JP2001113150A - 加圧型気液混合装置、及びこれを用いた廃液処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】オゾンや磁化エアー等による廃液処理を高圧環
境下で行う場合、処理槽内に直接取り込むことは難し
く、前段階でオゾン等の溶融液を加圧処理して行うが、
設備の大形化と高価格化を招く。 【解決手段】処理槽（１）内に開口（１１ａ）を有する
複数個の混合室（１０）を上下段に積層状に配設し、各
混合室内に円盤体（７０）の回転撹拌による撹拌手段
（７）およびキャビテーション発生手段（８）を配置す
ると共に、流入量調整弁（２０）を備えた流入管（２）
と流出量調整弁（３０）を備えた流出管（３）とを接続
し、かつ処理槽への流入部（２１）と流入量調整弁との
間に送水ポンプ（４）を連通接続し、さらに該送水ポン
プの取水側に吸気口（２２）を開設し、流出量調整弁に
よる流出量の低減と送水ポンプの送水圧とによって処理
槽内を加圧状態に形成すると共に、流入量調整弁により
流入量を低減して吸気口から気体を直接処理槽内に取り
込む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、被処理液を加圧して
気体の溶存率を向上させることで、被処理液を効率良く
気液接触させる加圧型気液混合装置、及びこれ用いて産
業廃水や下水排水などの処理に好適な廃液処理装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術とその課題】従来、液体と気体を加圧下で
気液接触反応させる方法として、気体と液体の双方を加
圧ポンプに送り込み、これによる混気液体を加圧状態で
処理槽に導入する方法が採られていた。かかる方法で
は、処理槽内の処理液中の気体溶存量は増加するものの
処理液が静の状態（気泡とともに撹拌されない）である
ため、気液接触を効率よく行うには不十分であった。

【０００３】また、上記従来装置では気体を導入するた
めにエゼクタ、あるいはベンチュリ管やオリフィスを設
けているが、被処理液の流量、ポンプ吐出圧、処理槽内
圧などの使用条件が常に一定ではないことから、装置毎
に最適な仕様に設定するには煩雑な段取り作業が必要で
あった。

【０００４】一方、廃液の処理において、処理槽中に加
圧した気体を曝気しながら導入して気液接触反応を行う
ことで処理槽内の処理液を循環させる場合、効果的な曝
気を行うには大量の気体を導入する必要がある。このた
め、例えば導入気体が単価の高いオゾン等の場合には気
体発生装置が大型化し、加えて導入気体の加圧装置など
が別に必要であった。

【０００５】さらに、先行開示技術として特開平６−第
２６９６５１号がある。これには緩急を繰り返す勾配が
形成され、上から下へ流体が流れる加圧混合流路を処理
槽内に配設して気液撹拌を行う発明が開示されている。
しかし、かかる構成の混合流路は上下落差を利用して被
処理液を落水させる構造であるため、十分な気液接触を
行うためには処理槽を大型化して多段に上下段差を設け
る必要があり、装置が大型化してしまうという問題点が
あった。

【０００６】上述したように、従来の技術の多くが曝気
（バブリング）方式であり、高圧の条件下で反応させる
ことができないため、容積の大きい溶液槽やタンク等で
曝気をさせながら反応させていた。

【０００７】また、多量のオゾンを容積の大きな溶液槽
に吹き込んだ場合は、十分な気液接触を行う時間が得ら
れずそのほとんどが未反応オゾンとなって系外に放出さ
れるため、かかる廃オゾンの処理設備も必要になってい
た。

【０００８】

【目的】そこで、本願発明は上記従来例に鑑みてなされ
たものであり、その目的は気体導入のためのエゼクタ、
オリフィス、噴射ポンプなどを用いずに処理槽内にオゾ
ンや磁化エアー等の有用気体を直接導入することを目的
とし、さらに処理槽内において効果的な気液接触反応を
行わしめることにより効果的な廃液の処理を目的とした
加圧型気液混合装置、及びこれを用いた廃液処理装置を
提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本願発明は以下のように構成される。すなわち、密閉構
成した処理槽（１）に、流入量調整弁（２０）を備えた
流入管（２）と流出量調整弁（３０）を備えた流出管
（３）とを接続し、かつ処理槽（１）への流入部（２
１）と流入量調整弁（２０）との間に送水ポンプ（４）
を連通接続し、さらに該送水ポンプ（４）の取水側に吸
気口（２２）を開設し、前記流出量調整弁（３０）によ
る流出量の低減と送水ポンプ（４）の送水圧とによって
前記処理槽（１）内を加圧状態に形成すると共に、前記
流入量調整弁（２０）により流入量を低減して前記吸気
口（２２）から所定の気体を処理槽（１）内に取り込む
ようにしたことを特徴とする。

【００１０】また、前記処理槽（１）内を複数領域の混
合室（１０）で構成し、各混合室（１０）毎に導入と排
出とを行う開口（１１ａ）を配置したことを特徴とす
る。

【００１１】さらに処理槽（１）を竪型筒状とし、複数
個の混合室（１０）を上下段に積層状に配設したり、各
混合室（１０）内に撹拌手段（７）を配置してもよい。

【００１２】加えて、撹拌手段（７）を、円筒形を上下
に配置した混合室（１０）の横断面形より若干小さい大
きさの円盤体（７０）の回転撹拌としてもよいし、撹拌
手段（７）にキャビテーション発生手段（８）を配設す
るようにしてもよい。

【００１３】なお、前述の加圧型気液混合装置（Ａ）の
処理槽（１）内に、流入管（２）から廃液を注入すると
共に、吸気口（２２）からオゾン、磁化エアー、若しく
はマイナスイオン化エアー、の何れか又はこれらの組み
合わせを吸引して混合させることにより廃液を処理する
ようにしてもよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、上記構成の具体的な実施例
について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は
本実施形態の加圧型気液混合装置の構成図であり、図２
は本実施形態の加圧型気液混合装置に用いる撹拌手段お
よびキャビテーション発生手段の概略斜視図であり、図
３は本実施形態および他形態のキャビテーション発生手
段の説明図である。

【００１５】なお、本実施形態においては加圧型気液混
合装置をオゾンによる廃水処理に適用した例について説
明する。本実施形態の加圧型気液混合装置Ａは、処理
槽、撹拌手段、およびキャビテーション発生手段とから
構成している。

【００１６】処理槽１は、金属等からなる円筒竪型の耐
圧密閉容器であり、その底部側１ａには流入管２、上部
側１ｂには流出管３を各々取り付けるとともに、圧力計
１３を配設している。

【００１７】流入管２は、被処理液を処理槽１内に導入
するための金属管であり、流入管２には送水ポンプ４、
吸気口２２、および流入量調整弁２０とを配設してい
る。送水ポンプ４は、流入管２に直列接続して被処理液
と気体とを気液混合（縣濁）状態で処理槽１内に送水
し、その吐出圧により処理槽１内を加圧するものであ
る。なお、送水ポンプ４としては気体が数十％混入して
も安定した送水を行うことができるスクリューポンプ
（ネジポンプ）等を選択するのが望ましい。

【００１８】吸気口２２は、送水ポンプ４の取水側の流
入管２に設けた分岐口であり、吸気口２２には送気量調
整弁５を介して気体供給手段６を接続している。本実施
形態では気体供給手段６としてオゾン発生装置６０（オ
ゾナイザー）及び（又は）磁化エアー発生装置を用いて
いるが、これらは既存のものであるため詳細な構成につ
いての説明は省略する。また、吸気口２２よりも取水側
の流入管２には被処理液中に酸化助剤を添加するための
酸化助剤供給装置９を開閉弁９０を介して接続してい
る。さらに、オゾン発生装置６０および酸化助剤供給装
置９よりも取水側の流入管２には、被処理液の流入量を
調整する流入量調整弁２０を取り付けている。

【００１９】流出管３は、気液接触後の被処理液を処理
槽１から排出するための金属管であり、流出量調整弁３
０を介在させることで、送水ポンプ４の送水圧により処
理槽１内を加圧状態にするようにしている。

【００２０】撹拌手段７は、処理槽１内に配設した混合
室１０および回転する円盤体７０とからなり、処理槽１
内において積極的な気液接触を行うためのものである。
混合室１０は、中央に開口１１ａを有するドーナツ盤状
の隔壁１１によって処理槽１内を上下４段に分割区画し
た空間である。なお、この区画段数は本実施例に限定せ
ず適宜なものである。円盤体７０は、処理槽１の内径よ
りも若干小さい直径を有する金属製の肉厚円盤であり、
その略中央部は各隔壁１１の開口１１ａを上下に貫通す
る回転軸７０ａにより略水平に軸支している。この回転
軸７０ａは処理槽１の上方に配置したモータ７１により
駆動するようにしている。

【００２１】さらに、円盤体７０の上下面にはキャビテ
ーション発生手段８を配設しており、これにより被処理
液の撹拌に加えて溶存気体（本実施例ではオゾンや磁化
エアー）を気泡発生させることで、気液接触をより効率
良く行うようにしている。

【００２２】キャビテーション発生手段８としての棒状
部材８０は、円盤体７０の上下面に所定間隔で立設した
複数本の金属丸棒体である。また、キャビテーション発
生を容易ならしめるため、円盤体７０回転時の後方側と
なる棒状部材８０の後方側周部８０ａを切り取り加工し
て図３（Ａ）の断面形状としている。

【００２３】

【本実施形態の作用】以上のように構成した本実施形態
の加圧型気液混合装置Ａは以下のように作用する。ま
ず、流出量調整弁３０および流入量調整弁２０を開くと
ともに送気量調整弁５を閉じた状態とする。続いて、送
水ポンプ４を駆動して処理槽１内に被処理液を満たした
後、流出量調整弁３０を徐々に閉めて処理槽１内の圧力
０．４〜１ＭＰａ（ゲージ圧。以下同じ。）とする。さ
らにここで、流入量調整弁２０を徐々に閉め処理槽１内
の圧力を若干下げて０．３〜０．９ＭＰａとする。

【００２４】これにより送水ポンプ４と流入量調整弁２
０との間の流入管２内を負圧状態にしたところで、今度
は吸気口２２に接続した送気量調節弁を徐々に開け、処
理槽１内の圧力がさらに若干下げた０．２〜０．８ＭＰ
ａとした状態で、オゾン発生装置６０からオゾンを流入
管２内に取り込むようにする。さらに必要に応じて開閉
弁９０を開き酸化助剤を流入管２内に取り込むようにす
る。

【００２５】流入口２１から処理槽１内に加圧下で取り
込まれた被処理液、オゾンおよび酸化助剤は、円盤体７
０と隔壁１１間の長い流路を通過し、さらに円盤体７０
の回転撹拌により効果的な気液接触が行われる。この
際、加圧下であることから被処理水中のオゾン溶存率が
高いことも、限られた気液接触時間で効果的な気液接触
反応（オゾン分解や殺菌等）を行うことに大きく寄与す
ることとなる。さらに、酸化助剤の存在により気液接触
反応の処理速度はいっそう促進される。

【００２６】また、本実施例では円盤体７０の上下面に
キャビテーション発生手段８を配設していることから、
円盤体７０の回転に伴い棒状部材８０の後方にはキャビ
テーションが生じ、溶存オゾンが微細な気泡となって被
処理液中に発生することとなり、極めて気体利用効率の
高い気液接触処理が行われることとなる。最後に、処理
槽１の上部に達した被処理液は流出口３１を経て排出さ
れて、気液接触処理は終了する。

【００２７】

【他の実施形態の可能性】本願発明の目的を達成するた
め、上記構成は以下のように適宜変更することが可能で
ある。

【００２８】すなわち、撹拌手段、キャビテーション発
生手段は本実施例に限定するものではなく適宜変更可能
である。例えば撹拌手段である円盤体に撹拌翼を設けた
り、キャビテーション発生手段の棒状部材の断面形状で
ある図３（Ａ）に替えてその全部または一部を（Ｂ）〜
（Ｄ）のように後方にカルマン渦流が発生しやすい形状
にしてもよい。

【００２９】また、本実施形態の加圧型気液混合装置で
は送水ポンプ、流出量調整弁、流入量調整弁、送気量調
整弁、キャビテーション発生手段等の駆動や調整を手動
で行っているが、シーケンス制御などにより、その一部
または全部を自動制御するようにすることも可能であ
る。さらに、排出後の被処理液に対しては、必要に応じ
て廃オゾン処理をするようにしても良い（図示省略）。
なお、オゾン発生装置および酸化助剤供給装置は、送水
ポンプと流入量調整弁との間に配置すればよく、実施形
態と逆順で配列しても良い。また酸化助剤供給装置は必
須構成要素ではないため、酸化助剤供給装置と開閉弁は
省略することも可能である。

【００３０】

【効果】以上述べたように、本願発明にかかる加圧型気
液混合装置は以下の効果を奏するものである。すなわ
ち、処理槽内で撹拌およびキャビテーション発生によ
り、導入した気体と被処理液体との気液接触反応を極め
て効率よく迅速に行うことができる。

【００３１】また、エゼクタやオリフィスを用いたり、
気体加圧装置を用いる必要がないので装置の簡素化が可
能となる。特に、気体としてオゾン等の有用気体を用い
た場合の適用例に対しては以下のような効果がある。

【００３２】イ）排水処理施設の狭小化及びランニング
コストの低減。 本装置を微生物処理の前処理として使用することによ
り、微生物処理系への負荷の軽減が計れることにより、
施設規模は従来の5分の1から10分の1以上に狭小化で
き、当然施設動力の70％を消費すると言われるブロワー
のランニングコストが節減できる事になる。また負荷が
軽くなり水質が一定になることから、管理が極めて簡易
になる施設が提供できる。

【００３３】ロ）高濃度排水の処理 畜産排水や一部食品工場の漬け汁等、数万mg／Ｌから数
十万mg／Ｌの濃厚排水を1〜2,000mg／Ｌまでの低レベル
まで下げることにより施設が狭小化できる。また本装置
を多段に組み合わせることにより、放流可能となる最終
処理まで行うことができる。特に、畜産排水やし尿処理
で特に問題になっている胆汁色素（アゾ色素）は微生物
分解ができないことから、し尿処理については20年ほど
前からオゾンによる脱色装置が導入されている。近年畜
産排水についてもBOD値は水質基準を達成しているが胆
汁色素が住民により問題にされる事態となっている事か
ら、本装置により解決が可能となり、処理系内からの悪
臭の発生も防止できる。

【００３４】ハ）気体溶解効率の向上による反応装置の
縮小化 オゾン等の反応装置は、曝気（バブリング）、撹拌（ミ
キシング）等による常圧反応であるため反応装置は極め
て大きくなり、反応効果は気体濃度に比例することから
どうしても溶存効率を上げようとすると、反応装置も大
きくならざるを得ない。しかし、本願発明にかかる加圧
型気液混合装置は、前記の反応条件を満足させることか
ら、小規模でよく、イニシャル、ランニングコストとも
低価格で設置が可能である。

【００３５】ニ）余剰汚泥の消化 現在下水道の終末処理場をはじめ、し尿処理場、畜産排
水など産業排水処理施設から発生する余剰汚泥（微生物
処理が完了した後に残る活性汚泥の一部で、定期的に、
定量引き抜かねばならない）を引き抜き、含水率85％以
下まで脱水し、脱水ケーキとして焼却、乾燥、埋立処
分、コンポスト等の方法で処理されている。これら余剰
汚泥もオゾンや、他の有用気体や次亜塩素酸ナトリウ
ム、過酸化水素水、塩酸、硫酸などの酸化助剤との併用
により減量、消滅が可能であり、この事によるコスト削
減による経済効果は計り知れないものがある。ひとつ
は、脱水処理が不要となり薬品代、電気代、人件費が削
減でき、脱水ケーキの処理費用も不要となる。

【００３６】ホ）排水処理施設の数値管理システム構築 従来の排水処理は、好気性あるいは嫌気性細菌による微
生物処理であり、本施設の管理は、長年の経験と勘に頼
る施設であった。特に産業排水の場合、季節的、時間的
負荷変動が激しく、その管理に担当者は苦労させられて
いるのが現状である。また、最近下水道の普及により放
流規制値が下水道法により、水質汚濁防止法の規制値よ
り10〜30倍甘くなることから、微生物処理のように数値
管理ができないと余計な経済的負担を負わなければなら
ない。しかし、本願発明にかかる加圧型気液混合装置を
利用した場合、原水の汚濁濃度や水量に合わせて、ハー
ド的にシステムを構築することにより、微生物を使わず
に数値管理できる施設の実現が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の加圧型気液混合装置の構成図であ
る。

【図２】本実施形態の加圧型気液混合装置に用いる撹拌
手段およびキャビテーション発生手段の概略斜視図であ
る。

【図３】本実施形態および他形態のキャビテーション発
生手段の説明図である。

【符号の説明】

Ａ 加圧型気液混合装置 １ 処理槽 １０ 混合室 １１ 隔壁 １１ａ 開口 １３ 圧力計 ２ 流入管 ２０ 流入量調整弁 ２１ 流入口 ２２ 吸気口 ３ 流出管 ３０ 流出量調整弁 ３１ 流出口 ４ 送水ポンプ ５ 送気量調整弁 ６ 気体供給手段 ６０ オゾン発生装置 ７ 撹拌手段 ７０ 円盤体 ７０ａ 回転軸 ７１ モータ ８ キャビテーション発生手段 ８０ 棒状部材 ８０ａ 後方側周部 ９ 酸化助剤供給装置 ９０ 開閉弁

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密閉構成した処理槽（１）に、 流入量調整弁（２０）を備えた流入管（２）と流出量調
   整弁（３０）を備えた流出管（３）とを接続し、 かつ処理槽（１）への流入部（２１）と流入量調整弁
   （２０）との間に送水ポンプ（４）を連通接続し、さら
   に該送水ポンプ（４）の取水側に吸気口（２２）を開設
   し、 前記流出量調整弁（３０）による流出量の低減と送水ポ
   ンプ（４）の送水圧とによって前記処理槽（１）内を加
   圧状態に形成すると共に、前記流入量調整弁（２０）に
   より流入量を低減して前記吸気口（２２）から所定の気
   体を処理槽（１）内に取り込むようにしたことを特徴と
   する加圧型気液混合装置。
2. 【請求項２】 処理槽（１）内を複数領域の混合室（１
   ０）で構成し、各混合室（１０）毎に導入と排出とを行
   う開口（１１ａ）を配置したことを特徴とする請求項１
   記載の加圧型気液混合装置。
3. 【請求項３】 処理槽（１）を竪型筒状とし、複数個の
   混合室（１０）を上下段に積層状に配設したことを特徴
   とする請求項２記載の加圧型気液混合装置。
4. 【請求項４】 各混合室（１０）内に撹拌手段（７）を
   配置したことを特徴とする請求項２、又は３記載の加圧
   型気液混合装置。
5. 【請求項５】 撹拌手段（７）を、円筒形を上下に配置
   した混合室（１０）の横断面形より若干小さい大きさの
   円盤体（７０）の回転撹拌としたことを特徴とする請求
   項４記載の加圧型気液混合装置。
6. 【請求項６】 撹拌手段（７）にキャビテーション発生
   手段（８）を配設したことを特徴とする請求項４、又は
   ５記載の加圧型気液混合装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜請求項６の何れかに記載した
   加圧型気液混合装置（Ａ）の処理槽（１）内に、流入管
   （２）から廃液を注入すると共に、吸気口（２２）から
   オゾン、磁化エアー、若しくはマイナスイオン化エア
   ー、の何れか又はこれらの組み合わせを吸引して混合さ
   せることにより廃液を処理することを特徴とした廃液処
   理装置。