(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基端部側が閉塞された太い配管の内部にその基端部側から細い配管が挿通され、この細い配管は絞りを有し先端部が上記太い配管内で開口した状態で、上記太い配管の先端部を水中の沈殿物の上方に位置させ、この細い配管に、気体を加圧溶解させた過飽和水を供給し、上記太い配管内にこの加圧水を吐出させて、太い配管の中で微細気泡を析出させ、その微細気泡を、上記沈殿物をまき上げないゆっくりとした流速で、上記沈殿物に吹き付け、その沈殿物に微細気泡を付着させて微細気泡の浮力で上記沈殿物を浮上させる沈殿物浮上方法。
【請求項２】
基端部側が閉塞された太い配管と、この太い配管の内部にその基端部側から挿通された細い配管と、この細い配管に設けられた絞りとを有し、上記細い配管に、気体を加圧溶解させ過飽和水を製造する気液溶解混合装置を接続し、上記細い配管から上記太い配管内にこの加圧水を吐出させ、上記太い配管から水中に上記過飽和水を吹き出す際の流速を、水中の沈殿物をまき上げないゆっくりとした流速に上記気液溶解混合装置により設定し、上記加圧水から析出した微細気泡を上記沈殿物に付着させてその微細気泡の浮力で上記沈殿物を浮上させる沈殿物浮上装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、池や湖等の底にたまった汚泥等の堆積物その他の沈殿物を浮上させて除去する沈殿物浮上方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、池や湖、その他水槽等の底にたまった汚泥を除去するためには、池や湖等の水を一旦抜いて、底に沈殿し堆積している汚泥をかきだして除去する方法や、水を抜かずにショベルカーやポンプ等で水ごとすくいとる方法があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の方法のうち、池や湖等から水を抜く際には非常に大掛かりの装置と多くの労力を要するものであり、また水中の生物の移管や除去等の問題もあり、池や湖の規模が大きすぎる場合には、水を抜くこと自体が事実上不可能な場合もあった。また、汚泥を水ごとすくいとる場合、さらに大きな装置を必要とし、時間と工数もよりかかるものである。しかも、除去する汚泥等と水を分離する必要があり、すくい上げた汚泥の処理も難しいものである。
【０００４】
また、水を抜いたり、汚泥を水ごとすいくい上げることにより、かえって汚泥を水中にまき散らし、水質を悪化させ、さらにはその生体系にも悪影響を及ぼすものであった。
【０００５】
この発明は、上記従来の技術の問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構成で水を汚すことなく汚泥等の沈殿物を回収除去することができる沈殿物浮上方法と装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、基端部側が閉塞された太い配管の内部にその基端部側から細い配管が挿通され、この細い配管の先端部等に絞りを有し先端部が上記太い配管内で開口した状態で、上記太い配管の先端部を水中の汚泥等の沈殿物の上方に位置させ、この細い配管に、気体を加圧溶解させた過飽和水を供給し、上記太い配管内にこの気体溶解水を吐出させて、太い配管の中でその気体溶解水を減圧し微細気泡を析出させ、その微細気泡を、上記沈殿物をまき上げないゆっくりとした流速（例えば０．６ｍ／ｓ以下）で、上記沈殿物に吹き付け、その沈殿物にこの微細気泡を付着させて、微細気泡の浮力で上記沈殿物を浮上させ、水上で沈殿物を回収するための沈殿物浮上方法である。
【０００７】
またこの発明は、基端部側が閉塞された太い配管と、この太い配管の内部にその基端部側から挿通された細い配管と、この細い配管に取り付けられた１または複数の絞りとを備えた加圧水噴霧器が設けられ、上記細い配管に、気体を加圧溶解させ過飽和水を製造する気液溶解混合装置を接続し、上記細い配管から上記太い配管内にこの加圧水を吐出させ、上記太い配管から水中に上記過飽和水を吹き出す際の流速を、水中の沈殿物をまき上げないゆっくりとした流速に上記気液溶解混合装置により設定し、上記加圧水から析出した微細気泡を上記沈殿物に付着させてその微細気泡の浮力で上記沈殿物を浮上させる沈殿物浮上装置である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下この発明の沈殿物浮上方法と装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１〜図３はこの発明の第１実施形態を示したもので、この実施形態の沈殿物浮上装置は、硬い円筒状の太い配管１０からなる加圧水噴霧器１１を有する。加圧水噴霧器１１は、太い配管１０の内部にその基端部側から挿通された相対的に細い配管１２とを有し、この細い配管１２の先端部に、複数の絞り１４が形成された絞り部材１６が取り付けられている。細い配管１２も硬い円筒状の部材であり、太い配管１０に挿通されて、太い配管１０の基端部がシール部材１７により密閉閉塞されている。
【０００９】
細い配管１２は、フレキシブルな配管１８を介して、気体を加圧溶解させ過飽和水を製造する気液溶解混合装置２０に接続されている。気液溶解混合装置２０は、図３に示すように、液体を供給する配管２１に接続されたノズル２２が、気密状態に形成された密閉容器２４の上部に接続されている。密閉容器２４の下部には、流出口２６から配管２８を経て絞り３０が接続され、絞り３０の下流側に配管１８が接続されている。なお、絞り３０を固定絞りで示したが、バルブ等の可変の絞りを用いても良く、細い配管１２の絞り１４と兼用してもよい。
【００１０】
この実施形態の気液溶解混合装置２０は、気体を溶解させる液体が、配管２１を通してノズル２２で加速されてジェット２５となって密閉容器２４内に噴射される。密閉容器２４の中には、液体中に溶解させる気体があらかじめ封じ込められており、液体の流入により気体の体積が圧縮され、次第に密閉容器２４内が加圧状態になる。そして、この加圧状態の密閉容器２４内で気液の反応や気液溶解がおこる。ここで、効率よく気液反応や気液溶解を行わせるために加速された液体のジェット２５の流速は、最低５．０ｍ／ｓ程度必要であり、特に１０ｍ／ｓ前後がエネルギー効率を考慮すると望ましく、１５．０ｍ／ｓ以上となると、気液反応は向上せず、液体の圧送に要するエネルギーのみが増大するだけである。また、この流速を得るためのノズル２２の開口部２３の断面積は、連続の式より以下の関係式により設定する。
Ｓ1＝Ｑ／Ｕ                                        （１）
Ｓ1  ：開口部の断面積［ｍ2］
Ｑ  ：液流量［ｍ3／ｓ］
Ｕ  ：液流速［ｍ／ｓ］
【００１１】
密閉容器２４内で気液反応を終えた液体は、流出口２６に接続された配管２８を通って密閉容器２４から流出する。流出口２６は密閉容器２４の下部に設けられているために、容器内に封じ込められている気体は流出せずに液体のみが流出し、配管２８を通った液体は、絞り３０で加速され流速が速くなる。そして、液体が絞り３０を通過する流速に対応して、密閉容器２４内が加圧状態になり、絞り３０を通過した液体は、配管１８を通り装置外部へ流出する。
【００１２】
この実施形態においては、定常運転時に液面３４がノズル２２の開口部２３の位置の近くにあることがより効率的な気液反応や気液溶解が得られる。従って、液面をこの位置に設定するためには、密閉容器２４の各部の体積と容器内圧力の間に以下の関係を満足すれば良い。
Ｐ1／  Ｐ0＝Ｖ0／Ｖ1−１                            （２）
Ｐ0  ：液体注入前の密閉容器の圧力（絶対圧）［Ｐａ］
Ｐ1  ：密閉容器の加圧（ゲージ圧）［Ｐａ］
Ｖ0  ：密閉容器の体積［ｍ3］
Ｖ1  ：密閉容器のノズル開口部より上面部分の体積  ［ｍ3］
【００１３】
この実施形態の気液溶解混合装置によれば、液体の圧送も相対的に少ないエネルギーで可能であり、気液混合の効率が高いものである。また、密閉容器内の気体が少なくなった場合は、一旦送水をやめて、密閉容器内に空気等を充満させてから送水を行えば良い。
【００１４】
ここで、上記加圧水の加圧は絞り１４によって保持され、この時の加圧は０．２５ＭＰａ〜０．３５ＭＰａの間にあることが最も適当であることが実験的に確認されている。この加圧を適当な大きさに設定するためには、送り込む液体が水であるとすると、加圧と絞りの総断面積の間に以下の関係が成り立つ。なお、ここで、絞り１４は、一または複数設けてもよいものである。
Ｐ＝５００・Ｑ2／Ｓ21                                  （３）
Ｑ：加圧水流量  ［ｍ3／ｓ］
Ｓ1：絞りの総断面積  ［ｍ2］
Ｐ：加圧  ［Ｐａ］
【００１５】
この気液溶解混合装置により製造された、加圧水が細い配管１２から太い配管１０内に吐出され、減圧されて溶解気体が太い配管１０の出口付近３２で微細気泡として析出し、微細気泡が太い配管の出口３４より外部に噴霧される。この時の噴霧速度は、池や湖等の底に沈殿した汚泥３６を巻き上げないように、約０．６ｍ／ｓ以下、より好ましくは０．４ｍ／ｓ以下にすることが望ましく、そのためには太い配管１０の断面積を以下の式を満たす値にすることが好ましい。
Ｓ2≧１．６７Ｑ                            （４）
Ｓ2：太い配管の断面積
【００１６】
太い配管の出口３４から噴霧された微細気泡は、汚泥３６に付着して微細気泡の浮力で汚泥を水面３５に浮上させる。
【００１７】
また、この実施形態の絞り１４と太い配管１０の出口３４の間で、微細気泡の析出時間として加圧水が０．５秒程度留まることが望ましく、そのために太い配管１０の出口付近３２の部分の体積が０．５Ｑ程度あれば良い。また絞り１４の孔の大きさが大きくなると、絞り１４から出た加圧水が減速せずに太い配管１０の出口３４から流出するので、絞り１４の大きさをφ＝５ｍｍ以下にすることが望ましい。また、太い配管１０の基端部分が閉塞された構造にすることにより、太い配管１０と細い配管１２との間に空気が溜り、水中での加圧水の噴霧時に、浮力が働き、加圧水噴霧器１１の重量を軽減して取扱を容易にする。
【００１８】
次に、この発明の第２実施形態を図４に示す。この実施形態の沈殿物浮上方法と装置は、気液溶解混合装置を変えたもので、上記第１実施形態の気液溶解混合装置と同様の構成は同一の符号を付して説明を省略する。この実施形態の気液溶解混合装置は、図４に示すように配管２１に吸引器４０が接続され、吸引器４０が密閉容器２４の上部に接続されているものである。
【００１９】
密閉容器２４の下部の流出口２６には、配管４４が接続され、配管４４の分岐点４５の一方が、絞り３０を経て配管１８に接続されている。分岐点４５の他方の側の配管５４は、吸気時に用いる図示しない開閉バルブを経て給水源に接続されている。
【００２０】
吸引器４０は、液体入口５１の下流側がベンチュリ管状に形成され、絞り部５３の下流に、この絞り部５３と同心円に構成されわずかに内径の大きい円筒状の気体吸引部５７が形成され、気体吸引部５７に気体流入口５９が作られ開口している。気体流入口５９の下流側には広がり部６１が形成され、この広がり部６１が密閉容器２４の上部に開口している。
【００２１】
この実施形態の沈殿物浮上方法と装置は、上記実施例と同様に使用されるもので、密閉容器２４内の気体がなくなった場合の吸気方法が、液体の供給とともに吸引器４０の気体流入口５９から行われる点が異なるものである。この実施形態の沈殿物浮上方法と装置によっても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００２２】
次に、この発明の第３実施形態を図５に示す。この実施形態の沈殿物浮上方法と装置は、上記気液溶解混合装置を変えたもので、上記第２実施形態の気液溶解混合装置と同様の構成は同一の符号を付して説明を省略する。この実施形態の気液溶解混合装置は、図５に示すように、加圧混合室６０内の流路６２に水平部と垂直部を形成し、液体が段階的に緩急を繰り返しながら流路６２を流れるようにしたものである。これにより、液体中に気体が高効率で溶解し、加圧水を効率よく連続的に製造することができるものである。
【００２３】
尚、この発明の沈殿物浮上方法と装置の気液溶解混合装置は上記実施形態に限定されるものではなく、適宜選択可能なものである。また、太い配管と細い配管の組み合わせも、適宜可能なものであり、また、水以外の液体にも利用可能であり、浮上させる沈殿物は、汚泥以外に、任意のものに利用可能である。
【００２４】
【発明の効果】
この発明の沈殿物浮上方法と装置は、装置全体の構成が簡単であり、しかも、対象とする池や湖等の水を沈殿物で汚染することがきわめて少なく、確実に沈殿物の回収除去が可能となるものである。従って、その生態系に悪影響を与えることなく、浄化を可能とし、しかも低コストで処理を可能とするものである。また、太い配管の基端部分が閉塞された構造にすることにより、太い配管と細い配管との間に空気が溜り、水中での加圧水の噴霧時に、浮力が働き、加圧水噴霧器の重量を軽減し、取扱を容易にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態の沈殿物浮上装置の概略図である。
【図２】この発明の第１実施形態の沈殿物浮上装置の加圧液噴霧装置の断面図である。
【図３】この発明の第１実施形態の沈殿物浮上装置に用いる気液溶解混合装置の断面図である。
【図４】この発明の第２実施形態の沈殿物浮上装置に用いる気液溶解混合装置の断面図である。
【図５】この発明の第３実施形態の沈殿物浮上装置に用いる気液溶解混合装置の断面図である。
【符号の説明】
１０    太い配管
１１    加圧水噴霧器
１２    細い配管
１４    絞り
１８    配管
２０    気液溶解混合装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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