JPH08196941A

JPH08196941A - 溶解空気浮選および同様な気液接触操作の為の方法と装置

Info

Publication number: JPH08196941A
Application number: JP7209154A
Authority: JP
Inventors: George C Yeh; シー．イエージョージ
Original assignee: THERMODYNE CORP
Current assignee: THERMODYNE CORP
Priority date: 1994-07-25
Filing date: 1995-07-25
Publication date: 1996-08-06
Anticipated expiration: 2015-07-25
Also published as: JP2892604B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は、溶解空気浮選方法と装置の
提供である。【構成】渦巻き形流路を形成する、少なくとも一つの
垂直仕切体を有する直立円筒形のタンクを有するＤＡＦ
装置を用いる。未処理液と加圧下溶解空気で飽和された
液体との混合物は、タンク底近く流路一端から導入さ
れ、プラグフロ−条件下で、渦巻き形通路を流れ、底近
く他端で排出される。液体から放出された空気の微小気
泡は、液混合物を中を上昇し、浮力を生じ、接触する懸
濁物質の全粒を渦巻き形通路内で液面に運ぶ。遠心力と
重力で徐々に底に沈殿する大きな重い固体は別に液体か
ら排出される。表面の懸濁物質は連続的に排出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に溶解空気浮選
（dissolved air floatation=ＤＡＦ）に関し、特に、
液体と接触ガスを分離及び反応させる為のＤＡＦ系及び
他の気液接触系のための改良された新規な装置に関して
いる。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】多くの工
業的活動は、環境に排出前又はその後の任意の工程での
使用前に分離又は処理されなければならない、油、脂
肪、グリ−ス、金属、有機及び無機の固体などの乳化又
は非乳化懸濁物質、及び凝縮可能な有機性の蒸気を含有
している気体、液体、及び気体液体廃棄物の供給源とな
る。これらの活動は、石油及び植物油精製、製鉄、食品
及び飲料の加工、金属加工、化学品及び塗料製造、パル
プ、製紙及び繊維製造、航空機の維持、コ−クス炉ガス
処理、及び水コンディショニグ及び水処理を含んでい
る。懸濁物質及び他の成分の濃度は、供給源と加工条件
に依存して広く変化し得る。

【０００３】上記の液体及び液体廃棄物の処理は、通常
は少なくとも二段階で実施される。まず、容易に沈降す
る固体が重力によって液体媒体から分離され、浮遊する
油状の成分はすくい取られる。次に安定な乳化液体は分
相されて水から残りの油状成分が分離される。任意の残
りの溶解した物質は必要があれば抽出、吸着、吸収、蒸
留、結晶化、膜分離及び化学的分離によって除去され得
る。

【０００４】現在、液体から懸濁物質を分離するのに広
く使用されている三つの方法は、液体よりも重い固体の
為の重力分離又は沈降、小さな粒の為の瀘過、及び浮遊
可能か懸濁物質の為の空気浮選(フロ−テ−ション)であ
る。勿論、空気浮選は最も応用性が大きく、工業的に広
く実施されている。空気が液体に吹き込まれて、懸濁物
質を表面に浮かせ、表面で懸濁物質をすくい取ることが
出来る。しかし、この方法で非常に小さな懸濁物質は効
果的に分離されない。より効果的な方法は、溶解空気浮
選（ＤＡＦ）である。高圧の空気が処理される液体中に
溶解され、そしてより低い圧力で浮選タンクに導入され
る。１０〜４０ミクロンの寸法の空気の微小気泡が放出
され、液体を通って穏やかに上昇し、浮遊可能な懸濁物
質を表面に押上げる。

【０００５】慣用のＤＡＦ系は、未処理原液と溶解空気
を有する液体を、底近くに位置する別々の入口を通じて
浮選タンク中に仕込むものである。懸濁物質を減少した
濃度で含有している処理液は、タンクの底近くに排出さ
れる一方、浮遊した懸濁物質はすくい取られて上部で除
去される。上昇する（空気）気泡による懸濁物質の浮遊
は垂直に起こるので、浮選（フロ−テ−ション）帯域中
で液体の懸濁物質の垂直濃度勾配が存在する。上昇する
気泡の浮力の為にバブルと接触する未処理液体は上方に
移動し、一方処理された液体は下方に移動する。二つの
液体の垂直の対向流は乱れを生じ、二つの液体の混合が
起き、それによって分離効率が減少する。

【０００６】この乱れと混合は流入速度を減少すること
により、そしてフロック（懸濁物質の集塊）・泡集合体
を表面に向ける為のバッフル（邪魔板）を加えることに
よって幾らか小さくしうる。円筒形のタンクに対しては
一般に円筒形であり、長方形のタンクに対しては平坦で
ある邪魔板は、上昇する気泡の速度及び合体化を減少さ
せる為に水平面からおよそ６０度の角度で置かれる。浮
遊物質の下で上昇している液体は邪魔板の頂部でおよそ
１８０度向きを変えてタンクの底の排出口に下向きに流
れなければならない。邪魔板上方を流れている上昇して
いる気泡及び浮遊する物質によって生じる乱れは液面近
くで混合を生じる。そのため、邪魔板はあまり効果がな
い。邪魔板はまた浮選に利用できるタンクの表面積を大
きく減少させ、浮遊された物質が邪魔板の表面より上で
流れ得るように邪魔板上に十分な空間を確保する為、比
較的高いタンクを必要としている。また、邪魔板内の接
触帯域中での防止できない乱れは、気泡の懸濁物質粒へ
の付着を悪くし、そしてフロック・気泡集合体の破壊を
生じ得る。

【０００７】非常に希薄な濃度（１０ｐｐｍ未満）の分
離、または液体媒体からの非常に小さな（１０μ未満）
懸濁粒を分離することは、慣用のＤＡＦ系では一般に実
施出来ない。気泡が容易に接触、付着できる、より大き
な集合体を形成するように、小さな粒を凝集させそして
塊を造る為に多価電解質及び長鎖重合体などの化学物質
が使用される。より大きな凝集物はより浮力があって乱
れによって破壊されにくいので、浮選をより容易にし分
離効率をより高くする。効率はそのような化学物質なし
では１０〜４０％であり化学物質を使うと４０〜９０％
である。しかし、皮肉なことに、加えられた化学物質が
解決する問題よりも生じる問題の方が多い。化学物質は
分離のコストを増加させるのみならず、工程時間を増加
させる。凝集は非常に迅速に高速混合タンク中で起き得
るが、フロック形成は時間がかかり、通常は約２０〜３
０分を要し、より遅い混合タンクを必要とする。液体中
に溶解したその化学物質の非常に小さな割合のみが実際
に浮遊された物質と共に除去される。残った化学物質
は、それらの濃度がリサイクルの為または環境に放出さ
れる為に受入れられないならば、後で除去されなければ
ならない。

【０００８】未処理液体と処理液の間の混合を小さくす
る為のより最近のＤＡＦ系では浮選タンクをいくつかの
連絡する区分に分け、液体を連続して各区分に向けるも
のである。大きなタンクについては分離は幾らか改良さ
れるが、小さなタンクでは改良は僅かである。限られた
数の小さな区分では、与えられた流速について、混合は
より強められる。

【０００９】別の系では一端に液入口を有し他端に液出
口を有する長い浮選タンクを用いる。液体のバックミキ
シング（逆混合）は減少され得るが、そのような長いタ
ンクを収容する十分な空間を有するＤＡＦ場所は少な
い。

【００１０】最も人気のあるＤＡＦ系の一つは処理され
た液体を浮選タンクに再循環するものであるが、これも
一長一短がある。処理能力が減少し、処理される液体の
バックミキシングはより多くなり、そして運転コストは
より高い。これらの欠点を補う為にこの系はしばしば他
の技術と組み合わされる。特にポ−タブル飲料水を造る
為には瀘過がしばしば選択される。しかし、そのような
技術を溶解空気浮選と組合せると、必ずより複雑とな
り、装置のコストを増加させる。

【００１１】タンクの底に沈降しがちな大きな重い固体
の分離、除去も、別の問題点となる。一つの解決法は、
低速攪拌とタンク底の別の固体出口の設置と組合せるこ
とであるが、望まれない液の乱れと混合が起きる。

【００１２】上記の全てから、慣用のＤＡＦタンク内で
の液体の乱れとバックミキシングは、分離効率に影響を
与える、これまでずっと解決を要してきた問題であるこ
とは明らかである。邪魔板と低い流速は乱れとバックミ
キシングを減少するが、処理能力を犠牲にする。化学物
質類は液体の分離を促進するが、これらはまた工程時間
を増加させ、コストを増加させ、多くの望まれない副作
用を顕在化させる。処理された液体自体を再循環するこ
とは分離効率を改良するが、これもコストを増加させバ
ックミキシングを増加させる。浮遊された物質および／
沈降した固体を除去する為の方法及び装置も乱れとバッ
クミキシングの原因となる。これらのいずれも処理能力
を犠牲にすることなしに処理される液体のバックミキシ
ングを防止することができない。高い分離効率は化学物
質を用いて、および時間がかかるフロック形成によって
のみ実現された。浮遊物質と沈降固体の同時除去は達成
され得るが、液の乱れという望まれない影響を伴う。

【００１３】

【課題を解決する手段】従って、本発明の目的は、乱れ
とバックミキシングなしに液体媒体から懸濁物質をより
完全にそして速く分離する新規で改良されたＤＡＦ方法
及び装置を提供することである。

【００１４】別の目的は液体媒体から微細な懸濁物質の
希薄な濃度を分離することができる改良されたＤＡＦ方
法及び装置を提供することである。

【００１５】更に別の目的は実質的に分離効率の損失の
ない、浮遊スラッジと沈降固体の同時除去を促進する改
良されたＤＡＦ方法及び装置を提供することである。

【００１６】更に別の目的は、僅かな化学物質の添加、
または添加なしで、液体媒体から安定な乳化液体を分離
し、そして液体媒体中に含有される懸濁物質のフロック
形成を促進する、改良されたＤＡＦ方法及び装置を提供
することである。

【００１７】本発明の別の目的は、気液接触法に適した
改良されたＤＡＦ方法及び装置を提供することである。

【００１８】手短に言えば、上記の及びその他の目的
は、渦巻き形の流路を形成する、少なくとも一つの垂直
の仕切体を有している、直立した円筒形のタンクを有す
るＤＡＦ装置中で達成される。未処理液と加圧下溶解空
気で飽和された液体との混合物は、タンクの底近くの流
路の一端から連続的に導入され、プラグフロ−（押出し
流又はピストン流）の流れ条件下で、渦巻き形（内巻き
または展開状）の通路に沿って流れ、底近くの他端で排
出される。液体から放出された空気の微小気泡は、液混
合物を通って上昇し、浮力を生じ、これが接触する懸濁
物質の全ての粒を渦巻き形の通路において液面に運ぶ。
遠心力及び重力が徐々に大きな重い固体を底に沈降さ
せ、これらは別に液体から排出される。表面の懸濁物質
は連続的に排出される。

【００１９】その液体の混合物が、流路を通って、増加
角速度及び半径方向速度で内側末端に向けて内巻に、ま
たは減少角速度及び半径方向速度で外側末端に向けて展
開状に流れるに従い、混合物は次第に透明となるが、底
のほうからで、液面に向かって懸濁物質が増加する。定
常状態下では、濃度勾配が深さ方向及び通路の長さ方向
に出来る。液体に作用する遠心力も、半径方向内方の水
圧を生じ、これは乱れなしに粒が塊形成するのを助け
る。

【００２０】流路内では、対向流も液のバックミキシン
グも存在しない。なぜならば液は一端から入り他端から
出ていくからである。ＤＡＦタンク中に液体の乱れがな
いことは、粒が気泡に安定に付くのに、そして非常に希
薄な濃度の粒を分離させるのに必要である。浮選タンク
の全内部表面積が浮選の為に利用できる。浮選タンクの
設計と規模拡大は簡単であり単純でありプラグフロ−
（押出し流又はピストン流）反応器の設計原理に従う。

【００２１】本発明の性質と目的をよりよく理解する為
に、添付の図面と組合せて次の詳細な記載がなされる。

【００２２】

【実施例】本発明に従い、溶解空気浮選（ＤＡＦ）タン
クを通って流れる液の乱れとバックミキシングは、その
処理されるべき液体を、内巻または展開状の流路（チャ
ネル）を通過させることによって防止できる。その流路
の一端の液体入口及び他端の液体出口によって、液中の
全懸濁物質の最大の分離を達成できるプラグフロ−（押
出し流又はピストン流）が生じる。プラグフロ−条件下
では、液体の滞留時間はその平均線形速度に逆比例し、
また流路長さの速度に対する比に等しく、そして流路容
量の液流速に対する比に等しい。この条件は広い範囲の
流速について流路（チャネル）の全長にわたって維持で
きる。なぜならば、角運動量の保存にしたがって、液中
の流れ圧力の半径方向及び接線方向の成分はおよそ常に
バランスがとれているからである。

【００２３】ＤＡＦタンクは液を特定の流入速度で処理
するものとして設計されている。この液流速、及び分離
に要する滞留時間は、流路（チャネル）の寸法（長さ、
幅、及び高さ）を決める。最大効率の為には、液体の滞
留時間は、全ての液が気泡と接触すること及び処理液が
流路（チャネル）の出口に着くまでに全ての気泡が液面
に到達していることを確実にする為に、液から放出され
る気泡（理想的には130μ未満）の平均滞留時間に等し
いかまたは僅かに大きいものであるべきである。この方
法であれば供給される空気は全く無駄にならない。

【００２４】与えられた深さｚの静置している液体を通
る集合体形成無しの上昇する気泡の平均終速度（終端速
度）Ｖ_tおよび平均滞留時間ｔは、以下の通り流体力学
的に評価できる。Ｖ_t＝dz/dt （１）または dt ＝dz/Ｖ_t （２）従って

【数１】初期気泡容量は v₀＝v_Z（P₀／P_Z）（４）式中 v_Z＝深さzの容量、P₀＝底の圧力、そして P_Z＝深
さzの圧力、この圧力は以下の通り液体の密度ρ_lと関連
しうる。 P₀＝P_a+(g/g_C)ρ_lZ （５）および P_Z＝P_a+(g/g_C)ρ_l（Z−z）（６）

【００２５】気泡の容量 v 、および気泡の直径ｄ_p、P_a
＝大気圧、そして Z＝液体の合計高さ、とすると、以下
の関係を有する。 v ＝ (π/6)d_p ³ ＝ v₀P₀/[P_a+(g/g_C)ρ_l(Z-z)]、（７） d_p＝ d_p0{[P_a+(g/g_C)ρ_lz]/[P_a+(g/g_C)ρ_l(Z-z)]}^1/3 （８）

【００２６】スト−クスの法則により気泡の平均終速度
Ｖ_tはその直径ｄ_pと関係し得る。Ｖ_t＝gd_p ²△ρ_l/18μ_l ここで△ρ_l＝空気と液体の密度の差、そしてμ_l＝液体
の粘度、である。

【００２７】等式（３）中の式（８）および（９）を置
き換え、そして上昇気泡の滞留時間T_b＝(=t) に対する
次の関係を積分することによってT_bが得られる。

【数２】最大浮選効率の為には、液体の滞留時間Ｔ_lは、上昇気
泡の平均滞留時間Ｔ_bに等しく決める。即ち、Ｔ_b＝Ｔ_l＝流路容量／体積流量 (11) 個々の気泡に結合する粒の重さは、個々の気泡の浮力と
比較して非常に小さいので、気泡の密度と容量は浮選の
間実質的に一定のままである。これは、特定の固体及び
液体負荷について、供給される空気の量は十分であり、
乱れによる気泡集合体形成は無視しうるところの、通常
のＤＡＦ操作について有効な仮定である。

【００２８】流路を通って流れる液体の滞留時間Ｔ_lに
対する上昇する気泡の滞留時間Ｔ_bを等しくすることに
よって、流路内の長さ又は高さが他方から決定できる。
滞留時間Ｔ_l及びＴ_bは、典型的には５分と15分の間にセ
ットされるが、これは処理される液体の特性及び液体負
荷に対する供給空気の比率に依存する。

【００２９】未処理液体と液体中に溶解された空気との
混合物は、流路のいずれかの末端から導入され、角運動
量の保存の観点、及びタンクの底からの沈降固体の除去
の容易さの観点から、内巻き流が展開状の流よりも好ま
しい。高い分離効率のためプラグフロ−（押出し流）条
件を維持するのに、内巻き又は展開状の幾つかの流路を
単一タンク内で使用することによって処理能力も増加し
得る。

【００３０】固定された流路高さを有する与えられたＤ
ＡＦタンクについての最大の液体流速は、予め決められ
た流路高さについて、液体滞留時間Ｔ_lと気泡滞留時間
Ｔ_bを等式で結ぶことによって決定できる。特定の液体
及び流速についてのプラグフロ−を仮定すると、タンク
直径、流路数、タンク中の液体高さ、及び流路寸法（長
さ、幅及び高さ）は流体力学的に決定される。タンク中
の液体高さ（典型的には1.2〜2.0m）は、通常は浮遊ス
ラッジの除去を促進する為に流路の仕切り壁の頂部より
上のほぼ数インチのところに維持される。加圧下の液体
中に溶解された空気を、処理されるべき液体に放出、そ
して処理されるべき液体と混合する為の適当な装置が提
供される。大きなタンク又は長い流路については、幾つ
かの空気放出及び混合装置が考慮される。

【００３１】添付の図面をここで参照すると、幾つかの
図面を通じて、同じような参照文字及び数字が同じ又は
対応する部分を指定する。図１に於て、本発明の権利を
具体化する為の浮選タンク10を有するＤＡＦ装置が示さ
れる。図２及び３に示されるように、タンク10は円筒状
の直立外壁12を含み、外壁12は、その垂直円筒軸の周り
の渦巻き形の壁14によって半径方向に仕切られており、
渦巻き形の流路16が形成されている。渦巻き形の仕切り
壁の外側末端14aは外壁12に固定され、渦巻き形の仕切
り壁の内側末端14bは円筒形の軸の近くで終っている。

【００３２】未処理液Ｌ_u及び溶解空気含有液体Ｌ_aの両
方がミキサ−18で混合され、一緒にされた液体は、連続
的に流路16を流れ、あらゆる浮遊物質を除いて出口24を
通じてタンク10の底中心に位置する沈降物トラップ26に
排出される。一緒にされた液体は、トラップ26で集めら
れる沈降物及びあらゆる浮遊物質を除いて、ストレ−ナ
−28を通過し、ストレ−ナ−28は全ての残留する粒を除
く。しかし小部分についてはストレ−ナ−28からの処理
液体Ｌ_tは、液溜め30に送られ、液溜め30はオ−バ−フ
ロ−出口32の上昇によってタンク10中の液水準LLを決定
する。この液水準を調節する方法は、時々低固体含量の
スラッジを生じる。従って液水準を液高さセンサ−（図
示なし）によって制御し、これが液面高さを示す信号
を、それに応答する調節機に発生し、液の流入速度を制
御するための液体ポンプを制御することが望ましいかも
しれない。

【００３３】加圧下で溶解空気で飽和された処理液体Ｌ
_tの少量は、液体Ｌ_aとしてタンク10の入口20に再循環さ
れる。供給源44からの圧縮空気がポンプ46の入力で液体
Ｌ_t中に導入され、そして液体Ｌ_t中の全ての未溶解空気
は、その出力に於て溶解分離タンク48中で蓄積され、そ
してリリ−フ装置47によって逃される。勿論、溶解空気
を未処理液体Ｌ_uに導入するための他の手段が考えられ
る。例えば、空気を液体に混合するのに、処理液体の一
部を作動流体とするアスピレ−タ−又はエジェクタ−を
使用し得る。

【００３４】接触する微小気泡によってタンク10中の液
面に浮んできた懸濁物質又はスカムは、外壁12の頂部に
於ける接線方法のオ−バ−フロ−トラフ34を通じて除去
される。カ−ブしたブレ−ドを有するスキマ−36は支持
体38上に、液面上に回転可能に取り付けられ、低速モ−
タ−40で連続的に駆動されているが、これは浮遊物質又
はスカムを、トラフ30を通じて適当な処分の為に排出す
る。望まれるならば、浮遊物質は吸引ヘッドを使用して
直接液体表面から除去できる。

【００３５】図２及び３に示される矢印は液体流が流路
16を通る場合の、空気の微小気泡と浮遊する懸濁物質
の、上向き内巻きの通路を図解している。放出された気
泡は、懸濁物質の浮遊可能な粒に付き、それらを上昇さ
せ、表面に浮遊させる。遠心力及び重力下で、より重い
固体は液と共に流れ続け、徐々にタンク10の底に向かっ
て沈降する。浮遊物質については頂部が最大で、沈降物
については底が最大である濃度勾配は、このようにして
出来る。より重い固体又は沈降物はトラップ26に集めら
れるが、これらはゲ−トバルブ42を通じて除去され、浮
遊物質はスキマ−36によって押出されオ−バ−フロ−ト
ラフ34に出される。液中に残る全ての小さな非浮遊性の
懸濁物質は、中心出口24を通じてタンク10から排出さ
れ、ストレ−ナ−28で除去される。液体の内巻き流の為
に、浮遊する懸濁物質は、タンクの中心近くに蓄積する
傾向を時々示し得る。その場合は、懸濁物質は、スキマ
−36の代りに図示していない吸引手段で容易に除去でき
る。

【００３６】ここで図４のＤＡＦ系について述べると、
直立した円筒状のタンク50が展開状の流れの為に提供さ
れる。この具体例は特に沈降固体を含有していない液体
中の懸濁物質を分離する為に適している。渦巻き形の内
部壁52が展開状の流路54を形成し、これはタンク底の中
心に入口56を有し、タンクの底近くの側面に周囲の出口
58を有し、流路54を通じて展開状の流れを与える。未処
理液Ｌ_uは、加圧下の溶解空気で飽和された液Ｌ_aと固定
ミキサ−60中で混合され、デュフュザ−62を通じてタン
ク50中に導入される。液体混合物は図５の矢印で示すよ
うに、展開状に流路54を通り、出口58を通り、トラップ
26及びストレイナ−28を通って、オ−バ−フロ−液だめ
30に行き、ここでオ−バ−フロ−出口32はタンク50中の
液面高さＬＬを図１の系について記載したのと同じ方法
で維持する。タンク50の底で集められた固体は周囲の出
口59で除去される。

【００３７】液Ｌ_aは同じ方法で加圧下に溶解空気で飽
和される。空気供給源44からの圧縮空気がストレイナ−
28からの処理液Ｌ_tの少量中に溶解され、そしてポンプ4
6及びリリ−フ−弁47を備えたタンク48を通って導か
れ、ミキサ−60に至る。空気を加圧下で液体に溶解する
為の他の方法と装置としては高速混合ポンプ、パッキン
グを有するか又は有しないタンク及び固定ミキサ−であ
る。

【００３８】渦巻き形の流路を有する長いタンク中で、
処理されるべき液体中に十分な気泡を均一に分散させる
ように供給する為に、液体入口近くに幾つかの放出装置
が提供されるか、又は気泡を分布させる為に流路の長手
方向に沿って提供する。図７〜１１は内巻の仕切り壁94
によって内部が仕切られている外壁92を有している直立
した円筒状の浮選タンク90を示しており、図１のタンク
10について記載した方法で、タンク90の底近くの側面の
周囲入口98を通って液Ｌ_uが導入され、底中心の出口100
に出て行くように、内巻きの流路96を形成している。

【００３９】溶解された空気を含有する液体Ｌ_aは、あ
る間隔をおいて渦巻きヘッダ−104に流体連絡されたデ
ィフュ−ザ−102によって、そして固定ミキサ−106およ
び入口98に於けるディフュ−ザ−108によって、タンク9
0の底に於て未処理液体Ｌ_uと混合される。ディフュ−ザ
−102は好ましくはノズル103を有し、ノズル103は液体
Ｌ_aを下向き流に向けて、内巻き流を強める為に液体に
追加的な押しを与えている。明らかに、展開流の為には
このノズルは別の方向に排出される。このデザイン形態
はそれによって液体の全流路に沿って気泡の連続的な導
入を提供しそして浮選の為のタンク能力を増加させる。
沈降したそして浮遊した物質はタンク10に記載したのと
同じ方法で除去される。

【００４０】ＤＡＦタンクに一つを越える流路（チャネ
ル）を設けることが考えられる。例えば図１２は３つの
流路を有する浮選タンク110を示す。このタンクは３つ
の渦巻形の壁112A、112B、112Cによって120゜の角度で
区切られそれぞれが別々の周囲の液体入口114を有する
がタンクの底の中心において共通した中心の液体出口11
6を有し、そして浮遊物質のための一つのオ−バ−フロ
−出口118を有している３つの内巻流の流路を形成して
いる。各々の液体入口114には溶解空気で飽和された液
体Ｌ_aと未処理液体Ｌ_uを一緒にする為の固定ミキサ−12
0が設けられている。もちろんこの形態はまた展開流に
も適しており渦巻形の壁の数は特定の要求にしたがって
変更できる。

【００４１】前の議論から本発明を円滑に実施するには
幾つかの重要な点が考慮されるべきことが明らかであ
る。与えられた液体負荷について、ＤＡＦタンク中の流
路の寸法（長さ、高さ及び幅）は、液体中の気泡の滞留
時間に等しいか又は僅かに大きな流路中液体滞留時間を
提供すべきである。このことは、液体が流路出口に達す
る前に気泡と浮遊物質が液面に上昇する十分な時間を得
ることを可能とする。流路中の液の平均線形速度は必要
とする滞留時間から決定される値よりも僅かに下に保た
れなければならない。より長い流路又はより遅い流速の
いずれかを提供することは、液体の滞留時間が容易に変
えられることを可能とする。供給される空気の量は仕様
の固体負荷及び液体負荷に対し十分であるべきである。
処理されるべき液中の気泡の容量濃度は、良好な浮選の
為に非常に重要な因子である。一般に気泡容量濃度が大
きければ大きいほど、懸濁物質の除去速度が速い。この
理由で必要とされる空気は液体負荷、即ち液流速によっ
て決定されるべきであり、好ましくは少なくとも8〜10g
の空気／m³水であるべきである。放出される気泡の平均
粒径は、放出装置を横切る圧力差と流速を制御すること
によって、約１０〜４０μの範囲内に制御されるべきで
ある。気泡の大きさは好ましくは流路高さ及び液面高さ
を制限することによっておよそ130μに限定されるのが
好ましい。液中の飽和空気の溶解度は空気圧力と液体温
度の関数である。飽和無しの液中の溶解空気の実際の濃
度も接触時間と二つの流体の混合効果に依存する。従っ
て空気の溶解も又重要である。

【００４２】風や雨から液体表面上の浮遊したスラッジ
層を保護する為にＤＡＦタンクは保護カバ−の下に置く
ことが出来る。使用された空気の回収又は処理されたガ
スの回収が望まれるならば、タンクの頂部は別の容器に
導くガス出口を設けそれが密封されることができる。

【００４３】本発明によって提供されるＤＡＦタンク中
での液体乱れとバックミキシングが存在しないことは凝
集剤又はフロック形成剤なしに非常に高い分離効率を殆
どの工業的用途で達成されることを可能とする。このこ
とは非常に安定な希薄なエマルジョンの分離及び非常に
高い速度で行なわれる液体の分離を含んでいる。処理液
の化学汚染は防止でき、それによって多くの工業的液体
廃棄物の二次的処理の必要性をなくする。

【００４４】本発明により提供されるＤＡＦタンクはデ
ザインと運転が単純である。これは殆ど又は全く化学物
質の使用をせずに分離困難なエマルジョンを分離でき、
高速度及び高い分離効率で液体を処理する。多くの慣用
のＤＡＦタンクは、既存の内部構造を渦巻き形の仕切り
で置き換え、そして液体の入口と出口の場所を変えるこ
とによって、本発明に従って容易に修正又は改造するこ
とが出来る。

【００４５】上に記載した以外の本発明の適用も可能で
ある。例えば殆ど又は全く修正なしに、これは、単独又
は空気と混合して、酸素、オゾン及び塩素などの酸化ガ
スを使用し、懸濁している及び溶解している有機物含有
液体の処理に使用でき、懸濁物質を除去し同時に溶解し
た有機物質を消化することが出来る。微生物を使用す
る排水中の溶解した有機物質を変換する為の活性汚泥法
に対し適用される時は、主として微生物を含有している
浮遊又は沈降したスラッジの一部は、再循環し未処理排
水に添加し、そして処理された排水の一部は微生物の為
に必要とされる空気又は酸素を溶解する為に再循環さ
れ、そして次にＤＡＦタンク中の未処理排水中に混合さ
れる。飲み水を生じる為には原水は塩素、二酸化塩素、
塩素ドナ−などの殺生物剤又は非酸化性の殺生物剤を単
独又は空気と混合して処理され得る。気体及び気体廃棄
物も適当な液体を使用して物理的又は化学的な吸収によ
り本発明にしたがって分離又は処理され得る。一方液体
に溶解された気体は溶解した空気の気泡により脱着で逃
されることが出来る。その例は空気によって水中に溶解
したアンモニアをストリッピングすることである。本発
明が液体も気体も処理するのに使用することができ、気
体を液体と反応させる為に使用することが出来ることが
明らかである。本発明は浮遊可能な物質及び沈降可能な
懸濁物の両方を同時に除去出来るので、多くの形態の懸
濁物質を含有している液体の重力分離に使用できる。ま
たこれは処理される液体中に含有される懸濁物の水圧凝
集を促進することができ、従って生成するフロックを分
離する、又は分離しない、フロック形成機として役立ち
得る。

【００４６】種々の詳細及び部品の配置の種々の変更が
本発明の原理を説明する為に記載され、個々に例示され
た詳細及び部品の配置の種々の変更が当業者に特許請求
の範囲に定義された発明の精神と範囲内でなされうるこ
とが理解される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従うＤＡＦ系の一つの好ましい具
体例のブロック図である

【図２】線２−２に沿う図１のタンクの平面断面図
を表わす。

【図３】図２の線３−３に沿う図１のタンクの立断
面図を表わす。

【図４】単一流路展開流タンクを用いる本発明に従
うＤＡＦ系の別の具体例のブロック図である

【図５】線５−５に沿った図４のタンクの平断面図
を表わす。

【図６】図５の線６−６に沿った図４のタンクの立
断面図を表わす。

【図７】複数の溶解された空気ディフュ−ザ−を有
する単一流路内巻流の本発明の別の具体例の側面図であ
る。

【図８】線８−８に沿った図７のタンクの平断面図
を表わす。

【図９】図８の線９−９に沿った図７のタンクの側
断面図である。

【図１０】図７に図解された溶解空気ディフュ−ザ−
の一部断面の拡大平面図である。

【図１１】図１０の溶解空気ディフュ−ザ−の一部断
面の拡大立面図である。

【図１２】ＤＡＦ系中に於て使用する為の本発明の複
数流路の内巻き流タンクの平断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体から懸濁物質を分離する為の溶解空
気浮選装置であって、該液体を保持する為の底壁及び直立円筒外壁と、該底壁
から該外壁頂部の下の一定高さまでのびており、該外壁
とつながっている外側端及び容器の中心近くで終ってい
る自由端として直立する内側端とを有し、渦巻き形の流
路（チャネル）を形成している、少なくとも一つの直立
した渦巻き形の仕切体と、懸濁物質を有する液体を容器
中に入れる為に、該仕切体頂部下の該流路の一端と連絡
している入口と、懸濁物質から分離された液体を排出す
るために該仕切体頂部下の該流路の他端と連絡している
出口とを有する容器；圧縮空気を該分離された液体の別
に分けられた部分に溶解するための手段；該別に分けら
れた部分の少なくとも一部を該入口から入れられた液体
及び懸濁物質と混合する為の手段；該一定高さの上に該
容器中の液水準を調節する為に該容器と連結されている
手段；及び該別に分けられた部分から放出される空気の
ミクロバブルによって液面に浮遊した懸濁物質を除去す
る為の手段；を含んでいる装置。
【請求項２】該流路を通る内巻きの流れを提供する為
に、該入口が該仕切体の外側端に於ける該容器の底近く
に位置しており、該出口が該容器の底近くの中心に位置
している請求項１に記載の装置。
【請求項３】該液入口が該流路の全てに共通であり、
該流路の一端に於て該容器の底中心に位置しており、該出口が該流路の他端に於て、周囲の該外壁近くに位置
しており、該各々の仕切体は、該外壁とつながり、該流
路を通る液体の展開状の流れを提供する請求項１に記載
の装置。
【請求項４】該容器内で該液体の表面に浮遊した懸濁
物質を除去する為の手段が、浮遊した懸濁物質を該容器
からオ−バ−フロ−させる為に該容器内の該液面の高さ
に於て該容器の外壁近くに位置しているオ−バ−フロ−
トラフを含んでいる請求項１に記載の装置。
【請求項５】該液面高さ調節手段が、該出口と流体連
絡している液水準に位置しているオ−バ−フロ−出口を
含んでいる請求項１に記載の装置。
【請求項６】該除去手段が更に該容器の上に中心をお
いて位置するモ−タ−により駆動され、液面をすくい取
るように位置される曲線を描くブレ−ドを更に含んでい
る請求項１に記載の装置。
【請求項７】該仕切体の壁の各々が螺旋を形成してお
り、隣接する螺旋流の流路を該容器の中心の周りに形成
している請求項１に記載の装置。
【請求項８】該外壁がほぼ円筒形であり、該容器がほ
ぼ直立している請求項１に記載の装置。
【請求項９】該液面高さに位置するオ−バ−フロ−ト
ラフが、浮遊した懸濁物質のオ−バ−フロ−を容易にす
るために、該容器外壁に対し接線方向に位置している請
求項４に記載の装置。
【請求項１０】該液入口の数が流路の数に相当する請
求項２に記載の装置。
【請求項１１】該液出口が流路の数に相当する請求項
３に記載の装置。
【請求項１２】該容器が少なくとも二つの該仕切体を
有しており、複数の該流路を形成しており、該出口が該流路の全てと連絡しており、該容器の中心に
位置している請求項１に記載の装置。
【請求項１３】該モ−タ−が可変速度モ−タ−である
請求項６に記載の装置。
【請求項１４】流路を有するタンクと、液及び懸濁物
質を受ける為に該流路の一端にある入口と、懸濁物質か
ら分離された液を排出する為の該流路の他端にある出口
と、該液の表面に浮んだ懸濁物質を除去する為に該流路
の上にあるエクストラクタ−と、を含んでいる、液から
懸濁物質を除去する為の溶解空気浮選装置であって、タンク底からタンク頂部下の高さまでのびており、該タ
ンクの側面とつながっている外側端と、タンクの中心か
ら半径方向のある距離で終っている直立自由端を形成し
ている内側末端とを有しており、渦巻き形の流路を形成
している、少なくとも一つの直立した渦巻き形の仕切
体、該出口から排出される液の一部中に圧縮空気を溶解する
為の手段、及び該入口に於て取込まれた液体及び懸濁物
質と該液の一部の少なくとも一部を混合する為の手段、
を含んでいる装置。
【請求項１５】該混合手段が該液の一部中の溶解しな
い空気を逃す為の溶解タンクを含んでいる請求項１４に
記載の装置。
【請求項１６】該混合手段が該再循環液体を作動流体
として使用する空気アスピレ−タ−を含んでいる請求項
１４に記載の装置。
【請求項１７】液体から懸濁物質を溶解気体浮選によ
って分離するための方法であって、該液体の一部を空気と混合して混合物を形成し、該混合物を該液体の渦巻き形の流路の一端に於て解放
し、該液体と予定された割合でブレンドし、該混合物から解放された気体のミクロバブルによって該
液体から該懸濁物質を分離し、そして同時に、流路の他
端に於て分離された液体を排出し、かつ該流路上の該液
体の表面から浮遊した懸濁物質を除去すること、を含ん
でいる方法。
【請求項１８】該液体と気体とを混合するに先立っ
て、該液体の分離の為に適した化学物質を該液体に添加
する段階を含んでいる請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】流路の出口を通して該懸濁した物質の
沈降可能な成分を、沈降させ除去する段階を含んでいる
請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】該気体が酸化剤を含有している請求項
１７に記載の懸濁及び溶解有機物質を含有している液体
を処理する方法。
【請求項２１】該気体が殺生物剤を含有している請求
項１７に記載の液体処理方法。
【請求項２２】該気体の少なくとも一部が該液体によ
って吸収可能である請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】該液体が溶解気体を含有し、該気体が
該液体から溶解した気体の少なくとも一部をストリッピ
ングすることが出来る請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】該気体が該液体と化学的に反応性の気
体である請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】該液体に対し、懸濁物質の該沈降可能
な成分の部分を再循環及び添加する段階を含んでいる請
求項１９に記載の方法。
【請求項２６】液体から懸濁物質を分離する為の溶解
空気浮選装置であって、底からタンク頂部の下の一定高さまでのびており、一端
がタンク側面とつながり、他端がタンク中心からある半
径方向距離で終っいて、ほぼ渦巻き形の流路を形成して
いる、直立した渦巻き形の仕切体を有しており、該流路
が一端で液体と懸濁物質を導入する為の入口と、他端で
懸濁物質から分離された液体を排出する為に該タンクの
下方区域中で出口と連絡している、直立した円筒形のタ
ンク、排出液体の一部中に圧縮空気を溶解する為の手段、該液体と懸濁物質を混合する為に該入口中に該排出液体
の一部の少なくとも一部を導入する為に該入口と連絡し
ている手段、該液体から放出され懸濁物質に付着している空気のミク
ロバブルによって表面に運ばれた液体中の懸濁物質をす
くい取るためにタンクの上部区域中に配置された手段、
及び該流路の他端に於て液体を排出する為の該出口と連
絡している手段、からなる装置。
【請求項２７】該入口が周囲に位置して液体及び懸濁
物質をタンク中に向けており、該出口が該タンクの中心
にあって流路を通る流れが内巻きである請求項２６に記
載の装置。
【請求項２８】該タンクからの流出物を方向付けるた
めに、該入口が該タンクの底の中心に有り、該出口が周
囲に位置しており、それにより流路を通る流れが展開状
である請求項２６に記載の装置。
【請求項２９】更に流れの方向に該一部の別の一部を
導入する為の該流路の底にそった間隔をおいて位置する
ディフュ−ザ−手段を含んでいる請求項２に記載の装
置。
【請求項３０】未処理液体中に懸濁している物質を分
離する為の方法であって、直立タンク中に、該タンクの底から該タンク頂部よりも
下の位置までのびている渦巻き形の流路（チャネル）を
与え、かつ、該流路に該位置よりも下の位置で該流路と
何れかの末端で連絡している入口及び出口を設け、該出口から排出された処理液の一部中に気体を溶解して
第一の混合物を形成し、該第一の混合物を該未処理液体と混ぜて第二の混合物を
形成し、プラグフロ−を生じる速度で該入口を通じて該第二の混
合物を該流路に導入し、該第二の混合物が該流路を流れる際に表面に浮遊する物
質を除去し、処理液を該出口を通じて排出させることからなる方法。
【請求項３１】該気体が該物質中の有機成分を分解す
るための酸化剤である請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】該気体が本質的に酸素、オゾン、及び
塩素からなる群から選択される請求項３０に記載の方
法。
【請求項３３】更に酸化剤を空気と混合することを含
んでいる請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】該液体中に溶解された有機物を変換す
るため該未処理液体中に除去された物質の一部を加える
ことを更に含む請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】飲用に適した水を生じるために未処理
液体に殺生物剤を加えることを含む請求項３０に記載の
方法。
【請求項３６】該殺生物剤が本質的に塩素、塩素酸化
物、塩素供与体、及び非酸化性殺生物剤からなる群から
選択される請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】殺生物剤を空気と混合することを更に
含む請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】該気体が該液体と直接化学反応可能で
あり、反応混合物が反応した液体と共に流路から排出さ
れる請求項３０に記載の方法。
【請求項３９】該気体が該液体と直接化学反応可能で
あり、反応混合物が反応した気体と共に液体表面から排
出される請求項３０に記載の方法。
【請求項４０】中央の出口から該懸濁した物質の沈降
成分を、沈降除去する段階を含んでいる請求項１７に記
載の方法。
【請求項４１】該液体に対し、除去された懸濁物質の
一部を再循環及び添加する段階を含んでいる請求項１７
に記載の方法。。