JP5978558B2

JP5978558B2 - 撹拌槽

Info

Publication number: JP5978558B2
Application number: JP2011038613A
Authority: JP
Inventors: 友時安池
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2031-02-24
Also published as: CN202909652U; TW201235094A; TWI453063B; JP2012170948A

Description

本発明は、流動床式生物処理装置等の撹拌槽に係り、特に複数の撹拌機を備えた撹拌槽に関する。

生物処理では、担体に微生物を付着させ、槽内のＭＬＶＳＳを高く維持するようにした流動床式生物処理装置が広く用いられている。この流動床式生物処理装置においては、通常の場合、槽内に充填された担体が撹拌羽根による撹拌や上向流の水勢によって流動している。

担体と液を良く混合することにより効率よく生物反応がすすむため、撹拌は流動床式生物処理法にとって重要な要素である。一般に、撹拌の強度はＧ値として以下に示す値で説明される。
Ｇ値＝√｛（Ｃ_Ｄ×Ａ×ｖ^３）／（２×γ×Ｖ）｝［−］ …（１）
Ｃ_Ｄ：羽根の抵抗係数
Ａ：羽根の全面積［ｍ^２］
ｖ：羽根と水の相対速度［ｍ／ｓｅｃ］
γ：μ／ρ
μ：水の粘度［ｋｇ／ｍ・ｓｅｃ］
ρ：水の比重［ｋｇ／ｍ^３］
Ｖ：槽容積［ｍ^３］

（１）式の通り、撹拌翼の面積が大きいほど、また撹拌翼の径が大きいほど、Ｇ値が大きい。また、一定のＧ値を得る場合、撹拌翼が大型であるほど回転数を抑えられるために、動力が低くなる。

しかし、撹拌翼は大型になるほど構造体としての強度が強く求められるために、撹拌翼の重量も増し、コストもかかる。重量が増すために運搬や据え付けも困難となり、メンテナンスも容易ではない。

特許文献１（特開２０１０−４６７）には、撹拌機軸を鉛直方向とした２機のプロペラ式撹拌機を槽内に配置した嫌気槽又は無酸素槽が記載されている。この特許文献１の００１５段落には２機の撹拌機を同時に回転させると、各撹拌機でプロペラ翼を中心とする上下方向の渦流が生じ、撹拌機間で水流の衝突が起って汚泥が堆積すると記載されている。

特許文献１の００１６段落には、かかる汚泥の堆積を防止するために、各撹拌機を一定時間毎に交互に運転することが記載されている。なお、特許文献１には、各撹拌機の回転方向についての記載はない。

特許文献２（特開平１１−１０４６８２）の００２１段落及び図１，２には、円形の槽内に撹拌機軸を鉛直方向とした２機の撹拌機を設けた嫌気性排水処理装置であって、各撹拌機が各々の機軸回りに自転するだけでなく、槽を中心に公転中心として公転するよう構成したものが記載されている。特許文献２の００２１段落では、すべての回転方向は同一であると記載されている。

特許文献３（実公昭６３−５７７３）には、反応槽内を上流側、下流側の２個の室に区画し、各室の下部同士を連通させ、各室内に撹拌機を設置し、上流側の室内では撹拌機によって上昇流を形成し、下流側の室内では撹拌機によって下降流を形成することが記載されている。

特開２０１０−４６７特開平１１−１０４６８２実公昭６３−５７７３

上記特許文献１のように、２機の撹拌機を並設した場合、撹拌機同士の間で撹拌が弱くなることがある。

特許文献２のように、２機の撹拌機を自転だけでなく公転もさせる場合、装置構成が複雑となり、コスト高となる。また、槽の形状も円形に限られたものとなる。

特許文献３は、基本的には各室内に１機の撹拌機を設置したものであり、室の大きさが限られたものとなる。

本発明は、槽内に複数の撹拌機を設置した撹拌槽において、簡易な構成によって槽内の広い範囲を十分に撹拌することができる撹拌槽を提供することを目的とする。

本発明（請求項１）の撹拌槽は、流動床式生物処理装置の撹拌槽であって、撹拌翼及び上下方向の駆動軸を備えてなる撹拌機が複数個設置された撹拌槽において、該撹拌機は、該撹拌機の周囲に旋回流を生じさせるものであり、少なくとも一部の隣接撹拌機の回転方向が反対方向とされると共に、該回転方向が反対方向とされている隣接撹拌機間に、上下方向かつ双方の撹拌機を結ぶ方向と略直交方向に延在した板状体が配置されており、該板状体の下端は槽の底部に当接又は近接しており、（板状体の下端が槽の底部に近接している場合、槽の底面と板状体との間の隙間は、槽の水深の２０％以内である。）該板状体の上端は該槽の水面付近又はそれよりも上位に位置しており、（板状体の上端が槽の水面付近に位置している場合、板状体の上端は水面と同じレベルであるか又は水没しており、水没している場合、水面と板状体の上端との間隔は、槽の水深の２０％以内である。）該板状体の両側端は該槽の壁面から離隔していることを特徴とするものである。

請求項２の撹拌槽は、請求項１において、前記板状体の水平方向の幅は、前記双方の撹拌機を結ぶ方向と略直交方向の槽壁間長さの５０〜９０％であることを特徴とするものである。

請求項３の撹拌槽は、請求項１又は２において、前記槽は水平方向の一方向に長い非円形槽であり、該槽の長手方向の一端側に流入部が設けられ、他端側に流出部が設けられており、該槽の長手方向に間隔をおいて前記撹拌機が設置されており、隣接する撹拌機の回転方向が反対方向であり、隣接する撹拌機同士の間に前記板状体が設置されていることを特徴とするものである。

請求項４の撹拌槽は、請求項３において、下流側に配置された撹拌機のＧ値がそれよりも上流側の撹拌機のＧ値よりも大きいことを特徴とするものである。

本発明の撹拌槽にあっては、隣接する、回転方向が反対方向の撹拌機同士の間に板状体が配置されている。平面視において一方の撹拌機の回転を時計回り方向に回転させ、他方の撹拌機を反時計回り方向に回転させた場合、該一方の撹拌機の周囲には時計回り方向の旋回流が生じ、他方の撹拌機の周囲には反時計回り方向の旋回流が生じる。これらの撹拌機同士の間に板状体が配置されているので、旋回流同士がぶつかり合うことがなく、また旋回流の方向が合致するので、互いの旋回流の水勢がそがれることが防止される。これにより、槽内の水が効率よく撹拌される。本発明の撹拌槽は、流動床式生物処理装置として用いるのに好適であるが、これに限定されない。

実施の形態に係る撹拌槽の平面図である。図１のII−II線断面図である。比較例に係る撹拌槽の平面図である。図３のIV−IV線断面図である。比較例に係る撹拌槽の平面図である。図５のVI−VI線断面図である。別の実施の形態に係る撹拌槽の平面図である。別の実施の形態に係る撹拌槽の平面図である。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。図１，２は実施の形態に係る撹拌槽の平面図と断面図である。

この撹拌槽は、流動床式生物処理装置１であり、槽５と、該槽５内に設けられた撹拌機２，３と、板状体４とを有する。槽５は、一方向に長く延在した非円形槽であり、長手方向の一端側から原水が流入し、他端側から処理水が流出する。槽５内には担体６が収容されている。

撹拌機２，３は駆動軸２ａ，３ａを鉛直方向とした縦型撹拌機である。該駆動軸２ａ，３ａに撹拌翼２ｂ，３ｂが設けられている。撹拌機２は槽５の長手方向の流入側に配置され、撹拌機３は流出側に配置されている。撹拌機２，３の駆動軸２ａ，３ａの回転方向は互いに反対方向である。

撹拌機２，３の撹拌翼２ｂ，３ｂは、この実施の形態では板面を鉛直方向とした平板状であり、駆動軸２ａ，３ａから放射方向に延在している。この実施の形態では撹拌翼２ｂ，３ｂは１８０°反対方向に２枚設けられている。ただし、翼は放射方向に３枚以上設けられてもよく、通常は２〜４枚程度が好適である。また、翼の形状は平板状に限定されない。

撹拌翼２ｂ，３ｂの旋回直径（２・ｒ）は、槽５の短手幅の２０〜８０％特に５０〜７０％程度が好適である。なお、図２のｒは撹拌翼２ｂの回転半径を示している。

撹拌翼２ｂ，３ｂは、槽５の水深方向の中間付近に配置されている。なお、撹拌翼２ｂ，３ｂは、この実施の形態では上下方向に１段のみ設けられているが、２段以上に設けられてもよい。

撹拌機２，３間の板状体４は、槽５の短手幅方向に延在している。この実施の形態では、板状体４は、平面視において撹拌機２，３の駆動軸２ａ，３ａを結ぶ方向と直交方向（９０°方向）に延在しているが、９０°よりも若干ずれていてもよく、９０°±１０°特に９０°±５°の範囲にあればよい。

板状体４の下端は槽５の底面に接しているが、槽５の底面との間に若干（例えば水深の２０％以内特に１０％以内程度）の隙間があいていてもよい。板状体４の上端は、槽５の水面よりも上方に位置しているが、水面と同じレベルであってもよく、水面よりも若干（例えば水深の２０％以内特に１０％以内程度）水没していてもよい。

板状体４の側端は、いずれも槽５の壁面から離隔している。これにより、流入水が板状体４の両サイドと槽５の壁面との間を通って流出側へ向って流れるよう構成されている。板状体４の幅は、槽壁と槽壁の間隔長さ（この実施の形態では、槽５の短手幅方向の槽壁間長さ）の５０〜９０％特に６０〜８０％程度が好ましい。板状体４の幅は上下方向において同一であることが好ましいが、上記の範囲において変化してもよい。

板状体４の厚さは水流の衝撃に耐えられる強度を有していれば良く、例えば３０ｃｍ以下特に２０ｃｍ以下程度であるが、これに限定されない。

板状体４の材料はコンクリート、金属、合成樹脂などのいずれでもよい。槽５をコンクリート製とする場合には、板状体４で槽５と一体に構築するのが好ましい。

槽５内に収容された粒状担体６には微生物が付着している。担体はどのような材質のものでも良いが、磨耗に強い高分子架橋体の粒状のものが好ましい。

担体の材料樹脂としては、例えばポリオレフィン、ＰＶＡ、ＰＥＧ、（ポリ）アクリルアミド、Ｎ置換アクリルアミド、（ポリ／メタ）アクリル酸またはそのアルカリ金属塩、アルギン酸、ポリアルキレンオキサイド、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート（ＤＡＭ）、ジアセトンアルコール（ＤＡＡ）、ポリアルキレンオキサイド等が挙げられる。より具体的には、ポリアクリル酸ナトリウム、アクリル酸ナトリウムとアクリルアミドとのコポリマー、アクリル酸ナトリウムとアクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸ナトリウムとのコポリマー、アクリル酸ナトリウムとアクリルアミドとアクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸ナトリウムとのターポリマー、および、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートの三級塩もしくは四級アンモニウムのホモポリマーまたはアクリルアミド等とのコポリマー等が例示される。

担体の平均粒径としては１ｍｍ〜２０ｍｍが使用でき、１ｍｍ〜５ｍｍが好ましく、特に好ましくは１．２ｍｍ〜３．５ｍｍである。これより小さいと担体と水の分離が困難になり、大きいと流動の妨げとなる。

担体の空隙率は２０〜５０％が好ましく、特に３０〜４０％が望ましい。空隙率が低いと、汚泥の付着が少なく処理効率が低下し、高いとガスを内包しやすくなる。

担体の密度としては、平均して０．９６〜１．０２ｇ／ｃｍ^３であることが望ましく、８０％以上の担体の密度が０．９８〜１．０１ｇ／ｃｍ^３特に０．９８５〜１．００ｇ／ｃｍ^３であることが好ましい。

担体の充填量は槽５の水面位ＷＬ以下の容積に対して担体のかさ容積が５〜５０％となる量であることが好ましい。これよりも担体の量が少ないと処理効率が低くなり、５０％よりも多いと撹拌動力が過大となる。

このように構成された図１，２の流動床式生物処理装置（撹拌槽）１にあっては、撹拌機２を時計回り方向に回転させ、撹拌機３を反時計回り方向に回転させる。なお、撹拌機２を反時計回り方向に回転させ、撹拌機３を時計回り方向に回転させてもよい。撹拌機２，３の周囲には互いに反対方向の旋回流が生じる。これらの撹拌機２，３同士の間に板状体４が配置されているので、撹拌機２，３同士の中間付近で旋回流同士がぶつかり合うことがない。また、撹拌機２，３の間の領域で各旋回流の方向が合致するので、互いの旋回流の水勢がそがれることが防止される。これにより、担体６が槽５内の広い範囲で効率よく撹拌され、排水処理効率が向上する。

板状体４の幅を双方の撹拌機を結ぶ方向と略直交方向の槽壁間長さの５０〜９０％とすることにより、上記の効果がより十分に奏される。

なお、図１，２のように、槽５の長手方向の一端側から他端側に向って水を流す場合、担体６は槽５内の下流側に集まり易くなる。そこで、下流側の撹拌機のＧ値を上流側の撹拌機のＧ値よりも大きくすることが好ましい。例えば、隣接する下流側の撹拌機のＧ値を上流側の撹拌機のＧ値の１．０２〜１．５倍程度特に１．０５〜１．２倍程度とすることが好ましい。

上記実施の形態では、２個の撹拌機２，３を設置しているが、図７に示すように上流側から下流側に向って３個以上の撹拌機を設置し、隣接する撹拌機の回転方向を反対方向とし、各撹拌機同士の間に板状体４を配設してもよい。図７は３機の撹拌機７，８，９を一直線上に配置した流動床式生物処理装置（撹拌槽）１Ｃの平面図である。この場合、撹拌機７，９と撹拌機８とを反対方向に回転させる。

本発明では、各撹拌機を一直線上に配列するのではなく、図８に示すように槽の中心を囲むように環状に配列してもよい。この場合、撹拌機は、環の周方向に隣接する撹拌機同士の回転方向を逆とし、各撹拌機同士の間に板状体を設置する。

図８は４機の撹拌機１０，１１，１２，１３を対角線上の位置に配置した流動床式生物処理装置１Ｄの平面図である。この場合、撹拌機１０，１２と撹拌機１１，１３とを反対方向に回転させる。板状体の幅は、槽の中心から槽壁までの長さの５０〜９０％とする。

以下、実施例及び比較例について説明する。

［実施例１］
図１，２に示す通り、一方向に長い八角形の平面視形状であり、長手方向長さ１．５ｍ、短手方向長さ０．７５ｍ、水深１．２ｍ、槽容量１．２ｍ^３の槽５内に２機の撹拌機２，３を配置した撹拌槽（流動床式生物処理装置）を用いてＮＯ_３−Ｎ濃度８０ｍｇ／Ｌ、ＰＯ_４−Ｐ濃度２ｍｇ／Ｌの合成排水を１ｋｇ−Ｎ／ｍ^３／ｄの槽負荷にて供給して処理した。なお、メタノールをＮの３倍量添加した。担体としては密度１．０１ｇ／ｃｍ^３のポリオレフィン系担体（平均粒径３ｍｍ）を槽体容積の１５％充填した。板状体４は、高さ１．５ｍ、幅０．４５ｍ、厚さ１０ｍｍのものである。

撹拌機２，３は撹拌翼の半径長さが０．２ｍ（直径長さ０．４ｍ）、上下幅が０．３ｍの平羽根である。撹拌機２，３のＧ値１２０〜１７０（２９〜３７ｒｐｍ。担体の流動状体に応じて調整。）にて運転したところ、処理水のＮＯ_３−Ｎ濃度は５ｍｇ／Ｌ以下であった。槽５の底部の状況を水中カメラで確認したところ、担体の堆積は殆ど認められなかった。

［比較例１］
板状体４が省略されると共に、１個の撹拌機２のみが中央に設置された図３，４に示す流動床式生物処理装置（撹拌槽）１Ａに実施例と同様にして原水を処理した。なお、図３，４の撹拌槽、撹拌機の構造は、板状体が省略されたこと以外は図１，２と同一である。Ｇ値１２０〜１７０（３８〜４７ｒｐｍ。担体の流動状体に応じて調整。）にて運転したところ、処理水のＮＯ_３−Ｎ濃度は１４ｍｇ／Ｌであった。水中カメラの観察により、槽底部に、特に撹拌機から遠い排水の流入側と流出側において、担体が多く堆積していることが認められた。

［比較例２］
図５，６に示す通り、板状体４を省略したこと以外は実施例１と同一構成の流動床式生物処理装置（撹拌槽）１Ｂを用い、実施例１と同一条件にて原水を処理したところ、処理水のＮＯ_３−Ｎ濃度は９ｍｇ／Ｌであった。水中カメラの観察により、撹拌機２と撹拌機３の中間部から槽５の長手方向の壁面付近にかけて担体が一部堆積していることが認められた。

この実施例１および比較例１，２より明らかな通り、実施例１によると、担体の流動性が向上するとともに、比較例１，２に比べて処理水質が良好になる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ流動床式生物処理装置（撹拌槽）
２，３，７，８，９，１０，１１，１２，１３撹拌機
４板状体
５槽
６担体

Claims

流動床式生物処理装置の撹拌槽であって、撹拌翼及び上下方向の駆動軸を備えてなる撹拌機が複数個設置された撹拌槽において、
該撹拌機は、該撹拌機の周囲に旋回流を生じさせるものであり、
少なくとも一部の隣接撹拌機の回転方向が反対方向とされると共に、
該回転方向が反対方向とされている隣接撹拌機間に、上下方向かつ双方の撹拌機を結ぶ方向と略直交方向に延在した板状体が配置されており、
該板状体の下端は槽の底部に当接又は近接しており、（板状体の下端が槽の底部に近接している場合、槽の底面と板状体との間の隙間は、槽の水深の２０％以内である。）
該板状体の上端は該槽の水面付近又はそれよりも上位に位置しており、（板状体の上端が槽の水面付近に位置している場合、板状体の上端は水面と同じレベルであるか又は水没しており、水没している場合、水面と板状体の上端との間隔は、槽の水深の２０％以内である。）
該板状体の両側端は該槽の壁面から離隔していることを特徴とする撹拌槽。
請求項１において、前記板状体の水平方向の幅は、前記双方の撹拌機を結ぶ方向と略直交方向の槽壁間長さの５０〜９０％であることを特徴とする撹拌槽。
請求項１又は２において、前記槽は水平方向の一方向に長い非円形槽であり、該槽の長手方向の一端側に流入部が設けられ、他端側に流出部が設けられており、
該槽の長手方向に間隔をおいて前記撹拌機が設置されており、
隣接する撹拌機の回転方向が反対方向であり、隣接する撹拌機同士の間に前記板状体が設置されていることを特徴とする撹拌槽。
請求項３において、下流側に配置された撹拌機のＧ値がそれよりも上流側の撹拌機のＧ値よりも大きいことを特徴とする撹拌槽。