分散方法及び分散装置
【課題】低い電力コストで、より粒子径が小さく均一な分散が可能で、あらゆる物質が混入する廃水においても問題なく使用できる分散方法と分散装置を提供する。
【解決手段】不溶性物質６を含んだ液体７が入っている水槽１の、配管９の入口すなわち液体７が引き込まれるところに超音波振動子２を設け、配管９の途中に負圧発生部４を形成し、液体７に含まれる物質を超音波振動子２と負圧発生部４にてせん断し、微細化して該物質を液体７中に分散させる。
【解決手段】不溶性物質６を含んだ液体７が入っている水槽１の、配管９の入口すなわち液体７が引き込まれるところに超音波振動子２を設け、配管９の途中に負圧発生部４を形成し、液体７に含まれる物質を超音波振動子２と負圧発生部４にてせん断し、微細化して該物質を液体７中に分散させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物質を液体に均一に分散させる方法及び装置に関するものであり、さらに詳しくは、液体に含まれる物質を分離回収しなくてもその液体の処理が円滑に行えるようにするために、事前に物質を微細化し分散する方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
物質を液体に分散させる方法は、超音波振動や攪拌羽のせん断力による方法が一般的である。超音波を利用したものは、物質を微細化し分散させるために、超音波発生部分に効率よく液体を接触させる方法が検討されており、攪拌羽を用いたものは、液体中で攪拌羽を回転させ、攪拌羽による液の流れと攪拌羽のせん断力により物質を微細化し分散できるように、該攪拌羽の構造が種々検討されている。
【０００３】
しかしながら、このような処理方法を用いて、大量の液体に物質を分散させるには、あらかじめ小規模で分散させたものを均一に混ぜたり、大規模な攪拌装置を設置したり、ポンプを用いて配管経路中に設けられた分散用スリットを通過させるなどしなければならず、簡易な方法で大量の液体に物質を効率よく分散させる方法がなく、手間がかかり電力コストやランニングコストが嵩み、効率が悪いといった問題点が存在している。特に、廃水中の物質を効率よく分散するには、該物質の大きさ、形状などがまちまちであり、最適な形状が特定できないなどの問題点が存在している。
【０００４】
従来、物質の分散方法や装置は、如何に効率よく物質に力を加えるかに関して検討されており、超音波を利用した装置では、物質を含んだ液体をポンプで吸込み、２ｋｇ／ｃｍ2以上の圧力でノズルに送りノズルから噴出する力を利用して超音波を発生させ、物質を分散する装置が考案されている（特許文献１参照）。この方法は、図９に示すように、循環ポンプ９１、超音波発生用ノズル９２、気体を混合するコンプレッサー９３、排水槽９４から構成されている。
【０００５】
以上のように構成することで、排水槽９４から排水を循環ポンプ９１で吸込み、超音波発生ノズル９２に２ｋｇ／ｃｍ2以上の圧力で供給すると、超音波発生ノズル９２より超音波が発生し、循環している排水中の物質を分散することができる。
【０００６】
また、容器の中に超音波振動子を設け、その超音波振動子に効率よく物質を含んだ液体を接触させ、物質を効率よく分散する装置も考案されている（特許文献２参照）。この装置は図１０に示すとおり、有機物を含む汚水またはスラリー状廃棄物を収容する貯槽１０１と、この貯槽１０１に汚水またはスラリー状廃棄物を搬入するポンプ１０２を備えた配管１０３と貯槽１０１の内部下方に、超音波照射手段である超音波振動子１０４が配置され、超音波振動子１０４の効果を高めるため、貯槽１０１中の汚水またはスラリー状廃棄物を攪拌する攪拌手段であるインペラータイプの攪拌機１０５が投入されている。
【０００７】
このように構成することで、貯槽１０１に搬入されたスラリー状廃棄物は、攪拌機１０５の攪拌により、貯槽１０１中に設置された超音波振動子１０４に向かって流れができることから、効率よく超音波が照射できスラリー廃棄物の分散が行えるようになる。更に、スラリーの状態により空気ポンプ１０７より配管１０６を経由して空気を貯槽１０１内に導入し攪拌を強くすることもできる。
【０００８】
さらに攪拌装置においては、凹凸のついたケーシング１１１内で攪拌羽を高速回転させ、物質に衝撃せん弾力を与えて分散する装置が考案されている（特許文献３参照）。この装置は図１１に示すとおり、ケーシング１１１、撹拌軸１１２、撹拌軸１１２に取り付けられた撹拌羽根１１３、ケーシング１１１内側の溝１１４、流体導入配管１１５、処理流体排出管１１６、ドレイン管１１７により構成される。
【０００９】
このように構成することにより、流体導入配管１１５より導入された物質を含む液体に、高速で回転する攪拌羽１１３が衝撃せん弾力を与え、更にケーシング１１１内側の溝１１４により分散された物質が均一に液体中に混合されることとなる。
【００１０】
【特許文献１】特開平２−８６８９０号公報
【特許文献２】特開２００１−１０４９４８号公報
【特許文献３】特開２００４−４１９５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前記特許文献１及び特許文献２に記載の装置においては、超音波振動子に液体を効率よく接触させることのみを検討しており、液体を送る駆動部にはなんら工夫がなされておらず、電力コストの割には、物質の分散が細かくないといった問題点が存在している。
【００１２】
また、前記特許文献３に記載の装置においては、攪拌羽による衝突せん断力のみを高めようとすることから、攪拌羽の回転速度とケーシング１１１内の形状の検討を行うのみとなっており、前記超音波振動子を用いた分散装置と同様に、単一の効果のみに着目しているために、電力コストに対する分散の効果が低く、物質の粒子径がまちまちで、広い粒度分布を持つという問題点が存在している。
【００１３】
本発明は以上のような問題点に鑑みなされたもので、低い電力コストで、より粒子径が小さく均一な分散が可能で、あらゆる物質が混入する廃水においても問題なく使用できる分散方法と分散装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第一は、液体中に含まれる物質を分散させる分散方法において、物質を含有する液体に負圧を発生させ、同時にまたは前後して、該液体に超音波振動を与えることにより、該液体に該物質を分散させることを特徴とし、以下の好ましい態様を含む。
前記負圧により液体中に微細気泡を発生させ、前記超音波振動により物質をより微細化させること。
前記物質が不溶性物質であること。
前記物質が、微生物由来の汚泥であること。
前記液体が廃水であること。
【００１５】
本発明の第二は、液体中に含まれる物質を分散させる分散装置において、物質を液体に分散させる装置が、該液体中で回転する攪拌羽と、該攪拌羽を駆動する駆動部と、該攪拌羽の回転により生ずる負圧発生部を覆うケーシングと、該ケーシング内に連通されて該ケーシング外部から該液体を負圧によって吸引する吸引管と、該吸引管及び／又は近傍に設けられた超音波振動子とを具備したことを特徴とし、以下の好ましい態様を含む。
前記吸引管の他端が前記液体の水面近傍に開口されること。
前記物質が不溶性物質であること。
前記物質が、微生物由来の汚泥であること。
前記液体が廃水であること。
前記攪拌羽の回転によって生ずる負圧を利用して、気体を前記水槽外部から該攪拌羽の中心部に引き込む空気管を具備したこと。
【００１６】
本発明の第三は、液体中に含まれる物質を分散させる分散装置において、物質を含有する液体を導入する導入管と分散処理した分散処理液を移送する移送管とが設けられた水槽と、該水槽内に設けられた上下に開口部を有するドラフトチューブと、該ドラフトチューブの下方または内側に設けられた下降流を発生させる攪拌羽と、該ドラフトチューブ及び／又は近傍に設けられた超音波振動子とを具備したことを特徴とし、以下の好ましい態様を含む。
前記物質が不溶性物質であること。
前記物質が、微生物由来の汚泥であること。
前記液体が廃水であること。
前記攪拌羽の回転によって生ずる負圧を利用して、気体を前記水槽外部から該攪拌羽の中心部に引き込む空気管を具備したこと。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は以上のような構成をしており、以下の優れた効果が得られる。
【００１８】
（１）吸引管またはドラフトチューブ及び／又は近傍の任意の位置に超音波振動子を設けることができることから、発生した負圧により引き込まれる該物質を含んだ液体に効率よく超音波を照射することができ、さらに該負圧により、該物質がより細かく分散され、微細気泡により該液体に上向きの流れが生じ、再度、該吸引管へ該物質を導入できることから、くり返し効率よく分散することができる。
【００１９】
（２）攪拌羽の回転により起こる負圧により、物質を含んだ液体を効果的に吸引管またはドラフトチューブに引き込み、該吸引管またはドラフトチューブ及び／又は近傍に超音波振動を与えて該物質を分散させ、さらに該攪拌羽まで該物質を含んだ液体を吸引し、該攪拌羽に発生する負圧とせん断力により該物質を再度分散できることから、該物質が不溶性物質であれば、界面活性剤等の薬剤を使用せずとも該不溶性物質のメジアン径が約３μｍ程度に分散され、さらに最大粒子径も１５μｍ以下になり均一で小さな粒子として分散される。これにより、例えば廃水中における油脂類の生物処理も良好に行える。
【００２０】
（３）さらに、外部から気体も併せて吸引できることから液体中の溶存酸素濃度を高く保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明においてメジアン径とは粒子径の分布において累積５０％に相当する粒子径のことである。例えば油脂類を含む廃水であれば、メジアン径が１〜１００μｍの時に生物処理に好適であり、メジアン径は小さければ小さいほど好ましい。また、本発明において不溶性物質とは動植物性の油や、鉱物油等の油脂類のことである。
【００２２】
油脂類を含む廃水に外部から引き込む気体は、主に空気を想定しているが、空気のみに限らず、用途に応じてオゾン、窒素等の気体を用いても良い。
【００２３】
さらに、本発明で用いる攪拌羽は、自給式の微細気泡を発生させる攪拌羽を想定しているが、回転中心部に負圧が発生し、回転時に該攪拌羽にせん断力が発生すればよく、特に限定されるものではない。
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明が本実施形態に限定されないことは言うまでもない。図１は本発明の第１の実施形態の概略構成を示す模式図である。図２は本発明の第３の実施形態の概略構成を示す模式図である。図３は図２における攪拌部と負圧発生部の断面を示した模式図である。図４は図３における攪拌羽の形状を示した模式図である。図５は本発明の第４の実施形態の概略構成を示す模式図である。
【００２５】
［実施形態１］
図１において、１は不溶性物質６を含んだ液体７が入っている水槽で、水槽１の上方には、液体７を供給するための供給管１０が配置されている。２は超音波振動子であり、配管９の入口すなわち液体７が引き込まれるところに設けられている。３は循環ポンプで、水槽１にループを形成するように接続された配管９の途中に設置されている。また、配管９の途中には負圧発生部４が形成され、負圧発生部４には、水槽１の外部から空気を供給する空気管５が接続されている。水槽１は液体７に含まれる物質を超音波振動子２と負圧発生部４にてせん断し、液体７に分散させるために必要な滞留時間を保てるように予め容積を設定している。１１は液体を次工程へ移送する移送管である。尚、超音波振動子２は超音波を発生させるものであればよく特に限定されるものではない。さらに、超音波振動子２を設ける場所は本実施形態では配管９の入口すなわち液体７が引き込まれるところになっているが、配管９及び／又はその近傍に設ければよく、配管９に設ける場合は内側でも外側でもよく、その近傍に設ける場合は配管９の入口付近に設けるのが好ましい。しかし、配管９に引き込まれる液体７に超音波振動が照射できればよく、特に限定されるものではない。
【００２６】
以上のように構成することで、水槽１に供給された不溶性物質６を含んだ液体７は、循環ポンプ３により配管９に引き込まれることとなる。このときに、不溶性物質６を含んだ液体７が配管９の入口に設置された超音波振動子２の発する超音波振動を受けることで不溶性物質６は分散されながら配管９内に引き込まれていく。ここで配管９は吸引管の役目をはたしている。さらに、配管９には配管径を縮径した負圧発生部４が設けられており、急激な圧力変動を不溶性物質６を含んだ液体７に与えることができる。この圧力変動により、超音波振動によって分散された不溶性物質６はさらに小さな粒子へと分散され、微細化された物質８となって水槽１内の液体７に分散される。尚、負圧発生部４に接続された空気管５から空気を供給することで、不溶性物質６が微細化されると同時に、取込まれた空気が微細気泡として液体７に供給され、該微細気泡により液体７に上向きの流れが生じ、不溶性物質６を再度配管９に導入することができ、さらに液体７の溶存酸素濃度を上げることができる。このようにして、微細化された物質８を含む液体７は、移送管１１を通って、次工程（例えば生物処理槽）へ移送される。
【００２７】
尚、液体７が廃水であれば、不溶性物質６が微細化された物質８に処理されることで、生物処理に適した廃水となり、効率良く廃水処理が行えることとなる。
【００２８】
［実施形態２］
次に、本発明の第２の実施形態を示す。第１の実施形態では、物質が不溶性物質６であったが、本実施形態では、物質は汚泥である。また、本実施形態における構成は第１の実施形態と同様であるため、説明を割愛する。
【００２９】
図１において、本発明の第２の実施形態の作用について説明する。本発明において微生物由来の汚泥は、微生物単独で活動できる汚泥ではなく、群（以下、「フロック」と言う。）をなして存在しているものであって、該フロックの中には、該フロックを構成するために主に有機物である可溶性物質と不溶性物質、及び微生物とが混在して存在している。該フロックに超音波振動子２及び、負圧発生部４より発生する圧力変動を与えることにより、該フロックが破砕され、該フロックを構成していた可溶性物質と不溶性物質が、該フロックから一部または全部切り離され微細化されることになる。このように、切り離された可溶性物質と不溶性物質は、微生物により分解されやすい物質となる。その後、該汚泥を含んだ液体を生物処理槽へ再度戻すことにより、該汚泥を構成していた可溶性物質と不溶性物質の微生物分解が促進され、余剰汚泥を削減することができる。
【００３０】
［実施形態３］
図２に本発明の第３の実施形態を示す。図２において１２は、液体７中で攪拌部１３を回転させるための駆動モーターである。攪拌部１３の負圧発生部１５を覆うようにケーシング１４が取り付けられている。ケーシング１４には、液体７を吸引できるように配管９が取り付けられ、併せて空気も引き込めるよう空気管５も別途接続されている。
【００３１】
図３は攪拌部１３と負圧発生部１５の一例を示した実施形態で、１６は、攪拌羽１７を駆動する駆動軸である。攪拌羽１７の回転中心部下方には、負圧発生部１５を覆うケーシング１４が取り付けられ、攪拌羽１７の回転中心近傍には空気管５の端部が位置している。さらに図４は、攪拌羽１７の１実施形態を示したものである。尚、図１と同じ番号については、図２、図３、図４においても同じであるため、説明を割愛する。
【００３２】
このように構成することで、駆動モーター１２により攪拌羽１７を回転させると、配管９より不溶性物質６を含んだ液体７が引き込まれる。ここで配管９は吸引管の役目をはたしている。このときに、配管９の入口近傍に設置された超音波振動子２の発する超音波振動を受けることで液体７中の不溶性物質６は分散されながら配管９内に引き込まれ、負圧発生部１５を通り、攪拌部１３より水槽１内に吐出される。不溶性物質６を含んだ液体７が攪拌部１３に達したときに、攪拌部１３内で高速回転する攪拌羽１７によりせん断力を受けると同時に、攪拌羽１７付近の液体７が攪拌羽１７から離反する方向に移動させられるような攪拌によって生じた圧力変動を受け、微細化された物質８となり、液体７中に細かく分散され、水槽１内に吐出される。尚、攪拌羽１７が微細気泡発生用の攪拌羽であれば、より強い負圧とせん断力が得られるため、不溶性物質６の分散に適した攪拌羽となり、さらに突起物がない形状であることから攪拌部１３は夾雑物の中の繊維などがからまないものとなる。
【００３３】
尚、負圧発生部１５に接続された空気管５から空気を供給することで、不溶性物質６が微細化されると同時に、取込まれた空気が攪拌羽１７に設けられた開口部１９から出てくる際に、攪拌羽１７に発生する負圧とせん断力により微細化され、微細気泡として液体７に供給され、該微細気泡により液体７に上向きの流れが生じ、不溶性物質６を再度配管９に導入することができ、さらに液体７の溶存酸素濃度を効率よく上げることができる。このようにして、微細化された物質８を含む液体７は、移送管１１を通って、次工程（例えば生物処理槽）へ移送される。
【００３４】
尚、液体７が廃水であれば、不溶性物質６が微細化された物質８に処理されることで、生物処理に適した廃水となり、効率良く廃水処理が行えることになる。
【００３５】
また、物質が不溶性物質６ではなく、汚泥の場合は、汚泥フロックを微細化でき、さらに、微細化された該汚泥フロックを生物処理槽へ移送することにより、汚泥の消化が促進され、余剰汚泥を削減することができる。
【００３６】
［実施形態４］
図５に本発明の第４の実施形態を示す。図５において１８は攪拌部１３の負圧発生部１５を覆うように設置されたドラフトチューブである。２は超音波振動子であり、ドラフトチューブ１８の入口すなわち液体７が引き込まれるところに設けられている。超音波振動子２を設ける場所は本実施形態ではドラフトチューブ１８の入口すなわち液体７が引き込まれるところになっているが、ドラフトチューブ１８及び／又はその近傍に設ければよく、ドラフトチューブ１８に設ける場合は内側でも外側でもよく、その近傍に設ける場合はドラフトチューブ１８の入口付近に設けるのが好ましい。しかし、ドラフトチューブ１８に引き込まれる液体７に超音波振動が照射できればよく、特に限定されるものではない。尚、他の部分は、実施形態１、実施形態３と同じであるため、説明を割愛する。
【００３７】
このように構成することで、攪拌部１３を駆動モーター１２で駆動することにより、負圧発生部１５に負圧が発生し、ドラフトチューブ１８へ不溶性物質６を含んだ液体７が引き込まれる。ドラフトチューブ１８の入口に設置された超音波振動子２の発する超音波振動を受けることで不溶性物質６が分散されながらドラフトチューブ１８内に引き込まれ、負圧発生部１５、攪拌部１３を通り、実施例２と同様の作用を受け、微細化された物質８となり、液体７中に細かく分散され、水槽１内に吐出される。尚、ドラフトチューブ１８を用いることで、液体７を攪拌部１３までストレートに移送することができ、配管９に生じる可能性のあるごみ等による異物のつまりを防ぐことができる。
【００３８】
尚、実施形態１、３と同様に、負圧発生部１５に接続された空気管５から空気を供給することで、不溶性物質６が微細化されると同時に、取込まれた空気が微細気泡として液体７に供給され、該微細気泡により液体７に上向きの流れが生じ、不溶性物質６を再度配管９に導入することができ、さらに液体７の溶存酸素濃度を上げることができる。このようにして、微細化された物質８を含む液体７は、移送管１１を通って、次工程（例えば生物処理槽）へ移送される。
【００３９】
尚、液体７が廃水であれば、不溶性物質６が微細化された物質８に処理されることで、生物処理に適した廃水となり、効率良く廃水処理が行えることになる。
【００４０】
また、物質が不溶性物質６ではなく、汚泥の場合は、汚泥フロックを微細化でき、さらに、微細化された該汚泥フロックを生物処理槽へ移送することにより、汚泥の消化が促進され、余剰汚泥を削減することができる。
【実施例】
【００４１】
次に、前記した本発明の第４の実施形態の装置を用いて物質の分散試験を行った。その結果について以下に示す。尚、比較例として超音波振動子２を用いない攪拌式の分散装置を用いて試験を行った。本試験においては、液体７は水道水を、物質は、水に分散しにくいサラダ油を用いて実施し、その時の分散粒子の粒子径分布を測定し、粒子径分布よりメジアン径を算出した。測定装置及び試験方法を以下に示す。ここで言うところのメジアン径とは、粒子径の分布において累積５０％に相当する粒子径のことである。
【００４２】
〔油滴の粒子径分布及びメジアン径の測定装置〕
堀場製作所製：レーザー回折／散乱式粒度分布測定装置（ＬＡ−９１０Ｗ）
測定原理：Ｍｉｅ散乱理論に基づく
光源：Ｈｅ−Ｎｅレーザー、タングステンランプの併用式
【００４３】
〔試験方法〕
水槽に６Ｌの水道水を入れ、６ｍｌのサラダ油（市販品）を添加し、所定の時間運転した後、上記機器にて測定を行った。尚、攪拌式の分散装置の出力は５０Ｗで、超音波発生装置の出力も５０Ｗであった。
【００４４】
表１に実施例及び比較例においてサラダ油を５分間、１０分間、３０分間分散させた時の分散粒子のメジアン径を示す。また、図６、図７、図８に、５分間、１０分間、３０分間分散させた時の分散粒子の粒子径分布を示したグラフを表した。
【００４５】
表１に示す通り、実施例において５分後のメジアン径は１３．６３μｍであった。また、図６に示す通り、粒子径２０μｍ以下に６６．８％が分布し、１０μｍ以下には３８．４％が分布していた。さらに、１０分後のメジアン径は６．０９μｍとさらに細かく分散されていた。また図７より粒子径分布を見てみると粒子径２０μｍ以下に９９．１％が分布し、１０μｍ以下には７９．９％が分布していた。さらにまた、３０分後のメジアン径は２．８７μｍとさらに細かく分散する結果となった。また、図８より、３０分間分散後は粒子径２０μｍ以下に１００％が分布し、１０μｍ以下には９９．５％が分布するという結果が得られた。
【００４６】
一方、比較例では５分後のメジアン径は２３．８８μｍで、１０分後は１７．５３μｍで、３０分後では１３．５５μｍで、ともに超音波振動子２を併用した実施例の方が、分散度合いは５分後で１．７５倍、１０分後で２．８８倍となり、３０分後に至っては、４．７２倍という驚異的な分散能力を有した。
【００４７】
さらに、分布の割合においても、超音波振動子２を併用したものは、最大粒子径が１０分後には約２６μｍとなり、比較例と比べて大きな差が得られた。さらに、実施例の５分後と、比較例の３０分後がほぼ同じ分布を取ることから、定格電力コストで６７％の削減が可能となる。
【００４８】
【表１】
【００４９】
次に、分散されたサラダ油と分散しないサラダ油を活性汚泥処理した結果を示す。
【００５０】
〔残存油分の測定装置〕
測定装置：堀場製作所 油分濃度計 ＯＣＭＡ−３０５
測定方法：Ｈ−９９７抽出非分散赤外線吸収法
【００５１】
〔試験方法〕
試験は、活性汚泥を２００ｍｌ三角フラスコに採取し、そこに油分負荷６００ｍｇ／Ｌとなるように分散させたサラダ油を添加し、２０時間回転培養した後、活性汚泥全量を遠心分離し、油分濃度計で残存油分の濃度を測定した。尚、比較例としては分散しないサラダ油を添加した。
【００５２】
試験後の遠心分離後の上澄み水に含まれる残存油分濃度を測定した結果、実施例においては処理後の油分濃度が４ｍｇ／Ｌと良好に処理できていることがわかった。一方、比較例においては、処理はされているものの一般水域への放流基準である３０ｍｇ／Ｌには達しない１４２ｍｇ／Ｌであった。この結果も表１に示している。
【００５３】
次に物質６が汚泥の場合の試験結果を示す。尚、試験装置と測定装置はサラダ油の試験装置、測定装置と同じものを用いて試験を行った。
【００５４】
〔試験方法〕
水槽に菓子製造工場の廃水処理施設より採取した活性汚泥を６Ｌ入れ、所定の時間運転した後、粒子径分布とメジアン径の測定を行った。尚、比較例１として超音波振動子２を用いない撹拌式の分散装置のみを用いたもので試験を行った。また、比較例２として分散処理を行わない活性汚泥も同様に測定した。
【００５５】
１８０分後及び未処理のメジアン径を表２に、各粒子径ごとの分布割合を図１２のグラフに表した。
【００５６】
表２に示すとおり、実施例においては１８０分後に２７．３８μｍとなった。一方、比較例１は、１８０分後に３０．５７μｍであった。比較例２は７１．９２μｍであった。
【００５７】
一方、分布割合を図１２のグラフから読み取ると、実施例は比較例に比べて３０μｍ以下の粒子が多く存在していることがわかった。
【００５８】
【表２】
【００５９】
次に、本試験装置を用いて活性汚泥に人工下水を加え、２４時間分散運転した後のＭＬＳＳの増減を測定した。比較例としてフラスコにおける回転培養を行ったものを用意し、試験を行った。
【００６０】
〔試験方法〕
試験は前記廃水処理施設の活性汚泥を６Ｌ採取し、そこに人工下水を加え槽内のＣＯＤを高めた後、２４時間運転させて、それぞれの濃度の変化を測定した。
【００６１】
表３に示すとおり、実施例においては運転前もＭＬＳＳから６６５ｍｇ／Ｌ（初期比９．８％減）低下しており、汚泥の消化が進んだ。即ち、汚泥が削減していることがわかった。
【００６２】
一方、実施例のＭＬＳＳは低下するが、表４に示すように、実施例のＣＯＤの分解能力は比較例と概ね同等であり、微生物処理はきちんと行われていることがわかる。
【００６３】
【表３】
【００６４】
【表４】
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明を使用することにより、水に分散しにくい物質の分散を従来よりも低い電力コストで実施でき、さらに夾雑物等の影響が多い廃水中の分散も簡易に行えることから、通常は分離し廃棄していたものまで併せて処理でき、廃棄物削減を行うことができるので、廃水処理も良好に行え、環境汚染の防止に大きく寄与できるものである。また、食品加工業などでは液体にゲル状物質を分散させる装置としても利用できる。さらに、気体と液体との反応装置としての利用もできる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１の実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第３の実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図３】図２における攪拌部と負圧発生部の断面を示した模式図である。
【図４】図３における攪拌羽の形状を示した模式図である。
【図５】本発明の第４の実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図６】実施例と比較例における５分間処理後の粒子径分布を表したグラフである。
【図７】実施例と比較例における１０分間処理後の粒子径分布を表したグラフである。
【図８】実施例と比較例における３０分間処理後の粒子径分布を表したグラフである。
【図９】従来の分散装置の概略構成を示す模式図である。
【図１０】従来の分散装置の概略構成を示す模式図である。
【図１１】従来の分散装置の概略構成を示す模式図である。
【図１２】実施例と比較例１及び比較例２における粒子径の分布割合を表したグラフである。
【符号の説明】
【００６７】
１ 水槽
２ 超音波振動子
３ 循環ポンプ
４ 負圧発生部
５ 空気管
６ 不溶性物質
７ 液体
８ 微細化された物質
９ 配管
１０ 供給管
１１ 移送管
１２ 駆動モーター
１３ 攪拌部
１４ ケーシング
１５ 負圧発生部
１６ 駆動軸
１７ 攪拌羽
１８ ドラフトチューブ
１９ 開口部
９１ 循環ポンプ
９２ 超音波発生用ノズル
９３ コンプレッサー
９４ 排水槽
１０１ 貯槽
１０２ ポンプ
１０３，１０６ 配管
１０４ 超音波振動子
１０５ 攪拌機
１０７ 空気ポンプ
１１１ ケーシング
１１２ 攪拌軸
１１３ 攪拌羽根
１１４ 溝
１１５ 流体導入配管
１１６ 処理流体排出管
１１７ ドレイン管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物質を液体に均一に分散させる方法及び装置に関するものであり、さらに詳しくは、液体に含まれる物質を分離回収しなくてもその液体の処理が円滑に行えるようにするために、事前に物質を微細化し分散する方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
物質を液体に分散させる方法は、超音波振動や攪拌羽のせん断力による方法が一般的である。超音波を利用したものは、物質を微細化し分散させるために、超音波発生部分に効率よく液体を接触させる方法が検討されており、攪拌羽を用いたものは、液体中で攪拌羽を回転させ、攪拌羽による液の流れと攪拌羽のせん断力により物質を微細化し分散できるように、該攪拌羽の構造が種々検討されている。
【０００３】
しかしながら、このような処理方法を用いて、大量の液体に物質を分散させるには、あらかじめ小規模で分散させたものを均一に混ぜたり、大規模な攪拌装置を設置したり、ポンプを用いて配管経路中に設けられた分散用スリットを通過させるなどしなければならず、簡易な方法で大量の液体に物質を効率よく分散させる方法がなく、手間がかかり電力コストやランニングコストが嵩み、効率が悪いといった問題点が存在している。特に、廃水中の物質を効率よく分散するには、該物質の大きさ、形状などがまちまちであり、最適な形状が特定できないなどの問題点が存在している。
【０００４】
従来、物質の分散方法や装置は、如何に効率よく物質に力を加えるかに関して検討されており、超音波を利用した装置では、物質を含んだ液体をポンプで吸込み、２ｋｇ／ｃｍ2以上の圧力でノズルに送りノズルから噴出する力を利用して超音波を発生させ、物質を分散する装置が考案されている（特許文献１参照）。この方法は、図９に示すように、循環ポンプ９１、超音波発生用ノズル９２、気体を混合するコンプレッサー９３、排水槽９４から構成されている。
【０００５】
以上のように構成することで、排水槽９４から排水を循環ポンプ９１で吸込み、超音波発生ノズル９２に２ｋｇ／ｃｍ2以上の圧力で供給すると、超音波発生ノズル９２より超音波が発生し、循環している排水中の物質を分散することができる。
【０００６】
また、容器の中に超音波振動子を設け、その超音波振動子に効率よく物質を含んだ液体を接触させ、物質を効率よく分散する装置も考案されている（特許文献２参照）。この装置は図１０に示すとおり、有機物を含む汚水またはスラリー状廃棄物を収容する貯槽１０１と、この貯槽１０１に汚水またはスラリー状廃棄物を搬入するポンプ１０２を備えた配管１０３と貯槽１０１の内部下方に、超音波照射手段である超音波振動子１０４が配置され、超音波振動子１０４の効果を高めるため、貯槽１０１中の汚水またはスラリー状廃棄物を攪拌する攪拌手段であるインペラータイプの攪拌機１０５が投入されている。
【０００７】
このように構成することで、貯槽１０１に搬入されたスラリー状廃棄物は、攪拌機１０５の攪拌により、貯槽１０１中に設置された超音波振動子１０４に向かって流れができることから、効率よく超音波が照射できスラリー廃棄物の分散が行えるようになる。更に、スラリーの状態により空気ポンプ１０７より配管１０６を経由して空気を貯槽１０１内に導入し攪拌を強くすることもできる。
【０００８】
さらに攪拌装置においては、凹凸のついたケーシング１１１内で攪拌羽を高速回転させ、物質に衝撃せん弾力を与えて分散する装置が考案されている（特許文献３参照）。この装置は図１１に示すとおり、ケーシング１１１、撹拌軸１１２、撹拌軸１１２に取り付けられた撹拌羽根１１３、ケーシング１１１内側の溝１１４、流体導入配管１１５、処理流体排出管１１６、ドレイン管１１７により構成される。
【０００９】
このように構成することにより、流体導入配管１１５より導入された物質を含む液体に、高速で回転する攪拌羽１１３が衝撃せん弾力を与え、更にケーシング１１１内側の溝１１４により分散された物質が均一に液体中に混合されることとなる。
【００１０】
【特許文献１】特開平２−８６８９０号公報
【特許文献２】特開２００１−１０４９４８号公報
【特許文献３】特開２００４−４１９５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前記特許文献１及び特許文献２に記載の装置においては、超音波振動子に液体を効率よく接触させることのみを検討しており、液体を送る駆動部にはなんら工夫がなされておらず、電力コストの割には、物質の分散が細かくないといった問題点が存在している。
【００１２】
また、前記特許文献３に記載の装置においては、攪拌羽による衝突せん断力のみを高めようとすることから、攪拌羽の回転速度とケーシング１１１内の形状の検討を行うのみとなっており、前記超音波振動子を用いた分散装置と同様に、単一の効果のみに着目しているために、電力コストに対する分散の効果が低く、物質の粒子径がまちまちで、広い粒度分布を持つという問題点が存在している。
【００１３】
本発明は以上のような問題点に鑑みなされたもので、低い電力コストで、より粒子径が小さく均一な分散が可能で、あらゆる物質が混入する廃水においても問題なく使用できる分散方法と分散装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第一は、液体中に含まれる物質を分散させる分散方法において、物質を含有する液体に負圧を発生させ、同時にまたは前後して、該液体に超音波振動を与えることにより、該液体に該物質を分散させることを特徴とし、以下の好ましい態様を含む。
前記負圧により液体中に微細気泡を発生させ、前記超音波振動により物質をより微細化させること。
前記物質が不溶性物質であること。
前記物質が、微生物由来の汚泥であること。
前記液体が廃水であること。
【００１５】
本発明の第二は、液体中に含まれる物質を分散させる分散装置において、物質を液体に分散させる装置が、該液体中で回転する攪拌羽と、該攪拌羽を駆動する駆動部と、該攪拌羽の回転により生ずる負圧発生部を覆うケーシングと、該ケーシング内に連通されて該ケーシング外部から該液体を負圧によって吸引する吸引管と、該吸引管及び／又は近傍に設けられた超音波振動子とを具備したことを特徴とし、以下の好ましい態様を含む。
前記吸引管の他端が前記液体の水面近傍に開口されること。
前記物質が不溶性物質であること。
前記物質が、微生物由来の汚泥であること。
前記液体が廃水であること。
前記攪拌羽の回転によって生ずる負圧を利用して、気体を前記水槽外部から該攪拌羽の中心部に引き込む空気管を具備したこと。
【００１６】
本発明の第三は、液体中に含まれる物質を分散させる分散装置において、物質を含有する液体を導入する導入管と分散処理した分散処理液を移送する移送管とが設けられた水槽と、該水槽内に設けられた上下に開口部を有するドラフトチューブと、該ドラフトチューブの下方または内側に設けられた下降流を発生させる攪拌羽と、該ドラフトチューブ及び／又は近傍に設けられた超音波振動子とを具備したことを特徴とし、以下の好ましい態様を含む。
前記物質が不溶性物質であること。
前記物質が、微生物由来の汚泥であること。
前記液体が廃水であること。
前記攪拌羽の回転によって生ずる負圧を利用して、気体を前記水槽外部から該攪拌羽の中心部に引き込む空気管を具備したこと。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は以上のような構成をしており、以下の優れた効果が得られる。
【００１８】
（１）吸引管またはドラフトチューブ及び／又は近傍の任意の位置に超音波振動子を設けることができることから、発生した負圧により引き込まれる該物質を含んだ液体に効率よく超音波を照射することができ、さらに該負圧により、該物質がより細かく分散され、微細気泡により該液体に上向きの流れが生じ、再度、該吸引管へ該物質を導入できることから、くり返し効率よく分散することができる。
【００１９】
（２）攪拌羽の回転により起こる負圧により、物質を含んだ液体を効果的に吸引管またはドラフトチューブに引き込み、該吸引管またはドラフトチューブ及び／又は近傍に超音波振動を与えて該物質を分散させ、さらに該攪拌羽まで該物質を含んだ液体を吸引し、該攪拌羽に発生する負圧とせん断力により該物質を再度分散できることから、該物質が不溶性物質であれば、界面活性剤等の薬剤を使用せずとも該不溶性物質のメジアン径が約３μｍ程度に分散され、さらに最大粒子径も１５μｍ以下になり均一で小さな粒子として分散される。これにより、例えば廃水中における油脂類の生物処理も良好に行える。
【００２０】
（３）さらに、外部から気体も併せて吸引できることから液体中の溶存酸素濃度を高く保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明においてメジアン径とは粒子径の分布において累積５０％に相当する粒子径のことである。例えば油脂類を含む廃水であれば、メジアン径が１〜１００μｍの時に生物処理に好適であり、メジアン径は小さければ小さいほど好ましい。また、本発明において不溶性物質とは動植物性の油や、鉱物油等の油脂類のことである。
【００２２】
油脂類を含む廃水に外部から引き込む気体は、主に空気を想定しているが、空気のみに限らず、用途に応じてオゾン、窒素等の気体を用いても良い。
【００２３】
さらに、本発明で用いる攪拌羽は、自給式の微細気泡を発生させる攪拌羽を想定しているが、回転中心部に負圧が発生し、回転時に該攪拌羽にせん断力が発生すればよく、特に限定されるものではない。
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明が本実施形態に限定されないことは言うまでもない。図１は本発明の第１の実施形態の概略構成を示す模式図である。図２は本発明の第３の実施形態の概略構成を示す模式図である。図３は図２における攪拌部と負圧発生部の断面を示した模式図である。図４は図３における攪拌羽の形状を示した模式図である。図５は本発明の第４の実施形態の概略構成を示す模式図である。
【００２５】
［実施形態１］
図１において、１は不溶性物質６を含んだ液体７が入っている水槽で、水槽１の上方には、液体７を供給するための供給管１０が配置されている。２は超音波振動子であり、配管９の入口すなわち液体７が引き込まれるところに設けられている。３は循環ポンプで、水槽１にループを形成するように接続された配管９の途中に設置されている。また、配管９の途中には負圧発生部４が形成され、負圧発生部４には、水槽１の外部から空気を供給する空気管５が接続されている。水槽１は液体７に含まれる物質を超音波振動子２と負圧発生部４にてせん断し、液体７に分散させるために必要な滞留時間を保てるように予め容積を設定している。１１は液体を次工程へ移送する移送管である。尚、超音波振動子２は超音波を発生させるものであればよく特に限定されるものではない。さらに、超音波振動子２を設ける場所は本実施形態では配管９の入口すなわち液体７が引き込まれるところになっているが、配管９及び／又はその近傍に設ければよく、配管９に設ける場合は内側でも外側でもよく、その近傍に設ける場合は配管９の入口付近に設けるのが好ましい。しかし、配管９に引き込まれる液体７に超音波振動が照射できればよく、特に限定されるものではない。
【００２６】
以上のように構成することで、水槽１に供給された不溶性物質６を含んだ液体７は、循環ポンプ３により配管９に引き込まれることとなる。このときに、不溶性物質６を含んだ液体７が配管９の入口に設置された超音波振動子２の発する超音波振動を受けることで不溶性物質６は分散されながら配管９内に引き込まれていく。ここで配管９は吸引管の役目をはたしている。さらに、配管９には配管径を縮径した負圧発生部４が設けられており、急激な圧力変動を不溶性物質６を含んだ液体７に与えることができる。この圧力変動により、超音波振動によって分散された不溶性物質６はさらに小さな粒子へと分散され、微細化された物質８となって水槽１内の液体７に分散される。尚、負圧発生部４に接続された空気管５から空気を供給することで、不溶性物質６が微細化されると同時に、取込まれた空気が微細気泡として液体７に供給され、該微細気泡により液体７に上向きの流れが生じ、不溶性物質６を再度配管９に導入することができ、さらに液体７の溶存酸素濃度を上げることができる。このようにして、微細化された物質８を含む液体７は、移送管１１を通って、次工程（例えば生物処理槽）へ移送される。
【００２７】
尚、液体７が廃水であれば、不溶性物質６が微細化された物質８に処理されることで、生物処理に適した廃水となり、効率良く廃水処理が行えることとなる。
【００２８】
［実施形態２］
次に、本発明の第２の実施形態を示す。第１の実施形態では、物質が不溶性物質６であったが、本実施形態では、物質は汚泥である。また、本実施形態における構成は第１の実施形態と同様であるため、説明を割愛する。
【００２９】
図１において、本発明の第２の実施形態の作用について説明する。本発明において微生物由来の汚泥は、微生物単独で活動できる汚泥ではなく、群（以下、「フロック」と言う。）をなして存在しているものであって、該フロックの中には、該フロックを構成するために主に有機物である可溶性物質と不溶性物質、及び微生物とが混在して存在している。該フロックに超音波振動子２及び、負圧発生部４より発生する圧力変動を与えることにより、該フロックが破砕され、該フロックを構成していた可溶性物質と不溶性物質が、該フロックから一部または全部切り離され微細化されることになる。このように、切り離された可溶性物質と不溶性物質は、微生物により分解されやすい物質となる。その後、該汚泥を含んだ液体を生物処理槽へ再度戻すことにより、該汚泥を構成していた可溶性物質と不溶性物質の微生物分解が促進され、余剰汚泥を削減することができる。
【００３０】
［実施形態３］
図２に本発明の第３の実施形態を示す。図２において１２は、液体７中で攪拌部１３を回転させるための駆動モーターである。攪拌部１３の負圧発生部１５を覆うようにケーシング１４が取り付けられている。ケーシング１４には、液体７を吸引できるように配管９が取り付けられ、併せて空気も引き込めるよう空気管５も別途接続されている。
【００３１】
図３は攪拌部１３と負圧発生部１５の一例を示した実施形態で、１６は、攪拌羽１７を駆動する駆動軸である。攪拌羽１７の回転中心部下方には、負圧発生部１５を覆うケーシング１４が取り付けられ、攪拌羽１７の回転中心近傍には空気管５の端部が位置している。さらに図４は、攪拌羽１７の１実施形態を示したものである。尚、図１と同じ番号については、図２、図３、図４においても同じであるため、説明を割愛する。
【００３２】
このように構成することで、駆動モーター１２により攪拌羽１７を回転させると、配管９より不溶性物質６を含んだ液体７が引き込まれる。ここで配管９は吸引管の役目をはたしている。このときに、配管９の入口近傍に設置された超音波振動子２の発する超音波振動を受けることで液体７中の不溶性物質６は分散されながら配管９内に引き込まれ、負圧発生部１５を通り、攪拌部１３より水槽１内に吐出される。不溶性物質６を含んだ液体７が攪拌部１３に達したときに、攪拌部１３内で高速回転する攪拌羽１７によりせん断力を受けると同時に、攪拌羽１７付近の液体７が攪拌羽１７から離反する方向に移動させられるような攪拌によって生じた圧力変動を受け、微細化された物質８となり、液体７中に細かく分散され、水槽１内に吐出される。尚、攪拌羽１７が微細気泡発生用の攪拌羽であれば、より強い負圧とせん断力が得られるため、不溶性物質６の分散に適した攪拌羽となり、さらに突起物がない形状であることから攪拌部１３は夾雑物の中の繊維などがからまないものとなる。
【００３３】
尚、負圧発生部１５に接続された空気管５から空気を供給することで、不溶性物質６が微細化されると同時に、取込まれた空気が攪拌羽１７に設けられた開口部１９から出てくる際に、攪拌羽１７に発生する負圧とせん断力により微細化され、微細気泡として液体７に供給され、該微細気泡により液体７に上向きの流れが生じ、不溶性物質６を再度配管９に導入することができ、さらに液体７の溶存酸素濃度を効率よく上げることができる。このようにして、微細化された物質８を含む液体７は、移送管１１を通って、次工程（例えば生物処理槽）へ移送される。
【００３４】
尚、液体７が廃水であれば、不溶性物質６が微細化された物質８に処理されることで、生物処理に適した廃水となり、効率良く廃水処理が行えることになる。
【００３５】
また、物質が不溶性物質６ではなく、汚泥の場合は、汚泥フロックを微細化でき、さらに、微細化された該汚泥フロックを生物処理槽へ移送することにより、汚泥の消化が促進され、余剰汚泥を削減することができる。
【００３６】
［実施形態４］
図５に本発明の第４の実施形態を示す。図５において１８は攪拌部１３の負圧発生部１５を覆うように設置されたドラフトチューブである。２は超音波振動子であり、ドラフトチューブ１８の入口すなわち液体７が引き込まれるところに設けられている。超音波振動子２を設ける場所は本実施形態ではドラフトチューブ１８の入口すなわち液体７が引き込まれるところになっているが、ドラフトチューブ１８及び／又はその近傍に設ければよく、ドラフトチューブ１８に設ける場合は内側でも外側でもよく、その近傍に設ける場合はドラフトチューブ１８の入口付近に設けるのが好ましい。しかし、ドラフトチューブ１８に引き込まれる液体７に超音波振動が照射できればよく、特に限定されるものではない。尚、他の部分は、実施形態１、実施形態３と同じであるため、説明を割愛する。
【００３７】
このように構成することで、攪拌部１３を駆動モーター１２で駆動することにより、負圧発生部１５に負圧が発生し、ドラフトチューブ１８へ不溶性物質６を含んだ液体７が引き込まれる。ドラフトチューブ１８の入口に設置された超音波振動子２の発する超音波振動を受けることで不溶性物質６が分散されながらドラフトチューブ１８内に引き込まれ、負圧発生部１５、攪拌部１３を通り、実施例２と同様の作用を受け、微細化された物質８となり、液体７中に細かく分散され、水槽１内に吐出される。尚、ドラフトチューブ１８を用いることで、液体７を攪拌部１３までストレートに移送することができ、配管９に生じる可能性のあるごみ等による異物のつまりを防ぐことができる。
【００３８】
尚、実施形態１、３と同様に、負圧発生部１５に接続された空気管５から空気を供給することで、不溶性物質６が微細化されると同時に、取込まれた空気が微細気泡として液体７に供給され、該微細気泡により液体７に上向きの流れが生じ、不溶性物質６を再度配管９に導入することができ、さらに液体７の溶存酸素濃度を上げることができる。このようにして、微細化された物質８を含む液体７は、移送管１１を通って、次工程（例えば生物処理槽）へ移送される。
【００３９】
尚、液体７が廃水であれば、不溶性物質６が微細化された物質８に処理されることで、生物処理に適した廃水となり、効率良く廃水処理が行えることになる。
【００４０】
また、物質が不溶性物質６ではなく、汚泥の場合は、汚泥フロックを微細化でき、さらに、微細化された該汚泥フロックを生物処理槽へ移送することにより、汚泥の消化が促進され、余剰汚泥を削減することができる。
【実施例】
【００４１】
次に、前記した本発明の第４の実施形態の装置を用いて物質の分散試験を行った。その結果について以下に示す。尚、比較例として超音波振動子２を用いない攪拌式の分散装置を用いて試験を行った。本試験においては、液体７は水道水を、物質は、水に分散しにくいサラダ油を用いて実施し、その時の分散粒子の粒子径分布を測定し、粒子径分布よりメジアン径を算出した。測定装置及び試験方法を以下に示す。ここで言うところのメジアン径とは、粒子径の分布において累積５０％に相当する粒子径のことである。
【００４２】
〔油滴の粒子径分布及びメジアン径の測定装置〕
堀場製作所製：レーザー回折／散乱式粒度分布測定装置（ＬＡ−９１０Ｗ）
測定原理：Ｍｉｅ散乱理論に基づく
光源：Ｈｅ−Ｎｅレーザー、タングステンランプの併用式
【００４３】
〔試験方法〕
水槽に６Ｌの水道水を入れ、６ｍｌのサラダ油（市販品）を添加し、所定の時間運転した後、上記機器にて測定を行った。尚、攪拌式の分散装置の出力は５０Ｗで、超音波発生装置の出力も５０Ｗであった。
【００４４】
表１に実施例及び比較例においてサラダ油を５分間、１０分間、３０分間分散させた時の分散粒子のメジアン径を示す。また、図６、図７、図８に、５分間、１０分間、３０分間分散させた時の分散粒子の粒子径分布を示したグラフを表した。
【００４５】
表１に示す通り、実施例において５分後のメジアン径は１３．６３μｍであった。また、図６に示す通り、粒子径２０μｍ以下に６６．８％が分布し、１０μｍ以下には３８．４％が分布していた。さらに、１０分後のメジアン径は６．０９μｍとさらに細かく分散されていた。また図７より粒子径分布を見てみると粒子径２０μｍ以下に９９．１％が分布し、１０μｍ以下には７９．９％が分布していた。さらにまた、３０分後のメジアン径は２．８７μｍとさらに細かく分散する結果となった。また、図８より、３０分間分散後は粒子径２０μｍ以下に１００％が分布し、１０μｍ以下には９９．５％が分布するという結果が得られた。
【００４６】
一方、比較例では５分後のメジアン径は２３．８８μｍで、１０分後は１７．５３μｍで、３０分後では１３．５５μｍで、ともに超音波振動子２を併用した実施例の方が、分散度合いは５分後で１．７５倍、１０分後で２．８８倍となり、３０分後に至っては、４．７２倍という驚異的な分散能力を有した。
【００４７】
さらに、分布の割合においても、超音波振動子２を併用したものは、最大粒子径が１０分後には約２６μｍとなり、比較例と比べて大きな差が得られた。さらに、実施例の５分後と、比較例の３０分後がほぼ同じ分布を取ることから、定格電力コストで６７％の削減が可能となる。
【００４８】
【表１】
【００４９】
次に、分散されたサラダ油と分散しないサラダ油を活性汚泥処理した結果を示す。
【００５０】
〔残存油分の測定装置〕
測定装置：堀場製作所 油分濃度計 ＯＣＭＡ−３０５
測定方法：Ｈ−９９７抽出非分散赤外線吸収法
【００５１】
〔試験方法〕
試験は、活性汚泥を２００ｍｌ三角フラスコに採取し、そこに油分負荷６００ｍｇ／Ｌとなるように分散させたサラダ油を添加し、２０時間回転培養した後、活性汚泥全量を遠心分離し、油分濃度計で残存油分の濃度を測定した。尚、比較例としては分散しないサラダ油を添加した。
【００５２】
試験後の遠心分離後の上澄み水に含まれる残存油分濃度を測定した結果、実施例においては処理後の油分濃度が４ｍｇ／Ｌと良好に処理できていることがわかった。一方、比較例においては、処理はされているものの一般水域への放流基準である３０ｍｇ／Ｌには達しない１４２ｍｇ／Ｌであった。この結果も表１に示している。
【００５３】
次に物質６が汚泥の場合の試験結果を示す。尚、試験装置と測定装置はサラダ油の試験装置、測定装置と同じものを用いて試験を行った。
【００５４】
〔試験方法〕
水槽に菓子製造工場の廃水処理施設より採取した活性汚泥を６Ｌ入れ、所定の時間運転した後、粒子径分布とメジアン径の測定を行った。尚、比較例１として超音波振動子２を用いない撹拌式の分散装置のみを用いたもので試験を行った。また、比較例２として分散処理を行わない活性汚泥も同様に測定した。
【００５５】
１８０分後及び未処理のメジアン径を表２に、各粒子径ごとの分布割合を図１２のグラフに表した。
【００５６】
表２に示すとおり、実施例においては１８０分後に２７．３８μｍとなった。一方、比較例１は、１８０分後に３０．５７μｍであった。比較例２は７１．９２μｍであった。
【００５７】
一方、分布割合を図１２のグラフから読み取ると、実施例は比較例に比べて３０μｍ以下の粒子が多く存在していることがわかった。
【００５８】
【表２】
【００５９】
次に、本試験装置を用いて活性汚泥に人工下水を加え、２４時間分散運転した後のＭＬＳＳの増減を測定した。比較例としてフラスコにおける回転培養を行ったものを用意し、試験を行った。
【００６０】
〔試験方法〕
試験は前記廃水処理施設の活性汚泥を６Ｌ採取し、そこに人工下水を加え槽内のＣＯＤを高めた後、２４時間運転させて、それぞれの濃度の変化を測定した。
【００６１】
表３に示すとおり、実施例においては運転前もＭＬＳＳから６６５ｍｇ／Ｌ（初期比９．８％減）低下しており、汚泥の消化が進んだ。即ち、汚泥が削減していることがわかった。
【００６２】
一方、実施例のＭＬＳＳは低下するが、表４に示すように、実施例のＣＯＤの分解能力は比較例と概ね同等であり、微生物処理はきちんと行われていることがわかる。
【００６３】
【表３】
【００６４】
【表４】
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明を使用することにより、水に分散しにくい物質の分散を従来よりも低い電力コストで実施でき、さらに夾雑物等の影響が多い廃水中の分散も簡易に行えることから、通常は分離し廃棄していたものまで併せて処理でき、廃棄物削減を行うことができるので、廃水処理も良好に行え、環境汚染の防止に大きく寄与できるものである。また、食品加工業などでは液体にゲル状物質を分散させる装置としても利用できる。さらに、気体と液体との反応装置としての利用もできる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１の実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第３の実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図３】図２における攪拌部と負圧発生部の断面を示した模式図である。
【図４】図３における攪拌羽の形状を示した模式図である。
【図５】本発明の第４の実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図６】実施例と比較例における５分間処理後の粒子径分布を表したグラフである。
【図７】実施例と比較例における１０分間処理後の粒子径分布を表したグラフである。
【図８】実施例と比較例における３０分間処理後の粒子径分布を表したグラフである。
【図９】従来の分散装置の概略構成を示す模式図である。
【図１０】従来の分散装置の概略構成を示す模式図である。
【図１１】従来の分散装置の概略構成を示す模式図である。
【図１２】実施例と比較例１及び比較例２における粒子径の分布割合を表したグラフである。
【符号の説明】
【００６７】
１ 水槽
２ 超音波振動子
３ 循環ポンプ
４ 負圧発生部
５ 空気管
６ 不溶性物質
７ 液体
８ 微細化された物質
９ 配管
１０ 供給管
１１ 移送管
１２ 駆動モーター
１３ 攪拌部
１４ ケーシング
１５ 負圧発生部
１６ 駆動軸
１７ 攪拌羽
１８ ドラフトチューブ
１９ 開口部
９１ 循環ポンプ
９２ 超音波発生用ノズル
９３ コンプレッサー
９４ 排水槽
１０１ 貯槽
１０２ ポンプ
１０３，１０６ 配管
１０４ 超音波振動子
１０５ 攪拌機
１０７ 空気ポンプ
１１１ ケーシング
１１２ 攪拌軸
１１３ 攪拌羽根
１１４ 溝
１１５ 流体導入配管
１１６ 処理流体排出管
１１７ ドレイン管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中に含まれる物質を分散させる分散方法において、物質を含有する液体に負圧を発生させ、同時にまたは前後して、該液体に超音波振動を与えることにより、該液体に該物質を分散させることを特徴とする分散方法。
【請求項２】
前記負圧により液体中に微細気泡を発生させ、前記超音波振動により物質をより微細化させることを特徴とする請求項１に記載の分散方法。
【請求項３】
前記物質が不溶性物質であることを特徴とする請求項１または２に記載の分散方法。
【請求項４】
前記物質が、微生物由来の汚泥であることを特徴とする請求項１または２に記載の分散方法。
【請求項５】
前記液体が廃水であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の分散方法。
【請求項６】
液体中に含まれる物質を分散させる分散装置において、物質を液体に分散させる装置が、該液体中で回転する攪拌羽と、該攪拌羽を駆動する駆動部と、該攪拌羽の回転により生ずる負圧発生部を覆うケーシングと、該ケーシング内に連通されて該ケーシング外部から該液体を負圧によって吸引する吸引管と、該吸引管及び／又は近傍に設けられた超音波振動子とを具備したことを特徴とする分散装置。
【請求項７】
前記吸引管の他端が前記液体の水面近傍に開口されることを特徴とする請求項６に記載の分散装置。
【請求項８】
液体中に含まれる物質を分散させる分散装置において、物質を含有する液体を導入する導入管と分散処理した分散処理液を移送する移送管とが設けられた水槽と、該水槽内に設けられた上下に開口部を有するドラフトチューブと、該ドラフトチューブの下方または内側に設けられた下降流を発生させる攪拌羽と、該ドラフトチューブ及び／又は近傍に設けられた超音波振動子とを具備したことを特徴とする分散装置。
【請求項９】
前記物質が不溶性物質であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の分散装置。
【請求項１０】
前記物質が、微生物由来の汚泥であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の分散装置。
【請求項１１】
前記液体が廃水であることを特徴とする請求項６乃至１０のいずれかに記載の分散装置。
【請求項１２】
前記攪拌羽の回転によって生ずる負圧を利用して、気体を前記水槽の外部から該攪拌羽の中心部に引き込む空気管を具備したことを特徴とする請求項６乃至１１のいずれかに記載の分散装置。
【請求項１】
液体中に含まれる物質を分散させる分散方法において、物質を含有する液体に負圧を発生させ、同時にまたは前後して、該液体に超音波振動を与えることにより、該液体に該物質を分散させることを特徴とする分散方法。
【請求項２】
前記負圧により液体中に微細気泡を発生させ、前記超音波振動により物質をより微細化させることを特徴とする請求項１に記載の分散方法。
【請求項３】
前記物質が不溶性物質であることを特徴とする請求項１または２に記載の分散方法。
【請求項４】
前記物質が、微生物由来の汚泥であることを特徴とする請求項１または２に記載の分散方法。
【請求項５】
前記液体が廃水であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の分散方法。
【請求項６】
液体中に含まれる物質を分散させる分散装置において、物質を液体に分散させる装置が、該液体中で回転する攪拌羽と、該攪拌羽を駆動する駆動部と、該攪拌羽の回転により生ずる負圧発生部を覆うケーシングと、該ケーシング内に連通されて該ケーシング外部から該液体を負圧によって吸引する吸引管と、該吸引管及び／又は近傍に設けられた超音波振動子とを具備したことを特徴とする分散装置。
【請求項７】
前記吸引管の他端が前記液体の水面近傍に開口されることを特徴とする請求項６に記載の分散装置。
【請求項８】
液体中に含まれる物質を分散させる分散装置において、物質を含有する液体を導入する導入管と分散処理した分散処理液を移送する移送管とが設けられた水槽と、該水槽内に設けられた上下に開口部を有するドラフトチューブと、該ドラフトチューブの下方または内側に設けられた下降流を発生させる攪拌羽と、該ドラフトチューブ及び／又は近傍に設けられた超音波振動子とを具備したことを特徴とする分散装置。
【請求項９】
前記物質が不溶性物質であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の分散装置。
【請求項１０】
前記物質が、微生物由来の汚泥であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の分散装置。
【請求項１１】
前記液体が廃水であることを特徴とする請求項６乃至１０のいずれかに記載の分散装置。
【請求項１２】
前記攪拌羽の回転によって生ずる負圧を利用して、気体を前記水槽の外部から該攪拌羽の中心部に引き込む空気管を具備したことを特徴とする請求項６乃至１１のいずれかに記載の分散装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−２０３２８５（Ｐ２００７−２０３２８５Ａ）
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３５４３８２（Ｐ２００６−３５４３８２）
【出願日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【出願人】（０００１１７１０２）旭有機材工業株式会社 (235)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【出願人】（０００１１７１０２）旭有機材工業株式会社 (235)
【Ｆターム（参考）】
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