JP2006281180A - 散気処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 気液の混合攪拌能率の向上による高均質化、高性能化、省エネルギー化、省スペース化、メンテナンスフリーを達成し、大型化の容易な高効率の散気処理装置を提供する。
【解決手段】 散気処理装置１５は、長手方向を実質的に垂直にして配置された第１の静止型混合器９を内設した流体が通流する筒状の通路管８と通路管８の下端側に気体を通路管８内に気送ライン１１を介して噴出供給する気体噴出部１２を配置し、気体噴出部１２に第２の静止型混合器１３を配設し、気体噴出部１２から気体を供給し、エアリフト効果により、通路管８の下端側の液体導入部１４から液体を通路管８内に導入し、気体および液体は静止型混合器９内で微細化されて並流で上昇しながら、両者は連続的に気液接触し、通路管８の上端側から液体中に排出される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、産業排水、上下水および湖沼、河川、地下水等の水処理と浄化および気体中の異種物質の除去、回収や生物反応装置（バイオリアクター）などに利用される散気処理装置に関する。詳しくは、気体と液体とを混合、攪拌させて気液接触させる操作であり、空気を水中で曝気させて空気中の酸素を水中に溶解させたり、水中に溶存しているアンモニア、トリクロロエタン、塩化メチレン、塩素、トリハロメタン等の揮発性物質の放散および気体中の塩化水素、二酸化硫黄、粉麈などの異種物質を反応吸収、捕集による除去、回収、更に酵素反応および微生物反応などに利用される散気処理装置に関する。

従来の散気処理装置は、大別すると、散気式（気泡式）、機械攪拌式（表面攪拌）である。特に、散気式による曝気処理装置１１０は、図１６に示すように、曝気槽１１１の底部に散気板１１２、散気筒等を多数配置して、これらに送風機１１３および気送ライン１１４を介して加圧空気を供給して曝気処理を行っている。又、液体中に溶存しているアンモニア等の窒素化合物を放散して浄化・回収する場合は、図１７に示すように、充填塔や棚段塔等が多く利用されている。充填塔方式による放散処理装置１１５の場合、充填塔１１６上部から液体が供給され、塔下部より気体が供給される。塔内に配置されている充填物１１７を向流で気液接触しながら、液体中のアンモニア（ＮＨ_４ ^＋）、有機溶媒等の揮発性物質は気体側に放散されて、液体の浄化・回収処理が行われている。

又、粉麈と亜硫酸ガスを含む排ガスの処理装置の気液接触反応装置として、多数のガス噴出孔を有する筒状の排ガス分散管が使用されている。この排ガス分散管を利用した排ガス処理方法が特開平７−３０８５３６号、特開平９−８６５号に開示されているが、液体と多数のガス噴出孔から吹出す気泡との気液接触効率は低い。又、反応生成物である石膏の付着成長による閉塞の問題がある。

更に、従来の静止型混合器を利用した散気処理装置（特開昭５９−２０６０９６号、特開２００１−２６９６９２号、特開２００１−６２２６９号、非特許文献１および２参照。）は、構造上の問題から酸素吸収（溶解）効率は低く、又、大口径（直径で５００ｍｍ以上）の散気処理装置の製作は難しく、製作可能でも気液接触効率は低い。更に製作加工費も高価となる。
更に又、従来の静止型混合器の下方に配置されている空気供給用気送管の空気吹出孔の口径は１０〜４０ｍｍの範囲である。この気送管の上面に１つ又は複数個の吹出孔を有している。
この吹出孔から供給される気泡径は空気吹出孔の口径と同一の為に、気液接触効率は低く、酸素吸収効率も低くなり、混合器内での気液接触時間すなわち滞留時間を長くする必要がある。
この結果、静止型混合器すなわち散気処理装置の全長は高くなり、設備費は高価となる。
又、通気抵抗の増加により、ブロワーなどの空気供給装置の電力費も高価になる。
更に、従来の散気板，散気筒，静止型混合器等からなる散気処理装置の構成材料は、プラスチック，ゴム等が多く利用されている。その為に、材質の劣化，老化等により散気処理装置の寿命は短期間である。又、新品との交換時には、多量の廃棄物が発生して、その廃棄物処理費用も高価となる。更に、交換工事の際は操業を停止する必要がある。このために、予備槽が必要となり、設備費が高価になる。

特開平２−１９８６９４号公報 特開昭４４−８２９０号公報 特開昭５３−３６１８２号公報 特開平５−１６８８８２号公報 特開平７−２８４６４２号公報 特開平７−３０８５３６号公報 特開平９−８６５号公報 特開平１０−８０６２７号公報 特開平１０−８５７２１号公報 特開２００１−６２２６９号公報 特開昭５９−２０６０９６号公報 特開２００１−２６９６９号公報 Ｓ．Ｊ．チェン，他「スタティック・ミキシング・ハンドブック」総合化学研究所、１９７３年６月発行，Ｐ６２〜８２，Ｐ１９９〜２１７ 松村 輝一郎，森島 泰，他 「静止型混合器−基礎と応用−」日刊工業新聞社、１９８１年９月３０日発行，Ｐ１〜１８，Ｐ８１〜９５

従来の散気処理装置は、酸素の溶存および吸収効率が低く、散気板１台あたりの供給空気量は小さいので広大な面積を必要としている。又、曝気槽内の混合攪拌の為に、必要酸素量以上の空気を散気板等に加圧供給している。更に散気板を通過する空気抵抗は大きい。その為に、多大の電力を消費している。又、従来の充填塔、棚段塔等の放散処理装置は、充填物や棚段に液体中のカルシウム化合物や微生物等が付着成長して目詰まりを起こし、定期的な保守管理を必要としている。更に、従来の静止型混合器を利用した散気処理装置は酸素吸収効率が低く、大型化が困難であった。そこで、本発明の課題は、気液接触効率の向上と曝気、放散および反応処理を極めて効果的に省エネルギー、省スペース、低コスト、メンテナンスフリーで排水等を浄化し、又気体中の異種物質の吸収除去又は放散除去および放散回収等に利用される散気処理装置を提供することである。更に、高効率の酵素反応および微生物反応に利用できる生物反応装置（バイオリアクター）を提供することである。

上記の課題を解決するための本発明の第１の散気処理装置は、長手方向に実質的に垂直に配置された静止型混合器を内設した流体が通流する筒状の通路管と前記通路管の下端側に気体を前記通路管内に気送ラインを介して噴出供給する筒状の気体噴出部を配置し、前記気体噴出部に気体噴出ノズルを配設し、前記気送管の気体噴出部に気体を供給し、前記気体のエアリフト効果により前記通路管の液体導入部から液体は前記通路管内に無動力で導入されて、前記気体および前記液体の両者は前記通路管内を並流で上昇し、両者は前期通路管の内部で気液接触し、前記通路管の上端側から液体中に排出される散気処理装置。これらの散気処理装置は、混合攪拌動力を必要としない流体の流動エネルギーを利用して前記流体の混合攪拌を行なう静止型混合器を配置し、その下方に気体噴出部を配置し、上昇するその気体によるエアリフト効果により前記液体は気体噴出部の下方から導入される。前記液体および前記気体は通路管の下端側から上端側に並流で通流して気液接触混合し、曝気，放散および反応処理が行なわれる。なお、前記流体は気体および液体から構成される２成分系、あるいは固体を含む３成分系から構成されている。

又、前記の課題を解決するための本発明の第２の散気処理装置は、長手方向を実質的に垂直にして配置された静止型混合器を内設した流体が通流する筒状の通路管と前記通路管の下端側に気体を前記通路管内に供給する気体噴出部を配置し、前記気体噴出部に静止型混合器を配設し、前記気体噴出部に気体を供給し、上昇するその気体によるエアリフト効果により、前記通路管の液体導入部から液体を前記通路管内に導入される。前記気体および前記液体の両者は前記通路管内を並流で上昇し、両者は前記通路管の内部で気液接触混合し、前記通路管の上端側から液体中に排出される散気処理装置。

更に、前記通路管内および前記気体噴出部に配置される前記静止型混合器は、右捻り又は左捻りの螺旋状の少なくとも２個以上の羽根体を内設して、複数個の流体通路を形成し、流体通路同士は羽根体の長手方向の開口部を介して連通し、前記羽根体は多孔板で形成されている。又、前記静止型混合器は少なくとも１種類以上の右捻り又は左捻りの前記羽根体を配置して形成されている。

本発明の散気処理装置によれば、低い圧力損失で気液接触効率の高効率化による酸素吸収効率の向上により、消費電力が大幅に削減できる。又、気液接触効率の向上により、曝気，放散および反応処理時間は短縮される。更に又、散気処理装置は単位面積あたりの気体供給速度の向上により、水平方向の設置面積が小さくなって、省スペースとなり、建築土木費、設備費も安価になる。又、空気供給用配管等の工事費も低減される。更に又、目詰まりによる運転停止の発生もないので、保守管理費や生産管理費も安価になる。又、流体の淀み部（死領域）がないので大型化が容易になる。更に又、本発明による散気処理装置の構成材料を、例えば、鉄，ステンレス，チタン，ハステロイ等の金属を利用することで、半永久的に使用可能となり、処理コストを大幅に低減でき、廃棄物処理費用を削減することが可能となる。

以下、本発明の実施例について、添付の図面を参照して具体的に説明する。
図１は本発明に係る第１実施例を示す模式図である。図２は本発明に係る第２実施例を示す模式図である。図３は本発明に係る第３実施例を示す模式図である。図４は本発明の第１実施例から第３実施例で使用される静止型混合器２，９，１３および１７の例を示すもので、（ａ）図は右捻り螺旋状羽根体を有する通路管の概略斜視図。（ｂ）図は、左捻り螺旋状羽根体を有する通路管の概略斜視図である。図５は本発明の第１実施例から第３実施例で使用される静止型混合器２，９，１３および１７の１例を示す図である。図６は本発明の第１の実施例（図１参照。）に係る散気処理装置の概略図である。図７は本発明の第１の実施例（図１参照。）で使用される気体噴出ノズルの１例を示す斜視図である。図８は本発明の第２の実施例（図２参照。）に係る散気処理装置の概略図である。図９は本発明の第２の実施例（図２参照。）に係る散気処理装置の部分概略底面図である。図１０は本発明の第２の実施例（図２参照。）に係る気体噴出部の部分概略斜視図である。図１１は本発明の第３の実施例（図３参照。）に係る散気処理装置の概略断面図である。図１２は本発明に係る散気処理装置を活性汚泥法の曝気処理に適用した場合の例を示す図である。図１３は本発明に係る散気処理装置を排水の放散処理に適用した場合の例を示す図である。図１４は本発明に係る散気処理装置を排ガス処理装置に適用した場合の例を示す図である。図１５は本発明に係る散気処理装置を酵素又は微生物を利用した生物反応装置に適用した場合の例を示す図である。図１６は従来の散気板方式による曝気処理装置を示す模式図である。図１７は従来の充填物方式による放散処理装置を示す模式図である。

図１は本発明に係る第１実施例を示す模式図である。長手方向を実質的に垂直にして配置された筒状の流体が通流する通路管１内において、右捻り又は左捻り羽根体で形成されている静止型混合器２が内設され、その下方の空間部３内に気送ライン４を介して気体が供給される気体噴出ノズルを配設した気体噴出部５を配置し、更に通路管１の下端側に液体（ＦＬ）を供給する液体導入部６が配置されている。このように構成された散気処理装置７においては、気体（ＦＧ）は通路管１内の静止型混合器２の下端部に空間部３を介して気体噴出部５から上方向に噴出、供給される。その気体（ＦＧ）の浮力により発生するエアリフト効果により通路管１の下端側の液体導入部６から液体（ＦＬ）は無動力で通路管１内の空間部３内に導入される。その気体（ＦＧ）と同伴する液体（ＦＬ）とは、並流で上昇しながら静止型混合器２内を通流して、微細化されながら気液接触して液体中に排出される。これにより、液体と気体とが十分に気液接触して、曝気，放散又は化学反応が進行する。なお、気体（ＦＧ）の供給圧力は水深に１００ｍｍＨ_２Ｏ程度を足した圧力でよい。
なお、気体噴出部５の位置は静止型混合器２の下端から静止型混合器２の直径の０．２倍から３倍の範囲の距離に配置することが好ましい。又、液体導入部６は通路管１の下部の管壁に開口部を設けて液体を通流させて使用してもよい。これにより、液体導入部６の開口面積が増加して、液体の循環量が向上する。更に、液体導入部６の縦方向の断面形状を末広がり（例えば扇子状。）にして使用してもよい。液体導入部６の開口面積の拡大により、液体（ＦＬ）の導入量は向上する。

本実施例においては、静止型混合器２の下方から気送ライン４を介して、気体噴出部５の気体噴出ノズルから気体（ＦＧ）を上方向に噴出、供給することで、上昇する気体（ＦＧ）の浮力により発生するエアリフト効果により通路管１の液体導入部６から供給される液体（ＦＬ）を巻き込みながら上昇する気体（ＦＧ）と液体（ＦＬ）とを並流で静止型混合器２内を通流させている。この結果、気体（ＦＧ）と液体（ＦＬ）は、混合，攪拌機能により連続的に気液接触して曝気，放散又は化学反応処理等が行なわれる。この気液混合、攪拌操作は無動力かつ高効率で行なわれるため、省エネルギーとなる。

図２は、本発明の第２実施例を示す模式図である。長手方向を実質的に垂直にして配置された流体が通流する筒状の通路管８内において、第１静止型混合器９が内設され、その下方の空間部１０内に気送ライン１１を介して気体（ＦＧ）を供給する気体噴出部１２が配置されている。気体噴出部１２には第２静止型混合器１３が内設されている。更に、通路管８の下端側に液体（ＦＬ）を供給する液体導入部１４が配置されている。このように構成された散気処理装置１５においては、気体（ＦＧ）は通路管８内の第１静止型混合器９の下端部に空間部１０を介して気体噴出部１２内に配設されている第２静止型混合器１３から微細化されて噴出、供給される。その噴出した気体（ＦＧ）の浮力により発生するエアリフト効果により液体（ＦＬ）は無動力で通路管８の下端側の液体導入部１４から空間部１０内に導入される。微細化された気体（ＦＧ）と同伴する液体（ＦＬ）とは並流で上昇しながら第１静止型混合器９内を通流して連続的に気液接触しながら液体中に排出される。これにより、液体と気体とが十分に気液接触して曝気，放散および化学反応処理等が進行する。なお、第１静止型混合器９および第２静止型混合器１３は本実施例に限定されることなく、羽根体の回転角度、枚数および開口率等は種々の静止型混合器が適宜選択使用される。又、気体噴出部１２に供給する気体（ＦＧ）の供給圧力は水深に３００〜１１０００Ｐａ程度を足した圧力でよい。更に、気送ライン１１の配管位置は通路管８の側壁を貫通して空間部１０内に配置して気体（ＦＧ）を供給してもよい。更に又、液体導入部１４の縦方向の断面形状を末広がり（例えば扇子状。）にして使用してもよい。液体導入部１４の開口面積の拡大により、液体（ＦＬ）の導入量は向上して、処理時間は短縮される。

図３は、本発明に係る第３実施例を示す模式図である。流体が通流する筒状の通路管１６内に静止型混合器１７が内設され、その下方の空間部１８内には気送ライン１９を介して気体（ＦＧ）を供給する気体噴出部２０が複数個配置されている。気送ライン１９は静止型混合器１７の中心部の長手方向の開口部を介して上方から下方に配管されている。なお、気送ライン１９は通路管１６の下端側から配管してもよい。
このように構成された散気処理装置２１においては、静止型混合器１７の下方から気送ライン１９を介して気体噴出部２０から気体（ＦＧ）を上方向に噴出、供給することで、前記同様に、通路管１６の下端側の液体導入部２２より導入された液体（ＦＬ）は上昇する気体（ＦＧ）と共に静止型混合器１７内を並流で通流して連続的に気液接触が進行する。
なお、気体噴出部２０に、本発明の第２実施例同様に、静止型混合器１７を配設して利用することで気液接触効率はより向上する。気体噴出部２０の個数は目的に応じて適宜加減できる。

又、気体噴出部２０を複数個設けることにより、大口径（直径５００ｍｍ以上）の通路管１６の利用が可能となり、１基あたりの気体供給能力が大幅に向上して、処理時間および反応時間が短縮される。更に、気送ラインの配管数量も低減して配管工事費および保守管理費も安価となる。更に又、設備の大型化が容易となる。

図４は、本発明の第１実施例から第３実施例で使用される静止型混合器２，９，１３および１７の例を示すもので、（ａ）図は右捻り（時計方向）螺旋状の羽根体を有する通路管の概略斜視図、（ｂ）図は、左捻り（反時計方向）羽根体を有する通路管の概略斜視図である。（ａ）図においては、筒状の通路管２３内に配置されている静止型混合器２４内には３枚の右捻り羽根体２５が内設されている。その羽根体２５は多数の穿孔された孔２６を有する多孔板で形成されている。又、３つの流体通路２７を有し、その流体通路２７同士は開口部２８を介して羽根体２５の長手方向の全長に亘り連通している。
（ｂ）図においては、同様に、筒状の通路管２９内に配置されている静止型混合器３０内には３枚の左捻り羽根体３１が内設されている。その羽根体３１は多数の穿孔された孔３２を有する多孔板で形成されている。又３つの流体通路３３を有し、その流体通路３３同士は開口部３４を介して羽根体３１の長手方向の全長に亘り連通している。静止型混合器２４，３０を配置した（ａ）図又は（ｂ）図のように構成された通路管２３，２９においては、通路管２３，２９の下方から並流で上昇する気体（ＦＧ）と液体（ＦＬ）とは右捻り又は左捻りの螺旋状の羽根体を通流する間に右又は左方向の回転および分割、合流、反転並びに剪断応力作用を連続的に繰り返しながら、両者は気液接触されて、液中に排出される。

本発明の散気処理装置内に内設される静止型混合器の混合撹拌性能を左右する通路管２９内に内設される羽根体３１の表面積（ｍ^２）の総和は、通路管２９の単位容積（ｍ^３）当り、１０〜１５０ｍ^２／ｍ^３の範囲が好ましい。より好ましくは２５〜８０ｍ^２／ｍ^３の範囲である。なお、羽根体２５、３１に穿孔された孔（２６，３２）径は５〜３０ｍｍの範囲が好ましく、又、孔（２６，３２）の開口率は５〜８０％の範囲が好ましい。更に，通路管（２３，２９）内の気体の上昇速度は０．１〜１０ｍ／ｓの範囲が好ましく、より好ましくは０．５〜５ｍ／ｓの範囲である。更に又、羽根体２５，３１の捻り角度（回転角度）は９０°，１８０°，２７０°が好ましいが、１５°，３０°，４５°，６０°などでも使用できる。大口径（直径５００ｍｍ以上）の通路管を製作する場合は、１５°，３０°などの小さな捻り角度の羽根体（２５，３１）を製作して、例えば３枚の羽根体を接続して３０°＋３０°＋３０°＝９０°のように配置して使用してもよい。こうすることで、製作加工も容易になり、製作加工費も安価となる。なお、捻り角度の異なる羽根体の組合せは用途に応じて適宜選択使用できる。

図５は、本発明の第１から第３実施例で使用される静止型混合器２，９，１３および１７の他の例を示す図である。
図５においては、筒状の通路管３５内には複数個の流体通路を有する螺旋状の右捻りおよび左捻りの羽根体３６，３７が筒状の空間部３８を介して多段に内設されている。又、左捻り羽根体３７の下方には筒状の空間部３９が形成されている。なお、右捻りおよび左捻り羽根体３６、３７の通路管３５内での配置は、この図５に限定されることなく、羽根体３６，３７を多段に配置する組合せは、用途に応じて、例えば、右＋左＋右、右＋左＋右＋左など種々利用可能である。このように構成された筒状の通路管３５内においては、通路管３５の下方から空間部３９を介して並流で上昇する気体（ＦＧ）と液体（ＦＬ）とは、左捻り羽根体３７，空間部３８、右捻り羽根体３６を通流する間に、両者は左方向、右方向の回転および分割、合流、反転、並びに剪断応力作用を連続的に繰り返しながら気液接触されて、液中に排出される。

図６は、本発明の第１の実施例（図１参照。）に係る散気処理装置の概略図である。散気処理装置４０は静止型混合器４１を内設し、その下方に空間部４２を有する筒状の通路管４３と気体噴出部４４を有して気体を供給する気送管４５とを接続させる２枚の支持板４６で構成されている。気送管４５は気体を垂直方向に噴出させる気体噴出ノズル４８を配設した気体噴出部４４を有し、又、気体の入口側の反対側は閉止されている。このように構成された散気処理装置４０は、液中に配置され、気体（ＦＧ）はブロワー又はコンプレッサーなどにより気送管４５を介して気体噴出部４４から加圧気体（ＦＧ）が通路管４３の空間部４２内に供給される。供給された気体（ＦＧ）の浮力によるエアリフト効果により通路管４３の下端部の液体導入部４７から液体（ＦＧ）を巻き込み、同伴させながら並流で静止型混合器４１内を通流させて気液接触を行ない、液体中に排出させて曝気、放散および反応処理が進行する。気体噴出部４４に気体噴出ノズル４８を使用することで、気体（ＦＧ）は効率よく液体（ＦＧ）中に分散されて、気液接触効率は向上する。この気体噴出ノズル４８は例えば、円錐状および多重膜状で気体を噴出できる構造を有する図７に示す形状の気体噴出ノズル４８の使用が好ましい。なお、加圧気体（ＦＧ）の気体噴出部４４への供給圧力は水深に気送管４５の圧力損失を足した圧力でよい。例えば、水深が５ｍであれば供給圧力は５００００Ｐａ程度でよい。

図８は、本発明の第２の実施例（図２参照。）に係る散気処理装置の概略図である。
散気処理装置４９は、図６に示す第１実施例と同様に、第１静止型混合器５１を内設し、その下方に空間部５２および液体導入部５３とを有する筒状の通路管５０と、第１静止型混合器５１および気体噴出部５４を有する筒状の気送管５５と、この通路管５０と気送管５５とを支持する２枚の支持板５６から構成されている。気体噴出部５４には複数の右捻り又は左捻りの螺旋状の羽根体で形成された第２静止型混合器５７が配設されている。気体（ＦＧ）と液体（ＦＬ）との気液接触作用は、前記図６同様であるので省略するが、気送管５５の気体噴出部５４に第２静止型混合器５７を配設したことで、噴出される気体（ＦＧ）は第２静止型混合器５７の混合・撹拌機能による乱流の発生により微細化されて空間部５２内を液体（ＦＬ）と並流で上昇する。気体（ＦＧ）と液体（ＦＬ）とは第１静止型混合器５１内を通流しながら、更に微細化されて、高効率で気液接触が行なわれて、液中に排出され、曝気、放散および反応処理が進行する。なお、第１静止型混合器５１および第２静止型混合器５７は、本実施例に限定されることなく、前記同様に種々の構成の静止型混合器が適宜選択可能である。

図９は、本発明の第２の実施例（図２参照。）に係る散気処理装置の部分概略底面図である。
散気処理装置５８の底面は筒状の通路管５９内に内設された静止型混合器９を形成している３枚の右捻り羽根体６０と筒状の気送管６１で構成されている。羽根体６０は厚み方向に穿孔された多数の孔６２を有する多孔板で形成され、又、羽根体６０の長手方向の全長に亘って開口部６３を有している。

図１０は、本発明の第２の実施例（図２参照。）に係る静止型混合器１３から成る気体噴出部の部分概略斜視図である。気送管６４は逆Ｔ字型に構成されており、筒状の気体噴出部６５は３枚の右捻りの螺旋状の羽根体６６が内設された３個の流体通路６７を形成、この流体通路６７は開口部６８を介して羽根体６６の長手方向の全長に亘って連通している。羽根体６６は厚み方向に穿孔された多数の孔６９を有する多孔板で形成されている。このような第２の静止型混合器１３を内設された気送管６４においては、噴出される気体（ＦＧ）の流れは、開口部６８を直進する直進流と３枚の螺旋状の羽根体６６に沿って流れる螺旋流および羽根体６６の孔６９を通過してくる分割流の相互作用により液体（ＦＬ）内で乱流が発生して、気体（ＦＧ）は微細化される。液体（ＦＬ）中で微細化された気体（ＦＧ）を利用することで、低い供給圧力の気体（ＦＧ）で気液接触効率はより向上する。なお、気体噴出部６５の配置位置は、前記通路管内５９に設置された静止型混合器の下端側からの離間距離は、前記通路管の直径の０．２倍から５倍の範囲が好ましい。更に、気体噴出部６５内に供給される気体量の供給速度は気体と液体の物性および使用目的に応じて、２０００〜１４０００Ｎｍ^３／（ｍ^２・時間）の範囲が好ましい。なお、気体噴出部６５に、３枚の左捻りの螺旋状の羽根体を内設してもよい。これにより、気体噴出部６５で左方向に回転しながら噴出される気体（ＦＧ）は、気体噴出部６５の上部に配設されている右捻りの羽根体６６により、気体（ＦＬ）と液体（ＦＧ）との上昇流は左方向から右方向への反転作用により大きな剪断応力が発生してより微細化されて、気体（ＦＧ）の吸収効率はより向上する。又、羽根体６６の捻り角度（回転角度）、捻り方向等の組合せ、および孔径、孔の開口率等は用途に応じて適宜選択可能である。

図１１は、本発明の第３の実施例（図３参照。）に係る散気処理装置の概略断面図である。散気処理装置７０は筒状の流体が通流する通路管７１内に２枚以上の９０°右捻り羽根体７２が内設されて第１静止型混合器７３を形成し、その第１静止型混合器７３内の開口部７４を介して気体を供給する筒状の気送管７５が配置され、２個の気体噴出部７６が配設され、その気体噴出部７６内は第２静止型混合器７７が内設されている。羽根体７２は多数の穿設された孔７８を有している多孔板で形成されている。このように構成された散気処理装置７０においては、気体（ＦＧ）はブロワーやコンプレッサー、ガスボンベ（不図示）等の気体供給手段により加圧された気体（ＦＧ）を気送管７５，気体噴出部７６，空間部７９を介して第１静止型混合器７３の下方から上方向に噴出供給される。その気体（ＦＧ）の浮力により発生するエアリフト効果により通路管７１の下端部の液体導入部８０から液体（ＦＬ）は通路管７１内の空間部７９内に導入される。その気体（ＦＧ）と同伴する液体（ＦＬ）とは、通路管７１内を並流で上昇しながら第１静止型混合器７３内を通流して、混合・攪拌により、連続的に微細化されて気液接触して液体中に排出される。これにより、液体と気体とは高効率で気液接触して、曝気、放散又は化学反応等が連続的に進行する。なお、前記同様に、本実施例で使用される螺旋状の羽根体の捻り方向、捻り角度（回転角度）、枚数、孔径、多孔板の開口率、直径、高さ等は用途に応じて適宜選択使用できる。本実施例の散気処理装置７０は、通路管７１の大口径（直径５００ｍｍ以上）化により、１基あたりの気体供給速度は向上し、反応処理時間の短縮による省エネルギー化、および曝気槽、放散槽等の容積の縮小による省スペース化、更に、散気処理装置７０内で流体の淀み部（死領域）が発生しない構造によるメンテナンスフリーが達成可能となる。

適用例１

図１２は、本発明に係る散気処理装置を活性汚泥法等の曝気処理に適用した場合の例を示す図である。
散気処理装置８１は原水を貯留している曝気槽８２の底部に配置され、この散気処理装置８１の下部に空気を供給するブロワー８３と気送ライン８４、原水を供給する原水供給ライン８５および処理水を排出する処理水排出ライン８６が設けられている。又、散気処理装置８１の液体導入部は曝気槽８２の底面から５０〜２００ｍｍ離間した位置に設置するのが好ましい。このように構成された散気処理装置８１においては、原水はブロワー８３および気送ライン８４を介して散気処理装置８１の下端側から供給される空気の浮力によるエアリフト効果により散気処理装置８１内を原水と空気とは並流で通流しながら混合、攪拌されて、空気中の酸素は原水中に溶解し、原水は好気性微生物の働きにより回分又は連続的に浄化処理される。処理水は排出ライン８６より排出される。
なお、散気処理装置８１内を下方から上方に通流する空気量の供給速度は、処理効率９０％以上の場合、曝気槽８２内の水深２〜６メートルの範囲で、原水のＣＯＤ（化学的酸素要求量），ＢＯＤ（生物化学的要求量）等の物性によるが、１８００〜２１０００Ｎｍ^３／（ｍ^２・時間）の範囲が好ましいが、より好ましくは３６００〜１２０００Ｎｍ^３／（ｍ^２・時間）の範囲である。又、直径１５０ミリメートルの散気処理装置８１を使用した場合の１基あたりの曝気、攪拌受持面積は約３〜８ｍ^２の範囲である。更に、ブロワー８３の吐出圧力は曝気槽８２の水深の圧力と気送ライン８４の圧力損失とを足した圧力でよい。低い空気供給圧力および低い圧力損失で曝気処理が可能となり、省エネルギーとなる。なお、ここでＮはノルマル（標凖状態）の意味で、０℃，１気圧での容積（ｍ^３）を意味している。
従来の散気板方式と本発明法の通気抵抗（圧力損失）を比較すると、本発明法は従来法の１／５〜３／５である。更に、従来の散気筒内に静止型混合器を使用した従来法Ａ，Ｂ，Ｃと本発明法との性能を比較した結果を表１に示す。表１に示すように、本発明法によれば、散気筒１基あたりの空気供給速度は１００Ｎｍ^３／（ｍ^２・分）に対して、従来法は８０，１２，１７Ｎｍ^３／（ｍ^２・分）である。又、同様に、水深５ｍでの酸素吸収効率は１５％に対して、８．３，１０．５，１３．０％である。更に、気液接触効率を左右する単位容積（ｍ^３）当たりの表面積（ｍ^２）は５５ｍ^２／ｍ^３に対して、２，１６，８ｍ^２／ｍ^３である。
なお、Ｎｍ^３／ｍ^２・分は、本発明の散気処理装置および従来の散気筒の単位断面積（ｍ^２）当りの標準状態での空気の供給速度を意味している。

適用例２

図１３は、本発明に係る散気処理装置を排水中の揮発性物質等の放散処理に適用した場合の例を示す図である。
本発明に係る散気処理装置８７は、前記図１２の実施例と同様であるが、筒状の放散槽８８内の底部に配置され、この散気処理装置８７の下部に空気を供給するブロワー８９と気送ライン９０、排水を供給する排水供給ライン９１、および浄化された処理水を排出する処理水排出ライン９２が設けられている。又、排気ライン９３には揮発性物質を回収する冷却装置又は吸着装置が設けられている。このように構成された散気処理装置８７においては、排水中のトリクロロメタン、トリハロメタン、アンモニア、塩素、クリプトン等の揮発性物質は気液接触により供給した空気側に物質移動して放散処理されて、排水は浄化される。供給された空気は、排気ライン９３を介して冷却装置又は吸着装置で揮発性物質は回収され、浄化される。浄化された空気は大気中に放出される。
なお、供給される気体の種類は空気に限定されることなく、窒素、ヘリウム、アルゴン、一酸化炭素ガスなどの不活性ガスも適宜利用可能である。例えば窒素ガスを利用することで液体中の溶存酸素を放散（脱酸）処理することも可能である。散気処理装置８７内に供給される気体の単位断面積（ｍ^２）当りの供給速度は、排水中の揮発性物質の沸点、溶解度、蒸気圧等の物性および含有濃度、放散処理効率等に応じて、放散槽８８内の水深１〜５メートルの場合で、３６００〜１８０００Ｎｍ^３／（ｍ^２・時間）の範囲が好ましいが、より好ましいのは７２００〜１５０００Ｎｍ^３／（ｍ^２・時間）の範囲である。

適用例３

図１４は、本発明に係る散気処理装置を例えば湿式排煙脱硫装置等の排ガス処理に適用した場合の例を示す図である。
散気処理装置９４は筒状の反応槽９５内の所定位置に複数個配置され、散気処理装置９４の下方にブロワー９６を介して排ガスを供給する気送ライン９７および水又は吸収液を供給する新液供給ライン９８、吸収液９９を反応槽９５外に排出する排出ライン１００、清浄化された排ガスを反応槽９５の上部から排気する排気ライン１０１が設けられている。このように構成された散気処理装置９４においては、ＨＣｌ，ＳＯ_ｘ，ＮＯ_ｘ，ＮＨ_３，Ｈ_２Ｓおよび粉塵などを含んだ排ガスはブロワー９６および気送ライン９７を介して、散気処理装置９４の下方から上方へ供給されて、ＮａＯＨ，Ｃ_ａＣＯ_３，Ｃａ（ＯＨ）_２，Ｍｇ（ＯＨ）_２などのアルカリ性水溶液あるいはＨ_２ＳＯ_４，ＨＣｌなどの酸性水溶液からなる吸収液と気液接触されて化学反応処理が進行し、吸収液中に溶解又は捕集され、清浄化された排ガスは排気ライン１０１を介して大気中に放出される。
このような散気処理装置９４を排ガス中の異種物質の除去、捕集処理に適用した場合、例えば、石灰／石膏法による排煙脱硫装置に適用した場合の散気処理装置９４内に供給される単位断面積（ｍ^２）当りの排ガスの供給速度は、反応槽９５内の水深０．５〜３メートルの範囲および吸収効率９０％以上の場合で、７２００〜１５０００Ｎｍ^３／（ｍ^２・時間）の範囲が好ましい。従来の散気板，分散管等による気液接触方式と比較して、排ガスと液体とが低い圧力損失下で、高効率で混合・攪拌されて短時間処理が可能となる。又、処理速度の向上により省スペースとなり、設備費も安価となる。更に、大口径（直径５００ｍｍ以上）の散気処理装置９４を配置することで、処理能力の向上とともに、より省スペースとなる。更に又、散気処理装置９４内での流体の淀み部（死領域）が発生しにくいので、石灰／石膏法による排煙脱硫装置に適用した場合に、カルシウム化合物などの付着、成長を防止して連続運転が可能となり、保守管理費が低減する。

適用例４

図１５は本発明に係る散気処理装置を酵素又は微生物による生物反応装置に適用した場合の例を示す図である。
散気処理装置１０２は、筒状のバイオリアクター（生物反応装置）１０３内の所定位置に配置され、散気処理装置１０２の下方に気体を供給する気送ライン１０４、原液を供給する原液供給ライン１０５，反応生成物を排出する反応生成物排出ライン１０６、バイオリアクター１０３の頂部から少なくとも１種類以上の気体を排出する排気ライン１０７、バイオリアクター１０３の液面から下部に原液を循環させる循環液ライン１０８が設けられている。又、バイオリアクター１０３内には、酵素又は微生物を担持した触媒担持体１０９又は生体触媒が液体中に分散している。このように構成された散気処理装置１０２においては、気体はブロワー、コンプレッサー、ガスボンベ（不図示）などの気体供給手段により気送ライン１０４を介して散気処理装置１０２の下方から上方へ供給される。原液はポンプ又は加圧などの供給手段により原液供給ライン１０５を介して供給される。
反応生成物および気体は、反応生成物排出ライン１０６および排気ライン１０７より外部に排出される。又、原液は、循環液ライン１０８によりバイオリアクター１０３の液面から下部に循環流を形成する。気体と原液とは散気処理装置１０２内を並流で通流して、撹拌されて、原液中の酵素又は微生物の生体触媒機能により生物反応は進行する。本発明の散気処理装置１０２をバイオリアクターとして適用した場合には、従来の気泡塔方式と比較してバイオリアクター内の気体流速を０．１〜５ｍ／ｓの高い気体流速域で操作でき、例えば、高い酸素移動速度を達成される。又、バイオリアクター内の流速分布を均一にして、酸素移動速度を均等化して反応生成物の均質化が達成される。更に、混合、攪拌機能を有していることで、バイオリアクター（１０３）内に死領域（デッドスペース）の発生がなく、大型化が容易になる。更に、気体のチャンネリングの発生を防止して均質な反応を促進し、かつ高粘度液体での気体の分散も均一化される。更に又、反応速度の向上により、省スペース、省エネルギーが達成されて生産費が低減される。なお、生体触媒を使用しない気液反応装置としても利用可能である。なお、従来の気泡塔方式のバイオリアクターにおける気体の空塔速度は０．０１〜０．１ｍ／ｓの範囲である。

図１６は、従来の散気板方式による曝気処理装置を示す模式図である。
従来の曝気処理装置１１０は、曝気槽１１１内の底面に多数の散気板１１２を配設し、空気はブロワー１１３、気送ライン１１４を介して多数の散気板１１２に供給される。散気板１１２は微細な多孔質体で形成され、微細な気泡を発生させている。一般的な散気板１１２の吹出し空気量は５０〜４００ＮＬ／ｍｉｎである。又、通気抵抗は１０００〜３０００Ｐａ（パスカル）である。従来の散気板の構成材料はゴム、プラスチック等である。

図１７は、従来の充填物方式による放散処理装置を示す模式図である。従来の放散処理装置１１５は、筒状の放散塔１１６内に規則又は不規則充填物が充填されている。気体と原水は向流で充填物１１７内を通流し、気液接触して放散処理がされている。一般的な充填物方式の場合、気体の供給速度は１０〜１００Ｎｍ^３／（ｍ^２・時間）の範囲である。

なお、本発明による散気処理装置の構成材料は、金属，セラミックス，プラスチック，ガラス，ＦＲＰ等の１種類もしくはこれら材料の複合材料から適宜選択使用できる。ステンレス，チタン等の金属材料を利用することで半永久的に使用可能となる。産業廃棄物の発生が抑制される。従来の散気板，散気筒等の構成材料は、プラスチック，ゴム等が多く使用されている。目詰まりや耐久性に問題がある。

本発明に係る第１実施例を示す模式図である。 本発明に係る第２実施例を示す模式図である。 本発明に係る第３実施例を示す模式図である。 本発明の第１実施例から第３実施例で使用される静止型混合器２，９，１３および１７の例を示すもので、（ａ）図は右捻り螺旋状羽根体を有する通路管の概略斜視図。（ｂ）図は、左捻り螺旋状羽根体を有する通路管の概略斜視図である。 本発明の第１実施例から第３実施例で使用される静止型混合器２，９，１３および１７の１例を示す図である。 本発明の第１の実施例（図１参照。）に係る散気処理装置の概略図である。 本発明の第１の実施例（図１参照。）で使用される気体噴出ノズルの１例を示す斜視図である。 本発明の第２の実施例（図２参照。）に係る散気処理装置の概略図である。 本発明の第２の実施例（図２参照。）に係る散気処理装置の部分概略底面図である。 本発明の第２の実施例（図２参照。）に係る気体噴出部の部分概略斜視図である。 本発明の第３の実施例（図３参照。）に係る散気処理装置の概略断面図である。 本発明に係る散気処理装置を活性汚泥法の曝気処理に適用した場合の例を示す図である。 本発明に係る散気処理装置を排水の放散処理に適用した場合の例を示す図である。 本発明に係る散気処理装置を排ガス処理装置に適用した場合の例を示す図である。 本発明に係る散気処理装置を酵素又は微生物を利用した生物反応装置に適用した場合の例を示す図である。 従来の散気板方式による曝気処理装置を示す模式図である。 従来の充填物方式による放散処理装置を示す模式図である。

符号の説明

１，８，１６，２３，２９，３５，４３，５０，５９，７１： 通路管
２，９，１３，１７，２４，３０，４１，
５１，５７，７３，７７： 静止型混合器
３，１０，１８，３８，３９，４２，５２，７９： 空間部
５，１２，２０，４４，５４，６５，７６： 気体噴出部
６，１４，２２，４７，５３，８０： 液体導入部
７，１５，２１，４０，４９，５８，７０，
８１，８７，９４，１０２： 散気処理装置
４，１１，１９，８４，９０，９７，１０４： 気送ライン
４５，５５，６１，６４，７５： 気送管

Claims (9)

1. 長手方向を実質的に垂直にして配置された静止型混合器を内設した流体が通流する筒状の通路管と前記通路管の下端側に気体を前記通路管内に気送ラインを介して噴出供給する筒状の気体噴出部を配置し、前記気体噴出部に気体噴出ノズルを配設し、前記気体噴出部に前記気体を供給し、前記気体のエアリフト効果により前記通路管の液体導入部から液体は前記通路管内に無動力で導入されて、前記気体および前記液体の両者は前記通路管内を並流で上昇し、両者は前記通路管の内部で気液接触混合し、前記通路管の上端側から前記液体中に排出されることを特徴とする散気処置装置。
2. 長手方向を実質的に垂直にして配置された静止型混合器を内設した流体が通流する筒状の通路管と前記通路管の下端側に気体を前記通路管内に気送ラインを介して噴出供給する筒状の気体噴出部を配置し、前記気体噴出部に静止型混合器を配設し、前記気体噴出部に前記気体を供給し、前記気体のエアリフト効果により前記通路管の液体導入部から前記液体は前記通路管内に無動力で導入されて、前記気体および前記液体の両者は前記通路管内を並流で上昇し、両者は前記通路管の内部で気液接触混合し、前記通路管の上端側から前記掖体中に排出されることを特徴とする散気処理装置。
3. 前記静止型混合器は、前記流体が通流する筒状の通路管の内側に右捻り（時計方向）又は左捻り（反時計方向）の螺旋状の少なくとも２個以上の羽根体を有し、少なくとも１種類以上の右捻り又は左捻りの前記羽根体を配置し、前記通路管の内部に複数個の流体通路を形成し、前記流体通路同士は前記羽根体の長手方向の開口部を介して連通し、前記羽根体は多孔板からなることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１項に記載の散気処理装置。
4. 前記通路管の単位容積（ｍ^３）当りの前記羽根体の表面積（ｍ^２）の総和は１０〜１５０ｍ^２／ｍ^３の範囲であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の散気処理装置。
5. 前記散気処理装置を下方から上方に通流する空気量の供給速度は３６００〜１２０００Ｎｍ^３／（ｍ^２・時間）の範囲であることを特徴とする排水処理装置。
6. 前記散気処理装置を下方から上方に通流する気体の供給速度は７２００〜１５０００Ｎｍ^３／（ｍ^２・時間）の範囲であることを特徴とする放散処理装置。
7. 前記散気処理装置を下方から上方に通流する排ガスの供給速度は７２００〜１５０００Ｎｍ^３／（ｍ^２・時間）の範囲であることを特徴とする排ガス処理装置。
8. 前記散気処理装置を下方から上方に通流する気体の供給速度は０．１〜５ｍ／ｓの範囲であることを特徴とする生物反応装置。
9. 前記散気処理装置の構成材料は、鉄，ステンレス，チタン，ハステロイ等の金属材料であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の散気処理装置。

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