WO2018142497A1 - 汚水浄化システム - Google Patents

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WO2018142497A1
WO2018142497A1 PCT/JP2017/003540 JP2017003540W WO2018142497A1 WO 2018142497 A1 WO2018142497 A1 WO 2018142497A1 JP 2017003540 W JP2017003540 W JP 2017003540W WO 2018142497 A1 WO2018142497 A1 WO 2018142497A1
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sewage
porous plate
purification system
air
treatment tank
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Inventor
吉田　憲史
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株式会社アイエンス
センチュリー山久株式会社
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    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/12—Activated sludge processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/12—Activated sludge processes
    • C02F3/20—Activated sludge processes using diffusers
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    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the present invention relates to a sewage purification system, and more particularly to an improvement of a sewage purification system that purifies sewage using the activity of microorganisms.
  • the method for purifying sewage includes aeration treatment in which organic matter is oxidized and decomposed by the activity of microorganisms, and the microorganisms are activated by generating bubbles in the treatment tank and increasing dissolved oxygen in the sewage (for example, Patent Documents 1 and 2).
  • Patent Documents 3 and 4 it has also been conventionally performed to improve the treatment capacity of sewage by placing a carrier carrying microorganisms in a treatment tank and fixing and growing microorganisms.
  • This invention is made
  • an object is to provide a sewage purification system capable of suppressing the formation of a microbial membrane on a porous plate.
  • the sewage purification system includes a treatment tank for storing sewage, a porous plate installed in the treatment tank, extending in the vertical direction and supporting microorganisms, and the porous material in the treatment tank.
  • a diffuser having a nozzle that is disposed below the lower end of the material plate and discharges air supplied from the blower device into the sewage, and a cylindrical guide tube that guides the rise of the air discharged from the nozzle.
  • the porous plate is disposed in a flow area of the rising stirring flow formed by the bubbles released from the guide tube of the air diffuser, and the flow rate of sewage rising along the porous plate is 2 m / sec or more. It is.
  • the porous plate carrying microorganisms is arranged in the basin of the ascending agitation flow formed by the bubbles released from the guide tube of the diffuser, so that dissolved oxygen is supplied to the porous plate. Can be fully supplied. Moreover, since it wash
  • two or more projecting members projecting from the tube wall toward the center are spaced apart in the circumferential direction in the guide tube of the air diffuser. And pulsating the flow velocity of the sewage rising along the porous plate.
  • the cleaning power for the porous plate can be improved by the pulsation effect of the sewage without increasing the air supply amount to the air diffuser. Further, when the sewage passes through the guide tube, it collides with the protruding member, so that the sludge in the sewage can be finely pulverized.
  • a gap is provided between the lower end of the guide tube and the bottom of the treatment tank.
  • the blower device supplies air having a flow rate per cubic meter in the capacity of the treatment tank of 40 L / min or more to the diffuser.
  • the treatment tank is supplied with sewage at one end of a flow path extending in the horizontal direction, and the sewage is discharged from the other end.
  • a gas device is arranged at intervals along the flow path, and the porous plate is arranged so as to intersect the flow path for each of the air diffusers.
  • porous plate is arranged so as to intersect the flow path, it is possible to sufficiently supply dissolved oxygen to both side surfaces of the porous plate.
  • a porous board is arrange
  • the present invention since washing is performed with a high-speed water flow of 2 m / sec or more, formation of a microbial film on the porous plate can be suppressed. Therefore, dissolved oxygen is sufficiently supplied to the aerobic microorganisms carried by the porous plate, and the decomposition of organic substances by the microorganisms is promoted inside the porous plate, so that the treatment capacity of sewage can be improved.
  • FIG. 1 is a system diagram illustrating an example of a schematic configuration of a sewage purification system 1 according to an embodiment of the present invention. It is the top view which showed the sewage purification system 1 of FIG. It is the top view which showed the structural example of the processing tank 14 of FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the processing tank 14 cut along the line AA in FIG. 3.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the processing tank 14 cut along a BB cutting line in FIG. 3.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing protruding members 532 and 533 in FIG. 7. It is explanatory drawing which showed typically an example of the aeration operation
  • FIG. 1 is a system diagram showing an example of a schematic configuration of a sewage purification system 1 according to an embodiment of the present invention. In the figure, the sewage purification system 1 when viewed from the horizontal direction is shown.
  • FIG. 2 is a plan view showing the sewage purification system 1 of FIG. 1, and shows the sewage purification system 1 when viewed from vertically above.
  • This sewage purification system 1 is a water treatment system that purifies sewage 2 discharged from homes or factories and discharges it to rivers or sewers, etc.
  • the raw water tank 11 is a storage tank in which sewage 2 from a home or a factory is first stored as raw water.
  • the sewage 2 in the raw water tank 11 is sent out by a pump and supplied to the flow rate adjustment tank 13 via the separation device 12.
  • the separation device 12 is a filtration device for removing solids such as garbage and SS (floating matter) from the sewage 2.
  • the flow rate adjustment tank 13 is a storage tank for adjusting the flow rate of the sewage 2 flowing into the treatment layer 14.
  • two or more air diffusers 3 are arranged in order to increase dissolved oxygen in the sewage 2.
  • the air diffuser 3 is a bubble generating device that generates bubbles in the sewage 2 using the air supplied from the blower device 4.
  • Two or more air diffusers 3 are two-dimensionally arranged in the flow rate adjustment tank 13 along the bottom surface of the flow rate adjustment tank 13.
  • a common blower device 4 is connected to each air diffuser 3.
  • the sewage 2 in the flow rate adjustment tank 13 is sent to the treatment tank 14 by a pump.
  • the treatment tank 14 is an aeration tank for storing the sewage 2 and oxidizing and decomposing organic substances in the sewage 2 using the activity of microorganisms, and two or more aeration devices 5 are arranged.
  • This processing tank 14 has a flow path extending in the horizontal direction, and the sewage 2 is supplied to one end of the flow path, and the sewage 2 is discharged from the other end.
  • the air diffuser 5 generates air bubbles in the sewage 2 using the air supplied from the blower device 6.
  • the air diffuser 5 is arranged at intervals along the flow path of the processing tank 14.
  • a common blower device 6 is connected to each air diffuser 5.
  • the blower device 6 is a compressor that sends out air containing oxygen gas as the air.
  • this sewage purification system 1 three or more treatment tanks 14 are connected in series. That is, the treatment tanks 14 are arranged so that the flow paths are parallel to each other and the directions when the sewage 2 flows through the flow paths are staggered. Since the processing tanks 14 are arranged in a meandering manner as described above, a long flow path can be ensured regardless of the shape of the area where the three or more processing tanks 14 are installed. The sewage 2 in the treatment tank 14 is discharged to the subsequent treatment tank 14 through the overflow pipe.
  • FIGS. 3 to 5 mainly show a configuration related to the treatment tank 14, and FIGS. 6 to 8 mainly show a configuration related to the air diffuser 5.
  • FIG. 3 is a plan view showing a configuration example of the processing tank 14 of FIG. 1, and shows the processing tank 14 when viewed from vertically above.
  • 4 is a cross-sectional view of the processing tank 14 taken along the line AA in FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the processing tank 14 cut along the line BB in FIG.
  • the treatment tank 14 has a rectangular shape having a longitudinal direction as a flow path when viewed from above, and a width in a direction crossing the flow path is narrower than a length in the flow path direction. Further, the processing tank 14 has a bottom surface 141 that is gently inclined with respect to a horizontal plane in order to form a flow of sewage 2 from one end of the flow path to the other end.
  • the porous plate 15 is a flat plate-like carrier that carries microorganisms.
  • the porous plate 15 is made of, for example, lava in which a large number of minute pores and gaps are formed, and fixes aerobic bacteria, protozoa, algae, and the like.
  • the porous plate 15 extends in the vertical direction and is installed so as to intersect the flow path. Further, a gap is formed between the porous plate 15 and the bottom surface 141 of the treatment tank 14 so that the sewage 2 flows in one direction along the flow path.
  • the porous plate 15 may be a porous ceramic.
  • the air diffuser 5 is installed in the vicinity of the bottom surface 141 of the treatment tank 14 below the lower end of the porous plate 15, and is arranged at the center in the width direction of the treatment tank 14.
  • the three porous plates 15 installed above the air diffuser 5 are arranged so as to face each other, and the arrangement interval is substantially constant.
  • the processing tank 14 is provided with a holding member 16 that detachably holds the rectangular porous plate 15.
  • the holding member 16 is a rail-shaped receiving device in which a groove for accommodating the outer edge portion of the porous plate 15 is formed.
  • the holding member 16 is U-shaped, and connects the two guide portions 161 and 162 extending in the vertical direction along the wall surfaces 142 and 143 of the processing tank 14 and the lower ends of the guide portions 161 and 162. Part 163. Wall surfaces 142 and 143 are tank inner surfaces facing each other, and are substantially parallel to the flow path.
  • the guide portion 161 has reached the upper end of the wall surface 142 and is fixed to the wall surface 142.
  • the guide portion 162 reaches the upper end of the wall surface 143 and is fixed to the wall surface 143.
  • the connecting portion 163 extends in a horizontal direction substantially perpendicular to the flow path, and supports the porous plate 15 so as not to fall. A gap is formed between the connecting portion 163 and the bottom surface 141 of the processing tank 14.
  • the porous plate 15 is mounted on the holding member 16 by sliding downward along the guide portions 161 and 162 from above the holding member 16. In the treatment tank 14, such a holding member 16 is provided for each porous plate 15. In addition, in order to adjust the installation number of the porous board 15 according to the processing load of the sewage 2, there may be one or two or more holding members 16 in which the porous board 15 is not disposed.
  • the treatment tank 14 has a width of about 1 m and a water depth of about 5 m, for example.
  • the gap d between the air diffuser 5 and the bottom surface 141 is, for example, 150 mm or less.
  • interval of the diffuser 5 is 2000 mm or less.
  • the length of the porous plate 15 in the horizontal direction corresponds to the width of the treatment tank 14, and there is no gap between the porous plate 15 and the wall surfaces 141 and 142. Further, the upper end of the porous plate 15 is exposed from the water surface.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration example of the air diffusion device 5 of FIG. In the drawing, a cut surface when the air diffuser 5 is cut along a vertical plane including the central axis of the guide tube 52 is shown.
  • FIG. 7 is a plan view showing the blade member 53 of FIG. 6, and shows the blade member 53 when viewed from vertically above.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing the projecting members 532 and 533 of FIG. 7, and shows a cut surface when the projecting members 532 and 533 are cut by a vertical surface perpendicular to the projecting direction.
  • the air diffuser 5 includes a nozzle 51 for discharging the air supplied from the blower device 6 into the sewage 2, a cylindrical guide tube 52 for guiding the rise of the air discharged from the nozzle 51, and a guide tube. And two or more blade members 53 disposed in the inside 52.
  • the guide tube 52 is a cylindrical outer tube extending in the vertical direction. The guide tube 52 extends below the nozzle 51.
  • the nozzle 51 is disposed in the guide tube 52 with the jet port directed vertically upward. Air is supplied to the nozzle 51 from the blower device 6 through a pipe or the like penetrating the pipe wall of the guide pipe 52.
  • the blade member 53 is provided with two or more projecting members 532 and 533 so as to project from the tube wall of the guide tube 52 toward the center, and these projecting members 532 and 533 are arranged at intervals in the circumferential direction.
  • the blade member 53 includes a cylindrical main body 531 disposed coaxially with the guide tube 52, two projecting members 532 and four projecting members 533 extending from the inner peripheral surface of the main body 531 toward the center, and the main body 531. And six protrusions 534 provided on the inner peripheral surface of the.
  • the protrusion 534 is a member for increasing the flow velocity by narrowing the gap between the protruding members 532 and 533, and has a triangular shape when viewed from vertically above.
  • the protrusions 534 are disposed between two adjacent projecting members 533 and between the adjacent projecting members 532 and 533, respectively, and the circumferential spacing is substantially constant.
  • the protruding members 532 extend to the vicinity of the central axis of the main body 531 and are arranged so as to face each other.
  • each projecting member 533 is shorter than the projecting member 532, and is disposed between the projecting members 532 at a certain interval in the circumferential direction.
  • Each of the protruding members 532 and 533 has a blade-like cross-sectional shape, and the upper surface 536 is on the upper side so that the flow rate of the sewage 2 flowing along the upper surface 536 is higher than the flow rate of the sewage 2 flowing along the lower surface 537. Is curved. Since the protruding members 532 and 533 have such a cross-sectional shape, a fine pressure bubble is generated by generating a pressure difference and generating a turbulent flow with respect to the water flow passing vertically upward across the protruding members 532 and 533. Can be generated.
  • a large number of minute recesses 535 are formed on the upper surfaces 536 of the protruding members 532 and 533.
  • the concave portion 535 has a dimple shape and is arranged with an interval.
  • Protruding members 532 and 533 can generate a large amount of fine bubbles by providing such a concave portion 535 to generate a pressure difference and at the same time lengthening the water flow separation time.
  • a high-speed water flow can collide with the blade member 53 at the next stage.
  • the inclination of the lower surfaces 537 of the projecting members 532 and 533 with respect to the horizontal plane is adjusted so that the water flow formed by the rising of the bubbles becomes a swirling flow.
  • the protruding members 532 and 533 have substantially the same inclination angle of the lower surface 537 with respect to the horizontal plane when viewed from the radial direction.
  • Each blade member 53 is arranged so as to overlap in the vertical direction in a state where the central axes coincide with each other. Further, the blade members 53 are arranged so that the positions of the protruding members 532 and 533 do not overlap each other when viewed from the vertical direction.
  • the projecting members 532 and 533 make the bubbles in the sewage 2 finer, so that a large amount of fine bubbles can be generated in the sewage 2, The dissolved oxygen concentration can be increased.
  • FIG. 9 is an explanatory view schematically showing an example of the aeration operation in the sewage purification system 1 of FIG.
  • air is supplied to the air diffuser 5
  • air is discharged from the nozzle 51 into the sewage 2, and the released air rises in the guide tube 52 as bubbles.
  • the rising stirring flow 7 is formed when the jet which consists of a mixture of a bubble and the sewage 2 from a guide pipe
  • tube 52 is discharged
  • the ascending agitating flow 7 is a conical ascending flow whose apex is the upper end opening of the guide tube 52, and the divergence angle ⁇ with respect to the vertically upward direction is about 15 °.
  • the ascending agitating flow 7 reaches the water surface, the water surface rises and the destination is lost. Therefore, the ascending stirring flow 7 moves in a horizontal direction along the porous plate 15. A downward flow is formed.
  • the porous plate 15 is disposed in the basin of the ascending stirring flow 7 as described above, and the flow rate of the sewage 2 rising along the porous plate 15 is 2 m / sec or more. Strictly speaking, this flow velocity is the speed at which the mixture of the sewage 2 and the bubbles moves vertically upward near the surface of the porous plate 15. Since the rising stirring flow 7 is a part of the circulation flow, it is possible to generate a water flow of 2 meters or more per second rising along the surface of the porous plate 15 regardless of the depth from the water surface.
  • the porous plate 15 Since the porous plate 15 is disposed in the basin of the ascending stirring flow 7 formed by the bubbles released from the guide tube 52 of the diffuser 5, the dissolved oxygen is sufficiently supplied to the porous plate 15. Can do. Further, since the porous plate 15 is washed by a high-speed water flow of 2 m / sec or more, it is possible to reliably prevent the formation of a microbial film on the surface of the porous plate 15. The microbial film formed on the surface of the porous plate 15 can also be removed. For this reason, organic substance can be decomposed
  • the projecting members 532 and 533 of the air diffuser 5 refine the bubbles in the sewage 2 and pulsate the flow rate of the sewage 2 rising along the porous plate 15.
  • the period of pulsation is, for example, 1 sec or less.
  • Such pulsation can be identified by the periodic fluctuation of the height of the water surface ridge 2a if it is observed that the height of the water surface ridge 2a is periodically changed by the rising stirring flow 7.
  • the height of the water surface ridge 2a varies in a range from 100 mm to 200 mm.
  • the oxygen dissolution efficiency can be improved.
  • the dissolved oxygen concentration after sufficient time has elapsed since the start of air supply to the air diffuser 5 is, for example, 7.5 mg / L or more.
  • the cleaning power for the porous plate 15 can be improved by the pulsation effect of the sewage 2 without increasing the amount of air supplied to the diffuser 5. Further, when the sewage 2 passes through the guide pipe 52, it collides with the protruding members 532 and 533, so that the sludge in the sewage 2 can be finely pulverized.
  • the blower device 6 supplies, for example, air having a flow rate per cubic meter in the capacity of the processing tank 14 of 40 L / min or more to the air diffuser 5.
  • air having a flow rate per unit volume of the processing tank 14 of about 45 L / min is supplied to the diffuser 5.
  • the flow rate is about 20 to 25 L / min regardless of whether or not a carrier carrying microorganisms is used.
  • the porous plate 15 and the processing tank 14 are formed while forming a strong water flow as the rising stirring flow 7 above the air diffuser 5. A convection that circulates along the wall surface can be formed.
  • the porous plate 15 is washed with a high-speed water flow of 2 m / sec or more, formation of a microbial film on the porous plate 15 can be suppressed. Accordingly, the dissolved oxygen is sufficiently supplied to the aerobic microorganisms carried by the porous plate 15 and the decomposition of organic substances by the microorganisms is promoted inside the porous plate 15, so that the treatment capacity of the sewage 2 can be improved. it can.
  • the treatment capacity of the sewage 2 can be improved without reducing the activity of microorganisms.
  • the porous plate 15 is arranged so as to intersect the flow path, the dissolved oxygen can be sufficiently supplied to both side surfaces of the porous plate 15. Moreover, since the porous plate 15 is arrange
  • the porous plate 15 is held by the U-shaped holding member 16 .
  • the present invention does not limit the configuration of the holding member 16.
  • a configuration in which the porous plate 15 is held by the holding member 16 that does not include the connecting portion 163 may be used.
  • the present invention does not limit the configuration of the sewage purification system 1 to this.
  • the present invention can be applied to a sewage purification system that does not include the flow rate adjusting tank 13.
  • the present invention does not limit the configuration of the air diffuser 5 to this. Absent.
  • the protruding members 532 and 533 may have a shape that does not have the recess 535.
  • the example of the sewage purification system 1 that purifies the sewage 2 discharged from the factory or the like and discharges it to the sewer or the like has been described.
  • the present invention purifies the circulating water circulated in the air conditioning equipment or the like. It can also be applied to sewage purification systems.

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Abstract

汚水の処理能力を向上させることができる汚水浄化システムを提供する。 【解決手段】　汚水浄化システム１は、汚水２を貯留する処理槽１４と、処理槽１４内に設置され、鉛直方向に延び、微生物を担持する多孔質板１５と、処理槽１４内において多孔質板１５の下端よりも下側に配置され、ブロワ装置６から供給されたエアを汚水２中に放出するノズル、及び、ノズルから放出されたエアの上昇を案内する筒状のガイド管を有する散気装置５とにより構成される。多孔質板１５は、散気装置５のガイド管から放出された気泡によって形成される上昇撹拌流の流域内に配置され、多孔質板１５に沿って上昇する汚水２の流速が２ｍ／ｓｅｃ以上である。

Description

汚水浄化システム
　本発明は、汚水浄化システムに係り、さらに詳しくは、微生物の活動を利用して汚水を浄化する汚水浄化システムの改良に関する。
　家庭や工場等から排出される汚水には、様々な有機物が含まれるため、河川や下水道等に放出する場合、有機物を酸化又は分解することによって浄化する必要がある。汚水を浄化する方法には、微生物の活動によって有機物を酸化及び分解する曝気処理があり、処理槽内で気泡を発生させて汚水中の溶存酸素を増やすことにより、微生物を活性化させる（例えば、特許文献１及び２）。
　また、微生物を担持する担持体を処理槽内に配置し、微生物を定着及び増殖させることにより、汚水の処理能力を向上させることも従来から行われている（例えば、特許文献３及び４）。
特開２００７－２５３０５６号公報 特開２００９－２７９５４３号公報 特開２００３－７１４７９号公報 特開２００４－２０９３６２号公報
　上述した様な従来の汚水浄化システムでは、担持体の表面に微生物膜（バイオフィルム）が形成され易く、担持体が担持する好気性の微生物に溶存酸素が十分に供給されなくなってしまうという問題があった。微生物膜が担持体の表面に形成されると、菌体が担持体の内部に入りにくい状態となり、担持体の利用効率が低下し、浄化性能を十分に発揮することができなかった。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、汚水の処理能力を向上させることができる汚水浄化システムを提供することを目的とする。特に、多孔質板に対する微生物膜の形成を抑制することができる汚水浄化システムを提供することを目的とする。
　本発明の第一の態様による汚水浄化システムは、汚水を貯留する処理槽と、上記処理槽内に設置され、鉛直方向に延び、微生物を担持する多孔質板と、上記処理槽内において上記多孔質板の下端よりも下側に配置され、ブロワ装置から供給されたエアを汚水中に放出するノズル、及び、上記ノズルから放出されたエアの上昇を案内する筒状のガイド管を有する散気装置とを備える。上記多孔質板は、上記散気装置の上記ガイド管から放出された気泡によって形成される上昇撹拌流の流域内に配置され、上記多孔質板に沿って上昇する汚水の流速が２ｍ／ｓｅｃ以上である。
　この汚水浄化システムでは、微生物を担持する多孔質板が散気装置のガイド管から放出された気泡によって形成される上昇撹拌流の流域内に配置されるため、多孔質板に対して溶存酸素を十分に供給することができる。また、２ｍ／ｓｅｃ以上の高速水流によって洗浄されるため、多孔質板の表面に微生物膜が形成されるのを確実に防止することができる。
　本発明の第二の態様による汚水浄化システムは、上記構成に加え、上記散気装置の上記ガイド管には、管壁から中心に向かって突出する２以上の突出部材が周方向に間隔を空けて配置され、上記多孔質板に沿って上昇する汚水の上記流速を脈動させる。
　この様な構成により、散気装置に対するエア供給量を増大させなくても、汚水の脈動効果によって多孔質板に対する洗浄力を向上させることができる。さらに、汚水がガイド管内を通過する際に、突出部材に衝突するため、汚水中の汚泥を細かく粉砕させることができる。
　本発明の第三の態様による汚水浄化システムは、上記構成に加え、上記ガイド管の下端と上記処理槽の底との間に間隙が設けられる。この様な構成により、処理槽の底に堆積した汚泥がガイド管の下端から吸い上げられるため、上昇撹拌流によって素早く拡散させることができる。
　本発明の第四の態様による汚水浄化システムは、上記構成に加え、上記ブロワ装置が、上記処理槽の容量における１立方メートル当たりの流量が４０Ｌ／ｍｉｎ以上のエアを上記散気装置に供給する。この様な構成により、散気装置の上方に上昇撹拌流として強い水流を形成しつつ、多孔質板や処理槽の壁面に沿って循環する対流を形成することができる。
　本発明の第五の態様による汚水浄化システムは、上記構成に加え、１つの上記散気装置に対し、２以上の上記多孔質板が間隔を空けて配置される。この様な構成により、１つの散気装置から複数の多孔質板に溶存酸素が同時に供給されるため、微生物の活性を低下させることなく、汚水の処理能力を向上させることができる。
　本発明の第六の態様による汚水浄化システムは、上記構成に加え、上記処理槽が、水平方向に延びる流路の一端に汚水が供給され、他端から汚水が排出され、２以上の上記散気装置が上記流路に沿って間隔を空けて配置され、上記散気装置ごとに上記多孔質板が上記流路と交差するように配置される。
　この様な構成により、多孔質板が流路と交差するように配置されるため、多孔質板の両側面に溶存酸素を十分に供給することができる。また、散気装置ごとに多孔質板が配置されるため、多孔質板に対する溶存酸素の供給量を低下させることなく、多孔質板を増やして汚水の処理能力を向上させることができる。
　本発明によれば、２ｍ／ｓｅｃ以上の高速水流によって洗浄されるため、多孔質板に対する微生物膜の形成を抑制することができる。従って、多孔質板が担持する好気性の微生物に溶存酸素が十分に供給され、多孔質板の内部で微生物による有機物の分解が促進されるため、汚水の処理能力を向上させることができる。
本発明の実施の形態による汚水浄化システム１の概略構成の一例を示したシステム図である。 図１の汚水浄化システム１を示した平面図である。 図１の処理槽１４の構成例を示した平面図である。 図３のＡ－Ａ切断線により処理槽１４を切断した場合の断面図である。 図３のＢ－Ｂ切断線により処理槽１４を切断した場合の断面図である。 図５の散気装置５の構成例を示した断面図である。 図６の羽根部材５３を示した平面図である。 図７の突出部材５３２及び５３３を示した断面図である。 図１の汚水浄化システム１における曝気動作の一例を模式的に示した説明図である。
　まず、本発明による汚水浄化システムの概略構成について、図１及び２を用いて以下に説明する。
＜汚水浄化システム１＞
　図１は、本発明の実施の形態による汚水浄化システム１の概略構成の一例を示したシステム図である。図中には、水平方向から見た場合の汚水浄化システム１が示されている。図２は、図１の汚水浄化システム１を示した平面図であり、鉛直上方から見た場合の汚水浄化システム１が示されている。
　この汚水浄化システム１は、家庭又は工場等から排出される汚水２を浄化し、河川又は下水道等に放出する水処理システムであり、散気装置３，５、ブロワ装置４，６、原水槽１１、分離装置１２、流量調整槽１３及び処理槽１４により構成される。
　原水槽１１は、家庭又は工場等からの汚水２が原水として最初に貯留される貯留槽である。原水槽１１内の汚水２は、ポンプにより送出され、分離装置１２を介して流量調整槽１３に供給される。分離装置１２は、汚水２からごみやＳＳ（浮遊物質）等の固形物を除去するためのろ過装置である。
　流量調整槽１３は、処理層１４に流入される汚水２の流量を調整するための貯留槽である。この流量調整槽１３には、汚水２中の溶存酸素を増やすために、２以上の散気装置３が配置されている。
　散気装置３は、ブロワ装置４から供給されるエアを利用して汚水２中に気泡を発生させる気泡発生装置である。流量調整槽１３内には、２以上の散気装置３が流量調整槽１３の底面に沿って２次元的に配置されている。各散気装置３には、共通のブロワ装置４が接続されている。流量調整槽１３内の汚水２は、ポンプにより処理槽１４へ送出される。
　処理槽１４は、汚水２を貯留し、微生物の活動を利用して汚水２中の有機物を酸化及び分解するための曝気槽であり、２以上の散気装置５が配置されている。この処理槽１４は、水平方向に延びる流路を有し、流路の一端に汚水２が供給され、他端から汚水２が排出される。
　散気装置５は、ブロワ装置６から供給されるエアを利用して汚水２中に気泡を発生させる。この散気装置５は、処理槽１４の流路に沿って間隔を空けて配置されている。各散気装置５には、共通のブロワ装置６が接続されている。ブロワ装置６は、酸素ガスを含む空気を上記エアとして送出する圧縮機である。
　この汚水浄化システム１では、３以上の処理槽１４が直列に接続されている。すなわち、各処理槽１４は、流路が互いに平行であり、かつ、汚水２が流路を流れる際の向きが互い違いとなるように配置されている。この様に処理槽１４が蛇行配置されるため、３以上の処理槽１４が設置されるエリアは、どのような形状であっても、長い流路を確保することができる。処理槽１４内の汚水２は、オーバーフロー管を介して後段の処理槽１４に排出される。
　次に、本発明による汚水浄化システム１のさらに詳細な構成について、図３～図９を用いて以下に説明する。図３～図５には、主として、処理槽１４に関する構成が示され、図６～図８には、主として、散気装置５に関する構成が示されている。
＜処理槽１４＞
　図３は、図１の処理槽１４の構成例を示した平面図であり、鉛直上方から見た場合の処理槽１４が示されている。図４は、図３のＡ－Ａ切断線により処理槽１４を切断した場合の断面図である。図５は、図３のＢ－Ｂ切断線により処理槽１４を切断した場合の断面図である。
　処理槽１４は、鉛直上方から見れば、長手方向を流路とする矩形形状であり、流路と交差する方向の幅が流路方向の長さに比べて狭い。また、処理槽１４は、流路の一端から他端に向かう汚水２の流れを形成するために、水平面に対して底面１４１が緩やかに傾斜している。
　この処理槽１４内には、５つの散気装置５が流路に沿って一定の間隔を空けて設置され、これらの散気装置５に対応づけて３つの多孔質板１５がそれぞれ配置されている。すなわち、散気装置５ごとに、３つの多孔質板１５が設置されている。
　多孔質板１５は、微生物を担持する平板状の担持体である。多孔質板１５は、例えば、多数の微小な細孔や隙間が形成された溶岩からなり、好気性の細菌、原生動物、藻類等を定着させる。この多孔質板１５は、鉛直方向に延び、流路と交差するように設置されている。また、多孔質板１５と処理槽１４の底面１４１との間には、汚水２が流路に沿って一方向に流れるようにするために、間隙が形成されている。なお、多孔質板１５は、多孔質セラミックであってもよい。
　散気装置５は、多孔質板１５の下端よりも下側において、処理槽１４の底面１４１付近に設置され、処理槽１４の幅方向の中央に配置されている。散気装置５の上方に設置された３つの多孔質板１５は、互いに対向するように配置され、その配置間隔は、概ね一定である。
　処理槽１４には、矩形形状の多孔質板１５を着脱可能に保持する保持部材１６が設置されている。保持部材１６は、多孔質板１５の外縁部を収容するための溝が形成されたレール状の受け具である。ユーザは、この様な保持部材１６を用いることにより、汚水２の汚れ具合や処理負荷に応じて多孔質板１５の数を調整し、或いは、多孔質板１５を容易に交換することができる。
　この保持部材１６は、Ｕ字形状であり、処理槽１４の壁面１４２及び１４３に沿って鉛直方向にそれぞれ延びる２つのガイド部１６１及び１６２と、これらのガイド部１６１及び１６２の下端を連結する連結部１６３とにより構成される。壁面１４２及び１４３は、互いに対向する槽内面であり、流路に略平行である。
　ガイド部１６１は、壁面１４２の上端に到達しており、当該壁面１４２に固定されている。一方、ガイド部１６２は、壁面１４３の上端に到達しており、当該壁面１４３に固定されている。連結部１６３は、流路と略垂直な水平方向に延び、落下しないように多孔質板１５を支持する。この連結部１６３と処理槽１４の底面１４１との間には、間隙が形成されている。
　多孔質板１５は、保持部材１６の上方からガイド部１６１及び１６２に沿って下方へスライドさせることにより、保持部材１６に装着される。処理槽１４には、この様な保持部材１６が多孔質板１５ごとに設けられている。なお、汚水２の処理負荷に応じて多孔質板１５の設置数を調整するため、多孔質板１５が配置されない１又は２以上の保持部材１６があっても良い。
　処理槽１４は、例えば、幅が１ｍ程度、水深が５ｍ程度である。散気装置５と底面１４１との間隙ｄは、例えば、１５０ｍｍ以下である。また、散気装置５の配置間隔は、２０００ｍｍ以下である。多孔質板１５の水平方向の長さは、処理槽１４の幅に対応し、多孔質板１５と壁面１４１及び１４２との間には間隙が存在しない。また、多孔質板１５の上端は、水面から露出している。
＜散気装置５＞
　図６は、図５の散気装置５の構成例を示した断面図である。図中には、ガイド管５２の中心軸を含む鉛直面により散気装置５を切断した場合の切断面が示されている。図７は、図６の羽根部材５３を示した平面図であり、鉛直上方から見た場合の羽根部材５３が示されている。図８は、図７の突出部材５３２及び５３３を示した断面図であり、突出方向に垂直な鉛直面により突出部材５３２及び５３３を切断した場合の切断面が示されている。
　この散気装置５は、ブロワ装置６から供給されたエアを汚水２中に放出するためのノズル５１と、ノズル５１から放出されたエアの上昇を案内する筒状のガイド管５２と、ガイド管５２内に配置される２以上の羽根部材５３とにより構成される。ガイド管５２は、鉛直方向に延びる円筒形状の外筒である。このガイド管５２は、ノズル５１よりも下側まで延びている。
　ノズル５１は、噴出口を鉛直上方に向けた状態で、ガイド管５２内に配置されている。ノズル５１には、ガイド管５２の管壁を貫通する配管等を介してブロワ装置６からエアが供給される。
　羽根部材５３には、ガイド管５２の管壁から中心に向かって突出するように２以上の突出部材５３２及び５３３が設けられ、これらの突出部材５３２及び５３３が周方向に間隔を空けて配置される。
　この羽根部材５３は、ガイド管５２と同軸に配置される円筒形状の本体５３１と、本体５３１の内周面から中心に向かってそれぞれ延びる２つの突出部材５３２及び４つの突出部材５３３と、本体５３１の内周面に設けられた６つの突起５３４とにより構成される。
　突起５３４は、突出部材５３２及び５３３間の間隙を狭くすることによって流速を高めるための部材であり、鉛直上方から見て三角形状である。この突起５３４は、隣接する２つの突出部材５３３の間と、隣接する突出部材５３２及び５３３の間とにそれぞれ配置され、周方向の配置間隔が概ね一定である。
　各突出部材５３２は、本体５３１の中心軸近傍まで延び、互いに対向するように配置されている。一方、各突出部材５３３は、突出部材５３２よりも短く、突出部材５３２間において周方向に一定の間隔を空けて配置されている。
　突出部材５３２及び５３３は、いずれも羽根状の断面形状を有し、上面５３６に沿って流れる汚水２の流速が下面５３７に沿って流れる汚水２の流速よりも速くなるように、上面５３６が上側に湾曲している。突出部材５３２及び５３３は、この様な断面形状であるため、突出部材５３２及び５３３を跨いで鉛直上方に通過する水流に対し、圧力差を生じさせ、乱流を発生させることにより、微細気泡を発生させることができる。
　また、突出部材５３２及び５３３の上面５３６には、多数の微小な凹部５３５が形成されている。この凹部５３５は、ディンプル形状であり、間隔を空けて配置されている。突出部材５３２及び５３３は、この様な凹部５３５を設けることにより、圧力差を生じさせると同時に、水流の剥離時間を長くすることにより、微細気泡を大量に発生させることができる。また、流速の損失が抑制されるため、次段の羽根部材５３に対して高速の水流を衝突させることができる。
　また、水平面に対する突出部材５３２及び５３３の下面５３７の傾きを大きくすることにより、水流の不安定な状態が作り出されるため、微細気泡をより大量に発生させることができる。各突出部材５３２及び５３３について、水平面に対する下面５３７の傾きは、気泡の上昇によって形成される水流が旋回流となるように調整される。例えば、各突出部材５３２及び５３３は、径方向から見て、水平面に対する下面５３７の傾斜角が略一致している。
　各羽根部材５３は、中心軸を一致させた状態で、鉛直方向に重ねて配置される。また、各羽根部材５３は、鉛直方向から見て突出部材５３２及び５３３の位置が互いに重ならないように配置される。
　この様な散気装置５を処理槽１４内に設置することにより、突出部材５３２及び５３３が汚水２中の気泡を微細化するため、汚水２中に微細気泡を大量に発生させることができ、溶存酸素濃度を増大させることができる。
　図９は、図１の汚水浄化システム１における曝気動作の一例を模式的に示した説明図である。散気装置５に対してエアを供給すると、ノズル５１から汚水２中にエアが放出され、放出されたエアが気泡となってガイド管５２内を上昇する。そして、ガイド管５２から気泡と汚水２との混合体からなる噴流が勢いよく放出されることにより、上昇撹拌流７が形成される。
　上昇撹拌流７は、ガイド管５２の上端開口部を頂点とする円錐状の上昇流であり、鉛直上方に対する拡がり角θは、１５°程度である。上昇撹拌流７は、水面に到達すると、水面を隆起させるとともに行き場を失うため、多孔質板１５に沿って水平方向に移動する流れとなり、処理槽１４の壁面に到達すれば、当該壁面に沿って下降する下降流が形成される。
　処理槽１４の壁面に沿って移動する下降流が底面１４１に到達すると、底面１４１に沿って水平方向に移動する。ガイド管５２の下端と処理槽１４の底面１４１との間には、間隙が設けられているため、底面１４１に沿って移動する汚水２がガイド管５２の下端から吸い上げられ、上昇撹拌流７に基づく循環流が形成されることになる。
　多孔質板１５は、この様な上昇撹拌流７の流域内に配置され、多孔質板１５に沿って上昇する汚水２の流速が２ｍ／ｓｅｃ以上である。この流速は、正確に言えば汚水２と気泡との混合体が多孔質板１５の表面付近で鉛直上向きに移動する速さである。上昇撹拌流７は、循環流の一部であることから、水面からの深さにかかわらず、多孔質板１５の表面に沿って上昇する秒速２メートル以上の水流を発生させることができる。
　多孔質板１５が散気装置５のガイド管５２から放出された気泡によって形成される上昇撹拌流７の流域内に配置されるため、多孔質板１５に対して溶存酸素を十分に供給することができる。また、多孔質板１５は、２ｍ／ｓｅｃ以上の高速水流によって洗浄されるため、多孔質板１５の表面に微生物膜が形成されるのを確実に防止することができる。多孔質板１５の表面に形成された微生物膜を除去することもできる。このため、多孔質板１５の表面から内部にまで菌体が入り、増殖することにより、有機物を効率よく分解させることができる。
　散気装置５の突出部材５３２及び５３３は、汚水２中の気泡を微細化するとともに、多孔質板１５に沿って上昇する汚水２の流速を脈動させる。脈動の周期は、例えば、１ｓｅｃ以下である。この様な脈動は、上昇撹拌流７による水面隆起２ａの高さが周期的に変動することを観測すれば、水面隆起２ａの高さの周期的な変動によって識別することができる。例えば、水面隆起２ａの高さは、１００ｍｍから２００ｍｍまでの範囲で変動する。
　気泡がガイド管５２の突出部材５３２及び５３３の間を通過する際に微細化されるため、酸素の溶解効率を向上させることができる。散気装置５に対するエアの供給開始から時間が十分に経過した後の溶存酸素濃度は、例えば、７．５ｍｇ／Ｌ以上である。また、散気装置５に対するエア供給量を増大させなくても、汚水２の脈動効果によって多孔質板１５に対する洗浄力を向上させることができる。さらに、汚水２がガイド管５２内を通過する際に、突出部材５３２及び５３３に衝突するため、汚水２中の汚泥を細かく粉砕させることができる。
　ブロワ装置６は、例えば、処理槽１４の容量における１立方メートル当たりの流量が４０Ｌ／ｍｉｎ以上のエアを散気装置５に供給する。例えば、処理槽１４の単位容積当たりの流量が４５Ｌ／ｍｉｎ程度のエアが散気装置５に供給される。従来の浄化システムでは、微生物を担持する担持体を使用するか否かにかかわらず、流量が２０～２５Ｌ／ｍｉｎ程度である。これに対し、散気装置５に対するエア供給量を毎分４０リットル以上とすることにより、散気装置５の上方に上昇撹拌流７として強い水流を形成しつつ、多孔質板１５や処理槽１４の壁面に沿って循環する対流を形成することができる。
　本実施の形態によれば、多孔質板１５が２ｍ／ｓｅｃ以上の高速水流によって洗浄されるため、多孔質板１５に対する微生物膜の形成を抑制することができる。従って、多孔質板１５が担持する好気性の微生物に溶存酸素が十分に供給され、多孔質板１５の内部で微生物による有機物の分解が促進されるため、汚水２の処理能力を向上させることができる。
　また、処理槽１４の底に堆積した汚泥がガイド管５２の下端から吸い上げられるため、上昇撹拌流７によって素早く拡散させることができる。さらに、１つの散気装置５から複数の多孔質板１５に溶存酸素が同時に供給されるため、微生物の活性を低下させることなく、汚水２の処理能力を向上させることができる。
　また、多孔質板１５が流路と交差するように配置されるため、多孔質板１５の両側面に溶存酸素を十分に供給することができる。また、散気装置５ごとに多孔質板１５が配置されるため、多孔質板１５に対する溶存酸素の供給量を低下させることなく、多孔質板１５を増やして汚水２の処理能力を向上させることができる。
　なお、本実施の形態では、多孔質板１５がＵ字形状の保持部材１６によって保持される場合の例について説明したが、本発明は、保持部材１６の構成をこれに限定するものではない。例えば、連結部１６３を備えない保持部材１６によって多孔質板１５が保持されるような構成であっても良い。
　また、本実施の形態では、流量調整槽１３を備える汚水浄化システム１の例について説明したが、本発明は、汚水浄化システム１の構成をこれに限定するものではない。例えば、流量調整槽１３を備えない汚水浄化システムにも本発明は適用することができる。
　また、本実施の形態では、羽根部材５３の突出部材５３２及び５３３がディンプル形状の凹部５３５を有する場合の例について説明したが、本発明は、散気装置５の構成をこれに限定するものではない。例えば、突出部材５３２及び５３３は、凹部５３５を有しない形状であっても良い。
　また、本実施の形態では、工場等から排出される汚水２を浄化して下水道等に放出する汚水浄化システム１の例について説明したが、本発明は、空調設備等において循環する循環水を浄化する汚水浄化システムにも適用可能である。
１　汚水浄化システム
１１　原水槽
１２　分離装置
１３　流量調整槽
１４　処理槽
１４１　底面
１４２，１４３　壁面
１５　多孔質板
１６　保持部材
２　汚水
３，５　散気装置
４，６　ブロワ装置
７　上昇攪拌流
５１　ノズル
５２　ガイド管
５３　羽根部材

Claims (6)

  1. 　汚水を貯留する処理槽と、
    　上記処理槽内に設置され、鉛直方向に延び、微生物を担持する多孔質板と、
    　上記処理槽内において上記多孔質板の下端よりも下側に配置され、ブロワ装置から供給されたエアを汚水中に放出するノズル、及び、上記ノズルから放出されたエアの上昇を案内する筒状のガイド管を有する散気装置とを備え、
    　上記多孔質板は、上記散気装置の上記ガイド管から放出された気泡によって形成される上昇撹拌流の流域内に配置され、上記多孔質板に沿って上昇する汚水の流速が２ｍ／ｓｅｃ以上であることを特徴とする汚水浄化システム。
  2. 　上記散気装置の上記ガイド管には、管壁から中心に向かって突出する２以上の突出部材が周方向に間隔を空けて配置され、上記多孔質板に沿って上昇する汚水の上記流速を脈動させることを特徴とする請求項１に記載の汚水浄化システム。
  3. 　上記ガイド管の下端と上記処理槽の底との間に間隙が設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の汚水浄化システム。
  4. 　上記ブロワ装置は、上記処理槽の容量における１立方メートル当たりの流量が４０Ｌ／ｍｉｎ以上のエアを上記散気装置に供給することを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の汚水浄化システム。
  5. 　１つの上記散気装置に対し、２以上の上記多孔質板が間隔を空けて配置されることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の汚水浄化システム。
  6. 　上記処理槽は、水平方向に延びる流路の一端に汚水が供給され、他端から汚水が排出され、
    　２以上の上記散気装置が上記流路に沿って間隔を空けて配置され、
    　上記散気装置ごとに上記多孔質板が上記流路と交差するように配置されることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の汚水浄化システム。
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