JPH1170392A - 好気性水処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 混合液中への酸素の溶解効率を高めることが
でき、溶存酸素濃度を十分に上昇させることができる好
気性水処理装置を提供する。 【解決手段】 曝気槽１１の水面部に、底部にのみ設け
た開口部１５が水中に開口する箱状の酸素供給室１４を
設けるとともに、該酸素供給室１４内に酸素を供給する
酸素供給経路１６と、該酸素供給室１４内の水面に向け
て水を噴出する水噴出経路１７とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、好気性水処理装置
に関し、例えば、活性汚泥法により水の浄化処理を行う
水処理設備に用いられる旋回流式曝気槽に適した好気性
水処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】活性汚泥法により水の浄化処理を行うた
めの装置として、旋回流式曝気槽が広く用いられてい
る。この旋回流式曝気槽は、例えば、図３の平面図に示
すように、曝気槽１の一側に複数の散気装置２を並べて
設置し、この散気装置２から空気等を噴出して散気装置
上方部分の混合液に上昇流を形成することにより、散気
装置２を設けていない他方の側壁側が下降流となる旋回
流を形成したものである。このように曝気槽１内に旋回
流を形成して被処理水（原水）と活性汚泥とが混合した
混合液を撹拌することにより、活性汚泥濃度や溶存酸素
濃度の均一化を図るとともに、槽底部に汚泥が堆積する
ことを防止している。なお、原水の流入部や処理水の流
出部は、図示を省略する。

【０００３】一方、このような曝気槽を用いて活性汚泥
法により水の浄化処理を行う場合、混合液中の溶存酸素
濃度が十分であることが求められるが、過剰な負荷によ
って一時的に酸素不足になることがある。このような場
合、従来は、溶存酸素濃度を補うために曝気に用いる空
気量を増やしたり、曝気用空気とは別に酸素や空気を混
合液中に散気したりするようにしている。しかし、単に
酸素や空気を混合液中に散気する方法では、気泡がすぐ
に水面上に浮上してしまうため、気液接触時間が不十分
となり、酸素の溶解効率が低いという不都合がある。

【０００４】このようなことから、図４の縦断面図に示
すように、散気装置２により形成される旋回流の下降流
Ｄの部分に、酸素や空気を補給するための散気手段３を
設けることが提案されている。このように下降流Ｄの部
分に散気手段３を設けると、散気手段３から混合液中に
導入された気泡は、下方に向かう水流に同伴されて曝気
槽１の底部に向かい、その後、散気装置２部分の上昇流
Ｕに同伴されて水面に浮上する。したがって、気液接触
時間を従来より長くすることができるので、同一のガス
量を用いても、従来より溶存酸素濃度を高くすることが
できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記図４に示
すものでは、散気手段３から噴出する気泡が大きいと、
下降流に同伴されずに浮上してしまうことがある。この
ように、散気手段３からの気泡がそのまま浮上すると、
気液接触時間を十分に長くすることができないだけでな
く、槽内の旋回流にも悪影響を与えるおそれがある。こ
のため、散気手段３から噴出する気泡の径をできるだけ
小さくする必要がある。

【０００６】噴出する気泡を小さくするためには、散気
手段３のガス噴出部を多孔質材料で形成することが考え
られるが、通気抵抗が大きくなってブロワー等の動力費
が増大する。また、多孔質材料は、混合液中では目詰ま
りを起こし易いため、メンテナンスの手間が増大する。

【０００７】そこで本発明は、混合液中への酸素の溶解
効率を高めることができ、溶存酸素濃度を十分に上昇さ
せることができる好気性水処理装置を提供することを目
的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の好気性水処理装置は、曝気手段からの曝気
により槽内の混合液に旋回流を形成する旋回流式の好気
性水処理装置において、前記旋回流における下降流部分
の水面部に、底部にのみ設けた開口部が水中に開口する
箱状の酸素供給室を設けるとともに、該酸素供給室内に
酸素を供給する酸素供給経路と、該酸素供給室内の水面
に向けて水を噴出する水噴出経路とを設けたことを特徴
としている。

【０００９】さらに、前記水噴出経路に、噴出する水の
吐出圧を高めるためのノズルを設けたこと、また、前記
水噴出経路が、水処理設備に設けられている消泡水経路
を利用して形成されていること、さらに、前記酸素供給
経路は、前記酸素供給室内の酸素濃度に応じて酸素供給
量を制御する酸素供給量制御手段を備えていることを特
徴としている。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の好気性水処理装
置の一形態例を示す概略図である。本形態例の曝気槽１
１は、前記図２に示した曝気槽と同様に、平面形状が長
方形のものであって、一方の側壁１２の底面部には、槽
内の曝気撹拌を行い、混合液に酸素を供給するととも
に、旋回流を発生させるための散気装置１３が、側壁１
２と平行に一列に設けられている。この散気装置１３か
ら噴出するガス（空気）により、曝気槽１１内の混合液
には、矢印で示すような上昇流Ｕと下降流Ｄとを有する
旋回流が形成される。

【００１１】そして、上記旋回流における下降流Ｄの部
分の水面部には、酸素供給室１４が設けられている。こ
の酸素供給室１４は、底部のみが開口した箱状のもの
で、底部の開口部１５が混合液中に開口するように設置
されている。また、酸素供給室１４には、室内に酸素あ
るいは酸素を含むガス（以下、これらを酸素含有ガスと
いうことがある。）を供給するための酸素供給経路１６
と、室内の水面に向けて混合液を噴出するノズル１７ａ
を備えた水噴出経路１７とが設けられている。

【００１２】前記水噴出経路１７には、ポンプ（Ｐ）１
８を備えた配管１９が接続されており、ポンプ１８を作
動させることにより、曝気槽１１内の混合液を配管１９
を介して汲み上げ、水噴出経路１７の先端のノズル１７
ａから噴出するように形成されている。

【００１３】さらに、酸素供給室１４には、室内の水面
高さを検出する液面計（ＬＳ）２０と、室内のガス中の
酸素濃度を測定する酸素濃度測定手段（酸素濃度計
Ｏ_２）２１と、室内のガスを排出する排気管２２とが設
けられている。また、前記酸素供給経路１６には、酸素
の供給量を制御する酸素供給量制御手段（酸素供給弁）
２３が設けられ、該酸素供給弁２３の開閉駆動部には、
液面計２０及び酸素濃度計２１からの信号Ｓ１，Ｓ２が
それぞれ入力されている。さらに、前記排気管２２には
放出弁２４が設けられており、該放出弁２４の開閉駆動
部には、酸素濃度計２１からの信号Ｓ３が入力されてい
る。

【００１４】このように形成した酸素供給室１４によっ
て槽内の混合液中に酸素を溶解させる場合は、酸素供給
経路１６から酸素供給室１４内に酸素含有ガスを供給す
るとともに、ポンプ１８を作動させて水噴出経路１７か
ら水面に向けて混合液を噴出させる。これにより、水噴
出経路１７から噴出した混合液が水面に衝突して酸素供
給室１４内の酸素含有ガスを同伴しながら水中に進入す
るとともに、混合液の衝突によって水面が波立ち、この
結果、多数の微細気泡が曝気槽１１内の混合液中に供給
されることになる。さらに、曝気槽１１内の混合液中に
供給された微細気泡は、酸素供給室１４の下方の下降流
Ｄに同伴されて槽底部に至り、旋回流に乗って槽底部を
散気装置１３側に進んだ後、上昇流Ｕと共に水中を上昇
する。ここで、この酸素の気泡が微細であるため、その
ほとんどが大気に放出されることなく、再び旋回流に乗
って槽内に滞留する。

【００１５】したがって、水噴出経路１７から噴出する
混合液の勢いによって槽内の混合液中に酸素含有ガスの
微細気泡を発生させることができるとともに、発生した
微細気泡を槽内の下降流Ｄに乗せることができるので、
気液接触時間を十分に長くすることができ、酸素の溶解
効率を向上させることができる。また、酸素供給室１４
の底部から下降流Ｄの部分で大きな気泡が発生した場合
は、下降流Ｄに乗らずにそのまま上昇するが、そのほと
んどが酸素供給室１４内に浮上するので再利用すること
ができ、無駄に放出される酸素量を低減することができ
る。

【００１６】上述のようにして酸素供給室１４から混合
液中に酸素を供給していくと、酸素分が混合液中に溶け
込む量に応じて酸素供給室１４内のガス量が減少するの
で、酸素供給室１４内の圧力が低下して酸素供給室１４
内の水位が上昇する。この水位が所定水位以上に上昇す
ると、前記液面計２０がこれを検出して前記酸素供給弁
２３に開弁信号を出力し、酸素供給経路１６から酸素供
給室１４内に酸素含有ガスを供給する。また、水位が所
定水位以下に下がった場合は、液面計２０から酸素供給
弁２３に閉弁信号が出力される。なお、液面計２０に代
えて圧力計を用いても同様の制御を行うことができる。

【００１７】一方、酸素供給室１４内に、酸素含有ガス
として高純度酸素を供給した場合でも、混合液中から酸
素供給室１４内に浮上する気泡には、炭酸ガスや窒素が
含まれているため、酸素供給室１４内には、次第にこれ
らが蓄積されることになり、酸素の溶解効率も低下して
いくことになる。このように、酸素供給室１４内の酸素
濃度が所定濃度以下になると、前記酸素濃度計２１がこ
れを検出し、前記酸素供給弁２３に開弁信号を出力する
とともに、前記放出弁２４にも開弁信号を出力し、酸素
供給経路１６からの酸素含有ガスにより、室内のガスを
放出弁２４から押し出すようにする。これによって酸素
供給室１４内の酸素濃度が所定濃度以上になると、酸素
濃度計２１は、酸素供給弁２３及び放出弁２４に閉弁信
号を出力する。なお、酸素供給室１４内の酸素濃度は任
意であり、酸素供給経路１６から大気を供給してもそれ
なりの効果は得られるが、酸素あるいは酸素富化ガスを
室内に供給して室内の酸素濃度を大気中の酸素濃度であ
る２１％を超える濃度、好ましくは８０％以上の濃度に
なるように制御することにより、酸素の溶解効率を大幅
に向上させることができる。

【００１８】また、酸素供給室１４から混合液中への酸
素の供給運転は、ポンプ１８を作動させることにより行
われるが、この運転は、連続的に行ってもよく、適当に
設定した間隔で間欠的に行ってもよい。さらに、曝気槽
１１内の混合液の溶存酸素濃度を溶存酸素濃度計（図示
せず）で測定し、溶存酸素濃度が所定濃度以下になった
ときに行うようにしてもよい。

【００１９】また、前記液面計２０や酸素濃度計２１の
ような制御手段を設けずに、運転中は、酸素供給経路１
６から僅かに過剰の酸素含有ガスを連続的に供給し、酸
素供給室１４の底部の開口部１５から室内のガスを混合
液中に僅かずつオーバーフローさせることにより、室内
の酸素量の減少や酸素以外のガスの蓄積をある程度に抑
えることができる。

【００２０】さらに、酸素供給室１４は、曝気槽１１の
大きさや、必要とする酸素供給量に応じて複数個を設置
することもでき、酸素供給室１４内に複数の水噴出経路
１７を設けることもできる。

【００２１】また、水噴出経路１７から噴出する混合液
の流速や圧力は、ノズル１７ａの形状やポンプ１８の負
荷等に応じて適当に設定すればよいが、ノズル１７ａか
ら噴出した混合液が幅広く水面に衝突する状態が望まし
く、大量の混合液をできるだけ高速，高圧で水面に向け
て噴出することがより望ましい。すなわち、水噴出経路
１７から噴出する水の流量を多くすれば酸素溶解量が増
大し、さらに、吐出圧を高くして水中（混合液中）への
進入を促進することにより、酸素溶解量をより増大させ
ることができる。なお、水噴出経路１７を形成する配管
から適当な状態で混合液を直接噴出できるときは、ノズ
ル１７ａを省略することができる。

【００２２】さらに、水噴出経路１７から噴出させる水
としては、上述のように曝気槽１１内の混合液を循環さ
せるだけでなく、曝気槽１１への流入水（原水）を用い
ることもでき、ノズルの目詰まりを考慮して最終沈殿池
やろ過装置より下流の浄化水（処理水）を用いることも
可能であり、ノズル１７ａを設けない場合や目詰まりし
難いノズルを設けた場合は、最終沈殿池からの返送汚泥
を含む水を噴出するようにしてもよい。

【００２３】図２は、消泡装置を備えた水処理設備に本
発明を適用した一形態例を示すものである。消泡装置
は、最終沈殿池３１で固液分離処理を行った後の処理水
を、処理水槽３２から消泡水ポンプ（Ｐ１）３３により
汲み上げ、消泡水経路３４を介して散布ノズル３５から
曝気槽１１の水面に散布するように形成されている。

【００２４】そして、本形態例では、前記消泡水経路３
４の末端部分を分岐して水噴出経路３６を形成し、この
水噴出経路３６を、前記同様に形成した酸素供給室１４
に挿入するとともに、経路先端に、室内の水面に向けて
水を噴出するノズル３６ａを設けている。また、消泡水
経路３４及び水噴出経路３６の分岐部より下流側には、
両ノズル３５，３６ａから噴出する水量を調節するため
の流量調節弁３７，３８がそれぞれ設けられている。ま
た、酸素供給用に使用する水量の増加に対応するため、
処理水槽３２には、消泡水ポンプ３３に加えて補助ポン
プ（Ｐ２）３９が設けられている。

【００２５】曝気槽１１には、経路４０からの原水と、
経路４１を介して返送される最終沈殿池３１からの返送
汚泥とが流入して混合液となり、散気装置１３からの散
気によって槽内に矢印で示す旋回流を形成する。この旋
回流の下降流部分には、旋回流の作用によって洗剤等が
原因の泡が集中し易いため、前記散布ノズル３５は、こ
の下降流部分の水面上に設けられ、酸素供給室１４も、
前記形態例と同様に、この下降流部分の水面部に設けら
れている。

【００２６】曝気槽１１で処理された水は、経路４２を
通って最終沈殿池３１に流入し、この最終沈殿池３１の
上澄み水は、経路４３を経て処理水槽３２に送られ、さ
らに、処理水槽３２から経路４４に流出する。最終沈殿
池３１で沈殿した汚泥は、前記経路４１を経て曝気槽１
１に返送される。

【００２７】このように、酸素供給室１４内の水面に向
けて水を噴出する水噴出経路を、水処理設備に設けられ
ている消泡装置の消泡水経路３４を利用して設けること
により、酸素供給用としてのポンプや配管を別に設ける
場合に比べて設備コストを低減することができ、既存の
消泡装置を活用して簡単に酸素供給用の装置を追加する
ことができる。また、水噴出経路３６からは処理水が噴
出するので、ノズル３６ａを設けた場合でも目詰まりが
発生し難くなり、さらに、水の粘度の関係から、混合液
を噴出させる場合に比べてポンプの負荷も小さくなるの
で、動力費の低減も図れる。また、ポンプを２台設ける
ことに代えて、消泡水ポンプ３３を大容量のものに変更
してもよいが、一般的な設備の有効利用や運転コストを
考慮すると、補助ポンプの追加が好ましい。

【００２８】また、本形態例では、消泡運転と酸素供給
運転とを同時に行うことを考慮し、２台のポンプ３３，
３９を設けるとともに、両経路にそれぞれ流量調節弁３
７，３８を設けている。すなわち、消泡運転と酸素供給
運転とを同時に行う場合は、両ポンプ３３，３９を作動
させるとともに流量調節弁３７，３８をそれぞれ所定の
開度に設定することにより行うことができる。また、消
泡運転のみを行う場合は、消泡水ポンプ３３（又は補助
ポンプ３９）を作動させて酸素供給側の流量調節弁３８
を閉じればよく、酸素供給運転のみを行う場合は、酸素
供給側の流量調節弁３８を開いて消泡側の流量調節弁３
７を閉じればよい。

【００２９】一方、原水の性状（洗剤含有量等）によっ
ては、消泡運転を間欠的に行えば十分な消泡処理が行
え、酸素供給運転も間欠的運転で十分な場合もある。こ
の場合は、補助ポンプ３９を設けずに消泡水ポンプ３３
のみで十分であり、流量調節弁３７，３８に代えて切換
え開閉弁を設け、切換え開閉弁を切換え開閉することに
よって消泡運転と酸素供給運転とを適宜に切換えればよ
い。

【００３０】また、消泡装置を設置したが、実際の運転
において泡の発生が計画より少なく、消泡装置の運転を
中止している既設の水処理設備に前述の酸素供給用の装
置を設置する場合は、既存の消泡水ポンプ３３から消泡
水経路３４を経て散布ノズル３５までの経路を前記水噴
出経路にそのまま転用することが可能であり、散布ノズ
ル３５を覆うようにして酸素供給室１４を形成すること
により、混合液への酸素の供給を行うことができる。さ
らに、多数の散布ノズル３５が設けられている場合、そ
の中の一部の散布ノズル３５を酸素供給室１４で覆って
酸素供給用に使用することも可能である。

【００３１】なお、図２においては、酸素供給室１４に
設けられている酸素供給経路や制御手段の図示を省略し
たが、これらは、図１に示す形態例と同様のものを設け
ることができる。また、両形態例において、曝気槽の形
態は任意であり、例えば、ドラフトチューブ式、水中撹
拌式、全面エアレーション式等の場合であっても、下降
流部分に酸素供給室を設けることによって同様の効果を
得ることができ、酸化接触方式による好気性水処理装置
にも適用が可能である。

【００３２】

【実施例】幅６０ｃｍ，奥行き４０ｃｍ，深さ５０ｃｍ
のガラス製水槽を曝気槽として用いて実験を行った。酸
素供給室には、透明プラスチック製で、直径１０ｃｍ，
深さ７ｃｍの円筒状のものを２個用いた。液面計は、酸
素供給室外部側の水面に対して室内の水面が５ｍｍ上昇
したときに酸素供給弁を開き、５ｍｍ低下したときに酸
素供給弁を閉じるように設定した。また、酸素濃度計
は、室内の酸素濃度が２１％まで低下したら酸素供給弁
及び放出弁を開き、酸素濃度が３０％に上昇したら酸素
供給弁及び放出弁を閉じるように設定した。ノズルに
は、混合液が扇形に噴出するものを使用した。

【００３３】この実験装置を使用して清水での総括酸素
移動容量係数（ＫＬａ）を測定した。その結果、散気装
置から空気を毎分１０リットルで曝気しただけの場合
は、総括酸素移動容量係数が６であったのに対し、２個
の酸素供給室に酸素ガスを供給するとともに、各ノズル
から毎分２００ｍｌの水をそれぞれ噴出させた場合は、
総括酸素移動容量係数が１２に向上した。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の好気性水
処理装置によれば、混合液中への酸素供給量を増大させ
ることができるので、十分な溶存酸素濃度で効率のよい
水処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の好気性水処理装置の一形態例を示す
概略図である。

【図２】 本発明の好気性水処理装置の他の形態例を示
す概略系統図である。

【図３】 旋回流式曝気槽の一例を示す平面図である。

【図４】 旋回流式曝気槽の改良例を示す縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１１…曝気槽、１２…側壁、１３…散気装置、１４…酸
素供給室、１５…開口部、１６…酸素供給経路、１７…
水噴出経路、１７ａ…ノズル、１８…ポンプ、１９…配
管、２０…液面計、２１…酸素濃度計、２２…排気管、
２３…酸素供給弁、２４…放出弁、３１…最終沈殿池、
３２…処理水槽、３３…消泡水ポンプ、３４…消泡水経
路、３５…散布ノズル、３６…水噴出経路、３７，３８
…流量調節弁、３９…補助ポンプ、Ｄ…下降流、Ｕ…上
昇流

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 曝気手段からの曝気により槽内の混合液
   に旋回流を形成する旋回流式の好気性水処理装置におい
   て、前記旋回流における下降流部分の水面部に、底部に
   のみ設けた開口部が水中に開口する箱状の酸素供給室を
   設けるとともに、該酸素供給室内に酸素を供給する酸素
   供給経路と、該酸素供給室内の水面に向けて水を噴出す
   る水噴出経路とを設けたことを特徴とする好気性水処理
   装置。
2. 【請求項２】 前記水噴出経路は、噴出する水の吐出圧
   を高めるためのノズルを備えていることを特徴とする請
   求項１記載の好気性水処理装置。
3. 【請求項３】 前記水噴出経路は、好気性水処理装置を
   含む水処理設備に設けられている消泡水経路と一部が兼
   用されていることを特徴とする請求項１記載の好気性水
   処理装置。
4. 【請求項４】 前記酸素供給経路は、前記酸素供給室内
   の酸素濃度に応じて酸素供給量を制御する酸素供給量制
   御手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の好
   気性水処理装置。