特開 2024-94185 気液分散装置及び、この気液分散装置を有する活性汚泥処理設備

(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】P2024094185

(43)【公開日】2024-07-09

(54)【発明の名称】気液分散装置及び、この気液分散装置を有する活性汚泥処理設備

(51)【国際特許分類】

   C02F 3/22 20230101AFI20240702BHJP

   B01F 23/231 20220101ALI20240702BHJP

   B01F 23/233 20220101ALI20240702BHJP

   B01F 35/53 20220101ALI20240702BHJP

   B01F 27/80 20220101ALI20240702BHJP

   C02F 3/12 20230101ALI20240702BHJP

【ＦＩ】

C02F3/22 Z

B01F23/231

B01F23/233

B01F35/53

B01F27/80

C02F3/12 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022210984

(22)【出願日】2022-12-27

(71)【出願人】

【識別番号】000101042

【氏名又は名称】アクアス株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000171919

【氏名又は名称】佐竹マルチミクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102749

【弁理士】

【氏名又は名称】澤木 紀一

(74)【代理人】

【識別番号】100081787

【弁理士】

【氏名又は名称】小山 輝晃

(72)【発明者】

【氏名】加藤 好一

(72)【発明者】

【氏名】根本 孝宏

(72)【発明者】

【氏名】吾郷 健一

(72)【発明者】

【氏名】上野 浩史

(72)【発明者】

【氏名】市川 真治

(72)【発明者】

【氏名】今村 憲史

【テーマコード（参考）】

4D028

4D029

4G035

4G037

4G078

【Ｆターム（参考）】

4D028BC24

4D028BC26

4D028CA06

4D029AA01

4D029AA09

4D029AB05

4D029CC07

4G035AB10

4G037EA04

4G078AA07

4G078BA05

4G078CA06

4G078DA19

4G078EA10

(57)【要約】

【課題】従来のドラフトチューブを用いた気液分散装置は、供給したＡｉｒが再循環してしまうためインペラの回転数を増加させる必要があり、そのため、動力が増加してしまう問題があった。
【解決手段】本発明の気液分散装置は、曝気槽と、該曝気槽内に設けたドラフトチューブと、該ドラフトチューブ内に設けた散気手段と、該散気手段から放出された気泡を、前記ドラフトチューブ内において下降させる下降手段と、上昇してきた、前記曝気槽とドラフトチューブとの間の上部開口からの液体を、下方に移動させて、該下方に移動した液体を、前記ドラフトチューブ内に導入する液体下方迂回手段とよりなることを特徴とする。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

曝気槽と、
該曝気槽内に設けたドラフトチューブと、
該ドラフトチューブ内に設けた散気手段と、
該散気手段から放出された気泡を、前記ドラフトチューブ内において下降させる下降手段と、
上昇してきた、前記曝気槽とドラフトチューブとの間の上部開口からの液体を、下方に移動させて、該下方に移動した液体を、前記ドラフトチューブ内に導入する液体下方迂回手段と
よりなることを特徴とする気液分散装置。

【請求項2】

前記液体下方迂回手段は、
前記曝気槽とドラフトチューブとの間の上部開口に設けた、該上部開口からの液体を、所望の高さまで上昇させた後に、下方に越流させる、前記所望の高さに形成された越流壁部と、
該越流壁部から下方に越流した液体を貯留する貯留槽部と、
該貯留槽部内の前記所望の高さより低い位置の液体を、前記ドラフトチューブ内に導入する導入管と
よりなることを特徴とする請求項１に記載の気液分散装置。

【請求項3】

前記貯留槽部は、前記曝気槽の外側に設けられたことを特徴とする請求項２に記載の気液分散装置。

【請求項4】

前記貯留槽部は、前記曝気槽内に設けられたことを特徴とする請求項２に記載の気液分散装置。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれか１に記載の気液分散装置よりなる高効率高負荷塔と、
該高効率高負荷塔からの処理水を処理する再処理槽と、
該再処理槽で処理された排水を前記高効率高負荷塔に流入させる手段とを有することを特徴とする活性汚泥処理設備。

【請求項6】

前記高効率高負荷塔は、ＢＯＤ容積負荷が、１０ｋｇ／ｍ³／ｄ以上であることを特徴とする請求項５に記載の活性汚泥処理設備。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、気液分散装置、特に、ドラフトチューブを用いた気液分散装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、下水処理等のために、活性汚泥法における生物処理を行う場合がある。該処理においては、槽内に容れられた下水等の液体（原水）に空気を供給し、好気性微生物により有機物を分解させる。このような曝気槽（好気槽）としては、供給した空気を効率的に消費させるために、ドラフトチューブを用いた気液分散装置がある。

【0003】

（１．１．従来の気液分散装置の構成の説明）

【0004】

図８及び図９は、従来のドラフトチューブを用いた気液分散装置を示し、１は、例えば、有底の円筒状よりなる曝気槽、２は、前記曝気槽１内中央の液面より下方に垂設した、上下端が開口した筒状のドラフトチューブを示す。

【0005】

該ドラフトチューブ２は、例えば、上下方向において同一径の円筒状に形成された本体部２ａと、該本体部２ａの上端に連なる、上方に向かうに従って径が拡大したコーン状（円錐台状）に形成されたコーン状部２ｂとにより構成される。

【0006】

なお、前記コーン状部２ｂは、設けられない場合もある。

【0007】

また、３は、前記ドラフトチューブ２内の上部に設けられた、下降流を形成させる撹拌インペラ（撹拌翼）を示す。該インペラ３は、例えば、前記曝気槽１の天井板１ａを貫通して垂設された回転軸３ａの下端に固定される。また、前記回転軸３ａは、例えば、前記ドラフトチューブ２の軸と一致し、前記インペラ３の翼端は、例えば、前記ドラフトチューブ２の内周面に近接するように形成する。

【0008】

また、４は、前記ドラフトチューブ２内にＡｉｒ（空気）を供給するための散気手段を示す。該散気手段４の散気ノズル（スパージャー）４ａは、前記インペラ３より下方に設けられ、ブロワー４ｂによりＡｉｒが供給される。

【0009】

なお、前記散気ノズル４ａは、例えば、メンブレンやセラミック多孔質体よりなり、該多孔質体の表面から微細な気泡が放出される。

【0010】

また、５は、前記曝気槽１の上部に設けられたオーバーフロー管（排出管）を示し、該オーバーフロー管５から、オーバーフローした液体や、液面から上方（気中）に放出されたＡｉｒが槽外に排出されるようになる。

【0011】

また、６は、例えば、前記曝気槽１の上方に設けられ、前記ドラフトチューブ２内に原水が供給されるように配置された原水供給管を示す。

【0012】

また、７は、前記ドラフトチューブ２の上部内周面に固定された板状のバッフルを示す。該バッフル７は、例えば、半径方向中心に向かって延びると共に、前記ドラフトチューブ２の上端よりも上方に突出して延びて形成され、例えば、前記曝気槽１内に容れられた液体の液面を超える高さまで延びて形成される。また、該バッフル７は、例えば、周方向に、所望の距離離間にして、４つ固定される。

【0013】

なお、前記バッフル７は、設けられない場合もある。

【0014】

（１．２．従来の気液分散装置の作用の説明）

【0015】

前記従来のドラフトチューブ式の分散装置においては、図１０に示すように、前記曝気槽１内に、前記ドラフトチューブ２の上端よりも高い所望量の液体が容れられる。そして、前記撹拌インペラ３を回転させることによりドラフトチューブ２内に、下降流が発生する。

【0016】

また、同時に、前記散気ノズル４ａからＡｉｒ（空気）を、前記液体内に通気し、該Ａｉｒは、前記インペラ３による下降流により、下方に押し込まれ（下降し）、前記ドラフトチューブ２の下端開口から、前記曝気槽１の底部に放出される。そして、該Ａｉｒを含む液体は、前記槽１底部を半径方向外方に流れ、該槽１内周面に当接し、前記ドラフトチューブ２と前記槽１との間を上昇する上昇流を形成するようになる。

【0017】

このように、前記ドラフトチューブ式の分散装置においては、通気したＡｉｒを、インペラにより槽底部まで押し込む（下降させる）ことにより、前記曝気槽１内の容積負荷（ガス吸収効率）を向上させることができるようになる。

【0018】

また、容れられた液体の上部まで上昇した、Ａｉｒを含む液体は、上方に向かうに従って径が広がるコーン状部２ｂの気液分離機能により、消費されなかったＡｉｒは、液面から気中に放出され、また、前記液体は、前記ドラフトチューブ２（コーン状部２ｂ）の上端開口から、前記ドラフトチューブ２内に入り込み、下方に流れ、槽１内を循環するようになる。

【0019】

なお、図１１は、撹拌インペラを用いない気液分散装置の例を示す。該気液分散装置においては、前記ドラフトチューブ２内の上部に、下方に高圧エアーを吐出（放出）させて通気する、高圧ノズル８ａなどの散気手段８を設け、該散気手段８の吐出作用により、前記ドラフトチューブ２内において下降流を形成させて、液体を前記槽１内で循環させるようにする。

【0020】

例えば、ドラフトチューブを用いた気液分散装置としては、例えば、特許文献１がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0021】

【特許文献1】特開平０８－３３８９５号公開公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0022】

しかしながら、前記従来の気液分散装置においては、前記ドラフトチューブ２の下端開口から槽底部に放出され、ドラフトチューブ２と曝気槽１間を上昇したＡｉｒの一部が、図１０に示すように、液面から上方に放出されずに、再度、前記ドラフトチューブ２の上端開口から内部に入り込んでしまうことがある。

【0023】

そして、該再循環されたＡｉｒは、図１２に示すように、前記インペラ３に絡み付き（フラッディング）、前記インペラ３の吐出能力を低下させ、これにより、前記散気ノズル４ａから放出したＡｉｒが、下方に押し込まれず、ドラフトチューブ２内の上端から上方に噴き出してしまうので、これを抑制するため、インペラ３の回転数を増加させる必要があり、消費動力が増加してしまう問題があった。

【0024】

また、撹拌インペラを用いない気液分散装置においては、ブロワー消費動力が膨大となる欠点があった。

【0025】

本発明においては、動力の増加を防ぐために、通気したＡｉｒの再循環を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0026】

前記の目的を達成すべく、本発明の気液分散装置は、曝気槽と、該曝気槽内に設けたドラフトチューブと、該ドラフトチューブ内に設けた散気手段と、該散気手段から放出された気泡を、前記ドラフトチューブ内において下降させる下降手段と、上昇してきた、前記曝気槽とドラフトチューブとの間の上部開口からの液体を、下方に移動させて、該下方に移動した液体を、前記ドラフトチューブ内に導入する液体下方迂回手段とよりなることを特徴とする。

【0027】

また、前記液体下方迂回手段は、前記液体下方迂回手段は、前記曝気槽とドラフトチューブとの間の上部開口に設けた、該上部開口からの液体を、所望の高さまで上昇させた後に、下方に越流させる、前記所望の高さに形成された越流壁部と、該越流壁部から下方に越流した液体を貯留する貯留槽部と、該貯留槽部内の前記所望の高さより低い位置の液体を、前記ドラフトチューブ内に導入する導入管とよりなることを特徴とする。

【0028】

また、前記貯留槽部は、前記曝気槽の外側に設けられたことを特徴とする。

【0029】

また、前記貯留槽部は、前記曝気槽内に設けられたことを特徴とする。

【0030】

また、本発明の活性汚泥処理設備は、気液分散装置よりなる高効率高負荷塔と、該高効率高負荷塔からの処理水を処理する再処理槽と、該再処理槽で処理された排水を前記高効率高負荷塔に流入させる手段とを有することを特徴とする。

【0031】

また、前記高効率高負荷塔は、ＢＯＤ容積負荷が、１０ｋｇ／ｍ³／ｄ以上であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0032】

本発明によれば、通気したＡｉｒの再循環を抑制し、動力の低減を図ることができるようになる。

【0033】

更に、排水処理では、より多くのＡｉｒを吹き込めるため、１０ｋｇ－ＢＯＤ／ｍ³・ｄ以上の高いＢＯＤ容積負荷を実現することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】本発明の気液分散装置の実施例１の説明用縦断側面図である。

【図2】図１のＡ－Ａ線横断面図である。

【図3】図２のＢ－Ｂ線縦断側面図である。

【図4】本発明の気液分散装置の流れの説明用縦断側面図である。

【図5】本発明の気液分散装置の流れの説明用横断面図である。

【図6】本発明の他の気液分散装置の実施例２の説明用縦断側面図である。

【図7】本発明の気液分散装置を組み合せた排水処理設備の概略図である。

【図8】従来の気液分散装置の説明用縦断側面図である。

【図9】図８のＡ－Ａ線断面図である。

【図10】従来の気液分散装置の槽内の流れを説明する説明図である。

【図11】従来の他の気液分散装置の槽内の流れを説明する説明図である。

【図12】従来の気液分散装置の槽内の気泡の流れを説明する説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

本発明を実施するための形態の実施例を以下に示す。

【実施例0036】

本発明の実施例１を図によって説明する。なお、従来例と同じ部分には、同じ符号を付けて、その説明を省略する。

【0037】

また、説明を容易にするために、バッフル７の記載を省略する。

【0038】

（２．１．本発明の実施例１の説明）

【0039】

本発明においては、前記従来のドラフトチューブを有する気液分散装置のように、前記曝気槽とドラフトチューブとの間を上昇してきた液体を、該曝気槽とドラフトチューブとの間の上部開口から、直接、前記ドラフトチューブ内に導入する代わりに、前記曝気槽とドラフトチューブとの間の上部開口からの液体を、一旦、下方に移動させ、該下方に移動した液体を、前記ドラフトチューブ内に導入する液体下方迂回手段を設ける。

【0040】

なお、前記液体下方迂回手段の上部は、Ａｉｒ放出手段が設けられ、該Ａｉｒ放出手段により、消費されなかったＡｉｒが液面から上方の気中（気相部）に放出され、例えば、オーバーフロー管等から、曝気槽外に放出されるようになる。

【0041】

前記液体下方迂回手段を設けることにより、前記液体が、下方に移動中に、該液体中のＡｉｒが、上方に移動して、液面から気中に放出され、消費されなかったＡｉｒと液体とが分離され、そして、Ａｉｒが抜けた下方に移動した液体が、前記ドラフトチューブ内に導入されるようになる。

【0042】

前記液体下方迂回手段としては、例えば、前記曝気槽１の上部に、越流導入装置９を設ける。

【0043】

該越流導入装置９は、例えば、図１～図３に示すように、前記曝気槽１とドラフトチューブ２との間の上部開口１０に設けた、該上部開口１０からの液体を、直接、前記ドラフトチューブ２内に導入させずに、所望の高さまで上昇させた後に、下方に越流させる越流壁部１１と、該越流壁１１から下方に越流した液体を貯留する貯留槽部１２と、該貯留槽部１２内の、前記越流壁１１の上端より低い位置の液体を、前記ドラフトチューブ２内に導入する、例えば、断面矩形状の水平状に設けられた導入管１３とよりなる。

【0044】

前記越流壁部１１は、例えば、前記ドラフトチューブ２の上端に液密に形成した、上方に延びる、所望の高さの円筒状の内側壁１１ａと、前記曝気槽１の上端に液密に接続した、上方に延びる、前記内側壁１１ａより低い高さの円筒状の越流壁１１ｂとよりなる。

【0045】

なお、前記曝気槽１とドラフトチューブ２の上部を越流壁部１１とみなし、前記越流壁１１ｂに相当する前記曝気槽１の上端を、前記内側壁１１ａに相当する前記ドラフトチューブ２の上端よりも低い高さに形成するようにしてもよい。

【0046】

また、貯留槽部１２は、例えば、前記曝気槽１の上部の周壁を、外側において覆う、前記内側壁１１ａよりも高く形成された、円筒状の外壁１２ａと、該外壁１２ａの下端と前記曝気槽１の外周面とを塞ぐ円環状の底板１２ｂとよりなる。

【0047】

なお、前記貯留槽部１２の外壁１２ａは、矩形筒状であってもよい。

【0048】

また、前記導入管１３は、例えば、前記越流壁１１ｂを貫通し、先端部１３ａが前記貯留槽部１２内に位置し、基部１３ｂが、前記内側壁１１ａに形成した貫通孔１１ｃに連結された、例えば、断面矩形状の管とよりなり、前記導入管１３は、前記内側壁１１ａに、例えば、放射状に十字に、４つ設けられる。

【0049】

なお、オーバーフロー管５は、例えば、前記曝気槽１に設けられる代わりに、前記貯留槽部１２の外壁１２ａの、前記内側壁１１ａよりも低い位置に設けられ、該オーバーフロー管５から、前記貯留槽部１２のオーバーフローした液体や、前記越流壁１１ｂと内側壁１１ａとの間の開口に形成された液面から放出したＡｉｒが、前記貯留槽部１２外に排出されるように形成される。

【0050】

また、上昇する気泡が、前記ドラフトチューブ２内に再度吸い込まれるのを防ぐために、例えば、図１に示すように、前記導入管１３の先端部１３ａの他端開口を、上部が塞がれ、下部が開口するように形成し、または、例えば、図４に示すように、前記先端部１３ａの他端開口を塞ぎ、前記導入管１３の底部に開口部を設けるようにし、下から、液体が導入されるようにしてもよい。

【0051】

また、前記導入管１３は、放射状に十字に４つ設ける以外に、３以下、又は、５以上の導入管を設けるようにしてもよい。

【0052】

なお、前記導入管１３の液体を導入する開口部の大きさは、前記ドラフトチューブ２と曝気槽１間を上昇する気泡が、前記貯留槽部１２に流入しても、再浮上して前記下向き開口部に入り込まない面積・流速であることが好ましく、各種条件に基づき実験や計算等により設定される。

【0053】

また、前記導入管１３の液体を導入する開口部の大きさは、あまり小さくすると該導入管１３の流通速度が速くなって気泡が余計に巻き込まれる恐れがあるため、各種条件に基づき実験や計算等により設定されるが、例えば、前記導入管１３の開口部は、例えば、１ｍ／ｓｅｃ以下の流速が好ましい。そして、前記導入管１３の開口部は、例えば、角形で、下向きで、前記貯留槽部１２の水深の１／２より低い位置となっている事が好ましい。

【0054】

なお、自然と液面に向かって上昇する気泡に対して、再循環されないようにするために、前記貯留槽部１２の横断面形状は、例えば、前記ドラフトチューブ２の上端形状よりやや低い位置に外側に囲う様に張り出し、越流した液体（排水）が前記導入管１３に自然に流入するように形成されることが好ましい。

【0055】

本発明の実施例１によれば、図４及び図５に示すように、曝気槽１とドラフトチューブ２との間を上昇するＡｉｒを含む液体は、前記越流壁１１ｂの上端まで上昇し、前記越流壁を越えて、下方の貯留槽部１２に移動するが、該Ａｉｒは、そのまま上昇し、前記導入管１３の開口へ到達する前に、前記貯留槽部１２の液面上から気中に排出され、Ａｉｒの再循環が抑制されるようになる。

【0056】

また、前記貯留槽部内に移動した液体は、前記越流導入装置９の導入管１３の底部に形成された開口部を通過して、前記ドラフトチューブ２の上端開口に吸い込まれるようになる。

【0057】

これにより、液体（原水）のみが、ドラフトチューブ２内に再循環されるようになり、インペラにＡｉｒの絡み付きを防ぐ事ができる。そして、従来に比べ、インペラの吐出能力を向上させると共に、よりガス吸収効率を向上させることができるようになる。また、撹拌動力の低減を図ることができる。

【0058】

従来の外置き陸上ポンプ循環方式では、酸素溶解効率５０％とした場合、通気流量はＱ＝３７Ｌ／ｍｉｎで０．７５ｋＷとなるのに対し、本発明方式では、酸素溶解効率５０％とした場合、ほぼ０．１８ｋＷとなり、大幅に動力を削減できた。

【0059】

（２．２．本発明の実施例２の説明）

【実施例0060】

本発明の他の実施例においては、図６に示すように、前記越流導入装置９を、前記曝気槽１内に設けるようにする。

【0061】

即ち、実施例１における貯留槽部１１の越流壁１１ｂを、例えば、前記曝気槽１の上端よりも低い位置に、前記ドラフトチューブ２及び前記内側壁１１ａと、前記曝気槽１の周壁との間に設ける。

【0062】

、
また、前記越流壁１１ｂの下端と前記曝気槽１の内周面とを円環状の底板１２ｂにより塞ぎ、前記越流壁１１ｂと前記曝気槽１と前記底板１２ｂとにより、貯留槽部１２を形成するようにする。

【0063】

また、導入管１３を、前記越流壁１１ｂの下部に形成した貫通孔１１ｄと、前記内側壁１１ａに形成した貫通孔１１ｃ間を連結するように形成する。

【0064】

該第２の実施例においても、越流した液体が、貯留槽部内に、下方に越流し、下方の前記貫通孔１１ｃから液体が、前記導入管１３を介して、前記ドラフトチューブ内に移動するようになる。

【0065】

また、越流したＡｉｒは、液面上から抜け、例えば、前記曝気槽の天井部に設けた開口（図示せず）等から、外部に放出されるようにする。

【0066】

（２．３．本発明の実施例３の説明）