アルカリ性原水のＰＨ処理装置用炭酸ガス反応槽
【課題】 アルカリ性原水のＰＨ処理装置に於ける炭酸ガス反応槽の小型化とランニングコストの大幅な低減を図る。
【解決手段】 上端部に原水放流管２９を有する外筒２６と，外筒２６の内部に同芯状に配置した外筒２６より長さの短い内筒２６と，内筒２６の上端開口よりその内方へ、先端部に設けたノズル２７ａを内筒２６内へ臨ませて同芯状に挿入した原水供給管２７と，原水供給管２７の内筒２６の外部位置に設けた炭酸ガス供給管２８とから成り、前記ノズル２７ａより噴出したアルカリ性原水と炭酸ガスの混合水を内筒２６の下方より外筒２４内へ放出してその流動方向を反転させ、前記原水放流原水供給管２９原水供給管２７から外部へ排出する。
【解決手段】 上端部に原水放流管２９を有する外筒２６と，外筒２６の内部に同芯状に配置した外筒２６より長さの短い内筒２６と，内筒２６の上端開口よりその内方へ、先端部に設けたノズル２７ａを内筒２６内へ臨ませて同芯状に挿入した原水供給管２７と，原水供給管２７の内筒２６の外部位置に設けた炭酸ガス供給管２８とから成り、前記ノズル２７ａより噴出したアルカリ性原水と炭酸ガスの混合水を内筒２６の下方より外筒２４内へ放出してその流動方向を反転させ、前記原水放流原水供給管２９原水供給管２７から外部へ排出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設現場や各種工場等から排出される高アルカリ性原水を炭酸ガスを用いてＰＨ処理する装置の改良に関するものであり、特に高アルカリ性原水に炭酸ガスを効率よく混合、溶解させることができ、炭酸ガス消費量の大幅な削減を可能にしたＰＨ処理装置用炭酸ガス反応槽に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従前から、コンクリートミキサー車の洗浄水やボイラ排水等の建設現場や各種工場等から排出される高アルカリ性原水（廃液）の処理には、中和剤として硫酸や塩酸等の酸性液を用いるＰＨ処理装置が用いられて来た。しかし、酸性液を中和剤とするＰＨ処理装置は危険性が相対的に高く、広い設置場所を必要とし、そのうえ装置の保守管理に手数が掛かる等の問題があった。
【０００３】
そのため、これに替るものとして炭酸ガスを中和剤とするＰＨ処理装置が開発され、この炭酸ガスを中和剤とするＰＨ処理装置が、近年この種の高アルカリ性原水の処理に広く実用化されている。
【０００４】
図９は、炭酸ガスを中和剤とするＰＨ処理装置の一例を示すものであり、反応槽４０内に設けた水中ポンプ４１の駆動により、反応槽４０内の廃液（原水）４２を吐出管４３の先端に設けたエジェクタ４４から噴出させると共に、炭酸ガスボンベ４５から炭酸ガス４６を吐出管４３内の廃液４２内へ圧入し、廃液４２内のアルカリ成分を中和させるようにしたものある。
【０００５】
また、廃液タンク４７内の廃液４２は、前記エジェクタ４４の作動により発生する負圧吸引力により吸引管４８を通して反応槽４０内へ吸引され、廃液４２と一緒に噴出される。
更に、前記炭酸ガス４６の混入、溶解により中和処理された廃液４２´は、仕切壁４９の下方から通気室５０へ流入し、流出口５１から外部へ排出されて行く。
【０００６】
一方、未反応の残留炭酸ガス４６は、廃液４４内を上昇して反応槽４０の上方のガス溜部５２内に溜まり、ガス通路５３を通して廃液４２内へ再吸引されて行く。
【０００７】
上記図９のＰＨ処理装置は、未反応の残留炭酸ガス４６を再利用するようにしているため、中和剤である炭酸ガス４６の使用量を削減出来るという利点を具備している。しかし、水中ポンプ４１を反応槽４０内に設けると共に、仕切壁４９を設けて通気室５０とガス溜部５２を形成する構成としているため、反応槽４０が必然的に大型化することとなり、その小型化を図り難いと云う問題がある。
【０００８】
また、廃液４２内へ噴出、混合された炭酸ガス４６の溶解率が相対的に低く、その結果、未反応炭酸ガスの相当部分が処理済廃液４２‘と一緒に流出口５１から外部へ排出されることになり、所謂未反応炭酸ガスの再利用率が悪いという問題がある。
【０００９】
更に、エジェクタ４４の作動時の負圧吸引力を利用して廃液タンク４７内の廃液４２を反応槽４０内へ吸引するようにしているため、エジェクタ４４を大容量のものにする必要があり、それに伴って水中ポンプ４１の容量を増加しなければならない云う問題がある。
【００１０】
そのため、近年に於いては、水中ポンプ４１を反応槽４０の外部に設置した図１０に示す如き構成の反応槽４０が開発され、これを用いて現実には反応槽４０の小型化及び炭酸ガス再利用率の向上が図られている。
【００１１】
即ち、図１０に於いて、４０は反応槽、４４はエジェクタ、５１は処理済み廃液４２´の流出口、５２はガス溜部、５３はガス通路、５４は廃液供給管、５５は炭酸ガス４６の圧入管であり、炭酸ガスボンベ及び廃液供給ポンプは図示省略されている。
【００１２】
廃液４２は、廃液供給管５４からポンプ加圧によりエジェクタ４４を通して反応槽４０内へ噴出される。炭酸ガス４６は反応槽４０の外部に於いて廃液供給管５４内へ圧入され、炭酸ガスを混入、溶解させた廃液４２がエジェクタ４４の先端から噴出される。
【００１３】
また、廃液４２内へ混入された炭酸ガス４６の未反応分は、気泡４６ａの型で廃液４２中を上方へ移動し、反応槽４０の上部空間（即ち、ガス溜部５２）に滞留する。
【００１４】
更に、エジェクタ４４の作動によりその内部に所謂真空吸引力が発生し、この真空吸引力によって、ガス通路５３を通してガス溜部５２内の未反応残留炭酸ガス４６´が、エジェクタ４４内を流通する廃液４２内へ再混入されて行く。
【００１５】
上記図１０の構造の反応槽４０に於いては、反応槽４０の小型化が図れると云う効用があるものの、未反応残留炭酸ガス４６´が処理済み廃液４２´と一緒にその流出口５１から容易に外部へ流出することになり、所謂未反応残留炭酸ガス４６´の回収率が低くて、炭酸ガス４６の消費量を大幅に削減できないと云う問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００１−３４０８７８号公報
【特許文献２】特開２００８−１９４６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、従前のＰＨ処理装置の炭酸ガス反応槽に於ける上述の如き問題、即ち、未反応残留炭酸ガスが処理済み廃液流出口から容易に外部へ排出されてしまうため、未反応炭酸ガスの回収率が低くて炭酸ガス消費量の削減を十分に図れないと云う問題を解決せんとするものであり、エジェクタを用いることなしに廃液内へ混合せしめた炭酸ガスの溶解性を高めることにより、炭酸ガス消費量の削減と反応槽の大幅な小型化を可能にしたＰＨ処理装置用炭酸ガス反応槽を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本願請求項１の発明は、アルカリ性原水のＰＨ処理装置に用いる炭酸ガス反応槽において、上端部の側壁に原水放流管２９を有する外筒２４と，外筒２４の内部に同芯状に配置した外筒２４より長さの短い内筒２６と，内筒２６の上端開口よりその内方へ、先端部に設けたノズル２７ａを内筒２６の上方部に位置させて同芯状に挿入した原水供給管２７と，原水供給管２７の前記内筒２６より外部位置に設けられ、原水供給管２７内部へ炭酸ガスＣを供給する炭酸ガス供給管２８とから成り、前記ノズル２７ａより内筒２６内へ噴出したアルカリ性原水と炭酸ガスの混合水を内筒２６の下端開口より外筒２４内へ放出してその流動方向を反転させ、前記原水放流管２９から外部へ排出することを発明の基本構成とするものである。
【００１９】
請求項２の発明は、請求項１の発明に於いて、内筒２６の下端開口をラッパ状に拡径し、外筒２４と内筒２６間の間隙Ｇを小さくするようにしたものである。
【００２０】
請求項３の発明は、請求項１の発明に於いて、炭酸ガス供給管２８を原水供給管２７の軸芯と直交する方向に配設するようにしたものである。
【００２１】
請求項４の発明は、請求項１の発明に於いて、内筒２６の内径を外筒２４の内径の１／４〜１／３とすると共に、内筒２６の長さを外筒２４の長さの８０〜９０％としたものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に於いては、原水と炭酸ガスとの混合水をノズル２７ａから内筒２６の内方へ噴出し、内筒２６の下端のラッパ状の原水反転口２７ｂを通して外筒２４へ放出してその流動方向を反転させ、外筒２４の上端部側壁に設けた原水放流管２９を通して外部へ排出する構成としている。
その結果、内筒２６内が炭酸ガス溶解室として機能すると共に、外筒２４の深さに相当する水圧が内筒２６及び外筒２４内の混合水に掛かるため、混合水内の炭酸ガスがより円滑に原水内へ溶解することになり、結果として炭酸ガスの溶解度が向上してアルカリ原水の中和に必要とする炭酸ガス量が減少し、アルカリ処理装置のランニングコストを大幅に引下げることができる。
【００２３】
また、内筒２６の長さ寸法を長くし且つその先端開口をラッパ状の形態とすることにより、外筒２４と内筒２６間の混合水の反転流動する通路間隙Ｇが狭められている。その結果、炭酸ガスの気泡が内筒内に封じ込められることになり、炭酸ガスの原水内への溶解がより促進され、原水内へ放出された炭酸ガスが無駄なく使用されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る炭酸ガス反応槽を適用したＰＨ処理装置の平面図である。
【図２】ＰＨ処理装置の正面図である。
【図３】ＰＨ処理装置の左側面図である。
【図４】ＰＨ処理装置の右側面図である。
【図５】ＰＨ処理装置の斜面図である。
【図６】ＰＨ処理装置の原水処理系統の概要説明図である。
【図７】本発明に係る炭酸ガス反応槽の平面図である。
【図８】図７のイ−イ視断面図である。
【図９】従前の炭酸ガスを用いたＰＨ処理装置の一例を示す説明図である。
【図１０】従前のアルカリ性廃水のＰＨ処理装置で用いられている炭酸ガス反応槽の断面概要図である。
【図１１】本願発明の反応槽及びエジェクタ方式の反応槽に於ける炭酸ガス流量と処理済み原水のＰＨ値の関係を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る炭酸ガス反応槽を適用したＰＨ処理装置の一例を示す平面図であり、図２はその正面図，図３は図１の左側面図，第４図は図１の右側面図である。また、図５は当該ＰＨ処理装置の斜面図である。
【００２６】
当該ＰＨ処理装置１は、図１乃至図５に示すように炭酸ガス反応槽２，中間槽３，循環槽４，放流槽５，制御盤６，炭酸ガス供給装置７，放流槽用ＰＨ電極８及び中間槽用ＰＨ電極９等を具備しており，別途に設けた原水ピット及び又は原水槽（図示省略）から最大ＰＨ＝１２の原水（廃液）Ａが原水ポンプ（図示省略）を介して原水流入口１０から反応槽２内へ供給され，ＰＨ５．８〜８．６に処理された処理済み原水Ｂが放流口１１から外部へ排出されて行く。
【００２７】
尚、図１乃至図５に於いて、１２は原水槽用ＰＨ電極、１３は原水槽用ＰＨ電極１２の収納用ホルダ，１４は炭酸ガス供給用配管，１５は循環ポンプ，１６、１７はドレーンバルブ，１８はゲートバルブである。
【００２８】
また、表１は、当該ＰＨ処理装置１の主要な仕様を示すものであり、装置の外形寸法は横幅１０７０ｍｍ、奥行１１００ｍｍ、高さ１５９０ｍｍである。
【表１】
【００２９】
図６は、当該ＰＨ処理装置の原水処理系統及び制御系統の概要説明図であり、別途に設けた原水ピット１９及び又は原水槽２０から原水ピットポンプ２１及び又は原水槽ポンプ２２により、原水ＡがＰＨ処理装置１を形成する本発明に係る炭酸ガス反応槽２内へ送られ、炭酸ガスＣの溶解により中和された原水Ａが中間槽３、循環槽４，放流槽５を経て放流口１１から外部へ排出されて行く。
【００３０】
前記原水槽２０等と中間槽３と放流槽５にはＰＨ電極１２、９、８が設けられており，原水Ａ及び処理済み原水Ｂ等のＰＨ値が制御盤６上に記録、表示される。
また、炭酸ガス反応槽２へ供給する炭酸ガスＣの供給量は、各ＰＨ電極１２、９、８のＰＨ検出値に基づいて制御盤６のコントローラ６ａを介して制御されており、所謂フィードフォワード制御とフィードバック制御の両方式により原水ＡのＰＨ処理が行われて行く。
【００３１】
更に、中間槽３や放流槽５内のＰＨ値に異常が生じた場合には、循環ポンプ１５が自動駆動されて処理済み原水Ｂの一部が反応槽２へ循環され，処理済み原水ＢのＰＨ値を設定値に保持するように構成されている。
尚、図６に於いて、７ａは炭酸ガス供給装置７の圧力調整器、７ｂは流量調整器（電空レギュレータ）、７ｃは電磁弁、６ｂはＰＨ表示器、６ｃはＰＨ記録計、４ａ、１９ａ、２０ａはフロート型液面検出器である。
【００３２】
図７は本発明に係るＰＨ処理装置用炭酸ガス反応槽の平面図であり、図８は図７のイ−イ視断面図である。即ち、本発明に係る炭酸ガス反応槽２は、前記図１乃至図６に於ける反応槽２に該当するものであり、原水Ａ内へ炭酸ガスＣを溶解させることにより原水Ａのアルカリ成分を中和させ、そのＰＨ値を設定値（ＰＨ５．８〜８．６）に低減させるものである。
【００３３】
図７及び図８に於いて、２４は外筒、２５は蓋体、２６は内筒、２７は原水供給管、２８は炭酸ガス供給管、２９は原水放流管である。
【００３４】
即ち、当該炭酸ガス反応槽２は、縦長の外筒２４と、外筒２４と同軸上に設けた外筒２４より若干短い内筒２６と、内筒２６の上部開口より先端部に設けたノズル２７ａを内筒２６内へ挿入させて支持固定した原水供給管２７と、内筒２６の外方に位置して原水供給管２７の軸芯と直角方向に取付した炭酸ガス供給管２８等から構成されている。
【００３５】
前記外筒２４は内径３００〜４００ｍｍφ、長さ８００〜１２００ｍｍ程度の円筒体であり、その上方開口は、外筒上端部に溶接したフランジ２４ａへ内筒２６の上端に溶接した蓋体２５を固定することにより、気密に閉鎖されている。また、外筒２４の上端部側壁には、処理済み原水の放流管２９が設けられており、更に、外筒２４の下端部はテーパ状に締られており、ドレーンバルブの取付口２４ｂが形成されている。
【００３６】
前記内筒２６は内経１００〜１５０ｍｍφ、長さ７００〜１１００ｍｍ程度の円筒体であり、その上端部を蓋体２５へ固定することにより、外筒２４内へこれと同芯状に挿入され、固定されている。
また、内筒２６の先端部２６ａはラッパ状に拡径されており、原水反転口２７ｂとなっている。つまり、内・外筒管２４・２６間の間隙Ｇが絞られた状態になっており、この部分を通して上方から内筒２４内を下降して来た混合水が反転し、上昇流となって内・外筒２４・２６間を通り、原水放流管２９より外部へ排出されて行く。
【００３７】
前記原水供給管２７は、管径５０Ａ〜６５Ａ程度の短管から形成されており、先端に設けたノズル２７ａを内筒２６の内部へ臨ませた状態で内筒２６内へ同芯状に挿入され、蓋体２５の上面へ取付具３０を介して着脱自在に支持固定されている。
【００３８】
また、前記炭酸ガス供給管２８には，外筒２４の外方に位置する箇所に，炭酸ガス供給管２８がその軸芯と直角方向に取付固定されており，この炭酸ガス供給管２８を介して炭酸ガスＣが原水Ａの流れ方向に対して垂直方向に噴出，混合される。
【００３９】
尚、前記原水供給管２７へは、圧力０．１５〜０．６ｋｇ／ｃｍ２，流量１００〜４００ｌ／ｍｉｎの原水Ａが供給される。また、この原水Ａ内へは、炭酸ガス供給管２８からガス圧１〜２ｋｇ／ｃｍ２の炭酸ガスＣが垂直方向に２５〜８０ｌ／ｍｉｎ（原水のＰＨ値＝１２の場合）の流量で噴射され、原水Ａ内へ炭酸ガスＣが混入される。
【００４０】
原水Ａと炭酸ガスＣとの混合水はノズル２７ａから内筒２６内へ向けて噴出され、炭酸ガス室となった内筒２６内で撹拌混合されることにより、炭酸ガスＣが原水Ａ内へ溶解される。これにより、原水Ａ内のアルカリ成分が溶解した炭酸ガスＣと反応して中和され、そのＰＨ値が低下する。
【００４１】
特に、内筒２６内には外筒２４の液面高さに相当する水圧が掛かると共に、内筒２６の下端開口をラッパ状の開口にして間隙Ｇを小さくし、炭酸ガス気泡Ｃａを内筒２６内に封じ込めるようにしていることにより、炭酸ガス気泡Ｃａは、外部への流出が少なくなると共に水圧によって圧縮されることになり、その溶解度が大幅に向上する。
【００４２】
尚、内筒２６の長さは、外筒２４の長さの８０〜９０％位に、及び内筒２６の内径は外筒２４の内径の１／４〜１／３位に、夫々設定するのが、炭酸ガスの溶解性を高める上で最も良いことが、溶解試験の結果から確認されている。
【００４３】
次に、本発明に係る炭酸ガス反応槽２の特性試験結果について説明する。
先ず、前記図１０に示したエジェクタ方式の反応槽２と図８に示した炭酸ガス反応槽２の小型モデルを作成した。即ち、図１０及び図８に於いて、反応槽２の高さ（外筒の高さ）１０００ｍｍ、内径（外筒の内径）２００ｍｍ、内筒２６の内径６５ｍｍφ、ノズル径１６ｍｍφとし、供給する原水Ａの流量及びＰＨ値を同一とした場合の供給炭酸ガス量と処理後のＰＨ値の関係を調査した。
【００４４】
表２は、原水処理量１００Ｌ／minとした場合の炭酸ガス流量と処理済み原水のＰＨ値の関係を、原水のＰＨ値をパラメータとして実測した結果を示すものである。
【表２】
【００４５】
図１１の（ａ），（ｂ），（ｃ）は、上記表２の試験結果を示す線図である。
【００４６】
表２の結果からも明らかなように、従前のエジェクタ方式の反応槽の場合に比較して、本願発明に係る２重筒方式の炭酸ガス反応槽の方が処理済み原水ＣのＰＨ値の低下が大きくなっており、混合した炭酸ガスの溶解度が向上して中和反応効率が大幅に向上していることが判る。
具体的には、図１１（ａ）からも明らかなように、原水ＰＨ値が１１．７の場合の炭酸ガス流量の差は約５Ｌ／min程度であり、毎時３００Ｌ／hのガス使用量の削減が可能となる。
即ち、本願発明の方が、炭酸ガスの利用効率が向上し、炭酸ガス消費量の大幅な削減が可能となる。
【００４７】
また、上記本願発明に係るＰＨ処理装置用炭酸ガス反応槽に於いては、中和剤として炭酸ガスを使用するようにしているが、炭酸ガスに代えて酸素ガスやオゾンガスを使用しても良い事は勿論であり、ＰＨ処理装置用酸素ガス反応槽やＰＨ処理装置用オゾンガス反応槽とすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本願発明は、セメント廃水やボイラ廃水のＰＨ処理装置のみならず、あらゆる産業に於けるアルカリ性廃液のＰＨ処理に利用できるものである。また、炭酸ガスに代えて酸素ガスやオゾンガスを中和剤として使用することも可能である。
【符号の説明】
【００４９】
Ａ 原水（廃液）
Ｂ 処理済み原水（処理済み廃水）
Ｃ 炭酸ガス
Ｃａ 炭酸ガスの気泡
Ｇ 間隙
１ ＰＨ処理装置
２ 炭酸ガス反応槽
３ 中間槽
４ 循環槽
４ａ 液面検出器
５ 放流槽
６ 制御盤
６ａ コントローラ
６ｂ ＰＨ表示器
６ｃ ＰＨ記録計
７ 炭酸ガス供給装置
７ａ 圧力調整器
７ｂ 流量調整器
７ｃ 電磁弁
８ 放流槽用ＰＨ電極
９ 中間槽用ＰＨ電極
１０ 原水流入口
１１ 放流口
１２ 原水槽用ＰＨ電極
１３ 原水槽用ＰＨ電極の収納用ホルダ
１４ 炭酸ガス供給用配管
１５ 循環ポンプ
１６・１７ ドレーンバルブ
１８ ゲートバルブ
１９ 原水ピット
１９ａ 液面検出器
２０ 原水槽
２０ａ 液面検出器
２１ 原水ピットポンプ
２２ 原水槽ポンプ
２３ 炭酸ガスボンベ
２４ 外筒
２４ａ フランジ
２４ｂ ドレーンバルブ取付口
２５ 蓋体
２６ 内筒
２６ａ ラッパ状先端開口
２７ 原水供給管
２７ａ ノズル
２７ｂ 原水反転口
２８ 炭酸ガス供給管
２９ 原水放流管
３０ 取付具
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設現場や各種工場等から排出される高アルカリ性原水を炭酸ガスを用いてＰＨ処理する装置の改良に関するものであり、特に高アルカリ性原水に炭酸ガスを効率よく混合、溶解させることができ、炭酸ガス消費量の大幅な削減を可能にしたＰＨ処理装置用炭酸ガス反応槽に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従前から、コンクリートミキサー車の洗浄水やボイラ排水等の建設現場や各種工場等から排出される高アルカリ性原水（廃液）の処理には、中和剤として硫酸や塩酸等の酸性液を用いるＰＨ処理装置が用いられて来た。しかし、酸性液を中和剤とするＰＨ処理装置は危険性が相対的に高く、広い設置場所を必要とし、そのうえ装置の保守管理に手数が掛かる等の問題があった。
【０００３】
そのため、これに替るものとして炭酸ガスを中和剤とするＰＨ処理装置が開発され、この炭酸ガスを中和剤とするＰＨ処理装置が、近年この種の高アルカリ性原水の処理に広く実用化されている。
【０００４】
図９は、炭酸ガスを中和剤とするＰＨ処理装置の一例を示すものであり、反応槽４０内に設けた水中ポンプ４１の駆動により、反応槽４０内の廃液（原水）４２を吐出管４３の先端に設けたエジェクタ４４から噴出させると共に、炭酸ガスボンベ４５から炭酸ガス４６を吐出管４３内の廃液４２内へ圧入し、廃液４２内のアルカリ成分を中和させるようにしたものある。
【０００５】
また、廃液タンク４７内の廃液４２は、前記エジェクタ４４の作動により発生する負圧吸引力により吸引管４８を通して反応槽４０内へ吸引され、廃液４２と一緒に噴出される。
更に、前記炭酸ガス４６の混入、溶解により中和処理された廃液４２´は、仕切壁４９の下方から通気室５０へ流入し、流出口５１から外部へ排出されて行く。
【０００６】
一方、未反応の残留炭酸ガス４６は、廃液４４内を上昇して反応槽４０の上方のガス溜部５２内に溜まり、ガス通路５３を通して廃液４２内へ再吸引されて行く。
【０００７】
上記図９のＰＨ処理装置は、未反応の残留炭酸ガス４６を再利用するようにしているため、中和剤である炭酸ガス４６の使用量を削減出来るという利点を具備している。しかし、水中ポンプ４１を反応槽４０内に設けると共に、仕切壁４９を設けて通気室５０とガス溜部５２を形成する構成としているため、反応槽４０が必然的に大型化することとなり、その小型化を図り難いと云う問題がある。
【０００８】
また、廃液４２内へ噴出、混合された炭酸ガス４６の溶解率が相対的に低く、その結果、未反応炭酸ガスの相当部分が処理済廃液４２‘と一緒に流出口５１から外部へ排出されることになり、所謂未反応炭酸ガスの再利用率が悪いという問題がある。
【０００９】
更に、エジェクタ４４の作動時の負圧吸引力を利用して廃液タンク４７内の廃液４２を反応槽４０内へ吸引するようにしているため、エジェクタ４４を大容量のものにする必要があり、それに伴って水中ポンプ４１の容量を増加しなければならない云う問題がある。
【００１０】
そのため、近年に於いては、水中ポンプ４１を反応槽４０の外部に設置した図１０に示す如き構成の反応槽４０が開発され、これを用いて現実には反応槽４０の小型化及び炭酸ガス再利用率の向上が図られている。
【００１１】
即ち、図１０に於いて、４０は反応槽、４４はエジェクタ、５１は処理済み廃液４２´の流出口、５２はガス溜部、５３はガス通路、５４は廃液供給管、５５は炭酸ガス４６の圧入管であり、炭酸ガスボンベ及び廃液供給ポンプは図示省略されている。
【００１２】
廃液４２は、廃液供給管５４からポンプ加圧によりエジェクタ４４を通して反応槽４０内へ噴出される。炭酸ガス４６は反応槽４０の外部に於いて廃液供給管５４内へ圧入され、炭酸ガスを混入、溶解させた廃液４２がエジェクタ４４の先端から噴出される。
【００１３】
また、廃液４２内へ混入された炭酸ガス４６の未反応分は、気泡４６ａの型で廃液４２中を上方へ移動し、反応槽４０の上部空間（即ち、ガス溜部５２）に滞留する。
【００１４】
更に、エジェクタ４４の作動によりその内部に所謂真空吸引力が発生し、この真空吸引力によって、ガス通路５３を通してガス溜部５２内の未反応残留炭酸ガス４６´が、エジェクタ４４内を流通する廃液４２内へ再混入されて行く。
【００１５】
上記図１０の構造の反応槽４０に於いては、反応槽４０の小型化が図れると云う効用があるものの、未反応残留炭酸ガス４６´が処理済み廃液４２´と一緒にその流出口５１から容易に外部へ流出することになり、所謂未反応残留炭酸ガス４６´の回収率が低くて、炭酸ガス４６の消費量を大幅に削減できないと云う問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００１−３４０８７８号公報
【特許文献２】特開２００８−１９４６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、従前のＰＨ処理装置の炭酸ガス反応槽に於ける上述の如き問題、即ち、未反応残留炭酸ガスが処理済み廃液流出口から容易に外部へ排出されてしまうため、未反応炭酸ガスの回収率が低くて炭酸ガス消費量の削減を十分に図れないと云う問題を解決せんとするものであり、エジェクタを用いることなしに廃液内へ混合せしめた炭酸ガスの溶解性を高めることにより、炭酸ガス消費量の削減と反応槽の大幅な小型化を可能にしたＰＨ処理装置用炭酸ガス反応槽を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本願請求項１の発明は、アルカリ性原水のＰＨ処理装置に用いる炭酸ガス反応槽において、上端部の側壁に原水放流管２９を有する外筒２４と，外筒２４の内部に同芯状に配置した外筒２４より長さの短い内筒２６と，内筒２６の上端開口よりその内方へ、先端部に設けたノズル２７ａを内筒２６の上方部に位置させて同芯状に挿入した原水供給管２７と，原水供給管２７の前記内筒２６より外部位置に設けられ、原水供給管２７内部へ炭酸ガスＣを供給する炭酸ガス供給管２８とから成り、前記ノズル２７ａより内筒２６内へ噴出したアルカリ性原水と炭酸ガスの混合水を内筒２６の下端開口より外筒２４内へ放出してその流動方向を反転させ、前記原水放流管２９から外部へ排出することを発明の基本構成とするものである。
【００１９】
請求項２の発明は、請求項１の発明に於いて、内筒２６の下端開口をラッパ状に拡径し、外筒２４と内筒２６間の間隙Ｇを小さくするようにしたものである。
【００２０】
請求項３の発明は、請求項１の発明に於いて、炭酸ガス供給管２８を原水供給管２７の軸芯と直交する方向に配設するようにしたものである。
【００２１】
請求項４の発明は、請求項１の発明に於いて、内筒２６の内径を外筒２４の内径の１／４〜１／３とすると共に、内筒２６の長さを外筒２４の長さの８０〜９０％としたものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に於いては、原水と炭酸ガスとの混合水をノズル２７ａから内筒２６の内方へ噴出し、内筒２６の下端のラッパ状の原水反転口２７ｂを通して外筒２４へ放出してその流動方向を反転させ、外筒２４の上端部側壁に設けた原水放流管２９を通して外部へ排出する構成としている。
その結果、内筒２６内が炭酸ガス溶解室として機能すると共に、外筒２４の深さに相当する水圧が内筒２６及び外筒２４内の混合水に掛かるため、混合水内の炭酸ガスがより円滑に原水内へ溶解することになり、結果として炭酸ガスの溶解度が向上してアルカリ原水の中和に必要とする炭酸ガス量が減少し、アルカリ処理装置のランニングコストを大幅に引下げることができる。
【００２３】
また、内筒２６の長さ寸法を長くし且つその先端開口をラッパ状の形態とすることにより、外筒２４と内筒２６間の混合水の反転流動する通路間隙Ｇが狭められている。その結果、炭酸ガスの気泡が内筒内に封じ込められることになり、炭酸ガスの原水内への溶解がより促進され、原水内へ放出された炭酸ガスが無駄なく使用されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る炭酸ガス反応槽を適用したＰＨ処理装置の平面図である。
【図２】ＰＨ処理装置の正面図である。
【図３】ＰＨ処理装置の左側面図である。
【図４】ＰＨ処理装置の右側面図である。
【図５】ＰＨ処理装置の斜面図である。
【図６】ＰＨ処理装置の原水処理系統の概要説明図である。
【図７】本発明に係る炭酸ガス反応槽の平面図である。
【図８】図７のイ−イ視断面図である。
【図９】従前の炭酸ガスを用いたＰＨ処理装置の一例を示す説明図である。
【図１０】従前のアルカリ性廃水のＰＨ処理装置で用いられている炭酸ガス反応槽の断面概要図である。
【図１１】本願発明の反応槽及びエジェクタ方式の反応槽に於ける炭酸ガス流量と処理済み原水のＰＨ値の関係を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る炭酸ガス反応槽を適用したＰＨ処理装置の一例を示す平面図であり、図２はその正面図，図３は図１の左側面図，第４図は図１の右側面図である。また、図５は当該ＰＨ処理装置の斜面図である。
【００２６】
当該ＰＨ処理装置１は、図１乃至図５に示すように炭酸ガス反応槽２，中間槽３，循環槽４，放流槽５，制御盤６，炭酸ガス供給装置７，放流槽用ＰＨ電極８及び中間槽用ＰＨ電極９等を具備しており，別途に設けた原水ピット及び又は原水槽（図示省略）から最大ＰＨ＝１２の原水（廃液）Ａが原水ポンプ（図示省略）を介して原水流入口１０から反応槽２内へ供給され，ＰＨ５．８〜８．６に処理された処理済み原水Ｂが放流口１１から外部へ排出されて行く。
【００２７】
尚、図１乃至図５に於いて、１２は原水槽用ＰＨ電極、１３は原水槽用ＰＨ電極１２の収納用ホルダ，１４は炭酸ガス供給用配管，１５は循環ポンプ，１６、１７はドレーンバルブ，１８はゲートバルブである。
【００２８】
また、表１は、当該ＰＨ処理装置１の主要な仕様を示すものであり、装置の外形寸法は横幅１０７０ｍｍ、奥行１１００ｍｍ、高さ１５９０ｍｍである。
【表１】
【００２９】
図６は、当該ＰＨ処理装置の原水処理系統及び制御系統の概要説明図であり、別途に設けた原水ピット１９及び又は原水槽２０から原水ピットポンプ２１及び又は原水槽ポンプ２２により、原水ＡがＰＨ処理装置１を形成する本発明に係る炭酸ガス反応槽２内へ送られ、炭酸ガスＣの溶解により中和された原水Ａが中間槽３、循環槽４，放流槽５を経て放流口１１から外部へ排出されて行く。
【００３０】
前記原水槽２０等と中間槽３と放流槽５にはＰＨ電極１２、９、８が設けられており，原水Ａ及び処理済み原水Ｂ等のＰＨ値が制御盤６上に記録、表示される。
また、炭酸ガス反応槽２へ供給する炭酸ガスＣの供給量は、各ＰＨ電極１２、９、８のＰＨ検出値に基づいて制御盤６のコントローラ６ａを介して制御されており、所謂フィードフォワード制御とフィードバック制御の両方式により原水ＡのＰＨ処理が行われて行く。
【００３１】
更に、中間槽３や放流槽５内のＰＨ値に異常が生じた場合には、循環ポンプ１５が自動駆動されて処理済み原水Ｂの一部が反応槽２へ循環され，処理済み原水ＢのＰＨ値を設定値に保持するように構成されている。
尚、図６に於いて、７ａは炭酸ガス供給装置７の圧力調整器、７ｂは流量調整器（電空レギュレータ）、７ｃは電磁弁、６ｂはＰＨ表示器、６ｃはＰＨ記録計、４ａ、１９ａ、２０ａはフロート型液面検出器である。
【００３２】
図７は本発明に係るＰＨ処理装置用炭酸ガス反応槽の平面図であり、図８は図７のイ−イ視断面図である。即ち、本発明に係る炭酸ガス反応槽２は、前記図１乃至図６に於ける反応槽２に該当するものであり、原水Ａ内へ炭酸ガスＣを溶解させることにより原水Ａのアルカリ成分を中和させ、そのＰＨ値を設定値（ＰＨ５．８〜８．６）に低減させるものである。
【００３３】
図７及び図８に於いて、２４は外筒、２５は蓋体、２６は内筒、２７は原水供給管、２８は炭酸ガス供給管、２９は原水放流管である。
【００３４】
即ち、当該炭酸ガス反応槽２は、縦長の外筒２４と、外筒２４と同軸上に設けた外筒２４より若干短い内筒２６と、内筒２６の上部開口より先端部に設けたノズル２７ａを内筒２６内へ挿入させて支持固定した原水供給管２７と、内筒２６の外方に位置して原水供給管２７の軸芯と直角方向に取付した炭酸ガス供給管２８等から構成されている。
【００３５】
前記外筒２４は内径３００〜４００ｍｍφ、長さ８００〜１２００ｍｍ程度の円筒体であり、その上方開口は、外筒上端部に溶接したフランジ２４ａへ内筒２６の上端に溶接した蓋体２５を固定することにより、気密に閉鎖されている。また、外筒２４の上端部側壁には、処理済み原水の放流管２９が設けられており、更に、外筒２４の下端部はテーパ状に締られており、ドレーンバルブの取付口２４ｂが形成されている。
【００３６】
前記内筒２６は内経１００〜１５０ｍｍφ、長さ７００〜１１００ｍｍ程度の円筒体であり、その上端部を蓋体２５へ固定することにより、外筒２４内へこれと同芯状に挿入され、固定されている。
また、内筒２６の先端部２６ａはラッパ状に拡径されており、原水反転口２７ｂとなっている。つまり、内・外筒管２４・２６間の間隙Ｇが絞られた状態になっており、この部分を通して上方から内筒２４内を下降して来た混合水が反転し、上昇流となって内・外筒２４・２６間を通り、原水放流管２９より外部へ排出されて行く。
【００３７】
前記原水供給管２７は、管径５０Ａ〜６５Ａ程度の短管から形成されており、先端に設けたノズル２７ａを内筒２６の内部へ臨ませた状態で内筒２６内へ同芯状に挿入され、蓋体２５の上面へ取付具３０を介して着脱自在に支持固定されている。
【００３８】
また、前記炭酸ガス供給管２８には，外筒２４の外方に位置する箇所に，炭酸ガス供給管２８がその軸芯と直角方向に取付固定されており，この炭酸ガス供給管２８を介して炭酸ガスＣが原水Ａの流れ方向に対して垂直方向に噴出，混合される。
【００３９】
尚、前記原水供給管２７へは、圧力０．１５〜０．６ｋｇ／ｃｍ２，流量１００〜４００ｌ／ｍｉｎの原水Ａが供給される。また、この原水Ａ内へは、炭酸ガス供給管２８からガス圧１〜２ｋｇ／ｃｍ２の炭酸ガスＣが垂直方向に２５〜８０ｌ／ｍｉｎ（原水のＰＨ値＝１２の場合）の流量で噴射され、原水Ａ内へ炭酸ガスＣが混入される。
【００４０】
原水Ａと炭酸ガスＣとの混合水はノズル２７ａから内筒２６内へ向けて噴出され、炭酸ガス室となった内筒２６内で撹拌混合されることにより、炭酸ガスＣが原水Ａ内へ溶解される。これにより、原水Ａ内のアルカリ成分が溶解した炭酸ガスＣと反応して中和され、そのＰＨ値が低下する。
【００４１】
特に、内筒２６内には外筒２４の液面高さに相当する水圧が掛かると共に、内筒２６の下端開口をラッパ状の開口にして間隙Ｇを小さくし、炭酸ガス気泡Ｃａを内筒２６内に封じ込めるようにしていることにより、炭酸ガス気泡Ｃａは、外部への流出が少なくなると共に水圧によって圧縮されることになり、その溶解度が大幅に向上する。
【００４２】
尚、内筒２６の長さは、外筒２４の長さの８０〜９０％位に、及び内筒２６の内径は外筒２４の内径の１／４〜１／３位に、夫々設定するのが、炭酸ガスの溶解性を高める上で最も良いことが、溶解試験の結果から確認されている。
【００４３】
次に、本発明に係る炭酸ガス反応槽２の特性試験結果について説明する。
先ず、前記図１０に示したエジェクタ方式の反応槽２と図８に示した炭酸ガス反応槽２の小型モデルを作成した。即ち、図１０及び図８に於いて、反応槽２の高さ（外筒の高さ）１０００ｍｍ、内径（外筒の内径）２００ｍｍ、内筒２６の内径６５ｍｍφ、ノズル径１６ｍｍφとし、供給する原水Ａの流量及びＰＨ値を同一とした場合の供給炭酸ガス量と処理後のＰＨ値の関係を調査した。
【００４４】
表２は、原水処理量１００Ｌ／minとした場合の炭酸ガス流量と処理済み原水のＰＨ値の関係を、原水のＰＨ値をパラメータとして実測した結果を示すものである。
【表２】
【００４５】
図１１の（ａ），（ｂ），（ｃ）は、上記表２の試験結果を示す線図である。
【００４６】
表２の結果からも明らかなように、従前のエジェクタ方式の反応槽の場合に比較して、本願発明に係る２重筒方式の炭酸ガス反応槽の方が処理済み原水ＣのＰＨ値の低下が大きくなっており、混合した炭酸ガスの溶解度が向上して中和反応効率が大幅に向上していることが判る。
具体的には、図１１（ａ）からも明らかなように、原水ＰＨ値が１１．７の場合の炭酸ガス流量の差は約５Ｌ／min程度であり、毎時３００Ｌ／hのガス使用量の削減が可能となる。
即ち、本願発明の方が、炭酸ガスの利用効率が向上し、炭酸ガス消費量の大幅な削減が可能となる。
【００４７】
また、上記本願発明に係るＰＨ処理装置用炭酸ガス反応槽に於いては、中和剤として炭酸ガスを使用するようにしているが、炭酸ガスに代えて酸素ガスやオゾンガスを使用しても良い事は勿論であり、ＰＨ処理装置用酸素ガス反応槽やＰＨ処理装置用オゾンガス反応槽とすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本願発明は、セメント廃水やボイラ廃水のＰＨ処理装置のみならず、あらゆる産業に於けるアルカリ性廃液のＰＨ処理に利用できるものである。また、炭酸ガスに代えて酸素ガスやオゾンガスを中和剤として使用することも可能である。
【符号の説明】
【００４９】
Ａ 原水（廃液）
Ｂ 処理済み原水（処理済み廃水）
Ｃ 炭酸ガス
Ｃａ 炭酸ガスの気泡
Ｇ 間隙
１ ＰＨ処理装置
２ 炭酸ガス反応槽
３ 中間槽
４ 循環槽
４ａ 液面検出器
５ 放流槽
６ 制御盤
６ａ コントローラ
６ｂ ＰＨ表示器
６ｃ ＰＨ記録計
７ 炭酸ガス供給装置
７ａ 圧力調整器
７ｂ 流量調整器
７ｃ 電磁弁
８ 放流槽用ＰＨ電極
９ 中間槽用ＰＨ電極
１０ 原水流入口
１１ 放流口
１２ 原水槽用ＰＨ電極
１３ 原水槽用ＰＨ電極の収納用ホルダ
１４ 炭酸ガス供給用配管
１５ 循環ポンプ
１６・１７ ドレーンバルブ
１８ ゲートバルブ
１９ 原水ピット
１９ａ 液面検出器
２０ 原水槽
２０ａ 液面検出器
２１ 原水ピットポンプ
２２ 原水槽ポンプ
２３ 炭酸ガスボンベ
２４ 外筒
２４ａ フランジ
２４ｂ ドレーンバルブ取付口
２５ 蓋体
２６ 内筒
２６ａ ラッパ状先端開口
２７ 原水供給管
２７ａ ノズル
２７ｂ 原水反転口
２８ 炭酸ガス供給管
２９ 原水放流管
３０ 取付具
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ性原水のＰＨ処理装置に用いる炭酸ガス反応槽において、上端部の側壁に原水放流管を有する外筒と，外筒の内部に同芯状に配置した外筒より長さの短い内筒と，内筒の上端開口よりその内方へ、先端部に設けたノズルを内筒の上方部に位置させて同芯状に挿入した原水供給管と，原水供給管の内筒より外部位置に設けられ、内筒内部へ炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給管とから成り、前記ノズルより内筒内へ噴出したアルカリ性原水と炭酸ガスの混合水を内筒の下端開口より外筒内へ放出してその流動方向を反転させ、前記原水放流管から外部へ排出する構成としたことを特徴とするアルカリ性原水のＰＨ処理装置用炭酸ガス反応槽。
【請求項２】
内筒の下端開口をラッパ状に拡径し、外筒と内筒間の間隙Ｇを小さくするようにした請求項１に記載のアルカリ性原水のＰＨ処理装置用炭酸ガス反応槽。
【請求項３】
炭酸ガス供給管を原水供給管の軸芯と直交する方向に配設するようにした請求項１に記載のアルカリ性原水のＰＨ処理装置用炭酸ガス反応槽。
【請求項４】
内筒の内径を外筒の内径の１／４〜１／３とすると共に、内筒の長さを外筒の長さの８０〜９０％とした請求項１に記載のアルカリ性原水のＰＨ処理装置用炭酸ガス反応槽。
【請求項１】
アルカリ性原水のＰＨ処理装置に用いる炭酸ガス反応槽において、上端部の側壁に原水放流管を有する外筒と，外筒の内部に同芯状に配置した外筒より長さの短い内筒と，内筒の上端開口よりその内方へ、先端部に設けたノズルを内筒の上方部に位置させて同芯状に挿入した原水供給管と，原水供給管の内筒より外部位置に設けられ、内筒内部へ炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給管とから成り、前記ノズルより内筒内へ噴出したアルカリ性原水と炭酸ガスの混合水を内筒の下端開口より外筒内へ放出してその流動方向を反転させ、前記原水放流管から外部へ排出する構成としたことを特徴とするアルカリ性原水のＰＨ処理装置用炭酸ガス反応槽。
【請求項２】
内筒の下端開口をラッパ状に拡径し、外筒と内筒間の間隙Ｇを小さくするようにした請求項１に記載のアルカリ性原水のＰＨ処理装置用炭酸ガス反応槽。
【請求項３】
炭酸ガス供給管を原水供給管の軸芯と直交する方向に配設するようにした請求項１に記載のアルカリ性原水のＰＨ処理装置用炭酸ガス反応槽。
【請求項４】
内筒の内径を外筒の内径の１／４〜１／３とすると共に、内筒の長さを外筒の長さの８０〜９０％とした請求項１に記載のアルカリ性原水のＰＨ処理装置用炭酸ガス反応槽。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−９４７５５（Ｐ２０１３−９４７５５Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４１８０４（Ｐ２０１１−２４１８０４）
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（０００１４３９６１）株式会社桜川ポンプ製作所 (5)
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（０００１４３９６１）株式会社桜川ポンプ製作所 (5)
[ Back to top ]