JPS5811277B2 - ガスキユウシユウケイ オヨビ ソノホウホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般にガス吸収技術に関するもので、特に流水
中の酸素量を制御する方法に関する。

しかも本技術はガスを流体に溶解するのに応用できる。

水処理技術を適用する多くの場合において、中心となる
問題は気体物質特に酸素を処理中の液相にいかに十分溶
解させうるかということである。

これに関連し、たとえば廃水の二次生物学的（活性汚泥
）処理用のパイプライン反応器でおこるような酸素溶解
工程を考えることは有益である。

この型の反応器は１９６９年７月２日提出のハワード・
ケイ・ホーバー（Ｈｏｗａｒｄ Ｋ Ｈｏｖｅｒ）らの
米国特許出願「二次汚水の処理系」に記載されており、
上記出願は本願の出願人に譲渡された。

上記出願は、長いパイプライン反応器で酸素と廃水と活
性汚泥とを接触させる独特の方法を明らかにしている。

この出願はさらに、酸素の溶解を助けるために、反応器
内に間隔を置いて設けられた種々の混合装置を利用する
ことを教えている。

一般に、酸素溶解速度は、処理される液相における乱流
の増加によって増すことができる。

しかし、例えば上記の反応器の場合には、均一寸法の管
における液速度を増加することによる液乱流の増加は、
混合液を完全に反応させるのに十分な時間パイプライン
内に留める必要性から制限される。

平均速度がこのように制限されなければならないから、
反応器の小さな部分でだけ乱流を増すことが経済上好ま
しい。

処理される水に酸素を十分溶解させる問題とは別に、特
に廃水を処理する場合には、処理される液体の酸素要求
量が異なることによってさらに困難が起る。

上記反応器の場合には、たとえば反応器に送られる酸素
がほとんど浪費されないことが経済的に要求される。

他方、反応器を通過する水の処理には、正確な量の酸素
を反応器に送る必要がある。

そこで、本発明の目的は、酸素要求量に応じて。

処理系を流れる廃水のような液相に酸素を有効迅速に添
加できる方法を提供するにある。

本発明の別の目的は、酸素で処理される液相への酸素溶
解速度を著しく大きくし、かつ本発明を使う系への酸素
供給速度を簡単に安価に迅速に再現性よく制御できる方
法を提供するにある。

本発明の別の目的は、活性汚泥系および天然のまたは人
工のたまり水を含む広範囲の水処理操作に応用できると
ころの酸素を液相に有効に溶解する方法を提供するにあ
る。

上記目的は、以下述べる本発明の方法によって達成され
得る。

すなわち、本発明は、閉鎖式重力落下帯域内で流水中の
酸素量を制御する方法に係り、さらに詳細には、本発明
は、流水に対して酸素を注入して該閉鎖式落下帯域で酸
素に富んだガス空間を形成せしめること、該落下帯域に
おけるガス空間を通して上方水面から下方水面へと約１
５．２〜約６１．０ｃｍ７秒（０，５〜２．０フイ一ト
／秒）の見掛は流速で該流水に自由な落下を与えて、該
落下帯域内で上方に延びている高乱流泡カラムを発生せ
しめ、維持せしめること、ならびに上方水面と下方水面
との間の距離差に基づいて変化する測定値を検出し、そ
の結果に基づいて該落下帯域に供給する酸素の速度を調
節して、該距離を所望値に維持せしめることにより該ガ
ス空間内の酸素圧力を制御し、それによって流水中へ運
び去られる酸素量に相応する量の酸素を注入せしめるこ
とを特徴とする閉鎖式重力落下帯域内で流水中の酸素量
を制御する方法に係る。

本発明は才だ、上記方法において、さらに、該落下帯域
を通して押し流される該酸素ガスを該落下帯域における
ガス空間へ再循環し、それによって該酸素ガスの損失を
回避することにより該落下帯域の効率を改良する工程を
付加したことを特徴とする該方法も含む。

酸素は注入装置などで供給され、直接落下帯域に供給で
きる。

代表的系では、上記落下帯域は、処理される液体が流れ
る閉鎖式導管才たは閉鎖容器の一部を形成する垂直に配
置された部分によって規定される。

操作効率の点で注目すべき１具体化では、多数の上記の
垂直に配置された部分が、上記導管中に存在する多数の
線形に傾斜する立上り部分によって隣接されており、種
々の隣接部分は上記の液相が流れるための鋸歯状の外形
を規定している。

酸素の利用率に応じて落下帯域に気体を注入するために
は、上記落下帯域の頂部と底部における圧力を監視しか
つ実質上一定の圧力差を維持するよう酸素の流れを計量
するための装置を存在させることができる。

以下、本発明およびその関連技術を添付図面を参照して
具体的に説明する。

第１図は本発明の基本的装置の具体化を模式的に示す。

図かられかるように、たとえば管などのような閉鎖式導
管１は、矢印５で示すように、管端３で導管部分に入る
液体流を運ぶ。

勿論、導管１は独立して存在する必要はなく、一層大き
な系の一部分であることもできる。

たとえば前記のホーバーらの米国出願に記載のように、
導管１は活性汚泥系ではパイプライン反応器の一部分で
あることができる。

導管１は、連続しているが、３つの直列に連結した部分
、すなわち上方に傾斜して立ち上る部分７と、垂直に配
置された落下部分９と、本質的に水平な配置の出口部分
１１とからなると考えることができる。

立ち上り部分７における液体１３（液体はたとえば活性
汚泥法の場合は廃水または混合液体からなる）の流速は
、液体１３が部分子によって囲まれた全容積を本質的に
充たすような流速である。

しかし液体１３は落下部分に達すると、直降下を行ない
、重力の影響下に落下し、落下部分に空隙１５があられ
れる。

部分９の底部において、部分１１の全部分を再び本質的
に完全に充たす液塊として、流れが再確立され、部分１
１から出る。

本発明によれば、落下部分９は、高い量の酸素吸収が達
成される「落下帯域」と考えることができる。

落下帯域からある距離上流のたとえばＡ点で酸素を加え
ると、図示するように、酸素はポケットとして空隙１５
内に集まる。

十分な量のガスがＡ点で注入されれば、また−十分な量
のガスが出口部分１１を通って出る液体中に溶けたもし
くは伴出されたガスに等しい伴出気泡として液体と共に
入るならば、上記のポケットは存続する。

図示したように、液体は上方水面Ｃからポケット内のガ
ス容積できめられる下方水面りまで重力で落下する。

落下する液体は下方水面りではじまる高乱流帯（泡カラ
ム）を発生し、これは液相への高率の酸素移動を生じる
。

この帯域は、気泡が液体によって囲まれた泡からなり、
この泡カラムは、ガス注入速度または液体中に溶解され
もしくは落下帯域から運び去られるガスの速度の変動に
よって生じる下方水面りの変動と共に上昇したり下降し
たりする。

落下帯域を出るガスは、液体中に溶けているか、または
液体中に伴出された気泡としてはこび去られる。

十分な量の未溶解ガスがＡ点のような点における注入に
より液体中に伴なわれた気泡として落下帯域に入るなら
ば、または十分な量の未溶解ガスがＢ点でガスポケット
に加えられるならば、系にほかの変化がない限り下方水
面りは一定に保たれる。

ガスの流入はガスの流出に等しいので、上記水面は一定
に保たれる。

酸素の溶解または伴出の速度を変える液体の性質、流速
またはガス圧が変化すれば、簡単な物質収支の考慮から
落下液面も変わるだろう。

溶解したまたは伴出物としてはこび去られたガスの合計
量には十分でない量のガスを供給するときは、泡水位（
泡カラムの頂部）すなわち下方水面が上る。

過剰のガスを供給すれば、上記水位は下る。

ここで得られる物質収支のこの単純な結果により、落下
作用を制御する方法が提供される。

溶解および伴出される酸素量は、主として落下の高さと
液体の見掛は流速の関数であることがわかった。

そこで、落下の高さを制御することによって、溶解また
は伴出される酸素量を一定に保てる。

落下帯域内の泡カラムの高さもしくは静止液面としての
泡カラム高さと同等のものを直接検出して、または上記
カラムの静圧ヘッドを検出して、Ａ点またはＢ点でのガ
ス供給を制御することにより、落下の高さを容易に制御
できる。

この技術の詳しい議論は、第２図に示した具体化に関連
し述べる。

第１図は概略図のため、Ａ点、Ｂ点で利用するガス注入
装置の詳細は描かれていない。

しかし、これらは、孔のあいた管、ガスノズルなどを含
め上記目的に有用なことがわかっている種々の装置から
なることができる。

第２図に、本発明の別の具体化を模式的に示す。

ここでは、連続した閉鎖式導管２１は、逆Ｕ字形的り管
を形成する直列に連結された部分２３゜２５．２７，２
９，３０からなっていることがわかる。

入口部分２３は本質的に水平であって、液体１３の上昇
は垂直に配置された部分２５で起る。

ついで液体は短かい水平部分２７を通る。

流れの条件、すなわち流速と流量のため、第１図で議論
した空隙に似た空隙１５が部分２７に存在することがわ
かる。

この空隙１５内に、ガス注入装置３１．３３によって酸
素ガスを注入でき、また装置２８により上流でさらに注
入を行なうことができる。

第１図の具体化の場合のように、液体１３は部分２９で
規定される落下帯域を通って直降下し、第１図で記載し
たものと同一の泡立つガス移動塊１９を形成する。

ついで有効に酸素添加された液体は部分３０を経て排出
される。

落下の高さを検出し、それによりこの落下高さを制御す
るために、検出装置３４を逆Ｕ字形的り管に付ける。

落下の高さを知ることにより、部分２９で示す曝気工程
の要求条件にしたがって注入ガスの供給を調節できる。

検出装置３４は部分２９の液体水面を示すのに適してい
る。

検出装置３４は落下帯域の頂部と底部にそれぞれ連結さ
れた脚３６．３８を有する簡単な透明管形をとることが
できる。

ガスを連続して系に注入しないときには、ガスは１５に
おいてガスポケットから吸収、伴出され、このガスは消
費されるので下方液体水面は上る。

たとえば、肉眼観察によって、または上記透明管を横切
り配置された光電管と光源との組合せによって、上記上
昇を検出できる。

制御信号を発し、吸収および伴出されたガスを補充する
ため系にさらにガスを添加するのに、弁または他の装置
を開くことができる。

逆に、過剰のガスの添加により下方の液体水面が下り（
この液体上の泡カラムも下り）、このレベル検出器を系
へのガス流をとめるよう配置できる。

かくして、系へのガス添加を系でのガスの吸収と伴出に
合わせることができる。

第３図の模式図は、ガス供給を落下帯域での消費に合わ
せるための装置を一層詳しく示す。

管または類似物である閉鎖式導管３５は、本質的に水平
な入口部分３７からなり、酸素添加しようとする廃水ま
たは他の液体ベースの物質を３９から入口部分３７へ入
れる。

ここでもまた、液体１３が落下部分４３を通って下方に
突進するので、流れの条件は垂直に配置された落下部分
４３において空隙４１を生じるような条件である。

これに関連し、同図はまた落下点に近づいていく液体中
にガスポケットが存在することを４５で示していること
がわかる。

このガスポケットは、たとえば前記の方式で上流で注入
されたガスから生じうる。

このガスポケットの形成は、酸素注入速度、管の配列、
酸素注入方式などの多くの因子によるものである。

図示したような酸素注入系では、大きな気泡の生成をで
きるだけ減らすのが望ましい。

細かい気泡は一層多くの酸素吸収を可能にするので好ま
しい。

落下部分４３で酸素添加工程を通過後、酸素添加された
液体は水平部分４７を通過する。

ここでも過剰のガスポケットが４５として示されている
。

なお、第４図に示したような上方に傾斜した管は、その
管の上表面に沿って図示した間隔を置いた動く気泡を一
層容易に形成する傾向があることがわかった。

第３図は差圧検出装置４９を図示しており、この検出装
置は落下帯域の底部および頂部の圧力を比較するための
検出端子５１，５３を有している。

検出装置４９は、制御環状回路５５を経て信号をガス計
量弁装置５７に与えるよう配置され、上記弁装置５７は
次にライン５９を経て系に入るガスを制御する。

上記装置４９は、差圧がある予め選んだレベルから外れ
たら、適当な制御信号を送るようにセットされており、
それによって系内への酸素の流れを酸素の使用速度にし
たがって増減でき、こうして系で起る特定の工程への酸
素供給速度に合うよう自動的で簡単な制御を与えうる。

端子５１が感じる全圧を、ガス空隙４１内の圧力と端子
５１の上方の気泡および液体の混合物に対応する圧力と
の合計とすれば、 Ｐ５１＝Ｐ４１＋ρｆ ｇｈ である。

よって、 Ｐ−（Ｐ５１−Ｐ４１）＝ρｆ ｇｈ ただし、ρｆは泡カラムの平均密度、ｈは泡カラムの高
さ、ｇは重力加速度である。

差圧セル４９のような検出器は、Ｐを検出する。

よって、この差圧を電気的または空気的信号に変換でき
、その信号を用いて、５９でまたは上流でガスを添加す
るための５７のようなソレノイド弁を作動させることが
できる。

かくして、水面が上ると弁を開き、水面が下ると弁を閉
じるようにする。

第１〜３図は、落下帯域をつくるための３種の異なる管
装置の例である。

当業者には他の形態も明らかである。

たとえば、第２図の逆Ｕ字形曲り管に対して、Ｕ字形落
下を使用できる。

さらに水平に配置された配管部分およびわずかに垂直に
傾いた配管部分の両方を使って、液体を供給しそして液
体を落下帯域から取り出すことができる。

落下帯域は垂直に配置するのが好ましいが、幾分垂直線
に対し傾斜した落下系でも操作できる。

第４図および第５図は、第１〜３図に記載のものと類似
の多数の落下帯域保持導管部分を直列で含む鋸歯状外形
の配置の模式図である。

第４図には、複数落下帯域を使う全系を制御できる１方
法を示す配置（たとえばパイプライン反応器の一部分で
あることができる）が示されている。

液体は点６５で入り、また酸素は手動制御（または自動
的流量比例制御）によって、ライン７３から弁１５を経
て、点７１までの工程の最小予想全酸素要求量に対し十
分な比率で注入される。

反応する液体とガスは管７７に沿って第１落下帯域６１
まで進み、上記落下帯域は、第３図に関連し議論した制
御機構（類似の部分は相対的に同一である）によって、
点６７と７１の間の最小予想酸素消費量のためのガス流
通（ｓｗｅｅｐ−ｔｈｒｏｕｇｈ）比率に相当する泡カ
ラム高さを自動的に維持するようセットされる。

部分７７での酸素消費量が予想された最小比率より高い
場合、予想より少ない量のガス状酸素が落下帯域６１に
入り、これは泡カラムの高さを上昇させる傾向がある。

この傾向は装置４９によって検出され、弁５７を自動的
に開き、セットした泡カラム高さを維持するのに十分な
酸素を導入する。

これにより、酸素ガスの一定容量が点６７と点６９を連
結する管γ９に流れることを確保する。

落下帯域６３での作用は帯域６１で起ることと類似であ
るが、ただし、管の部分８１へと流れる酸素ガス量がパ
イプライン反応器のこの最後の部分で予想される最大酸
素消費量に相当するように、制御された泡カラムの高さ
をセットする。

正常条件では、このガスの全部は消費されずに、過剰の
ガスは出口８３を経て排出してもよくまたは再循環して
もよい。

しかし、８３で排気されるガス量が、落下帯域６３で加
わったガスのかなりの部分であることができるとしても
、その量は点６５゜６７．６９で工程に供給された全酸
素量のごく少部分にすぎない。

点６９でのガス添加の超比例（ｓｕｐｅｒ−ｐｒｏｐｏ
ｒｔｉｏｎａｌ）制御によって、さらに多量の酸素の節
約を実現できる。

廃水の酸素要求量が正常より高い場合は、点６９に入る
酸素量は正常よりも低いであろうし、一層多くの酸素を
落下帯域６３で注入する必要がある。

このことは最後の部分８１での酸素吸収率が正常よりも
大きいことも意味する。

これに適応するために、検出装置４９と弁３Ｔの間に置
くことのできる制御機構は、点６７から入る酸素の不足
分を補正するように酸素注入弁が開かれるので、泡カラ
ムの高さのセットされた点を下げて一層多くの酸素ガス
が部分８１へと流れるようにした制御機構であることが
できる。

反応器の端から排出される酸素量にもとづき、初期酸素
供給と泡カラム高さのセットされた点を調節することに
よって、工程の酸素要求量の長時間にわたる変動に適応
させることができる。

ごく遅い負のフィードバック制御を使って、手動でまた
は自動的に上記調節を行なえる。

更に、遅い負のフィードバック制御を逐次落下帯域間に
連結できる。

たとえば、制御器が落下帯域６３での速い酸素添加を換
求するときは、一層多くの酸素が点６７から点６９の方
へ流れるように、フィードバックして落下帯域６１での
泡カラムの高さを下げることができる。

第５図では、第４図のものに似た構造であるが、はるか
に多数の逐次落下帯域を直列に配置しである。

第５図の模式図は、すべての落下帯域で酸素を注入する
必要のないことを示している。

第５図では、酸素は酸素ライン１０１から落下帯域８７
゜９１．９７でのみ注入され、一方落下帯域８５゜８９
．９３，９５．９９は酸素の注入または泡カラムの高さ
の制御がなく、酸素の吸収率を増すだけに使われるこさ
がわかる。

第５図はまた活性汚泥系での一連の落下帯域を模式的に
示している。

ライン１００は清澄器から汚泥を戻し、ライン１０２で
第２の流出物と混合される。

ついで混合液ＭＬは処理のための系を通してポンプで送
られ、精製された流出物は清澄器から抜かれる。

第５図は系に対する酸素添加を制御するための別の解決
法も示している。

この解決法は、たとえば８７ａ、９１ａ、９７ａで、落
下帯域へのガス供給に圧調節器を使う。

この調節器は落下帯域でのガス圧を検出し、自動的に追
加ガスを添加するかまたは必要なときは閉じて、望むセ
ットしたガス圧を保つ。

各々調節された帯域での圧力は、一般に下流落下帯域で
起る圧力降下の合計に等しい。

水力学的摩擦損失はごく小さいので、本質的に無視でき
る。

第４図、第５図を考慮すると、本発明の原理を使う場合
に、種々の別の配置が可能なことは明らかである。

たとえば、落下帯域はＵ字形曲り管（逆のおよび通常の
曲り管）または「落下」を生じる他の形態であることが
できる。

次の幾つかの変数が本発明における落下帯域で液体へ移
動する酸素の全量に影響を与える。

（１）液体が落下する高さ、（２）液体の見掛は流速（
垂直管を通過する液体の体積流量を垂直管の断面積で割
って得られる速度）、（３）泡カラムの高さ、（４）ガ
ス中の酸素分圧、（５）液体の性質。

第４図、第５図に示したような系の設計においては、一
層大きい落下高さに液体を上げるのに要するエネルギー
要求量に対し、落下高さを増すことによって得られる利
点を考慮する必要がある。

酸素添加すべき液体を幾つかの小さな帯域の高さの合計
に等しい高さの１帯域を通して１回落下させる場合に対
し、逐次落下帯域を落下させることによって、最上の全
体としての結果が実際に達成されることが、実験と分析
で明らかとなった。

たとえば、種々の流速で、約１５：２ｃｍ（６インチ）
および約２５．４ｃｍ（１０インチ）の直径の管での実
験において、理論的馬力時当りの溶解酸素量は、落下高
さが減ると増加した。

これらの試験で、落下高さが減るにつれ、エネルギー投
資につき一層よい結果が得られることがわかった。

落下高さに関し、溶解酸素の絶対量に対する効果を決め
るために別の試験を行なった。

これは酸素添加効率上して表示することができ、初期酸
素不足量のパーセントとして、落下帯域を通過するとき
の酸素濃度の変化の尺度である。

一般に、酸素添加効率は高さと共に増すことがわかった
。

従って、試験結果を総合すると、水を上げることにより
供給されたエネルギー人力によって酸素添加の程度につ
いて良好な結果を得る代りに、酸素添加のある増加した
絶対量を使用するほうが適当であるべきことが明らかで
ある。

実際問題としては、全体として同一の総落下高さをもつ
一層限られた数の帯域を使うよりも、一連の比較的低い
落下帯域を順に利用するとき、たとえば第５図に示した
形態の装置で、すぐれた全体としての配置が達成される
。

上記の試験は第６図に示したような装置で行なった。

木本管からの水は導管２０１、弁２０３を経て系に計量
して提供された。

流れはオリフィスメータ２０５を通過し、約９．１４ｍ
（約３０フイート）の水平管２０９を通り落下部分２０
７に流れる。

落下部分２０７は約１５．２ｃｍ（６インチ）の管の試
験では高さ約１５５ｃｍ（６１インチ）であり、約２５
．４Ｃｍ（１０インチ）の管の試験では高さ約１９３ｃ
ｍ（７６インチ）であった。

所定高さの垂直脚の全長は固定されているから、泡カラ
ムの高さは落下高さに依存し、独立に変えられなかった
。

Ｕ字管圧力計によりメータ２０５で正方を測定し、酸素
は上流２１１でまたは落下帯域の点２１５で注入された
。

２１７のレベル指示計の管は落下帯域における静止液体
水面を目で見えるように示す。

水は２１９で系を出て、排水管へ進む。上記のように、
種々の見掛は流速を使って、２つの大きさの管で試験を
行なった。

見掛は速度が増すと、予想されるようにさらに乱流が起
り、一層高い酸素移動率を促進することがわかった。

しかし、速度増加とともに、水の滞留時間が短縮し、酸
素移動のための時間量が減る。

そこで、落下帯域に供給する酸素量と落下帯域における
水の酸素要求量との兼ね合いから、また、落下帯域で発
生する乱流を制御するため、ある特定の高さの落下帯域
に対しては、見掛は速度の最適範囲がある。

ｃｍ／秒（約２フイート／秒）の範囲内の見掛は速度が
良い結果を与えることがわかった。

約２２．９った。

この範囲は最大のエネルギー効率と高い酸素移動率を生
じた。

また、落下帯域への水の見掛は速度の上限値（約６１．
０ｃｍ／秒）を制限するのは、落下帯域で発生する乱流
を制御し、制限して、所期の効果を得るためである。

第３図に関連して記載したように、本発明の装置の落下
帯域に送られた酸素の相当な部分は、伴出気泡として実
際に落下帯域から出、系の下流側に入り、それからガス
は非効率的に系から排出され得る。

本発明による酸素添加は落下帯域の底に存在する泡カラ
ムで主として起るから、達成しようとする目的は上記帯
域でのガスを保持することである。

第７図に、上記結果を達成するのに最も効果のある配置
を示す。

この配置は第２図に関し議論した具体化に一般に類似し
ている。

第７図では閉鎖式導管１１０は立上り部分１１１と、水
平部分１１３と、落下部分１１５を含んでいる。

酸素はライン１２１から管１２３を経て注入される。

落下帯域の底部に連結した出口部分１２５には小さなフ
ィードバック管１１γがついている。

落下帯域から出る伴出された過剰の気泡は、その低い相
対密度のために部分１２５の上部に集まる傾向があり、
そこで管１１７に入り弁の制御下に落下部分に送り戻さ
れる。

このガス循環のための駆動力は、単に泡カラムの静水頭
から管の摩擦損失を引いたものである。

全工程のうち重要なものは、酸素を最大効率で利用する
工程である。

ガス再循環の概念は、本発明の種々の具体化に使用でき
る。

酸素添加系内に落下概念を合体する際の重要な因子は、
落下帯域を出る液体中に伴出された気泡としてガスが流
通することである。

伴出を望まない場合もあり、伴出を望む場合もある。

たとえば、ふつう窒素で飽和されている新しい水への酸
素添加においては、窒素が落下帯域で脱着される可能性
がある。

ガスが落下帯域を出る水中に伴出されることによって除
去されないならば、窒素が落下帯域のガス空間にたまる
。

これは落下帯域の効率を下げる。

酸素移動率は落下帯域のガス空間の酸素濃度に依存する
からである。

そこで幾分の伴出が望ましい。

他方、ガスが脱着されない場合は、伴出された酸素は落
下帯域から失なわれる。

一定の落下高さを維持するためには、酸素を添加して、
再循環の損失または新しい供給による添加の損失を補な
う必要がある。

前記のように、落下帯域の下方の脱伴出空間と落下帯域
のガス空間へ戻す再循環ラインとによって、簡単に自動
的再循環を与えることができる。

特に、落下高さが大きく、下方のカラムの高さが小さい
場合には、この再循環能力が望ましい。

上記特性はガスのかなり大きい流通を生じるからである
。

第８図に管状装置１３１を示した。

これは大規模の廃水処理系に理想的な本発明の具体化で
ある。

等角投影の破断模式図は、無限に反覆できる装置の所定
の長さ方向のものである。

すなわち、図示した部分は、所望に応じて類似の単位装
置を用いて直列または並列に置けるモジュール型単位装
置とみなせる。

処理される廃水または類似の液体ベースの系は、たとえ
ば混合液体ポンプにより方向１３３から装置１３１に入
る。

装置１３１は、上記のような活性汚泥パイプライン反応
器、または下水管もしくは雨水の排水本管、または廃水
、混合液などの処理のための他の場所に適当に置くこと
ができる。

管１３５のような適当な酸素注入装置によって、酸素を
系に供給する。

ペーパーロック１３４が注入装置の上流に位置しており
、上流方向への酸素の損失を防ぐ。

分割用そらせ板１３７が管１３９の一部を部分的に横切
って伸びており、縦方向の分割用板すなわちせき１４１
と結合しており、上記せき１４１の底部１４３は管１３
９の底部に結合している。

上記構造のために、液体は通路１４５にしたがい、せき
１４１の背後の空間に行く。

せき１４１の頂部１４７は管１３９の内側の全高さまで
垂直に伸びていない。

板１４１の背後の液体は板のへり１４７上をこぼれ、矢
印１４９で示した通路に沿って落下し、せき１４１と、
横板１５５によってせき１４１から離れて置かれた第２
の縦板１５３との間に存在する落下帯域１５１に入る。

板１５３は上方に伸びて、その上端１５７は管１３９の
上部壁と結合している。

そこで通路１４９に沿って進む液体は板１５３の下端１
５９の下を通り、ついで板１６３の端１６７と管１３９
の内壁との間の空間１６５を通り、板１６３を迂回する
ことによって、管１３９の長さ方向に縦通路１６１に沿
って進む。

ついで液体はそらせ板１７１を含むガス分離帯１６９に
入る。

そらせ板１１１は、管壁から下方に伸びて、帯域１６９
において液体と共にペーパーロックを形成している。

まだ伴出されうるような気泡は、そらせ板１７１の下を
通りその裏側にゆき、そこで上記ガスは通路１７２を経
てふつうの管にまたは分離用そらせ板１７３ではじまる
次のモジュール部分に進む。

望むときは、この装置１３１はガス再循環用装置を合体
できる。

かかる結果は、落下帯域から逃げる気泡を再循環できる
ように、板１５３の上部に孔をあけることによって、達
成できる。

上記配置は第９図で最もよくわかり、第９図は第８図の
線９’−９’に沿った断面図であり、上記孔は板１５３
の壁に孔１７５としてみられる。

第８図に示した装置を有効に働らかせるためには、注入
装置１３５を通して注入する酸素量を制御する必要があ
る。

酸素を注入せず、かつ入ってくる流れ１３３が入口導管
を充たすのに十分のときは、全装置は満水になり、利点
は得られない。

上記のように酸素の注入によって、ガス（蒸気）空間が
区域１４０に形成され、与えられた導管の寸法に対しこ
の蒸気空間の大きさおよび落下帯域の大きさは、主とし
て１３５を通して注入される酸素量と水の流速に依存す
る。

上記のように、窒素および酸素のようなガスも落下帯域
で脱伴出できる。

落下帯域における高度に酸素を含む雰囲気によれば、流
水によって高度に酸素が吸収されることになる。

そこで、望む酸素吸収または処理結果が得られる落下高
さになるように、流速と管の寸法と酸素流速とを選ぶ必
要がある。

落下帯域を第９図で一層明確に示す。

落下する液体は落下帯域の酸素を有する雰囲気で高度の
乱流帯を形成することがわかる。

第８図の落下帯域の長さに注意する必要がある。

この長さは入口管の直径よりもかなり大きい。

所定長さの導管のかなりの部分にわたって延びている落
下帯域を形成することによって、著しく増加した酸素の
吸収を達成できる。

この概念を使って、はるかに大きい気へ液接触区域が得
られる。

上記落下帯域を直列に置くことによって、極めて効率よ
い酸素添加系が得られる。

第１０図には、本発明を、人工的にためたまたは自然に
たまった氷塊に適用できる方式を模式図で示す。

図示されたように、たとえば小川、河、湖などのような
氷塊１８１は、ダム１８３または同等装置によって第１
上方水面に保たれる。

氷塊はダム１８３の上を流れて、囲い１８７内に規定さ
れた閉じた落下帯域１９１内の下方水面１８５に達する
。

酸素はふつうの酸素注入装置１８９によって落下帯域１
９１内に注入される。

こうして許容できない溶解酸素量をもつ、または高い生
物学的酸素要求量を有する小川、河、湖、貯水池などは
この落下帯域の概念を使って処理できる。

囲い１８７は、落下帯域の頂部および底部で水の水位よ
り下に伸びるようつくることができる。

これは囲いに存在する酸素が逃げるのを防ぐのに役立つ
。

この囲いは、ダムもしくは溜めの全巾にわたりのびるこ
とができ、またはその一部だけがのびることもできる。

適当なペーパーロックにより囲いの端からの酸素の逃げ
を防ぐ必要もある。

かくして、本発明は、現存するダム上を通過する水流の
酸素量をあげるための安価な効率よい技術を提供する。

所望ならば、上記したようなガス循環流れは未溶解の酸
素をダムの落下帯域に戻すのに使用できる。

上記の議論は、流水および（または）落下帯域に酸素注
入することに関するものであったが、これは純粋の酸素
の使用に限定されるものではない。

大抵の場合、「商業的」に純粋な酸素の使用が好ましい
。

しかし、本発明の結果を達成するためには、オゾン−酸
素混合物を含めて、酸素にとんだ空気または他の酸素含
有ガスも使用できる。

本性は、酸素不足のもしくは酸素処理を必要とする廃水
・廃液以外の液流、または他の流れ中に他のガスを溶解
するのにも適用できる。

本発明を特別の具体化に関し特に記載したが、本発明に
多くの変形が可能であることは当業者には明らかであり
、仁の変形は本発明の範囲に入る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的具体化の模式図である。 第２図は本発明の第２の具体化の模式図である。 第３図は本発明の別の具体化を模式的に示し、また酸素
注入をその消費量に合わせる方式を示す。 第４図、第５図は鋸歯状配置の模式図であり、第１図に
類似の多数のエレメントが連続導管で直列に配置されて
いる。 第６図は本発明の幾つかの性能特性を示すのに利用され
た試験の配置の模式図である。 第１図は、落下帯域から逃げる過剰酸素を落下帯域にフ
ィードバックするための戻り環状回転を含む本発明の１
具体化を模式的に示す。 第８図は、モジュール型大規模装置に特に適している本
発明の１具体化の等角投影の破断模式図である。 第９図は第８図を線９’−９’で切った断面図である。 第１０図は、溜り水の曝気に本発明を適用することを模
式的に示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 閉鎖式重力落下帯域内で流水中の酸素量を制御する
   方法において、流水に対して酸素を注入して該閉鎖式落
   下帯域で酸素に富んだガス空間を形成せしめること、該
   落下帯域におけるガス空間を通して上方水面から下方水
   面へさ約１５．２〜約６１．０ｃｍ７秒（０，５〜２．
   ０フイ一ト／秒）の見掛は流速で該流水に自由な落下を
   与えて、該落下帯域内で上方に延びている高乱流泡カラ
   ムを発生せしめ、維持せしめること、ならびに上方水面
   と下方水面との間の距離差に基づいて変化する測定値を
   検出し、その結果に基づいて該落下帯域に供給する酸素
   の速度を調節して、該距離を所望値に維持せしめること
   により該ガス空間内の酸素圧力を制御し、それによって
   流水中へ運び去られる酸素量に相応する量の酸素を注入
   せしめることを特徴とする流水中の酸素量を制御する方
   法。 ２ 閉鎖式重力落下帯域内で流水中の酸素量を制御する
   方法において、流水に対して酸素を注入して該閉鎖式落
   下帯域で酸素に富んだガス空間を形成せしめること、該
   落下帯域におけるガス空間を通して上方水面から下方水
   面へと約１５．２〜約６１．０Ｃｍ／秒（０，５〜２．
   ０フイ一ト／秒）の見掛は流速で該流水に自由な落下を
   与えて、該落下帯域内で上方に延びている高乱流泡カラ
   ムを発生せしめ、維持せしめること、上方水面と下方水
   面との間の距離差に基づいて変化する測定値を検出し、
   その結果に基づいて該落下帯域に供給する酸素の速度を
   調節して、該距離を所望値に維持せしめることにより該
   ガス空間内の酸素圧力を制御し、それによって流水中へ
   運び去られる酸素量に相応する量の酸素を注入せしめる
   こと、そしてさらに、該落下帯域を通して押し流された
   該酸素ガスを該落下帯域におけるガス空間へ再循環し、
   それによって該酸素ガスの損失を回避することにより該
   落下帯域の効率を改良することを特徴とする流水中の酸
   素量を制御する方法。