JPH09168792A - 微細気泡形成装置 - Google Patents

微細気泡形成装置

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JPH09168792A
JPH09168792A JP33030395A JP33030395A JPH09168792A JP H09168792 A JPH09168792 A JP H09168792A JP 33030395 A JP33030395 A JP 33030395A JP 33030395 A JP33030395 A JP 33030395A JP H09168792 A JPH09168792 A JP H09168792A
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Mitsumasa Murakami
光正 村上
Yoshinori Hamaya
芳則 浜谷
Akira Matsumura
明 松村
Kazuyoshi Nishida
和善 西田
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    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10Biological treatment of water, waste water, or sewage

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所望の微細気泡が得られる微細気泡形成装置
を提供することにある。 【解決手段】 断面円形を有する散気管16の外周面の
うち、吐出流の上流側に気体の吐出孔18を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は曝気装置などで微細
気泡を形成するための微細気泡形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、汚水に空気を送り込んで酸素を
効率良く汚水に溶解させるには、送り込む気泡を小さく
して接触面積を大きくしたり、あるいは、接触時間を長
くすることが効果的である。これに関し、例えば、特公
平2−32957号公報に記載の曝気装置が開示されて
いる。すなわち、この曝気装置は、軸流ポンプのインペ
ラーの直下に空気を供給する環状の散気管を設け、この
散気管の内周面から吐出された空気をインペラーが起こ
した水流でせん断し、微細気泡を形成するものである。
【0003】ところで、図9(a)に示すように吐出孔
4を介して流れの中に供給された空気5は引き伸ばされ
た後、端部がくびれて気泡6を形成する。このため、こ
の伸びを短くするほど、つまり、より大きなせん断力を
与えるほど、空気5は細く短かくなり、これから形成さ
れる気泡6が小径化することは周知である。また、表面
張力に対して相対的にせん断力を大きくする手段とし
て、(1)流速を速くする、(2)空気の供給量を少な
くする、(3)空気の吐出孔を小さくすることが知られ
ている。これらの手段を施した際の効果を図7,図8に
示す。なお、図7,図8は、いずれも図9(b)に示す
断面円形の散気管7を使用するとともに、この散気管7
の前縁Xを基準とし、これから45度離れた位置に空気
の吐出孔8を穿設した。
【0004】一方、図9(b)およびこれを部分的に拡
大した図9(c)に示すように、流れの中に散気管7を
配置した場合、散気管7の廻りには境界層と乱流域とが
形成され、前記境界層は下流ほど層厚が厚いことが知ら
れている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ここで、前述の曝気装
置についてみてみると、インペラの直下に配設された環
状の散気管の内周面には、境界層が形成され、前記散気
管に設けた吐出孔から供給された空気は前記境界層で引
き伸ばされ、乱流域で大きなせん断力を受け気泡を形成
する。そこで、前述の曝気装置において供給された空気
に対して大きなせん断力を付与するために前述の
(1),(2),(3)の手段を適用した場合、(1)
水流の流速を上げると、せん断力は大きくなるが気泡が
汚水中に滞留する時間(汚水と気泡との接触時間)が短
かくなり、気泡を小さくした効果がなくなる。しかも、
流速を上げるために大型のポンプが必要となり、装置全
体が大型化し、エネルギー効率が低下する。また、
(2)空気の供給量は汚水の処理量から必要量が決まる
ので、その必要量より少なくすることはできない。さら
に、(3)空気の吐出孔を小さくすると、頻繁に目詰ま
りを起こす。よって、前述の曝気装置で目詰まりを起こ
さず、所定の滞留時間を確保するようにすると、気泡径
は4〜6mm程度にするのが限界であり、これより小径
の気泡を得るのは困難であった。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決するためになされたもので、散気管の廻りに形成さ
れる境界層は、前記のように散気管の場所によって厚さ
が異なることに着目し、空気の吐出孔を境界層の薄い部
分に設けることにより、従来の曝気装置と同程度の流速
あるいは吐出孔の大きさで従来の気泡(直径4〜6m
m)より小径の気泡(直径1.5〜3mm)を得るよう
にしたものである。
【0007】すなわち、本発明にかかる微細気泡装置
は、ポンプからの吐出流の中に断面円形または断面流線
形の散気管を配設し、前記散気管の外周面のうち、前記
吐出流の上流側に気体の吐出孔を穿設したものである。
また、前記散気管は所定間隔をもって複数本並設しても
よく、さらに、前記散気管は前記ポンプからの吐出流を
囲むケーシング内に配設してもよい。
【0008】
【作用】本発明は、散気管の廻りに形成される境界層の
うち、この境界層の薄い部分に気体の吐出孔を設けたの
で、供給された気体が乱流域に到達しやすくなり、せん
断力の弱い境界層での気体の伸び(境界層での滞在時
間)が短くなる。また、複数本の散気管を所定間隔で並
設することにより、散気管相互間の流路の断面積が小さ
くなるので、流速が増速する。特に、散気管の断面を流
線形とすることにより、散気管後方での渦の発生を防止
できる。
【0009】
【発明の実施の形態】次に、本発明にかかる実施の形態
を図1および図2の添付図面に従って説明する。図1に
示すように、本実施形態にかかる曝気装置10は、汚水
2を溜めた曝気槽1の底面に設置され、空気供給ホース
3を介して供給された空気から微細気泡を形成し、好気
状態を維持するものである。
【0010】前記曝気装置10は、図2(a)に示すよ
うに、モータ11に連結されたインペラー12を回転さ
せて水流を起こす水中ミキサー13と、この水中ミキサ
ー13が起こした水流の下流側に配置されるノズルボッ
ク14とで構成されている。なお、水中に水流を起こす
ための手段としては、前記水中ミキサー13に限らず、
例えば、軸流ポンプ,渦巻ポンプ等のポンプであっても
よく、必ずしも水平方向に配置する必要はなく、その軸
心が上下方向となるように配置してもよい。また、曝気
装置の設置位置も曝気槽の底部である必要はなく、任意
の深さに設けて良い。
【0011】前記ノズルボックス14は、図2(b)に
示すように、ケーシング15内に所定の間隔で並設した
複数本の散気管16を空気供給管17に接続したもので
ある。そして、空気供給ホース3から送られてきた空気
を、前記空気供給管17を介して散気管16に供給し、
この散気管16の吐出孔18から空気を吐出させる(図
3)。なお、前記ケーシング15は必ずしも設ける必要
はないが、設けた方が前記水中ミキサー13の起こした
水流に同一方向の流れを形成しやすくなる。
【0012】さらに、前記散気管16は断面円形に限ら
ず、例えば、断面流線形,断面楕円形であってもよい
が、空気の吐出孔18は、境界層が形成される表面のう
ち、境界層の厚さが薄い部分、すなわち、散気管の上流
側の面に設ける必要がある。この領域外に吐出孔18を
設けると、境界層が厚くなり、この境界層内で供給され
た空気が長く伸ばされ、境界層内に長時間滞溜するた
め、所望の微細気泡が得られず、気泡径が大きくなるか
らである。なお、散気管16の上流側の面において吐出
孔18を設ける位置,ピッチ,直径,個数を必要に応じ
て適宜選択できることは勿論である。
【0013】並設する散気管16相互の間隔は、例え
ば、散気管16が断面円形である場合、その直径の0.
3倍以上、1.5倍以下であることが好ましい。また、
散気管16が断面流線形である場合も、その最大翼厚の
0.3倍以上、1.5倍以下であることが好ましい。0.
3倍未満であると、散気管と散気管との間が狭くなりす
ぎて圧力損失が大きくなり、流速も上がりにくくなるか
らであり、1.5倍を越えると、流速が遅くなって気泡
径が大きくなるからである。
【0014】
【実施例】次に、本発明にかかる曝気装置について微細
気泡を形成できる最適条件を知るため、以下のような実
験を行った。なお、図3(a)に示すように、散気管1
6が断面円形である場合、吐出孔18を設ける位置は前
縁Aを基準とし、これから22.5度、45度、67.5
度、90度、135度、および、180度離れた位置を
それぞれB、C、D、E、FおよびGとした。また、図
3(b)に示すように、散気管16が断面流線形である
場合、吐出孔18を設ける位置は前縁Aを基準とし、こ
れから約45度離れた位置をBとし、さらに離れた位置
を順次C、Dとした。
【0015】(実施例1)本実施例は、断面円形の散気
管にて微細気泡を形成できる吐出孔の最適な位置を見い
出すために行った実験であり、外径17mm,内径13
mm,長さ210mmの散気管を使用した。そして、こ
の散気管に直径0.5mmの吐出孔をピッチ4mmで合
計26個設けた。ついで、空気量を毎分2リットル、水
の流速1m/sとし、吐出孔の位置をA,B,C,D,
E,F,Gと変えて生じた気泡の直径を測定し、その平
均直径から気泡の体積を求めた。実験結果を図4に示
す。
【0016】図4から明らかなように、前縁Aから約9
0度離れた位置Eまでの間に吐出孔を設ければ、ほぼ最
小の気泡を得られることが判明した。
【0017】(実施例2)本実施例は、断面流線形の散
気管にて微細気泡を形成できる吐出孔の最適な位置を見
い出すために行った実験であり、翼弦長さ24mm,最
大翼厚12mm,長さ210mmの散気管を使用した。
そして、この散気管に直径0.5mmの吐出孔をピッチ
4mmで合計26個設けた。ついで、空気量を毎分10
リットル、水の流速1m/sとし、その平均直径から気
泡の体積を求めた。実験結果を図5に示す。図5から明
らかなように、前縁Aから位置Cまでの間に吐出孔を設
ければ、ほぼ最小の気泡を得られることが判明した。
【0018】(実施例3)本実施例は、散気管の間隔と
水の流速との関係から微細気泡を形成できる最適条件を
知るために行った実験であり、実施例2の散気管と同一
外形寸法を有する断面流線形の散気管を使用した。そし
て、この散気管に直径0.5mmの吐出孔を位置Bにピ
ッチ4mmで合計26個設けた。ついで、散気管相互の
間隔を、散気管の最大翼厚寸法の1.5倍、1.0倍、
0.66倍、0.33倍とした場合、および、相互に接
触させた場合につき、空気量を毎分10リットルとし、
水の流速を0m/sから1m/sまで変化させて生じた
気泡の直径を測定し、その平均直径から気泡の体積を求
めた。実験結果を図6に示す。
【0019】図6から明らかなように、水の流速が早け
れば早いほど、気泡が小さくなることが判明した。ま
た、散気管相互の間隔が、散気管の最大翼厚寸法の0.
66倍である場合に気泡が最も小さくなることがわかっ
た。
【0020】以上の実施例から、散気管の前面、すなわ
ち境界層内の前縁あるいは前縁から少し離れた境界層の
薄い領域内に吐出孔を設け、特に、散気管が断面流線形
である場合に、散気管相互の間隔が散気管の最大翼厚寸
法よりも若干狭い場合に微細気泡が得られることがわか
った。
【0021】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
にかかる曝気装置によれば、散気管の廻りに形成される
境界層の薄い散気管の上流側の面に気体の吐出孔を設け
るので、境界層での気体の移動量(気体の伸び)が短く
なり、供給された気体が乱流域に到達しやすくなること
により、所望の微細な気泡が得られる。また、複数の散
気管を設けて隣接する散気管の間に形成される流路の断
面積を小さくして流速を上げ、せん断力を増加させるこ
とにより、ポンプ等を大型化しなくとも、形成される気
泡の径を小さくできる。そして、散気管の断面形状を流
線形にし、散気管背面での渦の発生を防止することによ
り、気泡同志が衝突して合体し、大型化するのを防げる
という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明にかかる曝気装置の使用状態を示す断
面図である。
【図2】 本発明にかかる曝気装置を示し、図(a)は
正面図、図(b)はノズルボックスの側面図である。
【図3】 本発明の実施例にかかる散気管を示し、図
(a)は断面円形の散気管の断面図、図(b)は断面流
線形の散気管の断面図である。
【図4】 本発明にかかる実施例1の測定結果を示すグ
ラフ図である。
【図5】 本発明にかかる実施例2の測定結果を示すグ
ラフ図である。
【図6】 本発明にかかる実施例3の測定結果を示すグ
ラフ図である。
【図7】 空気量と水の流速との関係を示すグラフ図で
ある。
【図8】 吐出孔径と供給空気量との関係を示すグラフ
図である。
【図9】 気泡が形成されるメカニズムを説明するため
の説明図であり、図(a)はノズルから空気を吐出した
場合の説明図、図(b)は散気管に水流が衝突した場合
に境界層が形成される場合を示す説明図、図(c)は図
(b)の部分拡大図である。
【符号の説明】
10…曝気装置、11…モータ、12…インペラー、1
3…水中ミキサー、14…ノズルボックス、15…ケー
シング、16…散気管、18…吐出孔。
フロントページの続き (72)発明者 松村 明 大阪府大阪市西区京町堀2丁目4番7号 中外炉工業株式会社内 (72)発明者 西田 和善 大阪府大阪市西区京町堀2丁目4番7号 中外炉工業株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポンプからの吐出流の中に断面円形また
    は断面流線形の散気管を配設し、前記散気管の外周面の
    うち、前記吐出流の上流側に気体の吐出孔を穿設したこ
    とを特徴とする微細気泡形成装置。
  2. 【請求項2】 前記散気管を所定間隔で複数本並設した
    ことを特徴とする請求項1に記載の微細気泡形成装置。
  3. 【請求項3】 前記散気管を、前記ポンプからの吐出流
    を囲むケーシング内に配設したことを特徴とする請求項
    1または2に記載の微細気泡形成装置。
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