JP2005246351A

JP2005246351A - 水質浄化用微細気泡発生装置

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Publication number: JP2005246351A
Application number: JP2004064634A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Tanaka; 俊行田中
Original assignee: IRIE SHINGO
Current assignee: IRIE SHINGO
Priority date: 2004-03-08
Filing date: 2004-03-08
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】液体と気体を十分に混合攪拌でき、かつ、コストの安価な水質浄化用微細気泡発生装置を提供する。
【解決手段】水質浄化用微細気泡発生装置を被浄化区域から液体を取り込む吸入口、吸入口から取り込んだ液体を循環させるポンプ、ポンプに設けられた気体を取り込む吸気口又はポンプの上流側に設けられた気体を取り込む吸気口、ポンプから吐出された液体及び気体を一時的に貯留する加圧スペース及び加圧スペースから被浄化区域へ液体を送り出す排出口から構成し、ポンプには回転体を内蔵した回転ポンプ、複数の溝を有する羽根車を内蔵したカスケードポンプ又は複数の羽根車を内蔵したターボポンプを採用し、吸入口から取り込まれた液体及び吸気口から取り込まれた気体をポンプ内で混合攪拌した後、加圧スペース内においてポンプの吐出力によって約0.63〜0.98MPa に加圧し、加圧スペースに貯留された液体に対する気体の溶解量を約114 〜171ml/l とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、河川、池、湖、プール、浴槽等々の水質浄化に使用される水質浄化用微細気泡発生装置に関するものである。

周知の通り、生活排水や工業排水が河川、池又は湖などに流れ込むことによって生じる水質の悪化は重大な環境問題となっており、この問題を解決するために種々の水質浄化方法が開発されている。その一つとして、汚水中に微細気泡を混合攪拌し、汚水中の汚濁物質を微細気泡に付着させると共に水面上に浮上させて回収する水質浄化方法がある。

前記水質浄化方法に用いられる微細気泡発生装置として、後出特許文献１には、エジェクタにより気体を吸い込んだ原液をインペラーを内装した渦流式加圧ポンプにより混合攪拌すると共に加圧し、コンプレッサーにより発生された圧縮気体とともに、筒状容器の両端に流入口と流出口を設け、内部に螺旋状の右回りスクリューと左回りスクリューをそれぞれ少なくとも１つ以上交互に所定間隔を隔てて同軸となして固定し且つ両スクリューの外縁を該容器の内壁に密接してなる気液混合装置の前記流入口に供給し、該気液混合装置内で気体を混合溶解した溶解液を作り、前記流出口から流出する溶解液を該溶解液中に含まれる余剰気体を開放し得るタンクに導いて貯留し、該タンクに形成した供給口から溶解液を減圧して適宜取り出せるようにした微細気泡発生装置が開示されている。

また、後出特許文献２には、河川、湖沼等の被処理部の原液中に先端を位置付けられる吸液管に連結してなり前記被処理部より前記吸液管を介して汲み上げた原液を気液混合手段へ供給する、到達圧力が通常５〜１０kg/cm²程度の性能を有する加圧ポンプと、前記加圧ポンプにより気液混合手段へ供給される原液に圧縮気体を供給するコンプレッサーと、前記加圧ポンプにより供給される原液とコンプレッサーから供給される圧縮気体とを混合して液中に気体を溶解させる気液混合手段と、前記気体を溶解させた加圧液を受け入れる加圧タンクと、前記加圧タンク中の気体が溶解した加圧液を被処理部に供給する供給管と、前記河川、湖沼等の被処理部の液中に位置付けられる前記供給管の先端に取り付けてなり所定の圧力以上で開放して前記気体が溶解した加圧液を前記河川、湖沼等の被処理部へ供給する圧力弁と、よりなる河川、湖沼等の浄化装置が開示されている。

また、後出特許文献３には、汲液管を通して液体を気液混合手段へ供給するポンプ手段と、前記汲液管の途中に設けられ、気液混合手段へ供給される液体に気体を供給する給気手段と、前記液体と気体とを混合して液体中に気体を溶解させる気液混合手段と、前記気液混合手段により気体が溶解された加圧液を、気泡を発生させるべき液体中に放出する放液管と、該放液管の先端に設けられ、所定の圧力以上で開放する吐出弁と、よりなり、前記ポンプ手段として、ダイヤフラムポンプ又はチューブポンプを用いてなる微細気泡発生装置が開示されている。

ところが、前記いずれの装置も、液体と気体とを混合攪拌する手段として気液混合手段（気液混合装置）を設けているため、装置が大型化し、設置場所が制限されると共に、装置の移動にも時間がかかるという問題点があった。特に、特許文献１及び２記載の装置においては、気液混合手段がポンプの下流側に設置されるため、気液混合手段に加え、圧縮気体を液体内に合流させるためのコンプレッサーを設ける必要があり、この問題点は顕著であった。なお、特許文献３記載の装置においては、給気手段をダイヤフラムポンプより上流側に設置すれば、給気手段は自然給気でよいとされているが、本発明者らの実験によれば、気液混合手段に内装されたスクリューが抵抗となって循環する液体の流量が減少するため、汲液管内の負圧が低下し、自然給気のみでは十分に気体を取り込むことができなかった。

さらに、前記特許文献３記載の装置においては、ポンプとしてダイヤフラムポンプやチューブポンプを使用しているため、循環する液体に脈動が生じ、被浄化区域へ放出された液体から発生する気泡の大きさにムラができ、微細気泡の汚濁物質に対する付着力が低下するという問題点もあった。
実公平７−３７７０２号公報（第１頁、図１）特許第２５７３８９９号公報（第１頁及び第３頁、図１）特開平８−１１２５８７号公報（第１頁及び第４頁、図１）

そこで、本発明は、気液混合手段やコンプレッサーを設けなくても液体と気体とを十分に混合攪拌することができ、かつ、コンパクトであり、ランニングコストの安価な水質浄化用微細気泡発生装置を得ることを技術的課題として、その具現化をはかるべく研究・実験を重ねた結果、水質浄化用微細気泡発生装置を被浄化区域から液体を取り込む吸入口と、吸入口から取り込んだ液体を循環させるポンプと、ポンプに設けられた自然吸気によって気体を取り込む吸気口又はポンプの上流側に設けられた自然吸気によって気体を取り込む吸気口と、ポンプから吐出された液体及び気体を一時的に貯留する加圧スペースと、加圧スペースから被浄化区域へ液体を送り出す排出口とから構成し、ポンプとして回転体を内蔵した回転ポンプ、複数の溝を有する羽根車を内蔵したカスケードポンプ又は複数の羽根車を内蔵したターボポンプを採用すると共に、吸入口から取り込まれた液体及び吸気口から取り込まれた気体を前記ポンプ内で混合攪拌した後、前記加圧スペース内において該ポンプの吐出力によって約0.63〜0.98MPa に加圧し、該加圧スペースに貯留された液体に対する気体の溶解量を約114 〜171ml/l とする場合には、気液混合手段やコンプレッサーを使用しなくても水質浄化に必要な微細気泡を発生させることができるという刮目すべき知見を得、前記技術的課題を達成したものである。

前記技術的課題は、次の通りの本発明によって解決できる。

即ち、本発明に係る水質浄化用微細気泡発生装置は、被浄化区域から液体を取り込む吸入口と、吸入口から取り込んだ液体を循環させるポンプと、ポンプに設けられた気体を取り込む吸気口又はポンプの上流側に設けられた気体を取り込む吸気口と、ポンプから吐出された液体及び気体を一時的に貯留する加圧スペースと、加圧スペースから被浄化区域へ液体を送り出す排出口とからなる水質浄化用微細気泡発生装置であって、ポンプが回転体を内蔵した回転ポンプ、複数の溝を有する羽根車を内蔵したカスケードポンプ又は複数の羽根車を内蔵したターボポンプであり、吸入口から取り込まれた液体及び吸気口から取り込まれた気体を前記ポンプ内で混合攪拌した後、前記加圧スペース内において該ポンプの吐出力により約0.63〜0.98MPa に加圧し、該加圧スペースに貯留された液体に対する気体の溶解量を約114 〜171ml/l とするのものである。

また、本発明は、前記いずれかの水質浄化用微細気泡発生装置において、ポンプと加圧スペースとの間又は加圧スペースに逆止弁が設けられているものである。

また、本発明は、前記いずれかの水質浄化用微細気泡発生装置において、ターボポンプが多段型遠心ポンプのものである。

また、本発明は、前記いずれかの水質浄化用微細気泡発生装置において、回転ポンプが歯車ポンプ又はベーンポンプのものである。

さらに、本発明は、前記いずれかの水質浄化用微細気泡発生装置において、循環する液体の負圧によって吸気口から気体を自然吸気するものである。

本発明によれば、ポンプとして回転体を内蔵した回転ポンプ、複数の溝を有する羽根車を内蔵したカスケードポンプ又は複数の羽根車を内蔵したターボポンプを採用すると共に、吸入口から取り込んだ液体及び吸気口から取り込んだ気体をポンプ内の回転体又は羽根車によって十分に混合攪拌した後、加圧スペース内においてポンプの吐出力により約0.63〜0.98MPa に加圧し、加圧スペースに貯留された液体に対する気体の溶解量を約114 〜171ml/l とするので、気液混合手段を別途設けなくても、液体に対して気体が十分に溶解され、水質浄化に必要となる微細気泡を得ることができる。また、装置を小型化できると共に低コストで製造することができる。また、気液混合手段を設ける必要がないため、循環する液体に対する抵抗が減少し、循環する液体の流量が増すため、コンプレッサーを設けなくても配管内の負圧を高く維持することができ、自然吸気で十分に気体を取り込むことができる。また、循環する液体の流量が増すことにより、浄化作業時間を短縮することもできる。また、循環する液体に対する抵抗が減少すると、容量の小さな小型ポンプであっても加圧スペース内の圧力を前記数値範囲内に維持することでき、ランニングコストを削減することができる。さらに、前記各ポンプによれば、循環する液体に脈動が生じず、常に安定した流量で液体を循環させることができる。

また、本発明によれば、装置の小型化と低コスト化が図れるから、河川、池、湖、プール、浴槽等に限らず、一般家庭などにおける小型浴槽にも用いることができる小型・低コストの微細気泡発生装置を提供することもできる。

従って、本発明の産業上利用性は非常に高いといえる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

実施の形態．

図１は本実施の形態に係る微細気泡発生装置を示したフロー図であり、図２は図１に示す微細気泡発生装置に使用されるポンプの構造を示した断面図であり、図３は図１に示す微細気泡発生装置に使用される他のポンプの構造を示した断面図であり、図３の（ａ）はポンプの内部構造を示した縦断面図であり、図３の（ｂ）は図３の（ａ）に示すポンプのＡ−Ａ断面図である。これらの図において、１は、被浄化区域２から汚水（液体）を取り込む吸入口３と、吸入口３から取り込んだ汚水を循環させるポンプ４と、ポンプ４の上流側に設けられた自然吸気によって気体を取り込む吸気口５と、ポンプ４の下流側に設けられた逆止弁６と、ポンプ４から吐出されて逆止弁６を通過した液体及び気体を一時的に貯留する加圧タンク７（加圧スペース）と、加圧タンク７から被浄化区域２へ汚水を送り出す排出口８とからなる微細気泡発生装置である。なお、被浄化区域２とは、水質の悪化した河川、池、湖、プール又は浴槽である。

吸入口３は、弁構造となっており、被浄化区域２から取り込む汚水の流量を調節できるようになっている。

吸気口５は、気体の流量を調節するための調節弁９と、調節弁９に流れ込む気体に含まれるゴミなどを除去するストレーナ１０とから構成されている。

ポンプ４は、図２に示すように、複数の羽根車１１と、複数の羽根車１１が収納されるハウジング１２と、ハウジング１２が固定される台座１３と、複数の羽根車１１が収納されたハウジング１２を貫くと共に台座１３に対して回転可能に軸止される回転軸１４とからなる多段型遠心ポンプであり、回転軸１４の一端にはモーター（図示せず。）が接続されている。羽根車１１は、汚水及び気体を回転軸１４に沿って導く円筒部１５と、円筒部１５を通過した汚水及び気体を回転軸１５の外方へ導く羽根部１６とからなり、羽根部１６は、対向する二枚の円形板１７ａ，１７ｂをリブ１８によって連結した構造になっている。台座１３には、吸入口３から取り込まれた汚水及び吸気口５から取り込まれた気体が流れ込む流入口１９と、ハウジング１２を通過した汚水及び気体が流れ出す流出口２０が設けられている。ハウジング１２の内部には、各羽根車１１が個別に納められる収納部２１と、各収納部２１を繋ぐ誘導路２２とが設けられており、誘導路２２は、収納部２１に納められた羽根車１１によって回転軸１４の外方へ導かれた汚水及び気体を回転軸１４側へ導くようになっている。また、ハウジング１２の一端側（図２中、左側）に位置する収納部２１は台座１３の流入口１９と繋がっており、ハウジング１２の他端側（図２中、右側）に位置する収納部２１から伸びる誘導路２２は台座１３の流出口２０と繋がっている。なお、ハウジング１２は羽根車１１の数に応じたケース体２３に分割できる。

そして、流入口１９からポンプ４内へ流れ込んだ汚水及び気体は、ハウジング１２の一方端に位置する収納部２１に納められた羽根車１１の円筒部１５に流れ込んだ後、羽根車１１の回転から生じる遠心力によって羽根部１６により回転軸１４の外方へ導かれる。羽根部１６を通過した汚水及び気体は、誘導路２２により回転軸１４側へ導かれて隣接する収納部２１に納められた羽根車１１の円筒部１５に流れ込む。汚水及び気体は、これらの工程を繰り返しながらハウジング１２の他方端側へ移動し、最後に、ハウジング１２の他方端に位置する誘導路２２を通過した汚水及び気体は、流出口２０からポンプ４外へ流れ出すようになっている。

加圧タンク７は、ポンプ４から吐出された汚水及び気体を一時的に貯留するものであり、加圧タンク７内は、ポンプ４の吐出力によって約0.63〜0.98MPa （6.5 〜10.0kg/cm²）、好ましくは0.63〜0.83MPa （6.5 〜8.5kg/cm² ）、より好ましくは0.68〜0.79MPa （7.0 〜8.0 kg/cm²）の圧力に維持される。なお、加圧タンク７には、汚水中に溶解されずに残留した気体を排気するための排気弁２４が設けられている。

排出口８は、弁構造となっており、排出口８に到達した汚水の圧力が一定以上になると、該汚水を被浄化区域２へ排出するようになっている。従って、排出口８の設定圧力を調節することで加圧タンク７内の圧力も調節される。

次に、本実施の形態に係る微細気泡発生装置を用いた水質浄化方法を説明する。

先ず、微細気泡発生装置１の吸入口３及び排出口８を被浄化区域２内へ設置した後、ポンプ４の動力源であるモーター（図示せず。）を駆動させる。

ポンプ４が稼働すると、先ず、ポンプ４に生じる揚水力によって吸入口３から汚水が取り込まれると共に、循環する汚水によって生じる負圧によって吸気口５から気体が取り込まれる。そして、汚水及び気体は、ポンプ４内に流入して各羽根車１１で混合攪拌された後にポンプ４外へ吐出される。この時、羽根車１１によって混合攪拌された気体は、細かい気泡になると共に一部が汚水へ溶解される。

次に、ポンプ４から吐出された汚水及び気体は、逆止弁６を通過した後に加圧タンク７に収容される。この時、加圧タンク７内の圧力は、排出口８の設定圧力を調節することにより、ポンプ４の吐出力によって約0.63〜0.98MPa （6.5 〜10.0kg/cm²）、好ましくは0.63〜0.83MPa （6.5 〜8.5kg/cm² ）、より好ましくは0.68〜0.79MPa （7.0 〜8.0 kg/cm²
）に保たれるため、汚水に対する気体の溶解量（液体１ｌ当たりに溶解された気体の量）が約114〜171ml/lとなり、大量の気体が汚水中に溶解された状態となる。そして、汚水に溶解されずに残留した気体は、加圧タンク７の排気弁２４によって加圧タンク７外へ排出される。

加圧タンク７内の圧力が約0.63MPa（6.5kg/cm²）未満になると、被浄化区域２に排出された汚水から発生する気泡が大きくなって微細気泡の汚濁物質に対する付着力が低下し、また、圧力が約0.98MPa （10.0kg/cm²）を越えると、排出口８を通過する汚水の流量が著しく減少するため、作業効率が悪くなる。

圧力タンク７内の圧力が約0.63〜0.98MPa の範囲内に維持される場合には、液体１ｌ当たり溶解量：約114ml 〜171ml 、質量：約0.149g〜0.223g、溶存酸素量：約37.2ml〜55.8mlとなり、水質浄化に必要な微細気泡を発生させることができる。

加圧タンク７から送り出された汚水には、圧力が加わっていると共に大量の気体が溶解されているため、汚水が排出口８から被浄化区域２へ送り出されると、急激な圧力の変化に伴って被浄化区域２内で多量の微細気泡が発生し、この微細気泡に被浄化区域２中を浮遊する汚濁物質が付着して水面上に浮上する。最後に、被浄化区域２の水面上に浮遊する汚濁物質が付着した微細気泡を吸引機などによって回収することにより、被浄化区域２中の汚濁物質を除去することができる。

なお、多段型遠心ポンプは、ディフューザポンプであってもく、また、渦巻ポンプであってもよい。

ポンプとして多段型遠心ポンプの代わりにカスケードポンプを使用してもよい。カスケードポンプは、図３に示すように、円板状の羽根車２５と、羽根車２５が収納されるハウジング２６と、羽根車２５の中心を貫くと共にハウジング２６に対して回転可能に軸止される回転軸２７とから構成されており、回転軸２７の一端にはモーター（図示せず。）が接続されている。ハウジング２６には、吸入口３から取り込まれた液体及び吸気口５から取り込まれた気体が流れ込む流入口１９が設けられていると共に、ハウジング２６内で混合攪拌された液体及び気体が流れ出す流出口２０が設けられている。また、羽根車２５の両面には、周縁に沿って複数の溝２８が形成されている。そして、羽根車２５の周面とハウジング２６の内面との間には隙間が設けられており、流入口１９からハウジング２６内に流れ込んだ液体及び気体が、羽根車２５の回転に伴って羽根車２５の周縁に形成された各溝２７に流れ込んで混合攪拌されながら該隙間を通過して流出口２０からハウジング２６外へ流れ出すようになっている。

また、ポンプは、多段型遠心ポンプやカスケードポンプ以外のものであっても、吸入口から取り込んだ汚水及び吸気口から取り込んだ気体をポンプ内において十分に混合攪拌でき、かつ、加圧スペース内においてポンプの吐出力により0.63〜0.98MPa に加圧できるものであればよく、例えば、歯車ポンプやベーンポンプなどの回転ポンプや、複数の羽根車を内蔵した多段型斜流ポンプ又は多段型軸流ポンプなどのターボポンプを使用しても同様の作用・効果を得ることができる。

また、本実施の形態においては、ポンプを通過した液体及び気体は、加圧タンクにおいて一時的に貯留されるが、ポンプと排出口とを結ぶ配管の径を太くすることにより、加圧スペースを確保してもよく、加圧タンクを設けた場合と同様の作用・効果を得ることができる。この場合には、ポンプと排出口とを結ぶ配管（加圧スペース）に直接逆止弁を設ければよい。

また、本実施の形態においては、ポンプの上流側に吸気口を設けたが、吸気口をポンプ自体に設けてもよい。

ポンプとして羽根車を３個内蔵した揚程100m・吐出量0.06m³/minの多段型渦巻ポンプ（グルンドフォス社製）を用意し、加圧スペースとして容量0.006m³ の加圧タンクを用意した。

そして、ポンプの上流側に直径25mmのパイプを配管し、当該パイプの先端に汚水の流入量を調節するための弁（商品名：フート弁・キッツ社製）を取り付けて吸入口とした。また、当該パイプをＴ字状に分岐させると共に、分岐したパイプにストレーナ（キッツ社製）及び調節弁（商品名：ゲージ・キッツ社製）を取り付けて吸気口とした。

次に、ポンプと加圧タンクとの間に直径25mmのパイプを配管し、パイプの途中に逆止弁（商品名：スウィングチャッキ・キッツ社製）を取り付けた。最後に、加圧タンクの下流側に直径25mmのパイプを配管し、当該パイプの先端に汚水の流出量を調節するための弁（商品名：安全弁・ヨシタケ社製）を取り付けて排出口とし、微細気泡発生装置を得た。

被浄化区域として200lの汚水を水槽に用意し、前記微細気泡発生装置の吸入口及び排出口を被浄化区域中に配置すると共に、加圧タンク内の圧力が0.79MPa （8.0kg/cm² ）になるように排出口の弁を調節してポンプを稼働させたところ、加圧タンク内の汚水には、液体１l 当たり約133ml ・質量約0.174gの気体が溶解され、溶存酸素量は約43.4mlとなった。そして、水面上に浮上する汚濁物質を回収しながら微細気泡発生装置を１時間稼働させた後、被浄化区域を目視により観察したところ、濁っていた汚水が浄化されて透明になった。

なお、前記多段型渦巻ポンプを揚程110m・吐出量0.04m³/minのカスケードポンプ（エバラ社製）に変更しても同様の作用・効果が得られた。

実施の形態に係る微細気泡発生装置を示したフロー図である。図１に示す微細気泡発生装置に使用されるポンプの構造を示した断面図である。図１に示す微細気泡発生装置に使用される他のポンプの構造を示した断面図である。

符号の説明

１微細気泡発生装置
２被浄化区域
３吸入口
４ポンプ
５吸気口
６逆止弁
７加圧タンク
８排出口
９調節弁
１０ストレーナ
１１，２５羽根車
１２，２６ハウジング
１３台座
１４，２７回転軸
１５円筒部
１６羽根部
１７ａ，１７ｂ円形板
１８リブ
１９流入口
２０流出口
２１収納部
２２誘導路
２３ケース体
２４排気弁
２８溝

Claims

被浄化区域から液体を取り込む吸入口と、吸入口から取り込んだ液体を循環させるポンプと、ポンプに設けられた気体を取り込む吸気口又はポンプの上流側に設けられた気体を取り込む吸気口と、ポンプから吐出された液体及び気体を一時的に貯留する加圧スペースと、加圧スペースから被浄化区域へ液体を送り出す排出口とからなる水質浄化用微細気泡発生装置であって、ポンプが回転体を内蔵した回転ポンプ、複数の溝を有する羽根車を内蔵したカスケードポンプ又は複数の羽根車を内蔵したターボポンプであり、吸入口から取り込まれた液体及び吸気口から取り込まれた気体を前記ポンプ内で混合攪拌した後、前記加圧スペース内において該ポンプの吐出力によって0.63〜0.98MPa に加圧し、該加圧スペースに貯留された液体に対する気体の溶解量を114 〜171ml/l とすることを特徴とする請求項１記載の水質浄化用微細気泡発生装置。
ポンプと加圧スペースとの間又は加圧スペースに逆止弁が設けられている請求項１記載の水質浄化用微細気泡発生装置。
ターボポンプが多段型遠心ポンプである請求項１又は２記載の水質浄化用微細気泡発生装置。
回転ポンプが歯車ポンプ又はベーンポンプである請求項１又は２記載の水質浄化用微細気泡発生装置。