WO2005121031A1

WO2005121031A1 - 曝気方法と曝気装置と曝気システム

Info

Publication number: WO2005121031A1
Application number: PCT/JP2005/010435
Authority: WO
Inventors: Tetsuhiko Fujisato
Original assignee: Ikeda, Yoshiaki; Fujisato, Shuukou; Imai, Tsuyoshi
Priority date: 2004-06-08
Filing date: 2005-06-07
Publication date: 2005-12-22
Also published as: CN101018742A; EP1767498A1; AU2005252072A1; CA2611719A1; JP2007111573A; US20080185344A1; KR100816921B1; KR20070026564A; CN101018742B

Abstract

　下水処理場及び魚介類養殖場及び海洋等の閉鎖水域において、従来の気体供給装置を利用して、高効率に気体を被処理水中に溶解させ、又その処理水を水頭差で別の場所に移送できる曝気方法と曝気装置と曝気システムを提供する。　被処理水（１Ｗ）中に気泡粒を発生させる散気部（２２）と、発生した前記気泡粒の集団が上昇する気泡上昇部（３Ｐ）と、前記気泡粒は水面上より上に押し上げられて液泡に変化することで、被処理水（１Ｗ）を液膜化することができる気泡粒上昇通路部（４Ｐ）と、水頭差により処理水（２Ｗ）を移送できる液泡送水部（５Ｐ）とを有する。

Description

明細書

曝気方法と曝気装置と曝気システム

技術分野

[0001] 本発明は、汚水処理場やダム等に貯水されている液体に、空気及び酸素等の気体を効率良く接触させる曝気方法、曝気装置及び曝気システム、さらには、エアーポンプ又はブロア等で作られた圧力気体を用いて、湖沼 ·魚類養殖場 ·動植物の細胞培養槽 '汚水処理場等の貯留水を、一旦液泡の集団（シャボン玉状の塊）に生成することにより貯留水を液泡の表面液膜にすることで、液泡内の気体 (酸素又は空気等 )と貯留水（表面液膜）とを高効率に接触させることができるが、この事により空気を用レ、た場合には貯留水への酸素富化作用だけではなぐ酸素ガス及び窒素ガスの溶存バランスがとれ生物にとって生息しやすい水にすることができる曝気装置及び曝気システムに関する。

背景技術

[0002] 一般に、魚類養殖場'動植物の細胞培養槽'ダム'汚水処理場等の曝気方法としては、以下に列挙するように種々のものがあり、従来それぞれに対応策が取られていた例えば、特許文献 1には、「曝気装置」として、被処理水の循環流量を増やし、空気の微細化性能を向上させた技術が開示されている。

また、特許文献 2には、「閉鎖性水域の浄化装置及び浄化方法」として、閉鎖性水域内に停滞する水塊をェジェクタによって作られた水流によって曝気作用を高め、水塊の流動を促進させて酸素を供給する技術が開示されている。

しかしながら、これらの特許文献 1及び 2に開示された発明では、液中に気泡を発生させて気体と液体との接触する面積を増やすことや、気泡と液体との接触時間を長くすることなどを基本とする気体の溶解方法であって、気体溶解率が悪ぐ又、曝気された処理水とまだ曝気されてない被処理水とを分離することができず、既に曝気された処理水に対しても再び曝気エネルギーが加わり非効率であるという課題があつ特許文献 1 :特開 2000— 271591号公報

特許文献 2：特開平 10— 73099号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] 本発明は力かる従来の事情に対処してなされたものであり、被処理水中に配置された散気部から発生した気泡粒の集団の浮力を利用し、その気泡粒を水面より上の気泡粒上昇通路内を上昇させて液泡に変化させることで、被処理水を気体が最も溶解しゃすい液泡表面の薄膜水の状態にすることができ、又、その液泡のままを大気圧下に少しでも長く曝し、又、溢流させる位置が水面より高いので水頭差を利用することで、液泡処理された処理水と被処理水を分離することができる。また、エアーポンプ及びブロア等を用いて圧縮空気を作り、被処理水中の散気部に供給することで気泡粒を連続的に発生させ、その気泡粒の浮力を利用して水面より上の気泡粒上昇通路内で液泡の集団（シャボン玉状の塊）に変化させることにより、被処理水を液泡の表面液膜に一旦変化させることで、被処理水中に気体が最も溶解しやすい状態にしたことになり、又、反対に被処理水中内に溶存している余分な気体を最も放出しやすい状態にしたことになる。この作用により被処理水中に生存する多くの生物により酸素だけが消費され窒素ガス量の多くなつたバランスの悪い水を再生することができ、更に、生成される液泡が水面より高い位置なので、水頭差により処理水を所望の場所に移送できる。

すなわち、本発明は、高効率に気体を溶解することができ、又、処理水に再び無駄な曝気エネルギーが加わらない、省エネルギーで作動できる曝気方法、曝気装置及び曝気システムを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0004] 本発明は、請求項 1記載の発明である曝気方法は、水中に気泡粒を発生させる散気工程と、前記気泡粒が水面上に浮上する際に収束させて、水面の下部域に気泡粒を集めた気泡粒の集団を形成させる気泡粒収束工程と、前記気泡粒の集団の水面部分に気泡粒上昇通路部を設けることで、前記散気工程から連続的に発生する気泡粒により増加する前記気泡粒の集団の浮力によって、前記気泡粒の集団の上部分から前記気泡粒上昇通路部内に押上げられることで、気泡粒の周囲の液体は重力で下方に分離し、前記気泡粒上昇通路部内の上部付近で気泡粒は液泡（シャボン玉状の塊）に変化する液泡生成工程と、前記気泡粒上昇通路部の最上部に液泡のままの状態をなるベく長く保つ液泡曝し工程とを有するものである。

このような構成の曝気方法は、以下のような作用を有する。

(1)散気工程は気泡粒の生成ができれば、水面から 20cm位の浅い位置から発生させても作動でき、消費電力の大きい高圧力のエアーポンプを使用しなくても作動できる。

(2)気泡粒収束工程を有するので、水面の下部域に気泡粒の集団を形成させることができ、その事によって気泡粒を水面より上に上昇させる大きい浮力を作ることができる。

(3)液泡生成工程を有するので、水面より上に上昇した気泡粒の周囲の液体は重力で下方に分離する事で、気泡粒を液泡の塊に変化させることができる。

(4)液泡曝し工程を有するので、溢流した液泡状態（薄膜水）のままなるべく長い時間大気圧下に曝すことができ溶解率が高められる。

又、水面より高い位置で液泡処理された処理液を回収できるので、その水頭差を利用し処理水を別の場所に移動することができる。

請求項 2記載の発明である曝気装置は、被処理水中に気泡粒を発生させる散気部と、前記被処理水の水面下部に前記気泡粒を集め気泡粒の集団を作る気泡粒収束部と、連続的に増加する前記気泡粒の集団の浮力により、前記気泡粒の集団が上部分力水面より上に押し上げられることで、前記気泡粒が液泡に変化することができる気泡粒上昇通路部と、前記気泡粒上昇通路部の最上部から溢流する液泡の状態をなるベく長く保つ液泡曝し部とを有するものである。

上記構成の曝気装置においては、以下の作用を有する。

(1)散気部（エアーストーン等）は、気泡粒が生成できれば被処理水の液面から 20〜 30cm位の浅レ、部分に配置しても作動させることができ、エネルギー効率に優れてレヽる。

(2)気泡粒収束部によって、水中で発生した気泡粒を水面下部に集めることによって、大きな浮力を作ることができる。

又、その浮力を狭い収束した面積に集中させることもできる。

(3)気泡粒上昇通路部を有するので、連続的に発生し増加する気泡粒の集団の浮力によって、上昇する気泡粒の周囲の液体は、重力で下方に分離させることで気泡粒を液泡の塊に変化させることができる。

この事によって、結果的に被処理水を液泡表面の薄膜水にすることができ、最も大気圧下で気体が溶解しやすい状態にしたことになる。

(4)液泡曝し部を有するので、液泡状態 (薄膜水）を少しでも長い時間大気圧下に曝すことができることにより溶解率を上げることができる。

又、水面より高い位置から溢流させて回収できるので、その水頭差を利用し処理水を別の場所に移動することができることで、更に別の処理をすることもできる。

(5)例えば、被処理水中に生存している微生物及び動物により、被処理水中に溶解していた酸素ガスだけが消費され、窒素ガス過多のバランスの崩れている被処理水を、大気圧下において液泡表面の薄膜水にすることで、酸素ガスと窒素ガスとの溶解濃度のバランスがとれ、微生物及び動物にとって好適な処理水に再生することができる。

[0006] そして、請求項 3の発明である曝気装置は、請求項 2に記載の曝気装置において、被処理水中の低層から上層に向かって配置された流通部内の上部分に前記散気部を備えて気泡粒を発生させることで、低層域の被処理水をエアーリフト効果により上層域に上昇させ、更にその被処理水を大気圧下で液泡表面の薄膜水にするものである。

本発明の曝気装置においては、請求項 2に記載の発明の作用に加えて、以下の作用を有する。

(1)流通部内の上部で気泡粒を発生させるエネルギーだけで、低層域の貧酸素水を上層域に吸い上げて酸素富化させ、更に、低層域の水と上層域の水との対流を促進させること力できる。

[0007] さらに、請求項 4の発明である曝気装置は、請求項 2に記載の曝気装置において、水面より高い位置にある前記液泡曝し部から排出される処理水を、その水頭差を利用して低層域まで繋がった連通部に接続することで、低層域に酸素富化した処理水を送水できるものである。

上記構成の曝気装置においては、請求項 2に記載の発明の作用に加えて、以下の作用を有する。

(1)液泡曝し部から連続して排出される処理水は水面より高ぐこの水頭差を利用して処理水を別の場所へ移動できる。

(2)低層域まで繋がった連通部内へ処理水を送水するだけで、処理水は連通部内を自重で下降することができ、この事で酸素富化された処理水を低層域にエネルギ一を使わずに送り込むことができる。

[0008] 請求項 5の発明である曝気装置システムは、水面上に配置されている請求項 2記載の曝気装置と、前記曝気装置の底部分に配置された微細気泡発生器と、前記曝気装置の液泡曝し部から溢流する処理水を受け止めて、別の場所に移動させて処理をすることができる受部とを有するものである。

本発明の曝気装置システムにおいては、以下の作用を有する。

(1)曝気装置の下側に配置された微細気泡発生器から発生させた微細気泡は、水中に浮遊する汚濁物や底部分に堆積している汚濁物に付着させることによって、汚濁物は浮力増により水面上に向かって浮上させることができる。

(2)曝気装置の散気部から発生する気泡粒の上昇流に、浮上した汚濁物は吸い込まれて行き、更に汚濁物と気泡粒は気泡粒上昇通路を上昇し液泡曝し部から溢流させること力 Sできる。

(3)液泡曝し部から溢流した処理液と汚濁物を、水面との水頭差を利用した受部で、別の場所に移動させることができる。

(4)この事によって、被処理水中の汚濁物を分離する事や、所望する各種の処理をすることちでさる。

[0009] 請求項 6の発明である曝気装置システムは、加圧状態又は減圧状態に耐えられるタンクと、前記タンク内が加圧状態又は減圧状態にある時に、被処理水及び気体を前記タンク内へ供給することができるポンプと、前記被処理水を液泡に生成できる液泡生成容器と、前記タンク内が加圧状態又は減圧状態にある時の気体を吸引し前記液泡生成容器内の底に配置された散気部に送ることができるエアーポンプと、前記タンク内において上下多段に配列された上段の前記液泡生成容器から溢流した処理水を受け止めて、下段の液泡生成容器内へ送入することができる受部管とを有するものである。

(1)加圧又は減圧に耐えられるタンクを有するので、例えばコンプレッサーの吐出し側から加圧された気体をタンク内へ供給することで、素早くタンク内を加圧状態にすること力 sでき、又は、真空ポンプ又はコンプレッサーの吸引側をタンク上部に接続し、タンク内の気体を抜くことでタンク内を減圧状態にすることができる。

(2)この事によって、タンク内の加圧気体をエアーポンプで吸引し散気部から気泡粒を発生させれば、液泡内が加圧された気体の液泡が生成でき、液泡表面の薄膜水にその気体圧力に応じた気体が溶解することで、高濃度気体溶解水を作ることができる。

又は、減圧状態の時にタンク内の減圧気体をエアーポンプで吸引し散気部から気泡粒を発生させれば、液泡内が減圧された液泡を生成することができ、その液泡表面の薄膜水に溶存している気体が、減圧度に応じて液泡内の空間に放出されることで脱気水を作ることができる。

(3)タンク内の上段に配置された液泡生成容器から溢流した高濃度気体溶解及び脱気された処理水を、下段の液泡生成容器内において再度又は再々度と液泡にすることができるので、例えば、水温や粘性等による気体の溶解率及び脱気率が悪くても、所望の値になった処理水を求めることができる。

請求項 7の発明である曝気装置は、エアーポンプ又はブロア等を用いて、加圧気体を被処理水中に供給し気泡粒を発生させる散気部と、前記散気部を筒状内に配置することで筒状内を気泡粒の集団が上昇する気泡上昇部と、前記気泡上昇部の上部に接続された管を複数束ねた管状部を設け、前記気泡粒の集団の浮力が増大し水面上より上に押し上げられて液泡の集団（シャボン玉状の塊）に変化することで、被処理水を液膜化できる気泡粒上昇通路部と、液泡状態のまま移送することのできる液泡送水部とを有するものである。本発明の曝気装置においては、以下のような作用を有する。

(1)散気部（エアーストーン等）が気泡上昇部内の下部に配置されているので、発生した気泡粒の浮力エネルギーを全て気泡粒上昇通路部に集中させることができる。

(2)気泡粒上昇通路部内を上昇する気泡粒の周囲の液体は、重力により下方に分離するので、上昇した気泡粒の集団は気泡粒上昇通路部の上部付近で液泡の集団 (シャボン玉状の塊）に変化する。このことによって、被処理水を液膜ィ匕したことになる

(3)液泡送水部の下部（処理水排出部分)を、深さを調整しながら水中に浸けることで、液泡送水部内の液泡生成状態を調整することができる。

(4)液泡送水部は水面より高いので、処理水を水頭差により別の場所に移送できる。

[0011] 請求項 8の発明である曝気装置は、請求項 7に記載の曝気装置において、前記液泡送水部の上開口部を閉じて、内部の気体をエアーポンプ及びブロア等に吸引させて循環させる為の気体吸引孔と、曝気装置内の圧力を調整できる気体量調整弁と、を取り付けて、更に、前記液泡送水部の下開口部に液泡が着水し破裂した時に前記液泡を受ける液泡受部とを備えたものである。

(1)気体吸引孔を有するので、製造コストの掛かった気体を大気に放出せずに、エア一ポンプ又はブロアに吸引させて、再度、散気部（エアーストーン等）に供給することができる。

(2)気体量調整弁を有するので、調整しながら若干気体を排出することで、曝気装置内を液泡生成に適した圧力にすることができる。又、被液体中から放出された不用ガスの排出弁としても使用できる。

[0012] 請求項 9の発明である曝気装置システムは、汚水処理場等の曝気処理において水面近傍の水中に気泡粒を発生させる散気部と、発生した前記気泡粒を上部に集める錐状の気泡粒収束部と、前記気泡粒収束部の上部に管を束ねた管状部を設けることによって、前記気泡粒の集団の浮力が増大し水面上より上に押し上げられ液泡に変化することで、被処理水を液膜ィ匕にすることができる気泡粒上昇通路と、を備えた曝気装置を複数用いて、前記気泡粒収束部の錐状下部分を隙間なく接続して構成された集合曝気装置と、前記集合曝気装置から溢流する処理水の水頭差を利用し、前記汚水処理場等の底層に処理水を移送することのできるガイド壁とを有するものである。

(1)気泡粒収束部の錐状下部分を隙間なく複数連結されているので、曝気装置下部の被処理水と曝気装置上部の処理水を完全に分離させることができるので、再び処理水に曝気エネルギーが加わることがない。

(2)被処理中に配置される散気部が、水面近傍の水中で良いので、エアーポンプ又はブロア等のエネルギー容量が小さくても稼動できる。

(3)ガイド壁を備えているので、酸素供給された処理水は水頭差により、ガイド壁に沿って下降し汚水処理場等の底層域に自動的に送ることができる。

発明の効果

請求項 1に記載される曝気方法及び請求項 2に記載される曝気装置については、以下のような効果を備える。

(a)この方法による散気工程 (散気部）から発生した気泡粒は、水中内における気液接触に関しても、気泡粒収束工程 (気泡粒収束部）内で水中に一時的ではあるが気泡粒の集団状態で長く貯留されるので効率良い。又、更にその気泡粒を液泡生成ェ程 (気泡粒上昇通路部）で液泡に変化させることで、結果的に被処理水を気体が溶解しやすい液泡表面の薄膜水の状態にでき、エネルギー効率的に最も優れた曝気方法及び曝気装置である。

(b)又、水中に配置する散気工程 (散気部）は、水面から 20〜30cm位の浅い場所に配置しても液泡を生成することができるので、散気工程 (散気部）へ気体を送る圧送エネルギーが小さくて済み、省エネルギー性に優れている。

(c)液泡曝し工程 (液泡曝し部）から液泡の状態で溢流する処理水は、水面より高くこの水頭差を利用することで、処理された処理水に再び曝気エネルギーが加わらないようにでき、又、処理水を別の場所に移動させることができるので、効率良く被処理水に酸素富化することができ経済性に優れている。又、別の場所に処理水を移動できることにより、更に所望の各種の処理をすることもでき、制御性及び汎用性にも優れている。

(d)大気圧下において液泡表面の薄膜水の状態は、前記 (a)内に記載した気体が最も溶解しやすい状態だけではなぐ閉鎖された水域中に微生物及び生物が多く生息していると酸素ガスだけが消費され、酸素ガスと窒素ガスとの溶解バランスの崩れた水質になる。この様な状態の水質の水を、液泡表面の薄膜水の状態にし、大気圧下に曝すことによって、酸素ガスと窒素ガスとの溶解バランスがとれ、微生物及び動物にとって好適な水質にすることができる。

[0014] また、請求項 3の発明である曝気装置は、以下のような効果を有する。

(a)例えば、湖沼及び海洋等において、請求項 2の曝気装置と同じエネルギーを使用し、同時に低層域の被処理水を吸い上げて酸素供給することで、低層水域と上層水域の対流を促進し、水域全体の生態系を好適な環境にすることができる。

[0015] 請求項 4の発明である曝気装置は、以下のような効果を発揮することができる。

(a)湖沼及び海洋等において、水面より高い位置より酸素富化された処理水が排出されるので、自重で低層貧酸素水域に直接送ることで、生態系にとって好適な環境にすることができる。

[0016] また、請求項 5の発明である曝気装置システムは、以下のような効果を奏する。

(a)養殖場等において、水域に浮遊する汚濁物や、底部に堆積する汚濁物や残餌' 糞等に微細気泡を付着させることにより、浮遊物や汚濁物の浮力が増し水面に向かつて浮上させることができ、その浮遊物や汚濁物を散気部から発生してレ、る気泡粒によって気泡粒上昇通路内を上昇させ、液泡曝し部から処理水と共に溢流させることで、受部を介して水域中の浮遊物及び汚濁物を回収除去、又は微生物処理槽で生物酸化させる事もでき、生態系にとって好適な水質を維持することができる。

(b)工場等の循環水に含有する浮遊物を回収及び除去することができる。

[0017] 請求項 6の発明である曝気装置システムは、以下のような効果を奏する。

(a)タンク内の気体圧力に応じた高濃度の気体溶解水を製造でき、操作性や制御性及び経済性に優れている。

(b)又は、タンク内の減圧度に応じた脱気処理水を製造でき、操作性や制御性及び経済性に優れている。

(c)タンク内の圧力状態又は減圧状態を作るエネルギーを、多段に配置された液泡生成容器によって繰り返し利用することができるので、エネルギー効率に優れている (d)この事によって、気体溶解又は脱気しにくい水質及び気体でも、前記エネルギーを繰り返し利用できるので効率良く処理できる。

[0018] また、請求項 7の発明である曝気装置は、以下のような効果を備える。

(a)配置された散気部（エアーストーン等）が、水面近傍の水中に設置されるので、静圧の低いエアーポンプ又はブロア等で稼動でき、省エネルギー性に優れている。

(b)気泡上昇部や気泡粒上昇通路部及び液泡送水部に筒状又は管状の部材を用いているので、小型でコンパクトに製作することができ取り扱い性に優れている。

(c)気泡粒上昇通路部内を上昇する気泡粒の周辺の液体は、重力によって下方に分離することによって、被処理水を液泡表面の液膜に変化させて気体が溶解しやすい状態にできるので、効率性及び省エネルギー性に優れている。

[0019] 請求項 8の発明である曝気装置は、以下のような効果を発揮することができる。

(a)気体吸引孔を有するので、製造コストの掛かったガスを、再度吸引して循環させて無駄を最小限に抑えることができるので、経済的に優れている。

(b)気体量調整弁を有するので、曝気装置内の圧力を微調整することができ、液泡の生成状態を最適にできる。

[0020] また、請求項 9の発明である曝気装置システムは、以下のような効果を有する。

(a)複数の曝気装置が隙間なく連結されているので、曝気装置下側の被処理水と曝気装置上側の処理水とを完全に分離することができるので、処理水に再び曝気エネルギ一が加わることがなぐ省エネルギー性及び経済性に優れている。

(b)散気部に加圧気体を送るエネルギーは、水面近傍の水中に気体を送るエネルギ一で良ぐ省エネルギーに設計することができる。

(c)液泡の生成により酸素を富化された処理水は、水頭差によりガイド壁に沿って下降し底層域の貧酸素水域に送られ、微生物を活性化させることにより汚水浄化能力を上げることができる。

(d)曝気装置が簡易な構造ので、コンクリート製、金属成形製等で安価に製作できる。又、廃プラスチックを再利用して製品に成形することもできる。

(e)既存にある汚水処理場等の基本構造を大幅に変える必要がなぐ容易に設置することができ、メンテナンス性及び経済性に優れている。

図面の簡単な説明

[図 1]第 1の実施の形態に係る曝気装置の概念図であり、上側が立面図で、下側が側面図である。

[図 2]第 1の実施の形態の曝気装置を作動させた時の気泡粒及び液泡の動きを示した模式図である。

[図 3]第 1の実施の形態の曝気装置と、微細気泡発生器 Mと、生物処理槽 (B.R)を組み合わせて作動させた状態の模式図である。

[図 4] (a)、（b)は、それぞれ図 3中における（B.R)内及び (B.F)周辺の、微細気泡 M .B及び汚濁物 Fの動きを示した模式図である。

[図 5]第 1の実施の形態の曝気装置を用い、上昇パイプ 7内に配置された散気部 2から発生した気泡粒 2aによるェヤーリフトの効果を利用した曝気装置の模式図である。

[図 6]第 1の実施の形態の曝気装置から排出される処理水 2Wの水頭差を利用して、処理水 2Wを別の場所に移動させることができることを示す模式図である。

[図 7] (a)は、第 1の実施の形態の曝気装置の気泡粒収束部の底端を複数接続させた場合の模式図であり、上側が立面図で下側が正面図である。また、（b)は、浮かせ型曝気装置の模式図で、上側が立面図で下側が正面図である。

[図 8]図 2に示された液泡生成曝気装置 1に対して水道水を用いて水面から散気部までの水深及び水面から液泡曝し部までの距離を変えて得られる処理水 2Wの量をまとめた表である。

[図 9]図 2に示された液泡生成曝気装置 1に対して水道水を用いて測定した総酸素溶解量を表にし、さらに、単に散気部を用いて曝気し測定した総酸素溶解量を表にしたものである。

[図 10]本発明の第 2の実施の形態に係る曝気システムの正面図である。

[図 ll] (a)、（b)は、それぞれ液泡表面の薄膜水 WFにタンク内の加圧 P及び減圧度 Pに応じて、瞬間的に溶解及び脱気されている状態を示す模式図である。

[図 12]本発明の第 3の実施の形態における曝気装置の正面断面図である。

[図 13]第 3の実施の形態の曝気装置を作動させた時の気泡粒及び液泡の挙動を示した模式図である。

[図 14]第 4の実施の形態の曝気装置の模式図である。

[図 15] (a)は、第 5の実施の形態の曝気システムの模式図で、複数の曝気装置の下部端 3A部分を隙間なく接続して構成された曝気装置 1Mの正面断面図ある。 (b)は、汚水処理場の処理水面の上部に曝気装置 1Mが設置された正面断面図であり、 (c )は処理水 2Wがガイド壁 Waに添って下降している様子を示した側面断面図であり、 (d)は、その立面図である。

符号の説明

1 曝気装置

1P 曝気装置

2 散気部

2a 気泡粒

2b 気体供給管

3 気泡粒収束部

3a 気泡粒の集団

3b ステー

3P 気泡上昇部

3 A 気泡粒収束部の下部端

4 気泡粒上昇通路部

4a 変化した液泡

4A ハニカム状

4B パイプ状

4P 気泡粒上昇通路部

4P1 パイプ管

4P2 管状部分

5 液泡曝し部

5a 溢流した液泡

6 受皿 P 液泡受皿

上昇パイプ

P 気体吸引孔

下降パイプ

P エアーポンプ又はブロアP 気体供給弁

0P 気体量調整弁

1 曝気システム

2 タンク

2a 排出調整弁

2b 減圧バルブ

2c 回収バノレブ

2d 圧力計センサー2e 余分ガス排出弁3 ポンプ

3a 吸引管

3b 気体自吸量調整弁3c 供給弁

3d 液体自吸量調整弁供給パイプ

5 液泡生成容器

6 ェヤーポンプ

6a ェヤー吸引管 b ェヤー供給管

7 受皿管

真空ポンプ

9 回収ポンプ

水位センサー 22 散気部

32 散気部

33 気泡粒収束部

34 気泡粒上昇通路部

A 大気圧

X 気体

2X 排出気体

S.W 水面

AL 水面 S.Wから散気部 2までの距離

BL 水面 S.Wから液泡曝し部 5までの距離又は水面 S.Wから気泡粒上昇通路部 4 P上部までの距離

K 気泡粒上昇通路 4内の壁と壁の間隔

1M 気泡粒収束部 3の下部端 3A部分を複数接続した曝気装置

UV 紫外線ランプ

1W 被処理水

2W 処理水

3W 高度処理水

Wa ガイド壁

WF 液薄膜水又は液泡の表面液膜

B.R 生物処理槽内の汚濁物の動き

B.F 被処理水 1Wの汚濁物の動き

P.W 気液混合の圧力水

P 気体圧力度又は気体圧

-P 減圧度

Q 処理水の流れ

R.W 汚水処理場の流水方向

M 微細気泡発生器

B.M微細気泡 F 汚濁物

H 槽仕切壁

FL 浮き

Y 上限水位

Z 下限水位

h 上開口部

g 下開口部

発明を実施するための最良の形態

以下に、本発明に係る曝気方法、曝気装置及び曝気装置システムの実施の形態を図 1乃至図 15に基づき説明する。

図 1は第 1の実施の形態に係る曝気装置の概念図であり、上側が立面図で、下側が正面図である。

図 1において、 1は実施形態 1の曝気装置、 2は散気部で 2bは散気部 2へ気体を供給する気体供給管、 3は散気部 2から発生した気泡粒を集める気泡粒収束部、 4は集つた気泡粒を水面 S.Wより上に上昇させる気泡粒上昇通路部、 5は気泡粒上昇通路 4内で生成された液泡をなるベく長く大気圧下に曝すための液泡曝し部、 Xは加圧された気体である。

第 1の実施の形態における曝気装置 1の作動方法について説明する。

まず、図 1中の気体供給管 2bを介してエアーポンプ等で気体 Xを散気部 2に送ることで、気泡粒収束部 3の下側に気泡粒を連続的に発生させる。その気泡粒は浮力によって上昇するが気泡粒収束部 3内の上側は収束しているので、発生した気泡粒は一度に浮上することができず気泡粒収束部 3内に気泡粒の集団が形成される。この気泡粒の集団は、散気部 2から発生し水面に向かって加速上昇する浮力と、気泡粒の集団浮力と、を合わせた浮力によって、水面より上部に取り付けられた気泡粒上昇通路 4内を上昇することができる。上昇する時に気泡粒の周囲の水は重力で下方に分離させることができることによって、気泡粒上昇通路 4の上部域では気泡粒を液泡の塊の状態に変化させることができ、更に液泡のままの状態 (薄膜水）を最上部力溢流させて液泡曝し部 5によって少しでも長い時間大気圧下に曝すことができることによって、酸素ガスと窒素ガスとの溶解濃度バランスのとれた溶存酸素量の高い処理水を求めることができる。

[0024] 図 2は、第 1の実施の形態の曝気装置を作動させた時の気泡粒及び液泡の動きを示した模式図で、 1Wは被処理水、 2aは散気部 2から発生した気泡粒、 3aは気泡粒収束部 3内の気泡粒の集団、 4aは気泡粒が水面 S.Wより上の気泡粒上昇通路 4内を上昇することで変化した液泡、 5aは溢流した液泡の状態を少しでも長い間保って溢流した液泡である。 6は水面 S.Wより高い位置から溢流した処理水 2Wを、水頭差を利用して別の場所に移動させることができる受皿である。

なお、図中、水面 S. Wから気泡粒上昇通路部 4Pの上部までの距離が BLで、散気部 2から水面 S. Wまでの距離が ALとして示されている。また、気泡粒上昇通路 4の内径を Kとする。

[0025] 図 3は、第 1の実施の形態の曝気装置と、微細気泡発生器 Mと、生物処理槽 (B.R) を組み合わせて作動させた状態の模式図である。図中右下に記載された微細気泡発生器 Mから被処理水 1W中に微細気泡 M.Bを発生させることによって、微細気泡 M.Bの特徴であるフローテシヨン効果を利用し、浮遊及び底部に堆積している汚濁物 Fに微細気泡 M.Bを付着させ、浮力増により汚濁物 Fは水面に向かって上昇させる。

この事によって散気部 2から発生している気泡粒 2aと、上昇している汚濁物 Fとを気泡粒収束部 3内で合体さて気泡粒上昇通路 4内を上昇させることができ、液泡曝し部 5から溢流した汚濁物 Fは受皿 6から生物処理槽 (B.R)に送られてレ、る。

もう一つの微細気泡 M.Bの特徴を生力た利用方法に、下降水流内において微細気泡 M.Bを汚濁物 Fに付着させることで、汚濁物 Fに浮力を付け下降水流に逆らうことで、汚濁物 Fだけをゆっくりと下降させることができる利用方法がある。

図中左の生物処理槽 (B.R)内に、前記の特徴を生かし上部に微細気泡発生器 M が配置され、その下流側には生物処理担体が充填され細菌や藻類及び原生動物等の微生物で構成された生物膜が形成されてレ、る。

この事によって、汚濁物 Fは生物膜と接触時間が長くなり、生物処理槽 (B.R)が小規模でも高効率に生物酸化処理することができ高度処理水 3Wとして放出される。又、紫外線管を用いて処理水 2W中に含有している細菌等を殺菌したい場合、液泡曝し部 5の上部に紫外線ランプ UVを配置すれば、処理水 2Wは液泡表面の薄膜水の状態なので、効果的に細菌等に紫外線を照射できる。

尚、汚濁物 Fが生物分解処理できない物の場合、図中の生物処理槽 (B.R)を回収除去装置に変えれば良ぐ又、これは請求項 5に記載した曝気装置システムになる。図中の微細気泡発生器 Mは旋回式で、 P.Wは気液混合の圧力水である。

[0026] 図 4 (a)、（b)は、それぞれ図 3中における（B.R)内及び（B.F)周辺の、微細気泡 M .B及び汚濁物 Fの動きを示した模式図で、図 4の（a)は、上部に配置した微細気泡発生器 Mから発生させている微細気泡 M.Bを、受皿 6から連続的に処理水 2Wと共に送られてくる汚濁物 Fに付着させて浮力を付けることで、処理水 2Wの下降流速（下向きの矢印）と汚濁物 Fの浮力（上向きの矢印）とが差し引かれることによって、処理水 2Wが下方に流れるのに比べ、微細気泡が付着した分ほど汚濁物 Fは浮力が増し、生物膜の周辺に長く留まることができ、汚濁物 Fと生物膜との接触時間が大幅に増やすことができる生物処理槽（B.R)内の微細気泡 M.Bと汚濁物 Fの動きである。一方、図 4の（b)は、図 3中の被処理水 1W中に配置されている微細気泡発生器 M から発生した微細気泡 M.Bが、被処理水 1W中の汚濁物 Fに付着し浮力増により、散気部 2から発生した気泡粒 2aに向かって浮上している様子を示している。

[0027] 図 5は、第 1の実施の形態の曝気装置を用い、流通部である上昇パイプ 7内に配置された散気部 2から発生した気泡粒 2aによるエアーリフトの効果によって、低層水域の被処理水 1Wを上昇パイプ 7から上昇させ、低層水域の被処理水 1Wを液泡に変化させ曝気処理している請求項 3に記載された曝気装置の模式図である。

なお、図 5中の気泡粒収束部 3は、本実施の形態においては上昇パイプ 7の上部に設置されている力 S、気泡粒収束部 3は上昇パイプ 7の上部に接続して作動させても良い。

[0028] 図 6は、第 1の実施の形態の曝気装置から排出される処理水 2Wの水頭差を利用して、処理水 2Wを別の場所に移動させることができることを示す模式図である。本図において、散気部 2から発生した気泡粒 2aは気泡粒収束部 3内で気泡粒の集団 3aになり、連続的に散器部 2から発生する気泡粒 2aの浮力と気泡粒の集団 3aの浮力とで、気泡粒の集団 3aの上側からより水面 S.Wより上に上昇し液泡に変化させることができる。この事によって気泡粒 2aの周囲の被処理水 1Wは、気泡粒上昇通路部 4の上部域で液泡表面の薄膜水 WFになり、液泡曝し部 5から受皿 6へ処理水 2Wとして溢流する。なお、薄膜水 WFは、図 11 (a)， (b)に概念が示されている。

受皿 6を流れる処理水 2Wは槽仕切壁 Hを越えて別の水槽へ送られ、低層域まで繋がった連通部である下降パイプ 8内に処理水 2Wを送り込むことで下降パイプ 8内を自重で下降する。この実施の形態は、請求項 4に記載された曝気装置に関する。

[0029] 図 7の（a)は、上側に丸いハニカム状の気泡粒上昇通路部 4が 4つ有り流れ方向 Q が記載されている部分が立面図で、下側が正面図である。複数の気泡粒収束部 3の下部端を連結させ隙間をなくすことによって、散気部 2から発生してくる気泡粒を複数の気泡粒収束部 3内で全て捕らえることができるので、大量の被処理水 1Wを液泡に変化させて処理できる。

又、気泡粒収束部 3の下部端が連結させているので被処理水 1Wと処理水 2Wが混合されることがなぐ例えば、回収'移動目的に処理水 2Wの流れ方向 Qにすることができる。

図 7の（b)は、ステー 3bを用いて散気部 2を気泡粒収束部 3に固定し、又、液泡曝し部 5から最適な液泡が得られるような位置になるように、気泡粒収束部 3に浮き FL を装着し、簡易に液泡曝気できる水面に浮かせ型曝気装置で、上側が立面図で下側が正面図である。尚、気泡粒上昇通路部 4の構造は、図 1のように気泡粒の上昇通路がドーナツ状のものだけではなぐ図 7中の 4Aのようにハニカム状の通路やパイプを束状にしたものでも良ぐ又、水面がゆれ平行が保てない場所は、 4Aのように液泡曝し部 5が付レ、てなレ、ものでも液泡生成曝気はできる。

淡水等の粘性がなレ、液体でも気泡粒上昇通路 4内の壁と壁との間隔が 5mm〜 2 Omm位までの範囲であれば液泡は生成でき、又、下水等のように粘性があれば更にその間隔 Kを広げても液泡は生成できる。又、図 7の（b)中の 4Bのように、内径を 2 Omm位の 1本のパイプを用いても、気泡から液泡に変化させることができる。

[0030] 図 8は水道水を使用し、液泡生成曝気装置 1を用いて図 2に記載された作動方法で、散気部 2は焼入型分散器 (エアーストーン)を用いて気泡粒収束部 3内の下部に配置し、水深 20cm及び 30cmと水面 S.Wからの距離 (AL)を変え、又、水面 S.Wから液泡曝し部 5まで距離（BL)を 10cm · 12cm · 14cmと変えて、それぞれ 1分間に液泡曝し部 5から回収できた処理水 2Wの量を表にしたものである。

尚、気泡粒上昇通路 4の壁と壁の間隔 Kが 15mmで、散気部 2に空気を送るブロワは世晃産業製の形式 DF-406を用レ、、消費電力は 45Wであった。

上記図 8から水面から気泡粒を発生させる場所 (散気部 2)が深いほど、液泡曝し部 5から回収できる処理水 2Wの量が多いことが理解できる。

これは深い場所から発生した気泡粒の浮力が加速され、気泡粒収束部 3内に集つて塊になっている気泡粒の集団に衝突することで浮力が大きくなり、気泡粒上昇通路 4内を上昇する気泡粒が多くなることによって、液泡曝し部 5から溢流する処理水 2W の量が多くなるためである。

図 9中の液泡生成曝気 DO値は、水道水に溶存している酸素を、東亜 DKK製'形式 DO— 21Pの溶存酸素計を用いて測定しながら約 D〇2.80ppmまで脱気した基準水を作り、前記図 8内の水面 S.Wから散気部 2までの水深（距離: AL)力 0cm、水面 S.W力液泡曝し部 5までの距離（BL)力 SlOcmの設定で固定し作動させて、毎分 10. 2L (リットル)液泡曝し部 5から溢流された処理水の DO値を測定し、合計 4分間の処理量 40.8Lと総酸素溶解量を表にしたものである。

もう一方の水中散気曝気 DO値は、容器（直径 20cm高さ 38cmの円筒容器）に 10.2 Lの脱気した基準水（DO2.80ppm)を入れ、前記の液泡生成曝気方法と同じブロワ · 同じ散気部 2 (エアーストーン）を用いて容器内の水面から 20cmの位置で 4分間水中散気曝気し、 1分経過ごとに DO値を測定した。

このようにして総酸素溶解量及び処理量を測定することで、両曝気方法のエネルギ一効率を比較することができる。

上記図 9の液泡生成曝気による 1分間の酸素溶解増量は 8.05— 2.80 = 5.25ppmで、 4分間の合計増量は 5.25ppm X 4分 = 21.0ppmになり、水中散気曝気の酸素溶解増量は 10.2Lの脱気水中での連続 4分間の散気曝気をして 8.41 _2.80 = 5.61ppmの増量となる。又、液泡生成曝気方法は曝気処理される処理水の酸素溶解増量 (DO8.0 5ppm)が、水中散気曝気の約 2分間（D〇8.11ppm)に相当し、 4分間の総処理量及び酸素溶解合計増量から見ても優れていると言える。

又、水中散気曝気による酸素溶解効率は、 3分間及び 4分間の DO値の上昇は僅かで、 DO飽和値に近づいた処理水への水中散気曝気は、エネルギー的に非効率で不経済であることがわかる。尚、脱気する前の水道水の D〇値 (溶存酸素濃度）は 9. 3ppmで水温は 18.2°Cであった。

又、上記の実験とは別に、消費電力の少ないジヱッタス (株)製'形式 GX400Nの観賞魚用エアーポンプを用いて、液泡粒収束部 3 (水面）から下側 30cmに配置した小さなエアーストーンから気泡粒を発生させ、水面 S.W力液泡曝し部 5までの距離を気泡粒上昇通路 4 (12mm径のパイプ 1本)部分の長さを変えて実験をした結果、毎分 0.9Lの処理水を求めることができた。しかし、水面 S.W力も液泡曝し部 5まで高さは約 3cmであった。

このエアーポンプの消費電力は前記のブロワの 25分の 1の 1.8Wで、消費電力当りの処理水量は前記ブロワより多いが、水面より上に上昇する高さが低いために液泡表面の薄膜水が厚いようである。

以下、本発明の第 2の実施の形態に係る曝気システムについて、以下図面を参照しながら詳細に説明する。

図 10は本発明の第 2の実施の形態に係る曝気システムの正面図である。

図 10中の 11は請求項 6に記載された発明に係る曝気システム、 12は加圧及び減圧に耐えられるタンク、 12aはタンク 12内の処理水 2Wの排出量を調整する排出調整弁、 12bはタンク 12内を減圧状態にする時に開放する減圧バルブ、 12cはタンク 1 2内の脱気水を回収する時に開放する回収バルブ、 12dはタンク 12内の圧力を感知し、その情報を電気的に各弁及びポンプ等に伝えることのできる圧力計センサー、 1 2eは例えば酸素ガス溶解等においてタンク 12内に溜まってくる余分なチッソガス等を抜くことで、酸素溶解濃度を上げることできる余分ガス排出弁、 13はタンク 12内へ被処理水 1Wを供給する供給ポンプ、 13aは供給ポンプ 13を作動させて被処理水 1 Wを吸引する吸引管、 13bは吸引管 13a内に発生する負圧を利用して気体を自吸させ、又、その気体自吸量を調整する気体自吸量調整弁、 13cは供給ポンプ 13を作動させた後に開放する供給弁、 13dはタンク 12内が減圧状態の時に被処理液 1Wがタンク 12内へ吸引される量を調整する液体自吸量調整弁、 14は被処理水 1Wをタンク 12内に供給する供給パイプ、 15は被処理水 1Wを液泡に生成することができる液泡生成容器、 16はタンク 12内の気体 X (加圧及び減圧）をエアー吸引管 16aで吸引し、エアー供給管 16bを介して液泡生成容器 15内の底部に配置された散気部 2に供給するエアーポンプ、 17は上段の液泡生成容器 15から溢流した処理水を受け止めて、下段の液泡生成容器 15内へ送入することができる受皿管、 18はタンク 12内の気体を抜き減圧状態にすることができる真空ポンプ、 19はタンク 12内が減圧状態で脱気された処理水 2Wを回収する回収ポンプ、 20はタンク 12内の下部に一時的に貯留されている処理水 2Wの水位を感知し、その水位情報を電気的に各弁及びボンプ等に伝え適正に作動させる為の水位センサーである。

尚、この曝気システムはタンク 12内が加圧状態又は減圧状態で作動させるので、液泡曝し部 5がなくても液泡表面の薄膜水に圧力に応じて十分に気体を溶解させることができ、又、液泡表面の薄膜水から減圧度に応じて十分に気体を脱気することができる。

第 2の実施の形態における曝気システム 11の作動方法について説明する。

この曝気システムは、気体を液体に高濃度に溶解すること、液体中に既存に溶解している気体を脱気することができるが、解力りやすく説明するために別々に説明するまず、気体を液体中に高濃度に溶解させる方法から図 10を用いて説明する。

尚、図 10中に記載された全ての弁やバルブは、最初は閉じているものとする。最初にポンプ 13を作動させて、吸引管 13aから被処理水 1Wを吸引し供給弁 13C を開放することによって、供給パイプ 14の端が図中のように気泡粒上昇通路 4内の中心部に向いて曲がっているので、被処理水 1Wは液泡生成容器 15内に供給される。

この時に吸引管 13a内に発生している負圧を利用して接続されている気体自吸量調整弁 13bから適量に設定された気体が自吸され、気液混合水のかたちでタンク 1 2内に供給される。

連続的に気液混合水がタンク 12内へ供給されることにより、徐々にタンク 12の圧力が上昇する。

例えば、排出調整弁 12aを閉じたまま作動させ、所望に予め設定した圧力タンク 12 内の圧力が 0.2MPaの場合には、タンク 12内の処理水 2Wの水位が約 3分の 2になり、 O. lMpaの場合は約 2分の 1の水位になる。

[0034] このように作動させると、タンク 12内の処理水 2Wの水位が高い状態になるので、圧力計センサー 12dから詳細な情報を排出調整弁 12aに伝えて、予め設定したタンク 1 2内の圧力より低い状態の時から、徐々にタンク 12内の処理水 2Wを排出させて、気体を気体自吸量調整弁 13bから自吸供給することで水位を下げることができ、又、タンク 12内の圧力も予め設定した圧力に徐々に近づけることができる。

このことで下限水位 Zを水位センサー 20によって感知するまでは、気体自吸量調整弁 13bから気体が自吸供給されることになる。例えば、早くタンク 12内の水位を下限水位 Zまで下げるために、初作動時だけコンプレッサーを用いてタンク 12内を所望の設定圧力にすることで、素早く正常に作動させることもできる。

水位センサー 20が下限水位 Zを感知した時点で、その情報を電気的信号によって気体自吸量調整弁 13bに伝え気体 Xの自吸を停止させる。

このことによってタンク 12内へは、新たな気体は供給されずにタンク 12内の気体 X が徐々に溶解されることで、徐々にタンク 12内の処理水 2Wの水位が上昇する。水位が上昇し水位センサー 20の上限水位 Yを感知した時点で、再び気体自吸量調整弁 13bからタンク 12内へ気体の自吸供給が開始される。この作動を交互に繰り返すことによって連続的に作動できる。

次に、エアーポンプ 16を作動させて、液泡生成容器 15内の底部に配置された散気部 2から気泡粒を発生させることによって、その気泡粒は気泡粒上昇通路 4内の外周部分から上昇し上部域で液泡に変化させることによって、被処理水 1Wを液泡表面の薄膜水 WFにできる。

[0035] 液泡生成容器 15内での液泡の生成方法は、第 1の実施の形態の曝気装置 1とほぼ同様であるが、圧力が高い気体 Xを用いて散気部 2から気泡粒を発生させるので、当然、生成される液泡内は圧力が高い気体であり、図 11 (a)に記載した液泡が集つて塊になった模式図のように、液泡表面の薄膜水 WFに圧力 Pに応じて瞬間的に気体が溶解され、液泡生成容器 15の最上部から溢流し、受皿管 17によって下段に配置された液泡生成容器 15に送入され、再度、再々度、又は液泡生成容器 15が下段に配置された数ほど処理水 2Wを繰り返し液泡の薄膜水 WFにすることができるので、溶解しにくい気体又は溶解しにくい液体の状態の場合でも、高濃度に気体溶解できる。

又、例えば空気に比べ純酸素ガス等の比較的溶解しやすい気体を溶解させた場合には、被処理水に元々溶存していたチッソガスがタンク 12内に放出されるので、徐々に回収される処理水 2Wの酸素溶解濃度が下がる。この時、センサーやタイマー等を用いて間欠的に、余分ガス排出弁 12eからタンク 12内に溜まったチッソガスを抜くことで、酸素溶解濃度上げることができる。

次に、この曝気システムを用いて、液体に既存に溶解している気体を脱気する方法を図 10で説明する。

最初に減圧バルブ 12bを開けて真空ポンプ 18を作動させることによりタンク 12内の気体を抜き、所望の減圧度を圧力計センサー 12dによって感知した時点で、液体自吸量調整弁 13dによって自吸される被処理水 1Wの量を調整することで、適量の被処理水 1Wがタンク 12内へ吸い込まれ、供給パイプ 14の端が気泡粒上昇通路 4内の中心部に向いているので、液泡生成容器 15内に被処理水 1Wを供給することができる。

又、この時点でエアーポンプ 16を作動させることで、液泡生成容器 15内の底部分に減圧された気体 Xの気泡粒を発生させることができ、その気泡粒は気泡粒上昇通路 4内の外周部分を上昇し、上部域で液泡に変化し溢流することで、図 11 (b)に記載した液泡の塊になった模式図のように、液泡表面の薄膜水 WFに溶存している気体力液泡内の減圧一 Pの空間に放出されることで、被処理水 1Wを脱気処理することができる。

又、このように脱気された処理水 2Wを、前記した高濃度の気体溶解水を製造する時と同様に、受皿管 17で下段の液泡生成容器 15に送られることによって、再度、再々度、処理水 2Wは繰り返し液泡表面の薄膜水 WFにできるので、脱気しにくい気体が溶解されている場合や、気体が放出しにくい液体力脱気する場合でも、高度に脱気処理をすることができる。

上記のようにタンク 12内の減圧状態を繰り返し利用することで、脱気に使われるェネルギ一の無駄を最小限にでき、又、真空ポンプ 18から脱気した気体 Xも簡単に回収することちできる。

タンク 12内に貯留される処理水 2Wの水位を、水位センサー 20の上限水位 Yで感知した時点で、回収ポンプ 19を作動させてから、回収バルブ 12cを開放することでタンク 12内の処理水 2Wを回収でき、下限水位 Zを感知した時点で回収バルブ 12cを閉めて回収ポンプ 19を停止する。

この作動を繰り返してタンク 12内に貯留される処理水 2Wを回収するカ又は液体自吸量調整弁 13dの調整によって液泡生成容器 15内に吸レ、込まれる被処理水 1W の量と、回収ポンプ 19から回収される量とを、タンク 12内の水位センサー 20で水位を感知しながら連動調整することで連続的に作動させることもできる。

又、液体自吸量調整弁 13dからの吸い込み量が少ない場合は、ポンプ 13を作動させて被処理水 1Wの供給量を供給弁 13cで調整しながら供給しても良レ、。

[0037] 以下、本発明の第 3の実施の形態の曝気装置について、以下図 12乃至図 15及び図 11を参照しながら詳細に説明する。

図 12は本発明の第 3の実施の形態における曝気装置の正面断面図であり、図 13 はエアーポンプ等を作動させて気体 Xを散気部 22に供給し、気泡粒を発生させて液泡を生成し、処理水 2Wを別の水槽に移送している模式図である。図 13において、 1 Pは実施の形態 1の曝気装置、 22はエアーストーン等の散気部、 2bは散気部 22へ加圧気体を供給する気体供給管、 3Pは散気部 22から発生した気泡粒を上昇させる筒状の気泡上昇部と、 4Pは集った気泡粒を水面 S.Wより上に上昇させて液泡に変化させる気泡粒上昇通路部、 5Pは液泡の生成状態を保持することと、その液泡を別の場所に移送する役目を持つ液泡送水部であり、 Hは槽仕切壁である。

[0038] 第 3の実施の形態における曝気装置 1Pの作動方法を図 13で説明する。

まず、被処理水 1W中の水面近傍（例えば 20cm〜60cm程度）に配置された散気部 22に、気体供給管 2bを介してエアーポンプ又はブロア等で加圧された気体 Xを供給することで、気泡上昇部 3P内に連続的に気泡粒を発生させる。筒状の気泡上昇部 3P (実験装置では内径 40mmの透明塩ィ匕ビニール管を使用。）の上部に、小さくなった内径 5〜20mm位で高さ 30〜100mm程度のパイプ管 4P1を複数束ねた管状部分 4P2 (実験装置では内径 13mmで高さ 70mmの透明塩化ビニール管を使用。）を備えた気泡粒上昇通路 4Pが接続されている。気泡上昇部 3P内で連続的に発生する気泡粒は上昇し、気泡粒上昇通路部 4P内を上昇する時には気泡粒の周囲の水は重力で下方に分離されるので、気泡粒上昇通路部 4Pの上部ではシャボン玉状の塊（図 11 (a)の液泡の集団の模式図で、 Pは気体圧で、右は拡大図で WFは液泡の表面液膜を表す。 )に変化させることができる。

又、この時に水面 S. Wから気泡粒上昇通路部 4Pの上部までの距離 BLが長ければ、液泡送水部 5P内を流れる液泡通過量 (処理量）は少なぐ短ければ液泡通過量 (処理量）は多くなる。又、散気部 22から水面 S. Wまでの距離 ALが長ければ、気泡粒が上昇する浮力エネルギーが大きぐ短ければ小さくなる。

液泡送水部 5Pは、気泡粒上昇通路部 4Pの上部で生成された液泡の状態を、少しでも長い時間保つ為に上下に開口されていて、上開口部 hから大気圧 Aが掛かり、下開口部 g端を液泡送水部 5P内の液泡の生成状態に応じて水中に浸けて微弱な水圧を掛け、連続的に生成される上開口部 h〜下開口部 gまでの液泡質量により、下開口部 g部分で液泡の表面水が着水した圧により破壊され処理液 2Wになる。

今回、散気部 22に市販のエアーストーンを用いて実験した結果、 ALが 20〜30cm 前後位の距離が液泡の生成に適したが、散気部 22に取り付けられる製品メーカーの違いにより発生する気泡粒の大きさや量、及び気体 Xを供給するエアーポンプ又はブロア等の風圧によっても変わる。

例えば、動植物の細胞を培養する場合等は、細胞に衝撃を与えない様に水面からの散気部までの距離 ALを短くして、なるべくソフトに液泡を生成させても良レ、。又、魚介類養殖場等において大量に早く曝気処理したい場合は、装置をスケールアップすることや、散気部から大量に気泡粒を発生させること等や、又は水面 S. Wからの散気部 22までの ALを離して気泡粒の浮力エネルギーを増大させても良い。

異物が多く混入した被処理水 1Wの場合は、散気部 22付近又は被処理水吸引口を網等で囲うことでストレーナ一の働きをする。又、気泡上昇部 3Pの下端部分にパイプゃホース等を接続して深部の被処理水 1Wを汲み上げても良ぐ又、下開口部 gの端にパイプやホースを接続して処理水 2Wを深部に送っても良い。

[0040] 本発明の第 4の実施の形態の曝気装置について、以下図面を参照しながら詳細に説明する。

図 14は、第 4の実施の形態の曝気装置を稼動させた時の気泡粒及び液泡の動きを示した模式図で、 1Wは被処理水、 22は散気部、 2bは気体供給管、 3Pは気泡上昇部、 4Pは気泡粒上昇通路部で、ここまでは図 12の第 3の実施の形態の曝気装置と機能はほぼ同じである。

第 3の実施の形態と相違するのは、液泡送水部 5Pの上開口部 h部分に気体吸引孔 7Pと気体量調整弁 10Pを取り付け、下開口部 g部分に液泡が着水し破裂して液体になる時に、液泡中の気体が液泡送水部 5Pの外部に漏れるのを防ぐ目的を備えた点と、液泡送水部 5P内に若干の圧が加わるようにして、液泡の生成状態が良くなるように取り付けられた液泡受皿 6Pが存在する点である。

まず、エアーポンプ又はブロア 8Pを作動させ、気体供給弁 9Pから製造コストの掛力つている酸素ガスや水素ガス等の気体 IXを適量供給し、液泡送水部 5P内に液泡を生成させる。

この時、上開口部 h部分には処理水 2W中に溶解できなかった気体 IXが集るので、気体吸引孔 7P部分から気体吸引管 2cを介してエアーポンプ又はブロア 8Pに吸引させ、気体供給弁 9Pから新しく供給される気体 IXと共に再利用している。

液泡受皿 6P内に下開口部 gの端を浸けることによって、液泡送水部 5P内を適圧に維持でき、適した液泡の生成状態を保つことができる。

又、上開口部 h部分に取り付けられた気体量調整弁 10Pは、若干、余るように気体供給弁 9Pから供給された気体 IXを、若干気体 2Xとして排出することによって、液泡送水部 5P内の内圧を微調整できる。なお、液泡受皿 6Pは、皿状のものでなくともよく、どのような容器形態でもよい。

[0041] 次に、本発明の第 5の実施の形態の曝気システムについて、以下図面を参照しな力 ¾詳細に説明する。

図 15 (a)は第 5の実施の形態に係る曝気システムの正面断面図である。図 15 (a) において、曝気装置 1Mは、 ALが 20〜60cm程度の深さに気体を送り気泡粒を発生させる散気部 32と、発生させた気泡粒を上部に集める四角錐状の気泡粒収束部 3 3と、気泡粒収束部 33の上部に接続された直径 10〜20mm位で高さ 30〜： 100mm 程度のパイプ管状を束ねた部分の気泡粒上昇通路 34と、を備えた複数の曝気装置の下部端 3 A部分を、隙間なく接続して構成されるものである。

図 15 (b)は、汚水処理場等の曝気処理槽内の水面上部に曝気装置 1Mが設置され、エアーポンプ又はブロア等で気体 Xを散気部 32に供給している正面断面図で、 R. Wは汚水処理場の流水方向である。図 15 (c)は、（b)の側面断面図であり、被処理水 1W中に散気部 32から気泡粒を発生させることによって、被処理水 1Wは液泡の液膜に変化し、気泡粒上昇通路 34から溢流し酸素の豊富な処理水 2Wとして、ガイド壁 Waに添って下降し、底層部分の貧酸素域に送られる処理水 2Wの流れ Qを示している。また、図 15 (d)は、（b)の立面図である。

被処理水 1Wの種類や粘性及び日量の処理量に応じて、 ALの距離を調整することもでき、長ければ気泡粒の浮力が増大し処理量を増やすことができる。又、通常の曝気に比べ液泡に変化させるだけで酸素の溶解効率が高いので、若干溶解効率は下がりますが BLの距離を短くして処理水を多量に増やすこともできる。

第 3の実施の形態の曝気装置 1Pを用い、図 12中の気泡上昇部 3Pの内径は 40m mで、気泡粒上昇通路部 4P部分に 13mmのパイプを 4本束にして内着し、 ALの距離は 20cm、 BLの距離は 5cmで、ブロアは世晃産業製の型式 LL40 '消費電力は 3 6Wを使用し、散気部 22に加圧空気を供給することで液泡送水部 5P内に液泡を生成することができ、下開口部 gから毎分 10.3Lの空気で良く曝気された処理水 2Wを得ること力 Sできた。

又、気泡上昇部 3P部分と気泡粒上昇通路部 4P部分は、第 3の実施の形態の曝気装置 1Pと同じものを用レ、、又、 AL、 BLの距離も同じにして、液泡送水部 5Pの下開口部 g部分に液泡受皿 6Pを取り付け、上開口部 h部分気体吸引孔 7Pと気体量調整弁 10Pを取り付けて、図 12記載の第 4の実施の形態の曝気装置を製作し、気体供給弁 9Pから気体 IXとして純酸素を供給して作動させた。この実験に使用した被処理水 1Wは水道水で、水温 17.2°C *溶存酸素量 D09.25ppmであり、液泡受皿 6Pから溢流した処理水 2Wは毎分 10.3Lの処理量で D〇37.5ppmの高濃度酸素水であった。産業上の利用の可能性

(1)既存の下水処理場において、既に設置してある曝気装置から発生する気泡粒を液泡に変化させるだけで、処理水中に酸素を高効率に供給できるので、微生物が更に活性し下水処理能力を高めることができ、又、大半の既存設備をそのまま活用できるので経済的である。

(2)湖沼や海洋等の閉鎖水域、又はその水域における養殖場等への酸素供給、又、その水底域及び水中域に浮遊する汚濁物 (残餌、糞も含む）の回収除去に有用である。

(3)観賞用水槽においての酸素供給、及び残餌や糞の回収除去に有用である。

(4)工業用の循環水中に含有する浮遊物等の回収除去に有用である。

(5)高濃度の気体溶解水及び脱気水の製造に有用である。

(6)高濃度気体溶解処理及び脱気処理を組み合わせて、各種機能水の製造に有用である。例えば、被処理水中に既存に溶解している気体を抜き脱気処理水を製造、その脱気処理水に所望の気体を高濃度に溶解させることによって、特殊な作用を持つ機能水を作ることが考えられる。

(7)液体を液膜化して気体を高効率に溶解させる機能と、同時に、その液体を別の場所に移動できるポンプとしての機能を兼ね備えた曝気装置に有用である。

(8)汚水処理場等の被処理水に高効率に酸素を富化させる曝気装置に有用である

(9)オゾンガスを用いた処理水に残った不用オゾンガスの放散処理等に有用である

Claims

請求の範囲

[1] 水中に気泡粒を発生させる散気工程と、前記気泡粒が水面上に浮上する際に収束させて、水面（S. W)の下部域に気泡粒（2a)を集めた気泡粒の集団（3a)を形成させる気泡粒収束工程と、前記気泡粒の集団（3a)の水面部分に気泡粒上昇通路部を設けることで、前記散気工程から連続的に発生する気泡粒（2a)により増加する前記気泡粒の集団（3a)の浮力によって、前記気泡粒の集団（3a)の上部分から前記気泡粒上昇通路部（4)内に押上げられることで、気泡粒の周囲の液体は重力で下方に分離し、前記気泡粒上昇通路部 (4)内の上部付近で気泡粒は液泡 (シャボン玉状の塊）に変化する液泡生成工程と、前記気泡粒上昇通路部の最上部に液泡のままの状態をなるベく長く保つ液泡曝し工程と、を備えたことを特徴とする曝気方法。

[2] 被処理水（1W)中に気泡粒（2a)を発生させる散気部（2)と、前記被処理水（1W) の水面（S. W)下部に前記気泡粒（2a)を集め気泡粒の集団（3a)を作る気泡粒収束部（3)と、連続的に増加する前記気泡粒（2a)の集団の浮力により、前記気泡粒の集団（3a)が上部分から水面より上に押し上げられることで、前記気泡粒（2a)が液泡（4 a)に変化することができる気泡粒上昇通路部と、前記気泡粒上昇通路部 (4)の最上部から溢流する液泡（5a)の状態をなるベく長く保つ液泡曝し部（5)と、を備えたことを特徴とする曝気装置。

[3] 被処理水（1W)中の低層から上層に向かって配置された流通部（7)内の上部分に前記散気部（2)を備えて気泡粒（2a)を発生させることで、低層域の被処理水（1W) をエアーリフト効果により上層域に上昇させ、更にその被処理水（1W)を大気圧下で液泡表面の薄膜水にすることを特徴とする請求項 2に記載の曝気装置。

[4] 水面 . W)より高い位置にある前記液泡曝し部（5)から排出される処理水（2W) を、その水頭差を利用して低層域まで繋がった連通部（8)に接続することで、低層域に酸素富化した処理水（2W)を送水できることを特徴とする請求項 2に記載の曝気装置。

[5] 水面 . W)上に配置されている請求項 2記載の曝気装置と、前記曝気装置の底部分に配置された微細気泡発生器 (M)と、前記曝気装置の液泡曝し部から溢流する処理水（2W)を受け止めて、別の場所に移動させて処理をすることができる受部（6 )と、を備えたことを特徴とする曝気装置システム。

[6] 加圧状態又は減圧状態に耐えられるタンク（12)と、前記タンク（12)内が加圧状態又は減圧状態にある時に、被処理水（1W)及び気体 (X)を前記タンク（12)内へ供給することができるポンプ（13)と、前記被処理水（1W)を液泡に生成できる液泡生成容器（15)と、前記タンク（12)内が加圧状態又は減圧状態にある時の気体を吸引し前記液泡生成容器（15)内の底に配置された散気部（2)に送ることができるエアーポンプ（16)と、前記タンク（12)内において上下多段に配列された上段の前記液泡生成容器（15)力溢流した処理水（2W)を受け止めて、下段の液泡生成容器（15)内へ送入することができる受部管（17)と、を備えたことを特徴とする曝気装置システム

[7] エアーポンプ又はブロア（8P)等を用いて、加圧気体を被処理水（1W)中に供給し気泡粒を発生させる散気部（22)と、前記散気部（22)を筒状内に配置することで筒状内を気泡粒の集団が上昇する気泡上昇部（3P)と、前記気泡上昇部（3P)の上部に接続された管 (4P1)を複数束ねた管状部 (4P2)を設け、前記気泡粒の集団の浮力が増大し水面上より上に押し上げられて液泡の集団（シャボン玉状の塊）に変化することで、被処理水（1W)を液膜化できる気泡粒上昇通路部 (4P)と、液泡状態のまま移送することのできる液泡送水部（5P)と、を備えたことを特徴とする曝気装置。

[8] 請求項 7に記載の曝気装置の前記液泡送水部（5P)の上開口部 (h)を閉じて、内部の気体をエアーポンプ及びブロア（8P)等に吸引させて循環させる為の気体吸引孔（7P)と、曝気装置内の圧力を調整できる気体量調整弁（10P)と、を取り付けて、更に、前記液泡送水部（5P)の下開口部 (g)に液泡が着水し破裂した時に前記液泡を受ける液泡受部（6P)と、を備えたことを特徴とする曝気装置。

[9] 汚水処理場等の曝気処理において水面 (W. S)近傍の水中に気泡粒を発生させる散気部（32)と、発生した前記気泡粒を上部に集める錐状の気泡粒収束部（33)と、前記気泡粒収束部（33)の上部に管（4P1)を束ねた管状部（4P2)を設けることによって、前記気泡粒の集団の浮力が増大し水面上より上に押し上げられ液泡に変化することで、被処理水（1W)を液膜化にすることができる気泡粒上昇通路（34)と、を備えた曝気装置を複数用いて、前記気泡粒収束部（33)の錐状下部分 (3A)を隙間なく接続して構成された集合曝気装置と、前記集合曝気装置から溢流する処理水（2 W)の水頭差を利用し、前記汚水処理場等の底層に処理水（2W)を移送することのできるガイド壁 (Wa)と、を備えたことを特徴とする曝気装置システム。