JP4309021B2 - Wastewater treatment system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中において曝気を行い、水の浄化を行う散気装置に関する技術である。より詳しくは、水中での散気により旋回流を発生させるとともに、微細気泡を供給し、水の浄化処理を行うものである。
【0002】
【従来の技術】
排水水等を処理する方法として、一般に曝気槽が用いられている。従来の方法としては、曝気槽内槽底部に散気管を設置し、地上側からブロアー等により高圧空気を、ダクトを介して供給し、水中に散気する。そして、放出された空気の気泡の浮上にともなう槽内に旋回流(循環水流)を発生させ、気泡による曝気を行うものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の槽底より散気して曝気する方法では、散気管内より水中に放出された気泡は、その浮上力と循環水流の上向流に乗って比較的短時間に浮上する。このため、気泡と汚水の接触時間が短く、酸素溶解率が悪い。水中へ放出する気泡径が小さいほど、酸素溶解率が向上することは周知である。しかし曝気量を絞ったり、放出気泡を小径とすると、供給空気圧が低下して散気装置の散気孔の目詰まりが生じやすい。また気泡を小径とすると、その浮上力も弱く、槽内全体に循環水流が起こりにくい。
【0004】
そして、特開平8−243582号公報に示される技術においては、循環水流を効率的に発生させるものではなく、循環水流の発生に多くのエネルギーを必要とするものである。
【0005】
本発明は、槽底に配設した散気装置により、効率的に槽内に循環水流を発生させるとともに、散気装置近傍の上流側に超微細気泡を供給して、酸素の溶解率を向上させることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決すべく、本発明は次のような手段を用いる。
請求項1に記載のごとく、処理槽と散気装置により構成される排水処理システムであって、前記散気装置を、中空で上下に開口部を有する外装と該外装の下部に配設される空気放出ノズルにより構成し、前記外装を、ベル型形状とし、下部の径が大きく上部の径が小さく構成するとともに、前記外装の内壁に突起物を等間隔に複数個配設し、前記空気放出ノズルを、外装の下方から外装の内壁に沿って、斜め上方でかつ外装の接線方向より若干内側に向けて配設し、前記空気放出ノズルから空気を前記外装の内壁に沿って斜め上方に放出することによって、前記処理槽内に旋回流を発生させるように構成したものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
【0008】
図1は排水処理システムの全体構成を示す模式図、図2は処理槽内における散気装置と超微細気泡の供給構成を示す図、図3は処理槽底部の水の流れを示す模式図、図4は超微細気泡発生装置の構成を示す模式図、図5は超微細気泡発生装置の他の構成を示す側面図、図6は同じく平面図、図7は同じく正面図、図8は散気装置の構成を示す斜視図、図9は同じく側面断面図、図10は同じく側面断面斜視図、図11は渦流の発生状態を示す平面模式図、図12は処理槽内に発生する旋回流の構成を示す図、図13は散気装置の他の構成を示す図、図14は散気装置の他の構成を示す側面断面図、図15は同じく側面断面斜視図である。
【0009】
図1において、排水処理システムの構成について説明する。排水処理システムは処理槽1、散気装置5、超微細気泡発生装置2により構成されており、処理槽1内に排水を導入し、散気装置5および超微細気泡発生装置2により排水中に空気を散気するものである。排水処理システムには単数もしくは複数個の処理槽1が構成されており、該処理槽1内の底部に散気装置5が配設されている。散気装置5には給気管4が接続されており、該給気管4より空気が供給される。散気装置5より空気が放出され、空気の気泡の浮上にともない処理槽1内に旋回流(循環水流)が発生するものである。
【0010】
処理槽1内には超微細気泡供給パイプ3が導入されており、該超微細気泡供給パイプ3には超微細気泡発生装置2が接続されている。超微細気泡発生装置2より発生した超微細気泡は、超微細気泡供給パイプ3の先端より、処理槽1内に放出される。超微細気泡供給パイプ3より放出された超微細気泡は、散気装置5により発生した旋回流により処理槽1内を循環する。超微細気泡は、0.1μmから3μmの径の気泡であり、微細気泡(気泡径が10〜100μm)より小さいものである。超微細気泡は、気泡の径が小さく、その浮力が小さい。このため、処理槽1内の旋回流に供給した場合においても、該処理槽内を下方に向かう流れにのりやすく、処理槽内に均一に拡散させることができる。
【0011】
各処理槽1に、pHセンサ、温度センサ、菌体濃度計および溶存酸素量センサを配設し、該センサ類をコントローラに接続し、各処理槽の状態を情報端末によりモニターすることができる。また、コントローラには超微細気泡発生装置2や、散気装置5に空気を供給するブロアを接続し、処理槽1内の温度、菌体濃度および溶存酸素量を調節することができる。
【0012】
次に、図2を用いて超微細気泡供給パイプ3と散気装置5の配置構成について説明する。前述のごとく、散気装置5は処理槽1の底部に配設されており、該処理槽1の底部において散気を行い、処理槽1内に旋回流を発生させるものである。超微細気泡供給パイプ3の先端は、散気装置5に対して旋回流の下流側にかつ散気装置5の近傍に配設されるものである。図2において、超微細気泡Vは散気装置5の下方に供給されており、該散気装置5内に超微細気泡Vを供給する構成になっている。
【0013】
図3において、上記の超微細気泡の供給方法による効果について説明する。被処理水には、各種の不純物が混入しており、該被処理水を導入する処理槽1の底には沈殿物等により堆積層6が発生する。散気装置5は、処理槽1の底部に配設されるものであり、該底部において旋回流を発生させるので、処理槽1の底に発生した堆積層6の沈殿物を巻き上げるものである。また、超微細気泡が堆積物に吸着し、該気泡の浮力により堆積物を水中内において上昇させることも可能である。
【0014】
旋回流により被処理水中に巻き上げられた沈殿物は、旋回流にのって散気装置5に導入される。このことにより、堆積層6の沈殿物は旋回流により散気装置5の近傍によせられ、散気装置5により被処理水中に巻き上げられ、微生物により処理されるものである。沈殿物の分解には酸素が必要であり、沈殿物が巻き上げられる散気装置5下方の領域Aに多量の酸素を供給することにより、沈殿物の分解を促進できる。
【0015】
そこで、超微細気泡を、散気装置5に対して旋回流の下流側にかつ散気装置5の近傍で供給するものである。また、超微細気泡は堆積層6のフロック等に付着し、堆積物を浮上させることができる。散気装置5の近傍に超微細気泡を供給することにより、超微細気泡は旋回流にのり、いったん処理槽1の底部に引き込まれる。これにより、堆積層6に超微細気泡を効率的に供給できるものである。
【0016】
散気装置5の下方で超微細気泡を供給することにより、領域Aに酸素を十分に供給できる。そして、散気装置5内の領域Bにおいては、超微細気泡と沈殿物そして被処理水が均一に混合されるとともに、空気放出パイプ16より排出される気泡が微細化される。これにより、沈殿物および被処理水の浄化を効率的に行うことができる。
【0017】
次に、超微細気泡発生装置2の構成について説明する。図4に示すごとく、超微細気泡発生装置2は、加圧ポンプ8、加圧タンク9および圧力調整弁10により構成されている。加圧ポンプ8により水とともに空気を加圧タンク9に導入し、加圧タンク9において水に空気を溶解させる。そして、加圧調整弁10を介して、加圧タンク9より溶解した空気とともに水を放出するものである。加圧タンク9内で過飽和となり、溶解されない空気はエアベント7より加圧タンク9外へ放出される。また、加圧状態において水に溶存していた空気が常圧に減圧されることにより、過飽和気体は気化し、超微細な気泡を発生させる。
【0018】
超微細気泡発生装置2において、加圧ポンプ8には吸水管12が接続されており、該吸水管12を介して水が加圧ポンプ8に供給されるものである。吸水管12にはエアー吸引口13が接続されており、該エアー吸引口13を介して吸水管12に空気が導入される。そして、加圧ポンプ8は、水と空気の混合物を加圧タンク9に供給する。加圧ポンプと加圧タンク9を接続する配管の途中部にはエアシュータ11が接続されており、該エアシュータ11には、図示しないコンプレッサーより加圧された空気が供給され、加圧タンク9に導入されるものである。加圧タンク9の直前にはミキサー25が配設されており、空気の水への溶解を促進するものである。これにより、加圧タンク9内に十分な空気を供給と加圧を行うことができ、空気の水への溶解を効果的に行えるものである。超微細気泡の発生方法としては、エジェクター方式により吸引した空気をミキサー25により水を混合したのち、高圧タンク(5kg/平方センチ)において、空気を水中に溶解させる。該高圧タンクにおいて空気を水に最大限まで溶解させ、この後に、圧力調整弁より水中に開放する。これにより、超微細気泡を大量に発生させることができるものである。
【0019】
次に、超微細気泡発生装置の他の実施例について、図5乃至図7を用いて説明する。超微細気泡発生装置29はフィルタ装置21、気液混合ポンプ24、モータ23およびミキサー25により構成される。気液混合ポンプ24には水および空気が供給される。水はフィルタ装置21を介して供給されるものであり、空気は配管26を介して供給されるものである。そして、モータ23により気液混合ポンプ24が駆動され、水と空気の混合物がミキサー25を介して超微細気泡供給パイプ3に供給される。
【0020】
超微細気泡発生装置29において、フレーム22上にモータ23および液混合ポンプ24が配設されている。ミキサー25は超微細気泡発生装置29の上部に配設されるものである。また、フィルタ装置21が立設しているステ−もフレーム22に固設されている。フレーム22の下部にはキャスター輪が取り付けられている。超微細気泡発生装置29の側面には、整備用のハッチ28および操作盤27が配設されている。操作盤27は超微細気泡発生装置29の運転を制御するものである。操作盤27の内部回路システムは、フィルタ装置21と気液混合ポンプ24の間に配設されたフローレベルセンサ30と接続されており、気液混合ポンプ24に供給される水の量を認識可能にしてポンプの焼きつき防止を制御している。
【0021】
前述の図1に示す排水処理システムにおいて、超微細気泡発生装置2は、上流側の処理槽1にのみ超微細気泡を供給しているが、超微細気泡供給パイプ3を分岐させ、他の処理槽1に超微細気泡を供給することが可能であり、処理槽1にそれぞれ対応した超微細気泡発生装置2を配設し、各処理槽1に超微細気泡を供給することも可能である。一般的には、排水中の有機物が多いのは排水が供給される上流側であり、有機物の多さは排水処理に必要な酸素量に比例する。このため、有機物の多量に含まれる上流側において超微細気泡を供給し、酸素の溶存量を増すことにより、効率的な排水処理を行え、下流側において超微細気泡発生装置2を配設する必要がなくなるものである。
【0022】
次に、散気装置5の構成について、図8乃至図12を用いて説明する。散気装置5は、外装15、空気放出ノズル16により構成されている。外装15は中空の円錐形状、もしくは朝顔の花の形状に構成されており、上下に開口部を有し、側面は内側に入り込んだ形状となっている。外装15は下部の開口径が上部の開口径より大径に構成された中空円錐形をしている。外装15の内側には、複数個の突起物17・18が配設されている。突起物17は突起物18より大きく、突起物17・18は電球に似た形状に構成されている。突起物17・18は円柱に円錐の上部が接続され、該円錐の底部に球面が接続した形状に構成されている。突起物17・18は外装15の内側に立設されており、上下方向に突起物18と突起物17が交互に配設されるものである。そして、突起物17・18はそれぞれ、配設されてた高さにおいて、外装15の内周に等間隔に複数個配設されている。
【0023】
突起物17・18の効果としては、気泡を含む液体が該突起物17・18に当たることにより、気泡が小さく砕かれるとともに、気体と液体が混ぜ合わされるものである。気泡が小さくなることにより、気体の液面との接触面積が大きくなる。これにより、空気中の酸素が水に溶けやすくなる。
【0024】
外装15の下には空気放出ノズル16が配設されており、該空気放出ノズル16は給気管4に接続している。給気管4に供給された給気は、空気放出ノズル16により外装15の内側に空気が排出されるものである。空気放出ノズル16は、図9に示すごとく斜め上方かつ、図11に示すごとく外装15の接線方向より若干内側に向いて配設されている。空気放出ノズル16より空気が放出されると、空気は外装15の内壁に沿って斜め上方に向かって上昇する。これにともない、外装15内において水流が発生する。そして、外装15内において発生した水流は、外装15の内壁に沿って渦巻き状に上昇する。
【0025】
外装15がベル型、ホーン型もしくは朝顔の花形状に構成されており、下部の径が大きく上部の径が小さく構成されている。この外装15内において渦巻き状の水流が発生する場合、下部における流速より、上部における流速が増す。これにより、散気装置5内において、図11の矢印で示すような渦水流を発生し、外装15の下部開口部近傍の水が吸い上げられ、外装15の上部より排出される。すなわち、散気装置5にブロワ20より空気を供給し、処理槽1において効率的に、図12に示すごとく、旋回流を発生させることができるものである。旋回流が発生することにより、散気装置5より上方に排出された水は、処理槽1の内壁に沿って、底部に向かい、さらに散気装置5により上方に巻き上げられる。これにより、処理槽1全体に水流を発生させるものである。外装15は下部の開口径が上部の開口径より大径に構成された中空円錐形をしているので、散気装置5の下方の沈殿物を広範囲において取り込みやすくなっている。散気装置5により発生する水流の強さについて説明する。空気排出ノズル16の口径を20mm程度、2つの空気排出ノズル16・16より流出する空気量を1m3/min(各0.5m3/min)とする。空気の初期流出速度は約26.5m/sである。空気が水を加速するエントレーメントを流出空気量と同体積であると仮定する。すると、水が1秒間に受けとる運動量は、2つの空気排出ノズル16・16の出口を合わせて、約4.42×102kgm/s2である。
この運動量を持つ水が、底面口径250mmの外縁から、45度の角度で中心に向かって流れ込むと、その角運動量は1秒間に39.1kgm2/s2となる。さらに、散気装置5の外形がベル型であるため、トルネード効果による渦の増強が行われ、16倍すなわち、6.25×102kgm2/s2の角運動量が得られる。そして、超高速のスパイラル流は、半球形の突起物に強力に衝突することにより、微細気泡を発生させ、散気効率を向上させるのである。
【0026】
次に、散気装置の他の実施例について説明する。図13に示す、散気装置31において、突起物17・18は平面視、互い違いに配設されるものである。そして、外装15の下部においては、突起物17・18の配設数が多く、上部においては少なく構成されている。
【0027】
図14および図15に示す散気装置33において、外装は上部外装34および下部外装35により構成されている。上部外装34は円筒状に構成されており、内周に複数個の突起物17・18が配設されている。突起物17・18は上方より交互に配設されており、各高さにおいて突起物17・18が六個ずつ配設されている。下部外装35はホーン形状、ベル状もしくは朝顔の花形状に構成されており、下部の開口径が上部の開口径より大きく構成されている。なお、上部の開口径は上部外装34の開口径と一致するものである。散気装置33においては、外装が上部外装34と下部外装35により構成されるため、製作が容易である。そして、水流の速くなる上部において突起部17・18を配設するので、空気と水を効率的に混合することができる。
【0028】
【発明の効果】
請求項1に記載のごとく、処理槽と散気装置により構成される排水処理システムであって、前記散気装置を、中空で上下に開口部を有する外装と該外装の下部に配設される空気放出ノズルにより構成し、前記外装を、ベル型形状とし、下部の径が大きく上部の径が小さく構成するとともに、前記外装の内壁に突起物を等間隔に複数個配設し、前記空気放出ノズルを、外装の下方から外装の内壁に沿って、斜め上方でかつ外装の接線方向より若干内側に向けて配設し、前記空気放出ノズルから空気を前記外装の内壁に沿って斜め上方に放出することによって、前記処理槽内に旋回流を発生させるように構成したので、旋回流発生に必要となるエネルギーを減少できる。排水処理システムのランニングコストを減少できる。処理槽の堆積物を効率的に分解・処理することができる。処理槽の沈殿物を効率的に処理できるとともに、水の浄化を促進することができる。また、水の処理時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 排水処理システムの全体構成を示す模式図。
【図2】 処理槽内における散気装置と超微細気泡の供給構成を示す図。
【図3】 処理槽底部の水の流れを示す模式図。
【図4】 超微細気泡発生装置の構成を示す模式図。
【図5】 超微細気泡発生装置の他の構成を示す側面図。
【図6】 同じく平面図。
【図7】 同じく正面図。
【図8】 散気装置の構成を示す斜視図。
【図9】 同じく側面断面図。
【図10】 同じく側面断面斜視図。
【図11】 渦流の発生状態を示す平面模式図。
【図12】 処理槽内に発生する旋回流の構成を示す図。
【図13】 散気装置の他の構成を示す図。
【図14】 散気装置の他の構成を示す側面断面図。
【図15】 同じく側面断面斜視図。
【符号の説明】
1 処理槽
2 超微細気泡発生装置
3 超微細気泡供給パイプ
4 給気管
5 散気装置
15 外装
16 空気放出ノズル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a technique related to an air diffuser that performs aeration in water and purifies water. More specifically, a swirling flow is generated by aeration in water, and fine bubbles are supplied to perform water purification treatment.
[0002]
[Prior art]
An aeration tank is generally used as a method for treating drainage water and the like. As a conventional method, an air diffuser is installed at the bottom of the tank inside the aeration tank, and high-pressure air is supplied from the ground side by a blower or the like through a duct to diffuse into the water. Then, a swirling flow (circulating water flow) is generated in the tank accompanying the rising of the bubbles of the released air, and aeration with the bubbles is performed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional method of aeration by aeration from the bottom of the tank, the bubbles released into the water from the inside of the aeration tube float on the levitation force and the upward flow of the circulating water in a relatively short time. For this reason, the contact time of bubbles and sewage is short, and the oxygen dissolution rate is poor. It is well known that the smaller the bubble diameter released into water, the better the oxygen dissolution rate. However, if the amount of aeration is reduced or the discharge bubbles are made small in diameter, the supply air pressure is lowered and the air diffuser holes of the air diffuser are likely to be clogged. If the bubbles have a small diameter, their levitation force is weak, and a circulating water flow hardly occurs in the entire tank.
[0004]
And in the technique shown by Unexamined-Japanese-Patent No. 8-243582, it does not generate a circulating water flow efficiently but requires much energy for generation | occurrence | production of a circulating water flow.
[0005]
The present invention efficiently generates a circulating water flow in the tank by the air diffuser disposed at the bottom of the tank, and supplies ultrafine bubbles to the upstream side in the vicinity of the air diffuser to improve the oxygen dissolution rate. The purpose is to let you.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention uses the following means.
A wastewater treatment system comprising a treatment tank and an air diffuser as claimed in
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0008]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a wastewater treatment system, FIG. 2 is a diagram showing a supply configuration of an air diffuser and ultrafine bubbles in the treatment tank, and FIG. 3 is a schematic diagram showing a flow of water at the bottom of the treatment tank, 4 is a schematic view showing the configuration of the ultrafine bubble generating device, FIG. 5 is a side view showing another configuration of the ultrafine bubble generating device, FIG. 6 is also a plan view, FIG. 7 is also a front view, and FIG. FIG. 9 is a side cross-sectional view, FIG. 10 is a side cross-sectional perspective view, FIG. 11 is a schematic plan view showing a vortex generation state, and FIG. 12 is a swirl flow generated in the treatment tank. FIG. 13 is a diagram showing another configuration of the diffuser, FIG. 14 is a side sectional view showing another configuration of the diffuser, and FIG. 15 is a side sectional perspective view of the same.
[0009]
In FIG. 1, the configuration of the wastewater treatment system will be described. The waste water treatment system is composed of a
[0010]
An ultrafine
[0011]
Each
[0012]
Next, the arrangement of the ultrafine
[0013]
In FIG. 3, the effect of the above-described method for supplying ultrafine bubbles will be described. Various impurities are mixed in the water to be treated, and a deposited
[0014]
The precipitate wound up in the water to be treated by the swirling flow is introduced into the
[0015]
Therefore, the ultrafine bubbles are supplied to the
[0016]
By supplying ultrafine bubbles below the
[0017]
Next, the configuration of the
[0018]
In the ultrafine
[0019]
Next, another embodiment of the ultrafine bubble generating device will be described with reference to FIGS. The ultrafine
[0020]
In the ultrafine
[0021]
In the wastewater treatment system shown in FIG. 1 described above, the
[0022]
Next, the configuration of the
[0023]
As an effect of the
[0024]
An
[0025]
The exterior 15 is configured in a bell shape, a horn shape, or a morning glory flower shape, and the lower portion has a larger diameter and the upper portion has a smaller diameter. When a spiral water flow is generated in the exterior 15, the flow velocity at the upper portion is higher than the flow velocity at the lower portion. As a result, a vortex water flow as shown by the arrow in FIG. 11 is generated in the
When water having this momentum flows from the outer edge of the bottom diameter of 250 mm toward the center at an angle of 45 degrees, the angular momentum becomes 39.1 kgm 2 / s 2 per second . Furthermore, since the outer shape of the
[0026]
Next, another embodiment of the air diffuser will be described. In the
[0027]
In the
[0028]
【The invention's effect】
A wastewater treatment system comprising a treatment tank and an air diffuser as claimed in
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a wastewater treatment system.
FIG. 2 is a view showing a configuration for supplying an air diffuser and ultrafine bubbles in a treatment tank.
FIG. 3 is a schematic diagram showing the flow of water at the bottom of the treatment tank.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of an ultrafine bubble generating device.
FIG. 5 is a side view showing another configuration of the ultrafine bubble generating device.
FIG. 6 is also a plan view.
FIG. 7 is also a front view.
FIG. 8 is a perspective view showing a configuration of a diffuser.
FIG. 9 is a side sectional view of the same.
FIG. 10 is a side sectional perspective view of the same.
FIG. 11 is a schematic plan view showing a vortex generation state.
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a swirling flow generated in a processing tank.
FIG. 13 is a view showing another configuration of the air diffuser.
FIG. 14 is a side sectional view showing another configuration of the air diffuser.
FIG. 15 is a side sectional perspective view of the same.
[Explanation of symbols]
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