JP2000167367A - 気体溶解の促進装置 - Google Patents

気体溶解の促進装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 気体溶解の促進。 【解決手段】 その中を下向きに通すための水没させた
中空のドラフト管−インペラー手段組立品内に通すよ
う、バッフルの下に注入することによって、酸素その他
の気体を大量の液体に溶解する。溶解気体を含む液体
を、液体の全体に分散されるが、いかなる非溶解気体
も、効果的に回収かつ再利用される。96体積％未満の酸
素を有する酸素含有気体で用いるよう特に設計された実
施態様も、開示されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液体への気体の溶
解に関する。より詳しくは、大量の水の酸素化に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】液体廃棄物の分解は、一般的には、ラグ
ーン、地表貯水池および大型タンクでのスラリー相生物
処理法によって、低コストで達成される。そのような方
法では、廃棄物体に自生するか、または外部の発生源か
らそこに播種されてよい生物体が、廃棄物体中に存在す
る有害な有機汚染物質を消費し、より無害な物質へとそ
れらを転換する。
【０００３】そのような生物処理の目的には、好気性生
物が、概して嫌気性生物よりはるかに速く有機汚染物質
を分解することから、最も一般的に用いられる。高い汚
染物質分解率を維持するためには、そのような方法に酸
素を供給しなければならないことが認識されると思われ
る。
【０００４】表面通気は、スラリー相生物処理操作に用
い得る、一般的な酸素供給方法である。そのような表面
通気は、Haegemanの米国特許第4,468,358号明細書に開
示されている。この取組み方では、廃棄物体から空中へ
と酸素を圧送して、そこに酸素を飛沫同伴させ、溶解さ
せる。それによって、約1.14〜約1.56kg／kWh（約1.9〜
2.6lb／hp-hr）の有効酸素移動効率を達成することがで
きる。表面通気法は、ひどい起泡を生じることがあり、
廃棄物材料と周囲の空気との間の密接な接触を促進する
ため、望ましくない有機化学物質の非常に高率の空中放
出を招き得る。
【０００５】空気吹込みは、そのような生物処理の目的
で、酸素を廃棄物体に供給するもう一つの一般的な方法
である。しかし、慣用の空気スパージャーは、代表的に
は、それによって廃棄物体に注入される酸素の僅か５〜
10％の溶解を招くにすぎない。したがって、例えば、酸
素１scfmを溶解するためには、約50〜100scfmの空気を
廃棄物体に注入しなければならない。加えて、空気吹込
みは、処理しようとする廃棄物体中に揮発性化合物が存
在するときは、それに対する廃酸素および窒素の放散作
用の結果として、許容され得ないレベルの有機化合物の
放出を生じることがある。空気吹込み操作の際には、ひ
どい起泡も生じ得る。
【０００６】生物処理の目的で、空気を純粋な酸素に置
き換えるならば、空気吹込みによって達成される、同じ
溶解酸素レベルを達成するのに、はるかに少ない供給気
体量を必要とするにすぎず、その結果、空気放出レベル
の多大な低下を生じる。しかし、そのような方法を経済
的にするには、注入された純粋酸素の大部分を溶解させ
なければならない。加えて、いかなるオフガスの組成
も、ラグーンその他の廃液体に含まれる、有機化学物質
の可燃性の限度外でなければならない。
【０００７】スラリー相生物処理は、いわゆるMIXFLO
（登録商標）の取組み方では、側流スラリーをタンクま
たはラグーンから圧送し、それに純粋酸素を注入するこ
とによって実施されている。次いで、得られた二相混合
物を、パイプラインの接触装置に通し、注入された酸素
の約60％が、ここで溶解する。次いで、こうして酸素化
されたスラリーと、残余の溶けなかった酸素とを、液／
液エダクターに通すことによってタンクまたはラグーン
に再注入する。それによって、エダクター入口に残留す
る非溶解酸素の約75％を溶解して、注入された酸素の、
全体として90％の溶解を生じる。この用途に要する圧送
動力は、比較的高く、すなわち約1.2kg／kWh（約２lb／
hp-hr）の有効酸素移動効率を有する。ＵＮＯＸ（登録
商標）法は、純粋な酸素を含む頭隙を用いる、表面通気
法である。この方法および装置を用いて、約3.9〜4.3kg
／kWh（6.5〜7.2lb／hp-hr）の有効酸素移動効率を達成
することができる。この取組み方は、ひどい起泡を生じ
ることがあり、廃液は、大型のタンクまたはラグーンか
ら外部タンク反応器へと圧送し、そこで処理し、該大型
のタンクまたはラグーンへと戻さなければならない。す
なわち、かなりの圧送コストを要することが多い。
【０００８】覆われ、かつ閉じ込められたタンク装置で
同様に実施される、別の二つの取組み方は、Praxair, I
nc.のAdvanced Gas Reactor （ＡＧＲ）およびLiquid O
rganic Reactor（ＬＯＲ）の方法や装置である。ＡＧＲ
の方法および装置は、Litzの特許であるU.S.Re.32,562
の対象とされていて、らせん形スクリューインペラー／
ドラフト管組立品を反応器内で用いて、頭部気体空間か
らの酸素の溶解を促進する。インペラーが回転するにつ
れて、スラリーがドラフト管から圧送される結果、ドラ
フト管の頂部に位置するバッフルと相まって、圧送され
た液体に過流を生じ、結果的に反応器頭隙からの気体の
飛沫同伴を招く。ドラフト管の１通路内で溶けなかった
いかなる気体も、頭隙へと再循環され、再利用される。
ＡＧＲの取組み方は、約６kg／kWh（約10lb／hp-hr）の
有効移動効率を有し（約10.2〜10.8kg／kWh（17〜18lb
／hp-hr）の標準移動効率）、装置に導入された酸素の
ほぼ100％の溶解を招く。酸素はまた、ドラフト管を通
過する際に、気泡を吸収かつ破壊する。
【０００９】ＬＯＲの方法および装置は、Litzらの米国
特許第4,900,480号の対象とされていて、酸素を有機化
学物質含有液体に安全に溶解するよう設計されている。
ある種の実施態様では、水平方向のバッフルが、インペ
ラー／ドラフト管の上方に位置しているために、気液混
合するよう意図された帯域の上方に液体の静止帯を与え
る。酸素は、インペラー帯に、高い反応速度を保つのに
充分であるが、酸素レベルを有機反応器内容の可燃性の
限度未満に保つのに充分低い率で、直接注入される。Ｌ
ＯＲの取組み方は、ＡＧＲと同様に、溶解酸素１ポンド
あたりでは圧送系より少ない動力を消費し、ＬＯＲの有
効移動効率は、約６kg／kWh（約10lb／hp-hr）である。
【００１０】ＡＧＲおよびＬＯＲは、ともに、覆われ、
かつ閉じ込められたタンク装置で実施される。それらが
タンクを必要とするため、また上記のＵＮＯＸの取組み
方にはさらに起泡の問題が付随するため、当技術には、
酸素溶解の一層の改良が望まれる。MIXFLOには高い動力
の必要性が付随することを考慮すると、そのような改良
が特に望まれる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】したがって、液体への
酸素の溶解に対する改良された取組み方を提供すること
が、本発明の目的である。大量の液体への酸素の効率的
な溶解のための装置を提供することは、本発明のもう一
つの目的である。これらおよびその他の目的を念頭にお
いて、以下、本発明を詳細に説明するが、その新規な特
徴は、添付のクレームに詳しく指摘する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】インペラーまたはインペ
ラー／ドラフト管組立品は、空気／再循環気体分離バッ
フルもしくは浮遊フード手段で覆い、大量の液体に支持
させるか、または浮遊させる。気体、例えば酸素または
二酸化炭素は、バッフルもしくは浮遊フードの下で注入
され、インペラーへと吸収される。この装置は、液体を
閉じ込めるための外部タンクなしに用いられる。溶解気
体に富む液体、およびいかなる非溶解気体も、ドラフト
管の底部から吐出される。非溶解気体は、表面に向かっ
て浮遊し、該バッフルまたは浮遊フード手段によって回
収されて、インペラーまたはインペラー／ドラフト管組
立品へと再循環される。溶解気体を有する液体は、大量
の液体中に分配される。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の目的は、ラグーンその他
の大量の液体中に定置した、効率的な酸素化装置を用い
ることによって達成される。該装置は、該液体中に定置
した、閉じ込め用外部タンクを伴わず、かつ空気／再循
環気体分離バッフルもしくは浮遊フードで覆った、下方
に圧送するインペラー手段またはインペラー／ドラフト
管組立品を含む。浮遊フードは、水より軽い付属する浮
遊装置によって支持されているため、該液体中のその相
対的な位置を保つことができる。代替物においては、そ
の中空構造、および／または軽量材料からなるその構成
のために、自己支持性であることができる。気体、例え
ば酸素は、ＡＧＲまたはＬＯＲの取組み方でのように、
液体に注入されるが、該気体は、脱出する非溶解気体を
捕捉するよう適合させたバッフルまたは浮遊フードの下
で注入される。気体は、下方圧送インペラーの吸引作用
によって、ドラフト管内の下方に通過する液流中に吸収
されて、その中での溶解が促進される。こうして気体化
された液体、およびいかなる非溶解気体も、ドラフト管
の底部から吐出される。下記には、本発明の説明に好都
合なように、酸素が参照されているが、酸素は、本発明
の実施の際に大量の液体に溶解し得る気体の例示的な例
であることが、理解されると思われる。
【００１４】図面の図１に示した本発明の一実施態様で
は、大量の液体、例えば湖沼、地表貯水池、タンク、
池、ラグーンなどは、数字１で表され、ここで、バッフ
ル手段２は、好都合には水平方向に定置し、一般的には
多少とも円錐形の形状であって、フロート３によるなど
して定置される。中空のドラフト管４は、該バッフル手
段の下に定置し、インペラー手段５をその中に位置させ
る。該インペラー手段５は、駆動軸６によって駆動さ
れ、それが、該液体１の水準を超えて上方に延伸し、駆
動モーター７によって駆動される。酸素は、好ましくは
バッフル手段２の下か、またはその近傍で酸素を注入す
るよう適合させた、ライン８を通じて液体に注入される
ため、インペラー手段５の吸引作用に吸収される。実際
は、下記に考察するような理由から、インペラーが生成
する過流に気体を直接注入するのが好ましいこともあ
る。圧力蛇口９が与えられているため、バッフル手段２
の下の液準位を決定することができる。
【００１５】酸素化された液体、およびいかなる非溶解
酸素も、ドラフト管４の底部から吐出される。ドラフト
から通過する酸素化された液体は、ラグーンその他の液
体１の中で作動する閉じ込め用外部タンクが不在である
ため、ＡＧＲやＬＯＲの装置のように、インペラー手段
５を通過するためにドラフト管の上部へと再利用される
ことはない。そのような大量の液体の用途では、吐出さ
れた液体が、インペラーの吸引作用へと再循環すること
は望ましくない。ドラフト管の底部から吐出される液体
を、ドラフト管の上端での吸引作用へと再利用したなら
ば、溶解した酸素は、ラグーン内の大量の液体へと外向
きに容易に分散されなくなる。その結果、インペラーの
影響帯域内の液体は、非常に高い溶解酸素レベルを有
し、この帯域外の液体は、酸素欠乏になることになる。
本発明のすべての実施態様について、最高酸素移動率を
達成するよう、純粋な酸素が、酸素を欠く液体と直接接
触するのが最も望ましい。
【００１６】ドラフト管内のインペラー帯を通過する際
に液体に溶けなかったいかなる酸素も、その浮力のため
に、例えば流れのパターン１０で、ドラフト管壁の近く
を上昇し、円錐形の水平なバッフル手段２によって捕捉
され、そしてドラフト管４内のインペラー手段５へと戻
るよう導かれる。円錐形のバッフルは、望ましくは、非
溶解酸素の大部分を捕捉するよう適合させてあり、かつ
それに充分なだけ幅広いため、本発明の実施の際には、
基本的に100％の酸素利用が生じる。ドラフト管４の底
部から吐出された、酸素化された液体は、流れのパター
ン１１で液体へと外向きに流れる結果、溶解した酸素
は、液体１の全体に容易に拡散される。半径方向の気体
分布像を、本発明の実施態様での中空のドラフト管内に
定置した、直径約7.6cm（３インチ）のインペラー手段
について測定した。結果は、図２に示したとおりであっ
て、そこには、体積による気体流量を、ドラフト管の底
部、その開口でのと、その開口を過ぎてのドラフト管の
頂部での半径方向の位置に対してプロットしてある。結
果は、非溶解酸素の基本的に100％を捕捉するのに要す
る円錐形バッフルの大きさが、比較的小さいことを立証
した。これは、反応器タンク底の不在のためであって、
それが存在したならば、タンク底を打撃する非溶解酸素
の放射状分散を促進する傾向があったと思われる。本発
明の実施の際に、酸素化装置の操作に直径約61cm（24イ
ンチ）のインペラーを290rpmで用いたならば、約188cm
（72インチ）のバッフルが、ドラフト管４の外側の近く
を流れのパターン１０で上昇する、非溶解酸素の基本的
にすべてを捕捉するのに充分であって、非溶解酸素の大
部分が、ドラフト管から近い半径方向の距離に存在する
ことを示す、図２の結果と一致すると思われる。
【００１７】本発明の現場型酸素化装置の標準的な酸素
移動効率は、約11.7kg／kWh（19.5lb／hp-hr）であるこ
とが判明したが、これは、ＡＧＲ装置の標準的効率と同
等であり、側流圧送や表面通気の操作に伴う移動効率よ
りはるかに高い。円錐形のバッフルまたは浮遊フードの
下で、内側の液体を一定の準位に保つことは、単位馬力
あたりの溶解酸素の体積に強い衝撃を与え得ることに注
目しなければならない。これは、図面の図３に、図１の
円錐形バッフルの実施態様の内側の様々な液準位での、
費やされた馬力に対する酸素移動効率のプロットによっ
て示されている。
【００１８】本発明の実施の際は、この内側の液準位を
監視し、中空ドラフト管の入口に対してある高さに保つ
ことが望ましい。生物学的水処理池またはタンクでの外
側の液準位は、急激に変化し得ることから、バッフルま
たはフード、ドラフト管、およびインペラーを含む組立
品全体を、フロートによって液体１中に懸垂しない限
り、バッフルまたはフードの内側の液準位も変化するこ
とになる。
【００１９】組立品全体を液体１中に一定の位置で懸垂
させさえすれば、バッフルまたはフードの内側の液準位
は、円錐形のバッフルまたはフード下の圧力を調節する
ことによって、その最適な高さへと変化させることがで
きる。バッフルまたはフード下の気体の量が増加するに
つれて、バッフルまたはフード下の圧力は、上昇する。
したがって、液準位は、バッフルまたは浮遊フード下の
圧力が所定の設定点未満に降下したならば、酸素の注入
率を上げることによって、またバッフルまたはフード下
の圧力が該設定点を超えたならば、酸素注入率を下げる
ことによって、制御してよい。不幸にも、注入された酸
素の純度が低下するにつれて、液準位を制御するこの方
法は、より不正確になる。特に、より低い純度の気体で
は、バッフルまたはフード下の気体圧力は、バッフルま
たはフード下にその他の気体（例えば窒素）が存在する
ために、より高くなり得る。したがって、より低い純度
の気体（例えば酸素）を用いたときは、図４を参照して
下記に考察するとおり、代替的装置が必要とされる。
【００２０】本発明の酸素化は、液体中の固体の懸濁を
制御するのに用いてもよい。この酸素化装置の速度と、
軸方向の気体分布との特徴性は、固体の達成できる懸濁
レベルを予測すること、または固体の懸濁を全く回避す
ることに用いることができる。これは、本発明の実施の
非常に望ましい態様であって、なぜなら、生物処理にお
いては、あまりに高い固体懸濁レベルは、電力の浪費で
あり、ときには、処理しようとする液体中の有機汚染物
を消費する細菌を毒することがあるからである。あまり
に低いならば、固体懸濁は、廃棄物分解のためのバイオ
マスに対する栄養分の不充分な分布を招く。本発明は、
ＡＧＲやＬＯＲの取組み方のように、ドラフト管内に定
置したインペラーを用いることから、気泡消費体であ
り、したがって、表面通気の取組み方に付随する起泡の
懸念を排除する。加えて、有機化学物質を気体状の頭隙
内に吹き付けないことから、有機物の放散が最小限であ
る。当業者は、本発明は、21％の酸素（すなわち空気）
を含む気体から、100％の酸素までの溶解に用い得るこ
とを認識すると思われる。より低い純度の気体中に存在
する、いかなる過剰な不活性気体、例えば窒素も含有す
る気体に対しては、好適実施態様を、図４に開示する。
【００２１】図４に記載した実施態様は、21体積％より
多い酸素を含有する気体に対して役立つが、約90〜95体
積％の酸素という純度を有する酸素を用いるのが、好適
である。経済的な観点からは、酸素のこの純度は、現場
での吸着工程（例えばＰＳＡ／ＶＰＳＡ／ＶＳＡ）を通
じて生成し得るため、最も好ましい。本開示を目的とし
て、低純度の酸素気体とは、酸素濃度が21体積％より高
く、約95％までであるそれである。空気を用いることも
できるが、高濃度の駆動力および排出という利点が弱め
られることになるため、より好ましくない。しかし、上
記のとおり、低純度酸素を用いることは、過剰な窒素の
気体の頭隙での蓄積を招く。これは、酸素が溶解するに
つれて、非溶解気体の泡の内部の窒素濃度が上昇するた
めである。さらに、廃水の用途では、気泡内の窒素は、
廃水が、大気とのその接触のために、空気からの窒素で
既に飽和されているため、廃水に溶けようとしない。そ
のため、溶けなかった（窒素を含有する）気泡が再循環
し、フードに戻る都度、頭隙内の窒素濃度が上昇する。
その結果、頭隙内のフードの内側の（例えば液準位より
上の）酸素濃度は、究極的には、低純度の酸素気体のそ
れ未満に低下することになる。この装置の性能は、窒素
による頭隙の飽和のために実質的に抑えられることにな
るが、それは、窒素が、少なくとも部分的には、廃水中
に再循環される酸素に取って代わるからである。
【００２２】これを考慮して、本発明者らは、＞21〜約
95体積％（好ましくは90〜95体積％）の酸素を有する気
体を用いて利用し得る、かつ装置内の過剰窒素に付随す
る問題に対処する、本発明の一実施態様を開発した。こ
の実施態様は、三つの特徴を有し、図４に例示する。
【００２３】図１の実施態様におけると類似の特徴を示
すために、図４は、１’〜１１’の参照数字を用いるこ
とに留意しなければならない。図４の実施態様では、浮
遊フードの使用は、バッフルの上であるのが好ましいこ
とに留意されたい。第一の特徴は、取り付けられた１個
またはそれ以上の隔離環１２を用いる結果、高い酸素濃
度を有する大きい気泡１３が、優先的に再利用されるこ
とである。相対的に述べると、大きい気泡は、約５〜約
50mmの平均直径にわたり得るが、小さい気泡は、約0.1
〜約５mm未満の平均直径にわたり得る。優先的に再利用
されることになる大きい気泡の画分は、気体の純度に依
存すると思われる。酸素の純度が高ければそれだけ、大
きい画分の気体が、再利用のための大きい気泡として処
理されることになり、その逆も真である。
【００２４】より大きい気泡１３は、小さい気泡１４よ
り高い浮力を有することが、本発明の一部として発見さ
れた。二相の液体が、ドラフト管４’、および下方圧送
インペラー５’の（選択的な）バッフル２８’から出る
とき、この二相混合物は、流れのパターン１１’によっ
て例示されるとおり、外向きに膨張することになる。
（より高い浮力を有する）大きい気泡１３は、初め、液
流から砕け散り、流れのパターン１０ａで上向きに流れ
る。（より低い浮力を有する）より小さい気泡１６は、
最も長く液流に留まることになる。その結果、より小さ
い気泡１６は、流れのパターン１０ｂで、より大きい気
泡１３より大きく水平方向に移動する。こうして、ドラ
フト管４’の近くを上昇する気泡は、ほとんどがより大
きい気泡であるが、フード２’の外縁で捕集される気泡
は、大部分がより小さい気泡を有すると思われる。
【００２５】より小さい気泡は、より大きい気泡より大
きい表面積対体積比を有するため、酸素の物質移動は、
小さい気泡での方が大きい気泡より速い。その結果、ド
ラフト管の近くで捕集される大きい気泡の酸素濃度は、
バッフルの外縁の下で捕集される、より小さい気泡より
高くなることになる。
【００２６】これらの現象を利用するために、図４に示
したとおり、１個またはそれ以上の同心環１２をフード
２’の下に取り付けて、捕集しようとする気体を隔離し
てもよい。内側区画１７で捕集される気体は、外側区画
１８で捕集される気体より高い酸素濃度を有することに
なる。表面過流（図示せず）は、ドラフト管４’の小さ
い面積を占めるにすぎないため、隔離環の内側区画から
の、より高い純度の気体のみが、表面過流によって吸収
されるにすぎない。
【００２７】操作の際に装置を安定的に保つためには、
環１２の開口１９が必要であり、環によって分割された
内側と外側との区画の間の連絡を許す。開口１９は、必
要なときに、二つの区画における圧力を等しくさせる。
開口なしでは、過剰な気体圧力が、バッフルで外側区画
１８に蓄積し得るため、液準位の低下、または浮遊バッ
フルの逸脱を招く。ダンパー２０を用いて、開口の大き
さを調整してよく、その結果、気体の混合、および圧力
の均等化を最適化することができる。該装置は、領域１
７および１８のそれぞれで、異なる準位で作動してよい
ことに注目しなければならない。
【００２８】第二の特徴は、より小さい気泡が集まる、
外側領域１８を覆うフード内に取り付けた、背圧調整器
２５である。これは、より低い酸素含量を有する気体を
優先的にパージし去る一方で、フードの内側の液準位を
保つのを可能にする。こうして、酸素供給は、装置内の
実際に溶解した酸素の濃度（例えば酸素要求量）に基づ
いて調節される。これは、酸素が、フードの内側の気圧
にのみ基づいて供給される系より優れた改良である。
【００２９】これらすべての変更によっても、バッフル
下の窒素の濃度は、行き場がないことから、依然として
上昇すると思われる。フード下の酸素濃度を保つために
は、フード下からの気体を、周期的または連続的にパー
ジすることができる。すなわち、背圧調整器２５を、フ
ード内側の圧力を保ち、かつ過剰な窒素をパージし去る
という二重の目的に役立てるために用いることができ
る。
【００３０】窒素濃度が上昇したとき、生物学的消費の
ための廃水中への酸素の物質移動は、低下する。廃水中
のバイオマスの酸素要求度が同じに留まる限り、溶解酸
素の濃度は、上昇することになる。この実施態様では、
溶解した酸素を監視する結果、酸素要求度を検出し、よ
り新鮮な酸素を装置に取り込むことができる。新鮮な低
純度の酸素を加えたときは、背圧調整器２５は、より低
い純度（例えば、下記に考察する、スパージャー３１を
経由して加えられる、新鮮な酸素を含有する気体より低
い純度）の酸素がフードの外縁から脱出し、結果的には
窒素をパージし去るのを許すまで、開くことになる。酸
素移動率を最大化するためには、酸素含有気体を、酸素
を欠く液体に直接注入するのが最も望ましい。
【００３１】第三の特徴のためには、新鮮な低純度酸素
を、ライン気体のライン３０およびスパージャー３１を
経由して、回転するらせん形インペラー５’が形成する
過流に直接注入する。これは、新鮮な酸素が、溶解しな
かった気泡としてフードへと再利用される、より低い純
度の気体と混合することなく、内側の液面（内側の液準
位は、線４０によって例示する）より低い気泡中に、優
先的に分散されるのを可能にする。
【００３２】さらに、このことから、低純度の酸素を、
下方圧送インペラーによって降下させされる前に、上向
きに流れる機会が酸素に全くないように、回転するイン
ペラーの表面過流という状況に直接注入するのが必要で
あることが見出された。その理由は、注入された気体の
浮力があまりに大きいため、該気体を過流に注入しない
限り、溶解するか、またはインペラー５’によって降下
させられるのが僅かであるにすぎなくなるためである。
むしろ、非溶解気泡は、表面に戻り、フードの内側の気
体と混合する。
【００３３】回転する下方圧送インペラーが形成する単
一表面過流は、非常に大きい気泡と、インペラーの気体
フラッディングとを生じ得るにすぎないことも見出され
た。気体フラッディングは、気体がインペラーの軸の周
囲に集まって、インペラーの圧送能を損なうときに発生
する。この問題に対処するために、垂直バッフル３５を
取り付けて、表面回転を阻止し、多数の表面過流を生成
する。こうして、２枚の垂直バッフルを用いたときは、
二つの別個の表面過流が形成される。垂直バッフル３５
の数は、インペラーの大きさとともに増加する。
【００３４】垂直バッフル３５は、軸における気体フラ
ッディングと単一表面過流とに付随する問題を最小化す
る。しかし、それらは、低純度酸素を表面過流帯に導入
する方法に問題を生じる。これは、単一の注入管を用い
ることが、気体が単一表面過流に飛沫同伴されるにすぎ
なくなるような、極めて不安定な状況を創出して、有害
な振動と不安定な操作とを招くためである。
【００３５】本発明は、表面過流のそれぞれに対して一
つの、多数のインジェクターまたはスパージャー３１を
用いるため、気体の飛沫同伴を均衡させることができ
る。これらは、新鮮な低純度酸素が過流のそれぞれに引
き込まれ、急速に分散されてから、フードからの再循環
気体と混合されるのを可能にする。気泡が注入の際に個
別に形成される限り、即時的合体、混合、およびインペ
ラーの気体抱え込みの機会を最小化することができる。
単一のスパージャーインジェクターに対する代替物とし
て、気体の飛沫同伴を過流中で均衡させてある限り、リ
ングスパージャー、好ましくは金属リングスパージャー
を用い得ることに留意しなければならない。
【００３６】本発明は、特定の水処理の目的でか、その
他の液体、例えば有機液体の処理のために、そのように
望まれるならば、その他の気体、例えば二酸化炭素およ
び水素を溶解するのにも用いることができる。
【００３７】上記の生物処理の目的に加えて、本発明の
現場型酸素化装置は、都市および工業的廃水処理、養魚
その他の、大量の水その他の液体が関与する用途のため
に酸素を供給するのに用いてよい。
【００３８】本発明の細目には、付記されたクレーム中
に記述された限りでの本発明の対象範囲から逸脱するこ
となく、他の様々な変化および変更を加え得ることが、
認識されると思われる。したがって、用いられた浮遊フ
ードまたはバッフル手段は、好ましくは、非溶解気体の
大部分を捕捉するのに充分な幅および大きさの、多少と
も円錐形の水平的浮遊フードまたはバッフルであるが、
他の様々なフードまたはバッフルの形式および形状も、
それらが、本発明の気体溶解装置のドラフト管区画に、
非溶解酸素その他の注入された気体の大部分を捕捉し、
かつ集中させるよう適合させてある限り、該液体の外表
面の上方、または好ましくは下方に定置してよい。例え
ば、プラスチックの泡、または柔軟な風船の天蓋を、該
天蓋下の頭隙に望みどおりの多くの気体を加えることが
できる、好都合な注入装置を用いることによって、膨張
させることができる。さらに、インペラー手段は、望ま
しくは、ドラフト管内の気液混合物の下向流を促進する
よう適合させた、らせん形、軸流性の、下方圧送するイ
ンペラー手段であるが、望みの下向流をドラフト管内に
形成するのに適した、いかなる流下インペラー、例えば
LightninのＡ３１５（登録商標）、またはAire-O2 Turb
o（登録商標）ミキサーも用いることができる。該イン
ペラー手段は、追加の特徴、例えば、液体への気体の溶
解をさらに促進するために、駆動軸に接続して、高剪断
帯をドラフト管内に形成する放射状および／または軸流
インペラー手段も包含してよいことが、理解されると思
われる。
【００３９】本発明を、上記に説明し、中空のドラフト
管、例えば、本明細書に引用されたＡＧＲおよびＬＯＲ
の取組み方におけるとおりの、図１の中空ドラフト管４
を参照して例示した。中空ドラフト管を用いないその実
施態様を用いることは、本発明の対象範囲内にあること
に留意しなければならない。それでも、そのような実施
態様で、下方圧送インペラー手段を浮遊フードまたはバ
ッフル手段と関連付けて定置する結果、フードまたはバ
ッフル手段は、その下向きの経路を追う液体の表面に浮
揚する、いかなる非溶解気体の大部分をも、溶解した気
体に富む液体とともに、インペラー手段の下方圧送する
影響の下で捕捉する。それでも、動力を効率的に利用す
るのを可能にする結果、さもなければ必要とされるよう
な多くの液体を圧送することが不要であり、処理しよう
とする液体の一部と固体との過度の混合を除外する、多
くの用途にドラフト管を用いることが望ましい。本発明
の様々な実施態様を実施する際には、追加のバッフル手
段を装置全体に与えて、本発明の望みの気体溶解を目的
として、本明細書に開示されたような気体および液体の
流れを促進できることが理解されると思われる。
【００４０】上記の説明および実施例から、本発明は、
大量の液体の処理に適するような、気体溶解技術におけ
る望ましい進歩を代表することが、認識されると思われ
る。本発明は、生物処理および廃水処理のような業界で
の、大量の液体への安全かつ効率的な溶解に、特に好都
合である。そのような処理を現場で、比較的低い圧送動
力の必要条件で実施するのを可能にすることによって、
本発明は、実際的で重要な様々の工業的加工操作におけ
る、気体溶解操作の技術的かつ経済的な実行可能性を高
める。
【図面の簡単な説明】
【図１】ラグーンその他の大量の液体中に位置する、本
発明の実施態様の模式図である。
【図２】本発明の特定のドラフト管実施態様の頂部およ
び底部での半径方向の気体分布像のプロットである。
【図３】本発明の現場型酸素化装置における様々な液準
位での単位馬力あたりの酸素移動効率を示すプロットで
ある。
【図４】21〜95体積％の酸素を有する酸素含有気体で用
いるための本発明の一実施形態の模式図である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年２月２日（２０００．２．２）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スティーブン・ドナルド・クラーク アメリカ合衆国ニューヨーク州グランド・ アイランド、イースト・リバー・ロード 4548 (72)発明者 パウロ・セルジオ・ボン ブラジル国サンパウロ、ヤンディラ、13、 1000レシド・ノヴァ・イヒェノポリス・エ レ・アメティスタ、エストラダ・フェラン ド・ノブレ (72)発明者 トマス・ジョン・バーグマン・ジュニア アメリカ合衆国ニューヨーク州クラレン ス・センター、クラレンス・センター・ロ ード9025 (72)発明者 ジェフリー・ポール・キングズレー アメリカ合衆国ニューヨーク州ニューバー グ、クラウン・ブールバール31 (72)発明者 マーク・ハーバート・カービー カナダ国オンタリオ州バーリントン、ダン カスター・ドライブ2315 (72)発明者 ミッチェル・アディス アメリカ合衆国ニューヨーク州ノース・ホ ワイト・プレインズ、ロレンス・ドライブ 39 (72)発明者 ビクター・アレクサンダー・コッポラ アメリカ合衆国コネティカット州ノーウォ ーク、エスクワイアー・ロード40

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 大量の液体へ気体を溶解する装置であっ
    て： （ａ）その近傍の液体のためのコンテナ容器なしに、該
    大量の液体の表面下に定置され、かつ気液混合物を該大
    量の液体中に下向きに通過させるインペラーと； （ｂ）該インペラー手段の上を覆って定置され、そして
    溶解した気体に富む液体から分かれ、該大量の液体の表
    面に浮揚し、次いで該インペラー手段へと再循環される
    非溶解気体の大部分を捕捉するのに充分な大きさを有す
    る浮遊フードと； （ｃ）供給気体流を該浮遊フード手段の下方の該大量の
    液体へ直接導入する管路であって、該インペラー手段の
    吸引作用によって気体の気泡を生じさせ、該気体を該大
    量の液体中に下向きに、液体とともに気液混合物として
    通過させるようにする、該管路と； （ｄ）該浮遊フードの下に定置され、該インペラーとの
    間に第一の内側領域を、および該浮遊フードの外径との
    間に第二の外側領域を形成するよう、該大量の液体の表
    面より下に張り出した少なくとも一つの隔離環であっ
    て、該気体の該気泡が、それらの相対的な大きさによっ
    て隔離されるように、比較的高い純度の酸素を含む、よ
    り大きい気泡が該内側領域で捕集され、比較的低い純度
    の酸素を含む、より小さい気泡が該外側領域で捕集され
    るようにする、該隔離環と； （ｅ）該浮遊フード内に、該浮遊フードの該外径に隣接
    して位置する、該比較的低い純度の酸素気体を該装置か
    らパージし、それによって、溶解した気体に富む液体
    が、コンテナ容器壁が不在であるために、大量の液体中
    に分散されるが、非溶解気体は、その浮力のために、該
    大量の液体の表面へと浮揚し、再循環のために捕捉され
    る結果、供給気体流の基本的に完全な利用を招く、背圧
    調整器とを含む、大量の液体へ気体を溶解する装置。
  2. 【請求項２】 該浮遊フード手段が、部分的には、該大
    量の液体の表面下に定置される請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 該大量の液体の表面下に没し、その頂部
    および底部に開放端を有するが、その近傍の液体のため
    のコンテナ容器なしに、該インペラー手段が、その中に
    定置される結果、気液混合物が生じて、その底部から吐
    出されるためにその中を下向きに通過する、中空のドラ
    フト管を有する請求項１記載の装置。
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