(57)【要約】【課題】シンプルな構造、方法で、有極性溶媒中に分散した非強有極性の懸濁物質を効率的かつ迅速に分離できる懸濁物質分離方法および懸濁物質分離装置を提供する。【解決手段】懸濁物質分離方法は、外部空間から非強有極性の懸濁物質を含む有極性溶媒中に気泡の形態で気体を導入する気体導入部２と、懸濁物質を気泡に付着させて有極性溶媒から分離する分離塔４とを備える懸濁物質分離装置１を使用した懸濁物質分離方法であって、気体導入部２において、前記懸濁物質を含む有極性溶媒に前記気泡の形態で気体を導入する工程と、分離塔の内部において、有極性溶媒の流通経路途中に気泡の集合体部を形成した状態で、有極性溶媒を流通させることにより、気泡の集合体部において懸濁物質を気泡に補足する工程とを備える。【選択図】図１
2009061356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部空間から非強有極性の懸濁物質を含む有極性溶媒中に気泡の形態で気体を導入する気体導入部と、前記懸濁物質を前記気泡に付着させて前記有極性溶媒から分離する分離塔とを備える懸濁物質分離装置を使用した懸濁物質分離方法であって、
前記気体導入部において、前記懸濁物質を含む有極性溶媒に前記気泡の形態で前記気体を導入する工程と、
前記分離塔の内部において、前記有極性溶媒の流通経路途中に前記気泡の集合体部を形成した状態で、前記有極性溶媒を流通させることにより、前記気泡の集合体部において前記懸濁物質を前記気泡に補足する工程とを備える、懸濁物質分離方法。
【請求項２】
前記気体を導入する工程において前記有極性溶媒に導入される前記気泡には、直径が０．３ｍｍ以下の微細気泡が含まれる、請求項１に記載の懸濁物質分離方法。
【請求項３】
前記気体を導入する工程では、前記懸濁物質分離方法の開始時には相対的に大きな径の気泡を前記有極性溶媒に導入し、前記開始時から所定の時間経過した後には相対的に小さな径の気泡を前記有極性溶媒に導入する、請求項１または２に記載の懸濁物質分離方法。
【請求項４】
前記気体を導入する工程では、前記有極性溶媒に導入する気泡が相対的に大きな径と気泡と相対的に小さな径の気泡とを含む、請求項１または２に記載の懸濁物質分離方法。
【請求項５】
前記有極性溶媒は水である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の懸濁物質分離方法。
【請求項６】
有極性溶媒中の非強有極性の懸濁物質を、前記有極性溶媒から分離するための懸濁物質分離装置であって、
外部空間から非強有極性の懸濁物質を含む有極性溶媒中に気泡の形態で気体を導入する気体導入部と、
前記有極性溶媒を移送させるポンプと、
前記懸濁物質を前記気泡に付着させて前記有極性溶媒から分離する分離塔と、
前記気泡の形態で気体が導入された前記有極性溶媒を前記分離塔の内部に導くため、前記気体導入部と前記ポンプと前記分離塔とを接続する配管とを供え、
前記分離塔は、前記分離塔の内部において前記有極性溶媒の流通経路途中に前記気泡の集合体部を形成することが可能に構成されている、懸濁物質分離装置。
【請求項７】
前記分離塔は円筒形状を有する、請求項６に記載の懸濁物質分離装置。
【請求項８】
前記分離塔に接続された前記有極性溶媒を導くための前記配管は、前記分離塔の中心軸と交差する方向の断面における外周部において、前記中心軸と交差しない直線に沿って前記分離塔に直結されている、請求項７に記載の懸濁物質分離装置。
【請求項９】
前記分離塔に接続された前記有極性溶媒を導くための前記配管は、前記中心軸と直交する前記分離塔の断面と平行な直線であって、前記分離塔の中心軸と交差しない直線に沿って前記分離塔に直結しており、
前記分離塔の前記断面における内寸の最小値は、前記分離塔に直結されている前記配管の内径の２倍以上１０倍以下である、請求項７または８に記載の懸濁物質分離装置。
【請求項１０】
前記分離塔の中心軸は、水平方向に対して、３°以上１０°以下の角度で傾いていることを特徴とする、請求項６〜９のいずれか１項に記載の懸濁物質分離装置。
【請求項１１】
前記配管は、前記ポンプの上流側に前記気体導入部が位置し、前記ポンプの下流側に前記分離塔が位置するように、前記気体導入部と前記ポンプと前記分離塔とを接続する、請求項６〜１０のいずれか１項に記載の懸濁物質分離装置。
【請求項１２】
前記気体導入部における前記有極性溶媒の流路は小管径部を含み、
前記気体導入部は、前記小管径部において前記流路へ連通する前記気体の通気路を含み、
前記小管径部の径は、前記小管径部上流側の前記流路の径よりも小さい、請求項６〜１１のいずれか１項に記載の懸濁物質分離装置。
【請求項１３】
前記分離塔の下部、または、前記有極性溶媒の前記分離塔からの流出路を形成する前記配管に設けられた、ドレインをさらに備え、
前記分離塔内の前記懸濁物質は、分離処理終了後、前記分離塔内の前記有極性溶媒とともに前記ドレインへ排出される、請求項６〜１２のいずれか１項に記載の懸濁物質分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、懸濁物質分離方法および装置に関し、より特定的には、水等の有極性溶媒中に分散した懸濁物質を分離する懸濁物質分離方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体中に分散した固形物、タンパク質など有機物を分離する装置として、従来、種々の装置が知られている。たとえば、懸濁物質が分散した溶媒が貯留された槽内底部で気泡を発生させ、気液界面に懸濁物質を吸着し浮上分離する装置や、凝集剤により有機物の懸濁物質を凝集沈殿分離する装置などが知られている。
【０００３】
特に、水に代表される溶媒中に分散した非強有極物質が、疎水性水和により気液界面にあたかも吸着したように集まる現象を利用して、有極性溶媒中で気泡を大量に発生させ、その気泡の浮力により、気液界面に吸着した非強有極性の物質を浮上分離する方式は近年排水処理分野や鉱物分野でよく使用される。ここで、極性とは、原子の電気陰性度の差により分子内に生じる電子の分布の偏りをいう。非強有極性とは、溶媒の分子内に存在する電気的な偏りよりも、分子内の電気的な偏りが弱い性質をいう。
【０００４】
たとえば、水は酸素原子と水素原子の結合部分で電子が酸素原子側に偏った分極構造を持っている。水中に水より分極度（極性）の弱い物質が存在すると、その物質の周りでは水分子同士が手を繋いだ状態（すなわち水素結合状態）より不安定な状態となり、当該物質が水分子から排除されるような力が作用する。よってこのような物質は、水中での水分子との接触箇所である表面積をできるだけ小さくするため、互いに凝集する、あるいは気泡など他の非強有極性部分に集まる、などの傾向を示すようになる。
【０００５】
この原理から、従来例１として、水中での気液界面面積を増やすのが非強有極性の物質の水からの分離に効果的であるため、微細な気泡を用いて、水中の固形物や溶解性有機物を分離する浮上分離装置が提案されている（たとえば特許文献１参照）。
【０００６】
特許文献１の微細気泡発生機では、５００μm以下の微細気泡を発生して、その微細気泡に被処理液中の懸濁性浮遊物や油分を付着させる。付着した懸濁性浮遊物や油分は、気泡と一緒に浮上し、濃縮される。この微細気泡発生機を使用した浮上分離装置では、凝集散気槽中に、微細気泡を発生させ、懸濁性浮遊物や油分を濃縮し、併設したスカム分離槽中でスカムと沈降フロックとに分離する。
【０００７】
また従来例２として、特許文献２では、図１０のように以下の対策により微細気泡の分離を行なっている（たとえば、特許文献２参照）。図１０は、従来の気泡分離装置を示す模式図である。図１０を参照して、従来の気泡分離装置を説明する。
【０００８】
図１０を参照して、従来の気泡分離装置は、円筒状の外ケース１０８と、当該外ケース１０８の内部に配置された旋回流室容器１０１と、旋回流室容器１０１の中央部に配置された中心細管１０９とを備える。旋回流室容器１０１は下端側の径が大きくなっている円錐形状を有している。旋回流室容器１０１の内部である旋回流室１０２は一端側の内径が大きく、他端側に向かうにつれてその幅が小さくなっている。旋回流室容器１０１における上記他端側の周壁面には多数の小穴１０６が形成されている。外ケース１０８の上壁には、円錐形状の旋回流室容器１０１の先端部に対向する位置に液体排出口１０７が形成されている。また、外ケース１０８の下端部には、横方向から環状予備旋回流路１１２の内部に液体を供給するための液体供給口１０４が形成されている。平面形状が円環状の環状予備旋回流路１１２には、液体供給口１０４が形成された部位に隣接して（すなわち、液体の流れる経路で考えると液体供給口１０４から最も下流側に）ガイド１１３が配置されている。ガイド１１３に隣接して、環状予備旋回流路１１２の内周壁面に開口１１４が形成されている。中心細管１０９には、その側壁に複数の小穴１１０が形成されている。また、中心細管１０９の下端は気泡排出口１１１に接続されている。
【０００９】
次に、図１０に示した気泡分離装置の動作を簡単に説明する。まず、微細気泡を含んだ液体が液体供給口１０４から環状予備旋回流路１１２にポンプなどにより圧送される。当該液体は、環状予備旋回流路１１２内において旋回流となり、環状予備旋回流路１１２の内部をほぼ一周する。この旋回運動によって生じる遠心力により、液体中の微細気泡は環状予備旋回流路１１２の内周部方向に集合しながら、合一・合体を繰返し、次第に大きな気泡になる。また、気泡をほとんど含まない（みかけ密度の大きな）液体は、環状予備旋回流路１１２の外周部方向に集合する。この結果、環状予備旋回流路１１２を流通する間に液体は層流状態となり、ガイド１１３に案内されて開口１１４から旋回流室１０２の内部に流入する。
【００１０】
旋回流室１０２内部では、液体が矢印に示すように旋回しながら上昇していく。この過程で、気泡は旋回流の中心により集まり、さらに合体しながらより大きな気泡になる。また、旋回流の外周側は気泡をほとんど含まない液体となる。そして、気泡をほとんど含まない液体は、旋回流室容器１０１の小穴１０６から当該容器１０１外へ流出し、液体排出口１０７に導かれる。一方、旋回流室１０２の内部では、旋回流の中心寄りに集まった気泡は多数の小穴１１０から中心細管１０９内に入り、気泡排出口１１１に導かれる。このようにして、液体から微細気泡を分離することができるとしている。
【特許文献１】特開平４−７０２８号公報
【特許文献２】特開平７−３９７０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述した従来の装置では、以下のような問題があった。すなわち、従来例１では、液体の粘度の影響により、微細気泡は溶媒となる液体とほぼ同じ流線で流動する。このため、溶媒が流体状態である場合には、溶媒からの微細気泡の分離は困難である。
【００１２】
さらに、従来例１の装置では、同一気体体積である場合、微小な気泡は表面積すなわち気液界面面積が大きくできるが、気泡の浮力が小さく水中懸濁物質の分離に時間がかかる。一方、気泡が大きい（気泡の径が大きい）と総気液界面面積が小さくなり、水中の懸濁物質の分離能力が小さくなる。また、気泡が大きいと当該気泡の浮上速度が大きすぎるため、すぐに気泡が溶媒表面（水面）に浮上してしまい、この点からも懸濁物質の気液界面への付着効率がよくない。
【００１３】
また、従来例１の浮上分離装置では、凝集散気槽内においては気泡の浮力のみによって懸濁物質を浮上分離させている。このため、凝集散気槽内の溶媒の流速を気泡の浮上速度以下とする必要があるため、懸濁物質の分離効率や分離速度は必ずしも十分とは言えなかった。
【００１４】
また、従来例２の装置では、微細気泡を使用した場合、たとえば中心細管１０９に細孔を設けるなど、複雑な構造となり、製造コストが増大するとともに、当該細孔に懸濁物質が詰まるといった問題が生ずる恐れがある。
【００１５】
本発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、本発明の主たる目的は、シンプルな構造、方法で、有極性溶媒中に分散した非強有極性の懸濁物質を効率的かつ迅速に分離できる懸濁物質分離方法および懸濁物質分離装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明に従った懸濁物質分離方法は、外部空間から非強有極性の懸濁物質を含む有極性溶媒中に気泡の形態で気体を導入する気体導入部と、懸濁物質を気泡に付着させて有極性溶媒から分離する分離塔とを備える懸濁物質分離装置を使用した懸濁物質分離方法であって、気体導入部において、前記懸濁物質を含む有極性溶媒に気泡の形態で気体を導入する工程と、分離塔の内部において、有極性溶媒の流通経路途中に気泡の集合体部を形成した状態で、有極性溶媒を流通させることにより、気泡の集合体部において懸濁物質を気泡に補足する工程とを備える。
【００１７】
このようにすれば、分離塔内で、有極性溶媒が通過する流通経路途中に気泡の集合体部を形成することで、気泡と有極性溶媒中に分散した懸濁物質の接触確率が上がる。そのため、有極性溶媒中の非強有極性の懸濁物質が気泡の周囲に吸着し易くなる。したがって、懸濁物質は分離塔において気泡とともに有極性溶媒から分離されるので、有極性溶媒中に分散した懸濁物質を効率的に分離することができる。なお、分離塔において懸濁物質の一部または大半が分離され、比較的清浄となった有性溶媒は、たとえば分離塔に設けられた流出路としての配管より排出することができる。
【００１８】
上記懸濁物質分離方法において好ましくは、懸濁物質分離装置が分離塔において有極性溶媒に旋回流を形成するための、旋回流形成機構を含む。また、上記懸濁物質を気泡に補足する工程では、有極性溶媒は旋回流を形成して流通する。この場合は、分離塔内の旋回流によって遠心力が発生する。気体と有極性溶媒との比重が異なるために、有極性溶媒中の気泡は分離塔の中心部へ引き寄せられ、有極性溶媒は分離塔の外周部に引き寄せられる。そのため、分離塔内における、気泡と有極性溶媒中の懸濁物質との接触確率が上がる。したがって、有極性溶媒中の非強有極性の懸濁物質が気泡の周囲に吸着し易くなる。懸濁物質分離装置が旋回流形成機構を含むために、分離塔内では、大きな気泡は常に気泡の集合体として旋回流に渦状で捕捉される。分離塔外部から導入された有極性溶媒中の微細気泡および懸濁物質は、渦状の気泡の集合体部により攪拌される。この攪拌により、有極性溶媒中の気泡同士が合体したり、気液界面に付着した懸濁物質同士が合体したりするために、気泡の周りに吸着した懸濁物質自体が大きな集合体となる。このようにして、懸濁物質は、有極性溶媒との比重差により分離塔の中心部において、気泡と共に旋回流に捕捉された状態となる。
【００１９】
上記懸濁物質分離方法では、気体を導入する工程において有極性溶媒に導入される気泡には、直径が０．３ｍｍ以下の微細気泡が含まれていてもよい。
【００２０】
この場合、一定の気体導入量で比較すると、直径が０．３ｍｍ以下というように気泡を微細化し微細気泡とするほど気液界面面積が増え、懸濁物質の付着確率が上がる。また、一定の気体導入量で比較した場合、気泡を微細化するほど、分離塔へ有極性溶媒を送出するためにポンプを用いる場合に当該ポンプ内でエアがみしにくくなる。
【００２１】
上記懸濁物質分離方法において、気体を導入する工程では、懸濁物質分離方法の開始時には相対的に大きな径の気泡を有極性溶媒に導入し、開始時から所定の時間経過した後には相対的に小さな径の気泡を有極性溶媒に導入してもよい。
【００２２】
上記懸濁物質分離方法において、気体を導入する工程では、有極性溶媒に導入する気泡が相対的に大きな径と気泡と相対的に小さな径の気泡とを含んでいてもよい。
【００２３】
ここで、分離塔において旋回流を形成・利用する場合、分離塔内では、大きな気泡は常に気泡の集合体部として旋回流に渦状で捕捉される。分離塔外部から導入された有極性溶媒中の微細気泡および懸濁物質は、渦状の気泡の集合体部により攪拌される。この攪拌により、有極性溶媒中の気泡同士が合体したり、気液界面に付着した懸濁物質同士が合体したりするために、気泡の周りに吸着した懸濁物質自体が大きな集合体となる。このようにして、懸濁物質は、有極性溶媒との比重差により分離塔の中心部において、気泡と共に旋回流に捕捉された状態となる。したがって、懸濁物質分離装置の起動時には相対的に大きい径の気泡を生成し分離塔に導入し、分離塔内で渦状の気泡の集合体部を迅速に形成する。そして、次に微細な気泡を生成し分離塔に導入する。このような構成によれば、効率的に分離塔内に懸濁物質を捕捉することができる。また、相対的に大きな径の気泡と相対的に小さな径の気泡とを混在させて生成させる構成によっても、同様に、効率的に分離塔内に懸濁物質を捕捉することができる。
【００２４】
上記懸濁物質分離方法において、有極性溶媒は水であってもよい。この場合、水は代表的な有極性溶媒でありその極性も大きい。そのため、有極性溶媒と懸濁物質との極性の差（疎水性相互作用）を利用する本発明にとって、大きな効果が得られる有極性溶媒である。また、懸濁物質が分離され清浄化された水は、生活用水や工業用水など、利用用途が豊富である。
【００２５】
この発明に従った懸濁物質分離装置は、有極性溶媒中の非強有極性の懸濁物質を、有極性溶媒から分離するための懸濁物質分離装置であって、気体導入部と、ポンプと、分離塔と、配管とを備える。気体導入部は、外部空間から非強有極性の懸濁物質を含む有極性溶媒中に気泡の形態で気体を導入する。ポンプは有極性溶媒を移送させる。分離塔は、懸濁物質を気泡に付着させて有極性溶媒から分離する。配管は、気泡の形態で気体が導入された有極性溶媒を分離塔の内部に導くため、気体導入部とポンプと分離塔とを接続する。分離塔は、分離塔の内部において有極性溶媒の流通経路途中に気泡の集合体部を形成することが可能に構成されている。
【００２６】
このような装置を用いれば、本発明による懸濁物質分離方法を確実に実施できる。すなわち、分離塔内で、有極性溶媒が通過する流通経路途中に気泡の集合体部を形成することで、気泡と有極性溶媒中に分散した懸濁物質の接触確率が上がる。そのため、有極性溶媒中の非強有極性の懸濁物質が気泡の周囲に吸着し易くなる。したがって、懸濁物質は分離塔において気泡とともに有極性溶媒から分離されるので、有極性溶媒中に分散した懸濁物質を効率的に分離することができる。また、気体導入部において有極性溶媒中に気体が導入されることにより形成される気泡は、直径が０．３ｍｍ以下の微細気泡を含むことが好ましい。つまり、気体導入部は、直径が０．３ｍｍ以下の微細気泡の形態で気体を有極性溶媒中に導入可能であることが好ましい。また、上記有極性溶媒は水であることが好ましい。
【００２７】
上記懸濁物質分離装置において、分離塔には、有極性溶媒を導くための配管が、分離塔内部で有極性溶媒の旋回流が形成されるように接続される。つまり、配管の上記接続構造のような旋回流形成機構を備える。この結果、分離塔内部では有極性溶媒の旋回流が形成される。このようにすれば、分離塔内に旋回流形成機構としてスクリューまたは羽根車を設置し当該スクリューまたは羽根車を回転させる場合のように、別途動力源などが必要なく、また装置の構成が複雑化することを防止できる。
【００２８】
上記懸濁物質分離装置において、分離塔は円筒形状を有していてもよい。このようにすれば、分離塔内に旋回流が発生しやすくなる。なお、分離塔の径方向の断面形状は、円形でもよいが多角形としてもよい。
【００２９】
上記懸濁物質分離装置において、分離塔に接続された有極性溶媒を導くための配管は、分離塔の中心軸と交差する方向の断面における外周部において、中心軸と交差しない直線に沿って分離塔に直結されていてもよい。
【００３０】
上記懸濁物質分離装置において、分離塔に接続された有極性溶媒を導くための配管は、中心軸と直交する分離塔の断面と平行な直線であって、分離塔の中心軸と交差しない直線に沿って分離塔に直結してもよい。分離塔の断面における内寸の最小値は、分離塔に直結されている配管の内径の２倍以上１０倍以下であってもよい。
【００３１】
この構成によれば、分離塔での有極性溶媒の流速が低下し、有極性溶媒中に分散した懸濁物質の分離塔における滞留時間を大きくとれるので、気泡と有極性溶媒中の懸濁物質とが接触し得る時間が長くなる。したがって、気泡と有極性溶媒中の懸濁物質との接触確率が上がり、懸濁物質の吸着効率や、気泡と有極性溶媒との分離効率が向上する。なお、分離塔に直結されている配管の内径に対する分離塔の中心軸と直交する断面の内寸の上限は、分離塔に流入する有極性溶媒の流速や、分離塔の垂直方向の内寸などによって変わるものであるが、実験では約１０倍以上の場合旋回流が発生しにくくなった。よって、分離塔の中心軸と直交する断面の内寸の最大値は、分離塔に直結されている配管の内径の１０倍以下であることが好ましい。
【００３２】
上記懸濁物質分離装置において、分離塔の中心軸は、水平方向に対して、３°以上１０°以下の角度で傾いていてもよい。この場合、分離塔内部で気泡の集合体部が分離塔断面にほぼ平行な壁状に形成されやすくなる。したがって、気泡の集合体部と懸濁物質や、懸濁物質が吸着した気泡との接触確率が向上する。また、有極性溶媒と同じ流線で流れやすい微細気泡でも、上記のような傾斜角度としておけば分離塔内で捕捉することができる。なお、分離塔の中心軸の水平方向に対する傾斜角度は５°であれば、より好ましい。
【００３３】
上記懸濁物質分離装置において、配管は、ポンプの上流側に気体導入部が位置し、ポンプの下流側に分離塔が位置するように、気体導入部とポンプと分離塔とを接続してもよい。
【００３４】
この場合、気体導入部における気体の有極性溶媒中への導入を、ポンプの吸引側の負圧により行なうことができる。このため、１基のポンプで有極性溶媒の移送と気体の導入とを行なうことが可能になる。したがって、経済性に優れた低コストの懸濁物質分離装置を提供することができる。
【００３５】
上記懸濁物質分離装置では、気体導入部における有極性溶媒の流路は小管径部を含んでいてもよい。気体導入部は、小管径部において流路へ連通する気体の通気路を含んでいてもよい。小管径部の径は、小管径部上流側の流路の径よりも小さくてもよい。
【００３６】
この場合は、気体導入部内の小管径部の径を、その上流側の流路の径に対して細くすることにより、小管径部における有極性溶媒の流速が上昇する。よって、ベルヌィの法則により、負圧が発生するので、通気路を通じて気体を小管径部へ導入することができる。このため、１基のポンプで有極性溶媒の移送と気体の導入とが可能となる。したがって、経済性に優れた低コストの懸濁物質分離装置を提供することができる。またこの構成によれば、ポンプの導入側に気体導入部を設ける構成に限られず、ポンプの吐出側に気体吸引部を設けることも可能となる。
【００３７】
上記懸濁物質分離装置は、分離塔の下部、または、有極性溶媒の分離塔からの流出路を形成する配管に設けられた、ドレイン（廃液路）をさらに備えていてもよい。分離塔内の懸濁物質は、分離処理終了後、分離塔内の有極性溶媒とともにドレインへ排出されてもよい。
【００３８】
この場合、分離塔内の懸濁物質は、分離処理終了後、分離塔内の有極性溶媒とともにドレインへ排出される。分離塔内で分離された懸濁物質の一部または大半が、分離塔内に捕捉される状態で使用される懸濁物質分離装置の場合、分離塔において無限に懸濁物質を捕捉できるわけではない。懸濁物質の分離処理量は、分離塔内における懸濁物質の捕捉量の限界値以下である必要がある。また、分離処理終了後に懸濁物質を分離塔から排出する必要がある。その際、分離塔の下部または流出路にドレインを設け、分離処理終了後、有極性溶媒とともに懸濁物質もドレインに排出されるようにすれば、排出用ポンプの設置や分離塔の洗浄など行なわなくても、懸濁物質分離装置の継続的使用が可能となる。
【００３９】
上記懸濁物質分離装置において、気体導入部では、懸濁物質分離装置の起動時には相対的に大きな径の気泡を有極性溶媒に導入し、開始時から所定の時間経過した後には相対的に小さな径の気泡を有極性溶媒に導入してもよい。
【００４０】
上記懸濁物質分離装置において、気体導入部が、有極性溶媒に導入する気泡として相対的に大きな径と気泡と相対的に小さな径の気泡とを有極性溶媒に導入してもよい。
【００４１】
このようにすれば、懸濁物質分離装置の起動時には相対的に大きい径の気泡を生成し分離塔に導入し、分離塔内で渦状の気泡の集合体部を迅速に形成できる。そして、次に微細な気泡を生成し分離塔に導入する。この結果、効率的に分離塔内において懸濁物質を捕捉することができる。また、相対的に大きな径の気泡と相対的に小さな径の気泡とを混在させて生成させる構成によっても、同様に、効率的に分離塔内において懸濁物質を捕捉することができる。
【発明の効果】
【００４２】
この発明によれば、簡単な構成の装置を用いて、有極性溶媒中に分散した非強有極性の懸濁物質を効率的に分離できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００４４】
（実施の形態１）
図１は、本発明による懸濁物質分離装置の実施の形態１の構成を説明する概略図である。図１を参照して、本発明による懸濁物質分離装置の実施の形態１を説明する。なお、図１において、本発明の懸濁物質分離装置１は、２点鎖線で示した部分に該当する。
【００４５】
図１を参照して、懸濁物質分離装置１は、洗浄チャンバ６から排出される排液（件抱く物質を含む有極性溶媒）から懸濁物質を分離し、再度洗浄チャンバ６に有極性溶媒を送出している。つまり、図１に示した装置では、懸濁物質分離装置１に、洗浄チャンバ６などが接続され、洗浄チャンバ６での洗浄により洗浄水（有極性溶媒）中に発生した懸濁物質を分離塔４で分離した後、懸濁物質濃度が下がった清浄な有極性溶媒を再度洗浄チャンバ６に排出する。
【００４６】
洗浄チャンバ６に接続された懸濁物質分離装置１は、外部空間から有極性溶媒中に気体を導入する気体導入部２と、ポンプ３と、分離塔４と、配管５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄとを備える。ポンプ３は有極性溶媒を移送させる。分離塔４は気体導入部２の下流に設けられている。分離塔４は円筒状の形状を有しており、その中心軸が図１に示すように水平方向から所定の角度だけ傾いた状態に設置されている。配管５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは、洗浄チャンバ６に接続されるとともに、気体導入部２、ポンプ３および分離塔４を直列に接続している。配管５の内部では有極性溶媒が流れる。分離塔４の内部では、有極性溶媒の流れ（旋回流）が発生するとともに、気体導入部２において導入される気体に起因する気泡から構成される気泡集合体が、有極性溶媒の流れの途中に形成される。つまり、有極性溶媒は気泡集合体を必ず通過するようになっている。
【００４７】
次に、懸濁物質分離装置１を構成する各機器の構成をより具体的に説明する。図２は、図１に示した懸濁物質分離装置１を構成する分離塔４を示す模式図である。図３は、図２に示した分離塔４の中心軸方向から見た模式図である。図２および図３を参照して、分離塔４について説明する。
【００４８】
図２および図３に示すように、分離塔４は、縦型の円筒形状に成形されている。また、分離塔４は、水平方向に対してその中心軸（或いは外周側壁）が傾斜角度θだけ傾斜している。分離塔４へは、有極性溶媒の流れ２０ｂとともに、気泡および懸濁物質が、分離塔４への有極性溶媒の流入路である流入用の配管５ｃを経由して流入する。分離塔４内では、後述するように気泡表面（気液界面）に懸濁物質が取り込まれたあと、気泡の浮力などにより懸濁物質が有極性溶媒から分離される。その後、流入用の配管５ｃ内の有極性溶媒と比べて有極性溶媒中の懸濁物質の濃度と気泡の量が低下した状態で、有極性溶媒の流れ２０ｄに示すように、分離塔４からの有極性溶媒の流出路である流出用の配管５ｄより有極性溶媒が排出される。
【００４９】
ここで、図３に示すように、流入用の配管５ｃおよび流出用の配管５ｄは、分離塔４の中心軸と直交する断面（図３に示す平面状の底面を有する分離塔４では当該底面と平行な断面）の形状である円の外周において、当該円の接線に沿って分離塔４へ接続されている。これにより、分離塔４内で有極性溶媒の旋回流１１が発生する。つまり、この懸濁物質分離装置１において、流入用の配管５ｃおよび流出用の配管５ｄは、分離塔４内で有極性溶媒に旋回流１１を形成するための旋回流形成機構として機能している。
【００５０】
ここで、上記のように分離塔４において有極性溶媒に旋回流を形成するための旋回流形成機構としては、たとえば分離塔４内にスクリューまたは羽根車を設置し当該スクリューまたは羽根車を回転させる機構も考えられる。しかし、この場合動力源が別途必要となり、また装置の構成が複雑となる。一方、上記発明の構成によれば、有極性溶媒を分離塔４に流出入させるための配管５ｃ、５ｄを、たとえば円筒形状の分離塔４の中心軸と交差する方向の断面における外周部において、分離塔４の中心軸と交差しない直線に沿って設置することにより、旋回流を容易に発生させることができる。したがって、生産性、経済性および信頼性に優れた懸濁物質分離装置１を提供することができる。なお、有極性溶媒の分離塔４からの流出路、および、有極性溶媒の分離塔への流入路を形成する配管５ｃ、５ｄ内の有極性溶媒の流れ方向が、上記流出路および上記流入路が分離塔４に直結された位置の近傍における分離塔４内の旋回流の流れ方向と対向しない流れ方向であれば（換言すると、上記流出路および上記流入路が分離塔４に直結された位置における配管５ｃ、５ｄ内の流れのベクトルと、当該位置における分離塔４内の旋回流の流れのベクトルとのなす角度が±９０°未満（すなわち、上記２つのベクトルの内積が正の値）であれば）、有極性溶媒の流れにおける抵抗が小さくなり圧力損失が低減されるので好ましい。
【００５１】
なお、分離塔４の中心軸と直交する断面がなす円周の配管５ｃ、５ｄが設置される点における接線に対して、配管５ｃ、５ｄの延びる方向がなす角度が小さいほうが効果的であり、上記角度が±２０°以下であれば好ましく、±１０°以下であればより好ましく、０°（つまり、上記接線に対して配管が平行に延びている）であればさらに好ましい。
【００５２】
旋回流１１の発生に関しては、上記接線に沿った方向での配管５ｃ、５ｄの接続が必ずしも必要ではない。分離塔４の中心軸と交差しない直線に沿った方向への、流入用の配管５ｃ、流出用の配管５ｄの接続（たとえば縦型円筒形状の分離塔４の中心軸と直交する断面において、分離塔４の中心軸と交差しない直線に沿って、流入用の配管５ｃおよび流出用の配管５ｄを分離塔に直結する接続構成）でも、旋回流１１が発生する場合がある。しかし、より旋回流１１を発生しやすくするためには、図３に示すように有極性溶媒を分離塔４の断面における接線方向から流出入させることが重要である。
【００５３】
また、分離塔４の中心軸と直交する断面の内周部で流入用の配管５ｃ、流出用の配管５ｄの接続を行なう（つまり、流入用の配管５ｃ、流出用の配管５ｄをその延在方向に延長した直線と、分離塔４の中心軸と直交する断面の円の中心との距離が、当該円の半径の５０％以下である）より、当該断面の外周部で当該接続を行なう（つまり上記距離が当該円の半径の５０％以上の範囲内であって、１００％に近いほど好ましい）方が、旋回流１１が発生しやすい。なお、上記断面の外周部で当該接続を行なう場合、より好ましくは上記距離は当該円の半径の８０％以上である。
【００５４】
旋回流１１が発生した場合、図２、図３に示す分離塔の中では、分離塔４の水平方向に対する傾斜角度θを３°以上１０°以下、特に好ましくは傾斜角度θを５°にすると、分離塔４内の有極性溶媒導入口近傍に、完全な（分離塔４の内部において、分離塔４の中心軸に交差する方向における断面のほぼ全体を覆うような）気泡の集合体部２３が生成しやすい。一方、図４のように分離塔４の中心軸を水平にすると、気泡の集合体部２３は分離塔４の内部の上半分のみに偏って発生する。この場合、有極性溶媒の流れ方向に対して、完全な気泡の集合体部２３の壁ができたような状態とはならない。また、図５のように、傾斜角度θを１０°より大きくする（分離塔４を垂直に近い状態に立てて配置する）と、気泡の集合体部２３は分離塔４の中心軸付近に集まる。この場合も、有極性溶媒の流れ方向に対して完全な気泡の集合体部２３の壁ができたような状態とはならない。よって、分離塔４の傾斜角度θは、水平方向に対して３°以上１０°以下、より好ましくは５°である。なお、図４および図５は、本発明による懸濁物質分離装置の分離塔の構成を説明するための参考例の模式図である。
【００５５】
図２に示すような、気泡の集合体部２３による壁が形成された場合、有極性溶媒は分離塔４内を流れるとき、必ずこの壁（気泡の集合体部２３）を通過しなければならない。このため、気泡の集合体部２３による壁部分で、例えば前述の分離塔４の傾斜角度θが３°未満または１０°超えとなっている場合より、有極性溶媒中の懸濁物質や気泡が捕捉され易くなる。
【００５６】
なお、図１では、洗浄チャンバ６から懸濁物質分離装置１へと排出された有極性溶媒は、再度洗浄用の有極性溶媒として使用される循環システムとなっているが、懸濁物質濃度が下がった清浄な有極性溶媒を系外へ排出する非循環システムであっても構わない。
【００５７】
この懸濁物質分離装置１によって有極性溶媒から分離される対象である非強有極性の懸濁物質とは、たとえば界面活性剤やタンパク質などの両親媒性物質や、食用油や機械油のような疎水性物質など、溶媒の極性よりも弱いものを指す。また、この発明の有極性溶媒とは、水に代表される、溶媒分子が分極しているものを指す。
【００５８】
図６は、図１に示した懸濁物質分離装置を構成する気体導入部２を示す模式図である。図６を参照して、図１に示した懸濁物質分離装置１の気体導入部２を説明する。
【００５９】
図６を参照して、気体導入部２は、気体導入箇所２ａと、気体導入箇所２ａに有極性溶媒を流入させる入口管２ｂと、気体導入箇所２ａから有極性溶媒を流出させる出口管２ｃと、外部空間から導入される気体の通気路２ｄとを含む。通気路２ｄは、気体導入箇所２ａと外部空間とを連通している。このため、気体導入箇所２ａにおいて通気路２ｄを介して有極性溶媒中に気体が導入される構造となっている。気体導入部２における有極性溶媒の流路である入口管２ｂと出口管２ｃとの径は、気体導入部２へ有極性溶媒を流入させるため気体導入部２に直結された気体導入部入口配管としての配管５ａ、および、気体導入部２から有極性溶媒を流出させるため気体導入部２に直結されたポンプ入口配管としての配管５ｂの径以下であるように、気体導入部２と配管５とは形成されている。
【００６０】
図１に示すように、気体導入部２は、ポンプ３の上流に配置されている。気体導入部２では、ポンプ３の導入用の負圧により有極性溶媒がポンプに吸引され、ベルヌィの定理に基づいて発生する負圧により、図６に示す気体導入用の通気路２ｄを経由して、気体が有極性溶媒の流れ２０ａ中に導入される。気体が導入される際に、有極性溶媒の流れ２０ａには乱流が発生し、気体（気泡）への非強有極性の懸濁物質の吸着が進行する。
【００６１】
図７は、懸濁物質分離装置における懸濁物質の分離原理を説明するための模式図である。図７を参照して、懸濁物質分離装置における懸濁物質の分離原理を説明する。
【００６２】
図７に示すように、通常、有極性溶媒中では、非強有極性物質である懸濁物質２２は、その体積や質量が小さいため有極性溶媒と一緒に流動し、外部空間から気体を導入しても、気体が細分化された気泡の周りに非強有極性物質（懸濁物質２２）が引き寄せられるわけではない。つまり、図７（ａ）に示すように、質量および体積の小さい懸濁物質２２の流れ２２ａは、有極性溶媒の流れ２０ａと同じ傾向にある（同じ方向および同じ速度となっている）。気泡２１の流れ２１ａも有極性溶媒２０の流れ２０ａと同じ傾向を示せば、懸濁物質２２はほとんど気泡２１に接触せず、懸濁物質２２が気泡２１に吸着することは少ない。
【００６３】
しかしながら、有極性溶媒２０の流れ２０ａに乱流が発生すると、気泡２１が粉砕することによる流れの変化や、遠心力の発生などにより、図７（ｂ）に示すように、気泡２１の流れ２１ａと懸濁物質２２の流れ２２ａとの間に、速度差や進行方向の違いが発生する（つまり、気泡２１の流れ２１ａが有極性溶媒の流れ２０ａに対し相対速度を有する状態となる）。または、気泡２１の流線と有極性溶媒の流れ２０ａの流線とが異なるため、気泡２１の流れ２１ａの流線と、有極性溶媒の流れ２０ａの流線とは互いに交差する。そのため、気泡２１と有極性溶媒中に分散した懸濁物質２２との接触確率が上がる。
【００６４】
そして、図７（ｃ）に示すように、懸濁物質２２が気泡２１に接触すると、有極性溶媒中の非強有極性の懸濁物質２２は、気泡２１の周囲（気液界面）に吸着する。つまり、有極性溶媒の流れ２０ａに乱流が発生すると、懸濁物質２２は、気泡２１の周囲に吸着する確率が向上する。
【００６５】
ここで、気泡径と気液界面面積について説明する。図８は、気体導入部２における気体の吸入量が１Ｌ／ｍｉｎで一定のときに、気体を細分化し気泡２１とするとき、気泡径が小さくなるとどれだけ気液界面面積が増加するか見積った結果を示すグラフである。なお、図８の横軸は気泡径（ｍｍ）を示し、縦軸は気液界面の面積（ｍ２）を示している。
【００６６】
図８を参照して、懸濁物質を気液界面に吸着させ捕捉するために必要な気液界面面積は、懸濁物質の濃度や性質によってそれぞれ異なるものであるが、有極性溶媒中の懸濁物質のモル濃度により換算できる場合もある。たとえば、洗濯時の皮脂（オレイン酸など脂肪酸由来成分；見かけ分子量６４４．４４、単分子吸着したときの分子１個の占有面積４．３×１９−２１ｍ２）の汚れ量が１５６ｍｇ（夏物下着２ｋｇに付着分）である場合、かつ単層の分子状態で気液界面に懸濁物質が吸着すると仮定した場合、気液界面１平方ｍ当りの皮脂の吸着質量は２．５×１０−３ｇであるので、１５６ｍｇ吸着に必要な表面積は６２．４ｍ２である。仮に、処理時間を１０分とすると、１分あたりの必要気液界面面積は６．２ｍ２となる。これを図８のグラフに適用すると、破線Ａ以上に気体を細分化し、微細気泡化しないといけないことが示唆される。
【００６７】
即ち、懸濁物質２２は気液界面に吸着するわけであるから、単純には気液界面面積が大きいほど懸濁物質２２の吸着効果が大きくなると考えられる。よって、気泡２１を細分化し気液界面面積を大きくするほど、懸濁物質２２の吸着効果は大きくなる。ただし、図８に同時に示すように、分離塔４の構成によっては、気泡径が小さすぎると溶媒粘度の影響を受け、有極性溶媒２０と気泡とが同時に流動するために、破線Ｂより左側では懸濁物質２２の有極性溶媒２０からの分離効率が落ちる。逆に気泡径が大きすぎると、気液界面面積の減少以外に、気泡に作用する浮力が増大するために気泡の浮上速度が増加し（破線Ｃより右側）、分離塔４内で早く上昇しすぎて、懸濁物質２２の気液界面との接触確率が落ちる場合もある。よって、一般に分離に適した気泡径としては、０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下、といったものが使用され、それに応じて流速等の調整が図られる。
また、図８に示す気泡径の上限下限の問題は、単純な浮上分離のケースであるが、懸濁物質の濃度や性質に応じて、必要な界面面積、気泡径の選定が行なわれる。本発明では、気泡の微細化により気液界面面積の増加を図り、径が０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下の気泡のみならず、従来の浮上分離等では使用できなかった、即ち図８の破線Ｂの左側領域である、懸濁物質吸着効率の高い０．３ｍｍ径以下のマイクロバブルと呼ばれる微細気泡や、懸濁物質そのものでも、気泡の集合体部２３（図２参照）で捕捉できる。
【００６８】
ここで、図６を参照して、気体導入部２における有極性溶媒の流路である入口管２ｂと出口管２ｃとの径を、気体導入部２に直結された気体導入部入口配管としての配管５ａおよびポンプ入口配管としての配管５ｂの径以下であるようにする。この場合、入口管２ｂおよび出口管２ｃの内部では、限られた空間内であることにより、懸濁物質２２と気泡２１とが接触しやすくなる。図示しないが、このような流れの乱れは、インペラなどの駆動によりポンプ３中でも発生する。ポンプ３内でも、限られた空間内であることにより、懸濁物質２２と気泡２１とが接触しやすくなる。
【００６９】
また、図１に示したような装置（システム）では、気体導入部２において、外部から気体を有極性溶媒に導入し、気泡微細化、懸濁物質吸着を行なう。そして、更にポンプ３においても気泡微細化、懸濁物質吸着を行った場合に、微細な気泡は有極性溶媒との相対速度が殆どなく分離が困難であるが、本発明によれば、有極性溶媒は分離塔４内を流れるとき、必ず前記壁（気泡の集合体部２３）を通過しなければならない。その際、上述した捕捉されにくい微細な気泡は、気泡の集合体部２３における気液界面に接触後破泡し、気泡の集合体部２３内の大きな気泡と合体する。微細気泡に付着した懸濁物質も今度は大きな気泡に吸着する。また、この段階までに気泡に未吸着の懸濁物質も、この気泡の集合体部２３による壁により、比較的気泡に吸着し易くなる。
【００７０】
特に実験によると、旋回流を使用する場合、分離塔４内では、０．５ｍｍ径以上の大きな気泡は、気泡の集合体部２３として旋回流に渦状で捕捉され、本発明の気泡の集合体部２３による壁が形成される。分離塔４外部から導入された有極性溶媒中の微細気泡２１（図７参照）および懸濁物質２２（図７参照）は、渦状の気泡の集合体部２３により攪拌される。この攪拌により、有極性溶媒中の気泡２１同士が合体したり、気液界面に付着した懸濁物質２２同士が合体したりするために、気泡２１の周りに吸着した懸濁物質２２自体が大きな集合体となる。
【００７１】
このようにして、懸濁物質２２は、有極性溶媒との比重差により分離塔４の中心部において、気泡２１と共に旋回流に捕捉された状態となる。有極性溶媒２０は、分離塔４の中心軸と直交する断面の円の外周方向より流出用の配管５ｄを経て分離塔４から流出される。このため、比較的懸濁物質２２の分離された有極性溶媒２０が分離塔４から排出される。
【００７２】
旋回流１１の作用をより有効に活用するためには、分離塔４の中心軸と直交する断面における内寸の最小値は、分離塔４に直結されている配管５の内径に対して２倍以上大きくするのがよい。そうすると、分離塔４内での旋回流路の流路、すなわち有極性溶媒２０の実質的な流路が長くなる。その結果、有極性溶媒２０中に分散された懸濁物質２２の分離塔４内における滞留時間が長くなるため、図７に示すように気泡２１と懸濁物質２２との接触確率が上がり、懸濁物質２２の有極性溶媒２０からの分離効率が向上する。
【００７３】
なお、分離塔４に直結された配管、特に流入用の配管５ｃの内径が、円筒形状の分離塔４の中心軸と直交する断面の内径より大きいと、分離塔４内で一部有極性溶媒の流れが打ち消しあい、旋回流１１が効率よく発生しない。
【００７４】
ここで、図１に示す懸濁物質分離装置１の構成では、ポンプ３は気体導入部２の下流かつ分離塔４の上流に配置されている。そのため、ポンプ３では、有極性溶媒２０を導入し吐出すると同時に、ポンプ３の導入側の負圧による気泡２１の導入や、ポンプ３内での気泡２１の細分化（微細気泡化）による気液界面面積の増加、ポンプ３内での気泡２１と懸濁物質２２との接触などの作用が生ずる。このように、１基のポンプ３が多機能を発揮しており、動力源を複数設置する必要のない、経済性に優れた低コストの懸濁物質分離装置１を提供することができる。
【００７５】
また、前述のように、分離塔４に旋回流１１が形成されているので、分離塔４内では、大きな気泡２１は、気泡の集合体部２３として旋回流１１に渦状で捕捉され、壁を形成し易い。分離塔４外部から流入する有極性溶媒中の微細気泡２１および懸濁物質２２は、渦状の気泡の集合体部２３において攪拌される。この攪拌により、有極性溶媒中の微細気泡２１と気泡の集合体部２３が合体したり、さらに気液界面に付着した懸濁物質２２同士が合体したりする。また、さらにこの段階までに気泡に吸着されていなかった懸濁物質２２が気泡の集合体部２３と接触し、気泡に吸着・合体し、気泡２１の周りに吸着した懸濁物質２２自体が大きな集合体となる。このようにして、懸濁物質２２は、有極性溶媒との比重差により分離塔４の気泡の集合体部２３において、気泡２１と共に旋回流１１に捕捉された状態となる。
【００７６】
そこで、懸濁物質分離装置の起動時には、遠心力により有極性溶媒から分離し気泡の集合体部２３を形成しやすい相対的に大きな径（たとえば０．５ｍｍ径以上）の気泡を気体導入部２にて生成し、当該大きな径の気泡を分離塔に導入することが好ましい。このようにすれば、分離塔４内で渦状の気泡の集合体部２３を容易に形成でき、気泡の集合体部２３が形成された時点以降、すぐに懸濁物質吸着効率の高い相対的に小さな径（たとえば０．３ｍｍ径以下）の気泡を気体導入部２にて生成し分離塔４に導入することができる。
【００７７】
または、別の方策として、相対的に大きな径の気泡と相対的に小さな径の気泡とを混在させて生成し、分離塔４に導入することも可能である。このような構成によって、相対的に大きな径の気泡をまず気泡の集合体部２３として旋回流に渦状で捕捉形成し、次に微細な気泡を、気泡の集合体部２３で攪拌して、前記微細な気泡と共に懸濁物質２２を捕捉することができるので、効率的に分離塔４内にて懸濁物質２２を捕捉することができる。
【００７８】
なお、前記気泡径の調整は気体導入部２での運転条件を調整することで可能である。たとえば、気体導入部２における有極性溶媒の流速を１０ｍ／ｓｅｃ以上に速くしたり、通気路２ｄに設けられた図示されていない弁などを調整し、気体の導入量を０．５Ｌ／ｍｉｎ以下にするなど少なくした場合は、相対的に小さな気泡が発生しやすい。一方、気体導入部２での有極性溶媒の流速を８ｍ／ｓｅｃ以下に遅くしたり、通気路２ｄに設けられた弁などを調整し、気体の導入量を１Ｌ／ｍｉｎ以上にするなど多くした場合は、相対的に大きな気泡が発生しやすい。
【００７９】
また、別の方法として、以下のような方法を用いることもできる。すなわち、気体導入部２での有極性溶媒の流速を８ｍ／ｓｅｃ以下に遅くしたり、気体の導入量を１Ｌ／ｍｉｎ以上にして相対的に大きな気泡を発生させる。そして、気体導入部２での有極性溶媒の流速を８ｍ／ｓｅｃ以下とする時間や、気体の導入量を１Ｌ／ｍｉｎ以上とする時間をポンプのエアがみ等による障害の原因とならないように間欠的行なうように調整する。また、下流側のポンプ３のインペラの回転数や回転時間などの調整により、上記相対的に大きな気泡の一部を微細気泡化し相対的に小さな径の気泡を生成すれば、有極性溶媒中に相対的に大きな径の気泡と相対的に小さな径の気泡とを混在させて生成することが可能である。また、通気路２ｄに設けられた弁などを間欠的に開閉したりすることでも、相対的に大きな径の気泡と相対的に小さな径の気泡とを混在させて生成することが可能である。なお、気体導入部２の構成としては、図６に示したような構成以外であって、微細な気泡を有極性溶媒に導入可能なものであれば任意の構成を用いることができる。
【００８０】
次に、懸濁物質分離装置１の動作について説明する。図１に示すように、懸濁物質分離装置１の動力源はポンプ３のみであって、ポンプ３の起動停止が懸濁物質分離装置１の起動停止ということになる。ポンプ３を起動させると、ポンプ３は配管５内部の有極性溶媒２０を、ポンプ入口配管としての配管５ｂ側から導入し、流入用の配管５ｃ側へ排出する。その結果、有極性溶媒２０は、洗浄チャンバ６から排出され、気体導入部入口配管としての配管５ａ、気体導入部２、ポンプ入口配管としての配管５ｂ、ポンプ３、流入用の配管５ｃを経由して分離塔４へ流入する。その後有極性溶媒２０は、分離塔４から排出され、流出用の配管５ｄを経由して洗浄チャンバ６へ循環する。
【００８１】
気体導入部２がポンプ３の上流に配置されているので、ポンプ３の導入側の負圧によって、気体は気体導入部２において外部空間から通気路２ｄ（図６参照）を経由して有極性溶媒２０中へ導入される。尚、ここでいう気体とは、装置が大気中で動作しているので、空気と同義である。気体が導入される際に、有極性溶媒２０の流れには乱流や圧力勾配が発生し、前記気体は細分化され気泡２１（図７参照）となる。同時に、図７に示すように有極性溶媒２０中の非強有極性の懸濁物質２２が気泡２１へ接触して、懸濁物質２２の一部若しくは大半の、気泡２１への吸着が発生する。懸濁物質２２の気泡２１への吸着は、出口管２ｃ（図６参照）の内部、および、ポンプ３の内部においても発生する。ポンプ３の内部においてはまた、気泡２１のさらなる微細気泡化も行なわれ、気液界面面積が増大するため懸濁物質２２の気泡２１への吸着効率が向上する。
【００８２】
このように、懸濁物質分離装置１において、気体導入部２、ポンプ３および分離塔４は、分離塔４が気体導入部２の下流に配置されるように直列に接続されていれば、どのように配置されていても構わない。しかし、本実施の形態１で説明したように、ポンプ３を気体導入部２と分離塔４との間に設ける構成によると、ポンプ３の負圧によって気体導入部２において気体を導入することができ、さらに気体導入部２で導入された気体がポンプ３の内部で細分化（微細気泡化）されるので気液界面面積増加の効果も期待できる。よって懸濁物質分離装置１は、図１に示すポンプ３を気体導入部２と分離塔４との間に設ける構成が、より好ましい。
【００８３】
分離塔４へ有極性溶媒２０を流出入させるための流入用の配管５ｃおよび流出用の配管５ｄは、分離塔４の中心軸と直交する断面の円の外周において、当該円の接線に沿って分離塔４へ接続されている。これにより、分離塔４内で旋回流１１が確実に発生するようになっている。
【００８４】
ここで、渦により気体導入部２で発生した気泡２１には、少なくともいくらかの割合で、数ミクロン径から数ミリ径の気泡が含まれている。そのため、分離塔４において旋回流１１が発生すると、まず０．５ｍｍ以上より顕著には数ミリ径の気泡によって分離塔４内の流入用の配管５ｃ近傍に気泡の集合体部２３が形成される。
【００８５】
有極性溶媒は分離塔４内を流れるとき、必ず気泡の集合体部２３による壁を通過しなければならない。その際、捕捉されにくい０．３ｍｍ径以下の微細な気泡は、気泡の集合体部２３における気液界面に接触後破泡し、気泡の集合体部２３内の大きな気泡と合体する。微細気泡に付着した懸濁物質も今度は大きな気泡に吸着する。また、この段階までに気泡に付着していなかった懸濁物質も気泡の集合体部２３による壁に接触し気泡に捕捉される。捕捉された懸濁物質２２は、有極性物質に対して表面積を小さくしようとするため、互いに凝集し、遠心力により分離塔４内の有極性溶媒２０の中心部に集まる。このようにして懸濁物質２２は有極性溶媒２０から分離される。懸濁物質２２の分離された清浄な有極性溶媒２０は、分離塔４から排出され、洗浄チャンバ６へ循環する。
【００８６】
以上説明したように、この実施の形態の懸濁物質分離装置１においては、気体導入部２、ポンプ３、分離塔４の順に直列に接続され、気体導入部２における有極性溶媒２０の流路である入口管２ｂ、出口管２ｃの径が気体導入部２に直結された気体導入部入口配管としての配管５ａ、ポンプ入口配管としての配管５ｂの径以下であり、分離塔４が縦型の円筒形状を有している。そのため、分離塔４において有極性溶媒２０は旋回流１１を形成し、特に分離塔４の中心軸を水平方向に対して、３°以上１０°以下という傾斜角度θで傾斜させたとき、気泡の集合体部２３による壁が形成される。
【００８７】
このような気泡の集合体部２３が形成されるため、気泡２１と有極性溶媒２０中に分散した懸濁物質２２との接触確率が上がる。そのため、有極性溶媒２０中の非強有極性の懸濁物質２２が気泡２１の周囲に吸着し易くなる。したがって、懸濁物質２２は分離塔４において気泡とともに有極性溶媒２０から分離されるので、有極性溶媒２０中に分散した懸濁物質２２を効率的に分離することができる。また、懸濁物質分離装置１の動力源はポンプ３のみであるので、経済性に優れているのみならず、生産性、信頼性およびメンテナンス性にも優れた懸濁物質分離装置１を提供することができる。
【００８８】
なお本発明による懸濁物質分離装置１において、好ましくは有極性溶媒２０は水である。水は代表的な有極性溶媒でありその極性も大きい。そのため、有極性溶媒２０と懸濁物質２２との極性の差（疎水性相互作用）を利用する本発明にとって、大きな効果が得られる有極性溶媒である。また、懸濁物質２２が分離され清浄化された水は、生活用水や工業用水など、利用用途が豊富である。
【００８９】
なお、疎水性相互作用とは、疎水性物質が水から分離して互いに集まる性質をいう。たとえば、液体の水の分子は乱雑に激しく動いているが、ここに疎水性分子が存在すると、その付近の水分子は、疎水性分子と結合を作れないので、隣の水分子と水素結合を作ってしまい、動きがとれなくなる。つまり乱雑さが減少し、熱力学的にはエントロピーが減少し不安定になる。したがって、逆に疎水性分子が水から出て行く、すなわち油は油だけで集まる方が熱力学的に安定になる。このような、疎水性物質が水と分離する作用が、疎水性相互作用である。
【００９０】
ここで、上述した本発明による懸濁物質分離装置１の具体的な構成例を例示すれば、たとえば分離塔４の内径は５０ｍｍ、中心軸方向の長さは１８０ｍｍ、分離塔４の中心軸が水平方向に対して傾斜している傾斜角度θを５°、分離塔４に有極性溶媒を導入する配管５ｃの内径は１０ｍｍ、配管５ｄの内径は１０ｍｍ、分離塔４に対する配管５ｃの接続角度（接線方向に対する径方向での傾斜角度）は０°以上３０°以下、ポンプ３の出側流速は５（Ｌ／ｍｉｎ）以上１０（Ｌ／ｍｉｎ）以下、といった条件であれば、分離塔４の内部に気泡の集合体部による壁部を形成することができる。
【００９１】
（実施の形態２）
図９は、本発明による懸濁物質分離装置の実施の形態２の分離塔を示す模式図である。図９に示した実施の形態２の懸濁物質分離装置と、上述した実施の形態１の懸濁物質分離装置とは、基本的に同様の構成を備えている。しかし、実施の形態２では、分離塔４の構成が実施の形態１の懸濁物質分離装置１とは異なっている。具体的には、図９に示した実施の形態２の懸濁物質分離装置は、分離塔４の下部に設けられた、ドレイン（排液路）３３を備えている。この構成によって、有極性溶媒２０から分離された懸濁物質２２をより効率的に除去することができる。
【００９２】
すなわち、分離塔４内で分離された懸濁物質２２の一部または大半が、分離処理中には分離塔４内に捕捉される状態で使用する懸濁物質分離装置の場合、分離塔４内部において無限に懸濁物質２２を捕捉できるわけではない。懸濁物質２２の分離処理量は、分離塔４内における懸濁物質２２の捕捉量の限界値以下である必要がある。また、分離処理終了後に懸濁物質２２を排出する必要がある。そこで、分離塔４の下部に接続されたドレイン３３を設け、分離処理終了後、分離塔４内の懸濁物質２２を有極性溶媒２０とともにドレイン３３から排出する。このようにすれば、懸濁物質２２の排出用ポンプの設置や分離塔４の洗浄など行なわなくても、懸濁物質分離装置の継続的使用が可能となる。ドレイン（排液路）３３に電磁弁や制御弁を設ければ、懸濁物質２２の分離塔４からの排出を弁の開閉によって容易に制御できる。なお、ドレイン３３は、有極性溶媒の分離塔４からの流出路を形成する流出用の配管５ｄに設けられてもよい。
【００９３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
この発明に従った懸濁物質分離装置は、食器洗浄機の洗浄後の油や、洗濯水中の疎水性汚れを、水などの有極性溶媒から分離する用途などに特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明による懸濁物質分離装置の実施の形態１の構成を説明する概略図である。
【図２】図１に示した懸濁物質分離装置１を構成する分離塔４を示す模式図である。
【図３】図２に示した分離塔４の中心軸方向から見た模式図である。
【図４】本発明による懸濁物質分離装置の分離塔の構成を説明するための参考例の模式図である。
【図５】本発明による懸濁物質分離装置の分離塔の構成を説明するための参考例の模式図である。
【図６】図１に示した懸濁物質分離装置を構成する気体導入部を示す模式図である。
【図７】懸濁物質分離装置における懸濁物質の分離原理を説明するための模式図である。
【図８】気体導入部における気体の吸入量が１Ｌ／ｍｉｎで一定のときに、気体を細分化し気泡とするとき、気泡径が小さくなるとどれだけ気液界面面積が増加するか見積った結果を示すグラフである。
【図９】本発明による懸濁物質分離装置の実施の形態２の分離塔を示す模式図である。
【図１０】従来の気泡分離装置を示す模式図である。
【符号の説明】
【００９６】
１  懸濁物質分離装置、２  気体導入部、２ａ  気体導入箇所、２ｂ  入口管、２ｃ  出口管、２ｄ  通気路、３  ポンプ、４  分離塔、５，５ａ〜５ｄ  配管、６  洗浄チャンバ、１１  旋回流、２０  有極性溶媒、２１  微細気泡、２２  懸濁物質、２３  気泡の集合体部、３３  ドレイン、１０１  容器、１０２  旋回流室、１０４  液体供給口、１０６，１１０  小穴、１０７  液体排出口、１０８  外ケース、１０９  中心細管、１１１  気泡排出口、１１２  環状予備旋回流路、１１３  ガイド、１１４  開口。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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