JP2024040762A - 液質改良装置、ウルトラファインバブル含有液体の製造方法、及びウルトラファインバブル含有液体 - Google Patents

Abstract

【課題】清浄な液体を得ることを目的とする。【解決手段】液質改良装置１は、混合流体が流れる一次流路７０と、一次流路７０から送られた混合流体が通過する細孔３５を有し、一次流路７０内から一次流路７０外の外部空間６３へと混合流体を放出する経路をなす細孔モジュール３３と、一次流路７０内と外部空間６３との間に差圧を付与しつつ、一次流路７０から細孔モジュール３３内へ混合流体を送る差圧付与部１０と、を備える。液質改良装置１は、一次流路７０の容積を１００％とした場合の容積に対する一次流路７０内の液体の体積の割合を６％以下に調整する調整部８０を備え、差圧付与部１０が差圧を付与しつつ割合が調整された混合流体を細孔モジュール３３内に送りこみ、細孔モジュール３３を通過した後の混合流体中の全有機炭素濃度が通過前よりも減少する。【選択図】図１

Description

本開示は、液質改良装置、ウルトラファインバブル含有液体の製造方法、及びウルトラファインバブル含有液体に関するものである。

特許文献１には、多数の細孔を有する多孔質のエレメントに、液体を通過させて、液体中にファインバブルを発生させるファインバブル発生装置が開示されている。

国際公開第２０２０／００４６５３号

全有機炭素（Ｔｏｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃａｒｂｏｎ、ＴＯＣ）濃度は、液体が清浄であることの一つの指標となる。例えば、ウルトラファインバブルの生成に用いる水のＴＯＣ濃度は、純水製造装置等の水の製造に係る装置の性能に依存する。ウルトラファインバブル含有液体等の液体のＴＯＣ濃度を、生成に用いる液体のＴＯＣ濃度よりも低くすることは難しく、清浄な液体を得ることは困難であった。

本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、清浄な液体を得ることを目的とする。本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

本開示の液質改良装置は、２５℃１気圧の常温常圧状態において気体である流体と前記常温常圧状態において液体である流体との混合流体が流れる一次流路と、前記一次流路から送られた前記混合流体が通過する細孔を有し、前記一次流路内から前記一次流路外の外部空間へと前記混合流体を放出する経路をなす細孔モジュールと、前記一次流路内と前記外部空間との間に差圧を付与しつつ、前記一次流路から前記細孔モジュール内へ前記混合流体を送る差圧付与部と、を備える液質改良装置であって、前記一次流路の容積を１００％とした場合の前記容積に対する前記一次流路内の液体の体積の割合を６％以下に調整する調整部を備え、前記差圧付与部が前記差圧を付与しつつ前記割合が調整された前記混合流体を前記細孔モジュール内に送りこみ、前記細孔モジュールを通過した後の前記混合流体中の全有機炭素濃度が通過前よりも減少する。

本開示の第１態様のウルトラファインバブル含有液体の製造方法は、２５℃１気圧の常温常圧状態において気体である流体と前記常温常圧状態において液体である流体との混合流体が流れる一次流路と、前記一次流路を流れる前記混合流体が通過する複数の細孔を有し、前記一次流路内から前記一次流路外の外部空間へと前記混合流体を放出する経路をなす細孔モジュールと、前記一次流路内と前記外部空間との間に差圧を付与しつつ、前記一次流路から前記細孔モジュール内へ前記混合流体を送る差圧付与部と、を備える液質改良装置を用い、前記一次流路の容積を１００％とした場合の前記容積に対する前記一次流路内の液体の体積の割合を６％以下に調整し、前記差圧付与部によって前記差圧を付与しつつ前記割合が調整された前記混合流体を前記細孔モジュール内に送ることにより、前記細孔モジュールを通過した後の前記混合流体中の全有機炭素濃度を通過前よりも減少させ且つ前記混合流体中にウルトラファインバブルを発生させる。

本開示の第２態様のウルトラファインバブル含有液体の製造方法は、対象液体に対して前記液体中の全有機炭素の濃度を小さくする処理を行い、前記液体中のウルトラファインバブルの平均気泡径が所定値以下であるウルトラファインバブル含有液体を得る。

本開示の第３態様のウルトラファインバブル含有液体の製造方法は、対象液体に対して前記液体中の全有機炭素の濃度を小さくする処理を行い、前記液体中のウルトラファインバブルの減少速度を小さくしたウルトラファインバブル含有液体を得る。

本開示のウルトラファインバブル含有液体は、ウルトラファインバブル濃度が２×１０^８個／ｍＬ以上であり、ウルトラファインバブルの平均気泡径が１４０ｎｍ以下であり、ウルトラファインバブルの減少速度が、１時間あたり２２０００００個／ｍＬ以下である。

本開示によれば、清浄な液体を得ることができる。

図１は、液質改良装置を示す説明図である。 図２は、液質改良装置の作用を説明するための説明図である。 図３は、図２の一部を拡大して示す図である。 図４は、推定メカニズムを説明する図である。 図５は、実験１におけるパス量とＴＯＣ濃度の関係を示すグラフである。 図６は、実験１におけるＴＯＣ減少率とＵＦＢ濃度の関係を示すグラフである。 図７は、実験２における累積水量とＴＯＣ濃度の関係を示すグラフである。 図８は、実験３におけるＴＯＣ濃度と濃度変化速度の関係を示すグラフである。 図９は、実験４におけるＴＯＣ濃度と平均気泡径の関係を示すグラフである。

ここで、本開示の望ましい例を示す。
・上記の液質改良装置において、前記差圧付与部が前記差圧を付与しつつ前記割合が調整された前記混合流体を前記細孔モジュール内に送ることにより、前記混合流体中にウルトラファインバブルを発生させることが好ましい。
・上記の液質改良装置において、前記細孔モジュールは、細孔径１５００ｎｍ以下の細孔を少なくとも含むことが好ましい。
・上記の液質改良装置において、前記細孔モジュールの気孔率は、３０％以上であることが好ましい。
・上記の液質改良装置において、前記細孔モジュールは、セラミックス又はガラスのいずれかであり、構成元素として、アルミニウム、ケイ素、及び酸素からなる群より選ばれる１種以上の元素を含むことが好ましい。
・上記の第１態様のウルトラファインバブル含有液体の製造方法において、前記細孔モジュールは、細孔径１５００ｎｍ以下の細孔を少なくとも含むことが好ましい。
・上記の第１態様のウルトラファインバブル含有液体の製造方法において、前記細孔モジュールの気孔率は、３０％以上であることが好ましい。
・上記の第２態様において、前記処理において前記液体中の前記全有機炭素の濃度を５０ｐｐｂ以下にすることが好ましい。
・上記の第２態様のウルトラファインバブル含有液体の製造方法において、前記処理により、前記液体中の前記ウルトラファインバブルの平均気泡径が１４０ｎｍ以下である前記ウルトラファインバブル含有液体を得ることが好ましい。
・上記の第３態様のウルトラファインバブル含有液体の製造方法において、前記処理において前記液体中の前記全有機炭素の濃度を５０ｐｐｂ以下にすることが好ましい。
・上記の第３態様のウルトラファインバブル含有液体の製造方法において、前記処理により、前記全有機炭素の濃度が５０ｐｐｂ以下であり、前記ウルトラファインバブルの減少速度が１時間あたり２２０００００個／ｍＬ以下である前記ウルトラファインバブル含有液体を得ることが好ましい。

１．液質改良装置１
本実施形態の液質改良装置１は、図１に示すように、第１タンク３、ガス供給部９、液体供給部１１、連通パイプ２７、細孔モジュール３３、第２タンク５、制御部６０を備えている。本実施形態において、一次流路７０は、第１タンク３全体、連通パイプ２７全体、及び細孔モジュール３３の内面で囲まれた部位５９によって構成される。差圧付与部１０は、一次流路７０内に気体を供給する装置としてのガス供給部９、一次流路７０内に液体を供給する装置としての液体供給部１１、制御部６０等によって構成される。調整部８０は、一次流路７０内に規定量の液体を導入する装置としての液体供給部１１、制御部６０等によって構成される。

（１）第１タンク３
第１タンク３は、液体を収容することができる容器であり、内部を加圧できるように構成されている。つまり、後述する、液体の供給や流出、気体の流入部分以外は、液体や気体が流出しないような気密構造となっている。第１タンク３内には、内部の圧力（気圧）を検出するために、第１圧力センサ２９が配置されている。

第１タンク３には、ガス供給部９から供給されるガスを内部に取り入れるためのガス導入口１７が設けられている。ガス導入口１７は、第１タンク３に液体が入れられた場合に、その液面よりも上方に位置するように配置されている。第１タンク３の上部には、液体供給部１１から供給される液体を内部に取り入れるため液体導入口２１が設けられている。第１タンク３の底部には、流体を第２タンク５側に送り出す送出口２５が設けられている。

（２）ガス供給部９、液体供給部１１、連通パイプ２７
ガス供給部９は、第１タンク３に、２５℃１気圧の常温常圧状態において気体である流体を供給する。ガス供給部９は、ガスが充填されたガスボンベ４３と、ガスボンベ４３とガス導入口１７とを接続する第１パイプ４５と、第１パイプ４５の流路を開閉する第１開閉弁４７と、ガスボンベ４３内の圧力を検出する第３圧力センサ４９と、を備えている。

本開示において、気体は特に限定されない。気体は、酸素、空気、水蒸気、水素、三重水素、希ガス、二酸化炭素、窒素、フッ化ガスからなる群より選ばれることが好ましい。希ガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ），ネオン（Ｎｅ），アルゴン（Ａｒ），クリプトン（Ｋｒ），キセノン（Ｘｅ），ラドン（Ｒｎ）が挙げられる。フッ化ガスとしては、ＣＦ_４，Ｃ_２Ｆ_６，Ｃ_３Ｆ_８，Ｃ_４Ｆ_８，ＣＨＦ_３，ＳＦ_６，ＮＦ_３等が挙げられる。

液体供給部１１は、第１タンク３に、２５℃１気圧の常温常圧状態において液体である流体を供給する。液体供給部１１は、液体導入口２１に接続して液体を第１タンク３側に供給する第２パイプ５１と、第２パイプ５１の流路を開閉する第２開閉弁５３と、第２パイプ５１の流路を流れる液体の流量を検出可能な流量センサ５４とを備えている。なお、図示しないが、第２パイプ５１の上流側には、例えば液体を蓄えるタンク等が配置されている。

本開示において、液体は特に限定されない。液体としては、水（例えば、純水、水道水、脱イオン水）、アルコール、海水、水溶液、洗浄液、有機溶剤等を採用できる。なお、液体中には、通常、周囲の気体等の各種の気体が若干溶解している。

連通パイプ２７は、第１タンク３側と第２タンク５側とを連通する。連通パイプ２７は、例えばステンレス製の円筒形のパイプであり、下方に向かって垂直に伸びる形態で送出口２５に取り付けられている。第１タンク３内の流体は、連通パイプ２７を通って、第２タンク５側に供給される。連通パイプ２７には噴射弁３１が設けられている。噴射弁３１は、連通パイプ２７を通る液体及びガスの流量を調節可能に構成されている。

（３）細孔モジュール３３
細孔モジュール３３は、一次流路７０から送られた混合流体が通過する細孔３５を有する。細孔モジュール３３は、一次流路７０内から一次流路７０外の外部空間６３へと混合流体を放出する経路をなす。本実施形態の細孔モジュール３３は、下端側（即ち先端側）が閉塞されたパイプ状（詳しくは円筒形状）の部材である。細孔モジュール３３の上端は、連通パイプ２７に外嵌し、図示しないシール部により接合されて、連通パイプ２７に隙間なく密着している。

細孔モジュール３３は、細孔径１５００ｎｍ以下の細孔３５を少なくとも含むことが好ましい。細孔径とは、細孔３５を円孔とした場合の直径である。例えば、細孔モジュール３３が複数の細孔３５を有する場合には、複数の細孔３５における細孔径の平均値（平均細孔径）が１５００ｎｍ以下の場合には、「細孔径１５００ｎｍ以下の細孔３５を少なくとも含む」とみなし得る。平均細孔径は、例えば、水銀ポロシメトリを用いて測定できる。なお、水銀ポロシメトリとしては、オートポアＩＶ９５１０（島津製作所製）が例示される。平均細孔径の下限値は特に限定されない。平均細孔径の下限値は、例えば５００ｎｍ以上、１０００ｎｍ以上であってもよい。

細孔モジュール３３の気孔率は、好ましくは３０％以上である。気孔率の上限値は特に限定されない。気孔率の上限値は例えば５０％以下である。細孔モジュール３３の気孔率は、細孔モジュール３３の外側（他方の側）の全表面積に対する、細孔モジュール３３の外側の表面の開口部分（気孔部分）の面積の合計の割合である。すなわち、細孔モジュール３３の気孔率は、細孔モジュール３３の有効面積に占める細孔３５の表面比率である。細孔モジュール３３の気孔率は、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＥＭ）等により、細孔モジュール３３の表面の画像を取得し、その画像を二値化（白黒）し、白黒の面積比率（詳しく細孔モジュール３３の有効面積における細孔３５を示す黒の割合）により求めることができる。

細孔モジュール３３の素材は特に限定されない。細孔モジュール３３は、セラミックス又はガラスのいずれかであることが好ましい。細孔モジュール３３は、構成元素として、アルミニウム、ケイ素、及び酸素からなる群より選ばれる１種以上の元素を含むことが好ましい。細孔モジュール３３の一例は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分（例えばアルミナ９０質量％以上）とし、残部が、シリカ（ＳｉＯ_２）、カルシア（ＣａＯ）、マグネシア（ＭｇＯ）等のセラミックからなる多孔質の焼結体であって、焼結体全体に複数の細孔３５（即ち流体が通過可能な連通孔）が形成されている。なお、焼結体は、多数の細孔３５が同様な状態（例えば同様な平均細孔径）で存在する一層構造（即ち対称構造）である。

ここで、細孔モジュール３３の製造方法について説明する。
例えば、細孔モジュール３３の固体材料として、平均粒径５μｍのアルミナ粉末を９７質量％、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ粉末等の焼結助剤粉末を３質量％準備する。
そして、これらの固体粉末に、メチルセルロースと水と離型剤とを加えて坏土を作成し、この坏土を用いて、有底の円筒形状の成形体を作成する。
その後、この成形体を乾燥させた後に、大気雰囲気下で、１５００℃にて３時間焼成の条件で焼成して、上述した構成の細孔モジュール３３を得る。
なお、平均細孔径については、周知のように、原料粉粒径を制御することによって調整できる。また、表面気孔率については、周知のように、固体粉末量や有機物量や水量を制御することによって調整できる。

（４）第２タンク５
第２タンク５は、細孔モジュール３３を通過した液体を収容する。第２タンク５における連通パイプ２７、細孔モジュール３３以外の部位は、細孔モジュール３３を通過した混合流体が放出される外部空間６３を構成する。外部空間６３は、第２タンク５内における連通パイプ２７及び細孔モジュール３３の外側の空間であり、細孔モジュール３３から混合流体が流れ込む空間である。第２タンク５の下部には、液体を第２タンク５から外部に取り出すための液体取出口３９が設けられている。液体取出口３９には、液体取出部１３が接続されている。第２タンク５内には、内部の圧力（気圧）を検出するために、第２圧力センサ４１が配置されている。

（５）一次流路７０
一次流路７０は、上記の気体である流体と上記の液体である流体との混合流体が流れる流路である。一次流路７０には、細孔モジュール３３を通過する前の混合流体が流れる。なお、細孔モジュール３３を通過した混合流体は、第２タンク５に放出される。第２タンク５は二次流路を構成するともいえる。

（６）差圧付与部１０
差圧付与部１０は、一次流路７０内と外部空間６３との間に差圧を付与しつつ、一次流路７０から細孔モジュール３３内へ混合流体を送る。具体的には、差圧付与部１０は、一次流路７０内の圧力を一次流路７０外の外部空間６３の圧力よりも一定値以上高くするように圧力差を生じさせ、細孔モジュール３３内において一次流路７０側から外部空間６３側に向かう流体の流れを生じさせる。一次流路７０内と外部空間６３との間に差圧を付与する方法は、例えば細孔モジュール３３の一方の側に加わる圧力を増加させる方法であっても、細孔モジュール３３の一方の側に加わる圧力を、真空引き等によって減少させる方法であってもよい。本実施形態の差圧付与部１０は、細孔モジュール３３の一方の側に加わる圧力を増加させる方法を採用している。

制御部６０は、差圧付与部１０の動作を制御する。制御部６０は、ＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ）であり、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を有する。具体的には、制御部６０は、一次流路７０に供給される気体及び液体の供給量、第１タンク３内の圧力等の計測値に基づいて、第１開閉弁４７、第２開閉弁５３、噴射弁３１等の開閉動作を行い、一次流路７０内の圧力があらかじめ設定された値となるように制御する。

（７）調整部８０
調整部８０は、一次流路７０の容積を１００％とした場合の容積に対する一次流路７０内の液体の体積の割合を６％以下に調整する。以下の説明では、一次流路７０の容積をＶ１とする。そして、一次流路７０の容積Ｖ１に対する一次流路７０内の液体の体積の割合をＸ（％）とする。一次流路７０内の液体の体積の割合Ｘは、６％以下であり、５％以下が好ましく、３％以下がより好ましい。一次流路７０の容積に対する一次流路７０内の液体の体積の割合の下限値は特に限定されず、例えば、０％より大きければよい。

本実施形態において、一次流路７０の容積は、第１タンク３の容積と、連通パイプ２７の容積と、細孔モジュール３３の内面で囲まれた部位の容積の合計値である。なお、細孔モジュール３３の細孔容積は、一次流路７０の容積に含めない。本実施形態の一次流路７０は、ガス供給部９の第１開閉弁４７と、液体供給部１１の第２開閉弁５３を閉じた状態において、細孔３５以外が気密に密閉された気密構造を構成する。本実施形態では、細孔モジュール３３の上流側において、この気密構造をなす空間の容積全体を一次流路７０の容積とする。

なお、本実施形態とは異なり、液体供給装置及びガス供給装置によって一次流路に対して液体及び気体を一定割合且つ一定圧で継続的に供給して一次流路の液体割合を所定範囲に保ちつつ、細孔モジュールから一定の流速で継続的に放出するような液体改質装置においては次のようにして、一次流路の容積に対する一次流路内の液体の体積の割合を規定できる。まず、一次流路への液体の供給量、気体の供給量、一次流路内の圧力及び温度から、細孔モジュールの直前における液体と気体の混合割合（体積％）を算出する。算出した液体の割合と、気体の割合の合計に対する液体の割合の合計を一次流路の容積とし、一次流路の容積に対する液体の割合を、一次流路内の液体の体積とする。

制御部６０は、調整部８０の要部を構成し、各種センサからの情報を取得可能に構成され、調整部８０における制御部６０以外の要素の動作を制御する。具体的には、制御部６０は、センサの検出値（例えば、流量センサ５４の検出値）に基づいて、第２開閉弁５３等の開閉動作を行い、一次流路７０内の液体の量が規定量Ｖ２となるように制御する。

（８）ウルトラファインバブルの発生
液質改良装置１は、差圧付与部１０が差圧を付与しつつ割合が調整された混合流体を細孔モジュール３３内に送ることにより、混合流体中にウルトラファインバブルを発生させる。液質改良装置１は、ウルトラファインバブル発生装置ともいえる。

（９）液質改良装置１の動作
液質改良装置１の動作について説明する。液質改良装置１は、液体供給動作とガス供給動作とを行い得る。液体供給動作は、第２開閉弁５３を開いて、第２パイプ５１から第１タンク３内に液体を供給する動作である。液体供給動作は、例えば、第１開閉弁４７、第３開閉弁５７、及び噴射弁３１を閉じた状態で、第２開閉弁５３を開いて、第２パイプ５１から第１タンク３内に液体を供給するように動作が行われる。調整部８０は、一次流路７０の容積を１００％とした場合の容積に対する一次流路７０内の液体の体積の割合を６％以下に調整するように上記液体供給動作を行う。

調整部８０の要部をなす制御部６０は、液体供給動作を行う場合、例えば、一次流路７０内が空の状態で液体供給停止状態から液体供給状態に切り替えるように上記液体供給動作を開始する。本実施形態において、空の状態とは、一次流路７０内から外部空間６３側へ液体が放出されなくなった状態を指し、一次流路７０内部に多少液滴が残っている状態も含まれる。本実施形態において、液体供給停止状態は、第２開閉弁５３が閉じた状態である。本実施形態において、液体供給状態は第２開閉弁５３が開いた状態であって且つ第２パイプ５１から第１タンク３内に液体が供給される状態である。例えば、制御部６０は、上記の空の状態において上記液体供給動作を開始し、噴射弁３１を閉じた状態を維持しながら、予め定められた規定量Ｖ２の液体が一次流路７０内に供給されるまで上記液体供給状態を維持する。制御部６０は、一次流路７０内の液体が規定量Ｖ２に達した時点で第２開閉弁５３を閉じ、上記液体供給状態から上記液体供給停止状態に切り替える。一次流路７０内の液体が規定量Ｖ２に達した時点（液体供給状態から液体供給停止状態に切り替えた時点）で噴射弁３１を閉じた状態が維持されている場合、一次流路７０内に規定量Ｖ２の液体が存在するため、一次流路７０の容積Ｖ１に対する一次流路７０内の液体の体積の割合Ｘは、Ｘ＝（Ｖ２／Ｖ１）×１００％である。そして、上記割合Ｘは、０＜Ｘ≦６の範囲内とされる。規定量Ｖ２は、０＜（Ｖ２／Ｖ１）×１００≦６となる値に予め定められている。

調整部８０は、このようにして噴射動作前の割合Ｘを、０＜Ｘ≦６の範囲に調整する。調整部８０は、割合Ｘを、０＜Ｘ≦６の範囲に調整した後、後述の噴射動作が行われるまでは、調整した割合を維持しながら第１開閉弁４７、第２開閉弁５３、及び噴射弁３１をいずれも閉じた密閉状態で維持してもよく、調整した割合を維持しながら第１開閉弁４７を開放しつつ第２開閉弁５３及び噴射弁３１を閉じた状態で維持してもよい。調整部８０の要部をなす制御部６０は、このように割合Ｘが調整された後、一次流路７０内が０＜Ｘ≦６の条件を満たす状態で噴射弁３１を開放するように制御する。

調整部８０は、上述の液体供給動作に加え、更にガス供給動作を行うことで、第１タンク３内の圧力を所望の値に調整することができる。ガス供給動作は、第１開閉弁４７を開いてガスボンベ４３から第１タンク３内にガスを供給する動作である。調整部８０は、上述の液体供給動作の後に、液体供給動作で調整した割合を維持しながらガス供給動作を行ってもよく、上述の液体供給動作とガス供給動作とを並行して行ってもよい。

ここで、調整部８０による調整の具体例ついて、ガス供給部９から供給されるガスが酸素であり、液体供給部１１から供給される液体が純水である場合を例に挙げて説明する。以下の具体例は、液体供給動作の後にガス供給動作が行われる例である。

酸素は２５℃、５．０４３ＭＰａ以下において気体として存在する。水は、２５℃、０．１０１３ＭＰａ（１気圧）以上において液体として存在する。２５℃であり、差圧付与部１０によって一次流路７０に付与される圧力が０．１０１３ＭＰａ以上５．０４３ＭＰａ以下の条件下において、一次流路７０内の液体の体積は、液体供給部１１から供給される液体の体積と略同じとみなし得る。このような条件下において調整部８０は、上述の液体供給動作を行う。具体的には、調整部８０は、上述の空の状態において、第１開閉弁４７及び噴射弁３１を閉じつつ第２開閉弁５３を開く制御を行い、空の状態の第１タンク３内に液体の供給を開始する。調整部８０は、このように液体の供給を開始した後、流量センサ５４からの出力値を継続的に取得することで一次流路７０に供給された液体の供給量を継続的に監視し、一次流路７０に供給された液体の供給量が規定量Ｖ２に達した時点で第２開閉弁５３を閉じるように制御する。以上により、調整部８０による液体供給量の調整が完了する。

次に、調整部８０は、上述のガス供給動作を行う。具体的には、調整部８０は、第２開閉弁５３及び噴射弁３１を閉じつつ第１開閉弁４７を開く制御を行い、高圧の気体をガスボンベ４３から第１タンク３内に供給する。調整部８０は、第１タンク３内への高圧気体の供給を、供給開始から所定時間後に終了してもよく、第１タンク３内の圧力を監視しつつ第１タンク３内の圧力が第２タンク５内の圧力よりも高い所定値に達した場合に終了してもよい。調整部８０は、第１タンク３内への高圧気体の供給を終了する場合、例えば、第１開閉弁４７、第２開閉弁５３、及び噴射弁３１を全て閉じた密閉状態に切り替える。このような制御により、第１タンク３内の圧力が第２タンク５内よりも高い圧力となる。なお、上述の圧力調整方法が採用される場合でも、他の方法が採用される場合でも、第１タンク３内の圧力は第２タンク５内の圧力よりも高ければ特に限定されない。例えば、第１タンク３内の圧力は、第２タンク５内の圧力が０．１０１３ＭＰａ（１気圧）の場合に、好ましくは０．２ＭＰａ以上１ＭＰａ未満、より好ましくは０．４ＭＰａ以上０．６ＭＰａ以下とすることができる。

このようにして液体供給動作及びガス供給動作が行われると、両動作がいずれも終了した時点では、一次流路７０における混合流体中の液体の体積は、一次流路７０の容積を１００％とした場合に、０％よりも大きく調整され且つ６％以下に調整される。そして、第１タンク３内の圧力は、上記の所望の範囲に調整される。制御部６０は、このように液体の割合及び圧力が調整された状態で噴射弁３１を開く制御を行う。制御部６０の制御によって噴射弁３１が開放されると、混合流体は、連通パイプ２７を介して、細孔モジュール３３の内面によって囲まれた部位５９に流入し、細孔モジュール３３の細孔３５を通過して、外部空間６３に噴射される。

このとき、一次流路７０内の液体の体積が調整されていることによって、混合流体が細孔モジュール３３を通過する際にＴＯＣ濃度を好適に低減できる。また、混合流体が細孔モジュール３３を通過する際にマイクロファインバブルが発生する。すなわち、清浄なウルトラファインバブル含有液体が得られる。

なお、差圧付与部１０は、細孔モジュール３３の上流側（第１タンク３側）の圧力が下流側（第２タンク５側）の圧力に対して一定値以上高くなる高差圧期間が１回設定されるように制御してもよく、上記の高差圧期間が断続的に設定されるように制御してもよい。いずれの場合でも、高差圧期間に、細孔モジュール３３から混合流体が放出される。具体的には、例えば、調整部８０は、噴射弁３１を閉じた状態で上記の割合Ｘを０＜Ｘ≦６の範囲に調整する調整動作と、調整動作の後、割合Ｘが０＜Ｘ≦６の範囲とされた状態で噴射弁３１を開放する噴射動作と、を交互に繰り返し行うことで、複数回の調整動作を断続的に行い、各々の調整動作の一部期間又は全部期間を高差圧期間とする。この場合、調整部８０は、各々の噴射動作において、例えば一次流路７０内が空になるまで噴射弁３１を開放し続けることで、噴射動作中又は噴射動作後に、低差圧期間（細孔モジュール３３の上流側（第１タンク３側）の圧力が下流側（第２タンク５側）の圧力に対して一定値未満となる期間）を設定することができる。以下、高差圧期間の回数をパス数とも称する。このように、高差圧期間が断続的に現れるように制御することで、さらに効率よくＴＯＣ濃度を低下させることができ、かつ、ウルトラファインバブル濃度を高くできる。

（１０）ウルトラファインバブル含有液体
ウルトラファインバブルは直径が１μｍ未満の気泡である（ＩＳＯ ２０２９８－１）。近年、「純水（ブランク水）の段階から、ファインバブル発生処理によって、気泡濃度を１桁以上上げられた水をファインバブル水とする」ということを、標準化する動向がある（ＦＢＩＡ（ファインバブル産業会）にて検討中の内容）。本開示の液質改良装置１において、この基準を満たすことができる装置がウルトラファインバブル発生装置として好適である。

液質改良装置１を用いて得られるウルトラファインバブル含有液体のウルトラファインバブル濃度（以下、ＵＦＢ濃度とも称する）は特に限定されない。ＵＦＢ濃度は、好ましくは５×１０^７個／ｍＬ以上であり、より好ましくは１×１０^８個／ｍＬ以上、更に好ましくは２×１０^８個／ｍＬ以上１×１０^１４個／ｍＬ以下である。本開示において、ＵＦＢ濃度は、ナノ粒子解析システムを用いて測定できる。ナノ粒子解析システムとしては、ＮａｎｏＳｉｇｈｔ（Ｓｐｅｃｔｒｉｓ ＰＬＣ製、ＮＳ－３００、以下単にナノサイトと記す）が例示される。なお、ナノサイトで検出した全検出粒子中の気泡割合は、８０％以上であることがより好ましい。なお、後述する実施例の実験５において確認したナノサイトで検出した全検出粒子中の気泡率が十分に高い（例えば８０％以上）場合には、全検出粒子の濃度をＵＦＢ濃度とみなし得る。なお、上記の全検出粒子中の気泡率が所定値未満（例えば８０％未満）の場合には、全検出粒子の濃度に気泡率を乗じて、ＵＦＢ濃度を算出してもよい。

液質改良装置１を用いて得られるウルトラファインバブル含有液体のＴＯＣ濃度は特に限定されない。ＴＯＣ濃度は、５００ｐｐｂ以下が好ましく、１００ｐｐｂ以下がより好ましく、５０ｐｐｂ以下がさらに好ましい。本願発明者らは、１ｐｐｂ台までＴＯＣ濃度を低下できることを確認している。なお、上記の処理において液体中のＴＯＣ濃度の下限値は特に限定されず、例えば、０ｐｐｂ（検出限界）以上、１ｐｐｂ以上であってもよい。日本薬局方では医薬品に使用する水はＴＯＣ濃度を５００ｐｐｂ以下に抑える事が規定されている。上記の目標値以下とすることができれば、例えば医薬品、医薬部外品、化粧品原料、培養液原料、食品原料、飲料原料、サプリメント原料などの液管理が重要な領域で応用が可能となる。

液質改良装置１を用いて得られる液体の産業上の利用分野は特に限定されない。例えば、医薬品、化粧品、食品など、液体が清浄であることが求められる用途が挙げられる。なお、液質改良装置１を用いて得られたウルトラファインバブル含有液体をそのまま種々の用途に用いてもよく、超音波消泡、又は減圧処理等して、ウルトラファインバブルの濃度を下げて用いてもよい。

（１１）液質改良装置１の作用効果
本実施形態の液質改良装置１は、調整部８０を備え、差圧付与部１０が差圧を付与しつつ液体の割合が６％以下に調整された混合流体を細孔モジュール３３内に送りこむことによって、細孔モジュール３３を通過した後の混合流体中の全有機炭素濃度が通過前よりも減少する。このような構成によれば、一次流路７０の容積に対する一次流路７０内の液体の体積の割合が６％を超える混合液体を細孔モジュール３３内に送りこむ装置に比して、ＴＯＣ濃度が減少した清浄な液体を得ることができる。

混合流体中の全有機炭素濃度が通過前よりも減少するメカニズムは定かではないが、次のように推測される。なお、本開示の技術は、この推測理由によって限定解釈されない。
混合流体が細孔モジュール３３内に送りこまれると、一部の気体が液体に溶解すると考えられる。図２及び図３に示すように、混合液体が外部空間６３に放出されて、減圧されると、キャビテーションが発生し、ウルトラファインバブル等の気泡が生成すると考えられる。このキャビテーションのエネルギーにより、有機物が分解されて、ＴＯＣ濃度が低下すると推測される。液体の割合が一次流路７０の容積の６％以下に調整されている場合には、液体の割合が一次流路７０の容積の６％を超える場合に比して、キャビテーションの発生が促進され、キャビテーションのエネルギーによる有機物の分解が促進されている可能性がある。なお、キャビテーションの発生が促進されていることは、液体の割合が一次流路７０の容積の６％以下に調整されている場合には、液体の割合が一次流路７０の容積の６％を超える場合に比して、得られるウルトラファインバブル含有液体のウルトラファインバブル濃度が高いことからも伺える。

従来、液体のＴＯＣを低くする方法として、例えば加熱、紫外線、プラズマ等を使用する方法がある。しかし、加熱、紫外線、プラズマ等を使用する方法は、装置が複雑であり高額となる課題があった。また、加熱、紫外線、プラズマ等を使用する方法は、いずれも電力を消費する為コストが高くなる課題があった。さらに、加熱、紫外線、プラズマ等を使用する方法は、いずれも電力インフラを用意しなければいけないという課題があった。他方、本実施形態の液質改良装置１は、加熱、紫外線、プラズマ等を使用する方法に比して、簡便な装置であり、電力コスト、電力インフラ等の面でも有利である。

また、現状において、ＴＯＣ濃度を低下させることができるウルトラファインバブル発生装置は知られていない。ウルトラファインバブル発生装置は、ウルトラファインバブル発生のメカニズムの特性上、狭い流路や微細孔などを利用する装置が多く、装置自体の洗浄が難しく、処理前の液体よりも処理後の液体のＴＯＣ濃度が高くなる懸念もある。他方、本実施形態の液質改良装置１は、差圧付与部１０が差圧を付与しつつ液体の割合が調整された混合流体を細孔モジュール３３内に送ることにより、ＴＯＣ濃度を低下させつつ、ウルトラファインバブルを発生させることができる。すなわち、本実施形態は、ウルトラファインバブル含有液体のＴＯＣ濃度を低下できる点において画期的である。特に、清浄なウルトラファインバブル含有液体が所望される産業での利用の可能性が高い。

本実施形態において、細孔モジュール３３は、細孔径１５００ｎｍ以下の細孔３５を少なくとも含む。この構成によれば、好適にＴＯＣ濃度を減少させることができる。

本実施形態において、細孔モジュール３３の気孔率は、３０％以上である。この構成によれば、好適にＴＯＣ濃度を減少させることができる。

本実施形態において、細孔モジュール３３は、セラミックス又はガラスのいずれかであり、構成元素として、アルミニウム、ケイ素、及び酸素からなる群より選ばれる１種以上の元素を含む。従って、ファインバブルが発生する液体中に含まれる不純物（いわゆるコンタミネーション）が少ないので、例えば医療分野など、不純物が少ない方が良い分野には好適である。また、細孔モジュール３３がセラミックスである場合には、エロージョン（浸食）による劣化が少ないという利点もある。

２．ウルトラファインバブル含有液体の製造方法（その１）
ウルトラファインバブル含有液体の製造方法（その１）は、２５℃１気圧の常温常圧状態において気体である流体と常温常圧状態において液体である流体との混合流体が流れる一次流路７０と、一次流路７０を流れる混合流体が通過する複数の細孔３５を有し、一次流路７０内から一次流路７０外の外部空間６３へと混合流体を放出する経路をなす細孔モジュール３３と、一次流路７０内と外部空間６３との間に差圧を付与しつつ、一次流路７０から細孔モジュール３３内へ混合流体を送る差圧付与部１０と、を備える液質改良装置１を用いる。

なお、ウルトラファインバブル含有液体の製造方法（その１）に用いる液質改良装置１は、上述の調整部８０を備えていなくてもよい。すなわち、本方法の液質改良装置１は、例えば、調整部８０に替えて、作業者が第２開閉弁５３を手動で開閉して、一次流路７０の容積に対する一次流路７０内の液体の体積を調整してもよく、また、予め液体と気体の混合割合（体積％）が調整された混合流体を供給することによって、一次流路７０の容積に対する一次流路７０内の液体の体積を調整してもよい。本方法の液質改良装置１は、調整部８０が任意の構成である他は、上記で説明した液質改良装置１と同様であり、液質改良装置１の説明をそのまま適用する。

ウルトラファインバブル含有液体の製造方法（その１）は、一次流路７０の容積を１００％とした場合の容積に対する一次流路７０内の液体の体積の割合を６％以下に調整し、差圧付与部１０によって差圧を付与しつつ割合が調整された混合流体を細孔モジュール３３内に送ることにより、細孔モジュール３３を通過した後の混合流体中の全有機炭素濃度を通過前よりも減少させ且つ混合流体中にウルトラファインバブルを発生させる。一次流路７０内の液体の体積の割合は、６％以下であり、５％以下が好ましく、３％以下がより好ましい。一次流路７０の容積に対する一次流路７０内の液体の体積の割合の下限値は特に限定されず、例えば、０％より大きければよい。全有機炭素濃度の減少、ウルトラファインバブルの発生等については、上記の液質改良装置１と同様であり、その説明を省略する。

ウルトラファインバブル含有液体の製造方法（その１）によれば、一次流路７０の容積に対する一次流路７０内の液体の体積の割合が６％を超える混合液体を細孔モジュール３３内に送る方法に比して、ＴＯＣ濃度が減少した清浄なウルトラファインバブル含有液体を得ることができる。その他にも、ウルトラファインバブル含有液体の製造方法（その１）によれば、液質改良装置１で説明した作用効果と同様の作用効果を奏し得る。

３．ウルトラファインバブル含有液体の製造方法（その２）
ウルトラファインバブル含有液体の製造方法（その２）は、対象液体に対して液体中の全有機炭素の濃度を小さくする処理を行い、液体中のウルトラファインバブルの平均気泡径が所定値以下であるウルトラファインバブル含有液体を得る。

対象液体に対して液体中の全有機炭素の濃度を小さくする処理の具体的な方法は特に限定されない。対象液体に対して液体中の全有機炭素の濃度を小さくする処理は、例えば、上記の液質改良装置１を用いて行うことができる。各部の構成、動作、作用については、上記の液質改良装置１と同様であり、その説明を省略する。

上記の処理において処理後の全有機炭素の濃度は特に限定されない。上記の処理において液体中の全有機炭素の濃度を、５００ｐｐｂ以下にすることが好ましく、１００ｐｐｂ以下にすることがより好ましく、５０ｐｐｂ以下にすることがさらに好ましい。なお、上記の処理において液体中の全有機炭素の濃度の下限値は特に限定されず、例えば、０ｐｐｂ（検出限界）以上、１ｐｐｂ以上であってもよい。日本薬局方では医薬品に使用する水は全有機炭素の濃度を５００ｐｐｂ以下に抑える事が規定されている。上記の目標値以下とすることができれば、例えば医薬品、医薬部外品、化粧品原料、培養液原料、食品原料、飲料原料、サプリメント原料などの液管理が重要な領域で応用が可能となる。

処理前の対象液体の全有機炭素の濃度は特に限定されない。液体中の全有機炭素の濃度は、対象液体の全有機炭素の濃度に応じて小さくなる。対象液体の全有機炭素の濃度は、清浄なウルトラファインバブル含有液体を得る観点から、７００ｐｐｂ以下が好ましく、２００ｐｐｂ以下がより好ましく、１００ｐｐｂ以下がさらに好ましい。処理前の対象液体の全有機炭素の濃度は、通常０ｐｐｂよりも大きい。

液体中のウルトラファインバブルの平均気泡径は特に限定されない。所定値としては、液質改良装置１において、一次流路７０の容積に対する一次流路７０内の液体の体積の割合を１００％とした場合のウルトラファインバブルの平均気泡径とすることができ、さらに、一次流路７０の容積に対する一次流路７０内の液体の体積の割合を１００％とした場合のウルトラファインバブルの平均気泡径としてもよい。具体的には、液体中のウルトラファインバブルの平均気泡径は２００ｎｍ以下であることが好ましく、１４０ｎｍ以下であることがより好ましく、１００ｎｍ以下であることが更に好ましい。

ウルトラファインバブル含有液体の製造方法（その２）で得られるウルトラファインバブル含有液体のＵＦＢ濃度は特に限定されない。ＵＦＢ濃度は、好ましくは５×１０^７個／ｍＬ以上であり、より好ましくは１×１０^８個／ｍＬ以上１×１０^１４個／ｍＬ以下である。

対象液体に対して液体中の全有機炭素の濃度を小さくする処理を行い、液体中のウルトラファインバブルの平均気泡径を所定値以下に調整できる理由は定かではないが、次のように推測される。なお、本開示の技術は、この推測理由によって限定解釈されない。
ウルトラファインバブルはマイナスのゼータ電位を有しており、プラス帯電の物質を吸着する特性がある。一方、有機物コンタミなどの有機炭素（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃａｒｂｏｎ）の多くはプラスのゼータ電位を有しており、ウルトラファインバブルに吸着する特性があることが知られている。ウルトラファインバブルが有機炭素と接触することで凝集した状態、また凝集したウルトラファインバブル同士が合体した状態では、ウルトラファインバブルの平均気泡径が大きく計測されると考えられる（図４参照）。他方、対象液体に対して液体中の全有機炭素の濃度を小さくする処理を行う本開示の技術によれば、有機炭素の濃度が小さくなり、有機炭素によるウルトラファインバブルの凝集を抑制でき、凝集に起因したウルトラファインバブルの平均気泡径の増大が抑制されると推測される。

ウルトラファインバブル含有液体の製造方法（その２）によれば、所望の平均気泡径のウルトラファインバブルを含有するウルトラファインバブル含有液体を得ることができる。例えば生体にウルトラファインバブルを利用する分野等では細胞にウルトラファインバブルを取り込ませるために、ウルトラファインバブルの気泡径をコントロールすることが求められ、本開示の技術が特に有効である。
ウルトラファインバブル含有液体の製造方法（その２）は、簡便な方法でウルトラファインバブルの平均気泡径をコントロール可能であり、簡単に実現でき、画期的である。

４．ウルトラファインバブル含有液体の製造方法（その３）
ウルトラファインバブル含有液体の製造方法（その３）は、対象液体に対して液体中の全有機炭素の濃度を小さくする処理を行い、液体中のウルトラファインバブルの減少速度を小さくしたウルトラファインバブル含有液体を得る。

ウルトラファインバブル含有液体の製造方法（その３）における、「対象液体に対して液体中の全有機炭素の濃度を小さくする処理」、「処理後の全有機炭素の濃度」、「処理前の対象液体の全有機炭素の濃度」、「ウルトラファインバブル含有液体のＵＦＢ濃度」は、ウルトラファインバブル含有液体の製造方法（その２）と同様であり、その説明を省略する。

ウルトラファインバブル含有液体におけるウルトラファインバブルの減少速度は特に限定されない。ウルトラファインバブルの減少速度は、液質改良装置１において、一次流路７０の容積に対する一次流路７０内の液体の体積の割合を１００％とした場合のウルトラファインバブルの減少速度よりも小さい減少速度であってもよく、さらに、一次流路７０の容積に対する一次流路７０内の液体の体積の割合を６％とした場合のウルトラファインバブルの減少速度よりも小さい減少速度であってもよい。具体的には、ウルトラファインバブル含有液体におけるウルトラファインバブルの減少速度は、ウルトラファインバブルの減少速度が１時間あたり１５００００００個／ｍＬ以下が好ましく、２２０００００個／ｍＬ以下がより好ましく、１００００００個／ｍＬ以下が更に好ましい。

対象液体に対して液体中の全有機炭素の濃度を小さくする処理を行い、液体中のウルトラファインバブルの減少速度を小さくできる理由は定かではないが、次のように推測される。なお、本開示の技術は、この推測理由によって限定解釈されない。
ウルトラファインバブルはマイナスのゼータ電位を有しており、プラス帯電の物質を吸着する特性がある。一方、有機物コンタミなどの有機炭素（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃａｒｂｏｎ）の多くはプラスのゼータ電位を有しており、ウルトラファインバブルに吸着する特性があることが知られている。有機炭素がウルトラファインバブルに吸着して、ウルトラファインバブルが消失する可能性がある。また、ウルトラファインバブルが有機炭素と接触することで凝集した状態、また凝集したウルトラファインバブル同士が合体した状態では、浮力が増加してバブルが浮上し消失すると考えられる（図４参照）。図４中、上向きの矢印は、合体したウルトラファインバブルの浮力を模式的に表している。他方、対象液体に対して液体中の全有機炭素の濃度を小さくする処理を行う本開示の技術によれば、ウルトラファインバブル含有液体のＴＯＣ濃度が小さくなり、有機炭素のウルトラファインバブルへの吸着に起因したウルトラファインバブルの消失が抑制されると推測される。さらに、本開示の技術によれば、有機炭素によるウルトラファインバブルの凝集を抑制でき、凝集に起因したウルトラファインバブルの平均気泡径の増大が抑制されると推測される。

ウルトラファインバブル含有液体の製造方法（その３）によれば、ウルトラファインバブル含有液体におけるウルトラファインバブルの寿命を延ばすことができる。例えば医薬品、化粧品、食品などの用途で用いるなどを想定すると流通や保管が必要なため、ウルトラファインバブルを長期間保持することが求められ、ウルトラファインバブルの寿命を延ばす本開示の技術が特に有効である。
ウルトラファインバブル含有液体の製造方法（その３）は、簡便な方法でウルトラファインバブルの寿命をコントロール可能であり、簡単に実現でき、画期的である。
ウルトラファインバブル含有液体の製造方法（その３）は、対象液体への添加物の添加や、ウルトラファインバブル含有液体を収容する容器の工夫等が不要であり、非常に画期的である。

５．ウルトラファインバブル含有液体
本開示のウルトラファインバブル含有液体は、例えば、ウルトラファインバブル濃度が２×１０^８個／ｍＬ以上であり、ウルトラファインバブルの平均気泡径が１４０ｎｍ以下であり、ウルトラファインバブルの減少速度が、１時間あたり２２０００００個／ｍＬ以下である。
上記のウルトラファインバブル含有液体の製造方法は特に限定されない。上記のウルトラファインバブル含有液体は、対象液体に対して液体中の全有機炭素の濃度を小さくする処理を行うことで、好適に得られる。ウルトラファインバブル含有液体は、例えば、ウルトラファインバブル含有液体の製造方法（その１）、ウルトラファインバブル含有液体の製造方法（その２）、及びウルトラファインバブル含有液体の製造方法（その３）に記載の方法で得ることができる。本開示のウルトラファインバブル含有液体の構成は、ウルトラファインバブル含有液体の製造方法（その１）、ウルトラファインバブル含有液体の製造方法（その２）、及びウルトラファインバブル含有液体の製造方法（その３）で得られるウルトラファインバブル含有液体と同様であり、その説明を省略する。

実施例により本開示を更に具体的に説明する。

１．実験１
（１）サンプルの作製
上記の液質改良装置を用いて、気体（酸素）と液体（水）の混合流体を処理した。噴射弁を閉めた状態で液体を導入後、気体を導入して、一次流路内を下記の条件で加圧した。その後、噴射弁を開放して、細孔モジュールを通して混合流体を放出する操作を１回行って、サンプル１－１から１－４を得た。液質改良装置及び処理条件の詳細は、以下の通りである。サンプル１－２，１－３，１－４は実施例であり、原水、サンプル１－１は参考例である。
細孔モジュール：セラミック多孔体（素材：アルミナ、シリカ）、細孔径１５００ｎｍ、気孔率３１％
一次流路の容積：５００ｍＬ
一次流路に印加する圧力：０．５ＭＰａ
１パス量（１パス当たりの液体の量）：表１に記載の量
気体：酸素（３Ｇ グレード）
液体（原水）：水（純水）。純水製造装置（クリタ製）を利用して得た。なお、純水装置は１週間稼働停止させ、自然に増加した有機炭素源を利用して高めの全有機炭素の濃度条件として用いた。

原水と、サンプル１－１から１－４の全有機炭素の濃度（ｐｐｂ）を測定した。測定には、Ｓｉｅｖｅｒｓ ＴＯＣ計（ＳＵＥＺ社製、ＣｈｅｃｋＰｏｏｉｎｔ Ｐｈａｒｍａ/ｅ）を用いた。

原水と、サンプル１－１から１－４のＵＦＢ濃度（個／ｍｌ）及び平均気泡径（ｎｍ）を測定した。測定には、ナノサイト（ＮａｎｏＳｉｇｈｔ ＮＳ－３００）を用いた。測定条件は以下の通りとした。
［測定条件］
周波数：４０５ｎｍ
ＣａｍｅｒａＬｅｖｅｌ：１５
Ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｃａｐｕｔｕｒｅｓ：５
Ｃａｐｔｕｒｅ ｄｕｒａｔｉｏｎ：６０
Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ：４

（２）結果
結果を表１に示す。表１中、気泡径（ｎｍ）は平均気泡径を表す。ＴＯＣ（ｐｐｂ）は全有機炭素の濃度を表す。原水比（％）は、以下の式（１）に基づき算出した。ＴＯＣ減少率（％）は、以下の式（２）に基づき算出した。ＴＯＣ減少率（％）は、原水よりもＴＯＣが減少したことの一つの指標となる。液体の割合（％）は、一次流路の容積を１００％とした場合の前記容積に対する一次流路内の液体の体積の割合を表す。液体の割合（％）は、以下の式（３）に基づき算出した。判定は、液体の割合（％）が１００％であるサンプル１－１を基準として、これよりもＴＯＣ濃度が低い場合を「合格」とした。
原水比（％）＝（サンプルのＴＯＣ濃度／原水のＴＯＣ濃度）×１００ ・・・（１）
ＴＯＣ減少率（％） ＝ １００－原水比（％） ・・・（２）
液体の割合（％） ＝ （１パス量／５００）×１００ ・・・（３）

実験１における１パス量（水のパス量）と、ＴＯＣ濃度の関係を図５のグラフに示す。図５のグラフにおいて点線は対数近似曲線である。対数近似曲線の式は、ｙ＝３．３５２９ｌｎ（ｘ）＋３３．７２１であり、相関係数はＲ^２＝０．９３２５であった。
実験１におけるＴＯＣ濃度と、ＵＦＢ濃度の関係について、次数２の多項式近似曲線の式は、ｙ＝３Ｅ＋０６ｘ^２－３Ｅ＋０８ｘ＋８Ｅ+０９であり、相関係数はＲ^２＝０．９８７であった。
実験１におけるＴＯＣ減少率と、ＵＦＢ濃度の関係を図６のグラフに示す。図６のグラフにおいて点線は次数２の多項式近似曲線である。次数２の多項式近似曲線の式は、ｙ＝２Ｅ＋０６ｘ^２－２Ｅ＋０８ｘ＋５Ｅ+０９であり、相関係数はＲ^２＝０．９８７であった。

実験１の結果より、１パス量が３０ｍＬ以下の条件（サンプル１－２，１－３，１－４）のＴＯＣ濃度が、１パス量が３０ｍＬを超える条件（サンプル１－１）のＴＯＣ濃度よりも低下していることが分かった。また、１パス量、すなわち液体の割合と、ＴＯＣ濃度との間に、非常に高い相関があることが分かった。
実験１の結果より、ＴＯＣ濃度とＵＦＢ濃度との間に相関があることが分かった。
実験１の結果より、ＴＯＣ減少率とＵＦＢ濃度との間に相関があることが分かった。

これらのことから、一次流路の容積を１００％とした場合の容積に対する一次流路内の液体の体積の割合を６％以下に調整することによって、清浄な液体を得ることができることが示唆された。

２．実験２
（１）サンプルの作製
実験１と同じ液質改良装置を用いて、気体（酸素）と液体（水）の混合流体を処理した。噴射弁を閉めた状態で液体を導入後、気体を導入して、一次流路内を下記の条件で加圧した。その後、噴射弁を開放して、細孔モジュールを通して混合流体を放出する操作を、表１に記載のパス数行ってサンプル２－１，２－２を得た。処理条件の詳細は、以下の点を除いて、実験１と同様である。サンプル２－２は実施例であり、原水、サンプル２－１は参考例である。
液体（原水）：水（純水）。純水製造装置（クリタ製）を利用して得た。なお、純水装置は通常運転状態の条件として用いた。

実験１と同様にして、原水の４つ試験水と、サンプル２－１，２－２における各累積水量の試験水の全有機炭素の濃度（ｐｐｂ）を測定した。

（２）結果
結果を表２に示す。表２中、原水の４試験水の累積水量は、いずれも０ｍＬとした。平均値は、原水の４つ試験水、サンプル２－１，２－２における累積数量の異なる試験水のＴＯＣ濃度の平均値である。原水比（％）は、以下の式（４）に基づき算出した。判定は、液体の割合（％）が１００％であるサンプル２－１の各累積水量の原水比を基準として、これよりもＴＯＣ濃度が低い場合を「合格」とした。
原水比（％）
＝（サンプルのＴＯＣ濃度の平均値／原水のＴＯＣ濃度の平均値）×１００・・・（４）

実験２における累積水量と、ＴＯＣ濃度の関係を図７のグラフに示す。なお、サンプル２－２における累積水量と、ＴＯＣ濃度の関係について、点線は線形近似曲線である。線形近似曲線の式は、ｙ＝－０．０１５２ｘ＋８．５６５２であり、相関係数はＲ^２＝０．７３７４であった。

実験２の結果より、１パス量が３ｍＬの条件（サンプル２－２）のＴＯＣ濃度が、原水及び１パス量が５００ｍＬの条件（サンプル２－１）のＴＯＣ濃度よりも著しく低下していることが分かった。
また、１パス量が３ｍＬの条件（サンプル２－２）において、累積水量が増加するにつれて、ＴＯＣ濃度が低下することが分かった。

これらのことから、一次流路の容積を１００％とした場合の前記容積に対する一次流路内の液体の体積の割合を６％以下に調整することによって、清浄な液体を得ることができることが示唆された。さらに、累積水量の増加、すなわち、パス数を増加させることで、より一層清浄な液体を得られることが示唆された。

３．実験３（ＴＯＣ濃度と気泡寿命との関係を示す実験）
（１）サンプルの作製
実験１と同じ液質改良装置を用いて、表３に記載のガス種の気体と液体（水）の混合流体を、サンプル１－４（液体の割合 １％）と同様に処理した。液質改良装置は、各混合流体を処理する前に、異なる条件で洗浄して用いた。各ガス種に関する実験データは、２０２０年２月から２０２０年９月までに行われた実験のデータを集めた非連続のデータである。各ガス種のウルトラファインバブル含有液体の保管には、ガラスバイアル瓶（容量：３０ｍＬ、ビオラモねじ口バイアル、ビオラモ社製）を用いた。各ガス種のウルトラファインバブル含有液体を、ガラスバイアル瓶に３０ｍＬずつ封入し、環境試験機（エスペック社製、Bench-Top Type Temperature ＆ Humidity Chamber、型番：ＳＨ－２６１）を用いて、定温運転 ５℃にて保管した。保管時間は、表３に記載の保管時間とした。

実験１と同様にして、各ガス種のウルトラファインバブル含有液体について、初期（保管前）のＴＯＣ濃度を測定した。測定は、各ガス種のウルトラファインバブル含有液体につき３回行い、その平均値を算出した。

実験１と同様にして、各ガス種のウルトラファインバブル含有液体について、初期（保管前）のＵＦＢ濃度と、経時変化後（保管後）のＵＦＢ濃度を測定した。

（２）結果
結果を表３に示す。表３中、減少量（変化量）は以下の式（５）に基づき算出した。減少速度（濃度変化速度）は以下の式（６）に基づき算出した。
減少量（個／ｍＬ）＝初期のＵＦＢ濃度－経時変化後のＵＦＢ濃度 ・・・（５）
減少速度（個／ｍＬ／ｈ）＝減少量／保管時間 ・・・（６）

実験３におけるＴＯＣ濃度と、減少速度の関係を図８に示す。なお、点線はＴＯＣ濃度と、濃度変化速度の関係についての線形近似曲線である。線形近似曲線の式は、ｙ＝４２３５６ｘ－２１３２．３であり、相関係数はＲ^２＝０．９９４６であった。

実験３の結果より、ＴＯＣ濃度と、濃度変化速度の関係と間に、上記の線形近似曲線で近似される、高い相関があることが分かった。線形近似曲線の式（ｙ＝４２３５６ｘ－２１３２．３）より、ＴＯＣ濃度が５０ｐｐｂの場合の減少速度は１時間あたり２１１５６６７．７個／ｍＬであることが読みとれる。

本実験３の実施例によれば、対象液体に対して液体中の全有機炭素の濃度を小さくする処理を行い、液体中のウルトラファインバブルの減少速度を小さくしたウルトラファインバブル含有液体を得ることができた。

４．実験４（ＴＯＣ濃度と平均気泡径との関係を示す実験）
（１）サンプルの作製
実験１と同じ液質改良装置を用いて、表４に記載のガス種の気体と液体（水）の混合流体を、サンプル１－４（液体の割合 １％）と同様に処理した。液質改良装置は、混合流体を処理する前に、異なる条件又は同様の条件で洗浄して用いた。各ガス種に関する実験データは、２０２０年２月から２０２０年９月までに行われた実験のデータを集めた非連続のデータである。

実験１と同様にして、各ガス種のウルトラファインバブル含有液体について、ＴＯＣ濃度を測定した。測定は、各ガス種のウルトラファインバブル含有液体につき３回行い、その平均値を算出した。

実験１と同様にして、各ガス種のウルトラファインバブル含有液体について、ＵＦＢ濃度及び平均気泡径、モード気泡径を測定した。

（２）結果
結果を表４に示す。

実験４におけるＴＯＣ濃度と、平均気泡径の関係を図９に示す。なお、点線はＴＯＣ濃度と、平均気泡径の関係についての線形近似曲線である。線形近似曲線の式は、ｙ＝０．１８３ｘ＋９８．４８８であり、相関係数はＲ^２＝０．８９１２であった。
なお、実験４におけるＴＯＣ濃度と、モード気泡径の関係についての線形近似曲線の式は、ｙ＝０．１８３ｘ＋７５．３５５であり、相関係数はＲ^２＝０．９９２２であった。

実験４の結果より、ＴＯＣ濃度と、平均気泡径の関係と間に、上記の線形近似曲線で近似される、高い相関があることが分かった。

本実験４の実施例によれば、対象液体に対して液体中の全有機炭素の濃度を小さくする処理を行い、液体中のウルトラファインバブルの平均気泡径が所定値以下であるウルトラファインバブル含有液体を得ることができた。

５．実験５
（１）サンプルの作製
ナノサイトで計測された粒子が固体粒子（有機物コンタミ等）ではないことを確かめるべく、超音波消泡前後の全粒子濃度（個／ｍＬ）と、平均粒子径を測定した。

具体的には、実験１と同じ液質改良装置を用いて、表５に記載のガス種の気体と液体（水）の混合流体を、サンプル１－４（液体の割合 １％）と同様に処理した。その後、超音波消泡によりウルトラファインバブル含有液体中の気泡を消泡し、全検出粒子中の気泡の割合を算出した。超音波消泡の条件の詳細は、以下の通りである。
超音波印加条件：１．６ＭＨｚ，５０Ｗ，１５ｍｉｎ

実験１と同様にして、各ガス種のウルトラファインバブル含有液体について、ＴＯＣ濃度を測定した。測定は、各ガス種のウルトラファインバブル含有液体につき３回行い、その平均値を算出した。

実験１と同様にして、各ガス種のウルトラファインバブル含有液体について、超音波消泡前後にナノサイトによる全検出粒子濃度（ＵＦＢ濃度に相当）及び平均粒子径（平均気泡径に相当）を測定した。

（２）結果
結果を表５に示す。表５中、ＮＡは、測定していないことを表す。全粒子濃度は、全検出粒子濃度（ＵＦＢ濃度に相当）を表す。気泡率は以下の式（７）に基づき算出した。
気泡率（％）
＝１００－（（消泡後の全検出粒子濃度－消泡前の全検出粒子濃度）×１００）
・・・（７）

実験５の結果より、ＵＦＢ濃度消泡試験の結果ガス種による気泡率の差は大きくは見られなかった。

６．実施例の効果
以上のように、本実施例によれば、好適にＴＯＣ濃度が低減された、清浄なウルトラファインバブル含有液体を得ることができた。

なお、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、今回開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示された範囲内又は特許請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

以下、その他の実施形態を例示する。
細孔モジュール３３は、少なくとも１つの細孔３５を有していればよい。細孔モジュール３３は、一次流路７０内から一次流路７０外の外部空間６３へと混合流体を放出する経路をなす構成であればその形状は適宜変更可能である。例えば、細孔モジュール３３は、先端が閉塞された筒状の部材以外にも、両端が開放された筒状の部材や、板状の部材などが挙げられる。

細孔モジュール３３の材料としては、セラミック（例えば、アルミナ、ムライト、ジルコニア、チタニア、シリカ、マグネシア、カルシアのうち、少なくとも１種以上）からなる材料以外にも、各種の樹脂（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン）や、金属（例えば、アルミニウム、チタン、鉄、金、銀、銅、ステンレス）等が挙げられる。

上述の調整方法は、あくまで一例であり、一次流路７０内に規定量Ｖ２の液体を供給する方法は上述の例に限定されない。例えば、一次流路７０内の液体の割合を調整する際に一次流路７０内の液体の水位を検出する水位センサが用いられてもよい。水位センサを用いて調整を行う場合、制御部６０は、上述の液体供給動作において、上記水位センサによって検出される水位が所定水位（一次流路７０内の液体の量が上記規定量Ｖ２のときの水位）となるまで上記液体供給状態を維持すればよい。そして、制御部６０は、上記水位センサによって検出される水位が上記所定水位となった時点で上記液体供給状態から上記液体供給停止状態に切り替えればよい。この場合も、上記液体供給停止状態に切り替えられた時点での割合Ｘは、Ｘ＝（Ｖ２／Ｖ１）×１００％であり、割合Ｘは、０＜Ｘ≦６の範囲であればよい。なお、水位センサが用いられる上述の例は、一次流路７０内の温度及び圧力に応じてガス供給部９から供給された気体の一部が液化する場合等において有効である。

液質改良装置は、一次流路に一定割合の液体を入れた状態で放出するような動作を間欠的に行う構成に限定されない。例えば、液体供給装置及びガス供給装置によって一次流路に対して液体及びガスを一定割合且つ一定圧で継続的に供給して一次流路の液体割合を所定範囲に保ちつつ、細孔モジュールから一定の流速で継続的に放出するような例も含む。

また、液体や気体を供給する流路や液体を取り出す流路に開閉弁を設ける場合には、その開閉弁の動作をコンピュータ等によって制御してもよい。
例えば第１タンク３内に供給される液体の供給量をセンサにより計測し、第１タンク３内の圧力をセンサにより計測し、これらのセンサにより計測した値に基づいて、液体の流量等や第１タンク内の圧力が目的となる値となるように、前記開閉弁の開閉動作を制御してもよい。従って、ファインバブルを発生するための構成を、インライン化することもできる。

液質改良装置１は、ガスボンベ等の具体的な構成を備えなくてもよい。例えば、空気を圧送して、ガス供給部９を構成してもよい。それ以外にも、一次流路７０、差圧付与部１０、調整部８０の具体的な構成は適宜変更可能である。

ウルトラファインバブル含有液体を製造する場合、割合Ｘを０＜Ｘ≦６の範囲に調整する方法は、調整部８０が上記割合Ｘを調整する方法に限定されない。例えば、作業者による人為的作業によって規定量Ｖ２の液体を一次流路７０内に供給することで、一次流路７０において上記割合Ｘを、０＜Ｘ≦６の範囲としてもよい。

本開示の液質改良装置１は、ウルトラファインバブル含有液体を得るために用いられなくてもよい。例えば、得られたウルトラファインバブル含有液体に対して超音波消泡等の消泡処理を行って、ウルトラファインバブルを含有しない液体を得てもよい。

１ …液質改良装置
１０…差圧付与部
３３…細孔モジュール
３５…細孔
６３…外部空間
７０…一次流路
８０…調整部

Claims (15)

1. ２５℃１気圧の常温常圧状態において気体である流体と前記常温常圧状態において液体である流体との混合流体が流れる一次流路と、
   前記一次流路から送られた前記混合流体が通過する細孔を有し、前記一次流路内から前記一次流路外の外部空間へと前記混合流体を放出する経路をなす細孔モジュールと、
   前記一次流路内と前記外部空間との間に差圧を付与しつつ、前記一次流路から前記細孔モジュール内へ前記混合流体を送る差圧付与部と、
   を備える液質改良装置であって、
   前記一次流路の容積を１００％とした場合の前記容積に対する前記一次流路内の液体の体積の割合を６％以下に調整する調整部を備え、
   前記差圧付与部が前記差圧を付与しつつ前記割合が調整された前記混合流体を前記細孔モジュール内に送りこみ、
   前記細孔モジュールを通過した後の前記混合流体中の全有機炭素濃度が通過前よりも減少する
   液質改良装置。
2. 前記差圧付与部が前記差圧を付与しつつ前記割合が調整された前記混合流体を前記細孔モジュール内に送ることにより、前記混合流体中にウルトラファインバブルを発生させる、請求項１に記載の液質改良装置。
3. 前記細孔モジュールは、細孔径１５００ｎｍ以下の細孔を少なくとも含む、請求項１又は請求項２に記載の液質改良装置。
4. 前記細孔モジュールの気孔率は、３０％以上である、請求項１又は請求項２に記載の液質改良装置。
5. 前記細孔モジュールは、セラミックス又はガラスのいずれかであり、構成元素として、アルミニウム、ケイ素、及び酸素からなる群より選ばれる１種以上の元素を含む、請求項１又は請求項２に記載の液質改良装置。
6. ２５℃１気圧の常温常圧状態において気体である流体と前記常温常圧状態において液体である流体との混合流体が流れる一次流路と、
   前記一次流路を流れる前記混合流体が通過する複数の細孔を有し、前記一次流路内から前記一次流路外の外部空間へと前記混合流体を放出する経路をなす細孔モジュールと、
   前記一次流路内と前記外部空間との間に差圧を付与しつつ、前記一次流路から前記細孔モジュール内へ前記混合流体を送る差圧付与部と、
   を備える液質改良装置を用い、
   前記一次流路の容積を１００％とした場合の前記容積に対する前記一次流路内の液体の体積の割合を６％以下に調整し、
   前記差圧付与部によって前記差圧を付与しつつ前記割合が調整された前記混合流体を前記細孔モジュール内に送ることにより、前記細孔モジュールを通過した後の前記混合流体中の全有機炭素濃度を通過前よりも減少させ且つ前記混合流体中にウルトラファインバブルを発生させる
   ウルトラファインバブル含有液体の製造方法。
7. 前記細孔モジュールは、細孔径１５００ｎｍ以下の細孔を少なくとも含む、請求項６に記載のウルトラファインバブル含有液体の製造方法。
8. 前記細孔モジュールの気孔率は、３０％以上である、請求項６又は請求項７に記載のウルトラファインバブル含有液体の製造方法。
9. 対象液体に対して前記液体中の全有機炭素の濃度を小さくする処理を行い、前記液体中のウルトラファインバブルの平均気泡径が所定値以下であるウルトラファインバブル含有液体を得る
   ウルトラファインバブル含有液体の製造方法。
10. 前記処理において前記液体中の前記全有機炭素の濃度を５０ｐｐｂ以下にする
    請求項９に記載のウルトラファインバブル含有液体の製造方法。
11. 前記処理により、前記液体中の前記ウルトラファインバブルの平均気泡径が１４０ｎｍ以下である前記ウルトラファインバブル含有液体を得る
    請求項９又は請求項１０に記載のウルトラファインバブル含有液体の製造方法。
12. 対象液体に対して前記液体中の全有機炭素の濃度を小さくする処理を行い、前記液体中のウルトラファインバブルの減少速度を小さくしたウルトラファインバブル含有液体を得る
    ウルトラファインバブル含有液体の製造方法。
13. 前記処理において前記液体中の前記全有機炭素の濃度を５０ｐｐｂ以下にする
    請求項１２に記載のウルトラファインバブル含有液体の製造方法。
14. 前記処理により、前記全有機炭素の濃度が５０ｐｐｂ以下であり、前記ウルトラファインバブルの減少速度が１時間あたり２２０００００個／ｍＬ以下である前記ウルトラファインバブル含有液体を得る
    請求項１２又は請求項１３に記載のウルトラファインバブル含有液体の製造方法。
15. ウルトラファインバブル濃度が２×１０^８個／ｍＬ以上であり、
    ウルトラファインバブルの平均気泡径が１４０ｎｍ以下であり、
    ウルトラファインバブルの減少速度が、１時間あたり２２０００００個／ｍＬ以下である、ウルトラファインバブル含有液体。

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