JPS649043B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、液中に気体を混合して曝気する気液
混合装置に関するものである。

（従来の技術） 一般的に、液中への気体の溶解移動と液槽内の
攪拌混合とを行う場合は、送風機を使用した空気
吹込み法、攪拌機によつて液の表面を撹乱曝気す
る表面機械曝気法、そして本発明の気液混合装置
でなされるポンプによる液循環法等がある。

従来のポンプによる液循環法のものは、その配
管の経路中または末端等にエゼクタ等の締り装置
を設け、静圧を低下させて管路内に気体を吸引
し、管路内において気体のせん断や微細化を行
い、気液混相流を形成させ、これを液中または液
面に噴射し循環させるものがほとんどであるが、
このようなものは、管路内での摩擦損失等のエネ
ルギー損失が多く、溶解された気体の単位重量当
りの動力が過大になり、動力効率が低くなるのが
通常である。

また、液面に向かつて解放された気体中を通つ
て噴射または落下する液柱は、その液柱の表面の
乱れによる気体の包含連行、液柱の気液境界層に
おける気体の同伴、液柱の液面への貫入時におけ
る液面の乱れによる気体の巻込み等により、この
噴射液柱の周囲の気体を液中に連行供給し、攪拌
および気液混合が行われるのは自然の状態である
が、この場合、混合の領域は液槽の上部に限られ
ることが多く、気体の溶解効率が低いのが通常で
ある。

さらに、従来は、エゼクタ等を使用して管路内
にいたずらに高い圧力を生じさせて、管路内にお
いて気液混相流を作り、微細気泡を発生させてい
るが、それは、管路内におけ気体の溶解効率は高
くても局部的であり、全体的にみると溶解効率の
悪い条件を作つているだけであり、本来の目的か
らいえばエネルギーのむだ使いということにな
る。

また、特公昭50−3021号公報に示されている曝
気装置は、液槽本体内の液中に液体供給ノズルお
よびこのノズルの外周の空気供給管の下端部をそ
れぞれ挿入し、さらに液中において上記空気供給
管の下端部の外周部から下方に混合管を設けたも
のであるが、これは液面下だけで気液混合作用を
行うものであり、液体供給ノズルから吐出される
噴射液柱による効果的な気体吸込み作用は得られ
ない。

さらに、特公昭47−13958号公報に示されてい
る汚水浄化装置は、曝気槽の液中に下部を挿入し
た送水管の上部に、上方へ拡開した空気取入口を
設け、この空気取入口の中央部に対し液を吐出す
る上部管の先端部を配設したものであり、これに
よると、上部管から吐出された噴射液柱は送水管
に案内されて液中深くまで達するが、噴射液柱が
送水管に接触するため、上記液柱の表面の乱れに
よる気体の包含連行、液柱に気液境界面での粘性
による気体の同伴、液柱の液面への貫入時におけ
る液面の乱れによる気体の巻込み等が損われてい
る。

また、昭和10年実用新案出願公告第13698号公
報に示されるように、空気噴込み筒の下部が液槽
内の液中に深く挿入され、この空気噴込み筒の上
部にウオターゼツト管が挿入され、このウオター
ゼツト管の先端部の周囲で空気噴込み筒の一部が
小径に絞られている液体清浄装置がある。しか
し、この液体清浄装置は、空気噴込み筒が液中に
深く水没しているので、この水没部分を経て外部
に流出する空気にとつて抵抗が比較的大きく、空
気噴込み筒の内部に吸込まれウオターゼツトに巻
込まれる空気量も少なくなる傾向がある。また、
空気噴込み筒が深く水没されているから、液中へ
の空気の溶解は主として空気噴込み筒の内部でな
され、液槽全体に対する空気の混合撹拌も空気噴
込み筒によつて制限される。さらに、液槽内の撹
拌や液中への空気の溶解が、液中深く水没された
空気噴込み筒によつて遮られ、効率が良くないこ
とは、液循環系のエネルギ効率が劣ることを意味
し、液循環系にとつて動力効率が低いとも言え
る。

さらに、実公昭48−35564号公報に示されるよ
うに、中心に貫孔を有する環状の浮子の貫孔内に
ノズルを、その下端吐出口を液面より若干上位と
して配置した圧力水注入式の曝気装置がある。こ
の装置は、いつたん曝気槽の内部に取入られた空
気を液中に供給するものであり、浮子に設けられ
た貫孔はノズルを取付けるために設けられたもの
であり、この貫孔を通して曝気槽の外部より新鮮
空気を取入れるものではない。そして、槽内の空
気がノズルの作用で汚水中に同伴されるため、い
つたん使用され酸素濃度の減少した空気が再度、
汚水中に供給されることになり、汚水中への酸素
移動量が少なくなり、酸素移動効率が悪い。ま
た、ノズルの先端と汚水面との距離が僅かなた
め、ノズル先端に噴射液柱が形成されない。この
ため、汚水中への空気巻込み量が少なく、この点
からも酸素移動量が少なくなる。したがつて、こ
の浮子型の装置はエネルギ効率が悪く、エネルギ
消費型であるといえる。

（発明が解決しようとする問題点） このように、従来の装置では、動力効率が低い
とともに、気体の液中への溶解移動効率が低い問
題がある。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、
ポンプによる液循環法において必要動力を低減し
て動力効率を高めるとともに、気体の液中への溶
解移動効率を高めることができる簡易構造の気液
混合装置を提供することを目的とするものであ
る。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明の気液混合装置は、液槽本体２から外部
に液吸込み管５を引出し、この液吸込み管５にポ
ンプ６を接続し、このポンプ６の液吐出部に接続
した液供給管１０を液槽本体２の上方まで配設
し、この液供給管１０の先端部に液槽本体２の内
部の液面１１に向つて緩かに漸縮された増速管ノ
ズル１２を接続するとともに、この増速管ノズル
１２の先端部と上記液面１１との間に一定の間隔
を設け、この増速管ノズル１２の先端に増速管ノ
ズル１２から液面１１に噴射されて重力により加
速され落下する噴射液柱１３を形成し、前記ノズ
ル１２およびこの噴射液柱１３の外周部に、空隙
１４を介して噴射液柱１３に接触することのない
全長にわたつて一定径のストレート形状であつて
下端開口状のカバー管１５を液槽本体２の外部か
ら内部にわたつて細長く配設し、このカバー管１
５の下部の先端のみを液面下に浸漬し、上記液槽
本体２の外部に突出したカバー管１５の上部に気
体吸込み口１７を設け、噴射液柱１３により気体
を連行させ、液中において竪軸気液混相流を形成
させて、気液混合および液中への気体の溶解移動
を行わせるものである。

（作用） 本発明は、増速管ノズル１２の先端から液が噴
射されると、その噴射液柱１３の周囲に生ずる負
圧によつて液槽本体２の外部の気体吸込み口１７
から常に新鮮な気体がカバー管１５の内部に吸込
まれ、その気体が噴射液柱１３に巻込まれ、噴射
液柱１３とともに液中に突入され、カバー管１５
の先端開口から直ちに液槽本体２内に拡散され
て、槽内全体で混合撹拌させるとともに、液中に
溶解される。液中に溶解されなかつた気体は、液
面上に解放されるが、この使用済み気体はカバー
管１５の内部に入れず、再使用されない。

（実施例） 以下、本発明を図面に示される実施例に基づき
詳細に説明する。

上部に通気管１を設けてなる液槽本体２の底部
に衝突板３を設け、この衝突板３の下側部で下方
に向けて液吸込み口４を有する液吸込み管５を液
槽本体２から外部に引出し、この液吸込み管５に
外部に固定設置したポンプ６の液吸込み部７を接
続しこのポンプ６の液吐出部８にバルブ９を介し
て液供給管１０を接続する。

この液供給管１０は、液槽本体２の中央部上方
まで配設し、この液供給管１０の先端部に液槽本
体２の内部の液面１１に向かつて緩かに漸縮され
た増速管ノズル１２を垂直に接続するとともに、
この増速管ノズル１２の先端部と上記液面１１と
の間に一定の間隔を設ける。

また上記増速管ノズル１２の先端に、増速管ノ
ズル１２から液面１１に噴射されて重力落下する
噴射液柱１３を形成するようにし、前記ノズル１
２およびこの噴射液柱１３の外周部に、空隙１４
を介して噴射液柱１３に接触することのない全長
にわたつて一定径のストレート形状であつて下端
開口状のカバー管１５を、液槽全体２の外部から
内部にわたつて細長く配設し、このカバー管１５
の下端の先端のみを液面１１の下側に浸漬する。
このカバー管１５の上端は蓋板１６によつて閉塞
し、また液槽本体２の外部に突出したカバー管１
５の上部側面に気体吸込み口１７を設け、この気
体吸込み口１７に気体吸込み管１８を設ける。

次にこの実施例の作用を説明する。

液槽本体２内の液は、液吸込み管５を通つてポ
ンプ６により、液槽本体２の上部に設置された増
速管ノズル１２に導かれ、このノズル１２の出口
で２〜５ｍ／secの流速に増速される。この増速
管ノズル１２は、緩かに漸縮されたものであるの
で、液流の剥離、渦流等による損失が少く、エネ
ルギーの98％以上を速度エネルギーに変換する。

そして、増速管ノズル１２の先端より噴射され
て形成された噴射液柱１３は、ノズル出口での位
置エネルギーを速度エネルギーにかえ、落下スピ
ードを増加しながらカバー管１５の内部で気体を
包含し連行してエネルギーをほとんど失うことな
く液面１１に貫入する。この液面１１に貫入した
液流は、わずかに液中に浸漬したカバー管１５に
より、水平方向へ分散を抑制されて垂直方向の流
れとなり、液中深く貫入し、液中において気体の
せん断を生じつつ竪軸気液混相流となり、液に対
する気体の溶解移動と混合とを行う。

さらに上記気液混相流は、衝突板３に当り上昇
流に変換させることにより、混合性能を増大され
るとともに、液吸込み管４への気体の混入を防止
され、液は繰返しポンプ６によつて循環される。

このようなポンプ６による液循環において、カ
バー管１５の内部では、増速管ノズル１２から噴
射された噴射液柱１３により空隙１４の気体が液
中に連行されるから、カバー管１５の内部の圧力
が低下し、このカバー管１５は、外部より気体吸
込み管１８を経て新しい気体を自吸する。

実例によれば、吸込み空気量Vgは、基本的に、
循環液量Ｑ、増速管ノズル１２の先端口径および
落下高に相関され、上記先端口径が20〜200mmの
範囲において、Vg／Ｑを容易に１以上とするこ
とが可能である。

また本装置による気体の液中への溶解移動特性
は、上記カバー管１５内に自吸された気体の量の
大小による影響が少く、液槽本体２内の液中への
気体の溶解移動量の変化巾が少い。すなわち、同
一エネルギーを使用して、自吸気体量が少なけれ
ば、気体の溶解移動効率（液中へ溶解移動した気
体と自吸供給された気体との重量比）が大とな
り、自吸気体量が大ならば上記気体の溶解移動効
率が小となり、液中への気体の溶解移動量の値の
変化は少い。このことは、気体が有害ガスであつ
て、除去、脱臭等の装置を必要とする場合に、液
中への気体の溶解移動に対する動力効率を低下す
ることなく、カバー管１５内に自吸供給される気
体量を低減させうることをも意味している。

〔発明の効果〕

本発明によれば、液供給管の先端部に液槽本体
の内部の液面に向かつて緩かに漸縮された増速管
ノズルを接続するとともに、この増速管ノズルの
先端部と上記液面との間に一定の間隔を設け、こ
の増速管ノズルおよび増速管ノズルから液面に照
射されて重力落下する噴射液柱の外周部に、空隙
を介して噴射液柱に接触することのない下端開口
状のカバー管を配設し、このカバー管の下部を液
面下に浸漬し、上記カバー管の上部に気体吸込み
口を設けたから、従来のエゼクタのように管路内
で気液混合を行うのではなく、液面上の空間にお
いて噴射液柱によりエゼクタと同様の自吸作用を
有効に行なうことができ、従来のエゼクタと異な
り動力効率の低下が少ない。すなわち気液混相流
を管路内ではなく液槽本体内の液中にて生じさせ
るため管路内での摩擦損失が極めて少くほとんど
のエネルギーを液中に貫入させることができ、攪
拌混合および気体の液中への溶解移動に対する動
力効率が高められる。

また、本発明によれば、エゼクタと同様の自吸
作用がなされるカバー管内において、同時に、増
速管ノズルから噴射した噴射液柱が、その表面の
乱れによる気体の包含連行、気液境界面での粘性
による気体の同伴、液中への貫入時における液面
の乱れによる気体の巻込み等を生じさせ、かつこ
の噴射液柱は、液面下では、カバー管の案内作用
によつて水平方向に分散することなく１本化され
るので、液槽本体内の液中への貫入深さが大巾に
増えて、この液中において深い竪軸の気液混相流
を形成し、連行された気体は液とのせん断力によ
り微細化され、気液接触面積が大となり、気体の
液中への溶解移動効率が大となる。このように、
液槽本体内の液中にて気液混相流を発生させるこ
とは気体が未混合の濃度差の高い液と自由に常時
接触できることであり、このことが気体の溶解効
率を高める一因ともなつている。

さらに、本発明は、カバー管の先端が僅かに液
面下に水没しているだけであるから、カバー管を
水面下深く水没させているものと比較すると、前
記水没部分を経て外部に流出する気体にとつての
抵抗が比較的小さく、このため、カバー管に絞り
を設けることにより強いエゼクタ効果を狙わなく
ても、噴射液柱に十分な流量の気体を巻込むこと
ができる。また、カバー管の先端が僅かに液面下
に水没しているため、噴射液柱に巻込まれた気体
が、気泡となつてカバー管の先端開口から直ちに
液槽本体内に拡散されて、槽内全体で混合攪拌さ
れるため、液中への気体の溶解量も多い。したが
つて、液中への気体の移動を見た場合、循環ポン
プ等の液循環系の性能が同一とすると、液中に一
定量の気体を溶解するときのエネルギー量が比較
的少なくて済み、液循環系のエネルギ効率が良
い。これは、液循環系にとつて動力効率が高いと
も言える。

また、本発明の気液混合装置は、カバー管を液
槽本体の外部から内部にわたつて設け、さらに、
このカバー管の先端を液面に浸漬したから、前記
カバー管を通して、常に新鮮な槽外の気体が噴射
液柱とともに液中に直接供給される。このため、
空気を利用した場合、酸素濃度一定の処理水を供
給でき、液中への酸素移動量が多い。さらに、カ
バー管から液中に分散された気体が上昇し、液面
上に発散されても、この酸素分の少ない気体が再
びカバー管内に入ることがない。また、増速管ノ
ズルの先端部と液面との間に一定の間隔を設け
て、増速管の先端に噴射液圧を形成したから、こ
の噴射液柱による気体巻込み量が多く、液中への
酸素移動量が大きい。このように、本発明の気液
混合装置は、カバー管による新鮮気体の取入れ、
照射液柱による気体巻込みによつて、液中への気
体溶解量大の効果があるから、エネルギ当りの気
体移動量が多く、省エネルギ型装置である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の気液混合装置の一実施例を示す
断面図である。 ２……液槽本体、５……液吸込み管、６……ポ
ンプ、１０……液供給管、１１……液面、１２…
…増速管ノズル、１３……噴射液柱、１４……空
隙、１５……カバー管、１７……気体吸込み口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 液槽本体から外部に液吸込み管を引出し、こ
   の液吸込み管にポンプを接続し、このポンプの液
   吐出部に接続した液供給管を液槽本体の上方まで
   配設し、この液供給管の先端部に液槽本体の内部
   の液面に向つて緩かに漸縮された増速管ノズルを
   接続するとともに、この増速管ノズルの先端部と
   上記液面との間に一定の間隔を設け、この増速管
   ノズルの先端に増速管ノズルから液面に噴射され
   て重力により加速され落下する噴射液柱を形成
   し、前記増速管ノズルおよびこの噴射液柱の外周
   部に、空隙を介して噴射液柱に接触することのな
   い全長にわたつて一定径のストレート形状であつ
   て下端開口状のカバー管を液槽本体の外部から内
   部にわたつて細長く配設し、このカバー管の下部
   の先端のみを液面下に浸漬し、上記液槽本体の外
   部に突出したカバー管の上部に気体吸込み口を設
   け、噴射液柱により気体を連行させ、液中におい
   て竪軸気液混相流を形成させて、気液混合および
   液中への気体の溶解移動を行わせることを特徴と
   する気液混合装置。