CN1899978A - 微小气泡生成装置及其方法、以及利用微小气泡的水处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供微小气泡生成装置，该装置通过泵(1)使加压溶解有气体的流体流入多孔板组件(4)，在通过多孔板时被减压、使溶解的气体析出，形成微小气泡。控制装置(3)通过变换器(2)改变泵(1)的转速，控制微小气泡含有水(11)的排出量。同时，控制装置(3)通过驱动装置(7)改变狭窄流路的孔数，将加压压力保持在生成微小气泡所需的压力的下限值以上、及预定的上限值以下。

Description

微小气泡生成装置及其方法、以及利用微小气泡的水处理设备

技术领域

本发明涉及使微小气泡的直径和产生量稳定的微小气泡生成装置及方法，以及可用于自来水、下水、河川水、湖泊水、工业排水等的净化、杀菌、消毒的利用微小气泡的水处理设备。

背景技术

在非专利文献1中，记载了净化、杀菌、消毒中的微小气泡的利用和效果。另外，在非专利文献2中，记载了臭氧水的杀菌效果。在非专利文献1的记载中，微小气泡是称为微型气泡的直径为50微米以下的气泡。通常，该直径范围的气泡，气泡内的气体溶入周围的液相中，直径减小，所以，在表面张力的作用下，内部成处于高压、高温状态，消失时，产生OH基等的氧化力高的自由基和压力波。下面，将微小气泡定义为直径约50微米以下的气泡。

在非专利文献2中，记载了：溶入有气体臭氧的臭氧水，其氧化电位高，具有强力的杀菌效果；如果在臭氧水的制造中使用微小气泡，则溶解速度高，不溶解而从液面跑出的气泡减少，可提高臭氧的利用效率；以及一种臭氧杀菌装置，该臭氧杀菌装置利用了由水泵进行的气相微细化。

通常，微小气泡的生成方法是，利用旋转流、旋转流的剪切、搅拌、文丘里管等，使气体和液体的气液二相流微小气泡化。另外一种方法是，对气液二相流加压，然后，用狭窄的流路将其急剧减压，使溶解的气体作为微小气泡析出。该方法与其它方法相比，每单位的生成气泡量所消耗的电力量大，气泡直径分布在比较小的区域。

在专利文献1揭示了加压式臭氧处理装置。在该装置中，用喷射器(エセ·クタ)吸引臭氧气体、混合到液相中，用节流孔(オリフイス)把被泵加压了的气液二相流减压，喷射到溶解槽中，使其微小气泡化。节流孔处的设定压力是4kg/cm³，节流孔直径d/管路直径D＝0.4。

专利文献2揭示了微型气泡发生装置。该装置具有与专利文献1同样的结构，采用具有半月形缝隙的节流孔，进行泵的变换器控制、生成微小气泡。用变换器控制改变泵的转速，以便在气体混入并且排出量和排出压力变动时，将泵的排出压力调节为最适当的压力。

专利文献3揭示了微小气泡生成装置。在该装置中，用狭窄流路使加压了的气液二相流减压，采用使该狭窄流路的流路面积可变的机构，使狭窄流路的剖面积变化，产生微小气泡。

专利文献1：日本特开平10-225696号公报

专利文献2：日本特开2003-117365号公报

专利文献3：日本特开平10-99877号公报

非专利文献1：“水的特性和新的利用技术”，株式会社エヌ·テイ-·エス，142～146页，2004年

非专利文献2：“新版臭氧利用的新技术”，サンコ-书局，74～83页，1988年

在非专利文献1记载的现有技术中，描述了微小气泡的特性，但是，没有揭示微小气泡的生成方法及具体的水处理方法。另外，非专利文献2记载的现有技术，是利用泵的叶轮的剪切，生成气泡的方法，在该气泡生成方法中，存在着气泡不够微小的问题。

在专利文献1记载的现有技术中，混合水在节流孔上游侧被高压泵加压，在通过节流孔时被减压，可以生成微小气泡，但是，由于节流孔的流路面积是固定的，所以，当需要改变臭氧微小气泡的混合水的必要流量时，具有不能满足这一要求的问题。另外，当加压压力变化时，微小气泡的直径和产生量也变化，因此，臭氧溶解效率变化，水处理能力不稳定。在用该方式使加压压力和流量变化时，虽然可以采用在高压泵中设置具有流量调整阀的旁通流路、使混合水的一部分通过该旁通流路的方法，但是，由于通过旁通流路的混合水不被送到节流孔，而是被浪费掉，增加了供给高压泵的电力的损失。

在专利文献2记载的现有技术中，通过用变换器调节泵的转速，从而控制节流孔的加压压力，但是，由于节流孔的流路面积是固定的，所以与专利文献1同样地，在对应臭氧微小气泡混入水的要求流量的变化的情况下，加压压力将发生变化，不能稳定地生成微小气泡。

在专利文献3记载的现有技术中，节流孔的流路节流可以调节，从而可控制加压压力，根据该方法，虽然也能控制臭氧微小气泡混入水的流量，但是，当节流孔的流路节流发生变化时，通过节流孔时的流速将发生变化，生成微小气泡用的节流孔部的减压量也变化。因此，加压减压的平衡变化时，微小气泡的直径和生成量也变化，所以臭氧溶解效率变化，水处理能力不稳定。

发明内容

本发明的第1目的是，提供能稳定地生成微小气泡、经济性良好的微小气泡生成装置及其方法。

本发明的第2目的是，通过泵的转速控制、和变更可通过气液二相流的孔数，提供能稳定地生成微小气泡的微小气泡生成装置及其方法。

本发明的第3目的是，提供能控制流入微小气泡生成装置的压力和流量、稳定地生成微小气泡的微小气泡生成装置及其方法。

本发明的第4目的是，提供水处理设备，该水处理设备，通过控制加压压力和气液二相流的流量，使微小气泡的直径和生成量稳定，以此保持臭氧溶解效率，提高水处理性能。

本发明的第5目的是提供水处理设备，该水处理设备可不施加过大的加压压力地减小泵的驱动电力、提高运转经济性。

解决课题的技术方案

为了实现上述第1～第3目的，本发明的微小气泡生成装置，备有控制与气液二相流生成装置连接着的泵的转速的变换器、与泵连接并包含使气液二相流通过用的流路剖面积变化的驱动装置的多孔板组件、控制变换器及驱动装置的控制装置；借助来自控制装置的指令，控制驱动装置，使气液二相流通过用的流路剖面积变化，同时，控制变换器，将泵的加压压力保持在容许范围内地使气液二相流的流量变化。

在设有多个孔的多孔板上，设置覆盖其一部分的流路限制板，通过移动或旋转流路限制板，变更气液二相流通过的孔数。另外，并排地连接备有多孔板的多个流路，在各流路上设置开闭阀，通过开闭控制开闭阀，变更气液二相流通过的流路剖面积。

这样，用泵对气液二相流加压，通过将其注入狭窄流路而使其减压，使溶解在液体中的气体析出，生成微小气泡。通过改变气液二相流通过的孔数、即改变流路剖面积，可以保持微小气泡生成条件地控制流量。这样，通过改变气液二相流通过的孔数、以及控制变换器以控制泵的转速，可以控制加压压力和流量。

作为多孔板，可以采用具有一种以上的剖面积的多个孔的多孔板，也可以采用单位面积中的孔数不同的多孔板。

另外，可以进行多孔板的逆清洗，避免多孔板的堵塞。另外，也可以在流路限制板上设置与多孔板接触的端面构造，流路限制板在多孔板的表面上移动时，端面构造将多孔板表面的附着物刮掉、剥离。

另外，为了提高气体的溶解效率，在泵与多孔板组件之间的流路上，设置供被加压的气液二相流滞留的加压罐；或者，为了提高气体的利用效率，为了使从多孔板流出的粗大气泡微小化，也可以在泵与多孔板组件之间的流路上，设置流路控制板，在气液二相流流入多孔板组件时，使其产生旋转流。

为了实现上述第4、第5目的，本发明的利用微小气泡的水处理设备，备有产生臭氧气体的臭氧发生装置、把产生的臭氧气体注入被处理水中的臭氧气体注入装置、对被注入了臭氧气体的被处理水加压的高压泵、设置在高压泵与水处理槽之间流路上的具有多个连通孔的多孔板；设有有效孔数可变的微小气泡生成装置；控制变换器，将高压泵的加压压力保持在容许范围内地控制泵的旋转速度。可变地调节多孔板的有效孔数，同时，将高压泵的加压压力控制在容许的范围内，这样，使注入了加压臭氧气体的被处理水，在孔部上游侧处于适当的加压状态，用适当的孔径使多孔板通水，在孔部产生减压，可有效地生成微小气泡。

另外，也可以不采用上述的可变调节多孔板的有效孔数的方法，而是设置具有不同孔数的多个多孔板、和分别设置有这些多孔板的多个流路，在多个流路上设置阀，利用阀的开闭切换通水的流路，这样，也可以可变地调节设在高压泵与水处理槽之间的多孔板的有效孔数。

另外，抽取水处理槽内的一部分被处理水，把臭氧发生装置产生的臭氧气体注入到抽取的被处理水中，作为被处理水的循环圈，将混入了微小气泡的被处理水注入到水处理槽内。

另外，控制混入了臭氧微小气泡的被处理水向水处理槽的注入流量，以及控制高压泵对多孔板上游的加压压力，同时，控制臭氧发生装置的臭氧气体发生量，这样可控制臭氧对被处理水的注入量。

另外，在将臭氧微小气泡向水处理槽混入时可以直接使用被处理水，也可以设置滞水槽，将被处理水积存在滞水槽中，作为臭氧微小气泡混入的被处理水进行使用。

另外，设置控制器，以及在水处理槽中的臭氧微小气泡注入部位下游，设置被处理水的溶解臭氧浓度测定器，把被处理水的溶解臭氧浓度目标值输入给控制器，由控制器将溶解臭氧浓度测定器的计测值与溶解臭氧浓度目标值进行比较，计算注入水处理槽的臭氧量的过多或不足，控制器根据该计算结果控制泵的转速及多孔板的有效孔数、和臭氧发生装置的臭氧发生量，这样，调节注入水处理槽的臭氧量，当注入水处理槽的臭氧量不足时，控制器进行如下控制，即，增加多孔板的有效孔数，保持加压压力地增加泵的转速，增加臭氧发生器的臭氧发生量；另一方面，当注入水处理槽的臭氧量过多时，控制器进行如下控制，即，减少多孔板的有效孔数，保持加压压力地减少泵的转速，减少臭氧发生器的臭氧发生量。

另外，为了控制的应答性和节能化，设置导入到水处理槽中的被处理水的水质计测计和流量计，把被处理水的水质参数和流量输入给控制器，当被处理水的水质恶化或流量增加时，利用控制器计算所需的臭氧增加量；当被处理水的水质改善或流量减少时，由控制器计算所需的臭氧减少量，控制器根据计算结果控制泵的转速和多孔板的有效孔数，调节注入水处理槽的臭氧量。

另外，为了防止多孔板上的孔堵塞，使通过多孔板的流体流动方向逆转，将多孔板逆洗干净。另外，在把产生的臭氧气体注入被处理水中时，也可以用喷射器进行气相吸入。也可以采用空气扩散管式的气相混合微细化功能。

发明效果

根据本发明，在变更微小气泡生成量时，由于变更泵的转速和流路剖面积，所以，可将加压压力保持在生成微小气泡所需的范围内，抑制过度的压力上升，因此可高效地生成气泡直径稳定分布的微小气泡。

另外，可以使微小气泡的直径和发生量稳定，保持臭氧溶解效率，提高水处理能力，所以，可减少臭氧使用量，提高水处理设备的经济性。另外，可不产生过大的加压压力地降低泵的驱动电力，所以，可提高水处理设备的运转经济性。

附图说明

图1是本发明实施例1的微小气泡生成装置的构成图。

图2是表示本实施例中的多孔板组件的构造的俯视图。

图3是表示本实施例中的多孔板组件的构造的纵剖面图。

图4是本实施例中的多孔板的俯视图。

图5是本实施例中的流路限制板的俯视图。

图6是表示本实施例中的多孔板组件的构造的俯视图。

图7是表示本实施例中的狭窄流路的构造的纵剖面图。

图8是表示本实施例中的狭窄流路的构造的纵剖面图。

图9是表示本实施例中的狭窄流路的构造的俯视图。

图10是表示本实施例中的狭窄流路的构造的俯视图。

图11是本实施例中的控制流程图。

图12是说明本实施例的作用、效果的图。

图13是本发明实施例2的微小气泡生成装置的构成图。

图14是本实施例中的多孔板的俯视图。

图15是本实施例中的多孔板的俯视图。

图16是说明本实施例的作用、效果的图。

图17是表示本发明实施例3的微小气泡生成装置的多孔板组件的构造的俯视图。

图18是表示本实施例中的多孔板组件的构造的纵剖面图。

图19是本实施例中的多孔板的俯视图。

图20是本实施例中的流路限制板的俯视图。

图21是表示本实施例中的多孔板组件的构造的俯视图。

图22是本实施例中的流路限制板的俯视图。

图23是本实施例中的流路限制板的俯视图。

图24是本发明实施例4的微小气泡生成装置的构成图。

图25是本实施例中的控制流程图。

图26是本发明实施例5的微小气泡生成装置的构成图。

图27是本发明实施例6的微小气泡生成装置的构成图。

图28是本发明实施例7的利用微小气泡的水处理设备的构成图。

图29是实施例7的微小气泡生成装置的纵剖面图。

图30是表示实施例7的微小气泡生成装置的多孔板的俯视图。

图31是表示实施例7的微小气泡生成装置的挡板的俯视图。

图32是表示气泡直径与气泡个数分布关系的图。

图33是实施例7中的水处理设备的控制流程图。

图34是本发明实施例8的微小气泡生成装置的构成图。

图35是本发明实施例9的利用微小气泡的水处理设备的构成图。

图36是本发明实施例10的利用微小气泡的水处理设备的构成图。

图37是本发明实施例11的下水处理设施的构成图。

图38是本发明实施例12的下水处理设施的构成图。

图39是本发明实施例13的下水处理设施的构成图。

图40是本发明实施例14的下水处理设施的构成图。

图41是本发明实施例15的水处理设备的构成图。

图42是说明实施例15中的处理槽内的流动状况的图。

图43是本发明实施例16的水处理设备的构成图。

图44是说明实施例16中的处理槽内的流动状况的图。

图45是本发明实施例17的微小气泡生成装置的构成图。

图46是本发明实施例18的多孔板清洗装置的系统图。

图47是本发明实施例18的多孔板清洗装置的系统图。

具体实施方式

本发明提供微小气泡生成装置及其方法，用该微小气泡生成装置，控制气液二相流的加压压力和流量，生成具有稳定的气泡直径和发生量的微小气泡。

〔实施例1〕

下面，参照图1至图12说明本发明的实施例1。图1是本实施例的微小气泡生成装置的构成图。

本实施例的微小气泡生成装置，如图1所示，由与未图示的气液二相流生成装置连接着的流路9a、与流路9a连接着的泵1、与泵1连接着的未图示变换器、通过流路9b与泵1连接着的多孔板组件4、设在流路9b上的压力计5、设置在多孔板组件4上的驱动装置7、与多孔板组件4连接着的流路9c、设在流路9c上的流量计6、控制装置3、与控制装置3连接着的输入装置8构成。在此，在气液二相流中，液体是水，气体是空气、臭氧、氮气、氧气、二氧化碳中的任一种。

压力计5、流量计6和控制装置3通过信号线连接。控制装置3接受来自压力计5和流量计6的信号。变换器、驱动装置7和控制装置3通过信号线连接，从控制装置3将控制信号发送给变换器和驱动装置7。

多孔板组件4，如图2至图6所示地构成。由圆板状的多孔板100、圆板状的流路限制板101和旋转轴102构成，所述多孔板100固定在未图示的多孔板组件4的壁面上，设有若干个直径为0.1～5mm范围内的、相同直径的直管状孔103；所述流路限制板101如图3和图4所示，绕着多孔板100的中心旋转，与多孔板100相向地设置着；所述旋转轴102借助固定板104连接在流路限制板101的中心部。旋转轴102与驱动装置7连接着，通过驱动装置7控制其旋转角度。如图4所示，在多孔板100的一半区域上形成有孔103。如图5、图6所示，通过形成为半圆形的流路限制板101旋转，气液二相流所能通过的孔数发生变化。本实施例中，流路限制板101是半圆形的，但也可以是扇形。另外，孔103的直径最好在0.5～2mm的范围内，这样，微小气泡的生成更加稳定，生成效率更高。

多孔板100也可以是固定在流路9b上的构造。多孔板100和流路限制板101在不产生妨碍流路限制板101旋转的摩擦力的范围内相互接触。另外，也可以在流路限制板101旋转时，控制驱动装置7，使旋转轴102沿轴方向移动，在多孔板100与流路限制板101之间形成间隙，再次使多孔板100与流路限制板101接触、进行通水。

若控制驱动装置7、使旋转轴102旋转，则孔103的一部分将被流路限制板101遮住，因此，从例如图2所示的状态变化为图6所示状态，用于多孔板100的通水的孔数发生变化。这里，为了方便，把用于通水的孔数称为有效孔数。

在图2至图6所示的例子中，使流路限制板101旋转，但是，也可以使流路限制板101沿着多孔板100在直径方向平行移动。另外，也可以在多孔板100的直径方向设置若干个细长的流路限制板101，使流路限制板101相对于流路方向平行或垂直地旋转，以改变有效孔数。

在图2至图6所示的例子中，设在多孔板100上的孔103是直管状，但是，多孔板的孔内部的剖面积也可以沿流路方向变化，例如，可以如图7所示的多孔板110那样，将孔112的中间部剖面积加大，也可以如图8所示的多孔板113那样，将孔115的中间部剖面积减小等。在采用这种孔形状的多孔板时，不仅多孔板的上游和下游之间的压力发生变化，在孔内部压力也发生变化，所以能使气泡更加微小化。

另外，也可以在多孔板上设置若干个缝隙，代替上述的若干个孔。在图9所示的例子中，在多孔板120的右半侧放射状地形成了孔相连那样的形状的直线状缝隙121。在图10所示的例子中，在多孔板122的上下方向，形成了若干层直线状的缝隙123。另外，该缝隙形成为孔相连的形状，也可以不是直线。

操作键盘等，把微小气泡生成量的目标值Q_B输入到输入装置8中。另外，还输入偏离微小气泡生成量的目标值Q_B时的容许偏差量ΔQ、增减泵转速时的控制幅度ΔN。输入的微小气泡生成量目标值Q_B、偏差量ΔQ、控制幅度ΔN，被送到控制装置3。控制装置3接受设置在流路9b上的压力计5的加压压力测定值、设置在流路9c上的流量计6的微小气泡含有水11的排出流量测定值。

在控制装置3中，计算为了得到微小气泡生成量目标值Q_B所需的微小气泡含有水11的排出流量Qo。控制装置3算出在使多孔板组件4的加压压力不超过从输入装置8输入的设定值的偏差容许范围的情况下、为了得到排出流量Qo而需要的泵1的转速N、多孔板组件4的孔数。控制装置3根据该计算值，控制变换器2和驱动装置7。

从控制装置3将泵1的转速指令值发送到变换器2，控制变换器2，泵1按照转速指令值运转。从控制装置3将控制信号发送到驱动装置7，控制多孔板组件4的流路限制板101的旋转角度，使得孔数成为算出的有效孔数。

来自气液二相流生成装置的气液二相流10，流入流路9a，通过泵1加压而使气体加压溶解后的气液二相流10流入多孔板组件4。气液二相流10在通过多孔板组件4时被急剧减压，溶解的气体析出，形成了微小气泡。含有微小气泡的微小气泡含有水11，从流路9c排出。

图11是实施例1中的控制流程图，表示用于得到微小气泡生成量Q_B的运转方法。下面，参照图11详细说明实施例1的运转方法。

在步骤S1中，控制装置3根据从输入装置8输入的微小气泡生成量目标值Q_B、微小气泡含有水的微小气泡含有率r_B，用公式1算出微小气泡含有水11的排出流量Q_O，将泵起动。式中，含有率r_B是预先通过实验根据加压压力与孔径的关系求出的，或者通过设置除了流量计6以外的用于计测含有率的装置而求出。

公式1

Q_O＝Q_B/r_B                      …(1)

在步骤S2中，控制装置3把通过流量计6计测的微小气泡含有水11的排出流量测定值Q_f与目标值Q_O进行比较。当测定值Q_f低于目标值Q_O时，进入步骤S3；当测定值Q_f高于目标值Q_O时，进入步骤S4。

在步骤S3中，控制装置3把目标值Q_O与测定值Q_f之差的绝对值与容许偏差量ΔQ进行比较。在该差的绝对值小于偏差量ΔQ时，判断为流量在控制目标范围内，进入步骤S5。当该差的绝对值大于偏差量ΔQ时，判断为流量相对于控制目标范围不足，控制变换器2，将泵1的转速N增加设定的控制幅度ΔN，返回步骤S2。

在步骤S4中，控制装置3与在步骤S3同样地，把目标值Q_O与测定值Qf之差的绝对值与偏差量ΔQ进行比较。在该差的绝对值小于偏差量ΔQ时，判断为流量在控制目标范围内，进入步骤S5。当该差的绝对值大于偏差量ΔQ时，判断为流量相对于控制目标范围过剩，控制变换器2，将泵1的转速N减少设定的幅度ΔN，返回步骤S2。

在步骤S5中，控制装置3将压力计5的测定值P与设定值的压力下限值P_min进行比较。当测定值高于下限值时，进入步骤S6。当测定值低于下限值时，起动驱动装置7，将多孔板组件4的有效孔数m减少设定的控制幅度Δm，返回步骤S2。下限值Pmin例如设定为0.3PMa。

这里，加压压力的容许范围是0.1MPa～1.0MPa。对微小气泡的生成更稳定、经济性更好的加压压力范围，是0.3MPa～0.7MPa。

在步骤S6中，控制装置3将压力计5的测定值P与设定值的压力上限值P_max进行比较。在测定值低于下限值时结束。在测定值高于下限值时，起动驱动装置7，将多孔板组件4的有效孔数m增加设定的控制幅度Δm，返回步骤S2。

下面参照图12说明这样控制时的作用、效果。

图12中的虚线，表示使有效孔数变化，从而使流路剖面积变化，并且，进行泵的转速控制时的情形。实线表示流路面积固定、进行泵的转速控制时的情形。这里，表示有效孔数是连续地变化、流路剖面积平滑地变化的情形。

图12的上面的图，是表示加压压力与气液二相流流量的关系的图。表示在相同流路剖面积的有效孔数中，虚线与实线交叉，但是在使流路剖面积变化时，将加压压力保持为一定或控制在容许的范围内的情形。另一方面，在流路剖面积固定时，为了增多气液二相流的流量，必须使泵的旋转速度上升，提高加压压力，为了减少气液二相流的流量，必须使泵的旋转速度降低，降低加压压力。

这样，在流路剖面积固定时，为了使气液二相流的流量变化，必须要使加压压力变化，因此生成微小气泡的条件也变化，不容易稳定地生成微小气泡。而在本实施例中，加压压力被控制为一定或在容许范围内，即使使流路剖面积变化，由于孔径相同，因此也可进行稳定的微小气泡的生成。另外，在图12中，表示流路剖面积固定时也大幅度地进行流量控制的情形，但实际上控制幅度并不太大。

图12的下面的图，是表示泵的消耗电力与气液二相流流量的关系的图。在气液二相流的流量增大、需要处理量的部分可以减小泵的消耗电力。这里，假定泵的消耗电力与压力和流量的积成正比。

根据本实施例，在变更微小气泡生成量时，由于变更泵的转速和流通剖面积，所以，可将加压压力保持在微小气泡生成所需的范围内，抑制过度的压力上升，因此，能高效地生成气泡直径分布稳定的微小气泡。

〔实施例2〕

下面，参照图13至图16说明本发明的实施例2。图13是本实施例的微小气泡生成装置的构成图。

本实施例的微小气泡生成装置，与实施例1同样地构成，但是，在本实施例中，用多孔板组件40代替多孔板组件4。多孔板组件40的构造是，在流路9b的泵1的后面，设置若干个分支流路，在各分支流路上通过阀70-1～70-n设置分别具有固定的孔数的多孔板40-1～40-n。若干个多孔板40-1～40-n合流后与流路9c连接。各阀70-1～70-n通过信号线分别与控制装置3连接，进行阀70-1～70-n的开闭控制。这里，在流路9c可延长到每个阀70-1～70-n的情况下，若干个多孔板40-1～40-n也可以不合流。

设在各多孔板40-1～40-n上的孔数，对于每个多孔板可以不同，也可以相同，也可以是一部分相同其余不同。控制装置3进行阀70-1～70-n的开闭控制，可将打开的阀的个数控制在1个至n个之间，与设定的有效孔数相应地进行开闭控制。设在多孔板上的孔数、孔径即使相同，通过如图14所示那样地设在孔板的外周侧、或如图15所示那样地设在多孔板的内周侧，也可以根据流量等分开使用孔位置不同的多孔板。通过这样地形成孔位置，可以在使流体流过内周侧、希望产生旋转时等分开使用。

本实施例的控制，与图11所示实施例1的控制流程同样地进行。在各多孔板40-1～40-n的孔数相等的情形下，在图11中的步骤S5、S6中，控制装置3增减将阀70-1～70-n打开的个数，阶段性地控制有效孔数。在形成在各多孔板40-1～40-n上的孔数不同的情形下，切换阀70-1～70-n的开闭，把设置着孔数多的多孔板的流路、或者设置着孔数少的多孔板的流路打开，切换有效孔数。

这样，在实施例1中，有效孔数的变更是借助流路限制板101的旋转而进行的，因此需要机械式的可动部和马达。但在本实施例中，是用阀的开闭来进行孔数的变更，所以，构造简单，可靠性提高，维护管理容易。

下面，参照图16说明上述控制时的作用、效果。

图16中的虚线，表示使有效孔数阶段性地变化，从而使流路剖面积阶段性地变化，同时进行泵的转速控制时的情形。实线表示流路剖面积固定、进行泵的转速控制时的情形。

图16中上面的图，是表示加压压力与气液二相流流量关系的图，表示在通过分支流路的切换使流路剖面积阶段性地变化时，用某个分支流路的流路剖面积使泵的旋转速度变化，从而使气液二相流变化，进行切换流路剖面积的控制，由此可将加压压力控制在容许范围内的情形。即，当加压压力要超过容许值时，控制装置3切换流路，使流路剖面积增加，因此加压压力虽然在某个变动幅度内变动，但仍保持在容许范围内。

另一方面，在流路剖面积固定时，为了增加气液二相流的流量，必须使泵的旋转速度上升，提高加压压力；为了减少气液二相流的流量，必须使泵的旋转速度降低，降低加压压力。

这样，在流路剖面积固定时，为了使气液二相流的流量变化，必须使加压压力大幅度地变化，因此，用于生成微小气泡的条件变化，很难稳定地生成微小气泡。而本实施例中，可将加压压力控制在容许的范围内，即使使流路剖面积阶段性地变化，由于孔径相同，因此也可稳定地生成微小气泡。

图16的下面的图，是表示泵的消耗电力与气液二相流的流量关系的图。由于在气液二相流流量增大、需要处理量的部分不产生过度的压力损失，所以可以减小泵的电力消耗。

根据本实施例，由于在变更微小气泡生成量时，变更泵的转速和流通剖面积，所以，可将加压压力保持在微小气泡生成所需的范围内，抑制过度的压力上升，因此，可以高效地生成气泡直径分布稳定的微小气泡。

根据本实施例，在变更微小气泡生成量时，由于可变更泵的转速和狭窄流路的流路剖面积，因此可将加压压力保持在生成微小气泡所需的范围内，抑制过度的压力上升。因此，可以高效地生成气泡直径分布稳定的微小气泡。

〔实施例3〕

下面，参照图17至图23说明本发明的实施例3。图17至图23是本实施例中的多孔板组件的构成图。

本实施例的多孔板组件，是实施例1中的图2至图6所示多孔板组件4的变形例。

如图17至图23所示，多孔板210，圆形的板被分割为若干区域，在每个区域形成孔径不同的孔，即，在每个区域中设有剖面积不同的孔。或者，也可以在多孔板210的每个区域中，形成相同的孔径、以每单位表面积的孔数不同的方式设置相同剖面积的孔。流路限制板设在多孔板210的正反两侧，半圆形的流路限制板211设在表侧(上游侧)，半圆形的流路限制板212设在背侧(下游侧)。在流路限制板211的中心部，嵌合着轴214，通过固定板216固定在轴214上。在流路限制板212的中心部，嵌合着轴215，通过固定板217固定在轴215上。轴215是中空的，轴214插入在中空部的空间内，轴215和轴214独立地被驱动装置7旋转操作。

控制装置3控制驱动装置7，使轴215和轴214分别独立地旋转，并控制表侧流路限制板211的旋转角、和背侧流路限制板212的旋转角，调节气液二相流所通过的孔的部位、孔数、流路层剖面积，使其形成所需的有效孔数、或所需的流路剖面积。另外，在上面的说明中，流路限制板211、212是半圆形的，但是其形状也可以改变。

根据本实施例，可在多孔板的整个面上设置孔，可以更加细微地变更狭窄流路的流路剖面积，可以平滑地控制微小气泡生成量。另外，可抑制流量变更时的加压压力的变动，所以，可以缓和流入泵的急剧的流量和压力变动，减轻泵的负担。

〔实施例4〕

下面，参照图24、图25说明本发明的实施例4。图24是本实施例的微小气泡生成装置的构成图。图25是本实施例的微小气泡生成装置中的、逆流清洗时的运转方法的控制流程图。

本实施例的微小气泡生成装置，与图1所示的实施例1同样地构成，但是，在流路9a上设有阀12，在阀12上设有流入管16，在流路9b的泵1与多孔板组件4之间，设有阀13、14，在流路9c上设有阀15，阀13和阀15通过配管17连接，在阀14上设有排水管18。阀12、13、14、15由三通阀构成，分别通过信号线与控制装置3连接，按照来自控制装置3的指令，进行开闭的切换控制，

在通常运转时，阀12将流路9a侧打开，将流入管16侧关闭。阀13和阀15分别将流路9b侧打开，将流路9c侧打开，将配管17侧关闭。阀14将流路9b侧打开，将排水管18侧关闭。这样，气液二相流10被泵1升压，在多孔板组件4生成微小气泡，作为微小气泡流11流出。

当检测到多孔板组件4内的多孔板，由于液相中的浮游物、溶解成分的析出·附着等而被堵塞时，控制装置3切换阀12～15，进行逆洗运转。

在逆洗运转时，阀12将流路9a侧关闭，将流入管16侧打开。阀13和阀15分别将流路9b侧关闭，将流路9c侧关闭，将配管17侧打开。阀14将流路9b侧关闭，将排水管18侧打开。

从流入管16流入的逆洗用水，被泵1升压后，流经配管17，从流路9c侧流入多孔板组件4中，在将多孔板组件4的孔清洗干净后，从排水管18排出。另外，也可以设置实施例2的多孔板代替多孔板组件4。

在向逆洗运转切换时，按图25所示的流程图进行。

在步骤S11，控制装置3起动驱动装置7，将多孔板组件4的有效孔数设定为校正用的目标值mp。在步骤S12，控制装置3控制变换器2，将泵1起动，控制泵1的转速，使得流量计6的测定值成为校正用的目标值Qp。

在步骤S13，计测压力计5的测定值P，判断测定值P与校正用目标值Pp的差是否大于偏差量的容许值ΔP。如果测定值P与校正用目标值Pp的差大于偏差量的容许值ΔP，则判断为多孔板组件4内的多孔板由于液相中的浮游物、溶解成分的析出·附着等而堵塞，进入步骤S14。如果测定值P与校正用目标值Pp的差小于偏差量的容许值ΔP，则结束。

在步骤S14中，将阀12～阀15切换到逆洗用流路。即，如上所述，阀12将流路9a侧关闭，将流入管16侧打开。阀13和阀15分别将流路9b侧关闭，将流路9c侧关闭，将配管17侧打开。阀14将流路9b侧关闭，将排水管18侧打开。

在步骤S15，控制装置3将泵1起动，使泵1运转设定的运转时间，进行多孔板组件4的逆洗。在经过了设定的运转时间后，将泵1停止。在步骤S16，切换阀12～阀15的开闭状态，切换到通常运转时的微小气泡生成用的流路，返回到步骤S2。

另外，校正用的目标值mp、Q_p和逆洗时的泵1的运转时间，从输入装置8进行输入。

上面的说明中，说明了在校正用目标值与计测值的差大于容许值时进行逆洗运转的例子。但是，控制装置3也可以这样地进行控制，即，用定时器进行时间计测，按照从输入装置8输入的逆洗开始时刻、开始逆洗的时间间隔，将阀12～阀15切换到逆洗用流路，使泵1运转设定的运转时间，然后，返回到通常运转时的微小气泡生成用流路。

另外，在采用多孔板组件4时，也可以在流路限制板的轴方向，安装与多孔板接触的突起部分或刷状部件。另外，在流路限制板的轴方向部分，也可以具有相对于多孔板面加工成锐角的部分。如实施例3所示那样，当流路限制板是若干块时，可以在表侧的流路限制板上实施该加工。这时，可以在微小气泡生成运转时的设定的时间间隔内、或者在逆洗运转时的泵起动前，在运转中使流路限制板在其整个可动区域内活动。也可以在流路限制板上设置与多孔板接触的端面构造，流路限制板在多孔板的表面上移动时，该端面构造将多孔板表面的附着物刮掉、剥离，可以避免多孔板的孔堵塞。

根据本实施例，由于可除去狭窄流路的附着物，所以，可防止微小气泡生成装置堵塞，可避免加压压力上升。另外，可避免因多孔板的孔剖面积、孔形状的变化而引起的气泡直径分布的变化，所以，能高效地生成具有稳定的直径分布的微小气泡。

〔实施例5〕

流入多孔板组件4的气液二相流10的气体溶解效率，对微小气泡含有水11的微小气泡个数浓度有影响。如果微小气泡个数浓度低，则即使增加微小气泡含有水11的流量，也不能确保微小气泡量。即使增加流入泵1的气液二相流的气体注入率，当气体溶解效率低时，由于作为粗大气泡流出到微小气泡含有水11中，因此也不能充分地利用微小气泡。

本实施例中，参照图26，说明在泵1的后面提高气体溶解效率，进一步提高微小气泡含有水11的微小气泡个数浓度的方法。图26是本实施例的微小气泡生成装置的构成图。

本实施例的微小气泡生成装置，与实施例1或实施例2的微小气泡生成装置同样地构成，但是，在泵1与多孔板组件4之间，在压力计5的上游侧，设置了压力罐21。压力罐21能承受微小气泡生成时所需的加压压力。被泵1加压后的气液二相流10，在高压条件下滞留在压力罐21内，从而进行气体的溶解。

根据本实施例，可以提高流入狭窄流路的气液二相流的溶解气体浓度，因减压而析出的微小气泡的个数浓度增加，所以，单位流量的微小气泡生成量进一步增加。因此，可提高在泵的前面注入的气体的利用效率，可更有效地生成微小气泡。

另外，本实施例可以应用于实施例2～实施例4中的任一个，在应用于实施例4时，阀14和排水管18设置在压力罐21的后面。

〔实施例6〕

在采用多孔板组件4时，未能溶解的气体储存在多孔板的入口附近，在达到预定量时，有时作为气相通过多孔板。从原理上说，在加压条件下未溶解的气体，即使减压也不会成为微小气泡，所以，粗大的气泡周期地混入从多孔板流出的微小气泡含有水11中，向上部的气相脱离，所以气体的利用效率降低。

本实施例中，参照图27，说明通过改变泵1后面的气液二相流的流入状态，使流出到多孔板后面的粗大气泡成为微小气泡的方法。

本实施例的微小气泡生成装置中，与实施例1或实施例2的微小气泡生成装置同样地构成，但是，在泵1与多孔板组件4之间，设置了流体控制板22。流体控制板22，对被泵1加压了的气液二相流施加旋转，在流入多孔板组件4时，提高管路剖面方向的中心附近的气相比例。在把多孔板组件4的孔位置设在中心附近和周边附近时，从中心流出的气相比例高、流速比较低的气液二相流，被从周边流出的液相比例高、流速比较高的二相流施加剪切力。结果，在粗大气泡混入了从中心流出的气液二相流时，粗大气泡在该剪切力作用下，成为微小气泡。

另外，本实施例可以应用于实施例2～实施例4中的任一个，在应用于实施例4时，阀14和排水管18设置在流体控制板22的后面。

根据本实施例，把流入多孔板组件4的气液二相流，分为气相比例不同的部分，在多孔板的后面，使气液二相流之间产生剪切力。这样，即使在多孔板上减压、导致不能微小气泡化的粗大气泡流入，在流出多孔板后，也可被机械地微小气泡化，所以可提高在泵的前面注入的气体的利用效率。结果，可以更有效地生成微小气泡。

反馈被处理水的溶解臭氧浓度等的水处理槽的状态，在微小气泡生成装置中，控制气液二相流的加压压力和流量，生成稳定的气泡直径和发生量的微小气泡，调节注入水处理槽内的臭氧量，提供水处理性能高的水处理设备。

〔实施例7〕

下面，参照图28至图33说明本发明的实施例7。图28是本实施例的、利用微小气泡的水处理设备的构成图。图29至图31是采用孔数可变型多孔板的微小气泡生成装置的构造图。图32表示微小气泡生成装置中的气泡直径分布测定结果。

本实施例的水处理设备，如图28所示地构成。设有水处理槽301，将来自下水处理设备的下水处理水注入该水处理槽301，处理后的水作为再生水从水处理槽301排出。水处理槽301内被若干个分隔板313分割为若干个槽。分隔板313，交替地设置固定在上部的分隔板313a、313c、313e和下部固定的分隔板313b、313d而构成，从下水处理设备注入的下水处理水(也称为被处理水)，从分隔板313a的下部空间流到下游侧的下一个槽内，再越过下部固定的分隔板313b，流到下游侧的下一个槽内，反复地这样流动，最后作为再生水排出。在分隔板313b的上部，设有用于排出臭氧的管路，在管路上连接着排臭氧处理装置312。排臭氧处理装置312，是对脱离了被处理水并滞留在水处理槽301内的臭氧进行处理、然后将其放出到大气中去的装置。在再生水的排出口附近，设有溶解臭氧浓度计318，用于计测再生水的溶解臭氧浓度。

在水处理槽301的下水处理水注入口侧，在其下方侧，连接着用于取出下水处理水的抽水流路306。抽水流路306通过流量调节阀362与臭氧气体注入装置303连接。臭氧发生装置302通过流量调节阀361与臭氧气体注入装置303连接，可以注入臭氧气体。在臭氧发生装置302中设有未图示的臭氧用的流量计，该臭氧用流量计用于计测从臭氧发生装置302排出的流量。水处理槽301内的被处理水，从抽水流路306被抽出，流入臭氧气体注入装置303。在臭氧发生装置302中产生的臭氧气体，在臭氧气体注入装置303中与被处理水混合，成为气液二相流。臭氧气体注入装置303，可以采用喷射器方式、空气扩散管方式、直接混合等的气液混合方式的装置。

在臭氧气体注入装置303的下游侧，连接着高压泵304，高压泵304通过微小气泡生成装置305与水处理槽301连接。在高压泵304上连接着用于驱动的变换器309。气液二相流被吸入高压泵304，在被高压泵304升压后，流入微小气泡生成装置305。这里，高压泵304最好采用涡流泵，因为涡流泵的二相流排出性能好，但是也可以采用一般的泵。

微小气泡生成装置305，如图29所示，由设在流入流路307上的密封部324、安装在密封部324上的驱动轴323、安装在驱动轴323上的挡板322、固定在流入流路307中的多孔板321构成。在微小气泡生成装置305的上游侧，设有压力计310，在下游侧设有流量计311。

多孔板321如图30所示，设有若干个相同直径的孔，在每个扇形区域，孔数分布局部地不相同。挡板322如图31所示，设有扇形的流通部分322a和阻碍板部分322b，当驱动轴323被未图示的马达驱动旋转时，流通部分322a随之旋转。因此，通过控制驱动轴323的旋转角、变更挡板322的旋转角，就可以变更气液二相流所通过的孔数。这里，也可以将挡板322固定、使多孔板321旋转，进行孔数的变更。为了方便，把该气液二相流所通过的孔数，称为有效孔数。

设有用于控制臭氧发生装置302、高压泵304、微小气泡生成装置305的控制器308，溶解臭氧浓度计318的信号、压力计310的信号、流量计311的信号、臭氧用流量计的信号反馈到控制器308。

下面，详细说明微小气泡生成装置305中的微小气泡生成过程。从高压泵304排出的、混入臭氧气体后的气液二相流，在压力作用下，其一部分一边溶解到液相中，一边到达微小气泡生成装置305。图29所示的多孔板321的上游侧是高压，下游侧是低压。从高压的上游侧流入多孔板321的被处理水，在通过孔部时产生压力损失，同时，流速增加，如伯努利定理所示那样被减压而压力降低。因此，加压溶解了的气泡成为微小气泡析出。另外，在多孔板321的下游侧，由于流路面积增加，因此压力得到了恢复，但是，急剧的流路面积变化引起压力不稳定，气泡进一步分裂。借助于该减压和压力不稳定，生成了微小气泡。

从实验结果得知，孔径在0.1mm～5mm的范围时，适合于生成微小气泡。孔径在0.5mm～2mm的范围时，微小气泡的生成更稳定，生成效率更高。加压压力的容许范围是0.1MPa～1.0MPa。微小气泡的生成更稳定、经济性更好的加压压力范围，是0.3MPa～0.7MPa。

图32表示用本实施例的微小气泡生成装置305产生的气泡的气泡直径分布测定结果。在该测定中，用粒子计数器测定通过多孔板321时产生的气泡，求出气泡直径与气泡个数分布的关系。通过该测定，确认了气泡直径集中在微型气泡区域，用本实施例的微小气泡生成装置可以生成气泡直径相同的微小气泡。

在这样构成的水处理设备中，输入臭氧用流量计、压力计310、流量计311、溶解臭氧浓度计318的信号，控制高压泵304的变换器9和微小气泡生成装置305的挡板322的旋转角度、臭氧气体发生装置302的发生流量。下面用图33说明其控制顺序。

在步骤400中，读入输入数据。主要的输入数据有：溶解臭氧浓度的设定值Cs、溶解臭氧浓度的容许范围ΔC、高压泵加压压力的设定值Ps、高压泵加压压力的容许范围ΔP、臭氧微小气泡混入液体的注入量容许范围ΔF、参数增减率ΔX。在步骤401中，判断计测运转是否起动，如果计测运转未起动，则结束。如果计测运转起动，则在步骤402中，将臭氧用流量计、压力计310、流量计311、溶解臭氧浓度计318的信号输入到控制器308，读入溶解臭氧浓度值Cm、高压泵加压压力Pm、注入量Fm、臭氧发生器流量fom。

在步骤403中，从输入数据中，进行溶解臭氧浓度的设定值Cs、溶解臭氧浓度的容许范围ΔC和溶解臭氧浓度值Cm的比较运算。即，把对溶解臭氧浓度的设定值Cs加减(加味)溶解臭氧浓度的容许范围ΔC后的数值范围、即Cs-ΔC、Cs+ΔC与溶解臭氧浓度值Cm进行比较。如果溶解臭氧浓度Cm在Cs-ΔC和Cs+ΔC之间，则用定时器计测时间，在经过设定的时间后，返回步骤401，反复进行从步骤401到步骤403的动作。

在溶解臭氧浓度值Cm低于Cs-ΔC的情况下、溶解臭氧浓度值Cm高于Cs+ΔC的情况下，在步骤404中，用公式2算出溶解臭氧浓度的变化率a。

公式2

a＝(Cs-Cm)/Cs                   …(2)

在步骤405中，判断算出的溶解臭氧浓度的变化率a是否大于0，如果大于0，则用例如公式3算出注入量F的目标值Fp、臭氧发生流量fo的目标值fop。

公式3

Fp＝F(1.0-ΔX)

fop＝fo(1.0-ΔX)               …(3)

在溶解臭氧浓度的变化率a小于0的情况下，例如用公式4算出注入量F的目标值Fp、臭氧发生流量fo的目标值fop。

公式4

Fp＝F(1.0+ΔX)

fop＝fo(1.0+ΔX)                  …(4)

在算出注入量F的目标值Fp、臭氧发生流量fo的目标值fop后，在步骤408中，控制多孔板321的孔数，使注入量Fm成为公式5所示的范围。

公式5

Fp-ΔF＜Fm＜Fp+ΔF

fop∝Fm                            …(5)

另外，在步骤409中，控制高压泵304的转速，使高压泵加压压力Pm成为公式6所示的范围。

公式6

Ps-ΔP＜Pm＜Ps+ΔP                 …(6)

在步骤410中，判断注入量Fm和高压泵加压压力Pm，是否进入公式5和公式6的范围。如果进入了该范围，则返回步骤401，反复进行到步骤410为止的动作。如果未进入该范围，则返回步骤408，反复到步骤410为止的动作。

当通过溶解臭氧浓度计318计测的溶解臭氧浓度，低于设定值Cs-溶解臭氧浓度容许范围ΔC时，从控制器308向微小气泡生成装置305发出控制信号，控制挡板322的驱动机构，使挡板322旋转，增加孔数。通过使孔数增加，多孔板321处的压力损失降低，流量增加，同时，高压泵304的加压压力降低。通过压力计310计测的高压泵加压压力Pm，被反馈给控制器308，为了使加压压力Pm成为公式6所示的范围，将控制信号发送到高压泵304的变换器309，进行控制、以增加泵304的转速。另外，将控制信号发送到臭氧发生装置302，进行控制、以使臭氧气体发生量增加。在微小气泡生成装置305中，通过增加臭氧气体发生装置302的发生流量、抽水流路306及注入流路307的循环流量，可以增加对水处理槽301的臭氧注入量。

通过如上述地进行控制，可以将用于生成臭氧微小气泡的加压压力的变化控制在容许范围内，可以使臭氧注入量增加，使循环流量增加，所以，可以将水处理槽301的溶解臭氧浓度控制在容许范围内。

当通过溶解臭氧浓度计318计测的溶解臭氧浓度高于设定值Cs+溶解臭氧浓度容许范围ΔC时，使挡板322旋转、使孔数减少。通过使孔数减少，多孔板321处的压力损失增大，流量减少，同时，高压泵304的加压压力上升。通过压力计310计测的高压泵加压压力Pm，被反馈给控制器308，为了使加压压力Pm位于公式6所示的范围内，将控制信号发送到高压泵304的变换器309，进行控制、以减少泵304的转速。另外，将控制信号发送到臭氧发生装置302，进行控制、以减少臭氧气体发生量。

通过如上述地进行控制，可以将生成臭氧微小气泡所需的加压压力的变化，控制在容许范围内，可以使臭氧注入量减少，使循环流量减少，所以，可以将水处理槽301的溶解臭氧浓度控制在容许范围内。

另外，由于可以一边将高压泵304的加压压力保持为适合于生成微小气泡的压力，一边增减臭氧注入的循环量，因此可以节省泵的动力。

在微小气泡生成装置305中，混入微小气泡的气液二相流，通过注入流路307，被排出到水处理槽301内。借助微小气泡的作用，臭氧的溶解效率增高，溶解臭氧浓度增加，产生强烈的消毒作用。另外，借助于在气泡溶解时生成自由基，可进一步促进消毒作用。

被注入了臭氧并排出到水处理槽301内的被处理水的一部分，再次从抽水流路306流入微小气泡生成装置305，其余的被处理水一边继续进行臭氧氧化作用，一边在水处理槽301内流动，作为再生水从处理槽出口排出。

这里，被处理水一边被消毒，一边在水处理槽301的流路中流动，随着其流动，臭氧被消耗，溶解臭氧浓度减少。因此，也可以设置若干个系统的臭氧微小气泡混合液体的注入流路307、或设置若干个系统的微小气泡生成装置305，在水处理槽301的流路中的若干个位置，注入臭氧微小气泡混合液体。

根据本实施例的、利用微小气泡的水处理设备，由于可以使微小气泡的直径和发生量稳定化，可保持臭氧溶解效率、提高水处理性能，所以，可以减少臭氧使用量，提高水处理设备的经济性。另外，由于将加压压力控制在容许范围内，减少泵的驱动电力，所以，可提高水处理设备的运转经济性。另外，通过计算被处理水的水质参数和流量、用变换器控制泵的转速和多孔板的孔数，可以提高控制的应答性，实现节能运转，可提高水处理设备的运转经济性。

根据本实施例的、利用微小气泡的水处理设备，不使用大量的杀菌消毒用氯气也可进行下水处理水的杀菌消毒，所以具有提高下水处理水再生设备的经济性的效果和提高杀菌消毒性能的效果。

另外，本实施例的水处理槽，是使注入了臭氧微小气泡混合水的被处理水，一边与臭氧接触，一边在若干个槽内移动的形式的装置，但是，也可采用储存型或加压式处理装置。

〔实施例8〕

下面，参照图34说明本发明的实施例8。本实施例是实施例7的变形例，图34是多个多孔板流路型的微小气泡生成装置的构造图。实施例7中的微小气泡生成装置305，采用图29至图31所示的孔数可变型的多孔板321，而在本实施例中，设置了孔数固定的若干个多孔板314、315。在本例中，多孔板314的孔数多，多孔板315的孔数少。

在图34所示的例子中，设置了具有多孔板314、多孔板315的2个系统的流路319、流路320。在流路319和流路320的合流部，设有切换阀317，借助来自控制器308的信号，切换切换阀317，切换流路319和流路320。在高压泵304上设有旁通阀316。

在这样构成的水处理设备中，当溶解臭氧浓度计318计测的溶解臭氧浓度，低于设定值Cs-溶解臭氧浓度容许范围ΔC时，从控制器308向切换阀317发出控制信号，将切换阀317切换到流路319侧。若切换到流路319，则由于气液二相流流过孔数多的多孔板314，所以多孔板314处的压力损失降低，流量增加，同时，高压泵304的加压压力降低。压力计310计测的高压泵加压压力Pm被反馈到控制器308，为了使该加压压力Pm处于公式6所示的范围内，将控制信号发送到高压泵304的变换器309，进行控制、使泵304的转速增加。另外，将控制信号发送到臭氧发生装置302，进行控制、使臭氧气体发生量增加。

通过上述的控制，可以将生成微小气泡所需的加压压力的变化，控制在容许范围内，可以使臭氧注入量增加，使循环流量增加，所以，可以将水处理槽301的溶解臭氧浓度控制在容许范围内。

当溶解臭氧浓度计318计测的溶解臭氧浓度，高于设定值Cs+溶解臭氧浓度容许范围ΔC时，将切换阀317切换到流路320侧。由于多孔板315的孔数少，所以压力损失增大，流量减少，同时，高压泵304的加压压力上升。通过压力计310计测的高压泵加压压力Pm被反馈给控制器308，为了使该加压压力Pm处于公式6所示的范围内，将控制信号发送到高压泵304的变换器309，进行控制、以减少泵304的转速。另外，将控制信号发送到臭氧发生装置302，进行控制、以减少臭氧气体发生量。

通过如上述地进行控制，可以将生成微小气泡所需的加压压力的变化控制在容许范围内，可以使臭氧注入量减少，使循环流量减少，所以，可以将水处理槽301的溶解臭氧浓度控制在容许范围内。

根据本实施例的水处理设备，除了具有实施例1的效果之外，由于在微小气泡生成装置中没有旋转部，所以故障减少，提高了下水处理水再生设备的可靠性。

在采用本实施例的微小气泡生成装置305时，臭氧微小气泡混合液体的流量调整是阶段式的，但是，通过把流路数增加到3个系统以上，可以对臭氧微小气泡混合液体进行更细微的流量调整。

〔实施例9〕

下面，参照图35说明本发明的实施例9。图35是本实施例的、利用微小气泡的水处理设备的构成图。本实施例中，除了实施例7的构造之外，在流入水处理槽301的被处理水的流路上，设置了流量计325和有机物浓度计326，通过信号线连接流量计325、有机物浓度计326和控制器308。在图35中，通过设置有机物浓度计326、进行水质的计测，但是，除了有机物浓度计，也可以设置大肠杆菌传感器、浮游物浓度计、臭气传感器、色度传感器等，来进行水质的计测。

本实施例中，当流量计325或有机物浓度计326的计测值高于设定值时，从控制器308向微小气泡生成装置305发出控制信号，控制挡板322的驱动机构，使挡板322旋转，增加孔数。通过使孔数增加，多孔板321处的压力损失降低，流量增加，同时，高压泵304的加压压力降低。压力计310计测的高压泵加压压力Pm，被反馈给控制器308，将控制信号发送到高压泵304的变换器309，进行控制、以增加高压泵304的转速。另外，将控制信号发送到臭氧发生装置302，进行控制、以增加臭氧气体发生量。

这样，可使生成臭氧微小气泡所需的加压压力的变化幅度减小，使臭氧的循环流量增加，可提高水处理槽301的水处理能力。结果，可以保证再生水的水质。

当流量计325或有机物浓度计326的计测值低于设定值时，进行相反操作，即，进行控制，使挡板322旋转，减少孔数，并使高压泵304的转速减少，减少臭氧发生装置302的臭氧气体发生量。通过该操作，臭氧的循环流量减少，可以将水处理槽301的水处理能力保持在容许范围内。

通过上述的控制，可以根据流入水处理槽301的下水处理水的流量、水质条件，调节臭氧注入量，所以，与把处理后的臭氧浓度反馈、进行控制的实施例7相比，可以在短时间内控制再生水的水质。因此，可提高水处理性能的负荷追随性，减小运转条件的变动量，可以节省泵的动力。

根据本实施例的水处理设备，除了具有实施例1的效果外，还能提高下水处理水再生设备的运转经济性。

〔实施例10〕

下面，参照图36说明本发明的实施例10。图36是本实施例的、利用微小气泡的水处理设备的构成图。

在实施例7中，在水处理槽301中设置了抽水流路306和注入流路307，而本实施例中，在抽水流路306上连接了第2抽水流路328，在注入流路307上连接了第2注入流路327，将第2抽水流路328和第2注入流路327从水处理槽301的上方设置到水处理槽301内。

根据本实施例，由于从水处理槽301的上方将第2抽水流路和第2注入流路插入，所以，万一抽水流路或注入流路断裂，水处理槽301内的被处理水也不会流出到水处理槽301外，所以，可提高水处理设备的安全性。

另外，由于在水线下没有流路插入部和接合部，所以，不需要用于保持水密性的维护作业，可提高维护作业的经济性。

〔实施例11〕

下面，参照图37说明本发明的实施例11。图37是下水处理设施的构成图，该下水处理设施，采用了利用微小气泡的水处理设备。

本实施例的下水处理设施，如图37所示，分别由串联连接着的沉淀池331、生物反应槽332、最终沉淀池333、浓缩槽334、与浓缩槽334连接的污泥处理装置335、与最终沉淀池333连接的实施例7至实施例10中的任一种水处理设备330构成，上述浓缩槽334与沉淀池331、生物反应槽332、最终沉淀池333的底部连接。连接流路，以使在最终沉淀池333中处理过的一部分下水返回到生物反应槽332中。

下水先流入沉淀池331，除去以有机物为主体的比重较大的浮游物质。除去以有机物为主体的比重较大的浮游物质后的下水，流入生物反应槽332。在生物反应槽332中，对有机物氮、磷等进行生物处理。生物处理后的下水，流入最终沉淀池333，除去以微生物絮凝物为主体的比重较小的浮游物质。在沉淀池331、生物反应槽332及最终沉淀池333中被除去的污泥，在被送到浓缩槽334中进行浓缩后，被送到污泥处理装置335。

在最终沉淀池333中除去以微生物絮凝物为主体的比重较小的浮游物质后的被处理水，流入水处理设备330，对全部的下水处理水进行处理。如上所述，在最终沉淀池333的后面，设置利用微小气泡的水处理设备330，再生水除了可作为排放水外，还可作为清洗用水、洒水用水、造景用水、娱乐用水(親水用水)等利用。利用微小气泡的水处理设备330，由于使用臭氧，所以消毒效果好，与已往的下水处理设施相比，可以简化氯气注入、灭菌工序。其结果，根据本实施例，可以简化下水处理设施，提高设施建设和运转的经济性。

〔实施例12〕

下面，参照图38说明本发明的实施例12。图38是下水处理设施的另一构成图，该下水处理设施采用了利用微小气泡的水处理设备。

本实施例的下水处理设施，与实施例11同样地构成，但是，如图38所示，在最终沉淀池333的后面，还并排设置了水处理设备330和灭菌槽336，在灭菌槽336的上游侧，设置了氯注入部。

流入到沉淀池331的下水，被进行实施例11所述那样的处理直到达到最终沉淀池333。在最终沉淀池333进行处理后的下水处理水的一部分，流入灭菌槽336，并混合氯，在灭菌槽336中确保了接触时间后，作为处理水进行排放。在最终沉淀池333中进行处理后的下水处理水的其余部分，被导入实施例7至实施例10中的任一种水处理设备330中进行处理。处理后的再生水，除了作为排放水外，还可以作为清洗用水、洒水用水、造景用水、娱乐用水等利用。

根据本实施例，利用微小气泡的水处理设备330，由于采用臭氧，所以消毒效果大，可以根据用途和利用目的，省略掉氯气注入、灭菌工序等。另外，与已往的下水处理设施相比，具有可以简化氯气注入、灭菌工序的效果。另外，可以简化下水处理设施，提高设施建设和运转的经济性。

另外，在利用微小气泡的水处理设备330的后面，也可以设置氯注入部，设置将氯注入再生水中混合氯的灭菌槽336，在灭菌槽336确保了接触时间后，将处理水排放掉。

〔实施例13〕

下面，参照图39说明本发明的实施例13。图39是下水处理设施的另一构成图，该下水处理设施采用了利用微小气泡的水处理设备。

本实施例的下水处理设施，与实施例12同样地构成，但是，如图39所示，在最终沉淀池333与水处理设备330之间，还设置了砂过滤池337，并进行连接，以将通过砂过滤池337过滤后的清洗液(洗浄液)的一部分返回到浓缩槽334中。在砂过滤池337中，下水处理水中的浮游物、以及附着在浮游物上的氮、磷等被除去，在砂过滤池中处理后的被处理水，被引导至实施例7至实施例10中任一种水处理设备330中进行处理。这样，可提高利用微小气泡的水处理设备330中的被处理水的水质，使水质稳定。

根据本实施例，通过提高被处理水的水质，利用微小气泡的水处理设备的臭氧消耗量减少，所以，可提高下水处理设施的运转经济性。

〔实施例14〕

下面，参照图40说明本发明的实施例14。图40是下水处理设施的另一构成图，该下水处理设施采用了利用微小气泡的水处理设备。

本实施例的下水处理设施与实施例12同样地构成，但是，如图40所示，在最终沉淀池333与水处理设备330之间，设置有凝聚沉淀池338，并进行连接、以便将凝聚沉淀池338的污泥返回到浓缩槽334。在凝聚沉淀池338的上游侧，设有凝聚剂注入部，通过注入的凝聚剂将下水处理水中的浮游物及有机物除去。这样，可提高利用微小气泡的水处理设备330中的被处理水的水质，并使水质稳定。

根据本实施例，通过提高被处理水的水质，利用微小气泡的水处理设备的臭氧消耗量减少，所以，可提高下水处理设施的运转经济性。

〔实施例15〕

下面，参照图41和图42说明本发明的实施例15。图41是利用微小气泡的水处理设备的构成图，图42是说明水处理槽内的流动状况的图。

本实施例的下水处理设施，与实施例7同样地构成，但是，如图41、图42所示，在水处理槽301内的流路中，在作为下降流的液面下的流路343中，设置有阻碍板341。在图41所示的例子中，作为下降流的流路是流路343、343a、343b三个部位，分别设有阻碍板341、341a、341b。

在微小气泡生成装置305中产生的微小气泡，若在注入流路307内部或水处理槽301内的流路343中合并而使气泡直径增加，则随着直径的增加，上升速度也增加，因此在流路343内上升。若该合并气泡到达液面、跑到处理槽301的上部空间，则不但排臭氧处理的负荷增加，而且水处理中使用的臭氧量可能会减少。

在本实施例中，如图42所示，由于设置了阻碍板341，所以流路343的流路面积将缩小，缩小部位的流速局部地比合并气泡的上升速度大，所以，合并气泡不会跑到缩小部位的上方，提高了臭氧的利用效率。另外，在阻碍板341下方的流路面积扩大的部位，由于产生了旋涡，所以可促进气泡的搅拌和破坏。这样，气泡被更加微小化，更容易溶解到液体中。这样，即使在产生合并气泡时，也能保持高的臭氧利用效率和溶解效率。由阻碍板341形成的缩流部的流速，可从预定的被处理水流量和流路面积求出，气泡上升速度的上限值最好为0.4m/s或0.4m/s以上。

根据本实施例，由于可保持臭氧的利用效率和溶解效率，所以，可保持下水处理水再生设施的运转经济性。

〔实施例16〕

下面，参照图43和图44说明本发明的实施例16。图43是本实施例的、利用微小气泡的水处理设备的构成图，图44是说明水处理槽内的流动状况的图。

本实施例的下水处理设施与实施例7同样地构成，但是，如图43、图44所示，在流路343内的注入流路307的注入口上下，设置有阻碍板344、阻碍板345。

阻碍板344，如实施例15中说明的那样，通过对液流进行缩流使流速增加并进行气泡的搅拌和破坏，防止合并气泡的上升。另外，在阻碍板345处，通过对液流进行缩流而增加流速，同时，进行气泡的搅拌和破坏，促进微小气泡的混合。这样，可以保持高的臭氧利用效率和溶解效率。

根据本实施例，由于可保持臭氧的利用效率和溶解效率，所以，可保持下水处理水再生设施的运转经济性。

〔实施例17〕

下面，参照图45说明本发明的实施例17。图45是本实施例的微小气泡生成装置的构成图。

本实施例与实施例7的微小气泡生成装置同样地构成，但是，如图45所示，在连接臭氧发生装置302与臭氧气体注入装置303的流路349上，设置有混合器350。将从混合器350分支出的流路347，通过流量调节阀348和气液分离器346与微小气泡生成装置305连接，气液分离器346与注入流路307连接。气液分离器346，为了降低流速、促进气液分离，在注入流路307的局部形成有扩大流路，形成为上部体积比下部体积大的形状。

在气液分离器346中，将在注入流路307内因微小气泡合并而生成的粗大气泡进行气液分离。在气液分离器346分离的气相，通过流路347到达混合器350，与从臭氧发生装置302送来的、流入混合器350中的臭氧气体混合。在混合器350混合后的臭氧气体，被臭氧气体注入装置303再次注入液相。这样，因微小气泡合并而产生的粗大气泡，被再次微小化，所以，可以把臭氧利用效率和溶解效率高的气泡，注入到水处理槽301内。

根据本实施例，由于可保持臭氧的利用效率和溶解效率，所以，可保持下水处理水再生设施的运转经济性。

〔实施例18〕

下面，参照图46和图47说明本发明的实施例18。图46、图47是本实施例的微小气泡生成装置的系统图。在本实施例的微小气泡生成装置中，设置有逆洗装置，当污物或污泥附着在多孔板321上时，可以进行清洗。

本实施例的微小气泡生成装置305，与实施例7同样地构成，但是，如图46所示，在高压泵304与微小气泡生成装置305之间的流路上，设置有三通阀354。三通阀354的一侧与微小气泡生成装置305连接，该连接部被分支、通过开闭阀351与污泥处理设备连接。另外，三通阀的另一侧与逆洗流路352连接，并且与微小气泡生成装置305的下游侧连接。在从逆洗流路352的连接点到水处理槽301侧的注入流路307上设置有开闭阀353。

在通常运转时，如图46所示，将三通阀354的逆洗流路352侧关闭，将开闭阀351关闭，将开闭阀353打开。这样，从高压泵304排出的臭氧气体注入水，通过微小气泡生成装置305，注入到水处理槽301内。

另一方面，在逆洗时，如图47所示，将三通阀354的逆洗流路352侧打开，将开闭阀353关闭，将开闭阀351打开。这样，从高压泵304排出的臭氧气体注入水，在微小气泡生成装置305中逆流，并通过开闭阀351流到污泥处理装置中。在臭氧气体注入水逆流过多孔板321时，附着在孔上的污物、污泥等被除去，孔被清洗干净。另外，在逆流时，最好采用自来水、再生水等的清洁水。

通过用逆流将多孔板321清洗干净，可以稳定地生成微小气泡，同时，可保持臭氧的利用效率和溶解效率。

根据本实施例，由于可防止微小气泡生成装置305的堵塞，所以，可保持下水处理水再生设备的可靠性。另外，由于可保持臭氧的利用效率和溶解效率，所以，可保持下水处理水再生设备的运转经济性。

如上所述，根据各实施例，由于可使微小气泡的直径和发生量稳定化，可保持臭氧的溶解效率并可提高水处理性能，因此，臭氧使用量减少，可提高水处理设备的经济性。另外，由于不施加过大的加压压力也可减低泵的驱动电力，所以，可提高水处理设备的运转经济性。另外，通过计算被处理水的水质参数和流量，用变换器控制泵的转速和多孔板的孔数，可提高控制的应答性、实现节能运转，可提高水处理设备的运转经济性。

Claims (23)

1.一种微小气泡生成装置，备有：与气液二相流的生成装置连接着的泵、控制该泵的转速的变换器、与上述泵连接并包含有使气液二相流通过用的流路剖面积发生变化的驱动装置的多孔板组件、控制上述变换器及驱动装置的控制装置；通过来自上述控制装置的指令，控制上述驱动装置，使气液二相流通过用的流路剖面积变化，同时，控制上述变换器，将上述泵的加压压力保持在容许范围内，使气液二相流的流量变化。

2.一种微小气泡生成装置，备有：与气液二相流的生成装置连接着的泵、控制该泵的转速的速度控制部、与上述泵连接并包含有驱动部的多孔板组件、控制上述变换器及驱动装置的控制装置；上述的多孔板组件由多孔板和流路限制板构成，在上述多孔板上设有多个孔或缝隙，上述流路限制板被上述驱动装置驱动、使上述多个孔中的能够通过气液二相流的孔数或缝隙面积发生变化。

3.一种微小气泡生成装置，备有：与气液二相流的生成装置连接着的泵、控制该泵的转速的速度控制部、通过流路与上述泵连接并包含有驱动部的多孔板组件、控制上述变换器及驱动装置的控制装置；上述多孔板组件，在上述流路上设有多个分支流路，在每个分支流路上，通过由上述控制装置控制开闭的阀，连接有具有固定的流路剖面积的多孔板。

4.如权利要求2所述的微小气泡生成装置，其特征在于，上述流路限制板，设置在上述多孔板的上游侧和下游侧两面，用上述驱动装置独立地驱动该上游侧的流路限制板和下游侧的流路限制板。

5.如权利要求1或3所述的微小气泡生成装置，其特征在于，上述流路剖面积是由多个相同直径的孔、孔相连形状的缝隙、每个区域中不同直径的多个孔中的任一种形成的。

6.如权利要求1或3所述的微小气泡生成装置，其特征在于，上述流路剖面积，是由多个相同直径的孔形成的，单位表面积的孔数不相同。

7.如权利要求1至6中任一项所述的微小气泡生成装置，其特征在于，在上述泵与上述多孔板组件之间的流路上，设有压力罐或流体控制板。

8.如权利要求1、2或4中任一项所述的微小气泡生成装置，其特征在于，在上述流路限制板上设有端面构造，该端面构造在该流路限制板在多孔板的表面上移动时，将多孔板表面的附着物刮掉、剥离。

9.如权利要求1至6中任一项所述的微小气泡生成装置，其特征在于，在连接上述泵和多孔板组件的流路上，设有三通阀，连接与三通阀连接的配管，以便在切换三通阀时使逆洗用水从多孔板组件的下游侧流向上游侧。

10.一种微小气泡的生成方法，其特征在于，在控制装置中，算出用于得到输入的微小气泡生成量的目标值的排出流量，计算为了得到该算出的排出流量所需的泵转速及多孔板组件的流路剖面积，根据该计算结果控制变换器，控制上述泵的转速，同时，控制上述多孔板组件的驱动装置，设定流路剖面积，在用上述泵对来自气液二相流的生成装置的气液二相流进行加压后，使其向上述多孔板组件流动、生成微小气泡。

11.如权利要求10所述的微小气泡生成方法，其特征在于，上述多孔板组件由多孔板和流路限制板构成，在上述多孔板上设有多个孔或缝隙，上述流路限制板被上述驱动装置驱动、使上述多个孔中的能够通过气液二相流的孔数或缝隙面积发生变化，

用上述驱动装置驱动控制上述流路限制板，设定上述流路剖面积。

12.如权利要求10所述的微小气泡生成方法，其特征在于，上述多孔板组件，是在与上述泵连接的流路上设置多个分支流路，在每个分支流路上，通过由上述控制装置控制开闭的阀，连接具有固定的流路剖面积的多孔板而构成的；用上述控制装置控制上述阀的开闭，设定上述流路剖面积。

13.一种利用微小气泡的水处理设备，备有：产生臭氧气体的臭氧发生装置、把该臭氧发生装置产生的臭氧气体注入到被处理水中的臭氧气体注入装置、对被该臭氧气体注入装置注入了臭氧气体的被处理水进行加压的高压泵、从被该高压泵加压的混入了臭氧气体的被处理水生成微小气泡的微小气泡生成装置；把混入有该微小气泡生成装置生成的臭氧微小气泡的被处理水，注入水处理槽、对被处理水进行消毒处理。

14.如权利要求13所述的利用微小气泡的水处理设备，其特征在于，上述微小气泡生成装置设置在上述高压泵与水处理槽之间的流路上，备有设置了多个连通孔的多孔板、和使该多孔板的有效孔数变化的挡板。

15.如权利要求13所述的利用微小气泡的水处理设备，其特征在于，上述微小气泡生成装置设置在上述高压泵与水处理槽之间的流路上，设有具有不同孔数的多个多孔板、分别设置有该多孔板的多个第2流路、和分别设置在该多个第2流路上的阀；通过利用该阀的开闭切换通水的第2流路，对有效孔数进行可变调节。

16.如权利要求14或15所述的利用微小气泡的水处理设备，其特征在于，上述高压泵通过变换器控制旋转速度，使上述高压泵的加压压力位于容许范围内地控制旋转速度。

17.如权利要求13所述的利用微小气泡的水处理设备，其特征在于，在上述水处理槽上设有用于抽取水处理槽内的被处理水的抽水流路，该抽水流路通过流量调节阀与上述臭氧气体注入装置连接。

18.如权利要求16所述的利用微小气泡的水处理设备，其特征在于，在上述水处理槽中的、混入有上述臭氧微小气泡的被处理水的注入部位的下游，设有被处理水的溶解臭氧浓度计，由控制器将溶解臭氧浓度计的计测值与臭氧浓度目标值进行比较，计算注入上述水处理槽的臭氧量的过多或不足，根据该计算结果，控制泵的转速、上述多孔板的有效孔数、上述臭氧发生装置的臭氧发生量。

19.如权利要求13至15中任一项所述的利用微小气泡的水处理设备，其特征在于，将上述高压泵对多孔板上游的加压压力控制在0.1MPa～1.0MPa的范围内。

20.如权利要求13至19中任一项所述的利用微小气泡的水处理设备，其特征在于，上述臭氧注入装置，是利用喷射器的气相混合装置、或者是利用空气扩散管的气液混合装置。

21.如权利要求18所述的利用微小气泡的水处理设备，其特征在于，注入上述水处理槽中的臭氧量的过多或不足的计算结果，在注入到水处理槽中的臭氧量不足的情况下，通过上述控制器进行如下控制，即，增加多孔板的有效孔数，并增加上述泵的转速、以保持上述加压压力，使上述臭氧发生装置的臭氧发生量增加；在注入到上述水处理槽中的臭氧量过多的情况下，通过上述控制器进行如下控制，即，减少多孔板的有效孔数，并减少上述泵的转速、以保持上述加压压力，使上述臭氧发生器的臭氧发生量减少。

22.如权利要求16所述的利用微小气泡的水处理设备，其特征在于，设有计测被导入上述水处理槽内的被处理水的水质的水质计测计和流量计，把该水质计测计的计测值和上述流量计计测的流量输入到上述控制器，当被处理水的水质恶化或流量增加时，计算所需的臭氧量增加值；当被处理水的水质改善或流量减少时，计算所需的臭氧量减少值；根据该计算结果，控制泵的转速和多孔板的有效孔数，调整注入到水处理槽内的臭氧量。

23.如权利要求13至22中任一项所述的利用微小气泡的水处理设备，其特征在于，备有使通过上述多孔板的流体流动方向逆转、将多孔板逆洗洗净的逆洗清洗装置。

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