JP5404189B2

JP5404189B2 - メンブレン式散気装置

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Publication number: JP5404189B2
Application number: JP2009131677A
Authority: JP
Inventors: 克行保科; 久人辻川; 北川　　義雄
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2009-06-01
Filing date: 2009-06-01
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2029-06-01
Also published as: JP2010274233A

Description

本発明は下水処理施設などの槽内に設置するメンブレン式散気装置に関し、生物処理または攪拌のために散気を行う技術に係るものである。

従来、この種の散気装置には、例えば図１５および図１６に示すものがある。これはベースプレート５１の上面に散気膜５２を装着し、所定位置に給気口５３を設けたものであり、給気口５３がベースプレート５１と散気膜５２との間に連通している。散気膜５２は合成樹脂膜または合成ゴム膜に多数の小孔５４を設けたものであり、散気膜５２の周囲を固定部５５によってベースプレート５１に固定した構造をなす。

図１６（ａ）に示すように、運転停止時に散気膜５２は水圧を受けてベースプレート５１の上面に当接し、散気膜５２の小孔５４は閉じた状態となる。運転時にはベースプレート５１と散気膜５２の間に圧縮空気を供給する。このとき、図１６（ｂ）に示すように、圧縮空気の圧力を受けて散気膜５２がベースプレート５１の上面から離間して膨らみ、小孔５４が開いた状態となり、小孔５４を通して水中へ空気の散気が行なわれる。

このような構成を有するものとしては、例えば特許文献１に記載のメンブレン式散気装置がある。これは、内部に空気室を備えた板状のホルダーの天面に空気孔を形成し、ホルダーの上面にメンブレンを装着している。メンブレンは合成樹脂膜または合成ゴム膜に多数の小孔を設けたものであり、その周囲を額縁状の枠によってホルダーの上面に固定している。メンブレンの小孔は運転停止状態では水圧によって閉じており、空気室に圧縮空気を供給するとメンブレンが膨らみ、小孔が開いて水中へ散気する。

また、特許文献２に記載のパネル型の散気装置は、平板状をなす金属製又は合成樹脂製のベースプレートの一面に散気膜を配置し、散気膜の四辺縁部とベースプレートの四辺縁部とをパッキンを介して金属製の枠体に固定している。散気膜は多数の小孔を有し、その材質は、ポリウレタン、シリコン、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）などの適度の弾性を有する合成樹脂又は合成ゴムからなる。

特開２００３−３２０３８８特開２００４−３１３９３８

しかしながら、従来の構成において、運転時、つまり発泡時には、圧縮空気の圧力を受けて散気膜５２がベースプレート５１の上面から離間し、湾曲して曲面形状に膨らむ形態となる。散気膜５２の曲面形状は長尺な長手方向に比べて短尺な幅方向における曲率が小さくなるので、散気膜５２に作用する力の影響は長手方向に比べて幅方向において大きくなる。

運転停止時には、散気膜５２が水圧を受けてベースプレート５１の上面に当接し、散気膜５２の小孔５４が閉じた状態となる際に、散気膜５２はベースプレート５１に固定された周縁部からベースプレート５１に当接し、幅方向の両側から中央部へ向けて順次に当接する。このため、図１６（ｃ）に示すように、散気膜５２の幅方向の中央部では長手方向に沿って皺寄せが生じる場合がある。散気装置の運転と停止を繰り返すと散気膜５２の中央部には皺が反復的に繰り返し生じ、材料の疲労により散気膜５２に長手方向の裂け目５２１が生じる。この裂け目５２１は小孔５４の開口縁を起点として生じ易く、隣接する小孔５４の間で散気膜５２が裂けると小孔５４から噴出する気泡径が大きくなって粗大気泡が発生する。

本発明は上記した課題を解決するものであり、疲労による散気膜の破損を防止できるメンブレン式散気装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のメンブレン式散気装置は、シート状部材を接合してなり、運転時に膨らむ形態をなす袋状体を備えたメンブレン式散気装置において、袋状体の少なくとも上面部に通気性のシート状部材からなる散気領域を有し、袋状体の軸心方向に沿って散気領域の幅方向の中央部を縦断し、散気領域よりも剛性が大きい破断抑制領域を有することを特徴とする。

また、本発明のメンブレン式散気装置において、破断抑制領域が通気性のシート状部材と散気領域を形成する通気性のシート状部材とは別途の不通気性のシート状部材とを重ねることにより非散気領域を形成することを特徴とする。

また、本発明のメンブレン式散気装置において、袋状体は下面部が不通気性のシート状部材からなり、上面部が散気領域を形成する通気性のシート状部材と散気領域を形成する通気性のシート状部材とは別途の不通気性のシート状部材とからなり、不通気性のシート状部材は散気領域の外周領域を形成することを特徴とする。

本発明の反応槽は、対象処理液を貯溜する槽体と、槽体内に配置する散気装置を備え、散気装置が、上記の何れかのメンブレン式散気装置からなることを特徴とする。

以上のように本発明によれば、散気領域には袋状体の軸心方向と直交する幅方向における中央部の少なくとも一部に散気領域よりも剛性が大きい破断抑制領域が存在し、運転状態から運転停止状態への移行時に生じる皺寄せに対して破断抑制領域が曲げ抵抗となる。このため、散気領域が局所的に屈曲することを破断抑制領域によって抑制することができ、材料の疲労に起因して散気領域の長手方向に裂け目が生じることを抑制できる。

破断抑制領域は袋状体の軸心方向に沿って散気領域の幅方向の中央部を縦断する縦断領域として形成することが好ましいが、散気領域の幅方向における中央部の少なくとも一部に存在すれば散気領域の長手方向に連続して皺寄せが発生することを抑制してその効果を発揮できるので、破断抑制領域は袋状体の軸心方向と交わる方向に沿って散気領域を横断する横断領域として形成しても本発明を実現できる。

散気領域における材料の疲労による破断は散気領域の小孔を起点として発生し易いので、袋状体の軸心方向と直交する幅方向における散気領域の中央部に袋状体の軸心方向に沿って縦断する破断抑制領域を設け、破断抑制領域を非散気領域として形成することにより、散気領域の長手方向に沿って皺寄せが発生しても散気領域の破断を抑制することが可能である。

本発明の実施の形態における袋状体を示す平面図同実施の形態におけるノズルを示す断面図同実施の形態における袋状体の要部を示す断面図同実施の形態におけるメンブレン式散気装置を示す平面図同実施の形態におけるメンブレン式散気装置を示す正面図連結固定部１３を示す正面図本発明の他の実施の形態における袋状体を示す平面図本発明の他の実施の形態における袋状体を示す平面図本発明の他の実施の形態における袋状体を示す平面図本発明の他の実施の形態における袋状体を示す平面図本発明の実施の形態における破断抑制領域の作用を示す模式図本発明の他の実施の形態におけるメンブレン式散気装置を示す断面図本発明の他の実施の形態におけるメンブレン式散気装置を示す断面図本発明の他の実施の形態におけるメンブレン式散気装置を示す断面図従来の散気装置を示す斜視図従来の散気装置における作用を示す模式図

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１から図６において、メンブレン式散気装置１は、本体が帯状に長く延びる袋状体２からなり、袋状体２の一側の外縁に設けた給気口３にノズル４が装着してあり、ノズル４を介して空気供給源（図示省略）に接続する構造をなす。袋状体２の形状は、風船形、円板形、正方形、ひし形、円柱形等の何れの形状であっても良い。

袋状体２は軟質弾性材の合成樹脂からなるシート状部材５、６を溶着により相互に接合してなり、本実施の形態では不通気性のシート状部材５および通気性のシート状部材(散気膜)６がポリウレタンからなる。

袋状体２は、下面部が不通気性のシート状部材５からなり、上面部が散気領域７を形成する通気性のシート状部材６と、散気領域７を囲む外周領域３１と散気領域７の一部を覆う破断抑制領域３２を形成する不通気性のシート状部材５とからなる。

本実施の形態において、破断抑制領域３２は袋状体２の軸心方向に沿って散気領域７の幅方向の中央部を縦断する縦断領域３２１として形成しており、破断抑制領域３２において不通気性のシート状部材５と通気性のシート状部材６が重なることにより、破断抑制領域３２はその剛性が散気領域７よりも大きい部位となる。破断抑制領域３２は不通気性のシート状部材５の単層とし、かつその厚みや材質を調整することにより破断抑制領域３２の剛性を散気領域７よりも大きくすることも可能である。

破断抑制領域３２は縦断領域３２１に限らず、散気領域７の幅方向における中央部の少なくとも一部に形成することで本発明を実現することができる。例えば図８に示すように、破断抑制領域３２は袋状体２の軸心方向と交わる方向に沿って散気領域７を横断する横断領域３２２として形成することも可能であり、ここでは、横断領域３２２を袋状体２の軸心方向に対して直交する方向に形成しているが、袋状体２の軸心方向に対して傾斜する方向に形成することも可能である。横断領域３２２は散気領域７の両側に一対を設ける形態であっても良く、袋状体２の軸心方向に沿って所定間隔で配列することも可能である。したがって、破断抑制領域３２は縦断領域３２１と横断領域３２２の少なくとも何れかを備えるものであれば良いが、図７に示すように、破断抑制領域３２は縦断領域３２１と横断領域３２２の双方を備えた形状とすることも可能である。さらに、図９に示すように、破断抑制領域３２を網状領域３２３に形成することも可能であり、袋状体２の軸心方向と直交する幅方向における散気領域７の中央部の少なくとも一部に散気領域７よりも剛性が大きい破断抑制領域３２が存在すれば本発明を実現できる。

また、図１０に示すように、通気性のシート状部材６からなる散気領域７の中央部に袋状体２の軸心方向に沿って縦断する破断抑制領域３２を設け、破断抑制領域３２を小孔のない非散気領域３２４に形成してもよい。また、通気性のシート状部材６を不通気性のシート状部材５に接合することで散気領域７を構成せずとも、不通気性のシート状部材５の所定の領域に小孔を加工して散気領域７を形成するとともに、不通気性のシート状部材５に袋状体２の軸心方向に沿って縦断する破断抑制領域３２として非散気領域３２４を形成しても良い。

シート状部材５、６の接合は熱溶着や高周波溶着等に限らず超音波溶着等の他の溶着方法や接着によっても行うことができ、ボルト等の機械的手段を併用することも可能である。シート状部材５、６はポリウレタンに限らず、ポリエステル繊維やナイロン繊維で補強したポリウレタン、シリコンゴム等の他の材質のものを使用することも可能である。

例えば、散気領域を形成する通気性のシート状部材６にポリウレタンを使用し、散気領域７の外周領域を形成する不通気性のシート状部材５にポリエステル繊維等で補強したポリウレタンを使用することも可能である。

袋状体２は、下面部の不通気性のシート状部材５と上面部の外周領域の不通気性のシート状部材５とを気密に溶着してなる接合部８を袋状体２の外縁に全周的に形成し、上面部の通気性のシート状部材６と外周領域の不通気性のシート状部材５とを気密に溶着してなる接合部９を散気領域７の全周に沿って形成してある。

しかしながら、従来のベースプレートの代替部材となる下面部の不通気性のシート状部材５に代えて樹脂プレートや樹脂パイプを使用することも可能であり、散気膜をなす通気性のシート状部材６と溶着可能な材質であれば良く、その形状、性状を限定するものではない。

さらに、図１２に示すように、平坦なベースプレート５０ａに袋状体２を周縁部で接合することも可能であり、図１３に示すように、上方に湾曲するベースプレート５０ｂに袋状体２を周縁部で接合することも可能であり、図１４に示すように、下方に湾曲するベースプレート５０ｃに袋状体２を周縁部で接合することも可能である。

図２に示すように、袋状体２の給気口３に挿入したノズル４は複数箇所の溶着部１０において下面部の不通気性のシート状部材５と上面部の不通気性のシート状部材５に気密に接合しており、給気口３およびノズル４がシート状部材５、６と平行な方向に向けて開口している。ノズル４の形状は図２に示すものに限らず、任意の形状を採用することが可能であり、ノズル４に対する空気供給源の接続は、上方、下方、水平等の何れの角度から行っても良い。

図３に示すように、袋状体２は、幅方向の両側において散気領域７の外周領域に袋状体２の長手方向に延びる挿入孔１１を設けており、図４に示すように、支持部材１２を挿入孔１１に挿入してある。

図５および図６に示すように、支持部材１２は、袋状体２の長手方向と平行をなし、支持部材１２の軸心方向の両端側に配置した連結固定部１３に固定してある。詳細には、支持部材１２の両端に形成したねじ部１４を連結固定部１３に形成したＬ字形の切り込み口１５に挿入し、一対のナット１６の間に連結固定部１３を挟み込んで固定してある。支持部材１２に代えてロッドやワイヤー等の部材を用いることも可能である。尚、ナット１６による締結は必ずしも必要ではなく、支持部材１２をＬ字形の切り込み口１５に係合させるだけでも良く、散気時に袋状体２が膨らむと両側の支持部材１２が相互に接近するので、支持部材１２が切り込み口１５から離間することはない。

支持部材１２を連結固定部１３に固定する構造は上述したものに限らず種々の形態があり、支持部材１２をボルト・ナットで連結固定部１３の上面に固定することも可能である。

ノズル４は固定バンド１７で連結固定部１３に押さえ付け、固定バンド１７をボルト１８およびナット１９で連結固定部１３に固定してある。連結固定部１３はアンカーボルト２０で反応槽２１に固定してある。

ノズル４は連結固定部１３に必ずしも固定する必要はなく、ノズル４を袋状体２の上面に設けることも可能である。
本発明は種々の反応槽２１に適用可能であり、例えば、水処理等を行うもので、活性汚泥法等において使用するものである。

以下、上記した構成における作用を説明する。運転時には空気供給源（図示省略）からノズル４および給気口３を通して所定圧力の空気を袋状体２の内部に供給する。運転時に袋状体２は内部に供給した空気の圧力で膨らみ、散気膜をなす通気性のシート状部材６を通して散気領域７から空気が噴出し、噴出する空気を処理槽２１の内部の処理対象水中に散気する。

袋状体２の外縁に設けた給気口３およびノズル４がシート状部材５、６と平行な方向に向けて開口することで、給気口３およびノズル４の軸心方向において空気の流れを阻害する抵抗となる要素がなくなり、給気口３およびノズル４から供給する空気は、下面部の不通気性のシート状部材５と上面部の通気性のシート状部材６および不通気性のシート状部材５との間においてシート状部材５、６に沿って広がり、給気口およびノズル４と対向する反対側の末端にまでスムーズに行き渡り、散気領域７の全面から空気が噴出するので散気の偏りが生じることはない。

また、袋状体２の幅方向の両側に配置した支持部材１２が袋状体２を散気領域７の外周領域において袋状体２の全長にわたって支持するので、散気時に袋状体２に生じる浮力に抗して袋状体２を水平方向に伸長した状態に保持することができ、かつ浮力に因って袋状体２に生じる応力が袋状体２の全長にわたって分散し、袋状体２の破損を防止できる。

運転停止時に空気の供給を停止すると、袋状体２は周囲の水圧を受けて上面部の通気性のシート状部材６および不通気性のシート状部材５が下面部の不通気性のシート状部材５に圧接することで、軟質弾性材同士が密着するためより高い止水性を発揮し、給気口３の周囲において上面部の不通気性のシート状部材５と下面部の不通気性のシート状部材５が圧接することで、たとえ小孔から水が入ったとしても給気口周囲は密封されているため止水性が高くなり、周囲の水圧を受ける水が給気口へ逆流することはない。

ところで、運転停止時には、散気領域７の幅方向の中央部に長手方向に沿って皺寄せが生じる場合があり、散気装置の運転と停止により皺が反復的に繰り返し生じ、材料の疲労により散気領域７に長手方向の裂け目が生じることがあり、この裂け目は小孔の開口縁を起点として生じ易い。

しかしながら本発明では、散気領域７には袋状体２の軸心方向と直交する幅方向における中央部の少なくとも一部に散気領域７よりも剛性が大きい破断抑制領域３２が縦断領域３２１、横断領域３２２、網状領域３２３として存在し、図１１に示すように、運転状態から運転停止状態への移行時に生じる皺寄せに対して破断抑制領域３２が曲げ抵抗となる。このため、散気領域７が局所的に屈曲することを破断抑制領域３２によって抑制することができ、材料の疲労に起因して散気領域７の長手方向に裂け目が生じることを抑制できる。

また、散気領域７における材料の疲労による破断は散気領域７の小孔を起点として発生し易いので、袋状体２の軸心方向と直交する幅方向における散気領域７の中央部に袋状体２の軸心方向に沿って縦断する破断抑制領域３２を非散気領域３２４として形成することにより、散気領域７の長手方向に沿って皺寄せが発生しても散気領域７の破断を抑制することが可能である。

袋状体２の接合部８、９は軟質弾性材からなるシート状部材５、６を溶着して形成し、双方の部材が接合部８、９の接合面において樹脂の溶融により一体化するので、接合部８、９における気密性が向上し、かつ接合部８、９において応力集中が生じる構造的要素がなく、運転時および運転停止時において応力集中に起因する損傷を防止できる。

さらに、従来のような、かしめ用の枠や締結用のボルト、ナットが不要で部品点数の削減を図れるとともに、かしめ用の枠や締結用のボルト、ナットの装着時におけるプレス圧や締め付けトルクの調整が不要となり、加工ミス、施工ミスに起因するトラブルを低減できる。

１メンブレン式散気装置
２袋状体
３給気口
４ノズル
４ａフランジ
５不通気性のシート状部材
６通気性のシート状部材
７散気領域
８、９接合部
１０溶着部
１１挿入孔
１２支持部材
１３連結固定部
１４ねじ部
１５切り込み口
１６ナット
１７固定バンド
１８ボルト
１９ナット
２０アンカーボルト
２１反応槽
３１外周領域
３２破断抑制領域
５０ａ平坦なベースプレート
５０ｂ上方に湾曲するベースプレート
５０ｃ下方に湾曲するベースプレート
３２１縦断領域
３２２横断領域
３２３網状領域
３２４非散気領域

Claims

シート状部材を接合してなり、運転時に膨らむ形態をなす袋状体を備えたメンブレン式散気装置において、袋状体の少なくとも上面部に通気性のシート状部材からなる散気領域を有し、袋状体の軸心方向に沿って散気領域の幅方向の中央部を縦断し、散気領域よりも剛性が大きい破断抑制領域を有することを特徴とするメンブレン式散気装置。
破断抑制領域が通気性のシート状部材と散気領域を形成する通気性のシート状部材とは別途の不通気性のシート状部材とを重ねることにより非散気領域を形成することを特徴とする請求項１に記載のメンブレン式散気装置。
袋状体は下面部が不通気性のシート状部材からなり、上面部が散気領域を形成する通気性のシート状部材と散気領域を形成する通気性のシート状部材とは別途の不通気性のシート状部材とからなり、不通気性のシート状部材は散気領域の外周領域を形成することを特徴とする請求項１または２に記載のメンブレン式散気装置。
対象処理液を貯溜する槽体と、槽体内に配置する散気装置を備え、散気装置が、請求項１から３の何れか１項に記載のメンブレン式散気装置からなることを特徴とする反応槽。