(57)【要約】【課題】小型でありながらも低コストで簡単に水を浄化処理することができる水浄化装置を提供する。【解決手段】汚水１を浄化する水浄化装置１００であって、汚水１を内部に入れられる反応槽１３１と、反応槽１３１の内部の汚水１と接触するように反応槽１３１の内部に配設されて網目状に形成されると共に複数積層された酸化能を有する活性炭素繊維１３３と、反応槽１３１の内部の汚水１中に空気１１をナノバブルで供給するバブリング装置１３２とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を浄化する水浄化装置であって、
前記水を内部に入れられる水保持手段と、
前記水保持手段の内部の前記水と接触するように当該水保持手段の内部に配設されて酸化能を有する活性炭と、
前記水保持手段の内部の前記水中に酸素含有ガスを気泡状に供給するバブリング手段と
を備えていることを特徴とする水浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水浄化装置において、
前記活性炭が、活性炭素繊維からなる
ことを特徴とする水処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の水浄化装置において、
前記活性炭が、網目状に形成された前記活性炭素繊維を複数積層したものである
ことを特徴とする水処理装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の水浄化装置において、
前記バブリング手段が、前記酸素含有ガスを平均直径５０μｍ以下のマイクロバブルとして前記水中に供給するものである
ことを特徴とする水浄化装置。
【請求項５】
請求項４に記載の水浄化装置において、
前記バブリング手段が、前記酸素含有ガスを平均直径１０００ｎｍ以下のナノバブルとして前記水中に供給するものである
ことを特徴とする水浄化装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の水浄化装置において、
前記酸素含有ガスが、空気、酸素ガス、オゾンガスのうちの少なくとも一つからなる
ことを特徴とする水浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水道等の汚水を浄化する従来の水浄化装置を図３に示す。
【０００３】
図３に示すように、下水道等の汚水１を汲み取る汲取ポンプ９０１の送出口は、汚水１中の大型固形物２を分離するスクリーン９１２を内装したスクリーニング槽９１１に連絡している。前記スクリーニング槽９１１には、前記スクリーン９１２で前記大型固形物２を分離された前記汚水１を取り込む取水ポンプ９０２の受入口が連絡している。前記取水ポンプ９０２の送出口は、前記汚水１中の沈殿性固形物３を沈降させる最初沈殿槽９２１に連絡している。前記最初沈殿槽９２１には、前記沈殿性固形物３を沈降させた上層の前記汚水１を送給する送水ポンプ９０３の受入口が連絡している。
【０００４】
前記送水ポンプ９０３の送出口は、前記沈殿性固形物３を分離された前記汚水１中の汚濁物質を活性汚泥により微生物処理する反応槽９３１に連絡している。前記反応槽９３１には、当該反応槽９３１内の前記汚水１中に空気１１を供給するバブリング装置９３２と、当該反応槽９３１内を攪拌翼９３３ａで攪拌する攪拌装置９３３と、当該反応槽９３１内に凝集剤１２を添加する添加装置９３４とが設けられている。
【０００５】
前記反応槽９３１には、当該反応槽９３１内で微生物処理された処理水４を送給する送給ポンプ９０４の受入口が連絡している。前記送給ポンプ９０４の送出口は、前記処理水４中の活性汚泥５を沈降させる最終沈殿槽９４１に連絡している。前記最終沈殿槽９４１には、前記活性汚泥を沈降させた上澄みの前記処理水４を送出する送出ポンプ９０５の受入口が連絡している。前記送出ポンプ９０５の送出口は、河川や湖沼や海等の系外へ連絡している。
【０００６】
このような従来の水浄化装置９００においては、下水道等の前記汚水１を前記汲取ポンプ９０１で前記スクリーニング槽９１１内に汲み取って、前記スクリーン９１２で大型固形物２を分離してから、前記取水ポンプ９０２で当該汚水１を最初沈殿槽９２１内に取水して、当該汚水１中の前記沈殿性固形物３を沈降させた後、その上層を前記送水ポンプ９０３で前記反応槽９３１内に送給する。
【０００７】
これに併せて、前記攪拌装置９３３を作動させて前記攪拌翼９３３ａで攪拌しながら、上記反応槽９３１内に前記添加装置９３４で凝集剤１２を添加すると共に、前記バブリング装置９３２で空気１１をバブリングすると、前記汚水１中の汚濁物質が活性汚泥により微生物処理される。
【０００８】
このようにして微生物処理された処理水４は、前記送給ポンプ９０４で前記最終沈殿槽９２１内に送給され、活性汚泥５を沈降分離された後、上澄みが前記送出ポンプ９０５で河川や湖沼や海等の系外へ排出される。前記最終沈殿槽９２１で沈降分離された前記活性汚泥５は、その一部が、前記反応槽９３１に戻されて微生物処理に再び利用される一方、その残りが、前記スクリーニング槽９１１で分離された前記大型固形物２及び前記最初沈殿槽９２１で分離された前記沈殿性固形物３と共に廃棄処理される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公昭６０−００３８７３号公報
【特許文献２】特開２００７−０７５７２３号公報
【特許文献３】特開２０１２−０１２７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述したような従来の水処理装置９００においては、汚水１中の汚濁物質を活性汚泥により微生物処理するようにしていることから、以下のような問題があった。
【００１１】
（１）微生物処理は、長時間かかってしまうため、必要な処理量を維持するのに装置全体が大型化してしまう。
【００１２】
（２）活性汚泥５中の微生物が死滅しないように前記反応槽９３１内や前記最終沈殿槽９４１内の環境管理や栄養管理等を継続的に行われなければならず、維持管理に非常に手間がかかってしまうばかりか、万が一、活性汚泥５中の微生物が死滅してしまうと、処理を中断して再稼働させるまでに多大な労力及び時間を要してしまう。
【００１３】
（３）微生物処理に伴って、活性汚泥５が徐々に増加して、余剰となる活性汚泥５を廃棄処理しなければならないため、処理コストの上昇を招いてしまう。
【００１４】
このようなことから、本発明は、小型でありながらも低コストで簡単に水を浄化処理することができる水浄化装置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】
【００１５】
前述した課題を解決するための、本発明に係る水浄化装置は、水を浄化する水浄化装置であって、前記水を内部に入れられる水保持手段と、前記水保持手段の内部の前記水と接触するように当該水保持手段の内部に配設されて酸化能を有する活性炭と、前記水保持手段の内部の前記水中に酸素含有ガスを気泡状に供給するバブリング手段とを備えていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る水浄化装置は、上述した水浄化装置において、前記活性炭が、活性炭素繊維からなることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る水浄化装置は、上述した水浄化装置において、前記活性炭が、網目状に形成された前記活性炭素繊維を複数積層したものであることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る水浄化装置は、上述した水浄化装置において、前記バブリング手段が、前記酸素含有ガスを平均直径５０μｍ以下のマイクロバブルとして前記水中に供給するものであることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る水浄化装置は、上述した水浄化装置において、前記バブリング手段が、前記酸素含有ガスを平均直径１０００ｎｍ以下のナノバブルとして前記水中に供給するものであることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る水浄化装置は、上述した水浄化装置において、前記酸素含有ガスが、空気、酸素ガス、オゾンガスのうちの少なくとも一つからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る水浄化装置によれば、活性汚泥による微生物処理を行うことなく必要量の水中の汚濁物質を短時間で速やかに処理することができるので、小型でありながらも低コストで簡単に水を浄化処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る水浄化装置の主な実施形態の要部の概略構成図である。
【図２】本発明に係る水浄化装置の他の実施形態の要部の概略構成図である。
【図３】従来の水浄化装置の一例の要部の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明に係る水浄化装置の実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明に係る水浄化装置は、図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。
【００２４】
〈主な実施形態〉
本発明に係る水浄化装置の主な実施形態を図１に基づいて説明する。
【００２５】
図１に示すように、下水道等の汚水１を汲み取る汲取ポンプ１０１の送出口は、汚水１中の大型固形物２を分離するスクリーン１１２を内装したスクリーニング槽１１１に連絡している。前記スクリーニング槽１１１には、前記スクリーン１１２で前記大型固形物２を分離された前記汚水１を取り込む取水ポンプ１０２の受入口が連絡している。前記取水ポンプ１０２の送出口は、前記汚水１中の沈殿性固形物３を沈降させる最初沈殿槽１２１に連絡している。前記最初沈殿槽１２１には、前記沈殿性固形物３を沈降させた上層の前記汚水１を送給する送水ポンプ１０３の受入口が連絡している。
【００２６】
前記送水ポンプ１０３の送出口は、前記沈殿性固形物３を分離された前記汚水１を内部に入れられる水保持手段である反応槽１３１に連絡している。前記反応槽１３１の内部には、網目状に形成されて複数積層された、酸化能を有する活性炭である活性炭素繊維１３３が当該反応槽１３１の内部の前記汚水１と接触できるように配設されている。
【００２７】
前記反応槽１３１の内部の、前記送水ポンプ１０３の送出口と前記活性炭素繊維１３３との間には、当該反応槽１３１の内部の前記汚水１中に平均直径１０００ｎｍ以下（好ましくは平均直径１００〜５００ｎｍ）のナノバブルの空気１１を供給するバブリング手段であるバブリング装置１３２の噴射ノズル１３２ａが配設されており、当該バブリング装置１３２の当該噴射ノズル１３２ａは、ナノバブルの当該空気１１を上記活性炭素繊維１３３へ向けて噴射するように配向されている。
【００２８】
前記反応槽１３１の内部の、前記バブリング装置１３２の前記噴射ノズル１３２ａからナノバブルの前記空気１１を噴射される前記活性炭素繊維１３３の面と対向する面側には、当該活性炭素繊維１３３を通過した処理水４を送出する送出ポンプ１０５の受入口が連絡している。前記送出ポンプ１０５の送出口は、河川や湖沼や海等の系外へ連絡している。
【００２９】
このような本実施形態に係る水浄化装置１００においては、下水道等の前記汚水１を前記汲取ポンプ１０１で前記スクリーニング槽１１１内に汲み取って、前記スクリーン１１２で大型固形物２を分離してから、前記取水ポンプ１０２で当該汚水１を最初沈殿槽１２１内に取水して、当該汚水１中の前記沈殿性固形物３を沈降させた後、その上層を前記送水ポンプ１０３で前記反応槽１３１内に送給する。
【００３０】
これに併せて、前記バブリング装置１３２を作動させて前記噴射ノズル１３２ａからナノバブルの前記空気１１を前記汚水１中で前記活性炭素繊維１３３へ向けて噴射すると、当該空気１１が、当該汚水１中に迅速且つ均一に拡散供給され、ナノバブルの崩壊によって酸素が当該汚水１中に溶解すると共に、ＯＨラジカルや酸素原子を生成して、当該汚水１中に溶解又は浮遊する前記汚濁物質における、微生物の細胞膜や細胞膜内物質、ウィルスのカプシドや核酸等のような、芳香族体や高分子体等の分子量の大きい有機物質と反応して、分子量の小さい有機物質にまで微細に分解する。
【００３１】
このようにして微細に分解されて前記汚水１中に溶解又は浮遊する分子量の小さい有機物質等の前記汚濁物質は、当該汚水１中に溶存する前記酸素と共に、前記活性炭素繊維１３３の前記網目を流通することにより、当該活性炭素繊維１３３の微細構造（ミクロポア）の中にある触媒機能を果たす活性点に容易に到達し、当該活性点の酸化能によって水素結合が開放され、当該水１中に溶存する上記酸素と結合して、炭酸ガス（ＣＯ2）や炭酸イオン（ＣＯ3-2）等の無機炭素となる。これにより、上記汚水１は、上記汚濁物質を除去され、処理水４となって前記活性炭素繊維１３３を通過する。
【００３２】
このようにして前記汚濁物質を除去されて前記活性炭素繊維１３３内を通過した上記処理水４は、前記送出ポンプ１０５で河川や湖沼や海等の系外へ排出される。
【００３３】
つまり、本実施形態に係る水浄化装置１００では、前記汚水１中にナノバブルの空気１１を供給することにより、分子量の大きい有機物質（汚濁物質）を分子量の小さい有機物質（汚濁物質）にまで微細に分解すると共に、当該汚水１中に酸素を迅速且つ均一に拡散溶解させ、前記活性炭素繊維１３３内を流通させることにより、分子量の小さくなった上記有機物質（汚濁物質）を当該活性炭素繊維１３３の微細構造（ミクロポア）中の触媒機能の活性点に容易に到達できるようにして上記溶存酸素と反応しやすくし、迅速に無機炭素化させるようにしたのである。
【００３４】
このため、本実施形態に係る水浄化装置１００においては、活性汚泥による微生物処理を行うことなく必要量の前記汚水１中の前記汚濁物質を短時間で速やかに処理することができる。
【００３５】
したがって、本実施形態に係る水浄化装置１００によれば、小型でありながらも低コストで簡単に前記汚水１を浄化処理することができる。
【００３６】
また、前記バブリング装置１３２で前記反応槽１３１内の前記汚水１中に前記空気１１を供給するようにしたことから、当該反応槽１３１内の当該汚水１中の溶存酸素濃度を常に高くすることができるので、当該汚水１中の前記汚濁物質を連続的に処理することができ、処理効率を向上させることができる。
【００３７】
また、前記バブリング装置１３２の前記噴射ノズル１３２ａを前記反応槽１３１の内部の、前記送水ポンプ１０３の送出口と前記活性炭素繊維１３３との間に配設、すなわち、前記反応槽１３１の内部の前記活性炭素繊維１３３よりも前記汚水１の流通方向上流側に前記バブリング装置１３２の前記噴射ノズル１３２ａを配設しているので、当該噴射ノズル１３２ａから噴射されるナノバブルの前記空気１１を上記活性炭素繊維１３３に効率よく送給することができ、処理効率を高めることができる。
【００３８】
ところで、前記バブリング装置１３２の前記噴射ノズル１３２ａと前記活性炭素繊維１３３との間の距離は、前記汚水１の流速や、前記噴射ノズル１３２ａからの前記空気１１の噴射量や、前記汚水１中の前記汚濁物質の濃度等の各種条件に応じて、当該汚水１中の前記汚濁物質の分解処理を十分に実施できるように適宜設定されるものである。
【００３９】
また、酸化能を有する活性炭である前記活性炭素繊維１３３としては、例えば、上記特許文献３に記載されている活性炭素繊維（ゼロ電荷点が８．０以上）や、東洋紡績株式会社製の活性炭素繊維「Ｋフィルター（商品名）」や、東邦テナックス株式会社製の活性炭素繊維「ファインガード（商品名）」や、富士ケミカル株式会社製の活性炭素繊維等を挙げることができ、特に、上記特許文献３に記載されている活性炭素繊維（ゼロ電荷点が８．０以上）であると、非常に好ましい。
【００４０】
〈他の実施形態〉
なお、前述した実施形態においては、下水道等の汚水１を浄化処理する下水処理場等に適用した水浄化装置１００の場合について説明したが、本発明に係る水浄化装置は、これに限らず、他の実施形態として、例えば、河川水や地下水等の原水を浄化処理して上水とする浄水場において、凝集剤による処理設備や塩素剤による処理設備に代えて適用すれば、凝集剤や塩素剤による処理設備よりも小型の設備でこれら薬剤を使用することなく必要量の原水を短時間で速やかに処理することができ、前述した実施形態の場合と同様に、小型でありながらも低コストで簡単に原水を浄化処理することができるようになる。
【００４１】
また、他の実施形態として、例えば、図２に示すように、ビルや標高の高い地域等の上水道の水圧を確保する等のために消費地において一旦貯蔵する水保持手段である貯水タンク２３１の近傍に前記バブリング装置１３２を配設すると共に当該貯水タンク２３１の内部に前記活性炭素繊維１３３及び当該バブリング装置１３２の前記噴射ノズル１３２ａを配設した水浄化装置２００とすれば、当該貯水タンク２３１内にカルキ等の消毒や殺菌等を目的とした薬剤を投入しなくても、当該貯水タンク２３１内での藻や黴類等の発生に伴う細菌やウィルス等による上水６の汚染を防止することができるようになるので、当該上水６のカルキ臭をなくすことができ、当該上水６の味の向上を図ることができるようになる。
【００４２】
ここで、前記バブリング装置１３２の前記噴射ノズル１３２ａを前記貯水タンク２３１内の前記活性炭素繊維１３３よりも前記上水６の流通方向上流側、すなわち、前記貯水タンク２３１の給水口２３１ａと送水口２３１ｂとの間を仕切るように前記活性炭素繊維１３３を配設して当該活性炭素繊維１３３と上記給水口２３１ａとの間に上記噴射ノズル１３２ａを配設することも可能であるが、前記貯水タンク２３１の内部の任意の位置に前記活性炭素繊維１３３及び前記バブリング装置１３２の前記噴射ノズル１３２ａを配設するだけで十分な処理効果を得ることができる。なぜなら、前記貯水タンク２３１の内部の上水６は、流速がほとんどなく、前記噴射ノズル１３２ａからの前記空気１１の噴射により、当該貯水タンク２３１内を循環流通して前記活性炭素繊維１３３に送給されるようになるからである。
【００４３】
さらに、他の実施形態として、例えば、水を内部に入れられる水保持手段である水槽及び前記バブリング装置１３２をトラックの荷台に設置すると共に、当該水槽の内部に前記活性炭素繊維１３３及び前記バブリング装置１３２の前記噴射ノズル１３２ａを配設した水浄化装置とすれば、例えば、上水道設備が損壊した被災地に行って、現地で調達可能な汚水や原水等を上水に浄化することができるようになる。
【００４４】
くわえて、他の実施形態として、例えば、水を内部に入れられる水保持手段であるポリタンクに小型の前記バブリング装置１３２を装着すると共に、当該ポリタンクの内部に前記活性炭素繊維１３３及び前記バブリング装置１３２の前記噴射ノズル１３２ａを配設した水浄化装置とすれば、例えば、河川敷や湖沼畔等のキャンプ場等に容易に携行することができ、河川水や湖沼水等を上記ポリタンク内に汲み入れて上記バブリング装置１３２を作動させることにより、当該ポリタンク内の上記水を浄化して上水を現地で調達することが簡単にできるようになる。
【００４５】
また、前述した実施形態においては、平均直径１０００ｎｍ以下（好ましくは平均直径１００〜５００ｎｍ）のナノバブルの空気１１を供給するバブリング装置１３２をバブリング手段として適用した場合について説明したが、他の実施形態として、例えば、平均直径５０μｍ以下（好ましくは平均直径１０〜３０μｍ）のマイクロバブルの空気１１を供給するバブリング装置や、平均直径１〜１０ｍｍのミリバブルの空気１１を供給するバブリング装置をバブリング手段として適用することも可能である。
【００４６】
しかしながら、前述した実施形態のように、平均直径１０００ｎｍ以下（好ましくは平均直径１００〜５００ｎｍ）のナノバブルの空気１１を供給するバブリング装置１３２をバブリング手段として適用すると、平均直径５０μｍ以下（好ましくは平均直径１０〜３０μｍ）のマイクロバブルの空気１１を供給するバブリング装置をバブリング手段として適用した場合よりも、分子量の大きい有機物質を分子量の小さい有機物質にまで微細に分解する分解能力や酸素の溶存化能力を高めることができ、特に、平均直径１〜１０ｍｍのミリバブルの空気１１を供給するバブリング装置をバブリング手段として適用した場合よりも、分子量の大きい有機物質を分子量の小さい有機物質にまで微細に分解する分解能力や酸素の溶存化能力を非常に高めることができるので、極めて好ましい。
【００４７】
また、前述した実施形態においては、空気１１のバブルを生成させる場合について説明したが、他の実施形態として、酸素ガスやオゾンガスのバブルを生成させるようにすれば、前述した実施形態の場合よりも、分子量の大きい有機物質を分子量の小さい有機物質にまで微細に分解する分解能力や酸素の溶存化能力をさらに高めることができるので好ましい。
【００４８】
しかしながら、前述した実施形態のように、空気１１のバブルを生成させるようにすると、酸素ガスやオゾンガスのバブルを生成させる場合よりも装置の小型化及び低コスト化を図ることができるので、本発明に係る水浄化装置の適用条件等に応じて、空気、酸素ガス、オゾンガスのうちの少なくとも一つを酸素含有ガスとして適宜選択するとよい。
【００４９】
また、前述した実施形態においては、網目状に形成されて複数積層された活性炭素繊維１３３を適用するようにしたが、他の実施形態として、例えば、綿状に形成された雲形をなす活性炭素繊維を適用することも可能である。
【００５０】
しかしながら、前述した実施形態のように、網目状に形成されて複数積層された活性炭素繊維１３３を適用すると、綿状に形成された雲形をなす活性炭素繊維を適用する場合よりも水を流通させる圧力を低減させることができるので、非常に好ましい。
【００５１】
また、前述した実施形態においては、活性炭素繊維１３３を適用した場合について説明したが、他の実施形態として、例えば、球状や円柱状に破砕してメッシュ容器内に充填した酸化能を有する活性炭である竹炭や、粉状に破砕してハニカム状に成形した酸化能を有する活性炭である竹炭等を適用することも可能である。
【００５２】
しかしながら、前述した実施形態のように、活性炭素繊維１３３を適用すると、球状や円柱状に破砕してメッシュ容器内に充填した竹炭や、粉状に破砕してハニカム状に成形した竹炭等を適用した場合よりも、微細構造の中にある触媒機能を果たして酸化能を発現する活性点が非常に多くなるので、同等量を使用すれば、非常に高い処理能力を発現することができ、同程度の処理能力を発現できるようにするのであれば、非常に少ない量で済ますことができるようになることから、非常に好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に係る水浄化装置は、小型でありながらも低コストで簡単に水を浄化処理することができるので、上下水道設備を始めとした各種産業において、極めて有益に利用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１  汚水
２  大型固形物
３  沈殿性固形物
４  処理水
６  上水
１１  空気
１００  水浄化装置
１０１  汲取ポンプ
１０２  取水ポンプ
１０３  送水ポンプ
１０５  送出ポンプ
１１１  スクリーニング槽
１１２  スクリーン
１２１  最初沈殿槽
１３１  反応槽
１３２  バブリング装置
１３２ａ  噴射ノズル
１３３  活性炭素繊維
２００  水浄化装置
２３１  貯水タンク
２３１ａ  給水口
２３１ｂ  送水口
【図１】
2014091067.tif 000003
【図２】
2014091067.tif 000004
【図３】
2014091067.tif 000005