JP4328100B2

JP4328100B2 - ロータリバルブ並びにそれを用いた散気装置及び散気システム

Info

Publication number: JP4328100B2
Application number: JP2003020626A
Authority: JP
Inventors: 稔早川; 俊雄出原
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Environment Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Environment Co Ltd
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2023-01-29
Also published as: JP2004232698A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータリバルブ並びにそれを用いた散気装置及び散気システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、排水の活性汚泥処理（生物処理）等において、被処理水に空気を供給する際には、例えば板状又は筒状に成形された多孔質セラミックの壁孔（散気孔）から気泡を発生させる散気装置が使用される。このような散気装置の場合、被処理水中で通気を停止すると汚泥等により散気孔が閉塞するため、装置の運転中は通気を停止することができない。通気を停止する際には、通常、被処理水を抜き出して処理槽内を空にしてから通気を停止する必要がある。
【０００３】
そこで近年、膜式散気装置の使用が検討されている（例えば、特許文献１参照）。膜式散気装置は、空気圧により膨張すると散気孔を生じる散気膜を利用したものであり、通気を停止すると散気膜が平滑なシート状に戻り散気孔が見かけ上消失するので、被処理水中で通気を停止しても散気孔の閉塞が起こりにくいという利点を有している。
【０００４】
このような膜式散気装置を用いる場合、送風機からの空気供給ラインを分岐させて処理槽内に導き、分岐ラインのそれぞれに膜式散気装置を接続し、複数の膜式散気装置により散気を行うことが多い。
【０００５】
【特許文献１】
特表２００１−５０４７５４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、膜式散気装置であっても、長時間連続して装置を運転すると、運転中に被処理水中の浮遊物等が散気孔に付着し、その結果、散気装置内の空気圧の上昇や散気孔の閉塞が生じることがある。
【０００７】
この場合、散気孔の付着物を除去する方法として、散気装置のブローダウン（通気の停止及び再通気）が考えられる。しかし、処理槽内の全ての散気装置について同時にブローダウンを行うと、汚泥が沈降して処理槽底部に堆積し、再通気しても沈降した汚泥が被処理水中に拡散しにくくなるため、活性汚泥処理の処理効率が低下する原因となる。
【０００８】
なお、一部の散気装置にブローダウンを行い、そのブローダウンが行われている間は他の散気装置により散気を継続させることで、汚泥の沈降を防止することは可能である。しかし、一部の散気装置についてブローダウンを行うと、他の散気装置において風量のバラツキや空気圧の変動が起こりやすくなる。
【０００９】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、複数の膜式散気装置を用いて散気を行う際に、一部の散気装置をブローダウンしたときに他の散気装置における風量のバラツキ及び空気圧の変動を抑制することが可能なロータリバルブ、並びにそのロータリバルブの使用により均一且つ安定的な散気を行うことが可能な散気装置及び散気システムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の散気装置は、流入路及び複数の流出路を有するケーシングと、ケーシング内に回転可能に設けられた、流出路の一部を連通して流路を形成する第１連通路が設けられている弁体と、弁体を回転駆動する駆動装置と、を備え、流入路からケーシング内に流入する流体を流出路から流出させる際に、ケーシングと弁体との相対運動により流出路を選択的に連通又は遮断して流路切替を行うロータリバルブと、一端がロータリバルブの流出路のそれぞれに連結された複数の配管と、配管のそれぞれの他端に連結され散気膜を備える複数の膜式散気装置本体と、を備え、ケーシングの流出路それぞれの近傍には貫通孔が設けられており、弁体には、第１連通路により流出路の一部が連通したときに遮断した他の流出路と貫通孔とを連通して該流出路内の流体を貫通孔から排出させる第２連通路が更に設けられていることを特徴とする。
【００１１】
本発明のロータリバルブにおいては、ケーシングの流出路に対応して、ケーシングに貫通孔を、弁体に第１連通路及び第２連通路をそれぞれ設け、第１連通路により流出路の一部を連通して流路を形成したときに遮断した他の流通路と貫通孔とを第２連通路を介して連通することによって、遮断した流出路内に加圧流体が存在するときには当該加圧流体が第２連通路を通って貫通孔から放出するので、配管内の圧力を効率よく低下させることができる。また、かかる流体の排出の際にも連通した他の流出路への流体の供給は継続されるが、遮断された流出路における流体の圧力、流量等が他の流出路における流体の流出に及ぼす影響を十分に抑制することができるので、安定的な流路切替が実現可能となる。
【００１２】
また、本発明のロータリバルブは、ケーシングが、複数の流出路及び該流出路に対応して設けられた複数の貫通孔を有する固定プレートを有し、弁体が、ケーシングの内側から流出路の開口を覆うように固定プレートに摺接するバルブシートであることを特徴としてもよい。このように、平板状弁体であるバルブシートを、ケーシングの内側から流出路の開口を覆うように固定プレートに摺接させることで、遮断された流出路における流体の圧力、流量等が他の流出路における流体の流出に及ぼす影響をより高水準で抑制することができる。
【００１３】
また、本発明のロータリバルブは、駆動装置がステッピングモータであり、（Ｎ＋１）個の流出路及び（Ｎ＋１）個の貫通孔がそれぞれ弁体の回転軸の周方向に等配して設けられた固体プレートに対して、流出路のそれぞれに対応する（Ｎ＋１）個の第１連通路形成予定領域のうちＮ個に第１連通路が設けられていると共に残りの１個の第１連通路形成予定領域に第２連通路が設けられたバルブシートを、｛３６０／（Ｎ＋１）｝°ずつ回転させて流路切替を行うことものであることを特徴としてもよい。ここで、Ｎは１以上の整数である。このように、個数及び位置がそれぞれ上記の条件を満たすように流出路、貫通孔、第１連通路、第２連通路を形成し、ステッピングモータにより固定プレートに対してバルブシートを（３６０／Ｎ）°ずつ回転させることで、流通路の遮断がバルブシートの回転軸の周方向に沿って順次行われるので、操作の自動化及び効率化の点で有効である。
【００１４】
また、本発明のロータリバルブは、第２連通路が、バルブシートの固定プレート側の面に形成された溝であることを特徴としてもよい。第２連通路はバルブシートの内部に形成してもよいが、上述のように固定プレート側の面に溝を形成して第２連通路とすることで、目的の機能を有するバルブシートを容易に成型することができ、また、ケーシング内の流体や押付け部材による外力に対する弁体の強度を高めることができる。
【００１５】
また、本発明の散気装置は、上記本発明のロータリバルブと、一端がロータリバルブの流出路のそれぞれに連結された複数の配管と、配管のそれぞれの他端に連結され散気膜を備える複数の膜式散気装置本体と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の散気システムは、被処理水を収容する処理槽と、前記処理槽内に配置された上記本発明の散気装置と、前記ロータリバルブを介して前記膜式散気装置本体に空気を供給する空気供給装置と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の散気装置及び散気システムにおいては、上記本発明のロータリバルブを用い、該ロータリバルブのケーシングと弁体との相対運動により複数の流出路を選択的に連通又は遮断することによって、複数の膜式散気装置本体への通気又は通気停止を膜式散気装置本体ごとに独立して行うことができる。従って、一部の膜式散気装置本体についてブローダウンしても、かかるブローダウンによる風量のバラツキ及び空気圧の変動を生じることなく、他の膜式散気装置本体への通気を安定的に行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一又は相当部分には同一符号を付することとし、重複する説明は省略する。
【００１９】
図１は本発明のロータリバルブの好適な一実施形態を示す模式断面図である。図１に示したロータリバルブ１は、円筒中空状のケーシング２内に回転可能に設けられたバルブシート３（平板状弁体）を備えるもので、図１はバルブシート３の回転軸を含む平面で切断したときの断面図を示している。
【００２０】
ケーシング２は、それぞれ一方の底面が開口した円筒中空状のケーシング本体２ａ、２ｂを、円盤状の固定プレート２ｃを介して開口同士が向かい合うように配置して一体化したものである。ケーシング本体２ａの側面には流入口２１、ケーシング本体２ｂの側面には排出口２２がそれぞれ設けられている。
【００２１】
図２は固定プレート２ｃの一方面を示す説明図である。なお、固定プレート２ｃの他方面も図２と同様である。図示の通り、固定プレート２ｃの中心部にはシャフト４を通す軸穴２３が形成されており、その周方向には、９個の円筒穴２４が等配して形成されている。円筒穴２４のそれぞれには、図１に示したように、ケーシング本体２ｂ側から配管５が連結され、ケーシング本体２ａと固定プレート２ｃとにより形成される空間に収容される流体の流出路が形成される。さらに、固定プレート２ｃには、円筒穴２４（流出路）のそれぞれに対応する９個の貫通孔２５が、軸穴２３の周方向に等配して形成されている。
【００２２】
図１に戻り、ケーシング本体２ａ及び固定プレート２ｃにより形成される空間には、円盤状のバルブシート３が、円筒穴２４の開口を覆うように固定プレート２ｃに摺接して配置されている。
【００２３】
図３はバルブシート３のケーシング本体２ａ側の面を示す説明図である。図示の通り、バルブシート３の中心部にはシャフト４を通す軸穴３１が形成されており、バルブシート３は軸穴３１においてシャフト４に固定される。
【００２４】
また、軸穴３１の周方向には、固定プレート２ｃの円筒穴２４と同径の８個の円筒穴３２が等配して形成されている。なお、円筒穴３２は円筒穴２４より若干大きくてもよい。これらの円筒穴３２の形成位置は、円筒穴２４に対応する９個の第１連通路形成予定領域のうちの８個である。さらに、バルブシート３の固定プレート２ｃ側の面の円筒穴３２が形成されていない第１連通路形成予定領域には、円筒穴２４及びこれに対応する貫通孔２５の上部に配置されたときに両者を結ぶ溝３３が形成されている。
【００２５】
再び図１に戻り、バルブシート３は、皿ばね８を介した押付け部材７により固定プレート２ｃに押し付けられている。また、シャフト４のケーシング本体２ｂ側端部は、カップリング部材（フレキシブルカップリング）６を介してステッピングモータ７に連結されている。ステッピングモータ７はタイマー機能を有するもので、所定時間経過後にバルブシート３を固定シート２ｃに対して所定角回転させるものである。
【００２６】
このようなロータリバルブ１においては、バルブシート３の８個の円筒穴３２が９個の円筒穴２４（流出路）のうちの８個を連通して流路を形成する第１連通路として機能し、流入口２１からケーシング２内に流入した流体は形成された流路を通って８個の配管５に流出する。そして、バルブシート３を固定シート２ｃに対して所定角（例えば３６０／９＝４０°）回転させ、８個の円筒穴２４の連通及び１個の円筒穴２４の遮断が円筒穴２４の周方向に沿って順次行うことで、流路切替を効率よく行うことができる。
【００２７】
また、バルブシート３に形成された溝３３は、遮断された円筒穴２４及びこれに対応する貫通孔２５の上部に配置されたときに、円筒穴２４と貫通孔とを連通する第２連通路として機能する。これにより、遮断された配管５内に加圧流体が存在しても、当該加圧流体は第２連通路を通って貫通孔２５から放出されるので、配管５内の圧力を効率よく低下させることができる。さらに、かかる流体の放出の際にも連通した他の流出路への流体の供給は行われるが、遮断された流出路における流体の圧力、流量等が連通した他の流出路における流体の流出に及ぼす影響を十分に抑制することができるため、安定した流路切替が実現可能となる。
【００２８】
なお、本発明のロータリバルブは上記実施形態に限定されるものではない。例えば、固定プレート２ｃが有する円筒穴２４及び貫通孔２５の個数、並びにバルブシート３が有する円筒穴３２及び溝３３の個数は特に制限されない。しかしながら、本発明においては、（Ｎ＋１）個の円筒穴２４及び（Ｎ＋１）個の貫通孔２５がそれぞれ弁体の回転軸の周方向に等配して形成された固体プレート２ｃに対して、円筒穴２４のそれぞれに対応する（Ｎ＋１）個の第１連通路形成予定領域のうちＮ個に円筒穴３２が形成されていると共に残りの１個の第１連通路形成予定領域に溝３３が形成されたバルブシート３を、ステッピングモータ７により｛３６０／（Ｎ＋１）｝°ずつ回転させて流路切替を行うことが好ましい。このように、個数及び位置がそれぞれ上記の条件を満たすように流出路、貫通孔、第１連通路、第２連通路を形成し、ステッピングモータにより固定プレートに対してバルブシートを（３６０／Ｎ）°ずつ回転させることで、流通路の遮断がバルブシートの回転軸の周方向に沿って順次行われるので、操作の自動化及び効率化の点で有効である。
【００２９】
また、目的の機能を有するものであれば固定プレートやバルブシートの構成は特に制限されない。例えば、バルブシート３としては図４に示すものを用いてもよい。図４に示したバルブシート３は、複数の円筒穴２４に対応する第１連通路を軸穴３１の周方向に帯状に形成したものである。なお、バルブシート３の強度の点からは、第１連通路はできるだけ小さいことが望ましく、従って図４のバルブシートのように帯状に形成するよりも図３のバルブシートのように円筒穴とすることが好ましい。
【００３０】
また、溝３３の代わりにバルブシート３内部を通る流路を設けて第２連通路とすることも可能であるが、成形容易性等の点からは溝３３を形成することが好ましい。
【００３１】
次に、本発明の散気装置及び散気システムについて説明する。
【００３２】
図５は本発明の散気システムの好適な一実施形態を模式的に示す上面図である。図５中、活性汚泥処理槽５１には有機性排水と生物汚泥とを含む被処理水５００が貯留されており、この活性汚泥処理槽５０内には複数の散気ユニット５２が複数配置されている。
【００３３】
散気ユニット５２は、図１に示したロータリバルブ１と、一端がロータリバルブ１の円筒穴２４（流出路）のそれぞれに連結された空気供給ラインＬ３ａ〜Ｌ３ｉと、ラインＬ３ａ〜Ｌ３ｉのそれぞれの他端に連結され散気膜を備える複数の膜式散気エレメント（膜式散気装置本体）５３ａ〜５３ｉと、を備えるもので、本発明の散気装置の一例である。ロータリバルブ１の流入口２１には、空気供給ラインＬ１からの分岐ラインＬ２が連結されている。なお、散気エレメント５３ａ〜５３ｉは等価であるため、ここでは散気エレメント５３ａについてのみ説明する。
【００３４】
図６は散気エレメント５３ａの概略構成を模式的に示した断面図である。図２中、散気エレメント５３ａは、板状の金属製プレート５３０ａと、プレート５３０ａの一方の面をシート状に成形した合成樹脂膜で覆うように配置された散気膜５３０ｂとを含んで構成されている。プレート５３０ａの周縁部には、嵌合部５３１ａと、嵌合部５３１ａの周囲に凹状に形成された連通部５３１ｂとを有するプラスチックカバー５３１が設けられており、連通部５３１ｂにおいて散気膜５３０ｂの周縁部をプレート５３０ａの上面から下面にわたって折り返されるように連通させると共に、嵌合部５３１ａとプレート５３０ａの周縁部とを嵌合させることによって、プレート５３０ａと散気膜５３０ｂとが一体化されている。さらに、プレート５３０ａの上下面方向からプラスチックカバー５３１を挟み込むＳＵＳカバー５３２によりこれらは強固に固定されている。
【００３５】
また、散気膜５３０ｂの所定の位置には開口部５３３が設けられており、開口部５３３に配管５３４（図５中のラインＬ３ａ）が差し込まれて空気導入口５３０ｃが形成されている。散気膜５３０ｂの内側において、配管５３４には散気膜５３０ｂと同材質のパッキン５３５及びゴムパッキン５３６が装着され、さらにその先端は支持部材５３７で支持されている。また、散気膜５３０ｂの外側において、配管５３４には散気膜５３０ｂと同材質のパッキン５３５及びＳＵＳパッキン５３８が装着され、これらをナット５３９と支持部材５３７とで挟み込むことにより配管５３４がプレート５３０ａに固定されている。
【００３６】
散気膜５３０ｂは、散気エレメント５３ａの内部から圧力が加わらないときには平滑なシート状で空気を通さないが、空気導入口５３０ｃから空気を圧入するとその圧力により膨張し、複数の細孔（散気孔）を生じるものである。散気膜に用いられる合成樹脂としては、具体的には、ポリウレタン樹脂などが挙げられる。
【００３７】
なお、本発明に用いられる散気エレメントの構造は、散気膜を有するものであれば上記構造に限定されるものではなく、例えば、円筒形状の散気エレメントであってもよい。
【００３８】
このような散気システムにおいて、バルブシート３の８個の円筒穴３２により固定プレート２ｃの９個の円筒穴２４（流出路）のうちの８個が連通するようにロータリバルブ１を作動させることで、ラインＬ３ａ〜Ｌ３ｉのうちの８個に対応する散気エレメントへの通気（空気の供給）が行われる。そして、通気された８個の散気エレメントにおいては、散気膜の膨張により生じた散気孔から微細な気泡を噴出させることで、被処理水５００への酸素供給が行われる。
【００３９】
次に、上述の通気を所定時間行った後、バルブシート３を固定シート２ｃに対して所定角（例えば３６０／９＝４０°）回転させ、８個の円筒穴２４の連通及び１個の円筒穴２４の遮断が円筒穴２４の周方向に沿って順次行うことで、流路切替が行われる。かかる流路切替の際、ラインＬ３ａ〜Ｌ３ｉのうち遮断されたラインには加圧空気が存在するが、当該加圧空気はバルブシート３の溝３３（第２連通路）を通って固定プレート２ｃの貫通孔２５から外部に放出されるので、遮断されたライン及びこれに対応する散気エレメント内の圧力を低下させて散気膜を平滑化させた後、再通気により散気膜を膨張させる操作（ブローダウン）を効率よく行うことができる。
【００４０】
図７はブローダウンのタイムスケジュールの一例を示すグラフである。散気システムの起動時には、ロータリバルブ１の９個の円筒穴２４のうち散気エレメント５３ｂ〜５３ｉに対応する円筒穴を連通し、散気エレメント５３ａに対応する円筒穴を遮断して通気を行う。かかる通気を所定時間行った後、ロータリバルブ１のバルブシート３を４０°回転させ、散気エレメント５３ａ、５３ｃ〜５３ｉに対応する円筒穴を連通し、散気エレメント５３ｂに対応する円筒穴を遮断することで、散気エレメント５３ｂについてブローダウンを行いつつ他の８個の散気エレメントへの通気を行う。同様にして、所定時間経過後にバルブシート３を４０°ずつ回転させることで、散気エレメント５３ｃ、５３ｄ、５３ｅ、５３ｆ、５３ｇ、５３ｈ、５３ｉ、５３ａの順にブローダウンを行う。
【００４１】
かかるブローダウンにより、散気孔への付着物（被処理水５００中の浮遊物等）は効率よく除去されるので、散気エレメント毎の散気特性を長期にわたって高水準に維持することができる。また、１個の散気エレメントについてブローダウンが行われている間も他の８個の散気エレメントへの通気は継続され、このとき、遮断された流出路における流体の圧力、流量等が他の流出路における流体の流出に及ぼす影響は十分に抑制されるので、散気ユニット５２全体での被処理水５００への酸素供給率は常に高水準で安定化する。
【００４２】
なお、上述のブローダウンはロータリバルブ１のタイマー機能を利用したものであるが、散気エレメント５３ａ〜５３ｉ又はラインＬ３ａ〜Ｌ３ｉ内の圧力をモニターし、圧力上昇が認められた散気エレメントについてブローダウンを行う方法も適用可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、複数の膜式散気装置を用いて散気を行う際に、一部の散気装置をブローダウンしたときに他の散気装置における風量のバラツキ及び空気圧の変動を抑制することが可能なロータリバルブ、並びにそのロータリバルブの使用により均一且つ安定的な散気を行うことが可能な散気装置及び散気システムが提供可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のロータリバルブの好適な一実施形態を示す模式断面図である。
【図２】図１に示したロータリバルブが備える固定プレートの一方面を示す説明図である。
【図３】図１に示したロータリバルブが備えるバルブシートの一方面を示す説明図である。
【図４】図３に示したバルブシートと置換可能なバルブシートの一例を示す説明図である。
【図５】本発明の散気システムの好適な一実施形態を示す概略構成図である。
【図６】図５に示した散気システムが備える膜式散気エレメントを示す模式断面図である。
【図７】ブローダウンのタイムスケジュールの一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１…ロータリバルブ、２…ケーシング、２ａ、２ｂ…ケーシング本体、２ｃ…固体プレート、２１…流入口、２２…排出口、２３…軸穴、２４…流出口、２５…貫通孔、３…バルブシート、３１…軸穴、３２…円筒穴（第１連通路）、３３…溝（第２連通路）、３４…第１連通路、４…シャフト、５…配管、６…カップリング部材、７…駆動装置（ステッピングモータ）、５１…活性汚泥処理槽、５２…膜式散気ユニット、５３ａ〜５３ｃ…膜式散気エレメント、５３０ａ…プレート、５３０ｂ…散気膜、５３０ｃ…空気導入口、５３１…プラスチックカバー、５３１ａ…嵌合部、５３１ｂ…連通部、５３２…ＳＵＳカバー、５３３…開口部、５３４…配管、５３５…パッキン、５３６…ゴムパッキン、５３７…支持部材、５３８…ＳＵＳパッキン、５３９…ナット。

Claims

流入路及び複数の流出路を有するケーシングと、前記ケーシング内に回転可能に設けられた、前記流出路の一部を連通して流路を形成する第１連通路が設けられている弁体と、前記弁体を回転駆動する駆動装置と、を備え、前記流入路から前記ケーシング内に流入する流体を前記流出路から流出させる際に、前記ケーシングと前記弁体との相対運動により前記流出路を選択的に連通又は遮断して流路切替を行うロータリバルブと、
一端が前記ロータリバルブの前記流出路のそれぞれに連結された複数の配管と、
前記配管のそれぞれの他端に連結され散気膜を備える複数の膜式散気装置本体と、
を備え、
前記ケーシングの前記流出路それぞれの近傍には貫通孔が設けられており、前記弁体には、前記第１連通路により前記流出路の一部が連通したときに遮断した他の前記流出路と前記貫通孔とを連通して該流出路内の流体を前記貫通孔から排出させる第２連通路が更に設けられていることを特徴とする散気装置。
前記ケーシングが、複数の前記流出路及び該流出路に対応して設けられた複数の前記貫通孔を有する固定プレートを有し、
前記弁体が、前記ケーシングの内側から前記流出路の開口を覆うように前記固定プレートに摺接するバルブシートであることを特徴とする、請求項１に記載の散気装置。
前記駆動装置がステッピングモータであり、（Ｎ＋１）個の前記流出路及び（Ｎ＋１）個の前記貫通孔がそれぞれ前記弁体の回転軸の周方向に等配して設けられた前記固体プレートに対して、前記流出路のそれぞれに対応する（Ｎ＋１）個の第１連通路形成予定領域のうちＮ個に前記第１連通路が設けられていると共に残りの１個の第１連通路形成予定領域に第２連通路が設けられた前記バルブシートを、｛３６０／（Ｎ＋１）｝°ずつ回転させて流路切替を行うことを特徴とする、請求項２に記載の散気装置。
前記第２連通路が、前記バルブシートの前記固定プレート側の面に形成された溝であることを特徴とする、請求項３に記載の散気装置。
被処理水を収容する処理槽と、前記処理槽内に配置された請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の散気装置と、該散気装置が備える前記ロータリバルブを介して前記膜式散気装置本体に空気を供給する空気供給装置と、を備えることを特徴とする散気システム。