JP3050900B2 - 水流のｐＨを制御する方法及び装置 - Google Patents
水流のｐＨを制御する方法及び装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、流れつつあるアルカリ廃水流のpHの制御
方法に関する。更にはアルカリ水流に二酸化炭素を効率
よく注入し、水流のpHを中性域に保つ中和方法及び装置
に関する。
方法に関する。更にはアルカリ水流に二酸化炭素を効率
よく注入し、水流のpHを中性域に保つ中和方法及び装置
に関する。
従来の技術及びその解決すべき問題点 多量の水を使用する工業からの廃水、例えば繊維工業
における染色工程などはアルカリ度が高い多量の廃水を
生ぜしめることがある。
における染色工程などはアルカリ度が高い多量の廃水を
生ぜしめることがある。
このような廃水を公共水路に流すには前もって中和を
しておかねばならない。この目的には、強鉱酸を用いる
中和がよく行われるが、近年、二酸化炭素を廃水に溶解
し、炭酸として中和に用いることも多くなって来た。
しておかねばならない。この目的には、強鉱酸を用いる
中和がよく行われるが、近年、二酸化炭素を廃水に溶解
し、炭酸として中和に用いることも多くなって来た。
米国特許、No.4,743,405（1988年５月10日）にはガス
CO2をアルカリ水流に注入する装置について記載されて
いる。即ち、アルカリ廃水が流れているパイプ中にこの
パイプよりも径の少ない管を設け、その内部に廃水を流
し、外部から多数の中空針を用いてガスCO2を水流中に
注入することを可能とするマニフォールドの役目をする
コンジットを設ける。
CO2をアルカリ水流に注入する装置について記載されて
いる。即ち、アルカリ廃水が流れているパイプ中にこの
パイプよりも径の少ない管を設け、その内部に廃水を流
し、外部から多数の中空針を用いてガスCO2を水流中に
注入することを可能とするマニフォールドの役目をする
コンジットを設ける。
通常、液体CO2は300psig（21.1kg/cm2）、０゜F（−1
8℃）の状態で貯蔵することが一般的であるので、この
種ガス注入装置に利用するには、貯槽の液体CO2を気化
器により気化させておく必要がある。
8℃）の状態で貯蔵することが一般的であるので、この
種ガス注入装置に利用するには、貯槽の液体CO2を気化
器により気化させておく必要がある。
はるか以前の1928年の米国特許、No.1,655,816（ジョ
セフソンへ交付）に一例が示されているように、主とし
て炭酸水を製造する目的で以前から液体CO2を水中に注
入する様々な試みがあった。比較的に近年の例として
は、米国特許No.4,068,010（1978年、１月10日）に、炭
酸溶解と同時に水温を下げて清涼飲料を製造する方法に
ついての記述がある。
セフソンへ交付）に一例が示されているように、主とし
て炭酸水を製造する目的で以前から液体CO2を水中に注
入する様々な試みがあった。比較的に近年の例として
は、米国特許No.4,068,010（1978年、１月10日）に、炭
酸溶解と同時に水温を下げて清涼飲料を製造する方法に
ついての記述がある。
この目的を達成するには、相当多量の液体CO2を相当
の高圧で、約300から2000psig（141kg/cm2）の圧力で、
バネ装着バルブを経て、ポンプで水流に注入する必要が
あり、その際、水氷結晶の生成を潜在的問題として考慮
しておかねばならない。
の高圧で、約300から2000psig（141kg/cm2）の圧力で、
バネ装着バルブを経て、ポンプで水流に注入する必要が
あり、その際、水氷結晶の生成を潜在的問題として考慮
しておかねばならない。
上記の如きシステムは比較的に微調整を要する場合に
は有効でなく、したがって、比較的に低い圧力で効率よ
く作動するシステムの開発の努力が続けられた。
は有効でなく、したがって、比較的に低い圧力で効率よ
く作動するシステムの開発の努力が続けられた。
問題点の解決手段 この発明はアルカリ水流に液体CO2を直接に注入する
ことにより、水流のpHを効率よく調節する方法に関す
る。
ことにより、水流のpHを効率よく調節する方法に関す
る。
水流のpHを常時監視し、pHが所定値よりも高く、例え
ばpH8以上になれば電気信号が生じ、それにより水流へ
の液体CO2の注入を制御する。
ばpH8以上になれば電気信号が生じ、それにより水流へ
の液体CO2の注入を制御する。
通常の液体CO2貯槽から高圧の液体CO2を比例制御弁に
導く。この比例制御弁は電気信号により作動するが、こ
の弁を通過する際、液体CO2の圧力は相当に下り、その
結果相当の割合で液体CO2中にガスCO2が生じ、液体CO2
の密度が下がる。
導く。この比例制御弁は電気信号により作動するが、こ
の弁を通過する際、液体CO2の圧力は相当に下り、その
結果相当の割合で液体CO2中にガスCO2が生じ、液体CO2
の密度が下がる。
採用されている液体CO2注入装置は、装着したバネに
より閉位置に圧着されているのがCO2の100から150psig
の間の圧力で開となり、液体CO2をアルカリ水中に注入
せしめる装置である。
より閉位置に圧着されているのがCO2の100から150psig
の間の圧力で開となり、液体CO2をアルカリ水中に注入
せしめる装置である。
比例制御弁は、相当程度の割合でガスCO2を液体CO2中
に生ぜしめて高圧液体CO2の密度をかなりの程度下げる
ように作動するので、その結果としてpH調節を広範囲に
亘り達成できる。
に生ぜしめて高圧液体CO2の密度をかなりの程度下げる
ように作動するので、その結果としてpH調節を広範囲に
亘り達成できる。
同時に、この比例制御弁はpHモニターの結果生じる電
気信号の強さに比例して、開口を開くする構造を有す
る。
気信号の強さに比例して、開口を開くする構造を有す
る。
実施例 第１図はアルカリ水流を中和するのにCO2を用いる廃
水処理のシステムを示す。
水処理のシステムを示す。
パイプもしくはコンディット11は、大規模の繊維ある
いは化学工場から集合せしめたアルカリ廃水を流すため
のものである。
いは化学工場から集合せしめたアルカリ廃水を流すため
のものである。
この工場とは、例えば天然あるいは合成の繊維、布等
を染色する工場であり、水流を12の浄化槽（あるいは
池）に導くような工場である。
を染色する工場であり、水流を12の浄化槽（あるいは
池）に導くような工場である。
パイプ11の中の水流は流速において頻繁に変化するで
あろうし、更に、重要なことは強アルカリ処理工程が含
まれている工場の集合廃水においては、アルカリ度も頻
繁に変化するであろう。水流のpHはアルカリ度の示度と
してpH計あるいはプローブ13により、１個所あるいは複
数の適当個所で測定する。このようなプローブの一つ
は、液体CO2注入によって生じるpHの変化を反映させる
に充分な距離を保った注入箇所の下流であることが望ま
しい。
あろうし、更に、重要なことは強アルカリ処理工程が含
まれている工場の集合廃水においては、アルカリ度も頻
繁に変化するであろう。水流のpHはアルカリ度の示度と
してpH計あるいはプローブ13により、１個所あるいは複
数の適当個所で測定する。このようなプローブの一つ
は、液体CO2注入によって生じるpHの変化を反映させる
に充分な距離を保った注入箇所の下流であることが望ま
しい。
他のプローブは注入箇所の上流に位置させておくこと
により、廃水のpHの事前設定値、例えば、pH8あるいは
それ以下の値からのずれにより早く対応させる。
により、廃水のpHの事前設定値、例えば、pH8あるいは
それ以下の値からのずれにより早く対応させる。
プローブ13は検知したpHに対応する電気信号を発生
し、pHコントローラ15に送る。pHコントローラには、あ
らかじめ所定のpH値をセットしておく。
し、pHコントローラ15に送る。pHコントローラには、あ
らかじめ所定のpH値をセットしておく。
pHコントローラは上記信号と設定レベルを順次比較
し、測定pHが設定値より高ければ液体CO2を水流中に注
入し始めるような信号を発生する。pHが設定値よりも高
い値にあることが続き、あるいは更にpH値が上昇するよ
うであれば、コントローラ15は液体CO2の水流への注入
量を大きくするようにアウトプット信号を大きくする。
し、測定pHが設定値より高ければ液体CO2を水流中に注
入し始めるような信号を発生する。pHが設定値よりも高
い値にあることが続き、あるいは更にpH値が上昇するよ
うであれば、コントローラ15は液体CO2の水流への注入
量を大きくするようにアウトプット信号を大きくする。
このような制御はpH測定値が設定値、あるいはそれ以
下になるまで継続し、設定値に到達すれば液体CO2の注
入は終了する。
下になるまで継続し、設定値に到達すれば液体CO2の注
入は終了する。
液体CO2を水流中に注入して、アルカリ度を調節する
ことを効率よく行うために極めて重要なことは、比較的
に小幅なアルカリ度の増加に対して対応することが出来
ると同時に、大幅なアルカリ度の増加に対しても対応出
来ることである。この大幅な増加は廃水系内に非常にア
ルカリ度の高い廃水が流入することによって全体のアル
カリ度が高められるような場合であって、一般的には予
測がつきにくい。
ことを効率よく行うために極めて重要なことは、比較的
に小幅なアルカリ度の増加に対して対応することが出来
ると同時に、大幅なアルカリ度の増加に対しても対応出
来ることである。この大幅な増加は廃水系内に非常にア
ルカリ度の高い廃水が流入することによって全体のアル
カリ度が高められるような場合であって、一般的には予
測がつきにくい。
以下、第２図の液体CO2注入ノズルについて説明す
る。
る。
系内の各種の工程から排出された廃水は合流し、ポン
プ等により比較的に大口径の、例えば内径約30インチ
（76.2cm）のパイプないしはコンディット11中を流れて
おり、このようなパイプの側壁に１箇所あるいは複数箇
所にフィッティング21を設け、これに液体CO2注入装置2
3を装着する。このフイッティングはパイプ側壁に溶
接、ろう付あるいは類似の方法でとりつけるが、一般に
はフィッティッグ形状は円筒状である。開口部25はパイ
プ11の側壁にドリル等で形成せしめる。フィッティング
の他の端は筒状カラー27で、内壁にネジを切っておき、
液体CO2注入装置23の注入端29に設けた雄ネジを受入れ
る。
プ等により比較的に大口径の、例えば内径約30インチ
（76.2cm）のパイプないしはコンディット11中を流れて
おり、このようなパイプの側壁に１箇所あるいは複数箇
所にフィッティング21を設け、これに液体CO2注入装置2
3を装着する。このフイッティングはパイプ側壁に溶
接、ろう付あるいは類似の方法でとりつけるが、一般に
はフィッティッグ形状は円筒状である。開口部25はパイ
プ11の側壁にドリル等で形成せしめる。フィッティング
の他の端は筒状カラー27で、内壁にネジを切っておき、
液体CO2注入装置23の注入端29に設けた雄ネジを受入れ
る。
注入装置23の主要部分は筒状本体31であり、中央に長
い円孔33があり、その前方（図の左方向）の部分で内径
が大きい同軸円筒を有し、この円孔35が液体CO2の通路
となる。
い円孔33があり、その前方（図の左方向）の部分で内径
が大きい同軸円筒を有し、この円孔35が液体CO2の通路
となる。
弁棒37は円筒孔33の内部で左右に往復運動をする。弁
棒37の前部（左）には円錐切頭体のカラー面38があり、
その更に前方には球根状、即ち三次元凸面のチップ39を
有する。このチップ39の形状は回転楕円体であり、その
長軸は中央孔33の軸と一致する。前方カラー面38は同じ
く切頭体面である座41にぴったりと接触しており、この
座41はプラグ部43の背面に形成されており、このプラグ
43は中心部にオリフィス45を有する。このオリフィスは
断面が円である孔で適切な最小孔断面積を有する。
棒37の前部（左）には円錐切頭体のカラー面38があり、
その更に前方には球根状、即ち三次元凸面のチップ39を
有する。このチップ39の形状は回転楕円体であり、その
長軸は中央孔33の軸と一致する。前方カラー面38は同じ
く切頭体面である座41にぴったりと接触しており、この
座41はプラグ部43の背面に形成されており、このプラグ
43は中心部にオリフィス45を有する。このオリフィスは
断面が円である孔で適切な最小孔断面積を有する。
切頭体カラー面38が41の座に接触している時はオリフ
ィスは閉じている。
ィスは閉じている。
弁棒37が口径が大きい円孔35の中で行なう往復運動が
円滑であるためには、円孔35よりも口径が小さい中央孔
33の内面、即ち軸受面で円滑であることが重要である。
円滑であるためには、円孔35よりも口径が小さい中央孔
33の内面、即ち軸受面で円滑であることが重要である。
図に示したように、液体CO2の流路は入口49からオリ
フィス45まで、弁の内部に設けた弁棒37に沿って環状に
設けられている。入口49にはネジを切ってあるフィッテ
ィング51を取付け、これにネジ53を有する自由端を設
け、この自由端に全体配管系の一部である液体CO2管55
が取付けられる。
フィス45まで、弁の内部に設けた弁棒37に沿って環状に
設けられている。入口49にはネジを切ってあるフィッテ
ィング51を取付け、これにネジ53を有する自由端を設
け、この自由端に全体配管系の一部である液体CO2管55
が取付けられる。
筒状本体31の後端は、同じくネジが切ってありアクチ
ュエーター部分57の取付けを可能とする。57には圧縮バ
ネ59と液体CO2の圧力に応じて弁棒37に往復運動をさせ
る機構がある。60の箇所、即ちアクチュエーター部分と
弁主体31との接合箇所にＯリングのシールを設け湿気の
侵入を防止する。
ュエーター部分57の取付けを可能とする。57には圧縮バ
ネ59と液体CO2の圧力に応じて弁棒37に往復運動をさせ
る機構がある。60の箇所、即ちアクチュエーター部分と
弁主体31との接合箇所にＯリングのシールを設け湿気の
侵入を防止する。
更に具体的には、弁棒37の後端にネジ付要素61を設け
これをアダプター63につけたタップつき孔にねじ込むこ
とによりアダプター63を弁棒37の後端に取付ける。この
アダプターには圧縮バネ59の一端が接する。圧縮バネ59
の他端にはアクチュエーターハウシング67の内面に形成
せしめたボス65に接する。
これをアダプター63につけたタップつき孔にねじ込むこ
とによりアダプター63を弁棒37の後端に取付ける。この
アダプターには圧縮バネ59の一端が接する。圧縮バネ59
の他端にはアクチュエーターハウシング67の内面に形成
せしめたボス65に接する。
アダプター63にスリーブ69を取付ける。これは圧縮バ
ネ59を収納する容器であって、本質的にはバネと同じ長
さである。
ネ59を収納する容器であって、本質的にはバネと同じ長
さである。
ベローズ71は筒状本体31の背面に取付けたガス気密室
の役目をする。弁棒37と中央孔33との間の狭い環状通路
により、径が大きい円孔35と連結されているので、ベロ
ーズ71内部の圧力は液体CO2注入装置23に供給された液
体CO2の圧力によって変化する。
の役目をする。弁棒37と中央孔33との間の狭い環状通路
により、径が大きい円孔35と連結されているので、ベロ
ーズ71内部の圧力は液体CO2注入装置23に供給された液
体CO2の圧力によって変化する。
更に詳しくは、アダプター63の前面端である大径フラ
ンジ77はバルブ閉の時、環状突起74の内部に収納されて
いる。このフランジに前方から（第２図の左から）かか
る圧力が、ベローズ71及びスリーブ70の室の外部の大気
圧より十分に高く、且つ、圧縮バネ59の力に打勝って弁
棒37を後方（図の右方向へ）に動かす時、円錐切頭面38
での接触が離れ、球根状チップ39が右に引かれる。その
結果、回転楕円体のチップ39と円筒状オリフィス45との
間に環状の通路が生じる。
ンジ77はバルブ閉の時、環状突起74の内部に収納されて
いる。このフランジに前方から（第２図の左から）かか
る圧力が、ベローズ71及びスリーブ70の室の外部の大気
圧より十分に高く、且つ、圧縮バネ59の力に打勝って弁
棒37を後方（図の右方向へ）に動かす時、円錐切頭面38
での接触が離れ、球根状チップ39が右に引かれる。その
結果、回転楕円体のチップ39と円筒状オリフィス45との
間に環状の通路が生じる。
流体CO2の圧力が90ないし110psig（6.3〜7.7kg/cm2）
の圧力に達した時、弁棒37がシート位置から離れ始める
ように部品の選定と設計を行っている。調節機構も備え
てあって、アクチュエータ部分57をバルブ本体31に対し
回すことにより、バネ59の弁棒37に及ぼす圧力が変化
し、かくして、オリフィス45を開とする圧力の微調整が
出来る。
の圧力に達した時、弁棒37がシート位置から離れ始める
ように部品の選定と設計を行っている。調節機構も備え
てあって、アクチュエータ部分57をバルブ本体31に対し
回すことにより、バネ59の弁棒37に及ぼす圧力が変化
し、かくして、オリフィス45を開とする圧力の微調整が
出来る。
更には、オリフィス45の円筒状内面とチップ39の湾曲
表面との間に形成される環状開口の大きさは、弁棒37の
軸方向の動きに対して非直線的であるようになってい
る。これにより注入装置23の開き始めの微小開口度の正
確な制御が達成出来る。
表面との間に形成される環状開口の大きさは、弁棒37の
軸方向の動きに対して非直線的であるようになってい
る。これにより注入装置23の開き始めの微小開口度の正
確な制御が達成出来る。
液体CO2の圧力が高い場合の流れについては、一般に
はオリフィス断面積を大きくとらねばならないとされて
いる。例えば、約100から300psig（7.0〜21.1kg/cm2）
の範囲においては、断面積は最低限0.15平方インチ（0.
97cm2）必要とされる。
はオリフィス断面積を大きくとらねばならないとされて
いる。例えば、約100から300psig（7.0〜21.1kg/cm2）
の範囲においては、断面積は最低限0.15平方インチ（0.
97cm2）必要とされる。
ベローズ71の内圧が高くなればなる程、弁棒37は後方
（第２図中右方）に移動し、したがってチップ39が座41
の面を越えた位置に移動するまでオリフィスの最後端で
の開口度が増加する。
（第２図中右方）に移動し、したがってチップ39が座41
の面を越えた位置に移動するまでオリフィスの最後端で
の開口度が増加する。
第３図の比例制御弁について説明する。
第１図に示したようにこの弁は、通常、圧力として30
0psig（21.1kg/cm2）、温度０度Ｆ（−18℃）で液体CO2
を貯える貯槽から液体CO2を取り出す配管83中にこの弁8
1を比例制御弁として設置する。この比例制御弁はバネ
の力で閉にしておき、アクチュエーター部分87（時には
上部工作物87とも呼ぶ）にガス圧がかかるとバルブを開
く。
0psig（21.1kg/cm2）、温度０度Ｆ（−18℃）で液体CO2
を貯える貯槽から液体CO2を取り出す配管83中にこの弁8
1を比例制御弁として設置する。この比例制御弁はバネ
の力で閉にしておき、アクチュエーター部分87（時には
上部工作物87とも呼ぶ）にガス圧がかかるとバルブを開
く。
さらに詳細には、この弁は好ましくは玉型弁であり、
89で示す弁下部はＴ型の形状をなし、左右の開口部は夫
々流路の入口91と出口93であり、上部の開口部95にはネ
ジが設けてあって、ボンネット97を受入れ、その内部で
弁棒99が上下の往復運動をする。上部工作物87とボンネ
ット97とはヨーク101で互いに連結されている。
89で示す弁下部はＴ型の形状をなし、左右の開口部は夫
々流路の入口91と出口93であり、上部の開口部95にはネ
ジが設けてあって、ボンネット97を受入れ、その内部で
弁棒99が上下の往復運動をする。上部工作物87とボンネ
ット97とはヨーク101で互いに連結されている。
弁棒99の最下端は円錐形のチップ103であり、適正な
サイズの開口部を持つプラグ105に納まる。
サイズの開口部を持つプラグ105に納まる。
プラグ105は入口、出口91,93を連結する中央孔107の
壁面にネジ込みで取り付けられ、チップ103に対して弁
座となる。
壁面にネジ込みで取り付けられ、チップ103に対して弁
座となる。
入口91は中央孔107へ、この弁座の下部で連通してい
る。弁棒99が、第３図において上方に引き上げられる
程、円錐形先端103と円筒状の座との間の間隙が大にな
る。この間隙が極めて僅かであり、この部分を高圧の液
体CO2がゆっくりと流れる時、相当な圧力減少が起り、
液体CO2に質的変化をもたらす。液体CO2はこの構造の弁
を通過することにより、膨張し、圧力を減少させる結果
として液体CO2の一部がガス、ガスCO2に変化する。例と
して、圧力を300psig（21.1kg/cm2）から150psig（10.5
kg/cm2）に減少せしめる場合には、液体CO2は約14％
（重量）のガスCO2を含有する。300psigから約110psig
（7.7kg/cm2）に減少させる場合には、約18％（重量）
のガスCO2を含む。
る。弁棒99が、第３図において上方に引き上げられる
程、円錐形先端103と円筒状の座との間の間隙が大にな
る。この間隙が極めて僅かであり、この部分を高圧の液
体CO2がゆっくりと流れる時、相当な圧力減少が起り、
液体CO2に質的変化をもたらす。液体CO2はこの構造の弁
を通過することにより、膨張し、圧力を減少させる結果
として液体CO2の一部がガス、ガスCO2に変化する。例と
して、圧力を300psig（21.1kg/cm2）から150psig（10.5
kg/cm2）に減少せしめる場合には、液体CO2は約14％
（重量）のガスCO2を含有する。300psigから約110psig
（7.7kg/cm2）に減少させる場合には、約18％（重量）
のガスCO2を含む。
この変化の結果、液体CO2の密度が変化し、生成せし
めたガスCO2の含量の割合によって定まる密度の減少が
起る。この圧力の大幅な減少による液体CO2の密度の減
少はアルカリ水流に注入するCO2量の微細な制御を可能
とすることが見い出され、究極的にはアルカリ度が変化
しつつある状態の水流の中和を効果的に行うことが出来
る。
めたガスCO2の含量の割合によって定まる密度の減少が
起る。この圧力の大幅な減少による液体CO2の密度の減
少はアルカリ水流に注入するCO2量の微細な制御を可能
とすることが見い出され、究極的にはアルカリ度が変化
しつつある状態の水流の中和を効果的に行うことが出来
る。
アルカリ度が高い水流も、低い水流も、双方効果的に
中和せしめるためには、比例制御弁81のバルブ流量係数
Cvがバルブ最大開度の条件で測定した時、約２から６の
間、好ましくは2.5から５の間であることが必要であ
る。ここで、Cvはディメンジョンのない数値であり、液
の比重を圧力減少（ポンド／平方インチ）で割った商の
平方根に液流量（ガロン／分）をかけた積として表され
る。望ましくは、弁全開での圧力降下が僅か5psi（0.35
kg/cm2）であるような制御弁がよい。
中和せしめるためには、比例制御弁81のバルブ流量係数
Cvがバルブ最大開度の条件で測定した時、約２から６の
間、好ましくは2.5から５の間であることが必要であ
る。ここで、Cvはディメンジョンのない数値であり、液
の比重を圧力減少（ポンド／平方インチ）で割った商の
平方根に液流量（ガロン／分）をかけた積として表され
る。望ましくは、弁全開での圧力降下が僅か5psi（0.35
kg/cm2）であるような制御弁がよい。
前述の如く、pHプローブ13（第１図）は流路において
CO2注入の下流の適切な箇所に設置することが望まし
い。これによりCO2注入の効果をプローブで測定したpH
により確認出来る。あらかじめ設定したpHの望ましい数
値、例えばpH8.0まで中和するのに注入CO2量が十分であ
ればプローブ13は下りつつあるpHを非常にすばやく検知
する。第１図に図示したコントローラ15はあらかじめ所
定のpH値を設定することが出来、ここにプローブ13から
の信号を送る。モニターしている水流のpHが、上記の設
定値に等しいか、あるいは低い場合には比例制御弁81は
閉じており、アルカリ流水路にCO2の注入は行われな
い。しかし、設定値より高いpH値を検知すれば、コント
ローラ15は直ちに信号、例えば４から20ミリアンペアの
電気信号を比例制御弁81に送る。コントローラ15は電気
式でもガス（空気）式でも適切なものであればよい。
CO2注入の下流の適切な箇所に設置することが望まし
い。これによりCO2注入の効果をプローブで測定したpH
により確認出来る。あらかじめ設定したpHの望ましい数
値、例えばpH8.0まで中和するのに注入CO2量が十分であ
ればプローブ13は下りつつあるpHを非常にすばやく検知
する。第１図に図示したコントローラ15はあらかじめ所
定のpH値を設定することが出来、ここにプローブ13から
の信号を送る。モニターしている水流のpHが、上記の設
定値に等しいか、あるいは低い場合には比例制御弁81は
閉じており、アルカリ流水路にCO2の注入は行われな
い。しかし、設定値より高いpH値を検知すれば、コント
ローラ15は直ちに信号、例えば４から20ミリアンペアの
電気信号を比例制御弁81に送る。コントローラ15は電気
式でもガス（空気）式でも適切なものであればよい。
標準の液体CO2貯槽では、高圧、即ち約300psig（21.1
kg/cm2）のガスCO2が貯槽内のガス相から得られるの
で、比例制御弁を制御するのにこのガスを使用すること
が便利である。
kg/cm2）のガスCO2が貯槽内のガス相から得られるの
で、比例制御弁を制御するのにこのガスを使用すること
が便利である。
第３図の比例制御弁の上部工作物87にかかるガス圧が
高い程、この弁のオリフィスの開口度が大きくなり、こ
のオリフィスでのガス圧低下が少なく、バルブを出た後
のCO2の圧力が高くなる。pHプローブ13で検出しているp
Hが高い程、コントローラ15によって生じる信号は大き
く、この信号が大きい程トップワーク87に印加されるガ
ス圧が高くなる。
高い程、この弁のオリフィスの開口度が大きくなり、こ
のオリフィスでのガス圧低下が少なく、バルブを出た後
のCO2の圧力が高くなる。pHプローブ13で検出しているp
Hが高い程、コントローラ15によって生じる信号は大き
く、この信号が大きい程トップワーク87に印加されるガ
ス圧が高くなる。
液体CO2貯槽のガスCO2圧力を比例制御弁の開度制御に
用いる時は、適切なトランデューサー111、例えば市販
のフェアチャイルド社のＴ−5200型等を用い、コントロ
ーラ15で生じた電気信号をガス圧信号に変換し、比例制
御弁81にかける。
用いる時は、適切なトランデューサー111、例えば市販
のフェアチャイルド社のＴ−5200型等を用い、コントロ
ーラ15で生じた電気信号をガス圧信号に変換し、比例制
御弁81にかける。
システム全体に対し、注入装置23は１箇所又は複数箇
所パイプ11中に設置する。このパイプの長さは、ある設
置例では、アルカリ廃水出口から浄化槽12まで約65フィ
ート（19.8m）である。
所パイプ11中に設置する。このパイプの長さは、ある設
置例では、アルカリ廃水出口から浄化槽12まで約65フィ
ート（19.8m）である。
pHプローブ13は浄化槽12に設置するが、もう１つのpH
プローブ13aを注入点の上流に設置してもよい。
プローブ13aを注入点の上流に設置してもよい。
注入装置23をパイプ11に取付ける際、水流中に直接取
付けると、水流に随伴されており浄化槽で分離除去すべ
き微粒子により注入装置の浸蝕が容易に起り得るので、
パイプ側壁にフィッティング21を溶接により取付け、そ
れに注入装置を取付ける。パイプの側壁の外側にこのよ
うにして注入装置を経て液体CO2を注入することは更に
利点がある。水流流れ方向に対し、垂直に液体CO2を注
入することによりせん断作用による混合を起し、液体CO
2の膨脹による冷却効果と相俟って水流中にCO2を速やか
に溶解せしめる。
付けると、水流に随伴されており浄化槽で分離除去すべ
き微粒子により注入装置の浸蝕が容易に起り得るので、
パイプ側壁にフィッティング21を溶接により取付け、そ
れに注入装置を取付ける。パイプの側壁の外側にこのよ
うにして注入装置を経て液体CO2を注入することは更に
利点がある。水流流れ方向に対し、垂直に液体CO2を注
入することによりせん断作用による混合を起し、液体CO
2の膨脹による冷却効果と相俟って水流中にCO2を速やか
に溶解せしめる。
ある例においては、注入後水流が65フィートの距離を
流れるのに要する平均所用時間、20秒の間に注入された
CO2の略全部（重量で95％以上）が水流に吸収された。
流れるのに要する平均所用時間、20秒の間に注入された
CO2の略全部（重量で95％以上）が水流に吸収された。
pHプローブを２箇使用することは利点がある。１個は
CO2注入点より上流に設置する。これにより廃水流のア
ルカリ度の上昇を事前に察知でき、液体CO2の注入開始
という適切な対応を直ちに行うことが出来る。更に、２
個のプローブで夫々生じた信号を比較し、この差の大き
さに応じて水流に注入するCO2の量を適切に増加又は減
少させることが出来、結果として所定pHに対するオーバ
ーシュートを防止し、系全体を更に効率のよいシステム
にすることに役立つ。
CO2注入点より上流に設置する。これにより廃水流のア
ルカリ度の上昇を事前に察知でき、液体CO2の注入開始
という適切な対応を直ちに行うことが出来る。更に、２
個のプローブで夫々生じた信号を比較し、この差の大き
さに応じて水流に注入するCO2の量を適切に増加又は減
少させることが出来、結果として所定pHに対するオーバ
ーシュートを防止し、系全体を更に効率のよいシステム
にすることに役立つ。
図に示したこの系のより大きな利点は、比較的にアル
カリ度が低く検出されている時は通常のCO2圧力の比較
的低い圧力中間値、例えば約150psig（10.5kg/cm2）も
しくはそれ以下の圧力でCO2注入量の微細な制御が出来
る点にある。この利点は、低い密度の液体CO2を生成
し、これをバネ装着の注入装置に供給し、そして水流中
に注入することを可能にした点から得られる。これによ
り注入量の微細な制御を行ない、かくして比較的にアル
カリ度の低い水流を中和するに必要なCO2の効率のよい
使用が可能となる。
カリ度が低く検出されている時は通常のCO2圧力の比較
的低い圧力中間値、例えば約150psig（10.5kg/cm2）も
しくはそれ以下の圧力でCO2注入量の微細な制御が出来
る点にある。この利点は、低い密度の液体CO2を生成
し、これをバネ装着の注入装置に供給し、そして水流中
に注入することを可能にした点から得られる。これによ
り注入量の微細な制御を行ない、かくして比較的にアル
カリ度の低い水流を中和するに必要なCO2の効率のよい
使用が可能となる。
この発明につき、発明者が現在知られている最良の方
法とするある好ましい具体的図示に基いて説明を行なっ
たが、この種の方法につき熟達している人にとって自明
であるような各種の修正、変更はこの申請に付されてい
る特許請求の範囲に規定した範囲を逸脱するものではな
い。例として、pHを測定するのに用いられる他の方法、
比例制御弁の作動を制御するのにガスCO2ガス圧以外の
ものを利用する方法等である。
法とするある好ましい具体的図示に基いて説明を行なっ
たが、この種の方法につき熟達している人にとって自明
であるような各種の修正、変更はこの申請に付されてい
る特許請求の範囲に規定した範囲を逸脱するものではな
い。例として、pHを測定するのに用いられる他の方法、
比例制御弁の作動を制御するのにガスCO2ガス圧以外の
ものを利用する方法等である。
第１図は、アルカリ水流中にCO2を注入することに関す
るこの発明の種々の特徴を示す図式的全体図である。 第２図は、第１図に示すシステムの中で注入に用いる装
置の拡大概念図である。 第３図は第１図に示すシステムの中の比例制御弁の拡大
概念図である。 11……パイプ、12……浄化槽、13,13a……プローブ、15
……pHコントローラ、21……フィッティング、23……注
入装置、31……筒状本体、37,99……弁棒、39,103……
チップ、41……弁座、45……オリフィス、51……フィッ
ティング、57,87……アクチュエータ部分、59……バ
ネ、71……ベローズ、81……比例制御弁。
るこの発明の種々の特徴を示す図式的全体図である。 第２図は、第１図に示すシステムの中で注入に用いる装
置の拡大概念図である。 第３図は第１図に示すシステムの中の比例制御弁の拡大
概念図である。 11……パイプ、12……浄化槽、13,13a……プローブ、15
……pHコントローラ、21……フィッティング、23……注
入装置、31……筒状本体、37,99……弁棒、39,103……
チップ、41……弁座、45……オリフィス、51……フィッ
ティング、57,87……アクチュエータ部分、59……バ
ネ、71……ベローズ、81……比例制御弁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デービット・エム・フォーストロム アメリカ合衆国ジョージア州30093，ノ アクロス，ノースリッジ・ウェイ 4029‐10 (56)参考文献 特開 昭58−101788（ＪＰ，Ａ) 実開 昭52−143775（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C02F 1/00,1/66 B01F 3/08,5/00
Claims (11)
- 【請求項１】流れつつあるアルカリ水流のpHを制御する
方法であって、 当該水流のpHを監視し、 そのpHに応じた信号を発生し、 比例制御弁に高圧の液体CO2を供給し、 上記の信号に応じて比例制御弁を作動させて、液体CO2
流体の圧力をある中間域の圧力に減少させ、相当量のガ
ス相を生成せしめることにより、CO2流体の密度をかな
りの程度減少せしめ、 密度を減少させたCO2流体を、バネを装着されかつ、オ
リフィスを有する注入装置に供給する各段階を有し、 上記中間域圧力は、注入装置が開き、そこからオリフィ
スを経て、上記低い密度のCO2流体を該水流中に注入さ
せる圧力よりも高い圧力である、 ことを特徴とする前記pH制御方法。 - 【請求項２】請求項１の方法において、前記自動制御弁
は、少なくとも重量で10％のガスCO2を生ぜしめてCO2流
体の密度を減少させ、CO2流体の圧力を中間域まで減少
せしめる方法。 - 【請求項３】請求項１の方法において、前記CO2が、水
流の流れ方向に対し垂直に注入され、CO2にせん断力を
生ぜしめる方法。 - 【請求項４】請求項２の方法において、CO2の中間域圧
力を約100psia（7.0kg/cm2）とすることにより注入装置
を開かせる方法。 - 【請求項５】請求項４の方法において、注入装置の開口
度は印加する圧力の増加に対し非線形の関係にあり、印
加圧力が低い範囲では開口度が比較的に狭くなるような
方法。 - 【請求項６】流れつつある水流でアルカリ度が変動しつ
つある場合にpHを制御する装置であって、 バネ装着の注入手段で、流水が流れているコンジット手
段に連通しかつ、あらかじめ設定した圧力において開口
するようにセットしてあるオリフィスを有する前記注入
手段と、 比例制御弁を含み、前記注入手段にCO2を導く配管と、 コンジット手段中を流れている水流のpHをモニターし、
そして事前に設定したpHよりも高い場合には信号を発生
する手段とを具備してなり、 前記比例制御弁は、その信号の強度に比例して開口度を
増大せしめ、それによりこの弁の下流のCO2圧力を変化
させ、更に、該制御弁はCO2流体の密度を低下させて、C
O2圧力が中間域圧力まで低下する場合にはそれより高い
設定圧力で開口し得るバネ装着の注入手段を開口させ、
これにより前述密度の低下したCO2を流水中にオリフィ
スを通じて注入せしめることを特徴とする前記pH制御装
置。 - 【請求項７】請求項６の装置において、前記比例制御弁
は玉型弁であり、開口部断面は円形であり、バネ装置の
弁棒は先端では円錐チップを有し、この部分が軸方向の
動きをなすように弁棒は支持されており、この動きによ
りこのチップ部分を通ってCO2が流れる間隙、開口度を
調整する装置。 - 【請求項８】請求項７の装置において、前記弁棒は閉弁
位置方向へバネにより付勢されている装置。 - 【請求項９】請求項６の装置において、前記注入手段の
オリフィスはバネ付勢の弁要素との相互作用の結果とし
てその有効断面積が可変され、該バネ付勢弁要素は、前
記中間域圧力が約90psia（6.3kg/cm2）から約110psia
（7.7kg/cm2）の間の値に達した時に前記オリフィスの
開き動作を開始させるよう設定されている装置。 - 【請求項１０】請求項９の装置において、オリフィスの
断面は円であり、そして前記弁要素は凸曲面のチップを
有し、該チップは、オリフィス内に取付けられて該オリ
フィスとの間に環状の流路を生ぜしめる装置。 - 【請求項１１】請求項10の装置において、前記チップの
断面が一般的には回転楕円体であり、オリフィスは正し
く円筒状の流路を形成する装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US393491 | 1989-08-14 | ||
| US07/393,491 US5108929A (en) | 1989-08-14 | 1989-08-14 | Method and system for treatment of alkaline streams |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0389994A JPH0389994A (ja) | 1991-04-15 |
| JP3050900B2 true JP3050900B2 (ja) | 2000-06-12 |
Family
ID=23554903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2215694A Expired - Lifetime JP3050900B2 (ja) | 1989-08-14 | 1990-08-14 | 水流のｐＨを制御する方法及び装置 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5108929A (ja) |
| JP (1) | JP3050900B2 (ja) |
| AR (1) | AR246935A1 (ja) |
| BR (1) | BR9003985A (ja) |
| CA (1) | CA2021545C (ja) |
| ES (1) | ES2036972A6 (ja) |
| WO (1) | WO1991002964A1 (ja) |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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