(57)【要約】【課題】微生物利用の水質浄化に曝気工程、沈殿工程、循環工程がある。曝気工程には曝気（溶存酸素の増強）が必要で、沈殿工程には沈殿汚泥の返送を要する工程があり、循環工程も同様である、これらは動力設備と運転コストを伴い、防音・防振設備を含めるとトータルコストは莫大であり、省設備、機能の向上が課題であった。【解決手段】水質浄化の曝気工程に「気液ポンプ」と「気液分離装置」を設置して、気液ポンプからの圧送される気液二相流を気液分離装置で圧力液体と圧力気体とに分けて、圧力液体は曝気水として曝気工程に放出し、圧力気体は沈殿工程の汚泥引き揚げのエアリフトポンプに使用して汚泥返送、汚泥搬出、水の循環、を行う。気液ポンプの動力一つで、無騒音・無振動的な稼働、曝気、汚泥返送や搬出、硝化水の循環の多機能を同時に果たす省エネ・省設備装置を提供する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物利用の水質浄化で、曝気工程▲２▼に気液ポンプａを設置して気液圧送管ｂから気液を圧送して必要個所へ放出することで、溶存酸素の増強と撹拌を行う気液ポンプを使用する水処理装置。
【請求項２】
微生物利用の水質浄化で、曝気工程▲２▼に気液ポンプａを設置して付近に気液分離装置ｃを併設する、沈殿工程▲３▼にエアリフトポンプｅを設置して汚泥返送装置ｆまたは汚泥搬出装置Ｊまたは循環装置に接続する、気液ポンプａの稼働で気液は圧送されて気液圧送管ｂから気液分離装置ｃを通過後、圧力液体と圧力気体に分離する、圧力液体は溶存酸素の増強水として沈殿工程▲３▼へ放流する、圧力気体は気体圧送管ｄからエアリフトポンプｅに供給して沈殿工程▲３▼の沈殿汚泥▲４▼を引き揚げる、引き揚げた沈殿汚泥は汚泥返送装置ｆまたは汚泥搬出装置Ｊから汚泥返送または汚泥搬送する気液ポンプを使用する水処理装置。
【請求項３】
気液ポンプａの稼働で気液は圧送されて気液圧送管ｂから気液分離装置ｃを通過後、圧力液体と圧力気体に分離する、圧力気体は気体圧送管ｄからエアリフトポンプｅに供給して沈殿工程▲３▼の硝化水を引き揚げて無酸素脱窒工程▲６▼へ返送する請求項２記載の気液ポンプを使用する水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は水処理の中、生物処理の特に微生物利用で曝気工程における溶存酸素（以下「ＤＯ」と言う）の増強、沈殿汚泥を返送、水の循環、余剰汚泥の搬出、の水質改善装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、曝気工程のＤＯ増強で使用するブロワやコンプレッサーの水中送気式は、気泡が水中に滞在して酸素が水中に溶解する時間は空気の放出後１〜数秒間で、十分な溶解のないまま大気中に帰還するため、動力費高騰の要因であった。【０００３】  従来の曝気、沈殿汚泥の返送、水の循環、余剰汚泥の搬出、撹拌等の多くの作業で、各々別々の動力設備が設置され煩雑、非効率的であった。【０００４】  多数のポンプ、およびブロワ、コンプレッサーの使用は騒音と振動が激しくこれを防止する防音・防振設備は大きいものがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３１５８３５８号
【特許文献２】特許第３１８４９６０号
【特許文献３】特許第３４６００５３号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】日本技術士会誌「技術士」２０００年８月号で「もう一つのポンプ技術」題名で３ページの小論文発表。
【非特許文献２】日本混相流学会誌「混相流」２００２年３月号で「新機種・混相流ポンプの紹介」題名で４ページの寄稿論文発表。
【非特許文献３】日本混相流学会・第２１回２００２年７月（名古屋大学工学研究科１号館にて）気液ポンプモデルによる実演発表。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  従来の曝気法のブロワやコンプレッサーはせっかく水中送気式しても、気泡上昇流で気泡の水中滞在時間は１〜数秒間で、酸素溶解時間は短く十分な溶解効果のないまま大気に帰還するためエネルギーの非効率化が生じていた。すなわち、気液の接触が短時間のため空気中の酸素が十分に溶解できないと言う課題があった。【０００８】  従来の曝気、汚泥返送、汚泥搬出は別々の動力を設置していた。すなわち、送水、送気の動力源が多く煩雑であった。動力源を一つでも削減したいと言う課題があった。【０００９】  従来の曝気法のブロワやコンプレッサーは騒音・振動が激しいため、防音・防振設備に多大のコストを要した、常に騒音・振動を低減したいと言う課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  本発明は前述の課題を解決するため請求項１に記載の、微生物利用の水質浄化で、曝気工程▲２▼に気液ポンプａを設置して気液圧送管ｂから気液を圧送して曝気工程▲２▼へ放出することで、溶存酸素の増強と撹拌を行う気液ポンプを使用することを特徴とするもので、従来のブロワ、コンプレッサー、微細気泡装置を使わないことを特徴とするものである。【００１１】  さらに本発明は、請求項２に記載の通り、微生物利用の水質浄化で、曝気工程▲２▼に気液ポンプａを設置して付近に気液分離装置ｃを併設する、沈殿工程▲３▼にエアリフトポンプｅを設置して汚泥返送装置ｆまたは汚泥搬出装置Ｊまたは循環装置に接続する、気液ポンプａの稼働で気液は圧送されて気液圧送管ｂから気液分離装置ｃを通過後、圧力液体と圧力気体に分離する、圧力液体は溶存酸素の増強水として沈殿工程▲３▼へ放流する、圧力気体は気体圧送管ｄからエアリフトポンプｅに供給して沈殿工程▲３▼の沈殿汚泥▲４▼を引き揚げる、引き揚げた沈殿汚泥は汚泥返送装置ｆまたは汚泥搬出装置Ｊから汚泥返送または汚泥搬送するもので、多機能を気液ポンプの一動力で達成することを特徴とするものである。【００１２】  さらに本発明は、請求項３に記載の通り、請求項２記載の中で、気液ポンプａの稼働で気液は圧送されて気液圧送管ｂから気液分離装置ｃを通過後、圧力液体と圧力気体に分離する、圧力気体は気体圧送管ｄからエアリフトポンプｅに供給して沈殿工程▲３▼の硝化水を引き揚げて無酸素脱窒工程▲６▼へ返送するもので、汚泥返送以外の作業も可能であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】  本発明によれば、気液ポンプ式は圧送水の全量がＤＯ濃度約１００％となるため、従来水中送気式の溶解時間は短く十分な効果のないまま大気に帰還するエネルギーの非効率化は起きなくなった。【００１４】  本発明によれば、気液ポンプの使用で圧送水の全量がＤＯ濃度約１００％となるため、曝気槽の深さ浅さにかかわらず、このＤＯ濃度約１００％の水をホースの配置のみで必要ないずれの個所からでも放出可能となったため、従来の対流式以外の撹拌効果も期待できる。すなわち、高濃度ＤＯ水の必要とするいかなる場所へでもホース（またはパイプ）を配置するのみで容易に届けることができる。例えば曝気槽の底層の４隅からＤＯ水を放出させることが可能となった。【００１５】  さらに本発明は、従来のブロワ、コンプレッサーまたは微細気泡装置等の曝気手法を使わずに、気液ポンプを使用するため無騒音・無振動的に稼働するとともに防音・防振設備が不要となった。このことは従来の、動力設備、運転コスト、省設備、省維持費、安全面でコスト低減に貢献した。【００１６】  さらに本発明は、気液ポンプの動力一つで、気液分離装置とエアリフトポンプを稼働させるため、曝気作業に加えて沈殿汚泥を引き揚げ、汚泥返送、汚泥の搬出、水の循環の多岐の作業が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の気液ポンプａのみを活性汚泥工程▲２▼に設置した一例図。
【図２】本発明の気液ポンプａと気液分離装置ｃを設置して、活性汚泥工程▲２▼の沈殿汚泥▲４▼をエアリフトポンプｅで汚泥返送装置ｆで汚泥返送する一例図。
【図３】本発明の気液ポンプａと気液分離装置ｃを設置して、リンと窒素を同時除去する処理法に使用して沈殿汚泥▲４▼をエアリフトポンプｅで嫌気工程▲５▼へ汚泥返送する一例図。
【図４】本発明の気液ポンプと気液分離装置を設置して、リンと窒素を同時除去する処理法に使用して沈殿汚泥▲４▼をエアリフトポンプｅ汚泥返送や汚泥搬出するとともに、硝化水をエアリフトポンプｈで循環させる一例図
【発明を実施するための形態】
【００１８】  請求項１の場合、気液ポンプは従来ターボー型ポンプの１／１００程度の回転数で、無騒音・無振動的に稼働して圧送水は既に高濃度のＤＯ水になる特徴があり、従来の水中送気後にＤＯ濃度を高める方式とは異なるもので、既に高濃度のＤＯ水と気液混合で放流する方式で、曝気の動力費は従来式より低いとされている。図１に一例を示す。
【００１９】  請求項１に記載する「微生物利用の水質浄化」とは、細菌から、原生動物、さらに後生動物へと食物連鎖が進む段階で水質浄化は高度化する、各段階のＤＯ増強で水質改善は進み単なる活性汚泥法より汚泥の発生量は５０％〜２０％へ低減するとされている、気液ポンプはどの段階のＤＯ増強にも使用でき汚泥発生量の低減効果を発揮する。
【００２０】  請求項２は、気液ポンプからの気液を気液分離装置で分離して圧力気体と圧力液体を確保した後、圧力液体は曝気反応過程に圧送するとともに圧力気体は沈殿過程のエアリフトポンプに送って沈殿汚泥をエアリフトさせて、汚泥返送または汚泥搬出に使用する。
気液ポンプの動力一つで気液分離装置を稼働させて、ＤＯ濃度の増強、エアリフトポンプの稼働、汚泥返送や汚泥搬出、多少の撹拌、無騒音・無振動的に稼働する、このように多数の機能を果たすもので、図２に一例を示す。
【００２１】  請求項３は、請求項２の場合と同様に、気液ポンプの動力一つで、硝化水の循環にも汚泥返送とほぼ同様手法で、必要とするいずれの工程へも循環可能であることを記載している、図４に一例を示す。
【実施例】
【００２２】  本発明に使用する「気液ポンプ」名称は「気体と液体を気液二相流で送るポンプ」または「１本のホースを巻いた巻体ポンプ」のどちら呼び代えてもよい。
本発明に使用する気液ポンプは特許登録されて以来９年余日になる、その間、２００２年２月に日本混相流学誌で論文発表の後、同年８月には同学会で実演発表済である。その際、気液ポンプは従来にない原理のポンプであるため分類上の位置、標準名に関して決定するよう同学会に促したがいまだに決まっていない。「気液ポンプ」の名称は発明者の登録商標で標準名ではない。
本出願書類には気液ポンプの標準名が未定のためやむなく特許第３１８４９６０号に記載されている「気液ポンプ」名を使用する。【００２３】  気液ポンプからの圧送水は通常、溶存酸素（ＤＯ）は飽和濃度付近になる、また、水質浄化に使用する気液ポンプは通常２０ｍのホースが巻いてあり、この２０ｍの通過速度は０．７〜１．５ｍ／ｓである、平均１．０ｍ／ｓとすると全体通過時間は２０秒となる、このように約２０秒間、気液混合した後に気液ポンプから圧送されるため圧送時点でＤＯ溶解は十分となる、この装置を曝気工程に設けるものである。
気液ポンプは従来のポンプの１／１００程度の回転数で１０〜６０ｒｐｍのため騒音・振動は殆ど起きない状態で稼働する。したがって通常は民家の近辺で稼働しても近隣への騒音・振動の迷惑は殆ど起きない。【００２４】  気液ポンプは一本のホースを巻いた巻体で構成されており、巻きホースの総延長の約１／４が揚程となる、例えば２０ｍの巻ホースで５ｍの揚程が可能である。また、気液ポンプはおよそ空気６０％、水４０％の割合で送るのが効果的で、空気量が水量の５割増しと多い状態で約２０ｍの巻体のホース内を通過する、この間に気液混合が促進されてＤＯ濃度はほぼ飽和状態まで達して外部へ圧送される。この場合、真水の実験ではＤＯ濃度は飽和状態を超える場合が多い。【００２５】  微生物利用の水処理に曝気装置のみの場合の他、汚泥返送、汚泥搬出、水循環の装置を伴う場合がある。気液ポンプはいずれの場合にも使用可能であり、気液ポンプ単独の場合と気液分離装置を併設する場合がある。【００２６】  気液分離装置には個別の動力源は不要で、気液ポンプからの気液混合流（気液二相流）を通過させるのみで気液分離するもので気液ポンプの動力で同時に稼働するものである、圧力気体と圧力液体に分離するもので、このうち圧力気体をエアリフトポンプに利用して気液ポンプの稼働で常にエアリフトポンプも同時稼働する。すなわち、気液ポンプの動力で気液分離装置、エアリフトポンプも同時稼働することで、曝気、汚泥返送、汚泥搬出、水循環を行うものである。【００２７】  気液ポンプ単独の場合は気液混合流（気液二相流）で曝気工程に圧送するもので、ホースを敷設するのみで放流水はいずれの場所へでも圧送可能である、気液ポンプから圧送水は、気液ポンプを出た直後の時点ですでに高濃度ＤＯ水になっており、圧送後に気液混合してＤＯ濃度を高める従来の方法とは異なる、この気液二相流が曝気工程で放出されると気体は対流作用作用を起こしながら、さらに気液混合を行いＤＯ化は促進される。【００２８】  気液ポンプ使用の場合、気液ポンプからの液体は曝気槽へ放出時点ですでにＤＯ濃度が高い、水中送気後にＤＯ溶解が始まる従来式とは基本的に異なる、気液混合で曝気槽へ放出後は曝気効果とともに撹拌効果をも高めるものである。【００２９】  気液ポンプに気液分離装置を併設する場合、気液ポンプからの気液は気液分離装置で分離して圧力液体と圧力気体に分離する、圧力液体はＤＯ濃度が十分のため曝気工程に圧送されて放出する、一方圧力気体は沈殿槽のエアリフトポンプに接続して、沈殿汚泥、搬出汚泥、循環水の引き揚げに使用する。【００３０】  請求項１記載の「・・曝気工程に気液ポンプを設置・・」とは、水処理装置の曝気工程の中に気液ポンプのみを組込んで使用する場合を意味し、水中の有機物の処理や、窒素、リンの除去を目的とする曝気工程（好気工程）にも使用でき、各種活性汚泥法や生物膜法の回転円板法、接触曝気法の他、種多用の曝気工程（好気工程）に使用できることを言う。【００３１】  請求項２記載の「・・気液ポンプを設置して付近に気液分離装置を併設・・」とは、気液ポンプ単独ではなく「気液ポンプ＋気液分離装置」の組み合わせた装置を言い、この装置は気液ポンプの動力一つで圧力ＤＯ水と圧��気体が分離できもので、圧力ＤＯ水は曝気水として曝気工程へ放流する、圧力気体はエアリフトポンプから汚泥を引き揚げて、汚泥返送、汚泥搬出に使用する。【００３２】  さらに、請求項２記載の「・・沈殿汚泥を引き揚げる・・」とは、圧力気体をエアリフトポンプに供給して沈殿槽に沈殿した沈殿汚泥の引き揚げに使用することを意味するものであるが、曝気槽、嫌気槽、無酸素槽に沈殿した沈殿汚泥の引き揚げにも同様の手法で使用でき、いずれの水槽でも沈殿汚泥の引き揚げに使用できる意味である。【００３３】  さらに、請求項２記載の「・・沈殿汚泥の引き揚げ・・」とは、沈殿汚泥の引き揚げはもちろんであるが、沈殿汚泥のみでなく沈殿槽の消化液を無酸素槽へ返送する場合にも同様に使用可能である。例えば、窒素・リンの同時除去法の場合、沈殿槽から嫌気槽への返送汚泥する場合がある、また消化液を無酸素槽へ循環させる場合があるが、これらの作業も別途の動力を使うことなく気液ポンプの動力一つで兼務が可能である。【００３４】  さらに、請求項２記載の「・・汚泥返送または汚泥搬送・・」とは、エアリフトポンプで引き揚げ後、汚泥返送と汚泥搬出の各々単独に作業する場合と、両作業を同時に行う場合の両方を意味している。また、汚泥返送の意味は、脱窒のための硝化水を無酸素脱窒素工程へ循環させことも同様手法で作業可能である。【００３５】  汚泥返送装置、搬送装置、硝化水の返送装置は通常はパイプまたはホースを使用するが樋やチューブの場合もある。【００３６】  さらに「本発明の図面の簡単な説明」には図１〜図４まで水処理工程を側断面的に工程の流れを図示したものであるが、これらは断片的なもので図示以外のケースでも曝気とエアリフトポンプが同時に必要な場合には適用できるもので、曝気、汚泥引き揚げ、返送または搬出、撹拌、無騒音・無振動的の、一つの動力で多数の機能を果たす装置である。【００３７】  本発明の明細書の説明文中で「・・無騒音・無振動的・・」と記載した意味を説明する。気液ポンプは従来ポンプの１／１００程度の回転数（２〜６０ｒｐｍ）で稼働するため従来のポンプと比較して音は殆ど聞こえないため無騒音・無振動的と表現した、ゴルフ場の池での水質改善テストではプレーヤーが横を通過しても気液ポンプの稼働に気付いた者は誰もなかった。このように極めて小さい騒音・振動を意味し、住宅地の中で稼働させても近隣への騒音公害は殆どないと考えられる程度のものを意味する。【００３８】  本発明で説明する図面は、一部の説明図であり図示以外の多くの水処理工程について、曝気のみを必要とする場合は多い、また曝気と汚泥返送を必要とする場合、汚水を循環させる場合、汚泥搬出や会部圧送する場合もある、硝化水を循環させる場合にも汚泥返送と同様にエアリフトポンプを使用して対応できる。気液ポンプの動力一つで、気液ポンプの単独作業の他、気液分離装置の組合せで多くの作業が可能となり、本発明はこの多数の範囲を含むものである。
［図１］〜［図４］は、水処理工程を側断面的に工程の流れを図示したものである。
▲１▼  ［図１］は、請求項１記載の一部を示し、曝気工程のみの場合を示し「気液ポンプ」のみの設置でＤＯ水の増強と撹拌ができる一例。
▲２▼  ［図２］は、請求項２記載の一部を示し、「気液ポンプ」と「気液分離装置」を併設して曝気工程と汚泥返送、汚泥搬出を伴う場合の一例（活性汚泥処理法もこの中に含む）を図２に示す。
▲３▼  ［図３］は、請求項２および３記載の一部を示し、リンと窒素を同時除去する場合で、汚泥を嫌気工程へ返送する場合の一例図である。
▲４▼  ［図４］は、請求項２および３記載の一部を示し、リンと窒素を同時除去する嫌気工程、無酸素工程、好気工程、沈殿工程のある場合で、沈殿工程の沈殿汚泥を嫌気工程へ返送または汚泥搬出、さらに硝化水を無酸素工程へ循環させる場合の一例図である。
［図１〜［図４］］には、水処理工程の４種の例図が表示されているが、この４図例のみでなく各種の水処理で曝気、汚泥返送、汚泥搬出、硝化水の循環の工程がある場合、同様の方法で使用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】  微生物利用の水質浄化に曝気工程と、沈殿工程がある。曝気工程にはＤＯ増強があり、沈殿工程には汚泥返送や硝化水の循環を要する手法がある、この手法に気液ポンプ単独、または気液ポンプと気液分離装置を併用することで、従来の設備・動力のコストを削減し、騒音・振動を極めて小さく改善することに利用価値が見出せる。
【符号の説明】
【００４０】▲１▼  移動工程
▲２▼  曝気工程（好気反応槽）
▲３▼  沈殿工程（沈殿槽）
▲４▼  沈殿汚泥
▲５▼  嫌気工程（嫌気反応槽）
▲６▼  無酸素脱窒工程
ａ  気液ポンプ
ｂ  気液圧送管
ｃ  気液分離装置
ｄ  気体圧送管
ｅ  エアリフトポンプ（汚泥引き揚げ用）
ｆ  汚泥返送装置
ｇ  圧力ＤＯ水放流管
ｈ  エアリフトポンプ（液体循環用）
ｉ  循環装置
Ｊ  搬出装置
【図１】
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【図２】
2012000606.tif 000004
【図３】
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【図４】
2012000606.tif 000006