(57)【要約】【課題】  異物を滞留させることなく、長時間安定して作動させることのできる、液体の旋回流を形成し、その旋回流により発生した負圧を利用して気体を吸引するところの気液接触装置及びそれを利用する水又は汚染水浄化装置の提供。【解決手段】  旋回流発生容器２の液体流入管５から水等の液体を接線方向に供給して旋回流を形成して該発生容器２内に負圧を発生させ一側端板に形成された気体吸引管７から空気を吸引し他側端板に形成された流体噴出開口８から該発生容器２外に噴出する気液接触装置において、該他側端板に関し旋回流発生容器の内側面が該容器の円筒状部壁から該流体噴出開口に向かって下降する傾斜面となっている形状とした。  【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端部に端板を有する円筒状の旋回流発生容器と、その円筒状部の接線方向に設けた液体流入口と、一側端板の中央部に設けられ、他側端板に設けられた流体噴出開口に向かって延びる気体吸引管と、他側端板の中央部に設けられた流体噴出開口とを有し、該他側端板は旋回流発生容器内側面が該容器の円筒状部壁から該流体噴出開口に向かって下降する傾斜面となっていることを特徴とする、液体旋回流により発生した負圧を利用する気液接触装置。
【請求項２】
下降する傾斜面の傾斜角が１０〜６０度である請求項１記載の気液接触装置。
【請求項３】
流体噴出開口は、流体の移動方向における中央部が最も狭く、流入側と流出側が広くなっており、かつ該開口の流体移動方向中央の断面形状が前記最狭部から前記両側に向かって次第に拡大する形状であって、連続した曲線となっている請求項１又は２記載の気液接触装置。
【請求項４】
請求項１、２又は３に記載の気液接触装置を液中に設置した水浄化装置。
【請求項５】
請求項１、２又は３に記載の気液接触装置を液中に設置した汚染水浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の旋回流を形成し、その旋回流により負圧を発生させ、その負圧により気体を吸引する気液接触装置及びそれを利用する水浄化装置に関する。
より詳しくは、液体の旋回流を形成し、その旋回流により発生した負圧を利用して気体を吸引するところの河川水、湖沼水あるいは生活排水等を微生物酸化作用により浄化する際等に水中に微細気泡を送り込むのに好適に利用できる、異物を滞留させることなく、長時間安定して、作動させることのできる気液接触装置及びそれを利用する水浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
[先行技術文献]
【特許文献１】特開平１０−２３０１５０号公報
【特許文献２】特開２００３−２７５５５７公報  河川や湖沼の水浄化あるいは生活排水等の汚水の浄化を行う方法としては、古くから被処理液中の好気性微生物による生物酸化作用を利用することが行われており、その微生物の活性化のために被処理液中に空気の微細気泡を送り込むことも従前から行われている。  また、そのための微細気泡発生装置には、細孔を有する散気管、多孔板、あるいは回転翼等の各種構造のものが従前から利用されている。
【０００３】
前記した散気管あるいは多孔板を用いて気泡を発生させる装置では、気体は細孔を通過して液中に供給されるが、使用するにしたがって細孔は次第に狭くなり、ついには閉塞が起こり、気泡サイズのバラツキあるいは気泡発生率の低下が発生し、気泡の供給が不安定になり、また気泡発生量に制約もある。
さらに、攪拌作用が不充分であり限られた容量の処理液に対しては有効であるものの、湖沼等の大容量の液処理は不可能である。
【０００４】
また、攪拌翼等を用いる機械的方法による気泡発生装置は、回転する翼により導入された気体を細分化して、気液接触させ、気泡を発生するものであり、消費エネルギーが大きく、気泡サイズのバラツキも大きいという欠点がある。
このようなことで、本発明者らは、液体の旋回流を形成し、その旋回流により発生した負圧を利用して気体を吸引し、気泡発生するエアレーターと通称する、図２に図示する構造の気液接触装置を提案した（特許文献１参照）。
【０００５】
この気液接触装置は、両端部に端板を有する円筒状の旋回流発生容器内に、その円筒状部の接線方向から液体を流入させて、該旋回流発生容器の器壁に沿って旋回しながら液体中に噴出する流体噴出開口に向かう液体流が形成され（これを本明細書では旋回流という）、この旋回流により該容器内に負圧を発生させることにより気体を吸引するものであり、吸引した気体を該旋回流発生容器の吸引した側の端板とは反対側の端板に形成された前記開口から液体中に噴出することにより気泡を発生させ、気液接触を行うものである。
【０００６】
このエアレーターでは、気体を吸引する駆動力は流動する液体であり、この流動液体の吸引力により気体が搬送されるものであるから、このエアレーターには、駆動用の装置は特段必要はなく、しかも容器と配管のみであるから、構造は簡単でかつ小型にできる。
また、発生した気泡は、微細で均一であり、大量に発生させて水の浄化に使用した場合には、浄化性能を著しく向上させることができる。
本発明者らは、この気液接触装置に関し、その特性を更に向上させるべく、その後も研究を継続しており、その結果、流体噴出開口の形状を図３に図示するような形状を採用することにより、エネルギー効率及び気泡発生効率が向上することを見出し、これについても既に特許出願した（特許文献２参照）。
【０００７】
この流体噴出開口の形状に関し、更に詳述すると以下のとおりである。
流体噴出開口８は、流体の移動方向における中央部８ａが最も狭く、流入側８ｂと流出側８ｃが広くなっており、このような形状を採用することによりエネルギー効率及び気泡発生効率が向上せしめることができることを特許文献２では提案した。
なお、この図示された流体噴出開口の構造においては、該開口の流体移動方向中央の断面形状は前記最狭部から前記両側に向かって次第に拡大する形状で、連続した曲線となっており、中央部８ａの一番狭い部分が、図３に図示するように環状に細い線状で存在しているが、このような形状ではなく、幅のある帯状に存在する形状のものであってもよく、それについても前記特許文献２において図示すると共に詳述されている。
【０００８】
そして、本発明者らは、この優れた性能を有する気液接触装置に関し、それを実用化すべく、更に各種の視点から検討し、各種試験を行った。
その結果、この気液接触装置を長期間連続して運転した場合には、気泡発生が低下して接触効率が低下し、適切な運転が不可能となる場合が起こることが判明した。
これについて、各種の視点から検討したところ、旋回流発生容器内に異物の滞留が予測できることとなったので、該容器を透明の樹脂で製造し、吸引用液体に固体の存在する水を使用して、気液接触装置を運転し、旋回流発生容器内における水及び異物の挙動を観察したところ、その滞留する事実を確認することができた。
【０００９】
また、この観察の結果、旋回流発生容器内に搬入される異物は、水上に浮遊することなく、水中に存在し、水と共に移動するものであることから、その比重は、水の比重より大きい１以上のものであることがわかった。
さらに、小石あるいは鉄等の金属片のように比重が１より極端に大きい場合には、逆に水の移動に伴って移動することもないので、旋回流発生容器内に搬入されることもないことがわかった。
したがって、旋回流発生容器内に、搬入される異物は、比重が１より大きいものであるが、金属あるいは小石ほど大きくないものであることも判明した。
【００１０】
このような観察の結果から、比重が１．２程度の数種の特定形状の樹脂製固体片を作成し、これを混入させた水を旋回流発生容器内に導入して気液接触を行ったところ、形状によっては旋回流発生容器内から短時間で放出されるもののもあるが、ある種の形状のものにおいては、該発生容器の流体噴出開口から放出されることなく、該発生容器内に長時間滞留することが判明した。
特に、内部に空洞を有する樹脂製の小型円筒片の場合に該発生容器内に長時間滞留し易いことがわかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、本発明者らは、この滞留問題を解消すべく各種の試みを行い、その結果旋回流発生容器の内部構造を多少変更することにより、この問題が解消できることを見出した。
すなわち、旋回流発生容器を形成する下側端板に関し、本発明者らが提案した特許文献１及び２に記載するように旋回流発生容器の内側面と外側面とが平行な平板を使用するのではなく、内側面を該容器の円筒状部壁から該流体噴出開口に向かって下降させることにより、旋回流発生容器における異物の滞留を回避することができることを本発明らが見出し、先の問題を解決したのである。
したがって、本発明は、旋回流発生容器内に異物を滞留させることなく、長時間安定して、作動させることのできる液体旋回流により発生した負圧を利用する気液接触装置を提供することを発明の解決課題、すなわち目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、前記課題を解消した液体旋回流により発生した負圧を利用する液中への気液接触装置及びそれを液中に設置した水浄化装置又は汚染水浄化装置を提供するものであり、その気液接触装置は、両端部に端板を有する円筒状の旋回流発生容器と、その円筒状部の接線方向に設けた液体流入口と、一側端板の中央部に設けられ、他側端板に設けられた流体噴出開口に向かって延びる気体吸引管と、他側端板の中央部に設けられた流体噴出開口とを有し、該他側端板は旋回流発生容器の内側面が該容器の円筒状部壁から該流体噴出開口に向かって下降する傾斜面となっていることを特徴とするものであり、また、水浄化装置又は汚染水浄化装置は、この気液接触装置を液中に設置したものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の気液接触装置では、円筒状の旋回流発生容器に駆動用の液体が円筒状部の接線方向から導入され、その結果旋回流発生容器２の器壁に沿って旋回しながら他側端板の中央部に設けられた流体噴出開口方向に向かう旋回流が形成され、この旋回流により該容器内に負圧が発生する。その結果、上側端板に設置された気体吸引管から空気等の気体が吸引され、対面する下側端板に形成された開口との間に空気芯などの気体芯が形成される。  この駆動液により吸引された空気等の気体は液体と共に下側端板の開口から該開口外部の周囲に存在する液体中に放出される。
【００１４】
本発明の気液接触装置は、流体噴出開口が設置されている他側端板における、旋回流発生容器の内側面が該容器の円筒状部壁から該流体噴出開口に向かって下降する傾斜面となっていることを特徴とするものである。
本発明の液体旋回流により発生した負圧を利用する気液接触装置は、この特徴、すなわち傾斜面を有することにより、旋回流発生容器内における異物の滞留を回避することができる。
その結果、本発明においては、旋回流を形成する液体が下水あるいは工場廃水等の固体が含有されている排水であっても、長期間安定して性能低下することなく運転することのできる液体旋回流により発生した負圧を利用する気液接触装置を提供することができる。
【００１５】
また、本発明の気液接触装置では、この旋回流発生装置における下側端板、すなわち気体を旋回流発生容器から容器外に放出する側の端板に形成される開口を特殊な形状とすることにより気液接触装置のエネルギー効率及び気体接触効率を向上させことができる。
すなわち、本発明では、該開口の径を気体流入側から流出側まで同一にするのではなく、該径は、流体移動方向の中央部が一番狭く流体流入側及び流出側に向かうにしたがって拡大することにより、気液接触装置のエネルギー効率及び気体接触効率を向上させことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれによって何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載によって特定されるものであることはいうまでもない。
図１は、本発明の気液接触装置１を図示するものであって、（ａ）は平面図、（ｂ）は垂直断面図を示す。
【００１７】
その気液接触装置１は、上側端部と下側端部に、それぞれ上側端板３及び下側端板４を備える円筒状の旋回流発生容器２を有し、その容器の円筒状部の接線方向に液体流入管５を接続する液体流入口６を具備する。
該上側端板３には、その中央部に下側端板４に設けられた流体噴出開口８に向かって延びる気体吸引管７が設けられ、下側端板の中央部には流体噴出開口８が形成されている。
【００１８】
本発明の気液接触装置１では、流体噴出開口８が形成されている下側端板は、その旋回流発生容器の内側面が該容器の円筒状部壁から該流体噴出開口に向かって下降する傾斜面９となっていることを特徴とするものであり、この傾斜面を形成したことにより、旋回流発生容器内における異物の滞留を回避することができる。
その結果、本発明においては、下水あるいは工場廃水等の固体が含有されている排水であっても、長期間安定して性能低下させることなく運転することのできる液体旋回流により発生した負圧を利用する気液接触装置を提供することができる。
【００１９】
この傾斜面の傾斜の度合い、すなわち、円筒状の旋回流発生容器２の円筒壁と、それに直交する平面とで形成される角(α)の角度（この明細書では傾斜角という）については、１０度以上がよく、好ましくは３０度以上がよく、より好ましくは４５度以上がよい。
特に傾斜角が４５度以上になると、比重が１．２程度で、かつ旋回流発生容器内に滞留し易い形状のものでも、旋回流発生容器内に滞留することなく排出でき望ましい。
なお、この傾斜角については、上限は特に設ける必要はないが、６０度を越えると旋回流発生容器２が長くなり、その結果小型化できるという長所が失われ、それにもかかわらず接触効率も向上するものでもないから、６０度以下がよい。
【００２０】
次ぎに、この気液接触装置１の作動を図１に基づいて説明すると以下のとおりである。この接触装置では、旋回流発生容器２に円筒状部の接線方向に接続された液体流入管５から水等の液体を供給するものであり、その供給により旋回流発生容器２の器壁に沿って旋回しながら下降する旋回流が形成され、その形成に伴い該発生容器２内に負圧が発生し、気体吸引管７から空気等の気体が吸引され、流入口７ａと下側端板の中央部の流体噴出開口８との間に空気芯等の気体芯が形成される。
その結果、該流体噴出開口８から該開口の下側に存在する液中に液体と共に気体が噴出される。
【００２１】
そして、本発明の気液接触装置１では、流体噴出開口８が形成されている下側端板は旋回流発生容器の内側面が該容器の円筒状部壁から該流体噴出開口に向かって下降する傾斜面となっており、この点が本発明の最大の特徴である。
その結果、本発明では、この傾斜面の存在により液体旋回流を形成するために旋回流発生容器２内に供給される水等の液体に同伴される異物が、該容器内から外部に円滑に排出することができ、旋回流発生容器内における異物の滞留を回避することができる。
【００２２】
また、本発明の気液接触装置１における流体噴出開口の形状については、図１及び図３に図示するような特殊な形状とすることが好ましい。
すなわち、流体噴出開口の形状は、気体の移動方向における中央部８ａが最も狭く、流入側と流出側に向かって曲線状に連続して拡大する形状を採用することができ、この形状を採用することが好ましい。
この点に関し、更に述べると、このような形状を採用することにより、下側端板の旋回流発生容器の内側面に傾斜面９が存在するにもかかわらず、それが存在しない図３の場合と同様に、消費電力量あるいは水循環量の変動に影響されることなく、優れたエネルギー効率及び気体接触効率を得ることができる。すなわち、長期期間にわたり安定して空気を効率的に吸引でき、効率的な気液接触を行うことができる。
【００２３】
さらに、本発明における、旋回流により発生した負圧により吸引される気体を旋回流発生容器に吸引する気体吸引管７に関し述べると、その先端の位置は、特に制限されることはないが、該先端と流体噴出開口との間に空気芯等の気体芯が負圧により発生するところまで延伸していることが必要である。
また、該先端の形状についても特に制限されるものではないが、前記気体芯が形成され易く、安定していることのできる形状がよく、それには先端は外径が先細りであるのがよく、またその部分の内径も少し狭いのがよい。
【実施例１】
【００２４】
以下において、本発明の実施例及び比較例をあげて更に具体的に説明するが、本発明はこの実施例によって何等限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載によって特定されるものであることはいうまでもない。
本発明の気液接触装置１において、旋回流発生容器２の下側端板４の内側面に形成する該容器の円筒状部壁から該流体噴出開口８に向かって下降する傾斜面９の傾斜角(α)に関し、異なる複数の角度を採用し、各傾斜角における異物が排出されるまでの滞留時間を測定した。
また、測定に使用した異物としては、比重約１．２の合成樹脂製のホース裁断片及びチューブ切断片を用いた。
さらに、その際に採用した傾斜面９の傾斜角α、並びにホース裁断片及びチューブ切断片の具体的形状は、表１に示すとおりである。
【００２５】
そして、この実施例によって得られた結果である滞留時間についても、合わせて表１に示した。
その結果によると、まず傾斜角(α)が大きい方が旋回流発生容器から短時間で排出され、滞留し難いことがわかる。
さらに、傾斜角(α)がゼロの場合、すなわち旋回流発生容器の下側端板の内側面が、外側面と平行の場合については、チューブ切断片の場合には、旋回流発生容器内に滞留したままで、該容器外に排出されないこともわかる。これらのことから、本発明の卓越した効果が理解できる。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
また、ホース裁断片と、チューブ切断片とでは、前者のホース裁断片の方が排出され易いこともわかる。
さらに、チューブ切断片については、傾斜角及び該切断片の大きさによっては、旋回流発生容器内に滞留したままで、該容器外に排出されないものがあることもわかった。
特に、チューブ切断片については、直径８ｍｍ、長さ３０ｍｍになると傾斜角が３０度以下では、旋回流発生容器内に滞留したままで該容器外に排出されないことが判明した。
【実施例２】
【００２８】
本発明の気液接触装置に関し、図１の構造を有する気液接触装置を用いて、ポンプの消費電力、吸引空気量等を測定すると共に、合わせて本発明者らが開発した図３の気液接触装置についても同様の測定をし、本発明の気液接触装置のエネルギー効率及び気体接触効率を検討した。
その結果は表２に示すとおりであり、本発明の気液接触装置のポンプの消費電力及び吸引空気量等は、エネルギー効率及び気体接触効率の優れている図３の気液接触装置と差異がなく、本発明の気液接触装置は、エネルギー効率及び気体接触効率においても優れていることがわかる。
【００２９】
【表２】
2005152722.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の気体接触装置を図示するものであって、（ａ）は平面図、（ｂ）は垂直断面図である。
【図２】本発明者らが提案した従来の気液接触装置。
【図３】エネルギー効率及び気体接触効率を向上させた、本発明者らが提案した気液接触装置における旋回流発生容器の流体噴出開口の構造。
【付号の説明】
【００３１】
１      気液接触装置
２      旋回流発生容器
３      上側端板
４      下側端板
５      液体流入管
６      液体流入口
７      気体吸引管
７ａ    気体流入口
８      流体噴出開口
８ａ    該開口の中央部
８ｂ    該開口の流入側
８ｃ    該開口の流出側
９      傾斜面
α      傾斜角
【図１】
2005152722.tif 000005
【図２】
2005152722.tif 000006
【図３】
2005152722.tif 000007