TWI453063B - Stirring tank - Google Patents

Description

攪拌槽

本發明係關於流體化床式生物處理裝置等之攪拌槽，特別關於具備複數個攪拌機之攪拌槽。

在生物處理中，使微生物附著於載體，高度維持槽內的MLVSS之流體化床式生物處理裝置係被廣泛使用。此流體化床式生物處理裝置中，一般情形下，槽內所填充之載體係以攪拌葉片所形成的攪拌及上流的水力而流動。

為了藉由理想混合載體與液體而有效率地進展生物反應，攪拌對於流體化床式生物處理裝置係一重要因素。一般而言，攪拌的強度係為G值而說明如下所示數值。

G值=√{(CD×A×v³ )/(2×γ×V)}[-]…(1)

CD：葉片的阻力係數

A：葉片的全面積[m² ]

v：葉片與水的相對速度[m/sec]

γ：μ/ρ

μ：水的黏度[kg/m‧sec]

ρ：水的比重[kg/m³ ]

V：槽容積[m³ ]

如同(1)之公式，當攪拌翼的面積越大，或攪拌翼的直徑越大，G值就越大。又，得到特定的G值之情形時，為了攪拌翼形狀越大而抑制旋轉次數，動力就變越低。

然而，為了攪拌翼形狀變得越大而作為構造體的強度要求越強，不只攪拌翼重量增加、成本也增加。由於增加重量，搬運及安裝也變得困難，維修保養亦不容易。

專利文獻1(日本專利特開2010-467號公報)中記載一種厭氧槽或無氧槽，將攪拌機軸形成垂直方向之2台螺旋槳式攪拌機配置於槽內。此專利文獻1之0015段落記載：若使2台攪拌機同時旋轉，在各攪拌機產生以螺旋槳翼為中心之上下方向的渦流，攪拌機之間發生水流衝擊而堆積污泥。

專利文獻1之0016段落記載：為了防止如此的污泥堆積，將各攪拌機每隔特定時間交互運轉。再者，專利文獻1中並沒有關於各攪拌機的旋轉方向之記載。

專利文獻2(日本專利特開平11-104682號公報)之0021段落以及圖1、2中，記載於圓形的槽內設置將攪拌機軸形成垂直方向之2台攪拌機之厭氧性排水處理裝置，其構成係各攪拌機不僅以各自的機軸旋轉而自轉，還以槽為中心作為公轉中心進行公轉。在專利文獻2之0021段落則記載全部的旋轉方向乃相同。

專利文獻3(日本專利實公昭63-5773號公報)中記載將反應槽內分隔成上流側、下流側之2個容室，使各容室的下部之間連通，各容室內設置攪拌機，在上流側的容室內係根據攪拌機形成上升水流，在下流側的容室內則根據攪拌機形成下降水流。

如上述專利文獻1，並列設置2台攪拌機時，攪拌機之間會有攪拌變弱之情形。

如上述專利文獻2，2台攪拌機不僅自轉也使其進行公轉時，裝置構成複雜、成本變高。又，槽的形狀也侷限於圓形。

專利文獻3基本上是在各容室內設置1台攪拌機，容室大小有限制。

[專利文獻1]　日本專利特開2010-467號公報

[專利文獻2]　日本專利特開平11-104682號公報

[專利文獻3]　日本專利實公昭63-5773號公報

本發明之目的在於提供一種攪拌槽，於槽內設置複數個攪拌機，其中係根據簡單構造即可充分攪拌槽內的廣闊範圍。

本發明(第1項)之攪拌槽係複數設置具備攪拌翼及上下方向的驅動軸之攪拌機，其中至少一部份的相鄰接之攪拌機之旋轉方向設定成相反的方向，同時於該相鄰接之攪拌機之間，配置往上下方向且與連接雙方的攪拌機之方向為概略垂直方向延伸之板狀體。

本發明之第2項之攪拌槽係於第1項中，該板狀體的下端抵接或接近槽的底部，該板狀體的上端則位於該槽的水準附近或其上方位置，該板狀體的側端離開該槽的壁面。

本發明之第3項之攪拌槽係於第2項中，該板狀體的水準方向的寬度，係與連接該雙方的攪拌機之方向為概略垂直方向的槽壁間長度之50%～90%。

本發明之第4項之攪拌槽係於第1～3項之任一項中，該槽係往水準方向的一方向之長形的非圓形槽，於該槽的長邊方向之一端側設置流入部，於另一端側設置流出部，於該槽的長邊方向間隔設置該攪拌機，相鄰接的攪拌機之旋轉方向為相反的方向，相鄰接的攪拌機之間設置該板狀體。

本發明之第5項之攪拌槽係於第4項中，下流側所配置之攪拌機的G值比上流側之攪拌機的G值大。

[發明效果]

本發明之攪拌槽係於相鄰接、旋轉方向為相反的方向之攪拌機之間配置板狀體。平面視圖中，使一方的攪拌機的旋轉往順時針方向旋轉、另一方的攪拌機往逆時針方向旋轉時，於該一方的攪拌機周圍產生順時針方向的旋轉水流，另一方的攪拌機周圍產生逆時針方向的旋轉水流。因為該等的攪拌機之間配置板狀體，故旋轉水流之間沒有相互衝突，又旋轉水流的方向一致，故能防止相互的旋轉水流的水力被削減。藉此，槽內的水有效率地被攪拌。本發明之攪拌槽係適合作為流體化床式生物處理裝置使用，但並不限於此。

以下，參照圖式對實施型態進行說明。圖1、圖2係實施形態之攪拌槽之平面圖及剖面圖。

此攪拌槽係流體化床式生物處理裝置1，具有槽5、該槽5內所設置之攪拌機2、3、以及板狀體4。槽5係長度往一方向延伸的非圓形槽，從長邊方向的一端側流入原水，從另一端側流出處理過的水。槽5內容置有載體6。

攪拌機2、3係將驅動軸2a、3a設定成垂直方向之縱形攪拌機。於該驅動軸2a、3a設置攪拌翼2b、3b。攪拌機2係配置於槽5的長邊方向的流入側，攪拌機3則配置於流出側。攪拌機2、3的驅動軸2a、3a的旋轉方向係互為相反的方向。

攪拌機2、3的攪拌翼2b、3b在此實施型態中係將板面設定成垂直方向的平板狀，並從驅動軸2a、3a往放射方向延伸。此實施型態中，攪拌翼2b、3b係於180°相反方向設置2片。然而，翼往放射方向設置3片以上亦可，一般以2～4片程度為理想。又，翼的形狀並不限定於平板狀。

攪拌翼2b、3b的旋轉直徑(2‧r)係槽5的短邊寬度的20～80%、特別以50～70%程度為理想。再者，圖2的r表示攪拌翼2b的旋轉半徑。

攪拌翼2b、3b係配置於槽5的水深方向的中間附近。再者，攪拌翼2b、3b在此實施型態係於上下方向僅設置1段，但也可以設置2段以上。

攪拌機2、3之間的板狀體4，係往槽5的短邊寬度方向延伸。在此實施型態，板狀體4在平面視圖中係往與連結攪拌機2、3的驅動軸2a、3a的方向呈直交之方向(90°方向)延伸，但較90°有少許偏差亦可，若為90°±10°、特別是90°±5°的範圍為佳。

板狀體4的下端係接觸槽5的底面，但也可與槽5的底面之間留有少許(例如水深的20%以內、特別是10%以內的程度)空隙。而板狀體4的上端，係位於槽5的水面的上方，但也可以是與水面相同水準，或也可以比水面低少許(例如水深的20%以內、特別是10%以內的程度)，沒於水中。

板狀體4的側端係任一皆離開槽5的壁面。藉此，其構成流入水通過板狀體4的兩側與槽5的壁面之間而朝流出側流動。板狀體4的寬度係槽壁與槽壁的間隔長度(此實施型態中為槽5的短邊寬度方向的槽壁之間長度)的50～90%、特別以60～80%程度為理想。板狀體4的寬度於上下方向相同為理想，但亦可在上述範圍內作變化。

板狀體4的厚度係具有可耐水流的衝擊之強度即可，例如30cm以下、特別是20cm以下程度，但不限定於此。

板狀體4的材料係混凝土、金屬、合成樹脂等之任一者皆可。槽5為混凝土製之情形時，以板狀體4與槽5一體構築者為理想。

於槽5內所容置之粒狀載體6上係附著微生物。載體不論為何種材質皆可，但以高耐磨耗的高分子交聯體的粒狀為理想。

載體的材料樹脂，係可列舉例如聚烯烴、PVA、PEG、(聚)丙烯醯胺、N取代丙烯醯胺、(聚/甲基)丙烯酸或其鹼金屬鹽、海藻酸、聚烯化氧、(甲基)丙烯酸二甲胺乙酯(DAM)、二丙酮醇(DAA)、聚烯化氧等。更具體而言，可列舉有聚丙烯酸鈉、丙烯酸鈉與丙烯醯胺的共聚物、丙烯酸鈉與丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸鈉的共聚物、丙烯酸鈉與丙烯醯胺與丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸鈉的共聚物、以及(甲基)丙烯酸二甲胺乙酯的三級鹽或者四級鹽的均聚物或與丙烯醯胺等的共聚物等。

載體的平均粒徑可使用1mm～20mm，以1mm～5mm為理想，特別以1.2mm～3.5mm為更理想。若比以上範圍小，則載體與水的分離變得困難，若比以上範圍大則會造成流動的妨礙。

載體的空隙率以20～50%為理想，特別以30～40%為理想。若空隙率低，則污泥的附著變少，處理效率變低，若空隙率高，則容易包含入氣體。

載體的密度係平均以0.96～1.02g/cm³ 為理想，而80%以上的載體的密度為0.98～1.01g/cm³ 、特別以0.985～1.00g/cm³ 為理想。

載體的充填量，以相對槽5的水面位WL以下的容積，載體的容積為5～50%的量為佳。相較於此，載體的量少則處理效率變低，比50%多則攪拌動力變得過大。

關於如此所構成之圖1、圖2之流體化床式生物處理裝置(攪拌槽)1，係使攪拌機2順時針旋轉，並使攪拌機3逆時針旋轉。再者，也可以使攪拌機2逆時針旋轉，而使攪拌機3順時針旋轉。於攪拌機2、3的周圍產生相互反方向之旋轉水流。於該等攪拌機2、3之間配置板狀體4，故在攪拌機2、3之間的中間附近，沒有旋轉水流之間的相互衝突。又，在攪拌機2、3之間的區域，各旋轉水流的方向一致，故可防止相互的旋轉水流的水力削減。藉此，載體6在槽5內的寬闊範圍有效率地被攪拌，而提高排水處理效率。

藉由將板狀體4的寬度，設定成與連接雙方的攪拌機之方向為概略垂直方向的槽壁間長度之50%～90%，可更加充分達成上述效果。

再者，如同圖1、圖2，從槽5的長邊方向之一端側向另一端側流動水之情形時，載體6容易集中於槽5內的下流側。因此，理想的是，將下流側的攪拌機的G值，設定比上流側的攪拌機的G值大。例如，將相鄰接的下流側的攪拌機的G值，設定為上流側的攪拌機的G值之1.02～1.5倍程度，特別以1.05～1.2倍程度為理想。

上述實施型態中，雖設置2台攪拌機2、3，但如圖7所示，也可以從上流側朝下流側設置3台以上的攪拌機，使相鄰接的攪拌機的旋轉方向為相反方向，也可於各攪拌機之間配設板狀體4。圖7係將3台攪拌機7、8、9配置於一直線上的流體化床式生物處理裝置(攪拌槽)1C之平面圖。此情形時，使攪拌機7、9與攪拌機8往相反方向旋轉。

本發明中，也可以不將各攪拌機排列於一直線上，而是如圖8所示，以包圍槽的中心般環狀排列。此情形時，攪拌機係使於環的圓周方向上相鄰接的攪拌機之旋轉方向相反，而各攪拌機之間設置板狀體。

圖8係將4台攪拌機10、11、12、13配置於對角線上位置的流體化床式生物處理裝置1D之平面圖。此情形時，使攪拌機10、12與攪拌機11、13往相反方向旋轉。板狀體的寬度設定為從槽的中心至槽壁之長度的50~90%。

[實施例]

以下，對實施例及比較例進行說明。

[實施例1]

如同圖1、圖2所示，使用平面視圖形狀為往一方向呈長八角形、於長邊方向長度為1.5m、短邊方向長度為0.75m、水深1.2m、槽容量1.2m³ 之槽5內配置2台攪拌機2、3之攪拌槽(流體化床式生物處理裝置)，以1kg-N/m³ /d的槽負荷供給NO₃ -N濃度80mg/L、PO₄ -P濃度2mg/L的合成排水而進行處理。再者，以N的3倍量添加甲醇。載體係將密度1.01g/cm³ 的聚烯烴系載體(平均粒徑3mm)填充槽體容積的15%。板狀體4係高1.5m、寬0.45m、厚10mm。

攪拌機2、3係攪拌翼半徑長度為0.2m(直徑長度0.4 m)、上下寬度為0.3 m之平翼。以攪拌機2、3的G值為120～170(29～37rpm。根據載體的流動狀態作調整。)運轉時，處理過的水的NO₃ -N濃度為5mg/L以下。用水中照相機確認槽5的底部的狀況，幾乎不會發現載體的堆積。

[比較例1]

於省略板狀體4、同時只於中央設置1台攪拌機2之圖3、圖4所示之流體化床式生物處理裝置(攪拌槽)1A，其餘與實施例相同而處理原水。又，圖3、圖4之攪拌槽、攪拌機之構造，除省略板狀體外，其餘與圖1、圖2相同。G值為120～170(38～47rpm。根據載體的流動狀態作調整。)運轉後，處理過的水的NO₃ -N濃度為14mg/L。藉由水中照相機的觀察，可發現於槽的底部，特別是在離攪拌機遠的排水的流入側與流出側，載體大量堆積。

[比較例2]

如同圖5、圖6所示，使用省略板狀體4外其餘與實施例1相同構造之流體化床式生物處理裝置(攪拌槽)1B，以與實施例1相同條件處理原水後，處理過的水的NO₃ -N濃度為9mg/L。藉由水中照相機的觀察，可發現從攪拌機2與攪拌機3的中間部份到槽5的長邊方向的壁面附近，載體有部分堆積。

如同由此實施例1以及比較例1、2可明確得知者，根據實施例1，可提高載體的流動性，同時相較於比較例1、2，其處理過的水質變得良好。

1、1A、1B、1C、1D．．．流體化床式生物處理裝置(攪拌槽)

2、3、7、8、9、10、11、12、13．．．攪拌機

4．．．板狀體

5．．．槽

6．．．載體

圖1係本發明實施形態之攪拌槽之平面圖。

圖2係圖1之Ⅱ-Ⅱ線剖面圖。

圖3係比較例之攪拌槽之平面圖。

圖4係圖3之Ⅳ-Ⅳ線剖面圖。

圖5係比較例之攪拌槽之平面圖。

圖6係圖5之Ⅵ-Ⅵ線剖面圖。

圖7係其他實施形態之攪拌槽之平面圖。

圖8係其他實施形態之攪拌槽之平面圖。

1．．．流體化床式生物處理裝置(攪拌槽)

2、3．．．攪拌機

4．．．板狀體

5．．．槽

Claims (5)

1. 一種攪拌槽，係複數設置具備攪拌翼及上下方向的驅動軸之攪拌機，其特徵在於，至少一部份的相鄰接之攪拌機之旋轉方向設定成相反的方向，同時於該相鄰接之攪拌機之間，配置往上下方向且與連接雙方的攪拌機之方向為概略垂直方向延伸之板狀體。
2. 如申請專利範圍第1項所述之攪拌槽，其特徵在於，該板狀體的下端抵接或接近槽的底部，該板狀體的上端則位於該槽的水準附近或其上方位置，該板狀體的側端離開該槽的壁面。
3. 如申請專利範圍第2項所述之攪拌槽，其特徵在於，該板狀體的水準方向的寬度，係與連接該雙方的攪拌機之方向為概略垂直方向的槽壁間長度之50%～90%。
4. 如申請專利範圍第1～3項之任一項所述之攪拌槽，其特徵在於，該槽係往水準方向的一方向呈長形的非圓形槽，於該槽的長邊方向之一端側設置流入部，於另一端側設置流出部，於該槽的長邊方向間隔設置該攪拌機，相鄰接的攪拌機之旋轉方向為相反的方向，而相鄰接的攪拌機之間設置該板狀體。
5. 如申請專利範圍第4項所述之攪拌槽，其特徵在於，下流側所配置之攪拌機的G值比其上流側之攪拌機的G值大。