JP2008086986A

JP2008086986A - マイクロバブル発生装置およびこれを用いた水処理装置

Info

Publication number: JP2008086986A
Application number: JP2007014267A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Kiumi; 清鬼海
Original assignee: NIPPON MIZUSHORI GIKEN KK
Current assignee: NIPPON MIZUSHORI GIKEN KK
Priority date: 2006-09-06
Filing date: 2007-01-24
Publication date: 2008-04-17

Abstract

【課題】構造が堅牢で耐久性に優れたマイクロバブル発生装置を提供する。
【解決手段】マイクロバブル発生装置に、加圧手段で加圧された流体を噴射する噴射ノズルと、当該噴射ノズルの下流側に設けられ前記噴射ノズルより大きな直径の噴射管と、前記噴射ノズルと噴射管との間に設けられた空気導入口とを設け、前記噴射ノズルから噴射された圧力流が前記噴射管内いっぱいに広がったときに当該圧力流上流側の噴射管内に負圧を生じさせ、この負圧により前記空気導入口から空気が吸引され、流体に空気が攪拌・混合・加圧され生成したマイクロバブル混入流体を吐出するよう構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、マイクロバブル発生装置に関し、特に、好適に直径十〜百μｍの気泡を大量に発生することが可能で耐久性に富んだマイクロバブル発生装置およびこれを利用した排水処理装置に関する。

近年、直径十〜百μｍ程度のマイクロバブルを大量に発生させて水中の溶存酸素濃度を改善し、水生生物の養殖や排水の水質改善等に役立てることが行われている。マイクロバブルの発生方式は、一般に、液体と気体の二相旋回流を発生させ、その遠向心分離によって装置中心部に高速旋回する気体空洞部を形成する第１段階と、この高速旋回する気体空洞部を切断・粉砕してマイクロバブルを大量発生させる第２段階とを備える（例えば、非特許文献１）。

また、パイプの中間部に球状体を配置して水流を加圧・加速させるマイクロバブル発生装置がある（例えば、特許文献１）。

ナノプラネット研究所，Ｑ＆Ａ「マイクロバブルの発生方式とは」，[online]，[平成１８年７月２８日検索]，インターネット＜URL: http://www.nanoplanet.co.jp/NP_q&a.html＞特開２００３−３０５４９４号公報

しかしながら、中心軸の周囲を高速旋回させる構成は機械的に複雑となり、装置の部品点数が多くなるとともに製造コストが高くなる問題がある。また、高速旋回に伴い、ベアリング摩耗などの耐久性に欠ける問題もある。

本発明は、好適に直径十〜数十μｍの気泡を大量に発生させることができ、構造が堅牢で耐久性に富んだマイクロバブル発生装置およびこれを利用した排水処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のマイクロバブル発生装置は、加圧手段で加圧された流体を噴射する噴射ノズルと、当該噴射ノズルの下流側に設けられ前記噴射ノズルより大きな直径の噴射管と、前記噴射ノズルと噴射管との間に設けられた空気導入口とを備え、前記噴射ノズルから噴射された圧力流が前記噴射管内いっぱいに広がったときに当該圧力流上流側の噴射管内に負圧を生じさせ、この負圧により前記空気導入口から空気が吸引され、流体に空気が攪拌・混合・加圧され生成したマイクロバブル混入流体を吐出することを最も主要な特徴とする。

このマイクロバブル発生装置がさらに、前記噴射管の断面方向に延在あるいは突出する突起または突条あるいは棒状物を備えることが有効である。

この場合、前記突起または突条あるいは棒状物が前記噴射管の流れ方向の複数箇所に設けられていることが有効である。

また本発明は、上記記載のマイクロバブル発生装置と、前記噴射ノズルに流体を供給する加圧手段と、前記噴射管から吐出されるマイクロバブル混入流体を収容する排水槽とを備えることを特徴とする水処理装置に関する。
この水処理装置はさらに、前記排水漕に外部から空気を取り入れて散気する散気装置を備えることが好ましい。

本発明のマイクロバブル発生装置は、加圧した流体を噴射ノズルから噴射管へ噴射し、噴射管いっぱいに広がった圧力流が上流側に負圧を生じさせ、これにより空気導入口から空気を引き込んで流体に混合・攪拌・加圧し、マイクロバブル混合流体を生成する。マイクロバブル発生にあたり高速旋回を伴わないため堅牢な構造とすることができ、製造コストが抑えられ、また耐久性を向上させることができる。

また、噴射管の断面方向に延在あるいは突出する突起あるいは棒状物をさらに設けることにより、噴射管を通る気液二相流体をさらに切断・粉砕し、あるいは速度差を発生させることにより、マイクロバブルを大量に発生することができる。

また、この突起あるいは棒状物を噴射管の流れ方向複数箇所に設けることにより、より一層の気液二相流体切断・粉砕効果を得ることができ、より大量のマイクロバブルを発生させることができる。

さらに、本発明の水処理装置は、上記のマイクロバブル発生装置を用いて排水槽に大量のマイクロバブルを発生させる構成であり、このマイクロバブルと気泡の溶解により水中の溶存酸素濃度が改善され、高い水質改善効果を得ることができる。またこの水処理装置に従来型の散気装置を併設することにより、水中溶存酸素濃度をさらに高めることができる。

本発明を実施するための最良の実施形態について図面を参照しながら以下に詳細に説明する。

図１は、本発明にかかる水処理装置の全体構成を示す概略図である。図１に示すように、本発明の水処理装置は、マイクロバブル発生装置１と、当該マイクロバブル発生装置に排水を加圧供給する圧力ポンプ２と、排水排水槽３とを備えている。圧力ポンプ２は公知の圧力ポンプを用いることができ、処理対象となる排水槽３内の排水を吸引してマイクロバブル発生装置１側に圧送する。図示しないが、圧力ポンプ２の吸引口には必要十分なフィルタが設けられており、排水槽３内の汚れ成分が前段で濾過されるようになっている。

図２は、マイクロバブル発生装置１の詳細を示す拡大断面図である。本図に示すように、マイクロバブル発生装置１は、圧力ポンプ２で加圧された排水を噴射する噴射ノズル１１と、当該噴射ノズル１１の下流側に設けられ噴射ノズル１１より大きな直径の噴射管１２と、噴射ノズル１１と噴射管１２との間に設けられた空気導入口１３とを備えている。噴射ノズル１１は先端が細くなっており、圧力ポンプ２からの排水がここでさらに加圧され、毎秒１２〜２０ｍ（例えば、圧力流１Kg/cm²での速度で毎秒１４ｍ、圧力流２Kg/cm²での速度で毎秒１９．８ｍ）、の速度で噴射される構成となっている。本実施例の圧力流１Kg/cm²の場合、噴射ノズル１１は３５ｍｍ、噴射管１２は内径４２．６ｍｍ、長さ３５０ｍｍ、吸引風量は毎分約２００リットルであり、圧力流１．５Kg/cm²の場合、噴射ノズル１１は３８ｍｍ、噴射管１２は内径５３．５ｍｍ、長さ４５０ｍｍ、吸引風量は毎分約６００リットルである。噴射管１２は下流側の吐出口１４の部分で広がっているが、他の部分は殆ど同じ内径である。

空気導入口１３はマイクロバブル発生装置１の外側表面に環状に複数配設されており、ここから外気が取り込まれるよう構成されている。この空気導入口１３は、噴射ノズル１１と噴射管１２との間に設けられた隙間に連通している。

図３を用いて、このマイクロバブル発生装置の動作について説明する。圧力ポンプ２により圧送された排水は噴射ノズル１１にてさらに加圧され、噴射ノズル１１から勢いよく噴射される。噴射管１２はこの噴射方向に延在しており、噴射ノズル１１からのジェット流が噴射管内で拡がり、図３に斜線部分１５として示すように、噴射管内で高速移動する水のピストンが形成される。これにより噴射管１２の上流側に真空状態が発生し、空気導入口１３より空気が吸引されて排水に混合・攪拌・加圧される。上記のように構成することにより、ここで大量発生する気泡は直径が十〜数十μｍのマイクロバブルとなり、水中に長く滞留し、あるいは溶解し、気泡接触面積が拡大することにより総括移動係数が大となるため溶存酸素濃度を向上させ、吐出される排水槽３に導入される排水の水質を改善する。

図４は、マイクロバブル発生装置の別の実施例の構成を示す概略断面図である。本実施例のマイクロバブル発生装置２０は、噴射管２１の途中にさらなる流体切断・粉砕機構２２を備えている。この流体切断・粉砕機構２２は、分割された噴射管２１の間を継ぐ管構造として構成されており、噴射管２１の断面方向に延在する流体切断棒を設けて構成されている。図４のＡ〜Ｄの線における断面構造を図５に示す。図５の左側の例として示すように、各断面Ａ〜Ｄの部分において、それぞれ十字型に交差する切断棒が断面方向にわたされており、さらに隣り合う十字の角度が４５度づつオフセットするよう配置されている。このように構成することにより、噴射管２１を通る気液二相流体がこの切断棒を通過する際にさらに切断・破砕され、あるいは部分的な速度差が生じ、より大量のマイクロバブルを発生させることができる。

なお、十字型の切断棒は、図５の中央列に示す例のように、必ずしも管の直径全体にわたっている必要はなく、管の内壁から内側に突出する複数の突起として構成してもよい。また、図５の右側列に示す例のように、管の一部を閉塞するようなプレート部材を設けて構成してもよい。これらの場合も図４の部分Ａ〜Ｄの隣接する突起やプレート部材はオフセットして設けるようにする。このようにしても、噴射管２１を通過する気液二相流体が突起に当たり、跳ね返って攪拌されることにより、大量のマイクロバブルを発生させることができる。

このようにマイクロバブルを大量に混入した流体は、吐出配管（図示せず）を通り図１の排水槽３に導入される。この排水槽３には処理対象となる排水が別の配管より導入されており、ここでマイクロバブルを大量に含む吐出排水と混合されて水質改善が達成される。なお、マイクロバブル発生装置１，２０の吐出量８０７Ｌ／ｍに対し、排水槽３の容積は１００m³程度が好適である。

なお、図４〜図５の実施例では切断棒または突起を噴射管の流れ方向に向かって４段階設けているが、これは本例に限る趣旨ではなく、１以上３以下、あるいは５段階以上の切断棒または突起を設けるようにしてもよい。また、切断棒と突起を交互に設けるようにしてもよく、また切断棒や突起の太さや断面形状、突起の長さなどは適宜決定することができる。

図６は、本発明にかかる水処理装置の変形例の構成を示す概略図である。図６に示すように、本実施例の水処理装置は、図１に示す装置の構成に加えて、排水漕の水中に空気を送り込む散気装置４を備えている。この散気装置は、ブロア装置４１で外部から空気を取り込み、排水送３の底部に設置された例えば多数の均一な微細孔を有するセラミックを成形してなる散気筒４２から放出する。図７は溶存酸素量（ＤＯ）の溶解度を示すグラフであり、散気装置４のみ、本発明のマイクロバブル発生装置１のみ、およびこれらを組み合わせた場合のＤＯ溶解度をそれぞれ示している。本図に示すように、本発明のマイクロバブル発生装置１のみで用いるより、散気装置４と組み合わせて用いる方が水中の溶存酸素量が飛躍的に増大することが分かる。

なお、ここで用いる散気装置４は従来から曝気用に用いられている公知のものを好適に利用することができ、その構成や形状は本発明で何ら限定するものではない。例えば、散気筒４２は筒状のほか板状やディスク状であってもよく、またブロア装置４１の上流側にはフィルタが設けられるものとする。

本発明のマイクロバブル発生装置は、排水の水質改善のみならず、マイクロバブルを適用するのに相応しい様々な応用例に用いることができる。このような応用例として、取水殺菌、養殖、養魚、鑑賞池等の水質改善、医療機器における洗浄機器の気泡攪拌、水耕栽培、食品機械における酸素漕や排水処理等の酸素補給などがある。

本発明の水処理装置の全体構成を示す概略図である。図１に示すマイクロバブル発生装置の詳細を示す概略断面図である。図２に示すマイクロバブル発生装置の動作を説明するための図である。マイクロバブル発生装置の別の実施例の構成を示す図である。図４に示すＡ〜Ｄ線の概略断面図であり、流水切断・粉砕機構を説明する図である。本発明の水処理装置のさらなる実施例の構成を示す概略図である。使用器具ごとに示す水中の残存酸素溶解度を示すグラフである。

符号の説明

１、２０マイクロバブル発生装置
２圧力ポンプ
３排水槽
４散気装置
１１噴射ノズル
１２、２１噴射管
１３空気導入口
１４吐出部
４１ブロア装置
４２散気筒

Claims

加圧手段で加圧された流体を噴射する噴射ノズルと、当該噴射ノズルの下流側に設けられ前記噴射ノズルより大きな直径の噴射管と、前記噴射ノズルと噴射管との間に設けられた空気導入口とを備え、前記噴射ノズルから噴射された圧力流が前記噴射管内いっぱいに広がったときに当該圧力流上流側の噴射管内に負圧を生じさせ、この負圧により前記空気導入口から空気が吸引され、流体に空気が攪拌・混合・加圧され生成したマイクロバブル混入流体を吐出するマイクロバブル発生装置。
請求項１に記載のマイクロバブル発生装置がさらに、前記噴射管の断面方向に延在あるいは突出する突起または突条あるいは棒状物を備えることを特徴とするマイクロバブル発生装置。
請求項２に記載のマイクロバブル発生装置において、前記突起または突条あるいは棒状物が前記噴射管の流れ方向の複数箇所に設けられていることを特徴とするマイクロバブル発生装置。
請求項１乃至３のいずれかに記載のマイクロバブル発生装置と、前記噴射ノズルに流体を供給する加圧手段と、前記噴射管から吐出されるマイクロバブル混入流体を収容する排水槽とを備えることを特徴とする水処理装置。
請求項４に記載の水処理装置がさらに、前記排水漕に外部から空気を取り入れて散気する散気装置を備えることを特徴とする水処理装置。