JP3616923B2 - ミキサー管および液体処理システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はミキサー管とこのミキサー管を用いた液体処理システムに係り、特に、処理水中に含有されている液体分子、コロイド粒子等の各種物質の細分化および帯電化の処理を効率的に行なうことができるミキサー管および液体処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から牛や豚等の糞尿を含んだ畜産用排水、あるいは洗浄液や工場廃液等の化学物質を含む工業用排水を浄化処理する方法やシステムが提案されている。
【０００３】
このような従来の液処理システムについて養豚排水処理を例に説明すると、従来の養豚排水等の水処理システムは、スクリーン等に原水を通過させて固形の浮遊物を除去するための濾過処理手段と、好気性微生物により水溶性有機物等を分解処理するための活性汚泥処理手段と、この分解により原水から分離された水溶性有機物を沈殿させて水と沈殿物とに分離する沈殿分解処理手段と、前記沈殿物から水分を脱水除去するための脱水処理手段とから構成されている。
【０００４】
これらの各処理手段についてより具体的に説明すると、前記濾過処理手段では、糞尿等の固形浮遊物を含む原水がスクリーンを通過する際に前記浮遊物がスクリーンに捕えられて除去される。この浮遊物の除去された原水は、一旦、貯留タンクに貯留された後に計量タンクに移送されて活性汚泥処理可能な水量ごとに活性汚泥処理手段としての活性汚泥処理タンクに流入される。この活性汚泥処理タンクでは、好気性微生物が原水中の窒素等の水溶性有機物を生物分解するようになっている。この処理手段で生物分解された原水は沈殿分解処理手段としての沈殿タンクに送られ、この沈殿タンクにおいて、水溶性有機物等を沈殿タンクの底に沈殿させて水と分離し、この水は消毒後に河川等に放流され、前記沈殿物は脱水処理手段に移送される。この脱水処理手段では、脱水機により脱水されて固形物にされて排出される。
【０００５】
ここで、従来の水処理システムにおいては、前記活性汚泥処理タンクの大型化による敷地および建設費の膨大化を回避するために、前記貯留タンクに前記脱水機の洗浄水が流入されるようになっていた。
【０００６】
したがって、前記脱水機の洗浄水により、有機物負荷の高いいわゆる高濃度の原水が希釈化されるため、前記活性汚泥処理手段における好気性微生物の有機物分解負担が軽減されるようになっていた。
【０００７】
しかし、従来の水処理システムにおいては、脱水機の洗浄水だけでは高濃度の原水を十分希釈しきれず、より多くの水量が必要とされていた。また、原水希釈化の水量が増大すれば浄化処理する水量も増加するため、結局、水処理設備が大規模になってしまい、建設費等のイニシャルコストおよび液処理のための消費電力料や水道料等のランニングコストが高くなるという問題が生じていた。
【０００８】
また、高濃度汚水の生物処理を行う場合には維持管理が難しく、一旦、処理体系が崩れると回復までに数ケ月を要し、この間、浄化処理が不完全な処理水を河川等に放流することとなり環境汚染の問題が生じるおそれもあった。
【０００９】
このような問題に対して、高分子凝集剤等の薬品を使用して化学的に原水中の高分子の有機物を凝集分離させて濃度を低下させる処理方法が提案されていた。しかし、有機物の濃度に対する薬剤の種類や投入量の設定が微妙であり、濃度変化等に追従させることが難しいという問題があった。
【００１０】
これらの問題点に鑑み、本発明者らは、既に、液処理設備を小規模化することができてイニシャルコストおよびランニングコストを低廉化できるとともに、簡単な操作により液中の水溶性有機物や微生物等を確実に除去でき、しかも脱臭、脱色、殺菌、液の細分化処理および酸化還元処理を行うことのできる液処理方法、液処理装置、および液処理システムを開発し、出願しており、その発明は、特開平１１−９０４２０号公報および特開２０００−２６３０５６号公報に開示されている。
【００１１】
ここで、前述した２つの公開公報に開示されている発明には、液の細分化処理の工程で使用されるミキサー管が記載されている。
【００１２】
このミキサー管は、管内を流動する処理水にミキサーを施す際に、液の細分化および帯電荷を行いうるように構成されており、図１６に示すように、ミキサー管本体となるパイプ９０の上下部に約１００００Ｇａｕｓｓのネオジウム板９１が配設されているとともに、前記パイプ９０内には、約１１０００Ｇａｕｓｓの磁力のネオジウム磁石９２が埋設されたセラミックス材料からなるネオジウムフィン９３が配設されている。そして、前記ネオジウムフィン９３は、螺旋状にねじられた平板により形成されており、処理水が流通する方向に沿ってフィンの幅方向端部にネオジウム磁石９２が、「ＮＮＳＳＮＮＳＳ・・・」の順に交互に埋設されて構成されている。
【００１３】
そして、このように構成されたミキサー管内を処理水を流通させる際に、前記ネオジウム板９１の磁界および前記ネオジウムフィン９３のミキサーの作用により、処理水中の液体分子を細分化して負電子に帯電荷（イオン化）させるとともに、前記処理水中の溶解物質のコロイド粒子を細分化して正電子に帯電荷させてそれぞれ整列させることができ、この細分化、帯電荷により、前記液処理装置における液処理の当該細分帯電荷処理の後工程である、微細な液体分子とコロイド粒子との分離処理工程において効率的に処理を施すことが可能となる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、本発明者が開発した液処理方法や液処理システムを実現する液処理装置は、それ以前の装置の問題点を解消したものであるが、更なる懸案事項としては、装置の大規模化を伴わずに処理能力を向上させることが挙げられる。
【００１５】
そこで、本発明は、前記細分帯電荷処理に用いられるミキサー管の構造を改良し、液体分子、コロイド粒子の細分化、帯電荷を効率的に行ない、前記液処理装置の処理能力をアップすることのできるミキサー管および液体処理システムを提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するため請求項１に係る本発明のミキサー管の特徴は、供給されるミキシング対象物にミキシングを施すミキサー管であって、ミキサー管本体としての筒状パイプを有し、前記筒状パイプの内側面には、Ｎ極とＳ極の極性が交互となるように配列された２本のネオジウム磁石の列が相反する極性を対向させるようにして前記筒状パイプの内側面と面一に埋設されており、前記筒状パイプ内には、その表面に前記ミキシング対象物の流通方向に沿ってネオジウム磁石のＮ極とＳ極とを交互に埋設され、ミキシング対象物を前記筒状パイプの周方向において時計方向に回転させるように形成された第１フィンと、反時計方向に回転させるように形成された第２フィンとの２種類のフィンを有するネオジウムフィンが配設されている点にある。
【００１７】
本発明のミキサー管によれば、供給されるミキシング対象物は前記筒状パイプ内を第１フィンによる時計方向の回転と第２フィンによる反時計方向との回転とにその回転方向を切り替えられながら流通することとなるが、前記回転方向が切り替わる際に、液流の大きな衝突が生じることにより、十分な攪拌を行ない、処理水に含まれる液体分子やコロイド分子の細分化を行なうことができ、また、その攪拌時に、前記筒状パイプやネオジウムフィンに配設されたネオジウム磁石により、細分化された分子を帯電荷させることができる。
【００１８】
そして、請求項２に係る本発明のミキサー管の特徴は、請求項１に記載のミキサー管において、前記ネオジウムフィンは、前記第１フィンおよび第２フィンが前記筒状パイプの軸方向に交互に配列されている点にある。
【００１９】
本発明のミキサー管によれば、前述の供給されるミキシング対象物の前記筒状パイプ内における回転方向の切替の機会を多くすることで、より十分な攪拌を行ない、分子の細分化と均一化を図ることができるものとなる。
【００２０】
さらに、請求項３に係る本発明の液体処理システムの特徴は、少なくとも、浮遊物を含む処理水にマイクロ波を発振して浮遊物分子と液体分子とに分離する分離処理手段と、この浮遊物分子を分離後の液体に低周域の超音波を発振して前記浮遊物分子を凝集する凝集処理手段と、磁界中においてミキシングすることにより液体中の液体分子と浮遊物分子とを細分化しつつ帯電整列化させる細分帯電処理手段と、液体に高周域の電磁超音波を発振して前記液体の脱臭を行う脱臭処理手段と、液体に高圧パルスを印加して前記液体から窒素を分離し除去するとともにオゾンを発生させることにより前記液体の脱色および殺菌を行う高圧パルス処理手段と、前記浮遊物分子の凝集物を磁力により吸着し排出する凝集物排出処理手段とを有する液体処理システムにおいて、前記細分帯電処理手段はミキサー管により構成されており、前記ミキサー管は、筒状パイプを有し、この筒状パイプの内側面には、Ｎ極とＳ極の極性が交互となるように配列された２本のネオジウム磁石の列が相反する極性を対向させるようにして前記筒状パイプの内側面と面一に埋設されており、前記筒状パイプ内には、その表面に前記処理水の流動方向に沿ってネオジウム磁石のＮ極とＳ極とを交互に埋設され、前記筒状パイプの周方向において時計方向に回転するように形成された第１フィンと、反時計方向に回転するように形成された第２フィンとの２種類のフィンが前記筒状パイプの軸方向に交互に配列させて形成されたネオジウムフィンが配設されている点にある。
【００２１】
本発明の液体処理システムによれば、液体処理システムを小規模化することができ、イニシャルコストおよびランニングコストを低廉化できるし、また、液体分子をより微細化することで、液体中の浮遊物を確実に除去できるとともに脱臭、脱色および殺菌して品質を高めることができ、より広範な分野への利用が可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係るミキサー管の断面図を示すものである。
【００２３】
本実施形態のミキサー管７１は、セラミックスあるいは樹脂で形成された円筒形をなす筒状パイプ７２を本体としており、この筒状パイプ７２の内側面には、Ｎ極のネオジウム磁石７３ａとＳ極のネオジウム磁石７３ｂが交互となるように配列された２本のネオジウム磁石７３の列が相反する極性を対向させるようにして前記筒状パイプ７２の内側面と面一に埋設されている。なお、本実施形態においては、図１に示すように、前記ネオジウム磁石７３の列は前記筒状パイプ７２の内側の上下位置に埋設されており、前記ネオジウム磁石７３は約１００００Ｇａｕｓｓの磁力を有するものとする。
【００２４】
また、前記筒状パイプ７２内には、約１１０００Ｇａｕｓｓの磁力のネオジウム磁石７４がその表面に埋設されたセラミックス材料からなるネオジウムフィン７５が周方向にミキシング対象物の流れおよびネオジウムの磁力により、回転自在に配設されている。前記ネオジウムフィン７５は、攪拌用のフィンとして前記筒状パイプ７２内を流通するミキシング対象物に対し作用するものであり、詳しくは、本実施形態において、略螺旋状にねじられた平板により、当該ミキサー管内を流通する前記対象物を時計方向に回転させるように形成された第１フィン７５ａと、反時計方向に回転させるように形成された第２フィン７５ｂとの２種類の形状のフィンを、前記筒状パイプ７２の軸方向に交互に配列させて形成されている。そして、前記第１フィン７５ａおよび第２フィン７５ｂはその表面に、図１に示すように、ミキシング対象物の流通する方向に沿ってＮ極のネオジウム磁石７４ａとＳ極のネオジウム磁石７４ｂとを交互にして埋設されている。
【００２５】
このような構成のミキサー管７１は、筒状パイプ７２の内側面に埋設されたネオジウム磁石７３と、前記ネオジウムフィン７５の磁力により起電力を有するものとなる。また、ネオジウムフィン７５をその対象物の回転方向を相反させる第１フィン７５ａと第２フィン７５ｂとを交互に配列させた構成としたことで、前記対象物の攪拌をより効率的に行えるものとなっている。
【００２６】
そして、このように構成されたミキサー管７１を、例えば、液体処理システムに用いることで、前記筒状パイプ７２内に埋設されたネオジウム磁石７３およびネオジウム磁石７４の磁界および前記ネオジウムフィン７５のミキサーの作用により、処理水中の液体分子を細分化して負電子に帯電（イオン化）させるとともにコロイド粒子を細分化して正電子に帯電させてそれぞれ整列させることができる。
【００２７】
なお、前記ミキサー管７１の筒状パイプ７２の内側面に配設されたネオジウム磁石７３の列は、Ｎ極のネオジウム磁石７３ａとＳ極のネオジウム磁石７３ｂとが前記軸方向に交互に配列された構成を示したが、これはあくまでもベストモードを示すものであり、対向する２本の前記ネオジウム磁石７３の列は、相反するいずれかの極性を配設した構成とすることでも帯電の作用を施すことはできる。
【００２８】
また、前記ミキサー管７１のネオジウムフィン７５は、本実施形態においては、それぞれ４枚の第１フィン７５ａおよび第２フィン７５ｂが前記筒状パイプ７２の軸方向に交互に配列された８枚構成としたが、これはあくまでも例示であり、ミキシングの対象物、例えば、前記処理水を異なる方向へ回転させるように構成されたフィンを配設することで、ミキサー管７１内の前記対象物の攪拌は、ミキシングの対象物を同一方向へ回転させるフィンにより攪拌される場合に比して、効率的におこなうことができ、そのフィンの枚数はそれぞれが複数である必要もない。例えば、２枚の第１フィン７５ａ，７５ａの間に１枚の第２フィン７５ｂを介在させた構成のネオジウムフィン７５であってもよい。
【００２９】
さらに、前記第１フィン７５ａ、第２フィン７５ｂの形状は限定せず、図示のものにもかぎらないが、捩ればねを用いることで流体（ミキシング対象物）と静止体（フィン）との接触面積を増やすことができ、流体がその流通方向にのばされる、いわゆる縦混合作用を得ることができる。
【００３０】
次に、前述のような効果を有するミキサー管７１を利用した液処理システムの具体例を示し、本実施形態のミキサー管７１の作用および効果をさらに説明する。
【００３１】
図２は液処理システムの具体例を示しており、豚の排尿等を含む原水から比重の大きい固形浮遊物をスクリーン等により除去するための濾過処理手段１と、濾過後のまだ濁っている原水に電磁波のマイクロ波を発振して、これによる電界がコロイド粒子と液体分子とを分離するための第１分離処理手段２と、この分離後の原水に低周域の超音波を発振してコロイド粒子を凝集するとともに液体分子から分散させるための第１凝集処理手段３と、磁界中においてミキサーされることにより原水中の液体分子とコロイド粒子とを細分化しつつ帯電整列化させる細分帯電処理手段４と、この細分化され、かつ、帯電整列化された処理水に再び電磁波のマイクロ波を発振して微細なコロイド粒子と液体分子とに分離するための第２分離処理手段５と、この分離後の処理水に高周域の電磁超音波を発振して処理水から悪臭を除去するための脱臭処理手段６と、この脱臭処理後の処理水に低周域の超音波を発振して前記コロイド粒子を凝集するとともに液体分子から分散させるための第２凝集処理手段７と、処理水に高電圧パルスを印加して前記処理水から窒素を分離除去するとともにオゾンを発生させることにより前記処理水の脱色および殺菌処理を行うための高電圧パルス処理手段８と、前記コロイド粒子の重金属等の金属物質を含む凝集物を磁力により吸着沈殿し排出するための凝集物排出処理手段９と、磁界の作用によりクラスターとも呼ばれる液体分子をより微細化して活性化した活性水を生成するための液体分子細分化処理手段１０と、帯電荷処理によりイオン化された処理水を酸化還元反応させて安定した状態に戻すための酸化還元処理手段１１と、前記コロイド粒子からなる沈殿物を脱水処理するための脱水処理手段１２と、前記各処理手段と接続され各処理動作を制御するための集中制御手段１３とから構成されている。
【００３２】
前記各手段についてより具体的に説明すると、前記濾過処理手段１は、図２に示すように、原水を濾過するためのスクリーンまたはフィルタ等の濾過体１４と、濾過後の浮遊物を排出するための屎渣受部１５と、濾過後の原水を貯留するための原水タンク１６とから構成されている。
【００３３】
そして、前記濾過処理手段１は、原水を前記濾過体１４に通過させることにより、すでに水と分離して原水中に浮遊している固形浮遊物を濾し取って前記屎渣受部１５へ排出するようになっている。また、前記濾過体１４によって濾過された原水は、一旦、原水タンク１６に貯留された後に原水移送ポンプ１７によって次の処理段階である前記第１分離処理手段２へと移送される。このため、この原水タンク１６には、図３および図４に示すように、その上部に濾過後の原水を流入させるための流入パイプ１８が連結されているとともに、側面下方部には第１移送パイプ１９ａが連結されていて前記原水移送ポンプ１７の吸引力により原水が次の処理段階へ移送されるようになっている。
【００３４】
また、前記原水タンク１６の底部には、沈殿物を排出するための第１排出パイプ２０ａが連結されており、この第１排出パイプ２０ａを通じて沈殿物が前記脱水処理手段１２へと移送されるようになっている。
【００３５】
なお、前記原水タンク１６には、前記脱水処理手段１２の後述する脱水機５６により沈殿物から脱水された水およびこの脱水機５６を洗浄した後の水が流入されるようになっており、原水の希釈化に利用されるようになっている。
【００３６】
つぎに、第１分離処理手段２について説明する。
【００３７】
前記第１分離処理手段２には、図２および図３に示すように、前記第１移送パイプ１９ａと連結された第１分離処理パイプ２２が配設されており、この第１分離処理パイプ２２の外周には電磁コイル２３が巻回されているとともに円管状の第１マイクロ波発振管体２４が配設されている。この第１マイクロ波発振管体２４は、ネオジウム板等の磁石により構成されており、上部側がＮ極とされ、下部側がＳ極とされている。そして、この第１マイクロ波発振管体２４からは、原水の濃度に応じて３００ＭＨｚ〜１６ＧＨｚの周波数、より好ましくはコロイド粒子を分離する観点から２．４Ｇ〜１０．５ＧＨｚの周波数、さらに好ましくは１０．５ＧＨｚの周波数のマイクロ波が発振されるようになっている。このような永久磁石、電磁石および電磁波であるマイクロ波により磁界および電界の合成場が形成され、これにより原水中のコロイド粒子および液体分子を分離させるようになっている。
【００３８】
ここで、マイクロ波は、図８に示すように、主として原水が破壊されてコロイド粒子と液体分子とを帯電させてばらばらに分散する作用を有していると考えられる。
【００３９】
そして、分散された処理水は、前記第１分離処理パイプ２２に連結されている第２移送パイプ１９ｂを通して前記第１凝集処理手段３へ移送される。
【００４０】
つぎに、第１凝集処理手段３について説明する。
【００４１】
前記第１凝集処理手段３には、図２乃至図４に示すように、第１凝集処理タンク２６が配設されており、この第１凝集処理タンク２６の底部には前記第２移送パイプ１９ｂが連結されていて、前記第１分離処理パイプ２２から処理水が流入されるようになっている。
【００４２】
そして、前記第１凝集処理タンク２６内には、図４および図５に示すように、原水の濃度に応じて１００ｋＨｚ以下の周波数範囲で低周域の超音波を発振する複数の第１低周域超音波発振体２７が配設されている。本具体例においては、前記第１低周域超音波発振体２７は、２８ｋＨｚまたは４０ｋＨｚの超音波を横波として発振する第１低周域超音波発振体２７ａと、４８ｋＨｚまたは１００ｋＨｚの超音波を横波として発振する第１低周域超音波発振体２７ｂとから構成されている。これらの超音波によるキャビテーション作用等により、２８ｋＨｚまたは４０ｋＨｚの低周域超音波は、前記分散されたコロイド粒子を凝集する役割を有しており、前記４８ｋＨｚまたは１００ｋＨｚの低周域超音波は、凝集するコロイド粒子と液体分子とを分散させる役割を有している。なお、これらの超音波出力は、３００Ｗ〜１．２ｋＷとされている。
【００４３】
また、前記第１凝集処理タンク２６の底部の内面には、ネオジウム等の永久磁石２８ａが敷設されているとともに、前記底部には、第２排出パイプ２０ｂが連結されている。このため、前記帯電状態にあるコロイド粒子の凝集物は前記永久磁石２８ａに吸引されて沈殿するようになっており、この沈殿物は、前記第２排出パイプ２０ｂを通って前記脱水処理手段１２へと移送されるようになっている。
【００４４】
そして、第１段階の凝集処理がされた処理水は、前記第１凝集処理タンク２６の側面上方部に連結されている第３移送パイプ１９ｃを通って前記細分帯電処理手段４へと移送される。前記第３移送パイプ１９ｃの途中には、加圧ポンプ２９が配設されており、前記細分帯電処理手段４へ流入させる処理水を適度な圧力をもって流入させるようになっている。
【００４５】
なお、前記第１凝集処理タンク２６の上部には、原水に含まれる空気を排出するためのエア排出口４９が配設されている。
【００４６】
つぎに、細分帯電処理手段４について説明する。
【００４７】
前記細分帯電処理手段４には、前記第３移送パイプ１９ｃに連結された細分帯電処理パイプ３０が配設されている。
【００４８】
図９は、前記細分帯電処理手段４の構成の要部を示しており、前記前記加圧ポンプ２９のノズル２９ａとディフューザー３０を介することにより適当な圧力を加えられ、流速を上げた処理水が、エレメント部３１に配設された前記ミキサー管を流通する構成とされている。前記ミキサー管７１の構成については、図１を用いて前述した通りの構成とされている。
【００４９】
前記エレメント部３１においては、速い流速で供給される処理水には、筒状パイプ７２内でキャビテーション現象が発生する。このキャビテーション現象が発生すると、処理水中にホットスポットができ、超高圧および真空状態の箇所ができる。この状態で処理水中のコロイド粒子等は一旦、バラバラにされたあと大きさを均等にする。その際、前記ミキサー管７１の内部に配設されたネオジウムフィン７５を構成する第１フィン７５ａ、第２フィン７５ｂは、相反する回転方向に処理水を回転させて導くことにより、処理水を激しく攪拌し、処理水中の液体分子およびコロイド粒子を分解し、大きさの均一化を促進させるように作用する。また、前記ミキサー管７１を構成する筒状パイプ７２の内側面およびネオジウムフィン７５に埋設されたネオジウム磁石７３，７４は、高速で回転する処理水に起電力を生じさせ、磁化効率をアップさせるように作用する。そして、発生した起電力は、均一化されたコロイド粒子を均等に帯電させイオン整列させるように作用する。
【００５０】
このように、細分帯電荷処理手段４では、前記第１分離凝集処理では除去しきれなかった、より微細なコロイド粒子のイオン整列を行い、次の第２分離凝集処理段階において容易に処理するための下準備を行なうことができる。
【００５１】
つぎに、第２分離処理手段５について説明する。
【００５２】
前記第２分離処理手段５は、前述した第１分離処理手段２とほぼ同様の構成を有している。すなわち、前記第２分離処理手段５には、図３および図６に示すように、前記細分帯電処理パイプ３０と連結された第２分離処理パイプ３３が配設されており、この第２分離処理パイプ３３の外周には電磁コイル３４が巻回されているとともに第２マイクロ波発振管体３５が配設されている。この第２マイクロ波発振管体３５は、ネオジウム板等の磁石により構成されており、上部側がＮ極とされ下部側がＳ極とされている。そして、流入する処理水の濃度に応じて３００Ｍ〜１６ＧＨｚの周波数、より好ましくはコロイド粒子の分離処理を行う観点から２．４Ｇ〜１０．５ＧＨｚの周波数、さらに好ましくは１０．５ＧＨｚの周波数範囲のマイクロ波が約１μｓｅｃ間発振されるようになっており、このようなマイクロ波を処理水に発振すると、処理水が破壊されてより微細なコロイド粒子および液体分子が形成されこれらがばらばらに分散されることになる。
【００５３】
その後、分散された処理水は、前記第２分離処理パイプ３３から次の前記脱臭処理手段６へと移送される。
【００５４】
つぎに、脱臭処理手段６について説明する。
【００５５】
前記脱臭処理手段６には、高周域電磁超音波発振体である脱臭処理ボックス３７が配設されており、この脱臭処理ボックス３７内を前記第２分離処理パイプ３３に連結した脱臭処理パイプ３８が貫通されるようにして配設されている。この脱臭処理パイプ３８の外側の上下位置には、図１０に示すように、それぞれＮ極とＳ極の極性を有する外部磁石３９ａが配設されているとともに、脱臭処理パイプ３８の軸心位置には、棒状の内部磁石３９ｂが前記外部磁石３９ａの極性と反対の極性が対向するように配設されている。本第１実施形態では、前記外部磁石３９ａは電磁石により形成されており、前記内部磁石３９ｂは永久磁石により形成されている。さらに、前記脱臭処理パイプ３８の左右側面には、処理水の濃度に応じて３Ｍ〜３００ＭＨｚ、より効果的には１００ＭＨｚの周波数の縦波の超音波を約０．５ｓｅｃの周期で発振する高周域超音波発振器４０が配設されている。
【００５６】
また、処理水は、前記脱臭処理パイプ３８においてミキサーあるいは振動されながら通過するようになっており、本第１実施形態では、脱臭処理パイプ３８内に配設された図示しないノズルから噴出されるとともに、このノズルの出口近傍に図示しない振動板が配設されており、この振動板に処理水が衝突することにより激しく振動するようになっている。
【００５７】
また、前記外部磁石３８ａ、内部磁石３８ｂおよび高周域超音波発振器４０により、磁界と電界による合成場が形成され、いわゆる電磁超音波が発生されるようになっており、この電磁超音波が、コロイド粒子のアミノ酸を粉砕し完全に処理水から臭気を除去するようになっている。
【００５８】
この脱臭処理パイプ３８で脱臭された処理水は、次の処理段階である第２凝集処理手段７へと移送される。
【００５９】
つぎに、第２凝集処理手段７について説明する。
【００６０】
前記第２凝集処理手段７には、第２凝集処理パイプ４１が配設されており、この第２凝集処理パイプ４１の外周には、電磁コイル４２が巻回されているとともに、処理水の濃度に応じて５０ｋＨｚ以下の周波数範囲で低周域の超音波を発振する第２低周域超音波発振体４３が配設されている。
【００６１】
この第２低周域超音波発振体４３によって低周域の超音波が処理水に発振されると、不規則にならんでいる液体分子およびコロイド粒子のうち、負イオンに帯電している液体分子が前記第２凝集処理パイプ４１の壁面側へ吸引されて壁面に沿って流れ、正イオンに帯電しているコロイド粒子が前記第２凝集処理パイプ４１の中心部側を流れるようになり、液体分子とコロイド粒子とが分散されて前記コロイド粒子同士が凝集されるようになっている。
【００６２】
このようにして第２凝集処理が行われた処理水は、次の高電圧パルス処理手段８へと移送される。
【００６３】
前記高電圧パルス処理手段８は、約１０ｋ〜６０ｋＶの高電圧を異なる周期で印加することによりプラズマを発生させて処理水中の窒素分子を除去するものである。
【００６４】
このため、図１１に示すように、前記高電圧パルス処理手段８には、高電圧パルス処理パイプ４５が前記第２凝集処理パイプ４１に連結されるようにして配設されており、前記高電圧パルス処理パイプ４５には、異なる周期で印加される高電圧パルス発生体としての複数の電極体４６Ａ，４６Ａ´，４６Ｂ，４６Ｂ´，４６Ｃ，４６Ｄが配設されている。
【００６５】
これらの電極体４６Ａ−４６Ａ´間および電極体４６Ｂ−４６Ｂ´間には、図１２に示すように、１０ｋ〜３０ｋＶの電圧が２０μｓ印加されて２０μｓ経過後に再び２０μｓ印加されて、その後５μｓ経過後に再び同様のパターンの電圧の印加が繰り返されるようになっている。
【００６６】
一方、電極体４６Ｃ−４６Ｄ間には、図１３に示すように、約６０ｋＶの電圧が５μｓの周期で５μｓ間印加されるようになっている。
【００６７】
図１４には、前記各電極体４６Ａ，４６Ａ´，４６Ｂ，４６Ｂ´，４６Ｃ，４６Ｄにより電圧が印加された場合の液体分子およびコロイド粒子の状態変化を示す。図１４中の大きな円は液体分子であり、これに結合している小さな円はコロイド粒子である。まず、電極体４６Ａ−４６Ａ´間および電極体４６Ｂ−４６Ｂ´間の高電圧パルスにより、液体分子が負電荷に帯電され窒素分子が正電荷に帯電される。そして、電極体４６Ａ−４６Ｂ´間および電極体４６Ａ´−４６Ｂ間の高電圧パルスにより、液体分子と窒素分子とを分離する作用が生じ、電極体４６Ｃ−４６Ｄ間の高電圧パルスにより窒素分子が液体分子から完全に引き裂かれる。この窒素分子がとばされるのと同時に、処理中の酸素分子が結合してオゾンが発生する。このオゾンは、処理水を脱色し、かつ、殺菌する効果を有している。
【００６８】
したがって、前記高電圧パルス処理手段８により、前記処理水は窒素を除去することができるとともに処理水の脱色および殺菌を行うことができるようになっている。
【００６９】
この高電圧パルス処理手段８の前記高電圧パルス処理パイプ４５の流出側には、第４移送パイプ１９ｄが連結されており、処理水が次の処理段階である前記凝集物排出処理手段９たる排出処理タンク４８へと移送されることになる。
【００７０】
つぎに、凝集物排出処理手段９について説明する。
【００７１】
前記凝集物排出処理手段９は、ネオジウム等の永久磁石２８ｂによって第２分離凝集処理により凝集物とされたコロイド粒子を下方へ吸着して排出するものである。
【００７２】
このため、図２、図３および図７に示すように、前記凝集物排出処理手段９には、処理水を貯留するための排出処理タンク４８が配設されている。この排出処理タンク４８の底部には、前記第４移送パイプ１９ｄが連結されていて凝集物を含む処理水が流入されるようになっているとともに、ネオジウム等の永久磁石２８ｂが敷設されており、前記第４移送パイプ１９ｄから流入された処理水のうち帯電状態にある凝集物が前記永久磁石２８ｂの磁力により吸引されて底部に沈殿化するようになっている。
【００７３】
そして、前記排出処理タンク４８の底部に集められた沈殿物は、前記排出処理タンク４８の底部に連結されている第３排出パイプ２０ｃから前記脱水処理手段１２へと排出されるようになっている。
【００７４】
なお、前記永久磁石２８ｂの磁力は、処理水の有機物濃度に応じて決定されるようになっている。このため、高濃度の原水、すなわちコロイド粒子が大量に含まれている原水を処理する場合には、大量の凝集物を吸着する必要があることから、前記電磁石の磁力は大きく設定されるようになっており、逆に、低濃度の原水を処理する場合には、前記電磁石の磁力は小さく設定されるようになっている。
【００７５】
また、前記排出処理タンク４８の上部には、エア排出口４９およびオゾン排出口５０が配設されており、前記高電圧パルス処理により発生する窒素等の空気およびオゾンを外部へ排出するようになっている。
【００７６】
そして、前記排出処理タンク４８内で凝集物等が除去された処理水は、前記排出処理タンク４８の側面上方部に連結された第５移送パイプ１９ｅを通って次の液体分子細分化処理手段１０へと移送される。
【００７７】
つぎに、液体分子細分化処理手段１０について説明する。
【００７８】
前記液体分子細分化処理手段１０は、強力な磁力の作用により、前述までの各処理により浄化された水の液体分子をさらに細分化して活性水を生成するようになっている。
【００７９】
このため、前記液体分子細分化処理手段１０には、図２、図３および図７に示すように、細分化処理タンク５１が配設されており、この細分化処理タンク５１内にセラミック等の絶縁性材料からなる筒体５２が上下方向を長手方向となるようにして配設されている。そして、前記細分化処理タンク５１の側面上方部に前記第５移送パイプ１９ｅが連結されているとともに、この第５移送パイプ１９ｅと前記筒体５２とを連通する筒体内移送用パイプ５３が配設されている。このため、液体分子細分化処理された水は、前記第５移送パイプ１９ｅおよび前記筒体内移送用パイプ５３を通って筒体５２の内側へ流入されるようになっている。
【００８０】
また、前記筒体５２の底面側は開口されており、筒体５２の外周面には図示しない電磁コイルが巻回されている。このため、前記電磁コイルに電流が流されると、前記筒体５２の内側では下方へ作用する力が発生し、流入される処理水が前記液体分子細分化処理タンク５１の底部方向へ移送されるようになっている。
【００８１】
一方、前記液体分子細分化処理タンク５１の上部および底部の内面には、それぞれ約１００００Ｇａｕｓｓのネオジウム等の永久磁石２８ｃ，２８ｄが磁界形成体として敷設されており、液体分子細分化処理タンク５１内に強力な磁場が形成されている。この強力な磁力により、処理水が前記液体分子細分化処理タンク５１内を通過すると、その液体分子、いわゆるクラスターをより細分化して活性化した活性水が生成されるようになっている。
【００８２】
したがって、この処理後の水は、動物の飲料水として利用されたり、植物に与えられた場合にはその成長に著しい効果を発揮できるものとなる。
【００８３】
また、液体分子の細分化処理が行われた処理水は、前記液体分子細分化処理タンク５１の側面上方部に連結されている吐出パイプ５４から流出され、そのまま河川等に放流されたり、あるいは動植物に与える水等として利用できるようにされている。
【００８４】
なお、前記液体分子細分化処理タンク５１の底部には、第４排出パイプ２０ｄが連結されており、底面に敷設された前記永久磁石２８ｄに吸着される最終的なコロイド粒子等を前記脱水処理手段１２へと排出するようになっている。
【００８５】
また、前記液体分子細分化処理タンク５１の上部には、処理水に残存している窒素等の空気やオゾンを排出するためのエア排出口４９およびオゾン排出口５０が形成されている。
【００８６】
つぎに、酸化還元処理手段１１について説明する。
【００８７】
前記酸化還元処理手段１１は、図２、図３および図７に示すように、４つの適当な電位を有する電極部材５５により構成されている。これらの電極部材５５の表面では、前述の各処理によりイオン化された処理水が電子の授受を行って酸化還元反応を生じるようになっている。この酸化還元反応により、前記処理水は化学反応を起こしやすいイオン化の状態から化学反応しにくい安定的な状態に戻されることになる。
【００８８】
なお、本第１実施形態では、前記酸化還元反応を電極部材５５を介して電極反応として行っているが、場合によっては適当な酸化剤や還元剤を使用してもよい。
【００８９】
つぎに、脱水処理手段１２について説明する。
【００９０】
前記脱水処理手段１２には、脱水機５６が配設されており、遠心分離等の作用により前記各処理手段から排出された沈殿物に含まれている水分を除去するようになっている。前記脱水機５６は、前記沈殿物の水分含水率を約９８％から約８０％程度にまで低下させることができる。このため、堆肥化プラントにおいてより効率的に処理することができるようになる。
【００９１】
また、前述したように、前記脱水機５６には、脱水作用により発生する水分および前記脱水機５６の洗浄水を前記原水タンク１６へと移送して原水を希釈化するための原水希釈用パイプ５７が連結されている。
【００９２】
一方、前記脱水機５６により脱水された後の固形物は固形物受部５８へと排出される。その後、この固形物は、前述した濾過処理手段１により濾過された固形物とともに堆肥化プラントへ搬送されて堆肥原料として堆肥化処理され農業肥料として再利用されるようになっている。
【００９３】
つぎに、集中制御手段１３について説明する。
【００９４】
前記集中制御手段１３は、図１５のブロック図に示すように、第１分離処理手段２で発振される３００Ｍ〜１６ＧＨｚのマイクロ波の出力を制御する第１マイクロ波制御部６０と、第１凝集処理手段３において発振される１００ｋＨｚ以下の低周域の超音波の出力を制御する第１低周域超音波制御部６１と、前記第２分離処理手段５において発振される３００Ｍ〜１６ＧＨｚのマイクロ波の出力を制御する第２マイクロ波制御部６２と、第２凝集処理手段７において発振される５０ｋＨｚ以下の低周域の超音波の出力を制御する第２低周域超音波制御部６３と、脱臭処理手段６において発振される３Ｍ〜３００ＭＨｚの高周域電磁超音波の出力を制御する高周域電磁超音波制御部６４と、高電圧パルス処理手段８において印加される高電圧パルスの出力を制御する高電圧パルス制御部６５と、前記酸化還元処理手段１１において電極部材５５に印加する電圧を制御する電圧制御部６６と、前記脱水処理手段１２の脱水機５６の動作を制御する脱水制御部６７とを有している。これらの各制御部は、集中制御盤６８の各スイッチ（図示せず）により容易に制御操作できるようになっており、通常時には自動制御されている。
【００９５】
つぎに、前述の液処理システムを用いた液処理方法について説明する。
【００９６】
まず、養豚排水および工業用排水等を含む原水を濾過処理手段１のスクリーンを通過させて濾過し、原水中に分離しているコロイド粒子を除去して屎渣受部１５に排出するとともに、濾過された原水を原水タンク１６に一旦貯留する。
【００９７】
そして、原水移送ポンプ１７が、前記原水タンク１６から原水を吸引して第１分離処理手段２の第１分離処理パイプ２２へと移送する。この第１分離処理手段２は、前記第１マイクロ波制御部６０の制御により、前記第１マイクロ波発振管体２４から前記原水に対して１０．５ＧＨｚのマイクロ波を発振し、前記原水を液体分子とコロイド粒子とに分離する。この分離した処理水を第２移送パイプ１９ｂを通して第１凝集処理手段３へと移送する。この第１凝集処理手段３は、処理水に対して前記第１低周域超音波制御部６１の制御により、第１低周域超音波発振体２７ａ，２７ｂから２８ｋＨｚ、４０ｋＨｚ、４８ｋＨｚおよび１００ｋＨｚのいずれかの超音波を発振し、前記コロイド粒子を凝集するとともに前記液体分子から分散させる。そして、前記第１凝集処理タンク２６の底面に配設した永久磁石２８ａが凝集されたコロイド粒子を吸着して沈殿させ第２排出パイプ２０ｂへ排出する。
【００９８】
一方、処理水は第３移送ポンプを通って加圧ポンプ２９により適度な圧力をもって細分帯電処理手段４へ移送される。この細分帯電処理手段４では、筒状パイプに埋設されたネオジウム磁石の磁力およびネオジウムフィンのミキサーにより前記原水中の液体分子を細分化し負電荷に帯電させるとともに、微細コロイド粒子を正電荷に帯電させてそれぞれを整列させる。
【００９９】
続いて、細分帯電処理された水は、第２分離処理手段５へ移送される。この第２分離処理手段５は、前記集中制御手段１３の第２マイクロ波制御部６２の制御により、前記第２マイクロ波発振管体３５から前記処理水に１０．５ＧＨｚのマイクロ波を発振し、前記処理水を液体分子とコロイド粒子とに分離する。この分離した処理水は脱臭処理手段６へ移送される。
【０１００】
前記脱臭処理手段６は、前記集中制御手段１３の高周域電磁超音波制御部６４の制御により、磁界中において高周域超音波発振器４０から約１００ＭＨｚの超音波を処理水に発振し、この電磁超音波により処理水から悪臭を除去する。
【０１０１】
脱臭された処理水は、第２凝集処理手段７へ移送される。第２凝集処理手段７は、処理水に対して前記集中制御手段１３の前記第２低周域超音波制御部６３の制御により、第２低周域超音波発振体４３から５０ｋＨｚ以下の超音波を発振し、前記コロイド粒子を凝集するとともに前記液体分子から分散させる。
【０１０２】
そして、第２凝集処理の行われた処理水は、高電圧パルス処理手段８へ移送される。この高電圧パルス処理手段８は、前記集中制御手段１３の前記高電圧パルス制御部６５の制御により、電極体４６Ａ−４６Ａ´間および電極体４６Ｂ−４６Ｂ´間にそれぞれ１０ｋ〜３０ｋＶの電圧を印加するとともに、電極体４６Ｃ−４６Ｄ間に約６０ｋＶの電圧を印加してプラズマを発生させ、前記処理水に含まれている窒素を分離除去する。また、このとき発生するオゾンは、処理水を脱色および殺菌する。
【０１０３】
窒素が除去された水は、第４移送パイプ１９ｄを通って前記凝集物排出処理手段９の排出処理タンク４８へ移送される。
【０１０４】
この排出処理タンク４８では、前記永久磁石２８ｂが、コロイド粒子の凝集物を磁力により吸着し前記排出処理タンク４８の底部に沈殿化させて第３排出パイプ２０ｃから脱水処理手段１２へと移送する。
【０１０５】
凝集物が除去された処理水は、上澄みの方から順に第５移送パイプ１９ｅを通って液体分子細分化処理手段１０の液体分子細分化処理タンク５１へ移送される。この液体分子細分化処理手段１０は、前記液体分子細分化処理タンク５１の上面および下面に敷設した永久磁石２８ｃ，２８ｄにより強力な磁場を形成し、流入する処理水の液体分子をより細分化して活性水を生成する。
【０１０６】
また、前記液体分子細分化処理タンク５１内では、酸化還元処理手段１１の電極部材５５が、その表面においてイオン化した処理水を酸化還元反応させて安定した処理水に戻す処理を行う。
【０１０７】
その後、細分化処理および酸化還元処理された水は、吐出パイプ５４から流出されて河川に放流されたり、動物の飲料水や植物に与える栄養水として利用される。
【０１０８】
一方、各処理段階で排出されたコロイド粒子の沈殿物は、第１排出パイプ２０ａ、第２排出パイプ２０ｂ、第３排出パイプ２０ｃおよび第４排出パイプ２０ｄをそれぞれ通って、前記脱水処理手段１２の脱水機５６へと移送される。この脱水機５６では、前記集中制御手段１３の脱水制御部６７の制御により前記固形物に遠心分離作用を施し、沈殿物から水分を除去する。
【０１０９】
そして、脱水機５６により除去された水は、脱水機５６の洗浄水とともに原水希釈用パイプ５７を通って前記原水タンク１６へ移送されて、原水を希釈するのに利用される。一方、脱水処理された固形物は固形物受部５８に収納された後、堆肥化プラントへ搬送されて農業用堆肥として利用される。
【０１１０】
このように、本具体例の液処理装置を用いた液処理方法によれば、養豚排水や工業用化学排水等の原水中に含まれるコロイド粒子（重金属を含む）や窒素を確実に除去できるとともに脱臭、脱色および殺菌をも行い、さらに極めて細分化された液体分子からなる活性水であって安定的な水を生成することができ、本発明のミキサー管は、その液処理方法の中で、処理水中の液体分子を細分化して負電荷に帯電（イオン化）させるとともにコロイド粒子を細分化して正電荷に帯電させてそれぞれ整列させることで、従来よりも、格段に高い処理能力を示すものとなっている。
【０１１１】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
【０１１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のミキサー管によれば、処理水中に含有されている液体分子、コロイド粒子等の各種物質の細分化および帯電の処理を効率的に行なうことができ、このミキサー管を液体処理システムに用いることで、液体処理システムを小規模化することができ、イニシャルコストおよびランニングコストを低廉化でき、また、液体分子をより微細化することで、液体中の浮遊物を確実に除去できるとともに脱臭、脱色および殺菌して品質を高めることができ、より広範な分野への利用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るミキサー管の構造を示す断面図
【図２】本発明に係る液体処理システムの実施形態を示すフロー図
【図３】本発明に係る液体処理システムの実施形態の主要部を示す平面図
【図４】図３のＩ−Ｉ断面図
【図５】図３のＩＩ−ＩＩ方向からみた説明図
【図６】図３のＩＩＩ−ＩＩＩ方向からみた説明図
【図７】図３のＩＶ−ＩＶ断面図
【図８】本発明に係る液体処理システムの実施形態における第１分離処理手段と第１凝集処理手段を示す模式図
【図９】本発明に係る液体処理システムの実施形態における細分帯電処理手段の要部を示す説明図
【図１０】本発明に係る液体処理システムの実施形態における脱臭処理手段の要部を示す説明図
【図１１】本発明に係る液体処理システムの実施形態における高電圧パルス処理手段を示す説明図
【図１２】本発明に係る液体処理システムの実施形態における高電圧パルス処理手段において印加される電圧パターンを示す説明図
【図１３】本発明に係る液体処理システムの実施形態における高電圧パルス処理手段において印加される電圧パターンを示す説明図
【図１４】本発明に係る液体処理システムの実施形態における高電圧パルス処理手段の処理による処理水の分子状態を示す説明図
【図１５】本発明に係る液体処理システムの実施形態における集中制御手段を示すブロック図
【図１６】従来のミキサー管の構造を示す断面図
【符号の説明】
１ 濾過処理手段
２ 第１分離処理手段
３ 第１凝集処理手段
４ 細分帯電処理手段
５ 第２分離処理手段
６ 脱臭処理手段
７ 第２凝集処理手段
８ 高電圧パルス処理手段
９ 凝集物排出処理手段
１０ 水分子細分化処理手段
１１ 酸化還元処理手段
１２ 脱水処理手段
１３ 集中制御手段
１４ 濾過体
１５ 屎渣受部
１６ 原水タンク
１７ 原水移送ポンプ
１８ 流入パイプ
１９ 移送パイプ
２０ 第１排出パイプ
２２ 第１分離処理パイプ
２６ 第１凝集処理タンク
２７ 第１低周域超音波発振体
２９ 加圧ポンプ
３０ 細分帯電処理パイプ
３３ 第２分離処理パイプ
３８ 脱臭処理パイプ
４１ 第２凝集処理パイプ
４３ 第２低周域超音波発振体
４５ 高電圧パルス処理パイプ
４８ 排出処理タンク
４９ エア排出口
５０ オゾン排出口
５１ 細分化処理タンク
５２ 筒体
５４ 吐出パイプ
５６ 脱水機
５８ 固形物受部
６８ 集中制御盤
７１ ミキサー管
７２ 筒状パイプ
７３ ネオジウム磁石
７３ａ Ｎ極
７３ｂ Ｓ極
７４ ネオジウム磁石
７４ａ Ｎ極
７４ｂ Ｓ極
７５ ネオジウムフィン
７５ａ 第１フィン
７５ｂ 第２フィン
【発明の属する技術分野】
本発明はミキサー管とこのミキサー管を用いた液体処理システムに係り、特に、処理水中に含有されている液体分子、コロイド粒子等の各種物質の細分化および帯電化の処理を効率的に行なうことができるミキサー管および液体処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から牛や豚等の糞尿を含んだ畜産用排水、あるいは洗浄液や工場廃液等の化学物質を含む工業用排水を浄化処理する方法やシステムが提案されている。
【０００３】
このような従来の液処理システムについて養豚排水処理を例に説明すると、従来の養豚排水等の水処理システムは、スクリーン等に原水を通過させて固形の浮遊物を除去するための濾過処理手段と、好気性微生物により水溶性有機物等を分解処理するための活性汚泥処理手段と、この分解により原水から分離された水溶性有機物を沈殿させて水と沈殿物とに分離する沈殿分解処理手段と、前記沈殿物から水分を脱水除去するための脱水処理手段とから構成されている。
【０００４】
これらの各処理手段についてより具体的に説明すると、前記濾過処理手段では、糞尿等の固形浮遊物を含む原水がスクリーンを通過する際に前記浮遊物がスクリーンに捕えられて除去される。この浮遊物の除去された原水は、一旦、貯留タンクに貯留された後に計量タンクに移送されて活性汚泥処理可能な水量ごとに活性汚泥処理手段としての活性汚泥処理タンクに流入される。この活性汚泥処理タンクでは、好気性微生物が原水中の窒素等の水溶性有機物を生物分解するようになっている。この処理手段で生物分解された原水は沈殿分解処理手段としての沈殿タンクに送られ、この沈殿タンクにおいて、水溶性有機物等を沈殿タンクの底に沈殿させて水と分離し、この水は消毒後に河川等に放流され、前記沈殿物は脱水処理手段に移送される。この脱水処理手段では、脱水機により脱水されて固形物にされて排出される。
【０００５】
ここで、従来の水処理システムにおいては、前記活性汚泥処理タンクの大型化による敷地および建設費の膨大化を回避するために、前記貯留タンクに前記脱水機の洗浄水が流入されるようになっていた。
【０００６】
したがって、前記脱水機の洗浄水により、有機物負荷の高いいわゆる高濃度の原水が希釈化されるため、前記活性汚泥処理手段における好気性微生物の有機物分解負担が軽減されるようになっていた。
【０００７】
しかし、従来の水処理システムにおいては、脱水機の洗浄水だけでは高濃度の原水を十分希釈しきれず、より多くの水量が必要とされていた。また、原水希釈化の水量が増大すれば浄化処理する水量も増加するため、結局、水処理設備が大規模になってしまい、建設費等のイニシャルコストおよび液処理のための消費電力料や水道料等のランニングコストが高くなるという問題が生じていた。
【０００８】
また、高濃度汚水の生物処理を行う場合には維持管理が難しく、一旦、処理体系が崩れると回復までに数ケ月を要し、この間、浄化処理が不完全な処理水を河川等に放流することとなり環境汚染の問題が生じるおそれもあった。
【０００９】
このような問題に対して、高分子凝集剤等の薬品を使用して化学的に原水中の高分子の有機物を凝集分離させて濃度を低下させる処理方法が提案されていた。しかし、有機物の濃度に対する薬剤の種類や投入量の設定が微妙であり、濃度変化等に追従させることが難しいという問題があった。
【００１０】
これらの問題点に鑑み、本発明者らは、既に、液処理設備を小規模化することができてイニシャルコストおよびランニングコストを低廉化できるとともに、簡単な操作により液中の水溶性有機物や微生物等を確実に除去でき、しかも脱臭、脱色、殺菌、液の細分化処理および酸化還元処理を行うことのできる液処理方法、液処理装置、および液処理システムを開発し、出願しており、その発明は、特開平１１−９０４２０号公報および特開２０００−２６３０５６号公報に開示されている。
【００１１】
ここで、前述した２つの公開公報に開示されている発明には、液の細分化処理の工程で使用されるミキサー管が記載されている。
【００１２】
このミキサー管は、管内を流動する処理水にミキサーを施す際に、液の細分化および帯電荷を行いうるように構成されており、図１６に示すように、ミキサー管本体となるパイプ９０の上下部に約１００００Ｇａｕｓｓのネオジウム板９１が配設されているとともに、前記パイプ９０内には、約１１０００Ｇａｕｓｓの磁力のネオジウム磁石９２が埋設されたセラミックス材料からなるネオジウムフィン９３が配設されている。そして、前記ネオジウムフィン９３は、螺旋状にねじられた平板により形成されており、処理水が流通する方向に沿ってフィンの幅方向端部にネオジウム磁石９２が、「ＮＮＳＳＮＮＳＳ・・・」の順に交互に埋設されて構成されている。
【００１３】
そして、このように構成されたミキサー管内を処理水を流通させる際に、前記ネオジウム板９１の磁界および前記ネオジウムフィン９３のミキサーの作用により、処理水中の液体分子を細分化して負電子に帯電荷（イオン化）させるとともに、前記処理水中の溶解物質のコロイド粒子を細分化して正電子に帯電荷させてそれぞれ整列させることができ、この細分化、帯電荷により、前記液処理装置における液処理の当該細分帯電荷処理の後工程である、微細な液体分子とコロイド粒子との分離処理工程において効率的に処理を施すことが可能となる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、本発明者が開発した液処理方法や液処理システムを実現する液処理装置は、それ以前の装置の問題点を解消したものであるが、更なる懸案事項としては、装置の大規模化を伴わずに処理能力を向上させることが挙げられる。
【００１５】
そこで、本発明は、前記細分帯電荷処理に用いられるミキサー管の構造を改良し、液体分子、コロイド粒子の細分化、帯電荷を効率的に行ない、前記液処理装置の処理能力をアップすることのできるミキサー管および液体処理システムを提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するため請求項１に係る本発明のミキサー管の特徴は、供給されるミキシング対象物にミキシングを施すミキサー管であって、ミキサー管本体としての筒状パイプを有し、前記筒状パイプの内側面には、Ｎ極とＳ極の極性が交互となるように配列された２本のネオジウム磁石の列が相反する極性を対向させるようにして前記筒状パイプの内側面と面一に埋設されており、前記筒状パイプ内には、その表面に前記ミキシング対象物の流通方向に沿ってネオジウム磁石のＮ極とＳ極とを交互に埋設され、ミキシング対象物を前記筒状パイプの周方向において時計方向に回転させるように形成された第１フィンと、反時計方向に回転させるように形成された第２フィンとの２種類のフィンを有するネオジウムフィンが配設されている点にある。
【００１７】
本発明のミキサー管によれば、供給されるミキシング対象物は前記筒状パイプ内を第１フィンによる時計方向の回転と第２フィンによる反時計方向との回転とにその回転方向を切り替えられながら流通することとなるが、前記回転方向が切り替わる際に、液流の大きな衝突が生じることにより、十分な攪拌を行ない、処理水に含まれる液体分子やコロイド分子の細分化を行なうことができ、また、その攪拌時に、前記筒状パイプやネオジウムフィンに配設されたネオジウム磁石により、細分化された分子を帯電荷させることができる。
【００１８】
そして、請求項２に係る本発明のミキサー管の特徴は、請求項１に記載のミキサー管において、前記ネオジウムフィンは、前記第１フィンおよび第２フィンが前記筒状パイプの軸方向に交互に配列されている点にある。
【００１９】
本発明のミキサー管によれば、前述の供給されるミキシング対象物の前記筒状パイプ内における回転方向の切替の機会を多くすることで、より十分な攪拌を行ない、分子の細分化と均一化を図ることができるものとなる。
【００２０】
さらに、請求項３に係る本発明の液体処理システムの特徴は、少なくとも、浮遊物を含む処理水にマイクロ波を発振して浮遊物分子と液体分子とに分離する分離処理手段と、この浮遊物分子を分離後の液体に低周域の超音波を発振して前記浮遊物分子を凝集する凝集処理手段と、磁界中においてミキシングすることにより液体中の液体分子と浮遊物分子とを細分化しつつ帯電整列化させる細分帯電処理手段と、液体に高周域の電磁超音波を発振して前記液体の脱臭を行う脱臭処理手段と、液体に高圧パルスを印加して前記液体から窒素を分離し除去するとともにオゾンを発生させることにより前記液体の脱色および殺菌を行う高圧パルス処理手段と、前記浮遊物分子の凝集物を磁力により吸着し排出する凝集物排出処理手段とを有する液体処理システムにおいて、前記細分帯電処理手段はミキサー管により構成されており、前記ミキサー管は、筒状パイプを有し、この筒状パイプの内側面には、Ｎ極とＳ極の極性が交互となるように配列された２本のネオジウム磁石の列が相反する極性を対向させるようにして前記筒状パイプの内側面と面一に埋設されており、前記筒状パイプ内には、その表面に前記処理水の流動方向に沿ってネオジウム磁石のＮ極とＳ極とを交互に埋設され、前記筒状パイプの周方向において時計方向に回転するように形成された第１フィンと、反時計方向に回転するように形成された第２フィンとの２種類のフィンが前記筒状パイプの軸方向に交互に配列させて形成されたネオジウムフィンが配設されている点にある。
【００２１】
本発明の液体処理システムによれば、液体処理システムを小規模化することができ、イニシャルコストおよびランニングコストを低廉化できるし、また、液体分子をより微細化することで、液体中の浮遊物を確実に除去できるとともに脱臭、脱色および殺菌して品質を高めることができ、より広範な分野への利用が可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係るミキサー管の断面図を示すものである。
【００２３】
本実施形態のミキサー管７１は、セラミックスあるいは樹脂で形成された円筒形をなす筒状パイプ７２を本体としており、この筒状パイプ７２の内側面には、Ｎ極のネオジウム磁石７３ａとＳ極のネオジウム磁石７３ｂが交互となるように配列された２本のネオジウム磁石７３の列が相反する極性を対向させるようにして前記筒状パイプ７２の内側面と面一に埋設されている。なお、本実施形態においては、図１に示すように、前記ネオジウム磁石７３の列は前記筒状パイプ７２の内側の上下位置に埋設されており、前記ネオジウム磁石７３は約１００００Ｇａｕｓｓの磁力を有するものとする。
【００２４】
また、前記筒状パイプ７２内には、約１１０００Ｇａｕｓｓの磁力のネオジウム磁石７４がその表面に埋設されたセラミックス材料からなるネオジウムフィン７５が周方向にミキシング対象物の流れおよびネオジウムの磁力により、回転自在に配設されている。前記ネオジウムフィン７５は、攪拌用のフィンとして前記筒状パイプ７２内を流通するミキシング対象物に対し作用するものであり、詳しくは、本実施形態において、略螺旋状にねじられた平板により、当該ミキサー管内を流通する前記対象物を時計方向に回転させるように形成された第１フィン７５ａと、反時計方向に回転させるように形成された第２フィン７５ｂとの２種類の形状のフィンを、前記筒状パイプ７２の軸方向に交互に配列させて形成されている。そして、前記第１フィン７５ａおよび第２フィン７５ｂはその表面に、図１に示すように、ミキシング対象物の流通する方向に沿ってＮ極のネオジウム磁石７４ａとＳ極のネオジウム磁石７４ｂとを交互にして埋設されている。
【００２５】
このような構成のミキサー管７１は、筒状パイプ７２の内側面に埋設されたネオジウム磁石７３と、前記ネオジウムフィン７５の磁力により起電力を有するものとなる。また、ネオジウムフィン７５をその対象物の回転方向を相反させる第１フィン７５ａと第２フィン７５ｂとを交互に配列させた構成としたことで、前記対象物の攪拌をより効率的に行えるものとなっている。
【００２６】
そして、このように構成されたミキサー管７１を、例えば、液体処理システムに用いることで、前記筒状パイプ７２内に埋設されたネオジウム磁石７３およびネオジウム磁石７４の磁界および前記ネオジウムフィン７５のミキサーの作用により、処理水中の液体分子を細分化して負電子に帯電（イオン化）させるとともにコロイド粒子を細分化して正電子に帯電させてそれぞれ整列させることができる。
【００２７】
なお、前記ミキサー管７１の筒状パイプ７２の内側面に配設されたネオジウム磁石７３の列は、Ｎ極のネオジウム磁石７３ａとＳ極のネオジウム磁石７３ｂとが前記軸方向に交互に配列された構成を示したが、これはあくまでもベストモードを示すものであり、対向する２本の前記ネオジウム磁石７３の列は、相反するいずれかの極性を配設した構成とすることでも帯電の作用を施すことはできる。
【００２８】
また、前記ミキサー管７１のネオジウムフィン７５は、本実施形態においては、それぞれ４枚の第１フィン７５ａおよび第２フィン７５ｂが前記筒状パイプ７２の軸方向に交互に配列された８枚構成としたが、これはあくまでも例示であり、ミキシングの対象物、例えば、前記処理水を異なる方向へ回転させるように構成されたフィンを配設することで、ミキサー管７１内の前記対象物の攪拌は、ミキシングの対象物を同一方向へ回転させるフィンにより攪拌される場合に比して、効率的におこなうことができ、そのフィンの枚数はそれぞれが複数である必要もない。例えば、２枚の第１フィン７５ａ，７５ａの間に１枚の第２フィン７５ｂを介在させた構成のネオジウムフィン７５であってもよい。
【００２９】
さらに、前記第１フィン７５ａ、第２フィン７５ｂの形状は限定せず、図示のものにもかぎらないが、捩ればねを用いることで流体（ミキシング対象物）と静止体（フィン）との接触面積を増やすことができ、流体がその流通方向にのばされる、いわゆる縦混合作用を得ることができる。
【００３０】
次に、前述のような効果を有するミキサー管７１を利用した液処理システムの具体例を示し、本実施形態のミキサー管７１の作用および効果をさらに説明する。
【００３１】
図２は液処理システムの具体例を示しており、豚の排尿等を含む原水から比重の大きい固形浮遊物をスクリーン等により除去するための濾過処理手段１と、濾過後のまだ濁っている原水に電磁波のマイクロ波を発振して、これによる電界がコロイド粒子と液体分子とを分離するための第１分離処理手段２と、この分離後の原水に低周域の超音波を発振してコロイド粒子を凝集するとともに液体分子から分散させるための第１凝集処理手段３と、磁界中においてミキサーされることにより原水中の液体分子とコロイド粒子とを細分化しつつ帯電整列化させる細分帯電処理手段４と、この細分化され、かつ、帯電整列化された処理水に再び電磁波のマイクロ波を発振して微細なコロイド粒子と液体分子とに分離するための第２分離処理手段５と、この分離後の処理水に高周域の電磁超音波を発振して処理水から悪臭を除去するための脱臭処理手段６と、この脱臭処理後の処理水に低周域の超音波を発振して前記コロイド粒子を凝集するとともに液体分子から分散させるための第２凝集処理手段７と、処理水に高電圧パルスを印加して前記処理水から窒素を分離除去するとともにオゾンを発生させることにより前記処理水の脱色および殺菌処理を行うための高電圧パルス処理手段８と、前記コロイド粒子の重金属等の金属物質を含む凝集物を磁力により吸着沈殿し排出するための凝集物排出処理手段９と、磁界の作用によりクラスターとも呼ばれる液体分子をより微細化して活性化した活性水を生成するための液体分子細分化処理手段１０と、帯電荷処理によりイオン化された処理水を酸化還元反応させて安定した状態に戻すための酸化還元処理手段１１と、前記コロイド粒子からなる沈殿物を脱水処理するための脱水処理手段１２と、前記各処理手段と接続され各処理動作を制御するための集中制御手段１３とから構成されている。
【００３２】
前記各手段についてより具体的に説明すると、前記濾過処理手段１は、図２に示すように、原水を濾過するためのスクリーンまたはフィルタ等の濾過体１４と、濾過後の浮遊物を排出するための屎渣受部１５と、濾過後の原水を貯留するための原水タンク１６とから構成されている。
【００３３】
そして、前記濾過処理手段１は、原水を前記濾過体１４に通過させることにより、すでに水と分離して原水中に浮遊している固形浮遊物を濾し取って前記屎渣受部１５へ排出するようになっている。また、前記濾過体１４によって濾過された原水は、一旦、原水タンク１６に貯留された後に原水移送ポンプ１７によって次の処理段階である前記第１分離処理手段２へと移送される。このため、この原水タンク１６には、図３および図４に示すように、その上部に濾過後の原水を流入させるための流入パイプ１８が連結されているとともに、側面下方部には第１移送パイプ１９ａが連結されていて前記原水移送ポンプ１７の吸引力により原水が次の処理段階へ移送されるようになっている。
【００３４】
また、前記原水タンク１６の底部には、沈殿物を排出するための第１排出パイプ２０ａが連結されており、この第１排出パイプ２０ａを通じて沈殿物が前記脱水処理手段１２へと移送されるようになっている。
【００３５】
なお、前記原水タンク１６には、前記脱水処理手段１２の後述する脱水機５６により沈殿物から脱水された水およびこの脱水機５６を洗浄した後の水が流入されるようになっており、原水の希釈化に利用されるようになっている。
【００３６】
つぎに、第１分離処理手段２について説明する。
【００３７】
前記第１分離処理手段２には、図２および図３に示すように、前記第１移送パイプ１９ａと連結された第１分離処理パイプ２２が配設されており、この第１分離処理パイプ２２の外周には電磁コイル２３が巻回されているとともに円管状の第１マイクロ波発振管体２４が配設されている。この第１マイクロ波発振管体２４は、ネオジウム板等の磁石により構成されており、上部側がＮ極とされ、下部側がＳ極とされている。そして、この第１マイクロ波発振管体２４からは、原水の濃度に応じて３００ＭＨｚ〜１６ＧＨｚの周波数、より好ましくはコロイド粒子を分離する観点から２．４Ｇ〜１０．５ＧＨｚの周波数、さらに好ましくは１０．５ＧＨｚの周波数のマイクロ波が発振されるようになっている。このような永久磁石、電磁石および電磁波であるマイクロ波により磁界および電界の合成場が形成され、これにより原水中のコロイド粒子および液体分子を分離させるようになっている。
【００３８】
ここで、マイクロ波は、図８に示すように、主として原水が破壊されてコロイド粒子と液体分子とを帯電させてばらばらに分散する作用を有していると考えられる。
【００３９】
そして、分散された処理水は、前記第１分離処理パイプ２２に連結されている第２移送パイプ１９ｂを通して前記第１凝集処理手段３へ移送される。
【００４０】
つぎに、第１凝集処理手段３について説明する。
【００４１】
前記第１凝集処理手段３には、図２乃至図４に示すように、第１凝集処理タンク２６が配設されており、この第１凝集処理タンク２６の底部には前記第２移送パイプ１９ｂが連結されていて、前記第１分離処理パイプ２２から処理水が流入されるようになっている。
【００４２】
そして、前記第１凝集処理タンク２６内には、図４および図５に示すように、原水の濃度に応じて１００ｋＨｚ以下の周波数範囲で低周域の超音波を発振する複数の第１低周域超音波発振体２７が配設されている。本具体例においては、前記第１低周域超音波発振体２７は、２８ｋＨｚまたは４０ｋＨｚの超音波を横波として発振する第１低周域超音波発振体２７ａと、４８ｋＨｚまたは１００ｋＨｚの超音波を横波として発振する第１低周域超音波発振体２７ｂとから構成されている。これらの超音波によるキャビテーション作用等により、２８ｋＨｚまたは４０ｋＨｚの低周域超音波は、前記分散されたコロイド粒子を凝集する役割を有しており、前記４８ｋＨｚまたは１００ｋＨｚの低周域超音波は、凝集するコロイド粒子と液体分子とを分散させる役割を有している。なお、これらの超音波出力は、３００Ｗ〜１．２ｋＷとされている。
【００４３】
また、前記第１凝集処理タンク２６の底部の内面には、ネオジウム等の永久磁石２８ａが敷設されているとともに、前記底部には、第２排出パイプ２０ｂが連結されている。このため、前記帯電状態にあるコロイド粒子の凝集物は前記永久磁石２８ａに吸引されて沈殿するようになっており、この沈殿物は、前記第２排出パイプ２０ｂを通って前記脱水処理手段１２へと移送されるようになっている。
【００４４】
そして、第１段階の凝集処理がされた処理水は、前記第１凝集処理タンク２６の側面上方部に連結されている第３移送パイプ１９ｃを通って前記細分帯電処理手段４へと移送される。前記第３移送パイプ１９ｃの途中には、加圧ポンプ２９が配設されており、前記細分帯電処理手段４へ流入させる処理水を適度な圧力をもって流入させるようになっている。
【００４５】
なお、前記第１凝集処理タンク２６の上部には、原水に含まれる空気を排出するためのエア排出口４９が配設されている。
【００４６】
つぎに、細分帯電処理手段４について説明する。
【００４７】
前記細分帯電処理手段４には、前記第３移送パイプ１９ｃに連結された細分帯電処理パイプ３０が配設されている。
【００４８】
図９は、前記細分帯電処理手段４の構成の要部を示しており、前記前記加圧ポンプ２９のノズル２９ａとディフューザー３０を介することにより適当な圧力を加えられ、流速を上げた処理水が、エレメント部３１に配設された前記ミキサー管を流通する構成とされている。前記ミキサー管７１の構成については、図１を用いて前述した通りの構成とされている。
【００４９】
前記エレメント部３１においては、速い流速で供給される処理水には、筒状パイプ７２内でキャビテーション現象が発生する。このキャビテーション現象が発生すると、処理水中にホットスポットができ、超高圧および真空状態の箇所ができる。この状態で処理水中のコロイド粒子等は一旦、バラバラにされたあと大きさを均等にする。その際、前記ミキサー管７１の内部に配設されたネオジウムフィン７５を構成する第１フィン７５ａ、第２フィン７５ｂは、相反する回転方向に処理水を回転させて導くことにより、処理水を激しく攪拌し、処理水中の液体分子およびコロイド粒子を分解し、大きさの均一化を促進させるように作用する。また、前記ミキサー管７１を構成する筒状パイプ７２の内側面およびネオジウムフィン７５に埋設されたネオジウム磁石７３，７４は、高速で回転する処理水に起電力を生じさせ、磁化効率をアップさせるように作用する。そして、発生した起電力は、均一化されたコロイド粒子を均等に帯電させイオン整列させるように作用する。
【００５０】
このように、細分帯電荷処理手段４では、前記第１分離凝集処理では除去しきれなかった、より微細なコロイド粒子のイオン整列を行い、次の第２分離凝集処理段階において容易に処理するための下準備を行なうことができる。
【００５１】
つぎに、第２分離処理手段５について説明する。
【００５２】
前記第２分離処理手段５は、前述した第１分離処理手段２とほぼ同様の構成を有している。すなわち、前記第２分離処理手段５には、図３および図６に示すように、前記細分帯電処理パイプ３０と連結された第２分離処理パイプ３３が配設されており、この第２分離処理パイプ３３の外周には電磁コイル３４が巻回されているとともに第２マイクロ波発振管体３５が配設されている。この第２マイクロ波発振管体３５は、ネオジウム板等の磁石により構成されており、上部側がＮ極とされ下部側がＳ極とされている。そして、流入する処理水の濃度に応じて３００Ｍ〜１６ＧＨｚの周波数、より好ましくはコロイド粒子の分離処理を行う観点から２．４Ｇ〜１０．５ＧＨｚの周波数、さらに好ましくは１０．５ＧＨｚの周波数範囲のマイクロ波が約１μｓｅｃ間発振されるようになっており、このようなマイクロ波を処理水に発振すると、処理水が破壊されてより微細なコロイド粒子および液体分子が形成されこれらがばらばらに分散されることになる。
【００５３】
その後、分散された処理水は、前記第２分離処理パイプ３３から次の前記脱臭処理手段６へと移送される。
【００５４】
つぎに、脱臭処理手段６について説明する。
【００５５】
前記脱臭処理手段６には、高周域電磁超音波発振体である脱臭処理ボックス３７が配設されており、この脱臭処理ボックス３７内を前記第２分離処理パイプ３３に連結した脱臭処理パイプ３８が貫通されるようにして配設されている。この脱臭処理パイプ３８の外側の上下位置には、図１０に示すように、それぞれＮ極とＳ極の極性を有する外部磁石３９ａが配設されているとともに、脱臭処理パイプ３８の軸心位置には、棒状の内部磁石３９ｂが前記外部磁石３９ａの極性と反対の極性が対向するように配設されている。本第１実施形態では、前記外部磁石３９ａは電磁石により形成されており、前記内部磁石３９ｂは永久磁石により形成されている。さらに、前記脱臭処理パイプ３８の左右側面には、処理水の濃度に応じて３Ｍ〜３００ＭＨｚ、より効果的には１００ＭＨｚの周波数の縦波の超音波を約０．５ｓｅｃの周期で発振する高周域超音波発振器４０が配設されている。
【００５６】
また、処理水は、前記脱臭処理パイプ３８においてミキサーあるいは振動されながら通過するようになっており、本第１実施形態では、脱臭処理パイプ３８内に配設された図示しないノズルから噴出されるとともに、このノズルの出口近傍に図示しない振動板が配設されており、この振動板に処理水が衝突することにより激しく振動するようになっている。
【００５７】
また、前記外部磁石３８ａ、内部磁石３８ｂおよび高周域超音波発振器４０により、磁界と電界による合成場が形成され、いわゆる電磁超音波が発生されるようになっており、この電磁超音波が、コロイド粒子のアミノ酸を粉砕し完全に処理水から臭気を除去するようになっている。
【００５８】
この脱臭処理パイプ３８で脱臭された処理水は、次の処理段階である第２凝集処理手段７へと移送される。
【００５９】
つぎに、第２凝集処理手段７について説明する。
【００６０】
前記第２凝集処理手段７には、第２凝集処理パイプ４１が配設されており、この第２凝集処理パイプ４１の外周には、電磁コイル４２が巻回されているとともに、処理水の濃度に応じて５０ｋＨｚ以下の周波数範囲で低周域の超音波を発振する第２低周域超音波発振体４３が配設されている。
【００６１】
この第２低周域超音波発振体４３によって低周域の超音波が処理水に発振されると、不規則にならんでいる液体分子およびコロイド粒子のうち、負イオンに帯電している液体分子が前記第２凝集処理パイプ４１の壁面側へ吸引されて壁面に沿って流れ、正イオンに帯電しているコロイド粒子が前記第２凝集処理パイプ４１の中心部側を流れるようになり、液体分子とコロイド粒子とが分散されて前記コロイド粒子同士が凝集されるようになっている。
【００６２】
このようにして第２凝集処理が行われた処理水は、次の高電圧パルス処理手段８へと移送される。
【００６３】
前記高電圧パルス処理手段８は、約１０ｋ〜６０ｋＶの高電圧を異なる周期で印加することによりプラズマを発生させて処理水中の窒素分子を除去するものである。
【００６４】
このため、図１１に示すように、前記高電圧パルス処理手段８には、高電圧パルス処理パイプ４５が前記第２凝集処理パイプ４１に連結されるようにして配設されており、前記高電圧パルス処理パイプ４５には、異なる周期で印加される高電圧パルス発生体としての複数の電極体４６Ａ，４６Ａ´，４６Ｂ，４６Ｂ´，４６Ｃ，４６Ｄが配設されている。
【００６５】
これらの電極体４６Ａ−４６Ａ´間および電極体４６Ｂ−４６Ｂ´間には、図１２に示すように、１０ｋ〜３０ｋＶの電圧が２０μｓ印加されて２０μｓ経過後に再び２０μｓ印加されて、その後５μｓ経過後に再び同様のパターンの電圧の印加が繰り返されるようになっている。
【００６６】
一方、電極体４６Ｃ−４６Ｄ間には、図１３に示すように、約６０ｋＶの電圧が５μｓの周期で５μｓ間印加されるようになっている。
【００６７】
図１４には、前記各電極体４６Ａ，４６Ａ´，４６Ｂ，４６Ｂ´，４６Ｃ，４６Ｄにより電圧が印加された場合の液体分子およびコロイド粒子の状態変化を示す。図１４中の大きな円は液体分子であり、これに結合している小さな円はコロイド粒子である。まず、電極体４６Ａ−４６Ａ´間および電極体４６Ｂ−４６Ｂ´間の高電圧パルスにより、液体分子が負電荷に帯電され窒素分子が正電荷に帯電される。そして、電極体４６Ａ−４６Ｂ´間および電極体４６Ａ´−４６Ｂ間の高電圧パルスにより、液体分子と窒素分子とを分離する作用が生じ、電極体４６Ｃ−４６Ｄ間の高電圧パルスにより窒素分子が液体分子から完全に引き裂かれる。この窒素分子がとばされるのと同時に、処理中の酸素分子が結合してオゾンが発生する。このオゾンは、処理水を脱色し、かつ、殺菌する効果を有している。
【００６８】
したがって、前記高電圧パルス処理手段８により、前記処理水は窒素を除去することができるとともに処理水の脱色および殺菌を行うことができるようになっている。
【００６９】
この高電圧パルス処理手段８の前記高電圧パルス処理パイプ４５の流出側には、第４移送パイプ１９ｄが連結されており、処理水が次の処理段階である前記凝集物排出処理手段９たる排出処理タンク４８へと移送されることになる。
【００７０】
つぎに、凝集物排出処理手段９について説明する。
【００７１】
前記凝集物排出処理手段９は、ネオジウム等の永久磁石２８ｂによって第２分離凝集処理により凝集物とされたコロイド粒子を下方へ吸着して排出するものである。
【００７２】
このため、図２、図３および図７に示すように、前記凝集物排出処理手段９には、処理水を貯留するための排出処理タンク４８が配設されている。この排出処理タンク４８の底部には、前記第４移送パイプ１９ｄが連結されていて凝集物を含む処理水が流入されるようになっているとともに、ネオジウム等の永久磁石２８ｂが敷設されており、前記第４移送パイプ１９ｄから流入された処理水のうち帯電状態にある凝集物が前記永久磁石２８ｂの磁力により吸引されて底部に沈殿化するようになっている。
【００７３】
そして、前記排出処理タンク４８の底部に集められた沈殿物は、前記排出処理タンク４８の底部に連結されている第３排出パイプ２０ｃから前記脱水処理手段１２へと排出されるようになっている。
【００７４】
なお、前記永久磁石２８ｂの磁力は、処理水の有機物濃度に応じて決定されるようになっている。このため、高濃度の原水、すなわちコロイド粒子が大量に含まれている原水を処理する場合には、大量の凝集物を吸着する必要があることから、前記電磁石の磁力は大きく設定されるようになっており、逆に、低濃度の原水を処理する場合には、前記電磁石の磁力は小さく設定されるようになっている。
【００７５】
また、前記排出処理タンク４８の上部には、エア排出口４９およびオゾン排出口５０が配設されており、前記高電圧パルス処理により発生する窒素等の空気およびオゾンを外部へ排出するようになっている。
【００７６】
そして、前記排出処理タンク４８内で凝集物等が除去された処理水は、前記排出処理タンク４８の側面上方部に連結された第５移送パイプ１９ｅを通って次の液体分子細分化処理手段１０へと移送される。
【００７７】
つぎに、液体分子細分化処理手段１０について説明する。
【００７８】
前記液体分子細分化処理手段１０は、強力な磁力の作用により、前述までの各処理により浄化された水の液体分子をさらに細分化して活性水を生成するようになっている。
【００７９】
このため、前記液体分子細分化処理手段１０には、図２、図３および図７に示すように、細分化処理タンク５１が配設されており、この細分化処理タンク５１内にセラミック等の絶縁性材料からなる筒体５２が上下方向を長手方向となるようにして配設されている。そして、前記細分化処理タンク５１の側面上方部に前記第５移送パイプ１９ｅが連結されているとともに、この第５移送パイプ１９ｅと前記筒体５２とを連通する筒体内移送用パイプ５３が配設されている。このため、液体分子細分化処理された水は、前記第５移送パイプ１９ｅおよび前記筒体内移送用パイプ５３を通って筒体５２の内側へ流入されるようになっている。
【００８０】
また、前記筒体５２の底面側は開口されており、筒体５２の外周面には図示しない電磁コイルが巻回されている。このため、前記電磁コイルに電流が流されると、前記筒体５２の内側では下方へ作用する力が発生し、流入される処理水が前記液体分子細分化処理タンク５１の底部方向へ移送されるようになっている。
【００８１】
一方、前記液体分子細分化処理タンク５１の上部および底部の内面には、それぞれ約１００００Ｇａｕｓｓのネオジウム等の永久磁石２８ｃ，２８ｄが磁界形成体として敷設されており、液体分子細分化処理タンク５１内に強力な磁場が形成されている。この強力な磁力により、処理水が前記液体分子細分化処理タンク５１内を通過すると、その液体分子、いわゆるクラスターをより細分化して活性化した活性水が生成されるようになっている。
【００８２】
したがって、この処理後の水は、動物の飲料水として利用されたり、植物に与えられた場合にはその成長に著しい効果を発揮できるものとなる。
【００８３】
また、液体分子の細分化処理が行われた処理水は、前記液体分子細分化処理タンク５１の側面上方部に連結されている吐出パイプ５４から流出され、そのまま河川等に放流されたり、あるいは動植物に与える水等として利用できるようにされている。
【００８４】
なお、前記液体分子細分化処理タンク５１の底部には、第４排出パイプ２０ｄが連結されており、底面に敷設された前記永久磁石２８ｄに吸着される最終的なコロイド粒子等を前記脱水処理手段１２へと排出するようになっている。
【００８５】
また、前記液体分子細分化処理タンク５１の上部には、処理水に残存している窒素等の空気やオゾンを排出するためのエア排出口４９およびオゾン排出口５０が形成されている。
【００８６】
つぎに、酸化還元処理手段１１について説明する。
【００８７】
前記酸化還元処理手段１１は、図２、図３および図７に示すように、４つの適当な電位を有する電極部材５５により構成されている。これらの電極部材５５の表面では、前述の各処理によりイオン化された処理水が電子の授受を行って酸化還元反応を生じるようになっている。この酸化還元反応により、前記処理水は化学反応を起こしやすいイオン化の状態から化学反応しにくい安定的な状態に戻されることになる。
【００８８】
なお、本第１実施形態では、前記酸化還元反応を電極部材５５を介して電極反応として行っているが、場合によっては適当な酸化剤や還元剤を使用してもよい。
【００８９】
つぎに、脱水処理手段１２について説明する。
【００９０】
前記脱水処理手段１２には、脱水機５６が配設されており、遠心分離等の作用により前記各処理手段から排出された沈殿物に含まれている水分を除去するようになっている。前記脱水機５６は、前記沈殿物の水分含水率を約９８％から約８０％程度にまで低下させることができる。このため、堆肥化プラントにおいてより効率的に処理することができるようになる。
【００９１】
また、前述したように、前記脱水機５６には、脱水作用により発生する水分および前記脱水機５６の洗浄水を前記原水タンク１６へと移送して原水を希釈化するための原水希釈用パイプ５７が連結されている。
【００９２】
一方、前記脱水機５６により脱水された後の固形物は固形物受部５８へと排出される。その後、この固形物は、前述した濾過処理手段１により濾過された固形物とともに堆肥化プラントへ搬送されて堆肥原料として堆肥化処理され農業肥料として再利用されるようになっている。
【００９３】
つぎに、集中制御手段１３について説明する。
【００９４】
前記集中制御手段１３は、図１５のブロック図に示すように、第１分離処理手段２で発振される３００Ｍ〜１６ＧＨｚのマイクロ波の出力を制御する第１マイクロ波制御部６０と、第１凝集処理手段３において発振される１００ｋＨｚ以下の低周域の超音波の出力を制御する第１低周域超音波制御部６１と、前記第２分離処理手段５において発振される３００Ｍ〜１６ＧＨｚのマイクロ波の出力を制御する第２マイクロ波制御部６２と、第２凝集処理手段７において発振される５０ｋＨｚ以下の低周域の超音波の出力を制御する第２低周域超音波制御部６３と、脱臭処理手段６において発振される３Ｍ〜３００ＭＨｚの高周域電磁超音波の出力を制御する高周域電磁超音波制御部６４と、高電圧パルス処理手段８において印加される高電圧パルスの出力を制御する高電圧パルス制御部６５と、前記酸化還元処理手段１１において電極部材５５に印加する電圧を制御する電圧制御部６６と、前記脱水処理手段１２の脱水機５６の動作を制御する脱水制御部６７とを有している。これらの各制御部は、集中制御盤６８の各スイッチ（図示せず）により容易に制御操作できるようになっており、通常時には自動制御されている。
【００９５】
つぎに、前述の液処理システムを用いた液処理方法について説明する。
【００９６】
まず、養豚排水および工業用排水等を含む原水を濾過処理手段１のスクリーンを通過させて濾過し、原水中に分離しているコロイド粒子を除去して屎渣受部１５に排出するとともに、濾過された原水を原水タンク１６に一旦貯留する。
【００９７】
そして、原水移送ポンプ１７が、前記原水タンク１６から原水を吸引して第１分離処理手段２の第１分離処理パイプ２２へと移送する。この第１分離処理手段２は、前記第１マイクロ波制御部６０の制御により、前記第１マイクロ波発振管体２４から前記原水に対して１０．５ＧＨｚのマイクロ波を発振し、前記原水を液体分子とコロイド粒子とに分離する。この分離した処理水を第２移送パイプ１９ｂを通して第１凝集処理手段３へと移送する。この第１凝集処理手段３は、処理水に対して前記第１低周域超音波制御部６１の制御により、第１低周域超音波発振体２７ａ，２７ｂから２８ｋＨｚ、４０ｋＨｚ、４８ｋＨｚおよび１００ｋＨｚのいずれかの超音波を発振し、前記コロイド粒子を凝集するとともに前記液体分子から分散させる。そして、前記第１凝集処理タンク２６の底面に配設した永久磁石２８ａが凝集されたコロイド粒子を吸着して沈殿させ第２排出パイプ２０ｂへ排出する。
【００９８】
一方、処理水は第３移送ポンプを通って加圧ポンプ２９により適度な圧力をもって細分帯電処理手段４へ移送される。この細分帯電処理手段４では、筒状パイプに埋設されたネオジウム磁石の磁力およびネオジウムフィンのミキサーにより前記原水中の液体分子を細分化し負電荷に帯電させるとともに、微細コロイド粒子を正電荷に帯電させてそれぞれを整列させる。
【００９９】
続いて、細分帯電処理された水は、第２分離処理手段５へ移送される。この第２分離処理手段５は、前記集中制御手段１３の第２マイクロ波制御部６２の制御により、前記第２マイクロ波発振管体３５から前記処理水に１０．５ＧＨｚのマイクロ波を発振し、前記処理水を液体分子とコロイド粒子とに分離する。この分離した処理水は脱臭処理手段６へ移送される。
【０１００】
前記脱臭処理手段６は、前記集中制御手段１３の高周域電磁超音波制御部６４の制御により、磁界中において高周域超音波発振器４０から約１００ＭＨｚの超音波を処理水に発振し、この電磁超音波により処理水から悪臭を除去する。
【０１０１】
脱臭された処理水は、第２凝集処理手段７へ移送される。第２凝集処理手段７は、処理水に対して前記集中制御手段１３の前記第２低周域超音波制御部６３の制御により、第２低周域超音波発振体４３から５０ｋＨｚ以下の超音波を発振し、前記コロイド粒子を凝集するとともに前記液体分子から分散させる。
【０１０２】
そして、第２凝集処理の行われた処理水は、高電圧パルス処理手段８へ移送される。この高電圧パルス処理手段８は、前記集中制御手段１３の前記高電圧パルス制御部６５の制御により、電極体４６Ａ−４６Ａ´間および電極体４６Ｂ−４６Ｂ´間にそれぞれ１０ｋ〜３０ｋＶの電圧を印加するとともに、電極体４６Ｃ−４６Ｄ間に約６０ｋＶの電圧を印加してプラズマを発生させ、前記処理水に含まれている窒素を分離除去する。また、このとき発生するオゾンは、処理水を脱色および殺菌する。
【０１０３】
窒素が除去された水は、第４移送パイプ１９ｄを通って前記凝集物排出処理手段９の排出処理タンク４８へ移送される。
【０１０４】
この排出処理タンク４８では、前記永久磁石２８ｂが、コロイド粒子の凝集物を磁力により吸着し前記排出処理タンク４８の底部に沈殿化させて第３排出パイプ２０ｃから脱水処理手段１２へと移送する。
【０１０５】
凝集物が除去された処理水は、上澄みの方から順に第５移送パイプ１９ｅを通って液体分子細分化処理手段１０の液体分子細分化処理タンク５１へ移送される。この液体分子細分化処理手段１０は、前記液体分子細分化処理タンク５１の上面および下面に敷設した永久磁石２８ｃ，２８ｄにより強力な磁場を形成し、流入する処理水の液体分子をより細分化して活性水を生成する。
【０１０６】
また、前記液体分子細分化処理タンク５１内では、酸化還元処理手段１１の電極部材５５が、その表面においてイオン化した処理水を酸化還元反応させて安定した処理水に戻す処理を行う。
【０１０７】
その後、細分化処理および酸化還元処理された水は、吐出パイプ５４から流出されて河川に放流されたり、動物の飲料水や植物に与える栄養水として利用される。
【０１０８】
一方、各処理段階で排出されたコロイド粒子の沈殿物は、第１排出パイプ２０ａ、第２排出パイプ２０ｂ、第３排出パイプ２０ｃおよび第４排出パイプ２０ｄをそれぞれ通って、前記脱水処理手段１２の脱水機５６へと移送される。この脱水機５６では、前記集中制御手段１３の脱水制御部６７の制御により前記固形物に遠心分離作用を施し、沈殿物から水分を除去する。
【０１０９】
そして、脱水機５６により除去された水は、脱水機５６の洗浄水とともに原水希釈用パイプ５７を通って前記原水タンク１６へ移送されて、原水を希釈するのに利用される。一方、脱水処理された固形物は固形物受部５８に収納された後、堆肥化プラントへ搬送されて農業用堆肥として利用される。
【０１１０】
このように、本具体例の液処理装置を用いた液処理方法によれば、養豚排水や工業用化学排水等の原水中に含まれるコロイド粒子（重金属を含む）や窒素を確実に除去できるとともに脱臭、脱色および殺菌をも行い、さらに極めて細分化された液体分子からなる活性水であって安定的な水を生成することができ、本発明のミキサー管は、その液処理方法の中で、処理水中の液体分子を細分化して負電荷に帯電（イオン化）させるとともにコロイド粒子を細分化して正電荷に帯電させてそれぞれ整列させることで、従来よりも、格段に高い処理能力を示すものとなっている。
【０１１１】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
【０１１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のミキサー管によれば、処理水中に含有されている液体分子、コロイド粒子等の各種物質の細分化および帯電の処理を効率的に行なうことができ、このミキサー管を液体処理システムに用いることで、液体処理システムを小規模化することができ、イニシャルコストおよびランニングコストを低廉化でき、また、液体分子をより微細化することで、液体中の浮遊物を確実に除去できるとともに脱臭、脱色および殺菌して品質を高めることができ、より広範な分野への利用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るミキサー管の構造を示す断面図
【図２】本発明に係る液体処理システムの実施形態を示すフロー図
【図３】本発明に係る液体処理システムの実施形態の主要部を示す平面図
【図４】図３のＩ−Ｉ断面図
【図５】図３のＩＩ−ＩＩ方向からみた説明図
【図６】図３のＩＩＩ−ＩＩＩ方向からみた説明図
【図７】図３のＩＶ−ＩＶ断面図
【図８】本発明に係る液体処理システムの実施形態における第１分離処理手段と第１凝集処理手段を示す模式図
【図９】本発明に係る液体処理システムの実施形態における細分帯電処理手段の要部を示す説明図
【図１０】本発明に係る液体処理システムの実施形態における脱臭処理手段の要部を示す説明図
【図１１】本発明に係る液体処理システムの実施形態における高電圧パルス処理手段を示す説明図
【図１２】本発明に係る液体処理システムの実施形態における高電圧パルス処理手段において印加される電圧パターンを示す説明図
【図１３】本発明に係る液体処理システムの実施形態における高電圧パルス処理手段において印加される電圧パターンを示す説明図
【図１４】本発明に係る液体処理システムの実施形態における高電圧パルス処理手段の処理による処理水の分子状態を示す説明図
【図１５】本発明に係る液体処理システムの実施形態における集中制御手段を示すブロック図
【図１６】従来のミキサー管の構造を示す断面図
【符号の説明】
１ 濾過処理手段
２ 第１分離処理手段
３ 第１凝集処理手段
４ 細分帯電処理手段
５ 第２分離処理手段
６ 脱臭処理手段
７ 第２凝集処理手段
８ 高電圧パルス処理手段
９ 凝集物排出処理手段
１０ 水分子細分化処理手段
１１ 酸化還元処理手段
１２ 脱水処理手段
１３ 集中制御手段
１４ 濾過体
１５ 屎渣受部
１６ 原水タンク
１７ 原水移送ポンプ
１８ 流入パイプ
１９ 移送パイプ
２０ 第１排出パイプ
２２ 第１分離処理パイプ
２６ 第１凝集処理タンク
２７ 第１低周域超音波発振体
２９ 加圧ポンプ
３０ 細分帯電処理パイプ
３３ 第２分離処理パイプ
３８ 脱臭処理パイプ
４１ 第２凝集処理パイプ
４３ 第２低周域超音波発振体
４５ 高電圧パルス処理パイプ
４８ 排出処理タンク
４９ エア排出口
５０ オゾン排出口
５１ 細分化処理タンク
５２ 筒体
５４ 吐出パイプ
５６ 脱水機
５８ 固形物受部
６８ 集中制御盤
７１ ミキサー管
７２ 筒状パイプ
７３ ネオジウム磁石
７３ａ Ｎ極
７３ｂ Ｓ極
７４ ネオジウム磁石
７４ａ Ｎ極
７４ｂ Ｓ極
７５ ネオジウムフィン
７５ａ 第１フィン
７５ｂ 第２フィン
Claims (3)
- 供給されるミキシング対象物にミキシングを施すミキサー管であって、
ミキサー管本体としての筒状パイプを有し、
前記筒状パイプの内側面には、Ｎ極とＳ極の極性が交互となるように配列された２本のネオジウム磁石の列が相反する極性を対向させるようにして前記筒状パイプの内側面と面一に埋設されており、
前記筒状パイプ内には、その表面に前記ミキシング対象物の流通方向に沿ってネオジウム磁石のＮ極とＳ極とを交互に埋設され、ミキシング対象物を前記筒状パイプの周方向において時計方向に回転させるように形成された第１フィンと、反時計方向に回転させるように形成された第２フィンとの２種類のフィンを有するネオジウムフィンが配設されていることを特徴とするミキサー管。 - 前記ネオジウムフィンは、第１フィンおよび第２フィンが前記筒状パイプの軸方向に交互に配列されていることを特徴とする請求項１に記載のミキサー管。
- 少なくとも、浮遊物を含む液体にマイクロ波を発振して浮遊物分子と液体分子とに分離する分離処理手段と、この浮遊物分子を分離後の液体に低周域の超音波を発振して前記浮遊物分子を凝集する凝集処理手段と、磁界中においてミキシングすることにより液体中の液体分子と浮遊物分子とを細分化しつつ帯電整列化させる細分帯電処理手段と、液体に高周域の電磁超音波を発振して前記液体の脱臭を行う脱臭処理手段と、液体に高圧パルスを印加して前記液体から窒素を分離し除去するとともにオゾンを発生させることにより前記液体の脱色および殺菌を行う高圧パルス処理手段と、前記浮遊物分子の凝集物を磁力により吸着し排出する凝集物排出処理手段とを有する液体処理システムにおいて、
前記細分帯電処理手段はミキサー管により構成されており、
前記ミキサー管は、筒状パイプを有し、この筒状パイプ内側面の前記筒状パイプを軸方向に二分割した各分割領域に、それぞれＮ極とＳ極の相反する極性が対向し、かつ、前記筒状パイプの各分割領域においてそれぞれＮ極とＳ極の極性が交互となるように配列されたネオジウム磁石が、前記筒状パイプの内側面と面一に埋設されており、前記筒状パイプ内には、その表面に前記処理水の流動方向に沿ってネオジウム磁石のＮ極とＳ極とを交互に埋設され、ミキシング対象物を前記筒状パイプの周方向において時計方向に回転させるように形成された第１フィンと、反時計方向に回転させるように形成された第２フィンとの２種類のフィンが前記筒状パイプの軸方向に交互に配列させて形成されたネオジウムフィンが配設されていることを特徴とする液体処理システム。
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