JP7323131B2 - 活性汚泥処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、活性汚泥処理装置に関する。

排水及び／又は汚水等の被処理水を処理する方法の一つとして、活性汚泥処理が知られている。活性汚泥処理では、まず、酸素濃度が高い環境で活発に活動する好気性微生物を含む活性汚泥を被処理水に加える。そして、活性汚泥が加えられた被処理水に空気を加えて被処理水中の酸素濃度を好気性微生物の活動に適した高い酸素濃度にする。これにより、活性汚泥に含まれた好気性微生物を活発に活動させて被処理水を処理することが可能になる。

被処理水に加えられた空気の一部は、被処理水に溶解するものの、残りは、未溶存空気として残る。空気の密度は、被処理水の密度に比べてはるかに小さいため、未溶存空気は、重力方向からみて上方に向けて流れる。すなわち、加えられた気体のうち被処理水に溶存されない未溶存気体が被処理水中を上昇する気体流れが生じる。また、この気体流れに伴って被処理水が流れる液体流れが生じる。活性汚泥処理では、被処理水に空気を送り込むブロワ等が電力等のエネルギーを消費するところ、これらの流れを用いて発電する等してこれらの流れからエネルギーを取り出して利用すれば、活性汚泥処理のエネルギー効率を改善でき得る。

例えば、排水等の被処理水に活性汚泥及び空気を加えて処理する処理槽において、仕切り壁を用いて処理槽を２つの水路を設け、水路の一方のみに空気を加えることで被処理水に旋回水流を生じさせ、この旋回水流によって水車を回転させ、この水車の回転を利用して発電するシステムが提案されている（特許文献１）。

特開２００５－２９９４２７号公報

しかしながら、特許文献１に記載のシステムでは、未溶存空気が上昇する空気流れを利用せず、加えられた空気によって生じる旋回水流を利用して水車を回転させるにとどまる。そのため、未溶存気体が上昇する気体流れのエネルギーの大部分を水車の回転に用いることができず、発電効率に改善の余地がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、被処理水に溶存されない未溶存気体の気体流れが持つエネルギーの利用効率を改善する活性汚泥処理装置を提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、被処理水に溶存されない未溶存気体を集気可能な集気部と、この未溶存気体の気体流れ等から得られる運動エネルギーを回転エネルギーに変換可能なエネルギー変換部とを設けることによって、上記の課題を達成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。具体的に、本発明は以下のものを提供する。

第１の特徴に係る発明は、活性汚泥を用いて被処理水を処理可能な処理槽と、酸素を含む気体を前記処理槽の内部に供給可能な供給部と、前記供給された前記気体のうち、前記被処理水に溶存されない未溶存気体を集気可能な集気部と、前記未溶存気体に伴う流体流れから得られる運動エネルギーを回転エネルギーに変換可能なエネルギー変換部と、前記回転エネルギーを電気エネルギーに変換可能な発電部と、を備える、活性汚泥処理装置を提供する。

第１の特徴に係る発明によれば、供給部から供給された酸素を含む気体が被処理水に供給され、被処理水に含まれる酸素濃度を、活性汚泥に含まれる好気性微生物の活動に適した酸素濃度にする。これにより、好気性微生物が活動し、被処理水を効率よく処理できる。また、被処理水に溶存されない未溶存気体による気体流れに伴う流体流れのうち、気体流れに伴って生じる液体流れによって、被処理水と活性汚泥とが撹拌されて混ざり合い、活性汚泥に含まれる好気性微生物が被処理水の全体を処理できる。さらに、液体流れは、被処理水の表面に波を作り、この波が崩れるときに大気中の酸素が被処理水中に取り込まれる。したがって、被処理水中の酸素濃度は、活性汚泥に含まれる好気性微生物の活動により一層適した酸素濃度となる。

そして、被処理水に溶存されない未溶存気体が集気部によって集気されて未溶存気体の気体流れに伴う流体流れとなり、この流体流れから得られる運動エネルギーがエネルギー変換部によって回転エネルギーに変換される。流体流れの一部である液体流れから得られる運動エネルギーだけでなく、未溶存気体の気体流れから得られる運動エネルギーをも回転エネルギーに変換するため、加えられた空気によって生じる旋回水流を利用して水車を回転させる方法では利用されない未溶存気体の気体流れから得られる運動エネルギーをも利用できる。すなわち、第１の特徴に係る発明によれば、未溶存気体の気体流れが持つエネルギーの利用効率を改善できる。

第１の特徴に係る発明によれば、集気部によって未溶存気体が集気されるため、流体流れの一定時間あたりの流量が増加する。これにより、流体流れの運動エネルギーが増加する。したがって、エネルギー変換部によって回転エネルギーに変換される運動エネルギーが増え、発電部は、より多くの回転エネルギーを電気エネルギーに変換できる。すなわち、未溶存気体の流体流れが持つエネルギーの利用効率をより一層改善できる。

したがって、第１の特徴に係る発明によれば、被処理水に溶存されない未溶存気体に伴う流体流れが持つエネルギーの利用効率を改善する活性汚泥処理装置を提供できる。

第２の特徴に係る発明は、第１の特徴に係る発明であって、前記供給部は、重力方向の下方から上方に向けて前記気体を供給可能であり、前記集気部は、前記供給部の略真上に位置し、前記下方から前記未溶存気体を取り込む第１開口と、前記第１開口の前記上方に位置し、前記第１開口から取り込まれた前記未溶存気体を前記上方に送り出す第２開口とを有し、前記第２開口は、前記第１開口よりも小さく、前記エネルギー変換部は、前記第２開口の前記上方の位置であって、前記第２開口から送り出された前記流体流れから得られる前記運動エネルギーを利用可能な位置に配置される、装置を提供する。

第２の特徴に係る発明によれば、集気部は、供給部から上方に向けて供給される気体のうち被処理水に溶存しない未溶存気体を供給部の略真上に位置する第１開口によって取りこぼすことなく取り込み、第１開口より小さい第２開口から送り出せる。第２開口は第１開口より小さいため、第１開口によって取り込まれた未溶存気体が集められ、流体流れから得られる運動エネルギーが増加する。これにより、第２開口から送り出された気体流れ等の運動エネルギーを利用可能な位置に配置されたエネルギー変換部は、より大きな運動エネルギーを回転エネルギーに変換できる。したがって、発電部は、より多くの電気エネルギーを生成できる。

したがって、第２の特徴に係る発明によれば、未溶存気体に伴う流体流れが持つエネルギーの利用効率をよりいっそう改善できる。

第３の特徴に係る発明は、第２の特徴に係る発明であって、前記集気部を前記上方から見た場合に、前記第２開口の中心位置は、前記第１開口の中心位置に対して前記処理槽外周に近い方向に偏心した位置である、装置を提供する。

活性汚泥を用いた被処理水の処理では、好気性微生物が付着した処理槽外周に接する被処理水中の酸素濃度を高く保つことにより、被処理水の処理効率を改善できる。第３の特徴に係る発明によれば、第１開口の中心位置に対して処理槽外周に近い方向に偏心した位置に第２開口から送り出される未溶存気体に伴う流体流れがあるため、処理槽外周に接する被処理水に含まれる酸素濃度をより高く保つことができ、被処理水の処理効率をよりいっそう改善できる。

第３の特徴に係る発明によれば、処理槽外周に近い方向に第２開口の中心位置があっても、第１開口の中心位置が第２開口の中心位置から処理槽外周から遠い方向に偏心した位置にあるため、第１開口は、処理槽外周と干渉しない。これにより、第２開口に対して第１開口を大きくできる。したがって、第２開口より大きな第１開口を有する集気部によって未溶存気体が集められ、第２開口の大きさが第１開口の大きさと略同じ場合に比べて流体流れの運動エネルギーが増加する。そして、エネルギー変換部によって回転エネルギーに変換される運動エネルギーが増え、発電部は、より多くの電気エネルギーを生成できる。したがって、第３の特徴に係る発明によれば、未溶存気体の気体流れが持つエネルギーの利用効率を改善することと、被処理水の処理効率を改善することとを同時に達成できる。

第４の特徴に係る発明は、第１から第３のいずれかの特徴に係る発明であって、前記エネルギー変換部は、前記流体流れを受けることが可能な受け部を有し、前記受け部は、回転可能であり、回転方向に対して凸状である、装置を提供する。

第４の特徴に係る発明によれば、受け部の回転方向に対する形状が被処理水と受け部との摩擦抵抗が小さい凸状であるため、受け部が回転方向に回転するときに生じる摩擦抵抗によるエネルギー損失を軽減できる。また、回転方向に対して凸状である受け部は、回転方向の反対側、すなわち、未溶存気体に伴う流体流れを受ける側が凹状となり、当該流体流れを逃すことなく受けられる。これにより、エネルギー変換部は、受け部によって逃すことなく受けられた未溶存気体に伴う流体流れから得られる運動エネルギーを回転エネルギーに変換できる。したがって、第４の特徴に係る発明によれば、被処理水に溶存されない未溶存気体に伴う流体流れが持つエネルギーの利用効率をよりいっそう改善可能な活性汚泥処理装置を提供できる。

第５の特徴に係る発明は、第４の特徴に係る発明であって、前記受け部の回転軸は、略水平であり、前記受け部は、前記回転方向が前記下方から前記上方になる位置で前記流体流れを受け止め可能に構成される、装置を提供する。

第５の特徴に係る発明によれば、回転方向が下方から上方になる位置で、受け部が流体流れを受け止めるため、受け部により受け止められた未溶存気体は、下方に対して凹状の受け部の中に一時的に蓄えられる。凹状の受け部の中に蓄えられた未溶存気体の密度が被処理水の密度に比べて著しく小さいため、蓄えられた未溶存気体は、下方から上方に、すなわち、受け部の回転方向に浮力を生じさせる。したがって、エネルギー変換部は、未溶存気体の流体流れから得られる運動エネルギーだけでなく、凹状の受け部の中に蓄えられた未溶存気体の浮力をも回転エネルギーに変換できる。したがって、被処理水に溶存されない未溶存気体の気体流れが持つエネルギーの利用効率をよりいっそう改善可能な活性汚泥処理装置を提供できる。

第６の特徴に係る発明は、第４又は第５の特徴に係る発明であって、前記受け部の上端は、前記処理槽における前記被処理水の定水位より低い、装置を提供する。

受け部が外気と被処理水との境界面で回転する場合、受け部が境界面に波を作ることによってエネルギーを失う造波抵抗が生じ、回転エネルギーの一部が失われる。第６の特徴に係る発明によれば、処理槽において被処理水が定水位まで満たされている場合、受け部の上端を含む受け部全体が被処理水の中にあるため、受け部が外気と被処理水との境界面で回転することがない。したがって、エネルギー変換部は、造波抵抗によって回転エネルギーを失うことなく、未溶存気体に伴う流体流れから得られる運動エネルギーを効率よく回転エネルギーに変換できる。したがって、被処理水に溶存されない未溶存気体に伴う流体流れが持つエネルギーの利用効率をよりいっそう改善可能な活性汚泥処理装置を提供できる。

本発明によれば、被処理水に溶存されない未溶存気体に伴う流体流れが持つエネルギーの利用効率を改善可能な活性汚泥処理装置を提供できる。

図１は、本実施形態の活性汚泥処理装置１に関し、回転軸６２方向からみたときの状態を示す概略模式図である。

以下、本発明を実施するための好適な形態の一例について図１を参照しながら説明する。なお、これはあくまでも一例であって、本発明の技術的範囲はこれに限られるものではない。

＜活性汚泥処理装置１＞
活性汚泥処理装置１は、被処理水を貯留可能な処理槽２と、処理槽２の外部にある気体を処理槽２の底部に送る送気部３と、送気部３から送られた気体を処理槽２の内部に供給可能な供給部４と、供給部４によって供給された気体のうち、被処理水に溶存されない未溶存気体Ｇを集気可能な集気部５と、未溶存気体Ｇに伴う流体流れから得られる運動エネルギーを回転エネルギーに変換可能なエネルギー変換部６と、回転エネルギーを電気エネルギーに変換可能な発電部７と、を含んで構成される。

〔処理槽２〕
処理槽２は、外部から供給される排水、汚水等の被処理水を、活性汚泥を用いて被処理水を処理可能に構成される。処理槽２として、水面の上方が密閉された態様と、水面の上方が開放された態様とが知られている。

図１では、水面の上方に設けられた開口部に蓋をした処理槽２を例示しているが、これに限られるものでない。処理槽２は、水面の上方に開口部を有する槽又は容器であれば、特に限定されない。開口部を有することにより、開口部を介して処理槽２の外部へ未溶存気体Ｇを逃がすことができる。したがって、未溶存気体Ｇが処理槽２内部に充満することを防げる。処理槽２は、水面の上方に蓋又は構造物がない槽又は容器でもよく、水面の上方に蓋をした槽又は容器でもよく、水面の上方に梁又は床等の構造物を有する槽又は容器でもよい。水面の上方に蓋又は構造物がない槽又は容器であることにより、処理槽２の外部へ未溶存気体Ｇをより効率よく逃がせる。処理槽２が水面の上方に蓋をした槽又は容器であることにより、被処理水及び／又は活性汚泥が悪臭を放つものであっても、外部への悪臭の漏出が軽減される。また、処理槽２が水面の上方に蓋をした槽又は容器であることにより、寒冷地での被処理水の温度低下を軽減し得る。蓋は、処理槽２に蓋をした場合に未溶存気体Ｇを外部へ逃がすことが可能であるよう構成されていれば特に限定されないが、容易に開放可能な構造を有する蓋であることが好ましい。容易に開放可能な構造を有する蓋であることにより、処理槽２のメンテナンスが容易になる。水面の上方に梁を有することにより、処理槽２の構造上の強度が増す。水面の上方に床を有することにより、床の上の空間を各種の用途に利用できる。

活性汚泥は、酸素濃度が高い環境で活発に活動する好気性微生物群を含有する。該好気性微生物群は、酸素濃度が高い環境で活発に活動し、被処理水中の有機物等の汚濁物質を分解し、繁殖及び増殖する。したがって、処理槽２に被処理水と活性汚泥とを含む液体を貯留し、酸素濃度が高い環境にすることにより、被処理水中の有機物等の汚濁物質を分解する処理を行える。好気性微生物群によって汚濁物質を分解された被処理水は、処理槽２の外部に送出される。

処理槽２における被処理水の水位が図１に示す処理槽２の定水位Ｗ未満となった場合に外部から被処理水が供給されるよう処理槽２を構成することが好ましい。また、処理槽２における被処理水の水位が処理槽２の定水位Ｗを越えた場合に被処理水が処理槽２の外部へ送出されるよう処理槽２を構成することが好ましい。処理槽２をこれらのように構成することにより、被処理水の水位が定水位Ｗから離れても、水位が定水位Ｗに近づくように被処理水が供給及び／又は送出され得る。

〔送気部３〕
送気部３は、処理槽２の外部にある気体を処理槽２の底部に送る機能を有する。

図１に示す例では、送気部３は、気体に圧力を与えて送り出すブロワ３１と、ブロワ３１から送り出された気体を処理槽２の底部に移送する送気管３２とを含んで構成されている。処理槽２の底部に移送された気体は、後述する供給部４に供給される。

［ブロワ３１］
ブロワ３１は、気体に圧力を与えて送気管３２に向けて送り出す。ブロワ３１の種類は、特に限定されず、エアーブロワ、空気ポンプ等の従来技術の各種の気体送出手段を利用できる。また、気体は、酸素を含有していれば、特に限定されず、例えば、空気等が挙げられる。

［送気管３２］
送気管３２は、ブロワ３１から送出された酸素を含有する気体を処理槽２の底部に移送する。送気管３２の種類は、特に限定されず、従来技術の各種の気体を移送可能な管を利用できる。

〔供給部４〕
供給部４は、送気部３から送出された酸素を含有する気体を処理槽２に貯留された被処理水中に供給する機能を有する。図１に示す例では、処理槽２の内部に配置された供給部４が送気部３から送出された酸素を含有する気体を処理槽２に貯留された被処理水中に供給している。供給部４は、該気体を被処理水中に供給可能であれば、特に限定されず、従来技術の気体を液体中に供給する手段を利用できる。供給部４は、例えば、気体を送出する孔、隙間等の開口部から気体を送出する散気装置（ディフューザーとも称される。）を含む。

該気体を被処理水中に供給する供給部４を有することにより、供給部４から供給された酸素を含む気体が被処理水に供給され、被処理水に含まれる酸素濃度を、活性汚泥に含まれる好気性微生物の活動に適した酸素濃度にできる。これにより、好気性微生物が活動し、被処理水を効率よく処理できる。

供給部４が配置される位置は、図１に示すように、被処理水が処理槽２の定水位Ｗまで満たされているときに被処理水の内部となる処理槽２の下方であることが好ましい。供給部４によって供給される酸素を含有する気体の密度が被処理水の密度に比べて著しく小さいため、該気体は、下方から上方に向かう。供給部４が配置される位置が被処理水の内部となる処理槽２の下方であることにより、供給部４によって供給される酸素を含有する気体は、処理槽２の下方から上方に向けて流れる。これにより、処理槽２の下方にある被処理水のみならず上方にある被処理水をも含めた被処理水全体に含まれる酸素濃度を高め得る。

供給部４の数は、特に限定されないが、複数の供給部４を備えることがより好ましい。複数の供給部４を備えることにより、供給部４に近い被処理水に含まれる酸素濃度が高くなり、供給部４から遠い被処理水に含まれる酸素濃度が低くなることを軽減できる。これにより、より多くの被処理水について、被処理水に含まれる酸素濃度を活性汚泥に含まれる好気性微生物の活動に適した酸素濃度にし得る。

［未溶存気体Ｇ］
供給部４から供給された酸素を含有する気体のうち被処理水に溶存されない未溶存気体Ｇは、図１に示すように、気泡となって上昇する。供給部４により被処理水中に供給された酸素を含有する気体は、その一部が被処理水に溶存され、残りが被処理水に溶存されない未溶存気体Ｇとなる。未溶存気体Ｇの密度が被処理水の密度に比べて著しく小さいため、未溶存気体Ｇは、下方から上方に向かう気体流れを生じる。また、被処理水に溶存されない未溶存気体Ｇによる気体流れに伴う流体流れのうち、気体流れに伴って生じる液体流れによって、被処理水と活性汚泥とが撹拌されて混ざり合い、活性汚泥に含まれる好気性微生物が被処理水の全体を処理できる。

処理槽２が水面の上方に開口部を有する槽又は容器であるため、液体流れは、被処理水の表面に波を作り、この波が崩れるときに大気中の酸素が被処理水中に取り込まれ得る。したがって、被処理水に含まれる酸素濃度は、活性汚泥に含まれる好気性微生物の活動により一層適した酸素濃度となり得る。

〔集気部５〕
集気部５は、供給部４の略上方に配置され、供給部４によって供給された気体のうち、被処理水に溶存されない未溶存気体Ｇを集気可能に構成される。集気部５は、供給部４の略真上に位置し、下方から未溶存気体Ｇを取り込み可能な第１開口５Ａと、第１開口５Ａの上方に位置し、第１開口５Ａから取り込まれた未溶存気体Ｇを上方に送り出す第２開口５Ｂとを有する。

集気部５を備えることにより、集気部５によって未溶存気体Ｇが集気されるため、流体流れの一定時間あたりの流量が増加する。これにより、流体流れの運動エネルギーが増加する。したがって、後述するエネルギー変換部６によって回転エネルギーに変換される流体流れの運動エネルギーが増え、発電部７は、より多くの回転エネルギーを電気エネルギーに変換できる。すなわち、未溶存気体Ｇの流体流れが持つエネルギーの利用効率をより一層改善できる。

集気部５の数は、特に限定されないが、複数の集気部５を備えることがより好ましい。複数の集気部５を備えることにより、複数ある集気部５の間に空間を設けられる。流体流れは、設けられた空間を通行できる。したがって、集気部５が下方から上方に流れる流体流れを止めることがなくなり、集気部５の上方においても被処理水と活性汚泥とが撹拌されて混ざり合い得る。したがって、活性汚泥に含まれる好気性微生物が集気部５の上方にある被処理水をも処理し得る。

集気部５の形状は、第１開口５Ａから取り込まれた未溶存気体Ｇを集気可能であれば、特に限定されないが、重力方向に対して略上方から略下方に向けて広がる略錐台状であることが好ましい。これにより、下方から上方に向かう未溶存気体Ｇの気体流れを開放された底面（第１開口５Ａ）によって取り込み、第１開口５Ａの略上方に位置し、大きさが第１開口５Ａよりも小さい第２開口５Ｂから送出できる。なお、錐台とは、錐体から、頂点を共有し相似に縮小した錐体を取り除いた立体図形をいう。

集気部５が略錐台状であるときの形状は、略円錐台状でもよく、略四角錐台状等の略角錐台状でもよいが、略四角錐台状等の略角錐台状であることがより好ましい。略四角錐台状等の略角錐台状であることにより、曲げ加工等によって曲面を形成する手順よりも容易な、平板状の材料を組み合わせる手順を用いて集気部５を構成できる。

［第１開口５Ａ］
集気部５は、図１に示すように、未溶存気体Ｇを取り込む第１開口５Ａを有する。第１開口５Ａを有することにより、集気部５は、未溶存気体Ｇを取り込める。

第１開口５Ａの位置は、特に限定されないが、供給部４の略真上であり、下方から未溶存気体Ｇを取り込み可能な位置であることが好ましい。これにより、集気部５は、供給部４から上方に向けて供給される気体のうち被処理水に溶存しない未溶存気体Ｇを供給部４の略真上に位置する第１開口５Ａによって取りこぼすことなく取り込める。

［第２開口５Ｂ］
図１に示すように、集気部５は、第１開口５Ａから取り込まれた未溶存気体Ｇを上方に送り出す第２開口５Ｂを有する。第２開口５Ｂを有することにより、第１開口５Ａによって取り込まれた未溶存気体Ｇを、第２開口５Ｂから上方に送り出せる。

第２開口５Ｂの大きさは、特に限定されないが、図１に示すように、第１開口５Ａよりも小さいことが好ましい。第２開口５Ｂの面積の上限は、第１開口５Ａの面積に対して１／４以下であることが好ましく、１／９以下であることがさらに好ましく、１／１６以下であることが最も好ましい。第２開口５Ｂの面積が第１開口５Ａの面積に対して所定の割合以下であることにより、集気部５は、第１開口５Ａによって取り込まれた未溶存気体Ｇを集気し、流体流れから得られる運動エネルギーを増加させることができる。

第２開口５Ｂの面積の下限は、第１開口５Ａの面積に対して１／４００以上であることが好ましく、１／１００以上であることがさらに好ましく、１／２５以上であることが最も好ましい。第２開口５Ｂの面積が第１開口５Ａの面積に対して所定の割合以上であることにより、未溶存気体Ｇの流体流れが第２開口５Ｂを通過するときに未溶存気体Ｇの流体流れが未溶存気体Ｇと集気部５との摩擦抵抗によって失う運動エネルギーを軽減できる。

第２開口５Ｂの中心位置は、図１に示すように、第１開口５Ａの中心位置に対して処理槽２外周に近い方向に偏心した位置であることが好ましい。活性汚泥を用いた被処理水の処理では、好気性微生物が付着した処理槽２の外周に接する被処理水中の酸素濃度を高く保つことにより、被処理水の処理効率を改善できる。第２開口５Ｂの中心位置を偏心した位置にすることで、第１開口５Ａの中心位置に対して処理槽２外周に近い位置に、未溶存気体Ｇに伴う流体流れを配することができるため、処理槽２の外周付近の被処理水に含まれる酸素濃度を、処理槽２の中心付近にある被処理水に含まれる酸素濃度に比べて高く保つことができ、被処理水の処理効率をよりいっそう改善できる。

第１開口５Ａの中心位置に対する第２開口５Ｂの中心位置の偏心率の下限は、５０％以上であることが好ましく、６６％以上であることがさらに好ましく、７５％以上であることが最も好ましい。第１開口５Ａの中心位置に対する第２開口５Ｂの中心位置の偏心率が所定の割合以上であることにより、第２開口５Ｂより大きな第１開口５Ａを有する集気部５によって未溶存気体Ｇが集められ、第２開口５Ｂの大きさが第１開口５Ａの大きさと略同じ場合に比べて流体流れの運動エネルギーが増加する。これにより、後述するエネルギー変換部６によって回転エネルギーに変換される運動エネルギーが増え、発電部７は、より多くの電気エネルギーを生成できる。したがって、未溶存気体Ｇの気体流れが持つエネルギーの利用効率を改善することと、被処理水の処理効率を改善することとを両立できる。

また、第２開口５Ｂの中心位置の第１開口５Ａに対する偏心率の上限は、９５％以下であることが好ましく、９０％以下であることがさらに好ましく、８０％以下であることが最も好ましい。偏心率が高い場合には、第２開口５Ｂと処理槽２外周とが干渉し得る。第１開口５Ａの中心位置に対する第２開口５Ｂの中心位置の偏心率が所定の割合以下であることにより、第２開口５Ｂと処理槽２外周との干渉を防ぎ得る。これにより、第２開口５Ｂに対して第１開口５Ａを大きくできる。

なお、本実施形態において、第１開口５Ａの中心位置に対する第２開口５Ｂの中心位置の偏心率は、第１開口５Ａの中心位置を通る鉛直軸と第２開口５Ｂの中心位置を通る鉛直軸との距離をＸとし、第１開口５Ａの中心位置と処理槽２外周のうち第１開口５Ａの中心位置からみて最も近い位置の方向にある第１開口５Ａの外周との距離をＹとしたときの、（Ｘ／Ｙ）を百分率で表した値をいうものとする。

〔エネルギー変換部６〕
エネルギー変換部６は、未溶存気体Ｇに伴う流体流れから得られる運動エネルギーを回転エネルギーに変換する機能を有する。

エネルギー変換部６は、未溶存気体Ｇに伴う流体流れから得られる運動エネルギーを回転エネルギーに変換可能であれば、特に限定されないが、図１に示すように、第２開口５Ｂの略上方に設けられ、流体流れを受けることが可能な受け部６１と、受け部６１を回転可能に支持する回転軸６２と、受け部６１の回転に伴って回転し、未溶存気体Ｇに伴う流体流れの運動エネルギーから変換された回転エネルギーを後述する発電部７に伝達可能な第１伝達部６３とを有することが好ましい。

未溶存気体Ｇに伴う流体流れから得られる運動エネルギーを回転エネルギーに変換可能なエネルギー変換部６が設けられていることにより、集気部５から出る未溶存気体Ｇの気体流れ及び気体流れに伴って生じる液体流れを含む流体流れから得られる運動エネルギーがエネルギー変換部６によって回転エネルギーに変換される。エネルギー変換部６は、流体流れの一部である液体流れから得られる運動エネルギーだけでなく、未溶存気体Ｇの気体流れから得られる運動エネルギーをも回転エネルギーに変換するため、エネルギー変換部６は、加えられた空気によって生じる旋回水流を利用して水車を回転させる方法では利用されない未溶存気体Ｇの気体流れから得られる運動エネルギーをも利用できる。

エネルギー変換部６が配置される位置は、特に限定されないが、第２開口５Ｂの上方の位置であり、第２開口５Ｂから送り出された流体流れから得られる運動エネルギーを利用可能な位置に配置されることが好ましい。第２開口５Ｂの上方の位置であることにより、下方から上方に向かう未溶存気体Ｇの気体流れ及び気体流れに伴って生じる液体流れは、エネルギー変換部６に向かう。そして、第２開口５Ｂから送り出された流体流れから得られる運動エネルギーを利用可能な位置に配置されることにより、エネルギー変換部６は、集気部５によって集気される前の流体流れの運動エネルギーより大きな運動エネルギーを回転エネルギーに変換できる。したがって、発電部７は、より多くの電気エネルギーを生成できる。

エネルギー変換部６の数は、特に限定されないが、第２開口５Ｂの数と同数のエネルギー変換部６を備えることがより好ましい。第２開口５Ｂの数と同数のエネルギー変換部６を備えることにより、第２開口５Ｂから送り出される流体流れを利用可能な位置にエネルギー変換部６を過不足なく配置できる。したがって、流体流れの運動エネルギーを効率よく回転エネルギーに変換できる。

［受け部６１］
図１に示すように、エネルギー変換部６は、流体流れを受けることが可能であり、回転軸６２に対して回転可能であり、回転方向に対して凸状である受け部６１を有することが好ましい。

受け部６１の回転方向に対する形状が被処理水と受け部６１との摩擦抵抗が小さい凸状であるため、受け部６１が回転方向に回転するときに生じる摩擦抵抗によるエネルギー損失を軽減できる。また、回転方向に対して凸状である受け部６１は、回転方向の反対側、すなわち、未溶存気体Ｇに伴う流体流れを受ける側が凹状となり、当該流体流れを逃すことなく受けられる。これにより、エネルギー変換部６は、受け部６１によって逃すことなく受けられた未溶存気体Ｇに伴う流体流れから得られる運動エネルギーを回転エネルギーに変換できる。したがって、被処理水に溶存されない未溶存気体Ｇに伴う流体流れが持つエネルギーの利用効率をよりいっそう改善可能な活性汚泥処理装置１を提供できる。

エネルギー変換部６は、連動して回転する３以上の受け部６１を含むことが好ましい。エネルギー変換部６が連動して回転する３以上の受け部６１を含むことにより、ある受け部６１が回転して流体流れを受けることが可能な位置から移動した場合でも、連動して回転する他の受け部６１のいずれかが流体流れを受けることが可能な位置に移動できる。

図１に示すように、受け部６１は、略水平な回転軸６２を有し、回転方向が下方から上方になる位置で未溶存気体Ｇの気体流れ及び気体流れに伴って生じる液体流れを含む流体流れを受け止め可能に構成されることが好ましい。

回転方向が下方から上方になる位置で、受け部６１が流体流れを受け止めるため、受け部６１により受け止められた未溶存気体Ｇは、下方に対して凹状の受け部６１の中に一時的に蓄えられる。凹状の受け部６１の中に蓄えられた未溶存気体Ｇの密度が被処理水の密度に比べて著しく小さいため、蓄えられた未溶存気体Ｇは、下方から上方に、すなわち、受け部６１の回転方向に浮力を生じさせる。したがって、エネルギー変換部６は、未溶存気体Ｇの流体流れから得られる運動エネルギーだけでなく、凹状の受け部６１の中に蓄えられた未溶存気体Ｇの浮力をも回転エネルギーに変換できる。したがって、被処理水に溶存されない未溶存気体Ｇの気体流れが持つエネルギーの利用効率をよりいっそう改善可能な活性汚泥処理装置１を提供できる。

受け部６１の上端は、図１に示すように、処理槽２における被処理水の定水位Ｗより低いことが好ましい。

受け部６１が外気と被処理水との境界面で回転する場合、受け部６１が境界面に波を作ることによってエネルギーを失う造波抵抗が生じ、回転エネルギーの一部が失われる。受け部６１の上端が処理槽２における被処理水の定水位Ｗより低いことにより、処理槽２において被処理水が定水位Ｗまで満たされている場合、受け部６１の上端を含む受け部６１全体が被処理水の中にあるため、受け部６１が外気と被処理水との境界面で回転することがない。したがって、エネルギー変換部６は、造波抵抗によって回転エネルギーを失うことなく、未溶存気体Ｇに伴う流体流れから得られる運動エネルギーを効率よく回転エネルギーに変換できる。したがって、被処理水に溶存されない未溶存気体Ｇに伴う流体流れが持つエネルギーの利用効率をよりいっそう改善可能な活性汚泥処理装置１を提供できる。

受け部６１の形状は、回転方向に対して凸状であれば特に限定されず、椀状、湾曲板状等の回転方向に対して凸状である各種の形状でよい。回転方向が下方から上方になる位置で未溶存気体Ｇの気体流れ及び気体流れに伴って生じる液体流れを含む流体流れを受け止め可能に構成される場合、受け部６１の形状は、回転方向に対して凸状である椀状であることが好ましい。椀状であることにより、湾曲板状等の形状を有する受け部６１よりも多くの未溶存気体Ｇを下方に対して凹状の受け部６１の中に一時的に蓄えられる。したがって、より多くの浮力を回転エネルギーに変換できる。

［回転軸６２］
エネルギー変換部６が受け部６１を有する場合、エネルギー変換部６は、図１に示すように、受け部６１を回転可能に支持する回転軸６２を有することが好ましい。受け部６１を回転可能に支持する回転軸６２を有することにより、受け部６１は、流体流れから得られる運動エネルギーを、回転軸６２を回転させる回転エネルギーに変換できる。

エネルギー変換部６が連動して回転する３以上の受け部６１を含み、回転方向が下方から上方になる位置で未溶存気体Ｇの気体流れ及び気体流れに伴って生じる液体流れを含む流体流れを受け止め可能に受け部６１が構成されている場合、回転軸６２は、略水平に構成されていることが好ましい。回転軸６２が略水平に構成されていることにより、連動して回転する受け部６１のいずれかについて回転方向が下方から上方になるよう受け部６１を構成できる。したがって、受け部６１のいずれかは、回転方向が下方から上方になる位置で未溶存気体Ｇの気体流れ及び気体流れに伴って生じる液体流れを含む流体流れを受け止められる。

［伝達部６３］
エネルギー変換部６が回転軸６２を有する場合、エネルギー変換部６は、図１に示すように、受け部６１の回転に伴って回転し、後述する伝達部材７１に回転エネルギーを伝達可能な伝達部６３を有することが好ましい。受け部６１の回転に伴って回転し、後述する伝達部材７１に回転エネルギーを伝達可能な伝達部６３を有することにより、後に詳しく説明する発電部７が有する伝達部材７１を介して発電機７２に回転エネルギーを伝達できる。伝達部６３の構成は、特に限定されず、プーリー、歯車等の伝達部材７１に回転エネルギーを伝達可能な各種の構成でよい。

〔発電部７〕
発電部７は、エネルギー変換部６によって変換された回転エネルギーを電気エネルギーに変換する機能を有する。図１に示す例では、発電部７は、伝達部６３から回転エネルギーを伝達される伝達部材７１と、伝達部材７１に伝達された回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機７２とを有する。

発電部７の数は、特に限定されないが、エネルギー変換部６の数と同数であることが好ましい。発電部７の数がエネルギー変換部６の数と同数であることにより、発電部７とエネルギー変換部６とを１対１に対応させることができるため、エネルギー変換部６それぞれの回転エネルギーに関する回転数の違い等を考慮することなく、回転エネルギーを電気エネルギーに変換できる。また、設備の設置費用を抑えることができる。

発電部７は、図１に示す例のように、エネルギー変換部６と別体に構成されていてもよく、エネルギー変換部６の回転軸６２に発電機７２を接続する等してエネルギー変換部６と一体に構成されていてもよい。発電部７をエネルギー変換部６と別体に構成し、被処理水から離れた位置に設置することにより、発電部７が被処理水によって濡れることを軽減できる。発電部７をエネルギー変換部６と一体に構成することにより、エネルギー変換部６から発電部７へ回転エネルギーを伝達するときに生じる回転エネルギーの伝達ロスを軽減できる。

［伝達部材７１］
エネルギー変換部６が伝達部６３を有する場合、発電部７は、図１に示すように、伝達部６３から回転エネルギーを伝達され、伝達された回転エネルギーを後述する発電機７２に伝達する伝達部材７１を有することが好ましい。これにより、伝達部６３及び伝達部材７１を介して、エネルギー変換部６から発電機７２へ回転エネルギーを伝達できる。

伝達部材７１の構成は、特に限定されない。伝達部６３がプーリーである場合、伝達部材７１は、伝達部６３との摩擦によって伝達部６３から回転エネルギーを伝達されることが可能なベルトであることが好ましい。伝達部６３が歯車である場合、伝達部材７１は、歯型を噛み合わせることで伝達部６３から回転エネルギーを伝達されることが可能な歯付きベルト、又は、歯型を噛み合わせることで伝達部６３から回転エネルギーを伝達される歯車と回転エネルギーを伝達する軸と歯型を噛み合わせることで発電機７２に回転エネルギーを伝達する歯車とを組み合わせた伝達部材のいずれかであることが好ましい。

［発電機７２］
発電部７は、回転エネルギーを電気エネルギーに変換可能な発電機７２を有する。回転エネルギーを電気エネルギーに変換可能な発電機７２を有することにより、回転エネルギーを電気エネルギーに変換できる。そして、活性汚泥処理装置１が行う活性汚泥処理に関するエネルギー効率が改善される。発電機７２の構成は、特に限定されず、従来技術の回転エネルギーを電気エネルギーに変換可能な各種の発電機を用いて構成できる。

＜活性汚泥処理装置１の使用方法＞
以下、活性汚泥処理装置１の使用方法の一例について説明する。

活性汚泥処理装置１の利用者は、ブロワ３１のスイッチを入れる等してブロワ３１を動作させる。ブロワ３１が酸素を含有する気体を送出し、送出された気体は、送気管３２を介して処理槽２の底部に設けられた供給部４へ移送される。供給部４に移送された気体は、供給部４から処理槽２に貯留された被処理水中へ供給され、一部が被処理水中に溶存し、溶存されない未溶存気体Ｇは、被処理水中を下方から上方へ流れる気体流れとなる。

この未溶存気体Ｇの気体流れは、被処理水の液体流れを伴う流体流れとなって、供給部４の略上方に設置された集気部５へ向かう。未溶存気体Ｇは、第１開口５Ａによって集気部５に取り込まれ、集気されて、第２開口５Ｂからエネルギー変換部６へ送り出される。エネルギー変換部６は、未溶存気体Ｇの流体流れから得られる運動エネルギーを回転エネルギーに変換する。

この回転エネルギーは、発電部７によって、電気エネルギーに変換される。したがって、被処理水に溶存されない未溶存気体Ｇの気体流れが持つエネルギーの利用効率を改善する活性汚泥処理装置１を提供できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限るものではない。また、上述の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したものに過ぎず、本発明による効果は、上述の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

また、上述の実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

１ 活性汚泥処理装置
２ 処理槽
３ 送気部
３１ ブロワ
３２ 送気管
４ 供給部
５ 集気部
５Ａ 第１開口
５Ｂ 第２開口
６ エネルギー変換部
６１ 受け部
６２ 回転軸
６３ 伝達部
７ 発電部
７１ 伝達部材
７２ 発電機
Ｇ 未溶存気体
Ｗ 定水位

Claims (5)

1. 活性汚泥を用いて被処理水を処理可能な処理槽と、
   酸素を含む気体を前記処理槽の内部に供給可能な供給部と、
   前記供給された前記気体のうち、前記被処理水に溶存されない未溶存気体を集気可能な集気部と、
   前記未溶存気体に伴う流体流れから得られる運動エネルギーを回転エネルギーに変換可能なエネルギー変換部と、
   前記回転エネルギーを電気エネルギーに変換可能な発電部と、
   を備え、
   前記供給部は、重力方向の下方から上方に向けて前記気体を供給可能であり、
   前記集気部は、
   前記供給部の略真上に位置し、前記下方から前記未溶存気体を取り込む第１開口と、
   前記第１開口の前記上方に位置し、前記第１開口から取り込まれた前記未溶存気体を前記上方に送り出す第２開口とを有し、
   前記第２開口は、前記第１開口よりも小さく、
   前記エネルギー変換部は、前記流体流れを受けることが可能な受け部を有し、
   前記受け部は、回転可能であり、前記受け部の回転によって前記未溶存気体に伴う前記流体流れから得られる運動エネルギーを回転エネルギーに変換可能であり、
   前記集気部を前記上方から見た場合に、前記第２開口の中心位置は、前記第１開口の中心位置に対して前記処理槽外周に近い方向に偏心した位置である、
   活性汚泥処理装置。
2. 前記第１開口の中心位置を通る鉛直軸と前記第２開口の中心位置を通る鉛直軸との距離をＸとし、前記第１開口の中心位置と前記処理槽の外周のうち前記第１開口の中心位置からみて最も近い位置の方向にある前記第１開口の外周との距離をＹとしたときの、（Ｘ／Ｙ）を百分率で表した値で定義される、前記第１開口の中心位置に対する前記第２開口の中心位置の偏心率が５０％以上９５％以下である、請求項１に記載の装置。
3. 前記受け部は、回転方向に対して凸状である、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記受け部の回転軸は、略水平であり、
   前記受け部は、前記回転方向が前記下方から前記上方になる位置で前記流体流れを受けることが可能に構成される、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記受け部の上端は、前記処理槽における前記被処理水の定水位より低い、請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。