(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアリフトポンプ及び曝気槽を備えた、糞尿混合スラリーを曝気処理するための曝気装置であって、
エアリフトポンプの揚液管は曝気槽の内壁に沿う位置にあり、
エアリフトポンプの揚液管の吐出口は、その下端と曝気槽中の糞尿混合スラリーの液面との距離が吐出口の内径の25%以下となる位置にあり、かつ曝気槽の中心方向に向けて当該液面と平行な方向に開口しており、
エアリフトポンプの気体噴出口は、揚液管の内壁面上に又は揚液管内の内壁面に近接する位置にあり、揚液管の内壁面に沿う向きに、かつ揚液管の横断面方向に対して１０度〜８０度上向きの方向に開口している
ことを特徴とする、前記曝気装置。
【請求項２】
気体噴出口が揚液管の横断面方向に対して３０度〜６０度上向きの方向に開口している、請求項１に記載の曝気装置。
【請求項３】
複数の気体噴出口を有する、請求項１又は２に記載の曝気装置。
【請求項４】
揚液管が、吐出口を備える上管と吸入口及び気体噴出口を備える下管で構成され、下管が上管の内側に摺動可能に挿入された二重構造を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の曝気装置。
【請求項５】
曝気槽、及び
曝気槽の中心方向に向けて曝気槽中の糞尿混合スラリーの液面と平行な方向に開口した吐出口を持つ、曝気槽の内壁に沿う位置に配置された揚液管と、
揚液管の内壁面上に又は揚液管内の内壁面に近接する位置にあり、揚液管の内壁面に沿う向きに、かつ揚液管の横断面方向に対して１０度〜８０度上向きの方向に開口している気体噴出口と
を有するエアリフトポンプ
を備えた曝気装置を用いて糞尿混合スラリーを曝気処理する方法であって、
糞尿混合スラリーを、その下端と曝気槽中の糞尿混合スラリーの液面との距離が吐出口の内径の25%以下となる位置に配置された揚液管の吐出口から、曝気槽の中心方向に向けて、糞尿混合スラリーの液面と平行な方向に吐出させる工程
を含むことを特徴とする、前記曝気処理方法。
【請求項６】
エアリフトポンプの気体噴出口が揚液管の横断面方向に対して３０度〜６０度上向きの方向に開口している、請求項５に記載の曝気処理方法。
【請求項７】
エアリフトポンプが複数の気体噴出口を有する、請求項５又は６に記載の曝気処理方法。
【請求項８】
エアリフトポンプの揚液管が、吐出口を備える上管と吸入口及び気体噴出口を備える下管で構成され、下管が上管の内側に摺動可能に挿入された二重構造を有する、請求項５から７のいずれか一項に記載の曝気処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアリフトポンプを備えた曝気装置、特に家畜糞尿を処理するための曝気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業廃水、ウシやブタなどの家畜の糞尿又は生活雑排水などの汚水の浄化は、環境保護の観点から重要な技術であり、またこれを低コストかつ効率的に行うことは産業経済的にも重要な意義を有する。
【０００３】
近年、畜産業規模の巨大化に伴って畜産糞尿の発生量が急激に増加したことから、その処理は大きな問題となっている。家畜糞尿は、その排出量が少量であれば、肥料として草地や畑地に散布されている。このような場合でも、適正な処理を行わずに散布したり、残余を河川などに放流したりすれば、上水源と農業用水の汚染、さらには悪臭の発生などの問題を引き起こすことがある。近年の家畜糞尿の排出量増加は、こうした問題をさらに深刻化させている。
【０００４】
家畜糞尿の排出量の増大に合わせ、平成１６年に「家畜排せつ物の管理の適正化および利用の促進に関する法律（家畜排せつ物法）」が施行され、家畜糞尿の適切な処理が求められるようになった。しかし、排出量の増加に処理が追いついていない、また低コストかつ迅速に処理できる有効な方法がいまだ確立されていないなどの事情から、未処理の家畜糞尿が放置されて悪臭源となっているのが現状である。
【０００５】
液状の家畜糞尿である糞尿混合スラリーは、エジェクターポンプ又は曝気レータなどを備えた曝気装置を用いて処理されることが多い。しかし、特に糞尿混合スラリーは牧草の繊維質系の固形物を多く含み粘度が高いという特徴を有するために、かかる機械式ポンプを利用した曝気法は、ポンプが固形物によって直ぐに目詰まりを起こし、循環不良となって処理効率が低下するという問題を伴う。
【０００６】
また、曝気法は原理的に液の表面上で液が泡化する（起泡）という問題を伴うが、特に糞尿混合スラリーは粘度が高く、いったん生じた泡は容易には消えないので、糞尿混合スラリーの曝気処理は多量の泡が蓄積するという問題を抱えやすい。多量の泡は、曝気処理の中断、中止を頻繁に招き、処理効率を低下させるのみならず、起泡を抑制するために界面活性剤などの消泡剤、旋回式消泡機、散水消泡などを必要とし、これらはさらなるコストの増加をもたらす。
【０００７】
前述した機械式ポンプの代わりに、機械的な駆動部を有さず詰まり等の問題が少ないエアリフトポンプを利用した曝気法も知られている（特許文献１）。しかしながら、粘度が高いという特徴を有する糞尿混合スラリーにエアリフトポンプを使用しても、必要十分な強制循環を達成することが難しい他、泡化がより生じやすくなるという問題がある。
【０００８】
起泡を抑制するために、曝気前に大量の水を添加して糞尿を希釈し粘度を低下させることが、処理現場で試みられている。しかしながら希釈は、処理すべき糞尿の体積がさらに増加し、曝気処理に長時間を要することと、草地や畑地への散布に更なる労力を必要とさせるという別の問題を生じさせる。
【０００９】
また、固液分離装置を使用して糞尿を固体と液体とに分離し、固体は発酵させて堆肥等として使用し、液体は曝気処理等を施した後、液状肥料としたり浄化処理後に放流したりする方法も行われている（例えば特許文献２など）。しかしながら、まず固液分離という工程作業が必要となることに加え、分離した固体と液体とを別々に処理しなければならず、増加する家畜糞尿の迅速かつ低コストでの処理という要望に応えることができない。
【００１０】
そして、上記の従来法の最も大きな問題は、これらの処理によっても悪臭を必要十分に消すことができないことである。したがって、大量に排出される家畜糞尿の悪臭を迅速かつ十分に消すことができる処理技術の開発は、依然として解決すべき課題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−５９１８７号公報
【特許文献２】特開平１１−３３５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、効率的にかつ低コストで汚水の悪臭を消すことができる曝気装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、エアリフトポンプを用いた曝気法において、エアリフトポンプの構造に工夫を加えることによって、汚水、特に家畜糞尿を固液分離処理や大幅な加水を行うことを特に必要とせず、起泡を抑制しつつ効率よく曝気処理することができ、かつ悪臭を劇的に消すことができることを見いだし、下記の各発明を完成させた。
【００１４】
（１）エアリフトポンプ及び曝気槽を備えた曝気装置であって、
エアリフトポンプの揚液管の吐出口は、その下端が曝気槽中の液面に接する又は近接する位置にあり、かつ当該液面と並行な方向に開口しており、
エアリフトポンプの気体噴出口は、揚液管の内壁面上に又は揚液管内の内壁面に近接する位置にあり、揚液管の内壁面に沿う向きに、かつ揚液管の横断面方向に対して１０度〜８０度上向きの方向に開口している
ことを特徴とする、前記曝気装置。
（２）揚液管が曝気槽の内壁に沿う位置にあり、その吐出口が曝気槽の中心方向に向けて開口している、（１）に記載の曝気装置。
（３）気体噴出口が揚液管の横断面方向に対して３０度〜６０度上向きの方向に開口している、（１）又は（２）に記載の曝気装置。
（４）複数の気体噴出口を有する、（１）から（３）のいずれか一項に記載の曝気装置。
（５）揚液管が、吐出口を備える上管と吸入口及び気体噴出口を備える下管で構成され、下管が上管の内側に摺動可能に挿入された二重構造を有する、（１）から（４）のいずれか一項に記載の曝気装置。
（６）曝気装置において用いられるエアリフトポンプであって、
エアリフトポンプの揚液管の吐出口は、揚液管に対して垂直な方向に開口しており、
エアリフトポンプの気体噴出口は、揚液管の内壁面上に又は揚液管内の内壁面に近接する位置にあり、揚液管の内壁面に沿う向きに、かつ揚液管の横断面方向に対して１０度〜８０度上向きの方向に開口している
ことを特徴とする、前記エアリフトポンプ。
（７）気体噴出口が揚液管の横断面方向に対して３０度〜６０度上向きの方向に開口している、（６）に記載のエアリフトポンプ。
（８）複数の気体噴出口を有する、（６）又は（７）に記載のエアリフトポンプ。
（９）揚液管が、吐出口を備える上管と吸入口及び気体噴出口を備える下管で構成され、下管が上管の内側に摺動可能に挿入された二重構造を有する、（６）から（８）のいずれか一項に記載のエアリフトポンプ。
（１０）（１）から（５）のいずれか一項に記載の曝気装置を用いた、汚水の曝気処理方法。
（１１）汚水がスラリー状である、（１０）に記載の曝気処理方法。
（１２）汚水が糞尿混合スラリーである、（１０）又は（１１）に記載の曝気処理方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高粘度の汚水、特に家畜糞尿混合スラリーを効率的に曝気して、悪臭を顕著に低減させることができる。本発明の曝気装置は、比較的単純な構造を有するエアリフトポンプを使用することから、従来の曝気装置を用いた場合と比べて遥かに低コストでの汚水処理が可能になる。さらに、本発明のエアリフトポンプは、畜産農場の既存の曝気槽やスラリー貯留槽に設置することが可能である点も、汚水処理コストの低減に有利に働く。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の曝気装置に備えられるエアリフトポンプの構造を模式的に表したもので、エアリフトポンプの揚液管を通る縦断面を横方向から見た図である。
【図２】本発明の曝気装置の使用態様を表した模式図である。
【図３】本発明の曝気装置に備えられるエアリフトポンプの揚液管部分を拡大して、揚液管の吐出口と曝気槽中の液面との位置関係を模式的に表した模式図である。
【図４】本発明の曝気装置の使用態様を上から見た模式図である。黒色の矢印は吐出された液を、白色の矢印は液の流れ（旋回流）を表す。
【図５】本発明の曝気装置に備えられるエアリフトポンプの気体噴出口の近傍を表した模式図である。（ａ）は吸入口正面方向からみた図、（ｂ）は（ａ）を９０度右横方向から見た図、（ｃ）は（ａ）を真上から見た図である。矢印は気体噴出口から噴出される気体によって生じる螺旋状の上昇流を表す。
【図６】本発明の曝気装置及び従来型エジェクタポンプを備えた曝気装置を用いてウシ糞尿混合スラリーを処理したときの、スラリー水分及び粘度のプロット図である。
【図７】本発明の曝気装置及び従来型エジェクタポンプを備えた曝気装置を用いてウシ糞尿混合スラリーを処理したときの、臭気指数の減少度合いを示すグラフである。
【図８】本発明の曝気装置を用いてウシ糞尿混合スラリーを処理したときの、硫化水素濃度の減少度合いを示すグラフである。
【図９】本発明の曝気装置で曝気処理中のスラリーを上から見た写真である。
【図１０】本発明の曝気装置及び気体噴出口を９０度上向きにした比較例の曝気装置において、ブロワからの出力（送風量）を変化させた場合の脈動回数を示すグラフである。
【図１１】実施例１で作製した曝気装置において、液面の高さと吐出口下端との距離を変化させた場合の脈動回数を示すグラフである。
【図１２】実施例１で作製した曝気装置において、液面の高さと吐出口下端との距離を変化させた場合の、曝気槽内の家畜糞尿スラリーの泡部分を含めた高さの経過日数毎の変動を示すグラフである。
【図１３】本発明におけるエアリフトポンプの吐出口の高さを調節するための機構の例を模式的に表したもので、エアリフトポンプの揚液管を通る縦断面を横方向から見た図である。ａは気体噴出前の揚液管を、ｂは気体を噴出させたときの揚液管をそれぞれ示す。
【図１４】本発明におけるエアリフトポンプの吐出口の高さを調節するための、フロートを利用した機構の例を模式的に表したもので、エアリフトポンプの揚液管を通る縦断面を横方向から見た図である。
【図１５】実施例２で作製した曝気装置の作動試験時の構成を模式的に表したもので、エアリフトポンプの揚液管を通る縦断面を横方向から見た図である。
【図１６】実施例２で作製した曝気装置を作動させたときの、吐出口が液面から露出する割合（直径比）と気体送気量／吐出口面積との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の第一の態様は、エアリフトポンプ及び曝気槽を備えた曝気装置であって、
エアリフトポンプの揚液管の吐出口は、その下端が曝気槽中の液面に接する又は近接する位置にあり、かつ当該液面と並行な方向に開口しており、
エアリフトポンプの気体噴出口は、揚液管の内壁面上に又は揚液管内の内壁面に近接する位置にあり、揚液管の内壁面に沿う向きに、かつ揚液管の横断面方向に対して１０度〜８０度上向きの方向に開口している。
ことを特徴とする、前記曝気装置に関する。
【００１８】
本発明の曝気装置は、エアリフトポンプを備えている。エアリフトポンプは、その基本的構造として、目的とする物（汚水等）を輸送する揚液管（揚水管又はエアリフト管などとも表される）と、気体（通常は圧縮空気）を供給するブロワと、圧縮空気を揚液管内に送り込む送気管と、気体を噴出する噴出口を有する。その原理としては、目的物に対して縦（通常は垂直）に設置される揚液管の内部にブロワによって供給され送気管を通じて送られる圧縮空気を噴出口から噴出することで、揚液管内部に空気の上昇に伴う水流を発生させ、揚液管の下方部に開口する吸入口から目的物を汲み上げ、揚液管上方部に開口する吐出口から吐出する、というものである。
【００１９】
本発明の曝気装置におけるエアリフトポンプは、上記の基本原理に基づく他に、揚液管の吐出口が、その下端が曝気槽中の液面に接する又は近接する位置にあり、かつ吐出口が当該液面と並行な方向に開口していることを特徴の一つとする。以下、本発明の曝気装置、特にエアリフトポンプにかかる特徴を図１〜５を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
図１は本発明にかかる曝気装置に備えられるエアリフトポンプの構造を模式的に表した、エアリフトポンプの揚液管を通る縦断面を横方向から見た図であり、図２は曝気装置の使用態様を表した模式図である。符号１はエアリフトポンプの揚液管を、符号２は揚液管の吐出口を、符号３は揚液管の吸入口を、符号１１はエアリフトポンプの送気管を、符号１２は気体噴出口を、符号２１はブロワを、符号３１は曝気槽を、それぞれ示す。なお、図２には示されないが、曝気槽３１は上部に蓋のない円筒型の槽である。
【００２１】
図３は、エアリフトポンプの揚液管１を通る縦断面を横方向から見たときの、エアリフトポンプの揚液管１の吐出口２と曝気槽３１中の液面との位置関係を模式的に表した図である。
【００２２】
本発明における揚液管の吐出口は、その下端が曝気槽中の液面に接する又は近接する位置にある。「吐出口の下端が曝気槽中の液面に接する又は近接する位置にある」とは、吐出口の下端と液面との距離が吐出口の内径（一般的な吐出口ではその直径）の２５％以下、好ましくは２０％以下、より好ましくは１５％以下となる位置に吐出口があることを意味する。吐出口の下端が曝気槽中の液面に接する位置にある本発明の一態様では、図２及び図３に模式的に示されるように、吐出口２の下端が曝気槽３１中の液面と同じ高さとなるように設置される。
【００２３】
本発明における曝気槽中の液面とは、曝気槽内に収容されている、曝気前の、すなわち泡が生じていない状態の液の表面を意味する。曝気槽中の液面の高さは、処理される液量や曝気処理条件によって変動することがあるので、本発明におけるエアリフトポンプは、吐出口の高さを自動又は手動によって調節するための機構をそなえているものが好ましい。または、液面の高さを自動又は手動で調節するための機構を備えた曝気槽を用いてもよい。
【００２４】
本発明におけるエアリフトポンプの吐出口の高さを調節するための機構の例を図１３に示す。この例では、揚液管は、吐出口２を備える上管４１と吸入口３及び気体噴出口１２を備える下管４２で構成され、下管４２が上管４１の内側に摺動可能に挿入された二重構造を有する。下管４２にある気体噴出口１２から圧縮空気を噴出させることで、空気の上昇に伴う水流によって上管４１が浮き上がり、吐出口２が、その下端が曝気槽中の液面に接する又は近接する位置、すなわち吐出口２の下端と液面との距離が吐出口２の内径（一般的な吐出口ではその直径）の２５％以下となる位置に配置される。吐出口の下端を曝気槽中の液面に接する又は近接する位置に配置するための圧縮空気の送気量は、液面から上管の最上端までの深さや汚水の比重・粘度等に応じて調節すればよく、例えば汚水が水と同程度の比重を有する液体である場合は、吐出口の揚液管１分あたりの送気量（リットル／分）が吐出口面積（ｃｍ２）の３倍以上、好ましくは５倍以上とすればよい。
【００２５】
本発明におけるエアリフトポンプの吐出口の高さを調節するための機構の別の例は、下管が上管の内側に摺動可能に挿入された二重構造を有する前記揚液管の吐出口にフロートを備えた機構である。その機構の一つの例を図１４に示す。フロートが受ける浮力により、曝気槽中の液面の高さの変動にかかわらず、吐出口を曝気槽中の液面に接する又は近接する位置で維持することが可能になる。
【００２６】
本発明における揚液管の吐出口は、曝気槽中の液面と並行な方向に開口される。これにより、吐出液が曝気槽中の液面と並行な方向に吐出される。言い換えれば、本発明における揚液管の吐出口は、吐出液が曝気槽中の液面と並行な方向に吐出されるように設置される。
【００２７】
図４は、上部に蓋のない円筒型の槽を有する曝気装置を上から見た模式図である。符号１は揚液管を、符号２は揚液管の吐出口を示し、吐出口から吐出される液の流れ（旋回流）を白色の矢印で表している。
【００２８】
揚液管の吐出口が上記のように配置されることにより、吐出液は槽中の液面上の泡を巻き込みながら浅い角度で槽に投入されるので、投入時の起泡を抑制するとともに液面上の泡を消す効果が発揮される。また、吐出の勢いで槽中の液面又は液表層部分に図４に示されるような旋回流が生じるので、液面上に残った又は新たに生じた泡はこの旋回流に乗って再び吐出口近辺に戻り、吐出液に巻き込まれて消えることになる。なお、かかる旋回流を発生させるために、揚液管は曝気槽の内壁に沿う位置にあり、その吐出口が曝気槽の中心方向に向けて開口していることが好ましい。また、同様の目的で、曝気槽の断面形状は図４に示されるように円であることが好ましいが、旋回流の発生を損なわない限りにおいて楕円又は多角形であっても、また多少の凹凸があってもよい。
【００２９】
吐出口の形状には特に制限はなく、その断面形状は円、楕円又は多角形であってもよい。また、吐出口の大きさは、処理される液量、曝気槽の大きさ、揚液管の太さなどに応じて適宜定めればよい。
【００３０】
本発明の曝気装置におけるエアリフトポンプは、さらに、気体噴出口が、揚液管の内壁面上に又は揚液管内の内壁面に近接する位置にあり、揚液管の内壁面に沿う向きに、かつ揚液管の横断面方向に対して１０度〜８０度上向き、好ましくは３０〜６０度上向き、より好ましくは４５度上向きの方向に開口していることを特徴の一つとする。
【００３１】
図５は、本発明の曝気装置におけるエアリフトポンプの気体噴出口の近傍を表した模式図であり、（ａ）は吸入口正面方向からみた図、（ｂ）は（ａ）を９０度右横方向から見た図、（ｃ）は（ａ）を真上から見た図である。符号１は揚液管を、符号１１はエアリフトポンプの送気管を、符号３は揚液管の吸入口を、符号１３（点線）は噴出ノズルをそれぞれ示し、噴射される気体によって生じる螺旋状の上昇流が矢印で表される。噴出ノズル１３の先端には気体噴出口１２が設けられている。
【００３２】
図５に示される態様では、揚液管内の内壁面に近接する位置に設けられた噴出ノズル１３は、その気体噴出口１２が図５（ｃ）にあるように揚液管の内壁に沿った向きに、かつ図５（ｂ）にあるように揚液管の横断面方向に対して４５度上向きに向くように配置されている。
【００３３】
このように気体噴出口が配置されることで、噴出された圧縮空気はその勢いによって揚液管の内壁面に沿って螺旋状に上昇し、これによって揚液管内部に螺旋状の上昇流が生じると推察される。これにより、かかる噴出口の配置を有しない通常のエアリフトポンプと比較して揚液管内部の上昇流の速度が高まり、固形物を多く含み粘度が高い糞尿混合スラリーでも勢いよく汲み上げることができるようになるものと考えられる。なお、かかる螺旋状の上昇流を発生させるために、揚液管の断面形状は円であることが好ましいが、螺旋状の上昇流の発生を損なわない限りにおいて多角形であっても、また多少の凹凸があってもよい。
【００３４】
また、本発明にかかる噴出口の配置を有しない通常のエアリフトポンプでは、吐出液の勢いが一定の短い間隔で強弱するという脈動が生じ易く、起泡の原因ともなっているが、本発明にかかる特徴を有するエアリフトポンプは吐出液の脈動が生じにくいので、起泡の抑制においても有利である。
【００３５】
本発明において、「揚液管内の内壁面に近接する位置」とは上述の螺旋状の上昇流を揚液管内部に生じさせることができる位置を意味し、揚液管の内壁から、揚液管の内径（一般的な揚液管ではその直径）の３０％に相当する距離以下にある位置である。特に、図５に例示されるような噴出ノズルが用いられるときは、噴出ノズルは揚液管内壁に接触する位置に配置されることが好ましい。
【００３６】
気体噴出口は、揚液管の内壁面に沿った向きに、かつ揚液管の横断面方向に対して１０度〜８０度上向き、好ましくは３０度〜６０度上向き、より好ましくは４５度上向きの方向に開口している。また、気体噴出口は、図５に例示される噴出ノズルの他、上記の方向に設けられた揚液管内壁の孔又は溝状の開口部であってもよい。
【００３７】
気体噴出口は、一つまたは複数設けられる。複数の場合には、螺旋状の上昇流の発生を妨げないように、噴出口は螺旋の向きに揃えて配置されることが好ましい。
【００３８】
本発明の曝気装置におけるエアリフトポンプにおいて、気体噴出口と揚液管の吸入口の垂直方向における位置関係に特別な制限はない。例えば、図５に例示されるように吸入口が下、噴出口が上という位置関係でもよく、逆に吸入口が上、噴出口が下であってもよい。
【００３９】
吸入口は図５に例示されるように水平方向に開口していてもよく、または揚液管の下方に向かって開口していてもよい。さらに、吸入口の形状には特に制限はなく、その断面形状は円、楕円又は多角形であってもよい。また吸入口の大きさは、処理される液量、曝気槽の大きさ、揚液管の太さなどに応じて適宜定めればよい。
【００４０】
本発明の曝気装置において、圧縮空気を供給するブロワは、一般に市販されているものの中から、曝気処理の目的となる汚水の種類に応じて、揚液管内部に螺旋状の上昇流を発生させるに必要となる出力を有するブロワを選択すればよい。特に粘度の高い糞尿混合スラリーを処理するときは、例えば１分間当たりの圧縮空気の供給量が２．０ｍ３以上の出力を有するブロワを利用することが好ましい。そのようなブロワの例としては、ロータリーピストン型（ルーツ式）などを挙げることができる。また、生活雑排水などの低負荷・低粘度の汚水の場合では、ダイヤフラム式なども選択できる。
【００４１】
ブロワによって供給される気体は、酸素が含まれる曝気処理に適したものであればどのようなものでもよいが、圧縮空気がコスト的に有利である。
【００４２】
本発明の曝気装置における曝気槽は、従来の曝気装置において用いられる曝気槽であればよく、例えば畜産農場の既存の曝気槽やスラリー貯留槽をそのまま利用することができる。曝気槽の断面形状は、前述のように吐出液による旋回流を発生させるために円であることが好ましいが、旋回流の発生を損なわない限りにおいて楕円又は多角形であっても、また多少の凹凸があってもよい。
【００４３】
本発明の曝気装置は、家畜糞尿、特に糞尿混合スラリーの曝気処理に適しているが、処理対象は家畜糞尿には限定されず、工業廃水、生活雑排水その他の、曝気処理が求められる汚水であれば、いずれに対しても適用可能である。特に、液の泡化によって処理効率が低下又は制限されるという問題を有する汚水、特に高粘度のスラリー状汚水の処理に有効である。
【００４４】
本発明の曝気装置によると、粘度が１〜１００００ｍＰａ・ｓ、好ましくは１〜５０００ｍＰａ・ｓ、さらに好ましくは１０〜２０００ｍＰａ・ｓである汚水を処理することができる。後述の試験例において示されるように、この粘度範囲内には無加水の家畜糞尿混合スラリーが含まれることから、本発明の曝気装置によると、粘度調節のための加水を行うことなく、糞尿混合スラリーを曝気処理することができる。
【００４５】
本発明の第二の態様は、前記第一の態様の曝気装置において用いられるエアリフトポンプであって、
エアリフトポンプの揚液管の吐出口は、揚液管に対して垂直な方向に開口しており、
エアリフトポンプの気体噴出口は、揚液管の内壁面上に又は揚液管内の内壁面に近接する位置にあり、揚液管の内壁面に沿う向きに、かつ揚液管の横断面方向に対して１０度〜８０度上向きの方向に開口している
ことを特徴とする、前記エアリフトポンプに関し、その詳細は第一の態様において述べたとおりである。
【００４６】
本発明の第三の態様は、前記第一の態様の曝気装置を用いた汚水の曝気処理方法に関する。かかる処理方法は、曝気装置のブロワから送気管内に送られた圧縮空気を気体噴出口から噴出させ、これにより揚液管内部に生じた上昇流によって吸入口から吸入された汚水を空気と混合して吐出口から吐出することを含み、その詳細は第一の態様において述べたとおりである。
【００４７】
以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明する。
【実施例】
【００４８】
＜実施例１＞
内径３０ｃｍ、長さ約４ｍ、肉厚１ｃｍの塩化ビニル製直管の下端に同径の塩化ビニル製Ｌ字継ぎ手（１辺の長さ４６ｃｍ）、上端に同径の塩化ビニル製Ｔ字継ぎ手（１辺の長さ５１ｃｍ）を連結して、両端に吸入口及び吐出口をそれぞれ有する揚液管を作成した。吸入口から６０ｃｍの高さに直径６ｃｍに穴を開け、この穴に適合する外径を有する塩化ビニル製Ｌ字管（１辺の長さ９ｃｍ）を挿入し、水平面から４５度上向きに開口部を向けた状態で揚液管に固定し、噴出口を配置した。揚液管の外側に突出した塩化ビニル製Ｌ字管の一端に塩化ビニル製パイプを連結して送気管を用意した。
【００４９】
円筒状の曝気槽の中に、上記のように作製したエアリフトポンプを曝気槽の内壁に接する位置に吸入口を下にして固定し、送気管の一端を鶴見製作所製ルーツブロワＲＳＲ−６５（出力５．５ｋＷ）に連結して、本発明にかかる曝気装置を有する曝気槽を作製した。
【００５０】
＜試験例１＞
実施例１で作製したエアリフトポンプ、従来型のエジェクターポンプ（鶴見製作所製８０ＵＲ４２．２）、曝気レータ（鶴見製作所製３２ＴＲ２１．５）のそれぞれを備えた曝気装置について、曝気能力の比較を行った。各曝気装置を設置した貯留槽内に無酸素の水を満たし、吐出口の下端が投入された水の液面の高さと同じになるように調節した後、ブロワを駆動させて１時間曝気処理を行った。処理後の水の溶存酸素濃度から、常法に従って総括酸素移動容量係数（ＫＬａ）を算出した。
【００５１】
試験条件及びそれぞれの装置の性能を表１に示す。実施例１の曝気装置は、異物通過径が従来型の曝気装置よりも大きいので、スラリー中の異物による閉塞のおそれが少なく、また総括酸素移動容量係数は従来品と同等であり、必要能力値（ＫＬａ≧１．０）を上回った。
【表１】
0006760039.tif 000002
【００５２】
＜試験例２＞
１）牧場から回収したウシ糞尿混合スラリーを実施例１で作製したエアリフトポンプ又は従来型のエジェクタポンプを備えた曝気装置を有する曝気槽に投入し、これら装置を駆動させて７〜６３日間曝気処理を行った。エアリフトポンプを備えた曝気装置の場合、曝気処理前に、吐出口の下端が投入されたスラリーの液面より０〜６ｃｍ低くなるように調節を行った。試験条件を表２に示す。試験は、エアリフトポンプ曝気装置について５回、エジェクタポンプ曝気装置について３回行った。
【表２】
0006760039.tif 000003
【００５３】
曝気処理中の糞尿混合スラリーの水分及び粘度を経時的に測定した結果を図６に示す。図６中で同じシンボルで表される各プロットは、同じ処理群の異なる時間での測定値を表している。本発明のエアリフトポンプ曝気装置では、５０〜４７００ｍＰａ・ｓという広範囲の粘度を有するスラリーを曝気することができた。
【００５４】
一方、エジェクタポンプ曝気装置は、粘度が６０ｍＰａ・ｓ程度のスラリーを曝気することはできたものの、高粘度スラリー（１３００ｍＰａ・ｓ以上）の曝気処理を試みたところ、糞尿混合スラリーに含まれる繊維質分によるポンプの吸入口への詰まりや、高い粘度によりポンプに高い負荷がかかり、数分から数時間でポンプの運転が止まり、曝気処理を継続することができなかった（データを図示せず）。
【００５５】
曝気処理中の糞尿混合スラリーについて、臭気指数（Ｎ）を公定法に従って経時的に測定した。それぞれ３回の試験における臭気指数の推移を図７に示す。エジェクタポンプ曝気装置では、初期粘度が概ね６０ｍＰａ．ｓより低い糞尿混合スラリーにおいて、処理開始後６〜１４日で臭気指数３７に到達するが、その後、臭気指数の大幅な低下は認められなかった。
【００５６】
一方、本発明のエアリフトポンプ曝気装置では、初期粘度が２６０ｍＰａ．ｓ、５９０ｍＰａ・ｓ及び６２０ｍＰａ．ｓである高粘度の糞尿混合スラリーにおいて、いずれも１日間の処理で臭気指数は４６〜４８から３７〜４０に低下し、７日間の処理で臭気指数はさらに２２〜２６にまで低下した。この臭気指数の低下は、臭気成分の濃度が処理前と比較して１日間の処理で１／６〜１／１０に、７日間の処理で１／１００〜１／３００に低下したことに相当し、本発明による曝気処理が悪臭を顕著に低減させたことを示している。
【００５７】
本発明のエアリフトポンプ曝気装置による曝気処理中の糞尿混合スラリーから排出される排気について、悪臭成分である硫化水素を経時的に測定した。１回の試験における硫化水素濃度の推移を図８に示す。曝気処理開始直後に１２．５ｐｐｍまで上昇した後、処理開始後１〜３日で２．０ｐｐｍ以下まで低減し、３日目以降は０．５ｐｐｍ以下まで低下したことから、本発明による曝気処理が悪臭を顕著に低減させたことが確認された。
【００５８】
エアリフトポンプ曝気装置で曝気処理中のスラリーを上から見た写真を図９に示す。写真中央の吐出口から右方向にスラリーが吐出されている。曝気処理中に液面上に生じた泡が高速で吐出されたスラリー流により巻き込まれながら消泡される様子が観察された。
【００５９】
＜比較例１＞
実施例１で作製したエアリフトポンプ曝気装置と、その気体噴出口の向きだけを９０度上向きに変えた比較用曝気装置において、表３に示される試験条件下で、送風量を変動させた場合の吐出流の脈動回数を計測した。試験は、気体噴出口が４５度上向きの曝気装置について３回、９０度上向きの曝気装置について１回行った。
【表３】
0006760039.tif 000004
【００６０】
結果を図１０に示す。図中、気体噴出口が４５度上向きの結果については平均値で表されている。気体噴出口が９０度上向きでは、粘度が１０ｍＰａ・ｓ以下と低く、比重も家畜糞尿スラリーより低く脈動しにくい水道水を用いているにもかかわらず、広範囲の送風量において毎分１０回以上の脈動が計測された。一方、気体噴出口が４５度上向きでは、粘度が６００ｍＰａ・ｓの家畜糞尿スラリーを用いているにもかかわらず、送風量が１．８ｍ３／分以上であれば、脈動回数を毎分１０回以下に低減できることが確認された。
【００６１】
＜比較例２＞
実施例１で作製したエアリフトポンプ曝気装置において、液面の高さを吐出口下端から−６０ｃｍ〜＋６０ｃｍの間に変動した際の脈動回数を計測した。液面の高さ以外は、比較例１と同様の条件下で試験を行った。
【００６２】
３回の試験の平均値を図１１に示す。エアリフトポンプの吐出口下端よりも液面が低い場合は脈動回数が増える傾向を示し、液面高さ−５９ｃｍでは毎分６７回の脈動が計測された。一方、吐出口下端よりも液面が高い場合には、脈動回数は平衡状態となるが、吐出口下端より液面が８ｃｍを超えて高くなると、曝気効果が著しく低減し、また吐出流による消泡効果も同様に低減した。
【００６３】
＜比較例３＞
実施例１で作製したエアリフトポンプ曝気装置において、曝気処理を開始する前の液面の高さを吐出口下端から１１ｃｍ高く設定し、それ以外は試験例２と同じ条件下で曝気試験を行い、曝気槽内の家畜糞尿スラリーの泡部分を含めた高さの経過日数毎の変動を計測した。
【００６４】
結果を図１２に示す。図１２中に示される「３〜５回目」は試験例２のエアリフトポンプ曝気装置での３〜５回目の試験結果であり、「６回目」は本比較例の結果である。本比較例の曝気試験、すなわちエアリフトポンプの吐出口下端よりも液面が１１ｃｍ高い条件で曝気を行った場合は、起泡により泡部分を含むスラリー上面の高さが急激に上昇し３．５日以降は吐出流による消泡効果が発揮されず、消泡機の稼働を要する状況となった。一方、試験例２のエアリフトポンプ曝気装置での３〜５回目の曝気試験、すなわち吐出口下端から０ｃｍ〜６ｃｍの液面高さから曝気を開始した条件では、７日間経過後も吐出口上端が露出しており吐出流による消泡効果が維持されていることが確認された。
【００６５】
＜実施例２＞
内径５ｃｍ、外径６ｃｍ、長さ約２５ｃｍの塩化ビニル製直管の一方の端に塩化ビニル製Ｌ字継ぎ手（１辺の長さ９ｃｍ、内径６ｃｍ）を連結して上管を用意した。長さ３５ｃｍの塩化ビニル製直管（いずれも外径４．８ｃｍ、肉厚１．５ｍｍ）を用意し、一方の端に同径の塩化ビニル製Ｌ字継ぎ手（１辺の長さ８ｃｍ）を連結して、下管を用意した。下管の吸入口から１ｃｍの高さに直径１ｃｍの穴を開け、この穴に適合する外径を有するプラスチック製Ｌ字管（１辺の長さ１．５ｃｍ）を挿入し、水平面から４５度上向きに開口部を向けた状態で揚液管に固定し、噴出口を配置した。下管を上管に挿入して二重構造の揚液管とし、下管の外側に突出したプラスチック製Ｌ字管の一端に塩化ビニル製パイプを連結して送気管を用意した。
【００６６】
円筒状の槽の中に、上記のように作製したエアリフトポンプを容器の内壁に接する位置に吸入口を下にして固定し、送気管の一端をエアポンプに連結し、本発明のエアリフトポンプ曝気装置を作製した。
【００６７】
上記曝気槽に対して、揚液管の上管の上端（吐出口の上端部）より４．２ｃｍ、５．２ｃｍ、６．３ｃｍ、８．５ｃｍ又は１１．６ｃｍ上に液面がくるように水を張り、エアリフトポンプ曝気装置を作動させて、圧縮空気の送気量を調節することで上管を浮き上がらせる試験を行った。試験時の曝気装置の構成を図１５に、試験条件を表４に示す。
【表４】
0006760039.tif 000005
【００６８】
圧縮空気の送気量（リットル／分）と吐出口面積（ｃｍ２）の比を横軸に、吐出口の直径に対して液面から露出した吐出口の径の比（吐出口露出率、直径比）を縦軸としたグラフを図１６に示す。吐出口の下端と液面との距離が吐出口の内径の２５％以下となる位置まで揚液管の上端を浮き上がらせるために要する圧縮空気の送気量は、揚液管の上端（突出口の上端部）から液面までの距離によって変動するが、おおむね、圧縮空気の送気量（リットル／分）と吐出口面積（ｃｍ２）の比が３倍〜５倍であればよいことが確認された。
【符号の説明】
【００６９】
１  揚液管
２  吐出口
３  吸入口
１１  送気管
１２  気体噴出口
１３  噴出ノズル
２１  ブロワ
３１  曝気槽
４１  揚液管の上管
４２  揚液管の下管
５１  フロート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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