(57)【要約】【課題】マイクロ・ナノサイズのオゾン気泡の比率及び各気泡密度を変更でき、運転費を削減する。【解決手段】本発明の微細気泡利用装置Ｓ１は、被処理液を留める反応槽１と、反応槽１内の被処理液を循環させ、オゾンを含ませてオゾンの微細気泡を発生させた被処理液を第一微細気泡注入口６から反応槽１内に注入する第１微細気泡発生部２〜５と、第一微細気泡注入口６と略同じ高さに設けられる微細気泡流入口１１と、第一微細気泡注入口６より低く設けられる被処理液吸引口１２と、反応槽１内の被処理液を循環させ、微細気泡流入口１１から反応槽１内の被処理液を流入させる場合、被処理液からオゾンの微細気泡を発生させる一方、被処理液吸引口１２から反応槽１内の被処理液を流入させる場合、被処理液にオゾンを含ませその微細気泡を発生させる第２微細気泡発生部３、４、７、８、１０、１４と、該第１・第２微細気泡発生部を制御する制御装置１５とを備える。【選択図】図１
2013223824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理液を貯留する反応槽と、
前記反応槽内の被処理液を循環させるとともにオゾンを当該被処理液に含ませてオゾンの微細気泡を発生させ、前記微細気泡が混入した被処理液を第一微細気泡注入口から前記反応槽内に注入する第１微細気泡発生部と、
前記第一微細気泡注入口と水平上または略同じ高さに設けられる微細気泡流入口と、
前記第一微細気泡注入口より低い位置に設けられる被処理液吸引口と、
前記反応槽内の被処理液を循環させるとともに、前記微細気泡流入口から前記反応槽内の被処理液を流入させる場合には当該被処理液からオゾンの微細気泡を発生させる一方、前記被処理液吸引口から前記反応槽内の被処理液を流入させる場合には当該被処理液にオゾンを含ませてオゾンの微細気泡を発生させる第２微細気泡発生部と、
前記第１微細気泡発生部と前記第２微細気泡発生部とを制御する制御装置とを
備えることを特徴とする微細気泡利用装置。
【請求項２】
被処理液を貯留する反応槽と、
前記反応槽内の被処理液を循環させる第一加圧ポンプと、
前記第一加圧ポンプを介して送られる前記被処理液にオゾンを供給する第１オゾン供給装置と、
前記被処理液に前記オゾンを含ませたオゾン溶解液を減圧しオゾンの微細気泡を生成させるための第一減圧ノズルと、
前記第一減圧ノズルで発生させた微細気泡を前記反応槽内に注入する第一微細気泡注入口と、
前記反応槽内の被処理液を循環させる第二加圧ポンプと、
前記第二加圧ポンプを介して送られる前記被処理液にオゾンを供給する第２オゾン供給装置と、
前記被処理液にオゾンを含ませたオゾン溶解液を減圧しオゾンの微細気泡を生成させるための第二減圧ノズルと、
前記第一微細気泡注入口と水平上または略同じ高さに設けた微細気泡流入口と、
前記第一微細気泡注入口より低い位置に設けた被処理液吸引口と、
前記第二加圧ポンプの入口側への採液口を、前記微細気泡流入口または前記被処理液吸引口に切り替える採液口切り替えバルブと、
前記第一加圧ポンプ、前記第二加圧ポンプ、および前記採液口切り替えバルブを制御する制御装置とを
備えることを特徴とする微細気泡利用装置。
【請求項３】
請求項２に記載の微細気泡利用装置において、
前記制御装置は、
前記採液口切り替えバルブを前記被処理液吸引口側に切り替えるマイクロバブル生成モードと、
前記第２オゾン供給装置からのオゾンの供給を停止させ、前記採液口切り替えバルブを前記微細気泡流入口側に切り替えるナノバブル生成モードとを
備えることを特徴とする微細気泡利用装置。
【請求項４】
被処理液を貯留する反応槽と、
前記反応槽内に貯留する被処理液を循環させる第一加圧ポンプと、
前記第一加圧ポンプと前記反応槽の間の配管にオゾンガスを注入するオゾナイザと、
前記第一加圧ポンプの流下方向に設置された気液分離タンクと、
前記気液分離タンクを経たオゾン溶解液を減圧しオゾンの微細気泡を生成させるための第一減圧ノズルと、
前記第一減圧ノズルで発生させたオゾンの微細気泡を前記反応槽内に注入する第一微細気泡注入口と、
前記気液分離タンクで分離されたガスを一時貯留するバッファタンクと、
前記バッファタンクのガスを前記反応槽内の被処理液に溶解させる散気装置と、
前記反応槽の貯留液を循環させる第二加圧ポンプと、
前記バッファタンクと前記散気装置の間に設けられ、前記バッファタンクのガスを前記散気装置または前記第二加圧ポンプと該反応槽の間の配管のいずれか一方に切り替える再注入ガス切り替えバルブと、
前記第二加圧ポンプを経たオゾン溶解液を減圧しオゾンの微細気泡を生成させるための第二減圧ノズルと、
前記第一微細気泡注入口と水平上または略同じ高さに設けた微細気泡流入口と、
前記第一微細気泡注入口より低い位置に設けた被処理液吸引口と、
前記第二加圧ポンプの入口側への採液口を、前記微細気泡流入口または前記被処理液吸引口に切り替える採液口切り替えバルブと、
前記第一加圧ポンプ、前記第二加圧ポンプ、前記再注入切り替えバブル、および前記採液口切り替えバルブを制御する制御装置とを
備えることを特徴とする微細気泡利用装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記制御装置は
前記再注入ガス切り替えバルブを前記第二加圧ポンプと前記反応槽の間の配管側に切り替え、さらに前記採液口切り替えバブルを前記被処理液吸引口側に切り替えるマイクロバブル生成モードと、
該再注入ガス切り替えバルブを前記散気装置側に切り替え、さらに該採液口切り替えバルブを前記微細気泡流入口側に切り替えるナノバブル生成モードとを
備えることを特徴とする微細気泡利用装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記制御装置は
運転開始時は前記マイクロバブル生成モードとし、所定時間経過後、当該マイクロバブル生成モードから前記ナノバブル生成モードに切り替える機能を備える
ことを特徴とする微細気泡利用装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記制御装置は
前記反応槽内の被処理液の平均気泡径の目標値に応じて、前記第二加圧ポンプの循環流量、圧力のいずれか一つ以上を変更する機能を備える
ことを特徴とする微細気泡利用装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項の微細気泡利用装置において、
前記制御装置で制御され前記反応槽内の被処理液を送水する送水ポンプと、
前記送水ポンプの下流側に設けられ、被洗浄物が収容される洗浄対象槽と、
前記洗浄対象槽から流出する反応液の溶存オゾン濃度を計測する溶存オゾン濃度計とを備え、
前記制御装置は、
前記溶存オゾン濃度の高低に応じて、前記洗浄対象槽内の被処理液の滞留時間または前記送水ポンプの制御を行う
ことを特徴とする微細気泡利用装置。
【請求項９】
請求項２から請求項７のいずれか１項の微細気泡利用装置において、
前記制御装置により制御され前記反応槽の被処理液を送水する送水ポンプと、
前記送水ポンプの下流側に設けられ、被洗浄物が収容される洗浄対象槽とを備え、
前記制御装置は、
前記送水ポンプの送液による前記洗浄対象槽内の被処理液の滞留時間を演算する機能と、前記滞留時間が長いほど前記第二加圧ポンプの循環流量、圧力のいずれか一つ以上を増加させる機能とを有する
ことを特徴とする微細気泡利用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オゾンの微細気泡を発生させ、オゾンで被処理液を処理する微細気泡利用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
オゾンは酸化力を有し水に可溶であるため、水処理分野においては、有機物除去、還元性物質の酸化、色度除去、臭気除去、殺菌、消毒などに利用されている。
ところで、オゾンを生成させる際にエネルギを供給する電力を消費するため、ランニングコストが増加する。このため、オゾンを水処理において被処理液に溶解させて利用する場合には、オゾンの溶解度がオゾンの消費量に係るため、オゾンの溶解効率向上が課題となる。
【０００３】
溶解効率の向上策として、オゾンの気泡が小さい程自己分解が少なく長持ちするため、オゾンの気泡を小さくする方法が挙げられる。
小さな気泡にはマイクロメートル(10−6ｍ)サイズのマイクロバブルとナノメートル(10−９ｍ)サイズのナノバブルがある。
【０００４】
ナノバブルを生成させるには、先ずマイクロバブルを生成させ、このマイクロバブルに更にエネルギを加えることで生成させる方法がある。ナノバブルは、マイクロバブルよりも被処理液中の滞留時間が長く濃度半減期が長いため、生成場所から離隔した場所で使用することも可能である。このように、ナノバブルにはマイクロバブルに比べ利点があるがその生成にエネルギを消費するため、エネルギ消費を少なくするためには用途に応じてマイクロバブルとナノバブルの生成比率が変更できるシステムが望ましい。
マイクロバブルやナノバブルを発生させる方法として、特許文献１、２が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１２１００２号公報
【特許文献２】特開２００８−１０４６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、まずマイクロバブルを発生させ次の工程でナノバブルを一連の工程で生成させる。本特許文献１では、マイクロバブルの生成が考慮(目的と)されていないため、マイクロバブルとナノバブルの比率を変更することはできない。マイクロバブルでよい場合でもナノバブルのみを生成するため常に加圧手段の消費エネルギが増加しており、コスト増を招来するおそれがある。
【０００７】
特許文献２では、マイクロナノバブル発生装置を上下に配置して、下部で生成させたマイクロナノバブルを上部で吸引し、さらに処理することで粒径を小さくしている。下部のマイクロナノバブル発生装置は比較的粒径の大きな粗大気泡が生成する可能性があり、その場合に粗大気泡が上昇して水面に到達する。
また、マイクロナノバブル発生装置を上下に設置したことで、上部のマイクロナノバブル発生装置がこの粗大気泡を吸引し、ナノバブルの生成を阻害するおそれがある。
加えて、気泡サイズの比率を変更する運転方法は考慮されていない、つまり、考慮外である。
【０００８】
本発明は上記実状に鑑み、用途に応じてオゾンのマイクロサイズの気泡とナノサイズの気泡の比率および各気泡密度を変更でき、運転費を削減できる微細気泡利用装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、第１の本発明の微細気泡利用装置は、被処理液を貯留する反応槽と、前記反応槽内の被処理液を循環させるとともにオゾンを当該被処理液に含ませてオゾンの微細気泡を発生させ、前記微細気泡が混入した被処理液を第一微細気泡注入口から前記反応槽内に注入する第１微細気泡発生部と、前記第一微細気泡注入口と水平上または略同じ高さに設けられる微細気泡流入口と、前記第一微細気泡注入口より低い位置に設けられる被処理液吸引口と、前記反応槽内の被処理液を循環させるとともに、前記微細気泡流入口から前記反応槽内の被処理液を流入させる場合には当該被処理液からオゾンの微細気泡を発生させる一方、前記被処理液吸引口から前記反応槽内の被処理液を流入させる場合には当該被処理液にオゾンを含ませてオゾンの微細気泡を発生させる第２微細気泡発生部と、前記第１微細気泡発生部と前記第２微細気泡発生部とを制御する制御装置とを備えている。
【００１０】
第２の本発明の微細気泡利用装置は、第１の本発明の微細気泡利用装置において、前記第１微細気泡発生部は、前記反応槽内の被処理液を循環させる第一加圧ポンプと、前記第一加圧ポンプを介して送られる前記被処理液にオゾンを供給する第１オゾン供給装置と、前記被処理液に前記オゾンを含ませたオゾン溶解液を減圧しオゾンの微細気泡を生成させるための第一減圧ノズルと、前記第一減圧ノズルで発生させた微細気泡を前記反応槽内に注入する第一微細気泡注入口とで構成され、前記第２微細気泡発生部は、前記反応槽内の被処理液を循環させる第二加圧ポンプと、前記第二加圧ポンプを介して送られる前記被処理液にオゾンを供給する第２オゾン供給装置と、前記被処理液にオゾンを含ませたオゾン溶解液を減圧しオゾンの微細気泡を生成させるための第二減圧ノズルと、前記第二加圧ポンプの入口側への採液口を前記微細気泡流入口または前記被処理液吸引口に切り替える採液口切り替えバルブとで構成されている。
【００１１】
第３の本発明の微細気泡利用装置は、第２の本発明に、前記第一加圧ポンプと前記反応槽の間の配管にオゾンガスを注入するオゾナイザと、前記第一加圧ポンプの流下方向に設置された気液分離タンクと、前記気液分離タンクで分離されたガスを一時貯留するバッファタンクと、前記バッファタンクのガスを前記反応槽内の被処理液に溶解させる散気装置と、前記バッファタンクと前記散気装置の間に設けられ、前記バッファタンクのガスを前記散気装置または前記第二加圧ポンプと該反応槽の間の配管のいずれか一方に切り替える再注入ガス切り替えバルブとをさらに備え、前記制御装置は、さらに前記再注入切り替えバブルを制御している。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、用途に応じてオゾンのマイクロサイズの気泡とナノサイズの気泡の比率および各気泡密度を変更でき、運転費を削減できる微細気泡利用装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態の微細気泡利用装置の構成を示す図である。
【図２】微細気泡利用装置でマイクロバブル生成運転を遂行している状態を示す図である。
【図３】微細気泡利用装置でオゾンのナノバブル生成運転を遂行している状態を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態の微細気泡利用装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の微細気泡利用装置Ｓ１を図１に示す。
第１実施形態の微細気泡利用装置Ｓ１は、反応液(被処理液)にオゾン(Ｏ３)を溶解させたり、被処理水(被処理液)をオゾン処理したりなどする装置である。
微細気泡利用装置Ｓ１は、被処理液に合わせて、オゾンのマイクロバブルとナノバブルとの比率を選択できる機能を有している。マイクロバブルとは、前記したように、マイクロメートル(10−6ｍ)サイズのオゾンの気泡であり、ナノバブルとは、ナノメートル(10−９ｍ)サイズのオゾンの気泡である。
【００１５】
微細気泡利用装置Ｓ１は、オゾンの気泡を被処理液に生成するための反応槽１に、オゾンを溶解させる反応液(被処理液)またはオゾン処理するための被処理水(被処理液)が注入される。なお、反応液や被処理水の原水供給手段は図示していないが、ポンプ等で構成される。
微細気泡利用装置Ｓ１は、ＰＬＣ(programmable logic controller)などのコントローラである制御手段１５により制御される。
【００１６】
制御手段１５は、マイクロコンピュータなどの他、ポンプ制御回路、バルブ切り替え回路、オゾナイザ制御回路、センサ信号増幅回路などのセンサ回路、ＡＣ／ＤＣ・ＤＣ／ＡＣ変換器などを有している。制御手段１５は、メモリに記憶される制御プログラムが実行されることにより、その機能が具現化される。
【００１７】
反応槽１でのオゾン供給の運転は、原水供給手段の起動を継続して反応槽１中に原水を供給しつつオゾンの気泡を生成させる連続処理、または、原水供給手段の起動により反応槽１中に原水を満たしてオゾンの気泡生成中は原水供給手段を停止させる回分処理のどちらを採用してもよい。
反応槽１内の反応液の一部は、第一加圧ポンプ２で循環させることで反応液(被処理液)に主にマイクロバブルを生成する第一循環ラインと、第二加圧ポンプ１０で循環させることで反応液(被処理液)に主にナノバブルまたはマイクロバブルを生成する第二循環ラインとで循環している。
【００１８】
第一循環ラインとは、反応槽１内の吸引口１ａから反応液(被処理液)を吸引し、第一加圧ポンプ２、気水分離タンク４、第一減圧ノズル５、および第一微細気泡注入口６を経て、反応槽１に至る経路である。反応槽１の吸引口１ａと第一加圧ポンプ２との間の配管ｋ１１の被処理液の流れには、オゾナイザ３からオゾンガスが供給される。
第二循環ラインとは、反応槽１内の微細気泡吸引口１１または反応液吸引口１２から反応液(被処理液)を吸引し、吸引口切り替えバブル１３、第二加圧ポンプ１０、第二減圧ノズル１４を経て、反応槽１に至る経路である。バッファタンク７のオゾンガスが吸引口切り替えバブル１３から第二循環ラインまたは散気装置９に供給される。
【００１９】
＜第一循環ラインの動作＞
次に、第一循環ラインの動作について説明する。
第一循環ラインの第一加圧ポンプ２には、反応槽１から吸引される反応液とオゾナイザ３から供給されたオゾンガスとの気液混合流体が流入する。気液混合流体は第一加圧ポンプ２により加圧されオゾンガスが溶解し高圧オゾン液となり、気水分離タンク４に流入し、気液分離される。
気水分離タンク４から流出する高圧オゾン液は、第一減圧ノズル５で減圧され、溶解していたオゾンが微細気泡（主にマイクロバブル）として生成される。微細気泡は、第一微細気泡注入口６を経て(介して)反応槽１に供給される。
【００２０】
一方、気水分離タンク４において、高圧オゾン液から気液分離によって分離された未溶解ガスは、バッファタンク７を経て再注入ガス切り替えバルブ８で散気装置９への流れ、または、第二循環ラインへの流れの何れか一方に注入される。第二循環ラインへの流れとは、吸引口切り替えバブル１３と第二加圧ポンプ１０との間の配管ｋ２１への流れである。
【００２１】
＜第二循環ラインの動作＞
次に、第二循環ラインの動作について説明する。
第二循環ラインでは、まず、反応槽１内の反応液(被処理液)が、吸引口切り替えバブル１３の切り替えで微細気泡吸引口１１または反応液吸引口１２の何れか一方から吸引される。
反応槽１内の反応液(被処理液)が、吸引口切り替えバブル１３の切り替えで反応液吸引口１２から吸引される場合、再注入ガス切り替えバルブ８を第二循環ライン側(吸引口切り替えバブル１３と第二加圧ポンプ１０との間の配管ｋ２１)に切り替えることで、バッファタンク７のガスが、吸引口切り替えバブル１３を通過した反応液と混合され第二加圧ポンプ１０により加圧される。
【００２２】
バッファタンク７には、前記したように、反応液とオゾナイザ３から供給されたオゾンガスとの気液混合流体(高圧オゾン液)が、気水分離タンク４で気液分離された気体のオゾンガスが貯留されている。
第二加圧ポンプ１０により加圧された加圧液は第二減圧ノズル１４で減圧され、微細気泡（主にマイクロバブル）が生成される。
【００２３】
一方、反応槽１内の反応液(被処理液)が、吸引口切り替えバブル１３の切り替えで微細気泡吸引口１１から吸引される場合、再注入ガス切り替えバルブ８を散気装置９側に切り替えることで、バッファタンク７内のオゾンガスが散気装置９から反応槽１内の反応液に供給される。
微細気泡吸引口１１から吸引され第二加圧ポンプ１０により加圧される(第一循環ラインからの)マイクロバブルを含む加圧液は第二減圧ノズル１４で減圧され、微細気泡（主にナノバブル）が生成される。
【００２４】
上述の第二循環ラインでのナノバブルの生成またはマイクロバブルの生成を詳述すると、第二循環ラインの一方の吸引口である微細気泡吸引口１１は、第一循環ラインの反応槽１へのマイクロバブルの放出口である第一微細気泡注入口６と水平上または略同じ高さの位置に設置されている。
そのため、第一微細気泡注入口６からの水平方向へのマイクロバブルを含む反応液の流出により、第一微細気泡注入口６から放出された微細気泡(主にマイクロバブル)を、第二循環ラインの吸引口の微細気泡吸引口１１は吸引するが、それ以外の粗大気泡は吸引し難い配置となっている。
【００２５】
これに対して、第二循環ラインの他方の吸引口である反応液吸引口１２は、第一循環ラインの反応槽１への放出口の第一微細気泡注入口６と水平より底部側または低い位置に設けられるため、第一循環ラインからの微細気泡(主にマイクロバブル)を吸引しにくい配置となっている。反応液吸引口１２は、反応槽１の底部に設けてもよい。
反応液吸引口１２は、第一循環ラインからの微細気泡(主にマイクロバブル)を放出する第一微細気泡注入口６より下方に設けられることから、第一微細気泡注入口６から放出されるマイクロバブルが浮力により上方に移動することから、反応液吸引口１２が反応槽１内に蓄積したマイクロバブルを吸引しにくい配置となっている。
【００２６】
そして、第二循環ラインは、第二加圧ポンプ１０によって反応液が加圧され、第二減圧ノズル１４で減圧およびせん断されるため、第二加圧ポンプ１０で吸引された反応液に含有される気体を微細化できる。したがって、第二循環ラインではミリサイズのオゾンガスを吸引すると主にマイクロサイズのオゾンガスを生成でき、マイクロサイズのオゾンガスを吸引すると主にナノサイズのオゾンガスを生成できる。
【００２７】
そのため、前記したように、吸引口切り替えバブル１３で微細気泡吸引口１１に切り替えた場合には、第一循環ラインの微細気泡(主にマイクロバブル)の反応槽１への放出口である第一微細気泡注入口６から微細気泡(主にマイクロバブル)を微細気泡吸引口１１が吸引するので、第二循環ラインで主にナノバブルのオゾンが生成される。
【００２８】
一方、吸引口切り替えバブル１３で反応液吸引口１２に切り替えた場合には、第一循環ラインの反応槽１へのマイクロバブルの放出口である第一微細気泡注入口６の下方から反応液を吸引するので、マイクロバブルを吸引することなく、第二循環ラインで主にマイクロバブルのオゾンが生成される。
前記したように、オゾナイザ３でのオゾン発生量、第一加圧ポンプ２の流量並びに圧力、第二加圧ポンプ１０の流量並びに圧力、再注入ガス切り替えバルブ８の切り替え、吸引口切り替えバルブ１３の切り替えは、制御手段１５により制御される。
【００２９】
＜マイクロバブル生成運転方法＞
以下、制御手段１５によるオゾンのマイクロバブル生成運転方法について説明する。
図２に、微細気泡利用装置Ｓ１でマイクロバブル生成運転を遂行している状態を示す。
制御手段１５は、再注入ガス切り替えバブル８を第二循環ライン側の吸引口切り替えバルブ１３と第二加圧ポンプ１０との間の配管ｋ２１に切り替えるとともに、吸引口切り替えバルブ１３を、反応液吸引口１２の側に切り替える。前記の通り、反応液吸引口１２は、マイクロバブルを放出する第一微細気泡注入口６より下方に位置しているため、マイクロバブルの吸引を抑制できる。
【００３０】
次に、制御手段１５は、反応槽１に配設される不図示の水位計からの検出信号により、反応槽１の反応液が槽内に十分に満たされていることを確認する。その後、第一循環ラインの第一加圧ポンプ２と第二循環ラインの第二加圧ポンプ１０を起動し、所定の循環流量および圧力に維持する。
【００３１】
第一循環ラインの所定の循環流量と圧力の情報は、例えば、配管ｋ１１に配設される不図示の流量センサの検出信号と、配管ｋ１２に配設される不図示の圧力センサの検出信号とにより、制御手段１５で取得される。
第二循環ラインの所定の循環流量と圧力の情報は、例えば、配管ｋ２１に配設される不図示の流量センサの検出信号と、配管ｋ２２に配設される不図示の圧力センサの検出信号とにより、制御手段１５で取得される。
なお、説明した流量センサ、圧力センサの位置はそれぞれ必要な計測ができれば、何れの位置に配置しても構わない。
【００３２】
次に、オゾナイザ３を起動し所定のガス濃度および流量に調整する。
オゾナイザからのオゾンガスの濃度とその流量は、配管ｋ１に配設される不図示のオゾンガス濃度計と流量センサのそれぞれの検出信号から、制御手段１５で取得される。
オゾナイザ３のガス流量は、第一循環ラインの第一加圧ポンプ２の反応液(被処理液)の流量の約１０％とするとともに、第一加圧ポンプ２が空転しない条件、かつ、第二循環ラインの第二加圧ポンプ１０がバッファタンク７からのガスで空転しない条件で、設定する。
本運転により、第二循環ラインがバッファタンク７からのミリサイズのガスを吸引させられるため、第二減圧ノズル１４での減圧により、主にマイクロサイズの気泡が生成される。
【００３３】
＜ナノバブル生成運転方法＞
次に、制御手段１５によるオゾンのナノバブル生成運転方法について説明する。
図３に、微細気泡利用装置Ｓ１でオゾンのナノバブル生成運転を遂行している状態を示す。
制御手段１５は、再注入ガス切り替えバブル８を反応槽１内の反応液に散気する散気装置９側に切り替えるとともに、第二循環ラインの吸引口切り替えバルブ１３を、第一循環ラインからの微細気泡(主にマイクロバブル)を吸引する微細気泡吸引口１１側に切り替える。
【００３４】
次に、制御手段１５は、反応槽１に配設される不図示の水位計からの検出信号により、反応槽１の反応液が槽内に十分に満たされていることを確認する。
その後、第一循環ラインの第一加圧ポンプ２と第二循環ラインの第二加圧ポンプ１０とを起動し、それぞれの流量センサ、圧力センサの各検出信号に基づき、所定の循環流量および圧力に維持する。
【００３５】
次に、オゾナイザ３を起動し、前記のオゾンガス濃度計と流量センサの各検出信号に基づき、所定のオゾンガスの濃度およびその流量に調整する。
オゾナイザ３からのガス流量は、第一循環ラインの第一加圧ポンプ２の流量の約１０％とするとともに、第一加圧ポンプ２が空転しない条件で、設定する。
本運転により、第二循環ラインが、第一循環ラインで生成した第一微細気泡注入口６から放出される微細気泡(主にマイクロサイズ)のオゾンガスを主に吸引されられるため、第二減圧ノズル１４での減圧により、ナノサイズのオゾンの気泡を生成させることができる。
【００３６】
ここで、オゾンのナノサイズの気泡を得る場合でも、運転開始時は反応槽１内にマイクロサイズの気泡が少ないため、まず、図２に示すモードとして、反応槽１内の反応液にマイクロサイズの気泡を充満させ、所定時間運転後に、図３に示すモードとすることでナノサイズのオゾンの気泡を効率良く生成させることができる。
また、制御手段１５は、第二循環ラインの第二加圧ポンプ１０の流量や圧力を制御できるため、第二循環ラインで生成するナノサイズの気泡の生成量を変更できる。加えて、制御手段１５は、反応槽１内の反応液でのオゾンのマイクロサイズ、ナノサイズの気泡の比率および各気泡濃度を調整できる。
【００３７】
このため、制御手段１５は、ナノサイズの気泡を発生させる第二加圧ポンプ１０の運転を制御することで、反応槽１内の反応液の平均気泡径を変更できる。換言すれば、第二加圧ポンプ１０を制御することで、反応槽１内の反応液(被処理液)内の平均気泡を目標値に合わせる機能を有する。
また、制御手段１５は、第二循環ラインの第二加圧ポンプ１０の流量や圧力を変更する際に、反応液(被処理液)の減圧やせん断を担う第二減圧ノズル１４の抵抗を変化させるとよい。抵抗は反応液(被処理液)が通過する断面積を変更するとよい。
【００３８】
一般に、ナノサイズの気泡はマイクロサイズの気泡に比べ滞留時間が長いため、生成場所から離隔して使用する際にはナノサイズの比率を多くするとよい。なお、マイクロサイズの気泡を高濃度化するには、図２に示すモードの運転を継続して、マイクロサイズの気泡の増加を図るとよい。
したがって、マイクロサイズの気泡とナノサイズの気泡の比率の変更と各気泡濃度を増加でき、用途に応じて気泡条件を変更できるオゾンの微細気泡利用装置Ｓ１を提供できる。
【００３９】
（第２実施形態）
図４に本発明の第２実施形態の微細気泡利用装置Ｓ２を示す。
第２実施形態の微細気泡利用装置Ｓ２は、オゾン液(水)を用いた洗浄方法に関するものである。洗浄とは、オゾン(Ｏ３)を用いたオゾン酸化による処理、有機物除去、色度除去、臭気除去、殺菌、消毒などを含む。
【００４０】
微細気泡利用装置Ｓ２は、第１実施形態の微細気泡利用装置Ｓ１(図１参照)に、反応槽１内の反応液(被処理液)を送液するための送水ポンプ１６(図４中右側に図示)と、送水ポンプ１６から反応液の送液を受ける洗浄対象槽１７と、洗浄対象槽１７の下流に洗浄対象槽１７で使用された反応液の溶存オゾン濃度(単位反応液(被処理液)中のオゾンの量)を計測するための溶存オゾン濃度計１８を設置したものである。洗浄対象槽１７内には、洗浄対象(被洗浄物)が収容され、反応槽１から送られる反応液の溶存オゾンで洗浄対象の洗浄が行われる。
【００４１】
溶存オゾン濃度計１８は溶存オゾンの量と相関関係が得られる計測手段であれば何でも適用可能である。
送水ポンプ１６の制御は、制御手段１５によって行われ、溶存オゾン濃度計１８の計測信号(計測値)は、制御手段１５に送信される。
【００４２】
以下、微細気泡利用装置Ｓ２の運転方法を説明する。
反応槽１の反応液(被処理液)の溶存オゾン濃度が反応槽１に配設された不図示の溶存オゾン濃度計で計測され、その計測信号が制御手段１５に送信される。反応槽１の溶存オゾン濃度を把握する手段は、反応液(被処理液)の量に対する溶存オゾンの量、つまり溶存オゾン濃度が得られる計測手段であれば何れでも適用可能である。
制御手段１５は、反応槽１の反応液(被処理液)の溶存オゾン濃度が所定値に達した後、送水ポンプ１６を起動する。
【００４３】
また、制御手段１５による送水ポンプ１６の起動を、図２のマイクロバブルの生成条件または図３のナノバブル生成条件での運転開始からの経過時間により制御してもよい。
また、制御手段１５は、洗浄対象(被洗浄物)と反応槽１からの反応液(被処理液)とが収容される洗浄対象槽１７から排出される反応液の溶存オゾン濃度を計測する溶存オゾン濃度計１８の計測情報(計測信号)を取得する。溶存オゾン濃度計１８の計測値(計測信号)で示される溶存オゾン濃度は、洗浄対象槽１７内の洗浄対象の洗浄にオゾンが消費されるため、反応槽１からの反応液の送液直後は低く、送液から時間が経過して洗浄が進行しオゾンの消費が少なくなると上昇する。
【００４４】
制御手段１５は、溶存オゾン濃度計１８の計測値(計測信号)で示される溶存オゾン濃度が、１）上昇し一定の範囲内に収束している、２）上昇し目標値に達した、３）上昇し所定の変化量に収束している、の何れか一つに当てはまる場合、洗浄対象槽１７における洗浄対象(被洗浄物)の洗浄が完了したと判定し、送水ポンプ１６の運転を停止する。
なお、所定時間経過しても溶存オゾン濃度計１８の計測値が上昇しない場合、制御手段１５は、図３のナノバブル生成条件で第二加圧ポンプ１０の流量または圧力を増加させる。この操作によって反応槽１内のナノサイズの気泡を増加させる。ナノサイズの気泡は、半減期(寿命)が長くなるため、反応槽１内の溶存オゾン濃度が増加する。
【００４５】
このため、洗浄対象槽１７での洗浄で消費されなかった溶存オゾンが、溶存オゾン濃度計１８に到達するようになる。
制御手段１５は、第二加圧ポンプ１０の運転条件を変更して所定時間経過後、溶存オゾン濃度計１８の計測値(計測信号)で示される溶存オゾン濃度が、１）上昇し一定の範囲内に収束している、２）上昇し目標値に達した、３）上昇し所定の変化量に収束している、のいずれか一つに当てはまる場合、洗浄が完了したと判定し、送水ポンプ１６の運転を停止する。
【００４６】
第２実施形態によれば、マイクロサイズの気泡とナノサイズの気泡の比率変更とこれらの気泡濃度を増加でき、用途に応じて気泡条件を変更できるオゾンの微細気泡利用装置Ｓ２を提供できる。
【００４７】
（第３実施形態）
第３実施形態の微細気泡利用装置は、図２の第２実施形態の微細気泡利用装置Ｓ２において、洗浄対象槽１７の容積と送水ポンプ１６の流量から洗浄対象槽１７の反応液(被処理液)の滞留時間を演算する機能を制御手段１５に備えたものである。
洗浄対象槽１７での反応液(被処理液)の滞留時間が長いほど溶存オゾンが自己分解する量が増加するため、洗浄力が低下する。このため、半減期(寿命)が長いナノサイズのオゾンの気泡を増加させる必要がある。
【００４８】
制御手段１５には、図３のナノバルブ生成条件で洗浄対象槽１７の滞留時間ＨＲＴと第二加圧ポンプ１０の流量Ｑまたは圧力Ｐの関係式(ｆ(ＨＲＴ、Ｑ、Ｐ)＝０)が予めユーザが入力またはシステムにより設定されており、滞留時間ＨＲＴの算出結果に応じて第二加圧ポンプ１０の流量Ｑまたは圧力Ｐを制御する。
【００４９】
例えば、ユーザが目視するパソコンなどの管理端末の画面に、滞留時間ＨＲＴまたは／および第二加圧ポンプ１０の流量Ｑまたは／および圧力Ｐの各入力欄を表示し、ユーザが入力または設定する滞留時間ＨＲＴ、または／および、第二加圧ポンプ１０の流量Ｑ、または／および、圧力Ｐによって、制御手段１５が、関係式(ｆ(ＨＲＴ、Ｑ、Ｐ)＝０)を用いて滞留時間ＨＲＴ、第二加圧ポンプ１０の流量Ｑ、圧力Ｐを制御することとしてもよい。
【００５０】
或いは、他の制御または情報システムから滞留時間ＨＲＴまたは／および第二加圧ポンプ１０の流量Ｑまたは／および圧力Ｐのデータが送信され、制御手段１５が、関係式(ｆ(ＨＲＴ、Ｑ、Ｐ)＝０)を用いて滞留時間ＨＲＴ、第二加圧ポンプ１０の流量Ｑ、圧力Ｐを制御することとしてもよい。
【００５１】
第３実施形態によれば、ナノサイズの気泡を増加させることで溶存オゾン濃度の半減期(寿命)を長くでき必要に応じて洗浄対象槽１７などでの洗浄対象(被洗浄物)の洗浄力を維持または向上できる。
なお、制御手段１５は、第２実施形態の方法により洗浄終了を判定し、送水ポンプ１６を停止する機能を持つ。
【００５２】
また、制御手段１５は、洗浄対象槽１７までの距離または送水到達時間に応じて第二加圧ポンプ１０を制御して、マイクロサイズの気泡とナノサイズの気泡の比率変更および／または各気泡濃度を変更してもよい。
従って、マイクロサイズの気泡とナノサイズの気泡の比率変更とそれぞれの気泡濃度を増減でき、用途に応じて気泡条件を変更できるオゾンの微細気泡利用装置を提供できる。
【００５３】
＜＜その他の実施形態＞＞
なお、前記実施形態では、オゾナイザ３を反応槽１と第一加圧ポンプ２との間の配管ｋ１１に設ける場合を例示したが、第一加圧ポンプ２の下流に設ける構成としてもよい。しかしながら、前記した如く、オゾナイザ３を反応槽１と第一加圧ポンプ２との間の配管ｋ１１に設ける方が、オゾナイザ３からのオゾンを第一加圧ポンプ２で加圧して被処理液により溶解できるのでより望ましい。
【００５４】
なお、前記実施形態では、第二加圧ポンプ１０に流入する被処理液に、オゾナイザ３、気水分離タンク４、バッファタンク７を介してオゾンを供給する場合を例示したが、この構成に代替して、別にオゾナイザを設け、第二加圧ポンプ１０に流入する被処理液に直接オゾンを供給する構成としてもよい。この場合、第二加圧ポンプ１０に流入する被処理液に供給するオゾンの量を適正にするオゾン量制御手段を設けるか、または、第二加圧ポンプ１０に流入する被処理液に供給するオゾンの量を予め適正に設定するとよい。
【００５５】
或いは、気水分離タンク４、バッファタンク７を設けることなく、オゾナイザ３からの配管を設けることで、第二加圧ポンプ１０に流入する被処理液に直接オゾンを供給する構成としてもよい。この場合も、前記と同様なオゾン量制御手段を設けるか、第二加圧ポンプ１０に流入する被処理液に供給するオゾンの量を予め適正に設定するとよい。
【００５６】
また、前記実施形態では、再注入ガス切り替えバルブ８を三方弁とし、散気装置９と、第二減圧ノズル１４と第二加圧ポンプ１０との間の配管ｋ２１とに切り替える構成を例示したが、散気装置９を設けず、再注入ガス切り替えバルブ８を二方弁とし、マイクロバブル生成運転時のみ、オゾンを第二加圧ポンプ１０で送られる被処理液に供給する一方、ナノバブル生成運転時には、オゾンの供給を停止する構成としてもよい。
【００５７】
なお、前記した制御手段１５は、微細気泡利用装置(Ｓ１、Ｓ２)の機能を制御プログラムを用いて遂行する場合を例示したが、その機能の少なくとも一部を制御プログラム以外のＩＣ(Integrated Circuit)、ＬＳＩ(Large Scale Integration)、などのハードウェアで制御することとしてもよい。また、制御手段１５は、セキュリティが保持できれば、遠隔地のサーバや、クラウドコンピューティングで制御を遂行することとしてもよく、制御手段１５の実施態様は種々選択可能である。
【００５８】
以上、本発明の様々な実施形態を述べたが、その説明は典型的であることを意図している。
つまり、本発明は、前記した実施形態に限定されるものでなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものでない。
【００５９】
また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。
このように、本発明の範囲内で様々な修正と変更が可能である。すなわち、本発明は発明の趣旨を変更しない範囲において適宜、任意に変更可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１      反応槽
２      第一加圧ポンプ(第１オゾン供給装置、第１微細気泡発生部)
３      オゾナイザ(第１オゾン供給装置、第１微細気泡発生部、第２微細気泡発生部)
４      気水分離タンク(気液分離タンク、第１微細気泡発生部、第２微細気泡発生部)
５      第一減圧ノズル(第１微細気泡発生部)
６      第一微細気泡注入口
７      バッファタンク(第２微細気泡発生部)
８      再注入ガス切り替えバルブ(第２微細気泡発生部
９      散気装置
１０    第二加圧ポンプ(第２微細気泡発生部)
１１    微細気泡吸引口(微細気泡流入口)
１２    反応液吸引口(被処理液吸引口)
１３    吸引口切り替えバルブ(採液口切り替えバルブ、第２微細気泡発生部)
１４    第二減圧ノズル(第２微細気泡発生部)
１５    制御手段(制御装置)
１６    送水ポンプ
１７    洗浄対象槽
１８    溶存オゾン濃度計
ｋ１１  配管(第一加圧ポンプと反応槽の間の配管)
ｋ２１  配管(第二加圧ポンプと反応槽の間の配管)
Ｓ１、Ｓ２  微細気泡利用装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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