JP4392416B2 - 散気装置用拡散機、及び散気装置 - Google Patents

Description

本発明は、散気装置から曝気槽内に供給される気泡を、上昇する際に渦巻き状に拡散させる機械に関する。

下水、汚水等を好気的に処理するために曝気装置（活性汚泥装置）が一般的に用いられている。そして、散気装置から高圧空気を、処理水が溜まった曝気槽内の底部で放出し、槽内で対流を発生させて処理水中の活性汚泥（好気性微生物）によって有機物を除去している。

従来の曝気装置としては、曝気槽内に散気装置のほかに超微細気泡発生装置を設け、散気装置から放出される気泡によって、槽内に対流を生じさせて酸素溶解率を向上させるだけでなく、超微細気泡発生装置から小径の気泡を発生させて酸素溶解率を一段と向上させたものが存在する（特許文献１）。ちなみに、通常、直径１ｍｍを境にして、それよりも小さいものを超微細気泡といい、それより大きなもの(直径１０ｍｍ以下)を単に気泡または微細気泡という。
特開２００１−３１４８８８号公報

超微細気泡を用いることによって酸素溶解率を向上させることができるが、処理水が高濃度汚水・油分含有汚水等である場合には、超微細気泡はその表面に油等の膜を作って溶解せず、そのまま処理水中に残存することになる。ちなみに、気泡の場合は径が大きいので油膜が作られず溶解したり、液面で破裂する。通常、曝気装置の後処理工程には沈殿槽が配備されており、沈殿槽では曝気装置から送った処理水を清水と生物フロックに分離するのだが、残存した超微細気泡に油が付いているとその浮力によって生物フロックが沈降せず、清水中に混入し、悪影響を及ぼすことになる。

また、超微細気泡発生装置の供給パイプの孔が目詰まりしやすく、交換サイクルが短くなるという問題がある。さらに、散気装置と超微細気泡発生装置の２装置を配備しなければならず、設備投資費が嵩む。また、散気装置の外装はベル型であって、上側の径を下側よりも狭めることによって、上昇する気泡を渦巻き状に拡散させ、単に気泡を上昇させるだけのものよりも槽内に対流を起こしやすくするのであるが、その反面、処理水中の異物が口径の広い下端から吸い込まれ、上昇しながら口径の狭い上端に向かって集中するので、異物がベル型外装の内部で詰まりやすくなり、故障の原因となるおそれがある。さらに、ベル型外装の内面にキノコ状の突起物を設けてあるので、異物は一段と引っかかりやすいと言える。

本発明は上記実情を考慮して開発されたもので、その目的は、超微細気泡を用いることなく、上昇する気泡を渦巻状に拡散させて酸素溶解率の向上を図りながらも、内部に異物が詰まりにくい散気装置用拡散機、及び散気装置を提供することである。

本発明は、曝気槽内に導いた散気装置の散気管の先端から発生した気泡を、渦巻状に上昇させて拡散し、曝気槽内に対流を発生させる散気装置用拡散機において、上下方向に沿う筒体の下部には、散気管の横向きの先端部内に連通する取付口を設け、筒体の内周面には、その内周面に沿って回転しながら上下方向に延びる螺旋板を備え、平面視して筒体内の螺旋板の内側には上下方向に貫通する直通流路を形成し、筒体の内径及び直通流路の直径をそれぞれ一定にし、螺旋板に対して、その螺旋方向に間隔をあけて気泡が通過可能な抜穴をあけ、螺旋板を平面視した場合に螺旋板の一周分にあけた抜穴と、その真上又は真下の一周分にあけた抜穴の位置を、ずらしてあることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、曝気槽内に導いた散気管の先端から発生した気泡を、拡散機内で渦巻状に上昇させて拡散し、曝気槽内に対流を発生させる散気装置において、拡散機は、上下方向に沿う筒体の下部には、散気管の横向きの先端部内に連通する取付口を設け、筒体の内周面には、その内周面に沿って回転しながら上下方向に延びる螺旋板を備え、平面視して筒体内の螺旋板の内側には上下方向に貫通する直通流路を形成し、筒体の内径及び直通流路の直径をそれぞれ一定にし、散気管は、その横向きの先端部を取付口から筒体の内部に突入させ、その横向きの先端部から筒体内に噴射された気泡の横向きの推進力が、気泡の上昇作用と相まって、螺旋板に沿って回転する推進力と、直通流路を上昇する推進力になることを特徴とする。
さらに、請求項３の発明は、請求項２の発明において、散気管は、その先端に網目材を設け、網目材の網目が、直径１ｍｍ〜１０ｍｍとなる高圧空気を噴射するものであることを特徴とする。

本発明によれば、気泡を用いるので、処理水が高濃度汚水・油分含有汚水等である場合であっても、気泡は処理水中で溶解したり液面で破裂し、それ故、曝気槽から送られた処理水を、曝気槽の後処理の沈殿槽で処理すると、清水と生物フロックに分離され、超微細気泡を用いるものに比べて清水の清浄度を向上できる。また、散気管から取付口を経て筒体内に噴射された気泡の横向きの推進力が、気泡の上昇作用と相まって、筒体内の螺旋板によって渦巻き状に回転しながら上昇する推進力と、螺旋板の内側の直通流路を通って上昇する推進力となり、曝気槽内の処理水全体に対流が発生する。そして、筒体の内径及び直通流路の直径をそれぞれ一定にしてあるので、螺旋板に沿って又は直通流路を上昇する処理水が筒体の上端付近で、従来のベル型のように集中することはなく、処理水中の異物が詰まりにくい。さらに、螺旋板は回転しながら上下に延びる連続したものであるし、その上、異物が螺旋板に沿うことなく直通流路を真っ直ぐ上昇することも可能となるので、一段と異物が詰まりにくい。また、散気管からは気泡を発生するので、散気管の先端の口径は大きく、それ故、散気管の先端に異物が詰まることもない。なお、超微細気泡発生装置を不要とするものなので、設備投資費が安価となる。

さらに、螺旋板に気泡が通過可能な抜穴をあけて、一周分の抜穴と、その真上又は真下の一周分の抜穴をずらしてある場合は、気泡の大半は螺旋板に沿って回転しながら上昇し、螺旋板による抵抗によって多少上昇力が弱まるが、気泡の一部が抜穴を通過してその直ぐ上の螺旋板の裏面に当たることにより、螺旋板に沿って回転しながら上昇する推進力を高めるので、気泡を一段と渦巻状に拡散させることができる。

曝気装置は図１に示すように、処理水を溜める曝気槽１と、気泡を発生させて処理水を対流させる散気装置２とから構成される。

図１又は図２に示すように散気装置２は、図示しないブロワから送られる高圧空気を導く散気管３と、散気管３の二次側先部に接続する拡散機４とから構成される。散気管３は、外部から曝気槽１の内周面の一部に沿って底部に向かって垂下する状態で導かれ、底部に達する手前で横向きに屈曲（平面視して放射状に分岐）している。散気管３の先端面は、上向きに傾斜（約４５度）してある。符号Ｄは台座で、台座Ｄの下端のフランジを曝気槽１の底に止めて、散気管３を安定して支持してある。散気管３はその先端に格子状の網目材Ａを溶接等して止めて、先端の口径を絞り、各網目から気泡（直径１ｍｍ〜１０ｍｍ）となる高圧空気を放射する。

拡散機４は図２又は図３に示すように、上下方向に貫通する円筒状というか直管状の筒体５の内周面に上下方向に延びる螺旋板６を、その外周を沿わせて設け、平面視して螺旋板６の内側には直通流路（円柱状空間）７を上下に貫通して設けてある。筒体５はその下部に取付口８を有し、取付口８から内部に散気管３の先端部を突入し、取付口８の周囲に沿って溶接等して固定してある。取付口８を筒体５の下端よりも高い位置に設けてあるのは、散気管３の先端から放出された気泡が、筒体５の下から筒体５の外側を通って上昇するのを避け、できるだけ多くの気泡が螺旋板６に沿って回転しながら上昇するようにするためである。前述した散気管３の先端面の上向きの傾斜も同様の理由による。

螺旋板６はその上端と下端のみを筒体５に溶着してある。螺旋板６は、その上端を筒体５の上端に合わせて（図では僅かに下側に設けて）、螺旋板６に沿って回転しながら上昇する気泡の遠心力を妨げないようにして、筒体５の上端から上に気泡を渦巻き状に拡散して放出するようにしてある。また、螺旋板６はその下端を横に向かう散気管３の先端部に合わせ、散気管３から放出された気泡の横向き方向（水平方向）の推進力を、螺旋板６に沿って回転しながら上昇する推進力と、直通流路７内を上昇する推進力に変換する。

曝気装置の上から平面視した場合に、直通流路７の直径は、筒体５の内周の直径の約半分に合わせてある。直通流路７の無い構造（平面視した場合に筒体５だけの場合）に比べると、気泡の上昇気流が強まり、筒体５の下端から吸い込まれる処理水中に比較的大きな異物が混入していても、直通流路７を利用して筒体５内を異物が通過していくので、筒体５内が異物で詰まり難くなる。また、螺旋板６の外周部にはその螺旋方向に間隔をあけて（約９０度ごとに）、上下に貫通する抜穴９をあけてある。抜穴９は直通流路７の直径よりも小さく（より具体的に言えば筒体５の直径の約１／２０以下に）してある。数値的に言えば、抜穴９の口径は、散気管３の先端と同様に１ｍｍ〜１０ｍｍとしてある。抜穴９をあけると、抜穴９のない場合に比べて、気泡が渦巻き状に上昇する推進力が強まる。

上述した曝気装置は、散気管３から噴射した高圧空気が気泡となり、筒体５の下端から吸い込んだ処理水が筒体５内を螺旋板６に沿って回転しながら上昇すると共に直通流路７を上昇し、曝気槽１内の処理水に対流（処理水に上昇、水面付近での水平方向の移動、下降、底部の方での水平方向の移動、を繰り返すこと）を発生させ、処理水と酸素が混合する。また、散気管３から噴射した気泡は超微細気泡よりも大きいので、上昇力が大きく作用して処理水の上昇速度よりも速くなり、しかも、拡散作用とも相まって、ぐるぐる回りながら上昇することになり、気泡表面に接する処理水が超微細気泡に比べて多量となり（超微細気泡は処理水の上昇速度とほぼ同じ速度で静かに上昇するので感覚的には常に同じ処理水が超微細気泡の表面に接している）。しかも、ブロワから勢いよく高圧空気を送り込んだ場合には、気泡は処理水の上面に達しても即座に破裂することなくそのまま表面流として気泡のまま横に移動し、溶存酸素量が大きくなる。

上述した本発明の散気装置２と、図４に示す比較例の散気装置１０で実験を行った。比較例の散気装置１０は、散気管３から円盤状のディフューザ１１内に空気を導き、ディフューザ１１の周囲から超微細気泡（直径１ｍｍより小さい）を噴射するものである。ディフューザ１１をもう少し詳細に説明すれば図５に示すように上体１２、下体１３の間に弾性のある弁体１４を取り付け、上体１２と下体１３内に空気を取り込み、その空気圧を利用して弁体１４を開いて、超微細気泡を放出するものである。このディフューザ１１には、筒中シート防水株式会社製造販売の商品名サンロイド（登録商標）のＳＤ３００を用いた。この製品は弁体：ＡＢＳ軟質塩化ビニル、標準通器量：３００ｌ／ｍｉｎである。比較例の場合、ブロワを調整することによって、処理水の表面流の移動速度が０．１〜３５０ｍｍ／ｓｅｃ、溶存酸素量が０．１〜２．０ｐｐｍとなった。曝気槽１の底面流の移動速度は、表面流の移動速度に対応しており、最高速が３５０ｍｍ／ｓｅｃであっても、曝気槽１の底面隅角部分には汚物が溜まることになった。汚物は嫌気性となり、悪臭発生の元になる。一方、本発明の散気装置２を用いた場合、比較例と同一能力のブロワであっても、ブロワを調整することによって、処理水の表面流の移動速度が０．１〜５００ｍｍ／ｓｅｃ、溶存酸素量が０．１〜５．０ｐｐｍとなった。拡散しながら上昇する気泡の力によって曝気槽１の底面流の移動速度は、最高速が５００ｍｍ／ｓｅｃにも達し、結果的に曝気槽１の底面には汚物が全く溜まらない。

なお、上述した説明では筒体５と螺旋板６からなる部分のみを拡散機４と言ったが、図１にも示してあるように、散気管３のフランジ接合してある部分より下側全体（底部に向かって垂下する散気管の下端部と、底部達する手前で平面視して放射状に分岐している部分）を含めて拡散機４と言っても問題ない。

曝気装置の全体像を示す縦断面図である。 拡散機を拡大して示す縦断面図である。 （イ）（ロ）（ハ）図は図２のＡ−Ａ線矢視図、Ｂ−Ｂ線断面図、Ｃ−Ｃ線矢視図である。 比較例の曝気装置を示す縦断面図である。 比較例のディフューザを示す片側断面図である。

符号の説明

１曝気槽、２散気装置、３散気管、４拡散機、５筒体、６螺旋板、７直通流路、８取付口、９抜穴、Ｄ台座、１０散気装置、１１ディフューザ、１２上体、１３下体、１４弁体，Ａ網目材

Claims (3)

1. 曝気槽（１）内に導いた散気装置の散気管（３）の先端から発生した気泡を、渦巻状に上昇させて拡散し、曝気槽（１）内に対流を発生させる散気装置用拡散機（４）において、
   上下方向に沿う筒体（５）の下部には、散気管（３）の横向きの先端部内に連通する取付口（８）を設け、筒体（５）の内周面には、その内周面に沿って回転しながら上下方向に延びる螺旋板（６）を備え、平面視して筒体（５）内の螺旋板（６）の内側には上下方向に貫通する直通流路（７）を形成し、筒体（５）の内径及び直通流路（７）の直径をそれぞれ一定にし、
   螺旋板（６）に対して、その螺旋方向に間隔をあけて気泡が通過可能な抜穴（９）をあけ、螺旋板（６）を平面視した場合に螺旋板（６）の一周分にあけた抜穴（９）と、その真上又は真下の一周分にあけた抜穴（９）の位置を、ずらしてあることを特徴とする散気装置用拡散機。
2. 曝気槽（１）内に導いた散気管（３）の先端から発生した気泡を、拡散機（４）内で渦巻状に上昇させて拡散し、曝気槽（１）内に対流を発生させる散気装置（２）において、
   拡散機（４）は、上下方向に沿う筒体（５）の下部には、散気管（３）の横向きの先端部内に連通する取付口（８）を設け、筒体（５）の内周面には、その内周面に沿って回転しながら上下方向に延びる螺旋板（６）を備え、平面視して筒体（５）内の螺旋板（６）の内側には上下方向に貫通する直通流路（７）を形成し、筒体（５）の内径及び直通流路（７）の直径をそれぞれ一定にし、
   散気管（３）は、その横向きの先端部を取付口（８）から筒体（５）の内部に突入させ、その横向きの先端部から筒体（５）内に噴射された気泡の横向きの推進力が、気泡の上昇作用と相まって、螺旋板（６）に沿って回転する推進力と、直通流路を上昇する推進力になることを特徴とする散気装置。
3. 散気管（３）は、その先端に網目材（Ａ）を設け、網目材の網目が、直径１ｍｍ〜１０ｍｍとなる高圧空気を噴射するものであることを特徴とする請求項２記載の散気装置。

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