(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸込口及び吐出口を備えるケーシングと、胴周部にインペラを備えて前記ケーシング内に収設される回転部と、該回転部を駆動する駆動手段から成る攪拌・散気機構部と、該攪拌・散気機構部に給気するための空気供給管とを含み、反応処理槽内に沈設して前記回転部を回転するとともに、空気供給管を通じて前記攪拌・散気機構部に給気することにより、攪拌と散気を行わせる水中攪拌式散気装置において、前記空気供給管が、前記反応処理槽の内底面に対し間隙を存しほぼ水平に配設した長手軸方向に直角の断面形状が逆Ｕ字状を成すトラフから成る水平給気トラフ部と、前記水平給気トラフ部に連続して立上げ、空気噴出口が設けられた上端部を前記攪拌・散気機構部内に臨ませた管より成る上昇噴気管部とからなる給気路に形成されており、かつ、前記水平給気トラフ部は、その上壁が前記上昇噴気管部の入口に向けた上り勾配を持つ傾斜面に形成されていることを特徴とする水中攪拌式散気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚水の生物処理装置等に設置される水中攪拌式散気装置に関し、特に下水や工場排水等の汚水の硝化処理に際し、微生物を結合固定した担体を反応タンクに投入し散気攪拌するための水中攪拌式散気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
活性汚泥循環変法による汚泥処理に関する先行技術として、窒素を含む有機性汚水の生物学的処理法として知られている活性汚泥循環変法は、従来から一般的とされている標準活性汚泥法での汚泥処理槽を、脱窒槽と硝化槽とに分離し、硝化槽で硝化された汚水を脱窒槽に戻し脱窒を行うとするものである。
【０００３】
しかし、この方法では、硝化菌及び脱窒菌が共に汚水中に浮遊しているだけなので、菌保有濃度に限界があって高濃度に保持できないことから、硝化・脱窒反応のために従来の標準活性汚泥法の約２倍の滞留時間を汚泥処理槽で必要とし、従って設備が過大になるという経済性上の問題があった。
【０００４】
このため、浮遊状態に保持した硝化菌や脱窒菌の微生物を固定化した固定化担体を各槽に投入し、細菌濃度を高め、反応速度を促進し滞留時間を短くし得る担体投入法により好気性処理槽で生物学的に処理する技術が開発され、この典型的な先行技術が特開平10−192882号公報に挙示されている（図１参照）。
【０００５】
上述する従来の両方法では共に、図１に示される好気タンク３０には硝化のため、多量の酸素が必要となり、高効率の散気装置３１が使用されている。この散気装置３１の代表的なものとしては、全面エアレーション式と水中攪拌式のエアレーション装置があり、それらは下記〔表１〕に示されるように高効率な散気装置である。
【０００６】
【表１】
0004313934.tif 000002
【０００７】
担体投入法については、固定化担体（以下、担体と略称する）の破損の危惧が考慮されることから、これまでは全面エアレーション式散気装置が専ら使用されてきた。ところが、最近になって耐摩耗強度が高い担体が相次いで開発され、これに伴って図２及び図３に図示される如き構成の水中攪拌式散気装置（以下、攪拌式散気装置と略称する）の使用が検討されている。
【０００８】
上記攪拌式散気装置の構造の詳細に関しては、後述の実施の形態の項において説明するとして、ここではその機能の概要について述べると、この攪拌式散気装置は、空気供給管３からの噴出直後の空気を攪拌して水中に溶解させるために、この空気供給管３が、反応処理槽１内に立下げた下降給気管部１３と、その下端部に接続して反応処理槽１の底部で水平方向に曲がって延びる水平給気管部２４と、その端部に接続して立上げ、空気噴出口１６を備える上端部を散気ロータ７内に臨ませた上昇噴気管部１５とにより構成されていて、上昇噴気管部１５からの空気Ａは散気ロータ７のインペラ８の直上方個所に噴出されるようになっている。
【０００９】
このように空気供給管３では液体等の沈殿方向とは逆方向に送気されるため、送気を停止したときに空気供給管３内に流入した被処理液体Ｌは、再送気の空気圧で上昇噴気管部１５の空気噴出口１６に押し上げられて排出されるが、水平給気管部２４の管底には常時排出されない被処理液体Ｌが沈殿残留していることが当然考えられる（図８参照）。
【００１０】
一方、反応処理槽１例えば好気タンクに担体Ｂを投入すると、図９を参照して、投入当初の担体Ｂ曝気状態では図９（イ）のように空気供給管３内は空気Ａが充満しているが、攪拌式散気装置の噴射停止時等には、担体Ｂが図９（ロ）のように空気供給管３内に逆流する。この担体Ｂは、好気タンク内液体よりも比重が大きいものを使用した場合、再送気時に空気圧で上昇排出され難くて、次第に水平給気管部２４を主として沈殿して図９（ハ）のようになり、遂には、沈殿が進行して図９（ニ）に示す通り、担体Ｂが水平給気管部２４を閉塞してしまい、送気が遮断される。このように管閉塞が生じた場合、送気圧を高めてエアーブローを行っても、沈殿降下する担体Ｂが図９（ホ）のように圧密されるだけで閉塞は解消されなく、従って、円滑な攪拌・散気が実行されない問題がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題点の解消を図るために成されたものであり、本発明の目的は、担体が空気供給管に逆流することがあっても閉塞を生じなく確実に排出させることを可能とすることによって、高効率の攪拌・散気運転を安定的かつ長期的に保証し得る水中攪拌式散気装置を提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するため以下に述べる構成としたものである。即ち、本発明に係る請求項１の発明は、吸込口及び吐出口を備えるケーシングと、胴周部にインペラを備えて前記ケーシング内に収設される回転部と、該回転部を駆動する駆動手段から成る攪拌・散気機構部と、該攪拌・散気機構部に給気するための空気供給管とを含み、反応処理槽内に沈設して前記回転部を回転するとともに、空気供給管を通じて前記攪拌・散気機構部に給気することにより、攪拌と散気を行わせる水中攪拌式散気装置において、前記空気供給管が、前記反応処理槽の内底面に対し間隙を存しほぼ水平に配設した長手軸方向に直角の断面形状が逆Ｕ字状を成すトラフから成る水平給気トラフ部と、前記水平給気トラフ部に連続して立上げ、空気噴出口が設けられた上端部を前記攪拌・散気機構部内に臨ませた管より成る上昇噴気管部とからなる給気路に形成されており、かつ、前記水平給気トラフ部は、その上壁が前記上昇噴気管部の入口に向けた上り勾配を持つ傾斜面に形成されていることを特徴とする水中攪拌式散気装置である。
【００１４】
このような本発明によれば、空気供給管における水平給気トラフ部の底部が反応処理槽の内底面とは間隙を存して開放しているため、送気停止時に担体が水平給気トラフ部に滞留することなく下降して、反応処理槽の内底面との間の隙間から流出し、反応処理槽内に戻るため、閉塞が生じない。
【００１５】
水平給気トラフ部は底側が開放されているものの、トラフ側壁を十分高くしておくことにより、送気空気はトラフ部底側の液層によって液封されて開放部から流出するようなこともない。また、空気供給管の下降給気管部に担体が逆流することがあっても、担体沈降方向と同方向に送気されるため、担体は処理槽の底部に確実に排出され、従って、閉塞をもたらすことがない。
【００１６】
さらに本発明によれば、水平給気トラフ部を、前記上昇噴気管部の入口に向けた上り勾配を持つ傾斜路に形成することによって、水平給気トラフ部内の空気は上昇しながら上昇噴気管部に向かうため、空気噴出口からの空気噴出が円滑にかつ効率良く行われる。また、上昇噴気管部に担体が逆流した場合の担体排出が円滑に行われる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を、添付図面を参照しながら具体的に説明する。図２には、水中攪拌式散気装置の構造が示され、（イ）は概略示全体構成図、（ロ）は攪拌・散気機構部２の断面示側面図である。また、図３には、同じく水中攪拌式散気装置の構造が示され、（イ）は空気供給管３の配置図、（ロ）は攪拌・散気機構部２の要部の断面示正面図である。
【００１８】
水中攪拌式散気装置は、攪拌・散気機構部２と空気供給管３とから成り、好気タンク等の反応処理槽１の被処理液内に沈設して、被処理液中に空気泡を放散する散気のためと該被処理液と空気泡を混和する攪拌のためとに使用される。
【００１９】
攪拌・散気機構部２は、ケーシング５と、回転部である散気ロータ７と、駆動手段６とから構成される。ケーシング５は、小径側短筒部とその上端部に連ねて外側に張り出させた上縁板部とを有する上部ケーシング９A と、大径側短筒部とその上端部に連ねて外側に張り出させた上縁板部とを有する下部ケーシング９B とにより形成されて、下部ケーシング９B における前記大径側短筒部の下端開口部が吸込口１０になっており、所定の間隔を存して上下に対面する前記両上縁板部の外周縁部間に形成される円周口が吐出口１１になっている。
【００２０】
散気ロータ７は、下端部が開口され、上端部が頂板で閉ざされた有頂筒状を成して、頂板の直下部の胴周部に設けられた複数個の小窓状の散気口１２と、胴周部にロータ径延長方向の放射状に等分散して突設されてなる複数個のインペラ８とから成り、前記ケーシング５内に同心に収納される。この場合、図２（ロ）に図示されるように、散気ロータ７が下部ケーシング９B の大径側短筒部内に同心に位置して、その頂板が上部ケーシング９A の小径側短筒部にその開口を塞がせるように近接するとともに、複数個のインペラ８の外縁部が前記大径側短筒部の内壁面に近接した配置をとって、垂直中心軸周りの回転可能に設けられる。
【００２１】
駆動手段６は、水中用モータ単体もしくは水中用ギヤードモータが用いられるが、例えば水中用モータを散気ロータ７に前記頂板を介して同軸連結させて、上部ケーシング９A に固定することにより散気ロータ７に一体に取付けられる。このモータをケーブル１７を介して給電し回転駆動することにより、散気ロータ７を速度制御可能に回転させることができる。なお、図中の１８は、吊上用のワイヤロープであって、下端部がケーシング５に結着されて反応処理槽１の頂部に引き上げられている。
【００２２】
このような構成になる攪拌・散気機構部２は、図２（イ）及び図３（イ）に示される如く、反応処理槽１内の底部近くに沈設し、構造の詳細に関して後述される空気供給管３から空気が供給されながら駆動手段６が回転駆動されることによって、空気供給機能と攪拌・散気機能とが発揮され「好気・嫌気両用の水中攪拌機」として用いることができる。この場合、散気ロータ７が回転駆動することにより、吸込口１０からケーシング５内に吸い込まれた反応処理槽１内の汚泥等の被処理液体Ｌは、回転中のインペラ８を経て吐出口１１から反応処理槽１中に吐出され、一方、空気供給管３から散気ロータ７内に噴出させた空気は、回転中の散気口１２から放散されて、その際、散気口１２の外周に発生する液流との摩擦剪断力に基づいて微細化された気泡となって液流中に混入される。その結果、攪拌・散気機能が効率良くかつ安定して行われる。
【００２３】
図４には、水中攪拌式散気装置における水平給気トラフ部を有する空気供給管３の説明図が、（イ）に断面示正面図で示され、（ロ）に（イ）でのＡ−Ａ線断面図で示される。この空気供給管３は、下降給気管部１３と、水平給気トラフ部１４と、上昇噴気管部１５とからなる給気路に形成される。
【００２４】
下降給気管部１３は、直円管、直多角管等の直管から成っていて、反応処理槽１内に立下げて配設し、上端部側に空気送入口が設けられている。水平給気トラフ部１４は、下降給気管部１３の下端部に連続して水平方向に曲げて延設された給気通路であって、水平方向の長手軸に直角の断面形状が逆Ｕ字状を成すトラフから成っている。上昇噴気管部１５は、直円管、直多角管等の直管から成っていて、水平給気トラフ部１４の端部に連続させて反応処理槽１内に立上げて配設されていて、上端部が塞がれてその直下部に小窓状を成す複数個の空気噴出口１６が開口されている。
【００２５】
このような空気供給管３は、下降給気管部１３が垂直に下降して延び、水平給気トラフ部１４が反応処理槽１の内底面に対し間隙Ｇを存して水平に延び（図４（イ）参照）、上昇噴気管部１５が垂直に上昇して延びるように反応処理槽１内に配設して、上昇噴気管部１５における空気噴出口１６を備える上端部を前記散気ロータ７内に下方から臨ませて設けられる。なお、空気供給管３は、図２（イ）及び図３（イ）に図示されるように、下降給気管部１３及び水平給気トラフ部１４が、一つの上昇噴気管部１５を共用として該上昇噴気管部１５を挟み左右に対称に一対配設されていて、垂直に下降する両下降給気管部１３、１３が攪拌・散気機構部２を昇降案内するためのガイド部材として兼用される構造となっている。
【００２６】
上述の構成になる水平給気トラフ部を有する空気供給管３について、その作用を図４乃至図６に基づき以下に説明する。空気供給管３における水平給気トラフ部１４は底部が開放したトラフに形成されている。このトラフの側壁１９を下降給気管部１３及び上昇噴気管部１５の管径に比して十分長い高さ寸法とすることにより（図４（ロ）参照）、下降給気管部１３を経て水平給気トラフ部１４に送り込んだ空気（気泡）は、液との比重差によって上部半円部に上昇集中し易く、この場合、下部の液層によって液封（リキッドシール）Ｓされているかの如き状態となり、トラフ底部からの空気流出は防止されて、攪拌・散気運転中は、図５（イ）に示されるように、空気Ａを上昇噴気管部１５に安定して全量送給することができる。
【００２７】
反応処理槽１に担体Ｂが投入された際の攪拌・散気運転状態（図５（イ）参照）では、空気供給管３内は空気Ａが充満しているが、攪拌式散気装置の噴射停止時等には、担体Ｂが図５（ロ）のように空気噴出口１６から上昇噴気管部１５、水平給気トラフ部１４内に逆流する。この場合、水平給気トラフ部１４内に逆流した担体Ｂは、トラフ下部の液封Ｓした液に落下した後、トラフ側壁１９を潜って間隙Ｇを経て再び反応処理槽１に戻る（図５（ロ）参照）。従って、担体Ｂが沈殿降下して圧密により閉塞される如き事態は解消される。
【００２８】
次いで、空気供給管３の送気停止時からの復帰状況を図６に基づいて説明する。送気を停止すると、反応処理槽１内の担体Ｂ全部が処理槽底部に沈殿するため、空気供給管３では、下降給気管部１３の下部にまで担体Ｂ逆流が生じるものと考えられる（図６（イ）参照）。従来はこの沈殿状態からの復帰ができなかったが、水平給気トラフ部を有する空気供給管３では、再送気を行えば沈殿している担体Ｂを空気圧によって沈降方向に押し戻すことになるので、図６（ロ）に示すように、担体Ｂは水平給気トラフ部１４のトラフ側壁１９を潜って間隙Ｇを経て反応処理槽１に容易に排出される。また、上昇噴気管部１５内の担体Ｂも自重によって沈降し水平給気トラフ部１４内の担体Ｂと一緒に反応処理槽１下部に排出される。
【００２９】
図７には、本発明の実施の形態に係る水中攪拌式散気装置における空気供給管３が断面示正面図で表される。この空気供給管３に関して、図４に図示する空気供給管３に類似し、対応する各部材については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００３０】
図７に図示される空気供給管３において特徴付けられる構成は下記の通りである。すなわち、水平給気トラフ部１４における上壁２０と側壁１９のうちの上壁２０が、前記上昇噴気管部１５の入口に向けた上り勾配を持つ傾斜面に形成されてなる構成である。なお、図示される空気供給管３では、上昇噴気管部１５が水平給気トラフ部１４の長手方向中間部分に接続されているが、傾斜面が水平給気トラフ部１４の端部分、つまり、下降給気管部１３に接続されて、上壁２０が上り勾配を持つ一つの傾斜面により形成される構造としても良い。
【００３１】
このような空気供給管３は、水平給気トラフ部１４内の空気が上昇噴気管部１５の入口に上昇し易くなるため、該トラフ部１４底部からの空気流出がさらに防止される。また、上昇噴気管部１５の入口に対して逆勾配の角錐形状の壁が連接していることから、上昇噴気管部１５内に滞留することなく担体Ｂの排出がより容易になる利点がある。なお、以上の実施の形態では、回転部である散気ロータに散気口とインペラを備えたもので説明したが、単なるインペラだけのものでも攪拌・ 散気は可能であり、回転部の形式には限定されない。また、攪拌方向が下から上になっているが、上から下としてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したところから明らかなように、請求項１の発明では、空気供給管３の水平給気路部分である水平給気トラフ部を底部が開放され、かつ反応処理槽の底部に対して間隙が存するトラフ形状に形成したことにより、送気停止時に担体は上昇噴気管部や水平給気トラフ部内に滞留することなく下降して、該トラフ部から流出し、反応処理槽に戻されるため、空気供給管３の閉塞が防止され、高効率の攪拌・散気運転を安定的かつ長期的に保証し得る。
【００３３】
また、本発明によれば、水平給気トラフ部では送気空気はトラフ部底側の液層によって液封されるかの如き状態となり、開放部から流出するようなこともない。また、空気供給管の下降給気管部に担体が逆流することがあっても、通常の送気をするだけで、担体は水平給気トラフ部の底側より反応処理槽の底部に確実に排出され、従って、閉塞することがない。
【００３４】
さらに本発明によれば、水平給気トラフ部を、前記上昇噴気管部の入口に向けた上り勾配を持つ傾斜路に形成したことによって、水平給気トラフ部内の空気は上昇しながら上昇噴気管部に向かうため、送給空気の水平給気トラフ部の底側よりの流出もなく、空気噴出口からの空気噴出が円滑にかつ効率良く行われる。また、送気停止時等に上昇噴気管部に担体が逆流した場合の担体排出も円滑に行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の担体投入法による処理装置の断面図である。
【図２】水中攪拌式散気装置の構造を示し、（イ）は概略示全体構成図、（ロ）は攪拌・散気機構部の断面示側面図である。
【図３】同じく水中攪拌式散気装置の構造を示し、（イ）は空気供給管の配置図、（ロ）は攪拌・散気機構部の要部の断面示正面図である。
【図４】水中攪拌式散気装置における水平給気トラフ部を有する空気供給管の説明図で、（イ）は断面示正面図、（ロ）は（イ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図４図示の空気供給管における担体の流出状況の推移説明図である。
【図６】同じく図４図示の空気供給管における担体の排出状況の推移説明図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る水中攪拌式散気装置における空気供給管の断面示正面図である。
【図８】従来の水中攪拌式散気装置における空気供給管の説明図である。
【図９】図８図示の空気供給管における担体による閉塞状況の推移説明図である。
【図１】
0004313934.tif 000003
【図２】
0004313934.tif 000004
【図３】
0004313934.tif 000005
【図４】
0004313934.tif 000006
【図５】
0004313934.tif 000007
【図６】
0004313934.tif 000008
【図７】
0004313934.tif 000009
【図８】
0004313934.tif 000010
【図９】
0004313934.tif 000011