JP2011088061A - Gas-liquid dissolving tank - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気液溶解タンク、特に、排水処理あるいは用水処理などで用いられる加圧浮上処理における加圧水発生装置の気液溶解タンクに関する。 The present invention relates to a gas-liquid dissolution tank, and more particularly, to a gas-liquid dissolution tank of a pressurized water generator in a pressurized flotation process used in wastewater treatment or water treatment.
排水処理や用水処理において、被処理水中の被除去物質、例えば、ＳＳ成分や油分に、微細気泡を混合し、付着させて、その浮力により浮上槽で分離する浮上分離装置が用いられる。被処理水中の被除去物質には、微細気泡を混合する前に凝集剤を添加してフロック化させることが多い。 In wastewater treatment and irrigation treatment, a levitating separation apparatus is used in which fine bubbles are mixed and adhered to a substance to be removed in the for-treatment water, for example, SS component and oil, and separated in a levitation tank by its buoyancy. In many cases, the substance to be removed in the water to be treated is flocified by adding a flocculant before mixing fine bubbles.
微細気泡の発生方法としては、加圧下で空気などの気体を溶解させた加圧水などの加圧液体を水深圧に減圧することで、微細気泡を発生させる方法が用いられることが多い。このような加圧水を用いる浮上分離処理は、特に、加圧浮上処理と言われる。加圧浮上処理は、多量の微細気泡を被処理水に供給することができるため、被処理水中のフロックに多くの気泡を付着させることができ、処理水質が良好であり、また浮上槽での処理速度を高く設定することができるなどの利点があり、広く採用されている。 As a method of generating fine bubbles, a method of generating fine bubbles is often used by reducing a pressurized liquid such as pressurized water in which a gas such as air is dissolved under pressure to a deep water pressure. Such a floating separation process using pressurized water is particularly referred to as a pressurized floating process. In the pressure levitation treatment, a large amount of fine bubbles can be supplied to the water to be treated, so that many bubbles can adhere to the floc in the water to be treated, the quality of the treated water is good, and There is an advantage that the processing speed can be set high, and it is widely adopted.
加圧下で空気を溶解させて微細気泡を発生させる方法は、高圧の水ほど空気を多量に溶解させることができることを利用しており、減圧して被処理水に混合する際には、その分、多量の微細気泡を発生する。 The method of generating fine bubbles by dissolving air under pressure utilizes the fact that high pressure water can dissolve a large amount of air. A large amount of fine bubbles are generated.
一般的に加圧水を調製する装置は、加圧水ポンプ、コンプレッサおよび気液溶解タンクなどで構成される。加圧水ポンプなどによって水を例えば０．３〜０．６ＭＰａに加圧している状態で、系内にコンプレッサなどで空気を供給し、水への空気の溶解を図る。気液溶解タンクでは溶解しなかった空気を分離し、空気が溶解した加圧水を被処理水に供給する。 In general, an apparatus for preparing pressurized water includes a pressurized water pump, a compressor, a gas-liquid dissolution tank, and the like. In a state where water is pressurized to, for example, 0.3 to 0.6 MPa by a pressurized water pump or the like, air is supplied into the system by a compressor or the like to dissolve the air into water. Air that has not been dissolved in the gas-liquid dissolution tank is separated, and pressurized water in which the air is dissolved is supplied to the water to be treated.
しかし、実際には、単純に高圧の水に空気を供給しても空気は十分に溶解しないので、溶解器の設置や、気液溶解タンクの内部に空気の溶解を促進するような構造を設けるなどの工夫がなされる。 However, in reality, simply supplying air to high-pressure water does not sufficiently dissolve the air, so a dissolver is installed or a structure that promotes dissolution of air is provided inside the gas-liquid dissolution tank. Etc. are made.
なお、空気溶解の程度を評価する指標として、理論空気溶解量に対する空気溶解率（％）（以下、単に「溶解率」と呼ぶ場合がある。）があり、式１で定義される。式１中の理論空気溶解量はヘンリーの法則より算出できる。 As an index for evaluating the degree of air dissolution, there is an air dissolution rate (%) with respect to the theoretical air dissolution amount (hereinafter sometimes simply referred to as “dissolution rate”), which is defined by Equation 1. The theoretical air dissolution amount in Equation 1 can be calculated from Henry's law.
溶解器の例としては、ラインミキサ（例えば、図１１参照）やエゼクタ（例えば、図１２参照）などが挙げられる。ラインミキサは、空気などの気体と水などの液体とを混合した後に、配管中に流れに対して平行方向に旋回流を生じさせる板などを設け、気液の接触面積を増やし、空気などの気体溶解を促進させる働きをする。 Examples of the dissolver include a line mixer (for example, see FIG. 11) and an ejector (for example, see FIG. 12). A line mixer, after mixing a gas such as air and a liquid such as water, is provided with a plate in the pipe that generates a swirling flow in a direction parallel to the flow, increasing the contact area of the gas and liquid, It works to promote gas dissolution.
エゼクタは、空気などの気体と水などの液体とを混合する部分に設置され、主流の管径を絞ることで負圧を生じさせ、そこへ空気などの気体を自給、もしくはコンプレッサなどで圧入して気液を激しく接触させて気体溶解を図るものである。 The ejector is installed in a part where a gas such as air and a liquid such as water are mixed, and a negative pressure is generated by narrowing the main pipe diameter, and air or other gas is self-supplied or press-fitted with a compressor or the like. The gas and liquid are brought into contact with each other vigorously to dissolve the gas.
ラインミキサやエゼクタなどの溶解器を単独で用いて空気を水に溶解する場合、溶解率は空気を大量に吹き込んでも４０〜５０％程度が限界である。単独の溶解器の使用で溶解率が４０〜５０％の場合、フロックの浮上に必要な所定量の気泡を被処理水に供給するためには、被処理水に対する加圧水量の比（加圧水比）を２０〜４０％と大きくとる必要がある。このため、容量の大きい加圧水ポンプが必要となり、イニシャルコストや電力費を主とするランニングコストが増大してしまう。エゼクタとラインミキサを組み合わせるなど複数の溶解器を併用して溶解率は改善されるが、溶解器での圧力損失が大きくなり、その圧力損失分を見込んだ容量の加圧水ポンプが必要なため、結局これもイニシャルコストやランニングコストの増大となってしまう。 When using a dissolver such as a line mixer or ejector alone to dissolve air in water, the dissolution rate is limited to about 40 to 50% even if a large amount of air is blown. When the dissolution rate is 40 to 50% with the use of a single dissolver, the ratio of pressurized water to treated water (pressurized water ratio) is used to supply the treated water with a predetermined amount of bubbles necessary for flotation. Needs to be as large as 20 to 40%. For this reason, a pressurized water pump having a large capacity is required, and the running cost mainly including the initial cost and the power cost increases. The dissolution rate can be improved by using multiple dissolvers, such as combining an ejector and a line mixer, but the pressure loss in the dissolver increases, and a pressurized water pump with a capacity that allows for the pressure loss is necessary. This also increases initial costs and running costs.
空気溶解の促進を気液溶解タンクで図る場合もある。気液溶解タンクには、空気溶解だけを行い、未溶解の空気の分離排除は別のタンクで行うものと、空気溶解と気液分離を１槽で行うものとがある。例を挙げると、前者のタイプには、非特許文献１に記載の図１３のような構造の気液溶解タンク８０があり、高い圧力をかけた流体が多孔板の孔を通った時に生じる乱流で気体を細分化し、気液接触面積を増やすことで空気溶解を促すものである。後者のタイプには、特許文献１に記載の図１４のような構造の気液溶解タンク８２があり、まずタンク入口部に設置されたノズルで気液を激しく混合、接触させ、ある程度の空気溶解をし、流路を長くすることで空気と十分に接触させ、空気溶解を促進する構造である。
In some cases, the gas-liquid dissolution tank is used to promote air dissolution. Some gas-liquid dissolution tanks perform only air dissolution, and separation / exclusion of undissolved air is performed in another tank, and air dissolution and gas-liquid separation are performed in one tank. For example, the former type includes a gas-
気液溶解タンクを用いて空気を水に溶解する場合、何らかの内部充填構造を持たないものは所定の空気溶解の効果を得るのに水の滞留時間を長く取る（３〜５分程度）必要があり、タンク容積が大きくなるため、設置面積および製作コストが高くなる。気液溶解タンクを図１３および図１４に示したような構造として、空気の水への溶解を促進する方法をとると、図１３のタンクが６５％程度、図１４のタンクが６０％程度の溶解率を得ることができるが、さらに高い溶解率を得ることが求められている。 When air is dissolved in water using a gas-liquid dissolution tank, those that do not have any internal filling structure need to take a long residence time of water (about 3 to 5 minutes) in order to obtain a predetermined air dissolution effect. In addition, since the tank volume is increased, the installation area and the manufacturing cost are increased. When the gas-liquid dissolution tank is structured as shown in FIGS. 13 and 14 and the method of promoting the dissolution of air into water is taken, the tank in FIG. 13 is about 65% and the tank in FIG. 14 is about 60%. Although a dissolution rate can be obtained, it is desired to obtain a higher dissolution rate.
さらに、図１３のような構造の気液溶解タンクの問題として、以下の２点が考えられる。１つめは、所定の溶解率を得ようとした時、多孔板を多段で設置するので大きな圧力損失を生じるため、その圧力損失を見込んだ加圧水ポンプを使用する必要があることである。２つめに、気液溶解タンクとは別に気液分離タンクの配置が必要で、結局、加圧水製造設備全体では多くの設置面積が必要となってしまうことが挙げられる。 Furthermore, the following two points can be considered as problems of the gas-liquid dissolution tank having the structure as shown in FIG. The first is that when a predetermined dissolution rate is to be obtained, a large pressure loss occurs because a multi-stage perforated plate is installed. Therefore, it is necessary to use a pressurized water pump that allows for the pressure loss. Secondly, it is necessary to arrange a gas-liquid separation tank separately from the gas-liquid dissolution tank, and as a result, a large installation area is required for the entire pressurized water production facility.
また、図１４のような構造の気液溶解タンクでは、タンク流入部のノズルで圧力損失が生じる程度で、圧力損失は小さいが、気液の接触時間を稼ぐ目的でタンク内の流路を長くしているため、タンク構造が複雑化することで、製作コストが増大する。また、溶解率も６０％程度であり、加圧水ポンプの小型化を図るためには、より溶解率を向上させることが求められる。 In the gas-liquid dissolution tank having the structure as shown in FIG. 14, the pressure loss is small and the pressure loss is small at the nozzle at the tank inflow portion, but the flow path in the tank is lengthened for the purpose of increasing the gas-liquid contact time. Therefore, the manufacturing cost increases due to the complicated tank structure. Further, the dissolution rate is about 60%, and in order to reduce the size of the pressurized water pump, it is required to further improve the dissolution rate.
本発明の目的は、液体への気体の溶解率が高く、簡易な内部構造で小型の気液溶解タンクを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a small gas-liquid dissolution tank having a high gas dissolution rate in a liquid and a simple internal structure.
本発明は、気体を液体に加圧下で溶解するための気液溶解タンクであって、噴流を生じる噴流発生部材を先端に有し、気体と液体の混合物をタンク内部に下向流で導入するための内挿管と、前記噴流発生部材の噴出部が内部に位置するように設置され、上端が閉塞し下端が開口する内筒管と、を備える気液溶解タンクである。 The present invention is a gas-liquid dissolution tank for dissolving a gas into a liquid under pressure, having a jet generating member that generates a jet at the tip, and introducing a mixture of gas and liquid into the tank in a downward flow The gas-liquid dissolution tank is provided with an internal intubation tube, and an inner cylindrical tube that is installed so that a jet portion of the jet generating member is located inside, and that has an upper end closed and a lower end opened.
また、前記気液溶解タンクにおいて、前記内筒管の側面に、前記噴流発生部材の噴出部の位置よりも低い位置に設けられた開孔部を有することが好ましい。 Moreover, it is preferable that the gas-liquid dissolution tank has an opening provided on a side surface of the inner tube at a position lower than a position of the ejection portion of the jet generating member.
また、前記気液溶解タンクにおいて、前記内筒管の下端部の内径以上の径を有し、前記噴流の流出方向に前記内筒管の下端部と接しないように配置された阻流板を備えることが好ましい。 Further, in the gas-liquid dissolution tank, a baffle plate having a diameter equal to or larger than the inner diameter of the lower end portion of the inner cylindrical tube and disposed so as not to contact the lower end portion of the inner cylindrical tube in the outflow direction of the jet flow. It is preferable to provide.
本発明では、噴流を生じる噴流発生部材を先端に有し、気体と液体の混合物をタンク内部に下向流で導入するための内挿管と、噴流発生部材の噴出部が内部に位置するように設置され、上端が閉塞し下端が開口する内筒管と、を備えることにより、液体への気体の溶解率が高く、簡易な内部構造で小型の気液溶解タンクを提供することができる。 In the present invention, a jet generating member that generates a jet flow is provided at the tip, and an intubation tube for introducing a mixture of gas and liquid in a downward flow into the tank and a jet part of the jet generating member are located inside. By providing the inner tube having the upper end closed and the lower end opened, it is possible to provide a small gas-liquid dissolution tank with a high gas dissolution rate in the liquid and a simple internal structure.
本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below. This embodiment is an example for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to this embodiment.
本発明の実施形態に係る加圧水製造システムの一例の概略構成を図１に示す。加圧水製造システム１は、原水タンク１０と、加圧水ポンプ１２と、コンプレッサ１４と、気液溶解タンク１６とを備える。
FIG. 1 shows a schematic configuration of an example of a pressurized water production system according to an embodiment of the present invention. The pressurized water production system 1 includes a raw water tank 10, a
図１の加圧水製造システム１において、原水タンク１０が加圧水ポンプ１２、原水流量調整バルブ１８、原水流量計２６を介して原水配管３４などにより、気液溶解タンク１６の上部に接続されている。また、コンプレッサ１４が空気流量調整バルブ２０、空気流量計２８を介して空気配管３６などにより、原水配管３４の原水流量計２６と気液溶解タンク１６との間に接続されている。気液溶解タンク１６の下部には、加圧水配管３８が加圧水流量計３０、減圧バルブ２２を介して接続されている。気液溶解タンク１６の上部には、排気配管４０が排気調整バルブ２４を介して接続されている。気液溶解タンク１６の下部には、タンク圧力計３２が設置されている。
In the pressurized water production system 1 of FIG. 1, the raw water tank 10 is connected to the upper part of the gas-
加圧水製造システム１において、原水タンク１０からの水（原水）などの液体は、原水配管３４を通って加圧水ポンプ１２で加圧され、原水流量調整バルブ１８により流量が調整される。コンプレッサ１４で加圧された空気などの気体は、空気配管３６を通って空気流量調整バルブ２０により流量が調整され、原水配管３４において水などの液体と混合される。水と空気の混合物は、原水配管３４を通って気液溶解タンク１６の上部から気液溶解タンク１６の内部に供給される。気液溶解タンク１６の内部において、加圧下で空気が水に溶解された後、加圧水は気液溶解タンク１６の下部から加圧水配管３８を通って排出され、加圧浮上処理における加圧水として、凝集水に供給される。加圧水は、減圧バルブ２２を通る際、水深圧に開放され、例えばマイクロメートルオーダの微細気泡が発生する。一方、未溶解の空気などの気体は、気液溶解タンク１６の上部から排気配管４０を通って排出される。
In the pressurized water production system 1, liquid such as water (raw water) from the raw water tank 10 is pressurized by the
図２に、本実施形態に係る気液溶解タンク１６の構造の一例を示す。気液溶解タンク１６は、タンク本体４２と、噴流を生じる噴流発生部材であるノズルまたはオリフィス４４（以下、「ノズルまたはオリフィス４４」のことを、単に「ノズル４４」と呼ぶ場合がある。）を先端に有し、気体と液体の混合物をタンク内部に下向流で導入するための内挿管４６と、ノズル４４の噴出部が内部に位置するように設置され、上端が閉塞し、下端が開口する内筒管４８とを備える。気液溶解タンク１６は、タンク内圧と水位とを所定範囲内に保持するようタンク内の上部に滞留する未溶解空気などの排気量を調整する排気量調整機構として排気配管４０および排気調整バルブ２４とを備えてもよい。
FIG. 2 shows an example of the structure of the gas-
気液溶解タンク１６において、図１の原水配管３４に接続された内挿管４６は、タンク本体４２の上部より略垂直下方に向かって内挿されている。内挿管４６は、先端にノズル４４を備え、ノズル４４は、水没するように配置される。ノズル４４の噴出部（先端部）を取り囲むように、内筒管４８が配置されている。排気配管４０は、タンク上部から内部に所定の長さで内挿されており、排気配管４０には排気量を調整する排気調整バルブ２４が設置されている。気液溶解タンク１６の下部には加圧水配管３８が接続されている。
In the gas-
図１の原水配管３４を通って供給された水と空気の混合物は、内挿管４６を通って気液溶解タンク１６の上部からタンク内部に供給される。水と空気の混合物は、内挿管４６の先端に設置されたノズル４４の噴出部において略垂直下方向に下向流の噴流として噴出される。溶解しなかった空気は、排気調整バルブ２４を有した排気配管４０で調整され、タンク外へ排出される。空気が十分に溶解した水は、加圧水として、タンク下部に設けられた加圧水配管３８より流出し、図１の減圧バルブ２２を通り、凝集水に供給される。減圧バルブ２２を通る際、水深圧に開放され、例えばマイクロメートルオーダの微細気泡が発生する。
The mixture of water and air supplied through the raw water pipe 34 in FIG. 1 is supplied from the upper part of the gas-
水と空気の混合流体がノズル４４を通過する際、ノズル４４の噴出部付近で空気が細分化されるため、噴流中で空気と水との接触面積が増大し、空気溶解が促進される。水中に噴出された気泡の一部は、次第に粗大化して内筒管４８の上部に溜まり、ノズル４４付近に気相を形成する。ノズルの２次側では、流体が高速で通過するため負圧が生じており、そこに気相中の空気が引き込まれ、噴流中に巻き込まれる。噴流中にはノズル１次側で注入していた空気に加え、気相中から巻き込まれた空気が混合されるため、内筒管４８内の液相では気液混合比が上昇する。そのため、空気に接触できる水の面積がさらに大きくなり、空気溶解が助長されると考えられる。水中に噴出された気泡は、次第に合一して内筒管４８の内部を上昇するが、ノズル４４からの噴流と衝突するため、細分化され激しく撹拌される。ノズル４４からの下向きの噴流と上昇する気泡が均衡するため、この激しい混合状態によって例えば図２に示すような気泡滞留ゾーンが形成される。この気泡滞留ゾーンにおいて、気泡が破砕され、気液接触面積が増大するため、さらに空気の溶解が促進されると考えられる。なお、図２に示すような気泡滞留ゾーンの形成位置、大きさ等はあくまでも例示的なものである。
When the mixed fluid of water and air passes through the
前述したラインミキサ（図１１）やエゼクタ（図１２）などの溶解器を用いる方法で溶解率は４０〜５０％程度、図１３，図１４のような内部構造を有する気液溶解タンクでの溶解率は５０〜７０％程度であるのに対し、本実施形態に係る気液溶解タンク１６では７５％以上の溶解率で空気を溶解させることができる。
The dissolution rate is about 40 to 50% by a method using a dissolver such as the above-described line mixer (FIG. 11) or ejector (FIG. 12), and dissolution in a gas-liquid dissolution tank having an internal structure as shown in FIGS. While the rate is about 50 to 70%, the gas-
本実施形態に係る気液溶解タンク１６は、従来の気体溶解タンクよりも高い溶解率が得られることで、加圧水比を下げることができ、加圧水ポンプの容量を低く設定できるため、イニシャルコストを削減することができる。また、加圧水ポンプの容量削減により、電気代を主とするランニングコストも抑えられる。その他に、小型でタンク内部の構造が簡素であるため、製作費が削減でき、かつ加圧水製造設備に要する設置面積の中で大きな割合を占める、タンクの設置面積を縮小することができる。
The gas-
また、本実施形態では、タンク上部から内部に所定の長さで内挿された排気管である排気配管４０と、排気配管４０に接続され排気量を調整する弁である排気調整バルブ２４とを備える。これにより未溶解空気を水から分離排出できるとともに、タンク内の水位と圧力をできるだけ一定に保持することができ、空気溶解効果を安定的に得ることができる。
Further, in the present embodiment, an
さらに、本実施形態に係る気液溶解タンク１６は構造が簡易なために、図１４のような内部構造を有する気液溶解タンクに比べて、ＳＳ分の堆積なども起こりにくく、メンテナンスが容易である。
Furthermore, since the gas-
本実施形態に係る気液溶解タンク１６は、気体を液体に加圧下で溶解するとともに、未溶解の気体を液体から分離するためのものであり、気体溶解と気液分離とを１槽で行うものであるが、本実施形態に係る気液溶解タンク１６を用いて気体を液体に加圧下で溶解して、別途、未溶解の気体を液体から分離するための気液分離タンクなどの分離手段を設けて気液分離を行ってもよい。
The gas-
気体としては通常、空気が用いられ、液体としては通常、水が用いられる。加圧水にする水（原水）には、加圧浮上処理水などを使用してもよい。 Air is usually used as the gas, and water is usually used as the liquid. Pressurized flotation treated water or the like may be used as water (raw water) to be pressurized water.
空気などの気体と水などの液体との混合は、図１のように加圧水ポンプ１２の後方経路でコンプレッサなどから空気を供給して行ってもよいし、空気を自吸するポンプにて空気を水に供給してもよい。加圧水ポンプ１２としては、例えば、コンプレッサで空気を供給する場合は渦巻ポンプを使用すればよい。また、空気を自吸するポンプとして、渦流ポンプを使用してもよい。
Mixing of a gas such as air and a liquid such as water may be performed by supplying air from a compressor or the like in the rear path of the
気液溶解タンク１６におけるタンク本体４２は、通常、直胴部５４を有する形状である。
The tank
気液溶解タンク１６における水の滞留時間は、例えば、３０秒〜１分間である。
The residence time of water in the gas-
噴流を生じる噴流発生部材としては、噴流を生じるものであればよく、特に制限はないが、例えば、ノズル、オリフィスなどを用いればよい。噴流を発生し微細な気泡が発生しやすいなどの点から、入口と出口との間の圧力損失が０．０５ＭＰａ以上のものが好ましい。 The jet generating member that generates the jet is not particularly limited as long as it generates the jet, and for example, a nozzle, an orifice, or the like may be used. A pressure loss between the inlet and the outlet is preferably 0.05 MPa or more from the viewpoint of generating a jet and easily generating fine bubbles.
ノズルまたはオリフィス４４の配置位置は、内部容積有効利用などの点から、ノズル４４の出口である噴出部が内筒管４８の内部に位置すればよく、内部容積有効利用などの点から、ノズル４４の先端部が、内筒管４８の内挿管４６が挿入された側の端部から内筒管４８全体の５０％以上の位置に配置されることが好ましい。
The arrangement position of the nozzle or
内筒管４８の形状は、上端が閉塞し、下端が開口するものであればよく、特に制限はない。内筒管４８の一例の構造の概略を図３に示す。図３のような円筒状（直管状）の他に、図４のような管の下端の径を上端の径よりも大きくしたラッパ形状でもよい。内筒管４８としてラッパ形状のものを採用した場合、内筒管４８の内部の下方向の流速が遅くなり、気泡滞留ゾーンの位置がさらに上になるため、直胴部５４の長さを短くでき、タンクをよりいっそう小型化することができる。内筒管４８は、例えば、支持部材により気液溶解タンク１６のタンク本体４２の内部に固定される。
The shape of the
内筒管４８の長さは、内筒管の内部または下部に気泡滞留ゾーンを十分に形成させるなどの点から、タンク本体４２の水深（タンク底面から水面までの距離）の３０〜８０％の範囲であることが好ましい。
The length of the
内筒管４８の内径は、内筒管の内部に十分な容積の気相を形成させるなどの点から、タンク本体４２の直胴部５４の内径の４０〜８０％の範囲であることが好ましい。
The inner diameter of the
図５に、本実施形態に係る気液溶解タンク１６の構造の他の例を示す。図５の気液溶解タンク１６では、内筒管４８の側面に、ノズル４４の噴出部の位置よりも低い位置に設けられた開孔部５０を有する。内筒管４８の側面に開孔部５０を設けると、一度、ノズル４４と気泡滞留ゾーンを通過し、内筒管４８の下部から流出した水の一部は、内筒管４８の外側を上昇し、開孔部５０において内筒管４８の内側に向かって引き込まれ、内筒管４８を中心とする循環流が形成される。この循環流により、水は再び気泡と接触することで空気の溶解がいっそう促進されると考えられる。なお、図５に示すような気泡滞留ゾーンの形成位置、大きさ等はあくまでも例示的なものである。
FIG. 5 shows another example of the structure of the gas-
このように、図５の気液溶解タンク１６のように、内筒管４８の側面に開孔部５０を設けると、内筒管４８を中心とした循環流の発生により、溶解率はさらに向上する。このため、よりイニシャルコストおよびランニングコストが抑えられる。
As described above, when the
開孔部５０を有する内筒管４８の形状は、開孔部を有し、上端が閉塞し、下端が開口するものであればよく、特に制限はない。開孔部５０を有する内筒管４８の一例の構造の概略を図６に示す。図６のような円筒状（直管状）の他に、図７のような管の下端の径を上端の径よりも大きくしたラッパ形状でもよい。内筒管４８としてラッパ形状のものを採用した場合、内筒管４８の内部の下方向の流速が遅くなり、気泡滞留ゾーンの位置がさらに上になるため、タンクをよりいっそう小型化することができる。
The shape of the
開孔部５０の形状に特に制限はないが、大きさは内筒管４８の円周部の例えば１０％以上２５％以下の面積が好ましい。開孔部５０の位置は、ノズル４４の噴出部の位置よりも低い位置に設けられればよく、特に制限はないが、ノズルにできるだけ近いことが好ましく、例えば、開孔部５０の上端の位置が、ノズル４４の先端から内筒管４８の下端までの距離に対して、ノズル４４の先端から５〜３０％の位置に設けられることが好ましい。
The shape of the
図８に、本実施形態に係る気液溶解タンク１６の構造の他の例を示す。図８の気液溶解タンク１６では、ノズル４４からの噴流の流出方向に、内筒管４８の下端部の内径以上の径を有する阻流板５２を備える。阻流板５２は、内筒管４８の下端部と接しないように、水没するように配置される。阻流板５２を配置すると、ノズル４４からの噴流が阻流され、内筒管４８内部の下方流速が遅くなることで、内筒管４８内部に生じる気泡滞留ゾーンの位置が上昇する。この効果により、内筒管４８の長さを削減できるため、タンクを小型化できる。また、阻流板５２の設置により、噴出した気泡のタンク後段への流出（ショートパス）を防止することができる。なお、図８に示すような気泡滞留ゾーンの形成位置、大きさ等はあくまでも例示的なものである。
FIG. 8 shows another example of the structure of the gas-
このように、図８の気液溶解タンク１６のように、阻流板５２を配置すると、ノズル４４からの噴流が阻流され、阻流板５２に衝突した気泡の一部が反転上昇し、内筒管４８内部に形成される気泡滞留ゾーンの位置が上昇するため、内筒管の長さを短くすることができ、タンクの高さおよびタンク容量を小さくすることができる。
As described above, when the
阻流板５２は、噴流が衝突することで気液の混合が生じるものであればよく、特に制限はないが、例えば、図９に示すような円板形状などのものを用いればよい。阻流板５２は、例えば、支持部材５６により気液溶解タンク１６のタンク本体４２の内部に固定される。
The
阻流板５２の設置位置は、内筒管４８の下端部と接しないように、噴流の流出方向に対してできるだけ垂直にその面を向けて、水没するように配置されればよく、特に制限はないが、例えば、内筒管４８の下端から、内筒管４８の内径の１５％〜５０％の距離である。
The
阻流板５２の大きさは、ノズル４４からの噴流の大部分が阻流板５２に当たるようにするなどの点から、内筒管４８の下端部の水平断面積以上、直胴部５４の水平断面積の９０％以下の範囲であることが好ましい。
The size of the
阻流板５２は、内筒管４８と接しないように配置されればよいが、気泡の流出防止などの点から、内筒管４８の阻流板５２側の端部が、直胴部５４の阻流板５２側の端部から直胴部５４の内径の２０％以上の範囲に入るように配置されることが好ましい。
The
排気量調整機構としては、気液溶解タンク１６の内圧と水位とを所定範囲内に保持するように、タンク内の上部に滞留する未溶解空気などの排気量を調整するものであればよく、特に制限はない。例えば、排気量調整機構は、気液溶解タンク１６の上部から内部に所定の長さで内挿された排気管である排気配管４０と、排気配管４０に接続され排気量を調整する弁である排気調整バルブ２４とを備える。この場合、タンク内の上部の水面付近に未溶解の空気が滞留すると、排気配管４０から空気が排出され、ある程度空気が排出されると、水面が上がり空気の排出が停止する。これにより、タンク内の内圧と水位の変動を抑制しつつ未溶解の空気を排出することができる。気液分離面積の確保などの点から、内挿された排気配管４０の下端部が、直胴部上端より下に配置されることが好ましい。排気量調整機構としては、レベルスイッチなどを利用してもよい。
The exhaust amount adjustment mechanism may be any mechanism that adjusts the exhaust amount of undissolved air or the like that stays in the upper part of the tank so as to maintain the internal pressure and water level of the gas-
本実施形態に係る気液溶解タンク１６は、例えば、排水処理や用水処理などで用いられる加圧浮上処理における加圧水を調製するために用いることができる。その他、オゾン溶解などに用いることができる。
The gas-
以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, although an example and a comparative example are given and the present invention is explained more concretely in detail, the present invention is not limited to the following examples.
＜実施例１〜３および比較例１＞
図１０に示す加圧水製造システムを用いて比較実験を行った。原水タンク６０からの原水に加圧水ポンプ６２の後流側の原水配管６４においてコンプレッサ６６から空気を供給し、実施例１として図２の内部構造（図３の内筒管を備える）を有する気液溶解タンク１６、実施例２として図５の内部構造（図６の内筒管を備える）を有する気液溶解タンク１６、実施例３として図８の内部構造（図６の内筒管および図９の阻流板を備える）を有する気液溶解タンク１６、比較例１として図１４の構造の気液溶解タンク８２、以上４系列を並列配置して各タンクの性能を比較検討した。なお、各タンクへの通水は、入口流路切り替えバルブ６８および出口流路切り替えバルブ７０を用いて１系列毎に行った。
<Examples 1-3 and Comparative Example 1>
A comparative experiment was performed using the pressurized water production system shown in FIG. In the
（共通実験条件）
原水：井戸水 ＳＳ ５ｍｇ／Ｌ
原水流量：６m３／ｈｒ
空気供給量：１．８ｍ３／ｈｒ（気液混合比：３０％）
タンク容積：実施例１，２ ７５Ｌ、実施例３ ６０Ｌ、比較例１ １００Ｌ
タンク滞留時間：実施例１，２ ０．７５分、実施例３ ０．６０分、比較例１ １．００分
タンク入口圧力：０．５５ＭＰａ
水温：２０℃
(Common experimental conditions)
Raw water: Well water SS 5mg / L
Raw water flow rate: 6m 3 / hr
Air supply amount: 1.8 m 3 / hr (gas-liquid mixture ratio: 30%)
Tank volume: Examples 1, 2 75L, Example 3 60L, Comparative Example 1 100L
Tank residence time: Examples 1, 2 0.75 minutes, Example 3 0.60 minutes, Comparative Example 1 1.00 minutes Tank inlet pressure: 0.55 MPa
Water temperature: 20 ° C
以上の条件で、１０時間の通水を行い、各タンク内部構造における空気溶解率を比較した。タンク入口圧力は、入口流路切り替えバルブ６８の前流側に設置したタンク入口圧力計７２により、タンク出口圧力は、各タンク出口と出口流路切り替えバルブ７０との間に設置したタンク出口圧力計７４により測定した。空気溶解率は、図１０に示すように、出口流路切り替えバルブ７０の後流側で減圧バルブ７６の前流側のサンプリングポイントで行った。
Under the above conditions, water was passed for 10 hours, and the air dissolution rate in each tank internal structure was compared. The tank inlet pressure is set by a tank inlet pressure gauge 72 installed on the upstream side of the inlet
表１は、比較実験の結果をまとめたものである。空気溶解量および理論値空気溶解量に対する空気溶解率（以下、溶解率）において比較すると、各気体溶解タンクの溶解率は、実施例１が７８％、実施例２が８５％、実施例３が８４％、比較例１が６８％であった。実施例１の溶解率は、比較例１の図１４の構造よりも１０％高く、タンクの容積も２５％以上削減できることが確認された。また、圧力損失は実施例１の方が低かった結果から、実施例１では、より小さな容量の加圧水ポンプで、比較例１の溶解率を上回ることが確認された。 Table 1 summarizes the results of the comparative experiments. Comparing the air dissolution rate with respect to the air dissolution amount and the theoretical air dissolution amount (hereinafter referred to as dissolution rate), the dissolution rate of each gas dissolution tank is 78% in Example 1, 85% in Example 2, and in Example 3. 84% and Comparative Example 1 were 68%. It was confirmed that the dissolution rate of Example 1 was 10% higher than that of the structure of FIG. 14 of Comparative Example 1 and the tank volume could be reduced by 25% or more. Further, from the result that the pressure loss was lower in Example 1, it was confirmed that in Example 1, the pressurized water pump having a smaller capacity exceeded the dissolution rate of Comparative Example 1.
また、内筒管に開孔部を設けた実施例２では、溶解率がさらに７％向上した。実施例３は、実施例２と同等の気体溶解性能を有し、さらにタンク容積を削減できることが確認された。これらの効果によって、小型かつ簡素な気体溶解タンクで、空気が高濃度に溶解した加圧水が得られるため、既存のタンクよりもイニシャルコストおよびランニングコストが削減できることを確認した。 Further, in Example 2 in which the opening portion was provided in the inner tube, the dissolution rate was further improved by 7%. It was confirmed that Example 3 has a gas dissolution performance equivalent to that of Example 2 and can further reduce the tank volume. Because of these effects, it was confirmed that the initial cost and running cost can be reduced compared to existing tanks because pressurized water with high concentration of air can be obtained in a small and simple gas dissolution tank.
１ 加圧水製造システム、１０，６０ 原水タンク、１２，６２ 加圧水ポンプ、１４，６６ コンプレッサ、１６，８０，８２ 気液溶解タンク、１８ 原水流量調整バルブ、２０ 空気流量調整バルブ、２２，７６ 減圧バルブ、２４ 排気調整バルブ、２６ 原水流量計、２８ 空気流量計、３０ 加圧水流量計、３２ タンク圧力計、３４，６４ 原水配管、３６ 空気配管、３８ 加圧水配管、４０ 排気配管、４２ タンク本体、４４ ノズルまたはオリフィス、４６ 内挿管、４８ 内筒管、５０ 開孔部、５２ 阻流板、５４ 直胴部、５６ 支持部材、６８ 入口流路切り替えバルブ、７０ 出口流路切り替えバルブ、７２ タンク入口圧力計、７４ タンク出口圧力計。
1 Pressurized
Claims (3)
噴流を生じる噴流発生部材を先端に有し、気体と液体の混合物をタンク内部に下向流で導入するための内挿管と、
前記噴流発生部材の噴出部が内部に位置するように設置され、上端が閉塞し下端が開口する内筒管と、
を備えることを特徴とする気液溶解タンク。 A gas-liquid dissolution tank for dissolving gas into liquid under pressure,
An intubation tube having a jet generating member for generating a jet at the tip, for introducing a mixture of gas and liquid into the tank in a downward flow;
An inner cylindrical tube which is installed so that the jet part of the jet generating member is located inside, the upper end is closed and the lower end is opened;
A gas-liquid dissolution tank comprising:
前記内筒管の側面に、前記噴流発生部材の噴出部の位置よりも低い位置に設けられた開孔部を有することを特徴とする気体溶解タンク。 The gas-liquid dissolution tank according to claim 1,
A gas dissolution tank having an opening provided in a side surface of the inner tube at a position lower than a position of an ejection portion of the jet generating member.
前記内筒管の下端部の内径以上の径を有し、前記噴流の流出方向に前記内筒管の下端部と接しないように配置された阻流板を備えることを特徴とする気液溶解タンク。 The gas-liquid dissolution tank according to claim 1 or 2,
Gas-liquid dissolution characterized by comprising a baffle plate that has a diameter equal to or larger than the inner diameter of the lower end portion of the inner tube, and is arranged so as not to contact the lower end of the inner tube in the jet direction of the jet tank.
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