JP2012213775A - 微細化物含有水の製造装置及び製造した微細化物含有水の使用方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも1本が粉粒体を有する2以上の水流34を衝突させることにより前記粉粒体を微細化する。両水流は両水流の流速の和に等しい速度で衝突するが、その衝撃は単独の水流が静止面に衝突する際の数倍から十数倍に達し、各水流に最大限の衝撃が与えられ、水流中の粉粒体が微細化する。
【選択図】図1
Description
これらの粉粒体は、数ミリの場合はミクロンレベルに、ミクロンレベルの場合はナノレベルまで微細化することが望ましい場合が多い。
例えば活性汚泥法による汚水処理の場合、塊状の活性汚泥(微生物)を曝気槽で汚水と接触させて、汚水中の汚濁物質を消化して汚水の浄化が行われる。この場合、前記塊状の活性汚泥(微生物)が会合せずに微細化されその径が小さいほど、微生物と汚濁物質の接触効率が向上して汚水浄化が促進される。
活性汚泥法以外の各種排水処理方法でも、排水中の汚濁物質は塊状体又は粉粒体として存在していることが多く、この塊状体又は粉粒体をより微細化できれば、排水浄化はより簡便に行うことができる。
しかし通常の粉砕では微細化に限度があり、前記化学プラントでは長時間加熱攪拌して原料溶解を行いかつ反応を進行させなければならず、時間とコストのロスになっている。前記原料の粉砕を更に微細なレベルまで行えれば、低加熱及び短時間で反応を進行させることができるが、現状では適切な粉砕手段がなく、長時間加熱が必須になっている。
更に石油タンカーの空になった油槽にはバラスト水が満たされてタンカーのバランスを調整して、タンカーの運行の安全が図られている。この油槽の内面は汚濁物質を多く含んだ原油で汚染され易く、又原油と置換されるバラスト水は海水が使用され、塩や藻類による前記油槽内面の腐食や汚染が起こり、それらの対策が要請されている。
更に食用ソースは香辛料等の粉粒体を多く含んでいるが、これらの成分をより微細化できれば成分が分散した嗜好性に優れたソースを提供できる。従来のソースの粉粒体を更に微細化すること自体は比較的容易であるが、ソースは比較的安価な商品であり、微細化のために多くの手間と高コストを掛けることはできない。
このように塊状体や粉粒体の高度の微細化が要請されているにも拘らず、従来の微細化法は当該要請には応えられていない。
従って本発明は、比較的簡単に塊状体や粉粒体を高度に微細化できる方法と装置、及びこれにより得られた微細化物含有水を処理する方法を提供することを目的とする。
このようにして得られる微細化物含有水は、例えば微細化した還元剤を有する還元剤含有水として配管内面やタンカーの油槽内面に還元剤被覆膜を形成するために使用できる。更に本発明装置や方法は、活性汚泥法において活性汚泥や殺菌対象を微細化し、更に排水中の汚濁物質を微細化して、それぞれ処理効率を向上させるために使用できる。又化学プラント等における化学物質の溶解促進にも利用できる。
本発明では、少なくとも一本が微細化する粉粒体を有する2本以上の水流を衝突させる。これにより前記粉粒体同士が互いに衝突し、あるいは前記粉粒体が高速水流と衝突して微細化される。なお本発明では従来の塊状体と粉粒体を合わせて「粉粒体」と称し、この粉粒体の微細化前の粒径は通常数十ナノメートルから数センチである。本発明は、特に既に微細化されている粉粒体を更に微細化することを意図している。
しかし単に速度を最大限に増加させるのではなく、2本の水流の場合、両水流の性質に僅かに差異を生じさせても良く、例えば一方の流速を他方より遅くしたり、両水流中の粉粒体の粒径を異ならせたりすることができる。大径の粉粒体と小径の粉粒体が衝突すると、両者のバランスが崩れて微細化が進行しやすくなると推測できる。
つまり比較的大径の円筒体の先端側を半球状に成形しその中央に小孔を形成した供給管2本を、前記2個の小孔を対向させて直線状に配置し、前記2本の供給管のそれぞれの基端側に接線方向から、粉粒体を有する水流を供給することが望ましい。これらの水流は旋回しながら供給管の内壁に接触し先端側に向けて加速しながら移動して前記小孔から高速で噴出し、対向する小孔から噴出した2本の水流が両小孔間の空間で衝突して、互いに激しい衝撃を与え合う。
この衝撃により前述した通り、水流中の粉粒体が微細化される。
これとは逆に、邪魔板を設置した前記水流取出口からポンプ等で吸引して微細化物含有水を取出しても良い。
このような構成の装置を使用すると、前述した通り、原料の粉粒体より微細化した粉粒体を有する微細化物含有水が得られる。
本発明の粉粒体には、(1)排水処理用の活性汚泥又はそれに含まれる汚濁物質、(2)排水に含まれる汚濁物質、(3)下水やし尿に含まれる汚濁物質、(4)化学プラントなどで使用される化学物質、(5)配管内又はタンカーの油槽内に還元被膜を形成するための還元剤、(6)湖沼水、河川水あるいは海水中の汚濁物質、(7)浴場水中の汚濁物質、(8)熱交換器冷却水やボイラー水中の汚濁物質、及び(9)製紙洗浄水中の汚濁物質などがある。但し本発明の粉粒体はこれらに限定されない。
この水流の速度調節は、粉粒体が、前述の(2)〜(9)の場合には不要である。
難溶性の還元剤を溶解又は懸濁した液は、マンションやオフィスビルなどの建物の給水や冷暖気の循環のための配管内を流し、あるいは原油を抜き取ったタンカーの油槽にバラスト水として供給すことに使用でき、これにより配管や油槽の内面に還元被膜を形成して配管や油槽を保護するために使用できる。
汚濁物質に分類される粉粒体は、微細化された汚濁物質の分離や分解が容易になり、水の浄化を円滑に行うことができる。
特に臨界状態(水の場合、375℃以上、22MPa以上)では、液体でも気体でもない超臨界流体となり、その優れた特性を利用して抽出、精製、洗浄、調製、加工、機能化、反応の促進などを実行できる。例えば排水の場合、対象とする排水を第1発明装置を通してナノバブルと接触させるだけでも、ナノバブルの有する殺菌力で排水の清浄化は進行するが、ナノバブルと接触している排水をそのまま高温高圧のタンクレスラインに導入すると、排水とナノバブルの接触が更に十分に進行して処理効率が上昇する。
前記タンクレスラインの長さは、1mから300mの範囲とし、内径は5mmから100mmとすることが好ましいが、これらに限定されない。長さが例えば10mを超える場合は、タンクレスラインを折り返して設置スペースの減少を図ることが望ましい。
図1は、本発明に係る微細化物含有水製造装置の一例を示す部分縦断面図、図2は、図1の装置の部分分解斜視図、図3は図1の装置の3枚の案内板と3枚のスペーサーの側面図(ボルト孔は省略)である。
この水平フランジ3の上面にはやや小径で4個(1個のみを図示)の通孔4を有する邪魔板5が位置し、この邪魔板5上には水平フランジ6付きの微細化物含有水水取出(噴出)口7が設置され、前記両水平フランジ3、6をボルト8で締め付けることにより、前記微細化物含有水取出口7を前記外筒1に固定している。
この第2案内板24の外側には、前記通孔23の下部の水平孔の一部と重なるように円孔25が形成された第3スペーサー26が接触している。この第3スペーサー26の外側には、前記円孔25に対応する個所に、粉粒体含有水の水流の供給口27を有する第3案内板28が接触している。
なお31は旋回内筒14の周囲に接合され、かつその外縁が前記外筒1内壁に密着するよう構成した遮蔽板である。
微細化すべき物質、例えば活性汚泥を含む2本の水流32、32′を図1の左右の第3案内板28のそれぞれの供給口27から供給する。これらの水流のうち左方の水流32は、第3スペーサー26の円孔25を通って第2案内板24の通孔23に達し、ここで図3に示したように左右に分かれてこの通孔23の両側の縦方向の溝に供給される。これらの水流は第2スペーサー22の切り欠き21を通って第1案内板18の両切り込み19の先端部に供給される。両水流はこの切り込み19の先端部から旋回流形成孔20にその接線方向から高速供給され、第1スペーサー16の円孔17から旋回内筒14内に達し、旋回内筒14の内壁に沿って気泡33を有する旋回流34を形成する。
右方の供給口27から供給された水流も同様にして旋回流として噴出孔15′に達し、噴出孔15′から他方の噴出孔15に向けて噴出する。
左右の旋回流34は直線状の水流として、内筒14内の両噴出孔15、15′の中間で衝突する。この衝突の衝撃は2本の旋回流34の速度の倍になるのではなく、指数級数的に増大する。従って両水流中に含まれる気泡33は水流衝突による衝撃で微細化し、同時に前記粉粒体も微細化する。
なお前述の邪魔板5は使用しなくても良く、邪魔板により生成する微細化物含有水の装置内での滞留を促進するのとは逆に、微細化物含有水取出口7からポンプ等で吸引して微細化物含有水の取出しを促進しても良い。
図示の例では、図1に示した微細化物含有水製造装置41を湖沼42の底面43に設置してある。湖沼水には、藻や河川から流れ込んだ汚濁物質が含まれている。
湖沼の水面44には筏45を浮かべてあり、この筏45には水流生成ポンプ46が搭載されている。このポンプ46には湖沼水汲上げ管47と水流供給管48が接続され、当該水流供給管48の先端は分岐されて、前記装置41の左右1対の気泡水流の供給口27に接続されている。
本装置は常時作動させる必要はなく、間欠的に運転させても良い。特に得られる水力及び風力エネルギーが常時作動に不足する場合は、間欠運転とすることが好ましい。
又図示の例と異なり、ポンプを湖底に沈めずに筏45の上に設置し、このポンプに湖沼水を供給して微細化物含有水を生成し、この溶解水を筏の板の間から湖沼に噴出させても良い。
外形が直方体状の微細化物含有水製造装置51は、中央部の装置本体52とその両側面に固定された1対の端面部材53から成っている。装置本体52の高さ方向の中央やや上部には当該装置本体52を横方向に貫通する旋回内筒取付孔54が、又前記装置本体52の下部近傍には当該装置本体52を横方向に貫通する水流供給用通孔55がそれぞれ形成されている。
前記旋回内筒取付孔54の中央上面には、微細化物含有水取出口56が穿孔されている。前記水流供給孔55の中央には外側(図5の前後)に向けて1対の水流供給口57が穿孔されている。
先端側が半球状の噴出部59として成形された円筒状の旋回内筒60基端部外縁に溶接されかつ前記段部58の内方形状と同じ外形を有するよう成形された内筒取付板(フランジ)61が接合され、更に前記噴出部59先端中央には小径の噴出孔62が形成されている。
前記内筒取付板61には、旋回内筒60の基端の開口と同じ径の円孔63を有するパッキン64が密着している。このパッキン64の外面には、前記旋回内筒取付孔54の空間と前記水流供給孔55の空間を連結する凹部65が内面に形成された前記端面部材53が密着し、前記装置本体52、前記内筒取付板61、前記パッキン63及び前記端面部材53が複数のボルト66で締着され一体化している。
図8は、本発明に係る微細化物含有水製造装置の更に他の例を示す分解斜視図である。 外形が直方体状の微細化物含有水製造装置71は、中央部の装置本体72とその両側面に固定された左右各3対の第1案内板73、第2案内板74及び第3案内板75、及び第3案内板75に接触する左右1対の端面部材76から成っている。
前記第1〜第3微細化物含有流供給孔は、微細化物含有流供給路を形成し、前記微細化物含有流供給孔85から供給される微細化物含有流を、前記微細化物含有流供給路から端面部材76へ供給する。ここで微細化物含有流は、前記溝84に沿って第3補助孔81に接線方向から供給されて、第3案内板81の第3補助孔81から前記旋回内筒83内壁に向けて旋回流を形成する。
この旋回流は前記旋回内筒83の先端の半球部の噴出孔から噴出し、両噴出孔から噴出する微細化物含有流が衝突して衝撃を生じさせ、前述した通り、微細化物含有水が得れ、この微細化物含有水が取出(噴出)口86から取り出される。
この第2円形パッキン102には、円盤状の蓋体103が当接し、前記ボルト孔94にボルト104を貫通させ締着することにより、前記筒形本体91と、両側の蓋体103を一体化している。当該蓋体103の内面側には、図10の例では3個の先端が細く成形された円弧状の案内片105が突出形成されている。
前記蓋体103内の空間は前記供給管99内と連通している。
粉粒体を含む水流108を水流供給口106から筒形本体91の内壁内に供給する。この水流108は水流供給路107に達して左右に分岐し、この分岐流109はそれぞれ水流供給路107内を左右の蓋体103に向かって流れ、蓋体103内で前記案内片105の外形表面に案内されて螺旋状に流れながら、前記供給管99内に進入する。この水流は気泡110と前記粉粒体を含み、供給管99内面に沿って高速の旋回流111として進行する。
左右の旋回流111は直線状や放射状の水流として、筒形本体91の空間101内の両噴出孔100の中間で衝突する。この衝突の衝撃は2本の旋回流111の速度の倍になるのではなく、指数級数的に増大する。従って両水流中に含まれる気泡110は水流衝突による衝撃で更に微細化し、かつ粉粒体も微細化する。
更に図示の例とは異なり、半球状の噴出部98以外の供給管99の内壁を噴出部98方向に向けて内向き傾斜させて噴出孔100から噴出する水流の速度を増大させても良い。
図11aは蓋体103aの案内片105aの数を2とした例、図11bは蓋体103bの案内片105bの数を4とした例、図11cは蓋体103cの案内片105cの数を5として例である。
いずれの蓋体103a〜cを使用しても当該蓋体に供給された水流が案内片の外形表面に沿って螺旋状に進行して旋回流を生成させるが、案内片の数の多い図11cの蓋体103cで最も効率良く旋回流が生成する。
微細化物含有水製造装置121の微細化物含有水取出口122に接続された補助管123の他端側に、タンクレスライン124が接続されている。このタンクレスライン124は、オイルバス125内に収容され、図示の例では3回折り返されている。このオイルバス125内には、電熱線126が収容され、オイルバス125内のオイルを加熱している。
この微細化物含有水製造装置121に、例えば比較的径の大きい粉粒状の汚染物質を含む排水を供給し、前述の通りノズルから噴出させ衝突させると、汚染物質が微細化して表面積が増大するとともに、空気がナノバブルとして排水中に溶解する。このナノバブルが排水に接触して汚染物質を分解する。又微細化した汚染物質にナノバブルが付着して浮上するため、汚染物質の浮上分離が可能になる。
次いでこの排水は微細化物含有水取出口122からタンクレスライン124に導かれる。
タンクレスライン124内は高温高圧に維持されているため、排水中のナノバブルが汚染物質と更に効率良く反応して汚染物質がほぼ完全に除去され、より以上の処理を行うことなく放流できる。
前記タンクレスライン124は折り返されているため、コンパクト化されていて、僅かな設置面積で排水処理を実施できる。
Claims (10)
- 円筒体の先端側を半球状に成形しその中央に小孔を形成し、前記2個の小孔を対向させて直線状に配置した2本の供給管と、当該前記2本の供給管のそれぞれの基端側に形成された、接線方向から微細化する粉粒体を有する水流を供給する水流供給口、及び水流取出口を含んで成ることを特徴とする微細化物含有水の製造装置。
- 水流供給口及び微細化物含有水の取出口を有する筒形本体内に、先端側を半球状に成形しその中央に小孔を形成した円筒形の2本の供給管を、前記2個の小孔を対向させて配置し、当該2本の供給管のそれぞれの基端側の筒形本体縁部に、2個の蓋体を設置し、前記水流供給口からの粉粒体を含有する水流を前記2個の蓋体を介して前記2本の供給管内に供給し旋回流を形成させた後、前記2個の小孔から噴出させ相互に衝突させて前記粉粒体を微細化させ、生成した微細化物含有水を前記取出口から取り出すことを特徴とする微細化物含有水の製造装置。
- 微細化物含有水の取出口を有する筒形本体内に、先端側を半球状に成形しその中央に小孔を形成した円筒形の2本の供給管を、前記2個の小孔を対向させて配置し、当該2本の供給管のそれぞれの基端側の筒形本体縁部に、水流供給口を有する2個の蓋体を設置し、前記水流供給口からの粉粒体を含有する水流を前記2個の蓋体を介して前記2本の供給管内に供給し旋回流を形成させた後、前記2個の小孔から噴出させて相互に衝突させて前記粉粒体を微細化させ、生成した微細化物含有水を前記取出口から取り出すことを特徴とする微細化物含有水の製造装置。
- 円筒体の内壁が基端側から先端側に向けて内向き傾斜した請求項1から3までのいずれか1項に記載の微細化物含有水の製造装置。
- 水流取出口に通孔を有する邪魔板を設置した請求項1から3までのいずれか1項に記載の微細化物含有水の製造装置。
- 少なくとも一本が粉粒体状の還元剤を含有する2以上の水流を衝突させることにより前記還元剤を微細化して製造した還元剤含有水を、配管内を流通させることにより、前記配管内面に還元剤被膜を形成することを特徴とする被膜形成方法。
- 少なくとも一本が粉粒体状の還元剤を含有する2以上の水流を衝突させることにより前記還元剤を微細化して製造した還元剤含有水を、原油を抜き取ったタンカーの油槽にバラスト水として供給し、前記油槽内面に還元剤被膜を形成することを特徴とする被膜形成方法。
- 少なくとも一本が活性汚泥法で使用する活性汚泥と殺菌対象を有する汚泥を含有する2以上の水流を衝突させることにより前記活性汚泥を活性化するとともに、前記殺菌対象を微細化することを特徴とする活性汚泥の処理方法。
- 少なくとも一本が粉粒体状の汚染物質を含む排水である2以上の水流を衝突させることにより前記汚染物質を微細化することを特徴とする排水の処理方法。
- 少なくとも一本が粉粒体状の化学物質を含有する2以上の水流を衝突させることにより前記化学物質を微細化することを特徴とする化学物質の処理方法。
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JP2004502529A (ja) * | 2000-07-06 | 2004-01-29 | ランサー・パートナーシップ・リミテッド | 流体を処理する方法及び装置 |
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