JP2014213215A - 殺菌処理装置及び殺菌処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
被処理液を供給する流水管と、
上記流水管に設けられた被処理液の流速を調整するための液体加速手段と、
上記流水管に設けられた上流側から下流側に向けて並列する2以上の旋回流発生用固定翼体からなる旋回流逆転部と、
上記旋回流逆転部から供給された被処理液を減圧する減圧部と、
上記液体加速手段の上流側又は減圧部の少なくとも1箇所に設けられた気体を供給するための気体供給部と、
上記減圧部から供給された被処理液を殺菌処理する集水槽から構成されており、
且つ、
上記集水槽において、被処理液と接触可能な位置に粘土鉱物と銅を配置していることを特徴とする。
請求項1記載の発明において、前記集水槽に、被処理液を循環するための循環手段を設けたことを特徴とする。
請求項1又は2記載の発明において、前記液体加速手段が渦巻ポンプであることを特徴とする。
請求項1〜3記載の発明において、前記銅が繊維形状であることを特徴とする。
被処理液を流水管に通し、
次いで、被処理液を上記流水管に設けられた被処理液の流速を調整するための液体加速手段に通し、
次いで、被処理液を上記流水管に設けられた上流側から下流側に向けて並列する2以上の旋回流発生用固定翼体からなる旋回流逆転部に通し、
次いで、上記旋回流逆転部から供給された被処理液を減圧する減圧部に通し、
上記液体加速手段の上流側又は減圧部の少なくとも1箇所に設けられた気体供給部から気体を被処理液に供給し、
上記減圧部から供給された被処理液を殺菌処理する集水槽に通し、
且つ、
上記集水槽において、粘土鉱物と銅に被処理液を接触させることを特徴とする。
請求項5記載の発明において、供給された被処理液を循環手段により循環することを特徴とする。
請求項5又は6記載の発明において、前記液体加速手段が渦巻ポンプであることを特徴とする。
請求項5〜7記載の発明において、前記銅が繊維形状であることを特徴とする。
気体供給部から供給された気体を含んだ被処理液を、液体加速手段により加速して旋回流逆転部を通すと、相互に逆方向に旋回する2以上の旋回流発生用固定翼体により、被処理液にねじれのせん断力を与えることができ、さらに微細な気泡を多量に発生することができる。
次いで、被処理液を減圧部で減圧することにより、被処理液に溶存している気体が発生されると共に、旋回流逆転部で発生した気泡が更に微細になる。
次いで、集水槽において、被処理液を銅に接触させて銅イオンを発生させることにより、被処理液中の細菌類を死滅させ優れた殺菌・抗菌作用を奏する。また、被処理液を粘土鉱物に接触させて該粘土鉱物中の金属から金属イオンを発生させることにより、被処理液中の10〜1000nm程度の微粒子(藻、微生物、カビ、金属等)を凝集し除去することができる。
集水槽に循環手段を設けることにより、被処理液を効率的に集水槽内で循環させて、粘土鉱物及び銅との接触機会を多くすることができる。
液体加速手段を渦巻ポンプにすることにより、被処理液を加速させることに加えて、渦巻ポンプのインペラにより被処理液中の気泡をせん断し、該気泡を微細化することができる。
銅を繊維形状にすることにより、被処理液と銅の表面との接触面積が大きくなり、多くの銅イオンが発生して、より優れた殺菌・抗菌作用を得ることができる。
以下、本発明殺菌処理装置について図を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施態様を示す殺菌処理装置1であって、被処理液が装置内を流れる方向に切断した概略断面図である。
次に、流水管2に液体加速手段として渦巻ポンプ4が設置されている。
次いで、流水管2の内部に、上流側から旋回流発生用固定翼体5が設置され、これに並列して下流側に旋回流発生用固定翼体6が設置されている。この旋回流発生用固定翼体5及び6の領域が旋回流逆転部7となる。
その次に、被処理液を減圧するための減圧部8が設けられている。
引き続いて、上記減圧部から供給された被処理液を殺菌処理する集水槽9が設置されている。該集水層には、供給された被処理液を循環するための循環ポンプ10を有しており、循環する被処理液と接触可能な位置に粘土鉱物11と繊維状の銅12が配置されている。
以下に、本発明の殺菌処理装置1の構成についてさらに詳細に説明する。まず殺菌処理装置1における流水管2について説明する。流水管2は、液体の流路を確保するための配水管である。一般的には、断面円形状の樹脂製あるいは金属製のパイプなどであってよいが、形状および材質についてはとくに限定されるものではなく、流れる液体の種類と、所望の流速などを勘案して、適宜設計することができる。
被処理液としては、流水管中を流れることが可能な流動性を示すものであれば特に限定されない。船舶に搭載されるバラスト水、プールや浴槽などの循環水、海水、井戸水、河川水、医療あるいは工業用水、水産・農産用の洗浄用水の処理、家畜の汚水、食品工場の排水、養殖漁業場用水の浄化、沿海漁場のプランクトン等の有害物質除去等が挙げられるが、これに限られるものでなく、殺菌処理、重金属の除去を必要とする液体であればよい。
気体供給部3では、流水管2を流れる被処理液に気体供給管23から通ずる気体を供給する。気体供給部3としては、例えば、気体を微細気泡状にして供給できる多孔質セラミックフィルター、メッシュ状フィルター等が挙げられるが、これに限られるものでない。また供給される気体としては、オゾン、酸素、空気、二酸化炭素、窒素等が挙げられるが、これに限られるものでない。殺菌効果の高いオゾンが好ましい。
渦巻ポンプ4では、気泡を含んだ被処理液が旋回流発生用固定翼体5,6に接触し、所望の微細気泡が発生する程度に被処理液を加速させる。また、併せて、渦巻ポンプ4のインペラにより被処理液中の気泡がせん断され気泡が微細化される。本実施例では、液体加速手段として、渦巻ポンプを使用しているが、これに限らず、カスケードポンプ、タービンポンプ等の他の液体加速手段を用いることができる。インペラを有するポンプが被処理液中の気泡をせん断して微細気泡を発生できるので好ましい。尚、被処理液を加速させるために、当該被処理液にかけられる圧力は、所望の被処理液の流速に応じて適宜調整してよいが、一般的には、0.1〜9.8MPa程度であることが好ましい。
旋回流逆転部7では、流水管1を流れる被処理液が渦巻ポンプ4により加圧されて流速が増大した状態で、まず旋回流発生用固定翼体5に接触する。旋回流発生用固定翼体5を構成する複数の固定翼は螺旋方向に傾きを有しており、当該固定翼に導かれて、被処理液が螺旋状の方向を示す方向に旋回する。次いで、該方向に旋回する被処理液が、旋回流発生用固定翼体6に接触する。ここで旋回流発生用固定翼体6は、旋回流発生用固定翼体5における固定翼とは、左右逆の螺旋方向に傾きを有する固定翼を備えているため、被処理液は、360度反対向きである螺旋状の方向を示す方向に旋回することとなる。
次いで、矢印B方向に旋回する被処理液は、発生する微細気泡を含んで旋回流発生用固定翼体6における固定翼に接触する。この第2回目の固定翼との接触で、液体中に含まれる気体の気泡径をさらに小さくすることができる。
その結果、旋回流逆転部を通過した被処理液には、マイクロバブルあるいはナノバブルサイズの微細な気泡が多量に含まれることとなる。当該気泡が、液体中に当初から溶存していた空気などの気体および、気体供給部により供給された気体のどちらをも含み、いずれも非常に微細な気泡径となって被処理液中に溶存する。このように、旋回流逆転部を通過するわずかな時間の間に、通過する被処理液中に多量の微細気泡を発生させることができる。
旋回流発生用固定翼体5及び6は、流水管2を流れる液体の流れ方向を特定の方向に旋回させるためのものであって、螺旋方向に傾きを有する固定翼を複数備えて構成される。ここで固定翼体、あるいは固定翼における「固定」とは、回転するプロペラのように駆動力により自身が回転するものではなく、流水管中に固定されて一定の姿勢を維持することを意味する。このように固定翼体及び固定翼を流水管中に設置することにより、翼を回転させるための駆動力が不要となりエネルギーコストが削減される。また回転する翼に液体を衝突させる場合には、その衝突力によっては翼の破損、破壊などが生じる場合があるが、本発明では、翼が流水管内に固定されているため、そのような心配がない。
以上に述べたとおり、本発明における旋回流発生用固定翼体およびこれに備わる固定翼は、液体を旋回方向に導くことができるものであって、且つ、流水管中に固定されるものであれば、特に制限されず、例えば、一般的に知られるプロペラ形状であって、これを流水間内部に固定して設置することで、本発明の旋回流発生用固定翼体とすることができる。また旋回流発生用固定翼体及び固定翼を流水管中に固定する方法はとくに限定されず任意である。尚、1つの旋回流発生用固定翼体における固定翼の枚数は、2枚以上であれば特に限定されない。
減圧部8は、流水管の内径を上流側から下流側にかけて拡大して設ける。旋回流逆転部7から加速され加圧された状態で流入する被処理液が、内径の小さな流水管に入り、拡大していく流水管を通ることにより、減圧される。被処理液が減圧されることにより、被処理液に溶存している気体が発生されると共に、旋回流逆転部7で発生した気泡が更に微細になる。
集水槽9には、側面部に循環手段として、循環ポンプ10を有する循環路22を設け、減圧部8から流入する被処理液を集水槽9内で循環させる。なお、減圧部から供給される被処理液が、集水槽内を循環するのに充分な流速を有している場合は、循環手段(循環ポンプ)を設けなくてもよい。また、集水槽9内に、繊維状の銅12を配置して、循環する被処理液と接触させるように構成する。繊維状の銅は被処理液との接触面積が大きく、銅イオンが被処理液に溶出し、被処理液中の細菌類を死滅させ優れた殺菌・抗菌作用を奏する。さらに、集水槽9内に、粘土鉱物11を配置して、循環する被処理液と接触させるように構成する。係る接触により、被処理液中の10〜1000nm程度の微粒子(藻、微生物、カビ、金属等)を凝集し除去することができる。なお、銅と粘土鉱物は、循環する被処理液と接触可能であれば、集水槽中の如何なる部分に設けることができる。
本実施例では、循環手段として、循環ポンプ10を有する循環路22を設けている。循環ポンプ10は、被処理液を集水槽内で循環させることができればよく、例えば、渦巻ポンプ、カスケードポンプ、タービンポンプ等が挙げられる。また、循環手段の設置箇所は、本実施例では集水槽9の側面部に設けているが、被処理液を集水槽内で循環させることができればどこに設けてもよい。他の循環手段としては、被処理液を迂回させるため循環路が挙げられる。被処理液中に含まれる微細気泡は、気泡径が非常に小さく、気泡体積が微細であるため、被処理液中に浮上せずに長く滞在し続ける。そこで、循環手段により、微細気泡に除去対象物を含んだ被処理液を循環し上昇させて、配水管21から浮選除去する。
銅12の形状は本実施例において、繊維状のものを用いている。繊維の径は、1mm以下である。好ましくは、20〜150μm程度である。更に好ましくは、 80μm程度である。有効な接触面積を確保すると共に、被処理液との接触に耐え得る強度を有するためである。さらに、繊維状の銅は、綿状にすると、有効な接触面積及び接触に耐え得る強度を確保する上で、より好ましい。また、被処理液との接触面積が大きくなる形状であれば、繊維状のものに限られない。他の形状としては、粉末状、メッシュ状のもの等が挙げられる。
粘土鉱物11は、一般的に粘土鉱物として理解されるものであれば、適宜選択して使用することができる。より詳しく述べると、本発明において粘土鉱物とは、粘土成分が、地中において非常に高い熱や圧力を受けて生じた無機成分の結晶質を主とする化合物を意味する。上記粘土鉱物としては、層状珪酸塩鉱物が一般的である。該層状珪酸塩鉱物は、ケイ素と酸素とからなる四面体(Si−O四面体)の二次的なつながりによりなる四面体シートと、これにさらに種々の酸化金属が結合してなる八面体シートとから主として構成される。上記四面体に結合する金属は、アルミニウム、マグネシウム、鉄、カリウムなどさまざまである。これらの金属は一般的に金属酸化物の形で粘土鉱物内に存在する。粘土鉱物は、形成される環境やその土地の土壌成分によってその組成が決定されるため、同じ族として分類されるものであっても、その組成の種類は非常に多岐にわたっている。
(Mg、Fe、Al)6(Si、Al)4O10(OH)6
あるいは、
(Mg、Fe、Al)12(Si、Al)8O20(OH)16
などが挙げられる。上記化学組成式は、緑泥石と分類されるもののごく一例であって、核成分の組成比率が異なるもの、あるいはまた上記金属であるアルミニウム、マグネシウム、鉄の一部または全部に替えて、カリウム、カルシウム、マンガン、チタンなどの他の金属成分が含有されるものも存在する。例えば、上述する化学組成式に類する組成の緑泥石であってカリウムなどの他の金属を含有する場合には、アルミニウムなどの金属の一部と入れ替えでカリウムイオンが含有される場合があると思われる。
上述のとおり粉末状ではなく、一定の大きさをもった粘土鉱物を集水槽に設置することにより、設置された粘土鉱物から少しずつ金属イオンを溶出させることができるので、設置された粘土鉱物の量の減りが粉末の場合に比べて著しく遅くなる。したがって、粉末状の粘土鉱物であれば、継続的に補充する必要があるところ、上記好ましい寸法の砕石粘土鉱物であれば、一定期間毎に交換すればよく、コスト及びメンテナンス労力の上で非常に有利である。しかも、被処理液中の粘土鉱物の凝集作用の効果の半減期は、その塊の大きさや粘土鉱物の種類などによっても異なるが、約5年〜約20年であるので、粘土鉱物の使用環境や、被処理液の種類、含まれる除去対象物の濃度や内容によっても異なるが、一度、本発明の殺菌処理装置に設置された上記砕石粘土鉱物は、最長数年単位での継続使用が可能である。
本発明殺菌処理方法は、前述の殺菌処理装置1を用いて行う殺菌処理である。本発明殺菌処理方法について図1を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施態様を示す殺菌処理装置1であって、被処理液が装置内を流れる方向に切断した概略断面図である。
被処理液を流水管2に通し、
流水管2に設置された気体供給部3から被処理液に気体を供給する、
次いで、流水管2に設置された渦巻ポンプ4により、被処理液の流速を増大させると共に、被処理液に含まれた気泡を微細化する、
次いで、流水管2の内部に設置された旋回流逆転部7により、被処理液に含まれた気泡を更に微細化する、
次いで、減圧部8により、被処理液を減圧して被処理液に含まれた気泡を更に微細化する、
次いで、上記減圧部8から供給された被処理液を、殺菌処理する集水槽9に貯える。該集水槽9では、供給された被処理液を循環ポンプ10で集水槽9内を循環させ、循環する被処理液を粘土鉱物11と繊維状の銅12に接触させる。
殺菌処理した被処理液は配水管24から次工程へ移る。
微生物、金属、有機物等の除去対象物は凝集して、廃水管21から排出する。
以上の工程により、被処理液の殺菌処理を行うことができる。
各部の説明は本発明殺菌処理装置と同様である。
図6に基づいて説明する。図6は、本発明の殺菌処理装置の実施例を示す概略断面図である。
流水管として、内径20mmの流水管2を準備した。該流水管2に、液体加速手段として、渦巻ポンプ4(株式会社鶴見製作所製「海水用自吸式うず巻きポンプ」、型式:40TPSPZ−4031A)を接続した。渦巻ポンプ4の上流側に、1箇所気体供給部として多孔質セラミックフィルター(SPGテクノ株式会社製SPG膜、細孔径0.1μm)を設けた。
厚さ1.0mmのステンレス(SUS304)を、直径24mmの円状にカットした円盤を準備し、円周から円中心方向に向けて均等の間隔で1.15cmの切り込み4本をいれ、切り込み間を螺旋方向に傾くよう円盤面から約30度にねじって固定翼を4枚備えるプロペラAを作成した。次いで、厚さ3mm、内径21.2mm、幅12mmのステンレス(SAS304)製のリングを準備し、リングの内壁面に、上記固定翼の外縁を接合して、旋回流発生用固定翼体Aを得た。
また、切り込み間のねじる方向が上記旋回流発生用固定翼体Aにおける固定翼とは左右逆方向であること以外は旋回流発生用固定翼体Aと同様に旋回流発生用固定翼体を作成し、これを旋回流発生用固定翼体Bとした。
次いで、内径27.2mmの流水管を準備し、上記旋回流発生用固定翼体Aのリングの外壁面を上記流水管の内壁面に固定し、次いで、旋回流発生用固定翼体Aの下流側10cmの位置において、旋回流発生用固定翼体Bのリングの外壁面を上記流水管の内壁面に固定して、旋回流逆転部を形成した。
集水槽9は、容量80Lであって、内部に銅繊維750g(繊維径80μm、成分比:銅65% 亜鉛35%)、緑泥石2.5kgを配置した。また、集水槽9には、配水管24及び廃水管21を設けた。
実施例を用いて殺菌処理試験を以下の通り行った。
使用液体:品川区の海水(原水)
液体流量:2000kg/h
供給気体:オゾン
オゾン導入量:10g/h
以上の条件において、上記装置に原水を満たした状態で、原水を流水管2から注入し、気体供給部からオゾンを供給すると共に、渦巻ポンプを作動して、約5分間予備運転を行った後、試験を開始した。
試験を開始したのち、3分後と60分後に、殺菌処理後の被処理液を配水管から試料として採取し、その試料中の生菌数について分析を行った。上記試験を2回行い、その分析結果を表1に示す。表1中の生菌数の単位は、生菌数/mlであり、NDは1.0×103個/ml以下であることをあらわす。
2 流水管
3 気体供給部
4 渦巻ポンプ
5,6 旋回流発生用固定翼体
7 旋回流逆転部
8 減圧部
9 集水槽
10 循環ポンプ
11 粘土鉱物
12 銅
13,15 固定翼
14,16 リング
17 円盤
18 切り込み
19,20 固定翼
21 廃水管
22 循環路
23 気体供給管
24 配水管
被処理液を供給する流水管と、
上記流水管に設けられた被処理液の流速を調整するための液体加速手段と、
上記流水管に設けられた上流側から下流側に向けて並列する2以上の旋回流発生用固定翼体であって、隣り合う上記旋回流発生用固定翼体は互いに、左右逆の螺旋方向に傾きを有する固定翼を備えてなる旋回流逆転部と、
上記旋回流逆転部から供給された被処理液を減圧する減圧部と、
上記液体加速手段の上流側及び減圧部の各々少なくとも1箇所に設けられた気体を供給するための気体供給部と、
上記減圧部から供給された被処理液を殺菌処理する集水槽から構成されており、且つ、
上記集水槽において、被処理液と接触可能な位置に粘土鉱物と銅を配置していることを特徴とする。
被処理液を流水管に通し、
次いで、被処理液を上記流水管に設けられた被処理液の流速を調整するための液体加速手段に通し、
次いで、被処理液を上記流水管に設けられた上流側から下流側に向けて並列する2以上の旋回流発生用固定翼体であって、隣り合う上記旋回流発生用固定翼体は互いに、左右逆の螺旋方向に傾きを有する固定翼を備えてなる旋回流逆転部に通し、
次いで、上記旋回流逆転部から供給された被処理液を減圧する減圧部に通し、
上記液体加速手段の上流側及び減圧部の各々少なくとも1箇所に設けられた気体供給部から気体を被処理液に供給し、
上記減圧部から供給された被処理液を殺菌処理する集水槽に通し、
且つ、
上記集水槽において、粘土鉱物と銅に被処理液を接触させることを特徴とする。
渦巻ポンプ4では、気泡を含んだ被処理液がインペラに接触し、所望の微細気泡が発生する程度に被処理液を加速させる。また、併せて、渦巻ポンプ4のインペラにより被処理液中の気泡がせん断され気泡が微細化される。本実施例では、液体加速手段として、渦巻ポンプを使用しているが、これに限らず、カスケードポンプ、タービンポンプ等の他の液体加速手段を用いることができる。インペラを有するポンプが被処理液中の気泡をせん断して微細気泡を発生できるので好ましい。尚、被処理液を加速させるために、当該被処理液にかけられる圧力は、所望の被処理液の流速に応じて適宜調整してよいが、一般的には、0.1〜9.8MPa程度であることが好ましい。
Claims (8)
- 被処理液を供給する流水管と、
上記流水管に設けられた被処理液の流速を調整するための液体加速手段と、
上記流水管に設けられた上流側から下流側に向けて並列する2以上の旋回流発生用固定翼体からなる旋回流逆転部と、
上記旋回流逆転部から供給された被処理液を減圧する減圧部と、
上記液体加速手段の上流側又は減圧部の少なくとも1箇所に設けられた気体を供給するための気体供給部と、
上記減圧部から供給された被処理液を殺菌処理する集水槽から構成されており、
且つ、
上記集水槽において、被処理液と接触可能な位置に粘土鉱物と銅を配置していることを特徴とする殺菌処理装置。 - 前記集水槽に、被処理液を循環するための循環手段を設けたことを特徴とする請求項1記載の殺菌処理装置。
- 前記液体加速手段が渦巻ポンプであることを特徴とする請求項1又は2記載の殺菌処理装置。
- 前記銅が繊維形状であることを特徴とする請求項1〜3記載の殺菌処理装置。
- 被処理液を流水管に通し、
次いで、被処理液を上記流水管に設けられた被処理液の流速を調整するための液体加速手段に通し、
次いで、被処理液を上記流水管に設けられた上流側から下流側に向けて並列する2以上の旋回流発生用固定翼体からなる旋回流逆転部に通し、
次いで、上記旋回流逆転部から供給された被処理液を減圧する減圧部に通し、
上記液体加速手段の上流側又は減圧部の少なくとも1箇所に設けられた気体供給部から気体を被処理液に供給し、
上記減圧部から供給された被処理液を殺菌処理する集水槽に通し、
且つ、
上記集水槽において、粘土鉱物と銅に被処理液を接触させることを特徴とする殺菌処理方法。 - 前記集水槽において、供給された被処理液を循環手段により循環することを特徴とする請求項5記載の殺菌処理方法。
- 前記液体加速手段が渦巻ポンプであることを特徴とする請求項5又は6記載の殺菌処理方法。
- 前記銅が繊維形状であることを特徴とする請求項5〜7記載の殺菌処理方法。
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