微細気泡の混合装置
【課題】 極めて簡単で安価な構成要素を用いて、廃水等に微細な気泡を多量かつ連続的に混合できるようにする。
【解決手段】 処理槽６の原水７をポンプ１でベンチュリ管２に圧送し、空気を混入させてからミキサー３で攪拌する。ミキサー３から流出した気液混合液体を、第１のオリフィス４と第２のオリフィス５とを順次介して処理槽６の原水７に放出する。加圧攪拌された気液混合液体を、２個のオリフィス４、５によって、２段階に分けて減圧することにより、極めて微細な気泡を原水７に混入させることができる。
【解決手段】 処理槽６の原水７をポンプ１でベンチュリ管２に圧送し、空気を混入させてからミキサー３で攪拌する。ミキサー３から流出した気液混合液体を、第１のオリフィス４と第２のオリフィス５とを順次介して処理槽６の原水７に放出する。加圧攪拌された気液混合液体を、２個のオリフィス４、５によって、２段階に分けて減圧することにより、極めて微細な気泡を原水７に混入させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば廃水の活性化汚泥処理において、その前工程である流量調整槽内の原水に微細な気泡を混合させる微細気泡の混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から下水等の生活排水、あるいは食品工場等の工場廃水等の処理については、廃水に空気を混入させて、含まれる有機物等を酸化分解したり、好気性微生物の活性化を促進したりして浄化することが行われてきた。この廃水への空気の混入は、水面の攪拌、あるいはポンプによる空気の混入等の手段が用いられてきた。しかるに混入する空気の気泡が細かいほど、廃水内に滞留する時間が長くなり、また気泡全体の表面積が大きくなるため、廃水への空気の溶存率が高くなり、また浮遊物を気泡に付着させて浮上させる効果が大きくなる。
【０００３】
このため従来から、微細な空気を混入させるために、次のような手段が提案されている。
例えば先細のテーパー部と、末広のテーパー部との間にスロート部を有するベンチュリ管によって空気を混入するものであって、このスロート部の面積を段階的に拡大すると共に、空気の取り込み位置を工夫することによって、微細な気泡を発生させるものがある（例えば特許文献１参照。）。またエジェクタによってオゾンを吸い込んだオゾン混合水をポンプで加圧し、このポンプから圧送されたオゾン混合水を、オリフィスを介して加圧された溶解槽に導入することによって、微細なオゾンの気泡を混合するものがある（例えば特許文献２参照。）。
【０００４】
またエジェクタで空気を混入した汚水を、分解槽内に設けたスタティックミキサを介して放出することによって、微細な気泡を混合するものがある（例えば特許文献３参照。）。さらには、ベンチュリ管で空気を混入溶解し、ノズルから噴出させて減圧して、溶解空気を微細発泡させるものがある（例えば特許文献４参照。）。
【特許文献１】特開２０００−６１４８９号公報（第１〜５頁、図１）
【特許文献２】特開平１０−２２５６９６号公報（第１〜４頁、図２）
【特許文献３】特開平１１−１３８１９２号公報（第１〜１０頁、図４、図５）
【特許文献４】特開平１１−０７６７８０号公報（第１〜６頁、図１、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかるに上述した空気の取り込み位置を工夫したベンチュリ管を用いる手段では、複雑な構造のベンチュリ管が必要になり、コストが嵩む。またポンプから圧送された気液混合水を、オリフィスを介して加圧された溶解槽に導入する手段では、加圧溶解槽を使用するため、密閉型の耐圧溶解槽が必要となって、その分コストが嵩む。さらにエジェクタで空気を混入した汚水を、分解槽内に設けたスタティックミキサを介して放出する手段では、スタティックミキサから放出される水流の量や速度を抑えて、「ホワッと静かに拡がるような流速」に調整することを特徴としているため、積極的に多量の空気混合液を送りこんで、空気の溶存率を高めることが難しい。
【０００６】
またベンチュリ管で空気を混入溶解し、ノズルから噴出させて減圧して、溶解空気を微細発泡させる手段では、微細気泡は、溶解した空気を発泡させて得るものであるため、その微細気泡の量は、ベンチュリ管とノズルとの間の液体に飽和可能な空気量に限られる。したがって、ベンチュリ管で取り込んだ空気の一部だけを、微細な気泡として発泡させるものであるため、多量の微細気泡を発生させることは難しい。
【０００７】
そこで本発明の目的は、極めて簡単で安価な構成要素を用いて、廃水等に微細な気泡を多量かつ連続的に混合できる微細気泡の混合装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による微細気泡の混合装置の特徴は、気体混入手段の後流に、第１の絞りと第２の絞りとを、２段階に設けることによって、この気体混入手段の後流を加圧するとともに、第１の絞りから流出する気液混合液体に背圧を掛けることにある。すなわちこの微細気泡の混合装置は、液体を汲み上げるポンプと、このポンプから圧送される液体に気体を混入させる気体混入手段と、この気体混入手段の後流に設けた第１の絞りとを備えている。そして上記第１の絞りの後流には、第２の絞りが設けてあり、この第２の絞りは、上記液体内に開口している。
【０００９】
上記気体混入手段は、先細経路と、この先細経路につながる喉部経路と、この喉部経路につながる末広経路と、この末広経路の開始位置近傍に開口する気体取り入れ口とを有し、
上記第１の絞りと第２の絞りとは、所定の開口穴を有するオリフィスであることが望ましい。また上記気体混入手段と第１の絞りとの流路間に、この気体混入手段から流出した気液混合流体を攪拌するミキサーを備えることが望ましい。そして上記ミキサーは、外管と、この外管の内面に設けた複数の突起部とを有していることが望ましい。さらに上記ポンプの吐出圧は２〜７ｋｇ／ｃｍ２ｇであって、上記第１の絞りの吐出圧は、０．５〜２ｋｇ／ｃｍ２ｇであることが望ましい。また上記微細気泡の混合装置は、廃水処理における原水槽内の液体、流量調整槽内の液体、または汚泥貯留槽内の液体のいずれかの１に使用することが望ましい。
【００１０】
ここで「液体」とは、本発明の微細気泡の混合装置によって浄化等の処理が可能なすべてのものを意味し、例えば、下水等の生活排水、食品工場等の工場廃水、病院やゴルフ場等の廃水、畜産廃水、農村や漁村での集落廃水が該当する。また容器や槽に入れた液体に限らず、湖沼、貯水池、河川等の開放系の液体も含む。さらには微細気泡を混入する食料品、薬剤あるいは化粧品等や、それらの原料も含む。「気体」とは、ガス状の物質を意味し、例えば空気、酸素、オゾン、あるいは炭酸ガス等の気体自体の他、薬品や香料等の添加物を混入させた気体も含む。
【００１１】
「ポンプ」とは、液体を汲み上げて所定の圧力で吐出するものであれば、形式は問わない。例えば渦巻き式、遠心式、軸流式あるいは往復式が該当する。「気体混入手段」とは、ポンプで圧送された液体に空気を混入するものを意味し、例えばエジェクタあるいはベンチュリ管が該当する。また気体を自然吸入する場合に限らず、ポンプ等で強制的に液体に混入させる場合も含む。
【００１２】
また「ミキサー」とは、気体混入手段から流出する気液混合流体を攪拌するものを意味し、その形式を問わない。例えば流路内に突起部を配列して攪拌するものや、流路内の液体を旋回させて攪拌するものが該当する。「第１の絞り」および「第２の絞り」とは、いずれも流路面積を狭くして、圧力差を生じさせるものを意味し、例えばオリフィス、細管あるいは流量調整バルブが該当する。ミキサーの外管の内面に設けた複数の「突起部」とは、この外管の内面を通過する気液混合液体がぶつかって攪拌されるものであれば、その形状や配置は問わない。
【発明の効果】
【００１３】
気体混入手段の後流に、第１の絞りを設けることによって、加圧した状態の下で気体を混入すること、及びこの第１の絞りから流出する気液混合流体を、例えば処理槽内の液体に直接放出するのではなくて、第２の絞りを介して２段階に減圧して放出することによって、微細な気泡を多量に連続して混合することができる。すなわち発明者は、当初、第１の絞りから流出する気液混合流体を、処理槽内の液体に直接放出したところ、大きな気泡が勢いよく噴出し、微細な気泡を混合させることができなかった。そこで気液混合流体の放出部に、さらに第２の絞りを追加したところ、極めて微細な気泡が混入した乳白色状の気液混合液体を放出できることを見出した。
【００１４】
なお放出部に第２の絞りを追加することによって、極めて微細な気泡が発生するメカニズムについては、現時点では必ずしも明らかではないが、加圧された気液混合液体を第１の絞りから直接放出させた場合には、急激な圧力変動や、大きな噴出速度によって、大きな気泡が生じるのに対して、第２の絞りを設けた場合には、圧力変動や噴出速度を抑えることができるため、大きな気泡が生じるのを防止できるものと推定される。
【００１５】
また上記気体混入手段として、先細経路と、この先細経路につながる喉部経路と、この喉部経路につながる末広経路と、この末広経路の開始位置近傍に開口する気体取り入れ口とを有する、いわゆる最も基本的な形状のベンチュリ管を使用し、さらに上記第１の絞りと第２の絞りとして、所定の開口穴を開けただけのオリフィスを使用することによって、本発明による微細気泡の混合装置を、極めて簡単かつ低コストの構成要素を用いて容易に製造することができる。
【００１６】
また気体混入手段は、最も基本的な形状のベンチュリ管であり、また第１の絞りと第２の絞りとは、所定の開口穴を開けただけのオリフィスであるため、汚泥等による流路の閉塞が生じにくく、清掃等の保守が極めて容易になる。
【００１７】
上記気体混入手段と第１の絞りとの流路間に、この気体混入手段から流出した気液混合流体を攪拌するミキサーを備えることによって、この気液混合流体に含まれる気泡を微細化すると共に、液体への気体の溶存率を増加させることができる。また上記ミキサーとして、外管と、この外管の内面に設けた複数の突起部とを有しているものを使用することによって、極めて簡単かつ低コストでミキサーを製造することが可能となると共に、異物による閉塞がし難く、清掃も簡単になる。
【００１８】
上述したように、極めて微細な気泡を大量かつ連続的に混合することができるので、次の効果を発揮させることができる。下水等の廃水に対して、有機物等の酸化分解や、微細な浮遊物の浮上を促進させることが可能となる。活性化汚泥処理等において、廃水を貯留する原水槽内の原水や、前工程である流量調整槽内の原水に微細気泡を混合させることによって、曝気槽における処理負荷を低減することができる。すなわち、原水槽内や、前工程である流量調整槽内で、あらかじめ酸化分解によって有機物等を減少させ、さらに空気の溶存率を大幅に増やすことによって、次工程の曝気槽における生物的処理量を減少させ、エアレーション用の混入空気量を減らすことができる。その結果、余剰汚泥や、曝気槽等の容量等の縮小が可能となる。
【００１９】
また汚泥貯留槽に適用することによって、貯留余剰汚泥を減少させることができる。さらに食品やその原料等に適用することによって、マイルドな味等の風味付けを行うこともできる。同様に薬品や化粧品等やその原料等に適用することによって、好ましい特性の発揮や強化等を行うこともできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１〜図６を参照しつつ、本発明による微細気泡の発生装置の構成と作用とについて説明する。なおこの実施の形態は、図１に示すように、処理槽６内の生活排水等の原水７に、微細気泡を混合させるものである。すなわち本発明による微細気泡の発生装置は、処理槽６内の原水７を汲み上げる渦巻き式のポンプ１と、このポンプから圧送される原水に空気を混入させるベンチュリ管２と、このベンチュリ管から流出した気液混合流体を攪拌するミキサー３とを備えている。またミキサー３の後流には、第１のオリフィス４が設けてあり、この第１のオリフィスの後流には、第２のオリフィス５が備えてある。そして第２のオリフィス５は、処理槽６内の原水７内に開口している。
【００２１】
上述した各構成要素は、配管８でそれぞれ連結してある。すなわちポンプ１は、水柱５０〜６０ｍの揚程能力を有する高揚程ポンプを使用し、配管８１を介して、処理槽６内の原水７を汲み上げる。ポンプ１の吐出圧は、第１のオリフィス４によって、２〜７ｋｇ／ｃｍ２ｇ、望ましくは約４ｋｇ／ｃｍ２ｇに設定してある。ポンプ１は、配管８２を介して原水７をベンチュリ管２に圧送する。ベンチュリ管２は図２に示すように、テーパー状の先細経路２１と、この先細経路につながる喉部経路２２と、この喉部経路につながるテーパー状末広経路２３と、この末広経路の開始位置近傍に開口する空気取り入れ口２４とを有している。空気取り入れ口２４には、ポンプ９によって、配管１０を介して外気が強制的に送り込まれる。なおベンチュリ管２は、前後の配管８２、８３の間にフランジ結合されており、保守点検等の際に、容易に取り外しや組み付けを行うことができる。
【００２２】
ベンチュリ管２に圧送された原水７は、テーパー状の先細経路２１で流速が増加していき、最も流路面積が小さい喉部経路２２において流速が最大になり、静圧が最低になる。そして末広経路２３で流速が減少して静圧が回復するが、この末広経路の開始位置近傍では、静圧が喉部経路２２における最低値に近い値になっている。従って末広経路２３開始位置近傍における流速が十分早く、静圧が大気圧より低くなる場合には、空気取り入れ口２４から大気が自然吸引され、ポンプ９によって大気を強制的に送り込む必要はない。なお空気取り入れ口２４を、喉部経路２２に設けなかったのは、この喉部経路に空気取り入れ口を開口させると、この開口縁が動圧を拾って、かえって空気の吸い込みが悪くなる傾向にあるためである。
【００２３】
さてベンチュリ管２によって空気を混入した気液混合流体は、配管８３を介してミキサー３に導入される。ミキサー３は、図３に示すように、円筒状の外管３１と、この外管の内面に挿入された突起部材３２とを有している。突起部材３２は、図４に示すように、円形リング部分３２ｂと、この円形リング部分の内径上であって互いに１８０度隔てた位置に突設した、２個の三角形状の突起部３２ａを有している。そして突起部材３２は、互いに９０度づつ回転位相をずらして、複数個が所定の間隔毎に、外管３１の内面に溶接等で固定されている。なお突起部３２ａは、外管３１の内面に直接溶接等で固定してもよく、形状も三角形に限らず、長方形、円柱形等の他の形状にすることもできる。またミキサー３は、前後の配管８３、８４の間にフランジ結合されており、保守点検等の際に、容易に取り外しや組み付けを行うことができる。
【００２４】
ミキサー３では、流入した気液混合流体は、三角形状の突起部３２によって流れが乱され攪拌される。したがって気液混合流体に含まれる気泡が、微細化されると共に、原水に満遍なく混合される。さらにミキサー３内の気液混合流体は、第１のオリフィス４によって２〜７ｋｇ／ｃｍ２ｇに加圧されているため、微細化され攪拌された混合空気が、原水に容易に溶解する。
【００２５】
さてミキサー３で攪拌された気液混合流体は、配管８４を介して第１のオリフィス４から配管８５に流出する。第１のオリフィス４は、図５に示すように、所定の開口穴４ａを有し、この開口穴によって流路を絞って、ポンプ１に対して上述した背圧が掛るようにしてある。第１のオリフィス４を流出した気液混合液体は、配管８５によって流路を下方に曲げられ、この配管の先端は、処理槽６内の原水７内に挿入されている。そして図６に示すように、配管８５の先端部には、第２のオリフィス５がフランジ結合してある。なお第１のオリフィス４と、第２のオリフィス５との間の配管８５の長さは、約５ｍになっている。第２のオリフィス５は、所定の開口穴５ａを有し、この開口穴によって流路を絞って、この第２のオリフィスの上流圧力を０．５〜３ｋｇ／ｃｍ２ｇ、好ましくは２ｋｇ／ｃｍ２ｇに設定している。なお第１のオリフィス４および第２のオリフィス５は、共に気液混合液体の圧力を上述した値に設定できるものであれば、流路を狭めた配管や、手動等の可変バルブ等を使用することもできる。
【００２６】
ミキサー３で攪拌された気液混合液体は、第１のオリフィス４を通過して、２〜７ｋｇ／ｃｍ２ｇから０．５〜３ｋｇ／ｃｍ２ｇに減圧するため、原水に溶解した空気が発泡して微細な気泡が発生する。次いで第２のオリフィス５を通過して、０．５〜３ｋｇ／ｃｍ２ｇから大気圧に減圧するため、原水に残存する溶解した空気が発泡して微細な気泡が発生し、第１のオリフィス４で発生した微細な気泡と共に、処理槽６内の原水７に排出されて混合する。
【００２７】
図７に、上述した微細気泡の混合装置を、活性化汚泥処理の前処理である流量調整槽内の廃水に使用する場合を例示する。すなわち生活排水等の原水は、まず原水槽に集められ、ポンプによってスクリーンに送られ、粗大な含有物を濾し取る。この濾し取った含有物は、ごみとして汚泥槽に排出され、残りの原水は流量調整槽に送られる。流量調整槽内の原水には、上述した微細気泡の混合装置によって、微細な気泡が混合され、上述したように有機物質等の酸化分解や空気の溶存を促進する。
【００２８】
流量調整槽の原水は、ポンプによって適切な流量が加圧浮上槽に送られる。加圧浮上槽では、薬剤を投入し、油分等を凝集して浮上させる。浮上した油分等は汚泥槽に排出され、残りの原水は、曝気槽に送られる。曝気槽では濾床等に付着させた微生物等を原水に混合させ、原水に含まれる有機物等を分解あるいは固定化する。なお曝気槽内にポンプによって空気を供給して、微生物の繁殖を促すが、上述したように流量調整槽内において、酸化分解によって有機物等を減少させていること、原水にはすでに空気が十分溶存していることから、曝気槽内での微生物的処理量や、エアレーション量を少なくすることができる。
【００２９】
曝気槽内で微生物的処理を行った原水は、沈殿槽に送られ、有機物等を分解あるいは固定化した微生物は、余剰汚泥として沈殿し、残りの上澄み液が分離される。この上澄み液は、放流槽に排出され、下水や河川等に放出される。一方沈殿した余剰汚泥は、汚泥槽に吸い上げられ、ごみ、油と共に脱水処理され、焼却等を得て廃棄される。
【実施例】
【００３０】
図８に、上述した微細気泡の混合装置を、食肉加工工場からの廃水に適用したときの試験結果を示す。本試験によって、本発明による微細気泡の混合装置を使用したときには、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が４２％、浮遊物質量（ＳＳ）が８６％、ノルマルヘキサン抽出物質含有量が８８％、そして動植物油脂類が６９％にそれぞれ低減した。したがって本発明による微細気泡の混合装置によって、大幅に有機物等を酸化分解し、浮遊物質量を減少させる効果が確認された。なお本発明による微細気泡の混合装置を使用した場合は、単に空気をポンプで混入させる場合に比較して、酸素の溶存率を３０〜４０倍に増強させる得ることを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
各種の排水や、湖沼、貯水池あるいは河川等の処理に使用でき、また微細気泡を混入する食料品、薬剤あるいは化粧品等に使用できるので、廃水等の処理設備や、食品、薬品、あるいは化粧品等に関する産業に、広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】処理槽内の原水に適用した場合の微細気泡の混合装置の全体構成図である。
【図２】ベンチュリ管の拡大断面図である。
【図３】ミキサーの拡大断面図である。
【図４】突起部材の正面図である。
【図５】第１のオリフィスの取り付け断面図である。
【図６】第２のオリフィスの取り付け断面図である。
【図７】活性化汚泥処理の前処理である流量調整槽の原水に適用した場合の全体構成図である。
【図８】本発明による微細気泡の混合装置の効果確認試験結果を示す表である。
【符号の説明】
【００３３】
１ ポンプ
２ ベンチュリ管（空気混入手段）
３ ミキサー
４ 第１のオリフィス（第１の絞り）
５ 第２のオリフィス（第２の絞り）
６ 処理槽
７ 原水
８ 配管
９ ポンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば廃水の活性化汚泥処理において、その前工程である流量調整槽内の原水に微細な気泡を混合させる微細気泡の混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から下水等の生活排水、あるいは食品工場等の工場廃水等の処理については、廃水に空気を混入させて、含まれる有機物等を酸化分解したり、好気性微生物の活性化を促進したりして浄化することが行われてきた。この廃水への空気の混入は、水面の攪拌、あるいはポンプによる空気の混入等の手段が用いられてきた。しかるに混入する空気の気泡が細かいほど、廃水内に滞留する時間が長くなり、また気泡全体の表面積が大きくなるため、廃水への空気の溶存率が高くなり、また浮遊物を気泡に付着させて浮上させる効果が大きくなる。
【０００３】
このため従来から、微細な空気を混入させるために、次のような手段が提案されている。
例えば先細のテーパー部と、末広のテーパー部との間にスロート部を有するベンチュリ管によって空気を混入するものであって、このスロート部の面積を段階的に拡大すると共に、空気の取り込み位置を工夫することによって、微細な気泡を発生させるものがある（例えば特許文献１参照。）。またエジェクタによってオゾンを吸い込んだオゾン混合水をポンプで加圧し、このポンプから圧送されたオゾン混合水を、オリフィスを介して加圧された溶解槽に導入することによって、微細なオゾンの気泡を混合するものがある（例えば特許文献２参照。）。
【０００４】
またエジェクタで空気を混入した汚水を、分解槽内に設けたスタティックミキサを介して放出することによって、微細な気泡を混合するものがある（例えば特許文献３参照。）。さらには、ベンチュリ管で空気を混入溶解し、ノズルから噴出させて減圧して、溶解空気を微細発泡させるものがある（例えば特許文献４参照。）。
【特許文献１】特開２０００−６１４８９号公報（第１〜５頁、図１）
【特許文献２】特開平１０−２２５６９６号公報（第１〜４頁、図２）
【特許文献３】特開平１１−１３８１９２号公報（第１〜１０頁、図４、図５）
【特許文献４】特開平１１−０７６７８０号公報（第１〜６頁、図１、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかるに上述した空気の取り込み位置を工夫したベンチュリ管を用いる手段では、複雑な構造のベンチュリ管が必要になり、コストが嵩む。またポンプから圧送された気液混合水を、オリフィスを介して加圧された溶解槽に導入する手段では、加圧溶解槽を使用するため、密閉型の耐圧溶解槽が必要となって、その分コストが嵩む。さらにエジェクタで空気を混入した汚水を、分解槽内に設けたスタティックミキサを介して放出する手段では、スタティックミキサから放出される水流の量や速度を抑えて、「ホワッと静かに拡がるような流速」に調整することを特徴としているため、積極的に多量の空気混合液を送りこんで、空気の溶存率を高めることが難しい。
【０００６】
またベンチュリ管で空気を混入溶解し、ノズルから噴出させて減圧して、溶解空気を微細発泡させる手段では、微細気泡は、溶解した空気を発泡させて得るものであるため、その微細気泡の量は、ベンチュリ管とノズルとの間の液体に飽和可能な空気量に限られる。したがって、ベンチュリ管で取り込んだ空気の一部だけを、微細な気泡として発泡させるものであるため、多量の微細気泡を発生させることは難しい。
【０００７】
そこで本発明の目的は、極めて簡単で安価な構成要素を用いて、廃水等に微細な気泡を多量かつ連続的に混合できる微細気泡の混合装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による微細気泡の混合装置の特徴は、気体混入手段の後流に、第１の絞りと第２の絞りとを、２段階に設けることによって、この気体混入手段の後流を加圧するとともに、第１の絞りから流出する気液混合液体に背圧を掛けることにある。すなわちこの微細気泡の混合装置は、液体を汲み上げるポンプと、このポンプから圧送される液体に気体を混入させる気体混入手段と、この気体混入手段の後流に設けた第１の絞りとを備えている。そして上記第１の絞りの後流には、第２の絞りが設けてあり、この第２の絞りは、上記液体内に開口している。
【０００９】
上記気体混入手段は、先細経路と、この先細経路につながる喉部経路と、この喉部経路につながる末広経路と、この末広経路の開始位置近傍に開口する気体取り入れ口とを有し、
上記第１の絞りと第２の絞りとは、所定の開口穴を有するオリフィスであることが望ましい。また上記気体混入手段と第１の絞りとの流路間に、この気体混入手段から流出した気液混合流体を攪拌するミキサーを備えることが望ましい。そして上記ミキサーは、外管と、この外管の内面に設けた複数の突起部とを有していることが望ましい。さらに上記ポンプの吐出圧は２〜７ｋｇ／ｃｍ２ｇであって、上記第１の絞りの吐出圧は、０．５〜２ｋｇ／ｃｍ２ｇであることが望ましい。また上記微細気泡の混合装置は、廃水処理における原水槽内の液体、流量調整槽内の液体、または汚泥貯留槽内の液体のいずれかの１に使用することが望ましい。
【００１０】
ここで「液体」とは、本発明の微細気泡の混合装置によって浄化等の処理が可能なすべてのものを意味し、例えば、下水等の生活排水、食品工場等の工場廃水、病院やゴルフ場等の廃水、畜産廃水、農村や漁村での集落廃水が該当する。また容器や槽に入れた液体に限らず、湖沼、貯水池、河川等の開放系の液体も含む。さらには微細気泡を混入する食料品、薬剤あるいは化粧品等や、それらの原料も含む。「気体」とは、ガス状の物質を意味し、例えば空気、酸素、オゾン、あるいは炭酸ガス等の気体自体の他、薬品や香料等の添加物を混入させた気体も含む。
【００１１】
「ポンプ」とは、液体を汲み上げて所定の圧力で吐出するものであれば、形式は問わない。例えば渦巻き式、遠心式、軸流式あるいは往復式が該当する。「気体混入手段」とは、ポンプで圧送された液体に空気を混入するものを意味し、例えばエジェクタあるいはベンチュリ管が該当する。また気体を自然吸入する場合に限らず、ポンプ等で強制的に液体に混入させる場合も含む。
【００１２】
また「ミキサー」とは、気体混入手段から流出する気液混合流体を攪拌するものを意味し、その形式を問わない。例えば流路内に突起部を配列して攪拌するものや、流路内の液体を旋回させて攪拌するものが該当する。「第１の絞り」および「第２の絞り」とは、いずれも流路面積を狭くして、圧力差を生じさせるものを意味し、例えばオリフィス、細管あるいは流量調整バルブが該当する。ミキサーの外管の内面に設けた複数の「突起部」とは、この外管の内面を通過する気液混合液体がぶつかって攪拌されるものであれば、その形状や配置は問わない。
【発明の効果】
【００１３】
気体混入手段の後流に、第１の絞りを設けることによって、加圧した状態の下で気体を混入すること、及びこの第１の絞りから流出する気液混合流体を、例えば処理槽内の液体に直接放出するのではなくて、第２の絞りを介して２段階に減圧して放出することによって、微細な気泡を多量に連続して混合することができる。すなわち発明者は、当初、第１の絞りから流出する気液混合流体を、処理槽内の液体に直接放出したところ、大きな気泡が勢いよく噴出し、微細な気泡を混合させることができなかった。そこで気液混合流体の放出部に、さらに第２の絞りを追加したところ、極めて微細な気泡が混入した乳白色状の気液混合液体を放出できることを見出した。
【００１４】
なお放出部に第２の絞りを追加することによって、極めて微細な気泡が発生するメカニズムについては、現時点では必ずしも明らかではないが、加圧された気液混合液体を第１の絞りから直接放出させた場合には、急激な圧力変動や、大きな噴出速度によって、大きな気泡が生じるのに対して、第２の絞りを設けた場合には、圧力変動や噴出速度を抑えることができるため、大きな気泡が生じるのを防止できるものと推定される。
【００１５】
また上記気体混入手段として、先細経路と、この先細経路につながる喉部経路と、この喉部経路につながる末広経路と、この末広経路の開始位置近傍に開口する気体取り入れ口とを有する、いわゆる最も基本的な形状のベンチュリ管を使用し、さらに上記第１の絞りと第２の絞りとして、所定の開口穴を開けただけのオリフィスを使用することによって、本発明による微細気泡の混合装置を、極めて簡単かつ低コストの構成要素を用いて容易に製造することができる。
【００１６】
また気体混入手段は、最も基本的な形状のベンチュリ管であり、また第１の絞りと第２の絞りとは、所定の開口穴を開けただけのオリフィスであるため、汚泥等による流路の閉塞が生じにくく、清掃等の保守が極めて容易になる。
【００１７】
上記気体混入手段と第１の絞りとの流路間に、この気体混入手段から流出した気液混合流体を攪拌するミキサーを備えることによって、この気液混合流体に含まれる気泡を微細化すると共に、液体への気体の溶存率を増加させることができる。また上記ミキサーとして、外管と、この外管の内面に設けた複数の突起部とを有しているものを使用することによって、極めて簡単かつ低コストでミキサーを製造することが可能となると共に、異物による閉塞がし難く、清掃も簡単になる。
【００１８】
上述したように、極めて微細な気泡を大量かつ連続的に混合することができるので、次の効果を発揮させることができる。下水等の廃水に対して、有機物等の酸化分解や、微細な浮遊物の浮上を促進させることが可能となる。活性化汚泥処理等において、廃水を貯留する原水槽内の原水や、前工程である流量調整槽内の原水に微細気泡を混合させることによって、曝気槽における処理負荷を低減することができる。すなわち、原水槽内や、前工程である流量調整槽内で、あらかじめ酸化分解によって有機物等を減少させ、さらに空気の溶存率を大幅に増やすことによって、次工程の曝気槽における生物的処理量を減少させ、エアレーション用の混入空気量を減らすことができる。その結果、余剰汚泥や、曝気槽等の容量等の縮小が可能となる。
【００１９】
また汚泥貯留槽に適用することによって、貯留余剰汚泥を減少させることができる。さらに食品やその原料等に適用することによって、マイルドな味等の風味付けを行うこともできる。同様に薬品や化粧品等やその原料等に適用することによって、好ましい特性の発揮や強化等を行うこともできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１〜図６を参照しつつ、本発明による微細気泡の発生装置の構成と作用とについて説明する。なおこの実施の形態は、図１に示すように、処理槽６内の生活排水等の原水７に、微細気泡を混合させるものである。すなわち本発明による微細気泡の発生装置は、処理槽６内の原水７を汲み上げる渦巻き式のポンプ１と、このポンプから圧送される原水に空気を混入させるベンチュリ管２と、このベンチュリ管から流出した気液混合流体を攪拌するミキサー３とを備えている。またミキサー３の後流には、第１のオリフィス４が設けてあり、この第１のオリフィスの後流には、第２のオリフィス５が備えてある。そして第２のオリフィス５は、処理槽６内の原水７内に開口している。
【００２１】
上述した各構成要素は、配管８でそれぞれ連結してある。すなわちポンプ１は、水柱５０〜６０ｍの揚程能力を有する高揚程ポンプを使用し、配管８１を介して、処理槽６内の原水７を汲み上げる。ポンプ１の吐出圧は、第１のオリフィス４によって、２〜７ｋｇ／ｃｍ２ｇ、望ましくは約４ｋｇ／ｃｍ２ｇに設定してある。ポンプ１は、配管８２を介して原水７をベンチュリ管２に圧送する。ベンチュリ管２は図２に示すように、テーパー状の先細経路２１と、この先細経路につながる喉部経路２２と、この喉部経路につながるテーパー状末広経路２３と、この末広経路の開始位置近傍に開口する空気取り入れ口２４とを有している。空気取り入れ口２４には、ポンプ９によって、配管１０を介して外気が強制的に送り込まれる。なおベンチュリ管２は、前後の配管８２、８３の間にフランジ結合されており、保守点検等の際に、容易に取り外しや組み付けを行うことができる。
【００２２】
ベンチュリ管２に圧送された原水７は、テーパー状の先細経路２１で流速が増加していき、最も流路面積が小さい喉部経路２２において流速が最大になり、静圧が最低になる。そして末広経路２３で流速が減少して静圧が回復するが、この末広経路の開始位置近傍では、静圧が喉部経路２２における最低値に近い値になっている。従って末広経路２３開始位置近傍における流速が十分早く、静圧が大気圧より低くなる場合には、空気取り入れ口２４から大気が自然吸引され、ポンプ９によって大気を強制的に送り込む必要はない。なお空気取り入れ口２４を、喉部経路２２に設けなかったのは、この喉部経路に空気取り入れ口を開口させると、この開口縁が動圧を拾って、かえって空気の吸い込みが悪くなる傾向にあるためである。
【００２３】
さてベンチュリ管２によって空気を混入した気液混合流体は、配管８３を介してミキサー３に導入される。ミキサー３は、図３に示すように、円筒状の外管３１と、この外管の内面に挿入された突起部材３２とを有している。突起部材３２は、図４に示すように、円形リング部分３２ｂと、この円形リング部分の内径上であって互いに１８０度隔てた位置に突設した、２個の三角形状の突起部３２ａを有している。そして突起部材３２は、互いに９０度づつ回転位相をずらして、複数個が所定の間隔毎に、外管３１の内面に溶接等で固定されている。なお突起部３２ａは、外管３１の内面に直接溶接等で固定してもよく、形状も三角形に限らず、長方形、円柱形等の他の形状にすることもできる。またミキサー３は、前後の配管８３、８４の間にフランジ結合されており、保守点検等の際に、容易に取り外しや組み付けを行うことができる。
【００２４】
ミキサー３では、流入した気液混合流体は、三角形状の突起部３２によって流れが乱され攪拌される。したがって気液混合流体に含まれる気泡が、微細化されると共に、原水に満遍なく混合される。さらにミキサー３内の気液混合流体は、第１のオリフィス４によって２〜７ｋｇ／ｃｍ２ｇに加圧されているため、微細化され攪拌された混合空気が、原水に容易に溶解する。
【００２５】
さてミキサー３で攪拌された気液混合流体は、配管８４を介して第１のオリフィス４から配管８５に流出する。第１のオリフィス４は、図５に示すように、所定の開口穴４ａを有し、この開口穴によって流路を絞って、ポンプ１に対して上述した背圧が掛るようにしてある。第１のオリフィス４を流出した気液混合液体は、配管８５によって流路を下方に曲げられ、この配管の先端は、処理槽６内の原水７内に挿入されている。そして図６に示すように、配管８５の先端部には、第２のオリフィス５がフランジ結合してある。なお第１のオリフィス４と、第２のオリフィス５との間の配管８５の長さは、約５ｍになっている。第２のオリフィス５は、所定の開口穴５ａを有し、この開口穴によって流路を絞って、この第２のオリフィスの上流圧力を０．５〜３ｋｇ／ｃｍ２ｇ、好ましくは２ｋｇ／ｃｍ２ｇに設定している。なお第１のオリフィス４および第２のオリフィス５は、共に気液混合液体の圧力を上述した値に設定できるものであれば、流路を狭めた配管や、手動等の可変バルブ等を使用することもできる。
【００２６】
ミキサー３で攪拌された気液混合液体は、第１のオリフィス４を通過して、２〜７ｋｇ／ｃｍ２ｇから０．５〜３ｋｇ／ｃｍ２ｇに減圧するため、原水に溶解した空気が発泡して微細な気泡が発生する。次いで第２のオリフィス５を通過して、０．５〜３ｋｇ／ｃｍ２ｇから大気圧に減圧するため、原水に残存する溶解した空気が発泡して微細な気泡が発生し、第１のオリフィス４で発生した微細な気泡と共に、処理槽６内の原水７に排出されて混合する。
【００２７】
図７に、上述した微細気泡の混合装置を、活性化汚泥処理の前処理である流量調整槽内の廃水に使用する場合を例示する。すなわち生活排水等の原水は、まず原水槽に集められ、ポンプによってスクリーンに送られ、粗大な含有物を濾し取る。この濾し取った含有物は、ごみとして汚泥槽に排出され、残りの原水は流量調整槽に送られる。流量調整槽内の原水には、上述した微細気泡の混合装置によって、微細な気泡が混合され、上述したように有機物質等の酸化分解や空気の溶存を促進する。
【００２８】
流量調整槽の原水は、ポンプによって適切な流量が加圧浮上槽に送られる。加圧浮上槽では、薬剤を投入し、油分等を凝集して浮上させる。浮上した油分等は汚泥槽に排出され、残りの原水は、曝気槽に送られる。曝気槽では濾床等に付着させた微生物等を原水に混合させ、原水に含まれる有機物等を分解あるいは固定化する。なお曝気槽内にポンプによって空気を供給して、微生物の繁殖を促すが、上述したように流量調整槽内において、酸化分解によって有機物等を減少させていること、原水にはすでに空気が十分溶存していることから、曝気槽内での微生物的処理量や、エアレーション量を少なくすることができる。
【００２９】
曝気槽内で微生物的処理を行った原水は、沈殿槽に送られ、有機物等を分解あるいは固定化した微生物は、余剰汚泥として沈殿し、残りの上澄み液が分離される。この上澄み液は、放流槽に排出され、下水や河川等に放出される。一方沈殿した余剰汚泥は、汚泥槽に吸い上げられ、ごみ、油と共に脱水処理され、焼却等を得て廃棄される。
【実施例】
【００３０】
図８に、上述した微細気泡の混合装置を、食肉加工工場からの廃水に適用したときの試験結果を示す。本試験によって、本発明による微細気泡の混合装置を使用したときには、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が４２％、浮遊物質量（ＳＳ）が８６％、ノルマルヘキサン抽出物質含有量が８８％、そして動植物油脂類が６９％にそれぞれ低減した。したがって本発明による微細気泡の混合装置によって、大幅に有機物等を酸化分解し、浮遊物質量を減少させる効果が確認された。なお本発明による微細気泡の混合装置を使用した場合は、単に空気をポンプで混入させる場合に比較して、酸素の溶存率を３０〜４０倍に増強させる得ることを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
各種の排水や、湖沼、貯水池あるいは河川等の処理に使用でき、また微細気泡を混入する食料品、薬剤あるいは化粧品等に使用できるので、廃水等の処理設備や、食品、薬品、あるいは化粧品等に関する産業に、広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】処理槽内の原水に適用した場合の微細気泡の混合装置の全体構成図である。
【図２】ベンチュリ管の拡大断面図である。
【図３】ミキサーの拡大断面図である。
【図４】突起部材の正面図である。
【図５】第１のオリフィスの取り付け断面図である。
【図６】第２のオリフィスの取り付け断面図である。
【図７】活性化汚泥処理の前処理である流量調整槽の原水に適用した場合の全体構成図である。
【図８】本発明による微細気泡の混合装置の効果確認試験結果を示す表である。
【符号の説明】
【００３３】
１ ポンプ
２ ベンチュリ管（空気混入手段）
３ ミキサー
４ 第１のオリフィス（第１の絞り）
５ 第２のオリフィス（第２の絞り）
６ 処理槽
７ 原水
８ 配管
９ ポンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を汲み上げるポンプと、
上記ポンプから圧送される液体に気体を混入させる気体混入手段と、
上記気体混入手段の後流に設けた第１の絞りと、
上記第１の絞りの後流に設けた第２の絞りとを備え、
上記第２の絞りは、上記液体内に開口している
ことを特徴とする微細気泡の混合装置。
【請求項２】
請求項１において、上記気体混入手段は、先細経路と、この先細経路につながる喉部経路と、この喉部経路につながる末広経路と、この末広経路の開始位置近傍に開口する気体取り入れ口とを有し、
上記第１の絞りと第２の絞りとは、所定の開口穴を有するオリフィスである
ことを特徴とする微細気泡の混合装置。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかにおいて、上記気体混入手段と第１の絞りとの流路間に、この気体混入手段から流出した気液混合流体を攪拌するミキサーを備える
ことを特徴とする微細気泡の混合装置。
【請求項４】
請求項３において、上記ミキサーは、外管と、この外管の内面に設けた複数の突起部とを有している
ことを特徴とする微細気泡の混合装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかの１において、上記ポンプの吐出圧は２〜７ｋｇ／ｃｍ２ｇであって、
上記第１の絞りの吐出圧は、０．５〜２ｋｇ／ｃｍ２ｇである
ことを特徴とする微細気泡の混合装置。
【請求項６】
廃水処理における原水槽内の液体、流量調整槽内の液体、または汚泥貯留槽内の液体のいずれかの１に使用することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの１に記載の微細気泡の混合装置。
【請求項１】
液体を汲み上げるポンプと、
上記ポンプから圧送される液体に気体を混入させる気体混入手段と、
上記気体混入手段の後流に設けた第１の絞りと、
上記第１の絞りの後流に設けた第２の絞りとを備え、
上記第２の絞りは、上記液体内に開口している
ことを特徴とする微細気泡の混合装置。
【請求項２】
請求項１において、上記気体混入手段は、先細経路と、この先細経路につながる喉部経路と、この喉部経路につながる末広経路と、この末広経路の開始位置近傍に開口する気体取り入れ口とを有し、
上記第１の絞りと第２の絞りとは、所定の開口穴を有するオリフィスである
ことを特徴とする微細気泡の混合装置。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかにおいて、上記気体混入手段と第１の絞りとの流路間に、この気体混入手段から流出した気液混合流体を攪拌するミキサーを備える
ことを特徴とする微細気泡の混合装置。
【請求項４】
請求項３において、上記ミキサーは、外管と、この外管の内面に設けた複数の突起部とを有している
ことを特徴とする微細気泡の混合装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかの１において、上記ポンプの吐出圧は２〜７ｋｇ／ｃｍ２ｇであって、
上記第１の絞りの吐出圧は、０．５〜２ｋｇ／ｃｍ２ｇである
ことを特徴とする微細気泡の混合装置。
【請求項６】
廃水処理における原水槽内の液体、流量調整槽内の液体、または汚泥貯留槽内の液体のいずれかの１に使用することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの１に記載の微細気泡の混合装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−１３６７７７（Ｐ２００６−１３６７７７Ａ）
【公開日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３２７２５５（Ｐ２００４−３２７２５５）
【出願日】平成１６年１１月１１日（２００４．１１．１１）
【出願人】（５９３１８２９２３）丸和バイオケミカル株式会社 (25)
【出願人】（３９００３９８３７）東フロコーポレーション株式会社 (17)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月１１日（２００４．１１．１１）
【出願人】（５９３１８２９２３）丸和バイオケミカル株式会社 (25)
【出願人】（３９００３９８３７）東フロコーポレーション株式会社 (17)
【Ｆターム（参考）】
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