JPH0148831B2 - - Google Patents

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JPH0148831B2
JPH0148831B2 JP6162085A JP6162085A JPH0148831B2 JP H0148831 B2 JPH0148831 B2 JP H0148831B2 JP 6162085 A JP6162085 A JP 6162085A JP 6162085 A JP6162085 A JP 6162085A JP H0148831 B2 JPH0148831 B2 JP H0148831B2
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JP
Japan
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pollutants
vibrator
sound
liquid
water
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JP6162085A
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Japanese (ja)
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JPS61220786A (en
Inventor
Iku Harada
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 発明の目的 [産業上の利用分野] この発明は音波による液体浄化装置に関するも
のであり、飲料水や工業用水の水質の汚濁改善及
びその他の液体の液質改善に用いられる。
[Detailed description of the invention] (a) Purpose of the invention [Field of industrial application] This invention relates to a liquid purification device using sound waves, and is used to improve the pollution of drinking water and industrial water, and to improve the quality of other liquids. Used for improvement.

[従来の技術] 我が国における水質汚濁の現状をみると、カド
ミウム、シアン、アルキル水銀等の有害物質に対
しては排水規制の強化が反映して、かなりの改善
がみられてきたが、生活環境の保全に関係する河
川、湖沼、等については、かなり深刻な問題とな
つているのが現状である。すなわち、これを河
川、湖沼における有機汚濁の水質指標である
BOD、CODに関する環境規準に対する達成率で
みてみると、河川が65.3%、湖沼が41.7%と依然
として低い水準にある。海洋についても、東京湾
や伊勢湾等のように大きな汚染源がある閉鎖性水
域においては、依然として低い水準にあるのが現
実である。また、水道水についても、人間の飲用
に供されることから、安全であることはもとよ
り、異常な匂いがあつては飲用に適さないので、
水道水をつくる水道原水は可能な限り清浄なもの
を必要とするが、水道原水となる河川や湖沼が汚
染されていることから、良質な水道原水が得にく
くなつている。特に、近年、天然湖沼や貯水池に
おける富栄養化によつて、藻類が異常に繁殖する
ことに起因して、異臭味水の被害が生じている。
また、工業用水では一般に薬品沈殿により水質処
理をおこなつているが、これはコロイド状汚濁物
質の除去にとどまるものであり、溶解した無機物
や有機物等を十分除去することが困難である。ま
た、海洋汚染による漁業被害についても、油濁、
赤潮等の発生による水産生物の死滅や成育不良ま
たは成育不能等の被害がでている。これらの問題
を打開するためには、水質を清浄化する有効な新
しい技術が必要である。
[Conventional technology] Looking at the current state of water pollution in Japan, there has been considerable improvement in harmful substances such as cadmium, cyanide, and alkyl mercury as a result of stricter wastewater regulations. The current situation is that rivers, lakes, and other areas related to conservation have become quite serious problems. In other words, this is a water quality indicator of organic pollution in rivers and lakes.
Looking at the achievement rate for environmental standards regarding BOD and COD, the level remains low at 65.3% for rivers and 41.7% for lakes. The reality is that the ocean remains at a low level in closed water areas with major sources of pollution, such as Tokyo Bay and Ise Bay. In addition, since tap water is provided for human consumption, it is not only safe but also unsuitable for drinking if it has an abnormal odor.
The raw water used to make tap water needs to be as clean as possible, but the rivers and lakes from which it is sourced have become contaminated, making it difficult to obtain high-quality raw water. In particular, in recent years, eutrophication in natural lakes and reservoirs has resulted in abnormal growth of algae, which has caused damage to water that tastes and smells strange.
In addition, industrial water is generally treated by chemical precipitation, but this only removes colloidal pollutants, and it is difficult to sufficiently remove dissolved inorganic and organic substances. In addition, regarding damage to fisheries due to marine pollution, oil pollution,
Damages such as the death, poor growth, or inability of aquatic organisms to grow due to occurrences of red tide, etc. are occurring. To overcome these problems, new and effective technologies for water purification are needed.

従来、水質改善や液質改善のために、水中や液
中から汚濁物質を除去するための技術としては、
前記の如き薬品沈澱等の化学的方法や、濾過等の
物理的方法がある。
Conventionally, techniques for removing pollutants from water and liquids to improve water and liquid quality include:
There are chemical methods such as chemical precipitation as described above, and physical methods such as filtration.

[発明が解決しようとする問題点] しかるにこれら化学的、物理的方法は装置が大
型化し、かつ交換サイクルも短く、高価なものに
なつている。
[Problems to be Solved by the Invention] However, these chemical and physical methods require large-sized equipment, short replacement cycles, and are expensive.

この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたも
のであつて、化学的薬品を必要とせず、簡単な装
置で、容易かつ確実に水中若しくは液中の汚濁物
質を除去することができ、目づまり等による部品
の変換の必要もない液体浄化装置を提供すること
を目的とするものである。
This invention was made in view of the above-mentioned circumstances, and it is possible to easily and reliably remove pollutants in water or liquids with a simple device without the need for chemicals, and to prevent clogging. It is an object of the present invention to provide a liquid purification device that does not require conversion of parts due to the above.

(ロ) 発明の構成 [問題を解決するための手段] この目的に対応して、この発明の音波による液
体浄化装置は、被処理液体を収容する容器内に音
波を放射し得る振動子と前記音波を反射し得る反
射板を対向してかつ相対間隔可変に配設し、かつ
前記振動子と前記反射板との間の任意の位置にお
ける前記被処理液体を抽出し得る抽出装置を備え
ることを特徴としている。
(B) Structure of the Invention [Means for Solving the Problem] Corresponding to this object, the liquid purification device using sound waves of the present invention includes a vibrator capable of emitting sound waves into a container containing a liquid to be treated, and the above-mentioned vibrator. Reflection plates capable of reflecting sound waves are arranged oppositely and at variable relative intervals, and an extraction device capable of extracting the liquid to be treated at an arbitrary position between the vibrator and the reflection plate is provided. It is a feature.

以下、この発明の詳細を一実施例を示す図面に
ついて説明する。
Hereinafter, details of the present invention will be explained with reference to the drawings showing one embodiment.

第1図において、1は浄化装置であり、浄化装
置1は円筒形または矩形断面を有するパイプ状の
被処理液体2を収容し得る密閉容器3の一端に、
ピストン状の反射板4を取りつけ、他の端に、圧
電セラミツク等の振動子5を取りつけてある。振
動子5は音波放射器となつており、密閉容器3の
内部に音波を放射することができる。ピストン状
の反射板4は反射板4と振動子5との間隔Lを変
えることができる構造になつており、密閉容器3
の中に放射した音波が定在波を生ずるように調整
する。すなわち、反射板4と振動子5との間隔L
を変えて、定在波を発生させる。そのための条件
は次のように示される。すなわち、放射する音波
の波長をλとしたとき、Lを次のような値に設定
する。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a purification device, and the purification device 1 has a pipe-shaped closed container 3 having a cylindrical or rectangular cross section that can contain a liquid to be treated 2 at one end.
A piston-shaped reflecting plate 4 is attached to the other end, and a vibrator 5 made of piezoelectric ceramic or the like is attached to the other end. The vibrator 5 serves as a sound wave radiator and can radiate sound waves into the inside of the sealed container 3. The piston-shaped reflector 4 has a structure in which the distance L between the reflector 4 and the vibrator 5 can be changed, and the airtight container 3
Adjust so that the sound waves radiated into the space create standing waves. That is, the distance L between the reflector 4 and the vibrator 5
to generate a standing wave. The conditions for this are shown below. That is, when the wavelength of the radiated sound wave is λ, L is set to the following value.

L=(2m+1)*(λ/4) …(1) m=0、1、2、3、… ただし、ここでは、(1)式により厳密に詳述する
ための補正項、等の記述については省略してあ
る。
L = (2m + 1) * (λ/4) ... (1) m = 0, 1, 2, 3, ... However, here, we will explain the correction terms, etc. in order to explain in more detail using equation (1). has been omitted.

第2図は(1)式に基づいて、反射板4と振動子5
との間隔Lの値を純水の場合と空気の場合につい
て計算した結果を示すものである。第2図におい
て、C=1430m/s、と記入している線は純水の
場合であり、C=331m/s、と記入している線
は空気の場合である。いずれの場合についても、
m=0、1、2、の3通りについて、示してい
る。第2図により、振動子5で発生する音波の周
波数に対して、反射板4と振動子5との間隔Lを
どのように設定すれば、密閉容器3の中に放射し
た音波が定在波を生ずるかが明らかとなる。
Figure 2 shows the reflector 4 and the vibrator 5 based on equation (1).
This figure shows the results of calculating the value of the distance L between the two for pure water and air. In FIG. 2, the line marked C=1430 m/s is for pure water, and the line marked C=331 m/s is for air. In either case,
Three cases of m=0, 1, and 2 are shown. According to FIG. 2, how should we set the distance L between the reflection plate 4 and the vibrator 5 in relation to the frequency of the sound wave generated by the vibrator 5? It becomes clear whether this will occur.

反射板4の上面中央にはパイプ7が立設されて
おり、パイプ7は密閉容器3を支持しているフレ
ーム板8上に突出している。パイプ7の上端部の
外面にはラツク11が形成されており、ラツク1
1はピニオン12に噛合している。フレーム板8
に支持されているモータ13を駆動すると、その
回転がピニオン12を介してラツク11に伝達さ
れ、反射板4が上下動し、これによつて前記の距
離Lの調整が行われる。
A pipe 7 is erected at the center of the upper surface of the reflecting plate 4, and the pipe 7 projects onto a frame plate 8 supporting the closed container 3. A rack 11 is formed on the outer surface of the upper end of the pipe 7.
1 is meshed with pinion 12. Frame board 8
When the motor 13 supported by the motor 13 is driven, its rotation is transmitted to the rack 11 via the pinion 12, and the reflector 4 moves up and down, thereby adjusting the distance L.

密閉容器3の壁面には、小さな穴6が複数個あ
けてある。この穴6を通過して、浄化しようとし
ている水等の被処理液体2が密閉容器3の内部に
浸入して、密閉容器3の内部に液体が常に充満し
た状態となる。
A plurality of small holes 6 are made in the wall of the closed container 3. The liquid 2 to be treated, such as water to be purified, passes through this hole 6 and enters the inside of the closed container 3, so that the inside of the closed container 3 is always filled with liquid.

また、密閉容器3内には被処理液体を抽出する
ための抽出装置14が配設される。抽出装置14
はフレーム21に支持されているブロツク15を
備えている。ブロツク15はモータ16、モータ
16に直結しているプーリ17によつて駆動され
ガイドレール18に沿つて、円滑に移動すること
ができる。
Furthermore, an extraction device 14 for extracting the liquid to be treated is disposed within the closed container 3. Extraction device 14
comprises a block 15 supported on a frame 21. The block 15 is driven by a motor 16 and a pulley 17 directly connected to the motor 16, and can smoothly move along a guide rail 18.

支柱用パイプ22に固定されているフレーム2
1は支柱用パイプ22の外表面に刻まれているス
プライン等によりステイ23と同一の角度で回転
するが、上下方向には滑合状態で滑ることができ
る。ステイ23には歯車24が取りつけられてい
て、モータ25に取りつけられている歯車は26
と噛みあつていて、モータ25の回転によつて、
フレーム21が任意の角度へ回転することができ
る。またステイ23にはモータ29が取りつけら
れモータ29の軸にピニオン30が取りつけられ
ている。ピニオン30は支柱用パイプ22に設け
られたラツク35と嵌合していて、支柱用パイプ
22を上下駆動する。
Frame 2 fixed to support pipe 22
1 rotates at the same angle as the stay 23 due to splines etched on the outer surface of the support pipe 22, but can slide vertically in a sliding state. A gear 24 is attached to the stay 23, and a gear 26 is attached to the motor 25.
By the rotation of the motor 25,
The frame 21 can be rotated to any angle. Further, a motor 29 is attached to the stay 23, and a pinion 30 is attached to the shaft of the motor 29. The pinion 30 is fitted into a rack 35 provided on the support pipe 22, and drives the support pipe 22 up and down.

ブロツク15には被処理液体を吸引するための
吸込口27が取りつけられて開口している。吸込
口27は、パイプ28と接続して汚濁濃度の濃い
液体が密閉容器3から外部へ輸送される。このパ
イプ28は柔軟性に富むものであり、後述するよ
うに吸込口27の位置は密閉容器3の内部の任意
の位置へ移動できる。パイプ28は支柱用パイプ
22の中を通つてポンプ31に接続されている。
汚濁物質の吸引に当たつてはこのポンプ31が使
用される。
A suction port 27 for suctioning the liquid to be treated is attached to the block 15 and is open. The suction port 27 is connected to a pipe 28 to transport liquid with high contamination concentration from the closed container 3 to the outside. This pipe 28 is highly flexible, and the position of the suction port 27 can be moved to any position inside the closed container 3, as will be described later. The pipe 28 passes through the support pipe 22 and is connected to the pump 31.
This pump 31 is used to suction pollutants.

吸込口27の近傍には第4図に示すように、投
光用フアイバー32と受光用フアイバー33が対
向して位置する。投光用フアイバー32と受光用
フアイバー33が対向して位置する。投光用フア
イバー32と受光用フアイバー33は光フアイバ
ー34によつて、支柱用パイプ22の中を通つ
て、密閉容器3の外部に連結されていて、光応用
による計測を可能にしている。
Near the suction port 27, as shown in FIG. 4, a light emitting fiber 32 and a light receiving fiber 33 are located facing each other. A light emitting fiber 32 and a light receiving fiber 33 are located facing each other. The light emitting fiber 32 and the light receiving fiber 33 are connected to the outside of the closed container 3 by an optical fiber 34 through the support pipe 22, making it possible to perform measurements using optical applications.

すなわち、汚濁物質の濃度を計測するため、投
光用フアイバー32から密閉容器3内に充満して
いる流体(本発明においては液体に限定するもの
ではなく気体、混層流体を包含して考えることが
出来る)に光を射し、受光用フアイバー33によ
つて受光する。
That is, in order to measure the concentration of pollutants, the fluid filling the airtight container 3 from the light emitting fiber 32 (in the present invention, it is not limited to liquid, but can be considered to include gas and mixed fluid). The light is emitted into the light-receiving fiber 33 and received by the light-receiving fiber 33.

照射する光は半導体レーザ光またはアルゴンレ
ーザ光、等を使用するが、場合によつては発光ダ
イオードやキセノンランプ光、等を使用してもよ
い。受光用フアイバー33による受光は受光素
子、ホトダイオード等を使用する。
As the light to be irradiated, semiconductor laser light, argon laser light, etc. are used, but depending on the case, light from a light emitting diode, xenon lamp light, etc. may be used. For light reception by the light receiving fiber 33, a light receiving element, a photodiode, etc. are used.

汚濁物質の種類によつては、照射した光を吸収
し、吸収した光の一部を入射光と異なる波長の光
として放射し、それが蛍光である場合もある。こ
のような場合は蛍光スペクトルの分析を行うなど
の方法も考えられる。しかし、光の減衰の量を測
定するのみで、位置による汚濁物質の濃度の差が
得られれば十分な場合もあるであろう。また、太
陽光等の外乱光を取り除くための回路構成等も考
えられる。いずれにしても、本発明においては、
よりよい形での自動化測定の手段が取られ、本発
明の目的とする汚濁物質の高効率除去を実現する
ものとして、システマテイクな構成を当然志向す
ることになる。
Depending on the type of pollutant, it may absorb the irradiated light and emit part of the absorbed light as light with a wavelength different from that of the incident light, which may be fluorescence. In such cases, methods such as analyzing fluorescence spectra may be considered. However, it may be sufficient to simply measure the amount of light attenuation to determine the difference in contaminant concentration depending on location. Further, a circuit configuration for removing disturbance light such as sunlight may also be considered. In any case, in the present invention,
In order to achieve the highly efficient removal of contaminants, which is the objective of the present invention, it is natural that a systematic configuration will be desired as a means of automated measurement in a better manner will be taken.

光信号を転送するための光フアイバー34の材
質は石英系、多成分ガラス系、プラスチツク、多
結晶系、等いずれのものでもよい。
The material of the optical fiber 34 for transmitting optical signals may be quartz, multi-component glass, plastic, polycrystalline, or the like.

なお、第1図は一例を示すものであるから、メ
ータ類38、ポンプ31等を密閉容器3の近傍に
配置しているが、もちろん、遠隔地点に配置して
もよい。
Note that since FIG. 1 shows an example, the meters 38, pump 31, etc. are arranged near the closed container 3, but of course they may be arranged at remote locations.

また、多数の吸込口からなる吸水パイプ網を収
りつけて、汚濁濃度の濃い液体だけを効率よく回
収するようにしてもよい。
Alternatively, a water suction pipe network consisting of a large number of suction ports may be installed to efficiently collect only liquid with a high concentration of contamination.

[作用] 以上のように構成された浄化装置1の作用は次
の通りである。
[Function] The function of the purifying device 1 configured as described above is as follows.

定在波を発生している音場では、音圧分布また
は粒子速度は、進行波と反射波が互いに干渉する
ため、同位相となつて重なる部分の腹と、逆位相
で重なる部分の節が、交互に分布する状態とな
る。
In a sound field that generates standing waves, the sound pressure distribution or particle velocity is such that the traveling wave and the reflected wave interfere with each other, so the antinode of the overlapping part with the same phase and the node of the overlapping part with the opposite phase , the state is alternately distributed.

ところで、液体を媒体とした音場中に浮遊して
いる汚濁物質には音波の放射圧によつて、力が加
わる。すなわち、振動子5から放射する音圧と媒
体における放射圧の関係を数式的に示すと、単位
面積当たりの放射圧をPrとすれば、次のように
なる。
By the way, force is applied to pollutants floating in a sound field using a liquid as a medium due to the radiation pressure of sound waves. That is, the relationship between the sound pressure radiated from the vibrator 5 and the radiation pressure in the medium is expressed mathematically as follows, where Pr is the radiation pressure per unit area.

Pr=′n+ρ() …(2) ここに、Vは粒子速度、ρは媒体の密度、nは
汚濁物質表面の法線ベクトル、′は二次の効果ま
で考慮した音圧Pの時間平均値である。
Pr='n+ρ()...(2) Here, V is the particle velocity, ρ is the density of the medium, n is the normal vector to the surface of the pollutant, and ' is the time-average value of the sound pressure P, taking into account quadratic effects. It is.

二次の効果まで考慮した音圧Pの平均値P′は音
響媒体が無限の広がりをもつ場合には、 P′=P/―/2ρC2−ρv/――/2 …(3) で表わされる。但し、音圧Pと粒子速度Vとの間
には、平面波の場合、P=ρCv、の関係が成り立
つ。
When the acoustic medium has an infinite extent, the average value P' of the sound pressure P, taking into account the second-order effects, is P'=P 2 /-/2ρC 2 -ρv 2 /-/2...(3) It is expressed as However, in the case of a plane wave, the relationship P=ρCv holds between the sound pressure P and the particle velocity V.

いま、法線ベクトルnが1の場合について、上
記の(2)式及び(3)式を使つて計算した結果を示す
と、第3図のようになる。第3図において、横軸
に示す音圧(N/m2)Pは振動子5から密閉容器
3の中に放射した音波の音圧であり、縦軸に示す
放射圧(N/m2)Prは密閉容器3の中に媒体に
作用している圧力である。音場中に浮遊している
汚濁物質は放射圧を受ける。第3図において、ρ
=1.21Kg/m3、C=343m/sで示した線は空気
の場合であり、完全反射面と書いてある線は定在
波における腹の部分の圧力であり、完全吸収面と
書いてある線は定在波における節の部分の圧力で
ある。ρ=1000Kg/m3、C=1430m/sと書いて
ある線は水の場合である。
Now, when the normal vector n is 1, the results calculated using the above equations (2) and (3) are shown in FIG. 3. In FIG. 3, the sound pressure (N/m 2 ) P shown on the horizontal axis is the sound pressure of the sound wave radiated from the vibrator 5 into the sealed container 3, and the radiation pressure (N/m 2 ) shown on the vertical axis Pr is the pressure acting on the medium inside the closed container 3. Pollutants suspended in the sound field are subjected to radiation pressure. In Figure 3, ρ
The line shown as = 1.21Kg/m 3 and C = 343m/s is for air, and the line marked as "perfectly reflecting surface" is the pressure at the antinode of the standing wave, and the line marked as "perfectly absorbing surface" is the pressure at the antinode of the standing wave. A line is the pressure at a node in a standing wave. The line written ρ=1000Kg/m 3 and C=1430m/s is for water.

この式から汚濁物質に作用する単位面積当たり
の力Prは振動子5から密閉容器3の中に放射し
た音波の音圧に比べると、かなり小さいことが分
るが、しかし、とにかく、密閉容器3の内部に振
動子5から音波を放射していれば、汚濁物質に力
が作用することは間違いない。そのため、一般に
は、波長に比べて小さな汚濁物質には、音圧の腹
から節に向かう力が作用して、最終的には節の位
置に汚濁物質が移動する。その結果、節の位置に
汚濁物質が多量に停留することになる。一般にと
書いた理由は汚濁物質の一部の物については、音
圧の腹から節に向かうのではなく、逆に音圧の節
から腹の方向に移動が起ることも考えられるから
である。どのような条件に支配されるかを考えて
みると次のようなことが言える。
From this equation, it can be seen that the force per unit area Pr acting on the pollutant is considerably smaller than the sound pressure of the sound wave radiated from the vibrator 5 into the sealed container 3. If a sound wave is emitted from the vibrator 5 into the inside of the air, there is no doubt that a force will act on the pollutant. Therefore, in general, a force from the antinode of the sound pressure toward the node acts on the contaminant, which is smaller than the wavelength, and the contaminant eventually moves to the node. As a result, a large amount of pollutants will remain at the nodes. The reason why I say "generally" is that for some pollutants, it is conceivable that movement occurs not from the antinode of the sound pressure toward the node, but conversely from the node of the sound pressure toward the antinode. . If we consider the conditions that govern this, we can say the following.

汚濁物質は放射圧の結果によつて、音場の中で
音波の伝播方向に振動する。汚濁物質に作用する
放射圧は音波のエネルギー密度に比例することは
当然であるが、汚濁物質の大きさ(ここで、対
象とする汚濁物質の大きさは当然音の波長に比べ
て遥かに小さいものを対象とする)、媒体の密
度、汚濁物質の密度、汚濁物質の圧縮性、
音波の波数k(k=2π/λ、但し、λ:波長)、
等の影響を受けるはずであり、一概に、節の位置
に汚濁物質が移動し、そこに、停留するものと断
定することはできないからである。
The pollutants vibrate in the sound field in the direction of sound wave propagation as a result of the radiation pressure. It goes without saying that the radiation pressure acting on a pollutant is proportional to the energy density of the sound wave, but it also depends on the size of the pollutant (here, the size of the target pollutant is naturally much smaller than the wavelength of the sound). ), the density of the medium, the density of the contaminant, the compressibility of the contaminant,
Wave number k of sound wave (k=2π/λ, where λ: wavelength),
This is because it cannot be definitively determined that pollutants move to the node position and remain there.

汚濁物質の比重が比較的重い場合には音圧の節
から腹へ向かう力を受け、汚濁物質の比重が比較
的軽い場合には腹から節へ向かう力を受けること
になるものと考えられる。いずれにしても、音波
によつて、特定の箇所に汚濁物質が移動し、停留
することは間違いない。
It is thought that when the specific gravity of the pollutant is relatively heavy, the sound pressure receives a force from the nodes toward the antinode, and when the specific gravity of the pollutant is relatively light, the sound pressure receives a force from the antinode toward the node. In any case, there is no doubt that sound waves cause pollutants to move and stay in specific locations.

前述のように、音波により汚濁物質等は特定の
場所に移動し、停留することは明瞭であるが、第
2図からも明らかなように、停留する場所を的確
に把握することは単純ではない。それは、前述の
ように、汚濁物質に作用する放射圧は音波のエネ
ルギー密度に比例することは当然であるが、汚
濁物質の大きさ(ここで、対象とする汚濁物質の
大きさは当然音の波長に比べて遥かに小さいもの
を対象とするが)、媒体の密度、汚濁物質の
密度、汚濁物質の圧縮性、音波の波数k(k
=2π/λ、但し、λ:波長)、等の影響を受ける
はずであり、一概に、節の位置に汚濁物質が移動
し、そこに、停留するものと断定することはでき
ないからである。そこで本発明においては、汚濁
物質の回収効率を飛躍的に向上させるために、次
のような方法を採用している。
As mentioned above, it is clear that sound waves cause pollutants to move to specific places and stay there, but as is clear from Figure 2, it is not simple to accurately determine where they stop. . As mentioned above, it is natural that the radiation pressure acting on a pollutant is proportional to the energy density of the sound wave, but the size of the pollutant (here, the size of the target pollutant is naturally proportional to the sound wave energy density). density of the medium, density of the contaminant, compressibility of the contaminant, wave number k of the sound wave (k
= 2π/λ, where λ is the wavelength), etc., and it cannot be absolutely determined that the pollutants move to the node position and stay there. Therefore, in the present invention, in order to dramatically improve the collection efficiency of pollutants, the following method is adopted.

すなわち、前述の第4図に示すように、吸込口
27と投光用フアイバー32と受光用フアイバー
33が接近しており、これらは一体のまま、密閉
容器3のいかなる場所へも汚濁物質の停留場所を
的確に追跡しながら、スムーズに自動制御の手法
を応用して、移動し、汚濁物質を極めて効率的に
吸引回収する。
That is, as shown in FIG. 4 described above, the suction port 27, the light emitting fiber 32, and the light receiving fiber 33 are close to each other, and these remain as one body, preventing pollutants from staying anywhere in the closed container 3. While accurately tracking the location, it smoothly moves and collects polluted substances by applying automatic control techniques.

従つて、吸込口27と投光用フアイバー32と
受光用フアイバー33は密閉容器3の任意の場所
に、第5図のコンピユータのCPUに基づいて出
される指令通りに移動することになる。第5図に
ついて、説明すると次のようになる。第1図に示
したモータ4台、すなわち、13,16,25,
29はそれぞれ、ロータリーエンコーダまたはタ
コジエネによる内界センサーを有し、マイクロプ
ロセツサー及びコントローラーで構成されるクロ
ードシステムによつて、指令通りの回転角が保証
される。しれに加えて、外界センサーからの情報
がCPUに入力され、上記システムと結合して、
吸込口27と投光用フアイバー32と受光用フア
イバー33は密閉容器3の任意の場所に指令通り
に移動し停止する。そうして、CPUからの次の
指令待ちの状態に入り、また次の指令によつて、
密閉容器3の任意の場所に指令通りに移動し停止
する。
Therefore, the suction port 27, the light emitting fiber 32, and the light receiving fiber 33 are moved to any location in the closed container 3 according to the command issued based on the CPU of the computer shown in FIG. The explanation of FIG. 5 is as follows. The four motors shown in Figure 1, namely 13, 16, 25,
29 each has an internal sensor using a rotary encoder or a tachometer, and a Claude system consisting of a microprocessor and controller ensures the rotation angle as instructed. In addition to this, information from external sensors is input to the CPU and combined with the above system,
The suction port 27, the light emitting fiber 32, and the light receiving fiber 33 move to an arbitrary position in the closed container 3 as instructed and stop there. Then, it enters the state of waiting for the next command from the CPU, and by the next command,
It moves to any location in the closed container 3 as instructed and stops.

密閉容器3の壁面等には非接触タイプの位置セ
ンサー列36が取りつけてあり、外界センサーと
しての機能を有していて、CPUへ位置を知らせ
る信号を転送する。
A non-contact type position sensor array 36 is attached to the wall surface of the closed container 3, and has a function as an external sensor, and transmits a signal indicating the position to the CPU.

CPUからの指令は次のようなものとなる。 The instructions from the CPU are as follows.

(1)反射板4と振動子5との間隔Lを変えて、定
在波を発生させるように反射板4を移動させる。
間隔Lの値はCPUのレジスターまたはフロツピ
ーデスクにメモリーされている値を使用する。ま
た、CPUにマイコンを使用しているので、即座
に演算して、演算結果に基づいて、間隔Lの指令
をアウトプツトしてもよい。(2)吸込口27と投光
用フアイバー32と受光用フアイバー33を決め
られたプログラムに従つて、移動する。(3)吸込口
27と投光用フアイバー32と受光用フアイバー
33の各位置において、汚濁物質の濃度を測定す
る指令をCPUからアウトプツトする。(4)汚濁物
質の濃度が規定以上になつていることをコンピユ
ータが確認すると、吸込口27が開口して、ある
いはポンプ31が起動を開始して、汚濁物質が吸
引される。(5)汚濁物質の濃度が規定以下であれ
ば、汚濁物質の吸引は行なわれず、CPUからの
指令に基づいて、次の位置に移動を開始する。(6)
汚濁物質の濃度が最大の場所を追跡するためのプ
ログラミングは容易にソフト的に組むことができ
るから、そのソフトに基づいて、最も汚濁物質の
回収効率を高めた状態で作動させることができ
る。
(1) The distance L between the reflector 4 and the vibrator 5 is changed, and the reflector 4 is moved so as to generate a standing wave.
The value of the interval L uses the value stored in the register of the CPU or the floppy disk. Furthermore, since a microcomputer is used as the CPU, calculations may be performed immediately and a command for the interval L may be output based on the calculation results. (2) Move the suction port 27, the light emitting fiber 32, and the light receiving fiber 33 according to a predetermined program. (3) The CPU outputs a command to measure the concentration of pollutants at each position of the suction port 27, the light emitting fiber 32, and the light receiving fiber 33. (4) When the computer confirms that the concentration of the pollutant exceeds a specified value, the suction port 27 opens or the pump 31 starts to start, and the pollutant is sucked out. (5) If the concentration of pollutants is below the specified level, suction of pollutants is not performed, and movement to the next position is started based on instructions from the CPU. (6)
Programming to track the location with the highest concentration of pollutants can be easily set up in software, so based on that software, the system can be operated with the highest pollutant collection efficiency.

また、パイプ28の途中に汚濁濃度を検出する
センサ37を設け、汚濁濃度を表示するメータ類
38に汚濁濃度を表示するとともに、設定値を超
えた場合に、リレー41が働いて、ポンプ31の
運転が開始停止が行えるようにすることもでき
る。
Further, a sensor 37 for detecting the pollution concentration is provided in the middle of the pipe 28, and the pollution concentration is displayed on the meters 38 that display the pollution concentration, and when the concentration exceeds the set value, the relay 41 is activated to turn off the pump 31. It is also possible to start and stop the operation.

汚濁濃度を検出するセンサ37とポンプ31の
間にはフイルター42があり、このフイルター4
2によつて、汚濁物質が濾過される。フイルター
42はサイクロン型式のものでもよい。
There is a filter 42 between the sensor 37 that detects the pollution concentration and the pump 31.
2, the pollutants are filtered out. Filter 42 may be of the cyclone type.

また、密閉容器3は、第1図に示すように、フ
レーム板8に取りつけられているが、このフレー
ム板8として浮き板を使用すれば、密閉容器3が
汚濁処理をしようとする湖沼や貯水池の水面近く
に、浮いた状態でセツトされることもできる。第
1図はその一例を示したものであり、密閉容器3
が垂直状に描かれているが、フレーム板8密閉容
器3の側面に取りつけて、密閉容器3を水面と平
行になるように、セツトしてもよいであろう。
The airtight container 3 is attached to a frame plate 8, as shown in FIG. It can also be set floating near the surface of the water. Figure 1 shows an example of this.
Although the frame plate 8 is shown vertically, it may be possible to attach the frame plate 8 to the side of the closed container 3 and set the closed container 3 parallel to the water surface.

以上述べた説明では、1個の場合について述べ
ているが、もちろん1個に限定するものではな
く、多数並べて、汚濁処理の効率化を計る方がよ
り実際的である。また、本処理手法において、汚
濁濃度を検出するセンサ37、汚濁濃度を表示す
るメータ類38、リレー41等を取り除いて、人
間が操作する簡略型のシステムとすることも考え
られるが、基本的には、音波を利用して、汚濁濃
度を濃い部分と薄い部分に分離して、汚濁濃度の
濃い部分だけを積極的に吸引し、濾過する点にお
いて共通するものであり、本手法の範囲に包含さ
れるものである。
In the above explanation, the case of one is described, but of course the number is not limited to one, and it is more practical to arrange a large number of them in order to improve the efficiency of pollution treatment. In addition, in this processing method, it is possible to remove the sensor 37 that detects the pollution concentration, the meters 38 that display the pollution concentration, the relay 41, etc., and create a simplified system that is operated by a human. These methods are common in that they use sound waves to separate the contaminant concentration into areas with high and low concentrations, and then actively suck and filter only the areas with high contamination concentration, and are therefore included in the scope of this method. It is something that will be done.

(ハ) 発明の効果 この発明によれば水質汚濁等の浄化を極めて有
効に行うことができる。すなわち、この発明は音
波を利用することによつて、汚濁濃度の濃い部分
と薄い部分に液体等を分離し、濃い部分だけを濾
過するため、汚濁物質の浄化効率が極めて優れて
いる。従つて、湖沼や貯水池における富栄養化に
よつて、藻類が異常に繁殖することに起因して起
る水質の汚濁等の清浄化に極めて有効である。ま
た、この発明は工業用水の浄化等においても、次
のような点で優れている。すなわち、工業用水で
は一般に薬品沈澱により水質処理を行つている
が、これはコロイド状汚濁物質の除去にとどまる
ものであり、溶解した無機物や有機物等を完全に
除去することが困難である。しかし、本発明によ
れば、溶解した無機物や有機物を完全に除去する
ことができる。従つて、本発明は工業用水等の浄
化に極めて有用である。さらに、本発明は汚濁濃
度をレーザー光等を用いて、自動計測し、汚濁濃
度の最大の位置をコンピユータ制御によつて、自
動的に追跡し、汚濁濃度の濃い液体だけをコンピ
ユータの指令に従つて、効率よく回収するように
して、これを浄化することができる。
(c) Effects of the invention According to this invention, water pollution, etc. can be purified extremely effectively. That is, the present invention uses sound waves to separate liquid, etc. into areas with a high concentration of contaminants and areas with a low concentration of contaminants, and filters only the concentrated areas, so that the purification efficiency of contaminants is extremely excellent. Therefore, it is extremely effective in cleaning water pollution caused by abnormal growth of algae due to eutrophication in lakes and reservoirs. Furthermore, the present invention is excellent in the following points in the purification of industrial water, etc. That is, industrial water is generally treated by chemical precipitation, but this only removes colloidal pollutants, and it is difficult to completely remove dissolved inorganic and organic substances. However, according to the present invention, dissolved inorganic and organic substances can be completely removed. Therefore, the present invention is extremely useful for purifying industrial water and the like. Furthermore, the present invention automatically measures the contaminant concentration using a laser beam or the like, automatically tracks the position of the maximum contaminant concentration under computer control, and only removes liquid with high contamination concentration according to instructions from the computer. Therefore, it can be efficiently collected and purified.

このように、この発明によれば、化学薬品を必
要とせず、簡単な装置で、容易かつ確実に水中若
しくは液中の汚濁物質を除去することができ、目
づまり等による部品の交換の必要もなく液体浄化
装置を得ることができる。
As described above, according to the present invention, pollutants in water or liquid can be easily and reliably removed with a simple device without the need for chemicals, and there is no need to replace parts due to clogging, etc. It is possible to obtain a liquid purification device without having to do so.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の一実施例に係わる浄化装置
を示す縦断面構成説明図、第2図は音波の周波数
と振動子と反射板の距離Lとの関係を示すグラ
フ、第3図は音圧と放射圧の関係を示すグラフ、
第4図は抽出装置を示す斜視説明図、及び第5図
は浄化装置の作用を制御する制御装置を示すブロ
ツク図である。 1……抽出装置、2……被処理液体、3……密
閉容器、4……反射板、5……振動子、6……
穴、7……パイプ、8……フレーム板、11……
ラツク、12……ピニオン、13……モータ、1
4……抽出装置、15……ブロツク、16……モ
ータ、17……プーリ、18……ガイドレール、
21……フレーム、22……支柱用パイプ、23
……ステイ、24……歯車、25……モータ、2
6……歯車、27……吸込口、28……パイプ、
29……モータ、30……ピニオン、31……ポ
ンプ、32……投光用フアイバー、33……受光
用フアイバー、34……光フアイバー、35……
ラツク、36……センサ列、37……センサ、3
8……メータ類、41……リレー、42……フイ
ルタ。
Fig. 1 is an explanatory longitudinal cross-sectional configuration diagram showing a purifying device according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a graph showing the relationship between the frequency of sound waves and the distance L between the vibrator and the reflector, and Fig. 3 is a graph showing the relationship between the sound wave frequency and the distance L between the vibrator and the reflector. A graph showing the relationship between pressure and radiation pressure,
FIG. 4 is a perspective explanatory view showing the extraction device, and FIG. 5 is a block diagram showing a control device for controlling the operation of the purification device. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Extraction device, 2...Liquid to be processed, 3...Airtight container, 4...Reflector, 5...Vibrator, 6...
Hole, 7...Pipe, 8...Frame plate, 11...
Rack, 12...Pinion, 13...Motor, 1
4...Extraction device, 15...Block, 16...Motor, 17...Pulley, 18...Guide rail,
21... Frame, 22... Support pipe, 23
... Stay, 24 ... Gear, 25 ... Motor, 2
6...Gear, 27...Suction port, 28...Pipe,
29... Motor, 30... Pinion, 31... Pump, 32... Light emitting fiber, 33... Light receiving fiber, 34... Optical fiber, 35...
Rack, 36...Sensor row, 37...Sensor, 3
8...meters, 41...relay, 42...filter.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 被処理液体を収容する容器内に音波を放射し
得る振動子と前記音波を反射し得る反射板を対向
してかつ相対間隔可変に配設し、かつ前記振動子
と前記反射板との間の任意の位置における前記被
処理液体を抽出し得る抽出装置を備えることを特
徴とする音波による液体浄化装置。
1 A vibrator capable of emitting sound waves and a reflection plate capable of reflecting the sound waves are disposed facing each other at variable relative intervals in a container containing a liquid to be treated, and between the vibrator and the reflection plate. A liquid purification device using sound waves, comprising an extraction device capable of extracting the liquid to be treated at an arbitrary position.
JP6162085A 1985-03-26 1985-03-26 Device for purifying liquid by sound wave Granted JPS61220786A (en)

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