(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を貯めるバブル導入槽、
該バブル導入槽内の該被処理水中にナノバブルまたはマイクロナノバブルを発生させる複数のバブル発生機、
該ナノバブルまたはマイクロナノバブルを含有せしめた該被処理水を貯め、酸化還元電位計を備え、かつ、ポリビニルアルコール担体が充填されている処理水槽、および
該酸化還元電位計により測定される該被処理水の酸化還元電位に基づいて該複数のバブル発生機のそれぞれを動作または停止させるバブル発生機制御手段
を備えていることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
上記バブル発生機制御手段は、予め上記処理水槽内の酸化還元電位の程度を任意の段階に分けて設定し、かつどの段階に上記処理水槽内を保つかを示す目的段階を設定する酸化還元電位設定手段と、上記酸化還元電位計により測定した酸化還元電位が上記段階のいずれに該当するかを認識する認識手段とを備え、上記目的段階の方が上記認識手段が認識した段階より大きいとき、上記目的段階になるまで、ナノバブルまたはマイクロナノバブルを発生させるものであり、上記目的段階の方が上記認識手段が認識した段階より小さいとき、上記目的段階になるまで、ナノバブルまたはマイクロナノバブルの発生を抑制させるものであることを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
上記複数のバブル発生機のうち、任意の１つが発生させるナノバブルまたはマイクロナノバブルの酸化力が、該複数のバブル発生機のうち、他の少なくとも１つが発生させるナノバブルまたはマイクロナノバブルの酸化力と異なっていることを特徴とする請求項１または２に記載の水処理装置。
【請求項４】
上記複数のバブル発生機が、水中ポンプ型マイクロナノバブル発生機、マイクロナノバブル発生機、ナノバブル発生機、加圧溶解ポンプ型マイクロバブル発生機、コンプレッサー型加圧型マイクロバブル発生機およびエジェクター式ノズル型マイクロバブル発生機からなる群より選ばれる２種以上のバブル発生機であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項５】
上記複数のバブル発生機が、水中ポンプ型マイクロナノバブル発生機、マイクロナノバブル発生機、およびナノバブル発生機であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項６】
任意の上記バブル発生機が、磁気活水器、紫外線反応塔およびオゾン発生機からなる群より選ばれる１つ以上を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項７】
上記複数のバブル発生機が、磁気活水オゾンナノバブル発生機、紫外線オゾンマイクロナノバブル発生機、およびオゾンマイクロナノバブル発生機であり、
上記処理水槽が、上記ポリビニルアルコール担体を流動する担体流動化手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項８】
上記バブル発生機制御手段が、上記処理水槽が好気状態または嫌気状態となるように制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項９】
上記バブル発生機制御手段が、上記処理水槽が好気状態と嫌気状態とを交互に経過させるように制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項１０】
上記バブル発生機制御手段が、上記処理水槽が上部好気状態と下部嫌気状態となるように制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項１１】
上記処理水槽の中心付近に、上下が開放されている筒が設けられており、該筒中に上昇流動水流発生の為の散気管と上昇流動水流発生の為の水中攪拌機が設けられていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項１２】
上記担体流動化手段が、上記ポリビニルアルコール担体を流動状態とすることを特徴とする請求項７に記載の水処理装置。
【請求項１３】
上記担体流動化手段が、上記ポリビニルアルコール担体を流動状態と静止状態とを交互に経過させることを特徴とする請求項７に記載の水処理装置。
【請求項１４】
上記担体流動化手段が、上記ポリビニルアルコール担体を空気攪拌することを特徴とする請求項７に記載の水処理装置。
【請求項１５】
上記バブル導入槽に流入する上記被処理水の全有機炭素を測定する処理前測定手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項１６】
上記バブル導入槽に流入する上記被処理水の化学的酸素要求量を測定する処理前測定手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項１７】
上記バブル導入槽に流入する上記被処理水のｐＨを測定する処理前測定手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項１８】
上記バブル導入槽に流入する上記被処理水の酸化還元電位を測定する処理前測定手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項１９】
活性炭をさらに備えており、該活性炭は、上記処理水槽内に充填され、該処理水槽内を流動するようになっていることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項２０】
上記処理水槽内に充填されている炭酸カルシウム鉱物をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項２１】
ポリ塩化ビニリデン充填物と、該ポリ塩化ビニリデン充填物を上記処理水槽内に固定する固定金具とをさらに備えていることを特徴とする請求項１〜２０のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項２２】
上記マイクロナノバブル発生機が、上記被処理水を吸い込んで吐出するポンプと、該ポンプから吐出された該被処理水と気体とを混合するとともに該気体をせん断する気体せん断部とを備えていることを特徴とする請求項４に記載の水処理装置。
【請求項２３】
上記マイクロナノバブル発生機が、上記被処理水を通過させ、かつ、通過する該被処理水に紫外線を照射する紫外線反応部をさらに備えており、上記ポンプと上記気体せん断部とが該紫外線反応部を介して接続されていることを特徴とする請求項２２に記載の水処理装置。
【請求項２４】
上記ナノバブル発生機が、上記被処理水を吸い込んで吐出するポンプと、該ポンプから
吐出された該被処理水と気体とを混合するとともに該気体をせん断する第１気体せん断部と、該第１気体せん断部において処理された該被処理水中の該気体をさらにせん断する第２気体せん断部と、該第２気体せん断部において処理された該被処理水中の該気体をさらにせん断する第３気体せん断部とを備えていることを特徴とする請求項４に記載の水処理装置。
【請求項２５】
上記ナノバブル発生機が、上記被処理水を通過させ、かつ、通過する該被処理水を磁気活水する磁気活水部をさらに備えており、上記第２気体せん断部と上記第３気体せん断部とが該磁気活水部を介して接続されていることを特徴とする請求項２４に記載の水処理装置。
【請求項２６】
上記ナノバブル発生機が、上記被処理水を通過させ、かつ、通過する該被処理水を磁気活水する磁気活水部をさらに備えており、上記ポンプと上記第２気体せん断部とが該磁気活水部を介して接続されていることを特徴とする請求項２４に記載の水処理装置。
【請求項２７】
上記ナノバブル発生機が、上記磁気活水部に流入する上記被処理水の流速を調節する出口径交換ユニットをさらに備えていることを特徴とする請求項２５または２６に記載の水処理装置。
【請求項２８】
上記ナノバブル発生機が、オゾンを発生させるオゾン発生機をさらに備えており、上記第１気体せん断部が、上記被処理水と、該オゾンとを混合することを特徴とする請求項２４〜２７のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項２９】
上記第１気体せん断部に供給される上記気体が、毎分０．６リットル以上毎分１．２リットル以下であることを特徴とする請求項２４〜２８のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項３０】
上記第１気体せん断部が、断面が楕円形または真円形であり、かつ、内部に複数の溝が設けられている筒を備えていることを特徴とする請求項２４〜２９のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項３１】
上記溝の深さが、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下であり、該溝の幅が０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３０に記載の水処理装置。
【請求項３２】
上記ポンプが、上記被処理水を吸い込むための吸い込み配管、および該被処理水を吐出するための吐出配管を備えており、該吸い込み配管の口径が、該吐出配管の口径よりも大きいことを特徴とする請求項２４〜３１のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項３３】
上記ポンプの出力が最大値となった後に、上記気体が第１気体せん断部に供給されるようになっていることを特徴とする請求項２４〜３２のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項３４】
上記ポンプの稼働開始から少なくとも６０秒経過した後に、上記気体が第１気体せん断部に供給されるようになっていることを特徴とする請求項２４〜３３のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項３５】
上記第１気体せん断部は、内部で上記被処理水が旋回するようになっており、該旋回の中心軸に対して１７度以上１９度以下の入射角で上記気体を供給する気体流入管を備えていることを特徴とする請求項２４〜３４のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項３６】
上記第１気体せん断部の主要部分が、６ｍｍ以上１２ｍｍ以下の厚さを有していること
を特徴とする請求項２４〜３５のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項３７】
上記ナノバブル発生機が、上記被処理水を通過させ、かつ、通過する該被処理水に紫外線を照射する紫外線反応部をさらに備えており、上記第２気体せん断部と上記第３気体せん断部とが該紫外線反応部を介して接続されていることを特徴とする請求項２４〜３６のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項３８】
上記水中ポンプ型マイクロナノバブル発生機が、該水中ポンプ型マイクロナノバブル発生機に気体を供給する配管と、該配管を通過する気体に紫外線を照射する紫外線反応部とを備えていることを特徴とする請求項４に記載の水処理装置。
【請求項３９】
請求項１〜３８のいずれか一項に記載の水処理装置を用いることを特徴とする上水の処理方法。
【請求項４０】
請求項１〜３８のいずれか一項に記載の水処理装置を用いることを特徴とする排水の処理方法。
【請求項４１】
請求項１〜３８のいずれか一項に記載の水処理装置を用いることを特徴とする有機フッ素化合物含有排水の処理方法。
【請求項４２】
請求項１〜３８のいずれか一項に記載の水処理装置を用いることを特徴とする再利用水の処理方法。
【請求項４３】
請求項１〜３８のいずれか一項に記載の水処理装置を用いることを特徴とする浴槽水の処理方法。
【請求項４４】
請求項１〜３８のいずれか一項に記載の水処理装置を用いることを特徴とする治療用浴槽水の処理方法。
【請求項４５】
請求項１〜３８のいずれか一項に記載の水処理装置を用いることを特徴とする水産養殖水の処理方法。
【請求項４６】
請求項１〜３８のいずれか一項に記載の水処理装置を用いることを特徴とする水耕液の処理方法。
【請求項４７】
請求項１〜３８のいずれか一項に記載の水処理装置を用いることを特徴とするエステティック用水の処理方法。
【請求項４８】
請求項１〜３８のいずれか一項に記載の水処理装置を用いることを特徴とする床ずれの治療用水の処理方法。
【請求項４９】
請求項１〜３８のいずれか一項に記載の水処理装置を用いることを特徴とするアトピー疾患の治療用水の処理方法。
【請求項５０】
被処理水中に複数のバブル発生機を用いてナノバブルまたはマイクロナノバブルを発生させるバブル導入工程、
該ナノバブルまたはマイクロナノバブルを含有せしめた該被処理水を、酸化還元電位計を備え、かつ、ポリビニルアルコール担体が充填されている処理水槽に貯める担体処理工程、および
該酸化還元電位計により測定された該被処理水の酸化還元電位に基づいて該複数のバブル発生機のそれぞれを動作または停止させるバブル発生機制御工程
を包含していることを特徴とする水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水処理技術に関するものであり、特に、ナノバブルまたはマイクロナノバブルを用いた水処理技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液体から有機物などの物質を除去する技術が、様々な分野で用いられている。例えば、廃液処理においては、廃水中の様々な物質を除去するために、微生物の物質分解能力を利用した技術が用いられている。
【０００３】
例えば、従来から、微生物固定化ゲル担体を用いる廃水処理装置が用いられている（例えば、特許文献１参照）。当該廃水処理装置は、浸漬膜濾過方式を採用した汚泥分離設備と、沈殿槽方式を採用した汚泥分離設備とを併用している。なお、当該廃水処理装置では、上記微生物固定化ゲル担体として、例えばポリビニルアルコール系含水ゲルが用いられている。
【０００４】
また、従来から、異なる機能を有する複数の槽を用いる廃水処理方法が用いられている（例えば、特許文献２参照）。当該廃水処理方法では、担体が流動している曝気槽、第１の活性汚泥槽、第２の活性汚泥槽、沈殿槽の順番で、廃水が様々な処理を受けている。なお、当該廃水処理方法では、上記担体として、例えばポリビニルアルコール架橋ゲル担体が用いられている。
【０００５】
また、従来から、微生物が固定化された担体が投入された廃水処理槽、および当該廃水処理槽から流出する処理水を濾過する膜モジュールを用いる廃水処理装置が用いられている（例えば、特許文献３参照）。なお、当該廃水処理装置では、上記担体としてポリビニルアルコール系含水ゲルが用いられている。
【０００６】
一方、従来から、小さな直径を有する気泡（バブル）には様々な作用があることが知られており、現在、このような気泡を様々な分野に利用する試みがなされている。
【０００７】
上記気泡は、その直径に応じて、マイクロバブル、マイクロナノバブルおよびナノバブルに分類することができる。具体的には、マイクロバブルは、その発生時において１０μｍ〜数十μｍの直径を有する気泡であり、マイクロナノバブルは、その発生時において数百ｎｍ〜１０μｍの直径を有する気泡であり、ナノバブルは、その発生時において数百ｎｍ以下の直径を有する気泡である。なお、マイクロバブルは、発生後の収縮運動によって、その一部がマイクロナノバブルに変化することがある。また、マイクロバブルの一部は水中にて収縮して、最後には消滅してしまうマイクロバブルもある。一方、ナノバブルは、長期に渡って液体中に存在することができるという性質を有している。
【０００８】
例えば、従来から、様々なナノバブルの利用方法、およびナノバブルを利用した各種装置が知られている（例えば、特許文献４参照）。より具体的には、特許文献４には、ナノバブルが、浮力の減少、表面積の増加、表面活性の増大、局所高圧場の生成、または静電分極の実現によって、界面活性作用および殺菌作用を示すことが記載されている。更に、特許文献４には、ナノバブルが有する界面活性作用および殺菌作用を用いて、各種対象を洗浄する技術および汚濁水を浄化する技術が記載されている。更に、特許文献４には、ナノバブルを用いて生体の疲労を回復する方法が記載されている。なお、特許文献４では、水を電気分解するとともに、当該水に超音波振動を加えることによって、ナノバブルを作製している。
【０００９】
また、従来から、液体を原料としてナノバブルを作製する方法が知られている（例えば、特許文献５参照）。上記作製方法は、液体中において、１）上記液体の一部を分解ガス化する工程、２）上記液体に超音波を印加する工程、または３）上記液体の一部を分解ガス化する工程および上記液体に超音波を印加する工程、からなるものである。なお、液体の一部を分解ガス化する工程として、電気分解法または光分解法を用いることができることが記載されている。
【００１０】
また、従来から、オゾンガスからなるマイクロバブル（オゾンマイクロバブル）を利用する廃液処理装置が用いられている（例えば、特許文献６参照）。上記廃液処理装置では、オゾン発生装置によって作製されたオゾンガスと廃液とを、加圧ポンプを用いて混合することによって、オゾンガスからなるマイクロバブルを作製している。そして、当該マイクロバブルが廃液中の有機物と反応することによって、廃液中の有機物が酸化分解される。なお、マイクロバブルを利用した洗浄装置も従来から用いられており、当該装置は、機械油等が付着した金属の洗浄、牡蠣の洗浄、または入浴時における人体の洗浄等に利用されている。
【００１１】
排水処理設備として、生物学的処理設備としての各種微生物槽、その後の最終的設備として、物理学的処理設備としての活性炭吸着塔が存在している。
【００１２】
また、用水処理設備としての生物学的処理設備としての各種微生物槽、その後の最終的設備として、物理学的処理設備としての活性炭吸着塔が存在している。
それら活性炭吸着塔は、有機物を吸着後、活性炭塔から活性炭を取り出し、別の場所で再生している。
【特許文献１】特開２００７−１８５５９８号公報（平成１９年７月２６日公開）
【特許文献２】特開２００１−１４５８９４号公報（平成１３年５月２９日公開）
【特許文献３】特開平１１−４２４９７号公報（平成１１年２月１６日公開）
【特許文献４】特開２００４−１２１９６２号公報（平成１６年４月２２日公開）
【特許文献５】特開２００３−３３４５４８号公報（平成１５年１１月２５日公開）
【特許文献６】特開２００４−３２１９５９号公報（平成１６年１１月１８日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、ナノバブルまたはマイクロナノバブルを作製するためには所定のエネルギーが必要であり、大量の被処理水を処理するためには、多大なエネルギーが必要となる。そのため、消費するエネルギー量が小さい水処理技術が求められている。
【００１４】
また、より処理効率の高い水処理装置が求められている。
【００１５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、消費するエネルギー量が小さく、処理能力が高い水処理技術を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る水処理装置は、上記課題を解決するために、被処理水を貯めるバブル導入槽、該バブル導入槽内の該被処理水中にナノバブルまたはマイクロナノバブルを発生させる複数のバブル発生機、該ナノバブルまたはマイクロナノバブルを含有せしめた該被処理水を貯め、酸化還元電位計を備え、かつ、ポリビニルアルコール担体が充填されている処理水槽、および該酸化還元電位計により測定される該被処理水の酸化還元電位に基づいて該複数のバブル発生機のそれぞれを動作または停止させるバブル発生機制御手段を備えていることを特徴としている。
【００１７】
上記の構成によれば、被処理水を水質計で測定できると同時に、被処理水にバブルを含有させて酸化前処理し、その後、ポリビニルアルコール担体が充填され、かつ酸化還元電位計が設置された処理水槽で処理するので、ポリビニルアルコール担体に微生物を固定化して、かつ処理水槽の酸化還元電位を測定し変化させながら、微生物処理することができる。又、処理水槽の酸化還元電位により、バブル発生ユニットのバブルの酸化力を制御することができる。酸化還元電位を変化させるので、好気状態と嫌気状態となり、好気性と嫌気性両方の微生物が繁殖し、また処理効果を増加させることになる。好気状態で嫌気性微生物が死滅することはないし、逆に嫌気状態で好気性微生物が死滅することはなく、活動が不充分となるだけである。
【００１８】
上記水処理装置では、上記バブル発生機制御手段は、予め上記処理槽内の酸化還元電位の程度を任意の段階に分けて設定し、かつどの段階に上記処理槽内を保つかを示す目的段階を設定する酸化還元電位設定手段と、上記酸化還元電位計により測定した酸化還元電位が上記段階のいずれに該当するかを認識する認識手段とを備え、上記目的段階の方が上記認識手段が認識した段階より大きいとき、上記目的段階になるまで、ナノバブルまたはマイクロナノバブルを発生させるものであり、上記目的段階の方が上記認識手段が認識した段階より小さいとき、上記目的段階になるまで、ナノバブルまたはマイクロナノバブルの発生を抑制させるものであることが好ましい。
【００１９】
上記の構成によれば、酸化還元電位を変化させて、好気状態と嫌気状態として、好気性と嫌気性両方の微生物を容易に繁殖させ、処理効果を増加させることができる。
【００２０】
上記水処理装置では、上記複数のバブル発生機のうち、任意の１つが発生させるナノバブルまたはマイクロナノバブルの酸化力が、該複数のバブル発生機のうち、他の少なくとも１つが発生させるナノバブルまたはマイクロナノバブルの酸化力と異なっていることが好ましい。
【００２１】
上記の構成によれば、上記バブル発生機制御手段が、上記複数のバブル発生機のそれぞれを動作または停止させることにより、発生するナノバブルまたはマイクロナノバブルの酸化力を変化させることができる。
【００２２】
上記水処理装置では、上記複数のバブル発生機が、水中ポンプ型マイクロナノバブル発生機、マイクロナノバブル発生機、ナノバブル発生機、加圧溶解ポンプ型マイクロバブル発生機、コンプレッサー型加圧型マイクロバブル発生機およびエジェクター式ノズル型マイクロバブル発生機からなる群より選ばれる２種以上のバブル発生機であることが好ましく、特に、水中ポンプ型マイクロナノバブル発生機、マイクロナノバブル発生機、およびナノバブル発生機であることが好ましい。また、任意の上記バブル発生機が、磁気活水器、紫外線反応塔およびオゾン発生機からなる群より選ばれる１つ以上を備えていることが好ましい。
【００２３】
上記のバブル発生機を用いれば、酸化力が強く、また、容易に酸化力が異なる複数のバブル発生機を準備することができる。
【００２４】
本発明に係る水処理装置は、上記複数のバブル発生機が、磁気活水オゾンナノバブル発生機、紫外線オゾンマイクロナノバブル発生機、およびオゾンマイクロナノバブル発生機であり、上記処理水槽が、上記ポリビニルアルコール担体を流動する担体流動化手段をさらに備えていることが好ましい。
【００２５】
上記水処理装置では、上記バブル発生機制御手段が、上記処理水槽が好気状態または嫌気状態となるように制御してもよく、上記処理水槽が好気状態と嫌気状態とを交互に経過させるように制御してもよく、上記処理水槽が上部好気状態と下部嫌気状態となるように制御してもよい。
【００２６】
上記水処理装置では、上記処理水槽の中心付近に、上下が開放されている筒が設けられており、該筒中に上昇流動水流発生の為の散気管と上昇流動水流発生の為の水中攪拌機が設けられていることが好ましい。
【００２７】
上記水処理装置では、上記担体流動化手段が、上記ポリビニルアルコール担体を流動状態としてもよく、上記ポリビニルアルコール担体を流動状態と静止状態とを交互に経過させてもよい。
【００２８】
上記処理装置では、上記担体流動化手段が、上記ポリビニルアルコール担体を空気攪拌することが好ましい。
【００２９】
本発明に係る水処理装置では、上記バブル導入槽に流入する上記被処理水の全有機炭素を測定する処理前測定手段をさらに備えていてもよい。
【００３０】
上記の構成によれば、前記液体処理前測定槽と液体処理後測定槽のＴＯＣ濃度の差によって、バブル発生機の運転を制御できる。
【００３１】
本発明に係る水処理装置では、上記バブル導入槽に流入する上記被処理水の化学的酸素要求量を測定する処理前測定手段をさらに備えていてもよい。
【００３２】
上記の構成によれば、前記液体処理前測定槽と液体処理後測定槽のＣＯＤ濃度の差によって、バブル発生機の運転を制御できる。
【００３３】
本発明に係る水処理装置では、上記バブル導入槽に流入する上記被処理水のｐＨを測定する処理前測定手段をさらに備えていてもよい。
【００３４】
上記の構成によれば、前記液体処理前測定槽と液体処理後測定槽のｐＨの差によって、バブル発生機の運転を制御できる。
【００３５】
本発明に係る水処理装置では、上記バブル導入槽に流入する上記被処理水の酸化還元電位を測定する処理前測定手段をさらに備えていてもよい。
【００３６】
上記の構成によれば、前記液体処理前測定槽と液体処理後測定槽の酸化還元電位の差によって、バブル発生機の運転を制御できる。
【００３７】
本発明に係る水処理装置は、活性炭をさらに備えており、該活性炭は、上記処理水槽内に充填され、該処理水槽内を流動するようになっていてもよい。
【００３８】
上記の構成によれば、上記処理水槽の活性炭に微生物を固定化して、上記ナノバブルまたはマイクロナノバブルの物理化学的な殺菌作用のみならず、微生物による生物学的な処理をも追加することができる。別の観点から見れば、バブル導入槽を微生物処理における曝気槽や接触酸化槽とすれば、従来の曝気槽や接触酸化槽の機能を、単に生物学的な処理だけでなく、ナノバブルやマイクロバブルによる物理化学的機能を追加して、曝気槽や接触酸化槽の性能を向上させることができる。
【００３９】
本発明に係る水処理装置は、上記処理水槽内に充填されている炭酸カルシウム鉱物をさらに備えていてもよい。
【００４０】
上記の構成によれば、炭酸カルシウム鉱物からカルシウムを溶出させて、流入水が酸排水の場合、薬品を使用することなく、中和することができる。すなわち、上記ナノバブルまたはマイクロナノバブルは酸化力が強いので、カルシウムを容易に炭酸カルシウム鉱物から溶出させて、酸排水を中和することができる。この方法は薬品としての苛性ソーダを使用しないので、安全な中和方法とすることができる。
【００４１】
本発明に係る水処理装置は、ポリ塩化ビニリデン充填物と、該ポリ塩化ビニリデン充填物を上記処理水槽内に固定する固定金具とをさらに備えていてもよい。
【００４２】
上記の構成によれば、ポリ塩化ビニリデン充填物に微生物を繁殖させて、微生物処理、すなわち排水処理では接触酸化槽として利用することができる。また、同様に上水処理設備、再利用設備として、利用することができる。
【００４３】
本発明に係る水処理装置では、上記マイクロナノバブル発生機が、上記被処理水を吸い込んで吐出するポンプと、該ポンプから吐出された該被処理水と気体とを混合するとともに該気体をせん断する気体せん断部とを備えていてもよい。
【００４４】
上記の構成によれば、上記マイクロナノバブル発生機は、マイクロナノバブルを好適に発生させることができる。
【００４５】
本発明に係る水処理装置では、上記マイクロナノバブル発生機が、上記被処理水を通過させ、かつ、通過する該被処理水に紫外線を照射する紫外線反応部をさらに備えており、上記ポンプと上記気体せん断部とが該紫外線反応部を介して接続されていてもよい。
【００４６】
上記の構成によれば、マイクロナノバブル発生機を構成するポンプと気体せん断部とを連結する配管途中に紫外線反応部を設置しているので、マイクロナノバブルが紫外線処理されたマイクロナノバブルとなり、相乗効果を期待できる。
【００４７】
本発明に係る水処理装置では、上記ナノバブル発生機が、上記被処理水を吸い込んで吐出するポンプと、該ポンプから吐出された該被処理水と気体とを混合するとともに該気体をせん断する第１気体せん断部と、該第１気体せん断部において処理された該被処理水中の該気体をさらにせん断する第２気体せん断部と、該第２気体せん断部において処理された該被処理水中の該気体をさらにせん断する第３気体せん断部とを備えていてもよい。
【００４８】
上記の構成によれば、上記ナノバブル発生機は、ナノバブルを好適に発生させることができる。
【００４９】
本発明に係る水処理装置では、上記ナノバブル発生機が、上記被処理水を通過させ、かつ、通過する該被処理水に磁力線を放射する磁気活水部をさらに備えており、上記第２気体せん断部と上記第３気体せん断部とが該磁気活水部を介して接続されていてもよく、上記ポンプと該第２気体せん断部とが該磁気活水部を介して接続されていてもよい。
【００５０】
上記の構成によれば、ナノバブル発生機の構成において、磁気活水器を構成部品としているので、ナノバブルと磁気活水器から発生する磁力線による磁力活水ナノバブルを製造することができる。
【００５１】
本発明に係る水処理装置では、上記ナノバブル発生機が、上記磁気活水部に流入する上記被処理水の流速を調節する出口径交換ユニットをさらに備えていることが好ましい。
【００５２】
上記の構成によれば、吐出口径交換ユニットが、磁気活水部の前段に設置されていることにより、如何なる比重の異なる液体に対しても、適宜吐出口径サイズを調整して、磁気活水部での流速を、磁力線の影響を上記被処理水が最も受けな流速に調整することができるとともに、流れを乱流ではなく、相流として、磁力線が均等に作用するようにすることができる。
【００５３】
本発明に係る水処理装置では、上記ナノバブル発生機が、オゾンを発生させるオゾン発生機をさらに備えており、上記第１気体せん断部が、上記被処理水と、該オゾンとを混合することが好ましい。
【００５４】
上記の構成によれば、ナノバブルよりも酸化力があるオゾンナノバブル、またさらにオゾンナノバブルよりも酸化力がある磁気活水オゾンナノバブルを発生することができると同時に、上記被処理水を強力に処理することができる。
【００５５】
本発明に係る水処理装置では、上記第１気体せん断部に供給される上記気体が、毎分０．６リットル以上毎分１．２リットル以下であることが好ましい。
【００５６】
上記の構成によれば、上記第１気体せん断部に供給される上記気体量が抑えられるため、マイクロバブルではなく、ナノバブルを効率よく製造することができる。
【００５７】
本発明に係る水処理装置では、上記第１気体せん断部が、断面が楕円形または真円形であり、かつ、内部に複数の溝が設けられている筒を備えていることが好ましい。また、上記溝の深さは、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下であり、該溝の幅は、０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であることが好ましい。
【００５８】
上記の構成によれば、旋回乱流を制御することができ、効率よくバブルを安定的に製造することができる。
【００５９】
本発明に係る水処理装置では、上記ポンプが、上記被処理水を吸い込むための吸い込み配管、および該被処理水を吐出するための吐出配管を備えており、該吸い込み配管の口径が、該吐出配管の口径よりも大きいことが好ましい。
【００６０】
上記の構成によれば、上記ポンプの吐出配管を吸い込み配管よりも小さくして、吐出圧力を確保して、バブルを多量に発生することができる。
【００６１】
本発明に係る水処理装置では、上記ポンプの出力が最大値となった後に、上記気体が第１気体せん断部に供給されるようになっていてもよく、上記ポンプの稼働開始から少なくとも６０秒経過した後に、上記気体が第１気体せん断部に供給されるようになっていてもよい。
【００６２】
上記の構成によれば、上記気体がポンプに導入されたとき、ポンプは最大出力に達しているため、ポンプを気体で損傷（ポンプのキャビテーション発生による損傷）することを抑制することができる。
【００６３】
本発明に係る水処理装置では、上記第１気体せん断部は、内部で上記被処理水が旋回するようになっており、該旋回の中心軸に対して１７度以上１９度以下の入射角で上記気体を供給する気体流入管を備えていることが好ましい。
【００６４】
上記の構成によれば、バブルを効率よく製造することができる。
【００６５】
本発明に係る水処理装置では、上記第１気体せん断部の主要部分が、６ｍｍ以上１２ｍｍ以下の厚さを有していてもよい。
【００６６】
上記の構成によれば、上記第１気体せん断部でのせん断応力効果を確保できる。
【００６７】
本発明に係る水処理装置では、上記ナノバブル発生機が、上記被処理水を通過させ、かつ、通過する該被処理水に紫外線を照射する紫外線反応部をさらに備えており、上記第２気体せん断部と上記第３気体せん断部とが該紫外線反応部を介して接続されていてもよい。
【００６８】
上記の構成によれば、上記ナノバブル発生機が発生するナノバブルの作用に紫外線の持つ殺菌力を追加して、相乗効果を期待することができる。
【００６９】
本発明に係る水処理装置では、上記水中ポンプ型マイクロナノバブル発生機が、該水中ポンプ型マイクロナノバブル発生機に気体を供給する配管と、該配管を通過する気体に紫外線を照射する紫外線反応部とを備えていてもよい。
【００７０】
上記の構成によれば、上記水中ポンプ型マイクロナノバブル発生機が発生するマイクロナノバブルの作用に紫外線の持つ殺菌力を追加して、相乗効果を期待することができる。
【００７１】
本発明に係る水処理装置では、上記処理前測定手段が、少なくとも、上記被処理水の全有機炭素を測定するものであってもよい。
【００７２】
本発明に係る上水の処理方法は、本発明に係る水処理装置を用いることを特徴としている。
【００７３】
上記の構成によれば、上水処理設備における上水中の有機フッ素化合物、環境ホルモン等難分解化学物質を酸化分解して、上水として安全な飲料水を製造することができる。
【００７４】
本発明に係る排水の処理方法は、本発明に係る水処理装置を用いることを特徴としている。
【００７５】
上記の構成によれば、酸化力の強い磁気活水オゾンナノバブルを用いて、排水処理における被処理水中の有機物や難分解性化学物質を効率良く分解することができる。
【００７６】
本発明に係る有機フッ素化合物含有排水の処理方法は、本発明に係る水処理装置を用いることを特徴としている。
【００７７】
上記の構成によれば、酸化力の強い磁気活水オゾンナノバブルを用いて、排水処理における被処理水中の有機フッ素化合物としてのＰＦＯＳやＰＦＯＡを効率良く分解することができる。
【００７８】
本発明に係る再利用水の処理方法は、本発明に係る水処理装置を用いることを特徴としている。
【００７９】
上記の構成によれば、酸化力の強い磁気活水オゾンナノバブルを用いて、工場等における排水処理後の再利用中の微量有機物を効率良く分解し、再利用水の水質を向上させることができる。
【００８０】
本発明に係る浴槽水の処理方法は、本発明に係る水処理装置を用いることを特徴としている。
【００８１】
上記の構成によれば、酸化力の強い磁気活水オゾンナノバブルを用いて、大規模浴場や娯楽施設の浴槽における浴槽水を合理的に処理し、循環使用することができる。そのことは、省資源に繋がると同時に、新規の水使用量の削減が可能となる。
【００８２】
本発明に係る治療用浴槽水の処理方法は、本発明に係る水処理装置を用いることを特徴としている。
【００８３】
上記の構成によれば、酸化力の強い磁気活水オゾンナノバブルを用いて、アトピー性皮膚疾患や床ずれ（高齢老人入院患者の長期入院による床ずれ）等治療用の浴槽に使用することができる。
【００８４】
本発明に係る水産養殖水の処理方法は、本発明に係る水処理装置を用いることを特徴としている。
【００８５】
上記の構成によれば、酸化力の強い磁気活水オゾンナノバブルを用いて、水産養殖水に活用して、歩留まりの向上、養殖水の殺菌、除菌をして、かつ養殖水中のアンモニア性窒素を強力に酸化することができる。
【００８６】
本発明に係る水耕液の処理方法は、本発明に係る水処理装置を用いることを特徴としている。
【００８７】
上記の構成によれば、酸化力の強い磁気活水オゾンナノバブルを用いて、植物の長期養液栽培における養液（水耕液）中に発生するウイルスを殺菌して、養液（水耕液）の長期使用を可能とすることができる。
【００８８】
本発明に係るエステティック用水の処理方法は、本発明に係る水処理装置を用いることを特徴としている。
【００８９】
上記の構成によれば、酸化力の強い磁気活水オゾンナノバブルを用いて、皮膚の洗浄、頭髪の洗浄等、エステ用水に利用することができる。
【００９０】
本発明に係る石油の精製方法は、本発明に係る水処理装置を用いることを特徴としている。
【００９１】
上記の構成によれば、酸化力の強い磁気活水オゾンナノバブルを用いて、石油精製における精製装置に利用することができる。原油中に酸化力の強い磁気活水オゾンナノバブルを含有させれば、原油中の不純物の分解と、原油が気体としてのナノバブルを含有することによる精製効率の改善をすることができる。
【００９２】
本発明に係るガソリンの処理方法は、本発明に係る水処理装置を用いることを特徴としている。
【００９３】
上記の構成によれば、超小型化したバブル発生装置を用いることを前提として、酸化力の強い磁気活水オゾンナノバブルを用いて、自動車エンジンにおけるガソリンの燃焼に利用し、燃焼効率をあげることができる。
【００９４】
本発明に係る床ずれの治療用水の処理方法は、本発明に係る水処理装置を用いることを特徴としている。
【００９５】
上記の構成によれば、酸化力の強い磁気活水オゾンナノバブルを用いて、病院入院患者の床ずれの治療、特に床ずれが発生している部分の血流量の増加、殺菌をして治療することができる。
【００９６】
本発明に係るアトピー疾患の治療用水の処理方法は、本発明に係る水処理装置を用いることを特徴としている。
【００９７】
上記の構成によれば、酸化力の強い磁気活水オゾンナノバブルを用いて、アトピー疾患の治療、特にアトピー疾患が発生している部分の血流量の増加、殺菌をして治療することができる。
【００９８】
本発明に係る水処理方法は、被処理水中に複数のバブル発生機を用いてナノバブルまたはマイクロナノバブルを発生させるバブル導入工程、該ナノバブルまたはマイクロナノバブルを含有せしめた該被処理水を、酸化還元電位計を備え、かつ、ポリビニルアルコール担体が充填されている処理水槽に貯める担体処理工程、および該酸化還元電位計により測定された該被処理水の酸化還元電位に基づいて該複数のバブル発生機のそれぞれを動作または停止させるバブル発生機制御工程を包含していることを特徴としている。
【００９９】
上記の構成によれば、本発明に係る水処理装置と同様の効果を奏することができる。
【発明の効果】
【０１００】
本発明によれば、被処理水を水質計で測定できると同時に、被処理水にバブルを含有させて酸化前処理し、その後、ポリビニルアルコール担体が充填され、かつ酸化還元電位計が設置された処理水槽で処理するので、ポリビニルアルコール担体に微生物を固定化して、かつ処理水槽の酸化還元電位を測定し変化させながら、微生物処理することができる。
又、処理水槽の酸化還元電位により、バブル発生ユニットのバブルの酸化力を制御することができる。酸化還元電位を変化させるので、好気状態と嫌気状態となり、好気性と嫌気性両方の微生物が繁殖し、また処理効果を増加させることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１０１】
一般に、工場排水の様に液体中の水質は変動することが一般的であるが、その水質変動に合わせて酸化力を高めたり、弱めたりすることが可能なバブル発生方法およびバブル発生装置が存在していない。水中ポンプ型マイクロナノバブル発生機、マイクロナノバブル発生機、ナノバブル発生機は存在するが、液体中の水質変動に合わせた運転がされていないので、省エネ運転ができていない。
【０１０２】
また、オゾン処理の欠点であるオゾンガスが空気中に飛んで、オゾンの酸化力を長期に維持できない課題がある。また、紫外線処理のみでは、紫外線ランプの電力を多量に消費するのみで、酸化力が弱い。
【０１０３】
また、難分解性の有機フッ素化合物（ＰＦＯＳ、ＰＦＯＡ等）を含有する被処理水が存在するが、それらは一般に、難分解性の有機フッ素化合物以外の有機物を含有している場合が多く、活性炭は、各種有機物を全て吸着する性質により、破過までの時間が短く、頻繁に取り替える必要があり、ランニングコストが高い。
【０１０４】
より詳細に説明すると、一般的知見であるが、有機フッ素化合物における化学構造式である炭素とフッ素の結合は、安定しているが故、強酸の中でも分解しない。それ故、環境中に放出されて、世界中をめぐり、はてには、世界中のあらゆる生物に濃縮してきた。例えば、１例として北極熊、アザラシ、鯨からも検出されて、国際的環境汚染として、問題となっている。
【０１０５】
しかし、安定的な化学物質であるため、微生物による分解が困難であるから、含有している排水などの液体を１０００℃以上で焼却するしか処理方法は存在していない。
【０１０６】
焼却は、唯一の処分方法であるが、液体量が多い場合には、燃料も多く使用し、二酸化炭素の増加による地球温暖化の問題もあり、合理的処理方法ではない。
【０１０７】
また、水道水、地下水等に微量に含有されている有機フッ素化合物の合理的かつ経済的な処理方法が必要で、合理的かつ経済的対策としての処理方法が存在しない。
【０１０８】
また、水道水、地下水等の有機フッ素化合物処理方法として、急速ろ過、活性炭吸着の水処理方法も存在するが、有機フッ素化合物の分解は、全く期待できない。
【０１０９】
また、通常の急速ろ過、活性炭吸着の水処理方法は、吸着後の活性炭の取替えが必要で、その作業の手間と再生のためのランニングコストが増加する。
【０１１０】
また、磁気活水性とは、磁力によるフリーラジカルの発生による酸化作用であり、またナノバブルもフリーラジカルによる酸化作用を期待できることより、磁気活水ナノバブルは、それらの相乗効果が発揮できる。よって、液体を強力に酸化処理できる。
【０１１１】
紫外線も酸化作用を示し、紫外線ランプにより照射されることによって、効果を示す。紫外線は、３００ｎｍ以下の短波長の領域の紫外線が酸化力において有効である。
【０１１２】
本発明では、ナノバブル発生機、マイクロナノバブル発生機、および水中型マイクロナノバブル発生機に、紫外線反応部および磁力活水部を適宜組合わせることにより、発生するバブルの酸化力を相乗効果により高める。また、上記バブルを発生させるための気体として、オゾン発生機が生成したオゾンを用いることによって、さらに酸化力の強いバブルを発生させる。
【０１１３】
なお、本明細書において、マイクロバブルとは、直径が５０ミクロン（μｍ）以下の微細気泡が意図される。マイクロバブルは、通常、水中で縮小していき、ついには消滅（完全溶解）してしまう。また、ナノバブルは、マイクロバブルよりさらに小さいバブル（直径が１ミクロン以下の１００〜２００ｎｍ）が意図される。ナノバブルは、通常、いつまでも水の中に存在することが可能である。マイクロナノバブルとは、マイクロバブルとナノバブルとが混合したバブルが意図される。
【０１１４】
本発明に係る水処理装置は、被処理水中に含まれる有機フッ素化合物、環境ホルモン等難分解化学物質を効果的に酸化分解し得るため、上水処理、排水処理、再利用水等の処理に好適に用いることができる。
【０１１５】
本発明に係る水処理装置はまた、該装置によって処理された被処理水が高い殺菌力および洗浄力を有するだけでなく、血流量を増加させ、インスリン様成長因子も増加させるため、浴槽水、治療用浴槽水、病院入院患者の床ずれ、またはアトピー疾患の治療のための用水、エステティック用水等の処理に好適に用いることができる。
【０１１６】
本発明に係る水処理装置はさらに、該装置によって処理された被処理水が高い殺菌力を有するため、水産養殖水、水耕液等の処理に好適に用いることができる。
【０１１７】
本発明に係る水処理装置はまた、石油の精製およびガソリンの処理に好適に用いることができる。これは、原油中に酸化力の強い磁気活水オゾンナノバブルを含有させれば、原油中の不純物の分解と、原油が気体としてのナノバブルを含有することによる精製効率の改善をすることができる上に、空気を石油またはガソリンに混合させることにより、燃焼効率を改善することができる。
【０１１８】
以下、本発明を詳細に説明するために、図１〜８を用いて、第１〜第８の実施形態について説明する。
【０１１９】
〔第１の実施形態〕
図１に、本発明の第１の実施形態に係る水処理装置の概略構成を示す。本実施形態に係る水処理装置は、バブル発生ユニット１７および処理水槽９６を主な構成としている。バブル発生ユニット１７では、バブル導入槽１に貯められた被処理水に、磁気活水オゾンナノバブル、紫外線オゾンマイクロナノバブルおよびオゾンマイクロナノバブルが吐出される。磁気活水オゾンナノバブルは、気液混合循環ポンプ３を主としたナノバブル発生機４７に、吐出側磁気活水器本体９とオゾン発生機６４より発生するオゾンを活用して作製される。また、紫外線オゾンマイクロナノバブルは、循環ポンプ６５、紫外線反応塔６６、およびオゾン発生機６４を組み合わせることにより作製される。また、オゾンマイクロナノバブルは、水中ポンプ型マイクロナノバブル発生機５２とオゾン発生機６４を組み合わせることにより作製される。すなわち、バブル発生ユニット１７は、バブル導入槽１を中心として、液体処理前測定槽７２、液体処理後測定槽５７、吐出側磁気活水器本体９、オゾン発生機６４、紫外線反応塔６６とそれらに付属する機器および連結する配管から構成されている。
【０１２０】
最初に、被処理水としての流入水が、ＴＯＣ(全有機炭素)検出部５９が設置された流体処理前測定槽７２に流入する。そして、ＴＯＣ検出部５９によりＴＯＣが測定された後、上記被処理水は、バブル導入槽１に流入する。そして、バブル導入槽１で、磁気活水オゾンナノバブルや紫外線オゾンマイクロナノバブルおよびオゾンマイクロナノバブルにより、処理されて、最終的に、ＴＯＣ(全有機炭素)検出部５９が設置された流体処理後測定槽５７に流出する。そして、ＴＯＣ検出部５９によりＴＯＣが測定された後、配管６３から、処理済のバブル含有水として流出する。液体処理前測定槽７２および液体処理後測定槽５７は、被処理水のＴＯＣ濃度を測定する水槽である。
【０１２１】
被処理水としては、上水、排水、浴槽水、および再利用水などの水の他、各種薬品、有機溶剤、重油、バイオエタノールなど全ての液体を適用することができる。
【０１２２】
バブル導入槽１の外部には、気液混合循環ポンプ３、吐出側磁気活水器本体９等から構成されている磁気活水オゾンナノバブル発生機４７、さらには紫外線反応塔６６、循環ポンプ６５などから構成されている紫外線オゾンマイクロナノバブル発生機７８が設置されている。
【０１２３】
また、バブル導入槽１の内部には、水中ポンプ型マイクロナノバブル発生機５２が設置されている。水中ポンプ型マイクロナノバブル発生機５２は、オゾン発生機６４からのオゾンガスを気体として利用し、オゾンマイクロナノバブルを吐出し、マイクロナノバブル流５３を形成している。
【０１２４】
また、バブル導入槽１から液体処理後測定槽５７に被処理水が移動する際に、バブル導入槽１内のサイズの大きいバブルを液体処理後測定槽５７に持ち込まない様にするために、気体除去口５６を、バブル導入槽１の内部に設置して、気体を除去して、水配管５１を経由して、被処理水を液体処理後測定槽５７に導入している。被処理水中に、気体としてのサイズの大きいバブルが存在すると、ＴＯＣ濃度の正確な測定に支障がでるからである。
【０１２５】
また、液体処理後測定槽５７には、気体としてのバブルを確実に除去する為に、気体分離板５８も設置してある。
【０１２６】
マイクロバブル発生機７８は、循環ポンプ６５、紫外線反応塔６６、気体せん断部７３から構成され、オゾン発生機６４からのオゾンガスを気体として利用し、オゾンマイクロナノバブルを吐出し、マイクロナノバブル流５３を形成している。
【０１２７】
ナノバブル発生機４７は、気液混合循環ポンプ３、第１気体せん断部４、第２気体せん断部５、フランジ３３とフランジ３５が付属している吐出口径交換ユニット３４、吐出側磁気活水器本体９、第３気体せん断部１４、気体としてのオゾンを導入する為の電動ニードルバルブ８から構成され、オゾン発生機６４からのオゾンガスを気体として利用し、磁気活水オゾンナノバブルを吐出し、ナノ磁力バブル流１５を形成している。
【０１２８】
ナノバブル発生機４７は、第１気体せん断部４を有する気液混合循環ポンプ３、第２気体せん断部５、フランジ３３とフランジ３５が付属している吐出側口径交換ユニット３４、吐出側磁気活水器本体９、第３気体せん断部１４、気体としてのオゾンを導入する為の電動ニードルバルブ８から構成され、オゾン発生機６４からのオゾンガスを気体として利用し、磁気活水オゾンナノバブルを吐出し、磁力ナノバブル流１５を形成している。
【０１２９】
磁気活水ナノバブル発生機４７は、大きくは、ナノバブル発生機４７、吐出側口径交換ユニット３４、吐出側磁気活水器本体９から構成されている。ナノバブル発生機４７は、第１気体せん断部４（マイクロバブルを作製）を有する気液混合循環ポンプ３、第２気体せん断部５、第３気体せん断部１４、オゾンを導入する為の電動ニードルバルブ８から構成されている。吐出口径交換ユニットには、フランジ３３とフランジ３５が付属している。吐出側磁気活水器本体９は、フランジ６とフランジ１２の間に設置された吐出側磁気活水器本体９であり、その内部に厚み３０ｍｍ以下の液体通過部２６が、厚み３０ｍｍ以下の平板状に形成されている。また、平板を挟んでＳ極磁石１０とＮ極磁石１６が、３つづつ設置され、Ｓ極磁石１０とＮ極磁石１６の間に磁力線１１が放出される。
【０１３０】
ここで、吐出側磁気活水器本体９に導入される液体の流速によって効果に差がある。すなわち、磁場を形成する磁石に対して、２ｍ／秒以上の流速で液体を通過させたときに、磁石からの磁力線の影響を最も受ける。２ｍ／秒の流速を全ての液体において確保するために、吐出口径交換ユニットが設置されている。これにより、如何なる比重の異なる液体に対しても、各種吐出口径交換ユニットの中から最適なユニット（吐出口径サイズが最適なユニット）を選定して設置し、配管流速を目的とする流速にする。また、吐出口径交換ユニットを設置することによって、流れが乱流ではなく、相流となり、磁力線が均等に作用する。吐出口径交換ユニットは、例えば、ステンレスで製作することができる。
【０１３１】
そして、第１気体せん断部４を有する気液混合循環ポンプ３が運転されることにより、被処理水は、第１気体せん断部４に導入されて、気体がせん断されマイクロバブルが製造される。第１気体せん断部４には、空気が電動ニードルバルブ８が開の条件で導入されるが、これは、気液混合循環ポンプ３が運転された後６０秒後威光であることが好ましい。６０秒後が好ましい理由は、最初から電動ニードルバルブ８が開の条件で空気が導入されると、気液混合循環ポンプ３がキャビテーション現象を起こして、気液混合循環ポンプ３が損傷するためである。したがって、空気の導入は、液体で気液混合循環ポンプ３内を充満させた後が好ましく、例えば、６０秒経過後とすることができる。
【０１３２】
そして、気液混合循環ポンプ３を出た液体は、第２気体せん断部５に導入されて、気体がせん断、すなわち、マイクロバブルがせん断されて一部ナノバブルが製造される。
【０１３３】
次に、ナノバブル発生機４７のメカニズムを詳細に説明する。
【０１３４】
ナノバブル発生機４７は、気液混合循環ポンプ３、第１気体せん断部４、第２気体せん断部５、第３気体せん断部１４、電動ニードルバルブ８とそれらを連結する配管から構成されている。
【０１３５】
ナノバブルは、大きくは、第１段階と第２段階を経て、製造される。第１段階では、第１気体せん断部４において、流体力学的に圧力を制御し、負圧形成部分から気体を吸入し、高速流体運動させて、負圧部を形成し、マイクロバブルを発生させる。なお、「負圧形成部分」は、装置出口付近における内外の気液ニ相流体の旋回速度差により発生する。また、「負圧部」とは、気体・液体混合物中で、周りと比較して圧力が小さな領域を意味する。
【０１３６】
以上のように、水と空気を効果的に自給混合溶解し、圧送することにより、マイクロバブル白濁水を製造することが、第１段階である。
【０１３７】
続いて、第２段階では、第２気体せん断部５と第３気体せん断部１４において、高速流体運動させて、負圧部を形成し、有用物質含有マイクロバブルを発生させて、第２気体せん断部５と第３気体せん断部１４に、水配管を通じて導入し、流体運動としてせん断することによって、マイクロバブルからナノバブルを発生させることになる。すなわち、第１気体せん断部４を有する気液混合循環ポンプ３で、発生させたマイクロバブルを、第２気体せん断部５と第３気体せん断部１４に水配管を通じて圧送する際、第２気体せん断部５と第３気体せん断部１４においては、第１段階後さらに、配管サイズを細くして、かつ高速流体運動させて、竜巻状に細くして、より高速で旋回する回転せん断流を発生させる。
【０１３８】
以下、上記第１段階について詳細に説明する。
【０１３９】
ナノバブル発生機４７に使用している気液混合循環ポンプ３は、揚程４０ｍ以上（すなわち、４ｋｇ／ｃｍ２の高圧）の高揚程のポンプである。すなわち、第１気体せん断部４を有する気液混合循環ポンプ３は、かならず、高揚程のポンプであり、かつトルクが安定している２ポールを選定することが好ましい。また、気液混合循環ポンプ３は圧力の制御が必要で、この高揚程のポンプの回転数を回転数制御器（インバーター）で目的にあった圧力としている。これにより、目的にあった圧力で、バブルサイズが纏まったマイクロバブルを製造することができる。
【０１４０】
次に、第１気体せん断部４を有する気液混合循環ポンプ３のマイクロバブル発生のメカニズムを記載する。第１気体せん断部４において、マイクロバブルを発生させるために、液体および気体の混相旋回流を発生させ、第１気体せん断部４中心部に高速旋回させる気体空洞部を形成させる。次に、この空洞部を圧力で竜巻状に細くして、より高速で旋回する回転せん断流を発生させる。この空洞部に気体としてのオゾン（空気、炭酸ガス、窒素ガス、酸素ガス等であってもよい）を、マイナス圧（負圧）を利用して、気体流入管から自動的に供給させる。さらに、切断粉砕しながら混相流を回転する。この切断・粉砕は、装置出口付近における内外の気液ニ相流体の旋回速度差により起きる。その時の回転速度は、５００〜６００回転／秒である。すなわち、第１気体せん断部４において、流体力学的に圧力を制御することで、負圧形成部分から気体を吸入し、高揚程ポンプで高速流体運動させて、負圧部を形成し、有用物質含有マイクロバブルを発生させる。
【０１４１】
なお、上記気体流入管は、上記気体が、上記被処理水の旋回の中心軸に対して、１７度〜１９度、特に好ましくは１８度の入射角で供給されるように設けられていることが好ましい。上記中心軸に対して、気体が上記の範囲の入射角で供給されることにより、マイクロバブルを効率よく製造することができる。
【０１４２】
また、供給される気体は、０．６リットル／分以上１．２リットル／分以下であることが好ましい。表２に、供給される気体の量を変化させたときの、発生するバブルのサイズを示す。表２に示すように、１．２リットル／分以上とすると、磁気活水オゾンナノバブルの割合が減って、磁気活水オゾンマイクロバブルの割合が増加するおそれがある。
【０１４３】
【表１】
0005097024.tif 000002
【０１４４】
なお、気体の供給量は、電動ニードルバルブ８によって調節することができる。
【０１４５】
気液混合循環ポンプ３の運転は、シーケンサー（バブル発生機制御手段）３２の信号により設定している。第１気体せん断部４の内部形状は、楕円形であり、最大の効果の形状は、真円形であり、更に内部摩擦を小さくする為に鏡面仕上げとしている。
【０１４６】
また、第１気体せん断部４の内部に流体の旋回乱流を制御する為に溝深さ０．３ｍｍ〜０．６ｍｍ、溝幅０．３ｍｍ〜０．８ｍｍの溝を設けている。
【０１４７】
また、第１気体せん断部４を構成する金属の厚みが薄いと、気液混合循環ポンプ３が運転されることにより、振動が発生し、流体運動エネルギーが、振動として外部に伝播して逃げ、そのことが、必要な高速流動運動すなわち、高速旋回とせん断エネルギーを低下させる。第１気体せん断部４を構成する金属の厚みは、６ｍｍ〜１２ｍｍの範囲が好ましい。マイクロバブル発生部の材料厚みが６ｍｍ以下の場合は、高圧、高速エネルギーが、振動波エネルギーとして、大気中に逃げて、エネルギーロスが発生して、せん断応力効果を減少させて、マイクロバブルの製造に支障をきたすおそれがある。すなわち、第１気体せん断部４の主要部分が、６ｍｍ以上１２ｍｍ以下の厚さを有していることが好ましい。なお、「主要部分」とは、重量において５０％以上を占める部分が意図される。
【０１４８】
次に、第２段階について詳細に説明する。第１気体せん断部４を有する気液混合循環ポンプ３で、発生させたマイクロバブルを、第２気体せん断部５に水配管を通じて圧送する際、第２気体せん断部５と第３気体せん断部１４においては、第１段階後さらに、配管サイズを細くして、かつ高速流体運動させて、竜巻状に細くして、より高速で旋回する回転せん断流を発生させる。よって、マイクロバブルからナノバブルが発生すると同時に、超高温の極限反応場が形成される。
【０１４９】
第２気体せん断部５と第３気体せん断部１４を構成している理由は、ナノバブル量をより多く発生させる為には、気体せん断部も３段階で構成する方が、１段階で気体せん断部を構成するよりも、ナノバブル量が多量であるからである。超高温の極限反応場が形成されると、局部的に高温高圧状態となり、不安定なフリーラジカルができ、同時に熱を発生する。
【０１５０】
第２気体せん断部５と第３気体せん断部１４はステンレス製が一般である、その形状は、楕円形好ましくは、真円形である。また、第２気体せん断部５と第２気体せん断部１４には、小孔が開いているが、その吐出口径は、４ｍｍ〜９ｍｍが最適である。
【０１５１】
なお、ナノバブル発生機４７を構成している気液混合循環ポンプ３、第１気体せん断部４、第２気体せん断部５と第３気体せん断部１４のセットは、市販されているものを用いてもよく、メーカーを限定するものではないが、例えば、株式会社  協和機設の商品（商品名  バビダスＨＹＫ型）を用いることができる。
【０１５２】
そして、つきにマイクロバブル、ナノバブルを含有した液体は、フランジ３３とフランジ３５に挟まれて設置されている吐出側口径交換ユニット３４に導入されて、液体の流速と流れ（相流または乱流）が制御されて相流の状態で、吐出側磁気活水器本体９に導入される。
【０１５３】
吐出側口径交換ユニット３４は、吐出側磁気活水器本体９に液体を相流の状態で、導入し、吐出側磁気活水器本体９の磁力線を均等に照射させる為の前準備機器である。吐出側磁気活水器本体９のフランジ６の口径に合わせて、フランジ３５、およびフランジ３３が決定される。吐出側口径交換ユニット３４は、例えば、ステンレス製のものとすることができる。また、吐出口径交換ユニット３４の長さは、例えば、フランジ６の直径の１０倍以上とすればよい。
【０１５４】
そして、吐出側口径交換ユニット３４を出た、被処理水は、吐出側磁気活水器本体９に導入される。吐出側磁気活水器本体９は、フランジ６とフランジ１２の間に設置された吐出側磁気活水器本体９であり、その内部に厚み３０ｍｍ以下の液体通過部２６が、厚み３０ｍｍ以下の平板状に形成されている。また、平板を挟んでＳ極磁石１０とＮ極磁石１６が、３つづつ設置され、Ｓ極磁石１０とＮ極磁石１６の間に磁力線１１が、放射されている。この磁力線の中を液体が流れると、微弱な電流が発生する。微弱電流の作用で、水分子同士の結合が崩れ、クラスター（分子のかたまり）が細分化する。そして同時に微弱電流の作用により、液体中の成分がナノバブルと同様にラジカルが発生して、酸化処理されることになる。
【０１５５】
クラスターが細分化された水は、クラスターのすき間に酸素を吸収する作用が高まり、外気から大量の酸素を吸収する為、溶存酸素濃度が高まる。
【０１５６】
これらにより、液体が、ナノバブルが有するフリーラジカルによる酸化処理と同様に、磁力線により、活性酸素が生成され、フリーラジカルによる液体の酸化処理される。
【０１５７】
なお、吐出側磁気活水器本体９としては、例えば、株式会社ビー・シー・オーの商品名ＢＫ型を採用することができる。
【０１５８】
吐出側磁気活水器本体９を出た液体は、第３気体せん断部１４に導入される。第３気体せん断部１４に導入された液体は、磁気活水ナノバブルとなり、磁力ナノバブル流１５を形成する。以上により、第１の実施の形態では、磁気活水オゾンナノバブル発生機４７により、磁気活水オゾンナノバブル含有液体を製造することができる。
【０１５９】
次に、マイクロナノバブル発生機７８について説明する。マイクロナノバブル発生機７８は、ナノバブル発生機４７より、バブルサイズが大きく、かつほとんどが、マイクロサイズで、一部ナノバブルを吐出する。
【０１６０】
マイクロナノバブル発生機７８は、気体せん断部７３、水配管１３、循環ポンプ６５、吸込水配管７９、オゾンガス配管５４、および電動ニードルバルブ７９から構成されている。マイクロナノバブル発生機７８は、多量のマイクロナノバブルと極少量のナノバブルを発生している。すなわち、水槽内部には、気体せん断部７３が、また水槽外部に循環ポンプ６５、オゾンを取り入れてオゾン量を正確に調整可能な電動ニードルバルブ６０とそれらを連結する配管が設置されている。符号７９は循環ポンプ６５に水を吸込む為の吸込配管７９であり、符号１３は、吐出する水配管であり、符号５４は、オゾン導入の為のオゾンガス配管である。循環ポンプ６５によって、吐出圧力を高められた水は、オゾンと共に気体せん断部１４に導入されて、気体と液体が高速で旋回することにより、マイクロナノバブルを発生する。マイクロナノバブル発生機７８としては、例えば、ナノプラネット研究所の製品（Ｍ２−ＬＭ型）を採用することができる。
【０１６１】
また、循環ポンプ６５の吐出側配管には、紫外線ランプ６７を有する紫外線反応塔６６を設置して、被処理水を紫外線により処理している。本発明者らは、オゾンマイクロナノバブルと紫外線オゾンマイクロナノバブルを比較した場合、紫外線オゾンマイクロナノバブルの方が、酸化還元電位において、オゾンマイクロナノバブルよりも約１．４倍高いことを実験により見出している。ナノバブルまたはマイクロナノバブルは、磁気活水器、オゾン、紫外線との組み合わせにより、相乗効果が得られる。よって、マイクロナノバブルも紫外線・オゾンマイクロナノバブルとして、酸化作用の強いシステムとしている。
【０１６２】
また、オゾンをナノバブル化すれば、通常オゾン濃度は４ｐｐｍが限界であることに対し、８ｐｐｍ程度まで上昇でき、少ないオゾン量で酸化力を増加させることができる。また、通常のオゾンは、短時間で空気中に飛散するが、磁気活水オゾンナノバブルとすれば、２ケ月以上被処理水中に持続させることもできる。
【０１６３】
なお、紫外線ランプ６７を有する紫外線反応塔６６は、ナノバブル発生機４７または水中ポンプ型マイクロナノバブル発生機５２に関連する気体配管系統に設置されていてもよい。これにより、紫外線ナノバブルまたは紫外線マイクロナノバブルを製造することができる。バブルを紫外線・磁気活水・オゾンナノバブルとして、酸化力を最大に強めたナノバブルとすることができる。作用効果の観点からすれば、ナノバブルも単に、ナノバブルではなく、オゾンナノバブル、または、磁気活水オゾンナノバブル、または、紫外線・磁気活水・オゾンナノバブルの様に組み合わせることによって、作用効果が増大する。
【０１６４】
次に、水中ポンプ型マイクロナノバブル発生機５２について、説明する。水中ポンプ型マイクロナノバブル発生機５２のバブルのサイズは、他のナノバブル発生機４７やマイクロバブル発生機７８と比較して、最も大きく、大部分がマイクロバブルで、少しだけナノバブルが存在している。
【０１６５】
水中ポンプ型マイクロナノバブル発生機５２は、水槽外部に設置してあるオゾン発生機６４からオゾンをオゾンガス配管５４を経て、水中ポンプ型マイクロナノバブル発生機５２にオゾンガスを１〜５リットル／分のレベルで供給し、かつ被処理水と混合しながら水中ポンプ型マイクロナノバブル発生機５２のインペラが高速回転して、オゾンと被処理水の混合物をせん断することによって、オゾンマイクロナノバブルを発生させている。
【０１６６】
オゾン発生機６４、電動ニードルバルブ８０、および水中ポンプ型マイクロナノバブル発生機５２は、シーケンサー３２により、あらかじめ組み込まれたシーケンスにより、運転制御されることになる。
【０１６７】
なお、水中ポンプ型マイクロナノバブル発生機５２は、市販されているものを用いてもよく、メーカーも特に限定されないが、例えば、野村電子工業株式会社のマイクロバブラーＭＢ−１５０を採用することができる。
【０１６８】
３種類のバブル発生機の運転制御は、被処理水の水質や含有成分によって異なるので、処理実験を実施して決定することになる。しかし、一度処理実験を実施して、運転制御方式を決定しても、時間の経過と共に、水質が変動して対応できなくなる場合がある。
【０１６９】
本実施形態では、流入水の水質すなわち、流体処理前測定槽７２の水質としてのＴＯＣ、処理後の水質を流体処理後測定槽５７の水質としてのＴＯＣに加えて、処理水槽９６に設置してある酸化還元電位計８によって酸化還元電位を測定して、３台のバブル発生機の運転パターンを自動的にシーケンサー３２を活用して、最適な運転パターンを選択している。これにより、流入水としての被処理水の流入濃度や水質変動に対応できる上、処理水槽９６の酸化還元電位を変動させることにより効率的な処理が可能となる。すなわち、処理水槽９６を好気性運転（酸化還元電位はプラスｍｖ）としたり、嫌気性運転（酸化還元電位はマイナスｍｖ）したりすることで効率的な運転とすることができる。
【０１７０】
下記の表は、３台のバブル発生機の運転パターンの１例である。
【０１７１】
【表２】
0005097024.tif 000003
【０１７２】
これは次のようにしても制御できる。つまり、シーケンサ３２は、予め上記処理槽内の酸化還元電位の程度を任意の段階に分けて設定し、かつどの段階に処理水槽９６内を保つかを示す目的段階を設定する酸化還元電位設定部（図示せず）と、酸化還元電位計８により測定した酸化還元電位が上記段階のいずれに該当するかを認識する認識部（図示せず）とを備え、上記目的段階の方が上記認識手段が認識した段階より大きいとき、上記目的段階になるまで、ナノバブルまたはマイクロナノバブルを発生させるものであり、上記目的段階の方が上記認識手段が認識した段階より小さいとき、上記目的段階になるまで、ナノバブルまたはマイクロナノバブルの発生を抑制させる。なお、表２における、例えば「２番目に必要な段階」とは、上記目的段階と上記認識手段が認識した段階との差が２段階と読んでもよい。
【０１７３】
次に、処理水槽９６について、説明する。各種バブルを含有した被処理水は、液体処理後測定槽５７からのオーバーフローによりバブル含有水配管６５を経由して、処理水槽９６に導入される。処理水槽９６は、基本的には、ほとんどが密閉構造であるが、ブラワー８４からの曝気空気が、散気館９２から吐出して出てくる空気を抜け出す為の空気抜き配管８９は、処理水槽９６の上部面に設置してある。そして、処理水槽９６の中心部には、筒状の上昇水流発生管（担体流動化手段）９１が設置され、その内部にブラワー８４から吐出する空気が空気配管８５を経由して好気的に曝気できる様、散気管９２と、空気を伴わないで、上昇水流を発生可能な上吐出水中攪拌機９３が設置してある。散気管９２から吐出した無数の気泡９０が上昇する際に上昇水流を発生させて、処理水槽９９６に充填されているポリビニルアルコール担体９５を流動状態とする。
【０１７４】
すなわち、散気管９２は、好気状態での上昇水流を起こし、また上吐出水中攪拌機９３は、嫌気状態での上昇水流を起こす為の設備である。又、上吐出水中攪拌機９３の下部には、上吐出水中攪拌機９３を固定支持する為の穴あき支持板９４が設置されているが、処理水槽９６に充填されたポリビニルアルコール担体９５が処理水槽９６下部から上昇水流発生管９１の上部に上昇できる様に６ｍｍ以上の孔が無数に空いている。ポリビニルアルコール担体９５の直径が約４ｍｍである為、孔を６ｍｍとしている。
【０１７５】
ポリビニルアルコール担体９５は下記の特徴を有している。処理水槽９６では、ポリビニルアルコール担体９５は下記の特徴のもとで、有効に使用される：ポリビニルアルコール担体９５は、処理水槽９６内での流動性に優れている；ポリビニルアルコール担体９５には、２０ミクロン前後の孔径が中心部まで全通している；ナノバブルを２０ミクロン前後の孔径の中心部まで導入して、そこに繁殖している菌の作用効果を高めることができる。すなわち、処理性能を向上させることができる。
【０１７６】
又、ナノバブルは、２０ミクロン前後の孔径の中心部まで侵入して長く滞在して、被処理水中の汚濁物質としての有機物に対して、ナノバブル起因のフリーラジカルにより、有機物を酸化処理する。
【０１７７】
ポリビニルアルコール担体９５を使用した処理水槽９６では、嫌気状態とすれば、微生物汚泥の消化に有効な嫌気性菌をポリビニルアルコール担体９５内部に繁殖可能で余剰汚泥発生量の削減が可能となる。
【０１７８】
ポリビニルアルコール担体９５は、高含水、酸素透過性に優れ、微生物の内部棲息性が良好である。よって、内部棲息性が良好であるが故、処理水槽９６の状態変化により好気性菌と嫌気性菌とを自由に多量に繁殖させて目的にあった処理を実現できることになる。
ポリビニルアルコール担体９５は、化学架橋構造により不溶化しているので、樹脂自身は生分解を受けにくい。すなわち、長期間使用することができる。
【０１７９】
一般的な活性汚泥法と比較し、多量の微生物を安定的に繁殖可能で、処理能力を２〜３倍に高めることができる。
【０１８０】
そして、処理水槽９６から出た被処理水は、処理水配管８７を通過して処理水となる。
【０１８１】
尚、各種バブル発生機すなわち、ナノバブル発生機４７、マイクロナノバブル発生機７８、及び水中ポンプ型マイクロナノバブル発生機５２と酸化還元電位計８８は、シーケンサー３２と信号線５５とで結線されており、酸化還元電位計８８と連動している酸化還元電位調節計８６の信号を受けたシーケンサー３２の信号で、各種バブル発生機が自由に運転方法が制御される。その運転により、処理水槽９６は、好気性となったり、また逆に嫌気性になったりして、流入水の条件によって、運転方法を変更できる水処理システムとなっている。
【０１８２】
すなわち、処理水槽９６内の嫌気状態又は好気状態、ポリビニルアルコール担体９５の中心部の嫌気状態又は好気状態を酸化還元電位計８８の数値から人工的につくり出し、処理水槽９６内の好気性微生物と嫌気性微生物の状態を最適としている。
より具体的には、好気状態と嫌気状態とを定期的に人工的につくり出し、好気性菌と嫌気性菌の両方を繁殖させ、両方の微生物繁殖による処理の相乗効果を期待している。
すなわち、従来１つの処理水槽（番号なし）では好気性菌と嫌気性菌の両方を充分に繁殖させることができなかった。
【０１８３】
また、シーケンサー３２により、処理水槽９６内の酸化還元電位計８８の測定値で、処理水槽９６内の好気状態と嫌気状態とを処理効率が最高レベルに達する様、自由にシステムを構築している。
【０１８４】
最高レベルとは、好気性菌と嫌気性菌の両方が最高の菌量(菌体量)になるレベルを意味する。尚酸化還元電位計８８の値がプラスの場合は、好気性で、逆にマイナスの場合は嫌気性を意味し、微生物の合理的な培養システムとは、好気性菌と嫌気性菌の両方を、処理水槽９６内を好気性に維持したり、また嫌気性に維持したりして、高濃度に維持して処理効率を高める内容である。
【０１８５】
そして、さらにポリビニルアルコール担体９５を処理水槽９６内に充填しているので、好気性菌と嫌気性菌の固定化が充分に行われ、さらに微生物が高濃度となり処理効率が向上する。
【０１８６】
このシステムは、ナノバブル発生機４７における気液混合循環ポンプ３、電動ニードルバルブ８、及びブロワー８４、上吐出水中攪拌機９３の運転時間や、運転の組み合わせによって決定される。この気液混合循環ポンプ３、電動ニードルバルブ８、ブロワー８４、上吐出水中攪拌機９３に関する運転方法は、流入水である工場排水の水質や含有成分によってことなるので、処理実験を実施して決定することになる。
【０１８７】
各種バブルとポリビニルアルコール担体９５を処理水槽９６内に導入して従来とは異なるだけの、多量の好気性菌と嫌気性菌の両方を充分に繁殖させることができる。特に、ナノバブルが水中に長く持続すること、ポリビニルアルコール担体９５の２０ミクロン前後の孔径が中心部まで全通していることを巧に活用している。なお、ポリビニルアルコール担体９５としては、例えば、株式会社クラレの商品名クラゲール等を用いることができる。
【０１８８】
また、処理水槽９６には、例えば、炭酸カルシウム鉱物が充填された収容かごを追加してもよい。処理水槽９６に、磁気活水オゾンナノバブル発生機４７、紫外線オゾンマイクロナノバブル、およびオゾンマイクロバブルで強力に酸化処理された被処理水が導入されると、上記炭酸カルシウム鉱物が該バブルによって、酸化処理されることによって、カルシウムが液体中に溶け出し、液体をｐＨ調整することができる。特に、液体が酸性を示す場合は、処理水槽９６に、流入水としての被処理水を導入して、炭酸カルシウム鉱物を溶解させてカルシウムイオンを溶出させて中和することができる。すなわち、一般的な中和剤であり、炭酸カルシウム鉱物を原料として製造される水酸化カルシウムを添加したときと同等の効果を奏することができる。
【０１８９】
なお、液体処理前測定槽７２のｐＨが酸性を示す場合、液体処理後測定槽５７のｐＨをｐＨ６〜ｐＨ８程度の中性域となる様に、３種類のバブル発生機の運転をシーケンサー３２で調整することによって、被処理水を効率的に中和することができる。すなわち、液体処理前測定槽７２におけるｐＨが高い酸性度を示すときに、バブル発生ユニット１７を、発生するナノバブルまたはマイクロナノバブルの酸化力を向上させるように制御することで、上記炭酸カルシウム鉱物の溶解を促して、被処理水を効率的に中和することができる。
【０１９０】
バブル発生ユニット１７を、発生するナノバブルまたはマイクロナノバブルの酸化力を向上させるように制御するためには、本実施形態では、例えば、磁気活水オゾンナノバブル発生機４７、紫外線オゾンマイクロナノバブル発生機７８、および水中ポンプ型オゾンマイクロナノバブル発生機５２について、より多くのバブル発生機を稼動させ、かつ、水中ポンプ型オゾンマイクロナノバブル発生機５２よりも、紫外線オゾンマイクロナノバブル発生機７８を、紫外線オゾンマイクロナノバブル発生機７８よりも、磁気活水オゾンナノバブル発生機４７を稼動させるようにすればよい。
【０１９１】
さらに、処理水槽９６内に流動する充填材として、活性炭を充填させてもよい。このとき、活性炭が、気液混合循環ポンプ３、循環ポンプ６５、および水中ポンプ型マイクロナノバブル発生機５２に吸い込まれない様に、スクリーンが処理水槽９６の下部の適当な位置に設置することが好ましい。活性炭は、有機物の吸着や脱色に利用して、水質を向上させることができる。
【０１９２】
また、処理水槽９６内に、ポリ塩化ビニリデン充填物と、該ポリ塩化ビニリデン充填物を固定する固定金具とを追加してもよい。処理水槽９６内に配置されたポリ塩化ビニリデン充填物には、微生物を繁殖させることができる。したがって、有機物を分解する微生物を繁殖させることによって、例えば、排水処理、上水処理、再利用水処理における接触酸化槽として利用することができる。
【０１９３】
〔第２の実施形態〕
次に本発明の第２の実施形態に係る水処理装置の概略構成を図２に示す。図２に示す第２の実施形態は、処理水槽９６から流出する被処理水が、急速ろ過塔９７および活性炭吸着塔９８においてさらに高度に処理している。第１の実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて、詳細説明を省略する。第１の実施形態と異なる部分のみ、説明する。
【０１９４】
第２の実施形態では、処理水槽９６を流出した被処理水は、さらに急速ろ過塔９７および活性炭吸着塔９８においてさらに高度に処理される。急速ろ過塔９７において、被処理水中の浮遊物質を物理的にろ過して除去し、最終的に活性炭吸着塔９８の活性炭により、被処理水中の有機物を完全に物理的吸着で処理している。
【０１９５】
第２の実施形態は、例えば、ＰＦＯＳ、ＰＦＯＡ等の有機フッ素化合物含有水の処理に好適に用いることができる。有機フッ素化合物含有水としては、水道水、工業用水、工場排水、下水処理水などが、該当し、国際的に問題となっている有機フッ素化合物の処理に有効な実施形態とすることができる。そして、最終的に活性炭吸着塔９８の活性炭に吸着した有機フッ素化合物は、セメント工場等に活性炭と共に持ち込んで１４００度Ｃの高温で処理分解すればよい。
【０１９６】
〔第３の実施形態〕
次に本発明の第３の実施形態に係る水処理装置の概略構成を図２に示す。図３に示す第３の実施形態は、処理水槽９６から流出する被処理水が、急速ろ過塔９７およびイオン交換樹脂塔１００においてさらに高度に処理している。第１の実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて、詳細説明を省略する。第１の実施形態と異なる部分のみ、説明する。
【０１９７】
第２の実施形態では、処理水槽９６を流出した被処理水は、さらに急速ろ過塔９７およびイオン交換樹脂塔１００においてさらに高度に処理される。急速ろ過塔９７において、被処理水中の浮遊物質を物理的にろ過して除去し、最終的にイオン交換樹脂塔１００のイオン交換樹脂により、被処理水中の有機物のうち、有機物における化学式の末端がイオンを有している有機物を完全にイオン交換樹脂で処理している。
【０１９８】
第３の実施形態は、例えば、ＰＦＯＳ（スルホン酸イオン）、ＰＦＯＡ（カルボン酸イオン）等の有機フッ素化合物含有水の処理に好適に用いることができる。有機フッ素化合物含有水としては、水道水、工業用水、工場排水、下水処理水などが、該当し、国際的に問題となっている有機フッ素化合物の処理に有効な実施形態とすることができる。そして、最終的にイオン交換樹脂塔１００のイオン交換樹脂とイオン交換した有機フッ素化合物は、イオン交換樹脂と共に、セメント工場等に持ち込んで１４００度Ｃの高温で処理分解すればよい。
【０１９９】
〔第４の実施形態〕
次に本発明の第４の実施形態に係る水処理装置の概略構成を図４に示す。第１の実施形態では、流体処理前測定槽７２および流体処理後測定槽５７において、水質としてＴＯＣを測定していたが、第４の実施形態では、流体処理前測定槽７２および流体処理後測定槽５７において、水質としてＣＯＤ（化学的酸素要求量）を測定している。この点のみが、第１の実施形態と異なっている。第１の実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて、詳細説明を省略する。第１の実施形態と異なる部分のみ、説明する。
【０２００】
本実施形態では、ＣＯＤ検出部６８を、液体処理前測定槽７２および液体処理後測定槽５７に水質計として設置し、信号線５５によって槽外部のＣＯＤ調節計７０と連動させている。ＣＯＤ調節計７０は、信号線５５によってシーケンサー３２に接続されている。
【０２０１】
流入水中にＣＯＤ（化学的酸素要求量）が存在している場合、液体処理水槽の滞留時間や、バブル密度によっても異なるが、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）がナノバブルまたはマイクロナノバブルにより酸化されて、ＣＯＤが低下する。したがって、ＣＯＤ検出部６８およびＣＯＤ調節計７０を用いることにより、ナノバブルまたはマイクロナノバブルの被処理水に対する酸化力を測定することができる。
【０２０２】
シーケンサー３２は、ＣＯＤ調節計７０からの信号に基づいて、第１の実施形態と同様に、バブル発生ユニット１７を制御する。すなわち、第１の実施形態におけるＴＯＣをＣＯＤと読みかえればよい。
【０２０３】
ＣＯＤ検出部６８およびＣＯＤ調節計７０としては、例えば、東亜ディーケーケー株式会社のＣＯＤ自動測定装置ＣＯＤ２０３を用いることができる。
【０２０４】
なお、第１の実施形態では水質としてＴＯＣを、本実施形態では水質としてＣＯＤ（化学的酸素要求量）を測定したが、水質としては他にも、例えば、ｐＨ、酸化還元電位等を測定してもよい。
【０２０５】
流入水中に窒素成分（Ｎ）やイオウ成分（Ｓ）が存在している場合、窒素成分は、ナノバブルまたはマイクロナノバブルにより酸化されて、硝酸イオンに変化し、イオウ成分は、ナノバブルまたはマイクロナノバブルにより酸化されて、硫酸イオンに変化する。そして、被処理水の硝酸イオンと硫酸イオンの増加により、被処理水のｐＨが変化することになる。したがって、ｐＨ検出部およびｐＨ調節計を用いることにより、ナノバブルまたはマイクロナノバブルの被処理水に対する酸化力を測定することができる。ｐＨ検出部は、価格が安価でしかも取り扱いが容易であるから、バブル発生装置のイニシャルコストおよびメンテナンスコストを低減できる。ｐＨ検出部およびｐＨ調節計としては、例えば、横河電機株式会社の自動校正形ｐＨ８ＳＭ５を用いることができる。
【０２０６】
〔第５の実施形態〕
次に本発明の第５の実施形態に係る水処理装置の概略構成を図５に示す。図５に示す第５の実施形態は、第１の実施形態と比較して、密閉水槽である処理水槽９６の上昇水流発生管９１の穴あき支持板９４に、上吐出水中攪拌機９３に換えて、下吐出水中攪拌機９８９が設置されている点が異なっている。第１の実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて、詳細説明を省略する。第１の実施形態と異なる部分のみ、説明する。
【０２０７】
処理水槽９６の上昇水流発生管９１の穴あき支持板９４に下吐出水中攪拌機９９が設置されているため、下吐出水中攪拌機９９が運転される時は水流が下向きとなる。逆に下吐出水中攪拌機９９が停止され、散気管９２から気砲９０が吐出されると上昇水流が発生する。すなわち、第５の実施形態では、下方水流と上昇水流の両方が発生することになる。
そして、下吐出水中攪拌機９９が運転される時は水流が下向きとなり、処理水槽９６の下部でのポリビニルアルコール担体９５の流動となり、嫌気性の微生物には、好条件での流動状態となる。
【０２０８】
〔第６の実施形態〕
次に本発明の第６の実施形態に係る水処理装置の概略構成を図６に示す。図６に示す第６の実施形態は、処理水槽９６から流出する被処理水が、急速ろ過塔９７および活性炭吸着塔９８においてさらに高度に処理している。第５の実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて、詳細説明を省略する。第５の実施形態と異なる部分のみ、説明する。
【０２０９】
第６の実施形態では、処理水槽９６を流出した被処理水は、さらに急速ろ過塔９７および活性炭吸着塔９８においてさらに高度に処理される。急速ろ過塔９７において、被処理水中の浮遊物質を物理的にろ過して除去し、最終的に活性炭吸着塔９８の活性炭により、被処理水中の有機物を完全に物理的吸着で処理している。
【０２１０】
第６の実施形態は、例えば、ＰＦＯＳ、ＰＦＯＡ等の有機フッ素化合物含有水の処理に好適に用いることができる。有機フッ素化合物含有水としては、水道水、工業用水、工場排水、下水処理水などが、該当し、国際的に問題となっている有機フッ素化合物の処理に有効な実施形態とすることができる。そして、最終的に活性炭吸着塔９８の活性炭に吸着した有機フッ素化合物は、セメント工場等に活性炭と共に持ち込んで１４００度Ｃの高温で処理分解すればよい。
【０２１１】
〔第７の実施形態〕
次に本発明の第７の実施形態に係る水処理装置の概略構成を図７に示す。図７に示す第７の実施形態は、処理水槽９６から流出する被処理水が、急速ろ過塔９７およびイオン交換樹脂塔１００においてさらに高度に処理している。第５の実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて、詳細説明を省略する。第５の実施形態と異なる部分のみ、説明する。
【０２１２】
第７の実施形態では、処理水槽９６を流出した被処理水は、さらに急速ろ過塔９７およびイオン交換樹脂塔１００においてさらに高度に処理される。急速ろ過塔９７において、被処理水中の浮遊物質を物理的にろ過して除去し、最終的にイオン交換樹脂塔１００のイオン交換樹脂により、被処理水中の有機物のうち、有機物における化学式の末端がイオンを有している有機物を完全にイオン交換樹脂で処理している。
【０２１３】
第７の実施形態は、例えば、ＰＦＯＳ（スルホン酸イオン）、ＰＦＯＡ（カルボン酸イオン）等の有機フッ素化合物含有水の処理に好適に用いることができる。有機フッ素化合物含有水としては、水道水、工業用水、工場排水、下水処理水などが、該当し、国際的に問題となっている有機フッ素化合物の処理に有効な実施形態とすることができる。そして、最終的にイオン交換樹脂塔１００のイオン交換樹脂とイオン交換した有機フッ素化合物は、イオン交換樹脂と共に、セメント工場等に持ち込んで１４００度Ｃの高温で処理分解すればよい。
【０２１４】
〔第８の実施形態〕
次に本発明の第８の実施形態に係る水処理装置の概略構成を図８に示す。第５の実施形態では、流体処理前測定槽７２および流体処理後測定槽５７において、水質としてＴＯＣを測定していたが、第８の実施形態では、流体処理前測定槽７２および流体処理後測定槽５７において、水質としてＣＯＤ（化学的酸素要求量）を測定している。この点のみが、第５の実施形態と異なっている。第５の実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて、詳細説明を省略する。第５の実施形態と異なる部分のみ、説明する。
【０２１５】
本実施形態では、ＣＯＤ検出部６８を、液体処理前測定槽７２および液体処理後測定槽５７に水質計として設置し、信号線５５によって槽外部のＣＯＤ調節計７０と連動させている。ＣＯＤ調節計７０は、信号線５５によってシーケンサー３２に接続されている。
【０２１６】
流入水中にＣＯＤ（化学的酸素要求量）が存在している場合、液体処理水槽の滞留時間や、バブル密度によっても異なるが、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）がナノバブルまたはマイクロナノバブルにより酸化されて、ＣＯＤが低下する。したがって、ＣＯＤ検出部６８およびＣＯＤ調節計７０を用いることにより、ナノバブルまたはマイクロナノバブルの被処理水に対する酸化力を測定することができる。
【０２１７】
シーケンサー３２は、ＣＯＤ調節計７０からの信号に基づいて、第１の実施形態と同様に、バブル発生ユニット１７を制御する。すなわち、第１の実施形態におけるＴＯＣをＣＯＤと読みかえればよい。
【０２１８】
ＣＯＤ検出部６８およびＣＯＤ調節計７０としては、例えば、東亜ディーケーケー株式会社のＣＯＤ自動測定装置ＣＯＤ２０３を用いることができる。
【０２１９】
〔実施例〕
図２に基づいて、第２の実施形態に係る水処理装置を作製した。上記水処理装置における流体処理前測定槽７２の容量を約０．５ｍ３、バブル導入槽１の容量を約６ｍ３、流体処理後測定槽５７の容量を０．５ｍ３、処理水槽９６の容量を６ｍ３として樹脂を用いて各部を作製した。また、急速ろ過塔９７を０．１ｍ３、活性炭吸着塔９８を０．２ｍ３として、装置を構成した。
【０２２０】
そして、気液混合循環ポンプ３として電動機３．７Ｋｗを、ナノバブル発生機４７として、株式会社協和機設のＨＹＫ型を選定した。また、吐出側磁気活水器本体９として、全長８００ｍｍ、横幅１６０ｍｍ、縦幅３１０ｍｍの、株式会社ビー・シー・オーのＢＫ型を選定した。これらを組み立て、ナノバブル発生機４７を製作した。
【０２２１】
また、マイクロナノバブル発生機７８として、ナノプラネット研究所の製品（Ｍ２−ＬＭ型）を選定した。マイクロナノバブル発生機７８に付属する紫外線反応塔６６としては、タキエンジニアリング株式会社のＳＵＶ型を選定した。
【０２２２】
水中ポンプ型マイクロナノバブル発生機５２は、野村電子工業株式会社のマイクロバブラーＭＢ−１５０を採用した。
【０２２３】
３種類のバブル発生機に気体としてのオゾンを供給するべき共通のオゾン発生機６４を野村電子工業株式会社のオゾン発生装置ＮＤ−１００を選定した。
【０２２４】
上記の構成により、バブル発生ユニット１７を作製した。
【０２２５】
そして、処理水槽９６内に充填するポリビニルアルコール担体９５を株式会社クラレのクラゲールを選定し、ポリビニルアルコール担体９５の量約１．２ｍ３（水槽容量の約２０％）を充填した。
【０２２６】
上吐出水中攪拌機９３として、新明和工業株式会社の水中エアレータＳＵ２２型２．２ｋｗを選定した。
【０２２７】
そして、上記水処理装置における流体処理前測定槽７２、バブル導入槽１、流体処理後測定槽５７、処理水槽９６、急速ろ過塔９７、最終設備としての活性炭吸着塔９８に流入水として、半導体工場から排水される現像廃液の微生物処理水を順次導入していった。
【０２２８】
そして、シーケンサー３２の設定により、ナノバブル発生機４７、マイクロナノバブル発生機７８を運転し、ナノバブルをベックマンコールター株式会社にて、測定したところ、０．１μｍから２０μｍの範囲ナノバブルやマイクロバブル多数を確認できた。
【０２２９】
処理水槽９６内の、磁力活性による酸化還元電位を、東亜ディーケーケー株式会社のＯＲＰ計ＨＣ型で測定したところ、プラスの８００ｍｖであった。
【０２３０】
そして、流体処理前測定槽７２と流体処理後測定槽５７のＴＯＣ濃度を測定したところ、流体処理前測定槽７２のＴＯＣ濃度が１２０ｐｐｍで、流体処理後測定槽５７のＴＯＣ濃度は、１０２ｐｐｍであった。バブル発生ユニット１７で、１８ｐｐｍ（１２０ｐｐｍ−１０２ｐｐｍ）のＴＯＣを酸化分解できた。
【０２３１】
流体処理前測定槽７２のＴＯＣ濃度が１００ｐｐｍ以上の時は、２種類のバブル発生機が運転する様シーケンサー３２で設定していた。具体的には、ナノバブル発生機４７とマイクロナノバブル発生機７８の２台が運転する様シーケンサーで設定していた。
【０２３２】
そして、流体処理前測定槽７２のＴＯＣ濃度が１２０ｐｐｍであったことに対し、最終的な活性炭吸着塔９８出口のＴＯＣ濃度は、４ｐｐｍであった。
【０２３３】
また、流入水として、有機フッ素化合物として、ＰＦＯＳ〔パーフルオロオクタンスルホン酸〕を準備して、流入水に添加して濃度を測定したところ、１９ｐｐｂ（１９００００ｐｐｔ）であった。そして、水処理装置全体を運転後の活性炭吸着塔９８出口のＰＦＯＳ〔パーフルオロオクタンスルホン酸〕を側定したところ、０．３６ｐｐｂ（３６０ｐｐｔ）であり、除去率をもとめたところ、約９８％であった。
【０２３４】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０２３５】
また、本明細書中に記載された学術文献および特許文献の全てが、本明細書中において参考として援用される。
【産業上の利用可能性】
【０２３６】
本発明は、新規水処理方法および水処理装置を提供するため、上水、排水、地下水、難分解性物質含有排水、再利用水、植物栽培の水耕液、各種分野の洗上水、大規模浴槽の浴槽水、蒸留前の重油、蒸留前のバイオエタノール等の、幅広い分野における被処理水を処理するために利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０２３７】
【図１】本発明の一実施形態（第１の実施形態）に係る水処理装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態（第２の実施形態）に係る水処理装置の概略構成を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態（第３の実施形態）に係る水処理装置の概略構成を示す模式図である。
【図４】本発明の一実施形態（第４の実施形態）に係る水処理装置の概略構成を示す模式図である。
【図５】本発明の一実施形態（第５の実施形態）に係る水処理装置の概略構成を示す模式図である。
【図６】本発明の一実施形態（第６の実施形態）に係る水処理装置の概略構成を示す模式図である。
【図７】本発明の一実施形態（第７の実施形態）に係る水処理装置の概略構成を示す模式図である。
【図８】本発明の一実施形態（第８の実施形態）に係る水処理装置の概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【０２３８】
１  バブル導入槽    ２  サクション配管    ３  気液混合循環ポンプ
４  第１気体せん断部    ５  第２気体せん断部    ６  フランジ    ７  空気配管
８  電動ニードルバルブ    ９  吐出側磁気活水器本体    １０  Ｓ極磁石
１１  磁力線    １２  フランジ    １３  水配管    １４  第３気体せん断部
１５  磁力ナノバブル流    １６  Ｎ極磁石    １７  バブル発生ユニット
１８  炭酸カルシウム鉱物    １９  吸込側磁気活水器    ２０  Ｓ極磁石
２１  Ｎ極磁石    ２２  磁力線    ２３  フランジ    ２４  液体通過部
２５  フランジ    ２６  液体通過部    ２７  空気流量計    ２８  信号線
２９  酸化還元電位検出部    ３０  信号線    ３１  酸化還元電位調節計
３２  シーケンサー    ３３  フランジ    ３４  吐出側口径交換ユニット
３５  フランジ    ３６フランジ    ３７  吸込側口径交換ユニット
３８  フランジ    ３９  上水処理設備    ４０  排水処理設備
４１  有機フッ素化合物含有排水処理設備    ４２  大規模浴槽設備    ４３  ピット
４４  ピットポンプ    ４５  急速ろ過機    ４６  活性炭吸着塔
４７  ナノバブル発生機    ４８  収容かご    ５０  水配管    ５１  水配管
５２  水中ポンプ型マイクロナノバブル発生機    ５３  マイクロナノバブル流
５４  オゾンガス配管    ５５  信号線    ５６  気体除去口
５７  液体処理後測定槽    ５８  気体分離板    ５９  ＴＯＣ検出部
６０  電動ニードルバルブ    ６１  ＴＯＣ調節計    ６２  流入配管
６３  バブル含有水配管    ６４  オゾン発生機    ６５  循環ポンプ
６６  紫外線反応塔    ６７  紫外線ランプ    ６８  ＣＯＤ検出部
６９  ｐＨ検出部    ７０  ＣＯＤ調節計    ７１  ｐＨ調節計
７２  流体処理前測定槽    ７３  気体せん断部    ７６  活性炭
７７  スクリーン    ７８  マイクロナノバブル発生機    ７９  吸い込み配管
８０  電動ニードルバルブ    ８１  電動バルブ    ８２  支持金具
８３  ポリ塩化ビニリデン    ８４  ブロワー    ８５  空気配管
８６  酸化還元電位調節計    ８７  処理水配管    ８８酸化還元電位計
８９  空気抜き    ９０  気泡    ９１  上昇水流発生管    ９２  散気管
９３  上吐出水中攪拌機    ９４  穴あき支持板    ９５  ポリビニルアルコール担体
９６  処理水槽    ９７  急速ろ過塔    ９８  活性炭吸着塔
９９  下吐出水中攪拌機    １００  イオン交換樹脂塔    １０１  水流
【図１】
0005097024.tif 000004
【図２】
0005097024.tif 000005
【図３】
0005097024.tif 000006
【図４】
0005097024.tif 000007
【図５】
0005097024.tif 000008
【図６】
0005097024.tif 000009
【図７】
0005097024.tif 000010
【図８】
0005097024.tif 000011