JP3107857B2 - 気液接触装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液体と気体とを接触させ
て液体中の成分を気体中に物質移動させ、又は気体によ
り液体に殺菌等の処理をする気液接触装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】食品工業においては、炭酸水等の清涼飲
料水の製造工程で、水中に炭酸ガスを吸収させている。
石油化学工業においては、酸化反応装置、水素添加反応
装置又はガス希釈水の製造装置で液体と気体とを接触さ
せている。また、紙パルプ工業においては、硫化ガスの
吸収反応を行うために、液体と硫化ガスとを接触させて
いる。深層曝気装置、水の塩素殺菌装置、廃ガス処理装
置及びエアレーター等の環境装置においても、液体と気
体との接触工程が必要である。更に、漁業においても、
養魚池の酸素補給のために、水に空気を接触させて水中
に空気を混合している。

【０００３】特に、１．１．１．トリクロロエタン、ト
リクロロエチレン及びテトラクロロエチレン等の有機塩
素系化合物を含む廃液から、これらの化合物を除去して
浄化する浄化装置、水道水又は井戸水等に含まれる塩素
及びトリハロメタン，フミン酸等の物質を除去する有害
物質除去装置、原水中への酸素ガスの溶存富化及びオゾ
ン、二酸化塩素ガス又は塩素ガス等による原水の滅菌又
は殺菌等の殺菌装置、並びに好気性菌を使用したバイオ
リアクタ等に、この気液接触装置が使用されている。

【０００４】図１０は従来のモーションレスミキサーを
使用した気液接触装置を示す模式図である。この図に示
すように、従来の気液接触装置においては、原水を液送
ポンプ（図示せず）を介してモーションレスミキサー１
内に圧送し、圧縮空気と原水とを混合して原水中に含有
する有機溶剤等の有害物質を空気中に物質移動させて除
去している。

【０００５】図１１は、従来の水中曝気装置（スタティ
ックエアーレーター）を示す模式図である。水７が貯留
されたタンク６内にモーションレスミキサー８が浸漬さ
れており、配管９がこのミキサー８の下部に導入されて
いる。そして、この配管９を介してミキサー８内に圧送
空気を供給する。そうすると、水は空気がミキサー１内
を上昇することに伴い、ミキサー１内をその下部から上
方に向けて移動し、水の循環流が生じる。これにより、
ミキサー１内で空気と水とが混合され、水中に酸素が移
動する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の従来装置には、以下に示す欠点がある。先ず、図１０
に示す気液接触装置においては、空気と原水との体積比
が３乃至６であり、これ以上空気の比率を大きくするこ
とは困難である。このため、ミキサーを１パスしただけ
では、有害物質の除去効率が３０乃至５０％と小さい。
従って、例えば原水中の有害物質を９０％以上除去する
ためには、ミキサーを４乃至８台使用する必要がある。
そうすると、原水をミキサー１内に圧送するための液送
ポンプも同数必要になり、装置コストが高くなる。

【０００７】一方、図１１に示す水中曝気装置において
は、水深を深くするほど、酸素の溶解率が高くなるた
め、水面から３乃至５ｍの位置にミキサー８を設置して
いる。このため、空気をミキサー８内に送り込む送風機
の吐出圧力を大きくする必要がある。従って、この送風
機は大出力のモータが必要であり、電力の消費が大き
い。

【０００８】また、タンク８内の水は空気流によりミキ
サー８内に導入し、強制的にミキサー８内を循環させる
ものではないため、曝気処理に要する時間が長い。

【０００９】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、装置コストが低いと共に、気液接触効率が
高い気液接触装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る気液接触装
置は、管壁部内に螺旋状羽根部が配置されてその管軸方
向に液体及び気体が通流する複数個の流体通路が前記羽
根部により形成されその管軸方向を垂直にして配置され
た静止型流体混合器と、この流体混合器の下端に連結す
る下部ケースと、前記流体混合器の上端に連結する上部
ケースと、液体を前記上部ケース内の液面よりも高い位
置から前記下部ケース内に供給してその静水圧差により
前記液体を前記流体混合器内で上方に通流させる液体供
給手段と、前記流体混合器内に気体を通流させる気体供
給手段とを有し、前記液体は、前記上部ケースに設けた
オーバーフロー部からオーバーフローさせることにより
排出することを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明においては、液体供給手段がその静水圧
差により液体を静止型混合器内に強制的に導入するか
ら、モータ等の駆動装置が不要で設備コストが低いと共
に、混合器内に液体を強制的に通流させるからその接触
効率が高い。

【００１２】

【実施例】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。

【００１３】図１は本発明の第１の実施例に係る気液接
触装置を示す模式図である。最下部の気液供給部には箱
状のケース１０が設けられている。このケース１０はそ
の上壁中央部がくり貫かれており、この部分に開口部１
２を形成している。そして、ケース１０内には、空気の
供給源に接続されたパイプ１１の先端部が挿入されてお
り、このパイプ１１はその先端を上壁中央の開口部１２
に向けて配置されている。空気はポンプ又はコンプレッ
サ等に駆動装置によりパイプ１１を介してケース１０内
に圧送される。

【００１４】ケース１０の上壁上には、気液混合部のモ
ーションレスミキサー（静止型混合器）１３がその流体
通流方向を垂直にして配置されている。このミキサー１
３の内部とケース１０とは開口部１２を介して連通して
おり、ミキサー１３の管状部はケース１０の上壁に液密
的に固定されている。

【００１５】図２及び図３はこのミキサー１３を構成す
るミキシングエレメントの一例を示す正面図である。図
２に示すミキシングエレメントは右回転型のものであっ
て、管状部２０内に時計方向に螺旋状に回転する羽根部
２１が配置されている。この羽根部２１により管状部２
０内は２個の流体通路２２に分割されている。一方、図
３は左回転型のミキシングエレメントであり、管状部２
０内に反時計方向に螺旋状に回転する羽根部２３が配置
されており、これにより管状部２０内に２個の流体通路
２４が仕切られている。

【００１６】ミキサー１３はこのような右回転型エレメ
ント及び左回転型エレメントを交互に又は１つおきに
等、種々の態様で配置して連結したものである。このよ
うに、エレメントを連結することによって、通路２２又
は２４内を通流する流体は、分割、合流及び回転運動を
繰り返し、高効率で両者が接触する。

【００１７】このモーションレスミキサーは、流体通路
の構成によって、レイノルズ数の広範囲にわたって流体
の混合ができると共に、機械的可動部を有しない流体通
路構造体であると定義できる。従って、本発明にて使用
する静止型流体混合器（モーションレスミキサー）は、
上記実施例のように、９０゜右回転型エレメント又は９
０゜左回転型エレメントを種々の態様で連結したものに
限らない。例えば、１８０゜回転するエレメントを連結
したものとか、金属製の板材を右及び左に交互に９０゜
又は１８０゜捻り、羽根が連続する構造のもの等、種々
の静止型流体混合器を使用することができる。

【００１８】ミキサー１３の上端部には、気液分離部の
タンク１４が配置されている。ミキサー１を通流してき
た空気と気液接触処理後の処理水はこのタンク１４内に
一旦貯留され、空気はタンク１４の上方に抜け、水は所
定の液面位置に設けられた排水口（図示せず）からオー
バーフローして排出される。

【００１９】原水槽１５がこのタンク１４のオーバーフ
ロー排水口よりも上方の位置に配置されており、この原
水槽１５内には処理すべき原水が貯留されている。そし
て、この原水槽１５とケース１０とが配管６により連結
されており、原水槽１５内の原水が自然落下してケース
１０内に供給される。この原水槽１５はタンク１４のオ
ーバーフロー排水口よりも上方に位置しているから、そ
の静水圧差により水はミキサー１３内を上方に通流す
る。

【００２０】このように構成された気液混合装置におい
ては、原水槽１５内の原水がケース１０内に自然落下
し、ケース１０内で配管１１を介して供給された空気と
混合され、ミキサー１３内に導入される。空気はその配
管１１の先端部が上方に向いているのでミキサー１３内
を上方に通流する。また、原水はその静水圧の差により
ミキサー１３内を上方に向けて通流する。そして、水及
び空気はこのミキサー１３内の通路２２，２３を上方に
通流する間に螺旋状に回転し、分割及び合流を繰り返
し、高効率で接触する。このため、原水が揮発性ガスを
含むものである場合には、この原水と空気とが激しく接
触しあうことにより、原水中の揮発性ガスが空気中に移
動し、原水が浄化される。

【００２１】本実施例においては、原水は静水圧差によ
りミキサー１３内を通流するので、ポンプ等の駆動源は
不要である。このため、装置コストが極めて低い。従っ
て、必要ならば、このようなミキサー１３を直列に多数
設けてその処理時間を長くすることも容易である。ま
た、原水はこのミキサー１３内に静水圧差により強制的
に通流させられるので、空気により確実に浄化作用を受
け、その処理効率が高い。

【００２２】次に、本発明の第２の実施例について図４
を参照して説明する。図４において、図１と同一物には
同一符号を付してその詳細な説明は省略する。本実施例
は、ケース１０とタンク１４との間に２個のミキサー１
３を並列に配置したものであり、空気源に連結された配
管１７の先端部は各ミキサー１３の下端部に整合するよ
うに分岐して配置されている。

【００２３】このように構成された気液接触装置におい
ては、原水が通流する断面積が図１の場合の２倍に増加
するので、処理時間が短縮される。

【００２４】図５は本発明の第１の参考例を示す図であ
る。この参考例においては、原水及び空気をミキサー１
３の上端部からミキサー１３内に導入している。このよ
うに、ミキサー１３内を原水と空気とが上端部から下方
に通流するようにしても同様の効果を奏する。

【００２５】図６は本発明の第２の参考例を示す図であ
る。この図に示すように、ミキサー１３を覆うようにし
て加熱装置１８が設けられている。これにより、ミキサ
ー１３にて液体と気体とが加熱され、物質移動の反応が
吸熱反応の場合にこの反応が促進される。一方、物質移
動反応が発熱反応の場合には、加熱装置１８の替わりに
冷却装置を設置すれば良い。

【００２６】なお、この加熱装置の替わりに、遠赤外線
放射装置を設けることにより、水を活性化することがで
きる。また、磁力線放射装置を設けることにより、好気
性菌による水処理の効率化を図ることができる。更に、
紫外線放射装置を設けることにより、殺菌及び滅菌作用
を得ることができる。

【００２７】図７はミキサー１３を垂直方向に３段連結
した場合の参考例を示す。各ミキサー１３間には、気液
分離装置３０が設けられており、第１段の最上部のミキ
サー１３にて原水と水とが混合接触して原水中の物質
（例えば、揮発性物質）が空気中に除去され、汚染され
た空気が気液分離装置３０で処理水から分離除去され
る。処理水はその下段の第２段のミキサー１３に導入さ
れ、同時に新鮮な空気がこの第２段のミキサー１３の上
端からミキサー１３内に導入される。更に、第３段の最
下段のミキサー１３にも、処理水と新鮮な空気とが供給
され、処理水が空気により清浄化処理される。

【００２８】本参考例においては、常に新鮮な空気が供
給されつつ原水が浄化作用を受けるので、その処理効率
が高い。

【００２９】図８は３個のミキサー１３をその下端部か
ら液体及び気体を導入するように構成し、隣接するミキ
サー１３の上端部の液体排出口を静水圧差が生じるよう
に上下にずらせて配置した実施例である。この実施例に
おいても、各段のミキサー１３においては、常に新鮮な
空気が供給され、その浄化効率が高い。

【００３０】図９に示す実施例においては、下端部から
液体及び気体を導入するように構成したミキサー１３を
３段垂直方向に直列に配置し、各ミキサー１３間に気液
分離装置３０を配置してある。この実施例においても、
原水と空気とを高効率で接触させることができる。

【００３１】次に、図１に示す実施例装置を使用して実
際に気液接触処理を行い、その効果を試験した結果につ
いて説明する。

【００３２】ミキサー１３は内径が9mmの複数個のエレ
メントを連結して長さを100mmとしたものである。ま
た、このミキサー１３を５段直列に配置した。そして、
１．１．１トリクロロエタンを1000ppm含有する原水を
毎分600ccの供給量でミキサー１３内に供給し、圧縮空
気を8リットル／分でミキサー１３内に導入した。この
原水と空気との比は、原水１に対して、空気が４乃至１
５である。その結果、１段のミキサー１３で原水中のト
リクロロエタンが約２０乃至４０％空気中に移動した。
そして、５段のミキサー１３を経て原水中のトリクロロ
エタンが９０％以上除去された。

【００３３】なお、空気又は原水中にオゾンを混入添加
することにより、５乃至２０％有機化合物の除去効率を
高めることができる。また、水道水中の塩素除去装置
に、オゾンを注入添加した場合には、装置内の殺菌及び
減菌手段として有効である。

【００３４】次に、図８に示す実施例装置を、水道水中
の塩素の除去に応用した結果について、説明する。内径
が8mm、長さが100mmのモーションレスミキサーを備えた
本装置に0.5ppmの塩素を含む水道水を毎分800ccの供給
量で供給し、圧縮空気を８リットル／分の流量でミキサ
ー内に導入した。この水道水と空気との比は水道水１に
対して空気が４乃至１４である。その結果、１段の除去
ミキサーで水道水中の塩素が約３０乃至７０％空気中に
移動して除去された。そして、３段のミキサーを経て水
道水中の塩素が９０％以上除去された。

【００３５】なお、ミキサーで水道水と空気とを混合処
理した後、水道水と塩素を含んだ空気とを分離する分離
部及び空気排出部にて、再び水道水と塩素とが化学反応
を起こすことを防止するため、分離部及び排出部に新鮮
な空気を強制的に排気するブロア等の手段を設置するこ
とが好ましい。また、空気中に除去した塩素ガスを、活
性炭等の吸着材によって吸着する手段を設けても良い。
更に、塩素ガスを除去した気液接触装置から排出される
処理水を加熱又は冷却する手段を設置することにより、
塩素等の除去率を大きくして美味しい水を供給すること
ができる。

【００３６】また、原水と混合される空気中にオゾンを
注入添加することは、本装置内の滅菌及び減菌手段とし
て有効である。

【００３７】本実施例装置による塩素除去効果は、水道
原水中の含有塩素濃度及び要求除去率（処理後の残存塩
素濃度）に合わせて、ミキサーの段数を増減することに
より所望のものが得られる。また、装置全体を小型化す
ることができる。更に、各ミキサーをユニット化するこ
とにより、分解、組立、接続を容易にでき、そのメイン
テナンス上好ましい。

【００３８】なお、処理量を増加させることは、ミキサ
ーの口径を大きくするか、又は並列に複数個のミキサー
を配置することにより容易に可能である。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、液体を静止型混合器内
に供給し、通流させるための動力駆動手段が不要である
ため、その装置コストが低い。また、駆動源が不要であ
るため、大がかりな装置が不要であり、設置スペースが
狭くても良い。更に、気液接触効率が高いので、処理時
間を短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す模式図である。

【図２】同じくその右回転型ミキシングエレメントを示
す正面図である。

【図３】同じくその左回転型ミキシングエレメントを示
す正面図である。

【図４】本発明の第２の実施例を示す模式図である。

【図５】本発明の第１の参考例を示す模式図である。

【図６】本発明の第２の参考例を示す模式図である。

【図７】本発明の第３の参考例を示す模式図である。

【図８】本発明の第３の実施例を示す模式図である。

【図９】本発明の第４の実施例を示す模式図である。

【図１０】従来の気液接触装置を示す模式図である。

【図１１】従来の他の気液接触装置を示す模式図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01F 3/04,5/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管壁部内に螺旋状羽根部が配置されてそ
   の管軸方向に液体及び気体が通流する複数個の流体通路
   が前記羽根部により形成されその管軸方向を垂直にして
   配置された静止型流体混合器と、この流体混合器の下端
   に連結する下部ケースと、前記流体混合器の上端に連結
   する上部ケースと、液体を前記上部ケース内の液面より
   も高い位置から前記下部ケース内に供給してその静水圧
   差により前記液体を前記流体混合器内で上方に通流させ
   る液体供給手段と、前記流体混合器内に気体を通流させ
   る気体供給手段とを有し、前記液体は、前記上部ケース
   に設けたオーバーフロー部からオーバーフローさせるこ
   とにより排出することを特徴とする気液接触装置。