WO2021149369A1 - 水質改善装置及び水質改善方法 - Google Patents

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WO2021149369A1
WO2021149369A1 PCT/JP2020/045183 JP2020045183W WO2021149369A1 WO 2021149369 A1 WO2021149369 A1 WO 2021149369A1 JP 2020045183 W JP2020045183 W JP 2020045183W WO 2021149369 A1 WO2021149369 A1 WO 2021149369A1
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WO
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flow path
waste liquid
air
discharge port
water quality
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Application number
PCT/JP2020/045183
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English (en)
French (fr)
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元陽 若井田
靖夫 若井田
太 栗栖
遼 田口
Original Assignee
株式会社ワカイダ・エンジニアリング
国立大学法人東京大学
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/20—Jet mixers, i.e. mixers using high-speed fluid streams
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C02F3/20—Activated sludge processes using diffusers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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 water quality improving device and a water quality improving method.
  • a general aeration device has a structure that discharges air directly above in water. When treating waste liquid, increase the dissolved oxygen rate with microbubbles, etc., crush scum, etc. with strong stirring force, and homogenize with this circulating flow to improve the efficiency of oxygen supply to the waste liquid and cause foul odors. It avoids the reduction state.
  • Patent Documents 1 to 3 As an effective means for decomposing scum and malodor-causing substances caused by suspended substances and precipitates of microorganisms and improving water quality, for example, the techniques disclosed in Patent Documents 1 to 3 have attracted attention. There is.
  • the waste liquid is poured into the flow path in the pipe of the ejection means erected in the storage tank and rises without the need for a stirring device such as a pump or a propeller blade.
  • a technique of giving a physical stimulus (vibration) to the waste liquid making the air finer and more fragmented, and forcibly circulating and stirring the waste liquid in the tank.
  • FIG. 9A is an explanatory diagram of the circulating flow generator described in Patent Document 1.
  • An ejection means 1 having an ejection pipe 2 is erected in the storage tank 4.
  • the ejection pipe 2 is provided with a waste liquid flow path 2a and a gas flow path 2b.
  • an air supply mechanism 3 having an air chamber 3a communicating with the gas flow path 2b is provided.
  • the circulation flow generator 5 is configured as described above.
  • the waste liquid in the storage tank 4 is taken in from the bottom surface portion side and discharged from the top surface portion side by the ejection means 1 to circulate the waste liquid.
  • the air introduced from the air chamber 3a is mixed and dispersed in the waste liquid, and the gas-liquid mixed waste liquid is circulated.
  • FIG. 9B is an explanatory diagram showing the basic configuration of the gas-liquid mixed circulation flow generator described in Patent Document 2.
  • An ejection means 1 having an ejection pipe 2 is provided.
  • the ejection pipe 2 is provided with a waste liquid flow path 2a.
  • an air supply mechanism 3 having an air chamber 3a and a gas flow path 3b is provided.
  • the waste liquid in the storage tank is taken in from the bottom surface portion side by the ejection means 1 and discharged from the top surface portion side, and the waste liquid is circulated.
  • the air introduced from the air chamber 3a is mixed and dispersed in the waste liquid to generate a swirling flow of the gas-liquid mixed waste liquid and circulate it.
  • Patent Document 3 discloses a method and an apparatus for improving water quality by activating microorganisms in water. By introducing air to generate a high-speed upwelling flow and generating a high-speed circulating upwelling flow, aquatic microorganisms are activated and water quality is improved.
  • An object of the present invention is a water quality improving device capable of improving the water quality of waste liquid by strengthening the swirling upflow that circulates the waste liquid and increasing the gas-liquid mixing efficiency of the waste liquid and air during the treatment of the waste liquid in the storage tank. And to provide a method for improving water quality.
  • the applicant for the patent application has decided to use the spouting means for the waste liquid that raises the waste liquid flow path of the spouting means so that a strong physical stimulus can be given to the waste liquid in the storage tank.
  • the taken-in air is discharged from the gas flow path into the waste liquid flow path through the discharge port, and the rising waste liquid and the discharged air are collided and combined to form a swirling rising flow of gas-liquid mixture.
  • the water quality improving device of the present invention is a water quality improving device for improving the water quality of the waste liquid by circulating the waste liquid containing the microorganism stored in the storage tank in the storage tank and activating the microorganism.
  • Cylindrical shape having a waste liquid flow path that takes in the waste liquid from the bottom surface side and discharges it from the top surface side, and is provided with a gas flow path that communicates with the waste liquid flow path and discharges air into the waste liquid flow path.
  • An air supply having an air chamber provided with an ejection pipe and a supply port for storing air introduced from the outside of the storage tank and supplying the stored air communicating with the gas flow path to the gas flow path.
  • the water quality improving method of the present invention is a water quality improving method for improving the water quality of the waste liquid by circulating the waste liquid containing the microorganism stored in the storage tank in the storage tank and activating the microorganism.
  • the distance between the first gas flow path having a first discharge port, which is a cylindrical ejection pipe having a waste liquid flow path and is provided in communication with the waste liquid flow path, and the bottom surface portion of the ejection pipe is the first.
  • the waste liquid is ejected in the ejection pipe which is different from the 1 discharge port and is provided with a gas flow path including a second gas flow path having a second discharge port provided in communication with the waste liquid flow path.
  • the step of discharging the air from the first discharge port and the second discharge port can be performed at the same time to release the waste liquid. It is circulated in the storage tank.
  • the swirling upflow that circulates the waste liquid can be strengthened by the synergistic effect of bubbling by the air discharged from the discharge ports of different heights, whereby the physics given to the waste liquid repeatedly. Stimulation can be strengthened. Furthermore, the synergistic effect of the above bubbling can increase the gas-liquid mixing efficiency of the waste liquid and air, which increases the dissolved oxygen in the waste liquid in the tank, and not only aerobic microorganisms but also aerobic microorganisms. Both anaerobic microorganisms can coexist and grow in a well-balanced manner, and the generation of foul odors can be prevented.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of a storage tank to which the water quality improving device according to the embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a schematic view of a vertical cross section of the ejection portion of the water quality improving device of FIG.
  • FIG. 3 is an explanatory view showing the arrangement of the ejection pipe and the air supply unit of the water quality improving device of FIG.
  • FIG. 4 is an explanatory view showing a discharge port of a ejection pipe of the water quality improving device of one embodiment.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram schematically showing each discharge port of the ejection pipe of the water quality improving device of one embodiment.
  • FIG. 6A is a plan view showing the shape of an example of the discharge port.
  • FIG. 6B is an explanatory diagram schematically showing how air is discharged from the outlet shown in FIG. 6A.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing repeated circulation of waste liquid in the storage tank.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing the activation status of aerobic / anaerobic microorganisms.
  • FIG. 9A is an explanatory diagram of a conventional circulating flow generator.
  • FIG. 9B is an explanatory diagram of a conventional gas-liquid mixed circulation flow generator.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of a storage tank to which the water quality improving device according to the present embodiment is applied.
  • the storage tank 10 is provided in the water treatment facility and stores the waste liquid WL to be treated.
  • the storage tank 10 is surrounded by a closed side surface portion 10a, a bottom surface portion 10b, and an upper surface portion 10c.
  • the upper surface portion 10c is provided with an opening such as a manhole.
  • the storage tank 10 is also provided with an inflow pipe 16 for pouring water liquid and a drain pipe 17 for draining the waste liquid WL treated in the storage tank 10.
  • the water quality improving device applied to the storage tank 10 improves the water quality of the waste liquid WL by circulating the waste liquid WL containing the microorganisms stored in the storage tank 10 in the storage tank 10 and activating the microorganisms. It is a device. Microorganisms may include fungi.
  • FIG. 2 is a schematic view of a vertical cross section of the ejection portion 11 of the water quality improving device according to the present embodiment.
  • the water quality improving device includes a ejection pipe 12, an air supply unit 14, and an air introduction unit 15.
  • the ejection pipe 12 has an ejection pipe main body 12a having a substantially cylindrical shape.
  • the ejection pipe main body 12a is provided with a waste liquid flow path 13 that takes in the waste liquid WL from the bottom surface side and discharges it from the top surface side so as to extend in the Z direction.
  • the waste liquid flow path 13 has a substantially cylindrical inner wall surface 13a of the flow path and a tapered portion 13b whose flow path diameter increases upward.
  • a gas flow path 12b including a first gas flow path 12bx and a second gas flow path 12by that communicate with the waste liquid flow path 13 and discharge air into the waste liquid flow path 13 is provided.
  • the first gas flow path 12bx and the second gas flow path 12by are also collectively referred to as a gas flow path 12b.
  • the gas flow path 12b has a first gas flow path 12bx having a first discharge port 121bx provided in communication with the waste liquid flow path 13, and a second discharge port 121by provided in communication with the waste liquid flow path 13. Includes a second gas flow path 12by.
  • the first discharge port 121bx and the second discharge port 121by are also collectively referred to as a discharge port 121b.
  • the distance from the bottom surface of the ejection pipe 12 of the second outlet 121by is different from the distance from the bottom surface of the ejection pipe 12 of the first outlet 121bx.
  • the distance from the bottom surface of the ejection pipe 12 is the length in the Z direction from the bottom surface of the ejection pipe 12 in FIG. 2, and the height from the bottom surface of the ejection pipe 12.
  • FIG. 2 shows that the difference S between them is 50 mm as an example of the height H1 of the first discharge port 121bx and the height H2 of the second discharge port 121by.
  • the air supply unit 14 has a substantially annular (doughnut-shaped) air chamber main body 14a, and a hollow air chamber 14b is provided inside.
  • the air chamber 14b is provided with a supply port 14d that stores air introduced from the outside of the storage tank 10 and communicates with the gas flow path 12b to supply the air stored in the air chamber 14b to the gas flow path 12b. ing.
  • the air chamber 14b is provided with a vent 14c so that air can be supplied to the inside of the air chamber 14b from the outside.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing the arrangement of the ejection pipe and the air supply unit of the water quality improving device according to the present embodiment.
  • the ejection pipe 12 is erected in the storage tank 10 in a state of being inserted into the air supply unit 14.
  • the air supply unit 14 is in contact with the flange portion 12c stretched at a desired location, and both are assembled by bolts 12d.
  • a conventionally well-known assembly means can be appropriately adopted.
  • the ejection pipe 12 and the air supply portion 14 are integrally assembled to form the ejection unit 11.
  • the ejection pipe 12 and the air supply section 14 are assembled so as to communicate with each other so that the gas flow path 12b and the supply port 14d communicate with each other, and are configured to act as the ejection section 11.
  • the first gas flow path 12bx and the second gas flow path 12by are drawn as flow paths extending in the XZ plane in FIG. 2, but FIG. 2 shows the supply port 14d, the first discharge port 121bx, and the first discharge port 121bx of the air chamber 14b. It merely schematically shows that the two discharge ports 121by are communicated with each other by the first gas flow path 12bx and the second gas flow path 12by, respectively. That is, the first gas flow path 12bx and the second gas flow path 12by do not extend in the XZ plane as described later. Details of the first gas flow path 12bx having the first discharge port 121bx and the second gas flow path 12by having the second discharge port 121by will be described later.
  • the air introduction unit 15 is provided outside the storage tank 10 and is configured to introduce air into the air chamber 14b.
  • the air introduction unit 15 is composed of a pump 15a having an air introduction port 15b, and a ventilation path 15c is connected to the pump 15a.
  • the ventilation passage 15c extends into the storage tank 10 and is connected to the ventilation port 14c.
  • the air introduction unit 15 makes it possible to flow air into the air chamber 14b.
  • the ejection portion 11 is placed on the fixing base 18, and the fixing base 18 on which the ejection portion 11 is placed is placed on the bottom surface portion of the storage tank 10. .
  • the fixing base 18 is composed of a base material 18a and legs 18b for mounting the ejection portion 11, but is not limited to this as long as it has such an action.
  • the ejection pipe 12 is provided so that the waste liquid WL in the storage tank 10 is taken in from the bottom surface portion side and the waste liquid flow path 13 extends in the Z direction in the center so as to be discharged from the top surface portion side.
  • the waste liquid WL in the storage tank 10 is taken in from the bottom surface portion of the storage tank 10 (spouting portion 11) and is raised to the upper surface portion side of the ejection portion 11.
  • the first gas flow path 12bx and the second gas flow path 12by are gas flow paths for flowing air formed in the ejection pipe 12 (straight in the radial direction), and the lower end thereof is an air chamber. It communicates with the supply port 14d of 14b, respectively.
  • the upper ends of the first gas flow path 12bx and the second gas flow path 12by gradually taper, and the first discharge port 121bx and the second discharge port 121by face the inner wall surface 13a of the flow path of the waste liquid flow path 13 at their tips, respectively. It is formed.
  • the first gas flow path 12bx and the second gas flow path 12by are formed inside the ejection pipe 12 in an oblique direction.
  • the first discharge port 121bx and the second discharge port 121by are inclined at an acute angle.
  • FIGS. 4 (a) to 4 (d) and FIG. (A) to (d) of FIG. 4 are explanatory views showing the discharge port of the ejection pipe 12 of the water quality improving device according to the embodiment, and the gas flow path 12b and the discharge port 121b and the discharge port 121b in the XY planes having different heights are discharged.
  • the direction of the gas to be formed is schematically shown.
  • FIG. 5 is an explanatory view schematically showing each discharge port of the ejection pipe 12 of the water quality improving device according to the first embodiment, and the discharge ports of FIGS. 4A to 4D are collectively shown in one figure. It is a thing.
  • FIG. 5 show an example in which the discharge port 121b has four gas flow paths 12ba, 12bb, 12bc, and 12bd having different distances from the bottom surface of the ejection pipe 12.
  • the discharge port 121b has four gas flow paths 12ba, 12bb, 12bc, and 12bd having different distances from the bottom surface of the ejection pipe 12.
  • an example having four gas channels is shown, but the number is not limited to four, and any number of gas channels may be used.
  • FIGS. 4A to 4D and FIG. 5 it has four gas flow paths 12ba, 12bb, 12bc, 12bd.
  • the discharge ports 121ba, 121bb, 121bc, 121b of the four gas flow paths 12ba, 12bb, 12bc, and 12bd are provided so as to be located within a range of a width of 50 mm in the vertical direction of the waste liquid flow path 13.
  • the vertical width of the waste liquid flow path 13 of the discharge ports 121ba, 121bb, 121bc, 121bd is preferably in the range of 5 mm to 10 mm.
  • the discharge ports 121ba, 121bb, 121bc, 121b of the four gas flow paths 12ba, 12bb, 12bc, and 12bd are on a virtual spiral line that sequentially swirls and rises. Air is discharged from each discharge port 121ba, 121bb, 121bc, 121bd arranged at regular intervals.
  • the four gas flow paths 12ba, 12bb, 12bc, 12bd and the four discharge ports 121ba, 121bb, 121bc, 121bd will be described.
  • the gas flow path 12ba and the discharge port 121ba will be described.
  • the air discharged into the waste liquid flow path 13 from the uppermost discharge port 121ba on the flow path inner wall surface 13a of the waste liquid flow path 13 is diagonally to the right from the center left in the figure, and slightly ascends along the flow path inner wall surface 13a. It is released as a swirling flow toward.
  • the direction in which the air is discharged is projected onto the XY plane, for example, at an angle of 15 degrees with the normal direction of the inner wall surface 13a of the flow path at the discharge port 121ba.
  • the air discharged into the waste liquid flow path 13 from the discharge port 121bb of the next stage on the flow path inner wall surface 13a of the waste liquid flow path 13 is diagonally to the right from the upper center in the figure, and slightly ascends along the flow path inner wall surface 13a. It is released as a swirling flow toward.
  • the direction in which the air is discharged is projected onto the XY plane, for example, at an angle of 60 degrees with the normal direction of the inner wall surface 13a of the flow path at the discharge port 121bb.
  • the air discharged into the waste liquid flow path 13 from the discharge port 121bc of the next stage on the flow path inner wall surface 13a of the waste liquid flow path 13 is diagonally to the left from the center right in the figure, and slightly ascends along the flow path inner wall surface 13a. It is released as a swirling flow toward.
  • the direction in which the air is discharged is projected onto the XY plane, for example, at an angle of 45 degrees with the normal direction of the flow path inner wall surface 13a at the discharge port 121bc.
  • the air discharged into the waste liquid flow path 13 from the lowest discharge port 121db on the inner wall surface 13a of the waste liquid flow path 13 is diagonally to the left from the lower center in the figure, and slightly ascends along the inner wall surface 13a of the flow path. It is released as a swirling flow toward.
  • the direction in which the direction in which the air is discharged is projected onto the XY plane is, for example, a direction in which the angle formed by the normal direction of the inner wall surface 13a of the flow path at the discharge port 121dd is 30 degrees.
  • each of the discharge ports 121ba, 121bb, 121bc, 121bd facing the inner wall surface 13a of the waste liquid flow path 13 has a tear-like cross section with respect to the waste liquid flow path 13. That is, it is preferable that the air is discharged in the direction of the virtual spiral line that rises while swirling, and the cross-sectional shape of the inner wall surface 13a of the flow path is a teardrop-shaped discharge port. As for the cross-sectional shape of the inner wall surface 13a of the flow path, it is preferable that the tear-shaped discharge ports 121ba, 121bb, 121bc, 121bd are discharged into the waste liquid flow path 13.
  • FIG. 6A is a plan view showing the shape of an example of the above discharge port. That is, the shape of the discharge port when a substantially cylindrical curved surface is made flat is shown.
  • the outlet 121b has a teardrop shape.
  • the teardrop-shaped shape is, for example, a shape in which a part of a circular shape is stretched in the outer peripheral direction.
  • the semicircular portion P1 and the protruding portion P2 extended in the outer peripheral direction from the semicircle are smoothly connected to each other.
  • FIG. 6B is an explanatory diagram schematically showing how air is discharged from the outlet shown in FIG. 6A.
  • the discharge port 121b is inclined at an acute angle with respect to the gas flow path 12b, and a semicircular portion P1 is arranged on the inner wall surface side of the flow path with respect to the air flow F discharged from the gas flow path 12b, and the air flow.
  • the protrusion P2 is arranged on the side of the waste liquid flow path 13 with respect to F.
  • each gas flow path 12ba, 12bb, 12bc, 12bd outlets 121ba, 121bb, 121bc which are on a virtual spiral line and have different heights and are arranged at regular intervals. Air is released from 121db to generate a swirling updraft. Each swirling upwelling stream swirls and rises in sequence, and does not collide with each other and cancel each other out, but synergistically interfere with each other.
  • the rising waste liquid WL is regarded as a strongly bubbling gas-liquid mixture waste liquid (strong bubbling gas-liquid mixture waste liquid), and this strongly bubbling gas-liquid mixture waste liquid is widely spread in the storage tank 10. Forced circulation.
  • discharge ports 121ba, 121bb, 121bc, 121b of the four gas flow paths 12ba, 12bb, 12bc, and 12bd are close to each other within the waste liquid flow path 13 of the inner wall surface 13a of the flow path within a range of 50 mm above and below. They are synthesized by synergistically interfering with each other.
  • the swirling upflow that circulates the waste liquid WL can be strengthened by the synergistic effect of bubbling, and thereby the physical stimulation repeatedly given to the waste liquid WL can be strengthened.
  • the synergistic effect of bubbling can increase the gas-liquid mixing efficiency of the waste liquid WL and air, which increases the dissolved oxygen in the waste liquid in the tank and is aerobic as well as aerobic microorganisms. -Both anaerobic microorganisms can coexist and grow in a well-balanced manner, and the generation of foul odors can be prevented.
  • the water quality improvement method using the water quality improving device of the present embodiment improves the water quality of the waste liquid WL by circulating the waste liquid WL containing the microorganisms stored in the storage tank 10 in the storage tank 10 and activating the microorganisms. It is a method of improving water quality.
  • the ejection pipe 12 is provided with a gas flow path 12b having a distance different from that of the first discharge port 121bx and including a second gas flow path 12by having a second discharge port 121by provided so as to communicate with the waste liquid flow path 13.
  • the air introduced from the outside of the storage tank 10 is stored and communicated with the gas flow path 12b.
  • the waste liquid WL is circulated in the storage tank 10.
  • the swirling upflow that circulates the waste liquid WL can be strengthened by the synergistic effect of bubbling, and thereby the physical stimulation repeatedly given to the waste liquid WL can be strengthened.
  • the synergistic effect of bubbling can increase the gas-liquid mixing efficiency of the waste liquid WL and air, which increases the dissolved oxygen in the waste liquid in the tank and is aerobic as well as aerobic microorganisms. -Both anaerobic microorganisms can coexist and grow in a well-balanced manner, and the generation of foul odors can be prevented.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing repeated circulation of the waste liquid WL in the storage tank.
  • the swirling ascending currents A and B of the gas-liquid mixture discharged from the waste liquid flow path 13 of the ejection portion 11 are forcibly pushed out in a wide range in the storage tank 10.
  • the waste liquid WL is agitated above the waste liquid flow path 13.
  • the swirling upwelling flows A and B strongly bubbled in the waste liquid flow path 13 repeatedly recirculate the waste liquid WL in the storage tank 10.
  • the swirling ascending flows A and B from the ejection portion 11 agitate the waste liquid of the gas-liquid mixture over a wide area in the storage tank 10 and generate circulating flows C and D that circulate downward.
  • the waste liquid WL is agitated and recirculated throughout the storage tank 10.
  • the swirling ascending flow of the gas-liquid mixed waste liquid generated inside the flow path inner wall surface 13a of the ejection portion 11 rises, and the diameter increases from the inner portion of the flow path inner wall surface 13a having a constant radius to the outer diameter. It reaches the widening tapered portion 13b.
  • the pressure of the waste liquid WL flowing through the waste liquid flow path 13 in a high energy state suddenly drops, and a strong shearing force is generated in the waste liquid WL.
  • the bubbles in the waste liquid WL are separated by the shearing force, and the contact area between the liquid and the bubbles explosively expands. As a result, the dissolution of bubbles (oxygen) in the waste liquid WL is accelerated at once.
  • the above effect is that oxygen can be dissolved in the waste liquid WL with less energy and high dissolution efficiency without requiring external power.
  • the waste liquid WL having a high dissolved oxygen ratio can be agitated and recirculated throughout the storage tank 10.
  • a swirling ascending flow and a circulating flow having the above-mentioned strong bubbling effect are generated, and physical stimulation is generated as a strong vibration against microorganisms in water in the storage tank 10.
  • Gas-liquid adjustment is performed so that the nutrient content of the microorganism and the abundance ratio of the microorganism are uniformly dispersed.
  • the dissolved oxygen rate is optimized, and both aerobic and anaerobic microorganisms coexist and grow in a well-balanced manner.
  • the waste liquid WL in the storage tank 10 can be treated while preventing the generation of scum (suspended matter / precipitate) and foul odor in the waste liquid WL.
  • the nutrient content of microorganisms and the abundance ratio of microorganisms are adjusted as uniform dispersion.
  • sludge can come into contact with air bubbles (oxygen) carried along the circulating flow due to this complicated flow of waste liquid WL, and can be maintained in a redox state in which odorous substances such as hydrogen sulfide are less likely to be generated.
  • the microorganisms present in the waste liquid WL in the storage tank 10 are strongly physically stimulated, the activation of their growth is further promoted, and the growth of both anaerobic and aerobic microorganisms is achieved. It is thought that it will provide water quality improvement that can maintain a balanced environment as a suitable coexistence environment by one's own power (self-help efforts).
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing the activation status of aerobic and anaerobic microorganisms.
  • the microorganism a In the state where the aerobic / anaerobic microorganisms are not activated, as shown on the left side of FIG. 8, the microorganism a does not take in the scum or odor-causing substance b, but in the state where the aerobic / anaerobic microorganisms are activated.
  • the microorganism a takes in the scum and the causative substance b of the odor.
  • the microorganism a can decompose the causative substance b and improve the water quality.
  • sewage By stimulating microorganisms with an ultra-high-speed upwelling flow, sewage can be uniformly dispersed by a strong circulating flow at the same time, and decomposition of organic matter can be promoted.
  • bacteria of the genus Mitsuokella and the family Veiolellaceae were significantly reduced.
  • Coriobacter aceae bacteria and Bifidobacterium spp. Were also reduced in the other series. Since the number of common microbial species is decreasing in all cases, it can be said that these bacteria are typical bacterial species that are reduced by the installation of the device. These are all obligate anaerobic microorganisms, and are considered to be species that lost their activity due to the improvement of oxygen supply efficiency by the device.
  • the genera Novosphingobium, Veionella, and Strpetococcus were commonly increased. Although the Novosphingobium bacterium is an absolutely aerobic bacterium, the Streptococcus genus is a facultative anaerobic bacterium and the Veionella genus bacterium is an obligate anaerobic bacterium, and not necessarily only the aerobic bacterium was activated.
  • the amount of oxygen supplied in this experimental device is small compared to the organic matter load of the inflowing wastewater, and much smaller than the amount required to aerobically oxidize all the organic matter. Therefore, it is clear from the results of the community analysis that the amount of oxygen is not enough to keep the inside of the tank in an aerobic state. For this reason, in the activation of microorganisms by this device, the promotion of low molecular weight by fermentation of carbohydrates, which are high molecular weight organic substances contained in kitchen wastewater, and the decomposition rate of low molecular weight organic substances are higher than those of fermentation. It is presumed that the microorganisms that metabolize by fast breathing are activated.
  • hydrogen sulfide which causes foul odors, is considered to be generated under strong reducing conditions. It is considered that the efficient supply of oxygen reduces the zones that are in a strong reducing environment and inactivates the microorganisms that produce malodors, which is a factor in reducing malodors.
  • each numerical value of BOD, hexane extract, SS, and sulfide ion is the following index.
  • BOD One of the indicators of pollution by quantifying the state of water quality. It is the amount of oxygen consumed when microorganisms oxidatively decompose organic matter in water in a certain period of time. The larger the value, the worse the water quality.
  • Hexane extract A numerical value that mainly represents the amount of oil.
  • SS Represents the value of insoluble particles of 2 mm or less floating in water.
  • Sulfide ion A substance that generates hydrogen sulfide under certain conditions, and the higher the value, the easier it is to generate hydrogen sulfide.
  • Hydrochlor sulfide A highly lethal gas that causes a strong odor such as the rotten egg odor of wastewater.
  • a strong bubbling portion when treating the waste liquid in the storage tank, a strong bubbling portion repeatedly gives a strong physical stimulus to increase the dissolved oxygen in the waste liquid in the tank, and only aerobic microorganisms are used. Both aerobic and anaerobic microorganisms can coexist and grow in a well-balanced manner, and water quality can be improved by activating aquatic microorganisms.

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Abstract

貯留槽内の廃液処理の際に、旋回上昇流を強化し、廃液と空気との気液混合効率を高めて、廃液の水質を改善できる水質改善装置及び水質改善方法を提供する。廃液流路１３を有し、廃液流路１３に連通して廃液流路１３に空気を放出する気体流路が穿設されてなる円筒状の噴出パイプ１２と、貯留槽の外部から導入される空気を貯留すると共に気体流路に連通して貯留した空気を気体流路に供給する供給口１４ｄが設けられた空気室１４ｂを有する空気供給部１４と、空気導入部とを有し、気体流路は、廃液流路１３に連通して設けられた第１放出口１２１ｂｘを有する第１気体流路１２ｂｘと、噴出パイプ１２の底面部からの距離が第１放出口１２１ｂｘと異なり、廃液流路１３に連通して設けられた第２放出口１２１ｂｙを有する第２気体流路１２ｂｙとを含む。

Description

水質改善装置及び水質改善方法
　本発明は、水質改善装置及び水質改善方法に関する。
　従来、ビルピット、合併浄化槽の水質改善、ダムなどのアオコ対策、工場の冷却水腐敗防止、下水処理場での浮遊物低減、生体触媒を用いて生化学反応を行うバイオリアクターの撹拌など種々の分野で、水処理施設での効率よい処理が要請されており、様々な技術が提案されている。基本的には、水を空気にさらし、水である液体（廃液）に空気を供給することで、廃液中の溶存酸素率の向上を図り、液中のスカム（浮遊物・沈殿物）の発生や悪臭の発生を防止し回避しようとするものである。
　一般的な曝気装置は、水中で空気を真上に吐出する構造を有する。廃液処理を行う際はマイクロバブル等で溶存酸素率を高め、強撹拌力によってスカム等を破砕し、この循環流により均質化を図ることで、廃液への酸素供給を効率化し、悪臭の原因となる還元状態化を避けている。
　微生物の浮遊物や沈殿物を原因とするスカムや悪臭の原因物質を分解し、水質を改善するために有効な手段として、例えば、特許文献１乃至特許文献３に開示された技術が着目されている。特許文献１乃至特許文献３には、ポンプやプロペラ羽根のような撹拌装置を必要とせずに、貯留槽内に立設された噴出手段のパイプ内の流路内に、廃液を投入しつつ上昇させ、この廃液に対して物理的な刺激（振動）を与えると共に、空気の微細化と分断化などを図り、槽内廃液への強制循環及び撹拌を図るという技術が開示されている。
　図９Ａは特許文献１に記載の循環流発生装置の説明図である。貯留槽４内に噴出用パイプ２を有する噴出手段１が立設されている。噴出用パイプ２には廃液流路２ａ及び気体流路２ｂが設けられている。さらに、気体流路２ｂに連通する空気室３ａを有する空気供給機構３が設けられている。以上のようにして循環流発生装置５が構成されている。貯留槽４内の廃液処理に際し、噴出手段１により貯留槽４内の廃液を底面部位側から取り込んで上面部位側から放出し、廃液を循環させる。ここで、空気室３ａから導入された空気を廃液に混合し分散させて、気液混合した廃液を循環させる。
　図９Ｂは特許文献２に記載の気液混合循環流発生装置の基本構成を示す説明図である。噴出用パイプ２を有する噴出手段１が設けられている。噴出用パイプ２には廃液流路２ａが設けられている。さらに、空気室３ａ及び気体流路３ｂを有する空気供給機構３が設けられている。廃液処理に際し、噴出手段１により貯留槽内の廃液を底面部位側から取り込んで上面部位側から放出し、廃液を循環させる。ここで、空気室３ａから導入された空気を廃液に混合し分散させて、気液混合した廃液の旋回流を発生させて循環させる。
　特許文献３には、水中微生物の活性化による水質改善方法及び装置が開示されている。空気を導入して高速噴射上昇流を発生させて、高速循環上昇流を発生させることにより、水中微生物を活性化し、水質の改善を行う。
特開２００２－０４５６６７号公報 特開２０１１－１５２５３４号公報 特開２０１８－１８７５５８号公報
　しかしながら、貯留槽内の廃液処理の際に、廃液を循環させる旋回上昇流を強化すると共に、廃液と空気との気液混合効率を高めることが求められている。
　本発明の目的は、貯留槽内の廃液処理の際に、廃液を循環させる旋回上昇流を強化すると共に、廃液と空気との気液混合効率を高めて、廃液の水質を改善できる水質改善装置及び水質改善方法を提供することである。
　本願特許出願人は、鋭意研究の結果、貯留槽内の廃液処理に際して、物理的な刺激を強力に与えることができるように、噴出手段の廃液流路を上昇させる廃液に対して、噴出手段に取り込まれた空気をその気体流路から放出口を介して廃液流路中に放出し、上昇する廃液と放出される空気との衝突及び合成を図り、気液混合の旋回上昇流とする強力なバブリング部を備え、これを上記貯留槽内に広範囲に強制循環させ、槽内廃液中の溶存酸素の増加を図ると共に、好気性微生物だけでなく好気性・嫌気性微生物の両方をバランスよく共存生育することができる水質改善技術を見出した。
　本発明の水質改善装置は、貯留槽に貯留された微生物を含有する廃液を前記貯留槽内で循環させて前記微生物を活性化することにより前記廃液の水質を改善する水質改善装置であって、前記廃液を底面部側から取り込むと共に上面部側から放出する廃液流路を有し、前記廃液流路に連通して前記廃液流路に空気を放出する気体流路が穿設されてなる円筒状の噴出パイプと、前記貯留槽の外部から導入される空気を貯留すると共に前記気体流路に連通して貯留した空気を前記気体流路に供給する供給口が設けられた空気室を有する空気供給部と、前記貯留槽の外部に設けられて前記空気室に空気を導入する空気導入部とを有し、前記気体流路は、前記廃液流路に連通して設けられた第１放出口を有する第１気体流路と、前記噴出パイプの底面部からの距離が前記第１放出口と異なり、前記廃液流路に連通して設けられた第２放出口を有する第２気体流路とを含む。
　本発明の水質改善方法は、貯留槽に貯留された微生物を含有する廃液を前記貯留槽内で循環させて前記微生物を活性化することにより前記廃液の水質を改善する水質改善方法であって、廃液流路を有する円筒状の噴出パイプであって、前記廃液流路に連通して設けられた第１放出口を有する第１気体流路と、前記噴出パイプの底面部からの距離が前記第１放出口と異なると共に前記廃液流路に連通して設けられた第２放出口を有する第２気体流路とを含む気体流路が穿設されてなる前記噴出パイプにおいて、前記廃液を前記噴出パイプの底面部側から取り込むと共に前記噴出パイプの上面部側から放出する工程と、前記貯留槽の外部から導入される空気を貯留すると共に前記気体流路に連通して貯留した空気が送流される導入口が設けられた空気室に、前記貯留槽の外部から空気を導入することで、前記第１放出口及び前記第２放出口から空気を放出する工程とを同時に行うことにより、前記廃液を前記貯留槽内で循環させる。
　本発明によれば、貯留槽内の廃液処理に際して、異なる高さの放出口から放出された空気によるバブリングの相乗効果により廃液を循環させる旋回上昇流を強化でき、これにより、廃液に繰り返し与える物理的な刺激を強化することができる。さらに、上記のバブリングの相乗効果により、廃液と空気との気液混合効率を高めることができ、これにより、槽内廃液中の溶存酸素の増加が図られ、好気性微生物だけでなく好気性・嫌気性微生物の両方をバランスよく共存生育することができ、悪臭の発生を防止することができる。
図１は本発明の実施形態に係る水質改善装置が適用された貯留槽の説明図である。 図２は図１の水質改善装置の噴出部の縦断面の模式図である。 図３は図１の水質改善装置の噴出パイプと空気供給部との配置を示す説明図である。 図４は一実施例の水質改善装置の噴出パイプの放出口を示す説明図である。 図５は一実施例の水質改善装置の噴出パイプの各放出口を模式的に示す説明図である。 図６Ａは放出口の一例の形状を示す平面図である。 図６Ｂは図６Ａに示す放出口から空気が放出される様子を模式的に示す説明図である。 図７は貯留槽における廃液の循環の繰り返しを示す説明図である。 図８は好・嫌気性微生物の活性化状況を示す説明図である。 図９Ａは従来の循環流発生装置の説明図である。 図９Ｂは従来の気液混合循環流発生装置の説明図である。
　本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
　図１は、本実施形態に係る水質改善装置が適用された貯留槽の説明図である。貯留槽１０は、水処理施設に設けられ、処理しようとする廃液ＷＬを貯留する。貯留槽１０は、閉塞された側面部１０ａ、底面部１０ｂ及び上面部１０ｃに囲まれている。上面部１０ｃはマンホール等の開口部が設けられている。貯留槽１０には、また、水液を流し込む流入管１６と、貯留槽１０内で処理された廃液ＷＬを排水する排水管１７が設けられている。
　貯留槽１０に適用された水質改善装置は、貯留槽１０に貯留された微生物を含有する廃液ＷＬを貯留槽１０内で循環させて微生物を活性化することにより廃液ＷＬの水質を改善する水質改善装置である。微生物は、菌類を含んでいてもよい。
　図２は、本実施形態に係る水質改善装置の噴出部１１の縦断面の模式図である。水質改善装置は、噴出パイプ１２、空気供給部１４、及び空気導入部１５を備える。
　噴出パイプ１２は、略円筒状の形状の噴出パイプ本体１２ａを有する。噴出パイプ本体１２ａには、廃液ＷＬを底面部側から取り込むと共に上面部側から放出する廃液流路１３がＺ方向に伸びるように設けられている。廃液流路１３は、略円筒状の流路内壁面１３ａと、上方で流路径が大きくなるテーパー部１３ｂとを有する。さらに、廃液流路１３に連通して廃液流路１３に空気を放出する第１気体流路１２ｂｘ及び第２気体流路１２ｂｙを含む気体流路１２ｂが穿設されてなる。第１気体流路１２ｂｘ及び第２気体流路１２ｂｙをまとめて気体流路１２ｂとも称する。気体流路１２ｂは、廃液流路１３に連通して設けられた第１放出口１２１ｂｘを有する第１気体流路１２ｂｘと、廃液流路１３に連通して設けられた第２放出口１２１ｂｙを有する第２気体流路１２ｂｙとを含む。第１放出口１２１ｂｘ及び第２放出口１２１ｂｙをまとめて放出口１２１ｂとも称する。第２放出口１２１ｂｙの噴出パイプ１２の底面部からの距離は、第１放出口１２１ｂｘの噴出パイプ１２の底面部からの距離と異なる。噴出パイプ１２の底面部からの距離は、図２中における噴出パイプ１２の底面部からのＺ方向の長さであり、また、噴出パイプ１２の底面部からの高さである。図２は、第１放出口１２１ｂｘの高さＨ１と第２放出口１２１ｂｙの高さＨ２の一例として、それらの差Ｓが５０ｍｍであることを示す。
　空気供給部１４は、略環状（ドーナツ状）の空気室本体１４ａを有し、内部に中空の空気室１４ｂが設けられている。空気室１４ｂは、貯留槽１０の外部から導入される空気を貯留すると共に、気体流路１２ｂに連通して、空気室１４ｂに貯留した空気を気体流路１２ｂに供給する供給口１４ｄが設けられている。空気室１４ｂには通気口１４ｃが設けられており、外部から空気室１４ｂの内部に空気を供給可能に構成されている。
　図３は、本実施形態に係る水質改善装置の噴出パイプと空気供給部との配置を示す説明図である。図２及び図３に示すように、噴出パイプ１２は、空気供給部１４に挿嵌された状態で貯留槽１０内に立設される。所望の箇所に張設されるフランジ部１２ｃに空気供給部１４が当接されており、両者はボルト１２ｄにより組付けられている。この組付けに関しては、従来周知の組付け手段を適宜採用することができる。
　噴出パイプ１２と空気供給部１４とは、一体的に組付けされて噴出部１１を構成している。噴出パイプ１２と空気供給部１４とは、気体流路１２ｂと供給口１４ｄが連通するように位置合わせして組付けられており、噴出部１１としての作用を果たすように構成されている。
　第１気体流路１２ｂｘ及び第２気体流路１２ｂｙとは、図２ではＸＺ平面に伸びる流路として描かれているが、図２は空気室１４ｂの供給口１４ｄと第１放出口１２１ｂｘ及び第２放出口１２１ｂｙとがそれぞれ第１気体流路１２ｂｘと第２気体流路１２ｂｙとによって連通されていることを模式的に示しているにすぎない。即ち、第１気体流路１２ｂｘ及び第２気体流路１２ｂｙとは、後述のようにＸＺ平面に伸びてはいない。第１放出口１２１ｂｘを有する第１気体流路１２ｂｘと、第２放出口１２１ｂｙを有する第２気体流路１２ｂｙとの詳細については後述する。
　図１に示すように、空気導入部１５は、貯留槽１０の外部に設けられて空気室１４ｂに空気を導入するように構成されている。図１に示すように、空気導入部１５は空気導入口１５ｂを有するポンプ１５ａにより構成され、ポンプ１５ａには通気路１５ｃが接続されている。通気路１５ｃは貯留槽１０の内部へ延ばされて通気口１４ｃに接続されている。空気導入部１５により、空気室１４ｂに空気を流し込むことが可能となっている。
　図２に示すように、噴出部１１は固定用基台１８上に載置されており、噴出部１１が戴置された固定用基台１８は貯留槽１０の底面部位に載置されている。固定用基台１８は、噴出部１１を載置するため基材１８ａと脚１８ｂとより構成されるが、このような作用をなすものであればこれに限定されない。
　噴出パイプ１２は、貯留槽１０内の廃液ＷＬを底面部位側から取り込むと共に、上面部位側から放出すべく廃液流路１３が中央にＺ方向に伸びるように設けられている。貯留槽１０内の廃液ＷＬは、貯留槽１０（噴出部１１）の底面部から取り込まれて噴出部１１の上面部側へ上昇される。
　第１気体流路１２ｂｘ及び第２気体流路１２ｂｙは、噴出パイプ１２内において（径幅方向において縦方向に条設）形成された空気を流すための気体流路であり、その下端は空気室１４ｂの供給口１４ｄにそれぞれ連通している。第１気体流路１２ｂｘ及び第２気体流路１２ｂｙの上端は漸次先細りとなり、それらの先端に廃液流路１３の流路内壁面１３ａに臨んで第１放出口１２１ｂｘ及び第２放出口１２１ｂｙがそれぞれ形成されている。第１気体流路１２ｂｘ及び第２気体流路１２ｂｙは、噴出パイプ１２の内部で斜め方向に横切って形成されている。第１放出口１２１ｂｘ及び第２放出口１２１ｂｙは、鋭角に傾斜している。
　図４の（ａ）～（ｄ）及び図５により、気体流路１２ｂの詳細な構造と動作を説明する。図４の（ａ）～（ｄ）は一実施例に係る水質改善装置の噴出パイプ１２の放出口を示す説明図であり、高さの異なるＸＹ平面における気体流路１２ｂ及び放出口１２１ｂと放出される気体の方向とを模式的に示す。図５は一実施例に係る水質改善装置の噴出パイプ１２の各放出口を模式的に示す説明図であり、図４の（ａ）～（ｄ）の放出口を１つの図にまとめて示したものである。図４の（ａ）～（ｄ）及び図５では、放出口１２１ｂの噴出パイプ１２の底面部からの距離が互いに異なる４個の気体流路１２ｂａ，１２ｂｂ，１２ｂｃ，１２ｂｄを有する例を示す。ここでは４個の気体流路を有する例を示すが、４個に限定されるものではなく、複数であればよい。
　図４の（ａ）～（ｄ）及び図５に示すように、例えば４本の気体流路１２ｂａ，１２ｂｂ，１２ｂｃ，１２ｂｄを有する。４本の気体流路１２ｂａ，１２ｂｂ，１２ｂｃ，１２ｂｄのそれぞれの放出口１２１ｂａ，１２１ｂｂ，１２１ｂｃ，１２１ｂｄは、廃液流路１３の上下方向の幅５０ｍｍの範囲内に位置するように設けられている。なお、放出口１２１ｂａ，１２１ｂｂ，１２１ｂｃ，１２１ｂｄの廃液流路１３の上下方向の幅は５ｍｍ～１０ｍｍの範囲内が好適である。放出口１２１ｂａ，１２１ｂｂ，１２１ｂｃ，１２１ｂｄの高さが近すぎたり遠すぎたりすると放出口のから放出された空気によるバブリングの相乗効果が得られにくくなる。４本の気体流路１２ｂａ，１２ｂｂ，１２ｂｃ，１２ｂｄの各放出口１２１ｂａ，１２１ｂｂ，１２１ｂｃ，１２１ｂｄは、順次旋回上昇する仮想螺旋線上にある。空気は、一定間隔を隔てて配置された各放出口１２１ｂａ，１２１ｂｂ，１２１ｂｃ，１２１ｂｄから放出される。
　４本の気体流路１２ｂａ，１２ｂｂ，１２ｂｃ，１２ｂｄ及び４個の放出口１２１ｂａ，１２１ｂｂ，１２１ｂｃ，１２１ｂｄについて説明する。まず、図４の（ａ）に示すように、気体流路１２ｂａと放出口１２１ｂａについて説明する。廃液流路１３の流路内壁面１３ａにおける最上位の放出口１２１ｂａから廃液流路１３内に放出される空気は、図中中央左より右斜めで、流路内壁面１３ａに沿いつつやや上昇方向に向かう旋回流として放出される。空気が放出される方向をＸＹ平面に投影した方向は、例えば、放出口１２１ｂａにおける流路内壁面１３ａの法線方向となす角が１５度の方向である。
　図４の（ｂ）に示すように、気体流路１２ｂｂと放出口１２１ｂｂについて説明する。廃液流路１３の流路内壁面１３ａにおける次段の放出口１２１ｂｂから廃液流路１３内に放出される空気は、図中中央上より右斜めで、流路内壁面１３ａに沿いつつやや上昇方向に向かう旋回流として放出される。空気が放出される方向をＸＹ平面に投影した方向は、例えば、放出口１２１ｂｂにおける流路内壁面１３ａの法線方向となす角が６０度の方向である。
　図４の（ｃ）に示すように、気体流路１２ｂｃと放出口１２１ｂｃについて説明する。廃液流路１３の流路内壁面１３ａにおける次段の放出口１２１ｂｃから廃液流路１３内に放出される空気は、図中中央右より左斜めで、流路内壁面１３ａに沿いつつやや上昇方向に向かう旋回流として放出される。空気が放出される方向をＸＹ平面に投影した方向は、例えば、放出口１２１ｂｃにおける流路内壁面１３ａの法線方向となす角が４５度の方向である。
　図４の（ｄ）に示すように、気体流路１２ｂｄと放出口１２１ｂｄについて説明する。廃液流路１３の流路内壁面１３ａにおける最下位の放出口１２１ｂｄから廃液流路１３内に放出される空気は、図中中央下より左斜めで、流路内壁面１３ａに沿いつつやや上昇方向に向かう旋回流として放出される。空気が放出される方向をＸＹ平面に投影した方向は、例えば、放出口１２１ｂｄにおける流路内壁面１３ａの法線方向となす角が３０度の方向である。
　廃液流路１３の流路内壁面１３ａに臨む各放出口１２１ｂａ，１２１ｂｂ，１２１ｂｃ，１２１ｂｄは、廃液流路１３に対して断面形状が涙状の形状であることが好ましい。即ち、空気が旋回しつつ上昇する仮想螺旋線方向に放出され、流路内壁面１３ａにおける断面形状が涙状の形状の放出口であることが好ましい。流路内壁面１３ａにおける断面形状としては、涙形の各放出口１２１ｂａ，１２１ｂｂ，１２１ｂｃ，１２１ｂｄから廃液流路１３に放出されることが好ましい。
　図６Ａは、上記の放出口の一例の形状を示す平面図である。即ち、略円筒状の曲面を平面にしたときの放出口の形状を示す。図６Ａの例では、放出口１２１ｂは涙型の形状である。涙型の形状とは、例えば円形形状の一部の周部分が外周方向に引き伸ばされた形状である。図６Ａに示した放出口１２１ｂの例では、半円部Ｐ１と、半円よりも外周方向に引き伸ばされた突出部Ｐ２とが滑らかに繋ぎ合わされた形状となっている。
　図６Ｂは、図６Ａに示す放出口から空気が放出される様子を模式的に示す説明図である。気体流路１２ｂに対して放出口１２１ｂは鋭角に傾斜しており、気体流路１２ｂから放出される空気の流れＦに対して流路内壁面側に半円部Ｐ１が配置され、空気の流れＦに対して廃液流路１３の側に突出部Ｐ２が配置される。
　上記の水質改善装置によれば、仮想螺旋線上にあって、高さが異なり、一定間隔を隔て配置された４本の気体流路１２ｂａ，１２ｂｂ，１２ｂｃ，１２ｂｄの放出口１２１ｂａ，１２１ｂｂ、１２１ｂｃ、１２１ｂｄから空気が放出され、旋回上昇流が生成される。各旋回上昇流は、順次旋回上昇すると共に、互いに衝突して打ち消し合うようなことはなく、互いに相乗して干渉し合う。これにより、上昇する廃液ＷＬは、強力にバブリング化された気液混合の廃液（強力バブリング化気液混合廃液）とされ、この強力バブリング化された気液混合廃液が貯留槽１０内に広範囲に強制循環される。
　４本の気体流路１２ｂａ，１２ｂｂ，１２ｂｃ，１２ｂｄの放出口１２１ｂａ，１２１ｂｂ、１２１ｂｃ、１２１ｂｄは、流路内壁面１３ａの廃液流路１３内において、上下５０ｍｍの範囲内に近接されているため、互いに相乗して干渉し合い合成される。
　本実施形態の水質改善装置によれば、バブリングの相乗効果により廃液ＷＬを循環させる旋回上昇流を強化でき、これにより、廃液ＷＬに繰り返し与える物理的な刺激を強化することができる。さらに、上記のバブリングの相乗効果により、廃液ＷＬと空気との気液混合効率を高めることができ、これにより、槽内廃液中の溶存酸素の増加が図られ、好気性微生物だけでなく好気性・嫌気性微生物の両方をバランスよく共存生育することができ、悪臭の発生を防止することができる。
　本実施形態の水質改善装置を用いた水質改善方法は、貯留槽１０に貯留された微生物を含有する廃液ＷＬを貯留槽１０内で循環させて微生物を活性化することにより廃液ＷＬの水質を改善する水質改善方法である。廃液流路１３を有する円筒状の噴出パイプ１２であって、廃液流路１３に連通して設けられた第１放出口１２１ｂｘを有する第１気体流路１２ｂｘと、噴出パイプ１２の底面部からの距離が第１放出口１２１ｂｘと異なると共に廃液流路１３に連通して設けられた第２放出口１２１ｂｙを有する第２気体流路１２ｂｙとを含む気体流路１２ｂが穿設されてなる噴出パイプ１２において、廃液ＷＬを噴出パイプ１２の底面部側から取り込むと共に噴出パイプ１２の上面部側から放出する工程と、貯留槽１０の外部から導入される空気を貯留すると共に気体流路１２ｂに連通して貯留した空気が送流される供給口１４ｄが設けられた空気室１４ｂに、貯留槽１０の外部から空気を導入することで、第１放出口１２１ｂｘ及び第２放出口１２１ｂｙから空気を放出する工程とを同時に行うことにより、廃液ＷＬを貯留槽１０内で循環させる。
　本実施形態の水質改善方法によれば、バブリングの相乗効果により廃液ＷＬを循環させる旋回上昇流を強化でき、これにより、廃液ＷＬに繰り返し与える物理的な刺激を強化することができる。さらに、上記のバブリングの相乗効果により、廃液ＷＬと空気との気液混合効率を高めることができ、これにより、槽内廃液中の溶存酸素の増加が図られ、好気性微生物だけでなく好気性・嫌気性微生物の両方をバランスよく共存生育することができ、悪臭の発生を防止することができる。
　図７は、貯留槽における廃液ＷＬの循環の繰り返しを示す説明図である。噴出部１１の廃液流路１３より放出される気液混合の旋回上昇流Ａ，Ｂは、貯留槽１０内で広範囲に強制的に押し出される。これにより、廃液流路１３の上方において廃液ＷＬが撹拌される。廃液流路１３において強力にバブリングされた旋回上昇流Ａ，Ｂによって、貯留槽１０内の廃液ＷＬの再循環が繰り返し行われる。
　図７に示すように、噴出部１１からの旋回上昇流Ａ，Ｂによって、気液混合の廃液は貯留槽１０内の広範囲にわたって攪拌されると共に下方向に巡回する循環流Ｃ，Ｄが発生し、貯留槽１０内の全体で廃液ＷＬの攪拌及び再循環が行われる。
　上記の噴出部１１の流路内壁面１３ａの内側で発生した気液混合の廃液の旋回上昇流は、上昇して、一定の半径を持つ流路内壁面１３ａの内側の部分から外側程径が広がるテーパー部１３ｂに至る。このとき、廃液流路１３を高エネルギー状態で流されてきた廃液ＷＬの圧力が急激に低下し、廃液ＷＬに強力な剪断力が発生する。廃液ＷＬ中の気泡は剪断力により分断され、液体と気泡の接触面積が爆発的に拡大する。この結果、気泡（酸素）の廃液ＷＬへの溶解が一気に加速される。
　上記の効果は、外部からの動力を必要とせず、少ないエネルギーで、かつ高い溶解効率で、酸素を廃液ＷＬ中に溶解することができる。これにより、溶存酸素率の高い廃液ＷＬを貯留槽１０内の全体で攪拌及び再循環できる。
　本実施形態の水質改善装置によれば、上記の強力なバブリング効果を備えた旋回上昇流及び循環流を生成して、貯留槽１０内で、水中の微生物に対する強力な振動として物理的な刺激が与えられる。気液の調整は、微生物の栄養分と微生物の存在比が均一な分散となるように行われる。また、溶存酸素率の最適化が図られ、好・嫌気性微生物の両方をバランスよく共存生育する。これにより、廃液ＷＬ中のスカム（浮遊物・沈殿物）や悪臭の発生を防止しつつ、貯留槽１０内の廃液ＷＬの処理を行うことができる。
　換言すれば、超高速上昇旋回エアーにより開口部から汚水が吸い上げられると共に、噴出パイプ１２の内部で強力な混合がなされ、微生物の活性化に寄与していると考えられる。
　さらに、無機系浮遊物（金属物質・粘土鉱物等）のフロック（結合）形成が促進されるので、廃液ＷＬの濁度が改善される。
　貯留槽１０内の廃液ＷＬは、微生物の栄養分と微生物の存在比が均一分散として調整される。
　また、この複雑な廃液ＷＬの流れによってヘドロが循環流に沿って運ばれる気泡（酸素）と接触し、硫化水素等の臭気物質生成が起こりにくい酸化還元状態に保つことができる。
　これにより、貯留槽１０内の廃液ＷＬ中に存在する微生物に対して、物理的な刺激を強力に与え、その増殖である活性化を一層促進し、嫌気性及び好気性の両微生物の生育のバランス環境を好適な共存環境として自らの力(自助努力)で維持することが可能な水質改善を提供すると考えられる。
　図８は、好・嫌気性微生物の活性化状況を示す説明図である。好・嫌気性微生物が活性化されていない状態では、図８左側に示すように微生物ａがスカムや臭いの原因物質ｂを取り込んでいないが、好・嫌気性微生物が活性化されている状態では、図８右側に示すように微生物ａがスカムや臭いの原因物質ｂを取り込んだ状態になる。これにより、微生物ａは原因物質ｂを分解し、水質を改善できる。
　一方、水質改善において、不用意に溶存酸素率を高めることはスカム等の分解能力に有効な嫌気性細菌の生息域が減少し、好気性微生物の環境だけが優位になり、嫌気性、好気性の両微生物が共存できる環境とはならない。
　このため、廃液ＷＬ中に空気を吐出すると共に、停滞された廃液ＷＬ中に竜巻状の水流を起こし、かつ竜巻状の水流が微生物に物理的な刺激を与えて活性化させ、微生物を原因とするスカムや臭いの原因物質を分解し、水質を改善できる。また、これにより排水設備機器の誤作動や誤表示等が減少し、機材の腐食や劣化を抑止することができる。
　また、保守時の酸欠事故や環境悪化物質の流出を防止でき、貯留槽の底面に沈めるだけの簡単な設置を指向し、水質改善効果が期待できる。分解清掃などのメンテナンスの必要性が小さい方が望ましい。
　微生物に対して超高速噴射上昇流によって刺激を与えることで、同時に強力な循環流によって汚水を均一に分散させて有機物の分解を促進することができる。
　なお、後述の実験例では、従来の曝気装置に比べて、表１に示す条件で消費電力の少ないブロワーを採用した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　上記のように、物理的な刺激を繰り返し強力に与え、廃液ＷＬ中の溶存酸素の増加を図ると共に、好気性微生物だけでなく好気性・嫌気性微生物の両方をバランスよく共存生育することができる水中微生物の活性化による水質改善を行った実験例を示す。
　装置導入前後における目レベルでの微生物群集構造を説明する。目レベルでの微生物群集構造は、いずれにおいてもClostridiales，Lactobacillales，Bacteroidales，Enterobacterialesの４目の微生物が主要な微生物種となっており、実験期間を通じて６０％から８０％程度を占めていた。また、目レベルで見た場合には、装置設置前後における明確な群集組成の違いは見られない。これら４目の微生物種はいずれも嫌気性微生物種であり、装置運転の有無に関わらず、嫌気性微生物種が優占していた。
　次に、属レベルでは、Mitsuokella属、およびVeiolellaceae科の細菌が大きく減少した。また、Coriobacteraceae科細菌、Bifidobacterium属細菌も他方の系列でも減少していた。いずれにおいても共通した微生物種が減少していることから、これらの細菌が装置設置により減少する代表的な細菌種であるといえる。これらはすべて偏性嫌気性微生物であり、装置により酸素供給効率が向上したことで活性を失った種であると考えられる。
　一方、装置設置後に増加した微生物種について説明する。Novosphingobium属、Veionella属、Strpetococcus属は共通して増加していた。Novosphingobium属細菌は絶対好気性細菌であるものの、Streptococcus属は通性嫌気性、Veionella属細菌は偏性嫌気性細菌であり、必ずしも好気性細菌のみが活性化されたわけではなかった。
　本実験装置において供給される酸素量は、流入廃水の有機物負荷と比較しても小さく、有機物のすべてを好気的に酸化するための必要量よりもはるかに小さい。したがって、槽内を好気状態に保つまでの酸素量でないことが群集解析の結果からも明らかである。このことから、本装置による微生物活性化においては厨房廃水に含まれる高分子有機物である炭水化物類等の発酵による低分子化の促進、また低分子化された有機物を用いて、発酵よりも分解速度の速い呼吸による代謝を行う微生物が活性化されているものと推察される。
　また、悪臭の原因となる硫化水素等は、強い還元的条件で生成すると考えられる。酸素の効率的な供給により、強い還元的環境となっているゾーンが減少し、悪臭物生成をする微生物が不活化されていることが、悪臭減少の要因となっていると考えられる。
　上記理論を検証するため、東京大学工学系研究科附属水環境工学研究センター栗栖太准教授と共に某空港内厨房排水槽において、水質改善及び改善における微生物の群集観測試験を行った。
　試験の結果、排水槽においてBOD・ヘキサン抽出物・SS・硫化物イオンの含有量が低減したことを確認した。
　ここで、BOD・ヘキサン抽出物・SS・硫化物イオンの各数値は以下の指標である。
『BOD』：水質の状態を数値化し、汚染を表す指標のひとつ。微生物が一定時間中に水中の有機物を酸化分解する際に消費する酸素の量で、数値が大きいほど水質は悪いという指標となる。
『ヘキサン抽出物』：主に油分の量を表す数値。
『SS』：水中内に浮遊している２ｍｍ以下の不溶性の粒子の数値を表す。
『硫化物イオン』：一定の条件下において硫化水素を発生させる物質で、数値が高いほど硫化水素を発生させやすい状態になる。
『硫化水素』：致死性の非常に高い気体で、排水の腐卵臭のような強い臭気の原因となる。
　本実施形態の水質改善装置は、貯留槽内の廃液処理に際して、強力なバブリング部により物理的な刺激を繰り返し強力に与え、槽内廃液中の溶存酸素の増加を図ると共に、好気性微生物だけでなく好気性・嫌気性微生物の両方をバランスよく共存生育して、水中微生物の活性化により水質を改善できる。
　貯留槽や厨房廃水受水槽など、ビルピット、合併浄化槽の水質改善、ダムなどのアオコ対策、工場の冷却水腐敗防止、下水処理場での浮遊物低減、バイオリアクターの撹拌などのあらゆる水処理施設で適応できるが、例えば、中華店や料亭などの油処理やその他の生化学分野などにも適応できる。農業の肥料としてその場所の土壌等にある微生物を活性化して液肥としても適応できる。
　ＷＬ　　　廃液
　Ａ，Ｂ　　　旋回上昇流
　Ｃ，Ｄ　　　循環流
　１０　　　貯留槽
　１０ａ　　　側面部
　１０ｂ　　　底面部
　１０ｃ　　　上面部
　１１　　　噴出部
　１２　　　噴出パイプ
　１２ａ　　　噴出パイプ本体
　１２ｂ　　　気体流路
　１２ｂｘ　　　第１気体流路
　１２ｂｙ　　　第２気体流路
　１２ｃ　　　フランジ部
　１２ｄ　　　ボルト
　１２１ｂｘ　　　第１放出口
　１２１ｂｙ　　　第２放出口
　１３　　　廃液流路
　１３ａ　　　流路内壁面
　１３ｂ　　　テーパー部
　１４　　　空気供給部
　１４ａ　　　空気室本体
　１４ｂ　　　空気室
　１４ｃ　　　通気口
　１４ｄ　　　供給口
　１５　　　空気導入部
　１５ａ　　　ポンプ
　１５ｂ　　　空気導入口
　１５ｃ　　　通気路
　１６　　　流入管
　１７　　　排水管
　１８　　　固定用基台
　１８ａ　　　基材
　１８ｂ　　　脚

 

Claims (6)

  1. 　貯留槽に貯留された微生物を含有する廃液を前記貯留槽内で循環させて前記微生物を活性化することにより前記廃液の水質を改善する水質改善装置であって、
    　前記廃液を底面部側から取り込むと共に上面部側から放出する廃液流路を有し、前記廃液流路に連通して前記廃液流路に空気を放出する気体流路が穿設されてなる円筒状の噴出パイプと、
    　前記貯留槽の外部から導入される空気を貯留すると共に前記気体流路に連通して貯留した空気を前記気体流路に供給する供給口が設けられた空気室を有する空気供給部と、
    　前記貯留槽の外部に設けられて前記空気室に空気を導入する空気導入部とを有し、
    　前記気体流路は、前記廃液流路に連通して設けられた第１放出口を有する第１気体流路と、前記噴出パイプの底面部からの距離が前記第１放出口と異なり、前記廃液流路に連通して設けられた第２放出口を有する第２気体流路とを含む
    　水質改善装置。
  2. 　前記第１放出口及び前記第２放出口から放出される空気はそれぞれ螺旋状の軌道に沿って旋回上昇し、前記空気と前記廃液とが気液混合した旋回上昇流を生成する
    　請求項１に記載の水質改善装置。
  3. 　前記第１放出口及び前記第２放出口の前記噴出パイプの底面部からの距離の差は５０ｍｍ以内である
    　請求項１または２に記載の水質改善装置。
  4. 　貯留槽に貯留された微生物を含有する廃液を前記貯留槽内で循環させて前記微生物を活性化することにより前記廃液の水質を改善する水質改善方法であって、
    　廃液流路を有する円筒状の噴出パイプであって、前記廃液流路に連通して設けられた第１放出口を有する第１気体流路と、前記噴出パイプの底面部からの距離が前記第１放出口と異なると共に前記廃液流路に連通して設けられた第２放出口を有する第２気体流路とを含む気体流路が穿設されてなる前記噴出パイプにおいて、前記廃液を前記噴出パイプの底面部側から取り込むと共に前記噴出パイプの上面部側から放出する工程と、
    　前記貯留槽の外部から導入される空気を貯留すると共に前記気体流路に連通して貯留した空気が送流される導入口が設けられた空気室に、前記貯留槽の外部から空気を導入することで、前記第１放出口及び前記第２放出口から空気を放出する工程と
    　を同時に行うことにより、前記廃液を前記貯留槽内で循環させる
    　水質改善方法。
  5. 　前記第１放出口及び前記第２放出口から放出される空気はそれぞれ螺旋状の軌道に沿って旋回上昇し、前記空気と前記廃液が気液混合した旋回上昇流を生成する
    　請求項４に記載の水質改善方法。
  6. 　前記第１放出口及び前記第２放出口の前記噴出パイプの底面部からの距離の差を５０ｍｍ以内に設定する
    　請求項４または５に記載の水質改善方法。
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