活性汚泥処理装置
【課題】簡易設備、小動力で酸素溶解効率を上昇させて、水処理効率を向上させる。
【解決手段】開放型の曝気槽４に高濃度酸素溶解水の流入経路11を設けると共に、曝気槽４に攪拌装置10を設け、流入経路11に高濃度酸素溶解水の生成装置12および気泡消去装置13を設けることによって、スタティックミキサー等の生成装置12で気泡が無く酸素溶解度が高い酸素溶解水を生成し、簡易構造の開放型の曝気槽４に高濃度酸素溶解水を流入させる。
【解決手段】開放型の曝気槽４に高濃度酸素溶解水の流入経路11を設けると共に、曝気槽４に攪拌装置10を設け、流入経路11に高濃度酸素溶解水の生成装置12および気泡消去装置13を設けることによって、スタティックミキサー等の生成装置12で気泡が無く酸素溶解度が高い酸素溶解水を生成し、簡易構造の開放型の曝気槽４に高濃度酸素溶解水を流入させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生活排水や産業排水などの各種排水を好気性微生物（活性汚泥微生物）で排水中の有機物を分解除去処理する活性汚泥処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から広く使用されている活性汚泥処理装置は、一般的に調整槽、中和槽、曝気槽、沈澱槽にて構成され、その処理方法は、曝気槽に排水有機物を分解する微生物群を生息保持させた活性汚泥を投入し、曝気槽内に流入した処理排水（被処理水）に酸素を供給して好気性微生物の分解作用を促して有機物を分解し、この分解処理水を沈殿槽で活性汚泥と処理済水（処理水）に固液分離し、処理済水を放流する様にした、有機性排水を浄化する水処理法である。
【０００３】
好気性微生物を用いた有機性排水処理、即ち、活性汚泥処理において、排水浄化作用を効率的に実施するためには、微生物に酸素供給する曝気槽設備の構成が重要であった。
広く実施された方式としては、曝気槽を開放型とすると共に、酸素源として大気を使用して、被処理水に必要な酸素を供給する方式であり、例えば、ブロアで送給される大気を被処理水に没入設置した散気装置から放出する方式を利用している場合が多く、大気利用の場合、大気中の酸素濃度が低いため被処理水への酸素溶解効率が低かったり、ブロア設備等の設置費、動力費が莫大であった。
そして、酸素溶解効率が低いことにより、好気性微生物の分解作用が促進されず、処理水に有機物が残留して、放流される処理水の水質が悪化していた。
【０００４】
この改善策として、特許文献１の特開２００１−１３７８８０の酸素活性汚泥処理装置に記載された曝気槽設備の構成として、曝気槽を密閉型とすると共に、高濃度酸素を直接使用した方式が開発された。
しかしながら、密閉酸素曝気法は、高濃度酸素を密閉曝気槽の気相部へ供給し、曝気槽水表面を波立たせると共に、液相を攪拌する方式であることにより、酸素が液相内を通過せず、高圧力で表面曝気して酸素を溶解させる為、溶解効率は前述のブロア＋散気装置のものと同程度か若干上昇する程度であった。
一方、高濃度酸素ガスは、好気性微生物の活動による窒素や二酸化炭素の増加で、気相の酸素濃度が低下するため、曝気槽内の下流側の気体は廃棄され、高濃度酸素ガスを無駄に使用することとなったり、密閉型の曝気槽は高圧力対応型で槽上部を密閉する必要があり、設備費用が高かった。
【０００５】
又、酸素溶解効率は低レベルで略一定で酸素濃度コントロールが容易でないため、被処理水が増加して負荷増加が発生した場合、酸素増加や好気性微生物の増加、分解作用の促進は困難であり、放流水の水質が悪化した。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１３７８８０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、簡易設備で酸素溶解度を上昇させ、好気性微生物を活性化して水処理効率や放流水の水質を向上させる様にした活性汚泥処理装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記従来技術に基づく、簡易設備、小動力で酸素溶解効率を上昇させて、水処理効率を向上させる課題に鑑み、開放型の曝気槽に高濃度酸素溶解水の流入経路を設けると共に、曝気槽に攪拌装置を設け、流入経路に高濃度酸素溶解水の生成装置および気泡消去装置を設けることによって、スタティックミキサー等で気泡が無く酸素溶解度が高い酸素溶解水を生成し、簡易構造の開放型の曝気槽に高濃度酸素溶解水を流入する様にして、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００９】
要するに本発明は、開放型の曝気槽に高濃度酸素溶解水の流入経路を設けたので、開放型で簡易構成の曝気槽に、好気性微生物に必要な酸素を十分に供給することが出来、又曝気槽以外で酸素溶解水を生成しているため、曝気槽の構成を簡易化することが出来たり、適当、適切な溶解水生成装置で適切、所望の高濃度の酸素溶解水を生成し、曝気槽へ流入させることが出来る。
又、曝気槽に攪拌装置を設けたので、曝気槽内の滞溜水の対流でフロックの沈降を防止したり、溶解酸素を万遍なく行き渡らせることが出来る。
又、流入経路に高濃度酸素溶解水の生成装置および気泡消去装置を設けたので、曝気槽への流入水である酸素溶解水に気泡が混入しないため、曝気槽でのフロックへの気泡付着による沈殿槽でのフロックの沈殿阻害を防止して、沈殿槽で固液分離を確実、効率的に実施することが出来る。
【００１０】
よって、曝気槽の外部で生成した高濃度酸素溶解水を曝気槽へ注入する事により、曝気槽内の酸素濃度を上げる事が出来、高圧力密閉型の曝気槽、大容量の散気装置やブロアも不要となると共に、良好な活性汚泥微生物層を形成する事が出来る。
又、酸素濃度が低下した時に発生、増加してフロックの密度上昇を阻害する糸状性細菌を抑制することが出来、一方、酸素増加で微生物が活性化して微生物が増加し、汚泥フロックが厚密化（高密度化）されることにより、沈殿槽での固液分離が確実化して処理水質を向上することが出来る。
更に、活性汚泥設備において、酸素濃度や活性汚泥濃度を高くして運転する事が出来る為、曝気槽などの活性汚泥設備の省スペース化が可能となったり、大きなブロア等も不要で省エネルギー化が可能となる。
更に、既存設備に本件発明を適用する場合、外部に高濃度酸素溶解水の流入経路を設けるだけで、設備改造が最小限で済み、大がかりな配管工事や設備工事がなく、工期を短くすることが出来る。
【００１１】
又、高濃度酸素溶解水の流入経路は曝気槽の外部に設けているため、例えば、請求項５に示す様な構成により、酸素濃度または溶解水量を容易に増減調整できるため、曝気槽の滞溜水の酸素濃度のコントロールを容易に行うことが出来る。
酸素濃度のコントロールが可能であることにより、被処理水（処理排水）の流入増加、有機物増加などの負荷増加が発生しても、曝気槽の酸素濃度増加により、好気性微生物の分解作用を促進して、負荷増加に対応することが出来、放流水の水質悪化を防止することが出来る。
更に、流入経路は曝気槽の外部で、被処理水に晒されていないため、経年劣化を防止することが出来る。
【００１２】
フロックが小さくなると、或いは、フロック密度が低下すると、沈殿槽での沈殿性が低下するが、請求項２に係る発明では、曝気槽に設けた攪拌装置は、曝気槽内のフロックを分断しない攪拌力の攪拌装置と成したので、攪拌作用でフロックが小さくなったり、密度が低下せず、沈殿による固液分離をスムーズに行うことが出来る。
【００１３】
流入経路を流通させる原水は、曝気槽内の滞溜水および沈澱槽内の沈降水以外で活性汚泥処理装置の流通水と成したので、即ち、高濃度酸素溶解水を生成する原水は、前処理槽または曝気槽への流入水（被処理水、希釈用水等）、沈澱槽の上澄水、沈澱槽からの放流水等のいずれか１種の流通水または２種以上の混合流通水と成したので、既存設備に元々流入している様な流通水を原水に用いる為、処理水量や有機物負荷量の増加が殆どなかったり、既存設備を大きく変更せずに運転することが出来る。
【００１４】
流入経路を流通させる原水は、沈澱槽の上澄水または沈澱槽からの放流水と成したので、好気性微生物自らが生息して有機物分解した水であるため、その水に溶解している酸素は消費し易く微生物の呼吸活性を高くすることが出来たり、酸素の一部が循環して酸素ガスを有効使用することが出来る。
【００１５】
流入経路に設けた高濃度酸素溶解水の生成装置は、原水供給経路に酸素供給量が調整自在な酸素供給経路を接続すると共に、接続点より下流側の原水供給経路に送水量が調整自在なポンプを介在すると共に、ポンプの下流側にスタティックミキサーを介在させたものと成したので、酸素濃度のコントロールに際して、或いは、負荷増加に対応して、酸素量または通水量の増加を容易に達成することが出来る。
【００１６】
流入経路に設けた高濃度酸素溶解水の生成装置および気泡消去装置は、スタティックミキサーおよび超音波照射体と成したので、連続通水式のスタティックミキサーで容易に酸素溶解水を生成することが出来ると共に、酸素溶解水に混入している微細気泡を超音波で溶解酸素に変えて、気泡なしで更に高濃度の酸素溶解水を生成することが出来、更に、酸素ガスの全量を有効使用することが出来る等その実用的効果甚だ大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示す様に、本発明に係る活性汚泥処理装置１は、上流側から前処理槽である調整槽２および中和槽３、好気性微生物で有機物を分解する曝気槽４、及びフロック（微生物が相互付着した集合体）を沈殿除去する沈澱槽５が連続的に順次設けられ、上流側から下流側に流通水が流れる様に、各処理槽２、３、４、５は流通管６、6a、6bで連結されている。
尚、本件発明の趣旨からは、前処理槽である調整槽２および中和槽３は省略可能で、曝気槽４へ被処理水などを直接流入させても良い。
【００１８】
前処理槽の調整槽２には、被処理水（処理排水）の流入管７および中和槽３への流通管６が夫々接続されると共に、流通管６の中途部にポンプ８を介在させており、調整槽２に家庭排水や産業排水などの各種排水の被処理水が流入すると共に、調整槽２から流量調整した被処理水が流出する様にしている。
例えば、流入量が大幅に変動したり、不定期で調整槽２に各種排水が流入することに対して、活性汚泥処理装置１は２４時間運転で時間当たりの処理量が略一定であるため、調整槽２から曝気槽４および沈澱槽５等への流出量が均等となる様に流量調整している。
又、前処理槽の中和槽３には、被処理水が流入する流通管６および中和した被処理水を流出する流通管6aを夫々接続し、又前処理槽の調整槽２および中和槽３には上水（水道水）、中水（工業用水）などの希釈用水の注入管９、9a、9bが夫々接続されている。
【００１９】
好気性微生物で有機物を分解する曝気槽４には、被処理水が流入する流通管6aおよび微生物分解した分解処理水を流出する流通管6bを夫々接続する一方、曝気槽４にフロックを分断しない攪拌力で活性汚泥の沈降を防止する撹拌装置10を設けると共に、高濃度酸素溶解水の流入経路11を接続している。
そして、流入経路11の中途部に高濃度酸素溶解水の生成装置12および気泡消去装置13を介在させると共に、流入経路11の上流側に原水供給管14、14a …を接続しており、流入経路11から曝気槽４へ気泡なしの高濃度酸素溶解水を流入させる様にしている。
【００２０】
沈澱槽５には、分解処理水が流入する流通管6bおよび処理水を放流する放流管15を夫々接続する一方、中途部にポンプ16を介在させた返送管17の上流側を沈澱槽５の下部に接続すると共に、返送管17の下流側を曝気槽４に接続して、活性汚泥を沈澱槽５から曝気槽４に返送する様にしている。
【００２１】
尚、沈澱槽５内は隔壁18、18a で適宜数の沈殿ブロック槽に区分すると共に、堰19、19a を設けて上澄水をオーバーフロー方式で放流管15へ流出させている。
又、曝気槽４は１槽形式のものを示したが、沈澱槽５と同様に、適宜数の曝気ブロック槽に区分しても良く、全部または上流側を主とした曝気ブロック槽に撹拌装置10および酸素溶解水の流入経路11を設けても良い。
【００２２】
次に、曝気槽４へ高濃度酸素溶解水を流入する流入経路11の具体例を説明する。
先ず、流入経路11の上流側に接続した原水供給管14、14a …の原水は、活性汚泥処理装置１における流通水の大半が可能であり、例えば、調整槽２に流入する被処理水、調整槽２、中和槽３または曝気槽４に流入する上水、中水などの希釈用水、沈澱槽５内の上澄水、放流管15の放流水（処理水）である。
配管例としては、一部図示した様に、流通管６、6a、6b、流入管７、注入管９、9a、9b、放流管15の分枝管、または、調整槽２、中和槽３、沈澱槽５からの別途流通管を原水供給管14、14a …とする。
【００２３】
尚、活性汚泥処理装置１での流通水中、流入経路11の原水として適さない流通水は、曝気槽４内の滞溜水および沈澱槽５内の沈降水（沈澱槽５内に流入直後の分解処理水および沈殿処理の初期段階で沈降中の水を含む）である。
これらの不適当流通水には、微生物、活性汚泥のフロックが混入しており、フロック混入水を流入経路11の原水とすると、流入経路11の生成装置12等で、フロックが分断化、細分化され、酸素溶解水として曝気槽４に流入すると、フロックが成長せずに沈澱槽５内に流入すると、細分化フロックは沈殿せずに浮遊し易く、固液分離が非効率、困難となるからである。
【００２４】
次に、流入経路11に介在させた生成装置12および気泡消去装置13で気泡なしの高濃度酸素溶解水を生成する構成および作用を説明する。
気泡なしの高濃度酸素溶解水の生成プロセスは複数種類が可能であり、基本的には、第１プロセスの１次気液混合、第２プロセスの酸素溶解水の生成、第３プロセスの気泡消去の３プロセスから成り、一部は複合化しても良い。
【００２５】
流入経路11の具体例の一例としては、図２に示す様に、溶媒の原水が原水供給管14、14a …から連続通水される原水供給経路20に、溶質の酸素が連続供給される酸素供給経路21を接続すると共に、接続点より下流側の原水供給経路20にポンプ22を中間接続している。
ポンプ22より下流側の原水供給経路20に連続通水式の気液混合溶解装置（スタティックミキサー）23を接続すると共に、該気液混合溶解装置23（生成装置12）の一部に超音波照射体24（気泡消去装置13）を設け、又気液混合溶解装置23の吐出側に酸素水吐出経路25を接続している。
尚、酸素供給経路21は酸素供給量が調整自在のものと成すと共に、原水供給経路20のポンプ22は送水量が調整自在のものと成している。
【００２６】
気液混合溶解装置23および超音波照射体24を一体化（複合化）したものの基本構成としては、図２、４に示す様に、１次混合気液が連続通水される気液混合溶解装置23の円筒ケーシング26の上下流部に剪断、攪拌、衝突、乱流などで気液混合および酸素溶解する螺旋流形成部27および気液反応部28を設けており、気液混合溶解装置23の螺旋流形成部27または気液反応部28内部の気液に超音波を照射・作用させる超音波照射体24を円筒ケーシング26に設けている。
【００２７】
かかる構成により、原水（液体）と酸素（気体）がポンプ22等で混合・圧送され、混合気液が気液混合溶解装置23の円筒ケーシング26内に流入し、気液混合溶解装置23および超音波照射体24の作用で、気泡なしの高濃度酸素溶解水が生成される。
【００２８】
流入経路11の具体例の他例としては、気液混合溶解装置23までの構成は図２に示すものと同様であり、図３に示すものでは、貯留タンク29に気液混合溶解装置23の下流側を接続すると共に、貯留タンク29から酸素水吐出経路25を介して曝気槽４に高濃度酸素溶解水を流入させる様に接続し、更に、貯留タンク29に気泡消去装置13を設けている。
気泡消去装置13の一例としては、貯留タンク29の下部や側壁に超音波照射体24を設けたり、貯留タンク29の下部に粗大バブル発生装置30を設けたり、貯留タンク29を密閉式と成して真空脱気装置31を設け、又図示していないが、気液混合溶解装置23または貯留タンク29の下流側の酸素水吐出経路25のパイプに貯留タンク29を超音波照射体24を設けても良い。
【００２９】
かかる構成により、原水と酸素がポンプ22等で混合・圧送され、混合気液が気液混合溶解装置23の円筒ケーシング26内に流入し、気液混合溶解装置23の作用で酸素溶解水が生成され、貯留タンク29内で気泡消去装置13（超音波照射体24、粗大バブル発生装置30または真空脱気装置31）の作用で溶解水内の気泡が消去され、気泡なしの高濃度酸素溶解水が生成される。
【００３０】
気泡消去装置13の作用としては、超音波照射体24にあっては、詳細は後述するが、超音波が液体粒子、気体粒子、気体粒子群（気泡）に圧力変化、振動等を及ぼすことにより、微細気泡が溶解水に溶解し、図２のものでは、溶解水の生成と気泡消去が同時連続的に行われ、図３のものでは、溶解水生成後に気泡消去が行われる。
粗大バブル発生装置30にあっては、粗大バブルが液相を上昇することにより、溶解水の気体粒子を巻き込む様に上昇させるウェーク現象で気体粒子を貯留タンク29内上部の気相に迅速に導いて気泡消去する。
真空脱気装置31にあっては、貯留タンク29内上部の気相を減圧、真空化することにより、液相内の気泡を気相に迅速に上昇させて気泡消去する。
【００３１】
次に、第１プロセスの１次気液混合について説明する。
図示のものでは、１次気液混合はポンプ22内の攪拌羽根で液体（原水）と気体（酸素）を細粒化して行っているが、１次的な気液混合は別方式でも良く、例えば、密閉容器内に混流させた液体と気体を圧入して加圧溶解させても良い。
又、１次的な気液混合をポンプ22や密閉容器で行うに際して、原水供給経路20に酸素供給経路21を接続し気液混合を行っているが、ポンプ22や密閉容器に気体を直接供給する様にしても良く、或いは、ポンプ22と気液混合溶解装置23の間や、気液混合溶解装置23の直前や、気液混合溶解装置23の螺旋流形成部27に気体を供給しても良い。
即ち、流通方向に圧力付与された混合気液が気液混合溶解装置23の円筒ケーシング26内に連続通水される形態であれば、１次的な気液混合の方式は問わない。
【００３２】
以下、図２に示す気液混合溶解装置23（生成装置12）と超音波照射体24（気泡消去装置13）を一体化（複合化）したものの詳細例を図４に基づいて説明する。
図４は螺旋流形成部27および超音波照射体24を非断面とした気液混合溶解装置23等の断面図であり、出入口32、33を開口した円筒ケーシング26内部の上流部に螺旋流形成部27を内装すると共に、円筒ケーシング26内部の下流部に気液反応部28を内装し、螺旋流形成部27の下流端直後で気液反応部28の上流部の位置で円筒ケーシング26の外側に超音波照射体24を設けている。
尚、超音波照射体24の円筒ケーシング26への取付位置は、円筒ケーシング26内部を流通する混合気液に超音波を照射、作用させる位置であれば良く、例えば、螺旋流形成部27に照射する位置や、気液反応部28の中間位置、或いは、両者に照射する位置でも良く、又超音波照射体24は気液混合溶解装置23の円筒ケーシング26の外側に取付けて内部の混合気液に間接的に照射しているが、円筒ケーシング26に取付孔を開設すると共に、該取付孔に超音波照射体24の照射部24a を取付けて混合気液に超音波を直接照射しても良い。
又、円筒ケーシング26の上下流端の外側に、原水供給経路20の配管その他に接続用のフランジ34、34a を設けている。
【００３３】
次に、気液混合溶解装置23に設けた螺旋流形成部27と気液反応部28の具体例の一例を説明する。
円筒ケーシング26の上流部に設けた螺旋流形成部27は、２枚の半楕円形板の翼盤35、35a を上下流方向に傾斜配置して成り、翼盤35、35a の弦側側縁36、36a を円筒ケーシング26の軸心に対して対称的に交差対向させると共に、翼盤35、35a の円弧側側縁37、37a を円筒ケーシング26の内周壁に接合させている。
又、２枚の翼盤35、35a の交差部の上流側で弦側側縁36、36a の間を、円筒ケーシング26の横断面を略２等分する略三角形板の仕切盤38で閉鎖している。
更に、２枚の翼盤35、35a と仕切盤38を一体化するために、円筒ケーシング26の軸心方向に丸棒の連結体39を配置すると共に、翼盤35、35a と仕切盤38の所要箇所を切り欠いて、連結体39に翼盤35、35a と仕切盤38を結合している。
【００３４】
円筒ケーシング26の下流部に設けた気液反応部28は、下流側に向けて徐々に内径が縮小するテーパー壁40、内径が一定の水平壁41および徐々に内径が拡大するテーパー壁42から成る段丘部43と、該段丘部43の水平壁41から円筒ケーシング26の軸心方向に立設した多数の突起44、44a …から構成している。
突起44、44a …は後方傾斜状で、円周方向で９０度毎に、且つ、隣接同志は上下に振り分け、全体的には、円筒ケーシング26の内部に螺旋状で９０度毎に突起44、44a …を立設している。
【００３５】
螺旋流形成部27と気液反応部28を有する気液混合溶解装置23により、円筒ケーシング26の入口32から圧送流入した混合気液は、螺旋流形成部27の仕切盤38で２分割に分流されると共に、翼盤35、35a に沿って流動して螺旋流となって螺旋流形成部27を通過する。
螺旋流形成部27の通過時には、連結体39を含む翼盤35、35a と仕切盤38で流動形態が分断や方向変換で、混合気液に大きな剪断応力、乱流、攪拌作用などが発生する。
又、螺旋流形成部27の通過による螺旋流により、気液成分のうち、比較的に質量の大きい液体成分は慣性力で半径外側方向に移動し、比較的に質量の小さい気体成分は半径内側方向に移動し、この移動作用でも攪拌作用等が発生する。
【００３６】
そして、気液混合溶解装置23における上流部の螺旋流形成部27を通過した螺旋流の混合気液が下流部の気液反応部28に流入すると、螺旋流は段丘部43のテーパー壁40で円筒ケーシング26の軸心方向に移動し、段丘部43の水平壁41では多数の突起44、44a …に衝突し、剪断応力、攪拌作用等が発生する。
螺旋流形成部27と気液反応部28の通過時に発生する剪断応力、攪拌作用、衝突・乱流等により、気体と液体は細粒や微細な粒子、粒子群となって、大量の粒子などは複雑な混合作用を受けて気体と液体が接触し、気体粒子の一部は液体に溶解すると共に、一部は細粒や微細の気泡となり、略同時に、後述する超音波による作用を粒子等は受ける。
【００３７】
尚、気液混合溶解装置23に設けた螺旋流形成部27は、翼盤35、35a 、仕切盤38および連結体39で構成しているが、円筒ケーシング26の入口32から流入した混合気液を螺旋流として気液反応部28へ流動させるものであれば、螺旋流形成部27の具体的構成を問わず、各種のものが使用可能である。
又、気液混合溶解装置23に設けた気液反応部28は、段丘部43および突起44、44a …で構成しているが、細粒、微細の気液粒子の混合作用を励起させる剪断、攪拌、衝突、乱流などの発生要素は、段丘部43および突起44、44a …の他、各種のものが使用可能である。
例えば、多数の流通孔を有する蜂の巣状の抵抗流通体を間欠的に配置したり、流通孔の位相をずらして配置し、或いは、螺旋流形成部27における翼盤35、35a や仕切盤38の様な板体を流通方向と同一・傾斜・位相変化させて順次連続的に配置し、又突起44、44a …は各種異形のものとしたり、板状のものとしても良く、即ち、気液反応部28で螺旋流の混合気液を剪断、攪拌、衝突、乱流などで混合作用できれば、気液反応部28の具体的構成を問わず、各種のものが使用可能である。
【００３８】
次に、気液混合溶解装置23に超音波照射体24を設けたものの作用について説明する。
気液混合溶解装置23の螺旋流形成部27および気液反応部28による剪断・攪拌・混合などによる部分的な溶解作用と超音波による粒子等の振動・圧力変化作用の併用により、液体への気体の溶解速度、溶解度（過飽和を含む）、溶解効率を上昇、向上させている。
超音波照射体24から照射された２０〜１００ＫＨｚの超音波は、円筒ケーシング26を介して、超音波照射体24の照射部24a の中央から広がりを以て円筒ケーシング26内の混合気液に到達すると共に、円筒ケーシング26の内壁面や翼盤35、35a 、突起44、44a …等で反射して各種方向に伝播する。
【００３９】
超音波が混合気液に到達すると、液体粒子・気体粒子・気体粒子群（気泡）が圧力変化を受けたり、粒子などが相当な速度、加速度で振動、移動したり、運動エネルギーが上昇し、或いは、気泡体積が非線形性（膨張・収縮の時間差や方向差を有する状況）の膨張・収縮を繰り返す体積振動をすることにより、大量の異種粒子間における気液界面が多様に変化する。
気液界面の変化により、気体粒子と液体粒子の衝突、接触の面積・時間を増加させたり、接触粒子を変換させて、異種粒子の接触機会が飛躍的に増大して、気体は液体に溶解する。
【００４０】
従って、気液混合溶解装置23における気体・液体の混合による溶解、および、超音波照射体24から照射された超音波で発生する気体粒子・液体粒子・気体粒子群（気泡）の振動・圧力変化等で励起される気液界面変化による溶解、が同時発生し、液体への気体の溶解度が上昇する。
【００４１】
ここで、超音波照射体24が気泡消去装置13であることを説明する。
実験によれば、超音波照射体24を取り付けず気液混合溶解装置23を単独で使用した時には、気液混合溶解装置23を通過した溶解水に細粒気泡が浮遊していたが、超音波照射体24を併用した時には気泡がなく溶解度が上昇していた。
又、図３に示すものでは、超音波照射体24の非作動時には、貯留タンク29内の溶解水に細粒気泡が浮遊していたが、超音波照射体24を作動させると、気泡が溶解消去されて溶解度が上昇していた。
【００４２】
次に本発明に係る活性汚泥処理装置の作用について説明する。
被処理水が流入管７から調整槽２に不定量で流入すると共に、ポンプ８により略一定量の被処理水が流通管６を経由して調整槽２から中和槽３へ流入し、流通管6aを経由して中和槽３から曝気槽４へ中和処理された略一定量の被処理水が流入する。
尚、調整槽２、中和槽３、曝気槽４では被処理水の有機物含有量その他の性質に応じて、注入管９、9a、9bから希釈水等を注入する。
【００４３】
曝気槽４内の滞溜水には、好気性微生物が生息する活性汚泥、汚泥フロック（微生物の集合体）が混入されていると共に、活性汚泥処理装置１の流通水（一部を除く）を原水とした高濃度酸素溶解水および被処理水が流入経路11および流通管6aから曝気槽４に流入し、更に、フロックを分断しない程度で運転している撹拌装置10により、滞溜水は攪拌されている。
曝気槽４内の滞溜水に被処理水および高濃度酸素溶解水が流入して攪拌されることにより、好気性微生物は高濃度の溶存酸素で活性化し、有機物を分解し、フロックを厚密化し、曝気槽４の滞溜水中の分解処理水は略一定量が流通管6bから沈澱槽５へ流入する。
【００４４】
沈澱槽５では、流入した分解処理水の汚泥フロックが沈殿すると共に、浄化処理された処理水は上澄水となって、分解処理水は固液分離され、堰19、19a をオーバーフローした上澄水は放流管15から放流される。
尚、沈澱槽５で沈殿した汚泥フロックは返送管17から曝気槽４へ返戻される。
【００４５】
又、調整槽２へ流入する被処理水や有機物含有量が増加した時には、流入経路11での酸素供給経路21やポンプ22の酸素量や送水量を増加して、曝気槽４内の微生物を活性化して負荷増加に対応する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る活性汚泥処理装置を示す概要図である。
【図２】流入経路の構成を示す図である。
【図３】他の流入経路の構成を示す図である。
【図４】気液混合溶解装置と超音波照射体（気泡消去装置）の一体化構成を示す拡大部分断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 活性汚泥処理装置
４ 曝気槽
５ 沈澱槽
10 撹拌装置
11 流入経路
12 生成装置
13 気泡消去装置
20 原水供給経路
21 酸素供給経路
22 ポンプ
23 気液混合溶解装置（スタティックミキサー）
24 超音波照射体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生活排水や産業排水などの各種排水を好気性微生物（活性汚泥微生物）で排水中の有機物を分解除去処理する活性汚泥処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から広く使用されている活性汚泥処理装置は、一般的に調整槽、中和槽、曝気槽、沈澱槽にて構成され、その処理方法は、曝気槽に排水有機物を分解する微生物群を生息保持させた活性汚泥を投入し、曝気槽内に流入した処理排水（被処理水）に酸素を供給して好気性微生物の分解作用を促して有機物を分解し、この分解処理水を沈殿槽で活性汚泥と処理済水（処理水）に固液分離し、処理済水を放流する様にした、有機性排水を浄化する水処理法である。
【０００３】
好気性微生物を用いた有機性排水処理、即ち、活性汚泥処理において、排水浄化作用を効率的に実施するためには、微生物に酸素供給する曝気槽設備の構成が重要であった。
広く実施された方式としては、曝気槽を開放型とすると共に、酸素源として大気を使用して、被処理水に必要な酸素を供給する方式であり、例えば、ブロアで送給される大気を被処理水に没入設置した散気装置から放出する方式を利用している場合が多く、大気利用の場合、大気中の酸素濃度が低いため被処理水への酸素溶解効率が低かったり、ブロア設備等の設置費、動力費が莫大であった。
そして、酸素溶解効率が低いことにより、好気性微生物の分解作用が促進されず、処理水に有機物が残留して、放流される処理水の水質が悪化していた。
【０００４】
この改善策として、特許文献１の特開２００１−１３７８８０の酸素活性汚泥処理装置に記載された曝気槽設備の構成として、曝気槽を密閉型とすると共に、高濃度酸素を直接使用した方式が開発された。
しかしながら、密閉酸素曝気法は、高濃度酸素を密閉曝気槽の気相部へ供給し、曝気槽水表面を波立たせると共に、液相を攪拌する方式であることにより、酸素が液相内を通過せず、高圧力で表面曝気して酸素を溶解させる為、溶解効率は前述のブロア＋散気装置のものと同程度か若干上昇する程度であった。
一方、高濃度酸素ガスは、好気性微生物の活動による窒素や二酸化炭素の増加で、気相の酸素濃度が低下するため、曝気槽内の下流側の気体は廃棄され、高濃度酸素ガスを無駄に使用することとなったり、密閉型の曝気槽は高圧力対応型で槽上部を密閉する必要があり、設備費用が高かった。
【０００５】
又、酸素溶解効率は低レベルで略一定で酸素濃度コントロールが容易でないため、被処理水が増加して負荷増加が発生した場合、酸素増加や好気性微生物の増加、分解作用の促進は困難であり、放流水の水質が悪化した。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１３７８８０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、簡易設備で酸素溶解度を上昇させ、好気性微生物を活性化して水処理効率や放流水の水質を向上させる様にした活性汚泥処理装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記従来技術に基づく、簡易設備、小動力で酸素溶解効率を上昇させて、水処理効率を向上させる課題に鑑み、開放型の曝気槽に高濃度酸素溶解水の流入経路を設けると共に、曝気槽に攪拌装置を設け、流入経路に高濃度酸素溶解水の生成装置および気泡消去装置を設けることによって、スタティックミキサー等で気泡が無く酸素溶解度が高い酸素溶解水を生成し、簡易構造の開放型の曝気槽に高濃度酸素溶解水を流入する様にして、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００９】
要するに本発明は、開放型の曝気槽に高濃度酸素溶解水の流入経路を設けたので、開放型で簡易構成の曝気槽に、好気性微生物に必要な酸素を十分に供給することが出来、又曝気槽以外で酸素溶解水を生成しているため、曝気槽の構成を簡易化することが出来たり、適当、適切な溶解水生成装置で適切、所望の高濃度の酸素溶解水を生成し、曝気槽へ流入させることが出来る。
又、曝気槽に攪拌装置を設けたので、曝気槽内の滞溜水の対流でフロックの沈降を防止したり、溶解酸素を万遍なく行き渡らせることが出来る。
又、流入経路に高濃度酸素溶解水の生成装置および気泡消去装置を設けたので、曝気槽への流入水である酸素溶解水に気泡が混入しないため、曝気槽でのフロックへの気泡付着による沈殿槽でのフロックの沈殿阻害を防止して、沈殿槽で固液分離を確実、効率的に実施することが出来る。
【００１０】
よって、曝気槽の外部で生成した高濃度酸素溶解水を曝気槽へ注入する事により、曝気槽内の酸素濃度を上げる事が出来、高圧力密閉型の曝気槽、大容量の散気装置やブロアも不要となると共に、良好な活性汚泥微生物層を形成する事が出来る。
又、酸素濃度が低下した時に発生、増加してフロックの密度上昇を阻害する糸状性細菌を抑制することが出来、一方、酸素増加で微生物が活性化して微生物が増加し、汚泥フロックが厚密化（高密度化）されることにより、沈殿槽での固液分離が確実化して処理水質を向上することが出来る。
更に、活性汚泥設備において、酸素濃度や活性汚泥濃度を高くして運転する事が出来る為、曝気槽などの活性汚泥設備の省スペース化が可能となったり、大きなブロア等も不要で省エネルギー化が可能となる。
更に、既存設備に本件発明を適用する場合、外部に高濃度酸素溶解水の流入経路を設けるだけで、設備改造が最小限で済み、大がかりな配管工事や設備工事がなく、工期を短くすることが出来る。
【００１１】
又、高濃度酸素溶解水の流入経路は曝気槽の外部に設けているため、例えば、請求項５に示す様な構成により、酸素濃度または溶解水量を容易に増減調整できるため、曝気槽の滞溜水の酸素濃度のコントロールを容易に行うことが出来る。
酸素濃度のコントロールが可能であることにより、被処理水（処理排水）の流入増加、有機物増加などの負荷増加が発生しても、曝気槽の酸素濃度増加により、好気性微生物の分解作用を促進して、負荷増加に対応することが出来、放流水の水質悪化を防止することが出来る。
更に、流入経路は曝気槽の外部で、被処理水に晒されていないため、経年劣化を防止することが出来る。
【００１２】
フロックが小さくなると、或いは、フロック密度が低下すると、沈殿槽での沈殿性が低下するが、請求項２に係る発明では、曝気槽に設けた攪拌装置は、曝気槽内のフロックを分断しない攪拌力の攪拌装置と成したので、攪拌作用でフロックが小さくなったり、密度が低下せず、沈殿による固液分離をスムーズに行うことが出来る。
【００１３】
流入経路を流通させる原水は、曝気槽内の滞溜水および沈澱槽内の沈降水以外で活性汚泥処理装置の流通水と成したので、即ち、高濃度酸素溶解水を生成する原水は、前処理槽または曝気槽への流入水（被処理水、希釈用水等）、沈澱槽の上澄水、沈澱槽からの放流水等のいずれか１種の流通水または２種以上の混合流通水と成したので、既存設備に元々流入している様な流通水を原水に用いる為、処理水量や有機物負荷量の増加が殆どなかったり、既存設備を大きく変更せずに運転することが出来る。
【００１４】
流入経路を流通させる原水は、沈澱槽の上澄水または沈澱槽からの放流水と成したので、好気性微生物自らが生息して有機物分解した水であるため、その水に溶解している酸素は消費し易く微生物の呼吸活性を高くすることが出来たり、酸素の一部が循環して酸素ガスを有効使用することが出来る。
【００１５】
流入経路に設けた高濃度酸素溶解水の生成装置は、原水供給経路に酸素供給量が調整自在な酸素供給経路を接続すると共に、接続点より下流側の原水供給経路に送水量が調整自在なポンプを介在すると共に、ポンプの下流側にスタティックミキサーを介在させたものと成したので、酸素濃度のコントロールに際して、或いは、負荷増加に対応して、酸素量または通水量の増加を容易に達成することが出来る。
【００１６】
流入経路に設けた高濃度酸素溶解水の生成装置および気泡消去装置は、スタティックミキサーおよび超音波照射体と成したので、連続通水式のスタティックミキサーで容易に酸素溶解水を生成することが出来ると共に、酸素溶解水に混入している微細気泡を超音波で溶解酸素に変えて、気泡なしで更に高濃度の酸素溶解水を生成することが出来、更に、酸素ガスの全量を有効使用することが出来る等その実用的効果甚だ大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示す様に、本発明に係る活性汚泥処理装置１は、上流側から前処理槽である調整槽２および中和槽３、好気性微生物で有機物を分解する曝気槽４、及びフロック（微生物が相互付着した集合体）を沈殿除去する沈澱槽５が連続的に順次設けられ、上流側から下流側に流通水が流れる様に、各処理槽２、３、４、５は流通管６、6a、6bで連結されている。
尚、本件発明の趣旨からは、前処理槽である調整槽２および中和槽３は省略可能で、曝気槽４へ被処理水などを直接流入させても良い。
【００１８】
前処理槽の調整槽２には、被処理水（処理排水）の流入管７および中和槽３への流通管６が夫々接続されると共に、流通管６の中途部にポンプ８を介在させており、調整槽２に家庭排水や産業排水などの各種排水の被処理水が流入すると共に、調整槽２から流量調整した被処理水が流出する様にしている。
例えば、流入量が大幅に変動したり、不定期で調整槽２に各種排水が流入することに対して、活性汚泥処理装置１は２４時間運転で時間当たりの処理量が略一定であるため、調整槽２から曝気槽４および沈澱槽５等への流出量が均等となる様に流量調整している。
又、前処理槽の中和槽３には、被処理水が流入する流通管６および中和した被処理水を流出する流通管6aを夫々接続し、又前処理槽の調整槽２および中和槽３には上水（水道水）、中水（工業用水）などの希釈用水の注入管９、9a、9bが夫々接続されている。
【００１９】
好気性微生物で有機物を分解する曝気槽４には、被処理水が流入する流通管6aおよび微生物分解した分解処理水を流出する流通管6bを夫々接続する一方、曝気槽４にフロックを分断しない攪拌力で活性汚泥の沈降を防止する撹拌装置10を設けると共に、高濃度酸素溶解水の流入経路11を接続している。
そして、流入経路11の中途部に高濃度酸素溶解水の生成装置12および気泡消去装置13を介在させると共に、流入経路11の上流側に原水供給管14、14a …を接続しており、流入経路11から曝気槽４へ気泡なしの高濃度酸素溶解水を流入させる様にしている。
【００２０】
沈澱槽５には、分解処理水が流入する流通管6bおよび処理水を放流する放流管15を夫々接続する一方、中途部にポンプ16を介在させた返送管17の上流側を沈澱槽５の下部に接続すると共に、返送管17の下流側を曝気槽４に接続して、活性汚泥を沈澱槽５から曝気槽４に返送する様にしている。
【００２１】
尚、沈澱槽５内は隔壁18、18a で適宜数の沈殿ブロック槽に区分すると共に、堰19、19a を設けて上澄水をオーバーフロー方式で放流管15へ流出させている。
又、曝気槽４は１槽形式のものを示したが、沈澱槽５と同様に、適宜数の曝気ブロック槽に区分しても良く、全部または上流側を主とした曝気ブロック槽に撹拌装置10および酸素溶解水の流入経路11を設けても良い。
【００２２】
次に、曝気槽４へ高濃度酸素溶解水を流入する流入経路11の具体例を説明する。
先ず、流入経路11の上流側に接続した原水供給管14、14a …の原水は、活性汚泥処理装置１における流通水の大半が可能であり、例えば、調整槽２に流入する被処理水、調整槽２、中和槽３または曝気槽４に流入する上水、中水などの希釈用水、沈澱槽５内の上澄水、放流管15の放流水（処理水）である。
配管例としては、一部図示した様に、流通管６、6a、6b、流入管７、注入管９、9a、9b、放流管15の分枝管、または、調整槽２、中和槽３、沈澱槽５からの別途流通管を原水供給管14、14a …とする。
【００２３】
尚、活性汚泥処理装置１での流通水中、流入経路11の原水として適さない流通水は、曝気槽４内の滞溜水および沈澱槽５内の沈降水（沈澱槽５内に流入直後の分解処理水および沈殿処理の初期段階で沈降中の水を含む）である。
これらの不適当流通水には、微生物、活性汚泥のフロックが混入しており、フロック混入水を流入経路11の原水とすると、流入経路11の生成装置12等で、フロックが分断化、細分化され、酸素溶解水として曝気槽４に流入すると、フロックが成長せずに沈澱槽５内に流入すると、細分化フロックは沈殿せずに浮遊し易く、固液分離が非効率、困難となるからである。
【００２４】
次に、流入経路11に介在させた生成装置12および気泡消去装置13で気泡なしの高濃度酸素溶解水を生成する構成および作用を説明する。
気泡なしの高濃度酸素溶解水の生成プロセスは複数種類が可能であり、基本的には、第１プロセスの１次気液混合、第２プロセスの酸素溶解水の生成、第３プロセスの気泡消去の３プロセスから成り、一部は複合化しても良い。
【００２５】
流入経路11の具体例の一例としては、図２に示す様に、溶媒の原水が原水供給管14、14a …から連続通水される原水供給経路20に、溶質の酸素が連続供給される酸素供給経路21を接続すると共に、接続点より下流側の原水供給経路20にポンプ22を中間接続している。
ポンプ22より下流側の原水供給経路20に連続通水式の気液混合溶解装置（スタティックミキサー）23を接続すると共に、該気液混合溶解装置23（生成装置12）の一部に超音波照射体24（気泡消去装置13）を設け、又気液混合溶解装置23の吐出側に酸素水吐出経路25を接続している。
尚、酸素供給経路21は酸素供給量が調整自在のものと成すと共に、原水供給経路20のポンプ22は送水量が調整自在のものと成している。
【００２６】
気液混合溶解装置23および超音波照射体24を一体化（複合化）したものの基本構成としては、図２、４に示す様に、１次混合気液が連続通水される気液混合溶解装置23の円筒ケーシング26の上下流部に剪断、攪拌、衝突、乱流などで気液混合および酸素溶解する螺旋流形成部27および気液反応部28を設けており、気液混合溶解装置23の螺旋流形成部27または気液反応部28内部の気液に超音波を照射・作用させる超音波照射体24を円筒ケーシング26に設けている。
【００２７】
かかる構成により、原水（液体）と酸素（気体）がポンプ22等で混合・圧送され、混合気液が気液混合溶解装置23の円筒ケーシング26内に流入し、気液混合溶解装置23および超音波照射体24の作用で、気泡なしの高濃度酸素溶解水が生成される。
【００２８】
流入経路11の具体例の他例としては、気液混合溶解装置23までの構成は図２に示すものと同様であり、図３に示すものでは、貯留タンク29に気液混合溶解装置23の下流側を接続すると共に、貯留タンク29から酸素水吐出経路25を介して曝気槽４に高濃度酸素溶解水を流入させる様に接続し、更に、貯留タンク29に気泡消去装置13を設けている。
気泡消去装置13の一例としては、貯留タンク29の下部や側壁に超音波照射体24を設けたり、貯留タンク29の下部に粗大バブル発生装置30を設けたり、貯留タンク29を密閉式と成して真空脱気装置31を設け、又図示していないが、気液混合溶解装置23または貯留タンク29の下流側の酸素水吐出経路25のパイプに貯留タンク29を超音波照射体24を設けても良い。
【００２９】
かかる構成により、原水と酸素がポンプ22等で混合・圧送され、混合気液が気液混合溶解装置23の円筒ケーシング26内に流入し、気液混合溶解装置23の作用で酸素溶解水が生成され、貯留タンク29内で気泡消去装置13（超音波照射体24、粗大バブル発生装置30または真空脱気装置31）の作用で溶解水内の気泡が消去され、気泡なしの高濃度酸素溶解水が生成される。
【００３０】
気泡消去装置13の作用としては、超音波照射体24にあっては、詳細は後述するが、超音波が液体粒子、気体粒子、気体粒子群（気泡）に圧力変化、振動等を及ぼすことにより、微細気泡が溶解水に溶解し、図２のものでは、溶解水の生成と気泡消去が同時連続的に行われ、図３のものでは、溶解水生成後に気泡消去が行われる。
粗大バブル発生装置30にあっては、粗大バブルが液相を上昇することにより、溶解水の気体粒子を巻き込む様に上昇させるウェーク現象で気体粒子を貯留タンク29内上部の気相に迅速に導いて気泡消去する。
真空脱気装置31にあっては、貯留タンク29内上部の気相を減圧、真空化することにより、液相内の気泡を気相に迅速に上昇させて気泡消去する。
【００３１】
次に、第１プロセスの１次気液混合について説明する。
図示のものでは、１次気液混合はポンプ22内の攪拌羽根で液体（原水）と気体（酸素）を細粒化して行っているが、１次的な気液混合は別方式でも良く、例えば、密閉容器内に混流させた液体と気体を圧入して加圧溶解させても良い。
又、１次的な気液混合をポンプ22や密閉容器で行うに際して、原水供給経路20に酸素供給経路21を接続し気液混合を行っているが、ポンプ22や密閉容器に気体を直接供給する様にしても良く、或いは、ポンプ22と気液混合溶解装置23の間や、気液混合溶解装置23の直前や、気液混合溶解装置23の螺旋流形成部27に気体を供給しても良い。
即ち、流通方向に圧力付与された混合気液が気液混合溶解装置23の円筒ケーシング26内に連続通水される形態であれば、１次的な気液混合の方式は問わない。
【００３２】
以下、図２に示す気液混合溶解装置23（生成装置12）と超音波照射体24（気泡消去装置13）を一体化（複合化）したものの詳細例を図４に基づいて説明する。
図４は螺旋流形成部27および超音波照射体24を非断面とした気液混合溶解装置23等の断面図であり、出入口32、33を開口した円筒ケーシング26内部の上流部に螺旋流形成部27を内装すると共に、円筒ケーシング26内部の下流部に気液反応部28を内装し、螺旋流形成部27の下流端直後で気液反応部28の上流部の位置で円筒ケーシング26の外側に超音波照射体24を設けている。
尚、超音波照射体24の円筒ケーシング26への取付位置は、円筒ケーシング26内部を流通する混合気液に超音波を照射、作用させる位置であれば良く、例えば、螺旋流形成部27に照射する位置や、気液反応部28の中間位置、或いは、両者に照射する位置でも良く、又超音波照射体24は気液混合溶解装置23の円筒ケーシング26の外側に取付けて内部の混合気液に間接的に照射しているが、円筒ケーシング26に取付孔を開設すると共に、該取付孔に超音波照射体24の照射部24a を取付けて混合気液に超音波を直接照射しても良い。
又、円筒ケーシング26の上下流端の外側に、原水供給経路20の配管その他に接続用のフランジ34、34a を設けている。
【００３３】
次に、気液混合溶解装置23に設けた螺旋流形成部27と気液反応部28の具体例の一例を説明する。
円筒ケーシング26の上流部に設けた螺旋流形成部27は、２枚の半楕円形板の翼盤35、35a を上下流方向に傾斜配置して成り、翼盤35、35a の弦側側縁36、36a を円筒ケーシング26の軸心に対して対称的に交差対向させると共に、翼盤35、35a の円弧側側縁37、37a を円筒ケーシング26の内周壁に接合させている。
又、２枚の翼盤35、35a の交差部の上流側で弦側側縁36、36a の間を、円筒ケーシング26の横断面を略２等分する略三角形板の仕切盤38で閉鎖している。
更に、２枚の翼盤35、35a と仕切盤38を一体化するために、円筒ケーシング26の軸心方向に丸棒の連結体39を配置すると共に、翼盤35、35a と仕切盤38の所要箇所を切り欠いて、連結体39に翼盤35、35a と仕切盤38を結合している。
【００３４】
円筒ケーシング26の下流部に設けた気液反応部28は、下流側に向けて徐々に内径が縮小するテーパー壁40、内径が一定の水平壁41および徐々に内径が拡大するテーパー壁42から成る段丘部43と、該段丘部43の水平壁41から円筒ケーシング26の軸心方向に立設した多数の突起44、44a …から構成している。
突起44、44a …は後方傾斜状で、円周方向で９０度毎に、且つ、隣接同志は上下に振り分け、全体的には、円筒ケーシング26の内部に螺旋状で９０度毎に突起44、44a …を立設している。
【００３５】
螺旋流形成部27と気液反応部28を有する気液混合溶解装置23により、円筒ケーシング26の入口32から圧送流入した混合気液は、螺旋流形成部27の仕切盤38で２分割に分流されると共に、翼盤35、35a に沿って流動して螺旋流となって螺旋流形成部27を通過する。
螺旋流形成部27の通過時には、連結体39を含む翼盤35、35a と仕切盤38で流動形態が分断や方向変換で、混合気液に大きな剪断応力、乱流、攪拌作用などが発生する。
又、螺旋流形成部27の通過による螺旋流により、気液成分のうち、比較的に質量の大きい液体成分は慣性力で半径外側方向に移動し、比較的に質量の小さい気体成分は半径内側方向に移動し、この移動作用でも攪拌作用等が発生する。
【００３６】
そして、気液混合溶解装置23における上流部の螺旋流形成部27を通過した螺旋流の混合気液が下流部の気液反応部28に流入すると、螺旋流は段丘部43のテーパー壁40で円筒ケーシング26の軸心方向に移動し、段丘部43の水平壁41では多数の突起44、44a …に衝突し、剪断応力、攪拌作用等が発生する。
螺旋流形成部27と気液反応部28の通過時に発生する剪断応力、攪拌作用、衝突・乱流等により、気体と液体は細粒や微細な粒子、粒子群となって、大量の粒子などは複雑な混合作用を受けて気体と液体が接触し、気体粒子の一部は液体に溶解すると共に、一部は細粒や微細の気泡となり、略同時に、後述する超音波による作用を粒子等は受ける。
【００３７】
尚、気液混合溶解装置23に設けた螺旋流形成部27は、翼盤35、35a 、仕切盤38および連結体39で構成しているが、円筒ケーシング26の入口32から流入した混合気液を螺旋流として気液反応部28へ流動させるものであれば、螺旋流形成部27の具体的構成を問わず、各種のものが使用可能である。
又、気液混合溶解装置23に設けた気液反応部28は、段丘部43および突起44、44a …で構成しているが、細粒、微細の気液粒子の混合作用を励起させる剪断、攪拌、衝突、乱流などの発生要素は、段丘部43および突起44、44a …の他、各種のものが使用可能である。
例えば、多数の流通孔を有する蜂の巣状の抵抗流通体を間欠的に配置したり、流通孔の位相をずらして配置し、或いは、螺旋流形成部27における翼盤35、35a や仕切盤38の様な板体を流通方向と同一・傾斜・位相変化させて順次連続的に配置し、又突起44、44a …は各種異形のものとしたり、板状のものとしても良く、即ち、気液反応部28で螺旋流の混合気液を剪断、攪拌、衝突、乱流などで混合作用できれば、気液反応部28の具体的構成を問わず、各種のものが使用可能である。
【００３８】
次に、気液混合溶解装置23に超音波照射体24を設けたものの作用について説明する。
気液混合溶解装置23の螺旋流形成部27および気液反応部28による剪断・攪拌・混合などによる部分的な溶解作用と超音波による粒子等の振動・圧力変化作用の併用により、液体への気体の溶解速度、溶解度（過飽和を含む）、溶解効率を上昇、向上させている。
超音波照射体24から照射された２０〜１００ＫＨｚの超音波は、円筒ケーシング26を介して、超音波照射体24の照射部24a の中央から広がりを以て円筒ケーシング26内の混合気液に到達すると共に、円筒ケーシング26の内壁面や翼盤35、35a 、突起44、44a …等で反射して各種方向に伝播する。
【００３９】
超音波が混合気液に到達すると、液体粒子・気体粒子・気体粒子群（気泡）が圧力変化を受けたり、粒子などが相当な速度、加速度で振動、移動したり、運動エネルギーが上昇し、或いは、気泡体積が非線形性（膨張・収縮の時間差や方向差を有する状況）の膨張・収縮を繰り返す体積振動をすることにより、大量の異種粒子間における気液界面が多様に変化する。
気液界面の変化により、気体粒子と液体粒子の衝突、接触の面積・時間を増加させたり、接触粒子を変換させて、異種粒子の接触機会が飛躍的に増大して、気体は液体に溶解する。
【００４０】
従って、気液混合溶解装置23における気体・液体の混合による溶解、および、超音波照射体24から照射された超音波で発生する気体粒子・液体粒子・気体粒子群（気泡）の振動・圧力変化等で励起される気液界面変化による溶解、が同時発生し、液体への気体の溶解度が上昇する。
【００４１】
ここで、超音波照射体24が気泡消去装置13であることを説明する。
実験によれば、超音波照射体24を取り付けず気液混合溶解装置23を単独で使用した時には、気液混合溶解装置23を通過した溶解水に細粒気泡が浮遊していたが、超音波照射体24を併用した時には気泡がなく溶解度が上昇していた。
又、図３に示すものでは、超音波照射体24の非作動時には、貯留タンク29内の溶解水に細粒気泡が浮遊していたが、超音波照射体24を作動させると、気泡が溶解消去されて溶解度が上昇していた。
【００４２】
次に本発明に係る活性汚泥処理装置の作用について説明する。
被処理水が流入管７から調整槽２に不定量で流入すると共に、ポンプ８により略一定量の被処理水が流通管６を経由して調整槽２から中和槽３へ流入し、流通管6aを経由して中和槽３から曝気槽４へ中和処理された略一定量の被処理水が流入する。
尚、調整槽２、中和槽３、曝気槽４では被処理水の有機物含有量その他の性質に応じて、注入管９、9a、9bから希釈水等を注入する。
【００４３】
曝気槽４内の滞溜水には、好気性微生物が生息する活性汚泥、汚泥フロック（微生物の集合体）が混入されていると共に、活性汚泥処理装置１の流通水（一部を除く）を原水とした高濃度酸素溶解水および被処理水が流入経路11および流通管6aから曝気槽４に流入し、更に、フロックを分断しない程度で運転している撹拌装置10により、滞溜水は攪拌されている。
曝気槽４内の滞溜水に被処理水および高濃度酸素溶解水が流入して攪拌されることにより、好気性微生物は高濃度の溶存酸素で活性化し、有機物を分解し、フロックを厚密化し、曝気槽４の滞溜水中の分解処理水は略一定量が流通管6bから沈澱槽５へ流入する。
【００４４】
沈澱槽５では、流入した分解処理水の汚泥フロックが沈殿すると共に、浄化処理された処理水は上澄水となって、分解処理水は固液分離され、堰19、19a をオーバーフローした上澄水は放流管15から放流される。
尚、沈澱槽５で沈殿した汚泥フロックは返送管17から曝気槽４へ返戻される。
【００４５】
又、調整槽２へ流入する被処理水や有機物含有量が増加した時には、流入経路11での酸素供給経路21やポンプ22の酸素量や送水量を増加して、曝気槽４内の微生物を活性化して負荷増加に対応する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る活性汚泥処理装置を示す概要図である。
【図２】流入経路の構成を示す図である。
【図３】他の流入経路の構成を示す図である。
【図４】気液混合溶解装置と超音波照射体（気泡消去装置）の一体化構成を示す拡大部分断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 活性汚泥処理装置
４ 曝気槽
５ 沈澱槽
10 撹拌装置
11 流入経路
12 生成装置
13 気泡消去装置
20 原水供給経路
21 酸素供給経路
22 ポンプ
23 気液混合溶解装置（スタティックミキサー）
24 超音波照射体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも曝気槽と沈澱槽から成る活性汚泥処理装置において、
開放型の曝気槽に高濃度酸素溶解水の流入経路を設けると共に、曝気槽に攪拌装置を設け、
流入経路に高濃度酸素溶解水の生成装置および気泡消去装置を設けた
ことを特徴とする活性汚泥処理装置。
【請求項２】
曝気槽に設けた攪拌装置は、曝気槽内のフロックを分断しない攪拌力の攪拌装置と成した
ことを特徴とする請求項１記載の活性汚泥処理装置。
【請求項３】
流入経路を流通させる原水は、曝気槽内の滞溜水および沈澱槽内の沈降水以外で活性汚泥処理装置の流通水と成した
ことを特徴とする請求項１又は２記載の活性汚泥処理装置。
【請求項４】
流入経路を流通させる原水は、沈澱槽の上澄水または沈澱槽からの放流水と成した
ことを特徴とする請求項３記載の活性汚泥処理装置。
【請求項５】
流入経路に設けた高濃度酸素溶解水の生成装置は、原水供給経路に酸素供給量が調整自在な酸素供給経路を接続すると共に、接続点より下流側の原水供給経路に送水量が調整自在なポンプを介在すると共に、ポンプの下流側にスタティックミキサーを介在させたものと成した
ことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の活性汚泥処理装置。
【請求項６】
流入経路に設けた高濃度酸素溶解水の生成装置および気泡消去装置は、スタティックミキサーおよび超音波照射体と成した
ことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の活性汚泥処理装置。
【請求項１】
少なくとも曝気槽と沈澱槽から成る活性汚泥処理装置において、
開放型の曝気槽に高濃度酸素溶解水の流入経路を設けると共に、曝気槽に攪拌装置を設け、
流入経路に高濃度酸素溶解水の生成装置および気泡消去装置を設けた
ことを特徴とする活性汚泥処理装置。
【請求項２】
曝気槽に設けた攪拌装置は、曝気槽内のフロックを分断しない攪拌力の攪拌装置と成した
ことを特徴とする請求項１記載の活性汚泥処理装置。
【請求項３】
流入経路を流通させる原水は、曝気槽内の滞溜水および沈澱槽内の沈降水以外で活性汚泥処理装置の流通水と成した
ことを特徴とする請求項１又は２記載の活性汚泥処理装置。
【請求項４】
流入経路を流通させる原水は、沈澱槽の上澄水または沈澱槽からの放流水と成した
ことを特徴とする請求項３記載の活性汚泥処理装置。
【請求項５】
流入経路に設けた高濃度酸素溶解水の生成装置は、原水供給経路に酸素供給量が調整自在な酸素供給経路を接続すると共に、接続点より下流側の原水供給経路に送水量が調整自在なポンプを介在すると共に、ポンプの下流側にスタティックミキサーを介在させたものと成した
ことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の活性汚泥処理装置。
【請求項６】
流入経路に設けた高濃度酸素溶解水の生成装置および気泡消去装置は、スタティックミキサーおよび超音波照射体と成した
ことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の活性汚泥処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−３３０８９４（Ｐ２００７−３３０８９４Ａ）
【公開日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１６５４４４（Ｐ２００６−１６５４４４）
【出願日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【出願人】（５００３４８７４５）株式会社ナゴヤ大島機械 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【出願人】（５００３４８７４５）株式会社ナゴヤ大島機械 (4)
【Ｆターム（参考）】
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