JP4813414B2 - 水槽内対流惹起装置 - Google Patents

Description

本発明は、水槽内対流惹起装置に関し、特に、下水処理場等に設置された下水処理槽（水槽）内の液体（汚水）を、小さな投入動力で、かつ槽内底部まで充分な流速を発生させて槽内底部に固形物を沈殿させることなく効率的な攪拌を行うようにした水槽内対流惹起装置に関するものである。

従来、下水処理槽に汚水を供給して静止すると底層には汚泥などの固形物が沈殿し、水面層には懸濁物、例えば、スカムが浮遊する。これら、槽底部に汚泥など固形物の沈殿やスカムの浮遊を防止して汚水を効果的に処理するために、下水処理槽内の汚水を強制的に攪拌し、かつ汚水中に酸素を導入するようにしている。

この下水処理槽内の汚水を攪拌する手段として各種の方法が提案されている。例えば、特許文献１に示されるように、水中に配設する筒状のケーシング内でインペラを回転させて槽内の汚水をその吸込口よりケーシング内に吸い込み、吐出口より再び槽内に吐出し、この汚水の吐出力（噴出力）を利用して槽内全体を攪拌するようにしている。

しかしながら、槽内全体を攪拌するとともに槽底部に汚泥など固形物の沈殿を防止するためには、汚泥などの沈殿を抑制するだけの水流速、これは特に限定されるものではないが、例えば、槽底部流速０．１ｍ／ｓｅｃ以上を槽底部に発生させることが必要である。しかも、ランニングコストを考量すると水槽の単位容積当たりの投入動力を小さくすることが求められる。
そこで、本出願人は水槽の中位層から汚水を吸い込み、これを上層の水面層と下層の底層部から吐出して槽内に対流惹起を起こさせる対流惹起装置を提案した。

また、水槽の中位層から汚水を吸い込み、これを上層と下層から吐出（噴き出し）して槽内に対流惹起を起こさせる場合、槽底部に汚泥など固形物の沈殿を防止するために、槽底部流速０．１ｍ／ｓｅｃ以上を槽底部に発生させる必要があるが、この必要な槽底部流速を確保しつつ上下噴き出しを行うと、特に上層部への噴き出し流量が必要以上となって水槽の単位容積当たりの噴き出し流量が必要以上に多くなり、必然的にランニングコストが高くなるという問題があった。
特開２００５−１２５２２３号公報

本発明は、従来の対流惹起装置の有する問題点に鑑み、水槽の単位容積当たりの投入動力を小さくして、ランニングコストを抑え、かつ槽底部に汚泥などを沈殿させないようにするために必要流速を得ることができるようにした水槽内対流惹起装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の水槽内対流惹起装置は、上端に吐出口を形成した上部パイプと下端に吐出口を形成した下部パイプとを、外周に吸込口を形成したケーシングを挟むようにして一体に形成するとともに、前記ケーシング内にケーシング径より大きな径とした仕切板を配設し、前記吸込口を上下に分けるようにし、かつ上下部両パイプ内にそれぞれ吐出口から水槽内の液体を吐出するようにした上下部両インペラを回転可能に配設し、上部パイプ内を上昇してきた汚水を上端の吐出口から噴出するようにし、下部パイプ内を流下してきた汚水を下端の吐出口から吐出するようにした水槽内対流惹起装置であって、上下部両インペラの回転による上端の吐出口から吐出する流量と下端の吐出口から吐出する流量との流量比を、１：１．５〜３となるように構成したことを特徴とする。
なお、この水槽内対流惹起装置は、上部パイプ内を上昇してきた汚水を上端の吐出口から、整流マウンドを下面に取り付けた消波板に沿って放射方向に噴出するようにし、下部パイプ内を流下してきた汚水を下端の吐出口から、下方へ吐出して槽底に沿って流れるように構成することができる。

この場合において、上部インペラのピッチと下部インペラのピッチを、１：１．５〜３となるように形成することによって、上下部両インペラの回転による上端の吐出口から吐出する流量と下端の吐出口から吐出する流量との流量比が１：１．５〜３となるようにすることができる。

また、上部インペラと相似形状に下部インペラを形成し、かつ上部インペラ径に対して下部インペラの径を、その吐出流量が１．５〜３倍になるように構成することができる。

また、上部インペラ駆動軸内に下部インペラ駆動軸を貫通して垂直同心軸とし、上部インペラの回転速度に対して下部インペラの回転速度が１．５〜３倍になるように構成することによって、上下部両インペラの回転による上端の吐出口から吐出する流量と下端の吐出口から吐出する流量との流量比が１：１．５〜３となるようにすることができる。

また、上部インペラと下部インペラのブレードの捻り方向を相反するように構成することができる。

また、上部インペラ駆動軸と下部インペラ駆動軸とをそれぞれ個別の原動機にて駆動するように構成することができる。

また、１台の原動機にて上部インペラと下部インペラを変速駆動するように構成することができる。

本発明の水槽内対流惹起装置によれば、水槽の単位容積当たりの投入動力を抑え、かつ槽底部流速０．１ｍ／ｓｅｃを確保することができるので、ランニングコストを低減できるとともに、槽底部に汚泥などの固形物が沈殿することなく槽内全体を効率的に攪拌することができる。

また、上部インペラのピッチと下部インペラのピッチを、１：１．５〜３となるように形成することによって、上下部両インペラの回転による上端の吐出口から吐出する流量と下端の吐出口から吐出する流量との流量比が１：１．５〜３となるようにすれば、上下両インペラを同径とすることでこれを内装するパイプなどのケーシングの製作が簡単となり、かつ上部インペラと下部インペラとを等速で駆動しても上下両インペラによるそれぞれの発生噴き出し流量比を、予め設定した比とすることができるので、インペラの駆動装置を簡易にすることができる。

また、上部インペラと相似形状に下部インペラを形成し、かつ上部インペラ径に対して下部インペラの径を、その吐出流量が１．５〜３倍になるように構成することにより、従来等速駆動している対流惹起装置の上下両インペラの径を変えるだけで簡易に設定噴き出し流量比を得ることができる。

また、上部インペラ駆動軸内に下部インペラ駆動軸を貫通して垂直同心軸とし、上部インペラの回転速度に対して下部インペラの回転速度が１．５〜３倍になるように構成することによって、上下部両インペラの回転による上端の吐出口から吐出する流量と下端の吐出口から吐出する流量との流量比が１：１．５〜３となるようにすれば、上下両インペラの回転速度を変えるだけで簡易に任意の発生噴き出し流量比を得ることができる。

また、上部インペラと下部インペラのブレードの捻り方向を相反するように構成しているので、両インペラを同方向に回転させてもパイプ内を相反方向へ流下してそれぞれの吐出口から吐出するため、製作が簡易となる。

また、上部インペラ駆動軸と下部インペラ駆動軸とをそれぞれ個別の原動機にて駆動するように構成することにより、駆動機構が簡易で、メンテナンスも簡易に行うことができる。

また、１台の原動機にて上部インペラと下部インペラを変速駆動するように構成することにより、駆動機構が簡易にすることができる。

以下、本発明の水槽内対流惹起装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１〜図４に、本発明の水槽内対流惹起装置の一実施例を示す。
本発明の水槽内対流惹起装置Ａは、下水処理場等に設置された下水処理槽又は水槽内の所定位置に垂設するもので、これを槽内に自立させるか或いは架台にて支持するようにするもので、特に限定されるものではない。
また、この水槽内対流惹起装置Ａは、図１〜４に示すように、下端部に上部インペラ２を取り付けたパイプ形の上部インペラ駆動軸１内に、下端部に下部インペラ４を取り付けた下部インペラ駆動軸３を挿通するようにした２本の駆動軸を同心的に配設し、これら２本の上下両インペラ駆動軸１、３をモータＭにて駆動されるようにするとともに、この上部インペラ２と下部インペラ４との間には予め定めた距離をあけて、それぞれその外周を覆うようにして上部パイプ５、下部パイプ６を外嵌するようにして構成する。

この上部パイプ５と下部パイプ６との間には外周部に吸込口５１、６１を形成したケーシング７を配設し、このケーシング７にて上部パイプ５と下部パイプ６とを上下に接続し、上部パイプ５の上端に吐出口５２を、下部パイプ６の下端に吐出口６２をそれぞれ形成する。これにより、上部パイプ５内にて回転する上部インペラ２と下部パイプ６内にて回転する下部インペラ４にてそれぞれケーシング７の吸込口５１、６１より個別的に槽内汚水を吸い込み、上下部両パイプの上端と下端とより、すなわち、槽内上層内と底層内に吐出するようにする。

なお、ケーシング７内にはケーシング径より大きな径とした平板状の仕切板７１を配設し、ケーシング７の外周部に形成する吸込口５１、６１を上下に分けられるようにする。これにより、仕切板７１より上部の吸込口５１より吸い込んだ汚水は上部パイプ５内を上昇してその吐出口５２から、また仕切板７１より下部の吸込口６１より吸い込んだ汚水は下部パイプ６内を降下してその吐出口６２からそれぞれ吐出するようにする。
また、ケーシング７内には下部インペラ駆動軸３を支持する軸受３１と吸込口５１、６１より吸い込まれた汚水をそれぞれ上部パイプ５内と下部パイプ６内へ円滑に導かれるようにする整流マウンド８を配設する。

上部パイプ５の上部は、吐出口５２を形成するもステーなどを介してフレーム１１に接続する。このフレーム１１にはモータＭ、変速装置Ｔ等を備え、前記インペラ駆動軸を駆動するようにするとともに、該フレーム１１の下部に渦消を兼ねた消波板９を、水面下でほぼ水平になるようにして配設する。
なお、この消波板９の下面には、必要に応じて逆円錐形の整流マウンド１０を取り付け、これにより上部パイプ５内を上昇してきた汚水を吐出口５２より整流マウンド１０に沿って、放射方向にほぼ均一になって噴出されるようにする。

また、水槽の単位容積当たりの投入動力を抑えながら、槽底部に汚泥などの固形物が沈殿することがないようにするため、下部パイプ６の吐出口６２より噴出される水流速を、汚泥などの固形物の沈殿を防止する流速、特に限定されるものではないが、例えば、槽底部流速０．１ｍ／ｓｅｃを確保することができるように、上下部両インペラの回転による上端の吐出口５２から吐出する流量と下端の吐出口６２から吐出する流量比を定めるものとする。
このインペラの回転による上下両吐出口５２、６２から吐出する流量比の決定は、種々の条件などを勘案することができる。
例えば、大きな上下噴き出し流量を小さな投入動力で得るためには、総流量に対して上下の各噴き出し流量が比較的小さくなる１：１の流量比とすることができ、また一方、最も小さな下噴き出し流量で高い底部流速を得るためには上噴き出しを限りなく０に近づけ、すなわち、上下噴き出し比が１：無限大とすることができる。
この双方をあわせて考え、小さな投入動力で高い底部流速を得るためには、上記上下流量比が１：１から１：無限大の中間となる。
ここで、もし下噴き出しのみの流れで底部流速を増加させるために流量を増加させる場合を考える。
例えば、１という流量を２という流量にするためには、約８倍の動力が必要となる。
一方、１という下向きの流量に上向きの流量１を追加して総流量２を得るためには、約２倍の動力ですむ。しかし、このとき下向き流量が増加しないため底部流速はほとんど増加しない。よって、増加させた動力は底部流速の増加にはあまり有効に作用しない。

そこで下向き流量を、例えば、１から１．３に変化させ、上向きの流量を１から０．７とし、下向き流量１．３に上向きの流量０．７を加えると総流量２倍が得られる。このとき動力増加比は８未満となるが、下向き流量が１．３倍となり底部流速増加に有効に作用し、この場合では動力の追加が効果的に底部流速上昇に寄与するものとなる。これは上噴き出しによる上層部の循環流が、底部流速を増加させるためと考えられる。
したがって、流量１を２に増加させる過程において、それぞれの動力が等しい条件で、底部流速を比較すると上下流量比０．６：１．３の場合に最も高くなる。
このことから、上端の吐出口５２から吐出する流量１に対して、下端の吐出口６２から吐出する流量を１．５〜３となるように定めるようにする。これにより、ランニングコストを低減できるとともに、槽底部に汚泥などの固形物が沈殿することなく槽内全体を効率的に攪拌することができるものとなる。

次に、上端の吐出口５２から吐出する流量１に対して、下端の吐出口６２から吐出する流量を１．５〜３とするには、上部インペラのピッチと下部インペラのピッチを変える方法と、上部インペラと相似形状に下部インペラを形成し、かつ上部インペラ径に対して下部インペラの径を、その吐出流量が１．５〜３倍になるようにする方法と、上部インペラの回転速度に対して下部インペラの回転速度を変える方法と、可変ピッチのインペラを用いる方法等が考えられる。

上部インペラのピッチと下部インペラのピッチを変える場合は、上部インペラのピッチと下部インペラのピッチを、１：１．５〜３となるように形成する。
これにより、上下両インペラを同径とすることができ、これを内装するパイプなどのケーシングの製作が簡単となり、かつ上部インペラと下部インペラとを等速で駆動しても上下両インペラによるそれぞれの発生噴き出し流量比を、予め設定した比とすることができるので、インペラの駆動を簡易にすることができる。

また、上部インペラと相似形状に下部インペラを形成し、かつ上部インペラ径に対して下部インペラの径を、その吐出流量が１．５〜３倍になるように設定する場合は、従来等速駆動している対流惹起装置の上下両インペラの径を変えるだけで簡易に設定噴き出し流量比を得ることができる。

また、上部インペラの回転速度に対して下部インペラの回転速度を変える場合、上部インペラ駆動軸内に下部インペラ駆動軸を貫通して垂直同心軸とし、上部インペラの回転速度に対して下部インペラの回転速度が１．５〜３倍になるように、モータにてそれぞれ駆動するようにする。
それぞれのインペラの回転速度を変えて駆動する場合は、１台のモータで２軸を駆動することも、或いは２軸をそれぞれのモータで駆動することもできる。
このように、上下両インペラの回転速度を変えるだけで簡易に任意の発生噴き出し流量比を得ることができ、駆動機構及びメンテナンスも簡易に行うことができる。特に１台の原動機にて駆動する場合、駆動機構がより簡易にすることができる。
なお、いずれの方法においても上部インペラと下部インペラの回転方向を同方向とする場合には、上部インペラと下部インペラのブレードの捻り方向を相反するように構成する。これにより、両インペラを同方向に回転させてもパイプ内を相反方向へ流下してそれぞれの吐出口から吐出するようになる。
また、２軸を駆動する場合においては、軸の回転方向については、同じ方向、反対方向のいずれでもよい。反対方向に回転させた場合、両軸のトルクが相殺され、装置全体に作用するねじりモーメントを低減することができる。

次に、本発明の水槽内対流惹起装置の作用について説明する。
モータの駆動にてそれぞれインペラ駆動軸を介して上部インペラ及び下部インペラをパイプ内にて回転させると、回転速度に応じてケーシング７の外周面に形成された吸込口５１、６１より吸い込まれた汚水は、それぞれ上部パイプ５内と下部パイプ６内へ円滑に導かれ、上部パイプ５内を上昇した汚水は上端の吐出口５２から吐出され槽水面を放射方向に流れ、また下部パイプ６内を流下した汚水は下端の吐出口６２から下方へ吐出され、槽底に沿って流れる。
この場合、上部パイプ５内を流通する水量と下部パイプ６内を流下する水量との比が、１：１．５〜３となるように設定されているので、槽底における流速は、槽底部に汚泥などの固形物が沈殿しない流速０．１ｍ／ｓｅｃを確保することができ、水槽の単位容積当たりの投入動力を抑えることができ、槽内全体を効率的に攪拌することができる。

以上、本発明の水槽内対流惹起装置について、実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明の水槽内対流惹起装置は、水槽の単位容積当たりの投入動力を小さくして、ランニングコストを抑え、かつ槽底部に汚泥などを沈殿させないようにするために必要流速を得ることができることから、下水処理槽内攪拌の用途に好適に用いることができるほか、例えば、化学機械、食品混合の用途にも用いることができる。

本発明の水槽内対流惹起装置の一実施例を示し、上下両インペラのピッチ比を変えた実施例の装置の縦断面図である。 上下両インペラの径を変えた実施例の装置の縦断面図である。 上下両インペラの回転数を１台のモータにてそれぞれ変えて駆動する実施例の装置の縦断面図である。 本発明の水槽内対流惹起装置の実施例の全体を示す一部断面の正面図である。

Ａ 水槽内対流惹起装置
Ｍ モータ
１ 上部インペラ駆動軸
２ 上部インペラ
３ 下部インペラ駆動軸
３１ 軸受
４ 下部インペラ
５ 上部パイプ
５１ 吸込口
５２ 吐出口
６ 下部パイプ
６１ 吸込口
６２ 吐出口
７ ケーシング
７１ 仕切板
８ 整流マウンド
９ 消波板
１０ 整流マウンド
１１ フレーム

Claims (8)

1. 上端に吐出口を形成した上部パイプと下端に吐出口を形成した下部パイプとを、外周に吸込口を形成したケーシングを挟むようにして一体に形成するとともに、前記ケーシング内にケーシング径より大きな径とした仕切板を配設し、前記吸込口を上下に分けるようにし、かつ上下部両パイプ内にそれぞれ吐出口から水槽内の液体を吐出するようにした上下部両インペラを回転可能に配設し、上部パイプ内を上昇してきた汚水を上端の吐出口から噴出するようにし、下部パイプ内を流下してきた汚水を下端の吐出口から吐出するようにした水槽内対流惹起装置であって、上下部両インペラの回転による上端の吐出口から吐出する流量と下端の吐出口から吐出する流量との流量比を、１：１．５〜３となるように構成したことを特徴とする水槽内対流惹起装置。
2. 上部インペラのピッチと下部インペラのピッチを、１：１．５〜３となるように形成することによって、上下部両インペラの回転による上端の吐出口から吐出する流量と下端の吐出口から吐出する流量との流量比が１：１．５〜３となるようにしたことを特徴とする請求項１記載の水槽内対流惹起装置。
3. 上部インペラと相似形状に下部インペラを形成し、かつ上部インペラ径に対して下部インペラの径を、その吐出流量が１．５〜３倍になるように構成したことを特徴とする請求項１記載の水槽内対流惹起装置。
4. 上部インペラ駆動軸内に下部インペラ駆動軸を貫通して垂直同心軸とし、上部インペラの回転速度に対して下部インペラの回転速度が１．５〜３倍になるように構成することによって、上下部両インペラの回転による上端の吐出口から吐出する流量と下端の吐出口から吐出する流量との流量比が１：１．５〜３となるようにしたことを特徴とする請求項１記載の水槽内対流惹起装置。
5. 上部インペラと下部インペラのブレードの捻り方向を相反するように構成したことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の水槽内対流惹起装置。
6. 上部インペラ駆動軸と下部インペラ駆動軸とをそれぞれ個別の原動機にて駆動するように構成したことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の水槽内対流惹起装置。
7. １台の原動機にて上部インペラと下部インペラを変速駆動するように構成したことを特徴とする請求項４記載の水槽内対流惹起装置。
8. 上部パイプ内を上昇してきた汚水を上端の吐出口から、整流マウンドを下面に取り付けた消波板に沿って放射方向に噴出するようにし、下部パイプ内を流下してきた汚水を下端の吐出口から、下方へ吐出して槽底に沿って流れるように構成したことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の水槽内対流惹起装置。

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