JPH0596144A

JPH0596144A - 気液接触装置

Info

Publication number: JPH0596144A
Application number: JP32228691A
Authority: JP
Inventors: Hisao Kojima; 久夫小嶋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-10-02
Filing date: 1991-10-02
Publication date: 1993-04-20
Anticipated expiration: 2015-11-13
Also published as: JP3107882B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】運転コスト及び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。【構成】通路管１８内に羽根体１９，２０が複数個配
置されたミキサー１３をその軸方向を垂直にして配置
し、ミキサー１３より上方に配置した原水槽１５から原
水を自然落下させてミキサー１３内にその上方から導入
し、下方に通流させてその下部から排出させる。そし
て、ミキサー１３内にその下方からパイプを介して空気
を導入し、ミキサー１３内を通流する原水に接触させ
る。これにより、原水中の揮発性物質が空気中に物質移
動し、原水が浄化される。水をミキサー１３内に供給す
るためのポンプが不要であり、運転コスト及び装置コス
トが低い。又、ミキサー１３の製造コストも安価であ
る。

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
置及びエアー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、養魚池の酸素補強のために、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８内
を上昇することに伴い、ミキサー８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８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
の従来の装置には、以下に示す欠点がある。先ず、図１
０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、これ以上の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。
又、ミキサー１内に圧送される空気の圧力は、液送ポン
プの吐出圧力と同程度の圧力が必要となり、消費電力費
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、運転コスト及び装置コストが低いと共に、
製造コストが安価で、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、通路管壁部内に螺旋状羽根体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体
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、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運転コスト及び装置コ
ストが低いと共に、混合器内に流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。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
気体供給部には円筒状のケース１０が設けられている。
このケース１０には処理水の排水口１２が設けられてい
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の先端部は複数個の空気供給口（図示せず）がミキ
サー１３に向けて設けられている。空気はポンプ又はコ
ンプレッサ等によりパイプ１１を介してミキサー１３内
に圧送される。ケース１０の上部には、気液混合部のモ
ーションレスミキサー（静止型流体混合器）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１３とケース１０とは連通している。図２は、本発明
の気液接触装置の気液混合部を構成するミキサー１３の
一実施例を示す縦断面図である。図３及び図４はこのミ
キサー１３のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線の断面図である。図
２に示すように、ミキサー１３は、通路管１８の内壁面
に、複数個の螺旋状の羽根体１９及び２０が接合されて
いる。羽根体１９は右捻り（時計方向）に９０°捻じら
れている。羽根体２０は左捻り（反時計方向）に９０゜
捻じられている。また、図３及び図４に示すように、複
数個の流体通路２５、２６とを有し、ミキサー１３内の
中心部は一定の幅で長手方向に開口部２２、２３を有
し、流体通路２５、２６は各々連通している。更に、羽
根体１９及び羽根体２０との間に一定の間隔でスペース
部２１を有している。更にまた、羽根体１９と羽根体２
０の端縁とはスペース部２１を介して直交して交互に配
置されている。なお、開口部２２、２３は長手方向に於
いて、直線でも、曲線でもよい。又、開口断面積が異な
るテーパー状でもよい。同一捻り方向の羽根体１９及び
２０の個数は２枚のみでなく、１枚又は２枚以上でもよ
い。更に、羽根体１９と羽根体２０との間にスペース部
２１を設けずに、羽根体１９と羽根体２０とを連続的に
隣接して交互に配置してミキサー１３を構成してもよ
い。なお、羽根体１９、２０の捻り角度９０°のみでな
くて任意に設定できる。又、流体通路２５、２６の個数
も任意に設定できる。本発明は、ミキサー１３内に２種
以上の流体ＦＡとＦＢを並流で流入すると、一部の流体
は通路管１８内に接合されている羽根体１９に沿って時
計方向に回転しながら流体通路２５を通流し、スペース
部２１で合流し、また、他の一部の流体は羽根体１９の
開口部２２の長手方向において、せん断作用を受ける。
更に、合流した流体ＦＡとＦＢは羽根体２０の上流側の
端縁で分離されて一部の流体は羽根体２０に沿って反時
計方向に回転しながら流体通路２６を通流し、且つ同様
に羽根体２０の開口部２３でせん断作用を受ける。この
ように、２種以上の流体ＦＡとＦＢはミキサー１３内
で、分割、合流、転位、せん断作用を繰返しながら高効
率で攪拌混合される。なお、流体ＦＡとＦＢとを向流で
ミキサー１３内で混合しても同様の効果が得られる。更
に、本発明の製造方法においては、先ず、分割された半
円筒状の通路管１８ａ、１８ｂの内壁面の所定の位置
に、螺旋状の羽根体１９、２０を接着、溶接等の手段に
より接合し、次に、半円筒状の通路管１８ａ、１８ｂ同
士を分割面２４で溶接等の手段により接合する。この場
合、分割面２４同士を溶接せずに、開閉自在になるよう
に締め付け具等の手段を用いて接合、固定してもよい。
なお、羽根体１９、２０は鍛造、鋳造、射出成型などの
手段により容易に製造される。このようにして、極めて
容易に高性能の静止型流体混合器１３を製造することが
できる。更に、羽根体を多孔体あるいは多孔質体で形成
することにより、気液接触効率が向上する。又、通路管
１８内壁部及び羽根体１９、２０の表面にメッシュ状の
多孔質の補助体を設けても、同様の効果が得られる。

【００１３】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°右回転型羽根体又は９０°
左回転型羽根体を種々の態様で配置したものに限らな
い。例えば、１８０゜回転する羽根体を配置したものと
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。

【００１４】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１３を通流して
きた空気はタンク１４の上方に抜け、気液接触処理後の
処理水はケース１０に設けられた排水口１２から排出さ
れる。

【００１５】原水槽１５がこのタンク１４の供給口（図
示せず）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とタンク１４とが配管１６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タン
ク１４内に供給される。この原水槽１５はタンク１４の
供給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内を下方に通流する。

【００１６】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内の原水がタンク１４内に自然落下
し、ミキサー１３内に導入される。空気はその配管１１
の先端部の空気供給口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内を下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内の下方及び上方に
向流で通流する間に螺旋状に回転し、分割及び合流、せ
ん断を繰り返し、高効率で接触する。このため、原水が
揮発性物質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、原水中の揮発性物質
が空気中に移動し、原水が浄化される。

【００１７】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。

【００１８】次に、本発明の第２の実施例について図５
を参照して説明する。図５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。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の先端部の空気供給口は各ミキサー１３の下端部
に整合するように配置されている。

【００１９】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。

【００２０】図６は本発明の第３の実施例を示す図であ
る。この実施例においては、原水及び空気をミキサー１
３の下端部からミキサー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下端部から上方
に並流で通流するようにしても同様の効果を奏する。

【００２１】図７は本発明の第４の実施例を示す図であ
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２７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は、加熱装置２７の替わりに冷
却装置を設置すれば良い。なお、外部で加熱あるいは冷
却した原水及び空気をミキサー１３内に供給してもよ
い。

【００２２】なお、この加熱装置の替わりに、ミキサー
１３の外部又は内部に、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。
又、水中の遊離塩素は紫外線により分解除去される。

【００２３】図８はミキサー１３を垂直方向に３段連結
した場合の実施例を示す。各ミキサー１３間には、気液
分離装置２８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）が空気中に移動され、汚染され
た空気が気液分離装置２８ａ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の下
端からミキサー１３内に導入される。同様に気液分離装
置２８ｂで汚染された空気は分離除去される。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。

【００２４】本実施例においては、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。又、コンプレッサ等の吐出圧力を低くできるの
で、運転コストが安価になる。

【００２５】図９は３個のミキサー１３をその下端部か
ら気体及び上端部から液体を導入するように構成し、隣
接するミキサー１３の下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。

【００２６】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。

【００２７】ミキサー１３は内径が１００ｍｍの複数個
の羽根体を配置して長さを５００ｍｍ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５ｌの供給量でミキサー１３内に供給
し、圧縮空気を１００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１０乃至３０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４０乃至６０％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。

【００２８】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％有機塩素化合物の除去効
率を高めることができる。また、水道水中の揮発性物質
除去装置に、オゾンを注入添加した場合には、装置内の
殺菌及び滅菌手段として有効である。

【００２９】次に、図９に示す実施例装置を、水道水中
のトリハロメタン等の揮発性物質の除去に応用した結果
について、説明する。内径１００ｍｍ、長さが６００ｍ
ｍのモーションレスミキサーを備えた本装置に０．０５
ｐｐｍのトリハロメタンを含む水道水を毎分４ｌの供給
量で供給し、圧縮空気を８０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１５乃至２５である。その結果、１段の
除去ミキサーで水道水中のトリハロメタンが約５０乃至
８０％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トリハロメタンが９０％以上除
去された。

【００３０】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、本装置内の殺菌及び滅菌手段とし
て有効である。

【００３１】本実施例装置によるトリハロメタン除去効
果は、水道原水中の含有トリハロメタン濃度及び要求除
去率（処理後の残存トリハロメタン濃度）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。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。なお、本発明の気液接
触装置をバイオリアクターとして使用する場合は、微生
物または固定化酵素を担持するミキサー１３内に原液を
通流させればよい。好気性菌体を固定化して使用する場
合は、空気または酸素を原液とともにミキサー１３内に
通流させればよい。このバイオリアクターを利用して、
アンモニア等を含む有機排水を処理する場合は、羽根体
１９、２０などに硝化菌などの微生物を担持させたミキ
サー１３内に原液を通流させれば、効率よくアンモニア
等が分解処理される。この場合、微生物を活性化させる
ために、空気または酸素等のガスをミキサー１３内に通
流させる。ミキサー１３内では、微生物と原液および空
気または、酸素が十分に混合接触されて、安価な動力費
で効率よく有機排水が清浄に処理される。なお、生物化
学的触媒作用を有する酵素、微生物、動植物細胞等を羽
根体１９、２０などに担持または固定する場合は、多孔
質材料等で形成された羽根体１９、２０を、あらかじめ
製造されている微生物中に浸しつつ微生物を吸着させた
り、反応のスタートする植菌段階から微生物と補助体と
を接触させ、培養の進行とともに吸着させることも可能
である。なお、通路管１８および羽根体１９、２０を多
孔質材料等で形成して、通路管１８および羽根体１９、
２０に酵素、微生物等を担持または固定化してもよい。
この場合、通路管はパイプ内に配置されている。

【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、その運転コストが低い。及びミキサーの製造が容
易であるので装置コストが低い。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】同じくそのミキサーの一実施例を示す縦断面図
である。

【図３】同じくそのミキサーのＡ−Ａ線を示す断面図で
ある。

【図４】同じくそのミキサーのＢ−Ｂ線を示す断面図で
ある。

【図５】本発明の第２の実施例を示す模式図である。

【図６】本発明の第３の実施例を示す模式図である。

【図７】本発明の第４の実施例を示す模式図である。

【図８】本発明の第５の実施例を示す模式図である。

【図９】本発明の第６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。

【符号の説明】

１０：ケース１１：パイプ１３：ミキサー１４：タンク１５：原水槽１８：通路管１９：羽根体２０：羽根体２５：流体通路２６：流体通路２７：加熱装置２８：気液分離装置

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 // Ｃ１２Ｎ 1/00 Ｃ 7236−4Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】通路管壁部内に螺旋状羽根体が配置され
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
記羽根体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、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ことを特徴とする気液接
触装置。
【請求項２】前記羽根体は、多孔体あるいは多孔質体
であることを特徴とする請求項１に記載の気液接触装
置。
【請求項３】前記静止型流体混合器は、生物化学的触
媒作用を有する酵素又は微生物、動植物細胞を担持ある
いは固定化していることを特徴とする請求項１に記載の
気液接触装置。