(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水の入口と出口を連通する複数の連通孔を有する気泡発生部材、及び気体を過飽和となるように溶解させた加圧水を前記入口から気泡発生部材に導入させるためのエアコンプレッサーを備え、前記連通孔の径はφ０．３〜１ｍｍであり、前記連通孔の表面全体に高さ０．１〜１０μｍの凹凸が設けられていることを特徴とする気泡発生装置。
【請求項２】
前記連通孔が水の入口と出口をまっすぐに連通している、請求項１記載の気泡発生装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の気泡発生装置において、エアコンプレッサーからの加圧水を気泡発生部材に通過させることによって気泡を発生させ、該気泡を含む水を、浮遊物を含む汚水中に導入し、該浮遊物を浮遊させる汚水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気泡発生装置及び該装置を用いた気泡を発生させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微細な気泡は、種々の分野で用いられている。例えば、加圧浮上分離操作により汚水に含まれる浮遊物（汚濁物）を回収・除去し、汚水の浄化を行っている。また、水質が悪化した閉鎖性水域の水に気泡を吹き込むことにより、溶存酸素を増加させ微生物の有機物分解能力を向上させて水質の浄化を図る方法が実施されている。また、魚介類の養殖においても、海水中に溶存酸素を増加させるために微細気泡を用いている。
【０００３】
加圧浮上分離操作に用いる加圧浮上装置は出来るだけ均一な微細気泡を発生させる必要がある。また、微生物の有機物分解能力を向上させる場合や養殖に用いる場合にも、水と空気との接触面積を可能な限り大きくすることが必要であるので、気泡の大きさを出来るだけ微細にする必要がある。
【０００４】
従来、微細気泡としては、加圧水を放出させた際に自然に発生する気泡を利用している。即ち、過飽和となるように加圧されて気体が溶解している水を大気圧まで減圧すると、過剰に溶け込んでいた気体が分離される。ある一定以上の大きさに成長した気体はそのまま分離し気泡に成長するが、小さい気泡は再び溶解され、分離されない。これは、気泡と水の界面が増加すると界面エネルギーが大きくなり、系の内部エネルギーが増大するためである。このため、均一な微細気泡を得ることは困難である。また、加圧水をそのまま放出させていると大きな気泡が突然発生し、その場合、しばしば乱流となってせっかく浮上分離させた浮遊物質を再び分散させてしまうなどの問題点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、微細な気泡を形成することができる気泡発生装置及び該装置を用いた気泡発生方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、水の入り口と水の出口と気泡発生部材とを備えた気泡発生装置において、入り口と出口を連通する複数の連通孔の表面に凹凸を設け、該連通孔に加圧水を通過させることにより、上記問題を解決できることを見いだし、本発明を完成した。
【０００７】
即ち、本発明は、下記の各項に係る発明を提供するものである。
項１  水の入り口と水の出口と気泡発生部材とを備えた気泡発生装置であって、入り口と出口を連通する複数の連通孔の表面に凹凸を設けたことを特徴とする気泡発生装置。
項２  項１に記載の気泡発生装置に、気体を過飽和となるように溶解させた加圧水を通過させることを特徴とする気泡の発生方法。
項３  項１に記載の気泡発生装置に、気体を過飽和となるように溶解させた加圧水を通過させて気泡を発生させ、該気泡を含む水を，浮遊物を含む汚水中に導入し、該浮遊物を浮上させる汚水処理方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００９】
本発明で気泡を発生させるために用いる気泡発生装置は、水の入り口と水の出口と気泡発生部材とを備えており、入り口と出口を連通する複数の連通孔の表面に凹凸を設けたものである。
【００１０】
本発明の気泡発生装置は、気泡発生部材を、水の出口と入り口を有する容器（覆い）に、加圧水が連通孔を通過できるようにして挿入（取り付け）したものであってもよく、一体成形したものであってもよい。
【００１１】
連通孔は、まっすぐに貫通するものでも、蛇行・湾曲したものであってもよい。また、入り口と出口が一つの方向でなくてもよいが、図１に示すように、入り口と出口が一方向であることが好ましい。
【００１２】
気泡発生部材ないし気泡発生装置の素材は、加圧水を繰返し通過させるのに充分な強度を有している素材であれば特に限定されるものではないが、例えば、セラミックス（例えば、粘度などを素焼きにしたもの、セラミックス微粒子を焼結したもの）、ガラス（例えば、バイコールガラス素材）、金属（例えば、焼結合金、金属をエッチングしたもの）、プラスチックなどが挙げられる。気泡発生部材を、水の出口と入り口を有する容器に取り付ける場合は、それぞれの素材が異なっていてもよい。容器の素材は、加圧水を繰返し通過させるのに充分な強度や、水に対する耐蝕性を有していれば特に限定されるものではないが、例えば、ステンレスなどの金属、プラスチックなどが挙げられる。
【００１３】
連通孔の径については、特に限定されるものではないが、円状である場合は、通常、φ０．０５〜５mm程度が好ましく、φ０．３〜１ｍｍ程度がより好ましい。
【００１４】
連通孔の表面に設けられた凹凸の形状は、特に限定されるものではない。凹凸の高さについては、連通孔の径に応じて適宜設定することができ、通常、連通孔の径の０．０１〜１０％程度の高さであり、０．１〜１０％程度の高さであることがより好ましい。例えば、連通孔の径が円状であって、上記したような範囲である場合、０．０５〜１００μｍ程度であることが好ましく、０．１〜１０μｍ程度であることがより好ましい。
【００１５】
凹凸部分は、貫通孔の表面に均一に設けられていることが好ましく、全面が凹凸となっていることが好ましい。
【００１６】
連通孔の長さと該孔の径の比率は、微細な気泡を発生できるようなものであれば特に限定されるものではないが、連通孔の長さが径の数倍以上、具体的には４倍以上程度であると、加圧水を孔内を通過させた際に、気泡発生装置の排出口では定常流となって放出されるので好ましく、５倍以上であることがより好ましい。
【００１７】
連通孔の長さと径の比率の上限は、微細な気泡を発生することができる限り特に限定されるものではないが、通常、５００倍程度であり、より具体的には２０倍程度であることが好ましい。
【００１８】
また、従来の加圧浮上装置では一つの出口から加圧水が放出されており、分離された浮遊物がかく乱・分散されやすく分離が不十分であった。一方、複数の出口孔からいっせいに定常流として微細気泡が処理水中に放出されると、層流が形成されやすくなり、その結果分離された浮遊物はかく乱・分散されず、容易に分離できるので好ましい。従って、本発明の気泡発生部材は、複数（例えば、５,０００〜５０,０００本程度）の連通孔を有していることが好ましい。例えば、孔の形状が長方形、菱形、六角形などの複数の連通孔からなるハニカム構造であることが好ましい。
【００１９】
気泡発生部材や気泡発生装置の形状は特に限定されないが、直方体乃至円柱状のものが好ましい。また、気泡発生部材や気泡発生装置の大きさは、用途に応じて適宜設定することができる。
【００２０】
本発明気泡発生装置の気泡発生部材としては、具体的には、自動車排ガス処理触媒を用いることができる。自動車排ガス処理触媒は、多量の燃焼ガスを圧力損失なく通過させる目的で、直径０．５ｍｍ程度の均一な穴が多数貫通させられたハニカム構造であるコージュライトなどの担体上に触媒が担持されている。また、自動車排ガス処理触媒の穴（貫通孔）の内部表面には、燃焼ガスとの接触面積を増大させるために、γ−アルミナなどの金属酸化物よりなる数ミクロンの凹凸が多数設けられている。
【００２１】
このように、自動車排ガス処理触媒は、多数の連通孔（セル）を有するハニカム構造である場合が多いので、該連通孔に加圧水を通過させると、多数の出口穴からいっせいに定常流として処理水中に放出され、分離された浮遊物はかく乱・分散されず、容易に分離できるので本発明で用いる気泡発生部材として好ましい。
【００２２】
本発明では、自動車排ガス処理触媒の未使用品を使用してもよいが、廃車に伴い廃棄される触媒をリサイクルしてもよい。廃棄物をリサイクルする場合は、電気炉中で加熱してススなどを除去した後再利用するのが好ましい。自動車排ガス処理触媒は、従来廃車に伴い廃棄処分されていたので、自動車から取り出して気泡発生部材として再利用するのが、リサイクルの点から好ましく、またコストの点からも好ましい。
【００２３】
本発明の気泡発生部材としては、自動車排ガス処理触媒を用いる以外にも、上記したような条件を満たす気泡発生部材を製造して用いることも可能である。
【００２４】
本発明の気泡発生装置は、 気体を過飽和となるよう溶解させた加圧水を、連通孔に通過させることにより微細気泡を発生することができる。かかる気泡を含む水は、水中に放出することにより、種々の用途に適用することができる。本発明の気泡発生装置は、微細気泡を放出して拡散させる水中乃至水槽中にそのまま設置してもよいし、水槽の底部に気泡導入口を設けてその導入口に連結させることもできる。その際、必要に応じてゴム（ゴムパッキン）などを用いて水がもれないようにして連結してもよい。また、水槽の気泡導入口と気泡発生装置の出口は、通常は取り付け口を介して連結することが望ましいが、気泡導入口と気泡発生装置の出口の間に通路を設けることも可能である。
【００２５】
本発明の気泡発生装置により発生される気泡は、微細で均一な気泡である。気泡の径は、溶解気体の圧力によって変化するものであり、特に限定されるものではないが、例えば、ストークス径として、１０〜５０μｍ程度が好ましい。
【００２６】
本発明の気泡発生装置により発生される気泡は、微細で均一な気泡であるので、かかる気泡を用いて、無機乃至有機物の微粒子などである浮遊物を含む水から、加圧浮上分離方法を利用して浮遊物を分離することができる。かかる加圧浮上分離により、浮遊物を含む汚水を処理することが可能である。
【００２７】
例えば、図３において、エアーコンプレッサー７により空気を過飽和となるように溶解させた加圧水を調製し、該エアコンプレッサーから加圧水を本発明の気泡発生装置１を通過させる。該気泡発生装置１は、被処理水の入った浮上分離槽８の底部に気泡を含む水を導入できるように設置される。気泡発生装置１を通過する際に加圧水は均一な微細気泡として分離され、浮上分離槽８の汚水（被処理水）９中に導入され、該汚水に含まれる浮遊物を浮上させることができる。水面に浮上した粒子は、適宜回収すればよい。かくして、汚水を処理することができる。
【００２８】
本発明の気泡発生装置は、新たな加圧浮上分離装置乃至加圧浮上分離を利用した汚水処理装置に取り付けることもできるが、現在稼動中の加圧浮上プラント乃至該プラントを利用した汚水処理装置の加圧水出口に備えられた従来の気泡発生装置を取り外し、それに代えて、本発明の気泡発生装置を取り付けることもできる。本発明の気泡発生装置を備えた加圧浮上分離装置乃至汚水処理装置によれば、浮上分離効率乃至汚水処理効率が向上し、また、既存の加圧浮上プラント乃至該プラントを利用した汚水処理装置においても、気泡発生装置を交換するだけで低コストで浮上分離効率乃至汚水処理効率が向上するので好ましい。
【００２９】
なお、水の処理量に応じて気泡発生装置２を複数用いることも、もちろん可能である。
【００３０】
本発明の気泡発生装置を用いた加圧浮上分離法による汚水処理は、被処理水の種類などに応じて適宜条件を設定して実施することができるが、例えばバッチ方式で行う場合には、通常、１ｔの汚水を処理する場合には、通常、２〜７kgf/cm2（１．９６×１０5〜６．８６×１０5Ｐａ）程度、好ましくは４〜７kgf/cm2（３．９２×１０5〜６．８６×１０5Ｐａ）程度の圧力で空気を過飽和となるように溶解させた水１００〜２００リットル程度を用いればよい。
【００３１】
汚水処理はバッチ方式、連続方式のいずれによっても行うことができるが、バッチ方式で行う場合は、例えば汚水を浮上分離槽に入れ、汚水に含まれる浮遊物を加圧浮上操作により水面に浮上させ、該浮遊物を回収した後、処理された水を次の処理工程に送り、これを繰り返せばよい。
【００３２】
汚水処理に用いる加圧水は、気泡発生装置の目詰まりを起こさないようなものであれば特に限定されるものではないが、通常、汚水ではなく処理された水を用いる。なお、加圧水には、エタノールなど水と混和しうる液体や、水に可溶な成分が含まれていてもよい。
【００３３】
本発明の気泡発生装置を用いて発生させることのできる微細気泡は、加圧浮上による汚水処理の他、水質が悪化した閉鎖性水域においても、溶存酸素を増加させることにより、有機物の分解能力を向上させ、水質を浄化する方法に適用することができる。また、牡蠣、ホタテなど魚貝類の養殖においても、海水中の溶存酸素濃度を高めることが重要であるため、海洋型酸素補給機として好ましく用いることができる。或いは、水族館や家庭用の水槽においても、気泡を供給するためのエアカーテンなどとして用いることができる。
【００３４】
【実施例】
以下に実施例及び試験例を示して、本発明をより詳細に説明する。
【００３５】
実施例１及び比較例１
２０リッターの水を入れた容器に４kgf/ｍ2（３．９２×１０5）の圧力で空気を溶け込ませた。この加圧水を直径９ｃｍ、高さ５０ｃｍの透明円筒容器の下部から放出させ、分離される気泡の状態を観察した。
【００３６】
加圧水を直接加圧タンクから透明円筒容器に放出させた場合、最初透明であった加圧水は、しばらくして全体に白濁した。容器内の水は下部から再び透明になり、透明容器の上部の水が透明になるまでの時間は約５５秒だった。透明容器の上部では気泡がつぶれていくのが観察できた。気泡の平均径はストークス径として１００μｍ程度であった（比較例１）。
【００３７】
同じ加圧タンクから同じ透明容器中に加圧水を放出させるに際に、自動車排ガス触媒にステンレス製の覆いをつけて，透明円筒容器の下部にゴムパッキンを用いて接続し、該触媒中を通過させた場合は、触媒の出た時にはすでに真っ白に白濁しており、透明容器に入っても白濁の程度は変化しなかった。やがて容器の下部から透明になっていく時間は約１０分間だった。こうして排ガス処理触媒を通すと均一で微細な気泡が得られることが分かった。気泡の平均径（ストークス径）は２０μｍ程度であった（実施例１）。
【００３８】
使用した自動車排ガス処理触媒は、コージュライト製のものであり、長径１５ｃｍ、短径１０ｃｍの楕円状をしており、０.５ｍｍφの穴が数千本貫通していた。触媒の長さは２０ｃｍであった。貫通孔の表面には、５μｍ程度のγ−アルミナの凹凸が全面に設けられていた。
【００３９】
上記実施例により、本発明の気泡発生装置によれば均一な微細気泡が発生され、大きな気泡が形成されないことが確認できた。また、複数の出口穴からいっせいに定常流として微細気泡が処理水中に放出されるので、分離された浮遊物はかく乱・分散されず、容易に分離できると思われる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の気泡発生装置によれば、微細な気泡を均一に発生させることが可能である。かかる均一な微細気泡を用いることにより、加圧浮上分離を効率的に行うことが可能となり、汚水からの浮遊物を分離する処理、水質が悪化した閉鎖性水域における水質の浄化、魚貝類の養殖における酸素補給をより効果的に行うことなどが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の気泡発生装置の一例を示す図。
【図２】本発明の気泡発生装置の連通孔の一例を示す図。
【図３】本発明の気泡発生装置を用いた汚水処理装置の一例を示す図。
【符号の説明】
１  気泡発生装置
２  水の入り口
３  水の出口
４  気泡発生部材
５  連結孔
６  凹凸
７  エアーコンプレッサー（加圧タンク）
８  浮上分離槽
９  汚水（被処理水）
【図１】
0003885097.tif 000002
【図２】
0003885097.tif 000003
【図３】
0003885097.tif 000004