JP2021104510A - 水処理システム及び散気装置の配置方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、エアリフト効果が高められ、槽内に強い旋回流を発生させることが可能な散気装置を備えた水処理システムを提供することである。【解決手段】上記課題を解決するために、散気槽と、前記散気槽の一方の側壁に近接し、前記散気槽の他方の側壁との間に間隙を形成して設置された散気装置を備える水処理システムであって、前記散気装置は、前記他方の側壁から前記一方の側壁に向かうに従い、散気量が次第に減少あるいは増加することを特徴とする水処理システムを提供する。この水処理システムにおいて、水面での強い流れが生じ、水面でのスカム堆積防止が可能となる。【選択図】図１

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装置を備える水処理システム及び散気装置を配置する方法に関するものである。更に詳しくは、排水等を水処理するための散気槽に用いる散気装置を備える水処理システム及び散気装置の配置方法に関するものである。

下水や汚水等の排水を処理する方法として、排水処理装置に散気槽を設け、この散気槽内に散気装置を設置し、この散気装置により空気を微細な気泡として排水中に分散する方法がある。散気装置は、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散気槽内に供給し、被処理水中の溶存酸素量を高めるものである。特に、処理効率に関わる酸素移動効率を向上させるための散気装置が広く用いられている。

例えば、特許文献１には、散気装置としてメンブレン式散気装置を設けた水処理システムが記載されている。
特許文献１には、メンブレン式散気装置を用いた散気において、メンブレン式散気装置への通気量を所定値以下に設定することで、気泡径を小さくし、気泡径の分布幅を狭くすることができるため、高い酸素移動効率を達成し、水処理効率を高めることが記載されている。

特開２００８−２２１１５８号公報

特許文献１に記載されるメンブレン式散気装置のような超微細気泡散気装置では、気泡径を小さくすることにより酸素移動効率を高めることができる。しかし、気泡によるエアリフト効果が小さくなるため、槽内に強い旋回流を発生させることが困難となる。その結果、水面での流速が低下して、スカムが水面に留まりやすくなるという問題が生じる。

そこで、本発明の課題は、エアリフト効果が高められ、槽内に強い旋回流を発生させることが可能な散気装置を備えた水処理システムを提供することである。

本発明者は、上記課題について鋭意検討した結果、散気装置を散気槽の一方の側壁に寄せて配置する散気装置を備えた水処理システムにおいて、局所的に散気密度が高くなるように散気装置の散気量を減少あるいは増加させることで、水面での強い流れが生じ、水面でのスカム堆積防止が可能となることを見出して本発明を完成させた。
具体的には、本発明は、以下の水処理システム及び散気装置の配置方法である。

上記課題を解決するための本発明は、散気槽と、前記散気槽の一方の側壁に近接し、前記散気槽の他方の側壁との間に間隙を形成して設置された散気装置を備える水処理システムであって、前記散気装置は、前記他方の側壁から前記一方の側壁に向かうに従い、散気量が次第に減少あるいは増加することを特徴とするものである。

本発明の水処理システムによれば、散気装置は、散気槽の他方の側壁から一方の側壁に向かうに従い、散気量が次第に減少あるいは増加するように構成されているため、局所的にエアリフト効果の高い領域が生じ、散気槽内に強い旋回流が生じる。その結果、水面の流速が上昇し、水面でのスカム堆積を防ぐ効果を奏する。

更に、本発明の散気装置を備える水処理システムの一形態としては、散気装置は、前記他方の側壁から前記一方の側壁に向かうに従い、散気量が次第に増加することを特徴とするものである。
この特徴によれば、散気槽の側壁により近い側の散気密度が高まるため、散気装置に近接する一方の側壁付近で強い上昇流が発生する。この上昇流は、水面において他方の側壁に向かう流れとなり、他方の側壁付近で下降流となる。すなわち、散気槽全体を旋回する旋回流が形成される。この旋回流は、散気量が均等になるように配置された散気装置に比べて、水面の流速が格段に上昇するため、水面でのスカム堆積をより確実に防止することができる。

更に、本発明の散気装置を備える水処理システムの一形態としては、散気装置は、複数の散気体からなり、前記散気体は、前記一方の側壁に向かうに従い、密集するように配置されていることを特徴とするものである。
この特徴によれば、散気装置に供給する空気量を一定にした状態で、散気槽の側壁により近い側の散気密度を高め、水面での強い流れを生じさせることができる。

また、上記課題を解決するための本発明は、散気槽に、複数の散気体からなる散気装置を配置する方法であって、前記散気装置は、前記散気槽の一方の側壁に近接し、前記散気槽の他方の側壁との間に間隙を形成して設置され、前記散気体は、前記一方の側壁に向かうに従い、密集するように配置されていることを特徴とするものである。

本発明の散気装置の配置方法によれば、簡易的に上述の水処理システムを構築し、散気槽内の水面の流速を上昇させることができる。

本発明の散気装置を備える水処理システムによれば、エアリフト効果が高められ、槽内に強い旋回流を発生させることが可能な散気装置を備えた水処理システムを提供することができる。

本発明の第１の実施形態の水処理システムの構成を示す概略説明図である。（ａ）本発明の第１の実施形態の水処理システムの概略斜視図である。（ｂ）本発明の第１の実施形態の水処理システムの平面図である。（ｃ）本発明の第１の実施形態の水処理システムの側面図である。（図１ｂ中のＩ−Ｉ矢視図） 本発明の第２の実施形態の水処理システムの構成を示す概略説明図である。（ａ）本発明の第２の実施形態の水処理システムの平面図である。（ｂ）本発明の第２の実施形態の水処理システムの側面図である。（図２ａ中のII−II矢視図） 水面流速シミュレーションの結果を示した図である。（ａ）本発明の第１の実施形態の水処理システムにおける結果を示した図である。（ｂ）散気体を等間隔で配置した従来の旋回式の散気装置を備える水処理システムにおける結果を示した図である。 本発明の第１の実施形態の水処理システムと、散気体を等間隔で配置した従来の旋回式の散気装置を備えた水処理システムにおける水面平均流速の比較したグラフである。

本発明の水処理システムは、液体中に微細な気泡を分散させるための散気装置を有する排水処理装置等に利用するものである。特に好ましくは、排水等を活性汚泥により生物学的水処理するための散気槽に用いる超微細気泡散気装置を備える水処理システムに利用される。

本発明の散気装置を備える水処理システムは、散気槽と、前記散気槽の一方の側壁に近接し、前記散気槽の他方の側壁との間に間隙を形成して設置された散気装置を備える水処理システムであって、前記散気装置は、前記他方の側壁から前記一方の側壁に向かうに従い、散気量が次第に減少あるいは増加することを特徴とする。

以下、本発明の実施形態を、添付画面を参照して詳細に説明する。なお、この実施形態は、本発明を限定するものではない。

〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態の散気装置を備える水処理システムの構成を示す概略説明図である。（ａ）本発明の第１の実施形態の水処理システムの全体概略斜視図である。（ｂ）本発明の第１の実施形態の水処理システムの平面図である。（ｃ）本発明の第１の実施形態の水処理システムの側面図である。（図１ｂ中のＩ−Ｉ矢視図）
図１に示すように、本実施形態の水処理システム１０は、例えば活性汚泥を用いた水処理施設の散気槽２内に散気装置１ａが設置され、散気装置１ａは散気槽２内の処理水Ｗ（処理対象水と活性汚泥との混合液）に浸漬するとともに、ブロワーＢに接続された複数の散気体３からなる散気ユニット４を有し、これらの散気ユニット４にブロワーＢから空気が供給されることにより、散気ユニット４から処理水Ｗ中に気泡を発生させて散気を行う。

（散気槽）
散気槽２は、側壁２ａ、２ｂを有する略直方体状の槽に上部ハンチＨｕ及び下部ハンチＨｓを有しており、外部には散気装置１ａに酸素を含む空気を供給するブロワーＢを備えている。
また、散気槽２の内部には、散気槽２の底部と略平行に散気装置１ａが設けられている。散気槽２の深さ方向における散気装置１ａの位置は、特に制限されないが、通常、散気槽２の底部近傍に設置される。ブロワーＢの吐出圧力の制約や既設施設とのバランスを考慮して、散気装置１ａを比較的高い位置に設置してもよい。

（散気装置）
散気装置１ａは、散気槽２内で散気槽２の幅方向（図１ｂの上下方向；以下、単に「幅方向」という。）に並設された散気体３からなる散気ユニット４を有するものである。散気ユニット４は、散気槽２の長さ方向（図１ｂの左右方向；以下、単に「長さ方向」という）に沿って複数並設されている。

散気装置１ａ全体としては、散気槽の一方の側壁２ａに近接して配置され、他方の側壁２ｂとの間に間隙Ｇを形成している。そのため、散気装置１ａから発生した気泡は、散気槽１ａの領域に上昇流を発生し、上昇流は、他方の側壁２ｂに向かって流れ、間隙Ｇの領域に下降流を形成する。

散気装置１ａを配置する領域（一方の側壁２ａから散気ユニット４の間隙Ｇ側の最端部までの領域）は、散気槽２の幅方向の７０％以下であることが好ましい。この範囲に散気装置１ａを設けることにより、間隙Ｇの領域に十分な下降流が発生し、散気槽２全体を循環する旋回流が形成される。
また、散気装置１ａを配置する領域は、散気槽２の幅方向の５０％以上であることが好ましい。散気装置１ａを設けることにより、散気装置１ａの配置された領域から発生する上昇流と、間隙Ｇの領域に発生する下降流のバランスがよく、散気槽２全体に良好な旋回流が形成される。

（散気ユニット）
散気ユニット４は、散気槽２の幅方向に配設した複数の散気体３と、散気体３上で幅方向に延在し散気体３の内部同士を気密に連通させる空気供給管であるヘッダ管６とを有している。また、ブロワーＢからの空気は、送気管７を通じてヘッダ管６に供給されている。

図１ａ及び図１ｂに示されるように、散気ユニット４は、散気槽２の一方の側壁２ａに近接し、散気槽の他方の側壁２ｂとの間に間隙Ｇを形成するように配置されている。また、一方の側壁２ａに向かうに従い、散気体３の設置間隔が密集するように配置される。この散気ユニット４は、散気槽２の長さ方向に沿って、複数並設されている。

このような散気ユニット４の構成によれば、図１ｃに示すように、散気体３が密に設けられた散気槽側壁２ａ側からの散気密度が高くなる。そのため、散気槽側壁２ａ付近において、より強い上昇流が生じ、この上昇流が水面まで到達し、水面上のスカムＳを散気槽側壁２ｂ側へ押し流した後、下降流となって間隙Ｇを通過する。そして、下降流は、散気槽２の底部を流れて、散気槽側壁２ｂ側から散気槽側壁２ａへと向かい、散気槽２全体に旋回流が生じることとなる。

このようにして形成された旋回流は、散気量が均等になるように配置された散気装置に比べて、水面における流速が格段に上昇するため、水面でのスカム堆積をより確実に防止することができる。

なお、散気密度を調整するための手段としては、特に制限されず、第１の実施形態のように、散気体３の設置間隔を調整して、散気体３を密集するように配置する手段の他、例えば、散気体に供給する空気量を調整する手段や、散気体に形成されている散気孔やスリット等の散気口の数又は大きさを調整する手段等でもよい。均等な径を有する微細気泡を散気装置全体に形成しつつ、散気密度を調整できるという点で、散気体を密集するように配置する手段や、散気体に形成されている散気口の数を調整する手段が好ましい。

また、散気槽側壁２ｂ側から散気槽側壁２ａへと向かうに従い、散気量が次第に減少してもよい。これにより、散気槽側壁２ｂ側の散気体３における散気密度が高まるため、水面における流速を上昇することができる。散気槽２全体に良好な旋回流を形成するという観点から、第１の実施形態のように、散気槽側壁２ｂ側から散気槽側壁２ａへと向かうに従い、散気量が次第に増加することが好ましい。

散気量を次第に減少あるいは増加する構成としては、散気槽側壁２ｂ側から散気槽側壁２ａへと向かうに従い、連続的に散気量が減少あるいは増加する構成としても、断続的に散気量が減少あるいは増加する構成としてもよい。

（散気体）
本発明の散気体３は、空気を通過する微細な散気孔を有するメンブレンが巻かれた管状部材からなる散気管であり、「メンブレンパイプ式超微細気泡式散気管」とも呼ばれるものである。散気体３は、多孔質の合成樹脂又はセラミックからなる散気筒や多数のスリットを設けたフレキシブルチューブのような管状部材からなる散気管であってもよい。また、散気体３は、角型、丸型などの板状部材からなる散気板であってもよい。

〔第２の実施形態〕
図２は、本発明の第２の実施形態の散気装置を備える水処理システムを示す概略説明図である。図２（ａ）は、本発明の第２の実施形態の水処理システムの平面図であり、図２（ｂ）は、本発明の第２の実施形態の水処理システムの側面図である。（図２ａ中のII−II矢視図）
第２の実施形態の散気装置１ｂでは、第１の実施形態の散気体３を、排出する空気量がそれぞれ異なるようにした散気体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆに代えたものである。

散気体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆは、それぞれ排出される空気量が異なるような構造を選択する。例えば、散気体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆは空気を排出する散気口（スリット、孔）の数や大きさが異なる構造としてもよいし、供給する空気量を個々に調整する流量制御機構を設けてもよい。また、図２ａに示すように、散気体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆの長さが異なる構造としてもよい。更に、散気体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆとして、それぞれ異なる形態のものを用いてもよい。例えば、管状部材と板状部材の組み合わせであってもよい。

図２ｂに示されるように、散気の際に、散気体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆの順に排出される空気量を減少させることで、散気槽側壁２ａ側から強い上昇流が生じ、この上昇流が水面まで到達し、水面上のスカムＳを散気槽側壁２ｂ側へ押し流した後、下降流となって間隙Ｇを通過し、散気槽側壁２ｂ側から散気槽２の底部に向かう旋回流が生じることとなる。

［散気装置の配置方法］
本発明の散気装置の配置方法は、複数の散気体からなる散気装置を配置する方法であって、前記散気装置は、前記散気槽の一方の側壁に近接し、前記散気槽の他方の側壁との間に間隙を形成して設置され、前記散気体は、前記一方の側壁に向かうに従い、密集するように配置し、前記散気装置からの散気量が散気槽の他方の側壁から一方の側壁に向かうに従い、次第に増加するようにすればよい。
具体的には、散気槽の側壁２ａ寄りの散気体３を密に配置し、側壁２ｂ寄りになるに従い、散気体３の配置間隔が疎になるように配置する。
この散気装置の配置方法により、超微細気泡散気装置のように供給する空気量を比較的少なくして酸素移動効率を向上させる散気装置において、酸素移動効率を低下させることなく強い旋回流を発生させ、水面のスカムの堆積を防ぐことが可能となる。

＜散気装置の水面流速シミュレーション＞
本発明の水処理システムについて水面流速シミュレーションを行った。散気体３の配置は、上記第１の実施形態に倣い、散気ユニット４を構成する散気体３を７本としてシミュレーションを行った。その結果を図３ａに示す。
なお、図３ｂは、散気体を等間隔で配置した従来の散気装置における水面流速シミュレーションの結果である。このシミュレーションにおいて、図３ａ及び図３ｂの散気体の数は同一としている。

シミュレーションはＡＮＳＹＳ社の汎用流体シミュレーション用ソフト「フルーエント」を用いて行った。図４で示した計算結果は曝気槽幅が５．５ｍ、槽長が８．６ｍ、槽水深が５．０ｍ、曝気装置設置水深が４．０ｍに対して実施した結果であるが、あくまでも一例であり、槽形状、曝気装置設置水深、曝気装置レイアウト等を限定するものではない。

図３ａから、本発明の水処理システムでは、水面において、一方の側壁から他方の側壁に向かって一定方向の強い流れが形成されていることがわかる。一方、図３ｂから、散気体を等間隔で配置した従来の散気装置においては、水面における流れが全体的に拡散していることがわかる。

また、図４には、本発明の第１の実施形態の水処理システムと、散気体を等間隔で配置した従来の旋回式の散気装置を備えた水処理システムにおける水面平均流速の比較したグラフを示した。
本発明の散気装置における水面平均流速が、散気体を等間隔に配置した散気装置における水面平均流速よりも１．５倍速くなった。

図３、４の結果から、散気装置からの散気量が散気槽の一方の側壁から他方の側壁に向かうに従い、次第に減少あるいは増加させるようにすることにより、散気槽の水面に十分な速さの一定方向の流れが発生する。この結果、水面のスカムを押し流し、スカム堆積を防ぐことが可能となる。

本発明の水処理システム及び散気装置の配置方法は、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。

１ａ、１ｂ 散気装置、２ 散気槽、２ａ、２ｂ 側壁、３ 散気体、４ 散気ユニット、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ 散気体、６ ヘッダ管、７ 送気管、１０ 水処理システム、Ｇ 間隙、Ｈｕ 上部ハンチ、Ｈｓ 下部ハンチ、Ｂ ブロワー、Ｗ 処理水、Ｓ スカム

Claims (4)

1. 散気槽と、前記散気槽の一方の側壁に近接し、前記散気槽の他方の側壁との間に間隙を形成して設置された散気装置を備える水処理システムであって、前記散気装置は、前記他方の側壁から前記一方の側壁に向かうに従い、散気量が次第に減少あるいは増加することを特徴とする、水処理システム。
2. 前記散気装置は、前記他方の側壁から前記一方の側壁に向かうに従い、散気量が次第に増加することを特徴とする、請求項１に記載の水処理システム。
3. 前記散気装置は、複数の散気体からなり、前記散気体は、前記一方の側壁に向かうに従い、密集するように配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の水処理システム。
4. 散気槽に、複数の散気体からなる散気装置を配置する方法であって、前記散気装置は、前記散気槽の一方の側壁に近接し、前記散気槽の他方の側壁との間に間隙を形成して設置され、前記散気体は、前記一方の側壁に向かうに従い、密集するように配置されていることを特徴とする、散気装置の配置方法。
   
   
   

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