JP2002001386A - 曝気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大量のガスを大量の液中に効率よく溶解する
ことができ、空気を用いる場合でも少ないエネルギー消
費で効率よく大量の酸素を液中に溶解することができる
曝気装置を得る。 【解決手段】 水槽１の液取出部３から曝気部２の上部
に連絡するポンプＰを有する循環路５の吐出端に、液−
気エゼクタ６を設けてスロート１１を液に突入させ、ス
ロート１１に対向してスロート１６を対向させて液−液
エゼクタ７を形成し、スロート１６の下端部に下向管８
を連絡する。循環路５を圧送される循環する液を液−気
エゼクタ６のノズル１２から噴射して吸気路１５から空
気を吸入して気液混相流を形成してスロート１１から直
接液−液エゼクタのスロート１６に噴射することによ
り、気液混相流の勢を利用して大量の液を吸液口１７か
ら吸入して混合し、下向管８でさらに気泡を細分化して
溶解する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水処理装置等に使用
される曝気装置、特に大量のガスを溶解するのに適した
曝気装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】有機性排液の好気性処理では生物の作用
により有機物を分解するために曝気が行われる。このよ
うな処理に用いられる曝気装置では、大量の酸素を効率
よく溶解することが要求される。特に高負荷で好気性処
理を行う場合、あるいは高濃度の有機性排液を処理する
場合には、大量の酸素を短時間に効率よく溶解すること
が必要になる。

【０００３】従来、液体に効率よく酸素含有ガスを溶解
する手段として、エゼクタ等のガス吸引手段を用い、気
液混相流を反応槽内に噴射する方式が各種提案されてい
る。特に、反応槽内に両端を開口した反応室を設け、気
液混相流の運動エネルギーを利用して反応槽内の被処理
液を反応室内に吸引し、気液混相流と被処理液を混合さ
せて酸素の分散、溶解を促進する方法は効率が高いとさ
れている。しかし従来の反応室形状では、高ガス吸入率
で大量のガスを吸入した気液混相流を導入すると、反応
室内で気泡の合一が起って相分離し易いため、低ガス吸
入率または高溶解効率を指向せざるを得なかった。低ガ
ス吸入率で大量の酸素を溶解するためには高酸素濃度ガ
スを用いる必要があるが、コスト高になる。また空気を
用いて高溶解効率を得るための手段には通常１０〜１５
ｍ以上の大水深を必要とし、建設コストの増加を招く問
題があった。

【０００４】高酸素濃度のガスを利用することを想定
し、気液混相流内の溶解と反応室内の溶解の双方の効果
を引き出そうとしたものとして、ベンチュリー管でガス
を吸引した気液混相流を、長い流路を移動させて両端が
開放した反応室にノズルから噴射し、酸素を溶解する装
置が提案されている（特開昭５８−１２８１９４号）。
この装置では気液混相流の移動中に気体が相分離するの
を防止するために、高流速で移送するか、あるいは高酸
素濃度ガスを用いることにより吸入するガスの容積を小
さくすることが好ましいとされている。しかし高酸素濃
度ガスは高価であり、また安価な通常濃度の空気を使用
する場合には、吸入するガスの容量が大きくなって相分
離するのを防止するために気液混相流を高流速で移送す
ると、移動経路における圧力損失が大きくなりやすく、
またノズルから噴射する段階でも圧力損失があり、ポン
プ必要揚程の増加を招く。

【０００５】要するにこの装置ではガスを吸入して気流
混相流を形成する工程と、この気液混相流中のガスを反
応室内の液と混合して溶解する工程を別の工程としてと
らえており、ガスの吸入により生成する混相液を長い経
路を通して反応室に導くため、この間に圧力損失によっ
て混相流の勢いが小さくなり、反応室におけるガス溶解
効率が低下する。これを防止するためには高揚程のポン
プを使用する必要があり、装置コストが増加するという
問題点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、低水
深で低揚程のポンプを用いて大容量のガスを吸入して気
液混相流を形成すると同時に、気液混相流の勢いをその
まま利用して大量の液を吸入して混合することができ、
これにより大量のガスを大量の液中に効率よく溶解する
ことができ、空気を用いる場合でも少ないエネルギー消
費で効率よく大量の酸素を液中に溶解することができる
曝気装置を得ることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は次の曝気装置で
ある。 （１） 水槽内の液を取り出して水槽に圧送するポンプ
を有する循環路と、循環路の吐出端にガスを吸入して気
液混相流を形成するように設けられ、かつスロート端部
を水槽内の液中に突入させて気液混相流を液中に噴射す
るように設けられた液−気エゼクタと、液−気エゼクタ
から吐出される気液混相流を利用して水槽内上部の液を
吸入し、気液混相流と混合するように水没して設けられ
た液−液エゼクタと、液−液エゼクタの吐出端に連結さ
れて水槽の底部に向って延び、かつ混合流を下向流で通
過させる筒状の下向管とを備える曝気装置。 （２） 水槽は蓋で覆われて実質的に密閉構造とされて
いる上記（１）記載の曝気装置。

【０００８】本発明では低揚程ポンプを用い、低水深
で、空気のようなガスを大容量で吸引して大量のガスを
大容量の液に溶解するために、循環路の吐出端に液−気
エゼクタを設けて大容量のガスを吸入する。そして液−
気エゼクタと液−液エゼクタを直結して液−気エゼクタ
のスロートをそのまま液−液エゼクタのノズルとして用
い、液−気エゼクタで生成する気液混相流を直接液−液
エゼクタに送り込む。これにより気液混相流の勢いを利
用して大容量の水槽上部の液を吸入して混合し、混合流
を下向管に下向流で通過させて大量のガスを液に溶解す
る。

【０００９】ガスとして空気を用い酸素を大量に液中に
溶解するためには、まず可能なかぎり大容量のガスを循
環流に吸入して気液混相流を生成し、次に可能なかぎり
大容量の液を取り込んで気液混相流と混合することによ
り、混相流の大容量のガスが液中に溶解する。このよう
なガスおよび液の混入を低エネルギー消費率で行うため
には、循環流の勢いを利用して大量のガスを吸入し、そ
して生成する気液混相流の勢いを低下させることなく、
混相流生成直後の勢いをそのまま利用して液を吸入する
ことが重要である。

【００１０】このため本発明では循環路の吐出端に液−
気エゼクタを設けて大量のガスを吸入して液中に微細気
泡として分散させるとともに、この液−気エゼクタのス
ロートを液−液エゼクタのノズルとして用いることによ
りスロートから吐出される気液混相流の勢いを利用して
大量の水槽上部の液を吸入して混合する。循環流中に液
−気エゼクタを用いて空気を吸入すると、循環流の勢い
と吸入された空気の勢いが合わさって強大な勢いの気液
混相流が形成されるので、その混相流を液−気エゼクタ
のスロートから、これに直結した液−液エゼクタに直接
噴出させると、生成直後の気液混相流の勢いをそのまま
利用して液の吸入を行うことができる。これに対して生
成した気液混相流を長い管路を通して移送すると気液相
分離により勢いは減少し、しかも管路抵抗のため圧力損
失が大きくなる。

【００１１】本発明では気液混相流の勢いを利用して液
を吸入することにより大量の液を吸入できるとともに、
吸入される液の勢いを利用して気泡をさらに細分化する
ことができる。このように気泡を細分化した状態でも緩
やかな攪拌下におくと気泡が合一しやすいが、筒状の下
向管を下向流で通過させると、気液の上昇力に反する方
向に液が流れるため気泡が激しく攪拌され、合一を防ぐ
とともに酸素の溶解性が高くなる。

【００１２】本発明の曝気装置では水槽から液をポンプ
により取り出して、循環路を通して圧送するように構成
するのが好ましい。水槽は上記の曝気を行えるように形
成されるが、隔壁により曝気部と液取出部とに区画し、
循環路は液取出部から曝気部へ液を循環するように構成
するのが好ましい。この混合液取出部には曝気部との水
頭差で液を流出させるように、隔壁より低い位置に流出
口を設けると、曝気部上面の気泡を処理液とともに排出
できるので好ましい。また曝気部および液取出部を含む
水槽の上面を、液−気エゼクタを含めて蓋で覆って実質
的に密閉構造にすると、吸入された空気の圧力を利用し
て気泡を排出できるので好ましい。

【００１３】液−気エゼクタは循環路の末端であって、
水槽の特に曝気部の液面より上部に、スロートの端部が
液面下に突入するように設けられる。液−気エゼクタは
循環路の末端に設けられるノズルと、このノズルを囲む
ように設けられる吸入室と、吸入室に開口する吸気口
と、吸気室の先端に液面に突入するように形成されるス
ロートとから構成することができる。液−液エゼクタは
液−気エゼクタのスロートをノズルとし、このノズルに
対向するように液中に設けられるスロートと、ノズルお
よびスロート間に形成される吸液口とから構成すること
ができる。

【００１４】液−気エゼクタは液を噴射することにより
気体を吸入するエゼクタであり、液−液エゼクタは液を
噴射することにより液を吸入するエゼクタである。液−
気エゼクタのノズルはそのスロートに対向するように上
下方向の直線上に設けると、循環流の勢いを減殺しない
ので好ましい。液−気エゼクタのスロートすなわち液−
液エゼクタのノズルも液−液エゼクタのスロートに対向
するように、上下方向の直線上に設けると気液混相流の
勢いを減殺しないので好ましい。液−気エゼクタのスロ
ートは先端を絞らないで管状の状態で開口させると、気
液混相流の勢いを減殺しないので好ましい。液−液エゼ
クタのスロートは中間部を絞り、吸入側および吐出側を
拡管したものが好ましい。吐出側には拡管した口径の下
向管が水槽底部に開口するように接続される。

【００１５】液−気エゼクタのノズルの口径をＤ１、液
−気エゼクタのスロート（液−液エゼクタのノズル）の
口径をＤ２、液−液エゼクタのスロート（最狭部）の口
径をＤ３とするとき、Ｄ１／Ｄ２＝０．５〜０．８、Ｄ
２／Ｄ３＝０．４〜０．７とするとそれぞれのガスおよ
び液の吸入量が大きくなり好ましい。液−気エゼクタの
スロートの長さは直径の４〜１０倍にすると、気液混相
流の勢いを保持してガスおよび液の吸入量を大きくでき
るので好ましい。また液−液エゼクタのスロート部（最
狭部）の長さはその直径の５〜１５倍にすると、圧損を
小さくして気泡を微細化できるため好ましい。

【００１６】上記の曝気装置ではポンプを駆動して水槽
の液を、好ましくは液取出部から取り出し、循環路を通
して水槽の好ましくは曝気部に循環すると、循環流は液
−気エゼクタのノズルから吸入室を通してスロートに噴
射され、この時の吸引力によりガスが吸気口から吸入さ
れて気液混相流が生成し、スロートから吐出される。こ
のとき気液混相流は液−液エゼクタのスロートに向けて
噴射することより、その勢いを利用して吸液口から水槽
上部の液を吸入し、気液混相流と混合して気泡を細分化
し酸素を溶解させる。液−液エゼクタのスロートから吐
出される混合流はさらに下向管を下向流で通過すること
により、気泡の上昇力を利用して気泡を細分化した状態
で水槽内に放出する。気泡は水槽内を上昇する間にも液
中に溶解し、液面から泡として液取出部に入り、処理液
とともに流出部から流出する。泡を含む処理液は次段の
低負荷活性汚泥装置における曝気槽の液面上に落下させ
るか、またはその液面下の浅い位置に送液管を開口し、
水槽内の排ガスの排出を妨げないようにする。

【００１７】上記の曝気装置では循環路の末端に液−気
エゼクタを設けて気液混相流を生成させ、その吐出流を
直接液−液エゼクタに噴射して水槽上部の液を吸入して
混合するため、圧力損失が少なく、気液混相流の勢いを
利用して液を大量に吸入して混合して酸素を溶解するこ
とができる。これによりエネルギー消費率が低く、効率
よくガスを液中に溶解することができる。

【００１８】本発明において曝気を行う被処理液として
はガスを溶解するものであれば制限はないが、有機性排
液などの酸素を溶解して処理を行うものが好ましい。こ
のような被処理液の曝気は活性汚泥法のような好気性生
物処理に利用されるものが典形的であり、ＢＯＤ除去、
窒素除去等の水処理に利用される。好気性処理としては
特に高ＢＯＤ負荷で曝気を行う装置に適しており、ＢＯ
Ｄ槽負荷が２〜４０ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄで
処理を行う場合に大量の酸素を効率よく溶解して処理を
行うことができる。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、循環路の吐出端に液−
気エゼクタ、液−液エゼクタおよび下向管を直結するよ
うに設けたので、低水深で低揚程のポンプを用いて大容
量のガスを吸入して気液混相流を形成すると同時に、気
液混相流の勢いをそのまま利用して大量の液を吸入して
混合することができ、これにより大量のガスを大量の液
中に効率よく溶解することができ、空気を用いる場合で
も少ないエネルギー消費で効率よく大量の酸素を液中に
溶解することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１は実施形態の曝気装置の垂直断面図で
ある。図１において、１は水槽であって、隔壁４により
曝気部２と液取出部３に区画されており、ポンプＰを有
する循環路５が液取出部３の下部から曝気部２の上部に
連絡している。循環路５の吐出端に液−気エゼクタ６、
液−液エゼクタ７および筒状の下向管８が垂直方向下向
に直結するように設けられている。

【００２１】液−気エゼクタ６は循環路５の末端であっ
て、水槽１の曝気部２の液面より上方に、スロート１１
の先端部が液面下に突入するように設けられる。液−気
エゼクタ６は循環路５の末端に設けられるノズル１２
と、このノズル１２を囲むように設けられる吸入室１３
と、吸入室１３に開口する吸気口１４と、吸気室の先端
に液面に突出するように形成されるスロート１１とから
構成され、吸気口１４には吸気路１５が連絡している。
液−液エゼクタ７は液−気エゼクタ６のスロート１１を
ノズルとし、このノズルに対向するように液中に設けら
れるスロート１６と、ノズルおよびスロート間に形成さ
れる吸液口１７とから構成されている。

【００２２】液−気エゼクタ６は循環流を噴射すること
により気体を吸入するように構成され、液−液エゼクタ
７は気液混相流を噴射することにより水槽１上部の液を
吸入するように構成されている。液−気エゼクタ６のノ
ズル１２はスロート１１に対向するように上下方向の直
線上に設けられ、循環流の勢いを減殺しないようにされ
ている。液−気エゼクタ６にスロート（すなわち液−液
エゼクタ７のノズル）１１もスロート１６に対向するよ
うに、上下方向の直線上に設けられ、気液混相流の勢い
を減殺しないようにされている。液−気エゼクタ６のス
ロート１１は先端を絞らないで管状の状態で開口させ、
気液混相流の勢を減殺しないようにされている。液−液
エゼクタ７のスロート１６は中間部に最狭部１６ａ、吸
入側および吐出側に拡管部１６ｂ、１６ｃが形成されて
いる。拡管部１６ｃの吐出側には拡管した口径の下向管
８が水槽１の底部に開口するように接続される。

【００２３】液−気エゼクタ６のノズル１２の口径をＤ
１、液−気エゼクタ６のスロート（液−液エゼクタ７の
ノズル）１１の口径をＤ２、液−液エゼクタ７のスロー
ト１６の最狭部１６ａの口径をＤ３とするとき、Ｄ１／
Ｄ２＝０．５〜０．８、Ｄ２／Ｄ３＝０．４〜０．７と
されており、それぞれのガスおよび液の吸入量が大きく
されている。液−気エゼクタ６のスロート１１の長さは
直径の４〜１０倍とされ、気液混相流の勢いを保持して
ガスおよび液の吸入量を大きくされている。また液−液
エゼクタ７のスロート１６の最狭部１６ａの長さはその
直径の５〜１５倍とされ、圧損を小さくして気液を微細
化できるようにされている。

【００２４】液取出部３の下部には被処理水路２１が連
絡し、また上部には隔壁４の上端より若干低い位置に開
口する流出口２２が設けられ処理水路２３に連絡してい
る。水槽１は上部に液−気エゼクタ６を含めて覆う蓋２
４が設けられて実質的に密閉構造となっている。Ｖ１、
Ｖ２は弁である。

【００２５】上記の曝気装置ではポンプＰを駆動して水
槽１の液を液取出部３から取り出し、循環路５を通して
水槽１の曝気部２に循環すると、循環流は液−気エゼク
タ６のノズル１２から吸入室１３を通してスロート１１
に噴射され、この時の吸引力によりガスが吸入路１５か
ら吸入口１４を通して吸入されて気液混相流が生成しス
ロート１１から吐出される。このとき気液混相流は液−
液エゼクタ７のスロート１６に向けて噴射することによ
り、その勢いを利用して吸液口１７から水槽上部の液を
吸入し、気液混相流と混合して気泡を細分化して酸素を
溶解させる。液液エゼクタ７のスロート１６から吐出さ
れる混合流はさらに下向管１７を下向流で通過すること
により気泡の上昇力を利用して気泡を強く攪拌し、気泡
の細分化状態で水槽１内に放出する。気泡は水槽１内を
上昇する間にも液中に溶解し液面から泡として液ととも
に隔壁４を越えて液取出部３に流れる。液取出部３では
液面付近の処理水が泡とともに流出部２２から処理水路
２３を通って流出する。処理水路２３は、その出口にお
いて、液封部を持たないか、または液封部深さが、水槽
１内のガス（泡）の排出を妨げない範囲に制限されてい
ることが好ましい。この場合水槽１全体の上部が蓋２４
で覆われて実質的に密閉状態になっているので、吸込ま
れるガスにより加圧状態となり、泡の排出が促進され
る。被処理水は被処理水路２１から液取出部３に導入さ
れ、ポンプＰにより循環路５から曝気部２に送られ、吸
入されるガスにより曝気を受け有機物等の被酸化成分が
酸化される。

【００２６】上記の曝気装置では循環路５の末端に液−
気エゼクタ６を設けて気液混相流を生成させ、その吐出
流を直接液−液エゼクタ７に噴射して水槽上部の液を吸
入して混合するため、圧力損失が少なく、気液混相流の
勢いを利用して液を大量に吸入して混合できる。さらに
混合流は下向管８で気泡の上昇力に反する方向に流れる
ため気泡は強く攪拌され、さらに酸素を溶解することが
できる。下向管８を出た混合流は大量の微細な気泡を含
んで上昇する間にガスが液中に溶解する。これによりエ
ネルギー消費率が低くて効率よくガスを液中に溶解する
ことができる。下向管８の下向流は５００〜２５００ｍ
ｍ／ｓが微細気泡からの酸素溶解促進に良好であった。
水槽１として水深３．０ｍのものを用いポンプＰの吐出
圧を１０ｍ−Ｈ₂Ｏで循環を行ったところ、吸入空気の
３８容量％の溶解効率が可能であった。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の曝気装置の垂直断面図である。

【符号の説明】

１ 水槽 ２ 曝気部 ３ 液取出部 ４ 隔壁 ５ 循環路 ６ 液−気エゼクタ ７ 液−液エゼクタ ８ 下向管 １１、１６ スロート １２ ノズル １３ 吸入室 １４ 吸気口 １５ 吸気路 １７ 吸液口 ２１ 被処理水路 ２２ 流出口 ２３ 処理水路 ２４ 蓋

【手続補正書】

【提出日】平成１２年６月２１日（２０００．６．２
１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水槽内の液を取り出して水槽に圧送する
   ポンプを有する循環路と、 循環路の吐出端にガスを吸入して気液混相流を形成する
   ように設けられ、かつスロート端部を水槽内の液中に突
   入させて気液混相流を液中に噴射するように設けられた
   液−気エゼクタと、 液−気エゼクタから吐出される気液混相流を利用して水
   槽内上部の液を吸入し、気液混相流と混合するように水
   没して設けられた液−液エゼクタと、 液−液エゼクタの吐出端に連結されて水槽の底部に向っ
   て延び、かつ混合流を下向流で通過させる筒状の下向管
   とを備える曝気装置。
2. 【請求項２】 水槽は蓋で覆われて実質的に密閉構造と
   されている請求項１記載の曝気装置。