JP2016002499A

JP2016002499A - 散気板、散気装置及び散気板の取付方法

Info

Publication number: JP2016002499A
Application number: JP2014122704A
Authority: JP
Inventors: 俊康柄澤; Toshiyasu Karasawa; 祐子松▲崎▼; Yuko Matsuzaki
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Environment Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Environment Co Ltd
Priority date: 2014-06-13
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2016-01-12
Anticipated expiration: 2034-06-13
Also published as: JP6196941B2

Abstract

【課題】本願発明は、気泡の径を大きくすることなく圧力損失を低減することにより、ブロアーの消費電力を抑制することができる散気板を提供することを目的とする。【解決手段】上記課題を解決するために、厚さが１０〜２０ｍｍであって、樹脂からなることを特徴とする散気板を提供することにより、圧力損失が低減され、ブロアーの消費電力を抑制することができる。【選択図】図３

Description

本発明は、液体中に微細な気泡を分散させるための散気板、その散気板を備えた散気装置、及び、その散気板を散気装置のホルダに取り付ける方法に関するものである。さらに詳しくは、排水等を生物学的水処理するための曝気槽に用いる散気板、散気装置、及び、散気板の取付方法に関するものである。

上下水処理場などにおける水処理装置においては、反応槽の下部に散気板が配置されている。散気板はブロワーにより供給された酸素等を微細な気泡に変えて反応槽内に供給し、被処理水中の溶存酸素量を高めるものである。散気板としては粗大なセラミックス粒子をバインダー等で接合した多孔質セラミックス散気板が知られている。セラミックス粒子は、平均粒子径が投影面積相当径で０．５〜２ｍｍ程度のものが使用され、これを接合した多孔質セラミックス散気板は、２６０〜４００μｍ程度の孔径を有している。
また、散気板のサイズは、幅３００ｍｍ×奥行３００ｍｍ×厚み３０ｍｍの平板形状のもの（下水道事業団規格品）が広く使用されている。

ここで、水処理工程に要する電力の殆どは、酸素を槽内に供給するためのブロワーによる消費電力である。そのため、小さな消費電力で効率よく酸素を被処理水中に供給できる散気板が求められている。

同じ酸素供給量で効率よく酸素を被処理水に供給する手段としては、散気板の孔径を小さくするという方法がある。散気板の孔径を小さくすると、気泡の径が微細化され、被処理水との接触面積が増大して酸素移動効率を高めることができる。
一方、散気板の孔径を小さくすると、圧力損失が大きくなって散気板の中を通過する酸素の通気量が低下するという弊害もある。そのため、散気板の孔径を小さくすれば、酸素移動効率は高まるものの被処理水への酸素の供給量が少なくなってしまう。そして、酸素供給量を維持するためにブロワーの出力を高めれば、消費電力が大きくなり省電力化を実現することができない。

そこで、圧力損失を低下させることを目的とした種々の散気板が開発されている。
例えば、特許文献１には、酸素配給効率を向上させてブロワーの消費電力を低減させるための散気板として、気体を流通させる貫通孔を複数形成した散気板が記載されている。

特開２００９−２０２１３９号公報

特許文献１に記載された散気板は、孔径の大きい貫通孔を設けることにより、圧力損失を減少させるものである。しかし、この貫通孔から通気される気体は大きな気泡であり、酸素移動効率が低く、効率よく酸素を被処理水に供給することができない。

本願発明では、気泡の径を大きくすることなく圧力損失を低減することにより、ブロアーの消費電力を抑制することができる散気板を提供することを目的とした。

上記課題を解決するための本願発明は、厚さが１０〜２０ｍｍであって、樹脂からなることを特徴とする散気板である。
本願発明によると、散気板の厚さが１０〜２０ｍｍであるため、従来の厚さ３０ｍｍの散気板と比較して圧力損失が低減される。そのため、ブロアーの消費電力を抑制することができる。
さらに、本願発明の散気板では、樹脂材料を使用しているため、厚さを１０〜２０ｍｍとしても割れにくい散気板を提供することができる。
また、本願発明の散気板は、厚さが１０〜２０ｍｍで樹脂のため軽く、搬送や取り付け作業が容易になるという効果を奏する。

本願発明は更に、散気孔の孔径が１００〜３００μｍであるという特徴を有している。
これにより、径が１〜２ｍｍ程度の微細な気泡を形成することができるため、酸素移動効率を高め、優れた酸素供給能を発揮することができる。

本願発明は更に、散気板の幅が２８０〜３２０ｍｍで、奥行きが８０〜１２０ｍｍであるという特徴を有している。
標準化された散気板のサイズは、幅３００ｍｍ×奥行き３００ｍｍ、あるいは、幅３００ｍｍ×奥行き１００ｍｍである。本願発明では、幅を２８０〜３２０ｍｍ、奥行きを８０〜１２０ｍｍとすることにより、標準化された散気板を備えた散気装置のいずれにも取り付けることが可能である。

本願発明は更に、ホルダと、散気板を前記ホルダに固定するための固定手段を備え、前記固定手段は、前記散気板の端部から４５ｍｍ〜７５ｍｍの領域内で散気板を押さえるという特徴を有している。
これにより、散気板を固定手段でホルダに固定した際に、樹脂材料からなる散気板の歪みが抑制されるため、散気板とホルダの間から空気が漏れを防止することができる。
また、散気板の端部から４５ｍｍ〜７５ｍｍの領域内で散気板を押さえることにより、端部から４５ｍｍまでの領域内において気泡を発泡することができる。更に、従来の押さえ金具が散気板と接触する面積は、約７５０ｍｍ²（幅約１５ｍｍ×奥行き約５０ｍｍ）であるのに対し、本願発明に用いる押さえ金具が散気板と接触する面積は、約１５０ｍｍ²（幅約５ｍｍ×奥行き約３０ｍｍ）であるため、従来の押さえ金具と比較して有効発泡面積を大きくすることができる。

本願発明は更に、固定手段により既設のホルダに取り付けるという特徴を有する。
これにより、交換する機器点数が少なくなるため簡易的な作業で本願発明の散気板を取り付けることができる。

本願発明により、気泡の径を大きくすることなく圧力損失を低減することのできる散気板が提供される。そして、この散気板を使用することにより、散気用のブロアーの消費電力を抑制することができる。

本発明の第１の実施例の散気装置の構成を示す概略説明図である。（ａ）本発明の第１の実施例の散気装置の分解図である。（ｂ）本発明の第１の実施例の散気装置の組立図である。本発明の第１の実施例の散気装置において、固定具により散気板を押さえる領域を説明するための補足図である。（ａ）本発明の第１の実施例の散気装置の平面図である。（ｂ）本発明の第１の実施例の散気装置の正面図である。（ｃ）従来の押さえ金具の構成を示す正面図である。本発明の第１の実施例の散気板の発泡試験において、３５Ｌ／ｍｉｎの外部空気を供給した際の発泡の様子を示した写真である。

以下の実施例では、本発明の散気板、その散気板を備えた散気装置、及び、その散気板を散気装置のホルダに取り付ける方法について説明する。

図１は、本発明の第１の実施例の散気装置の構成を示す概略説明図である。（ａ）本発明の第１の実施例の散気装置の分解図である。（ｂ）本発明の第１の実施例の散気装置の組立図である。

本発明の第１の実施例の散気装置１は、空気を通過する微細な散気孔を有する散気板２、散気板２を固定するホルダ３、散気板２とホルダ３の接点に空気の漏えいを防止するためのパッキン６、散気板２を押さえるための押さえ金具４、及び、押さえ金具４を固定するための固定ボルト５を有するものである。
従来の散気装置と同様に、ホルダ３の上に、パッキン６及び散気板２が載置され、押さえ金具４及び固定ボルト５で固定されている。

［ホルダ］
ホルダ３は、従来の散気装置と同様に、ホルダ空気通路３１及びホルダ空気配管３２と連通した内部空洞を有しており、上部に内部空洞を開放する空気供給孔３３を備えている。
これらの材質は、特に限定されるものではないが、例えば、ステンレス鋼のような金属材料や、コンクリートなどが挙げられる。金属材料を用いる場合には、耐腐食性の観点からステンレス鋼で形成されたものが好ましい。

［散気板］
本発明の散気板２は、空気を通過する微細な散気孔を有した板状部材であり、厚さが１０〜２０ｍｍである。厚さが１０ｍｍ未満であると、強度が弱いため割れやすくなる。一方、厚さが２０ｍｍを越えると、圧力損失が高くなり、ブロワーの消費電力を抑制することができない。

また、厚さ３０ｍｍの従来の散気板では、空気室に流入した外部空気が散気板の散気孔を通過する際、散気板の底面から散気板の上面２ｂまでの距離は長く、外部空気が散気孔を通過する抵抗は大きくなってしまう。そのため、散気板の底面からの距離が短く、外部空気が散気孔を通過する抵抗の小さい散気板の側面２ａから多量の空気が流れてしまい、散気板の上面２ｂから発泡する気泡が不均一になるという現象があった。そのため、従来の散気板では、側面２ａにエポキシ樹脂やポリウレタン樹脂等の目止め剤を塗布して側面２ａからの発泡を防止していた。
しかし、本願発明の散気板によれば、厚さを１０〜２０ｍｍとしたことにより、散気板の底面から散気板の上面２ｂまでの距離が短くなるため、目止め剤を塗布しなくても上面２ｂから発泡する気泡が均一になるという効果が認められた。
さらには、目止め剤を塗布しないことによって、上面２ｂだけでなく側面２ａからも気泡が発泡するため、有効発泡面積が大きくなり、効率的な酸素供給が可能となる。

そのほか、厚さを１０〜２０ｍｍとすることにより、従来の３０ｍｍの厚さの散気板より樹脂材料を減量することができ、製造コストの点からも有益である。

本発明の散気板２は、熱可塑性の樹脂からなり、例えば、ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリプロピレン、ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体（以下、「ＡＢＳ」という。）、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリアミド、アクリル樹脂、フッ素樹脂などが挙げられる。強度等の観点から、ＡＢＳが好ましい。
樹脂の散気板は、軽量であるため、散気板の組み立てが容易である。また、軟らかくて割れにくいため、厚さを１０〜２０ｍｍとした場合でも割れにくい。

散気板２の形状は、どのようなものでもよく、角型、丸型でもよい。角型は、曝気槽の底部に隙間なく配置することができるという利点がある。
その大きさについては、図２（ａ）（ｂ）を参照して説明する。散気板２の大きさは、特に限定されるものではないが、散気板の形状を角型とする場合には、幅を２８０〜３２０ｍｍ、奥行きを８０〜１２０ｍｍとすることが好ましい。
標準化された散気板のサイズは、幅３００ｍｍ×奥行き３００ｍｍ、あるいは、幅３００ｍｍ×奥行き１００ｍｍであり、ホルダも標準化された散気板のサイズに合わせて設計されている。
本願発明の散気板のサイズを、幅２８０〜３２０ｍｍ、奥行き８０〜１２０ｍｍとすることにより、幅３００ｍｍ×奥行き１００ｍｍの散気板を備えた散気装置に適したサイズとなる。また、幅３００ｍｍ×奥行き３００ｍｍの散気板を備えた散気装置に対しては、ホルダのサイズが本願発明の散気板より大きくなるものの、ホルダの空気供給孔を覆うように設置すれば適用可能である。すなわち、散気板のサイズを幅２８０〜３２０ｍｍ、奥行き８０〜１２０ｍｍとすることにより、いずれの散気装置にも適用することができるという効果を奏する。

散気板２の散気孔の孔径は、１００〜３００μｍであることが好ましく、１５０〜２５０μｍがさらに好ましい。１００μｍ未満であると、圧力損失が高くなり、エネルギー効率が低下する。一方、３００μｍを超えると、気泡が大きくなるため、酸素移動効率が低下する。
なお、散気孔の孔径は、散気板の断面図の電子顕微鏡写真から不作為に選択した２０個の散気孔の孔径を測定し、その平均値とする。孔径の測定は、電子顕微鏡写真の画像解析を行い、円相当径を算出した。

散気板２は、樹脂の粉末の表層付近のみを融着させて、粉末間に存在している空隙を残したまま成型することにより製造することができる。散気孔の孔径は、樹脂粉末の粒子径を適宜選択することにより調整される。すなわち、小さい粒子径の樹脂粉末を成型すると、散気孔の孔径は小さくなり、大きい粒子径の樹脂粉末を成型すると、散気孔の孔径は大きくなる。
最適な孔径の散気板を得るという観点から、平均粒子径が０．２〜１ｍｍの樹脂粉末を使用することが好ましい。なお、この平均粒子径とは、電子顕微鏡写真から無作為に選択された２０個の粒子の円相当径の平均値である。

［パッキン］
パッキン６は、ホルダ３と散気板２の間に設置され、ホルダ３と散気板２の間から空気が漏れないようにするための構成である。
また、パッキン６は、ホルダ３の空気供給孔３３から供給された外部空気を散気板２の全体に拡散するための空気室を形成している。

よって、パッキン６の形状は、散気板２とほぼ同じ外形を有し、内部に空洞が形成されたものである。また、空気室を形成するため１〜５０ｍｍ程度の厚さを有しており、好ましくは、５〜１５ｍｍである。１ｍｍ未満であると、空気が散気板２の全体に拡散されないため不均一な発泡が生じる。一方、５０ｍｍ程度の厚さを有していれば、空気室が十分形成される。

パッキン６の材料としては、特に限定されないが、クロロプレン、エチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム等のゴム材料が使用される。硬度は、好ましくはゴム硬度で３０〜６０度である。

［固定手段］
本発明の実施例の散気装置１では、散気板２の対向する２辺において、それぞれ押さえ金具４及び固定ボルト５からなる固定手段を１組ずつ備えている。
押さえ金具４は、略コ字状の板状部材であり、散気板２の上面２ｂを上から押さえるための前部４ａ、固定ボルト５を挿通する挿通孔を有する上部４ｂ、及び背部４ｃからなる。
固定ボルト５は、上部４ｂの挿通孔に上から挿通され、ホルダ３にネジ止めすることにより、押さえ金具４を上から押さえ付けるためのものである。固定ボルト５が押さえ金具４を押さえ付けると、前部４ａの底面と散気板２の上面２ｂが接面して散気板２がホルダ３に固定される。
押さえ金具４の背部４ｃは、固定ボルト５で押さえ金具４を押さえつける際に、押さえ金具４の上部４ｂを略水平に支持するための部材である。その長さは、パッキン６及び散気板２の厚みと前部４ａの高さの総和より、やや短いように設計されており、固定ボルト５をネジ締めすると、前部４ａの底面と散気板２の上面２ｂが接面しつつ、背部４ｃの底面とホルダ３の上面が接面して固定され、上部４ｂを略水平に保つことができる。
なお、固定手段の構成は、特に限定されるものではない。例えば、ボルトの下端を押さえ部材として使用し、ボルトの下端で散気板の上面を押さえる構成としてもよい。すなわち、上部と背部のみからなる押さえ金具をホルダに固定しておき、固定ボルトを押さえ金具の上部挿通孔に挿通し、固定ボルトの下端と散気板の上面と接面した状態で、固定ボルトを押さえ金具上部に固定するという構成である。

固定手段は、図２（ｂ）に図示するように、散気板２の端部から４５〜７５ｍｍの領域内において押さえ付けることが好ましい。本発明の散気板２は、厚さが１０〜２０ｍｍと薄く、さらに比較的軟らかい樹脂材料を使用しているため、４５ｍｍ未満の領域内で押さえ付けると、散気板２の幅方向中央付近に歪みが生じて空気漏れが生じる恐れがある。一方、７５ｍｍを超えた領域内で押さえ付けると、散気板２の端部側が上方向に歪んでしまい、端部より空気漏れが生じる恐れがある。

また、散気板２の端部から４５〜７５ｍｍの領域内において押さえることにより、図２（ｃ）に図示するような端部から押さえる固定手段と比べて、有効発泡面積が大きくなるという効果を奏する。

本発明の実施例の散気装置１では、図２（ａ）に図示するように、奥行き方向に１対の固定手段を備えているが、固定手段の数は、散気板２のサイズ等に応じて適宜設定される。
散気板２の奥行きが３００ｍｍの場合、奥行き方向に１〜３対の固定手段を設けることが好ましい。空気漏れを防止するという観点から、２対の固定手段を設けることが特に好ましい。
散気板２の奥行きが１００ｍｍの場合、奥行き方向に１対の固定手段を設けることが最適である。
散気板２の奥行きが３００ｍｍを超える場合には、奥行き方向８０〜１２０ｍｍあたりに１対の固定手段を設けることが好ましい。なお、散気板２の各辺における固定手段の配置は、散気板２に歪みが生じないようにバランス良く配置すればよい。例えば、図２（ａ）に図示するように、実施例の散気装置１では、１対の固定手段を散気板２の奥行き方向略中央に配置している。
また、散気板２が歪まないように散気板の４辺すべてに固定手段を設けてもよい。

押さえ金具４及び固定ボルト５等の固定手段の材質は、特に限定されないが、耐腐食性の観点から、ステンレス鋼であることが好ましい。

［散気板の取付方法］
散気板の取付方法は、ホルダ上にパッキン、散気板の順に載置し、固定手段により本発明の散気板をホルダに固定すればよい。
さらには、本発明の散気板を取付方法では、既設の散気装置から散気板を取り替えることが好ましい。すなわち、既設のホルダから使用中の散気板を取り外す工程、本発明の散気板を既設のホルダの上にパッキンを介して載置する工程、固定手段により本発明の散気板を既設のホルダに固定する工程を備えた方法である。
既設の散気装置から散気板を取り替えることにより、交換する機器点数を減らすことができる。

ここで、使用中の散気板とは、既設のホルダに設置されている散気板であれば特に限定されないが、好ましくは、２０ｍｍを超える厚さの散気板又はセラミックス製からなる散気板である。

また、本発明の散気板を固定する工程において、固定手段は、散気板の端部から４５〜７５ｍｍの領域内で散気板を押さえることが好ましい。
なお、既設の散気装置に本発明の散気板を適用する際に、散気板の端部から４５〜７５ｍｍの領域内で押さえる固定手段に交換してもよいし、必要に応じて既設の固定手段を用いてもよい。

≪散気板の発泡試験≫
本発明の散気板について発泡試験を行った。その結果を図３に示す。この発泡試験に使用した散気板は、厚さ１５ｍｍ、幅３００ｍｍ、奥行き１００ｍｍであり、孔径が約２００μｍであり、材質がＡＢＳ樹脂製のものである。なお、その側面に、目止め剤による目止め加工は施されていない。発泡試験では、外部空気を３５Ｌ／ｍｉｎで送気した。

図３を見ると、散気板全体から均一に発泡していることが認められる。散気板を１５ｍｍの厚さにすることにより、散気板の側面に目止め加工をしなくても、側面に発泡が偏ることなく散気板上面からも均一に発泡していた。すなわち、散気板を１５ｍｍの厚さにすることにより、従来の厚さ３０ｍｍの散気板では必要であった目止め加工を省略できるという効果がある。
さらに、側面からも発泡することができるため、有効発泡面積が大きくなるという効果を奏する。

散気板より発泡した気泡の径は、２ｍｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは１〜２ｍｍである。気泡の径を２ｍｍ以下とすることにより、酸素移動効率を高めることができる。１ｍｍ未満とすると、散気板の散気孔を極めて小さくする必要があり、圧力損失が増大する恐れがある。
なお、本発明における気泡径とは、発泡状態を撮影した写真から不作為に選択された約１００個の気泡について気泡径を測定し、その平均値を気泡径とする。

本発明の散気板及び散気装置は、下水処理場等の有機性汚泥や、食品工場や医薬品工場等の有機性排水の好気性微生物処理槽及びその処理方法に使用することができる。

また、本発明の散気板は、従来の散気装置に設置されていた散気板の交換部品として利用することができる。

本発明の散気板の取付方法は、既設の散気装置を利用して簡易的に本発明の散気板を導入することができる方法を提供することができる。

１散気装置、２散気板、２ａ側面、２ｂ上面、３ホルダ、３１ホルダ空気通路、３２ホルダ空気配管、３３空気供給孔、４押さえ金具、４ａ前部、４ｂ上部、４ｃ背部、５固定ボルト、６パッキン

Claims

厚さが１０〜２０ｍｍであって、樹脂からなることを特徴とする散気板。
散気孔の孔径が１００〜３００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の散気板。
幅が２８０〜３２０ｍｍで、奥行きが８０〜１２０ｍｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の散気板。
請求項１〜３のいずれかに記載の散気板と、
ホルダと、
前記散気板を前記ホルダに固定する固定手段と、
を備えたことを特徴とする散気装置。
前記固定手段は、前記散気板の端部から４５ｍｍ〜７５ｍｍの領域内で散気板を押さえることを特徴とする請求項４に記載の散気装置。
固定手段により既設のホルダに請求項１〜３のいずれかに記載の散気板を取り付けることを特徴とする散気板の取付方法。