JPS625658B2 - - Google Patents

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JPS625658B2
JPS625658B2 JP52089897A JP8989777A JPS625658B2 JP S625658 B2 JPS625658 B2 JP S625658B2 JP 52089897 A JP52089897 A JP 52089897A JP 8989777 A JP8989777 A JP 8989777A JP S625658 B2 JPS625658 B2 JP S625658B2
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gas
injector
mixing chamber
deflection element
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JP52089897A
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Tsurokaruniku Maruko
Erugetei Kurausu
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Bayer AG
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Bayer AG
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Publication date
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Publication of JPS625658B2 publication Critical patent/JPS625658B2/ja
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/12—Activated sludge processes
    • C02F3/1278—Provisions for mixing or aeration of the mixed liquor
    • C02F3/1294—"Venturi" aeration means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/40—Mixing liquids with liquids; Emulsifying
    • B01F23/45—Mixing liquids with liquids; Emulsifying using flow mixing
    • B01F23/454—Mixing liquids with liquids; Emulsifying using flow mixing by injecting a mixture of liquid and gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01F25/211—Jet mixers, i.e. mixers using high-speed fluid streams with submerged injectors, e.g. nozzles, for injecting high-pressure jets into a large volume or into mixing chambers the injectors being surrounded by guiding tubes
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    • B01F25/20—Jet mixers, i.e. mixers using high-speed fluid streams
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    • B01F25/30—Injector mixers
    • B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/312—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows with Venturi elements; Details thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/06—Nozzles; Sprayers; Spargers; Diffusers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
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    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
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  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 なかでもガス−液体系における物質移動を増強
するため、２成分ノズル、たとえばインゼクタ
ー、エゼクター排出ノズルおよびベンチユリノズ
ルなどを使用する。これらの装置のすべてにおい
て、液体ジエツト（以後推進ジエツトと呼ぶ）の
運動エネルギーを使用して処理ガスをできるだけ
微細なあわに分散する。このような装置はバブル
塔におけるガス分配器として、とくに生物学的廃
水または発酵プラントに酸素含有ガスを供給する
ためにひんぱんに使用されるようになつた（ドイ
ツ国公開明細書2400416、2404289、2408064、
2410574、2516371および2458449参照）。
２成分ノズルを小さい直径（推進ジエツトノズ
ルの直径≦10mm）をもつものから大きい直径（推
進ジエツトノズルの直径≧10mm）をもつものに変
えると、生成するガス−液体界面に関するかなり
低い効率という欠点を考慮しなければならず、こ
れはたとえば得られる低い比酸素吸収（KgO2／
KWh）において認めることができる。
この状態は推進ジエツトの周辺部がその中心よ
りガス分散物をより多く含むという事実に関係す
る。推進ジエツトの直径が増加するにつれて、ジ
エツトの横断面積は少しづつその２剰で増加し、
一方その周囲は直線的に増加するだけであるの
で、推進ジエツト処理物の運動エネルギーが２成
分ノズルにおいてガスの分散に使用される比率は
だんだん小さくなる（M.L.Jackson AIChE J.10
（1964）6.846／842、M.L.JacksonおよびW.D.
Collin、Ｉ＆EC Process Design and Develop
３（1964）４、386／393）。
本発明の目的は、推進ジエツトノズルの直径が
増加するときでさえ生成するガス−液体界面に関
する効率を維持する新規なインゼクターを設計す
ることである。
したがつて、本発明は、推進ジエツトの運動エ
ネルギーが高い効率で利用されて非常に微細なあ
わを形成するため、ガス−液体系における物質移
動を増強するのにとくに適するインゼクターに関
する。このインゼクターは少なくとも１つの偏向
要素を混合室内に推進ジエツト軸上に配置するこ
とを特徴とする。
また、本発明は、推進ジエツトのエネルギーが
非常に微細なあわの生成に利用されるように、ガ
ス状媒体と液体媒体とを接触させることによりガ
ス−液体系中の物質移動を増強する方法に関す
る。
この方法は、ノズルを去つた約５〜30ｍ／秒の
速度をもつ液体ジエツトを偏向させ、これを少な
くとも１つの後続する混合室内でガスと緊密に接
触させ、ここでガス処理量（標準m2／時）対推進
ジエツト処理量（m3／時）の比を約１〜20、好ま
しくは約２〜５に調節することを特徴とする。
ガスと推進ジエツトの液体とをよく混合するた
めに、異なる構造の装置と方法が本発明により提
案される。この構造によれば、１または２以上の
偏向要素を推進ジエツトの軸上に配置する。推進
ジエツトは偏向要素へ衝突する。偏向要素はそれ
が推進ジエツトの液体を混合室の全横断面上にス
プレーするように設計されかつ位置される。推進
ジエツトノズルの直径が≧10mmであるインゼクタ
ーの場合に本発明において使用できる偏向要素
は、たとえば、混合室内に偏心的に配置された
舌、同心的に位置したシリンダー状または円錐形
の物体および推進ジエツトを偏向または分配し放
物線状にくぼんだ輪郭をもつ回転体を含む。
本発明のインゼクターの大きさおよび幾何学的
配置について、以下に記載する構造に関連してさ
らに詳述する。
本発明によれば、推進ジエツトと混合すべきガ
スは推進ジエツトに関して任意の方向で混合室中
に供給できる。
本発明を添付図面についてさらに説明する。
第１図は管１を示し、この管１はたとえば真ち
ゆうまたはステンレス鋼のような金属、好ましく
はポリプロピレンのようなプラスチツクから作
る。推進ジエツトノズル２は、その出口が管の軸
に対して鋭角になるように、管内に突き出てい
る。推進ジエツトが管の対向壁と出合う点におい
て、曲がつた舌の形またはせきの形の偏向要素３
は推進ジエツトが管の全横断面にわたつてできる
だけ均一に偏向かつ分配されるように位置する。
偏向要素３の下流にある管の区域４は本発明の意
味において混合室であり、ここでガス入口５を経
て導入されたガスは推進ジエツト入口６を経て導
入された推進ジエツトとよく混合される。ここで
ガス連続体は非常に微細なガスのあわに分散さ
れ、引き続いて液体と一緒に混合室を去り、そし
て推進ジエツトがその運動エネルギーを周囲に失
なつたのち、ガスは液体中をゆつくり上昇するあ
わの群となり、このようにしてガスと液体との間
に強い物質移動が生ずる。他の構造（図示せず）
において、推進ジエツトは第１図に示す舌の位置
において管を舌またはせきが不必要であるような
方法で曲げることによつて偏向させてもよい。
本発明の第２図に示す構造において、推進ジエ
ツトは管１内で偏心的に偏向される。しかしなが
ら、推進ジエツトはその運動エネルギーを高い収
率の分散に利用するためほとんどわずかにのみ曲
がりくねるように偏向を実施することが好まし
い。
第２図に示す構造において、推進ジエツトノズ
ル２は管１内に同心的に配置されている。ここで
推進ジエツトを分配する偏向要素３は管の軸上に
設置し、これにより推進ジエツトを管の横断面に
わたつて均一にかつ軸に関して対称的に分配する
ようにすべきである。この構造において、第５図
に示すような平らな底をもつシリンダーを偏向要
素として使用すると、ガス−液体接触の効率に関
してとくに好都合な結果が得られる。より大きい
推進ジエツトノズルの直径（好ましくは20mmより
大きい）をもつインゼクターの場合、平らな円錐
形の偏向要素（第６図）または放物線状にくぼん
だ輪郭をもつ回転体（第７図）は、ある場合にお
いて、平らな偏向要素に対して好ましい。
偏向要素に衝突する推進ジエツトの分配は、推
進ジエツトノズルの対応する形状により促進され
る。やや円錐形に先細のジエツトノズル（第３
図）は、主として偏向要素により分配されるいわ
ゆるなめらかなジエツトを生成する。これと対照
的に、円錐形に開いた開口をもつ推進ジエツトノ
ズル（第４図）は荒い表面をもつた多少広がつた
推進ジエツトを生成し、これはなめらかなジエツ
トの場合におけるよりも混合室４の横断面にわた
つて均一に分配すべき運動エネルギーが少なくて
すむ。さらに、円形の偏向要素はこの場合直径が
約20〜50％小さくてよい。
第８図は、本発明の好ましい構造を示す。これ
はハウジング１からなり、このハウジング１は好
ましくはプラスチツクから作られ、ガス入口５を
除いて推進ジエツトの軸のまわりに同心的にかつ
対称に位置する。推進ジエツトの液体は入口６を
経て推進ジエツトノズル２へ供給される。偏向要
素３は推進ジエツトの軸上に中心に位置し、お互
いに120゜の間隔をおいて位置する８つのマウン
トにより固定される。これは平断面図で示されて
いる（第９図）。混合室４は初めガス／液体混合
物の流れの方向に先細になる。
偏向要素を用いる液体ジエツトの分配の結果、
ガス−液体の接触の効率ならびに液体の性質、た
とえば粘度への適合性はここで追加のパラメータ
ー、たとえば偏向要素の形状および大きさ、推進
ジエツトノズルの形状、および推進ジエツトノズ
ルと偏向要素との間の距離によつてさらに最適化
される。
第１図に示す構造において、推進ジエツトノズ
ル２は好ましくは管の軸に対して約45゜より小さ
い鋭角で傾斜する。推進ジエツトノズルのスロー
ト直径（以後ｄとして示す）を特性長さとして導
入すると、偏向要素３は推進ジエツトノズルの出
口端から約１〜3dの距離で位置すべきである。
管１は約２〜5d、好ましくは約２〜3dの直径を
もつべきであり、一方混合室４、すなわち偏向要
素３ではじまる管の区域は約８〜20dの長さであ
るべきである。
対応して、第２図における推進ジエツトノズル
の出口端と偏向要素３との間の距離はまた約１〜
3dであるべきであり、そして管の直径は約２〜
3dであるべきである。偏向要素３の下流ではじ
まる混合室は約５〜20dの長さであるべきであ
る。
次の寸法は第８図に示す構造に推奨される。推
進ジエツトノズルは約５〜10d、好ましくは約６
〜8dの長さであるべきである。それは初め円錐
形に（約５〜25゜）の角度で先細となり、次いで
約２〜７゜の角度で広がる。偏向要素それ自体は
好ましくは約0.5〜1dの直径をもち、そしてこの
点において偏向要素を取り囲む管は約8dの直径
をもつ。偏向要素の下流にある混合室は、円錐形
に先細になり、長さが約５〜20d、好ましくは約
10〜15dである初めの管区域からなる。この管区
域の端は約１〜3dの直径と約２〜７゜のテーパ
ー角をもつ。この管区域の下流において、混合室
はデイフエーザーからなり、これは約３〜8d、
好ましくは約４〜6dであり、そしてその開き角
度は約５゜〜20゜である。
本発明によるインゼクターは、次の条件下で運
転するとガス−液体接触における効率が最大とな
る： 推進ジエツトノズルのスロート内の推進ジエツ
ト速度は約５〜30、好ましくは10〜20ｍ／秒であ
るべきである。ガス処理量（m3 N）（標準m3／時）
対推進ジエツト処理量（m3／時）の比は、約５〜
20、好ましくは約３〜６の値に調節する。
本発明によりインゼクターを、生物分解性物質
を酸素を必要とする微生物で処理する生物学的廃
水処理プラントにおいて、ガス分配器としてその
推奨される用途に使用する場合、これを底に向け
て傾斜させることが好ましい。この配置を用いる
と、インゼクターを去るガス−液体ジエツトは底
における循環を確実に高めるので、固体の沈降が
防止される。この配置は他の利点をもつ。
インゼクターを去るガス−液体ジエツトはその
運動エネルギーを失なうだけであり、インゼクタ
ーの出口から約50〜80dの距離でガスのあわの群
に分解する。したがつて、ガスのあわの群を容器
の底の真上で形成し、その結果ガスのあわが全液
体高さを通じて上昇できるように、インゼクター
を配置することが望ましい。
本発明によるインゼクターは、４以上の集まり
に組み合わせて、容器の底全体にわたつてガスを
均一に分配させることができる。この配置におい
て、それぞれ液体マニホルドおよびガスマニホル
ドを経て、推進ジエツトノズルに液体を、そして
ガス入口にガスを供給する。この配置において個
個のインゼクターは、たとえば第１、２および８
図に示すような、特定の形状を維持するが、別法
として集合体の個々のインゼクターは組み合わせ
して単一のインゼクターを形成でき、これはロウ
ト式インゼクターと呼ぶことができる。第１０、
１１および１２図はこのようなロウト式インゼク
ターの構造の一例である。第１０図は縦断面図で
あり、そして第１１図はその横断面平面図であ
る。推進ジエツトは推進ジエツトノズル２を去
り、偏向要素３へ衝突するので、推進ジエツトは
ロウトの形状の混合室の全横断面にわたつて分配
される。混合室４はその横断面積が入口に向かつ
て減少し、このようにしてガスと液体の分散が促
進されるように設計されている。混合室の出口に
おけるスロツトは、約20〜30mmの高さをもつべき
である。この高さを維持するため、より大きい装
置においてロウト型混合室のセグメントを除去す
ることが好ましい。
第１２図の構造において、ガスと液体は偏向要
素３に反対方向から供給し、個々の混合室４内へ
偏向させる。
前述のインゼクターは、比較的大きい推進ジエ
ツト直径の場合においてさえ、ガスと液体とを効
率よく混合でき、一定の系（すなわち、一定の液
体と混合すべき一定のガス）に容囲に適合させる
ことができる。本発明に従い、インゼクターの混
合室を去るガス分散物は取り囲む液体と非常に急
速に混合するので、小さなガスのあわの大きいあ
わへの合着は実質的に防止される。活性化スラツ
ジを含有する流出液中への酸素の吸収は、同じ入
力に対して従来の２成分ノズルと比べて50％まで
高い。
ガスのあわを合体させる傾向が著しい液体をガ
スと接触させる場合、非常に微細なガスのあわを
生成するのに多くの推進ジエツトエネルギーを用
いることは、ガスのあわが非常に急速に合体して
大きいあわとなるので、有益でないことがしばし
ばある。この場合、ロウト式インゼクターは混合
室を単に短かくすることにより安定な大きさのか
つ小さい大きさの分布をもつ一次のガスのあわを
生成する、エネルギー的に有利な方法を提供す
る。混合室が環状のスロツトに縮小されたインゼ
クターは、そうでない場合あわの集りにおける合
体が完了したとき生ずるような大きさをもつ一次
のガスのあわを生成する。非常に微細な一次のガ
スのあわの生成と対照的に、この場合推進ジエツ
トは入力のわずかに半分を必要とするにすぎな
い。
第１３〜１５図は、一例として、この型のイン
ゼクターの３種類の構造を示す。これらの構造に
おいて、平らな（第１８図）または屋根型（第１
４図）または凹状（第１５図）端表面は推進ジエ
ツトの偏向要素３として作用し、そして第１４図
の構造において追加の偏向要素３を使用できる。
第１３および１４図の構造は管の全周面にわたつ
て出口スロツトをもち、そして第１５図の構造に
おいて円形の開口（本発明の意味において中断さ
れた環状スロツトを構成すると解する）は環状ス
ロツトのかわりに管１の周囲から除去される。こ
れらの開口は使用する液体の性質に関連した構造
にすべきである。
これらの構造において、次の寸法が推奨され
る：推進ジエツトノズルと偏向要素との間の距離
は約１〜3d（ｄ＝推進ジエツトノズルのスロウ
ト）である：管の直径は約３〜5dであり、そし
てスロツトの幅は約0.5〜1.5d、好ましくは約1d
である。この場合、標準ガスの処理量対液体の処
理量の比は約５〜15であり、そして推進ジエツト
の速度は約５〜20ｍ／秒である。
このクラスのインゼクターは、比較的大きい推
進ジエツト直径の場合でさえ非常に効率のよいガ
ス分配器であり、そして特定の系に容易に適合さ
せることができる。活性化スラツジを含有する流
出液中の酸素吸収量もこの場合従来のインゼクタ
ーノズルに比べて同じ入力で50％まで高い。
【図面の簡単な説明】
第１図および第２図は、本発明によるインゼク
ターの２つの異なる構造の略側断面図である。第
３図および第４図は、インゼクターに使用する２
つの異なる推進ジエツトノズルの側断面図であ
る。第５図、第６図および第７図は、推進ジエツ
ト軸上に位置すべき３つの異なる偏向要素の側面
図である。第８図は、本発明による好ましいイン
ゼクターの側断面図である。第９図は、第８図の
偏向要素の平断面図である。第１０図は、複数の
混合室をもつインゼクターの略側断面図である。
第１１図は、第１０図のインゼクターのロウト状
混合室の平断面図である。第１２図は、複数の混
合室をもつ他のインゼクターの略側断面図であ
る。第１３〜１５図は、本発明の異なる構造のイ
ンゼクターの略側断面図である。 １……管またはハウジング、２……推進ジエツ
トノズル、３……偏向要素、４……混合室、５…
…ガス入口、６……推進ジエツト入口、７……偏
向要素のマウント、８……混合室の切欠きセグメ
ント。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ ガス入口と、液体入口と、該入口と連絡しか
    つ入口と出口を有する混合室とからなるガスを液
    体中に分散させるインゼクターにおいて、該液体
    入口の軸に沿つて混合室内に配置された少なくと
    も１つの偏向要素を有し、該偏向要素は該液体入
    口の先端より１〜3dの距離に位置し（ここでｄ
    は液体入口のスロート直径を表す）、液体が該液
    体入口のスロートで５〜30ｍ／秒の速度で導入さ
    れ、これによつて液体は混合室の全横断面を横切
    つて分配させることを特徴とするインゼクター。 ２ 偏向要素は液体入口に面して平坦である特許
    請求の範囲第１項記載のインゼクター。 ３ 偏向要素は液体入口に面して円錐形である特
    許請求の範囲第１項記載のインゼクター。 ４ 偏向要素は液体入口に面して放物線状にくぼ
    んだ縦断面をもつ特許請求の範囲第１項記載のイ
    ンゼクター。 ５ 液体入口は偏心的に設置されており、そして
    偏向要素は舌である特許請求の範囲第１項記載の
    インゼクター。 ６ 液体入口は初め円錐形に収束し、次いでその
    末端において円錐形に開いている管である特許請
    求の範囲第１項記載のインゼクター。 ７ 混合室は円錐形に収束する上流区域と円錐形
    に開く下流区域とを含む特許請求の範囲第１項記
    載のインゼクター。 ８ 混合室の長さは液体入口のスロート直径の約
    ８〜20倍である特許請求の範囲第１項記載のイン
    ゼクター。 ９ 少なくとも２つの混合室が各液体入口または
    ガス入口について用意されている特許請求の範囲
    第１項記載のインゼクター。 １０ 混合室は環状通路の形である特許請求の範
    囲第１項記載のインゼクター。 １１ 該環状通路からセグメントが除去されてい
    る特許請求の範囲第１０項記載のインゼクター。 １２ 推進ジエツトのエネルギーを利用してガス
    状媒体と液状媒体とを接触させて非常に微細なガ
    スのあわを生成することによりガス−液体系中の
    物質移動を増強する方法において、液状媒体を約
    ５〜30ｍ／秒の速度で偏向表面に衝突させて、連
    続的に先細となる少なくとも１つの後続する混合
    室において液体とガスとを緊密に接触させること
    からなり、ガスの処理量（m3Ｎ／時）は推進ジエ
    ツトの処理量（m3／時）の約２〜20倍であること
    を特徴とする方法。 １３ 液体とそれと混合すべきガスとを混合室に
    同じ方向に供給する特許請求の範囲第１２項記載
    の方法。 １４ 液体とそれと混合すべきガスとを反対向か
    ら偏向要素に供給し、次いで絶えず先細となる少
    なくとも１つの混合室へ供給する特許請求の範囲
    第１２項記載の方法。 １５ ガス−液体系は通気されたスラツジである
    特許請求の範囲第１２項記載の方法。 １６ ガス−液体系は好気的発酵である特許請求
    の範囲第１２項記載の方法。 １７ ガスの処理量は推進ジエツトの処理量の約
    ２〜５倍である特許請求の範囲第１５項記載の方
    法。
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