JPH08267085A - 曝気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 溶存酸素を効率的に供給することによって水
棲生物の飼育環境の維持改善，河川・湖沼の浄化及び有
機物を主とする産業排水，し尿の処理等に寄与する。 【構成】 気体の水への溶解は，主に温度，圧力，接触
面積，接触時間，溶質の濃度等の条件によって影響を受
ける。本発明では処理対象水中に設ける曝気装置の連結
スクリュウ１１を内蔵したパイプ９の送気口１２に空気
を高速送気或は水を圧送してそのスクリュウを回転さ
せ，同時に前者では吸水，後者では吸気させる。何れの
方法も装置内で細かい気泡を生じさせ，スクリュウと同
軸上にある回転翼３，４の内蔵部１に達した気泡を含む
水は，その回転翼によって攪拌され，含まれる気泡は更
に細分して水との接触面積は拡大する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は水棲生物の飼育環境の
維持改善，有機物を主とする産業排水・し尿の処理およ
び河川・湖沼の浄化等に必要な溶存酸素を効率的に供給
する事を目的とする曝気に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】水棲の生物飼育での溶存酸素供給のため
の曝気は，ブロアーあるいはコンプレッサーから送気管
を通じて送られる空気をその噴出器具一個当り数リット
ルから数十リットル／毎分，また有機物を主とする排
水，し尿等処理場における曝気では，処理対象水の質，
水温，噴出部の構造・規模にもよるが，その流入水量／
単位時間の４〜８倍／単位時間の送風量が必要とされ，
噴出器具１個当り２００〜４００リットル／毎分程度が
目的に合わせて連続的にほぼ一定量送気されている。こ
のように定められた送気量によって効率よく酸素を水に
溶解させるには空気の水に接する面積を広くすることが
重要であり，このような理由から従来の曝気装置では独
立した細かい気泡を数多く水中に噴出させるために，多
孔質の球型，円筒型，かまぼこ型，板状型等あるいは弾
力性のあるパイプに沿って任意の間隔で任意の長さにそ
の円周（パイプ断面の）最頂部に入れた切込みから噴出
させる等の噴出器具が使われている。しかし何れも水中
に噴出した細かい気泡は直ちに膨張しながら浮上して大
気中に拡散する迄の極短時間に水と接するのみである。
したがって目的の一つである気泡の浮上による攪拌効果
はあるとしても，浮上に伴って圧力（水圧）も減少する
ので主目的の他の一つである酸素の供給に関しては効率
的でない。特に水深の浅い水槽や水域ではなお更であ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】以上に述べたように，
従来の曝気装置は空気の噴出部を小孔にする等によって
細かい気泡を形成し浮上して大気中に拡散するまで独立
した気泡として存在するような構造となってはいるが，
水との接触面積の大きくなる独立した細かい気泡を数多
く噴出してもそれの保持出来るのは噴出の瞬間のみであ
り，浮上に伴って減圧され気泡は膨張し，そのために浮
上して浅くなるほどその速度も速くなり，気泡は互いに
融合して水との接触面積は一定空気量に対しては縮小す
るので，処理に費やされる酸素の消費量≦酸素供給量の
関係を保つために，上記のように膨大な空気が供給され
ている。しかし水と空気との接触時間の延長や接触面積
の拡大，加圧の為の機能はない。

【０００４】その上，現在主流をなす多孔質の曝気装置
の噴出部には板状型を除き厚さがあるために，その上下
において水圧が異なり，相対的に水圧の低いその上部か
らの噴出量が多くなる。その結果噴出部の下部において
吸い込み現象が起こり，懸濁物が水と共に吸い込まれて
小孔が閉塞し，その閉塞は徐々に上部に及び噴出部の機
能は時間経過とともに減衰する。また板状型においても
その全面から均一に空気を噴出させるのは至難で，噴出
の少ない部位では上記と同じような閉塞が起こり，また
作業等の都合で送気を止めると，逆止弁によって防止は
されているが水が噴出部を逆流して懸濁物の吸い込みに
依って閉塞が起こる。このことは上記何れの型も同じで
あるが，その機能を回復させるのは容易でない。

【０００５】ところで有機物を主とする排水やし尿の処
理における曝気槽は勿論，水棲生物の飼育水や河川・湖
沼水の中にも大小さまざまな懸濁物が浮遊し，特に排
水，し尿処理等ではバクテリアのフロックを懸濁育成さ
せることによって浄化処理を行い，必要によっては余剰
の活性汚泥をそのために添加懸濁させるので噴出部の閉
塞が加速し，また噴出部の閉塞を防ぐために送風量を増
やすと気泡は互いに融合して数多い独立した気泡が得ら
れない。このようなことから噴出部の機能維持・回復に
送風量の調整を含めて多くの労力が払われている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では水中に設置し
た曝気装置のパイプ部分に内蔵する連結スクリュウを，
空気の送気速度（量）を利用して回転させて吸水し，水
と空気を混合して装置内で細かい気泡を生じさせる。

【０００７】同時に同一軸上にある回転翼の回転によっ
て吸水力を高めると同時に更に気泡を細分して効率よく
酸素を溶解させる。このようにこの装置内で形成された
気泡は常に細分されるために気泡の膨張する装置の上部
においても融合，細分を繰り返し瞬間的には独立した細
い泡として存在するからこれらによって水との接触面積
は大きく保てる。また主に装置内で空気と接触させるの
で直接水中に噴出させる従来型に比較して長時間水槽等
の深部（高圧部）に滞留して空気と接触することにな
る。このように酸素の溶解を空気との接触面積，滞留時
間，圧力等によって促進させる。

【０００８】なお多孔質のために懸濁物によって閉塞す
る水中への噴出部を，溝状の間隙にすることによってそ
の閉塞を防ぎ，またその間隙を調節することによって加
圧することが出来るようにする。

【０００９】

【作用】気体の水への溶解は，主に温度，圧力，接触面
積，接触時間，溶質の濃度等の条件が影響する。本発明
では空気の粘性とその送風速度（量）によって装置内部
に設けた連結スクリュウを回転させると同時に吸水口か
ら吸水する。吸水された水は空気と混合し，気泡を細分
しながらそれらの粘性と送風速度に係わる流速（量），
空気の浮力によって回転力を付加しながら気泡を含んだ
水は装置内を上昇して連結スクリュウと同一軸上にある
回転翼を内蔵する装置上部に達する。

【００１０】その回転翼は同時に回転しているから吸水
力は更に高まり，膨張しながら回転翼内蔵部に達した気
泡はその回転による攪拌によって融合・細分を繰り返し
て酸素の供給は促進される。また回転翼の吸水力を上回
らない範囲で逆ピッチの回転翼を付加することによって
装置内（回転翼内蔵部）での攪拌を促進し，気泡の細
分，酸素の溶解は更に効率となる。

【００１１】このように気泡を攪拌，細分して水との接
触面積を拡大する事と気泡を含んだ水の滞留時間の長い
事による接触時間の延長等によって溶解率が向上する。
なお噴出溝から処理対象の水中に水と共に放出した気泡
は，その水中を上昇して大気中に拡散する迄は，その気
泡による攪拌を含め従来の曝気方法と同じ作用をする。
以上のように本発明は主に装置内で強制的に空気と接触
させ酸素を効率よく溶解させることを特徴とする。

【００１２】なお処理対象水中への放出は，溝状の噴出
溝から水と共に行うが装置内部に加圧が生ずる程度に噴
出溝の間隙を調節する事によっても酸素の溶解は促進す
る。この際は気泡と共に放出された水は急速に減圧され
るので加圧によって溶解した分の空気は再び細かい気泡
となり，処理対象水中での酸素の溶解を助長する。

【００１３】本発明は，基本的には送風速度（量）を回
転力に変換するのが特徴の一つであるが，送風量の不足
することによって回転の上昇しない時は電動機による回
転を付加することによっても上記の諸作用を得ることは
可能である。また本曝気装置において別に設けたポンプ
によって水を圧送あるいは逆に送気口（１２）から水を
圧送することで本来の吸水口（１３）から吸気させても
上記と同じように独立した細かい気泡を生じさせること
ができる。この方法では吸気口を大気中に開いておけば
ブロアー・コンプレッサーは必ずしも必要としないが，
圧送水に対して加圧空気を送気してもよい。以上のよう
に酸素の溶解に影響する上記条件の内，変えられない温
度，溶質の濃度を除く加圧，空気との接触面積，接触時
間の増大を一つの装置内で行うことに本発明による特徴
の全てがある。

【００１４】

【実施例】図面によって説明する。図１は本発明による
曝気装置の内部詳細図である。図２は拡大した連結スク
リュウの正面図と底面図である。図３ははずみ環を有す
る回転翼２種類の各平面図と断面図，図４が電動機を付
加した正面図であり，図５が本曝気装置の斜視図であ
る。

【００１５】ここでは本発明の特徴の一つである空気を
送気する例について説明する。図１において，ブロアー
から送気管を通じて水深５ｍに設置した曝気装置の送気
口（１２）から空気を送気するが，連結スクリュウ（１
１）を内蔵するパイプ（９）の内径を５ｃｍ，軸径を１
ｃｍ，回転翼（３，４）を内蔵する球（１）の内径を２
０ｃｍ，軸の断面積を減じた上記パイプの断面積１８．
８ｃｍ^２と同じ面積となる噴出溝（７）の間隙幅を０．
３ｃｍとして上記に習ってその平均の３００リットル／
毎分の送気を行うと，水深５ｍでの計算上ではおよそ１
３３ｃｍ／毎秒の流速が得られる。

【００１６】しかし管内や噴出溝（７）等での摩擦，吸
水口（１３）における水の吸引と輸送，連結スクリュウ
・回転翼の回転等によってもエネルギーは消費され，ま
たそれらの連数や枚数によってもエネルギーの消費量は
異なるので，２７〜４５ｃｍ／毎秒程度の流速が得られ
るように連結スクリュウの枚数を加減すると気泡を含む
３０〜５０リットル／毎分の溶存酸素が飽和した水を噴
出する。

【００１７】なお電動機を付加するとその出力，水を圧
送するとその圧送量に見合って何れの場合にもその噴出
量を上記の例に比較して飛曜的に増大させることが出来
る。

【００１８】

【発明の効果】以上の発明は次の効果を有する。 １．装置内で気泡を生じさせることを主とする事によっ
て，生物飼育の環境維持やし尿等の処理に必要な酸素を
飽和点まで容易に溶存させることが出来，上記の環境維
持や処理の効率化が図れる。 ２．主に装置内において水と空気とを接触させ，水中へ
の噴出は気泡を含んだ水で，しかも噴出部を小孔でなく
溝状としたことで懸濁物による噴出部の閉塞を防ぐこと
ができ，噴出部の機能維持・回復に係わる労力を大きく
節減できる。 ３．高性能なので小型化と運転経費の節減が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の曝気装置内部の詳細正面図である。

【図２】本曝気装置の一部品である連結スクリュウの正
面図とその底面図である。

【図３】本曝気装置の一部品である回転翼二種類の各平
面図と断面図である。

【図４】本曝気装置に電動機を付加した正面図である。

【図５】本曝気装置の斜視図である。

【符号の説明】

１ 球（回転翼内蔵部） ２ 軸受け ３ 回転翼Ａ ４ 回転翼Ｂ ５ はずみ環 ６ 翼 ７ 噴出溝 ８ 噴出溝間隙調整ネジ ９ パイプ（連結スクリュウ内蔵部） １０ 軸 １１ 連結スクリュウ １２ 空気の送気口 １３ 吸水口 １４ 電動機 ← 流れの方向 ←…回転方向

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連結スクリュウを内蔵したパイプ内に空
   気を連続送気し，このことによって連結スクリュウを回
   転せしめ併せて吸水させ，水と空気を混合して細分した
   気泡を含ませる。同時に同一軸上にある回転翼の回転に
   よって吸水力を高めると同時に更に気泡を細分して酸素
   を溶解せしめ水と共に噴出溝から放出することを特徴と
   する曝気装置。
2. 【請求項２】「請求項１」において回転翼を着脱可能と
   し，ピッチを逆にした回転翼を付加することを特徴とす
   る曝気装置。
3. 【請求項３】「請求項１」「請求項２」において水を圧
   送することによって吸気させることを特徴とする曝気装
   置。
4. 【請求項４】「請求項１」「請求項２」において電動機
   による回転力を付加する事を特徴とする曝気装置。