液状媒質をばっ気する方法と設備
気体と液体とを混合するための設備と方法であって、前記設備が円蓋と、下部ハウジングと、ばっ気装置と、浮動装置とを含んでいる。この場合、相互に間挿されて回転する複数組のディスクが、可変速度の駆動装置により駆動される平行の軸上で作業し、ディスクに半径方向に取り付けた条材が液体を混合区域内へ掬い上げ、かつ空気と液体とを混合区域内へ送入し、その結果、せん断力が生じて、空気が酸素の乏しい液体内へ送入される。円蓋と下部ハウジングとで気密の空間が形成されており、しかも送風機によって気圧が高められることで気泡がはじけ、酸素の乏しい液体内への空気の最適混入が可能になる。下部ハウジングの取入れ口と排出口とが水線下に位置し、そのため、局所環境内への気泡、騒音、臭気の漏出が防止される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体、例えば空気を液体と混合するための設備と方法に関わり、より具体的には、廃水、汚水、何らかの水塊又は液塊を含む工業廃棄物のばっ気に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
都市の汚水処理システム及び工業廃棄物排出システムから出される廃水は、通常、廃水溜めと呼ばれる大きな貯留池、排水溝、溜め池に集められる。この種の廃水溜めは、１メートル前後（数フィート）の深さでよく、２万平方メートル程度（数エーカー）の表面積があればよい。廃水は、通常、多量の有機、無機の廃棄物を含んでおり、これらは、処理されなければ、著しい悪臭を発生し、かつ有毒物を発生させる。
廃水処理の最も普通の方法としては、活性スラッジ法が用いられる。この処理法は３つの大きな段階を含んでいる。第１処理段階は、焼却炉又は埋め立て処理に送られる高濃度のスラッジと、残りの、２次処理を受ける廃液とを単に分離する処理から成る。第２の処理段階では、有機物質の生化学的な消費が行われる。液状スラッジ内に存在する微生物が、廃水溜め内の生物量をご馳走される。細菌が有機廃棄物を食尽するには、広範囲のばっ気が必要である。
【０００３】
第３の処理段階は、汚染の程度と水質浄化の要求とに応じて簡単となったり広範囲となったりする。この段階の目的は、第１、第２段階で除去されなかった無機汚染物質や有機物の除去である。最後に、処理された水は環境へ再び排出される。この排水は、河川に廃水を排出する前に、連邦、州、郡、都市の各政府の排水基準、例えば、海洋生物を順応させるのに必要と思われる最小溶存酸素レベルに合致せねばならない。
活性スラッジ処理は、廃水内の有機汚染物質を好気性菌に消費させる生化学的処理法である。これらの細菌は好気性であるから、その消費効率は、液状スラッジ内の利用可能な溶存酸素量に大幅に依存する。この廃水処理法の場合、ばっ気により液体内へ空気を導入し、微生物による有機物質の分解のための好気性環境が用意される。ばっ気の目的は２つある。すなわち、微生物の代謝に必要な酸素の供給と、微生物が、分解された浮遊有機物と密に接触するように混合することである。
【０００４】
これまでに、種々のばっ気の手法が使用されてきた。最も普通の２つのばっ気システムは、表面下システムと機械式システムである。表面下ばっ気システムの場合、空気又は酸素が、ポンプによって表面下へ、それも廃水中に沈められたディフューザーその他の装置へ供給される。細かな穴からの空気の拡散が表面下のばっ気形式であり、それにより、空気が、極めて小さい気泡形態で廃水溜め内へ導入される。廃水処理用の酸素ディフーザーの１つの型は、廃水溜め内でディフューザーが、常時、異なる深さ及び位置へ移動する必要があり、廃水と微生物との混合は極めて少ない。加えて、無反応の空気又は酸素の気泡が残り、それらが表面へ浮上する。酸素が使用されている場合、廃水の表面へ出てくる酸素は、溜めの上方に存在する空気中へ発散するので、空費されることになる。
【０００５】
機械式のばっ気・混合システムは、種々の形式のものがあり、例えば、下向き給気ポンプは小噴水を作り出し、水かき車は廃水の表面積を増大させる。加えて、この種のすべての装置は、多量の重い廃水を運動させたり、空気中へ飛び出させることで、廃水を混合する結果、多量のエネルギーが消費される。これらの装置の或るものは、多量の悪臭や泡を発生させる一方、廃水を攪拌し、多量の電力を消費する結果、作業に高額の電力費がかかる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、廃水、汚水、工業廃棄液をばっ気する経済的な装置と方法が必要であり、より具体的にいえば、溶存酸素を効果的に廃水、汚水、工業廃棄液内へ添加する一方、悪臭、泡、エネルギー消費を最小化する処理法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
簡単に説明すると、好適実施例の場合、本発明は、前記欠点を克服し、気体、例えば空気を液体、例えば廃水溜め内の廃水、汚水、工業廃液と混合する方法と装置を得ることで、前記装置が必要と認められていることに応えるものである。
その主な態様によれば、大まかに言って、好適形式の本発明は、廃水、汚水、工業廃液内への溶存酸素添加用の浮動加圧ドーム形ばっ気装置と方法である。
より詳しく言えば、本発明による好適ばっ気装置は、２つ以上の部分浸漬された複数組の互いに挟入されたディスクを有し、該ディスクが、可変速度の駆動装置によって駆動される平行の軸に沿って一斉回転することで作業する。端キャップを有する１つ以上の条材が、ディスクに半径方向に取り付けられ、ハブからディスク縁部まで延びている。一方のディスクの条材が、液体を廃水面へ汲み上げると、他方のディスクの条材が、空気を廃水面へ掻き下げ、ちょうど水線下の混合区域で空気と廃水とが互いに密に接触する。双方のディスクによるせん断力により、酸素の減少した廃水中へ空気中の酸素が混入され、それによって廃水の溶存酸素含有量が高められる。
【０００８】
したがって、本発明の特徴及び利点は、混合区域内で対向する条材の前縁上の液体間にせん断力を作り出し、それにより空気と廃水とを効果的に混合する能力である。
加えて、条材は、その後面に放出穴を有している。端キャップは、液体側に廃水の渦巻きを、また気体側には吹雪状の気泡を、条材の後面の放出穴を通して混合区域内へ強制的に送入し、空気と廃水の効果的な混合を生じさせる。
したがって、本発明の特徴及び利点は、従来の方法より多数の好気性菌を養い得る能力にあり、その結果、廃水溜め内の有機物の生化学的な消費が高められる。
使用時、ばっ気装置は、浮動プラットフォーム上に配置され、水線に対する設定位置に維持される。浮動装置は、気密のカバー又は円蓋で覆われ、しかも、気圧がカバー下又は円蓋下で送風機によって高められることで、大気が円蓋下では高い気圧となる。
【０００９】
本発明の別の特徴及び利点は、可変気圧によってカバー下又は円蓋下で大気の最適溶解が可能になる点である。
本発明の別の特徴及び利点は、気泡が浮動装置から逃れるため水線の下に戻り、その結果、更に液状スラッジのばっ気が進む点である。
本発明の別の特徴及び利点は、液体取入れ口が密閉環境を作る水線の下にあることである。
本発明の特徴及び利点は、液体排出が、密封環境を作る水線の下で行われることである。
本発明の別の特徴及び利点は、使用中に発生する気泡を最少化する能力であり、しかも、円蓋内で高められる気圧が、機械式ミキサーによって生じる気泡をはじけさせる機能を持つことである。
【００１０】
本発明の別の特徴及び利点は、カバー又は円蓋が、局所環境へ臭気が漏出しないように封じ込めており、その結果、悪臭を放出しない作業が可能な点である。
本発明の別の特徴及び利点は、カバー又は円蓋が、機械的攪拌によって発生する騒音が局所環境へ漏出しないように防止し、その結果、事実上騒音なしの作業が可能な点である。
本発明の以上の特徴及び利点とその他の特徴及び利点とは、以下の説明及び特許請求の範囲を添付図面を参照して読むことにより、一層明らかになるだろう。
本発明は、好適実施例及び別の実施例の詳細な説明を添付図面を参照して読むことにより、よりよく理解されよう。類似の構成部材には、全図面を通じて等しい符号が付されている。
【００１１】
法律により許容される全範囲まで、本ＰＣＴ出願は、発明人ロバートＪ．ガレッタに代って、譲渡出願番号１１／１３１，１１３を有する２００５年５月１７日申請の「液状媒質をばっ気する方法と装置」と題する米国仮特許出願の優先権及び恩恵を請求するものである。
図１−図５に示した本発明の好適実施例及び別の実施例を説明するに当って、明快さを得るために具体的な用語を用いることにする、本発明は、しかし、選択された用語に限定されるものではなく、各特別の部材は、類似の形式で類似の機能を発揮するように動作するあらゆる技術上の等価部材を含むものと理解されたい。
【００１２】
図１−図５について言えば、本発明の好適実施例は、廃水、汚水、産業廃棄物内へ溶存酸素を添加するための浮動式加圧円蓋付ばっ気装置と方法である。重要なことは、本発明が、液状媒質内への溶存空気又は溶存気体の送入量を増すことが望まれるか有用であるどのような液状環境にも利用できる点を理解することである。したがって、本発明の設備及び方法は、廃水溜め内で好適利用するのが好都合なように説明されるが、他方、廃水溜め内での使用又は実施に限定されるものではない。更に、本発明は、ゴルフ場の池、水生植物を有する水、魚類及び／又は他の海洋生物を有する水等の水に利用できるが、それらに限定はされない。本発明の装置及び方法は、ゴルフ場の池、酸素の減少した湖、河川等を含む液状媒質内へ、空気その他の気体が溶解されねばならない多くの用途に適しており、同様に環境面及び／又は産業上の処理にも適している。
【００１３】
次に図１を参照すると、完全に囲まれた円蓋付き浮動式ばっ気装置１０の一好適実施例が示されている。ばっ気装置１０は、制御された加圧環境内で作業する機械式の気体溶存装置である。円蓋１２は、好ましくは廃水や汚水の溜め、産業廃棄物の溜め、その他選択された液体処理溜めの水線２４近くの浮動装置１４によって支持されている。円蓋１２は、好ましくは溜めの液面上方に位置する上部１３を含み、これにより、ばっ気装置１０の機械式攪拌部を内包する空間又は画室の囲いが形成される。円蓋１２は、好ましくは気密の耐食性材料、例えばガラス繊維又は金属で構成される。他の適当な材料も、本発明の所期の範囲を逸脱することなしに利用可能なことが認められよう。すなわち、円蓋１２は、円蓋下に空間又は画室の囲い１５により形成される好ましくは高い選択気圧の区域を維持可能などのような材料で構成してもよい。
【００１４】
円蓋１２によって形成される画室の囲いは、水線２２の上方に空間を形成し、この空間内に、ばっ気装置１０が発生させる泡や悪臭を捕集することができる。ばっ気装置１０が発生させる泡は、したがって、ばっ気装置１０のすぐ近くに保留され、逃げるには水線の下へ戻らざるを得ないから、更に液体への気体の混入が促進される。ばっ気装置１０の機械式攪拌によって発生する臭気も、また円蓋１２内に保留され、周囲の環境への漏出が防止される結果、事実上、悪臭なしの作業が行われる。加えて円蓋１２は、防音壁として機能し、ばっ気装置１０の機械式攪拌により発生する騒音を封じ込める結果、環境への騒音の漏出が防止され、その結果、事実上騒音のない作業が可能になる。
【００１５】
送風機１６は、好ましくは、何らかの工業用可変速度式回転送風機でよい。送風機１６は、好ましくは水銀柱約８８．８−１０１．６ｃｍ（３５−４０ｉｎ）又は約７０３−２１０９ｋｇ／ｍ２（１−３ｐｓｉ）の範囲まで円蓋１２の下の空気圧を高めうる空気流及び圧力定格を有するどのような標準設計でもよい。但し、混合される気体と液状媒質とに応じて、より高い気圧を使用することもできる。送風機１６は、好ましくは回転式だが、どのようなファンでも、遠心式、回転式、その他のどの種類の送風機でも、送風源でもよい。送風機１６は、上部１３の近くに配置された単式ユニットであるのが好ましい。しかし、送風機１６は、単式でも複式でもよく、円蓋１２の内部空間１５への空気の送入が可能な、ばっ気装置１０のどの箇所に配置してもよい。送風機１６は、好ましい作動をした場合、円蓋１２内の気圧を上昇させ、円蓋下で気体が液体に混入されるのに理想的な環境を作り出し、しかも、同時に液体の表面積が、ばっ気装置１０による液体の攪拌及び回転によって増大する。加えて、円蓋１２の下での気圧上昇により気泡がはじけることで、ばっ気装置１０が発生させる気泡の効果的な低減が助けられる。
【００１６】
送風機１６は、溜めの水位２４に対するばっ気装置１０の機械式攪拌機の位置調節を容易にするのに使用できるのが好ましい。言い換えると、円蓋１２内の気圧は、送風機１６が作動すると上昇するので、それによって円蓋１２下の水位は溜めの静止水位よりも僅かに低くなる。
浮動装置１４は、ポンツーンが好ましいが、どのような材料製でもよく、ばっ気装置１０を浮遊状態に維持できるどのような形状でもよい。浮動装置１４は、円蓋１２の支持兼位置決め用の浸漬フレーム又は浮きフレーム４６（図示せず）、下部ハウジング１８、その他のばっ気装置１０構成部材のいずれかに取り付けるのが好ましい。浮動装置１４は、好ましくは、バラスト（図示せず）を含み、それによって、使用者又は制御装置により制御されるばっ気装置１０の水線２４に対する高さ調節が可能になる。このバラストによって、使用者又は制御装置は溜めの静止水位に対するばっ気装置１０の位置、液体の比重力、円蓋１２下の気圧を調節できる。浮動装置１４は、浮動装置１４の上面１７に保守デッキ２６を含むのが好ましい。この場合、保守デッキ２６は、好ましくは円蓋１２の周部に沿って外方へ延びるようにする。
【００１７】
下部ハウジング１８は、好ましくは、閉鎖側壁と底部（図示せず）とを有する部分浸漬された導管を形成し、これにより、開放頂部（図示せず）と、対向開放側面２１，２３とを備えた水中通路が形成される。下部ハウジング１８は、フレーム・システム４６（図示せず）に取り付けるのが好ましい。下部ハウジング１８は、耐水性の耐食性材料で作るのが好ましいが、指定通路を通る液体に流入流出を方向付けることの可能などのような材料でも構成することができる。取入れ口２１と名づけられた開放端２１は、好ましくは、ばっ気装置１０に入ってくる廃棄物の破片、海洋生物、大きな粒子を阻止するための取入れスクリーン２０を有している。加えて、排出口と名づけられた開放端２３は、好ましくは、ばっ気装置１０に入ってくる廃棄物の破片、海洋生物、大きな粒子を阻止するための排出スクリーン２２を有している。このスクリーンの配置によって、好ましくは水線下に浸漬される下部ハウジング１８に取入れ口２１及び排出口２３を設けることが可能になり、それにより密閉環境が作り出され、ばっ気装置１０から漏出する騒音、気泡、悪臭が最少化される。
【００１８】
円蓋１２は、好ましくは耐食性ヒンジ４８及びラッチ５０組立体（図２に見られるような）を介して下部ハウジング１８に取り付けるのが好ましい。ヒンジ４０及びラッチ５０が好ましいが、標準的な機構を有する適当などのような取り付け具も使用できる。そのような取り付け具には、円蓋１２を下部ハウジング１８と接触保持可能な構成である限り、ボルト／ナット、ラッチ、ロック、キャッチ、留め金などが、含まれるが、それらに限定されるものではない。
【００１９】
駆動装置２８は、好ましくは可変速度のＡＣ又はＤＣ駆動装置であり、該駆動装置は、何らかの減速ギヤ、ベルト、チェーン、被駆動軸を含むが、これらに限定されない。駆動装置２８は、ばっ気装置１０の機械式攪拌機を回転可能な馬力、可変回転速度、方向性の各定格を有するどのような標準的な設計でもよい。駆動装置２８は、浮動装置１４のフレーム４６に固定するのが好ましい。ストラット部材又はブレース部材（図示せず）が、好ましくはフレーム４６用の概して剛性の支持体を形成し、かつ駆動装置２８用の取り付け板として機能している。駆動装置２８及び／又はばっ気装置１０を操作可能な動力源は、交流及び直流の電源、圧縮空気源、太陽電池を含むが、これらに限定はされない。
【００２０】
制御装置３０は、多チャネルデジタル・モータ制御装置とするのが好ましい。制御装置３０は、駆動装置２８に適合するどのような標準的な駆動制御装置でもよい。制御装置３０は、他の特徴、例えば円蓋１２下の圧力をモニタして、円蓋１２内を指定圧力に維持するように送風機１６を調整する送風制御装置の特徴を含んでいる。また、制御装置３０は、ばっ気装置１０に対して、時間、昼夜、日、週、月、季節、その他の操業時間割を予め設定するためのスケジュール装置を含んでいる。制御装置３０は、また環境センサ（図示せず）からの入力を得ることができ、該入力には、廃水温度、廃水中の溶存酸素量、空気温度が含まれるが、これらに限定はされない。しかも、その場合、光センサが、測定値を夜間、昼間いずれに集めたかは問わず、検出し、記録するのに加えて、各センサの示度が、好ましくは、ばっ気装置１０の内部及び／又は外部から集められ、利用可能である。
【００２１】
制御装置３０は、複数環境センサからの事実上リアルタイムのこれらの入力に基づいて、ばっ気装置１０の作業を修正し、液体内への空気の混入速度の効率を最大化することができ、しかも、エネルギー消費は最小化される。制御装置３０は、上部１３の近くに配置するのが好ましいが、浮動装置１４の上面１７の保守デッキ２６から操作員が接近可能な、ばっ気装置１０上の何処に配置してもよい。制御装置３０は、無線周波数、赤外線信号、その他適当な送受信源のいずれかによって遠隔操作可能であり、それにより、ばっ気装置１０を遠隔プログラミング又は遠隔操作することができる。
【００２２】
図１に示すように、ばっ気装置１０は、好ましくは、浮動装置１４のフレーム４６に適宜に固定された吊上げ用目穴３２を有している。吊上げ用目穴３２を介して、浮動装置１４のフレーム４６と共に、ばっ気装置１０は、ホイスト又はクレーンにより廃水溜め内・外への吊上げ吊下ろし可能である。吊上げ用目穴４２は、単一目穴、複数目穴いずれの形式でもよく、また浮動装置１４のフレーム４６に取り付けるのに適当な、ばっ気装置１０上の何処にでも配置できる。
次に図２を参照すると、ばっ気装置１０の内部機構が好適配置された円蓋付き浮動ばっ気装置１０の正面断面図が示されている。ばっ気装置用の２基の好適駆動装置４２，４４、すなわち先導駆動装置４２と従属駆動装置４４とである。先導駆動装置４２と従属駆動装置４４とは、好ましくは等方向に等速で回転し作業するが、異なる速度で作動可能であることが好ましい。例えば従属駆動装置４４は、先導駆動装置４２の２倍の速度で作業できよう。
【００２３】
先導駆動装置４２と従属駆動装置４４とは、双方ともフレーム４６に取り付けるのが好ましい。フレーム・システム４６は、好ましくは、軽量の耐食性材料で作られ、該材料には、管系、ケーブル類及び／又はアングル鉄又はアルミニウム、これらの組み合わせ、又は他の適当な材料が含まれるが、これらには限定されない。フレーム４６は、先導駆動装置４２、従属駆動装置４４、円蓋１２、下部ハウジング１８、浮動装置１４、ばっ気装置１０のその他のシステム構成部品を支持し、かつ配置できるどのような材料で構成してもよい。吊上げ目穴３２は、フレーム・システム４６に固定取り付けされている。
羽根５４は、下部ハウジング１８の取入れ口２１又は排出口２３に取り付け可能な可変流量制御装置である。羽根５４は、好ましくは耐食性材料製である。複数の羽根５４により、下部ハウジング１８に出入する液流を制御可能にするのが好ましい。それにより液体への空気の混入が最大化される。複数羽根５４の位置決めは、操作員が設定するか、又は制御装置３０により制御することができる。
【００２４】
次に図４Ａを参照すると、一好適ディスク６０が正面図で示されている。ディスク６０は、好ましくは、耐食性材料製の薄手の平らなディスクである。ディスク６０は、廃水のスラッジの中で回転可能な何らかの材料、形状、寸法で構成することができる。可能な形状には、星形、方形、６角形、８角形、その他液状媒質内で混合区域及びせん断力発生区域を画成可能な何らかの形状が含まれるが、これらの形状に制限はない。ディスク６０は、好ましくは、軸４５（図４Ｂ）にディスク６０を取り付けるための中心部にキー付きハブ６２を有している。キー付きハブ６２が好ましいが、他の適当な取り付け手段も、軸４５へのディスク６０の取付け手段を有する標準設計であれば利用できる。好適なキー付きハブ６２により、軸４５上でのディスクの間隔設定及び調節が可能になり、適正間隔が維持される。
【００２５】
次に図３を参照すると、好適の条材７０が斜視図で示されている。条材７０は、好ましくは耐水性の耐食性材料で作られるが、液体及び／又は気体を運搬できるどのような材料で構成してもよい。条材７０は、好ましくは４分円形、Ｕ字形、概して３角形いずれかの形状の端キャップ７２と、開放前面７４と、後面７５と、取付け面７６とを有しており、しかも、これらの面７４，７５，７６は、好ましくは条材７０に沿って長手方向に延び、液体及び／又は気体を運搬するための条材７０の通路の周縁部を形成している。加えて、条材７０は、好ましくは、後面７５を貫通して形成された複数放出穴を有している。
【００２６】
条材７０は、寸法、角度、放出穴配置を変更することで、ばっ気装置１０による、どのような液状媒質内への溶存気体混入率も最大化できる。例えば、固形物含有率の高い廃水上では、高速運動する小型の条材のほうが効率的だろうが、固形物の少ない廃水上では、低速の大型条材のほうが効率的であり、海洋生物への害も少なかろう。更に、条材７０は、液体上での遠心力を考慮に入れて寸法、形状、角度、放出穴配置を変更できる。複数条材７０は、好ましくはディスクの両側に、各開放面７４を等方向に向けて半径方向に固定される。各条材７０は、ディスク６０の中心から半径方向外方へ、ディスク６０の外周縁又は辺縁へ向って延び、しかもディスク６０には、好ましくは条材７０の平らな面７６が、好ましくは耐食性のボルトとナット（図示せず）により取付けられる。取付け手段は、耐食性のボルトとナットが好ましいが、標準的な機構であれば、どのようなものでもよく、ディスク６０及び条材７０の材料に応じて選択できる。該取付け手段には溶接、接着、エポキシ樹脂が含まれるが、それらに限定されない。図３に示した実施例は、ディスクに取付ける条材７０の数に対する仕様又は制限となるものではない。
【００２７】
次に、図４Ａを参照すると、１対の好適ディスク６０の正面断面図が示され、好適な配置、重なる面積、回転方向が示されている。先導ディスク８１と従属ディスク９２とは、後述する通りに重なるように配置されるのが好ましい。ディスク組立体は双方とも、液状媒質内に好ましくは部分的に浸漬され、好ましくは直径の少なくとも４０％の深さまで浸漬されるが、どのような深さまで液状媒質内へ浸漬されてもよい。その場合、ディスク組立体の少なくとも一部は円蓋１２下の大気に曝露される。混合区域１００は、図５にも示されているように、水面下の、先導ディスク８１と従属ディスク９２とが重なる部分の間に形成される。先導ディスク８１の複数条材７０は、廃水溜めから液体を掬い上げて、混合区域１００内へ運ぶ。従属ディスク９２の条材７０は、好ましくは円蓋１２下の空気を捉えて混合区域１００内へ運び込む。
【００２８】
図４Ａに示されているように、条材７０が液体から出る方向に回転すると、廃水溜めから液体が上方へ運ばれる。運ばれたこの液体は、放出穴７８から逃げることで、空気と接触する付加的な液体表面積が得られ、その結果、液体内への空気の付加的混入が行われる。条材７０が下方へ回転し、液体内へ没入すると、空気が廃水溜め内へ運び込まれる。空気が複数の放出穴７８から逃げることで、液体と接触する付加的空気が液中に与えられ、その結果、液体への気体の付加的混入が達せられる。
【００２９】
次に、図４Ｂを参照すると、互いに間挿された２組の複数ディスク６０の正面断面図が示されている。先導駆動装置４２は、先導軸４３に結合され、１個以上のディスク６０（先導ディスク組立体８１，８３，８５，８７として示されている）が、好ましくは先導軸４３に取り付けられている。従属駆動装置４４は従属軸４５に結合され、１個以上のディスク６０（従属ディスク組立体９２，９４，９６，９６，９９として示されている）が、好ましくは従属軸４５に取り付けられている。図４Ｂに示した実例は、ディスク配列のディスク数、軸の数、駆動装置の数に関する仕様や限定を示すものではない。
【００３０】
これらの可変パラメータは、被処理液体の溶存気体に対する要求及び他の用途上の要求によって決められる。先導、従属のディスク組立体は、平行に配置され、組立体のディスクは適宜の間隔をおいて互いに間挿され重なるように配置されている。ディスク６０の間隔設定は、好ましくはキー付きハブ６２を使用して行うが、スペーサ（図示せず）を使用してもよい。好ましくは、先導、従属ディスク組立体の重なりは、ディスク６０の直径の４５％だが、双方の組のディスクの重なりの程度は、先導軸４３と従属軸４５との平行間隔を変更することにより調節できる。但し、その間隔をディスク７０の半径未満とすることが条件である。
【００３１】
次に図５を参照すると、ばっ気装置１０の拡大部分断面図が示されており、これにより混合区域１００の動態の説明が容易になる。先導ディスク８１の条材７０が廃水溜めから液体を捕捉し、それを混合区域１００へ掬い上げる。従属ディスク９２の条材７０は、円蓋１２の下から空気を捕捉し、混合区域１００内へ液体を押し込むのに加えて空気を送り込む。ディスク８１，９２と、一緒に同時運動する２条材７０とが、混合区域内で上下動する液体の間にせん断力Ｆを生じさせ、その結果、酸素の乏しい廃水内へ空気を進入させるせん断力Ｆが得られる。せん断力Ｆが酸素の豊富な混合区域に生じる結果、廃水内への酸素の混入が増大する。
【００３２】
更に図５を参照すると、ばっ気装置１０の拡大部分断面図により、混合区域１００の動態の説明が一層容易になる。先導ディスク８１の条材７０は廃水溜めから液体を捕捉し、それを混合区域１００へ掬い上げる。先導ディスク８１の条材７０の後面７５に設られた複数放出穴７８は、液体を流体の渦流として混合区域１００内へ漏出させる。従属ディスク９２の条材７０は、円蓋１２の下から空気を捕捉し、混合区域１００内へ送り込む。従属ディスク９０の条材の後面７５に設けられた複数放出穴７８は、気泡を吹雪状に混合区域１００内へ漏出させることで、廃水内への酸素混入を増大させる。
双方のディスク組立体は同時に回転運動するように設定できるが、個別の駆動速度で回転させることもでき、それにより液体／空気、せん断力、液体渦流、吹雪状気泡の事実上無限の組み合わせが可能になり、それによって廃水内への酸素の最適混入が可能になる。
【００３３】
考えられる別の実施例は、ばっ気装置１０を、例えば排水管等の管内で使用するため、浮動装置１４なしで使用するのに適した形式にしたものである。更に、考えられる別の実施例は、例えば排水管等の管内で使用するために、下部ハウジング１８なしで使用できる形式のものである。その場合、ばっ気装置１０は、好ましくは管内に機械式に取り付けられ、配置される。管内の液体流量は、双方のディスク組立体が、液状媒質内に好ましくは部分的に、好ましくはディスク直径の少なくとも４０％の深さに浸漬される水位が維持されるように調節するのが好ましい。しかし、双方のディスク組立体は、液体媒質内にどのような深さまでも浸漬できるが、その場合、ディスク組立体の少なくとも一部は円蓋１２下の大気に曝されるようにする。
【００３４】
以上、本発明の代表的な実施例を説明したが、当業者は、ここに開示した内容は単に説明目的のものであり、本発明の枠内で更に種々の別形式、適応形式、変更態様が可能であることに留意すべきである。したがって、本発明は、図示し説明した個々の特定実施例に限定されるものではなく、もっぱら特許請求の範囲の記載によって制限されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の好適実施例によるばっ気設備の断面図。
【図２】図１のばっ気設備の正面断面図。
【図３】本発明による放出穴を有する条材の斜視図。
【図４Ａ】本発明による１対のディスクとその回転方向を示す正面断面図。
【図４Ｂ】本発明による互いに間挿され２組のディスクの配列を示す平面断面図。
【図５】液体／気体混合区域の動態を示す拡大部分断面図で、本発明の好適実施例による半径方向条材と放出穴とを示す図。
【符号の説明】
【００３６】
１０ ばっ気装置
１２ 円蓋、カバー
１３ 上部
１４ 浮動装置
１５ 画室、内部空間
１６ 送風機
１７ 浮動装置の上面
１８ 下部ハウジング
２０ 取水スクリーン
２１ 開放端、取水端
２２ 排水スクリーン
２３ 開放端、排水端
２４ 水線、水位
２６ 保守デッキ
３２ 吊上げ用目穴
４２ 先導駆動装置
４３ 駆動軸
４４ 従導駆動装置
４５ 駆動軸
４６ フレーム・システム
４８ ヒンジ
５０ ラッチ
５４ 羽根
６０ ディスク
６２ キー付きハブ
７０ 条材
７２ 端キャップ
７４ 前面
７５ 後面
７６ 取付け面
７８ 放出穴
８１，８３，８５，８７、８９ 先導ディスク組立体
９２，９４，９６，９８，９９ 従属ディスク組立体
１００ 混合区域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体、例えば空気を液体と混合するための設備と方法に関わり、より具体的には、廃水、汚水、何らかの水塊又は液塊を含む工業廃棄物のばっ気に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
都市の汚水処理システム及び工業廃棄物排出システムから出される廃水は、通常、廃水溜めと呼ばれる大きな貯留池、排水溝、溜め池に集められる。この種の廃水溜めは、１メートル前後（数フィート）の深さでよく、２万平方メートル程度（数エーカー）の表面積があればよい。廃水は、通常、多量の有機、無機の廃棄物を含んでおり、これらは、処理されなければ、著しい悪臭を発生し、かつ有毒物を発生させる。
廃水処理の最も普通の方法としては、活性スラッジ法が用いられる。この処理法は３つの大きな段階を含んでいる。第１処理段階は、焼却炉又は埋め立て処理に送られる高濃度のスラッジと、残りの、２次処理を受ける廃液とを単に分離する処理から成る。第２の処理段階では、有機物質の生化学的な消費が行われる。液状スラッジ内に存在する微生物が、廃水溜め内の生物量をご馳走される。細菌が有機廃棄物を食尽するには、広範囲のばっ気が必要である。
【０００３】
第３の処理段階は、汚染の程度と水質浄化の要求とに応じて簡単となったり広範囲となったりする。この段階の目的は、第１、第２段階で除去されなかった無機汚染物質や有機物の除去である。最後に、処理された水は環境へ再び排出される。この排水は、河川に廃水を排出する前に、連邦、州、郡、都市の各政府の排水基準、例えば、海洋生物を順応させるのに必要と思われる最小溶存酸素レベルに合致せねばならない。
活性スラッジ処理は、廃水内の有機汚染物質を好気性菌に消費させる生化学的処理法である。これらの細菌は好気性であるから、その消費効率は、液状スラッジ内の利用可能な溶存酸素量に大幅に依存する。この廃水処理法の場合、ばっ気により液体内へ空気を導入し、微生物による有機物質の分解のための好気性環境が用意される。ばっ気の目的は２つある。すなわち、微生物の代謝に必要な酸素の供給と、微生物が、分解された浮遊有機物と密に接触するように混合することである。
【０００４】
これまでに、種々のばっ気の手法が使用されてきた。最も普通の２つのばっ気システムは、表面下システムと機械式システムである。表面下ばっ気システムの場合、空気又は酸素が、ポンプによって表面下へ、それも廃水中に沈められたディフューザーその他の装置へ供給される。細かな穴からの空気の拡散が表面下のばっ気形式であり、それにより、空気が、極めて小さい気泡形態で廃水溜め内へ導入される。廃水処理用の酸素ディフーザーの１つの型は、廃水溜め内でディフューザーが、常時、異なる深さ及び位置へ移動する必要があり、廃水と微生物との混合は極めて少ない。加えて、無反応の空気又は酸素の気泡が残り、それらが表面へ浮上する。酸素が使用されている場合、廃水の表面へ出てくる酸素は、溜めの上方に存在する空気中へ発散するので、空費されることになる。
【０００５】
機械式のばっ気・混合システムは、種々の形式のものがあり、例えば、下向き給気ポンプは小噴水を作り出し、水かき車は廃水の表面積を増大させる。加えて、この種のすべての装置は、多量の重い廃水を運動させたり、空気中へ飛び出させることで、廃水を混合する結果、多量のエネルギーが消費される。これらの装置の或るものは、多量の悪臭や泡を発生させる一方、廃水を攪拌し、多量の電力を消費する結果、作業に高額の電力費がかかる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、廃水、汚水、工業廃棄液をばっ気する経済的な装置と方法が必要であり、より具体的にいえば、溶存酸素を効果的に廃水、汚水、工業廃棄液内へ添加する一方、悪臭、泡、エネルギー消費を最小化する処理法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
簡単に説明すると、好適実施例の場合、本発明は、前記欠点を克服し、気体、例えば空気を液体、例えば廃水溜め内の廃水、汚水、工業廃液と混合する方法と装置を得ることで、前記装置が必要と認められていることに応えるものである。
その主な態様によれば、大まかに言って、好適形式の本発明は、廃水、汚水、工業廃液内への溶存酸素添加用の浮動加圧ドーム形ばっ気装置と方法である。
より詳しく言えば、本発明による好適ばっ気装置は、２つ以上の部分浸漬された複数組の互いに挟入されたディスクを有し、該ディスクが、可変速度の駆動装置によって駆動される平行の軸に沿って一斉回転することで作業する。端キャップを有する１つ以上の条材が、ディスクに半径方向に取り付けられ、ハブからディスク縁部まで延びている。一方のディスクの条材が、液体を廃水面へ汲み上げると、他方のディスクの条材が、空気を廃水面へ掻き下げ、ちょうど水線下の混合区域で空気と廃水とが互いに密に接触する。双方のディスクによるせん断力により、酸素の減少した廃水中へ空気中の酸素が混入され、それによって廃水の溶存酸素含有量が高められる。
【０００８】
したがって、本発明の特徴及び利点は、混合区域内で対向する条材の前縁上の液体間にせん断力を作り出し、それにより空気と廃水とを効果的に混合する能力である。
加えて、条材は、その後面に放出穴を有している。端キャップは、液体側に廃水の渦巻きを、また気体側には吹雪状の気泡を、条材の後面の放出穴を通して混合区域内へ強制的に送入し、空気と廃水の効果的な混合を生じさせる。
したがって、本発明の特徴及び利点は、従来の方法より多数の好気性菌を養い得る能力にあり、その結果、廃水溜め内の有機物の生化学的な消費が高められる。
使用時、ばっ気装置は、浮動プラットフォーム上に配置され、水線に対する設定位置に維持される。浮動装置は、気密のカバー又は円蓋で覆われ、しかも、気圧がカバー下又は円蓋下で送風機によって高められることで、大気が円蓋下では高い気圧となる。
【０００９】
本発明の別の特徴及び利点は、可変気圧によってカバー下又は円蓋下で大気の最適溶解が可能になる点である。
本発明の別の特徴及び利点は、気泡が浮動装置から逃れるため水線の下に戻り、その結果、更に液状スラッジのばっ気が進む点である。
本発明の別の特徴及び利点は、液体取入れ口が密閉環境を作る水線の下にあることである。
本発明の特徴及び利点は、液体排出が、密封環境を作る水線の下で行われることである。
本発明の別の特徴及び利点は、使用中に発生する気泡を最少化する能力であり、しかも、円蓋内で高められる気圧が、機械式ミキサーによって生じる気泡をはじけさせる機能を持つことである。
【００１０】
本発明の別の特徴及び利点は、カバー又は円蓋が、局所環境へ臭気が漏出しないように封じ込めており、その結果、悪臭を放出しない作業が可能な点である。
本発明の別の特徴及び利点は、カバー又は円蓋が、機械的攪拌によって発生する騒音が局所環境へ漏出しないように防止し、その結果、事実上騒音なしの作業が可能な点である。
本発明の以上の特徴及び利点とその他の特徴及び利点とは、以下の説明及び特許請求の範囲を添付図面を参照して読むことにより、一層明らかになるだろう。
本発明は、好適実施例及び別の実施例の詳細な説明を添付図面を参照して読むことにより、よりよく理解されよう。類似の構成部材には、全図面を通じて等しい符号が付されている。
【００１１】
法律により許容される全範囲まで、本ＰＣＴ出願は、発明人ロバートＪ．ガレッタに代って、譲渡出願番号１１／１３１，１１３を有する２００５年５月１７日申請の「液状媒質をばっ気する方法と装置」と題する米国仮特許出願の優先権及び恩恵を請求するものである。
図１−図５に示した本発明の好適実施例及び別の実施例を説明するに当って、明快さを得るために具体的な用語を用いることにする、本発明は、しかし、選択された用語に限定されるものではなく、各特別の部材は、類似の形式で類似の機能を発揮するように動作するあらゆる技術上の等価部材を含むものと理解されたい。
【００１２】
図１−図５について言えば、本発明の好適実施例は、廃水、汚水、産業廃棄物内へ溶存酸素を添加するための浮動式加圧円蓋付ばっ気装置と方法である。重要なことは、本発明が、液状媒質内への溶存空気又は溶存気体の送入量を増すことが望まれるか有用であるどのような液状環境にも利用できる点を理解することである。したがって、本発明の設備及び方法は、廃水溜め内で好適利用するのが好都合なように説明されるが、他方、廃水溜め内での使用又は実施に限定されるものではない。更に、本発明は、ゴルフ場の池、水生植物を有する水、魚類及び／又は他の海洋生物を有する水等の水に利用できるが、それらに限定はされない。本発明の装置及び方法は、ゴルフ場の池、酸素の減少した湖、河川等を含む液状媒質内へ、空気その他の気体が溶解されねばならない多くの用途に適しており、同様に環境面及び／又は産業上の処理にも適している。
【００１３】
次に図１を参照すると、完全に囲まれた円蓋付き浮動式ばっ気装置１０の一好適実施例が示されている。ばっ気装置１０は、制御された加圧環境内で作業する機械式の気体溶存装置である。円蓋１２は、好ましくは廃水や汚水の溜め、産業廃棄物の溜め、その他選択された液体処理溜めの水線２４近くの浮動装置１４によって支持されている。円蓋１２は、好ましくは溜めの液面上方に位置する上部１３を含み、これにより、ばっ気装置１０の機械式攪拌部を内包する空間又は画室の囲いが形成される。円蓋１２は、好ましくは気密の耐食性材料、例えばガラス繊維又は金属で構成される。他の適当な材料も、本発明の所期の範囲を逸脱することなしに利用可能なことが認められよう。すなわち、円蓋１２は、円蓋下に空間又は画室の囲い１５により形成される好ましくは高い選択気圧の区域を維持可能などのような材料で構成してもよい。
【００１４】
円蓋１２によって形成される画室の囲いは、水線２２の上方に空間を形成し、この空間内に、ばっ気装置１０が発生させる泡や悪臭を捕集することができる。ばっ気装置１０が発生させる泡は、したがって、ばっ気装置１０のすぐ近くに保留され、逃げるには水線の下へ戻らざるを得ないから、更に液体への気体の混入が促進される。ばっ気装置１０の機械式攪拌によって発生する臭気も、また円蓋１２内に保留され、周囲の環境への漏出が防止される結果、事実上、悪臭なしの作業が行われる。加えて円蓋１２は、防音壁として機能し、ばっ気装置１０の機械式攪拌により発生する騒音を封じ込める結果、環境への騒音の漏出が防止され、その結果、事実上騒音のない作業が可能になる。
【００１５】
送風機１６は、好ましくは、何らかの工業用可変速度式回転送風機でよい。送風機１６は、好ましくは水銀柱約８８．８−１０１．６ｃｍ（３５−４０ｉｎ）又は約７０３−２１０９ｋｇ／ｍ２（１−３ｐｓｉ）の範囲まで円蓋１２の下の空気圧を高めうる空気流及び圧力定格を有するどのような標準設計でもよい。但し、混合される気体と液状媒質とに応じて、より高い気圧を使用することもできる。送風機１６は、好ましくは回転式だが、どのようなファンでも、遠心式、回転式、その他のどの種類の送風機でも、送風源でもよい。送風機１６は、上部１３の近くに配置された単式ユニットであるのが好ましい。しかし、送風機１６は、単式でも複式でもよく、円蓋１２の内部空間１５への空気の送入が可能な、ばっ気装置１０のどの箇所に配置してもよい。送風機１６は、好ましい作動をした場合、円蓋１２内の気圧を上昇させ、円蓋下で気体が液体に混入されるのに理想的な環境を作り出し、しかも、同時に液体の表面積が、ばっ気装置１０による液体の攪拌及び回転によって増大する。加えて、円蓋１２の下での気圧上昇により気泡がはじけることで、ばっ気装置１０が発生させる気泡の効果的な低減が助けられる。
【００１６】
送風機１６は、溜めの水位２４に対するばっ気装置１０の機械式攪拌機の位置調節を容易にするのに使用できるのが好ましい。言い換えると、円蓋１２内の気圧は、送風機１６が作動すると上昇するので、それによって円蓋１２下の水位は溜めの静止水位よりも僅かに低くなる。
浮動装置１４は、ポンツーンが好ましいが、どのような材料製でもよく、ばっ気装置１０を浮遊状態に維持できるどのような形状でもよい。浮動装置１４は、円蓋１２の支持兼位置決め用の浸漬フレーム又は浮きフレーム４６（図示せず）、下部ハウジング１８、その他のばっ気装置１０構成部材のいずれかに取り付けるのが好ましい。浮動装置１４は、好ましくは、バラスト（図示せず）を含み、それによって、使用者又は制御装置により制御されるばっ気装置１０の水線２４に対する高さ調節が可能になる。このバラストによって、使用者又は制御装置は溜めの静止水位に対するばっ気装置１０の位置、液体の比重力、円蓋１２下の気圧を調節できる。浮動装置１４は、浮動装置１４の上面１７に保守デッキ２６を含むのが好ましい。この場合、保守デッキ２６は、好ましくは円蓋１２の周部に沿って外方へ延びるようにする。
【００１７】
下部ハウジング１８は、好ましくは、閉鎖側壁と底部（図示せず）とを有する部分浸漬された導管を形成し、これにより、開放頂部（図示せず）と、対向開放側面２１，２３とを備えた水中通路が形成される。下部ハウジング１８は、フレーム・システム４６（図示せず）に取り付けるのが好ましい。下部ハウジング１８は、耐水性の耐食性材料で作るのが好ましいが、指定通路を通る液体に流入流出を方向付けることの可能などのような材料でも構成することができる。取入れ口２１と名づけられた開放端２１は、好ましくは、ばっ気装置１０に入ってくる廃棄物の破片、海洋生物、大きな粒子を阻止するための取入れスクリーン２０を有している。加えて、排出口と名づけられた開放端２３は、好ましくは、ばっ気装置１０に入ってくる廃棄物の破片、海洋生物、大きな粒子を阻止するための排出スクリーン２２を有している。このスクリーンの配置によって、好ましくは水線下に浸漬される下部ハウジング１８に取入れ口２１及び排出口２３を設けることが可能になり、それにより密閉環境が作り出され、ばっ気装置１０から漏出する騒音、気泡、悪臭が最少化される。
【００１８】
円蓋１２は、好ましくは耐食性ヒンジ４８及びラッチ５０組立体（図２に見られるような）を介して下部ハウジング１８に取り付けるのが好ましい。ヒンジ４０及びラッチ５０が好ましいが、標準的な機構を有する適当などのような取り付け具も使用できる。そのような取り付け具には、円蓋１２を下部ハウジング１８と接触保持可能な構成である限り、ボルト／ナット、ラッチ、ロック、キャッチ、留め金などが、含まれるが、それらに限定されるものではない。
【００１９】
駆動装置２８は、好ましくは可変速度のＡＣ又はＤＣ駆動装置であり、該駆動装置は、何らかの減速ギヤ、ベルト、チェーン、被駆動軸を含むが、これらに限定されない。駆動装置２８は、ばっ気装置１０の機械式攪拌機を回転可能な馬力、可変回転速度、方向性の各定格を有するどのような標準的な設計でもよい。駆動装置２８は、浮動装置１４のフレーム４６に固定するのが好ましい。ストラット部材又はブレース部材（図示せず）が、好ましくはフレーム４６用の概して剛性の支持体を形成し、かつ駆動装置２８用の取り付け板として機能している。駆動装置２８及び／又はばっ気装置１０を操作可能な動力源は、交流及び直流の電源、圧縮空気源、太陽電池を含むが、これらに限定はされない。
【００２０】
制御装置３０は、多チャネルデジタル・モータ制御装置とするのが好ましい。制御装置３０は、駆動装置２８に適合するどのような標準的な駆動制御装置でもよい。制御装置３０は、他の特徴、例えば円蓋１２下の圧力をモニタして、円蓋１２内を指定圧力に維持するように送風機１６を調整する送風制御装置の特徴を含んでいる。また、制御装置３０は、ばっ気装置１０に対して、時間、昼夜、日、週、月、季節、その他の操業時間割を予め設定するためのスケジュール装置を含んでいる。制御装置３０は、また環境センサ（図示せず）からの入力を得ることができ、該入力には、廃水温度、廃水中の溶存酸素量、空気温度が含まれるが、これらに限定はされない。しかも、その場合、光センサが、測定値を夜間、昼間いずれに集めたかは問わず、検出し、記録するのに加えて、各センサの示度が、好ましくは、ばっ気装置１０の内部及び／又は外部から集められ、利用可能である。
【００２１】
制御装置３０は、複数環境センサからの事実上リアルタイムのこれらの入力に基づいて、ばっ気装置１０の作業を修正し、液体内への空気の混入速度の効率を最大化することができ、しかも、エネルギー消費は最小化される。制御装置３０は、上部１３の近くに配置するのが好ましいが、浮動装置１４の上面１７の保守デッキ２６から操作員が接近可能な、ばっ気装置１０上の何処に配置してもよい。制御装置３０は、無線周波数、赤外線信号、その他適当な送受信源のいずれかによって遠隔操作可能であり、それにより、ばっ気装置１０を遠隔プログラミング又は遠隔操作することができる。
【００２２】
図１に示すように、ばっ気装置１０は、好ましくは、浮動装置１４のフレーム４６に適宜に固定された吊上げ用目穴３２を有している。吊上げ用目穴３２を介して、浮動装置１４のフレーム４６と共に、ばっ気装置１０は、ホイスト又はクレーンにより廃水溜め内・外への吊上げ吊下ろし可能である。吊上げ用目穴４２は、単一目穴、複数目穴いずれの形式でもよく、また浮動装置１４のフレーム４６に取り付けるのに適当な、ばっ気装置１０上の何処にでも配置できる。
次に図２を参照すると、ばっ気装置１０の内部機構が好適配置された円蓋付き浮動ばっ気装置１０の正面断面図が示されている。ばっ気装置用の２基の好適駆動装置４２，４４、すなわち先導駆動装置４２と従属駆動装置４４とである。先導駆動装置４２と従属駆動装置４４とは、好ましくは等方向に等速で回転し作業するが、異なる速度で作動可能であることが好ましい。例えば従属駆動装置４４は、先導駆動装置４２の２倍の速度で作業できよう。
【００２３】
先導駆動装置４２と従属駆動装置４４とは、双方ともフレーム４６に取り付けるのが好ましい。フレーム・システム４６は、好ましくは、軽量の耐食性材料で作られ、該材料には、管系、ケーブル類及び／又はアングル鉄又はアルミニウム、これらの組み合わせ、又は他の適当な材料が含まれるが、これらには限定されない。フレーム４６は、先導駆動装置４２、従属駆動装置４４、円蓋１２、下部ハウジング１８、浮動装置１４、ばっ気装置１０のその他のシステム構成部品を支持し、かつ配置できるどのような材料で構成してもよい。吊上げ目穴３２は、フレーム・システム４６に固定取り付けされている。
羽根５４は、下部ハウジング１８の取入れ口２１又は排出口２３に取り付け可能な可変流量制御装置である。羽根５４は、好ましくは耐食性材料製である。複数の羽根５４により、下部ハウジング１８に出入する液流を制御可能にするのが好ましい。それにより液体への空気の混入が最大化される。複数羽根５４の位置決めは、操作員が設定するか、又は制御装置３０により制御することができる。
【００２４】
次に図４Ａを参照すると、一好適ディスク６０が正面図で示されている。ディスク６０は、好ましくは、耐食性材料製の薄手の平らなディスクである。ディスク６０は、廃水のスラッジの中で回転可能な何らかの材料、形状、寸法で構成することができる。可能な形状には、星形、方形、６角形、８角形、その他液状媒質内で混合区域及びせん断力発生区域を画成可能な何らかの形状が含まれるが、これらの形状に制限はない。ディスク６０は、好ましくは、軸４５（図４Ｂ）にディスク６０を取り付けるための中心部にキー付きハブ６２を有している。キー付きハブ６２が好ましいが、他の適当な取り付け手段も、軸４５へのディスク６０の取付け手段を有する標準設計であれば利用できる。好適なキー付きハブ６２により、軸４５上でのディスクの間隔設定及び調節が可能になり、適正間隔が維持される。
【００２５】
次に図３を参照すると、好適の条材７０が斜視図で示されている。条材７０は、好ましくは耐水性の耐食性材料で作られるが、液体及び／又は気体を運搬できるどのような材料で構成してもよい。条材７０は、好ましくは４分円形、Ｕ字形、概して３角形いずれかの形状の端キャップ７２と、開放前面７４と、後面７５と、取付け面７６とを有しており、しかも、これらの面７４，７５，７６は、好ましくは条材７０に沿って長手方向に延び、液体及び／又は気体を運搬するための条材７０の通路の周縁部を形成している。加えて、条材７０は、好ましくは、後面７５を貫通して形成された複数放出穴を有している。
【００２６】
条材７０は、寸法、角度、放出穴配置を変更することで、ばっ気装置１０による、どのような液状媒質内への溶存気体混入率も最大化できる。例えば、固形物含有率の高い廃水上では、高速運動する小型の条材のほうが効率的だろうが、固形物の少ない廃水上では、低速の大型条材のほうが効率的であり、海洋生物への害も少なかろう。更に、条材７０は、液体上での遠心力を考慮に入れて寸法、形状、角度、放出穴配置を変更できる。複数条材７０は、好ましくはディスクの両側に、各開放面７４を等方向に向けて半径方向に固定される。各条材７０は、ディスク６０の中心から半径方向外方へ、ディスク６０の外周縁又は辺縁へ向って延び、しかもディスク６０には、好ましくは条材７０の平らな面７６が、好ましくは耐食性のボルトとナット（図示せず）により取付けられる。取付け手段は、耐食性のボルトとナットが好ましいが、標準的な機構であれば、どのようなものでもよく、ディスク６０及び条材７０の材料に応じて選択できる。該取付け手段には溶接、接着、エポキシ樹脂が含まれるが、それらに限定されない。図３に示した実施例は、ディスクに取付ける条材７０の数に対する仕様又は制限となるものではない。
【００２７】
次に、図４Ａを参照すると、１対の好適ディスク６０の正面断面図が示され、好適な配置、重なる面積、回転方向が示されている。先導ディスク８１と従属ディスク９２とは、後述する通りに重なるように配置されるのが好ましい。ディスク組立体は双方とも、液状媒質内に好ましくは部分的に浸漬され、好ましくは直径の少なくとも４０％の深さまで浸漬されるが、どのような深さまで液状媒質内へ浸漬されてもよい。その場合、ディスク組立体の少なくとも一部は円蓋１２下の大気に曝露される。混合区域１００は、図５にも示されているように、水面下の、先導ディスク８１と従属ディスク９２とが重なる部分の間に形成される。先導ディスク８１の複数条材７０は、廃水溜めから液体を掬い上げて、混合区域１００内へ運ぶ。従属ディスク９２の条材７０は、好ましくは円蓋１２下の空気を捉えて混合区域１００内へ運び込む。
【００２８】
図４Ａに示されているように、条材７０が液体から出る方向に回転すると、廃水溜めから液体が上方へ運ばれる。運ばれたこの液体は、放出穴７８から逃げることで、空気と接触する付加的な液体表面積が得られ、その結果、液体内への空気の付加的混入が行われる。条材７０が下方へ回転し、液体内へ没入すると、空気が廃水溜め内へ運び込まれる。空気が複数の放出穴７８から逃げることで、液体と接触する付加的空気が液中に与えられ、その結果、液体への気体の付加的混入が達せられる。
【００２９】
次に、図４Ｂを参照すると、互いに間挿された２組の複数ディスク６０の正面断面図が示されている。先導駆動装置４２は、先導軸４３に結合され、１個以上のディスク６０（先導ディスク組立体８１，８３，８５，８７として示されている）が、好ましくは先導軸４３に取り付けられている。従属駆動装置４４は従属軸４５に結合され、１個以上のディスク６０（従属ディスク組立体９２，９４，９６，９６，９９として示されている）が、好ましくは従属軸４５に取り付けられている。図４Ｂに示した実例は、ディスク配列のディスク数、軸の数、駆動装置の数に関する仕様や限定を示すものではない。
【００３０】
これらの可変パラメータは、被処理液体の溶存気体に対する要求及び他の用途上の要求によって決められる。先導、従属のディスク組立体は、平行に配置され、組立体のディスクは適宜の間隔をおいて互いに間挿され重なるように配置されている。ディスク６０の間隔設定は、好ましくはキー付きハブ６２を使用して行うが、スペーサ（図示せず）を使用してもよい。好ましくは、先導、従属ディスク組立体の重なりは、ディスク６０の直径の４５％だが、双方の組のディスクの重なりの程度は、先導軸４３と従属軸４５との平行間隔を変更することにより調節できる。但し、その間隔をディスク７０の半径未満とすることが条件である。
【００３１】
次に図５を参照すると、ばっ気装置１０の拡大部分断面図が示されており、これにより混合区域１００の動態の説明が容易になる。先導ディスク８１の条材７０が廃水溜めから液体を捕捉し、それを混合区域１００へ掬い上げる。従属ディスク９２の条材７０は、円蓋１２の下から空気を捕捉し、混合区域１００内へ液体を押し込むのに加えて空気を送り込む。ディスク８１，９２と、一緒に同時運動する２条材７０とが、混合区域内で上下動する液体の間にせん断力Ｆを生じさせ、その結果、酸素の乏しい廃水内へ空気を進入させるせん断力Ｆが得られる。せん断力Ｆが酸素の豊富な混合区域に生じる結果、廃水内への酸素の混入が増大する。
【００３２】
更に図５を参照すると、ばっ気装置１０の拡大部分断面図により、混合区域１００の動態の説明が一層容易になる。先導ディスク８１の条材７０は廃水溜めから液体を捕捉し、それを混合区域１００へ掬い上げる。先導ディスク８１の条材７０の後面７５に設られた複数放出穴７８は、液体を流体の渦流として混合区域１００内へ漏出させる。従属ディスク９２の条材７０は、円蓋１２の下から空気を捕捉し、混合区域１００内へ送り込む。従属ディスク９０の条材の後面７５に設けられた複数放出穴７８は、気泡を吹雪状に混合区域１００内へ漏出させることで、廃水内への酸素混入を増大させる。
双方のディスク組立体は同時に回転運動するように設定できるが、個別の駆動速度で回転させることもでき、それにより液体／空気、せん断力、液体渦流、吹雪状気泡の事実上無限の組み合わせが可能になり、それによって廃水内への酸素の最適混入が可能になる。
【００３３】
考えられる別の実施例は、ばっ気装置１０を、例えば排水管等の管内で使用するため、浮動装置１４なしで使用するのに適した形式にしたものである。更に、考えられる別の実施例は、例えば排水管等の管内で使用するために、下部ハウジング１８なしで使用できる形式のものである。その場合、ばっ気装置１０は、好ましくは管内に機械式に取り付けられ、配置される。管内の液体流量は、双方のディスク組立体が、液状媒質内に好ましくは部分的に、好ましくはディスク直径の少なくとも４０％の深さに浸漬される水位が維持されるように調節するのが好ましい。しかし、双方のディスク組立体は、液体媒質内にどのような深さまでも浸漬できるが、その場合、ディスク組立体の少なくとも一部は円蓋１２下の大気に曝されるようにする。
【００３４】
以上、本発明の代表的な実施例を説明したが、当業者は、ここに開示した内容は単に説明目的のものであり、本発明の枠内で更に種々の別形式、適応形式、変更態様が可能であることに留意すべきである。したがって、本発明は、図示し説明した個々の特定実施例に限定されるものではなく、もっぱら特許請求の範囲の記載によって制限されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の好適実施例によるばっ気設備の断面図。
【図２】図１のばっ気設備の正面断面図。
【図３】本発明による放出穴を有する条材の斜視図。
【図４Ａ】本発明による１対のディスクとその回転方向を示す正面断面図。
【図４Ｂ】本発明による互いに間挿され２組のディスクの配列を示す平面断面図。
【図５】液体／気体混合区域の動態を示す拡大部分断面図で、本発明の好適実施例による半径方向条材と放出穴とを示す図。
【符号の説明】
【００３６】
１０ ばっ気装置
１２ 円蓋、カバー
１３ 上部
１４ 浮動装置
１５ 画室、内部空間
１６ 送風機
１７ 浮動装置の上面
１８ 下部ハウジング
２０ 取水スクリーン
２１ 開放端、取水端
２２ 排水スクリーン
２３ 開放端、排水端
２４ 水線、水位
２６ 保守デッキ
３２ 吊上げ用目穴
４２ 先導駆動装置
４３ 駆動軸
４４ 従導駆動装置
４５ 駆動軸
４６ フレーム・システム
４８ ヒンジ
５０ ラッチ
５４ 羽根
６０ ディスク
６２ キー付きハブ
７０ 条材
７２ 端キャップ
７４ 前面
７５ 後面
７６ 取付け面
７８ 放出穴
８１，８３，８５，８７、８９ 先導ディスク組立体
９２，９４，９６，９８，９９ 従属ディスク組立体
１００ 混合区域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を気体に曝すことにより液体を処理する設備において、該設備が、
ａ）浮動装置により支持された円蓋と、
ｂ）前記浮動装置により支持された下部ハウジングとを含み、前記下部ハウジングが前記円蓋に結合され、しかも、前記円蓋下と浮動装置上方とには密閉空間が画成されている、液体を気体に曝すことにより液体を処理する設備。
【請求項２】
更に、ばっ気装置を含む、請求項１に記載された設備。
【請求項３】
前記ばっ気装置が、平行な１対の軸と、前記軸の一方の軸に軸方向に配置された少なくとも１つの第１ディスクと、前記軸の他方の軸に軸方向に配置された少なくとも１つの第２ディスクとを含み、しかも、前記第２ディスクが前記第１ディスクに対し間挿されている、請求項２に記載された設備。
【請求項４】
更に、複数のディスクが含まれ、前記複数のディスクが、更に先導ディスクと従属ディスクとを含む、請求項３に記載された設備。
【請求項５】
前記軸を回転させるための少なくとも１駆動装置を含む、請求項３に記載された設備。
【請求項６】
更に、前記先導ディスクによって担持された少なくとも１条材を含み、各前記条材が端キャップを有する通路を画成し、かつまた少なくとも１条材が前記従属ディスクにより担持されている、請求項４に記載された設備。
【請求項７】
前記少なくとも１条材が半径方向に配置されている、請求項６に記載された設備。
【請求項８】
更に、複数の放出穴を含み、前記放出穴が各前記条材の後面に形成されている、請求項６に記載された装置。
【請求項９】
更に、少なくとも１送風機が含まれ、前記送風機が、前記密閉空間内の気圧に影響を与えうる位置に配置される、請求項１に記載された設備。
【請求項１０】
前記送風機が、前記密閉空間内に可変気圧を発生させる、請求項９に記載された設備。
【請求項１１】
前記下部ハウジングが、更に、浸漬された液体取入れ口を含む、請求項１に記載された設備。
【請求項１２】
前記下部ハウジングが、更に、浸漬された液体排出口を含む、請求項１に記載された設備。
【請求項１３】
前記下部ハウジングが、更に、浸漬された液体取入れ口と排出口とを含む、請求項１に記載された設備。
【請求項１４】
前記円蓋が耐食性である、請求項１に記載された設備。
【請求項１５】
前記下部ハウジングが耐食性である、請求項１に記載された設備。
【請求項１６】
前記ばっ気装置が耐食性である、請求項３に記載された設備。
【請求項１７】
前記条材が耐食性である、請求項６に記載された設備。
【請求項１８】
前記浮動装置がポンツーンである、請求項１に記載された設備。
【請求項１９】
更に、フレームが含まれ、前記フレームが前記円蓋と、前記下部ハウジングと、前記浮動装置とに結合されている、請求項５に記載された設備。
【請求項２０】
前記駆動装置が前記フレームに結合されている、請求項１９に記載された設備。
【請求項２１】
更に、バラストが含まれている、請求項１に記載された設備。
【請求項２２】
前記取入れ口が、更に、スクリーンを含む、請求項１１に記載された設備。
【請求項２３】
前記排出口が、更に、スクリーンを含む、請求項１２に記載された設備。
【請求項２４】
更に、制御装置が含まれ、前記制御装置が前記駆動速度を制御するようにされている、請求項５に記載された設備。
【請求項２５】
前記制御装置が無線制御式である、請求項２４に記載された設備。
【請求項２６】
更に、少なくとも１センサが含まれている、請求項１に記載された設備。
【請求項２７】
前記センサが、排出液体の溶存酸素レベルを測定する、請求項２６に記載された設備。
【請求項２８】
液体を混合する方法において、前記方法が、
ａ）円蓋と、先導ディスクと、従属ディスクと、少なくとも２条材とを含む設備を得る段階を含み、しかも前記第１条材が前記先導ディスクに担持され、前記第２前記が前記従属ディスクに担持されており、更に前記方法が、
ｂ）前記ディスクの間の混合区域内で液体を捕捉する段階と、
ｃ）前記第１条材により前記混合区域内へ液体を強制的に掬い上げる段階と、
ｄ）前記第２条材により前記混合区域内へ液体を強制的に送入する段階とを含む、液体を混合する方法。
【請求項２９】
前記円蓋が浮動式である、請求項２８に記載された方法。
【請求項３０】
更に、前記混合区域内にせん断手段を含み、前記せん断手段が、前記先導ディスクの前記第１条材からの液体の第１力と、前記従属ディスクの前記第２条材からの液体の第２力とを含む、請求項２８に記載された方法。
【請求項３１】
前記混合区域が、水線下の、前記ディスクとディスクとの間の区域と定義され、しかも、前記先導ディスクと前記従属ディスクとが重なっている、請求項２８に記載された方法。
【請求項３２】
密閉円蓋下で行われる、請求項２８に記載された方法。
【請求項３３】
加圧円蓋下で行われる、請求項３０に記載された方法。
【請求項３４】
前記密閉円蓋が臭気を閉じ込める、請求項３２に記載された方法。
【請求項３５】
前記密閉円蓋が騒音を封じ込める、請求項３２に記載された方法。
【請求項３６】
前記密閉円蓋が気泡を閉じ込める、請求項３２に記載された方法。
【請求項３７】
管内で行われる、請求項２８に記載された方法。
【請求項３８】
液体を混合する方法において、
ａ）円蓋と、先導ディスクと、従属ディスクと、少なくとも２条材とを含む設備を得る段階を含み、しかも前記第１条材が前記先導ディスクによって担持され、前記第２条材が前記従属ディスクによって担持されており、更に、
ｂ）前記ディスク間の混合区域内に液体を捕捉する段階と、
ｃ）液体を前記第１条材によって前記混合区域内へ強制的に掬い上げる段階と、
ｄ）液体を前記第２条材によって前記混合区域内へ強制的に送入する段階とを含む、液体を混合する方法。
【請求項３９】
前記円蓋が浮動式である、請求項３８に記載された方法。
【請求項４０】
前記条材が放出穴を含む、請求項３８に記載された方法。
【請求項４１】
更に、前記混合区域内に混合手段を含み、前記混合手段が、前記先導ディスクの前記条材に設けられた前記放出穴から出る少なくとも１渦流と、前記従属ディスクの前記条材に設けられた前記放出穴から出る少なくとも１気泡とを含む請求項４０に記載された方法。
【請求項４２】
前記混合区域が、水線下の、前記ディスクとディスクとの間の区域と定義され、しかも前記先導ディスクと前記従属ディスクとが重なっている、請求項３８に記載された方法。
【請求項４３】
密閉円蓋下で行われる、請求項３８に記載された方法。
【請求項４４】
加圧円蓋下で行われる、請求項３８に記載された方法。
【請求項４５】
管内で行われる、請求項３８に記載された方法。
【請求項１】
液体を気体に曝すことにより液体を処理する設備において、該設備が、
ａ）浮動装置により支持された円蓋と、
ｂ）前記浮動装置により支持された下部ハウジングとを含み、前記下部ハウジングが前記円蓋に結合され、しかも、前記円蓋下と浮動装置上方とには密閉空間が画成されている、液体を気体に曝すことにより液体を処理する設備。
【請求項２】
更に、ばっ気装置を含む、請求項１に記載された設備。
【請求項３】
前記ばっ気装置が、平行な１対の軸と、前記軸の一方の軸に軸方向に配置された少なくとも１つの第１ディスクと、前記軸の他方の軸に軸方向に配置された少なくとも１つの第２ディスクとを含み、しかも、前記第２ディスクが前記第１ディスクに対し間挿されている、請求項２に記載された設備。
【請求項４】
更に、複数のディスクが含まれ、前記複数のディスクが、更に先導ディスクと従属ディスクとを含む、請求項３に記載された設備。
【請求項５】
前記軸を回転させるための少なくとも１駆動装置を含む、請求項３に記載された設備。
【請求項６】
更に、前記先導ディスクによって担持された少なくとも１条材を含み、各前記条材が端キャップを有する通路を画成し、かつまた少なくとも１条材が前記従属ディスクにより担持されている、請求項４に記載された設備。
【請求項７】
前記少なくとも１条材が半径方向に配置されている、請求項６に記載された設備。
【請求項８】
更に、複数の放出穴を含み、前記放出穴が各前記条材の後面に形成されている、請求項６に記載された装置。
【請求項９】
更に、少なくとも１送風機が含まれ、前記送風機が、前記密閉空間内の気圧に影響を与えうる位置に配置される、請求項１に記載された設備。
【請求項１０】
前記送風機が、前記密閉空間内に可変気圧を発生させる、請求項９に記載された設備。
【請求項１１】
前記下部ハウジングが、更に、浸漬された液体取入れ口を含む、請求項１に記載された設備。
【請求項１２】
前記下部ハウジングが、更に、浸漬された液体排出口を含む、請求項１に記載された設備。
【請求項１３】
前記下部ハウジングが、更に、浸漬された液体取入れ口と排出口とを含む、請求項１に記載された設備。
【請求項１４】
前記円蓋が耐食性である、請求項１に記載された設備。
【請求項１５】
前記下部ハウジングが耐食性である、請求項１に記載された設備。
【請求項１６】
前記ばっ気装置が耐食性である、請求項３に記載された設備。
【請求項１７】
前記条材が耐食性である、請求項６に記載された設備。
【請求項１８】
前記浮動装置がポンツーンである、請求項１に記載された設備。
【請求項１９】
更に、フレームが含まれ、前記フレームが前記円蓋と、前記下部ハウジングと、前記浮動装置とに結合されている、請求項５に記載された設備。
【請求項２０】
前記駆動装置が前記フレームに結合されている、請求項１９に記載された設備。
【請求項２１】
更に、バラストが含まれている、請求項１に記載された設備。
【請求項２２】
前記取入れ口が、更に、スクリーンを含む、請求項１１に記載された設備。
【請求項２３】
前記排出口が、更に、スクリーンを含む、請求項１２に記載された設備。
【請求項２４】
更に、制御装置が含まれ、前記制御装置が前記駆動速度を制御するようにされている、請求項５に記載された設備。
【請求項２５】
前記制御装置が無線制御式である、請求項２４に記載された設備。
【請求項２６】
更に、少なくとも１センサが含まれている、請求項１に記載された設備。
【請求項２７】
前記センサが、排出液体の溶存酸素レベルを測定する、請求項２６に記載された設備。
【請求項２８】
液体を混合する方法において、前記方法が、
ａ）円蓋と、先導ディスクと、従属ディスクと、少なくとも２条材とを含む設備を得る段階を含み、しかも前記第１条材が前記先導ディスクに担持され、前記第２前記が前記従属ディスクに担持されており、更に前記方法が、
ｂ）前記ディスクの間の混合区域内で液体を捕捉する段階と、
ｃ）前記第１条材により前記混合区域内へ液体を強制的に掬い上げる段階と、
ｄ）前記第２条材により前記混合区域内へ液体を強制的に送入する段階とを含む、液体を混合する方法。
【請求項２９】
前記円蓋が浮動式である、請求項２８に記載された方法。
【請求項３０】
更に、前記混合区域内にせん断手段を含み、前記せん断手段が、前記先導ディスクの前記第１条材からの液体の第１力と、前記従属ディスクの前記第２条材からの液体の第２力とを含む、請求項２８に記載された方法。
【請求項３１】
前記混合区域が、水線下の、前記ディスクとディスクとの間の区域と定義され、しかも、前記先導ディスクと前記従属ディスクとが重なっている、請求項２８に記載された方法。
【請求項３２】
密閉円蓋下で行われる、請求項２８に記載された方法。
【請求項３３】
加圧円蓋下で行われる、請求項３０に記載された方法。
【請求項３４】
前記密閉円蓋が臭気を閉じ込める、請求項３２に記載された方法。
【請求項３５】
前記密閉円蓋が騒音を封じ込める、請求項３２に記載された方法。
【請求項３６】
前記密閉円蓋が気泡を閉じ込める、請求項３２に記載された方法。
【請求項３７】
管内で行われる、請求項２８に記載された方法。
【請求項３８】
液体を混合する方法において、
ａ）円蓋と、先導ディスクと、従属ディスクと、少なくとも２条材とを含む設備を得る段階を含み、しかも前記第１条材が前記先導ディスクによって担持され、前記第２条材が前記従属ディスクによって担持されており、更に、
ｂ）前記ディスク間の混合区域内に液体を捕捉する段階と、
ｃ）液体を前記第１条材によって前記混合区域内へ強制的に掬い上げる段階と、
ｄ）液体を前記第２条材によって前記混合区域内へ強制的に送入する段階とを含む、液体を混合する方法。
【請求項３９】
前記円蓋が浮動式である、請求項３８に記載された方法。
【請求項４０】
前記条材が放出穴を含む、請求項３８に記載された方法。
【請求項４１】
更に、前記混合区域内に混合手段を含み、前記混合手段が、前記先導ディスクの前記条材に設けられた前記放出穴から出る少なくとも１渦流と、前記従属ディスクの前記条材に設けられた前記放出穴から出る少なくとも１気泡とを含む請求項４０に記載された方法。
【請求項４２】
前記混合区域が、水線下の、前記ディスクとディスクとの間の区域と定義され、しかも前記先導ディスクと前記従属ディスクとが重なっている、請求項３８に記載された方法。
【請求項４３】
密閉円蓋下で行われる、請求項３８に記載された方法。
【請求項４４】
加圧円蓋下で行われる、請求項３８に記載された方法。
【請求項４５】
管内で行われる、請求項３８に記載された方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【公表番号】特表２００８−５４０１２２（Ｐ２００８−５４０１２２Ａ）
【公表日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５１２４７２（Ｐ２００８−５１２４７２）
【出願日】平成１８年５月１６日（２００６．５．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０１９０８９
【国際公開番号】ＷＯ２００６／１２５００２
【国際公開日】平成１８年１１月２３日（２００６．１１．２３）
【出願人】（５０７３８００９０）
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１６日（２００６．５．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０１９０８９
【国際公開番号】ＷＯ２００６／１２５００２
【国際公開日】平成１８年１１月２３日（２００６．１１．２３）
【出願人】（５０７３８００９０）
【Ｆターム（参考）】
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