JP2001170619A - 水質浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置の大型化・複雑化、動力コストの増大化
を招くことなく、微細汚物の除去能力を向上させる。 【解決手段】 気泡混入槽部３、撹拌接触槽部４、分離
槽部５及び回収槽部７ａからなる。先端ノズル３２１か
ら微細汚物を含む原水を気泡混入槽部内に吹き出させ外
気を引き込むことにより気泡を発生させる。気泡混入原
水を下部噴出口３４から開口４１を通して内周面４２に
対し下向きに噴出させ、この噴出流を撹拌接触槽部内で
水平軸回りの旋回流に強制変換させて撹拌する。旋回流
により気泡の微細状態を持続しつつ、微細汚物と気泡と
の接触を確保して微細汚物を気泡に結合させる。撹拌接
触槽部からの溢流を吹き出し通路４３を通して分離槽部
５に吹き出させ傾斜壁２２ａ、７５に衝突させ、気泡を
隙間７８から回収槽部内に回収する一方、微細汚物が除
去された浄化水を導出管９から外部に取り出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機汚物を含む原
水からその有機汚物を除去して浄化するために用いられ
る水質浄化装置に関し、特に、熱帯魚等の水性動物を飼
育するための水槽内の人工海水もしくは海水等から給餌
の残りや排泄物等の有機性の微細汚物を除去して水質浄
化を図るために好適に用いられる水質浄化装置に係る

【従来の技術】従来より、熱帯魚飼育用水槽内の海水等
を浄化するための水質浄化装置として、一般にプロテイ
ンスキマーと呼称されるものが知られている。このプロ
テインスキマーによる浄化の原理を図４に示す例に基づ
いて以下説明する。このプロテインスキマーは、上下に
延びる円筒チューブ製の混合塔ａと、分離容器ｂと、気
液分離塔ｃと、回収容器ｄとを備えたものである。ま
ず、混合塔ａの頂部から熱帯魚の排泄物等の微細汚物を
含む原水をポンプ圧送により導入すると共に上記頂部か
ら空気を取り込み、内部に充填された多数のバイオボー
ルｅ，ｅ，…により空気と原水とを撹拌混合させて溶存
酸素の増大を図る一方、微細な気泡を発生させてこの発
生された気泡に対し微細汚物を結合させる。この微細汚
物が結合された気泡を含む液体が上記混合塔ａの下端部
に横向きに開口された放出口ｆから大空間の分離容器ｂ
内に横向きに放出されると、上記液体が分離容器ｂ内を
移動する間に上記気泡は徐々に上昇して気液分離塔ｃに
集められる一方、その気泡により微細汚物が除去された
後の浄化水が分離容器の底部から排出管ｇにより外部に
取り出される。上記気液分離塔ｃに集められた気泡は徐
々に押し上げられる過程で微細汚物を含む泡沫となり、
この泡沫は上端の回収容器ｄ内に集められる。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
水質浄化装置においては、混合塔ａ内で微細な気泡をた
とえ発生させ得たとしても、微細な気泡を発生させるた
めに流速を高めざるを得ず、このため、気泡と微細汚物
との接触時間が短くなってしまい、その気泡に対する微
細汚物の結合を十分に確保し得ないことになる。その上
に、未結合の微細汚物が残留したまま液体が分離容器ｂ
内に放出されると、放出された時点では微細な気泡であ
っても、エアリフトによる気泡上昇のみの比較的緩やか
な上昇流となるため、気泡同士が早期に合体を繰り返し
早期に拡大化する結果、微細汚物の結合能力をもはや発
揮し得ないことになる。このため、微細汚物の除去効率
を十分に高めることが困難となる。また、上記放出口ｆ
から分離容器ｂ内に放出された液体に含まれる気泡は上
昇流となって分離容器ｂ内を上昇するため、分離容器ｂ
内部の上面近傍に拡大化された気泡となって滞留するこ
とにもなる。

【０００３】これに対し、混合塔での気泡と微細汚物と
の接触時間を増大させるために混合塔を長大化させた
り、分離容器内でも気泡の微細状態を持続させるために
ポンプ等による強制流を発生させたりすることが考えら
れるが、これらの対策を採用すると装置全体の大型化や
複雑化を招いたり動力コストの増大化を招いたりするこ
とになる。

【０００４】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、装置の大型化
・複雑化あるいは動力コストの増大化を招くことなく、
微細汚物の除去能力を向上させることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、微細汚物の除去能力の向上を図る上で、
気泡を微細状態に維持して微細汚物との結合能力を維持
したまま、その気泡と原水との接触時間をより長くすれ
ば良いことに着目してなされたものであり、以下の特定
事項を有する。

【０００６】具体的には、本発明では、水質浄化装置と
して、上部流入口から圧流入する微細汚物を含む原水に
空気等の気泡生成用気体を引き込むことにより上記原水
に微細気泡を混入させて下部噴出口から気泡混入原水を
下向きに噴出させる気泡混入槽部と、上記下部噴出口の
下側位置で上記下部噴出口に臨んで開口し上記下部噴出
口からの下向き噴出流を略水平軸回りの旋回流に変換さ
せて上記気泡混入原水を撹拌する撹拌接触槽部と、この
撹拌接触槽部から溢流した気泡混入原水を気液分離する
分離槽部と、この分離槽部で分離された泡沫を回収する
回収槽部とを備えたものとする。そして、上記撹拌接触
槽部として中心軸が略水平方向に向いた円筒状の密閉空
間を有するものとし、上記開口を上記下向きの噴出流が
上記密閉空間の内周面に対し交差（例えば略接線方向に
交差）するように位置設定する。加えて、上記撹拌接触
槽部と分離槽部とを、上記開口の上側位置から横向きに
延び上記溢流を分離槽部に対し横向流にして吹き出させ
るよう絞られた吹き出し通路を通して連通させるように
する。

【０００７】上記の本発明の場合、気泡混入槽部におい
て微細汚物を含む原水に対し微細な気泡が混入され、こ
の気泡混入原水が下部噴出口から撹拌接触槽部の開口に
向けて下向きに噴出されることになる。この噴出流が撹
拌接触槽部内の円筒状空間を構成する内周面に略接線方
向に当たり、その内周面に案内されて略水平軸回りの旋
回流に変換される。この旋回流は順次噴出される上記噴
出流の勢いにより旋回を継続し、その過程で微細気泡は
気泡が本来有するエアリフトに抗して上向流となったり
下向流となったりと原水と共に強制的に旋回されること
になる。これにより、気泡の合体が抑制されて微細な状
態を持続する上に、旋回により撹拌されて原水中の微細
汚物との接触が十分に確保されることになる。このた
め、原水中の微細汚物と気泡との結合が促進されること
になる。一方、上記撹拌接触槽部には下部噴出口からの
噴出流が順次供給されるため、撹拌接触槽部内の旋回流
の一部ずつが開口の最上位から吹き出し通路にあふれ出
て、この溢流が吹き出し通路を通して分離槽部内に対し
横向きに吹き出されることになる。そして、この吹き出
しの勢いに対応して気泡の合体が抑制された状態で、気
泡が微細汚物を連行して回収槽部に上昇して集められ、
一方、微細汚物が除去された浄化水が分離槽部内に残り
この浄化水が外部に取り出されて例えば水槽等に戻され
ることになる。

【０００８】ここで、上記の「気泡混入槽部」として
は、上部に外部空気を取り込む空気取込口を設け、例え
ばポンプ圧送された原水を上部流入口から内部の液面に
対し噴射させることにより微細な気泡を発生させる、あ
るいは、圧送された原水を上部流入口から導入しその流
速に基づき内部で乱流状態を引き起こすように突起物等
の衝突させる部分を設けることにより微細な気泡を発生
させるように構成すればよい。これらに加え、気泡の微
細化促進のために内部にメッシュ素材を筒状に丸めた部
材や多数の突起を有する部材を充填することにより、原
水の流れを細分化させたり原水同士を衝突させたりする
ようにしてもよい。また、上記「気泡混入槽部」はその
形状の如何を問わないが、コンパクト化及び浄化処理効
率の観点より、横断面形状が横向きに長い矩形状に形成
するのが好ましい。この場合には、上記の「撹拌接触槽
部」として上記気泡混入槽部に対応して横向き長手方向
に延びる円筒状に形成し、「下部噴出口」として上記横
向き長手方向に対し所定間隔を隔てて複数形成し、「吹
き出し通路」として上記横向き長手方向に延びる細幅の
スリット状に形成するのが好ましい。

【０００９】また、上記「吹き出し通路」の開口面積と
して、下部噴出口の開口面積よりも大きくなるように設
定することにより、撹拌接触槽部内の旋回流速が上記下
部噴出口からの噴出流速よりも遅くなるように設定する
ことが好ましい。これにより、撹拌接触槽部内におい
て、旋回流による撹拌により気泡の微細状態を維持しつ
つ、その微細気泡と原水中の微細汚物との接触時間をよ
り長く確保し得ることになる。また、このように設定す
ることにより、撹拌接触槽部の円筒状空間をなるべく大
きくして大容量の気泡混入原水を旋回させ得ることが可
能になり、微細汚物の除去効率のより一層の向上が図ら
れる。

【００１０】さらに、上記の「分離槽部」として吹き出
し通路から吹き出される横向流が衝突する衝突壁を有す
るものとし、その衝突壁を上記横向流に対しオーバーハ
ング状に傾斜された傾斜壁により構成するようにしても
よい。この場合には、上記分離槽部が上記衝突壁の上端
縁を含む壁により構成される隙間を通して回収槽部の上
部に連通されるようにすればよい。

【００１１】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の水質浄
化装置によれば、撹拌接触槽部における水平軸回りの旋
回流によって、気泡の合体を阻止して微細な状態を持続
させつつ、その気泡と微細汚物との十分な接触を確保す
ることができるようになる。しかも、上記の旋回流を気
泡混入槽部の下部噴出口からの下向きの噴出流の勢いに
基づいて実現しているため、旋回流を引き起こすための
特別な動力も必要はない。以上により、原水中の微細汚
物の除去能力及び除去効率を装置の大型化・複雑化ある
いは動力コストの増大化を招くことなく、従来のものよ
りも大幅に向上させることでできるようになる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００１３】図１及び図２は本発明の実施形態に係る水
質浄化装置を示す。この水質浄化装置は熱帯魚飼育用水
槽内の海水もしくは溶質を含有させた人工海水を原水と
してこの原水に含まれる上記熱帯魚の排泄物等の有機性
の微細汚物を除去して水質浄化を図るためのものであ
る。

【００１４】同図において、２は装置本体であり、この
装置本体２内に気泡混入槽部３と、撹拌接触槽部４と、
分離槽部５と、回収槽収容部６とが形成されている。ま
た、７はカートリッジ式とされて上記回収槽収容部６に
着脱可能に構成された回収槽部としての回収容器であ
る。以下、各構成要素について詳細に説明する。

【００１５】上記装置本体２は、合成樹脂板もしくは強
化ガラス板等の素材を用いて溶着もしくは接着等の手段
により接合されて箱形に形成されたものである。上記素
材としては内部の状況が外部から視認し得るように透明
素材を用いるのが好ましい。

【００１６】そして、上記装置本体２は、矩形状の底壁
２１に対し、その四辺から立ち上がるように前面壁２２
と、この前面壁２２よりも上方位置まで延びた後面壁２
３と、両側面壁２４、２４とが接合されて周囲が閉止さ
れている。そして、後面壁２３に対し上面壁２５及び上
下方向中間位置の下面壁２６を介して所定長さの中間壁
２７が互いに接合され、これら後面壁２３、上面壁２
５、下面壁２６、中間壁２７及び上記両側面壁２４，２
４の後側部分によって上記気泡混入槽部３が区画形成さ
れている。この気泡混入槽部３は、横断面形状が幅方向
（図１の左右方向）に短く（例えば６０ｍｍ程度）長さ
方向（図１の紙面に直交する方向）に長い矩形状とされ
て上下方向に比較的長く（例えば４００ｍｍ程度）拡が
る内部空間を有している。

【００１７】また、上記下面壁２６の下側位置には、円
弧状筒壁２８がその中心軸を上記幅方向に向けて横向き
に延びるように配置されて後面壁２３の下部内面と、両
側面壁２４，２４の内面とにそれぞれ接合されている。
そして、この筒壁２８と後面壁２８とにより円筒状の内
部空間を有する上記撹拌接触槽部４が区画形成されてい
る。上記筒壁２８としては、上記の素材と同素材により
形成された円形パイプを用いて、その所定の周方向範囲
を上記長さ方向全長にわたり切り欠いて形成されたもの
であり、比較的大径（例えば内径が１４０ｍｍ程度）の
ものが採用されて上記円筒状内部空間が比較的大容積を
有するようにされている。

【００１８】一方、前面壁２２は、底壁２１の縁から内
方側に傾斜する下半傾斜壁２２ａと、この下半傾斜壁２
２ａの上縁から水平に拡がり上記回収容器７が載置され
る支持壁２２ｂと、この支持壁２２ｂの外側縁から垂直
に立ち上がる上半壁２２ｃとからり、これらにより前面
が閉止されている。そして、上記後面壁２３の下部と、
筒壁２８と、上記下半傾斜壁２２ａと、上記回収容器７
の後述の傾斜壁７５及び後面壁７２と、両側面壁２４，
２４とにより囲まれて分離槽部５が区画形成されてい
る。

【００１９】さらに、上記支持壁２２ｂと、上半壁２２
ｃと、上記中間部２７と、両側面壁２４，２４とにより
上方の全面及び下方の一部が開放された回収槽収容部７
が区画形成されている。

【００２０】一方、上記回収容器７は、前面壁７１と、
後面壁７２と、両側面壁７３とにより周囲が覆われ、底
部側が上記支持壁２２ｂと対応する大きさの底壁７４が
形成されている。この底壁７４の内縁側から斜め上方に
延びる傾斜壁７５が形成され、この傾斜壁７５は回収容
器７の装着状態（図１に示す状態）では上記下端傾斜壁
２２ａと面一となって一つの傾斜壁を構成するようにな
っている。また、上方開口側にはフランジ壁７６が形成
され、このフランジ壁７６に対し蓋７７がビス止め等に
より着脱可能に取り付けられている。そして、上記前面
壁７１と、底壁７４と、傾斜壁７５と、両側面壁７３，
７３と、蓋７７とによって区画された内部に回収槽部７
ａが形成されている。また、上記傾斜壁７５の上端縁
と、後面壁７２との間にはかなり狭い左右間隔（例えば
５ｍｍ）の隙間７８が開けられ、この隙間７８を通して
回収槽部７ａと、分離槽部５とが連通されている。な
お、図２中７１ａは前面壁７１に形成されたねじ穴であ
り、上記装着状態において装置本体２側の貫通孔２２ｄ
に挿入されたねじ部材７９を上記ねじ穴７１ａにねじ込
むことにより回収容器７の固定が行われるようになって
いる。

【００２１】また、上記回収容器７の蓋７７には安全弁
８が設けられ、この安全弁８により回収槽部７ａ内に回
収される汚物及び汚水が満杯になると回収槽部７ａ内及
びこれに連通された分離槽部５等の内部空間を密閉し空
気の流通を遮断することにより、気泡混入槽部３での気
泡発生を停止させるようになっている。上記安全弁８
は、小径筒８１と、大径筒８２と、例えばピンポン球等
により構成されて水に浮くボール栓８３とから構成さ
れ、常時は外部空間との間で空気の流通を許す一方、汚
水の水位が上昇すると上記大径筒８２の下端に貫通され
た連通孔からそれが流入して上記ボール栓８３を押し上
げて小径筒８１の下端開口を閉鎖することにより遮断す
るようになっている。

【００２２】上記気泡混入槽部３は、その上面壁２５に
空気取り入れ口３１が貫通して形成され、加えて、原水
を導入する複数（図例では２本）の供給管３２，３２が
接続されており、ポンプ３３により圧送された原水が上
記各供給管３２の先端ノズル３２１から上記気泡混入槽
部３内に下向きに吹き出されるようになっている。上記
各先端ノズル３２１が上部流入口を構成している。ま
た、下面壁２６には後面壁２３寄りの前後方向位置に所
定径（例えば１５ｍｍ径）で下向きの下部噴出口（図３
も併せて参照）３４が長さ方向に対し所定間隔毎に複数
個（図例では３個）貫通して形成されている。そして、
上記気泡混入槽部３の内部には、発生する気泡の微細化
促進のために多数の微細化促進部材３５，３５，…（図
１にのみ示す）が充填されている。この微細化促進部材
３５は、一般に濾材として使用される合成樹脂製のメッ
シュ材等の多孔材料や突起状材料等を用いて円筒状や球
状に形成したものであり、一般にドライボールと呼ばれ
るものを用いてもよい。

【００２３】上記撹拌接触槽部４は、筒壁２８の周方向
一端縁が最上位付近に位置付けられ、この一端縁と後面
壁２３との間に、上記各下部噴出口３４をその真下位置
から臨む開口４１が形成されたものである。そして、上
記各下部噴出口３４から下向きに噴出される噴出流を内
周面４２に沿って案内することにより水平軸回りの旋回
流に変換するようになっている。上記開口４１を構成す
る上記周方向一端縁を含む筒壁２８と、下面壁２６との
間には横向き（図１の右向き）に延びる吹き出し通路４
３が形成され、この吹き出し通路４３により分離槽部５
と連通されている。上記吹き出し通路４３は、図３にも
示すように比較的狭い上下方向間隔（例えば１０ｍｍ程
度）で長さ方向（図３の左右方向）全長にわたり延びた
スリット状に形成され撹拌接触槽部４側から分離槽部５
への通過量を絞るようにして分離槽部５に対し吹き出さ
せるようになっている。

【００２４】以上の構成の水質浄化装置においては、微
細汚物を含む原水がポンプ３３により圧送され、先端ノ
ズル３２１から気泡混入槽部３内に下向きに例えば５０
Ｌ／ｍｉｎの流速で吹き出される。この吹き出しに伴い
空気取り入れ口３１から外気が取り込まれて気泡が発生
する。発生した気泡と原水は微細化部材３５により乱流
状態となって気泡がさらに微細化されかつ原水の海水成
分である塩類により微細な泡が気泡混入槽部３内に充満
することになる。

【００２５】そして、微細気泡が混入された気泡混入原
水が複数の下部噴出口３４，３４，…から開口４１を通
して撹拌接触槽部４内に下向きに噴出され、これによ
り、撹拌接触槽部４内で水平軸回りの旋回流となる。こ
の旋回流により上記気泡混入原水が気泡混入槽部３内よ
りも緩やかな流れの中で強制的に撹拌され、微細気泡と
原水中の微細汚物との接触が十分に確保される結果、微
細汚物が微細気泡に結合する。

【００２６】この微細気泡が微細汚物を連行した状態で
撹拌接触槽部４からの溢流が吹き出し通路４３を通して
分離槽部５内に吹き出され、この吹き出された横向き流
が衝突壁としての傾斜壁２２ａ及び７５に衝突すること
になる。そして、微細汚物を連行した微細気泡が、傾斜
壁７５と中間壁７２との間の上方に進むに従い徐々に狭
窄となる通路を上昇して隙間７８を乗り越え、泡沫状態
となって回収槽部７ａに溜められる。一方、微細汚物が
除去されて浄化された浄化水が導出管９を通して外部に
取り出される。

【００２７】以上の処理が継続されて原水の浄化が行わ
れる。なお、以上の水質浄化運転は上記導出管９の開閉
弁９１を開くことで開始される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す縦断面説明図である。

【図２】図１のものから回収容器を取り外した状態の斜
視図である。

【図３】図１のＡ−Ａ線における断面説明図である。

【図４】従来の水質浄化装置の例を示す断面説明図であ
る。

【符号の説明】

３ 気泡混入槽部 ４ 撹拌接触槽部 ５ 分離槽部 ７ａ 回収槽部 ３２１ 先端ノズル（上部流入口） ３４ 下部噴出口 ４１ 開口 ４２ 内周面 ４３ 吹き出し通路 ２２ａ 下半傾斜壁（衝突壁） ７５ 傾斜壁（衝突壁） ７８ 隙間

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上部流入口から圧流入する微細汚物を含
   む原水に気泡生成用気体を引き込むことにより上記原水
   に微細気泡を混入させて下部噴出口から気泡混入原水を
   下向きに噴出させる気泡混入槽部と、 上記下部噴出口の下側位置で上記下部噴出口に臨んで開
   口し上記下部噴出口からの下向き噴出流を略水平軸回り
   の旋回流に変換させて上記気泡混入原水を撹拌する撹拌
   接触槽部と、 この撹拌接触槽部から溢流した気泡混入原水を気液分離
   する分離槽部と、 この分離槽部で分離された泡沫を回収する回収槽部とを
   備え、 上記撹拌接触槽部は中心軸が略水平方向に向いた円筒状
   の密閉空間を有し、 上記開口は上記下向きの噴出流が上記密閉空間の内周面
   に対し交差するように位置設定され、かつ、 上記撹拌接触槽部と分離槽部とは、上記開口の上側位置
   から横向きに延び上記溢流を分離槽部に対し横向流にし
   て吹き出させるよう絞られた吹き出し通路を通して連通
   されていることを特徴とする水質浄化装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の水質浄化装置であって、 気泡混入槽部は横断面形状が横向きに長い矩形状に形成
   される一方、撹拌接触槽部は上記気泡混入槽部に対応し
   て横向き長手方向に延びる円筒状に形成され、 下部噴出口が上記横向き長手方向に対し所定間隔を隔て
   て複数形成され、 吹き出し通路が上記横向き長手方向に延びる細幅のスリ
   ット状に形成されている、水質浄化装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載の水質浄化装
   置であって、 吹き出し通路の開口面積が下部噴出口の開口面積よりも
   大きくなるように設定されて撹拌接触槽部内の旋回流速
   が上記下部噴出口からの噴出流速よりも遅くなるように
   設定されている、水質浄化装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜請求項３のいずかれに記載の
   水質浄化装置であって、 分離槽部は吹き出し通路から吹き出される横向流が衝突
   する衝突壁を有し、 この衝突壁は上記横向流に対しオーバーハング状に傾斜
   された傾斜壁により構成され、上記分離槽部が上記衝突
   壁の上端縁を含む壁により構成される隙間を通して回収
   槽部の上部に連通されている、水質浄化装置。