JP2010012366A - 微細気泡発生装置および微細気泡発生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 微細な気泡を多量に発生させる。
【解決手段】 管状で上下方向に延びて配設された揚砂管３と、揚砂管３の下口側に配設された粒状活性炭７ａおよび水と、揚砂管３内に上方に流れる空気を供給する揚砂ブロア４とを備え、揚砂ブロア４から揚砂管３内に空気を供給することで、揚砂管３の下口から粒状活性炭７ａと水とを吸い上げ、粒状活性炭７ａの衝突によって空気を微細に砕いて微細気泡を発生させる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、微細な気泡を発生させる微細気泡発生装置および微細気泡発生方法に関する。

例えば水槽内に微細な気泡を発生させる装置として、ノズルから多量の水を噴射して噴射部周辺を負圧にし、外部から供給された空気を吸い込み、水圧によって空気を微細に砕いて微細気泡を生成、発生させるもの（例えば、特許文献１参照。）が知られている。また、撹拌羽根を内側に備えた円筒内に空気を供給し、撹拌羽根を高速に回転させて空気をせん断することで微細気泡を生成、発生させる装置（例えば、特許文献２参照。）が知られている。
実開昭６３−０５４４２５号公報 特開２００６−１５９１８７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された装置では、ノズルの噴射部周辺に吸い込まれた空気を微細に砕くものであるため、吸い込まれる空気が少量で、多量の微細気泡を発生させることが困難である。このため、微細気泡を多量に発生させるには、多数のノズルを配設する必要があり、設備費がかさむとともに、広い配設スペースを要する。また、上記特許文献２に記載された装置では、空気を撹拌羽根でせん断するものであるため、空気を微細に砕くことが困難で、生成された気泡が大きいという問題があった。

そこでこの発明は、微細な気泡を多量に発生させることが可能な微細気泡発生装置および微細気泡発生方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、管状で上下方向に延びて配設された生成管と、前記生成管の下口側に配設された微細な衝撃体および液体と、前記生成管内に上方に流れる空気を供給する給気手段と、を備え、前記給気手段から前記生成管内に空気を供給することで、前記生成管の下口から前記衝撃体と液体とを吸い上げ、前記衝撃体の衝突によって前記空気を微細に砕いて微細気泡を発生させる、ことを特徴とする微細気泡発生装置である。

この発明によれば、給気手段から生成管内に上方に流れる空気を供給すると、空気の上昇流によるエアリフト作用によって衝撃体と液体とが吸い上げられる。このとき、衝撃体が生成管内を上下振動しながら上方に移動し、衝撃体が空気に衝突して空気を微細に砕き、微細気泡が生成、発生される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の微細気泡発生装置において、前記衝撃体がろ過材または吸着材から構成されている、ことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、管状で上下方向に延びて配設された生成管の下口側に微細な衝撃体および液体を配設し、前記生成管内に上方に流れる空気を供給して、前記生成管の下口から前記衝撃体と液体とを吸い上げ、前記衝撃体の衝突によって前記空気を微細に砕いて微細気泡を発生させる、ことを特徴とする微細気泡発生方法である。

請求項１および３に記載の発明によれば、微細な衝撃体の衝突によって空気を砕くため、微細な気泡を発生させることができ、しかも、衝撃体を空気に衝突させればよいため、衝撃体と空気の量を増やすことで微細な気泡を多量に発生させることが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、衝撃体がろ過材または吸着材から構成されているため、発生した微細気泡によってろ過材または吸着材が洗浄され、これらの劣化を抑制して交換期間、つまり寿命を延ばすことが可能となる。

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

図１は、この発明の実施の形態に係る微細気泡発生装置を備えた活性炭吸着装置１の内部構成を示す斜視図である。この活性炭吸着装置１は、断面が円形の吸着槽２内に、管状で上下方向に延びる揚砂管（生成管）３が３本配設されている。この揚砂管３の下端には、ラッパ状の吸い込み口３ａが設けられ、この吸い込み口３ａは後述する活性炭層７内に埋没され、吸着槽２の底部近くに達している。また、各揚砂管３の上端部は水平に曲げられた吐き出し口３ｂとされ、吸着槽２内の上部に配設された仕切り板３１に取り付けられ、後述する原水供給管２１の対向側に向けて開口している。ここで、仕切り板３１には、後述する活性炭７ａを通さない程度の小孔が全面に多数形成され、仕切り板３１は、後述するように清水（液体）を所定の水位まで供給した状態で、その下部が清水内に位置するように配設されている。ここで、仕切り板３１によって仕切られた吐き出し口３ｂ側を分離槽２Ａとする。

各揚砂管３の吸い込み口３ａ側には、揚砂ブロア（給気手段）４から延びるブロア管４ａが接続され、このブロア管４ａには調整弁４ｂが配設されている。そして、揚砂ブロア４から供給された空気がブロア管４ａを経由して、揚砂管３内を上方に（吐き出し口３ｂ側に）流れるようになっている。

このような各揚砂管３に対向して、吸着槽２内の下部に３つの集水槽５が配設されている。この集水槽５は、図２に示すように、上面が傾斜した箱型で、上面として集水板（ストレーナ）５１が配設されている。この集水板５１は、図３に示すように、複数のウエッジワイヤ５１ａを小間隙に並べて構成されている。また、揚砂管３側を前面とした場合の集水槽５の背面側には、ろ過ポンプ６の吸い込み口から延びる第１の排出管６ａが接続され、この第１の排出管６ａには集水弁６ｂが配設されている。一方、ろ過ポンプ６の吐き出し口には第２の排出管６ｃが接続され、ろ過ポンプ６の稼動によって、集水槽５内のろ過水が第１の排出管６ａおよび第２の排出管６ｃを経由して、外部に取り出されるようになっている。ここで、図２中符号６ｄは移送弁、符号６ｍはろ過水のドレンである。

また、第１の排出管６ａと第２の排出管６ｃとを接続するバイパス管６ｅが設けられ、後述するように集水弁６ｂとバイパス弁６ｆの開閉によって、第２の排出管６ｃを流れるろ過水がバイパス管６ｅを経由して第１の排出管６ａから集水槽５側に還流すようになっている。さらに、第２の排出管６ｃには還流管６ｇが接続され、この還流管６ｇの分岐管である分岐還流管６ｈが各集水槽５内を通り、その開口端が集水槽５の下部前面に位置するように配設されている。そして、還流管６ｇに配設された揚砂洗浄弁６ｊおよび各分岐還流管６ｈに配設された調整弁６ｋの開閉によって、第２の排出管６ｃを流れるろ過水が還流管６ｇ、６ｈを経由して吸着槽２内に還流されるようになっている。

吸着槽２の上部槽壁には原水供給管２１が設けられ、この原水供給管２１から浄化対象である原水が吸着槽２内に供給されるようになっている。また、吸着槽２内の上部で揚砂管３の吐き出し口３ｂの下方には、排水トラフ８が配設されている。この排水トラフ８は、断面が略Ｕ字状で両上端縁が凹凸に形成された排水部８ａと、図４に示すように、排水部８ａの下端から斜め下方に延びる板状のガイド部８ｂとを備えている。このガイド部８ｂの先端部は、後述する活性炭層７に達し、ガイド部８ｂの上方に仕切り板３１が位置している。また、吸着槽２の槽壁には、排水トラフ８の排水部８ａのＵ字内に対向して洗浄水排水管２２が配設され、さらに、洗浄水排水管２２の下方で集水槽５の上方には、ろ過排水管２３が配設されている。

このような吸着槽２内に、集水槽５および揚砂管３の下端部を埋めるように、かつ集水板５１の傾斜角に沿うように、微細な衝撃体としての粒状活性炭（吸着材）７ａが堆積され、活性炭層７が形成されている。さらに、原水供給管２１から原水（液体）Ｗが供給された状態で、原水Ｗが活性炭層７内に浸透するとともに、原水Ｗが活性炭層７を覆うようになっている。また、後述するように清水やろ過水などの水（液体）が供給されると、水が活性炭層７内に浸透し、揚砂管３の下口側である吸い込み口３ａ側に、粒状活性炭７ａと水とが配設された状態となる。

このような揚砂管３と、粒状活性炭７ａおよび水と、揚砂ブロア４およびブロア管４ａとによって微細気泡発生装置が構成されている。そして、揚砂ブロア４から空気を供給することで、空気の上昇流によるエアリフト作用によって粒状活性炭７ａと水とを揚砂管３内に吸い上げ、後述するようにして、粒状活性炭７ａが空気に衝突して微細気泡が生成されるようになっている。なお、図１中符号２４は点検窓である。

次に、このような活性炭吸着装置１および微細気泡発生装置の作用および、微細気泡発生装置による微細気泡発生方法について説明する。

まず、原水Ｗを浄化処理するには、図４に示すように、原水供給管２１から吸着槽２内に原水Ｗを所定の水位（図中Ｍの水位程度）まで供給し、その水位が維持されるように原水Ｗを供給し続ける。そして、原水Ｗを１０〜６０分程度かけて活性炭層７内を流下させ、活性炭７ａと接触させる。これにより、原水Ｗに含まれる化学物質が活性炭７ａに吸着され、原水Ｗの臭気や色なども吸着除去される。このようにして浄化処理されたろ過水が、各集水槽５の集水材５１を通って集水槽５内に集められ、ろ過ポンプ６によって第１の排出管６ａおよび第２の排出管６ｃを経由して、外部に取り出される。ここで、集水弁６ｂおよび移送弁６ｄは開状態で、バイパス弁６ｆおよび揚砂洗浄弁６ｊ、調整弁６ｋは閉状態となっている。

このような浄化処理を継続すると、原水Ｗ中に混入しているＳＳ（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄ、懸濁物質）により、活性炭７ａが目詰まりを起こし、原水Ｗの流れに伴って流動すべき活性炭７ａが流動しなくなる。そして、吸着層２内での原水Ｗの流れにショートパス（原水Ｗが通過しない領域が発生する事象）を起こして、活性炭７ａの吸着性能が有効に活用されなくなる。また、活性炭７ａの表面に付着した付着物、よごれにより、活性炭７ａ同士が固着してマッドボール（固まった濁質分や残留汚泥など）が形成され、活性炭７ａの吸着性能が著しく低下したり、さらには腐敗によって原水Ｗの水質が悪化する場合がある。このため、浄化処理の合間に、例えば、半日〜５日に１回程度、次のように微細気泡発生装置を稼動して、活性炭７ａを洗浄する。

まず、ろ過ポンプ６まわりの弁６ｂ、６ｄ、６ｆ、６ｊ、６ｋをすべて閉じ、清水供給管（図示せず）から吸着槽２内に清水を、または原水供給管２１から吸着槽２内にろ過水（上記のようにして浄化処理された処理水）を、所定の水位（図４中Ｈの水位程度）まで供給する。以下、清水を供給したものとして説明する。次に、揚砂ブロア４を稼動させ、揚砂管３内に空気を供給する。これにより、空気が揚砂管３内を上方に流れ、そのエアリフト作用によって活性炭７ａと清水とが吸い込み口３ａから吸い込まれ、揚砂管３内を上昇する。このとき、図５に示すように、活性炭７ａの塊が、揚砂管３内を上下に微振動しながら上方に移動する。そして、このような動きをする活性炭７ａが空気に繰り返し激しく衝突し、かつ、活性炭７ａと空気との間に摩擦が発生し、空気が微細に砕かれ、微細気泡が生成される。このようにして生成された微細気泡による洗浄作用（超音波洗浄と同等の作用）と、清水との撹拌、混合作用により、活性炭７ａが洗浄されながら吐き出し口３ｂに至り、排水トラフ８のガイド部８ｂの上方（分離槽２Ａ）に吐出される。

このような洗浄によって活性炭７ａからＳＳなどの付着分が除去され、除去された付着分は、水の流れと共に仕切り板３１の小孔を通り、あるいは仕切り板３１の下方を通って排水トラフ８側に流れる。そして、排水トラフ８の排水部８ａの上端縁を越えて排水部８ａ内に流入し、洗浄水排水管２２から吸着槽２外に排出される。一方、吐出された活性炭７ａは、仕切り板３１によって排水トラフ８側に流れるのを阻止され、その自重により沈降する。このような洗浄処理を１０分〜６０分程度行うものである。また、このような洗浄処理は、揚砂管３の口径や配設数、洗浄時間間隔などに応じて、各揚砂管３に対して交互に空気を供給して順次行ってもよいし、すべての揚砂管３に対して同時に空気を供給して行ってもよい。

ここで、洗浄処理の際に、次のようにして集水槽５内の水を循環させることで、集水材５１に付着した付着物を除去することができる。すなわち、例えば図２中左側の集水槽５の集水弁６ｂと、図中右側の集水槽５のバイパス弁６ｆのみを開けた状態で、ろ過ポンプ６を稼動させる。これにより、左側の集水槽５内の水が、第１の排出管６ａ、第２の排出管６ｃおよび、右側の集水槽５のバイパス管６ｅ、第１の排出管６ａを経由して、右側の集水槽５内に圧送され、右側の集水槽５の集水材５１に付着している付着物が押し流され、除去される。

以上のような浄化処理と洗浄処理とは、手動によって起動、切り替えてもよいし、プログラムに基づいて所定の条件に合致した際に自動起動、切り替えるようにしてもよい。例えば、入力、設定された時間だけ浄化処理した後に洗浄処理を開始したり、水位が所定位置以上、例えばレベルＨ以上に達した時点で洗浄処理を開始したり、あるいは、予め設定された日時になった時点で洗浄処理を開始してもよい。

以上のように、この微細気泡発生装置および微細気泡発生方法によれば、粒状活性炭７ａによる衝突と摩擦によって空気を微細に砕くため、微細な気泡（マイクロバブル）を発生させることができる。しかも、揚砂管３の口径を大きくし、揚砂ブロア４からの空気量を増やして、吸い込む粒状活性炭７ａの量を増やすことで、微細な気泡を多量に発生させることが可能となる。そして、発生した微細気泡によって活性炭７ａが適正に洗浄され、活性炭７ａの劣化を抑制して交換期間を延ばすこと、つまり活性炭７ａ自体の吸着性能が劣るまで活性炭７ａを有効に活用することが可能となる。例えば、活性炭７ａの表面に付着したよごれが除去され、活性炭７ａ全体の吸着作用が維持できたために、微細気泡による洗浄がない場合に比べて、活性炭７ａの交換期間が２倍以上延びた例が挙げられる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、微細な衝撃体としての吸着材が粒状活性炭７ａである活性炭吸着装置１の場合について説明したが、その他の微細な衝撃体でもよいし、他の装置に適用してもよい。例えば、吸着材をゼオライトとした吸着装置や、微細な衝撃体をろ過砂、マンガン砂やセラミックなどのろ過材としたろ過装置に適用してもよい。そして、ろ過装置に適用した場合に、ろ過材（砂）の交換期間が、微細気泡による洗浄がない場合に比べて、数年以上延びた例が挙げられる。その他、吸着材またはろ過材として、アンスラサイト、ガーネット、サンゴ砂、酸化アルミニウム、骨炭などが挙げられる。また、吸着装置やろ過装置以外の装置にも適用でき、給気手段としてコンプレッサなどを使用してもよいことは勿論である。

以上のように、この発明に係る微細気泡発生装置および方法は、微細な気泡を多量に発生させることが可能で、しかも衝撃体自体を洗浄できるものとして極めて有用である。

この発明の実施の形態に係る微細気泡発生装置を備えた活性炭吸着装置の内部構成を示す斜視図である。 図１の活性炭吸着装置の集水槽とその周辺設備を示す斜視図である。 図２の集水槽の集水板を示す拡大斜視図である。 図１の活性炭吸着装置の概略構造を示す断面図である。 図１の活性炭吸着装置の揚砂管内で活性炭が上下に微振動しながら上方に移動する状態を示す図である。

符号の説明

１ 活性炭吸着装置
２ 吸着槽
３ 揚砂管（生成管）
４ 揚砂ブロア（給気手段）
４ａ ブロア管
５ 集水槽
６ ろ過ポンプ
７ 活性炭層
７ａ 粒状活性炭（衝撃体、吸着材）
Ｗ 原水（液体）

Claims (3)

1. 管状で上下方向に延びて配設された生成管と、前記生成管の下口側に配設された微細な衝撃体および液体と、前記生成管内に上方に流れる空気を供給する給気手段と、を備え、
   前記給気手段から前記生成管内に空気を供給することで、前記生成管の下口から前記衝撃体と液体とを吸い上げ、前記衝撃体の衝突によって前記空気を微細に砕いて微細気泡を発生させる、ことを特徴とする微細気泡発生装置。
2. 前記衝撃体がろ過材または吸着材から構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の微細気泡発生装置。
3. 管状で上下方向に延びて配設された生成管の下口側に微細な衝撃体および液体を配設し、前記生成管内に上方に流れる空気を供給して、前記生成管の下口から前記衝撃体と液体とを吸い上げ、前記衝撃体の衝突によって前記空気を微細に砕いて微細気泡を発生させる、ことを特徴とする微細気泡発生方法。

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