JPH09314190A - 閉鎖水域汚水浄化装置及び浄化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】かなり小さい圧力損失で、水流中への高効率な
空気及びオゾンの溶解が達成され、閉鎖水域汚水の浄化
が十分に達成される閉鎖水域汚水の浄化技術を提供す
る。 【解決手段】下部に開口端を有する有蓋円筒体と、その
下部開口端に積重結合された中央に貫通孔を備えた旋回
気液混合流形成装置とから構成されたエアレータと、同
エアレータの同旋回気液混合流形成装置の気液混合物導
入口に接続された空気及びオゾン溶解汚水移送管と、同
移送管の途中に空気及びオゾン供給装置を配設してな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気及びオゾン気体
を、湖沼、公園池等の閉鎖水域汚水に効率的に溶解供給
して汚水を浄化する閉鎖水域汚水浄化装置及び浄化方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
閉鎖水域における汚水の浄化にはエアレーションによる
方法や凝集剤を使用してフロックを生成沈降させる方法
などが採用されている。エアレーションによる場合、管
状や板状のエアレータ細孔から空気を水中に加圧して噴
き出すことによって気泡を細分化する方式や回転羽根や
気泡噴流などによりせん断力が形成された汚水流内に空
気を入れてそれを細分化する方式等があった。

【０００３】そして、これらの機能を有するエアレータ
によるエアレーションでは、基本的には空気の送給量や
それぞれのエアレータの設置個数等によって必要な調節
が行われている。しかし、省エネルギー型の汚水浄化用
エアレータの開発のためには、特に空気等を汚水中に高
効率で溶解させ、さらには水の循環を促進する必要があ
る。

【０００４】ところが、上記従来の方式のエアレーショ
ンは、そのほとんどが噴き出しによる散気方式か回転羽
根や突起体とのせん断によって気泡を発生させる方式で
あるために、例えば、散気管、散気板、散気筒からの噴
き出し方式では、そこにいかに微細な細孔を設けても、
気泡が細孔から噴出する際の気泡の表面張力によって、
結果的に数ｍｍ程度の径を有する大きな気泡が発生して
しまい、それよりも小さな気泡を発生させることが不可
能であり、また、その長時間運転に伴って発生する目づ
まりと動力費の増大の問題が存在した。一方、回転羽根
や気泡噴流などによりせん断力が形成された汚水流内に
空気を入れてそれを細分化する方式では、キャビテーシ
ョンを発生させるのに高速の回転数が要求され、その動
力費の問題やキャビテーション発生に伴って急激に進行
する羽根の腐食や振動問題があり、さらに、微細気泡の
生成が少ないという問題もあった。そしてまた、回転羽
根や突起に気液二相流を衝突する方式においては、魚類
や水小生物が破壊されてしまい、水生生物の生育に必要
な環境の形成・維持に支障を来した。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者らは上
記従来技術の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた結
果、コンパクトな容積・形状でありながら水に対して気
体溶解効率の優れたエアレータを開発し、そしてそのエ
アレータを閉鎖水域汚水中に配設した閉鎖水域汚水浄化
装置を開発した。すなわち本発明は、以下の構成の閉鎖
水域汚水浄化装置及び閉鎖水域汚水浄化方法である。 （１）下部に開口端を有する有蓋円筒体と、その下部開
口端に積重結合された中央に貫通孔を備えた旋回気液混
合流形成装置とから構成されたエアレータと、同エアレ
ータの同旋回気液混合流形成装置の気液混合物導入口に
接続された空気及びオゾン溶解汚水移送管と、同移送管
の途中に空気及びオゾン供給装置を配設してなることを
特徴とする閉鎖水域汚水浄化装置。 （２）有蓋円筒体の蓋部が、椀状のものであることを特
徴とする前記（１）項記載の閉鎖水域汚水浄化装置。 （３）旋回気液混合流形成装置が、気液混合物が接線方
向から導入される導入口を備えた円環状溝とその内側に
浅い円柱状凹部を備え、かつ前記円環状溝と円柱状凹部
との間には１条又は複数条の斜めに削成された連通条溝
を所々に備え、そして前記浅い円柱状凹部の中央には下
方へ延設された貫通孔を備えてなることを特徴とする
（１）項又は（２）項記載の閉鎖水域汚水浄化装置。 （４）旋回気液混合流形成装置が、気液混合物が接線方
向から導入される導入口を備えた円環状溝とその内側に
浅い円柱状凹部を備え、かつ前記円環状溝と円柱状凹部
との間には１条又は複数条の斜めに削成された連通条溝
を所々に備え、そして前記浅い円柱状凹部の中央には下
方へ延設された貫通孔を備えてなり、さらに前記貫通孔
は途中で曲折されてその先端孔が下部側方へ開口される
ごとく設けられてなることを特徴とする（１）項ないし
（３）項のいずれかに記載の閉鎖水域汚水浄化装置。

【０００６】（５）空気及びオゾン供給装置が、アスピ
レータタイプのものであることを特徴とする（４）項記
載の閉鎖水域汚水浄化装置。 （６）空気及びオゾン供給装置が、内部に水が流れる通
気性多孔質管であることを特徴とする（４）項記載の閉
鎖水域汚水浄化装置。 （７）下部に開口端を有する有蓋円筒体と、その下部開
口端に積重結合された中央に貫通孔を備えた旋回気液混
合流形成装置とから構成されたエアレータを閉鎖水域汚
水中に配設し、同エアレータの同旋回気液混合流形成装
置の気液混合物導入口に空気及びオゾン溶解汚水移送管
を接続し、同移送管の途中には空気及びオゾン供給装置
を配設し、空気及びオゾンの微細気泡を閉鎖水域汚水中
に放出して同汚水を浄化することを特徴とする閉鎖水域
汚水浄化方法。 （８）有蓋円筒体の蓋部が、椀状のものであることを特
徴とする（７）項記載の閉鎖水域汚水浄化方法。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１は、本発明に係るエアレータを備え
た閉鎖水域汚水浄化装置の全体構成説明図を示すが、図
中、１００はエアレータ（有蓋円筒体１及び旋回気液混
合流形成装置２からなる）、３は空気及びオゾン溶解汚
水移送管（気液混合物導入管）、４は空気及びオゾン供
給装置、５は閉鎖水域（湖沼）、５１はストレーナ、５
３は送水ポンプ、５２はヘッダであり、３１は汚水導出
移送管である。図２は本発明に係るエアレータの中央断
面図（図４のＸ−Ｘ断面図）を示し、図中１は有蓋円筒
体、１０は蓋部、１１は開口端、２は旋回気液混合流形
成装置、２０は貫通孔、２２は円環状溝、２３は浅い円
柱状凹部、２５は先端孔、２６は下部材、２７は上板、
２８はビス、３は空気及びオゾン溶解汚水移送管を示
す。なお、有蓋円筒体１内における気液混合流の旋回移
動状態を矢印で示している。図３は図２に示すエアレー
タの有蓋円筒体１を除去したものの平面図であり、図
中、２１は導入口、２４は連通条溝である。図４は図２
に示すエアレータの平面図であり、気液混合流の流通方
向を矢印で示している。図５は実施例装置のエアレータ
と他の方式のエアレータを使用して空気を水に溶解した
時の成績結果（溶存酸素濃度：ＤＯ）を表したグラフ図
である。

【０００８】上記発明に係る汚水中に空気及びオゾンを
放出するためのエアレータおいては、有蓋円筒体１の蓋
部１０は椀状物を被せた状態のものが旋回水流の形成に
有利であるが、水平な蓋であってもよい。エアレータの
構成材料は、プラスチック、金属、ガラス等であってよ
いが、水中に設置するため高比重のものが好ましい。た
だし、耐オゾン性の材料が好ましい。上記、旋回気液混
合流形成装置２の、円環状溝２２とその内側に浅い円柱
状凹部２３との間に斜めに削成して設けられる連通条溝
は、１条であってもよいが、２〜４条の複数条を相互に
対象配置に設けると気液混合流が強力に旋回され、有蓋
円筒体内に奇麗な幾何学模様の竜巻状の気液分離形状が
形成され、溶存酸素量及びオゾン溶解効率も向上する。
上記発明においては、空気及びオゾン供給装置４は、前
記のごとくアスピレータタイプであってもよく、また、
流水中にオゾン混入の加圧空気をノズルから噴出するタ
イプのものであってもよい。さらにまた、例えば特開平
５−６４５３２号公報に記載のごとき多孔質の水移送管
を大気内に露出して設けてなる吸込式エアレータであっ
てもよく、また気体供給管の中側に多孔質の水移送管を
配設してなる吸込式エアレータであってもよい。その場
合、多孔質の水移送管又は／及び多孔質の気体（空気及
びオゾン）供給管の連通細孔の孔径は５００μｍ以下で
あることが好ましい。そして、上記の多孔質の気体供給
管又は／及び多孔質の水移送管は、縦置き型又は横置き
型あるいは斜方置き型であってよく、また、多孔質の水
移送管又は／及び多孔質の気体供給管をサイフォン配置
としてもよい。さらに、多孔質の気体供給管又は／及び
多孔質の水移送管は、横置き型又は斜方置き型の漸縮管
であってもよく、その場合は、横置き型又は斜方置き型
の漸縮管の最大負圧又は最小正圧発生部位に多孔質管を
配設することが好ましい。

【０００９】以上の発明においては、図２に示すごと
く、外部において気液混合された混合物は空気及びオゾ
ン溶解汚水移送管３から旋回気液混合流形成装置２に入
り、そこで旋回流となって有蓋円筒体１内に流入する。
流入した気液混合物は矢印で示すごとく旋回しなが上方
へ昇った後、流下して下部の中央貫通孔２０を経て（先
端孔２５から）器外へ放出される。この間、気液混合物
は旋回気液混合流形成装置２内における旋回により、気
液接触が強力に行われ、また次いで有蓋円筒体１内にお
ける旋回上下動により剪断力が付与されつつ気液接触が
更に強力に進む。その結果、水中への気体溶解効率が大
幅に向上する。この際、有蓋円筒体１内においては、気
液分離形状が図２に示すごとく竜巻状、又は縄状にな
り、気体と液体とは加圧接触状態となるので、気体の液
中への溶解がより効率的に進行する。さらに、閉鎖水域
５中に設置されたエアレータ１００の下部側壁の先端孔
２５から気液混合物流が噴出されると、その噴出流によ
り閉鎖水域５中に循環流が生成する。これにより閉鎖水
域５中の水中の溶存酸素濃度（Ｄ．Ｏ）は上昇し及びオ
ゾンの水中溶存濃度が均等化する。

【００１０】

【実施例】

［実施例１］本実施例に係るエアレータは図２にその中
央断面を図示すごとく、有蓋円筒体１とその下に積重結
合された旋回気液混合流形成装置２と空気及びオゾン溶
解汚水移送管３とから構成される。有蓋円筒体１は、上
部に椀型の蓋部１０を備え、下端に開口端１１を有して
いる。旋回気液混合流形成装置２は、その内部におい
て、図２〜図４に示すごとく、気液混合物が接線方向か
ら導入される導入口２１を備えた円環状溝２２とその内
側に浅い円柱状凹部２３を備えており、かつ円環状溝２
２と円柱状凹部２３との間には２条の斜めに削成された
連通条溝２４を備えている。２７は上板であり、２８は
上板２７と下部材２６とを一体化するためのビスであ
る。そして前記浅い円柱状凹部２３の中央には下方へ延
設された貫通孔２０を有しており、さらに該貫通孔２０
は途中で四方へ曲折されてその先端孔２５・・が下部側
方へ開口されている。さらに、旋回気液混合流形成装置
２の気液混合物導入口２１には空気及びオゾン溶解汚水
移送管３が接続されている。また、空気及びオゾン溶解
汚水移送管３の途中には、空気及びオゾン供給装置（ア
スピレータ）４を取着してあるが、この空気及びオゾン
供給装置４は旋回気液混合流形成装置２へ送給される汚
水流中に空気及びオゾン気体を混入させるためのもので
あるから、アスピレータに限らず、水流中にオゾンを含
む加圧空気をノズルから噴出するタイプのものや内部に
水が流れる通気性多孔質管で構成されるものであっても
よい。

【００１１】このエアレータは、閉鎖水域の汚水浄化に
適用する時は、図１に示すごとく、閉鎖水域（湖沼）５
の底部に設置される。エアレータの導入口（２１）には
空気及びオゾン溶解汚水移送管３の端部が結合され、同
移送管３の途中には、空気及びオゾン供給装置４が取り
付けられる。閉鎖水域５外部の空気及びオゾン溶解汚水
移送管３は、途中に送水ポンプ５３を備え、閉鎖水域５
内の汚染水をフイルタ付きストレーナ５１を介して送給
する汚水導出移送管３１に連結されている。なお、５２
はヘッダである。

【００１２】次に、上記実施例のエアレータを用いて水
流中に空気を旋回混合して溶解し、溶存酸素量を測定し
た。また円筒体に蓋部のない形式のものを用いた場合に
ついても比較測定した。なお、本発明実施例のエアレー
タの有蓋円筒体の内径は３９ｍｍ、有蓋円筒体の直筒部
の高さは８４ｍｍ、気液混合物供給時の円筒体内圧は
０．２〜０．８ｋｇｆ／ｃｍ^２であった。そして、エア
レータに対する水の供給・流出量は、２０００〜６００
０ｍｌ／ｍｉｎ．であった。その結果を図５に示す。比
較試験用の蓋のないエアレータ（直筒のエアレータ）中
における気液混合物供給時の内圧は０．４ｋｇｆ／ｃｍ
^２であった。図中、ｔｙｐｅ１（ｃａｓｅＡ）は無蓋
（開放型）円筒体形のエアレータにアスピレータを用い
４０００ｍｌ／ｍｉｎ．の空気を自吸させた場合の実
績、ｔｙｐｅ１（ｃａｓｅＢ）は同じく無蓋（開放型）
のエアレータにコンプレッサで空気のみを１１０００ｍ
ｌ／ｍｉｎ．供給した場合の実績、ｔｙｐｅ２は従来型
の砂固着タイプの多孔質ヘッドのエアレータに１１００
０ｍｌ／ｍｉｎ．の空気を供給した場合の実績、ｔｙｐ
ｅ３（ｃａｓｅＡ）は本発明によるエアレータにコンプ
レッサで１１０００ｍｌ／ｍｉｎ．の空気を強制送気し
た時の実績、ｔｙｐｅ３（ｃａｓｅＢ）は本発明に係る
エアレータにアスピレータで６０００ｍｌ／ｍｉｎ．の
空気を自吸させた場合の実績、ｔｙｐｅ３（ｃａｓｅ
Ｃ）は本発明に係るエアレータにアスピレータで５００
０ｍｌ／ｍｉｎ．の空気を自吸させた場合の実績、そし
てｔｙｐｅ４は先端に何らのエアレータを取り付けない
チューブ（単管）を水槽底に配設し、その先端から１１
０００ｍｌ／ｍｉｎ．の空気を供給した（単管曝気）時
の実績を各々示している。

【００１３】図５の結果から見て、本発明に係る有蓋円
筒体を有するエアレータｔｙｐｅ３（ｃａｓｅＢ）使用
の場合は８ｍｇ／ｌ以上の溶存酸素濃度に達するのに対
して、比較試験例の無蓋円筒体を有するエアレータｔｙ
ｐｅ１（ｃａｓｅＡ）、ｔｙｐｅ１（ｃａｓｅＢ）、エ
アレータ無しの単管曝気のｔｙｐｅ４等のエアレータで
は、３ｍｇ／ｌに達しなく、本発明に係るエアレータ使
用時の溶存酸素量を１００％とすると、４０％にみたな
い低いものであることが解る。なお、空気及びオゾン供
給装置４からの空気及びオゾン供給量を増減すると、有
蓋円筒体１中の気液分離形状は変化し、空気及びオゾン
供給量を増大すると竜巻状（エアポケット形成）になる
が、その量を減少すると縄状になる。また、液圧を増大
すると縄状になり、液圧を減少すると竜巻状になる。本
エアレータに供給する液量を２０００〜６０００ｍｌ／
ｍｉｎ、圧力０．２〜０．８ｋｇｆ／ｃｍ^２にしたと
き、気体供給量は２００ｍｌ／ｍｉｎ〜８００ｍｌ／ｍ
ｉｎとすると美しい竜巻状の幾何学模様が形成される。

【００１４】以上のように本発明に係るエアレータによ
れば、それから導出される水流中に数μｍから数１００
μｍの径を有する微細な気泡を生成させ得るとともに、
その気泡に剪断力を加えて細分しかつ加圧して水流中に
強制溶解することが可能となり、もって溶存酸素量を増
大することができ、オゾン溶解効率も向上することがで
きる。

【００１５】［実施例２］本発明に係るエアレータを使
用して、福岡県某所公園の池Ａの汚水浄化テストを行っ
た。 （ａ）テスト前の池Ａの水質、性状及び（ｂ）空気のみ
をエアレータで供給したテスト後（エアレーション：１
１０４時間）の水質、性状並びに（ｃ）空気及びオゾン
をエアレータで供給したテスト中の（（ｂ）後から６カ
月間にわたり空気及びオゾンを供給）水質、性状の平均
値（ほとんどバラツキなし）を表１に示した。（ｂ）テ
ストにおけるエアレータ１台当たりの空気の供給量は１
５０ｍｌ／ｍｉｎ、（ｃ）における空気供給量は１５０
ｍｌ／ｍｉｎ、オゾン供給量は０．５ｍｌ／ｍｉｎ．で
あった。なお、Ａ池の平均水深は約０．５ｍ、水域面積
は約７４ｍ^２、全水量は約３７ｍ^３であった。該Ａ池
に、本発明に係るエアレータ（エアレータの有蓋円筒体
の内径は３９ｍｍ、有蓋円筒体の直筒部の高さは８４ｍ
ｍ）を、１５個、略等間隔で配設し、気液混合物供給時
の円筒体内圧は０．２〜０．８ｋｇｆ／ｃｍ^２、エアレ
ータに対する水の供給・流出量は、２０００〜６０００
ｍｌ／ｍｉｎ．であった。

【００１６】

【表１】

【００１７】表１に示すテスト結果からみて、本発明に
係るエアレータを使用してＡ池汚水中に空気を供給する
と、１１０４時間後には、濁度（ＮＴＵ）は１０から４
に低下すると共にＣＯＤ値も８．８から４．１に低下し
ており、本発明に係るエアレータの汚水浄化能力が非常
に高いことが判った。さらに、空気及びオゾンを供給し
た場合にあっては、濁度が１〜３に低下し、ＣＯＤが
２．５〜３．０に低下しており、さらに池水の藻類の成
育が抑制され、薄着色水である池水の透視度が上昇し、
色度が低下して透明性が高くなった。

【００１８】

【発明の効果】以上実施例等で詳述したように、本発明
によれば下記のごとき優れた多くの作用効果が発揮され
る。 （１）．本発明に係るエアレータによれば、従来の噴き
出し方式のエアレータよりもかなり小さい圧力損失で、
水流中への高効率な空気及びオゾンの溶解が達成され、
閉鎖水域汚水の浄化が十分に達成される。 （２）．本発明に係るエアレータによれば発生する気泡
の平均径を数μｍから数１０μｍに微細化することがで
き、閉鎖水域汚水と空気及びオゾンガスとの接触面積を
極端に増大することができ、かつそれらガスの汚水中に
おける滞留時間を著しく増長することができ、特にオゾ
ン溶解効率は９５％以上に上昇し、閉鎖水域汚水の浄化
効率が増大される。 （３）．さらに本発明方法によれば、閉鎖水域汚水の濁
度が大幅に低下し、ＣＯＤも低下し、さらに池水等の藻
類の成育が抑制され、汚水の透明性も高くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るエアレータを備えた閉鎖水域汚水
浄化装置の全体構成説明図。

【図２】本発明に係るエアレータの中央断面図（図４の
Ｘ−Ｘ断面図）。

【図３】図２に示すエアレータの有蓋円筒体を除去した
ものの平面図。

【図４】図２に示すエアレータの平面図。

【図５】実施例装置のエアレータと他の方式のエアレー
タを使用して空気を水に溶解した時の成績結果（溶存酸
素濃度：ＤＯ）を表したグラフ図。

【符号の説明】

１：有蓋円筒体、２：旋回気液混合流形成装置、３：空
気及びオゾン溶解汚水移送管（気液混合物導入管）、
４：空気及びオゾン供給装置、５：閉鎖水域（湖沼）、
１０：蓋部、 １１：開口端、２０：
貫通孔、 ２１：導入口、２２：円環状
溝、 ２３：浅い円柱状凹部、２４：連通
条溝、 ２５：先端孔、２６：下部材、
２７：上板、２８：ビス、
３１：汚水導出移送管 ５１：ストレーナ、 ５３：送水ポンプ、５
２：ヘッダ、 １００：エアレータ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下部に開口端を有する有蓋円筒体と、そ
   の下部開口端に積重結合された中央に貫通孔を備えた旋
   回気液混合流形成装置とから構成されたエアレータと、
   同エアレータの同旋回気液混合流形成装置の気液混合物
   導入口に接続された空気及びオゾン溶解汚水移送管と、
   同移送管の途中に空気及びオゾン供給装置を配設してな
   ることを特徴とする閉鎖水域汚水浄化装置。
2. 【請求項２】 有蓋円筒体の蓋部が、椀状のものである
   ことを特徴とする請求項１記載の閉鎖水域汚水浄化装
   置。
3. 【請求項３】 旋回気液混合流形成装置が、気液混合物
   が接線方向から導入される導入口を備えた円環状溝とそ
   の内側に浅い円柱状凹部を備え、かつ前記円環状溝と円
   柱状凹部との間には１条又は複数条の斜めに削成された
   連通条溝を所々に備え、そして前記浅い円柱状凹部の中
   央には下方へ延設された貫通孔を備えてなることを特徴
   とする請求項１又は２記載の閉鎖水域汚水浄化装置。
4. 【請求項４】 旋回気液混合流形成装置が、気液混合物
   が接線方向から導入される導入口を備えた円環状溝とそ
   の内側に浅い円柱状凹部を備え、かつ前記円環状溝と円
   柱状凹部との間には１条又は複数条の斜めに削成された
   連通条溝を所々に備え、そして前記浅い円柱状凹部の中
   央には下方へ延設された貫通孔を備えてなり、さらに前
   記貫通孔は途中で曲折されてその先端孔が下部側方へ開
   口されるごとく設けられてなることを特徴とする請求項
   １ないし３のいずれかに記載の閉鎖水域汚水浄化装置。
5. 【請求項５】 空気及びオゾン供給装置が、アスピレー
   タタイプのものであることを特徴とする請求項４記載の
   閉鎖水域汚水浄化装置。
6. 【請求項６】 空気及びオゾン供給装置が、内部に水が
   流れる通気性多孔質管であることを特徴とする請求項４
   記載の閉鎖水域汚水浄化装置。
7. 【請求項７】 下部に開口端を有する有蓋円筒体と、そ
   の下部開口端に積重結合された中央に貫通孔を備えた旋
   回気液混合流形成装置とから構成されたエアレータを閉
   鎖水域汚水中に配設し、同エアレータの同旋回気液混合
   流形成装置の気液混合物導入口に空気及びオゾン溶解汚
   水移送管を接続し、同移送管の途中には空気及びオゾン
   供給装置を配設し、空気及びオゾンの微細気泡を閉鎖水
   域汚水中に放出して同汚水を浄化することを特徴とする
   閉鎖水域汚水浄化方法。
8. 【請求項８】 有蓋円筒体の蓋部が、椀状のものである
   ことを特徴とする請求項７記載の閉鎖水域汚水浄化方
   法。