JPWO2014030197A1 - 流体処理装置および流体処理方法 - Google Patents
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Abstract
流体処理装置は、液体を圧送する送水装置１０と、気体を圧送する送気装置２０と、液体を気体と混合する混合器３０と、分岐管３２により分かれた気体が混合された混合流体が加圧噴射される円筒状の処理槽３３と、処理槽３３内の気相からのガスを排気する排気バルブ３４とを備えている。処理槽３３では、気／液相が維持され、分岐管３２からの液体が上部から気相を介して加圧噴射されることで槽内に溜まった液水と撹拌混合されるとともに、処理槽３３の気相の気体が液相の液体に溶解することで、液体に含有するメタンなどのガスを除去することができる。あるいは、気体が有害気体である場合には、液相への溶解を通じて有害気体を低減することができる。
Description
本発明は、液体中に含まれる気体を除去したり被処理気体を低減または除去するための流体処理装置に関し、例えば、温泉水等の水を主体とした液体に溶存したメタンガスのような気体の除去に適した流体処理装置および流体処理方法に関するものである。
飲料水や温泉水などの用途に使用される地下水には、可燃気体である天然ガス（主成分メタン）が溶存している場合が多く、該地下水から脱気された天然ガスが蓄積して、爆発する事故が発生している。そのため、地下水を飲料水や温泉水などの用途に用いる場合、規定値以下にまで溶存可燃性ガスを除去するよう規制されている。
従来、被処理ガスに含まれる溶存ガスを脱気する方法としては、液の入った容器を減圧にする方法（例えば、特許文献１参照）や、常圧で被処理ガスに除去対象でないガスをバブリングして、溶存ガスを脱離させる方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
ところで、温泉水などの地下水は、ポンプで汲み上げられたりすることにより、通常、加圧された状態で送水パイプを用いて供給される。
従来の技術では、加圧した状態の被処理水から溶存したメタンガスを除去するに当たり、被処理水を減圧化、あるいは常圧にしてから、脱気処理を行う必要があるため、配管を介して供給するためには、再度被処理水を加圧する必要があり、昇圧設備が必要となり、また、ランニングコスト上昇を招くという問題があった。
また、地下水などミネラル分を含む被処理水の場合には、常圧・開放式で脱気処理を行う場合、藻やアオコなどが発生し、衛生面で好ましくない。また、常圧・開放式の脱気装置は、装置が大型化しやすく小規模用途での適用が困難である。
従来の技術では、加圧した状態の被処理水から溶存したメタンガスを除去するに当たり、被処理水を減圧化、あるいは常圧にしてから、脱気処理を行う必要があるため、配管を介して供給するためには、再度被処理水を加圧する必要があり、昇圧設備が必要となり、また、ランニングコスト上昇を招くという問題があった。
また、地下水などミネラル分を含む被処理水の場合には、常圧・開放式で脱気処理を行う場合、藻やアオコなどが発生し、衛生面で好ましくない。また、常圧・開放式の脱気装置は、装置が大型化しやすく小規模用途での適用が困難である。
このように、従来の液体処理設備には、いまだ課題が多いのが実情である。
かかる状況下、本発明の目的は、省設置スペースで生産性低下やランニングコスト上昇を極力回避し、効率的に通過する水量に合わせて被処理水から溶存ガスを除去することが可能な流体処理装置および流体処理方法を提供することである。
また、本発明は水を主体とする液体に含まれる溶存ガス（被処理ガス）成分を除去したり、液体中に気体を溶存させたりするなどの用途に適した流体処理装置及び流体処理方法を提供することにある。さらに、本発明の目的は、種々の気体を低減または除去するための新規な流体処理装置または流体処理方法を提供することにある。
かかる状況下、本発明の目的は、省設置スペースで生産性低下やランニングコスト上昇を極力回避し、効率的に通過する水量に合わせて被処理水から溶存ガスを除去することが可能な流体処理装置および流体処理方法を提供することである。
また、本発明は水を主体とする液体に含まれる溶存ガス（被処理ガス）成分を除去したり、液体中に気体を溶存させたりするなどの用途に適した流体処理装置及び流体処理方法を提供することにある。さらに、本発明の目的は、種々の気体を低減または除去するための新規な流体処理装置または流体処理方法を提供することにある。
本発明の第１の態様に従えば、液体及び気体を流動させながら液体または気体を処理する流体処理装置であって、
気相と液相が共存する密閉された処理槽と、
先端が前記処理槽上部に連結され、前記液体に気体を混合させた混合流体を前記先端から前記処理槽内の前記気相を介して前記液相に連続的に噴射する噴射管と、
前記処理槽に設けられ、前記液相の液体を前記処理槽から連続的に排出する排出口と、
前記処理槽に設けられ、前記気相の気体を前記処理槽から排気する排気口と、
前記混合流体を構成する気体及び液体、前記排出口から排出される液体並びに前記排気口から排出される気体の少なくとも一つの流量を調整することにより前記処理槽内の気相の高さをほぼ一定に維持する流量調整手段とを備え、
前記処理槽は、横置きにされた円筒状の容器であり、前記噴射管は、処理槽の中心軸に沿って所定間隔で配列する複数の噴射部を有し、当該噴射部からの混合流体の噴射方向が処理槽の中心軸に直交するように且つ処理槽の中心軸に向かうように配置されており、
前記噴射管は、噴射された前記混合流体中の気泡が前記処理槽の底部に至るように、前記噴射管から混合流体を噴射させることを特徴とする流体処理装置が提供される。
気相と液相が共存する密閉された処理槽と、
先端が前記処理槽上部に連結され、前記液体に気体を混合させた混合流体を前記先端から前記処理槽内の前記気相を介して前記液相に連続的に噴射する噴射管と、
前記処理槽に設けられ、前記液相の液体を前記処理槽から連続的に排出する排出口と、
前記処理槽に設けられ、前記気相の気体を前記処理槽から排気する排気口と、
前記混合流体を構成する気体及び液体、前記排出口から排出される液体並びに前記排気口から排出される気体の少なくとも一つの流量を調整することにより前記処理槽内の気相の高さをほぼ一定に維持する流量調整手段とを備え、
前記処理槽は、横置きにされた円筒状の容器であり、前記噴射管は、処理槽の中心軸に沿って所定間隔で配列する複数の噴射部を有し、当該噴射部からの混合流体の噴射方向が処理槽の中心軸に直交するように且つ処理槽の中心軸に向かうように配置されており、
前記噴射管は、噴射された前記混合流体中の気泡が前記処理槽の底部に至るように、前記噴射管から混合流体を噴射させることを特徴とする流体処理装置が提供される。
本発明の第２の態様に従えば、液体及び気体を流動させながら液体または気体を処理する流体処理方法であって、
前記液体に気体を混入して混合流体を形成することと、
前記気相と液相が共存する閉鎖された処理槽の上部に連結された噴射管から、前記混合流体を前記処理槽中の前記気相を介して前記液相に連続的に噴射することと、
前記処理槽の液相の液体を連続的に排出することと、
前記処理槽の気相の気体の排気量を調整することと、
前記混合流体を構成する気体及び液体、前記処理槽から排出される液相の液体並びに前記処理槽から排気される気相の気体の少なくとも一つの流量を調整することにより前記処理槽内の気相の高さをほぼ一定に維持することを含み、
前記処理槽は、横置きにされた円筒状の容器であり、前記噴射管は、処理槽の中心軸に沿って所定間隔で配列する複数の噴射部を有し、
前記噴射部からの前記混合流体が処理槽の中心軸に直交するように且つ処理槽の中心軸に向かうとともに、前記混合流体中の気泡が前記処理槽の底部に至るように、前記噴射管から混合流体を噴射させることを特徴とする流体処理方法が提供される。
前記液体に気体を混入して混合流体を形成することと、
前記気相と液相が共存する閉鎖された処理槽の上部に連結された噴射管から、前記混合流体を前記処理槽中の前記気相を介して前記液相に連続的に噴射することと、
前記処理槽の液相の液体を連続的に排出することと、
前記処理槽の気相の気体の排気量を調整することと、
前記混合流体を構成する気体及び液体、前記処理槽から排出される液相の液体並びに前記処理槽から排気される気相の気体の少なくとも一つの流量を調整することにより前記処理槽内の気相の高さをほぼ一定に維持することを含み、
前記処理槽は、横置きにされた円筒状の容器であり、前記噴射管は、処理槽の中心軸に沿って所定間隔で配列する複数の噴射部を有し、
前記噴射部からの前記混合流体が処理槽の中心軸に直交するように且つ処理槽の中心軸に向かうとともに、前記混合流体中の気泡が前記処理槽の底部に至るように、前記噴射管から混合流体を噴射させることを特徴とする流体処理方法が提供される。
本発明の第１および第２の態様によれば、噴射管から混合流体が処理槽の気相を介して液相に連続的に噴射されるので、混合流体が液相に激しく衝突し、且つ液相の深部まで進入することで、混合流体に含まれる気体を液体中に溶存させ易くすることができる。また、閉鎖された処理槽の気相の気体を液相中の液体に溶存させることができる。一方で、液体に最初から含まれていた気体（有害気体のような除去されるべき気体）は混合流体に含まれる気体に置換されることができる。それゆえ、液体に有害気体のような除去されるべき気体が含まれている場合には、その液体を被処理液体として処理して液体を浄化することができる。あるいは、混合流体を構成する気体が有害気体のような除去されるべき気体である場合には、その気体が液体中に取り込まれることになるので、そのような有害気体を除去または低減することができる。
本発明の流体処理装置において、さらに、前記噴射管への混合流体を形成するための混合器を備え、該混合器は、液体が流通する流路と、該流路内に収容されて液体内に気体を噴出するノズルとを有することが好ましい。
本発明の流体処理装置及び流体処理方法において、前記処理槽では、前記噴射された混合流体が容器の内周壁に沿って環流することが見られる。また、前記噴射管の先端が前記処理槽上部から槽内に突出するように前記噴射管が前記処理槽の上部に連結し得る。また、前記噴射管が、互いに所定距離を隔てて並列する複数の支管からなり、各支管が前記処理槽上面に直交するように処理槽の上部に連結し得る。
本発明の流体処理装置及び流体処理方法において、前記気相の圧力が、０．１２ＭＰａ〜０．１８ＭＰａに調節されていることが好ましい。また、前記排気口に、排気口の開放度を調整することにより気相の圧力を調整する排気バルブが設けられていることが好ましい。前記処理槽内における気相の高さを処理槽の内部の高さ（気相＋液相）の５〜５０％に維持することが好ましい。
本発明の流体処理装置及び流体処理方法において、前記液体が温泉水であり、前記気体が空気である場合には、前記混合流体が処理槽を通過することにより温泉水中に含まれるメタンが除去され得る。本発明では、前記処理装置が複数直列に接続されており、上流側の流体処理装置から排出された液体が、下流側の流体処理装置に、気体と混合されて導入され得るシステムも提供される。
本発明の流体処理方法では、前記液体が下水の場合には、前記処理槽で処理されることで下水中に含まれるメタンが除去され得、前記液体が、農業用水または漁業用水の場合には、上記気体を空気とし、上記処理槽で処理された液体に酸素を富化することができる。
本発明によれば、簡単な構造で液体中に溶存しているメタンなどの脱気ガスを効率よく除去することができるので、省設置スペースで生産性低下やランニングコスト上昇を極力回避し、効率的に被処理水から溶存ガスを除去することが可能である。また、本発明は生産性に優れているため、処理槽などをコンパクトに構成することができる。更に、本発明では、曝気槽を必要とせず、被処理水のような液体が大気中に曝されることがないため、送水装置から圧送するときの温度を維持したまま、脱気処理を行うことが可能である。
また、本発明によれば、混合流体に含まれる気体を、例えば、水を主体とする液体中に溶存させ易く、水に含まれていた気体を混合流体に含まれる気体に置換することができるので、水を主体とする液体に含まれている特定の成分の除去および／または水を主体とする液体への別の気体成分の溶存量の増加を簡単な装置構成で実現することができる。この原理により、本発明の処理装置または処理方法により、混合流体を構成する液体中に最初から含まれている気体を除去または低減したり、あるいは、混合流体を構成する気体を除去または低減することができる。
第１実施形態
本発明の第１実施形態に係る流体処理装置について、図面に基づいて説明する。この流体処理装置は、被処理ガスが溶存した被処理水から被処理ガスを排出させて、除去する液体処理装置の例である。しかし、後述するように本発明の処理装置（第３実施形態）は、液体処理装置に限定されず、被処理ガスを液体を用いて除去する気体処理装置としても機能する。なお、本第１実施形態の液体処理装置では、被処理水を温泉水、被処理ガスをメタンガスとして説明する。
本発明の第１実施形態に係る流体処理装置について、図面に基づいて説明する。この流体処理装置は、被処理ガスが溶存した被処理水から被処理ガスを排出させて、除去する液体処理装置の例である。しかし、後述するように本発明の処理装置（第３実施形態）は、液体処理装置に限定されず、被処理ガスを液体を用いて除去する気体処理装置としても機能する。なお、本第１実施形態の液体処理装置では、被処理水を温泉水、被処理ガスをメタンガスとして説明する。
図１に示すように、液体処理装置は、温泉水からメタンガスを除去して、浴槽Ｂに供給するものである。液体処理装置は、送水装置１０と、送気装置２０と、処理ユニット３０とを備えている。
送水装置１０は、配水管１１からの温泉水を処理ユニット３０へ送水管１２を介して圧送する送水ポンプである。送水装置１０は、温泉水を圧送できれば、様々な送水ポンプが使用できるが、ターボ型ポンプ、容積型ポンプなどとすることができる。
送水装置１０は、配水管１１からの温泉水を処理ユニット３０へ送水管１２を介して圧送する送水ポンプである。送水装置１０は、温泉水を圧送できれば、様々な送水ポンプが使用できるが、ターボ型ポンプ、容積型ポンプなどとすることができる。
送気装置２０は、処理ユニット３０へ気体である空気（脱気ガス）を圧送する送風機（気体供給機）である。送気装置２０は、空気（気体）を圧送できれば、様々なコンプレッサーやファン、ブロアなどが使用できる。この送気装置２０には、装置維持のために目視可能なように気体流量計（図示せず）が設けられている。
処理ユニット３０は、主に、混合器３１と、分岐管３２と、処理槽３３と、排気バルブ３４とを備えている。
処理ユニット３０は、主に、混合器３１と、分岐管３２と、処理槽３３と、排気バルブ３４とを備えている。
混合器３１は、内部に内部流路３１ｄが形成された外側管３１ｂを有し、その内部流路３１ｄ内で、送気装置２０から圧送された空気と、送水装置１０から圧送された温泉水とを混合する。ここで、混合器３１について、図２に基づいて説明する。
この混合器３１の内部流路３１ｄには、送気装置２０からの配管が基端部３１１に接続されて、空気が圧送される内側管３１ａが外側管３１ｂと同軸に配置されている。送水装置１０からの送水管１２が外側管３１ｂの外側面の一部（基端部３１１）に接続されている。すなわち、混合器３１は、外側管３１ｂと内側管３１ａによる二重管構造に形成されている。
この混合器３１の内部流路３１ｄには、送気装置２０からの配管が基端部３１１に接続されて、空気が圧送される内側管３１ａが外側管３１ｂと同軸に配置されている。送水装置１０からの送水管１２が外側管３１ｂの外側面の一部（基端部３１１）に接続されている。すなわち、混合器３１は、外側管３１ｂと内側管３１ａによる二重管構造に形成されている。
内側管３１ａの先端には、送気装置２０により圧送された空気を取り込んだ温泉水内に放出する第１のノズル３１ｃが設けられている。本実施形態では、第１のノズル３１ｃとしてタンクミキシングエダクターを採用している。外側管３１ｂの基端部３１１と反対側の先端部３１３では、通水方向(下流)に向かうに従って内径が徐々に細くなり、末端に設けられた吐出口３１ｅとして開放されている。そうすることで、外側管３１ｂの先端部３１３は第２のノズルとして機能する。
図１に示すように、分岐管３２は、混合器３１の下流側に同軸に接続された本管３２１と、この本管３２１の長手方向に等間隔な位置に一端が接続されると共に、本管３２１の長手方向と直交する方向（下側）に延在する複数の支管３２２（３２２ａ〜３２２ｄ）とを有する。複数の支管３２２は、その中心軸が円筒状の処理槽３３の中心軸に向かうように処理槽３３に対して配置しており、複数の支管３２２の他端は、処理槽３３の外周面に長手方向の線（横置きにした状態の稜線）の上に均等な間隔で接続されている。支管３２２の内径ｄ１は、本管３２１の内径ｄ０より小さい。支管３２２から噴射される混合流体が勢いよく処理槽３３内の液相に流入させるためには、支管３２２の内径ｄ１は、支管３２２の本数により異なるが、支管３２２が４本のときは本管３２１の内径ｄ０の２分の１以下であることが望ましい（支管３２２がＮ本のときは本管３２１の内径ｄ０の√Ｎ分の１が望ましい）。本実施形態では、支管３２２として、処理槽３３の長さに応じて４本が設けられているが、処理水の成分や水量、水圧などの各条件により、任意の数とすることができる。支管３２２の他端は、処理槽３３の上面３３ａに接続され、処理槽３３の上面部から処理槽３３の内部の空間に所定の長さで突出している。突出量は、例えば、１０〜３０ｍｍにすることができる。
処理槽３３は、本管３２１より大きい内径を有する円筒状の容器であり、その軸（長手方向）が水平方向になるような横置き(倒伏した)状態で設置されている。前述のように処理槽３３の上面３３ａには、分岐管３２の支管３２２の他端が貫通状態で接続されている。処理槽３３の一端面３３ｂには、槽本体内の圧力をモニタするための圧力計３３１が設けられている。処理槽３３の他端面３３ｃの下部には、メタンガスが脱気した温泉水を排水するための排水口が設けられ、その排水口に排水管３３２が接続されている。また、処理槽３３の他端面３３ｃの上部には、槽内で排出したメタンガスを排気するための排気口に排気管３３３の一端が接続されている。排気管３３３の他端には、排気バルブ３４が設けられている。
排気バルブ３４としては、処理槽３３の上部空間Ｓ（気相）に溜まった被処理ガスであるメタンガスの流量を制限する流量調整バルブ３４１と、通常は開放状態であるが、弁内に水が浸入すると内部のフロートが上昇することで閉鎖して水の排出を規制するガスベント３４２とが設けられている。排気バルブ３４は複数設けてよく、例えば、二つの排気バルブを設けて、二つの排気バルブ３４を共に開放するか、一方のみ開放するか、あるいは二つとも開放するかによって排出ガス流量や処理槽３３内の上記部空間（気相）の圧力を調整してもよい。なお、処理槽３３と浴槽Ｂとの間に昇圧槽を設けて液体処理装置に供給される被処理水と液体処理装置から排出される被処理水の圧力差を調整してもよい。
排気バルブ３４としては、処理槽３３の上部空間Ｓ（気相）に溜まった被処理ガスであるメタンガスの流量を制限する流量調整バルブ３４１と、通常は開放状態であるが、弁内に水が浸入すると内部のフロートが上昇することで閉鎖して水の排出を規制するガスベント３４２とが設けられている。排気バルブ３４は複数設けてよく、例えば、二つの排気バルブを設けて、二つの排気バルブ３４を共に開放するか、一方のみ開放するか、あるいは二つとも開放するかによって排出ガス流量や処理槽３３内の上記部空間（気相）の圧力を調整してもよい。なお、処理槽３３と浴槽Ｂとの間に昇圧槽を設けて液体処理装置に供給される被処理水と液体処理装置から排出される被処理水の圧力差を調整してもよい。
以上のように構成された本実施形態に係る液体処理装置の動作および使用状態について、図面に基づいて説明する。
図１に示すように、まず、送水装置１０と送気装置２０とを始動する。送水装置１０により汲み上がった温泉水が配水管１１から送水装置１０を介して送水管１２へ圧送される。また、送気装置２０により取り込まれた空気が内側管３１ａを介して混合器３１へ圧送される。
混合器３１では、図２に示すように、送気装置２０から内側管３１ａに圧送された空気が、第１のノズル３１ｃにより噴射される。このときに、送水管１２から外側管３１ｂの先端部３１３に圧送された温泉水に、第１のノズル３１ｃの先端に設けられたディフューザーから噴射された空気が気泡として取り込まれ、温泉水と気泡が混合した混合流体が形成される。混合流体は外側管３１ｂ内に拡散される。このとき噴射された空気の一部は温泉水に溶解する。
図１に示すように、まず、送水装置１０と送気装置２０とを始動する。送水装置１０により汲み上がった温泉水が配水管１１から送水装置１０を介して送水管１２へ圧送される。また、送気装置２０により取り込まれた空気が内側管３１ａを介して混合器３１へ圧送される。
混合器３１では、図２に示すように、送気装置２０から内側管３１ａに圧送された空気が、第１のノズル３１ｃにより噴射される。このときに、送水管１２から外側管３１ｂの先端部３１３に圧送された温泉水に、第１のノズル３１ｃの先端に設けられたディフューザーから噴射された空気が気泡として取り込まれ、温泉水と気泡が混合した混合流体が形成される。混合流体は外側管３１ｂ内に拡散される。このとき噴射された空気の一部は温泉水に溶解する。
混合器３１の先端部３１３を流れるときに、混合流体は、徐々に通水路の断面積が小さくなる第２のノズルとして機能する吐出口に向かって流動するため、混合流体に更に圧力が付与される。この圧力の付与により混合流体は更に加速(加圧)される。加速された状態の混合流体（温泉水）は、混合器３１から分岐管３２の本管３２１へ流れることで、空気との混合が一層促され、それによって混合流体中の空気溶存量は増加する。
本管３２１を流れた混合流体は、それぞれの内径が本管３２１の内径よりも小さい支管３２２に流れるときに流れが一層加速される。そして、支管３２２により流速が上がった混合流体は、支管３２２の先端から処理槽３３の内部へ加圧噴射される。混合流体は、流速が上昇して(加圧されて)いるので、勢いよく処理槽３３の温泉水に衝突するとともに処理槽の底部の温泉水にまで到達することができる。このような混合流体の挙動により、後述するように、槽内の温泉水を激しく撹拌混合させることができる。また、支管３２２の先端部が、処理槽３３の上面３３ａの内側へ突出して設けられていることで、加圧された混合流体を支管３２２の先端部を通じて槽内に溜まった温泉水の水面に垂直に衝突するように案内することができる。従って、送水装置１０の送水速度が高くなくても、槽内の上部で拡散することなく、真っ直ぐに貯留された被処理水に加圧噴射することができる。
ここで、槽内での撹拌混合について、図面に基づいて詳細に説明する。図３および図４に示すように、例えば、処理槽３３の上面３３ａに接続された支管３２２ｂから加圧噴射された混合流体は、槽内に溜まった液相である温泉水に勢いよく吹き付けられる。支管３２２は混合流体の噴射管とみなすことができる。吹き付けられた混合流体は、温泉水の水面に激しく衝突する。衝突の際、処理槽３３の上部空間Ｓに存在する気相である空気と混合流体は接触する機会が増え、混合流体に空気が混ざり込む。更に、混合流体は、支管３２２ｂにより加圧され、且つ支管３２２ｂの先端部３３２ｘに案内されて噴射されているので、図３に示すように処理槽３３の内底面まで至り、次いで、底面近傍の内周面に沿って互いが逆方向の二つの分流Ｌ１およびＬ２に分流して上昇する。上昇した分流Ｌ１およびＬ２は、支管３２２ｂから加圧噴射された混合流体ＭＬと合流して再び処理槽３３の底部に向かい、図３に示したように環流する。後述する実施例の観察によると、混合流体ＭＬ中の多くの気泡が図３に示した流れに従って環流していることが分かった。この気泡の環流を本願明細書では「バブル環流」と呼ぶ。このようなバブル環流を生じさせるためには槽の内面は曲面であることが有利であり、処理槽３３の垂直断面は円または楕円が望ましい。
本実施形態に係る処理槽３３内に、装置の動作中に、気相及び液相を維持する必要がある。気相は、処理槽の高さ（内径）に対して５％〜５０％の高さになるような気相を設けることが有効であることが後述の実施例から分かっている。別の見方をすると、噴射管として機能する支管３２２の先端から液相の液面までの距離をＬとしたときに、例えば、−０．６ｃｍ＜Ｌ≦６．３ｃｍとなるように気相を維持することができる。距離Ｌが−０．６ｃｍより小さいと、すなわち、槽内が殆ど液相だけのときは、後述するように気相から液相に溶解する酸素がほとんど存在しないので、メタンの濃度を有効に下げることはできない。一方、距離Ｌの上限は、後述するように処理槽の寸法や気相の圧力にも依存する。例えば、処理槽の排気バルブ３４を閉鎖したり絞ることで処理槽３３の気相の圧力が高くなる。
処理槽３３中の気相の圧力は、排気バルブ３４（ガスベント３４２）から排出される気体の量や送気装置２０で供給する気体の流量を調整することで制御することができる。ヘンリーの法則に従えば、気液相が存在する場合に気体の液体への溶解度は気体の圧力に依存するので、気相の圧力を比較的高く保つことによって気相中の空気の処理水への溶解量が増えると考えられる。特に、酸素の水中への溶解度は窒素の水中への溶解度の約２倍であるので、気相の圧力を高くすると酸素が優先的に処理水に溶解する（１ａｔｍ、２０℃にて酸素が０．００３１ｃｍ３、窒素が０．００１６ｃｍ３溶解する）。この結果、混合流体中に溶存していたメタンは酸素に置換されて気相に放出されると考えられる。本発明においては、気相の圧力を例えば、０．１２〜０．１８ＭＰａの範囲で源泉中のメタンを有効に低減することができることが分かってる。
槽内の気相の高さを調整すると共に一定に維持するためには、送気装置２０から圧送される空気量、送水装置１０から圧送される温泉水の流量、排水管３３２から排出される液体の温泉水の流量、並びにガスベント３４２（排気バルブ３４）を介して排出される気体の流量の少なくとも一つを調整することで実現することができる。それらの流量は、それらの流体（気体および液体）の流量を調整する手段（流量調整手段）、例えば、送水装置１０、送気装置２０、および／または流量調整バルブ３４１（排気バルブ３４）などにより調整することができる。なお、本発明において、排気バルブ３４の流量調整バルブ３４１を完全に閉鎖する場合も、「気相の気体の排気量を調整すること」に含まれる。すなわち、気相の気体は必ずしも排気バルブ３４から排気しておく必要はない。
温泉水の流量は、温泉の源泉や源泉を送液する送液装置の容量により異なるが、例えば、１００〜３００リットル／分であり、空気量は例えば、１５〜１５０リットル／分にすることができる。本実施形態では、送水装置１０により供給される温泉水の流量と、送気装置２０により供給される空気量の比、すなわち、混合比を調整することにより支管３２２の先端から液相の液面までの距離Ｌ（或いは気相の高さ）をほぼ一定に維持している。なお、排水管３３２に流量調節バルブを流量調整手段の一部として設けてもよい。温泉水に対する空気の混合比は、空気量（リットル／分）／温泉水（リットル／分）で表して０．０５〜１の範囲にすることができ、好ましくは０．１〜０．８である。この混合比が０．０５未満であるとメタンの除去効率が低下するために好ましくない。また、混合比が１を超えると、空気量が増えて源泉の処理量が減るために好ましくない。
図４の概念図に示すように、支管３２２ｂから加圧噴射された混合流体ＭＬは、槽の長手方向にも分流した後、隣接する支管３２２ｃから加圧噴射された混合流体ＭＬの分流と衝突または干渉しながら上昇する。そして、水面付近まで到達すると、分岐管３２２ｂの吐出口から噴射された混合流体ＭＬと合流して、再度、処理槽３３の底面に向かって下降し始める。このような槽の長手方向およびそれに直交する方向に生じる環流により、混合流体中の空気の気泡もまたバブル環流を生じると共に、温泉水と長時間または繰り返し撹拌混合されることで、温泉水と接触する機会が増加するので、温泉水に溶解しやすくなる。空気が温泉水に溶解することで、溶存していたメタンガスが置換されて排出される。すなわち、本発明において温泉水中のメタンを有効に除去することができる理由として２つの作用があると考えられる。一つは気相の存在により気相から液相への空気（特に酸素）の溶存が進み、それにより液相中のメタンが空気（特に、酸素）に置換される作用と、もう一つは混合流体が支管３２２ｂから勢いよく噴射して処理槽３３の底部にまで至ると共に処理槽３３内部でバブル環流を生じることで液相中のメタンが空気（特に、酸素）に置換される作用である。
排出されて気泡となったメタンガスは、温泉水を上昇して処理槽３３の上部空間Ｓ（気相）に溜まる。上部空間Ｓのメタンガスや空気などの気体は、流量を制限する流量調整バルブ３４１を介してガスベント３４２から大気中へ放散される。従って、流量調整バルブ３４１により制限された気体は上部空間Ｓに留まるため、一定の圧力下となった上部空間Ｓを維持することができる。
メタンガスが脱気された混合流体（温泉水）は、処理槽３３の長手方向の端部の下側に設けられた排水管３３２から排出される。槽内は一定の圧力下であるため、排水管３３２からは温泉水が勢いよく排水する。従って、排水管３３２から圧送される温泉水は、このまま他の配管を通じて、ポンプなどの送水装置を必要とせずに、使用される場所まで配送することができる。
このように、本実施形態に係る液体処理装置は、圧力下の処理槽内で、メタンガスを含む温泉水中に、混合流体（空気が混合された温泉水）を噴射して、溶存するメタンガスの代わりに空気を温泉水に溶解させることで、メタンガスを排出させることができるので、処理ガスを除去するために減圧したり、除去した後に配送のために昇圧したりする必要がないので、簡単な構造で脱気ガスの除去を図ることができる。
また、本実施形態に係る液体処理装置は、主要構成として、脱気送水装置１０からの温泉水と送気装置２０からの空気とを混合させる混合器３１と、混合器３１からの温泉水を分配する分岐管３２と、分岐管３２からの温泉水を撹拌混合する処理槽３３と、排出したメタンガスを排出する排気バルブ３４とにより構成することができるので、省設置スペースで生産性低下やランニングコスト上昇を極力回避することができる。
また、処理槽３３に温泉水が噴射されつつ、脱気された温泉水が排水されることで、連続的に脱気処理を行うことができるので、効率的に被処理水から溶存ガスを除去することが可能であり、生産性を向上させることができる。従って、同じ量の被処理水を処理するのであれば、本実施形態に係る液体処理装置はコンパクトに構成することができる。なお、処理槽３３内で生じるバブル環流が次のような付随的効果を奏していることが分かった。すなわち、バブル環流は処理槽３３内を循環する。特に、処理槽３３の周方向を環流するバブルは処理槽３３の内周壁に沿って環流するために、内周壁には湯の花などの固形分や異物が溜まり難くなり、バブル環流による処理槽３３内の自己浄化作用がある。従って、処理槽３３やその下流に設けた配管設備の詰まりや故障を防止し、処理槽３３の掃除等のメンテナンスの回数も低減することができる。
なお、実施形態に係る液体処理装置を自動運転とすることが可能である。自動運転するときには、送水管１２内の温泉水が所定圧力となるとオンとなって送気装置２０を始動させる圧力スイッチを設けることで可能である。これは、まず最初に送水装置１０を始動させることで送水された温泉水が、混合器３１と処理槽３３とを介して浴槽Ｂに流れ、浴槽Ｂに所定量の温泉水が貯留されることで、送水管１２内の温泉水の圧力が上昇するため、送水管１２内の温泉水の圧力を監視しておけば、送気装置２０の始動開始の準備が完了したか否かの判断をすることができるからである。従って、送水管１２に送気装置２０を始動するための圧力スイッチを設けることで、液体処理装置の自動起動と停止とが可能である。また、送水装置１０や送気装置２０の流量を計測して流量を調整する装置を設ければ、安定した運転を行うことができ、安定した脱気状態（および支管３２２の先端から液相の液面までの距離Ｌ、すなわち所定の気相の高さ）を維持できる。この場合、送気装置２０の流量は、送気装置２０と混合器３１との間に電動弁と圧力調整弁・流量弁とを設ければ調整するが可能である。それらの流量調整手段として機能する。
第２実施形態
本発明の第２実施形態に係る液体処理装置について、図面に基づいて説明する。なお、図５から図７において、図１と同じ構成のものは、同符号を付して説明を省略する。
本発明の第２実施形態に係る液体処理装置について、図面に基づいて説明する。なお、図５から図７において、図１と同じ構成のものは、同符号を付して説明を省略する。
第２実施形態に係る液体処理装置は、処理槽３３を含む処理ユニット３０が複数設けられており、直列接続されていることを特徴とするものである。
図５から図７に示すように、液体処理装置は、処理ユニット３０を３台備えている。それらの処理ユニット３０は、上流側から１段目の処理ユニット３０、その下流に位置する２段目の処理ユニット３０、２段目の処理ユニット３０の下流に位置する３段目（最終）の処理ユニット３０である。以下、適宜、１段目、２段目、３段目と略称する。
図５から図７に示すように、液体処理装置は、処理ユニット３０を３台備えている。それらの処理ユニット３０は、上流側から１段目の処理ユニット３０、その下流に位置する２段目の処理ユニット３０、２段目の処理ユニット３０の下流に位置する３段目（最終）の処理ユニット３０である。以下、適宜、１段目、２段目、３段目と略称する。
１段目の処理槽３３の排水管３３２ａが、その下流側に位置する２段目の配水管３３４ａに接続され、２段目の混合器３１に接続されている。同様に、２段目の処理槽３３の排水管３３２ｂが３段目の配水管３３４ｂに接続され、３段目の混合器３１に接続されている。３段目の処理槽３３には、脱気された温泉水を排出する排水管３３２ｃが接続されている。そして、送気装置２０からの送気管２１は、それぞれの処理槽３０の側方中央部を下から上に配設され、それぞれの混合器３１に分岐している。
送水装置１０からの温泉水は、１段目の処理ユニット３０の混合器３１へ流れ、分岐管３２を介して処理槽３３へ流れる。次に、処理槽３３にてメタンガスが脱気された温泉水は、１段目の処理槽３３から排水され、２段目の混合器３１へ流れる。次に、２段目の混合器３１から分岐管３２を介して２段目の処理槽３３へ流れる。ここでも、残留しているメタンガスが温泉水から脱気され、２段目の処理槽３３から３段目の混合器３１へ流れる。そして、３段目の混合器３１から分岐管３２を介して３段目の処理槽３３へ流れ、更に、残留しているメタンガスが温泉水から脱気される。最終的に、３段目の処理槽３３から排水管３３２ｃから消費される場所まで配送される。温泉水から排出したメタンガスは、それぞれの排気バルブ３４から大気中に放散される。
このように、１段目の処理ユニット３０だけでは除去仕切れずに残留するようなメタンガスも、２段目、３段目と、直列接続されたそれぞれの処理ユニット３０により脱気することで、温泉水中に溶存するメタンガスの残留濃度を安全性が確保できる規定値以下に抑制することができる。
また、混合器３１に空気を圧送するための送気菅２１の各枝管に、調整バルブ２２（圧力調整弁・流量弁）が設けられているので、それぞれの混合器３１への空気量を調整することができる。
なお、第２実施形態では、処理ユニット３０が直列接続されているが、温泉水の処理量が増大するようであれば、並列接続するようにしてもよい。処理ユニット３０を並列接続するときは、１ユニットずつを並列接続してもよいし、直列接続された複数ユニットを並列接続してもよい。また、図５に示す液体処理装置では、処理ユニット３０が下方に向かって上下方向に並べられているが、水平方向に並べてもよい。
また、脱気ガスユニット３０は、必要に応じて混合器３０への空気の供給を止めて使用することも可能である。例えば、１段目と２段目との２つの処理ユニット３０による脱気処理で十分に被処理ガスが抜けているようであれば、３段目の混合器３０への空気の圧送を停止させる。そうすることで、送気装置２０の出力を抑えることができるので、省エネルギー運転が可能である。また、第２実施形態に係る液体処理装置についても、自動運転とすることが可能である。自動運転するときには、送水管１２内の温泉水が所定圧力となるとオンとなって送気装置２０を始動させる圧力スイッチを設けることで可能である。そうすることで、自動起動と停止とが可能である。
また、送水装置１０や送気装置２０の流量を計測して流量を調整するため電動弁と圧力調整弁・流量弁とを設ければ、第２実施形態に係る液体処理装置においても、安定した運転を行うことができ、安定した脱気状態を維持できる。
また、送水装置１０や送気装置２０の流量を計測して流量を調整するため電動弁と圧力調整弁・流量弁とを設ければ、第２実施形態に係る液体処理装置においても、安定した運転を行うことができ、安定した脱気状態を維持できる。
第２実施形態の変形例
次に、本発明の第２実施形態に係る液体処理装置の変形例を、図８に基づいて説明する。なお、図８においては、図５に示す構成と同じものは同符号を付して説明を省略する。第２実施形態に係る液体処理装置の変形例では、３段目の脱気処理ユニットの排出側と給水側とを循環管路と循環ポンプとで連結することで、３段目の脱気処理ユニットにて温泉水を循環させることを特徴とするものである。
次に、本発明の第２実施形態に係る液体処理装置の変形例を、図８に基づいて説明する。なお、図８においては、図５に示す構成と同じものは同符号を付して説明を省略する。第２実施形態に係る液体処理装置の変形例では、３段目の脱気処理ユニットの排出側と給水側とを循環管路と循環ポンプとで連結することで、３段目の脱気処理ユニットにて温泉水を循環させることを特徴とするものである。
図８に示す液体処理装置では、３段目の処理ユニット３０の排水管３３２ｃに、配水管３５１を介在させてエア処理槽３５が接続されている。エア処理槽３５には、エア処理槽３５内の温泉水に溶解せずに気体の状態で混合している空気を排気するための排気バルブ３５２が設けられている。この排気バルブ３５２としては、空気の流量を制限する流量調整バルブ３５２ａと、通常は開放状態であるが、弁内に水が浸入すると内部のフロートが上昇することで閉鎖して水の排出を規制するガスベント３５２ｂとが設けられている。エア処理槽３５は、連絡管３６１を介在させてバランスタンク３６が接続されている。バランスタンク３６には第１循環管３７１が接続され、第１循環管３７１には循環ポンプ３７が接続され、循環ポンプ３７には、第２循環管３７２が接続されている。第２循環管３７２は、３段目の処理ユニット３０の混合器３１に、２段目の処理槽３３からの配水管３３４ｂと共に、配水管３３４ｃを介在させて接続されている。
このように構成された図８に示す液体処理装置は、図５に示す液体処理装置と１段目から２段目までは同じ動作である。３段目の処理ユニット３０にて処理され、排水された温泉水は、エア処理槽３５に溜まる。エア処理槽３５内では、溶解せずに気泡の状態で混合している空気が、流量調整バルブ３４１を介してガスベント３４２から大気中へ放散される。循環ポンプ３７は液体（温泉水）に気体（空気）が混じっていると空転状態となり、異常な振動を起こすおそれがあるが、エア処理槽３５にて温泉水に溶け込まずに残る気泡を排出することで、循環ポンプ３７による安定した汲み上げを行うことができる。
エア処理槽３５にて空気が排出された温泉水は、バランスタンク３６に溜まる。バランスタンク３６にて、一旦、温泉水を貯留することで、３段目の処理槽３３へ循環させる温泉水を循環ポンプ３７によりバランスタンク３６から汲み出しても、循環させる温泉水と、浴槽などで使用するために排水する温泉水とをバランスよく配水することができる。
バランスタンク３６から汲み出された温泉水は、循環ポンプ３７により再び３段目の混合器３１へ送り込まれる。そして、３段目の処理槽３３にて脱気処理が行われることで、更に被処理ガスであるメタンガスが温泉水から排出されるので、直列接続された処理ユニット３０だけでは除去仕切れずに残留するような高濃度なメタンガスであっても、処理ユニット３０を循環させることで、温泉水中に溶存するメタンガスの残留濃度を安全性が確保できる規定値以下に抑制することができる。
なお、この図８に示す変形例では、温泉水を３段目の処理ユニット３０にて循環させるように循環ポンプ３７が第１循環管３７１および第２循環管３７２によって接続されているが、３段目の処理ユニット３０から２段目の処理ユニット３０へ、または３段目の処理ユニット３０から１段目の処理ユニット３０へ循環させるようにしてもよい。つまり、温泉水の被処理ガスの溶存濃度や、処理槽３０の処理能力に応じて、処理ユニット３０の段数や循環させる段数を適宜決定することができる。また、温泉水は、直列接続された処理ユニット３０を循環させるだけでなく、第１実施形態に係る液体処理装置（図１参照）に循環ポンプを設けて循環させるようにしてもよい。この場合、図８に示す液体処理装置のように、排気バルブ３５２が設けられたエア処理槽３５と、バランスタンク３６とを設けるのが望ましい。
なお、第１及び第２実施形態においては、処理される液体（被処理水）として温泉水を例に説明したが、温泉水に限らず、液体としては、水を主体に（例えば、６０％以上、好ましくは８５％以上）とする液体であり、水道水、海水、河川の水、湖水などが含まれる。これらの液体は特定の用途に付されるときに、液体中に含まれる溶存ガスのような成分を除去するのが望ましい場合がある。例えば、水道水を飲料水とするために、塩素を除去することが望ましい。あるいは、ワインなどの飲料から溶存酸素を低減する場合や、汚染や汚濁した湖水の水からメタンガス等の揮発性炭化ガス、硫化水素等の含硫黄ガスあるいは一酸化炭素を除去することが望ましい場合もある。一方で、水道水を水槽や浴槽に供する場合や飲料に用いる場合、溶存酸素を増加することが望ましいことがある。
水道水から塩素を除去する場合や、汚染や汚濁した湖水の水からメタンガス等の揮発性炭化ガス、硫化水素等の含硫黄ガスあるいは一酸化炭素を除去する場合には、混合流体に混入される気体を、空気や酸素とすることができる。このようにすることで、溶存酸素を増加させることが可能である。また、ワインなどの飲料から溶存酸素を低減させる場合では、窒素などの不活性ガスや二酸化炭素(例えば、化粧水用途)を混合流体に混入させる気体とすることができる。このように本発明は、液体に含まれる特定成分の除去だけではなく、別の気体成分の添加や富化に用いることができる。
第３実施形態
第１及び第２実施形態では、液体を処理する処理装置について説明した。それらの処理装置では、混合流体を構成する液体が処理される対象（被処理液体）であった。しかし、この実施形態の処理装置は、混合流体を構成する気体を処理対象（被処理気体）とする気体処理装置である。図１４にそのような気体処理装置の構造を示す。この気体処理装置は、圧縮空気に代えて被処理気体を処理ユニット３０に導入し且つ温泉水に代えて水などの液体を送水管１２を通じて処理ユニット３０に供給する以外は、第１実施形態の処理装置と同様である。例えば、被処理気体としてゴミ処理場や工場などから発生する臭気成分または有害成分を含む被処理気体をポンプ２０を通じて圧縮して混合器３１に導入する。一方、水（脱臭液または有害成分除去液）を、ポンプ１０を通じて混合器３１に導入する。混合器３１で混合されることで被処理気体は水に多小溶解し、そのような混合流体は、分岐管３２を介して複数の支管３２２（３２２ａ〜３２２ｄ）から円筒状の処理槽３３の中心軸に向かうように処理槽３３の内部に噴射される。処理槽３３の内部には第１実施形態と同様に被処理気体を含む気相が存在しており、気相を介して処理槽の液相に噴射されることで、図３および図４に示したように、噴射された混合流体は、水などの液体の水面に激しく衝突し、処理槽３３の内底面まで至り、混合流体ＭＬ中の多くの気泡が環流する。この際、被処理気体の水中への溶解が促進される。
第１及び第２実施形態では、液体を処理する処理装置について説明した。それらの処理装置では、混合流体を構成する液体が処理される対象（被処理液体）であった。しかし、この実施形態の処理装置は、混合流体を構成する気体を処理対象（被処理気体）とする気体処理装置である。図１４にそのような気体処理装置の構造を示す。この気体処理装置は、圧縮空気に代えて被処理気体を処理ユニット３０に導入し且つ温泉水に代えて水などの液体を送水管１２を通じて処理ユニット３０に供給する以外は、第１実施形態の処理装置と同様である。例えば、被処理気体としてゴミ処理場や工場などから発生する臭気成分または有害成分を含む被処理気体をポンプ２０を通じて圧縮して混合器３１に導入する。一方、水（脱臭液または有害成分除去液）を、ポンプ１０を通じて混合器３１に導入する。混合器３１で混合されることで被処理気体は水に多小溶解し、そのような混合流体は、分岐管３２を介して複数の支管３２２（３２２ａ〜３２２ｄ）から円筒状の処理槽３３の中心軸に向かうように処理槽３３の内部に噴射される。処理槽３３の内部には第１実施形態と同様に被処理気体を含む気相が存在しており、気相を介して処理槽の液相に噴射されることで、図３および図４に示したように、噴射された混合流体は、水などの液体の水面に激しく衝突し、処理槽３３の内底面まで至り、混合流体ＭＬ中の多くの気泡が環流する。この際、被処理気体の水中への溶解が促進される。
処理槽３３中の気相の圧力を比較的高く保つことによって気相中の被処理気体の処理水への溶解量が増える。この結果、混合流体中に混合または溶存していた被処理気体中の臭気成分や有害成分がより多く水に溶存する。それゆえ、この処理装置を用いることで、被処理気体中の臭気成分や有害成分を低減することができる。特に、処理ユニット３０に導入する水に、酸化、中和または殺菌等の各種作用を有する成分（例えば、オゾン、塩素、硫酸、塩酸、苛性ソーダ）のような添加物（液体、固体等の状態を問わない）を含ませることで、混合器３１または処理槽３３内部で各種の有効な作用を有する成分が臭気または有害成分に作用または反応し、そのような臭気または有害成分を有効に作用することが期待でき、それにより、被処理気体から臭気または有害成分を一層低減することができる。被処理気体から除去することが望ましい成分として、例えば、アンモニア、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、マルブチルアルデヒド、イソブチルアルデヒド、ノルマルバレルアルデヒド、イソバレルアルデヒドメタン、アンモニア、メチルメルカプタン、硫化水素、硫化メチル、ニ硫化メチル、トリメチルアミン、ノル、イソブタノール、酢酸エチル、メチルイソブチルケトン、トルエン、スチレン、キシレン、プロピオン酸、ノルマル酪酸、ノルマル吉草酸、イソ吉草酸等が挙げられる。そのような添加物は、送水管１２を通じて混合器３１に加えてもよく、あるいは処理槽３３に直接加えてもよい。添加物の状態（粉体のような固体、液体、あるいは気体）によって適切な導入方法を取り得る。
第２実施形態に係る液体処理装置に、上記のような添加物を用いる場合には、各段の処理ユニットで異なる添加物を挿入してもよい。例えば、三段の処理ユニットに用いる気体種を異ならせる場合には、添加物を気体種に応じて変更してもよい。一例として、第１段目、第２段目及び第３段目の処理ユニットに、それぞれ、臭気ガス、空気及びオゾンを導入し、第１段目、第２段目及び第３段目の処理ユニットに、添加物として、硫酸、硝酸及び塩酸をそれぞれ導入することができる。
また、第１〜第３実施形態では処理槽３３として円筒状のものを使用していたが、他の形状のものでも採用することができる。しかし、被処理ガス（メタンガス）と脱気ガス（空気）との交換を効果的に行うためには、上部から噴射された温泉水が槽内底面まで進むと、内周面に沿って互いが逆方向に分流して上昇し、更に加圧噴射された温泉水の流れと衝突することが効率的に行われる必要がある。従って、処理槽３３は、垂直断面が長辺方向を上下方向とした楕円形、角部を下方に向けた三角形以上の多角形、またはこれらに準じた異形状とすることができる。
実施例１
図５に示す第２実施形態に係る液体処理装置を用いて温泉水からメタンガスの脱気を行った。なお、分岐管３２および処理槽３３の材質は、ステンレス（ＳＵＳ１５０Ａ）を使用した。分岐管３２の本管３２１は、内径が約５ｃｍ、長さが約７８ｃｍである。支管３２２は、内径が約２．５ｃｍ、長さが約２０ｃｍである。１本目の支管３２２ｄ（図１参照）は、本管３２１に、混合器３１から約１２ｃｍ離れたところに設けられ、他の支管３２２ｃ〜３２２ａは約１８ｃｍごとに設けられている。支管３２２の先端部３２２ｘは、処理槽３３の内部に約１２．５ｍｍ突出している。
処理槽３３は、内径が約１５ｃｍ（実測１５８．４ｍｍ）で、長さが約８０ｃｍの円筒形であり、端部の上部に約２５ｍｍφの排気管３３が敷設されており、処理槽３３の上部に上部空間Ｓに連通する。また、混合器３１は内側管３１ａの内径が約１．５ｃｍ、外側管３１ｂの内径が約６．５ｃｍである。混合器３１の第１のノズル３１ｃには、スプレーイングシステムズジャパン株式会社製のタンクミキシングエダクターを使用した。また、支管３２２の先端から液相の液面までの距離Ｌを２．４ｃｍとなるように調整した。なお、分岐管３２および処理槽３３の寸法は、処理容量などに応じて変更可能である。
図５に示す第２実施形態に係る液体処理装置を用いて温泉水からメタンガスの脱気を行った。なお、分岐管３２および処理槽３３の材質は、ステンレス（ＳＵＳ１５０Ａ）を使用した。分岐管３２の本管３２１は、内径が約５ｃｍ、長さが約７８ｃｍである。支管３２２は、内径が約２．５ｃｍ、長さが約２０ｃｍである。１本目の支管３２２ｄ（図１参照）は、本管３２１に、混合器３１から約１２ｃｍ離れたところに設けられ、他の支管３２２ｃ〜３２２ａは約１８ｃｍごとに設けられている。支管３２２の先端部３２２ｘは、処理槽３３の内部に約１２．５ｍｍ突出している。
処理槽３３は、内径が約１５ｃｍ（実測１５８．４ｍｍ）で、長さが約８０ｃｍの円筒形であり、端部の上部に約２５ｍｍφの排気管３３が敷設されており、処理槽３３の上部に上部空間Ｓに連通する。また、混合器３１は内側管３１ａの内径が約１．５ｃｍ、外側管３１ｂの内径が約６．５ｃｍである。混合器３１の第１のノズル３１ｃには、スプレーイングシステムズジャパン株式会社製のタンクミキシングエダクターを使用した。また、支管３２２の先端から液相の液面までの距離Ｌを２．４ｃｍとなるように調整した。なお、分岐管３２および処理槽３３の寸法は、処理容量などに応じて変更可能である。
実施例１では、福岡県八女市宮野に位置する源泉からの２４％ＬＥＬの温泉水を脱気処理した。
ここで、可燃性ガス（メタンガス）濃度を示す「％ＬＥＬ」とは、可燃性ガスの爆発下限値（メタンガスが爆発し始める濃度。メタンガスの場合は５容量％（５０，０００ｐｐｍ）。）を１００としたときのガス濃度の割合である。なお、メタンガスの濃度の測定は、接触燃焼式ガスセンサ複合型ガス検知器コスモテクターXP-3118Sを用いて温泉法における可燃性ガス測定方法（ヘッドスペース法）に準拠して行った。
脱気処理では、まず、送気装置１０により空気を０．３５ＭＰａの圧力で混合器３１へ圧送した。また、送水装置２０により温泉水を０．２６ＭＰａの圧力で、毎分２４０Ｌの水量で混合器３１へ圧送した。
ここで、可燃性ガス（メタンガス）濃度を示す「％ＬＥＬ」とは、可燃性ガスの爆発下限値（メタンガスが爆発し始める濃度。メタンガスの場合は５容量％（５０，０００ｐｐｍ）。）を１００としたときのガス濃度の割合である。なお、メタンガスの濃度の測定は、接触燃焼式ガスセンサ複合型ガス検知器コスモテクターXP-3118Sを用いて温泉法における可燃性ガス測定方法（ヘッドスペース法）に準拠して行った。
脱気処理では、まず、送気装置１０により空気を０．３５ＭＰａの圧力で混合器３１へ圧送した。また、送水装置２０により温泉水を０．２６ＭＰａの圧力で、毎分２４０Ｌの水量で混合器３１へ圧送した。
このようにして温泉水を送水装置２０による送水し、空気を送気装置１０により送気すると、１段目の処理ユニット３０の排気バルブ３４から排気されるメタンガスのガス濃度は５５％ＬＥＬであった。また、２段目の処理ユニット３０の排気バルブ３４から排気されるメタンガスのガス濃度は３３％ＬＥＬであった。更に、３段目の処理ユニット３０の排気バルブ３４から排気されるメタンガスのガス濃度は１２％ＬＥＬであった。ここで行った排気バルブのガス濃度測定は、排気バルブの出口にメタンガス測定器（接触燃焼式ガスセンサ複合型ガス検知器コスモテクターXP-3118S）を用いて測定した。
また、最終の３段目処理水のメタンガス濃度は、前記ヘッドスペース法に準拠し行った結果、３．０％ＬＥＬであり、目標とするメタンガス濃度は５．０％ＬＥＬ以下を達成していた。
これからもわかるように、１段目から２段目、２段目から３段目の処理ユニット３０の処理槽３３で脱気処理が行われることで、段階的に温泉水からメタンガスが脱気され、濃度が低くなっていることがわかる。
また、最終の３段目処理水のメタンガス濃度は、前記ヘッドスペース法に準拠し行った結果、３．０％ＬＥＬであり、目標とするメタンガス濃度は５．０％ＬＥＬ以下を達成していた。
これからもわかるように、１段目から２段目、２段目から３段目の処理ユニット３０の処理槽３３で脱気処理が行われることで、段階的に温泉水からメタンガスが脱気され、濃度が低くなっていることがわかる。
実施例２
実施例２では、実施例１で使用した図５に示す第２実施形態に係る液体処理装置を用いた。そして、福岡県朝倉市原鶴温泉の源泉からの８％ＬＥＬの温泉水を脱気処理した。まず、送気装置１０により空気を風量１６０ｍ3／ｈ、０．３５ＭＰａの圧力で混合器３１へ圧送した。また、送水装置２０により温泉水を０．１１ＭＰａの圧力で、毎分２５３Ｌの水量で混合器３１へ圧送した。結果、最終の３段目の脱気処理ユニットの処理水のメタンガス濃度は３．７％ＬＥＬであり、目標とするメタンガス濃度は５．０％ＬＥＬ以下を達成していた。
実施例２では、実施例１で使用した図５に示す第２実施形態に係る液体処理装置を用いた。そして、福岡県朝倉市原鶴温泉の源泉からの８％ＬＥＬの温泉水を脱気処理した。まず、送気装置１０により空気を風量１６０ｍ3／ｈ、０．３５ＭＰａの圧力で混合器３１へ圧送した。また、送水装置２０により温泉水を０．１１ＭＰａの圧力で、毎分２５３Ｌの水量で混合器３１へ圧送した。結果、最終の３段目の脱気処理ユニットの処理水のメタンガス濃度は３．７％ＬＥＬであり、目標とするメタンガス濃度は５．０％ＬＥＬ以下を達成していた。
実施例３
実施例３でも、実施例１で使用した図５に示す第２実施形態に係る液体処理装置を用いた。そして、送気装置１０により送気する空気の風量を２４０ｍ3／ｈ、圧力を０．３５ＭＰａとし、送水装置２０により送水する温泉水の圧力を０．１１ＭＰａ、流量を毎分２５３Ｌとし、空気量にあわせて排気ガス量を調整した。この状態で、実施例１と同様にして原鶴温泉の源泉からの８％ＬＥＬの温泉水を脱気処理した。最終（３段目）の脱気処理ユニットからの処理水のメタンガス濃度を測定したところ、測定限界である０．１％ＬＥＬ以下であった。
実施例３でも、実施例１で使用した図５に示す第２実施形態に係る液体処理装置を用いた。そして、送気装置１０により送気する空気の風量を２４０ｍ3／ｈ、圧力を０．３５ＭＰａとし、送水装置２０により送水する温泉水の圧力を０．１１ＭＰａ、流量を毎分２５３Ｌとし、空気量にあわせて排気ガス量を調整した。この状態で、実施例１と同様にして原鶴温泉の源泉からの８％ＬＥＬの温泉水を脱気処理した。最終（３段目）の脱気処理ユニットからの処理水のメタンガス濃度を測定したところ、測定限界である０．１％ＬＥＬ以下であった。
実施例４
この実施例４では、図５に示す第２実施形態に係る液体処理装置を用いて水道水を処理した。水道水中の塩素濃度は０．２４ｐｐｍであり、酸素濃度は１１．８ｐｐｍであった。送気装置１０により空気を０．４ＭＰａの圧力で混合器３１へ圧送し、送水装置２０により水道水を０．１ＭＰａの圧力で、毎分２００Ｌの水量で混合器３１へ圧送した。最終の処理ユニット３０からの処理水の塩素濃度は０．００％ｐｐｍ（測定限界値未満）であり、酸素濃度は１５．２ｐｐｍであった。この結果からすれば、本発明の液体処理装置を用いることで水中の塩素濃度を低減することができ、また、酸素の溶存量を増加させることができることが分かる。すなわち、本発明の液体処理装置は、温泉原水中のメタンガスや水道水中の塩素のような溶存している特定成分を除去するとともに、別の有益な気体成分を被処理水に溶存させたり、富化させたりすることができる。この実施例４の結果からすれば、本発明の液体処理装置を水道管に接続して用いることで、浄水器として使用したり、アトピー患者などのための入浴水として提供したりすることができる。
この実施例４では、図５に示す第２実施形態に係る液体処理装置を用いて水道水を処理した。水道水中の塩素濃度は０．２４ｐｐｍであり、酸素濃度は１１．８ｐｐｍであった。送気装置１０により空気を０．４ＭＰａの圧力で混合器３１へ圧送し、送水装置２０により水道水を０．１ＭＰａの圧力で、毎分２００Ｌの水量で混合器３１へ圧送した。最終の処理ユニット３０からの処理水の塩素濃度は０．００％ｐｐｍ（測定限界値未満）であり、酸素濃度は１５．２ｐｐｍであった。この結果からすれば、本発明の液体処理装置を用いることで水中の塩素濃度を低減することができ、また、酸素の溶存量を増加させることができることが分かる。すなわち、本発明の液体処理装置は、温泉原水中のメタンガスや水道水中の塩素のような溶存している特定成分を除去するとともに、別の有益な気体成分を被処理水に溶存させたり、富化させたりすることができる。この実施例４の結果からすれば、本発明の液体処理装置を水道管に接続して用いることで、浄水器として使用したり、アトピー患者などのための入浴水として提供したりすることができる。
この実施例では水道水の処理として次のような実験も行った。同じ水道水（酸素濃度は１１．８ｐｐｍ）について、送気装置１０により空気に代えて窒素を０．４ＭＰａの圧力で混合器３１へ圧送し、送水装置２０により水道水を０．１ＭＰａの圧力で毎分２００Ｌの水量で混合器３１へ圧送した。この結果、最終の処理ユニット３０からの処理水の酸素濃度は２．６ｐｐｍに低下していた。このことから、窒素のような種々の気体を混合流体に用いて、被処理水に溶解している気体成分を置換することができることが分かる。ここで、窒素などの気体に代えて、例えば、ゴミ処理場や工場などから発生する異臭ガスのような被処理ガスを用いると、そのような被処理ガスは、水のような液体に取り込ませたり（溶解させたり）あるいは水のような液体に最初から溶存している気体と置換させることができることが分かる。この結果、被処理ガスを、水のような液体に含ませることで回収または除去することができる。従って、本発明の流体処理装置は、液体中に含まれる気体を脱気する液体処理装置のみならず、混合流体を構成する気体を被処理ガスとして扱い、被処理ガスを除去または低減するための気体処理装置として用いることができる。
実施例５
実施例５では、図１に示す処理槽３３として、内部が観察可能なアクリル製による円柱状の処理槽を作製して、環流の様子を撮影した。その結果を図９，図１０に示す。図９および図１０に示す写真からも判るように、混合流体中の気泡が、処理槽３３の底部まで至っていることが目視で確認できた。このような環流は、処理槽の長手方向でも生じていることがアクリル製による処理槽を使用した試験で明らかとなった。
実施例５では、図１に示す処理槽３３として、内部が観察可能なアクリル製による円柱状の処理槽を作製して、環流の様子を撮影した。その結果を図９，図１０に示す。図９および図１０に示す写真からも判るように、混合流体中の気泡が、処理槽３３の底部まで至っていることが目視で確認できた。このような環流は、処理槽の長手方向でも生じていることがアクリル製による処理槽を使用した試験で明らかとなった。
実施例６
実施例６では、支管３２２の先端から液相の液面までの距離Ｌを変更しながら、槽内で生じる気泡を観察するとともに、処理槽３３から排出される温泉水中の酸素濃度を測定した。この結果、距離Ｌが０ｃｍより大きく、６．３ｃｍ以下のときに、すなわち、気相の高さが９．１ｍｍ〜７１．１ｍｍ（処理槽の直径に対して５．１％〜４６．８％）のときに、槽内に気泡が多く発生していることが確認できた。また、排水管３３２から排出された温泉水中の酸素濃度は高かった。距離Ｌをゼロ、すなわち、槽内を液相だけにしたときには、図９に示す写真のような多量な気泡は観察されなかった。
実施例６では、支管３２２の先端から液相の液面までの距離Ｌを変更しながら、槽内で生じる気泡を観察するとともに、処理槽３３から排出される温泉水中の酸素濃度を測定した。この結果、距離Ｌが０ｃｍより大きく、６．３ｃｍ以下のときに、すなわち、気相の高さが９．１ｍｍ〜７１．１ｍｍ（処理槽の直径に対して５．１％〜４６．８％）のときに、槽内に気泡が多く発生していることが確認できた。また、排水管３３２から排出された温泉水中の酸素濃度は高かった。距離Ｌをゼロ、すなわち、槽内を液相だけにしたときには、図９に示す写真のような多量な気泡は観察されなかった。
実施例７
この実施例では、実施例１で使用した液体処理装置を用いて、送気装置１０から送る空気量を変化させることによって処理水中のメタンガスの濃度及び溶存酸素濃度がどのように変化するかについて以下の条件で調査した。被処理水として、福岡県朝倉市原鶴温泉の源泉を用いた。実験時に採取した原泉のメタン濃度は１２％ＬＥＬであった。なお、液体処理装置の処理水の排水側に昇圧槽を取り付けて、被処理水の入力側と出力側の圧力差の調整を行った。送水装置の供給水圧及び供給水量をそれぞれ約０．１８ＭＰａ及び２５３Ｌ／分とし、送気装置の空気圧を０．２６ＭＰａとし、空気流量はいずれの処理槽３３も０，２０，４０，６０，８０及び１００リットルＬ／分に段階的に変化させた場合の処理水のメタン濃度及び溶存酸素濃度を測定した。昇圧槽の圧力は、０．１４ＭＰａとした。二つの排気バルブ３４はいずれも開放（全開）とした。また、各空気流量での脱気処理を行っているときの第１段目の処理槽３３に形成されている気相の圧力を排気バルブ３４に近傍に取り付けた圧力計で測定し、気相の処理槽３３内での高さ（幅）を処理槽３３のアクリル製の端面を通じて計測した。但し、表中の「気相の高さ」は槽の外径基準で液面までの距離を測定した値を記載してあるので、実際には表の値から槽の肉厚３．４ｍｍを引いた値が気相の高さを表す。なお、酸化還元電位を酸化還元電位計（佐藤商事YK-23RP）により測定した。結果を図１３の表に示す。この表において、第１段目の処理槽の空気流量と送気装置の空気圧の実際の値を「第１槽挿入量」の欄に記載した。第１段目及び第２段目の処理槽についても「第２槽挿入量」及び「第３槽挿入量」の欄に記載した。また、第１段目〜第３段目の処理槽の液相の圧力を「第１槽圧力」、「第２槽圧力」及び「第３槽圧力」の欄に表記した。
この実施例では、実施例１で使用した液体処理装置を用いて、送気装置１０から送る空気量を変化させることによって処理水中のメタンガスの濃度及び溶存酸素濃度がどのように変化するかについて以下の条件で調査した。被処理水として、福岡県朝倉市原鶴温泉の源泉を用いた。実験時に採取した原泉のメタン濃度は１２％ＬＥＬであった。なお、液体処理装置の処理水の排水側に昇圧槽を取り付けて、被処理水の入力側と出力側の圧力差の調整を行った。送水装置の供給水圧及び供給水量をそれぞれ約０．１８ＭＰａ及び２５３Ｌ／分とし、送気装置の空気圧を０．２６ＭＰａとし、空気流量はいずれの処理槽３３も０，２０，４０，６０，８０及び１００リットルＬ／分に段階的に変化させた場合の処理水のメタン濃度及び溶存酸素濃度を測定した。昇圧槽の圧力は、０．１４ＭＰａとした。二つの排気バルブ３４はいずれも開放（全開）とした。また、各空気流量での脱気処理を行っているときの第１段目の処理槽３３に形成されている気相の圧力を排気バルブ３４に近傍に取り付けた圧力計で測定し、気相の処理槽３３内での高さ（幅）を処理槽３３のアクリル製の端面を通じて計測した。但し、表中の「気相の高さ」は槽の外径基準で液面までの距離を測定した値を記載してあるので、実際には表の値から槽の肉厚３．４ｍｍを引いた値が気相の高さを表す。なお、酸化還元電位を酸化還元電位計（佐藤商事YK-23RP）により測定した。結果を図１３の表に示す。この表において、第１段目の処理槽の空気流量と送気装置の空気圧の実際の値を「第１槽挿入量」の欄に記載した。第１段目及び第２段目の処理槽についても「第２槽挿入量」及び「第３槽挿入量」の欄に記載した。また、第１段目〜第３段目の処理槽の液相の圧力を「第１槽圧力」、「第２槽圧力」及び「第３槽圧力」の欄に表記した。
また、図１３の表の結果に基づき、空気量に対する処理水のメタン濃度と溶存酸素濃度の変化を図１１のグラフに示した。グラフの縦軸は、メタン濃度（％ＬＥＬ）と酸素濃度（ｍｇ／Ｌ）の両方を表記した。このグラフより源泉に混合する空気量が多くなるにしたがって、処理水中のメタンの濃度が低下していることが分かる。これとは逆に、源泉に混合する空気量が多くなるにしたがって、処理水の溶存酸素量が増加していることが分かる。供給空気量がゼロの場合であっても処理水中のメタン濃度（８．５％ＬＥＬ）は源泉水のメタン濃度（１２％ＬＥＬ）よりも低下しているものの、空気を供給することによってメタン濃度が５％ＬＥＬ以下を達成していることが分かる。また、処理槽３３内の気相の高さは空気導入量が多くなるにつれて高くなっている。最大で処理槽の内径の４５．２％の気相（７１．６ｍｍ）が存在していることが分かる。これは、空気量の増加に伴い、処理槽３３内の気相の圧力が増大したためであると考えられる。実際に、排気バルブ３４の近傍で計測された気相の圧力は空気流量に伴って増大している。なお、酸化還元電位は空気導入量の増加に伴って増加している。これは溶存酸素量の増加と一致している。
実施例８
二つの排気バルブ３４の一方を閉鎖した（半開状態）以外は、実施例７で用いた源泉水を実施例７と同様の条件で脱気処理した。結果を図１３の表に示す。なお、この表において、第１段目〜第３段目の処理槽の空気流量の設定は、実施例７の初期値（０，２０，４０，６０，８０及び１００リットルＬ／分）から変更していないが、排気バルブ３４の片側閉鎖などにより実際の値は初期値から多少変動している。空気圧についても同様である。図１３の表の結果に基づき、空気量に対する処理水のメタン濃度と溶存酸素濃度の変化を図１２のグラフに示した。グラフの縦軸は、メタン濃度（％ＬＥＬ）と酸素濃度（ｍｇ／Ｌ）の両方を表記した。図１２のグラフより、実施例７の結果と同様に源泉に混合する空気量が多くなるにしたがって、処理水中のメタンの濃度が低下している。これとは逆に、源泉に混合する空気量が多くなるにしたがって、処理水の溶存酸素量が増加していることが分かる。この実施例でも酸化還元電位は空気導入量の増加に伴って増加しており、溶存酸素量の増加と一致している。
二つの排気バルブ３４の一方を閉鎖した（半開状態）以外は、実施例７で用いた源泉水を実施例７と同様の条件で脱気処理した。結果を図１３の表に示す。なお、この表において、第１段目〜第３段目の処理槽の空気流量の設定は、実施例７の初期値（０，２０，４０，６０，８０及び１００リットルＬ／分）から変更していないが、排気バルブ３４の片側閉鎖などにより実際の値は初期値から多少変動している。空気圧についても同様である。図１３の表の結果に基づき、空気量に対する処理水のメタン濃度と溶存酸素濃度の変化を図１２のグラフに示した。グラフの縦軸は、メタン濃度（％ＬＥＬ）と酸素濃度（ｍｇ／Ｌ）の両方を表記した。図１２のグラフより、実施例７の結果と同様に源泉に混合する空気量が多くなるにしたがって、処理水中のメタンの濃度が低下している。これとは逆に、源泉に混合する空気量が多くなるにしたがって、処理水の溶存酸素量が増加していることが分かる。この実施例でも酸化還元電位は空気導入量の増加に伴って増加しており、溶存酸素量の増加と一致している。
実施例９
二つの排気バルブ３４をいずれも閉鎖した（全閉状態）以外は、実施例７で用いた源泉水を実施例７と同様の条件で脱気処理した。結果を図１３の表に示す。なお、この表において、第１段目〜第３段目の処理槽の空気流量の設定は、実施例７の初期値（０，２０，４０，６０，８０及び１００リットルＬ／分）から変更していないが、排気バルブ３４の閉鎖などにより実際の値は初期値から多少変動している。空気圧についても同様である。表１の結果より、０〜８０リットル／分の空気量の増加に従って処理水中のメタンの濃度が低下するとともに、源泉に混合する空気量が多くなるにしたがって、処理水の溶存酸素量が増加している。この実施例でも酸化還元電位は空気導入量の増加に伴って増加しているおり、溶存酸素量の増加と一致している。
二つの排気バルブ３４をいずれも閉鎖した（全閉状態）以外は、実施例７で用いた源泉水を実施例７と同様の条件で脱気処理した。結果を図１３の表に示す。なお、この表において、第１段目〜第３段目の処理槽の空気流量の設定は、実施例７の初期値（０，２０，４０，６０，８０及び１００リットルＬ／分）から変更していないが、排気バルブ３４の閉鎖などにより実際の値は初期値から多少変動している。空気圧についても同様である。表１の結果より、０〜８０リットル／分の空気量の増加に従って処理水中のメタンの濃度が低下するとともに、源泉に混合する空気量が多くなるにしたがって、処理水の溶存酸素量が増加している。この実施例でも酸化還元電位は空気導入量の増加に伴って増加しているおり、溶存酸素量の増加と一致している。
実施例１０
この実施例では、実施例１で使用した液体処理装置を用いて、処理槽３３内の気相の圧力に対する処理水中のメタン濃度と溶存酸素濃度の変化を調べるために、空気流量を１００Ｌ／分に固定し、排気バルブ３４の開放度を段階的に変化させて脱気処理を行った。被処理水として、実施例７〜９と同様に原鶴温泉の源泉を用いたが、実験時に採取した源泉水のメタン濃度は９．３％ＬＥＬであり、送水装置の供給水圧及び供給水量はそれぞれ約０．１８〜０．１９５ＭＰａ及び２５３Ｌ／分、送気装置の空気圧は第１〜３段目の処理槽でいずれも０．３３ＭＰａ、昇圧槽の圧力は０．１３ＭＰａであった。排気バルブ３４の開放度を、二つの排気バルブを開放（全開）、一つのみを開放（半開）、二つとも閉鎖（全閉鎖）の状態でそれぞれ処理を行った。これらの場合の処理水のメタン濃度及び溶存酸素濃度を測定し、第１断目の処理槽３３内の気相の圧力及び高さ等と共に下記表１に示す。
この実験では、導入する空気量を一定にしつつも排気バルブの開放量を変化させることにより、気相の圧力の変化の影響を観察することができる。表１の結果からすれば、排気バルブを全開から全閉にすると、気相の気体の排気量が絞られて、気相の圧力が高くなるとともに気相の高さも高くなっていることが分かる。また、この気相の圧力の上昇に伴って処理水中のメタンが減少し、溶存酸素が増加している。この結果からすれば、処理水中のメタン濃度及び溶存酸素濃度は処理槽３３内の気相の圧力に依存していることが分かる。このことは気体の溶存量が気体の圧力に依存するとするヘンリーの法則にも合致している。
この実施例では、実施例１で使用した液体処理装置を用いて、処理槽３３内の気相の圧力に対する処理水中のメタン濃度と溶存酸素濃度の変化を調べるために、空気流量を１００Ｌ／分に固定し、排気バルブ３４の開放度を段階的に変化させて脱気処理を行った。被処理水として、実施例７〜９と同様に原鶴温泉の源泉を用いたが、実験時に採取した源泉水のメタン濃度は９．３％ＬＥＬであり、送水装置の供給水圧及び供給水量はそれぞれ約０．１８〜０．１９５ＭＰａ及び２５３Ｌ／分、送気装置の空気圧は第１〜３段目の処理槽でいずれも０．３３ＭＰａ、昇圧槽の圧力は０．１３ＭＰａであった。排気バルブ３４の開放度を、二つの排気バルブを開放（全開）、一つのみを開放（半開）、二つとも閉鎖（全閉鎖）の状態でそれぞれ処理を行った。これらの場合の処理水のメタン濃度及び溶存酸素濃度を測定し、第１断目の処理槽３３内の気相の圧力及び高さ等と共に下記表１に示す。
実施例１１
この実施例では、実施例１０に比べて処理槽３３内の気相の圧力を低下させた場合の気相圧力に対する処理水中のメタン濃度と溶存酸素濃度の変化を調べるために、空気流量を１００Ｌ／分に維持しつつも、送水装置の供給水圧及び供給水量はそれぞれ約０．１５５ＭＰａ及び２５３Ｌ／分、送気装置の空気圧は０．２ＭＰａ、昇圧槽の圧力は０．１ＭＰａに低下させた。被処理水として、実施例７〜９と同様に原鶴温泉の源泉を用いたが、実験時に採取した源泉水のメタン濃度は１１％ＬＥＬであった。実施例１０と同様に排気バルブ３４の開放度を、二つの排気バルブを開放（全開）、一つのみを開放（半開）、二つとも閉鎖（全閉鎖）の状態でそれぞれ処理を行った。これらの場合の処理水のメタン濃度及び溶存酸素濃度を測定し、第１段目の処理槽３３内の気相の圧力及び高さ等と共に下記表２に示す。
この実施例では、実施例１０に比べて処理槽３３内の気相の圧力を低下させた場合の気相圧力に対する処理水中のメタン濃度と溶存酸素濃度の変化を調べるために、空気流量を１００Ｌ／分に維持しつつも、送水装置の供給水圧及び供給水量はそれぞれ約０．１５５ＭＰａ及び２５３Ｌ／分、送気装置の空気圧は０．２ＭＰａ、昇圧槽の圧力は０．１ＭＰａに低下させた。被処理水として、実施例７〜９と同様に原鶴温泉の源泉を用いたが、実験時に採取した源泉水のメタン濃度は１１％ＬＥＬであった。実施例１０と同様に排気バルブ３４の開放度を、二つの排気バルブを開放（全開）、一つのみを開放（半開）、二つとも閉鎖（全閉鎖）の状態でそれぞれ処理を行った。これらの場合の処理水のメタン濃度及び溶存酸素濃度を測定し、第１段目の処理槽３３内の気相の圧力及び高さ等と共に下記表２に示す。
表２の結果からすれば、気相の圧力が実施例１０の場合に比べて低下しても、メタン濃度が低減しており、気相の圧力の上昇に伴って処理水中のメタンがさらに減少し、溶存酸素が増加することが分かる。
実施例１２
この実施例では、実施例１１における第１〜第３段目の処理槽の空気流量１００Ｌ／分を５０Ｌ／分に変更して処理を行った。被処理水として、用いた原鶴温泉の源泉水のメタン濃度は実施例１１と同様に１１％ＬＥＬであり、送水装置の供給水圧及び供給水量はそれぞれ約０．１５ＭＰａ及び２５３Ｌ／分、送気装置の空気圧は０．２ＭＰａ、昇圧槽の圧力は０．１ＭＰａとした。排気バルブ３４の開放度を４段階に切り替えるために排気バルブ３４を二つ増設し、合計四つの排気バルブ３４のすべてを開放（全開）、二つのみを開放（半開）、一つのみを開放（１／４開）、すべてを閉鎖（全閉鎖）の状態でそれぞれ処理を行った。これらの場合の処理水のメタン濃度及び溶存酸素濃度を測定し、第１断段目の処理槽３３内の気相の圧力及び高さと共に下記表３に示す。
この実施例では、実施例１１における第１〜第３段目の処理槽の空気流量１００Ｌ／分を５０Ｌ／分に変更して処理を行った。被処理水として、用いた原鶴温泉の源泉水のメタン濃度は実施例１１と同様に１１％ＬＥＬであり、送水装置の供給水圧及び供給水量はそれぞれ約０．１５ＭＰａ及び２５３Ｌ／分、送気装置の空気圧は０．２ＭＰａ、昇圧槽の圧力は０．１ＭＰａとした。排気バルブ３４の開放度を４段階に切り替えるために排気バルブ３４を二つ増設し、合計四つの排気バルブ３４のすべてを開放（全開）、二つのみを開放（半開）、一つのみを開放（１／４開）、すべてを閉鎖（全閉鎖）の状態でそれぞれ処理を行った。これらの場合の処理水のメタン濃度及び溶存酸素濃度を測定し、第１断段目の処理槽３３内の気相の圧力及び高さと共に下記表３に示す。
表３の結果からすれば、排気バルブを全開から半開の状態にしても気相の圧力の変化が見られないが、１／４開及び全閉にすると気相が圧力が高くなるとともに気相の高さも高くなっていることが分かる。また、この気相の圧力の上昇に伴って処理水中のメタンが減少し、溶存酸素が増加している。この結果からも、処理水中のメタン濃度及び溶存酸素濃度は処理槽内の気相の圧力に依存していることが分かる。また、気相の圧力が０．１２Ｍｐａ程度に低くなっても、源泉からメタンが有効に除去されている。すなわち、上記実施例を通じて処理槽の気相の圧力が０．１２以上であり、０．１２〜０．１８Ｍｐａの範囲では良好に源泉からメタンを除去することができることが分かる。
実施例１３
この実施例では、実施例７〜９と同様に送気装置１０から送る空気量を変化させたときに、処理水中に溶存するメタンと酸素に対する温泉成分であるラドンの含有量がどのように変化するかについて調査した。被処理水として、実施例７〜１０と同様に福岡県朝倉市原鶴温泉の源泉を用いた。源泉のメタンの濃度が１３％ＬＥＬであり、ラドンの含有量が４．６Ｃｉ／ｋｇ×１０−１０であり、酸素が１．８ｍｇ／Ｌであった。最初に、処理水中のメタンの目標濃度が概ね５％ＬＥＬ程度になるように送気装置１０の空気量を調節したところ、第１段目の処理槽の空気量１０リットル／分（第２段目の処理槽の空気量１０リットル、第３段目の処理槽の空気量０リットル）で処理水中のメタンの濃度が４．６％ＬＥＬになった。この時の送水装置の供給水圧及び供給水量はそれぞれ約０．１６ＭＰａ及び２５３Ｌ／分、送気装置の空気圧は０．２６ＭＰａ、昇圧槽の圧力は０．１２ＭＰａであった。この条件での処理水中のラドンは源泉とほぼ同じ４．５Ｃｉ／ｋｇ×１０−１０であり、酸素が４．６ｍｇ／Ｌであった。この実施例における源泉及び処理水中のラドン及びメタン並びに溶存酸素の濃度の測定は財団法人九州環境管理協会による調査結果である。
この実施例では、実施例７〜９と同様に送気装置１０から送る空気量を変化させたときに、処理水中に溶存するメタンと酸素に対する温泉成分であるラドンの含有量がどのように変化するかについて調査した。被処理水として、実施例７〜１０と同様に福岡県朝倉市原鶴温泉の源泉を用いた。源泉のメタンの濃度が１３％ＬＥＬであり、ラドンの含有量が４．６Ｃｉ／ｋｇ×１０−１０であり、酸素が１．８ｍｇ／Ｌであった。最初に、処理水中のメタンの目標濃度が概ね５％ＬＥＬ程度になるように送気装置１０の空気量を調節したところ、第１段目の処理槽の空気量１０リットル／分（第２段目の処理槽の空気量１０リットル、第３段目の処理槽の空気量０リットル）で処理水中のメタンの濃度が４．６％ＬＥＬになった。この時の送水装置の供給水圧及び供給水量はそれぞれ約０．１６ＭＰａ及び２５３Ｌ／分、送気装置の空気圧は０．２６ＭＰａ、昇圧槽の圧力は０．１２ＭＰａであった。この条件での処理水中のラドンは源泉とほぼ同じ４．５Ｃｉ／ｋｇ×１０−１０であり、酸素が４．６ｍｇ／Ｌであった。この実施例における源泉及び処理水中のラドン及びメタン並びに溶存酸素の濃度の測定は財団法人九州環境管理協会による調査結果である。
次に、処理水中のメタンの目標濃度が概ね２．５％ＬＥＬ程度になるように送気装置１０の空気量を調節したところ、第１段目の処理槽への空気量８０リットル／分（第２段目の処理槽の空気量９０リットル、第３段目の処理槽の空気量５５リットル）で処理水中のメタンの濃度が２．５％ＬＥＬになった。この時の送水装置の供給水圧及び供給水量はそれぞれ約０．１６ＭＰａ及び２５３Ｌ／分、送気装置の空気圧は０．２６ＭＰａ、昇圧槽の圧力は０．１２５ＭＰａであった。この条件での処理水中のラドンは２．４Ｃｉ／ｋｇ×１０−１０であり、酸素が８．３ｍｇ／Ｌであった。
さらに、処理水中のメタンの目標濃度が概ね０．７％ＬＥＬ程度になるように送気装置１０の空気量を調節したところ、第１段目の処理槽の空気量１９０リットル／分（第２段目の処理槽の空気量２００リットル、第３段目の処理槽の空気量６０リットル）で処理水中のメタンの濃度が０．６％ＬＥＬになった。この時の送水装置の供給水圧及び供給水量はそれぞれ約０．１６ＭＰａ及び２５３Ｌ／分、送気装置の空気圧は０．２６ＭＰａ、昇圧槽の圧力は０．１３ＭＰａであった。この条件での処理水中のラドンは０．６Ｃｉ／ｋｇ×１０−１０であり、酸素が９．６ｍｇ／Ｌであった。
この実施例の結果より、混合流体に空気を適度に混合することで、処理水中のメタン濃度を低下させ、酸素を増加させることができるが、一方で空気量があまり多いと温泉水中の有効成分であるラドンを低下させてしまうことが分かる。この例では、メタンを規制値の５％ＬＥＬ以下である４．６％ＬＥＬに留めれば、ラドンもまた源泉と同程度の含有量が維持されることが分かる。この実施例では処理槽中の気相の圧力は測定しなかったものの、実施例７〜１０の結果からすれば、空気量の増加に伴って気相の圧力が増大することが明らかである。それゆえ、源泉中のラドンなどの温泉成分の調整には、気相の圧力を適切な範囲に制御することが有効である。
以上、説明してきたように本発明の処理装置及び処理方法は、被処理水を流動させながら気体を混合して混合流体を形成し、この混合流体を流動させながら密閉状態で処理槽内で気体の被処理水への溶存化と脱気を実行して、最後に処理水として排出する。従って、温泉など湧き出す被処理水を止めることなくそのまま連続的に処理することができるので、高い効率で処理することができる。一方で、処理のために被処理液を溜めるための大容積の槽または浴は不要であるので、装置自体がコンパクトになる。それゆえ、本発明の処理装置は省スペースを実現し、製造コストを低減することもできる。処理された処理水は、均質に、即ち溶存成分が同一濃度になるように処理（加工）されているので、種々の用途に有用となる。
本発明の処理装置及び処理方法は以下のような広範な用途及び応用例が考えられる。例えば、農業では、水の活用は不可欠であるが、特に水耕（液肥）栽培では、使用水の溶存酸素量、殺菌、肥料の注入が重要になる。本発明の処理装置ではこれらの要望に応えることができる。例えば、混合流体を構成する気体として空気とオゾンを使用することで、使用水の殺菌を流水しながら行える。また、液肥などの肥料も混合流体を構成する水に溶解させることで混合流体に混入させることができる。この場合に、混合流体を生成する混合器に肥料などの添加物導入口を設けておくことができ、液肥のみならず紛体も導入することができる。もちろん、上述の実施例のように酸素の溶存化も可能であり、本処理装置から排出される水（液）は、酸素溶存量を一定以上に保つことができ、酸素濃度が均一な水（液）をプランターに供給できる。特に、水耕（液肥）栽培のプランターの途中での酸素欠乏による生育不良を防止することができる。
また、本処理装置は、漁業分野でも利用することができる。魚の生育には、水に含まれる酸素量が重要であるが、上記実施例で示したように、混合流体の気体として空気を注入することで常に一定量の溶存酸素が含まれた処理水（例えば海水）を供給することができる。装置の処理能力は、処理槽の大きさや送水装置の性能で自在に変えることができるので、車運搬用から大きな魚槽まで、用途にあわせたスケールアップができる。また、農業用途と同様に、オゾンなどの気体を混合流体に混入させることで水の殺菌や不足する酸素の付加なども可能である。また、連続処理により処理液を連続して排出（供給）できるので、装置の吐出側から水流を作る形で供給することもでき、水流を必要とする蓄魚などの生育にも活用できる。特に、水槽中の溶存酸素の量を検出しながら、水槽の水を本処理装置の混合機に供給して処理水を水槽との間で循環させ、検出した溶存酸素量に基づいて本処理装置の処理漕の気相の圧力を調整することで、常に水槽中の溶存酸素濃度を所定の値に制御することができる。このように本処理装置を溶存酸素検出器と制御装置と組み合わせて自動運転するシステムもまた本発明により提供することができる。
本処理装置は、前述のようにメタンガスを脱気することが可能であるので、下水処理、特に回収される下水や処理過程で発生するメタンガスの除去にも有用となる。また、本処理装置は、密閉系であるので排ガスバルブを通じてガスを回収することができ、下水やごみ処理施設から排出される排液の臭気を外部に漏らすことがなく、環境的負荷を減らすことができる。また、本処理装置は、被処理液を流動させながら連続的に処理を行うので、そこから常時発生してくるメタンガスなどを回収してエネルギー資源として再利用することが可能となる。この場合、本処理装置の処理漕に接続された排ガスバルブにガス管などを通じてメタン回収ボンベや発電装置に接続することができる。
上記実施例では、主に、被処理水に溶存している気体を置換したり、被処理水に気体を溶存させる例を挙げて説明したが、第３実施形態及び実施例４で説明したように、液体を処理対象として扱うのみならず、混合流体を構成する気体を処理対象として扱うことで、処理対象である気体を低減させることができる。前述のように、例えば、ゴミ処理場や工場などから発生する異臭ガスのような被処理ガスを、水のような液体と共に混合流体を構成し、本発明の装置に導入することで、被処理ガスを、水のような液体に取り込ませたり（溶解させたり）あるいは水のような液体に最初から溶存している気体と置換させることで、被処理ガスを回収または除去することができる。
本発明は、被処理水を、工業や農業、水産業、サービス業、一般生活において使用する際に、被処理ガスが溶存しているために使用に支障があるような場合に好適であり、特に、温泉水から溶存するメタンガスを除去する場合に最適である。また、本発明は、水を主体とする液体に含まれる特定成分の除去のみならず、別の気体成分の添加や富化に用いることができるため、浴槽水、化粧水、飲料の品質改善や保存、河川や湖の水の改善など環境維持にも有効となる。また、農業、下水処理、漁業の分野において広範な用途が期待される。
１０ 送水装置
１１ 配水管
１２ 送水管
２０ 送気装置
２１ 送気管
２２ 流量調整バルブ
３０ 脱気処理ユニット
３１ 混合器
３１ａ 内側管
３１ｂ 外側管
３１ｃ 第１のノズル
３１ｄ 内部流路
３１ｅ 吐出口
３１１ 基端部
３１２ 胴部
３１３ 先端部
３２ 分岐管
３２１ 本管
３２２，３２２ａ〜３２２ｄ 支管（噴射管）
３２２ｘ 先端部
３３ 処理槽
３３ａ 上面
３３ｂ 一端面
３３ｃ 他端面
３３１ 圧力計
３３２ａ〜３３２ｃ 排水管
３３３ 排気管
３３４ａ〜３３４ｃ 配水管
３４ 排気バルブ
３４１ 流量調整バルブ
３４２ ガスベント
３５ エア処理槽
３５１ 配水管
３５２ 排気バルブ
３５２ａ 流量調整バルブ
３５２ｂ ガスベント
３６ バランスタンク
３６１ 連絡管
３７ 循環ポンプ
３７１ 第１循環管
３７２ 第１循環管
Ｂ 浴槽
ＭＬ 混合流体
Ｌ１、Ｌ２ 環流
Ｌ 噴射管から液相の液面までの距離
１１ 配水管
１２ 送水管
２０ 送気装置
２１ 送気管
２２ 流量調整バルブ
３０ 脱気処理ユニット
３１ 混合器
３１ａ 内側管
３１ｂ 外側管
３１ｃ 第１のノズル
３１ｄ 内部流路
３１ｅ 吐出口
３１１ 基端部
３１２ 胴部
３１３ 先端部
３２ 分岐管
３２１ 本管
３２２，３２２ａ〜３２２ｄ 支管（噴射管）
３２２ｘ 先端部
３３ 処理槽
３３ａ 上面
３３ｂ 一端面
３３ｃ 他端面
３３１ 圧力計
３３２ａ〜３３２ｃ 排水管
３３３ 排気管
３３４ａ〜３３４ｃ 配水管
３４ 排気バルブ
３４１ 流量調整バルブ
３４２ ガスベント
３５ エア処理槽
３５１ 配水管
３５２ 排気バルブ
３５２ａ 流量調整バルブ
３５２ｂ ガスベント
３６ バランスタンク
３６１ 連絡管
３７ 循環ポンプ
３７１ 第１循環管
３７２ 第１循環管
Ｂ 浴槽
ＭＬ 混合流体
Ｌ１、Ｌ２ 環流
Ｌ 噴射管から液相の液面までの距離
このように、従来の液体処理設備には、いまだ課題が多いのが実情である。
かかる状況下、本発明の目的は、省設置スペースで生産性低下やランニングコスト上昇を極力回避し、効率的に通過する水量に合わせて被処理水から溶存ガスを除去することが可能な流体処理装置および流体処理方法を提供することである。
また、本発明の目的は水を主体とする液体に含まれる溶存ガス（被処理ガス）成分を除去したり、液体中に気体を溶存させたりするなどの用途に適した流体処理装置及び流体処理方法を提供することにある。さらに、本発明の目的は、種々の気体を低減または除去するための新規な流体処理装置または流体処理方法を提供することにある。
かかる状況下、本発明の目的は、省設置スペースで生産性低下やランニングコスト上昇を極力回避し、効率的に通過する水量に合わせて被処理水から溶存ガスを除去することが可能な流体処理装置および流体処理方法を提供することである。
また、本発明の目的は水を主体とする液体に含まれる溶存ガス（被処理ガス）成分を除去したり、液体中に気体を溶存させたりするなどの用途に適した流体処理装置及び流体処理方法を提供することにある。さらに、本発明の目的は、種々の気体を低減または除去するための新規な流体処理装置または流体処理方法を提供することにある。
処理槽３３は、本管３２１より大きい内径を有する円筒状の容器であり、その軸（長手方向）が水平方向になるような横置き(倒伏した)状態で設置されている。前述のように処理槽３３の上面３３ａには、分岐管３２の支管３２２の他端が貫通状態で接続されている。処理槽３３の一端面には、槽本体内の圧力をモニタするための圧力計３３１が設けられている。処理槽３３の他端面の下部には、メタンガスが脱気した温泉水を排水するための排水口が設けられ、その排水口に排水管３３２が接続されている。また、処理槽３３の他端面の上部には、槽内で排出したメタンガスを排気するための排気口に排気管３３３の一端が接続されている。排気管３３３の他端には、排気バルブ３４が設けられている。
排気バルブ３４としては、処理槽３３の上部空間Ｓ（気相）に溜まった被処理ガスであるメタンガスの流量を制限する流量調整バルブ３４１と、通常は開放状態であるが、弁内に水が浸入すると内部のフロートが上昇することで閉鎖して水の排出を規制するガスベント３４２とが設けられている。排気バルブ３４は複数設けてよく、例えば、二つの排気バルブを設けて、二つの排気バルブ３４を共に開放するか、一方のみ開放するか、あるいは二つとも開放するかによって排出ガス流量や処理槽３３内の上記部空間（気相）の圧力を調整してもよい。なお、処理槽３３と浴槽Ｂとの間に昇圧槽を設けて液体処理装置に供給される被処理水と液体処理装置から排出される被処理水の圧力差を調整してもよい。
排気バルブ３４としては、処理槽３３の上部空間Ｓ（気相）に溜まった被処理ガスであるメタンガスの流量を制限する流量調整バルブ３４１と、通常は開放状態であるが、弁内に水が浸入すると内部のフロートが上昇することで閉鎖して水の排出を規制するガスベント３４２とが設けられている。排気バルブ３４は複数設けてよく、例えば、二つの排気バルブを設けて、二つの排気バルブ３４を共に開放するか、一方のみ開放するか、あるいは二つとも開放するかによって排出ガス流量や処理槽３３内の上記部空間（気相）の圧力を調整してもよい。なお、処理槽３３と浴槽Ｂとの間に昇圧槽を設けて液体処理装置に供給される被処理水と液体処理装置から排出される被処理水の圧力差を調整してもよい。
なお、実施形態に係る液体処理装置を自動運転とすることが可能である。自動運転するときには、送水管１２内の温泉水が所定圧力となるとオンとなって送気装置２０を始動させる圧力スイッチを設けることで可能である。これは、まず最初に送水装置１０を始動させることで送水された温泉水が、混合器３１と処理槽３３とを介して浴槽Ｂに流れ、浴槽Ｂに所定量の温泉水が貯留されることで、送水管１２内の温泉水の圧力が上昇するため、送水管１２内の温泉水の圧力を監視しておけば、送気装置２０の始動開始の準備が完了したか否かの判断をすることができるからである。従って、送水管１２に送気装置２０を始動するための圧力スイッチを設けることで、液体処理装置の自動起動と停止とが可能である。また、送水装置１０や送気装置２０の流量を計測して流量を調整する装置を設ければ、安定した運転を行うことができ、安定した脱気状態（および支管３２２の先端から液相の液面までの距離Ｌ、すなわち所定の気相の高さ）を維持できる。この場合、送気装置２０の流量は、送気装置２０と混合器３１との間に電動弁と圧力調整弁・流量弁とを設ければ調整することが可能である。それらの流量調整手段として機能する。
また、混合器３１に空気を圧送するための送気管２１の各枝管に、調整バルブ２２（圧力調整弁・流量弁）が設けられているので、それぞれの混合器３１への空気量を調整することができる。
処理槽３３中の気相の圧力を比較的高く保つことによって気相中の被処理気体の処理水への溶解量が増える。この結果、混合流体中に混合または溶存していた被処理気体中の臭気成分や有害成分がより多く水に溶存する。それゆえ、この処理装置を用いることで、被処理気体中の臭気成分や有害成分を低減することができる。特に、処理ユニット３０に導入する水に、酸化、中和または殺菌等の各種作用を有する成分（例えば、オゾン、塩素、硫酸、塩酸、苛性ソーダ）のような添加物（液体、固体等の状態を問わない）を含ませることで、混合器３１または処理槽３３内部で各種の有効な作用を有する成分が臭気または有害成分に作用または反応し、それにより、被処理気体から臭気または有害成分を一層低減することができる。被処理気体から除去することが望ましい成分として、例えば、アンモニア、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ノルマルブチルアルデヒド、イソブチルアルデヒド、ノルマルバレルアルデヒド、イソバレルアルデヒド、メチルメルカプタン、硫化水素、硫化メチル、ニ硫化メチル、トリメチルアミン、イソブタノール、酢酸エチル、メチルイソブチルケトン、トルエン、スチレン、キシレン、プロピオン酸、ノルマル酪酸、ノルマル吉草酸、イソ吉草酸等が挙げられる。前述の各種作用を有する成分は、送水管１２を通じて混合器３１に加えてもよく、あるいは処理槽３３に直接加えてもよい。添加物の状態（粉体のような固体、液体、あるいは気体）によって適切な導入方法を取り得る。
このようにして温泉水を送水装置２０により送水し、空気を送気装置１０により送気すると、１段目の処理ユニット３０の排気バルブ３４から排気されるメタンガスのガス濃度は５５％ＬＥＬであった。また、２段目の処理ユニット３０の排気バルブ３４から排気されるメタンガスのガス濃度は３３％ＬＥＬであった。更に、３段目の処理ユニット３０の排気バルブ３４から排気されるメタンガスのガス濃度は１２％ＬＥＬであった。ここで行った排気バルブのガス濃度測定は、排気バルブの出口にメタンガス測定器（接触燃焼式ガスセンサ複合型ガス検知器コスモテクターXP-3118S）を用いて測定した。
また、最終の３段目処理水のメタンガス濃度は、前記ヘッドスペース法に準拠し行った結果、３．０％ＬＥＬであり、目標とするメタンガス濃度は５．０％ＬＥＬ以下を達成していた。
これからもわかるように、１段目から２段目、２段目から３段目の処理ユニット３０の処理槽３３で脱気処理が行われることで、段階的に温泉水からメタンガスが脱気され、濃度が低くなっていることがわかる。
また、最終の３段目処理水のメタンガス濃度は、前記ヘッドスペース法に準拠し行った結果、３．０％ＬＥＬであり、目標とするメタンガス濃度は５．０％ＬＥＬ以下を達成していた。
これからもわかるように、１段目から２段目、２段目から３段目の処理ユニット３０の処理槽３３で脱気処理が行われることで、段階的に温泉水からメタンガスが脱気され、濃度が低くなっていることがわかる。
実施例１２
この実施例では、実施例１１における第１〜第３段目の処理槽の空気流量１００Ｌ／分を５０Ｌ／分に変更して処理を行った。被処理水として、用いた原鶴温泉の源泉水のメタン濃度は実施例１１と同様に１１％ＬＥＬであり、送水装置の供給水圧及び供給水量はそれぞれ約０．１５ＭＰａ及び２５３Ｌ／分、送気装置の空気圧は０．２ＭＰａ、昇圧槽の圧力は０．１ＭＰａとした。排気バルブ３４の開放度を４段階に切り替えるために排気バルブ３４を二つ増設し、合計四つの排気バルブ３４のすべてを開放（全開）、二つのみを開放（半開）、一つのみを開放（１／４開）、すべてを閉鎖（全閉鎖）の状態でそれぞれ処理を行った。これらの場合の処理水のメタン濃度及び溶存酸素濃度を測定し、第１段目の処理槽３３内の気相の圧力及び高さと共に下記表３に示す。
この実施例では、実施例１１における第１〜第３段目の処理槽の空気流量１００Ｌ／分を５０Ｌ／分に変更して処理を行った。被処理水として、用いた原鶴温泉の源泉水のメタン濃度は実施例１１と同様に１１％ＬＥＬであり、送水装置の供給水圧及び供給水量はそれぞれ約０．１５ＭＰａ及び２５３Ｌ／分、送気装置の空気圧は０．２ＭＰａ、昇圧槽の圧力は０．１ＭＰａとした。排気バルブ３４の開放度を４段階に切り替えるために排気バルブ３４を二つ増設し、合計四つの排気バルブ３４のすべてを開放（全開）、二つのみを開放（半開）、一つのみを開放（１／４開）、すべてを閉鎖（全閉鎖）の状態でそれぞれ処理を行った。これらの場合の処理水のメタン濃度及び溶存酸素濃度を測定し、第１段目の処理槽３３内の気相の圧力及び高さと共に下記表３に示す。
表３の結果からすれば、排気バルブを全開から半開の状態にしても気相の圧力の変化が見られないが、１／４開及び全閉にすると気相が圧力が高くなるとともに気相の高さも高くなっていることが分かる。また、この気相の圧力の上昇に伴って処理水中のメタンが減少し、溶存酸素が増加している。この結果からも、処理水中のメタン濃度及び溶存酸素濃度は処理槽内の気相の圧力に依存していることが分かる。また、気相の圧力が０．１２ＭＰａ程度に低くなっても、源泉からメタンが有効に除去されている。すなわち、上記実施例を通じて処理槽の気相の圧力が０．１２以上であり、０．１２〜０．１８ＭＰａの範囲では良好に源泉からメタンを除去することができることが分かる。
本発明の処理装置及び処理方法は以下のような広範な用途及び応用例が考えられる。例えば、農業では、水の活用は不可欠であるが、特に水耕（液肥）栽培では、使用水の溶存酸素量、殺菌、肥料の注入が重要になる。本発明の処理装置ではこれらの要望に応えることができる。例えば、混合流体を構成する気体として空気とオゾンを使用することで、使用水の殺菌を流水しながら行える。また、液肥などの肥料も混合流体を構成する水に溶解させることで混合流体に混入させることができる。この場合に、混合流体を生成する混合器に肥料などの添加物導入口を設けておくことができ、液肥のみならず粉体も導入することができる。もちろん、上述の実施例のように酸素の溶存化も可能であり、本処理装置から排出される水（液）は、酸素溶存量を一定以上に保つことができ、酸素濃度が均一な水（液）をプランターに供給できる。特に、水耕（液肥）栽培のプランターの途中での酸素欠乏による生育不良を防止することができる。
本発明は、液体中に含まれる気体を除去したり被処理気体を低減または除去するための流体処理装置に関し、例えば、温泉水等の水を主体とした液体に溶存したメタンガスのような気体の除去に適した流体処理装置および流体処理方法に関するものである。
飲料水や温泉水などの用途に使用される地下水には、可燃気体である天然ガス（主成分メタン）が溶存している場合が多く、該地下水から脱気された天然ガスが蓄積して、爆発する事故が発生している。そのため、地下水を飲料水や温泉水などの用途に用いる場合、規定値以下にまで溶存可燃性ガスを除去するよう規制されている。
従来、被処理ガスに含まれる溶存ガスを脱気する方法としては、液の入った容器を減圧にする方法（例えば、特許文献１参照）や、常圧で被処理ガスに除去対象でないガスをバブリングして、溶存ガスを脱離させる方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
ところで、温泉水などの地下水は、ポンプで汲み上げられたりすることにより、通常、加圧された状態で送水パイプを用いて供給される。
従来の技術では、加圧した状態の被処理水から溶存したメタンガスを除去するに当たり、被処理水を減圧化、あるいは常圧にしてから、脱気処理を行う必要があるため、配管を介して供給するためには、再度被処理水を加圧する必要があり、昇圧設備が必要となり、また、ランニングコスト上昇を招くという問題があった。
また、地下水などミネラル分を含む被処理水の場合には、常圧・開放式で脱気処理を行う場合、藻やアオコなどが発生し、衛生面で好ましくない。また、常圧・開放式の脱気装置は、装置が大型化しやすく小規模用途での適用が困難である。
従来の技術では、加圧した状態の被処理水から溶存したメタンガスを除去するに当たり、被処理水を減圧化、あるいは常圧にしてから、脱気処理を行う必要があるため、配管を介して供給するためには、再度被処理水を加圧する必要があり、昇圧設備が必要となり、また、ランニングコスト上昇を招くという問題があった。
また、地下水などミネラル分を含む被処理水の場合には、常圧・開放式で脱気処理を行う場合、藻やアオコなどが発生し、衛生面で好ましくない。また、常圧・開放式の脱気装置は、装置が大型化しやすく小規模用途での適用が困難である。
このように、従来の液体処理設備には、いまだ課題が多いのが実情である。
かかる状況下、本発明の目的は、省設置スペースで生産性低下やランニングコスト上昇を極力回避し、効率的に通過する水量に合わせて被処理水から溶存ガスを除去することが可能な流体処理装置および流体処理方法を提供することである。
また、本発明の目的は水を主体とする液体に含まれる溶存ガス（被処理ガス）成分を除去したり、液体中に気体を溶存させたりするなどの用途に適した流体処理装置及び流体処理方法を提供することにある。さらに、本発明の目的は、種々の気体を低減または除去するための新規な流体処理装置または流体処理方法を提供することにある。
かかる状況下、本発明の目的は、省設置スペースで生産性低下やランニングコスト上昇を極力回避し、効率的に通過する水量に合わせて被処理水から溶存ガスを除去することが可能な流体処理装置および流体処理方法を提供することである。
また、本発明の目的は水を主体とする液体に含まれる溶存ガス（被処理ガス）成分を除去したり、液体中に気体を溶存させたりするなどの用途に適した流体処理装置及び流体処理方法を提供することにある。さらに、本発明の目的は、種々の気体を低減または除去するための新規な流体処理装置または流体処理方法を提供することにある。
本発明の第１の態様に従えば、液体及び気体を流動させながら液体または気体を処理する流体処理装置であって、
気相と液相が共存する密閉された処理槽と、
先端が前記処理槽上部に連結され、前記液体に気体を混合させた混合流体を前記先端から前記処理槽内の前記気相を介して前記液相に連続的に噴射する噴射管と、
前記処理槽に設けられ、前記液相の液体を前記処理槽から連続的に排出する排出口と、
前記処理槽に設けられ、前記気相の気体を前記処理槽から排気する排気口と、
前記混合流体を構成する気体及び液体、前記排出口から排出される液体並びに前記排気口から排出される気体の少なくとも一つの流量を調整することにより前記処理槽内の気相の高さを一定に維持する流量調整手段とを備え、
前記処理槽は、横置きにされた円筒状の容器であり、前記噴射管は、処理槽の中心軸に沿って所定間隔で配列する複数の噴射部を有し、当該噴射部からの混合流体の噴射方向が処理槽の中心軸に直交するように且つ処理槽の中心軸に向かうように配置されており、
前記噴射管は、噴射された前記混合流体中の気泡が前記処理槽の底部に至るように、前記噴射管から混合流体を噴射させることを特徴とする流体処理装置が提供される。
気相と液相が共存する密閉された処理槽と、
先端が前記処理槽上部に連結され、前記液体に気体を混合させた混合流体を前記先端から前記処理槽内の前記気相を介して前記液相に連続的に噴射する噴射管と、
前記処理槽に設けられ、前記液相の液体を前記処理槽から連続的に排出する排出口と、
前記処理槽に設けられ、前記気相の気体を前記処理槽から排気する排気口と、
前記混合流体を構成する気体及び液体、前記排出口から排出される液体並びに前記排気口から排出される気体の少なくとも一つの流量を調整することにより前記処理槽内の気相の高さを一定に維持する流量調整手段とを備え、
前記処理槽は、横置きにされた円筒状の容器であり、前記噴射管は、処理槽の中心軸に沿って所定間隔で配列する複数の噴射部を有し、当該噴射部からの混合流体の噴射方向が処理槽の中心軸に直交するように且つ処理槽の中心軸に向かうように配置されており、
前記噴射管は、噴射された前記混合流体中の気泡が前記処理槽の底部に至るように、前記噴射管から混合流体を噴射させることを特徴とする流体処理装置が提供される。
本発明の第２の態様に従えば、液体及び気体を流動させながら液体または気体を処理する流体処理方法であって、
前記液体に気体を混入して混合流体を形成することと、
前記気相と液相が共存する閉鎖された処理槽の上部に連結された噴射管から、前記混合流体を前記処理槽中の前記気相を介して前記液相に連続的に噴射することと、
前記処理槽の液相の液体を連続的に排出することと、
前記処理槽の気相の気体の排気量を調整することと、
前記混合流体を構成する気体及び液体、前記処理槽から排出される液相の液体並びに前記処理槽から排気される気相の気体の少なくとも一つの流量を調整することにより前記処理槽内の気相の高さを一定に維持することを含み、
前記処理槽は、横置きにされた円筒状の容器であり、前記噴射管は、処理槽の中心軸に沿って所定間隔で配列する複数の噴射部を有し、
前記噴射部からの前記混合流体が処理槽の中心軸に直交するように且つ処理槽の中心軸に向かうとともに、前記混合流体中の気泡が前記処理槽の底部に至るように、前記噴射管から混合流体を噴射させることを特徴とする流体処理方法が提供される。
前記液体に気体を混入して混合流体を形成することと、
前記気相と液相が共存する閉鎖された処理槽の上部に連結された噴射管から、前記混合流体を前記処理槽中の前記気相を介して前記液相に連続的に噴射することと、
前記処理槽の液相の液体を連続的に排出することと、
前記処理槽の気相の気体の排気量を調整することと、
前記混合流体を構成する気体及び液体、前記処理槽から排出される液相の液体並びに前記処理槽から排気される気相の気体の少なくとも一つの流量を調整することにより前記処理槽内の気相の高さを一定に維持することを含み、
前記処理槽は、横置きにされた円筒状の容器であり、前記噴射管は、処理槽の中心軸に沿って所定間隔で配列する複数の噴射部を有し、
前記噴射部からの前記混合流体が処理槽の中心軸に直交するように且つ処理槽の中心軸に向かうとともに、前記混合流体中の気泡が前記処理槽の底部に至るように、前記噴射管から混合流体を噴射させることを特徴とする流体処理方法が提供される。
本発明の第１および第２の態様によれば、噴射管から混合流体が処理槽の気相を介して液相に連続的に噴射されるので、混合流体が液相に激しく衝突し、且つ液相の深部まで進入することで、混合流体に含まれる気体を液体中に溶存させ易くすることができる。また、閉鎖された処理槽の気相の気体を液相中の液体に溶存させることができる。一方で、液体に最初から含まれていた気体（有害気体のような除去されるべき気体）は混合流体に含まれる気体に置換されることができる。それゆえ、液体に有害気体のような除去されるべき気体が含まれている場合には、その液体を被処理液体として処理して液体を浄化することができる。あるいは、混合流体を構成する気体が有害気体のような除去されるべき気体である場合には、その気体が液体中に取り込まれることになるので、そのような有害気体を除去または低減することができる。
本発明の流体処理装置において、さらに、前記噴射管への混合流体を形成するための混合器を備え、該混合器は、液体が流通する流路と、該流路内に収容されて液体内に気体を噴出するノズルとを有することが好ましい。
本発明の流体処理装置及び流体処理方法において、前記処理槽では、前記噴射された混合流体が容器の内周壁に沿って環流することが見られる。また、前記噴射管の先端が前記処理槽上部から槽内に突出するように前記噴射管が前記処理槽の上部に連結し得る。また、前記噴射管が、互いに所定距離を隔てて並列する複数の支管からなり、各支管が前記処理槽上面に直交するように処理槽の上部に連結し得る。
本発明の流体処理装置及び流体処理方法において、前記気相の圧力が、０．１２ＭＰａ〜０．１８ＭＰａに調節されていることが好ましい。また、前記排気口に、排気口の開放度を調整することにより気相の圧力を調整する排気バルブが設けられていることが好ましい。前記処理槽内における気相の高さを処理槽の内部の高さ（気相＋液相）の５〜５０％に維持することが好ましい。
本発明の流体処理装置及び流体処理方法において、前記液体が温泉水であり、前記気体が空気である場合には、前記混合流体が処理槽を通過することにより温泉水中に含まれるメタンが除去され得る。本発明では、前記処理装置が複数直列に接続されており、上流側の流体処理装置から排出された液体が、下流側の流体処理装置に、気体と混合されて導入され得るシステムも提供される。
本発明の流体処理方法では、前記液体が下水の場合には、前記処理槽で処理されることで下水中に含まれるメタンが除去され得、前記液体が、農業用水または漁業用水の場合には、上記気体を空気とし、上記処理槽で処理された液体に酸素を富化することができる。
本発明によれば、簡単な構造で液体中に溶存しているメタンなどの脱気ガスを効率よく除去することができるので、省設置スペースで生産性低下やランニングコスト上昇を極力回避し、効率的に被処理水から溶存ガスを除去することが可能である。また、本発明は生産性に優れているため、処理槽などをコンパクトに構成することができる。更に、本発明では、曝気槽を必要とせず、被処理水のような液体が大気中に曝されることがないため、送水装置から圧送するときの温度を維持したまま、脱気処理を行うことが可能である。
また、本発明によれば、混合流体に含まれる気体を、例えば、水を主体とする液体中に溶存させ易く、水に含まれていた気体を混合流体に含まれる気体に置換することができるので、水を主体とする液体に含まれている特定の成分の除去および／または水を主体とする液体への別の気体成分の溶存量の増加を簡単な装置構成で実現することができる。この原理により、本発明の処理装置または処理方法により、混合流体を構成する液体中に最初から含まれている気体を除去または低減したり、あるいは、混合流体を構成する気体を除去または低減することができる。
第１実施形態
本発明の第１実施形態に係る流体処理装置について、図面に基づいて説明する。この流体処理装置は、被処理ガスが溶存した被処理水から被処理ガスを排出させて、除去する液体処理装置の例である。しかし、後述するように本発明の処理装置（第３実施形態）は、液体処理装置に限定されず、被処理ガスを液体を用いて除去する気体処理装置としても機能する。なお、本第１実施形態の液体処理装置では、被処理水を温泉水、被処理ガスをメタンガスとして説明する。
本発明の第１実施形態に係る流体処理装置について、図面に基づいて説明する。この流体処理装置は、被処理ガスが溶存した被処理水から被処理ガスを排出させて、除去する液体処理装置の例である。しかし、後述するように本発明の処理装置（第３実施形態）は、液体処理装置に限定されず、被処理ガスを液体を用いて除去する気体処理装置としても機能する。なお、本第１実施形態の液体処理装置では、被処理水を温泉水、被処理ガスをメタンガスとして説明する。
図１に示すように、液体処理装置は、温泉水からメタンガスを除去して、浴槽Ｂに供給するものである。液体処理装置は、送水装置１０と、送気装置２０と、処理ユニット３０とを備えている。
送水装置１０は、配水管１１からの温泉水を処理ユニット３０へ送水管１２を介して圧送する送水ポンプである。送水装置１０は、温泉水を圧送できれば、様々な送水ポンプが使用できるが、ターボ型ポンプ、容積型ポンプなどとすることができる。
送水装置１０は、配水管１１からの温泉水を処理ユニット３０へ送水管１２を介して圧送する送水ポンプである。送水装置１０は、温泉水を圧送できれば、様々な送水ポンプが使用できるが、ターボ型ポンプ、容積型ポンプなどとすることができる。
送気装置２０は、処理ユニット３０へ気体である空気（脱気ガス）を圧送する送風機（気体供給機）である。送気装置２０は、空気（気体）を圧送できれば、様々なコンプレッサーやファン、ブロアなどが使用できる。この送気装置２０には、装置維持のために目視可能なように気体流量計（図示せず）が設けられている。
処理ユニット３０は、主に、混合器３１と、分岐管３２と、処理槽３３と、排気バルブ３４とを備えている。
処理ユニット３０は、主に、混合器３１と、分岐管３２と、処理槽３３と、排気バルブ３４とを備えている。
混合器３１は、図２に示すように内部に内部流路３１ｄが形成された外側管３１ｂを有し、その内部流路３１ｄ内で、送気装置２０から圧送された空気と、送水装置１０から圧送された温泉水とを混合する。ここで、混合器３１について、図２に基づいて説明する。
この混合器３１の内部流路３１ｄには、送気装置２０からの配管が基端部３１１に接続されて、空気が圧送される内側管３１ａが外側管３１ｂと同軸に配置されている。送水装置１０からの送水管１２が外側管３１ｂの外側面の一部に接続されている。すなわち、混合器３１は、外側管３１ｂと内側管３１ａによる二重管構造に形成されている。
この混合器３１の内部流路３１ｄには、送気装置２０からの配管が基端部３１１に接続されて、空気が圧送される内側管３１ａが外側管３１ｂと同軸に配置されている。送水装置１０からの送水管１２が外側管３１ｂの外側面の一部に接続されている。すなわち、混合器３１は、外側管３１ｂと内側管３１ａによる二重管構造に形成されている。
内側管３１ａの先端には、送気装置２０により圧送された空気を取り込んだ温泉水内に放出する第１のノズル３１ｃが設けられている。本実施形態では、第１のノズル３１ｃとしてタンクミキシングエダクターを採用している。外側管３１ｂの基端部３１１と反対側の先端部３１３では、通水方向(下流)に向かうに従って内径が徐々に細くなり、末端に設けられた吐出口３１ｅとして開放されている。そうすることで、外側管３１ｂの先端部３１３は第２のノズルとして機能する。
図１に示すように、分岐管３２は、混合器３１の下流側に同軸に接続された本管３２１と、この本管３２１の長手方向に等間隔な位置に一端が接続されると共に、本管３２１の長手方向と直交する方向（下側）に延在する複数の支管３２２（３２２ａ〜３２２ｄ）とを有する。複数の支管３２２は、その中心軸が円筒状の処理槽３３の中心軸に向かうように処理槽３３に対して配置しており、複数の支管３２２の他端は、処理槽３３の外周面に長手方向の線（横置きにした状態の稜線）の上に均等な間隔で接続されている。支管３２２の内径ｄ１は、本管３２１の内径ｄ０より小さい。支管３２２から噴射される混合流体を勢いよく処理槽３３内の液相に流入させるためには、支管３２２の内径ｄ１は、支管３２２の本数により異なるが、支管３２２が４本のときは本管３２１の内径ｄ０の２分の１以下であることが望ましい（支管３２２がＮ本のときは本管３２１の内径ｄ０の√Ｎ分の１が望ましい）。本実施形態では、支管３２２として、処理槽３３の長さに応じて４本が設けられているが、処理水の成分や水量、水圧などの各条件により、任意の数とすることができる。支管３２２の他端は、図３に示すように処理槽３３の上面３３ａに接続され、処理槽３３の上面部から処理槽３３の内部の空間に所定の長さで突出している。突出量は、例えば、１０〜３０ｍｍにすることができる。
処理槽３３は、本管３２１より大きい内径を有する円筒状の容器であり、その軸（長手方向）が水平方向になるような横置き(倒伏した)状態で設置されている。前述のように処理槽３３の上面３３ａには、分岐管３２の支管３２２の他端が貫通状態で接続されている。処理槽３３の一端面には、槽本体内の圧力をモニタするための圧力計３３１が設けられている。処理槽３３の他端面の下部には、メタンガスが脱気した温泉水を排水するための排水口が設けられ、その排水口に排水管３３２が接続されている。また、処理槽３３の他端面の上部には、槽内で排出したメタンガスを排気するための排気口に排気管３３３の一端が接続されている。排気管３３３の他端には、排気バルブ３４が設けられている。
排気バルブ３４としては、処理槽３３の上部空間Ｓ（気相）に溜まった被処理ガスであるメタンガスの流量を制限する流量調整バルブ３４１と、通常は開放状態であるが、弁内に水が浸入すると内部のフロートが上昇することで閉鎖して水の排出を規制するガスベント３４２とが設けられている。排気バルブ３４は複数設けてよく、例えば、二つの排気バルブを設けて、二つの排気バルブ３４を共に開放するか、一方のみ開放するか、あるいは二つとも開放するかによって排出ガス流量や処理槽３３内の上記部空間（気相）の圧力を調整してもよい。なお、処理槽３３と浴槽Ｂとの間に昇圧槽を設けて液体処理装置に供給される被処理水と液体処理装置から排出される被処理水の圧力差を調整してもよい。
排気バルブ３４としては、処理槽３３の上部空間Ｓ（気相）に溜まった被処理ガスであるメタンガスの流量を制限する流量調整バルブ３４１と、通常は開放状態であるが、弁内に水が浸入すると内部のフロートが上昇することで閉鎖して水の排出を規制するガスベント３４２とが設けられている。排気バルブ３４は複数設けてよく、例えば、二つの排気バルブを設けて、二つの排気バルブ３４を共に開放するか、一方のみ開放するか、あるいは二つとも開放するかによって排出ガス流量や処理槽３３内の上記部空間（気相）の圧力を調整してもよい。なお、処理槽３３と浴槽Ｂとの間に昇圧槽を設けて液体処理装置に供給される被処理水と液体処理装置から排出される被処理水の圧力差を調整してもよい。
以上のように構成された本実施形態に係る液体処理装置の動作および使用状態について、図面に基づいて説明する。
図１に示すように、まず、送水装置１０と送気装置２０とを始動する。送水装置１０により汲み上がった温泉水が配水管１１から送水装置１０を介して送水管１２へ圧送される。また、送気装置２０により取り込まれた空気が内側管３１ａを介して混合器３１へ圧送される。
混合器３１では、図２に示すように、送気装置２０から内側管３１ａに圧送された空気が、第１のノズル３１ｃにより噴射される。このときに、送水管１２から外側管３１ｂの先端部３１３に圧送された温泉水に、第１のノズル３１ｃの先端に設けられたディフューザーから噴射された空気が気泡として取り込まれ、温泉水と気泡が混合した混合流体が形成される。混合流体は外側管３１ｂ内に拡散される。このとき噴射された空気の一部は温泉水に溶解する。
図１に示すように、まず、送水装置１０と送気装置２０とを始動する。送水装置１０により汲み上がった温泉水が配水管１１から送水装置１０を介して送水管１２へ圧送される。また、送気装置２０により取り込まれた空気が内側管３１ａを介して混合器３１へ圧送される。
混合器３１では、図２に示すように、送気装置２０から内側管３１ａに圧送された空気が、第１のノズル３１ｃにより噴射される。このときに、送水管１２から外側管３１ｂの先端部３１３に圧送された温泉水に、第１のノズル３１ｃの先端に設けられたディフューザーから噴射された空気が気泡として取り込まれ、温泉水と気泡が混合した混合流体が形成される。混合流体は外側管３１ｂ内に拡散される。このとき噴射された空気の一部は温泉水に溶解する。
混合器３１の先端部３１３を流れるときに、混合流体は、徐々に通水路の断面積が小さくなる第２のノズルとして機能する吐出口に向かって流動するため、混合流体に更に圧力が付与される。この圧力の付与により混合流体は更に加速(加圧)される。加速された状態の混合流体（温泉水）は、混合器３１から分岐管３２の本管３２１へ流れることで、空気との混合が一層促され、それによって混合流体中の空気溶存量は増加する。
本管３２１を流れた混合流体は、それぞれの内径が本管３２１の内径よりも小さい支管３２２に流れるときに流れが一層加速される。そして、支管３２２により流速が上がった混合流体は、支管３２２の先端から処理槽３３の内部へ加圧噴射される。混合流体は、流速が上昇して(加圧されて)いるので、勢いよく処理槽３３の温泉水に衝突するとともに処理槽の底部の温泉水にまで到達することができる。このような混合流体の挙動により、後述するように、槽内の温泉水を激しく撹拌混合させることができる。また、支管３２２の先端部が、処理槽３３の上面３３ａの内側へ突出して設けられていることで、加圧された混合流体を支管３２２の先端部を通じて槽内に溜まった温泉水の水面に垂直に衝突するように案内することができる。従って、送水装置１０の送水速度が高くなくても、槽内の上部で拡散することなく、真っ直ぐに貯留された被処理水に加圧噴射することができる。
ここで、槽内での撹拌混合について、図面に基づいて詳細に説明する。図３および図４に示すように、例えば、処理槽３３の上面３３ａに接続された支管３２２ｂから加圧噴射された混合流体は、槽内に溜まった液相である温泉水に勢いよく吹き付けられる。支管３２２は混合流体の噴射管とみなすことができる。吹き付けられた混合流体は、温泉水の水面に激しく衝突する。衝突の際、処理槽３３の上部空間Ｓに存在する気相である空気と混合流体は接触する機会が増え、混合流体に空気が混ざり込む。更に、混合流体は、支管３２２ｂにより加圧され、且つ支管３２２ｂの先端部３２２ｘに案内されて噴射されているので、図３に示すように処理槽３３の内底面まで至り、次いで、底面近傍の内周面に沿って互いが逆方向の二つの分流Ｌ１およびＬ２に分流して上昇する。上昇した分流Ｌ１およびＬ２は、支管３２２ｂから加圧噴射された混合流体ＭＬと合流して再び処理槽３３の底部に向かい、図３に示したように環流する。後述する実施例の観察によると、混合流体ＭＬ中の多くの気泡が図３に示した流れに従って環流していることが分かった。この気泡の環流を本願明細書では「バブル環流」と呼ぶ。このようなバブル環流を生じさせるためには槽の内面は曲面であることが有利であり、処理槽３３の垂直断面は円または楕円が望ましい。
本実施形態に係る処理槽３３内に、装置の動作中に、気相及び液相を維持する必要がある。気相は、処理槽の高さ（内径）に対して５％〜５０％の高さになるような気相を設けることが有効であることが後述の実施例から分かっている。別の見方をすると、噴射管として機能する支管３２２の先端から液相の液面までの距離をＬとしたときに、例えば、−０．６ｃｍ＜Ｌ≦６．３ｃｍとなるように気相を維持することができる。距離Ｌが−０．６ｃｍより小さいと、すなわち、槽内が殆ど液相だけのときは、後述するように気相から液相に溶解する酸素がほとんど存在しないので、メタンの濃度を有効に下げることはできない。一方、距離Ｌの上限は、後述するように処理槽の寸法や気相の圧力にも依存する。例えば、処理槽の排気バルブ３４を閉鎖したり絞ることで処理槽３３の気相の圧力が高くなる。
処理槽３３中の気相の圧力は、排気バルブ３４（ガスベント３４２）から排出される気体の量や送気装置２０で供給する気体の流量を調整することで制御することができる。ヘンリーの法則に従えば、気液相が存在する場合に気体の液体への溶解度は気体の圧力に依存するので、気相の圧力を比較的高く保つことによって気相中の空気の処理水への溶解量が増えると考えられる。特に、酸素の水中への溶解度は窒素の水中への溶解度の約２倍であるので、気相の圧力を高くすると酸素が優先的に処理水に溶解する（１ａｔｍ、２０℃にて酸素が０．００３１ｃｍ ３ 、窒素が０．００１６ｃｍ ３ 溶解する）。この結果、混合流体中に溶存していたメタンは酸素に置換されて気相に放出されると考えられる。本発明においては、気相の圧力が例えば、０．１２〜０．１８ＭＰａの範囲であると源泉中のメタンを有効に低減することができることが分かっている。
槽内の気相の高さを調整すると共に一定に維持するためには、送気装置２０から圧送される空気量、送水装置１０から圧送される温泉水の流量、排水管３３２から排出される液体の温泉水の流量、並びにガスベント３４２（排気バルブ３４）を介して排出される気体の流量の少なくとも一つを調整することで実現することができる。それらの流量は、それらの流体（気体および液体）の流量を調整する手段（流量調整手段）、例えば、送水装置１０、送気装置２０、および／または流量調整バルブ３４１（排気バルブ３４）などにより調整することができる。なお、本発明において、排気バルブ３４の流量調整バルブ３４１を完全に閉鎖する場合も、「気相の気体の排気量を調整すること」に含まれる。すなわち、気相の気体は必ずしも排気バルブ３４から排気しておく必要はない。
温泉水の流量は、温泉の源泉や源泉を送液する送液装置の容量により異なるが、例えば、１００〜３００リットル／分であり、空気量は例えば、１５〜１５０リットル／分にすることができる。本実施形態では、送水装置１０により供給される温泉水の流量と、送気装置２０により供給される空気量の比、すなわち、混合比を調整することにより支管３２２の先端から液相の液面までの距離Ｌ（或いは気相の高さ）をほぼ一定に維持している。なお、排水管３３２に流量調節バルブを流量調整手段の一部として設けてもよい。温泉水に対する空気の混合比は、空気量（リットル／分）／温泉水（リットル／分）で表して０．０５〜１の範囲にすることができ、好ましくは０．１〜０．８である。この混合比が０．０５未満であるとメタンの除去効率が低下するために好ましくない。また、混合比が１を超えると、空気量が増えて源泉の処理量が減るために好ましくない。
図４の概念図に示すように、支管３２２ｂから加圧噴射された混合流体ＭＬは、槽の長手方向にも分流した後、隣接する支管３２２ｃから加圧噴射された混合流体ＭＬの分流と衝突または干渉しながら上昇する。そして、水面付近まで到達すると、分岐管３２２ｂの吐出口から噴射された混合流体ＭＬと合流して、再度、処理槽３３の底面に向かって下降し始める。このような槽の長手方向およびそれに直交する方向に生じる環流により、混合流体中の空気の気泡もまたバブル環流を生じると共に、温泉水と長時間または繰り返し撹拌混合されることで、温泉水と接触する機会が増加するので、温泉水に溶解しやすくなる。空気が温泉水に溶解することで、溶存していたメタンガスが置換されて排出される。すなわち、本発明において温泉水中のメタンを有効に除去することができる理由として２つの作用があると考えられる。一つは気相の存在により気相から液相への空気（特に酸素）の溶存が進み、それにより液相中のメタンが空気（特に、酸素）に置換される作用と、もう一つは混合流体が支管３２２ｂから勢いよく噴射して処理槽３３の底部にまで至ると共に処理槽３３内部でバブル環流を生じることで液相中のメタンが空気（特に、酸素）に置換される作用である。
排出されて気泡となったメタンガスは、温泉水を上昇して処理槽３３の上部空間Ｓ（気相）に溜まる。上部空間Ｓのメタンガスや空気などの気体は、流量を制限する流量調整バルブ３４１を介してガスベント３４２から大気中へ放散される。従って、流量調整バルブ３４１により制限された気体は上部空間Ｓに留まるため、一定の圧力下となった上部空間Ｓを維持することができる。
メタンガスが脱気された混合流体（温泉水）は、処理槽３３の長手方向の端部の下側に設けられた排水管３３２から排出される。槽内は一定の圧力下であるため、排水管３３２からは温泉水が勢いよく排水する。従って、排水管３３２から圧送される温泉水は、このまま他の配管を通じて、ポンプなどの送水装置を必要とせずに、使用される場所まで配送することができる。
このように、本実施形態に係る液体処理装置は、圧力下の処理槽内で、メタンガスを含む温泉水中に、混合流体（空気が混合された温泉水）を噴射して、溶存するメタンガスの代わりに空気を温泉水に溶解させることで、メタンガスを排出させることができるので、処理ガスを除去するために減圧したり、除去した後に配送のために昇圧したりする必要がないので、簡単な構造で脱気ガスの除去を図ることができる。
また、本実施形態に係る液体処理装置は、主要構成として、送水装置１０からの温泉水と送気装置２０からの空気とを混合させる混合器３１と、混合器３１からの温泉水を分配する分岐管３２と、分岐管３２からの温泉水を撹拌混合する処理槽３３と、排出したメタンガスを排出する排気バルブ３４とにより構成することができるので、省設置スペースで生産性低下やランニングコスト上昇を極力回避することができる。
また、処理槽３３に温泉水が噴射されつつ、脱気された温泉水が排水されることで、連続的に脱気処理を行うことができるので、効率的に被処理水から溶存ガスを除去することが可能であり、生産性を向上させることができる。従って、同じ量の被処理水を処理するのであれば、本実施形態に係る液体処理装置はコンパクトに構成することができる。なお、処理槽３３内で生じるバブル環流が次のような付随的効果を奏していることが分かった。すなわち、バブル環流は処理槽３３内を循環する。特に、処理槽３３の周方向を環流するバブルは処理槽３３の内周壁に沿って環流するために、内周壁には湯の花などの固形分や異物が溜まり難くなり、バブル環流による処理槽３３内の自己浄化作用がある。従って、処理槽３３やその下流に設けた配管設備の詰まりや故障を防止し、処理槽３３の掃除等のメンテナンスの回数も低減することができる。
なお、実施形態に係る液体処理装置を自動運転とすることが可能である。自動運転するときには、送水管１２内の温泉水が所定圧力となるとオンとなって送気装置２０を始動させる圧力スイッチを設けることで可能である。これは、まず最初に送水装置１０を始動させることで送水された温泉水が、混合器３１と処理槽３３とを介して浴槽Ｂに流れ、浴槽Ｂに所定量の温泉水が貯留されることで、送水管１２内の温泉水の圧力が上昇するため、送水管１２内の温泉水の圧力を監視しておけば、送気装置２０の始動開始の準備が完了したか否かの判断をすることができるからである。従って、送水管１２に送気装置２０を始動するための圧力スイッチを設けることで、液体処理装置の自動起動と停止とが可能である。また、送水装置１０や送気装置２０の流量を計測して流量を調整する装置を設ければ、安定した運転を行うことができ、安定した脱気状態（および支管３２２の先端から液相の液面までの距離Ｌ、すなわち所定の気相の高さ）を維持できる。この場合、送気装置２０の流量は、送気装置２０と混合器３１との間に電動弁と圧力調整弁・流量弁とを設ければ調整することが可能である。それらの流量調整手段として機能する。
第２実施形態
本発明の第２実施形態に係る液体処理装置について、図面に基づいて説明する。なお、図５から図７において、図１と同じ構成のものは、同符号を付して説明を省略する。
本発明の第２実施形態に係る液体処理装置について、図面に基づいて説明する。なお、図５から図７において、図１と同じ構成のものは、同符号を付して説明を省略する。
第２実施形態に係る液体処理装置は、処理槽３３を含む処理ユニット３０が複数設けられており、直列接続されていることを特徴とするものである。
図５から図７に示すように、液体処理装置は、処理ユニット３０を３台備えている。それらの処理ユニット３０は、上流側から１段目の処理ユニット３０、その下流に位置する２段目の処理ユニット３０、２段目の処理ユニット３０の下流に位置する３段目（最終）の処理ユニット３０である。以下、適宜、１段目、２段目、３段目と略称する。
図５から図７に示すように、液体処理装置は、処理ユニット３０を３台備えている。それらの処理ユニット３０は、上流側から１段目の処理ユニット３０、その下流に位置する２段目の処理ユニット３０、２段目の処理ユニット３０の下流に位置する３段目（最終）の処理ユニット３０である。以下、適宜、１段目、２段目、３段目と略称する。
１段目の処理槽３３の排水管３３２ａが、その下流側に位置する２段目の配水管３３４ａに接続され、２段目の混合器３１に接続されている。同様に、２段目の処理槽３３の排水管３３２ｂが３段目の配水管３３４ｂに接続され、３段目の混合器３１に接続されている。３段目の処理槽３３には、脱気された温泉水を排出する排水管３３２ｃが接続されている。そして、送気装置２０からの送気管２１は、それぞれの処理槽３０の側方中央部を下から上に配設され、それぞれの混合器３１に分岐している。
送水装置１０からの温泉水は、１段目の処理ユニット３０の混合器３１へ流れ、分岐管３２を介して処理槽３３へ流れる。次に、処理槽３３にてメタンガスが脱気された温泉水は、１段目の処理槽３３から排水され、２段目の混合器３１へ流れる。次に、２段目の混合器３１から分岐管３２を介して２段目の処理槽３３へ流れる。ここでも、残留しているメタンガスが温泉水から脱気され、２段目の処理槽３３から３段目の混合器３１へ流れる。そして、３段目の混合器３１から分岐管３２を介して３段目の処理槽３３へ流れ、更に、残留しているメタンガスが温泉水から脱気される。最終的に、３段目の処理槽３３から排水管３３２ｃから消費される場所まで配送される。温泉水から排出したメタンガスは、それぞれの排気バルブ３４から大気中に放散される。
このように、１段目の処理ユニット３０だけでは除去しきれずに残留するようなメタンガスも、２段目、３段目と、直列接続されたそれぞれの処理ユニット３０により脱気することで、温泉水中に溶存するメタンガスの残留濃度を安全性が確保できる規定値以下に抑制することができる。
また、混合器３１に空気を圧送するための送気管２１の各分岐管に、調整バルブ２２（圧力調整弁・流量弁）が設けられているので、それぞれの混合器３１への空気量を調整することができる。
なお、第２実施形態では、処理ユニット３０が直列接続されているが、温泉水の処理量が増大するようであれば、並列接続するようにしてもよい。処理ユニット３０を並列接続するときは、１ユニットずつを並列接続してもよいし、直列接続された複数ユニットを並列接続してもよい。また、図５に示す液体処理装置では、処理ユニット３０が下方に向かって上下方向に並べられているが、水平方向に並べてもよい。
また、脱気ガスユニット３０は、必要に応じて混合器３０への空気の供給を止めて使用することも可能である。例えば、１段目と２段目との２つの処理ユニット３０による脱気処理で十分に被処理ガスが抜けているようであれば、３段目の混合器３０への空気の圧送を停止させる。そうすることで、送気装置２０の出力を抑えることができるので、省エネルギー運転が可能である。また、第２実施形態に係る液体処理装置についても、自動運転とすることが可能である。自動運転するときには、送水管１２内の温泉水が所定圧力となるとオンとなって送気装置２０を始動させる圧力スイッチを設けることで可能である。そうすることで、自動起動と停止とが可能である。
また、送水装置１０や送気装置２０の流量を計測して流量を調整するため電動弁と圧力調整弁・流量弁とを設ければ、第２実施形態に係る液体処理装置においても、安定した運転を行うことができ、安定した脱気状態を維持できる。
また、送水装置１０や送気装置２０の流量を計測して流量を調整するため電動弁と圧力調整弁・流量弁とを設ければ、第２実施形態に係る液体処理装置においても、安定した運転を行うことができ、安定した脱気状態を維持できる。
第２実施形態の変形例
次に、本発明の第２実施形態に係る液体処理装置の変形例を、図８に基づいて説明する。なお、図８においては、図５に示す構成と同じものは同符号を付して説明を省略する。第２実施形態に係る液体処理装置の変形例では、３段目の脱気処理ユニットの排出側と給水側とを循環管路と循環ポンプとで連結することで、３段目の脱気処理ユニットにて温泉水を循環させることを特徴とするものである。
次に、本発明の第２実施形態に係る液体処理装置の変形例を、図８に基づいて説明する。なお、図８においては、図５に示す構成と同じものは同符号を付して説明を省略する。第２実施形態に係る液体処理装置の変形例では、３段目の脱気処理ユニットの排出側と給水側とを循環管路と循環ポンプとで連結することで、３段目の脱気処理ユニットにて温泉水を循環させることを特徴とするものである。
図８に示す液体処理装置では、３段目の処理ユニット３０の排水管３３２ｃに、配水管３５１を介在させてエア処理槽３５が接続されている。エア処理槽３５には、エア処理槽３５内の温泉水に溶解せずに気体の状態で混合している空気を排気するための排気バルブ３５２が設けられている。この排気バルブ３５２としては、空気の流量を制限する流量調整バルブ３５２ａと、通常は開放状態であるが、弁内に水が浸入すると内部のフロートが上昇することで閉鎖して水の排出を規制するガスベント３５２ｂとが設けられている。エア処理槽３５は、連絡管３６１を介在させてバランスタンク３６が接続されている。バランスタンク３６には第１循環管３７１が接続され、第１循環管３７１には循環ポンプ３７が接続され、循環ポンプ３７には、第２循環管３７２が接続されている。第２循環管３７２は、３段目の処理ユニット３０の混合器３１に、２段目の処理槽３３からの配水管３３４ｂと共に、配水管３３４ｃを介在させて接続されている。
このように構成された図８に示す液体処理装置は、図５に示す液体処理装置と１段目から２段目までは同じ動作である。３段目の処理ユニット３０にて処理され、排水された温泉水は、エア処理槽３５に溜まる。エア処理槽３５内では、溶解せずに気泡の状態で混合している空気が、流量調整バルブ３４１を介してガスベント３４２から大気中へ放散される。循環ポンプ３７は液体（温泉水）に気体（空気）が混じっていると空転状態となり、異常な振動を起こすおそれがあるが、エア処理槽３５にて温泉水に溶け込まずに残る気泡を排出することで、循環ポンプ３７による安定した汲み上げを行うことができる。
エア処理槽３５にて空気が排出された温泉水は、バランスタンク３６に溜まる。バランスタンク３６にて、一旦、温泉水を貯留することで、３段目の処理槽３３へ循環させる温泉水を循環ポンプ３７によりバランスタンク３６から汲み出しても、循環させる温泉水と、浴槽などで使用するために排水する温泉水とをバランスよく配水することができる。
バランスタンク３６から汲み出された温泉水は、循環ポンプ３７により再び３段目の混合器３１へ送り込まれる。そして、３段目の処理槽３３にて脱気処理が行われることで、更に被処理ガスであるメタンガスが温泉水から排出されるので、直列接続された処理ユニット３０だけでは除去しきれずに残留するような高濃度なメタンガスであっても、処理ユニット３０を循環させることで、温泉水中に溶存するメタンガスの残留濃度を安全性が確保できる規定値以下に抑制することができる。
なお、この図８に示す変形例では、温泉水を３段目の処理ユニット３０にて循環させるように循環ポンプ３７が第１循環管３７１および第２循環管３７２によって接続されているが、３段目の処理ユニット３０から２段目の処理ユニット３０へ、または３段目の処理ユニット３０から１段目の処理ユニット３０へ循環させるようにしてもよい。つまり、温泉水の被処理ガスの溶存濃度や、処理槽３０の処理能力に応じて、処理ユニット３０の段数や循環させる段数を適宜決定することができる。また、温泉水は、直列接続された処理ユニット３０を循環させるだけでなく、第１実施形態に係る液体処理装置（図１参照）に循環ポンプを設けて循環させるようにしてもよい。この場合、図８に示す液体処理装置のように、排気バルブ３５２が設けられたエア処理槽３５と、バランスタンク３６とを設けるのが望ましい。
なお、第１及び第２実施形態においては、処理される液体（被処理水）として温泉水を例に説明したが、温泉水に限らず、液体としては、水を主体（例えば、６０％以上、好ましくは８５％以上）とする液体であり、水道水、海水、河川の水、湖水などが含まれる。これらの液体は特定の用途に付されるときに、液体中に含まれる溶存ガスのような成分を除去するのが望ましい場合がある。例えば、水道水を飲料水とするために、塩素を除去することが望ましい。あるいは、ワインなどの飲料から溶存酸素を低減する場合や、汚染や汚濁した湖水の水からメタンガス等の揮発性炭化ガス、硫化水素等の含硫黄ガスあるいは一酸化炭素を除去することが望ましい場合もある。一方で、水道水を水槽や浴槽に供する場合や飲料に用いる場合、溶存酸素を増加することが望ましいことがある。
水道水から塩素を除去する場合や、汚染や汚濁した湖水の水からメタンガス等の揮発性炭化ガス、硫化水素等の含硫黄ガスあるいは一酸化炭素を除去する場合には、混合流体に混入される気体を、空気や酸素とすることができる。このようにすることで、溶存酸素を増加させることが可能である。また、ワインなどの飲料から溶存酸素を低減させる場合では、窒素などの不活性ガスや二酸化炭素(例えば、化粧水用途)を混合流体に混入させる気体とすることができる。このように本発明は、液体に含まれる特定成分の除去だけではなく、別の気体成分の添加や富化に用いることができる。
第３実施形態
第１及び第２実施形態では、液体を処理する処理装置について説明した。それらの処理装置では、混合流体を構成する液体が処理される対象（被処理液体）であった。しかし、この実施形態の処理装置は、混合流体を構成する気体を処理対象（被処理気体）とする気体処理装置である。図１４にそのような気体処理装置の構造を示す。この気体処理装置は、圧縮空気に代えて被処理気体を処理ユニット３０に導入し且つ温泉水に代えて水などの液体を送水管１２を通じて処理ユニット３０に供給する以外は、第１実施形態の処理装置と同様である。例えば、被処理気体としてゴミ処理場や工場などから発生する臭気成分または有害成分を含む被処理気体をポンプ２０を通じて圧縮して混合器３１に導入する。一方、水（脱臭液または有害成分除去液）を、ポンプ１０を通じて混合器３１に導入する。混合器３１で混合されることで被処理気体は水に多少溶解し、そのような混合流体は、分岐管３２を介して複数の支管３２２（３２２ａ〜３２２ｄ）から円筒状の処理槽３３の中心軸に向かうように処理槽３３の内部に噴射される。処理槽３３の内部には第１実施形態と同様に被処理気体を含む気相が存在しており、気相を介して処理槽の液相に噴射されることで、図３および図４に示したように、噴射された混合流体は、水などの液体の水面に激しく衝突し、処理槽３３の内底面まで至り、混合流体ＭＬ中の多くの気泡が環流する。この際、被処理気体の水中への溶解が促進される。
第１及び第２実施形態では、液体を処理する処理装置について説明した。それらの処理装置では、混合流体を構成する液体が処理される対象（被処理液体）であった。しかし、この実施形態の処理装置は、混合流体を構成する気体を処理対象（被処理気体）とする気体処理装置である。図１４にそのような気体処理装置の構造を示す。この気体処理装置は、圧縮空気に代えて被処理気体を処理ユニット３０に導入し且つ温泉水に代えて水などの液体を送水管１２を通じて処理ユニット３０に供給する以外は、第１実施形態の処理装置と同様である。例えば、被処理気体としてゴミ処理場や工場などから発生する臭気成分または有害成分を含む被処理気体をポンプ２０を通じて圧縮して混合器３１に導入する。一方、水（脱臭液または有害成分除去液）を、ポンプ１０を通じて混合器３１に導入する。混合器３１で混合されることで被処理気体は水に多少溶解し、そのような混合流体は、分岐管３２を介して複数の支管３２２（３２２ａ〜３２２ｄ）から円筒状の処理槽３３の中心軸に向かうように処理槽３３の内部に噴射される。処理槽３３の内部には第１実施形態と同様に被処理気体を含む気相が存在しており、気相を介して処理槽の液相に噴射されることで、図３および図４に示したように、噴射された混合流体は、水などの液体の水面に激しく衝突し、処理槽３３の内底面まで至り、混合流体ＭＬ中の多くの気泡が環流する。この際、被処理気体の水中への溶解が促進される。
処理槽３３中の気相の圧力を比較的高く保つことによって気相中の被処理気体の処理水への溶解量が増える。この結果、混合流体中に混合または溶存していた被処理気体中の臭気成分や有害成分がより多く水に溶存する。それゆえ、この処理装置を用いることで、被処理気体中の臭気成分や有害成分を低減することができる。特に、処理ユニット３０に導入する水に、酸化、中和または殺菌等の各種作用を有する成分（例えば、オゾン、塩素、硫酸、塩酸、苛性ソーダ）のような添加物（液体、固体等の状態を問わない）を含ませることで、混合器３１または処理槽３３内部で各種の有効な作用を有する成分が臭気または有害成分に作用または反応し、それにより、被処理気体から臭気または有害成分を一層低減することができる。被処理気体から除去することが望ましい成分として、例えば、アンモニア、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ノルマルブチルアルデヒド、イソブチルアルデヒド、ノルマルバレルアルデヒド、イソバレルアルデヒド、メチルメルカプタン、硫化水素、硫化メチル、ニ硫化メチル、トリメチルアミン、イソブタノール、酢酸エチル、メチルイソブチルケトン、トルエン、スチレン、キシレン、プロピオン酸、ノルマル酪酸、ノルマル吉草酸、イソ吉草酸等が挙げられる。前述の各種作用を有する成分は、送水管１２を通じて混合器３１に加えてもよく、あるいは処理槽３３に直接加えてもよい。添加物の状態（粉体のような固体、液体、あるいは気体）によって適切な導入方法を取り得る。
第２実施形態に係る液体処理装置に、上記のような添加物を用いる場合には、各段の処理ユニットで異なる添加物を挿入してもよい。例えば、三段の処理ユニットに用いる気体種を異ならせる場合には、添加物を気体種に応じて変更してもよい。一例として、第１段目、第２段目及び第３段目の処理ユニットに、それぞれ、臭気ガス、空気及びオゾンを導入し、第１段目、第２段目及び第３段目の処理ユニットに、添加物として、硫酸、硝酸及び塩酸をそれぞれ導入することができる。
また、第１〜第３実施形態では処理槽３３として円筒状のものを使用していたが、他の形状のものでも採用することができる。しかし、被処理ガス（メタンガス）と脱気ガス（空気）との交換を効果的に行うためには、上部から噴射された温泉水が槽内底面まで進むと、内周面に沿って互いが逆方向に分流して上昇し、更に加圧噴射された温泉水の流れと衝突することが効率的に行われる必要がある。従って、処理槽３３は、垂直断面が長辺方向を上下方向とした楕円形、角部を下方に向けた三角形以上の多角形、またはこれらに準じた異形状とすることができる。
実施例１
図５に示す第２実施形態に係る液体処理装置を用いて温泉水からメタンガスの脱気を行った。なお、分岐管３２および処理槽３３の材質は、ステンレス（ＳＵＳ１５０Ａ）を使用した。分岐管３２の本管３２１は、内径が約５ｃｍ、長さが約７８ｃｍである。支管３２２は、内径が約２．５ｃｍ、長さが約２０ｃｍである。１本目の支管３２２ｄ（図１参照）は、本管３２１に、混合器３１から約１２ｃｍ離れたところに設けられ、他の支管３２２ｃ〜３２２ａは約１８ｃｍごとに設けられている。支管３２２の先端部３２２ｘは、処理槽３３の内部に約１２．５ｍｍ突出している。
処理槽３３は、内径が約１５ｃｍ（実測１５８．４ｍｍ）で、長さが約８０ｃｍの円筒形であり、端部の上部に約２５ｍｍφの排気管３３が敷設されており、処理槽３３の上部に上部空間Ｓに連通する。また、混合器３１は内側管３１ａの内径が約１．５ｃｍ、外側管３１ｂの内径が約６．５ｃｍである。混合器３１の第１のノズル３１ｃには、スプレーイングシステムズジャパン株式会社製のタンクミキシングエダクターを使用した。また、支管３２２の先端から液相の液面までの距離Ｌを２．４ｃｍとなるように調整した。なお、分岐管３２および処理槽３３の寸法は、処理容量などに応じて変更可能である。
図５に示す第２実施形態に係る液体処理装置を用いて温泉水からメタンガスの脱気を行った。なお、分岐管３２および処理槽３３の材質は、ステンレス（ＳＵＳ１５０Ａ）を使用した。分岐管３２の本管３２１は、内径が約５ｃｍ、長さが約７８ｃｍである。支管３２２は、内径が約２．５ｃｍ、長さが約２０ｃｍである。１本目の支管３２２ｄ（図１参照）は、本管３２１に、混合器３１から約１２ｃｍ離れたところに設けられ、他の支管３２２ｃ〜３２２ａは約１８ｃｍごとに設けられている。支管３２２の先端部３２２ｘは、処理槽３３の内部に約１２．５ｍｍ突出している。
処理槽３３は、内径が約１５ｃｍ（実測１５８．４ｍｍ）で、長さが約８０ｃｍの円筒形であり、端部の上部に約２５ｍｍφの排気管３３が敷設されており、処理槽３３の上部に上部空間Ｓに連通する。また、混合器３１は内側管３１ａの内径が約１．５ｃｍ、外側管３１ｂの内径が約６．５ｃｍである。混合器３１の第１のノズル３１ｃには、スプレーイングシステムズジャパン株式会社製のタンクミキシングエダクターを使用した。また、支管３２２の先端から液相の液面までの距離Ｌを２．４ｃｍとなるように調整した。なお、分岐管３２および処理槽３３の寸法は、処理容量などに応じて変更可能である。
実施例１では、福岡県八女市宮野に位置する源泉からの２４％ＬＥＬの温泉水を脱気処理した。
ここで、可燃性ガス（メタンガス）濃度を示す「％ＬＥＬ」とは、可燃性ガスの爆発下限値（メタンガスが爆発し始める濃度。メタンガスの場合は５容量％（５０，０００ｐｐｍ）。）を１００としたときのガス濃度の割合である。なお、メタンガスの濃度の測定は、接触燃焼式ガスセンサ複合型ガス検知器コスモテクターXP-3118Sを用いて温泉法における可燃性ガス測定方法（ヘッドスペース法）に準拠して行った。
脱気処理では、まず、送気装置１０により空気を０．３５ＭＰａの圧力で混合器３１へ圧送した。また、送水装置２０により温泉水を０．２６ＭＰａの圧力で、毎分２４０Ｌの水量で混合器３１へ圧送した。
ここで、可燃性ガス（メタンガス）濃度を示す「％ＬＥＬ」とは、可燃性ガスの爆発下限値（メタンガスが爆発し始める濃度。メタンガスの場合は５容量％（５０，０００ｐｐｍ）。）を１００としたときのガス濃度の割合である。なお、メタンガスの濃度の測定は、接触燃焼式ガスセンサ複合型ガス検知器コスモテクターXP-3118Sを用いて温泉法における可燃性ガス測定方法（ヘッドスペース法）に準拠して行った。
脱気処理では、まず、送気装置１０により空気を０．３５ＭＰａの圧力で混合器３１へ圧送した。また、送水装置２０により温泉水を０．２６ＭＰａの圧力で、毎分２４０Ｌの水量で混合器３１へ圧送した。
このようにして温泉水を送水装置２０により送水し、空気を送気装置１０により送気すると、１段目の処理ユニット３０の排気バルブ３４から排気されるメタンガスのガス濃度は５５％ＬＥＬであった。また、２段目の処理ユニット３０の排気バルブ３４から排気されるメタンガスのガス濃度は３３％ＬＥＬであった。更に、３段目の処理ユニット３０の排気バルブ３４から排気されるメタンガスのガス濃度は１２％ＬＥＬであった。ここで行った排気バルブのガス濃度測定は、排気バルブの出口にメタンガス測定器（接触燃焼式ガスセンサ複合型ガス検知器コスモテクターXP-3118S）を用いて測定した。
また、最終の３段目処理水のメタンガス濃度は、前記ヘッドスペース法に準拠し行った結果、３．０％ＬＥＬであり、目標とするメタンガス濃度５．０％ＬＥＬ以下を達成していた。
これからもわかるように、１段目から２段目、２段目から３段目の処理ユニット３０の処理槽３３で脱気処理が行われることで、段階的に温泉水からメタンガスが脱気され、濃度が低くなっていることがわかる。
また、最終の３段目処理水のメタンガス濃度は、前記ヘッドスペース法に準拠し行った結果、３．０％ＬＥＬであり、目標とするメタンガス濃度５．０％ＬＥＬ以下を達成していた。
これからもわかるように、１段目から２段目、２段目から３段目の処理ユニット３０の処理槽３３で脱気処理が行われることで、段階的に温泉水からメタンガスが脱気され、濃度が低くなっていることがわかる。
実施例２
実施例２では、実施例１で使用した図５に示す第２実施形態に係る液体処理装置を用いた。そして、福岡県朝倉市原鶴温泉の源泉からの８％ＬＥＬの温泉水を脱気処理した。まず、送気装置１０により空気を風量１６０ｍ3／ｈ、０．３５ＭＰａの圧力で混合器３１へ圧送した。また、送水装置２０により温泉水を０．１１ＭＰａの圧力で、毎分２５３Ｌの水量で混合器３１へ圧送した。結果、最終の３段目の脱気処理ユニットの処理水のメタンガス濃度は３．７％ＬＥＬであり、目標とするメタンガス濃度５．０％ＬＥＬ以下を達成していた。
実施例２では、実施例１で使用した図５に示す第２実施形態に係る液体処理装置を用いた。そして、福岡県朝倉市原鶴温泉の源泉からの８％ＬＥＬの温泉水を脱気処理した。まず、送気装置１０により空気を風量１６０ｍ3／ｈ、０．３５ＭＰａの圧力で混合器３１へ圧送した。また、送水装置２０により温泉水を０．１１ＭＰａの圧力で、毎分２５３Ｌの水量で混合器３１へ圧送した。結果、最終の３段目の脱気処理ユニットの処理水のメタンガス濃度は３．７％ＬＥＬであり、目標とするメタンガス濃度５．０％ＬＥＬ以下を達成していた。
実施例３
実施例３でも、実施例１で使用した図５に示す第２実施形態に係る液体処理装置を用いた。そして、送気装置１０により送気する空気の風量を２４０ｍ3／ｈ、圧力を０．３５ＭＰａとし、送水装置２０により送水する温泉水の圧力を０．１１ＭＰａ、流量を毎分２５３Ｌとし、空気量にあわせて排気ガス量を調整した。この状態で、実施例１と同様にして原鶴温泉の源泉からの８％ＬＥＬの温泉水を脱気処理した。最終（３段目）の脱気処理ユニットからの処理水のメタンガス濃度を測定したところ、測定限界である０．１％ＬＥＬ以下であった。
実施例３でも、実施例１で使用した図５に示す第２実施形態に係る液体処理装置を用いた。そして、送気装置１０により送気する空気の風量を２４０ｍ3／ｈ、圧力を０．３５ＭＰａとし、送水装置２０により送水する温泉水の圧力を０．１１ＭＰａ、流量を毎分２５３Ｌとし、空気量にあわせて排気ガス量を調整した。この状態で、実施例１と同様にして原鶴温泉の源泉からの８％ＬＥＬの温泉水を脱気処理した。最終（３段目）の脱気処理ユニットからの処理水のメタンガス濃度を測定したところ、測定限界である０．１％ＬＥＬ以下であった。
実施例４
この実施例４では、図５に示す第２実施形態に係る液体処理装置を用いて水道水を処理した。水道水中の塩素濃度は０．２４ｐｐｍであり、酸素濃度は１１．８ｐｐｍであった。送気装置１０により空気を０．４ＭＰａの圧力で混合器３１へ圧送し、送水装置２０により水道水を０．１ＭＰａの圧力で、毎分２００Ｌの水量で混合器３１へ圧送した。最終の処理ユニット３０からの処理水の塩素濃度は０．００ｐｐｍ（測定限界値未満）であり、酸素濃度は１５．２ｐｐｍであった。この結果からすれば、本発明の液体処理装置を用いることで水中の塩素濃度を低減することができ、また、酸素の溶存量を増加させることができることが分かる。すなわち、本発明の液体処理装置は、温泉原水中のメタンガスや水道水中の塩素のような溶存している特定成分を除去するとともに、別の有益な気体成分を被処理水に溶存させたり、富化させたりすることができる。この実施例４の結果からすれば、本発明の液体処理装置を水道管に接続して用いることで、浄水器として使用したり、アトピー患者などのための入浴水として提供したりすることができる。
この実施例４では、図５に示す第２実施形態に係る液体処理装置を用いて水道水を処理した。水道水中の塩素濃度は０．２４ｐｐｍであり、酸素濃度は１１．８ｐｐｍであった。送気装置１０により空気を０．４ＭＰａの圧力で混合器３１へ圧送し、送水装置２０により水道水を０．１ＭＰａの圧力で、毎分２００Ｌの水量で混合器３１へ圧送した。最終の処理ユニット３０からの処理水の塩素濃度は０．００ｐｐｍ（測定限界値未満）であり、酸素濃度は１５．２ｐｐｍであった。この結果からすれば、本発明の液体処理装置を用いることで水中の塩素濃度を低減することができ、また、酸素の溶存量を増加させることができることが分かる。すなわち、本発明の液体処理装置は、温泉原水中のメタンガスや水道水中の塩素のような溶存している特定成分を除去するとともに、別の有益な気体成分を被処理水に溶存させたり、富化させたりすることができる。この実施例４の結果からすれば、本発明の液体処理装置を水道管に接続して用いることで、浄水器として使用したり、アトピー患者などのための入浴水として提供したりすることができる。
この実施例では水道水の処理として次のような実験も行った。同じ水道水（酸素濃度は１１．８ｐｐｍ）について、送気装置１０により空気に代えて窒素を０．４ＭＰａの圧力で混合器３１へ圧送し、送水装置２０により水道水を０．１ＭＰａの圧力で毎分２００Ｌの水量で混合器３１へ圧送した。この結果、最終の処理ユニット３０からの処理水の酸素濃度は２．６ｐｐｍに低下していた。このことから、窒素のような種々の気体を混合流体に用いて、被処理水に溶解している気体成分を置換することができることが分かる。ここで、窒素などの気体に代えて、例えば、ゴミ処理場や工場などから発生する異臭ガスのような被処理ガスを用いると、そのような被処理ガスは、水のような液体に取り込ませたり（溶解させたり）あるいは水のような液体に最初から溶存している気体と置換させることができることが分かる。この結果、被処理ガスを、水のような液体に含ませることで回収または除去することができる。従って、本発明の流体処理装置は、液体中に含まれる気体を脱気する液体処理装置のみならず、混合流体を構成する気体を被処理ガスとして扱い、被処理ガスを除去または低減するための気体処理装置として用いることができる。
実施例５
実施例５では、図１に示す処理槽３３として、内部が観察可能なアクリル製による円柱状の処理槽を作製して、環流の様子を撮影した。その結果を図９，図１０に示す。図９および図１０に示す写真からも判るように、混合流体中の気泡が、処理槽３３の底部まで至っていることが目視で確認できた。このような環流は、処理槽の長手方向でも生じていることがアクリル製による処理槽を使用した試験で明らかとなった。
実施例５では、図１に示す処理槽３３として、内部が観察可能なアクリル製による円柱状の処理槽を作製して、環流の様子を撮影した。その結果を図９，図１０に示す。図９および図１０に示す写真からも判るように、混合流体中の気泡が、処理槽３３の底部まで至っていることが目視で確認できた。このような環流は、処理槽の長手方向でも生じていることがアクリル製による処理槽を使用した試験で明らかとなった。
実施例６
実施例６では、支管３２２の先端から液相の液面までの距離Ｌを変更しながら、槽内で生じる気泡を観察するとともに、処理槽３３から排出される温泉水中の酸素濃度を測定した。この結果、距離Ｌが０ｃｍより大きく、６．３ｃｍ以下のときに、すなわち、気相の高さが９．１ｍｍ〜７１．１ｍｍ（処理槽の直径に対して５．１％〜４６．８％）のときに、槽内に気泡が多く発生していることが確認できた。また、排水管３３２から排出された温泉水中の酸素濃度は高かった。距離Ｌをゼロ、すなわち、槽内を液相だけにしたときには、図９に示す写真のような多量な気泡は観察されなかった。
実施例６では、支管３２２の先端から液相の液面までの距離Ｌを変更しながら、槽内で生じる気泡を観察するとともに、処理槽３３から排出される温泉水中の酸素濃度を測定した。この結果、距離Ｌが０ｃｍより大きく、６．３ｃｍ以下のときに、すなわち、気相の高さが９．１ｍｍ〜７１．１ｍｍ（処理槽の直径に対して５．１％〜４６．８％）のときに、槽内に気泡が多く発生していることが確認できた。また、排水管３３２から排出された温泉水中の酸素濃度は高かった。距離Ｌをゼロ、すなわち、槽内を液相だけにしたときには、図９に示す写真のような多量な気泡は観察されなかった。
実施例７
この実施例では、実施例１で使用した液体処理装置を用いて、送気装置１０から送る空気量を変化させることによって処理水中のメタンガスの濃度及び溶存酸素濃度がどのように変化するかについて以下の条件で調査した。被処理水として、福岡県朝倉市原鶴温泉の源泉を用いた。実験時に採取した原泉のメタン濃度は１２％ＬＥＬであった。なお、液体処理装置の処理水の排水側に昇圧槽を取り付けて、被処理水の入力側と出力側の圧力差の調整を行った。送水装置の供給水圧及び供給水量をそれぞれ約０．１８ＭＰａ及び２５３Ｌ／分とし、送気装置の空気圧を０．２６ＭＰａとし、空気流量はいずれの処理槽３３も０，２０，４０，６０，８０及び１００リットルＬ／分に段階的に変化させた場合の処理水のメタン濃度及び溶存酸素濃度を測定した。昇圧槽の圧力は、０．１４ＭＰａとした。二つの排気バルブ３４はいずれも開放（全開）とした。また、各空気流量での脱気処理を行っているときの第１段目の処理槽３３に形成されている気相の圧力を排気バルブ３４に近傍に取り付けた圧力計で測定し、気相の処理槽３３内での高さ（幅）を処理槽３３のアクリル製の端面を通じて計測した。但し、表中の「気相の高さ」は槽の外径基準で液面までの距離を測定した値を記載してあるので、実際には表の値から槽の肉厚３．４ｍｍを引いた値が気相の高さを表す。なお、酸化還元電位を酸化還元電位計（佐藤商事YK-23RP）により測定した。結果を図１３の表に示す。この表において、第１段目の処理槽の空気流量と送気装置の空気圧の実際の値を「第１槽挿入量」の欄に記載した。第１段目及び第２段目の処理槽についても「第２槽挿入量」及び「第３槽挿入量」の欄に記載した。また、第１段目〜第３段目の処理槽の液相の圧力を「第１槽圧力」、「第２槽圧力」及び「第３槽圧力」の欄に表記した。
この実施例では、実施例１で使用した液体処理装置を用いて、送気装置１０から送る空気量を変化させることによって処理水中のメタンガスの濃度及び溶存酸素濃度がどのように変化するかについて以下の条件で調査した。被処理水として、福岡県朝倉市原鶴温泉の源泉を用いた。実験時に採取した原泉のメタン濃度は１２％ＬＥＬであった。なお、液体処理装置の処理水の排水側に昇圧槽を取り付けて、被処理水の入力側と出力側の圧力差の調整を行った。送水装置の供給水圧及び供給水量をそれぞれ約０．１８ＭＰａ及び２５３Ｌ／分とし、送気装置の空気圧を０．２６ＭＰａとし、空気流量はいずれの処理槽３３も０，２０，４０，６０，８０及び１００リットルＬ／分に段階的に変化させた場合の処理水のメタン濃度及び溶存酸素濃度を測定した。昇圧槽の圧力は、０．１４ＭＰａとした。二つの排気バルブ３４はいずれも開放（全開）とした。また、各空気流量での脱気処理を行っているときの第１段目の処理槽３３に形成されている気相の圧力を排気バルブ３４に近傍に取り付けた圧力計で測定し、気相の処理槽３３内での高さ（幅）を処理槽３３のアクリル製の端面を通じて計測した。但し、表中の「気相の高さ」は槽の外径基準で液面までの距離を測定した値を記載してあるので、実際には表の値から槽の肉厚３．４ｍｍを引いた値が気相の高さを表す。なお、酸化還元電位を酸化還元電位計（佐藤商事YK-23RP）により測定した。結果を図１３の表に示す。この表において、第１段目の処理槽の空気流量と送気装置の空気圧の実際の値を「第１槽挿入量」の欄に記載した。第１段目及び第２段目の処理槽についても「第２槽挿入量」及び「第３槽挿入量」の欄に記載した。また、第１段目〜第３段目の処理槽の液相の圧力を「第１槽圧力」、「第２槽圧力」及び「第３槽圧力」の欄に表記した。
また、図１３の表の結果に基づき、空気量に対する処理水のメタン濃度と溶存酸素濃度の変化を図１１のグラフに示した。グラフの縦軸は、メタン濃度（％ＬＥＬ）と酸素濃度（ｍｇ／Ｌ）の両方を表記した。このグラフより源泉に混合する空気量が多くなるにしたがって、処理水中のメタンの濃度が低下していることが分かる。これとは逆に、源泉に混合する空気量が多くなるにしたがって、処理水の溶存酸素量が増加していることが分かる。供給空気量がゼロの場合であっても処理水中のメタン濃度（８．５％ＬＥＬ）は源泉水のメタン濃度（１２％ＬＥＬ）よりも低下しているものの、空気を供給することによってメタン濃度が５％ＬＥＬ以下を達成していることが分かる。また、処理槽３３内の気相の高さは空気導入量が多くなるにつれて高くなっている。最大で処理槽の内径の４５．２％の気相（７１．６ｍｍ）が存在していることが分かる。これは、空気量の増加に伴い、処理槽３３内の気相の圧力が増大したためであると考えられる。実際に、排気バルブ３４の近傍で計測された気相の圧力は空気流量に伴って増大している。なお、酸化還元電位は空気導入量の増加に伴って増加している。これは溶存酸素量の増加と一致している。
実施例８
二つの排気バルブ３４の一方を閉鎖した（半開状態）以外は、実施例７で用いた源泉水を実施例７と同様の条件で脱気処理した。結果を図１３の表に示す。なお、この表において、第１段目〜第３段目の処理槽の空気流量の設定は、実施例７の初期値（０，２０，４０，６０，８０及び１００リットルＬ／分）から変更していないが、排気バルブ３４の片側閉鎖などにより実際の値は初期値から多少変動している。空気圧についても同様である。図１３の表の結果に基づき、空気量に対する処理水のメタン濃度と溶存酸素濃度の変化を図１２のグラフに示した。グラフの縦軸は、メタン濃度（％ＬＥＬ）と酸素濃度（ｍｇ／Ｌ）の両方を表記した。図１２のグラフより、実施例７の結果と同様に源泉に混合する空気量が多くなるにしたがって、処理水中のメタンの濃度が低下している。これとは逆に、源泉に混合する空気量が多くなるにしたがって、処理水の溶存酸素量が増加していることが分かる。この実施例でも酸化還元電位は空気導入量の増加に伴って増加しており、溶存酸素量の増加と一致している。
二つの排気バルブ３４の一方を閉鎖した（半開状態）以外は、実施例７で用いた源泉水を実施例７と同様の条件で脱気処理した。結果を図１３の表に示す。なお、この表において、第１段目〜第３段目の処理槽の空気流量の設定は、実施例７の初期値（０，２０，４０，６０，８０及び１００リットルＬ／分）から変更していないが、排気バルブ３４の片側閉鎖などにより実際の値は初期値から多少変動している。空気圧についても同様である。図１３の表の結果に基づき、空気量に対する処理水のメタン濃度と溶存酸素濃度の変化を図１２のグラフに示した。グラフの縦軸は、メタン濃度（％ＬＥＬ）と酸素濃度（ｍｇ／Ｌ）の両方を表記した。図１２のグラフより、実施例７の結果と同様に源泉に混合する空気量が多くなるにしたがって、処理水中のメタンの濃度が低下している。これとは逆に、源泉に混合する空気量が多くなるにしたがって、処理水の溶存酸素量が増加していることが分かる。この実施例でも酸化還元電位は空気導入量の増加に伴って増加しており、溶存酸素量の増加と一致している。
実施例９
二つの排気バルブ３４をいずれも閉鎖した（全閉状態）以外は、実施例７で用いた源泉水を実施例７と同様の条件で脱気処理した。結果を図１３の表に示す。なお、この表において、第１段目〜第３段目の処理槽の空気流量の設定は、実施例７の初期値（０，２０，４０，６０，８０及び１００リットルＬ／分）から変更していないが、排気バルブ３４の閉鎖などにより実際の値は初期値から多少変動している。空気圧についても同様である。表１の結果より、０〜８０リットル／分の空気量の増加に従って処理水中のメタンの濃度が低下するとともに、源泉に混合する空気量が多くなるにしたがって、処理水の溶存酸素量が増加している。この実施例でも酸化還元電位は空気導入量の増加に伴って増加しているおり、溶存酸素量の増加と一致している。
二つの排気バルブ３４をいずれも閉鎖した（全閉状態）以外は、実施例７で用いた源泉水を実施例７と同様の条件で脱気処理した。結果を図１３の表に示す。なお、この表において、第１段目〜第３段目の処理槽の空気流量の設定は、実施例７の初期値（０，２０，４０，６０，８０及び１００リットルＬ／分）から変更していないが、排気バルブ３４の閉鎖などにより実際の値は初期値から多少変動している。空気圧についても同様である。表１の結果より、０〜８０リットル／分の空気量の増加に従って処理水中のメタンの濃度が低下するとともに、源泉に混合する空気量が多くなるにしたがって、処理水の溶存酸素量が増加している。この実施例でも酸化還元電位は空気導入量の増加に伴って増加しているおり、溶存酸素量の増加と一致している。
実施例１０
この実施例では、実施例１で使用した液体処理装置を用いて、処理槽３３内の気相の圧力に対する処理水中のメタン濃度と溶存酸素濃度の変化を調べるために、空気流量を１００Ｌ／分に固定し、排気バルブ３４の開放度を段階的に変化させて脱気処理を行った。被処理水として、実施例７〜９と同様に原鶴温泉の源泉を用いたが、実験時に採取した源泉水のメタン濃度は９．３％ＬＥＬであり、送水装置の供給水圧及び供給水量はそれぞれ約０．１８〜０．１９５ＭＰａ及び２５３Ｌ／分、送気装置の空気圧は第１〜３段目の処理槽でいずれも０．３３ＭＰａ、昇圧槽の圧力は０．１３ＭＰａであった。排気バルブ３４の開放度を、二つの排気バルブを開放（全開）、一つのみを開放（半開）、二つとも閉鎖（全閉鎖）の状態でそれぞれ処理を行った。これらの場合の処理水のメタン濃度及び溶存酸素濃度を測定し、第１断目の処理槽３３内の気相の圧力及び高さ等と共に下記表１に示す。
この実験では、導入する空気量を一定にしつつも排気バルブの開放量を変化させることにより、気相の圧力の変化の影響を観察することができる。表１の結果からすれば、排気バルブを全開から全閉にすると、気相の気体の排気量が絞られて、気相の圧力が高くなるとともに気相の高さも高くなっていることが分かる。また、この気相の圧力の上昇に伴って処理水中のメタンが減少し、溶存酸素が増加している。この結果からすれば、処理水中のメタン濃度及び溶存酸素濃度は処理槽３３内の気相の圧力に依存していることが分かる。このことは気体の溶存量が気体の圧力に依存するとするヘンリーの法則にも合致している。
この実施例では、実施例１で使用した液体処理装置を用いて、処理槽３３内の気相の圧力に対する処理水中のメタン濃度と溶存酸素濃度の変化を調べるために、空気流量を１００Ｌ／分に固定し、排気バルブ３４の開放度を段階的に変化させて脱気処理を行った。被処理水として、実施例７〜９と同様に原鶴温泉の源泉を用いたが、実験時に採取した源泉水のメタン濃度は９．３％ＬＥＬであり、送水装置の供給水圧及び供給水量はそれぞれ約０．１８〜０．１９５ＭＰａ及び２５３Ｌ／分、送気装置の空気圧は第１〜３段目の処理槽でいずれも０．３３ＭＰａ、昇圧槽の圧力は０．１３ＭＰａであった。排気バルブ３４の開放度を、二つの排気バルブを開放（全開）、一つのみを開放（半開）、二つとも閉鎖（全閉鎖）の状態でそれぞれ処理を行った。これらの場合の処理水のメタン濃度及び溶存酸素濃度を測定し、第１断目の処理槽３３内の気相の圧力及び高さ等と共に下記表１に示す。
実施例１１
この実施例では、実施例１０に比べて処理槽３３内の気相の圧力を低下させた場合の気相圧力に対する処理水中のメタン濃度と溶存酸素濃度の変化を調べるために、空気流量を１００Ｌ／分に維持しつつも、送水装置の供給水圧及び供給水量はそれぞれ約０．１５５ＭＰａ及び２５３Ｌ／分、送気装置の空気圧は０．２ＭＰａ、昇圧槽の圧力は０．１ＭＰａに低下させた。被処理水として、実施例７〜９と同様に原鶴温泉の源泉を用いたが、実験時に採取した源泉水のメタン濃度は１１％ＬＥＬであった。実施例１０と同様に排気バルブ３４の開放度を、二つの排気バルブを開放（全開）、一つのみを開放（半開）、二つとも閉鎖（全閉鎖）の状態でそれぞれ処理を行った。これらの場合の処理水のメタン濃度及び溶存酸素濃度を測定し、第１段目の処理槽３３内の気相の圧力及び高さ等と共に下記表２に示す。
この実施例では、実施例１０に比べて処理槽３３内の気相の圧力を低下させた場合の気相圧力に対する処理水中のメタン濃度と溶存酸素濃度の変化を調べるために、空気流量を１００Ｌ／分に維持しつつも、送水装置の供給水圧及び供給水量はそれぞれ約０．１５５ＭＰａ及び２５３Ｌ／分、送気装置の空気圧は０．２ＭＰａ、昇圧槽の圧力は０．１ＭＰａに低下させた。被処理水として、実施例７〜９と同様に原鶴温泉の源泉を用いたが、実験時に採取した源泉水のメタン濃度は１１％ＬＥＬであった。実施例１０と同様に排気バルブ３４の開放度を、二つの排気バルブを開放（全開）、一つのみを開放（半開）、二つとも閉鎖（全閉鎖）の状態でそれぞれ処理を行った。これらの場合の処理水のメタン濃度及び溶存酸素濃度を測定し、第１段目の処理槽３３内の気相の圧力及び高さ等と共に下記表２に示す。
表２の結果からすれば、気相の圧力が実施例１０の場合に比べて低下しても、メタン濃度が低減しており、気相の圧力の上昇に伴って処理水中のメタンがさらに減少し、溶存酸素が増加することが分かる。
実施例１２
この実施例では、実施例１１における第１〜第３段目の処理槽の空気流量１００Ｌ／分を５０Ｌ／分に変更して処理を行った。被処理水として、用いた原鶴温泉の源泉水のメタン濃度は実施例１１と同様に１１％ＬＥＬであり、送水装置の供給水圧及び供給水量はそれぞれ約０．１５ＭＰａ及び２５３Ｌ／分、送気装置の空気圧は０．２ＭＰａ、昇圧槽の圧力は０．１ＭＰａとした。排気バルブ３４の開放度を４段階に切り替えるために排気バルブ３４を二つ増設し、合計四つの排気バルブ３４のすべてを開放（全開）、二つのみを開放（半開）、一つのみを開放（１／４開）、すべてを閉鎖（全閉鎖）の状態でそれぞれ処理を行った。これらの場合の処理水のメタン濃度及び溶存酸素濃度を測定し、第１段目の処理槽３３内の気相の圧力及び高さと共に下記表３に示す。
この実施例では、実施例１１における第１〜第３段目の処理槽の空気流量１００Ｌ／分を５０Ｌ／分に変更して処理を行った。被処理水として、用いた原鶴温泉の源泉水のメタン濃度は実施例１１と同様に１１％ＬＥＬであり、送水装置の供給水圧及び供給水量はそれぞれ約０．１５ＭＰａ及び２５３Ｌ／分、送気装置の空気圧は０．２ＭＰａ、昇圧槽の圧力は０．１ＭＰａとした。排気バルブ３４の開放度を４段階に切り替えるために排気バルブ３４を二つ増設し、合計四つの排気バルブ３４のすべてを開放（全開）、二つのみを開放（半開）、一つのみを開放（１／４開）、すべてを閉鎖（全閉鎖）の状態でそれぞれ処理を行った。これらの場合の処理水のメタン濃度及び溶存酸素濃度を測定し、第１段目の処理槽３３内の気相の圧力及び高さと共に下記表３に示す。
表３の結果からすれば、排気バルブを全開から半開の状態にしても気相の圧力の変化が見られないが、１／４開及び全閉にすると気相の圧力が高くなるとともに気相の高さも高くなっていることが分かる。また、この気相の圧力の上昇に伴って処理水中のメタンが減少し、溶存酸素が増加している。この結果からも、処理水中のメタン濃度及び溶存酸素濃度は処理槽内の気相の圧力に依存していることが分かる。また、気相の圧力が０．１２ＭＰａ程度に低くなっても、源泉からメタンが有効に除去されている。すなわち、上記実施例を通じて処理槽の気相の圧力が０．１２ＭＰａ以上であり、０．１２〜０．１８ＭＰａの範囲では良好に源泉からメタンを除去することができることが分かる。
実施例１３
この実施例では、実施例７〜９と同様に送気装置１０から送る空気量を変化させたときに、処理水中に溶存するメタンと酸素に対する温泉成分であるラドンの含有量がどのように変化するかについて調査した。被処理水として、実施例７〜１０と同様に福岡県朝倉市原鶴温泉の源泉を用いた。源泉のメタンの濃度が１３％ＬＥＬであり、ラドンの含有量が４．６Ｃｉ／ｋｇ×１０−１０であり、酸素が１．８ｍｇ／Ｌであった。最初に、処理水中のメタンの目標濃度が概ね５％ＬＥＬ程度になるように送気装置１０の空気量を調節したところ、第１段目の処理槽の空気量１０リットル／分（第２段目の処理槽の空気量１０リットル、第３段目の処理槽の空気量０リットル）で処理水中のメタンの濃度が４．６％ＬＥＬになった。この時の送水装置の供給水圧及び供給水量はそれぞれ約０．１６ＭＰａ及び２５３Ｌ／分、送気装置の空気圧は０．２６ＭＰａ、昇圧槽の圧力は０．１２ＭＰａであった。この条件での処理水中のラドンは源泉とほぼ同じ４．５Ｃｉ／ｋｇ×１０−１０であり、酸素が４．６ｍｇ／Ｌであった。この実施例における源泉及び処理水中のラドン及びメタン並びに溶存酸素の濃度の測定は財団法人九州環境管理協会による調査結果である。
この実施例では、実施例７〜９と同様に送気装置１０から送る空気量を変化させたときに、処理水中に溶存するメタンと酸素に対する温泉成分であるラドンの含有量がどのように変化するかについて調査した。被処理水として、実施例７〜１０と同様に福岡県朝倉市原鶴温泉の源泉を用いた。源泉のメタンの濃度が１３％ＬＥＬであり、ラドンの含有量が４．６Ｃｉ／ｋｇ×１０−１０であり、酸素が１．８ｍｇ／Ｌであった。最初に、処理水中のメタンの目標濃度が概ね５％ＬＥＬ程度になるように送気装置１０の空気量を調節したところ、第１段目の処理槽の空気量１０リットル／分（第２段目の処理槽の空気量１０リットル、第３段目の処理槽の空気量０リットル）で処理水中のメタンの濃度が４．６％ＬＥＬになった。この時の送水装置の供給水圧及び供給水量はそれぞれ約０．１６ＭＰａ及び２５３Ｌ／分、送気装置の空気圧は０．２６ＭＰａ、昇圧槽の圧力は０．１２ＭＰａであった。この条件での処理水中のラドンは源泉とほぼ同じ４．５Ｃｉ／ｋｇ×１０−１０であり、酸素が４．６ｍｇ／Ｌであった。この実施例における源泉及び処理水中のラドン及びメタン並びに溶存酸素の濃度の測定は財団法人九州環境管理協会による調査結果である。
次に、処理水中のメタンの目標濃度が概ね２．５％ＬＥＬ程度になるように送気装置１０の空気量を調節したところ、第１段目の処理槽への空気量８０リットル／分（第２段目の処理槽の空気量９０リットル、第３段目の処理槽の空気量５５リットル）で処理水中のメタンの濃度が２．５％ＬＥＬになった。この時の送水装置の供給水圧及び供給水量はそれぞれ約０．１６ＭＰａ及び２５３Ｌ／分、送気装置の空気圧は０．２６ＭＰａ、昇圧槽の圧力は０．１２５ＭＰａであった。この条件での処理水中のラドンは２．４Ｃｉ／ｋｇ×１０−１０であり、酸素が８．３ｍｇ／Ｌであった。
さらに、処理水中のメタンの目標濃度が概ね０．７％ＬＥＬ程度になるように送気装置１０の空気量を調節したところ、第１段目の処理槽の空気量１９０リットル／分（第２段目の処理槽の空気量２００リットル、第３段目の処理槽の空気量６０リットル）で処理水中のメタンの濃度が０．６％ＬＥＬになった。この時の送水装置の供給水圧及び供給水量はそれぞれ約０．１６ＭＰａ及び２５３Ｌ／分、送気装置の空気圧は０．２６ＭＰａ、昇圧槽の圧力は０．１３ＭＰａであった。この条件での処理水中のラドンは０．６Ｃｉ／ｋｇ×１０−１０であり、酸素が９．６ｍｇ／Ｌであった。
この実施例の結果より、混合流体に空気を適度に混合することで、処理水中のメタン濃度を低下させ、酸素を増加させることができるが、一方で空気量があまり多いと温泉水中の有効成分であるラドンを低下させてしまうことが分かる。この例では、メタンを規制値の５％ＬＥＬ以下である４．６％ＬＥＬに留めれば、ラドンもまた源泉と同程度の含有量が維持されることが分かる。この実施例では処理槽中の気相の圧力は測定しなかったものの、実施例７〜１０の結果からすれば、空気量の増加に伴って気相の圧力が増大することが明らかである。それゆえ、源泉中のラドンなどの温泉成分の調整には、気相の圧力を適切な範囲に制御することが有効である。
以上、説明してきたように本発明の処理装置及び処理方法は、被処理水を流動させながら気体を混合して混合流体を形成し、この混合流体を流動させながら密閉状態で処理槽内で気体の被処理水への溶存化と脱気を実行して、最後に処理水として排出する。従って、温泉など湧き出す被処理水を止めることなくそのまま連続的に処理することができるので、高い効率で処理することができる。一方で、処理のために被処理液を溜めるための大容積の槽または浴は不要であるので、装置自体がコンパクトになる。それゆえ、本発明の処理装置は省スペースを実現し、製造コストを低減することもできる。処理された処理水は、均質に、即ち溶存成分が同一濃度になるように処理（加工）されているので、種々の用途に有用となる。
本発明の処理装置及び処理方法は以下のような広範な用途及び応用例が考えられる。例えば、農業では、水の活用は不可欠であるが、特に水耕（液肥）栽培では、使用水の溶存酸素量、殺菌、肥料の注入が重要になる。本発明の処理装置ではこれらの要望に応えることができる。例えば、混合流体を構成する気体として空気とオゾンを使用することで、使用水の殺菌を流水しながら行える。また、液肥などの肥料も混合流体を構成する水に溶解させることで混合流体に混入させることができる。この場合に、混合流体を生成する混合器に肥料などの添加物導入口を設けておくことができ、液肥のみならず粉体も導入することができる。もちろん、上述の実施例のように酸素の溶存化も可能であり、本処理装置から排出される水（液）は、酸素溶存量を一定以上に保つことができ、酸素濃度が均一な水（液）をプランターに供給できる。特に、水耕（液肥）栽培のプランターの途中での酸素欠乏による生育不良を防止することができる。
また、本処理装置は、漁業分野でも利用することができる。魚の生育には、水に含まれる酸素量が重要であるが、上記実施例で示したように、混合流体の気体として空気を注入することで常に一定量の溶存酸素が含まれた処理水（例えば海水）を供給することができる。装置の処理能力は、処理槽の大きさや送水装置の性能で自在に変えることができるので、車運搬用から大きな魚槽まで、用途にあわせたスケールアップができる。また、農業用途と同様に、オゾンなどの気体を混合流体に混入させることで水の殺菌や不足する酸素の付加なども可能である。また、連続処理により処理液を連続して排出（供給）できるので、装置の吐出側から水流を作る形で供給することもでき、水流を必要とする蓄魚などの生育にも活用できる。特に、水槽中の溶存酸素の量を検出しながら、水槽の水を本処理装置の混合機に供給して処理水を水槽との間で循環させ、検出した溶存酸素量に基づいて本処理装置の処理漕の気相の圧力を調整することで、常に水槽中の溶存酸素濃度を所定の値に制御することができる。このように本処理装置を溶存酸素検出器と制御装置と組み合わせて自動運転するシステムもまた本発明により提供することができる。
本処理装置は、前述のようにメタンガスを脱気することが可能であるので、下水処理、特に回収される下水や処理過程で発生するメタンガスの除去にも有用となる。また、本処理装置は、密閉系であるので排気バルブを通じてガスを回収することができ、下水やごみ処理施設から排出される排液の臭気を外部に漏らすことがなく、環境的負荷を減らすことができる。また、本処理装置は、被処理液を流動させながら連続的に処理を行うので、そこから常時発生してくるメタンガスなどを回収してエネルギー資源として再利用することが可能となる。この場合、本処理装置の処理槽に接続された排ガスバルブにガス管などを通じてメタン回収ボンベや発電装置に接続することができる。
上記実施例では、主に、被処理水に溶存している気体を置換したり、被処理水に気体を溶存させる例を挙げて説明したが、第３実施形態及び実施例４で説明したように、液体を処理対象として扱うのみならず、混合流体を構成する気体を処理対象として扱うことで、処理対象である気体を低減させることができる。前述のように、例えば、ゴミ処理場や工場などから発生する異臭ガスのような被処理ガスを、水のような液体と共に混合流体を構成し、本発明の装置に導入することで、被処理ガスを、水のような液体に取り込ませたり（溶解させたり）あるいは水のような液体に最初から溶存している気体と置換させることで、被処理ガスを回収または除去することができる。
本発明は、被処理水を、工業や農業、水産業、サービス業、一般生活において使用する際に、被処理ガスが溶存しているために使用に支障があるような場合に好適であり、特に、温泉水から溶存するメタンガスを除去する場合に最適である。また、本発明は、水を主体とする液体に含まれる特定成分の除去のみならず、別の気体成分の添加や富化に用いることができるため、浴槽水、化粧水、飲料の品質改善や保存、河川や湖の水の改善など環境維持にも有効となる。また、農業、下水処理、漁業の分野において広範な用途が期待される。
１０ 送水装置
１１ 配水管
１２ 送水管
２０ 送気装置
２１ 送気管
２２ 流量調整バルブ
３０ 脱気処理ユニット
３１ 混合器
３１ａ 内側管
３１ｂ 外側管
３１ｃ 第１のノズル
３１ｄ 内部流路
３１ｅ 吐出口
３１１ 基端部
３１２ 胴部
３１３ 先端部
３２ 分岐管
３２１ 本管
３２２，３２２ａ〜３２２ｄ 支管（噴射管）
３２２ｘ 先端部
３３ 処理槽
３３ａ 上面
３３ｂ 一端面
３３ｃ 他端面
３３１ 圧力計
３３２ａ〜３３２ｃ 排水管
３３３ 排気管
３３４ａ〜３３４ｃ 配水管
３４ 排気バルブ
３４１ 流量調整バルブ
３４２ ガスベント
３５ エア処理槽
３５１ 配水管
３５２ 排気バルブ
３５２ａ 流量調整バルブ
３５２ｂ ガスベント
３６ バランスタンク
３６１ 連絡管
３７ 循環ポンプ
３７１ 第１循環管
３７２ 第１循環管
Ｂ 浴槽
ＭＬ 混合流体
Ｌ１、Ｌ２ 環流
Ｌ 噴射管から液相の液面までの距離
１１ 配水管
１２ 送水管
２０ 送気装置
２１ 送気管
２２ 流量調整バルブ
３０ 脱気処理ユニット
３１ 混合器
３１ａ 内側管
３１ｂ 外側管
３１ｃ 第１のノズル
３１ｄ 内部流路
３１ｅ 吐出口
３１１ 基端部
３１２ 胴部
３１３ 先端部
３２ 分岐管
３２１ 本管
３２２，３２２ａ〜３２２ｄ 支管（噴射管）
３２２ｘ 先端部
３３ 処理槽
３３ａ 上面
３３ｂ 一端面
３３ｃ 他端面
３３１ 圧力計
３３２ａ〜３３２ｃ 排水管
３３３ 排気管
３３４ａ〜３３４ｃ 配水管
３４ 排気バルブ
３４１ 流量調整バルブ
３４２ ガスベント
３５ エア処理槽
３５１ 配水管
３５２ 排気バルブ
３５２ａ 流量調整バルブ
３５２ｂ ガスベント
３６ バランスタンク
３６１ 連絡管
３７ 循環ポンプ
３７１ 第１循環管
３７２ 第１循環管
Ｂ 浴槽
ＭＬ 混合流体
Ｌ１、Ｌ２ 環流
Ｌ 噴射管から液相の液面までの距離
Claims (19)
- 気体及び液体を流動させながら前記液体または前記気体を処理する流体処理装置であって、
気相と液相が共存する密閉された処理槽と、
先端が前記処理槽上部に連結され、前記液体に前記気体を混合させた混合流体を前記先端から前記処理槽内の前記気相を介して前記液相に連続的に噴射する噴射管と、
前記処理槽に設けられ、前記液相の液体を前記処理槽から連続的に排出する排出口と、
前記処理槽に設けられ、前記気相の気体を前記処理槽から排気する排気口と、
前記混合流体を構成する気体及び液体、前記排出口から排出される液体並びに前記排気口から排出される気体の少なくとも一つの流量を調整することにより前記処理槽内の気相の高さをほぼ一定に維持する流量調整手段とを備え、
前記処理槽は、横置きにされた円筒状の容器であり、前記噴射管は、処理槽の中心軸に沿って所定間隔で配列する複数の噴射部を有し、当該噴射部からの混合流体の噴射方向が処理槽の中心軸に直交するように且つ処理槽の中心軸に向かうように配置されており、
前記噴射管は、噴射された前記混合流体中の気泡が前記処理槽の底部に至るように、前記噴射管から混合流体を噴射させることを特徴とする流体処理装置。 - 前記気体が処理されることを特徴とする請求項１に記載の流体処理装置。
- 前記液体が処理され、前記液体が水を主体とする液体であることを特徴とする請求項１に記載の流体処理装置。
- さらに、前記噴射管への混合流体を形成するための混合器を備え、該混合器は、液体が流通する流路と、該流路内に収容されて液体内に気体を噴出するノズルとを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の流体処理装置。
- 前記処理槽は、前記噴射された混合流体が容器の内周壁に沿って環流する請求項１〜４のいずれか一項に記載の流体処理装置。
- 前記噴射管の先端が前記処理槽上部から槽内に突出するように前記噴射管が前記処理槽の上部に連結している請求項１から５のいずれか一項に記載の流体処理装置。
- 前記噴射管が、互いに所定距離を隔てて並列する複数の支管からなり、各支管が前記処理槽上面に直交するように処理槽の上部に連結している請求項１から６のいずれか一項に記載の流体処理装置。
- 前記気相の圧力が、０．１２ＭＰａ〜０．１８ＭＰａに調節されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の流体処理装置。
- 前記排気口に、排気口の開放度を調整することにより気相の圧力を調整する排気バルブが設けられていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の流体処理装置。
- 前記液体が温泉水であり、前記気体が空気であり、前記混合流体が処理槽を通過することにより温泉水中に含まれるメタンが除去されることを特徴とする請求項３に記載の流体処理装置。
- 前記処理装置が複数直列に接続されており、上流側の処理装置から排出された液体が、下流側の処理装置に、気体と混合されて導入される請求項１〜１０のいずれか一項に記載の流体処理装置。
- 気体及び液体を流動させながら前記気体または液体を処理する流体処理方法であって、
前記液体に気体を混入して混合流体を形成することと、
前記気相と液相が共存する閉鎖された処理槽の上部に連結された噴射管から、前記混合流体を前記処理槽中の前記気相を介して前記液相に連続的に噴射することと、
前記処理槽の液相の液体を連続的に排出することと、
前記処理槽の気相の気体の排気量を調整することと、
前記混合流体を構成する気体及び液体、前記処理槽から排出される液相の液体並びに前記処理槽から排気される気相の気体の少なくとも一つの流量を調整することにより前記処理槽内の気相の高さをほぼ一定に維持することを含み、
前記処理槽は、横置きにされた円筒状の容器であり、前記噴射管は、処理槽の中心軸に沿って所定間隔で配列する複数の噴射部を有し、
前記噴射部からの前記混合流体が処理槽の中心軸に直交するように且つ処理槽の中心軸に向かうとともに、前記混合流体中の気泡が前記処理槽の底部に至るように、前記噴射管から混合流体を噴射させることを特徴とする流体処理方法。 - 前記混合流体を構成する前記気体が、処理されることを特徴とする請求項１２に流体処理方法。
- 前記液体が被処理水として水を主体とする液体であることを特徴とする請求項１２に記載の流体処理方法。
- 前記処理槽内における気相の高さを処理槽の内部の高さの５〜５０％に維持することを特徴とする請求項１２から１４のいずれか一項に記載の流体処理方法。
- 前記液体が温泉水であり、前記混合流体に混入される気体が空気であり、前記処理槽で処理されることで温泉水中に含まれるメタンが除去されることを特徴とする請求項１４に記載の流体処理方法。
- 前記液体が下水であり、前記処理槽で処理されることで下水中に含まれるメタンが除去されることを特徴とする請求項１４に記載の流体処理方法。
- 前記液体が、農業用水または漁業用水であり、上記気体が空気であり、上記処理槽で処理された液体に酸素を富化することを特徴とする請求項１４Ｙに記載の流体処理方法。
- 前記気相の圧力を、０．１２ＭＰａ〜０．１８ＭＰａに調節することを特徴とする請求項１２から１８のいずれか一項に記載の流体処理方法。
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