JP4743162B2 - 散気板および散気装置 - Google Patents

Description

本発明は、散気板、散気装置、および散気板の目詰まり除去方法に関する。

気液接触により気相から液相へ物質を移動する技術、特に、好気性生物反応を利用した水処理槽へ酸素を移動するにあたって、散気板が用いられている。酸素移動の効率を高めるために、種々の散気板および散気装置が提案されている。

例えば、圧縮空気が供給されるホルダーに多数の小孔を備えた合成樹脂または合成ゴム製のメンブレンを装着したメンブレン散気装置の改良が提案されている（例えば、特許文献１参照）。かかるメンブレン散気装置においては、給気によりメンブレンを膨らませて、閉じている小孔を押し広げることによって発泡させる。したがって、圧力損失が大きいという問題があった。

また、微細なスリット状の孔を有する金属製の板から発泡させる散気装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。これにおいては、圧力損失が小さく、微細な気泡を発生させることができることから、高い酸素移動効率が得られる。

しかしながら、散気装置に供給される空気の流量によっては、発泡が断続的になる等の現象が発生することがある。この場合には、生成する気泡の大きさや間隔が著しく不均一となって気泡同士が合一しやすくなり、結果として酸素移動効率の低下につながる。また、複数の散気装置を一本の配管に接続した場合には、スリット状の孔の圧力損失が小さいことに起因して次のような現象が生じる。具体的には、わずかでも圧力損失の小さい散気装置に空気流量が集中して、必ずしも全ての散気装置を有効に利用することができず、散気面積が減少してしまう。さらに、気泡の大きさが不均一になって合一しやすく、酸素移動効率が下がることがある。

また、散気板が下水や工業排水の好気性生物反応槽に浸漬して用いられる場合には、被処理水に含まれる微生物が孔の周辺に徐々に付着することによって、孔の目詰まりが生じる。その結果、発泡が不均一となって酸素移動効率が低下したり、圧力損失が上昇して散気板に必要な量の送風ができなくなるなどの問題があった。
特開２００３−３２０３８８号公報 特開２００６−６１８１７号公報

本発明は、上記の問題点を解決し、均一で微細な気泡を生成でき、しかも気泡同士の合一を抑制して、高い酸素移動効率の得られる散気板を提供することを目的とする。また本発明は、複数の散気装置を一本の配管に接続した場合でも、各散気装置の空気流量を等分化できるとともに、ケーシングへ内部の水の逆流を防止する散気装置を提供することを目的とする。さらに本発明は、散気板の目詰まりを除去する方法を提供することを目的とする。

本発明にかかる散気板は、複数の開孔を有する薄板からなり、前記開孔を通して液体中に気泡を分散させる散気板であって、前記薄板の材質は、ステンレス、チタン、アルミ、銅またはそれらを主成分とする合金であり、前記開孔は、向かい合う短辺と長辺とにより構成された四角形形状を有し、前記短辺方向の長さは０．０３ｍｍ〜０．１ｍｍであり、前記長辺方向の長さは０．１〜１．５ｍｍであり、前記開孔の総面積は前記散気板の面積の０．０５〜１．０％を占め、前記薄板の厚さは、０．１〜０．５ｍｍであることを特徴とする。

本発明にかかる散気装置は、ケーシングと、散気板固定枠により前記ケーシングに固定された散気板と、前記ケーシングに連通した送気管と具備し、前記送気管と前記ケーシングとの間、または前記ケーシングの内部に、逆止弁が装着されていることを特徴とする。

本発明にかかる散気板の目詰まり除去方法は、ケーシングと、散気板固定枠により前記ケーシングに固定された散気板と、前記ケーシングに連通した送気管とを具備する散気装置における散気板の目詰まりを除去する方法であって、前記送気管内に薬剤を噴霧することを特徴とする。

本発明によれば、均一で微細な気泡を生成でき、しかも気泡同士の合一を抑制して、高い酸素移動効率の得られる散気板が提供される。また本発明によれば、複数の散気装置を一本の配管に接続した場合でも、各散気装置の空気流量を等分化できるとともに、ケーシングへ内部の水の逆流を防止する散気装置が提供される。さらに本発明によれば、散気板の目詰まりを除去する方法が提供される。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例にかかる散気装置の断面図である。図示するように、散気装置１０においては、散気板１が散気板固定枠２によってケーシング４の上部に装着されており、このケーシング４は、送気管３と連通している。ケーシング４と送気管３との間には、逆止弁１１が設けられている。なお、図１中、参照符号１３は散気板１とケーシング４との間の間隙を示す。

図２には、かかる散気装置１０の平面図を示す。図示するように、散気板１は、複数の開孔（スリット）を有する薄板から構成される。薄板の材質は、通常、ステンレス、チタン、アルミ、銅またはそれらを主成分とする合金である。特に、表面に均質な酸化皮膜を形成しやすく、均一な発泡状態を得やすいことから、ステンレスまたはチタンが好ましく用いられる。散気板１の形状は特に限定されず、任意に決定することができる。曝気槽の断面積を有効に利用できることから、長方形または正方形が好ましい。

下水や工業排水などのように微生物を多く含んだ被処理水に適用される場合、散気板１の開孔５内部には、微生物が繁殖して目詰まりが起こりやすくなる。微生物の繁殖を抑制する物質を含む材料を用いて薄板を作製することによって、こうした問題を低減することができる。

薄板の微生物の繁殖を抑制する物質を含む材料としては、微量で微生物の繁殖を抑制する効果が高く、効果の持続性が高い銀を含んだ材料が好ましく用いられる。

図２に示した散気板１における領域ｃの拡大図を、図３に示す。散気板１には、図示するように、複数の開孔５が設けられている。開孔５の形状は、向かい合う短辺６と長辺７とから構成される四角形形状である。図示される開孔５は矩形状であるが、必ずしも辺同士が平行で正確な矩形状に限定されるわけではない。また、開孔５は、短辺方向のピッチ８および長辺方向のピッチ９で配置されている。短辺方向のピッチ８および長辺方向のピッチ９は、通常、２〜４ｍｍ程度である。この範囲のピッチで開孔５が設けられていれば、生成する気泡間の距離を確保することができるので気泡合一が起こりにくく、高い酸素移動効率が得られる。

開孔５の短辺６が小さいほど生成する気泡は微細化する傾向にあるものの、圧力損失も増大する。一方、開孔５の短辺６が大きくなると圧力損失は小さくなるが、生成する気泡は粗大化する。本発明者らは、開孔５の短辺６の長さを所定の範囲内に規定することによって、圧力損失と気泡の平均径との両方を適正な範囲に維持することが可能となることを見出した。

図４に、散気板面積当たり送気量２０Ｎｍ³/ｈ／ｍ²での平均気泡径および散気板の圧力損失の測定例を示す。平均気泡径は、生成直後の気泡を写真撮影し、画像処理することにより求めた。また、散気板の圧力損失は、ケーシング４内部に取り付けた圧力センサーにより測定して求めた。

図４のグラフに示されるように、開孔５の短辺６の長さが大きくなると、気泡の平均径は増大し、散気板の圧力損失は減少する。具体的には、開孔５の短辺６が０．１５ｍｍを越えると、生成気泡が急激に粗大化する。気泡径が１．０ｍｍを越えると、気泡が真球から楕円状になりやすく、上昇中に軌道が蛇行して接触や合一が生じやすくなる。こうした不都合を避けるため、気泡の平均径は１．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．７ｍｍ以下であることがより好ましい。

一方、開孔５の短辺６が０．０３ｍｍ未満になると、圧力損失が５００ｍｍＡｑ以上となる。送気ブロワの能力に依るが、散気装置を設置する水深を浅くする必要が生じる。酸素移動効率が低下するという不都合を避けるために、圧力損失は、５００ｍｍＡｑ未満であることが望まれる。圧力損失は、４００ｍｍＡｑ未満であることがより好ましい。

気泡の平均径と散気板の圧力損失との両方を適正な範囲に維持するためには、開孔５の短辺６は０．０３ｍｍ以上０．１ｍｍ以下が好ましい。特に、０．０４ｍｍ以上０．０６ｍｍ以下の範囲がより好ましい。

さらに本発明者らは、散気板１における開孔５の総面積の割合、すなわち開孔面積率にも、最適な範囲が存在することを見出した。開孔面積率が小さすぎる場合には、一つの開孔当たりの空気流量が大きくなるため、開孔を通過する気泡の流れはジェット状となる。その結果、微細な気泡は生成しにくくなって、酸素移動効率が低下する。一方、開孔面積率が大きすぎる場合には、気泡の発泡量に対して送気管３からの空気の供給が追いつかないために、発泡が間欠的となる。その結果、発生する気泡の大きさに加えて、気泡間の距離が不均一になり、さらには、気泡が合一して粗大化しやすくなる。

図５に、散気板面積当たり送気量２０Ｎｍ³／ｈ／ｍ²での酸素移動効率の測定例を示す。ここで酸素移動効率は、水温２０℃、散気水深４ｍの換算値であり、（社）日本下水道協会発行の「下水試験法」等に記載の方法により測定した。３２％以上の酸素移動効率が得られれば、メンブレン型等の高性能散気装置と比較して、送風のためのエネルギーを２割以上削減することができる。０．０５％〜１．０％の範囲に開孔面積率を規定することによって、これを達成することができることが、図５からわかる。

なお、図１に示した散気装置１０は、通常、複数個を接続して用いられる。一般的に水処理装置においては、散気装置と比較して処理槽のスケールが大きいためであり、こうした散気装置の例を図６に示す。図示するように、複数の散気装置１０は、送気管３が元管１２に接続されることによって連通している。このため、それぞれの散気装置１０における圧力損失にわずかでも差があると、圧力損失の小さい散気装置に空気の流量が偏ってしまう。この場合には、必ずしも全ての散気装置を有効に利用することができず、散気面積が減少してしまう。さらに、気泡の大きさが不均一になって合一しやすく、酸素移動効率が低下するという問題も生じる。

本発明者らは、１ｋＰａ〜２ｋＰａ程度の圧力損失を、各散気装置１０の送気管３とケーシング４との間に設置することによって、こうした空気の流量の偏りを防止できることを見出した。図示するように、本実施例においては、逆止弁１１に圧力損失をもたせ、かつケーシング４になるべく近い位置に逆止弁１１を設置する。これによって、各散気装置１０の圧力バランスを均等化して流量の偏りを抑制することが可能となる。さらに、散気停止時の逆流を防止する効果が得られる。

なお、図示する例においては、逆止弁１１は、送気管３とケーシング４との間に設けられているが、逆止弁１１の配置場所はこれに限定されるものではない。逆止弁１１は、ケーシング４の内部の流入口付近に取り付けてもよく、この場合も、同様の効果を得ることができる。

上述したとおり、開孔の短辺の長さを所定の範囲内に規定することによって、圧力損失と気泡の平均径との両方を適正な範囲に維持することを可能とした。本発明者らは、開孔５の長辺７の長さに関しても、次のような知見を得た。すなわち、開孔５の長辺７は、長いほど加工が容易であるものの、開孔５内に被処理水が浸入しやすいので目詰まりを起こしやすくなる。一方、開孔５の長辺７が小さくなると、短辺の加工精度を維持することが困難となって不均一な発泡が生じやすくなる。

長辺の長さの適正範囲を得るために、開孔５の長辺７を０．１ｍｍから２．５ｍｍの間で種々変更して、６種類の散気板を作製した。いずれの散気板も、開孔５の短辺６は０．０４ｍｍとし、散気板の厚さは０．３ｍｍとした。

各散気板を下水処理槽中に設置し、散気板面積当たりの散気量３０Ｎｍ³／ｈ／ｍ²で散気して圧力損失を調べた。散気板の圧力損失を算出するに当たっては、まず、送気管３に取り付けたマノメータによる送風圧力の測定値を求めた。この測定値から、散気板設置位置の静水圧と、別途測定した逆止弁の圧力損失とを差し引いて、圧力損失とした。

設置当日を起点とした圧力損失上昇値を、図７のグラフに示す。なお、長辺が０．１ｍｍ未満の開孔の場合には、短辺を均一な大きさに加工することが困難となって、各開孔の短辺６にばらつきが生じた。これに起因して、散気板１から安定した発泡を得ることができなかった。

図７のグラフに示されるように、長辺７が１．５ｍｍ以下の場合には、６０日経過後でも、圧力損失の上昇は１００〜２００ｍｍＡｑ程度に抑えられている。これに対して、開孔５の長辺７が１．５ｍｍを越えると、短期間で圧力損失が著しく上昇してしまう。具体的には、長辺７が２ｍｍの場合には、２８日後には、圧力損失の上昇値は２４０ｍｍＡｑを越え、２．５ｍｍの場合には、わずか２１日で圧力損失の上昇値は５６０ｍｍＡｑにも達している。

したがって、圧力損失の上昇を１００〜２００ｍｍＡｑ程度に抑制するためには、開孔５の長辺７は、０．１〜１．５ｍｍの範囲内とすることが望まれる。

さらに本発明者らは散気板の厚さにも着目し、この厚さを０．１ｍｍから１ｍｍの間で種々変更して６種類の散気板を作製した。いずれの散気板も、散気板の開孔５の短辺６は０．０４ｍｍ、長辺７は１．０ｍｍとした。

各散気板を下水処理槽中に設置して、前述と同様の条件で圧力損失の増加量を測定した。その結果を図８に示す。なお、散気板１の厚さが０．１ｍｍ未満の場合には、開孔５の短辺６を均一な大きさに加工することが困難となって、各孔の短辺６にばらつきが生じ、散気板１から均一な発泡を得ることができなかった。

図８のグラフに示されるように、散気板の厚さが０．５ｍｍ以下の場合には、６０日経過後でも圧力損失の上昇は１００〜２００ｍｍＡｑ程度に抑えられている。これに対して、散気板の厚さが０．５ｍｍを越えると、短期間で圧力損失が著しく上昇してしまう。具体的には、散気板の厚さが０．８ｍｍの場合には、２８日後には、圧力損失の上昇値は２５０ｍｍＡｑを越え、１ｍｍの場合には、わずか２１日で圧力損失の上昇値は３８０ｍｍＡｑにも達している。

この原因は、散気板１の厚さが薄いと、開孔５への被処理水の入り込み量が少なくなり、また入り込んだ被処理水が滞留しにくく外部と入れ替わりやすいため、付着した微生物の発達による目詰まりが起こりにくくなるためと考えられる。このように、散気板の厚さを適切な範囲とすることによって、目詰まりによる圧力損失を抑制できることが本発明者らによって見出された。

したがって、圧力損失の上昇を１００〜２００ｍｍＡｑ程度に抑制するためには、散気板の厚さは０．１〜０．５ｍｍの範囲内とすることが望まれる。

圧力損失の上昇は、散気板の目詰まりを除去することによって抑制することができる。具体的には、定期的に薬剤を送気管に噴霧して目詰まりを除去することにより、散気板の圧力損失上昇を、長期にわたって抑制することができる。

薬剤噴霧の効果を調べるため、短辺０．０４ｍｍ、長辺１．０ｍｍの開孔が設けられた厚さ０．３ｍｍの散気板を用意した。この散気板を下水処理槽中に設置して、前述と同様の条件で圧力損失の増加量を測定した。薬剤としては８５％の蟻酸を用い、１回当たり約５０ｇの薬液を１０分間で送気管へ噴霧した。薬剤の注入は、約６０日間間隔で行なった。前述と同様にして圧力損失の上昇値を測定し、その結果を図９のグラフに示す。

圧力損失は、時間の経過とともに上昇して最大で２００ｍｍＡｑ程度に達するものの、薬剤の噴霧することによって５０ｍｍＡｑ程度まで低減される。このように、薬液の噴霧によって圧力損失を抑制できることが、図９のグラフからわかる。

薬剤の注入は、散気板の開孔が完全に目詰まらないうちに行なうことが望まれる。圧力損失の上昇を長期にわたって抑制するためには、被処理水内へ散気板を設置してから、圧力損失が２００ｍｍＡｑ程度上昇するまでに行なうことが望ましい。

あるいは、目詰まりの発生自体を抑制することによって、目詰まりに伴なう散気板の圧力損失の上昇を低減することもできる。微生物の繁殖を抑制する成分を含有する材質で作製された散気板は、目詰まりの発生を抑制することができる。微生物の繁殖を抑制する成分としては、銀が挙げられる。

銀を０．０４％含有する厚さ０．３ｍｍのステンレス製の薄板に、短辺０．０４ｍｍ、長辺１．０ｍｍの開孔を設けて散気板を作製した。この散気板を下水処理槽中に設置して、前述と同様の条件で圧力損失の増加量を測定した。前述と同様にして圧力損失の上昇値を測定し、その結果を図１０のグラフに示す。

図１０のグラフに示されるように、６０日経過後の圧力損失は、銀を含有しない散気板の場合には２００ｍｍＡｑ程度に達しているのに対し、銀を含有する散気板での圧力損失は、その二分の一以下である。

散気板１の材料に微生物の繁殖を抑制する成分を含有させることによって、薬剤注入の間隔が長められるので、薬剤コストの削減にもつながる。

本発明の一実施例にかかる散気装置の断面図。 本発明の一実施例にかかる散気装置の平面図。 本発明の一実施例にかかる散気板の表面の拡大図。 スリット短辺長さと圧力損失および生成気泡径との関係を示すグラフ図。 開孔面積率と酸素移動効率との関係を示すグラフ図。 本発明の他の実施例にかかる散気装置を示す断面図。 スリット長辺長さの違いによる圧力損失上昇の経時変化を示すグラフ図。 散気板厚さの違いによる圧力損失上昇の経時変化を示すグラフ図。 圧力損失上昇の経時変化における薬剤注入の効果を示すグラフ図。 圧力損失上昇の経時変化における散気板の材質の効果を示すグラフ図。

符号の説明

１…散気板； ２…散気板固定枠； ３…送気管； ４…ケーシング； ５…開孔
６…開孔の短辺； ７…開孔の長辺； ８…短辺方向のピッチ
９…長辺方向のピッチ； １０…散気装置； １１…逆止弁； １２…元管
１３…間隙。

Claims (4)

1. 複数の開孔を有する薄板からなり、前記開孔を通して液体中に気泡を分散させる散気板であって、
   前記薄板の材質は、ステンレス、チタン、アルミ、銅またはそれらを主成分とする合金であり、
   前記開孔は、向かい合う短辺と長辺とにより構成された四角形形状を有し、
   前記短辺方向の長さは０．０３ｍｍ〜０．１ｍｍであり、前記長辺方向の長さは０．１〜１．５ｍｍであり、前記開孔の総面積は前記散気板の面積の０．０５〜１．０％を占め、前記薄板の厚さは、０．１〜０．５ｍｍであることを特徴とする散気板。
2. 前記薄板は、微生物の繁殖を抑制する材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の散気板。
3. 前記微生物の繁殖を抑制する材料は、銀であることを特徴とする請求項２に記載の散気板。
4. ケーシングと、
   散気板固定枠により前記ケーシングに固定された請求項１に記載の散気板と、
   前記ケーシングに連通した送気管とを具備し、
   前記送気管と前記ケーシングとの間、または前記ケーシングの内部に、逆止弁が装着されていることを特徴とする散気装置。

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