JP3608732B2

JP3608732B2 - 電磁式水処理装置

Info

Publication number: JP3608732B2
Application number: JP2001294591A
Authority: JP
Inventors: 隆成鍋嶌
Original assignee: 隆成鍋嶌
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2021-09-26
Also published as: JP2003094061A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は電磁式水処理装置に関する。詳しくは、地上で生成された塩素やオゾンなどを水中に供給して水を殺菌、浄化するのではなく、汚水を電気分解することで生成された酸素系活性種を汚水中に大量に放出することで汚水の殺菌を行うと共に、汚水に磁界を与えて汚水に含まれる有機物分子を湿式燃焼させ、加えて汚水に含まれるコロイド粒子のイオン鞘を磁界の力ではぎ取ることによって、凝集したコロイド粒子群を水面に浮上させるようにすることで、汚水の浄化を行うようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
水の汚れは、様々である。水中の酸素不足に陥り、嫌気バクテリアの活動が活発になると悪臭が漂う。水の濁りは、あおこが発生したり、汚泥が増えることに起因する。ヘドロの中には重金属や植物繊維物が多数存在する。
【０００３】
また、水を殺菌するために塩素などが多用されているが、残留塩素の問題や、水源にあおこが発生したり、有機物が増加することによって悪臭が発生する。塩素や発ガン物質の混入によって水の安全性も問題視されている。
【０００４】
これらの問題を解決するため、従来では水を殺菌し、水を浄化する装置が開発されている。塩素を使用した電磁式水処理装置やオゾンを使用した電磁式水処理装置が最もポピュラーな水浄化手段であると言える。この水処理は、殺菌と浄化の双方の処理を含む。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来例のうち、塩素を使用した電磁式水処理装置では、殺菌および脱色作用があるが、上述したように残留塩素の問題を惹起すると共に、塩素ガスの発生装置など大掛かりな設備が必要になり、設備費が嵩む上、そのメンテナンスも大変である。
【０００６】
オゾンを使用した電磁式水処理装置にあっては、オゾンを始めとして酸素系活性種による殺菌作用の他に、脱色、消臭作用があることが知られているが、オゾン臭などが発生したり、地上にオゾン発生設備が必要になるなど、設備が大掛かりになるために設備費が高く、そのメンテナンスも大変である。
【０００７】
このように従来では、塩素を使用すると、残留塩素や塩素を混ぜることによる派生化学物質の存在が問題視されたり、最近開発されたオゾンや紫外線を使用した高度電磁式水処理装置は、装置が高価であったり、維持費が嵩むなどの問題を惹起していることは周知の事実である。
【０００８】
そこで、この発明ではこのような従来の課題を解決するために、水中で水処理が可能なように小型化を実現すると共に、水の電気分解と、電界および磁界の作用で、水を殺菌し、溶存している有機物を湿式燃焼させて消滅させ、そしてヘドロなど汚れた固まりを浮上させられるようにした電磁式水処理装置を提案するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、請求項１に記載したこの発明に係る電磁式水処理装置では、汚水を吸水する水中ポンプと、
この水中ポンプより吐出した汚水を旋回させて渦流とする渦流発生部と、
この渦流発生部より送給された上記汚水に電界および磁界を加えて上記汚水の水成分を電気分解しながら配向すると共に、上記汚水中に含まれる有機物分子に高速回転を与えて湿式燃焼させる電磁部と、
上記渦流発生部より送給された空気を上記電磁部に供給された上記汚水と、この電磁部において混合することにより得られる気泡を剪断して超微粒状気泡を生成する気泡剪断部と、
この気泡剪断部より吐出した汚水を水中に送出する送出口とで構成され、
上記電磁部では上記水成分を電気分解することにより得られた酸素系活性種を上記送出口より水中に送出することで、上記水中に含まれる細菌が上記酸素系活性種によって殺菌し、併せて、
上記電磁部を通過する有機物分子の周辺に存在する上記水成分に対して上記電磁部からの磁界によって高速回転を加えて上記有機物分子と水成分との摩擦によって上記有機物分子を湿式燃焼させることで、上記汚水中より有機物分子を焼却すると共に、
上記汚水の固まりの表面からイオンを取り去り、
上記気泡剪断部によって生成された超微粒状気泡をこの気泡剪断部を通過する上記固まり、および水中に送出された上記固まりの表面に付着させるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
この発明では、水成分を電気分解することにより得られた酸素系活性種を水中に送出することで、水中に含まれる細菌が酸素系活性種によって殺菌される。有機物分子の周辺に存在する水成分に対して電磁部からの電界によって、水成分の双極子を電界方向に配向し、そして磁界によってこの水分子に高速回転を与える。この高速回転によって有機物分子と水成分との間で摩擦が生じる。この熱摩擦によって発生する高温によって有機物分子を湿式燃焼させる。この湿式燃焼によって汚水中より有機物分子を焼却して、水中の有機物を減少させる。
【００１１】
磁界を汚水に加えることで、汚水の固まりの表面からイオンを取り去る。汚水の固まりはヘドロであったり、あおこであったり、水の汚れとなる物質である。以下これらをヘドロと総称すると、このヘドロの表面に結合されていたイオンは、磁界によるローレンツ力によって、表面のイオンの一部が剥ぎ取られれて、表面のイオン量が減少する。イオンの総量が減少することで、ヘドロ固まり同士の結合力が弱まり、ヘドロが微粒子化される。
【００１２】
微粒子化されたコロイド粒子には、気泡剪断部によって生成された超微粒状気泡が水処理部の内部で、あるいは電磁式水処理装置の外部に放出されて水中に浮遊した状態で、その表面に付着する。超微粒状気泡による浮力によってコロイド粒子は水面まで浮上する。浮上したコロイド粒子群（スカム）を回収することで水が浄化される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
続いてこの発明に係る電磁式水処理装置の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
説明の便宜上この発明に係る電磁式水処理装置を水浄化装置に適用した場合についてその原理から説明する。
水を浄化するため電磁式水処理装置を水中に設置する。電磁式水処理装置は、吸水された汚れた水を電気分解して生成した大量の酸素系の活性種を汚れた水中に放出して、この活性種によって水中の細菌類を殺菌する。これと同時に装置内にはほぼ同位置に電界発生手段と磁界発生手段の双方が設けられ、電界発生手段によって電気分解されたイオン種を電界方向に配向させて電界の電極側に吸引すると共に、磁界によって汚水中に含まれる有機物周辺の水成分を高速回転させる。
【００１４】
水分子を高速回転させると、有機分子と水成分との間で摩擦が起き、その摩擦熱によって有機物分子を湿式燃焼させる。有機物分子が燃焼すると有機物分子は炭酸ガスとアンモニアガスなどに分解されて、有機物分子が発散消滅する。この処理で水中の有機分子を減少させる。
【００１５】
さらに、磁界内を通過した汚れた固まり（汚物であってヘドロ、あおこなどの微粒子同士の固まり（コロイド））にはその表面に＋イオンが吸引され、イオン鞘の状態となっているが、電界および磁界による＋イオンに対するローレンツ力で汚れた固まりの表面に吸着されているイオン鞘がはぎ取られる。はぎ取られて＋イオンの量が少なくなると、コロイド粒子同士の結合力が強まり、コロイド粒子が再結合した状態で水中に浮遊する。この浮遊状態のコロイド粒子には装置内で生成された極微粒状泡（気泡）が、その表面に多数付着するので、この泡による浮力によってやがては水面まで浮いてくる。この浮遊物（スカム）を回収すれば水が浄化される。
【００１６】
つまりこの発明にかかる水浄化用としての電磁式水処理装置では、水の電気分解による殺菌機能と、電界および磁界による有機物の燃焼機能さらには汚物の浮上作用によって、水中での殺菌を含めた浄化を同時に達成できる。
【００１７】
次に、殺菌処理について図１を参照して説明する。
図１Ａのように陽極１２と陰極１４の間に所定の電圧（直流電圧）を印加して、電極間に電界を発生させる。つまり電場をつくる。電極１２，１４間に雑菌を含んだ汚れた水（浄化すべき水）を流す。電極１２，１４間に水を流すと、水は電気分解される。電気分解によって陽極に生成される主な水分解物質は、Ｏ ₂、Ｈ ₂ Ｏ ₂、ＯＨ、Ｏ ₃、Ｏなどの酸素系の活性種である。酸素系活性種は程度の差こそあれ、その全てが殺菌作用を有する。
【００１８】
陰極側に生成される主な水分解物質は、Ｈ ₂、Ｈなどであり、この水素系活性種は何れも還元効果を発揮する。
【００１９】
これらの活性種が水中を漂うことによって、酸素系活性種は細菌に遭遇することで、その細菌が酸化されて殺菌する。細菌に遭遇しないときには急速に分解して水や酸素を生成する。水素系活性種は酸化物質に遭遇すると、酸化物質を還元して水や水素を生成することになる。
【００２０】
このように水中に放出された、電気分解によって生成された活性種は、殺菌効果や還元効果がありながら、派生化学物質は、何れも水や、酸素や水素のみであるから、塩素などの殺菌剤とは全く異なった殺菌システムと言える。
【００２１】
電気分解によって生成された酸素が大量に水中に放出されることから、溶存酸素量が増え、結果的に好気性バクテリアを増殖し、これによって水性生物が生活できる環境に戻すことができる。
【００２２】
この殺菌システムは、図１Ｂのように２重構造とすることもできる。この場合には陽極１８と陰極１６とを水流方向の前後で逆にすれば、上流側で発生した水浄化に直接効果のない活性種（イオン種）を、下流側の逆極性電極に生成された水素イオンを用いて活性水素化し、また水酸化イオンを用いて活性水酸基化することができる。さらに下流側に設置されたこの電極対によって生成された酸素系活性種および酸素も水中に大量に供給できるので、溶存酸素量も一層増やすことができる。
【００２３】
次に、有機物の燃焼、コロイド粒子群の浮上について説明する。
水分子は一部電離しているが、多くは電離せずにＨ ₂ Ｏの分子の状態のままである。水分子は大きな電気双極子モーメントを持ち、電界にて強制的に電界方向に配向させることができる。特に水中に溶けている有機物周辺では電界の集中化が起こり、有機物周辺の水分子は電界方向に強く配向する傾向があることが、エレクト・レオロジー効果として知られている。
【００２４】
また、有機物分子が存在しない自由水の双極子は２０ＧＨｚ付近で共振するが、有機物周辺の構造化された水分子は、その共振周波数が２００ＭＨｚ付近であって非常に低くなる。共振周波数以上の高周波磁界を印加すると、水分子をより高速回転させることができ、この高速回転によって水分子が加熱される。有機物周辺の水分子が高速回転すると、有機分子と水分子間の摩擦熱によって、有機物分子を集中的に加熱することができる。
【００２５】
ここで、水流が高速水流であると、水分子が高速に流下するために高周波磁界の代わりに斉一磁界（直流磁界）を使用しても、この水分子を同様に高速回転させることができる。構造的には水流に直流磁界を与えた方が簡単である。
【００２６】
そこで、図２のように電極１２，１４に対して磁界発生手段例えば磁石２０を設ける。電界を加えることで電極方向に配向した高速水流（２０〜３０ｍ／ｓｅｃ）を例えば磁界の束（磁場）に対して直角に移動させることで、磁場を通過する高速水流の水分子に対して高速回転を与えることができる。例えば、自由水での流速が１００ｍ／ｓｅｃで約１００ＧＨｚであるから、高速水流では２０ＧＨｚ程度となる。
【００２７】
また、有機物分子との界面付近における水和構造化された水分子の構造は、この高速回転を与えることによって破壊され、有機物分子の周辺では数マイクロｓｅｃほどの極めて短い時間で発熱を起こす。有機物分子周辺の水分子による熱の伝達速度は、１水分子に対して数ｍｓｅｃと比較的遅いため、一瞬にして超高温となり、この超高温と電気分解によって活性化された酸素との働きで、有機物分子を湿式燃焼（熱分解）させて、この有機物分子が炭酸ガス、アンモニアガスなどに分解発散されて消滅（焼却）されることになる。
【００２８】
また、電離したイオン類が磁界内を通過することによって、このイオン類にローレンツ力が働き、ヘドロや汚泥の固まりなどのコロイド粒子の表面に吸引されている＋イオン鞘がローレンツ力によって剥ぎ取られる。これによってコロイド粒子相互間の結合力が強まり、やがてコロイド粒子同士の再結合が起きて凝集する。この凝集は水中を漂っている間に起こる。
【００２９】
再結合（凝集）されたこのコロイド粒子塊（ＳＳ）に超微粒状の気泡が水中で吸着すると、大量の気泡による浮力によってこのコロイド粒子塊が水表面に浮上する。浮上したコロイド粒子塊（スカム）は汚泥である。汚泥を取り除くことで、水中が浄化される。
【００３０】
なお、電極対を２段構成とし、１段目の電極対に磁界発生手段を配し、２段目（下流側）は電界発生手段のみとすると、１段目の電界と磁界とで水分子の電気分解が促進され、水素や水の活性種を大量に発生させることができる。これと同時に電極対のうち陽極には活性酸素種（酸素系活性種）が大量に存在することから、有機物分子を簡単に燃焼させるための環境を作ることができる。これに加えて、２段目の電極対を通過した水流を水中に放出すれば、大量の酸素系活性種を水中に放出できる。
【００３１】
超微粒状の気泡は次のような手段を採用することで生成することができる。
図３に示すように、吸気管である棒状のフィン２２を高速水流（旋回流）の中に置くと、フィン２２の先端部付近の流速は、その中央部付近の流速よりも速くなることから、フィン先端部付近の圧力は負圧となる。その結果、フィン２２に空気導口２４を設けておけば、空気が吸い寄せられて高速水流中に流れ込む。これによって高速水流と空気が混合されて気泡が生ずる。
【００３２】
気泡はその下流側に設けられた別のフィン２２に衝突することで、気泡が砕け、気泡の大きさは衝突するたびに、元よりも１／２以下に剪断される。したがって周方向に複数のフィンを配置すると共に、これを水流に対して２段以上にわたって配置すれば、周方向に旋回する水流は幾度となくこれらフィン２２への衝突を繰り返して流下することになる。例えば、フィンを１０個配置することで、約１／１０００等分された気泡が得られる。したがって超超微粒状の気泡となる。このように粒径が極めて小さい気泡は水中に放出した場合、水中を浮遊することになるので、同じように水中に浮遊しているコロイド粒子塊との親和力（結合力）もよく、コロイド粒子塊の表面に多量に吸着した状態で漂うことになる。なお、このような気泡が吸着するとその総合浮力によって、コロイド粒子塊はやがては水面上に浮上する。このコロイド粒子塊の浮遊物を回収することで、汚水は浄化されると共に、透明度が戻る。
【００３３】
続いて、この発明に係る電磁式水処理装置の実施の形態を図４以下を参照して詳細に説明する。
図４はこの電磁式水処理装置３０の概念図である。電磁式水処理装置３０は図示するように水中ポンプ３０Ａと、その上部に設けられた水浄化部３０Ｂとで構成される。水中ポンプ３０Ａの吸入口３１ａには金属製若しくは樹脂製のパイプ３２が連結され、パイプ３２の先端部にはフロート３４が取り付けられ、フロート３４の一部にフィルタ付きの吸水部３６が設けられており、水面直下の汚水が吸水部３６を介して水中ポンプ３０Ａに導かれる。
【００３４】
水中ポンプ３０Ａの吐出口３１ｂからは所定の流速をもって汚水が水浄化部３０Ｂに導かれる。水浄化部３０Ｂにはその上部に空気取り入れ手段が配される。図のように金属性若しくは樹脂製のパイプ４８と、その上端面に設けられた空気取り入れ口を有するフロート４９で空気取り入れ手段が構成される。フロート４９は水面上に空気取り入れ口が突出するようにするためである。
【００３５】
このフロート４９より空気が吸入されると共に、水中ポンプ３０Ａを通過した汚水は破線ａのように水浄化部３０Ｂ内を通過することで、殺菌に寄与する酸素系活性種の生成と、汚水中に含まれる有機物分子の燃焼およびコロイド粒子のイオン鞘処理などが行われてから、放出口３８ａより水中に放出される。このように、水中に放出された酸素系活性種によって装置周辺での水中に棲息する細菌類が殺菌され、そして有機物分子は水浄化部３０Ｂ内部で湿式燃焼により焼却される。
【００３６】
図５はこの電磁式水処理装置３０の断面図である。
電磁式水処理装置３０は、腐食しにくい金属あるいは樹脂を使用した筒状のケース３８を有し、この筒状ケース３８の内部に設けられた水浄化部３０Ｂは水中ポンプ３０Ａより導かれた汚水の流速を加速する渦流発生部４０Ａと、加速された汚水に対して電気分解を行うと共に、有機物分子を湿式燃焼させるなどの処理を行う、渦流発生部４０Ａの下部に位置する電磁部４０Ｂと、さらに取り入れた空気と汚水を混合して生成した気泡を剪断して超微粒状の気泡にする気泡剪断部４０Ｃとで構成される。
【００３７】
順に説明すると、まず渦流発生部４０Ａは、何れも腐食に強い金属によって成型された上部内筒４２と上部外筒４４とを有し、上部外筒４４には比較的大きな汚水取り入れ口４４ａが設けられ、連結パイプ４５によって水中ポンプ３０Ａで汲み上げた汚水が、上部内筒４２と上部外筒４４との間の水流空間部５２に注水される。
【００３８】
上部内筒４２の頂部には空気取り入れ口４６が設けられ、ここに接続されたパイプ４８を利用して、図４に示したように水面上から空気が取り入れられる。取り入れられた空気は、上部内筒４２のほぼ中間部の円周方向に設けられた複数の吸気口５０を介して水流空間部５２内に放出されるが、この空気を取り入れることについては後述する。
【００３９】
上部内筒４２における上部外周の所定位置には、旋回流（渦流）を発生させるため図６に示すような半円月状をなし、上部外筒４４の内径とほぼ同径となされた一対の加圧羽根５４ａ、５４ｂが、同一円周上に所定の傾斜角をもって取り付け固定されている。一対の羽根５４ａ、５４ｂを所定の角度だけ傾斜した状態で取り付けることで、加圧羽根５４ａ、５４ｂの対向開口面の間隔が狭まる。このように一対の加圧羽根５４ａ、５４ｂを傾斜して取り付けると共に、その対向開口面を狭めることによって、この対向開口面を通過する汚水が旋回しながら加速されて下流の水流空間部５２内に放流される。
【００４０】
因みに、渦流発生部４０Ａを通過した汚水は、取り入れ口４４ａの開口面積と、一対の加圧羽根５４ａ，５４ｂによって形成される対向開口面の面積の比に相当するだけ加速されながら旋回流となって流下するので、その面積比を適宜選定することによって、汚水は高速水流となって下流側に流れ込む。
【００４１】
上部内筒４２の下側の所定位置には上下２段にわたり所定長となされた複数の棒状フィン５５，５６が水流空間部５２に向けて放射状に取り付け固定される。これら棒状フィン５５，５６は上部内筒４２内の空気を吸い込んで水流空間部５２内に放出するために設けられている。
【００４２】
上段の棒状フィン５５は図７に示すように、例えばほぼ９０°の間隔で４本、上部内筒４２に固定されている。この棒状フィン５５よりもさらに下段に位置する棒状フィン５６は、棒状フィン５５に対して４５°だけずらして取り付け固定される。さらにこれらの棒状フィン５５，５６にはその中心部に空気導口５５ａ、５６ａがそれぞれ設けられている。
【００４３】
上述したように、吸気口５０より水流空間部５２内に送り込まれた空気は水流空間部５２内で汚水と混合されて気泡（気泡）が生ずる。この気泡は上下２段の棒状フィン５５，５６に衝突することで、砕かれることから気泡が次第に小さくなる。
【００４４】
また、棒状フィン５５，５６内の空気導口５５ａ、５６ａの先端部側の流速は、棒状フィン５５，５６の外周面部を流れる気泡の流速よりも遅くなることから、棒状フィン５５，５６の先端部付近は負圧となり、空気導口５５ａ、５６ａ内の空気が水流空間部５２内に引き込まれる。これによってさらに気泡が増える。このように棒状フィン５５，５６は気泡を小さくすると共に、気泡を増殖させるために設けられている。
【００４５】
上部内筒４２に対し、その外側に配置される外筒はこの実施の形態では上部外筒４４と中部外筒５８とに２つに分割され、そのうち上部外筒４４はほぼ吸気口５０付近までの長さとなっている。そのため、この上部外筒４４に連結される中部外筒５８は一対の棒状フィン５５，５６が取り付けられた上部内筒４２をカバーできるような長さに選定されたものが使用される。
【００４６】
そしてこの上部内筒４２と中部外筒５８とで電磁部４０Ｂが構成される。電磁部４０Ｂは電界発生手段６０と磁界発生手段６２とで構成される。電界発生手段６０によって水分子の電気分解と、配向が行われ、そして磁界発生手段６２によって有機物分子を湿式燃焼させると共に、ヘドロ、あおこ、汚泥などのコロイド粒子のイオン鞘が強制的に剥ぎ取られる。
【００４７】
まず、上部内筒４２と中部外筒５８とで構成される円筒電極対によって電界発生手段６０が構成されて、水流空間部５２内に電界（電場）が形成される。
中部外筒５８の外周面には磁界発生手段６２が設けられる。磁界発生手段としてこの実施の形態では磁石（永久磁石や電磁石など）が使用される。そのためこの例では、図８に示すように所定の間隔、例えばほぼ４５°の間隔で磁界発生手段としての８個棒状の永久磁石６２が取り付けられている。磁界は中部外筒５８側（内側）がＮ極で、外側がＳ極となるような棒状磁石が使用される。棒状磁石６２の外側には磁石固定用の金属バンド６４が取り付けられるが、この金属バンド６４は中部外筒５８に対する電極としても機能する。
【００４８】
続いて、気泡剪断部４０Ｃについて説明する。
この気泡剪断部４０Ｃもまたステンレスなどの腐食しにくい金属材が使用された下部内筒６４と下部外筒６６とで構成され、下部内筒６４は円板状をなす金属製若しくは樹脂製の上下閉塞板６８，７０を有し、その周面の一部（中央上部側）には円板状をなすフランジ７２が取り付けられている。上下閉塞板６８，７０は金属材で構成されるが、フランジ７２は金属製あるいは樹脂製の何れであってもよい。
【００４９】
図９に示すように、上閉塞板６８は棒状フィン５５，５６の先端径とほぼ同じ外径に選定されるのに対して、下閉塞板７０は下部外筒６６の外径（実際にはそのフランジまでの径）とほぼ同じ外径に選定されている。下閉塞板７０のうち水流空間部５２に面する場所には複数箇所に長径若しくは円形をなす排水口７０ａが設けられている。
【００５０】
一方、下部外筒６６の内側にはこの例では２段にわたり気泡剪断用のフィン（剪断フィン）７４，７６が所定の間隔を保持して放射状に設けられる。剪断フィン７４，７６とフランジ７２や上閉塞板６８との関係を図９に示す。
【００５１】
図９のように、上流側の剪断フィン７４がほぼ９０°の間隔で放射状に取り付けられているときには、下流側の剪断フィン７６はほぼ４５°回転させた状態で放射状に取り付けられる。その長さはほぼフランジ７２と対峙する長さであるが、これは一例に過ぎない。
【００５２】
上述した複数の内筒と外筒は電極として使用される。そのため、上述した複数の内筒４２，６４および外筒４４，５８は何れも上述したようにステンレス材などのように金属材であって、腐食しにくいものが使用される。
【００５３】
そして、図１０に示すようにこれら複数の内筒と外筒によって２重の電極対が構成される。そのため、例えば上部内筒４２をマイナス電極としたときには、バンド６４を介して中部外筒５８が＋電極となり、また下流側の下部内筒６４は下閉塞板７０によって導通がとられて＋電極となる。そして下部外筒６６がマイナス電極として使用される。また、それぞれの電極に所定の電圧を印加して所定の電場を形成するために、図のように、それぞれ対応する位置に電極７９ａ〜７９ｄが溶着される。これで円筒状をなす２重電極対による電界発生手段６０が構成される。一対の電極対にはその内径や電極構造などによっても相違するが、１０〜３０ボルト程度の電圧で、１〜３アンペア程度の電流が印加される。
【００５４】
以上のように構成された渦流発生部４０Ａ、電磁部４０Ｂおよび気泡剪断部４０Ｃは図５に示すような筒状ケース３８内に収納されることになる。ただし、筒状ケース３８は水中ポンプ３０Ａの全てをカバーする長さではなく、水中ポンプ３０Ａの頭部のみをカバーできる程度の長さとなっている。さらにこの筒状ケース３８の下部はラッパ状の開口部となされ、その開口部が放出口３８ａとして使用される。これによって、図１１に示すように水中ポンプ３０Ａを水底に設置した場合でも、放出口３８ａと水底との間には程良い距離が保たれることになる。
【００５５】
上述した外筒４４，５８および６６のそれぞれには、図１０に示すように連結フランジ４４ｂ、５８ａ、５８ｂ、６６ａ、６６ｂが設けられており、これらがリング状パッキン材８０ａ〜８０ｃを介して連結される。これで３つの外筒４４，５８および６６は相互に電気的な絶縁を図りながら、相互かつ水密的に連結されたことになる。
【００５６】
さて、このように構成された電磁式水処理装置３０における水処理について以下に説明する。図１１はこの電磁式水処理装置３０の設置例である。水処理すべき場所は、水槽でも、池でも特に設置場所には拘らないが、水処理能力の観点から処理すべき場所はある程度区切られていた方が効率がよい。図１１は汚水を貯留している水槽に適用した場合であって、その水底にこの電磁式水処理装置３０が水中ポンプ３０Ａを下側にして設置される。水深に応じてパイプ３２に長さが選定され、フロート３４が水面に浮かぶようにする。
【００５７】
そうすると、水面直下に吸水部３６が位置するようになる。このように水面直下を汚水の吸水位置に選定したのは、水面直下は太陽光を直接受けるため汚水内の水分子が活性化されているので、電気分解による酸素系活性種の生成が一層容易になるからである。
【００５８】
また、空気取り入れのためのパイプ４８にもフロート４９が設けられていて、水浄化部３０Ｂへの空気の導入が行われる。このパイプ４８には電源コードも配設され、水中ポンプ３０Ａなどへの電源の供給が行われる。
【００５９】
水中ポンプ３０Ａを駆動すると、汚水が水中ポンプ３０Ａから水浄化部３０Ｂ内に注ぎ込まれる。水中ポンプ３０Ａから吐出する汚水の流速（流量）は水中ポンプ３０Ａの能力によって決まるが、この実施の形態では１ｋＷの水中ポンプ３０Ａを使用した。そのときの流量は、１００ｌ／ｍｉｎである。
【００６０】
渦流発生部４０Ａの水流空間部５２内に取り込まれた汚水は棒状フィン５５，５６によって旋回流（渦流）となされた状態で水流空間部５２の下流側に押し出される。棒状フィン５５，５６は上部内筒４２に対して傾斜して固定されているので、棒状フィン５５，５６を通過することによって汚水は旋回流となって、高速で流下する。この例では、２０〜３０ｍ／ｓｅｃ程度の流速となる。
【００６１】
流下した汚水は吸気口５０より供給された空気と混合され、気泡が生成される。この気泡が上部内筒４２の周面を旋回しながら電磁部４０Ｂに到達する。電磁部４０Ｂではさらに棒状フィン５５，５６から供給される空気によってさらに混合されて気泡が生成される。そして、この電磁部４０Ｂには電界がかかっているので、水分子、特に有機物分子周辺に存在する水分子が電界の方向に強く配向されると共に、水分子が電気分解されてその陽極側である中部外筒５８には上述したような酸素系活性種が生成される。この酸素系活性種は下流側にある一対の電極対６４，６６によっても生成されて、大量の酸素系活性種が排出口３８ａを介して水中に放出される。
【００６２】
酸素系活性種のうち、オゾンや２酸化水素などは強力な殺菌作用があるので、これらによって水中の細菌類を殺菌する。したがって、ある程度の時間をかけて連続的に運転して、この酸素系活性種を水中に放出し続ければ、やがては電磁式水処理装置３０が設置された場所から所定の範囲内の汚水を殺菌することができる。
【００６３】
また、この電磁部４０Ｂは磁場（本例では、０．４Ｔ（テスラ）位）が生成されているので、ここを水流が通過すると特に有機物分子周辺の水分子が高速回転され、この高速回転に伴って有機物分子と水分子との摩擦が起き、この摩擦による高熱が発生する。この摩擦熱によって有機物分子が湿式燃焼して、有機物分子が消滅する。
【００６４】
電気分解および磁界を与えることで発生した大量の酸素は水中に放出されるので、水中の溶存酸素量が増え、これに伴って水中の好気性バクテリアが増殖するので、水中の活性化が一層活発になる。溶存酸素量の増加に伴って水中生物の棲息が可能になり、これによる浄化作用も期待できる。
【００６５】
さらに、水流が磁場を通過することによって、イオン鞘が破壊される。これはコロイド粒子の表面の＋イオン鞘に加わるローレンツ力によってその一部が剥ぎ取られるからである。その結果としてコロイド粒子同士の結合力が強まった状態で水中に放出される。
【００６６】
気泡剪断部４０Ｃまで到達した水流は上閉塞板６８や円板７２によって、旋回流の流れが妨げられ、旋回流が下部内筒６４側に集中するのを抑えて下部外筒６６側に散乱させる。そして、剪断フィン７４，７６に旋回流である気泡が衝突する結果、気泡が細かく剪断される。これによって、気泡は超超微細気泡となる。その径はほぼ１０ミクロン程度である。
【００６７】
この超微粒状気泡が図１１のように水中に放出される。超微粒状気泡は気泡剪断部４０Ｃや水中でヘドロ粒子の表面に吸着する。超微粒状気泡が付着したコロイド粒子は水中を浮遊し、やがてはこの超微粒状気泡による浮力によって水面まで上昇する。水面上に浮遊した浮遊物（スカム）は回収される。浮遊物を回収することで、上述した有機物分子の湿式燃焼と相俟って汚水は浄化され、水中の透明度が回復する。
【００６８】
このようにして汚水は殺菌され、そして浄化される。地上でオゾンを発生させることなく、これを水中で行うので、オゾン臭に配慮する必要がない。また、高速旋回流を水中ポンプ３０Ａと渦流発生部４０Ａだけで発生させることができるので、電磁式水処理装置３０には回転機構が全く存在しないから、装置自身の構成が極めて簡単である。
【００６９】
また、動力源としては水中ポンプ３０Ａと電磁部４０Ｂだけであるから、維持費が極めて安いなど、従来では得られない数々の画期的な、環境に最も適した電磁式水処理装置３０を提供できる。
【００７０】
上述した実施の形態では、電磁部４０Ｂで電界発生手段６０の他に、磁界発生手段６２を同じ位置に設けたが、上流側と下流側とに分離して設けることもできる。但し、この場合には電磁式水処理装置自体多少大きくなる。
【００７１】
この発明に係る電磁式水処理装置３０は、どのような場所にでも設置できるが、処理能力的には当然限界があるので、浄化（殺菌を含む）すべき場所を区切ることで、効率的に水の浄化を達成できる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明では水分子の電気分解によって発生した酸素系活性種によって水中での殺菌を行い、磁界の作用で水分を高速回転させることで、有機物分子を湿式燃焼させて水中の有機物分子を消滅、焼却するようにすると共に、コロイド粒子などを凝集させながら水面に浮上させてこれを回収できるようにしたものである。
【００７３】
これによれば、水中内に棲息する細菌類を殺菌できると共に、ヘドロ、あおこ、汚泥などに含まれる有機物分子を焼却して水中成分より有機物の含有量を大幅に低減させることができる。そして、凝集したコロイド粒子を界面まで浮上させることができるから、殺菌と浄化を効果的に、しかも効率的に、同時に達成することができる。
【００７４】
また、酸素が溶存した気泡を大量に水中に供給できるから、水中の溶存酸素量が増加し、水中生物の生活に適した環境を提供できる。
しかも、この発明に係る電磁式水処理装置は、水中ポンプ以外の稼働部がないので、その分構成を簡略化できる実益を有する。電磁式水処理装置自身、渦流発生部、電磁部および気泡剪断部のみで構成できるので、しかもこれらは水中に設置できるので、従来のように大掛かりな塩素発生装置やオゾン発生装置などが全く不要になる。その結果、設備費およびメンテナンスの非常に安い装置を提供できる実益を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る電磁式水処理装置の原理を説明するための電気分解の説明図である（その１）。
【図２】電界と磁界印加時の動作を説明するための概念図である。
【図３】気泡剪断の説明図である。
【図４】この発明に係る電磁式水処理装置の原理的説明に使用する使用状態の説明図である。
【図５】この発明に係る電磁式水処理装置の実施の形態を示す要部の断面図である。
【図６】渦流発生部を説明するための要部の斜視図である。
【図７】渦流発生部に使用される棒状フィンの取り付け状態の説明図である。
【図８】磁石の取り付け状態を示す中部外筒の展開図である。
【図９】気泡剪断部の実施の形態を示す要部の平面図である。
【図１０】電界発生手段に対する電圧印加例を示す図である。
【図１１】この発明に係る水浄化装置における殺菌と浄化のシステムを示す図である。
【符号の説明】
３０電磁式水処理装置
３０Ａ水中ポンプ
３０Ｂ水浄化部
４０Ａ渦流発生部
４０Ｂ電磁部
４０Ｃ気泡剪断部
４２，６４内筒
４４，５８，６６外筒
６０電界発生手段
６２磁界発生手段
３４，４９フロート

Claims

汚水を吸水する水中ポンプと、
この水中ポンプより吐出した汚水を旋回させて渦流とする渦流発生部と、
この渦流発生部より送給された上記汚水に電界および磁界を加えて上記汚水の水成分を電気分解しながら配向すると共に、上記汚水中に含まれる有機物分子に高速回転を与えて湿式燃焼させる電磁部と、
上記渦流発生部より送給された空気を上記電磁部に供給された上記汚水と、この電磁部において混合することにより得られる気泡を剪断して超微粒状気泡を生成する気泡剪断部と、
この気泡剪断部より吐出した汚水を水中に送出する送出口とで構成され、
上記電磁部では上記水成分を電気分解することにより得られた酸素系活性種を上記送出口より水中に送出することで、上記水中に含まれる細菌が上記酸素系活性種によって殺菌し、併せて、
上記電磁部を通過する有機物分子の周辺に存在する上記水成分に対して上記電磁部からの磁界によって高速回転を加えて上記有機物分子と水成分との摩擦によって上記有機物分子を湿式燃焼させることで、上記汚水中より有機物分子を焼却すると共に、
上記汚水の固まりの表面からイオンを取り去り、
上記気泡剪断部によって生成された超微粒状気泡をこの気泡剪断部を通過する上記固まり、および水中に送出された上記固まりの表面に付着させるようにしたことを特徴とする電磁式水処理装置。
上記渦流発生部は、上部内筒と上部外筒で構成され、
上記上部内筒には半円月状をなす２枚の板体が互いに傾斜させた状態で上記板体が上記内筒に取り付けられ、
上記２枚の板体の対向間隙内を上記汚水を通過させることで高速の旋回流を付与するようにしたことを特徴とする請求項１記載の電磁式水処理装置。
上記電磁部は、上記上部内筒と、上記上部外筒の下部に設けられた中間外筒とを有し、
上記内筒と中間外筒とによって一対の電極円筒対が構成されて電界発生手段が構成されると共に、
上記中間外筒の周面には磁界発生手段が設けられ、上記内筒と中間外筒との間を通過する旋回された汚水を電気分解すると共に、上記汚水の水成分に対して高速回転を与えるようにしたことを特徴とする請求項２記載の電磁式水処理装置。
上記気泡剪断部は、上記電磁部の下面側に設けられた下部内筒及び下部外筒で構成され、
そのそれぞれには上記下部内筒と下部外筒との間を通過する水流を妨げるフィンが設けられ、
水流を上記フィンに多重衝突させることによって、超微粒状気泡が生成されるようにしたことを特徴とする請求項１記載の電磁式水処理装置。