JP2010269301A - 微細気泡発生装置 - Google Patents

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昌史 竹田
Koichi Kume
光一 久米
Hiroyuki Ito
博之 伊藤
Ikuto Yokoi
郁人 横井
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Abstract

【課題】微細化された気泡を浄化槽等の水中に吹き込むことにより溶存酸素濃度を高めて水質の改善を図る微細気泡発生装置を提供すること。
【解決手段】ポンプケーシング４内に収められた一対の２葉式ルーツロータ２６を駆動モータ３８により回転自在に設けたルーツポンプ３を備え、吸入管４５に連通する管路には空気導入口４６と、吸い込んだ水を衝突させる衝突部材５０とを設け、ルーツポンプ３の運転により吸入管４５から水を吸い込むと共に空気導入口４６から取り込まれる空気が混合した水を衝突部材５０に衝突させることにより多量の気泡を発生させ、かつ、ルーツポンプ３による圧縮作用により気泡が微細化され、微細化された気泡を含む水を排出管５５から浄化槽又は河川の水中に吹き込むようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、浄化槽のバッキ用又は河川や湖沼の汚染された水中に微細気泡を吹き込むことにより水質の改善に使用される微細気泡発生装置に関する。
浄化槽における汚水の浄化は、ブロワによるバッキが一般的であり、ブロワの排気側に取り付けられたプラスチック製の円筒形散気管から気泡を噴出させることにより行なわれる。ところが、その散気管では、発生する気泡が膨張又は接触破裂を起して泡が消えてしまう欠点を有する。
特許文献１には、吐出圧力の異なる２台のポンプの各吐出口を配管により接続し、高吐出圧力のポンプの吸引口に空気と一緒に水を供給する供給管を接続し、低吐出圧力のポンプの吸引口にノズルを設け、両ポンプの稼動時の圧力差を利用してノズルから微細な気泡を発生させる微細気泡発生装置が開示されている。この装置では、高吐出圧力のポンプに供給する水が微細気泡を吹き込む水槽とは別の水槽に貯留されており、微細気泡を吹き込まれた水槽の水は、ポンプと当該水槽との間を循環するように構成されていない。
このため、高吐出圧力のポンプに供給する水を貯留する水槽をわざわざ設置しなければならないという不都合を伴うものであった。
特許第３０８１９８３号公報
本発明の目的は、微細化された気泡を浄化槽等の水中に吹き込むことにより溶存酸素濃度を高めて水質の改善を図る微細気泡発生装置を提供することにある。
前記目的を達成するために請求項１に記載した発明は、浄化槽又は河川の水中に微細気泡を吹き込むことにより当該水の浄化を施す微細気泡発生装置であって、
吸込口と吐出口を設けたポンプケーシング内に収められた一対の２葉若しくは多葉式ルーツロータを駆動モータにより回転自在に設けたルーツポンプと、その吸込口に接続される吸入管と、その吐出口に接続される排出管とを備え、その吸入管に連通する管路には空気導入口と、吸い込んだ水を衝突させる衝突部材とを設け、前記ルーツポンプの運転により前記吸入管から水を吸い込むと共に前記空気導入口から取り込まれる空気が混合した水を該衝突部材に衝突させることにより多量の気泡を発生させ、かつ、前記ルーツポンプによる圧縮作用により気泡を微細化し、その微細化された気泡が含まれた水を前記排出管から浄化槽又は河川の水中に吹き込むようにしたことを特徴とする。
同様の目的を達成するために請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の微細気泡発生装置において、河川の１００〜２００ｍという長い区間に渡って散気する場合、吸込み側の配管長さが２０〜３０ｍの場合、吸込揚程が３〜５ｍの場合には、前記ルーツポンプを２台直列に配置することを特徴とするものである。
同様の目的を達成するために請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載の微細気泡発生装置において、前記排出管の先端部に逆止弁付ノズルを設けたことを特徴とするものである。
（請求項１の発明）
この微細気泡発生装置は、ルーツポンプの運転により空気導入口からエジェクタ作用により取り込まれる空気が混合した水を衝突部材に衝突させることにより多量の気泡を発生させ、かつ、ルーツポンプによる圧縮作用により気泡が微細化され、微細化された気泡を含む水を浄化槽又は河川の水中に吹き込むようにされており、微細化された気泡が水中に長時間存在することにより溶存酸素濃度を高めることができて水質の改善を図ることができる。
（請求項２の発明）
河川の１００〜２００ｍという長い区間に渡って散気する場合、吸込み側の配管長さが２０〜３０ｍの場合、吸込揚程が３〜５ｍの場合には、ルーツポンプを２台直列に配置することにより水の浄化を安定して行なうことができる。
（請求項３の発明）
排出管の先端部に逆止弁付ノズルを設けることにより、排出管内に気泡の一部が停滞するエアポケット状態が解消されると共に微細気泡の発生が促進され、さらに微細化された気泡を含む水をより遠方へ放出することができる。また、ルーツポンプの運転停止時には、逆止弁付ノズルの逆流防止作用によって浄化槽の汚水等が排出管内に流入することを防止することができる。
本発明に係る微細気泡発生装置 ルーツポンプの縦断側面図 ルーツポンプの一部破断正面図 ３葉式ルーツポンプの要部の模式図 気泡発生管の説明図 気泡発生管の他の態様を示す説明図 本発明装置を浄化槽に設置した状態を示す説明図 本発明装置に用いるルーツポンプの特性を示すグラフ 溶存酸素量のグラフ 逆止弁付ノズルの説明図
以下に、本発明の最良の形態例を図面に基づいて説明する。
本発明に係る微細気泡発生装置Ｂは、浄化槽又は河川の水中に微細気泡を吹き込むことにより溶存酸素濃度を高めると共に水質の改善を施すものであり、ルーツポンプ３と、その吸込口５に接続される吸入管４５と、その吐出口６に接続される排出管５５とを備えている。
図１に示すように、微細気泡発生装置Ｂの機台１上にはルーツポンプ３と駆動モータ３８とが設置されている。ルーツポンプ３は、吸込口５と吐出口６を設けたポンプケーシング４の内部に、吸込口部８を斜め上方に、吐出口部９を斜め下方に設けたロータケーシング７が４５度傾けて配置されている。ロータケーシング７の吸込口部８の上隅部７ａとポンプケーシング４の吸込口５側の天部４ａとは、壁１０により連接されている。また、吐出口部９の下隅部７ｂから横方向へ凹円弧壁１１が一体に形成され、その凹円弧壁１１のほぼ中間部とポンプケーシング４の底部４ｂとは、縦壁１２により連接されている。１３は縦壁１２に設けられたバイパス穴である。
１４，１４はポンプケーシング４の周壁に設けられたドレン用穴、１５はポンプケーシング４の天部４ａに設けられた給水穴である。１７は一方のドレン用穴１４に螺着されたキャップ、２１は給水穴１５に螺着されたキャップである。他方のドレン用穴１４に螺着されるキャップ１８には、前記バイパス穴１３に先端部を挿入するロッド１９が中心部に突設されている。
吸込口５には、逆止弁２２を介装して配管のためのフランジ金具２３が取り付けられている。また、吐出口６にも同様に、フランジ金具２４が取り付けられている。
ロータケーシング７には、一対の２葉式ルーツロータ２６を収めている。図３に示すように、ルーツロータ２６のロータ軸２７は、ポンプケーシング４の両側に夫々固定されたハウジング３０，３１に装着したベアリング３２，３２により回転自由に支持するように設けられている。下方のロータ軸２７のハウジング３０から突出する一端にはプーリ３４を取付け、駆動モータ装置３８により伝動ベルト３９を介して該プーリ３４を回転駆動するように設けられている。ロータ軸２７の他端にはタイミングギア３５を夫々固定し、それらのタイミングギア３５，３５を噛合するように設けている。３６はハウジング３１の開口部に取り付けたギアカバーである。
ハウジング３０，３１には、ロータ軸２７を支持するベアリング３２の奥に、公知のメカニカルシールを収納したスタッフィングボックス３３が設けられている。
ルーツロータ２６については、ロータ軸２７を除いて形成された芯金部２６ｂの外側にポリウレタンゴム材（又はニトリルゴム材）によりライニング加工を施している。
この実施例のルーツポンプ３では、２葉式ルーツロータ２６を採用しているが、これに限定されることなく、図４に示す３葉式ルーツロータ４１を適用することもできる。
３葉式ルーツロータ４１の場合における微細気泡の発生状況を図４に示す。この実施例では、ハウジング３０の内側面の吸い込み側に相当する箇所に、ロータ軸４２が挿入される軸穴３０ａを中心として半径方向に延びる複数の、例えば３個のせん断用溝３０ｂを設ける。せん断用溝３０ｂの大きさについては、幅：５〜１５ｍｍ、長さ：１５〜２５ｍｍ、深さ：５〜１０ｍｍとする。また、せん断用溝３０ｂの長さについては、１個目は軸穴３０ａの内端縁からロータケーシング７の内径の中間位置まで、２個目は軸穴３０ａの内端縁からロータケーシング７の内径の３／４の位置まで、３個目は軸穴３０ａの内端縁近くからロータケーシング７の内径から若干突出する位置までというように、ルーツロータ４１の回転方向に合わせて変化させるように設けることもできる。
他方のハウジング３１についても、同様のせん断用溝を設けるものとする。
しかして、ロータケーシング７内に流入してせん断用溝３０ｄに入り込む夾雑物は、ルーツロータ４１のローブ４１ａの側縁と該せん断用溝３０ｄの角縁とによるせん断作用によってせん断される。
ルーツポンプ３に接続した吸入管４５に連通する管路には、複数の空気導入口４６を設ける。４８は空気導入口４６に接続した導入管４７に取付けられた開閉弁である。
空気導入口４６よりもルーツポンプ３の吸入口５に近い箇所の管路には、気泡発生させるための衝突部材５０を大径部４９ａに内蔵した気泡発生管４９を介装している。図５に示すように、衝突部材５０は、前記大径部４９ａの内底に載せられるリング５０ａから上方へ延びる４本の脚５０ｂの上端に円形板５０ｃを一体に固定した形態とされている。
衝突部材５０の他の態様の衝突部材５３を図６に示す。その衝突部材５３は、所定厚さを有する半円形状とされていて、気泡発生管５２の大径部５２ａに互い違いに積み重ねて収められる。この気泡発生管５２は、吸入する水にゴミが多く混入する場合に適する構造である。
これにより、ルーツポンプ３の運転により吸入管４５から水を吸い込むと共に空気導入口４６からエジェクタ作用により取り込まれる空気が混合した水を衝突部材５０に衝突させることにより多量の気泡を発生させ、かつ、ルーツポンプ３による圧縮作用により気泡が微細化され、微細化された気泡を含む水を排出管５５から浄化槽又は河川の水中に吹き込むようにした本発明に係る微細気泡発生装置Ｂが構成される。
つぎに、本発明の微細気泡発生装置Ｂを浄化槽７０に設置した状態を図７に示す。図において、吸入管４５には、浄化槽７０の底部近くまで臨ませた吸い込みパイプ５７を接続している。５８は吸い込みパイプ５７の先端に取り付けたフィルタである。他方、排出管５５には浄化槽７０に汚水を戻す放出パイプ５９を接続している。
この微細気泡発生装置Ｂによれば、駆動モータ装置３８の駆動によりルーツポンプ３の２葉式ルーツロータ２６が回転することにより、浄化槽７０の汚水がフィルタ５８を介して吸い込みパイプ５７内に吸い込まれ、空気導入口４６からエジェクタ作用により取り込まれる空気を混合した汚水が衝突部材５０に衝突することにより多量の気泡が発生し、ついで、ルーツポンプ３による圧縮作用により気泡が微細化され、微細化された気泡を含む汚水が排出管５５から放出パイプ５９を通って浄化槽７０に放出される。
そして、かかる微細気泡発生装置Ｂの運転を所定時間行なうことにより、浄化槽７０の汚水中の溶存酸素濃度を高めることができ、水質の改善を図ることができる。
なお、本発明に係る微細気泡発生装置を河川の１００〜２００ｍという長い区間に渡って散気する場合、吸込み側の配管長さが２０〜３０ｍの場合、吸込揚程が３〜５ｍの場合には、前記ルーツポンプを２台直列に配置するように構成するのが好ましい。
また、本発明に係る微細気泡発生装置において、放出パイプ５９内に気泡の一部が停滞するエアポケット状態を解消すると共に微細気泡の発生を促進するため、放出パイプ５９の先端に逆止弁付ノズル６５を設けることが好ましい。
上記逆止弁付ノズル６５は、円筒形ノズル本体６６内のほぼ中間位置に形成された壁部６６ａに弁孔６６ｂを設け、弁孔６６ｂに連通する弁室６６ｄに遊動可能に挿入されたゴム製の球状弁６７が外に飛び出さないようにストッパ６６ｅに当接可能に設けられている。６６ｃは弁孔６６ｂに形成された弁座、６６ｆはノズル本体６６の後端に形成された小径の取付け部である。ノズル本体６６の取付け部６６ｆは、放出パイプ５９の先端部に挿入して固定される。
なお、前記弁孔６６ｂの大きさについては、排出される水の圧力が０．３〜０．５ｋＰａを維持することができるように設けるものとする。
しかして、逆止弁付ノズル６５では、ルーツポンプ３から排出管５５、放出パイプ５９を通って供給される微細化気泡を含む水が、弁孔６６ｂを通過する際に流速を増加し、その流速を増加した水が弁室６６ｄ内で遊動する球状弁６７に衝突することによって気泡が再び微細化されて水中に勢いよく吹き込まれる。
また、ルーツポンプ３の運転停止時には、逆止弁付ノズル６５の逆流防止作用によって浄化槽の汚水等が放出パイプ５９に流入することが防止される。
（実験１）
本発明に係る微細気泡発生装置Ｂのルーツポンプに関し、吸込水量に対する吸込空気量の割合について下記条件化で清水を使用して測定した。実験結果を図８のグラフに示す。
（実験条件）
ルーツポンプの口径：５０ｍｍ
回転速度：６３０〜７２０ｒｐｍ
モータ出力：１．５Ｋｗ
吸込圧力：−５０ｋＰａ
吐出圧力：１０ｋＰａ
実験の結果、吸込水量に対する吸込空気量の割合は、１０〜３０％（最大）となり、エジェクタ作用により大量の空気が清水に混合されることが確認された。
（実験２）
本発明に係る微細気泡発生装置と、比較例の気泡発生装置（ルーツ式ブロワと散気管を使用した従来の気泡発生装置）について、時間経過による清水中の溶存酸素濃度を比較する実験を行なった。その実験結果を図９のグラフに示す。
（実験方法）
無水亜硫酸ナトリウム粉末を水槽内に投入して溶存酸素濃度をほぼゼロに調整した後に、時間経過による溶存酸素濃度を溶存酸素計（飯島電子工業：ＤＯメータ、ＩＤ−１００）により測定した。なお、無水亜硫酸ナトリウム粉末の投入量は、水１００リットル当たり１０〜１５ｇとした。
（実験条件）
水槽容積：２３２０リットル
水温：１１℃
水深：１ｍ
（本発明に係る微細気泡発生装置）
ルーツポンプの口径：５０ｍｍ
回転速度：６３０〜７２０ｒｐｍ
モータ出力：１．５Ｋｗ
吐出水量：２００リットル／分
吸込空気量：２０リットル／分、４０リットル／分
（比較例の気泡発生装置）
ルーツ式ブロワの口径：２０ｍｍ
回転速度：１０００ｒｐｍ
モータ出力：０．４Ｋｗ
吸込空気量：８０リットル／分
実験の結果、本発明に係る微細気泡発生装置で吸込空気量：４０リットル／分の場合、溶存酸素濃度は２０分経過後に９．２ｍｇ／リットルに達したが、比較例の装置では、４０分経過しても７ｍｇ／リットルにとどまった。この結果から、本発明に係る微細気泡発生装置は、比較例の装置に比べて短時間で水中の溶存酸素濃度が上昇することが確認された。
Ｂ・・・本発明に係る微細気泡発生装置
３・・・ルーツポンプ
４・・・ポンプケーシング
５・・・吸入口
６・・・吐出口
２６・・・２葉式ルーツロータ
３８・・・駆動モータ
４５・・・吸入管
４６・・・空気導入口
５０，５３・・・衝突部材
５５・・・排出管
５９・・・放出パイプ
６５・・・逆止弁付ノズル
７０・・・浄化槽

Claims (3)

  1. 浄化槽又は河川の水中に微細気泡を吹き込むことにより当該水の浄化を施す微細気泡発生装置であって、
    吸込口と吐出口を設けたポンプケーシング内に収められた一対の２葉若しくは多葉式ルーツロータを駆動モータにより回転自在に設けたルーツポンプと、その吸込口に接続される吸入管と、その吐出口に接続される排出管とを備え、その吸入管に連通する管路には空気導入口と、吸い込んだ水を衝突させる衝突部材とを設け、前記ルーツポンプの運転により前記吸入管から水を吸い込むと共に前記空気導入口から取り込まれる空気が混合した水を該衝突部材に衝突させることにより多量の気泡を発生させ、かつ、前記ルーツポンプによる圧縮作用により気泡を微細化し、その微細化された気泡が含まれた水を前記排出管から浄化槽又は河川の水中に吹き込むようにしたことを特徴とする微細気泡発生装置。
  2. 河川の１００〜２００ｍという長い区間に渡って散気する場合、吸込み側の配管長さが２０〜３０ｍの場合、吸込揚程が３〜５ｍの場合には、前記ルーツポンプを２台直列に配置す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. 前記排出管の先端部に逆止弁付ノズルを設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の微細気泡発生装置。
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