JP2010264337A

JP2010264337A - 曝気攪拌機

Info

Publication number: JP2010264337A
Application number: JP2009115634A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Oide; 浩輔大出; Tomoya Okamura; 知也岡村
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2009-05-12
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2010-11-25

Abstract

【課題】水に酸素を溶かす曝気運転を高効率で行うとともに、水量に対して酸素を溶かす十分な酸素溶解速度を確保する曝気攪拌機を提供すること。
【解決手段】電動機１により回転駆動される中空状の回転軸２と、回転軸２に固定した攪拌羽根３と、この攪拌羽根３の周囲を覆い、かつ上部より汚水を吸水し、下端より吐出できるようにした外筒４とより構成するとともに、攪拌羽根３の下方位置まで延ばした回転軸２の外周部と、攪拌羽根３の下方位置の外筒４の内周に突設するようにして配設した整流ガイド７とに、それぞれ複数の空気吐出孔２ｈ、７ｈを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、曝気攪拌機に関し、特に、水に酸素を溶かす曝気運転を高効率で行うとともに、水量に対して酸素を溶かす十分な酸素溶解速度を確保し、底部においても流体に十分な流速を発生させるようにした曝気攪拌機に関するものである。

従来、汚水などを活性汚泥で好気的に処理する場合、下水処理場に流入する汚水を汚水処理槽内に導き、該汚水処理槽内に配設した曝気攪拌機にて汚水を曝気攪拌して、好気性処理を行うようにしている。そしてこの曝気攪拌機として、特に限定されるものではないが、例えば、特許文献１に開示されたものが提案されている。
この曝気攪拌機は、図４に示すように、汚水処理槽Ｔ内に垂直に配置された外筒４（ドラフトチューブ）と、該外筒４内に配置し、かつ電動機１により回転駆動される回転軸２に取り付けた攪拌羽根３（スクリュー又はインペラ）と、該攪拌羽根３の下に配置され、かつブロワＢに接続された散気管Ｎと、該散気管Ｎの下に配置された整流部材Ｇとより構成している。

そして、下水処理場に流入する汚水を汚水処理槽内に導き、該汚水処理槽内に配設した曝気攪拌機を駆動することで、汚水を外筒上端口より吸入し、攪拌羽根３により汚水を攪拌するとともに外筒４内に下降流を形成し、これに散気管Ｎから空気を吹き込むことにより、処理すべき汚水中に散気しながら攪拌し、外筒下端部より吐出し、好気的に処理するようにしている。

このため、この従来の曝気攪拌機では、散気管Ｎから汚水中に吐出され、攪拌羽根３により微細に破砕される気泡も、汚水に対する体積割合が外筒内部で高くなるので、気泡同士の合体が起こり易くなり、また、気孔１個当たりの空気流量が大きい場合、気泡径が大きくなるため、気泡の寿命が短く、その結果、酸素の溶解効率が低いという問題があった。

さらに、最近では省エネルギーのニーズが高まり、下水の高度処理の推進が重要視される状況下において、水に酸素を溶かす曝気効率のさらなる上昇、具体的には、省エネルギーが求められると同時に、酸素移動動力効率を既存の技術より１．２倍以上に増加されることが求められている。
この要求を満たすためには、ブロワへの投入動力あたりの空気流量を大きくすること、投入した空気が汚水中に放出されて小径の気泡となること、発生した気泡が合体し難いことが必要となる。その一方で、水流を発生させるための電動機への投入動力を抑えることも合わせて必要となる。

特許第３２３９１７０号公報

本発明は、上記従来の曝気攪拌機の有する問題点に鑑み、水に酸素を溶かす曝気運転を高効率で行うとともに、水量に対して酸素を溶かす十分な酸素溶解速度を確保する曝気攪拌機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の曝気攪拌機は、電動機により回転駆動される中空状の回転軸と、該回転軸に固定した攪拌羽根と、該攪拌羽根の周囲を覆い、かつ上部より汚水を吸水し、下端より吐出できるようにした外筒とより構成するとともに、攪拌羽根の下方位置まで延ばした回転軸の外周部と、攪拌羽根の下方位置の外筒の内周に突設するようにして配設した整流ガイドとに、それぞれ複数の空気吐出孔を設けたことを特徴とする。

この場合において、ブロワからの送気を、電動機軸を介して回転軸内と、外筒外周部に形成した空気室内に送気できるよう構成することができる。

また、外筒外周部の空気室内より外筒の内周に突設した整流ガイド内へ送気できるよう構成することができる。

また、整流ガイドに設けた空気吐出孔を、該空気吐出孔より吐出する気泡が外筒内に均一に分散して吐出されるように形成することができる。

また、外筒外周部に形成した空気室内及び中空状の回転軸内への空気供給を、ブロワの運転停止又は送気管に設けたバルブの開閉により曝気と嫌気攪拌を選択的に行えるように構成することができる。

本発明の曝気攪拌機によれば、電動機により回転駆動される中空状の回転軸と、該回転軸に固定した攪拌羽根と、該攪拌羽根の周囲を覆い、かつ上部より汚水を吸水し、下端より吐出できるようにした外筒とより構成するとともに、攪拌羽根の下方位置まで延ばした回転軸の外周部と、攪拌羽根の下方位置の外筒の内周に突設するようにして配設した整流ガイドとに、それぞれ複数の空気吐出孔を設けるようにすることにより、外筒内に形成される流路断面内に均一に気泡を吐出できるので、トータル的には大流量の空気を投入しても、各空気吐出孔からは小流量の空気が放出されることになり、各空気吐出孔から放出する空気は、排出直後に小径の気泡、即ち微細気泡となり、しかも空気吐出孔が広く分散しているため、放出後の気泡の合体が起こり難く、またボイド率の高い状態においても空気供給のために必要な動力を抑えることができる。

また、ブロワからの送気を、電動機軸を介して回転軸内と、外筒外周部に形成した空気室内に送気できるよう構成することにより、ブロワの吐出圧を低くでき、消費エネルギーを抑えることができる。

また、外筒外周部の空気室内より外筒の内周に突設した整流ガイド内へ送気できるよう構成することにより、外筒内の流路に水が流れる際の抵抗を抑えながら、送気を、円滑かつ均一に行うことができる。

また、整流ガイドに設けた空気吐出孔を、該空気吐出孔より吐出する気泡が外筒内に均一に分散して吐出されるように形成することにより、各空気吐出孔より吐出される気泡の合体を防止し、かつ気泡の微細化を促進することができる。

また、外筒外周部に形成した空気室内及び中空状の回転軸内への空気供給を、ブロワの運転停止又は送気管に設けたバルブの開閉により曝気と嫌気攪拌を選択的に行えるように構成することにより、１台の曝気攪拌機にて汚水の曝気攪拌と嫌気攪拌とが簡易に切り替えて行うことができる。

本発明の曝気攪拌機の一実施例を示す正面縦断面図である。図１におけるＸ−Ｘの拡大した横断面図である。図１におけるＹ−Ｙの拡大した横断面図である。従来の曝気攪拌装置を示す正面縦断面図である。

以下、本発明の曝気攪拌機の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１〜図３に、本発明の曝気攪拌機の一実施例を示す。
本発明の曝気攪拌機Ａは、下水処理場等に設置された汚水処理槽内（図示省略）の所定位置に垂設するが、これは曝気攪拌機Ａを槽内に自立させるように配設するか、或いは架台や取付フレームＦにて支持して配設するかを任意に選択することができる。

この曝気攪拌機Ａは、図１に示すように、水面上に配置した電動機１の中空状とする電動機軸１１の下端に軸継手１２を介して中空状とした回転軸２を取り付け、この回転軸２の下部位置に下降流を派生させるようにした攪拌羽根３を取り付けるとともに、この回転軸２の下端を攪拌羽根３より下方に突出するようにし、さらに該攪拌羽根３の外周部を覆うように、かつ攪拌羽根３との間に予め定めた距離をあけて外筒内の汚水が攪拌羽根３にて攪拌されるように外筒４を配置して構成する。

また、外筒４は、図１に示すように、上端が開拡した形状（ラッパ形）に形成した筒形とし、外筒上方に配設した整流板６との間に吸水口４２を形成するようにして取り付け、この外筒内のラッパ形部内に逆円錐形をした整流マウント５を取り付けて吸水口４２からの吸水を下部の筒状部内への導きを円滑に行えるようにするとともに、外筒４の直管状とした下端部を開口して吐出口４１とするが、この外筒下端部を攪拌羽根３より下方位置になるように延長、望ましくは外筒４の下端縁よりも回転軸２の下端縁よりも少し突出するようにする。
そして、この回転軸２の下端部で、攪拌羽根取付位置よりも下方位置外周部に複数の空気吐出孔２ｈを設ける。
この空気吐出孔２ｈは、望ましくは回転軸２の外周面にほぼ均等になるようにして配設するものとする。

外筒４の外周部には空気室８を形成し、この空気室８と電動機軸１１とにブロワＢにて送気できるよう送気管を接続する。この送気管はブロワＢと電動機軸１１とを接続する主送気管９と、該主送気管９の途中から分岐するようにして空気室８と接続する分岐送気管９１とより構成し、この主送気管９、分岐送気管９１にそれぞれバルブ９Ｖ、９１Ｖを配設して各管内への送気量を調整できるようにする。
これにより、両バルブ９Ｖ、９１Ｖを開閉することで簡易に曝気攪拌と嫌気攪拌を選択的に行うことができる。

また、外筒４の内周部には、図１〜図２に示すように、回転軸２の下端部に設けた空気吐出孔２ｈの位置と対峙する位置に整流ガイド７を突設する。この整流ガイド７は、特に限定されるものではないが、例えば、図示のように三角形に形成したもの複数個を、外筒４の内周面に沿ってほぼ等間隔になるようにして（図示の実施例では４箇所）突設配置し、この各整流ガイド７にも回転軸２と同様に複数の空気吐出孔７ｈを設ける。
これにより、回転軸２の空気吐出孔２ｈと、整流ガイド７の空気吐出孔７ｈとの分散による効果にて、外筒内に形成された流路断面内における気泡の分布の割合の偏りが抑えられ、気泡の合体が起こりにくくなるとともに、気孔１個当たりの空気流量が減ぜられ、微細気泡を一層発生し易くすることができる。

なお、この三角形の整流ガイド７内に空気を供給するために、空気室８と整流ガイド７間の外筒壁に空気供給孔４ｈを設ける。
これにより、ブロワＢから分岐送気管９１を介して空気室８に供給される空気を各整流ガイド７内へ供給されるものとなる。

したがって、上述のように構成する曝気攪拌機Ａにおいて、電動機１とブロワＢを駆動すると電動機軸１１及び回転軸２を介して攪拌羽根３は外筒４内で回転し、外筒上端の吸水口４２からの汚水を吸水し、攪拌されつつ下降流となって下端の吐出口４１より槽底に向かって吐出されるとともに、ブロワＢにより低圧の空気が主送気管９を介して中空状の電動機軸１１に供給される。
この電動機軸１１には中空状の回転軸２が接続されているので、電動機軸１１内に供給された空気は回転軸２内を下降し、下端の吐出口２１から気泡となって吐出されるとともに、その一部は外周面に設けた空気吐出孔２ｈから外筒内流路断面内に微細気泡となって吐出される。

また、ブロワＢからの低圧の空気は、主送気管９の途中から分岐する分岐送気管９１を介して外筒４の外周部に設けられた空気室８内にも供給され、この空気室８より外筒４に設けた空気供給孔４ｈを経て各整流ガイド７内へ供給され、この整流ガイド７に設けた複数の空気吐出孔７ｈからも外筒内流路断面内に微細気泡となって吐出される。この空気吐出孔７ｈ及び空気吐出孔２ｈから吐出される空気量はそれぞれ主送気管９、分岐送気管９１に配設したバルブ９Ｖ、９１Ｖにて最適量となるように調整されている。
この場合、外筒４内では攪拌羽根３の回転で下向きに高速の水流を発生しているので、空気吐出孔７ｈ及び空気吐出孔２ｈから気泡として吐出される空気は、この高速水流に向けて放出されるものとなり、吐出気泡は破砕され、さらに微細気泡となり、これにより気体と液体が混合された混相流が外筒４内で発生する。

この際、空気供給に必要なエネルギー消費を抑えるためには、投入動力あたりの空気流量を大きくすることと、投入した空気が水に投入されて小径の気泡となること及び小径の気泡が合体し難いことが必要である。
したがって、多量の空気を合体し難いように高速流の水に投入するためには、投入すべき高速水流の発生する外筒４の内部に多数の気孔を広い面積（空間）に分散配置することが求められるが、本発明は、回転軸２の外周部の空気吐出孔２ｈと、回転軸２の下端部及び外筒内部に設けた整流ガイド７に分散配置した多数の空気吐出孔７ｈとを形成していることにより解決することができる。

なお、図２は、回転軸２の外周部から放出される空気の流れ方向、空気室８から外筒４の内部へ放出される空気の流れる方向、さらに、外筒４の内部の整流ガイド７の空気吐出孔７ｈから放出される空気の流れる方向を、また、図３は、中空状の回転軸２の下端に形成された吐出口２１を、それぞれ示している。

この曝気攪拌機Ａは、水中部で水流を発生させる時に生じる負圧を利用して空気を吸入するようにしているため、空気を供給するブロワの吐出圧を低くでき、消費エネルギーを抑えられるとともに、空気吐出孔を外筒内（高速水流部）に分散配置することにより、トータル的には大流量の空気を投入しても、各空気吐出孔からは小流量の空気が放出されることになるため、各空気吐出孔から放出する空気は、排出直後に小径の気泡、即ち微細気泡となり、しかも空気吐出孔が広く分散しているため、放出後の気泡の合体が起こり難く、またボイド率の高い状態においても空気供給のために必要な動力を抑えることができると言う利点がある。
また、外筒内部に配管等の水流抵抗が大きなものを配置していないため、高速の水流を発するための動力も低く抑えることができる。

以上、本発明の曝気攪拌機について、実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明の曝気攪拌機は、水に酸素を溶かす曝気運転を高効率で行うとともに、水量に対して酸素を溶かす十分な酸素溶解速度を確保するという特性を有していることから、曝気攪拌機の用途に好適に用いることができる。

Ａ曝気攪拌機
Ｂブロワ
１電動機
１１電動機軸
２中空状とした回転軸
２ｈ空気吐出孔
２１吐出口
３攪拌羽根
４外筒
４ｈ空気供給孔
４１吐出口
４２吸水口
５整流マウント
６整流板
７整流ガイド
７ｈ空気吐出孔
８空気室
９主送気管
９１分岐送気管

Claims

電動機により回転駆動される中空状の回転軸と、該回転軸に固定した攪拌羽根と、該攪拌羽根の周囲を覆い、かつ上部より汚水を吸水し、下端より吐出できるようにした外筒とより構成するとともに、攪拌羽根の下方位置まで延ばした回転軸の外周部と、攪拌羽根の下方位置の外筒の内周に突設するようにして配設した整流ガイドとに、それぞれ複数の空気吐出孔を設けたことを特徴とする曝気攪拌機。
ブロワからの送気を、電動機軸を介して回転軸内と、外筒外周部に形成した空気室内に送気できるよう構成したことを特徴とする請求項１記載の曝気攪拌機。
外筒外周部の空気室内より外筒の内周に突設した整流ガイド内へ送気できるよう構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の曝気攪拌機。
整流ガイドに設けた空気吐出孔を、該空気吐出孔より吐出する気泡が外筒内に均一に分散して吐出されるように形成したことを特徴とする請求項１、２又は３記載の曝気攪拌機。
外筒外周部に形成した空気室内及び中空状の回転軸内への空気供給を、ブロワの運転停止または送気管に設けたバルブの開閉により曝気と嫌気攪拌を選択的に行えるように構成したことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の曝気攪拌機。