(57)【要約】本発明は、水を連続処理する方法と装置に関する。本発明によれば、水および水に可溶性の物質が、予備混合液として混合チューブを経て乱流式容器の溶解と混合のゾーンへ供給され、混合溶液まで処理され、所定の反応時間にわたり反応容器の反応ゾーンに案内され、ついで貯留ゾーンへ移送されるか、または補足処理ステップへ供給される。本発明の目的は、単純な設備で優れた水質を達成することにある。この目的のために、混合された溶液は、大体一定の断面を有する反応ゾーン（Ｒ）の入口断面を横断して均一に分布される。分布された混合溶液（ＷＬ）は、流体トルク変換手段（４）の手段により反応器（５）の反応ゾーン（Ｒ）中に案内され、その変換手段には、多数のベンチュリノズル式開口部（４３）が設けられ、それらの開口部は、反応器（５）の入力断面を横断して均一に分布される。反応ゾーン（Ｒ）における混合溶液（ＷＬ）は、所定の均一な移送速さ（Ｆ）で反応器（５）の全断面をほぼ横断して層流−乱流を形成し、その速さは、反応ゾーンの出口へ向けて２ｍｍ／ｓｅｃと２５ｍｍ／ｓｅｃとの間の範囲である。
2005530602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を連続処理する方法であって、水に可溶性の粉末状または粒状物質が、水へ比例して添加され、その物質と水が予備混合物まで混合され、前記予備混合物が、混合パイプを経て乱流状態で容器の溶解と混合のゾーンへ送られ、処理されて、水と、溶解された物質と、一部の状況では懸濁している依然未溶解の粒子と、既に存在する反応生成物との混合溶液を形成し、溶解と混合のゾーンから出る混合溶液は、反応容器の反応ゾーンにおいて少なくとも規定された反応時間にわたり通され、最後に処理された水は、その変更された特性を有して、反応ゾーンの出口を経て、貯留容器に、または別の処理ステップへ送出される方法にであって、  溶解と混合のゾーンから出る混合溶液は、大部分は一定の断面を有する反応ゾーン（Ｒ）の入口断面にわたり均一に分布され、分布された混合溶液は（ＷＬ）は、反応ゾーン（Ｒ）へ向けられる拡散セクション（４３ｂ）が設けられる多くの開口部を有する流れ変換手段（４）を使用して、反応器（５）の反応ゾーン（Ｒ）中に送られ、拡散セクション（４３ｂ）のレベルで始まる反応ゾーン（Ｒ）における混合溶液は（ＷＬ）は、反応ゾーン（Ｒ）の出口において、反応器（５）の殆ど全ての断面にわたり２ｍｍ／ｓと２５ｍｍ／ｓとの間の大部分が均一の移送速さ（Ｆ）を有する層流−乱流を形成することを特徴とする方法。
【請求項２】
流れ変換手段（４）内の混合溶液は（ＷＬ）は、湾曲した限定された凹状断面を有する並列のスロット（４３２）の形態の開口部（拡散セクション４３ｂ、ノズルセクション４３ａ）を経て反応ゾーン（Ｒ）中に送られることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
反応ゾーン（Ｒ）内の反応混合溶液は（ＷＬ）は、伸張した主に垂直の軸に沿って、一定の断面積（ＡＲ）での移送速さ（Ｆ）で流れる流れ内に送られることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
反応混合溶液は（ＷＬ）内において、層流−乱流は、別の流れ変換手段（４′）の助けにより、第１の流れ変換手段（４）の後方に一定の間隔で反応ゾーン（Ｒ）内で再び促進されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
反応混合溶液は（ＷＬ）は、反応ゾーン（Ｒ）の断面に同軸でほぼ整列される環状送出出口（５３）を経て垂直反応ゾーン（Ｒ）の端部において送出されることを特徴とする請求項１と３に記載の方法。
【請求項６】
水を処理する装置であって、請求項１に記載の方法を実施するために、供給部中に均一に分布される未処理水（ＷＲ）と可溶性物質（Ｓ）との予備混合物（ＷＶ）用の供給部と、中に固定される、および／または可動の混合部材が配置される、容器内に設けられる溶解と混合のゾーン（ＬＭ）と、中において、混合された溶液が、規定されたセクションを経ての流れにおいて、その中に分布される水、および／または物質と化学的に反応する、容器状反応器（５）における反応ゾーン（Ｒ）とを有する装置において、容器状反応器（５）は、少なくとも反応ゾーン（Ｒ）の領域において、かつ反応混合溶液（ＷＬ）の流れの横方向に、０．０５ｍ２よりも大きい均一な断面積（ＡＲ）を有し、反応ゾーン（Ｒ）の入口領域において、流れ変換手段（４、４′′、４′′′）は、反応ゾーン（Ｒ）の断面（ＡＲ）にわたり分布される多くの開口部（４３）を有するように配置され、前記開口部の断面が、ベンチュリノズル（ノズルセクション４３ａ、拡散セクション４３ｂ）の形式に従って配置され、混合溶液（ＷＬ）用の集液空間（３）は、流れ変換手段（４、４′′、４′′′）の前で流れ方向に反応ゾーン（Ｒ）の入口領域の前方に配置されることを特徴とする装置。
【請求項７】
予備混合溶液（ＷＶ）または調製された混合溶液（ＷＬ）を流す混合パイプ（２３）または溶液パイプ（２６）は、その軸を流れ変換手段（４、４′′、４′′′）のレベルに平行にして、集液空間（３）中に開放することを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
集液空間（３）は、溶解と混合のゾーン（ＬＭ）として形成され、また集液空間（３）内に、固定された、および／または移動自在の流れ案内部材（２３１および２３２１、２３２２および２４、２４′、２４′′）が配置されることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項９】
流れ変換手段（４、４′、４′′、４′′′）の開口部の流れ断面積（Ａｆｒｅｅ）の合計は、反応器（５）の反応ゾーン（Ｒ）の断面積（ＡＲ）の２％と１５％との間であることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
流れ変換手段（４、４′、４′′）は、平行に整列されたロッドまたはパイプ（４１）を有するロッド格子またはパイプ格子（４ａ、４ｂ）として形成されることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１１】
流れ変換手段（４）は、互いに離間する２つのパイプ格子（４ａ、４ｂまたは４、４′′）から構成され、かつそれらのパイプ（４１）は互いに交差することを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１２】
流れ変換手段（４、４′）の流れ断面積（Ａｆｒｅｅ）は、混合パイプ（２３）または溶液パイプ（２６）を経る供給部の断面積（ＡＦ）に等しいか、またはそれ以上であることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１３】
反応器（５）の反応ゾーン（Ｒ）は、垂直軸に沿って配置され、また反応器（５、５′）の断面（ＡＲ）は、方形、円形または楕円形で形成されることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１４】
混合パイプ（２３）または溶液パイプ（２６）は、溶解と混合のゾーン（ＬＭ）として形成さる円形または楕円形の集液空間（３）中に接線方向に開放し、放射状内方へ整列された流れ部材（２４）は、接線流の第１の回りの少なくとも端部に配置されることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１５】
混合パイプ（２３）は、溶解と混合のゾーン（ＬＭ）として形成さる集液空間（３）の中心の周りに、分布部材（２３２）として四方に延び、分布部材（２３２）の前面側開口部（２３２１）は、集液空間（３′）の反対側に位置する壁の正面から一定の間隔で位置決めされ、集液空間（３）内の分布部材（２３２）は、集液空間（３）の密接した前壁に面する側に互いに離間する幾つかの放射状開口部（２３２２）を有することを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１６】
パイプ格子（４ａ、４ｂ）は、楕円断面を有する少なくとも１つのロッドまたはパイプ（４２）を示し、それを縦方向軸の周りに調整できることを特徴とする請求項６と１０に記載の装置。
【請求項１７】
パイプ格子（４ａ）をユニットとして取外しできるか、またはパイプ格子（４ｂ）のパイプ（４１）を個別に取外しでき、ユニットとしてのパイプ格子（４ａ、４ｂ）またはパイプ（４１）は、個別に作業位置において案内され、かつ固定されることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１８】
パイプ格子（４ａ）を、反応器容器（５）における差込み接続部の形式と同様なユニットとして固定できることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１９】
パイプ（４１）またはロッドまたはパイプ格子（４ａ、４ｂ）は、それらの表面上で、Ｋ＝０．００１とＫ＝０．１との間の粗面度値を示すことを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項２０】
予備混合装置（２）と、および溶解と混合の容器（２５）とを有する物質添加チャンバは、反応器（５）の上方に配置され、予備混合装置（２）の混合パイプ（２３）は、溶解と混合の容器（２５）の底部領域に開放し、混合された溶液（ＷＬ）は、溶液パイプ（２６）を経て、混合容器（２５）のヘッダ領域から反応器（５）の集液空間（３）中に送られることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項２１】
予備混合装置（２）は、環状未処理水供給部（リングノズル２１２）を有し、その供給部が、平坦な受け漏斗（２２）の周辺領域中に開放し、粉末状または粒状物質（Ｓ）用の物質添加装置（１）が、平坦な受け漏斗（２２）の中心から一定の間隔で設けられることを特徴とする請求項６または２０に記載の装置。
【請求項２２】
反応器（５）は、処理水（ＷＡ）用の２つの貯留容器（高レベルタンク８）との間に配置され、反応器（５）は、その出口（５１）を経て、１つまたは両方の貯留容器（８）へ任意選択的に接続されることを特徴とする請求項６または２０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を連続処理する方法と装置とに関し、その方法と装置により、水に可溶性の粉末状または粒状物質が、水へ比例して添加され、その物質と水が予備混合物まで混合され、その方法と装置により、予備混合物が、混合パイプを経て乱流状態で容器の溶解と混合のゾーンへ送られ、処理されて、水と、溶解された物質と、一部の状況では懸濁している依然未溶解の粒子と、および既に存在する反応生成物との混合溶液を形成し、その方法と装置により、溶解と混合のゾーンから出る混合溶液は、反応容器の反応ゾーンにおいて少なくとも規定された反応時間にわたり通され、およびその方法と装置により、最後に処理された水は、その変更された内容物を有して、反応ゾーンの出口を経て、貯留容器に、または別の処理ステップへ送出される。
【背景技術】
【０００２】
この種の方法は、ＤＥ１９９１５８０８Ａ１で既に提案されている。未処理水と添加される粉末は、互いに比例配合され、かつ事前混合されて、別の混合パイプ内で十分に均一に分布され、ついで溶液中に入り始める。この溶解プロセスの直後に溶液は、水と、または水中に多少とも分布された物質との化学的なプロセスを始める。
【０００３】
予備混合液は、混合パイプを経て、下方に狭くなる組合せ混合反応器（溶解と混合のゾーン）の底部領域に流入する。そこの容器の底部領域において、依然未溶解粒子を有する予備混合液は、比例配分ポンプにより吸い上げられ、別個のコンパートメントにおいてさらに強力に混合され、ついで圧力パイプの流れで、混合反応器の底部へ向けられる流れに戻される。底部領域の上方における容器には、未溶解粒子を未調整のままにできる大きい転移ゾーンがあり、未調整の乱流が存在する状態で、それらの粒子は、溢流を経て次の反応器へも流入できる。直列で接続される１つ以上の反応容器により、水中の物質の最終反応が確実に実施される。沈殿生成物は、フィルタにおいて除去される。
【０００４】
反応容器間に設けられるポンプは、反応混合溶液を次の反応容器の底部領域中に移送する。ついでそれらのポンプは、パイプシステムおよび反応容器の底部領域のそれぞれの場合において強力な混合を提供する。
【０００５】
第２のそれぞれの次の反応器容器は、それぞれの場合に明確により高く設けられ、かつ乱流が徐々に減衰するための急勾配の円錐状下部セクションと大きい転移ゾーンとを有する。
【０００６】
ついで、それぞれの場合に底部領域に設けられる溶剤混合液は、比例配分ポンプにより吸い上げられ、別個のコンパートメントにおいて混合され、ついでそのポンプの圧力パイプを経て反応器の混合ゾーン中に再び戻される。ここでまた、円錐状セクションの上方のそれぞれの反応器の混合ゾーンにおける強い乱流のために、垂直方向に延びる比較的大きい転移ゾーンが再び必要となる。これにより、反応器は異常に高くなる。未処理水が不良状態の場合、その空間的要件が特に大きいものとなる。プラントの製作と運転のコストは高くなる。
【０００７】
自由に流入する既に十分に清浄な表流水、井戸水または湧水を処理する方法は、ＤＥ２０００９９６１Ｕ１を通して知られている。このプラントの場合、すなわち上述の処理プラントをさらに改良されたプラントにおいては、比例配分ポンプが省略される。流入水は、下方に狭くなる第１の反応器容器の底部領域において連続であるが限定された乱流を生成する。粒子から生じる溶液は、水中に十分に均一に分布される。
【０００８】
水よりも重い未溶解粒子は、流れに沿って運ばれない場合、反応器の底部領域に常に戻される。対照的に懸濁粒子は、上昇する流れに留まる。ここでそれらの粒子は徐々に溶解される。その溶液は、水中で支配的な層流において、もはや十分に分布されない。その溶液は、既に処理された水中では、部分的に無効である。一方、溶液の濃い部分が、沈殿されることになる物質と何時でも接触する場合、反応プロセスを終了し、かつ沈殿生成物を除去するに足る時間はもはや無い。
【０００９】
後者の場合、該当するならば、フィルタプロセス後だけに生じる。沈殿生成物は、集液容器内に、またはパイプ内にも沈着される。
【００１０】
十分な反応時間を確保するために、乱流を無くすための大きい下部円錐セクションと、および十分に大きい転移ゾーンとを有する特に高い反応器が使用される。その非常に高い反応器の大部分は、地面に埋め込まれる。反応器間で物質の未溶解粒子が未調整の仕方で移動できない反応器を多く使用するために、それだけ別のポンプと、および流れを和らげるための大きい円錐セクションと転移ゾーンが必要となる。
【００１１】
この配置は、単位時間当り限定した量の比較的清浄な水の最終処理（たとえば、ｐＨ値の調整）に使用が限定される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、限定できる水質の水の特に連続処理用の方法と装置を提案することにあり、その方法と装置により、十分に大量の水における化学物質の粒子の溶解中に生じる溶液の分布が、混合、溶解および反応の全てのステップにおいて、できるだけ連続にできる。ここで特に、不完全に溶解した粒子を、調整できない流れにより、反応プロセスのステップに流入するのを妨げる必要があり、そのステップにおいては、溶液の分布、および好ましくない物質との反応が、調整可能なステップ内で、もはや保証されないからである。その装置または処理システムの製作、運転および維持コストは、妥当な限界を超えてはならない。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、この目的は、請求項１に記載の特徴で、および／または請求項６に記載の装置で極めて単純な仕方で解決される。
【００１４】
強い乱流で、十分に多量の水において生じる溶解の連続分布は、溶解と混合のゾーンにおいて達成される。流れ変換手段は、反応ゾーンからの強い乱流を遮断する。その手段は、未溶解粒子が、重力または浮力により反応ゾーンに流入するのを妨げる。
【００１５】
ここで仕切られた反応ゾーン内で、流れ変換手段は、反応器の全体断面にわたり弱い渦の層流−乱流を発生する。これにより、適切なレベルにおいて溶液に依然浮いている非常に小さい未溶解粒子の分布ができる。浮上粒子またはそれらの溶液の未調整の時期尚早な除去は生じない。
【００１６】
この溶解と反応のプロセスは、全てのステップにおいて全体が制御されて実施される。断面にわたる溶液の分布に必要な乱流は、最小量のエネルギーを使用して維持される。乱流を穏やかにする長い円錐容器セクション、および乱流が壊れるのを防止する大きい転移ゾーンは、特に流れ変換手段により設置が不要となる。
【００１７】
反応容器または反応器は、最小のサイズに限定される。処理水は、全ての部分に均一な水質を有する。この方法の使用は、特定の未処理水の水質に限定されないし、かつ丁度非常に大きい水処理量の場合のように、時間当り少量の水の場合にも採用できる。
【００１８】
請求項２に従う流れ変換手段の使用により、反応ゾーンの全断面にわたる部分的な渦巻流が、簡単な技術的手段により得られる。
【００１９】
請求項３によれば、反応ゾーンを垂直軸に沿って整列させることが、実現可能であることが判明している。壁領域における摩擦の状態は、移送流れの形成に僅かな影響しかない。
【００２０】
請求項４に記載の手段が、反応ゾーンの全断面にわたる移送速さの必要な是正のために提案される。
【００２１】
請求項５に記載の環状送出出口により、反応ゾーンの中央における移送り速さの増加が、妨げられる。
【００２２】
請求項１に記載の方法を実現する請求項６に明示される装置は、溶液部材を含み、その部材により、その方法が、最小の反応器と最低のエネルギー量で実現可能となる。
【００２３】
請求項７に記載の流れ変換手段の下方（物質の密度が水よりも高い場合）または上方（物質が水よりも軽い場合）にある集液空間における流れの形成により、水平成分を主に有し、かつ流れ変換手段を越えた流れが阻害されにくい分布流が発生する。請求項８に記載の集液空間に別の流れ部材が配置されるならば、この集液空間を、添加される物質の量に応じて、溶解と混合のゾーンとして使用できる。
【００２４】
請求項９に記載の流れ断面の使用により、反応ゾーンの入口領域において最適の流れ状態が得られる。
【００２５】
請求項１０に記載の流れ変換手段の構造により、低コストの製作が保証される。
【００２６】
請求項１１に記載の流れ変換手段により、溶解と反応時間が比較的長くても、反応ゾーンの全断面にわたり均一な移送速さが確保される。
【００２７】
請求項１２に記載の流れ変換手段の変更により、流れ変換手段の開口部における特に強い中心流が避けられる。
【００２８】
請求項１３に記載の反応ゾーンの断面の整列と構造により、反応器の断面にわたり分布される最適な移送速さ、空間状態への最適な適応、および種々の水処理量への適応が確保される。
【００２９】
請求項１４と１５に記載の流れ変換手段の変更により、集液空間における最適な混合作用が得られ、かつ次の反応ゾーンの全断面にわり、新たに生成された溶液の完全な分布が確保される。
【００３０】
請求項１６に記載のパイプ格子の個別部材の楕円形で回転自在の断面の使用により、流れ変換手段に続く渦特性の変更の可能性が生じる。
【００３１】
請求項１７に記載の手段は、流れ変換手段の維持と保全に役立つ。
【００３２】
請求項１８に記載のパイプ格子の取付け方式は、軽いプラスチックパイプが使用される円筒形反応容器を有する低水処理量のプラントにおいて主に適切である。
【００３３】
請求項１９に記載の一定の粗面度値を有するパイプまたはロッドの使用は、流れ変換手段の直後に形成する乱流と渦とのサイズに影響する。低い粗面度値は、特に好都合である。
【００３４】
請求項２０に記載のプラントの場合、非常に早い時点で溶解と混合のステップを終了する先行条件が設けられる。懸濁粒子は、溶解パイプにおいて既に完全に溶解できている。ついで集液空間は、混合された溶液が反応空間に達する前に、その溶液の最終分布のために丁度使用される。反応器のサイズを、さらに制約できる。
【００３５】
請求項２１に記載の予備混合ゾーンの配置により、種々の濃度のゾーンを除いて、水中物質の非常に早い時点での比例分布ができる。
【００３６】
請求項２２に記載の１つの反応器に割当てられる２つの貯留容器での運転原理により、連続運転の場合に反応器と貯留容器の維持が単純になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明は、実施例に基づいて以下に詳細に説明される。以下の説明は、添付図面に示される。
【００３８】
水処理用の装置は、事前混合手段Ｖ、反応器５における溶解と混合のゾーンＬＭ、および仕切られた反応ゾーンＲから構成される。必要に応じて、生じる沈殿生成物を除去する装置が設けられるが、図示されない。
【００３９】
予備混合手段Ｖにおいて、物質Ｓが、既知の連続運転添加装置１を使用して、未処理水ＷＲの軸方向漏斗状の流れに添加される。この漏斗状流れの形成の下で、未処理水ＷＲは、パイプ２１を経て環状ノズル２１２の流入し、そのノズルは、受け漏斗２２と同心で、かつその上方に位置決めされる。
【００４０】
この受け漏斗２２において、軸方向漏斗流れが生成する。この受け漏斗２２の中央において、選別パイプ１１を流下する物質Ｓは、未処理水ＷＲの強い乱流に流入する。強い乱流において予備混合液が生じ、そこにおいて未処理水ＷＲと物質Ｓは比例して分布される。その予備混合液は、必要な乱流を維持しながら混合パイプ２３内を流入下する。この混合パイプ２３においては、溶解プロセスは既に始まっている。この生成された溶液は、混合パイプの断面内での移動ができるので、分布され、ついで反応器５の底部領域における集液空間３に流入する。
【００４１】
反応器５の底部領域において、混合パイプ２３の口部は、エルボ２３１を経て、周囲方向で時計方向（北半球では）に、好ましくは丸い反応器に整合される。流れ案内部材２４、２４′、および２４′′は、中心に対して放射状に接線流の部分を案内し、かつ強い乱流において生成された十分に大きい容積の溶液の分布を容易にする。その溶液は、混合溶液ＷＬ内に最低の乱流で均一に分布される。
【００４２】
反応器５の底部領域における、ここで述べる溶液混合ゾーンＬＭを、溶解プロセスが混合パイプ２３内で既に終了したか、または溶解と混合のゾーンＬＭ（図８の）が、その前に配置される場合、集液空間３として名付けることもできる。そのような場合に集液空間３は、反応器５内での調整される反応の準備のために均質な混合溶液の是正機能と分布機能だけを有する。
【００４３】
集液空間３の中にすでに投入された混合溶液ＷＬは、硫器５の金投入断面積に広がる流れ変換手段４を介して、反応ゾーンＲに通される。
【００４４】
ここで、投入断面は、反応ゾーンＲの断面積ＡＲに対応する。反応ゾーンＲは、垂直に上方に断面積ＡＲでもって拡張する。反応ゾーンＲの高さは、単位時間当りのそのプラントの水の流量によって決められ、反応器５の断面積ＡＲ及び必要とされる物質Ｓの反応時間が通常用いられる。
【００４５】
流れ変換手段４は、図１の場合、多くのパイプ４１から成るパイプ格子４ａから構成され、それらのパイプが、短く離間した間隔で反応器５の全断面にわたり分布配置される。全ての通し開口部４３１の合計の断面積Ａｆｒｅｅは、流れ変換手段４上の反応器５の全断面積ＡＲの２％と１５％との間である。
【００４６】
流れ変換手段４の開口部４３１を通過する中心流は、特に図４から分かるように、パイプ格子４、すなわち４ａと４ｂそれぞれの直上に比較的小さい渦を有する均一で強い乱流を生成し、反応ゾーンＲの少なくとも下部セクションにおける、それらの格子４ａと４ｂにより、反応器５の全断面積ＡＲにわたり、物質Ｓの依然懸濁している粒子を有する溶液の分布が容易になる。
【００４７】
反応器５内に生じる流れは、所謂層流−乱流と呼ばれる。この流れの移送速さＦは、縁部位は別として、全断面積ＡＲにわたり殆ど一定である。中で未溶液粒子が反応器から時期尚早に出ることがある未調整流は存在しない。
【００４８】
反応器の高さは、上述したように、処理流量、反応器６の断面積ＡＲに応じて、かつ所要の反応時間から計算により求められる。生成される全溶液は、所要の仕方で、水と、または水が含有する物質と反応できる。過剰添加をかなり避けることができる。
【００４９】
この所要の化学プロセスは、処理水ＷＡが送出出口５１を経て集液容器Ｂまたは別の処理ステップ、たとえば、フィルタまで送られる前に、水の全ての部分において終了する。
【００５０】
全断面積ＡＲにわたりヘッダ領域まで反応器５内に均一な移送速さＦを維持するために、処理水ＷＡが送出出口５１に達する前に、流れプレート５２を使用して、環状送出出口５３が、反応器周辺に近接して形成される。これにより、反応器５の軸に近接する反応ゾーンＲにおける移送速さＦが、ヘッダ領域まで増加するのが防止される。
【００５１】
比較的少ない処理量の場合、丸い断面が反応器５に使用されることが勧められる。集液空間における乱流の溶解と混合のゾーンとの構成化は、混合溶液の接線方向に流入する流れにより、かつ少なくとも１つの放射状に整列される流れ案内部材２４（図２）により、適切な仕方で達成される。
【００５２】
この集液空間３における強い乱流の主な構成部分は、接線方向と半径方向の流れ成分である。軸方向流れ成分は、より小さい空間だけに存在する。
【００５３】
大きい処理量の場合の反応器５′として、方形断面を有するもの（図３と３ａ）が勧められる。集液空間３における乱流の構成化は、ここでは所謂分布パイプ２３２を通して生じる。この分布パイプ２３２は、反応器５の密閉された底部上に近接して延びる。そのパイプは、前方開口部２３２１を有し、その開口部を通して、その主流が集液空間３の反対側の空間と出会い、また２つの幾分接線方向の流れが集液空間３に形成される。分布パイプ２３２の下側には、幾つかの出口２３２２が設けられ、その出口を通して混合溶液ＷＬの一部分が、放射状のパターンで底部に対して送出される。そこにおいて横方向流れが外方へ向けて形成され、それにより、接線流を有する十分に強い乱流が発生する。この強い乱流により、溶液が混合ゾーン内で均一にかつ均質に分布される。
【００５４】
ここではパイプ格子４ｂとして形成される流れ変換手段４は、反応器空間の縁部領域において適切なサポートにより固定される多くのパイプ４１から構成される。これらのパイプ４１を好ましくは、個別に取外しでき、かつこのようにして、簡単に清浄化と点検ができる。
【００５５】
ここでも、上述の仕方で流れ変換手段４の上方に乱流−層流が生じ、移送速さＦは、断面（図１の）にわたりほぼ一定である。
【００５６】
パイプ４１の表面状態は、特定の品質要求条件に従わない。しかしながら、未溶解粒子の蓄積、または沈殿生成物の沈着を促進することがあるパイプのかなりの不揃いは避けるべきである。Ｋ＝０．００１（プラスチックパイプ）とＫ＝０．１（鋼製パイプ）との間の粗面度値が広く立証されている。
【００５７】
機能に関しての流れ公館手段４の作用原理は、図４に再び示される。集液空間３において再び十分に混合される液体または混合溶液ＷＬは、湾曲した限定される開口部４３２の下部領域４３ａにおいて噴流として最初に加速される。この流れは、最も近い領域において、上方に延びる流れ円錐部を形成し、その円錐部から渦流が、拡散セクション４３ｂにおいて、不規則に、かつ限定された空間上に壊れる。このようにして生じた乱流は、空間的に仕切られる。その乱流は、断面ＡＲにわたり既存の未溶解で懸濁している粒子を均一に分布するには十分である。しかしながら、この乱流は、移送速さＦの方向において、大きいセクションにわたり溶液を分布することはできない。これにより、均等な反応時間を、溶液の全ての部分が使用できることが保証される。
【００５８】
反応器５の全断面にわたる流れ変換手段４の作用原理の利点は、とりわけ、反応器の乱流溶液混合ゾーンＬＭと送出出口５１との間に未調整流れを形成しないということである。
【００５９】
通常は、反応容器５の溶液混合ゾーンＬＭと下部領域とにおいて乱流を形成するために追加エネルギーを必要としない。流入する供給液の流れエネルギーは、必要な乱流を連続的に維持するに足るものである。
【００６０】
パイプ格子４ａと４ｂの変形例における流れ変換手段４のスロット状開口部の代わりに、図７と７ａに示されるように、丸い開口部４３１を、流れ変換手段４′′′に設けることもできる。しかしながら、開口部４３１の断面は、集液空間に面する開口部の下部におけるノズルセクション４３ａ、および上方へ向けた所謂拡散セクション４３ｂが形成されるように、形成されることが重要である。寸法の選択において、上に粒子が沈着することがある平坦面は、上側における開口部間に形成されないことが重要である。
【００６１】
処理される水ＷＬに応じて、かつ添加される化学物質Ｓに応じて、それらの溶解度は異なることがあるが、流れ変換手段４の作用原理を規定された限界内に是正することが実現可能であろう。この目的のために、パイプまたはロッド４２の一部に楕円の断面形状を設けること、およびパイプまたはロッド４２を軸の回りに旋回できるように（たとえば、図５）配置することが提案される。異なる斜交サポートを設けることもでき、そこにおいて楕円断面を有するロッド４２を異なる斜交配向で挿入できる。
【００６２】
パイプ格子を取付ける１つの方法が、一例として図６に示される。パイプ格子４ａのパイプ４１は、それらの異なる寸法と形状により、互いに確実に接続される。図４から分かるように、全てのパイプ４１は、底部に穴を有するか、または前面側に開放している。反応器が空にされるとき、それらのパイプは、容易に取扱うことができ、運転中は、水で満たされ、かつ僅かに浮力を有する。パイプ格子４ａの周辺上の引込窪みが、係止セクション５５を過ぎてサポートリング５４上へのパイプ格子の阻害されない挿入を容易にする。ついでパイプ格子４ａが回されるならば、係止セクションは、流れ、および／または浮力の影響に対して通常の長いパイプ４１を保持する。パイプ格子４ａの周辺上には、幾つかの窪み、および幾つかの係止セクション５５を設けることができる。
【００６３】
図８は、概略図において、幾分変更したシステムにおける図１と同様な処理プラントを再び示す。溶解と混合のゾーンＬＭは、ここでは予備混合装置Ｖの真下に位置決めされる。混合パイプ２３は、混合された溶液の容器２５の狭くされた底部セクション中に導かれる。この混合溶液の容器２５の溢流は、溶液パイプ２６を経て集液空間３へ流される。
【００６４】
この配置の利点は、物質Ｓの大きい粒子が反応容器５に全く流入しないことである。流れに沿って既に搬送できている粒子だけが、溶液パイプ２６に流入する。それらの粒子の溶解は、集液空間３において確実に終了する。流れ変換手段４は、主に予備機能であり、かつ反応ゾーンＲにおける一定の移送速さＦ，したがって流れの全ての断面部位についての均等な反応時間を保証する。
【００６５】
図９においてプロセスセクションが図示され、そこにおいて物質は、水と混合され、また水よりも軽い。添加ユニット１を有する予備混合装置は、依然通常の構造を有する。しかしながら、その装置は、所謂バイパスラインＢにおいて配置される。ポンプ７が、混合パイプ２３から流出する予備混合液ＷＶおよび他のラインから流出する未処理水ＷＲを吸い込み、ついでそれらの液を、制御弁７１を経て、反応器５′′のヘッダ領域に配置される集液空間３′′へ移送する。集液空間３′′は、流れ案内部材２４′′を具備し、かつ溶解と混合のゾーンＬＭとして機能する。この溶解と混合のゾーンは、流れ変換手段４′′により、上述の仕方で限定される。移送速さＦ′は、下方へ向けられる。
【００６６】
本発明に記載の方法を有するプラントの別の実施例が、図１０に示される。この形式の実施例は、単位時間当りの非常に多量の水を処理する場合に好ましい。
【００６７】
ここで事前混合液の調製は、図９に関して既に述べたように、所謂バイパス方法に従って実施される。未処理水ＷＲは、３つのパイプシステムにわたり並列に間歇的に送られる。第１のパイプは、未処理水ＷＲを予備混合装置Ｖへ送る。予備混合液Ｖ′が高濃度で生成される。ポンプ７は、予備混合液Ｖ′と、およびレベル制御器６１を使用して満たされる未処理水貯留容器６を有する第２の枝パイプから未処理水ＷＲとを引き出し、ついで濃度の低い予備混合液ＷＶ′′を制御弁７１を経て供給する。所謂バイパスＢを終端するポンプ７の圧力パイプを経て、第３の枝パイプからの別の未処理水ＷＲの圧力パイプ内の混合により、最終濃度の予備混合液ＷＶが生成され、ついでその混合液は、第１の反応器５ａの集液空間３ａに流入する。
【００６８】
このプラントにおいて３つの水平に配向される反応器５ａ、５ｂ、５ｃが配置され、それらの反応器は、中間パイプ５６を経て前後に直列に接続される。反応器のそれぞれに、集液空間３ａ、３ｂ、３ｃおよび反応ゾーンＲａ、Ｒｂ、Ｒｃが設けられる。ゾーンの分離は、それぞれの場合に、流れ変換手段４と４′を経て生じる。流れ変換手段４と４′のパイプは、互いに関して９０°だけ偏らされる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】水処理プラントにおける混合、溶解および反応のプロセスの概略図である。
【図２】丸い反応容器を使用する場合に、図１の線II−IIに沿って切られた断面図である。
【図３】方形の反応器を使用する場合に、図２と類似の断面図である。
【図３ａ】図３の線III−IIIに沿って切られた断面図である。
【図４】反応器における集液空間と、流れ変換手段と、および反応ゾーンの一部とを通した拡大部分断面図である。
【図５】調整自在の流れ断面を有する流れ変換手段を通した詳細の断面図である。
【図６】集液空間に面する、反応器内の差込式サポートを有する丸い流れ変換手段の一部分の平面図である。
【図７】多くの丸い通し開口部を有する流れ変換手段の詳細の平面図である。
【図７ａ】図７の線ａ−ａに沿って切られた断面図である。
【図８】別個の溶解と混合のゾーンを有する処理プラントの全体図である。
【図９】反応器における混合ゾーンと、溶解と混合のゾーンと、および水よりも軽い物質に使用する流れ変換手段の配置との概略図である。
【図１０】バイパスラインの領域における予備混合ゾーンと水平に配置された反応器とを有する水処理量が大きい処理プラントの全体配置図である。
【符号の説明】
【００７０】
１                      添加装置
１１                    選別パイプ
２                      混合装置
２１                    未処理水供給
２１１                  制御弁
２１２                  環状噴流
２２                    受け漏斗
２３                    混合パイプ
２３１                  エルボ
２３２                  分布手段
２３２１                前面側開口部
２３２２                放射状開口部
２４、２４′、２４′′  流れ案内部材
２５                    混合溶液容器
２６                    溶液パイプ
３、３′′              集液空間
３ａ、３ｂ、３ｃ        集液空間（水平反応器系列）
４、４′、４′′        流れ変換手段
４ａ                    丸いパイプ格子
４ｂ                    方形パイプ格子
４１                    パイプ、ロール
４２                    楕円のパイプ、ロッド
４３１                  丸い開口部
４３２                  スロット状開口部
４３ａ                  ノズルセクション
４３ｂ、４３ｂ′        拡散セクション
５、５′、５′′        反応器
５ａ、５ｂ、５ｃ        水平反応器
５１、５１′            送出出口
５２                    流れプレート
５３                    環状送出開口部
５４                    サポートリング
５５                    係止セクション
５６                    中間パイプ
６                      未処理水貯留容器
６１                    レベル制御器
７                      ポンプ
７１                    制御弁
８                      高レベルタンク
ＡＲ                    反応器断面
Ａｆｒｅｅ                流れ変換手段の自由断面
ＡＦ                    供給断面
Ｖ                      事前混合手段
ＬＭ                    溶解と混合のゾーン
Ｂ                      混合バイパス
Ｒ、Ｒ′′              反応ゾーン
Ｒａ、Ｒｂ，Ｒｃ        水平反応器の反応ゾーン
Ｆ、Ｆ′                移送速さ（方向）
ＷＲ                    未処理水
ＷＶ、ＷＶ′、ＷＶ′′  予備混合液
ＷＬ                    水よりも重い物質を有する混合溶液
ＷＬ′                  水よりも軽い物質を有する混合溶液
ＷＡ                    処理水
Ｓ                      物質
【図１】
2005530602.tif 000003
【図２】
2005530602.tif 000004
【図３】
2005530602.tif 000005
【図４】
2005530602.tif 000006
【図５】
2005530602.tif 000007
【図６】
2005530602.tif 000008
【図７】
2005530602.tif 000009
【図８】
2005530602.tif 000010
【図９】
2005530602.tif 000011
【図１０】
2005530602.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成16年6月2日(2004.6.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を連続処理する方法であって、水に可溶性の粉末状または粒状物質が、水へ比例して添加され、その物質と水が予備混合物まで混合され、前記予備混合物が、混合パイプを経て乱流状態で容器の溶解と混合のゾーンへ送られ処理されて、水と、溶解された物質と、一部の状況では懸濁している依然未溶解の粒子と、既に存在する反応生成物との混合溶液を形成し、溶解と混合のゾーンから出る混合溶液は、反応容器の反応ゾーンにおいて少なくとも規定された反応時間にわたり通され、最後に処理された水は、その変更された特性を有して、反応ゾーンの出口を経て、貯留容器に、または別の処理ステップへ送出される方法において集液空間（３）の領域において溶解と混合のゾーン（ＬＭ）から出る混合溶液は、一定の断面を有する反応ゾーン（Ｒ）の入口断面にわたり均一に分布され、分布された混合溶液は（ＷＬ）は、反応器（５）の断面にわたり均一に分布される開口部（４３）であって、かつ反応ゾーン（Ｒ）へ向けられる拡散セクション（４３ｂ）が設けられる多くの開口部を有する流れ変換手段（４）を使用して、反応器（５）の反応ゾーン（Ｒ）中に送られ、拡散セクション（４３ｂ）のレベルで始まる反応ゾーン（Ｒ）における混合溶液は（ＷＬ）は、反応ゾーン（Ｒ）の出口において、反応器（５）の殆ど全ての断面にわたり２ｍｍ／ｓと２５ｍｍ／ｓとの間の実質的に均一の移送速さ（Ｆ）を有する小さい渦の層流−乱流を形成することを特徴とする水を連続処理する方法。
【請求項２】
流れ変換手段（４）内の混合溶液は（ＷＬ）は、湾曲した限定された凹状断面を有する並列のスロット（４３２）の形態の開口部（拡散セクション４３ｂ、ノズルセクション４３ａ）を経て反応ゾーン（Ｒ）中に送られることを特徴とする請求項１に記載の水を連続処理する方法。
【請求項３】
反応ゾーン（Ｒ）内の反応混合溶液は（ＷＬ）は、伸張した主に垂直の軸に沿って、一定の断面積（ＡＲ）での移送速さ（Ｆ）で流れる流れ内に送られることを特徴とする請求項１に記載の水を連続処理する方法。
【請求項４】
反応混合溶液は（ＷＬ）内において、小さい渦の層流−乱流は、別の流れ変換手段（４′）の助けにより、第１の流れ変換手段（４）の後方に一定の間隔で反応ゾーン（Ｒ）内で再び促進されることを特徴とする請求項１に記載の水を連続処理する方法。
【請求項５】
反応混合溶液は（ＷＬ）は、反応ゾーン（Ｒ）の断面に同軸でほぼ整列される環状送出出口（５３）を経て垂直反応ゾーン（Ｒ）の端部において送出されることを特徴とする請求項１又は３に記載の水を連続処理する方法。
【請求項６】
水を連続処理する装置であって、請求項１に記載の水を連続処理する方法を実施するために、供給部中に均一に分布される未処理水（ＷＲ）と可溶性物質（Ｓ）との予備混合物（ＷＶ）用の供給部と、中に固定される、および／または可動の混合部材が配置される、容器内に設けられる溶解と混合のゾーン（ＬＭ）と、混合された溶液が、規定されたセクションを経ての流れにおいて、その中に分布される水、および／または物質と化学的に反応する、容器状反応器（５）における反応ゾーン（Ｒ）とを有する装置において容器状反応器（５）は、少なくとも反応ゾーン（Ｒ）の領域において、かつ反応混合溶液（ＷＬ）の流れの横方向に、０．０５ｍ２よりも大きい断面積（ＡＲ）を有し、反応器（５）の断面へほぼ対応する反応ゾーン（Ｒ）の入口領域において、流れ変換手段（４、４′′、４′′′）は、反応ゾーン（Ｒ）の断面（ＡＲ）にわたり分布される多くの開口部（４３）を有するように配置され、前記開口部の断面が、ベンチュリノズル（ノズルセクション４３ａ、拡散セクション４３ｂ）の形式に従って配置され、混合溶液（ＷＬ）用の集液空間（３）は、流れ変換手段（４、４′′、４′′′）の前で流れ方向に反応ゾーン（Ｒ）の入口領域の前方に配置されることを特徴とする水を連続処理する装置。
【請求項７】
予備混合溶液（ＷＶ）または調製された混合溶液（ＷＬ）を流す混合パイプ（２３）または溶液パイプ（２６）は、その軸を流れ変換手段（４、４′′、４′′′）のレベルに平行にして、集液空間（３）中に開放することを特徴とする請求項６に記載の水を連続処理する装置。
【請求項８】
集液空間（３）は、溶解と混合のゾーン（ＬＭ）として形成され、また集液空間（３）内に、固定された、および／または移動自在の流れ案内部材（２３１および２３２１、２３２２および２４、２４′、２４′′）が配置されることを特徴とする請求項６に記載の水を連続処理する装置。
【請求項９】
流れ変換手段（４、４′、４′′、４′′′）の開口部の流れ断面積（Ａｆｒｅｅ）の合計は、反応器（５）の反応ゾーン（Ｒ）の断面積（ＡＲ）の２％と１５％との間であることを特徴とする請求項６に記載の水を連続処理する装置。
【請求項１０】
流れ変換手段（４、４′、４′′）は、平行に整列されたロッドまたはパイプ（４１）を有するロッド格子またはパイプ格子（４ａ、４ｂ）として形成されることを特徴とする請求項６に記載の水を連続処理する装置。
【請求項１１】
流れ変換手段（４）は、互いに離間する２つのパイプ格子（４ａ、４ｂまたは４、４′′）から構成され、かつそれらのパイプ（４１）は互いに交差することを特徴とする請求項６に記載の水を連続処理する装置。
【請求項１２】
流れ変換手段（４、４′）の流れ断面積（Ａｆｒｅｅ）は、混合パイプ（２３）または溶液パイプ（２６）を経る供給部の断面積（ＡＦ）に等しいか、またはそれ以上であることを特徴とする請求項６に記載の水を連続処理する装置。
【請求項１３】
反応器（５）の反応ゾーン（Ｒ）は、垂直軸に沿って配置され、また反応器（５、５′）の断面（ＡＲ）は、方形、円形または楕円形で形成されることを特徴とする請求項６に記載の水を連続処理する装置。
【請求項１４】
混合パイプ（２３）または溶液パイプ（２６）は、溶解と混合のゾーン（ＬＭ）として形成さる円形または楕円形の集液空間（３）中に接線方向に開放し、放射状内方へ整列された流れ部材（２４）は、接線流の第１の回りの少なくとも端部に配置されることを特徴とする請求項６に記載の水を連続処理する装置。
【請求項１５】
混合パイプ（２３）は、溶解と混合のゾーン（ＬＭ）として形成さる集液空間（３）の中心の周りに、分布部材（２３２）として四方に延び、分布部材（２３２）の前面側開口部（２３２１）は、集液空間（３′）の反対側に位置する壁の正面から一定の間隔で位置決めされ、集液空間（３）内の分布部材（２３２）は、集液空間（３）の密接した前壁に面する側に互いに離間する幾つかの放射状開口部（２３２２）を有することを特徴とする請求項６に記載の水を連続処理する装置。
【請求項１６】
パイプ格子（４ａ、４ｂ）は、楕円断面を有する少なくとも１つのロッドまたはパイプ（４２）を示し、それを縦方向軸の周りに調整できることを特徴とする請求項６又は１０に記載の水を連続処理する装置。
【請求項１７】
パイプ格子（４ａ）をユニットとして取外しできるか、またはパイプ格子（４ｂ）のパイプ（４１）を個別に取外しでき、ユニットとしてのパイプ格子（４ａ、４ｂ）またはパイプ（４１）は、個別に作業位置において案内され、かつ固定されることを特徴とする請求項６に記載の水を連続処理する装置。
【請求項１８】
パイプ格子（４ａ）を、反応器容器（５）における差込み接続部の形式と同様なユニットとして固定できることを特徴とする請求項６に記載の水を連続処理する装置。
【請求項１９】
パイプ（４１）またはロッドまたはパイプ格子（４ａ、４ｂ）は、それらの表面上で、Ｋ＝０．００１とＫ＝０．１との間の粗面度値を示すことを特徴とする請求項６に記載の水を連続処理する装置。
【請求項２０】
予備混合装置（２）と、および溶解と混合の容器（２５）とを有する物質添加チャンバは、反応器（５）の上方に配置され、予備混合装置（２）の混合パイプ（２３）は、溶解と混合の容器（２５）の底部領域に開放し、混合された溶液（ＷＬ）は、溶液パイプ（２６）を経て、混合容器（２５）のヘッダ領域から反応器（５）の集液空間（３）中に送られることを特徴とする請求項６に記載の水を連続処理する装置。
【請求項２１】
予備混合装置（２）は、環状未処理水供給部（リングノズル２１２）を有し、その供給部が、平坦な受け漏斗（２２）の周辺領域中に開放し、粉末状または粒状物質（Ｓ）用の物質添加装置（１）が、平坦な受け漏斗（２２）の中心から一定の間隔で設けられることを特徴とする請求項６又は２０に記載の水を連続処理する装置。
【請求項２２】
反応器（５）は、処理水（ＷＡ）用の２つの貯留容器（高レベルタンク８）との間に配置され、反応器（５）は、その出口（５１）を経て、１つまたは両方の貯留容器（８）へ任意選択的に接続されることを特徴とする請求項６又は２０に記載の水を連続処理する装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
十分な反応時間を確保するために、乱流を無くすための大きい下部円錐セクションと、および十分に大きい転移ゾーンとを有する特に高い反応器が使用される。その非常に高い反応器の大部分は、地面に埋め込まれる。反応器間で物質の未溶解粒子が未調整の仕方で移動できない反応器を多く使用するために、それだけ別のポンプと、および流れを和らげるための大きい円錐セクションと転移ゾーンが必要となる。この配置は、単位時間当り限定した量の比較的清浄な水の最終処理（たとえば、ｐＨ値の調整）に使用が限定される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
ＵＳ５４０９６７２Ａを通して、固定式混合装置を配置して、混合パイプ内で、気体と液体、または種々の液体との均質な混合物を得ることができるのが知られている。これらの混合装置は、別の混合用構成部材の器具の直後に流れ方向に配置された。それらの装置は、混合パイプと同軸に配置される多孔パイプセクションから構成され、それを通して流れが内側から外側へ生じる。混合装置の上端におけるパイプセクション間に、同軸の環状流れが生じ、その流れは、通常の軸方向パイプ流と速やかに合体する。この方式の混合装置は、組合せた溶解と混合のプロセスには適切ではない。粉末または粒子を圧力下でパイプに添加することに問題があることは別として、そのような装置における組合せた溶解と混合のプロセス用の空間も時間も無い。依然未溶解の粒子は、速やかに固定式混合装置を閉塞し、かつプラントを作動停止する。それ以外に、ここで示されるプラントは、反応ゾーンおよび反応容器を有しない。反応が、通常の水パイプにおいて排他的に生じる。沈殿プロセスは計画されない。反応生成物が、固体物質として沈殿する場合、それらの生成物は、そのパイプを閉塞する。


【国際調査報告】
2005530602.tif 000013
2005530602.tif 000014
2005530602.tif 000015
2005530602.tif 000016
2005530602.tif 000017
2005530602.tif 000018