JP5020902B2 - 溶存酸素低減方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボイラー給水、飲料水製造用、半導体超純水製造用あるいは各種試験研究用等に用いる原水中の溶存酸素の低減方法及び装置に関する。詳しくは、原水中の溶存酸素を不活性ガスと気液接触させて、不活性ガス側に溶存酸素を物質移動させる、つまり放散（Ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ）させて原水中の溶存酸素を低減させる方法及び装置に関する。

不活性ガスを用いた原水中の溶存酸素の低減方法としては、主に水と窒素ガスを気液接触させ、窒素ガスのガス分圧差を利用し、水中に溶存している酸素を効率よく放散して窒素ガス側に物質移動させて低減する方法が知られている。

液体と気体とを気液接触させる気液接触装置としては、原水を液送ポンプを介して静止型混合器内に圧送し、気体と原水とを混合して原水中の除去対象物質を気体中に物質移動させて除去する装置、あるいは原水が貯槽されたタンク内の水中に静止型混合器を配置し、気体配管を静止型混合器の下部に配置し、気体配管を介して静止型混合器内に気体を供給し、原水を気体と共に混合器内を上昇させて水の循環流を生じさせ、混合器内で気体と原水とを混合させて気体側に酸素を移動させる装置が知られている。

また、管壁部内に螺旋状羽根部が配置されてその管軸方向に流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て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、液体を前記流体混合器よりも高い位置からその静水圧差により前記流体混合器に供給する液体供給手段と、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する気液接触装置（例えば、特許文献１参照）が知られている。

さらに、回転するインペラーの背面に発生する負圧を利用して、連続的に気体を処理液中に導入し、微細気泡を発生させて微細気泡中の有害成分と処理液とを反応させる装置も公知である。

さらにまた、液中に不活性ガスをバブリングして液中の溶存酸素を除去する酸素低減装置（例えば、特許文献２参照）が知られている。

特開平５−１５７５３号公報 特開平６−１９０３６０号公報

上記原水を液送ポンプを介して静止型混合器内に圧送し、圧縮空気と原水とを混合して原水中の有害物質を空気中に物質移動させて除去する装置は、空気と原水との体積比が２〜３０であり、これ以上空気の比率を大きくすることは困難で、混合器を１回通過しただけでは、有害物質の除去効率が３０〜５０％と小さく、原水中の有害物質を９０％以上除去するには混合器を４〜８台を使用する必要があり、液送ポンプも同数必要となり、装置コストが高くなる。又、気体−液体の容積比率が大きいので、ガスの使用量が多くなる欠点を有している。

また、空気配管を介して静止型混合器内に気体を供給し、原水を気体と共に混合器内を上昇させて水の循環流を生じさせる装置は、並流で気液接触させるため、気体−液体の容積比率が低い。

特許文献１に開示の気液接触装置は、液体と気体とを並流接触させるもので気体と液体との容積比率が高く、不活性ガスの使用量が多くなり溶存酸素の低減装置としては充分ではない。また、回転するインペラーの背面に発生する負圧を利用して、連続的に気体を処理液中に導入し、微細気泡を発生させる装置は、処理時間が長くなり、装置が大きくなる。

特許文献２に開示の溶存酸素低減装置は気液の接触にバブリング効果を利用しているので、気液接触効率が低い。その為に、バブリング槽の塔高が長くなり、又塔数が多くなり設備費の初期投資が高価となる。又、設置面積が大きくなる。

本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解消し、不活性ガスのガス分圧差分を有効に利用し、低価格で原水中の溶存酸素を効率よく低減できる溶存酸素の低減方法及び装置を提供することにある。

本発明の溶存酸素低減方法の特徴は、原水中の溶存酸素低減方法に於いて、実質的に垂直方向に複数個の気液接触部と、その気液接触部間に円板の中心に備えられて筒状体に静止型混合器が内接され、前記円板の上部に前記原水の一時滞留部が設けられている気液分離部とを配置してなり、円盤部の径と同一の内径を有する筒状の放散塔の上部に原水を供給し、放散塔の下部より不活性ガスを導入し、気液接触部内で流下する原水と上昇する不活性ガスを向流接触させることを繰り返し、気液分離部の上部において原水と不活性ガスとの混合物を滞留させて、原水中の溶存酸素を不活性ガス側に放散して物質移動させることにある。

また、本発明の溶存酸素低減方法の特徴は、原水中の溶存酸素低減方法に於いて、実質的に垂直方向に複数個の気液接触部と、気液接触部間に逆截頭円錐状の円板の厚み方向に複数の孔が穿孔され、逆截頭円錐状の円板の上部に原水の一時滞留部が設けられている気液分離部とを配置してなり、気液分離部の径と同一の内径を有する筒状の放散塔の上部に原水を供給し、気液分離部の上部において原水と不活性ガスとの混合物を滞留させて、原水中の溶存酸素を不活性ガス側に物質移動させることにある。

このように複数個の気液接触部を多段に配置してなる放散塔の上部に原水を供給し、前記放散塔の下部より不活性ガスを導入し、気液接触部内で流下する原水と上昇する不活性ガスを向流接触させることを繰り返し、原水中の溶存酸素を不活性ガス側に物質移動させることを繰り返すことによって、気液接触部を通流する間に下方向に流下する原水と、微細な気泡となって原水中を上昇する不活性ガスが前記静止型混合器内を右及び左方向の回転及び分割、合流、反転及び剪断応力作用を連続的に繰り返しながら、原水と不活性ガスは接触、攪拌され、気液分離部で水中から不活性ガスが分離される際に原水中の溶存酸素が放散されて不活性ガス側に物質移動し、溶存酸素は低減されることとなる。

また、本発明の溶存酸素低減装置の特徴は、実質的に垂直方向に配置された複数個の気液接触部と、気液接触部間に配置された気液分離部とからなる放散塔と、放散塔の上部に配置された、原水の供給管及び不活性ガス排出管と、放散塔の下部に配置された、不活性ガス供給管及び貯水部と、放散塔の底部に配置された処理水排水管とを備え、気液接触部に静止型混合器が配置され、気液分離部が、放散塔の内径と同一径の円板部と、円板部の中心で静止型混合器が内設された筒状体からなり、円板部の上部に原水を一時停留できるように一時滞留部とを備えることにある。

また、本発明の溶存酸素低減装置の特徴は、実質的に垂直方向に配置された複数個の気液接触部と、気液接触部間に配置された気液分離部とからなる放散塔と、放散塔の上部に配置された、原水の供給管及び不活性ガス排出管と、放散塔の下部に配置された、不活性ガス供給管及び貯水部と、放散塔の底部に配置された処理水排水管とを備え、気液接触部に静止型混合器が配置され、気液分離部が、放散塔の内径と同一径の逆截頭円錐状の円板部と、円板部の厚み方向に複数設けられた開孔部と、逆截頭円錐状の円板部の上部に一時停留できるように設けられた原水の一時滞留部とを備えることにある。

このように、気液接触部を多段に組合せ、前記気液接触部間に気液分離部を配置した放散塔の上部に原水の供給管と不活性ガス排出管を、放散塔の下部に貯水部を配置すると共に、貯水部の上部に不活性ガス供給管とその貯水部の底部に処理水排出管を配置したことによって、気液接触部を通流する間に原水と不活性ガスは回転及び分割、合流、反転、剪断応力作用を連続的に繰り返しながら接触、攪拌し、原水中の溶存酸素は不活性ガス側に放散される。更に、気液分離部で水中から不活性ガスが分離されたのち、順次下方の気液接触部で水と不活性ガスが右及び左方向の回転及び分割、合流、反転、剪断応力作用を連続的に繰り返しながら接触し、気液分離部あるいは貯水部で水中から不活性ガスが分離される際に水中の溶存酸素は不活性ガス側に放散されて物質移動し、溶存酸素は低減される。

本発明の溶存酸素低減方法及び装置は、高効率で気液接触可能な気液接触部を多段に組合わせ、原水と不活性ガスを向流接触させることにより、不活性ガスのガス分圧差分を有効に利用して不活性ガスの消費量を低減し、また水中溶存酸素を効率よく低減でき、用途に応じた低い溶存酸素水を低コストで製造することができる。

本発明における気液接触部の特徴は、高性能の静止型混合器を配置したことにある。この静止型混合器は右捻り、左捻りのミキシングエレメントで構成されている。多数の孔を設けた複数の右捻り及び左捻りの螺旋状の羽根を有するミキシングエレメントとを上下交互に配置したことにある。このような、気液接触部を通流する間に下方向に流下する原水と、微細な気泡となって原水中を上昇する不活性ガスが右及び左方向の回転及び分割、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、原水と不活性ガスは接触、攪拌され、原水中の溶存酸素が不活性ガス側に放散されて物質移動し、溶存酸素は低減される。なお、静止型混合器は、ミキシングエレメント方式に限定されることなく種々の静止型混合器を選択使用できる。

本発明における気液分離部の特徴は、一例として、円盤の厚み方向に複数個の孔を設け、その孔は原水処理量に応じて円盤上面に所定の深さに水を一時滞留するよう孔径を調整した孔を穿孔し、円盤上面に原水の一時滞留部を設けたことにある。このように、多数の孔を有する円盤を配置し、該円盤に原水処理量に応じて円盤上面に水の一時滞留部を設けたことによって、気液接触部で激しく接触、攪拌された原水と不活性ガス混合物は、円盤上面の一時滞留部で一時滞留の間に、原水中から不活性ガスが溶存酸素と共に分離される。

本発明における溶存酸素低減装置は、例えば、図１に示すように、筒状の放散塔１内に気液接触部２を多段に組合せ、前記気液接触部２ａ、２ｂ間に気液分離部３を配置し、放散塔１の下部に貯水部４を配置する。放散塔１の上部には、原水供給管５を、頂部には排気管６を配置する。前記気液接触部２ｂの下部には、不活性ガス供給管７と、貯水部４の底部に処理水排出管８を配置している。

本発明における気液接触部としては、図２に示すように、多数の孔９を有する複数枚の螺旋状の右捻り羽根１０を有するミキシングエレメント１１と多数の孔１２を有する複数枚の螺旋状の左捻り羽根１３を有するミキシングエレメント１４を交互に図３に示すように２個配置したものを基本構造とする。ミキシングエレメント１１、１４は、孔９、１２を多数穿孔した右捻りまたは左捻りの螺旋状の羽根１０、１３、を複数枚、例えば４枚内設して４個の流体通路を有している。原水と不活性ガスは複数個のミキシングエレメント１１、１４を通流する間に、右捻り羽根１０及び左捻り羽根１３による右及び左方向の回転及び分割、合流、反転、剪断応力作用を連続的に繰り返しながら、４個の流体通路と羽根１０、１３に穿孔した孔９、１２を通過して微細気泡となって原水中を上昇する不活性ガスと接触、攪拌し、原水中の溶存酸素は不活性ガス側に放散されて物質移動する。なお、ミキシングエレメントの羽根の枚数、孔の寸法、孔の開口率等は適宜選択可能である。

また、多段に組合わせた気液接触部の間に配置する気液分離部３としては、図４に示すように、放散塔１の内径と同外径の円盤１５に多数の孔を設け、原水処理量に応じて円盤上に所定の深さ、例えば１００ｍｍの深さに原水が一時滞留されるよう孔径を調整した５個の孔１６とその孔１６より小径の１７を穿孔し円盤１５上面に水の一時滞留部１８を設けたもので、原水の一時滞留部１８で水中に混入した微細気泡の不活性ガスを分離した後、順次孔１６，１７を介して下部の気液接触部に流下する構造である。

更に、気液分離部としては、図５に示すように放散塔１の内径と同一径の円板１９の中心部に静止型混合器２０を内設した筒状体２１を配置して、前記円板１９の上部に処理水の滞留部２２を設けた構造でもよい。この場合、静止型混合器２０を上方から下方へ通流する処理水量及び下方から上方へ通流する不活性ガス量は使用条件により適宜変更可能であるが、処理水量の落下速度は０．０５〜１．５ｍ／秒、不活性ガスの上昇速度は０．５〜１０ｍ／秒の範囲での使用が好ましい。

更に又、気液分離部としては、図６に示すように、放散塔１の内径と同一径の逆截頭円錐状の円板２３を配置し、その円板２３の厚み方向に複数個の孔２４を穿孔して、その円板２３の上部に、処理水が一時滞留する滞留部２５を設けて、気液分離を行なってもよい。この場合も、前記同様に、不活性ガスの上昇速度と処理水の落下速度は、０．５〜１０ｍ／秒と０．０５〜１．５ｍ／秒の範囲が好ましい。なお、中心部の孔と円板２３の孔２４の寸法や開口率及び円板２３の軸方向での設置角度は、使用条件に応じて適宜変更可能である。

本発明の溶存酸素低減装置は、例えば、前記図１に示すように、気液接触部２を２段組合わせた放散塔１を複数個直列に配置したもの、あるいは要求される処理水の溶存酸素量に応じて、気液接触部２の段数とエレメント数、放散塔の塔数を適宜変更することができる。

図７に示すように、４枚の螺旋状の羽根を有するミキシングエレメント１１，１４を、上下方向に交互に配置した気液接触部２７を６段組合わせ、各気液接触部２７の間に気液分離部２８を５段配置した放散塔２６の上部に溶存酸素９ｍｇ／ｌ、水温２０℃の原水を原水供給管２９から通水速度７５ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒで供給し、放散塔２６下部の不活性ガス供給管３０から純度９９．９％の窒素ガスを５００ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒで導入し、放散塔２６の頂部の排出管３１から窒素と酸素混合ガスを排気し、放散塔２６下部の貯水部３２底部の処理水排出管３３から排出した処理水中の溶存酸素を東亜デイ・ケイ・ケー社製の溶存酸素測定器（ＤＯ−３２Ａ）を用いて測定した。その結果は０．１６ｍｇ／ｌであった。なお、放散塔２６内を通流する原水量及び不活性ガス量は、前記実施例に限定されることなく、原水は２００〜２０００ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ、不活性ガス量は２０〜２００ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒの好ましい範囲で適宜選択利用できる。また、使用される不活性ガスは窒素ガスに限定されることなく、使用目的に応じて、アルゴン、ヘリウムガス等の１種類又はこれらガスの複合種類が適宜選択できる。又、放散塔の材質は金属、ガラス、セラミックス、プラスチックス等の１種類又はこれらの複合材料が適宜選択可能である。

本発明の溶存酸素低減装置の一例を示す概略系統図である。 本発明で用いる気液接触部の一実施例を示すもので、（ａ）図は右捻りミキシングエレメントの斜視図、（ｂ）図は左捻りミキシングエレメントの斜視図である。 本発明で用いる気液接触部の一実施例を示す基本構造図である。 気液分離部の第一実施例を示すもので、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は断面図である。 本発明で用いる気液分離部の第二実施例を示すもので（ａ）図は平面図、（ｂ）図は断面図である。 本発明で用いる気液分離部の第３実施例を示すもので（ａ）図は平面図、（ｂ）図は断面図である。 本発明の一実施例を示す溶存酸素低減装置の概略系統図である。

符号の説明

１，２６ ： 放散塔
２，２ａ，２ｂ，２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ，２７ｅ，２７ｆ： 気液接触部
３，２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ，２８ｅ： 気液分離部
４，３２ ： 貯水部
５，２９ ： 原水供給管
６，３１ ： 排出管
７，３０ ： 不活性ガス供給管
８，３３ ： 処理水排出管
１１，１４ ： ミキシングエレメント

Claims (5)

1. 原水中の溶存酸素低減方法に於いて、
   実質的に垂直方向に複数個の気液接触部と、前記気液接触部間に円板の中心に備えられて筒状体に静止型混合器が内接され、前記円板の上部に前記原水の一時滞留部が設けられている気液分離部とを配置してなり、前記気液分離部の径と同一の内径を有する筒状の放散塔の上部に原水を供給し、
   前記気液分離部の上部において前記原水と不活性ガスとの混合物を滞留させて、前記原水中の溶存酸素を前記不活性ガス側に物質移動させる
   ことを特徴とする溶存酸素低減方法。
2. 原水中の溶存酸素低減方法に於いて、
   実質的に垂直方向に複数個の気液接触部と、前記気液接触部間に逆截頭円錐状の円板の厚み方向に複数の孔が穿孔され、前記逆截頭円錐状の円板の上部に前記原水の一時滞留部が設けられている気液分離部とを配置してなり、前記気液分離部の径と同一の内径を有する筒状の放散塔の上部に原水を供給し、
   前記気液分離部の上部において前記原水と不活性ガスとの混合物を滞留させて、前記原水中の溶存酸素を前記不活性ガス側に物質移動させる
   ことを特徴とする溶存酸素低減方法。
3. 前記不活性ガスは窒素、アルゴン、ヘリウム、クリプトンガスの１種類又はこれらガスの複合種類であることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶存酸素低減方法。
4. 実質的に垂直方向に配置された複数個の気液接触部と、前記気液接触部間に配置された気液分離部とからなる放散塔と、
   前記放散塔の上部に配置された、原水の供給管及び不活性ガス排出管と、
   前記放散塔の下部に配置された、不活性ガス供給管及び貯水部と、
   前記放散塔の底部に配置された処理水排水管とを備え、
   前記気液接触部に静止型混合器が配置され、
   前記気液分離部が、前記放散塔の内径と同一径の円板部と、前記円板部の中心で静止型混合器が内設された筒状体からなり、前記円板部の上部に前記原水を一時停留できるように設けられた原水の一時滞留部とを備える
   ことを特徴とする溶存酸素低減装置。
5. 実質的に垂直方向に配置された複数個の気液接触部と、前記気液接触部間に配置された気液分離部とからなる放散塔と、
   前記放散塔の上部に配置された、原水の供給管及び不活性ガス排出管と、
   前記放散塔の下部に配置された、不活性ガス供給管及び貯水部と、
   前記放散塔の底部に配置された処理水排水管とを備え、
   前記気液接触部に静止型混合器が配置され、
   前記気液分離部が、前記放散塔の内径と同一径の逆截頭円錐状の円板部と、前記円板部の厚み方向に複数設けられた開孔部と、前記逆截頭円錐状の円板部の上部に前記原水を一時停留できるように設けられた原水の一時滞留部とを備える
   ことを特徴とする溶存酸素低減装置。

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