(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機により回転駆動される回転軸に取り付けた攪拌羽根と、前記回転軸の周囲を覆うように配設した筒体とを備えるようにした曝気機において、前記筒体を水面下から水面上方にかけて配設するとともに、前記攪拌羽根を、少なくともその大部分が筒体内の水面上に位置する上部攪拌羽根と、筒体の下端より下方の水中に位置する下部攪拌羽根とに、分断して配設し、好気運転の起動時には、電動機により回転駆動される回転軸を一方向に回転することにより、筒体の下端より下方の水中に位置するように配設した下部攪拌羽根によって、汚水を筒体内に送り込み、少なくともその大部分が筒体内の水面上に位置するように配設した上部攪拌羽根によって、筒体内に送り込まれた汚水を吸い上げ、以後継続的に好気運転を行うとともに、嫌気運転時には、回転軸を逆方向に回転することにより、筒体の下端より下方の水中に配設した下部攪拌羽根によって、汚水中に水流を発生させて攪拌を行うようにして、電動機の回転方向を切り替えるだけで、好気運転と嫌気運転とを行うようにしたことを特徴とする曝気機。
【請求項２】
上部攪拌羽根を、上部から下方に向けて径が縮小する螺旋形状に形成したことを特徴とする請求項１記載の曝気機。
【請求項３】
上部から下方に向けて径が縮小する螺旋形状に形成した上部攪拌羽根の下部の径を、軸方向に所定長さに亘って一定に形成したことを特徴とする請求項２記載の曝気機。
【請求項４】
上部攪拌羽根と下部攪拌羽根の間に中間攪拌羽根を配設したことを特徴とする請求項１、２又は３記載の曝気機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、曝気機に関し、特に、水中に空気（酸素）を供給する好気運転（曝気運転）と、水中に空気（酸素）を供給しない嫌気運転（攪拌運転）とを、電動機の回転方向を切り替えるだけで、効率的に行うことができるようにした曝気機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水中に空気を供給する好気運転と、水中に空気を供給しない嫌気運転とを、交互に切り替えて汚水処理を行う場合、汚水処理槽の水面付近に曝気機を設置して、好気運転時には、電動機により回転駆動される回転軸を上昇させて、一方向に回転させることにより、汚水を吸い上げ、噴水のように汚水を周囲に飛散させて汚水の落下により水中に空気を送り込んでエアレーション（曝気）を行い、一方、嫌気運転時には、回転軸を降下させて、逆方向に回転させることにより、汚水中に水流を発生させて攪拌を行うようにしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の曝気機においては、好気運転と嫌気運転とを切り替える場合、電動機により回転駆動される回転軸の回転方向を切り替えることに加えて、好気運転時には、汚水を吸い上げ、噴水のように汚水を周囲に飛散させ、一方、嫌気運転時には、汚水中に水流を発生させるため、攪拌羽根を取り付けた回転軸を昇降させる昇降機構が必要となり、曝気機の構造が複雑になるという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記従来の曝気機の有する問題点に鑑み、攪拌羽根を取り付けた回転軸を昇降させる昇降機構を設けることなく、電動機の回転方向を切り替えるだけで、水中に空気を供給する好気運転と、水中に空気を供給しない嫌気運転とを、効率的に行うことができるようにした曝気機を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の曝気機は、電動機により回転駆動される回転軸に取り付けた攪拌羽根と、前記回転軸の周囲を覆うように配設した筒体とを備えるようにした曝気機において、前記筒体を水面下から水面上方にかけて配設するとともに、前記攪拌羽根を、少なくともその大部分が筒体内の水面上に位置する上部攪拌羽根と、筒体の下端より下方の水中に位置する下部攪拌羽根とに、分断して配設し、好気運転の起動時には、電動機により回転駆動される回転軸を一方向に回転することにより、筒体の下端より下方の水中に位置するように配設した下部攪拌羽根によって、汚水を筒体内に送り込み、少なくともその大部分が筒体内の水面上に位置するように配設した上部攪拌羽根によって、筒体内に送り込まれた汚水を吸い上げ、以後継続的に好気運転を行うとともに、嫌気運転時には、回転軸を逆方向に回転することにより、筒体の下端より下方の水中に配設した下部攪拌羽根によって、汚水中に水流を発生させて攪拌を行うようにして、電動機の回転方向を切り替えるだけで、好気運転と嫌気運転とを行うようにしたことを特徴とする。
【０００６】
この曝気機は、回転軸の周囲を覆うように配設した筒体を水面下から水面上方にかけて配設するとともに、攪拌羽根を、少なくともその大部分が筒体内の水面上に位置する上部攪拌羽根と、筒体の下端より下方の水中に位置する下部攪拌羽根とに、分断して配設するようにしているので、好気運転の起動時には、電動機により回転駆動される回転軸を一方向に回転することにより、筒体の下端より下方の水中に位置するように配設した下部攪拌羽根によって、汚水を筒体内に送り込み、さらに、少なくともその大部分が筒体内の水面上に位置するように配設した上部攪拌羽根によって、筒体内に送り込まれた汚水を吸い上げ、以後継続的に噴水のように汚水を周囲に飛散させて汚水の落下により水中に空気を送り込んでエアレーションによる好気運転を行い、一方、嫌気運転時には、回転軸を逆方向に回転することにより、筒体の下端より下方の水中に配設した下部攪拌羽根によって、汚水中に水流を発生させて攪拌を行うようにする。
なお、この嫌気運転時には、少なくともその大部分が筒体内の水面上に位置するように配設した上部攪拌羽根は、筒体内で空転することとなり、嫌気運転に悪影響を及ぼすこと防止できる。
【０００７】
この場合において、上部攪拌羽根を、上部から下方に向けて径が縮小する螺旋形状に形成することができる。
【０００８】
これにより、好気運転時には、筒体内に送り込まれた汚水を確実に吸い上げることができるとともに、確実に嫌気運転に悪影響を及ぼさないようにすることができる。
【０００９】
この場合、上部から下方に向けて径が縮小する螺旋形状に形成した上部攪拌羽根の下部の径を、軸方向に所定長さに亘って一定に形成することができる。
【００１０】
これにより、汚水処理槽の水位変動の影響を受けることなく、好気運転時には、筒体内に送り込まれた汚水を確実に吸い上げることができるとともに、一層確実に嫌気運転に悪影響を及ぼさないようにすることができる。
【００１１】
また、上部攪拌羽根と下部攪拌羽根の間に中間攪拌羽根を配設することができる。
【００１２】
これにより、好気運転時に、中間攪拌羽根によって、汚水を筒体内に円滑に送り込む補助作用を行うようにすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の曝気機の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１〜図３に、本発明の曝気機の一実施例を示す。
図１は、曝気機１を矩形形状の汚水処理槽に設置し、好気運転を行っている状態を、図２は、嫌気運転を行っている状態を、それぞれ示す。
【００１５】
ところで、この曝気機１が設置される汚水処理槽Ａは、特に限定されるものではないが、汚水処理を行うために汎用されている矩形形状をした所要容量を有するもので、汚水処理槽Ａの中央部に曝気機１が設置される。
【００１６】
曝気機１は、汚水処理槽Ａに架台等を介して固定して設置し、これにより、汚水処理槽Ａ全体の汚水の曝気・攪拌を均一に行えるようにする。
なお、曝気機１を、図４に示す変形実施例に示すように、フロートＦにて浮遊状態に支持するようにした場合には、水位変動に対応できるようにバネ１８ａを付設したワイヤー１８等により回転を拘束して設置するようにする。
【００１７】
曝気機１には、水面上に配置された回転方向を切り替えることができる電動機１１の駆動軸１６の下端に、水中の所定深度に達する長さを有する回転軸１２を鉛直に接続するようにする。
【００１８】
そして、この回転軸１２の周囲を、所定の間隔をあけて覆う円筒形状の筒体１５を、水面下から水面上方にかけて配設するようにする。
この円筒形状の筒体１５の上端は、汚水を周囲に飛散させることができるように、曝気機１の水上部と所定の間隔をあけて配設するとともに、筒体１５の下端部は、ストレート又は図示するように漏斗状にやや拡開するように形成するようにする。
【００１９】
また、図３に示すように、電動機１１と筒体１５の間に、電動機１１（駆動軸１６）と筒体１５との軸方向の相対的な位置、すなわち、筒体１５の設置位置（水深）を調節する調節機構１５ａを配設し、これにより、汚水処理槽Ａの汚水の水位や好気運転又は嫌気運転に応じて、筒体１５の設置位置（水深）を調節することができるようにする。
なお、筒体１５の上端から汚水を周囲に飛散させた際に、調節機構１５ａに汚水に含まれる毛髪等の繊維状物質が絡み付くのを防止するために、調節機構１５ａを構成する棒状体の外周を図３（Ｄ）又は図３（Ｅ）に示すような、断面形状を楕円形又は流線形に形成したカバー体１５ｂを配設することが望ましい。
【００２０】
また、回転軸１２には、２種類の攪拌羽根１３，１４を、少なくともその大部分が筒体１５内の水面上に位置する（その全部を筒体１５内の水面上に位置するように配設することもできる。）上部攪拌羽根１３と、筒体１５の下端より下方の水中に位置する下部攪拌羽根１４とに、分断して配設するとともに、汚水を周囲に飛散させることができるように、その上端部に逆円錐部１７を形成するようにしている。
【００２１】
この場合、攪拌羽根１３，１４は、水流を発生することができるものであれば、同じ構造としても、あるいは異なる構造としてもよく、その構造は図示のものに限定されない。
【００２２】
そして、攪拌羽根１３，１４を、少なくともその大部分が筒体１５内の水面上に位置する上部攪拌羽根１３と、筒体１５の下端より下方の水中に位置する下部攪拌羽根１４とに、分断して配設することにより、両者を異なる構造とすることが容易になる。
【００２３】
具体的には、例えば、少なくともその大部分が筒体１５内の水面上に位置する上部攪拌羽根１３に、螺旋形状に形成した構造のものを採用することにより、好気運転時に、筒体１５内に送り込まれた汚水を確実に吸い上げるようにすることができる。
そして、この螺旋形状に形成した構造の上部攪拌羽根１３は、軸方向に均一な径の螺旋形状に形成した構造のものを採用することもできるが、特に、図３に詳示するように、上部から下方に向けて径が縮小する螺旋形状に形成した構造のものを採用することにより、好気運転時には、筒体１５内に送り込まれた汚水を確実に吸い上げることができるようにしながら、水位変動等があっても確実に嫌気運転に悪影響を及ぼさないようにすることができるものとなる。すなわち、嫌気運転時に、筒体１５内の汚水の水位が上昇し、汚水が上部攪拌羽根１３に接触しても、この部分の上部攪拌羽根１３は小径なため、筒体１５内の汚水は主として筒体１５の外周方向の力を受け、筒体１５内の汚水の上下方向の水位変動を抑制することができ、振動等も比較的小さく、安定した嫌気運転を行うことができる。
【００２４】
さらに、図３（Ｃ）に示すように、上部から下方に向けて径が縮小する螺旋形状に形成した上部攪拌羽根１３の下部の径を、軸方向に所定長さＬに亘って一定に形成することにより、この範囲において、汚水処理槽Ａの水位変動を吸収し、汚水処理槽Ａの水位変動の影響を受けることなく、好気運転時には、筒体１５内に送り込まれた汚水を確実に吸い上げることができるとともに、一層確実に嫌気運転に悪影響を及ぼさないようにすることができる。
【００２５】
また、筒体１５の下端より下方の水中に位置する下部攪拌羽根１４に、流れが周方向に広がらないような構造のものを採用することにより、水深の大きな汚水処理槽の場合においても、水面近くに位置する攪拌羽根１４により、充分な流速を有する底部水流を発生させることができ、また、曝気機１の機長を短くでき、メンテナンスの際に、曝気機１を水面上に容易に吊り上げることができるものとなる。
【００２６】
さらに、図５及び図６に示す変形実施例のように、少なくともその大部分が筒体１５内の水面上に位置する上部攪拌羽根１３と筒体１５の下端より下方の水中に位置する下部攪拌羽根１４の間に、中間攪拌羽根１９ａ又は中間攪拌羽根１９ｂを配設することができる。
この中間攪拌羽根１９ａ、１９ｂの構造は、特に限定されるものではないが、図５に示すものは、下部攪拌羽根１４と相似形状（小形）の中間攪拌羽根１９ａを下部攪拌羽根１４とは逆向きに水中に位置するように配設するように、また、図６に示すものは、ボールねじ状の螺旋形状のリブを形成した中間攪拌羽根１９ｂを水面上と水中に跨って位置するように配設するようにしている。
このように、上部攪拌羽根１３と下部攪拌羽根１４の間に中間攪拌羽根１９ａ、１９ｂを配設することにより、好気運転時に、中間攪拌羽根１９ａ、１９ｂによって、汚水を筒体１５内に円滑に送り込む補助作用を行うようにすることができる。また、これらの中間攪拌羽根１９ａ、１９ｂは、いずれも、小形で回転抵抗が小さいため、嫌気運転時の悪影響を小さく抑えることができる。そして、特に、図６に示すボールねじ状の螺旋形状のリブを形成した中間攪拌羽根１９ｂは、汚水に含まれる毛髪等が絡みにくいため、曝気機１の保守作業を軽減することができる。
【００２７】
また、図５及び図６に示す変形実施例においては、汚水を周囲に均等に飛散させることができるように、回転軸１２の上端部に逆円錐部１７を形成することに加え、筒体１５の上端に、上面の中心部が若干窪んだ円錐面に形成したドーナツ状の整流ブロック２０を配設するようにしている。
【００２８】
次に、この曝気機１の動作について説明する。
まず、好気運転の起動時には、図１に示すように、電動機１１により回転駆動される回転軸１２を一方向に回転することにより、筒体１５の下端より下方の水中に位置する下部攪拌羽根１４によって、汚水を筒体１５内に送り込み、さらに、少なくともその大部分が筒体１５内の水面上に位置する上部攪拌羽根１３によって、筒体１５内に送り込まれた汚水を吸い上げ、以後継続的に噴水のように汚水を周囲に飛散させて汚水の水滴飛散による空気との接触と汚水の落下による水中への空気の送り込みによりエアレーションによる好気運転を行うことができる。
また、これと併せて、筒体１５の下端より下方の水中に位置する下部攪拌羽根１４によって、汚水処理槽１の中心部では、上向きの水流が発生し、これが、汚水処理槽１に循環水流を発生させて汚水処理槽Ａ全体の攪拌を行うことができる。
なお、回転軸１２の回転開始初期は、少なくともその大部分が筒体１５内の水面上に位置する上部攪拌羽根１３は、筒体１５内で空転するが、筒体１５の下端より下方の水中に位置する下部攪拌羽根１４によって、汚水が筒体１５内に送り込まれることによって、筒体１５内に汚水で充満すると、攪拌羽根１３によって、筒体１５内に送り込まれた汚水を吸い上げることができる。
【００２９】
一方、嫌気運転時には、図２に示すように、電動機１１により回転駆動される回転軸１２を逆方向に回転することにより、筒体１５の下端より下方の水中に位置する下部攪拌羽根１４によって、汚水処理槽１の中心部では、下向きの水流が発生し、これが、汚水処理槽１に循環水流を発生させて汚水処理槽Ａ全体の攪拌を行うことができる。
なお、この嫌気運転時には、少なくともその大部分が筒体１５内の水面上に位置する上部攪拌羽根１３は、筒体１５内で空転し、嫌気運転に悪影響を及ぼさない。
【００３０】
そして、この曝気機１は、さらに、以下のような利点を有している。
（１）一般的に汚水処理槽内の単位水量当たりに要する動力は、好気運転時の方が、嫌気運転時より大きくなるように設定するのが望ましい。
この曝気機１では、嫌気運転時に、少なくともその大部分が筒体１５内の水面上に位置する上部攪拌羽根１３が空転するようにされているため、嫌気運転時の動力を好気運転時と比べて小さくでき、よって、嫌気運転時のみ回転速度を遅くするなど、従来の制御方式のような制御を必要としないため、機器の構成が簡単となる。
（２）この曝気機１では、水面近くの筒体１５の下端より下方の水中に位置する下部攪拌羽根１４により、充分な流速を有する底部水流を発生させることができる。
特に、この曝気機１では、嫌気運転時に、少なくともその大部分が筒体１５内の水面上に位置する上部攪拌羽根１３が、筒体１５内で空転し、嫌気運転に悪影響を及ぼさないため、エネルギー効率が良好となり、小さな動力で、充分な流速を有する底部水流を発生させることができる。
（３）通常、好気運転時に、水面近くに配設した攪拌羽根によって、汚水処理槽の汚水を水面付近から上向きに吸い込むことにより底部に水流を発生させる場合においては、充分な流速を有する底部水流を発生させるために大きな動力を必要とする。
これに対して、この曝気機１では、好気運転時に、少なくともその大部分が筒体１５内の水面上の位置と、筒体１５の下端より下方の水中の位置とに、分断して配設した２種類の攪拌羽根１３，１４によって、汚水処理槽１の底部に水流を発生させ、底部の汚水を上向きに吸い込むことができるため、充分な流速を有する底部水流を発生させるために大きな動力を必要としない。
なお、この時に必要とされる動力は、嫌気運転時よりは大きいが、これは、必要な酸素溶解速度を満たすエアレーションのために必要な動力であるため、底部水流を発生させるために無駄に動力を消費することがない。
（４）好気運転時に、汚水処理槽の底部付近の酸素濃度の低い水を吸い上げ、水面でエアレーションを行うので、単位動力当たりの酸素溶解効率（酸素溶解速度効率）を高くすることができる。
【００３１】
以上、本発明の曝気機について、複数の実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、各実施例に記載した構成を適宜組み合わせる等、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の曝気機によれば、回転軸の周囲を覆うように配設した筒体を水面下から水面上方にかけて配設するとともに、攪拌羽根を筒体内の水面上の位置と、筒体の下端より下方の水中とに、分断して配設するようにしているので、好気運転の起動時には、電動機により回転駆動される回転軸を一方向に回転することにより、筒体の下端より下方の水中に配設した攪拌羽根によって、汚水を筒体内に送り込み、さらに、筒体内の水面上の位置に配設した攪拌羽根によって、筒体内に送り込まれた汚水を吸い上げ、以後継続的に噴水のように汚水を周囲に飛散させて汚水の落下により水中に空気を送り込んでエアレーションによる好気運転を行うことができる。この場合、好気運転の定常状態においては、攪拌羽根を複数配設しても、上部攪拌羽根を配設した場合の消費電力とほぼ等しい電力消費量で以て好気運転を行うことができる。
また、一方、嫌気運転時には、回転軸を逆方向に回転することにより、筒体の下端より下方の水中に配設した攪拌羽根によって、汚水中に水流を発生させて攪拌を行うことができる。
これにより、攪拌羽根を取り付けた回転軸を昇降させる昇降機構を設けることなく、電動機の回転方向を切り替えるだけで、水中に空気を供給する好気運転と、水中に空気を供給しない嫌気運転とを、効率的に行うことができるとともに、曝気機の構造が簡易となり、維持管理が容易で、信頼性の高い曝気機を得ることができる。
【００３３】
また、上部攪拌羽根を、上部から下方に向けて径が縮小する螺旋形状に形成することにより、好気運転時には、筒体内に送り込まれた汚水を確実に吸い上げることができるとともに、確実に嫌気運転に悪影響を及ぼさないようにすることができる。
【００３４】
また、上部から下方に向けて径が縮小する螺旋形状に形成した上部攪拌羽根の下部の径を、軸方向に所定長さに亘って一定に形成することにより、汚水処理槽の水位変動の影響を受けることなく、好気運転時には、筒体内に送り込まれた汚水を確実に吸い上げることができるとともに、一層確実に嫌気運転に悪影響を及ぼさないようにすることができる。
【００３５】
また、上部攪拌羽根と下部攪拌羽根の間に中間攪拌羽根を配設することにより、好気運転時に、中間攪拌羽根によって、汚水を筒体内に円滑に送り込む補助作用を行うようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の曝気機の一実施例を示し、好気運転を行っている状態を示す断面図である。
【図２】同嫌気運転を行っている状態を示す断面図である。
【図３】曝気機の拡大図で、（Ａ）は筒体を降下させた状態を示す曝気機の断面図、（Ｂ）は筒体を上昇させた状態を示す曝気機の断面図、（Ｃ）は回転軸の変形例を示す正面図、（Ｄ）及び（Ｅ）は調節機構のカバー体を示す斜視図である。
【図４】本発明の曝気機の変形実施例を示す断面図である。
【図５】本発明の曝気機の変形実施例を示す断面図である。
【図６】本発明の曝気機の変形実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
Ａ    汚水処理槽
Ｆ    フロート
１    曝気機
１１  電動機
１２  回転軸
１３  上部攪拌羽根
１４  下部攪拌羽根
１５  筒体
１６  駆動軸
１７  逆円錐部
１８  ワイヤー
１９ａ、１９ｂ  中間攪拌羽根
２０  整流ブロック
【図１】
0003542324.tif 000002
【図２】
0003542324.tif 000003
【図３】
0003542324.tif 000004
【図４】
0003542324.tif 000005
【図５】
0003542324.tif 000006
【図６】
0003542324.tif 000007