JP2010012399A - 液体処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
微細気泡を用いる液体処理装置を対象に、微細気泡発生系において未溶解気体を回収，再利用することにより、水処理性能が高くかつ経済的な液体処理装置を提供する。
【解決手段】
供給される水と気体を混合する第１の気体混合器７と、第１の気体混合器７により気体を混合された気液二相流を加圧するポンプ１１と、ポンプ１１により加圧された水に未溶解の気体を回収する気液分離器８と、第１の気体混合器７とポンプ１１の間に設けられ、気液分離器８と減圧弁１５を介して接続された第２の気液混合器５０と、気液分離器８の後流側に接続された減圧手段１２を備え、未溶解の気体が第２の気体混合器５０により混合された水を減圧手段１２により減圧して水中に微細気泡を発泡させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、微細気泡を用いた液体処理装置に関する。

オゾンを用いた液体処理方法には、〔非特許文献１〕に記載の方法が示される。オゾン反応槽設備の被処理水中に注入されたオゾンは、被処理水が含む還元性物質により消費され、注入されたオゾンの内、被処理水中に溶解することなく水面に達した気泡中のオゾンは気中に放出されて排オゾンとなり、排オゾン処理装置で分解される。このため、反応槽設備に注入するオゾン量は、目標水質を達成するために必要なオゾン量に加え、還元性物質の酸化に消費されるオゾン量、及び溶解せずに廃棄されるオゾン量を加える必要がある。

水処理に用いられるオゾン処理システムは、オゾン反応槽設備に加え、前処理設備，後処理設備，オゾン発生設備、および排オゾン処理設備等で構成される。システム全体の消費電力のうちオゾン発生設備での消費電力の占める割合が最大であるため、処理システムの経済性向上には、オゾン発生量の低減、つまりオゾン利用率の向上が必要である。具体的には、上述の被処理水中の還元性物質の低減，オゾン溶解効率の向上、即ち排オゾン量の低減が有効である。

ここで、微細気泡とは、直径約５０マイクロメータ以下の気泡であり、〔非特許文献２〕によれば、一般に、この領域の気泡は、気泡内気体の周囲液相への溶け込みにしたがって直径が減少するため、表面張力の効果により内部が高圧，高温になり、消滅時にＯＨラジカルなどの酸化力の高いフリーラジカルと圧力波を生じる。また、比表面積が大きく、上昇速度が小さいため、液体中における気体の溶解度が高い。

このため、水処理にオゾン等の酸化力を有する気体の微細気泡を用いる場合、溶存気体の酸化力に加え、微細気泡の消滅時に生じた圧力波やラジカル等の酸化力により細胞壁，細胞膜，細胞質等が物理的に破壊される可能性も考えられる。

オゾン等の気泡を利用して水処理を行う従来の技術としては、〔特許文献１〕に記載のように、オゾン接触槽内に設置した散気管からオゾンを直接注入し、その際接触槽の上部空間から、未溶解，未利用のオゾンを含む気体を回収するものがある。

また、〔特許文献２〕には、気体を粗大気泡として混合した後にポンプで加圧し、その後減圧ノズルを通じて接触槽へ注入することで、注入気体を微細気泡化して接触槽へ注入する方法が開示されている。〔特許文献３〕には、減圧ノズルにおいて、ノズルを多孔板形状とし、流路制限板で流体が通過する孔数を変化させるとともに、ノズル上流側の圧力が一定になるようにポンプ回転数をインバータ制御することにより、安定して微細気泡を発生する微細気泡発生装置が開示されている。

なお、ここでの水処理とは、酸化力のある試薬や気体を注入、あるいは光・電磁波等の照射，ろ過等を用い、被処理水中の有機物や微生物等をろ過や酸化分解等により、除去する工程のことをいう。

特開２００４−１２２１０５号公報 特開２００３−１１７３６５号公報 特開２００７−２１３９２号公報 「オゾンハンドブック」、日本オゾン協会、２００４年 「水の特性と新しい利用技術」、株式会社エヌ・ティー・エス、１４２−１４６頁、２００４年

〔特許文献１〕に記載の方法では、オゾンの注入に散気管を用いるため、気泡径がミリ径以上となり溶解効率が低く、「新版オゾン利用の新技術」、三▲ゆう▼書房によれば、オゾン吸収効率９０％程度以上を得るためには、約５ｍの水深が必要となり、設備の小型化が難しいという問題がある。

また、〔特許文献２〕、及び〔特許文献３〕に記載の方法では、粗大な気泡として注入された気体の内、ポンプ後段の加圧部で加圧溶解しなかった気体が、粗大気泡のまま減圧ノズルを通過し、生成した微細気泡と混在して接触槽へ流入する。上述したように、ミリ径気泡は溶解効率が低い問題がある。また、減圧ノズル通過後、粗大気泡と微細気泡が接触すると、微細気泡が粗大気泡に合体し、溶解効率の高い微細気泡の含有率が低下する可能性がある。また、この微細気泡と粗大気泡の混入水を、オゾン吸収効率向上のために、滞留時間を増加できる下降流の接触槽に注入しても、上昇速度の大きい粗大気泡により発生した上昇流に微細気泡が同伴され、水面に達した微細気泡が気中へ放散する可能性がある。

本発明の第１の目的は、未溶解気体を回収，再利用することにより、ガスの利用効率を向上させて、消毒，脱色，脱臭，除濁等の水処理性能を向上できる液体処理方法および装置を提供することにある。

本発明の第２の目的は、未溶解気体を回収，再利用することにより、ガスの利用効率を向上させて気体使用量を低減し、経済的な液体処理装置を提供することにある。

本発明の第３の目的は、未溶解気体を回収，再利用することにより、微細気泡の生成効率を向上させて、粗大気泡状態で被処理水水面から離脱する排ガス量を低減し、経済的な液体処理装置を提供することにある。

本発明の第４の目的は、未溶解気体を回収，再利用することにより、ポンプ動力当りの微細気泡生成効率を向上し、ポンプ動力、及び消費電力を低減し、経済的な液体処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の液体処理装置は、気体を水中に混合し、混合された気体をポンプで加圧溶解し、これを減圧して微細気泡を発生させる微細気泡生成系において、加圧溶解時に未溶解の気体を回収して、回収した気体を再利用するものである。また、微細気泡と被処理水を接触させ反応を行う接触槽を備え、気体の利用効率を高めて水処理を行うものである。微細気泡の生成は、加圧，剪断方式，旋回流方式等を用いてもよい。前記減圧ノズルの水の圧力を計測し、この圧力が一定になるようにポンプのモータに与える周波数をインバータを用いて自動制御しても良い。

微細気泡を発生させる減圧ノズルは、複数の孔、またはスリットを有する多孔板と、その孔数を変更する流路制限板で構成される。多孔板の孔数の変更は、流路制限板を多孔板に沿って平行移動してもよく、あるいは流路制限板を回転させても良い。また、流路制限板を固定して、多孔板を移動させても良い。

また、多孔板の孔数の変更は、前記気体を混合する水の流量を測定し、混合する気体流量を水の流量で除してポンプに流入する二相流のみかけの気液比を求め、その値がポンプの気液比許容上限以下になるように、多孔板の孔数を変更して水の流量を増減させても良い。

又、前記気体を加圧溶解するポンプの上流に、前記気体を水中に混合する第１の気体混合器と前記回収気体を混合する第２の気体混合器を備える。気体混合器と第二の気体混合器は、ポンプの上流の水の流路に対して並列配置しても良く、直列配置しても良く、前後しても良い。

また、前記回収した気体を被処理水に混合する、あるいは接触槽に注入する流路を備え、流路には回収した気体の流量を調整する調整手段を備える。これらの流量は、回収した気体を滞留させる滞留容器（バッファタンク）を設け、滞留容器と気体混合器、または滞留容器と接触槽への注入手段の間の流路に設けた減圧弁や背圧弁により滞留容器内の圧力を維持することで調整してもよい。また、気体の滞留に滞留容器を用いず、前記減圧弁や背圧弁を備える流路の内部空間を利用しても良い。接触槽において、回収気体の注入位置は、気泡の合体を防止するため、微細気泡と混和されない後段の槽でも良く、被処理水が流入する前段の槽でも良い。オゾンを用いる場合、予め被処理水中のオゾン消費物質を除去するため、微細気泡含有水の注入位置の上流部に回収気体を注入してもよい。

また、前記気体を混合する水は接触槽から抽水し、微細気泡を発生させた水を接触槽に戻して循環させても良く、前記気体を混合する水は外部から給水し微細気泡を発生させた水を接触槽に直通させても良い。気泡種はオゾン以外の気体を用いてもよい。

本発明によれば、気体を溶存させて利用する液体処理装置の水処理性能と経済性を向上させることができる。また、液体処理に用いる微細気泡を効率よく、且つ安定に生成できるので、水処理性能と流動安定性を向上させることができる。

本発明の実施例１から実施例９を図面を用いて説明する。

本発明の実施例１を図１から図７を用いて説明する。図１は実施例１による液体処理装置の構成図、図２，図３は減圧ノズルの断面図及び上流側から見た管内の模式図、図４から図７はオゾン利用効率に関する説明図である。

図１に示すように、本実施例の液体処理装置は、後述する接触槽５の底部に設けられた流路１３、及び図示しないオゾン発生装置からオゾンガス２が供給される流路６に接続され、流路６で導入されたオゾンガスと被処理水１を混合する気体混合器７と、気体混合器７に接続され、後述する気液分離器８で回収される気体を混合する気体混合器５０と、気体混合器５０に接続され、気体混合器７，５０でオゾンガス２及び気体と混合された被処理水１を送液するポンプ１１と、ポンプ１１に接続され未溶解の気泡を分離する気液分離器８と、気液分離器８に接続され被処理水１を減圧する減圧ノズル１２と、減圧ノズル１１に接続された接触槽５と、気液分離器８に接続され分離された気泡を滞留させるバッファタンク１４と、バッファタンク１４と接触槽５を接続する流路１０に設けられた背圧弁１６と、バッファタンク１４と気体混合器５０を接続する流路９に設けられた減圧弁１５で構成される。減圧弁１５は一般に、一次側圧力に拘らず二次側圧力を一定に保ちながら排気する弁のことをいう。背圧弁１６は、リリーフ弁とも呼ばれ一次側圧力が閾値を超えると、あるいは一次側と二次側の差圧が閾値を超えると、二次側に排気する弁のことをいう。

ここで、流路１３，気体混合器７，気体混合器５０，ポンプ１１，減圧ノズル１２で構成される径路を、微細気泡生成系といい、気液分離器８，バッファタンク１４，流路９減圧弁１５で構成される径路を気体の回収系という。気液分離器８，バッファタンク１４，流路１０，背圧弁１６で構成される径路では、接触槽５への散気が行われる。

接触槽５には被処理水３が注水され、処理水４が配水される。接触槽５内は、仕切板によって仕切られ、被処理水がオゾンと接触しながら複数の槽を迂流する構造となっている。この接触槽５は、プール型，Ｕ字管型，同心円筒型、他の水槽構造にも適用可能である。また、微細気泡を形成する気体は、オゾンガスに限らず、空気，二酸化炭素、他の気体も使用可能である。

なお、流路１３の抽水位置は、接触槽５の水面下の任意の箇所を選択して良い。また、図示しないが、ガス流量を測定することが好ましい。

オゾンガスが混合された気液二相流はポンプ１１によって加圧され、オゾンガスの一部が加圧溶解し、残りは粗大な気泡となって気液分離器８に流入する。気液分離器８では、加圧溶解しなかった粗大な気泡が、例えば重力分離によって上方に分離され、分離された気体はバッファタンク１４に流入する。

オゾンガスが加圧溶解した水は、減圧ノズル１２を通過する際に減圧されて発泡し、オゾン微細気泡を形成する。このオゾン微細気泡が、接触槽５に流入し、被処理水３の消毒，脱臭，脱色など水処理作用を生じる。ここで、気体を混合する水は外部から給水し微細気泡を発生させた水を接触槽５に直通させてもよい。

一方、バッファタンク１４は、ポンプ１１の吸い込み側に設けた気体混合器５０と減圧弁１５を介して流路９で接続されており、バッファタンク１４内の気体の全部あるいは一部が気体混合器５０に戻され、被処理水にバッファタンク１４で回収したオゾンガスを再注入する構造になっている。ここで、気体混合器５０は、気体混合器７と同様に流路１３を流れる被処理水に気体を混合する機器であり、例えば被処理水の流れる管路に気相配管をＴ形状で合流させるものでも良く、散気管，多孔質体から気相を混合しても良く、エゼクタを用いても良い。気体混合器７と気体混合器５０は、ポンプ１１の上流の流路に、並列配置してもよく、直列配置してもよい。

回収した気体の再注入は、流路９を気体混合器７に連通する流路６に接続する構成でも可能である。一方で、流路６のオゾンガス２の供給圧力と流路９の再注入気体の圧力の差によって、オゾンガス２の供給流量や再注入気体の流量に変動が生じる可能性がある。従って、本実施例に示すように、流路１３を流れる被処理水に対して、それぞれ独立に気体を混合することが好ましい。

バッファタンク１４は、背圧弁１６を介して流路１０が接触槽５に接続されており、背圧弁１６を出たオゾンガスは、接触槽５内の被処理水に散気される。散気された粗大な気泡は溶解効率が低いが、上述した微細気泡と同様に被処理水３の消毒，脱臭，脱色など水処理作用を生じる。

流路１０の接触槽５への接続位置は、微細気泡注入箇所の上流，下流のどちらでも良く、接触槽５内の仕切板によって仕切られた他の槽に散気しても良い。すなわち、気泡の合体を防止するため、微細気泡と混和されない後段の槽でもよく、被処理水が流入する前段の槽でもよい。オゾンを用いる場合は、予め被処理水中のオゾン消費物質を除去するため、微細気泡含有水の注入位置の上流部に回収気体を注入してもよい。流路１０から接触槽５への散気には、散気管，多孔質体などを用いて散気気泡径を減じると、被処理水への溶解効率が向上する。

気液分離器８で気泡を分離する際には、気泡が気液分離器８に間歇的に流入するため、分離した気体の圧力，流量が変動する。これを直接気体混合器５０に流入させると、流路１３を流れる被処理水に対する気体の比である気液比が変動し、ポンプ１１の空走や流動不安定が生じる。

流路９には減圧弁１５を設けており、減圧弁１５では二次側圧力が一定になるため、バッファタンク１４のオゾンガスを気体混合器５０に一定圧力で送ることができる。これによって、気体混合器７、及び気体混合器５０からポンプ１１に流れるガス流量が一定になり、ポンプ１１がガスの巻き込みで空走することなく被処理水の流動が安定する。気液分離器８で分離された粗大な気泡が一時的に増加しバッファタンク１４内の圧力が過大になった場合には、背圧弁１６によって過剰なオゾンガスが接触槽５に散気されるので、バッファタンク１４の圧力が一定に保たれる。

上述したように、気体の回収系を設け、再利用しているので、気液分離器８で回収した気体を一定の流量で気体混合器５０に送り、ガス再注入流量の変動を防止できる。これによって、気体混合器７における気液比をポンプ１１が運転可能で高効率が得られる最大値或いは高い範囲に保つことができる。

気液比をポンプ１１が運転可能で高効率が得られる最大値或いは高い範囲に保持して、微細気泡を安定して生成するためには、減圧ノズル１２の上流側の圧力を一定に保ち、気液比を適切な範囲に保つことが有効である。また、減圧ノズル１２の微細気泡生成状態、即ち後述するノズルの孔６２周辺の流れが、被処理水流量の変動に対して、気液比が変わらないようにすることが有効である。

図２に示す減圧ノズル１２は、ノズル部が多孔板６０で構成され、ハンドル軸６５の回転によって流路制限板６１が上下動し、多孔板６０に設けられた孔６２のうち、開口する孔６２の数を手動で変更できる構造になっている。このように、多孔板６０の開口する孔６２の数を調整することによって、減圧ノズル１２の上流側の圧力と流量を変えることができ、オゾンガス２の流量の設定値に対応して、微細気泡を生成可能な範囲で、低圧で適正な流量のポンプ１１の運転が可能になる。

図２に示す減圧ノズル１２は、流路制限板６１のエッジ部断面は多孔板６０に対して垂直に形成する例であるが、図３に示すように、エッジ部６４を多孔板６０に対して鋭角に形成してもよい。エッジ部６４を多孔板６０に対して鋭角に形成することによって、エッジ部６４付近から多孔板６０に流れる被処理水の乱れが減少し、多孔板６０の上流側での渦の発生や発泡による微細気泡生成効率の低下を防止する効果が期待できる。

図２，図３に示すように、孔６２の数を可変にするノズルを採用することにより、孔径を変化させること無くノズル部の圧力損失を調整できるので、微細気泡生成過程におけるポンプ１１の圧力と流量を調整可能である。これによって、生成する微細気泡の径を一定に保つことが可能になり、高い溶解効率を得ることができる。また、気体混合器７における気液比をポンプ１１が運転可能で高効率が得られる範囲に保つことができる。また、減圧ノズル１２が詰まった際に、開口する孔数を増やすことにより、詰まった孔を別の孔で代替できるので、微細気泡を生成する被処理水の流量を一定に保つことができる。

多孔板の開口する孔数の変更は、流路制限板を多孔板に沿って平行移動してもよく、或いは流路制限板を回転させてもよい。又、流路制限板を固定して、多孔板を移動させてもよい。また、微細気泡の生成は、加圧，せん断方式，旋回流方式等を用いることができる。

次に、気液分離器８による粗大気泡の回収と気体混合器５０からの被処理水への再注入の効果を図４から図７を用いて説明する。

図４は、気液分離器８を用いない場合の減圧ノズル１２での微細気泡の発生状態を模式的に示している。ポンプ１１でオゾンガスと加圧溶解した水と、加圧溶解しなかった粗大なオゾン気泡が減圧ノズル１２を通過する。微細気泡は、主にガスが加圧溶解した水の減圧発泡作用で生成するため、粗大な気泡は微細気泡にならない。粗大な気泡の上昇速度は速いため、接触槽に流入した直後に微細気泡より速く上昇し、被処理水の水面から上部の気相空間に離脱する。このため、図６に示すように、オゾンガスによる水処理効率が低下する。図６では、注入気体のうち溶存した部分が水処理作用を有し、実験で得られた知見に基づき粗大な気泡の溶存率を約５０％と仮定して図示している。

一方、図５は、気液分離器８を用いた場合の減圧ノズル１２での微細気泡の発生状態を模式的に示している。ポンプ１１での加圧溶解したオゾンガスは、減圧ノズル１２を通過する際に微細気泡になり、加圧溶解しなかった粗大なオゾン気泡は、気液分離器８で分離されて気体混合器５０に戻され、ポンプ１１の上流側で加圧前の被処理水に再注入される。これによって、ポンプ１１では空走しない範囲で高い気液比でオゾンガスを加圧溶解でき、粗大な気泡が減圧ノズル１２への流入を防止できる。このため、図７に示すように、水面から離脱するオゾンガス量を低減することができ、オゾンガスによる水処理効率が向上する。ここで、気液比は、混合する気体流量を水の流量で徐してポンプ１１に流入する二相流のみかけの気液比として求める。

オゾンガス流量を減少させると、接触槽５に直接注入する流量が減少する。オゾンガス流量を粗大気泡の流量が０になるまで減らし、適切なオゾンガス流量とすることにより、微細気泡の発生効率をほぼ１００％まで高めることができる。この場合、水面から離脱する排オゾンガス流量を大幅に減らすことができ、図示しないが接触槽５の上部空間の排オゾンガスの処理装置の負荷を軽減することができる。この場合、被処理水のオゾン注入率は、発生オゾン濃度で調整する。

本実施例によれば、微細気泡の生成比率を増加させて水面から離脱する排オゾンガス量を減じることができるので、水処理効率が向上してオゾン使用量を低減できる。これによって、液体処理装置の経済性が向上する効果と水処理性能が向上する効果がある。

本発明の実施例２を図８により説明する。図８は本実施例の液体処理装置の構成図である。本実施例では、実施例１の液体処理装置の微細気泡生成系に、ポンプ１１下流側で、減圧ノズル１２上流側に、圧力を計測する圧力伝送器５１を設置しており、圧力伝送器５１を制御器５２，インバータ５３に接続している。インバータ５３は、ポンプ１１に接続され、ポンプ１１の回転数を制御する。

制御器５２には目標圧力が入力されており、減圧ノズル１２の上流圧力を目標値に一定に維持するように、制御器５２でインバータ５３の例えばＰＩＤ制御を行う。これによって、インバータ５３によりポンプ１１の回転数を変化させて、減圧ノズル１２上流の圧力を一定の設定値に保つことができる。

その結果、微細気泡生成過程におけるポンプ１１の圧力と流量の変動を防止できるので、生成する微細気泡の径を一定に保つことが可能になり、高い溶解効率を得ることができる。また、圧力が一定値となるように制御できるので、気液流量の変動が防止され、未溶解気泡の回収流量が安定して、高い値を維持でき、ポンプ動力当りの微細気泡生成効率が向上する。又、圧力と流量の変動を防止できるため、ポンプ１１の圧力を低く設定することが可能になり、ポンプ動力、及び消費電力を低減できる。

本実施例によれば、微細気泡の生成比率を増加させて水面から離脱する排オゾンガス量を減じることができるので、水処理効率が向上してオゾン使用量を低減できる。また、ポンプの圧力を低く設定することが可能になり、ポンプ動力、及び消費電力を低減できる。これによって、水処理性能が向上する効果と液体処理装置の経済性が向上する効果がある。

本発明の実施例３を図９により説明する。図９は、本実施例の液体処理装置の構成図である。本実施例では、実施例２の液体処理装置の微細気泡生成系に、流路１３に液体用の流量計５４を、流路６に気体用の流量計５５を追加している。流量計５４では接触槽５から抽水した被処理水の流量を計測し、流量計５５では気体混合器７に供給するオゾンガス２の流量を計測するので、気体混合器７における気液比を精度良く計算できる。

これによって、この気液比がポンプ１１で高効率が得られる最大値又は高い範囲を保つように、減圧ノズル１２の開口する孔数を調整することができる。ここで、ポンプ１１が高効率を得られる気液比は、例えばポンプが空走、あるいは消費電力が大きく増加しない範囲での大きい値の気液比である。気液比を適切に設定できるため、オゾンガス２の流量と同様に、気体混合器５０で回収，再注入する気体流量に対して、ポンプ１１で加圧する被処理水流量を節減できるので、微細気泡生成量当りのポンプ動力を低減できる。また、減圧ノズル１２が詰まった場合、図９に示す構成では圧力一定で流量が減少するので、流量計５４を監視することにより、減圧ノズル１２の詰まり状態を把握できる。

本実施例によれば、圧力一定でポンプの流量を低く設定することが可能になり、ポンプ動力、及び消費電力を低減できる。また、減圧ノズルの詰まりを検知できるので、液体処理装置の経済性と信頼性が向上する効果がある。

本発明の実施例４を図１０により説明する。図１０は、本実施例の液体処理装置の構成図である。本実施例では、実施例３の液体処理装置の微細気泡生成系に、流路９の減圧弁１５の下流で、気体混合器５０上流に流量調整弁６６を追加している。

本実施例では、減圧弁１５と流量調整弁６６によって、気体混合器５０から被処理水に再注入するオゾンガスを精度良く流量調整できる。減圧弁１５では、二次側圧力が調整可能なものを用いることにより、さらに広い流量範囲で高精度の流量調整が可能である。

本実施例によれば、オゾンガスの回収，再注入流量の設定精度を向上できるので、ポンプの流量を低く設定することが可能になる。これによって、ポンプ動力、及び消費電力を低減できるので、液体処理装置の経済性が向上する効果がある。

本発明の実施例５を図１１により説明する。図１１は、本実施例の液体処理装置の構成図である。本実施例では、実施例４で示した液体処理装置の微細気泡生成系から減圧弁１５が取り除かれており、バッファタンク１４が、ポンプ１１の吸い込み側に設けた気体混合器５０と流量調整弁６６を介して流路９で接続されており、バッファタンク１４内の気体の全部あるいは一部が気体混合器５０に戻され、被処理水にバッファタンク１４で回収したオゾンガスを再注入可能な構造になっている。バッファタンク１４は、背圧弁１６を介して流路１０が接触槽５に接続され、背圧弁１６を出たオゾンガスは、接触槽５内の被処理水に散気され、微細気泡と比較して溶解効率が低いが、被処理水３の消毒，脱臭，脱色など水処理作用を生じる。

一方、バッファタンク１４から気体混合器５０には、流量調整弁６６を通して、回収したオゾンガスが流れる。減圧弁１５を使用しないため、気体混合器５０に一定圧力でオゾンガスを送ることはできないが、バッファタンク１４の最大圧力が背圧弁１６によって制限されているため、気体混合器５０に流入する流量は、背圧弁１６によって制限される圧力で決る値となる。このように、気体混合器７、及び気体混合器５０からポンプ１１に流れるガス流量に制限があるため、ポンプ１１が空走することなく被処理水の流動が安定する。

本実施例によれば、構造が複雑で高価な減圧弁を流量調整弁で代替することにより、機器故障を防止するとともに装置コストを低減できる。したがって、液体処理装置の信頼性と経済性が向上する効果がある。

本発明の実施例６を図１２により説明する。図１２は、本実施例の液体処理装置の構成図である。本実施例では、実施例４で示した液体処理装置の微細気泡生成系に、気体混合器７と気体混合器５０の間の流路に弁５７を、弁５７の下流で気体混合器５０の上流に連成圧力計５８を追加している。ここで、連成圧力計とは、正負の両方の圧力を測定できる圧力計である。

本実施例の液体処理装置の運転では、連成圧力計５８で測定する圧力に標準値を設定し、連成圧力計５８の指示値が標準値になるように、弁５７を調整する。これによって、運転状態に依らず、減圧弁１５の二次側圧力に対して気体混合器５０の圧力を一定に保てるので、気体混合器５０に流れるオゾンガス流量を一定に保持できる。したがって、ポンプ１１の受容可能な気液比を維持することができ、微細気泡生成ループの流動が安定する。

本実施例によれば、微細気泡生成ループの流動が安定するため、液体処理装置の信頼性が向上する効果がある。

本発明の実施例７を図１３により説明する。図１３は、本実施例の液体処理装置の構成図である。本実施例は、図１２に示した液体処理装置と同様に構成されているが、接触槽以外に適用する例であり、接触槽５から被処理水１を流す代わりに、給水６７が行われ、配水６８を行うようになっている。

図１３に示すように、気体６９を供給する流路６，給水６７が行われる流路１３，気体混合器７，気体混合器５０，ポンプ１１，減圧ノズル１２で構成される微細気泡生成系と、気液分離器８，バッファタンク１４，流路９，減圧弁１５で構成される気体の回収系と、流路１０，背圧弁１６で構成される排気系が設けられる。好ましくは、ポンプ１１の下流で、減圧ノズル１２上流の圧力を計測する圧力伝送器５１，制御器５２，インバータ５３を設け、流路１３に液体用の流量計５４を、流路６に気体用の流量計５５を設ける。また、気体混合器７と気体混合器５０の間の流路に弁５７を設け、弁５７の下流で気体混合器５０の上流に連成圧力計５８を設ける。

流路１３に供給された給水６７と、図示しない気体供給装置から供給される気体６９が気体混合器７によって混合され、気液二相流となって流路１３を流れる。この気液二相流はポンプ１１によって加圧され、気体の一部が加圧溶解し、残りは粗大な気泡となって気液分離器８に流入する。気液分離器８では、加圧溶解しなかった粗大な気泡が、例えば気液分離器８によって上方に分離され、分離された気体はバッファタンク１４に流入する。気液分離器８でオゾンガスが溶存した水は、減圧ノズル１２を通過する際に減圧されて発泡し、微細気泡を形成する。この微細気泡が給水６７とともに微細気泡水６８になり、配水される。

一方、バッファタンク１４は、ポンプ１１の吸い込み側に設けた気体混合器５０と、減圧弁１５を介して流路９で接続されており、バッファタンク１４内の気体の全部あるいは一部が気体混合器５０に戻され、被処理水にバッファタンク１４で回収したオゾンガスを再注入する構造になっている。

バッファタンク１４には背圧弁１６を設けた流路１０が接続され、流路１０の端部は大気開放されており、背圧弁１６を出たオゾンガスは大気中に放出される。ここで、気体６９が有害ガスの場合は、流路１０を大気開放せず気体を分解処理する。気体６９が有価なガスの場合、流路１０を大気開放せず気体を再利用する。

バッファタンク１４に接続された減圧弁１５により、気体混合器５０に一定圧力でオゾンガスを送ることができるので、気体混合器７、及び気体混合器５０からポンプ１１に流れるガス流量が一定になり、ポンプ１１が空走することなく被処理水の流動が安定する。気液分離器８で分離された粗大な気泡が一時的に増加して、バッファタンク１４内の圧力が過大になった場合には、背圧弁１６によって過剰な気体が大気中に放出されバッファタンク１４の圧力が一定に保たれる。

好ましくは、ポンプ１１下流で、減圧ノズル１２上流の圧力を計測する圧力伝送器５１，制御器５２，インバータ５３が設けられる。制御器５２に目標圧力を入力することにより、減圧ノズル１２上流の圧力を目標値に一定に維持するように、制御器５２からの指令によりインバータ５３を例えばＰＩＤ制御して、ポンプ１１の回転数を変化させて、減圧ノズル１２上流の圧力を一定の設定値に保つことができる。

その結果、微細気泡生成過程におけるポンプ１１の圧力と流量の変動を防止できるので、生成する微細気泡の径を一定に保つことが可能になり、高い溶解効率を得ることができる。また、圧力が一定であることにより、未溶解気体を回収，再利用する際の気液流量の変動が防止され、ポンプ動力当りの微細気泡生成効率が向上する。又、圧力と流量の変動を防止できるため、ポンプ１１の圧力を低く設定することが可能になり、ポンプ動力、及び消費電力を低減できる。

本実施例によれば、微細気泡の生成比率を増加することができるので、気体の使用量を低減できる。また、ポンプの圧力を低く設定することが可能になり、ポンプ動力、及び消費電力を低減できる。これによって、液体処理装置の経済性が向上する効果がある。

本発明の実施例８を図１４により説明する。図１４は、本実施例の液体処理装置の構成図である。本実施例では、実施例７において、減圧弁１５を取外しており、バッファタンク１４が、ポンプの吸い込み側に設けた気体混合器５０と流量調整弁６６を介して流路９で接続されており、バッファタンク１４内の気体の全部あるいは一部が前記気体混合器５０に戻され、給水６７にバッファタンク１４で回収したオゾンガスを再注入可能な構造になっている。バッファタンク１４から背圧弁１６を介して流路１０が大気開放されており、背圧弁１６を出た気体が大気中に放出される。

一方、バッファタンク１４から気体混合器５０に流量調整弁６６を通して、回収した気体が流れる。減圧弁１５を使用しないため、気体混合器５０に一定圧力でオゾンガスを送ることはできないが、バッファタンク１４の最大圧力が背圧弁１６によって制限されているため、気体混合器５０に流入する流量には背圧弁１６によって決る上限がある。これによって、気体混合器７、及び気体混合器５０からポンプ１１に流れるガス流量に制限が加えられ、ポンプ１１が空走することなく被処理水の流動が安定する。

本実施例によれば、構造が複雑で高価な減圧弁を流量調整弁で代替することにより、機器故障を防止するとともに装置コストを低減できる。したがって、液体処理装置の信頼性と経済性が向上する効果がある。

本発明の実施例９を図１５により説明する。図１５は、本実施例の液体処理装置の構成図である。本実施例では、実施例７において、背圧弁１６の代わりに流量調整弁７０が設けられ、バッファタンク１４が、ポンプの吸い込み側に設けた気体混合器５０と減圧弁１５と流量調整弁６６を介して流路９で接続されており、バッファタンク１４内の気体の全部あるいは一部が気体混合器５０に戻され、給水６７にバッファタンク１４で回収したオゾンガスを再注入可能な構造になっている。バッファタンク１４から流量調整弁７０を介して流路１０が大気開放されており、流路１０を出た気体が大気中に放出される。流量調整弁７０は、僅かに開放されている。

バッファタンク１４内の気体は、流量調整弁７０と減圧弁１５によって保持され、バッファタンク１４内の圧力が高まると、流量調整弁７０から流路１０を通り大気中に放出される気体の量が増加する。一方、バッファタンク１４から気体混合器５０に減圧弁１５と流量調整弁６６を通して、回収した気体が流れる。本実施例では、背圧弁１６を使用しないため、バッファタンク１４の圧力を一定に保持することはできないが、減圧弁１５の二次側圧力が減圧弁の機能によって一定値に保持されているため、バッファタンク１４の圧力が低下しなければ、気体混合器５０に流入する流量を一定値に保持することができる。これによって、気体混合器７、及び気体混合器５０からポンプ１１に流れるガス流量が一定に保たれ、ポンプ１１が空走することなく被処理水の流動が安定する。

本実施例によれば、構造が複雑な背圧弁を流量調整弁で代替することにより、機器故障を防止するとともに装置コストを低減できる。したがって、液体処理装置の信頼性と経済性が向上する効果がある。

本発明の実施例１である液体処理装置の構成図。 実施例１の減圧ノズルの構造を示す模式図。 実施例１の減圧ノズルの構造を示す模式図。 実施例１のオゾン利用効率を説明する図。 実施例１のオゾン利用効率を説明する図。 実施例１のオゾン利用効率を説明する図。 実施例１のオゾン利用効率に関する説明図。 本発明の実施例２である液体処理装置の構成図。 本発明の実施例３である液体処理装置の構成図。 本発明の実施例４である液体処理装置の構成図。 本発明の実施例５である液体処理装置の構成図。 本発明の実施例６である液体処理装置の構成図。 本発明の実施例７である液体処理装置の構成図。 本発明の実施例８である液体処理装置の構成図。 本発明の実施例９である液体処理装置の構成図。

符号の説明

１，３ 被処理水
２ オゾンガス
４ 処理水
５ 接触槽
６，９，１０，１３，３２，４０ 流路
７，５０ 気体混合器
８ 気液分離器
１１ ポンプ
１２ 減圧ノズル
１４ バッファタンク
１５ 減圧弁
１６ 背圧弁
２１，５２ 制御器
２２，５４，５５ 流量計
２３，２４，２５，５６，６６，７０ 流量調整弁
３０ 酸素富化気体生成器
３１ 酸素富化空気
３３ オゾン生成器
４１，４２ 注入位置
４３ 仕切板
５１ 圧力伝送器
５３ インバータ
５７ 弁
５８ 連成圧力計
５９ ハンドル
６０ 多孔板
６１ 流路制限板
６２ 孔
６３ 管路
６４ エッジ部
６５ ハンドル軸
６７ 給水
６８ 微細気泡水
６９ 気体

Claims (15)

1. 供給される水と気体を混合する第１の気体混合器と、該第１の気体混合器により気体を混合された気液二相流を加圧するポンプと、該ポンプにより加圧された水に未溶解の気体を回収する気液分離器と、前記第１の気体混合器と前記ポンプの間に設けられ、前記気液分離器と減圧弁を介して接続された第２の気液混合器と、前記気液分離器の後流側に接続された減圧手段を備え、前記未溶解の気体が前記第２の気体混合器により混合された水を前記減圧手段により減圧して水中に微細気泡を発泡させることを特徴とする液体処理装置。
2. 供給される水と気体を混合する第１の気体混合器と、該第１の気体混合器により気体を混合された気液二相流を加圧するポンプと、該ポンプにより加圧された水に未溶解の気体を回収する気液分離器と、前記第１の気体混合器と前記ポンプの間に設けられ、前記気液分離器と減圧弁を介して接続された第２の気液混合器と、前記気液分離器に接続され背圧弁を介して前記気液分離器により回収した気体の一部を放出するための流路と、前記気液分離器の後流側に接続された減圧手段を備え、前記未溶解の気体が前記第２の気体混合器により混合された水を前記減圧手段により減圧して水中に微細気泡を発泡させることを特徴とする液体処理装置。
3. 供給される水と気体を混合する第１の気体混合器と、該第１の気体混合器により気体を混合された気液二相流を加圧するポンプと、該ポンプにより加圧された水に未溶解の気体を回収する気液分離器と、前記ポンプの吸い込み側に設けられた第２の気体混合器と、前記気液分離器により回収した気体を減圧弁を介して前記第２の気体混合器に戻すための流路と、該流路の減圧弁上流側で分岐され背圧弁を介して前記気液分離器で回収した気体の一部を放出する第２の流路と、前記気液分離器に接続された減圧手段を備え、前記回収された未溶解の気体が混合された水を前記減圧手段により減圧して水中に微細気泡を発泡させることを特徴とする液体処理装置。
4. 供給される水と気体を混合する第１の気体混合器と、該第１の気体混合器により気体を混合された気液二相流を加圧するポンプと、該ポンプにより加圧された水に未溶解の気体を回収する気液分離器と、該気液分離器に接続されるバッファタンクと、前記ポンプの吸い込み側に設けた第２の気体混合器と、前記バッファタンク内の気体を減圧弁を介して前記第２の気体混合器に戻すための流路と、前記気液分離器に接続された減圧手段を備え、前記回収された未溶解の気体が混合された水を前記減圧手段により減圧して水中に微細気泡を発泡させることを特徴とする液体処理装置。
5. 気体を水中に混合する第１の気体混合器と、該第１の気体混合器により気体を混合された水を加圧するポンプと、該ポンプにより加圧された水に未溶解の気体を回収する気液分離器と、該気液分離器に接続されるバッファタンクと、前記ポンプの吸い込み側に設けた第２の気体混合器と、前記バッファタンク内の気体を前記第２の気体混合器に戻すための流路と、前記バッファタンクから背圧弁を介して気体の一部を放出する第２の流路と、前記気液分離器に接続される減圧手段を備え、前記回収された未溶解の気体が混合された水を前記減圧手段により減圧して水中に微細気泡を発泡させることを特徴とする液体処理装置。
6. 前記バッファタンク内の気体を前記第２の気体混合器に戻すための流路に減圧弁が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の液体処理装置。
7. 被処理水を水処理する接触槽が設けられるものであって、前記減圧手段により減圧して水中に発砲された微細気泡を前記接触槽内の被処理水を接触させ反応を行うことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の液体処理装置。
8. 前記気体を混合する水が前記接触槽内の被処理水を抽水したものであって、該抽水を前記気体混合器に流す流路を具備したことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の液体処理装置。
9. 前記ポンプの回転数を制御するインバータと、前記ポンプの下流であって前記減圧手段の上流の流路区間に流体の圧力を測定する計測手段を設け、該計測手段により計測された圧力を一定に制御するように前記ポンプの回転数をインバータで制御することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の液体処理装置。
10. 前記減圧手段が減圧ノズルであることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の液体処理装置。
11. 前記減圧ノズルが複数の孔、またはスリットが設けられた多孔板であることを特徴とする請求項１０に記載の液体処理装置。
12. 前記減圧手段が、複数の孔、またはスリットを有する多孔板と、孔数、またはスリットの面積を変化させる流路制限板で構成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の液体処理装置。
13. 前記流路制限板の端面が、前記多孔板表面に対して鋭角に削られていることを特徴とする請求項１２に記載の液体処理装置。
14. 前記気体混合器の上流から前記減圧手段の下流までの流路区間に少なくとも１台の液相用流量計を設けたことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の液体処理装置。
15. 前記気体混合器にオゾン生成装置が接続され、前記気体としてオゾンガスが供給されることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の液体処理装置。

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