JP4781302B2 - 散気方法及び水処理運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、微生物を用いた生物処理槽にて、曝気しながら水処理する方法に適した散気方法及び水処理運転方法に関する。

気泡発生部材として、各種のゴムを用いた微細気泡メンブレンディフューザが知られている。これらは、気泡の直径が小さいため、従来の散気装置と比べ、酸素移動効率が良く、また目詰まりし難いため、下水処理を初めとする多くの排水処理に利用されている。

これらのメンブレンディフューザには、ディスク型、チューブ型、パネル型等の各種形状のものが知られており、気泡発生部材に使用されるゴムとしては、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム等から選ばれるものが知られている。

従来のメンブレンディフューザは、気泡発生部材として直径０．１〜２ｍｍの多数の孔又はスリットが形成されたフィルム状のゴムを有するもので、通気することでフィルム状のゴムに圧力をかけ、フィルム状のゴムが伸びることよって、予め開けた孔やスリットが開口し、開口部から気泡が放出される。

このようにして開口部から放出された気泡は、直径が小さい方が高い酸素移動効率が得られるために好ましいが、そのためには孔径又はスリット長さを小さくする必要があり、その場合には、圧力損失が大きくなり、使用時における送風機の負担が大きくなる。
ＵＳ２００５／０１５１２８１ Ａ 特許２５０００７１号公報 特開２００６−７５７７１号公報 特開２００６−７７７号公報 特開２００５−８１２０３号公報 特開２００３−２４５６８４号公報

従来のメンブレンディフューザから放出された気泡径分布を調べると、最大は約２ｍｍ、最小は約０．１ｍｍで、平均して約１ｍｍである。よって、気泡径の分布幅を狭くして、直径の小さな気泡量の割合を増加させることで、高い酸素移動効率を達成することが望ましい。

本発明は、メンブレンディフューザから放出される気泡中、直径の小さな気泡の含有量を増加させることで、高い酸素移動効率を達成できるチューブ型メンブレンディフューザ用いた、散気方法及びそれを含む水処理運転方法を提供することを課題とする。

請求項１の発明は、課題の解決手段として、
チューブ型メンブレンディフューザを用いた散気方法であって、
前記チューブ型メンブレンディフューザが、チューブ基材と、前記チューブ基材の外表面を覆う弾性フィルムを有し、前記弾性フィルムに多数のスリットが形成され、前記スリットから微細気泡を発生させるものであり、
前記チューブ型メンブレンディフューザを１又は２以上使用し、各チューブ型メンブレンディフューザの湿式通気抵抗が１０kPa以下になるように通気する、散気方法を提供する。

請求項２の発明は、課題の他の解決手段として、
チューブ型メンブレンディフューザを用いた散気方法であって、
前記チューブ型メンブレンディフューザが、チューブ基材と、前記チューブ基材の外表面を覆う弾性フィルムを有し、前記弾性フィルムに多数のスリットが形成され、前記スリットから微細気泡を発生させるものであり、
前記チューブ型メンブレンディフューザを１又は２以上使用し、各チューブ型メンブレンディフューザへ１３Ｎｍ^３／ｍ^２・ｈｒ以下で通気を行う、散気方法を提供する。

請求項３の発明は、課題の他の解決手段として、前記チューブ型メンブレンディフューザで用いる弾性フィルムに形成されたスリットの長さが２ｍｍ以下である、請求項１又は２記載の散気方法を提供する。

請求項４の発明は、課題の他の解決手段として、前記チューブ型メンブレンディフューザで用いる弾性フィルムが、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴムから選ばれるゴムからなるフィルムである、請求項１〜３のいずれかに記載の散気方法を提供する。

請求項５の発明は、課題の他の解決手段として、１本の送風管に２以上の前記チューブ型メンブレンディフューザを接続したものを１ユニットとして、１又は２ユニット以上を使用する、請求項１〜４のいずれかに記載の散気方法を提供する。

請求項６の発明は、他の課題の解決手段として、請求項１〜５のいずれかに記載の散気方法による処理を含む水処理運転方法を提供する。

本発明の散気方法及び水処理運転方法では、水処理運転の際、散気手段として使用するチューブ型メンブレンディフューザの湿式通気抵抗及び／又は通気量を所定値以下に設定して通気する。このような運転方法により、圧力損失や使用時における送風機の負担を抑制しながら、発生する気泡の径を小さくし、気泡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することで、水処理効率（単位時間当たりの処理量）を高めることができる。

＜チューブ型メンブレンディフューザ＞
図１は、チューブ型メンブレンディフューザの一部の縦断面図を含む側面図である。チューブ型メンブレンディフューザ１０を構成する樹脂又は金属製のチューブ基材１１の一端側の開口部には、アダプタ１５が接続されている。アダプタ１５は、前記一端側の開口部を閉塞する第１閉塞部１６と第２閉塞部１７とを有し、第１閉塞部１６と第２閉塞部１７の間には通気室２０が形成されている。

第２閉塞部１７は、空気供給源と接続された第１通気口１８ａを有する通気管１８を有しており、通気室２０の周壁２１には、複数の第２通気口１９が形成されている。チューブ基材１１の他端側の開口部１１ａは開放されている。

チューブ基材１１とアダプタ１５の外表面の全体は、弾性フィルム２５で覆われている。弾性フィルム２５は、エチレンプロピレンンゴム等からなる厚さ約１．０〜３．０ｍｍのフィルムである。

弾性フィルム２５の表面には、多数のスリット２６が形成されている。スリット２６は、分布幅の狭い、できるだけ径の均一な気泡を発生させる観点から、長さが２ｍｍ以下のものが好ましく、より好ましくは１ｍｍ以下のものである。スリット２６の分布密度は特に制限されないが、１〜１００個／ｃｍ^２が好ましく、１０〜１００個／ｃｍ^２がより好ましい。

チューブ基材開口部１１ａ近傍とその上を覆う弾性フィルム２５は、外側から金属バンド３１で締め付けることで固定されており、アダプタの第１閉塞部１７とその上を覆う弾性フィルム２５は、外側から金属バンド３１で締め付けることで固定されている。金属バンド３１、３２で固定された部分以外は、固定されていない。

＜ディフューザユニット＞
図２は、図１で示すチューブ型メンブレンディフューザを複数組み合わせたディフューザユニット５０の平面図である。

図２に示すディフューザユニット５０は、送風管４０の周面の両側に対して、図１で示すものと同じチューブ型メンブレンディフューザ１０ａ〜１０ｆを、均等間隔で同数になるように接続したものである。送風管４０に接続するチューブ型メンブレンディフューザの数は、設置する処理槽の規模に応じて適宜決定される。

チューブ型メンブレンディフューザ１０ａ〜１０ｆは、通気管１８の外周面に螺子部を設け、送風管４０の周面にも対応する螺子部を設けて、ねじ込むことで接続されていてもよいし、アダプタを介して接続されていてもよい。

送風管４０の一端側開口部４１は空気供給源（送風機等）と接続されており、他端側は閉塞端部４２となっている。

＜散気方法及び水処理運転方法＞
図２で示すディフューザユニット５０を生物処理槽の底部に設置した場合における散気方法及び水処理運転方法について説明する。

生物処理槽の底部にディフューザユニット５０を設置する。このとき、チューブ基材内部空間１２は、開口部１１ａから生物処理槽内の被処理液が流入している。

生物処理槽の外にある空気供給源（送風機）に接続された送風管４０から、空気を供給する。送風管４０を通して送られた空気は、第１通気口１８ａ及び通気管１８から、各チューブ型メンブレンディフューザ１０ａ〜１０ｆ内に供給される。

供給された空気は、通気室２０に入ったあと、複数の第２通気口１９からチューブ基材１１と弾性フィルム２５の隙間に移動する。このときの空気圧により、弾性フィルム２５が伸び、スリット２６が開口して、そこから気泡になって放出される。弾性フィルム２５は、両端のみが金属バンド３１、３２で固定されているため、供給された空気は、必ず弾性フィルム２５のスリット２６から放出される。

この水処理運転方法では、処理効率をより高くするため、前記チューブ型メンブレンディフューザユニットを、生物処理槽の全面に敷き詰めることによって、槽全体に超微細気泡を送ることができる。また、槽内に攪拌機を設けて、超微細気泡を槽全体に行き渡らせることもできる。更に、オキシデーションディッチ（例えば、特開２００３−１３６０９３号公報の従来の技術に記載のもの）に用いる散気装置として、本発明のディフューザユニットを用いることもできる。

チューブ型メンブレンディフューザは、その形状から、ディスク型やパネル型メンブレンディフューザに比べ、加圧されたとき、メンブレンの全面がより均一に圧力を受けて伸びる。ディスク型やパネル型のディフューザでは、位置によりスリットの大きさ等に差を設けたとしても、全面に渡って均一に圧力をかけ、均一に伸びるようにすることは困難である。

本発明では、水処理運転に際して、チューブ型メンブレンディフューザ１０ａ〜１０ｆの湿式通気抵抗が１０kPa以下、好ましくは５kPa以下になるように通気する。このようにして通気しながら運転することにより、チューブ型メンブレンディフューザ１０ａ〜１０ｆから放出される気泡径を小さくでき、気泡径の分布幅を小さくすることができると共に、圧力損失と送風機の負担を抑制することができる。

また、本発明では、水処理運転に際して、チューブ型メンブレンディフューザ１０ａ〜１０ｆの通気量が１３Ｎｍ^３／ｍ^２・ｈｒ以下、好ましくは１０Ｎｍ^３／ｍ^２・ｈｒ以下になるように通気する。このようにして通気しながら運転することにより、チューブ型メンブレンディフューザ１０ａ〜１０ｆから放出される気泡径を小さくでき、気泡径の分布幅を小さくすることができる共に、圧力損失と送風機の負担を抑制することができる。

本発明の「超微細気泡」とは、径（気泡径の平均値）が０．２〜０．８ｍｍの気泡をいい、より好ましくは０．５ｍｍ以下のものである。また、気泡径の分布幅は、実施例に記載の方法から求められるものであり、その値は０．２５以下であることが好ましく、０．１５以下がより好ましく、０．１０以下が更に好ましい。

本発明では、水処理運転に際して、上記した湿式通気抵抗と通気量の両方を満たすように通気しながら運転することで、よりいっそうチューブ型メンブレンディフューザ１０ａ〜１０ｆから放出される気泡径の分布幅を小さくすることができる。

本発明の水処理運転方法では、チューブ型メンブレンディフューザ１０ａ〜１０ｆの弾性フィルム２５として、長さが１ｍｍ以下で、１〜１００個／ｃｍ^２のスリット２６を有するものを用い、上記した湿式通気抵抗と通気量の一方又は両方を満たすように運転することができる。

メンブレンディフューザでは、通気量が多くなると、ディフューザにかかる圧力も大きくなり、スリットの開口が大きくなるため、気泡径が大きくなってしまう。通気量を少なくすると、逆に気泡径が小さくなるが、スリットの大きさ、形状等が均一でないと、大きなスリット等のより気体が通過し易いスリットのみから気泡が発生してしまう。そのため、通気量を下げたり、通気抵抗を小さくしたりしても気泡は小さくならず、一部のスリットのみから大きな気泡が発生することになる。よって、本発明では、スリットの均一性も高いことが好ましい。スリットの長さは、そのバラツキが±２５％の範囲が好ましく、より好ましくは±２０％の範囲にあることである。

（湿式通気抵抗）
ディフューザを水中に設置し、空気をディフューザに送り、その送った空気量（２０℃、１気圧に換算した値）におけるディフューザの入口での圧力を測定し、その値から水深の値を引いて求めた。

（通気量）
送られた空気は、ディフューザのスリット以外の部分からは漏れていないので、流量計を用いて測定した送られた空気量を通気量とした。

（気泡径及び気泡径の分布の幅）
メンブレンディフューザを用いて気泡を発生させ、ディフューザ表面の３ｃｍ上に１ｍｍ単位の目盛り付きの定規を目盛り面が鉛直方向になるように置き、定規から水平方向に３０ｃｍの位置から気泡及び目盛りを写真撮影し、写真の画像上で１００個の気泡を選び、その大きさと数を計測した。その結果より、１００個の気泡径の平均値を気泡径とした。また、１００個の気泡径の値から標準偏差を求め、これを気泡径の分布幅とした。

実施例１
チューブ型メンブレンディフューザ（ＰＭＤ−Ｔ１０Ｓ １０００Ｌ；ダイセン・メンブレン・システムズ（株））を、設置密度が６．８％となるように槽内に設置して、図２に示すようにして用い、通気量を４．１、４．８、６．４、７．９及び１１．６Ｎｍ^３／（ｍ^２・ｈ）（そのときの湿式通気抵抗は、それぞれ４．５、４．５、４．７、４．８、５．０kPaであった。）と変化させて発生した気泡について、気泡径（平均値）と気泡分布幅を求めた。その結果、気泡径は、それぞれ０．３４、０．３９、０．４５、０．５０、０．７３ｍｍであった。また気泡分布幅は、それぞれ０．１０、０．１０、０．１０、０．１１、０．２１であった。更にそれぞれの酸素移動効率は、４２．５、４２．１、４０．９、４０．１、３９．０％であった。

チューブ型メンブレンディフューザの一部断面図を含む側面図。 図１のチューブ型メンブレンディフューザを組み合わせたディフューザユニットの平面図。

符号の説明

１０ チューブ型メンブレンディフューザ
１１ チューブ基材
１５ アダプタ
１６ 第１閉塞部材
１７ 第２閉塞部材
１８ 通気管
２０ 通気室
２５ 弾性フィルム
２６ スリット

Claims (4)

1. チューブ型メンブレンディフューザ(10)を用いた散気方法であって、
   前記チューブ型メンブレンディフューザ(10)が、
   チューブ基材(11)と、微細気泡を発生させるための多数のスリット(26)が形成された弾性フィルム(25)を有するものであり、
   チューブ基材(11)の一端側の開口部にはアダプタ(15)が接続され、チューブ基材(11)の他端側の開口部（11a）は開放されており、
   アダプタ(15)は、チューブ基材(11)の一端側の開口部を閉塞する第１閉塞部(16)と第２閉塞部(17)とを有し、第１閉塞部(16)と第２閉塞部(17)の間には通気室(20)が形成されており、
   第２閉塞部(17)は、空気供給源と接続された第１通気口(18a)を有する通気管(18)を有しており、
   通気室(20)の周壁(21)には、複数の第２通気口(19)が形成されており、
   チューブ基材(11)とアダプタ(15)の外表面の全体は、弾性フィルム(25)で覆われており、
   前記弾性フィルム(25)に形成されたスリット(26)の長さが２ｍｍ以下であり、
   前記チューブ型メンブレンディフューザを１又は２以上使用し、各チューブ型メンブレンディフューザの湿式通気抵抗が１０kPa以下になるように通気し、かつ各チューブ型メンブレンディフューザへ１３Ｎｍ³／ｍ²・ｈｒ以下で通気を行う、散気方法。
2. 前記チューブ型メンブレンディフューザで用いる弾性フィルムが、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴムから選ばれるゴムからなるフィルムである、請求項１に記載の散気方法。
3. １本の送風管に２以上の前記チューブ型メンブレンディフューザを接続したものを１ユニットとして、１又は２ユニット以上を使用する、請求項１又は２に記載の散気方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の散気方法による処理を含む水処理運転方法。

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