JP2002177953A - 水中設置型加圧タンク方式水の溶存酸素自動制御方法 - Google Patents
水中設置型加圧タンク方式水の溶存酸素自動制御方法Info
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Abstract
いものであり、この量を安価、かつ的確にコントロール
する方法を提供する。 【解決手段】 水槽8中の滞留水は給水口7から圧力ポ
ンプ15により圧力タンク14に向け送り出される。窒
素ガスと酸素ガスはガス混合器16で混合、圧力ポンプ
15の負圧を利用し加入供給されて圧力タンク14に送
られ、同タンク中で水に加圧状態で溶解させ、セラミッ
ク筒9及び赤外線照射装置10を経ることで水に加圧状
態で溶解させ、セラミック筒9及び赤外線照射装置10
を経ることで活性化処理し、水槽8内の下部開放密閉容
器2に気泡噴射ノズル5により送りこまれる。水槽内に
設けた酸化還元電位・溶存酸素検出センサの検出値を用
い、ガスの送出量を調整し、圧力ポンプ15の回転数を
変化させて圧力タンク14内の圧力を変え、気体噴射ノ
ズル5の圧力を変え、所望の溶存酸素量の水を得る。
Description
る使用に適した性質を有する水を得るために、水に含ま
れる酸素その他の気体の溶存量、酸化還元電位を変化さ
せる方法に関する。
せ、その水を種々の産業等に利用することは公知であ
り、そのための装置も実用化されている。
業においては、作物の鮮度保持、無農薬栽培、栽培効率
の向上に役立ち、水産業においては魚介類の鮮度保持、
無薬品養殖漁業に効果的に利用することができる。
育、畜産公害を防ぐ環境改善、畜産品の鮮度保持に有効
であり、食品工業においても、無酸素水の使用による鮮
度保持に役立つ。
水の処理性能を向上させる。また、酒類の醸造産業にお
いては、品質、生産性を向上させ、医学、薬学の分野に
おいても薬品効果の向上、予防医学の向上に役立ち、工
業においては工業用水を無酸素水とすることによる酸化
防止に有効である。その他、種々の環境改善にも役立つ
ものとして利用範囲が広い。
り込んだり、水に音波を照射したりすることで変化する
ことも公知である。
で注入することによっても前記の酸化還元電位の変化が
起こることも公知である。図6はその場合の溶存酸素
(DO)量の変化を示す。縦軸は時間(単位は時間)、
横軸は溶存酸素(DO)量で、単位はppmである、さ
らに図7はその場合の酸化還元電位の変化であって、横
軸は時間(単位は時間)、縦軸は酸化還元電位(単位は
×100mV)である。両図ともに、A点においてN2
ガスの注入を開始してB点で注入を停止し、その後そ
のまま容器を開放状態で放置したものである。両図で理
解されるように、水に対してN2 ガスを開放状態でエ
アレーション方式で注入した場合の溶存酸素量の変化や
酸化還元電位の変化は発生するが、その変化量は非常に
微々たるものである。
アレーション方式で注入するのに加えて、本出願と同一
の出願人によって先に出願された、水槽中の水に対して
噴射する空気または酸素の噴射量を制御可能な空気量制
御装置と、上記水に対して照射する音波の量を制御可能
な音波発生量制御装置とを備え、上記空気または酸素の
噴射と上記音波の照射との両者の量を前記両制御装置に
より制御調整し、かつ、両者を同時に行う水の酸化還元
電位制御装置を用いて、水の酸化還元電位を変化させる
ようにした場合の結果を図8、図9に示してある。
入を開始してB点で注入を停止し、その後そのまま容器
を開放状態で放置したものである。図8において縦軸は
時間(単位は1時間)、横軸は溶存酸素(DO)量で、
単位はppmである。図8で示されるように、溶存酸素
(DO)量の変化はゼロ近くまで減少する。図9はこの
場合の水の酸化還元電位であって、縦軸は時間(単位は
1時間)、横軸は酸化還元電位(単位は×100mV)
である。この図で理解されるように、酸化還元電位は処
理直後低下するが、放置しておくとまた元に戻り、さら
に上昇してしまい、安定しない状態である。
り、それを気体の溶解といっている。天然水は空気中の
窒素、酸素、炭酸ガス、等、気体全成分が融け込んでい
る。その中で、酸素を取り込むこと、即ち溶存酸素が存
在することは水の重要な性質である。この溶存酸素は生
命活動にとって欠くことが出来ないものであり、微生物
はじめ魚類・動物・人間また植物までもが、この溶存酸
素のおかげで生存しているのである。河川、池、湖、海
等の環境においても、溶存酸素は重要で、それが少なく
なると赤潮が発生し魚介類の大量死がみられる。河川に
おいては、2ppm以下となると悪臭が発生し、もはや
魚は棲息できなくなる。
けることは事実である。水温が低いと溶存酸素量が多
く、水温が高いとその量が少なくなる。図10にその例
を示す。横軸は水温(℃)、縦軸は溶存酸素量(pp
m)である、また、水と接触する気体中の酸素の分圧を
変化させれば、水の溶存酸素量も変わる。気体中の酸素
比率を変化させると、溶存酸素量を変えることが出来
る。また、その他の条件でも変化することが解ってい
る。例えば、水温が一定の場合には溶存酸素量は一定の
はずである。しかし天然水の場合では、理由は明らかで
ないが、実際には変わっている。一つの推測として、水
の結晶構造、即ち水のクラスターによるところかもしれ
ない。酸素の取り入れ易い構造とそうでない構造とが在
ると思われる。要約すると、天然水の溶存酸素をコント
ロールするには、水温、酸素圧力、酸素比率、クラスタ
ー(水の結晶構造)等を制御する必要がある。
方法では溶存酸素(DO)量、あるいは、酸化還元電位
の一方については所望の値の水を得る装置は提供されて
いるが、両者をともに望ましい値とすることが難しいも
のであった。この重要な溶存酸素を安価で的確にコント
ロールする方法は存在しなかったと言える。
おける水質のコントロールを効率よく行える技術は提供
されていない。地球上の生物は酸素なしには生きられな
い。中でも水中の生物は微生物はじめ、魚類等の大型の
生物まで溶存酸素により生命維持がなされている。その
溶存酸素が欠乏すると水中生物は死滅するととも赤潮の
発生等、環境破壊が発生する。それが引き金となって陸
上生物にも影響が及び、人間を含め、あらゆる生物が危
機に陥ると考えられる。そこで環境水等の溶存酸素をコ
ントロールする必要がある。本発明は、環境水等の溶存
酸素量をコントロールし、望ましい値を持つ処理水が得
られ、しかも効率よく工程を進行させることができる技
術を提供するものである。
れば、処理すべき水が存在する水槽や湖沼、河川などの
水中から、処理すべき水を圧力ポンプにより取り入れ、
所定経路を経て、前記水槽や湖沼、河川などに前記圧力
ポンプの圧力により戻す工程と、前記所定経路内には、
前記取り入れた水に空気又は酸素と窒素ガスとを所定比
率で混合した気体を加入供給する工程と、圧力タンク内
で前記気体を水に溶解させる工程と、セラミック筒及び
赤外線照射装置によって水を活性化処理する工程と、を
設け、前記水槽や湖沼、河川などに水を戻す工程は、前
記水槽や湖沼、河川などの水中に設置され、下方には開
口部を備えて前記水槽や湖沼、河川などの水と連通し、
上方は閉じて気体溜りを構成可能な下部開放密閉容器内
の水部分に、前記気体溜り中の気体とともに前記圧力ポ
ンプの圧力により気泡噴射ノズルから噴射して戻すよう
にしたことによって解決される。
において、空気又は酸素と窒素ガスとを所定比率で混合
し供給する混合気体は、圧力ポンプの負圧で吸引する方
法を用いて供給することにより解決される。
前々項において、溶存酸素の制御には窒素と酸素との比
率変動方式を用いることによってで解決される。
素比率に影響を受けることが判っている。そこで、水と
接触する気体の酸素比率を人為的に変化させると、溶存
酸素の変化が確かめられる。窒素ガスと酸素ガスとの混
合気体を使い、接触方法は例えば、水流式複合音波発生
装置(ミカサ製)を使う。この時水温一定(15℃)と
し、気体圧力は1気圧とした。その結果は図11の通り
であった。縦軸が溶存酸素量(ppm)、横軸が水と気
体の接触時間(分)である、考察すると、処理時間で溶
存酸素の変化が見られるものの、一定時間が過ぎると溶
存酸素も一定となることが判った。即ち、酸素比率を制
御すれば、溶存酸素も制御することができるのである。
天然水の場合でも空気に占める酸素比率を人為的に変化
させると溶存酸素量も変化させることができる。
タンクを用いるようにしている。処理すべき水が収容さ
れている河川、湖沼、水槽などの滞留水を、圧力ポンプ
により加圧タンクへ送り込み、加圧タンク内再び密閉タ
ンクに戻して循環させる。
とを所定比率で混合し加入供給する工程を付加する。こ
の気体が加入された水が、圧力タンクに導かれて加圧さ
れるので、処理時間が短く、酸素など、使用するガスを
有効に利用できるものとなる。
段階で行うようにし、圧力ポンプの負圧を利用して供給
されるようにする。このようにすることにより安全確実
に混合ガスを取り入れることができる。
線照射工程を配置する。これにより水は効率的に活性化
処理される。
滞留水中に固定して配置した、下方には開口部を備えて
前記水槽や湖沼、河川などの水と連通し、上方は閉じて
気体溜りを構成可能な下部開放密閉容器内の水部分に、
前記気体溜り中の気体とともに前記圧力ポンプの圧力に
より気泡噴射ノズルから噴射して戻すようにする。この
ようにすることによって、酸素や窒素などの気体が有効
に利用できるものとなる。
還元電位・溶存酸素検出センサを配置し、この検出値に
よって作動する、酸化還元電位・溶存酸素調整手段を設
け、該手段が、空気又は酸素と窒素ガスとの混合比を調
整するようにする。また、該手段は圧力モータの回転を
制御する制御装置と連携して、圧力ポンプの回転数を変
化させて圧力タンクの圧力を変え、さらに気体噴射ノズ
ルの圧力を変え、酸化還元電位・溶存酸素を所望の値に
調整する。
よって示す。本発明は、前記したように、河川、湖沼、
あるいは大型の水槽などに適用されるが、本実施例にお
いては大型の水槽を例とした。
図示しない給水バルブを介して原水が給水され、図示し
ない液面リレーなどによって水槽8内部の水量を測定、
所定量が保たれるようになっている。水槽8の底部付近
には給水口7が配置され、これから処理すべき水が取り
入れられる。給水口7に連通する管には圧力ポンプ1
5、圧力タンク14、赤外線照射装置10、セラミック
筒9を経由するパスが接続されていて、圧力ポンプ15
によって矢印A方向に処理水が送られる。
設置されて下方は開放状態で水槽8内の水が自由に流通
するようになっている。上方は密閉されていて下部の水
から浮き上がった気体が閉じ込められる。この部分を気
体溜まり4とする。1は気体溜まり4の気体が所定圧力
以上になった場合噴出させる余剰気体噴出口で、下部開
放密閉容器2の上部寄りに設ける。
れる処理水は、下部開放密閉容器2の側面に設けた水気
体混合噴射装置6に導かれ、気体溜まり4の部分に設け
た内部気体循環路3から導入される気体溜まり4内の気
体と混合され、気泡噴射ノズル5により水中に噴射し戻
される。
6は、本出願と同一の出願人によって先に出願され、登
録された特許第2990574号公報に記載されている
ような、水槽中の水に対して噴射する空気または酸素、
あるいは空気又は酸素と、窒素ガスとの混合気体の噴射
量を制御可能な空気量制御装置(図示せず)と、上記水
に対して照射する音波の量を制御可能な音波発生量制御
装置(図示せず)とを備え、上記空気または酸素の噴射
と上記音波の照射との両者の量を前記両制御装置により
制御調整し、かつ、両制御を同時に行う水の酸化還元電
位制御装置であって、複合音波発生噴流式ガス水混合装
置と呼称した、水の活性化に対し効果のあるものを用い
てもよい。
水に気体が溶解される。この気体には、窒素ガス発生装
置19と、これに接続された窒素ガス流量調整器17、
酸素ガス発生装置20と、これに接続された酸素ガス流
量調整器18、そして二つのガス流量調整器からの送出
されたガスを所定比率で混合するガス混合器16によっ
て混合されたガスが加入されるようになっている。な
お、混合ガスの加入位置は圧力ポンプ15の直前とし、
混合ガスが圧力ポンプ15の負圧で吸引されるようにし
てある。
面関知器13を備えて設けられ、該水面制御装置12に
よって前記ガス混合器16からの送出ガス量がバルブ1
6aによって制御される。
還元電位・溶存酸素量を測定検出し、そのデータを出力
する酸化還元電位・溶存酸素検出センサ(図示せず)が
配置される。また、この酸化還元電位・溶存酸素検出セ
ンサが出力するデータを入力されて、そのデータを処理
する酸化還元電位・溶存酸素検出装置、さらに処理され
たデータを記録する酸化還元電位・溶存酸素記録装置な
どから構成される酸化還元電位・溶存酸素調整手段が配
置されるが、図示を省略した。
槽8中の原水は圧力ポンプ15により給水口7から圧力
タンク14に送り込まれ、同時に、圧力ポンプ15の前
段において、酸素ガス発生装置20と、これに接続され
た酸素ガス流量調整器18、窒素ガス発生装置19と、
これに接続された窒素ガス両々調整器17、そして二つ
のガス流量調整器からの送出されたガスを所定比率で混
合するガス混合器16によって混合されたガスが加入さ
れる。混合ガスの加入位置は圧力ポンプ15の直前とし
て混合ガスは圧力ポンプ15の負圧で吸引されるように
なっている。
面関知器13を備えて設けられ、該水面制御装置12に
よってガス混合器16からの送出ガス量がバルブ16a
によって制御され、圧力タンク14内の気体層の圧力を
調整し、液面を所定位置に保ちつつ、水にガス混合器1
6からの送出ガスを加圧溶解させる。
置10、セラミック筒9によって水の活性化処理が行わ
れ、下部開放密閉容器2に送られる。水は、内部気体循
環路3により下部開放密閉容器2の内部上方の気体溜ま
り4の気体とともに水気体混合噴射装置6を経て気泡噴
射ノズオル5により噴射されて下部開放密閉容器2の内
部に戻される。
槽8の底部付近に設置された図示しない酸化還元電位・
溶存酸素検出センサにより測定検出され、その測定結果
は、これも図示しない酸化還元電位・溶存酸素検出セン
サに入力処理され、この酸化還元電位・溶存酸素検出装
置から出力されたデータは酸化還元電位・溶存酸素記録
装置(図示せず)に送られ、圧力ポンプ15の回転を制
御し、気泡噴射ノズル5の圧力を変化させ、また、圧力
ポンプ15の回転を制御し圧力タンク14内の圧力を変
化させる。
の上部の気体溜まり4のガスが所定値以上となった時に
は噴出する。
14中で酸素が溶解され、また、赤外線照射装置10、
セラミック筒9によって水の活性化処理が行われた水
が、内部気体循環路3により下部開放密閉容器2の内部
上方の気体溜まり4の気体とともに水気体混合噴射装置
6、気泡噴射ノズル5により噴射された下部開放密閉容
器2内に送り込まれて、水は次第に所定の酸化還元電位
・溶存酸素を有するものとなる。
ように酸化還元電位や溶存酸素記録装置により、時間経
過に従い記録される。酸化還元電位値・溶存酸素値と、
ガス混合器16の出力量、その他との関係の設定は、こ
の記録値を元に修正して微調整することができる。
の酸化還元電位・溶存酸素量のものとなる。
の試験結果を示す。各図は酸素比率と加圧タンクの圧力
とを変化させ、溶存酸素を測定したものである。図2は
酸素20%の空気のみの場合、図3は酸素30%、窒素
70%の場合、図4は酸素40%、窒素60%の場合、
そして図5は酸素100%の場合のものであり、いずれ
の場合も曲線1は圧力を全く上げない場合、曲線2は圧
力を0.2Mpa(メガパスカルkgf/cm2 )上
げた場合、そして曲線3は圧力を0.5Mpa(メガパ
スカルkgf/cm2 )上げた場合のものである。
はその比率に応じて変化する。即ち、酸素比率が多いほ
ど溶存酸素は多くなる。溶存酸素の多い順に酸素100
%、酸素40%、酸素30%、酸素20%となった。 2. 圧力タンクの圧力を変化させると、溶存酸素の
高まりに変化が生じる。即ち、タンク圧力を上げると酸
素の溶け方が速くなる。溶存酸素の高まりの速い順に、
0.5Mpa、0.3Mpa、0.2Mpa、0Mpa
となった。
素比率を制御すると同時に、加圧タンクの圧力を上げる
ことによって酸素の溶け込みが早まることがわかる。即
ち、圧力タンクの圧力制御により、水の溶存酸素を効率
よく、しかも的確にコントロールすることができる。
実施例では窒素ガス、酸素ガスとしたが、ガスの種類を
選択することによって、高酸化性の水から、高還元性の
水まで、所望のものを得ることが可能である。
クを用いて水の酸化還元電位・溶存酸素を調整するよう
にしたので、酸素や窒素の気体を無駄なく有効に利用で
きるものとなった。
さらに、酸素や窒素の気体を無駄なく有効に利用できる
ものとなった。
処理時間が短縮できる効果がある。
置でコントロールされているので、安全でしかも溶存酸
素の変動が小さい。
かも自由にコントロールできる。
を利用したので、安全確実に取り入れを行うことができ
る。
り水の活性化を効率よく行うことができる。
化性の水から、高還元性の水まで、安全かつ安価に、し
かも品質の高い処理水を得ることができる。
も時間がかからず、健康で簡単であるので故障が少な
く、自動的に水を処理することができ、健康で安全な住
環境が維持できる効果も得られる。
ない飼育環境が確立される。
ける水質のコントロールを効率よく行える技術を提供す
ることができる。
し)処理した溶存酸素の変化のグラフである。
付加)処理した溶存酸素の変化のグラフである。
%付加)処理した溶存酸素の変化のグラフである。
0%付加)処理した溶存酸素の変化のグラフである。
た場合の溶存酸素量のグラフである。
た場合の酸化還元電位値のグラフである。
ラフである。
のグラフである。
である。
Claims (3)
- 【請求項1】 処理すべき水が存在する水槽や湖沼、河
川などの水中から、処理すべき水を圧力ポンプにより取
り入れ、所定経路を経て、前記水槽や湖沼、河川などに
前記圧力ポンプの圧力により戻す工程と、 前記所定経路内には、 前記取り入れた水に空気又は酸素と窒素ガスとを所定比
率で混合した気体を加入供給する工程と、 圧力タンク内で前記気体を水に溶解させる工程と、 セラミック筒及び赤外線照射装置によって水を活性化処
理する工程と、を設け、 前記水槽や湖沼、河川などに水を戻す工程は、前記水槽
や湖沼、河川などの水中に設置され、下方には開口部を
備えて前記水槽や湖沼、河川などの水と連通し、上方は
閉じて気体溜りを構成可能な下部開放密閉容器内の水部
分に、前記気体溜り中の気体とともに前記圧力ポンプの
圧力により気泡噴射ノズルから噴射して戻すようにした
ことを特徴とする水中設置型加圧タンク方式水の溶存酸
素自動制御方法。 - 【請求項2】 空気又は酸素と窒素ガスとを所定比率で
混合し供給する混合気体は、圧力ポンプの負圧で吸引す
る方法を用いて供給することを特徴とする請求項1記載
の水中設置型加圧タンク方式水の溶存酸素自動制御方
法。 - 【請求項3】 溶存酸素の制御には窒素と酸素との比率
変動方式を用いたことを特徴とする請求項1、2記載の
水中設置型水の加圧タンク方式溶存ガス制御方法。
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