水処理・化学反応向け 散気管 OHRエアレーター

OHRエアレーターが目詰りしない理由/ゴム製散気管が目詰りする理由   従来型散気管との比較

メカニズム

OHRエアレーターのメカニズム図解

OHRエアレーターが原理的に、目詰りしない理由 / ゴム製散気管が目詰りする理由

世界中で圧倒的に普及しているゴム製散気管のメーカーは、
「ゴムが逆止弁のように働き、 汚泥の逆流を防ぐから、 目詰りしない」という説明をします。
ではなぜ、 世界中で定期的な洗浄・交換が行なわれているのでしょうか。

「散気管の目詰り」について、まず抑えておくべき大前提 その①

ブロワーの風は、夏場には80℃超の熱風になる

熱風によって、吐出配管もかなりの高温になるため、安全のためにカバーで覆うほどです

曝気用ブロワーは、エアー(大気)を吸込み、ギュッと圧縮して吐き出します。
そのため、吸込みエアー温度に圧縮熱がプラスされて、熱風となります。
吐出されるエアーの温度は、以下の計算式で簡易的に導き出されます。
吐出圧力(kPa) + 吸込みエアー温度(℃) = 吐出エアー温度(℃)
仮に、吐出圧力55kPa*で、ブロワー吸気温度が30℃の場合、
55+30=85℃もの熱風になります。
(*55kPa=水深5.0m分+ゴム製散気管の吐出抵抗50cm 分)
もし、散気管の内部に汚泥が存在していれば、
この熱風によって乾き、固着してしまうのは明らかです。


「散気管の目詰り」について、まず抑えておくべき大前提 その②

エアーが出ていくのと同時に、汚泥水は逆流する

エアーは途切れ途切れに出るから、 球体状の《バブル》になる水中でエアーを吐き出すと、水圧という通気抵抗があるためにエアーは縮み、
途切れ途切れに、息継ぎしながら吐き出されます。
つまりエアーは、【出て、止まって、出て、止まって...】の繰り返しです。
だからこそ、エアーは粒々の球体状のバブルになるわけです。
(右写真をご覧ください)

そして、 エアーが吐き出されて止まった瞬間、 散気管内部は一瞬、
負圧になるため、 水深圧に押された汚泥水はエアー吐出口から
散気管内部へと入り込みます。
「散気管からエアーが出続けているから、汚泥は逆流しない」というのは、自然法則上ありえないことです。
これは、エアー吐出口が大口径で1個のみのOHRエアレーターであっても同じことです。
散気管からエアーが出るのと同時に、汚泥はエアー吐出口に逆流してしまうのです。

「散気管の目詰り」について、まず抑えておくべき大前提 その③

水深5.0mの底に、直径30cmの散気管を設置すると、かかる重さは350kg

エアーは途切れ途切れに出るから、 球体状の《バブル》になる仮に、直径30cmの散気管を、水深5.0mの曝気槽の槽底に設置すると、
その散気管には垂直方向に約350kgもの水の重さがかかります。
つまり、散気管内部に水を逆流させようとする力が、
常に350kg分かかっている、ということです。
これだけの力を、ゴムの収縮運動で止め切れるはずがありません。

ゴム製散気管の表面に空いた無数の微細な穴の1つ1つで起こる
「瞬間的逆流」を止め切れるだけの収縮を起こすゴムは、 世の中に存在しません。
耐久性に優れているとされるシリコンゴムであっても、 下の写真に示す通りです。

70日稼動後のシリコンゴム製散気管/N社C工場

ブロワー熱風によって汚泥が乾燥し、溜まる場所が、散気管内部にあるか・ないか

この視点で各散気管を観察すれば、目詰りするかしないか、明確に判定できます

ゴム製散気管は、小さな穴がたくさん空いた構造のため、散気管内部に逆流した汚泥はブロワー熱風によってカラカラに
乾き、二度と外に出て行きません。だから、数ヶ月〜数年で洗浄・交換を余儀なくされます。
対してOHRエアレーターは、エアー吐出口が大口径で1個だけなので、逆流した汚泥は乾くことなく、スルッと出ていきます。
《つまり、エアー吐出口は絶対に1個でなければなりません。2個以上のエアー吐出口は、汚泥の乾きスポットとなります》

OHRエアレーターの内部には、汚泥が停滞して、乾くようなスポットがどこにもない。
だから、原理的に、目詰りしません。

目詰りしない理由の図解

従来型散気管との比較

技術思想
OHRエアレーター 従来型の散気管
技術思想流体力学的作用によって、エアーと水を激しく
ミキシングし、酸素を強制的に溶かす
微細な無数の穴からエアーを吐き出し、
接触面積を増やして酸素を溶かす

メカニズム
OHRエアレーターの非常に強力な下降流
大口径の1個の穴からエアーを吐き出したあとに、
2種類の特殊構造物でミキシングする
汚泥が堆積しやすい他社の方式
数百μmほどの小さな無数の穴からエアーを出すだけで、
酸素が排水中へ溶けるかどうかは自然任せ

微細バブル
リッチにできる 期待したほどできない
ゴム製散気管と比べて、微細バブルが3倍超もリッチに
できます。これは、2種類の特殊構造物によって、
エアーも水も、両方とも微細に砕くためです。
だからアルファ値=1.0という、他に例を見ない優位な
性能を発揮します。


▶アルファ値とはなにか ▶※微細バブル生成量の比較
たとえエアーの出口が数百μmと小さくても、
エアー吐出口を出た瞬間に、エアーは水中で数十倍に膨らみ、
大サイズのバブルとなります。
細かな穴からエアーを出せば、微細なバブルができるだろう
という期待をもって、このようなタイプの散気管を使うわけ
ですが、期待したほど微細バブルは生成されていません。

▶※微細バブル生成量の比較

アルファ値
ほぼ1.0
(=実際の排水でも、清水時と同等の性能を発揮)
0.2〜0.7ほど
(=実際の排水では、20〜70%の効率しか出ない)
OHRエアレーターは、実際の排水においても、
清水時と同等の性能を発揮します。
OHRエアレーター以外の散気管は、高い酸素溶解効率を
PRしていても、実際の排水では大幅に低下します。

▶アルファ値とはなにか
シンガポールの下水道当局は、「アルファ値を0.23〜0.68で計算せよ」と指定しています。
つまり、下水道という低負荷排水においても、最大1/5ほどにまで酸素溶解効率が下がる、ということです。
高負荷の産業排水では、酸素溶解効率の低下はもっと著しくなりますので、それを見誤ると排水処理が立ち行かなくなります。

目詰り
原理的に、目詰りは起こり得ない 必ず目詰りする
(従って、酸素溶解効率の低下は更に進む)
OHRエアレーターが目詰りしない理由は、実に単純明快です。
2種類の特殊構造物は、エアー吐出口の上にまたがっています。
つまり、2種類の特殊構造物を取り外してしまえば、
大口径のエアー配管が口を上に向けているだけなのです。

▶目詰りしない理由を見る
ゴム製散気管メーカーがいう「逆止弁効果」(エアーが出る
ときだけ口が開き、水が逆流するときにはゴムが収縮する
から目詰りを防ぐ)は、自然法則に反する説明です。
水の中でエアーを吐き出す以上、必ず目詰りするのです。

▶目詰りのメカニズムを見る

必要本数
従来型散気管の1/10ほどの本数で済む
(1本あたりの撹拌受持面積が大きいため)
必要本数が非常に多い
(撹拌受持面積が0.5〜1.0m2と小さいため)
1本あたりの吹き込みエアー量が標準で1.0m3/minです。
これは、従来型散気管の10本分に相当します。
設置本数が少なくて済むため、工事費用も作業員の人件費も
格段に安く済みます。
また、毎秒1.8mもの猛烈な噴き上がり流によって槽内に
循環流を形成するため、少ない本数であっても汚泥の堆積は
完全に無くせます。
▶仕様を見る
1個あたりの吹き込みエアー量が少なく、多数個が必要です。
また、エアーの上昇流が低速度(毎秒30cmほど)であるため槽内を撹拌する力が弱く、設置個数は多数であるにもかかわらず、汚泥の堆積を引き起こします。
汚泥の堆積は嫌気ゾーンを生み、排水処理に使われるべき酸素が無駄に消費されます。すると、エアーをいくら吹き込んでも足りない、という悪循環を生み出します。


高濃度排水
MLSS:50,000〜60,000mg/ℓで
間欠運転しても、目詰り無しの実績あり
高濃度のMLSSの下では、
目詰り進行、アルファ値の低下が著しい
困難な条件ほど、OHRエアレーターは高性能を発揮します。
例えば、「1ヶ月に1回の間欠運転」という現場さえ
あるくらいです。
▶実績を見る
汚泥水とエアーをミキシングする機能はまったくなく、酸素が水に溶けるかどうかは自然任せです。
従って、高負荷排水であればあるほど、酸素溶解効率は大幅に低下し、目詰りも急速に進みます。

設置
水抜き・槽底へのアンカー止めは一切不要!  水抜き・槽底へのアンカー止めが必要
(散気管を交換・洗浄するたびに、水抜きが必要)
毎秒1.8mもの猛烈なエアーの噴き上がり力の反作用で
本体が槽底へ押しつけられ、アンカー止めと同じ効果を
発揮するため。納入実績の90%以上が、水抜きなしで
設置工事を行っています。


散気管の内部にエアーを溜め込む構造上、散気管に
浮力が働き、浮き上がろうとする力が働く。
そのため、槽底へアンカー止めをして散気管を固定しなければ
ならず、槽から水を抜き、有毒ガス(硫化水素ガスなど)を
追い出し、作業員が槽内へ入っての施工が必要です。
多額の工事代がかかり、なおかつ危険を伴う作業です。

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