水処理において、曝気槽や沈殿槽で混合液や汚泥を輸送する必要があることは周知の事実です。ポンプだけに頼ると、電力消費が増えるだけでなく、詰まりやすくなります。そこで役立つのがエアリフト装置です。複雑な機械的伝達を必要とせず、空気の一吹きだけで液体を高い場所に「吹き上げる」ことができ、水処理システムにおける「怠け者の神器」と言えるでしょう。
まず、エアリフト装置の原理について説明しましょう。実は非常にシンプルで、空気と液体の密度差を利用しています。エアリフト装置を水中に挿入された垂直なパイプ、専門的には「ライザー」と考えると分かりやすいでしょう。ライザーの底部から圧縮空気を導入すると、ライザー内部に多数の気泡が形成されます。これらの気泡が上昇するにつれて、ライザー内の液体と完全に混ざり合い、気液混合流を形成します。
気液混合流の密度は、純粋な液体よりもはるかに低く、一方、ライザー外の液体は通常の密度を保っています。この「軽い」と「重い」が圧力差を生み出し、パイプ外の液体がパイプ内に押し込まれます。パイプ内の気液混合物は上方に押し上げられ、リフトパイプの上部から溢れ出し、液体の揚送と輸送が完了します。このプロセス全体に回転部品はなく、空気を継続的に供給する限り、動作を続けることができ、メンテナンスが非常に容易になります。
次に、ガスリフト装置の設計ポイントについて説明しましょう。これは、その有用性を決定する鍵となります。
まず、リフトパイプの直径と高さを決定する必要があります。パイプの直径が小さすぎると、液体の流速が速くなりすぎて抵抗が大きくなり、詰まりやすくなります。大きすぎると、気液混合が不十分になり、効率が低下します。一般的に、増加させる必要のある流量に基づいて計算し、経験的な値として、パイプ内の気液混合物の流速は0.8〜1.5m/sに制御することが適切です。また、揚程についても考慮が必要です。好きなだけ高く揚げるわけにはいきません。空気の供給圧力によって制限され、有効揚程は通常3〜8メートルです。この範囲を超えると、ポンプを使用する方が実際には費用対効果が高くなります。
次に、ガス分配方法です。その品質は、気液混合効果に直接影響します。通常、多孔管や曝気ディスクなどの空気分配器をライザーの底部に設置し、空気を小さな気泡に均等に分散させます。小さな気泡と液体の接触面積が大きくなり、より徹底的な混合が実現し、当然ながら効率も向上します。空気分配が不均一で、気泡が大きな気泡に集まって上昇すると、改善効果は大幅に低下します。
設置場所の選択も重要です。ガスリフト装置は、液面差のある場所に設置する必要があります。たとえば、曝気槽内の混合液を二次沈殿槽に揚送する必要がある場合、リフトパイプの下端を曝気槽内の混合液に配置し、上端を二次沈殿槽の上に伸ばし、2つの槽間の液面差を利用して揚送を補助することができます。さらに、リフトパイプはできるだけ垂直に設置し、曲がりを減らす必要があります。そうしないと、抵抗が増加し、揚送効果に影響します。
最後に、エアリフト装置の長所と短所を明確に理解する必要があります。長所は、構造が単純で、機械的な摩耗がなく、メンテナンスコストが低く、曝気と水域の曝気も兼ねることができることです。短所は、揚程が制限され、エネルギー消費がポンプよりもわずかに高いことであり、小流量で低揚程の状況に適しています。
水処理システムでは、ガスリフト装置は汚泥や混合液の還流、またはバイオフィルターの逆洗によく使用され、控えめながら実用的な「古き良き仲間」となっています。その原理を理解し、設計ポイントに焦点を当てることで、システム内で安定した役割を果たし、多くの問題を解決することができます。
