JP2009202139A - 散気部材 - Google Patents

Abstract

【課題】酸素配給効率を向上させてブロワーの消費電力量を低減させる。
【解決手段】散気板１（散気部材）は気体を流通させる貫通孔１１が多孔質セラミックス部材１９に複数形成されている。個々の貫通孔１１には内面が貫通孔１１の内面よりも平滑である中空部材が挿通固定させるとよい。貫通孔１１には多孔質セラミックス部材１０の表面から突出するように前記気体を放出させる噴射部を接続させるとよい。前記噴射部の排気側端部の外径は貫通孔１１の排気側端部の外径よりも小径であるとよい。貫通孔１１はその排気口部の内径が吸気口部の内径よりも小径であるとよい。前記中空部材はその排気口部の内径が吸気口部の内径よりも小径であるとよい。
【選択図】図１

Description

この発明は水処理装置に適用される散気部材に関する。

上下水処理場などにおける水処理装置においては、反応槽の下部に酸素またはオゾンを配給するための散気板を配置している。散気装置のうち最も一般的なものは、粗大なセラミックス粒子をバインダー等で接合した多孔質セラミックス散気板である。セラミックス粒子は矩形、円形、礫状のものが多く、平均粒子径は投影面積相当径で０．５〜２ｍｍ程度が一般的である。その場合の気孔径は２６０〜４００μｍ 程度である。散気板のサイズは３００×３００×３０ｍｍの平板形状が広く用いられている。ブロワーより配給された空気は散気板を通して微細な気泡となり槽内に排出される。散気板を槽内に均一に空気を供給して高い溶解効率を得るために散気板から噴出する気泡の径が均一で細かなものであることが要求されている。

水処理工程に要する電力は処理施設全体の総消費電力の約３０〜６０％を占めており、そのほとんどが水処理に必要な酸素を槽内に配給するためのブロワーによる電力消費となっている。処理中では、汚水の散気板への逆流を防ぐためにブロワーは常に稼働中であり、全国に設置されている処理施設での消費電力の合計は、日本で使用されている総消費電力の約０．４％に達する。省電力、省エネルギーおよび省二酸化炭素の観点から是正されるべき課題である。また、近年における下水処理の高度化により、窒素除去まで行なうことが要求されている。処理漕への供給酸素量を増加させるためには、散気板の設置枚数を増加させる方法が簡易であるが処理漕の面積により限界がある。

したがって、電力消費を低減および硝化のために、より効率的に酸素を処理水中に供給できる散気板の開発が重要な課題となっている。

多孔質散気板において、散気板一枚当たりにおける配給酸素量の増大方法としては、発生気泡径を減少させ酸素溶解効率を向上させる方法と、通気量の増やし配給酸素量を増大させる方法の二種類が考えられる。しかし、この二者は相反する関係にある。すなわち、発生気泡径を減少させるために散気板の気孔径を小さくすると圧力損失が大きくなり通気量が減少する。また散気板の気孔径を一定にしたままで散気板の通気量を増大させた場合、気泡径が大きくなり、一気泡あたりの酸素溶解効率は減少する。また、これらの方法はともに吐出圧力の大きなブロワーを必要とし、電力消費量の増加にともなって運転費用が高くなる問題がある。よって、これらの方法で配給酸素量を増大させるのには限界がある。

散気板における通気量及び通気抵抗の改善方法としては、微細気孔が開口する躯体表面に表面特性が疎水性（非極性化）に改質されることで微細気孔の内周面の濡れ性の低下により水膜の形成をなくし、通気抵抗を低下させる方法がある（特許文献１）。また、多孔質の板状体の表面に多数の凹凸に均一に形成配置させる方法がある（特許文献２）。さらには、多孔質体ではなく膜状ゴムに孔を多数配置した、いわゆるメンブレンタイプ散気装置も提案されている（特許文献３）。

しかしながら、通気量および通気抵抗の大幅な改善にはなっていない。また、表面に樹脂を用いた散気板や、メンブレンタイプ散気装置などにおけるゴム膜部などは汚水中の経年劣化などが問題となっている。
特開２００２−２６３６７９号公報 特開平９−１６４３９６号公報 特開２００３−３２０３８８号公報

本発明は、以上の問題点を鑑みなされたもので、水処理施設に係る処理漕への酸素配給効率を向上させてブロワーの消費電力量を低減できる散気板の提供にある。

前記課題を解決するための散気部材は気体を流通させる貫通孔が多孔質セラミックス部材に複数形成されている。この発明によれば多孔質セラミックス部材に貫通孔が複数形成されたことにより、前記セラミックス部材の内部における圧損が減少し、発生気泡径を増大させることなく通気量を向上させることできる。

前記散気部材において、内面が前記貫通孔の内面よりも平滑である中空部材を前記個々の貫通孔に挿通固定させるとよい。前記中空部材の内面は前記貫通孔の内面よりも平滑であるので、前記中空体部材を流通する気体の乱流の発生が少なくなり、圧損を効果的に低下させることができる。

前記散気部材において、前記貫通孔には前記気体を放出させる噴射部が前記多孔質セラミックス部材の表面から突出するように接続され、前記噴射部はその排気側端部の外径が記貫通孔の排気側端部の外径よりも小径であるとよい。前記噴射部への気泡の吸着面積の縮小化が可能となり、前記散気板の発生気泡径をさらに小型化させることができる。

前記散気部材において、前記貫通孔の排気口部は吸気口部よりも小径であるとよい。前記多孔質セラミックス部材に貫通孔が複数形成されたことの作用に加えて、通気量の増加と発生気泡径の小型化が可能となる。

前記散気部材において、前記中空部材の排気口部は吸気口部よりも小径であるとよい。前記中空部材の作用に加えて、通気量の増加と発生気泡径の小型化が可能となる。

したがって、以上の発明によれば、酸素配給効率が向上し、ブロワーの消費電力量が低減する。

図面を参照しながら発明の実施形態について説明する。以下に述べる実施形態に係る散気板における貫通孔の直径、個数および形状は必要とされる散気板の通気量、発生気泡径、強度により決定される。

図１は発明の第一の実施形態に係る散気板１の斜視図である。図２は散気板１の貫通孔１１の構造を示した散気板１の概略断面図である。

散気板１は板状の多孔質セラミックス部１０に複数の貫通孔１１が形成されて成る。多孔質セラミックス部１０はセラミックス粒子の平均粒子径は、特に制限されないが０．１〜３ｍｍ程度、より好ましくは０．５〜２ｍｍ程度のものが採用される。平均粒子径は光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡等で粒子の直径を複数箇所測定して算出された投影面積相当径等を用いるのが好ましい。より簡易的にはふるい径（例えばＪＩＳ Ｒ ６００１等）を用いてもよい。平均粒子径が０．５〜２ｍｍ程度である場合の気孔径は２６０ 〜４００μｍ程度である。貫通孔の直径は多孔質セラミックス部の気孔径と同程度の１００〜１０００μｍ、より好ましくは２６０ 〜４００μｍ程度である。

貫通孔１１の製造方法としては鋳込み、ロストワックス法、機械加工等が例示され、特に限定しない。発泡面積一定で酸素溶解を効率よく行うためには、発泡気泡径を小さくすると同時に発泡した気体の合一を避ける必要がある。そこで、貫通孔１１は一定の間隔をあけて製造することが好ましい。図２に例示された貫通孔１１は直管型構造であるが、通気量の増加と発生気泡径の小型化のために図３に示された貫通孔１２のように吸気口部１３と排気口部１４の口径とを異径させた構造（排気口部１４の内径が吸気口部１３の内径よりも小径）いわゆるテーパー型構造を採用してもよい。

図４は第二の実施形態に係る散気板２の透視図である。図５は散気板２に係る中空部材１１の構造を示した散気板２の概略断面図を示す。

散気板２は第一の実施形態に係る多孔質セラミックス部１０の個々の貫通孔１１に中空部材２１が挿通された構成となっている。中空部材２１は中空パイプ状に形成されている。中空部材２１は内面が貫通孔１１の内面よりも平滑に加工されている。中空部材２１の内面が平滑であることにより、内面が凹凸の多い散気板１の貫通孔１１と比較し、通過する気体の乱流の発生が少なく、圧損が低下する。中空部材２１の材質は、セラミックス、金属、樹脂、または木材など特に種類は限定しないが、多孔質セラミックス部１０との材質を合わせる面からセラミックス、特に前記のパイプ内乱流を防ぐ目的から緻密なセラミックスが好ましい。図５に例示された中空部材２１は直管構造であるが、通気量増加と発生気泡径の小型化のために、図６に示した中空部材２２のように吸気口部２３と排気口部２４の口径とを異径させた構造（排気口部２４の内径が吸気口部２３の内径よりも小径）いわゆるテーパー型構造の部材を採用してもよい。

図７は発明の第三の実施形態に係る散気板３の斜視図である。図８はノズル３１を備えた散気板３の縦断面図である。図９はノズル３１の構成を示した拡大断面図である。

図７及び図８に示されたように散気板３は第一の実施形態に係る多孔質セラミックス部１０の貫通孔１１の排気側にノズル３１が接続されて成る。ノズル３１は多孔質セラミックス部１０の表面から突出するように貫通孔１１の排気側に接続されている。ノズル３１は図９に示されたように排気口部３５が吸気口部３２よりも小径である異径配管の構造を成している。ノズル３１の内部には貫通孔１１と連通するテーパー状通気路３３とこのテーパー状通気路３３と連通する直管通気路３４が形成されている。散気板１０から露出したノズル３１の排出部３６は外周面がテーパー状に形成されている。このノズル３１によれば吸気口部３２から排気口部３５に至る過程で発生気泡径を減少させることができる。また、直管通気経路３４はノズル３１に限定されるため、圧損の増大も防ぐこと可能である。

図１０（ａ）は直管構造の排出部３７における発生気泡の模式図であり、図１０（ｂ）はテーパー型構造の排出部３６における発生気泡の模式図である。これらの模式図から明らかなように発生気泡径はノズルの排出部の外径に依存する。すなわち、外径が排出部３６のよりも大きい排出部３７は発生気泡径Ｒ１が排出部３６の発生気泡径Ｒ２よりも大きくなる。したがって、図１０（ｂ）に示された排出部３６のように外周面がテーパー状に形成すると、気泡の排出部への吸着面積が減少し、発生気泡径を小型化させることができる。

図１１はノズル３１を備えた散気板３の汚泥堆積時の作用を説明した模式図である。多孔質セラミックス部１０に汚泥（ｓ）が堆積する場合でも、ノズル３１より曝気が可能である。また、通気量を増大させてノズル３１近傍に上昇流（ｔ）を発生させることにより、汚泥（ｓ）を多孔質セラミックス部１０から剥離させることが可能である。

また、図８に示された散気板３の貫通孔１１は直管型構造であるが、通気量増加と発生気泡径の減少のために、図１２に示された散気板４の貫通孔４１のように吸気口部４２の口径と排気口部４３の口径とを異径させた構造いわゆるテーパー型構造を採用してもよい。

以上説明した発明に係る散気板は内部に貫通孔を有しているので散気板の内部における圧損が減少し発生気泡径を増大させることなく通気量を大幅に向上させることができる。

また、貫通孔及び多孔質を有することで、それぞれの通気性能と発生気泡径を制御し、通気形態を制御することが可能である。異なる通気挙動をもつ貫通孔部と多孔質部を組み合わせることにより、例えば“通常運転時には貫通孔部からのみ曝気、ブロワー強風時には全面から曝気”や“通常運転時には全面から曝気、ブロワー弱風時には貫通孔部のみから曝気”といった、様々な通気形態を有した散気板の作製が可能である。

以下に発明に係る散気板の実施例を示す。但し、発明の技術的範囲は以下に開示される実施例によって何ら限定されるものではない。

実施例１、実施例２及び実施例３に係る散気板の多孔質セラミックス部は平均粒子径が投影面積相当径で５００〜１００μｍのセラミック粒子をバインダーと混合、成形した後に焼成することにより作製した。差圧０．４９ｋＰａ、通気経路３０ｍｍにおける乾式通気量は約１８８ｍｌ／ｃｍ²・分であった。

図１３は実施例１に係る散気板の排気面の拡大写真である。実施例１に係る散気板は図１及び図２を参照して説明した第一の実施形態の散気板１に基づく。貫通孔１１は直径約７００μｍに設定された。貫通孔１１は多孔質セラミックス部１０の上面に対し１平方センチ当たり４．１３本の割合で形成された。差圧０．４９ｋＰａ、通気経路３０ｍｍにおける乾式通気量は約２２００ｍｌ／ｃｍ²・分であった。

図１４は実施例２に係る散気板の排気面の拡大写真である。実施例２に係る散気板は図４及び図５を参照して説明した第二の実施形態の散気板２に基づく。中空部材２１は外形１０００μｍ内径４００μｍのパイプを採用した。中空部材２１は多孔質セラミックス部１０の上面に対し１平方センチ当たり４．１３本の割合で配置した。差圧０．４９ｋＰａ、通気経路３０ｍｍにおける乾式通気量は約６７５ｍｌ／ｃｍ²・分であった。

図１５は実施例３に係る散気板の排気面の拡大写真である。実施例３に係る散気板は図７及び図８を参照して説明した第三の実施形態の散気板３に基づく。貫通孔１１は直径約１０００μｍに設定された。この貫通孔１１の排気側に接続されるノズル３１は最小内径約１００μｍのセラミックス製ノズルを採用した。多孔質体セラミックス部１０の上面に対し１平方センチ当たり２．０７本の割合で作製した。差圧０．４９ｋＰａ、通気経路３０ｍｍにおける乾式通気量は約３５０ｍｌ／ｃｍ²・分であった。実施例２に係る中空部材２１の発生気泡と実施例３に係るノズル３１の発生気泡を比較したところ、ノズル３１を採用することで気泡径は約５分の１に減少した。

発明の第一の実施形態に係る散気板の斜視図。 発明の第一の実施形態に係る貫通孔の構造を示した散気板の概略断面図。 テーパー型の貫通孔の構造を示した散気板の縦断面図。 発明の第二の実施形態に係る散気板の透視図。 発明の第二の実施形態に係る中空部材の構造を示した散気板の概略断面図。 テーパー型の中空部材の構造を示した散気板の縦断面図。 発明の第三の実施形態に係る散気板の斜視図。 ノズルを備えた第三の実施形態に係る散気板の縦断面図。 第三の実施形態に係るノズルの拡大断面図。 （ａ）直管型排出部の発生気泡の模式図、（ｂ）テーパー型排出部の発生気泡の模式図。 ノズルを備えた散気板の汚泥堆積時の作用を説明した模式図。 排気口部にノズルとこれと連通するテーパー型の貫通孔とを有する散気板の縦断面図。 実施例１に係る散気板の排気面の拡大写真。 実施例２に係る散気板の排気面の拡大写真。 実施例３に係る散気板の排気面の拡大写真。

符号の説明

１，２，３…散気板
１０…多孔質セラミックス部
１１，１２，…貫通孔
２１，２２…中空部材
３１…ノズル（噴射部）

Claims (5)

1. 気体を流通させる貫通孔が多孔質セラミックス部材に複数形成されたことを特徴とする散気部材。
2. 内面が前記貫通孔の内面よりも平滑である中空部材が前記個々の貫通孔に挿通固定されたことを特徴とする請求項１に記載の散気部材。
3. 前記貫通孔には前記気体を放出させる噴射部が前記多孔質セラミックス部材の表面から突出するように接続され、
   前記噴射部はその排気側端部の外径が前記貫通孔の排気側端部の外径よりも小径であること
   を特徴とする請求項１に記載の散気部材。
4. 前記貫通孔はその排気口部の内径が吸気口部の内径よりも小径であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の散気部材。
5. 前記中空部材はその排気口部の内径が吸気口部の内径よりも小径であることを特徴とする請求項２に記載の散気部材。