WO1999033552A1

WO1999033552A1 - Melangeur vapeur/liquide et appareil d'epuration des eaux polluees utilisant ce melangeur

Info

Publication number: WO1999033552A1
Application number: PCT/JP1997/004862
Authority: WO
Inventors: Yoshiyuki Sawada
Original assignee: Yoshiyuki Sawada
Priority date: 1997-12-25
Filing date: 1997-12-25
Publication date: 1999-07-08
Also published as: EP1072304A1; KR20010033596A; CA2312996C; HK1034215A1; US6315893B1; CA2312996A1; EP1072304A4

Description

明細書気液混合装置及ぴこれを用レ、た汚水浄化装置技術分野

本発明は空気などの気体と汚水などの液体とを混合する気液混合装置、より詳しくは、汚染水に酸素などの気体を溶解させて汚濁物質を浮上させる加圧浮上法などに使用される気液混合装置及びこれを用いた汚水浄化装置に関する。背景技術

近代技術発展の副産物として発生した水質汚濁は、生活水準の向上にともなつてますます悪化の傾向にあり、このため、従来より様々な水質の浄化方法が開発されている。

その中の一つとして、いわゆる加圧浮上法が、湖沼や海域などの特に閉鎖された水域の浄化法として採用されている。この加圧浮上法は、空気を飽和溶解した加圧水をノズルまたはスリットから噴射して、急激な圧力低下により発生する小気泡を浮遊または沈殿している固形物に付着させてこれを浮上させ、生じたスカムを捕集する浄化方法である。

このような加圧浮上による浄化技術が、例えば、特開昭 5 4— 7 5 1 5 6号公報、特開平 5— 3 1 7 8 4 7号公報、特開平 8— 1 1 2 5 8 7号公報、特開平 8 - 1 3 2 0 9 4号公報などに開示されている。

特開昭 5 4— 7 5 1 5 6号公報には、水底の水圧より高い圧力下に空気を溶解飽和させた加圧水を水底に設置されたノズルから噴射して小気泡を発生させ、同時に機械的に攪拌して水底の堆積物を攪拌して浮遊させ、この浮遊物に小気泡を吸着させてこれを水面に浮上させ、水面上の堆積物スカムを捕集除去する水底の浄化法が開示されている。差替え用紙（規則 26) また、特開平 5— 3 1 7 8 4 7号公報には、供給管先端の圧力弁を被処理部に位置づけ、加圧ポンプにより汲み上げた原液とコンプレッサからの圧縮気体とを同時に気液混合手段に供給することで、微細な気泡の発生を可能にした浄化装置が開示されている。

また、特開平 8— 1 1 2 5 8 7号公報には、特開平 5— 3 1 7 8 4 7号公報に開示された浄化装置を改良したものとして、汲液管の先端と放流管先端の吐出弁とをともに被処理部の液中に位置させ、ポンプ手段を駆動させて被処理部の原液を気液混合手段に供給するようにしたものが開示されている。これによつて、原液に給気手段により供給される気体が混合されて液体中に気体が完全に溶解されるようになる。

さらに、特開平 8— 1 3 2 0 9 4号公報には、気体溶解液の排出量を大きく、また微細気泡の排出量に占める割合を大きくするために、噴出孔群の外側に気体溶解液の供給側と反対側とのいずれか一方が開放されて排出口が形成され、かつ噴出孔群から噴出した気体溶解液が衝突する外筒が設けられた微細機構排出装置が開示されている。

このように、加圧浮上法に使用される浄化装置には従来から様々な改良が加えられているが、加圧浮上法で最も重要なことは、小さい気泡をいかに多く溶液中に溶解させることができるかであるとされている。一般に、加圧浮上法では、気泡が均一で粒径が小さければ小さいほど吸着率が高く、かつ静かに浮上し、しかも上層ではパブリングしないため、吸着されたフロックや浮遊物を壊すことなく回収できる。

しかしながら、上記装置はいずれも気体と液体とを混合するために、加圧ボンプとは別にェゼクタなどの気液混合装置を設け、気体と液体とが混合された気液を加圧ポンプに供給する構造である。このため装置全体が複雑になるばかりでなく、機械的に気体と液体とを混合するものであるため、液体に溶解させる気泡の大きさにも限界があり、したがつて浄化能力にも限界がある。差替え用紙（規則 26) そこで、本発明において解決すべき課題は、比較的簡単な構造で浄化能力に優れた小さな気泡を溶解させることができる気液混合装置、及びこれを用いた汚水浄化装置を提供することにある。発明の開示

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究の結果、加圧タンク内に空間を形成し、この空間内に好ましくはシャワー状に液体を噴出させることによって、従来のようなェジェクタなどの気液撹拌装置を一切必要とすることなく、かつ噴出された液体を、加圧タンクの液面に到達するまでの間に液面上に形成された空間に存する気体に接触させ、さらに、噴出された液体が液面に衝突する際の破砕効果によって、液体内に酸素などの気体を効率よく溶解させることが可能になることを発見したものである。

すなわち本発明の気液混合装置は、液体流出入口を備えた加圧タンクと、同加圧タンクに酸素などの気体を供給する気体供給手段と、同加圧タンク内の液面をコントロールする液面制御手段と、同加圧タンクの前記液面上に液体を放出する液体放出手段とを備えたことを特徴とする。本発明の気液混合装置でレ、う気体とは、空気、酸素、二酸化炭素、窒素など溶解可能なすべてのものを含む。

これによつて、液面上に放出された液体が、気体と液体の接触面積を広げ、液体中に気体がより溶け込みやすくなり、さらに、噴出された液体が液面に衝突する際に細かく破砕されて気体の溶け込みを促進させることができる。液体中に溶け込んだ酸素などの気体は大気中に解放される際、従来の機械的撹拌に比べ遥かに小さい 5 μ πι程度であるため、液体との接触面積が広く高い瀑気効果を発揮することができるだけでなく、水中を上昇する時間も長くなり、さらに瀑気効果を高める原因ともなる。

本発明の気液混合装置は、汚濁水の浄化装置のみならず、脱臭装置、脱気装置など、気体と液体とを混合する他の装置としても広く使用することができるもの差替え用紙（規則 26) である。

脱臭装置として使用した場合、上記したように液面に液体が衝突することによつて、「滝や急流河川で水が岩石などに激しく衝突した際に、水が***したときにマイナスイオンを多量に発生させ、微細ミストを含んだきれいな空気を生む」、レヽわゆるレナ一ド効果によって水分子中に閉じこめられた気体が一次的に不活性の状態となりガス化して脱臭される。

また、原水中に含まれる臭気成分は、処理装置に滞留する間に、直径 5 m程度の微細気泡、すなわち大きな表面積を持つ微細気泡に接触し、この気泡のストリツビング作用を受け脱臭される。この工程中において、微細気泡であるため、通常のエアレーシヨンの気泡と比べ水中に滞留する時間が長くなり、したがってストリッビング時間も長く、これによつて従来のものにくらべ脱臭効率を上げることができる。

次いで水分中に溶解したアンモニア等を脱気する場合について説明する。一般に、汚れた水にはすでにアンモニア等の酸素より溶けやすい気体が溶け込んでおり、このアンモニアを脱気するには汚れた水に酸素が溶け込む隙間を作ることが不可欠である。上記したように、本発明では、液体への気体の溶け込みを気体と液体とを機械的撹拌ではなく、液面への叩きつけによるため、液体のクラスタが破碎されて隙間が形成されて酸素などの気体の溶解が促進され、これによつて脱気が促進されることとなる。

ここで液面制御手段としては、加圧タンク内の液面を検出する液面計と、その測定結果に基づいて、加圧タンクの出入口に設けられた開閉バルブの開度、及びまたは供給される気体の圧力をコントロールする制御部からなるものを使用することができる。

加圧タンクの上面に形成される気体部分の容積は、空気などの気体を液体中により溶け込み易くするためには、加圧タンク全体の 3 0 %以上が望ましい。気体部分の容積が全体の 3 0 %よりも小さいと液体中への気体の溶け込みが少なくな差替え用紙（規則 26) る。また、加圧タンクの液面に放出される液体は、シャワー状あるいは霧状とすることが望ましい。また、この放出される液体によって、加圧タンク内の液体に渦を生じさせるようにすることによって、水面近傍の気泡が中に入り込み、さらに気体の溶解を促進することができる。

気体供給手段としては、公知のコンプレッサなどを使用することができ、また加圧タンクに供給する気体としては、汚水浄化装置用として用いる気液混合装置の場合、酸素を含んだ空気がもっとも一般的であるが、浄化能力を上げるためには、高濃度の酸素を含む気体でもよい。

また本発明の汚水浄化装置は、汚染水域内の水を汲み上げ、同汚染水に加圧下で酸素などの気体を溶解させて、再度前記汚染水域に放流する汚水浄化法に用いる汚水浄化装置であって、前記汚染水域内の汚染水を汲み上げるポンプと、同ポンプにより汲み上げられた汚染水を貯留する加圧タンクと、同タンクに酸素などの気体を供給する気体供給手段と、同加圧タンク内の水面をコントロールする水面制御手段と、同加圧タンクの水面上に前記汲み上げた汚染水を放出する汚染水放出手段と、前記加圧タンク内の水を前記汚染水域に放流する放流手段とを備えたことを特徴とする。

汚染水汲み上げ用のポンプとしては、汚泥まで汲み上げられるように、スラリ一ポンプあるいはスクリユーポンプが望ましい。

加圧タンク内の水を汚染水域に放流する放流手段としては、加圧タンクに接続されたパイプやホースなどの配管と、配管の中途に設けられた開閉バルブと、配管の先端に設けられたノズルとによつて構成することができる。ノズルは公知のものを使用することができ、配管から直接汚染水域に放流するようにすることもできる。

さらに、加圧タンク内の気体を脱気する脱気装置と、脱気された気体を脱臭する脱臭装置とを備えることが望ましい。加圧タンク内の気体を脱気しないままでいると、再び加圧タンク内の水の中に溶け込み、水が再汚染されて浄化能力を低差替え用紙（規則 26) 下させる原因になる。また、脱気された気体は、アンモニアなどの有害物を含む場合が多いので、この気体を浄化するための脱臭装置を設ける。脱臭装置としては、特にオゾン脱臭装置、フィトンチッドを用いた脱臭装置が望ましい。

本発明の装置は、特に急速濾過装置や活性炭濾過装置の前処理装置として使用することで、 B O D除去、窒素成分の除去を効率よく行うことが可能となる。すなわち、本装置内で D O改善された処理水を急速濾過装置や活性炭濾過装置へ流入させることで、濾過砂層や活性炭内層に好気性生物層を形成させることができる。この生物層には好気性及び通性嫌気性脱窒菌などを多量に含んでいることから、濾過砂と活性炭濾過を通過する間に B O D除去、窒化成分の硝化及び脱窒を効率良く進行させることができる。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明の一実施の形態である汚水浄化装置の全体図である。第 2図は、本発明の他の実施の形態の汚水浄化装置を示す全体図である。第 3図及び第 4図は、本発明方式と従来方式における溶存酸素濃度を示す図である。発明を実施するための最良の形態

以下本発明の一実施の形態の気液混合装置を用いた汚水浄化装置を、第 1図に示す全体図に基づいて詳細に説明する。

第 1図を参照して、 1は汚水中に揷入配置される原水吸い込みストレーナ、 2 はストレーナ 1に接続された加圧ポンプ、 3は加圧ポンプ 2の下流域に設けられた原水活性装置である。これらストレーナ 1、加圧ポンプ 2、原水活性装置 3は配管によって接続されており、配管の終端は加圧タンク Tに接続されている。

原水活性装置 3は汚水に磁気を与えるもので、これによつて、加圧ポンプ 2によって吸引された汚水のクラスターをばらばらの状態にして、加圧タンク Tに供差替え用紙（規則 26) 給することができるようになる。

加圧タンク Tは、酸素を溶解した汚水を貯留するとともに、ここで汚水中に酸素を溶解させるもので、従来の加圧タンクとェジェクタとの両方の機能を有するものである。材質としては、鉄やステンレス鋼を用いることができ、 l O k g f Z c m²以上の圧力に耐え得る構造とする。

上記したように、この加圧タンク Tには流入口である配管が接続され、出口には配管 P ₂が、また上部には脱気用の配管 P ₃、タンク側面にはエア供給用の配管 P₄がそれぞれ接続されている。

4は基端部が配管に接続された高圧シャワーノズルで、ノズノレ 4の放出口から 5 k g f / c m ²程度の高圧の汚水がシャワー状になって加圧タンク Tの水面上にたたきつけるように放出される。これによつて、滝や急流河川で水が岩石などに激しく衝突した際に、水が***したときにマイナスイオンを多量に発生させ、微細ミストを含んだきれいな空気を生む、いわゆるレナード効果を発揮させることができる。また、この高圧シャワーノズル 4によって加圧タンク T内の水に渦を発生させることができる。

5は加圧タンク T内の水面を検知する水面ゲージ、 6はこの水面ゲージ 5の測定結果にもとづいてタンク T内の水面をコントロールするスィツチである。このスィツチ 6は後述する加圧コンプレッサ 9に制御装置 1 8を介して接続されており、加圧タンク Tの水面を適正位置に制御する。適正な水面位置は、タンク T内上部のエアの量がタンク全体容量の 3 0 %以上となる位置で、本実施の形態では、水面がこの適正位置となるようにエアの量が制御される。

7は加圧タンク T内の圧力を測定する圧力ゲージで、これによつて、後述する加圧コンプレッサ 9をコントロールし、加圧タンク T内の圧力を 3〜5 k g f / c m²となるように制御する。

8は加圧タンク Tの上端に設けられた安全弁で、異常圧力になったときに、弁が開いて大気中に放出して、加圧タンク Tの破損を防止することができる。差替え用紙（規則 26) エア供給用の配管 P 4 には、加圧コンプレッサ 9及ぴ励起酸素発生タンク 1 0 がそれぞれ接続されており、これらを作動させて、配管 P ₄から加圧タンク T内に酸素濃度の高い高圧のエアを供給する。加圧コンプレッサ 9は水面ゲージ 5ゃスィツチ 6と連動しており、水量や加圧タンク T内の圧力変化に応じて自動的にスイッチがオン 'オフされる。

配管 P ₂は加圧タンク Tの出口 1 1に接続され、中途に開閉バルブ 1 2が設けられ、先端には吐出ノズル 1 3が設けられている。開閉バルブ 1 2を開けることによって、 3〜5 k g f Z c m ²に加圧され酸素を溶解した水が汚水中に供給され、供給水中に溶け込んだ圧縮状態の酸素が解放されて膨張し、小さな泡となる。この酸素によって、汚水中の有害物が酸化分解される。

加圧タンク Tの下端には、逆洗用の配管 P ₅が接続され、その先端は原水吸い込みストレーナ 1に接続されている。 1 4は配管 P ₅の中途に設けられた開閉バルブである。この開閉バルブ 1 4を開くことによって、加圧タンク T内の加圧水が原水吸い込みストレーナ 1を逆洗し、ストレーナ 1の目詰まりを防止する。

1 5は脱気用の配管 P ₃に設けられた開閉バルブで、タンク T内のガス濃度が一定値以上となった場合に作動し、安全の為に加圧タンク T内の気体を外部に放出する。開閉バルブ 1 5の下流側には、有害物を除去するための脱気ガス用エアフイノレタ 1 6、及び消臭装置 1 7が設けられており、これによつて、脱気ガス中の有害物及び臭いが除去されて大気中に放出される。

1 8は、上記した加圧ポンプ 2、スィッチ 6、加圧コンプレッサ 9、開閉バルブ 1 2， 1 4， 1 5、エアフィルタ 1 6などと図中の矢印 A〜Gに示すように接続され、これらをコントロールする制御装置である。

このように本実施形態の汚水浄化装置においては、加圧タンク Tの水面上に汚染水を放出する高圧シャワーノズルを備えることによって、汚染水に酸素を効率よく溶解させることが可能となり、これによつて、比較的簡単な構造でありながら、優れた浄化能力を発揮することができる。差替え用紙（規則 26) 第 2図は他の実施の形態を示す図で、池や湖、沼などへの適用例を示す。本実施の形態の汚水浄化装置の原理は第 1図のものと同様である力 S、加圧タンクを Tい T₂の 2基直列状に設けている。

同図において、 3 0は汚水浄化装置、 3 1はェジェクタ一ポンプ、 3 2はオイルフェンス、 3 3はベルトコンベア、 3 4は脱水装置をそれぞれ示す。このシステムによる浄化は、池内の汚染水が汚水浄化装置 3 0内に取り込まれ、ここで先の実施の形態で説明したように加圧下で酸素が溶解され、処理水が池内へ放流される。その際に、溶存酸素が微細気泡化する。この微細気泡 Sによって池内が浄ィ匕され、一部はスカムとして浮上する。浮上したスカムはオイルフェンス 3 2によって一定区域内に集められ、ベルトコンベア 3 3にて収集される。さらに、集められたスカムは脱水装置 3 4で脱水された後、トラックなどで外部へ搬出される。

本発明の効果を確認するために、第 1図に示す実施例品及び、比較例 1としてシャワー、水車方式、比較例 2として散気管方式、比較例 3としてェジュクタ一方式をそれぞれ用い、主として各方式による酸素吸収効率を測定した。酸素吸収効率は、 N a ₂ S 0₃溶液を酸化した吸収効率を調べる方法で測定した。

〔実施例〕

本発明の装置によると、水量 0 . 4 m ³、空気量 1 0リットル Zm i n、吐出量 3 m³ZH r、動力 0 . 6 k wの条件で、瞬間的に溶存酸素をほぼ飽和状態（a t 2 0 °C 8 . 8 4 p p m M a x ) まで混入させることができ、酸素吸収効率は 2 3 . 9 %であった。

〔比較例 1〕

シャワー、水車方式は古くから養殖などに使用されている方式で、水量 0 . 4 m³、吐出量 3 m³/H r、動力 0 . I k wの条件で、酸素吸収効率は 0 . 1 5 %であった。

〔比較例 2〕差替え用紙（規則 26) 散気管方式で水量 0. 4 m³、空気量 1 0リットル Zm i n、動力 0. 6 k の条件では、酸素吸収効率は 0. 1 7%であった。特にこの方式の場合、水深が 1 m程度で、しかも流水である場合は、非常に効率が悪かった。河川に散気管を 1 00mにわたつて並べて送気を行い、 DOの上昇試験を行った結果、実験施設通過前、通過後の DOはともに 0. 5 p pmで、なんの変化も見受けられなかった。〔比較例 3〕

ェジェクタ一方式で、水量 0. 4m³、空気量 10リットル m i n、吐出量 3 m³/H r , 動力 0. 6 kwの条件では、現在使用されている瀑気方式では最も良い結果が得られたが、酸素吸収効率は 3%であった。また実験途中より反応が停止して、最終反応まで行かなかった。これは、最初溶存酸素がゼロの状態に急激に空気を混入させたことにより、 N a ₂S〇₃が短時間で酸化反応を始めたが、 N a₂S0₃の濃度が薄くなるにつれて酸素との反応チャンスが少なくなったものと思われる。

このように本発明品によると、従来行われている他の方式（シャワー、水車や散気管及びェジュクタ一方式）と比較した場合、性能的（酸素吸収効率）には 8 〜 100倍の効率となる。

また第 3図に示すように、清水の溶存酸素を生物的にゼロとして DOを 1 p p m上昇させるのに必要な動力を比較したところ、 0. 59 kwのブロワ一では、 0. 9 KWZp pm必要であつたのに対し、本装置では 0. 3KWZp pmであり、約 60%であった。

第 4図は本発明品と散気管における DO上昇の比較図で、横軸に時間を、縦軸に溶存酸素濃度を示す。本試験では、一定時間酸素を供給した後装置を停止し、その変化も測定した。条件は同図の右下に示す。

同図で明らかなように、実施例品では短時間（1 5分）で DOが急激に飽和値に達し、装置を停止した後も飽和値で安定した。これに対し、散気管方式では、溶存酸素濃度の上昇が緩やかで飽和値には達しなかっただけでなく、装置を停止差替え用紙（規則 26) した後には停止段階の濃度 8 p p mの半分の 4 p p mまで下降して安定状態となつた。このような結果は、上記したように、気泡の径が本実施例品では 5 μ m程度と従来品にくらべ小さくしかも均質であることに起因していると思われる。本発明によって以下の効果を奏することができる。

( 1 )加圧タンクの液面上に液体を放出する液体放出手段を備えることによって、液体に気体を効率よく溶解させることが可能となり、これによつて、比較的簡単な構造で浄化能力に優れた小さな気泡を溶解させることができる気液混合装置を得ることができる。

( 2 ) 液体をシャワー状に放出することによって、気体を液体表面により効率よく溶解させることが可能となる。

( 3 ) 加圧タンクに酸素などの気体を供給する気体供給手段と、加圧タンク内の水面をコントロールする水面制御手段と、加圧タンクの水面上に汚染水を放出する汚染水放出手段と、加圧タンク内の水を汚染水域に放流する放流手段とを備えた汚水浄化装置によって、ェジェクタを必要としない比較的簡単な構造で汚水の浄化効率を大幅に高めることができる。

( 4 ) 加圧タンク内の気体を脱気する脱気装置と、脱気された気体を脱臭する脱臭装置とを備えることによって、排気する有害物質を含む気体を安全な状態にすることができる。産業上の利用可能性

以上のように、本発明にかかる気液混合装置は、汚染水に酸素などの気体を溶解させて汚濁物質を浮上させる加圧浮上式などの気液混合装置として、さらにこの気液混合装置を用いて汚水浄化装置、脱臭装置、脱気装置などとして使用することができる。

差替え用紙（規則 26)

Claims

請求の範囲

1 . 液体流出入口を備えた加圧タンクと、同加圧タンクに気体を供給する気体供給手段と、同加圧タンク内の液面をコントロールする液面制御手段と、同加圧タンクの前記液面上に液体を放出する液体放出手段とを備えた気液混合装置。

2 . 前記液体放出手段が前記液体をシャワー状に放出するものであることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の気液混合装置。

3 . 前記液体放出手段が前記加圧タンク内の液体に渦を生じさせるものであることを特徴とする請求の範囲第 1、 2項記載の気液混合装置。

4 . 前記気体が、空気、酸素、窒素、二酸化炭素のいずれかであることを特徴とする請求の範囲第 1〜 3項記載の気液混合装置。

5 . 汚染水域内の水を汲み上げ、同汚染水に加圧下で酸素などの気体を溶解させて、再度前記汚染水域に放流する汚水浄化法に用いる汚水浄化装置であって、前記汚染水域内の汚染水を汲み上げるポンプと、同ポンプにより汲み上げられた汚染水を貯留する加圧タンクと、同タンクに酸素などの気体を供給する気体供給手段と、同加圧タンク内の水面をコントロールする水面制御手段と、同加圧タンクの水面上に前記汲み上げた汚染水を放出する汚染水放出手段と、前記加圧タンク内の水を前記汚染水域に放流する放流手段とを備えたことを特徴とする汚水浄化

6 . 前記汚染水放出手段が、汲み上げた汚染水を加圧タンク内の液面にシャワー状に放出するものであることを特徴とする請求の範囲第 5項記載の汚水浄化装置。

7 . 前記加圧タンク内の気体を脱気する脱気装置と、脱気された気体を脱臭する脱臭装置とを備えたことを特徴とする請求の範囲第 5、 6項記載の汚水浄化装置。

差替え用紙（規則 26)