JP4556564B2 - 気体溶解装置 - Google Patents

Description

本発明は、渦流式分離装置や加圧浮上式分離装置等の水処理装置へ被処理水を導入する前に、該被処理水に空気やオゾン等の気体を溶解させることにより、上記水処理装置の処理能力の向上を図るように構成された気体溶解装置に関する。

例えば、自動車の製造工場では、機械加工時に発生した切粉や、様々な有機質微粒子・無機質微粒子の結合体であるフロック等の混濁物を含んだ廃水が発生する。また、ハムやソーセージ等の食品の製造工場では、食肉加工時に破砕された肉片や骨片等の複数の異種混合物を含んだ廃水が発生する。これらの廃水は、一般に、周知の渦流式分離装置や加圧浮上式分離装置等の水処理装置を用いて混濁物あるいは混合物が比重別に分離されて浄化処理される。その場合に、被処理水を水処理装置へ導入する前に、該被処理水に空気やオゾン等の気体を溶解させておくと、該気体の発泡により混濁物等の分離能力が向上し、ひいては水処理装置の処理能力が向上することが知られている。

そこで、特許文献１には、なるべく多量の気体を被処理水に溶解させて、水処理装置の処理能力をより一層向上させるために、気体を大気圧の下ではなく加圧下で被処理水に混入することにより、気体の溶解効率を高めるように構成された気体溶解装置が開示されている。すなわち、図１３に示すように、気体溶解装置１０は、上下方向に所定長さ延びる上流側の第１の管１１と、この第１の管１１から離間して上下方向にほぼ同じ長さ延びる下流側の第２の管１２とを有している。第１の管１１は気体溶解通路を提供し、第２の管１２は液体調整通路を提供する。両管１１，１２の上部同士を連結する第３の管１３が備えられ、これにより、両管１１，１２の上部同士が互いに連通空間Ｒを介して連通している。ここで、連通空間Ｒは、第１の管１１の上部から第３の管１３の上部を経て第２の管１２の上部に亘る空間である。矢印ａで示すように、廃水供給管１４を介して第１の管１１の下部に供給された廃水Ｚは、第１の管１１を上昇して、連通空間Ｒに溢れ出し、第２の管１２に供給されたのち、矢印ｂで示すように、第２の管１２の下部から廃水導入管１５を介して図外の水処理装置に向けて排出される。その場合に、廃水Ｚは、図示したように、第３の管１３内に充満しないように、その流量・流速がコントロールされており、その結果、連通空間Ｒ内には、気体（例えばエア）が溜まっている。

この気体溶解装置１０の上蓋部材１０ａを貫通して、エア吸入管１６が上下方向に延びている。エア吸入管１６は、上記連通空間Ｒ内のエアを吸入するためのもので、エア循環管１７に接続している。エア循環管１７は、廃水供給管１４に至り、その交点にエゼクタ１８が設けられている。エゼクタ１８は、廃水Ｚの流れに起因して減圧が発生する減圧室を有し、連通空間Ｒ内に溜まったエアを第１の管１１に供給される前の廃水Ｚに混入させるものである。また、エア循環管１７には、連通空間Ｒ内に溜まるエアを供給するエアコンプレッサ２３が接続されている。

エゼクタ１８で加圧エアが混入された廃水Ｚが、第１の管１１に供給されると、廃水Ｚに混入されたエアは、管１１の下部において気泡となってバブリングし、この気泡は管１１を上昇する過程において廃水Ｚに溶解する。そして、エアが溶解された廃水Ｚは、第３の管１３及び第２の管１２を経由して、廃水導入管１５から排出される。その場合に、廃水Ｚが第１の管１１から第３の管１３及び第２の管１２を通過中に溶け残ったエアは、連通空間Ｒ内に溜まることとなる。そこで、この加圧されたエアをエア循環管１７を介してエゼクタ１８に戻すことにより、エアコンプレッサ２３からのエアの供給を可及的に少なくすることができ、無駄を抑制することができる。

しかし、エアコンプレッサ２３による加圧エアの供給が少ないときは、この気体溶解装置１０内で廃水Ｚに溶解したエアが徐々に持ち出されるから、エアの需給バランスが崩れて、連通空間Ｒ内のエア容量が減少し、第２の管１２内の廃水Ｚの水位が上昇することとなる。

そこで、この気体溶解装置１０には、上蓋部材１０ａを貫通して、電極式水位計３００が備えられている。この水位計３００は、第２の管１２内の廃水Ｚの水位を検出するもので、この水位計３００の検出結果に基いて、上記エアコンプレッサ２３の作動が制御される。具体的には、水位計３００で検出された第２の管１２内の廃水Ｚの水位が、所定の上限水位Ｂより高いときは、エアコンプレッサ２３によるエア供給を行う一方で、水位計３００で検出された第２の管１２内の廃水Ｚの水位が、所定の下限水位Ａより低いときは、エアコンプレッサ２３によるエア供給を停止する。これにより、第２の管１２内の廃水Ｚの水位が所定の適正水位範囲Ｗに維持されて、上記水位が高すぎることによるエゼクタ１８でのエアの混入不足や、上記水位が低すぎることによる水処理装置への廃水Ｚ導入不足等の不具合が回避される。

一方、特許文献２には、エアパージ式の液位測定装置が開示されている。

特開２００４−２０９４５９号公報 特開平７−４９２５２号公報

ところで、前述したように、廃水には、機械加工時に発生した切粉や、様々な有機質微粒子・無機質微粒子の結合体であるフロック、あるいは食肉加工時に破砕された肉片や骨片等の多種多様な混濁物等が含まれているから、電極式水位計では、電極に異物が付着したり、電極間に異物がブリッジを起こしたりして、誤検出が頻繁に起こる可能性がある。その結果、第２の管内の廃水の水位が下限水位以下に下がっているのに、下がっていないと誤認して、例えば、第２の管から廃水が排出されずに気体だけが排出されるというような問題が度々起こることとなる。

このような問題に対しては、エアパージ式の液位測定装置を採用することが考えられる。しかし、単に、エアパージ式の液位測定装置を備えるだけでは、徒に気体供給管の類が増えて、気体溶解装置の構成が大掛かりとなってしまう。

そこで、本発明は、気体溶解装置を大掛かりな構成とすることを回避しながら、第２の管内の廃水の水位の誤検出を低減することを課題とする。

すなわち、本願の請求項１に記載の発明は、上下方向に延び、上部同士が互いに連通空間を介して連通している第１の管及び第２の管を備え、第１の管の下部に供給された被処理水が上記連通空間を介して第２の管に供給されたのち第２の管の下部から排出されるように構成されていると共に、上記連通空間内に溜まる気体を供給する気体供給手段と、上記連通空間内に溜まった気体を第１の管に供給される前の被処理水に混入させる気体混入手段と、第２の管内の被処理水の水位を検出する水位検出手段と、この水位検出手段の検出結果に基いて上記気体供給手段を制御する気体供給制御手段とを有する被処理水への気体溶解装置であって、第２の管内の被処理水中で所定の高さに開口する気体供給管が備えられ、上記気体供給手段は、上記気体供給管を介して連通空間内に溜まる気体を供給すると共に、上記水位検出手段は、上記気体供給管内の圧力と連通空間内の圧力との差圧に基いて第２の管内の被処理水の水位を検出するように構成されていることを特徴とする。

次に、請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、第１の管及び第２の管は互いに離間して配置され、これらの管の上部同士を連結する第３の管が備えられて、連通空間は、第１の管の上部から第３の管の上部を経て第２の管の上部に亘る空間であることを特徴とする。

次に、請求項３に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、第１の管は第２の管の中に配置され、連通空間は、第１の管の上部と第２の管の上部との共通空間であることを特徴とする。

次に、請求項４に記載の発明は、上記請求項１から３のいずれかに記載の発明において、気体供給制御手段は、水位検出手段で検出された第２の管内の被処理水の水位が所定の上限水位より高いときは、気体供給手段による気体供給を行う一方、水位検出手段で検出された第２の管内の被処理水の水位が所定の下限水位より低いときは、気体供給手段による気体供給を停止することを特徴とする。

次に、請求項５に記載の発明は、上記請求項４に記載の発明において、気体供給手段による気体供給の開始から所定時間が経過しても、水位検出手段で検出された第２の管内の被処理水の水位が所定の下限水位より低くならないときは、気体供給手段から連通空間内に至る気体供給系統の異常を報知する第１の気体供給系統異常報知手段が設けられていることを特徴とする。

次に、請求項６に記載の発明は、上記請求項４又は５に記載の発明において、気体供給手段による気体供給の停止後に、水位検出手段で気体供給管内の圧力が連通空間内の圧力より低いことが検出されたときは、気体供給手段から連通空間内に至る気体供給系統の異常を報知する第２の気体供給系統異常報知手段が設けられていることを特徴とする。

次に、請求項７に記載の発明は、上記請求項１から６のいずれかに記載の発明において、第２の管の下部から排出された被処理水を渦流式分離装置へ導入する第１の導入通路が備えられていることを特徴とする。

次に、請求項８に記載の発明は、上記請求項１から６のいずれかに記載の発明において、第２の管の下部から排出された被処理水を加圧浮上式分離装置へ導入する第２の導入通路が備えられていることを特徴とする。

まず、請求項１に記載の発明によれば、第２の管内の被処理水中で所定の高さに開口する気体供給管が備えられ、これが、連通空間内に溜まる気体を供給するための管と、エアパージ式液位測定装置のエアパージ管とを兼ねるので、部材数が抑制され、もって、気体溶解装置を大掛かりな構成とすることを回避しながら、第２の管内の被処理水の水位の誤検出を低減することが可能となる。

次に、請求項２に記載の発明によれば、上記図１３に示したような従来構成の気体溶解装置において、請求項１に記載の効果が得られる。

次に、請求項３に記載の発明によれば、第１の管が第２の管の中に内蔵された構成の気体溶解装置において、請求項１に記載の効果が得られる。そして、この気体溶解装置においては、装置のコンパクト化が図れ、占有スペースが少なくて済む。

次に、請求項４に記載の発明によれば、第２の管内の被処理水の水位が所定の適正水位範囲に維持されるから、連通空間内の気体容量が常に所定の適正容量範囲内に維持されることとなる。

次に、請求項５に記載の発明によれば、連通空間内への気体供給中における水位検出手段の検出結果に基いて、水位の検出だけでなく、連通空間内に至る気体供給系統の異常が検出でき、その異常をいち早く報知することが可能となる。

次に、請求項６に記載の発明によれば、連通空間内への気体供給後における水位検出手段の検出結果に基いて、水位の検出だけでなく、連通空間内に至る気体供給系統の異常が検出でき、その異常をいち早く報知することが可能となる。

次に、請求項７に記載の発明によれば、渦流式分離装置の処理能力の向上が図られる。

次に、請求項８に記載の発明によれば、加圧浮上式分離装置の処理能力の向上が図られる。以下、本発明の最良の実施形態を通して、本発明をさらに詳しく説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態として、本発明に係る気体溶解装置１０と渦流式分離装置５０とを備えた廃水処理システム１の全体構成図である。この廃水処理システム１は、例えば、自動車の製造工場に備えられ、機械加工時に発生する切粉や、様々な有機質微粒子・無機質微粒子の結合体であるフロック等の混濁物を含んだ廃水Ｚから、該混濁物を分離して浄化処理するものである。気体溶解装置１０は、廃水Ｚが蓄えられた廃水槽１００から、水処理装置としての渦流式分離装置５０へ、廃水Ｚを導入する前に、該廃水Ｚにエアを溶解させることにより、渦流式分離装置５０の処理能力の向上を図るものである。廃水Ｚは、廃水送りポンプ１９により、廃水供給管１４を介して、矢印ａで示すように、気体溶解装置１０の第１の管１１の下部に供給されたのち、矢印ｂで示すように、第２の管１２の下部から排出され、廃水導入管１５を介して、渦流式分離装置５０へ送られる。

渦流式分離装置５０は、導入された廃水Ｚに渦流を生じさせて、廃水Ｚ中の切粉やフロック等の混濁物を比重別に分離し、清澄水を得るものである。図２に示すように、分離装置５０は、外筒５１、中間筒５２、内筒５３及びインナパイプ５４を同心状に有する４重管構造をしている。気体溶解装置１０でエアが溶解された廃水Ｚは、矢印ｂで示すように、廃水導入管１５から外筒５１の下部に導入され、外筒５１と中間筒５２との間に配設された案内板５５により、矢印ｃ（図４参照）で示すように、旋回流動する。そして、この旋回流動により発生した遠心力に起因して、混濁物のうち比重が相対的に大きなものが外筒５１内で外方向に移動して、この混濁物を含む１次処理水が、上蓋部材５１ａに設けた１次処理水排出管５６を介して、矢印ｄで示すように、外部へ排出される。

一方、中間筒５２の上部は上蓋部材５１ａより上方に突出し、その上端部に２次処理水排出管５７が接続している。中間筒５２は、その上下方向の中間部に、上方側が径の細いテーパ部が形成され、該テーパ部に多数の孔５２ａ…５２ａが設けられている。

また、内筒５３の上部は中間筒５２の上端部より上方に突出し、その上端部に循環管５８が接続している。この循環管５８は、下蓋部材５１ｂを貫通して中間筒５２内に下方から進入し、螺旋状に上昇して内筒５３の下端部近傍で開口している（図４参照）。さらに、内筒５３も中間筒５２と同様、その上下方向の中間部に、上方側が径の細いテーパ部が形成され、該テーパ部に多数の孔５３ａ…５３ａが設けられている。

インナパイプ５４の上端部は、上記中間筒５２及び内筒５３のテーパ部に対応して、上方側が径の細いテーパ部に形成され、その頂部に円形の開口５４ａが形成されている。インナパイプ５４の下部は下蓋部材５１ｂから下方に突出し、清澄水排出管５９に接続している。

気体溶解装置１０でエアが溶解された廃水Ｚは、廃水導入管１５上の減圧弁２７（図１参照）を通過すると、内部に微細な気泡が発生する。そして、廃水Ｚは、矢印ｂで示すように、廃水導入管１５から渦流式分離装置５０の外筒５１内に導入されて、外筒５１内で、矢印ｃ（図４参照）で示すように、旋回流動する。その場合に、比重が相対的に大きな混濁物が除去された１次清澄水は、中間筒５２の孔５２ａ…５２ａ及び内筒５３の孔５３ａ…５３ａを通過して装置５０の中心部に移動する。この１次清澄水は、混濁物のうち比重が相対的に小さなものを含んでいる。

インナパイプ５４の頂部開口５４ａの上方に気泡の集合体が形成され、かつ、気泡と清澄水との気液混相渦流が生成される。ここで、比重が相対的に小さな混濁物が気泡に捕集されたのち、気液混相渦流の浮力を受けて、図３に矢印ｅで示すように、内筒５３内で上昇する。これにより、１次清澄水が、比重が相対的に小さな混濁物を含む２次処理水と、該混濁物が除去された２次清澄水とに分離される。

２次処理水は、矢印ｆで示すように、循環管５８を介して、中間筒５２と内筒５３との間に循環供給される。そして、２次処理水は、中間筒５２内で、図４に矢印ｇで示すように、旋回流動したのち、図３に矢印ｈで示すように、中間筒５２内で上昇したのち、２次処理水排出管５７を介して、矢印ｉで示すように、外部へ排出される。一方、２次清澄水は、インナパイプ５４の頂部開口５４ａを介して、図３に矢印ｊで示すように、インナパイプ５４の内部に流れ込んだのち、清澄水排出管５９を介して、矢印ｋで示すように、外部へ排出される。

このように、この渦流式分離装置５０は、図２に矢印ｂで示す廃液Ｚの流入により、比重が相対的に大きな混濁物を含む１次処理水を矢印ｄで示すように排出管５６から排出し、比重が相対的に小さな混濁物を含む２次処理水を矢印ｉで示すように排出管５７から排出し、そして混濁物が分離除去された清澄水を矢印ｋで示すように排出管５９から排出するものである。

次に、本発明の特徴部分である気体溶解装置１０について説明する。図５に示すように、気体溶解装置１０は、上下方向に所定長さ延びる上流側の第１の管１１と、この第１の管１１から離間して上下方向にほぼ同じ長さ延びる下流側の第２の管１２とを有している。第１の管１１は気体溶解通路を提供し、第２の管１２は液体調整通路を提供する。両管１１，１２の上部同士を連結する第３の管１３が備えられ、これにより、両管１１，１２の上部同士が互いに連通空間Ｒを介して連通している。ここで、連通空間Ｒは、第１の管１１の上部から第３の管１３の上部を経て第２の管１２の上部に亘る空間である。

そして、廃水供給管１４を介して第１の管１１の下部に供給された廃水Ｚは、第１の管１１を上昇して、連通空間Ｒに溢れ出し、第２の管１２に供給されたのち、第２の管１２の下部から廃水導入管１５を介して渦流式分離装置５０に向けて排出される。その場合に、廃水Ｚは、図示したように、第３の管１３内に充満しないように、その流量・流速が、廃水送りポンプ１９（図１参照）によりコントロールされている。その結果、連通空間Ｒ内には、エアが溜まっている。

この気体溶解装置１０の上蓋部材１０ａを貫通して、２本の管１６，２１が上下方向に延びている。１つは、上記連通空間Ｒ内のエアを吸入するためのエア吸入管１６であって、その途中からエア循環管１７が分岐している。エア循環管１７は、廃水送りポンプ１９より下流側で廃水供給管１４に至り、その交点にエゼクタ１８が設けられている。エゼクタ１８は、廃水Ｚの流れに起因して減圧が発生する減圧室１８ａを有し、連通空間Ｒ内に溜まったエアを第１の管１１に供給される前の廃水Ｚに混入させる気体混入手段である。

もう１つの管は、上記連通空間Ｒ内にエアを供給するための第１のエア供給管２１であって、その途中から第２のエア供給管２２が分岐している。第２エア供給管２２は、図１に示すように、エアコンプレッサ２３に至り、その途上に、第２エア供給管２２を開閉するためのエア供給バルブ２４が設けられている。これらのエアコンプレッサ２３及びエア供給バルブ２４は、上記エア供給管２１，２２を介して、連通空間Ｒ内に溜まるエアを供給する気体供給手段である。

その場合に、図５に示すように、第１エア供給管２１は、その下端部が、上記第２の管１２内の廃水Ｚ中に進入して、所定の高さＣで開口している（開口２１ａ）。したがって、この第１エア供給管２１の開口２１ａから、エアコンプレッサ２３から供給されたエアが噴出したときは、エアは、第２の管１２内の廃水Ｚ中を気泡となって上昇し、連通空間Ｒ内に溜まることとなる。

そして、エア吸入管１６及びエア供給管２１は上方に延び、図１に示すように、差圧センサ２６に接続している。この差圧センサ２６は、上記エア供給管２１内の圧力（ひいては第２エア供給管２２内の圧力）と、エア吸入管１６内の圧力（ひいては連通空間Ｒ内の圧力）との差圧に基いて、第２の管１２内の廃水Ｚの水位を検出するものである。すなわち、エア供給管２１の開口２１ａは、第２の管１２内の廃水Ｚの水面より下方に潜っているから、例えば、エアコンプレッサ２３の作動中にエア供給バルブ２４が開かれて、上記開口２１ａからエアが噴出しているときに、該開口２１ａに作用する圧力（換言すれば、エア供給管２１内の圧力）Ｐ１は、連通空間Ｒ内の圧力Ｐ２よりも、開口２１ａが潜っている長さ（水頭）に応じた水圧だけ高くなる。したがって、エア供給管２１内の圧力Ｐ１とエア吸入管１６内の圧力Ｐ２との差圧ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）に基いて、既知である開口２１ａ高さＣよりどれだけ上方に廃水Ｚの水面があるかが分かり、その結果、第２の管１２内の廃水Ｚの水位が検出されることとなる。

また、例えば、エア供給バルブ２４が閉じられて、上記開口２１ａからのエアの噴出が停止されているときに、上記差圧ΔＰが大きくなれば、それだけエア供給管２１，２２内のエアが圧縮されたのだから、それに応じて増加した水圧、つまり第２の管１２内の廃水Ｚの水位が検出されることとなる。

以上により、この差圧センサ２６は、第２の管１２内の廃水Ｚの水位を検出する水位検出手段として機能する。そして、図１に示すように、この気体溶解装置１０に備えられたコントロールユニット６０は、上記差圧センサ２６の検出結果に基いて、上記エアコンプレッサ２３及びエア供給バルブ２４の作動を制御する気体供給制御手段として機能する。より具体的には、コントロールユニット６０は、差圧センサ２６で検出された第２の管１２内の廃水Ｚの水位が、所定の上限水位Ｂ（図５参照）より高いときは、エアコンプレッサ２３及びエア供給バルブ２４によるエア供給を行う一方で、差圧センサ２６で検出された第２の管１２内の廃水Ｚの水位が、所定の下限水位Ａ（図５参照）より低いときは、エアコンプレッサ２３及びエア供給バルブ２４によるエア供給を停止する。これにより、第２の管１２内の廃水Ｚの水位が所定の適正水位範囲Ｗ（図５参照）に維持されて、上記水位が高すぎることによるエゼクタ１８でのエアの混入不足や、上記水位が低すぎることによる渦流式分離装置５０への廃水Ｚ導入不足等の不具合が回避される。

なお、コントロールユニット６０は、図１に示すように、他にも、エア供給管２１，２２内の圧力Ｐ１を直接検出するエア供給管内圧力センサ２５、エア吸入管１６内の圧力Ｐ２を直接検出する連通空間内圧力センサ２０、この気体溶解装置１０のメインスイッチ６１等からの信号を入力し、これらの信号に基いて、廃水Ｚの送り流量・送り流速をコントロールする廃水送りポンプ１９や、この気体溶解装置１０の異常を報知する警報装置６２等の作動を制御する。

廃水送りポンプ１９の駆動により、廃水槽１００内の廃水Ｚは、廃水供給管１４へ吐出され、エゼクタ１８で加圧エアが混入される。この気液混合流体が、第１の管１１に供給されると、廃水Ｚに混入されたエアは、管１１の下部において気泡となってバブリングし、この気泡は管１１を上昇する過程において廃水Ｚに溶解する。そして、エアが溶解された廃水Ｚは、第３の管１３及び第２の管１２を経由して、廃水導入管１５から渦流式分離装置５０へ導入される。その場合に、廃水Ｚが第１の管１１から第３の管１３及び第２の管１２を通過中に溶け残ったエアは、連通空間Ｒ内に溜まることとなる。そこで、この加圧されたエアをエア循環管１７を介してエゼクタ１８に戻すことにより、エアコンプレッサ２３からのエアの供給を可及的に少なくすることができ、無駄を抑制することができる。

しかし、エアコンプレッサ２３及びエア供給バルブ２４による加圧エアの供給が少ないときは、この気体溶解装置１０内で廃水Ｚに溶解したエアが徐々に持ち出されるから、エアの需給バランスが崩れて、連通空間Ｒ内のエア容量が減少し、第２の管１２内の廃水Ｚの水位が上昇する。よって、前述したように、上記水位が上限レベルＢになったときに限り、エア供給を行うようにしたのである（換言すれば、常にはエア供給はしない）。なお、連通空間Ｒ内の圧力Ｐ２は、例えば、およそ０．２〜０．３ＭＰａまで加圧される。

次に、上記コントロールユニット６０が行う具体的制御動作の１例を、図６〜図８のフローチャートに従って説明する。このプログラムは、気体溶解装置１０のメインスイッチ６１がオンになると起動する。気体溶解装置１０は、メインスイッチ６１がオフの間、つまり停止中は、第１の管１１内の廃水Ｚの水位が低下している。

まず、ステップＳ１で、エア供給バルブ２４を閉じたのち、この状態で、ステップＳ２で、エアコンプレッサ２３を始動する。次いで、ステップＳ３で、エア供給バルブ２４より上流側のエア供給管２２内の圧力（すなわち、図１のエア供給管内圧力センサ２５が検出する圧力）が所定値まで上昇したか否かを判定する。その結果、ＹＥＳで上昇したときに、ステップＳ４に進み、排水送りポンプ１９を始動して、廃水槽１００中の廃水Ｚの気体溶解装置１０への供給、及び渦流式分離装置５０への導入を開始する。

次いで、ステップＳ５で、エア供給バルブ２４を開き、エアコンプレッサ２３からのエアの連通空間Ｒ内への供給を開始する。その場合に、ステップＳ６で、初期充気時間Ｔ１のカウントを開始し、ステップＳ７で、上記時間Ｔ１がタイムアップしたときに、ステップＳ８で、エア供給バルブ２４を閉じる。このように、気体溶解装置１０の運転開始時に、一時的にエア供給を行うのは、およそ次のような理由からである。すなわち、上記ステップＳ４で、排水送りポンプ１９を始動して、気体溶解装置１０への廃水Ｚの供給が開始すると、それまで低下していた第１の管１１内の廃水Ｚの水位が急激に上昇し、その結果、連通空間Ｒ内の圧力ないしエア吸入管１６内の圧力Ｐ２が急激に上がって、エア供給管２１内の圧力Ｐ１よりも高くなる逆差圧の現象（Ｐ１＜Ｐ２）が観測される。このとき、差圧ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）はマイナスの値となり、この差圧ΔＰに基いて行う前述の第２の管１２内の廃水Ｚの水位制御（又は連通空間Ｒ内のエア容量制御）が正常・良好に実行できなくなる。したがって、運転初期のエアの補給を兼ねて、気体溶解装置１０の運転開始時には、所定時間Ｔ１だけ、エアコンプレッサ２３からエア供給管２１，２２を介してのエアの供給を行うようにしたのである。ここで、上記初期充気時間Ｔ１は、気体溶解装置１０のサイズ等に依存して変動するが、例えば２０秒等にセットされる。

次いで、ステップＳ９で、エア供給サイクル監視時間Ｔ２のカウントを開始する。これは、この監視時間Ｔ２内に、第２の管１２内の廃水Ｚの水位の上昇に伴うエアの供給開始及びそのエアの供給停止の動作が１回も行われなかったときに、警報装置６２（ランプ等の視覚的なものや、ブザー等の聴覚的なもの等、限定しない）を作動させて、気体溶解装置１０の異常の警報を行うためのものである。ここで、上記エア供給サイクル監視時間Ｔ２は、エア供給能力や廃水Ｚ供給能力等に依存して変動するが、例えば１０分等にセットされる。なお、上記のような異常現象は、エア供給側の問題や、廃水Ｚ送り側の問題等、様々な原因が考えられる。

しかるのち、ステップＳ１０で、エア供給管２１内の圧力Ｐ１とエア吸入管１６内の圧力Ｐ２との差圧ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）が、前述の上限水位Ｂに対応する所定の上限差圧（図例では２．５ｋＰａ）以上か否かを判定する。その結果、ＹＥＳで以上のときは、ステップＳ１４に進んで、エア供給バルブ２４を開いてエア供給を行う。一方、ＮＯで未満のときは、ステップＳ１１に進んで、上記差圧ΔＰがマイナス値でないこと（逆差圧現象が発生していないこと）を確認して、ステップＳ１６に進む。

ここで、上記ステップＳ１４で、エア供給を開始したときは、ステップＳ１５で、エア供給制限時間Ｔ３のカウントを開始する。これは、この制限時間Ｔ３内に、上記差圧ΔＰが、エア供給をしているにも拘らず、前述の下限水位Ａに対応する所定の下限差圧以下に低下しなかったときに、警報装置６２を作動させて、気体溶解装置１０の異常、特に、エアコンプレッサ２３から連通空間Ｒ内に至るエア供給系統２４，２２，２１の異常（代表例としては、エアコンプレッサ２３やエア供給バルブ２４の故障や詰り、エア供給管２１，２２のエア漏れや詰り等）の警報を行うためのものである。ここで、上記エア供給制限時間Ｔ３は、気体溶解装置１０のサイズ等に依存して変動するが、例えば２０秒等にセットされる。

また、上記ステップＳ１１で、逆差圧現象が発生していると判定されたときは、ステップＳ１２に進んで、警報装置６２を作動させて、気体溶解装置１０の異常、特に、エアコンプレッサ２３から連通空間Ｒ内に至るエア供給系統２４，２２，２１の異常（代表例としては、エア供給管２１，２２の緩いエア漏れ等）の警報を行う。そして、ステップＳ１３で、エア供給バルブ２４を開いてエア供給を行いつつ、この気体溶解装置１０の運転を継続する。

次いで、ステップＳ１６で、エア供給管２１内の圧力Ｐ１とエア吸入管１６内の圧力Ｐ２との差圧ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）が、前述の下限水位Ａに対応する所定の下限差圧（図例では１．５ｋＰａ）以下か否かを判定する。その結果、ＹＥＳで以下のときは、ステップＳ２０に進んで、エア供給バルブ２４を閉じてエア供給を停止する。一方、ＮＯで以上のときは、ステップＳ１７に進んで、上記エア供給制限時間Ｔ３がタイムアップしていないことを確認して、ステップＳ２４に進む。

ここで、上記ステップＳ２０で、エア供給を停止したときは、ステップＳ２１，Ｓ２２で、それぞれエア供給制限時間Ｔ３のカウント、及びエア供給サイクル監視時間Ｔ２のカウントを終了する。そして、ステップＳ２３で、エア供給サイクル監視時間Ｔ２のカウントを再び最初から開始する。

また、上記ステップＳ１７で、エア供給制限時間Ｔ３がタイムアップしたと判定されたときは、ステップＳ１８に進んで、前述したように、警報装置６２を作動させて、気体溶解装置１０の異常、特に、エアコンプレッサ２３から連通空間Ｒ内に至るエア供給系統２４，２２，２１の異常（代表例としては、エアコンプレッサ２３やエア供給バルブ２４の故障や詰り、エア供給管２１，２２のエア漏れや詰り等）の警報を行う。そして、ステップＳ１９で、エア供給バルブ２４を閉じてエア供給を停止しつつ、この気体溶解装置１０の運転を継続する。

次いで、ステップＳ２４で、エア供給サイクル監視時間Ｔ２がタイムアップしたか否かを判定する。その結果、ＹＥＳでタイムアップしたときは、ステップＳ２６に進んで、前述したように、警報装置６２を作動させて、気体溶解装置１０の異常の警報を行う。一方、ＮＯでタイムアップしていないときは、ステップＳ２５で、気体溶解装置１０が運転停止されていないことを確認して、ステップＳ１０に戻り、以上の動作を繰り返す。

以上のように、この第１の実施形態では、第２の管１２内の廃水Ｚ中で所定の高さに開口するエア供給管２１が備えられ、この管２１が、連通空間Ｒ内に溜まるエアを供給するための管と、エアパージ式液位測定装置のエアパージ管とを兼ねるので、部材数が抑制され、もって、気体溶解装置１０を大掛かりな構成とすることを回避しながら、第２の管１２内の廃水Ｚの水位の誤検出を低減することが可能となる。

その場合に、第２の管１２内の廃水Ｚの水位が所定の適正水位範囲Ｗに維持されるから、連通空間Ｒ内のエア容量が常に所定の適正容量範囲内に維持されることとなる。

しかも、連通空間Ｒ内へのエア供給中における差圧センサ２６の検出結果に基いて（ステップＳ１６〜Ｓ１７）、水位の検出だけでなく、連通空間Ｒ内に至るエア供給系統の異常が検出でき、その異常をいち早く報知することが可能となる。

また、連通空間Ｒ内へのエア供給後における差圧センサ２６の検出結果に基いて（ステップＳ１０〜Ｓ１１）、水位の検出だけでなく、連通空間Ｒ内に至るエア供給系統の異常が検出でき、その異常をいち早く報知することが可能となる。
［第２の実施形態］
図９は、本発明の第２の実施形態として、本発明に係る気体溶解装置１０と加圧浮上式分離装置２００とを備えた廃水処理システム１の全体構成図である。この廃水処理システム１は、例えば、ハムやソーセージ等の食品の製造工場に備えられ、食肉加工時に破砕された肉片や骨片等の複数の異種混合物を含んだ廃水から、該異種混合物を分離して浄化処理するものである。気体溶解装置１０は、水処理装置としての加圧浮上式分離装置２００へ、廃水Ｚを導入する前に、該廃水Ｚにエアを溶解させることにより、加圧浮上式分離装置２００の処理能力の向上を図るものである。第１の実施形態に同じ又は類似・相当する構成要素には同じ符号を用い、かつ第２の実施形態の特徴部分だけを説明する。

加圧浮上式分離装置２００には、矢印ｍで示すように、図外の破砕機によって破砕された被分離材料が投入される。加圧浮上式分離装置２００は、気泡の浮力を利用して、被分離材料中の第１混合物（気泡が付着し難いもの）と第２混合物（気泡が付着し易いもの：例えば繊維質や比重の軽いもの）とを廃水Ｚから分離除去する。

加圧浮上式分離装置２００の内部には、水平方向に延びる吸入管２０１と噴出管２０２とが配設されている。吸入管２０１は、気体溶解装置１０の廃水供給管１４に接続されている。噴出管２０２は、気体溶解装置１０の廃水導入管１５に膨張弁２０３を介して接続されている。噴出管２０２には、その全周面に、多数の微細孔が形成されて、気体溶解装置１０でエアが溶解された廃水Ｚが噴出される。吸入管２０１には、その下半分の周面に、多数の微細孔が形成されて、廃水Ｚを吸入する。

加圧浮上式分離装置２００内で浮上分離した第２混合物は、回収装置２０４により、矢印ｎで示すように、装置２００の上部から回収される。一方、加圧浮上式分離装置２００内で沈降分離した第１混合物は、スクリューコンベア２０５により、矢印ｏで示すように、装置２００の底部から回収される。

なお、この実施形態では、加圧浮上式分離装置２００は、第１、第２の２種の混合物を分離除去するものであったが、３種以上の混合物を分離除去するものであってもよい。
［第３の実施形態］
図１０は、本発明の第３の実施形態として、本発明に係る別の構成の気体溶解装置１０と渦流式分離装置５０とを備えた廃水処理システム１の全体構成図である。第１の実施形態に同じ又は類似・相当する構成要素には同じ符号を用い、かつ第３の実施形態の特徴部分だけを説明する。

図１１に示すように、この実施形態に係る気体溶解装置１０においては、第１の管１１が第２の管１２の中に内蔵されている。連通空間Ｒは、第１の管１１の上部と第２の管１２の上部との共通空間である。廃水供給管１４は、上蓋部材１０ａを貫通して第１の管１１の中に入り、第１の管１１の底部近傍で開口している。エゼクタ１８が、第２の管１２の中で連通空間Ｒ内に位置し、連通空間Ｒ内の加圧エアを直接吸引している。その結果、第１実施形態であったようなエア循環管１７が省略できる。この気体溶解装置１０においては、装置１０のコンパクト化が図れ、占有スペースが少なくて済む。第１の管１１の底部には、第１の管１１内の廃水Ｚを抜くためのドレン管２８が備えられている。
［第４の実施形態］
図１２は、本発明の第４の実施形態として、本発明に係る別の構成の気体溶解装置１０と加圧浮上式分離装置２００とを備えた廃水処理システム１の全体構成図である。前述したように、この気体溶解装置１０においては、装置１０のコンパクト化が図れ、占有スペースが少なくて済む。また、加圧浮上式分離装置２００の処理能力の向上が図られる。

以上説明した実施形態は、本発明を実施するための最良の形態ではあるが、特許請求の範囲を逸脱しない限り、なお種々の変更が可能なことはいうまでもない。例えば、廃水Ｚに溶解させる気体としてエアに代えてオゾンを用いると、廃水Ｚ中のＣＯＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｍａｎｄ）の低下を図ることができる。

以上、具体例を挙げて詳しく説明したように、本発明によれば、気体溶解装置を大掛かりな構成とすることを回避しながら、第２の管内の廃水の水位の誤検出を低減することが可能となる。本発明は、渦流式分離装置や加圧浮上式分離装置等の水処理装置へ被処理水を導入する前に、該被処理水に空気やオゾン等の気体を溶解させることにより、上記水処理装置の処理能力の向上を図るように構成された気体溶解装置の技術分野において幅広い産業上の利用可能性を有する。

本発明の第１の最良の実施形態として、本発明に係る気体溶解装置と渦流式分離装置とを備えた廃水処理システムの全体構成図である。 上記渦流式分離装置の拡大縦断面図である。 上記図２のさらなる要部拡大図である。 上記図３のＩＶ−ＩＶ線による平断面図である。 上記気体溶解装置の拡大縦断面図である。 上記気体溶解装置の具体的動作の１例を示すフローチャートの前半部分である。 同じく中盤部分である。 同じく後半部分である。 本発明の第２の最良の実施形態として、本発明に係る気体溶解装置と加圧浮上式分離装置とを備えた廃水処理システムの全体構成図である。 本発明の第３の最良の実施形態として、本発明に係る別の構成の気体溶解装置と渦流式分離装置とを備えた廃水処理システムの全体構成図である。 上記別の構成の気体溶解装置の拡大縦断面図である。 本発明の第４の最良の実施形態として、本発明に係る別の構成の気体溶解装置と加圧浮上式分離装置とを備えた廃水処理システムの全体構成図である。 従来の気体溶解装置の拡大縦断面図である。

符号の説明

１ 廃水処理システム
１０ 気体溶解装置
１１ 第１の管（気体溶解通路）
１２ 第２の管（液体調整通路）
１３ 第３の管
１４ 廃水供給管
１５ 廃水導入管
１６ エア吸入管
１７ エア循環管
１８ エゼクタ
１９ 廃水送りポンプ
２０ 連通空間内圧力センサ
２１ 第１エア供給管
２２ 第２エア供給管
２３ エアコンプレッサ
２４ エア供給バルブ
２５ エア供給管内圧力センサ
２６ 差圧センサ
５０ 渦流式分離装置
６０ コントロールユニット
６２ 警報装置
１００ 廃水槽
２００ 加圧浮上式分離装置
Ａ 下限水位
Ｂ 上限水位
Ｃ エア供給管開口高さ
Ｒ 連通空間
Ｗ 適正水位範囲
Ｚ 廃水

Claims (8)

1. 上下方向に延び、上部同士が互いに連通空間を介して連通している第１の管及び第２の管を備え、第１の管の下部に供給された被処理水が上記連通空間を介して第２の管に供給されたのち第２の管の下部から排出されるように構成されていると共に、上記連通空間内に溜まる気体を供給する気体供給手段と、上記連通空間内に溜まった気体を第１の管に供給される前の被処理水に混入させる気体混入手段と、第２の管内の被処理水の水位を検出する水位検出手段と、この水位検出手段の検出結果に基いて上記気体供給手段を制御する気体供給制御手段とを有する被処理水への気体溶解装置であって、第２の管内の被処理水中で所定の高さに開口する気体供給管が備えられ、上記気体供給手段は、上記気体供給管を介して連通空間内に溜まる気体を供給すると共に、上記水位検出手段は、上記気体供給管内の圧力と連通空間内の圧力との差圧に基いて第２の管内の被処理水の水位を検出するように構成されていることを特徴とする気体溶解装置。
2. 第１の管及び第２の管は互いに離間して配置され、これらの管の上部同士を連結する第３の管が備えられて、連通空間は、第１の管の上部から第３の管の上部を経て第２の管の上部に亘る空間であることを特徴とする請求項１に記載の気体溶解装置。
3. 第１の管は第２の管の中に配置され、連通空間は、第１の管の上部と第２の管の上部との共通空間であることを特徴とする請求項１に記載の気体溶解装置。
4. 気体供給制御手段は、水位検出手段で検出された第２の管内の被処理水の水位が所定の上限水位より高いときは、気体供給手段による気体供給を行う一方、水位検出手段で検出された第２の管内の被処理水の水位が所定の下限水位より低いときは、気体供給手段による気体供給を停止することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の気体溶解装置。
5. 気体供給手段による気体供給の開始から所定時間が経過しても、水位検出手段で検出された第２の管内の被処理水の水位が所定の下限水位より低くならないときは、気体供給手段から連通空間内に至る気体供給系統の異常を報知する第１の気体供給系統異常報知手段が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の気体溶解装置。
6. 気体供給手段による気体供給の停止後に、水位検出手段で気体供給管内の圧力が連通空間内の圧力より低いことが検出されたときは、気体供給手段から連通空間内に至る気体供給系統の異常を報知する第２の気体供給系統異常報知手段が設けられていることを特徴とする請求項４又は５に記載の気体溶解装置。
7. 第２の管の下部から排出された被処理水を渦流式分離装置へ導入する第１の導入通路が備えられていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の気体溶解装置。
8. 第２の管の下部から排出された被処理水を加圧浮上式分離装置へ導入する第２の導入通路が備えられていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の気体溶解装置。
   

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