特開 2024-51975 散気装置用散気膜の劣化評価方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024051975

(43)【公開日】2024-04-11

(54)【発明の名称】散気装置用散気膜の劣化評価方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 17/00 20060101AFI20240404BHJP

   G01N 3/00 20060101ALI20240404BHJP

   G01N 3/08 20060101ALI20240404BHJP

   B01F 25/452 20220101ALI20240404BHJP

   B01F 23/231 20220101ALI20240404BHJP

   C02F 3/20 20230101ALI20240404BHJP

【ＦＩ】

G01N17/00

G01N3/00 P

G01N3/08

B01F25/452

B01F23/231

C02F3/20 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022158388

(22)【出願日】2022-09-30

(71)【出願人】

【識別番号】000001834

【氏名又は名称】三機工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】栗原 萌

(72)【発明者】

【氏名】櫛田 浩司

【テーマコード（参考）】

2G050

2G061

4D029

4G035

【Ｆターム（参考）】

2G050AA02

2G050AA07

2G050EB01

2G061AA01

2G061AB01

2G061BA01

2G061BA15

2G061BA20

2G061CA16

2G061CB01

2G061EA03

2G061EC02

4D029AA01

4D029AB07

4G035AB08

4G035AB09

4G035AB28

4G035AC26

(57)【要約】

【課題】散気膜の材質が経年劣化しにくい場合でも、散気膜の残存耐用年数を評価することができる散気装置用散気膜の劣化評価方法を提供する。
【解決手段】本開示の散気装置用散気膜の劣化評価方法は、散気膜の引張強度と膜厚を測定する測定工程と、測定工程で測定した引張強度と膜厚を掛け合わせた値を装置耐力とし、装置耐力を指標として用い、散気膜の残存耐用年数を評価する評価工程を含む。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

散気装置に用いられる散気膜の劣化を評価する散気装置用散気膜の劣化評価方法において、
前記散気膜の引張強度と膜厚を測定する測定工程と、
前記測定工程で測定した前記引張強度と前記膜厚を掛け合わせた値を装置耐力とし、前記装置耐力を指標として用い、前記散気膜の残存耐用年数を評価する評価工程を含む散気装置用散気膜の劣化評価方法。

【請求項2】

前記測定工程では、前記引張強度及び前記膜厚を少なくとも２回測定し、
前記評価工程では、前記測定工程で測定された少なくとも２回の測定値から前記装置耐力と時間との相関関係を求め、前記相関関係から前記残存耐用年数を評価する請求項１に記載の散気装置用散気膜の劣化評価方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、散気装置に用いられる散気膜の劣化を評価する散気装置用散気膜の劣化評価方法に関する。

【背景技術】

【0002】

散気装置は、例えば下水処理施設等の槽内に貯留された水中に、微生物に必要な酸素を含んだ空気等の気体を送り込むために利用される。下記特許文献１に開示された散気装置は、一方向に長手の本体を備える。本体は、ステンレス製の板状の底パネルと、ステンレス製の枠状の上パネルと、底パネルと上パネルの間に挟み込まれる軟質の散気膜（散気体）とを有する。散気膜には、膜厚方向に貫通する多数の散気孔が開設されている。散気膜の長手方向の端部には導気管が接続されている。導気管を介して散気膜と底パネルとの間に空気が導入されると、空気圧により散気膜が上方へ膨らむように変形し、散気孔から水中に空気が送り込まれる。水中に送り込まれた空気は微細な気泡であるため、水中に効率良く空気を溶解させることができる。

【0003】

このような散気装置用の散気膜は、経年使用によって劣化する。散気膜が劣化すると、劣化した箇所が破れて粗大気泡が集中して発生する異常発泡が生じ、水中に効率良く空気を溶解させることができなくなる。このため、散気膜の劣化（劣化度合）を評価し、散気膜を適切な時期に交換する必要がある。従来、引張強度を指標として用いて、散気膜の劣化度合、つまり、散気膜の残存耐用年数を評価していた。なお、下記特許文献２には、屋外に設置される農業用フィルムの残存耐用年数を、農業用フィルムの引張強度に基づき評価する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－４９４９９号公報

【特許文献2】特開２００４－３１７１５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

散気膜の引張強度は、断面積あたりの破断応力［ＭＰａ＝Ｎ／ｍｍ^２］である。引張強度は、散気膜の材質としての強度指標ではあるが、散気膜の装置としての強度指標であるとは言えない。引張強度を指標として用いると、材質の劣化に伴う散気膜の残存耐用年数を評価できる一方で、散気膜の材質の劣化が無視できる程度に小さい場合、言い換えると、散気膜が膜素材として弱くなりにくい場合には散気膜の残存耐用年数を評価できない。例えば、経年使用により散気膜の膜厚が薄くなると、散気膜の装置としての強度が低下し、最終的には膜厚の薄くなった部分から破れる。散気膜が破れると、破れた箇所から粗大気泡が集中して発生する異常発泡が生じ、水中に効率良く空気を溶解させることができなくなる。

【0006】

本開示は、上述のような課題を解決するためになされたもので、散気膜の材質が経年劣化しにくい場合でも、散気膜の残存耐用年数を評価することができる散気装置用散気膜の劣化評価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】

【0007】

散気装置に用いられる散気膜の劣化を評価する本開示に係る散気装置用散気膜の劣化評価方法は、散気膜の引張強度と膜厚を測定する測定工程と、測定工程で測定した引張強度と膜厚を掛け合わせた値を装置耐力とし、装置耐力を指標として用い、散気膜の残存耐用年数を評価する評価工程を含む。

【0008】

本開示において、測定工程では、引張強度及び膜厚を少なくとも２回測定し、評価工程では、測定工程で測定された少なくとも２回の測定値から前記装置耐力と時間との相関関係を求め、前記相関関係から前記残存耐用年数を評価することができる。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、散気膜の引張強度と膜厚を掛け合わせた値を装置耐力とし、装置耐力を指標として用いることで、散気膜の材質が経年劣化しにくい場合でも、散気膜の残存耐用年数を評価することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態による散気装置用散気膜の劣化評価方法を適用する散気膜を備える散気装置の構成を示す斜視図である。

【図2】図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う散気装置の断面図である。

【図3】図２に示す散気装置の作動状態を示す断面図である。

【図4】実施の形態による散気装置用散気膜の劣化評価方法を説明するための図である。

【図5】実施の形態の効果を説明するためのグラフである。

【図6】実施の形態の効果を説明するためのグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。各図において共通または対応する要素には、同一の符号を付して、説明を簡略化または省略する。各図においては、作図の都合上、一部の構成要素の図示が省略されている場合がある。

【0012】

図１は、実施の形態による劣化評価方法を適用する散気膜を備える散気装置の構成を示す斜視図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う散気装置の断面図である。図３は、図２に示す散気装置の作動状態を示す断面図である。

【0013】

散気装置１は、長方形状の本体２を備える。本体２の幅Ｄ及び長さＬは、本体２が設置される槽（図示省略）のサイズに応じて設定される。本体２の短手方向の幅Ｄは、例えば８０ｍｍ～２００ｍｍの範囲内に設定することができ、本体２の長手方向の長さＬは、例えば３００ｍｍ～５０００ｍｍの範囲内に設定することができる。

【0014】

本体２は、板状の底パネル２１と、枠状の上パネル２２と、底パネル２１と上パネル２２の間に挟み込まれる散気膜２３とを有する。底パネル２１と上パネル２２は、散気膜２３の固定枠であり、例えば、ステンレス製である。底パネル２１の外周部には上方に起立する周壁部２１ａが一体に形成され、周壁部２１ａの上面に上パネル２２が固定されている。散気膜２３は、その外周部が底パネル２１と上パネル２２の間に挟み込まれる形で保持される。散気膜２３は、例えばポリウレタン樹脂などの伸縮可能な軟質の樹脂からなる。散気膜２３には、膜厚方向に貫通する多数の散気孔２３ａが開設され、散気膜２３の長手方向の端部には、接続部３１を介して導気管３の一端が接続されている。導気管３の他端は、図示省略する送風機に接続されている。送風機を稼働させると、導気管３を介して、散気膜２３と底パネル２１の間に空気を供給することができる。送風機からの空気の供給を停止した状態では、槽内に貯留される水Ｗの圧力（水圧）により、図２に示すように散気膜２３が底パネル２１に密着し、散気孔２３ａが閉じられる。一方、送風機から空気を供給すると、空気の圧力により、図３に示すように散気膜２３が上方へ膨らむように変形し、散気孔２３ａから水中に空気が放出される。

【0015】

次に、散気膜２３の残存耐用年数の評価方法について説明する。図４は、本実施の形態による散気膜の劣化評価方法を説明するための図である。

【0016】

先ず、使用開始前（未使用時）の時間ｔ０において、散気膜２３の引張強度Ｓ０［Ｎ／ｍｍ^２］と膜厚Ｔ０［ｍｍ］を測定する（測定工程）。引張強度Ｓ０及び膜厚Ｔ０の測定箇所は特に限定されない。また、散気膜２３の複数個所で測定し、それらの測定値の平均値を引張強度Ｓ０及び膜厚Ｔ０としてもよい。引張強度Ｓと膜厚Ｔの測定方法は、例えばＪＩＳ規定（ＪＩＳＫ６２５１）に示されている。

【0017】

その後、散気膜２３を例えば下水処理施設等の槽内に設置し、時間ｔ０から所定時間経過（使用）した時間ｔ１において、時間ｔ０と同様の方法で、引張強度Ｓ１［Ｎ／ｍｍ^２］と膜厚Ｔ１［ｍｍ］を測定する（測定工程）。図４に示す例では、時間ｔ１の引張強度Ｓ１は、時間ｔ０の引張強度Ｓ０と同じである。即ち、引張強度Ｓの経時劣化はない、あるいは無視できるほどに劣化が少ないため、散気膜２３の材質が経年劣化していないとみなすことができる。このため、従来例の如く引張強度を指標として用いると、散気膜２３の残存耐用年数を評価することができない。なお、使用開始後の引張強度Ｓ［Ｎ／ｍｍ^２］及び膜厚Ｔ［ｍｍ］の測定は、時間ｔ１のみの１回に限定されず、２回以上行ってもよい。つまり、測定工程では、引張強度Ｓ０，Ｓ１［Ｎ／ｍｍ^２］及び膜厚Ｔ０，Ｔ１［ｍｍ］が少なくとも２回測定される。

【0018】

次に、測定工程で測定された引張強度Ｓ０，Ｓ１と膜厚Ｔ０，Ｔ１を掛け合わせることで装置耐力Ｅ０，Ｅ１［Ｎ／ｍｍ］を求める（評価工程）。評価工程では、少なくとも２点の装置耐力Ｅ０，Ｅ１［Ｎ／ｍｍ］が求められる。

【0019】

本実施の形態では、評価工程において、装置耐力Ｅ０，Ｅ１を指標として用いる。具体的には、装置耐力Ｅ０，Ｅ１［Ｎ／ｍｍ］から、図４に示すような装置耐力Ｅと時間の相関関係を求める。この相関関係から、装置耐力Ｅが基準値Ｅ２に達する時刻ｔ２を求め、時刻ｔ２までの残存耐用年数を評価することができる。基準値Ｅ２は、散気膜２３が破れない程度の散気膜２３の強度が保持されるようにマージンを持って設定される。なお、図４に示すように直線で相関関係が表される場合には引張強度及び膜厚を夫々２回以上測定すればよく、後述する図５及び図６に示すように曲線で相関関係が表される場合には引張強度及び膜厚を夫々３回以上測定すればよい。また、引張強度及び膜厚の測定回数を増やすことで、相関関係を精度良く求めることができる。

【0020】

本実施の形態によれば、散気膜２３の引張強度Ｓ［Ｎ／ｍｍ^２］と膜厚Ｔ［ｍｍ］を掛け合わせた値を装置耐力Ｅ［Ｎ／ｍｍ］とし、装置耐力Ｅを指標として用いることで、散気膜２３の材質が経年劣化しにくい場合でも、散気膜２３の残存耐用年数を評価することができる。

【0021】

更に、本実施の形態の効果について説明する。図５及び図６は、実施の形態の効果を説明するためのグラフである。各グラフにおいて、時間ｔ０における値を１００％として、散気膜２３の引張強度Ｓ、膜厚Ｔ及び装置耐力Ｅを夫々示している。図５には、引張強度Ｓの経時変化が共通する一方で膜厚Ｔａ，Ｔｂの経時変化が異なる、散気膜の材質が劣化しにくい場合における、素材の異なる２種類の散気膜２３の装置耐力Ｅａ，Ｅｂの経時変化を示している。また、図６には、膜厚Ｔの経時変化が共通する一方で引張強度Ｓａ，Ｓｂの経時変化が異なる、引張強度Ｓｂを呈する散気膜の材質が劣化する場合における、素材の異なる２種類の散気膜２３の装置耐力Ｅａ，Ｅｂの経時変化を示している。これらの装置耐力Ｅａ，Ｅｂの経時変化は、装置耐力Ｅａ，Ｅｂと時間の相関関係に相当する。

【0022】

本実施の形態の如く装置耐力Ｅａ，Ｅｂを指標として用いることで、図５及び図６に示される何れの例でも、散気膜２３の残存耐用年数を確実に評価することができる。

【0023】

それに対し、従来例の如く引張強度Ｓを指標として用いると、図５に示す例では、膜厚Ｔａと膜厚Ｔｂは経時的に低下しており、散気膜の残存耐用年数に影響していることが予想されるものの、引張強度Ｓの経時的な低下を捉えられないために残存耐用年数を評価することができない。また、膜厚Ｔを指標として用いると、図６に示す例では、一方では引張強度Ｓａが経時的に変わらず（即ち、材質が経年劣化せず）、他方では引張強度Ｓｂが経年劣化している（即ち、材質が経年劣化している）のに、膜厚Ｔは両方とも違いはない。引張強度は散気膜の残存耐用年数に強く影響すると考えられるが指標とは無関係なので、残存耐用年数を不適切に評価してしまうことになる。つまり、引張強度Ｓ及び膜厚Ｔのいずれか一方のみを指標として用いると、散気膜２３の装置としての強度低下を見逃してしまい、残存耐用年数を評価し損ねる虞がある。

【符号の説明】

【0024】

１…散気装置、２３…散気膜、Ｓ，Ｓ０，Ｓ１，Ｓａ，Ｓｂ…引張強度、Ｔ，Ｔ０，Ｔ１，Ｔａ，Ｔｂ…膜厚、Ｅ，Ｅ０，Ｅ１，Ｅａ，Ｅｂ…装置耐力

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】