JP2012055799A - 水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】減圧ノズルを用いて気体を微細気泡化し溶解させる水処理装置において、濁質に由来する前記減圧ノズルの目詰まりを防止し、長期間安定した運転を実現する。
【解決手段】気体を混入した被処理水を加圧する加圧手段と、前記加圧手段により加圧された被処理水を減圧する減圧ノズルと、前記減圧ノズルから噴射された前記被処理水が注入される反応槽と、前記加圧手段と減圧ノズル間に挿入した三方弁を備え、前記三方弁は、加圧手段により加圧された被処理水を減圧ノズルに連通させる経路と、減圧ノズルから逆流する被処理水を排水する経路とを切り替える弁である。
【選択図】図１

Description

本発明は、水処理装置に係り、特に気体を微細気泡化して被処理水に溶解させる水処理装置に関する。

液体が注入された槽内に気体を注入して溶解させる水処理装置が知られている。液体に注入する気体の溶解は、注入する気体の気泡径が小さいほど効率が向上する。このため、気体を微細化して注入する方法が開発されている。気体を微細化する方法として、特許文献１には、気体を液体に混合し加圧・溶解させ、減圧ノズルから噴出させることが示されている。

特許文献２には、微細化できていない気体を回収して、減圧ノズルに再度循環させて微細化率を向上させることが示されている。

特許文献３には、微細気泡を発生させるための減圧ノズルを多孔板とし、液体が通過する孔数を変化させ減圧ノズルで生じる圧力を適正化することが示されている。

特開２００３−１１７３６５号公報 特開２００８−１５５１５６号公報 特開２０１０−１２３９９号公報

減圧ノズルを用いて微細気泡を生成し、生成した微細気泡を被処理水に注入する水処理装置では、使用する減圧ノズルの断面積は他の配管に比して狭い構造となっている。

このため、減圧ノズルを通過する液体に固形物質などが混入している場合には、ノズルに目詰まりが発生する可能性がある。前記目詰まりが発生すると、ノズル入り口の圧力が変動し、安定した微細気泡化が困難になる。

特許文献１および特許文献２では、前記目詰まりについては考慮されておらず、前記目詰まりに対する対応策に関する記載は見あたらない。

特許文献３では、目詰まりした際に，減圧ノズルの孔数を増加させて，目詰まりした断面積を補うことが可能である。しかし，目詰まりを洗浄等により回復させる機構が設けられていないため，増加できる孔数には限界があることから，長時間使用すると目詰まりが発生する。

本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたもので、減圧ノズルを通過させる液体に固形物質などが混入している場合においても、減圧ノズルの目詰まりを防止し、安定して微細気泡を注入することのできる水処理装置を提供するものである。

本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。

気体を混入した被処理水を加圧する加圧手段と、前記加圧手段により加圧された被処理水を減圧する減圧ノズルと、前記減圧ノズルから噴射された前記被処理水が注入される反応槽と、前記加圧手段と減圧ノズル間に挿入した三方弁を備え、前記三方弁は、加圧手段により加圧された被処理水を減圧ノズルに連通させる経路と、減圧ノズルから逆流する被処理水を排水する経路とを切り替える弁である。

本発明は、以上の構成を備えるため、減圧ノズルの目詰まりを防止し安定して微細気泡を注入することのできる水処理装置を提供することができる。

第１の実施形態を説明する図である。 第２の実施形態を説明する図である。 第３の実施形態を説明する図である。 第４の実施形態を説明する図である。 第５の実施形態を説明する図である。 第６の実施形態を説明する図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。

［実施形態１］
図１は、本発明の第１の実施形態を説明する図である。図１において、気体が混入された被処理水はポンプ等の加圧手段１に送られる。ここで、前記被処理水中の気体は加圧手段により加圧されることで被処理水に溶解される。前記気体としては、酸素、オゾンなどを挙げることができるが、液体に溶解することのできる気体であればよい。

加圧された被処理水は三方弁２に送られる。三方弁２には、３つの配管が接続されており、常時２方向に流れることが可能であり、残りの１つの流れは遮断されている。この図の例では、三方弁２は加圧手段１、減圧ノズル３、および図示しない排水溝の３つに接続されている。なお、三方弁はチーズ管と電磁弁を組み合わせにより構成することもできる。

前記加圧手段１および三方弁２を通った被処理水は、減圧ノズル３で減圧され、被処理水中の気体は発泡して微細気泡を生成する。減圧ノズル３の後段には被処理水が満たされた反応槽４が接続されており、生成された微細気泡は反応槽４内に注入される。なお、減圧ノズル３と反応槽４の接続口、すなわち微細気泡出口は反応槽４の底部に設置されていることが望ましい。

反応槽４の底部に注入された被処理水中の微細気泡は、反応槽４内で被処理水に溶解する。この微細気泡の溶解に伴う反応により前記被処理水は処理（浄化）されて処理水として流出させる。なお、加圧手段１および三方弁２は制御装置５からの信号により制御されている。

制御装置５は、加圧手段１の運転を制御し、被処理水の供給と停止を制御する。なお、加圧手段１の運転停止時には、被処理水とこれに混入する気体の供給は停止するのが望ましい。また、前記被処理水と気体の混合比率は一定とするのが望ましい。また、制御装置５は三方弁２を制御することにより、被処理水の流れを加圧手段１から減圧ノズル３に向かう流れと、減圧ノズル３から排水溝に向かう流れとに切り替えることができる。

次に、本実施形態の水処理装置の運転方法について説明する。まず、制御装置５は、三方弁２を被処理水が加圧手段１から減圧ノズル３に向かう方向に流れるように切り替え、加圧手段１を起動する。被処理水と気体の被処理水は、矢印（１）に示すように流れ、微細気泡が反応槽４に注入される。

制御装置５は加圧手段１の運転が所定時間（ｔ１）が経過したとき、加圧手段１の運転を停止し、三方弁２を、減圧ノズル２から排水溝に向かう方向に切り替える。なお、前記所定時間（ｔ１）は３時間から２４時間程度に設定するのが望ましい。また、被処理水の濁質が多い場合には、前記設定時間を短く設定するとよい。

三方弁２を切り替えて、減圧ノズル２から排水溝に向かう方向に連通させると、排水溝の圧力は反応槽４の圧力に比して小さいため、処理水は反応槽４から減圧ノズル３を介して三方弁２、排水溝へと逆流する。すなわち、矢印（２）示す流れが発生する。なお、逆流させている時間は１分以内でよい。

減圧ノズル３は、加圧手段１側において所定の圧力を維持するため、被処理水が通過する断面積を小さく設定している。このため、被処理水中に固形物質が混入している場合、減圧ノズル３に目詰まりが発生することがある。しかし、この目詰まりは、本実施形態のように、減圧ノズル３における流れを定期的に逆流させることにより除去することができる。目詰まりの除去が終了すると、制御装置５は三方弁を切り替えて、被処理水の流れを矢印（２）の流れから矢印（１）の流れに戻し、加圧手段１を再起動させ、反応槽内に微細気泡を注入する。

本実施形態によれば、減圧ノズルを用いて気体を微細気泡化して被処理水に溶解させる水処理装置において、固形物質に由来する減圧ノズルの目詰まりを簡易な装置で防止することができ、長期間に渡って安定した運転を実現することができる。

［実施形態２］
図２は、第２の実施形態を説明する図である。第１の実施形態（図１）との主な相違点は、圧力計６および流量計７を設置した点にある。圧力計６は加圧手段１から減圧ノズル３の間に設置されており、計測信号は制御装置５に伝送される。流量計７は被処理水あるいは被処理水と気体の混合液の流量を計測し、計測信号は制御装置５に伝送される。

本実施形態の水処理装置の運転方法について説明する。制御装置５は、流量計７の計測値が設定値になるように加圧手段１を制御する。減圧ノズル３に目詰まりが生じると、流量が低下する。このため制御装置５は流量を維持するように加圧手段１の出力を増加させる。これにより、圧力計６の計測値は上昇する。制御手段５は、前記圧力計６の計測値と、予め入力されている圧力の上限値を比較し、前記計測値が上限値に達したとき加圧手段１の運転を停止する。このとき、三方弁２を切り替えて、減圧ノズル２から排水溝に向かう流路を形成する。

これにより、被処理水と気体の混合液は、矢印（１）に示す、微細気泡を反応槽４に注入する流路から、矢印（２）に示す混合液を反応槽４から減圧ノズル３を介して、三方弁２、排水溝へ流れる流路に切り替えられる。この流れの切り替えにより、目詰まり物質を除去することができる。

なお、制御装置５は圧力計６の計測値が設定値になるように加圧手段１を制御するように設定することができる。この場合、減圧ノズル３で目詰まりが生じると、流量が低下する。制御装置５は、流量が下限値に達したとき、加圧手段１を停止する。このとき、三方弁２を切り替え、減圧ノズル２から排水溝に向かう流路を形成させる。これにより、被処理水と気体の被処理水は、矢印（１）に示す、微細気泡を反応槽４に注入する流れから、矢印（２）に示す反応液を反応槽４から減圧ノズル３を介して、三方弁２、排水溝に向かう流れに切り替えられる。この流れの切り替えにより、目詰まり物質を除去することができる
本実施形態によれば、減圧ノズルを用いて気体を微細気泡化して被処理水に溶解させる水処理装置において、固形物質に由来する減圧ノズルの目詰まりを簡易な装置で防止することができ、長期間に渡って安定した運転を実現することができる。

［実施形態３］
図３は、第３の実施形態を説明する図である。第２の実施形態（図２）との相違は、圧力計６を除去した点、および加圧手段１を駆動する電源として出力周波数可変のインバータ８を設置した点にある。なお、インバータ８は制御装置８によって制御され、駆動周波数は制御装置８により認識できる。

本実施形態の水処理装置の運転方法について説明する。制御装置５は流量計７の計測値が設定値になるようにインバータ８を制御し、加圧手段１を運転する。

減圧ノズル３で目詰まりが生じると、流量が低下するため、制御装置５はインバータ８の出力周波数を増加させる。周波数には予め上限値が設定されており、制御装置５は、周波数が上限値に達したとき、加圧手段１の運転を停止する。また、三方弁２を切り替えて、減圧ノズル２から排水溝に向かう流路を形成させる。これにより、被処理水と気体の被処理水は、矢印（１）に示す、微細気泡を反応槽４に注入する流れから、矢印（２）に示す反応液を反応槽４から減圧ノズル３を介して、三方弁２、排水溝に向かう流れに切り替えられる。この流れの切り替えにより、目詰まり物質を除去することができる。

本実施形態によれば、減圧ノズルを用いて気体を微細気泡化して被処理水に溶解させる水処理装置において、固形物質に由来する減圧ノズルの目詰まりを簡易な装置で防止することができ、長期間に渡って安定した運転を実現することができる。

［実施形態４］
図４は第４の実施形態を説明する図である。第１の実施形態（図１）との相違点は、被処理水の濁度を計測する濁度計９が設置され、濁度計の計測値が制御装置５に伝送されていることにある。なお、濁度計９に代えて、固形物質濃度計、吸光度計、有機物濃度計等を用いることができる。

本実施形態の水処理装置の運転方法について説明する。制御手段５は、前記濁度計９の計測値と、予め入力されている上限値を比較し、前記計測値が上限値に達したとき加圧手段１の運転を停止する。このとき、三方弁２を切り替えて、減圧ノズル２から排水溝に向かう流路を形成する。

これにより、被処理水と気体の被処理水は、矢印（１）に示す、微細気泡を反応槽４に注入する流路から、矢印（２）に示す反応液を反応槽４から減圧ノズル３を介して、三方弁２、排水溝へ流れる流路に切り替えられる。この流れの切り替えにより、目詰まり物質を除去することができる。

他の方法として、図示していないが被処理水の流量を計測し、流量と濁度との積（あるいは濁度とその継続時間の積）を濁度負荷とし、この濁度負荷が予め設定した上限値を超えたとき、前述のように流路を切り替えても良い。

本実施形態によれば、減圧ノズルを用いて気体を微細気泡化して被処理水に溶解させる水処理装置において、固形物質に由来する減圧ノズルの目詰まりを簡易な装置で防止することができ、長期間に渡って安定した運転を実現することができる。

［実施形態５］
図５は、第５の実施形態を説明する図である。第４の実施形態との相違点は、気体を混合する被処理水として反応槽４に貯水された処理水を用いる点にある。また、反応槽４には仕切り壁４１ａ，４１ｂ，４１ｃが交互に設置され、被処理水は前記処理壁で形成された反応室Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄを流下する。反応槽４の上部から流入した被処理水は前記処理室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを流下する間に、微細化された気体と接触し処理される。

反応槽４に形成された反応室Ａ，Ｄの底部には切替弁１０−１と１０−２が設置され、切替弁１０−１、１０−２は制御装置５の信号により開閉することができる。

ノズルで生成された微細気泡は、反応槽４に注入されると被処理水中の固形物質に付着し、微細気泡が付着した固形物質は反応室Ｂ、Ｃの水面に上昇する。図示していないが、反応槽４には、反応室Ｂ、Ｃの水面に浮上した固形物質を回収するための、回収機構が設けられ、これにより浮上した固形物質を分離除去する。

このため、切替弁１０−１および１０−２を通過する被処理水を比べると切替弁１０−２を通過する被処理水の方が固形物質が少ない。一方、切替弁１０−２を通過する被処理水を循環させると、切替弁１０−１を通過する被処理水を循環させる場合に比して、反応室Ｂの流速が速くなる。反応室Ｂの流速が速くなると微細気泡は、液体への溶解が進行しないまま反応室Ｂ、Ｃの水面から排気ガスとして放出される量が増加する。このため微細気泡を有効に利用できなくなる。

このため、通常は切替弁１０−１を開、切替弁１０−２を閉とし、被処理水が注入される側にある反応室Ａの被処理水を、気体が混合される被処理水として減圧ノズル３に供給し、循環させる。

本実施形態の水処理装置の運転方法について説明する。制御装置５は濁度計９の計測値が予め設定された設定値Ｋ１以上になったとき、切替弁１０−１を閉、切替弁１０−２を開に切り替えて、減圧ノズル３を通過する被処理水に含まれるの固形物質の濃度を低減し、目詰まりを防止する。さらに、制御装置５は、濁度計９の計測値が予め設定された設定値Ｋ２（Ｋ２＞Ｋ１）以上になったとき、加圧手段１の運転を停止し、三方弁２を切り替える。これにより、被処理水と気体の被処理水は、矢印（１）に示す、微細気泡を反応槽４に注入する流れから、矢印（２）に示す被処理水を反応槽４から減圧ノズル３を介して、三方弁２、排水溝に向かう流れに切り替えられる。この流れの切り替えにより、目詰まり物質を除去することができる。

他の方法として、図示していないが被処理水の流量を計測し、流量と濁度との積（あるいは濁度とその継続時間の積）を濁度負荷とし、この濁度負荷が予め設定した設定値Ｋ１，Ｋ２を超えたとき、前述のように流路を切り替えても良い
本発明によれば、濁度計９の計測値が予め設定された設定値以上になったとき、切替弁１０−１、１０−２を切り替えることができる。また、三方弁２を切り替えて、減圧ノズル２から排水溝に向かう流路を形成することができる。このため、減圧ノズルを用いて気体を微細気泡化して溶解させる水処理装置において、固形物質に由来する減圧ノズルの目詰まりを簡易な装置で防止し、長期間安定した運転を実現できる。

［実施形態６］
図６は、第６の実施形態を説明する図である。第５の実施形態との相違点は、被処理水が循環する循環流路の違いにある。本実施形態では、被処理水が循環する流路に三方弁１１と三方弁１２の第１および第２の流路を設置し、さらに前記、三方弁１１と三方弁１２の第３の流路を配管で接続している。

三方弁１１は制御装置５の信号によって、三方弁２と減圧ノズル３が連通する位置に、あるいは減圧ノズル３と三方弁１２が連通する位置に切り替えることができる。また、三方弁１２は制御装置５によって、反応槽４と加圧手段１と連通するように、あるいは三方弁１１と加圧手段１とが連通する位置に切り替えられる。

本実施形態の水処理装置の運転方法について説明する。制御装置５は三方弁１２を反応槽４と加圧手段１とを連通する位置に、三方弁２を加圧手段１と三方弁１１とを連通する位置に、三方弁１１を減圧ノズル３と三方弁２とを連通する位置に設定する。

これにより、加圧手段１で加圧された被処理水は、三方弁２、三方弁１１を通った後、減圧ノズル３で減圧されて微細気泡を生成し、生成した微細気泡を反応槽に供給することができる。

制御装置５は、被処理水の濁度、循環流路の圧力、循環流路の流量の何れかを監視し、それらの一つ以上が予め設定した設定値を超えたとき、加圧手段１の運転を停止する。また、このとき、三方弁２を加圧手段１と排水溝を連通する位置に切り替え、三方弁１１を減圧ノズル３と三方弁１２を連通する位置に切り替え、さらに三方弁１２を三方弁１１と加圧手段１を連通する位置に切り替えて、加圧手段１を再起動させる。

これにより、被処理水の流れは図中（１）の矢印の流れから、図中（２）の矢印の流れに切り替わる。すなわち減圧ノズル３には、加圧手段１によって強力な逆向きの流れが発生させられるため、目詰まりした物質を強力に剥離することができる。

本実施形態によれば、流れの切り替えにより、目詰まり物質を強力に除去することができる。このため、減圧ノズルを用いて気体を微細気泡化して溶解させる水処理装置において、固形物質に由来する減圧ノズルの目詰まりを簡易な装置で防止し、長期間安定した運転を実現できる。

以上説明したように、本発明の実施形態によれば、減圧ノズルを用いて気体を微細気泡化し溶解させる水処理装置において、濁質に由来する前記減圧ノズルの目詰まりを防止し、長期間安定した運転を実現することができる。

１ 加圧手段
２，１１，１２ 三方弁
３ 減圧ノズル
４ 反応槽
５ 制御装置
６ 圧力計
７ 流量計
８ インバータ
９ 濁度計
１０−１，１０−２ 切替弁
４１ 仕切り壁

Claims (6)

1. 気体を混入した被処理水を加圧する加圧手段と、
   前記加圧手段により加圧された被処理水を減圧する減圧ノズルと、
   前記減圧ノズルから噴射された前記被処理水が注入される反応槽と、
   前記加圧手段と減圧ノズル間に挿入した三方弁を備え、
   前記三方弁は、加圧手段により加圧された被処理水を減圧ノズルに連通させる経路と、減圧ノズルから逆流する被処理水を排水する経路とを切り替える弁であることを特徴とする水処理装置。
2. 請求項１記載の水処理装置において、
   前記加圧手段および三方弁の開閉を制御する制御装置、並びに前記加圧手段の吐き出し圧力を計測する圧力計を備え、前記加圧手段の吐き出し圧力が所定の流量を維持するため予め設定した設定値を超えたとき、前記加圧手段の動作を停止し、前記三方弁を減圧ノズルから逆流する被処理液を排水する経路に切り替えることを特徴とする水処理装置。
3. 請求項１記載の水処理装置において、
   前記加圧手段および三方弁の開閉を制御する制御装置、並びに前記加圧手段を駆動するインバータの出力周波数を計測する計測器を備え、前記インバータの出力周波数が所定の圧力を維持するため予め設定した設定値を超えたとき、前記加圧手段の動作を停止し、前記三方弁を減圧ノズルから逆流する被処理水を排水する経路に切り替えることを特徴とする水処理装置。
4. 請求項１記載の水処理装置において、
   前記加圧手段および三方弁の開閉を制御する制御装置、並びに前記被処理水の濁度を計測する濁度計を備え、前記濁度計の計測値が予め設定した設定値を超えたとき、前記加圧手段の動作を停止し、前記三方弁を減圧ノズルから逆流する被処理水を排水する経路に切り替えることを特徴とする水処理装置。
5. 気体を混入した被処理水を加圧する加圧手段と、
   前記加圧手段により加圧された被処理水を減圧する減圧ノズルと、
   前記減圧ノズルから噴射された前記被処理水が注入される反応槽と、
   前記加圧手段と減圧ノズル間に挿入した三方弁を備え、
   前記三方弁は、加圧手段により加圧された被処理水を減圧ノズルに連通させる経路と、減圧ノズルから逆流する被処理水を排水する経路とを切り替える弁であり、
   前記反応槽は供給された被処理水を順次流下させる複数の反応室と、該反応室のうちの上流の反応室に蓄積された被処理水および下流の反応室に蓄積された被処理水を選択して前記加圧手段に被処理水として供給する切替弁を備え、前記反応槽に供給される被処理水の濁度が所定値を超えたとき、前記切替弁を切り替えて、反応室のうちの下流の反応室に蓄積された被処理水を前記加圧手段に被処理水として供給することを特徴とする水処理装置。
6. 気体を混入した被処理水を加圧する加圧手段と、
   前記加圧手段により加圧された被処理水を減圧する減圧ノズルと、
   前記減圧ノズルから噴射された前記被処理水が注入される反応槽と、
   前記加圧手段と減圧ノズル間に挿入した第１および第２の三方弁と、
   反応槽に蓄積された被処理水を前記加圧手段に被処理水として供給する経路に挿入された第３の三方弁と、
   加圧手段および三方弁を制御する制御装置を備え、
   前記１の三方弁は、加圧手段により加圧された被処理液を第２の三方弁を介して減圧ノズルに連通させる経路と、減圧ノズルから逆流する被処理液を排水する経路とを切り替える弁であり、
   前記制御装置は、被処理水の濁度、加圧手段の吐き出し圧力の何れかを監視し、それらの一つ以上が予め設定した設定値を超えたとき、被処理水を減圧ノズルから逆流させて前記第２の三方弁、第３の三方弁を介して前記加圧手段に被処理水として供給することを特徴とする水処理装置。

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