JP2574653B2 - エアレーションまたは嫌気性の液体撹拌を選択的に行なう装置 - Google Patents

エアレーションまたは嫌気性の液体撹拌を選択的に行なう装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、エアレーションまたは
嫌気性の液体撹拌を選択的に行なう装置であって、液体
容器の底部領域に配置された、鉛直方向軸を中心に回転
可能に支承された中空の星形のロータが設けられてお
り、該ロータの中空室が端面で、ガス供給導管に接続さ
れており、ロータが星形アームの、回転方向に対して後
方の側面にガス流出開口を有しており、ロータの両端面
の内の一方に液体を供給するための液体供給部が設けら
れており、さらに、ロータを取り囲むステータが設けら
れており、該ステータが、生成されたガス・液体混合物
のための流れ通路から成っている形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】含有された有機物の酸化分解により排水
を浄化したのち、この排水に未だ残っている窒素を嫌気
性の後処理により除去することを可能にするためには、
生成されたスラッジが浮遊状態に保たれるようにこの排
水を慎重に撹拌しなければならない。排水の嫌気性の後
処理のためには、水表面を介した空気酸素の取り入れを
できる限り阻止したいので、排水の撹拌時には水表面が
できるだけ静かであるように注意しなければならない。
【０００３】液体へのガス取り入れのためには、中空の
星形のロータを使用することが公知である（オーストリ
ア特許第３１９８６５号明細書）。このロータの中空室
は端面でガス供給導管に接続されており、このロータが
星形アームの、回転方向に対して後方の側面にガス流出
開口を有しているので、鉛直方向軸を中心にして回転す
る前記ロータによって、ガスはガス供給導管を通って吸
い込まれ、このガスは、星形アームの後方の側面に設け
られたガス流出開口を通って流出して、ロータによって
軸方向に吸い込まれた液体と混合される。生成されたガ
ス・液体混合物は、ロータを取り囲むステータの流れ通
路を通って、このエアレーション装置を収容する鉢状液
体容器に吐出される。ガス泡は微細に分配された状態
で、ガス・液体混合物の吐出領域を介して液体内で上昇
する。このような公知の装置は、ガスを液体に有利に取
り入れるのに適してはいるが、しかし、ガス供給導管が
閉鎖された場合の制限された撹拌作用には適していな
い。制限された撹拌作用のためのポンプ出力が著しく大
きいので、電力消費も著しく高くなってしまう。ポンプ
出力は、確かに回転数制御によって、必要な撹拌作用に
適合させることができるが、しかしこのような回転数制
御には手間が掛かる。さらに、規定の空気量とそれぞれ
の容器の大きさに関連したポンプ循環出力とをエアレー
ションに十分に調和させることは困難である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
で述べた形式の装置を改良して、ガス取り入れの点から
見ても、液体のポンプ循環の点から見ても経済的に有利
な特性が確実に得られるような、選択的に、ガスを液体
に取り入れることにより液体のエアレーションを行なう
か、またはガス取り入れなしにこの液体を撹拌する装置
を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の構成では、ロータの各星形アーム相互間の楔
状領域に、ガス流出開口から流出するガス流と、液体供
給部の流れとを分離するためのガイド壁が設けられてい
るようにした。
【０００６】
【発明の効果】ガス供給導管が遮断されると、冒頭で述
べた形式の装置の電力消費は、理論上の計算と比べて予
想以上に著しく増大する。それというのは、ガス供給導
管が遮断されると、ロータに強められた吸込み力が生じ
るので、ロータによって循環させられた液体が、ガス流
出開口を通って中空のロータ内に吸い戻されるからであ
る。これに対して、本発明による装置の場合、ロータの
各星形アーム相互間の楔状領域に設けられたガイド壁に
よって、今やガス供給導管遮断時におけるロータへの液
体の吸い戻しが十分に阻止されるので、ガス取り入れな
しで液体をポンプ循環させるための電力消費は僅かにし
か増大しない。これにより、ガス取り入れのための駆動
装置の経済的に適当とは言えないような過大寸法を甘受
することなく、液体循環の電力消費に合わせてロータの
駆動装置を構成することができる。ガス流出開口が液体
に対してシールドされることによって、この液体はガイ
ド壁の前記ガス流出開口とは反対側にしか流入しない。
この液体はその都度の要件に応じて、軸方向に上方から
または下方から吸い込むことができる。しかし両端面か
ら吸い込まれることはない。
【０００７】ガス流出開口からのガス流と液体供給部の
流れとの間に位置するガイド壁により、ガス供給導管が
開放された状態において、ガスと液体との混合はステー
タ領域に一層変位して行なわれる。しかしながらこのこ
とが、ステータから吐出された液体中のガス泡の微細な
分配に対して不都合な作用をもたらすことはない。
【０００８】ガイド壁を流れ技術的に有利に配置するた
めに、ロータの前記液体供給部に向いた端面の領域で星
形アームの後方の側面に接続されたガイド壁が、周方向
において、ロータの他方の端面に向かって傾斜して延び
ており、ロータ高さの少なくとも半分の高さにわたって
延びていてよい。ロータの各星形アーム相互間の楔形領
域に軸方向に流入する液体は、これらの楔形領域に設け
られたガイド壁に沿って変向され、ステータの流れ通路
に吐出される。ガイド壁が、液体流入方向に相当する傾
斜角を成して周方向に延びていると、特に有利な特性が
得られる。このような流入方向は、液体容器の充填高さ
に関連した、ロータに流入する液体の軸方向速度と、ロ
ータの回転速度とから形成されている。いずれの場合に
おいても、ステータの流れ通路に流入する相応の液体流
が保証されるようにしなければならない。このことは、
ガイド壁長さを、ロータ高さの少なくとも半分の高さに
わたって形成することを必要とする。事実上、ガイド壁
は通常ではロータ高さの大部分にわたって延びている。
【０００９】有利なシールド効果を達成し、ガス供給導
管が閉鎖された場合に中空のロータに液体が吸い戻され
るのを阻止するために、ガイド壁は、ロータの各星形ア
ーム相互間の楔形領域においてガス流と液体流との十分
な分離を確実に行なわなければならない。これを目的に
して、ガイド壁の外縁部が、ロータを取り囲むように設
けられた外筒に沿って延びているので、ステータへのガ
イド壁の相応の接続が生ぜしめられる。
【００１０】ガス取り入れなしに液体循環を行なうため
の電力消費に合わせてロータ駆動装置を構成すること
は、選択的に嫌気性の液体撹拌を行なうか、またはエア
レーションを行なうために、同じロータ回転数を用いて
装置を運転することを可能にする。このことは、特に簡
単な構造条件をもたらし、両運転形式のための良好な駆
動運転を確実にする。このことに関連して、液体容器の
所定の充填高さにおいて、前圧なしではガスを吸い込む
ことができないようにロータの回転速度を一般的に選択
することが考慮されなければならない。ガス取り入れを
目的として、供給しようとするガスのための選択された
前圧いかんでは、液体循環のための電力消費のほぼ０．
７倍の電力消費が生ぜしめられる。
【００１１】電力消費を低く保つためには、多くの液体
量が低い速度で運動させられなければならない。これに
より、できる限り低いロータ回転数とより大きいロータ
寸法とが要求される。このような要求を満たすために
は、ロータの回転数が最大６００ｒｐｍ、有利には１５
０〜５００ｒｐｍであることが望ましい。
【００１２】液体容器の底面にわたってガス分配が不均
一に行なわれると、ガス量がより多く存在する範囲で
は、比較的大きな液体流がガス上昇作用によって生ぜし
められることに基づき、液体におけるガス泡の滞留時間
が短くなり、ひいてはガスと液体との相互作用が小さく
なる。従って、容器横断面にわたる特に均一なガス分配
を行なおうとしなければならない。このことを目的とし
て、ステータの流れ通路が、上方に向いた分配開口を有
する接続された分配管によって延長されてもよい。これ
らの分配管によって、ガス・液体混合物のための一層大
きな吐出幅が生ぜしめられる。上方に向いた分配開口
は、分配管全長にわたって分配されたガス流出を可能に
する。微細なガス泡が１つにまとまってより大きなガス
泡になることが分配管内部において阻止される。ガス取
り入れなしの純然たる液体吐出の場合にも、液体の一部
が分配管から、設けられた分配開口を通って漏れ出る。
このことは分配管の長さ領域における制限された撹拌作
用に有利に働く。
【００１３】分配管における圧力は外方に向かって減じ
られ、エアレートしようとする容器面が同時に増大され
るので、分配開口の貫流横断面は、管全長にわたって外
側の端部に向かって増大されてよいので、ガス取り入れ
時には容器横断面にわたる一様なガス分配が保証され、
ガス取り入れなしの液体循環時には、制限された撹拌作
用が保証される。これと相俟って、分配開口が分配管の
上面に設けられた長手方向スリットから成っていると、
特に簡単な構造特性がもたらされる。
【００１４】
【実施例】以下に本発明の実施例を図面につき詳しく説
明する。
【００１５】図１〜図３に示した実施例によれば、エア
レーションまたは嫌気性の液体撹拌を選択的に行なう装
置は、主として、鉢状の液体容器２の底部１に設けられ
たフレーム３と、ロータ６を取り囲むステータ７とから
成っている。フレーム３は、ロータ６を駆動するための
ロータ軸５を備えた歯車モータ４を支持している。ステ
ータ７は、２つの環状板８の間に流れ通路９を形成して
いる。図２から判るように、これらの流れ通路の軸線は
ロータ６の回転方向において、所属の半径に対して傾い
て延びている。ロータ６は中空に形成されており、星形
アーム１０を備えた星状の形状を有している。これらの
星形アームの、ロータ６の回転方向において後方の側面
１１が有利には軸方向平面内に延びており、ガス流出開
口１２を形成している。ロータ６の中空室は、ロータ６
の下端面に設けられた少なくとも１つの貫流開口１３を
介して、ガス接続ボックス１４に接続されている。この
ガス接続ボックスにはガス供給導管１５が開口してい
る。取り入れようとするガス１６、一般的には空気は、
図示されていないブロワを介して前圧下で、ガス接続ボ
ックス１４を通してステータ下側に導入される。これに
対して液体供給部は、流れの矢印１７によって示したよ
うに、ステータ上側に設けられている。
【００１６】このような種類の公知のロータとは異なっ
て、各星形アーム１０相互間の楔状領域にはガイド壁１
８が設けられている。これらのガイド壁は、少なくとも
ガス流出開口１２の領域において、矢印１７で示したよ
うに上方から流入する液体容器１からの液体と、ガス流
出開口１２から流出するガス流１６との分離を生ぜしめ
る。ロータ６の各星形アーム１０相互間の楔状領域に流
入する液体と、吸い込まれたガスとの緊密な混合は、主
としてステータ７の流れ通路９内部で行なわれる。これ
らの流れ通路９を通って、ガス・液体混合物が吐出され
る。
【００１７】ガス・液体混合物のための有利な放出条件
を確実に得るためには、ステータ７の流れ通路９に分配
管１９が接続されてよい。これらの分配管は上側に、長
手方向スリットの形の分配開口２０を有している。この
長手方向スリットは、分配管の外側の端部に向かって拡
張されている。従って、流れ通路９から出たガス・液体
混合物は分配管１９内部でさらに案内される。図１の矢
印２１によって示されているように、長手方向スリット
を通って、ガス泡が分配管の全長にわたって分配されて
容器液体内で上昇する。このような手段によって、容器
液体における微細なガス泡の均一な分配が、分配管１９
の半径方向長さの領域全体にわたって行なわれることが
可能になる。これらの分配管は簡単な組付けのために、
水平方向の横方向軸線を中心にして、ステータ７に上方
旋回可能に枢着されていてよい。なおこのような機構
は、見易くするために詳しくは図示していない。
【００１８】図示の装置により、例えば脱窒のために有
利な、ガス取り入れなしの液体循環を達成するために
は、ロータ６を介してもはやガスが吸い込まれないよう
に、ガス供給導管１５に接続された弁２２を閉鎖すれば
よい。ガス供給導管１５が閉鎖されると中空のロータ６
における吸い込み作用が強められることに基づき、大量
の液体が後方の側面１１に設けられたガス流出開口１２
を通ってロータに吸い込まれ、さらにこのロータによっ
て循環することにより、ガス取り入れなしのポンプ作用
のための電力消費が著しく増大してしまうのを、ガイド
壁１８が阻止する。このことは図６の特性線からよく判
る。このような特性線は所定のロータに対して、ロータ
駆動装置の電力消費量と取り入れられたガス量との関係
を示したものである。案内壁１８を備えたロータと案内
壁なしのロータとの互いに異なる特性が対比させられて
いる。案内壁１８なしのロータにおける特性を示した特
性線ａから判るのは、ガス取り入れが増大するにつれて
電力消費が著しく低下することである。これに対して、
ガイド壁１８を備えた同じロータにおける特性線ｂは、
著しくより扁平な特性を有している。このことから判る
ように、特性線ａに比べて、ガス取り入れなしの（エア
レーション率＝０ｍ3／ｈ）液体循環のための電力消費
が著しく少ない。エアレーション率が高くても、より有
利な特性が得られる。
【００１９】ガス流１６と液体流（矢印１７）との適宜
の分離を確実に行なうことができるように、ガイド壁１
８は、ロータ６の前記液体供給部に向いた端面の領域
で、後方の側面１１に接続されており、ロータの他方の
端面に向かって周方向に延びている。特に図２から判る
ように、これらのガイド壁１８の外縁部２３は、ロータ
を取り囲むように設けられた外筒に隣接していると有利
である。
【００２０】流入する液体からガス流出開口１２をシー
ルドすることが必要なので、液体供給はロータ６の両端
面のうちの一方からだけ行なわれる。この液体供給を上
方から行なうか、または下方から行なうかは、その都度
の要件に応じて選択することができる。ロータへのガス
供給は任意に、つまり両端面から行なうこともできる。
図１〜図３に示した実施例によれば、ガスは下方から供
給されて、液体は上方から供給され、ロータ駆動装置は
ロータ６の上方に設けられている。従って、ガイド壁は
ロータ回転方向とは反対の方向に、下方に向かって傾斜
している。
【００２１】図４は図１〜図３に示した機構に対応する
機構を示している。しかしながら、図４に示した機構の
場合、液体供給は下方から行なわれる。これに対して、
ガスは上方からロータに流入する。従って、ガス接続ボ
ックス１４はロータ軸５によって貫通されている。この
場合、ガイド壁１８は、ロータ回転方向とは反対の方向
に、下端面からロータの上端面に向かって上方に向かっ
て傾斜していなければならない。これにより、ガス供給
導管１５が閉鎖された場合に液体が中空のロータに吸い
戻されるのが阻止される。図５には、さらに別の実施例
が示されている。この実施例の場合、ロータ軸５が容器
底部２４を貫通しており、ステータ７が直接に容器底部
に載置されている。従って、ガス供給も液体供給も上方
から行なわれる。これらのガイド壁は、上方からの液体
供給のために、ロータ回転方向とは反対の方向に、下方
に向かって傾斜されている。
【００２２】９．１ｍの直径と６．３ｍの充填高さとを
有する円筒形の排水容器を８４０ｍ3／ｈの空気でエア
レートするために、ロータが５４０ｍｍの外径と８５ｍ
ｍの高さとを有するような、本発明による装置が使用さ
れた。ステータは、９０ｘ１００ｍｍの方形の横断面を
備えた１０個の通路を有している。このステータの外径
は１０５０ｍｍである。これらの流れ通路は、２ｍの長
さの分配管によって延長されている。これらの分配管
は、一貫して延びる１０ｍｍの長手方向スリットを備え
ている。取り入れようとする空気の前圧は、ブロワによ
って４５３ｍｂａｒになる。２２ｋＷの定格出力を有す
る歯車モータによって、ロータが３４６ｒｐｍで駆動さ
れる。８４０ｍ3／ｈの空気が供給されて、排水容器の
底面にわたって均一に分配される。ガス・液体混合物の
濃度は７０６ｋｇ／ｍ3である。エアレーション装置の
電力消費量は１５．１ｋＷであり、ブロワの電力消費量
は１５．３ｋＷであるので、合わせて３０．４ｋＷの電
力消費量が生ぜしめられる。取り入れられた酸素量は７
２．８ｋｇ Ｏ2／ｈである。このことから計算して、
２．３９ｋｇ Ｏ2／ｋＷｈの酸素量が得られることに
なる。
【００２３】ガス取り入れなしの液体循環に切替るため
には、ブロワを取り外してガス供給導管を閉鎖すればよ
い。ロータの回転数が等しい場合、２１．６ｋＷの電力
消費量において、１８６０ｍ3／ｈの量の水が供給され
る。この量は、スラッジを排水容器内で浮遊させておく
のに十分であり、しかもこの場合、嫌気性の窒素析出に
とって不都合な形式で水表面を動かすことをせずに済ま
すのに十分である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による、エアレーションまたは嫌気性の
液体撹拌を選択的に行なう装置を部分的に破断して示し
た部分側面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った概略的な断面図で
ある。
【図３】本発明による装置のロータを拡大して簡略に示
した斜視図である。
【図４】ロータの変化形を示した軸方向断面図である。
【図５】図４に示したロータの別の変化形を示した図で
ある。
【図６】ロータ駆動装置の電力消費と、ロータがガイド
壁を備えている場合と備えていない場合のそれぞれの吐
出空気量との関係を示した特性線である。
【符号の説明】
１ 底部、 ２ 液体容器、 ３ フレーム、 ４ 歯
車モータ、 ５ ロータ軸、 ６ ロータ、 ７ ステ
ータ、 ８ 環状板、 ９ 流れ通路、 １０星形アー
ム、 １１ 側面、 １２ ガス流出開口、 １３ 貫
流開口、 １４ ガス接続ボックス、 １５ ガス供給
導管、 １６ ガス、 １７ 矢印、１８ ガイド壁、
１９ 分配管、 ２０ 分配開口、 ２１ 矢印、
２２弁、 ２３ 外縁部、 ２４ 容器底部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カール ゴロープ ドイツ連邦共和国 ボン イム ブーヘ ングルント １ (56)参考文献 特開 平４−306394（ＪＰ，Ａ)

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エアレーションまたは嫌気性の液体撹拌
    を選択的に行なう装置であって、液体容器の底部領域に
    配置された、鉛直方向軸を中心に回転可能に支承された
    中空の星形のロータが設けられており、該ロータの中空
    室が端面で、ガス供給導管に接続されており、ロータが
    星形アームの、回転方向に対して後方の側面にガス流出
    開口を有しており、ロータの両端面の内の一方に液体を
    供給するための液体供給部が設けられており、さらに、
    ロータを取り囲むステータが設けられており、該ステー
    タが、生成されたガス・液体混合物のための流れ通路か
    ら成っている形式のものにおいて、ロータ（６）の各星
    形アーム（１０）相互間の楔状領域に、ガス流出開口
    （１２）から流出するガス流（１６）と、液体供給部
    （１７）の流れとを分離するためのガイド壁（１８）が
    設けられていることを特徴とする、エアレーションまた
    は嫌気性の液体撹拌を選択的に行なう装置。
  2. 【請求項２】 ロータ（６）の前記液体供給部（１７）
    に向いた端面の領域で、星形アーム（１０）の後方の側
    面（１１）に続いて設けられたガイド壁（１８）が、周
    方向において、ロータ（６）の他方の端面に向かって傾
    斜して延びており、ロータ高さの少なくとも半分の高さ
    にわたって延びている、請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 ガイド壁(１８)の外縁部(２３)が、ロー
    タ（６）を取り囲むように設けられた外筒に沿って延び
    ている、請求項１または２記載の装置。
  4. 【請求項４】 ロータ（６）が、ガス供給導管（１５）
    の選択的な開放時または閉鎖時に、等しい回転数で回転
    する、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
  5. 【請求項５】 ロータ（６）の回転数が最大６００ｒｐ
    ｍである、請求項１から４までのいずれか１項記載の装
    置。
  6. 【請求項６】 ステータ（７）の流れ通路（９）が、接
    続された分配管（１９）によって延長されており、該分
    配管が、上方に向いた分配開口（２０）を有している、
    請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
  7. 【請求項７】 分配開口（２０）の貫通横断面が、管全
    長にわたって、分配管（１９）の外側の端部に向かって
    拡大されている、請求項６記載の装置。
  8. 【請求項８】 分配開口（２０）が、分配管（１９）の
    上面に設けられた長手方向スリットから成っている、請
    求項６または７記載の装置。
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