JP5689453B2 - 水浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、小規模な河川の水、湖沼・池の水や汚水処理場の放流槽内の水の中に微細気泡を放出させることにより水中の溶存酸素濃度を高めて水質が悪化している状態の水を浄化する水浄化装置に関する。

河川や池の汚染された水の水浄化装置として、色々な装置・方法が提案されており、生態系、人の生活環境への影響等を懸念して水質が悪化している状態の水の浄化対策が望まれている。

浄化槽における汚水の浄化処理については、ブロワの排気側に備えた散気管から汚水中に気泡を噴出させる曝気が一般的である。近年では、厨房で使用されるディスポーザにより粉砕処理された生ゴミなどが浄化槽に排出されることから、浄化槽の負荷を増大させている。これに伴い、浄化槽から排出される放流水が河川に流入し、河川の水質の悪化を招来する要因ともなっている。

特許文献１には、河川や湖沼などから汲み上げた原水を気液混合手段へ供給する加圧ポンプと、原水へ圧縮空気を供給するコンプレッサーと、加圧下で原水中に空気を混合、溶解させる気液混合手段と、空気が溶解した加圧水を受け入れる加圧タンクと、加圧水を加圧タンクから河川や湖沼に戻す給水管と、給水管の先端に取り付けた圧力弁と、水面に浮置させる環状フロートと、水中に設けるフェンスと、フロート内の水面に浮上するスカムを収集するスクレバーと、収集したスカムを回収するスカムトレーなどからなる「河川・湖沼等の浄化装置」が記載されている。

特許文献２には、ルーツブロワを用いる第１水浄化装置と、ルーツポンプを用いる第２水浄化装置からなり、第１水浄化装置の散気管から多量の微細気泡を河川等の水中に放出し、第２水浄化装置の放出口から気泡が含まれた水を河川等の水中に放出することにより、水中の溶存酸素濃度を高めて水を浄化する「小型船を利用した水浄化装置」が記載されている。因みに、この水浄化装置は本件出願人に係るものである。

ところで、特許文献１に開示された水浄化装置は、複雑な工程・構造で大掛かりな設備となることから、設備コストが高くついて保守管理も容易ではないと思われる。また、特許文献２の小型船を利用した水浄化装置は、水上移動して汚染された区域の水を浄化するタイプの装置であり、定置式に利用するには不向きである。

特開平９−２３９３５３号公報 特許第４９７１３９７号公報

本発明の目的は、河川、池や汚水処理場の放流槽内の水質が悪化している状態の水の溶存酸素濃度を高めて水を浄化すると共にコンパクトな構造で維持管理の容易な低コストの水浄化装置を提供することにある。

前記目的を達成するために請求項１に記載した発明は、河川の水、湖沼・池の水や汚水処理場の放流槽内の水の中に微細気泡を放出させることにより水中の溶存酸素濃度を高めて水を浄化する水浄化装置であって、
第１モータ装置により駆動されるポンプと、そのポンプの吐出側に接続された放出口を備えた撹拌タンクと、その撹拌タンク内の上流部に強制的に空気を吹き込むルーツブロワとからなり、
前記ポンプには水質の悪化した状態の水を汲み上げる吸い込み管を設け、
その撹拌タンクの内部には、多数のブラシ片が放射状に突設された少なくとも１つの円盤型ブラシを第２モータ装置の出力軸に又は当該出力軸に連結された回転軸に着脱自在に設け、
前記ポンプの運転により汲み上げられる水が前記撹拌タンク内に圧送され、その撹拌タンク内において圧送された水と前記ルーツブロワから吹き込まれる空気が回転作動するブラシにより撹拌されて微細化した気泡が含まれた水を前記放出口から水中に放出させるように構成したことを特徴とするものである。

空気供給手段として採用するルーツブロワは耐久性に優れており、水浄化装置の維持管理に寄与する。

この水浄化装置によれば、小規模な河川、湖沼・池や汚水処理場の放流槽内の水質の悪化した状態の水を汲み上げ、ついで撹拌タンクで撹拌して微細化された気泡が含まれた水を放出口から元の水中へ放出することにより、水中の溶存酸素濃度を高めて水を浄化することが可能である。加えて、この装置はコンパクトな構造で維持管理が容易であり、設備費の低減を図ることができる。

本発明の参考例の水浄化装置の概要図 撹拌タンクの要部の縦断面図 撹拌タンクの要部の平断面図 円盤型ブラシの説明図であり、（ａ）平面図、（ｂ）縦断面図 本発明の参考例の水浄化装置を汚水処理場に設置した状態を示す説明図 本発明に係る実施例の水浄化装置の概要図

以下に、本発明を図面に基づいて説明する。

（参考例）
本発明の参考例の水浄化装置Ａは、ポンプとしてのルーツポンプ５と、そのルーツポンプ５の吐出側に接続される撹拌タンク２５とからなる。

図１に示すように、この水浄化装置Ａは、小規模な河川の水、池などの堤防の適宜箇所に据え付けられる機台１上に、ルーツポンプ５とこれを駆動する第１モータ装置３とを設けている。

ルーツポンプ５は公知構造のものであり、例えば本件出願人に係る特許第４９７１３９７号公報の第６図に示されたルーツポンプ７３と同様の構造とされている。具体的には、ルーツポンプ５は吸入口７と吐出口８を備えたポンプケーシング６の内部にロータケーシング（図示せず）を設け、そのロータケーシングに一対の２葉式ルーツロータ（図示せず）が収められている。吸入口７には、図示しない逆止弁を介装してフランジ継手１１を取り付けている。１２は吸入口７側の適宜箇所であるフランジ継手１１に開設した空気導入部であり、１３は導入管１４に設けた開閉バルブである。吐出口８にもフランジ継手１６を取り付けている。

フランジ継手１１には、河川、池などの水質の悪化した状態の水を汲み上げる吸い込み管１８を設ける。１９は吸い込み管１８の先端に取り付けられたフィルタである。

撹拌タンク２５は、適宜箇所の水中に据え付けられる架台２６に縦向きに設けられる。撹拌タンク２５は、放出口２９を横向き（若しくは下向き）に形成したほぼ円筒形状のタンク本体２８の上方の開口端２８ａに、撹拌室３２が形成される上部タンク３０の下方の開口端３０ｂを合わせてこれらを一体状に取り付けている。上部タンク３０は、中間胴３１の上にヘッド３５がボルト・ナット（図示せず）により締め付けられて連結されるように設けられている。なお、上部タンク３０は、これら中間胴３１とヘッド３５とを一体化構造とすることもできる。

図３に示すように、ヘッド３５の側面３５ａに形成された開口部３６には、ルーツポンプ５のフランジ継手１６に一端２１ａが取り付けられた圧送管２１の他端２１ｂを、圧送される水が当該ヘッド３５の中心部を外れて側面３５ａの内方近くに流入するように所定角度をもって溶接、ロウ付けなどにより接続されている。

４０はヘッド３５の蓋３８に図示しない出力軸を下方にして取り付けられた第２モータ装置である。４２は蓋３８の下面に設けた軸受け部材である。この軸受け部材４２には、第２モータ装置４０の出力軸に連結された回転軸４３が鉛直状に突出するように設けられている。なお、この実施例では第２モータ装置４０の出力軸と回転軸４３とを連結する構造としているが、出力軸を長い形状として回転軸４３を省いた構造とすることもできる。

回転軸４３には、３個の円盤型ブラシ４５がスペーサー５０を介して挿入され、ネジ部４３ａにナット５１を締め付けることによりブラシ４５を固定している。それらブラシ４５は中間胴３１の内方に位置するように設けられている。

図４に示すように、ブラシ４５は、前記回転軸４３に装着するための軸穴４６ａを形成した固定部４６の外周に多数のブラシ片４７を放射状に突設している。ブラシ４５の大きさについては、外径：２５０ｍｍ、厚さ：３０ｍｍである。ブラシ片４７については、線径：約３ｍｍ、長さ：約６０ｍｍの硬質スチール又はステンレス製を用いる。

以上により、ルーツポンプ５の運転により河川の水、湖沼・池の水や汚水処理場の放流槽内の水が吸い込み管１８を介して汲み上げられ、その水と空気導入部１２から取り込まれる空気が混合しつつ圧送管２１を通って撹拌タンク２５内に圧送され、撹拌タンク２５内で圧送された水と空気との混合が第２モータ装置４０の駆動により回転するブラシ４５によって促進され、微細化された気泡混じりの水をタンク本体２８の放出口２９から元の水中に放出する本発明の参考例の水浄化装置Ａが構成される。

なお、ルーツポンプ５に関しては、自吸性能を維持するために吸込水量に対する空気導入部１２から吸引する空気量を３０％以内とするのが好ましい。

（実験１）
本発明の参考例の水浄化装置Ａについて、河川の水を使用して下記条件下で溶存酸素濃度（ＤＯ値）の測定を行った。その結果を表１に示す。なお、表中の「原水」とは、浄化する前の水質の悪い状態の水を言う。
（水浄化装置Ａ）
ルーツポンプ
口径：５０ｍｍ
回転速度：５００〜１２００ｒｐｍ
第１モータ装置の出力：２．２ｋＷ（インバータ式電子制御）
ブラシ
外径：２５０ｍｍ，厚さ：３０ｍｍ、使用数量：３個
回転速度：６００ｒｐｍ
第２モータ装置の出力：０．４ｋＷ

実験の結果、水浄化装置Ａから排出される気泡混じりの水によって水中の溶存酸素濃度が上昇することが確認された。特に、吸引水量：５００ｌ（リットル）／ｍｉｎ、吸引空気量：１５０（ｌ／ｍｉｎ）の場合には飽和溶存酸素量の６５％程度まで上昇し、本装置による作用効果が大きいことが確認された。このことから、本装置により水質の悪い状態の水の浄化処理を行うことができると判断される。

（実験２）
さらに、上記表１の（４）の条件において、ブラシの運転状態を変えて溶存酸素濃度の測定を行った。他の条件に関しては実験１と同一である。その結果を表２に示す。

実験の結果、ブラシの回転と回転停止の場合における溶存酸素濃度（ＤＯ値）を比較すると、ブラシの回転の方が溶存酸素濃度の値が高くなった。また、ブラシの正転と逆転の場合における溶存酸素濃度については、殆ど変わらなかった。ただし、モータの電流値を比較すると、ブラシ逆転の場合が高いことから正転の場合が有利であると言える。

第５図には、参考例の水浄化装置Ａを汚水処理場７０に設置した状態を示す。図中、７１は汚水が送り込まれる流入槽、７２は曝気槽、７３は水浄化装置Ａのタンク本体２８の放出口２９が設置された放流槽である。流入槽７１に送り込まれた汚水は、曝気槽７２から放流槽７３に順に浄化されつつ流入する。そして、水浄化装置Ａで微細化された気泡混じりの水が放流槽７３内へ放出されることにより、汚水の最終浄化処理が施されて排出口７４から河川などに排出される。

（実施例）
本発明の実施例の水浄化装置Ｂは、上述した参考例の水浄化装置Ａに準ずる構成とされていて、水浄化装置Ａの空気導入部１２に代えて撹拌タンク内の上流部に強制的に空気を吹き込む空気供給手段６０を採用している。したがって、水浄化装置Ａと同一構成部分については、それに付した符号を図面に記載して説明を省略する。

図６において、空気供給手段６０については、機台１に設けたベース６１に、第３モータ装置６２によりベルト６３を介して駆動されるルーツブロワ６５を設置している。ルーツブロワ６５の吐出口６６には供給管６９の一端６９ａを接続し、供給管６９の他端６９ｂを前記ヘッド３５の側面３５ａに接続している。６８はルーツブロワ６５の吸入口６７に取り付けられたサイレンサである。

これにより、ルーツポンプ５の運転により河川の水、湖沼・池の水や汚水処理場の放流槽内の水が吸い込み管１８を介して汲み上げられて撹拌タンク２５内に圧送され、撹拌タンク２５内で圧送された水と空気供給手段６０の供給管６９から強制的に供給される空気とが、第２モータ装置４０の駆動により回転するブラシ４５によって撹拌され、ついで撹拌によって微細化された気泡混じりの水をタンク本体２８の放出口２９から元の水中に放出する本発明の実施例の水浄化装置Ｂが構成される。

（実験３）
本発明の実施例の水浄化装置Ｂについて、河川の水を使用して下記条件下で溶存酸素濃度（ＤＯ値）の測定を行った。その結果を表３に示す。
（水浄化装置Ｂ）
ルーツポンプ
口径：５０ｍｍ
回転速度：５００〜１２００ｒｐｍ
第１モータ装置の出力：２．２ｋＷ（インバータ式電子制御）
ブラシ
外径：２５０ｍｍ，厚さ：３０ｍｍ、使用数量：３個
回転速度：６００ｒｐｍ
第２モータ装置の出力：０．４ｋＷ
ルーツブロワ
口径：５０ｍｍ
回転速度：５００〜３６００ｒｐｍ
第３モータ装置の出力：２．２ｋＷ（インバータ式電子制御）

実験の結果、水浄化装置Ｂから排出される気泡混じりの水によって水中の溶存酸素濃度が上昇することが確認された。特に、吸引水量：５００（ｌ／ｍｉｎ）、供給空気量：２０００（ｌ／ｍｉｎ）の場合には飽和溶存酸素量の７５％程度まで上昇し、本装置による作用効果が大きいことを確認した。吸引水量に対する供給空気量の割合が２〜５倍あれば汚水の浄化処理ができると判断される。

Ａ・・・本発明の参考例の水浄化装置
３・・・第１モータ装置
５・・・ルーツポンプ（ポンプ）
１２・・・空気導入部
１８・・・吸い込み管
２５・・・撹拌タンク
２９・・・放出口
４０・・・第２モータ装置
４３・・・回転軸
４５・・・円盤型ブラシ
４７・・・ブラシ片
Ｂ・・・本発明の実施例の水浄化装置
６０・・・空気供給手段
６５・・・ルーツブロワ

Claims (1)

1. 河川の水、湖沼・池の水や汚水処理場の放流槽内の水の中に微細気泡を放出させることにより水中の溶存酸素濃度を高めて水を浄化する水浄化装置であって、
   第１モータ装置により駆動されるポンプと、そのポンプの吐出側に接続された放出口を備えた撹拌タンクと、その撹拌タンク内の上流部に強制的に空気を吹き込むルーツブロワとからなり、
   前記ポンプには水質の悪化した状態の水を汲み上げる吸い込み管を設け、
   その撹拌タンクの内部には、多数のブラシ片が放射状に突設された少なくとも１つの円盤型ブラシを第２モータ装置の出力軸に又は当該出力軸に連結された回転軸に着脱自在に設け、
   前記ポンプの運転により汲み上げられる水が前記撹拌タンク内に圧送され、その撹拌タンク内において圧送された水と前記ルーツブロワから吹き込まれる空気が回転作動するブラシにより撹拌されて微細化した気泡が含まれた水を前記放出口から水中に放出させるように構成したことを特徴とする水浄化装置。

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