(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理槽（１）内に支柱（３）を介して垂直に吊設された上下端部がテーパ筒状に開口した筒体（４）内に、前記処理槽（１）外に設置された駆動源（３３）により回転軸（９）を通じて回転駆動されるボス（１１）と該ボス（１１）に固定された複数枚の羽根（１６）とからなる軸流羽根車（１０）を配置し、該軸流羽根車（１０）の下部に上面が閉塞された内筒（１７）を前記ボス（１１）と同心になるように設け、前記内筒（１７）と前記筒体（４）との間に、前記処理槽（１）外に設置されたブロワ（３２）から供給された空気を散気孔（２７）を通じて前記筒体（４）内へ放出する中空環状の散気リング（２３）を配置すると共に、前記散気孔（２７）を該散気リング（２３）の周方向に沿って所定の間隔で形成された複数のスリットから構成した撹拌曝気装置。
【請求項２】
前記散気孔（２７）を前記散気リング（２３）の外周側面の上端部に形成した請求項１に記載の撹拌曝気装置。
【請求項３】
前記散気リング（２３）の下面に該散気リング（２３）内に連通する複数の汚泥排水管（２８）を設置した請求項１又は２に記載の攪拌曝気装置。
【請求項４】
前記内筒（１７）の外径と前記筒体（４）の内径との比を０．４以上とした請求項１〜３のいずれかに記載の攪拌曝気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は攪拌曝気装置に関し、特に、下水処理、し尿処理、汚泥処理等において、好気性の生物処理を行うのに好適な攪拌曝気装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】
好気性の生物処理は、排水中に含まれるＢＯＤやアンモニアを除去するために広く使用されている。アンモニアの除去においては、好気性状態での硝化反応と嫌気性状態での脱窒反応とを組み合わせて行うが、この二つの反応を同一の反応槽で交互に行うことも有効な方法である。
【０００３】
好気性の生物処理は、空気中の酸素を廃水中に溶解させることにより、微生物を介して酸化反応を行うものである。従って、少ない動力で効率良く酸素の供給を行うことが要求される。
【０００４】
酸素の供給方法には多くの方法がある。空気の散気装置と攪拌機とを組み合わせた攪拌曝気装置はその一つであり、特開平５−２５３５９２号（以下、引用例１という。）にその一例が記載されている。
【０００５】
すなわち、この攪拌曝気装置は、処理槽内に垂直に設けられた筒体の内部に軸流インペラを回転可能に設け、処理槽外に設けた駆動源により軸流インペラを回転させることにより筒体内に下降流を発生させるとともに、処理槽外に設けた低圧ブロワにより筒体内に空気を供給して曝気を行うように構成したものである。
【０００６】
そして、この引用例１では、軸流インペラの下部に更に遠心インペラを設けているので、空気泡の微細化と分散効果を高めることができ、装置の振動を少なくすることができるというものである。
【０００７】
また、特開平８−３３８９５号（以下、引用例２という。）には、軸流インペラの形状について記載されており、この引用例２では、翼の形状を改良することにより夾雑物の絡まりや付着を防止でき、動力の効率化を推進することができるというものである。
【０００８】
しかしながら、上記のような攪拌曝気装置にあっても、高い酸素溶解効率を得るためには構造的に大きな動力を必要とするため、更なる経済性の向上が求められていた。
【０００９】
動力消費の要因は、軸流インペラを回転させるための動力と、水中に空気を吹き込むためのブロワの動力である。
【００１０】
そして、高い酸素溶解効率を得るためには、水中に吹き込まれた気泡をできるだけ細かくして、気液の接触面積を大きくすることが必要である。
【００１１】
そして、気泡を細かくするためには、細かい散気孔を有する散気板等を用いることが必要であり、これを通過する空気の圧力損失が大きくなるので、吐出圧力の大きなブロワを使用することになり、大きな動力を消費する要因となっていた。
【００１２】
更に、吹き込まれた気泡は、吹き込まれた場所に集中する傾向があるので、筒体内の下降流全体に分散させるためには、強い攪拌力を与えることが必要であると考えられていた。
【００１３】
このため、引用例１のように、遠心インペラを設けて攪拌力を付加したり、また、筒体内の流速を増加したり、強制的に乱流を起こさせたりする等の方法が採られていたが、何れも動力が増大する要因となっていた。
【００１４】
本発明は前記のような従来のもののもつ問題点を解決したものであって、少ない動力で高い酸素溶解効率を得ることができる攪拌曝気装置を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために本発明は、処理槽（１）内に支柱（３）を介して垂直に吊設され、上下端部がテーパ筒状に開口した筒体（４）内に、前記処理槽（１）外に設置された駆動源（３３）により回転軸（９）を通じて回転駆動されるボス（１１）と該ボス（１１）に固定された複数枚の羽根（１６）とからなる軸流羽根車（１０）を配置し、該軸流羽根車（１０）の下部に上面が閉塞された内筒（１７）を前記ボス（１１）と同心になるように設け、前記内筒（１７）と前記筒体（４）との間に、前記処理槽（１）外に設置されたブロワ（３２）から供給された空気を散気孔（２７）を通じて前記筒体（４）内へ放出する中空環状の散気リング（２３）を配置すると共に、前記散気孔（２７）を該散気リング（２３）の周方向に沿って所定の間隔で形成された複数のスリットから構成した手段を採用したものである。また、前記散気孔（２７）を前記散気リング（２３）の外周側面の上端部に形成した手段を採用したものである。さらに、前記散気リング（２３）の下面に該散気リング（２３）内に連通する複数の汚泥排水管（２８）を設置した手段を採用したものである。そして、前記内筒（１７）の外径と前記筒体（４）の内径との比を０．４以上とした手段を採用したものである。
【００１６】
【作用】
本発明は前記のような手段を採用したことにより、軸流羽根車の回転によって筒体内に発生する下降流は、流路断面積が一定の一連の環状の流路を通過することになるので、流路内における下降流の流速をほぼ均一にすることができることになる。また、散気リングの散気孔を、環状の流路内に周方向に向かって所定の間隔ごとに設けたことにより、気泡を流路の全体に均一に分散させることができることになる。さらに、環状の流路の下端を拡径させたことにより、流路の端部での流れ方向を垂直下向きからやや外向きにすることができることになり、処理槽全体の攪拌を行うことができ、気泡を処理槽全体に分散させることができることになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、少ない動力で高い酸素溶解効率を得るために引用例１、引用例２等を参考にして試行錯誤を繰り返した結果、次の１）〜６）のことが明らかとなり、本発明を完成するに至った。
【００１８】
１）筒体内の空気吹き込み箇所の近傍において、下降流の流速が一様でない場合には、流速の遅い箇所に気泡が集中する傾向がある。一般に、軸流羽根車を使用すると、軸心に近いほど流速が小さくなるので、軸心付近に気泡が集中し、ここで気泡が大きく成長する。したがって、下降流はできるだけ均一な流れとすることが好ましい。
【００１９】
２）軸流羽根車を用いて筒体内に下降流を発生させる場合、下降流をできるだけ均一な流れとするためには、羽根車のボスの直径を大きくすることが効果的である。また、下降流が羽根車を通過する際は、筒体とボスとの間に形成される断面が環状の流路を通過することになるので、羽根車を通過した後もこの流路形状を保持することが好ましい。
【００２０】
３）断面が環状の流路は、軸流羽根車の下部に上部が閉じられた内筒を設けることにより形成することができる。そして、下降流を均一に保つためには、この環状の流路は断面積を一定に保つことが好ましい。特に、断面積を拡大することは好ましくない。断面積を縮小しても大きな問題はないが、構造を複雑にするだけである。
【００２１】
４）羽根車の羽根の構造は、必ずしも引用例２の形状とする必要はなく、従来から知られた技術により、ほぼ均一な流れを得ることができる。そして、この羽根は、板材の加工により安価に製作することができる。
【００２２】
５）気泡の大きさは、必ずしも散気孔の大きさとは関係しない。散気孔を大きくしても、散気孔を流路全体に均一になるように配置することにより、細かい気泡を得ることが可能である。したがって、大きな散気孔を多数設けることにより、空気の圧力損失を低減することが可能である。
【００２３】
６）環状の流路の下端は、筒体と内筒の直径を拡径することが好ましい。すなわち、流出端部での流れの方向を垂直下向きから少し外向きにすることにより、処理槽全体の攪拌が行われ、気泡が処理槽全体に分散することになる。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図６には、本発明の攪拌曝気装置の一実施の形態が示されている。この攪拌曝気装置は、処理槽１の開口部に取り付けられる基台２と、基台２の下部に上端が連結される複数本の支柱３と、支柱３の下端に溶接等によって一体に連結されるとともに、処理槽１内に垂直に設けられる筒体４と、基台２に軸受８を介して回転可能に取り付けられるとともに、下端部が筒体４の中心部に位置する回転軸９と、筒体４の内周側に回転可能に設けられるとともに、回転軸９の下端にボルト等を介して一体に取り付けられる軸流羽根車１０と、軸流羽根車１０の下部に設けられる内筒１７と、基台２の上部に取り付けられるとともに、回転軸９の上端にカップリング等を介して連結される駆動源３３と、基台２を貫通して下端が筒体４の内部に開口する空気供給管３１と、空気供給管３１の上端に連結される空気供給源であるブロワ３２とを具えている。
【００２５】
筒体４は、円筒状をなすとともに上端部がテーパ筒状に形成される吸込ケーシング５と、吸込ケーシング５の下端に溶接等によって一体に連結される円筒状の吐出ケーシング６と、吐出ケーシング６の下端に溶接等によって一体に連結されるテーパ筒状の吐出ベルマウス７とから構成されている。
【００２６】
筒体４の吸込ケーシング５の内周側には軸流羽根車１０が回転可能に設けられるようになっている。軸流羽根車１０は、筒体４の中心部に位置する回転軸９の下端にボルト等を介して一体に連結されるボス１１と、ボス１１の外周面に溶接等によって一体に連結される複数枚の板状の羽根１６とから構成されている。
【００２７】
ボス１１は、円筒状の本体部１２と、本体部１２の上端開口部に溶接等によって一体に連結されるテーパ筒状の傾斜部１３と、傾斜部１３の上端開口部を閉塞する円板状の上蓋１４と、本体部１２の下端開口部を閉塞する円板状の下蓋１５とからなり、本体部１２の外周面に複数枚の羽根１６が溶接等によって一体に連結され、上蓋１４の中心部にボルト等を介して回転軸９の下端が連結されるようになっている。
【００２８】
内筒１７は、上端が閉塞された筒状をなすものであって、下端開口部にはテーパ筒状の内筒ベルマウス１８が溶接等によって一体に連結されるようになっている。内筒１７の閉塞されている上端中心部には筒状の軸受１９が取り付けられ、この軸受１９によってボス１１の下蓋１５の中心部に垂直に取り付けられている支持軸２０が回転可能に支持されるようになっている。内筒１７は複数枚の案内板２１を介して筒体４に連結され、所定の位置に保持されるようになっている。
【００２９】
そして、上記のように筒体４の内周側に軸流羽根車１０及び内筒１７を設けることによって、筒体４の内周面とボス１１の外周面との間及び筒体４の内周面と内筒１７の外周面との間で、上下端が開口する流路断面積が全体に渡ってほぼ均一の一連の環状の流路２２が形成されるようになっている。なお、流路２２の内径と外径との比は０．４以上とすることが好ましい。
【００３０】
流路２２内の吐出ケーシング６と内筒１７との間には散気リング２３が設けられるようになっている。散気リング２３は、天板２４と底板２５と２枚の側板２６、２６とからなる中空環状をなすものであって、各側板２６の上端部には周方向に向かって所定の間隔ごとに散気リング２３内外を貫通する散気孔２７が設けられるようになっている。
【００３１】
底板２５の複数箇所には汚泥排水管２８が底板２５を貫通した状態で取り付けられ、この汚泥排水管２８によって散気リング２３内に流入した汚泥が散気リング２３外に排出されるようになっている。
【００３２】
外周側の側板２６の複数箇所には連絡管２９が側板２６を貫通した状態で取り付けられ、この連絡管２９を介して筒体４の外周面に設けられている中空環状のジャケット３０内と散気リング２３内との間が相互に連通するようになっている。
【００３３】
散気リング２３は、前述した案内板２１によって筒体４と内筒１７との間の所定の位置に保持されるようになっている。
【００３４】
基台２には空気供給管３１が貫通した状態で取り付けられるようになっている。空気供給管３１の上端部にはブロワ３２が連結されるとともに、空気供給管３１の下端部はジャケット３０内に開口するようになっている。したがって、ブロワ３２からの空気は、空気供給管３１を介してジャケット３０内に供給されるとともに、ジャケット３０から各連絡管２９を介して散気リング２３内に供給され、散気リング２３の各散気孔２７から筒体４の内周側に供給されるものである。
【００３５】
そして、上記のように構成した攪拌曝気装置の駆動源３３を作動させて軸流羽根車１０を回転させることにより、流路２２内に下降流を発生させることができるとともに、ブロワ３２を作動させて散気リング２３の散気孔２７から流路２２内に空気を供給することによって、曝気を行うことができるものである。
【００３６】
上記のように構成したこの実施の形態による攪拌曝気装置にあっては、筒体４の内周面とボス１１の外周面との間及び筒体４の内周面と内筒１７の外周面との間で、上下端が開口する流路断面積が全体に渡ってほぼ均一の一連の環状の流路２２を形成したので、流路２２内における下降流の流速を全体に渡ってほぼ均一にすることができることになる。したがって、流路２２内の流速の遅い箇所に気泡が集中したり、軸流羽根車１０の軸心付近に気泡が集中したりすることがなくなり、流路２２全体に気泡を均一に分散させることができることになる。
【００３７】
また、散気リング２３の複数の散気孔２７は流路２２全体に均一に配置されているので、流路２２全体に均一に気泡を分散させることができることになる。この場合、散気孔２７を大きくしても細かい気泡を得ることができるので、空気の圧力損失を低減させることができることになる。
【００３８】
さらに、環状の流路２２の下端を拡径させてあるので、流路２２の端部での流れ方向を垂直下向きからやや外向きにすることができることになる。したがって、処理槽１全体の攪拌を行うことができて、気泡を処理槽１全体に分散させることができることになる。
【００３９】
本発明の攪拌曝気装置の性能の一例を以下に示す。
全所要動力：１８．３ＫＷ
循環水量：１３５ｍ3 ／ｍｉｎ
空気吹込量：６．０Ｎｍ3 ／ｍｉｎ以下
酸素供給量：５１．２Ｋｇ−Ｏ2 ／Ｈ
動力効率：２．８Ｋｇ−Ｏ2 ／ＫＷＨ
【００４０】
【発明の効果】
本発明は前記のように構成して、軸流羽根車を、回転軸に取り付けられるボスとボスに固定される複数枚の羽根とによって構成するとともに、軸流羽根車の下部に上部が閉塞された内筒を設けて、筒体とボスとの間及び筒体と内筒との間に、上下端が開口するとともに流路断面積が一定の一連の環状の流路を形成したことにより、環状の流路内に発生する下降流の流速を全体に渡って均一にすることができることになる。したがって、気泡が流速の遅い箇所に集中したり、軸流羽根車の軸心に集中したりすることがなくなるので、軸流羽根車の動力を大きくすることなく、気泡を流路の全体に均一に分散させることができることになり、軸流羽根車の駆動源の所要動力を大幅に低減させることができることになる。
【００４１】
また、散気孔を、環状の流路内に周方向に向かって所定の間隔ごとに設けた構成としたことにより、各散気孔の大きさを大きくしても細かい気泡を得ることができることになる。したがって、散気孔による空気の圧力損失を大幅に低減させることができることになるので、空気供給源の動力を大幅に低減させることができることになり、少ない動力で細かい気泡を得ることができることになる。さらに、散気孔の圧力損失を小さくすることができるので、散気リングに汚泥排出管を設けた場合であっても、散気リング内に汚泥が溜まるようなことはない。すなわち、散気孔の圧力が大きい場合に汚泥排出管を設けると、散気リング内に空気を吹き込んだときに空気が汚泥排出管から流出することなるので、実際上汚泥排出管を設けることはできない。そのため、空気を止める度に散気孔から排水が進入し、次第に散気リング内に汚泥に溜まることになる。しかし、本発明のように、散気孔の圧力損失が小さい場合には、空気を吹き込んでも、その圧力損失に相当する分だけ汚泥排水管の内部の水面が下がって、シールされた状態となるので、そこから空気が吹き出すことはない。そして、空気を止めて排水が進入しても、再度の空気の吹き込みにより、汚泥排出管から流出することになるので、適当に洗浄され、トラブルとなることはない。したがって、空気の吹き込みと停止を自由に行うことが可能となるので、好気性状態での生物反応と嫌気性状態での生物反応とを一つの装置で行うことができることになる。そして、均一な流れの中に低流速の空気を吹き込むことになるので、運転時に発生する騒音や振動を従来のものに比べて大幅に低減させることができることになる。
【００４２】
さらに、環状の流路の下端を拡径させた構成としたことにより、流路の端部の流れ方向を垂直下向きからやや外向きにすることができることになる。したがって、処理槽全体の攪拌を行うことができ、気泡を処理槽全体に均一に分散させることができることになる。
【００４３】
そして、以上のことから、少ない動力で高い酸素溶解効率を得ることができる攪拌曝気装置を提供することができることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による攪拌曝気装置の一実施の形態を示した概略図である。
【図２】図１に示すものの筒体付近の拡大図である。
【図３】図２に示すもののＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図３に示すもののＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図１に示すものの軸流羽根車の拡大図である。
【図６】図５に示すものの縦断面図である。
【符号の説明】
１……処理槽
２……基台
３……支柱
４……筒体
５……吸込ケーシング
６……吐出ケーシング
７……吐出ベルマウス
８、１９……軸受
９……回転軸
１０……軸流羽根車
１１……ボス
１２……本体部
１３……傾斜部
１４……上蓋
１５……下蓋
１６……羽根
１７……内筒
１８……内筒ベルマウス
２０……支持軸
２１……案内板
２２……流路
２３……散気リング
２４……天板
２５……底板
２６……側板
２７……散気孔
２８……汚泥排水管
２９……連絡管
３０……ジャケット
３１……空気供給管
３２……ブロワ
３３……駆動源
【図１】
0004204020.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004204020.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004204020.tif 000006
【図６】
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