JP2003053168A - ガス溶解装置並びに酸素溶解システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶解タンク内の液体（サンプル水）の溶存ガ
ス量（溶存酸素量）をより増加させることができるガス
溶解装置並びに酸素溶解システムを提供する。 【解決手段】 酸素溶解システム１を構成するポンプ２
と溶解タンク３との間には、サンプル水及び酸素ガスを
溶解タンク３へ供給する供給管４が設けられ、その供給
管４の先端部にはサンプル水及び酸素ガスを照射するノ
ズル５が設けられている。ノズル５は、溶解タンク３の
上面の中央部に、その吹出口が垂直に下方を向くように
セットされる。溶解タンク３内には、複数枚の円板であ
る滞留部材６が、互いに所定の間隔を以って配されてい
る。複数枚の滞留部材６は、その中央部に所定の大きさ
を有する孔７が、それぞれ形成されている。孔７が設け
られた最下部の円板の下方には、孔が設けられていない
円板である衝突部材８が配されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス溶解方法及び
ガス溶解装置並びに酸素溶解システムに関し、詳しくは
高い効率で液体（例えば、サンプル水）にガス（例え
ば、酸素ガス）を溶解させるガス溶解方法及びガス溶解
装置並びに酸素溶解システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の、排水処理施設等における、酸素
を用いたエアレーションを行う手法として、例えば特開
平１１−２０７１６２号に示されるような酸素溶解シス
テムを採用した手法が知られている。

【０００３】この酸素溶解システムは、図２及び図３、
図４に示すように、加圧ポンプ１０１は導水管１０１ａ
によってプールＰの水を加圧用タンク１０２に供給する
ようになっており、導水管１０１ａのタンク側端部には
ノズル部１０１ｂが設けられている。このノズル部１０
１ｂは、立直した円筒形状に設けられた加圧用タンク１
０２の外周部付近に設置され、水面の上方からタンク１
０２の接線方向斜め下方に水を噴射し、この噴射した水
によりタンク１０２内の水に渦流を発生させる。この噴
射される水は、加圧ポンプ１０１によって、例えば２Ｋ
ｇ／ｃｍ^２〜５Ｋｇ／ｃｍ^２に加圧されている。

【０００４】一方、加圧用タンク１０２には、水面検知
センサー１０５、圧力計１０６、排水用電磁弁１０７及
び圧力調整弁１０８が設けられており、加圧ポンプ１０
１から供給された水の量や圧力を自動調整できるように
なっている。

【０００５】又、エアーコンプレッサー１０３は、通気
管１０３ａによって外気（空気）を加圧用タンク１０２
の上部に圧搾して送るものであり、通気管１０３ａには
電磁弁１０７ａとレギュレータ１０９とが設けられてい
る。

【０００６】そして、酸素ボンベ１０４は通気管１０４
ａによって純酸素を加圧用タンク１０２上部に送るもの
であり、この例では通気管１０４ａはエアーコンプレッ
サー１０３の通気管１０３ａに接続されている。この酸
素ボンベ１０４の通気管１０４ａにはレギュレータ１０
９、酸素流量計１１０、電磁弁１０７が夫々設けられて
おり、酸素の量をコントロールすることにより、任意の
酸素濃度の空気をエアーコンプレッサー１０３によって
加圧状態で加圧用タンク１０２に供給するようになって
いる。

【０００７】このような構成において、先ず、加圧ポン
プ１０１によって汲み上げた水を加圧用タンク１０２に
供給すると共に、コンプレッサー１０３によって空気と
共に加圧した酸素を加圧用タンク１０２内に供給して、
加圧状態で酸素を水に溶解させる。そして、加圧用タン
ク１０２の圧力調整弁１０８を開くことによって、加圧
用タンク１０２内の圧力を大気開放状態となし、これに
より加圧状態で水に溶存した酸素を水中で微細気泡とす
ることができるのである。

【０００８】このようにして発生した酸素（空気）の微
細気泡は直径が５〜１０μｍと非常に小さいものであ
り、発生後長時間にわたって水中を浮遊する。そして、
この微細気泡の長時間の浮遊については２次的な酸素移
動が起こり、その過程で再び高い効率の酸素溶解が行わ
れる。また、ノズル部１０１ｂから水が加圧用タンク１
０２上部の酸素を巻き込みながらこの加圧用タンク１０
２に渦流を起こすように噴射されることから、水の深層
までエアレーションを可能にして酸素の導入拡散効果を
高め、その溶解効率を向上させることができ、これによ
り水中に高効率で酸素供給を行い、大気開放時における
水中の微細気泡の量を増大させることができるのであ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように旋回流によるタンクの中央部に発生した竜巻状
のガス表面積部が接触面積を増加させる手法では、旋回
流によって酸素ガスの接触面積が規定されてしまうとい
う問題点があった。

【００１０】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、溶解タンク内の液体（サンプル水）の溶存ガス量
（溶存酸素量）をより増加させることができるガス溶解
方法及びガス溶解装置並びに酸素溶解システムを提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るガス溶解装置並びに酸素溶解システム
は、次に示すように構成することができる。

【００１２】（１） 溶解用のガスと該ガスを溶解する
ための液体を上部から供給すると共に、前記ガスが溶解
している液体を下部方向から排出する溶解タンクと、前
記溶解タンク内において、上部位置から下部方向に前記
ガス及び前記液体を噴射する噴射手段と、前記溶解タン
ク内において、水面下であって、水面と平行に配列し且
つ下部側を面形状に形成した下面を有する滞留部材とか
らなり、前記噴射したガス及び液体のうち、浮遊してい
るガスを、前記滞留部材の下面に留めるようにして前記
液体と溶融する時間を稼ぐようにしたことを特徴とする
ガス溶解装置。 （２） 前記ガスは酸素ガスであり、前記液体はサンプ
ル水である（１）に記載のガス溶解装置。 （３） 前記噴射手段は、ノズルでガス及び液体を噴射
することを特徴とする（１）に記載のガス溶解装置。 （４） 前記滞留部材は、中央部に孔を設けた円板形状
に形成し、該孔の部分に前記ガス及び液体を噴射させる
ようにしたことを特徴とする請求項１に記載のガス溶解
装置。 （５） 前記円板形状に形成した滞留部材は、前記溶解
タンクの内径よりも縮径に形成し、溶解タンクの内周壁
面と滞留部材の端縁との間に空隙を持たせるようにした
ことを特徴とする（４）に記載のガス溶解装置。 （６） 前記円板形状に形成した滞留部材は、前記孔を
同一中心軸にして複数枚適宜間隔を持って重ねて配列し
たことを特徴とする（４）乃至（５）に記載のガス溶解
装置。 （７） 前記滞留部材の下部位置に前記噴射したガス及
び液体を前記滞留部材の孔を通してあてる衝突部材を備
え、該衝突部材にあてたガス及び液体のうち、ガスを前
記滞留部材の下面に滞留させるようにしたことを特徴と
する（４）乃至（６）に記載のガス溶解装置。 （８） 前記溶解タンクは加圧タンクである（１）に記
載のガス溶解装置。

【００１３】（９） 溶解タンクの上部にサンプル水及
び酸素ガスを供給する供給部と、該溶解タンクの底部に
酸素ガスを溶解したサンプル水を排出する排出部とを備
えた酸素溶解システムであって、前記溶解タンクには、
中央部に孔が形成された複数の円板である滞留部材を適
宜間隔を以って垂直方向に配列し、中央部に孔が形成さ
れていない円板である衝突部材を前記滞留部材の下部位
置に配列し、前記溶解タンク内に配列された前記滞留部
材の上部中央部にその吹出口が垂直に下方を向くように
設けられて前記サンプル水及び前記酸素ガスを前記滞留
部材の孔に向かって噴射する少なくとも１本のノズルを
有することを特徴とする酸素溶解システム。 （１０） 複数の前記滞留部材は、上下に隣接する滞留
部材と、支柱によって互いに固定されていることを特徴
とする（９）に記載の酸素溶解システム。 （１１） 複数の前記滞留部材の直径は、前記溶解タン
クの内径より略１割小径であることを特徴とする（９）
に記載の酸素溶解システム。 （１２） 複数の前記滞留部材のうち、最上部にある滞
留部材は、前記溶解タンクの上部と支柱によって互いに
固定されていることを特徴とする（９）に記載の酸素溶
解システム。 （１３） 複数の前記滞留部材は、電極として形成する
ことを特徴とする（９）に記載の酸素溶解システム。 （１４） 前記溶解タンクは、圧力タンクからなること
を特徴とする（９）に記載の酸素溶解システム。

【００１４】このように、噴射したガス及び液体のう
ち、ガスのみを水面下に設けた板状部材の下面に滞留さ
せるようにして液体との滞留時間を長くするようにした
ことにより、液体（サンプル水）の溶存ガス量（溶存酸
素量）をより増加させることができるガス溶解装置並び
に酸素溶解システムを提供することが可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
係るガス溶解方法及びガス溶解装置並びに酸素溶解シス
テムの一実施形態を説明する。尚、ガス溶解方法及びガ
ス溶解装置は、ガスを酸素ガス、液体をサンプル水とす
る酸素溶解システムに具現化できるため、以下、酸素溶
解システムについて説明する。

【００１６】図１は、本発明の一実施形態に係る酸素溶
解システムの概略構成を示す図である。同図において、
酸素溶解システム１は、サンプル水及び酸素ガスを供給
する加圧ポンプ（PU）２と、酸素ガスをサンプル水へ溶
解させるための溶解タンク３とから、主に構成されてい
る。

【００１７】加圧ポンプ２と溶解タンク３との間には、
サンプル水及び酸素ガスを溶解タンク３へ供給する通路
である供給管４が設けられている。供給管４は溶解タン
ク３の上部位置に接続され、その供給管４の先端部には
サンプル水及び酸素ガスを噴射する噴射手段であるノズ
ル５が設けられている。ノズル５は、溶解タンク３の上
部位置中央部に、その吹出口が垂直に下方を向くように
セットされる。

【００１８】溶解タンク３内には、複数枚の円板である
滞留部材６が、水面に対して平行になるように、且つ互
いに所定の間隔を以って垂直方向に配されている。滞留
部材６は、その中央部に所定の大きさを有する孔７が、
それぞれ形成されている。滞留部材６の直径は、溶解タ
ンク３の内径より１割程度小径とすること、即ち、溶解
タンク３の内径よりも縮径に形成し、この溶解タンク３
の内周壁面と滞留部材６の端縁との間に空隙を持たせる
ようにした構造となっている。複数枚の滞留部材６は、
上下方向に互いに隣接する滞留部材６と、支柱９により
固定されている。最上部の滞留部材６は、溶解タンク３
の上面の内側に設けられる支柱９ａにより溶解タンク３
に固定される。孔７が設けられた最下部の円板の下部位
置には、孔が設けられていない１枚の円板である衝突部
材８が配されており、この衝突部材８は支柱９ｂによっ
て最下部の滞留部材６に固定される。溶解タンク３の下
部には、サンプル水を排出する排出管１４が設けられて
いる。

【００１９】上記構成において、ノズル５から孔７を通
って衝突部材８に対して、サンプル水及び酸素ガスが噴
射されると、１枚の衝突部材８には孔が設けられていな
いので、酸素ガスは、衝突部材８に衝突して、溶解タン
ク３内で水平方向及び上方向に散乱される。散乱された
酸素ガスの気泡は、多重に設けられた複数の滞留部材６
の間に浮遊する。また、気泡の一部は溶解タンク３の水
面１１上に浮上しようとするが、多重に設けられた複数
の滞留部材６のために容易に浮上することができず、従
って、複数の滞留部材６それぞれの下面に溜まり、気層
を形成する。溶解タンク３内を浮遊し、または複数の滞
留部材６の下面に浮上する酸素ガスの気泡は、図１にお
いて参照符号１２で示されている。このようにして滞留
する時間を長くしたことにより、排出管１０を介して排
出される液体（サンプル水）にはいわゆる微細気泡１３
が存在することになり、その浮遊時間も長くなる。

【００２０】このように、ノズル５によりサンプル水及
び酸素ガスを水面に叩き込むことにより、溶解タンク３
内のサンプル水中に、より多くの気泡１２が発生され、
また、多重に設けられた複数の滞留部材６により溶解タ
ンク３内に多重の気層が形成されるので、酸素ガスとサ
ンプル水との接触面積を増大させることが可能となり、
微細気泡１３の数を多くすることができるのである。ま
た、接触時間はタンク３の容量とサンプル水流量により
決まるが、上記構成によれば、溶解タンク３内には多重
の酸素ガス気層が形成されているので、サンプル水が溶
解タンク３内にある期間の多くの期間に亘って、サンプ
ル水は酸素ガスと接触することが可能となる。即ち、サ
ンプル水と酸素ガスとの接触時間が増大される。

【００２１】このように、本実施形態によれば、酸素ガ
スとサンプル水との接触面積を増大させるとともに接触
時間を増大させることも可能となるため、サンプル水中
の溶存酸素量を飛躍的に増加させることが可能となる。

【００２２】なお、本発明は、上記実施形態に示したよ
うな酸素ガスを溶解させる場合だけでなく、液体中によ
り多くのガスを溶存させたい場合に有効である。

【００２３】また、溶解タンク３内に多重に設けられた
複数の滞留部材６を電極とすると、反応槽として使用す
ることも可能となる。

【００２４】溶解タンク３を圧力容器とすれば、反応速
度を速め、反応効率を向上させることも可能となる。

【００２５】また、溶解タンク３の壁面に常に気泡が接
触するので、タンク３内の洗浄効果も期待できる。

【００２６】更に、本実施形態ではノズル５を１本、溶
解タンク３の上部に設けるようにしたが、ノズル５を複
数本設け、その直下に本実施形態に示した複数の滞留部
材６と同一の孔構造を有する円板を設けることにより、
サンプル水と酸素ガスとの接触面積を更に増大させるこ
とが可能となる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、溶解タンク内に
は、中央部に孔が形成された複数の滞留部材を垂直方向
に適宜間隔を以って配列した構成にし、その孔に向けて
ガス（酸素ガス）及び液体（サンプル水）を噴射させる
ようにしたことにより、孔を通過したガスが一端、タン
クの下部方向にゆき、次に浮遊するときに孔の下側面で
抑えられて滞留することにより、そのぶん液体（サンプ
ル水）とガス（酸素ガス）との接触時間が長くなり、液
体に溶解するガスの量を増大させることができ、溶解タ
ンク内の液体の溶存ガス量をより増加させることができ
るという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る酸素溶解システムの
概略構成を示す図である。

【図２】従来技術における酸素溶解装置を略示的に示し
た構成図である。

【図３】同図２におけるの酸素溶解システムの原理を説
明するための説明図である。

【図４】同図２におけるの酸素溶解システムの原理を説
明するための説明図である。

【符号の説明】

１ 酸素溶解システム ２ ポンプ ３ 溶解タンク ５ ノズル ６ 滞留部材（孔有り円板） ７ 孔 ８ 衝突部材（孔無し円板） ９，９ａ，９ｂ 支柱 １４ 排出管

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶解用のガスと該ガスを溶解するための
   液体を上部から供給すると共に、前記ガスが溶解した液
   体を下部方向から排出する溶解タンクと、前記溶解タン
   ク内において、上部位置から下部方向に前記ガス及び前
   記液体を噴射する噴射手段と、前記溶解タンク内におい
   て、水面下であって、水面と略平行に配列し且つ下部側
   を面形状に形成した下面を有する滞留部材とからなり、
   前記噴射したガス及び液体のうち、浮遊しているガス
   を、前記滞留部材の下面に留めるようにしたことを特徴
   とするガス溶解装置。
2. 【請求項２】 前記ガスは酸素ガスであり、前記液体は
   サンプル水である請求項１に記載のガス溶解装置。
3. 【請求項３】 前記噴射手段は、ノズルでガス及び液体
   を噴射することを特徴とする請求項１に記載のガス溶解
   装置。
4. 【請求項４】 前記滞留部材は、中央部に孔を設けた円
   板形状に形成し、該孔の部分に前記ガス及び液体を噴射
   させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のガ
   ス溶解装置。
5. 【請求項５】 前記円板形状に形成した滞留部材は、前
   記溶解タンクの内径よりも縮径に形成し、溶解タンクの
   内周壁面と滞留部材の端縁との間に空隙を持たせるよう
   にしたことを特徴とする請求項４に記載のガス溶解装
   置。
6. 【請求項６】 前記円板形状に形成した滞留部材は、前
   記孔を同一中心軸にして複数枚適宜間隔を持って重ねて
   配列したことを特徴とする請求項４乃至５に記載のガス
   溶解装置。
7. 【請求項７】 前記滞留部材の下部位置に前記噴射した
   ガス及び液体を前記滞留部材の孔を通してあてる衝突部
   材を備え、該衝突部材にあてたガス及び液体のうち、ガ
   スを前記滞留部材の下面に滞留させるようにしたことを
   特徴とする請求項４乃至６に記載のガス溶解装置。
8. 【請求項８】 前記溶解タンクは加圧タンクである請求
   項１に記載のガス溶解装置。
9. 【請求項９】 溶解タンクの上部にサンプル水及び酸素
   ガスを供給する供給部と、該溶解タンクの底部に酸素ガ
   スを溶解したサンプル水を排出する排出部とを備えた酸
   素溶解システムであって、 前記溶解タンクには、中央部に孔が形成された複数の円
   板である滞留部材を適宜間隔を以って垂直方向に配列
   し、中央部に孔が形成されていない円板である衝突部材
   を前記滞留部材の下部位置に配列し、前記溶解タンク内
   に配列された前記滞留部材の上部中央部にその吹出口が
   垂直に下方を向くように設けられて前記サンプル水及び
   前記酸素ガスを前記滞留部材の孔に向かって噴射する少
   なくとも１本のノズルを有することを特徴とする酸素溶
   解システム。
10. 【請求項１０】 複数の前記滞留部材は、上下に隣接す
    る滞留部材と、支柱によって互いに固定されていること
    を特徴とする請求項９に記載の酸素溶解システム。
11. 【請求項１１】 複数の前記滞留部材の直径は、前記溶
    解タンクの内径より略１割小径であることを特徴とする
    請求項９に記載の酸素溶解システム。
12. 【請求項１２】 複数の前記滞留部材のうち、最上部に
    ある滞留部材は、前記溶解タンクの上部と支柱によって
    互いに固定されていることを特徴とする請求項９に記載
    の酸素溶解システム。
13. 【請求項１３】 複数の前記滞留部材は、電極として形
    成することを特徴とする請求項９に記載の酸素溶解シス
    テム。
14. 【請求項１４】 前記溶解タンクは、圧力タンクからな
    ることを特徴とする請求項９に記載の酸素溶解システ
    ム。