JP5682904B2 - 高濃度溶解水生成装置および高濃度溶解水生成システム - Google Patents

Description

本発明は、原水に気体を効率よく溶解させて高濃度の溶解水を生成することができる高濃度溶解水生成装置および高濃度溶解水生成システムに関するものである。

液体に気体を溶解させる装置では、効率よく溶解させることが要求される。特に、上水の浄化や下水の浄化を目的とした浄水処理システムでは、原水に気体としてオゾンガスを接触させて溶解させ、殺菌、脱色、脱臭を実現している。このような浄水処理システムとして、例えば特許文献１，２に記載されたものが知られている。

特許文献１の浄化供給方法と浄化供給システムには、溶解タンクの天井付近に水面に対して直角方向に設けられたノズルから、オゾンガスを混合させた原水を、ノズルの真下に略水平に設けた邪魔板に噴射して叩き付けることで、飛沫を多く発生させてオゾンガスを原水に溶解させるオゾン処理装置が記載されている。

また、特許文献２の分離注入式オゾン接触方法には、反応槽上部の導入口から、送水ポンプにより原水を導入し、同時にオゾン発生装置で発生させたオゾンガスを、散気装置を通し微細な気泡として反応槽内に注入することで原水に気泡（オゾンガス）を混合させて混合水とし、混合水が反応槽の下降溶解部を流下し、反応槽の底部を通り、上昇部を経て、排出口から浄化するための処理水として配水される下降溶解型オゾン処理装置が記載されている。

特開２００７−１８１８０１号公報 特開平８−１９２１７６号公報

目的とする溶解水を得るためには、溶解させたい気体を原水にできるだけ長時間接触させるのが望ましい。特に、オゾンガスは難溶解性を有しているので、高濃度のものを得るにはできるだけ原水に接触させて溶解させる必要がある。

しかし、特許文献１に記載のオゾン処理装置では、単にノズルからのオゾンガスを混合させた原水を、邪魔板に叩き付けて飛沫を発生させることで、オゾンガスを原水に溶解させているため、オゾンガスと原水との接触頻度が少なく、高濃度の溶解水は得られ難いものと推定される。

また、特許文献２に記載の下降溶解型オゾン処理装置においては、原水にオゾンガスを混合させた混合水が、反応槽の下降溶解部へ流下し、反応槽の底部を通り上昇部を上昇する間が、原水とオゾンガスとの接触期間となるため、やはり充分とは言えず、高濃度な溶解水が得られ難いものと思われる。
例えば、反応槽の深さを深くすることで、混合水が下降溶解部と上昇部とを通過する時間を長くなるようにすることも考えられる。しかし、反応槽が大きくなることで装置規模が大型化するおそれがある。

そこで本発明は、気体が原水に溶解するのに十分な接触を確保することで高濃度の溶解水を得ることができると共に、装置の大型化を抑制することができる高濃度溶解水生成装置および高濃度溶解水生成システムを提供することを目的とする。

本発明の高濃度溶解水生成装置は、導入口から取り入れられた原水に微細気泡を接触させることで生成された溶解水が、排出口から取り出される筒状の気液接触槽と、前記気液接触槽への微細気泡を発生する気泡発生装置と、前記気液接触槽の上部に一端が接続され、下部に他端が接続され、前記気液接触槽の溶解水が通水する循環路と、前記循環路に設けられ、前記気液接触槽の溶解水を循環させる循環ポンプとを備えたことを特徴とする。
本発明の高濃度溶解水生成装置は、気泡発生装置により発生させた微細気泡が気液接触槽の導入口から取り入れられた原水に接触することで溶解水を生成し、排出口から取り出すことができるものである。この溶解水は、循環ポンプにより循環路を介して気液接触槽を循環する。従って、原水は循環する度に気泡発生装置からの微細気泡と接触するので、十分な接触時間を確保することができる。従って、循環する度に原水に微細気泡が溶解して徐々に濃度を上昇させることができるので、高濃度の溶解水を得ることができる。

前記循環ポンプは、前記気液接触槽の上部から下部へ向かって溶解水を送水する、または前記気液接触槽の下部から上部へ向かって溶解水を送水するものであるのが望ましい。循環ポンプが気液接触槽の上部から下部へ向かって溶解水を送水する向流の場合には、微細気泡の浮上速度を低下させることができるので、微細気泡と原水との接触期間を長くすることができる。また、循環ポンプが気液接触槽の下部から上部へ向かって溶解水を送水する並流の場合には、微細気泡の直径がミリオーダ程度の大きさのときに、微細気泡同士の間隔を広げ、微細気泡同士の結合を抑止することができる。

前記循環路の他端が接続された溶解水流入口は、前記気液接触槽の内周面の円周方向に沿って水流が流れるように配置されているのが望ましい。
溶解水流入口からの微細気泡を含む水流が、気液接触槽の下部にて、気液接触槽の内周面の円周方向に沿って水流が同方向に流れることで、気液接触槽の下部で軸心を中心とした旋回流が発生する。旋回流は時間の経過と共に、上部まで拡がり気液接触槽内部で全体的な大きな旋回流となる。微細気泡は、旋回流と共に気液接触槽の内周面に沿って旋回をしているが、次第に軸心付近に密集した状態となることで、浮上速度が低下する。従って、微細気泡の接触時間を増大することができるので、更に高濃度の溶解水を効率よく得ることができる。

前記導入口は、前記溶解水流入口からの水流と同方向に、前記気液接触槽の内周面の円周方向に沿って流れるように配置されているのが望ましい。導入口からの原水が気液接触槽の内周面の円周方向に沿って、溶解水流入口からの水流と同方向に流れることで、旋回流となっている溶解水流入口からの水流と合わさって、より強い回転力を発生させることができる。従って、より微細気泡を軸心付近に密集した状態とすることができるので、更に、微細気泡の接触時間を増大させることができる。

前記気泡発生装置からの微細気泡を導入する吐出口が前記気液接触槽の下部の軸心位置に配置されていると、気液接触槽の下部から導入され微細気泡が、上昇すると共に発生した旋回流により軸心中心に軸周りに回転させ密集させることができるので、微細気泡を集約させやすい状態とすることができる。

微細気泡を放出する前記吐出口の位置が前記導入口および溶解水流入口より低ければ、微細気泡は旋回流と共に、気液接触槽の内周面に沿って流され、軸心を中心として集約しにくくなるが、前記吐出口の微細気泡を放出する位置が、前記導入口および溶解水流入口より高い位置に配置されていれば、旋回流が直接的に微細気泡を押し流さないので、集約させやすくすることができる。

前記気液接触槽が、導入側と排出側との間で並列に複数設けられ、前記複数の気液接触槽の溶解水の通水量を制御する制御装置を備えていると、大量の高濃度の溶解水を生成することができる。

前記制御装置が、前記並列に設けられた気液接触槽内の溶解水を同時排出すると、大量の高濃度の溶解水を一度に送出することができる。
また、前記制御装置が前記並列に設けられた気液接触槽内の溶解水を切り替えながら排出すると、高濃度化した溶解水を排出する気液接触槽と、排出を停止して循環させて高濃度化する気液接触槽とに分けることができるので、より高濃度とした溶解水を連続的に生成することができる。

前記気液接触槽が、導入側と排出側との間で直列に複数設けられていると、気液接触槽を通過する度に溶解水を高濃度化することができる。
前記気液接触槽には、排出される溶解水を貯留する貯留部が設けられているのが望ましい。気液接触槽から排出される溶解水は貯留部に一旦貯留されることで、送水速度が低下する。従って、貯留部にて残留している微細気泡を溶解水に溶け込ませることができる。

本発明の高濃度溶解水生成システムは、本発明の高濃度溶解水生成装置と、前記高濃度溶解水生成装置からの溶解水と前記高濃度溶解水生成装置を迂回させた原水とを混合する混合槽とを備えたことを特徴とする。
本発明の高濃度溶解水生成装置は高濃度の溶解水が得られるので、本発明の高濃度溶解水生成装置を迂回させた原水に高濃度の溶解水を混合槽にて混合しても、原水浄化に必要な濃度を確保した混合水とすることができる。また、高濃度とする原水は必要量の一部なので、本発明の高濃度溶解水生成システムは小型化を図ることができる。

本発明は、原水が循環する度に微細気泡が溶解して徐々に濃度を上昇させることができるので、高濃度の溶解水を得ることができ、接触時間を長くするために気液接触槽の大きさを大きくする必要がないので装置の大型化を抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係る浄水処理システム全体の構成を示す図である。 図１に示す浄水処理システムの高濃度溶解水生成装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る高濃度溶解水生成装置の第１変形例を示す図である。 図３に示す高濃度溶解水生成装置の導水ユニットを示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は図３に示す高濃度溶解水生成装置の動作を説明するための図である。 図４に示す導水ユニットの変形例を示す図であり、（Ａ）は三方から水流が導入される導入ユニットを示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）の正面図、（Ｃ）は四方から水流が導入される導入ユニットを示す平面図、（Ｄ）は（Ｃ）の正面図である。 本発明の実施の形態１に係る高濃度溶解水生成装置の第２変形例を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る高濃度溶解水生成装置を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る高濃度溶解水生成装置を示す図である。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る高濃度溶解水生成システムを、浄化処理システムを例に、図面に基づいて説明する。
図１に示す浄化処理システム１は、取水された原水が一旦貯留される着水井１０と、凝集剤を投入して、ミキサにより撹拌して均一に分散させフロックを形成する混和池２０と、混和池２０で形成された小さなフロックをフロキュレータにより緩やかに撹拌して各フロックを更に大きなフロックの塊とするフロック形成池３０と、フロックを沈殿させる沈殿池４０と、フロックとなった固分と液分とを分離する濾過池５０とを備えている。

また、浄化処理システム１は、濾過池５０からの原水の一部を原水としてオゾンガスを溶解させ、溶解水として排出する高濃度溶解水生成装置６０と、高濃度溶解水生成装置６０を迂回させた原水と高濃度溶解水生成装置６０からの溶解水とを混合する混合槽として機能するオゾン接触池７０と、活性炭により脱臭を行う活性炭吸着塔８０と、塩素を混合させて減菌する塩素減菌池９０とを備えている。

ここで、高濃度溶解水生成装置６０について、図２に基づいて詳細に説明する。
高濃度溶解水生成装置６０は、導水部６１と、オゾン生成部６２と、気液接触槽６３と、気泡発生装置６４と、循環部６５とを備えている。

導水部６１は、原水を一旦貯留するバッファタンク６１１と、バッファタンク６１１内の原水を送水する原水ポンプ６１２と、送水量を調整するコック６１３と、原水の送水量を測定する流量計６１４とを備えている。

オゾン生成部６２は、高純度の酸素を濃縮して送気する酸素濃縮装置６２１と、圧力制御バルブ６２２と、送気される圧縮酸素の流量を測定する流量計６２３と、圧縮酸素からオゾンガスを発生するオゾン発生装置６２４とを備えている。

気液接触槽６３は、円筒形状に形成されたタンクユニットを連結したものである。気液接触槽６３は、最下端に位置する導水ユニット６３１と、第１接触ユニット６３２と、第２接触ユニット６３３と、最上端に位置する貯留部ユニット６３４とを連結したものである。
導水ユニット６３１には、一方に導入口６３１ａが設けられ、導水部６１からの原水送水管６１５が接続されている。また、導水ユニット６３１には、他方に溶解水流入口６３１ｂが設けられ、循環部６５の循環路の一部となる溶解水送水管６５１が接続されている。
第１接触ユニット６３２には、気泡発生装置６４が配置されている。第２接触ユニット６３３には、上端に溶解水流出口６３３ａが設けられている。また、第２接触ユニット６３３には、溶解水のオゾン濃度を測定するオゾンメーター６６が配置されている。
貯留部ユニット６３４は、気液接触槽６３の第２接触ユニット６３３から排出される溶解水を貯留する貯留部である。貯留部ユニット６３４は、第２接触ユニット６３３より大きい管径により形成されていると共に、第２接触ユニット６３３の上部に設けられている。貯留部ユニット６３４内には、第２接触ユニット６３３の端部が突出している。貯留部ユニット６３４の排出口６３４ａには、オゾン接触池７０へ通じる送水管６３５が接続されている。

気泡発生装置６４は、オゾン生成部６２からのオゾンガスを微細気泡として気液接触槽６３に放出するものである。この気泡発生装置６４としては、ディフューザと称される散気管が使用できる。気泡発生装置６４は、直径０．１μｍ〜２ｍｍ程度の微細気泡を放出する機能を備えている。

循環部６５は、循環路を形成する溶解水送水管６５１と、溶解水送水管６５１に設けられた溶解水を循環させる循環ポンプ６５２と、溶解水の流量を測定する流量計６５３と、コック６５４とを備えている。
溶解水送水管６５１は、一端が気液接触槽６３の上部に位置する第２接触ユニット６３３の上端に接続され、他端が下部に位置する導水ユニット６３１に接続されている。

以上のように構成された本発明の実施の形態１に係る浄水処理システム１の動作を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、集水された汚濁水は、着水井１０、混和池２０、フロック形成池３０、沈殿池４０を経て濾過池５０を通過することで固分と液分とが分離される。濾過池５０から取水した原水の一部が高濃度溶解水生成装置６０へ送水される。

図２に示すように、原水は導水部６１のバッファタンク６１１へ一旦貯留される。バッファタンク６１１の原水は、原水ポンプ６１２によりコック６１３を経由して導入口６３１ａから気液接触槽６３へ流れ込む。気液接触槽６３内では、導入口６３１ａからの原水に気泡発生装置６４からの微細気泡が吹き出されているので、微細気泡が第１接触ユニット６３２から第２接触ユニット６３３へ上昇する間に、微細気泡が原水に溶解して溶解水となる。

循環部６５では、溶解水送水管６５１に、微細気泡が原水に溶解した溶解水が、溶解せずに残留した微細気泡と共に、循環ポンプ６５２の送水により第２接触ユニット６３３の溶解水流出口６３３ａから流れ込む。溶解水は、溶解水送水管６５１を流れ、溶解水流入口６３１ｂから再び気液接触槽６３へ流れて、気泡発生装置６４からの微細気泡と接触する。

このように溶解水は、循環ポンプ６５２により、気液接触槽６３内から溶解水流出口６３３ａを介して溶解水送水管６５１へ、そして溶解水流入口６３１ｂを通過して再び気液接触槽６３内へとなる流れを繰り返すことで、十分な接触を確保することができる。従って、循環する度に原水に微細気泡が溶解して徐々に濃度を上昇させることができるので、高濃度の溶解水を得ることができる。

また、気液接触槽６３に対して循環路を形成する溶解水送水管６５１が、気液接触槽６３の上部に一端が接続され、下部に他端が接続されており、循環ポンプ６５２が気液接触槽６３の下から上へと上昇する水流（並流）を作り出しているので、気泡発生装置６４から放出された微細気泡は、水流により間隔が広がり結合が抑止される。従って、微細気泡同士が結合することで気泡の直径が肥大し、気泡全体として表面積が減少することで原水との接触面積が低下してしまうことを低減することができるので、接触効率を向上させることができる。

このようにして高濃度の溶解水となると、溶解水は気液接触槽６３の貯留部ユニット６３４から送水管６３５を介してオゾン接触池７０へ送水される。
第２接触ユニット６３３から貯留部ユニット６３４へ流れ込む際には、貯留部ユニット６３４にて一旦溶解水が貯留されることで、送水速度が低下する。従って、貯留部ユニット６３４にて、残留している微細気泡を溶解水に溶け込ませることができる。また、貯留部ユニット６３４内には、第２接触ユニット６３３の端部が突出していることにより、第２接触ユニット６３３からの溶解水は越流となって貯留部ユニット６３４内へ進入することになる。従って、残留した微細気泡を溶解水に更に溶け込ませることができる。

オゾン接触池７０では、濾過池５０から高濃度溶解水生成装置６０を迂回した原水と、高濃度溶解水生成装置６０からの高濃度の溶解水とが混合されることで、浄化に十分な濃度の溶解水に希釈される。
浄化処理システム１は、濾過池５０からの一部の原水をオゾンガスが溶解した溶解水とするだけでよく、濾過池５０からの全部の原水を溶解水としていないので、高濃度溶解水生成装置６０を大容量のものとしなくてもよい。従って、浄化処理システム１は小型化を図ることができると共に、省電力化を図ることができる。

また、循環部６５がなく、オゾンガスが気液接触槽を一回通過するだけでのワンパス接触方式の従来の溶解水生成装置と比較して、高濃度溶解水生成装置６０は原水に溶け込まずに廃オゾンガスとなってしまう量が少ないので、従来の溶解水生成装置より少ない量のオゾンガスで同程度の濃度の溶解水を生成することができる。従って、オゾン発生装置６２４において、オゾンガスを生成するのに必要な電力量を節約することができるので、高濃度溶解水生成装置６０は、省電力化を図ることができる。

実施の形態１に係る高濃度溶解水生成装置６０では、気液接触槽６３への流入量をコック６１３の調整や原水ポンプ６１２の送水量により気液接触槽６３におけるオゾン濃度と気液接触槽６３からオゾン接触池７０への流出量とを調整したりすることができる。また、循環ポンプ６５２の送水量やオゾン発生装置６２４のオゾンガスの発生量によりオゾン濃度を調整することができる。
更に、コック６１３を閉塞することで気液接触槽６３の流入を止め、所定の濃度の溶解水が得られるまで気液接触槽６３を循環させた後に溶解水を、気液接触槽６３から流出させるためのコックを、送水管６３５に設けるようにしてもよい。

なお、本実施の形態１では、循環ポンプ６５２は、気液接触槽６３の下部から上部へ向かって溶解水を送水しているが、上部から下部へ向かって溶解水を送水する向流としてもよい。その場合には、微細気泡の浮上と反対方向へ溶解水が流れるので、微細気泡の浮上速度を低下させることができる。従って、オゾンガスにより形成された微細気泡と原水との接触期間を長くすることができる。

また、本実施の形態１では、貯留部である貯留部ユニット６３４を第２接触ユニット６３３に連結することで、貯留部ユニット６３４を気液接触槽６３の一部としているが、貯留部を気液接触槽と別体としてもよい。その場合には、送水速度が貯留部内で減速するように、貯留部と気液接触槽と接続する管径より貯留部内を広く形成するのが望ましい。
更に、本実施の形態１では、気液接触槽６３に１本の循環路が形成されているが、気液接触槽６３の大きさに応じて複数の循環路を設けてもよい。また、気液接触槽６３は円筒形状の各ユニットを連結した塔状としているが、高さに対して直径が太い円柱状、直方体状、立方体状としてもよい。気液接触槽をこれらの形状とする場合には、前述したように周壁面に循環部６５を並べて設けるようにしてもよい。

（実施の形態１の第１変形例）
本発明の実施の形態１に係る高濃度溶解水生成装置の第１変形例について、図面に基づいて説明する。なお、図３においては、図２と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。
図３に示すように、この第１変形例に係る高濃度溶解水生成装置６０ａでは、気液接触槽６３ｘの最下端に位置する導水ユニット６３１ｘで、旋回流を発生させることを特徴とするものである。

導水ユニット６３１ｘには、導水部６１からの原水送水管６１５が接続された導入口６３１ａが一方に設けられ、循環部６５の循環路の一部となる溶解水送水管６５１が接続された溶解水流入口６３１ｂが他方に設けられている。
この導入口６３１ａと、溶解水流入口６３１ｂとは、図４（Ａ）および同図（Ｂ）に示すように、軸心に対して直角に交わる同一平面上に設置され、互いに反対方向に位置して、気液接触槽６３ｘの内周面の円周方向に沿って水流が同方向に流れるように配置されている。

また、導水ユニット６３１ｘには、微細気泡を気液接触槽６３ｘに導入する気泡発生ノズル６４ｂが気液接触槽６３ｘの下部の軸心位置に配置されている。気泡発生ノズル６４ｂは、オゾン発生装置６２４からのオゾンガスを０．０１ｍｍ以下からマイクロオーダーの微細気泡に、更にはナノバブルと呼ばれる微細気泡にして原水中に放出するものである。オゾン発生装置６２４と気泡発生ノズル６４ｂとの間には、オゾン発生装置６２４からのオゾンガスの圧力を所定圧とする圧力レギュレータ６４ａが設けられている。第１変形例では、この気泡発生ノズル６４ｂを気泡発生装置６４（図２参照）の代わりに設置している。
気泡発生ノズル６４ｂは、微細気泡を吐出する位置が、導入口６３１ａと、溶解水流入口６３１ｂとより高い位置としている。

次に、第１変形例に係るに係る高濃度溶解水生成装置６０ａの動作を図面に基づいて説明する。
図３に示すオゾン発生装置６２４からのオゾンガスが気泡発生ノズル６４ｂの吐出口より微細気泡となって、図５（Ａ）に示すように、気液接触槽６３ｘの下部の軸心位置から気液接触槽６３ｘ内に放出される。

導入口６３１ａからの微細気泡を含む水流と溶解水流入口６３１ｂからの溶解水とが、気液接触槽６３ｘの下部にて、気液接触槽６３ｘの内周面の円周方向に沿って同方向に流れる。そうすることで、図５（Ｂ）に示すように気液接触槽６３ｘの下部で軸心を中心とした旋回流が発生する。旋回流は時間の経過と共に上部まで拡がり気液接触槽内部で全体的な大きな旋回流となる。
図５（Ｃ）に示すように、気泡発生ノズル６４ｂからの微細気泡は、旋回流と共に気液接触槽の内周面に沿って旋回をしているが、次第に軸心付近に密集した状態となることで、浮上速度が低下する。従って、微細気泡の接触時間を増大することができるので、更に高濃度の溶解水を効率よく得ることができる。

また、気泡発生ノズル６４ｂにおいては、吐出口の微細気泡を放出する位置が、原水を導入する導入口６３１ａおよび循環水である溶解水を導入する溶解水流入口６３１ｂより高い位置に配置されているので、旋回流が直接的に微細気泡を押し流さないので、集約させやすくすることができる。

第１変形例では、気液接触槽６３は水平断面がほぼ円形であるため、導入口６３１ａおよび溶解水流入口６３１ｂを気液接触槽６３の接線方向に沿って配置することにより強い旋回流を発生させている。つまり、導入口６３１ａおよび溶解水流入口６３１ｂは気液接触槽６３は半径方向に直交する方向に向いて配置されている。そして、導入口６３１ａと溶解水流入口６３１ｂとの位置関係は、軸心を中心として点対称となる位置に設けられている。

しかし、導入口６３１ａおよび溶解水流入口６３１ｂは、旋回流が発生できれば、半径方向に対して鈍角または鋭角となるような傾斜角度を有していてもよい。また、気液接触槽６３の円周方向に沿って水流が同方向に流れるように配置されていれば、導入口６３１ａおよび溶解水流入口６３１ｂは点対称となる位置でなくてもよい。

更に、図６（Ａ）および同図（Ｂ）に示すように、導水ユニット６３１ｙ，６３１ｚは、軸心に位置する気泡発生ノズル６４ｂを中心として水流を導入するための配管が所定角度ごとに接続されている。
例えば、図６（Ａ）に示す導入ユニット６３１ｙでは、溶解水を導入する溶解水流入口６３１ｂが２つと、原水を導入する導入口６３１ａが１つが、１２０°ごとに設けられている。
また、図６（Ｂ）に示す導入ユニット６３１ｚでは、溶解水流入口６３１ｂが２つと、導入口６３１ａが２つが、９０°ごとに交互に設けられている。

このように、１つ以上の導入口６３１ａや１つ以上の溶解水流入口６３１ｂを組み合わせて、旋回流を発生させるように接続してもよい。２つ以上の導入口６３１ａや２つ以上の溶解水流入口６３１ｂに接続する場合には、溶解水送水管６５１や原水送水管６１５を２以上に分岐する分岐管を介在させることで接続することができる。

（実施の形態１の第２変形例）
本発明の実施の形態１に係る高濃度溶解水生成装置の第２変形例について、図面に基づいて説明する。なお、図７においては、図２と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。
この第２変形例に係る高濃度溶解水生成装置６０ｂでは、第１変形例と同様に、オゾン発生装置６２４からのオゾンガスの圧力を所定圧とする圧力レギュレータ６４ａと、オゾン発生装置６２４からのオゾンガスを微細気泡にして原水中に放出する気泡発生ノズル６４ｂとを、気泡発生装置６４（図２参照）の代わりに設置したものである。オゾンガスによる気泡がより微細となることで、接触総面積を増大させることができ、微細気泡の浮上速度も低減するので、より高濃度の溶解水を得ることができる。

また、高濃度溶解水生成装置６０ｂでは、循環ポンプ６５２は、気液接触槽６３の上部から下部へ向かって溶解水を送水しているので、更に微細気泡の浮上速度を低下させることができる。従って、オゾンガスにより形成された微細気泡と原水との接触期間を長くすることができる。

オゾンガスによる気泡が微細過ぎて浮上速度が遅く、微細気泡が溶解水の流れと共に、気液接触槽６３の上部から下部へ、そして溶解水送水管６５１へ流れ込み、循環するようであれば、循環ポンプ６５２は気液接触槽６３の下部から上部へ向かって溶解水を送水するようにしてもよい。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る高濃度溶解水生成装置を図面に基づいて説明する。なお、図８においては、図２と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。
本実施の形態２に係る高濃度溶解水生成装置では、気液接触槽が、導入側と排出側との間で並列に複数設けられ、制御装置が設置されて溶解水の生成を制御していることを特徴としている。

図８に示すように、高濃度溶解水生成装置６０ｃには、導水部６１と、気液接触槽６３と循環部６５と気泡発生装置６４とを一組として３組が設けられている。それぞれのバッファタンク６１１には、濾過池５０（図１参照）から汲み上げられた原水をそれぞれに分配するために１本の配管が３本に分岐する分配管６１６が接続されている。また、３基の気液接触槽６３のそれぞれには、３本の配管を１本に集合する集約管６３６が接続されている。

このように、高濃度溶解水生成装置６０ｃは、３基の気液接触槽６３が導水部６１を介して分配管６１６により濾過池５０に接続され、集約管６３６によりオゾン接触池７０に接続されていることで、気液接触槽６３が導入側と排出側との間で並列に接続されている。また、それぞれの気泡発生装置６４は、オゾンガスを供給するオゾン生成部６２を共通させている。
高濃度溶解水生成装置６０ｃに設けられた制御装置６７は、３組分の原水送水管６１５に設けられた電磁弁６１３ａと、送水管６３５に設けられた電磁弁６３５ａとの流量を制御する。

制御装置６７は、例えば、３組全部の電磁弁６１３ａ，６３５ａを通水状態とすることで、並列に設けられた気液接触槽６３内の溶解水を同時排出するように制御してもよい。そうすることで、大量の溶解水を生成することができる。

また、制御装置６７は、３組の電磁弁６１３ａ，６３５ａのうち一つずつ切り替えながら気液接触槽６３から溶解水を排出するようにしてもよい。そうすることで、高濃度化した溶解水を排出する気液接触槽６３と、排出を停止して循環させて高濃度化する気液接触槽６３とに分けることができるので、より高濃度とした溶解水を連続的に生成することができる。

なお、制御装置６７が切り替える溶解水の排出をする気液接触槽６３は、所定時間ごとに切り替えるようにしてもよいし、オゾンメーター６６からの濃度情報により切り替えるようにしてもよい。また、気液接触槽６３にて、所定時間が経過しても所望とするオゾン濃度の溶解水が得られないときには、溶解水送水管６５１に設けられた流量計６５３からの流量情報や、原水送水管６１５に設けられた流量計６１４からの流量情報に基づいて、制御装置６７が循環ポンプ６５２や原水ポンプ６１２の送水量を調整することで、高濃度の溶解水とすることが可能である。

本実施の形態２では、３基の気液接触槽６３を並列に接続しているが、２基でも４基以上でも、溶解水の供給量に応じて気液接触槽６３の数を減少させたり、増加させたりすることができる。また、制御装置６７は、３基の気液接触槽６３を１基ずつ切り替えることの他に、４基の気液接触槽６３が並列接続されていたり、６基の気液接触槽６３が並列接続されていたりした場合には、２基ずつ切り替えたり、３基ずつ切り替えたりすることができる。従って、本実施の形態２に係る高濃度溶解水生成装置６０ｃは、拡張性に優れている。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３に係る高濃度溶解水生成装置を図面に基づいて説明する。なお、図９においては、図２と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。
本実施の形態３に係る高濃度溶解水生成装置では、気液接触槽が、導入側と排出側との間で直列に複数設けられていることを特徴としている。

図９に示すように、高濃度溶解水生成装置６０ｄには、気液接触槽６３と循環部６５と気泡発生装置６４とを一組として２組が設けられ、貯留部ユニット６３４からの送水管６３５を、次の気液接触槽６３の導入口６３１ａに接続することで、直列接続されている。気液接触槽６３が直列接続されていることで、それぞれの気液接触槽６３内を循環して高濃度となった溶解水が、次段の気液接触槽６３で更にオゾンガスの微細気泡が投入されるので、溶解水が気液接触槽６３を通過する度に溶解水を高濃度化することができる。

本実施の形態３では、２基の気液接触槽６３が直列接続されているが、所望とする濃度に応じて３基以上を直列接続することが可能である。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、実施の形態１の第２変形例では、実施の形態１に係る高濃度溶解水生成装置６０と気液接触槽６３内を流れる溶解水の水流方向が反対となっているように、実施の形態２，３に係る高濃度溶解水生成装置６０ｃ，６０ｄにおいても、循環ポンプ６５２による送水を反対方向とすることが可能である。また、実施の形態２，３に係る高濃度溶解水生成装置６０ｃ，６０ｄに第１変形例で説明した旋回流を発生する送水ユニット６３１ｘを適用してもよい。

本発明の高濃度溶解水生成装置および高濃度溶解水生成システムは、微細気泡をオゾンガスとすることで浄水場の浄化装置として好適であるが、オゾンガスによる高濃度の溶解水が得られるので、河川湖浄化やヘドロの対策、水族館、プール、上水処理、食品業界や農林水産業、医療分野、精密電子機器分野等にも利用することができる。

また、微細気泡を他の気体とし、様々な高濃度の溶解水を生成することも可能である。例えば、二酸化炭素とメタンガスとの混合ガスを本発明の高濃度溶解水生成装置に導入して、原水に二酸化炭素ガスを溶解させて混合ガスから除去することでメタンガスを選択的に抽出してハイカロリーなガスとすることも可能である。そうすることで、本発明の高濃度溶解水生成装置をバイオ天然ガス生成装置として機能させることができる。また、二酸化炭素ガスを溶解除去することにより、下水廃水処理や化石燃料使用産業、美容健康業界などでも利用可能である。

更に、本発明の高濃度溶解水生成装置により、酸素ガスを原水に溶解させることで、食品業界や農林水産業、医療分野、美容健康業界でも利用することができる。

１ 浄化処理システム
１０ 着水井
２０ 混和池
３０ フロック形成池
４０ 沈殿池
５０ 濾過池
６０，６０ａ〜６０ｄ 高濃度溶解水生成装置
６１ 導水部
６１１ バッファタンク
６１２ 原水ポンプ
６１３ コック
６１３ａ 電磁弁
６１４ 流量計
６１５ 原水送水管
６１６ 分配管
６２ オゾン生成部
６２１ 酸素濃縮装置
６２２ 圧力制御バルブ
６２３ 流量計
６２４ オゾン発生装置
６３、６３ｘ 気液接触槽
６３１，６３１ｘ，６３１ｙ 導水ユニット
６３１ａ 導入口
６３１ｂ 溶解水流入口
６３２ 第１接触ユニット
６３３ 第２接触ユニット
６３３ａ 溶解水流出口
６３４ 貯留部ユニット
６３４ａ 排出口
６３５ 送水管
６３５ａ 電磁弁
６３６ 集約管
６４ 気泡発生装置
６４ａ 圧力レギュレータ
６４ｂ 気泡発生ノズル
６５ 循環部
６５１ 溶解水送水管
６５２ 循環ポンプ
６５３ 流量計
６５４ コック
６６ オゾンメーター
６７ 制御装置
７０ オゾン接触池
８０ 活性炭吸着塔
９０ 塩素減菌池

Claims (8)

1. 導入口から取り入れられた原水に微細気泡を接触させることで生成された溶解水が、排出口から取り出される筒状の気液接触槽と、
   前記気液接触槽への微細気泡を発生する気泡発生装置と、
   前記気液接触槽の上部に一端が接続され、下部に他端が接続され、前記気液接触槽の溶解水が通水する循環路と、
   前記循環路に設けられ、前記気液接触槽の溶解水を、前記気液接触槽の下部から上部へ向かって循環させる循環ポンプとを備え、
   前記循環路の他端が接続された溶解水流入口と前記導入口とは、前記気液接触槽の内周面の円周方向に沿って水流が同方向に流れるように配置され、
   前記気泡発生装置からの微細気泡を導入する吐出口が前記気液接触槽の下部の軸心位置に配置されていることを特徴とする高濃度溶解水生成装置。
2. 前記吐出口は、微細気泡を放出する位置が、前記導入口および溶解水流入口より高い位置に配置されている請求項１記載の高濃度溶解水生成装置。
3. 前記気液接触槽が、導入側と排出側との間で並列に複数設けられ、
   前記複数の気液接触槽の溶解水の通水量を制御する制御装置を備えた請求項１または２記載の高濃度溶解水生成装置。
4. 前記制御装置は、前記並列に設けられた気液接触槽内の溶解水を同時排出する請求項３記載の高濃度溶解水生成装置。
5. 前記制御装置は、前記並列に設けられた気液接触槽内の溶解水を切り替えながら排出する請求項４記載の高濃度溶解水生成装置。
6. 前記気液接触槽が、導入側と排出側との間で直列に複数設けられている請求項１または２記載の高濃度溶解水生成装置。
7. 前記気液接触槽には、排出される溶解水を貯留する貯留部が設けられている請求項１から６のいずれかの項に記載の高濃度溶解水生成装置。
8. 前記請求項１から７のいずれかの項に記載の高濃度溶解水生成装置と、
   前記高濃度溶解水生成装置からの溶解水と前記高濃度溶解水生成装置を迂回させた原水とを混合する混合槽とを備えたことを特徴とする高濃度溶解水生成システム。

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