JP6815397B2 - 養殖用または排水処理用超微細気泡発生装置 - Google Patents

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Description

本発明は、排水の浄化または、養殖用水の浄化及び養殖用水への酸素供給のための養殖用または排水処理用超微細気泡発生装置の技術に関し、特に、液体中において微細な気泡を発生させる養殖用または排水処理用超微細気泡発生装置の技術に関する。
従来、養殖用または排水処理用の超微細気泡発生装置が公知となっている。養殖においては、魚介類を養殖する際に成長を阻害するアンモニアや尿素等の窒化物を酸化して浄化するために酸素を供給する超微細気泡発生装置が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。また養殖においては、供給された酸素は魚介類に活性を与え、成長を促進する。また、排水処理においては、排水に含まれる有機物の酸化分解処理を行うために酸素やオゾン等を供給する超微細気泡発生装置が公知となっている（例えば、特許文献２参照）。
また、近年、水道水や湖沼・河川、海水等の液体中において気泡のサイズ（直径）が常温常圧で１００μｍ未満の超微細気泡を使用する技術が注目されている。前記超微細気泡は、表面積が非常に大きい特性及び自己加圧効果などの物理化学的な特性を有しており、その特性を生かして、排水浄化、洗浄、気体溶存、撹拌等に使用する技術が開発されている。
前記特性を持った超微細気泡の発生方法として、従来から、コンプレッサにより圧送された気体を放出するノズルの周囲に液体ジェットノズルを配置し、液体ジェットノズルの噴流の力でノズルより放出する気泡を引きちぎって微細化する方法は公知となっている。また、攪拌してできた気泡をメッシュ部材に当てて通しながら気泡を細分化する方法も公知となっている（例えば、特許文献３参照）。
しかし、従来の液体ジェットノズルを用いた超微細気泡の発生方法や、メッシュ部材を用いた超微細気泡の発生方法では、装置が大型化していた。このため、液体の流路内に配置することは困難であった。また、従来の超微細気泡発生装置においては、液体内の超微細気泡が気液界面に到達する割合が比較的多く、液体内に溶存もしくは共存してとどまる気体の量が少なくなっていた。
特開２０１４−２０９８９９号公報 特開２０１４−０００５５１号公報 特許第３９５８３４６号公報
そこで、本発明はかかる課題に鑑み、液体内に効率よく気体を溶存させる、または超微細気泡を共存させることができ、液体内の気体の濃度を高めることができる養殖用または排水処理用超微細気泡発生装置を提供する。
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
即ち、本発明においては、液体を流す通路と、前記通路へ気体を圧送するための圧縮装置と、前記圧縮装置により圧送された気体を超微細気泡として前記通路内の液体へ放出する気泡発生媒体とを備える養殖または排水処理用の超微細気泡発生装置であって、前記気泡発生媒体は、炭素系の多孔質素材で形成されており、前記通路内において液体の流れる方向に対して水平以下となるように配置され、前記通路は、少なくとも一以上の管で構成されており、前記気泡発生媒体は、前記管内に配置されており、前記管は、前記管内を流れる液体の方向と平行な方向に直列に配置可能に形成されるものである。
また、本発明においては、より好ましくは、前記通路の下流側に、液体から放出される気体を捕集するための捕集装置と、前記捕集装置から気体を前記気泡発生媒体へ圧送する再送用圧縮装置とを設け、前記再送用圧縮装置は、前記捕集装置で捕集された気体が所定量以上となった場合、前記捕集装置から気体を前記気泡発生媒体へ圧送するものであってもよい。
また、本発明においては、より好ましくは、前記通路の下流側に、貯留槽を設け、前記貯留槽には、撹拌装置を設けたものであってもよい。
また、本発明においては、より好ましくは、前記気泡発生媒体の内部に内部空間を形成し、前記内部空間から気泡発生媒体表面までの距離は、最も短い距離と最も長い距離との比が１：４０以下となるように構成したものであってもよい。
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
本発明においては、気泡発生媒体を炭素系素材の多孔質部材で形成したことにより、液体ジェットノズルなどで液体流を発生させることなく、多量の超微細気泡を発生させることができる。また、気泡発生媒体が液体の流れる方向に対して水平以下となるように配置したことにより、超微細気泡が下方へ放出されやすくなり、液体表面に到達して空気中に放出される気体の量を減らすことができる。
また、本発明においては、気泡発生媒体を液体の流れ方向に直列に配置することによって、液体が気泡発生媒体に接触する時間が長くなり、液体流を有効に利用して少ない動力で高濃度の超微細気泡を共存させることができる。
また、本発明においては、気体を空気中に放出することなく循環させて液体中に再び放出することができる。
また、本発明においては、排水処理においては、貯留槽で排水に含まれる有機物の酸化分解処理を行う際に、撹拌により有機物の沈殿を防止し効率よく排水処理を行うことができる。
また、本発明においては、前記気泡発生媒体の内部に内部空間を形成し、内部空間から気泡発生媒体表面までの距離を、最も短い距離と最も長い距離との比が１：４０以下となるように構成したことにより、気泡発生媒体の表面に効率よく気体を圧送することができ、気泡発生媒体の表面全面を用いて超微細気泡を発生させることができる。
本発明の一実施形態に係る超微細気泡発生装置の全体的な構成を示した正面図。 本発明の第一の実施形態に係る管及び気泡発生媒体の正面断面図。 本発明の第一の実施形態に係る気泡発生媒体の断面一部拡大図。 本発明の第一の実施形態に係る気泡発生媒体の正面図。 本発明の第一の実施形態に係る気泡発生媒体の平面図。 本発明の第一の実施形態に係る気泡発生媒体の正面拡大図。 本発明の第一の実施形態に係る気泡発生媒体の平面拡大図。 本発明の第一の実施形態に係る管の斜視図。 本発明の第二の実施形態に係る気泡発生媒体の正面断面図。 本発明の第二の実施形態に係る気泡発生媒体の正面図。 本発明の第二の実施形態に係る気泡発生媒体の平面図。 本発明の第三の実施形態に係る貯留槽の正面図。 本発明の第四の実施形態に係る貯留槽の正面図。 本発明の第五の実施形態に係る回転型気泡発生装置の正面図。 本発明の第五の実施形態に係る回転型気泡発生装置の正面断面図。 本発明の第五の実施形態に係る回転型気泡発生装置の平面断面図。 本発明の第五の実施形態に係る気泡発生媒体のＡ−Ａ線断面図。 本発明の第五の実施形態に係る気泡発生媒体の断面一部拡大図。
＜第一実施形態＞
次に、発明の実施の形態を説明する。
まず、本発明の一実施形態にかかる超微細気泡発生装置１の全体構成について図１を用いて説明する。
超微細気泡発生装置１は、養殖用または排水処理用の超微細気泡発生装置であり、液体中において超微細気泡を発生させるための装置である。ここで超微細気泡とは、常温常圧化においてサイズ（直径）が１００μｍ未満の気泡を意味する。超微細気泡発生装置１は、図１に示すように、気体を溶存または共存させた液体を貯留槽１１へ供給する装置であり、液体を流す通路２１と、通路２１へ気体を圧送するための圧縮装置２２と、圧縮装置２２により圧送された気体を超微細気泡として通路２１内の液体へ放出する気泡発生媒体２３とを備える。
貯留槽１１は、気体を溶存させた、または超微細気泡として共存させた液体を貯留する槽である。
ここで、溶存とは、液体内に気体が溶解して存在する状態を意味する。また、共存とは、気体が液体内に超微細気泡として存在する状態を意味する。
貯留槽１１に貯留される液体は、養殖用の超微細気泡発生装置であれば、海水や、河川や湖沼などの淡水であり、排水処理用の超微細気泡発生装置であれば、海水や、河川や湖沼などの淡水や、生活排水や、工業排水等である。
また、貯留槽１１に供給される気体は、養殖用の超微細気泡発生装置であれば、空気、酸素、オゾンまたは過酸化水素などであり、排水処理用の超微細気泡発生装置であれば、酸化作用を有する気体であり、例えば、酸素、オゾンまたは過酸化水素である。
養殖用の超微細気泡発生装置においては、貯留槽１１内において、魚介類を養殖する。気体を溶存させた、または超微細気泡として共存させた液体内において魚介類を養殖することにより、魚介類の排泄物を分解する好気性のバクテリア等を活性化させることができ、液体を浄化させることができる。また、主に酸素が十分に供給されることで、養殖する魚介類の免疫力が向上し、魚介類の成長を促進させることができる。
排水処理用の超微細気泡発生装置においては、貯留槽１１内において、排水を処理する。気体を溶存させた、または超微細気泡として共存させた液体内において排水を処理することにより、排水中の有機物を分解するバクテリア等を活性化させることができ、液体を浄化させることができる。
通路２１は、液体を通すための部材である。通路２１は、液体の流れにおける上流側端部が、液体タンクや、海、河川等に連結されている。また、通路２１の中途部は、管２５で構成されている。
圧縮装置２２は、気泡発生媒体２３へ気体を圧送するための装置である。圧縮装置２２は、本実施形態においては、気体を貯蔵する気体貯蔵容器２２Ａと、逆止弁２２Ｂとから構成されている。
気泡発生媒体２３は、図１及び図２に示すように、通路２１の中途部を構成する管２５の内部に配置されている。気泡発生媒体２３は、管２５の液体が流れる方向（図２の黒塗り矢印方向）に対して水平以下となるように配置されている。本実施形態においては、気泡発生媒体２３は、管２５の長手方向に対して下流側が下方へ傾くように配置されている。
また、気泡発生媒体２３は、炭素系の多孔質素材で構成されており、図３に示すように、直径数μｍ〜数十μｍの細かな孔２３Ａを多数有している。また、気泡発生媒体２３は導電体であり、気泡発生媒体２３から発生する気泡は負の電荷が帯電される。言い換えれば、導電体である気泡発生媒体２３を通過する際に超微細気泡に自由電子が付加されることにより、負の電荷が帯電するものである。この負の電荷により、気泡同士が互いに反発し、合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。
炭素系の多孔質素材とは、炭素のみ若しくは炭素及びセラミックを含む複合素材であり、無機質の素材である。また、炭素系の多孔質素材の表面には、厚さ数ｎｍの膜が形成されている。前記膜はケイ素を含む無機質の膜で形成されている。
また、気泡発生媒体２３は、図４及び図５に示すように、多角柱状に形成されており、その内部に内部空間として気泡発生媒体内通路２７が形成されている。気泡発生媒体内通路２７は、気泡発生媒体２３の内部に設けられ、気泡発生媒体２３の一面から、正面視において短手方向の辺と平行に設けられた断面径の異なる二種類の平行通路２８と、前記平行通路２８同士をつなぐ傾斜通路２９とを有する。平行通路２８は、大きな断面径を有する第一の平行通路２８ａと、小さな断面径を有する第二の平行通路２８ｂで構成される。
第一の平行通路２８ａは、気泡発生媒体２３内を貫通して形成されており、第二の平行通路２８ｂは、一端が気泡発生媒体２３の表面（上面）に連通しており、他端が気泡発生媒体２３内に配置される。第一の平行通路２８ａと、第二の平行通路２８ｂとは交互に配列されている。傾斜通路２９は、第一の平行通路２８ａと、第二の平行通路２８ｂとを連結する通路であり、第一の平行通路２８ａの上端と、第二の平行通路２８ｂの下端（閉塞端）とを連結する通路である。第一の平行通路２８ａの上端には、それぞれ、圧縮装置２２から気体通路５５を介して気体が供給される。
また、気泡発生媒体２３の気泡が発生する面の全表面積は２０００ｃｍ２以下となるように形成されている。本実施形態においては、気泡発生媒体２３の気泡が発生する面は、多角柱の上下面を除く側面であり、全表面積は、略１６００ｃｍ２である。
また、気泡発生媒体２３の表面（主に上下面を除いた側面）と気泡発生媒体内通路２７との距離は最も短い距離と最も長い距離との比が１：４０以下となるように構成している。図６及び図７に示すように、本実施形態において、気泡発生媒体２３の表面と気泡発生媒体内通路２７との距離が最も短い場所での長さＬｍｉｎでは略３．５ｍｍとなる。これに対して、本実施形態において、気泡発生媒体２３の表面と気泡発生媒体内通路２７との距離が最も長い場所での長さＬｍａｘで、１４０ｍｍ以下となるように構成している。本実施形態においては、気泡発生媒体２３の表面と気泡発生媒体内通路２７との距離が最も長い場所での長さＬｍａｘは、正面視において、気泡発生媒体２３の第一の平行通路２８ａと傾斜通路２９との間に設けられた鋭角θの二等分線と、気泡発生媒体２３の下端面との交点Ｐから気泡発生媒体内通路２７までの距離となり、略８ｍｍとなる。これにより、気泡発生媒体２３の表面に均等に気体を供給することができる。
管２５及び気泡発生媒体２３は、図８に示すように、ユニット３１として設けることもできる。管２５の内部に気泡発生媒体２３を配置したユニット３１を、管２５内を流れる液体の方向と平行な方向（図２の黒塗り矢印方向）に直列に連結可能に構成する。すなわち、管２５の上流側端部及び下流側端部に、円筒状の連結部３２を設け、連結部３２を介して、ユニット３１同士を直列的に連結するものである。このように構成することにより、既に超微細気泡を共存させた液体に対して、更に微細気泡発生装置１によって超微細気泡を供給することができる。例えば、せん断力を用いて超微細気泡を発生させる方式では、せん断力を連続的にかけると超微細気泡が再結合してしまうため、共存する超微細気泡の量はかえって少なくなる。これに対し、気泡発生媒体２３を液体の流れ方向に直列に配置することによって、液体が気泡発生媒体２３に接触する時間を長くなり、液体流を有効に利用して少ない動力で高濃度の超微細気泡を共存させることができるのである。また、気泡発生媒体２３は、直列に配置されているため超微細気泡を再結合させることなく共存させることができる。このように構成することにより、液体に共存する超微細気泡の量を増加させることができる。
図１に示すように、通路２１の下流側には、液体から放出される気体を捕集するための捕集装置４１が配置されている。捕集装置４１は、容器で構成されており、上面には液体内に溶存若しくは共存せず液体外へ放出された気体を外部へ送るための放出通路４２が設けられている。
捕集装置４１の内部には、レベルセンサ４５が設けられている。レベルセンサ４５は、図示せぬ制御装置に接続されており、捕集装置４１内の液体の高さが一定以下となったか否かを検知する装置である。
捕集装置４１の下部には、取水口４３が設けられている。取水口４３は、気体が溶存した、または超微細気泡が共存した液体を取り出すための孔であり、排水処理もしくは養殖を行う貯留槽１１と連結されている。
放出通路４２の中途部には、脱水装置５１と、再送用圧縮装置５２と、逆止弁５３とが設けられている。再送用圧縮装置５２は、図示せぬ制御装置に接続されている。脱水装置５１は、放出通路４２へ放出された気体に含まれる水分を吸着、脱離するための装置であり、例えば脱離用の膜や、シリカゲル等の吸水剤を備えた装置である。再送用圧縮装置５２は、捕集装置４１内の液体外へ放出された気体の量が所定の値を越えた場合にのみ、気体を通路２１上流側の気泡発生媒体２３へ圧送する。
また、圧縮装置２２及び再送用圧縮装置５２と、気泡発生媒体２３とは気体通路５５で繋がっており、気体通路５５の中途部には、オゾン発生装置５６が設けられている。オゾン発生装置５６は、紫外線照射によって酸素分子からオゾンを生成する装置である。
次に、超微細気泡発生装置１による超微細気泡の発生方法について説明する。詳細には、気体としてオゾンを用いた場合の超微細気泡の発生方法について説明する。
まず、圧縮装置２２から酸素を圧送する。圧縮装置２２から圧送された酸素は、気体通路５５を通ってオゾン発生装置５６内へ供給される。オゾン発生装置５６内で、酸素からオゾンが生成され、オゾンが気泡発生媒体２３内の気泡発生媒体内通路２７へ供給される。気泡発生媒体内通路２７へ供給されたオゾンは、気泡発生媒体２３に設けられた直径数μｍ〜数十μｍの細かな孔２３Ａを通って、超微細気泡となり液体中へ放出される。液体中へ放出される超微細気泡は、気泡発生媒体２３表面に放出された瞬間に、周りの液体の流れ（図３の矢印方向の流れ）によって、表面から離間される。このとき、気泡発生媒体２３は、管２５の液体の流れに対して水平以下となるように配置しているので、超微細気泡は気泡発生媒体２３表面から離間する際に下方へ移動しやすくなり（図２の白塗り矢印方向）、下方に溜まり易くなる。このように構成することにより、後から発生する超微細気泡や周辺の孔２３Ａから発生する超微細気泡と合体することなく単独で液体中へ移動することとなる。また、養殖用の超微細気泡発生装置１においては、強力なポンプを用いる必要が無いため、水中で発生する騒音を抑えることができ、魚介類へのストレスを軽減することができる。
オゾンが溶存した、または超微細気泡が共存した液体は下流の捕集装置４１内で一旦貯留される。捕集装置４１内で、溶存若しくは共存できなかったオゾンが液体面から液体外へと放出され、捕集装置４１内で捕集される。ここで、捕集されたオゾンの量が所定量以上となり、レベルセンサ４５によって液体面の高さが所定の値以下であると検出された場合は、前記制御装置によって、再送用圧縮装置５２が駆動する。再送用圧縮装置５２が駆動した場合、捕集装置４１内に捕集されたオゾンは、脱水装置５１によって、オゾンに含まれる水分が吸着脱離され、再送用圧縮装置５２によって、再び気体通路５５内へと戻され、気泡発生媒体２３内へと供給される。
このように構成することにより、液体外に放出されたオゾンを再び液体中に溶存若しくは共存させることができ、液体内に存在する超微細気泡の量を多くすることができる。また、液体外へ放出されるオゾンを大気中に放出することが無いので、有害なオゾンの処理工程を省くことができる。
また、気体として、酸素や水素を用いる場合には、オゾン発生装置５６を駆動させず、圧縮装置２２から送られた気体を、そのまま気泡発生媒体２３へ圧送する。
このように構成することにより、液体外へ放出される酸素及び水素を大気中に放出することが無いので、酸素及び水素を無駄なく用いることが可能となる。
このように、通路２１において、気体を溶存または共存させた液体は、捕集装置４１を通って、貯留槽１１へと送られる。
そして、養殖用の超微細気泡発生装置の場合は、貯留槽１１において、気体を溶存または共存させた液体内において魚介類を養殖する。
また、排水処理用の超微細気泡発生装置の場合は、貯留槽１１において、気体を溶存または共存させた液体を貯留し、液体中に溶存させた、または超微細気泡として共存させた気体の作用により、貯留した液体を浄化するものである。より詳細には、液体中に溶存させた、または超微細気泡として共存させた気体の作用により、排水中の有機物を分解するバクテリア等を活性化させることができ、液体を浄化させることができる。
以上のように、液体を流す通路２１と、通路２１へ気体を圧送するための圧縮装置２２と、圧縮装置２２により圧送された気体を超微細気泡として通路２１内の液体へ放出する気泡発生媒体２３とを備える養殖または排水処理用の超微細気泡発生装置１であって、気泡発生媒体２３は、炭素系の多孔質素材で形成されており、通路２１内において液体の流れる方向に対して水平以下となるように配置されたものである。
このように構成することにより、気泡発生媒体２３を炭素系素材の多孔質部材で形成したことにより、液体ジェットノズルなどで液体流を発生させることなく、多量の超微細気泡を発生させることができる。また、気泡発生媒体２３が液体の流れる方向に対して水平以下となるように配置したことにより、超微細気泡が下方へ放出されやすくなり、液体表面に到達して空気中に放出される気体の量を減らすことができる。
また、通路２１は、少なくとも一以上の管２５で構成されており、気泡発生媒体２３は、管２５内に配置されており、管２５は、管２５内を流れる液体の方向と平行な方向に直列に配置可能に形成されたものである。
このように構成することにより、管２５を直列に配置することにより、液体中に連続的に超微細気泡を放出することができ、液体内に効率よく気体を溶存させる、または超微細気泡を共存させることができ、液体内の気体の濃度を高めることができる。
また、通路２１の下流側に、液体から放出される気体を捕集するための捕集装置４１と、捕集装置４１から気体を気泡発生媒体２３へ圧送する再送用圧縮装置５２とを設け、再送用圧縮装置５２は、捕集装置４１で捕集された気体が所定量以上となった場合、捕集装置４１から気体を気泡発生媒体２３へ圧送するものである。
このように構成することにより、気体を空気中に放出することなく循環させて液体中に再び放出することができる。
また、気泡発生媒体２３の内部に気泡発生媒体内通路２７を形成し、気泡発生媒体内通路２７から気泡発生媒体２３表面までの距離は、最も短い距離Ｌｍｉｎと最も長い距離Ｌｍａｘとの比が１：４０以下となるように構成したものである。
このように構成することにより、気泡発生媒体２３の内部に気泡発生媒体内通路２７を形成し、気泡発生媒体内通路２７から気泡発生媒体２３表面までの距離を、最も短い距離Ｌｍｉｎと最も長い距離Ｌｍａｘとの比が１：４０以下となるように構成したことにより、気泡発生媒体２３の表面に効率よく気体を圧送することができ、気泡発生媒体２３の表面全面を用いて超微細気泡を発生させることができる。
＜第二実施形態＞
また、第二の実施形態として、図９から図１１に示すように、気泡発生媒体２３を構成してもよい。
気泡発生媒体２３は、図９に示すように、通路２１の中途部を構成する管２５の内部に配置されている。気泡発生媒体２３は、管２５の液体が流れる方向（図９の黒塗り矢印方向）に対して水平以下となるように配置されている。本実施形態においては、気泡発生媒体２３は、管２５の長手方向に対して下流側が下方へ傾くように配置されている。
また、気泡発生媒体２３は、炭素系の多孔質素材で構成されており、図３に示すように、直径数μｍ〜数十μｍの細かな孔２３Ａを多数有している。また、気泡発生媒体２３は導電体であり、気泡発生媒体２３から発生する気泡は負の電荷が帯電される。言い換えれば、導電体である気泡発生媒体２３を通過する際に超微細気泡に自由電子が付加されることにより、負の電荷が帯電するものである。この負の電荷により、気泡同士が互いに反発し、合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。
炭素系の多孔質素材とは、炭素のみ若しくは炭素及びセラミックを含む複合素材であり、無機質の素材である。また、炭素系の多孔質素材の表面には、厚さ数ｎｍの膜が形成されている。前記膜はケイ素を含む無機質の膜で形成されている。
また、気泡発生媒体２３は、図４及び図５に示すように、多角柱状に形成されており、その内部に内部空間として気泡発生媒体内通路２７が形成されている。気泡発生媒体内通路２７は、気泡発生媒体２３の内部に設けられ、気泡発生媒体２３の一面から、正面視において短手方向の辺と平行に設けられた断面径の異なる二種類の平行通路２８と、前記平行通路２８同士をつなぐ傾斜通路２９とを有する。平行通路２８は、大きな断面径を有する第一の平行通路２８ａと、小さな断面径を有する第二の平行通路２８ｂで構成される。
第一の平行通路２８ａのうちの一つは、一端が気泡発生媒体２３の表面（上面）に連通しており、気体通路５５と連結している。ここで、本実施形態においては、第一の平行通路２８ａのうちの一つとは、左右方向において最も端に配置された第一の平行通路２８ａである。また、その他の第一の平行通路２８ａは、両端が気泡発生媒体２３内に配置される。また、第二の平行通路２８ｂは、両端が気泡発生媒体２３内に配置される。第一の平行通路２８ａと、第二の平行通路２８ｂとは交互に配列されている。傾斜通路２９は、第一の平行通路２８ａと、第二の平行通路２８ｂとを連結する通路であり、第一の平行通路２８ａの上端と、第二の平行通路２８ｂの下端（閉塞端）とを連結する通路である。左右方向において最も端に配置された第一の平行通路２８ａの上端には、圧縮装置２２から気体通路５５を介して気体が供給される。
また、気泡発生媒体２３の気泡が発生する面の全表面積は２０００ｃｍ２以下となるように形成されている。本実施形態においては、気泡発生媒体２３の気泡が発生する面は、多角柱の上下面を除く側面であり、全表面積は、略１６００ｃｍ２である。
圧縮装置２２から気体通路５５を介して供給された気体は、左右方向において最も端に配置された第一の平行通路２８ａへと送られる。第一の平行通路２８ａへ送られた気体の一部は、隣接する傾斜通路２９へと送られる。傾斜通路２９へ送られた気体の一部は、隣接する第二の平行通路２８ｂへ送られ、気体の一部は、隣接する傾斜通路２９へ送られる。結果として、気泡発生媒体内通路２７全体へ均等に気体が送られる。
また、気泡発生媒体２３の表面（主に上下面を除いた側面）と気泡発生媒体内通路２７との距離は最も短い距離と最も長い距離との比が１：４０以下となるように構成している。本実施形態において、気泡発生媒体２３の表面と気泡発生媒体内通路２７との距離が最も短い場所での長さＬｍｉｎでは略３．５ｍｍとなる。これに対して、本実施形態において、気泡発生媒体２３の表面と気泡発生媒体内通路２７との距離が最も長い場所での長さＬｍａｘで、１４０ｍｍ以下となるように構成している。これにより、気泡発生媒体２３の表面に均等に気体を供給することができる。
＜第三実施形態＞
また、第三の実施形態として、図１２に示すように、貯留槽１１には、好ましくは撹拌装置６１を設けてもよい。ここで、第一実施形態と同一の番号を付した部分は第一実施形態と同様の構成であるので説明を省略する。
撹拌装置６１は、貯留槽１１の下部に設けられており、貯留槽１１内の気体が溶存する、または、超微細気泡が共存する液体を撹拌するための装置である。なお、撹拌装置６１の撹拌方法は限定されるものではなく、例えば、撹拌装置６１は、曝気により撹拌する曝気型撹拌装置や、プロペラの回転により生み出される回転流により撹拌する回転型撹拌装置で構成される。
このように構成することにより、排水処理においては、貯留槽１１で排水に含まれる有機物の酸化分解処理を行う際に、撹拌により有機物の沈殿を防止し効率よく排水処理を行うことができる。
＜第四実施形態＞
また、第四の実施形態として、図１３に示すように、排水処理用の超微細気泡発生装置１において、貯留槽１１内の有機物を濾過するための濾過膜７１を有する構成であってもよい。濾過膜７１は、例えば貯留槽１１内で処理した排水を排出するための排出孔付近に設けられている。ここで、第一実施形態と同一の番号を付した部分は第一実施形態と同様の構成であるので説明を省略する。
超微細気泡を用いて分解された有機物はペプチド化（微細化）する。このため、有機物は処理水内に残って濁りの原因となり、沈殿し難くなる。そこで、貯留槽１１に濾過膜を設けることで、ペプチド化した有機物を除去することができ、排水処理の効率を上げることができる。
＜第五実施形態＞
次に、第五の実施形態にかかる超微細気泡発生装置１０１について図１４から図１８を用いて詳細に説明する。ここで、第一実施形態と同一の番号を付した部分は第一実施形態と同様の構成であるので説明を省略する。
超微細気泡発生装置１０１は、養殖用または排水処理用の超微細気泡発生装置であり、液体中において超微細気泡を発生させるための装置である。ここで超微細気泡とは、常温常圧化においてサイズ（直径）が１００μｍ未満の気泡を意味する。超微細気泡発生装置１０１は、図１４に示すように、貯留槽１１１内の液体内に気体を溶存させ、または超微細気泡を共存させる装置であり、液体を流す通路２１と、通路２１へ気体を圧送するための圧縮装置２２と、圧縮装置２２により圧送された気体を超微細気泡として貯留槽１１１内の液体へ放出する回転型気泡発生装置１２３とを備える。
貯留槽１１１は、気体を溶存させた、または超微細気泡として共存させた液体を貯留する槽である。
ここで、溶存とは、液体内に気体が溶解して存在する状態を意味する。また、共存とは、気体が液体内に超微細気泡として存在する状態を意味する。
貯留槽１１１に貯留される液体は、養殖用の超微細気泡発生装置であれば、海水や、河川や湖沼などの淡水であり、排水処理用の超微細気泡発生装置であれば、海水や、河川や湖沼などの淡水や、生活排水や、工業排水等である。
また、貯留槽１１１に供給される気体は、養殖用の超微細気泡発生装置であれば、空気、酸素、オゾンまたは過酸化水素などであり、排水処理用の超微細気泡発生装置であれば、酸化作用を有する基体であり、例えば、酸素、オゾンまたは過酸化水素である。
通路２１は、液体を通すための部材である。通路２１は、液体の流れにおける上流側端部が、液体タンクや、海、河川等に連結されている。
圧縮装置２２は、回転型気泡発生装置１２３へ気体を圧送するための装置である。圧縮装置２２は、本実施形態においては、気体を貯蔵する気体貯蔵容器２２Ａと、逆止弁２２Ｂとから構成されている。
回転型気泡発生装置１２３は、液体中において超微細気泡を発生させるための装置である。ここで超微細気泡とは、常温常圧化においてサイズ（直径）が１００μｍ未満の気泡を意味する。回転型気泡発生装置１２３は、図１５及び図１６に示すように、貯留槽１１１の内部に気体を超微細気泡として供給する装置であり、回転軸１２４と、回転軸１２４と相対回転不能に設けられる回転体１２５と、回転体１２５に固定される気泡発生媒体１２７とを備える。回転型気泡発生装置１２３を使用する場合には、回転軸１２４の中途部から下の部分が貯留槽１１１の液体中に配置される。
回転軸１２４及び回転体１２５の内部には、圧縮装置２２から圧送された気体を通すための内部通路１２６が設けられており、内部通路１２６は、気泡発生媒体１２７内の気泡発生媒体内通路１２８に接続されている。
気泡発生媒体１２７は、貯留槽１１１の内部に配置されている。気泡発生媒体１２７は、炭素系の多孔質素材で構成されており、図１８に示すように、直径数μｍ〜数十μｍの細かな孔１２７Ａを多数有している。また、気泡発生媒体１２７は導電体であり、気泡発生媒体１２７から発生する気泡は負の電荷が帯電される。言い換えれば、導電体である気泡発生媒体１２７を通過する際に超微細気泡に自由電子が付加されることにより、負の電荷が帯電するものである。この負の電荷により、気泡同士が互いに反発し、合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。
炭素系の多孔質素材とは、炭素のみ若しくは炭素及びセラミックを含む複合素材であり、無機質の素材である。また、炭素系の多孔質素材の表面には、厚さ数ｎｍの膜が形成されている。前記膜はケイ素を含む無機質の膜で形成されている。
また、気泡発生媒体１２７は、回転方向（図１６の矢印方向）先頭部の肉厚が厚く、回転方向終端部の肉厚が薄くなるように板状（断面視略流線型）に形成されている。気泡発生媒体１２７は上下方向へ回転させて固定することができ、これにより、気泡発生媒体１２７の傾斜角を自由に変更することができるよう構成されている。本実施形態においては、図１７に示すように、回転方向上流側から回転方向下流側へ向かうにつれて下方に傾斜するように配置している。このように構成することで、気泡発生媒体１２７は、液体が流れる方向に対して水平以下となるように配置されている。
このように構成することにより、気泡発生媒体１２７の下側においては、気泡発生媒体１２７の下面と接触した液体が下側に流れることにより、下向きの液体流が起こり、気泡発生媒体１２７の上側においては、気泡発生媒体１２７の上面に沿って液体が流れることにより、下向きの液体流が発生する。これにより、気泡発生媒体１２７を回転させることで下向きの液体流を起こし、液体を攪拌することもできる。
下向きの液体流を起こした場合であっても、通常の気泡であれば一旦下方へ沈んだ後再び上方へ浮上するため、大きな圧力をかけて気泡を下方へ送る必要があった。しかし、本実施形態によれば、超微細気泡の浮力の小さい性質を利用して、下向きの液体流を起こすだけで超微細気泡を容易に下方まで送ることができる。
気泡発生媒体１２７には気泡発生媒体内通路１２８が設けられている。図１６及び図１７に示すように、気泡発生媒体内通路１２８は、気泡発生媒体１２７の内部に設けられ、気泡発生媒体１２７の短手方向に延びる第一の通路１２８ａと、第一の通路１２８ａから気泡発生媒体１２７の長手方向の中途部まで伸びる複数の第二の通路１２８ｂとが設けられている。気泡発生媒体内通路１２８の一端は内部通路１２６と連結されている。
また、気泡発生媒体１２７の気泡が発生する面の全表面積は２０００ｃｍ２以下となるように形成されている。本実施形態においては、気泡発生媒体１２７の気泡が発生する面は、上下の二面であり、全表面積は、略１６００ｃｍ２である。
また、気泡発生媒体１２７の表面と気泡発生媒体内通路１２８との距離は最も短い距離と最も長い距離との比が１：４０以下となるように構成している。
貯留槽１１１の上面には、液体内に溶存若しくは共存せず液体外へ放出された気体を外部へ送るための放出通路１３１が設けられている。
貯留槽１１１の内部には、レベルセンサ１４５が設けられている。レベルセンサ１４５は、図示せぬ制御装置に接続されており、貯留槽１１１内の液体の高さが一定以下となったか否かを検知する装置である。
放出通路１３１の中途部には、脱水装置１５１と、再送用圧縮装置１５２と、逆止弁１５３とが設けられている。再送用圧縮装置１５２は、図示せぬ制御装置に接続されている。脱水装置１５１は、放出通路１３１へ放出された気体に含まれる水分を吸着、脱離するための装置であり、例えば脱離用の膜や、シリカゲル等の吸水剤を備えた装置である。再送用圧縮装置１５２は、貯留槽１１１内の液外へ放出された気体の量が所定の値を越えた場合にのみ、気体を回転型気泡発生装置１２３へ圧送する。
また、圧縮装置２２及び再送用圧縮装置１５２と、回転型気泡発生装置１２３とは通路２１で繋がっており、通路２１の中途部には、オゾン発生装置１５７が設けられている。オゾン発生装置１５７は、紫外線照射によって酸素分子からオゾンを生成する装置である。
次に、超微細気泡発生装置１０１による超微細気泡の発生方法について説明する。詳細には、気体としてオゾンを用いた場合の超微細気泡の発生方法について説明する。
まず、圧縮装置２２から酸素を圧送する。圧縮装置２２から圧送された酸素は、気体通路を通ってオゾン発生装置１５７内へ供給される。オゾン発生装置１５７内で、酸素からオゾンが生成され、オゾンが回転型気泡発生装置１２３へ供給される。回転型気泡発生装置１２３に供給されたオゾンは、内部通路１２６を介して気泡発生媒体内通路１２８へ供給され、気泡発生媒体１２７に設けられた直径数μｍ〜数十μｍの細かな孔１２７Ａを通って、超微細気泡となり液体中へ放出される。回転する気泡発生媒体１２７と周りの液体との間に生まれた流れ（図１７の矢印方向の流れ）によって、表面から離間される。このように構成することにより、後から発生する超微細気泡や周辺の孔１２７Ａから発生する超微細気泡と合体することなく単独で液体中へ移動することとなる。
貯留槽１１１内で、溶存若しくは共存できなかったオゾンが液面から液外へと放出され、貯留槽１１１上方で溜まる。ここで、溜まったオゾンの量が所定量以上となり、レベルセンサ１４５によって液体面の高さが所定の値以下であると検出された場合は、前記制御装置によって、再送用圧縮装置１５２が駆動する。再送用圧縮装置１５２が駆動した場合、貯留槽１１１内に溜まったオゾンは、脱水装置１５１によって、オゾンに含まれる水分が吸着脱離され、再送用圧縮装置１５２によって、再び通路２１内へと戻され、回転型気泡発生装置１２３内へと供給される。
このように構成することにより、液外に放出されたオゾンを再び液体内に溶存若しくは共存させることができ、液体内に存在する超微細気泡の量を多くすることができる。また、液体外へ放出されるオゾンを大気中に放出することが無いので、有害なオゾンの処理工程を省くことができる。
また、気体として、酸素や水素を用いる場合には、オゾン発生装置１５７を駆動させず、圧縮装置２２から送られた気体を、そのまま回転型気泡発生装置１２３へ圧送する。
このように構成することにより、液体外へ放出される酸素及び水素を大気中に放出することが無いので、酸素及び水素を無駄なく用いることが可能となる。
養殖用の超微細気泡発生装置の場合は、貯留槽１１１において、気体を溶存または共存させた液体内において魚介類を養殖する。
また、排水処理用の超微細気泡発生装置の場合は、貯留槽１１１において、気体を溶存または共存させた液体を貯留し、液体中に溶存させた、または超微細気泡として共存させた気体の作用により、貯留した液体を浄化するものである。より詳細には、液体中に溶存させた、または超微細気泡として共存させた気体の作用により、排水中の有機物を分解するバクテリア等を活性化させることができ、液体を浄化させることができる。
本発明は、排水の浄化または、養殖用水の浄化及び養殖用水への酸素供給のための養殖用または排水処理用超微細気泡発生装置の技術に利用可能であり、特に、液体中において微細な気泡を発生させる養殖用または排水処理用超微細気泡発生装置の技術に利用可能である。
１ 超微細気泡発生装置
１１ 貯留槽
２１ 通路
２２ 圧縮装置
２３ 気泡発生媒体
２５ 管
２７ 気泡発生媒体内通路
４１ 捕集装置
４５ レベルセンサ
５２ 再送用圧縮装置
５３ 逆止弁

Claims (3)

  1. 液体を流す通路と、前記通路へ気体を圧送するための圧縮装置と、前記圧縮装置により圧送された気体を超微細気泡として前記通路内の液体へ放出する気泡発生媒体とを備える養殖または排水処理用の超微細気泡発生装置であって、
    前記気泡発生媒体は、炭素系の多孔質素材で形成されており、前記通路内において液体の流れる方向に対して水平以下となるように配置され、
    前記通路は、少なくとも一以上の管で構成されており、前記気泡発生媒体は、前記管内に配置されており、前記管は、前記管内を流れる液体の方向と平行な方向に直列に配置可能に形成され、
    前記通路の下流側に、液体から放出される気体を捕集するための捕集装置と、前記捕集装置から気体を前記気泡発生媒体へ圧送する再送用圧縮装置とを設け、
    前記再送用圧縮装置は、前記捕集装置で捕集された気体が所定量以上となった場合、前記捕集装置から気体を前記気泡発生媒体へ圧送する、
    ことを特徴とする養殖または排水処理用の超微細気泡発生装置。
  2. 前記通路の下流側に、貯留槽を設け、前記貯留槽には、撹拌装置を設けた、
    ことを特徴とする請求項１に記載の超微細気泡発生装置。
  3. 前記気泡発生媒体の内部に内部空間を形成し、前記内部空間から気泡発生媒体表面までの距離は、最も短い距離と最も長い距離との比が１：４０以下となるように構成した、
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の超微細気泡発生装置。
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