JP5091404B2 - 液体浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば産業排水や生活排水、各種水槽内の水等の処理液体を浄化するための液体浄化装置に関する。

従来、この種の浄化装置としては、例えば浄化槽内にシート状の合成樹脂膜を多数垂下させて並設し、これに汚濁物質を除去するバクテリア等を付着させて汚濁水と広い面積で接触させて浄化する等の各種装置が知られている。ところが、これらの装置にあっては、広大な沈殿池や大型の設備を必要として、設備投資と運用効率の面で劣るという不具合があり、当出願人は、特許文献１に開示の浄化装置を提案した。

この浄化装置は、耐圧容器と、この耐圧容器に酸素を供給する酸素供給源を備え、耐圧容器内に供給した処理水に酸素供給源から酸素を供給して、処理水の表面に酸素雰囲気の圧力を作用させることにより、処理水を浄化して外部に排水するようにしたものである。
特許第３３７５３４８号公報

しかしながら、この浄化装置にあっては、供給される酸素による耐圧容器内の圧力が、例えば０．５ｋｇ／ｃｍ^２程度と低いため、酸素が処理水に溶解し難い場合があり、処理水を効率的に浄化処理することが困難であると共に、耐圧容器内に供給される気体が酸素であるため、処理する液体が例えば処理水等に限定されて、装置の汎用性の面で不十分であるという問題点を有している。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、耐圧容器内の圧力を最適値に設定できて効率的な液体の浄化処理が行えると共に、各種液体の処理に適用できて汎用性を向上させ得る液体浄化装置を提供することにある。

かかる目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、上部に液体供給口と気体供給口が設けられ下部に液体排出口が設けられた耐圧容器と、該耐圧容器に前記気体供給口から気体を供給する気体供給源と、を備え、前記液体供給口から前記耐圧容器内に供給した処理液体の表面に、前記気体供給口から前記耐圧容器内に供給した気体の圧力を作用させて前記処理液体を浄化すると共に、この浄化した液体を前記液体排出口から耐圧容器の外部に排出する液体浄化装置であって、前記耐圧容器の内部上部に、外形がそれぞれ同一形状に形成された積層状態の複数の邪魔板を配設し、該各邪魔板は、外周縁に上方に突出した帯板と、円周方向に列状に配置され上下の邪魔板において異なる位置に形成した落下穴をそれぞれ有すると共に、前記気体供給口から耐圧容器内に供給される気体の耐圧容器内圧力を１ｋｇ／ｃｍ^２〜３ｋｇ／ｃｍ^２に設定したことを特徴とする。

そして、前記気体は、請求項２に記載の発明のように、酸素ガス、窒素ガス、炭酸ガス、オゾンガスの少なくとも一つであることが好ましい。

本発明の請求項１に記載の発明によれば、液体供給口から耐圧容器内に供給された処理液体が、気体供給口から耐圧容器内に供給された圧力１ｋｇ／ｃｍ^２〜３ｋｇ／ｃｍ^２の気体と接触するため、最適圧力の気体を処理液体内に良好に溶解させ、例えばこの気体に浮遊物を付着させて処理液体上に浮上させることができ、処理液体を短時間に効率的に浄化することができると共に、気体供給口から耐圧容器内に例えば用途に応じた各種気体を供給できて、汎用性に優れた浄化装置を得ることができる。

また、耐圧容器の内部上部に、外形がそれぞれ同一形状に形成され、外周縁に上方に突出した帯板と、円周方向に列状に配置され上下において異なる位置に形成した落下穴をそれぞれ有する積層状態の複数の邪魔板が配設されるため、この各邪魔板で耐圧容器の上部から供給される処理液体の落下速度を遅らせて、気体と接触する時間を長くし該気体を処理液体内に一層良好に溶解させることができ、処理液体の浄化を一層効率的に行うことができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、耐圧容器内に供給される気体として、酸素ガス、窒素ガス、炭酸ガス、オゾンガスの少なくとも一つが選択されるため、例えば処理液体に応じて所定のガスを使用できる等、浄化装置の汎用性を一層向上させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図７は、本発明に係わる液体浄化装置の一実施形態を示し、図１がその構成図、図２がその平面図、図３が蓋体の正面図、図４及び図５が邪魔板を示す図、図６及び図７が動作説明図である。

図１〜図３において、液体浄化装置１は、底部に脚３とドレインバルブ４が設けられ上面が開口する有底円筒形状の容器本体２ａと、この容器本体２ａの上面開口部に着脱可能に配設される蓋体２ｂからなる耐圧容器２を有している。この耐圧容器２の蓋体２ｂには、その中心位置に下端に液体供給口５ａが設けられ上端にフランジ５ｂが設けられた液体供給パイプ５が固定されると共に、その直径方向の一方の端部に、下端に排出口６ａが設けられ上端にフランジ６ｂが設けられた排出パイプ６の上部が固定されている。この時、液体供給口５ａは蓋体２ａの内面直下（すなわち耐圧容器２の最上部）の位置に、排出口６ａは容器本体２ａの下部である底部近傍に位置するように設定されている。

そして、液体供給パイプ５のフランジ５ｂには、外部供給管７を介して揚水ポンプ８が接続されており、この外部供給管７の途中の所定位置には、逆止弁９と液体供給調整バルブ１０が接続されている。なお、逆止弁９は、液体供給口５ａのできるだけ近い位置に配置することが、液体浄化装置１を停止させた際の気体の逆流を防止する観点から好ましい。また、前記排出パイプ６のフランジ６ｂには、その途中に圧力・吐出量調整バルブ１２が接続された外部排出管１１が接続されている。

これにより、液体供給調整バルブ１０が開状態で揚水ポンプ８が作動することにより、処理液体が外部供給管７を介して耐圧容器２の上部の液体供給口５ａから容器本体２ａ内に吐出され、耐圧容器２内で浄化された清浄な液体が、圧力・吐出量調整バルブ１２を開状態にすることにより、排出口６ａから排出パイプ６及び外部排出管１１を介して外部に排出されるようになっている。

また、前記蓋体２ｂの直径方向の他端部にはガス供給口１３（気体供給口）が設けられ、このガス供給口１３は、ガス流量調整バルブ１４を介してガス供給源１５（気体供給源）に接続されると共に圧力計１６やエアー抜きバルブ１７が接続されたガス供給管１８に接続されている。また、ガス供給管１８には、上下にバルブ１９ａ、１９ｂを有する透明なモニター管１９が接続されている。

これにより、前記ガス流量調整バルブ１４を手動で開放操作することによって、ガス供給源１５からガス供給管１８を介して所定量のガスがガス供給口１３から耐圧容器２内に供給されるようになっている。この時、後述するように、耐圧容器２内に供給されるガスの圧力は、１ｋｇ／ｃｍ^２〜３ｋｇ／ｃｍ^２となるようにガス流量調整バルブ１４が調整される。

なお、本発明の液体浄化装置１で使用される気体（ガス）としては、窒素ガス、炭酸ガス、酸素ガス、オゾンガス等があり、例えば窒素ガスは、脱酸素水の飽和溶存窒素濃度を遙かに超えた濃度の溶解液を得ることで、長時間これを維持し酸素による酸化を抑える場合に使用され、炭酸ガスは、アルカリ水の中和に利用して、極めて短時間に高濃度の炭酸水を得る場合に使用される。また、オゾンガスは、溶解させるオゾン濃度だけのオゾンガスを生成させる極めて小型のオゾン生成装置として使用され、酸素ガスは、各種処理水に使用して、より一層酸素溶解効率を高める場合等に使用される。

また、本発明の液体浄化装置１は、例えば図示はしないが前記透明なモニター管１９の上下２カ所に水位センサやガス量センサを配置すると共にガス供給管１８に電磁弁を配設して、上部のセンサが所定の信号を検知した際に電磁弁を開にして耐圧容器２内にガスを供給し、下部のセンサが所定の信号を検知した際に電磁弁を閉にしてガスの供給を停止させる等、ガスの耐圧容器２内への供給を自動的に行うように構成することもできる。

前記耐圧容器２の内部の上部には、落下速度調整手段としての３枚の邪魔板２１ａ〜２１ｃが上下方向に積層状態で配設されている。この邪魔板２１ａ〜２１ｃは、図３に示すように、その外形が全て同一形状に形成され、蓋体２ｂの内面に上端が溶接固定された複数の支持棒２２に溶接することによって蓋体２ｂに取り付けられており、着脱可能な蓋体２ｂの外周フランジ２３を容器本体２ａの上端フランジ２４に被せて多数のネジ２５（図２参照）で固定した際に、耐圧容器２の全高の上部から１／４〜１／３の高さ位置となるように設定されている。また、上段邪魔板２１ａは容器本体２ａの上端フランジ２４から５０〜１５０ｍｍの位置となり、各邪魔板２１ａ〜２１ｃの間隔寸法は１００〜３００ｍｍとなるように設定されている。

さらに、各邪魔板２１ａ〜２１ｃは、例えばステンレス板のプレス加工によって、図４及び図５に示すように円板状に形成されている。すなわち、上段邪魔板２１ａ、中段邪魔板２１ｂ及び下段邪魔板２１ｃは、図４（ｂ）に示す（図では上段邪魔板２１ａを示すが中段邪魔板２１ｂと下段邪魔板２１ｃも同様に形成されている）ように、円板の外周縁に上方に所定高さ立設された堰き状の帯板２６が一体形成されている。また、各邪魔板２１ａ〜２１ｃの所定位置には、所定内径の円形の落下穴２７が多数穿設されている。

この時、各邪魔板２１ａ〜２１ｃの落下穴２７は、中心から複数の所定半径の円周線上に円周方向に沿って等間隔、つまり列状態で形成され、上段邪魔板２１ａの落下穴２７は、図４（ａ）に示すように６列状態で、中段邪魔板２１ｂと下段邪魔板２１ｃの落下穴２７は、図５（ａ）（ｂ）に示すように３列状態でそれぞれ形成されている。また、各邪魔板２１ａ〜２１ｃの上下方向に一致する各列の落下穴２７の間隔を異ならせることにより、落下穴２７が上下方向において一致して貫通状態とならないように設定されている。なお、各邪魔板２１ａ〜２１ｃの直径方向の一端部には、前記排出パイプ６が挿通するパイプ挿通穴２８がそれぞれ形成されている。

そして、このように構成された各邪魔板２１ａ〜２１ｃは、図示しない固定穴に蓋体２ｂの内面に固定された前記支持棒２２を貫通させて溶接すること等により、図３に示すように、蓋体２ｂに一体的に取り付けられ、蓋体２ｂの外周フランジ２３を容器本体２ａの上端フランジ２４に載置して、両フランジ２３、２４をネジ２５で固定することにより、蓋体２ｂが容器本体２ａに取り付けられて密閉状態の耐圧容器２が形成されると共に、３枚の邪魔板２１ａ〜２１ｃが耐圧容器２の容器本体２ａの上部に前記高さ位置で位置することになる。

なお、前記３枚の邪魔板２１ａ〜２１ｃの構成は、図示した例に限定されず、例えば、各邪魔板２１ａ〜２１ｃの列状の落下穴２７の間の適宜位置に、処理液体の落下速度を遅くするための上方に突出した遮蔽板（図示せず）を所定枚数設ける構成とすることもできるし、各邪魔板２１ａ〜２１ｃの落下穴２７は、全て同一内径の円形穴に限らず、邪魔板２１ａ〜２１ｃ毎に異なる内径の円形穴や楕円形状、方形状等の落下穴２７としても良い。また、各邪魔板２１ａ〜２１ｃの落下穴２７の穴径を、例えば粘性の高い処理液体や浮遊物の多い処理液体の場合あるいは供給される処理液体の量が多い場合に大きくする等、液体浄化装置１の用途に応じて穴径等の形状を適宜に設定することができる。

次に、前記液体浄化装置１の動作の一例を、処理液体が沈殿池の処理水で気体が酸素ガスである場合を例にして説明する。先ず、液体浄化装置１を所定位置に設置した状態で、揚水ポンプ８を作動させて供給調整バルブ１０を開状態にすると、処理水が沈殿池からくみ上げられて外部供給管７から、蓋体２ｂの液体供給パイプ５の液体供給口５ｂから耐圧容器２内に吐出される。また、処理水の供給を開始したら、ガス流量調整バルブ１４を開状態にして耐圧容器２内に酸素ガスを供給し、この時、圧力計１６で確認しながら、耐圧容器２内の圧力が前述した所定値となるように設定する。

そして、液体供給口５ｂから耐圧容器２内に吐出された処理水は、図６に示すように、耐圧容器２内の最上部から矢印イの如く拡散される状態で下方の各邪魔板２１ａ〜２１ｃ上に落下する。この各邪魔板２１ａ〜２１ｃ上に落下した処理水は、先ず上段邪魔板２１ａ上に落下してこの上段邪魔板２１ａの落下穴２７から矢印ロの如く中段邪魔板２１ｂ上に落下し、この中段邪魔板２１ｂの落下穴２７から矢印ハの如く下段邪魔板２１ｃ上に落下し、さらに、この下段邪魔板２１ｃの落下穴２７から矢印ニの如く容器本体２ａの下方に落下する。

この処理水の各邪魔板２１ａ〜２１ｃの落下穴２７の通過による落下時に、各邪魔板２１ａ〜２１ｃの落下穴２７が上下方向に異なる位置に形成されていることから、各邪魔板２１ａ〜２１ｃ上に落下した処理水が直接下方に落下することがなくなり、各邪魔板２１ａ〜２１ｃ上を所定方向に流れた後に落下穴２７から下方に落下する状態となる。これにより、上段邪魔板２１ａ上に落下した処理水の各邪魔板２１ａ〜２１ｃを通過して落下するための時間が長く、すなわち各邪魔板２１ａ〜２１ｃ上の処理水への酸素ガスの接触時間（圧力の作用時間）が長くなって、酸素ガスが処理水内に良好に溶解されることになる。

そして、各邪魔板２１ａ〜２１ｃを介した落下により酸素ガスが溶解した処理水Ｗは、下段邪魔板２１ｃの下方から矢印ホの如く容器本体２ａ内に落下する際にも、処理水ＷのゴミＳが付着した水玉ＷＳの表面に酸素ガスの圧力が作用して酸素ガスが処理水Ｗ（水玉ＷＳ）中に溶解しつつつつ落下し、これが容器本体２ａの下部に貯留される。この容器本体２ａ内に貯留された処理水Ｗに溶解された酸素は、図７に示すように、処理水Ｗ中で気泡Ｋになると共にゴミＳが付着した状態となり、このゴミＳが付着した気泡Ｋが処理水Ｗ内を矢印ヘの如く浮上して処理水Ｗの表面に漂うことになる。この気泡Ｋを、例えば液体浄化装置１の保守（清掃）時に、蓋体２ｂを容器本体２ａから取り外して矢印トの如くすくい上げること等により、ゴミＳが耐圧容器２内から除去される。

つまり、３枚の邪魔板２１ａ〜２１ｃによって、処理水Ｗと酸素ガスの接触時間が長くなり酸素ガスが処理水Ｗ内に良好に溶解されつつ下方に落下すると共に、容器本体２ａの下部に貯留されている処理水Ｗの水面に到達するまでの間も酸素ガスと接触し続けて、その表面張力によって球体の水玉ＷＳに近い状態を保ちつつ落下する。この時、耐圧容器２内が前記所定圧力で加圧されて圧縮されていることから、水玉ＷＳの濃度が高くなって酸素ガスの処理水Ｗへの溶解効率が一層高められることになる。

そして、処理水Ｗを耐圧容器２内に一定量、一定時間貯留させることで、酸素ガスと処理水Ｗが混合した状態から、酸素ガスを気泡Ｋとして処理水Ｗから分離させることができ、酸素ガスが処理水Ｗに溶解した部分の液体、すなわち清浄な水のみが排出口６ａから排出される。この時、処理水Ｗの供給や排出の制御及び酸素ガスの供給制御を、図示しない流量計や液面センサ等の感知で自動的に行うことにより、処理水Ｗの耐圧容器２内における滞留時間と滞留液体量が一定に維持される。

ここで、上記液体浄化装置１の具体的な実施例について説明する。先ず、処理液体として汚染された処理水を使用し気体として酸素ガスを使用すると共に、耐圧容器２の大きさとして全高＝１０００ｍｍで外径φ＝２７０ｍｍ、邪魔板２１ａ〜２１ｃの落下穴２７の直径＝３０ｍｍのものを使用し、耐圧容器２内の圧力を変化させた場合の排出される水の状態について確認した。その結果を下記表１に示す。なお、耐圧容器２内の処理水の滞留時間は３０秒（約５０リットル）で実質１５秒とした。

この表１から明らかなように、実施例１〜３については、排出される水の状態に極めて良好な状態が得られたのに対し、比較例１と比較例２では、排出される水の状態が悪く浄化効果が十分に得られないことが確認された。この要因としては、圧力が１ｋｇ／ｃｍ^２を下回るような低い圧力だと、酸素ガスの処理水への溶解が十分に行われないことが考えられ、逆に圧力が３ｋｇ／ｃｍ^２を超えるような高い圧力だと、大気圧との差が大きくなりすぎて処理水がほとんとんど泡状になってしまうことが考えられる。この結果から、耐圧容器２内の圧力は、１ｋｇ／ｃｍ^２〜３ｋｇ／ｃｍ^２の範囲に維持することが最適であることが判明した。

このように、上記実施形態の液体浄化装置１にあっては、ガス供給源１５から耐圧容器２内に供給される気体の圧力が１ｋｇ／ｃｍ^２〜３ｋｇ／ｃｍ^２に設定されるため、最適圧力の気体を処理液体内に良好に溶解させることができ、この気体にゴミＳとしての浮遊物を付着させて処理液体上に浮上させることができる。特に、耐圧容器２の上部に処理液体の落下速度を遅くする３枚の邪魔板２１ａ〜２１ｃが配設されているため、処理液体の落下速度を遅らせて気体と接触する時間を長くすることができて、気体を処理液体内に良好に溶解させることができる。その結果、処理液体を短時間に浄化できる等、処理液体を効率的に浄化することが可能となる。

また、耐圧容器２内に例えば用途に応じた酸素ガス、窒素ガス、炭酸ガス、オゾンガスの少なくとも一つを供給することができるため、液体浄化装置１を各種ガスに応じた用途で使用できて、液体浄化装置１の汎用性の向上が図れ、特に、邪魔板２１ａ〜２１ｃの落下穴２７の位置や形態を処理液体の種類に応じて設定すること等により、液体浄化装置１の汎用性を一層高めることが可能となる。

さらに、３枚の邪魔板２１ａ〜２１ｃが容器本体２ａに着脱される蓋体２ｂに一体的に固定されているため、予め蓋体２ｂに溶接等により邪魔板２１ａ〜２１ｃを所定間隔で配置できたり、蓋体２ｂの内面の各種コーティング作業が簡単に行える等、液体浄化装置１の製造を容易に行うことができると共に、蓋体２ｂを取り外すことで容器本体２ａ内や邪魔板２１ａ〜２１ｃが固定された蓋体２ｂ等の清掃が簡単に行えて、保守作業を容易に行うこともできる。その結果、製造コストの低減化や保守コストの低減化が図れて安価な液体浄化装置１を提供することが可能となる。

なお、上記実施形態においては、耐圧容器２の内部の上部に３枚の邪魔板２１ａ〜２１ｃを配設する場合について説明したが、１枚あるいは２枚あるいは４枚以上の邪魔板を配設しても良い。また、上記実施形態における、耐圧容器２の大きさ、配管構造等の形態等も一例であって、本発明に係わる各発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜に変更することができる。

本発明は、耐圧容器内に処理液体を供給し処理した清浄な液体を外部に排出する構成に限らず、例えば廃水に含まれるゴミ等を浮上させてこれを除去する加圧浮上装置としても適用できる。

本発明に係わる液体浄化装置の一実施形態を正面側から見た構成図 同その平面図 同蓋体の正面図 同上段邪魔板を示し（ａ）が平面図（ｂ）が断面図 同中段邪魔板及び下段邪魔板を示す平面図 同動作説明図 同他の動作説明図

符号の説明

１・・・液体浄化装置、２・・・耐圧容器、２ａ・・・容器本体、２ｂ・・・蓋体、５・・・液体供給パイプ、５ａ・・・液体供給口、６・・・排出パイプ、６ａ・・・液体排出口、７・・・外部供給管、８・・・揚水ポンプ、９・・・逆止弁、１０・・・液体供給調整バルブ、１１・・・外部排出管、１２・・・圧力・吐出量調整バルブ、１３・・・ガス供給口（気体供給口）、１４・・・ガス流量調整バルブ、１５・・・ガス供給源、１８・・・ガス供給管、１９・・・モニター管、２１ａ・・・上段邪魔板、２１ｂ・・・中段邪魔板、２１ｃ・・・下段邪魔板、２６・・・帯板、２７・・・落下穴、Ｗ・・・処理水、ＷＳ・・・水玉、Ｓ・・・ゴミ、Ｋ・・・気泡。

Claims (2)

1. 上部に液体供給口と気体供給口が設けられ下部に液体排出口が設けられた耐圧容器と、該耐圧容器に前記気体供給口から気体を供給する気体供給源と、を備え、前記液体供給口から前記耐圧容器内に供給した処理液体の表面に、前記気体供給口から前記耐圧容器内に供給した気体の圧力を作用させて前記処理液体を浄化すると共に、この浄化した液体を前記液体排出口から耐圧容器の外部に排出する液体浄化装置であって、
   前記耐圧容器の内部上部に、外形がそれぞれ同一形状に形成された積層状態の複数の邪魔板を配設し、該各邪魔板は、外周縁に上方に突出した帯板と、円周方向に列状に配置され上下の邪魔板において異なる位置に形成した落下穴をそれぞれ有すると共に、前記気体供給口から耐圧容器内に供給される気体の耐圧容器内圧力を１ｋｇ／ｃｍ^２〜３ｋｇ／ｃｍ^２に設定したことを特徴とする液体浄化装置。
2. 前記気体は、酸素ガス、窒素ガス、炭酸ガス、オゾンガスの少なくとも一つであることを特徴とする請求項１に記載の液体浄化装置。

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