JPWO2007125996A1 - 水質改善器及び水質改善装置 - Google Patents
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Abstract
Description
1.被処理水の循環流量を増やし、空気の微細化性能を向上させた曝気装置(例えば、特許文献1参照)。
2.パイプ内の下流側に配置した衝突壁に衝突させてマイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生装置(例えば、特許文献2参照)。
又、特許文献2に記載のマイクロバブル発生装置技術は、気体の混入した水をパイプ内でプレートに衝突させ、急激な速度変化及び剪断作用により気体塊を粉砕させてマイクロバブルを発生させているので、大きな水圧エネルギーを必要とし不経済であり、生成されたマイクロバブルの気泡径が大きい為に、大半は発生時から直ちに上部に向かって上昇するという問題があり、更に気体の供給量を微調整しないとマイクロバブルを安定して生成することができないという課題があった。
又、下に向けた気液噴出孔からは空気の供給量を調節しなくても、水中にマイクロバブルを安定して発生させることができるので、水中内に浮遊している糞・残餌等の有機物を水面上に浮上させて、物理濾過槽及び生物濾過槽等の濾過タンクを介して有機物を回収及び分解できることで、透明度の高い水質に改善することのできる水質改善器及び水質改善装置を提供することを目的とする。
この構成により、以下のような作用を有する。
(1)水槽内に配置された水質改善器の上向きの気液噴出孔から噴射される圧力水は、液泡生成容器の中で液泡の集団に変化する。又、下向きの気液噴出孔からは水中にマイクロバブルを発生させることができる。
(2)液体導入孔から圧力水を供給するだけで、上向きの気液噴出孔中心部の器体内に形成される負圧の気体軸に、若干の隙間を設けてフレーム付きパイプの中心部分を合わせて接続することにより、フレーム付きパイプの上部から自動的に空気が気体軸に自吸される。
(3)液体導入孔から供給される圧力水の圧力が高くなることに比例して、器体内に形成される気体軸の負圧力が強くなり、低くなることに比例して器体内に形成される気体軸の負圧力が弱くなるので、フレーム付きパイプの上部から自吸される空気量を調整しなくても適量の空気が気体軸に自吸供給される。
この構成により、以下のような作用を有する。
(1)上向きの気液噴出孔から噴射する圧力水を連続的に多量の液泡に変化させることにより、圧力水をその液泡表面の薄膜水に生成することができる。
(2)水を薄膜状態にすれば、酸素ガスの吸収及び不要ガスなどの気体の放散が容易になる。
(3)下向きの気液噴出孔から水中にマイクロバブルを発生させることにより、水
中内に浮遊している糞や残餌等の有機物にマイクロバブルが付着し、浮力増により糞や残餌等の有機物は表面水上に浮上する。その表面水を吸い込んで回収することで水中の有機物を除去することができる。
(4)うず流吸口によりオーバーフロー方式でなくても、表面水を効率よくポンプ側に吸引させることができる。
(5)活魚水槽や魚介類養殖場の表面水上に浮上した糞や残餌等の有機物を、濾過タンクを通過させることで分解又は吸着させることができる。
(a)活魚水槽や魚介類養殖場等に、既存のポンプから作られる圧力水を水質改善器の液体導入孔に接続するだけで、水中に浮遊している糞・残餌等の有機物を浮上させることができるので汎用性及びメンテナンス性に優れている。
(b)処理水を液泡表面の薄膜水にすることにより、空気の気体分圧に応じた濃度勾配による拡散により、水中生物にとって必要な酸素ガスを溶存させることと、不要に溶存している気体(窒素、二酸化炭素、メタン等)を大気に放散させることができるので、水中生物にとって生息しやすい気体溶存バランスがとれた水に簡単に改善することができるので、汎用性及び利便性に優れている。
(a)水槽内の水量が増えないためにオーバーフロー方式が使えない活魚水槽や魚介類養殖場において、ポンプ吸引側にうず流吸口を用いることで水槽内の表面水を効率よく吸引することができ、更にポンプ吸引側に濾過タンクを配置することで水中に浮遊物のない透明な水にすることができるので汎用性に優れている。
(b)又、同時に水中生物にとって生息しやすい気体の溶存バランスのとれた水にできるので、省エネルギー性及び経済性に優れている。
2 器体
2a 液体導入孔
3 気液噴出孔
4 フレーム付きパイプ
4a 固定ビス
5 固定座
6 液泡生成容器
7 処理水排出口
11 うず流吸口
12 吸引管
13 吸引口
14 吸水パイプ
15 うず流案内板
21 フレキシブルホース
22 筒台
B 吸引口13の上部側の幅
E 電線
FL フロート
G ガード
H 上向きの気液噴出孔3と表面水までの距離
KG 吸盤ゴム
OF オーバーフロー排出口
P ポンプ
PW 圧力水
ST 濾過タンク
SW 処理水
U.P 水中ポンプ
VW 負圧液
W1 上向きの気液噴出孔3に向かって流れる旋回流
W2 下向きの気液噴出孔3に向かって流れる旋回流
Wa 足し水
Wb オーバーフロー水
WP うず流
WT 水槽
X 空気
X1 気体軸
X2 マイクロバブル
X3 液泡
X4 放散気体
実施の形態1における水質改善器及び水質改善装置について、以下図面を参照しながら説明する。
図1は本発明の実施の形態の水質改善器の概略構成断面図で、1は水質改善器であり、2は略回転対称に形成され回転対称軸の軸方向の上下に向かって縮径した中空部を有する器体、2aは器体2の周壁部に接線方向に開口された液体導入孔、3は前記中空部の回転対称軸の方向に開口して前記中空部の上下縮径部分に、器体2内に流入した液体の旋回流により形成される負圧の気体軸の位置にあわせて穿設された上向きと下向きの気液噴出孔、4は上向きの気液噴出孔3に若干の隙間を設けて固定ビス4aにより接続されたフレーム付きパイプ、5は上向きの気液噴出孔3とフレーム付きパイプ4との隙間を決めるために器体2に取り付けられた固定座、6は上向きの気液噴出孔3から噴出された液体を、液泡の集団(シャボン玉状の気泡集合体)に生成するために、器体2の外周壁に固定された液泡生成容器、7は連続的に多量に生成された液泡の表面の薄膜水が破壊され、気体の溶存バランスのとれた水になって、液泡生成容器6の下部から外へ排出される処理水排出口である。
また、今回実験に用いた水質改善器1は塩ビ製とアクリル製のほぼ透明な部材で製作し、各部の寸法は液体導入孔2aの内径は13.0mm、器体2の内径は45.0mm、気液噴出孔3は上下共に孔径5.0mm、フレーム付きパイプ4の内径は2.2mm、液泡生成容器6は器体2に接続した部分から最上部まで88.0mmである。
尚、上向きの気液噴出孔3とフレーム付きパイプ4までの隙間は約5mmであり、又、図中の器体2の部分は、本出願人が提案した日本国特許第3682286号(微細気泡発生器及びそれを備えた微細気泡発生装置)のマイクロバブル発生器(有限会社バブルタンク社製)である。(もちろん、今回製作した寸法以外のスケールアップ又はスケールダウンの製作も可能である。)
フレーム付きパイプ4のフレームは、器体2の外周上部に突設された支持部に固定されている。フレーム付きパイプ4は、液泡生成容器6の内部を挿通されて、液泡生成容器6の上部側に上部端を開放し、周囲の空気を自吸している。
器体2の周壁部の接線方向に接続されている液体導入孔2aから、0.02MPa〜0.04MPa位の圧力水PWを器体2内に供給することにより、器体2内に上向きの気液噴出孔3に向かって流れる旋回流W1と、下向きの気液噴出孔3に向かって流れる旋回流W2が発生し、この両旋回流により向心力が働き、器体2内の中心付近に負圧の気体軸X1が形成される。
この気体軸X1の軸の中心位置と、若干の隙間を設けて接続されたフレーム付きパイプ4のパイプ中心部を合わせることで、フレーム付きパイプ4内の上部端に器体2内に発生している気体軸X1の負圧が伝わり、空気Xがフレーム付きパイプ4を介して気体軸X1に吸引される。この作用により、液体導入孔2aから圧力水PWを供給するだけで、空気Xは器体2内の気体軸X1に連続的に自吸されることになる。従って、少なくともフレーム付きパイプ4の上部端は、気相に開放され、あるいは気相を形成する容器などに接続され、その位置は、前述のとおり、液泡生成容器6よりも上方に設けておくことが望ましい。
又、連続的に気体軸X1に吸引された空気Xは、表面水までの距離Hが近いために上向きの気液噴出孔3から多く排出されることになる。この作用により上向きの気液噴出孔3から排出される旋回流W1の水と気体軸X1に吸引された空気Xにより、上向きの気液噴出孔3から旋回流W1が噴射された瞬間に液泡生成容器6内で多量の液泡(シャボン玉状の気泡集合体)X3を生成することができる。
このことにより旋回流W1の水を液泡X3表面の薄膜水に変化させたことになり、空気の気体分圧に応じた濃度勾配による拡散の効率がよくなることで、水中生物にとって必要な酸素ガスの吸収効率が良くなる。又、水中生物にとって不必要に溶存している気体を液泡が破壊した時に放散気体X4として大気中に放散させることができる。
又、液泡生成容器6の下部からは気体の溶存バランスのとれた水が、処理水排出口7から処理水SWとして放流される。
又、下向きの気液噴出孔3からは、器体2内で発生している気体軸X1の負圧力に吸引されて侵入しようとする負圧液VWと、器体2の内部から高速で旋回しながら排出される旋回流W2との間に置かれた、気体軸X1に集まった空気Xは剪断されてマイクロバブルX2となり、旋回流W2と共に水中に放出される。
この作用により、前記の気液噴出孔3の孔径5.0mmの水質改善器1の場合は、上向きの気液噴出孔3から表面水までの距離Hを、例えば圧力が低い時(0.02MPa)は1cm位、圧力が高い時(0.04MPa)は2cm位に配置することにより、フレーム付きパイプ4の上部から自吸される空気の供給量を調整しなくても適量の空気が器体内の気体軸に自吸される。
又、前記作動させた気液噴出孔3の孔径5.0mmの水質改善器1以外に、気液噴出孔3の孔径が6.5mmと8.0mmを製作し、圧力水PWの圧力を変えて気液噴出孔3の上下両孔から排出される総排出水量を測り、液泡生成容器6内の液泡生成挙動や下向きの気液噴出孔3から水中へのマイクロバブル発生状況を観察した。
圧力水PWが0.02MPaの場合は、1分間の総排出水量は気液噴出孔径が5.0mmは6.1リットル、6.5mmは8.7リットル、8.0mmは9.5リットルの水量を排出した。
又、圧力水PWを0.06MPaに変えた場合には、5.0mmは8.6リットル、6.5mmは14.2リットル、8.0mmは14.8リットルの水量を排出することができた。
前記の測定数値から圧力の高い圧力水PWを使用できる場合には、気液噴出孔の上下孔径を大きくしても液泡の生成やマイクロバブルを発生させることができ処理水量を多くできる。
又、圧力の高い圧力水PWを液体導入孔2aに供給できれば、下向きの気液噴出孔3が水中に浸かっているだけで、上向きの気液噴出孔3が空中に露出されていてもフレーム付きパイプ4の上部から空気Xを自吸することができ、液泡生成容器6内に多量の液泡を生成でき、下向きの気液噴出孔3からは水中にマイクロバブルを発生させることができることが解かった。
よって、0.06MPa以上の圧力水PWを使用すれば、下向きの気液噴出孔3が水中に浸かっているだけで作動させることができ、風等の影響で表面水の上下変動が大きい場所での作動に適することが解かった。
(a)は水槽WTの表面水を、うず流吸口11と濾過タンクSTを介してポンプPで吸引し、圧力水PWを作り水質改善器1に供給し、マイクロバブルX2を発生させ水槽WT内の糞や残餌等の有機物に付着させることにより、糞や残餌等の有機物を表面水上に浮上させている。
又、うず流吸口11は表面水上に浮上している糞や残餌等の有機物を、ポンプPに効率よく吸引するために、上部側の吸引口の幅Bを大きくした逆三角形の吸引口13にすることで表面水を効率よく引き寄せ、更に吸引管12内にうず流WPを発生させることにより、浮力が増加した糞や残餌等の有機物でも、うず流吸口11底部の吸水パイプ14の方向へ吸引させることができ、濾過タンクSTを通過させて水槽WT内の有機物を除き水質を改善することのできる水質改善装置の概略模式図である。
(b)は水槽WTの下部に濾過タンクSTを配置し、濾過タンクST内の水をポンプPにより吸引し、圧力水PWを作り上部の水槽WT内に配置された水質改善器1に配管接続して供給することで、水槽WT内にマイクロバブルX2を発生させて、前記(a)と同様に糞や残餌等の有機物に付着させ、浮力増により表面水上に浮上させる。
同時に水槽WT内の水量が増加することになるので、その表面水はオーバーフロー排出口OFから下部の濾過タンクSTに落下して濾過タンクST内を通過することにより、水質を改善することのできる水質改善装置の概略模式図である。
(a)は水中ポンプU.Pを水槽WTの底に設置し、フレキシブルホース21から水面上の水質改善器1に圧力水PWを供給している。この時、水質改善器1と水面までの距離が最適になるようにフロートFLに固定されているので、水槽WT内の水位が変動する場所でも、水質改善器1と水面までの距離が変わらないので最適に液泡X3の生成及びマイクロバブルX2を発生させることができる。マイクロバブルX2の発生により水槽WTの有機物は浮上し、足し水Waが供給されるので表面水はオーバーフロー水Wbとして排水される。
又、フレキシブルホース21を長くすれば水中ポンプU.Pと水質改善器1を離すこともできるので、水槽WT内の水を効果的に対流させることもできる。
(b)は水槽WT内の水位が変動しない場合に、下部が開口した筒台22を水槽WTの底に設置し、水面上部付近に水中ポンプU.Pを配置して稼動させることにより、筒台22の下部開口部分から自動的に水が水中ポンプU.Pに吸引され、圧力水PWが水質改善器1に供給される方法である。
Claims (2)
- 略回転対称に形成され回転対称軸の軸方向の双方に向かって縮径した中空部を有する器体(2)と、前記器体(2)の周壁部に接線方向に開口されて液体を導入する液体導入孔(2a)と、前記中空部の回転対称軸の軸方向に前記中空部の双方の縮径部分を開口して形成される上向きと下向きの2つの気液噴出孔(3,3)と、一の端部が上向きの前記気液噴出孔(3)と隙間を設けて接続され、他の端部が前記器体(2)内に気体を自吸するフレーム付きパイプ(4)と、上向きの前記気液噴出孔(3)から噴出される液体を、前記フレーム付きパイプ(4)から吸入された気体と混合させて、液泡(X3)の集団(シャボン玉状の気泡集合体)に生成するために、器体(2)の上側部分に接続された液泡生成容器(6)と、を有することを特徴とする水質改善器(1)。
- 活魚水槽や魚介類養殖場などにおいて、ポンプ(P)吸引側に取り付けられた吸引管(12)の上部側の幅を大きくした逆三角形の吸引口(13)から表面水を吸引し、更に前記吸引管(12)内にうず流(WP)を発生させることのできるうず流吸口(11)と、前記うず流吸口(11)から表面水を吸引し濾過タンク(ST)を通過させ、更にその水を圧力水(PW)にすることのできるポンプ(P)と、このポンプ(P)から請求の範囲1項の水質改善器(1)の液体導入孔(2a)を接続して前記圧力水(PW)を供給する配管と、請求の範囲1項に記載の水質改善器(1)と、を有することを特徴とする水質改善装置。
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