TW482744B - Process for enriching a liquid with oxygen and apparatus for enriching a liquid with oxygen to an oxygen concentration of at least 40 mg/l. - Google Patents

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五、發明説明（ 發明範疇 本發明有關充氧水及其他液體之改良裝置及以該裝 ;充氧作用之方法。 發明背景 在工業產1上已知最有效以氧飽和水之方法及裝置為 描述於國際專利申請案W0 95/29130。（美國專利申請案 第08/411，708)。依此已知方法，水引至密封之在氧壓下濃 縮容器中，水經由流經多個系列盤再區分並在約達5…6〇 mg/彳氧溶解於水之前在於流動時與氧接觸。此已知方法及 裝置運作非常良好，但仍需開發一高容量、較小及較低成 本及可攜帶式裝置以能在工業量下產生超充氧水，其含有 更多氧及可保留溶氧較已知方法較長時間。 有效的生物補充需要高速率之氧氣使用，但在地下水 之氧的補充非常緩慢《因此，即使當在生物補充進行開始 前在水中完全通氣，在污染系統中之氧量通常快速用盡。 生物補充之方法可能較為有效，若氧量在地下水充氣後可 維持一較長時間。此意指較高濃度之溶氧及較低之由水之 氧脫氣作用。 地下水污染控制努力通常集中在使用不同，，泵及處理，， 方法，其僅滿足有限的成功，同時非常昂貴及耗費間。目 前存在之生物補充之後序發展，亦已知為原位或被動補充 作用，為較有成本效益之處理，且為目前地下水處理技術 之最快速部份。大部份生物補充位置利用有氣微生物以降 解污染物。在部份狀況中，污染物本身為主要基質。但， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、τ· ▼線丨 -4- A為大4伤合成有機化學物對生物降解之抗性，微生物通 常需要額外之食物源,”烷或甲醇以利用污染物。在任 可狀況中，微生物需要過量溶氧以維持促進生物降解所需 之有氧狀況。 、至目前之經驗說明適當溶氧量的維持對生物補充計劃 為較大m其提出較大之溶氧量，則較大且較快速之 處理。由美國空軍在1992年行之研究發現約35 mg/ €溶氧 量之原料水，纟1 5G小時内可獲得二氯甲烧之8()%還原。 於1993年於實驗室之研究中發現在二氯乙烯在二星期内可 由注射約25 mg/ γ溶氧之地污染地下水可還原約％%。係 溶氧之生物補充操作最佳可緩慢證明，最差為完全不成 功。例如在1993年另一實驗中，其提出約18 mg/ γ之氧量 在12天產生少量或未還原二氯甲烷。 在過去已使用四種不同方法以將氧氧引入蓄水池：空 氣喷霧、電解、過氧化氫及表面通氣。其等皆有限制。在 蓄水池例子中空氣噴霧涉及將井浸入蓄水池以提供地下水 及大氣間之接觸。但此產生與在冷水中天然產生之約ι〇_ΐ4 mg/ ^相比非常之氧量。電解並未發現可提供實際、真實 之應用，因為僅可獲得高達16mg/^之濃度，但同時生物 降解之微生物將實質減少。過氧化氫在一開始似乎認為可 行，因為氧可在1:2之比例下產生，且為需要之過氧化氳 之濃度二倍以達可獲得之溶氧量。再者，過氧化氫對生物 降解微生物產生毒性且導致的泡沫及死亡的微生物將阻塞 注入井。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 482744 五、發明説明（3 A7 B7 最佳已知之選擇為地面上通氣用，其中一部份水地下 ，栗出，以空氣或純氧通氣，並注入蓄水池。當使用純氣 氧夺’在1992年已獲得約35mg/^之溶氧量，但其在再進 入蓄水池時被稀釋。 —在生物活性及高氧量間可建立一直接關係，較低溶氧 量則活性立刻下降。此觀察清楚說明對促進生物補充以達 最適宜速率下對較高溶氧量的需求。 充氧水當曝於室壓下時將逐漸失去溶氧，其量高於可 在大氣壓力平衡動能下維持的量（約1〇_12 mg/ 本發明之描沭 本發明之目的在於產生具有較高溶氧之富含氧之水且 可於水中維持較長時間之溶氧，較如在習知技術已可行 的，提供較小、較低成本及較易攜帶之裝置以便以工業 知此超充氧水，且提供用於此超充氧水之改良應用。 本發明之另一目的為使目前不能取得之溶解於水中 氣氧量可工業量、連績的產生，其具有良好溶氧量之保持 度且實質減少成本。 如在本說明書及申請專利範圍全文中所用，，，水，，一詞 亦意指任何可超充氧之液體，包括加味水及其他吸收之飲 料。 本發明為改良使水富足氧之方法，其中水經由水入 導入密封富足空間，氧經由氧氣入口導入至富足空間之 t，且稍後回收富今氧之水，其特徵在於包含湍動混合 之富足空間，在回收富含氧之水前，水經由湍動混合器 製 空 水 器 .............«裝----- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -、可| 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 482744 A7 B7

五、發明説明Q 氧接觸以將氧併入水中。 本發明進一步包括使水富足氧之改良裝置，其裝置具 有一水入口，及氧入口，一密封富足空間，及一充氧水之 出口，其特徵在於包含具有氧入口及湍動混合器之富足空 間。

本發明之方法為消除大部份生物補充及其他有氧製程 中任何之溶氧不足，因而減少有效點處理之時間及成本。 本發明之裝置及方法可迅速將超過65 mg/^之溶氧量之水 注入污染的地下水中。純氧可在約4〇 psi注入，合宜為在 約50至約500 Psi之壓力，莫每天可處理超過50,000加侖。 訂 本發明可在較低流動速率及/或以設計用於較高輸出 之裝置可獲得較高之溶氧濃度。此一較高輸出可由例如藉 由增加氧壓力及/或藉由提高混合容量，例如使用較大之 混合器、或以串聯連接數個混合器。 再者’如在說明書及申請專利範圍全文中使用之，，湍 動混合器’’意指一裝置，通常為一延長管、圓柱狀或任何 其他具有中空内部之橫切面元件，其包含閥或其他流向導 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 向元件以在其中引起湍流而在於裝置内流動之液體產生混 合效果。湍動混合器可合宜為一靜態混合器，其中流向導 向元件為在一穩定或固定位置，或一動態混合器，其中該 凡件之部份或全部為自由轉動或以驟動裝置轉動以強化混 合作用。 驚訝地發現由前述美國專利申請案第〇8/411，7〇8號製 備之水可產生溶氧量約60_65 mg/ € ,其在約24小時内可達 482744 A7 B7 五、發明説明‘ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 到大氣平衡量約10-12 mg/ β，依本發明使用四個簡單串聯 之動態混合器充氧之水，當最初含有約7〇 mg/，時，在約48 小時將逸散至平衡量。減緩氧逸散之原因未知，但依本發 明之方法及裝置產生不僅較高氧濃度，且更重要的為將減 緩氧逸散至由本發明製備之水的圍氛中，約為依習知技術 之速率的一半。相信完全的混合可導致較大量的氧完全溶 解於水中’其可能為減緩氧脫氣逸散之原因。 相信使用本發明可獲得實質較高之高於70 mg/，之溶 氧量，如藉由流率之較慢餵料及/或改良整體混合效率， 如使用並聯之混合器及/或使用動態混合器，其中轉動混 合器元件以強化混合效率。 因為預期在圍氛狀況中溶氧之逸散增加如同加入之溶 氧量（平衡量），非常可能發現在高於溶氧濃度（平衡量）於 氛圍下氧增加量的逸散快至使在工業量產上之成本及作用 無法與併入如此高之氧量的優點配合。此對高度充氧水或 其他飲料之密封瓶為不需要的，因為其可在壓力下維持氧 量於無限。但此平衡量預期相當高至約70 mg/ €濃度，此 為目前在工業量產上慣常獲得者，為依本發明以相對少量 努力可得。 在處理地下水的狀況中，高度充氧水即刻再注入注水 井中上梯度煙流。當注入作用在注入井中低水量數尺下 時，在大氣與水之界面的任何湍動可保持至最小。基本上 充氧水在注入後數小時因緩慢的流動速率以實質最小的端 動穿透至周圍多孔介中。一旦高度充氧水穿透污染之蓄水 請 先 閲 面 之 注 項

頁 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇><297公釐） • I482744 A7 ______B7_ 五、發明説明丨) 池’預期非常少量氧脫氣此歸因於液壓、低速度非湍動流 動狀況及溶解氧之快速微生物利用性。因此，大部份氧為 用於微生物呼吸，而不是由孔洞脫氣。 依本發明預期依操作參數由約35至約llOmg/ f氧可併 入水中。基本上，依本發明使用四個靜態混合器管裝置， 每一具2” ID者可合宜地每天產生100,000加崙的水。本 發明之範圍包含提供數個湍動混合器，各湍動混合器具有 一約0.5"至約5"之内部直徑。在水輸入的氧可在一大範圍 中調整如可獲得約65至約70 mg/ β之溶氧濃度。 本發明適用於所有對氧產生高需求之廢水。然而，本 發明之方法及裝置亦適用於需氧方法及其他如較佳使用含 氧液體之治療方法的方法中。 如在全文及申請專利範圍中，所謂，，需氧方法，，大致包 括所有化學及微生物方法，其中該方法為在氧存在之液態 介質中進行或促進。如在全文及申請專利範圍中，所謂，， 治療”方法涉及生體或其部位以含有溶氧之液體載劑處理 之充氧處理。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 合宜之需氧方法，其可使用本發明之充氧水，包括 例如目前在水内打入氣泡之充氣方法，及在污染（如以石 油產品）表面或地下水之原位或另位之生物補充方法；廢 水，污泥，及動物廢棄物處理，二者皆以固定膜及懸浮生 長方法；萎縮湖之恢復；生物需氧量（B〇D)測定技術；乾 淨水的農業養殖（如魚池）；厭氧方法之異味抑制；及以過 濾或沉降以除去溶解污染物（如以及Mn離子）之不溶部 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4祕（21〇><297公石 五、發明説明Q ) 份。 由本發明所充氧之液體在容器中可保持特別良好氧保 持度，發現此些液體之特別有利於需要使用。依本發明之 另特徵，此充氧液體可有利地做為所有種類醱酵方法之 醱酵液體，如以微生物之藥品製備或食品加工。 微生物如細菌在同化或裂解廢棄物之方法中消耗主 要氧量。氧引入生物質量之速率為在如何迅速以充氧作用 達到裂解之主要因素。以已知方法技術的問題為以充氣引 入氧為高度無效率，因為空氣僅含有21%氧，故充氣機使 用79 /〇之能量為浪費的用於泵入無用之氮。因此，依本發 月在此而氧方法中使用兩度充氧水可預期約五倍之效率， 且因此亦可獲得同樣範圍之能量有效改良。因此，以具 40-50 mg“氧之水注入與一般7_1〇 mg“氧含量之水相 較，可允許相當較有效及更快速之充氣作用且稍高於當以 傳統使用具有2〇%氧含之空氣的氣泡充氣器。再者，因為 水之平衡氧量用盡，其溶氧量快速減少。 合宜之治療方法，其中有利地使用本發明製得之水， 包括例如增加血液及組織中之氧含量；傷口之氧化作用以 增加癒合速率及滅少感染；氧化器官移植貯存介質；腫瘤 氧化作用以利於放射性治療及化學治療；以氧血液療法； 在肺功能不足中以充氧液體之肺分流；一氧化碳中毒，·口 部清洗，局部處理介質，包括化粧品；隱形眼鏡處理溶 液；及細胞級治療應用。 測定八個不同年齡及性別之測試體之血氧量及其心跳

-10- 482744 A7 一--— B7 _____ ‘ 五、發明説明ζ ) — — -~— 率。每-測試體喝下1/2及3/4升之高度充氧水。在攝入 後觀察肺功能分流-段短時間，平均血氧量增加約3〇%， 可觀察到平均約1〇%脈動速率降低之附隨心臟減緩效果°。 由本發明所充氧之液體在容器中可保持特別良好氧保 持度，發現此些液體之特別有利於治療製品。依本發明之 另一特徵充氧液體可做為生理食鹽水等張溶液之溶劑特 別是當保存在密封殺菌容器中。 若需要，依本發明處理之水亦可藉由加氣體如二氧化 碳而起泡。若在氧溶解於水後再加入二氧化碳，則其將取 代部份溶解氧。然而已發現加泡液體在加入二氧化碳後， 可進一步富化氧至一實質量。即使較多的氧可溶解於水 中，富含氧之水可在富足氧處理時冰凍，但部份之冰凍或 全部缺少冰凍可由使用較高之氧壓如約5〇 psi或更高取 代。 以本發明之裝置在一實驗魚池充氧水，其不需要維持 南度氧量，但維持溶氧濃度約9_12 mg/ A此需要電力之成 本約母小時8分錢’且全部產生之每公斤之溶氧79分錢。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 在另一實驗中處理高濃度甲酸酯/乙酸酯工業排放廢 水流’其具有大約生物需氧量（B〇D=10,000 mg/ 成功 的處理以使廢水流之需氧生物降解即使方法最適化前在少 於3小時之密集處理下可得總有機碳量8〇%還原。因此， 使用本發明之裝置及方法可導致一非常便宜及非常有效之 技術。 因此，證據顯示本發明比氣體喷霧、電解、過氧化氫、 本紙張尺度適财關家鱗（CNS ) Α4· ( 21()><297公餐） •11- 482744 A7 _____ B7 五、發明説明（ρ ) 泵入、及其他習知技術已知之方法更適於充氧及超充氧液 體。 在依本發明製備之充氧水之氧濃度可由ΑΤΙ 〇Η〇η Analytical Technology公司出售 2M〇del 83〇&M〇del 84〇 /谷氧计量汁測定。當二計量計位於相同位置，其用以比較 滿意關聯之結果。 圖式之簡單据诚 本發明參考所附圖式以詳述之，其中 第1圖為本發明裝置之側面圖與部分立體圖； 第2圖顯示四個組合之鉍動混合器元件； 第3圖為氧混合計量計之側面圖； 第4圖為圖示動態混合器； 第5圖為圖不串聯滿動混合器；及 第6圖為圖示並聯湍動混合器及串聯連接之並聯混合 器。 I明之詳細描诚 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 第1圖顯示本發明之氧飽和裝置。水由適合15吋〇D 吕之入水口 1引入。充氧水由系統經由適合1忖0D管之出 口 3排出。此水可經由入口 ！由水主要或水供應槽（未顯示） 或其相似物導入。水合宜地通過籃狀濾器5以除去任何固 體Θ染物特別是若起始水為廢水或再循環水。經籃狀濾器 5水通過泵7，其進一步將水以均一壓力餵入裝置中。 當在出口 3移出之充氧水為週期性的移出如當充氧水 為瓶裝，當出口 3之流動停止，一回流壓力調節器9開啟並 本紙心度適用中涵石準(CNS )八4祕(21〇χ;7公釐)-------- -12- 482744 A7 B7 五、發明説明Q ) 沿虛線所示之路控再循環至輸入水或至合宜之輸入水供應 槽。當在出水口 3之水壓大於臨界點時，回流壓力調節器9 關閉，且水經由裝置入口 11及確定單一流動檢測閥13泵入 充氧裝置中。泵7之操作由泵控制板15及其附帶之慣用電 路調節。 氧進入裝置在17經由文丘里混合器19產生。氧流由許 多傳統來源獲得，合宜地可由Airsep公司製造之氧產生 器。簡單之Airsep氧產生器在約50-55 psi可產生約45 ft/hr 〇2。此需要一約70 psi之泵7的輸出水壓。在較高氧輸入 壓至文丘里混合器19，泵7'之輸出水壓可能需要同樣的高. 若需要較〇2產生速率，可使用較大產率之〇2產生器，或 並聯多個〇2產生器。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 文丘里混合器19以氣泡分佈輸入氧至水中，且經由文 丘里混合器在水流中溶解部份氧量，在該處水流通過四串 聯之湍動混合器。在第1圖，前二個湍動混合器為靜態混 合器21，而後二串聯之混合器為動態混合器23。靜態混合 器21為適於由Ryan Harco公司以商標名Komax出售之2忖 ID管單元。動態混合器23相反於靜態混合器21，具有轉 動混合輪葉，其在混合器内部經由外部驅動器Μ轉動（參 考第4圖）。該等湍動混合器係以串聯連接，且各具有一約 0.75"至約2”之内部直徑。轉動混合器元件之設計及其轉 動之速度決定在動態混合器中之混合的強度。在靜態過混 合器21中發生之混合強度依引入之水壓及氧壓與内部混合 輪葉之設計特徵而定。在不同型式之湍動混合器2〗及23中 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -13- 482744 A7 B7

以不同程度進行之機械攪拌迫使氧完全併入水中。 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 由最後混合器23排出之水通過氧泡移除器25，其中一 管（未顯示）位在低於流經移除器之水平面下，且任何游 離、未溶解氧氣泡由管升起並沿虛線再循環至氧輸入Ο。 經由氧入口 17進入之氧量，包括由氣泡移除器再循環之氧 可由氧流計量計27監測。 在氣泡移除器25後，氧飽和水經由通過壓力計29至輸 出回流調節器31。輸出回流調節器31每分鐘僅有約乃加 侖之有限產量。因此，一調節分流閥33經由分流流過較 少量物料，其為過量調節_物料。此一分流之提供與使 用較高物料回流調節器相較，其為不相稱的貴，為一較 簡單及較低廉之解決方法。調節器3丨之輸出及通過分流 閥之水經出水口 3排出裝置。調節器31之角色為封閉及阻 斷大部份或全部之充氧水由出口 3流水。此在當密封富足 空間之壓力降至低於設定之下時發生，合宜約4〇psi。此 一壓力損失，例如在當太多充氧水通過出口 3時在湍動混 合器發生。在此狀況中輸出回流調節器3丨關閉以防止大 部份或仕部充氧水由系統流出。在密封富足空間之壓力 快速增加’且此造成輸入回流壓力調節器9之關閉，輸入 水開始循環至水入口 1 〇若在裝外側之任何闊的關閉，則 充氧水不能離開系統，同時輸出回流調節器3丨關閉。在 另一方面’若任何在外側閥之開啟，除了出口回流調節 器3 1 ’僅相對少量充氧水通過調節器閥33，且確保所需 之壓力在密封富足空間建立。 本紙張尺度顧t關家標準（CNS ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

-14· 五、 發明説明 Α7 Β7 第2圖顯示適當湍動混合器35之設計，其中靜態混合 器21與動態混合器2 3交替連接。混合器3 5含有多個混合 器各自含有捲繞元件。混合器在圓柱體中可轴向及交替 排列。部份元件當由混合器35入口側視之時為捲繞例 如順時針，部份其他元件可以逆時針捲繞。 第3圖為詳示文丘里混合器19，其中氧經由氧輸入1 7及在某些其他需要的點以可選擇的額外引入氧之可選擇 額外氧入口 37將氧導入系統中，及水入口 39與具有氧之 水出口 41。 動態混合器之操作原則以圖示於第4圖中，其中安裝 一動態混合器元件23以轉動於動態濾器内部，並以馬達μ 驅動。合宜地，馬達Μ之速度為可變以允許動態混合器23 之混合強度的調整。 第5及6圖為分別圖示並聯、並聯及串聯湍動混合器元 件。 請 先 閲 之 注

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訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 I紙張尺度ΙϋΤΛ家標準(CNS )八4娜（210 X297公釐） -15- 482744 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明G ) 圖式元件標號對照表 1 入水口 3 出π 5 籃狀濾器 7 泵 9 回流壓力調節器 11入口 13單一流動檢測閥 15控制板 17氧輸入 ' 19文丘里混合器 21靜態混合器 23動態混合器 25氧泡移除器 27氧流計量計 29力計 31回流調節器 33調節分流閥 35湍動混合器 37額外氧入口 3 9水入口 41水出口 Μ馬達 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（210Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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Claims (1)

1. 482744 公告本 著正 A8 B8 C8 D8 年月日

   第86110601號專利再審查案申請專利範圍修正本 修正曰期：91年〇2月 1· 一種使液體富含氧之方法，其包含經由液體入口（1) 引入液體至岔封富含氧空間、由氧入口（17)引入氧至 畨封虽含氧空間、及由密封富含氧空間之液體出口㈠) 回收富含氧液體，其特徵在於：維持該密封富含氧空 間為至少40 psi氧壓；在密封富含氧空間中設置: 具一用以將氧引入液體中之文丘里混合器（19)的密封 富含氧空間，及一包含大致管狀載面之湍動混合 (21、23、3 5);將液體及氧通過該湍動混合器，以 液體中產生湍流並溶解氧至液體中；及回收具有至 40 mg/1氧含量之富含氧之液體。 如申請專利範圍第‘ i項之方法，其特徵在於，在密封 富含氧空間提供多個並聯、串聯或並聯與串聯連接 湍動混合器。 如申請專利範圍第2項之方法，其特徵在於，該多 滿動混合器包含多個靜態混合器(21)，或多個動態 合器⑼，或靜態混合器與動態混合器之組合。 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於，在回 富含氧液體前除去未溶解氧。 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於，將 含氧液體通過-移除未溶解氧之氣泡的氣泡移除 (25)，並將該移除的氧回送至氧入口。 如申明專利範圍第5項之方法，其特徵在於，該滿動 器 在 少 (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 2. 3. 4· 5. 6. 本紙張尺度適用中國國家標準 、可| 之 個 混 收 畐 器 -17- 482744 A8 B8 C8 _____D8 六、申請專利範圍 混合器包含至少一靜態湍動混合器（21)。 7· 一種使液體富含氧至少40 mg/Ι氧濃度之裝置，其包 含具有液體入口（1)之密封富足空間、產生液體流之 裝置、一氧入口（17)、及一液體出口（3)，其特徵在於： 壓縮該密封富足空間之至氧壓為至少4〇 psi之裝置； 一置於密封富足空間之具一大致管狀截面的湍動混合 器（21、23、3 5)，以在液體流中經由該湍動混合器產 生瑞流並溶解氧至液體中；一包括該氧入口並設於該 液體入口與該湍動混合器間之文丘里混合器（19);及 用以回收具有至少40 mg/Ι氧含量之富含氧液體的裝 置。 8·如申請專利範圍第7項之裝置，其特徵在於，該湍動 混合器包含湍動混合器。 9·如申請專利範圍第8項之裝置，其特徵在於，該多個 满動混合器包含多個靜態混合器（21 )，或多個動態混 合器（23)，或靜態混合器與動態混合器之組合。 10·如申請專利範圍第9項之裝置，其特徵在於，該湍動 混合器為並聯、串聯或並聯與串聯連接。 11·如申請專利範圍第7項之裝置，其中該裝置包括一連 接至液體入口之泵（7)，其特徵在於，在泵與文丘里 /昆合器間設置一回流壓力調節器（9)，並包括一分流 以當密封富足空間之壓力上升至高於預定量時再循環 未充氧液體至液體入口。 12·如申請專利範圍第7項之裝置，其特徵在於，該氣泡 本紙張尺度適用中國國家標準（CNs) A4規格（21〇><297公釐） -18- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、可I -管， A8 B8 C8

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