JP7047410B2 - 混合装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体に流体を混合するための混合装置に関する。

近年、化学工業や生物工業等の分野では、液体中にファインバブルと呼ばれる直径１００μｍ以下の気泡を生成させている場合がある。微細化された気泡は、水面に浮上して破裂することなく、水中に長期間に亘って残存する。そして、気泡が液体に効率良く混合、拡散、溶解されることで、様々な機能を液体に付加することができる。
従来、例えば、汚水処理において、活性汚泥による生物処理を行う場合には、有機物を分解する活性汚泥（微生物）に酸素を供給するために、曝気槽で被処理水（汚水）に酸素を混合している。

そして、各種の水処理において、被処理水に気体を混合するための混合装置を槽内に設けているものがある。このような混合装置としては、貯留室の内面に注入路が開口し、その内面に対峙する他の内面に排出路が開口しているものがある（例えば、特許文献１参照）。

このような混合装置では、被処理水と気体とを注入路から貯留室内に注入し、貯留室で被処理水と気体を混合した後に、貯留室内の処理水（混合体）を排出路から例えば曝気槽内に排出している。
注入路から貯留室内に被処理水および気体を注入すると、キャビテーション効果により、気体が微細気泡化する。このように、被処理水中の気体を微細気泡化することで、被処理水から大気中に気散する気体の量を少なくすることができる。

特開２０００－０００５６３号公報

前記した従来の混合装置では、注入路から貯留室内に被処理水および気体を注入すると、被処理水および気体が貯留室内で渦流する。このとき、貯留室内で被処理水および気体を十分に渦流して、被処理水と気体とを接触させることで、処理水の酸素濃度を高めることが好ましい。

被処理水などの液体に酸素などの流体を良く混ぜるためには、貯留室内で液体および流体を十分に渦流させることが好ましい。
しかしながら、従来の混合装置のように、注入路および排出路が貯留室内の対峙する二面に開口している場合には、液体および流体が渦流に巻き込まれないまま排出路から排出され易いという問題がある。

本発明は、前記した問題を解決し、液体と流体とを効率良く混ぜることができる混合装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、液体に流体を混合するための混合装置であって、前記液体および前記流体の混合体が貯留される貯留室を有する処理槽を備えている。前記貯留室の第一内面には、前記液体および前記流体を前記貯留室内に注入するための注入路の注入口が開口するとともに、前記混合体を前記貯留室内から排出するための排出路の排出口が開口している。前記排出口は、前記注入口の下方に配置され、前記第一内面の下縁部から前記注入口の中心位置までの高さは、前記第一内面の高さの０．５倍以上０．９倍以下である。前記注入口から前記貯留室内に注入される前記液体および前記流体の毎分の流量は、前記貯留室内の体積の１５倍以上である。前記混合装置は、前記貯留室内の上部まで前記混合体を貯留させた状態で、前記注入口から前記液体および前記流体を前記貯留室内に注入することで、前記貯留室の上部空間で前記混合体を渦流させた後に、前記排出口から前記混合体を排出するように構成されている。

本発明の混合装置では、第一内面の注入口から貯留室内に注入した液体および流体（気体または液体）は、第一内面に対峙する他の内面に当接して流れが上向きに大きく変化する。そして、液体および流体は、貯留室の上部空間で渦流した後に、貯留室の下部空間を通過して排出口から排出される。

このように、本発明の混合装置では、注入口および排出口が同一面に開口しているため、貯留室に注入された液体および流体が渦流に巻き込まれないまま排出路から排出され易いという問題を減少させることができる。

また、本発明の混合装置では、注入口から貯留室内に注入した液体および流体は、貯留室の上部空間で渦流することになる。これにより、液体および流体の渦流が小さく形成され、渦流の運動エネルギー（動圧）が大きくなるため、渦流を安定して形成することができる。
また、前記した混合装置では、前記注入口から前記貯留室内に注入される前記液体および前記流体の毎分の流量は、前記貯留室内の体積の１５倍以上である。このようにすると、注入口から貯留室内に注入した液体および流体が、第一内面に対峙する他の内面に当接して流れが変化するため、渦流を安定して形成することができる。

したがって、本発明の混合装置では、貯留室内に安定して渦流を形成することができ、液体および流体を十分に渦流させるため、液体と流体とを良く混ぜることができる。

また、本発明の混合装置は、簡素化された構造であるため、製造コストを低減することができる。
また、本発明の混合装置では、注入路の配管と、排出路の配管とが処理槽の両側に突出しないため、設置スペースを小さくすることができるとともに、レイアウトの自由度を高めることができる。

前記した混合装置において、前記注入口の中心位置と前記排出口の中心位置との間の距離を、前記第一内面の高さの０．１倍以上０．７倍以下に設定することが好ましい。

本発明の混合装置によれば、簡素化された構造で、貯留室内に安定して渦流を形成することができ、液体と流体とを効率良く混ぜることができる。

本発明の実施形態に係る混合装置を示した斜視図である。 本発明の実施形態に係る混合装置を示した側断面図である。 本発明の実施例および比較例の混合装置を示した構成図である。 本発明の実施例および比較例の試験結果を示した表である。

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、代表的な実施形態や具体例に基づいてなされるものであるが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではない。
代表的な本実施形態では、生活排水などの被処理水（汚水）を浄化する汚水処理に用いられる混合装置について説明する。
本実施形態の混合装置は、活性汚泥による生物処理において、有機物を分解する活性汚泥（微生物）に酸素を供給するために、被処理水（特許請求の範囲における「液体」）に酸素（特許請求の範囲における「流体」）を混合するものである。
なお、各実施形態の説明において、同一の構成要素に関しては同一の符号を付し、重複した説明は省略するものとする。

本実施形態の混合装置１は、図１に示すように、貯留室１０を有する処理槽２と、処理槽２に設けられた注入路１５および排出路１６と、を備えている。
混合装置１では、注入路１５から貯留室１０に被処理水および酸素を注入し、貯留室１０内で被処理水に酸素を混合した後に、被処理水および酸素を混合した処理水（特許請求の範囲における「混合体」）を貯留室１０内から排出路１６を通じて曝気槽や調整槽（排水槽）などの外槽（図示せず）に排出する。

処理槽２は、中空な直方体であり、内部に貯留室１０が形成されている。処理槽２は、上下一対の頂板２０および底板３０と、左右一対の左側壁４０および右側壁５０と、前後一対の前壁６０および後壁７０と、を備えている。

頂板２０および底板３０は、水平に配置された長方形の平板である。頂板２０は底板３０の直上に配置されている。頂板２０と底板３０とは同じ形状であり、前後方向よりも左右方向が長く形成されている。頂板２０の内面２１と底板３０の内面３１とは、上下方向に対峙している。

底板３０の左右の縁部には、左側壁４０および右側壁５０がそれぞれ立ち上げられている。左側壁４０および右側壁５０は、底板３０に対して上方に向けて垂直に延びている。左側壁４０と右側壁５０とは同じ形状であり、前後方向よりも上下方向が長く形成されている。

底板３０の前後の縁部には、前壁６０および後壁７０がそれぞれ立ち上げられている。前壁６０および後壁７０は、底板３０に対して上方に向けて垂直に延びている。前壁６０と後壁７０とは同じ形状であり、左右方向よりも上下方向が長く形成されている。

左側壁４０、右側壁５０、前壁６０および後壁７０によって角筒状の胴部８０が形成されている。胴部８０の下面は底板３０によって塞がれており、胴部８０の上面は頂板２０によって塞がれている。

貯留室１０は、胴部８０によって外周が囲まれるとともに、頂板２０および底板３０によって上面および下面が塞がれた直方体の空間である。
貯留室１０の内面には、上下一対の内面２１，３１と、左右一対の内面４１，５１と、前後一対の内面６１，７１とが形成されている。

左側壁４０の内面４１（特許請求の範囲における「第一内面」）と、右側壁５０の内面５１とは、左右方向に対峙している。前壁６０の内面６１と、後壁７０の内面７１とは、前後方向に対峙している。

左右に対峙する一対の内面４１，５１と、前後に対峙する一対の内面６１，７１とは角筒状に配置されている。
本実施形態の混合装置１では、左側壁４０の内面４１と右側壁５０の内面５１との間の距離は、前壁６０の内面６１と後壁７０の内面７１との間の距離よりも長く形成されている。
このように、本実施形態の貯留室１０では、左右方向の幅Ｌが前後方向の幅Ｗ（奥行き）よりも大きく形成されている。これにより、貯留室１０内の空間は、左右方向に幅広で前後方向に狭い扁平な直方体に形成されている。

本実施形態の処理槽２には、図２に示すように、被処理水および酸素を貯留室１０内に注入するための注入路１５と、処理水を貯留室１０内から排出するための排出路１６と、が設けられている。

注入路１５は、左側壁４０の内面４１に開口した注入口１５ａと、注入口１５ａに連通する注入穴１５ｂと、左側壁４０の外面に設けられた注入管１５ｃと、によって構成されている。

注入口１５ａは、左側壁４０の内面４１に開口している。注入口１５ａは、円形の開口部である（図１参照）。注入口１５ａは、左側壁４０の内面４１の前後方向の中央部に配置されている（図１参照）。
注入穴１５ｂは、注入口１５ａに連通する円形の穴であり、左側壁４０を左右方向に貫通している。

本実施形態の注入口１５ａの中心位置は、左側壁４０の内面４１の高さＨ１の中央よりも上方に配置されている。つまり、本実施形態の注入口１５ａは、左側壁４０の内面４１の上部に開口している。
左側壁４０の内面４１の下縁部から注入口１５ａの中心位置までの高さＨ２は、左側壁４０の内面４１の高さＨ１の０．５倍以上０．９倍以下であることが好ましく、０．５５倍以上０．７倍以下であることがより好ましい。
本実施形態では、左側壁４０の内面４１の下縁部から注入口１５ａの中心位置までの高さＨ２は、左側壁４０の内面４１の高さＨ１の０．６倍である。

注入管１５ｃの先端部は、左側壁４０の外面に取り付けられており、注入管１５ｃは注入穴１５ｂに連通している。注入管１５ｃの基端部は、供給装置（図示せず）に連結されており、供給装置から注入管１５ｃに被処理水と高濃度の酸素が一緒に供給される。そして、被処理水および酸素は、注入管１５ｃから注入穴１５ｂを通じて、注入口１５ａから貯留室１０内に注入される。
注入口１５ａから貯留室１０内に注入される被処理水および酸素の毎分の流量（Ｌ／ｍｉｎ）は、貯留室１０内の体積（Ｌ）の１５倍以上であることが好ましく、貯留室１０内の体積の２０倍以上であることがより好ましい。

排出路１６は、左側壁４０の内面４１に開口した排出口１６ａと、排出口１６ａに連通する排出穴１６ｂと、左側壁４０の外面に設けられた排出管１６ｃと、によって構成されている。

排出口１６ａは、左側壁４０の内面４１に開口している。排出口１６ａは、円形の開口部である（図１参照）。排出口１６ａは、注入口１５ａの下方に配置されている。また、排出口１６ａは、左側壁４０の内面４１の前後方向の中央部に配置されている（図１参照）。
排出穴１６ｂは、排出口１６ａに連通する円形の穴であり、左側壁４０を左右方向に貫通している。

本実施形態の注入口１５ａの中心位置と排出口１６ａの中心位置との間の距離Ｈ３は、左側壁４０の内面４１の高さＨ１の０．１倍以上０．７倍以下であることが好ましく、０．４倍以上０．６倍以下であることがより好ましい。
本実施形態では、注入口１５ａの中心位置と排出口１６ａの中心位置との間の距離Ｈ３は、左側壁４０の内面４１の高さＨ１の０．６倍である。本実施形態の排出口１６ａは、左側壁４０の内面４１の下部に開口している。

排出管１６ｃの先端部は、左側壁４０の外面に取り付けられており、排出管１６ｃは排出穴１６ｂに連通している。排出管１６ｃの基端部は、次の工程（例えば、曝気槽や調整槽などの外槽）への配管に連結されている。そして、貯留室１０内の処理水は、排出口１６ａから排出穴１６ｂおよび排出管１６ｃを通じて、次の工程に送られる。

次に、本実施形態の混合装置１を用いて、被処理水と酸素とを混合する処理について説明する。
まず、図２に示すように、供給装置（図示せず）から注入管１５ｃに被処理水および高濃度の酸素を供給し、その被処理水および酸素を注入口１５ａから貯留室１０内に注入する。

注入口１５ａから貯留室１０内に被処理水および酸素を注入すると、被処理水および酸素は右側壁５０の内面５１に当接して流れが上向きに大きく変化する。そして、被処理水および酸素は、貯留室１０の上部空間で縦方向に渦流した後に、貯留室１０の下部空間を通過して、処理水が左側壁４０の内面４１の排出口１６ａから排出される。そして、処理水は、排出管１６ｃを通じて、次の工程に送られる。

以上のような本実施形態の混合装置１では、注入口１５ａと排出口１６ａとが対峙した二面に形成されていないため、被処理水および酸素が渦流に巻き込まれないまま排出口１６ａから排出され易いという問題を減少させることができる。これにより、被処理水および酸素は、貯留室１０内で長い経路を流れることになり、貯留室１０内の被処理水および酸素の挙動が大きく乱れることで、被処理水と酸素とが十分に接触するため、被処理水と酸素とを良く混ぜることができる。

また、本実施形態の混合装置１では、注入口１５ａから貯留室１０内に注入した被処理水および酸素は、貯留室１０の上部空間で渦流することになる。これにより、渦流は小さく形成され、渦流の運動エネルギー（動圧）が大きくなるため、渦流を安定して形成することができる。

また、本実施形態の混合装置１では、注入口１５ａの中心位置と排出口１６ａの中心位置との間の距離Ｈ３を左側壁４０の内面４１の高さの０．１倍以上０．７倍以下に設定することで、渦流を安定して形成することができる。

また、本実施形態の混合装置１では、注入口１５ａから貯留室１０内に注入される被処理水および酸素の毎分の流量が貯留室１０内の体積の１５倍以上である。これにより、注入口１５ａから貯留室内に注入した被処理水および酸素が、右側壁５０の内面５１に当接して流れが変化するため、渦流を安定して形成することができる。

したがって、本実施形態の混合装置１では、処理水の酸素濃度が高くなるため、活性汚泥による有機物の分解能力を高めることができる。

また、本実施形態の混合装置１は、簡素化された構造であるため、製造コストを低減することができる。
また、本実施形態の混合装置１では、注入口１５ａに接続される注入管１５ｃと、排出口１６ａに接続される排出管１６ｃとが処理槽２の両側に直線状に配置されないため、混合装置１の設置スペースを小さくすることができるとともに、混合装置１のレイアウトの自由度を高めることができる。

次に、本発明の効果を確認した実施例および比較例について説明する。
実施例および比較例の混合装置１は、図３に示すように、左側壁４０の内面４１に四つの開口部Ａ～Ｄを形成している。各開口部Ａ～Ｄは円形の開口部である。
左側壁４０の内面４１の下縁部から開口部Ａの中心位置までの高さは、左側壁４０の内面４１の高さの０．７倍である。
左側壁４０の内面４１の下縁部から開口部Ｂの中心位置までの高さは、左側壁４０の内面４１の高さの０．６倍である。
左側壁４０の内面４１の下縁部から開口部Ｃの中心位置までの高さは、左側壁４０の内面４１の高さの０．４倍である、
開口部Ｄは、左側壁４０の内面４１の下端部に配置されている。

実施例では、開口部Ａまたは開口部Ｂを注入口に設定し、その開口部Ａまたは開口部Ｂよりも下方となる開口部Ｂ～Ｄを排出口に設定している。また、比較例では、開口部Ｃを注入口に設定し、開口部Ｄを排出口に設定している。
そして、注入口に設定された開口部Ａ～Ｃから貯留室１０内に被処理水および酸素を７３～７５Ｌ／ｍｉｎの流量で注入したときの処理水の溶解酸素量を測定した。

なお、実施例および比較例では、被処理水および処理水の溶存酸素濃度の差から、被処理水に溶解した酸素量を求めた。
また、実施例および比較例では、排出口から排出される処理水の流量に溶存酸素値（ＤＯ値）の増加量を掛けた値を酸素溶解量として、処理水の酸素溶解量を測定した。

図４の測定結果に示すように、注入口の高さが内面４１の高さの０．５倍以上０．９倍以下の範囲内である場合には、注入口の高さが内面４１の高さの０．４倍である比較例に比べて、溶解酸素量が大幅に高くなる。つまり、前記した高さの範囲内に注入口を配置することで、被処理水と酸素とを効率良く混ぜることができ、処理水の酸素濃度が高くなることが分かった。

以上、本発明の本実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更が可能である。
本実施形態では、図１に示すように、汚水処理に用いた混合装置１について説明したが、本発明の混合装置を用いて混合可能な液体および流体の種類は限定されるものではない。例えば、液体に他の液体を混合してもよい。

本実施形態の混合装置１において、貯留室１０、注入口１５ａおよび排出口１６ａの形状や大きさは限定されるものではなく、要求される処理能力に応じて適宜に設定される。

本実施形態の混合装置１では、左側壁４０の内面４１に注入口１５ａおよび排出口１６ａが配置されているが、注入口１５ａおよび排出口１６ａを右側壁５０の内面５１、前壁６０の内面６１または後壁７０の内面７１に配置してもよい。

本実施形態の混合装置１では、注入口１５ａおよび排出口１６ａを左側壁４０の内面４１の前後方向の中央部に配置しているが、注入口１５ａおよび排出口１６ａを左側壁４０の内面４１の前部または後部に配置してもよい。また、注入口１５ａと排出口１６ａとを前後方向にずらしてもよい。

本発明の混合装置によれば、例えば、ビルの地下に設けられたビルピット、マンホールや工場などの排水（用水）施設に設置することが可能である。また、微細気泡化を活用する分野では、例えば水産物・農畜産物の成長促進や鮮度保持、食品の風味・食感の改質、精密機械・電子部品の洗浄や剥離、医療・医薬品、化粧品などの各種用途において好適に利用することができる。

１ 混合装置
２ 処理槽
１０ 貯留室
１５ 注入路
１５ａ 注入口
１５ｂ 注入穴
１５ｃ 注入管
１６ 排出路
１６ａ 排出口
１６ｂ 排出穴
１６ｃ 排出管
２０ 頂板
３０ 底板
４０ 左側壁
４１ 内面
５０ 右側壁
５１ 内面
６０ 前壁
７０ 後壁
８０ 胴部

Claims (2)

1. 液体に流体を混合するための混合装置であって、
   前記液体および前記流体の混合体が貯留される貯留室を有する処理槽を備え、
   前記貯留室の第一内面には、
   前記液体および前記流体を前記貯留室内に注入するための注入路の注入口が開口するとともに、
   前記混合体を前記貯留室内から排出するための排出路の排出口が開口しており、
   前記排出口は、前記注入口の下方に配置され、
   前記第一内面の下縁部から前記注入口の中心位置までの高さは、前記第一内面の高さの０．５倍以上０．９倍以下であるとともに、
   前記注入口から前記貯留室内に注入される前記液体および前記流体の毎分の流量は、前記貯留室内の体積の１５倍以上であり、
   前記貯留室内の上部まで前記混合体を貯留させた状態で、前記注入口から前記液体および前記流体を前記貯留室内に注入することで、前記貯留室の上部空間で前記混合体を渦流させた後に、前記排出口から前記混合体を排出させることを特徴とする混合装置。
2. 請求項１に記載の混合装置であって、
   前記注入口の中心位置と前記排出口の中心位置との間の距離は、前記第一内面の高さの０．１倍以上０．７倍以下であることを特徴とする混合装置。

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