JP2013237008A - 水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水処理装置１において、装置を大型化することなく排水における気泡の発生および微細化を促進する。
【解決手段】水処理装置１によれば、気泡供給手段４は、負圧により吸引される空気を通す空気通路２６、および、排水層２に開口するとともに、排水層２から吸引した排水を絞り２３に導く排水導入路２４を有する。そして、空気通路２６には排水層２から排水が流入し、排水導入路２４を通った排水と、空気通路２６に流入した排水とが混合されて排水層２に噴射される。これにより、排水層２の排水は、排水導入路２４に併せて空気通路２６からも気泡供給手段４に流入するので、水処理装置１における排水の循環流量が増加し、気泡はより早期に微細化される。このため、水処理装置１において、装置を大型化することなく、排水中における気泡の発生および微細化を促進することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、工場や事業場における産業活動、家庭での日常生活等に伴い発生する排水を処理する水処理装置に関する。

従来から、水処理では、活性汚泥処理における空気爆気や、加圧浮上法におけるフロックの浮上等のために排水中に空気の気泡を供給したり、発生させたりする。そして、気泡をより微細化して処理能力を高めるべく、様々な検討が行われている。

例えば、空気爆気に関し、回転羽根車により空気を水中に気泡として分散供給する爆気装置において、回転羽根車の回転軸に中空を設けるとともに中空を外部に連通させる多数の孔を穿ち、これら多数の孔から空気を水中に吹き出すことで気泡の微細化を図る技術が公知である（例えば、特許文献１参照。）。また、空気爆気に関し、絞りを有するパイプを水中に浸し、パイプに空気を吹き込んで絞った後、水中に吹き出すことで気泡の微細化を図る技術が公知である（例えば、特許文献２参照。）。さらに、加圧浮上法では、空気を過飽和溶解させた加圧水を利用することで排水中の気泡を微細化してフロックの浮上効果を高めることが周知である（例えば、特許文献３、４参照。）。

しかし、活性汚泥処理における空気爆気に関しては、更なる気泡の微細化が求められている。
また、加圧浮上法では、加圧水を利用して気泡の微細化を図る場合、加圧水を貯留するタンクを圧力容器とする必要があり、利便性に欠ける。このため、大型の水処理装置には採用することができても、少量の水処理や、装置自体を可搬式とするのに不向きであり高コストになってしまう。

特開２０１２−００５９４７号公報 特開２０１１−１８３３２８号公報 特開２０１０−１６２５１８号公報 特開平６−１５４７２９号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、水処理装置において、装置を大型化することなく排水における気泡の発生および微細化を促進することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１の手段によれば、水処理装置は、排水を受け入れて排水層を形成する容器と、排水層からの排水の吸引により形成した排水の流れを絞る絞りを有し、絞りにより負圧を発生させて空気を吸引するとともに、吸引した空気と排水とを混合して排水層に噴射することで排水層に空気の気泡を分散供給する気泡供給手段とを備える。

また、気泡供給手段は、負圧により吸引される空気を通す空気通路、および、排水層に開口するとともに、排水層から吸引した排水を絞りに導く排水導入路を有する。そして、空気通路には排水層から排水が流入し、排水導入路を通った排水と、空気通路に流入した排水とが混合されて排水層に噴射される。

これにより、空気は、負圧吸引されて排水と強力に混合され、排水中に気泡として分散され排水層に噴射される。また、気泡が分散された排水は、再度、排水層から吸引されるとともに絞られて噴射される。そして、一旦、排水中に含まれた気泡は、排水とともに吸引と噴射とを繰り返し受けて微細化され、さらに、空気の負圧吸引が引き続き行われることで、排水中に新規に気泡が追加され続ける。

また、排水層の排水は、排水導入路に併せて空気通路からも気泡供給手段に流入するので、水処理装置における排水の循環流量が増加し、気泡はより早期に微細化される。このため、水処理装置において、装置を大型化することなく、排水中における気泡の発生および微細化を促進することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２の手段によれば、空気通路の空気吸引口を形成する筒先は、空気吸引口が鉛直上方で大気に開口するように排水層から突出している。そして、排水層の排水は、排水層の液面上昇により筒先をオーバーフローして空気吸引口から空気通路に流入する。
これにより、例えば、気泡の含有により排水層の液面を上昇させることができるので、別途、ポンプ等を設けなくても、排水を空気通路に流入させることができる。このため、安価かつ簡便に排水を空気通路に流入させることができる。また、排水層の液面に集まった気泡を空気吸引口から空気通路に吸引することができるので、気泡による液面の過剰な上昇を抑制することができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３の手段によれば、空気吸引口は、筒先において鉛直上方以外に鉛直方向と非平行な方向でも大気に開口している。
これにより、簡便に空気通路への排水の流入量を増加することができる。

〔請求項４の手段〕
請求項４の手段によれば、空気通路には、排水に含まれる汚染物質を凝集して空気の気泡とともに浮上させる凝集剤が供給され、凝集剤は空気とともに吸引されて排水に分散供給される。
これにより、凝集剤は、空気とともに負圧吸引されて排水と強力に混合され、さらに、気泡により排水との混合が促進される。このため、水処理装置において、凝集剤の排水への分散能力を向上することができる。また、気泡は、負圧吸引と噴射の繰り返しにより微細化されているので、フロックの浮上効果を高めることができる。

〔請求項５の手段〕
請求項５の手段によれば、空気通路は、自在に曲がるフレキシブルチューブにより形成されている。
これにより、空気吸引口、排水の流入口および凝集剤の投入口の位置を自在に設定することができる。

〔請求項６の手段〕
請求項６の手段によれば、水処理装置は、処理すべき排水を空気通路の空気吸引口を経由して水処理装置の外部から受け入れる。
これにより、排水の受入れ口を、別途、設ける必要がなくなる。

水処理装置の構成図である（実施例）。 空気吸引口への排水の流入状態を示す説明図である（実施例）。 （ａ）は吸気管の筒先を示す平面図であり、（ｂ）は吸気管の筒先を示す側面図である（変形例）。

実施形態の水処理装置は、排水を受け入れて排水層を形成する容器と、排水層からの排水の吸引により形成した排水の流れを絞る絞りを有し、絞りにより負圧を発生させて空気を吸引するとともに、吸引した空気と排水とを混合して排水層に噴射することで排水層に空気の気泡を分散供給する気泡供給手段とを備える。

また、気泡供給手段は、負圧により吸引される空気を通す空気通路、および、排水層に開口するとともに、排水層から吸引した排水を絞りに導く排水導入路を有する。そして、空気通路には排水層から排水が流入し、排水導入路を通った排水と、空気通路に流入した排水とが混合されて排水層に噴射される。

また、空気通路の空気吸引口を形成する筒先は、空気吸引口が鉛直上方で大気に開口するように排水層から突出している。そして、排水層の排水は、排水層の液面上昇により筒先をオーバーフローして空気吸引口から空気通路に流入する。
さらに、空気通路には、排水に含まれる汚染物質を凝集して空気の気泡とともに浮上させる凝集剤が供給され、凝集剤は空気とともに吸引されて排水に分散供給される。

〔実施例の構成〕
実施例の水処理装置１の構成を、図面を用いて説明する。
水処理装置１は、図１に示すように、処理すべき排水を受け入れて排水層２を形成する容器３と、排水層２の排水と空気とを混合して排水層２に噴射することで排水層２に空気の気泡を分散供給する気泡供給手段４とを備えるものであり、例えば、空気爆気による活性汚泥処理や、汚染物質の凝集除去における加圧浮上法等に好適に利用することができる。

気泡供給手段４は、排水および空気にエネルギーを与えて流動させる駆動源５と、排水および空気が通過する流路を形成する流路形成部６とを有し、容器３内に静置されてほぼ全体が排水層２に浸っている。

駆動源５は、例えば、通電によりトルクを発生させる電動モータ８、電動モータ８の出力軸９の先端に装着される回転羽根車１０、および、電動モータ８の本体８ａと回転羽根車１０との間で出力軸９を軸支するとともに潤滑油をシールする軸受装置１１等を有する周知の水中ポンプである。

そして、駆動源５は、鉛直方向に下側に向かって、電動モータ８の本体８ａ、軸受装置１１、回転羽根車１０の順に並んで静置され、電動モータ８の本体８ａや軸受装置１１は内部の構成要素が排水に露出しないように排水層２に浸っている。
なお、電動モータ８の本体８ａとは、回転子および固定子を有して電磁作用により電気エネルギーを機械的エネルギーに変換する部分であり、出力軸９は回転子と一体化されている。

流路形成部６は、以下に説明するポンプケーシング１３、ノズル１４、吸気ケーシング１５、吸気管１６、およびディフューザ１７等により構成される。

ポンプケーシング１３は、回転羽根車１０を収容してポンプを構成するものであり、回転羽根車１０を収容するとともに排水層２に開口する排水吸引室１９を形成する。ここで、排水吸引室１９に排水を導入するための開口２０は、回転羽根車１０の下側で下方に向かって排水層２に開口しており、開口２０は、流路形成部６への排水の吸引口として機能する（以下、開口２０を排水吸引口２０と呼ぶ。）。また、ポンプケーシング１３には、排水吸引室１９から水平方向に排水を吐出するための短管部２１が設けられている。そして、排水吸引室１９、および短管部２１に形成される排水の吐出路は、排水層２から吸引した排水を絞り２３に導く排水導入路２４をなす。

ノズル１４は、排水の流れを絞る絞り２３を形成するものであり、短管部２１の先端に取り付けられる。そして、ノズル１４は、排水の流れを水平方向に維持しながら絞って排水を水平方向に噴射する。

吸気ケーシング１５は、ノズル１４と一体に設けられるものであり、ノズル１４から噴射された排水の流れにより負圧が発生する負圧室２５を形成し、負圧室２５に大気から空気を吸引する。すなわち、ノズル１４は、絞り２３の噴射口が負圧室２５に配置されるように吸気ケーシング１５に一体化され、負圧室２５に排水を水平方向に噴射することで、負圧室２５に負圧を発生させて負圧室２５に空気を吸引する。

吸気管１６は、負圧室２５に吸引される空気を大気から吸引して通す空気通路２６を形成する。また、吸気管１６は、鉛直方向と平行に配置されて吸気ケーシング１５に上方から接続しており、空気通路２６は、負圧室２５の上方に開口している。そして、空気通路２６を通じて吸引された空気は、負圧室２５にて排水中に気泡となって分散される。

また、空気通路２６の空気吸引口２８は、吸気管１６の上側の筒先２９に形成されており、筒先２９は、空気吸引口２８が鉛直上方で大気に開口するように排水層２から突出している。つまり、吸気管１６は、筒先２９の先端が排水層２の液面よりも上側に位置するように配置され、筒先２９の先端を含む上側の部分を除いて、ほぼ全てが排水層２に浸っている。また、筒先２９の内径は、他の部分の内径よりも径大に設けられ、筒先２９の下側の内径はテーパ状に縮径している。

ディフューザ１７は、上流側で単一内径の流路を形成して吸気ケーシング１５から排水を導入する導入部３０と、導入部３０の下流側に連続して導入部３０と同軸に設けられ、内径が下流側ほどテーパ状に拡径する流路を形成する拡大部３１とを有する。そして、ディフューザ１７は、導入部３０とノズル１４とが同軸となるように、かつ、負圧室２５にて導入部３０の開口とノズル１４の噴射口とが対向するように、吸気ケーシング１５に接続されている。

また、ディフューザ１７は、拡大部３１の流路が排水層２に開口しており、拡大部３１の開口３２は、流路形成部６からの排水の噴射口として機能する（以下、拡大部３１の開口３２を排水噴射口３２と呼ぶ。）。以上により、ディフューザ１７は、空気の気泡を分散した排水を負圧室２５から受け入れ、さらに、気泡を排水中に分散して排水層２に噴射する。

なお、容器３は、例えば、ディフューザ１７の流路軸と平行な軸心を有するように筒状に設けられ、軸方向の両端が外側に膨らむ球面状の内壁により閉じられている。これにより、排水噴射口３２から噴射された排水は、排水層２を形成しつつ、球面状の内壁に沿って滑らかに容器３内を循環することができる。

以上の構成を備える水処理装置１において、電動モータ８への通電が行われると、排水層２の排水は、排水吸引口２０から排水導入路２４に導入され、さらに絞り２３から負圧室２５に噴射されて負圧を発生させる。これにより、空気吸引口２８から空気が負圧室２５に負圧吸引されて排水に混合され、排水中に空気の気泡が分散される。そして、空気の気泡を含有する排水が排水噴射口３２から排水層２に噴射される。

このため、排水層２に気泡が分散供給され、気泡を含んだ排水が排水層２を循環して、再度、気泡供給手段４により吸引されて噴射される。この結果、一旦、排水中に含まれた気泡は、排水とともに吸引と噴射とを繰り返し受けて微細化され、さらに、空気の負圧吸引が引き続き行われることで、排水中に新規に気泡が追加され続ける。また、気泡を含んだ排水が排水吸引室１９にて繰り返し回転羽根車１０による撹拌を受けることで、さらに気泡の微細化が促進される。なお、排水に含まれる気泡は微細化されているので、排水吸引室１９に吸引される排水は気泡を含むものの、駆動源５の吐出能力は低下しない。

また、排水に気泡が含まれると排水層２の液面が上昇するので、排水層２の排水は、筒先２９をオーバーフローして空気吸引口２８から空気通路２６に流入するようになる（図２参照。）。そして、気泡供給手段４は、排水導入路２４を通った排水と、空気通路２６に流入した排水とを負圧室２５やディフューザ１７内の流路で混合して排水層２に噴射する。これにより、水処理装置１における排水の循環流量が増加するので、より早期に気泡が微細化される。

そして、水処理装置１を加圧浮上法に利用する場合、凝集剤の粉末は、例えば、空気吸引口２８に投入され、空気とともに空気通路２６を経て負圧室２５に吸引される。これにより、凝集剤の粉末は、空気とともに排水と強力に混合され、さらに、空気の気泡により排水との混合が促進される。また、排水層２の排水は、気泡供給手段４による吸引と噴射とを繰り返し受け、かつ、気泡供給手段４による排水の循環流量は、排水導入路２４と空気通路２６の両方から排水を吸引することで大きくなっているので、凝集剤は、極めて早期に排水中に分散される。

〔実施例の効果〕
実施例の水処理装置１によれば、気泡供給手段４は、排水層２からの排水の吸引により形成した排水の流れを絞る絞り２３を有し、絞り２３により負圧を発生させて空気を吸引するとともに、吸引した空気と排水とを混合して排水層２に噴射することで排水層２に空気の気泡を分散供給する。

また、気泡供給手段４は、負圧により吸引される空気を通す空気通路２６、および、排水層２に開口するとともに、排水層２から吸引した排水を絞り２３に導く排水導入路２４を有する。そして、空気通路２６には排水層２から排水が流入し、排水導入路２４を通った排水と、空気通路２６に流入した排水とが混合されて排水層２に噴射される。

これにより、空気は、負圧吸引されて排水と強力に混合され、排水中に気泡として分散され排水層２に噴射される。また、気泡が分散された排水は、再度、排水層２から吸引されるとともに絞られて噴射される。そして、一旦、排水中に含まれた気泡は、排水とともに吸引と噴射とを繰り返し受けて微細化され、さらに、空気の負圧吸引が引き続き行われることで、排水中に新規に気泡が追加され続ける。

また、排水層２の排水は、排水導入路２４に併せて空気通路２６からも気泡供給手段４に流入するので、水処理装置１における排水の循環流量が増加し、気泡はより早期に微細化される。このため、水処理装置１において、装置を大型化することなく、排水中における気泡の発生および微細化を促進することができる。

また、空気吸引口２８を形成する筒先２９は、空気吸引口２８が鉛直上方で大気に開口するように排水層２から突出している。そして、排水層２の排水は、排水層２の液面上昇により筒先２９をオーバーフローして空気吸引口２８から空気通路２６に流入する。
これにより、別途、ポンプ等を設けなくても、排水を空気通路２６に流入させることができる。このため、安価かつ簡便に排水を空気通路２６に流入させることができる。また、排水層２の液面に集まった気泡を空気吸引口２８から空気通路２６に吸引することができるので、気泡による液面の過剰な上昇を抑制することができる。

また、空気通路２６には排水に加圧浮上法を施すための凝集剤の粉末が供給され、凝集剤の粉末は空気とともに吸引されて排水に分散供給される。
これにより、凝集剤は、空気とともに負圧吸引されて排水と強力に混合され、さらに、空気の気泡により排水との混合が促進される。このため、水処理装置１において、凝集剤の排水への分散能力を向上することができる。
また、気泡供給手段４により排水中に微細な気泡を供給することができるので、加圧水を利用しなくてもフロックの浮上効果を高めることができる。

なお、水処理装置１によれば、気泡は、吸引と噴射とを繰り返し受けることで微細化されているので、フロックの浮上効果は極めて高い。
また、水処理装置１における排水の循環流量は大きく、気泡は早期に微細化されるので、凝集剤の排水への分散能力は極めて高い。

また、駆動源５は、回転羽根車１０を電動モータ８の本体８ａの鉛直下方に配置するものであり、水中ポンプの汎用品に変則的な配置を取らせて使用するものではない（例えば、回転羽根車１０を本体８ａの鉛直上方に配置して使用するものではない。）。このため、駆動源５の寿命や信頼性は高く、また、変則的な配置をとる場合に必要なコストも発生しない。

〔変形例〕
水処理装置１の態様は、実施例に限定されず種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例の水処理装置１によれば、排水は、気泡含有に伴う排水層２の液面上昇により筒先２９をオーバーフローして空気通路２６に流入していたが、ポンプ等の別の供給手段により空気通路２６に排水を流入させてもよい。さらに、処理すべき排水を新規に排水層２に追加することで、排水層２の液面を上昇させてもよい。
また、実施例の水処理装置１によれば、回転羽根車１０の吐出側（下流側）に絞り２３が配置されていたが回転羽根車１０の吸入側（上流側）に絞り２３を配置してもよい。

また、実施例の水処理装置１によれば、空気吸引口２８は、筒先２９において鉛直上方のみで大気に開口していたが、筒先２９において鉛直上方以外に鉛直方向と非平行な方向でも、空気吸引口２８を大気に開口させてもよい。例えば、図３に示すように、筒先２９に櫛歯状に切れ込み３４を入れて、鉛直方向と垂直な方向に空気吸引口２８を開口させてもよい。この場合、簡便に空気通路２６への排水の流入量を増加することができる。

また、実施例の水処理装置１によれば、空気通路２６は、剛性が高い筒体により設けられていたが、自在に曲がるフレキシブルチューブにより空気通路２６を形成してもよい。この場合、空気吸引口２８を自在に設定することができる。
さらに、処理すべき排水を、空気吸引口２８を経由して水処理装置１の外部から受け入れるようにすることで、排水の受入れ口を、別途、設ける必要がなくなる。

さらに、実施例の水処理装置１によれば、空気吸引口２８から凝集剤の粉末を投入して、水処理装置１を加圧浮上法に利用していたが、水処理装置１の使用態様は加圧浮上法に限定されない。例えば、水処理装置１を空気爆気による活性汚泥処理に用いてもよい。

また、排水に所定の処理を施すための機能性粉体として、凝集剤以外に、活性炭、イオン交換樹脂またはキレート樹脂等の他の機能性粉体を排水に供給してもよく、機能性粉体を予め水に分散させて機能性粉体の水スラリを調整しておき、機能性粉体の水スラリを排水に供給してもよい。さらに、機能性粉体を水処理装置１に投入する場合、機能性粉体の粉末の投入路を空気通路２６から分岐させ、空気吸引口２８とは別に粉末の投入口を設けてもよい。

１ 水処理装置
２ 排水層
３ 容器
４ 気泡供給手段
２３ 絞り
２４ 排水導入路
２６ 空気通路
２８ 空気吸引口
２９ 筒先

Claims (6)

1. 排水を受け入れて排水層を形成する容器と、
   前記排水層からの排水の吸引により形成した排水の流れを絞る絞りを有し、この絞りにより負圧を発生させて空気を吸引するとともに、吸引した空気と排水とを混合して前記排水層に噴射することで前記排水層に空気の気泡を分散供給する気泡供給手段とを備え、
   この気泡供給手段は、負圧により吸引される空気を通す空気通路、および、前記排水層に開口するとともに、前記排水層から吸引した排水を前記絞りに導く排水導入路を有し、
   前記空気通路には前記排水層から排水が流入し、
   前記排水導入路を通った排水と、前記空気通路に流入した排水とが混合されて前記排水層に噴射されることを特徴とする水処理装置。
2. 請求項１に記載の水処理装置において、
   前記空気通路の空気吸引口を形成する筒先は、前記空気吸引口が鉛直上方で大気に開口するように前記排水層から突出しており、
   前記排水層の排水は、前記排水層の液面上昇により前記筒先をオーバーフローして前記空気吸引口から前記空気通路に流入することを特徴とする水処理装置。
3. 請求項２に記載の水処理装置において、
   前記空気吸引口は、前記筒先において鉛直上方以外に鉛直方向と非平行な方向でも大気に開口していることを特徴とする水処理装置。
4. 請求項１ないし請求項３の内のいずれか１つに記載の水処理装置において、
   前記空気通路には、排水に含まれる汚染物質を凝集して空気の気泡とともに浮上させる凝集剤が供給され、
   この凝集剤は空気とともに吸引されて排水に分散供給されることを特徴とする水処理装置。
5. 請求項１ないし請求項４の内のいずれか１つに記載の水処理装置において、
   前記空気通路は、自在に曲がるフレキシブルチューブにより形成されていることを特徴とする水処理装置。
6. 請求項１ないし請求項５の内のいずれか１つに記載の水処理装置において、
   処理すべき排水を、前記空気通路の空気吸引口を経由して前記水処理装置の外部から受け入れることを特徴とする水処理装置。

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