(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理槽と散気装置により構成される排水処理システムであって、前記散気装置を、中空で上下に開口部を有する外装と該外装の下部に配設される空気放出ノズルにより構成し、前記外装を、ベル型形状とし、下部の径が大きく上部の径が小さく構成するとともに、前記外装の内壁に突起物を等間隔に複数個配設し、前記空気放出ノズルを、外装の下方から外装の内壁に沿って、斜め上方でかつ外装の接線方向より若干内側に向けて配設し、前記空気放出ノズルから空気を前記外装の内壁に沿って斜め上方に放出することによって、前記処理槽内に旋回流を発生させるように構成したことを特徴とする排水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中において曝気を行い、水の浄化を行う散気装置に関する技術である。より詳しくは、水中での散気により旋回流を発生させるとともに、微細気泡を供給し、水の浄化処理を行うものである。
【０００２】
【従来の技術】
排水水等を処理する方法として、一般に曝気槽が用いられている。従来の方法としては、曝気槽内槽底部に散気管を設置し、地上側からブロアー等により高圧空気を、ダクトを介して供給し、水中に散気する。そして、放出された空気の気泡の浮上にともなう槽内に旋回流（循環水流）を発生させ、気泡による曝気を行うものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の槽底より散気して曝気する方法では、散気管内より水中に放出された気泡は、その浮上力と循環水流の上向流に乗って比較的短時間に浮上する。このため、気泡と汚水の接触時間が短く、酸素溶解率が悪い。水中へ放出する気泡径が小さいほど、酸素溶解率が向上することは周知である。しかし曝気量を絞ったり、放出気泡を小径とすると、供給空気圧が低下して散気装置の散気孔の目詰まりが生じやすい。また気泡を小径とすると、その浮上力も弱く、槽内全体に循環水流が起こりにくい。
【０００４】
そして、特開平８−２４３５８２号公報に示される技術においては、循環水流を効率的に発生させるものではなく、循環水流の発生に多くのエネルギーを必要とするものである。
【０００５】
本発明は、槽底に配設した散気装置により、効率的に槽内に循環水流を発生させるとともに、散気装置近傍の上流側に超微細気泡を供給して、酸素の溶解率を向上させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決すべく、本発明は次のような手段を用いる。
請求項１に記載のごとく、処理槽と散気装置により構成される排水処理システムであって、前記散気装置を、中空で上下に開口部を有する外装と該外装の下部に配設される空気放出ノズルにより構成し、前記外装を、ベル型形状とし、下部の径が大きく上部の径が小さく構成するとともに、前記外装の内壁に突起物を等間隔に複数個配設し、前記空気放出ノズルを、外装の下方から外装の内壁に沿って、斜め上方でかつ外装の接線方向より若干内側に向けて配設し、前記空気放出ノズルから空気を前記外装の内壁に沿って斜め上方に放出することによって、前記処理槽内に旋回流を発生させるように構成したものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
【０００８】
図１は排水処理システムの全体構成を示す模式図、図２は処理槽内における散気装置と超微細気泡の供給構成を示す図、図３は処理槽底部の水の流れを示す模式図、図４は超微細気泡発生装置の構成を示す模式図、図５は超微細気泡発生装置の他の構成を示す側面図、図６は同じく平面図、図７は同じく正面図、図８は散気装置の構成を示す斜視図、図９は同じく側面断面図、図１０は同じく側面断面斜視図、図１１は渦流の発生状態を示す平面模式図、図１２は処理槽内に発生する旋回流の構成を示す図、図１３は散気装置の他の構成を示す図、図１４は散気装置の他の構成を示す側面断面図、図１５は同じく側面断面斜視図である。
【０００９】
図１において、排水処理システムの構成について説明する。排水処理システムは処理槽１、散気装置５、超微細気泡発生装置２により構成されており、処理槽１内に排水を導入し、散気装置５および超微細気泡発生装置２により排水中に空気を散気するものである。排水処理システムには単数もしくは複数個の処理槽１が構成されており、該処理槽１内の底部に散気装置５が配設されている。散気装置５には給気管４が接続されており、該給気管４より空気が供給される。散気装置５より空気が放出され、空気の気泡の浮上にともない処理槽１内に旋回流（循環水流）が発生するものである。
【００１０】
処理槽１内には超微細気泡供給パイプ３が導入されており、該超微細気泡供給パイプ３には超微細気泡発生装置２が接続されている。超微細気泡発生装置２より発生した超微細気泡は、超微細気泡供給パイプ３の先端より、処理槽１内に放出される。超微細気泡供給パイプ３より放出された超微細気泡は、散気装置５により発生した旋回流により処理槽１内を循環する。超微細気泡は、０．１μｍから３μｍの径の気泡であり、微細気泡（気泡径が１０〜１００μｍ）より小さいものである。超微細気泡は、気泡の径が小さく、その浮力が小さい。このため、処理槽１内の旋回流に供給した場合においても、該処理槽内を下方に向かう流れにのりやすく、処理槽内に均一に拡散させることができる。
【００１１】
各処理槽１に、ｐＨセンサ、温度センサ、菌体濃度計および溶存酸素量センサを配設し、該センサ類をコントローラに接続し、各処理槽の状態を情報端末によりモニターすることができる。また、コントローラには超微細気泡発生装置２や、散気装置５に空気を供給するブロアを接続し、処理槽１内の温度、菌体濃度および溶存酸素量を調節することができる。
【００１２】
次に、図２を用いて超微細気泡供給パイプ３と散気装置５の配置構成について説明する。前述のごとく、散気装置５は処理槽１の底部に配設されており、該処理槽１の底部において散気を行い、処理槽１内に旋回流を発生させるものである。超微細気泡供給パイプ３の先端は、散気装置５に対して旋回流の下流側にかつ散気装置５の近傍に配設されるものである。図２において、超微細気泡Ｖは散気装置５の下方に供給されており、該散気装置５内に超微細気泡Ｖを供給する構成になっている。
【００１３】
図３において、上記の超微細気泡の供給方法による効果について説明する。被処理水には、各種の不純物が混入しており、該被処理水を導入する処理槽１の底には沈殿物等により堆積層６が発生する。散気装置５は、処理槽１の底部に配設されるものであり、該底部において旋回流を発生させるので、処理槽１の底に発生した堆積層６の沈殿物を巻き上げるものである。また、超微細気泡が堆積物に吸着し、該気泡の浮力により堆積物を水中内において上昇させることも可能である。
【００１４】
旋回流により被処理水中に巻き上げられた沈殿物は、旋回流にのって散気装置５に導入される。このことにより、堆積層６の沈殿物は旋回流により散気装置５の近傍によせられ、散気装置５により被処理水中に巻き上げられ、微生物により処理されるものである。沈殿物の分解には酸素が必要であり、沈殿物が巻き上げられる散気装置５下方の領域Ａに多量の酸素を供給することにより、沈殿物の分解を促進できる。
【００１５】
そこで、超微細気泡を、散気装置５に対して旋回流の下流側にかつ散気装置５の近傍で供給するものである。また、超微細気泡は堆積層６のフロック等に付着し、堆積物を浮上させることができる。散気装置５の近傍に超微細気泡を供給することにより、超微細気泡は旋回流にのり、いったん処理槽１の底部に引き込まれる。これにより、堆積層６に超微細気泡を効率的に供給できるものである。
【００１６】
散気装置５の下方で超微細気泡を供給することにより、領域Ａに酸素を十分に供給できる。そして、散気装置５内の領域Ｂにおいては、超微細気泡と沈殿物そして被処理水が均一に混合されるとともに、空気放出パイプ１６より排出される気泡が微細化される。これにより、沈殿物および被処理水の浄化を効率的に行うことができる。
【００１７】
次に、超微細気泡発生装置２の構成について説明する。図４に示すごとく、超微細気泡発生装置２は、加圧ポンプ８、加圧タンク９および圧力調整弁１０により構成されている。加圧ポンプ８により水とともに空気を加圧タンク９に導入し、加圧タンク９において水に空気を溶解させる。そして、加圧調整弁１０を介して、加圧タンク９より溶解した空気とともに水を放出するものである。加圧タンク９内で過飽和となり、溶解されない空気はエアベント７より加圧タンク９外へ放出される。また、加圧状態において水に溶存していた空気が常圧に減圧されることにより、過飽和気体は気化し、超微細な気泡を発生させる。
【００１８】
超微細気泡発生装置２において、加圧ポンプ８には吸水管１２が接続されており、該吸水管１２を介して水が加圧ポンプ８に供給されるものである。吸水管１２にはエアー吸引口１３が接続されており、該エアー吸引口１３を介して吸水管１２に空気が導入される。そして、加圧ポンプ８は、水と空気の混合物を加圧タンク９に供給する。加圧ポンプと加圧タンク９を接続する配管の途中部にはエアシュータ１１が接続されており、該エアシュータ１１には、図示しないコンプレッサーより加圧された空気が供給され、加圧タンク９に導入されるものである。加圧タンク９の直前にはミキサー２５が配設されており、空気の水への溶解を促進するものである。これにより、加圧タンク９内に十分な空気を供給と加圧を行うことができ、空気の水への溶解を効果的に行えるものである。超微細気泡の発生方法としては、エジェクター方式により吸引した空気をミキサー２５により水を混合したのち、高圧タンク（５ｋｇ／平方センチ）において、空気を水中に溶解させる。該高圧タンクにおいて空気を水に最大限まで溶解させ、この後に、圧力調整弁より水中に開放する。これにより、超微細気泡を大量に発生させることができるものである。
【００１９】
次に、超微細気泡発生装置の他の実施例について、図５乃至図７を用いて説明する。超微細気泡発生装置２９はフィルタ装置２１、気液混合ポンプ２４、モータ２３およびミキサー２５により構成される。気液混合ポンプ２４には水および空気が供給される。水はフィルタ装置２１を介して供給されるものであり、空気は配管２６を介して供給されるものである。そして、モータ２３により気液混合ポンプ２４が駆動され、水と空気の混合物がミキサー２５を介して超微細気泡供給パイプ３に供給される。
【００２０】
超微細気泡発生装置２９において、フレーム２２上にモータ２３および液混合ポンプ２４が配設されている。ミキサー２５は超微細気泡発生装置２９の上部に配設されるものである。また、フィルタ装置２１が立設しているステ−もフレーム２２に固設されている。フレーム２２の下部にはキャスター輪が取り付けられている。超微細気泡発生装置２９の側面には、整備用のハッチ２８および操作盤２７が配設されている。操作盤２７は超微細気泡発生装置２９の運転を制御するものである。操作盤２７の内部回路システムは、フィルタ装置２１と気液混合ポンプ２４の間に配設されたフローレベルセンサ３０と接続されており、気液混合ポンプ２４に供給される水の量を認識可能にしてポンプの焼きつき防止を制御している。
【００２１】
前述の図１に示す排水処理システムにおいて、超微細気泡発生装置２は、上流側の処理槽１にのみ超微細気泡を供給しているが、超微細気泡供給パイプ３を分岐させ、他の処理槽１に超微細気泡を供給することが可能であり、処理槽１にそれぞれ対応した超微細気泡発生装置２を配設し、各処理槽１に超微細気泡を供給することも可能である。一般的には、排水中の有機物が多いのは排水が供給される上流側であり、有機物の多さは排水処理に必要な酸素量に比例する。このため、有機物の多量に含まれる上流側において超微細気泡を供給し、酸素の溶存量を増すことにより、効率的な排水処理を行え、下流側において超微細気泡発生装置２を配設する必要がなくなるものである。
【００２２】
次に、散気装置５の構成について、図８乃至図１２を用いて説明する。散気装置５は、外装１５、空気放出ノズル１６により構成されている。外装１５は中空の円錐形状、もしくは朝顔の花の形状に構成されており、上下に開口部を有し、側面は内側に入り込んだ形状となっている。外装１５は下部の開口径が上部の開口径より大径に構成された中空円錐形をしている。外装１５の内側には、複数個の突起物１７・１８が配設されている。突起物１７は突起物１８より大きく、突起物１７・１８は電球に似た形状に構成されている。突起物１７・１８は円柱に円錐の上部が接続され、該円錐の底部に球面が接続した形状に構成されている。突起物１７・１８は外装１５の内側に立設されており、上下方向に突起物１８と突起物１７が交互に配設されるものである。そして、突起物１７・１８はそれぞれ、配設されてた高さにおいて、外装１５の内周に等間隔に複数個配設されている。
【００２３】
突起物１７・１８の効果としては、気泡を含む液体が該突起物１７・１８に当たることにより、気泡が小さく砕かれるとともに、気体と液体が混ぜ合わされるものである。気泡が小さくなることにより、気体の液面との接触面積が大きくなる。これにより、空気中の酸素が水に溶けやすくなる。
【００２４】
外装１５の下には空気放出ノズル１６が配設されており、該空気放出ノズル１６は給気管４に接続している。給気管４に供給された給気は、空気放出ノズル１６により外装１５の内側に空気が排出されるものである。空気放出ノズル１６は、図９に示すごとく斜め上方かつ、図１１に示すごとく外装１５の接線方向より若干内側に向いて配設されている。空気放出ノズル１６より空気が放出されると、空気は外装１５の内壁に沿って斜め上方に向かって上昇する。これにともない、外装１５内において水流が発生する。そして、外装１５内において発生した水流は、外装１５の内壁に沿って渦巻き状に上昇する。
【００２５】
外装１５がベル型、ホーン型もしくは朝顔の花形状に構成されており、下部の径が大きく上部の径が小さく構成されている。この外装１５内において渦巻き状の水流が発生する場合、下部における流速より、上部における流速が増す。これにより、散気装置５内において、図１１の矢印で示すような渦水流を発生し、外装１５の下部開口部近傍の水が吸い上げられ、外装１５の上部より排出される。すなわち、散気装置５にブロワ２０より空気を供給し、処理槽１において効率的に、図１２に示すごとく、旋回流を発生させることができるものである。旋回流が発生することにより、散気装置５より上方に排出された水は、処理槽１の内壁に沿って、底部に向かい、さらに散気装置５により上方に巻き上げられる。これにより、処理槽１全体に水流を発生させるものである。外装１５は下部の開口径が上部の開口径より大径に構成された中空円錐形をしているので、散気装置５の下方の沈殿物を広範囲において取り込みやすくなっている。散気装置５により発生する水流の強さについて説明する。空気排出ノズル１６の口径を２０ｍｍ程度、２つの空気排出ノズル１６・１６より流出する空気量を１ｍ3／ｍｉｎ（各０．５ｍ3／ｍｉｎ）とする。空気の初期流出速度は約２６．５ｍ／ｓである。空気が水を加速するエントレーメントを流出空気量と同体積であると仮定する。すると、水が１秒間に受けとる運動量は、２つの空気排出ノズル１６・１６の出口を合わせて、約４．４２×１０2ｋｇｍ／ｓ2である。
この運動量を持つ水が、底面口径２５０ｍｍの外縁から、４５度の角度で中心に向かって流れ込むと、その角運動量は１秒間に３９．１ｋｇｍ2／ｓ2となる。さらに、散気装置５の外形がベル型であるため、トルネード効果による渦の増強が行われ、１６倍すなわち、６．２５×１０2ｋｇｍ2／ｓ2の角運動量が得られる。そして、超高速のスパイラル流は、半球形の突起物に強力に衝突することにより、微細気泡を発生させ、散気効率を向上させるのである。
【００２６】
次に、散気装置の他の実施例について説明する。図１３に示す、散気装置３１において、突起物１７・１８は平面視、互い違いに配設されるものである。そして、外装１５の下部においては、突起物１７・１８の配設数が多く、上部においては少なく構成されている。
【００２７】
図１４および図１５に示す散気装置３３において、外装は上部外装３４および下部外装３５により構成されている。上部外装３４は円筒状に構成されており、内周に複数個の突起物１７・１８が配設されている。突起物１７・１８は上方より交互に配設されており、各高さにおいて突起物１７・１８が六個ずつ配設されている。下部外装３５はホーン形状、ベル状もしくは朝顔の花形状に構成されており、下部の開口径が上部の開口径より大きく構成されている。なお、上部の開口径は上部外装３４の開口径と一致するものである。散気装置３３においては、外装が上部外装３４と下部外装３５により構成されるため、製作が容易である。そして、水流の速くなる上部において突起部１７・１８を配設するので、空気と水を効率的に混合することができる。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１に記載のごとく、処理槽と散気装置により構成される排水処理システムであって、前記散気装置を、中空で上下に開口部を有する外装と該外装の下部に配設される空気放出ノズルにより構成し、前記外装を、ベル型形状とし、下部の径が大きく上部の径が小さく構成するとともに、前記外装の内壁に突起物を等間隔に複数個配設し、前記空気放出ノズルを、外装の下方から外装の内壁に沿って、斜め上方でかつ外装の接線方向より若干内側に向けて配設し、前記空気放出ノズルから空気を前記外装の内壁に沿って斜め上方に放出することによって、前記処理槽内に旋回流を発生させるように構成したので、旋回流発生に必要となるエネルギーを減少できる。排水処理システムのランニングコストを減少できる。処理槽の堆積物を効率的に分解・処理することができる。処理槽の沈殿物を効率的に処理できるとともに、水の浄化を促進することができる。また、水の処理時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  排水処理システムの全体構成を示す模式図。
【図２】  処理槽内における散気装置と超微細気泡の供給構成を示す図。
【図３】  処理槽底部の水の流れを示す模式図。
【図４】  超微細気泡発生装置の構成を示す模式図。
【図５】  超微細気泡発生装置の他の構成を示す側面図。
【図６】  同じく平面図。
【図７】  同じく正面図。
【図８】  散気装置の構成を示す斜視図。
【図９】  同じく側面断面図。
【図１０】  同じく側面断面斜視図。
【図１１】  渦流の発生状態を示す平面模式図。
【図１２】  処理槽内に発生する旋回流の構成を示す図。
【図１３】  散気装置の他の構成を示す図。
【図１４】  散気装置の他の構成を示す側面断面図。
【図１５】  同じく側面断面斜視図。
【符号の説明】
１  処理槽
２  超微細気泡発生装置
３  超微細気泡供給パイプ
４  給気管
５  散気装置
１５  外装
１６  空気放出ノズル
【図１】
0004309021.tif 000002
【図２】
0004309021.tif 000003
【図３】
0004309021.tif 000004
【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】
0004309021.tif 000011
【図１１】
0004309021.tif 000012
【図１２】
0004309021.tif 000013
【図１３】
0004309021.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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