JP2005523808A - エアレータ - Google Patents
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Abstract
本発明は、孔が空気流出側（Ａ）において反対側に存在する空気流入側（Ｂ）よりも小さい、孔多孔性プラスチック成形体より成るエアレータに関する。本発明のエアレータは、下水処理プラントでの使用のために特に適している。
Description
本発明は、プラスチック成形体より成るエアレータおよびその製造に関する。本発明によるエアレータは、下水処理プラントでの使用に特に適している。
そもそも微生物が酸素を消費する間に有機汚染物質を酸化する能力は、下水処理で今日使用されている生物学的プロセスの大半において利用されている。十分な量の酸素を微生物が使用できるようにするために、下水中に空気を導入する必要がある。空気供給は、それゆえ下水中のアンモニウム含有量を減少させるために、アンモニウムイオンの硝酸塩への変換をさらに引き起こすはずである。
下水の通気は通常、多孔性エアレータによって空気を吹き込むことによって発生する。これらのエアレータは例えば、セラミック材料より作成され、しかしながらその欠点は、比較的脆弱性であり、それゆえ壊れやすいことである。セラミック材料はさらに、粗い表面を有し、そこに沈着物および堆積物が容易に形成し、次にエアレータの閉塞が起こる。
エラストマーで作成され、連続スロットを備えた成形体をエアレータとして使用することがさらに既知である。しかしながら欠点は、そのようなエアレータが高い圧力損失を有し、その製造プロセスによる高い摩耗を有し、低い体積流量のみ受けられることである。エラストマーはさらに通常はＥＰＤＭで作成され、それゆえすべての種類の下水に対して化学的に耐性ではない。
したがって本発明の基礎を成す目的は、低い圧力損失、良好な機械的安定性、高い耐久性および高い酸素生成性能を有し、沈着物および堆積物が容易に除去できるエアレータを提供することである。
この目的は、孔が空気流出側（Ａ）において、反対側に位置する空気流入側（Ｂ）よりも小さい多孔性プラスチック成形体より成るエアレータによって解決される。
本発明によりエアレータを製造するために、小粒または粉末の形のプラスチック材料は、焼結型などの型で焼結させる。プラスチック小粒または粉末を充填した型は、焼結炉内で片側（Ａ）において反対側（Ｂ）よりも高い温度まで加熱され、その結果として小粒および／または粉末の形で使用されたプラスチック材料は、高温側で反対側よりも高い程度まで共に焼結され、それによって側面（Ｂ）よりも側面（Ａ）にて形成される、小さい孔直径を有する孔が生じる。
焼結の間、プラスチック小粒および／粉末の粒は表面のみで溶融し始めるが、全体が溶融するわけでなく、それによって焼結複合物が生じ、冷却後にそれにもかかわらず多孔性である、良好に付着する安定性の成形体がもたらされる。プラスチック小粒および／または粉末の粒が表面のみ溶融し始め、しかしながら全体が溶融するわけではない温度は、以下で「溶融温度」と呼ぶ。
全体としてあまりに高い程度のプラスチック材料の溶融と孔の粗悪な形成も防止するために、プラスチック成形体は、好ましくは高または超高分子量材料で作成すべきである。ポリエチレン（高モル質量を有する（約２００，０００〜５，０００，０００ｇ／ｍｏｌ）、省略形：ＨＤ−ＨＭＷ−ＰＥまたは超高モル質量を有する（３，０００，０００〜６，０００，０００ｇ／ｍｏｌ）、省略形：ＵＨＭＷ−ＨＤ−ＰＥ））またはポリプロピレンも好ましくは本発明で使用される。完全な溶融を回避するために温度処理が注意深く実施されるという条件で、平均密度を有するポリエチレンも場合によって使用できる。しかしながら好ましくは、より高い分子量材料が使用される。
使用されるプラスチック小粒または粉末の平均粒径は好ましくは、１μｍ〜５ｍｍの範囲内にあるべきである。粒の８０％が５００μｍより大である小粒、粒の６５％が２５０〜５００μｍのサイズを有する粉末またはその混合物が、特に好ましい。
焼結温度および焼結処理の期間は、所望の結合度が所望の多孔性と共に達成されるように選択される。焼結温度は使用するプラスチック材料によって、好ましくは８０℃〜２２０℃、好ましくは１２０℃〜１６０℃である。例えば溶融温度８０℃を有するプラスチックには、理想的には焼結温度１５０℃が選択されるべきである。温度処理の期間は好ましくは３０分〜１８０分、特に６０分〜１２０分の範囲である。温度処理の期間は、側面（Ａ）から反対側に位置する側面（Ｂ）を通じたプラスチック小粒または粉末の完全な加熱が確実となるように選択する必要がある。
温度処理の間に１〜２５℃、好ましくは５〜１５℃の温度勾配が側面（Ａ）と側面（Ｂ）の間で確立されることが、特に好都合であることが判明した。
本発明によるエアレータの孔は好ましくは、１μｍ〜１５００μｍ、特に好ましくは１０μｍ〜１０００μｍの範囲の空気流出側（Ａ）の平均直径と、５μｍ〜３０００μｍ、特に２０μｍ〜１５００μｍの範囲の空気流入側（Ｂ）の平均直径を有する。さらに空気流出側（Ａ）の平均孔直径は、空気流入側（Ｂ）の平均孔直径よりも好ましくは２０〜８０％小さい。
本発明によるエアレータは好ましくは、２〜３０ｍｍ、特に好ましくは３〜１２ｍｍの厚さを有する。
非常に簡単な製造に加えて、孔のサイズは、小粒または粉末プラスチック材料のサイズの選択、温度処理の期間および加熱温度によって所望通りに調節することができる。したがって異なる多孔性を有するエアレータを簡単な方法で製造できる。さらなる利点は、本発明によるエアレータの製造には、添加剤、例えば樹脂、接着剤などが必要ないことである。
エアレータの側面（Ａ）の外部表面層の特定の加熱では、温度処理の終了時に温度を一時的に上昇させることが、特に好都合であることが判明した。エアレータの外部層はこれによって一時的に高温まで加熱されるため、プラスチック材料は共にやや高い程度まで溶解し、より小さい孔径すらそこで生じる。
どの種類のエアレータも、好ましくはプレート状または管状エアレータを、上述の製造プロセスを使用して製造することができる。
本発明は、同封する図によって以下に説明される。
図１および図２は、本発明によって製造されるエアレータを示す。図１は特に、プレート状エアレータとして使用できるエアレータの図であるが、これに対して図２は、管状エアレータとして使用できるエアレータの図を示す。図１および図２の矢印は、空気がエアレータ内を流れる方向を示す。
図１に示すプレート状エアレータは、文字（Ｂ）で示された空気流入側よりも、（Ａ）と示された空気流出側でより小さい孔を有する。下水処理プラントで利用される場合、エアレータは、より小さい孔を有する空気流出側（Ａ）が、空気が導入されるはずの下水に面するように使用される。
図２に示す管状エアレータの場合、より小さい孔は管の外側（Ａ）にあり、より大きい孔は管の内側（Ｂ）にある。この場合も同様に、より小さい孔を有する側面（Ａ）、すなわち管の外側も通気される下水に面している。下水に通気する場合、空気は、管の内側（Ｂ）から下水中に向けられる管の外側（Ａ）に流れる。
管状エアレータの場合、補強のために管の内側にスロットを備えた中央管を取付けることが可能である。この管は好ましくはＰＶＣまたは耐温度性ポリエチレンで作成される。
中央管によって補強された管状エアレータを製造する場合、温度処理の完了前または完了後に内側で中央管を冷却するための設備を作成することができる。また熱処理の間にある程度まで加熱される中央管は、発生するプラスチック材料の収縮によって冷却中に共に押圧されることを防止するために、これによってほぼ急冷される。
空気流出側（Ａ）の孔直径が反対側に存在する空気流入側（Ｂ）よりも小さいという特性により、空気が流れるときに、均一孔径を有する材料よりも低い圧力損失が達成される。より低い圧力損失は次に、低圧における有効なガス化を可能にして、それによって利用できるエアレータの性能の高度な生成が達成される。エアレータの表面はさらに、例えば簡単なショック通気によって、沈着物および堆積物から非常に容易に解放される。エアレータは最終的に、極めて機械的に安定で耐破損性である。
管状エアレータの製造
加熱ジャケットを使用して加熱できる円形アルミニウム型を焼結オーブンとして使用して、さらにアルミニウム製であるコアバーの中心に配置する。コアバーとアルミニウム型の隙間は、振り入れられるＨＤＰＥ小粒（ρ＝０．９５２〜０．９５６ｇ／ｃｍ3、粒の８０％＞５００μｍ）で充填する。アルミニウム型とコアバーとの間の隙間は５ｍｍであり、それゆえ生じたエアレータは対応する壁厚、すなわち厚さを有する。混合物は、加熱ジャケットを使用してアルミニウム型を１５０℃まで７０分間加熱することにより焼結する。アルミニウム型に面する側面とコアバーに面する側面との間の温度勾配は、約７℃である。次に室温までの冷却および型からの除去が行われる。
加熱ジャケットを使用して加熱できる円形アルミニウム型を焼結オーブンとして使用して、さらにアルミニウム製であるコアバーの中心に配置する。コアバーとアルミニウム型の隙間は、振り入れられるＨＤＰＥ小粒（ρ＝０．９５２〜０．９５６ｇ／ｃｍ3、粒の８０％＞５００μｍ）で充填する。アルミニウム型とコアバーとの間の隙間は５ｍｍであり、それゆえ生じたエアレータは対応する壁厚、すなわち厚さを有する。混合物は、加熱ジャケットを使用してアルミニウム型を１５０℃まで７０分間加熱することにより焼結する。アルミニウム型に面する側面とコアバーに面する側面との間の温度勾配は、約７℃である。次に室温までの冷却および型からの除去が行われる。
この方法で製造されたエアレータは、空気流出側（Ａ）において平均孔直径２９０μｍである、１５０〜３５０μｍの範囲の孔径を、空気流入側（Ｂ）において平均孔直径４９０μｍである、４００〜８５０μｍの範囲の孔径を含む。
孔径を決定するために、エアレータをサンプル片から切り出し、立体顕微鏡はもちろんのこと、走査電子顕微鏡下でも検査した。孔径は、対応する画像を測定することによって決定した。
ここで規定する平均孔直径は、複数の特に測定した孔直径から決定した算術平均を表す。
Claims (9)
- 空気流出側（Ａ）において反対側に存在する空気流入側（Ｂ）よりも小さい孔を有する、多孔性プラスチック成形体より成るエアレータ。
- プラスチック成形体がポリエチレンまたはポリプロピレンより作成される、請求項１に記載のエアレータ。
- 孔が空気流出側（Ａ）にて１μｍ〜１５００μｍの平均直径および空気流入側（Ｂ）にて５μｍ〜３０００μｍの平均直径を有する、請求項１または２に記載のエアレータ。
- 空気流出側（Ａ）の平均孔直径が、空気流入側（Ｂ）の平均孔直径よりも２０〜８０％小さい、請求項１から３の一項以上に記載のエアレータ。
- エアレータがプレート状エアレータまたは管状エアレータである、請求項１から４の一項以上に記載のエアレータ。
- 請求項１から４の一項以上に定義された多孔性プラスチック成形体の使用。
- エアレータがプレート状エアレータまたは管状エアレータである、請求項６に記載の使用。
- 請求項１から４の一項以上に定義されたエアレータの製造のための方法であって：
（ａ）型をプラスチック小粒および／または粉末によって充填するステップと；
（ｂ）プラスチック小粒および／または粉末によって充填された型を、プラスチック小粒および／または粉末の粒が表面にて溶融し始めるまで加熱するステップであって、より小さい孔が得られるはずの側面は、反対側よりも高い温度で加熱される、ステップと；
（ｃ）６０℃〜室温の間の温度まで冷却するステップと；
（ｄ）得られたプラスチック成形体を型から取外すステップと；
を含む方法。 - 小粒および／または粉末の平均粒径が１μｍ〜５ｍｍである、請求項８に記載の方法。
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