JP5088295B2 - 散気装置 - Google Patents

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Description

本発明は、散気板の散気面に付着した汚れ成分を除去し、長期かつ安定的に酸素を供給することができる散気装置に関する。
下水処理施設において汚水中の窒素化合物や炭素化合物を除去するために、微生物による分解、吸着作用を利用した活性汚泥法が用いられている。活性汚泥中の微生物が活動するためには微生物に酸素を与える必要がある。散気装置は、下水処理施設の曝気槽の底部等に設置されて水中に酸素を供給する装置である。散気装置には、散気面(散気板エレメント)が膜タイプの散気装置(特許文献1)と、散気面(散気板エレメント)が金属薄板タイプの散気装置(特許文献2)が存在する。金属薄板タイプの散気装置は、散気による圧損が少なく、かつ耐久性および保守点検の容易性において優れている。
散気装置は、長期間にわたって曝気運転を継続すると、汚れ成分が膜または金属薄板の微細孔の内部および表面に付着して目詰まりを起こす。目詰まりを起こす汚れ成分の多くは微生物により形成されるスライムであり、これが散気孔を閉塞させる。このスライムの付着力は強く、ガス圧を高めてもスライムを剥離することはできない。
散気板エレメントが膜タイプの散気装置では、散気装置の送気操作によってメンブレンを伸長または収縮させ、膜の微細孔の内部および表面に付着した微生物由来のスライムを取り除く方法が開示されている(特許文献3)。
また、散気板の散気用給気配管(ヘッダ管)への取り付け方法に関しては、散気板の中央にねじ込み部を形成し、このねじ込み部に螺合するねじ込み部を散気用給気配管(ヘッダ管)に形成して両者をねじ込むことによって固定するのが一般的である。
特開2003−320388号公報 特開2006−61817号公報 特開2004−313938号公報
(1)目詰まり防止に関する課題
散気板エレメントが金属薄板タイプの散気装置では、散気面が伸縮性のない剛体であるため、上述した膜タイプのような目詰まり防止処置を施すことはできない。現状では、金属薄板タイプの散気装置において微生物が増殖して目詰まりが発生した場合には、散気装置を水面上に引き上げて散気薄板を清掃しなければならず、散気装置の維持管理に多大な労力と費用を要する。
また、膜タイプおよび金属薄板タイプの両方において、酸素移動効率を高めるために散気面の気孔径を小さくする必要があるが、気孔径が小さくなればなるほど目詰まりが起こりやすくなる。目詰まりの起こりやすい散気装置は、水面上に引き上げて散気薄板を頻繁に清掃しなければならない。
このように、従来の散気装置は、目詰まりの問題に対して十分な解決手段を提供してこなかった。
(2)散気板の取り付け方法に関する課題
上述したように、従来の散気板の取り付け方法では、ねじ込み作業が必須であり、またねじ込み式の場合には締め込み具合の管理が必要なことから作業性が悪く散気板の設置に時間を要するという問題があった。
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、高い酸素移動効率を達成することができる微細孔を備え、かつ目詰まりが起こりにくく、長期かつ安定的に運転することができ、設置も容易な散気装置を提供することにある。
発明者は上記の課題を解決するために、水あるいは薬液などの洗浄水等を散気用給気配管内に注入し、これを散気用の圧力空気によって散気板側に供給することによって散気板を定期的に自動洗浄することを考えた。そして、これを実現するためにための具体的手段として、一端が散気板に連通し、他端が散気用給気配管内に挿入される内挿管を設けることを考えた。
また、散気板の設置に関しては、作業性を向上できると共に締め込み具合の管理を不要にするため、従来採用されていたねじ込みによる設置に代えて嵌合による設置を採用することを考えた。
本発明は係る知見に基づいてなされたものであり、具体的には以下の構成を備えてなるものである。
(1)本発明に係る散気装置は、曝気槽内に配置されて散気用給気配管から圧力空気の供給を受けてスリットから気泡を放出する散気板と、前記散気用給気配管内へブロー水を供給するブロー水供給手段と、上端が前記散気板側に連通され、下端が前記散気用給気配管内に内挿されて前記散気用給気配管内に供給されたブロー水を前記散気板から排出する内挿管と、前記散気板を散気用給気配管に固定する固定手段とを備え、該固定手段は上部側が前記散気板側に連設され、下部側が前記散気用給気配管の上側周面に沿うように形成された第1部材と、前記散気用給気配管の下側周面に沿うように形成されると共に前記第1部材の一部に係合可能な係合部を有する第2部材とを有し、該第2部材を前記第1部材に係合させることにより両部材によって前記散気用給気配管を挟持して前記散気板を前記散気用給気配管に固定できるようにしたことを特徴とするものである。
なお、前記内挿管の下端部は、傾斜した吸い込み面を有してもよい。さらにまた、前記内挿管の管壁に通気孔を設けてもよい。
(2)また、上記(1)に記載のものにおいて、散気用給気配管の軸線方向に延びると共に該軸線に対して傾斜する係止部を第1部材に設け、前記係止部と同じ傾斜を有して該係止部に係合する係合部を第2部材に設け、散気用給気配管上に載置された前記第1部材の前記係止部に前記第2部材の前記係合部を係止させた状態で前記第2部材を前記散気用給気配管の軸方向にスライドさせることより、前記散気板を前記散気用給気配管に固定できるようにしたことを特徴とするものである。
本発明の散気装置は、上端が散気板側に連通され下端が散気用給気配管内に内挿された内挿管を備えたことにより、定期的な水ブローを効果的に行なうことが可能となり、これによって高い酸素移動効率を維持しつつ散気板の目詰まりを長期間に亘って防止することができる。
また、散気板に連設された第1部材を設け、これに第2部材を係合させて両部材によって散気用給気配管を挟持して散気板を前記散気用給気配管に固定できるようにしたので、散気板の設置作業においてねじ込み作業が不要になり、また締め付け具合の管理も不要になるので作業性が向上する。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
1.散気装置
図1は、本実施の形態に係る散気装置を示す模式図である。本実施の形態の散気装置1は、ガス供給手段2とガス供給手段2から供給される空気を散気板4へと導く散気用給気配管3(ヘッダー管)と、散気用給気配管3から圧力空気の供給を受けて微細気泡を放出する散気板4と、上端が散気板4に連通され下端が前記散気用給気配管3内に内挿された内挿管7と、散気用給気配管3にブロー水供給管14を介してブロー水を供給するブロー水供給手段5とを備えている。
散気用給気配管3には開閉弁15が、またブロー水供給管14には開閉弁16がそれぞれ設けられている。
以下、散気装置1の主な構成について詳細に説明する。
<散気板>
散気板4は、膜タイプまたは金属薄板タイプなど、いかなる形態の散気板であってもよい。例えば、散気板4が金属薄板タイプの場合、機械加工によって形成した微細孔またはスリットを有する金属薄板が用いられる。ガス供給手段2より供給された空気は、散気用給気配管3から内挿管7を通して散気板4に送気され、散気板4の散気面に点在する複数の微細孔またはスリットから放出される。
<内挿管>
本実施例における散気装置1は、内挿管7を備えているために、散気用給気配管3を水で満管にしなくても水を散気孔に供給することができる。従って、大量の水は必要とせず、特に、抗菌物質を含む水溶液を供給する場合は、少ない抗菌物質で短時間かつ効率的に微生物を除去することができる。この結果、散気装置を水面上に引き上げて頻繁に清掃する必要がなく、散気装置を水面下で長期かつ安定的に運転することができる。
なお、内挿管7が無い場合において、散気板4を洗浄するための水を供給しようとすると、前述のように散気用給気配管3を満水にする必要があるだけでなく、満水にした水を抜くための工夫が必要となる。仮に、水を抜くための手段が無い場合には、散気板4が取り付けられている散気用給気配管内に水が残留し、管路が細くなってしまい、適切な散気ができなくなる。
図2は、内挿管7の一例を示す一部断面図である。内挿管7は、上端が散気板4に連通され、下端が散気用給気配管3内に内挿され、下端部には傾斜した吸い込み面8を有し、かつ管壁に通気孔9を有している。もっとも、内挿管7に設ける通気孔9は必須ではなく通気孔9が無くてもよく、後述するように通気孔9がある場合と無い場合では内挿管7へのブロー水の揚水の態様が異なる。
内挿管7は、空気の散気板4への供給路であるとともに、水ブロー処理中は供給されたブロー水を散気板4から排出する機能を有している。
内挿管7は、散気用給気配管3と一体に形成しても、着脱可能な別部材としてもよい。着脱可能な別部材とする場合、内挿管7は、散気用給気配管3に予め設けた挿入口に挿入して固定することができる。内挿管7の固定方法には、特に制限はなく、あらゆる固定方法が含まれる。例えば、内挿管7の側面に固定用締付け部材10を予め溶接し、散気用給気配管側に取付ブラケット11を予め溶接しておくことにより、内挿管7をねじ込んで散気用給気配管3に固定することができる。
同様に、散気板4も内挿管7と一体に形成したり、着脱可能にしたりすることができる。また、内挿管の材質には、特に制限はなく、好ましくは、プラスチックまたはステンレス鋼、チタン等の金属から形成される。
内挿管7の下端部は吸込み面8を備えている。散気用給気配管3には複数個の散気板4が設置されているが、散気用給気配管3は必ずしも水平に設置されているとは限らず、内挿管7の下端が水面に対して同じ高さに配置されない場合がある。図3に示したように、内挿管下端の吸込み面8が傾斜していない場合は、下端部が水面に接するか水面下にある内挿管7からしか吸い上げ(本明細書において「吸い上げ」と表現する場合には、「押し上げ」を含む場合がある)が起こらないため、全ての散気板4にブロー水が均一に供給されず、ブロー水が供給されない一部の散気板で目詰まりが進行する恐れがある。
一方、図4に示したように、内挿管下端の吸込み面8が傾斜している場合は、水面が吸込み面8の上端と下端の間にあればブロー水を吸い上げ可能であり、水面に対する内挿管下端の配置に上下が生じた場合でも、一定範囲であれば全ての内挿管からの吸上げが可能であり、散気板4に均一なブローが可能である。したがって、吸込み面8が傾斜している場合は、散気用給気配管3の水平方向の設置精度の許容範囲が大きくなる。
また、図4に示すように、水位が吸込み面8の上端と下端の間にある場合はブロー速度の大きい気水混相のブローとなるが、図5の右図に示すように、内挿管7に通気孔9が無い場合において水位が吸込み面8より高くなった場合は、水だけを吸い上げるため、空気が混相しない水押出しブローとなる。これに対し、図5の左図のように内挿管7の管壁に通気孔9が設置されている場合は、水位が吸込み面8より高い場合においても通気孔9から空気が入るため、ブロー速度の大きい気水混相のブローをすることができる。
通気孔9の形状および大きさは、特に制限はなく、任意の形状および大きさとすることができる。例えば、内挿管7の全長を200mm、内挿管7の内径を13mmとした場合、通気孔9は直径1mm〜10mm、好ましくは2mm〜7mmの円形形状とすることができる。また、通気孔9の位置は、特に制限はなく、任意の位置とすることができる。例えば、全長200mm、内径13mmの内挿管が、内径80mmの散気用給気配管内に装着され、内挿管の下端が散気用給気配管の内底部に接している場合、通気孔9は、内挿管の下端から10mm〜75mm、好ましくは30〜70mmの位置に設けることができる。
また、散気用給気配管内は加圧されているので、通気孔9の位置は、水ブローおよびガスの流れの方向に対して正面側であっても背面側であってもよい。
傾斜した吸い込み面8の下端は、散気用給気配管3の内底近傍に位置し、たとえ水位が低くても、確実にブロー水を内挿管7内に吸い上げることができるようにする。傾斜した吸い込み面8の下端は、散気用給気配管3の内底より0〜10mm上方にあることが好ましい。
傾斜した吸い込み面8の垂直方向に対する傾斜角度θに特に制限はないが、内挿管7は空気の供給路でもあるため、空気を十分に内挿管7内に送気できるような傾斜角度θにすることが好ましい。傾斜角度θは、例えば10〜85度、好ましくは30〜80度とすることができる。
上述したように、内挿管7は散気板4と一体に形成することができ、図6〜図12は内挿管7と散気板4とを一体に形成した場合における散気板4の散気用給気配管3への設置方法の一例を説明する説明図である。
図6が散気板4を散気用給気配管3に設置した状態を散気用給気配管3の軸線に直交する方向から見た図であり、図7は散気板4を散気用給気配管3に設置した状態を散気用給気配管3の側面方向から見た図である。図8は散気板4の平面図、図9は図8における矢視A−A断面図、図10は図9の丸で囲んだA部の拡大図、図11は内挿管付きの散気板4の斜視図、図12は散気板4を散気用給気配管3に固定するための下部押えの斜視図である。
図6〜図12に示す例では、散気板4に用いる微細孔を有する散気板エレメント4aとして金属薄板にスリット状の微細孔を形成したものを用いている。
この例に示す内挿管付き散気板4は、樹脂によって成形された矩形状の上枠17と、同じく樹脂によって成形された矩形状の下枠18と、上枠17と下枠18に挟持されて両枠間に設置される散気板エレメント4aとを備えている(図9、図10参照)。また、下枠18には断面が円弧状の円弧状支持部19が形成され、この円弧状支持部19に下押え20を係合させることによって散気用給気配管3を円弧状支持部19と下押え20で上下から挟持して散気板4を散気用給気配管3に設置するように構成されている(図6、図7参照)。なお、円弧状支持部19が本発明の第1部材に相当し、下押え20が本発明の第2部材に相当し、円弧状支持部19と下押え20が本発明の固定手段として機能する。
上枠17と下枠18は、上枠17の四辺側面に形成された矩形状の開口部21に下枠18の四辺側面に形成された係止爪22を係止させることによって接合されている(図10参照)。なお、図10に示すように、枠17と下枠18における散気板エレメント4aを挟持する箇所には気密性を保持するためのシール部材23が設置されている。
円弧状支持部19は、パイプを斜め軸線方向に切断したような形状に形成され、図11に示すように、一端側が浅底部24となり他端側が深底部25となっている。円弧状支持部19はその内面形状が、散気板4が設置される散気用給気配管3の外周面に沿うように形成されている。
また、円弧状支持部19における円弧の両下端部には外方に向けて突出するフランジ状の係止部26が設けられている。
下部押え20は、図12に示すように、円弧状支持部19と同様に、パイプを斜め軸線方向に切断したような断面円弧状の部材であり、一端側が浅底部27となり他端側が深底部28となっている。軸線方向の両端部には下方に突出する凸片部29が形成されている。
下部押え20の円弧の両側上端部には円弧状支持部19の係止部26が係止する係合部30が形成されている。この係合部30には係止部26が挿入されてスライドするスライド溝31が設けられている。円弧状支持部19の係止部26が下部押え20のスライド溝31に挿入されることで散気板4と下部押え20が連結される。
円弧状支持部19の深底部25側に下押え20の深底部28側を対向させ、その状態で円弧状支持部19の係止部26に下部押え20のスライド溝31を挿入することで、円弧状支持部19と下押え20で囲まれた部分が楕円状となり、スライド溝31の挿入深さを深くして行くにしたがって前記楕円の長軸が短くなり、円弧状支持部19と下押え20の両端部がほぼ面一になった状態で前記楕円が散気用給気配管3の断面外周とほぼ同一の円形になる。
このように、スライド溝31への係止部26の挿入深さによって、円弧状支持部19と下押え20で囲まれた部分の内径を変えることができ、このことはスライド溝31への係止部26の挿入深さによって散気用給気配管3の締め付け強さを制御できることを意味している。
また、係止部26の外面等及びスライド溝31の内面等に、係止部26がスライド溝31に対して適切な挿入深さになったときに噛合うように凹凸を設けるようにしてもよく、このようにすれば係止部26とスライド溝31の係止がより確実に達成される。なお、この凹凸の形状や段数は特に限定されるものではなく、例えば三角形でも矩形でもよく、単段でも複数段でも良い。
上記のように構成された本実施の形態の散気板4を散気用給気配管3(ヘッダ管)に設置する設置方法を説明する。
散気用給気配管3に設けられた内挿管7を挿入するための挿入穴に内挿管7を挿入し、円弧状支持部19の湾曲面を散気用給気配管3の上に載置する。この状態で、円弧状支持部19の深底部25側に下押え20の深底部28側を対向させるようにして下押え20を配置する。そして、下押え20のスライド溝31を円弧状支持部19の係止部26に挿入して、下押え20を散気用給気配管3の軸線に沿うようにスライドさせる。スライド溝31の係止部26に対する挿入が終了近くになると、散気用給気配管3が円弧状支持部19と下押え20によって締め付けられてくるので、そのような状態になると、例えば木槌のようなもので、下押え20の凸片部29を殴打して円弧状支持部19の端部と下押え20の端部が面一もしくは面一に近い状態になるようする。これによって、散気板4と下押え20によって散気用給気配管3が強固に締め付けられ、散気板4が散気用給気配管3に確実に設置される。
上述したような散気板4の設置方法によれば、散気板4を設置するに際してねじ込み作業が不要となり、それ故にねじ込み量の管理も不要となることから、作業効率が格段に向上する。
また、係止部26の外面等及びスライド溝31の内面等に凹凸を設けた場合には、係止部26の適切な挿入深さにおいて、係止部26の外面等及びスライド溝31の内面等に設けられた凹凸が噛合うことにより、係止部26とスライド溝31の係止がより確実に達成される。
また、上記の例では、円弧状支持部19の係止部26と下押え20のスライド溝31とが傾斜状態で係合するようにしたことにより、係止部26へのスライド溝31の挿入深さによって散気用給気配管3の締め付け強さを制御できるので、例えば散気用給気配管3の配管径の誤差などを容易に吸収することができると共に吸収できる誤差範囲も広い。
なお、上記の例では、円弧状支持部19側に係止部26を設け、下押え20側にスライド溝31を設ける例を示したが、これとは逆に円弧状支持部19側にスライド溝を設け、下押え20側に係止部を設けるようにしてもよい。
<ブロー水供給手段>
ブロー水供給手段5はブロー水供給管14を介して散気用給気配管3にブロー水を供給する装置であって、散気用給気配管3の空気圧に打ち勝ってブロー水を散気用給気配管3内に供給できるようになっている。ブロー水供給手段5としては、例えば水の貯留槽に送水ポンプを設けたものがある。
ブロー水供給手段5より供給されたブロー水は、ブロー水供給管14を介して散気用給気配管3に流れ込み、散気用給気配管3内の圧力が所定の圧力よりも高くなったときに、散気用給気配管3から内挿管7を通して散気板4に送水され、空気と同様、散気板4の散気面に点在する複数の散気孔から放出される。
2.散気装置の運転方法
通常の散気運転時においては、開閉弁15を開放し、開閉弁16を閉止して運転する。
また、散気板4を水ブローするブロー運転時には、開閉弁16を開放してブロー水を散気用給気配管3に供給することによって、散気用空気とブロー水を内挿管7を介して散気板4に供給する。
本発明の散気装置1は、ブロー水供給手段5からブロー水を散気板4に定期的に供給することによって、散気装置を水面上に引き上げることなく、散気孔に付着した微生物を除去することができる。なお、ブロー水の供給頻度に特に制限はないが、好ましくは数時間から数日毎にブロー水を散気用給気配管3内に供給する。
以上のように、本実施の形態の散気装置1は内挿管7を備えており、水を満管にしなくてもブロー水を散気板4に供給することができるので、空気の供給通路は常に確保されている。従って、空気の供給中に定期的にブロー水を供給し、散気板4の散気孔に付着した微生物をブロー水で除去しながら、散気装置1を連続運転することができる。
なお、上記の実施の形態においては、ブロー水について特に限定していないが、微生物を死滅させる効果を有する成分を含むブロー水を使用することによって、微生物の増殖を効果的に抑制することができる。微生物を死滅させる効果を有する成分には、特に制限はないが、例えば、抗菌物質または酸化物質、より具体的には、次亜塩素酸ナトリウム、逆性石鹸、酸、アルカリ、オゾン、または二酸化塩素、炭酸アルカリ金属などが含まれる。
まず、内挿管7による水ブローの効果を検証するために、散気板を曝気槽に設置し、下記の条件にて水ブローを実施した。
散気板エレメント材質 : SUS316L
孔形状 : 長さ1.45mm、短辺(幅)0.04mm
開孔率 : 約0.5%
通気量 : 30m3/m2/hr
ブロー水 : 次亜塩素酸ナトリウム溶液(濃度;100ppm)
ブロー水量 : 500ml/回
水ブロー頻度 : 1回/日
なお、水ブローを実施しない例を比較例とした。
水ブロー有りの例(実施例)となしの例(比較例)の圧損増加量(mmAq)の経時変化を、図8のグラフに示した。
図13のグラフから明らかなように、水ブローを定期的に実施することによって、長期間にわたる散気運転においても散気装置の圧損上昇を効果的に抑制することができ、高い酸素移動効率を維持することができた。
本発明の一実施の形態に係る散気装置の模式図である。 本発明の一実施の形態に係る内挿管の断面図である。 本発明の一実施の形態に係る内挿管の一態様を示す図であり、吸込み面が傾斜していない場合の模式図である。 本発明の一実施の形態に係る内挿管の他の態様を示す図であり、吸込み面が傾斜している場合の模式図である。 本発明の一実施の形態における内挿管の説明図であり、内挿管に設けた通気孔の効果を示す模式図である。 本発明の一実施の形態における散気板の設置状態を散気用給気配管の軸線に直交方向から見た図である。 本発明の一実施の形態における散気板の設置状態を散気用給気配管の軸線に平行な方向から見た図である。 本発明の一実施の形態における散気板の平面図である。 図8の矢視A−A断面図である。 図9の丸で囲んだA部の拡大図である。 本発明の一実施の形態における散気板の一態様の斜視図である。 本発明の一実施の形態における固定手段の一態様の斜視図である。 実施例の圧損増加量の経時変化を示すグラフである。
符号の説明
1 散気装置
2 ガス供給手段
3 散気用給気配管
4 散気板
4a 散気板エレメント
5 ブロー水供給手段
7 内挿管
8 吸い込み面
9 通気孔
10 固定用締付け部材
11 取付ブラケット
12 曝気槽
14 ブロー水供給管
15、16 開閉弁
17 上枠
18 下枠
19 円弧状支持部
20 下押え
21 開口部
22 係止爪
23 シール部材
24 浅底部(円弧状支持部)
25 深底部(円弧状支持部)
26 係止部
27 浅底部(下押え)
28 深底部(下押え)
29 凸片部
30 係合部
31 スライド溝
θ 傾斜角度

Claims (1)

  1. 曝気槽内に配置されて散気用給気配管から圧力空気の供給を受けてスリットから気泡を放出する散気板と、前記散気用給気配管内へブロー水を供給するブロー水供給手段と、上端が前記散気板側に連通され、下端が前記散気用給気配管内に内挿されて前記散気用給気配管内に供給されたブロー水を前記散気板から排出する内挿管と、前記散気板を散気用給気配管に固定する固定手段とを備え、
    該固定手段は上部側が前記散気板側に連設され、下部側が前記散気用給気配管の上側周面に沿うように形成された第1部材と、前記散気用給気配管の下側周面に沿うように形成されると共に前記第1部材の一部に係合可能な係合部を有する第2部材とを有し、該第2部材を前記第1部材に係合させることにより両部材によって前記散気用給気配管を挟持して前記散気板を前記散気用給気配管に固定できるようにしたものであって、
    前記散気用給気配管の軸線方向に延びると共に該軸線に対して傾斜する係止部を第1部材に設け、前記係止部と同じ傾斜を有して該係止部に係合する係合部を第2部材に設け、前記散気用給気配管上に載置された前記第1部材の前記係止部に前記第2部材の前記係合部を係止させた状態で前記第2部材を前記散気用給気配管の軸方向にスライドさせることより、前記散気板を前記散気用給気配管に固定できるようにしたことを特徴とする散気装置。
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