JP2021074695A - 有機物の可溶化促進装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、特許文献2には、加熱された有機残渣にCO2など不凝縮性ガスからなるマイクロバブルを接触させ、マイクロバブルの圧壊で有機残渣の可溶化を促進することが開示されている。
そして、流路を縮小させた後に拡大させるベンチュリ管型の流体ノズルは、上記のような加温、キャビテーション発生、不凝縮性ガス注入によるマイクロバブル発生の全ての処理を同時に組み込む装置として適用できる。
前記液状物質を加温する加温装置と、該加温装置で加温された液状物質を流通させて該液状物質にキャビテーションを発生させる流体ノズルと、該流体ノズルにおけるキャビテーション発生領域に蒸気を音速以上の速度で注入する蒸気注入ノズルと、を備えたことを特徴とするものである。
Ath≦A≦Q×(0.5×ρ÷ΔP)^0.5・・・(1)
但し、Ath:のど部の流路断面積
A :キャビテーション発生領域の流路断面積
Q :液状物質の流量
ρ :液状物質の密度
ΔP:ベンチュリ管型ノズル出口圧力と液状物質の飽和蒸気圧との圧力差
以下、各構成を詳細に説明する。
有機物は、例えば排水処理施設等で発生する余剰汚泥、濃縮汚泥等の液状物質に含まれる微生物やその他の有機物である。
加温装置3は、液状物質を例えば60〜95℃に加温するための装置であり、温水との熱交換によって加温するものなどが挙げられる。
流体ノズル5は、有機物を含む液状物質を流通させてキャビテーションを発生させる装置である。キャビテーションは流体が持つ静圧がその流体の飽和蒸気圧より低い時に発生する。また、流体が水の場合は液温が高いほど飽和蒸気圧は高い。本実施の形態では、口径を絞って静圧を動圧に変換する圧力降下を利用してキャビテーションを発生できる流体ノズル5として、図1に示すようなベンチュリ型ノズルを用いている。
そこで、本実施の形態では、図1に示すように、加温装置3で液状物質を加温して流体ノズル5に供給することにより、流速を速くすることなく、換言すればノズル流入圧を大きくすることなくキャビテーションを容易に発生させることができる。
蒸気注入ノズル9は、流体ノズル5におけるキャビテーション発生領域7に蒸気を音速以上の速度で注入するノズルであり、本実施の形態では、図1の拡大図に示すように、先端側が細くなった先細形ノズルを用いている。
また、蒸気注入ノズル9は、図2に示すように、キャビテーション発生領域7において、当該領域の流路断面の接線方向に噴射するように設置している。
流体ノズル5におけるキャビテーション発生領域7は、流体ノズル5がベンチュリ型ノズルの場合、のど部11及びその近傍であり、近傍とは例えばベンチュリ型ノズルの流路断面積が液状物質の流量と密度と圧力の関係で式(1)で表される範囲であり、より好ましくはキャビテーションが強力に生じる式(2)で表される範囲である。
Ath≦A≦Q×(0.5×ρ÷ΔP)^0.5・・・(1)
Ath≦A≦Q×(0.4×ρ÷ΔP)^0.5 ・・・(2)
ここで、Athはのど部の流路断面積、Aはキャビテーション発生領域の流路断面積、Qは液状物質の流量、ρは液状物質の密度、ΔPはベンチュリ管型ノズル出口圧力と液状物質の飽和蒸気圧との圧力差、である。
なお、蒸気は処理流体中に全量凝縮もしくは全量溶解する気体であれば、水蒸気以外のものでもよい。
しかし、例えば60〜95℃に加温された処理流体を、流体ノズル5に流通させてキャビテーションを発生させる場合、その領域は処理流体の飽和蒸気圧以下の低圧で沸騰状態にあることから、その領域に蒸気を噴出させても蒸気は凝縮しない。
キャビテーション発生領域7に吹き込まれた蒸気は処理流体中で凝縮せず、また高速であるため処理流体との間の流体力の作用で気泡となって分裂し、マイクロバブルとなる。
なお、処理流体および注入した蒸気中に含まれるガス(主には空気)の一部は気泡のまま残るがその量は僅かであり、またいずれ溶解して消滅する。
注入された蒸気は、マイクロバブルとなり、流体ノズル5で発生したキャビテーションと共にその圧壊により有機物を可溶化する。
もっとも、マイクロバブルは、凝縮性の蒸気によって発生したものであり、その気泡はベンチュリ型ノズルの拡大流路の領域で圧壊し、処理流体は概ね液単相流となり、大きな圧力損失を生ずることなく、下流側に流通する。
また、蒸気注入ノズル9から蒸気を噴出する方向は、図2に示した流体ノズル断面の接線方向に限られず、図4に示すように、流体ノズル断面の半径方向であってもよい。
また、蒸気注入ノズル9の数は、音速以上で噴出できる条件においては単数でも複数でもよい(1〜4個程度が望ましい)。蒸気注入ノズル9を複数設ける場合には、流体ノズル5における同一断面に設けてもよく、流路方向にずれた異なる断面に設けてもよい。
流路がステップ状に拡径する場合、段部において蒸気が分裂してより微細なマイクロバブルとなり、気泡の数が増すことから気泡の圧壊による可溶化促進効果を高めることができる。
3 加温装置
5 流体ノズル
7 キャビテーション発生領域
9 蒸気注入ノズル
11 のど部
13 ボイラー
Claims (4)
- 液状物質中に含まれる有機物の可溶化を促進する有機物の可溶化促進装置であって、
前記液状物質を加温する加温装置と、該加温装置で加温された液状物質を流通させて該液状物質にキャビテーションを発生させる流体ノズルと、該流体ノズルにおけるキャビテーション発生領域に蒸気を音速以上の速度で注入する蒸気注入ノズルと、を備えたことを特徴とする有機物の可溶化促進装置。 - 前記流体ノズルは、のど部を有するベンチュリ管型ノズルであり、前記蒸気注入ノズルは、前記のど部及び/又はその近傍に設けられていることを特徴とする請求項1記載の有機物の可溶化促進装置。
- 前記流体ノズルは、のど部を有するベンチュリ管型ノズルであり、前記蒸気注入ノズルは、前記のど部及び/又は下式(1)で規定される流路断面積Aの位置に設けられていることを特徴とする請求項1記載の有機物の可溶化促進装置。
Ath≦A≦Q×(0.5×ρ÷ΔP)^0.5・・・(1)
但し、Ath:のど部の流路断面積
A :キャビテーション発生領域の流路断面積
Q :液状物質の流量
ρ :液状物質の密度
ΔP:ベンチュリ管型ノズル出口圧力と液状物質の飽和蒸気圧との圧力差 - 前記蒸気注入ノズルは、ラバール型ノズルであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の有機物の可溶化促進装置。
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