(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦型の処理槽(1) の中央部に垂直に設けられて槽底近くまで達する下降水流用の内筒管(2) と、内筒管(2) の上端部から所要位置まで同心状に設けられた下降曝気水流用の外筒管(3) と、外筒管(3) の上端部に設けられた好気運転用の空気供給管(4) 、内筒管(2) および外筒管(3) の各上端入口を臨むように設けられ、かつ内筒管(2) および外筒管(3) に下降水流を形成するインペラ(5) とを具備してなる深層水処理装置。
【請求項２】
外筒管(3) から出た下降曝気水流を上向きに変える返流板(6) が外筒管(3) の下端出口より下にて内筒管(2) の外面に設けられてなる請求項１記載の深層水処理装置。
【請求項３】
インペラ(5) の下面に所要径の仕切リング(7) が同心状に設けられ、その下端部が内筒管(2) の上端部に小間隙で嵌り合っている請求項１または２記載の深層水処理装置。
【請求項４】
仕切リング(7) の内面および／または外面に補助インペラ(8) が設けられている請求項１〜３のうちいずれかに記載の深層水処理装置。
【請求項５】
インペラが内筒管(2) の上端に相当する位置から中心に向かって漸増するピッチを有する請求項１〜４のうちいずれかに記載の深層水処理装置。
【請求項６】
インペラが上下に複数設けられている請求項１〜５のうちいずれかに記載の深層水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、下水その他の汚水処理装置に関し、より詳しくは、水深１０ｍ以上の深層好気処理および嫌気処理の両方に好適に使用できる深層水処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
２０年以上も前から深層曝気による汚水処理が検討されており、大都市ではすでに多くの実プラントが稼働している。更に、今後は中都市でも敷地難の解消策として深層曝気処理の採用が検討されている。特に窒素除去を目指した嫌気処理・好気処理法では、従来の標準法の２倍もの敷地面積を要するので、深層曝気による汚水処理の要望は益々増大している。
【０００３】
深層曝気処理での問題点は大深度で溶解する余分な窒素の悪影響である。すなわち、この余分な窒素は汚水処理工程の最終沈澱池で微細気泡となって汚泥表面に付着し汚泥を浮上させ、自然沈降による汚泥分離を困難なものとする。
【０００４】
このため、今日では曝気水深を４〜５ｍまでとするのが一般的であり、１０ｍ以上の深層曝気処理は行われていない。
【０００５】
深層好気処理として現在稼働中の方式は主として散気板方式である。
【０００６】
しかし、嫌気処理では散気板方式は採用できないため、現状では上向流式水中エアレータを使用している。この上向流式水中エアレータでは嫌気運転と好気運転が兼用できるが、槽内の攪拌のフローパターンは上層部と下層部に二分され、攪拌が十分を行われるとは言えない。
【０００７】
また、水中エアレータの場合は電動機や軸受の保護のためにメカニカルシールが使用されているが、この点検整備のため２〜３年に１回は装置全体のオーバホールが必要である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の点に鑑み、攪拌効率が良好で、またメンテナンスが容易な深層水処理装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による深層水処理装置は、縦型の処理槽(1) の中央部に垂直に設けられて槽底近くまで達する下降水流用の内筒管(2) と、内筒管(2) の上端部から所要位置まで同心状に設けられた下降曝気水流用の外筒管(3) と、外筒管(3) の上端部に設けられた好気運転用の空気供給管(4) 、内筒管(2) および外筒管(3) の各上端入口を臨むように設けられ、かつ内筒管(2) および外筒管(3) に下降水流を形成するインペラ(5) とを具備してなるものである。
【００１０】
インペラ(5) は処理槽(1) の頂壁上面に設けられたモータ(12)で駆動される。モータ(12)は地上部にあるため、そのメンテナンスが容易でかつほとんど必要ない。
【００１１】
内筒管(2) の長さは、その下端水深が約１０ｍまたはそれを越える程度になるように決められ、通常は７〜９ｍ程度である。また、外筒管(3) の上端は内筒管(2) の上端とほぼ一致する。外筒管(3) の長さは、その下端水深が約４〜５ｍまたはそれを越える程度になるように決められ、通常は３〜４ｍ程度である。ただし、内筒管(2) および外筒管(3) の長さは上記のものに限定されるものではない。このように、外筒管(3) は内筒管(2) の上端部から所要位置まで同心状に設けられているので、シングルチューブ方式の場合に比べ動力消費量が少ない。
【００１２】
内筒管(2) の径を（Ｄｉ）とし、外筒管(3) の径を（Ｄｏ）とすると、内筒管(2) の径を、Ｄｉ≦０．７Ｄｏなる関係が成立するように設定するのが好ましい。また、内筒管(2) の径は底部攪拌流速１００ｍｍ／ｓを確保するよう設定するのが好ましい。
【００１３】
空気は、空気供給管(4) の出口端から直接に外筒管(3) の上端部に噴射供給されてもよいし、または、同管(4) の出口端に取付けたスパージリングを経て外筒管(3) の上端部に噴射供給されてもよい。空気供給管(4) は、好気処理の場合は空気を供給するが、嫌気処理の場合には閉じられる。
【００１４】
好ましくは、内筒管(2) の下端部はフラワ状に拡管され、拡管部内に円錐台状の隆起(9) が配され、拡管部と隆起頭部の間に小間隔の絞り(10)が形成されている。
【００１５】
内筒管(2) および外筒管(3) は処理槽(1) に吊下げ方式で支持されていてもよいし、槽底部に固定されていてもよい。
【００１６】
本発明の好ましい実施態様においては、外筒管(3) から出た下降曝気水流を上向きに変える返流板(6) が外筒管(3) の下端出口より下にて内筒管(2) の外面に設けられている。返流板(6) の設置によって、外筒管(3) の下端から出た、気泡を含んだ水流が所定の深度で上向水流に変えられる。そしてこの出口付近の水深で吸収した空気の量だけを含む水が内筒管(2) によって槽底部まで運ばれる。この結果、深層部においては好気反応に必要な空気量だけが供給され、余分な空気供給が抑制されている。したがって、前述したように、余分な空気供給による汚泥浮上の問題がない。
【００１７】
一方、嫌気処理においては、返流板(6) は攪拌効率を向上させる役目を果たす。
【００１８】
本発明のいま１つの好ましい実施態様においては、インペラ(5) の下面に所要径の仕切リング(7) が同心状に設けられ、その下端部が内筒管(2) の上端部に小間隙で嵌り合っている。仕切リング(7) の内面および／または外面に補助インペラ(8) が設けられることもある。補助インペラ(8) の設置によって攪拌効率は向上される。仕切リング(7) はインペラ(5) の下面において例えば０．７Ｄｏ付近の位置に同心状に設けられる。仕切リング(7) の外側ではインペラ(5) および場合によって設けられる補助インペラ(8) は外筒管(3) に下降水流を形成せしめ、仕切リング(7) の内側ではインペラ(5) および場合によって設けられる補助インペラは内筒管(2) に下降水流を形成せしめる。仕切リング(7) の内側と外側でインペラ片の枚数が異なっていてもよい。すなわち、内側のインペラ片の枚数が外側のインペラ片の枚数より多くても少なくてもよい。
【００１９】
インペラ(5) および場合によって設けられる補助インペラ(8) は、同軸線上に上下複数段設け、水量および水圧の調整をすることもできる。
【００２０】
インペラ(5) および場合によって設けられる補助インペラ(8) としては、内筒管(2) の上端に相当する位置から中心に向かって漸増するピッチを有するものを用いることもできる。このようなインペラの使用によって、槽底部で攪拌に必要な水量を内筒管(2) で支障なく供給することができる。また、基端から先端へ定ピッチを有するインペラを用いることもできる。
【００２１】
本発明による深層水処理装置は、連続操作にも回分操作にも適用できる。
【００２２】
また、本発明による深層水処理装置は、水の好気処理にも嫌気処理にも共に適用できる。
【００２３】
まず、好気運転では、水面付近の処理すべき汚水が、外筒管(3) の上端に設けられた吸込み口(11)に吸い込まれ、インペラ(5) の下で外筒管(3) と内筒管(2) に２分され、それぞれインペラ(5) および場合によって設けられる補助インペラ(8) によって強制的に下降させられる。外筒管(3) の上端部には空気供給管(4) から空気が供給され、外筒管(3) 内に、気泡を含んだ水流が形成される。この気泡を含んだ水流はインペラ(5) および場合によって設けられる補助インペラ(8) によって外筒管(3) の下端出口から水深４〜５ｍ程度のゾーンへ送り出され、返流板(6) によって下降水流が上向きに変えられる。したがって、気泡を含んだ水流はこれより深いゾーンへは達せず、水に余分な空気が溶け込まないようになされている。
【００２４】
４〜５ｍ程度の水深で曝気した空気はその深度のガス分圧に比例して水中に溶け込む。この水深で必要以上に吹き込まれた空気は、図１に示すように気泡となり浮上し大気中に放出される。
【００２５】
一方、４〜５ｍの水深で吸収した（溶解した）空気量だけを含む水が内筒管(2) によって槽底部まで運ばれれる。この結果、深層部においては好気反応に必要な空気量だけが供給されることになり、余分な空気供給が抑制される。槽底部に導かれた汚水は溶解空気中の酸素を消費して酸化反応を行った後、処理槽(1) の中間部より上で曝気された汚水と合流し、空気を吸収することになる。
【００２６】
このように、処理すべき汚水は、下向水流により所定の水深で曝気されると同時に、槽底部では空気溶解量の少ない水流で攪拌され、槽壁に沿った流れは途中で曝気水流と合流混合し、水面に上昇して再び吸込み口(11)に吸込まれる。
【００２７】
つぎに、嫌気運転においては、空気供給管(4) から外筒管(3) への空気の供給を止めるだけで、それ以外は好気運転の場合と同様に操作を行うことによって、安定した攪拌状態の下で嫌気反応が促進される。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面にしたがって説明する。
【００２９】
図１において、本発明による深層水処理装置は、縦型の処理槽(1) の中央部に垂直に設けられた内筒管(2) と、内筒管(2) の上端部から中間部までに同心状に設けられた外筒管(3) と、外筒管(3) の上端部に設けられた空気供給管(4) 、内筒管(2) および外筒管(3) の各上端入口を臨むように設けられたインペラ(5) とを具備してなるものである。
【００３０】
インペラ(5) は処理槽(1) の頂壁上面に設けられたモータ(12)で駆動される。インペラ(5) によって、内筒管(2) および外筒管(3) の内部に下降水流が形成される。インペラ(5) および補助インペラ(8) は、基端から先端へ連続した定迎角を有する。
【００３１】
内筒管(2) は槽底近くまで達し、その長さは、下端の水深が通常１０ｍ程度になるように決められる。また、外筒管(3) の長さは、その下端の水深が通常４〜５ｍ程度になるように決められる。内筒管(2) の径を（Ｄｉ）とし、外筒管(3) の径を（Ｄｏ）とすると、Ｄｉ＝０．７Ｄｏなる関係がほぼ成立する。また、内筒管(2) の径は底部攪拌流速１００ｍｍ／ｓを確保するよう設定されている。
【００３２】
内筒管(2) の下端部はフラワ状に拡管され、拡管部内に略円錐台状の隆起(9) が配され、拡管部と隆起頭部の間に小間隔の絞り(10)が形成されている。
【００３３】
内筒管(2) および外筒管(3) は整流板(14)付きの複数の支持フレーム(15)によって処理槽(1) の頂壁にに吊下げ方式で支持されている。
【００３４】
外筒管(3) の下端出口よりやや下にて内筒管(2) の外面に返流板(6) が設けられている。返流板(6) によって外筒管(3) の下端から出た、気泡を含んだ水流が上向水流に変えられる。そしてこの出口付近の水深で吸収した空気の量だけを含む水が内筒管(2) によって槽底部まで運ばれる。
【００３５】
図２および図３はインペラ(5) の変形例を示すものである。インペラ(5) の下面には径約０．７Ｄｏの仕切リング(7) が同心状に設けられ、その下端部が内筒管(2) の上端内部に小間隙で嵌り込んでいる。仕切リング(7) はインペラ(5) の下面に一体的に固着されている。
【００３６】
図４はインペラ(5) の第２の変形例を示すものである。この例では、仕切リング(7) の外面に複数の補助インペラ(8) が等間隔で設けられている。補助インペラ(8) の設置によって攪拌効率は向上される。仕切リング(7) の外側ではインペラ(5) および補助インペラ(8) が外筒管(3) に下降水流を形成せしめ、仕切リング(7) の内側ではインペラ(5) が内筒管(2) に下降水流を形成せしめる。
【００３７】
図５はインペラ(5) の第３の変形例を示すものである。この例では、インペラ(5) の同軸線上にこれより小径の下段インペラ(12)が設けられ、内筒管(2) の上端部内に配置されている。下段インペラ(12)の設置によって、槽底部で攪拌に必要な水量を内筒管(2) で支障なく供給することができる。
【００３８】
図６は内筒管(2) の下端部の変形例を示すものである。この例では内筒管(2) の下端部は小さくフレア状に拡管されているが、絞りを有していない。その他の構成は、図１に示すものと同じである。
【００３９】
図１に示す深層水処理装置を好気運転する場合、水面付近の処理すべき汚水は、外筒管(3) の上端に設けられた吸込み口(11)に吸い込まれ、インペラ(5) の下で外筒管(3) と内筒管(2) に２分され、それぞれインペラ(5) によって強制的に下降させられる。外筒管(3) の上端部には空気供給管(4) から空気が供給され、外筒管(3) 内に、気泡を含んだ水流が形成される。この気泡を含んだ水流はインペラ(5) によって外筒管(3) の下端出口から水深４〜５ｍ程度のゾーンへ送り出され、返流板(6) によって下降水流が上向きに変えられる。
【００４０】
４〜５ｍ程度の水深で曝気した空気はその深度のガス分圧に比例して水中に溶け込む。この水深で必要以上に吹き込まれた空気は気泡となり浮上し大気中に放出される。
【００４１】
一方、４〜５ｍの水深で溶解した空気量だけを含む水が内筒管(2) によって槽底部まで運ばれれる。この結果、深層部においては好気反応に必要な空気量だけが供給されることになり、余分な空気供給が抑制される。槽底部に導かれた汚水は溶解空気中の酸素を消費して酸化反応を行った後、処理槽(1) の中間部より上で曝気された汚水と合流し、空気を吸収することになる。
【００４２】
つぎに、嫌気運転においては、空気供給管(4) から外筒管(3) への空気の供給を止めるだけで、それ以外は好気運転の場合と同様に操作を行うことによって、安定した攪拌状態の下で嫌気反応が促進される。
【００４３】
【発明の効果】
本発明は以上の如く構成されているので、攪拌効率が良好で、またメンテナンスが容易な深層水処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例の深層水処理装置を示す垂直断面図である。
【図２】  インペラの変形例を示す垂直断面図である。
【図３】  インペラの変形例を示す平面図である。
【図４】  インペラの変形例を示す平面図である。
【図５】  インペラの変形例を示す垂直断面図である。
【図６】  内筒管の変形例を示す深層水処理装置の垂直断面図である。
【符号の説明】
１  処理槽
２  内筒管
３  外筒管
４  空気供給管
５  インペラ
６  返流板
７  仕切リング
８  補助インペラ
１３  下段インペラ
【図１】
0003650856.tif 000002
【図２】
0003650856.tif 000003
【図３】
0003650856.tif 000004
【図４】
0003650856.tif 000005
【図５】
0003650856.tif 000006
【図６】
0003650856.tif 000007