特許 6021939 エアレーションノズル及び、当該エアレーションノズルの目詰まり除去方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6021939

(24)【登録日】2016年10月14日

(45)【発行日】2016年11月9日

(54)【発明の名称】エアレーションノズル及び、当該エアレーションノズルの目詰まり除去方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 3/20 20060101AFI20161027BHJP

   B01F 5/00 20060101ALI20161027BHJP

   B01F 3/04 20060101ALI20161027BHJP

【ＦＩ】

   C02F3/20 Z

   B01F5/00 D

   B01F3/04 F

【請求項の数】8

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2014-549874(P2014-549874)

(86)(22)【出願日】2013年11月27日

(86)【国際出願番号】JP2013081959

(87)【国際公開番号】WO2014084276

(87)【国際公開日】20140605

【審査請求日】2015年11月27日

(31)【優先権主張番号】61/730,441

(32)【優先日】2012年11月27日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】515281204

【氏名又は名称】株式会社清和

(74)【代理人】

【識別番号】100104411

【弁理士】

【氏名又は名称】矢口 太郎

(72)【発明者】

【氏名】池田 明徳

【審査官】 中村 泰三

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−０１８３３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−００１０７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１４１７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２６８８２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５４１０４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１４４４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５１−０８４４５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０５−０６７３２５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１０−０１２４４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１０４９３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０１２４７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５９９３１５８（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ ３／１４− ３／２６

Ｂ０１Ｆ １／００− ５／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

空気供給源に接続される空気供給口と処理槽内の汚水を吸い込む汚水吸込口とが一端部に設けられ、前記空気供給口より供給された空気を上記汚水吸込口から吸いこんだ汚水と混合し、微細気泡を生成する微細気泡発生手段が前記空気供給口に対向して設けられたエアレーションノズルであって、
前記微細気泡発生手段は円筒状の本体と前記本体から中心に向かって突き出た複数のブレードとからなる筒体を、前記空気供給口より送り込まれた空気が通過する位置に配置した構成を有し、
前記筒体の前記ブレードは
基端部上記筒体の内面に固定され、かつ各先端が上記筒体の中央で互いに向かい合うように成形されており、
かつ弾性部材（例えばゴム）で形成されていることにより、基端部を起点として先端部が撓むように構成されている
ことを特徴とするエアレーションノズル。

【請求項2】

請求項１記載のエアレーションノズルにおいて、
上記ブレードは、上記空気供給口側から次第に幅が広くなるように構成され、これにより上記ブレードの可撓性が設定されているものである
ことを特徴とするエアレーションノズル。

【請求項3】

請求項１記載のエアレーションノズルにおいて、
上記空気の通過方向に沿ってこのブレードを貫通し空気の通過を許容する複数の貫通孔を更に有し、これにより上記ブレードの可撓性が設定されているものである
ことを特徴とするエアレーションノズル。

【請求項4】

請求項１記載のエアレーションノズルにおいて、
上記ブレードは、その表面に空気の通過方向に沿って設けられた凹部（エッジを有するもの）を有し、これにより上記ブレードの可撓性が設定されているものである
ことを特徴とするエアレーションノズル。

【請求項5】

請求項１記載のエアレーションノズルにおいて、
上記筒体は、このエアレーションノズルに導入された空気及び汚水が通過する軸方向に複数段重ねて設けられ、
上記各筒体に設けられたブレードは、上記軸線方向の隣り合う互いの位置を、軸線周りに角度をずらして配置されており、
このエアレーションノズルは、
目詰まり解消用メンテナンス用治具を上段の筒体のブレード間に挿入し、それらのブレードを撓ませた場合に、その先端部をさらに下段の筒体のブレード間に挿入できるように構成されている
ことを特徴とするエアレーションノズル。

【請求項6】

請求項１記載のエアレーションノズルを、このエアレーションノズルが汚水処理槽内に設置された状態で目詰まりの除去を行うエアレーションノズルの目詰まり除去方法であって、
１又は複数の先端部を有するメンテナンス用治具を用い、このメンテナンス用治具の先端部を前記ブレード間に挿入し、捩じることで前記弾性部材により形成されているブレードを弾性的に撓ませてブレード間の隙間を広げる工程
を有することを特徴とする方法。

【請求項7】

請求項６記載の方法において、
上記ブレード間の隙間を広げる工程は、前記空気供給源を作動させた状態で行うことを特徴とする方法。

【請求項8】

請求項７記載の方法において、
前記メンテナンス用治具は、上記汚水処理槽の深さに対応した長さの延長部を有し、汚水処理槽内に汚水が貯留されている状態で上記ブレード間の隙間を広げる工程を実行できるように構成されている
ことを特徴とする方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、汚水処理装置に用いるエアレーションノズル及び、当該エアレーションノズルの目詰まりを除去する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

冷却水や洗浄水を使用する工場等においては、鉱物油や植物油などで汚れた水を浄化するために、その汚水に好気性菌等を作用させ、この好気性菌等を繁殖させることで汚れた成分を消化させることにより処理する方法が一般的に使用されている。このような汚水処理装置においては、好気性菌等を繁殖させるために、汚水に微細な気泡を混合して酸素呼吸を促し、好気性菌等の生存環境を整えることが必要とされる。

【0003】

このような汚水中への微細な気泡の混合や発生を行う装置は、エアレータと呼ばれ、浄化しようとする汚水中に配置されることで、汚水と空気とを混合し、汚水中の好気性菌を活性化させるように構成されている。このようなエアレータとして、従来から、内部に螺旋状の羽を備え、空気流によって生じる上方への水流をこの螺旋状の羽などで渦巻き状の水流とし、上昇水流中で気泡の混入を促進する構造のものがあった。

【0004】

このような羽を備えるエアレータおいては、汚水中に含まれる異物が羽に引っかかって、目詰まりを起こしてしまうということが想定される。しかしながら、このように内部に羽を備えるエアレータを取り出して掃除等することは一般に困難であり、メンテナンス上の問題となっていた。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

この発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、性能が高くかつメンテナンスの容易なエアレーションノズル及び、そのエアレーションノズルの目詰まり解消方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この発明によれば、
（１） 空気供給源に接続される空気供給口と処理槽内の汚水を吸い込む汚水吸込口とが一端部に設けられ、前記空気供給口より吸い込まれた空気を上記汚水吸込口から吸いこんだ汚水と混合し、微細気泡を生成する微細気泡発生手段が前記空気供給口に対向して設けられたエアレーションノズルであって、
前記微細気泡発生手段は筒状の本体と前記本体から中心に向かって突き出た複数のブレードとからなる筒体を、前記空気供給口より吸い込まれた空気が通過する位置に複数個配置した構成を有し、
前記筒体の前記ブレードは
基端部が上記筒体の内面に固定され、かつ各先端が上記筒体の中央で互いに向かい合うように成形されており、
かつ弾性部材（例えばゴム）で形成されていることにより、基端部を起点として先端部が撓むように構成され、これにより、例えば、処理槽の上部より挿入されたメンテナンス用治具をブレード間に受け入れ、この治具でブレードを撓ませて、ブレード間に詰まった異物を取り除くように構成されている。

【0007】

また、上記構成ようによれば、動作中に上記ブレードが弾性的に振動することにより異物が引っかかりにくくまた引っかかったとしてもすぐに脱落しやすい。
（２） （１）のエアレーションノズルにおいて、
上記ブレードは、上記空気供給口側から次第に幅が広くなるように構成され、これにより上記ブレードの可撓性が設定されているものであることを特徴とする。
（３） （１）のエアレーションノズルにおいて、
上記空気の通過方向に沿ってこのブレードを貫通し空気の通過を許容する複数の貫通孔を有し、これにより上記ブレードの可撓性が設定されているものであることを特徴とする。
（４） （１）のエアレーションノズルにおいて、
上記ブレードは、その表面に空気の通過方向に沿って設けられた凹部（エッジを有するもの）を有し、これにより上記ブレードの可撓性が設定されているものである。
（５） （１）のエアレーションノズルにおいて、
上記筒体は、このエアレーションノズルに導入された空気及び汚水が通過する軸方向に複数段重ねて設けられ、
上記各筒体に設けられたブレードは、上記軸線方向の隣り合う互いの位置を、軸線周りに角度をずらして配置されており、
このエアレーションノズルは、
目詰まり解消用メンテナンス用治具を上段の筒体のブレード間に挿入し、それらのブレードを撓ませた場合に、その先端部をさらに下段の筒体のブレード間に挿入できるように構成されている
ことを特徴とする。
（６）上記（１）のノズルが汚水を一旦貯留する処理槽にあらかじめ装着されてなる汚水ユニット。この汚水ユニットは、汚水が出るあらゆる施設（工場、業務用厨房、一般家庭）に適用可能である。
（７） （１）のエアレーションノズルを、このエアレーションノズルが汚水処理槽内に設置された状態で目詰まりの除去を行うエアレーションノズルの目詰まり除去方法であって、
１又は複数の先端部を有するメンテナンス用治具を用い、このメンテナンス用治具の先端部を前記ブレード間に挿入し、捩じることで前記弾性部材によって形成されているブレードを弾性的に撓ませてブレード間の隙間を広げる工程
を有することを特徴とする方法。
（８） （７）の方法において、
上記ブレード間の隙間を広げる工程は、前記空気供給源を作動させた状態で行うことを特徴とする方法。
（９） （８）の方法において、
前記メンテナンス用治具は、上記汚水処理槽の深さに対応した長さの延長部を有し、汚水処理槽内に汚水が貯留されている状態で上記ブレード間の隙間を広げる工程を実行できるように構成されている
ことを特徴とする方法。

【0008】

なお、上記した以外の本発明の特徴は、添付した図面及びそれらの図面に基づいて説明される最良の実施形態の記載から当業者にとって明らかにされるものである。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、この発明の一実施形態に係るエアレーションノズルを備えた汚水処理装置を示す側面図である。

【図2】図２は、同じく、エアレーションノズルを示す側面図である。

【図3】図３は、同じく、上面図である。

【図4】図４は、同じく、下面図である。

【図5】図５は、同じく、上段の円筒形気泡発生体を示す平面図である。

【図6】図６は、同じく、下面図である。

【図7】図７は、同じく、ブレードの構成を示す模式図である。

【図8】図８は、同じく、ノズルの目詰まりを解消するための治具を用いる場合の模式図である。

【図9】図９は、同じく、治具の先端部を拡大して示す側面図である。

【図10】図１０は、同じく、平面図である。

【図11】図１１は、別の実施形態を示す開閉弁の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。

【0011】

図１は、この実施形態のエアレーションノズル１が設置されてなる汚水処理装置２を示すものである。

【0012】

この汚水処理装置２は、一般に家庭や工場に設置された浄化槽（図示しない）に接続され、浄化槽からの汚水をさらに浄化する機能を有する装置であり、第１、第２の処理槽３、４を有する。この第１、第２の処理槽３、４は、円筒形の内部形状を有し、それぞれの底部に、前記エアレーションノズル１が設置されている。

【0013】

第１の処理槽３の上部には汚水流入口５が接続されており、矢印６で示すように浄化槽からの汚水がこの第１の処理槽３内に流入するようになっている。また、第１、第２の処理槽３、４は、高さ方向中途部において流通口７を介して互いに連結されており、矢印８で示すように、この流通口７を通して第１の処理槽３で処理された汚水が第２の処理槽４に流入するようになっている。

【0014】

第１、第２の処理槽３、４内においては、後で詳しく説明するように、エアレーションノズル１から噴出する微細気泡９が、円筒状の内壁に沿って周方向及び上下方向に効果的・効率的に循環し、処理槽内に常在する菌を活性化して有機物の分解を促すようになっている。

【0015】

この第１の処理槽３内の汚水は、上記流通口７を通して第２の処理槽４に押し出され、これら、第１、第２の処理槽３、４内で汚水処理が順次行われる。

【0016】

第２の処理槽４の下部には吐出口１０が設けられており、この吐出口１０には排出管１１が接続されている。この排出管１１は、第２の処理槽４の下部から上方に延出され、所定の高さで水平方向に屈曲され、この高さでオーバフローが生じ、矢印１２で示すように処理済みの汚水が排出されるように構成されている。

【0017】

また、この汚水処理装置の外側には、エアレーションポンプ１３が設けられ、このエアレーションポンプ１３は、接続管１５を介して各処理槽３、４に設けられたエアレーションノズル１に接続され、上記ポンプ１３から所定の圧力（流量）の空気がノズル１内に供給されるようになっている。

【0018】

エアレーションポンプ１３の容量は、槽の大きさやエアレーションノズル１の大きさに応じて可変であるが、この実施形態では毎分６０L〜２５０L（６０〜２５０Ｌ／ｍｉｍ）である。

【0019】

図２〜図４は、上記エアレーションノズル１を拡大して示す側面図、上面図、下面図である。

【0020】

エアレーションノズル１は、前記エアレーションポンプ１３からの接続管１５が下端（空気吸込口１６ａ）に接続され、この接続管１５が接続された部位は略円錐形の吸込カバー１６となっていて、接続管１５の周囲に設けられた汚水吸込口１７から、この処理槽３内の汚水を吸い込むようになっている。

【0021】

前記吸込カバー１６の上方には、微細気泡発生手段１８が固定されている。この微細気泡発生手段１８には、円筒状気泡発生体１９ａ、１９ｂが軸方向に上下２段に積層された状態で設けられている。

【0022】

図５及び図６は、上記円筒状気泡発生体１９ａ、１９ｂのうち、上段に設けられた円筒状気泡発生体１９ａを示す上面図及び下面図である
この円筒状気泡発生体１９ａは、円筒状の本体２１と、本体２１から中心に向かって突き出た複数のブレード２２とから構成されている。すなわち、これらのブレード２２は、それぞれ、基端部が上記本体２１の内面に固定され、かつ各先端が上記本体２１の中央で互い所定の隙間（開口部２８）を介して向かい合うように成形されている。

【0023】

また、このブレード２２は、ゴム材料で形成されていることにより、基端部を起点として先端側が撓むように柔軟に構成され、後で説明するように目詰まりの除去が容易になるように構成されている。この実施形態では、このブレード２２及び本体２１を含む気泡発生体１９ａ全体がゴム材料で形成されているが、上記本体２１がステンレス等の剛体で形成され上記ブレード２２のみがゴム材料等の弾性体で形成されていても良い。

【0024】

また、上記ブレード２２は、その材質に加え、以下のように孔や溝等が形成されていることにより、その柔軟性を向上させ、弾性が目詰まり除去に好適になるように制御可能となっている。

【0025】

図７は、上記ブレード部分を拡大して示す図であり、図中、（ａ）はこのブレード２２の上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は下面図、（ｄ）はブレード２２を上記気泡発生体１９ａの中心からから見た場合の側面図である。

【0026】

このブレード２２は、上記吸入口１７側から上方に向かって次第に幅が広くなるように一面２２ａ側がテーパー状に構成され、かつ汚水の通過方向に沿ってこのブレード２２を貫通し空気の通過を許容する複数の細孔２４を有するものである。また、上記ブレード２２は、その表面に空気の通過方向に沿って設けられた溝部２５を有する。この溝部２５とブレード２２の境界部２５ａが鋭いエッジを構成し、後で説明するように気泡の発生を助けるものである。また、ブレード２２の突出方向の先端部のエッジ２２ｂも同様の機能を奏するようになっている。

【0027】

この上段の気泡発生体１９ａの下側に配置された下段の気泡発生体１９ｂも、基本的に同形状であり、本体２１とこの本体内に中央方向に向かって突出した複数のブレード２２とを有するが、上記ブレード２２の配置が図３に点線で示すように、周方向に３０度だけずらされて配置されているものである。

【0028】

そして、上段及び下段の気泡発生体１９ａ、１９ｂ及び上記吸込口カバーは、周方向４か所で、４本のネジ２７によって相互に固定されている。

【0029】

次に、この微細気泡発生手段１８における気泡９の発生作用を説明する。

【0030】

上記接続管１５を通して上記エアレーションポンプ１３から供給された空気は、上記吸込カバー１６内へ上方向に向けて噴出される。これにより、カバー１６内が負圧になるから、上記供給口１７から上記処理槽内の汚水が吸込カバー１６内に吸い込まれる。

【0031】

このようにして吸込口カバー１６内に導入された汚水及び空気は、上記２段の気泡発生体１９ａ、１９ｂに導入される。上方に向かう気液混合流は、上記ブレード２２に激しく衝突して微細な気泡になる、このときにキャビテーション現象が発生し始める。すなわち、ノズル内を上昇する微細な気泡を含む水流は、上記ブレード２２による抵抗があるために、中央部の開口部２８に集まろうとする。そして中央に集まる流体は、通過流速が、この開口部２８を通過する際に速くなる。そして流速が速くなれば、その部分における圧力が低下する（ベルヌーイの定理による）。このことで、圧力の低下した流体中の空気の一部は、圧力の低下にともない更に細かな気泡となると同時に、これらの気泡は上記ブレード２２の先端のエッジに発生する渦巻く水流にも揉まれて、更に微細な気泡になって行く。また、各ブレード２２にも細孔２４が形成されているから、この細孔２４を通過するときにも同様の作用により気泡が生じる。これらの作用は、すなわち、キャビテーションであり、この場合、前記開口部２８や細孔２４は、その直径が小さいほど通過する液体の流速が増加し、より効果的にキャビテーションが起こって微細気泡の発生が促進される。

【0032】

この後、開口部２８を通過した水流は、一気に開放されて、気泡崩壊、すなわち多数の微細気泡９が発生し、微細化して崩壊する微細気泡は槽内に広がりつつ消滅して行く。また、中央の開口部２８から周辺に逃げた流体は、前記エッジ２２ｂ、２５ｂや溝部２５と衝突する。これらによって渦キャビテーションや小さな乱流が起こり、渦キャビテーションおよび条件によってはクラウドキャビテーションも発生する。このようにして、さらに、微細な気泡の発生が促進される。

【0033】

効果的にキャビテーションを発生させるために、上記エアレーションポンプ１３の出力が、処理する汚水等の状態により適切決定されており、この実施形態においては、毎分３０Ｌ〜２５０Ｌに設定されている。

【0034】

ここで、汚水等には、ごみや泥等の異物が混入しているため、開口部２８や細孔２４の径や、ブレード２２の隙間の通過幅が小さいと詰まりが生じる可能性がある。しかし、この実施形態のブレード２２は、ゴム材料という弾性体で形成されているため、通過する流体の抵抗及びキャビテーションにより微小振動を生じやすく、目詰まりがしにくくなっている。

【0035】

一方、それでも、目詰まり生じた場合、内部にブレード２２を備えるエアレーションノズル１を外部に取り出して掃除等することは一般に困難である。これに対して、この実施形態では、図８に２９で示すようなメンテナンス用治具を用いて外部から掃除が行えるようになっている。

【0036】

上記メンテナンス用治具２９は、長尺の延長部３０と、二股に分かれた先端部３１とを有するもので、処理槽３、４の上部開口からこの処理槽３、４内に挿入し、上記二股の先端部３１を、ブレード２２間の隙間に挿入する。図９は、この状態を示す側面図、図１０は、同じく上面図である。

【0037】

つぎに、この治具２９の延長部３０を図１０に矢印３２で示すように軸周りに駆動することで、上記弾性材料からなるブレード２２の先端側を撓ませ、ブレード２２間の隙間を広げることができる。上記エアレーションノズル１の運転中にこの作業を行うことで、ブレード２２間に詰まった異物を水流により押し出して取り除くことができる。

【0038】

なお、このメンテナンス用治具２９は、二股に限らず、三股、四股、五股、六股等であっても良い。これは、エアレーションノズル１のサイズや作業性、作業効率性に応じて適宜決定すればよい。

【0039】

また、この実施形態においては、上記ブレード２２には上下方向に貫通する複数の細孔２４及び溝２５が設けられているので、その先端側における可撓性が向上させられ、上記メンテナンス用治具２９による作業がしやすくなるように構成されている。この観点から、上記細孔２４及び溝部２５の大きさ、位置、数はメンテナンスのしやすさを考慮して、適宜の位置に設けるようにすることが好ましい。

【0040】

なお、この発明は、上記一実施形態のものに限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、円筒状気泡発生体は、上段と下段の２段に限らず、１段、３段等であってもよい。円筒状気泡発生体の段数に応じて、各段のブレード２２の数も適宜変更可能である。また、ブレード２２の配置も周方向に３０度ずらすものに限定されるものではなく、上記メンテナンス用治具２９の先端部３１を挿入しやすくするために、ずらす角度を３０度以下にしてもよい。その代わりに先端部３１の長さ及び直径自体を小さくして、先端部３１を挿入しやすくしてもよい。

【0041】

上記一実施形態では、上記両方の処理槽３、４に設けられたエアレーションノズル１を同時に作動させるようにしていたが、窒素を分解した際に発生するイオン（硝酸イオン、亜硝酸イオン）を処理するために、少なくとも第２の処理槽４におけるエアレーションノズル１の動作時間を短時間にすることで無酸素槽にして脱窒反応を起こさせ、フィルター槽を通過させて排出するようにしても良い。また、第１の処理槽３と第２の処理槽４を同時に、または、交互に無酸素槽とすることで脱窒を行うというような運用も可能である。

【0042】

そのためには、上記エアレーションポンプ１３と各槽３、４に設けられたエアレーションノズル１を接続する接続管１５の中途部に槽３、４用の開閉弁３４ａ、３４ｂを独立して設け、コントローラ３５で各弁３４ａ、３４ｂの開閉時間を独立的に制御することが有効である。また、エアレーションノズル１毎に独立したエアレーションポンプを設け、それらのポンプを、同時に或は別々に作動を行うことも可能である。

【0043】

また、第２の処理槽４にはエアレーションノズル１を設けず、完全な無酸素槽とすることも考えられるが、無酸素槽でもエアレーションノズル１を取り付け、少時間稼動すれば汚れをより分解することが可能になり長期の沈殿を少なくすることができる。

【0044】

この場合、処理槽内の沈殿物を効率よく分解処理するために、処理槽の底面部におけるエアレーションノズル１を設置する箇所（ノズル１の汚水吸込口１７が対向する面）を一番低く設計し、沈殿物を吸引しやすくすることも有効である。

【符号の説明】

【0045】

１…エアレーションノズル
２…汚水処理装置
３…第１の処理槽（汚水処理槽）
４…第２の処理槽（汚水処理槽）
５…汚水流入口
７…流通口
９…微細気泡
１０…吐出口
１１…排出管
１３…エアレーションポンプ（空気供給源）
１５…接続管
１６…吸込口カバー
１６ａ…空気吸込口
１７…汚水吸込口
１８…微細気泡発生手段
１９ａ、１９ｂ…円筒状気泡発生体（筒体）
２１…本体
２２…ブレード
２４…細孔
２５…溝部
２７…ネジ
２８…開口部
２９…メンテナンス用治具
３０…延長部
３１…先端部
３４ａ．３４ｂ…開閉弁
３５…コントローラ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】