JP2000084382A

JP2000084382A - 散気・攪拌装置

Info

Publication number: JP2000084382A
Application number: JP10262522A
Authority: JP
Inventors: Yukihiko Okamoto; 幸彦岡本; Yasuo Okuyama; 泰男奥山; Toshiaki Tsubone; 俊明局
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1998-09-17
Filing date: 1998-09-17
Publication date: 2000-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】散気する気泡の微細化と散気用動力の低減化
等を実現できる散気・攪拌装置を提供する。【解決手段】本発明は、処理槽内の廃水に浸漬して設
けられた攪拌機により廃水を攪拌して、供給された空気
の気泡を廃水内に混合して散気する散気・攪拌装置にお
いて、攪拌機のプロペラの外周に気泡を放出する供給空
気放出手段を設けた散気・攪拌装置を構成した。また、
上記の手段１において、供給空気放出手段の放出した気
泡をプロペラと一体に回転して連続的に破砕する気泡破
砕手段を設けた散気・攪拌装置を構成した。さらに、上
記の手段１または２において、放出する気泡の排気口を
プロペラ翼の負圧発生領域内に開口した散気・攪拌装置
を構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は散気・攪拌装置に係
り、さらに詳しくは廃水処理のための好気性反応槽等に
設置されてプロペラを備えた攪拌機により廃水を攪拌し
て散気する散気・攪拌装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来の装置や方法として、特開
昭５５−１１０５９号公報記載の「水中曝気装置」と特
開昭５６−１２６４９１号公報に記載の「汚水の生物学
的処理方法」および特開昭６３−２５６１９３号公報に
記載の「曝気攪拌装置」の各発明が開示されている。上
記の従来の装置や方法記載の公報図面の一部を、それぞ
れ図７乃至図９に示す。図７において、Ｄは導水ダク
ト、Ｅは給気管路、Ｇは吸気管路である。また、１０１
は原動機、１０２は減速機構、１０６は攪拌揚水用プロ
ペラ、１０７は散気ローター、１０８は微小通気孔、１
１３は羽根車である。

【０００３】図７の原動機１０１を作動させると、羽根
車１１３が回転して大気が吸気管路Ｇから吸い込まれて
給気管路Ｅを通って散気ローター１０７内に送給され
る。同時に原動機１０１の回転は減速機構１０２により
減速されて、攪拌揚水用プロペラ１０６と散気ローター
１０７を遅い回転数で回転する。回転する散気ローター
１０７に送り込まれた空気は微小通気孔１０８を通って
排水浄化槽内に噴出される。また、減速されて回転する
攪拌揚水用プロペラ１０６は水圧の高い排水浄化水槽の
底部で上向きの水流を発生させて、散気ローター１０７
から噴出された気泡を含む水を上昇させる。こうして気
泡を攪拌混合された水は導水ダクトＤ内に送り込まれ、
矢印で示されるようにやや上向きの方向へ排出されて水
に酸素を溶解させる。

【０００４】また、図８において、２２０は曝気攪拌機
構、２２１はその架台、２２２は減速機付モータ、２２
３はプロペラ、２２４はドラフトチューブ、２２５は散
気筒、２２６は空気管である。多孔バスケット状の散気
筒２２５がプロペラ２２３の下方に同軸に取り付けられ
て回転し、空気供給部として槽外に設けたプロア等の空
気供給部から圧送供給される空気が空気管２２６を経て
導かれ散気筒２２５内に放出される。回転する散気筒２
２５は空気をせん断．破砕して微細気泡とし、これは槽
内汚水とともにプロペラ２２３に吸い込まれ放出される
ので、完全な気液接触混合の曝気がなされる。このよう
に攪拌手段と曝気手段が一体に組み込まれ各独立である
ので、ブロアからの送風を遮断すると攪拌のみの作用を
果たす、という説明がなされている。

【０００５】さらに、図９において、３０１は水流発生
機、３０２は羽根、３０３は回転軸、３０６は架台、３
１０は空気室、３１１は空気供給管、３１２は連通孔、
３１３は水取入孔、３１４はドラフト管である。水流発
生機３０１の羽根３０２が回転すると、架台３０６の周
囲の水がドラフト管３１４内へ吸込まれて攪拌されなが
らジェット旋回流ＪＦとなって前方へ押し出される。こ
のジェット旋回流ＪＦの中へ回転軸３０３の中空部内の
水が吸引されると共に、水取入孔３１３から水が吸込ま
れて連通孔３１２を通して空気供給管３１１から供給さ
れた空気室３１０の空気が吸込まれて前方へ排出され
る。空気供給管３１１への空気の供給は水深が浅い所で
は中空室の負圧によって大気中の空気を吸引し、水深が
深い所では図示しないブロワによって空気が供給され
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図７に示された「水中
曝気装置」は、散気ロータ１０７から吹き出した気泡
を、原動機１０１により低速回転する攪拌揚水用プロペ
ラ１０６で上昇させて攪拌するようになっている。しか
しながら、攪拌用のプロペラ１０６の回転が低速で水と
の相対速度差が小さく、実質的には散気ロータ１０７か
ら出た気泡を揚水用プロペラ１０６で上昇させるだけに
なり易い。このため、ある程度小さな気泡は作り出すこ
とができても、十分な気泡の微細化は達成できず生物反
応の速度を支配する酸素移動速度の向上には限界があっ
た。また、水中への空気の放出が槽底に直接開口した固
定の給気管路Ｅから行うので、槽底部の静圧に打ち勝つ
圧力で空気を送る必要があり送風機の駆動に大きな動力
が必要であった。更に、水を上方に吹き出すために処理
槽底部の流速が小さくなるので、汚泥堆積が起き易くな
るという問題もあった。

【０００７】また、図示のように図８の装置も図７の装
置と殆ど同じ構造に作られているので、上述と同様に散
気筒２２５から出た気泡の細分化に限界がある等の共通
の問題点があった。一方、図９に示された特開昭６３−
２５６１９３号公報に示された従来技術では、回転軸３
０３の中心から空気を放出するために前２例と同様に空
気放出部と外部水流との相対速度が小さく、気泡の微細
化には限界があった。また図に示されたような部分から
空気泡を放出するとプロペラの羽根３０２のハブ部分の
後流に形成される強いハブ渦中心の低圧部に気泡が集中
してしまい、気泡の結合が促進されるため気泡の微細化
が阻害される等の問題点があった。

【０００８】本発明は上記のような従来の問題点を解決
するためになされたもので、散気する気泡の微細化と散
気用動力の低減を実現することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、処理槽内の廃
水に浸漬して設けられた攪拌機により廃水を攪拌して、
供給された空気の気泡を廃水内に混合して散気する散気
・攪拌装置において、攪拌機のプロペラの外周に気泡を
放出する供給空気放出手段を設けた散気・攪拌装置を構
成したものである。また、上記の手段１において、供給
空気放出手段の放出した気泡をプロペラと一体に回転し
て連続的に破砕する気泡破砕手段を設けた散気・攪拌装
置を構成したものである。さらに、上記の手段１または
２において、放出する気泡の排気口をプロペラ翼の負圧
発生領域内に開口した散気・攪拌装置を構成したもので
ある。

【００１０】槽外に設けられた制御装置により水中モー
タが駆動されると、プロペラが所定の回転数で回転して
槽内の水に垂直方向の軸を中心にした旋回流が発生す
る。発生した旋回流により上層部の水が軸心方向に取り
込まれて、下層部に向かって押し流されてから装置外に
流出する。このとき、気圧源から供給された空気がプロ
ペラの羽根先のリングを取り巻くケーシングの給気室に
送られ、送られた空気がケーシングの内面の多数の微細
な排気口から気泡となってリングに向かって排出され
る。排出された気泡は排出口の出口で高速に回転するリ
ングの破砕孔に曝されてせん断力が働き、プロペラの回
転数の増加に応じて瞬間的に切り取られて更に気泡が細
分されて廃水中に放出される。

【００１１】この結果、水中に放出される気泡の表面積
が飛躍的に増大して、気泡中の酸素が水中へ解け出す速
度もそれに連れて速くなって散気効果が著しく向上され
る。また、排気口がプロペラの背面側の負圧発生領域と
対応する位置に選ばれているので、ブロワのような気圧
源の圧力を低く押さえることができ設備費を低減でき
る。さらに、プロペラの回転数の増加に応じてケーシン
グとプロペラの相対速度が増加して破砕孔を設けた回転
するリングから受けるせん断力が増加するため、水中に
放出される気泡の直径をプロペラの回転数と空気の供給
量によって制御することも可能になる。

【００１２】

【発明の実施の形態】実施の形態１図１は本発明の実施の形態１の構成を示す縦断面図、図
２は図１のＸーＸ断面図、図３は実施の形態１の要部の
構成を示す半切断面図、図４は実施の形態１の要部の構
成を示す模式的な斜視図である。図１乃至図４におい
て、１は散気・攪拌装置、２は散気・攪拌装置１の筐
体、３は水中モータである。筐体２は上部筐体２ａと下
部筐体２ｂで構成され、図示されていないフレームで相
互に連結されている。３０は水中モータ３の電動機、３
１は減速機構、３２は駆動軸で、これらの電動機３０等
は上部筐体２ａの内部に収容されている。

【００１３】４は上部筐体２ａと下部筐体２ｂの間に設
けられた攪拌機である。４０は攪拌機４のプロペラ、４
１は駆動軸３２に固定されたプロペラボス（ハブ）、４
２はプロペラ４０の翼端に取り付けられた破砕用のリン
グである。プロペラ４０は図２に示すように、例えば等
間隔に配置された３枚の羽根４０ａ〜４０ｃで構成さ
れ、翼根部をプロペラボス４１に連結させている。リン
グ４２には例えば薄い帯状のパンチングメタルが用いら
れ、円周面の一定の幅内に多数の小孔からなる破砕孔４
３が全周に亘って形成されている。

【００１４】５は中空円環状のケーシング、５０はケー
シング５を保持する腕板である。ケーシング５は複数の
腕板５０により下部筐体２ｂに支持され、攪拌機４のプ
ロペラ４０と一体のリング４２の外側に近接して回転軌
跡円と同心的に設けられている。５１はケーシング５の
中空部で構成する環状の給気室、５２はリング４２の内
周の排気面、５３は排気面５２に開口して設けられた微
小な多数の排気口、５４は給気管である。図３と図４に
示されたように、排気口５３は給気室５１を介して給気
管５４に連通し、前記リング４２上の破砕孔４３に対向
していて後述する攪拌機４２のプロペラ４０の回転に基
づいて形成される負圧領域内に設けられている。また、
給気管５４は給気装置の終端部を構成し、ブロワ等の給
気源に接続されている。

【００１５】６１は廃水槽（全体は図示せず）の槽底で
ある。このほか、図示が省略されているが、廃水槽の外
部には電源に接続された制御装置と前記の給気装置等が
設けられている。また、水中モータ３や攪拌機４の軸受
け機構および給気装置の給気管５４の管継手等は全て液
密構造に作られ、散気・攪拌装置１の筐体２が廃水槽内
に溜められた廃水内に図１に示されたような状態で浸漬
されている。そして、給気装置の気圧源は給気管５４を
通して排気口５３に散気用の空気を供給し、制御装置は
気圧源の出力圧と水中モータ３の電動機３０の出力回転
数等を制御するようになっている。Ｗは廃水槽内に溜め
られた下水等の水、ａは気泡、ＺーＺはプロペラ４０の
回転軸心である。

【００１６】上述のような構成の本発明の散気・攪拌装
置１の動作を、図５と図６を併用して次に説明する。な
お、図５と図６の±Ａは正負の圧力領域、ｅは圧力の等
高線を示す。また、図６のβは特定な回転半径内におけ
るプロペラ４０の羽根角である。前述のように、散気・
攪拌装置１は図１に示す状態で廃水処理施設等の廃水槽
内に浸漬して、下部筐体２ｂを槽底６１上に固定して設
置される。そして、槽外に設けられた制御装置により上
部筐体２ａ内の水中モータ３が駆動されると、駆動軸３
２を介してプロペラ４０が所定の回転数で回転して槽内
の水Ｗに下方向に向かう螺旋状の旋回流が発生する。発
生した旋回流により矢印に示すように槽内の上層部の水
Ｗが回転軸心ＺーＺ側に取り込まれて、下層部に向かっ
て押し流されてから下部筐体２ｂの円弧面を経て装置外
に流出する。

【００１７】同時に、給気管５４を通して気圧源から供
給された空気は、ケーシング５の中空の給気室５１に送
られる。給気室５１に送られた給気は、排気面５２の全
周に穿設された全ての排気口５３から気泡ａとなって廃
水層内の水Ｗの中に放出される。このときの回転するプ
ロペラ４０の羽根４０ａ，４０ｂ（４０ｃも同様）の圧
力分布状態が、図５と図６に示されている。一般に、静
止した水Ｗの中に浸漬されて羽根角βを傾けたプロペラ
４０が回転すると、羽根４０ａ〜４０ｃの腹面側と背面
側にそれぞれ正圧と負圧を与えて水Ｗに軸心を中心にし
て前方から後方に送る旋回流を発生させる。この場合の
正圧と負圧の等高線ｅが、図６に示されている。この現
象を時間平均的に見たときに、図示のような各羽根４０
ａ〜４０ｃの回転面のほぼ中心部を基準にして下層部側
と上層部側に正圧の圧力領域（＋Ａ）と負圧の圧力領域
（−Ａ）が形成される。

【００１８】本発明の実施の形態１においては前記のよ
うに、ケーシング５の排気口５３が羽根４０ａ〜４０ｆ
の背面側の負圧領域（−Ａ）に開口して設けられてい
る。したがって、給気室５１に送られて多数の排気口５
３から排出される気泡ａが、開口の出口において吸い込
まれながら放出されることになる。そして、放出された
気泡ａは出口においてプロペラ４０と一体に回転するリ
ング４２の破砕溝３に対面する。このため、微細な排気
口５３から排出される気泡ａにせん断力が働き、プロペ
ラ４０の回転数の増加に応じて瞬間的に切り取られて更
に微細な気泡ａが形成されることになる。この結果、水
中に放出される気泡ａの表面積が飛躍的に増大して、気
泡ａ中の酸素が水中へ解け出す速度もそれに連れて速く
なり散気効果を著しく向上させることができる。

【００１９】また、排気口５３がプロペラ４０の背面側
の負圧領域（−Ａ）に対応する位置に形成されているの
で、例えばブロワのような排気のための気圧源の加圧力
を低く押さえることが可能になる。よって、給気装置の
エネルギー源の消費が少なくなり、設備費が低減して経
済的な効果が得られる。また、プロペラ４０の回転数の
増加に応じて気泡ａを放出するケーシング５とリング４
２の相対速度が増加して破砕溝４３から受けるせん断力
も相対的に増加するため、水Ｗ中に放出される気泡ａの
直径をプロペラ４０の回転数と空気の供給量によって制
御するように構成することも可能になる。このときプロ
ペラ４０の発生する水流はプロペラピッチの選定によっ
て制御することができるので、様々なプロペラ４０の発
生する水量と気泡径の設定が可能となる。

【００２０】なお、上述の本発明の実施の形態１ではプ
ロペラが等間隔に配置された３枚の羽根の場合を図示し
て説明したが、羽根の枚数は特に限定するものではな
い。また、リングの破砕孔を微細な円孔で構成した場合
で説明したが、幅の狭い溝状でもよく、カット部分をナ
イフ状に尖らせて気泡のせん断機能を向上させるように
構成することもできる。更に、ケーシングの丸い多数の
孔から気泡を放出したが、通気性を有する多孔質板で構
成するようにしてもよい。さらに、処理槽内の水流の方
向は、下から上に向くようにしてもよい。

【００２１】

【発明の効果】本発明は、処理槽内の廃水に浸漬して設
けられた攪拌機により廃水を攪拌して、供給された空気
の気泡を廃水内に混合して散気する散気・攪拌装置にお
いて、攪拌機のプロペラの外周に気泡を放出する供給空
気放出手段を設けた散気・攪拌装置を構成した。また、
上記の手段１において、供給空気放出手段の放出した気
泡をプロペラと一体に回転して連続的に破砕する気泡破
砕手段を設けた散気・攪拌装置を構成した。さらに、上
記の手段１または２において、放出する気泡の排気口を
プロペラ翼の負圧発生領域内に開口した散気・攪拌装置
を構成した。

【００２２】この結果、次に挙げるような効果が得られ
る。（１）攪拌機の回転するプロペラを囲むケーシング内面
に排気口を設けて、この排気口からプロペラと一体に回
転するリングに向かって散気用の空気を排出するように
構成したので、従来装置の散気筒や散気ローター等が無
くなり全体構造を簡単に構成することができる。（２）プロペラと共に回転する破砕用のリングの周りの
ケーシングから散気を行うことにより、気泡が水中に放
出される時にプロペラの回転によるケーシングとの大き
な相対流速に伴うせん断力により微細な気泡に分断され
る。この結果、水中に放出される気泡の表面積が飛躍的
に増大して、気泡中の酸素が水中へ解け出す速度も気泡
の表面積の増大に比例して大きくなり散気効果が向上す
る。（３）空気の排気口をプロペラの回転に基づく負圧領域
に対応させて設けることにより、プロペラの回転に伴っ
てプロペラ翼背面側の圧力が低下して、空気を排気する
排気口の部分の制圧が大幅に低下するために、空気を水
中に放出する際に必要となる散気用の動力を低く押さえ
ることができる。従って、散気用の空気を昇圧するため
のブロワ等も従来のものに比べて低出力のものでも同等
以上の効果を得ることができて、散気装置の省エネルギ
ー化が可能になる。

【００２３】このように本発明によれば、散気する気泡
の微細化と散気用動力の低減化等を実現できる散気・攪
拌装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の構成を示す縦断面図で
ある。

【図２】図１のＸーＸ断面図である。

【図３】実施の形態１の要部の構成を示す半切断面図で
ある。

【図４】実施の形態１の要部の構成を示す模式的な斜視
図である。

【図５】実施の形態１の圧力分布を説明するための斜視
図である。

【図６】実施の形態１の圧力分布を説明するための展開
図である。

【図７】従来装置の構成を示す断面図である。

【図８】別の従来装置の構成を示す断面図である。

【図９】更に別の従来装置の構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１散気・攪拌装置２筐体３水中モータ４攪拌機５ケーシング（供給空気放出手段）４０プロペラ４０ａ〜４０ｃ羽根４２リング（気泡破砕手段）４３破砕孔（気泡破砕手段）５１給気室５２排気面５３排気口（供給空気放出手段）５４給気管６１廃水槽の槽底ａ気泡（＋Ａ）正圧領域（−Ａ）負圧領域ｅ圧力の等高線Ｗ水ＺーＺ回転軸心 β 羽根角

フロントページの続き (72)発明者局俊明東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内Ｆターム(参考） 4D029 AA09 AB07 4G035 AB10 AB11 AE13 4G078 AA01 AB05 AB20 CA06 DA19 DB10 DC10 EA08 EA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理槽内の廃水に浸漬して設けられた攪
拌機により廃水を攪拌して、供給された空気の気泡を廃
水内に混合して散気する散気・攪拌装置において、前記攪拌機のプロペラの外周に前記気泡を放出する供給
空気放出手段を設けたことを特徴とする散気・攪拌装
置。
【請求項２】前記供給空気放出手段の放出した気泡を
前記プロペラと一体に回転して連続的に破砕する気泡破
砕手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の散気・
攪拌装置。
【請求項３】前記放出する気泡の排気口をプロペラ翼
の負圧発生領域内に開口したことを特徴とする請求項１
または記載の散気・攪拌装置。