(57)【要約】 【課題】  エアーリフトポンプを配設した曝気装置において、散気気泡を微細化すると共に単位消費エネルギー当りの酸素利用効率を大きくすることを課題とする。【解決手段】  本発明は、エアーリフトポンプの液吐出側叉は液流入側に導水手段、流速増大手段、乱流手段及び静圧増大手段を有する気泡微細化手段を連通接続して構成する。このように構成することで、エアーリフトポンプに供給した空気叉は酸素の気体と吸入された液体との混相流が上昇し、揚水力が発生する。次に続く前記導水手段に流入し、下流の流速増大手段及び乱流手段において、揃断力とキャビテーションにより気泡が微細化される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧空気叉は酸素ガス散気手段を配設すると共に液流入口を液収納槽底方向に開口し、液吐出口を液面方向に開口して液中に浸漬した筒体の液吐出口に導水手段、流速増大手段、乱流手段及び気泡微細化手段を有する気泡微細化手段を連通接続することを特徴とする曝気装置。
【請求項２】
加圧空気叉は酸素ガス散気手段を配設すると共に液流入口を液収納槽底方向に開口し、液吐出口を液面方向に開口して液中に浸漬した筒体の液吐出口に導水手段、流速増大手段、乱流手段、気泡微細化手段及び加圧空気叉は酸素ガス供給手段を有する気泡微細化手段を連通接続することを特徴とする曝気装置。
【請求項３】
加圧空気叉は酸素ガス散気手段を配設すると共に液流入口を液収納槽底方向に開口し、液吐出口を液面方向に開口して液中に浸漬した筒体の液流入口に導水手段、流速増大手段、乱流手段及び気泡微細化手段を配設することを特徴とする曝気装置。
【請求項４】
加圧空気叉は酸素ガス散気手段を配設すると共に液流入口を液収納槽底方向に開口し、液吐出口を液面方向に開口して液中に浸漬した筒体の液流入口に導水手段、流速増大手段、乱流手段、気泡微細化手段及び加圧空気叉は酸素ガス供給手段を有する気泡微細化手段を連通接続することを特徴とする曝気装置。
【請求項５】
気泡微細化手段の上部液面下に上昇流を水平よりも下方角度に旋回流とすると共に複数の小さな穴開き遮蔽板を有する気泡微細化手段を配設することを特徴とする曝気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブロワー叉はコンプレッサー等で加圧空気叉は酸素ガスを供給する散気手段を配設すると共に液流入口を液収納槽底方向に開口し、液吐出口を液面方向に開口して液中に浸漬した筒体（以降エアーリフトポンプ）の液吐出口叉は液流入口に導水手段、流速増大手段、乱流手段及び気泡微細化手段を有する気泡微細化手段を連通接続した曝気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば淡水、海水、廃水、その他の用途に応じて使用される各種の液体中に気体を混在化させて、大小の気泡を液体中に発生させることが出来る曝気装置は種々開発され、一般的に大別すると、ブロワー叉はコンプレッサー等で加圧空気叉は酸素ガスを、液中に浸漬した多数の小さな穴開き体である散気管に供給して曝気するもの、叉、ブロワー叉はコンプレッサー等で加圧空気叉は酸素ガスを供給する散気手段を配設すると共に液流入口を液収納槽底方向に開口して曝気するもの、加圧水中に空気叉は酸素ガスを供給して微細気泡を散気して曝気するもの等が実用に供されている。
【０００３】
公開されている先行技術文献で見ると、エアーリフトポンプの揚水管内の途中に撹拌体を配設して曝気装置としている（特許文献１）。
【０００４】
又、エアーリフトポンプの噴出ノズルを空気溜室内に配設して固形物でノズルが閉塞することを防いだ曝気装置としている（特許文献２）。
【０００５】
又、液体流路の途中に上流側液体流路の内径を上流側液体流路の内径よりも小さくしてオリフィス状流路を形成すると共に外周に空気供給室を配設した隙間を形成して液体流速低下による負圧発生により空気を自吸噴射して気泡発生装置としている（特許文献３）。
【０００６】
又、複数の衝突小体に気液二相流を衝突させて微細気泡発生器としている（特許文献４）。
【０００７】
そして又、気液二相流に旋回流を与え、気液混合流体を多数の気液噴出孔から噴出させることで、微細気泡を発生させている（特許文献５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２１１７３８
【特許文献２】特開２００８−１３２４６４
【特許文献３】特開２００８−６２１５
【特許文献４】特開２００９−１０１２６３
【特許文献５】特開２００８−２７９３５１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の散気手段では、供給エネルギー当りの酸素利用率が小さい問題があった。
【００１０】
又、エアーリフトポンプの揚水管内へ空気叉は酸素ガスを供給散気して生成する該揚水管内の気液混在体の密度と揚水管外の液密度との密度差による上昇力で生じた気液二相流の流速変化による微細気泡を発生させる手段は開示されていなかった。
【００１１】
又、微細気泡発生手段を駆動するエネルギー自体で直接に酸素を供給する手段は開示されていなかった。
【００１２】
又、エアーリフトポンプの気泡の大きさを必要に応じて調節する知見が開示されていなかった。
【００１３】
そして又、エアーリフトポンプと微細気泡発生手段を連通接続した曝気装置の上方に表面曝気手段を配設する知見が開示されていなかった。
【００１４】
そこで本発明は、エアーリフトポンプの噴射上昇気泡を流速変化手段で微細化することを第一の課題とする。又、エアーリフトポンプの噴射上昇気泡による流速変化手段により大気叉は酸素を自吸して微細化することを第二の課題とする。又、微細気泡発生手段を駆動するエネルギーで酸素を供給して単位消費エネルギー当りの酸素利用効率を大きくすることを第三の課題とする。そして叉、エアーリフトポンプと微細気泡発生手段を連通接続した曝気装置の上方で、さらに表面曝気を作用させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上記目的を達成するため、以下に記載されるような技術構成とする。即ち、エアーリフトポンプの液吐出側に導水手段、流速増大手段、乱流手段及び流速減少手段を有する気泡微細化手段を連通接続して構成する。
【００１６】
このように構成することで、エアーリフトポンプに供給した空気叉は酸素の気体と吸入された液体との混相流が上昇し、揚水力が発生する。次に続く前記導水手段に流入し、下流の流速増大手段及び乱流手段において、揃断力とキャビテーションにより気泡が微細化される。
【００１７】
前記流速増大手段及び乱流手段としては、オリフィス型、ベンチュリー型、旋回流型等があるが、圧力降下を少なくして効果的に微細気泡化出来る方式のものが好ましい。
【００１８】
エアーリフトポンプに空気叉は酸素を供給する散気手段としては、噴射ノズルで強力に吹き付けるか、出来るだけ小さな気泡生成手段を有する散気装置で噴気することが好ましい。
【００１９】
又、エアーリフトポンプの液吸込側に導水手段、流速増大手段、乱流手段、空気叉は酸素供給手段及び乱流・流速減少手段を有する気泡微細化手段を連通接続して構成する。
【００２０】
このように構成することで、エアーリフトポンプに供給した空気叉は酸素ガスと吸入された液体との混相流が上昇し、揚水力が発生する。そこで、前記エアーリフトポンプの上流側に連通接続している前記導水手段に液が流入し、続く下流の流速増大手段及び乱流・流速減少手段に、空気叉は酸素ガスを空気叉は酸素ガス供給手段で供給すると、供給空気叉は酸素ガスが微細化される。
【００２１】
そして叉、曝気手段の上方液面下に、多数の孔開遮蔽板を配設する。
【００２２】
このように構成することで、気液二相流の一部を上方水面へ逃がし、残余の一部を水平下方へ旋回流とすることで、表面曝気手段とすると共に気泡と液接触時間を延長し、酸素移動効率増大手段とする。
【００２３】
前記流速増大手段及び乱流手段としては、ベンチュリー型、オリフィス型、旋回流型等があるが、圧力降下を少なくして効果的に微細気泡化出来る方式のものが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２５】
又、圧力水で空気叉は酸素を自吸して微細化した気泡で曝気するよりも、エアーリフトポンプに供給した空気叉は酸素の気体と吸入された液体との混相流が上昇する揚水力により微細化した気泡で曝気する方が、使用エネルギー当りの酸素供給量が増大する。
【００２６】
又、気泡径が小さい程、気泡が水面から離脱するまでの気液接触時間が長くなること及び比表面積が大きいことにより酸素ガスの溶解性及び反応性が高まる。
【００２７】
又、酸素ガス反応性が高まることにより、高濃度廃水の好気性生物処理及び化学反応処理槽の設備容量を低減出来るので、処理施設建設費を低減出来る。
【００２８】
又、大きな気泡で曝気するよりも、微細気泡で曝気する方が、廃水処理における好気性微生物の活性度が向上する。
【００２９】
そして叉、曝気手段の上方水面下に、多数の孔開き遮蔽板を配設することで、気液二相流の一部が孔を通して上方水面へ逃げ、水表面で気液が激しく衝突離散するので、酸素ガスの液中への溶解効率が増大する。叉、残余の一部を水平下方への旋回流とすることで、気泡が液中に滞留する時間が延長されるので、酸素ガスの液中への溶解効率が増大し、エネルギー利用効率が高まる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第一発明の第一実施例を示す曝気装置の概略説明縦断面図である。
【図２】第一発明の第一実施例を示す別型式微細気泡発生装置の概略説明縦断面図である。
【図３】第二発明の第一実施例を示す曝気装置の概略説明縦断面図である
【図４】第二発明の第二実施例を示す曝気装置の概略説明縦断面図である
【図５】第三発明の第一実施例を示す曝気装置の概略説明縦断面図である
【図６】第四発明の第一実施例を示す曝気装置の概略説明縦断面図である
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の実施の形態を図１〜図６を参照して説明する。
【実施例】
【００３２】
図１に示した第一発明の第一実施例において、ブロワー１Aによる加圧空気を加圧空気管２Aで供給して散気する散気管３をエアーリフトポンプ４の円錐状の下部筒体５内に配設して気液二相流を上部筒体６の吐出口７から吐出している流出端部８に気泡微細化装置９の流入端部１０を連通接続している。前記気泡微細化装置９は、気液二相流の流入側に下流側へ向かって内径が漸減する円錐状の導流部１１を配設し、吐出側に下流側へ向かって内径が漸増する円錐状の気泡微細化部１２を連通接続している。そして、前記導流部１１と気泡微細化部１２の途中流路として、前記導流部１１のくびれ部１３に連続して、内径を同径とした増速部１４を中心軸Xに対して同心直列的に配設した曝気装置１５としている。前記散気管３としては、何れの型式のものも使用出来るが、出来るだけ小さな気泡を発生するものが好ましい。叉、前記気泡微細化装置９は、本実施例のベンチュリー型のものはエネルギー損失が小さいと共に固形物で閉塞し難いので好ましい。次に好ましい型式としては、図２に示すオリフィス１６を配設したオリフィス型のものも前記ベンチュリー型と同じ理由で好ましい。叉、旋回流型のものも排除しないが、該旋回流型のものは、エネルギー損失が大きいと共に固形物が閉塞し易いので、好ましくない。更に、何れの型式のものも排除しない（以下の発明の実施例でも同様とする。）。尚、本実施例では、ブロワー１で空気を供給しているが、酸素ガスを供給することも出来る（以下の発明の実施例でも同様とする。）。
【００３３】
図３に示した第二発明の第一実施例においては、図１に示した、導流部１１のくびれ部１３に連続して、前記くびれ部１３の内径と同径の内径を有するノズル部材１７を中心軸Xに対して同心直列的に配設すると共に該ノズル部材１７の外側に外管１８を配設することで空気溜１９を形成している。叉、前記外管１８に、ブロワー１Bによる加圧空気を供給する加圧空気管２Bを連通接続すると共に前記ノズル部材１７の流路２０と前記空気溜１９とを連通する。二箇所しか図示はしていないが、全周囲に亘り均等に四か所に配列した通気孔２１を配設することで、前記気泡微細化部１２における乱流とせん断力により気液二相流の気泡が微細化する作用に加えて、前記ブロワー１Bの加圧空気を加圧空気管２Bで供給すると共にさらなる乱流を生成して、気泡の微細化に寄与した気泡微細化装置９を配設している。
【００３４】
図４に示した第二発明の第二の実施例においては、ブロワー１Aによる加圧空気を供給する加圧空気管２Aには、エアーリフトポンプ４への接続管２２の近傍に、ブロワー停止時に液が逆流するのを防止する逆止弁２３を配設していて、空気噴出ノズル２４より噴出した空気は、外筒２５a、内筒２５b、天板２５c及び液面で構成した空気溜室２５を経て、前記空気噴出ノズル２４下の液面に吹き込まれている。そして、複数の前記空気噴出ノズル２４には、前記空気溜室２５を構成する天板２５c直下に環状に配設したマニホールド管２６を経て空気が供給される前記エアーリフトポンプ４としていて、該エアーリフトポンプ４における内筒２５bの吐出口７から流出する流出端部８に、図３に示す気泡微細化装置９の流入端部１０を連通接続している。前記エアーリフトポンプ４が停止しても、密閉された前記空気溜室２５に空気が溜まっているので被処理液のレベル上昇が抑えられて前記空気噴出ノズル２４が被処理液に接するのを防止することが出来る。尚、本実施例以外の様々な散気管が適用出来る。
【００３５】
図５に示した第三発明の第一実施例においては、ブロワー１Aによる加圧空気を加圧空気管２Aで供給して散気する散気管３をエアーリフトポンプ４の下部筒体６内に配設して、気液二相流を上部筒体６の吐出口７から吐出していて、流入端部２７に図３に示す気泡微細化装置9の流出端部８を連通接続している。
【００３６】
図６に示した第四発明の第一の実施例においては、上記第一発明の第二実施例における図４に示した曝気装置１５の上部方向の水面下に、複数の小さな孔開遮蔽板２８を配設していて、前記曝気装置１５の気液二相上昇流が前記孔開遮蔽板２８に衝突すると、前記気液二相上昇流の一部は前記孔開遮蔽板２８の複数で多数の孔２９を通過して水面で表面曝気により液中に溶存酸素を供給し、前記気液二相上昇流の残余は水平よりも下方角度方向の旋回流となり、前記気液二相上昇流中の微細気泡が前記旋回流に残留していて、気液接触時間が大幅に長くなり、液中への酸素溶解に寄与する。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
閉鎖性水域における貧酸素水塊への酸素供給及び好気性廃水処理での酸素供給を目的として、省エネルギー効果が大きく、酸素利用効率の高い曝気装置を提供出来る。
【符号の説明】
【００３８】
１A、１B  ブロワー
２A、２B  加圧空気管
３  散気管
４  エアーリフトポンプ
５  下部筒体
６  上部筒体
７  吐出口
８、２７  流出端部
９  気泡微細化装置
１０、２７  流入端部
１１  導流部
１２  気泡微細化部
１３  くびれ部
１４  増速部
１５  曝気装置
１６  オリフィス
１７  ノズル部材
１８  外管
１９  空気溜
２０  流路
２１  通気孔
２２  接続管
２３  逆止弁
２４  空気噴出ノズル
２５a  外筒  
２５b  内筒
２５c  天板
２５  空気溜室
２６  マニホ−ルド管
２８  孔開遮蔽板
２９  孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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