪拌部１Ｂと、ドラフトチューブ１０内へ空気を供給する空気供給部１Ｃとを備えている。

保持部１Ａは架台７、支柱８で構成されており、各支柱８の被処理液の水位よりも下方に位置する部分の側面には整流板９が配置されている。攪拌部１Ｂは、モータ２と、モータ２により回転する駆動軸５と、駆動軸５の先端に取り付けられた軸流インペラ６とを具備している。ドラフトチューブ１０は軸流インペラ６の下に同軸上に配置された案内羽根１１を備えている。

空気供給部１Ｃは、送風機１５、空気供給管１４、エアチャンバー１６、散気管１３で構成されており、送風機１５からの空気は、空気供給管１４及びエアチャンバー１６を介して中空環状の散気管１３に導かれ、散気管１３の散気孔から軸流インペラの下部空間へ吐出される。そして、軸流インペラ６の回転により形成された下降流に、散気管１３の散気孔から空気を吹き込むことにより、空気泡を被処理液の循環流に乗せて処理槽全体に行き渡らせて曝気を行う。

特許第３１６００５７号公報 特許第３６４９０８０号公報 特許第４２０４０２０号公報 特開２００２-３５７８４号公報

しかしながら、このような曝気攪拌装置では、図２４に示すように、被処理液中に放出された、被処理液と接触済みの空気泡の一部が被処理液の下降流からはずれてドラフトチューブ４０の外面に沿って浮上し、ドラフトチューブの上端近傍で被処理液の流れに乗ってドラフトチューブ内へ再び流入する場合があり、この流入した空気泡に作用する浮力によって被処理液の循環方向とは逆の方向に力が作用し、被処理液の循環を所定レベルで維持するために必要となるモータの出力が大きくなってしまうという問題がある。また、このようなルートでドラフトチューブ内に流入する空気泡の量は空気供給部から供給する空気の量が多くなるほど増大し、上記問題も顕著になる。

このとき、一定のモータ出力で被処理液の循環を所定レベルに維持しようとした場合には、空気供給部から供給する空気の量を小さくする必要があるが、そうすると、十分な曝気効果が得られないという問題が生じる。

本発明は、上記事情に鑑み、ドラフトチューブ内へ空気を供給しながらドラフトチューブ内に配設された軸流インペラを回転させて被処理液を曝気攪拌する曝気攪拌装置において、ドラフトチューブ上部の吸込口から流入する被処理液と接触済みの空気泡の量を低減させ、曝気撹拌効率を向上させることができる曝気攪拌装置を提供することを目的とするものである。

本発明の曝気攪拌装置は、処理槽に収容された被処理液内に設けられるドラフトチューブと、ドラフトチューブ内に設けられ、回転駆動部の駆動により回転する軸流インペラと、ドラフトチューブ内へ空気吐出口を介して空気を供給する空気供給部とを備えた曝気攪拌装置において、ドラフトチューブの外周において上面および周面が閉塞された空間を形成するカバーと、一端がその空間に連結され、他端に被処理液の水面近傍に位置する開口が形成された空気排出路とを備えたことを特徴とするものである。

上記曝気攪拌装置においては、ドラフトチューブが、処理槽の上部から下方に向けて延びる支柱により保持されたものであり、その支柱が空気排出路を形成するものであってもよい。

また、空気供給部が、送風機と、基端が送風機に接続され、先端に空気吐出口を形成する空気吐出部を備えている空気供給路とを有するものであり、ドラフトチューブが、処理槽の上部から下方に向けて延びる支柱により保持されたものであり、その支柱が空気供給路を形成するものであってもよい。

また、ドラフトチューブが、処理槽の上部から下方に向けて延びる２以上の支柱により保持されたものであり、前記２以上の支柱のうち少なくとも１つが空気供給路を形成するものであり、前記２以上の支柱のうち空気供給路を形成する支柱を除く少なくとも１つが空気排出路を形成するものであってもよい。

また、上記曝気攪拌装置は、軸流インペラの上方の被処理液の水面近傍に、被処理液の水面から軸流インペラに向かってその方向に直交する断面の直径が小さくなる形状の水面整流体を備えたものであってもよい。この水面整流体としては、たとえば、断面の直径が小さくなる程度が被処理液の水面から軸流インペラに向かう方向において一定である円錐形状のものや断面の直径が小さくなる程度が被処理液の水面から軸流インペラに向かう方向において徐々に小さくなるベルマウス形状のものを用いることができる。なお、水面整流体の断面は、円形以外の多角形、楕円形等の形状であってよい。

また、処理槽の上部に取り付けられた保持部と、軸流インペラおよび水面整流体を有し、保持部により形成される空間に挿入され、その保持部に着脱可能に保持される攪拌部とを備え、水面整流体が、その前記挿入方向に直交する方向における直径の最大値が、前記空間の前記挿入方向に直交する方向における直径の最小値より小さくなるように形成されたものであってもよい。

本発明の曝気攪拌装置によれば、処理槽に収容された被処理液内に設けられるドラフトチューブと、ドラフトチューブ内に設けられ、回転駆動部の駆動により回転する軸流インペラと、ドラフトチューブ内へ空気吐出口を介して空気を供給する空気供給部とを備えた曝気攪拌装置において、ドラフトチューブの外周において上面および周面が閉塞された空間を形成するカバーと、一端がその空間に連結され、他端に被処理液の水面近傍に位置する開口が形成された空気排出路とを備えたものであれば、ドラフトチューブの外面に沿って浮上した空気泡を捕集して、ドラフトチューブ上部の吸込口に流入しないように、被処理液の水面近傍にまで案内して排出することができ、これにより、ドラフトチューブ上部の吸込口から流入する被処理液と接触済みの空気泡の量を低減させ、曝気撹拌効率を向上させることができる

また、上記曝気攪拌装置において、ドラフトチューブが、処理槽の上部から下方に向けて延びる支柱により保持されたものであり、その支柱が空気排出路を形成するものであれば、被処理液の水面を貫通する空気排出路の構造体を別途設ける必要がなくなるので、水面を貫通する構造体を基点に渦が発生し、その渦によって軸流インペラの運転効率が低下するような事態の発生を抑制することができる。

また、空気供給部が、送風機と、基端が送風機に接続され、先端に空気吐出口を形成する空気吐出部を備えている空気供給路とを有するものであり、ドラフトチューブが、処理槽の上部から下方に向けて延びる支柱により保持されたものであり、その支柱が空気供給路を形成するものであれば、被処理液の水面を貫通する空気供給路の構造体を別途設ける必要がなくなるので、水面を貫通する構造体を基点に渦が発生し、その渦によって軸流インペラの運転効率が低下するような事態の発生を抑制することができる。

また、ドラフトチューブが、処理槽の上部から下方に向けて延びる２以上の支柱により保持されたものであり、前記２以上の支柱のうち少なくとも１つが空気供給路を形成するものであり、前記２以上の支柱のうち空気供給路を形成する支柱を除く少なくとも１つが空気排出路を形成するものである場合には、被処理液の水面を貫通する空気供給用の構造体および空気排出用の構造体をそれぞれ別途設ける必要がなくなるので、水面を貫通する構造体を基点に渦が発生し、その渦によって軸流インペラの運転効率が低下するような事態の発生を抑制することができる。

また、上記曝気攪拌装置が、軸流インペラの上方の被処理液の水面近傍に、被処理液の水面から軸流インペラに向かってその方向に直交する断面の直径が小さくなる形状の水面整流体を備えたものである場合には、空気の吸込み渦の発生を抑制し、空気の吸込み渦に起因する軸流インペラの運転効率の低下を抑制することができるとともに、被処理液の吸い込み流れを効率良く軸流インペラに導くことができる。

また、処理槽の上部に取り付けられた保持部と、軸流インペラおよび水面整流体を有し、保持部により形成される空間に挿入され、保持部に着脱可能に保持される攪拌部とを備え、水面整流体が、その前記挿入方向に直交する方向における直径の最大値が、前記空間の前記挿入方向に直交する方向における直径の最小値より小さくなるように形成されたものである場合には、攪拌部を保持部に対して着脱する際に水面整流体を前記空間の内側を容易に通過させることができ、攪拌部全体を前記保持部から容易に取り外すことができる。このように、攪拌部が保持部に対し着脱可能に取り付けられるものであることにより、攪拌部のメンテナンスを容易に行うことができる。

本発明の曝気攪拌装置が処理槽に設置された状態を示す模式図 攪拌部が支持構造部から着脱される様子を示す模式図 支持構造部の構成を示す模式図 保持部における架台の構成を示す上面図 保持部における軸受け保持部の構造を示す上面図 支持構造部の部分拡大図 図６におけるエアチャンバーのＤ-Ｄ断面図 図６における空気整流室のＥ-Ｅ断面図 空気吐出部の水平断面図 図６における空気吐出部のＦ-Ｆ断面図 空気排出部を示す斜視図 図１１を矢印Ａ方向から見た図 攪拌部の構成を示す模式図 図１３の撹拌部における支持筒内に駆動軸が収容された様子を示すＧ-Ｇ断面図 図１３の撹拌部における第２軸受けの構造を示すＨ-Ｈ断面図 図１３の撹拌部における水面整流体の構造を示すＩ-Ｉ断面図 撹拌部が支持構造部に装着された様子を示す模式図 撹拌部の基台が架台に設置された様子を示す模式図 軸受け保持部に第２軸受けが支持される様子を示す模式図 軸受け保持部に第２軸受けが支持される様子を示す断面図 本発明の曝気攪拌装置の第２の実施形態を示す模式図 図２１の曝気撹拌装置のＢ-Ｂ断面図 本発明の曝気攪拌装置の第３の実施形態を示す模式図 従来の曝気撹拌装置の一例を示す模式図

以下、図面を参照して、本発明の曝気攪拌装置の実施の形態について説明する。図１に示すように、本発明の曝気攪拌装置１００は、処理槽ＴＫ上に配置され、処理槽ＴＫ内に収容された被処理液を曝気攪拌するものであって、図２に示すように、処理槽ＴＫに固定して設けられる支持構造部２０と、支持構造部２０に対し着脱可能に取り付けられる攪拌部８０とを備えている。

支持構造部２０は、図３に示すように、保持部３０、ドラフトチューブ４０、空気供給部５０、空気排出部６０を有している。

保持部３０は、架台３１、支持部材３２等を備えている。架台３１は処理槽ＴＫ上に固定されており、図４の上面図に示すように攪拌部８０が挿入される開口部３１ａを有している。この架台３１にはドラフトチューブ４０を保持するための支持部材が固定されている。支持部材は４本の支柱３２からなり、４本の支柱３２は正方形平面の四つ角にそれぞれ配置されるようになっている。この４本の支柱３２のうち１本の支柱３２は空気供給部５０の一部を形成し、残り３本の支柱３２は空気排出部６０の一部を形成している。なお、空気供給部５０および空気排出部６０に関する詳細は後述する。

また、各部材３２は、図３に示すように、上部支柱３２ａと下部支柱３２ｂとからなり、上部支柱３２ａと下部支柱３２ｂは被処理液の水位よりも上方においてフランジ継ぎ手等を用いてそれらの内部空間同士が連通するように接続されている。したがって、上部支柱３２ａは処理槽ＴＫの大気中に位置し、下部支柱３２ｂは上部が大気中に下部が被処理液内に位置することになる。また、各上部支柱３２ａ間は筋かい等の補強材３２Ｘにより接続されており、この補強材３２Ｘにより支持部材３２全体の剛性が高まり制振性能の向上を図ることができる。一方、下部支柱３２ｂにはドラフトチューブ４０上端の呑み口周辺の吸い込み流れを妨げないように筋かいによる補強は行わない。

上部支柱３２ａには、図５に示すように、後述する攪拌部８０の第２軸受け９２を支持するための軸受け支持部３５が取り付けられている。軸受け保持部３５は、第２軸受け９２を水平方向（矢印ＸＹ方向）に対し支持するものであって、上部支柱３２ａの下方に取り付けられている。軸受け保持部３５は、環状枠体３５ａおよび突出部材３５ｂを備えている。環状枠体３５ａは、軸流インペラ８５がその内側を通過するために、直径を軸流インペラ８５の直径よりも若干大きく形成されており、上部支柱３２ａの各支柱から張り出した部材３２Ｙで支持している。突出部材３５ｂは、環状枠体３５ａの内面にはリング中心に向かって３〜４枚取り付けられている。突出部材３５ｂは鉛直下方（矢印Ｚ１方向）に行くにしたがい、張り出し長が長くなるような環状部材９３の側面に当接する傾斜が形成されている。なお、軸受け保持部３５は、浸水しない上部支柱３２ａ側に取り付けられているため、軸受け保持部３５にはめ込み固定される第２軸受け９２も浸水しないことになる。

また、下部支柱３２ｂの側面には、図３に示すように、ドラフトチューブ４０上端の呑み口周辺の吸い込み流れを整流するための整流板３３が配置されている。整流板３３は、鉛直方向（矢印Ｚ方向）に延びているとともに、４本の支柱３２の対角線上に向かって放射状に形成されている。整流板３３は、ドラフトチューブ４０が水平平面上に振動したときに流動抵抗体としても作用し、支柱部材３２の振動を減衰させることができる。

ドラフトチューブ４０は、被処理液に下向き（矢印Ｚ１方向）の流れを形成するものであって、支柱３２により保持されている。なお、ドラフトチューブ４０が処理槽ＴＫの中央に配置されるように、上述した保持部３０が処理槽ＴＫの中央に位置決めされる。

ドラフトチューブ４０は、図６に示すように、流入部４０ａ、処理部４０ｂ、流出部４０ｃを有しており、このうち処理部４０ｂ内に軸流インペラ８５が位置する。そして、軸流インペラ８５の回転により、被処理液は流入部４０ａの上端からドラフトチューブ４０内に流入し流出部４０ｃの下端から排出される。

流入部４０ａは上端に向かってたとえば曲率半径が約０．５Ｄ１（Ｄ１＝軸流インペラ直径）で径が漸次大きくなるようなベルマウス形状となっている。これにより、流入部４０ａの上部からドラフトチューブ４０内に被処理液が流入する際、入口損失を小さくして吸い込み流れを効率良く軸流インペラ８５に導くことができる。

処理部４０ｂは略一定の直径を有するものであって、内部に軸流インペラ８５が収容されている。なお、処理部４０ｂの側壁と軸流インペラ８５の隙間は、片側０．０１５Ｄ１程度（Ｄ１：インペラ直径）とし、ドラフトチューブ４０側に接触防止の為の環状溝は設けない。

流出部４０ｃは上端が空気吐出部５９に連設されてなるものであって、上端部の直径は処理部４０ｂの直径より若干大きい大きさとなるように、下端部の直径は処理部４０ｂの直径と略同じ大きさとなるように形成されている。これにより、流出部４０ｃと処理部４０ｂが接続する位置に周方向に延びるスリット状の切れ目（空気吐出口５９ａ）が形成され、この切れ目からドラフトチューブ４０内に空気が吐出されることとなる。また、ドラフトチューブ４０は、処理槽ＴＫの底部と流出部４０ｃの下端との距離が２．５Ｄ１〜５Ｄ１程度（Ｄ１：インペラ直径）になるように配置されている。

さらに、ドラフトチューブ４０は、処理部４０ｂ内において、固定部４１と複数の案内羽根４２とを有している。固定部４１は、先端が砲弾状に尖った中空体であり、軸流インペラ８５のボス径とほぼ同じ直径を有している。そして、固定部４１は案内羽根４２をドラフトチューブ４０内に固定する。

複数の案内羽根４２はドラフトチューブ４０内に周方向約９０°間隔で取り付けられている。この案内羽根４２は、流れ方向（矢印Ｚ方向）の長さが約０．４Ｄ１（Ｄ１：軸流インペラ８５の直径）であって、上流側４０％程度の長さの範囲が軸流インペラ８５の傾きとは逆向き方向に円弧状に傾斜している。円弧は半径がたとえば０．１４Ｄ１程度（Ｄ１：軸流インペラ８５の直径）に形成されており、この円弧の半径はドラフトチューブ４０の径方向に対し略一定になるように形成されている。

軸流インペラ８５と案内羽根４２との隙間はインペラ先端部でたとえば０．０５Ｄ１程度（Ｄ１：インペラ８５の直径）になるように、ドラフトチューブ４０および攪拌部８０が位置決めされる。これらの隙間は小さいほど流体損失を小さくできるため、製作上また実用上可能な範囲で極力小さくすることが好ましい。

空気供給部５０は、ドラフトチューブ４０内へ空気を供給するものであって、図３および図６に示すように、送風機５１、空気供給管５２〜５４、エアチャンバー５６、空気整流室５８、空気吐出部５９を備えている。ここで、空気供給管５２〜５４、エアチャンバー５６、空気整流室５８および空気吐出部５９が本発明の空気供給路を構成する。

空気供給管５２は、一端が送風機５１に接続され、他端が空気供給管５３に接続されたものである。空気供給管５３は、上部側面に開口を有する１本の支柱３２（上部支柱３２ａおよび下部支柱３２ｂ）により形成され、その開口を介して空気供給管５２と接続されているとともに、下端の開口を介して空気供給管５４と接続されている。空気供給管５４は、一端が空気供給管５３の下端に接続され、他端がエアチャンバー５６に接続されたものである。

エアチャンバー５６は、ドラフトチューブ４０の外周に設けられた中空環状の空気室であって、図６および図７に示すように、側壁に形成されている開口を介して空気供給管５４に接続されているとともに、圧力調整隔壁５７（底壁）に略等間隔で形成された小孔５７ａを介して空気整流室５８に接続されている。これにより、空気供給管５４から流入した空気を、エアチャンバー５６に一旦充填させてから空気整流室５８へ送り込むことができ、空気整流室５８へ流入する空気の圧力をドラフトチューブの周方向において均一化させることができる。ここで、図７は図６におけるエアチャンバー５６のＤ-Ｄ断面図である。

空気整流室５８には、図６および図８に示すように、側壁からその空間内部へ突出した空気整流板５８ａが形成されており、エアチャンバー５６から流入した空気の流れを規制して空気吐出部５９に導くようになっている。ここで、図８は図６における空気整流室５８のＥ-Ｅ断面図である。

空気吐出部５９は、図６に示すように、上端が空気整流室５８に接続し、下端が前述したドラフトチューブ４０の流出部４０ｃと処理部４０ｂとが接続する位置において形成されているスリット状の切れ目に接続された空気通路である。空気吐出部５９は、円周状に連続して延びたスリット状の空気吐出口５９を形成し、この空気吐出口５９ａからドラフトチューブ４０内へ空気が吐出されることとなる。ここで、空気吐出部５９の水平断面図を図９に示す。

このように、空気吐出口５９ａをドラフトチューブ４０の内面に形成し、ドラフトチューブ４０内へ空気を供給するための構造物をドラフトチューブ４０の内面より内側には設けないようにすれば、軸流インペラの直下空間に散気管等の構造物を設置した場合に比べて、空気を供給するための機構によるドラフトチューブ内の流路抵抗を低減させることができ、その結果同程度の曝気攪拌の処理能力を得るために必要となる動力を低減することができる。

なお、ここでは、空気吐出口５９ａがドラフトチューブ４０の内面に接するように形成されている場合について例示しているが、空気吐出口５９ａは、ドラフトチューブ４０の内面に直接形成するようにしてもよいし、内面近傍に形成するようにしてもよい。ここで、空気吐出口を内面近傍に形成するとは、ドラフトチューブ４０の内面より多少内側に突出した位置に形成する場合であって、その突出の程度が空気吐出口を内面に直接あるいは内面に接するように形成した場合と同視できる程度に小さいことを意味する。具体的には、空気吐出口の位置が、空気吐出口を形成する空気吐出部が空気吐出口よりもドラフトチューブ４０の内側へ突出した部分を有する場合に、その最も突出した位置が、空気吐出口（若しくは空気吐出部）が形成されている場所の直前（上流側）でのドラフトチューブ４０の内径に対して内側に向けて１０％以内の範囲にあることを意味する。

また、空気吐出部５９は、図６および図１０に示すように、空気の出口付近に、空気吐出口５９ａの内側略半分を塞ぐ邪魔板５９ｂを有している。邪魔板５９ｂは、周端面に多数の凹凸が設けられている板状体である。邪魔板５９ｂにより、空気吐出口５９ａの流路幅が出口付近で絞られ、空気吐出口５９ａから吐出される空気の流れが乱される。その結果、乱流による被処理液と気泡の混合を促進して、被処理液中に酸素を効率よく溶解させることができる。ここで、図１０は空気吐出部５９の邪魔板５９ｂが形成されている部分における水平断面図である。

なお、ここでは、邪魔板５９ｂが周端面に凹凸が設けられている板状体である場合について例示しているが、邪魔板５９ｂは、少なくとも空気吐出口５９ａの一部を塞ぐことによって空気吐出口５９ａから吐出される空気の流れを乱さす機能を発揮できるようなものであれば足りる。

また、空気吐出口５９ａからドラフトチューブ４０内へ空気が供給されると、図６に示すように、ドラフトチューブ４０の下部内面に下流方向に向かって厚さが大きくなる空気の層が形成される。この空気の層と被処理液の境界面Ｓでは、空気の噴出速度と軸流インペラ８５による下降流の速度差によって発生する強い剪断力によって連続的且つ広範囲で微細な空気泡が生成され、被処理液中に酸素を効率よく溶解させることができる。

また、この空気の層が軸流インペラによる下向流の通路をノズル状に絞るため、下向流の流速が軸流インペラ８５直下から下流方向に向かって増速され、それによって剪断力が増加し、空気泡の微細化を促進して酸素の溶解効率を向上させることができる。また、下向流の増速に伴い軸流インペラ８５のスラスト力が増加するので、それによって、ドラフトチューブ４０の下部内の圧力が増加し、酸素の溶解効率をさらに向上させることができる。

空気排出部６０は、図３、図６および図１１に示すように、カバー６１と、空気排出路６３を備えている。カバー６１は、ドラフトチューブ４０の外周において、上面（空気排出路６３に接続する一部の領域を除く）および周面が閉塞され、下面が開放された空間６２を形成するものであって、下面の開放口からドラフトチューブ４０の外面に沿って浮上した空気泡を受け入れ、空間６２内に一時的に溜めておくことができる。また、この空間６２は、カバー６１の上面に形成されている開口６１ｂを介して空気排出路６３に接続されている。

空気排出路６３は、前記４本の支柱３２のうち空気供給管５３として使用されている１本の支柱３２を除く残り３本の支柱３２の下部支柱３２ｂにより形成されている。それらの各下部支柱３２ｂは、下端（一端）が開口６１ｂに取り付けられ、その開口６１ｂを介して空間６２の上部に接続されている。これにより、空間６２内に溜められた空気泡は、浮力により、開口６１ｂから空気排出路６３に流入し、空気排出路６３の中を上昇する。また、各下部支柱３２ｂは、上端（他端）に被処理液の水面近傍に位置する開口６１ａを有しており、この開口６１ａから、下部支柱６１ｂの中を上昇した空気泡が排出される。

図１２に図１１を矢印Ａ方向から見た図である。図１２に示すように、カバー６１の内部には、ドーナッツ状の空間６２を周方向に３分割する３枚の仕切板６１ｃが形成されており、それらの仕切板６１ｃにより分割されてなる各々の部分空間に前記下部支柱３２ｂが１本ずつ接続されている。これにより、３本の下部支柱３２ｂを介して排出される空気の量を互いに略同じにできる。その結果、空気の排出が一部の下部支柱３２ｂに集中することによって支持構造部２０に振動が発生することを回避することができる。

空気吐出部５９からの供給空気量の増加に伴って、ドラフトチューブ４０の下部に形成される空気層が厚くなりドラフトチューブ４０の下部内面付近の下降流速が低下し、ドラフトチューブ４０の下端外周付近から下降流に乗って流出した空気泡が反転してドラフトチューブ４０の外面に沿って浮上する量が増加するが、上述のようなカバー６１および空気排出路６３を備えることにより、ドラフトチューブの外面に沿って浮上した空気泡（被処理液と接触済みの空気泡）を捕集して、ドラフトチューブ上部の吸込口に流入しないように、被処理液の水面近傍にまで案内して排出することができ、これにより、ドラフトチューブ上部の吸込口から流入する被処理液と接触済みの空気泡の量を低減させ、所定レベルの曝気攪拌の処理能力を得るために必要となる動力を低減させることができる。

また、カバー６１を設けることによって、ドラフトチューブ４０の下部で一度曝気され、溶存酸素量が増加した被処理液が、処理槽内に広がることなくそのまま上昇し、ドラフトチューブ４０内へ再び流入するのを抑制することができ、その結果、溶存酸素含量の低い被処理液に優先的に気液接触を促し、酸素溶解効率を向上させることもできる。

また、空気排出路６３中を上昇する空気泡の上昇力によって揚水する、いわゆるエアリフト効果により被処理水を揚水して開口６１ａから排出することにより、気泡を含んだ被処理水を水面よりもやや高い位置から外部の空気を巻き込みながら被処理水面に流入させ、表面曝気をすることにより酸素溶解効率をさらに向上させることもできる。

攪拌部８０は、図１３に示すように、基台８１、回転駆動部８２、駆動軸８４、軸流インペラ８５を備えている。基台８１は、架台３１の開口部３１ａよりも大きい略矩形状の平坦面を有しており、この基台８１により攪拌部８０が保持部３０に保持される。回転駆動部８２は、基台８１に固定されたモータ８２ａと減速機８２ｂとを備えており、モータ８２ａおよび減速機８２ｂにおいて回転の開始・停止および回転数が制御される。駆動軸８４は、回転駆動部８２から処理槽ＴＫ内へ向かって延びており回転駆動部８２の駆動により回転する。

軸流インペラ８５は駆動軸８４の先端に取り付けられており、ドラフトチューブ４０内に配置される。軸流インペラ８５は、駆動軸８４と一体的に回転することによりドラフトチューブ４０内の被処理液に対し下向き（矢印Ｚ１方向）の流れを形成する。軸流インペラ８５は複数の羽根を有しており、複数の羽根はたとえばピッチ比が０．９で形成されている。ここで、ピッチとは軸流インペラ８５が幾何学的な羽根角度のまま延長した螺旋面が１回転３６０°した時に進む距離を意味し、ピッチ比とはピッチをインペラの直径Ｄ１で割ったものを意味する。この軸流インペラ８５としてたとえば特許第３２３９１７０号、特許第３２３９１７１号、特許第３２３９１７２号に開示されたインペラやその他公知の軸流インペラを用いることができる。

さらに、攪拌部８０は、支持筒９０、第１軸受け９１、第２軸受け９２、水面整流体９７を備えている。支持筒９０は一端側が基台８１に固定されており、図１４に示すように、内部に駆動軸８４が貫通しており支持筒９０の先端から突出している。第１軸受け９１は、駆動軸９４の回転駆動部８２側を回転可能に保持するものであって、支持筒９０の内部であって基台８１側に収容されている。第２軸受け９２は支持筒９０の先端に取り付けられており、駆動軸８４の中間を回転可能に保持する。

この第２軸受け９２は、処理槽ＴＫ内において保持部３０により水平方向に対し支持されている。具体的には、図１５に示すように、第２軸受け９２は、支持筒９０の先端外側に固定された環状部材９３内に収容されている。この環状部材９３は下方に向かって径が小さくなるような円錐形状を有するものであって、側面に傾斜面が形成されている（図１３参照）。

水面整流体９７は、ドラフトチューブ４０の吸込み口近傍における被処理液の自由表面を縮小させ、水面で発生する渦を低減させるためのものであって、軸流インペラ８５の上方の水面を覆うように形成されている。また、図１３に示すように、環状部材９３に固定された支持部材９６により保持されている。このように渦の発生を抑制することによって、軸流インペラ８５の運転効率の低下や振動、騒音を抑制することができる。また、渦の発生を抑制することによって、ドラフトチューブ４０の上端と処理槽内における被処理液の最大水位位置との距離を通常よりも小さくすることが可能となり、空気吐出口５９ａの水深を浅くできる。これにより送風機１５の必要風圧が低下する為、送風機１５の所要動力を低減できる。

また、水面整流体９７は、図１１に示すように、上部から下部へ向かい径が小さくなる円錐形状を有している。これにより、ドラフトチューブ４０の上部から被処理液が流入する際、吸い込み流れを効率良く軸流インペラ８５に導くことができる。

また、軸流インペラ８５および水面整流体９７は、攪拌部８０を保持部３０内に挿入して取り付けたり、保持部３０から取り外して引き出したりする際に、その保持部３０内の空間の内側を通過可能にするために、その挿入方向（矢印Ｚ方向）に直交する方向における直径の最大値がその空間の同じ方向における直径の最小値（本実施の形態では、軸受け保持部３５の内径）より小さくなるように形成されている。

また、水面整流体９７は、図１１および図１６に示すように、駆動軸８４を挟んで外周面同士が連続するように設けられた２つの分割体９７ａ、９７ｂから形成されており、各分割体９７ａ、９７ｂはそれぞれ独立して取り外し可能に構成されている。これにより、軸流インペラ８５を駆動軸８４から取り外すことなく撹拌部８０から着脱可能となり、保守・点検を効率的に行うことができる。

攪拌部８０は、保持部３０へ設置される際、軸流インペラ８５を下向きにして鉛直上方から架台３１の開口部３１ａに挿入され、図１７に示すように、攪拌部の基台８１が架台３１の開口部３１ａ周囲の座面に設置されるとともに、攪拌部８０側の環状部材９３が保持部３０側の環状枠体３５ａにはめ込み固定される。このとき、環状部材９３の側面と突出部材３５ｂの傾斜とにおいてくさび作用が働き、第２軸受け９２は軸受け保持部３５に対し強固に固定される。ここで、図１８は撹拌部の基台が架台に設置された様子を示す模式図、図１９と図２０は軸受け保持部に第２軸受けが支持された状態を示す水平断面図および垂直断面図をそれぞれ示している。そして、基台８１と架台３１とがボルト等の固定部材を用いて固定される。

次に、図２１及び図２２を参照して、本発明の曝気攪拌装置の第２の実施形態について説明する。図２１は、第２の実施形態に係る曝気攪拌装置２００の模式図であり、図２２は図２１のＢ-Ｂ断面図である。なお、図２１の曝気攪拌装置２００において図１の曝気攪拌装置１００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図２１の曝気攪拌装置２００が図１の曝気攪拌装置１００と異なる点は、ドラフトチューブ４０内へ空気を供給する部分の構造である。

図２１及び図２２に示すように、空気供給部２５０は、送風機５１、空気供給管５２〜５４、エアチャンバー２１６、散気管２１３を備えている。エアチャンバー５６は、ドラフトチューブ４０の外周に設けられた中空環状の空気室であって、側壁に形成されている開口を介して空気供給管５４に接続されている。また、エアチャンバー５６と軸流インペラの下部に設けられた散気管２１３がそれらをつなぐ４本のパイプ状のスポーク２１４を介して接続されている。これにより、送風機１５からの空気は、空気供給管５２〜５４及びエアチャンバー２１６を介して散気管２１３に導かれ、散気管２１３の散気孔２１３ａから軸流インペラ８５の下部空間へ吐出されることとなる。

次に、図２３を参照して、本発明の曝気攪拌装置の第３の実施形態について説明する。図２３は、第３の実施形態に係る曝気攪拌装置３００の模式図である。この曝気攪拌装置３００は、図２４に示す従来の曝気撹拌装置１に前記空気排出部６０を備えたものである。具体的には、図２３に示すように、ドラフトチューブ１０の外周に上面（支柱８に接続する一部の領域を除く）および周面が閉塞され、下面が開放された空間を形成するカバー６１が設けられているとともに、支柱８が空気排出路６３として機能するように、各支柱８の下端が前記区間に連結され、かつ、各支柱８の被処理液の水面近傍の位置に空気排出用の開口６１ａが形成されている。

上記各実施の形態によれば、処理槽ＴＫに収容された被処理液内に設けられるドラフトチューブ４０；２４０；１０と、ドラフトチューブ４０；２４０；１０内に設けられ、回転駆動部８２；８２；1Ｂの駆動により回転する軸流インペラ８５；８５；６と、ドラフトチューブ４０；２４０；１０内へ空気吐出口５９ａ；２１３ａ；（散気管１３の散気孔）を介して空気を供給する空気供給部５０；２５０；１Ｃとを備えた曝気攪拌装置１００；２００；３００において、ドラフトチューブ４０；２４０；１０の外周において上面および周面が閉塞された空間を形成するカバー６１と、一端が前記空間に連結され、他端に前記被処理液の水面近傍に位置する開口が形成された空気排出路６３とを備えることにより、ドラフトチューブ４０；２４０；１０の外面に沿って浮上した空気泡を捕集して、ドラフトチューブ４０；２４０；１０上部の吸込口に流入しないように、被処理液の水面近傍にまで案内して排出することができ、これにより、ドラフトチューブ４０；２４０；１０上部の吸込口から流入する被処理液と接触済みの空気泡の量を低減させ、曝気撹拌効率を向上させることができる。

なお、上記実施の形態では、曝気攪拌装置１００が水面整流体９７を備えたものである場合について例示しているが、この構成は必ずしも必要ではなく、必要に応じて設置すればよい。

また、上記実施の形態では、支柱３２が空気供給路と空気排出路の一部ずつを形成するものである場合について例示しているが、必ずしもこのように構成する必要はなく、支柱３２に代わる空気供給用または空気排出用の配管を別途設けるようにしてもよい。

ＴＫ 処理槽
２０ 支持構造部
３０ 保持部
３１ 架台
３２ 支柱
３５ 軸受け保持部
４０、２４０ ドラフトチューブ
５０、２５０ 空気供給部
５１ 送風機
５２ 空気供給管
５３ 空気供給管
５４ 空気供給管
５６、２５６ エアチャンバー
５７ 圧力調整隔壁
５８ 空気整流室
５９ａ 空気吐出口
５９ｂ 邪魔板
６０ 空気排出部
６１ カバー
６１ａ 開口
６１ｃ 仕切板
６２ 空間
６３ 空気排出路
８０ 攪拌部
８２ 回転駆動部
８４ 駆動軸
８５ 軸流インペラ
９０ 支持筒
９１ 第１軸受け
９２ 第２軸受け
９６ 支持部材
９７ 水面整流体
１００、２００、３００ 曝気攪拌装置
２１３ 散気管

Claims (6)

1. 処理槽に収容された被処理液内に設けられるドラフトチューブと、該ドラフトチューブ内に設けられ、回転駆動部の駆動により回転する軸流インペラと、前記ドラフトチューブ内へ空気吐出口を介して空気を供給する空気供給部とを備えた曝気攪拌装置において、
   前記ドラフトチューブの外周において上面および周面が閉塞された空間を形成するカバーと、一端が前記空間に連結され、他端に前記被処理液の水面近傍に位置する開口が形成された空気排出路とを備えたことを特徴とする請求項１記載の曝気攪拌装置。
2. 前記ドラフトチューブが、前記処理槽の上部から下方に向けて延びる支柱により保持されたものであり、前記支柱が前記空気排出路を形成するものであることを特徴とする請求項１記載の曝気攪拌装置。
3. 前記空気供給部が、送風機と、基端が前記送風機に接続され、先端に前記空気吐出口を形成する空気吐出部を備えている空気供給路とを有するものであり、
   前記ドラフトチューブが、前記処理槽の上部から下方に向けて延びる支柱により保持されたものであり、該支柱が前記空気供給路を形成するものであることを特徴とする請求項１記載の曝気攪拌装置。
4. 前記ドラフトチューブが、前記処理槽の上部から下方に向けて延びる２以上の支柱により保持されたものであり、前記２以上の支柱のうち少なくとも１つが前記空気供給路を形成するものであり、前記２以上の支柱のうち前記空気供給路を形成する支柱を除く少なくとも１つが前記空気排出路を形成するものであることを特徴とする請求項３記載の曝気攪拌装置。
5. 前記軸流インペラの上方の前記被処理液の水面近傍に、前記被処理液の水面から前記軸流インペラに向かってその方向に直交する断面の直径が小さくなる形状の水面整流体を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の曝気攪拌装置。
6. 前記処理槽の上部に取り付けられた保持部と、
   前記軸流インペラおよび前記水面整流体を有し、前記保持部により形成される空間に挿入され、該保持部に着脱可能に保持される攪拌部とを備え、
   前記水面整流体の前記挿入方向に直交する方向における直径の最大値が、前記空間の前記挿入方向に直交する方向における直径の最小値より小さいことを特徴とする請求項５記載の曝気攪拌装置。

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