JP2563055B2 - 液体中へガスを溶解させるための装置 - Google Patents
液体中へガスを溶解させるための装置Info
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- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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- C02F3/12—Activated sludge processes
- C02F3/14—Activated sludge processes using surface aeration
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- B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
- B01F23/20—Mixing gases with liquids
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- B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
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- B01F27/114—Helically shaped stirrers, i.e. stirrers comprising a helically shaped band or helically shaped band sections
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- B01F27/80—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、液体中へガスを溶解さ
せるための装置に関し、特に、沼や湖等の大水域の水中
に酸素を添加するための装置に関する。
せるための装置に関し、特に、沼や湖等の大水域の水中
に酸素を添加するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】廃液の分解は、一般に、沼、貯水池、大
型タンク等においてスラリー相の生物学的分解プロセス
によって低コストで実施されている。この種の分解プロ
セスにおいては、最初から廃液自体に存在している、あ
るいは外部から廃液内に導入して生育させた微生物又は
小生物等の生物によって廃液中の毒性の有機汚染物を消
化させ、より毒性の少ない物質に変換させる。
型タンク等においてスラリー相の生物学的分解プロセス
によって低コストで実施されている。この種の分解プロ
セスにおいては、最初から廃液自体に存在している、あ
るいは外部から廃液内に導入して生育させた微生物又は
小生物等の生物によって廃液中の毒性の有機汚染物を消
化させ、より毒性の少ない物質に変換させる。
【０００３】好気性微生物は、一般に、嫌気性微生物よ
り有機汚染物を分解する速度がはるかに速いので、この
ような生物学的分解プロセスには、好気性微生物が最も
一般的に使用される。高い汚染物分解速度を維持するに
は酸素を供給しなければならないことは周知である。ス
ラリー相式生物学的分解プロセスに用いることができる
一般的な酸素供給法は、表面曝気法である。そのような
表面曝気法は、米国特許第４，４６８，３５８号に開示
されている。この方法では、廃水を水溜めから大気中へ
ポンプで汲み出すことによって廃水中に酸素を巻込み溶
解させる。この方法によれば、約１．９〜２．６ lb/
hp・hr （０．８６〜１．１８ Kg/ 馬力・時）の実効酸
素添加効率が得られる。表面曝気法は、激しい気泡現象
を起こすことがあり、廃液と周囲の空気との緊密な接触
を促進するので、望ましくない有機化学物質を大量に大
気中へ放出する。
り有機汚染物を分解する速度がはるかに速いので、この
ような生物学的分解プロセスには、好気性微生物が最も
一般的に使用される。高い汚染物分解速度を維持するに
は酸素を供給しなければならないことは周知である。ス
ラリー相式生物学的分解プロセスに用いることができる
一般的な酸素供給法は、表面曝気法である。そのような
表面曝気法は、米国特許第４，４６８，３５８号に開示
されている。この方法では、廃水を水溜めから大気中へ
ポンプで汲み出すことによって廃水中に酸素を巻込み溶
解させる。この方法によれば、約１．９〜２．６ lb/
hp・hr （０．８６〜１．１８ Kg/ 馬力・時）の実効酸
素添加効率が得られる。表面曝気法は、激しい気泡現象
を起こすことがあり、廃液と周囲の空気との緊密な接触
を促進するので、望ましくない有機化学物質を大量に大
気中へ放出する。
【０００４】生物学的分解プロセスにおいて廃液に酸素
を供給するためのもう１つの一般的方法は、空気吹込み
法である。しかしながら、慣用の空気吹込み法によって
廃液中に注入された酸素のうち廃液中に溶解するのは、
通常、僅か５〜１０％にすぎない。従って、例えば、標
準条件下で毎分１ｆｔ3 （０．０２８３ｍ3 ）の酸素を
溶解させるためには、毎分５０〜１００ｆｔ3 （１．４
１５〜２．８３ｍ3 ）の空気を廃液中に注入しなければ
ならない。しかも、被処理廃液中に揮発性成分が存在す
る場合、空気吹込み操作を行うと、廃液中に溶解せずに
残留した酸素及び窒素が揮発性成分に対してストリッピ
ング作用を及ぼす結果として過度の量の有機化学物質を
放出することがある。又、空気吹込み操作中激しい気泡
現象が起こることがある。
を供給するためのもう１つの一般的方法は、空気吹込み
法である。しかしながら、慣用の空気吹込み法によって
廃液中に注入された酸素のうち廃液中に溶解するのは、
通常、僅か５〜１０％にすぎない。従って、例えば、標
準条件下で毎分１ｆｔ3 （０．０２８３ｍ3 ）の酸素を
溶解させるためには、毎分５０〜１００ｆｔ3 （１．４
１５〜２．８３ｍ3 ）の空気を廃液中に注入しなければ
ならない。しかも、被処理廃液中に揮発性成分が存在す
る場合、空気吹込み操作を行うと、廃液中に溶解せずに
残留した酸素及び窒素が揮発性成分に対してストリッピ
ング作用を及ぼす結果として過度の量の有機化学物質を
放出することがある。又、空気吹込み操作中激しい気泡
現象が起こることがある。
【０００５】生物学的分解プロセスのために空気の代り
に純粋酸素を使用すれば、空気吹込みによる場合と同じ
レベルの酸素溶解を達成するのに必要とされる供給ガス
量ははるかに少なくてすみ、有機化学物質の放出を大幅
に減少することができる。しかしながら、生物学的分解
プロセスを経済的にするためには、廃液中へ注入した純
粋酸素の大部分を溶解させなければならない。更に、こ
のプロセス中発生する排ガスの組成は、沼や、その他の
廃液溜め中に含有される有機化学物質の引火限界外のも
のでなければならない。
に純粋酸素を使用すれば、空気吹込みによる場合と同じ
レベルの酸素溶解を達成するのに必要とされる供給ガス
量ははるかに少なくてすみ、有機化学物質の放出を大幅
に減少することができる。しかしながら、生物学的分解
プロセスを経済的にするためには、廃液中へ注入した純
粋酸素の大部分を溶解させなければならない。更に、こ
のプロセス中発生する排ガスの組成は、沼や、その他の
廃液溜め中に含有される有機化学物質の引火限界外のも
のでなければならない。
【０００６】いわゆるミックスフロー法（登録商標名）
では、タンク又は沼から側流スラリーをポンプで汲み出
し、そのスラリーに純粋酸素を注入することによってス
ラリー相式生物学的分解プロセスが実施される。得られ
た２相の混合物は、パイプライン型接触器に通され、そ
の接触器内で注入された酸素のほぼ６０％がスラリー中
に溶解する。かくして酸素添加されたスラリーと、残留
した未溶解酸素は、液/ 液エダクターに通すことによっ
てタンク又は沼内へ再注入される。エダクターの入口の
地点で残留していた酸素の約７５％はエダクター内でス
ラリー中に溶解する。従って、注入された酸素の総量の
約９０％が溶解することになる。この方法に要するポン
プ送り動力は、比較的高く、実効酸素添加効率は、約２
lb/ hp・hr （０．９０６ Kg/ 馬力・時）である。
では、タンク又は沼から側流スラリーをポンプで汲み出
し、そのスラリーに純粋酸素を注入することによってス
ラリー相式生物学的分解プロセスが実施される。得られ
た２相の混合物は、パイプライン型接触器に通され、そ
の接触器内で注入された酸素のほぼ６０％がスラリー中
に溶解する。かくして酸素添加されたスラリーと、残留
した未溶解酸素は、液/ 液エダクターに通すことによっ
てタンク又は沼内へ再注入される。エダクターの入口の
地点で残留していた酸素の約７５％はエダクター内でス
ラリー中に溶解する。従って、注入された酸素の総量の
約９０％が溶解することになる。この方法に要するポン
プ送り動力は、比較的高く、実効酸素添加効率は、約２
lb/ hp・hr （０．９０６ Kg/ 馬力・時）である。
【０００７】ユノックス法（登録商標）は、純粋酸素を
包含したヘッドスペース（上部空間）を用いる表面曝気
法である。この方法によって得られる実効酸素添加効率
は、約６．５〜７．２ lb/ hp・hr （２．９４５〜３．
２６２ Kg/ 馬力・時）である。この方法は、激しい起
泡現象を惹起するばかりでなく、廃液を大きなタンク又
は沼から外部のタンク型反応器へポンプ送りして、該反
応器内で処理し、タンク又は沼へ戻さなければならな
い。従って、相当なポンプ送りコストが必要とされる。
包含したヘッドスペース（上部空間）を用いる表面曝気
法である。この方法によって得られる実効酸素添加効率
は、約６．５〜７．２ lb/ hp・hr （２．９４５〜３．
２６２ Kg/ 馬力・時）である。この方法は、激しい起
泡現象を惹起するばかりでなく、廃液を大きなタンク又
は沼から外部のタンク型反応器へポンプ送りして、該反
応器内で処理し、タンク又は沼へ戻さなければならな
い。従って、相当なポンプ送りコストが必要とされる。
【０００８】やはり覆われた囲い込み系内で実施される
その他の方法として、本出願人が開発したプロセス及び
装置である改良型ガス反応器（略称「ＡＧＲ」）と、液
体有機反応器（略称「ＬＯＲ」）の２つの方法がある。
米国再発行特許第３２，５６２号に開示されているＡＧ
Ｒ法及び装置は、ヘッドスペース（上部ガス空間）から
液体中への酸素の溶解を高めるために反応器内にらせん
巻きインペラ/ ドラフト管組立体を用いる。インペラの
回転によるポンプ送り作用によりスラリーがドラフト管
を通して汲み上げられ、ドラフト管の頂部に配置された
反らせ部材の作用と相俟って、汲み上げられた液体（ス
ラリー）に渦流が創生され、その結果、ガス（酸素）を
反応器のヘッドスペースから液体中へ巻込ませる。ドラ
フト管を通して液体中に溶解されなかったガスは、ヘッ
ドスペースへ再循環される。このＡＧＲ法及び装置は、
約１０ lb/ hp・hr （４．５３ Kg/ 馬力・時）の実効
酸素添加効率（標準状態での酸素添加効率は約１７〜１
８ lb/ hp・hr （７．７１〜８．１５４ Kg/ 馬力・
時））を有し、系内へ導入された酸素のほぼ１００％を
溶解させることができる。ＡＧＲ法及び装置では、泡
は、ドラフト管に吸込まれ、吸上げられる間に破壊され
る。
その他の方法として、本出願人が開発したプロセス及び
装置である改良型ガス反応器（略称「ＡＧＲ」）と、液
体有機反応器（略称「ＬＯＲ」）の２つの方法がある。
米国再発行特許第３２，５６２号に開示されているＡＧ
Ｒ法及び装置は、ヘッドスペース（上部ガス空間）から
液体中への酸素の溶解を高めるために反応器内にらせん
巻きインペラ/ ドラフト管組立体を用いる。インペラの
回転によるポンプ送り作用によりスラリーがドラフト管
を通して汲み上げられ、ドラフト管の頂部に配置された
反らせ部材の作用と相俟って、汲み上げられた液体（ス
ラリー）に渦流が創生され、その結果、ガス（酸素）を
反応器のヘッドスペースから液体中へ巻込ませる。ドラ
フト管を通して液体中に溶解されなかったガスは、ヘッ
ドスペースへ再循環される。このＡＧＲ法及び装置は、
約１０ lb/ hp・hr （４．５３ Kg/ 馬力・時）の実効
酸素添加効率（標準状態での酸素添加効率は約１７〜１
８ lb/ hp・hr （７．７１〜８．１５４ Kg/ 馬力・
時））を有し、系内へ導入された酸素のほぼ１００％を
溶解させることができる。ＡＧＲ法及び装置では、泡
は、ドラフト管に吸込まれ、吸上げられる間に破壊され
る。
【０００９】米国特許第４，９００，４８０号に開示さ
れたＬＯＲ法及び装置は、有機化学物質含有液体中に安
全に酸素を溶解させるために開発されたものである。そ
の特定の実施例においては、気液混合のための帯域の上
方に静止液体帯域を創生するようにインペラ/ ドラフト
管組立体の上方に水平反らせ部材が配置されている。酸
素はインペラ帯域内へ直接注入される。酸素の注入流量
は、高い反応速度を維持するのに十分であるが、酸素濃
度を反応器内の有機化学物質の引火限度を越えない範囲
に抑えるように決められる。ＬＯＲ法は、ＡＧＲ法と同
様に、ポンプ送りシステム（ミックスフロー法及びユノ
ックス法）に比べて、溶解酸素１lb当りの消費電力が少
なく、ＬＯＲ法の実効酸素添加効率は約１０ lb/ hp・h
r （４．５３ Kg/ 馬力・時）である。
れたＬＯＲ法及び装置は、有機化学物質含有液体中に安
全に酸素を溶解させるために開発されたものである。そ
の特定の実施例においては、気液混合のための帯域の上
方に静止液体帯域を創生するようにインペラ/ ドラフト
管組立体の上方に水平反らせ部材が配置されている。酸
素はインペラ帯域内へ直接注入される。酸素の注入流量
は、高い反応速度を維持するのに十分であるが、酸素濃
度を反応器内の有機化学物質の引火限度を越えない範囲
に抑えるように決められる。ＬＯＲ法は、ＡＧＲ法と同
様に、ポンプ送りシステム（ミックスフロー法及びユノ
ックス法）に比べて、溶解酸素１lb当りの消費電力が少
なく、ＬＯＲ法の実効酸素添加効率は約１０ lb/ hp・h
r （４．５３ Kg/ 馬力・時）である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ＡＧＲ法もＬＯＲ法
も、覆われ、閉じられたタンク系内で実施される。ＡＧ
Ｒ法及びＬＯＲ法にはタンクを必要とし、又、ユノック
ス法には上述した起泡現象の問題が随伴するので、当該
技術分野における酸素溶解方法には一層の改善が望まれ
ている。そのような改善は、上述したミックスフロー法
に必要とされる高い動力所要量に関して特に望まれてい
る。従って、本発明は、液体中への酸素溶解のための改
良された方法に基づき、酸素を大液体域の液体中に効率
的に溶解させるシステム（装置）を提供することを課題
とする。ここで、「大液体域」とは、湖、人工湖、沼、
貯水池等の大きな区域内又は大型タンク又は大型容器内
にある液体又は水のことをいう。
も、覆われ、閉じられたタンク系内で実施される。ＡＧ
Ｒ法及びＬＯＲ法にはタンクを必要とし、又、ユノック
ス法には上述した起泡現象の問題が随伴するので、当該
技術分野における酸素溶解方法には一層の改善が望まれ
ている。そのような改善は、上述したミックスフロー法
に必要とされる高い動力所要量に関して特に望まれてい
る。従って、本発明は、液体中への酸素溶解のための改
良された方法に基づき、酸素を大液体域の液体中に効率
的に溶解させるシステム（装置）を提供することを課題
とする。ここで、「大液体域」とは、湖、人工湖、沼、
貯水池等の大きな区域内又は大型タンク又は大型容器内
にある液体又は水のことをいう。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記課
題は、沼又はその他の大液体域中に配置した能率的な酸
素添加装置即ち酸素溶解装置を設けることによって解決
される。本発明の装置は、液体を収容するための閉込め
タンク又は容器を設けることなく、大液体域中に配置さ
れた下向きポンプ送り作用を有するインペラ又はインペ
ラ/ 吸出し管組立体と、該インペラ又はインペラ/ 吸出
し管組立体を覆う水平反らせ部材又はフード（天蓋）と
から成る。吸出し管は、その頂部及び底部に開放端を有
している。インペラ又はインペラ/ 吸出し管組立体とそ
れを覆う水平反らせ部材又はフードは、前記大液体域の
表面より下に該大液体域中に浮かせるか、何らかの手段
によって該大液体域中に支持する。
題は、沼又はその他の大液体域中に配置した能率的な酸
素添加装置即ち酸素溶解装置を設けることによって解決
される。本発明の装置は、液体を収容するための閉込め
タンク又は容器を設けることなく、大液体域中に配置さ
れた下向きポンプ送り作用を有するインペラ又はインペ
ラ/ 吸出し管組立体と、該インペラ又はインペラ/ 吸出
し管組立体を覆う水平反らせ部材又はフード（天蓋）と
から成る。吸出し管は、その頂部及び底部に開放端を有
している。インペラ又はインペラ/ 吸出し管組立体とそ
れを覆う水平反らせ部材又はフードは、前記大液体域の
表面より下に該大液体域中に浮かせるか、何らかの手段
によって該大液体域中に支持する。
【００１２】
【作用】本発明の装置は、液体を収容するための閉込め
タンク又は容器を設けないで用いられるが、上述したＡ
ＧＲ法又はＬＯＲ法の場合と同様に、酸素又は二酸化炭
素のようなガスを反らせ部材の下へ注入する。ガスは、
下向きポンプ送り作用を有するインペラの吸引作用によ
りインペラの領域内又はインペラを収容した吸出し管内
の下向き流動液体中へ取り込まれ、効率的に液体中に溶
解する。このようにしてガスを添加された溶解ガス富化
液体と、未溶解ガスは、吸出し管の底部から排出され
る。ここで、「溶解ガス富化液体」とは、注入されたガ
スを溶解した形で含有した液体のことであり、溶解ガス
含有液体又はガス添加液体ともいう。水平反らせ部材又
はフードは、前記吸出し管の底部から逃出した未溶解ガ
スを捕捉するように構成されている。従って、未溶解ガ
スは、前記大液体域の表面へ浮上し、反らせ部材によっ
て捕捉回収され、前記インペラ又はインペラ/ 吸出し管
組立体へ再循環される。溶解ガス含有液体は、前記大液
体域内へ分散する。
タンク又は容器を設けないで用いられるが、上述したＡ
ＧＲ法又はＬＯＲ法の場合と同様に、酸素又は二酸化炭
素のようなガスを反らせ部材の下へ注入する。ガスは、
下向きポンプ送り作用を有するインペラの吸引作用によ
りインペラの領域内又はインペラを収容した吸出し管内
の下向き流動液体中へ取り込まれ、効率的に液体中に溶
解する。このようにしてガスを添加された溶解ガス富化
液体と、未溶解ガスは、吸出し管の底部から排出され
る。ここで、「溶解ガス富化液体」とは、注入されたガ
スを溶解した形で含有した液体のことであり、溶解ガス
含有液体又はガス添加液体ともいう。水平反らせ部材又
はフードは、前記吸出し管の底部から逃出した未溶解ガ
スを捕捉するように構成されている。従って、未溶解ガ
スは、前記大液体域の表面へ浮上し、反らせ部材によっ
て捕捉回収され、前記インペラ又はインペラ/ 吸出し管
組立体へ再循環される。溶解ガス含有液体は、前記大液
体域内へ分散する。
【００１３】
【実施例】以下に、酸素を大液体域の液体内へ溶解させ
る場合を例にとって本発明の実施例を説明するが、本発
明の装置は酸素以外のガスにも適用することができるこ
とは明らかである。図１を参照して説明すると、湖、人
工湖、沼、貯水池又は大型タンク等の大液体域は、参照
番号１で示されている。本発明の装置は、基本的に、大
液体域１中に配置された下向きポンプ送り作用を有する
インペラ５又はインペラ/ 吸出し管組立体５，４（イン
ペラ５と吸出し管４との組立体）と、インペラ５又はイ
ンペラ/ 吸出し管組立体５，４を覆う反らせ部材又はフ
ード（天蓋）２とから成る。反らせ部材２は、大液体域
１の表面より下に水平に配置するのが好ましく、通常は
ほぼ円錐形状とする。吸出し管４は、その頂部及び底部
に開放端を有している。インペラ又はインペラ/ 吸出し
管組立体５，４と、反らせ部材２は、フロート（浮体）
３によって大液体域１中に浮かせるか、何らかの手段に
よって大液体域１中に支持する。インペラ５は、大液体
域１の水面より上に突出した駆動軸６を介して駆動モー
タ７によって駆動される。
る場合を例にとって本発明の実施例を説明するが、本発
明の装置は酸素以外のガスにも適用することができるこ
とは明らかである。図１を参照して説明すると、湖、人
工湖、沼、貯水池又は大型タンク等の大液体域は、参照
番号１で示されている。本発明の装置は、基本的に、大
液体域１中に配置された下向きポンプ送り作用を有する
インペラ５又はインペラ/ 吸出し管組立体５，４（イン
ペラ５と吸出し管４との組立体）と、インペラ５又はイ
ンペラ/ 吸出し管組立体５，４を覆う反らせ部材又はフ
ード（天蓋）２とから成る。反らせ部材２は、大液体域
１の表面より下に水平に配置するのが好ましく、通常は
ほぼ円錐形状とする。吸出し管４は、その頂部及び底部
に開放端を有している。インペラ又はインペラ/ 吸出し
管組立体５，４と、反らせ部材２は、フロート（浮体）
３によって大液体域１中に浮かせるか、何らかの手段に
よって大液体域１中に支持する。インペラ５は、大液体
域１の水面より上に突出した駆動軸６を介して駆動モー
タ７によって駆動される。
【００１４】酸素は、インペラ５の吸引作用によって取
り込まれるように酸素注入導管８を通して反らせ部材２
の好ましくは下又はその近傍に注入される。反らせ部材
２の下のガス圧力に基づいて液面の高さをモニターし、
それに応じて酸素注入導管８を通しての酸素供給流量を
調整するための圧力モニター９が設けられている。
り込まれるように酸素注入導管８を通して反らせ部材２
の好ましくは下又はその近傍に注入される。反らせ部材
２の下のガス圧力に基づいて液面の高さをモニターし、
それに応じて酸素注入導管８を通しての酸素供給流量を
調整するための圧力モニター９が設けられている。
【００１５】下向きポンプ送り作用をするインペラ５の
吸引作用により吸出し管４を通して流下せしめられる間
に酸素を添加された溶解酸素富化液体即ち酸素添加液体
（溶解した酸素を含有した液体）と、未溶解酸素は、吸
出し管４の底部から排出される。吸出し管４から流出し
た酸素添加液体は、上述したＡＧＲ法又はＬＯＲ法の場
合とは異なり、再度インペラ５に通すために吸出し管４
の上方部分へ再循環されることはない。なぜなら、本発
明の装置においては作動に当って液体を囲い込むタンク
又は容器を沼等の大液体域１内に、特に、反らせ部材
２、吸出し管４及びインペラ５の近傍に設けないからで
ある。このような大液体域の液体に酸素等のガスを溶解
させる応用例においては、吸出し管から排出された液体
をインペラの吸引領域内へ再循環させることは望ましく
ない。なぜなら、吸出し管の底部から流出する液体を吸
出し管の上端の吸引領域内へ再循環させるとすると、溶
解酸素が大液体域の液体中へ直ちに広がり分散しないか
らである。その結果、インペラの作用領域内の液体が非
常に高濃度の溶解酸素を含有し、この領域から離れたと
ころにある液体には酸素が添加されないことになる。
吸引作用により吸出し管４を通して流下せしめられる間
に酸素を添加された溶解酸素富化液体即ち酸素添加液体
（溶解した酸素を含有した液体）と、未溶解酸素は、吸
出し管４の底部から排出される。吸出し管４から流出し
た酸素添加液体は、上述したＡＧＲ法又はＬＯＲ法の場
合とは異なり、再度インペラ５に通すために吸出し管４
の上方部分へ再循環されることはない。なぜなら、本発
明の装置においては作動に当って液体を囲い込むタンク
又は容器を沼等の大液体域１内に、特に、反らせ部材
２、吸出し管４及びインペラ５の近傍に設けないからで
ある。このような大液体域の液体に酸素等のガスを溶解
させる応用例においては、吸出し管から排出された液体
をインペラの吸引領域内へ再循環させることは望ましく
ない。なぜなら、吸出し管の底部から流出する液体を吸
出し管の上端の吸引領域内へ再循環させるとすると、溶
解酸素が大液体域の液体中へ直ちに広がり分散しないか
らである。その結果、インペラの作用領域内の液体が非
常に高濃度の溶解酸素を含有し、この領域から離れたと
ころにある液体には酸素が添加されないことになる。
【００１６】インペラ５の吸引作用により吸出し管４内
のインペラ領域を通って流下する間に液体中に溶解しな
かった酸素即ち未溶解酸素は、その浮力により、例えば
図１に流れパターン１０として示されるように吸出し管
４の壁に近接して上昇し、水平配置の円錐形状反らせ部
材２によって捕捉され、吸出し管４内のインペラ５の領
域内へ戻される。円錐形状反らせ部材２は、本発明の実
施において供給酸素を実質的に１００％利用することが
できるように、未溶解酸素の大部分を捕捉するのに十分
な大きさ及び形状を有するものであることが望ましい。
吸出し管４の底部から排出された酸素添加液体は、図１
に流れパターン１１として示されるように大液体域１の
液体内へ外方に流れるので、溶解酸素が大液体域１全体
に容易に分散される。
のインペラ領域を通って流下する間に液体中に溶解しな
かった酸素即ち未溶解酸素は、その浮力により、例えば
図１に流れパターン１０として示されるように吸出し管
４の壁に近接して上昇し、水平配置の円錐形状反らせ部
材２によって捕捉され、吸出し管４内のインペラ５の領
域内へ戻される。円錐形状反らせ部材２は、本発明の実
施において供給酸素を実質的に１００％利用することが
できるように、未溶解酸素の大部分を捕捉するのに十分
な大きさ及び形状を有するものであることが望ましい。
吸出し管４の底部から排出された酸素添加液体は、図１
に流れパターン１１として示されるように大液体域１の
液体内へ外方に流れるので、溶解酸素が大液体域１全体
に容易に分散される。
【００１７】本発明の具体例として、吸出し管内に３ｉ
ｎ（７．６２ｃｍ）径のインペラを用いた場合について
吸出し管の底部開口端と、吸出し管の頂端上方の開放部
分と、吸出し管の頂部開口端の３つの部位でガスの半径
方向の分布態様を測定した。その結果が図２に示されて
いる。図２のグラフの縦軸は、ガスの容積流量を表し、
横軸は吸出し管の中心からの半径方向の位置を表す。こ
の結果から分かるように、未溶解酸素を実質的に１００
％捕捉するのに必要とされる円錐形状反らせ部材のサイ
ズは比較的小さくてすむ。これは、本発明においては反
応器タンクの底壁が存在しなからである。タンクの底壁
が存在すると、未溶解酸素が底壁にぶつかって半径方向
外方へ分散される。
ｎ（７．６２ｃｍ）径のインペラを用いた場合について
吸出し管の底部開口端と、吸出し管の頂端上方の開放部
分と、吸出し管の頂部開口端の３つの部位でガスの半径
方向の分布態様を測定した。その結果が図２に示されて
いる。図２のグラフの縦軸は、ガスの容積流量を表し、
横軸は吸出し管の中心からの半径方向の位置を表す。こ
の結果から分かるように、未溶解酸素を実質的に１００
％捕捉するのに必要とされる円錐形状反らせ部材のサイ
ズは比較的小さくてすむ。これは、本発明においては反
応器タンクの底壁が存在しなからである。タンクの底壁
が存在すると、未溶解酸素が底壁にぶつかって半径方向
外方へ分散される。
【００１８】本発明の実施において、２４ｉｎ（６０．
９６ｃｍ）径のインペラを使用し、それを２９０ｒｐｍ
の速度で回転させる場合、未溶解酸素の実質的に全部を
捕捉するには反らせ部材の直径を７２ｉｎ（１８２．８
８ｃｍ）とすれば十分である。図２のグラフに示される
ように、未溶解酸素の大部分は吸出し管から半径方向に
僅かな距離のところに存在するからである。
９６ｃｍ）径のインペラを使用し、それを２９０ｒｐｍ
の速度で回転させる場合、未溶解酸素の実質的に全部を
捕捉するには反らせ部材の直径を７２ｉｎ（１８２．８
８ｃｍ）とすれば十分である。図２のグラフに示される
ように、未溶解酸素の大部分は吸出し管から半径方向に
僅かな距離のところに存在するからである。
【００１９】本発明の現場設置式酸素添加装置の標準的
な酸素添加効率は、約１９．５ lb/ hp・hr （８．６０
７ Kg/ 馬力・時）であることが認められた。これは、
上述したＡＧＲ法の標準酸素添加効率と同等であり、上
述したミックスフロー法（側流汲み出し法）及び表面曝
気法のそれよりはるかに高い。
な酸素添加効率は、約１９．５ lb/ hp・hr （８．６０
７ Kg/ 馬力・時）であることが認められた。これは、
上述したＡＧＲ法の標準酸素添加効率と同等であり、上
述したミックスフロー法（側流汲み出し法）及び表面曝
気法のそれよりはるかに高い。
【００２０】円錐形状反らせ部材２の下の液面の高さを
一定に維持することは、単位馬力当り溶解酸素量に大き
な影響を及ぼすことに留意すべきである。このことは、
消費馬力と酸素添加効率の関係を表す図３のグラフに示
されている。本発明の実施においては、例えば円錐形状
反らせ部材２の下のガスの圧力に基づいて円錐形状反ら
せ部材２の下の液面の高さをモニターし、所望の高さに
維持することが望ましい。反らせ部材の下のガスの量が
増大するほど、反らせ部材の下のガスの圧力が増大す
る。従って、液面の高さは、例えば、反らせ部材の下の
圧力が所定の設定値より低下したときは酸素の注入流量
を増大させ、反対に反らせ部材の下の圧力が所定の設定
値を越えたときは酸素の注入流量を減少させることによ
って制御することができる。
一定に維持することは、単位馬力当り溶解酸素量に大き
な影響を及ぼすことに留意すべきである。このことは、
消費馬力と酸素添加効率の関係を表す図３のグラフに示
されている。本発明の実施においては、例えば円錐形状
反らせ部材２の下のガスの圧力に基づいて円錐形状反ら
せ部材２の下の液面の高さをモニターし、所望の高さに
維持することが望ましい。反らせ部材の下のガスの量が
増大するほど、反らせ部材の下のガスの圧力が増大す
る。従って、液面の高さは、例えば、反らせ部材の下の
圧力が所定の設定値より低下したときは酸素の注入流量
を増大させ、反対に反らせ部材の下の圧力が所定の設定
値を越えたときは酸素の注入流量を減少させることによ
って制御することができる。
【００２１】本発明の酸素添加装置は、液体中の固体粒
子の懸濁量を制御するのに用いることもできる。即ち、
酸素添加装置の軸方向のガス分布特性及び速度に基づい
て、、得られる固体粒子の懸濁量を予知することがで
き、あるいは軸方向のガス分布特性及び速度を制御する
ことによって固体粒子の懸濁を完全に回避することもで
きる。これは、本発明の実施上の非常に望ましい側面で
ある。なぜなら、生物学的分解プロセスにおいては固体
粒子の懸濁量が高過ぎると、被処理液体中の有機汚染物
を消化するバクテリアを死滅させる場合があるからであ
る。
子の懸濁量を制御するのに用いることもできる。即ち、
酸素添加装置の軸方向のガス分布特性及び速度に基づい
て、、得られる固体粒子の懸濁量を予知することがで
き、あるいは軸方向のガス分布特性及び速度を制御する
ことによって固体粒子の懸濁を完全に回避することもで
きる。これは、本発明の実施上の非常に望ましい側面で
ある。なぜなら、生物学的分解プロセスにおいては固体
粒子の懸濁量が高過ぎると、被処理液体中の有機汚染物
を消化するバクテリアを死滅させる場合があるからであ
る。
【００２２】本発明は、ＡＧＲ法及びＬＯＲ法の場合と
同様に、吸出し管内に配置したインペラを使用するの
で、泡消滅能力を有し、従って、表面曝気法に随伴する
起泡の問題を回避する。更に、本発明では有機化学物質
をガスヘッドスペース内へスプレーしないので、上述し
た有機化学物質のストリッピング現象の発生が極めて少
ない。
同様に、吸出し管内に配置したインペラを使用するの
で、泡消滅能力を有し、従って、表面曝気法に随伴する
起泡の問題を回避する。更に、本発明では有機化学物質
をガスヘッドスペース内へスプレーしないので、上述し
た有機化学物質のストリッピング現象の発生が極めて少
ない。
【００２３】当業者には明らかなように、水平反らせ部
材の下のヘッドスペースから過剰の窒素を除去するため
にガス抜き手段が設けられているとすると、本発明は、
酸素含有量２１％の空気から１００％の純粋酸素に至る
までそれらを溶解させるのに用いることができる。又、
本発明は、特定の水処理目的のために、あるいは例えば
結城駅体等のその他の液体の処理のために必要ならば、
水素等の他のガスを溶解させるのにも用いることができ
る。
材の下のヘッドスペースから過剰の窒素を除去するため
にガス抜き手段が設けられているとすると、本発明は、
酸素含有量２１％の空気から１００％の純粋酸素に至る
までそれらを溶解させるのに用いることができる。又、
本発明は、特定の水処理目的のために、あるいは例えば
結城駅体等のその他の液体の処理のために必要ならば、
水素等の他のガスを溶解させるのにも用いることができ
る。
【００２４】本発明の現場設置式酸素添加装置は、上述
した生物学的分解プロセスの他に、多量の水又は液体を
伴う都市廃水及び産業廃水処理、魚養殖及びその他の用
例のために酸素を供給するのに用いることもできる。
した生物学的分解プロセスの他に、多量の水又は液体を
伴う都市廃水及び産業廃水処理、魚養殖及びその他の用
例のために酸素を供給するのに用いることもできる。
【００２５】本発明は、ここに例示した実施例の構造及
び形態に限定されるものではなく、本発明の精神及び範
囲から逸脱することなく、いろいろな実施形態が可能で
あり、いろいろな変更及び改変を加えることができるこ
とを理解されたい。例えば、反らせ部材は、未溶解酸素
の大部分を捕捉するのに十分な幅の円錐形状の水平反ら
せ部材であることが好ましいが、未溶解酸素又は他の供
給ガスの大部分を捕捉し、吸出し管内へ導くようになさ
れている限り、他のいろいろなタイプ及び形状の反らせ
部材であってよく、液体の表面より上方に、又は好まし
くは液体の表面より下に配置することができる。例え
ば、反らせ部材として、プラスチック製のドーム状部材
又は可撓性の気球状天蓋を使用し、それを慣用のガス注
入器によって膨らませることによりドーム状部材又は気
球状天蓋の下のヘッドスペース（液体の表面面より上の
空間）に必要なだけガスを追加するようにすることがで
きる。
び形態に限定されるものではなく、本発明の精神及び範
囲から逸脱することなく、いろいろな実施形態が可能で
あり、いろいろな変更及び改変を加えることができるこ
とを理解されたい。例えば、反らせ部材は、未溶解酸素
の大部分を捕捉するのに十分な幅の円錐形状の水平反ら
せ部材であることが好ましいが、未溶解酸素又は他の供
給ガスの大部分を捕捉し、吸出し管内へ導くようになさ
れている限り、他のいろいろなタイプ及び形状の反らせ
部材であってよく、液体の表面より上方に、又は好まし
くは液体の表面より下に配置することができる。例え
ば、反らせ部材として、プラスチック製のドーム状部材
又は可撓性の気球状天蓋を使用し、それを慣用のガス注
入器によって膨らませることによりドーム状部材又は気
球状天蓋の下のヘッドスペース（液体の表面面より上の
空間）に必要なだけガスを追加するようにすることがで
きる。
【００２６】更に、インペラは、吸出し管を通しての気
液混合物の流下を促進するようになされたらせん形の軸
流下向きポンプ送りインペラであることが望ましいが、
吸出し管内に所望の下向き流を創生するための手段とし
て、ライトニンＡ３１５（登録商法）やアイレ−Ｏ2 タ
ーボ−ミキサー（登録商法）等の任意の適当な下向きポ
ンプ送りインペラを用いることができる。又、下向きポ
ンプ送りインペラには、液体へのガスの溶解を更に促進
するために吸出し管内に硬度の剪断帯域を創生するよう
に輻流インペラ等追加することもできる。そのような輻
流インペラも上記駆動軸６に連結することができる。
液混合物の流下を促進するようになされたらせん形の軸
流下向きポンプ送りインペラであることが望ましいが、
吸出し管内に所望の下向き流を創生するための手段とし
て、ライトニンＡ３１５（登録商法）やアイレ−Ｏ2 タ
ーボ−ミキサー（登録商法）等の任意の適当な下向きポ
ンプ送りインペラを用いることができる。又、下向きポ
ンプ送りインペラには、液体へのガスの溶解を更に促進
するために吸出し管内に硬度の剪断帯域を創生するよう
に輻流インペラ等追加することもできる。そのような輻
流インペラも上記駆動軸６に連結することができる。
【００２７】ここでは、本発明は、上述したＡＧＲ法及
びＬＯＲ法の場合と同様に、図１に示される吸出し管１
のような吸出し管を用いるものとして説明したが、本発
明の変型実施例として吸出し管を用い内容にすることも
できる。そのような実施例においても、やはり、反らせ
部材が、インペラの下向きポンプ送り作用によって酸素
添加液体と共に流下した後大液体域の表面に浮上した未
溶解ガスの大部分を捕捉するように、下向きポンプ送り
インペラを反らせ部材に対して位置づけする。ただし、
吸出し管の使用は、吸出し管が存在しない場合に比べて
インペラによってポンプ送りしなければならない液体の
量を少くすることができるので動力の有効利用を可能に
するという点で、かつ、周囲の固形粒子が被処理液体に
過度に混入するのを防止するという点で多くの応用例に
取って望ましい。又、本発明のいろいろな実施例の実施
において、ガスを溶解させる目的のためにガス及び液体
の流れを促進するために全体の系内に追加の反らせ部材
を設けることもできる。
びＬＯＲ法の場合と同様に、図１に示される吸出し管１
のような吸出し管を用いるものとして説明したが、本発
明の変型実施例として吸出し管を用い内容にすることも
できる。そのような実施例においても、やはり、反らせ
部材が、インペラの下向きポンプ送り作用によって酸素
添加液体と共に流下した後大液体域の表面に浮上した未
溶解ガスの大部分を捕捉するように、下向きポンプ送り
インペラを反らせ部材に対して位置づけする。ただし、
吸出し管の使用は、吸出し管が存在しない場合に比べて
インペラによってポンプ送りしなければならない液体の
量を少くすることができるので動力の有効利用を可能に
するという点で、かつ、周囲の固形粒子が被処理液体に
過度に混入するのを防止するという点で多くの応用例に
取って望ましい。又、本発明のいろいろな実施例の実施
において、ガスを溶解させる目的のためにガス及び液体
の流れを促進するために全体の系内に追加の反らせ部材
を設けることもできる。
【００２８】
【発明の効果】以上の説明から分かるように、本発明
は、大液体域中の液体の処理に関連してガス溶解の技術
に望ましい進歩をもたらすものである。本発明は、生物
学的分解プロセス及び廃水処理等の技術分野において大
液体域中の液体に酸素を安全かつ効率的に溶解させるの
に有利である。本発明は、そのような処理を大液体域の
現場で、しかも、比較的低いポンプ送り用所要電力で実
施することを可能にすることによって、広範囲の商業用
廃液又は廃水処理においてガス溶解操作の技術的経済的
適合性を高めるものである。
は、大液体域中の液体の処理に関連してガス溶解の技術
に望ましい進歩をもたらすものである。本発明は、生物
学的分解プロセス及び廃水処理等の技術分野において大
液体域中の液体に酸素を安全かつ効率的に溶解させるの
に有利である。本発明は、そのような処理を大液体域の
現場で、しかも、比較的低いポンプ送り用所要電力で実
施することを可能にすることによって、広範囲の商業用
廃液又は廃水処理においてガス溶解操作の技術的経済的
適合性を高めるものである。
【図１】図１は、沼等の大液体域中に配置された本発明
の一実施例の装置の概略図である。
の一実施例の装置の概略図である。
【図２】図２は、本発明の一実施例の吸出し管の底部開
口端と、吸出し管の頂端上方の開放部分と、吸出し管の
頂部開口端の３つの部位でのガスの半径方向の分布態様
を示すグラフである。
口端と、吸出し管の頂端上方の開放部分と、吸出し管の
頂部開口端の３つの部位でのガスの半径方向の分布態様
を示すグラフである。
【図３】図３は、本発明の酸素添加装置の、いろいろな
液面高さでの単位馬力当りの酸素添加効率を示すグラフ
である。
液面高さでの単位馬力当りの酸素添加効率を示すグラフ
である。
１：大液体域 ２：反らせ部材 ３：吸出し管 ５：インペラ ８：導管 ９：圧力モニター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーク・ハーバート・カービ アメリカ合衆国コネティカット州リッジ フィールド、トウィン・リッジ・ロード 58 (72)発明者 ミチェル・アディス アメリカ合衆国ニューヨーク州ノースホ ワイトプレインズ、ロレンス・ドライブ 39 (72)発明者 ビクター・アレグザンダ・コッポラ アメリカ合衆国コネティカット州スタム フォード、パーマ・アベニュー85 (56)参考文献 実開 平３−34899（ＪＰ，Ｕ) 特表 平６−505432（ＪＰ，Ａ)
Claims (10)
- 【請求項１】大液体域の液体中へガスを溶解させるため
の装置であって、 （ａ）該大液体域の表面より下に配置されており、近傍
に液体を囲い込む容器を設けることなく、気液混合物を
該大液体域内で下方に流動させるためのインペラと、 （ｂ）該インペラを覆うようにして配置されており、溶
解ガス富化液体から分離して該大液体域の表面へ浮上し
た未溶解ガスの大部分を捕捉し、前記インペラへ再循環
させるのに十分な大きさの反らせ部材と、 （ｃ）供給ガスの泡が前記インペラの吸引作用によって
液体と共に気液混合物として前記大液体域内で下方に流
動せしめられるように、供給ガス流を前記反らせ部材の
下に導入するための導管とから成り、もって、前記溶解
ガス富化液体は、近傍に容器の壁が存在しないので、前
記大液体域中に分散せしめられ、一方、未溶解ガスはそ
の浮力により該大液体域の表面へ浮上し、捕捉されて再
循環され、前記供給ガスの実質的に完全な利用が達成さ
れるようになされていることを特徴とする装置。 - 【請求項２】前記反らせ部材は、前記大液体域の表面よ
り下に配置されていることを特徴とする請求項１に記載
の装置。 - 【請求項３】前記反らせ部材を浮かせる又は支持するた
めの手段を有することを特徴とする請求項２に記載の装
置。 - 【請求項４】前記反らせ部材は、可撓性の気球状天蓋か
ら成ることを特徴とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項５】前記反らせ部材は、プラスチック製のドー
ム状部材から成ることを特徴とする請求項１に記載の装
置。 - 【請求項６】前記インペラは、下向きポンプ送り作用を
有する軸流インペラであることを特徴とする請求項１に
記載の装置。 - 【請求項７】前記大液体域の表面より下に浸漬させた吸
出し管を備えており、該吸出し管の近傍に液体を収容す
る容器の壁が存在しておらず、該吸出し管は、その頂部
及び底部に開放端を有しており、前記インペラは、前記
気液混合物を該吸出し管内を下方に流動させて吸出し管
の底部から流出させるように該吸出し管の中に配置され
ていることを特徴とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項８】前記インペラは、下向きポンプ送り作用を
有する軸流インペラであることを特徴とする請求項７に
記載の装置。 - 【請求項９】前記反らせ部材の下の圧力をモニターする
ための手段を備えていることを特徴とする請求項７に記
載の装置。 - 【請求項１０】前記導管は、前記供給ガス流を前記反ら
せ部材の真下又は反らせ部材に近接した部位で前記大液
体域内へ導入するようになされていることを特徴とする
請求項８に記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US92771192A | 1992-08-17 | 1992-08-17 | |
| US927711 | 1992-08-17 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0686922A JPH0686922A (ja) | 1994-03-29 |
| JP2563055B2 true JP2563055B2 (ja) | 1996-12-11 |
Family
ID=25455129
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4358773A Expired - Lifetime JP2563055B2 (ja) | 1992-08-17 | 1992-12-28 | 液体中へガスを溶解させるための装置 |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6135430A (ja) |
| EP (1) | EP0583509B1 (ja) |
| JP (1) | JP2563055B2 (ja) |
| KR (1) | KR0139058B1 (ja) |
| AR (1) | AR247713A1 (ja) |
| BR (1) | BR9205151A (ja) |
| CA (1) | CA2086268C (ja) |
| DE (1) | DE69218426T2 (ja) |
| ES (1) | ES2098434T3 (ja) |
| MX (1) | MX9207589A (ja) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6145815A (en) * | 1992-08-17 | 2000-11-14 | Praxair Technology, Inc. | System for enhanced gas dissolution having a hood positioned over the impeller with segregating rings |
| US6362367B2 (en) | 1998-04-21 | 2002-03-26 | Union Carbide Chemicals & Plastics Technology Corp. | Preparation of organic acids |
| FR2784311B1 (fr) * | 1998-10-09 | 2000-12-08 | Air Liquide | Dispositif d'agitation d'un liquide dans un reacteur et d'injection d'un gaz dans ce liquide |
| US6273402B1 (en) | 2000-01-10 | 2001-08-14 | Praxair Technology, Inc. | Submersible in-situ oxygenator |
| KR100465755B1 (ko) * | 2002-08-06 | 2005-01-13 | 조통래 | 기포용해장치 |
| FR2868335B1 (fr) * | 2004-04-02 | 2006-06-02 | Air Liquide | Dispositif d'injection d'un gaz dans un liquide |
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| EP1765486B1 (en) | 2004-06-21 | 2009-09-02 | Blair H. Hills | Apparatus for diffused aeration |
| US7377497B2 (en) * | 2005-09-16 | 2008-05-27 | Philadelphia Gear Corporation | Aeration system and method |
| US8056887B2 (en) * | 2006-01-30 | 2011-11-15 | Hills Blair H | Apparatus for surface mixing of gasses and liquids |
| US7741450B2 (en) | 2006-02-08 | 2010-06-22 | Morphotek Inc. | Antibodies to GM-CSF |
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