CN111818993A - 气泡产生装置 - Google Patents

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Abstract

在液相中间歇且有效地产生大气泡。气泡产生装置(1)在液相中间歇地产生大气泡(a2)。气泡产生装置(1)具备气泡存积容器(3)、摆动轴(4)以及一对缘部支承件(5a、5b)。气泡存积容器(3)存积由气体供给喷嘴(2)在液相中产生的气泡(a1)。摆动轴(4)使气泡存积容器(3)摆动而从气泡存积容器(3)放出大气泡(a2)。一对缘部支承件(5a、5b)承接气泡存积容器(3)的缘部而限制气泡存积容器(3)的摆动。气泡存积容器(3)的内部被沿摆动轴(4)的轴向设置的隔壁(30)分割。

Description

气泡产生装置
技术领域
本发明涉及在液相中产生气泡的气泡产生装置。
背景技术
在液体中间歇地产生大气泡的气泡产生装置的用途很多。
例如，为了防止用于排水处理的分离膜的堵塞，采用通过使分离膜表面的被处理水摆动的洗涤来剥离分离膜表面的悬浊物质的方法。对分离膜面进行洗涤的气泡直径越大，气泡所具有的动能越大，清洗效果越高，特别是，在并列设置平膜型的分离膜的情况下，优选为至少比膜面的间隔大的直径。
作为能够产生气泡直径大的气泡的装置，迄今为止提出了能够产生气泡直径大的气泡的装置或具备该装置的膜分离装置。例如，可以列举用于膜分离装置中的膜面清洗的间歇空气扫流装置、用于在无氧条件下运转生物反应槽的粗大气泡产生装置、使厌氧性消化系统的箱内的废液的浓度和温度均匀化的气泡产生装置等。
作为上述间歇空气扫流装置，例如可以列举专利文献1～3中公开的膜分离装置、逆洗装置。
专利文献1的膜分离装置通过在以往的气体扩散管一并使用气泡滞留板(气泡聚集构件)，从而将清洗效果高、粒径大的气泡供给到分离膜。
专利文献2的膜分离装置在膜部件的下方设置气泡弹放出构件，该气泡弹放出构件通过逆虹吸作用而间歇地放出成为大气泡的气泡弹，在膜部件内的流路内产生大气泡的上升流来抑制固体成分向膜面上的堆积。
专利文献3的膜分离装置通过使空气储存杯朝上打开，空气从内部的空气储存部顺畅地放出而间歇地放出大气泡。
作为上述粗大气泡产生装置，可以列举专利文献4的粗大气泡产生装置。在该文献中，公开了利用使用了微生物固定化载体的循环式硝化脱氮法的废水处理装置中的应用例。在该应用例中，将粗大气泡产生装置设置于在无氧条件下运转的反应槽而在反应槽中进行气体扩散，从而进行载体的搅拌、流动化处理。从该粗大气泡产生装置吹出的气泡的直径比较大，氧向反应槽的溶解量少，因此，反应槽保持足以引起脱氮反应的无氧状态。
作为用于上述均匀化的气泡产生装置，可以列举专利文献5中公开的具备气泡产生器和相对于该气泡产生器经由支架管竖立设置的堆叠管的气泡产生装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-224452号公报
专利文献2：日本特开2003-340250号公报
专利文献3：日本特开平10-192667号公报
专利文献4：日本专利第3451849号
专利文献5：美国专利第4187263号
发明内容
专利文献1的膜分离装置虽然能够通过调整产生气泡滞留板的水平方向上的宽度而产生一定程度的大小的气泡直径，但由于通过聚集小气泡而使其大气泡化，因此，在同时大量地形成该大气泡这一点上存在极限。
专利文献2的气泡弹放出构件能够根据气体虹吸室的内容积的大小来调整气体容积。但是，即便能够通过逆虹吸作用而一下子放出大容积的气体，气泡也不是一体的，而是被分割为一定程度的大小的气泡直径而放出。因此，与专利文献1的装置同样地，在形成该大气泡这一点上存在极限。
在专利文献3的逆洗装置中，能够按照空气储存杯的内容积的大小来调整气泡的大小。因此，与专利文献1、2的装置相比，容易形成大气泡直径。
但是，当在气泡清洗对象物的下方设置多个空气储存杯的情况下，使其在平面上分散，因此，根据各个空气储存杯的大小，空气储存杯的间隔受限。这并不适合于在被限定的特定区域中大量地形成大气泡，例如，在平膜型或中空纤维状的分离膜接近地配置的情况下，相对于成为清洗对象的膜组件，大气泡的产生点的设定受到制约，因此，在均匀地清洗膜组件这一点上存在课题。
在专利文献4的粗大气泡产生装置中，从该粗大气泡产生装置吹入的气泡的直径大，因此，氧向反应槽的溶解量少，反应槽保持足以引起脱氮反应的无氧状态。但是，关于粗大气泡产生装置，对于具体的结构，在该文献中没有记载，仅作为在反应槽内产生粗大径的气泡的气体扩散装置而被公开。
专利文献5的气泡产生构件与专利文献2的装置同样地利用逆虹吸作用，因此，即便能够一下子放出大容积的气体，气泡也不是一体的，而是被分割为一定程度的大小的气泡直径而放出。因此，专利文献5的气泡产生构件与专利文献1的装置同样地，在形成该大气泡这一点上存在极限。
本发明鉴于上述情形而作出，其课题在于在液相中间歇且有效地产生大气泡。
因此，本发明的一个方案的气泡产生装置在液相中间歇地产生大气泡，其中，所述气泡产生装置具备：气体供给部件，所述气体供给部件连续供给空气；气泡存积容器，所述气泡存积容器存积由该气体供给部件在液相中产生的气泡；摆动轴，所述摆动轴使该气泡存积容器摆动；以及隔壁，所述隔壁在所述气泡存积容器的内部沿所述摆动轴的轴向设置而分割该内部。
在本发明的一个方案中，在所述气体供给部件具备承接所述气泡存积容器的缘部的一对缘部支承件。
在本发明的一个方案中，所述摆动轴在所述隔壁的下端附近设置于该隔壁。
在本发明的一个方案中，在所述气泡存积容器的内部具备多个隔壁，所述多个隔壁与所述摆动轴的轴向垂直地配置而进一步分割所述内部。
在本发明的一个方案中，在所述气泡存积容器的长度方向上被分割为多个的内部在气泡存积容器内的顶部连通。
在本发明的一个方案中，所述气泡产生装置与在被供给所述气泡的膜分离装置的下端侧配置的气泡扩散防止壁或气泡导入壁一并使用，或者与循环供给所述液相的导流管一并使用。
根据以上的本发明，能够在液相中间歇且有效地产生大气泡。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的被应用于水槽的气泡产生装置的概略结构图。
图2是上述气泡产生装置的俯视图。
图3(a)是在上述气泡产生装置的一方的气泡存积室中存积气泡的过程的说明图，(b)是从该一方的气泡存积室放出气泡的过程的说明图，(c)是在该气泡产生装置的另一方的气泡存积室中存积气泡的过程的说明图，(d)是从该另一方的气泡存积室放出气泡的过程的说明图。
图4是应用上述气泡产生装置的膜分离装置的形态例的概略结构图。
图5是本发明的实施方式2的被应用于膜分离装置的气泡产生装置的动作例的说明图。
图6是本发明的实施方式3的被应用于膜分离装置的气泡产生装置的动作例的说明图。
图7是本发明的实施方式4的被应用于导流管的气泡产生装置的动作例的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[实施方式1]
图1所示的本实施方式的气泡产生装置1采用翻倒室式间歇气泡产生方式，在水槽10内的液相中间歇地产生大气泡a2。
气泡产生装置1具备：气体供给喷嘴2、存积由该气体供给喷嘴2在液相中产生的气泡a1的气泡存积容器3、使该气泡存积容器3摆动的摆动轴4、以及承接气泡存积容器3的缘部的一对缘部支承件5a、5b。
气体供给喷嘴2是气体供给部件的一个形态，如图2所例示的那样，在设置在水槽10内的框体7中，在沿摆动轴4的轴向配置的配管6上大致等间隔地设置。
如图1所示，气泡存积容器3的内部被沿摆动轴4的方向设置的隔壁30分割为气泡存积室31a、31b。
摆动轴4设置在隔壁30的下端附近。特别是，通过以摆动轴4为中心的气泡存积容器3的往复摆动，能够将通过来自气体供给喷嘴2的空气的连续供给而产生的气泡向气泡存积室31a、31b可靠地分配。
缘部支承件5a、5b承接气泡存积容器3的缘部而限制气泡存积容器3的往复摆动。如图1所示，缘部支承件5a、5b由在水槽10的底部11配置在气泡存积容器3的正下方的、底较浅且截面呈大致U形的部件5的缘部构成。
部件5只要使气泡存积容器3的往复摆动在规定的位置停止即可，因此，也可以利用将上述气体供给部件固定的板状部件、气泡产生装置1的设置面。
气泡存积容器3的容器材质及内容积，考虑被处理水中的气泡存积容器3的浮力(气泡存积容器3的单侧被100％空气充满的状态)与容器材质的质量的平衡来进行选择及设计。
并且，如图2所示，通过使气泡存积容器3的侧面方向为长条，从而即便是图4所例示的膜分离装置20，特别是在具有纵深的形态中也能够应用。
在该情况下，如图2所示，在气泡存积容器3的内部，还具备在与摆动轴4的轴向垂直地配置的状态下分割气泡存积室31a、31b的空间的多个隔壁32，由此，一对气泡存积室31a、31b沿着气泡存积容器3的长度方向形成有多个。而且，相对于一个一对气泡存积室31a、31b配置有至少一个气体供给喷嘴2。这样，通过进一步分割气泡存积容器3，能够实现气泡供给的平面的均匀化。
另外，在气泡存积容器3的长度方向上被分割为多个的内部的气泡存积室31a、31b在气泡存积容器3内的顶部连通。即，在上述长度方向上相邻的气泡存积室31a通过在气泡存积容器3内的顶部形成于隔壁32的省略图示的孔而连通。同样地，在上述长度方向上相邻的气泡存积室31b通过在气泡存积容器3内的顶部形成于隔壁32的省略图示的孔而连通。通过这样的形态，能够在各一对气泡存积室31a、31b中存积均等的气泡，进而能够实现气泡供给的平面的均匀化。
参照图3，对本实施方式的气泡产生装置1的动作例进行说明。
首先，如图3(a)所示，通过来自气体供给喷嘴2的空气的供给而在水槽10内的液相中产生的气泡a1被导入由一方的缘部支承件5a承接并支承的气泡存积容器3的气泡存积室31a内而开始存积气泡。
接着，若气泡存积室31a内充满气泡a1，则如图3(b)所示，气泡存积容器3由于在气泡存积室31a产生的浮力和气泡存积室31b的自重而向另一方的缘部支承件5b侧摆动。在该过程中，存积在气泡存积室31a内的气泡a1作为直径比该气泡a1大的大气泡a2而从气泡存积室31a放出。
来自气泡产生装置1的大气泡a2的放出所引起的流动的强度和频率能够按照气泡存积容器3的容量选择和来自气体供给喷嘴2的气体供给的速度进行调整。
另一方面，通过来自气体供给喷嘴2的空气的供给而产生的气泡a1向气泡存积室31b供给。接着，如图3(c)所示，在由另一方的缘部支承件5b承接并支承的气泡存积容器3的气泡存积室31b内开始存积气泡a1。
接着，如图3(d)所示，若气泡存积室31b内充满气泡a1，则气泡存积容器3由于在气泡存积室31b产生的浮力和气泡存积室31a的自重而向一方的缘部支承件5a侧摆动。在该过程中，存积在气泡存积室31b内的气泡a1作为直径比该气泡a1大的大气泡a2而从气泡存积室31b放出。另一方面，通过来自气体供给喷嘴2的空气的供给而产生的气泡a1向气泡存积室31a供给。
接着，如图3(a)所示，在由一方的缘部支承件5a承接并支承的气泡存积容器3的气泡存积室31a内，开始存积来自气体供给喷嘴2的气泡a1。不久，若气泡存积室31a内充满气泡a1，则如上所述，气泡存积容器3向另一方的缘部支承件5b侧摆动。在该过程中，如图3(b)所示，存积在气泡存积室31a内的气泡a1作为直径比该气泡a1大的大气泡a2而从气泡存积室31a放出。
如上所述，根据本实施方式的气泡产生装置1，能够在液相中间歇且有效地产生直径较大的大气泡a2。特别是，通过将气泡存积容器3内的空间分割为多个，平面的气泡产生点的设定变得容易。而且，由此能够间歇且均匀地供给大气泡a2。而且，其效果通过与其他部件例如后述的气泡扩散防止壁、气泡导入壁、导流管(draft tube)等的组合而进一步提高。
另外，气泡产生装置1能够用于在膜分离装置中用于膜面清洗的间歇空气扫流装置、为了在无氧条件下运转生物反应槽而在槽内进行搅拌的装置、用于使厌氧槽内的浓度和温度均匀的进行搅拌的装置等。
[实施方式2]
如图5所示，气泡产生装置1也能够与膜分离装置20的气泡扩散防止壁24一并使用而加以利用。
膜分离装置20例如是基于专利文献1的膜分离装置，如图4所示，在高度方向上层叠配置多个膜组件21。
膜组件21具备：并列配置的多个平膜型的分离膜22、以及与该多个分离膜22中的最外侧的分离膜22并列配置的一对水流引导件23。
在配置于膜分离装置20的最下层的膜组件21的下端具备一对气泡扩散防止壁24。气泡扩散防止壁24防止从膜分离装置20内的下端附近的气泡产生装置1放出的大气泡a2向膜分离装置20的外侧扩散。另外，膜分离装置20也从气泡扩散防止壁24的下端侧的开口部25导入液相。
如图5所示，本实施方式的气泡产生装置1配置于气泡扩散防止壁24的下端附近的膜分离装置20的开口部25附近的水槽10的底部11。
如上所述，通过将气泡产生装置1与膜分离装置20的气泡扩散防止壁24一并使用，从而能够防止从气泡产生装置1放出的大气泡a2的散失，能够使气泡间歇地以及交替地集中于膜分离装置20内的特定区域。因此，在膜分离装置20中，能够更有效地产生大气泡a2，因此，分离膜22的清洗效果提高。
实施方式2的气泡产生装置1的大气泡a2的放出所引起的流动的强度和频率也能够按照气泡存积容器3的容量选择和来自气体供给喷嘴2的气体供给的速度进行调整。
另外，气泡产生装置1替换以往的膜分离装置的气体扩散装置而被应用，但本发明不限于该形态，在设置于在无氧条件下运转的反应槽而在反应槽进行气体扩散的情况下、在厌氧性消化系统的槽内进行搅拌的情况下也可以应用。
[实施方式3]
图6所示的本实施方式的气泡产生装置1在实施方式1的形态中，通过进一步与气泡导入壁26一并使用，从而使大气泡a2间歇且交替地向膜分离装置20内的特定区域集中供给。
即，本实施方式的膜分离装置20并列具备膜组件21的层叠体27。在该并列的层叠体27的外侧面的下端，具备一对气泡扩散防止壁24。另一方面，在膜分离装置20内的并列的层叠体27的侧面的下端，具备一对将从气泡产生装置1放出的大气泡a2向层叠体27的下端侧引导的气泡导入壁26。另外，气泡导入壁26的全长形成为比气泡扩散防止壁24的全长短。
如该图所示，本实施方式的气泡产生装置1配置于气泡导入壁26的下端附近的膜分离装置20的开口部25附近的水槽10的底部11。
根据如上所述具备气泡产生装置1的膜分离装置20，能够利用气泡扩散防止壁24防止从气泡产生装置1放出的大气泡a2的散失。
另外，大气泡a2利用气泡导入壁26被引导至膜分离装置20内的特定区域，因此，能够间歇地以及交替地供给被集中的大气泡a2。并且，由于形成大气泡a2的流动彼此不影响的区域，因此，只要单一地具备气泡产生装置1，就能够向两组气体扩散对象进行气体扩散。
另外，与实施方式2同样地，气泡产生装置1的大气泡a2的放出所引起的流动的强度和频率能够按照气泡存积容器3的容量选择和来自气体供给喷嘴2的气体供给的速度进行调整。
[实施方式4]
气泡产生装置1可以作为污水处理场的厌氧槽、无氧槽的搅拌装置而应用。
图7所例示的实施方式4的气泡产生装置1作为配置于厌氧槽、无氧槽的导流管8内的水流产生构件而被应用。
导流管8直立地配置于厌氧槽、无氧槽的底部91。气泡产生装置1配置于导流管8内的在导流管8的下端侧形成的开口部81附近的底部91。气泡产生装置1只要设置在导流管8内即可，没有设置高度等的限制。
在将气泡产生装置1应用于厌氧槽的情况下，向气体供给喷嘴2供给的供给气体使用在厌氧槽中产生的消化气体或同质的气体。从气泡产生装置1的气泡存积容器3放出的上述消化气体的大气泡a2随着从导流管8的开口部81循环供给的虚线所示的液相9的流动，在导流管8内上升而从导流管8的上端开口部排出。
在气泡产生装置1作为无氧槽的搅拌装置而被应用的情况下，向气体供给喷嘴2供给的供给气体为空气，该空气在气泡产生装置1的气泡存积容器3中存积后，间歇地作为大气泡a2从气泡存积容器3放出。该大气泡a2随着从导流管8的开口部81循环供给的虚线所示的液相9的流动而从导流管8的上端开口部放出。通过经由具备这样的气泡产生装置1的导流管8的液相9的循环供给，氧向反应槽的溶解量少，反应槽能够保持最适于脱氮反应的无氧状态。
与实施方式2、3同样地，本实施方式的气泡产生装置1的大气泡a2的放出所引起的流动的强度和频率能够按照气泡存积容器3的容量选择和来自气体供给喷嘴2的气体供给的速度进行调整。
本实施方式利用了导流管8，但若通过调整气泡产生装置1的气泡存积容器3的容量以及个数的选择和来自气体供给喷嘴2的气体供给的速度，能够得到所要求的液相的流动，则不需要导流管8。

Claims (6)

1.一种气泡产生装置，在液相中间歇地产生大气泡，其中，所述气泡产生装置具备：
气体供给部件，所述气体供给部件连续供给空气；
气泡存积容器，所述气泡存积容器存积由该气体供给部件在液相中产生的气泡；
摆动轴，所述摆动轴使该气泡存积容器摆动；以及
隔壁，所述隔壁在所述气泡存积容器的内部沿所述摆动轴的轴向设置而分割该内部。
2.如权利要求1所述的气泡产生装置，其中，
在所述气体供给部件具备承接所述气泡存积容器的缘部的一对缘部支承件。
3.如权利要求1或2所述的气泡产生装置，其中，
所述摆动轴在所述隔壁的下端附近设置于该隔壁。
4.如权利要求1～3中任一项所述的气泡产生装置，其中，
在所述气泡存积容器的内部具备多个隔壁，所述多个隔壁与所述摆动轴的轴向垂直地配置而进一步分割所述内部。
5.如权利要求4所述的气泡产生装置，其中，
在所述气泡存积容器的长度方向上被分割为多个的内部在气泡存积容器内的顶部连通。
6.如权利要求1～5中任一项所述的气泡产生装置，其中，
所述气泡产生装置与在被供给所述气泡的膜分离装置的下端侧配置的气泡扩散防止壁或气泡导入壁一并使用，或者与循环供给所述液相的导流管一并使用。
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