(57)【要約】【課題】本発明は活性汚泥法による下水処理システムにおける曝気方法及び装置に関し、気泡の一層の微細化を行い、小型の曝気槽であっても更なる曝気効率の向上及び電力消費量の節約を実現することを目的とする。【解決手段】補給水は加圧水ポンプ２２において空気若しくは酸素若しくはオゾンを混入した状態で超微細気泡発生器２４に導入され、１００μｍ以下の径の超微細気泡が形成される。超微細気泡を形成した補給水は曝気槽１４に導入される。気泡径が１００μｍと小さいため、その上昇が遅く効率的な曝気を行うことができ、他方、専用の機械駆動の攪拌器１８により曝気槽１４内の汚水の攪拌を行うことにより槽全体の汚水に満遍なく曝気を行うことができる。【選択図】　図２
2004141730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚水中の有機物を活性汚泥化する際の曝気方法において、曝気槽中に直径１００μｍ以下の超微細気泡を発生させつつ曝気槽中の汚水の攪拌を行うことを特徴とする曝気方法。
【請求項２】
汚水中の有機物を活性汚泥化するための曝気装置において、曝気槽と、曝気槽中に直径１００μｍ以下の超微細気泡を発生させる超微細気泡発生手段と、超微細気泡の発生による曝気中に汚水の攪拌を行う攪拌手段とを具備して成ることを特徴とする曝気装置。
【請求項３】
請求項２に記載の発明において、前記超微細気泡発生手段は空気を含有した加圧水を形成する空気含有加圧水形成手段と、加圧水を旋回流に形成する旋回流形成手段と、旋回流に衝突するように配置した突起部とを備え、旋回流を前記突起部に衝突せしめることにより超微細気泡を生成するようにしたことを特徴とする曝気装置。
【請求項４】
請求項２に記載の発明において、前記超微細気泡発生手段は加圧水の形成手段と、加圧空気又は空気の供給手段とを備え、加圧水中に加圧空気を導入することにより超微細気泡を生成することを特徴とする曝気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は活性汚泥法による下水処理システムにおける曝気方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
活性汚泥法による下水処理システムにおいては、最初沈殿地からの汚水は曝気槽に送られ、曝気槽では好気性の微生物の存在下において曝気が行われ、好気性微生物の働きにより汚水中の有機物は凝集せしめられ、活性汚泥となる。活性汚泥は最終沈殿地において底面に沈降し、掻き寄せ装置によって汚泥ピットに集められ、回収される。最終沈殿地にて回収された汚泥の一部は曝気槽に戻され、曝気槽に戻された汚泥中に含まれる好気性微生物の利用により汚水中の有機物の活性汚泥化が行われる。
【０００３】
曝気槽における曝気のため従来の下水処理システムでは大容量の送風機が利用され、送風機から大量の空気が曝気槽に絶えず供給されていた。即ち、従来の曝気方式では気泡が大きく、その上昇速度が大きいためそのまま液面から逃げてしまう割合が大きく、大量の空気を導入しないと好気性微生物が充分活動し得る環境が生成され得なかったのである。また、従来の曝気槽は機械的な攪拌手段を備えておらず、大量の曝気は曝気槽の攪拌作用を行わしめるという作用も分担していたのである。従って、従来の下水処理システムにおいては曝気用の送風機の電力量は膨大であり、下水処理の全過程における全電力量の約半分を占めるといわれており、電力消費量の節約が希求されてきており、所謂超微細気泡が提案されている（非特許文献１参照）。この超微細気泡による曝気は樹脂性のベースプレートに多数の気孔を設けた弾力性のある特殊ポリウレタン製の膜（メンブレン）を取付けたもので、ベースプレートと膜との間に空気を吹き込むと膜は空気圧で膨張し、気孔より超微細気泡を発生させるように仕組まれている。
【０００４】
【非特許文献１】
“ニュースリリース”［ｏｎｌｉｎｅ］、平成１３年７月２５日、日立プラント、［平成１４年８月２９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｉｔａｃｈｉｐｌａｎｔ．ｈｂｉ．ｎｅ．ｊｐ／ｔｏｐｉｃｓ／ｐｒｅｓｓ＿ｒｅｌｅａｓｅ＿６６．ｈｔｍ＞
【発明が解決しようとする課題】
前記の超微細気泡法では気泡の大きさはポリウレタン製の膜における気孔の大きさにより限定を受けるためその大きさはせいぜい数ｍｍ（ミリメートル）程度であった。しかしながら、数ｍｍ程度では気泡のサイズとしては依然大きくかつ隣接気泡が接触しやすく直ぐ数ｃｍ（センチメートル）の気泡に成長してしまうため、上昇速度が依然大きく充分な曝気作用を行わないうちに液面から抜けてしまっていた。そのため、依然として大量の空気が必要であり、電力の節約となるといっても従来の曝気方式と比較して３０％程度の節約に留まった。また、気泡が瞬時に抜けてしまうことがないよう曝気槽の水深としても４〜５ｍという深いものが必要であり、曝気槽が大型化していた。
【０００５】
この発明はかかる従来技術の問題点に鑑み、気泡の一層の微細化を行い、小型の曝気槽であっても更なる曝気効率の向上及び電力消費の節約を図ったものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、汚水中の有機物を活性汚泥化する際の曝気方法において、曝気槽中に直径１００μｍ（ミクロン）以下の超微細気泡を発生させつつ曝気槽中の汚水の攪拌を行うことを特徴とする曝気方法が提供される。
【０００７】
請求項２に記載の発明によれば、汚水中の有機物を活性汚泥化するための曝気装置において、曝気槽と、曝気槽中に直径１００μｍ以下の超微細気泡を発生させる超微細気泡発生手段と、超微細気泡の発生による曝気中に汚水の攪拌を行う攪拌手段とを具備して成ることを特徴とする曝気装置が提供される。
【０００８】
請求項１及び２の発明の作用効果を説明すると、曝気槽中に直径１００μｍ以下の超微細気泡を発生させているため、従来の数ｍｍ〜数ｃｍの径の気泡の場合と比較して気泡の大きさが一桁以上小さくなり、ストークスの法則に従って気泡径に比例する気泡上昇速度を大幅に低下させることができるため、気泡中の空気（酸素）の利用効率を高め、効率的な曝気を行うことができ、曝気用のポンプとして小型のものを使用することができる。また、気泡径が１００μｍ以下と小さく浮上速度が低いため水深が浅い小型の曝気槽でも気泡が瞬時抜けてしまうことがなく、充分な曝気を行うことができる。他方、従来曝気空気の一部が担っていた循環槽の攪拌の役目は専用の機械的攪拌器などの攪拌手段により別途攪拌を行わせることにより効率的な攪拌を行うことができるため、曝気用ポンプの駆動エネルギと機械的攪拌器の駆動エネルギとのトータルとしての総必要エネルギは従来のシステムより削減することができ、エネルギ効率の向上を実現することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明において、前記超微細気泡発生手段は空気を含有した加圧水を形成する空気含有加圧水形成手段と、加圧水を旋回流に形成する旋回流形成手段と、旋回流に衝突するように配置した突起部とを備え、旋回流を前記突起部に衝突せしめることにより超微細気泡を生成するようにしたことを特徴とする曝気装置が提供される。
【００１０】
請求項３の発明の作用・効果を説明すると、旋回流を突起部に衝突させることにより直径５０μｍといった超微細気泡を容易に得ることができ、曝気効率の一層の向上を実現することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明において、前記超微細気泡発生手段は加圧水の形成手段と、加圧空気又は空気の供給手段とを備え、加圧水中に加圧空気を導入することにより超微細気泡を生成することを特徴とする曝気装置が提供される。
【００１２】
請求項４の発明の作用・効果を説明すると、この型の超微細気泡発生手段は所謂加圧浮上によるスカムの浮上除去などに使用されている気泡発生手段と同様な構造のものであり、既存の設備を利用して超微細気泡を生成することができ、相対的に低コストのシステムにて良好な作用効果を奏することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明による曝気装置を備えた活性汚泥法による汚水浄化システムの全体構成の概略を示す。このシステムは沈砂池１０と、最初沈殿地１２と、曝気槽１４と、最終沈殿地１６とから構成される。沈砂池１０においては、沈砂池１０の底面に堆積した沈砂の掻き揚げを行うための沈砂掻揚機と、し渣を取り除くためのし渣除去機とを備えている。最初沈殿地１２では既に固相化した流入汚水中の汚泥を底面に沈積せしめるためのもので、底面に堆積した汚泥の掻き寄せ装置と表面のスカム除去のためのスカムスキマを備えている。最初沈殿地１２からの汚水中には未だ固相化していない有機物を大量に含んでいるが、曝気槽１４では好気性微生物の存在下で超微細気泡を汚水に注入することにより汚水中の有機物を微生物に捕食させ、活性汚泥化（固相化）することができる。この発明では従来のせいぜい１ｍｍといった大きさの気泡と比較して格段に微細化した１００μｍ以下の径の超微細気泡を導入することにより大幅な曝気効率を高めるようにしている。
【００１４】
図２は曝気槽１４の構成をより詳細に示しており、図１の最初沈殿地１２からの汚水の流入口１４−１と、最終沈殿地１６への汚水の排出口１４−２とを備える。曝気槽１４内には回転ファンのような機械的動作の攪拌器１８（この発明の攪拌手段）が配置され、攪拌器１８の回転軸１８−１は回転駆動モータ２０の回転軸に連結されており、回転駆動モータ２０により攪拌器１８を駆動することにより曝気槽１４内の液体の攪拌を行うことができる。加圧水ポンプ２２からは補給水（浄化後若しくは部分浄化後の汚水も利用することができる）が吸引され、補給水は加圧水ポンプ２２の吸引側で空気（必要あれば酸素若しくはオゾン）と混合され、超微細気泡発生器２４（この発明の超微細気泡発生手段）を通過することによって直径１００μｍ以下（好ましくは数１０μｍ）といった超微細気泡を生成せしめられ、曝気槽１４内に流入せしめられる。加圧水ポンプ２２はこの発明の空気含有加圧水形成手段を構成する。
【００１５】
図３〜図５は超微細気泡発生器２４の一例であり、旋回流による乱流渦の原理を使用したものである。即ち、超微細気泡発生器２４は回転管体２６と、入口管２８と、出口管３０とを備えている。回転管体２６はロータリ型継手３２，　３４によって夫々入口、出口管２８，　３０に連結される。入口管２８は図２の加圧水ポンプ２２の吐出口に接続され、出口管３０は図２に示すように曝気槽１４の底面付近に開口している。回転管体２６はプーリ３６、ベルト３８及びプーリ４０により回転駆動モータ４２に連結され、数１００ｍｉｎ−１以上の回転数にて高速回転せしめられる。継手３２は回転管体２６の入口端から延びてくる接合管４４を入口管２８に回転可能に連結し、継手３４は回転管体２６の出口端から延びてくる接合管４６を出口管３０に回転可能に連結し、これにより、入口及び出口管２８，　３０に対する回転管体２６の回転が可能となる。更に、回転管体２６の内周には両端が閉じたパイプよりなる中心軸体４８が同芯円状に配置され、回転管体２６と中心軸体４８との間に環状通路５０が形成され、この環状通路５０は上流側は入口管２８に連通され、下流側は出口管３０に連通される。中心軸体４８は入口側及び出口側の端部に夫々送り羽根５２，　５４（本発明の旋回流形成手段）を備えており、各送り羽根５２，　５４は図４に示すように直径対称に２個ずつ設けられ、内端が中心軸体４８の外周の螺旋に沿って９０度の範囲に延びており、外端は回転管体２６の内周に固定される。円周方向には送り羽根５２，　５４の間に空隙Ｓが形成され、空隙Ｓの部分を液体が流通可能にされている。更に、図３及び図５に示すように中心軸体４８の外周面には多数の突起部５６が形成され、これらの突起部５６は環状通路５０を旋回しながら通過する液体に衝突することにより乱流渦を惹起させ、これによる微細気泡の生成を助長すべく機能するものである。即ち、加圧水ポンプ２２にて加圧され、幾分の空気を含有した高圧の液体の流れは入口管２８及び接合管４４を介して回転管体２６に導入され、回転する送り羽根５２が螺旋に沿って設けられていることから、液体は環状通路５０内を旋回しながら進む。送り羽根５２の通過の際に流路径が絞られるために旋回流の流速は増大される。そして、環状通路５０の内周を形成する中心軸体４８の表面には突起部５６が多数設置されるため、環状通路５０内における高速の旋回流は突起部５６に衝突し、その下流に激しい乱流渦を発生し、無数の超微細気泡を生成する。そして、無数の微細気泡を含んだ液体（汚水）は出口側の送り羽根５４より接合管４６を介して出口管３０に取り出される。尚、旋回流による乱流渦の原理を使用した超微細気泡発生器としては図示以外の構造のものを採用しうる。
【００１６】
超微細気泡発生器２４により得られた超微細気泡を伴った加圧水は図２の曝気槽１４に導入され、気泡はその浮力によって水面に向けて浮上する。この実施形態では気泡径は数１０μｍと超微細化されているため、ストークスの法則より浮上速度は径に比例して遅くなる。そのため、曝気槽１４における気泡の長い滞在時間が得られ、微生物による酸素の有効利用に役立てられ、換言すれば、液面からそのまま抜けてしまう空気量が従来の曝気法と比較して飛躍的に少なくなり、効率的な曝気を行うことができる。そのため、省エネルギ（加圧水ポンプ２２の小型化）が得られる。また、空気の代りに酸素若しくはオゾンを使用することにより、曝気効率の一層の向上、エネルギの節約を実現することができる。そして、曝気槽１４内の攪拌に関しては従来の曝気方法のように余剰空気による効率の良くない攪拌の代りにファンのような機械動作の攪拌器１８を別途設けることにより、より効率的な攪拌を行うことができ、トータルとしてのエネルギ効率の低減を実現することができる。
【００１７】
以上の実施形態では図３〜図５に示す送り羽根５２，　５４を備えた超微細気泡発生器２４を使用することにより超微細気泡を生成しているが、他の実施形態として加圧水ポンプにより空気を空気溶解限度以上に供給することにより超微細気泡の形成を行うことができる。この実施形態における超微細気泡形成装置の一例を図６に示すが、この構成は従来スカムの加圧浮上のための気泡を形成する装置と実質的に同一である。即ち、補給水は加圧水ポンプ５８（本発明における加圧水の形成手段）より高圧（例えば３〜５ｋｇｆ／ｃｍ２）に加圧されて空気溶解槽６０に送られ、他方、コンプレッサ６２（本発明における加圧空気の供給手段）により空気が同程度の圧力に加圧され、空気は空気溶解限度以上に供給され、曝気槽１４に送られたときの急速な減圧により気泡が発生し、１００μｍ以下の径の気泡を得ることができる。１００μｍ以下の径の気泡を含んだ液体は図２と同様に曝気槽１４にその底面付近において導入される。
【００１８】
この第２の実施形態において、加圧水ポンプとしてインペラにより得られた加圧水中に回転軸側より圧縮空気を直接導入可能なタイプの特殊なポンプ等、を採用することができ、この場合はポンプから気泡を含んだ排出水を直接得ることができる点で図６の加圧水ポンプを採用した装置と比較して構成が単純化できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明の曝気槽を備えた汚水浄化システムの全体概略図である。
【図２】図２は図１における曝気槽の概略断面図である。
【図３】図３は超微細気泡発生器の概略縦断面図である。
【図４】図４は図３のＩＶ−ＩＶ線に沿って表される超微細気泡発生器の概略横断面図である。
【図５】図５は図３のＶ−Ｖ線に沿って表される超微細気泡発生器の概略横断面図である。
【図６】図６は加圧水ポンプを使用した超微細気泡発生器の概略構成図である。
【符号の説明】
１４…曝気槽
１４−１…流入口
１４−２…排出口
１８…攪拌器
２０…回転駆動モータ
２２…加圧水ポンプ
２４…超微細気泡発生器
２６…回転管体
５０…環状通路
５２，　５４…送り羽根
５６…突起部
５８…加圧水ポンプ
６０…空気溶解槽
６２…コンプレッサ
【図１】
2004141730.tif 000003
【図２】
2004141730.tif 000004
【図３】
2004141730.tif 000005
【図４】
2004141730.tif 000006
【図５】
2004141730.tif 000007
【図６】
2004141730.tif 000008