JPH046416B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、容積及び表面積の大きい反応器中に
含まれる液体の内部に、比較的低圧下の気体流体
を導入及び分散（配分）させるための装置に係
る。更に特定するならば、本発明は、処理すべき
液体を充填された入れ底付反応器内に気体を注入
するためのシステムに係り、該液体は、粒状物質
からなる固定層または懸濁層を含み得る。

例えば気体−液体−固体のような異なる相間で
混合または接触を行うための技術分野に於いて
は、特に水面のレベルで多くの困難が生じ、殊に
液体または液体−固体混合物の内部に数個の異な
る作用ゾーン（本明細書中、水処理反応器におい
て生物学的活性の異なるゾーンを指す）を形成し
ようとする場合、多くの困難が伴うことが知られ
ている。

例えば、流体を同一方向に循環させ、粒状物質
を含む表面積の大きいフイルタ内に空気を注入す
る水処理の場合、周知の二方法を用いることによ
り前記現象が制御される。即ち一方の方法は「空
気クツシヨン」によるものであり、この場合、空
気と水とをフイルタの入れ底（または支持体）と
本底（radier，または土台，base）との間に侵入
せしめた後、一定径のオリフイスを有する一連の
ストレーナを介して、濾過材をチヤージしている
被処理水中に該空気と水とを送入するものであ
り、他方の方法は「空気ラケツト」を用いるもの
であり、この方法では、空気は、本底の表面に配
置された枝管内を、各枝管上にストレーナに垂直
に備えられた一定径のオリフイスまで導かれ、該
定径オリフイスから排出され、濾過材中を通過す
る以前に洗浄水と共にストレーナ中に侵入する。

しかし乍ら、それ自体も濾過材中を通過する液
体に対して向流状態で、粒状物質中の全表面にわ
たつて均一に空気を導入しなければならない場
合、問題が生じる。例えば生物学的濾過の場合に
は、水の汚染物質酸化用空気は、粒状濾過材料か
らなる水中固定層の中間レベルで上昇方向に送入
されなければならないが、そのような場合には更
に、流動層または非流動層内に異なる作用ゾーン
を維持しなければならないので、問題は特に深刻
である（例えば仏国特許第7621246号及び7830282
号参照のこと）。

実際に、空気注入を可能にするためには、空気
の圧力は空気注入点にチヤージしている水カラム
の圧力より大でなければならず、濾過される水の
速度に関連する反対（下降）方向の力が気泡下に
生じる浮力より小でない限り、空気は液体内で気
泡として上昇し得ず、他方、この力はフイルタの
目詰まりに伴つて増加し、空気の浸透はむしろ
「空気束」として増加し、これは濾過または洗浄
効率を著しく損失せしめる。

空気は、フイルタの入れ底の上方に配置された
有効管を介して送入され得、該入れ底は、空気−
水混合物と共に堆積された（目詰まり）物質を洗
浄するためのストレーナを支持し、従つて空気は
生物学的フイルタの下半部または作用ゾーン内に
注入される。該管を従来のフイルタ装置の上に配
置することにより、反応器またはフイルタの大部
分が該管によつて占有され、設置及び保守に係る
追加費用が生じる。

同時に単純化とチヤージ（charge）損失の最
小化とを目的として、本願出願人は特にストレー
ナの技術に関して、例えば自由容量の濾過用また
は洗浄用空気−水の導入とは別の内部空気注入を
行う「二重型」ストレーナを作成することによ
り、または、濾過表面１m²当たりのストレーナの
個数もしくは空気注入用通路の直径及び長さを変
更することにより、該技術を改良すべく研究と実
験を重ねた。結果は予想に反し、特に、チヤージ
の損失の変化が気体の注入量の二乗に比例すると
いう結果、空気流量の増加時にフイルタ（または
反応器）の入れ底の下側の空気クツシヨンの高さ
は極めて大となり、一定の割合に維持することが
不可能であつた。

このような無益な試みに続いて、気体注入が行
われる入れ底の下側の気体クツシヨンの高さが、
所与の目詰まり状態の気体流量の変化以外には依
存しないように、反応器の入れ底の上方ゾーン内
で液体を流動させながら、該液体の内部に有効な
気泡拡散を起こすことを目的として、更に研究が
行われた。

ここに至つて、以下に述べる本発明の構成を使
用することにより、上記の目的は達成され得るこ
とがわかつた。即ち、本発明の構成に従えば、反
応器の入れ底は全表面に於いて一連のノズルを有
し、該ノズルは非常に小径のオリフイスを有する
と共にそれぞれ管と一体化されており、該管は処
理すべき液体中に浸漬され、該管の有孔底部は入
れ底に対置され、該管の閉止上端はスリツトを備
える。

実際に、反応器中に気体流体を導入する機能を
有する各ノズルは、該反応器の入れ底（または底
部）とほぼすれすれに開口し、該ノズルの直径は
非常に小であり、流量の関数として計算され、好
ましくは0.2〜４mmの範囲であり得る。ノズルか
ら伸延する管は、入れ底の上方に一定の高さ、一
般には約10〜50cmの範囲で伸びており、その上端
は反応器の作用ゾーン内に達している。

管の底部及び周囲に、例えば直径１〜５mm好ま
しくは２〜３mmの孔部を設けることにより、各管
−ノズルアセンブリまたは“ノズル装置
（busette）”は水力学的調整機能を果たす。即ち、
反応器の入れ底内の主要導水管路から出てノズル
のオリフイスに導入される気体は、各管内で循環
中の気体相の均一性を恒常的に攪乱するに十分な
流体循環を惹起せしめ、該管に於いて液体は底部
の孔部から侵入し、非連続的かつ非均一な気体相
は、管の上端まで案内され、気泡は管のスリツト
を介して所望の作用ゾーンに対応する液体レベル
に放出される。従つて、本発明に従うシステム
は、圧力レベルの点からみると反応器の入れ底の
レベルで直接気体の拡散が行われるかのように動
作するのであるが、空気クツシヨンの高さが著し
く減少するという利点を伴い、従つて反応器の全
高をやや減少させることができ、従つて製造費を
低下させることができる。

変形具体例に従うならば、上記ノズル装置はベ
ンチユリ管型の形態を有し、従つて、管の底部に
於いて収斂−発散形二重円錐形を有し、該円錐の
くびれ部には反応器の液体の循環用孔部が形成さ
れる。

本発明の一実施態様は、浸漬粒状物質層を備え
る液体部分の一定のレベルに空気または酸素を送
入し、生物学的方法を用いて水の浄化を行う場合
に特に有益であるが、この実施態様に従うなら
ば、一連の上記ノズル装置は既存のストレーナと
交互に配置され得、該ストレーナは、処理後の液
体の排出及び空気と洗浄水との通過を確保し、生
物層及び／又は濾過層の再生を断続的に確保する
ために、反応器の入れ底上に配置される。

本発明は、上述の水の生物学的浄化（精製）の
場合に適用される非限定的な具体例に関する以下
の詳細な説明により、更によく理解されよう。な
お添付図面はこれらの具体例を示すものである。

添付図面中に示した実験例は、反応器またはフ
イルタ１中で水の生物学的精製を行つた場合であ
り、該反応器またはフイルタ１は処理すべき水３
と粒状物質の浸漬固定層４との混合物を入れ底２
の上方に含み、入れ底または底板（plancher）２
の下に配置された通路５を通つた空気または酸素
を下から上に向かつて注入する時、水は下降方向
に流れ、この場合解決すべき特に顕著な技術上の
問題は、層の底部に於いてではなく、特別な作用
ゾーンに対応する一定のレベルＨに於いて均一な
空気（または酸素）の拡散を得るということであ
る。

本発明に従うなら、この問題に対する解決は、
入れ底２の全表面上に一定の間隔を設けて複数組
のノズル装置６を配設することから成り、該ノズ
ル装置は円筒形部材７によつて構成され、該円筒
形部材は底部に孔部８を有すると共に上部にスリ
ツト９を有し、更に該部材は入れ底２内に挿入さ
れるマイクロ管１０を延設し、該マイクロ管の非
常に小径のオリフイスは実質的に入れ底とすれす
れに開口している（第１図左側Ａ部分参照）。実
際に、オリフイスは一般に0.2〜４mmの範囲であ
り得、好ましくは0.8〜1.5mmのオーダであり得
る。他方、シリンダ７の内径は高さによつて異な
るが、20〜30mmのオーダであり得、高さは例えば
本適用例の場合10〜50cmである。孔部８の直径
は、一般に約２〜３mmのオーダである。従つて本
発明に従うなら、反応器の入れ底１m²当たり40〜
120個のノズル装置が配設され得る。

第１図右側部分Ｂに示された変形例に従うな
ら、ノズル装置はベンチユリ管６′の形態を有し、
この場合孔部８′は２個の収斂−発散形円錐（コ
ーン）の共通部分内に形成される。

同様に本発明の範囲内にある第２図の具体例で
は、反応器の入れ底２内に６の型（または６′の
型）のノズル装置とストレーナ１１とが交互に配
置され、該ストレーナはそれ自体公知の型であ
り、該ストレーナは特に、反応器底部で処理され
た液体（この場合精製水）を１２によつて排出
し、更に、入れ底の上方の粒状層の再生が問題と
なる場合、底部から空気と洗浄水とが送入され
る。ストレーナが存在しない場合（第１図）、処
理済液体は入れ底の真ぐ上の液体の底部に排出さ
れる。

入れ底２内へノズル装置６（または６′）及び
場合によつてはストレーナ１１を挿入する作業
は、入れ底がコンクリート製またはアスベストセ
メント製の場合ジヨイント１３を介して行われ得
る。しかし乍ら、ノズル装置及びストレーナの下
方管をジヨイントを用いずに直接圧着できるよう
に、鋳造可塑材（例えばポリ塩化ビニル等）製の
入れ底を使用することが好ましい。

動作中、やや圧縮された気体（例えば空気）は
ノズル装置の小径オリフイス１４内に侵入し、案
内管７内の該気体の速度により、水３を孔部８か
ら吸入せしめる。該水は注入気体と混合すること
により気体流の均一性を攪乱し、該気体流は管７
内、特に該管の出口であるスリツト９に於いて気
泡群に変態し、該気泡群は反応器のゾーンＨの活
性化に作用する。

各種の試験から明らかになつたのは、本発明に
従うシステムを使用することによりチヤージの損
失が著しく減少しその結果、入れ底２の下側の有
効な空気クツシヨン１５は常に小であるという点
であつた。下記の条件の場合、即ち 空気取入用オリフイス14の直径：1.1mm； 管７の内径：20mm； 孔部８の直径：2.5mm； 入れ底の上方の管の長さ：0.25ｍ； 入れ底の上方の水チヤージ：2.45ｍ； の時、ノズル装置１個当たりの空気流量220リツ
トル／時（即ち、空気流量20m³／m²／時で入れ底
１m²当たりノズル装置90個に対応）とすると、こ
の有効クツシヨンは約29cmであつた。

第３図のグラフは、空気流量Ｄ（時間及びノズ
ル装置１個当たりのリツトル数として横軸に示し
た）に対する空気クツシヨンの高さの変化（入れ
底のレベルを示す点線Ｌを基準にして縦軸Ｍにセ
ンチメートルで示した）を示す。曲線ａ，ｂ及び
ｃはそれぞれオリフイス１４の直径が１，1.2及
び1.3mmの場合に対応し、当然のことながら該曲
線は例示として示されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う気体流体注入装置の２個
の具体例（Ａ及びＢ）を示す説明図、第２図は該
装置の他の変形具体例を示す説明図、及び第３図
は、ノズル装置内に注入される気体流量の関数と
して注入ノズル下方の気体クツシヨンの高さの変
化を実施例に基づいて示したグラフである。 １……反応器、２……入れ底、４……粒状物
質、６……ノズル装置、７……管、８……孔部、
９……スリツト、１０……ノズル、１１……スト
レーナ、１４……オリフイス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 底部から一定間隔離れて配置された入れ底を
   含む型の粒状物質層を収容し得、処理すべき液体
   中に気体流体を注入及び分散させるために使用さ
   れる容積または表面積の大きい反応器に於いて、
   入れ底はその全表面に一連のノズルを有し、該ノ
   ズルは非常に直径の小さいオリフイスを有し、該
   ノズルはそれぞれ液体中に浸漬された管と一体的
   に形成され、該管の有孔底部は入れ底に対置し、
   該管の閉止上端部はスリツトを有し、液体ゾーン
   Ｈの処理用気泡は該スリツトから洩出することを
   特徴とする反応器。 ２ 反応器中に気体流体を導入する各ノズルは、
   入れ底とほぼすれすれに開口し、更に該ノズル
   は、内径0.2〜４mmのオリフイスを有することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の反応
   器。 ３ 入れ底の上側の管の高さは10〜50cmの範囲で
   あり、該管に形成される孔部の直径は１〜５mmで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項また
   は第２項に記載の反応器。 ４ 管は円筒形でなく、収斂−発散円推形を有す
   るベンチユリ管型の形態を有し、この時孔部は該
   円錐間のくびれ部に配置されることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の反応器。 ５ 反応器の入れ底のレベルに、一連の管−ノズ
   ルアセンブリまたはノズル装置と、特に処理済液
   体の排出用の既知の型の一連のストレーナとが交
   互に配置されることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項〜第４項のいずれかに記載の反応器。