JP3677516B2 - 微細化気泡水生成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、工場排水等の汚れを浄化するため微細化気泡水を生成する気泡水生成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
河川や工場排水路が汚染された場合、その汚れを浄化するためにはその汚濁水に微生物を繁殖させて微生物に汚濁成分を消化させることにより処理する方法が最も一般的である。このような処理方法では、微生物を繁殖させるため汚濁水に曝気装置により微細な気泡を混合して微生物群の生存し易い環境を整えることが効果的である。この曝気装置としては、種々の形式のものが知られており、特にパイプ内に空気と水の流れを導き、内部で微細気泡水の流れを生じさせる形式のものはエアレータと呼ばれている。その代表的な例を図6、図7に示す。
【0003】
従来のエアレータAは、図示していないが浄化しようとする汚泥池、汚泥槽内の下底の適当な位置に設置されるものであり、その構成は図示のように、中空円筒状のパイプ1(1B、1a〜1f)に対してその下端2から上方へエアーを送り出す吹出管3を設け、排出されるエアーの流れで水に上昇流れを生じさせると共にエアーの気泡を混入し、パイプ部分1Bの内部に設けたガイド4によりその上昇流に旋回動を付与し、パイプ部分1Bの上に多段にパイプ部分1a〜1fを積層して形成されている。
【0004】
ガイド4はパイプ部分1B内で、2つの半月板を互いに逆向きの傾斜を以て取付け、上昇流に旋回動を付与する役目をする。多段に設けられたパイプ部分1a〜1fは、1つ置きに同一形状であり、それぞれのパイプ内周に60°ピッチで半径方向中心側へ突出する複数(図示の例では6つ)の突起5がパイプ部材と一体に形成されたものから成り、そのパイプ部分を1段毎に30°異なる突起配置となるように多段に積層されて成る。突起5・・・は丸棒の先端にボール5aが形成されており、ボール5a・・・の中心を通る曲線が所定半径円となる位置まで延びており、中心部分は中空スペースとなっている。
【0005】
パイプ部分1a〜1fのそれぞれは、図7に示すように、短いパイプの両端に四角形の鍔6が形成され、それぞれの鍔6の隅に設けた穴6aに締付ボルト7が挿通される。そして、パイプ部分1Bの上端に形成された鍔6と同じ形状の鍔(図示せず)に締付ボルト7を挿通しその下端をナットで締結してパイプ部分1a〜1fをパイプ部分1Bに取付ける。
【0006】
上記の構成のエアレータでは、吹排出管3から吐出されるエアーで上昇流が形成され、エアーと水が混合された上昇流がガイド4の作用で旋回流となり、上半部のパイプ部分1a〜1fを通過する際に多数の突起5・・・と衝突することにより上昇流に含まれるエアーの気泡が細かく砕かれて微細気泡となり、上端のパイプ部分1fからさらに上昇して汚泥池や汚泥槽内で旋回し、汚泥水内に生息する微生物に酸素を供給してこれら微生物を活性化する。活性化された微生物は汚泥中の各種物質を分解して汚染物質が除去されることとなる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述したエアレータ方式の曝気装置は、他の形式のもの、例えば混合気泡をノズルから噴出するノズル形式、あるいは混合羽根をモータ等により回転させて攪拌する攪拌形式のものに比して種々の点で優れているとされる。一般に、上記エアレータ方式のものは、汚泥池や汚泥槽全域に対し均一に攪拌ができ、水への酸素溶解効率が大きく、微生物群の生息域を破壊しないなどの点で他の形式のものより優れている。又、目詰りが起き難く、間欠運転ができ、装置が頑強で耐用性があり、メンテナンスが容易で、運転コストが安いなどの利点もある。
【0008】
しかしながら、上記エアレータは中心側へ向う突起の中心部分は中空スペースとなっており、このため旋回流の大部分が中空スペース内を旋回しながら上昇する可能性があり、旋回流の外側部分は突起と衝突して水と気泡の混合流れが細かく砕かれるとしても、この外側部分の旋回流に占める割合が小さいため、気泡流れを微細気泡流れとなるように砕く作用には一定の限界がある。従って、さらに微細気泡流れを効率よく発生させることができるエアレータ方式が望まれている。
【0009】
この発明は、上記の種々の問題に留意して、旋回流を有効に突起と衝突させ気泡の微細化効率を改善し、微生物の生存環境をより溶存酸素の高い状態にし得る気泡水生成装置を提供することを課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決する手段として、所定径及び長さの中空円筒を立設し、その下端入口にエアーの吹出管を挿置し、中空円筒内には水流を螺旋状に案内するガイドベーンと、このガイドベーンで形成される旋回上昇流に作用してこの流れに含まれる気泡を微細化する気泡微細化手段とをこの順に設け、気泡微細化手段が中空円筒より小径の円柱体と、中空円筒と円柱体との間に設けた複数の突起とを備え、吹出管からのエアーによる旋回上昇流を突起に衝突させることにより気泡を微細化するようにして成る微細化気泡水生成装置としたのである。
【0011】
上記の構成とした微細化気泡水生成装置は、汚泥池又は汚泥槽などの水底に設置され、工場排水や、河川の汚れによる汚水を浄化するために使用される。この気泡水生成装置には、水底に別途配設される配管に外部からエアーポンプ等でエアーが送り込まれ、そのエアーが吹出管を介して吹出される。このため、エアーによって上昇流が生じ、この上昇流は中空円筒の下端開口から汚水を吸入し、これにエアーが吹出されると気泡となって混合される。
【0012】
上記気泡を含む汚水の上昇流は中空円筒内で上方へ押し上げられ、ガイドベーンを介して旋回上昇流となり気泡微細化手段の方へと進む。気泡微細化手段まで旋回上昇流が進むと、その流れは円柱体と中空円筒との間の環状スペース内で旋回しながら上昇するが、中心側に円柱体が存在するため、旋回上昇流内の圧力が中心側で大きく低下し、外側では圧力が高いというような大きな圧力勾配とならず、環状スペース内での圧力の分布が内、外で大きく変化しない。
【0013】
このような圧力分布状態で旋回上昇流が進み、多数の突起に激しく衝突すると、突起により気泡が砕かれて微細化されるため、微細化気泡が流れに均一に混合されて上方へと旋回移動し、中空円筒の上部開口から放出される。この旋回上昇流は、無数の微細化気泡を含んで槽内等に放出されるため、周辺の汚水に旋回しながら合流し、高い酸素溶存性の微細気泡水が混合されることにより、汚水中に好気性微生物が生存し易い環境を作る。このため、汚水池あるいは汚水槽の全体がかかる微生物の作用で浄化されることとなる。
【0014】
【実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は実施形態の気泡水生成装置(エアレータ)の概略縦断面図、図2はその要部の主縦断面である。図示のように、気泡水生成装置10は、所定径、長さで上下端が開放された中空円筒11の下端12からエアーの吹出管13をその一部が円筒内に入るよう挿置して備えている。この吹出管13より少し上方位置にガイドベーン14が設けられ、さらにその上方には気泡微細化手段16が設けられている。ガイドベーン14は、上端が所定径に拡がり逆円錐体14cの外周に複数(図示の例では4つ)の垂直ガイド板14aと、このガイド板に接続され、かつ曲線状にねじられた形状の曲面ガイド板14bから成る。
【0015】
図示の逆円錐体14cはその垂直方向の中間で2つに分割したものを嵌合して一体に組立、分離自在な構成とされ、その下半部分に垂直ガイド板14aが、上半部分に曲面ガイド板14bがそれぞれの半部分と一体に成形されている。図示の垂直ガイド板14aは軸方向からの断面視では十字状に4つのガイド板14aがクロスするように半径方向に形成されている。この垂直ガイド板14aに接続するように上半部分の曲面ガイド板14bの下端の1部が垂直であり、その立上り部を過ぎるとガイド板14bは螺旋状に曲面を成して上方へ延び上端で終る。
【0016】
気泡微細化手段16は、多段(図示の例では6段)に嵌合、組立自在な短い円柱体部分16a〜16fを嵌合して1つの円柱体16’を形成し、それぞれの円柱体部分16a〜16fにはその外周に所定の角度ピッチで複数の突起15が円柱体16’の半径方向に外向きに突出するよう設けられている(図示の例では突起15は1つの円柱体部分に7つ)。
【0017】
突起15は、図示の例では断面が逆三角形状で、エッジ部分で鋭く気泡を微細化できるものとし、長さは中空円筒11の内面との隙間に相当する長さである。突起15の形状は、図示の例以外にも四角、五角・・・多角形、円形、楕円形など種々の断面形状のものを使用できる。円柱体部分16a〜16fはそれぞれ互いの嵌合のための突起と嵌合孔の配置のみ異なる(6種類)が、その他の形状は突起15を含んで同一に形成されている。
【0018】
前述したガイドベーン14の中心部の逆円錐体14cの上端は、上記円柱体16’の下端に同一径で接続されるように設定され、円柱体16’とガイドベーン14のそれぞれの中心には貫通孔が形成されており、その貫通孔にねじ棒17を挿通し、上端側をナットで締結することにより円柱体16’とガイドベーン14の両者は一体に組立てられる。最上段の円柱体部分16fとナットの間には取付フレーム17aが挟まれ、この取付フレーム17aは中空円筒11の上端に予め両端が溶接により固定されているため、このフレーム17aにもねじ棒17を挿通して締結することにより一体に組立てられた円柱体16’とガイドベーン14とが中空円筒11に取付けられる。
【0019】
取付フレーム17aは、中空円筒11の上端開口から上方へ流出する旋回上昇流れに大きな邪魔とならない程度の細いバーであればよく、又形状、取付方法もこの取付フレーム17a以外に、円柱体16’を中空円筒11に取付けることができる手段であればどんなものでもよい。
【0020】
上記複数段の円柱体部分16a〜16fを中空円筒11内に組立てて収納する場合、各円柱体部分の中心に設けたボス部18とその裏側に設けた凹部、及び円柱体部分の一端面に設けた小突起19(図3に示すように図示の例では60°ピッチで6つ)と、これに対応して他端面に設けた小孔(小突起19と同数)とにより嵌合、組立てできるように形成されている。複数段の円柱体部分16a〜16fを組立てる際には、互いに隣接する例えば円柱体部分16aのボス部18を16bの凹部に対応させ、かつ16aの小突起19を16bの小孔にその円周方向の配置ピッチを合せて押込み、圧入嵌合し、同様な嵌合を円柱体部分16bと16c、16cと16d、・・・というようにそれぞれ実施すると円柱体16’が形成される。
【0021】
こうして形成された円柱体16’を図1又は図2のように中空円筒11内に収納し、組立てると装置の主要部が形成される。円柱体16’を収納した中空円筒11の下端外側には予めリブ21、21が取付けられており、このリブ21、21を接続板22、22にボルト止めする。接続板22、22は吹出管13へエアーを送る配管部23に固定されており、これによりリブ21、21、接続板22、22を介して配管23に装置の主要部が取付けられている。
【0022】
前記複数の円柱体部分16a〜16fに形成されている複数の突起15、15・・・と互いの嵌合のための小突起19と小孔の配置については、複数の円柱体部分16a〜16fが全て同じである。例えば、小突起19、小孔と突起15を基準となる半径位置上の同一位置に置き、他の小突起19、小孔を60°ピッチで配置し、突起15については他の突起15を51.43°のピッチで同じ回転方向に配置されている。そして、このような形状で複数の円柱体部分16a〜16fの全てを同じ配置構成で形成したから、円柱体部分16a〜16fのそれぞれを互いに嵌合させ、組立てる際に、全ての円柱体部分の突起15を円柱体の軸方向に見たときに互いに同一位置に完全に重ならないように互いに必ず少しずつ角度位置がずれた位置に嵌合して組立てられる。このような角度位置関係とするためには、上記以外にも例えば突起15の数を11、13又は17のような素数とし、円柱体部分の分割数をその素数より1つ少ない数とすれば、突起15が重ならない配置構造とすることができる。
【0023】
上記のような複数の突起15を有する円柱体部分16a〜16fを互いに嵌合して組立てる場合、小突起19と小孔への嵌合位相位置を種々に選択すると、7のかい乗通りの組合せがあり得る。
【0024】
このような組合せのうち、図1に示すように、隣接する円柱体部分16aと16b、16bと16c・・・のそれぞれの突起15が互いに接近して軸方向にわずかにずれた(8.57°)位相位置となり、かつそれらの突起15、15・・・を連ねた曲線が円柱体16’の軸方向で下から上に見たときに左ねじの進む方向とするのが最も気泡の微細化効率が良い組合せとされる。但し、この場合、ガイドベーン14の曲面ガイド板14bが右ねじの進む方向の螺旋状であることが前提となる。つまりガイドベーン14のねじれの向きと突起15、15・・・のねじれの向きが互いに逆向きであればよい。従って、ガイドベーン14が左ねじの進む方向の螺旋状であれば突起15、15・・・は右ねじの進む方向の螺旋状となる。
【0025】
又、図示の円柱体16’は、突起15、小突起19、ガイドベーン14を含めて硬質の合成樹脂材で形成され、中空円筒11はステンレス製のパイプが使用されている。但し、合成樹脂材に代えてステンレス等の材料で円柱体等を形成してもよい。
【0026】
上記構成の気泡水生成装置を使用する場合、工場内等の汚泥池、あるいは汚泥槽内の水底に没入させて使用する。汚泥池あるいは汚泥槽の外に設置されたエアーポンプ(図示せず)からエアーを送り出し、配管部23を介して吹出管13からエアーを吹き出すと、そのエアーの圧力で中空円筒11内に水の流れが生じ、その水流が中空円筒11の下端12の開口から周辺の汚水を吸収(エゼクタ効果)して水流は上昇流れとなって上方へ流れる。
【0027】
上記上昇流れは、中空円筒11の開口から少し上方で吹出管13からのエアーの吹出しによりエアーが混合される際にある程度エアーが小さく砕かれてできる気泡を含んだ流れとして上昇する。この上昇流れは、ガイドベーン14の垂直ガイド板14aで複数列の流れに分割されて曲面ガイド板14bの位置へと進み、この曲面ガイド板14bとその中心部の逆円錐体14cの外周面とにより半径方向へ少しずつ拡がりながら螺旋状にねじられて上昇する。
【0028】
このとき、吹出管13からのエアーの吹出圧力が大きく、上昇流の流速が大きい場合は上昇流の直進性の影響が強いため、螺旋状の上昇流となってもそのねじれ率が小さく、例えば図1の符号L1 で示す螺線流れとなって上昇する。しかし、吹出圧力が小さくなると直進性の影響より曲面ガイド板14bによるねじれが大きくL2 の示すような螺線流れとなって上昇する。いずれの螺旋流れであっても、ガイドベーン14を過ぎると気泡微細化手段16の円柱体16’と中空円筒11との間の環状スペースS内を螺旋状に大きく回転(ねじれ)しながら上昇して中空円筒11の上端の開口から外へと流出する。
【0029】
上記螺旋流れは環状スペースS内を回転しながら上昇する際に円柱体16’の外周の多数の突起15・・・に衝突して、この水流に含まれる気泡がさらに微細に砕かれる。このとき、図示の例の突起15は断面が三角形であるため、そのエッジ部分が気泡に激しく衝突すると小さな気泡がさらに細かく微細になり、流れに混合されて上昇する。
【0030】
又、図示の例では、上記螺旋流れのねじれの方向は、中心軸を下から上方に向って見た時、右ねじの進む方向であるが、多段状の円柱体部分16a〜16fの互いに隣り合う部分の突起15、・・・のうち互いに接近して配置された突起15、15、・・・の先端を通るように想像線で結ぶと、その螺旋曲線が左ねじの進む方向となるようにそれらの突起が配置されているため、螺旋流れが多数の突起15、15・・・と衝突する確率が高く、微細気泡を効率よく流れに混合することができる。
【0031】
上記のように形成される上昇螺旋流れは、仮りに円柱体16’を設けずに生じさせたとすると回転上昇速度が大きくなるにつれて中心側の圧力が低く、外側の圧力が高くなるが、図示の例では中心側に円柱体16’が存在するため、上昇螺旋流れは軸と直角な断面で見ると環状の流れであり、円柱体16’の外周と中空円筒11の内径との間の環状スペースS内では圧力差が大きくないため、微細気泡は半径位置の内、外いずれでもより均一に流れに混合され、このため酸素溶存効率も高くなる。
【0032】
図5に多段状の円柱体部分16a〜16fを組立てる際に、突起15、15・・・の配列が種々の形態となり得る可能性を示している。(a)図は上下に隣り合う円柱体部分の突起15、15・・・が右ねじの進む方向に螺旋状をなすよう配列した組合せを示している。(b)図は上下に隣り合う円柱体部分の突起15、15・・・が右ねじの進む方向に中間位置まで進むとそこから左ねじの進む方向に変化した配列の組合せを示している。この他にも図示の例では突起15、15・・・は1つの円柱体部分につき7つ設けているから、その組合わせは7のかい乗通り、即ち5040通り存在する。いずれの組合わせであっても、軸方向に見た突起15の配列は隣接するもの同士が重ならないように組合わせることができる。
【0033】
上記実施形態では、複数の突起15、15・・・は円柱体16’の外周にその半径方向に突出するように設けたものを示したが、これらの突起15、15・・・は必ずしも円柱体16’に固定しなくてもよく、例えば中空円筒11の内周に上記実施形態と同様に固定するようにしてもよい。但し、その場合は、円柱体16’は複数の円柱体部分を嵌合して形成するのではなく、全体を一体に形成し、反対に中空円筒11を複数のパイプ部分に分割し、これらを小突起と小孔により嵌合して中空円筒11を形成するようにしてもよい。又、突起15、15・・・は円柱体16’の半径方向に固定しているが、必ずしも半径方向でなくても、例えば半径方向と少し斜めに形成してもよい。
【0034】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、この発明の微細化気泡水生成装置は、中空円筒の下端に設けたエアーの吹出管と、中空円筒内に設けたガイドベーンと、半径方向に設けた複数の突起及び中空円筒より小径の円柱体を有する気泡微細化手段とを備えたから、ガイドベーンで生じる旋回上昇流が円柱体と中空円筒の間のスペースを進む間に多数の突起と衝突して気泡が微細化され、この微細化気泡が均一に旋回上昇流に混合されることにより高効率で高い酸素溶存性の旋回上昇流を生じさせることができ、微生物の生存環境を好適な条件下に改善できるという極めて顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態の気泡水生成装置の全体概略構成図
【図2】同上の要部の主縦断面図
【図3】図1の矢視 IIIa− IIIa、 IIIb− IIIbから見た断面図
【図4】円柱体部分とガイドベーンの分解斜視図
【図5】円柱体部分の突起の組立変形例の説明図
【図6】従来例のエアレータの(a)主縦断面図、及び(b)(a)図の矢視B−Bからの断面図
【図7】従来例のエアレータのパイプ部分の外観斜視図
【符号の説明】
10 気泡水生成装置
11 中空円筒
12 下端
13 吹出管
14 ガイドベーン
15 突起
16 気泡微細化手段
16’ 円柱体
17 ねじ棒
Claims (5)
- 所定径及び長さの中空円筒を立設し、その下端入口にエアーの吹出管を挿置し、中空円筒内には水流を螺旋状に案内するガイドベーンと、このガイドベーンで形成される旋回上昇流に作用してこの流れに含まれる気泡を微細化する気泡微細化手段とをこの順に設け、気泡微細化手段が中空円筒より小径の円柱体と、中空円筒と円柱体との間に設けた複数の突起とを備え、吹出管からのエアーによる旋回上昇流を突起に衝突させることにより気泡を微細化するようにして成る微細化気泡水生成装置。
- 前記複数の突起を円柱体の軸方向に所定の間隔を置いた複数の円周上にそれぞれ所定角度配置でかつ、軸方向に見た複数の突起が互いに重ならないように配設したことを特徴とする請求項1に記載の微細化気泡水生成装置。
- 前記複数の突起を円柱体の下から上への軸方向で見て互いに隣接する円周上の隣接する突起間で右ねじ又は左ねじの進む方向に所定角度ずつ異なる位置に配設したことを特徴とする請求項1又は2に記載の微細化気泡水生成装置。
- 前記複数の突起を中空円筒と円柱体の間のスペースに円柱体の半径方向にかつ円柱体に設けたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の微細化気泡水生成装置。
- 前記ガイドベーンが、複数の垂直ガイド板とこれに接続される複数の曲面ガイド板とから成ることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の微細化気泡水生成装置。
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