JPS5920373B2 - 水の酸素含有量を増加させる方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液体から有害ガスを除去し、該液体に所望のガ
スを含有させる方法および装置、特に、水の酸素含有量
を増加させる方法およびその装置加 に関する。

液体にガスを溶解させることは化学工業の多くの分野や
、廃水浄化処理および天然水のエアレーシヨンなど現在
注目されている分野で利用されている。

液体へのガスの溶解速度は、本質的にガス２５と液体の
圧力、濃度差、拡散表面積、および液体にすでに溶解し
ているガス量によつて影響を受ける。従来の曝気装置に
おける一つの欠点は、これらの装置では、未処理液中に
充分に小さな気泡を均３０−に分散させて発生させられ
ないため、その使用効果を考えた場合、極めて小量の酸
素しか溶解させられず、しかも、すでに事実上ガスで飽
和された液体にガスが供給されるため、酸素の溶解量が
より少なくなることである。

気泡の大きさが小さ３５いほど処理に使われる一定量の
ガスの全表面積は大きくなり、そして、このガスの表面
積は酸素の溶解度に正比例することは明らかである。ま
た、従来の装置は構造的に比較的複雑であり、消費エネ
ルギーが酸素の溶解度に比較して不つり合いに多いとい
う欠点もある。このタイプの装置はふつう、連続運転用
に製作されているからエネルギー消費量の問題は非常に
重要であり、従つて、できる限りエネルギー消費量を少
なくすることが意図されなければならない。従来方法を
改良するため、既存の溶解ガスを取り除いた後、液体に
ガスを添加することが提案されている。

超音波と真空の利用によるガスの除去が、米国特許第３
，５９１，９４６号明細書に記載されているが、このシ
ステムは絶縁油の処理を目的とし、この場合、被除去ガ
スが酸素やその他の所望のガスで置換されることはない
。

さらにスエーデン国特許第３５４，２６５号公報には加
圧下に液体を噴霧させてガス分離する装置が記載されて
いる。また同様な解決法がドイツ特許第５８３，８４９
号明細書に記載されているが、この場合、液体を加圧下
にエジエクタ状ノズルから噴出させ、エジエクタ効果に
よりガスを液体に吸収させる。しかし、これらの装置で
は、すでに液体中に存在しているガスは除去されない。
本発明においては初めに液体中に存在するガスをできる
限り効果的に除去し、その後、液体に酸素または空気を
溶解させることが重要である。公知の廃水浄化用好気性
細菌を用いる方法においては、バクテリア発酵を起こさ
せるために空気又は酸素が廃水に吹き込まれる。

しかし廃水中の酸素含有量はすでに水中に溶解している
ガス、その他の物質の含有量に決定的に依存する。そし
てこれらの含有量は極めて高いので効果的な酸素の溶解
が行なわれない。本発明の目的は廃水中の酸素含有量を
著しく増加させることにより効果的に好気性細菌による
廃水の浄化ができる装置を提供することにある。

本発明の一つの態様は、酸化区域を浮選区域と沈澱区域
より下に設置し、前記酸化区域から浄化すべき液体を少
なくとも一部浮選区域に環流させ、その液体から該液体
中にすでに溶解しているガスを除去し、その液体に酸素
ガスまたは空気を添加することである。本発明の他の態
様は、浮選区域が、酸化区域に達する上部の開いた供給
管を収容する、下向に開ノ口した円筒状空洞部からなり
、前記供給管はそれ自体公知である液体用酸化および循
環手段を備え、その外壁に少なくとも一つの振動手段が
取り付けられていることである。

廃水の生物学的浄化装置はふつう２ないし３の槽（また
は池）からなつている。

最初の槽、すなわち、予備沈殿槽では容易に沈澱、沈降
した物質が除去される。二番目の槽、すなわち、曝気槽
では処理水にバクテリアのスラリーが加えられ、バクテ
リアの好気性活性を維持するため空気または酸素が溶解
される。この曝気槽から廃水は三番目の槽、すなわち、
沈澱槽へ導かれ、ここで沈澱物と清澄水は分離され、沈
澱物は再びこの工程の最初に環流される。浮選（フロー
テイシヨンともいう）を基礎とする機械的生物学的浄化
法もまた公知である。

不純物は曝気により液体表面に集められ、浮遊スラリー
は機械的に除去される。生物学的廃水浄化法ではバクテ
リアによつて消費される酸素の量に見合う量の二酸化炭
素が生産される。

このような生物学的方法は継続的に酸素を消費すること
から高濃度（２５℃の水中で２０〜３０ｍｆ／ｌ）の二
酸化炭素が見出されている。しかしながら、この方法の
継続性は被処理液の二酸化炭素の飽和により阻止される
。このため、このような方法における液に溶解した酸素
量は、２５℃においてＯ〜３Ｗ１／ｌ程度の低さである
。バクテリアの好気性活性は三つの要件、温度、栄養、
酸素供給に依存している。温度と栄養については容易に
満足させ得るが、酸素供給の問題は非常に困難である〇
本発明は液体に圧力衝撃および／または振動を与えるこ
とによりガスを分離し、その後、所望のガス、たとえば
、酸素を液体に供給することを主に特徴としている。

一つの望ましい実施例によれば、吸込管に沿つて流れる
水はバイブレータにより振動させられ、そこからタンク
に送られ、有害ガスはタンク開口部を通つて水から放散
され、水はタンクからプロペラ式ポンプにより、拡散手
段を備えたガス供給区域へ吸込まれる。

このガス供給区域はパイプを通してガス源に通じており
拡散手段の表面でつくられた気泡が流動水と混和され、
処理された水がプロペラ−ポンプにより供給管へ送られ
、それに沿つて所望の深さまで圧送される。本発明によ
る装置は、吸込管および供給管と、回転プロペラとガス
供給手段からなり、前記吸込管が振動手段を収容してお
り、供給管はガス供給区域を収容し、このガス供給区域
は該供給管の中央に位置する回転円筒状拡散手段と、任
意の最外部の環状拡散手段とからなることを特徴とする
。

さらに本発明は沈降法と浮選法の２つの浄化法を結合し
たことを特徴とするものである。本装置では、被処理液
の主流は浮選区域に循環処理され、ここで、液体に溶解
しているガスが供給され、酸素または空気が導入される
。循環処理により、多大の凝集沈澱が防止されるので、
円滑なエアレーシヨンを行なうことができる。

さらに処理をくり返すこと（酸素添加の反復）は、望ま
しくない溶存ガスを効果的に除去し、水の酸素吸収を促
進する。酸化区域と沈澱区域は同じ槽内に設置され、沈
澱区域の下に酸化区域を設置することにより、酸素の吸
収に必要とされる圧力として十分利用される。

本発明の装置は構造が簡単で、さらに液体を循環させる
ことにより液体に酸素を効果的に吸収させる。

酸素吸収は廃水中の既存の溶解ガスを除去することによ
りさらに効果的に行なわれる。振動によつて行なわれる
廃水からのガス除去は、それと同時に、空洞部材中で不
純物を表面へ浮上させるフローテーシヨン作用を起こさ
せる。これらの不純物は表面から除去することができる
。本発明による方法と装置を添付の図面に示される実施
例に従つて詳細に説明する。

第１図においてタンク１は水面２０より少し下に位置し
、装置の吸込管６の下端は所望の深さで被処理水中に置
かれており、この下端から被処理水が回転プロペラ４に
より吸込まれ、次いでプロペラ４の圧力側から酸化され
た状態で適当な地点および深さへ送られる。

モータ１６によつて回転させられるプロペラ駆動軸１３
は分散手段２を貫通している。駆動軸１３は該駆動軸１
３と共に回転機械式振動手段を構成する偏心プレート又
は偏心部材１２を偏心的に保持し、この振動手段は吸込
管６の垂直部に収容されている。従つて、駆動軸１３が
高速で回転すると、それに偏心させて取付けた偏心部材
１２と吸込管６の内側表面との間の距離が変動し、その
ため水を圧縮しようとする力が水に作用するが、水は事
実上非圧縮性液体であるため、これが水に圧力衝撃ある
いは振動を与える結果になると解される。駆動軸１３の
中空部は圧力調整バルブ１１を介して空気または酸素ガ
スタンクのいずれか一方のガス源に接続されている。中
空駆動軸１３は軸受け７によつて吸込管６の壁を貫通し
ている。吸込管６の上端はタンク１の内部に配置されて
おり、その上端で水は振動手段１２により振動運動を起
こさせるので水中の溶解ガスが除去される。液面９上の
ガスは管５を通してタンク１から排出される。この排出
は管５内にポンプ１９を設置することによりより効果的
となる。ついで液体は供給管１４とその中のガス供給区
域１７へ移る。ガス供給区域１７はガス分散表面２およ
び３を有し、この表面を通して溶解させるべきガスが流
液中へ入り溶解される。ガス分散表面２および３は焼結
体または細孔をあけたものでつくることができるが、こ
の場合、細孔の最も適当な大きさは１７１Ｉ１１程度で
ある。ガス分散表面２はプロペラ４と共に回転可能であ
つて、空気は中空駆動軸１３を通しておよび／または調
整バルブ１１に接続された管１５を通してその表面に供
給される。また、調整バルブ１０を設けた管８によつて
ガス源からガスがガス分散表面３を通つて水中に供給さ
れる。ガス分散表面２および３での圧力はガス源の圧力
より低いので気泡はきわめて容易にガス分散表面２，３
から離れ、非常に大量のガス、例えば、酸素ガス、空気
または他の酸素含有ガスが被処理水流に添加される。

ガス分散表面２，３の材質、管１４中の流速、およびポ
ンプにより得られた負圧が管１３，１５，８により供給
されるガス量に対して、すべて、正しく調整されたとき
、非常に小さな、いわゆるミクロバブルが形成される。
前記ミクロバブルは水に速かに溶け、水中にはもはや他
の分離すべきガスが残存していないので流水中にとどま
る。ガス供給区域内の液体の流速および圧力は、前記ガ
ス供給区域の上方に位置する制御手段１８によつて供給
管１４の供給口を変化させることができるので、該制御
手段１８によつて前記供給管１４の端部で調整すること
ができる。第２図は第１図の装置の変形例を示す本発明
に係る実施例を示す。ここでは偏心プレートからなる振
動手段１２が別のモータ２１によつて駆動され、事実上
のガス分離工程が分散手段２又はプロペラ４の回転速度
に影響されない。さらに、液体に振動をおこさせるこの
実施例では、振動数を排出管１４中の流速を変化させる
ことなく独立して調整できる。第１図および第２図とも
に、振動手段は偏心器として示されているが、これに限
定するものではなく振動を起こさせる手段であれば、本
発明の範囲を外れることなく、どんな周波数、たとえば
超音波、の振動器でもよい。装置に使われる振動器は吸
引管６のどこに置かれてもよく、ポンプはどんな公知の
タイプでもよい。ガスが流れ出ることのできるガス分散
表面２および３は図面に示されている位置に正確に置か
なくてもよい。

表面３は表面が固定されていることを表象化し、他方、
表面２は表面を流水に関して機械的に回転させることが
でき、これにより、ベルヌイの定理に従つて表面の圧力
が最初より下がるので、気泡が表面からより効果的に離
散させられることを表象化したものである。同様に表面
の形も装置の特定の使用目的および構造に応じて変形す
ることができ、表面２および３のうち一つだけを使用し
、装置の構造を簡単にすることも時には有利である。他
の実施例を示す第３図において、装置は比較的大きく、
底が円錐状になつた容器４４からなつている。

この容器４４の中心部に下向に開口した空洞状の管４０
が配置されており、該管４０の中心に、容器４４の底部
近くにまで延びたもう一つの、管４０よりも長い管３２
が位置している。被浄化水は引入管４５を通つて（矢印
４６の方向）装置の供給管３２の上端へ導入される。水
はモーター３６によつて駆動されるプロペラ３７により
供給管３２に沿つて下向に押出される。供給管３２の下
端に近接して、供給管３２からくる水流を供給管３２の
外側表面に沿つて上向けるガイド板、又はガイド環３９
が設置されている。この上向きの水流は空洞状管４０の
円錐状に下向きに開口した縁部によつてさらに上方へ導
びかれる。供給管３２の上端の方にある空洞状管４０の
内側には、偏心プレートを備えた２つの環状部材３３，
３４が配置されていて、これらの部材が流水に与圧運動
を与え、水中の溶存ガス、例えば、二酸化炭素、硫化水
素などを分離する。なお、図ノには、振動手段として２
つの環状部材３３，３４が略図的に示してあるが、これ
は具体的には、複数の偏心プレートを有する２つの環状
部材を供給管３２に回転可能に装着し、これらを図示し
ないモータに連結して回転駆動するようにしてある。

従つて、この場合にも、環状部材３３，３４をモータで
高速回転させると、前記第１図の場合と同様の理由によ
り、圧力衝撃あるいは振動が水に与えられ、ガスが分離
される。除去されたガスはガス排出管５３を通して装置
から排出される。溶解ガスを除去された水は供給管３２
の上端で振動手段としての環状部材３４の上方にある穴
３５を通してプロペラ３７による吸引力により供給管３
２へ送られ、供給管３２に沿つて下向きに再び押出され
る。プロペラ３７の上部で、プロペラの駆動軸は、外部
のガス源に接続された多孔性円筒からなる酸素ガスまた
は空気などを供給するガス供給手段３８を支持している
。ガス供給手段はプロペラ３７の吸込側に位置している
ので、ガス供給には過大の圧力を必要としない。溶解ガ
スを除去され、酸素又は空気を導入された水はプロペラ
３７によつて供給管３２の内側を下向きに圧送され、そ
のまま供給管３２から排出され、大部分の水はガイド板
３９によつて管３２の外側表面に沿つて上方へ向けられ
る。

従つて供給管の下端部は真空容器４４の円錐状底部と共
に事実上の廃水用酸化区域を構成している。空洞状管４
０の上部は装置の浮選区域４１を形成している。

浮選は環状部材３３，３４からなる振動手段によつて水
から放散されるガスによつて起こされ、他方では空洞状
管４０中の上向きの水流によつても起こされる。水表面
の不純物は通常のスクリユ一式輸送機４８によつて除去
され、廃棄物は排出管４７を通して除去される。このパ
イプ内は、排出を促進すると共にガスを除去するため、
ポンプ４９によつて負圧を維持することができる。容器
４４の上部には、空洞状管４０の外側に装置の三つ目の
区域４３が形成されており、この区域は浄化水用排出路
５１を有し、沈澱区域として使用される。

装置は連続的に運転でき、この場合、被処理水が連続的
に循環液に加えられる。

また運転を工程順に行なうこともできるが、その場合に
は、循環水は、新しい一定水量の水が加えられるまでに
完全に浄化される。第３図に示される実施例では容器４
４は最終沈澱物の収集のために円錐状の底部を有してい
る。

沈澱物を除去するためにポンプ（図示せず）を設 こ置
した底部に管５２が連結されている。土述したように装
置は供給管と空洞状管と共にガス排出および導入手段を
収容する容器４４からなつている。

こうしてこの装置は廃水用浄化プラントを構成している
。しかし空洞状管一排出管の １組合せは上記のように
組合せても、またそれぞれ独立して使用可能であるし、
どんな種類の槽または浴にでも設置可能であり、従つて
廃水浄化プラントとして、また液体、特に水の酸素含有
量を増加させる液体用酸化装置としても利用することが
できる。この装置は溶存酸素を増加させない水路（湖、
川等）にも独立に設置できる。このような場合、当然装
置には適当なフロートまたはその類似物を設けなければ
ならない。本発明の実施の態様を列記すると次の通りで
ある。

（１）天然水を衛生的にし若しくは水を浄化するため、
溶解ガスを除去した水に酸素または酸素含有ガスを供給
して、水の酸素含有量を増加させる方法であつて、被処
理水中の溶解ガスを離脱させるため、被処理水を液体吸
込管６，４０を介して流動させると共に該液体吸込管内
で回転機械式振動手段１２，３３，３４により被処理水
に圧力衝撃および／または振動を与えて被処理水から溶
解ガスを連続的に離脱させ、離脱したガスをガス排出口
５，４８，５３を介して排出する一方、気泡を形成し該
気泡を流動する被処理水と混合するため分散手段２，３
８を備え、かつ、配管８，１５によりガス源に接続され
たガス供給区域１７へ、被処理水をポンプ４，３７によ
り供給して該被処理水に酸素または酸素含有ガスを供給
し、前記ポンプ４，３７により被処理水を気泡と共に供
給管１４，３２を介して所定の深さまで圧送することを
特徴とする方法。

（２）被処理水を下向きに開口した直立な吸込管４０を
介して上向きに流動させ、該吸込管内で振動させ、次い
で下向きに開口した供給管３２を介して下向きに流動さ
せ、主水流を供給管の開口下端から吸込管へ循環させ、
被処理水を吸込管内の浮選区域４１で浮上分離させると
共に、供給管内の酸化区域で酸化させ、前記吸込管およ
び供給管を包囲する容器４４内の沈澱区域で澄まさせる
ことを特徴とする前記第１項記載の方法。

、３）吸込管６，４０、供給管１４，３２、回転プロペ
ラ４，３７およびガス供給手段からなり、前記吸込管６
，４０に回転機械式振動手段１２，３３，３４を配設す
る一方、供給管１４，３２にガス供給手段およびガス分
散手段２，３８を配設し、被処理水が圧力衝撃および／
または振動処理のための吸込管に流入し、さらにガス供
給およびガス溶解処理のための供給管内に流入し、かつ
処理系外へ流出するように回転式プロペラ４，３７を設
けたことを特徴とする水の酸素含有量を増加させる装置
。

（４）上向きに開口した穴５を有するタンク１を含み、
被処理水が吸込管６を通つてタンク内に流入し、吸込管
内で分離させられたガスが供給管１４を通つてタンクか
ら排出されるように吸込管６および供給管１４を前記タ
ンクに接続してなる前記３項記載の装置。

（５）吸込管４０が直立して下向きに開口し、下向きに
開口した供給管３２が、供給管の開口した下端から吸込
管へ被処理水の主水流が循環するように、吸込管内に配
設されている前記３項記載の装置。

（６）浮上分離されたスラリーを除去する管４７を有し
、スクリユ一式輸送機４８が装備されている前記５項記
載の装置。

（７）供給管１４，３２の下端に、被処理水を供給管か
ら吸込管６，４０の方へ流れさせるため、ガイド板また
はガイド環３９が配設されている前記３項〜６項のいず
れか一項記載の装置。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の一実施例を示す断面図、第２図
は他の実施例を示す断面図、第３図はさらに別の実施例
を示す断面図である。 １・・・・・・タンク、２，３・・・・・・ガス分散手
段、４・・・・・・プロペラ、５・・・・・・管、６・
・・・・・吸込管、７・・・・・・軸受け、８，１５・
・・・・・管、１０，１１・・・・・・調整バルブ、１
２・・・・・・偏心部材、１３・・・・・・駆動軸、１
４・・・・・・供給管、１６，２１，３６・・・・・・
モータ、１７・・・・・・ガス供給区域、１８・・・・
・・制御手段、１９・・・・・・ポンプ、２０・・・・
・・水面、３２・・・・・・管、３３，３４・・・・・
・環状部材、３５・・・・・・穴、３７・・・・・・プ
ロペラ、３８・・・・・・ガス供給手段、３９・・・・
・・ガイド板、４０・・・・・・空洞状部材、４１・・
・・・・浮選区域、４３・・・・・・沈澱区域、４４・
・・・・・容器、４５・・・・・・引入管、４７・・・
・・・排出管、４８・・・・・・スクリユ一式輸送機、
４９・・・・・・ポンプ、５１・・・・・・排出路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 天然水を衛生的にし若しくは水を浄化するため、溶
   解ガスを除去した水に酸素または酸素含有ガスを供給し
   て、水の酸素含有量を増加させる方法であつて、被処理
   水中の溶解ガスを離脱させるため、被処理水を液体吸込
   管６，４０を介して流動させると共に該液体吸込管内で
   回転機械式振動手段１２，３３，３４により被処理水に
   圧力衝撃および／または振動を与えて被処理水から溶解
   ガスを連続的に離脱させ、離脱したガスをガス排出口５
   ，４８，５３を介して排出する一方、気泡を形成し該気
   泡を流動する被処理水と混合するため分散手段２，３８
   を備え、かつ、配管８，１５によりガス源に接続された
   ガス供給区域１７へ、被処理水をポンプ４，３７により
   供給して該被処理水に酸素または酸素含有ガスを供給し
   、前記ポンプ４，３７により被処理水を気泡と共に供給
   管１４，３２を介して所定の深さまで圧送することを特
   徴とする方法。 ２ 吸込管６，４０、供給管１４，３２、回転プロペラ
   ４，３７およびガス供給手段からなり、前記吸込管６，
   ４０に回転機械式振動手段１２，３３，３４を配設する
   一方、供給管１４，３２にガス供給手段およびガス分散
   手段２，３８を配設し、被処理水が圧力衝撃および／ま
   たは振動処理のための吸込管に流入し、さらにガス供給
   およびガス溶解処理のための供給管内に流入し、かつ処
   理系外へ流出するように回転式プロペラ４，３７を設け
   たことを特徴とする水の酸素含有量を増加させる装置。