JPWO2010107077A1 - マイクロバブル発生装置、活性汚泥の曝気処理システム及びバラスト水の殺菌処理システム - Google Patents

マイクロバブル発生装置、活性汚泥の曝気処理システム及びバラスト水の殺菌処理システム Download PDF

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Abstract

【課題】気液の混合・剪断・破砕効率の高性能化を図り、省エネルギー、省スペース、メンテナンスフリーを達成した大容量のマイクロバブルを発生させることが可能なマイクロバブル発生装置を提供する。【解決手段】長手方向を実質的に垂直にして配置された筒状の通路管内に気液混合部を内設し、この通路管内にこれと同軸に気体を供給する通気管を配設する。通気管は長手方向と水平方向に配置され、水平方向の通路管に加圧気体を噴射させて発振現象を生起させる気体噴射部を設ける。また、気体噴射部を配設したその通路管の下方に液体取入口を配設し、気体噴射部から噴射される気体と液体取入口から供給される液体との気液混相流を気液混合部に導き、ここで強力に混合・剪断・破砕されて、マイクロバブルを発生させる。【選択図】図１

Description

本発明は、曝気，放散，反応，蒸留，浮上分離，ガス吸収などの処理装置に使用されるマイクロバブル発生装置とそれを用いた活性汚泥の曝気処理システム及びバラスト水の殺菌処理システムに関する。
詳しくは、気体と液体とを強力に攪拌，混合，剪断，粉砕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に関する。
特に、本発明のマイクロバブル発生装置は、曝気・放散処理装置として活性汚泥法による排水の浄化，汚染地下水の浄化、脱酸素水、脱炭酸水及び水素水、炭酸水の製造等に使用される。
また、本発明のマイクロバブル発生装置は、湖沼・池などの閉鎖水域の溶存酸素富化による浄化、気泡塔、生物反応装置、バラスト水のオゾンガスによる殺菌・滅菌処理装置、浮上分離装置、ガス吸収装置、蒸留装置等に使用される。
従来のマイクロバブル発生装置は、旋回液流式（特許文献１、２参照）、スタティックミキサー式、エジェクター式、ベンチュリー式、キャビテーション式（特許文献３参照）、加圧溶解式などが知られている。但し、これら従来の方式においては、液体の昇圧・駆動するためのポンプ動力が必要となる。また、大容量のマイクロバブル発生装置が必要となるため、そのスケールアップが容易ではなく、動力費、設備費が高価になるという問題もある。
再公表特許ＷＯ２００６／０７５４５２号公報 特開２００６−１１６３６５号公報 特開２０００−３５４７４９号公報
上述したように、従来のマイクロバブル発生装置は、液体の昇圧・駆動するためのポンプ動力を必要とする。また、大容量のマイクロバブル発生装置は、消費電力は増大するとともに、設置面積は大型化するという問題もあった。また、仮に大容量のマイクロバブル発生装置を大型化しようとしても、性能が低下するため、大型化が困難であった。
例えば、特許文献１に記載のマイクロバブル発生装置は、高速旋回流が不安定となる流速場を生成させることにより、渦崩壊を起こさせる。そして、この渦崩壊に気泡を混入させて破壊することで、マイクロバブルを生成するものである。しかし、この種のマイクロバブル発生装置は、構造およびシステムが複雑で保守管理が容易でなく、かつ大型化も容易にできないという問題点がある。
特許文献２に記載のものは、簡潔な構造で効率よく微細気泡を多量に発生させることができる微細気泡発生装置であるが、加圧空気の他に加圧水を使用しているため、消費電力が大きくなる。したがって、消費電力費が高価になり、また大型化がむずかしいという問題がある。
特許文献３に記載のキャビテーション発生装置は、流体中のキャビテーションを増大させ、攪拌・混合を促進させるものであるが、半楕円形翼盤による抵抗のために、気体と液体との気液混相流の流速を早くできないという問題があり、したがってマイクロバブルの発生がむずかしいという問題があった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、混気ポンプ、加圧ポンプ動力を必要としない、省エネルギー、省スペースで、かつメンテナンスフリーの低価格なマイクロバブル発生装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明のマイクロバブル発生装置は、複数の螺旋状の羽根体を含む気液混合部が内設され、該気液混合部を気液混相流が下部から上部方向に通流するように、長手方向に垂直に配置された円筒状の通路管と、この通路管の内部に通路管と同軸に配置され、通路管に加圧気体を供給する通気管と、を備える。また、通気管の吐出側には、通路管に気体を噴射するための気体噴射部が設けられ、通気管の吐出側下方には液体取入口が配置される。そして、液体取入口から排出された液体と気体噴射部から噴射される気体とが混合された気液混相流が前記気液混合部に導入されて、この気液混相流がマイクロバブル化される。
なお、上記通路管の気液混合部と同様に、上記気体噴射部にも複数の螺旋状の羽根体を配置することが好ましい。
本発明のマイクロバブル発生装置によれば、通気管の気体噴射部から高速で噴射される気体流により生起される発振現象により、気体の微細化が強力に進み、その後通路管の気液混合部での撹拌と混合による剪断・破砕により、更なる気液混相流の微細化が進む。
すなわち、通気管の気体噴射部から噴射される加圧気体のエアリフト効果により液体取入口から液体が急速に取り込まれ、気体と液体の気液混相流が、通路管の気液混合部の下端部から上端部へ並流で通流する。このとき、通路管の気液混合部に設けられた螺旋状の羽根体により、気液混相流が、回転かつ多分割され、更に剪断・破砕され微細化される。
また、螺旋状の羽根体は右旋回と左旋回が上下方向に交互に配置されるため、気液混相流はその回転方向が反転する。このため、反転作用により強力に攪拌・混合が行われ、更に剪断または破砕されて、マイクロバブルが発生して通路管の上端部から液体中に放出される。なお、通気管の気体噴射部から噴射される気体の噴射速度は３〜３０ｍ／ｓとされるが、より好ましくは５〜１５ｍ／ｓの範囲が良い。
また、本発明の活性汚泥の曝気処理装置は、活性汚泥を含む原水を貯蔵する曝気槽と、曝気槽の底部に配置されるマイクロバブル発生装置と、マイクロバブル発生装置に加圧気体を供給する送風機及び気相ラインと、原水を曝気槽に供給する原水供給ラインと、曝気槽内で処理された処理水を排出する処理水排出ラインと、を備える。言うまでもなく、上記マイクロバブル発生装置は、上述した通りの構成を備え、液体取入口から流入された液体と気体噴射部から噴射される気体とが混合された気液混相流がマイクロバブル発生装置の気液混合部を経てマイクロバブル化され、曝気槽の上方に送られて、循環流となる。
また、本発明のバラスト水の処理システムは、バラスト水を貯留するバラストタンクと、バラストタンクの底部に配置されるマイクロバブル発生装置と、マイクロバブル発生装置に加圧気体と加圧オゾンガスを供給する混気ラインと、バラスト水ポンプにより海水をバラストタンク内に供給する海水供給ラインと、バラストタンク内に貯留されているバラスト水を循環させるための循環ラインと、バラスト水を外部に放流させるための排水ラインと、バラストタンクの頂部から供給された気体を外部に排出させる排気ラインと、を備える。
このバラスト水処理システムに用いられるマイクロバブル発生装置も、活性汚泥の曝気処理システムと同様に、上述した本発明のマイクロバブル発生装置であることは言うまでもない。
本発明のマイクロバブル発生装置によれば、加圧気体を供給する送風機の所要動力のみでマイクロバブルを発生させることが可能となり、省エネルギーとなる。
また、例えば活性汚泥処理装置等に用いられる水深５ｍの曝気槽に、本発明のマイクロバブル発生装置を配置した場合、送風機の吐出圧力は、５３ｋＰａ程度で運転できるので、消費電力を大幅に少なくすることができる。更に、混気ポンプ，加圧ポンプは不要となるので、装置の設置面積は大幅に縮小することができる。また、本発明のマイクロバブル発生装置は、比較的簡易な構成で成り立っているので、その数を複数個配置するなどして、活性汚泥処理システムや、バラスト水処理システムのスケールアップも容易に行うことが可能となる。
本発明に係るマイクロバブル発生装置の第１の実施形態例を示す模式図である。 本発明に係るマイクロバブル発生装置の第１の実施形態例の中央縦断面斜視図である。 本発明に係るマイクロバブル発生装置の第１の実施形態例の気体噴射部の中央縦断面斜視拡大図である。 本発明に係るマイクロバブル発生装置の第２の実施形態例を示す模式図である。 本発明に係るマイクロバブル発生装置の第２の実施形態例の中央縦断面斜視図である。 本発明に係るマイクロバブル発生装置の第２の実施形態例の気体噴射部の中央縦断面斜視拡大図である。 本発明に係るマイクロバブル発生装置の第３の実施形態例を示す模式図である。 本発明に係るマイクロバブル発生装置の第３の実施形態例の中央縦断面斜視図である。 本発明に係るマイクロバブル発生装置の第３の実施形態例の気体噴射部の中央縦断面斜視拡大図である。 本発明に係るマイクロバブル発生装置を水槽に配置し、運転前の写真である。 本発明に係るマイクロバブル発生装置を水槽に配置し、運転中の写真である。 本発明に係るマイクロバブル発生装置が適用される曝気処理システムの構成を示す構成図である。 本発明に係るマイクロバブル発生装置を曝気処理システムに適用したときの第１の変形例を示す図である。 本発明に係るマイクロバブル発生装置を曝気処理システムに適用したときの第２の変形例を示す図である。 本発明に係るマイクロバブル発生装置が適用されるバラスト水処理システムの構成を示す構成図である。
以下、本発明の実施の形態例について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明に係るマイクロバブル発生装置の第１の実施の形態例を示す模式図である。図２は、このマイクロバブル発生装置の中央縦断面斜視図である。図３は、気体噴射部の中央縦断面斜視拡大図である。
＜第１の実施の形態例＞
図１は、本発明のマイクロバブル発生装置１に係る第１の実施の形態例（以下、「本例」ということもある。）を示す模式図である。
本例のマイクロバブル発生装置１では、長手方向を実質的に垂直にして配置された流体が通流する筒状の通路管２が設けられ、この通路管２の上部には、複数の右旋回及び左旋回の羽根体が内設された気液混合部３が設けられている。また、この通路管２の中心部には、気体供給部４を介して加圧気体（図中Ｇ表示）を供給する通気管５が配設され、この通気管５の下部には４本の吐出側通気管６が設けられている。そして、吐出側通気管６に４個の気体噴射部７が配設されている。
一方、吐出側通気管６の下方には、４個の液体取入口８が設けられ、更に通路管２の下端部には、中空円板９が配設されている。なお、吐出側通気管６および気体噴射部７の数量は、マイクロバブルの発生量に応じて増減可能とされる。
また、図１に示す気体供給部４は、円形のフランジ１０で形成されている。気液混合部３は、図２に示すように、右捻りの螺旋状の羽根体１１と左捻りの螺旋状の羽根体１２が通路管２の上下方向（軸方向）に交互に内設して形成されている。ここで羽根体１１、１２の数は、例えばそれぞれ８枚とされ、その旋回角度（捻り角）は例えば９０°又は１８０°とされる。なお、羽根体の数、及びその捻り角度は、気体と液体の撹拌・混合が効果的に行われるものであればよく、任意に設定することができるものである。また、羽根体１１、１２は、通常多孔体で形成される場合が多いが、必ずしも多孔体である必要はない。
吐出側通気管６に設けられる４個の気体噴射部７には、図３に示すように、左捻りまたは右捻りの螺旋状の２枚の羽根体１３が、吐出側通気管６に接続された円筒管１４に内設して形成されている。この羽根体１３も、羽根体１１、１２と同様に、多孔体で形成することができるが、必ずしも多孔体である必要はない。また、図３で羽根体１３は２枚設けられるようになっているが、この羽根体１３は、必ずしも２枚とする理由はなく、６枚ないし８枚など、２枚以上配置することが可能である。羽根体１１〜１３を多孔体で形成する場合、この多孔体の孔の形状は、円形、三角形、楕円形、長方形、六角形など適宜選択可能とされる。なお、吐出側通気管６に接続される円筒管１４の接続方法は溶接，接着などによる接合またはネジ込みによる係止でもよい。
また、吐出側通気管６に設けられる気体噴射部７から液体中に高速で噴射される気体は、左捻りの螺旋状の２枚の羽根体１３に沿って旋回する螺旋流と、２枚の羽根体１３の内側（中心部）を直進する直進流となって通流する。そこに発振現象が生起される。この発振現象は、(a)加圧気体の液体中への高速噴流により発生する乱流渦の崩壊現象、(b)加圧気体の自励振動による周波数２００〜１０００Ｈｚ程度の音波の発生、(c)気体噴射部から液体中への噴流に伴う圧力低下によるキャビテーションの発生による振動、(d)気体噴射部７に内設されている羽根体を通流する気体の速度差から発生する乱流による剪断などの作用等、によって励起される気体の振動現象をいう。この発振現象が生起されることにより気体の微細化が加速される。
なお、気体噴射部７から噴射される加圧気体の噴射速度は、通常３〜３０ｍ／ｓの範囲であればよいが、より好ましくは５〜１５ｍ／ｓの範囲である。また、羽根体１３の旋回方向および数量は用途に応じて適宜選択可能である。さらに、気体が噴射される気体噴射部７に気体を供給する吐出側通気管６に配設される気体供給口の内径は、少なくとも１０ｍｍを超えることが望ましい。これにより低圧力の加圧気体で運転が可能となり、送風機などの給気装置の所要動力は低減される。
このように構成されたマイクロバブル発生装置１においては、加圧気体は気体供給部４に接続された送風機（不図示）および通気管５を介して、通気管５の上部から吐出側通気管６へ供給され、気体噴射部７から、通路管２の気液混合部３の下端部に向けて高速で噴射される。
そして、この噴射される気体流のエアリフト効果により、液体取入口８から液体が取入れられる。このようにして液体取入口８から取り込まれた液体と気体噴射部７から噴射された気体とが気液混相流となって、通路管２の内部を並流で上昇する。
つまり、この気液混相流は、気液混合部３の下端部から上端部へ通流しながら、気液混合部３に設けられる複数の羽根体１１（右旋回用）と羽根体１２（左旋回用）により、回転・多分割・剪断・合流・反転作用を受ける。これにより上述した発振現象を伴い、気体と液体の強力な混合・剪断・破砕がなされ、マイクロバブルが発生する。そして、発生したマイクロバブルは通路管２の上端部から外部へ放出される。なお、気体供給部４のフランジ１０は発生したマイクロバブルを水平方向に移動させることに寄与している。このマイクロバブルの水平方向の移動の流れを移動流と呼ぶことにする。
なお、気体供給部４と通路管２の上端部との間に円板を水平方向に配置することにより、更に移動流を大きくすることができる。この気体供給部４と通路管２の上端部との間に設けられる円板の代わりに逆円錐状の形状のものを設けてもよい。また、気体供給部４と通路管２の上端部との間に設けられる円板を螺旋状の羽根体と同形状にしてもよい。これにより渦流が発生して気液の接触時間が向上する。
なお、本例においては、エアリフト効果により、液体取入口８から液体の吸い込みを行って液体を供給しているが、供給ポンプを用いて、液体取入口８から液体を供給するようにしてもよい。この場合、通路管２内の液流速は０．３〜１．２ｍ／ｓの範囲が好ましい。
＜第２の実施の形態例＞
図４は、本発明に係るマイクロバブル発生装置１５の第２の実施の形態例を示す模式図である。図５は、このマイクロバブル発生装置１５の中央縦断面斜視図である。図６は、気体噴射部１６の中央縦断面斜視拡大図である。この第２の実施形態例は、気体噴射部１６の構成を除いて前記第１の実施形態例と同様の構成であるので、同一の機能を有する部材は同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
この第２の実施形態例における気体噴射部１６には、図６に示すように、円筒状の通路管１８に螺旋状の左捻りの２枚の羽根体１９と液体の流体通路２０とオスネジ部２１を一体的に形成した気液噴射ノズル２２が設けられている。通路管１８の半径方向（厚み方向）に設けられる開口部２３は、全部で４個形成されている。この気液噴射ノズル２２は、吐出側通気管６に配設されたメスネジ部に接続して固定される。
このように構成された気体噴射部１６から高速で噴射される気体と、流体通路２０及び開口部２３から吸いこまれる液体とは気液混相流となり、第１の実施形態例で説明したような強力な発振現象が生起されて、気液混相流の微細化は促進される。そして、図４に示す気液混合部３において、高効率で気液混相流の攪拌・混合・剪断・破砕がなされ、微細化はより進展して超微細なマイクロバブルが発生する。このように、第２の実施形態例におけるマイクロバブル発生装置１５によれば、大容量のマイクロバブルを容易かつ安価に発生させることが可能となる。
＜第３の実施の形態例＞
図７は、本発明に係るマイクロバブル発生装置２５の第３の実施の形態例を示す模式図である。図８は、この第３の実施の形態例のマイクロバブル発生装置２５の中央縦断面斜視図である。図９は、気体噴射部２６の中央縦断面斜視拡大図である。
第３の実施の形態例は、気体噴射部２６の構成を除いて、前記第１及び第２の実施の形態例と同様の構成であるので、同一機能を有する部材は同一符号を付して、詳細な説明は省略する。
この第３の実施の形態例における気体噴射部２６は、図９に示すように、円筒状の通路管２８に、螺旋状の左捻りの２枚の羽根体２９と流体の流体通路３０とオスネジ部３１が一体的に形成され、穿設した開口部３２を有する第１の部材を備える。また、気体噴射部２６は、右捻りの螺旋状の２枚の羽根体３３と円筒状の通路管３４とが一体的に形成された第２の部材と、左捻りの螺旋状の２枚の羽根体３５と円筒状の通路管３６とが一体的に形成された第３の部材を備えている。そして、これら第１の部材と第２の部材と第３の部材が接合されて気液噴射ノズル３７が形成される。すなわち、第３の実施の形態例における気体噴射部２６は、上述の第１の部材と第２の部材と第３の部材からなる気液噴射ノズル３７を備えている。
この第３の実施の形態例のマイクロバブル発生装置２５も、第１または第２の実施形態例のマイクロバブル発生装置と同様に、吐出側通気管６に接続され、固定される。このように構成された気体噴射部２６から高速で噴射する気液混相流と液体取入口８から流入する液体とが、微細化された気液混相流となって、通路管２７内を並流で上昇する。その上昇する過程で、気液混合部３の右捻りの羽根体１１と左捻りの羽根体１２により、気液混相流が更に強力に混合され、そして剪断、破砕されて、より微細化されたマイクロバブルを発生することが可能となる。
＜本発明を具体化した実施例＞
本発明の第１〜第３の実施形態例に係るマイクロバブル発生装置を、水槽内に配置してマイクロバブルを発生させた実施例を、図１０及び図１１に示した。この実施例では、水槽は直径８００ｍｍ、高さは１６００ｍｍとしてある。また、水道水を使用して、貯水量は７００ｌ（リットル）である。マイクロバブル発生装置１（１５、２５）は、直径３００mm、高さは９００ｍｍとした。送風機は２．２ｋＷｈのルーツブロワーを使用した。供給空気量は１５６ｍ３／ｈである。図１０は運転前、図１１は運転中を示す写真であり、この図１１から大量のマイクロバブルの発生が確認できる。なお、運転停止後の気泡消滅時間は１０分以上であった。
また、本発明の第１〜第３の実施形態例に係るマイクロバブル発生装置を直径２ｍ、高さ２ｍの曝気槽に配置した。水深は１．８ｍであり、水容積（水量）は５．７４ｍ３である。ルーツブロアー２．１３ｋWhのモータを使用して、１時間当たりの供給空気量を１６８Ｎｍ３、空気圧力を１９．０ｋＰａＧとして、水深０．３ｍと１．１ｍに溶存酸素計を設置して、酸素移動効率ηとＫＬａ／ｈｒ（時間）を測定した。なお、水は地下水を使用し、測定時の水温を２０℃として行った。その結果、酸素移動効率ηは４．５〜６．３％となり、ＫＬａ／ｈｒ（時間）は４２〜６０となった。ここで、ＫＬａ／ｈｒ（時間）は、水温２０℃における総括酸素移動容量係数（ｈｒ−１）と言われる無次元数である。なお、計測に用いた溶存酸素計は、東亜ディーケーケー株式会社製、型式ＤＯ−２４ＰのＤＯメータである。
＜本発明の具体的適用例１：活性汚泥の曝気処理システム＞
図１２は、本発明に係るマイクロバブル発生装置を活性汚泥の曝気処理に適用した場合の適用例を示す構成図である。マイクロバブル発生装置３８は原水を貯留している曝気槽３９の底部に配置される。そして、この曝気処理システムでは、マイクロバブル発生装置３８の気体供給部に、送風機４０を介して加圧空気を供給する気送ライン４１が設けられる。また、原水供給ポンプ４２を介して曝気槽３９に原水を供給する原水供給ライン４３と、曝気槽３９内で処理された処理水を排出する処理水排出ライン４４が設けられている。
本発明の第１〜第３の実施形態例に係るマイクロバブル発生装置３８を、上述の曝気処理装置（システム）に適用した場合は、送風機４０及び加圧空気の気送ライン４１を介してマイクロバブル発生装置３８の気体供給部から空気が供給されて、気体噴射部から高速で噴射して発振現象が生起される。そして、この気体噴射部から噴射される微細化された空気の上昇流がエアリフト効果を引き起こし、このエアリフト効果により、液体取入口から原水が取り入れられる。
このようにして上昇する気体と液体の気液混相流が発生し、この気液混相流が気液混合部の下端部から上端部へ通流する。そして、上昇する気液混相流は、気液混合部の右捻り及び左捻りの羽根体により、回転され、多分割され、更に剪断そして破砕される。また、右捻り及び左捻りの羽根体が交互に配置されていることで気液混相流が反転作用を受ける。こうして、気液混合部において、微細化された気液混相流は、大容量かつ消滅時間の長いより微細なマイクロバブルとなり、曝気槽３９内に放出される。このため、曝気槽３９内では、大容量のマイクロバブルによる循環流が発生するので、酸素の吸収効率が向上し、酸素と微生物との反応速度が促進される。なお、送風機４０の吐出圧力を増加させて、酸素分圧を高くして、酸素の吸収効率を向上させることも可能となる。
また、発生したマイクロバブルの消滅時間の長時間化により、送風機などの加圧気体の供給装置の消費電力は低減されるので省エネルギー効果をもたらす。更に、設置面積が小型化されるため、設備費は低減される。また、原水は、非連続的に処理する回分式（バッチ式）または連続的に曝気処理されて、処理水排出ライン４４から排出される。なお、加圧空気を供給する送風機の吐出圧力は、曝気槽３９の水深圧力にマイクロバブル発生装置の圧力損失３ｋＰａを足した程度の吐出圧力があればよい。この吐出圧力は、例えば水深５ｍの場合では５０ｋＰａ＋３ｋＰａ＝５３ｋＰａになる。これに気送ラインの圧力損失をプラスすればよい。この適用例では、従来技術におけるコンプレッサー、加圧タンク及び加圧ポンプ、混気ポンプなどは必要としない。
図１３は、図１２に示す活性汚泥の曝気処理システムに用いられるマイクロバブル発生装置の変形例を示したものである。
マイクロバブル発生装置４５は、既に説明したマイクロバブル発生装置１、１５、２５と同様に、気液混合部３と、加圧気体の気送ラインに接続されるフランジ４と、加圧気体を供給する通気管５と、吐出側通気管６と、通路管４６と、気体噴射部４７を備えている。そして通路管４６は、底部に液体取入口８が設けられている。また、通路管４６内の吐出側通気管６及び気体噴射部４７の位置は、通路管４６の下部（底面）からの吐出側通気管６までの高さＨ２が通路管４６の上部からの距離Ｈ１の２〜５倍（すなわち、Ｈ２＝２〜５Ｈ１）となる位置とされる。このようにマイクロバブル発生装置４５を構成すると、吐出側通気管６の位置の水圧が通路管４６の最下部付近より小さくなるため、吐出側通気管６を通路管の最下部付近に設けるより、省電力で加圧気体Ｇを吐出側通気管６から通路管４６に送り出すことができる。更に、最下部付近の液体をエアリフトにより吸い上げることで垂直及び水平方向に強力な循環流を形成できる。なお、エアリフトを用いると、１分間の気体供給量を１ｍ３とすると、１分間の取込可能水量は０．５〜０．７ｍ３になる。
図１４は、本発明に係るマイクロバブル発生装置を曝気処理システムに適用したときの第２の変形例を示す図である。図１４では、曝気槽内に揚水管４８が設けられ、その揚水管４８の中に既に説明したマイクロバブル発生装置１、１５、２５と同様のマイクロバブル発生装置４９が設けられる構成となっている。マイクロバブル発生装置４９は、エアリフトポンプとしての役割を果たすものであるが、その構造自体は既に説明したものと同じなので説明を省略する。なお、揚水管４８の下部は曝気槽の底面に接しており、下部には液体取込口が設けられている。また、マイクロバブル発生装置４９および揚水管４８は水面上の浮体（不図示）により水中に支持されている。
ここで、マイクロバブル発生装置４９の揚水管４８内の位置は、マイクロバブル発生装置４９の最下部と液面までの距離ａを例えば３ｍとし、マイクロバブル発生装置４９の最下部と曝気槽の底面までの距離ｂも同様に３ｍとする（ａ＝ｂ）。この揚水管４８とマイクロバブル発生装置４９を組み合わせることにより、比較的省電力で曝気槽の底面から液体の取込みを行うことができる。
すなわち、液面から距離ａだけ離れた位置では、水圧は３０ｋＰａ、１分間の取込水量を２．３ｍ３とすると、加圧気体Ｇを送るためのブロアの電力は３．２ｋＷｈになる。それに対して、液面からａ＋ｂの距離のところ（曝気槽の底面）にマイクロバブル発生装置４９を配置した場合は、水圧６０ｋＰａとなり、１分間の取込水量を２．３ｍ３とすると、ブロアの電力は６．１ｋＷｈとなった。このように、揚水管４８を用いると、マイクロバブル発生装置４９を液面から比較的浅い位置に設置することができるので、ブロアの消費電力を小さく抑えることができ、省エネルギー化を図ることができる。
＜本発明の具体的適用例２：バラスト水の殺菌処理装置＞
図１５は、本発明に係るマイクロバブル発生装置をバラスト水の殺菌処理装置（システム）に適用した場合の適用例を示す構成図である。この適用例では、マイクロバブル発生装置５０はバラスト水５１を貯留しているバラストタンク５２の底部に配置される。また、マイクロバブル発生装置５０の気体供給部に送風機５３を介して加圧気体と加圧オゾンガスを供給する混気ライン５４と、バラスト水ポンプ５５を介して海水をバラストタンク５２の水中に供給する海水供給ライン５６が設けられる。また、バラスト水５１を循環させるための循環ライン５７と、バラスト水５１を外部に放流するための排水ライン５８が設けられている。更に、バラストタンク５２の頂部から供給された気体を外部に排出させる排気ライン５９が設けられる。混気ライン５４には加圧オゾンガスを供給するオゾン発生装置６０が接続されている。
なお、混気ライン５４からマイクロバブル発生装置５０に供給される気体は、空気または窒素、あるいは二酸化炭素ガス、水素、オゾン、アルゴン、ヘリウムなどが適宜選択使用される。窒素ガスを使用した場合は、海水中の溶存酸素、二酸化炭素などの放散処理が可能となり、バラストタンク、配管類の腐蝕の抑制とスケーリングの防止になる。また、好気性微生物の繁殖の防止になる。
本発明の第１〜第２の実施形態例に係るマイクロバブル発生装置５０を用いて、加圧オゾンガスによるバラスト水の殺菌処理を行う場合には、送風機５３から注入される加圧気体とオゾン発生装置６０から注入される加圧オゾンガスとの混気ガスが、混気ライン５４を介してマイクロバブル発生装置５０の気体供給部に供給される。そして、既に説明した発振現象が生起されて、発生したオゾンガスを含むマイクロバブルが、バラスト水５２中に放出され、海水中の細菌類の殺菌処理、揮発性の有害化学物質、汚染物質などの放散処理及び浮上分離処理が可能となる。
このように構成されたオゾンガスによるバラスト水の殺菌処理システムによれば、マイクロバブル発生装置５０及びバラスト水ポンプ５５の消費電力を大幅に削減することができるので、省エネルギーを達成することが可能となる。なお、海水供給ライン５６とバラストタンク５２のライン上に、または、排水ライン５８上に、撹拌・混合をより効果的にするために、撹拌動力を必要としない静止型管内流体混合器を配置してもよい。そして、この静止型管内流体混合器に加圧オゾンガスを注入して、バラストタンクへの海水の供給および循環されるバラスト水および放流水の殺菌処理に利用してもよい。
上述したバラスト水の殺菌処理システムでは、加圧気体として既述の空気、窒素、二酸化炭素等の気体以外に、空気と殺菌力のある塩素ガスとの混合気体などを適宜選択して用いることもできる。また、マイクロバブル発生装置５０の高性能化により装置の小型化が可能となるので、設置面積は省スペースとなる。更に、加圧気体に窒素ガスを使用した場合は、海水中の溶存酸素は放散処理されて低減することが可能となる。バラストタンク内の防蝕および配管類のスケーリング防止に寄与して、保守管理費を低減することが可能となる。また、好気性微生物の繁殖を防止することが可能となる。なお、上述したバラスト水の殺菌処理システムは、陸上に設置して利用することも可能である。また、マイクロバブルの発生時に反応性の高い水酸基ラジカル等のフリーラジカルが生成される。この水酸基ラジカルをバラスト水の殺菌処理に利用してもよい。更に、上述したバラスト水の殺菌処理システムを直列に複数基を配置して使用してもよい。この場合、オゾンガス等を含んだ排気を直列に連結して使用してもよい。
１，１５，２５，３８，４５，４９，５０・・・マイクロバブル発生装置、２，１７，２７・・・通路管、３・・・ 気液混合部、４・・・気体供給部、５・・・通気管、６・・・吐出側通気管、７，１６，２６，４７・・・気体噴射部、８・・・液体取入口、９・・・中空円板、１０・・・フランジ、１１・・・右捻り羽根体、１２・・・左捻り羽根体、１３・・・左捻り羽根体、２２，３７・・・気液噴射ノズル、３９・・・曝気槽、５２・・・バラストタンク

Claims (5)

  1. 複数の螺旋状の羽根体を有する気液混合部が内設され、該気液混合部を気液混相流が下部から上部方向に通流するように、長手方向に垂直に配置された円筒状の通路管と、
    前記通路管の内部に前記通路管と同軸に配置され、前記通路管に加圧気体を供給する通気管と、
    前記通気管の吐出側に配置され、前記通路管に気体を噴射する気体噴射部と、
    前記通気管の吐出側下方に配置された液体取入口と、
    を備え、
    前記液体取入口から供給される液体と前記気体噴射部から噴射される気体とが混合された気液混相流の噴流を前記気液混合部に導入してマイクロバブル化することを特徴とするマイクロバブル発生装置。
  2. 前記気体噴射部は、複数の螺旋状の羽根体を有することを特徴とする請求項１に記載のマイクロバブル発生装置。
  3. 前記気体噴射部から噴射される気体の噴射速度は３〜３０ｍ／ｓの範囲である、請求項１または２に記載のマイクロバブル発生装置。
  4. 活性汚泥を含む原水を貯蔵する曝気槽と、
    前記曝気槽の底部に配置されるマイクロバブル発生装置と、
    前記マイクロバブル発生装置に加圧気体を供給する送風機及び気相ラインと、
    前記原水を前記曝気槽に供給する原水供給ラインと、
    前記曝気槽内で処理された処理水を排出する処理水排出ラインと、を備える活性汚泥の曝気処理システムであって、
    前記マイクロバブル発生装置は、
    複数の螺旋状の羽根体を含む気液混合部が内設され、該気液混合部を気液混相流が下部から上部方向に通流するように、長手方向に垂直に配置された円筒状の通路管と、
    前記通路管の内部に前記通路管と同軸に配置され、前記通路管に加圧気体を供給する通気管と、
    前記通気管の吐出側に配置され、前記通路管に気体を噴射する気体噴射部と、
    前記通気管の吐出側下方に配置された液体取入口と、
    を備え、
    前記液体取入口から供給される液体と前記気体噴射部から噴射される気体とが混合された気液混相流の噴流を前記気液混合部に導入してマイクロバブル化することを特徴とする活性汚泥の曝気処理装置。
  5. バラスト水を貯留するバラストタンクと、
    前記バラストタンクの底部に配置されるマイクロバブル発生装置と、
    前記マイクロバブル発生装置に加圧気体と加圧オゾンガスを供給する混気ラインと、
    バラスト水ポンプにより海水を前記バラストタンク内に供給する海水供給ラインと、
    前記バラストタンク内に貯留されている前記バラスト水を循環させるための循環ラインと、
    前記バラスト水を放流させるための排水ラインと、
    前記バラストタンクの頂部から供給された気体を外部に排出させる排気ラインと、を備えるバラスト水の処理システムであって、
    前記マイクロバブル発生装置は、
    複数の螺旋状の羽根体を含む気液混合部が内設され、該気液混合部を気液混相流が下部から上部方向に通流するように、長手方向に垂直に配置された円筒状の通路管と、
    前記通路管の内部に前記通路管と同軸に配置され、前記通路管に加圧気体を供給する通気管と、
    前記通気管の吐出側に配置され、前記通路管に気体を噴射する気体噴射部と、
    前記通気管の吐出側下方に配置された液体取入口と、
    を備え、
    前記液体取入口から供給される液体と前記気体噴射部から噴射される気体とが混合された気液混相流の噴流を前記気液混合部に導入してマイクロバブル化することを特徴とするバラスト水の処理装置。
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