(57)【要約】【課題】下廃水処理などに使用される曝気装置と下水高度処理方法を提供する。【解決手段】反応槽の深い水深に設けた撹拌機３ａと、浅い水深に設けた空気供給管１１を備えたエジェクター１と、吸入口と噴出口を設けたポンプ４と曝気水流誘導管２で構成された装置において、エジェクター１を用いて吸い込ませた空気はポンプ４により、深い水深にまで曝気水流誘導管２を通して圧送することで、空気吸入量を増大させ、撹拌機３ａの回転翼と衝突及び噴出して反応槽を曝気及び撹拌し、曝気と非曝気撹拌が交互反復可能な間欠曝気機能を備えることで、撹拌、曝気、間欠曝気機能が備えられた曝気装置を提供する。従来の方式の曝気装置と本発明に係る曝気装置を下水高度処理工程に適用して多様な運転モードを選択して可変的に運営することで、運転条件の変化に対処でき、流入Ｃ/Ｎ比が低い下水から窒素・リンを高い効率で除去できる下水高度処理方法に関する。【選択図】図８
2004330188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応槽の上部の浅い水深に設けられる空気供給管が具備された一つ以上のエジェクターと、吸入口及び噴出口が具備されたポンプ及び曝気水流誘導管で曝気装置を構成し、前記ポンプの吐出口と前記エジェクターの水流流入口はそれぞれ水流チャンバーの内部と連通されるよう連結し、前記エジェクターの空気供給管と空気供給主管はそれぞれ空気チャンバーの内部と連通されるよう連結し、前記空気供給主管の他の一側は大気と連通され、前記エジェクターの流出口から噴出される曝気水流は反応槽の深い水深から噴出されるよう前記曝気水流誘導管の噴出口を深い水深に設けることによって、圧縮性流体であり比重量が小さい空気は前記エジェクターによって浅い水深の前記曝気水流誘導管の上部まで吸い込まれ、曝気水流誘導管の内部に吸い込まれた空気は前記ポンプによって形成される空気滴の浮上速度より早くて非圧縮性であり比重量が大きい反応液の流れを利用して、反応槽の下部の深い水深にまで強制に搬送及び噴出させて反応槽を曝気及び撹拌することを特徴とする撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置。
【請求項２】
前記空気供給管には、空気供給バルブを設置し、前記空気供給バルブが開いたりまたは閉じた状態で作動させて曝気または非曝気撹拌中のいずれか一つの運転モードで稼働したり、タイマー、酸化還元電位コントローラ、溶存酸素コントローラと連動して設定された条件によって自動で開閉作動を繰り返すことによって、曝気または非曝気撹拌が交互反復する間欠曝気で運転することを特徴とする請求項１に記載の撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置。
【請求項３】
前記ポンプの駆動モータには、周波数変調器を備え、周波数変調による前記駆動モータの回転数変更によって前記エジェクターに供給される流量と圧力を変更することによって、空気吸入量と反応槽の溶存酸素濃度を調節することを特徴とする請求項１に記載の撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置。
【請求項４】
前記空気供給管には、開度によって反応槽の溶存酸素濃度を調節できる空気調節バルブが具備されることを特徴とする請求項１に記載の撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置。
【請求項５】
前記空気供給主管の流入口には、濃縮槽と脱水機など悪臭発生源から排気される悪臭含有空気を吸い込ませる悪臭空気流入管を連結して脱臭機能が具備されることを特徴とする請求項１に記載の撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置。
【請求項６】
前記水流チャンバーまたはポンプの吐出管には、消泡ノズルが具備された消泡水管が連結されるよう連結され消泡機能が具備されることを特徴とする請求項１に記載の撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置。
【請求項７】
反応槽の深い水深に構成される前記曝気水流誘導管の先端の噴出口には、撹拌機を設けて、前記曝気水流誘導管から噴出される曝気水流を前記撹拌機の回転車と衝突及び分散させ反応槽を曝気及び撹拌することを特徴とする請求項１に記載の撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置。
【請求項８】
前記ポンプをオン-オフ作動して反応槽を曝気または非曝気撹拌中のいずれか一つの運転モードで稼働したり、タイマー、酸化還元電位コントローラ、溶存酸素コントローラと連動して設定された条件によって前記ポンプを自動でオン-オフ作動することによって、曝気または非曝気撹拌が交互反復する間欠曝気で運転することを特徴とする請求項７に記載の撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置。
【請求項９】
前記水流チャンバーには、駆動モータによって駆動されるポンプ回転車と速度水頭を圧力水頭に転換させる案内翼がその内部に具備され、エジェクターの水流流入口に水流を圧送するポンプ機能を果たすことを特徴とする請求項１に記載の撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置。
【請求項１０】
前記ポンプの吐出口と前記水流チャンバー流入口とを連結する水流供給管は曲管部がなく揚程損失が少ない直管で構成されるよう、前記ポンプの下部にスクリーン機能を並行する有孔管で構成される支持物を設けることによって、前記ポンプを前記エジェクターとほぼ等しい水位に設けられるよう水面と近接して引揚設置することを特徴とする請求項１に記載の撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置。
【請求項１１】
前記ポンプは、前記水流チャンバーまたは空気チャンバーに配設され、その吐出口は前記水流チャンバーと直結させ水流供給管の設置を省略することを特徴とする請求項１に記載の撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置。
【請求項１２】
前記空気チャンバーは、駆動モータによって駆動される送風機の送風用回転車と、風速を風圧に転換させる案内翼がその内部に具備され、エジェクターの空気供給管に空気を圧送させる送風機能を有することを特徴とする請求項１に記載の撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置。
【請求項１３】
前記送風用回転車は、ポンプ回転車駆動モータと直結され、一台の前記ポンプ回転車駆動モータで送風用回転車とポンプ用回転車を同時に駆動させることを特徴とする請求項１２に記載の撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置。
【請求項１４】
第１ないし第４反応槽で構成された四つの反応槽と、最終反応槽である第４反応槽の流出水を固液分離させる沈殿池とを、流入下水と反応液の流れが順次になされうるよう直列で連結して下水処理工程を構成し、前記第１ないし第３反応槽は無酸素または嫌気条件が持続される撹拌状態、好気条件が持続される曝気状態、または設定された条件によって曝気と非曝気撹拌が交互反復する間欠曝気状態のうちいずれか一つを選択して運転できるようにする、撹拌、曝気、間欠曝気機能付き間欠曝気装置が前記第１ないし第３反応槽にそれぞれ具備され、第４反応槽には常に好気条件を持続できる曝気装置が具備された下水処理装置を構成することによって、流入水質の性状、流入Ｃ/Ｎ比、負荷変動、季節変化による水温などの変化によって前記下水処理工程を構成する反応槽において、
前記第４反応槽は常に曝気状態で運転され、前記第１ないし第３反応槽は順次に、間欠曝気、間欠曝気、間欠曝気で運転する第１運転モードと、間欠曝気、曝気、間欠曝気で運転する第２運転モードと、曝気、間欠曝気、間欠曝気で運転する第３運転モードと、間欠曝気、曝気、曝気で運転する第４運転モードと、非曝気撹拌、間欠曝気、間欠曝気で運転する第５運転モードと、非曝気撹拌、曝気、間欠曝気で運転する第６運転モードと、非曝気撹拌、曝気、非曝気撹拌で運転する第７運転モードと、曝気、曝気、曝気で運転する第８運転モードで構成される８種の運転モードのうち、運転条件が最適ないずれか一つの運転モードに設定して運転し、運転条件が変わる場合、変わった運転条件に最適な運転モードに再び変更して運転することによって、８種の運転モードを可変的に運転して、運転条件の変化に対処することを特徴とする撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置を用いた下水高度処理方法。
【請求項１５】
前記間欠曝気装置は、請求項１記載の脱臭と撹拌、曝気及び間欠曝気機能付き曝気装置であることを特徴とする請求項１４に記載の撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置を用いた下水高度処理方法。
【請求項１６】
前記間欠曝気装置は、前記反応槽の内部に圧送される空気を微細な気泡に分散及び混合させる回転車が備えられた水中曝気機と、各反応槽に設けられた水中曝気機に空気を分配させ、空気供給バルブが備えられた空気供給管と、前記空気供給管が集まって連結され、他方には送風機の吐出口と連結されている空気供給主管で構成され、前記空気供給バルブが開いた状態で作動して好気条件が持続される曝気状態で運転したり、または前記空気供給バルブが閉じた状態で作動して無酸素または嫌気条件が持続される撹拌状態で運転でき、設定された条件によって曝気と非曝気撹拌が交互反復する間欠曝気状態中のいずれか一つのモードで運転できたりする送風機と水中曝気機と空気供給バルブで構成されることを特徴とする請求項１４に記載の撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置を用いた下水高度処理方法。
【請求項１７】
前記間欠曝気装置は、前記反応槽の内部に圧送される空気を微細な気泡に噴出させる散気管と反応液を撹拌する撹拌機で構成され、前記散気管から空気を噴出して好気条件が持続される曝気状態で運転したり、前記散気管で空気噴出を中止し撹拌機を作動して無酸素または嫌気条件の持続される撹拌状態で運転でき、設定された条件によって前記散気管で空気噴出と中止過程を繰り返すことによって、曝気と非曝気撹拌が交互反復する間欠曝気状態中のいずれか一つの運転モードで運転できたりする送風機と散気管及び撹拌機で構成されることを特徴とする請求項１４に記載の撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置を用いた下水高度処理方法。
【請求項１８】
前記間欠曝気装置は、反応槽の水面で回転する回転車によって反応液を曝気及び撹拌する表面曝気機と、反応液を撹拌する撹拌機とで構成され、前記表面曝気機を作動して好気条件が持続される曝気状態、前記表面曝気機の作動を中止し前記撹拌機を作動して無酸素または嫌気条件が持続される撹拌状態で運転でき、設定された条件によって前記表面曝気機と前記撹拌機を交互にオン-オフ作動を繰り返すことによって、曝気と非曝気撹拌が交互反復する間欠曝気状態中のいずれか一つのモードで運転できる前記表面曝気機と前記撹拌機で構成されることを特徴とする請求項１４に記載の撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置を用いた下水高度処理方法。
【請求項１９】
前記最終反応槽である第４反応槽には、設定された条件によって曝気と非曝気撹拌が交互反復できる間欠曝気装置が備えられ、間欠曝気状態で運転されることを特徴とする請求項１４に記載の撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置を用いた下水高度処理方法。
【請求項２０】
第４反応槽から第１反応槽に反応液が搬送できる内部循環手段が備えられ、第４反応槽の反応液が第１反応槽に逆流循環されることを特徴とする請求項１４に記載の撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置を用いた下水高度処理方法。
【請求項２１】
前記反応槽には微生物が付着増殖できる生物膜担体が充填されることを特徴とする請求項１４に記載の撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置を用いた下水高度処理方法。
【請求項２２】
前記第１ないし第３反応槽のうち、無酸素または嫌気性条件のための撹拌状態で運転される反応槽、または間欠曝気で運転される反応槽が非曝気撹拌状態で稼働される間に、脱窒とリン放出反応のための外部炭素源に生ごみ、畜糞、収集糞尿、産業工場から発生する有機性廃棄物、またはその発酵液を注入することを特徴とする請求項１４に記載の撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置を用いた下水高度処理方法。
【請求項２３】
前記四つの反応槽のうち、最初反応槽である第１反応槽の前段階には最初沈殿池を設け、前記最初沈殿池から発生した生スラッジを有機酸に発酵させる発酵槽を備え、前記第１ないし第３反応槽のうち無酸素または嫌気性条件のための撹拌状態で運転される反応槽、または間欠曝気で運転される反応槽が、非曝気撹拌状態で稼働される間脱窒とリン放出反応のための外部炭素源として前記発酵槽で発酵された生スラッジを注入することを特徴とする請求項１４に記載の撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置を用いた下水高度処理方法。
【請求項２４】
前記最初沈殿池に流入される前段階の流入下水、または前記発酵槽には生ごみ、畜糞、収集糞尿、産業工場から発生する有機性廃棄物を投入することを特徴とする請求項１４に記載の撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置を用いた下水高度処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、省スペースで下水中の窒素とリンを同時に効率よく除去できる曝気と、撹拌機能と、設定された条件によって曝気と非曝気撹拌が交互反復する間欠曝気機能とが具備され、メンテナンスが簡便であり、施設費と動力費の所要が少なく、無騒音静粛運転の可能な曝気装置を提供する一方、撹拌及び曝気、間欠曝気機能付き曝気装置が設けられた反応槽で、下水高度処理工程を構成することによって、運転条件の変化によって運転モード(OPERATION MODE)を多様に変更して、季節変化、流入負荷及び水質変化、温度変化などに対処できる下水高度処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
韓国の下水管路は主に合流式管路なので渇水期と雨期、洪水期によって下水処理場に流入される下水の濃度と流量の変化が極めて激しい。また、バカンスシーズンとお盆やお正月には多くの人口が、海岸都市と地方の中小都市に移動するので、首都圏地域の下水処理場の流入負荷は急減する一方、地方の中小都市の下水処理場の流入負荷が急増する時もある。
【０００３】
従って、四季の気候変化がはっきりして季節別に下水量と水質が相異なるのみならず、水温の変化も甚だしいため、微生物の生育条件に大きい差がある。また、韓国の下水は流入有機物の濃度が低い反面Ｔ−Ｎ濃度が高いため、流入下水のＣ/Ｎ比が低く窒素とリン除去に苦情がある。
【０００４】
このように、負荷変動と気候変化とによって運転条件が多様に変わるため、反応槽の容量と運転形態が固定された従来の方式のＡＯ、ＭＬＥ、Ａ２O、Bardenpho、Phostripなどのような下水高度処理工程、またはＳＢＲ系の下水処理工程では、季節や休暇によって流入水質、流入Ｃ/Ｎ比、流量及び水温などが変わる下水を、効果的に処理し難いのが現状である。
【０００５】
このように、季節と降水量及び休暇などによって、流入水質、Ｃ/Ｎ比、流量及び水温など運転条件の変化に対応可能となるように、施設と装置を変更せず簡単な方法で処理工程を変更し、最適の工程を選択して運転できる多様な形態の運転モードに変更可能な下水処理装置及び方法の開発と、Ｃ/Ｎ比の低い下水から効率よく脱窒及び脱リンがなされるよう、流入有機物を脱窒反応に最大に利用し、外部から安価な有機物質を容易に調達できる供給対策とが、切実に要求されている。
【０００６】
このように、多様な運転モードを構成できる下水処理方法を実現するためには、下水処理施設を構成するそれぞれの反応槽を、流入条件の必要に応じて無酸素または嫌気条件が持続される撹拌状態、好気条件が持続される曝気状態、または設定された条件によって曝気と非曝気撹拌が交互反復する間欠曝気状態のいずれか一つの状態を選択して運転できるようにする撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置が求められる。
【０００７】
このように、撹拌、曝気、間欠曝気機能付き反応槽を実現して多様なモードで運転可能な下水処理施設を実現するためには、撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置が設けられた反応槽によって、下水処理工程が構成されるべきである。
【０００８】
このような、機能付き曝気装置を実現するために従来の方式の曝気装置を利用する第１の方法として、表面曝気機が設けられた反応槽に、撹拌機を追加設置することによって、表面曝気機を作動させて好気条件が持続される曝気状態、表面曝気機の作動を中止し、撹拌機だけを作動させて無酸素または嫌気条件が持続される撹拌状態、設定された条件によって表面曝気機と撹拌機を交互にオン-オフ作動させたり、撹拌機が作動した状態で表面曝気機をオン-オフ作動させて間欠曝気状態がなされたりするようにすることで撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置を実現できる。
【０００９】
従来の方式の曝気装置を用いて、撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置を実現する第２の方法として、送風機と散気管(Diffuser)で構成された従来の方式の曝気装置が設けられた反応槽に、撹拌機を追加設置することによって、散気管を介して空気を供給させて好気条件が持続される曝気状態、散気管から空気供給を中断し撹拌機を作動させて無酸素または嫌気条件が持続される撹拌状態、撹拌機が作動した状態で設定された条件によって散気管から空気を噴出または中止したり、または撹拌機の作動と散気管における空気供給が交互反復して間欠曝気がなされるようにすることで、撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置を実現することができる。
【００１０】
しかし、従来の方式の曝気装置を用いて、撹拌、曝気、間欠曝気機能を具備することは装置の構成が複雑であり、動力効率が低く、騒音と振動が発生し、施設費と動力費面において非経済的な短所がある。
【００１１】
表面曝気機は、反応槽の水面を回転車で撹拌して、大気中の空気が反応液に直接に供給されるようにし、活性スラッジが反応槽の底部に沈殿されず、水中に浮遊できるよう撹拌機能を果たすので、曝気動力効率が割りと優秀であり、送風機動建築物と送気配管などが省ける長所はあるが、反応液が大気中に飛散して騒音が発生するなどの２次汚染を引き起こし、蒸発散量の増加によって水温が下がるので、微生物の増殖と活動が低下して冬期には処理効率が低くなる。
【００１２】
散気式曝気装置は、曝気槽に空気を供給する送風機と、送気配管及び散気管とで構成され、送風機によって圧送される空気は、散気管によって微細な空気滴状に反応槽に供給され、送風機と送気配管及び送風機動建築物が必要となるので、施設費と動力費面において非経済的でありメンテナンスがややこしい。
【００１３】
送風機は、騒音と振動が発生し、電動機発熱と空気圧縮熱が殆んど大気に放出され反応槽の水温上昇にはさほど寄与できず浪費される。特に、散気管が設けられた反応槽に撹拌機を設けて、非曝気撹拌状態を長時間持続したり、設定された条件によって、曝気と非曝気撹拌が繰り返される間欠曝気を行ったりすれば、非曝気時にスラッジによって散気管が閉鎖され、曝気を再開するとしても空気供給量が減少する場合があるため、既に散気管が設けられ稼働中の下水処理施設の高度処理改善工事にその適用を制限することが望ましい。
【００１４】
従来の方式の曝気装置を用いて、撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置を実現する第３の方法として、図１のように本出願人が発明して、特許文献１で特許登録公開されたもので、送風機と水中曝気機及び空気供給管に空気供給バルブを設けて間欠曝気装置を実現することができる。
【００１５】
その装置の構成および機能を説明すれば、２組以上の反応槽６０，６１には反応液を撹拌したり、または外部から圧送される空気を微細な空気滴に分散させて反応液と共に混合して撹拌したりする回転車５４が具備された水中曝気機５２が設けられている。各反応槽６０，６１に空気を分配する空気供給管５６は集まって空気供給主管５７に連結されており、空気供給主管５７の他方には空気を圧送させる送風機５３の吐出口に連結されている。空気供給管５６にはタイマー、ＯＲＰ(Oxidation Reduction Potential;酸化還元電位)コントローラ、ＤＯ(溶存酸素;Dissolved Oxygen)コントローラと連動して自動で開閉される空気供給バルブ５１が設けられる。
【００１６】
本装置では、送風機が常に稼働した状態で、空気供給バルブ５１を閉じて無酸素または嫌気性条件が持続される撹拌状態、空気供給バルブ５１を開放して好気性条件が持続される曝気状態、空気供給バルブ５１を設定された条件によって開閉作動を繰り返して曝気と非曝気撹拌が交互反復するようにする間欠曝気状態に転換できるため、送風機５３の稼働率を高められる、撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置を実現できる。
【００１７】
本装置は騒音と振動が発生し、空気供給配管と送風機及び送風機動建築物が設けられる問題点が解消できなかったが、送風機と水中曝気機が既に設置され稼働中の既存の下水処理場を高度処理工程で、改善するのにごく有利である。
【００１８】
従来の方式の曝気装置を用いて、撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置を実現する第４の方法として、図２のように本出願人が発明して、特許文献２で特許登録公開された"下水処理場の間欠曝気及び装置"では、従来の方式のポンプエジェクターとエジェクターの空気供給管に、自動バルブを設けて操作することによって、撹拌、消泡及び設定された条件によって曝気と非曝気撹拌を交互反復させる間欠曝気機能付き曝気装置を簡単に実現し、脱臭と消泡機能をさらに具備することができる。
【００１９】
装置の構成と機能をさらに詳しく説明すれば、ポンプ６２の流出口６３を延ばして構成された流出管６４には一つ以上多数個のエジェクター６５が設けられ、エジェクター６５には空気調節バルブ６８ａが具備された空気吸込管６６が連結されている。
【００２０】
多数個の空気吸込管６６は、空気供給バルブ６８が具備された空気供給主管６７と連結されているため、一つのポンプ６２で曝気と撹拌を並行することができる。空気供給バルブ６８をタイマー、ＯＲＰコントローラまたはＤＯコントローラと連動させ、自動で開閉させて間欠曝気機能を果たせ、流出管には消泡ノズル７０が具備された消泡水管６９を連結して反応槽から発生する泡を鎮められる。
【００２１】
また、空気供給主管６７を脱水機室、濃縮槽などの悪臭発生源と配管などに連通されるよう連結させれば、悪臭を吸い込んで反応槽の微生物によって生物学的脱臭がなされる。  
【００２２】
多数個のエジェクターを組み合わせて、一つのポンプでも大容量の曝気装置を構成することができるが、主に配管で構成され装置が複雑であり、現場設置部分が多いので工程作製が難しく、品質管理が困難な問題点があった。
【００２３】
また、反応槽に流動相生物膜担体を充填する場合、流動相担体がポンプに吸入され、破砕されることを防ぐために、スクリーンが具備された別のポンプ室７１を設けるべき煩わしさがある。特に配管における揚程損失が大きく、膨脹性気体である空気を深い水深へまで吸い込むので、曝気動力効率と撹拌動力効率が低い従来のエジェクター曝気装置の限界を超えられない。
【００２４】
図３に示した従来のポンプエジェクター曝気装置は、本発明に係る曝気装置の特徴を理解するのに比較のため示したもので、液滴の飛散がなく、無騒音静粛運転が可能で、ポンプ７３を駆動するモータの発熱が全て水体に伝達され、水温が上昇するので、微生物培養に有利である。
【００２５】
しかし、ポンプエジェクターは比重量が小さく、圧縮性流体である空気を低効率のジェットポンプの一種であるエジェクター７２を用いて、深い水深まで空気吸込管７４を通して吸い込ませることによって、過多に動力が所要されるので、非経済的である。また、回転翼によって反応液を直接に撹拌する水中撹拌機とは違って、散気管７５から噴出される水流によって反応液を間接的に撹拌するため、撹拌動力効率が低い短所がある。
【００２６】
従って、前述したように季節変化、流入負荷及び水質変化、温度変化などのような運転条件変化と、足りないＣ/Ｎ比に対応して、窒素、リン除去効率を維持できるよう、運転条件の変化によって多様な運転モードを変更して対応できる下水高度処理方法の開発と、このような下水高度処理方法に効率よく適用できる、撹拌、曝気、間欠曝気機能を有し無騒音静粛運転の可能な曝気装置の開発とが、切実に求められている。
【特許文献１】大韓民国特許第０２７１９３２号明細書
【特許文献２】大韓民国特許第０２５０５４５２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
本発明は、前述した問題点を解決するために案出されたものである。その目的は、ポンプエジェクターを用いて求められる技術的課題を解消し、ポンプエジェクターの空気吸込方式に新たな概念を導入して改善することによって、運転条件の変化によって多様な形態で運転可能であり、動力効率を改善しコンパクトな曝気装置を提供することである。
【００２８】
また、騒音振動及び液滴飛散などの２次汚染が発生せず、装置の発熱量が全て反応液に伝達され、水温の上昇によって処理効率が向上され、ややこしい送気配管が省かれることも目的とする。
【００２９】
そして、送風機動建築物を要しないので建築費が節減され、特に空気自吸用エジェクターと水流供給ポンプとの距離を最小化し、直管で構成することから、曝気動力効率が改善された、撹拌、曝気、脱臭、消泡、曝気と非曝気撹拌が交互反復する間欠曝気と空気自吸機能が備えられるコンパクトな構造の動力節約型曝気装置と、これを利用することによって、季節変化、流入負荷及び水質変化、温度変化などのような運転条件の変化によって多様な運転モードに変更して対処できる下水高度処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
本発明では、液滴の飛散が少なく無騒音静粛運転がなされ、構造が単純なポンプエジェクター曝気装置の長所を生かして前述した目的を実現し、図３の説明で述べた通り、曝気動力効率が低い短所を改善するため、空気吸込方式を改善し、ポンプエジェクターと撹拌機が一体に構成される装置を工夫した。
【００３１】
圧力が小さくなれば体積が膨張し、比重量が小さくなる圧縮性流体である空気を、エジェクターのノズルから噴出される水流によって形成される負圧を用いて、深い水深へまで吸い込ませる図３に示す従来の方式のエジェクター曝気装置は、曝気動力効率がごく低い。
【００３２】
従って、本発明では、反応槽の上部の浅い水深または水面に空気供給管が大気と連通されるようエジェクターを設置し、気体と液体の混合された水流が流出されるエジェクターの流出口を、反応槽の底部付近の深い水深まで曝気水流誘導管に連結させて装置を構成し、圧縮性流体であり比重量が小さい空気は、エジェクターを用いて吸い込まれ、エジェクターによって浅い水深まで吸い込まれた空気を、ポンプによって前記曝気水流誘導管の内部に形成される空気滴の浮上速度より早くて非圧縮性であり比重量が大きい反応液の流れを用いて強制に深い水深へまで搬送させ、反応槽の下部の深い水深から噴出させることによって、空気滴の水中滞留時間が延び、界面に働く水圧を増加させて酸素伝達率と曝気動力効率を改善した。
【００３３】
前述した図２に示す従来方式のポンプエジェクターによる間欠曝気装置では、空気調節バルブの開閉作動によって、撹拌、曝気及び間欠曝気がなされるため、空気調節バルブを密閉して非曝気撹拌がなされる段階でも、曝気のための多くの動力が所要されるエジェクターが動力所要の少ない撹拌にも利用される構成なので、動力が過多に消費される。
【００３４】
従って、本発明では、撹拌と間欠曝気による動力所要を最小化するため、遠心ポンプ、軸流ポンプまたは斜流ポンプなどのようなタービンポンプを用いて反応槽に空気を吸い込ませ、回転翼によって反応液を直接に撹拌する撹拌機を追加して、一体化した曝気装置を構成した。撹拌及び間欠曝気時は曝気と撹拌を分離作動して撹拌機によって撹拌と非曝気撹拌を行うことによって、撹拌動力効率が向上され、間欠曝気のための動力が減少するよう改善した。
【００３５】
エジェクターだけを用いて大容量の曝気装置を構成すれば、配管構成が複雑なので工場製作が難しく、現場設置による品質管理の問題が台頭され、前述したように、動力所要が少ない撹拌と間欠曝気による非曝気撹拌時にも、曝気の際と同じ過多な動力が所要される動力浪費の要因がある。
【００３６】
このような、問題点の解消策として本発明では、多数個のエジェクターを結合させ、水体と空気を供給できる水流チャンバーと空気チャンバーを具備し、水流供給用ポンプとエジェクターの距離を短縮したり、直結させたりすることによって、配管における揚程損失が減少され、曝気動力効率が向上され、動力を節減できる、大容量のコンパクトな曝気装置を実現した。
【００３７】
図２に示す従来のポンプエジェクターを用いた曝気装置では、撹拌力を維持するため、ポンプを常に稼働する状態で空気調節バルブの開閉状態を調節して、反応槽の溶存酸素濃度を調節するので、溶存酸素要求量が少ない条件下でも、撹拌のために、曝気状態と同一の多くの動力が浪費された。
【００３８】
従って、本発明では、反応槽混合用撹拌機が稼働した状態でポンプエジェクターの水流供給用ポンプに周波数変調器を具備し、ポンプの回転数を調節することによって、駆動モータの回転数を変更でき、前記エジェクターに供給される流量と圧力を調節できるようになり、反応槽の溶存酸素濃度を、精度良く調節できるようになる。
【００３９】
従って、空気調節バルブの開放状態を調節することとは違って、酸素要求量の減少に比例してポンプ駆動モータの所要動力も節減されるため、曝気動力を節減することができる。
【００４０】
また、前記撹拌機は、常に作動した状態で前記エジェクター水流供給用ポンプをオン-オフ作動したり、前記ポンプと撹拌機を交互反復作動したりすることによって、極めて容易に間欠曝気機能を実現することができる。
【００４１】
本発明では、曝気用水流供給ポンプの吐出口と、水流チャンバーとを連結して、大容量の曝気装置が構成できるようにする一方、前記水流チャンバーには、ポンプ回転車と案内翼を具備して、ポンプ機能を並行することによって、ポンプ回転車により形成される速度水頭が水流ケーシングによって圧力水頭に転換されエジェクターノズルに直接に水流が圧送されるため、装置の構成が一層コンパクトになり、動力損失も減少される。
【００４２】
従来のポンプエジェクターを用いた間欠曝気装置では、反応槽内の挟雑物、または微生物の複合増殖のために充填された流動相生物膜担体のポンプ流入を防止し、修繕する際、引揚されたポンプを設置する過程において、流動相生物膜担体がポンプによって圧着破損されることを防ぐために別のポンプ室を具備し、多孔板で構成されたスクリーンを設置した。これにより、装置構成が複雑となり、ポンプとエジェクターとの配管が長くて曲管が多いことから動力が浪費される構成となっていた。
【００４３】
従って、本発明では、ポンプの吐出口と、エジェクターとの水流流入口を連結する配管を曲管部のない直管で構成して、揚程損失が減少するよう水中ポンプの吐出口と、エジェクターの水流流入口が水平になるよう水中ポンプを引揚設置した。
【００４４】
水中ポンプの引揚設置方法は、多様な形態の支持台、または浮遊物を利用できるが、ポンプの下部を、有孔管状の支持用構造物によって、ポンプ吸入口が保護されるよう支持することから、ポンプ内部の挟雑物流入と、充填された流動相生物膜担体が、ポンプに流入することを防止するスクリーンとしての機能を兼ね備え、ポンプの引揚深さも短縮されるため、ポンプをメンテナンスする際に便利である。
【００４５】
また、本発明では、下水の流入条件及び水温変化に能動的に対応できる高度処理方法を実現するため、第１ないし第４反応槽で構成された四つの反応槽と、最終の反応槽である第４反応槽の流出水を固液分離させる沈殿池とを、流入下水と反応液との流れが順次になされうるよう、直列で連結して下水処理工程を構成し、前記第１ないし第３反応槽には、無酸素または嫌気条件が持続される撹拌状態、好気条件が持続される曝気状態、または設定された条件によって、曝気と非曝気撹拌とが交互反復する間欠曝気状態中のいずれか一つを選択して運転できるようにする、撹拌、曝気、間欠曝気機能付き間欠曝気装置がそれぞれ具備され、第４反応槽には常に好気条件を持続できる曝気装置が具備される下水処理工程を構成することによって、流入水質の性状、流入Ｃ/Ｎ比、負荷変動、季節変化に伴う水温変化などのような運転条件の変化によって、前記下水処理工程を構成する反応槽を、多様な運転モードのうち、運転条件に最適ないずれか一つの運転モードに設定して運転し、運転条件が変化した場合、変化した運転条件に最適な運転モードに再設定して、変更した運転モードで稼働することによって、運転モードを可変的に運転して施設と装置を変更しなくても、運転条件の変化に能動的に対処できる下水高度処理方法を提供した。
【００４６】
ここで、前記間欠曝気装置は、本発明に係る脱臭と空気自吸機能が具備され、撹拌と曝気及び間欠曝気機能付き曝気装置であるか、送風機による散気式曝気装置と撹拌機及び空気供給バルブの組合装置、または送風機と水中曝気機及び空気供給用自動バルブの組合装置、または表面曝気機と撹拌機の組合装置のうちいずれか一つで構成できる。
【００４７】
また、前記下水高度処理方法で足りない流入有機物を最大に活用するため、第４反応槽から第１反応槽に反応液が搬送できる内部循環手段を備えて、第４反応槽の反応液が第１反応槽に逆流循環させる前脱窒方法を追加適用したり、前記第１ないし第３反応槽のうち無酸素または嫌気性条件のための撹拌状態で運転される反応槽、または間欠曝気で運転される反応槽が曝気撹拌状態で稼働される間脱窒とリン放出反応のための外部炭素源として生ごみ、畜糞、収集糞尿、産業工場から発生する有機性廃棄物、またはその発酵液を注入して窒素、リン除去効率を向上させたりできるようにした。
【００４８】
また、前記四つの反応槽のうち最初の反応槽である第１反応槽の前段階には最初沈殿池を設け、前記最初沈殿池から発生された生スラッジを有機酸で発酵させる発酵槽を具備して、前記第１ないし第３反応槽のうち無酸素または嫌気性条件のための撹拌状態で運転される反応槽、または間欠曝気で運転される反応槽が非曝気撹拌状態で稼働される間に脱窒とリン放出反応のための外部炭素源として前記発酵槽で発酵された生スラッジを注入して窒素、リン除去効率を向上させることもある。
【００４９】
前記最初沈殿池に流入される前段階の流入下水、または前記発酵槽には生ごみ、畜糞、収集糞尿、産業工場から発生する有機性廃棄物を投入するなどの方法を追加して、足りない有機物を補充して、前脱窒反応と後脱窒反応が同時に適用できるようにすることで、脱リン・脱窒効率を増大させる下水高度処理方法を提供する。
【発明の効果】
【００５０】
以上述べた通り、本発明に係る曝気装置と下水高度処理方法によれば、反応槽を曝気または撹拌状態で運転して、好気条件または嫌気(無酸素)条件を選択的に持続できる機能と、曝気と非曝気撹拌運転が、交互反復する間欠曝気機能及び脱臭機能が具備され、エジェクターとポンプとの揚程損失を最小化するので、動力浪費が少なく、全ての駆動部が水中で作動されるため水温が上昇し、反応効率が向上し、無騒音静粛運転がなされうる大容量の曝気装置を提供する一方、撹拌または曝気機能が具備され、設定された条件によって、曝気と非曝気撹拌が交互反復する間欠曝気機能付き曝気装置が設けられた反応槽で構成され、多様な運転モードを選択して運転できる下水処理施設を構成することによって、季節変化による水温変化、流入負荷、水質変化及び流入Ｃ/Ｎ比の変化によって最適の運転モードを選択して運転し、運転条件が変化すれば最適の運転モードに再設定することによって運転条件によって弾力的に対応できる下水高度処理方法を実現して高度処理効率を改善し、水質環境改善に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下、添付した図面に基づき本発明の実施例を詳述する。
【実施例１】
【００５２】
図４は、本発明に係る曝気装置の第１実施例の概念図である。
【００５３】
本実施例において、反応槽の浅い水深または水面上に設けられる空気供給管１１が具備されたエジェクター１と反応液を吸い込んで搬送できるポンプ４及び曝気水流誘導管２で曝気装置を構成している。
【００５４】
エジェクター１の水流流入口１４は、ポンプ４の吐出口５と連通するよう水流供給管１０に連結され、エジェクター１の流出口１５から噴射される曝気水流は反応槽の深い水深で噴出するよう曝気水流誘導管２の噴出口１９を反応槽の下部の深い水深に設けることによって、圧縮性流体であり比重量が小さい空気は、エジェクター１によって浅い水深の曝気水流誘導管２の上部まで吸い込まれ、曝気水流誘導管２の内部に吸い込まれた空気は、ポンプ４によって形成される空気滴の浮上速度より早く、非圧縮性であり比重量が大きい反応液の流れを用いて、反応槽の下部の深い水深にまで強制に圧送させて反応槽の内部に噴出させることによって反応槽に気泡を供給する。
【００５５】
本実施例では、空気供給管１１に具備された空気調節バルブ１２の開閉状態を調節して空気吸入量を調節することによって反応槽のＤＯ濃度を調節することができる。
【００５６】
また、ポンプ４の駆動モータには周波数変調器を備え、前記駆動モータの回転数を変更してエジェクター１に供給される流量と圧力を調節することによって、吸入風量を調節し反応槽のＤＯ濃度を精度よく調節できるようにしている。
【００５７】
このように、本発明に係る上部設置型エジェクターから、水流供給用ポンプの駆動モータに供給される電流の周波数変調によって、ポンプ水馬力を変更し、吸入風量を調節する実験例を紹介すれば、エジェクター１と曝気水流誘導管２の内径は５０ｍｍであり、ノズル口径は３０ｍｍであるエジェクター１を、ノズル部分が水面上３０ｃｍに位置するよう設け、曝気水流誘導管の先端である噴出口が３ｍ水深に設けられた実験装置において、周波数変調器を用いてタービンポンプの回転数を多様に変更してエジェクター１に働く水馬力を変更した結果、次の<表１>のように水馬力と比例して空気吸入量が変更されることを確認した。
【００５８】
【表１】
2004330188.tif 000003
【００５９】
従来の方式のエジェクター(図２及び図３)では一定水馬力以下、すなわち臨界水馬力以下では空気吸込それ自体が中断され、臨界水馬力を超えれば一時に多量の空気が反応槽に吸い込まれるため、反応槽のＤＯ濃度を精度良く制御し難い構造である。
【００６０】
しかし、本実施例では負荷変動によって、周波数変調器を用いてポンプ４の回転数を、制御してポンプ４の水馬力を調節し、最適の風量の空気を反応槽に供給できるようになるためＤＯ濃度を精度良く制御でき、空気供給量と比例して動力も節減することができる。
【００６１】
本実施例においても空気供給管１１には空気供給バルブ１３を設けて開閉作動させ反応槽が曝気と非曝気撹拌中のいずれか一つのモードを選択して稼働したり、空気供給バルブ１３をタイマー、ＯＲＰコントローラ、ＤＯコントローラと連動して設定された条件によって自動で開閉作動することによって、曝気または非曝気撹拌が交互反復する間欠曝気状態で運転することができる。
【００６２】
しかし、反応槽には撹拌機３をさらに設置し、必要に応じてエジェクター１用ポンプ４と撹拌機３を交代にオン-オフ作動して反応槽の運転モードを曝気または非曝気撹拌中のいずれか一つのモードに選択して運転したり、設定された条件によって曝気と非曝気撹拌が交互反復する間欠曝気で運転したりすれば、撹拌機３の回転車で反応液を直接的に撹拌するようになるので、ポンプエジェクターの噴出水流によって反応液を間接撹拌するよりも動力を節減することができる。
【００６３】
また、反応槽に設けられた撹拌機３は常に稼働される状態で、エジェクター１用ポンプ４をオン-オフ作動することによって、曝気条件では曝気水流誘導管２から噴出される空気滴が撹拌機３によって微細な気泡で分散及び混合されるため酸素伝達効率を増大させうる。
【００６４】
このように撹拌機３が具備されポンプ４と交互にオン-オフ作動させたり、撹拌機が常に稼働したりする状態で、ポンプ４をオン-オフ作動させる場合は、自動バルブで構成される空気供給バルブ１３の設置は省略できる。
【００６５】
また、前記周波数変調器によってポンプ４の吐出水馬力を制御して吸入風量を調節する場合は、空気調節バルブ１２の設置も省ける。水流供給管１０には気泡が排出できるエアベント(Air-Vent)６を設けることによって、エジェクター１で逆流し、水流供給管１０に溜まる空気を排気することによって、水流供給管１０の有効管径が縮小することを防止できる。
【００６６】
空気供給管１１の上部空気流入口には、濃縮槽と脱水機などの悪臭発生源から発生する悪臭含有空気を吸い込ませる、悪臭空気流入管(図示せず)を連結して脱臭機能を行える。
【００６７】
また、水流供給管１０には、消泡ノズル２５が備えられた消泡水管２４を具備し、反応液を水面に散水することによって反応槽の水面に発生する泡を鎮めるので、別の消泡水槽と消泡水ポンプ施設を省けるので経済的である。
【実施例２】
【００６８】
図５は、本発明に係る曝気装置の第２実施例の概念図である。
【００６９】
本実施例は、第１実施例におけるエジェクターと曝気水流誘導管を多数個組み合わせて、一つのポンプを用いて広い反応槽を均一に曝気及び撹拌させうる大容量の曝気装置を構成した実施例である。
【００７０】
ポンプ４のポンプ吐出口５を延ばして構成された流出管または管状の水流チャンバー２２には、一つ以上多数個のエジェクター１の水流流入口１４が連結され、反応槽の上部水面と近接設置されている。
【００７１】
エジェクター１の空気吸入口は、空気調節バルブ１２と、空気供給バルブ１３とが具備され、空気供給管としての役割をする空気供給主管１１ａと、この空気供給主管１１ａに連結された管状の空気チャンバー２３と、空気供給管１１とが連通しているため、ポンプ４が稼働した状態で、空気供給バルブ１３を開閉させて間欠曝気機能を行え、空気調節バルブ１２の開閉程度によって反応槽のＤＯ濃度を調節することができる。
【００７２】
また、管状の水流チャンバー２２には消泡ノズル２５が具備された消泡水管２４を連結して反応槽で発生する泡を鎮められる。
【００７３】
また、本実施例では水中のポンプ４の吐出口と管状の水流チャンバー２２が水平の直線状になるよう水中のポンプ４を引揚設置することによって、ポンプ４の吐出口５と水流チャンバー２２を連結する配管を、曲管部のない直管で構成して、配管における揚程損失が減少するよう改善した。
【００７４】
水中ポンプの引揚設置方法は、多様な形態の支持台または浮遊物を利用できるが、本実施例ではポンプ４の下部に有孔管状の支持用構造物を例示した。ポンプ支持用有孔管２１はポンプ４内部への挟雑物の流入を防ぎ、充填された流動相生物膜担体２７の流入も防止するスクリーン機能を兼ね備えることができ、ポンプ４を底部に設置する場合より、メンテナンスのためのポンプ４の引揚深さも短縮されるため、ポンプ４のメンテナンスが容易になる。 
【実施例３】
【００７５】
図６は、本発明に係る曝気装置の第３実施例の概念図であって、曝気水流誘導管２の先端に存する曝気水流噴出口１９には撹拌機３ａを設けた実施例である。
【００７６】
本実施例では、本発明に係るポンプエジェクターと水中撹拌機を組み合わせた曝気装置であって、曝気水流誘導管２の噴出口が主に下向きなので、下部吸込上部吐出型の撹拌機３ａより上部吸込下部吐出型の撹拌機が、水流流れによる曝気効率面において望ましい。
【００７７】
上部吸込下部吐出型の撹拌機３ａは、駆動モータ１６によって撹拌用回転車１７が回転しつつ形成される吸入力が、曝気水流誘導管２の噴出流速を加速させうるので、空気吸入力を増大させ、噴出された曝気水流中の気泡が撹拌用回転車１７と衝突して微細に分散されるため曝気効率を向上させることができる。
【実施例４】
【００７８】
図７は、本発明に係る曝気装置の第４実施例の概念図である。
【００７９】
本実施例は、曝気水流誘導管とエジェクターを二つ以上多数個が密集するよう設置することによって容易に大容量の曝気装置を実現したもので、多数個のエジェクターと曝気水流誘導管を円筒形の水流チャンバーと空気チャンバーに連結して大容量で構成された曝気装置を示している。
【００８０】
反応槽の上部の浅い水深に設けられる空気供給管が具備された一つ以上のエジェクター１とポンプ４及び曝気水流誘導管２で曝気装置を構成し、ポンプ４の吐出口５とエジェクター１の水流流入口１４は、それぞれ円筒形の水流チャンバー２２ａの内部と連通するよう連結し、エジェクター１の空気供給管１１と空気供給主管１１ａはそれぞれ空気チャンバー２３ａの内部と連通するよう連結し、空気供給主管１１ａの他の一側は大気と連通され、エジェクター１の流出口から噴出される曝気水流は反応槽の深い水深から噴出するよう、曝気水流誘導管２の噴出口１９を深い水深に設けることによって、圧縮性流体であり比重量が小さい空気はエジェクター１によって、浅い水深の曝気水流誘導管２の上部まで吸い込ませ、曝気水流誘導管２の内部に吸い込まれた空気はポンプ４によって形成される空気滴の浮上速度より早く、非圧縮性であり比重量が大きい反応液の流れを用いて反応槽の下部の深い水深にまで強制的に搬送及び噴出させて反応槽を曝気及び撹拌することができる。
【００８１】
ここで、反応槽の深い水深に構成される曝気水流誘導管２の先端に存する曝気水流の噴出口１９には撹拌機３ａを設けて、曝気水流誘導管２から噴出される曝気水流を、撹拌機用回転車と衝突及び分散させ、反応槽を曝気及び撹拌し曝気効率を増大させる。
【００８２】
撹拌機３ａは、攪拌機用回転車の周辺にケーシングが具備された上部吸入下部吐出型で構成されることが、曝気水流誘導管２の噴出流速を加速させ得るので望ましく、撹拌機３ａの駆動モータを多極モータで構成すれば減速器を省略できて、低コストと省エネルギーに寄与するので経済的である。
【００８３】
本実施例では、ポンプ４をポンプ支持用有孔管２１を用いて引揚設置し、ポンプの吐出口５と水流チャンバー２２ａは水流供給管１０に連結する構成である。
【実施例５】
【００８４】
図８は、本発明に係る曝気装置の第５実施例に関する。
【００８５】
本実施例では、第４実施例においてポンプ支持用有孔管と水流供給管を省略し、ポンプ４を円筒形の水流チャンバー２２ａと円筒形の空気チャンバー２３ａに配設しポンプ４の吐出口５を水流チャンバー２２ａに直結させた構成なので、装置の構成が単純であり揚程損失が減少され経済的である。
【００８６】
支持台または浮游手段を利用し、曝気水流誘導管２の一側を反応槽構造物または撹拌機３ａの吸入口に固定させ、曝気水流誘導管２の他の一側に固定された水流チャンバー２２ａまたは空気チャンバー２３ａにポンプ４を固定させて、ポンプ４を低い水深に設置することができる。
【００８７】
本実施例のように、曝気水流誘導管が多数個設置される場合は、別の支持台を省略しても構造的に安定的にポンプ４の吐出口５を水流チャンバー２２ａと直結されるよう低い水深に引揚設置できるようになる。
【００８８】
ここで、ポンプ４の吸入口には、挟雑物流入が防止されるスクリーン２６を設置することが望ましく、水流チャンバー２２ａと、空気チャンバー２３ａとの中央部にポンプ４が設置できるよう、その中央にポンプ４を設置できる空間が形成された中空状に製作すれば、ポンプ４設置後にも装置全体の重心が装置の中央に位置するので、偏心のない安定した装置を構成することができる。
【実施例６】
【００８９】
図９は、本発明に係る曝気装置の第６実施例に係り、ポンプ渦流室と水流チャンバーを一体型で構成したものである。
【００９０】
水流チャンバー２２ａには、ポンプ用回転車２８と、ポンプ用回転車２８の回転に伴って形成される速度水頭を圧力水頭に転換させる案内翼３０が備えられている。
【００９１】
ポンプ用回転車２８は、駆動モータ２９と直結されポンプを構成し、案内翼３０の外郭部分の水流チャンバー２２ａには、ノズルが空気チャンバー２３ａの内部を貫通するよう構成され水を噴射させるため、空気チャンバー２３ａを介して空気が吸い込まれ、空気が混合された水流を曝気水流誘導管２に噴出させるエジェクター１が構成される構造である。
【００９２】
このように、水流チャンバー２２ａの内部に、案内翼３０と駆動モータ２９によって回転するポンプ用回転車２８を具備して、水流チャンバー２２ａをポンプで構成するため、装置の製作コストを節減し動力損失が最小化できる。
【００９３】
本実施例では、ポンプの吸入口を上向きに示したが、反応槽全体の水流撹拌を考慮して上向きまたは下向きを問わず構成することができる。
【実施例７】
【００９４】
図１０は本発明に係る曝気装置の第７実施例に係り、空気チャンバーに送風用回転翼と案内翼を追加構成したものである。
【００９５】
空気チャンバー２３ａには、送風用回転車３１と、送風用回転車３１の回転に伴って形成される速度エネルギーを圧力エネルギー転換させる案内翼３２とが備えられ、送風用回転車３１は駆動モータ２９の回転軸と直結され送風機を構成する。
【００９６】
案内翼３２の外郭部分の空気チャンバー２３ａには、空気供給管１１が具備され、空気供給管１１の管末の周辺には水流チャンバー２２ａから水流が噴出される環状のノズル(Annular Type Nozzle)が構成され、ノズルを介して水を噴射させて形成される空気吸入力に追加して送風用回転車３１によって空気を圧送するため空気供給量を増大させる。
【００９７】
また、ジェットポンプの一種であって低効率のポンプエジェクターに送風機による圧送を追加するようになるため曝気動力効率を改善できる。
【００９８】
また、送風機回転車３１を駆動するモータは別設できるが、ポンプ用回転車２８の駆動モータを併用することによって装置の製作コストを節減し、動力効率も改善される。
【００９９】
以上説明した本発明の第１ないし第７実施例における共通の事項であって、主に自動バルブで構成される前記空気供給バルブを開放程度に比例制御される比例制御型自動バルブで構成すれば、前記空気調節バルブを省けて装置が一層単純に構成できる。
【０１００】
第３ないし第７実施例における共通事項として、前記撹拌機の吸入口は前記曝気水流誘導管の噴出口と連結される部分だけを開放し、残り部分を密閉すれば撹拌機の吸入力が曝気水流の流れに加勢されるため、曝気効率が改善される。
【０１０１】
以上述べた第２ないし第７実施例における共通事項として、第１実施例のように前記空気供給管には空気供給バルブを設置し、前記空気供給バルブを開閉作動させ曝気または非曝気撹拌中のいずれか一つの運転モードで稼働したり、タイマー、ＯＲＰコントローラ、ＤＯコントローラと連動して設定された条件によって自動で開閉作動したりすることによって、曝気または非曝気撹拌が交互反復する間欠曝気で運転できる。
【０１０２】
また、空気供給管に空気調節バルブを具備したり、ポンプの駆動モータに周波数変調器を備えて反応槽のＤＯ濃度を調節したりすることができる。
【０１０３】
また、前記空気供給主管の流入口には、濃縮槽と脱水機など悪臭発生源から排気される悪臭含有空気を吸い込ませる悪臭空気流入管を連結して、生物学的脱臭がなされるようにすることができ、第３ないし第７実施例においても第１ないし第２実施例のように、前記水流チャンバーまたはポンプの吐出管にも、消泡ノズルが具備された消泡水管が連通されるよう連結させて消泡機能を備えることができる。
【０１０４】
特に、第４ないし第６実施例において、外部に別の送風機を具備し、前記送風機の吐出口と前記空気供給主管を連通して空気を圧送することによって、曝気量を増大させたり曝気動力効率を改善したりすることができる。
【０１０５】
前記第１ないし第２実施例と、第４ないし第６実施例とでは、標準型エジェクター(Standard Type Ejector)が例示され、第３実施例と第７実施例では環状エジェクター(Annular Type Ejector)が例示されているが、実施例毎にエジェクターの形式は制限なく適用できる。
【０１０６】
図１１は、本発明に係る曝気装置の機能を用いて稼働状態によって多様な形態の処理工程を実現できる下水高度処理方法の実施例に関する。
【０１０７】
本実施例における処理工程は、本発明に係る曝気装置(図示せず)が具備された四つの反応槽が下水の流れによって順次に直列連結され、第４反応槽から流出される反応液を固液分離させる沈殿池と、沈殿池で沈殿された活性スラッジを最初反応槽に搬送させる工程で構成される。
【０１０８】
微生物を増殖させ下水中の有機物と栄養塩類を除去する下水処理工程は季節変化に伴う水温変化、流入水質の変化、流量変化、Ｃ/Ｎ比の変化によって敏感に反応するため、一つの固定された工程では効果的な窒素・リン除去が難しく、場合によっては有機物除去も困難となる。
【０１０９】
本発明に係る曝気装置は、空気供給バルブの開閉と曝気用ポンプのオン-オフ作動を通して同一な施設でも第１ないし第３反応槽の稼働形態を曝気または撹拌中のいずれか一つの運転モードで稼働したり、タイマー、ＯＲＰコントローラ、ＤＯコントローラと連動して、設定された条件によって自動で曝気または非曝気撹拌が交互反復する間欠曝気で運転したりすることができる。
【０１１０】
従って、下水処理施設を構成する装置を、改造または変更しなくても、負荷変動と季節変化によって、次の<表２>に示された８種の運転モードのうち、流入水質と水温などの与えられた運転条件に、最適の運転モードを選定して稼働できるため、多様な運転モードによる多様な処理工程を自由に選択して、流入条件と気候条件の変化に弾力的に対応できる。
【０１１１】
【表２】
2004330188.tif 000004
【０１１２】
前記運転モードについて簡略に説明すれば、第１運転モードは３段間欠と好気工程で構成され、搬送スラッジまたは内部搬送水中の窒素酸化物が、第１ないし第３反応槽で非曝気撹拌時は前脱窒反応と微生物の内生呼吸による脱窒反応及び曝気による好気条件下では硝酸化と有機物分解がなされる基本運転モードに該当する。
【０１１３】
第２ないし第４運転モードは、第１運転モードでより水温が低いか、流入Ｔ-Ｎ濃度が高くて硝酸化のための好気条件の延長が要求される際、適用される運転モードに該当する。
【０１１４】
ここで、第３運転モードは、アンモニア性窒素流入濃度は高い一方、脱窒反応に利用可能な溶存性の易分解性有機物濃度が低い場合、第１反応槽では前脱窒反応を曝気し、硝酸化反応に主眼を置いており、第２、３反応槽が非曝気撹拌時に外部炭素源を注入して脱窒させるに適した運転モードである。
【０１１５】
第５ないし第７運転モードは、流入有機物を前脱窒反応に最大限利用できる運転モードで、脱窒反応に容易に利用できる易分解性有機物濃度が高い場合、前脱窒反応を増大させるための運転モードに該当する。そのうち、第６運転モードは硝酸化のための好気性条件を一層延長させた運転モードである。
【０１１６】
前記第５ないし第７運転モードは、前脱窒反応のためにスラッジ搬送流量を増大させたり内部搬送を追加させたりする場合もある。しかし、前脱窒反応のためにスラッジ搬送を過多にする場合、沈殿池でスラッジブランケットが破壊され固形物収集効率が低下されるため、内部循環手段を備え、第４反応槽から第１反応槽に反応液を内部循環させることが有利である。第１反応槽への内部循環は第１反応槽が常に非曝気状態で稼働される前記第５ないし第７運転モードに適用でき、第１、第３、第４運転モードで第１反応槽が非曝気撹拌時に制限的に適用できる。
【０１１７】
また、第７運転モードは、流入有機物を利用する前脱窒反応に追加し、第３反応槽に外部炭素源を追加して後脱窒反応を並行するので、硝酸化反応はよくなされる一方、流入有機物が足りない運転条件で適用が有利な運転モードである。
【０１１８】
第８運転モードは、酷寒期の低水温または観光都市のバカンスシーズンと、お盆やお正月のように連休時の中小都市のように、一時的な人口の急激な増加によって流入負荷が過多な時に、脱窒反応とリン放出反応を曝気し、有機物の好気性分解と硝酸化反応のための好気性反応を主とする運転モードであって、従来の一般の活性スラッジ工程に該当する運転モードである。
【０１１９】
前記下水高度処理工程において、第１反応槽が無酸素または嫌気条件になるよう常に撹拌する運転モードは、流入有機物を脱窒反応に利用させる前脱窒反応を行うためのものであり、曝気と非曝気撹拌を交互反復させる間欠曝気は非曝気撹拌時に微生物の内生呼吸による有機物も脱窒反応に利用するためのもので、効果的な脱リン及び脱窒反応のためには有機物の質と量が極めて大事である。
【０１２０】
脱窒とリン放出反応に足りない有機物を、工業用メタノールとアセト酸とで補充することは、取扱と管理は容易であるものの、過多な費用所要が問題点となるため、最初沈殿池から発生する生スラッジを発酵して生成される有機酸を利用したり、残飯などの生ごみ、畜産糞尿、収集糞尿、産業工場から発生する有機性廃棄物などを有機酸発酵して利用したり、挟雑物を除去し粉砕する前処理過程を得た後に直接に利用できる。
【０１２１】
しかし、このような有機性廃棄物は易分解性の低分子物質で発酵させ生成された発酵液を利用することが脱窒及びリン放出反応に有利であり反応槽の容量を減らせる。
【０１２２】
残飯など殆どの有機性廃棄物は、排出及び収集する過程において、一部は腐敗され易分解性の分子量が少ない溶存性有機物に転換され、固形性有機物と混合された状態で処理場に搬入されるため、溶存性有機物と固形性有機物とを選別せず、発酵槽でそのまま発酵させる場合、易分解性有機物は殆んどＣＯ2、Ｈ2Ｏ、ＣＨ4などで分解され消耗される。
【０１２３】
従って、収集された残飯などを流入下水に投入稀釈させて最初沈殿池で固液分離させることによって、溶存性有機物は最初沈殿池の上澄水に溶解され前記第１反応槽で前脱窒反応に利用され、有機性固形物は最初沈殿池で生スラッジと共に沈殿分離されるため回収して発酵槽で有機酸発酵させ、前記第１反応槽に注入して前脱窒反応に利用したり、第２または第３反応槽に注入して後脱窒反応に利用できたりする。
【０１２４】
また、前記反応槽には、微生物の濃度を高く維持し、増殖係数が小さくて洗浄しやすい硝酸化微生物がよく増殖できるよう、微生物が生物膜形態に付着増殖できる生物膜担体を充填すれば、小容量の反応槽でも高い処理効率を維持できるようになる。
【０１２５】
本発明に係る図１１の下水高度処理工程を<表２>に記載された運転モードによって処理効率を、次の<表３>に記載された規格のパイロット装置によって検証した。
【０１２６】
前記パイロットの反応槽には、直径２００ｍｍの球形の多孔性ＰＰ（ポリプロピレン：polypropylene）ケースの内部に、ＰＶＤＣ（ポリ塩化ビニリデン（polyvinylidene chloride） ＬＯＣＫが、それぞれ８００ｃｍ3が充填された流動相生物膜担体を、各反応槽に１８０個ずつ総７２０個を充填して、大韓民国の江原道に所在の、Ｃ下水処理場で実験稼働して、次の<表４>ないし<表７>のようにＴ-Ｎ、Ｔ-Ｐ除去効率が極めて優れることを確認できた。
【０１２７】
【表３】
2004330188.tif 000005
【０１２８】
本発明に係る図１１の下水高度処理工程を、<表２>の運転モードのうち第１運転モードによる３段間欠曝気と好気で構成した工程において、生スラッジ発酵液を含んだ外部炭素源の注入は省いた実証結果は、次の<表４>のように有機物とＴ-Ｐ除去効率は優れ、Ｔ-Ｎ除去効率は５７．８％を示している。
【０１２９】
【表４】
2004330188.tif 000006
【０１３０】
次の<表５>における処理効率は、図１１の工程を<表２>における第１運転モードで運転し、最初沈殿池から引き出された生スラッジを５日間常温で発酵させた有機酸発酵液を、間欠曝気で運転される第２反応槽と第３反応槽が、それぞれ非曝気撹拌状態の間に注入して実験した結果である。
【０１３１】
<表５>のようにスラッジ発酵液を注入した実証結果によれば、反応槽の総滞留時間は<表４>の実証と同様であり、Ｔ-Ｎ濃度が高く(４５．４ｍｇ/ｌ＞３２．９ｍｇ/ｌ)、Ｃ/Ｎ比(BOD/T-N)は低い(３．９６＜８．２)にも関わらず、生スラッジ発酵液の注入によってＴ-Ｎ除去効率は５７．８％から６６．３％に増大され、Ｔ-Ｎ除去濃度は３０．１ｍｇ/ｌ(４５．４〜１５．３)に大幅に増大されることを確認した。
【０１３２】
【表５】
2004330188.tif 000007
【０１３３】
次の<表６>は、図１１の工程を前記<表２>の運転モードのうち第２運転モードで運転し、最初沈殿池から引き出された生スラッジを、５日間常温で発酵させた有機酸発酵液を間欠曝気で運転される第３反応槽が非曝気撹拌で稼働される間に注入させる実証結果を要約したものである。
【０１３４】
本実証事例では、流入Ｔ-Ｎ濃度が高いため、第２反応槽を常に好気条件で運転する第２運転モードを選定して硝酸化のための好気性状態を延ばし、生スラッジ発酵液を間欠曝気で運転される第３反応槽が非曝気撹拌状態で稼働される間に注入して脱窒とリン放出反応に利用することによって、<表５>の運転事例より流入Ｔ-Ｎ濃度が極めて高い(６９．２ｍｇ/ｌ＞４５．４ｍｇ/ｌ)にも関わらず、Ｔ-Ｎ除去濃度は５５．３ｍｇ/ｌ(６９．２-１３．９)、除去効率は７９．９％に極めて高く処理された。
【０１３５】
<表６>の結果は、<表５>の運転モードでは好気時間が短く、生スラッジ注入による有機物負荷の過重によって硝酸化が不十分であったことを第２運転モードに変更し、発酵スラッジ注入量を適切に調整させ、処理効率が改善された結果と判断される。このように本発明に係る下水高度処理方法ではＣ/Ｎ比とＴ-Ｎ濃度によって最適の運転モードを選定し流入有機物の注入量を調節して優れた処理水質を確保できた。
【０１３６】
【表６】
2004330188.tif 000008
【０１３７】
次の<表７>は、図１１の工程を<表２>の運転モードのうち第６運転モードで運転し、最初沈殿池から引き出された生スラッジを５日間常温で発酵させた発酵液を、間欠曝気で運転される第３反応槽が、非曝気撹拌で稼働される間に注入させた実験事例の結果を要約したものである。
【０１３８】
本実験事例では、流入Ｔ-Ｎが６１．８ｍｇ/ｌで極めて高く、流入Ｃ/Ｎ比（ＢＯＤ／Ｔ−Ｎ）は３．２３に低い条件であるにも関わらず、第１反応槽を嫌気条件で運転することによって、搬送スラッジに含有された窒素酸化物の前脱窒反応とリン放出反応に利用され、第３反応槽が非曝気撹拌時にスラッジ発酵液を投入して、後脱窒反応を並行することによって、Ｔ-Ｎ除去効率を８０．６％に向上させ、リン除去効率が９８．３％に大幅に向上させることができた。
【０１３９】
【表７】
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【０１４０】
また、今まで説明した本発明に係る図１１の下水高度処理方法において、反応槽の内部に設けられる曝気装置は、本発明に係る曝気装置に限らず、曝気と撹拌中のいずれか一つのモードと設定された条件によって、曝気と非曝気撹拌が交互反復する間欠曝気機能付き曝気装置は、制限なく適用できるところ、これも本発明の範囲に含まれるもので、その代表的な実施例を挙げれば本出願人が発明して特許登録公開した図１の間欠曝気装置を利用することができる。
【０１４１】
図１２は、図１１の下水高度処理工程に図１の間欠曝気装置を適用した実施例であって、曝気装置の構成は前記反応槽の内部に圧送される空気を微細な気泡で分散及び混合させる回転車が具備された水中曝気機３４と、各反応槽に設けられた水中曝気機３４に空気を分配させ空気供給バルブ１３とが具備された空気供給管１１と、空気供給管１１が集まって連結され、他方には送風機３３の吐出口と連結されている空気供給主管１１aで構成される。
【０１４２】
空気供給バルブ１３が開いた状態で作動して、好気条件が持続される曝気状態で運転したり、または空気供給バルブ１３が閉じた状態で作動して、無酸素または嫌気条件が持続される撹拌状態で運転でき、設定された条件によって曝気と非曝気撹拌が交互反復する間欠曝気状態中のいずれか一つのモードで運転できたりするため、運転条件によって容易に<表２>に表記された８種の運転モード中に最適のいずれか一つの運転モードを選択して稼働できる。
【０１４３】
図１３は、図１１の下水高度処理工程に、従来の方式の送風機と散気管で構成された曝気装置に、撹拌機をさらに設け、撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置を構成して適用した下水高度処理方法の実施例に関する。
【０１４４】
前記間欠曝気装置は、反応槽の内部に圧送される空気を微細な気泡に噴出させる散気管３５と、反応液を撹拌する撹拌機３とで構成され、空気供給管１１に設けられた空気供給バルブ１３が開いた状態で作動することによって、散気管３５から空気を噴出して好気条件が持続される曝気状態で運転したり、空気供給バルブ１３が閉じた状態で作動することによって散気管３５から空気噴出を中止し、撹拌機３を作動して無酸素または嫌気条件の持続される撹拌状態で運転でき、設定された条件によって空気供給バルブ１３を開閉作動することによって散気管３５で空気噴出と中止過程を反復させることによって、曝気と非曝気撹拌が交互反復する間欠曝気状態中のいずれか一つの運転モードで運転できたりするため、<表２>に示された８種の運転モードのうち運転条件に適切な最適のいずれか一つの運転モードを選択して容易く最適運転モードに設定して稼働させる。
【０１４５】
図１４は、図１１の下水高度処理工程に従来の方式の表面曝気機に撹拌機をさらに構成して、撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置を構成して適用した下水高度処理方法の実施例に関する。
【０１４６】
前記間欠曝気装置は、反応槽の水面で回転する回転車によって反応液を曝気及び撹拌する表面曝気機３６と反応液を撹拌する撹拌機３がさらに構成され、表面曝気機３６を作動して好気条件が持続される曝気状態、前記表面曝気機の作動を中止し、撹拌機３を作動して無酸素または嫌気条件が持続される撹拌状態で運転でき、設定された条件によって表面曝気機３６と撹拌機３を、交互にオン-オフ作動を繰り返すことによって、曝気と非曝気撹拌が交互反復する間欠曝気状態中のいずれか一つの運転モードで運転できるため、<表２>に示された８種の運転モードのうち運転条件に適切な最適のいずれか一つの運転モードを選択し、容易に最適の運転モードに設定して稼働させうる。
【０１４７】
また、前記図１１ないし図１４の工程において、第４反応槽も硝酸化と脱窒反応またはスラッジ搬送数と内部循環水に過多な溶存酸素が含まれることを防止するため、設定された条件によって、曝気と非曝気撹拌が交互反復する間欠曝気方式で運転でき、間欠曝気で運転できるよう図１１ないし図１４による間欠曝気機能付き曝気装置を具備することができる。しかし、第４反応槽は最終反応槽なので、非曝気撹拌時間が過多な場合、沈殿池でスラッジ沈殿効率が低下するため、非曝気撹拌時間の伸ばしすぎは、望ましくない。
【産業上の利用可能性】
【０１４８】
本発明は、下廃水処理場や魚類養殖場などから排出される下廃水を高度処理する方法に係り、季節変化に伴う下廃水の水温変化や流入負荷または水質変化などのような条件に対応して多数の反応槽を曝気または非曝気撹拌させ反応槽を好気条件または嫌気(無酸素)条件で、交互反復させることによって処理効率を高められる。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】ポンプエジェクターまたは水中曝気機と送風機による従来の曝気装置の概念図である。
【図２】ポンプエジェクターまたは水中曝気機と送風機による従来の曝気装置の概念図である。
【図３】ポンプエジェクターまたは水中曝気機と送風機による従来の曝気装置の概念図である。
【図４】本発明に係る曝気装置の第１実施例の概念図である。
【図５】本発明に係る曝気装置の第２実施例の概念図である。
【図６】本発明に係る曝気装置の第３実施例の概念図である。
【図７】本発明に係る曝気装置の第４実施例の概念図である。
【図８】本発明に係る曝気装置の第５実施例の概念図である。
【図９】本発明に係る曝気装置の第６実施例の概念図である。
【図１０】本発明に係る曝気装置の第７実施例の概念図である。
【図１１】本発明に係る撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置を用いた下水高度処理方法の工程図である。
【図１２】従来の方式の間欠曝気装置を用いた下水高度処理方法の工程図である。
【図１３】従来の方式の送風機と散気管で構成された曝気装置に、撹拌機をさらに設け、撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置を構成して適用した下水高度処理方法の工程図である。
【図１４】従来の方式の表面曝気機に撹拌機をさらに構成して、撹拌、曝気、間欠曝気機能付き曝気装置を構成して適用した下水高度処理方法の工程図である。
【符号の説明】
【０１５０】
１  エジェクター
２，２ａ  曝気水流誘導管
３，３ａ撹拌機
４  ポンプ
５  ポンプ吐出口
６  エアベント
１０  水流供給管
１１  空気供給管
１１a  空気供給主管
１２  空気調節バルブ
１３  空気供給バルブ
１４  水流流入口
１５  流出口
１６  駆動モータ
１７  撹拌用回転車
１８，１８ａ  吸入口
１９  噴出口
２０  ケーシング
２１  ポンプ支持用有孔管
２２，２２ａ  水流チャンバー
２３，２３ａ  空気チャンバー
２４  消泡水管
２５  消泡ノズル
２６  スクリーン
２７  流動相担体
２８  ポンプ用回転車
２９  駆動モータ
３０  ポンプ用案内翼
３１  送風用回転車
３２  送風用案内翼
３３  送風機
３４  水中曝気機
３５  散気管
３６  表面曝気機
【図１】
2004330188.tif 000010
【図２】
2004330188.tif 000011
【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】
2004330188.tif 000018
【図１０】
2004330188.tif 000019
【図１１】
2004330188.tif 000020
【図１２】
2004330188.tif 000021
【図１３】
2004330188.tif 000022
【図１４】
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