JP4602241B2 - 液中撹拌装置 - Google Patents

Description

本発明は液中撹拌装置に関し、詳しくは、駆動手段と、この駆動手段と接続され駆動手段により所定回転速度で回転される軸と、この軸の他方側先端に取り付けられた撹拌羽根とを有する液中撹拌装置に関する。

近年、下水処理工程において、排水中の有機物を分解する曝気処理（好気状態）だけの活性汚泥処理に代わり、排水中の有機物のみならず、窒素、りん成分の除去をも反応タンク内で撹拌して行う高度処理が普及しつつある。この高度処理は、タンク内を無酸素状態で撹拌する必要がある。タンク中には懸濁している有機物や無機物（以下、ＳＳということがある）を含んだ汚水が流れ込み、活性汚泥にて処理が行われる。これらが沈殿して、汚水と活性汚泥に２層分離すると処理に支障をきたすため、タンク中にて浮遊・懸濁させておく必要があり、そのため常時撹拌する必要がある。

そのための撹拌機として、種々なタイプのものが提案され使用されており、例えば、タンク上部に配置した電動機により回転駆動させる軸周りに羽根を設け、これをタンク内部に浸漬して回転させ、撹拌させる方法がある。

この撹拌機の場合、水中での抵抗が大きいため消費電力が多大となり、しかも、個々の処理タンクがかなりの大きさ（例えば、標準式の場合、長さ約１４ｍ、幅約６．６ｍ、有効水深約５ｍ。深槽式の場合、長さ約１４ｍ、幅約６．６ｍ、有効水深約１０ｍ程度）を有するため、撹拌機（例えば、羽根径約２５００ｍｍ、回転速度１５ｒｐｍ、撹拌動力密度約４．０Ｗ／ｍ³ ）の設置数も深槽式の場合は数台に及び、下水または廃水処理工程に応じて多数のタンクが配置されることもあって、高度処理コストに占める撹拌機の消費電力コストは少なくない。

一般に、これまでの撹拌機は、羽根の周辺位置や下部については、撹拌されるが、羽根の上部については撹拌能力が低く、撹拌機能としては不十分であることに加えて、タンクが深い場合や撹拌容量が大きい場合には、軸を長くする必要性から、安定化のため軸受けの一方を上部に配置すると共に、他方をタンク内の底部に配置する。タンク内に軸受けを浸漬すると、軸受けの保守頻度を高くせざるを得ず、その都度、処理が遅延するなど、処理コストの高騰をもたらしていた。

かかる欠点を幾分でも解消する撹拌機として、タンク内に空気を送り込む水中機械式（水中撹拌装置）のもの、撹拌羽根を縦軸方向の上下に２枚取り付けたタイプのもの、タンク底部に撹拌羽根を設けたミキサータイプのもの、保守作業を行い易くする工夫がなされて、水中に吊り下げた軸に設けたプロペラ状の羽根を軸周りに回転させるタイプなどがある（例えば、特許文献１）。

特開２００５−９５７６８号公報

しかしながら、上記従来技術の撹拌機は、装置の構造が複雑で撹拌機自体が高価であり、しかも保守に要するコストも少なくない。

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑みて、複雑で高価な装置を用いることなく、使用時の消費電力コストが確実に低減でき、しかも撹拌機能の高い液中撹拌装置を提供することにある。

上記課題は、各請求項記載の発明により達成される。すなわち、本発明に係る液中撹拌装置の特徴構成は、駆動手段と、この駆動手段と接続され駆動手段により所定回転速度で回転される軸と、この軸の他方側先端に取り付けられた撹拌羽根とを有する装置において、前記撹拌羽根が、水平回転方向に対して傾斜すると共に開口部を有する主翼と、この主翼の開口部に対面すると共に前記主翼に傾斜して取り付けられた副翼とを有していて、前記撹拌羽根の回転に伴い、前記副翼は、開口部から流入される液流と衝突するようになり、
前記水平回転によって前記主翼の傾斜による下方または上方への撹拌機能を高めるとともに、前記開口部を通し、前記副翼の傾斜角度に従って、前記主翼の撹拌機能が下方の場合には上方に向かう液流を形成し、該撹拌機能が上方の場合には下方に向かう液流を形成することにある。

この構成によれば、主翼に設けられた開口部により、撹拌羽根の回転に対する液抵抗を小さくでき、消費電力を確実に低減できると共に、傾斜した主翼とこの主翼に取り付けられた傾斜した副翼と協働作用により、撹拌羽根の上下にわたる撹拌を生じさせることができると共に、回転が安定し、少ない動力で効率のよい撹拌を達成することができる。主翼の傾斜による撹拌機能の向上とともに、傾斜した主翼による下方への撹拌作用と、副翼による上方への撹拌作用の両者が発生することになり、タンク内にて撹拌作用を少ない動力で高効率に生じさせることができる。また、主翼の角度を上記した向きとは逆方向に傾斜させることにより、主翼によって上昇流を生じさせるようにしてもよい。このようにしても、主翼に取り付けられた副翼の作用により、下降流の撹拌を生じさせることになり、上記したと同様な上下方向の撹拌作用を起こさせることができる。回転方向を逆にすることによって主翼と副翼による液流の方向を逆にすることができる。

その結果、複雑で高価な装置を用いることなく、使用時の消費電力コストのみならず保守コストも確実に低減でき、しかも撹拌機能の高い液中撹拌装置を提供することができた。

前記主翼の傾斜角度が水平回転方向に対して３０〜６０°傾斜していると共に、前記副翼が前記主翼に対して３０〜６０°傾斜して取り付けられていていることが好ましい。

この構成によれば、撹拌羽根を液中で回転させると、傾斜した主翼の作用により、一層効率的な撹拌を達成できると共に、傾斜した副翼の作用により、撹拌羽根の上下における一層効率的に撹拌を達成できる。主翼の傾斜角度が水平回転方向に対して３０°未満や６０°を越える場合には、撹拌効率が低くなり、同様に副翼の傾斜角度も主翼に対して３０°未満や６０°を越える場合には、撹拌効率が低くなる。より好ましくは、主翼の傾斜角度は水平回転方向に対して４０〜５０°であり、副翼の傾斜角度は主翼に対して４０〜５０°である。

前記副翼が、前記開口部が大きさに対応する大きさを有していて、前記開口部が前記主翼に複数個形成されていて、この開口部に対応して複数個の前記副翼が取り付けられていていることが好ましい。

この構成によれば、開口部から流入する液流を無駄なく、一層効率的に対流させ撹拌させることができる。

前記軸が、上下方向に配置された２個以上の軸受けにより軸支されていて、これら軸受けがいずれも液面上に位置することが好ましい。

この構成によれば、撹拌羽根が回転してタンク内の液体を撹拌する際、軸の振れが起こり難くなり、安定した回転が得られて、高効率な撹拌機能を維持できる。

本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る液中撹拌装置を、下水処理場施設の高度処理に用いる反応タンクＴに配置した場合の全体断面構成を示し、図２に液中撹拌装置を拡大した構成を示す。

この液中撹拌装置１は、頂部に駆動手段である電動機（減速機付き）Ｍを有すると共に、電動機Ｍと接続され、電動機Ｍにより所定回転速度で回転される軸２と、この軸２の他方側先端に取り付けられた撹拌羽根３、等とを有して構成されている。

軸２の上部側は、ハウジング内の上下２箇所に軸受け２ａ，２ｂが配置されていて、深いタンクに対して長い軸を用いたとしても、回転により軸が振れることなく、安定した回転が確保されるようになっている。撹拌処理される被処理液が充填されている反応タンクＴの水面ＷＬ上は、図１に示すように、通常２〜３ｍ程度の空間が形成されるので、軸受け２ａ，２ｂはいずれも水面上に位置する。もっとも、タンクの深さが浅い場合、必ずしも上下２箇所に軸受け２ａ，２ｂを要するものではなく、１個でもよいが、上下２箇所または２箇所以上に設けると安定した操業ができて都合がよい。

軸２の他方側先端に取り付けられた撹拌羽根３は、図２にその詳細を示すように、軸２に固定された略菱形状をした水平板４と、この水平板４の左右に延設されるように水平板４に一体的に取り付けられている主翼５と、これら左右の主翼５にそれぞれ形成された開口部である３個の貫通孔５ａに対面して取り付けられている３個の副翼６とから構成されている。そして、これらの副翼６は、軸２の回転に対して、常に貫通孔５ａから流入される液流と衝突する位置、つまり、貫通孔５ａの下流側に位置する。

左右に延設されている主翼５は、水平板４を挟んでそれぞれ互いに逆方向に水平板４に対して３０〜６０°程度傾斜しており、この傾斜によって、軸２を図２に示す方向（反時計周り）に水平回転させると、主翼より下方への撹拌機能を高めるようになっている。この傾斜角度は、タンクの深さや処理液体の特性などを加味して適宜変更可能であり、後述する副翼６の傾斜角度をも考慮して決定される。なお、水平板４に対して主翼５のより好ましい傾斜角度は、４０〜５０°である。もっとも、水平板４は必ずしも必要ではなく、主翼５を軸２に直接取り付ける構造としてもよい。

主翼５に形成された３個の貫通孔５ａは、主翼５が軸周りに回転する際に、水中抵抗を低減して、撹拌に要する消費電力を効果的に低減する。のみならず、水中抵抗を低減できることによって安定した回転を実現し、タンク内における撹拌を効率的に行うことができる。貫通孔５ａの数、形状、大きさは主翼５の大きさ、形状によって適宜変更されるが、図２、３に示すように、主翼５の幅方向略中央部かつ長さ方向に略等間隔で均等に位置すると共に、円形であればその直径が主翼５の幅の約１／２〜１／５程度が好ましい。もとより、開口部５ａの数、形状、大きさ、位置などは、図２、３に示すものに限定されず、撹拌処理に対して、著しく強度が低下することなく、更には液中のし渣などの夾雑物により開口部が閉塞し難い数、形状、大きさ、および貫通孔５ａから流入される液流と効果的に衝突する位置であればよい。

主翼５に形成された３個の貫通孔５ａに対面するように、貫通孔５ａの開口径より大きい長さを有すると共に主翼５に対して傾斜（傾斜角度θ１）する副翼６が、主翼５の左右に３個ずつ取り付けられている。図２、３に示す副翼６は長方形状をしていて、図４に示すように、主翼５に対して、傾斜角度θ１＝３０〜６０°傾斜している。この傾斜角度θ１は、より好ましくは４０〜５０°である。更に、主翼５に対する副翼６の取り付け位置は、図４に示すように、貫通孔５ａの下方端と主翼５の下方辺の略中間箇所から貫通孔５ａの上端近くまで、幾分斜め上方へ傾斜角度θ２＝３０〜６０°程度傾斜して主翼５に取り付けられている。

そして、撹拌羽根３が回転されると、貫通孔５ａを通してタンク内の液体が副翼６に衝突し、副翼６の傾斜角度に従って上方に向かう液流（上昇流）を形成する。これにより、撹拌羽根３が回転された場合に、傾斜した主翼５による下方への撹拌作用と、副翼６による上方への撹拌作用の両者が発生することになり、タンク内にて撹拌作用を少ない動力で高効率に生じさせることができる。例えば、本実施形態の撹拌装置を用いると、主翼径約２５００ｍｍ、回転速度１３ｒｐｍで、撹拌動力密度約２．０Ｗ／ｍ³ となり、従来技術のものに比べて４０〜５０％動力を削減できる。なお、主翼の角度を上記した向きとは逆方向に傾斜させ、軸２周りに反時計方向に回転させることにより、主翼によって上昇流を生じさせるようにしてもよい。このようにしても、主翼に取り付けられた副翼の作用により、下降流の撹拌を生じさせることになり、上記したと同様な上下方向の撹拌作用を起こさせることができる。

〔別実施の形態〕
（１）上記実施形態において、主翼５の角度を回転方向に対して傾斜させて下方への撹拌作用を生じさせるようにしたが、回転方向を逆にして上方への撹拌作用を生じさせると共に、この主翼５に傾斜して取り付けられた副翼６により、下方への撹拌作用を生じさせるように用いてもよい。もとより、この場合も副翼６は開口部５ａから流入する液体と衝突する位置に配置される。
（２）上記実施形態において、開口部５ａを円形貫通孔としたが、開口部５ａの形状はこれに限定されるものではなく、楕円形、角形、不定形など種々の形状にすることが可能であり、撹拌処理に対して、著しく強度が低下しない形状、大きさ、数、位置であればよく、更には、一部を切り欠いた切欠き形状であってもよい。
（３）本実施形態の液中撹拌機を構成する主翼、副翼、軸などは、ステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４など）製であることが好ましいが、ある程度の耐蝕性と強度があれば他の材料を用いてもよい。また、主翼の数については、図１，２に示した２枚のものに限定されず、３枚あるいはそれ以上の枚数を有していてもよく、更に、平板状のものに限らず、表面を円弧状に曲面加工したものを採用してもよい。
（４）本実施形態の液中撹拌機は、水処理施設においては、上記した反応タンクの他、汚水調整池などの撹拌にも使用でき、汚泥処理施設では汚泥貯留槽などの撹拌にも適用できる。

本発明の一実施形態に係る液中撹拌装置を下水処理タンクに配置した状態を示す一部断面正面図 図１の液中撹拌装置の斜視図 図２の液中撹拌装置の主翼の平面図 図３のＩＶ−ＩＶ線断面図

符号の説明

２ 軸
２ａ，２ｂ 軸受け
５ 主翼
５ａ 開口部
６ 副翼
Ｍ 駆動手段

Claims (4)

1. 駆動手段と、この駆動手段と接続され駆動手段により所定回転速度で回転される軸と、この軸の他方側先端に取り付けられた撹拌羽根とを有する液中撹拌装置において、
   前記撹拌羽根が、水平回転方向に対して傾斜すると共に開口部を有する主翼と、この主翼の開口部に対面すると共に前記主翼に傾斜して取り付けられた副翼とを有していて、前記撹拌羽根の回転に伴い、前記副翼は、開口部から流入される液流と衝突するようになり、
   前記水平回転によって前記主翼の傾斜による下方または上方への撹拌機能を高めるとともに、前記開口部を通し、前記副翼の傾斜角度に従って、前記主翼の撹拌機能が下方の場合には上方に向かう液流を形成し、該撹拌機能が上方の場合には下方に向かう液流を形成することを特徴とする液中撹拌装置。
2. 前記副翼が、前記開口部の大きさに対応する大きさを有していて、前記開口部が前記主翼に複数個形成されていて、この開口部に対応して複数個の前記副翼が取り付けられていている請求項１に記載の液中撹拌装置。
3. 前記主翼の傾斜角度が水平回転方向に対して３０〜６０°傾斜していると共に、前記副翼が前記主翼に対して３０〜６０°傾斜して取り付けられていている請求項１又は２に記載の液中撹拌装置。
4. 前記軸が、上下方向に配置された２個以上の軸受けにより軸支されていて、これら軸受けがいずれも液面上に位置する請求項１〜３のいずれか１項に記載の液中撹拌装置。
   

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