JPH10230150A - エアレータ - Google Patents

エアレータ

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JPH10230150A
JPH10230150A JP9032263A JP3226397A JPH10230150A JP H10230150 A JPH10230150 A JP H10230150A JP 9032263 A JP9032263 A JP 9032263A JP 3226397 A JP3226397 A JP 3226397A JP H10230150 A JPH10230150 A JP H10230150A
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JP
Japan
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liquid
gas
forming tank
flow forming
discharge flow
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Application number
JP9032263A
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English (en)
Inventor
Masatsugu Yamaguchi
雅嗣 山口
Original Assignee
Nittetsu Mining Co Ltd
日鉄鉱業株式会社
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10Biological treatment of water, waste water, or sewage

Abstract

(57)【要約】 【課題】 気泡サイズが1mm以下の気泡を安定に大量
吐出することができ、かつ、生成する気液混和流中の気
泡の混和率が高いエアレータを提供すること。 【解決手段】 底部2aに吐出口3が開口した有底円筒
状を成して被処理液5中に浸漬される吐出流形成槽2
と、前記吐出流形成槽2内に液を供給する液供給手段8
と、先端の気体導入口10aが前記吐出流形成槽2内で
前記吐出口3と対峙するように装備された管路10から
吐出流形成槽2内に気体を導入する気供給手段11とを
備えて、前記吐出口3から被処理液5中に気液二相吐出
流を吐出し、被処理液との剪断作用により微細気泡を発
生するためのエアレータ1において、前記気供給手段1
1の気体導入口10aに、気体の導入安定性を高めるノ
ズル15を装備した構成。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液中に微細気泡を
発生するエアレータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】河川や湖沼などの水の浄化や、生活排水
等の汚水の浄化を行う方法として、被処理液中の好気性
微生物による生物酸化作用を利用する方法が知られてい
る。また、このような方法による浄化処理では、好気性
微生物による生物酸化作用を活性化するために、被処理
液中に空気の微細気泡を送り込むことが有効であること
も知られている。
【0003】そこで、このような浄化処理用として、各
種の気泡発生装置が研究されている。例えば、散気管を
用いる方法では、導入された気体は細孔を通過して液中
に気泡として供給される。また、機械的方法では、回転
する翼により導入された気体を細分化し気泡を発生す
る。
【0004】上記の方法では、細孔の閉塞による気泡サ
イズのばらつきと気泡発生率の低下や気泡発生量に制限
がある。又、撹拌作用が不充分であるので、限られた容
量の処理液に対しては効果があっても、河川や湖沼など
の大容量の液処理は不可能であるという欠点があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、浄化処理の
ために被処理液中に送る気泡は、気泡サイズのばらつき
をなくすと同時に、気泡サイズをより小さくするのが好
ましい。そしてエアレータからの吐出流による気泡の発
生率を高めることが好ましい。即ち、サイズの小さな気
泡は、液体中で受ける浮力が小さいため、液中での浮遊
時間が長くなって、液との接触時間が長くなる分だけ、
液中への酸素の溶解効率が向上して、好気性微生物によ
る生物酸化作用の活性化への貢献度が高くなるからであ
る。
【0006】液浄化への貢献度を高めるためには、発生
した気泡と処理液が良く混ざり合うことが必要である。
エアレータからの吐出流は、強い接線方向速度成分と軸
方向速度成分を有しているため、処理液と気泡との混合
による接触が促進される。また、液中に送り込む総空気
量が同じでも、気泡サイズが小さくなれば、その分、液
中に送り出した気泡の表面積が増大し、液との接触面積
の増大によって、液中への酸素の溶解効率が向上して、
好気性微生物による生物酸化作用の活性化への貢献度が
高くなるからである。
【0007】そして、気泡サイズが小さくなって液中へ
の酸素の溶解効率が向上すれば、エアレータの気供給手
段が送出する空気量を低減させることができ、これによ
り、気供給手段に使用される送風機やコンプレッサーの
小型化が可能になり、装置全体の小型化、装置コストの
低減を図ることが可能になる。また、エアレータから吐
出する気液混和流における気泡の混和率を高めることが
できれば、エアレータの液供給手段が送出する液量を低
減させることができ、これにより、液供給手段に使用さ
れるポンプの小型化が可能になり、装置全体の小型化、
装置コストの低減を図ることが可能になる。
【0008】本願発明者等は、気液二相吐出流により被
処理液中に発生する気泡の混和率や気泡サイズと、実際
の浄化性能との関係を調べた。それによると、気泡サイ
ズは、小さくなるほど浄化性能が向上する。特に、直径
が1mm以下の気泡を大量に発生した場合には、浄化性
能の向上が著しい。また、被処理液中での気泡の混和率
も、高い方が好ましく、できれば、気液混和流中におけ
る気泡含有量が20〜30%以上にすると、浄化性能の
向上も顕著になる。
【0009】本発明の目的は、気泡サイズが1mm以下
の気泡を大量に発生すること、また、処理液中に発生す
る気泡の混和率が高めること、そして、吐出流の撹拌作
用により発生した気泡と処理液との接触効率を高めるこ
と、更に、複数のエアレータの組合せにより大容量処理
を可能とすること、である。その結果、浄化処理に利用
することで優れた浄化性能を得ることのできると同時
に、浄化装置の小型化やコストの低減を図ることのでき
るエアレータを提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、底
部に吐出口が開口して被処理液中に浸漬される吐出流形
成槽と、前記吐出流形成槽内に液を供給する液供給手段
と、先端の気体導入口が前記吐出流形成槽内で前記吐出
口と対峙するように装備された管路から吐出流形成槽内
に気体を導入する気供給手段とを備え、前記液供給手段
により吐出流形成槽に供給された液中に前記気供給手段
が気体を導入することで、液中に気相を取り込んだ気液
二相流を前記吐出口から被処理液中に拡散噴射するエア
レータにおいて、前記気供給手段の気体導入口には、気
体の導入を安定化するノズルを装備したことを特徴とし
たエアレータにより基本的に達成される。
【0011】上記構成によれば、気供給手段の気体導入
口にノズルを装備したことで、吐出流形成槽内から前記
吐出口に向けて導入される気体の流れが安定化し、これ
によって、吐出流形成槽の吐出口から吐出される気液二
相流の被処理液内での流れが安定化するために、吐出流
形成槽の吐出口から拡散吐出される気液二相流と前記吐
出流形成槽の外部の被処理液との間の界面での剪断応力
Sを安定した状態で大きくすることができる。
【0012】又、本発明の上記目的は、底部に吐出口が
開口して被処理液中に浸漬される吐出流形成槽と、前記
吐出流形成槽内に液を供給する液供給手段と、先端の気
体導入口が前記吐出流形成槽内で前記吐出口と対峙する
ように装備された管路から吐出流形成槽内に気体を導入
する気供給手段とを備え、前記液供給手段により吐出流
形成槽に供給された液中に前記気供給手段が気体を導入
することで、液中に気相を取り込んだ気液二相流を前記
吐出口から被処理液中に拡散噴射するエアレータにおい
て、前記液供給手段によって吐出流形成槽に送給された
液が該吐出流形成槽の周壁に沿って槽内を旋回する旋回
流となるように、前記液供給手段が吐出流形成槽に送給
する液の噴射方向を設定したことを特徴としたエアレー
タにより達成される。
【0013】尚、好ましくは前記吐出流形成槽において
旋回流を吐出口より噴射するとき、噴射流に偏りが生じ
ないように吐出流形成槽の周壁形状が設定される。又、
好ましくは前記気体導入口を備えた前記吐出流形成槽が
複数個組み合わされると共に、単一の液供給手段と単一
の気供給手段によりそれぞれ液及び気体が供給される。
【0014】上記構成によれば、液供給手段によって吐
出流形成槽内に供給された液の旋回力が、気供給手段の
気体導入口から吐出された気体流を吐出流形成槽からの
吐出流の内側に安定して取り込むよう作用するために、
吐出流形成槽の吐出口から吐出される気液二相流の被処
理液内での拡散速度が高まり、吐出流形成槽の吐出口か
ら拡散吐出される気液二相流と前記吐出流形成槽の外部
の被処理液との間の界面での剪断応力Sを大きくするこ
とができる。また、液供給手段によって吐出流形成槽内
に供給された液の旋回力は、気体流を旋回中心方向に圧
迫して、吐出流形成槽から出たときの減圧作用による気
体の処理液中への析出や微粒子化を促進する役割を果た
して、エアレータから吐出される気液二相流による気泡
の発生率を高める作用もある。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて本発明
の一実施形態に係るエアレータを詳細に説明する。図1
乃至図4は本発明に係るエアレータの一実施形態を示し
たもので、図1は本実施形態のエアレータ1の概略構成
図、図2は図1に示したエアレータ1の拡大断面図、図
3は図2のA−A線に沿う断面図、図4は本実施形態の
エアレータ1における吐出流形成槽2の吐出口3の変形
例を示す断面図である。
【0016】本実施形態のエアレータ1は、底部2aの
中心に吐出口3が開口した有底円筒状を成して被処理液
5中に浸漬される吐出流形成槽2と、前記吐出流形成槽
2内に液6を供給する液供給手段8と、先端の気体導入
口10aが前記吐出流形成槽2内の液6中に沈んだ状態
で前記吐出口3と対峙するように装備された管路10か
ら吐出流形成槽2内に気体を導入する気供給手段11と
を備えている。
【0017】前記吐出流形成槽2が浸漬される被処理液
5は、吐出流形成槽2の処理性能を考慮した大きさの処
理槽12に貯留されている。前記液供給手段8は、吐出
流形成槽2に連通する管路13に図示略のポンプを接続
した構成である。また、該液供給手段8が吐出流形成槽
2に送給する液6は、本実施形態の場合は、処理槽12
に貯留されている被処理液5と同じものである。
【0018】前記気供給手段11は、前記管路10に図
示略のエアーコンプレッサを接続したもので、空気を所
定圧、所定流量で吐出流形成槽2内に導入する。本実施
形態の場合、図2に示すように、前記気供給手段11の
気体導入口10aには、気体の導入を安定化するノズル
15を装備している。また、図3に矢印(イ)で示すよ
うに、前記液供給手段8によって吐出流形成槽2に送給
された液6が該吐出流形成槽2の周壁に沿って槽内を旋
回する旋回流となるように、前記液供給手段8が吐出流
形成槽2に送給する液の噴射方向を設定している。本実
施形態の場合、液供給手段8の吐出流形成槽2内での液
6の噴射方向は、前記吐出流形成槽2の内周面に対して
接線方向としている。
【0019】前記エアレータ1は上述の構成により、図
1に示すように、前記液供給手段8により吐出流形成槽
2に供給された液中に前記気供給手段11が空気を導入
することで、気液二相流を前記吐出口3から被処理液5
中に拡散噴射する。その際、図1に示すように、吐出口
3の付近には、ノズル15から噴射された空気の塊であ
る空気たまり20が形成されるが、吐出口3から、一定
距離離れると、ほぼ均質に微細な気泡21が混和した気
液混和流17となる。
【0020】このようなエアレータ1においては、吐出
流形成槽2の吐出口3から吐出される気液二相流におけ
る気液の界面張力をσw/g 、前記気液二相流と吐出流形
成槽2の外部の被処理液5との間の界面19での剪断応
力をS、気液混和流17中に発生する気泡の直径をd0
とすると、次の(式1)式が成立する。 d0 =4(σw/g )/S ……(式1)
【0021】即ち、エアレータ1では、前記剪断応力S
が大きくなるほど、また、気液の界面張力σw/g が小さ
くなるほど、吐出流形成槽2の吐出口3から吐出される
気液二相流により気液混和流中に発生する気泡のサイズ
は小さくなり、また、気泡サイズのばらつきが抑制され
て、吐出流形成槽2から吐出流により生成される気液混
和流17中の気泡の混和率も高められる。従って、サイ
ズの小さな気泡を大量に得るには、気液二相吐出流と被
処理液5との界面19の剪断応力Sを大きくすること、
気液の界面張力σw/g を小さくすることが、重要にな
る。
【0022】本実施形態のエアレータ1の場合、気供給
手段11の気体導入口10aにノズル15を装備したこ
とで、吐出流形成槽2内から前記吐出口3に向けて導入
される気体の導入状態が安定し、これによって、吐出流
形成槽2の吐出口3から吐出される気液二相流の被処理
液5内での吐出速度を安定して高めることができるため
に、吐出流形成槽2の吐出口3から拡散吐出される気液
二相流と前記吐出流形成槽2の外部の被処理液5との間
の界面19での剪断応力Sを大きくすることができる。
そして、ノズル15を装備しない場合と比較すると、エ
アレータ1から吐出された気液二相流と前記吐出流形成
槽2の外部の被処理液5との間の界面19での剪断応力
Sの安定性は顕著で、気泡サイズが1mm以下の気泡を
大量に吐出することができ、また、吐出する気液二相流
の剪断力Sによる気液混和流中の気泡の混和率を高める
ことが可能になる。
【0023】また、液供給手段8によって吐出流形成槽
2内に供給された液の旋回力は、気体流を旋回中心方向
に圧迫して、吐出流形成槽2から出たときの減圧作用に
よる気体の析出や微粒子化を促進する役割を果たして、
気液混和流17における気泡の混和率を高める作用もあ
る。
【0024】従って、上記エアレータ1では、前記ノズ
ル15による効果と、前記吐出流形成槽2内に旋回流を
形成したことによる効果とが相乗し、気泡サイズの微細
化と一定化、そして気泡の混和率の向上を十分に達成す
ることができ、浄化処理に利用すれば、優れた浄化性能
を得ることのできると同時に、浄化装置の小型化やコス
トの低減を図ることができる。上記エアレータ1は、単
一の液供給手段8と単一の気供給手段11により、各々
気体導入口10aを備えた複数個の吐出流形成槽2を組
み合わせて作動させることができ、河川や湖沼の浄化と
いった大容量処理に簡単に対応できる。
【0025】本願発明者等の実験によれば、図2に示す
ように、吐出流形成槽2の内径をD、吐出流形成槽2内
の高さ寸法をH、吐出流形成槽2の底部2aからノズル
15の先端までの距離をh0 、ノズル15の内径を
1 、管路10の内径をd、吐出口3の径をd0 、液供
給手段8の管路13の内径をd2 としたとき、D=30
0mm、d=40mm、H=100mm、d1 =10m
m、d0 =40mm、にしたエアレータ1において、気
供給手段11は50リットル/minで空気の圧送を行
い、液供給手段8も50リットル/minで液の送給を
行って、気液混和流17を調べたところ、空気混和率が
約50%という高い数値が確認された(尚、例えば従来
の機械式方法では、約15〜25%程度の空気混和率で
あった)。そして、処理槽12内の被処理液5に拡散す
る気泡を測定したところ、形成された気泡サイズは、全
てが1mm以下のサイズのそろった微小気泡となること
が確認された。
【0026】なお、さらに、実験を行ったところ、気泡
サイズの微細化や一定化に対する信頼性を高めるには、
装置各部の寸法及び条件を次のように設定することが好
ましい。但し、V1 はノズル15から噴射される空気の
流速、V2 は吐出口3から吐出される気液二相流の流速
である。 V1 =0.1〜100m/sec V2 =20〜200m/sec d0 /D=0.05〜0.5 d1 /d0 =0.1〜1
【0027】また、吐出流形成槽2の底部2aに装備す
る吐出口3の形状は、通常は、図4の(a)に示すよう
に単純な円形穴とするが、図4の(b)に示すように先
細のテーパ穴としたり、あるいは、図4の(c)に示す
ように深孔形にすることも考えられる。また、吐出流形
成槽2の形状は、本実施形態における円筒形に限るもの
ではなく、液供給手段によって送給された液が周壁に沿
って槽内を旋回する旋回流となる形状であれば、例え
ば、楕円体、あるいは球形とすることもできる。
【0028】
【発明の効果】本発明のエアレータによれば、気供給手
段の気体導入口にノズルを装備したことで、吐出流形成
槽内から前記吐出口に向けて導入される気体の安定性が
高くなり、これによって、吐出流形成槽の吐出口から吐
出される気液二相流の被処理液内での吐出状態の安定化
が高まるために、吐出流形成槽の吐出口から吐出される
気液二相流と前記吐出流形成槽の外部の被処理液との間
の界面での剪断応力Sを大きくすることができる。そこ
で、気泡サイズが1mm以下の気泡を大量に吐出するこ
とができ、また、吐出する気液混和流中の気泡の混和率
を高めることが可能になる。
【0029】また、液供給手段によって吐出流形成槽内
に供給された液の旋回力は、気体流を旋回中心方向に圧
迫して、吐出流形成槽から出たときの減圧作用による気
体の析出や微粒子化を促進する役割を果たして、気液混
和流における気泡の混和率を高めることもできる。従っ
て、気泡サイズの微細化と一定化、そして気泡の混和率
の向上を達成することができ、浄化処理に利用すれば、
優れた浄化性能を得ることのできると同時に、浄化装置
の小型化やコストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るエアレータの概略構
成図である。
【図2】図1に示したエアレータの拡大断面図である。
【図3】図2のA−A線に沿う断面図である。
【図4】図1に示したエアレータにおける吐出流形成槽
の吐出口の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 エアレータ 2 吐出流形成槽 2a 底部 3 吐出口 8 液供給手段 11 気供給手段 15 ノズル

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 底部に吐出口が開口して被処理液中に浸
    漬される吐出流形成槽と、前記吐出流形成槽内に液を供
    給する液供給手段と、先端の気体導入口が前記吐出流形
    成槽内で前記吐出口と対峙するように装備された管路か
    ら吐出流形成槽内に気体を導入する気供給手段とを備
    え、 前記液供給手段により吐出流形成槽に供給された液中に
    前記気供給手段が気体を導入することで、液中に気相を
    取り込んだ気液二相流を前記吐出口から被処理液中に拡
    散噴射するエアレータにおいて、 前記気供給手段の気体導入口には、気体の導入を安定化
    するノズルを装備したことを特徴としたエアレータ。
  2. 【請求項2】 底部に吐出口が開口して被処理液中に浸
    漬される吐出流形成槽と、前記吐出流形成槽内に液を供
    給する液供給手段と、先端の気体導入口が前記吐出流形
    成槽内で前記吐出口と対峙するように装備された管路か
    ら吐出流形成槽内に気体を導入する気供給手段とを備
    え、 前記液供給手段により吐出流形成槽に供給された液中に
    前記気供給手段が気体を導入することで、液中に気相を
    取り込んだ気液二相流を前記吐出口から被処理液中に拡
    散噴射するエアレータにおいて、 前記液供給手段によって吐出流形成槽に送給された液が
    該吐出流形成槽の周壁に沿って槽内を旋回する旋回流と
    なるように、前記液供給手段が吐出流形成槽に送給する
    液の噴射方向を設定したことを特徴としたエアレータ。
  3. 【請求項3】 前記吐出流形成槽において旋回流を吐出
    口より噴射するとき、噴射流に偏りが生じないように吐
    出流形成槽の周壁形状が設定されたことを特徴とした請
    求項2記載のエアレータ。
  4. 【請求項4】 前記気体導入口を備えた前記吐出流形成
    槽が複数個組み合わされると共に、単一の液供給手段と
    単一の気供給手段によりそれぞれ液及び気体が供給され
    ることを特徴とした請求項1〜3の何れか1項記載のエ
    アレータ。
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