複相流体の微細化混合装置及び微細化混合方法
【課題】液体のみでなく、固体を含んだ液体に対しても気体を微細化して混合でき、さらに、液体に含まれる固体の微細化をも可能な複相流体の微細化混合装置を提供することにある。
【解決手段】微細化混合装置１は、ケーシング２と、余剰汚泥を圧送するポンプ３と、このポンプ３で圧送された余剰汚泥をケーシング２内に供給する第１供給管４と、オゾンをケーシング２内に供給する第２供給管５と、第１供給管４に介設されたエゼクタ６と、このエゼクタ６に接続されて先端がケーシング２内に開口した吸入管７と、第１供給管４の先端に設けられて余剰汚泥及びオゾンの混合流体をケーシング２内に噴射する噴射ノズル８と、余剰汚泥及びオゾンの混合流体をケーシング２外に排出する排出管９を備える。エゼクタ６で混合した汚泥とオゾンを、噴射ノズル８から噴射する際に微細化する。
【解決手段】微細化混合装置１は、ケーシング２と、余剰汚泥を圧送するポンプ３と、このポンプ３で圧送された余剰汚泥をケーシング２内に供給する第１供給管４と、オゾンをケーシング２内に供給する第２供給管５と、第１供給管４に介設されたエゼクタ６と、このエゼクタ６に接続されて先端がケーシング２内に開口した吸入管７と、第１供給管４の先端に設けられて余剰汚泥及びオゾンの混合流体をケーシング２内に噴射する噴射ノズル８と、余剰汚泥及びオゾンの混合流体をケーシング２外に排出する排出管９を備える。エゼクタ６で混合した汚泥とオゾンを、噴射ノズル８から噴射する際に微細化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば液体と気体とを混合し、液体中に微細気泡が分散する気液混合体を生成可能な複相流体の微細化混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば活性汚泥法で生じた余剰汚泥に対して、オゾンを数十ミクロン程度に微細化してなる微細気泡を混合し、オゾンの酸化作用と微細気泡の破壊作用によって余剰汚泥の分解を行う技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。オゾンの微細気泡の生成装置としては、気液せん断方式やベンチュリ管方式によるものが提案されている。
【０００３】
他の微細気泡の生成装置としては、気液混合ポンプと、抵抗器とを備えたものが提案されている（特許文献２参照）。気液混合ポンプは、ケーシングの内周に径方向に狭い環状の流体通路を形成し、この流体通路に突出する多数の撹拌羽根を有する羽根車をモータで駆動するように構成されている。この気液混合ポンプで液体と気体を吸入し、多数の攪拌羽根によって液体と気体を攪拌混合した後、吐出側に接続した抵抗器によって気泡の微細化を行っている。抵抗器には複数の障壁板とオリフィスが設けられており、泡が障壁板への衝突とオリフィスの通過を繰り返すことにより、寸法が均一の微細気泡を生成するようにしている。
【０００４】
他の微細気泡を生成する装置としては、気液混合体の加圧ポンプと、多孔板ユニットとを備えたものが提案されている（特許文献３参照）。多孔板ユニットは、管状のケーシングと、ケーシング内に横断配置されて多数の貫通孔が形成された円形の多孔板と、この多孔板に隣接配置された半月形の流路制御板と、この流路制御板を回転駆動するモータとを備える。気液混合体を加圧ポンプで加圧して多孔板の貫通孔に流し、この貫通孔のオリフィスによって微細気泡を生成している。加圧ポンプの容量と、多孔板に対する流路制御板の回転位置とを制御することによって、気液混合体の流量と気液混合体が通過する貫通孔の数を制御して、微細気泡の生成量を制御するようにしている。
【特許文献１】２００６−３３４５２９号公報
【特許文献２】２００３−１１７３６５号公報
【特許文献３】２００７−０２１３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１には、微細気泡を生成する装置の具体的構成は記載されていない。
【０００６】
また、特許文献２の微細気泡の生成装置は、気液混合ポンプの流体を攪拌混合する攪拌羽根が密に配列されているので、余剰汚泥のような固体を含んだ液体を処理しようとすると、攪拌羽根の間に詰まりが生じる虞がある。したがって、余剰汚泥のような固体を含んだ液体に対しては、微細気泡の生成混合を行うことが困難である。
【０００７】
また、特許文献３の微細気泡の生成装置は、加圧ポンプと多孔板ユニットの駆動制御を行う機構が夫々必要であり、構造及び制御が複雑化してコストアップを招く不都合がある。また、所定粒径の微細気泡を生成するには、加圧ポンプの容量と流路制御板の回転位置とを調整する必要があるので、運転に要する制御が難しいという問題がある。また、多孔板ユニットの多孔板は、汚泥のような固体を含む液体を流そうとすると、詰まりが生じる虞がある。また、多孔板ユニットの流路制御板は、可動部品が流体に接しているので故障し易く、また、メンテナンスに手間がかかるという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、液体のみでなく、固体を含んだ液体に対しても気体を微細化して混合でき、さらに、液体に含まれる固体の微細化をも可能な複相流体の微細化混合装置を提供することにある。また、構造が簡単で安価に製造できる複相流体の微細化混合装置を提供することにある。また、運転に伴う制御が簡易であり、所定の微細化流体を容易に生成できる複相流体の微細化混合装置を提供することにある。また、流体に接する可動部品が実質的に無くて故障が少なく、メンテナンスが容易な複相流体の微細化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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の複相流体の微細化混合装置は、
ケーシングと、
第１流体を圧送するポンプと、
上記ポンプで圧送された第１流体を上記ケーシング内に供給する第１供給管と、
第２流体を上記ケーシング内に供給する第２供給管と、
上記第１供給管に介設され、第１流体の流れに伴って第２流体を吸引及び混合する吸引混合部と、
一端が上記ケーシング内に開口すると共に他端が上記吸引混合部に接続され、上記ケーシング内の第２流体を吸入して吸引混合部に導く吸入管と、
上記第１供給管の先端に設けられ、上記吸引混合部で混合された第１流体と第２流体との混合流体を上記ケーシング内に噴射する噴射部と、
上記第１流体と第２流体との混合流体をケーシング外に排出する排出管と
を備えることを特徴としている。
【００１０】
上記構成によれば、ポンプで圧送された第１流体が第１供給管でケーシングに供給され、また、第２流体が第２供給管でケーシング内に供給される。第１流体がケーシングに供給される際、第１供給管に介設された吸引混合部で、ケーシング内から吸入管で導かれた第２流体が第１流体に混合される。吸引混合部で混合された第１流体及び第２流体は、噴射部からケーシング内に噴射される。第１流体と第２流体は、吸引混合部における混合作用と、噴射部による噴射作用により、効果的に微細化されて混合される。なお、微細化は、少なくとも第１流体及び第２流体のうちのいずれか一方に対して行うことができればよい。ケーシング内に噴射された混合流体は、排出管を介してケーシング外に排出される。
【００１１】
ここで、上記ポンプは、第１流体としての例えば液体、個液混合体、気液混合体又は気体を圧送することができればよく、いずれの場合も、各流体に対応する一般的なポンプを用いることができる。したがって、従来の攪拌羽根が密に配列された気液混合ポンプを備えた微細気泡の生成装置のように、処理対象が気体及び液体に限られることが無い。すなわち、本発明によれば、第１流体が例えば余剰汚泥であり、第２流体が例えばオゾンである場合、ポンプに一般的なスラッジポンプを用いればよい。また、吸引混合部は、例えば、一般的なエゼクタを用いればよい。このエゼクタは、余剰汚泥を流すのに適した仕様のものを用いればよい。この場合、エゼクタで余剰汚泥にオゾンを混合し、噴射部からオゾン及び余剰汚泥を噴射することにより、微細化されたオゾンと余剰汚泥との混合流体が得られる。このように、第１流体及び第２流体の種類に対応したポンプや吸引混合部を用いることにより、種々の流体に対して微細化を行うことができる。
【００１２】
また、この複相流体の微細化混合装置は、ポンプ以外は駆動の制御が実質的に不要であるので、運転に伴う制御を簡単にでき、また、制御装置を簡単にできる。したがって、微細化混合装置の製造コストの削減を図ることができる。
【００１３】
また、この複相流体の微細化混合装置は、ポンプ以外には、第１流体及び第２流体に接触する可動部品が実質的に無いので、故障が少なく、また、メンテナンスを容易に行うことができる。
【００１４】
上述のように、第１流体及び第２流体は、液体、個液混合体、気液混合体及び気体からなる群から夫々選択して得られるあらゆる組み合わせを設定することができる。いずれの場合についても、第１流体及び第２流体のうちの少なくとも１つの微細化を行いながら、第１流体と第２流体との混合を行うことができる。
【００１５】
本発明の複相流体の微細化混合装置によれば、例えば、第２流体が気体である場合、数十ミクロン以下の微細気泡が得られる。微細気泡は、単位体積あたりの表面積が大きいこと等により、物理、化学及び生理学的な作用を有し、各種産業分野における利用が可能である。
【００１６】
この複相流体の微細化混合装置は、例えば有害廃液の処理、スラリー状の有機廃棄物の処理、物質の反応促進等に広く用いることができる。
【００１７】
本発明の他の側面による複相流体の微細化混合装置は、
複数段のケーシングと、
第１流体を圧送するポンプと、
上記ポンプで圧送された第１流体を、第１段の上記ケーシング内に供給する第１供給管と、
第２流体を、少なくとも最終段の上記ケーシング内に供給する第２供給管と、
第１段以外の段のケーシングに設けられ、前段のケーシングから、第１流体と第２流体との混合流体が供給される混合流体供給管と、
上記第１供給管及び混合流体供給管に介設され、第１流体の流れに伴って第２流体を吸引及び混合する吸引混合部と、
一端が各段のケーシング内に開口すると共に、他端が上記ケーシングの吸引混合部に接続され、上記各ケーシング内の第２流体を吸入して吸引混合部に導く吸入管と、
上記第１供給管及び混合流体供給管の先端に設けられ、上記吸引混合部で混合された第１及び第２流体を、各段のケーシング内に噴射する噴射部と、
最終段以外の段に設けられ、後段の混合流体供給管に連なると共に、上記各段のケーシング内の第１及び第２流体の混合流体を後段側に送る接続管と、
最終段のケーシングに設けられ、この最終段のケーシング内の第１及び第２流体の混合流体を排出する排出管と
を備えることを特徴としている。
【００１８】
上記構成によれば、ポンプで圧送された第１流体が第１供給管で第１段のケーシングに供給され、また、第２流体が第２供給管で少なくとも最終段のケーシング内に供給される。この第２流体は、例えば、逆止弁を介して排出管に接続されたバイパス管を介して順次各段のケーシング内に供給される。第２流体は、各段のケーシングに個別に直接供給してもよい。まず、第１段のケーシングにおいて、第１流体が供給される際、第１供給管に介設された吸引混合部で、ケーシング内から吸入管で導かれた第２流体が第１流体に混合される。吸引混合部で混合された第１流体及び第２流体は、噴射部からケーシング内に噴射される。第１流体と第２流体は、吸引混合部における混合作用と、噴射部による噴射作用により、効果的に微細化されて混合される。なお、微細化は、少なくとも第１流体及び第２流体のうちのいずれか一方に対して行うことができればよい。第１段のケーシング内に噴射された混合流体は、排出管を介して後段（例えば次の段）のケーシングに排出される。後段のケーシングでは、排出管に接続された混合流体供給管に混合流体が導かれ、吸引混合部で混合流体に更に第２流体が混合されて、噴射部からケーシング内に噴射される。このような混合作用と噴射作用とが行われた混合流体は、排出管から排出される。
【００１９】
このように、第１段で生成された混合流体は、後段に導かれる毎に、吸引混合部による第２流体の混合作用と噴射部による噴射作用とを受けるので、第１流体及び第２流体のうちの少なくとも一方を効果的に微細化でき、また、効率的に第１流体と第２流体とを混合できる。例えば、第２流体が気体である場合、複数段の混合作用と噴射作用を受けるこにより、最終段において１ミクロン以下の超微細気泡が得られる。また、吸引混合部や噴射部の内径を後段ほど小さく形成することにより、第１流体が例えば余剰汚泥のような固体を含む液体である場合でも、流路に詰まりを生じることなく、固体の微細化を行うことができる。
【００２０】
本実施形態の複相流体の微細化混合装置によって得られた超微細粒子又は超微細気泡は、単位体積あたりの表面積が大きいことや、液体中における浮上速度が極めて遅いこと、また、消滅し難いこと等により、物理、化学及び生理学的な作用を有し、各種産業分野における利用が可能である。また、本実施形態の微細化混合装置は、第１流体が例えばコロイド物質である場合、コロイドを構成する粒子を微細化し、チンダル現象が生じない程度の粒子径にすることができる。
【００２１】
また、上記ポンプは、第１流体としての例えば液体、個液混合体、気液混合体又は気体を圧送することができればよく、いずれの場合も、各流体に対応する一般的なポンプを用いることができる。したがって、従来の攪拌羽根が密に配列された気液混合ポンプを備えた微細気泡の生成装置のように、処理対象が気体及び液体に限られることが無い。すなわち、本発明によれば、第１流体が例えば余剰汚泥であり、第２流体が例えばオゾンである場合、ポンプに一般的なスラッジポンプを用いればよい。また、吸引混合部は、例えば、一般的なエゼクタを用いればよい。このエゼクタは、余剰汚泥を流すのに適した仕様のものを用いればよい。この場合、エゼクタで余剰汚泥にオゾンを混合し、噴射部からオゾン及び余剰汚泥を噴射することにより、微細化されたオゾンと余剰汚泥との混合流体が得られる。このように、第１流体及び第２流体の種類に対応したポンプや吸引混合部を用いることにより、種々の流体に対して微細化を行うことができる。
【００２２】
また、この複相流体の微細化混合装置は、ポンプ以外は駆動の制御が不要であるので、運転に伴う制御を簡単にできる。また、ポンプ以外には、駆動制御を行う機構が実質的に不要であるので、構造を簡単にできて、コストダウンを図ることができる。
【００２３】
また、この複相流体の微細化混合装置は、ポンプ以外には、第１流体及び第２流体に接触する可動部品が実質的に無いので、故障が少なく、また、メンテナンスを容易に行うことができる。
【００２４】
上述のように、第１流体及び第２流体は、液体、個液混合体、気液混合体及び気体からなる群から夫々選択されて得られるあらゆる組み合わせを設定することができる。いずれの場合についても、第１流体及び第２流体のうちの少なくとも１つの微細化を行いながら、第１流体と第２流体との混合を行うことができる。
【００２５】
この複相流体の微細化混合装置は、例えば有害廃液の処理、有機廃棄物の処理、物質の反応促進等に広く用いることができる。この微細化混合装置の用途の具体例としては、上下水処理、製麺プロセス水の製造、アルカリ産業用プロセス水の製造、有機性廃液の処理、家畜血液の処理等を挙げることができる。
【００２６】
一実施形態の複相流体の微細化混合装置は、上記複数段のケーシングは上下方向に配置されており、最下段のケーシングが第１段であり、最上段のケーシングが最終段である。
【００２７】
上記実施形態によれば、最下段のケーシングに第１流体を供給して混合流体を生成し、この混合流体を上方の後段のケーシングに送って第２流体との混合と噴射を繰り返す。最終段である最上段のケーシングから、混合流体を排出管で排出する。初期段階の混合流体に高い水頭圧が作用するので、流体の微細化を効率良く促進することができる。
【００２８】
一実施形態の複相流体の微細化混合装置は、上記複数段のケーシングは上下方向に配置されており、最上段のケーシングが第１段であり、最下段のケーシングが最終段である。
【００２９】
上記実施形態によれば、最上段のケーシングに第１流体を供給して混合流体を生成し、この混合流体を下方の後段のケーシングに送って第２流体との混合と噴射を繰り返す。最終段である最下段のケーシングから、混合流体を排出管で排出する。混合流体を下方に流して処理を行うので、重力を利用して混合流体を流下させることができるから、小さい出力のポンプを用いることができる。
【００３０】
一実施形態の複相流体の微細化混合装置は、第１段以外の段に設けられ、上記ケーシングと前段の上記接続管との間を接続すると共に、逆止弁が介設されたバイパス管を備える。
【００３１】
上記実施形態によれば、運転開始の際、例えば最終段のケーシング内に第２供給管で供給された第２流体を、バイパス管と接続管とを介して前段のケーシングに送ることができる。また、運転終了の際、各段のケーシング内に残留した混合流体を、バイパス管と接続管とを介して前段のケーシングに送ることができる。
【００３２】
一実施形態の複相流体の微細化混合装置は、上記複数段のケーシングは、上下方向に配置された複数段のケーシングからなるケーシング列が横方向に複数列配置されてなり、各ケーシング列の最終段のケーシングに、上記第２供給管が夫々接続されている。
【００３３】
上記実施形態によれば、上下方向の複数段のケーシングからなるケーシング列を、複数列配置することにより、複数段のケーシングが構成される。複数列のケーシング列について、各ケーシング列の最終段のケーシングに第２供給管を介して第２流体を供給することにより、各ケーシングに第２流体を迅速に供給することができる。なお、各ケーシング列において、最下段を第１段として上段ほど後段となるように配列してもよく、あるいは、最上段を第１段として下段ほど後段となるように配列してもよい。
【００３４】
一実施形態の複相流体の微細化混合装置は、上記噴射部は、噴射する上記混合流体をケーシングの内側面に吹き付けるように形成されている。
【００３５】
上記実施形態によれば、第１流体及び第２流体に含まれる成分や泡がケーシングの内側面に付着しても、噴射部から噴射された混合流体が吹き付けられることにより、ケーシングの内側面に付着した成分や泡を洗い流すことができる。したがって、ケーシングの内側面に、付着した成分等が固着して残留する不都合を防止できる。
【００３６】
一実施形態の複相流体の微細化混合装置は、上記吸入管の開口は、上記ケーシングの天井面に近接して配置されていると共に、上記噴射部の側に、この噴射部から噴射される混合流体の吸入を防止する遮蔽部を備える。
【００３７】
上記実施形態によれば、ケーシング内が混合流体で満たされるまで、ケーシング内の第２流体が吸入管の開口から安定して吸引混合部に送られる。ここで、上記遮蔽部により、噴射部から噴射された混合流体が、第２流体に混入して吸入管に吸入される不都合を防止できる。
【００３８】
一実施形態の複相流体の微細化混合装置は、上記第１流体は液体であり、上記第２流体は気体である。
【００３９】
上記実施形態によれば、一般的な液体用ポンプを用いることにより、簡単な構造の微細化混合装置を構成し、簡易な運転制御により、第２流体の微細化及び第１流体との混合を行って気液混合流体を生成することができる。
【００４０】
一実施形態の複相流体の微細化混合装置は、上記第１流体は個液混合体であり、上記第２流体は気体である。
【００４１】
上記実施形態によれば、送泥ポンプ等のように個液混合体に適した一般的なポンプを用いることにより、例えば余剰汚泥や食品廃棄物等のような個液混合体に対して、微細気泡の生成混合が可能な微細化混合装置が得られる。また、個液混合体の固体成分について、微細化を行うことができる。ここで、吸引混合部や噴射部の内径を後段ほど小さく形成することにより、個液混合体の詰まりを生じることなく微細化を行うことができる。
【００４２】
一実施形態の複相流体の微細化混合装置は、上記第１供給管に、電解装置が介設されている。
【００４３】
上記実施形態によれば、電解装置で第１流体に予め電解処理を施すことにより、第２流体及び第１流体の少なくとも一方の分解を促進することができる。
【００４４】
一実施形態の複相流体の微細化混合装置は、上記個液混合体は余剰汚泥であり、上記気体はオゾンである。
【００４５】
上記実施形態によれば、余剰汚泥に対して、オゾンの微細気泡を生成して混合することができるので、簡単な構成で簡単な運転制御のもと、効率的に余剰汚泥の分解処理を行うことができる。
【００４６】
本発明の他の側面による複相流体の微細化混合方法は、複数段のケーシングと、各段のケーシングに対応した複数の吸引混合部とを備えた複相流体の微細化混合装置を用いて第１流体と第２流体とを微細化混合する複相流体の微細化混合方法であって、
各段のケーシング内に第２流体を供給する供給工程と、
前段から供給された第１流体と第２流体との混合流体に、所定段の上記吸引混合部によって所定段の上記ケーシング内の第２流体を混合する混合工程と、
上記所定段の吸引混合部で第２流体が混合された混合流体を、上記所定段のケーシング内に噴射する噴射工程と、
上記所定段のケーシング内に噴射されて貯留した混合流体を、後段側に排出する排出工程と、
上記混合工程、噴射工程及び排出工程を、各段のケーシングについて順次繰り返すサイクル工程と
を備えることを特徴としている。
【００４７】
上記構成によれば、各段のケーシング内に第２流体を供給し、前段から供給された混合流体にケーシング内の第２流体を吸引混合部で混合し、この第２流体が混合された混合流体をケーシング内に噴射し、この噴射されて貯留した混合流体をケーシングから後段側に排出する。複数段のケーシングについて、混合工程、噴射工程及び排出工程を繰り返すことにより、簡単な構成の微細化混合装置を用いて簡易な運転制御により、第１流体及び第２流体の少なくとも一つを微細化して互いに混合することができる。
【発明の効果】
【００４８】
本発明によれば、ポンプで圧送された第１流体に、第１供給管の吸引混合部によってケーシング内の第２流体を混合し、この第１流体と第２流体との混合流体を噴射部でケーシング内に噴射することにより、構成が簡単で運転制御が簡易な微細化装置によって、第１流体及び第２流体の少なくとも１つを微細化して混合することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００５０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態としての複相流体の微細化混合装置を示す模式図である。この微細化混合装置１は、単槽式の微細化混合装置であり、第１流体としての余剰汚泥と、第２流体としてのオゾンとを微細化して混合し、余剰汚泥の分解を行うものである。
【００５１】
この微細化混合装置１は、ケーシング２と、余剰汚泥を圧送するポンプ３と、このポンプ３で圧送された余剰汚泥をケーシング２内に供給する第１供給管４と、オゾンをケーシング２内に供給する第２供給管５と、上記第１供給管４に介設された吸引混合部としてのエゼクタ６と、このエゼクタ６に接続されて先端がケーシング２内に開口した吸入管７と、第１供給管４の先端に設けられて余剰汚泥及びオゾンの混合流体をケーシング２内に噴射する噴射部としての噴射ノズル８と、余剰汚泥及びオゾンの混合流体をケーシング２外に排出する排出管９とで大略構成されている。
【００５２】
ケーシング２は密閉されたタンクで形成されており、エゼクタ６と吸入管７と噴射ノズル８を収容している。吸入管７は、ケーシング２内のオゾンを吸入する開口が先端に形成されており、この開口が、ケーシング２の天井面に設けられた凹部内に配置されている。噴射ノズル８は、汚泥とオゾンの混合流体をキャビテーションを伴って噴射して、汚泥に含まれる粒子とオゾンの気泡を微細化するものである。噴射ノズル８は、噴射開口が、ケーシング２の天井面に設けられた凸部に対向して配置されている。ケーシング２の底面には、ケーシング２内に残留した混合流体を汚泥槽１８に戻す戻し管１６が接続されている。戻し管１６には、開閉弁１７が介設されている。
【００５３】
ポンプ３は、汚泥槽１８に保持された汚泥を吸い上げてケーシング２側に圧送するものであり、一般的なスラッジポンプで形成されている。ポンプ３としては、例えばスクリューポンプを用いることができるが、固体が混入した液体を圧送可能なものであれば形式は限定されない。他のポンプの例としては、タービンポンプ、ピストンポンプ、セラミック(接液部)ポンプを挙げることができる。このポンプ３の吐出側に連なる第１供給管４には、電解槽１１が介設されている。この電解槽１１は、イオン交換膜１３を備え、次亜塩素酸を生成して有機物の分解を行うものである。なお、電解槽１１は、例えば鉄電解法によりリンや窒素等を吸着、凝集するもののように、他の種類の電解槽であってもよい。汚泥は、電解槽１１においてイオン交換膜１３で隔てられた一方の電極側で処理した後、ケーシング２に送るようにしている。
【００５４】
第１供給管４の電解槽１１よりも下流側には、エゼクタ６への汚泥の供給を制御する開閉弁４１が介設されている。
【００５５】
第２供給管５は、無声放電によりオゾンを生成するオゾン生成装置１４に接続され、オゾン生成装置１４からのオゾンをケーシング２内に供給する。第２供給管５には、ケーシング２内へのオゾンの供給を制御する開閉弁５１が介設されている。
【００５６】
エゼクタ６は、汚泥の流れに伴う吸引力により、ケーシング２内のオゾンを吸入管７を介して吸入するものであり、汚泥の粒子を詰まりが生じることなく流下させる仕様のものが用いられている。
【００５７】
排出管９は、先端に、ケーシング２内に保持された汚泥とオゾンの混合流体を吸入して排出するための開口が設けられており、この開口が、ケーシング２の底面に設けられた凹部内に配置されている。
【００５８】
汚泥槽１８は、活性汚泥法により生成された汚泥を保持するものであり、微生物による分解に伴って増殖した微生物や有機物がコロイド状に存在している。汚泥槽１８内の汚泥は、ポンプ３によって電解槽１１を経由してケーシング２に導かれる一方、オゾンとの混合処理の後にケーシング２内に残留した混合流体が戻し管１６で戻されて、循環処理が可能になっている。汚泥槽１８の内側には循環槽１９が配置されており、電解槽１１のイオン交換膜１３で分離収集された他方の電極側の処理水を、循環槽１９に保持して循環するようにしている。循環槽１９内には、処理水を電解槽１１に供給するポンプ１２が設けられている。
【００５９】
上記構成の微細化混合装置１は、以下のように動作する。まず、図２（ａ）に示すように、第２供給管５の開閉弁５１を開き、オゾン生成装置１４で生成されたオゾンをケーシング２内に供給して充填する。このとき、ケーシング２に連通する戻し管１６の開閉弁１７は閉鎖する。また、排出管９に介設された図示しない開閉弁を閉鎖する。
【００６０】
この後、図２（ｂ）に示すように、開閉弁５１を閉じてオゾンの供給を停止する一方、ポンプ３を起動して汚泥の圧送を開始する。ポンプ３の動作に伴い、汚泥が電解槽１１を経由してエゼクタ６に導かれる。エゼクタ６では、汚泥の流れに伴って負圧が生成され、この負圧により、ケーシング２内に充填されたオゾンが吸入管７の開口から吸引されて汚泥と混合される。エゼクタ６で混合された汚泥及びオゾンは、噴射ノズル８から噴射されてケーシング２内に散布される。この噴射ノズル８による噴射作用により、汚泥とオゾンが微細化される。オゾンは、微細化により径が数十ミクロン程度の微細気泡（マイクロバブル）になる。汚泥は、微細化により粒子の表面積が増大し、これにより、オゾンによる酸化が促進されて、高効率に分解される。
【００６１】
噴射ノズル８によって噴射される汚泥とオゾンの混合流体は、ケーシング２の天井面の凸部に吹き付けられることにより、ケーシング２内の比較的広範囲に散布される。また、混合流体がケーシング２の内側面に吹き付けられることにより、汚泥の成分やオゾンの泡が内側面に付着しても、付着物が速やかに洗い流されるので、付着物が残留して固着する不都合を防止できる。また、オゾンを吸入する吸入管７の開口は、ケーシング２内の凹部内に配置されているので、噴射ノズル８から噴射された混合流体が吸入管７に吸入されることが防止される。このように、ケーシング２の吸入管７の開口が配置される凹部は、遮蔽部として機能する。なお、凹部を形成しないで、遮蔽部としての板部材を、噴射ノズル８と吸入管７の開口との間に位置するように天井面に配置することにより、吸入管７への混合流体の混入を防止してもよい。
【００６２】
噴射ノズル８から噴射された混合流体がケーシング２内に溜まるにつれてケーシング２内の圧力が上昇し、これにより、排出管９を経由して混合流体がケーシング２から排出される。
【００６３】
ケーシング２内への混合流体の噴射を継続し、ケーシング２内が満水位に達すると、図３（ａ）に示すようにポンプ３による汚泥の圧送を停止し、第１供給管４の開閉弁４１を閉じる。
【００６４】
この後、図３（ｂ）に示すように、第２供給管５の開閉弁５１を開き、オゾン生成装置１４で生成されたオゾンをケーシング２内に供給すると共に、ケーシング２に連通する戻し管１６の開閉弁１７を開く。上記オゾンの供給圧と、混合流体の水頭圧により、ケーシング２から混合流体を排出する。
【００６５】
ケーシング２内の混合流体の排出が完了すると、図２（ａ）の工程に戻る。このようにして、図２（ａ）乃至図３（ｂ）の工程を繰り返すことにより、汚泥とオゾンの混合及び微細化を行う。
【００６６】
第１実施形態の微細化混合装置１によれば、ポンプ３は、一般的なスラッジポンプを採用することができる。したがって、従来の攪拌羽根が密に配列された気液混合ポンプを備えた微細気泡の生成装置のように、特殊な構造のポンプが不要である。また、エゼクタ６は、余剰汚泥を流すのに適した仕様のものを用いればよい。したがって、本実施形態の微細化混合装置１は、一般的な構成部品を用いることにより、比較的安価に製造できる。また、この微細化混合装置１は、ポンプ３以外は駆動の制御が不要であるので、運転に伴う制御を簡単にでき、また、制御装置を簡単にできる。さらに、本実施形態の微細化混合装置１は、ポンプ３以外には、汚泥及びオゾンに接触する可動部品が実質的に無いので、故障が少なく、また、メンテナンスを容易に行うことができる。
【００６７】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態としての複相流体の微細化混合装置を示す模式図である。この微細化混合装置２０は、複槽式の微細化混合装置であり、第１流体としての余剰汚泥と第２流体としてのオゾンとを微細化混合して余剰汚泥の分解を行う点では第１実施形態と同様であるが、微細化を更に促進できる点が、第１実施形態と異なる。本実施形態において、第１実施形態と同様の構成部分には同一の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。
【００６８】
この微細化混合装置２０は、上下方向に積層されて一体に形成された複数のケーシング２１，２２，２３，２４，２５を備える。このケーシング２１，・・・，２５は、最下段のケーシング２１が第１段であり、この第１段のケーシング２１に、ポンプ３で圧送された汚泥が第１供給管４を介して供給される。また、複数のケーシング２１，・・・，２５のうちの最上段のケーシング２５が最終段であり、この最終段のケーシング２５から、汚泥とオゾンの混合流体が排出管９を介して排出される。
【００６９】
各ケーシング２１，・・・，２５には、エゼクタ６１，６２，６３，６４，６５と、このエゼクタ６１，・・・，６５に接続された吸入管７１，７２，７３，７４，７５が設けられている。第１段のエゼクタ６１は第１供給管４に介設されており、第１供給管４の先端には噴射ノズル８１が設けられている。第２乃至５段のエゼクタ６２，６３，６４，６５は、前段から混合流体が供給される混合流体供給管１０２，１０３，１０４，１０５に介設されており、各混合流体供給管１０２，１０３，１０４，１０５の先端に、噴射ノズル８２，８３，８４，８５が夫々設けられている。各混合流体供給管１０２，１０３，１０４，１０５は、前段のケーシング２１，２２，２３，２４に配置されてケーシング内の混合流体を後段側に送る接続管１１１，１１２，１１３，１１４に連なっている。第１段以外の段について、各段のケーシング２２，２３，２４，２５の底面に開口して前段の接続管１１１，１１２，１１３，１１４に接続されるバイパス管１２２，１２３，１２４，１２５が設けられている。各バイパス管１２２，１２３，１２４，１２５には、逆止弁１３２，１３３，１３４，１３５が設けられている。上記バイパス管１２２，１２３，１２４，１２５及び逆止弁１３２，１３３，１３４，１３５は、前段のケーシング２１，２２，２３，２４内に夫々配置されている。
【００７０】
本実施形態の微細化混合装置２０は、以下のように動作する。まず、全段のケーシング２１，・・・，２５が空の状態で、第２供給管５の開閉弁５１を開き、オゾン生成装置１４で生成されたオゾンを第５（最終）段のケーシング２５に供給する。このとき、戻し管１６の開閉弁１７は閉鎖する。また、排出管９に介設された図示しない開閉弁を閉鎖する。オゾン生成装置１４によるオゾンの供給を継続することにより、第５段のケーシング２５の底面に開口したバイパス管１２５にオゾンが流入し、逆止弁１３５を通過し、接続管１１４を介して第４段のケーシング２４に導かれる。さらに、第４段のケーシング２４からバイパス管１２４、逆止弁１３４及び接続管１１３を介して第３段のケーシング２３にオゾンが導かれる。さらに、バイパス管１２３，１２２、逆止弁１３３，１３２及び接続管１１２，１１１を介して、第２及び第１段のケーシング２２，２１に順次オゾンが導かれる。こうして全段のケーシング２１，・・・，２５にオゾンが満たされると、開閉弁５１を閉じてオゾンの供給を停止する一方、ポンプ３を起動して汚泥の圧送を開始する。
【００７１】
ポンプ３の動作を開始すると、汚泥が電解槽１１を経由して第１段のケーシング２１内のエゼクタ６１に導かれる。汚泥がエゼクタ６１を流れるに伴って生成される負圧により、ケーシング２１内のオゾンが吸入管７１を介して吸入されて汚泥と混合され、これにより生じた汚泥とオゾンの混合流体が、エゼクタ６１の下流側の噴射ノズル８１からケーシング２１内に噴射される。この噴射ノズル８１からの噴射に伴い、混合流体に生じるキャビテーションにより、汚泥の粒子とオゾンの気泡が微細化される。汚泥の粒子が微細化されて表面積が増大することにより、オゾンによる汚泥の酸化が促進される。第１段のケーシング２１内に蓄積される混合流体が増大するとケーシング２１内の圧力が上昇し、これにより、混合流体が接続管１１１を通って第２段の混合流体供給管１０２に流入する。
【００７２】
第２段の混合流体供給管１０２に導かれた混合流体は、この混合流体供給管１０２に介設されたエゼクタ６２を流れ、第１段と同様に、第２段のケーシング２２内のオゾンが吸入管７２を介して吸入され、混合流体に更にオゾンが混合される。更にオゾンが混合された混合流体は、エゼクタ６２の下流側の噴射ノズル８２からケーシング２２内に噴射される。この噴射ノズル８２から噴射される際、汚泥の粒子とオゾンの気泡が更に微細化される。
【００７３】
このような汚泥とオゾンの混合作用と噴射作用を、第５段のケーシング２５に至るまで繰り返す。その結果、第５段のケーシング２５において、汚泥の粒子とオゾンの気泡が大幅に微細化される。特に、オゾンは、径が２００ｎｍ以下の超微細気泡（ナノバブル）になる。本実施形態の微細化混合装置２０により高度な微細化が可能となる理由としては、下方のケーシング２１，２２，・・・内に水頭圧が作用することと、混合と噴射を複数段にわたって行うことが考えられる。こうして生成されたオゾンの超微細気泡により、汚泥お安定して酸化して分解できる。また、トリハロメタン等の有害物質の生成を抑制できる。
【００７４】
図４に示すように、第１乃至５段の全てのケーシング２１，・・・，２５内に、汚泥とオゾンの混合流体が貯留されると、最終段である第５段のケーシング２５から、超微細気泡のオゾンが混合された混合流体を、排出管９によって排出する。排出された混合流体は、矢印Ｒで示されるように汚泥槽１８内に戻されて、微細化混合装置２０により循環処理が行われる。あるいは、微細化混合装置２０による処理後の混合流体は、排出管９によって他の処理工程に導いてもよい。
【００７５】
この後、図５に示すように、第２供給管５の開閉弁５１を開き、オゾン生成装置１４で生成されたオゾンを最終段である第５段のケーシング２５内に供給すると共に、第１段のケーシング２１に連通する戻し管１６の開閉弁１７を開く。上記オゾンの供給圧と、混合流体の水頭圧により、第５段のケーシング２５からバイパス管１２５，１２４，１２３，１２２、逆止弁１３５，１３４，１３３，１３２及び接続管１１４，１１３，１１２，１１１を介して、第４、第３、第２及び第１段のケーシング２４，２３，２２，２１に順次混合流体を排出する。第１段のケーシング２１から、戻し管１６を介して混合流体を汚泥槽１８に戻す。全段のケーシング２１，・・・，２５内から混合流体を排出し、各ケーシング２１，・・・，２５内にオゾンが満たされると、開閉弁１７，５１を閉じて再度ポンプ３による汚泥の圧送を開始する。こうして、図４に示す工程と図５に示す工程との間を繰り返して、オゾンの超微細気泡による汚泥の分解処理を行う。
【００７６】
第２実施形態によれば、一般的なスラッジポンプ等で形成されるポンプ３を用いると共に、複数段のケーシング２１，・・・，２５に一般的なエゼクタ６１，・・・，６５と噴射ノズル８１，・・・，８５を夫々配置して微細化混合装置２０を構成することにより、特殊な構造のポンプ等を用いることなく、比較的簡単な構造で、オゾンの超微細気泡を生成して汚泥の高度な分解処理を行うことができる。
【００７７】
本実施形態において、第１段から第５段のケーシング２１，・・・，２５を設置したが、ケーシングの段数は５段に限られず、２以上の所望の段数を設置することができる。また、最終段の第５段のケーシング２５にオゾンを供給したが、各段のケーシング２１，・・・，２５にオゾンを個別に供給してもよい。また、第１段のケーシング２１から混合流体を排出したが、各段のケーシング２１，・・・，２５から混合流体を個別に排出してもよい。また、各段のエゼクタ６１，・・・，６５及び噴射ノズル８１，・・・，８５は、夫々同一の内径を有するものを用いたが、後段のエゼクタ及び噴射ノズルほど小さい内径のエゼクタを用いてもよい。これにより、汚泥の粒子の詰まりを効果的に防止でき、また、オゾンの超微細化を更に効率よく促進することができる。また、複数のケーシング２１，・・・，２５は、一直線上に配置しなくてもよく、また、一体に形成しなくてもよい。要は、後段のケーシングほど高い位置に配置して、下段のケーシング内に高い水頭圧が得られればよい。
【００７８】
（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態としての複相流体の微細化混合装置を示す模式図である。この微細化混合装置３０は、複槽複列式の微細化混合装置であり、上下方向に配置された複数段のケーシングからなるケーシング列３１，３２を２つ備えている。この微細化混合装置もまた、余剰汚泥とオゾンとを微細化混合して余剰汚泥の分解を行うものである。本実施形態において、第１及び第２実施形態と同様の構成部品には同一の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。
【００７９】
この微細化混合装置３０は、第１ケーシング列３１と第２ケーシング列３２とを備え、各ケーシング列３１，３２は、いずれも、下から順に第１乃至５段のケーシング２１，２２，２３，２４，２５が積層されて一体に形成されている。各ケーシング列３１，３２の第１乃至５段のケーシング２１，２２，２３，２４，２５に関する構成は、第２実施形態と略同一である。第１ケーシング列３１の最終段である第５段のケーシング２５の排出管９は、第２ケーシング列３２の第１段のケーシング２１の第１供給管３０４に連なっている。第１供給管３０４には開閉弁３４１が介設されている。この第２ケーシング列３２の第１供給管３０４には、第１ケーシング列３１で微細化混合された混合流体が供給される。第２ケーシング列３２の第１段ケーシング２１の底面には、戻し管３１６が連通しており、この第２ケーシング列３２の戻し管３１６は、開閉弁３１７を介して第１ケーシング列３１の戻し管１６に接続されている。また、第２ケーシング列３２の第５段ケーシング２５は第２供給管３０５に接続されており、この第２供給管３０５は、第１ケーシング列３１の第２供給管５に接続され、オゾン生成装置１４からのオゾンが供給されるようになっている。第２ケーシング列３２の第２供給管３０５には、開閉弁３５１が介設されている。
【００８０】
本実施形態の微細化混合装置は、ポンプ３で圧送された汚泥に対して、第１ケーシング列３１の５つのエゼクタ６１，６２，６３，６４，６５及び噴射ノズル８１，８２，８３，８４，８５によってオゾンとの微細化混合を行い、更に、第２ケーシング列３２の５つのエゼクタ６１，６２，６３，６４，６５及び噴射ノズル８１，８２，８３，８４，８５によって混合流体の微細化混合を行う。したがって、汚泥とオゾンの微細化を極めて高度に行うことができ、汚泥の分解を高度に促進することができる。なお、エゼクタ６１，６２，６３，６４，６５と噴射ノズル８１，８２，８３，８４，８５は、ケーシング列３１，３２毎に異なる仕様のものを用いてもよい。
【００８１】
また、各ケーシング列３１，３２に２つの第２供給管５，３０５でオゾンを供給することにより、迅速にオゾンの供給を行うことができる。また、各ケーシング列３１，３２から戻し管１６，３１６で混合流体を排出することにより、迅速に混合流体の排出を行うことができる。
【００８２】
なお、本実施形態において、ケーシング列は２列に限られず、３列以上設けてもよい。
【００８３】
（第４実施形態）
図７は、本発明の第４実施形態としての複相流体の微細化混合装置を示す模式図である。この微細化混合装置４０は、連続運転式の微細化混合装置であり、第３実施形態の複槽複列式の微細化混合装置３０と同様の微細化混合装置ユニット４５，４６を、並列に２つ接続して形成されている。本実施形態において、第１乃至第３実施形態と同様の構成部品には同一の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。
【００８４】
この連続運転式の微細化混合装置４０が備える微細化混合装置ユニット４５，４６は、同一のオゾン供給装置１４からオゾンを供給される。各ユニット４５，４６の第２ケーシング列３２の最終段２５から排出された混合流体は、矢印Ｍで示すように、各ユニット４５，４６の排出管９が合流されてなる合流排出管４７を介して、各ユニット４５，４６の汚泥槽１８に分配して供給されるようになっている。
【００８５】
各ユニット４５，４６は、第３実施形態と同様に、各ケーシング２１，・・・，２５へのオゾンの供給工程と、エゼクタ６１，・・・，６５及び噴射ノズル８１，・・・，８５による混合流体の生成工程と、各ケーシング２１，・・・，２５からの混合流体の排出工程とを繰り返して運転する。これらの工程の進行を、各ユニット４５，４６の間で互いにずらして運転することにより、短い時間間隔で混合流体を生成することができる。したがって、本実施形態の連続運転式の微細化混合装置は、安定して汚泥の分解処理を行うことができる。
【００８６】
（第５実施形態）
図８は、本発明の第５実施形態としての複相流体の微細化混合装置を示す模式図である。この微細化混合装置５０は、上下方向にケーシングを積層した複槽式の微細化混合装置であり、最上段のケーシングが第１段であり下方のケーシングが後段である点が、第２実施形態と異なる。本実施形態において、第１及び第２実施形態と同様の構成部品には同一の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。
【００８７】
この微細化混合装置は、上下方向に積層されて一体に形成された複数のケーシング５２１，５２２，５２３，５２４，５２５を備える。このケーシング５２１，・・・，５２５は、最上段のケーシング５２１が第１段であり、最下段のケーシング５２５が第５段（最終段）である。
【００８８】
第１段のケーシング５２１に、ポンプ３で圧送された汚泥が第１供給管４を介して直接供給されるようになっている。一方、全段のケーシング５２１，・・・，５２５に、オゾン生成装置１４に連なる第２供給管５５０の分岐管５５１，５５２，５５３，５５４，５５５が夫々接続されている。各第２供給管５５１，・・・，５５５には、逆止弁が夫々介設されている。第５段のケーシング５２５に、混合流体を排出する排出管９が設けられている。
【００８９】
各ケーシング５２１，・・・，５２５には、エゼクタ６１，６２，６３，６４，６５と、このエゼクタ６１，・・・，６５に接続された吸入管７１，７２，７３，７４，７５が設けられている。第１段のエゼクタ６１は第１供給管４に介設されており、第１供給管４の先端に噴射ノズル８１が設けられている。第１段のエゼクタ６１と、吸入管７１の大部分は、ケーシング５２１の外側に配置されている。第１供給管４の先端部分と噴射ノズル８１は、第１段ケーシング５２１内の天井面の近傍に配置されている。
【００９０】
第２乃至５段のエゼクタ６２，６３，６４，６５は、前段のケーシング５２１，・・・，５２４内に配置されており、この前段のケーシング５２１，・・・，５２４から混合流体を次段に供給する接続管１１１，１１２，１１３，１１４に介設されている。接続管１１１，１１２，１１３，１１４の先端部分は、次段のケーシング５２２，・・・，５２５内の天井面近傍に配置されており、各接続管１１１，１１２，１１３，１１４の先端部分に、噴射ノズル８２，８３，８４，８５が夫々設けられている。
【００９１】
各ケーシング５２１，・・・，５２５内の天井面近傍に配置された噴射ノズル８１，・・・，８５は、噴射口を下方に向けると共に、この噴射口に対向して部分球面状の散布板５８１，５８２，５８３，５８４，５８５が設けられている。この散布板５８１，・・・，５８５で、噴射口から噴射された混合流体をケーシング５２１，・・・，５２５内に広範囲に散布するようになっている。
【００９２】
汚泥槽１８には、第１供給管４に汚泥を圧送するポンプ３のほかに、第３供給管５３０に汚泥を圧送する始動ポンプ５０４が設けられている。始動ポンプ５０４で汚泥が圧送される第３供給管５３０は、分岐管５３１，５３２，５３３，５３４，５３５を介して各ケーシング５２１，５２２，５２３，５２４，５２５に接続されている。混合工程を始動する際に、始動ポンプ５０４から、第３供給管５３０と分岐管５３１，・・・，５３５を介して全ケーシング５２１，・・・，５２５に所定量の汚泥を予め供給するようにしている。第３供給管５３０には、汚泥の存在を検出する液検知器５４１と、第３供給管５３０及び分岐管５３１，・・・，５３５内の汚泥をケーシング５２１，５２２，５２３，５２４，５２５に送るための圧力空気を生成する圧力空気生成装置５４２とが接続されている。
【００９３】
本実施形態の微細化混合装置５０は、以下のように動作する。まず、図８に示すように、全段のケーシング５２１，・・・，５２５内にオゾンが充填された状態で、始動ポンプ５０４を駆動して、第３供給管５３０と分岐管５３１，・・・，５３５内を汚泥で満たす。液検知器５４１により、第３供給管５３０及び分岐管５３１，・・・，５３５内に汚泥が満たされたことが検知されると、圧力空気生成装置５４２を駆動する。これにより、管内の汚泥を全ケーシング５２１，・・・，５２５に押し出し、図９に示すように、各ケーシング５２１，・・・，５２５に所定量の汚泥を供給する。この後、ポンプ３を起動して汚泥の圧送を開始する。
【００９４】
ポンプ３の動作を開始すると、図１０に示すように、汚泥が第１段のエゼクタ６１に導かれ、第１段ケーシング５２１内のオゾンが吸入管７１を介して吸入されて汚泥と混合され、これにより生じた汚泥とオゾンの混合流体が、噴射ノズル８１から第１段ケーシング５２１内に噴射される。第１段ケーシング５２１内の混合流体は、接続管１１１を通って第２段のエゼクタ６２に流入し、第２段のケーシング５２２内のオゾンが吸入管７２を介して吸入され、混合流体に更にオゾンが混合される。オゾンが更に混合された混合流体は、噴射ノズル８２から第２段ケーシング５２２内に噴射される。
【００９５】
このような汚泥とオゾンの混合作用と噴射作用を、最下段の第５段のケーシング５２５に至るまで繰り返し、第５段のケーシング５２５内の混合流体は、排出管９を通って混合液槽５０５に導かれる。
【００９６】
全段の５２１，・・・，５２５が混合流体で満たされると、ポンプ３の動作を停止し、分岐管５３１，５３２，５３３，５３４，５３５と第３供給管５３０を介して汚泥槽１８内に混合流体を排出する。ここで、オゾン生成装置１４からのオゾンを、第２供給管５５０及び枝管５５１，５５２，５５３，５５４，５５５を介して全段のケーシング５２１，・・・，５２５に供給することにより、混合流体を押し出してケーシング５２１，・・・，５２５内をオゾンに置き換える。図１１には、ケーシング５２１，・・・，５２５内の混合流体の排出が完了した様子を示している。
【００９７】
以上の図８乃至１１に示した工程を繰り返して混合流体を順次生成し、オゾンによる汚泥の分解を行う。
【００９８】
本実施形態の微細化混合装置５０によれば、第１段のケーシングが最上位置にあり、後段のケーシングが下方に位置するので、後段側に混合流体を流すために水頭差を利用できるから、汚泥を圧送するポンプ３を小型にできる。
【００９９】
なお、本実施形態において、ケーシングの段数は５段に限られない。また、本実施形態の微細化混合装置５０を複数列接続して、第３実施形態のような複列式の微細化混合装置を形成してもよい。また、第４実施形態のように、連続運転式の微細化混合装置を形成してもよい。
【０１００】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、エゼクタ６，６１，・・・６５は必ずしもケーシング２，２１，・・・，２５内に配置しなくてもよい。また、吸入管７，７１，・・・，７５は一部がケーシング２，２１，・・・，２５外に配置されていてもよい。また、電解槽１１を削除して、汚泥槽１８内の汚泥を直接エゼクタ６，６１に圧送してもよい。
【０１０１】
また、エゼクタ６，６１，・・・６５は、一般的なエゼクタに限られず、汚泥の噴流によって生成される負圧でオゾンを吸引して混合するものであれば、種々の形態をとりうる。要は、可動部が無く、第１流体の流れによって第２流体を吸引して第１流体と混合するものであれば、吸引混合部の形態は限定されない。
【０１０２】
また、上記各実施形態では、酸化剤としてのオゾンによって余剰汚泥を酸化し、分解する処理について説明したが、酸化剤としては、空気、酸素、オゾン、塩素、臭素及びヨウ素を用いることができる。また、還元剤によって余剰汚泥を還元し、分解してもよい。還元剤としては、水素、ヨウ化水素、硫化水素、アンモニア及び一酸化炭素等を用いることができる。いずれの場合においても、酸化剤や還元剤を含み常温常圧で気体である物質を用いるのが好ましい。
【０１０３】
また、上記各実施形態では、活性汚泥法による余剰汚泥をオゾンで処理する場合について説明したが、本発明の複相流体の微細化混合装置は、余剰汚泥の処理の用途に限定されない。例えば、ＰＣＢ（ポリ塩化ビフェニル）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、フロン等の有害廃棄物の処理や、食品工業等における有機廃棄物の処理に、広く用いることができる。また、廃棄物の処理に限られず、製造工程に用いる処理水の製造や、液体製品の製造の用途にも供することができる。これらの用途の例としては、河川、湖沼、地下水及び土壌の浄化がある。また、化学、鉄鋼、皮革、印刷、窯業、金属加工、染色、メッキ等の各工業分野における製品処理や排水処理等がある。また、冷却、温調、ボイラー等における熱媒の処理や、水洗トイレ、下水、し尿処置、散水などに用いられる雑用水の処理に用いることもできる。また、農業用調整池の維持管理、水田における有機性汚濁発生、水耕栽培、畜産用水等に用いられる農業用水の処理や、養殖、飼料製造水等のための水産用水の処理に用いることもできる。また、殺菌水、オゾン水、調味料用水、各酒造用水、危害物質除去水等の機能水の製造や、食材洗浄、容器機器洗浄水等の水製品の製造に用いることも可能である。
【０１０４】
また、第１流体は、余剰汚泥のような個液混合体に限られず、気液混合体、液体及び気体のいずれであってもよい。また、第２流体は、オゾンのような気体に限られず、個液混合体、気液混合体及び液体のいずれであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】第１実施形態の複相流体の微細化混合装置を示す模式図である。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、第１実施形態の微細化混合装置の動作の様子を示す模式図である。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は、第１実施形態の微細化混合装置の動作の様子を示す模式図である。
【図４】第２実施形態の複槽式の微細化混合装置を示す模式図である。
【図５】第２実施形態の微細化混合装置の動作の様子を示す模式図である。
【図６】第３実施形態の複槽複列式の微細化混合装置を示す模式図である。
【図７】第４実施形態の連続運転式の微細化混合装置を示す模式図である。
【図８】第５実施形態の複槽式の微細化混合装置を示す模式図である。
【図９】第５実施形態の微細化混合装置の動作の様子を示す模式図である。
【図１０】第５実施形態の微細化混合装置の動作の様子を示す模式図である。
【図１１】第５実施形態の微細化混合装置の動作の様子を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１，２０，３０，４０，５０ 微細化混合装置
２，２１，２２，２３，２４，２５，５２１，５２２，５２３，５２４，５２５ ケーシング
３ ポンプ
４，３０４ 第１供給管
５，３０５ 第２供給管
６，６１，６２，６３，６４，６５ エゼクタ
７，７１，７２，７３，７４，７５ 吸入管
８，８１，８２，８３，８４，８５ 噴射ノズル
９ 排出管
１４ オゾン生成装置
１８ 汚泥槽
１６ 戻し管
１１１，１１２，１１３，１１４ 接続管
１２２，１２３，１２４，１２５ バイパス管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば液体と気体とを混合し、液体中に微細気泡が分散する気液混合体を生成可能な複相流体の微細化混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば活性汚泥法で生じた余剰汚泥に対して、オゾンを数十ミクロン程度に微細化してなる微細気泡を混合し、オゾンの酸化作用と微細気泡の破壊作用によって余剰汚泥の分解を行う技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。オゾンの微細気泡の生成装置としては、気液せん断方式やベンチュリ管方式によるものが提案されている。
【０００３】
他の微細気泡の生成装置としては、気液混合ポンプと、抵抗器とを備えたものが提案されている（特許文献２参照）。気液混合ポンプは、ケーシングの内周に径方向に狭い環状の流体通路を形成し、この流体通路に突出する多数の撹拌羽根を有する羽根車をモータで駆動するように構成されている。この気液混合ポンプで液体と気体を吸入し、多数の攪拌羽根によって液体と気体を攪拌混合した後、吐出側に接続した抵抗器によって気泡の微細化を行っている。抵抗器には複数の障壁板とオリフィスが設けられており、泡が障壁板への衝突とオリフィスの通過を繰り返すことにより、寸法が均一の微細気泡を生成するようにしている。
【０００４】
他の微細気泡を生成する装置としては、気液混合体の加圧ポンプと、多孔板ユニットとを備えたものが提案されている（特許文献３参照）。多孔板ユニットは、管状のケーシングと、ケーシング内に横断配置されて多数の貫通孔が形成された円形の多孔板と、この多孔板に隣接配置された半月形の流路制御板と、この流路制御板を回転駆動するモータとを備える。気液混合体を加圧ポンプで加圧して多孔板の貫通孔に流し、この貫通孔のオリフィスによって微細気泡を生成している。加圧ポンプの容量と、多孔板に対する流路制御板の回転位置とを制御することによって、気液混合体の流量と気液混合体が通過する貫通孔の数を制御して、微細気泡の生成量を制御するようにしている。
【特許文献１】２００６−３３４５２９号公報
【特許文献２】２００３−１１７３６５号公報
【特許文献３】２００７−０２１３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１には、微細気泡を生成する装置の具体的構成は記載されていない。
【０００６】
また、特許文献２の微細気泡の生成装置は、気液混合ポンプの流体を攪拌混合する攪拌羽根が密に配列されているので、余剰汚泥のような固体を含んだ液体を処理しようとすると、攪拌羽根の間に詰まりが生じる虞がある。したがって、余剰汚泥のような固体を含んだ液体に対しては、微細気泡の生成混合を行うことが困難である。
【０００７】
また、特許文献３の微細気泡の生成装置は、加圧ポンプと多孔板ユニットの駆動制御を行う機構が夫々必要であり、構造及び制御が複雑化してコストアップを招く不都合がある。また、所定粒径の微細気泡を生成するには、加圧ポンプの容量と流路制御板の回転位置とを調整する必要があるので、運転に要する制御が難しいという問題がある。また、多孔板ユニットの多孔板は、汚泥のような固体を含む液体を流そうとすると、詰まりが生じる虞がある。また、多孔板ユニットの流路制御板は、可動部品が流体に接しているので故障し易く、また、メンテナンスに手間がかかるという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、液体のみでなく、固体を含んだ液体に対しても気体を微細化して混合でき、さらに、液体に含まれる固体の微細化をも可能な複相流体の微細化混合装置を提供することにある。また、構造が簡単で安価に製造できる複相流体の微細化混合装置を提供することにある。また、運転に伴う制御が簡易であり、所定の微細化流体を容易に生成できる複相流体の微細化混合装置を提供することにある。また、流体に接する可動部品が実質的に無くて故障が少なく、メンテナンスが容易な複相流体の微細化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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の複相流体の微細化混合装置は、
ケーシングと、
第１流体を圧送するポンプと、
上記ポンプで圧送された第１流体を上記ケーシング内に供給する第１供給管と、
第２流体を上記ケーシング内に供給する第２供給管と、
上記第１供給管に介設され、第１流体の流れに伴って第２流体を吸引及び混合する吸引混合部と、
一端が上記ケーシング内に開口すると共に他端が上記吸引混合部に接続され、上記ケーシング内の第２流体を吸入して吸引混合部に導く吸入管と、
上記第１供給管の先端に設けられ、上記吸引混合部で混合された第１流体と第２流体との混合流体を上記ケーシング内に噴射する噴射部と、
上記第１流体と第２流体との混合流体をケーシング外に排出する排出管と
を備えることを特徴としている。
【００１０】
上記構成によれば、ポンプで圧送された第１流体が第１供給管でケーシングに供給され、また、第２流体が第２供給管でケーシング内に供給される。第１流体がケーシングに供給される際、第１供給管に介設された吸引混合部で、ケーシング内から吸入管で導かれた第２流体が第１流体に混合される。吸引混合部で混合された第１流体及び第２流体は、噴射部からケーシング内に噴射される。第１流体と第２流体は、吸引混合部における混合作用と、噴射部による噴射作用により、効果的に微細化されて混合される。なお、微細化は、少なくとも第１流体及び第２流体のうちのいずれか一方に対して行うことができればよい。ケーシング内に噴射された混合流体は、排出管を介してケーシング外に排出される。
【００１１】
ここで、上記ポンプは、第１流体としての例えば液体、個液混合体、気液混合体又は気体を圧送することができればよく、いずれの場合も、各流体に対応する一般的なポンプを用いることができる。したがって、従来の攪拌羽根が密に配列された気液混合ポンプを備えた微細気泡の生成装置のように、処理対象が気体及び液体に限られることが無い。すなわち、本発明によれば、第１流体が例えば余剰汚泥であり、第２流体が例えばオゾンである場合、ポンプに一般的なスラッジポンプを用いればよい。また、吸引混合部は、例えば、一般的なエゼクタを用いればよい。このエゼクタは、余剰汚泥を流すのに適した仕様のものを用いればよい。この場合、エゼクタで余剰汚泥にオゾンを混合し、噴射部からオゾン及び余剰汚泥を噴射することにより、微細化されたオゾンと余剰汚泥との混合流体が得られる。このように、第１流体及び第２流体の種類に対応したポンプや吸引混合部を用いることにより、種々の流体に対して微細化を行うことができる。
【００１２】
また、この複相流体の微細化混合装置は、ポンプ以外は駆動の制御が実質的に不要であるので、運転に伴う制御を簡単にでき、また、制御装置を簡単にできる。したがって、微細化混合装置の製造コストの削減を図ることができる。
【００１３】
また、この複相流体の微細化混合装置は、ポンプ以外には、第１流体及び第２流体に接触する可動部品が実質的に無いので、故障が少なく、また、メンテナンスを容易に行うことができる。
【００１４】
上述のように、第１流体及び第２流体は、液体、個液混合体、気液混合体及び気体からなる群から夫々選択して得られるあらゆる組み合わせを設定することができる。いずれの場合についても、第１流体及び第２流体のうちの少なくとも１つの微細化を行いながら、第１流体と第２流体との混合を行うことができる。
【００１５】
本発明の複相流体の微細化混合装置によれば、例えば、第２流体が気体である場合、数十ミクロン以下の微細気泡が得られる。微細気泡は、単位体積あたりの表面積が大きいこと等により、物理、化学及び生理学的な作用を有し、各種産業分野における利用が可能である。
【００１６】
この複相流体の微細化混合装置は、例えば有害廃液の処理、スラリー状の有機廃棄物の処理、物質の反応促進等に広く用いることができる。
【００１７】
本発明の他の側面による複相流体の微細化混合装置は、
複数段のケーシングと、
第１流体を圧送するポンプと、
上記ポンプで圧送された第１流体を、第１段の上記ケーシング内に供給する第１供給管と、
第２流体を、少なくとも最終段の上記ケーシング内に供給する第２供給管と、
第１段以外の段のケーシングに設けられ、前段のケーシングから、第１流体と第２流体との混合流体が供給される混合流体供給管と、
上記第１供給管及び混合流体供給管に介設され、第１流体の流れに伴って第２流体を吸引及び混合する吸引混合部と、
一端が各段のケーシング内に開口すると共に、他端が上記ケーシングの吸引混合部に接続され、上記各ケーシング内の第２流体を吸入して吸引混合部に導く吸入管と、
上記第１供給管及び混合流体供給管の先端に設けられ、上記吸引混合部で混合された第１及び第２流体を、各段のケーシング内に噴射する噴射部と、
最終段以外の段に設けられ、後段の混合流体供給管に連なると共に、上記各段のケーシング内の第１及び第２流体の混合流体を後段側に送る接続管と、
最終段のケーシングに設けられ、この最終段のケーシング内の第１及び第２流体の混合流体を排出する排出管と
を備えることを特徴としている。
【００１８】
上記構成によれば、ポンプで圧送された第１流体が第１供給管で第１段のケーシングに供給され、また、第２流体が第２供給管で少なくとも最終段のケーシング内に供給される。この第２流体は、例えば、逆止弁を介して排出管に接続されたバイパス管を介して順次各段のケーシング内に供給される。第２流体は、各段のケーシングに個別に直接供給してもよい。まず、第１段のケーシングにおいて、第１流体が供給される際、第１供給管に介設された吸引混合部で、ケーシング内から吸入管で導かれた第２流体が第１流体に混合される。吸引混合部で混合された第１流体及び第２流体は、噴射部からケーシング内に噴射される。第１流体と第２流体は、吸引混合部における混合作用と、噴射部による噴射作用により、効果的に微細化されて混合される。なお、微細化は、少なくとも第１流体及び第２流体のうちのいずれか一方に対して行うことができればよい。第１段のケーシング内に噴射された混合流体は、排出管を介して後段（例えば次の段）のケーシングに排出される。後段のケーシングでは、排出管に接続された混合流体供給管に混合流体が導かれ、吸引混合部で混合流体に更に第２流体が混合されて、噴射部からケーシング内に噴射される。このような混合作用と噴射作用とが行われた混合流体は、排出管から排出される。
【００１９】
このように、第１段で生成された混合流体は、後段に導かれる毎に、吸引混合部による第２流体の混合作用と噴射部による噴射作用とを受けるので、第１流体及び第２流体のうちの少なくとも一方を効果的に微細化でき、また、効率的に第１流体と第２流体とを混合できる。例えば、第２流体が気体である場合、複数段の混合作用と噴射作用を受けるこにより、最終段において１ミクロン以下の超微細気泡が得られる。また、吸引混合部や噴射部の内径を後段ほど小さく形成することにより、第１流体が例えば余剰汚泥のような固体を含む液体である場合でも、流路に詰まりを生じることなく、固体の微細化を行うことができる。
【００２０】
本実施形態の複相流体の微細化混合装置によって得られた超微細粒子又は超微細気泡は、単位体積あたりの表面積が大きいことや、液体中における浮上速度が極めて遅いこと、また、消滅し難いこと等により、物理、化学及び生理学的な作用を有し、各種産業分野における利用が可能である。また、本実施形態の微細化混合装置は、第１流体が例えばコロイド物質である場合、コロイドを構成する粒子を微細化し、チンダル現象が生じない程度の粒子径にすることができる。
【００２１】
また、上記ポンプは、第１流体としての例えば液体、個液混合体、気液混合体又は気体を圧送することができればよく、いずれの場合も、各流体に対応する一般的なポンプを用いることができる。したがって、従来の攪拌羽根が密に配列された気液混合ポンプを備えた微細気泡の生成装置のように、処理対象が気体及び液体に限られることが無い。すなわち、本発明によれば、第１流体が例えば余剰汚泥であり、第２流体が例えばオゾンである場合、ポンプに一般的なスラッジポンプを用いればよい。また、吸引混合部は、例えば、一般的なエゼクタを用いればよい。このエゼクタは、余剰汚泥を流すのに適した仕様のものを用いればよい。この場合、エゼクタで余剰汚泥にオゾンを混合し、噴射部からオゾン及び余剰汚泥を噴射することにより、微細化されたオゾンと余剰汚泥との混合流体が得られる。このように、第１流体及び第２流体の種類に対応したポンプや吸引混合部を用いることにより、種々の流体に対して微細化を行うことができる。
【００２２】
また、この複相流体の微細化混合装置は、ポンプ以外は駆動の制御が不要であるので、運転に伴う制御を簡単にできる。また、ポンプ以外には、駆動制御を行う機構が実質的に不要であるので、構造を簡単にできて、コストダウンを図ることができる。
【００２３】
また、この複相流体の微細化混合装置は、ポンプ以外には、第１流体及び第２流体に接触する可動部品が実質的に無いので、故障が少なく、また、メンテナンスを容易に行うことができる。
【００２４】
上述のように、第１流体及び第２流体は、液体、個液混合体、気液混合体及び気体からなる群から夫々選択されて得られるあらゆる組み合わせを設定することができる。いずれの場合についても、第１流体及び第２流体のうちの少なくとも１つの微細化を行いながら、第１流体と第２流体との混合を行うことができる。
【００２５】
この複相流体の微細化混合装置は、例えば有害廃液の処理、有機廃棄物の処理、物質の反応促進等に広く用いることができる。この微細化混合装置の用途の具体例としては、上下水処理、製麺プロセス水の製造、アルカリ産業用プロセス水の製造、有機性廃液の処理、家畜血液の処理等を挙げることができる。
【００２６】
一実施形態の複相流体の微細化混合装置は、上記複数段のケーシングは上下方向に配置されており、最下段のケーシングが第１段であり、最上段のケーシングが最終段である。
【００２７】
上記実施形態によれば、最下段のケーシングに第１流体を供給して混合流体を生成し、この混合流体を上方の後段のケーシングに送って第２流体との混合と噴射を繰り返す。最終段である最上段のケーシングから、混合流体を排出管で排出する。初期段階の混合流体に高い水頭圧が作用するので、流体の微細化を効率良く促進することができる。
【００２８】
一実施形態の複相流体の微細化混合装置は、上記複数段のケーシングは上下方向に配置されており、最上段のケーシングが第１段であり、最下段のケーシングが最終段である。
【００２９】
上記実施形態によれば、最上段のケーシングに第１流体を供給して混合流体を生成し、この混合流体を下方の後段のケーシングに送って第２流体との混合と噴射を繰り返す。最終段である最下段のケーシングから、混合流体を排出管で排出する。混合流体を下方に流して処理を行うので、重力を利用して混合流体を流下させることができるから、小さい出力のポンプを用いることができる。
【００３０】
一実施形態の複相流体の微細化混合装置は、第１段以外の段に設けられ、上記ケーシングと前段の上記接続管との間を接続すると共に、逆止弁が介設されたバイパス管を備える。
【００３１】
上記実施形態によれば、運転開始の際、例えば最終段のケーシング内に第２供給管で供給された第２流体を、バイパス管と接続管とを介して前段のケーシングに送ることができる。また、運転終了の際、各段のケーシング内に残留した混合流体を、バイパス管と接続管とを介して前段のケーシングに送ることができる。
【００３２】
一実施形態の複相流体の微細化混合装置は、上記複数段のケーシングは、上下方向に配置された複数段のケーシングからなるケーシング列が横方向に複数列配置されてなり、各ケーシング列の最終段のケーシングに、上記第２供給管が夫々接続されている。
【００３３】
上記実施形態によれば、上下方向の複数段のケーシングからなるケーシング列を、複数列配置することにより、複数段のケーシングが構成される。複数列のケーシング列について、各ケーシング列の最終段のケーシングに第２供給管を介して第２流体を供給することにより、各ケーシングに第２流体を迅速に供給することができる。なお、各ケーシング列において、最下段を第１段として上段ほど後段となるように配列してもよく、あるいは、最上段を第１段として下段ほど後段となるように配列してもよい。
【００３４】
一実施形態の複相流体の微細化混合装置は、上記噴射部は、噴射する上記混合流体をケーシングの内側面に吹き付けるように形成されている。
【００３５】
上記実施形態によれば、第１流体及び第２流体に含まれる成分や泡がケーシングの内側面に付着しても、噴射部から噴射された混合流体が吹き付けられることにより、ケーシングの内側面に付着した成分や泡を洗い流すことができる。したがって、ケーシングの内側面に、付着した成分等が固着して残留する不都合を防止できる。
【００３６】
一実施形態の複相流体の微細化混合装置は、上記吸入管の開口は、上記ケーシングの天井面に近接して配置されていると共に、上記噴射部の側に、この噴射部から噴射される混合流体の吸入を防止する遮蔽部を備える。
【００３７】
上記実施形態によれば、ケーシング内が混合流体で満たされるまで、ケーシング内の第２流体が吸入管の開口から安定して吸引混合部に送られる。ここで、上記遮蔽部により、噴射部から噴射された混合流体が、第２流体に混入して吸入管に吸入される不都合を防止できる。
【００３８】
一実施形態の複相流体の微細化混合装置は、上記第１流体は液体であり、上記第２流体は気体である。
【００３９】
上記実施形態によれば、一般的な液体用ポンプを用いることにより、簡単な構造の微細化混合装置を構成し、簡易な運転制御により、第２流体の微細化及び第１流体との混合を行って気液混合流体を生成することができる。
【００４０】
一実施形態の複相流体の微細化混合装置は、上記第１流体は個液混合体であり、上記第２流体は気体である。
【００４１】
上記実施形態によれば、送泥ポンプ等のように個液混合体に適した一般的なポンプを用いることにより、例えば余剰汚泥や食品廃棄物等のような個液混合体に対して、微細気泡の生成混合が可能な微細化混合装置が得られる。また、個液混合体の固体成分について、微細化を行うことができる。ここで、吸引混合部や噴射部の内径を後段ほど小さく形成することにより、個液混合体の詰まりを生じることなく微細化を行うことができる。
【００４２】
一実施形態の複相流体の微細化混合装置は、上記第１供給管に、電解装置が介設されている。
【００４３】
上記実施形態によれば、電解装置で第１流体に予め電解処理を施すことにより、第２流体及び第１流体の少なくとも一方の分解を促進することができる。
【００４４】
一実施形態の複相流体の微細化混合装置は、上記個液混合体は余剰汚泥であり、上記気体はオゾンである。
【００４５】
上記実施形態によれば、余剰汚泥に対して、オゾンの微細気泡を生成して混合することができるので、簡単な構成で簡単な運転制御のもと、効率的に余剰汚泥の分解処理を行うことができる。
【００４６】
本発明の他の側面による複相流体の微細化混合方法は、複数段のケーシングと、各段のケーシングに対応した複数の吸引混合部とを備えた複相流体の微細化混合装置を用いて第１流体と第２流体とを微細化混合する複相流体の微細化混合方法であって、
各段のケーシング内に第２流体を供給する供給工程と、
前段から供給された第１流体と第２流体との混合流体に、所定段の上記吸引混合部によって所定段の上記ケーシング内の第２流体を混合する混合工程と、
上記所定段の吸引混合部で第２流体が混合された混合流体を、上記所定段のケーシング内に噴射する噴射工程と、
上記所定段のケーシング内に噴射されて貯留した混合流体を、後段側に排出する排出工程と、
上記混合工程、噴射工程及び排出工程を、各段のケーシングについて順次繰り返すサイクル工程と
を備えることを特徴としている。
【００４７】
上記構成によれば、各段のケーシング内に第２流体を供給し、前段から供給された混合流体にケーシング内の第２流体を吸引混合部で混合し、この第２流体が混合された混合流体をケーシング内に噴射し、この噴射されて貯留した混合流体をケーシングから後段側に排出する。複数段のケーシングについて、混合工程、噴射工程及び排出工程を繰り返すことにより、簡単な構成の微細化混合装置を用いて簡易な運転制御により、第１流体及び第２流体の少なくとも一つを微細化して互いに混合することができる。
【発明の効果】
【００４８】
本発明によれば、ポンプで圧送された第１流体に、第１供給管の吸引混合部によってケーシング内の第２流体を混合し、この第１流体と第２流体との混合流体を噴射部でケーシング内に噴射することにより、構成が簡単で運転制御が簡易な微細化装置によって、第１流体及び第２流体の少なくとも１つを微細化して混合することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００５０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態としての複相流体の微細化混合装置を示す模式図である。この微細化混合装置１は、単槽式の微細化混合装置であり、第１流体としての余剰汚泥と、第２流体としてのオゾンとを微細化して混合し、余剰汚泥の分解を行うものである。
【００５１】
この微細化混合装置１は、ケーシング２と、余剰汚泥を圧送するポンプ３と、このポンプ３で圧送された余剰汚泥をケーシング２内に供給する第１供給管４と、オゾンをケーシング２内に供給する第２供給管５と、上記第１供給管４に介設された吸引混合部としてのエゼクタ６と、このエゼクタ６に接続されて先端がケーシング２内に開口した吸入管７と、第１供給管４の先端に設けられて余剰汚泥及びオゾンの混合流体をケーシング２内に噴射する噴射部としての噴射ノズル８と、余剰汚泥及びオゾンの混合流体をケーシング２外に排出する排出管９とで大略構成されている。
【００５２】
ケーシング２は密閉されたタンクで形成されており、エゼクタ６と吸入管７と噴射ノズル８を収容している。吸入管７は、ケーシング２内のオゾンを吸入する開口が先端に形成されており、この開口が、ケーシング２の天井面に設けられた凹部内に配置されている。噴射ノズル８は、汚泥とオゾンの混合流体をキャビテーションを伴って噴射して、汚泥に含まれる粒子とオゾンの気泡を微細化するものである。噴射ノズル８は、噴射開口が、ケーシング２の天井面に設けられた凸部に対向して配置されている。ケーシング２の底面には、ケーシング２内に残留した混合流体を汚泥槽１８に戻す戻し管１６が接続されている。戻し管１６には、開閉弁１７が介設されている。
【００５３】
ポンプ３は、汚泥槽１８に保持された汚泥を吸い上げてケーシング２側に圧送するものであり、一般的なスラッジポンプで形成されている。ポンプ３としては、例えばスクリューポンプを用いることができるが、固体が混入した液体を圧送可能なものであれば形式は限定されない。他のポンプの例としては、タービンポンプ、ピストンポンプ、セラミック(接液部)ポンプを挙げることができる。このポンプ３の吐出側に連なる第１供給管４には、電解槽１１が介設されている。この電解槽１１は、イオン交換膜１３を備え、次亜塩素酸を生成して有機物の分解を行うものである。なお、電解槽１１は、例えば鉄電解法によりリンや窒素等を吸着、凝集するもののように、他の種類の電解槽であってもよい。汚泥は、電解槽１１においてイオン交換膜１３で隔てられた一方の電極側で処理した後、ケーシング２に送るようにしている。
【００５４】
第１供給管４の電解槽１１よりも下流側には、エゼクタ６への汚泥の供給を制御する開閉弁４１が介設されている。
【００５５】
第２供給管５は、無声放電によりオゾンを生成するオゾン生成装置１４に接続され、オゾン生成装置１４からのオゾンをケーシング２内に供給する。第２供給管５には、ケーシング２内へのオゾンの供給を制御する開閉弁５１が介設されている。
【００５６】
エゼクタ６は、汚泥の流れに伴う吸引力により、ケーシング２内のオゾンを吸入管７を介して吸入するものであり、汚泥の粒子を詰まりが生じることなく流下させる仕様のものが用いられている。
【００５７】
排出管９は、先端に、ケーシング２内に保持された汚泥とオゾンの混合流体を吸入して排出するための開口が設けられており、この開口が、ケーシング２の底面に設けられた凹部内に配置されている。
【００５８】
汚泥槽１８は、活性汚泥法により生成された汚泥を保持するものであり、微生物による分解に伴って増殖した微生物や有機物がコロイド状に存在している。汚泥槽１８内の汚泥は、ポンプ３によって電解槽１１を経由してケーシング２に導かれる一方、オゾンとの混合処理の後にケーシング２内に残留した混合流体が戻し管１６で戻されて、循環処理が可能になっている。汚泥槽１８の内側には循環槽１９が配置されており、電解槽１１のイオン交換膜１３で分離収集された他方の電極側の処理水を、循環槽１９に保持して循環するようにしている。循環槽１９内には、処理水を電解槽１１に供給するポンプ１２が設けられている。
【００５９】
上記構成の微細化混合装置１は、以下のように動作する。まず、図２（ａ）に示すように、第２供給管５の開閉弁５１を開き、オゾン生成装置１４で生成されたオゾンをケーシング２内に供給して充填する。このとき、ケーシング２に連通する戻し管１６の開閉弁１７は閉鎖する。また、排出管９に介設された図示しない開閉弁を閉鎖する。
【００６０】
この後、図２（ｂ）に示すように、開閉弁５１を閉じてオゾンの供給を停止する一方、ポンプ３を起動して汚泥の圧送を開始する。ポンプ３の動作に伴い、汚泥が電解槽１１を経由してエゼクタ６に導かれる。エゼクタ６では、汚泥の流れに伴って負圧が生成され、この負圧により、ケーシング２内に充填されたオゾンが吸入管７の開口から吸引されて汚泥と混合される。エゼクタ６で混合された汚泥及びオゾンは、噴射ノズル８から噴射されてケーシング２内に散布される。この噴射ノズル８による噴射作用により、汚泥とオゾンが微細化される。オゾンは、微細化により径が数十ミクロン程度の微細気泡（マイクロバブル）になる。汚泥は、微細化により粒子の表面積が増大し、これにより、オゾンによる酸化が促進されて、高効率に分解される。
【００６１】
噴射ノズル８によって噴射される汚泥とオゾンの混合流体は、ケーシング２の天井面の凸部に吹き付けられることにより、ケーシング２内の比較的広範囲に散布される。また、混合流体がケーシング２の内側面に吹き付けられることにより、汚泥の成分やオゾンの泡が内側面に付着しても、付着物が速やかに洗い流されるので、付着物が残留して固着する不都合を防止できる。また、オゾンを吸入する吸入管７の開口は、ケーシング２内の凹部内に配置されているので、噴射ノズル８から噴射された混合流体が吸入管７に吸入されることが防止される。このように、ケーシング２の吸入管７の開口が配置される凹部は、遮蔽部として機能する。なお、凹部を形成しないで、遮蔽部としての板部材を、噴射ノズル８と吸入管７の開口との間に位置するように天井面に配置することにより、吸入管７への混合流体の混入を防止してもよい。
【００６２】
噴射ノズル８から噴射された混合流体がケーシング２内に溜まるにつれてケーシング２内の圧力が上昇し、これにより、排出管９を経由して混合流体がケーシング２から排出される。
【００６３】
ケーシング２内への混合流体の噴射を継続し、ケーシング２内が満水位に達すると、図３（ａ）に示すようにポンプ３による汚泥の圧送を停止し、第１供給管４の開閉弁４１を閉じる。
【００６４】
この後、図３（ｂ）に示すように、第２供給管５の開閉弁５１を開き、オゾン生成装置１４で生成されたオゾンをケーシング２内に供給すると共に、ケーシング２に連通する戻し管１６の開閉弁１７を開く。上記オゾンの供給圧と、混合流体の水頭圧により、ケーシング２から混合流体を排出する。
【００６５】
ケーシング２内の混合流体の排出が完了すると、図２（ａ）の工程に戻る。このようにして、図２（ａ）乃至図３（ｂ）の工程を繰り返すことにより、汚泥とオゾンの混合及び微細化を行う。
【００６６】
第１実施形態の微細化混合装置１によれば、ポンプ３は、一般的なスラッジポンプを採用することができる。したがって、従来の攪拌羽根が密に配列された気液混合ポンプを備えた微細気泡の生成装置のように、特殊な構造のポンプが不要である。また、エゼクタ６は、余剰汚泥を流すのに適した仕様のものを用いればよい。したがって、本実施形態の微細化混合装置１は、一般的な構成部品を用いることにより、比較的安価に製造できる。また、この微細化混合装置１は、ポンプ３以外は駆動の制御が不要であるので、運転に伴う制御を簡単にでき、また、制御装置を簡単にできる。さらに、本実施形態の微細化混合装置１は、ポンプ３以外には、汚泥及びオゾンに接触する可動部品が実質的に無いので、故障が少なく、また、メンテナンスを容易に行うことができる。
【００６７】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態としての複相流体の微細化混合装置を示す模式図である。この微細化混合装置２０は、複槽式の微細化混合装置であり、第１流体としての余剰汚泥と第２流体としてのオゾンとを微細化混合して余剰汚泥の分解を行う点では第１実施形態と同様であるが、微細化を更に促進できる点が、第１実施形態と異なる。本実施形態において、第１実施形態と同様の構成部分には同一の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。
【００６８】
この微細化混合装置２０は、上下方向に積層されて一体に形成された複数のケーシング２１，２２，２３，２４，２５を備える。このケーシング２１，・・・，２５は、最下段のケーシング２１が第１段であり、この第１段のケーシング２１に、ポンプ３で圧送された汚泥が第１供給管４を介して供給される。また、複数のケーシング２１，・・・，２５のうちの最上段のケーシング２５が最終段であり、この最終段のケーシング２５から、汚泥とオゾンの混合流体が排出管９を介して排出される。
【００６９】
各ケーシング２１，・・・，２５には、エゼクタ６１，６２，６３，６４，６５と、このエゼクタ６１，・・・，６５に接続された吸入管７１，７２，７３，７４，７５が設けられている。第１段のエゼクタ６１は第１供給管４に介設されており、第１供給管４の先端には噴射ノズル８１が設けられている。第２乃至５段のエゼクタ６２，６３，６４，６５は、前段から混合流体が供給される混合流体供給管１０２，１０３，１０４，１０５に介設されており、各混合流体供給管１０２，１０３，１０４，１０５の先端に、噴射ノズル８２，８３，８４，８５が夫々設けられている。各混合流体供給管１０２，１０３，１０４，１０５は、前段のケーシング２１，２２，２３，２４に配置されてケーシング内の混合流体を後段側に送る接続管１１１，１１２，１１３，１１４に連なっている。第１段以外の段について、各段のケーシング２２，２３，２４，２５の底面に開口して前段の接続管１１１，１１２，１１３，１１４に接続されるバイパス管１２２，１２３，１２４，１２５が設けられている。各バイパス管１２２，１２３，１２４，１２５には、逆止弁１３２，１３３，１３４，１３５が設けられている。上記バイパス管１２２，１２３，１２４，１２５及び逆止弁１３２，１３３，１３４，１３５は、前段のケーシング２１，２２，２３，２４内に夫々配置されている。
【００７０】
本実施形態の微細化混合装置２０は、以下のように動作する。まず、全段のケーシング２１，・・・，２５が空の状態で、第２供給管５の開閉弁５１を開き、オゾン生成装置１４で生成されたオゾンを第５（最終）段のケーシング２５に供給する。このとき、戻し管１６の開閉弁１７は閉鎖する。また、排出管９に介設された図示しない開閉弁を閉鎖する。オゾン生成装置１４によるオゾンの供給を継続することにより、第５段のケーシング２５の底面に開口したバイパス管１２５にオゾンが流入し、逆止弁１３５を通過し、接続管１１４を介して第４段のケーシング２４に導かれる。さらに、第４段のケーシング２４からバイパス管１２４、逆止弁１３４及び接続管１１３を介して第３段のケーシング２３にオゾンが導かれる。さらに、バイパス管１２３，１２２、逆止弁１３３，１３２及び接続管１１２，１１１を介して、第２及び第１段のケーシング２２，２１に順次オゾンが導かれる。こうして全段のケーシング２１，・・・，２５にオゾンが満たされると、開閉弁５１を閉じてオゾンの供給を停止する一方、ポンプ３を起動して汚泥の圧送を開始する。
【００７１】
ポンプ３の動作を開始すると、汚泥が電解槽１１を経由して第１段のケーシング２１内のエゼクタ６１に導かれる。汚泥がエゼクタ６１を流れるに伴って生成される負圧により、ケーシング２１内のオゾンが吸入管７１を介して吸入されて汚泥と混合され、これにより生じた汚泥とオゾンの混合流体が、エゼクタ６１の下流側の噴射ノズル８１からケーシング２１内に噴射される。この噴射ノズル８１からの噴射に伴い、混合流体に生じるキャビテーションにより、汚泥の粒子とオゾンの気泡が微細化される。汚泥の粒子が微細化されて表面積が増大することにより、オゾンによる汚泥の酸化が促進される。第１段のケーシング２１内に蓄積される混合流体が増大するとケーシング２１内の圧力が上昇し、これにより、混合流体が接続管１１１を通って第２段の混合流体供給管１０２に流入する。
【００７２】
第２段の混合流体供給管１０２に導かれた混合流体は、この混合流体供給管１０２に介設されたエゼクタ６２を流れ、第１段と同様に、第２段のケーシング２２内のオゾンが吸入管７２を介して吸入され、混合流体に更にオゾンが混合される。更にオゾンが混合された混合流体は、エゼクタ６２の下流側の噴射ノズル８２からケーシング２２内に噴射される。この噴射ノズル８２から噴射される際、汚泥の粒子とオゾンの気泡が更に微細化される。
【００７３】
このような汚泥とオゾンの混合作用と噴射作用を、第５段のケーシング２５に至るまで繰り返す。その結果、第５段のケーシング２５において、汚泥の粒子とオゾンの気泡が大幅に微細化される。特に、オゾンは、径が２００ｎｍ以下の超微細気泡（ナノバブル）になる。本実施形態の微細化混合装置２０により高度な微細化が可能となる理由としては、下方のケーシング２１，２２，・・・内に水頭圧が作用することと、混合と噴射を複数段にわたって行うことが考えられる。こうして生成されたオゾンの超微細気泡により、汚泥お安定して酸化して分解できる。また、トリハロメタン等の有害物質の生成を抑制できる。
【００７４】
図４に示すように、第１乃至５段の全てのケーシング２１，・・・，２５内に、汚泥とオゾンの混合流体が貯留されると、最終段である第５段のケーシング２５から、超微細気泡のオゾンが混合された混合流体を、排出管９によって排出する。排出された混合流体は、矢印Ｒで示されるように汚泥槽１８内に戻されて、微細化混合装置２０により循環処理が行われる。あるいは、微細化混合装置２０による処理後の混合流体は、排出管９によって他の処理工程に導いてもよい。
【００７５】
この後、図５に示すように、第２供給管５の開閉弁５１を開き、オゾン生成装置１４で生成されたオゾンを最終段である第５段のケーシング２５内に供給すると共に、第１段のケーシング２１に連通する戻し管１６の開閉弁１７を開く。上記オゾンの供給圧と、混合流体の水頭圧により、第５段のケーシング２５からバイパス管１２５，１２４，１２３，１２２、逆止弁１３５，１３４，１３３，１３２及び接続管１１４，１１３，１１２，１１１を介して、第４、第３、第２及び第１段のケーシング２４，２３，２２，２１に順次混合流体を排出する。第１段のケーシング２１から、戻し管１６を介して混合流体を汚泥槽１８に戻す。全段のケーシング２１，・・・，２５内から混合流体を排出し、各ケーシング２１，・・・，２５内にオゾンが満たされると、開閉弁１７，５１を閉じて再度ポンプ３による汚泥の圧送を開始する。こうして、図４に示す工程と図５に示す工程との間を繰り返して、オゾンの超微細気泡による汚泥の分解処理を行う。
【００７６】
第２実施形態によれば、一般的なスラッジポンプ等で形成されるポンプ３を用いると共に、複数段のケーシング２１，・・・，２５に一般的なエゼクタ６１，・・・，６５と噴射ノズル８１，・・・，８５を夫々配置して微細化混合装置２０を構成することにより、特殊な構造のポンプ等を用いることなく、比較的簡単な構造で、オゾンの超微細気泡を生成して汚泥の高度な分解処理を行うことができる。
【００７７】
本実施形態において、第１段から第５段のケーシング２１，・・・，２５を設置したが、ケーシングの段数は５段に限られず、２以上の所望の段数を設置することができる。また、最終段の第５段のケーシング２５にオゾンを供給したが、各段のケーシング２１，・・・，２５にオゾンを個別に供給してもよい。また、第１段のケーシング２１から混合流体を排出したが、各段のケーシング２１，・・・，２５から混合流体を個別に排出してもよい。また、各段のエゼクタ６１，・・・，６５及び噴射ノズル８１，・・・，８５は、夫々同一の内径を有するものを用いたが、後段のエゼクタ及び噴射ノズルほど小さい内径のエゼクタを用いてもよい。これにより、汚泥の粒子の詰まりを効果的に防止でき、また、オゾンの超微細化を更に効率よく促進することができる。また、複数のケーシング２１，・・・，２５は、一直線上に配置しなくてもよく、また、一体に形成しなくてもよい。要は、後段のケーシングほど高い位置に配置して、下段のケーシング内に高い水頭圧が得られればよい。
【００７８】
（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態としての複相流体の微細化混合装置を示す模式図である。この微細化混合装置３０は、複槽複列式の微細化混合装置であり、上下方向に配置された複数段のケーシングからなるケーシング列３１，３２を２つ備えている。この微細化混合装置もまた、余剰汚泥とオゾンとを微細化混合して余剰汚泥の分解を行うものである。本実施形態において、第１及び第２実施形態と同様の構成部品には同一の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。
【００７９】
この微細化混合装置３０は、第１ケーシング列３１と第２ケーシング列３２とを備え、各ケーシング列３１，３２は、いずれも、下から順に第１乃至５段のケーシング２１，２２，２３，２４，２５が積層されて一体に形成されている。各ケーシング列３１，３２の第１乃至５段のケーシング２１，２２，２３，２４，２５に関する構成は、第２実施形態と略同一である。第１ケーシング列３１の最終段である第５段のケーシング２５の排出管９は、第２ケーシング列３２の第１段のケーシング２１の第１供給管３０４に連なっている。第１供給管３０４には開閉弁３４１が介設されている。この第２ケーシング列３２の第１供給管３０４には、第１ケーシング列３１で微細化混合された混合流体が供給される。第２ケーシング列３２の第１段ケーシング２１の底面には、戻し管３１６が連通しており、この第２ケーシング列３２の戻し管３１６は、開閉弁３１７を介して第１ケーシング列３１の戻し管１６に接続されている。また、第２ケーシング列３２の第５段ケーシング２５は第２供給管３０５に接続されており、この第２供給管３０５は、第１ケーシング列３１の第２供給管５に接続され、オゾン生成装置１４からのオゾンが供給されるようになっている。第２ケーシング列３２の第２供給管３０５には、開閉弁３５１が介設されている。
【００８０】
本実施形態の微細化混合装置は、ポンプ３で圧送された汚泥に対して、第１ケーシング列３１の５つのエゼクタ６１，６２，６３，６４，６５及び噴射ノズル８１，８２，８３，８４，８５によってオゾンとの微細化混合を行い、更に、第２ケーシング列３２の５つのエゼクタ６１，６２，６３，６４，６５及び噴射ノズル８１，８２，８３，８４，８５によって混合流体の微細化混合を行う。したがって、汚泥とオゾンの微細化を極めて高度に行うことができ、汚泥の分解を高度に促進することができる。なお、エゼクタ６１，６２，６３，６４，６５と噴射ノズル８１，８２，８３，８４，８５は、ケーシング列３１，３２毎に異なる仕様のものを用いてもよい。
【００８１】
また、各ケーシング列３１，３２に２つの第２供給管５，３０５でオゾンを供給することにより、迅速にオゾンの供給を行うことができる。また、各ケーシング列３１，３２から戻し管１６，３１６で混合流体を排出することにより、迅速に混合流体の排出を行うことができる。
【００８２】
なお、本実施形態において、ケーシング列は２列に限られず、３列以上設けてもよい。
【００８３】
（第４実施形態）
図７は、本発明の第４実施形態としての複相流体の微細化混合装置を示す模式図である。この微細化混合装置４０は、連続運転式の微細化混合装置であり、第３実施形態の複槽複列式の微細化混合装置３０と同様の微細化混合装置ユニット４５，４６を、並列に２つ接続して形成されている。本実施形態において、第１乃至第３実施形態と同様の構成部品には同一の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。
【００８４】
この連続運転式の微細化混合装置４０が備える微細化混合装置ユニット４５，４６は、同一のオゾン供給装置１４からオゾンを供給される。各ユニット４５，４６の第２ケーシング列３２の最終段２５から排出された混合流体は、矢印Ｍで示すように、各ユニット４５，４６の排出管９が合流されてなる合流排出管４７を介して、各ユニット４５，４６の汚泥槽１８に分配して供給されるようになっている。
【００８５】
各ユニット４５，４６は、第３実施形態と同様に、各ケーシング２１，・・・，２５へのオゾンの供給工程と、エゼクタ６１，・・・，６５及び噴射ノズル８１，・・・，８５による混合流体の生成工程と、各ケーシング２１，・・・，２５からの混合流体の排出工程とを繰り返して運転する。これらの工程の進行を、各ユニット４５，４６の間で互いにずらして運転することにより、短い時間間隔で混合流体を生成することができる。したがって、本実施形態の連続運転式の微細化混合装置は、安定して汚泥の分解処理を行うことができる。
【００８６】
（第５実施形態）
図８は、本発明の第５実施形態としての複相流体の微細化混合装置を示す模式図である。この微細化混合装置５０は、上下方向にケーシングを積層した複槽式の微細化混合装置であり、最上段のケーシングが第１段であり下方のケーシングが後段である点が、第２実施形態と異なる。本実施形態において、第１及び第２実施形態と同様の構成部品には同一の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。
【００８７】
この微細化混合装置は、上下方向に積層されて一体に形成された複数のケーシング５２１，５２２，５２３，５２４，５２５を備える。このケーシング５２１，・・・，５２５は、最上段のケーシング５２１が第１段であり、最下段のケーシング５２５が第５段（最終段）である。
【００８８】
第１段のケーシング５２１に、ポンプ３で圧送された汚泥が第１供給管４を介して直接供給されるようになっている。一方、全段のケーシング５２１，・・・，５２５に、オゾン生成装置１４に連なる第２供給管５５０の分岐管５５１，５５２，５５３，５５４，５５５が夫々接続されている。各第２供給管５５１，・・・，５５５には、逆止弁が夫々介設されている。第５段のケーシング５２５に、混合流体を排出する排出管９が設けられている。
【００８９】
各ケーシング５２１，・・・，５２５には、エゼクタ６１，６２，６３，６４，６５と、このエゼクタ６１，・・・，６５に接続された吸入管７１，７２，７３，７４，７５が設けられている。第１段のエゼクタ６１は第１供給管４に介設されており、第１供給管４の先端に噴射ノズル８１が設けられている。第１段のエゼクタ６１と、吸入管７１の大部分は、ケーシング５２１の外側に配置されている。第１供給管４の先端部分と噴射ノズル８１は、第１段ケーシング５２１内の天井面の近傍に配置されている。
【００９０】
第２乃至５段のエゼクタ６２，６３，６４，６５は、前段のケーシング５２１，・・・，５２４内に配置されており、この前段のケーシング５２１，・・・，５２４から混合流体を次段に供給する接続管１１１，１１２，１１３，１１４に介設されている。接続管１１１，１１２，１１３，１１４の先端部分は、次段のケーシング５２２，・・・，５２５内の天井面近傍に配置されており、各接続管１１１，１１２，１１３，１１４の先端部分に、噴射ノズル８２，８３，８４，８５が夫々設けられている。
【００９１】
各ケーシング５２１，・・・，５２５内の天井面近傍に配置された噴射ノズル８１，・・・，８５は、噴射口を下方に向けると共に、この噴射口に対向して部分球面状の散布板５８１，５８２，５８３，５８４，５８５が設けられている。この散布板５８１，・・・，５８５で、噴射口から噴射された混合流体をケーシング５２１，・・・，５２５内に広範囲に散布するようになっている。
【００９２】
汚泥槽１８には、第１供給管４に汚泥を圧送するポンプ３のほかに、第３供給管５３０に汚泥を圧送する始動ポンプ５０４が設けられている。始動ポンプ５０４で汚泥が圧送される第３供給管５３０は、分岐管５３１，５３２，５３３，５３４，５３５を介して各ケーシング５２１，５２２，５２３，５２４，５２５に接続されている。混合工程を始動する際に、始動ポンプ５０４から、第３供給管５３０と分岐管５３１，・・・，５３５を介して全ケーシング５２１，・・・，５２５に所定量の汚泥を予め供給するようにしている。第３供給管５３０には、汚泥の存在を検出する液検知器５４１と、第３供給管５３０及び分岐管５３１，・・・，５３５内の汚泥をケーシング５２１，５２２，５２３，５２４，５２５に送るための圧力空気を生成する圧力空気生成装置５４２とが接続されている。
【００９３】
本実施形態の微細化混合装置５０は、以下のように動作する。まず、図８に示すように、全段のケーシング５２１，・・・，５２５内にオゾンが充填された状態で、始動ポンプ５０４を駆動して、第３供給管５３０と分岐管５３１，・・・，５３５内を汚泥で満たす。液検知器５４１により、第３供給管５３０及び分岐管５３１，・・・，５３５内に汚泥が満たされたことが検知されると、圧力空気生成装置５４２を駆動する。これにより、管内の汚泥を全ケーシング５２１，・・・，５２５に押し出し、図９に示すように、各ケーシング５２１，・・・，５２５に所定量の汚泥を供給する。この後、ポンプ３を起動して汚泥の圧送を開始する。
【００９４】
ポンプ３の動作を開始すると、図１０に示すように、汚泥が第１段のエゼクタ６１に導かれ、第１段ケーシング５２１内のオゾンが吸入管７１を介して吸入されて汚泥と混合され、これにより生じた汚泥とオゾンの混合流体が、噴射ノズル８１から第１段ケーシング５２１内に噴射される。第１段ケーシング５２１内の混合流体は、接続管１１１を通って第２段のエゼクタ６２に流入し、第２段のケーシング５２２内のオゾンが吸入管７２を介して吸入され、混合流体に更にオゾンが混合される。オゾンが更に混合された混合流体は、噴射ノズル８２から第２段ケーシング５２２内に噴射される。
【００９５】
このような汚泥とオゾンの混合作用と噴射作用を、最下段の第５段のケーシング５２５に至るまで繰り返し、第５段のケーシング５２５内の混合流体は、排出管９を通って混合液槽５０５に導かれる。
【００９６】
全段の５２１，・・・，５２５が混合流体で満たされると、ポンプ３の動作を停止し、分岐管５３１，５３２，５３３，５３４，５３５と第３供給管５３０を介して汚泥槽１８内に混合流体を排出する。ここで、オゾン生成装置１４からのオゾンを、第２供給管５５０及び枝管５５１，５５２，５５３，５５４，５５５を介して全段のケーシング５２１，・・・，５２５に供給することにより、混合流体を押し出してケーシング５２１，・・・，５２５内をオゾンに置き換える。図１１には、ケーシング５２１，・・・，５２５内の混合流体の排出が完了した様子を示している。
【００９７】
以上の図８乃至１１に示した工程を繰り返して混合流体を順次生成し、オゾンによる汚泥の分解を行う。
【００９８】
本実施形態の微細化混合装置５０によれば、第１段のケーシングが最上位置にあり、後段のケーシングが下方に位置するので、後段側に混合流体を流すために水頭差を利用できるから、汚泥を圧送するポンプ３を小型にできる。
【００９９】
なお、本実施形態において、ケーシングの段数は５段に限られない。また、本実施形態の微細化混合装置５０を複数列接続して、第３実施形態のような複列式の微細化混合装置を形成してもよい。また、第４実施形態のように、連続運転式の微細化混合装置を形成してもよい。
【０１００】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、エゼクタ６，６１，・・・６５は必ずしもケーシング２，２１，・・・，２５内に配置しなくてもよい。また、吸入管７，７１，・・・，７５は一部がケーシング２，２１，・・・，２５外に配置されていてもよい。また、電解槽１１を削除して、汚泥槽１８内の汚泥を直接エゼクタ６，６１に圧送してもよい。
【０１０１】
また、エゼクタ６，６１，・・・６５は、一般的なエゼクタに限られず、汚泥の噴流によって生成される負圧でオゾンを吸引して混合するものであれば、種々の形態をとりうる。要は、可動部が無く、第１流体の流れによって第２流体を吸引して第１流体と混合するものであれば、吸引混合部の形態は限定されない。
【０１０２】
また、上記各実施形態では、酸化剤としてのオゾンによって余剰汚泥を酸化し、分解する処理について説明したが、酸化剤としては、空気、酸素、オゾン、塩素、臭素及びヨウ素を用いることができる。また、還元剤によって余剰汚泥を還元し、分解してもよい。還元剤としては、水素、ヨウ化水素、硫化水素、アンモニア及び一酸化炭素等を用いることができる。いずれの場合においても、酸化剤や還元剤を含み常温常圧で気体である物質を用いるのが好ましい。
【０１０３】
また、上記各実施形態では、活性汚泥法による余剰汚泥をオゾンで処理する場合について説明したが、本発明の複相流体の微細化混合装置は、余剰汚泥の処理の用途に限定されない。例えば、ＰＣＢ（ポリ塩化ビフェニル）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、フロン等の有害廃棄物の処理や、食品工業等における有機廃棄物の処理に、広く用いることができる。また、廃棄物の処理に限られず、製造工程に用いる処理水の製造や、液体製品の製造の用途にも供することができる。これらの用途の例としては、河川、湖沼、地下水及び土壌の浄化がある。また、化学、鉄鋼、皮革、印刷、窯業、金属加工、染色、メッキ等の各工業分野における製品処理や排水処理等がある。また、冷却、温調、ボイラー等における熱媒の処理や、水洗トイレ、下水、し尿処置、散水などに用いられる雑用水の処理に用いることもできる。また、農業用調整池の維持管理、水田における有機性汚濁発生、水耕栽培、畜産用水等に用いられる農業用水の処理や、養殖、飼料製造水等のための水産用水の処理に用いることもできる。また、殺菌水、オゾン水、調味料用水、各酒造用水、危害物質除去水等の機能水の製造や、食材洗浄、容器機器洗浄水等の水製品の製造に用いることも可能である。
【０１０４】
また、第１流体は、余剰汚泥のような個液混合体に限られず、気液混合体、液体及び気体のいずれであってもよい。また、第２流体は、オゾンのような気体に限られず、個液混合体、気液混合体及び液体のいずれであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】第１実施形態の複相流体の微細化混合装置を示す模式図である。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、第１実施形態の微細化混合装置の動作の様子を示す模式図である。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は、第１実施形態の微細化混合装置の動作の様子を示す模式図である。
【図４】第２実施形態の複槽式の微細化混合装置を示す模式図である。
【図５】第２実施形態の微細化混合装置の動作の様子を示す模式図である。
【図６】第３実施形態の複槽複列式の微細化混合装置を示す模式図である。
【図７】第４実施形態の連続運転式の微細化混合装置を示す模式図である。
【図８】第５実施形態の複槽式の微細化混合装置を示す模式図である。
【図９】第５実施形態の微細化混合装置の動作の様子を示す模式図である。
【図１０】第５実施形態の微細化混合装置の動作の様子を示す模式図である。
【図１１】第５実施形態の微細化混合装置の動作の様子を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１，２０，３０，４０，５０ 微細化混合装置
２，２１，２２，２３，２４，２５，５２１，５２２，５２３，５２４，５２５ ケーシング
３ ポンプ
４，３０４ 第１供給管
５，３０５ 第２供給管
６，６１，６２，６３，６４，６５ エゼクタ
７，７１，７２，７３，７４，７５ 吸入管
８，８１，８２，８３，８４，８５ 噴射ノズル
９ 排出管
１４ オゾン生成装置
１８ 汚泥槽
１６ 戻し管
１１１，１１２，１１３，１１４ 接続管
１２２，１２３，１２４，１２５ バイパス管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと、
第１流体を圧送するポンプと、
上記ポンプで圧送された第１流体を上記ケーシング内に供給する第１供給管と、
第２流体を上記ケーシング内に供給する第２供給管と、
上記第１供給管に介設され、第１流体の流れに伴って第２流体を吸引及び混合する吸引混合部と、
一端が上記ケーシング内に開口すると共に他端が上記吸引混合部に接続され、上記ケーシング内の第２流体を吸入して吸引混合部に導く吸入管と、
上記第１供給管の先端に設けられ、上記吸引混合部で混合された第１流体と第２流体との混合流体を上記ケーシング内に噴射する噴射部と、
上記第１流体と第２流体との混合流体をケーシング外に排出する排出管と
を備えることを特徴とする複相流体の微細化混合装置。
【請求項２】
複数段のケーシングと、
第１流体を圧送するポンプと、
上記ポンプで圧送された第１流体を、第１段の上記ケーシング内に供給する第１供給管と、
第２流体を、少なくとも最終段の上記ケーシング内に供給する第２供給管と、
第１段以外の段のケーシングに設けられ、前段のケーシングから、第１流体と第２流体との混合流体が供給される混合流体供給管と、
上記第１供給管及び混合流体供給管に介設され、第１流体の流れに伴って第２流体を吸引及び混合する吸引混合部と、
一端が各段のケーシング内に開口すると共に他端が上記吸引混合部に接続され、上記各ケーシング内の第２流体を吸入して吸引混合部に導く吸入管と、
上記第１供給管及び混合流体供給管の先端に設けられ、上記吸引混合部で混合された第１及び第２流体を、各段のケーシング内に噴射する噴射部と、
最終段以外の段に設けられ、後段の混合流体供給管に連なると共に、上記各段のケーシング内の第１及び第２流体の混合流体を後段側に送る接続管と、
最終段のケーシングに設けられ、この最終段のケーシング内の第１及び第２流体の混合流体を排出する排出管と
を備えることを特徴とする複相流体の微細化混合装置。
【請求項３】
請求項２に記載の複相流体の微細化混合装置において、
上記複数段のケーシングは上下方向に配置されており、最下段のケーシングが第１段であり、最上段のケーシングが最終段であることを特徴とする複相流体の微細化混合装置。
【請求項４】
請求項２に記載の複相流体の微細化混合装置において、
上記複数段のケーシングは上下方向に配置されており、最上段のケーシングが第１段であり、最下段のケーシングが最終段であることを特徴とする複相流体の微細化混合装置。
【請求項５】
請求項３に記載の複相流体の微細化混合装置において、
第１段以外の段に設けられ、上記ケーシングと前段の上記接続管との間を接続すると共に、逆止弁が介設されたバイパス管を備えることを特徴とする複相流体の微細化混合装置。
【請求項６】
請求項２に記載の複相流体の微細化混合装置において、
上記複数段のケーシングは、上下方向に配置された複数段のケーシングからなるケーシング列が横方向に複数列配置されてなり、各ケーシング列の最終段のケーシングに、上記第２供給管が夫々接続されていることを特徴とする複相流体の微細化混合装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちのいずれか１つに記載の複相流体の微細化混合装置において、
上記噴射部は、噴射する上記混合流体をケーシングの内側面に吹き付けるように形成されていることを特徴とする複相流体の微細化混合装置。
【請求項８】
請求項７に記載の複相流体の微細化混合装置において、
上記吸入管の開口は、上記ケーシングの天井面に近接して配置されていると共に、上記噴射部の側に、この噴射部から噴射される混合流体の吸入を防止する遮蔽部を備えることを特徴とする複相流体の微細化混合装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のうちのいずれか１つに記載の複相流体の微細化混合装置において、
上記第１流体は液体であり、上記第２流体は気体であることを特徴とする複相流体の微細化混合装置。
【請求項１０】
請求項１乃至８のうちのいずれか１つに記載の複相流体の微細化混合装置において、
上記第１流体は個液混合体であり、上記第２流体は気体であることを特徴とする複相流体の微細化混合装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のうちのいずれか１つに記載の複相流体の微細化混合装置において、
上記第１供給管に、電解装置が介設されていることを特徴とする複相流体の微細化混合装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の複相流体の微細化混合装置において、
上記個液混合体は余剰汚泥であり、上記気体はオゾンであることを特徴とする複相流体の微細化混合装置。
【請求項１３】
複数段のケーシングと、各段のケーシングに対応した複数の吸引混合部とを備えた複相流体の微細化混合装置を用いて第１流体と第２流体とを微細化混合する複相流体の微細化混合方法であって、
各段のケーシング内に第２流体を供給する供給工程と、
前段から供給された第１流体と第２流体との混合流体に、所定段の上記吸引混合部によって所定段の上記ケーシング内の第２流体を混合する混合工程と、
上記所定段の吸引混合部で第２流体が混合された混合流体を、上記所定段のケーシング内に噴射する噴射工程と、
上記所定段のケーシング内に噴射されて貯留した混合流体を、後段側に排出する排出工程と、
上記混合工程、噴射工程及び排出工程を、各段のケーシングについて順次繰り返すサイクル工程と
を備えることを特徴とする複相流体の微細化混合方法。
【請求項１】
ケーシングと、
第１流体を圧送するポンプと、
上記ポンプで圧送された第１流体を上記ケーシング内に供給する第１供給管と、
第２流体を上記ケーシング内に供給する第２供給管と、
上記第１供給管に介設され、第１流体の流れに伴って第２流体を吸引及び混合する吸引混合部と、
一端が上記ケーシング内に開口すると共に他端が上記吸引混合部に接続され、上記ケーシング内の第２流体を吸入して吸引混合部に導く吸入管と、
上記第１供給管の先端に設けられ、上記吸引混合部で混合された第１流体と第２流体との混合流体を上記ケーシング内に噴射する噴射部と、
上記第１流体と第２流体との混合流体をケーシング外に排出する排出管と
を備えることを特徴とする複相流体の微細化混合装置。
【請求項２】
複数段のケーシングと、
第１流体を圧送するポンプと、
上記ポンプで圧送された第１流体を、第１段の上記ケーシング内に供給する第１供給管と、
第２流体を、少なくとも最終段の上記ケーシング内に供給する第２供給管と、
第１段以外の段のケーシングに設けられ、前段のケーシングから、第１流体と第２流体との混合流体が供給される混合流体供給管と、
上記第１供給管及び混合流体供給管に介設され、第１流体の流れに伴って第２流体を吸引及び混合する吸引混合部と、
一端が各段のケーシング内に開口すると共に他端が上記吸引混合部に接続され、上記各ケーシング内の第２流体を吸入して吸引混合部に導く吸入管と、
上記第１供給管及び混合流体供給管の先端に設けられ、上記吸引混合部で混合された第１及び第２流体を、各段のケーシング内に噴射する噴射部と、
最終段以外の段に設けられ、後段の混合流体供給管に連なると共に、上記各段のケーシング内の第１及び第２流体の混合流体を後段側に送る接続管と、
最終段のケーシングに設けられ、この最終段のケーシング内の第１及び第２流体の混合流体を排出する排出管と
を備えることを特徴とする複相流体の微細化混合装置。
【請求項３】
請求項２に記載の複相流体の微細化混合装置において、
上記複数段のケーシングは上下方向に配置されており、最下段のケーシングが第１段であり、最上段のケーシングが最終段であることを特徴とする複相流体の微細化混合装置。
【請求項４】
請求項２に記載の複相流体の微細化混合装置において、
上記複数段のケーシングは上下方向に配置されており、最上段のケーシングが第１段であり、最下段のケーシングが最終段であることを特徴とする複相流体の微細化混合装置。
【請求項５】
請求項３に記載の複相流体の微細化混合装置において、
第１段以外の段に設けられ、上記ケーシングと前段の上記接続管との間を接続すると共に、逆止弁が介設されたバイパス管を備えることを特徴とする複相流体の微細化混合装置。
【請求項６】
請求項２に記載の複相流体の微細化混合装置において、
上記複数段のケーシングは、上下方向に配置された複数段のケーシングからなるケーシング列が横方向に複数列配置されてなり、各ケーシング列の最終段のケーシングに、上記第２供給管が夫々接続されていることを特徴とする複相流体の微細化混合装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちのいずれか１つに記載の複相流体の微細化混合装置において、
上記噴射部は、噴射する上記混合流体をケーシングの内側面に吹き付けるように形成されていることを特徴とする複相流体の微細化混合装置。
【請求項８】
請求項７に記載の複相流体の微細化混合装置において、
上記吸入管の開口は、上記ケーシングの天井面に近接して配置されていると共に、上記噴射部の側に、この噴射部から噴射される混合流体の吸入を防止する遮蔽部を備えることを特徴とする複相流体の微細化混合装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のうちのいずれか１つに記載の複相流体の微細化混合装置において、
上記第１流体は液体であり、上記第２流体は気体であることを特徴とする複相流体の微細化混合装置。
【請求項１０】
請求項１乃至８のうちのいずれか１つに記載の複相流体の微細化混合装置において、
上記第１流体は個液混合体であり、上記第２流体は気体であることを特徴とする複相流体の微細化混合装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のうちのいずれか１つに記載の複相流体の微細化混合装置において、
上記第１供給管に、電解装置が介設されていることを特徴とする複相流体の微細化混合装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の複相流体の微細化混合装置において、
上記個液混合体は余剰汚泥であり、上記気体はオゾンであることを特徴とする複相流体の微細化混合装置。
【請求項１３】
複数段のケーシングと、各段のケーシングに対応した複数の吸引混合部とを備えた複相流体の微細化混合装置を用いて第１流体と第２流体とを微細化混合する複相流体の微細化混合方法であって、
各段のケーシング内に第２流体を供給する供給工程と、
前段から供給された第１流体と第２流体との混合流体に、所定段の上記吸引混合部によって所定段の上記ケーシング内の第２流体を混合する混合工程と、
上記所定段の吸引混合部で第２流体が混合された混合流体を、上記所定段のケーシング内に噴射する噴射工程と、
上記所定段のケーシング内に噴射されて貯留した混合流体を、後段側に排出する排出工程と、
上記混合工程、噴射工程及び排出工程を、各段のケーシングについて順次繰り返すサイクル工程と
を備えることを特徴とする複相流体の微細化混合方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−２３８０６４（Ｐ２００８−２３８０６４Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８２９５４（Ｐ２００７−８２９５４）
【出願日】平成１９年３月２７日（２００７．３．２７）
【出願人】（５９１１１９６２４）株式会社御池鐵工所 (86)
【出願人】（３００００１４８４）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２７日（２００７．３．２７）
【出願人】（５９１１１９６２４）株式会社御池鐵工所 (86)
【出願人】（３００００１４８４）
【Ｆターム（参考）】
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