JP2000500067A - 水に酸素を添加する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 液体サイクロンは、上方に向けられた幅狭の端部（２）と、取入れ口（４）を備えて下方へ向けられたより幅広の端部（３）とを有するサイクロン（１）を備えている。上記取入れ口（４）は接線方向に設けられ、サイクロンの底部中心には排出口（７）が設けられている。水は、モータによって駆動されるポンプ（５）からサイクロンの取入れ口（４）に供給される。サイクロンの両端の中央よりも下方のホース状をなした排出口からは水の大部分が排出され、空気は上部排出口を通じてサイクロン内に吸い込まれて水と混合されかつ分散され、その結果、効率的な酸素添加が達成される。

Description

【発明の詳細な説明】 水に酸素を添加する装置 発明の属する技術分野 本発明は、液体サイクロンを用いて水に酸素を添加することによって水を浄化 する装置に関するものである。 発明の背景 廃水中に存在する汚染物の主要部分は有機物質によって構成されている。廃水 から有機物質を取り除くために、いわゆる生物学的フィルタまたは生物学的ロー タが知られている。これらにおいては有機物質を処理する能力を有する性質が用 いられ、微生物によって分解が行なわれる。例えば生物学的ロータは、微生物の ための大きな付着領域を構成する波形のプラスチック材料によって構成されたも のが用いられる。上記ロータの半分は汚染物が取り除かれる水中に沈められ、そ こに位置するプラスチック表面および微生物は、栄養に富む有機物質と空中の必 要な酸素とにそれぞれかつ交互に接触せしめられる。成長した物質は十分に成長 すると皮状の薄片になってロータから離れて水中に落下する。有機物質はこのよ うにして濾過して純粋な水を得ることが可能な泥状の物質に変換される。しかし ながらこの生物学的浄化は機械類を必要とする点で何等かの欠点を有する。必要 とする生物学的ロータの表面または生物学的フィルタ表面は大きく、かつまた沈 積および過負荷の危険性もある。 発明の開示 上述した生物学的浄化が莫大な資源とコストを必要とする点に鑑みて、より安 価でかつ故障のない解決法が必要とされており、本発明はこのような解決法を確 定することを目的とするものである。本発明によれば、上記目的は、液体サイク ロンを用いて水に酸素を添加することによって達成される。 水がサイクロンに供給されると、極めて強力でかつ加速された渦が発生し、こ の渦が、供給された水と汚染物とを比重に従って分離させる。より重い粒子は取 り除かれて少量の水とともに一端に運ばれ、浄化された水は他端に運ばれて排出 される。このようにして、水より重い粒子を水から分離させるのみでなく、粒子 または例えば油滴または溶剤の液滴を水から分離する。しかしながら、機能を十 分に果たすための液体サイクロンは極めて注意深く作成されなければならないの で、これらは比較的高価であり、したがって液体サイクロンを例えば公共水質浄 化プラントに接続して手近に用いるわけには行かない。液体サイクロンが比較的 高価にも拘らず生物学的浄化に用いられる真の理由は、水中に溶解される空気の 連続的な吸込みを誘発する低圧が内部に確立されるからである。換言すれば、上 記サイクロンは空気を水に添加する。比較的小型なサイクロンであっても、極め て大型の生物学的ロータに相当する酸素添加能力を有する。 水に酸素を添加することは、生物学的浄化において実際に十分に行なわれるこ とが重要であって、用いられたサイクロンが水から汚染物を取り除くか否かはあ まり問題ではない。サイクロンを用いた酸素添加は、例えば水族館で行なわれて いるのと同様なコンプレッサまたはポンプを用いて空気を供給することよりも効 率的である。 サイクロンとポンプとによって構成される酸素添加装置は、比較的小型でかつ 容易に移動できるので、生物学的フィルタおよび生物学的ロータを用いることが できる例えば水路、湖、ダム以外の場所およびカー洗浄に用いられる水のための 再循環装置にも設置することができる。この方法で、自然界における生物学的浄 化が例えば汚染源の近くで発生するようにサポートすることが可能になる。耕さ れた土地からの栄養素の一時的な排出と添加はそれぞれ汚染源の近くで補償する ことが可能であり、栄養物質の放出に続いて起こる魚の死を招く酸素不足は避け ることができる。 例えばモータ付きのポンプおよびサイクロンは小型の浮き台内に設けることが 可能である。この浮き台は、水の吸入と噴出とによって円周に沿って動き得るよ うに錨で留めることができ、これによって流れない水の広い表面に酸素を効率的 に添加することができる。適当な寸法のサイクロンを用いることによって、比較 的小さいポンプを使用することができる。 カー洗浄設備内でのカー洗浄において発生する汚染物の量は、公共排水処理プ ラントにおける例えば生物学的浄化工程を妨害または完全に損害を与える程多量 である。これを救済するために、カー洗浄における水の再循環が試みられたが、 この水の再循環は、職員のみならず顧客をも悩ます悪臭を発生させる欠点があっ た。さらに、フィルタの度重なる交換が必要であった。 上述の問題に鑑みて、本発明は、第１にカー洗浄における汚染物と臭いの発生 を低減し、第２に浄化をより効率的に行なうことを目的とするようにさらなる発 展性を有する。 本発明によれば、カー洗浄設備においてサイクロンを用いて水に酸素を添加す ることによって上記問題が解決され、水は再循環されかつ再使用される。 もし望みとあらば、数種類の形式の浄化を同時に達成する酸素添加用サイクロ ンを同時に使用することができる。酸素添加に加えて、サイクロンは、重い無機 粒子（例えば砂粒）を公知の方法で分離するのに使用可能であり、これは、もし サイクロンが上方へ向けられた尖った端部を備えてさえいれば実行可能である。 上方へ運ばれる重い物質（少量の水とともに運ばれる）は集められて沈殿タンク に移される。下方へ運ばれる水は、勢いよく流出する水の圧力と速度とによって タンクの下方へ押圧された溶解されかつ微細化された空気を含んでいる。水中に は余分な空気が存在するので、気泡が発生し、この気泡が水面に向かって浮揚す るとき、軽いおよび／または小さい汚染物を水面に引っ張り上げるから、水面に は汚れた泡が得られ、重い汚染物と同様に例えば沈殿タンクに運ばれる（浮揚物 ）。 サイクロンを使用しても、汚染物ときれいな水との通常望まれるきわだった分 離がもたらされることはないが、沈殿タンクの作用を要するのはきわめて少量の 汚染物であり、その結果、カー洗浄の水系統における分離浄化工程は、粒子で汚 染された水がある部分と洗浄に使用可能な水がある部分との間で達成される。し たがって、粒子汚染物は水系統から連続的に取り除かれる必要はなく、粒子汚染 物は常に汚染された部分（沈殿タンク）内に残存しており、一方、特に粒子の除 かれた浄化された水は、好ましくはバッファリザーバを介して洗浄工程に供給さ れる。このような浄化は、洗浄用水のリザーバに移される粒子の除かれた水の極 めて少量をサイクロンユニットが取り出すように制限することによって、より効 率的にすることができる。例えば上述した浮揚物のようなより軽い粒子であって も、サイクロンによって連続的に沈殿タンクに移され、必要であれば汚染物が除 かれる。沈殿タンクの水は、汚染物の浮揚および沈下によって水が浄化された場 所から連続的に取り出すことができる。生物学的に分解可能な物質は沈殿タンク に集められるので、そこでも酸素を消費する分解が生じる。 本発明のさらなる利点と特徴は、請求範囲および添付図面を参照した下記の記 載から明らかである。 図面の簡単な説明 第１図は本発明による装置の原理的な説明図である。 第２図は本発明による装置の実施の形態を示す図である。 発明の好ましい実施の形態 第１図に示された本発明による液体サイクロンは水中に配置され、水面上で上 方に向けられた幅狭端部２と、取入れ口４を備えて下方に向られて水中に沈んで いる幅広端部３とを有するサイクロン１を備えている。。上記取入れ口４は接線 方向に配置され、サイクロンの底部中心には排出口７が配置されている。水はモ ータによって駆動されるポンプ５から取入れ口４に供給される。上記モータは、 電動機または石油エンジン、風力モータまたは他の方法で駆動されるものでよい 。 図示の装置の使用に際しては、水がポンプ５によって吸引されてサイクロンに 供給され、このサイクロンにおいて水は供給速度と方向によって上方へ向かって 螺旋を描いて旋回せしめられ、サイクロンの半径の減少によって毎分当たりの回 転数が増大する。かなりの重い粒子が放り上げられてサイクロンの壁に沿って上 昇する。サイクロンの水の回転速度が高速のために、サイクロンの上端から下方 へ向かう中心空洞９が形成され、空気１１がここに吸い込まれて水と混合される 。さらに、水の少量部分が、シャワーのようにサイクロンの上端部を通じて押し 出され、より重い粒子を含んだ大部分の（８０％）の水は、サイクロンの中心排 出口７から下方へ押し出される。下方の排出口７から押し出される水はまた、サ イクロン内の渦巻きで混合された空気を含んでいる。この空気の混合または拡散 は、効率的な酸素添加を得るのに極めて都合が良い。水は酸素で飽和される。余 った空気は泡となり、それらが水面に浮上したときに小さいかつ軽い汚染物を水 面に運ぶ（浮揚物）。 第２図に示された浄化ユニットは、カー洗浄のための装置と寸法とを有する。 このユニットは、長方形で１２０ｃｍの幅または長さと、６５cmの奥行きと、２ １０cmの高さとを有する。ほぼ半分以上空間は、カー洗浄に用いられる水のため の６００リットル入り貯蔵タンク１０１が占めている。カー洗浄用水の取入れ口 １１２はタンクの下方端に配置され、ポンプ１０８に連結されている。 タンクの下方端には、タンク１０１内に配置されたサイクロン１０３および１ ０４に水を供給するポンプ１０７に導く取入れ口１１３も配置されている。サイ クロン１０４は、第１図に示されているように、幅狭端部が上方に向けられ、サ イクロンの幅広端部が下方に向けられるように配置されている。サイクロンから の水の大部分が下端に供給され、かつ空気がサイクロンの上端を通じて吸い込ま れるように、サイクロン１０４の壁の傾斜と、サイクロンの高さと、サイクロン に供給される水の注入速度とが選定されている。 サイクロンは、このようにしてタンク内の水中に空気を吸い込み、酸素添加を 達成する。水の酸素添加は、有酸素状態での分解の可能性を与えかつ酸素が欠除 した処理の悪臭を防ぐのみでなく、気泡が水中で汚染物に付着して、水タンク内 の汚染物を水タンクの上端の浮揚物排出口１０５に運ぶようになっている。この 排出口を通って水が流れるのみでなく、酸素添加によって形成された気泡および 汚染物も運び出される。取り出された汚染物は、別の場所に配置されたスラッジ タンクまたは沈殿物とオイルとを分離させるタンクに運ばれる。このようなタン クはすでに存在しており、給油所から生じる廃水からオイル、砂および泥を分離 することを意図したものである。 貯蔵タンク１０１内の水は、ポンプ１０９によって浄化サイクロンユニット１ ０２に運ばれる。これらサイクロンは先端が下方へ向くように配置され、かつ直 列に接続されている。最初の２つのサイクロンは、下方を向いた細い先端に汚染 物が少量の水とともに存在するタイプで、浄化された大部分の水はサイクロンの 中心部から上方へ流出する。しかしながら、第３のサイクロンは、上方の幅広端 部に中心排出口を備えていない。その代わり、浄化された水は、尖った下端より 僅かに上方の幅広部を通じて排出される。この方法で、このサイクロンから浄化 タンク１０１内に配置された酸素添加サイクロンに供給される水から、より軽い 粒子が分離される。サイクロンユニット１０２によって水から除去される軽い汚 染物のみならずより重い汚染物は、傾斜通路１０６に集められて排出口１１１に 送られ、沈殿タンクに戻される。 このタンク内には、このシステムの水位が下がったときに水を満たすために用 いられる新鮮な水の取入れ口１１９が配置されている。タンク１０１の底１１７ の近傍には、さらに、水中の塩分の量を計測する導電度センサ１１５が配置され ている。冬季における頻繁な塩撒きで、自動車は比較的多量の塩分で覆われ、勿 論この塩分は最終的にカー洗浄における水の中に含まれることになる。この塩分 は環境的角度から見れば危険性はないが、洗浄機能のためには高濃度の塩分は好 ましくなく、高パーセンテージの塩分が検出されると、水は排出口１１４を通じ て公共下水網に流される。このようにして水が抜かれると、取入れ口１１９を通 じた新鮮な水に入れ替えられる。この時点で抜かれる水は、この装置内で最高に 浄化されているので、浄化の角度から見れば公共下水網の負担が最小になる。 浄化設備のための電気制御ユニットが１１６で示され、１１８は貯蔵タンク１ ０１内の水位を監視するために配置されたレベルセンサである。タンクの最大貯 水量に対応する最高水位１１２では、水は排出口１０５を通じて沈殿タンクにオ ーバーフローする。このレベルは連続的に保つ必要ないが、気泡を伴った汚染物 （浮揚物）が新たに酸素を添加された水とともに沈殿タンク内で分解されるのを 可能にするためにある種の不変性を必要とする。 例えば、酸素添加サイクロン１０３および１０４の下端またはその近傍の適当 なレベルにおいて沈殿タンクからの水の追加が始まる。もし水位がさらに低下す ると、あるいはシステム全体の水位が低下すると、取入れ口１１９を通じて新鮮 な水を追加しなければならない。 １１０はエジェクタユニットで、このエジェクタユニットは、タンク内から取 り出されてエジェクタを通じて再びポンプで送られる水に空気を放出するのに使 用すべく配置され、タンク１０１内を上昇する気泡の量を増加させるることによ って浮揚効果を増大させるために設けられる。同じ目的で、エジェクタによって 空気を添加された水がサイクロンの１つに供給される。 本発明による液体サイクロン１０３および１０４は約１８mm前後の直径を有す る取入れ口を備えることができる。長さ（高さ）は７０〜８０cm、側面の傾斜は ４．５°で、円錐面の角度は９°である。サイクロンには、１kg/cm²（１００kP a）またはそれ以上の圧力が加わる。これらの条件で、下部排出口を通る水の排 出圧力は、水を下向へ押し出し、かつタンク内で水の循環を確保するだけの距離 を下方へ押し下げるのに十分である。供給圧力が増加すると、上端部において引 き込まれる空気による水の連続的な酸素添加とともに下方への排出速度が増大す る。 サイクロン１０３および１０４は、図示のように連結されている必要はないが 、制御とサービスのためにそれらを持ち上げるのを容易にするために、例えばタ ンクの上縁上に延びるホースを介して結合されていてもよい。また、サイクロン の下端部がタンクに連結され、上端部は集水トレイ上に突出して、そこから水が タンク１０１あるいは直接排出口１０５および沈殿タンクに流入するようにして 、これら２つのサイクロンをタンクの外部に配置することも可能であるが、これ らサイクロン自体が、水に酸素を添加してこれを浄化する目的を有しているので 、上端の水は下端から現れる水よりも若干浄化度は低い。 上述の実施の形態から明らかなように、本発明による酸素添加サイクロンは、 酸素欠乏状態での分解による悪臭を防止することができるのみでなく、沈殿タン ク内のみならず貯蔵タンク内においても生じ得る有酸素状態での分解と交換する ことができる。上述の実施の形態から明らかなように、本発明は、極めてコンパ クトな装置を用いながら効率のよい有酸素状態での分解または浄化が可能になる 。 本発明は、小型な設備における酸素添加サイクロンの専用的使用に適している のみでなく、大型の浄化槽のための汚水の酸素添加に用いることも勿論可能であ る。浄化槽の水面上に数個のサイクロンを配置する構成を配慮することも可能で ある。また、サイクロンは浄化槽内の流れを改善し、サイクロンに対する水の供 給は、浄化されるべき水の供給によってなされる。サイクロンは、水位に関係な く同じ深さと同じ動作条件を保つように水に浮く本体を備えていることが好まし い。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．水中に混入される空気を狭まった開口部を通じて吸い込み得る低圧が内部に 確立される態様で駆動される液体サイクロンを備えていることを特徴とする水に 酸素を添加する装置。 ２．前記サイクロンは、水と混合するために該サイクロンの尖った端部を通じて 空気を吸い込む低圧が内部に確立されるように、該サイクロンへ供給される水の 量と速度とに関連した長さと、円錐の角度と、排出口とを有することを特徴とす る請求項１記載の装置。 ３．前記サイクロンが、より幅広の下方端部と、より幅狭の上方端部とを備えて いることを特徴とする請求項１または２記載の装置。 ４．前記サイクロンが、そのより幅広の部分に接線方向の取入れ口を備え、より 幅広の端部に軸線方向の排出口を備えていることを特徴とする請求項１ないし３ のいずれか１項記載の装置。 ５．前記サイクロンの尖った端部の正面および／または周囲に、水をはね散らす または水を当てるパネルが設けられていることを特徴とする請求項１ないし４の いずれか１項記載の装置。 ６．例えばカー洗浄における洗浄水のような水のための再循環設備内に配設され ることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載の装置。 ７．水中に混入される空気を狭まった開口部を通じて吸い込み得る態様で駆動さ れる１個または数個のサイクロンが用いられていることを特徴とする水に酸素を 添加する装置。 ８．水中に混入または分散される空気を狭い開口部を通じて吸い込み得るように 形造られかつ駆動される液体サイクロンを備えていることを特徴とする水の再循 環設備。