JPS5936534A - 液体内に気泡を形成しこの液体を循環する方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液面から気泡を導入して液面とタンクの底と
の間で循環流を発生させることにより、流動可能な媒質
内に気泡を生成しこの媒質を循環し、特に処理プラント
のエアレーションタンク内）の活性スラッジに空気を混
和する方法、更にかかる方法を実施するための適当なる
装置に関するものである。

ガスを液体に導入することは、液体を気泡で満たすだけ
で液体内に機械的移送運動を生じさせる１・・かあるい
は物質移動の目的に対する多くの技術処理において重要
である。この後者の物質移動は大規模において、特に殆
ど空中酸素の形態で酸素を下水スラッジに導入すること
により処理プラント内のスラッジを活性化するために行
なわれる。こ１５のような状況においては、２種の方法
間で実質的に差異が生じ、この一方の方法は液面近くの
空気層から空中酸素を導入するものであり、もう一方は
タンクの底から圧縮空気を導入するものである。

圧縮空気を用いるタンクの底からの活性スラツ２゛ジの
エアレーションは一般に著しく良好な酸素収１量（ｙｉ
ｅｌｃｌ　）をもたらし、このことは導入酸素対設備能
力の比を反映する。圧縮空気ノズルは、回転循環が一種
のインジェクター作用によりタンク内で付加的に生じて
物質移動を改善するように配。

列される。然し、この方法の欠点は比較的高い設備費お
よび目詰りの危険があり、この理由はスラッジ粒子がノ
ズルおよびスプレー管内に入り込みついでこの粒子が内
側に頻繁に付着する結果、圧縮空気プラントの時折の運
転停止を避けることが１・・できないことはもちろんで
あるためである。従って、この種のプラントの操作およ
び維持には資格のある技術スタッフが必要であるが、こ
のことは浄化技術分野では常に可能であるとは限らない
。

液面近くの空気層からの空中酸素の導入は、所１・謂遠
心エアレータ−、ローラー（ｒｏｌｌｅｒ　）エアレー
タ−によるか、あるいは吸引攪拌機により行なわれる。

後者の吸引攪拌機は広範囲な使用が見出されなかった。

この理由は酸素収量が乏しいためで、従って前者２種の
エアレータだけをここでは取り！゛（４） 、扱う。ローラーエアレータ−では、櫂またはそれ、に
類似したものを備えかつ水平軸を有するローラーが、櫂
が液面を切り込み空気を介してスラッジまたは液体を飛
散させるように回転する。液面近くでの著しい乱流、液
滴の飛散および回転ローラｊ−により、物質移動が気泡
と液体間の液相において並びに液滴と空中酸素間の空気
中においても起こる。はぼタンクの中央に設置される遠
心エアレータでは、タンクの底から液体が吸込み管を介
して上部、即ち液面まで移送され、ついでこの液体１（
）はスピニング分散流路または管を介して液面に噴出さ
れる。この方法では、再度液面上で激しく波立つ運動を
生ずる。更に、液滴が大気中に飛散する。再び更に周辺
に戻る液滴と波の運動により、主ニ周辺＠域において気
泡が深部に移送されるよ１５うになる。従って物質移動
が液滴、気泡および波立つ液面により再度起こる。

上記遠心およびローラーエアレータ−においては酸素収
量が圧縮ガスによるエアレーションよりも著しく低いが
、この方法は池の利点、即ち広範囲′０、の使用を確実
にする。このような状況においては、比較的低い設備費
、実施容易性および維持の容易さが特に挙げられる。然
し、これら利点は上記欠点を上回ることはできず、従っ
て圧縮空気によるエアレーションを殆ト独占的に一層新
規なプラン。

トに取り入れることになる。

更に、これらエアレータ−は著しく高い動的応力を受け
るので高価な歯車電動機を使用しなければならず、この
動的応力を特に歯車および軸受けにより受は止める必要
があり、従ってこれら歯車Ｉｌｌおよび軸受けは極めて
容易に摩耗する。

機械的エアレーションの場合には、液面近くのスラッジ
と水の大部分が空気中に飛散され、霧状となり、相当す
るエーロゾル形成が生ずる。このエーロゾルが適当に微
細に放散される場合、不快ｊ・な臭気の増大をもたらす
。最終的に水面上の乱流、液体の連続的噴霧および液面
上でのエアレータ−の旋回により連続的飛沫騒音、従っ
て不所望で不快な騒音を生じ、この騒音は液体内のエア
レータ−の運転騒音により更に増大する。　　　　　　
　−□”また、この技術状況は米国特許第２４６１７２
０号！明細書におけるミキサー装置に見られる。このミ
キサー装置は液体とガス、並びに液体と固体の広範囲に
及ぶ種々の混合物を製造するのに役立つ。

液面下において、開口截頭円錐状のローターがあ５す、
このローターの内側に歯付きリブストリップが設けられ
ている。これらの歯付きリブストリップは、やはり歯状
物が取り″付けられるハウジングに固定される部分を支
持することにより向かい合っている。所望混合は、ロー
ター上の歯付きリブと固１０定子上の歯付きストリップ
間で生ずる強制流により達成される。然し、この装置は
液面からの有効なエアレーションに対して不適当である
。この理由は自由に膨張する空気同伴渦巻き（５ｕｒｆ
ａｃｅｖｏｒｔｅｘ　ｔｕｂｅｓ　ｗｉｔｈ　ａｉｒ　
ｅｎｔｒａｉｎｍｅｎｔ　）を液面でＩＸ生じさせるこ
とができないからである。

本発明の目的は、前述のエアレーションおよびエーロゾ
ル形態の欠点並びにこれら装置の操作に関する不快な騒
音をできるだけ回避し、かつ従来使用されてきた機械的
エアレータ−よりも高い酸２・・（７） 素数量を達成することにある。

この目的は、液面で発生し自由に膨張する空気同伴渦巻
きを生じさせ、液面上若干の距離の所で空気同伴渦巻き
を破壊する液中の流れにより渦巻きの中に巻き込まれた
ガスを気泡形態で分散させ・。

ることにより達成される。

既知の機械的エアレーションとは対照的に、本発明の方
法によると空気を液面上の乱流により液体中に導入する
のでなく、−個またはそれ以上の連続的空気同伴渦巻き
を形成することにより空気１・・を液体中に導入する。

ここで「空気同伴渦巻き」とは、液面上の開始偶発点で
発生し、この点において液面の沈下を形成する渦巻き管
を意味するものである。

この方法は飛散する液面に関するすべての欠点、１例え
ばエーロゾル形成および不快な騒音を排除する。気泡が
液中の深部で生じ、これら気泡の生成は機械的エアレー
ションにおける場合の如く成り行き任せではない。この
ことがら、循環運動により気泡がタンクの中央部から底
部まで、かつこの゛・□（８） 底部から外部へとタンク全体に亘り実際に移動すすると
いう主要効果が得られる。これは機械的エアレーション
では保証されない。その理由は、実際気泡は液面を介し
てタンクの端部領域に主に導入され、そこで殆ど懸濁し
たままであるからである。−。

実際九本発明の方法ではエーロゾル形成が起こらず、同
様に液面上での飛沫騒音が起こらないので、騒音の発生
が著しく減する。

本発明の方法は、液面近くの液体を中心へ、ついで深部
へ移送する流れを生じて空気同伴渦巻きｌｆｌを中心に
形成するようにして有利に行なわれる。

この中心はタンクのほぼ中央に生ずるのが好ましい。従
ってこの手法を用いると、空気同伴渦巻きが循環流によ
り直接化″じ、同時にこの循環流が深部において空気同
伴渦巻きを機械的に破壊し、か１５つ巻き込まれた空気
が気泡形態で分散される。これにより、本発明の方法は
、従来の液面（５ｕｒｆａｃｅ　）エアレータ−と比較
すると逆方向の流れで行なわれ、このことは空気を深部
に導入するのに好都合である。タンクの端部において、
強制流および気・′・・泡の上方への駆動力が同方向に
作用し、これによ。

り従来の例のように気泡が懸濁して残存することがない
。

更に著しく好ましく酸素収量は下記の場合に当然得るこ
とができる：すべでのタイプのエアロー。

ジョンにおいて、空中酸素と液体との間の物質移動は液
面で起こる。既知の機械的エアレーションにより生ずる
ような激しく波立つ液面の場合には、この物質移動率は
、本発明の方法において得られる穏やかな液面での物質
移動率よりも若干高い。１．。

然しこれにより達成される酸素収量は著しく小さく、従
ってこれらの差異は無視することができる。

機械的エアレーションにおいては、一層の酸素収量は一
方では空気中を移動する液滴の表面で、もう一方では気
泡と液体との界面での拡散工程によ１・。

り得られる。液滴による拡散工程の学問では、物質移動
は表面の単一分子層だけで実際起こることが知られてい
る。この単一分子層がほぼ飽和状態である場合には、殆
どそれ以上拡散は起こらない。

従って、液滴に関する酸素収量も比較的小ざいに２・・
ちがいない。著しく大きい酸素収量は、液体内の１個々
の気泡界面における物質移動に起因する。このこともま
た圧縮空気のエアレーションが高効率の理由である。前
述の如き既知の機械的液面エアレーションでは、気泡が
タンクの端部領域に殆どへ懸濁して残存し、緩徐に上昇
するだけである。気泡の形状はこの間殆ど変化しない。

この場合、本発明の方法の有意な利点・は、新しく形成
された気泡を深部に移送し、これにより気泡は外部圧の
連続変化受け、従って気泡内のガスの分圧が変化す１（
）ることによるのは当然である。ついで逆方向ではある
が、同じ圧力変化が気泡が上昇する際にタンクの端部領
域において起こる。この圧力変化のため、拡散工程が極
めて著しく有利となる。更に、強制循環運動により気泡
の形状の連続的変化があ１５す、従って実際に気泡中に
含まれる空中酸素が十分に物質移動に関与することが考
えられる。

本発明の方法は種々のタイプの装置で行なうことができ
る。この目的のための装置は、好ましくは液面に隣接し
て配置するローターを液体内で自２パ（ｌ　１　　） 由に直立する末広の回転立体の如く形成し、かつ１この
立体の小ざい方の面を液面間際に配置するようにし、並
びに頂部から下部に達するリブを回転立体の外面に設け
るように構成することができる。

中空体として有利に形成される本タイプのロー。

ターは一方を開放し、この開口を介して流れが起こるこ
とはできず、該ローターが急速旋回する際このローター
の外面領域において２個またはそれ以上の空気同伴渦巻
きを生じ、これらの渦巻きが液面上で偶発的に決定され
る開始場所で形成され鵠・・かつ液体の深部において別
々に破壊される。この方法により、巻き込まれた空気が
深部において気泡に分散される。同時に、ローターはこ
のローター而において外部から内部へ流れを生じ、深部
では内部から外部への底流シ換言すれば三次元循環ｌ゛
・を生ずる。更に、比較的小さい径の気泡だけが深部へ
押し出されるので、即ちローター内で形成される径の大
きなすべての気泡は「粉砕」されるまでローター内に残
存するので、より一層の好ましい効果が確保される。空
気同伴渦巻きの多い少な′”□（１２） いはローターの回転速度に左右され、回転方向に１従う
。実際の経験によると、かかる気泡を生ずるための最適
回転速度は技術的許容限界内であることが知られている
。

リブ配列の代りに、やはり空気同伴渦巻きを形５成させ
る回転立体を覆う池の表面、例えば粗面カバー等を同様
の効果を達成するために使用することができる。

回転立体を截頭円錐とすることができ、このようにして
これを特に容易に製造することが可能で１０ある。好適
例では、リブを螺旋形の如く形成することができる。別
の好適例では、少なくとも複数の部分の適当な場所にお
いて、回転立体の外面の最も傾斜の急な線に沿ってリブ
を設けることができる。好ましくは鋭い端部を有するよ
うに形成さＩ５れたリブを使用し、これにより空気同伴
渦巻きの発生を促進する。

本発明の好適例においては、リブの高さが回転立体の頂
部か、ら底部への末広方向に向かって減少する。必要な
る駆動力はかかる寸法により著しく２パ、低減される。

リブは空気同伴渦巻きを生ずるため１に上部入口領域に
おいて有意なる高さを有することだけが必要であること
が明らかとなった。反対に、深部においてはリブは空気
同伴渦巻きの破壊をもたらす剪断流を維持するのに役立
つだけであ。

る。従ってこの領域では極めて低い高さのリブで十分で
ある。

リブの外側端部の形状は曲度分布を考慮した曲線により
更に最適に活用できることは勿論であるが、この曲線は
直線的に減少するリブの高さによｊ（・り明らかに良く
近似しているので、かかる曲線形状は顕著なる程度まで
改善される効果を奏することはない。

本発明の方法を実施するためのもう一つの装置は、軸流
ポンプを縦軸に配置し、液面下に配置す１・るこの軸流
ポンプの吸込み管を液面に近接する領域で広くシ、かつ
周辺部で環状吸込み口を形成するように構成することが
できる。

軸流ポンプは周辺部における環状吸込み口を介して液体
を吸込み、この液体を管コネクターを介□゛□してタン
クの深部に押し出す。吸込み流が液面に１隣接するため
、自由に膨張する空気同伴渦巻きが吸込み目領域におい
て形成され、これにより空気がポンプの吸込み連結部に
吸込まれ、この空気は吸込み処理中、および最終的にポ
ンプの羽根車に５よって気泡形態で分散される。

本発明の装置は、機械的エアレーションに対して既に知
られているプラントと比較して更に有意な利点を示す。

空気中の酸素の割合が比較的低いので純粋な酸素を用い
て活性スラッジに気泡を生Ｈａ成するのが有利である。

既知プラントでは、これについてはタンクが完全に覆わ
れていることが要求される。これに対し、本発明の装置
例では、酸素の給源に接続する比較的径の小さい酸素フ
ードを、空気同伴渦巻きの発生領域において回転立体＋
５上または軸流ポンプ上に設けることだけが要求される
。この方法により、装置に対して僅かな経費で著しく酸
素収量が改良される。

前述の如く、本発明の方法および装置はガスを液体にで
きるだけ効率良く導入することが重要で２“（１５） 、あるいかなる場合、および圧縮空気による十分な１エ
アレーシヨンが技術的または経済的理由により好ましく
ない場合に使用することができる。

次に本発明を図面により説明する。

第１図に、はぼその頂部まで活性スラッジで満−。

されているタンク、例えばブロックタンク１を示す。ロ
ーター３をタンク上の橋（図示せず）のほぼ中央に設置
し、このローターを回転速度を変えることのできる電動
機により駆動する。

ｐ−ター８を截頭円錐４の如く形成し、この小１・（さ
い方の面が液面近くに位置するように縦軸５に配置する
。截頭円錐４に、最も傾斜の急な線に沿ってリブ７を設
け、かつこの截頭円錐４は図示する如く小さい方の面か
ら大きい方の面に、換言すれば頂部から底部に向かって
減する高さを有するｄ゛ローター８回転する場合、その
回転方向に関係なく１個またはそれ以上の空気同伴渦巻
きが小さい方の面６の周辺に形成され、これらの渦巻き
を図中の８で示す。空気を、矢印によって示す如く空気
同伴渦巻きを介して液体の深部に巻き込む。゛（１６） 剪断流のため、このように形成された空気同伴渦１巻き
は液体の深部で破壊され、巻込まれている空気は第１図
に示す如く小径の気泡として液中に分散される。同時に
、ローターにより放射状および接線方向に向う循環運動
を生じ、これを矢印９で５示す。この循環運動のため、
ローターで生ずる気泡はタンクの深部およびタンクの底
から上部へ移送され、この気、泡中に含まれる酸素を液
中に拡散し、これによりかかる気泡は液面に達する際殆
ど不活性となる。

第２図に示す例では、ｐ−ター８をその小ざい方の面の
領域においてフード１０で覆う。このフード１０を管１
１を介して酸素給ＦＡ（図示せず）に接続する。更に、
フードは空気同伴渦巻きが発生する液面のすべての領域
を覆うに極めて十分な５はど外側へ広がる。この方法に
より純粋な酸素を液中に導入し、これにより対応して機
素収量が一層良好となる。

第８図に示す例では、細流ポンプ１２を設け、このポン
プの吸込みコネクター１３を外側に太き“く広げ、この
コネクターを液面に隣接する領域に１おいて一定の距離
でプレート１４で覆う。これにより側部に環状吸込み口
１５が作られ、この吸込み口を介して液面近くの液体を
吸込み、かつ深部へ移送し、これにより再度液体の循環
放射および。

接線運動が起こる。この例を第８図の矢印９で示す。吸
込み口が部分真空領域であるため、液面で発生する空気
同伴渦巻き８が同時に形成され、この渦巻きが吸込み口
に吸引され、軸流ポンプ１２の羽根車により遅くともこ
こで気泡に分散されるｄ・・この気泡を細流ポンプの圧
力（ｐｒｅｓｓｕｒｅ　）コネクターを介して深部へ再
度移送する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は夫々本発明の方法を実施するのに
使用するローターを備えた一例タンクの１断面図、 第３図は本発明の方法を実施するのに使用する環状吸込
み口を有する軸流ポンプを備えた一例の断面図である。 １・・・ブロックタンク　　３・・・四−ター４・・・
截頭円錐　　　　　７・・・リブ８・・・渦巻き　　　
　　　　１０・・・フード１１・・・管１２・・・軸流
ポンプ １３・・・吸込みコネクター １４・・・プレート１５・・・環状吸込み口（ｌ　９　
　） （２０）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　液面から気泡を導入して液面とタンクの底・・との
   間で循環流を発生させることにより、流動可能な媒質内
   に気泡を生成しこの媒質を循環し、特に処理プラントの
   エアレーションタンク内の活性スラッジに空気を混和す
   るに当り、液面で発生しかつ自由に膨張する空気量１・
   ・伴渦巻きを液−面で生成し、この渦巻きに巻込まれた
   ガスを、液面上若干の距離の所で上記空気同伴渦巻きを
   破壊する液中の流れにより気泡形態で分散させることを
   特徴とする液体内に気泡を形成しこの液体を循環する方
   法。！゛ム　液面での空気同伴渦巻きが中心部で形成さ
   れるように、液面近くの液体を中心部へ、ついで深部に
   移送する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ＆　液面から気泡を導入して液面とタンクの底２パとの
   間で循環流を発生させることにより、流、動可能な媒質
   内に気泡を生成しこの媒質を循環する方法に用いる１縦
   軸方向にローターを有し循環運動を発生させる装置にお
   いて、上記ローターを末広がりの回転立体（３）の如へ
   く形成し、液中に自由に直立し、かつ上記ローターが液
   面上間際に配置するかかる回転立体の小さい方の面（６
   ）を有し、上記回転立体の外面に頂部から底部へ達する
   リプ（７）を設けたことを特徴とする液体内に気泡を形
   １・・成しこの液体を循環する方法に用いる装置。 ４　回転立体（３）が截頭円錐である特許請求の範囲第
   ８項記載の装置。 ＆　　ＩＪブ（７）を回転立体の外面に螺旋形の如く形
   成する特許請求の範囲第３項記載の装置６５６、　リプ
   （７）を、回転立体の外面の最も傾斜の急な線上に少な
   くとも複数の部分において配置する特許請求の範囲第８
   項記載の装置。 フ、　鋭い端部を有するリプ（７）を形成する特許請求
   の範囲第８項記載の装置。　　　　　！１・＆　リプ（
   ７）の高さが回転立体（３）の末広。 方向に向かって減少する特許請求の範囲第３項記載の装
   置。 ９、　酸素フード（ｌＯ）を、液面で空気同伴渦巻きが
   発生する領域において回転立体（３）上。 に設置する特許請求の範囲第８項記載の装置。 １０、　　液面から気泡を導入して液面とタンクの底と
   の間で循環流を発生させることにより、流動可能な媒質
   内に気泡を生成しこの媒質を循環する方法に用いる装置
   において、軸流ポンド・ブ（１２）を縦軸方向に配置し
   、このポンプ（１２）の吸込み管を液面に近接する領域
   で広＜シ、環状吸込み口（１５）を形成することを特徴
   とする液体内に気泡を形成しこの液体を循環する方法に
   用いる装置。 ＩＬ　　酸素フード（１０）を、液面で空気同伴渦巻き
   が発生する領域において軸流ポンプ（１２）上に設置す
   る特許請求の範囲第１０項記載の装置。