JP5235632B2

JP5235632B2 - 曝気用散気装置および散気方法

Info

Publication number: JP5235632B2
Application number: JP2008307629A
Authority: JP
Inventors: 朋樹川岸; 禎仁中原; 豊治坂口
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 2008-12-02
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2028-12-02
Also published as: JP2010131481A

Description

本発明は、概略的には曝気用散気装置および散気方法に関し、詳細には、標準活性汚泥処理装置、膜分離活性汚泥処理装置などに用いられる曝気用散気装置および散気方法に関する。

汚泥処理等で使用される散気装置では、処理する汚泥あるいは汚泥を含む液体（被処理水）に曝気するために、複数の散気穴が形成された散気管が用いられる。このような散気管では、散気穴から侵入した汚泥が管内および散気穴の周囲に蓄積して乾燥し、散気穴の一部分あるいは全体を、場合によっては散気管を閉塞させ、この結果、適切な曝気を行うことができなくなることがある。

このような問題に対処するため、洗浄液用ラインを設け、この洗浄液用ラインから定期的に散気管に洗浄液を注入して、散気管内および散気穴に蓄積した乾燥汚泥を除去する装置が知られている(特許文献１参照)。
また、先端部が下方に向かって屈曲し、その先端に散気穴より大きな開放口を備えた散気管を使用し、定期的に曝気を停止し、散気管内を大気圧として散気管内に被処理水を導入し、散気管内および散気穴近傍に蓄積した乾燥汚泥を湿潤化させて除去する装置も知られている(特許文献２参照)。

更に、底部に穴が設けられた散気管を使用し、定期的に曝気を停止し、散気管内を大気圧にすることによって散気管内に被処理水を導入し、散気管内および散気穴近傍に蓄積した乾燥汚泥を除去する装置も知られている(特許文献３参照)。

特開２００４−３０５８８６号公報特開２００２−３０７０９１号公報米国特許７１８６３４３号明細書

しかしながら、洗浄液用ラインを設けた装置には、洗浄液注入ラインを付加的に設ける必要があるため、設備に費用がかかるという問題があった。
また、定期的に曝気を停止して散気管内を大気圧にする装置には、乾燥汚泥除去時には一時的に曝気を停止しなければならないという問題があった。また、散気管を大気圧にするための大気開放バルブ等が必要となるため、設備に費用がかかるという問題もあった。

さらに、また散気管の底部に穴を設け、散気管内に汚泥を流入させる装置では、曝気用気体噴出のための散気孔と汚泥流入用の穴の水頭差を大きく取ることができないため、汚泥流入用の穴から曝気用気体を噴出させない条件の範囲が小さく、設計の自由度が低いという問題があった。

本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、洗浄液用ラインや大気開放バルブ等の付加的な設備を設けることなく、かつ曝気を停止することなく体積した乾燥汚泥を除去できる曝気用散気装置および散気方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、
曝気槽内の被処理水に浸漬した散気管の複数の散気穴から散気用気体を前記被処理水中に噴出させる散気装置であって、
前記散気管が、前記散気穴が形成された散気部と、該散気部と流体連通すると共に該散気部より下方に配置され液体導入口が形成された導入部と、を備えている、
ことを特徴とする散気装置が提供される。

このような構成によれば、曝気すなわち散気管内への気体の導入を中止することなく、液体導入口から汚泥あるいは汚泥を含んだ液体（被処理水）を散気管内に導入される。このように散気管内に気体を導入しながら、液体導入口から被処理水が散気管内に導入されるので、導入される気体のエアリフト効果により気体と被処理水等の気液混合液が散気管内に流入させ、乾燥汚泥が効率的に除去される。

本発明の他の好ましい態様によれば、前記散気穴が、前記散気管の鉛直上方に設けられている。

本発明の他の好ましい態様によれば、前記液体導入口が、前記導入部の鉛直下方に設けられている。
構成によれば、液体導入口から曝気用気体が噴出することがないので、液体導入口から被処理水を散気管内に流入させつつ、散気管管に導入することができる気体の量が増加する。

本発明の他の態様によれば、
上記いずれかの散気装置を用い、前記散気管に曝気用気体を連続的に供給して、前記導入部の液体導入口から被処理水を前記散気管内に流入させるとともに、曝気槽内の被処理水中に噴出させる、
ことを特徴とする散気方法が提供される。

このような構成によれば、散気管内および散気穴付近が、常に湿潤した状態が維持されので、散気穴が乾燥汚泥で閉塞されにくくなる。また、散気穴付近に付着乾燥した異物が存在していた場合であっても、散気管内に流入した被処理水により、この異物は湿潤化され、散気穴から排出されることになる。

本発明の他の態様によれば、
上記いずれかの散気装置を用い、
前記散気管に散気用気体を供給しながら、前記液体導入口から被処理水を前記散気管内に流入させるとともに、曝気槽内の被処理水中に噴出させる第１のステップと、
前記散気管内へ供給する単位時間当たりの気体の供給量を、前記第１ステップにおける単位時間当たりの供給量より少ない量で供給する第２のステップと、を繰り返す、
ことを特徴とする散気方法が提供される。

このような構成によれば、第１のステップより気体供給量が少ないと第２のステップでは、より多くの被処理水が散気管内に取り込まれ、乾燥汚泥等を湿潤化させることができる。また、比較的、気体供給の多い第１のステップでは、湿潤化された乾燥汚泥等が気体によって押し流される。さらに、一定の時間間隔で、散気管内の汚泥が除去されるので、効率的な散気を行うことができる。

本発明の他の態様によれば、
上記いずれかの散気装置を用い、
前記散気管に散気用気体を供給しながら、前記液体導入口から被処理水を前記散気管内に流入させるとともに、曝気槽内の被処理水中に噴出させる第１のステップと、
前記散気管内へ供給する気体の供給圧力を、前記第１ステップにおける供給圧力より低圧で供給する第２のステップと、を繰り返す、
ことを特徴とする散気方法が提供される。

このような構成によれば、第１のステップより気体供給圧が低い第２のステップでは、より多くの被処理水が散気管内に取り込まれ、乾燥汚泥等を湿潤化させることができる。また、比較的、気体供給圧が高い第１のステップでは、湿潤化された乾燥汚泥等が気体によって押し流される。さらに、一定の時間間隔で、散気管内の汚泥が除去されるので、効率的な散気を行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態の散気装置の構成を詳細に説明する。
図１は、本発明の好ましい実施形態の散気装置を備えた排水処理装置１の構成を模式的に示す図面である。
排水処理装置１は、管路２を介してポンプ４に接続された固液分離用膜エレメント６を備えた装置であるが、本発明の散気装置は他の排水処理装置にも組み合わせ可能である。

図１に示されているように、固液分離用膜エレメント６は、曝気槽８内に収容された汚泥を含む排水である被処理水１０内に浸漬されている。また、固液分離用膜エレメント６の下方には、本発明の好ましい実施形態の散気装置を構成する散気管１２が配置されている。散気管１２は、「釣り針」状の管状部材である。なお、図１では円筒形として記載されているが、例えば、略直方体等の管状部材であってもかまわない。

図２は、散気管１２の側面図であり、図３は図２のIII−III線に沿った断面図である。図１ないし３に示されているように、短い方の脚部１４を下方に長い方の脚部１６を上方に配置した状態で、横倒しに配置され、短い方の脚部１４と長い方の脚部１６とは、上下方向に延びる連結部１５によって連結されている。

短い方の脚部１４は、下側面（鉛直下方）に複数の開口部（液体導入口）１８が形成された導入部１４とされている。この導入部１４は、先端側が気体取り入れ部１９とされ、この気体取り入れ部１９に、管路２０が接続される開口を備えた蓋２１が取り付けられ、この開口に接続された管路２０を介してブロア２２に接続され、先端側から曝気用の気体が導入されるように構成されている。
図示の実施形態では、管路２０が、導入部１４より小径であるが、本発明はこれに限定されず、管路２０が導入部１４と略同一径でもよい。
なお、ブロア２２は、コンピュータ等の制御部２４に接続されたインバータ２６によって作動が制御される。

一方、上方に配置された長い方の脚部１６は、導入部１４と流体連通され、導入部１４に導入された曝気用の気体を噴出させる複数の散気穴２８を上側面（鉛直上方）に備えた散気部とされている。散気部１６の先端は、キャップ１７で閉鎖されている。

散気穴２８の数、形状に制限は特に限定されるものではないが、直径２ないし１５ｍｍであることが好ましい。直径２ｍｍ以下では、被処理水中に存在する、夾雑物（特に繊維状の夾雑物）や固形分により閉塞しやすくなるので好ましくなく、直径１５ｍｍ以上では、各散気穴２８からの気体噴出のバランスに偏りが生じてしまうので好ましくない。

散気穴２８は、散気部１６の鉛直方向上方位置に設けられていることが好ましいが、気体噴出バランスに偏りが生じない範囲であれば、散気部１６の鉛直方向上方からずれた位置にあってもよい。

液体導入口１８の数、形状に制限は特に限定されるものではないが、直径２ないし１５ｍｍであることが好ましい。直径２ｍｍ以下では、被処理水中に存在する、しさや固形分により閉塞しやすくなるので好ましくなく、直径１５ｍｍ以上では、散気部１６の散気穴２８から噴出させるべき気体が液体導入口１８から噴出してしまうので好ましくない。

液体導入口１８の位置は、散気穴２８より低い位置であれば、導入部１４のいずれの位置にあってもよいが、導入部１４の下側面に設けられていることが好ましい。液体導入口１８が、導入部１４の上側に設けられると、曝気用気体が導入部１４から噴出し、導入部１４からの被処理水吸引量が減少してしまうおそれがあるためである。

散気穴２８と液体導入口１８との高低差も特に制限されるものではないが、５ないし５０ｃｍであることが好ましい。５ｃｍ以下では、散気穴２８と液体導入口１８に作用する圧力差が小さくなるため、散気穴２８から気体が噴出する際に、液体導入口１８からも気体が噴出してしまうためであり、５０cm以上では液体導入口１８から吸引した被処理水とブロア２２から送られてきた曝気用の気体との気液混合液を散気部１６に移送するために大きな圧力が必要となり、ブロワ２２のエネルギ消費量が増大してしまうからである。

次に、本発明の好ましい実施形態の散気装置の動作を説明する。
本実施形態の散気装置は、制御部２４の制御により、散気管１２に曝気用気体を供給しながら液体導入口１８から被処理水１０を散気管１２内に流入させるとともに、曝気槽８内の被処理水１０中に噴出させる第１のステップ（汚泥除去ステップ）と、散気管１２に曝気用気体をより高い圧力で供給しながら、液体導入口１８から被処理水を散気管１２内に流入させることなく、曝気槽８内の被処理水１０中に噴出させる第２のステップ（曝気ステップ）とを繰り返すように構成されている。
なお、上記第２のステップでは、液体導入口１８から比較的少量の被処理水が散気管１２内に流入してもよい。

汚泥除去ステップでは、ブロア２２からの気体供給圧力を通常の曝気時より低く設定し、導入部１４内の圧力を曝気槽１０内の被処理水１０の圧力より低くする（この結果、気体供給量は通常の曝気時より減少する）。この結果、被処理水１０が、液体導入口１８を通して導入部１４に侵入する。

液体導入口１８が散気穴２８より下側に設けられているので、液体導入口１８には散気穴２８より大きな圧力（水圧）が作用し、液体導入口１８から導入部１４に被処理水が流入するものである。

導入部１４に侵入した被処理水は、上下方向に延びる接続部１５内で、ブロア２２から供給されている気体によるエアリフト効果によって気液混合液となり、散気部１６内に流入する。散気部１６内に流入した被処理水は、散気部１６の散気穴２８から噴出する。散気穴２８近傍に堆積していた乾燥汚泥は、被処理水で湿潤化され、気液混合液とともに散気穴２８から放出される。

この結果、汚泥除去ステップでは、散気管１２内部を湿潤化させて汚泥の固着を抑制し、あるいは堆積した乾燥汚泥を湿潤化して除去すると共に、これらの汚泥を散気穴より排出させることが可能となる。

また、汚泥除去ステップの継続時間は特に制限されるものではないが、１ないし５分であることが望ましい。１分以下では、散気管１２内を十分に湿潤させるだけの被処理水を流入させることができないため汚泥の固着防止効果が得られず、５分以上では、固液分離用膜エレメントの洗浄のための気体供給量が不足し膜面の目詰まりが生じてしまうことや、生物処理用の必要酸素量が供給できなくなるといった問題が生じるためである。

また、汚泥除去ステップでの気体の供給量に制限は無いが、特に制限されるものではないが、曝気ステップにおける供給量の２０ないし７０％であることが好ましい。２０％未満では液体導入口１８から流入した被処理水を、散気管１２内で十分に行き渡らせることができず、また、７０％以上では、導入部１４内の圧力が十分に低下せず、液体導入口１８からの十分な量の被処理水を導入できないためである。

曝気ステップでは、汚泥除去ステップよりブロア２２から供給される単位時間当たりの気体の流量又は供給圧力を増加させ、散気管１２内の圧力を高くすることにより、液体導入口１８から被処理水を散気管１２内に流入させることなく、ブロア２２から供給される気体が散気穴２８から曝気槽８内の被処理水１０中に噴出させられる。
この結果、汚泥除去ステップで湿潤化された乾燥汚泥等が、気体のよって、押し流され、散気穴２８近傍から除去される。

なお、曝気ステップにおいては、液体導入口１８から被処理水を散気管内に流入させることなく、高圧または高流量で気体を導入することがより効率よく汚泥除去ができるため好ましいが、被処理水による圧力抵抗が問題とならない程度であれば、このステップにおいて被処理水が散気管内に流入してもよい。

曝気ステップの継続時間は特に制限されるものではないが、５ないし３００分が好ましく、１０ないし６０がより好ましい。５分以下であると、固液分離用膜エレメントの洗浄のための気体供給量が不足することによって膜面の目詰まりが進行し、３００分以上では、散気管１２内が乾燥して散気穴２８および液体導入口１８が乾燥汚泥により閉塞してしまうためである。

曝気ステップで供給される気体の量は、複数設けた散気穴２８のいずれの散気穴２８からも均等に散気用気体が噴出することが可能な流量以上であって、固液分離用膜エレメント６の洗浄が十分におこなわれるだけの流量以上であり、かつ液体導入口１８から散気用気体が噴出することを防ぐために液体導入口１８に作用する水圧以下の圧力を与える流量以下とする。

気体供給制御は制御部２４によりインバーター２６を制御しブロワ２２の回転数を変更することにより行われるが、バルブ操作を用いてもよい。また、ブロワ２２に代えて、コンプレッサーを用いても良い。

このような構成によれば、汚泥除去ステップでは、曝気ステップより導入部１４内の圧力が低下するため、曝気ステップより多くの被処理水が液体導入口１８から導入部１４内に流入する。曝気ステップ時の２０％以上の気体流量であれば、導入部１４内に流入した被処理水は、供給される気体のエアリフト効果により、被処理水と導入さらた気体の気液混合液として、散気部１６に流入する。

汚泥除去ステップ後に曝気ステップに切り替えられると、散気部１６内の圧力が上昇し、散気部１６内に流入した湿潤した乾燥汚泥は、散気穴２８から供給された気体とともに被処理液中に噴出される。散気穴２８およびその周辺に付着していた乾燥汚泥も、散気部１６に流入した被処理水で湿潤化され、散気部１６に流入した気体とともに散気穴２８から被処理液中に噴出される。

なお、散気穴２８は、散気部１６の下部に設けても良いが、上部に設けることが好ましい。散気穴２８を散気部１６の上部に設けた構造により、液体導入口１８から流入した被処理水が散気部１６の被処理水流入側にある散気穴２８から優先的に曝気槽８内に噴出することが防止され、散気部１６内全体に被処理水が行き渡り、汚泥流入側とは反対の側にある散気穴２８からも被処理水を噴出させることができる。

次に、本発明の第２実施形態の散気装置の散気管の構成を説明する。図４は、第２実施形態の散気装置の散気管３０の側面図である。
図４に示されているように、散気管３０は、上方に配置された散気部３２と、散気部３２の中央から垂下した連結部３３の下端から横方向に屈曲した導入部３４とを備えている。散気部３２と、導入部３４には、それぞれ、複数の散気穴３６と液体導入穴３８が形成されている。
また、散気部３２の両端は閉鎖されると共に、導入部３４の先端には、ブロアに接続された管路２０が接続されている。

このような構造では、散気管３２に被処理水が流入する位置から最も離れた散気穴３６までの距離が小さくなるため、各散気穴３６に被処理水および気体がより均等に分配される。

次に、本発明の第３実施形態の散気装置の散気管の構成を説明する。図５は、第３実施形態の散気装置の散気管４０の側面図である。
図５に示されているように、散気管４０は、上方に位置に配置された散気部４２と、散気部４２の両端から垂下した連結部４３の下端から横方向に屈曲した導入部４４とを備えている。散気部４２と、導入部４４には、それぞれ、複数の散気穴４６と液体導入穴４８が形成されている。
さらに、導入部４４の先端部は上方に屈曲され、先端にはブロアに接続された管路２０が接続されている。

このような構成では、散気部に被処理水が流入する位置から最も離れた散気穴４６までの距離が小さくなるため、各散気穴４６に被処理水汚泥および気体がより均等に分配される。

本発明は、上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含される。

（実施例１）
次に、本発明の実施例を説明する。図１に示すような、固液分離用膜エレメントを使用した膜処理装置を用いてろ過試験を行った。
固液分離用膜エレメントは、ステラポアーSADF(商品名、三菱レイヨン・エンジニアリング（株）製、ポリフッ化ビニリデン製中空糸膜)を使用した。被処理液は汚泥濃度(SS濃度)として約10,000mg/Lの活性汚泥を用いた。

内径３０ｍｍで長さ６００ｍｍの塩化ビニル製円管で図１に示された形状の散気管を形成し、直径５ｍｍの散気穴を上部に６箇所設け、直径５ｍｍの液体導入口を導入部の最下部に３箇所設けたものを用いた。散気部と導入部の高低差は１５ｃｍとした。ブロワにはルーツブロワを用いて、散気用気体を散気管に供給した。

インバーターを用いて散気用気体流量を、１５分間は高流量（曝気ステップ）として１００L/minとし、１分間は低流量（汚泥除去ステップ）として高流量の50％である５０L/minとした間欠サイクルで散気管に供給した。

上記運転条件で、６０日間曝気をおこなった結果、散気部に設けた６箇所の散気穴の全てにおいて汚泥閉塞は確認されなかった。また液体導入口においても汚泥閉塞は確認されなかった。
また散気管２の内部においても汚泥の固着は確認されなかった。

（比較例１）
液体導入口を設けることなく、また間欠サイクルをおこなうことなく連続供給したこと以外の条件は実施例１と全て同じとし、６０日間曝気をおこなった結果、散気部に設けた６箇所の散気穴のうち４箇所において閉塞が確認された。
また散気管２の内部において汚泥の固着が確認された。

（比較例２）
散気用気体流量を、間欠サイクルをおこなうことなく連続供給したこと以外の条件は、実施例１と全て同じとし、６０日間曝気をおこなった結果、散気部に設けた６箇所の散気穴のうち４箇所において閉塞が確認された。

本発明の実施形態の一つであるの散気装置を備えた排水処理装置１の構成を模式的に示す図面である。図１の散気装置に用いられる散気管の側面図である。図２のIII−III線に沿った断面図である。第２実施形態の散気装置の散気管の側面図である。第３実施形態の散気装置の散気管の側面図である。

符号の説明

１２：散気管
１４：導入部
１６：散気部
１８：液体導入口
２８：散気穴

Claims

曝気槽内の被処理水に浸漬した散気管の複数の散気穴から散気用気体を前記被処理水中に噴出させる散気装置であって、
前記散気管が、前記散気穴が形成された散気部と、該散気部と流体連通すると共に該散気部より下方に配置され液体導入口が形成された導入部と、を備えている、
ことを特徴とする散気装置。
前記散気穴が、前記散気管の鉛直上方に設けられている、
請求項１に記載の散気装置。
前記液体導入口が、前記導入部の鉛直下方に設けられている、
請求項１または２に記載の散気装置。
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の散気装置を用い、前記散気管に曝気用気体を連続的に供給して、前記導入部の液体導入口から被処理水を前記散気管内に流入させるとともに、曝気槽内の被処理水中に噴出させる、
ことを特徴とする散気方法。
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の散気装置を用い、
前記散気管に散気用気体を供給しながら、前記液体導入口から被処理水を前記散気管内に流入させるとともに、曝気槽内の被処理水中に噴出させる第１のステップと、
前記散気管内へ供給する単位時間当たりの気体の供給量を、前記第１ステップにおける単位時間当たりの供給量より少ない量で供給する第２のステップと、を繰り返す、
ことを特徴とする散気方法。
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の散気装置を用い、
前記散気管に散気用気体を供給しながら、前記液体導入口から被処理水を前記散気管内に流入させるとともに、曝気槽内の被処理水中に噴出させる第１のステップと、
前記散気管内へ供給する気体の供給圧力を、前記第１ステップにおける供給圧力より低圧で供給する第２のステップと、を繰り返す、
ことを特徴とする散気方法。