CN116249585A - 气泡产生装置以及液体过滤装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够高效地自过滤膜的表面将污浊物质剥离的气泡产生装置(30)。具备比折回通路(36、37)的折回部(36b、37b)靠上方地配置的气泡放出室(35)。折回通路(36、37)具备与气体积存室(33、34)连通的第1连通口(36d、37d)和在比折回部(36b、37b)靠下游侧的位置与气泡放出室(35)连通的第2连通口(36e、37e)。气体积存室(33、34)以及气泡放出室(35)分别在下端具备朝向下方的开口。气泡放出室(35)的水平方向的截面积大于或等于第2连通口(36e、37e)的开口面积(在图示的例子中是两个第2连通口的开口面积的总和)。

Description

气泡产生装置以及液体过滤装置
技术领域
本发明涉及气泡产生装置以及使用该气泡产生装置的液体过滤装置。
背景技术
以往，在利用过滤膜对液体进行过滤的液体过滤装置中，为了抑制过滤膜的堵塞，一般通过气体洗涤(scrubbing)进行将污浊物质自过滤膜的表面剥离的操作。气体洗涤是利用气泡产生装置自过滤膜的下方朝向过滤膜放出气泡而利用气泡使过滤膜的表面附近的液体激烈地摆动的方法。
作为气泡产生装置，已知一种具备气体积存室和与该气体积存室的上部连通的折回通路的装置。气体积存室在内部积存液体，并且将被供给到该液体中的气体积存到液体的上方。折回通路在与气体积存室的上部连通而朝向下方延伸后，折回而朝向上方延伸。
作为该结构的气泡产生装置，已知专利文献1所述的装置。该气泡产生装置具备作为气体积存室的气体积存流路和作为折回通路的气体引导通路。气体积存流路以及气体引导通路设置在液体中。气体自外部被供给到液体积存通路内的液体中，气体在液体中浮起而积存在液体积存通路的上部。当液体积存通路内的气体的积存量增加起来时，不久，气体自液体积存通路的上部进入气体引导通路内。在气体引导通路内，气体一边下推气体引导通路内的液体一边向下方移动，流向气体引导通路的折回部。到达了气体引导通路的折回部的气体与后续的气体积存室内的气体连续，一边上推比折回部靠下游侧地存在的液体一边不停地浮起。然后，气体作为气泡自气体引导通路的出口侧的开口被放出。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：WO2015/146686号公报
发明内容
发明要解决的课题
用于气体洗涤的气泡的直径越大，由浮起产生的动能越大，对过滤膜进行清洗的效果越佳。但是，在专利文献1所述的气泡产生装置中，构成气体引导通路的配管的末端的开口直接成为放出气泡的气泡放出口。在该结构中，在开始自气体引导通路的末端经过气泡放出口向气体引导通路外放出气体后，受到气体引导通路的折回部的流路阻力的后续的气体难以顺利地追随先行的气体。无法顺利地追随的后续的气体容易与先行的气体断开，因此，后续的气体难以在与先行的气体连续的状态下不停地自开口放出。因此，在专利文献1所述的气泡产生装置中，难以形成直径较大的气泡。
本发明是鉴于以上的背景而做成的，其目的在于，提供一种能够高效地自过滤膜的表面将污浊物质剥离的气泡产生装置以及使用该气泡产生装置的液体过滤装置。
用于解决课题的方案
本发明的一技术方案的气泡产生装置具备气体积存室和折回通路，所述气体积存室在内部积存液体，并且将供给到所述液体中的气体积存到所述液体的上方，所述折回通路在与所述气体积存室的上部连通而朝向下方延伸后，折回而朝向上方延伸，所述气泡产生装置间歇性地将经由了所述折回通路的气体形成为气泡，其特征在于，所述气泡产生装置具备与放出气泡的气泡放出口连通的气泡放出室，所述折回通路具备第1连通口和第2连通口，所述第1连通口与所述气体积存室连通，所述第2连通口在比所述折回通路的折回部靠气体前进方向的下游侧的位置与所述气泡放出室连通，所述气体积存室以及所述气泡放出室分别在下端具备朝向下方的开口，所述气泡放出室的水平方向的截面积大于或等于所述第2连通口的开口面积。
发明效果
采用本发明，具有能够高效地自过滤膜的表面将污浊物质剥离的优异的效果。
附图说明
图1是表示使用实施方式的液体过滤装置的水处理设施的概要结构的图。
图2是表示该液体过滤装置的膜组件以及气泡产生装置的立体图。
图3是表示该膜组件的膜元件和套管的立体图。
图4是表示该液体过滤装置的气泡产生装置的立体图。
图5是该气泡产生装置的剖视图。
图6是该气泡产生装置的俯视图。
图7是表示未运行的状态下的该气泡产生装置的剖视图。
图8是表示分批处理中的第1期的状态的该气泡产生装置的剖视图。
图9是表示分批处理中的第2期的状态的该气泡产生装置的剖视图。
图10是表示分批处理中的第3期的状态的该气泡产生装置的剖视图。
图11是表示分批处理中的第4期的状态的该气泡产生装置的剖视图。
图12是表示通过实验获得的振动量与时间的关系的坐标图。
图13是表示实施例的气泡产生装置的立体图。
图14是表示该气泡产生装置的剖视图。
图15是表示分批处理的第2期中的该气泡产生装置的状态的一例的剖视图。
图16是表示变形例的气泡产生装置的立体图。
图17是表示分批处理中的第1期的状态的该气泡产生装置的剖视图。
图18是表示分批处理中的第2期的状态的该气泡产生装置的剖视图。
具体实施方式
以下，使用各图对应用了本发明的液体过滤装置的一实施方式进行说明。在实施方式中，为了使说明容易理解，简化或省略本发明的主要部分以外的构造、要素地进行说明。另外，在各图中，对相同的要素标注相同的附图标记。另外，各图中示出的各要素的形状和尺寸等是示意性地示出的，并不表示实际的形状和尺寸等。
图1是表示使用实施方式的液体过滤装置的水处理设施的概要结构的图。该水处理设施具备原水箱1、过滤处理水槽2、处理水箱3、控制装置4、原水泵5、第1水位传感器6、原水转运管7、处理水转运管8、吸引泵9、第2水位传感器11和第3水位传感器12等。另外，水处理设施具备鼓风机13、空气供给管14、架台15、膜组件20和气泡产生装置30等。
在原水箱1内积存有作为液体的原水(处理前水)W1。设置于原水箱1的由超声波传感器等构成的第1水位传感器，检测原水箱1内的原水W1的水位(水面的高度)，将检测结果作为水位信号发送给控制装置4。设置在原水箱1内的原水泵5吸引并排出原水箱1内的原水W1，经过原水转运管7将原水W1输送到过滤处理水槽2。作为原水泵5，例示了由水底泵构成的结构，但也可以使用由陆地泵构成的结构。
过滤处理水槽2是钢筋混凝土制的水槽。在过滤处理水槽2内设置有液体过滤装置50。液体过滤装置50具备架台15、膜组件20以及气泡产生装置30，液体过滤装置50整体浸泡于过滤处理水槽2内的原水W1。鼓风机13经过排出口向空气供给管14排出自吸引口吸引的作为气体的空气。被排出到空气供给管14的空气向液体过滤装置50的气泡产生装置30供给。设置于过滤处理水槽2的第3水位传感器12检测过滤处理水槽2内的原水W1的水位，将检测结果作为水位信号发送给控制装置4。
吸引泵9借助处理水转运管8和设置在膜组件20内的后述的膜元件吸引过滤处理水槽2内的原水W1。所吸引的原水W1在被膜元件过滤而成为处理完水W2后，经过处理水转运管8被输送到处理水箱3。设定于处理水箱3的第2水位传感器11检测处理水箱3内的处理完水W2的水位，将检测结果作为水位信号发送给控制装置4。
另外，也可以用利用水头压力产生吸引力的泵来代替吸引泵9。吸引的部件没有特别限定。
在处理水箱3的水位未达到上限并且规定的运转执行条件成立的情况下，控制装置4使吸引泵9和鼓风机13进行工作而执行原水W1的过滤处理。但需要注意的是，在原水箱1内的原水W1的水位成为下限以下的情况下，以及在过滤处理水槽2内的原水W1的水位成为下限以下的情况下，即使运转执行条件成立，控制装置4也中止过滤处理的执行。另外，鼓风机13的作用见后述。
图2是表示实施方式的液体过滤装置(50)的膜组件20以及气泡产生装置30的立体图。在该图中，Z表示重力方向。以下，使用各图说明液体过滤装置(50)的结构，但在称为“上下方向”的情况下，“上下方向”是指不管各图中示出的膜组件20和气泡产生装置30的姿势怎样，膜组件20与气泡产生装置30都相对的方向。另外，在称为“上方”的情况下，“上方”是指不管各图中示出的膜组件20和气泡产生装置30的姿势怎样都沿“上下方向”向上侧去的方向。另外，在称为“下方”的情况下，“下方”是指不管各图中示出的膜组件20和气泡产生装置30的姿势怎样都沿“上下方向”向下侧去的方向。另外，在称为“水平方向”的情况下，“水平方向”是指不管各图中示出的膜组件20和气泡产生装置30的姿势怎样都与“上下方向”正交的方向。
膜组件20具备方筒状的壳体21和多个膜元件22。多个膜元件22成为板状的形状，在壳体21内以沿“水平方向”空开间隔地排列在一条直线上的形态配置，并由壳体21的内表面保持。
箱状的气泡产生装置30配置于膜组件20的“下方”(正下方)。气泡产生装置30在侧板具备两个管连接部31，在这些管连接部31分别连接有上述的空气供给管(图1的附图标记14)。
图3是表示膜元件22和套管16的立体图。膜元件22具备过滤膜23和4个保持构件24。在实施方式的液体过滤装置(50)中，作为过滤膜23，使用由板状的平膜构成的膜，但过滤膜23的种类不限定于平膜，也可以是空心纤维膜等其他种类。过滤膜23的材质可以是PVC(聚氯乙烯)、PVDF(聚偏氟乙烯)等有机材料，也可以是由氧化铝、堇青石、碳化硅和其他金属氧化物的一种或多种构成的陶瓷。另外，过滤膜23也可以是使有机膜和陶瓷膜复合而成的复合膜。
过滤膜23具备沿上下方向延伸的多个空心部23a。这些空心部23a沿过滤膜23的短边方向以规定的间隔排列，空心部23a的上端成为朝向“上方”的开口。
在过滤膜23的上端部安装有套管16。另外，上述的处理水转运管(图1的附图标记8)与套管16连接。当吸引泵(图1的附图标记9)进行工作时，在过滤膜23的表面产生吸引力，存在于过滤膜23的周围的原水(图1的附图标记W1)经过过滤膜23的无数的微小孔被吸引到空心部23a内。此时，原水W1被过滤，原水W1中的污浊物质残留在过滤膜23的表面。
4个保持构件24分别在固定于过滤膜23的角附近的状态下与设置于壳体(图2的附图标记21)的内表面的卡合部卡合。
设置于膜组件20的“下方”的气泡产生装置30朝向“上方”的膜组件20放出气泡。被放出的气泡在原水W1中浮起，经过膜组件20的壳体21的下端的开口进入壳体21内。随后，气泡到达多个过滤膜23的下端，在由过滤膜23断开成多个后，进入彼此相邻的过滤膜23间的区域(以下称为“膜间区域”)。在“膜间区域”浮起的气泡使过滤膜23的表面附近的原水W1激烈地摆动而将附着于过滤膜23的表面的污浊物质剥离。
另外，壳体21的形状如图所示，是包围多个膜元件22的四周的形状，但只要是不会使气泡自壳体21内大幅地漏出的那样的形状即可，也可以是在壳体21的侧表面的一部分具备开口的形状。
图4是表示气泡产生装置30的立体图。在气泡产生装置30的顶板32设置有沿大致水平方向延伸的长孔状(细长形状)的气泡放出口32a。气泡产生装置30不具备底板，在气泡产生装置30的下端具备朝向“下方”大幅开口的下端开口39。
图5是气泡产生装置30的剖视图。另外，图6是气泡产生装置30的俯视图。气泡产生装置30具备第1气体积存室33、第2气体积存室34、气泡放出室35、第1折回通路36和第2折回通路37等。
图5中的点划线是设置于顶板32的气泡放出口32a的短边的中心线Lc。放出由作为气体的空气构成的气泡的气泡放出口32a以短边中心位于顶板32的中心且朝向“上方”开口的形态配置。气泡放出室35配置于气泡放出口32a的“下方”(正下方)且与气泡放出口32a连通。
如图6所示，气泡放出室35的形状是沿气泡放出口32a的长度方向延伸的细长形状。如图5所示，第1折回通路36在气泡放出口32a的短边方向上的一侧与气泡放出室35相邻。另外，第2折回通路37在气泡放出口32a的短边方向上的另一侧与气泡放出室35相邻。以下，将沿着气泡放出口32a的短边方向的方向简称为“短边方向”。
第2折回通路37的构造是以中心线Lc为基准而与第1折回通路36轴对称的构造。第1气体积存室33在“短边方向”的一侧与第1折回通路36邻接。另外，第2气体积存室34在“短边方向”的另一侧与第2折回通路37邻接。第2气体积存室34的构造是以中心线Lc为基准而与第1气体积存室33轴对称的构造。
第1折回通路36具备自第1连通口36d朝向“下方”延伸的下降部36a、朝向“上方”折回的折回部36b和朝向“上方”延伸并与第2连通口36e相通的上升部36c。第2折回通路37也具备同样的下降部37a、折回部37b以及上升部37c。
图7是表示未运行的状态的气泡产生装置30的剖视图。在该图中，为了易于观察，省略了气泡产生装置30的截面处的阴影线。在未运行的状态的气泡产生装置30中，如图所示，气泡产生装置30的内部空间几乎被原水W1填满。
气泡产生装置30能够间歇性地自气泡放出口32a形成较大的气泡。以下，将自气泡放出口32a放出较大的气泡后到即将下一次自气泡放出口32a放出较大的气泡之前，称为分批处理。
图8是表示分批处理中的第1期的状态的气泡产生装置30的剖视图。与气泡产生装置30连接的两个空气供给管14中的一者在第1气体积存室33的下部开口，向第1气体积存室33内的原水W1供给空气。另外，另一者在第2气体积存室34的下部开口，向第2气体积存室34内的原水W1供给空气。
在分批处理的第1期，由两个空气供给管14中的一者供给到原水W1中的空气，在原水W1内浮起而积存在第1气体积存室33的上部。这样积存在第1气体积存室33的上部的空气的一部分，经过第1连通口36d进入第1折回通路36的下降部36a。在第1气体积存室33以及第1折回通路36的下降部36a中，随着空气的积存量的增加，原水W1的水位下降。第1气体积存室33内的原水W1的水位与第1折回通路36内的原水W1的水位大致相同。
在第1气体积存室33中，与原水W1的水位的下降对应的量的原水W1经过气泡产生装置30的下端开口(图4的附图标记39)向气泡产生装置30的外部流出。另外，在第1折回通路36的下降部36a中，与原水W1的水位的下降对应的量的原水W1进入折回部36b。随着该进入，大致同量的原水W1在第1折回通路36的上升部36c内上升，经过第2连通口(图5的附图标记36e)进入气泡放出室35。随着该进入，大致同量的原水W1经过气泡产生装置30的下端开口或气泡放出口32a向气泡产生装置30的外部流出。
说明了第1气体积存室33以及第1折回通路36中的空气、原水W1的动态，第2气体积存室34以及第2折回通路37中的空气、原水W1的动态也同样。
图9是表示分批处理中的第2期的状态的气泡产生装置30的剖视图。在分批处理的第2期，相比第1期，第1气体积存室33、第1折回通路36的下降部36a、第2气体积存室34以及第2折回通路37的下降部37a各自的空气的积存量增加，并且原水W1的水位下降。
在分批处理的第2期快要结束前，在第1折回通路36中，下降部36a的空气进入折回部36b内，并且超过折回部36b的折回点。
图10是表示分批处理中的第3期的状态的气泡产生装置30的剖视图。在第3期，超过了折回点的空气在第1折回通路36的上升部36c内高速上升而到达至第2连通口36e，进一步经过气泡放出室35和气泡放出口32a而出去到气泡产生装置30的外部。第1气体积存室33内的空气与上述那样的空气动态同步地经过第1连通口36d进入第1折回通路36的下降部36a，在下降部36a内高速下降。
以上说明了第1气体积存室33以及第1折回通路36内的空气的动态，第2气体积存室34以及第2折回通路37内的空气的动态也同样。在气泡放出口32a的上方，自第1折回通路36借助气泡放出室35出去到外部的空气与自第2折回通路37借助气泡放出室35出去到外部的空气成为一体，形成较大的圆形的横截面的空气聚集体。
在气泡放出口32a的上方形成上述那样的较大的空气聚集体是基于以下说明的理由。
即，在气泡放出室35内向气泡放出口32a去的上升空气的气流设为比自上升部(36c、37c)经过第2连通口(36e、37e)进入气泡放出室35的空气的气流快。在该情况下，气泡放出室35内的空气的移动速度比自第2连通口(36e、37e)流入气泡放出室35的空气的移动速度快。于是，在气泡放出室35产生负压。利用该负压，将气泡放出室35内的原水W1引入到空气中，产生空气与原水W1的气液混合流。其结果是，自折回通路(36、37)经过第2连通口(36e、37e)进入气泡放出室35的空气被气液混合流断开，不再长大成较大的气泡。
作为气泡放出室35内的空气的移动速度比自第2连通口(36e、37e)流入气泡放出室35的空气的移动速度快的原因之一，举出折回部(36b、37b)的流路阻力。
那么，实施方式的气泡产生装置30在两个气体积存室(33、34)以及气泡放出室35各自的下端具备作为朝向下方的开口的下端开口(图4的附图标记39)。两个气体积存室(33、34)和气泡放出室35在各自的下部彼此连通，因此下端开口(图4的附图标记39)作为两个气体积存室(33、34)以及气泡放出室35共用的开口发挥功能。若严密地进行区分，下端开口(图4的附图标记39)的整个区域中第1气体积存室33的正下方的区域是在第1气体积存室33的下端朝向下方的开口，第2气体积存室34的正下方的区域是在第2气体积存室34的下端朝向下方的开口。另外，气泡放出室35的正下方的区域是在气泡放出室35的下端朝向下方的开口。
当气泡放出室35内的空气经由气泡放出口32a开始向外部放出时，存在于折回部(36b、37b)的附近的空气开始因流路阻力而以比先行的空气稍慢的速度进行移动。于是，在气泡放出室35内产生一点点的负压，但如图10中粗箭头所示，比空气靠下方地存在的原水W1对存在于上方的空气施加向上方去的力。此时，在气泡放出室35的正下方，存在于气泡产生装置30的下方的原水W1经过下端开口(图4的附图标记39)想要进入气泡产生装置30的内部，从而辅助上述的力。同时，在两个气体积存室(33、34)各自内，比空气靠下方地存在的原水W1对存在于上方的空气施加经过第1连通口(36d、37d)向折回通路(36、37)内推入的力。此时，在两个气体积存室(33、34)内各自的正下方，存在于气泡产生装置30的下方的原水W1经过下端开口(图4的附图标记39)想要进入气泡产生装置30的内部，从而辅助上述的力。
以上的结果是，两条折回通路(36、37)各自的内部的空气顺利地追随气泡放出室35内的先行的空气，经过第2连通口(36e、37e)快速地流入气泡放出室35内。由此，采用实施方式的气泡产生装置30，能使后续的空气在不与先行的空气断开地与先行的空气连续的状态下顺利地朝向气泡放出口32a移动，作为大径的气泡自气泡放出口32a放出。
但需要注意的是，当第2连通口(36e、37e)的开口面积与气泡放出室35的水平方向的截面积的比率不合适时，在气泡放出室35内的第2连通口(36e、37e)的附近集中地产生较大的负压。当这样集中地产生负压时，在气泡放出室35内的第2连通口(36e、37e)的附近，存在于与空气的界面的原水W1被引入到空气中而混入空气。于是，混入的原水W1有可能使后续的空气与先行的空气断开而使气泡小径化。
那么，在实施方式的气泡产生装置30中，相比第1折回通路36的第2连通口36e的开口面积与第2折回通路37的第2连通口37e的开口面积的总和，气泡放出室35的水平方向的截面积为大于或等于该总和的大小。在该结构中，在气泡放出室35内，在第2连通口(36e、37e)的出口附近开始产生的负压不在该出口附近集中地在气泡放出室35内以远离出口附近的方式沿水平方向传播而均匀化。因此，空气不会在气泡放出室35的第2连通口(36e、37e)的出口附近引入原水W1。于是，如图所示，“外部先行空气”、“内部后续空气”、两条折回通路(36、37)各自的内部的空气和两个气体积存室(33、34)各自的内部的空气不断开地以一体地连续的方式移动。其结果是，实施方式的气泡产生装置30如图11(第4期)所示，通过在气泡放出口32a的上方形成直径较大的气泡并朝向过滤膜(图3的附图标记23)放出，能够高效地自过滤膜的表面将污浊物质剥离。
如上所述，设置于气泡放出室35的下端的开口是下端开口(图4的附图标记39)的整个区域中的气泡放出室35的正下方的区域。也就是说，设置于气泡放出室35的下端的开口的开口面积与气泡放出室35的水平方向的截面积相同。在该结构中，在气泡放出室35内，当放出气泡时，能使因存在于空气的下方的原水W1而想要将上方的空气朝向上方上推的力均匀化，而不会集中在截面方向的一部分。由此，能够更可靠地抑制由空气导致的、存在于与空气的界面附近的原水W1的引入，更可靠地实现气泡的大径化。
另外，如上所述，设置于气体积存室(33、34)的下端的开口是下端开口(图4的附图标记39)的整个区域中的气体积存室(33、34)的正下方的区域。也就是说，设置于气体积存室(33、34)的下端的开口的开口面积与气体积存室(33、34)的截面积相同。在该结构中，当自气泡放出口32a放出气泡时，在气体积存室(33、34)内，能使因存在于空气的下方的原水W1而想要将上方的空气朝向上方上推的力均匀化，而不会集中在截面方向的一部分。由此，抑制由空气导致的、存在于与空气的界面附近的原水W1的引入，从而能够抑制原水W1自气体积存室(33、34)向折回通路(36、37)流入。
另外，在气泡放出口32a的开口面积比两个第2连通口(36e、37e)的开口面积的总和小的情况下，当空气通过气泡放出口32a时，空气的移动速度发生变动。但是，由于气泡放出室35的空气的大部分朝向气泡放出口32a以稳定的速度上升，所以不会以比自第2连通口(36e、37e)的空气的流入速度快的速度上升。因此，在与原水W1的界面，空气不会引入原水W1。
实施方式的气泡产生装置30具备两个气体积存室(33、34)，但气体积存室的数量不限定于两个，也可以是1个，也可以是3个以上。另外，在气泡产生装置30中，作为折回通路(36、37)，具备由板状的隔壁形成的形状的结构，但折回通路(36、37)的形状没有特别限定。只要具备第1连通口(36d、37d)、第2连通口(36e、37e)、下降部(36a、37a)、折回部(36b、37b)以及上升部(36c、37c)即可，可以是任意的形状。
如图4所示，气泡放出口32a朝向“上方”开口。在该结构中，相比具备朝向与“上方”不同的方向开口的气泡放出口的结构，不易发生由气泡放出口的周壁导致“外部先行空气”与“内部后续空气”断开的现象，因此能够形成更大的直径的气泡。
如图6以及图10所示，两条折回通路(36、37)各自的下降部(36a、37a)、折回部(36b、37b)以及上升部(36c、37c)的形状是沿气泡放出口32a的长度方向延伸的形状。另外，气泡放出室35的形状也是沿气泡放出口32a的长度方向延伸的形状。另外，在两条折回通路(36、37)的各个折回通路内，第1连通口(36d、37d)以及第2连通口(36e、37e)各自的形状也是沿气泡放出口32a的长度方向延伸的形状。
在该结构中，能在气泡放出口32a的上方形成以与气泡放出口32a的长度方向的尺寸大致同等的尺寸较长地连续的横长的较大的气泡。该横长的较大的气泡由膜组件(图3的附图标记20)的多个过滤膜(图3的附图标记23)断开成多个，各个气泡以足够的大小进入“膜间区域”。并且，进入到“膜间区域”内的足够大小的气泡利用气体洗涤对两侧的过滤膜分别施加足够的剪切力，能够良好地自各个过滤膜的表面将污浊物质剥离。
如已述的那样，气泡产生装置30具备气体积存室与折回通路的多个组(第1气体积存室33与第1折回通路36的组以及第2气体积存室34与第2折回通路37的组)。各个组的折回通路(36、37)在各自的第2连通口(36e、37e)与共用的气泡放出室35连通。在该结构中，依据气泡放出口32a的形状配置多个组的各个组，从而能够实现气泡的各部分的大小的均匀化，实现气泡的大径化。例如，在实施方式的气泡产生装置30中设为如下布局，即，将两个组(气体积存室以及折回通路)的一者配置于气泡放出口32a的“短边方向”的一侧，将另一者配置于“短边方向”的另一侧的布局。采用这样的布局，能在气泡的“短边方向”的一侧和另一侧实现大小的均匀化。
如图11中粗箭头所示，当气泡离开气泡放出口32a时，在气泡的下方，外部的原水W1自下端开口(图4的附图标记39)被引入到内部，朝向气泡放出口32a上升。该上升使离开了气泡放出口32a的气泡顺利地浮起，从而能够抑制因气泡的下方的原水W1不顺利地追随气泡的上升而发生气泡断开。
而且，采用上述结构的气泡产生装置30，在自图11所示的第4期向图8所示的第1期转移时，能使折回通路的下降部(36a、37a)的水位快速地上升，抑制起因于水位上升延迟的小径气泡的产生。具体而言，在第4期，如图11所示，折回通路的下降部(36a、37a)的水位下降至折回部(36b、37b)的入口附近。在该状态下，当自空气供给管14供给的空气借助气体积存室(33、34)的上部的空气下推下降部(36a、37a)内的空气时，下降部(36a、37a)内的空气进入折回部(36b、37b)而超过折回点。于是，自气泡放出口32a放出空气量少的小径的气泡。因此，希望在第4期快要结束前，在下降部(36a、36b)和水位比下降部高的气体积存室(33、34)快速地实现水位的均等而使下降部的水位快速地上升。
那么，在实施方式的气泡产生装置30中，在第4期快要结束前，利用经过下端开口(图4的附图标记39)被引入到内部的原水W1促进图11的粗箭头所示的原水W1的流动。由此，促进自气泡放出室35经过第2连通口(36e、37e)进入上升部(36c、37c)并进一步在上升部下降的原水W1的流动。而且，通过使气体积存室(33、34)内的原水W1经过下端开口(图4的附图标记39)向外部流出，促进气体积存室内的水位的下降。其结果是，采用气泡产生装置30，能使下降部(36a、37a)内的水位快速地上升，抑制起因于水位上升延迟的小径气泡的产生。
如图5所示，折回通路(36、37)的折回部(36b、37b)也作为下降部(36a、37a)以及上升部(36c、37c)的底部而发挥功能，因此在非运行时，下降部以及上升部内的原水W1中的固体物沉淀。例如是由沙子、淤泥和微生物的块儿等构成的固体物。那些固体物粘着在折回部(36b、37b)的下壁(底壁)，若粘着物逐渐长大起来，则有可能引起折回部(36b、37b)的堵塞。
那么，如图5所示，实施方式的气泡产生装置30在折回部的下壁具备朝向“下方”的。气泡产生装置30将在折回部(36b、37b)内沉淀的固体物经过其开口(36f、37f)排出到折回部外，从而能够抑制由固体物粘着导致的折回部的阻塞的发生。
另外，在图10所示的分批处理的第3期，折回部(36b、37b)内的空气自开口(36f、37f)漏出，或存在于折回部的下方的原水W1自开口进入到折回部内，从而有可能阻碍气泡的大径化。但是，根据本发明人的实验，即使是设置有开口(36f、37f)的结构，通过适当地设定开口的大小，也能与不设置开口的结构同样地产生大径的气泡。
本发明人试制了与实施方式的液体过滤装置(50)同样的结构的试验装置，进行了对因利用了气泡的气体洗涤而产生的过滤膜(图3的附图标记23)的振动量进行测量的实验。过滤膜的振动量的测量值较大启示了：膜表面附近的原水W1的摆动量较大，因气体洗涤而产生的剪切力较高。由此，通过振动量的测量，能够间接地评价膜表面的剪切力。
图12是表示通过上述的实验获得的振动量与时间的关系的坐标图。在该坐标图中，振动量急剧地上下变化的时间段是气泡使过滤膜(23)的表面附近的原水W1摆动的时间段。根据坐标图可知，在试验装置中，以约8秒的间隔自气泡产生装置(30)放出气泡。
振动量的陡峭的峰值表示由大径的气泡瞬间对过滤膜(23)的表面施加较强的剪切力。根据该实验结果能够确认到：能自实施方式的气泡产生装置(30)以一定的周期瞬间地放出大径的气泡，对过滤膜(23)的表面施加较强的剪切力而实现良好的气体洗涤。
接着，说明对实施方式的气泡产生装置(20)附加更具特征性的结构后得到的实施例。另外，以下只要未作注明，则实施例的气泡产生装置(20)的结构与实施方式同样。
在图8所示的实施方式的气泡产生装置30中，在两个空气供给管14中的一者和另一者处，使空气的供给速度具有差异。于是，有可能引起以下这样的不良现象。即，在第1折回通路36的折回部36b和第2折回通路37的折回部37b中一者，内部的空气比另一者中的内部的空气先到达折回点，自气泡放出口32a放出仅由该空气的供给而产生的小径的气泡。随后，另一者的内部的空气到达折回点，自气泡放出口32a放出仅由该空气的供给而产生的小径的气泡。由此，以比放出大径的气泡的情况下的周期短的周期自气泡放出口32a放出小径的气泡，有可能引起过滤膜(23)的表面的清扫不良。
图13是表示实施例的气泡产生装置30的立体图。另外，图14是表示实施例的气泡产生装置30的剖视图。实施例的气泡产生装置30具备使第1气体积存室33的上部(更详细而言是顶端)与第2气体积存室34的上部(更详细而言是顶端)连通的连通管38。
图15是表示分批处理的第2期内的气泡产生装置30的状态的一例的剖视图。在图示的例子中，对第2气体积存室34的空气供给速度比对第1气体积存室33的空气供给速度快。然而，在第1气体积存室33、第1折回通路36的下降部36a以及第2折回通路37的下降部37a，各自的原水W1的水位彼此大致相同。
因为空气供给量的不同，所以在第2气体积存室34中，相比第1气体积存室33，空气的积存量瞬间增加，该增加使得第2气体积存室34内的空气的气压比第1气体积存室33内的空气的气压高。于是，第2气体积存室34内的空气向低压侧的第1气体积存室33移动而消除气压差。其结果是，在第1气体积存室33、第1折回通路36的下降部36a以及第2折回通路37的下降部37a，各自的原水W1的水位调整为相同的高度。
采用该结构的气泡产生装置30，能够避免因空气的供给速度在第1气体积存室33和第2气体积存室34不同而导致的过滤膜(23)的表面的清扫不良。
另外，在实施例的气泡产生装置30中，设为能够利用4个接头将连通管38分解的结构，但只要是使第1气体积存室33的上部与第2气体积存室34的上部连通的构造即可，可以将连通管38设为任意的构造。另外，在图14中，为了方便，简化地描画连通管38的构造。
说明了利用连通管38使第1气体积存室33的顶端与第2气体积存室34的顶端连通的结构，但连通的位置不限定于顶端。例如，如图16所示，也可以使第1气体积存室33的高度方向上的中间部与第2气体积存室34的高度方向上的中间部连通。在该情况下，如图17所示，到两个气体积存室(33、34)中的空气供给速度更快的一者(在图示的例子中是第1气体积存室33)的空气的水平下降至连通管38的位置之前，两个气体积存室内的空气的积存量差生差异。但是，在空气供给速度更快的一者的气体积存室的空气的水平下降至连通管38的位置后，如图18所示，两个气体积存室(33、34)的空气积存量相等。两个气体积存室(33、34)的连通位置只要比折回部(36b、37b)靠上即可。
本发明不限定于上述的实施方式以及实施例，在能应用本发明的结构的范围内，也能采用与实施方式以及实施例不同的结构。本发明按照以下说明的每个形态取得其特有的作用效果。
第1形态
第1形态的气泡产生装置(例如气泡产生装置30)具备气体积存室(例如第1气体积存室33和第2气体积存室34)和折回通路(例如第1折回通路36和第2折回通路37)，所述气体积存室在内部积存液体(例如原水W1)，并且将供给到上述液体中的气体(例如空气)积存到上述液体的上方，所述折回通路在与上述气体积存室的上部连通而朝向下方延伸后，折回而朝向上方延伸，所述气泡产生装置间歇性地将经由了上述折回通路的气体形成为气泡，其特征在于，所述气泡产生装置具备与放出气泡的气泡放出口连通的气泡放出室(例如气泡放出室35)，上述折回通路具备第1连通口(例如第1连通口36d、37d)和第2连通口(例如第2连通口36e、37e)，所述第1连通口与上述气体积存室连通，所述第2连通口在比上述折回通路的折回部靠气体前进方向的下游侧的位置与上述气泡放出室连通，上述气体积存室以及上述气泡放出室分别在下端具备朝向下方的开口(例如下端开口39)，上述气泡放出室的水平方向的截面积大于或等于上述第2连通口的开口面积。
在该结构中，当在气泡放出室产生一点点的负压时，外部的液体经过在气泡放出室的下端朝向下方的开口进入到气泡放出室中，从而在气泡放出室内的气体与液体的界面，液体对气体施加将气体上推的方向的力。在第2连通口的附近开始产生气泡放出室内的负压，但由于气泡放出室的水平方向的截面积足够大，所以第2连通口的附近的负压沿水平方向顺利地传播，使负压在气泡放出室内均匀化。在气体与液体的界面，液体想要上推气体的力因该均匀化而在截面方向上均等地进行作用，因此在第2连通口的附近，负压不会集中，不发生由移动的气体导致的液体的引入。
另外，当在气泡放出室产生一点点的负压时，外部的液体经过在气体积存室的下端朝向下方的开口进入到气体积存室中，从而在气体积存室内的气体与液体的界面，液体对气体施加将气体上推的方向的力，由此，促进气体自气体积存室向折回通路的流入。
以上的结果是，自第2连通口流入气泡放出室后不久的气体与后续的气体不断开地以一体地连续的方式移动。由此，能在气泡放出室形成直径较大的气泡并自气泡放出口朝向过滤膜放出该气泡，高效地自过滤膜的表面将污浊物质剥离。
第2形态
第2形态具备第1形态的结构，并且其特征在于，上述气体积存室的朝向下方的上述开口的开口面积大于或等于上述气体积存室的水平方向的截面积，上述气泡放出室的朝向下方的上述开口的开口面积大于或等于上述气泡放出室的水平方向的截面积。
在该结构中，在自气泡放出口放出气泡时，在气泡放出室内，能使因存在于空气的下方的液体而想要将上方的空气朝向上方上推的力更加均匀化，而不会集中在截面方向的一部分。由此，能够更可靠地抑制由空气导致的、存在于与气体的界面附近的液体的引入，更可靠地实现气泡的大径化。
另外，在自气泡放出口放出气泡时，在气体积存室内，能使因存在于气体的下方的液体而想要将上方的气体朝向上方上推的力更加均匀化，而不会集中在截面方向的一部分。由此，抑制由空气导致的、存在于与气体的界面附近的液体的引入，从而能够抑制液体自气体积存室经过第1连通口向折回通路的流入。
第3形态
第3形态具备第1形态或第2形态的结构，并且其特征在于，上述气泡放出口朝向上方开口，上述气泡放出口的形状是沿大致水平方向延伸的细长形状，上述折回通路具备自上述第1连通口向下方去的下降部(例如下降部36a、37a)、自下方朝向上方折回的折回部(例如折回部36b、37b)和自上述折回部朝向上方到达至上述第2连通口的上升部(例如上升部36c、37c)，上述下降部、上述折回部、上述上升部以及上述气泡放出室各自的形状是沿上述气泡放出口的长度方向延伸的形状，上述第1连通口以及上述第2连通口各自的形状是沿上述长度方向延伸的形状。
在该结构中，相比具备朝向与“上方”不同的方向开口的气泡放出口的结构，不易发生因气泡放出口的周壁使“外部先行空气”与“内部后续空气”断开的现象，因此能够形成更大的直径的气泡。
另外，采用第2形态，能够形成沿气泡放出口的延伸方向延伸的横长的较大的气泡，利用该横长的较大的气泡对沿该延伸方向排列的多个过滤膜进行气体洗涤。
第4形态
第4形态具备第3形态的结构，并且其特征在于，上述气泡产生装置具备上述气体积存室与上述折回通路的多个组，各个组的上述折回通路在各自的上述第2连通口与共用的上述气泡放出室连通，上述气泡放出口的开口面积大于或等于各个上述第2连通口的开口面积的总和。
采用该结构，通过依据气泡放出口的形状配置多个组的各个组，能够实现气泡的各部分的大小的均匀化而实现气泡的大径化。
第5形态
第5形态具备第4形态的结构，并且其特征在于，多个上述气体积存室在比上述折回部靠上的高度位置彼此连通。
采用该结构，在自分批处理的末期向接下来的分批处理的初期转移时，能使折回通路的下降部的水位快速地上升，抑制起因于水位上升延迟的小径气泡的产生。
第6形态
第6形态具备第1形态～第5形态中任一形态的结构，并且其特征在于，在上述折回部的下壁具备朝向下方的开口。
采用该结构，通过将在折回部内沉淀的固体物经过折回部的下壁的开口排出到折回部外，能够抑制由固体物的粘着导致的折回部的阻塞的发生。
第7形态
第7形态的液体过滤装置(例如液体过滤装置50)具备过滤膜(例如过滤膜23)和气泡产生装置，所述过滤膜具有膜部(例如过滤膜23的空心部以外的部分)和被上述膜部包围的空心部(例如空心部23a)，所述过滤膜在配置于液体中的状态下在上述空心部受到吸引力，从而将外部的液体经过上述膜部引入到上述空心部内而进行过滤，所述气泡产生装置配置于上述过滤膜的下方，朝向上述过滤膜放出气泡，其特征在于，上述气泡产生装置是第1形态～第6形态中任一形态的气泡产生装置。
采用该结构，能够利用自气泡产生装置放出的大径的气泡良好地对过滤膜进行气体洗涤。
本申请基于2020年9月18日提交的作为日本专利申请的日本特愿2020-157636号主张优先权，并引用该日本专利申请记载的所有记载内容。
产业上的可利用性
本发明能够利用于液体过滤装置等液体处理装置。
附图标记说明
20、膜组件；21、壳体；22、膜元件；23、过滤膜；23a、空心部；30、气泡产生装置；32、顶板；32a、气泡放出口；33、第1气体积存室；34、第2气体积存室；35、气泡放出室；36、第1折回通路；36a、下降部；36b、折回部；36c、上升部；36d、第1连通口；36e、第2连通口；36f、开口；37、第2折回通路；37a、下降部；37b、折回部；37c、上升部；37d、第1连通口；37e、第2连通口；37f、开口；38、连通管；39、下端开口；W1、原水(液体)。

Claims (7)

1.一种气泡产生装置，所述气泡产生装置具备气体积存室和折回通路，所述气体积存室在内部积存液体，并且将供给到所述液体中的气体积存到所述液体的上方，所述折回通路在与所述气体积存室的上部连通而朝向下方延伸后，折回而朝向上方延伸，所述气泡产生装置间歇性地将经由了所述折回通路的气体形成为气泡，其特征在于，
所述气泡产生装置具备与放出气泡的气泡放出口连通的气泡放出室，
所述折回通路具备第1连通口和第2连通口，所述第1连通口与所述气体积存室连通，所述第2连通口在比所述折回通路的折回部靠气体前进方向的下游侧的位置与所述气泡放出室连通，
所述气体积存室以及所述气泡放出室分别在下端具备朝向下方的开口，
所述气泡放出室的水平方向的截面积大于或等于所述第2连通口的开口面积。
2.根据权利要求1所述的气泡产生装置，其特征在于，
所述气体积存室的朝向下方的所述开口的开口面积大于或等于所述气体积存室的水平方向的截面积，
所述气泡放出室的朝向下方的所述开口的开口面积大于或等于所述气泡放出室的水平方向的截面积。
3.根据权利要求1或2所述的气泡产生装置，其特征在于，
所述气泡放出口朝向上方开口，
所述气泡放出口的形状是沿大致水平方向延伸的细长形状，
所述折回通路具备自所述第1连通口向下方去的下降部、自下方朝向上方折回的折回部和自所述折回部朝向上方到达至所述第2连通口的上升部，
所述下降部、所述折回部、所述上升部以及所述气泡放出室各自的形状是沿所述气泡放出口的长度方向延伸的形状，
所述第1连通口以及所述第2连通口各自的形状是沿所述长度方向延伸的形状。
4.根据权利要求3所述的气泡产生装置，其特征在于，
所述气泡产生装置具备所述气体积存室与所述折回通路的多个组，
各个组的所述折回通路在各自的所述第2连通口与共用的所述气泡放出室连通，
所述气泡放出室的水平方向的截面积大于或等于各个所述第2连通口的开口面积的总和。
5.根据权利要求4所述的气泡产生装置，其特征在于，
多个所述气体积存室在比所述折回部靠上的高度位置彼此连通。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的气泡产生装置，其特征在于，
在所述折回部的下壁具备朝向下方的开口。
7.一种液体过滤装置，所述液体过滤装置具备过滤膜和气泡产生装置，
所述过滤膜具有膜部和被所述膜部包围的空心部，所述过滤膜在配置于液体中的状态下在所述空心部受到吸引力，从而将外部的液体经过所述膜部引入到所述空心部内而进行过滤，
所述气泡产生装置配置于所述过滤膜的下方，朝向所述过滤膜放出气泡，
其特征在于，
所述气泡产生装置是权利要求1至6中任一项所述的气泡产生装置。
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