JP3680934B2 - 接触装置および液体処理システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコロイド粒子等の浮遊物を含む液体を浄化するための接触装置に係り、特に、液体中に含有されている除去対象の浮遊物を効率的に凝集、分離するための前処理装置を有し、当該接触装置のみでも原水の浄化を行い得る接触装置と、他の液体処理装置の一部として接触装置を配置した液体処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から牛や豚等の糞尿を含んだ畜産用排水、あるいは洗浄液や工場廃液等の化学物質を含む工業用排水を浄化処理する方法やシステムが提案されている。
【０００３】
このような従来の液処理システムについて養豚排水処理を例に説明すると、従来の養豚排水等の水処理システムは、スクリーン等に原水を通過させて固形の浮遊物を除去するための濾過処理手段と、好気性微生物により水溶性有機物等を分解処理するための活性汚泥処理手段と、この分解により原水から分離された水溶性有機物を沈殿させて水と沈殿物とに分離する沈殿分解処理手段と、前記沈殿物から水分を脱水除去するための脱水処理手段とから構成されている。
【０００４】
これらの各処理手段についてより具体的に説明すると、前記濾過処理手段では、糞尿等の固形浮遊物を含む原水がスクリーンを通過する際に前記浮遊物がスクリーンに捕えられて除去される。この浮遊物の除去された原水は、一旦、貯留タンクに貯留された後に計量タンクに移送されて活性汚泥処理可能な水量ごとに活性汚泥処理手段としての活性汚泥処理タンクに流入される。この活性汚泥処理タンクでは、好気性微生物が原水中の窒素等の水溶性有機物を生物分解するようになっている。この処理手段で生物分解された原水は沈殿分解処理手段としての沈殿タンクに送られ、この沈殿タンクにおいて、水溶性有機物等を沈殿タンクの底に沈殿させて水と分離し、この水は消毒後に河川等に放流され、前記沈殿物は脱水処理手段に移送される。この脱水処理手段では、脱水機により脱水されて固形物にされて排出される。
【０００５】
ここで、従来の水処理システムにおいては、前記活性汚泥処理タンクの大型化による敷地および建設費の膨大化を回避するために、前記貯留タンクに前記脱水機の洗浄水が流入されるようになっていた。
【０００６】
したがって、前記脱水機の洗浄水により、有機物負荷の高いいわゆる高濃度の原水が希釈化されるため、前記活性汚泥処理手段における好気性微生物の有機物分解負担が軽減されるようになっていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の水処理システムにおいては、脱水機の洗浄水だけでは高濃度の原水を十分希釈しきれず、より多くの水量が必要とされていた。また、原水希釈化の水量が増大すれば浄化処理する水量も増加するため、結局、水処理設備が大規模になってしまい、建設費等のイニシャルコストおよび液処理のための消費電力料や水道料等のランニングコストが高くなるという問題が生じていた。
【０００８】
これらの問題点に鑑み、本発明は、汚れの程度が軽い原水（汚水）であれば、従来の液体処理装置よりも小規模の装置で、イニシャルコスト、ランニングコストを抑え、十分な浄化効果を発揮でき、汚れの程度が極めてひどく、液体処理システムに直接その汚水を処理させたのでは、負担が大きく効率的でない場合等には、液体処理装置の液体処理方法のなかで、第１次としての浄水を予備的に行い、後続の処理の負担を軽減させて原水の処理をすることができる接触装置と、この接触装置を組み込んだ液体処理システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するため請求項１に係る本発明の接触装置の特徴は、コロイド粒子等の浮遊物を含む液体を磁界中においてミキシング処理する磁界ミキシング手段と、前記磁界ミキシング手段を経た前記液体に高圧マイクロエアを混合させるマイクロエア供給手段と、前記液体に汚泥減容効果を有する酸化剤を供給しうる酸化剤供給手段と、前記高圧マイクロエアと混合された液体を一時貯留させて分離・凝集処理を行なう接触槽とを有する点にある。
【００１０】
本発明の接触装置によれば、前記磁界ミキシング手段において、原水中の分子・粒子に前処理を施すことにより、従来に比して簡単な構成とされた接触槽において、マイクロエア供給手段において原水と混合させたマイクロエアを用いたコロイド粒子等の浮遊物の浮上を助けることができる。
【００１１】
そして、請求項２に係る本発明の接触装置の特徴は、請求項１に記載の接触装置において、前記接触槽に貯留される液体に凝集促進効果を有する凝集剤を供給しうる凝集剤供給手段をさらに有する点にある。
【００１２】
本発明の接触装置によれば、凝集剤の凝集促進効果により、液体中に含まれる浮遊物等の異物の凝集を助けて、処理水の浄化を促進させることができる。
【００１３】
また、請求項３に係る本発明の液体処理システムの特徴は、前記請求項１または請求項２に記載の接触装置を該液体処理装置の一部に配置し、不純物濃度の高い原水の浄化を行なう際の第一次処理（前処理）手段として用いる点にある。
【００１４】
本発明の液体処理システムによれば、特に、原水の汚れの程度がひどい場合等には当該液体処理システムにおける他の構成部分の処理負担を軽減させて、液体中の浮遊物等を確実に除去できるとともに、得られる処理水の品質を高め、またその処理水の用途を広げることが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る接触装置の一実施形態の構成を示す全体説明図である。
【００１６】
本実施形態の接触装置は、コロイド粒子を含む液体（原水）を磁界中においてミキシング処理する磁界ミキシング手段６１と、前記磁界ミキシング手段６１を経た前記液体に高圧マイクロエアを混合させるマイクロエア供給手段６２と、前記接触槽に貯留される液体に、汚泥減容効果を有する酸化剤を供給しうる酸化剤供給手段６３と、さらに凝集促進効果を有する凝集剤を供給しうる凝集剤供給手段６４と、当該接触装置における前記高圧マイクロエアと混合された液体を一時貯留させる接触槽６５とを主要な構成としており、図示しない原水タンクに貯留された原水を、取水ポンプ６６を用いて前記原水タンクから接触槽６５まで原水移送パイプ６７を介して流通させる工程のなかで、前記各手段を用いて原水に対して様々な処理が施されるようになされている。
【００１７】
ここで、前記磁界ミキシング手段６１は、ミキサー管７１と一対の電磁石１００とを有し、前記ミキサー管７１は、図２に示すように、セラミックスあるいは樹脂で形成された円筒状の筒状パイプ７２を本体としている。この筒状パイプ７２の内側面には、Ｎ極のネオジウム磁石７３ａとＳ極のネオジウム磁石７３ｂが交互となるように配列された２本のネオジウム磁石７３の列が相反する極性を対向させるようにして前記筒状パイプ７２の内側面と面一に埋設されている。なお、本実施形態においては、図１に示すように、前記ネオジウム磁石７３の列は前記筒状パイプ７２の内側の上下位置に埋設されており、前記ネオジウム磁石７３は約１００００Ｇａｕｓｓの磁力を有するものとする。
【００１８】
また、前記筒状パイプ７２内には、約１１０００Ｇａｕｓｓの磁力のネオジウム磁石７４がその表面に埋設されたセラミックス材料からなるネオジウムフィン７５が周方向に回転自在に配設されている。前記ネオジウムフィン７５は、攪拌用のフィンとして前記筒状パイプ７２内を流通するミキシング対象物に対し作用するものであり、詳しくは、本実施形態において、略螺旋状にねじられた平板により、当該ミキサー管内を流通する前記対象物を時計方向に回転させるように形成された第１フィン７５ａと、反時計方向に回転させるように形成された第２フィン７５ｂとの２種類の形状のフィンを、前記筒状パイプ７２の軸方向に交互に配列させて形成されている。そして、前記第１フィン７５ａおよび第２フィン７５ｂはその表面に、図２に示すように、ミキシング対象物の流通する方向に沿ってＮ極のネオジウム磁石７４ａとＳ極のネオジウム磁石７４ｂとを交互にして埋設されている。
【００１９】
このような構成のミキサー管７１は、筒状パイプ７２の内側面に埋設されたネオジウム磁石７３と、前記ネオジウムフィン７５の磁力により起電力を有するものとなっている。また、ネオジウムフィン７５を回転方向を相反させる第１フィン７５ａと第２フィン７５ｂとを交互に配列させた構成としたことで、処理液の攪拌をより効率的に行えるものとなっている。
【００２０】
そして、前記ミキサー管７１の外側には、このミキサー管７１内に配設された前記一対のネオジウムフィン７５のネオジウム磁石７４ａ，７４ｂに対して磁場を印加するため、一対の電磁石１００が、前記ミキサー管７１を挟むようにして互いに対向するように配設されている。
【００２１】
従って、前記電磁石１００の磁界によって前記ネオジウム磁石７４ａ，７４ｂに対して斥力あるいは引力である磁力を作用させることができるため、この磁力によって前記ネオジウムフィン７５が周方向に回転することができるようになっている。
【００２２】
このように、ネオジウムフィン７５が周方向に回転する場合、前記一対の電磁石１００間の磁束のうち、ネオジウムフィン７５を貫く磁束鎖交数が急激に変化することになり、この磁束鎖交数の変化によって前記ネオジウムフィン７５には誘導起電力が生じる。
【００２３】
そして、この起電力の影響により、前記ネオジウムフィン７５の回転によって細分化された液体分子が負イオンとして帯電され、また、コロイド粒子等の浮遊物分子が正イオンあるいは負イオンとして帯電されるようになっている。
【００２４】
なお、この浮遊物分子の電荷の極性は、前記ネオジウムフィン７５によって生じる起電力の方向に依存するようになっている。
【００２５】
ここで、液体として、特に人工的に生成された工業廃水等に含まれた浮遊物分子には、正イオンを多く含むものと、負イオンを多く含むものとが混在されているが、このイオンの極性が統一されていない場合、後続の凝集分離を効率的に行うことが困難であるが、本実施形態においては、ネオジウムフィン７５を利用して浮遊物分子を正あるいは負の電荷のいずれか一方に一律に帯電することができるようになっている。
【００２６】
従って、本実施形態においては、前記ミキサー管７１および前記電磁石１００による細分帯電処理に後続する凝集分離の効率化を図ることができるようになっている。
【００２７】
さらに、本実施形態において、前記電磁石１００は、浮遊物分子の極性等の前記液体の性状に応じて前記ネオジウムフィン７５に印加する磁場を反転させるようになっている。
【００２８】
前記磁場を反転させる場合、前記ネオジウムフィン７５は当初の回転方向と逆方向に回転を切り替えるため、この回転の切り替えによって、前記ネオジウムフィン７５によって発生する起電力の方向が逆方向に切り替わるようになっている。
【００２９】
この起電力が切り替わる場合、浮遊物分子の電荷の極性を逆転させることができる。
【００３０】
このため、浮遊物のうち正イオンが多いために、浮遊物分子を一律に正イオンに帯電させる方向に起電力を印加していたものを、負イオンが多くなった場合に、前記磁場の反転によってネオジウムフィン７５に生じる起電力を切り替えて浮遊物を一律に負イオンに帯電することができるようになっている。
【００３１】
従って、液体の性状に応じて適正な細分帯電処理を機動的に行うことができるようになっている。
【００３２】
また、本実施形態において、前記電磁石１００は、液体に含まれる浮遊物分子のイオン濃度に応じて前記ネオジウムフィン７５に印加する磁場の強さを変動することができるようになっている。
【００３３】
これにより、浮遊物分子のイオン濃度が少ない場合においても、磁場の強さを強くすることによって有効な起電力を得ることができ、細分帯電処理を適正に行うことができるようになっている。
【００３４】
前記マイクロエア供給手段６２は、加圧ポンプ７６とバッファタンク７７とを有し、前記加圧ポンプ７６には、接触槽６５に貯留される処理水の移送経路を構成する処理水移送パイプ７８が連結されている。そして、この処理水移送パイプ７８を介して供給される前記接触槽６５内の一部の処理水を利用して高圧マイクロエアを生成するようになされている。つまり、前記加圧ポンプ７６から図示しないエアー供給パイプを介して前記前記処理水に直径数十μｍ程度のエアーを吹き込むことで高圧マイクロエアを生成し、この高圧マイクロエアを前記バッファタンク７７において前記原水移送パイプ６７から送り込まれる原水と混合するようになされている。
【００３５】
また、前記接触槽６５は、前記高圧マイクロエアと混合された液体を一時貯留させて分離・凝集処理を行なうタンク７９を有している。前記タンクの底部近傍には、前記原水移送パイプ６７の端部が接続され、バッファタンク７７において高圧マイクロエアと混合された原水をこのタンク７９内に解放するようになされており、このタンク７９内に解放されたときに発生するエアーの泡が、原水中の浮遊物を吸着しながらタンク７９内を急浮上する作用を本実施形態は利用して、浄水を行なう。
【００３６】
また、本実施形態においては、前記高圧マイクロエアと混合された原水は、該接触槽６５に至る前に、前記酸化剤供給手段６３により適量の酸化剤が添加され、凝集剤供給手段６４により適量の凝集剤が添加される。
【００３７】
前記酸化剤を原水に添加することにより原水から抽出した汚物の容量を減少させる減容ができ、また、凝集剤を原水に添加することにより原水から抽出する汚物の凝集を促進させることができる。
【００３８】
また、前記接触槽６５の上部でタンク７９内の水面位置直下には、接触槽６５に解放された原水に浮く、コロイド粒子等の浮遊物のフロックＦを接触槽６５に隣接されたスカムタンク８０内へ流し出すスカム除去口８１を開口させるスカム除去手段６８が形成されている。そして、前記スカムタンク８０においてはスカムＳを濾し取り、スカムＳを除去後の処理水は再び原水タンクあるいは接触槽６５内へ戻すように構成されている。また、接触槽６５の底部に沈殿する汚物等のフロックＦは、公知のエアリフターを用いる等して定期的に除去するものとする。
【００３９】
前記接触槽６５のタンク７９には、浮上あるいは沈殿するフロックＦを除去した処理水を、外部へ排出するための処理水移送パイプが接続されており、この処理水移送パイプを介して、処理水はその一部を前述のマイクロエア供給手段６２に移送されてマイクロエアを含んだ処理水とされ、他の一部は原水タンクに移送されて原水を希釈するために利用され、あるいは、排出されて、例えば、工業用水や農業用水としての再利用に供されるようになされている。
【００４０】
つぎに、前述の接触装置の動作と作用について説明する。
【００４１】
まず、原水タンク内から前記取水ポンプ６６を用いて取水された原水は、前記磁界ミキシング手段６１のミキサー管７１に送られる。
【００４２】
このミキサー管７１内においては、前述の通り、原水はネオジウムフィン７５によって攪拌されることにより、原水中の浮遊物等は細かく砕かれ、大きさの均一化がなされる。
【００４３】
また、本実施形態の磁界ミキシング手段６１においては、原水中にキャビテーション現象が発生する。このキャビテーション現象が発生すると、処理水中にホットスポットができ、超高圧および真空状態の箇所ができる。この状態において原水中のコロイド粒子等には酸化還元作用が働き、原水中の有機物は分解されて、大きさを均等にされる。また、蛋白などの高分子量の物質は分解され、低分子量化される。
【００４４】
また、ミキサー管７１内で高速回転され、流速が上がった原水には、磁界ミキシング手段６１の前記電磁石１００と前記ミキサー管７１内に配設したネオジウム磁石７３との相互作用によって誘導起電力が生じるが、この起電力により、前記液体分子やコロイド粒子をイオン整列させることができる。さらに、本磁界ミキシング手段６１は、凝集に関係するところのツェータ電位にも作用し、このツェータ電位を略０とすることができる。
【００４５】
そして、分子や粒子をイオン整列させた原水は原水移送パイプ６７内を接触槽６５へ移送される途中で、前記マイクロエア供給手段６２により高圧マイクロエアと混合され、酸化剤、凝集剤を添加される。
【００４６】
前記接触槽６５内においては、前記磁界ミキシング手段６１における処理によりイオン整列したコロイド粒子がごく少量の酸化剤と凝集剤とで反応を起こし、減容しつつフロックＦとなる。このフロックＦとなったコロイド粒子等の浮遊物は、タンク７９内に解放された原水のマイクロエアの泡に吸着され、タンク７９内の原水の水面に急速に浮かされる。そして、前記スカム除去口８１から少量の原水とともに接触槽６５外へ排出され、前記スカムタンク８０内で脱水処理がなされる。
【００４７】
なお、その粒径などの関係から、タンク７９内を浮上せずに沈殿して凝集した汚物も、例えば、前述のようにエアリフターを用いたり、タンク７９の底部に形成した排出口を設けるなどして除去し、これも前記スカムタンク８０に供給して脱水処理する構成としてもよい。
【００４８】
このように構成された接触装置においては、前記接触槽６５の水面下に処理済みの液体（処理水）をえることができる。この処理水は、この状態で工業用水や農業用水などに用いることも可能であるし、処理水移送パイプ７８を通して原水タンクへ戻し、原水の希釈用に利用したり、高圧マイクロエアとの混合に用いることもできる。
【００４９】
このように、本実施形態の接触装置は、前記磁界ミキシング手段６１において、原水中の分子・粒子に前処理を施すことにより、単純な構成の接触槽６５においてマイクロアを用いてコロイド粒子等の浮遊物を浮かせて集め、フロックＦとすることが簡単にできるようになり、このフロックＦを除去することで処理水を得ることができるものとなった。また、前記磁界ミキシング手段６１における処理により、浮遊物の除去以外に、溶解している汚染物質の分解や水分子からの分離も可能となり、浄化処理の品質を高めることができるものとなった。特に、汚れの程度が軽い原水（汚水）であれば、従来の液体処理装置よりも小規模の装置で、イニシャルコスト、ランニングコストを抑え、十分な浄化効果を発揮できるものとなっている。
【００５０】
そして、本実施形態の接触装置は、液体処理システムの一部に配置し、例えば、不純物濃度の高い原水の浄化を行なう際の第一次処理（前処理）手段として用いることもできる。
【００５１】
この液体処理システムとしては、いずれの構成の処理システムでも良いが、例えば、前記接触装置においてなされるコロイド粒子等の浮遊物の除去工程に後続させて、この接触装置において得られた処理水に低周域の超音波を発振して前記コロイド粒子を凝集するとともに液体分子から分散させる凝集処理手段と、前記コロイド粒子の重金属等の金属物質を含む凝集物を磁力により吸着沈殿し排出する凝集物排出処理手段とを配設した液体処理システムを考えることができる。
【００５２】
前記凝集処理手段としては、その外周に電磁コイルが巻回されているとともに、処理水の濃度に応じて５０ｋＨｚ以下の周波数範囲で低周域の超音波を発振する低周域超音波発振体が配設された凝集処理パイプを例示できる。
【００５３】
前記低周域超音波発振体によって低周域の超音波が処理水に発振されると、不規則にならんでいる液体分子およびコロイド粒子のうち、負イオンに帯電している液体分子が前記凝集処理パイプの壁面側へ吸引されて壁面に沿って流れ、正イオンに帯電しているコロイド粒子が前記凝集処理パイプの中心部側を流れるようになり、液体分子とコロイド粒子とが分散されて前記コロイド粒子同士が凝集されるようになっている。
【００５４】
また、凝集物排出処理手段としては、排出処理タンクを例示できる。この凝集物排出処理手段は、ネオジウム等の永久磁石２８ｂによって分離凝集処理により凝集物とされたコロイド粒子を下方へ吸着して排出するものである。
【００５５】
前記凝集物排出処理手段には、処理水を貯留するための排出処理タンクが配設されており、その排出処理タンクの底部には、前記前記凝集処理パイプが連結されていて凝集物を含む処理水が流入されるようになっているとともに、ネオジウム等の永久磁石が敷設されている。そして、凝集処理パイプから流入された処理水のうち帯電状態にある凝集物が前記永久磁石の磁力により吸引されて底部に沈殿化するようになっている。
【００５６】
そして、前記排出処理タンクの底部に集められた沈殿物は、前記排出処理タンクの底部に連結されている排出口からタンク外へ排出されるようになっている。
【００５７】
そして、前記排出処理タンク内で凝集物等が除去された処理水は、前記排出処理タンクに連結された排出パイプを通って排出され、工業用水、農業用水として用いられる。
【００５８】
なお、前記液体処理システムに関しては、前述の構成に限ることなく、例えば、さらに、処理水に高周域の電磁超音波を発振して処理水から悪臭を除去するための脱臭処理手段、処理水に高電圧パルスを印加して前記処理水から窒素を分離除去するとともにオゾンを発生させることにより前記処理水の脱色および殺菌処理を行うための高電圧パルス処理手段、磁界の作用により液体分子をより微細化して活性化した活性水を生成するための液体分子細分化処理手段、帯電処理によりイオン化された処理水を酸化還元反応させて安定した状態に戻すための酸化還元処理手段、前記コロイド粒子からなる沈殿物を脱水処理するための脱水処理手段、前記各処理手段と接続され各処理動作を制御するための集中制御手段等を有する液体処理システムであってもよい。
【００５９】
このように、液体処理システムにおいて、前述の接触装置において当該液体処理システムにおける原水の第１次処理を行うことで、特に、後続の各手段の処理負担を軽減させて原水の処理をすることができる。
【００６０】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の接触装置によれば、前記磁界ミキシング手段により、液体中に含有されている液体分子、コロイド粒子等の各種物質の細分化および帯電荷の処理、イオン整列を行なうことで、前記磁界ミキシング手段で処理された原水を高圧マイクロエアと混合させ、そのマイクロエアの気泡を利用して前記細分化された各種物質をフロックとして浮上させ、このフロックを除去することがで原水の浄化を可能とし、液体処理装置の小型化や、イニシャルコストおよびランニングコストの低廉化を実現させることができた。
【００６２】
また、この接触装置を、液体処理システムにおける液体処理の前処理段階に用いることで、特に、原水の汚れの程度がひどい場合等には当該液体処理システムにおける他の構成部分の処理負担を軽減させて、液体中の浮遊物等を確実に除去できるとともに、得られる処理水の品質を高め、またその処理水の用途を広げることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る接触装置の一実施形態の構成を示す全体説明図
【図２】 本発明に係る接触装置の磁界ミキシング手段の構造を示す断面図
【符号の説明】
６１ 磁界ミキシング手段
６２ マイクロエア供給手段
６３ 酸化剤供給手段
６４ 業種剤供給手段
６５ 接触槽
６６ 取水ポンプ
６７ 原水移送パイプ
６８ スカム除去手段
７１ ミキサー管
７２ 筒状パイプ
７３ ネオジューム磁石
７３ａ Ｎ極
７３ｂ Ｓ極
７４ ネオジューム素子
７４ａ Ｎ極
７４ｂ Ｓ極
７５ ネオジュームフィン
７５ａ 第１フィン
７５ｂ 第２フィン
７６ 加圧ポンプ
７７ バッファタンク
７８ 処理水移送パイプ
７９ タンク
８０ スカムタンク
８１ スカム除去口
１００ 電磁石
Ｓ スカム
Ｆ フロック
【発明の属する技術分野】
本発明はコロイド粒子等の浮遊物を含む液体を浄化するための接触装置に係り、特に、液体中に含有されている除去対象の浮遊物を効率的に凝集、分離するための前処理装置を有し、当該接触装置のみでも原水の浄化を行い得る接触装置と、他の液体処理装置の一部として接触装置を配置した液体処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から牛や豚等の糞尿を含んだ畜産用排水、あるいは洗浄液や工場廃液等の化学物質を含む工業用排水を浄化処理する方法やシステムが提案されている。
【０００３】
このような従来の液処理システムについて養豚排水処理を例に説明すると、従来の養豚排水等の水処理システムは、スクリーン等に原水を通過させて固形の浮遊物を除去するための濾過処理手段と、好気性微生物により水溶性有機物等を分解処理するための活性汚泥処理手段と、この分解により原水から分離された水溶性有機物を沈殿させて水と沈殿物とに分離する沈殿分解処理手段と、前記沈殿物から水分を脱水除去するための脱水処理手段とから構成されている。
【０００４】
これらの各処理手段についてより具体的に説明すると、前記濾過処理手段では、糞尿等の固形浮遊物を含む原水がスクリーンを通過する際に前記浮遊物がスクリーンに捕えられて除去される。この浮遊物の除去された原水は、一旦、貯留タンクに貯留された後に計量タンクに移送されて活性汚泥処理可能な水量ごとに活性汚泥処理手段としての活性汚泥処理タンクに流入される。この活性汚泥処理タンクでは、好気性微生物が原水中の窒素等の水溶性有機物を生物分解するようになっている。この処理手段で生物分解された原水は沈殿分解処理手段としての沈殿タンクに送られ、この沈殿タンクにおいて、水溶性有機物等を沈殿タンクの底に沈殿させて水と分離し、この水は消毒後に河川等に放流され、前記沈殿物は脱水処理手段に移送される。この脱水処理手段では、脱水機により脱水されて固形物にされて排出される。
【０００５】
ここで、従来の水処理システムにおいては、前記活性汚泥処理タンクの大型化による敷地および建設費の膨大化を回避するために、前記貯留タンクに前記脱水機の洗浄水が流入されるようになっていた。
【０００６】
したがって、前記脱水機の洗浄水により、有機物負荷の高いいわゆる高濃度の原水が希釈化されるため、前記活性汚泥処理手段における好気性微生物の有機物分解負担が軽減されるようになっていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の水処理システムにおいては、脱水機の洗浄水だけでは高濃度の原水を十分希釈しきれず、より多くの水量が必要とされていた。また、原水希釈化の水量が増大すれば浄化処理する水量も増加するため、結局、水処理設備が大規模になってしまい、建設費等のイニシャルコストおよび液処理のための消費電力料や水道料等のランニングコストが高くなるという問題が生じていた。
【０００８】
これらの問題点に鑑み、本発明は、汚れの程度が軽い原水（汚水）であれば、従来の液体処理装置よりも小規模の装置で、イニシャルコスト、ランニングコストを抑え、十分な浄化効果を発揮でき、汚れの程度が極めてひどく、液体処理システムに直接その汚水を処理させたのでは、負担が大きく効率的でない場合等には、液体処理装置の液体処理方法のなかで、第１次としての浄水を予備的に行い、後続の処理の負担を軽減させて原水の処理をすることができる接触装置と、この接触装置を組み込んだ液体処理システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するため請求項１に係る本発明の接触装置の特徴は、コロイド粒子等の浮遊物を含む液体を磁界中においてミキシング処理する磁界ミキシング手段と、前記磁界ミキシング手段を経た前記液体に高圧マイクロエアを混合させるマイクロエア供給手段と、前記液体に汚泥減容効果を有する酸化剤を供給しうる酸化剤供給手段と、前記高圧マイクロエアと混合された液体を一時貯留させて分離・凝集処理を行なう接触槽とを有する点にある。
【００１０】
本発明の接触装置によれば、前記磁界ミキシング手段において、原水中の分子・粒子に前処理を施すことにより、従来に比して簡単な構成とされた接触槽において、マイクロエア供給手段において原水と混合させたマイクロエアを用いたコロイド粒子等の浮遊物の浮上を助けることができる。
【００１１】
そして、請求項２に係る本発明の接触装置の特徴は、請求項１に記載の接触装置において、前記接触槽に貯留される液体に凝集促進効果を有する凝集剤を供給しうる凝集剤供給手段をさらに有する点にある。
【００１２】
本発明の接触装置によれば、凝集剤の凝集促進効果により、液体中に含まれる浮遊物等の異物の凝集を助けて、処理水の浄化を促進させることができる。
【００１３】
また、請求項３に係る本発明の液体処理システムの特徴は、前記請求項１または請求項２に記載の接触装置を該液体処理装置の一部に配置し、不純物濃度の高い原水の浄化を行なう際の第一次処理（前処理）手段として用いる点にある。
【００１４】
本発明の液体処理システムによれば、特に、原水の汚れの程度がひどい場合等には当該液体処理システムにおける他の構成部分の処理負担を軽減させて、液体中の浮遊物等を確実に除去できるとともに、得られる処理水の品質を高め、またその処理水の用途を広げることが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る接触装置の一実施形態の構成を示す全体説明図である。
【００１６】
本実施形態の接触装置は、コロイド粒子を含む液体（原水）を磁界中においてミキシング処理する磁界ミキシング手段６１と、前記磁界ミキシング手段６１を経た前記液体に高圧マイクロエアを混合させるマイクロエア供給手段６２と、前記接触槽に貯留される液体に、汚泥減容効果を有する酸化剤を供給しうる酸化剤供給手段６３と、さらに凝集促進効果を有する凝集剤を供給しうる凝集剤供給手段６４と、当該接触装置における前記高圧マイクロエアと混合された液体を一時貯留させる接触槽６５とを主要な構成としており、図示しない原水タンクに貯留された原水を、取水ポンプ６６を用いて前記原水タンクから接触槽６５まで原水移送パイプ６７を介して流通させる工程のなかで、前記各手段を用いて原水に対して様々な処理が施されるようになされている。
【００１７】
ここで、前記磁界ミキシング手段６１は、ミキサー管７１と一対の電磁石１００とを有し、前記ミキサー管７１は、図２に示すように、セラミックスあるいは樹脂で形成された円筒状の筒状パイプ７２を本体としている。この筒状パイプ７２の内側面には、Ｎ極のネオジウム磁石７３ａとＳ極のネオジウム磁石７３ｂが交互となるように配列された２本のネオジウム磁石７３の列が相反する極性を対向させるようにして前記筒状パイプ７２の内側面と面一に埋設されている。なお、本実施形態においては、図１に示すように、前記ネオジウム磁石７３の列は前記筒状パイプ７２の内側の上下位置に埋設されており、前記ネオジウム磁石７３は約１００００Ｇａｕｓｓの磁力を有するものとする。
【００１８】
また、前記筒状パイプ７２内には、約１１０００Ｇａｕｓｓの磁力のネオジウム磁石７４がその表面に埋設されたセラミックス材料からなるネオジウムフィン７５が周方向に回転自在に配設されている。前記ネオジウムフィン７５は、攪拌用のフィンとして前記筒状パイプ７２内を流通するミキシング対象物に対し作用するものであり、詳しくは、本実施形態において、略螺旋状にねじられた平板により、当該ミキサー管内を流通する前記対象物を時計方向に回転させるように形成された第１フィン７５ａと、反時計方向に回転させるように形成された第２フィン７５ｂとの２種類の形状のフィンを、前記筒状パイプ７２の軸方向に交互に配列させて形成されている。そして、前記第１フィン７５ａおよび第２フィン７５ｂはその表面に、図２に示すように、ミキシング対象物の流通する方向に沿ってＮ極のネオジウム磁石７４ａとＳ極のネオジウム磁石７４ｂとを交互にして埋設されている。
【００１９】
このような構成のミキサー管７１は、筒状パイプ７２の内側面に埋設されたネオジウム磁石７３と、前記ネオジウムフィン７５の磁力により起電力を有するものとなっている。また、ネオジウムフィン７５を回転方向を相反させる第１フィン７５ａと第２フィン７５ｂとを交互に配列させた構成としたことで、処理液の攪拌をより効率的に行えるものとなっている。
【００２０】
そして、前記ミキサー管７１の外側には、このミキサー管７１内に配設された前記一対のネオジウムフィン７５のネオジウム磁石７４ａ，７４ｂに対して磁場を印加するため、一対の電磁石１００が、前記ミキサー管７１を挟むようにして互いに対向するように配設されている。
【００２１】
従って、前記電磁石１００の磁界によって前記ネオジウム磁石７４ａ，７４ｂに対して斥力あるいは引力である磁力を作用させることができるため、この磁力によって前記ネオジウムフィン７５が周方向に回転することができるようになっている。
【００２２】
このように、ネオジウムフィン７５が周方向に回転する場合、前記一対の電磁石１００間の磁束のうち、ネオジウムフィン７５を貫く磁束鎖交数が急激に変化することになり、この磁束鎖交数の変化によって前記ネオジウムフィン７５には誘導起電力が生じる。
【００２３】
そして、この起電力の影響により、前記ネオジウムフィン７５の回転によって細分化された液体分子が負イオンとして帯電され、また、コロイド粒子等の浮遊物分子が正イオンあるいは負イオンとして帯電されるようになっている。
【００２４】
なお、この浮遊物分子の電荷の極性は、前記ネオジウムフィン７５によって生じる起電力の方向に依存するようになっている。
【００２５】
ここで、液体として、特に人工的に生成された工業廃水等に含まれた浮遊物分子には、正イオンを多く含むものと、負イオンを多く含むものとが混在されているが、このイオンの極性が統一されていない場合、後続の凝集分離を効率的に行うことが困難であるが、本実施形態においては、ネオジウムフィン７５を利用して浮遊物分子を正あるいは負の電荷のいずれか一方に一律に帯電することができるようになっている。
【００２６】
従って、本実施形態においては、前記ミキサー管７１および前記電磁石１００による細分帯電処理に後続する凝集分離の効率化を図ることができるようになっている。
【００２７】
さらに、本実施形態において、前記電磁石１００は、浮遊物分子の極性等の前記液体の性状に応じて前記ネオジウムフィン７５に印加する磁場を反転させるようになっている。
【００２８】
前記磁場を反転させる場合、前記ネオジウムフィン７５は当初の回転方向と逆方向に回転を切り替えるため、この回転の切り替えによって、前記ネオジウムフィン７５によって発生する起電力の方向が逆方向に切り替わるようになっている。
【００２９】
この起電力が切り替わる場合、浮遊物分子の電荷の極性を逆転させることができる。
【００３０】
このため、浮遊物のうち正イオンが多いために、浮遊物分子を一律に正イオンに帯電させる方向に起電力を印加していたものを、負イオンが多くなった場合に、前記磁場の反転によってネオジウムフィン７５に生じる起電力を切り替えて浮遊物を一律に負イオンに帯電することができるようになっている。
【００３１】
従って、液体の性状に応じて適正な細分帯電処理を機動的に行うことができるようになっている。
【００３２】
また、本実施形態において、前記電磁石１００は、液体に含まれる浮遊物分子のイオン濃度に応じて前記ネオジウムフィン７５に印加する磁場の強さを変動することができるようになっている。
【００３３】
これにより、浮遊物分子のイオン濃度が少ない場合においても、磁場の強さを強くすることによって有効な起電力を得ることができ、細分帯電処理を適正に行うことができるようになっている。
【００３４】
前記マイクロエア供給手段６２は、加圧ポンプ７６とバッファタンク７７とを有し、前記加圧ポンプ７６には、接触槽６５に貯留される処理水の移送経路を構成する処理水移送パイプ７８が連結されている。そして、この処理水移送パイプ７８を介して供給される前記接触槽６５内の一部の処理水を利用して高圧マイクロエアを生成するようになされている。つまり、前記加圧ポンプ７６から図示しないエアー供給パイプを介して前記前記処理水に直径数十μｍ程度のエアーを吹き込むことで高圧マイクロエアを生成し、この高圧マイクロエアを前記バッファタンク７７において前記原水移送パイプ６７から送り込まれる原水と混合するようになされている。
【００３５】
また、前記接触槽６５は、前記高圧マイクロエアと混合された液体を一時貯留させて分離・凝集処理を行なうタンク７９を有している。前記タンクの底部近傍には、前記原水移送パイプ６７の端部が接続され、バッファタンク７７において高圧マイクロエアと混合された原水をこのタンク７９内に解放するようになされており、このタンク７９内に解放されたときに発生するエアーの泡が、原水中の浮遊物を吸着しながらタンク７９内を急浮上する作用を本実施形態は利用して、浄水を行なう。
【００３６】
また、本実施形態においては、前記高圧マイクロエアと混合された原水は、該接触槽６５に至る前に、前記酸化剤供給手段６３により適量の酸化剤が添加され、凝集剤供給手段６４により適量の凝集剤が添加される。
【００３７】
前記酸化剤を原水に添加することにより原水から抽出した汚物の容量を減少させる減容ができ、また、凝集剤を原水に添加することにより原水から抽出する汚物の凝集を促進させることができる。
【００３８】
また、前記接触槽６５の上部でタンク７９内の水面位置直下には、接触槽６５に解放された原水に浮く、コロイド粒子等の浮遊物のフロックＦを接触槽６５に隣接されたスカムタンク８０内へ流し出すスカム除去口８１を開口させるスカム除去手段６８が形成されている。そして、前記スカムタンク８０においてはスカムＳを濾し取り、スカムＳを除去後の処理水は再び原水タンクあるいは接触槽６５内へ戻すように構成されている。また、接触槽６５の底部に沈殿する汚物等のフロックＦは、公知のエアリフターを用いる等して定期的に除去するものとする。
【００３９】
前記接触槽６５のタンク７９には、浮上あるいは沈殿するフロックＦを除去した処理水を、外部へ排出するための処理水移送パイプが接続されており、この処理水移送パイプを介して、処理水はその一部を前述のマイクロエア供給手段６２に移送されてマイクロエアを含んだ処理水とされ、他の一部は原水タンクに移送されて原水を希釈するために利用され、あるいは、排出されて、例えば、工業用水や農業用水としての再利用に供されるようになされている。
【００４０】
つぎに、前述の接触装置の動作と作用について説明する。
【００４１】
まず、原水タンク内から前記取水ポンプ６６を用いて取水された原水は、前記磁界ミキシング手段６１のミキサー管７１に送られる。
【００４２】
このミキサー管７１内においては、前述の通り、原水はネオジウムフィン７５によって攪拌されることにより、原水中の浮遊物等は細かく砕かれ、大きさの均一化がなされる。
【００４３】
また、本実施形態の磁界ミキシング手段６１においては、原水中にキャビテーション現象が発生する。このキャビテーション現象が発生すると、処理水中にホットスポットができ、超高圧および真空状態の箇所ができる。この状態において原水中のコロイド粒子等には酸化還元作用が働き、原水中の有機物は分解されて、大きさを均等にされる。また、蛋白などの高分子量の物質は分解され、低分子量化される。
【００４４】
また、ミキサー管７１内で高速回転され、流速が上がった原水には、磁界ミキシング手段６１の前記電磁石１００と前記ミキサー管７１内に配設したネオジウム磁石７３との相互作用によって誘導起電力が生じるが、この起電力により、前記液体分子やコロイド粒子をイオン整列させることができる。さらに、本磁界ミキシング手段６１は、凝集に関係するところのツェータ電位にも作用し、このツェータ電位を略０とすることができる。
【００４５】
そして、分子や粒子をイオン整列させた原水は原水移送パイプ６７内を接触槽６５へ移送される途中で、前記マイクロエア供給手段６２により高圧マイクロエアと混合され、酸化剤、凝集剤を添加される。
【００４６】
前記接触槽６５内においては、前記磁界ミキシング手段６１における処理によりイオン整列したコロイド粒子がごく少量の酸化剤と凝集剤とで反応を起こし、減容しつつフロックＦとなる。このフロックＦとなったコロイド粒子等の浮遊物は、タンク７９内に解放された原水のマイクロエアの泡に吸着され、タンク７９内の原水の水面に急速に浮かされる。そして、前記スカム除去口８１から少量の原水とともに接触槽６５外へ排出され、前記スカムタンク８０内で脱水処理がなされる。
【００４７】
なお、その粒径などの関係から、タンク７９内を浮上せずに沈殿して凝集した汚物も、例えば、前述のようにエアリフターを用いたり、タンク７９の底部に形成した排出口を設けるなどして除去し、これも前記スカムタンク８０に供給して脱水処理する構成としてもよい。
【００４８】
このように構成された接触装置においては、前記接触槽６５の水面下に処理済みの液体（処理水）をえることができる。この処理水は、この状態で工業用水や農業用水などに用いることも可能であるし、処理水移送パイプ７８を通して原水タンクへ戻し、原水の希釈用に利用したり、高圧マイクロエアとの混合に用いることもできる。
【００４９】
このように、本実施形態の接触装置は、前記磁界ミキシング手段６１において、原水中の分子・粒子に前処理を施すことにより、単純な構成の接触槽６５においてマイクロアを用いてコロイド粒子等の浮遊物を浮かせて集め、フロックＦとすることが簡単にできるようになり、このフロックＦを除去することで処理水を得ることができるものとなった。また、前記磁界ミキシング手段６１における処理により、浮遊物の除去以外に、溶解している汚染物質の分解や水分子からの分離も可能となり、浄化処理の品質を高めることができるものとなった。特に、汚れの程度が軽い原水（汚水）であれば、従来の液体処理装置よりも小規模の装置で、イニシャルコスト、ランニングコストを抑え、十分な浄化効果を発揮できるものとなっている。
【００５０】
そして、本実施形態の接触装置は、液体処理システムの一部に配置し、例えば、不純物濃度の高い原水の浄化を行なう際の第一次処理（前処理）手段として用いることもできる。
【００５１】
この液体処理システムとしては、いずれの構成の処理システムでも良いが、例えば、前記接触装置においてなされるコロイド粒子等の浮遊物の除去工程に後続させて、この接触装置において得られた処理水に低周域の超音波を発振して前記コロイド粒子を凝集するとともに液体分子から分散させる凝集処理手段と、前記コロイド粒子の重金属等の金属物質を含む凝集物を磁力により吸着沈殿し排出する凝集物排出処理手段とを配設した液体処理システムを考えることができる。
【００５２】
前記凝集処理手段としては、その外周に電磁コイルが巻回されているとともに、処理水の濃度に応じて５０ｋＨｚ以下の周波数範囲で低周域の超音波を発振する低周域超音波発振体が配設された凝集処理パイプを例示できる。
【００５３】
前記低周域超音波発振体によって低周域の超音波が処理水に発振されると、不規則にならんでいる液体分子およびコロイド粒子のうち、負イオンに帯電している液体分子が前記凝集処理パイプの壁面側へ吸引されて壁面に沿って流れ、正イオンに帯電しているコロイド粒子が前記凝集処理パイプの中心部側を流れるようになり、液体分子とコロイド粒子とが分散されて前記コロイド粒子同士が凝集されるようになっている。
【００５４】
また、凝集物排出処理手段としては、排出処理タンクを例示できる。この凝集物排出処理手段は、ネオジウム等の永久磁石２８ｂによって分離凝集処理により凝集物とされたコロイド粒子を下方へ吸着して排出するものである。
【００５５】
前記凝集物排出処理手段には、処理水を貯留するための排出処理タンクが配設されており、その排出処理タンクの底部には、前記前記凝集処理パイプが連結されていて凝集物を含む処理水が流入されるようになっているとともに、ネオジウム等の永久磁石が敷設されている。そして、凝集処理パイプから流入された処理水のうち帯電状態にある凝集物が前記永久磁石の磁力により吸引されて底部に沈殿化するようになっている。
【００５６】
そして、前記排出処理タンクの底部に集められた沈殿物は、前記排出処理タンクの底部に連結されている排出口からタンク外へ排出されるようになっている。
【００５７】
そして、前記排出処理タンク内で凝集物等が除去された処理水は、前記排出処理タンクに連結された排出パイプを通って排出され、工業用水、農業用水として用いられる。
【００５８】
なお、前記液体処理システムに関しては、前述の構成に限ることなく、例えば、さらに、処理水に高周域の電磁超音波を発振して処理水から悪臭を除去するための脱臭処理手段、処理水に高電圧パルスを印加して前記処理水から窒素を分離除去するとともにオゾンを発生させることにより前記処理水の脱色および殺菌処理を行うための高電圧パルス処理手段、磁界の作用により液体分子をより微細化して活性化した活性水を生成するための液体分子細分化処理手段、帯電処理によりイオン化された処理水を酸化還元反応させて安定した状態に戻すための酸化還元処理手段、前記コロイド粒子からなる沈殿物を脱水処理するための脱水処理手段、前記各処理手段と接続され各処理動作を制御するための集中制御手段等を有する液体処理システムであってもよい。
【００５９】
このように、液体処理システムにおいて、前述の接触装置において当該液体処理システムにおける原水の第１次処理を行うことで、特に、後続の各手段の処理負担を軽減させて原水の処理をすることができる。
【００６０】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の接触装置によれば、前記磁界ミキシング手段により、液体中に含有されている液体分子、コロイド粒子等の各種物質の細分化および帯電荷の処理、イオン整列を行なうことで、前記磁界ミキシング手段で処理された原水を高圧マイクロエアと混合させ、そのマイクロエアの気泡を利用して前記細分化された各種物質をフロックとして浮上させ、このフロックを除去することがで原水の浄化を可能とし、液体処理装置の小型化や、イニシャルコストおよびランニングコストの低廉化を実現させることができた。
【００６２】
また、この接触装置を、液体処理システムにおける液体処理の前処理段階に用いることで、特に、原水の汚れの程度がひどい場合等には当該液体処理システムにおける他の構成部分の処理負担を軽減させて、液体中の浮遊物等を確実に除去できるとともに、得られる処理水の品質を高め、またその処理水の用途を広げることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る接触装置の一実施形態の構成を示す全体説明図
【図２】 本発明に係る接触装置の磁界ミキシング手段の構造を示す断面図
【符号の説明】
６１ 磁界ミキシング手段
６２ マイクロエア供給手段
６３ 酸化剤供給手段
６４ 業種剤供給手段
６５ 接触槽
６６ 取水ポンプ
６７ 原水移送パイプ
６８ スカム除去手段
７１ ミキサー管
７２ 筒状パイプ
７３ ネオジューム磁石
７３ａ Ｎ極
７３ｂ Ｓ極
７４ ネオジューム素子
７４ａ Ｎ極
７４ｂ Ｓ極
７５ ネオジュームフィン
７５ａ 第１フィン
７５ｂ 第２フィン
７６ 加圧ポンプ
７７ バッファタンク
７８ 処理水移送パイプ
７９ タンク
８０ スカムタンク
８１ スカム除去口
１００ 電磁石
Ｓ スカム
Ｆ フロック
Claims (3)
- コロイド粒子等の浮遊物を含む液体を磁界中においてミキシング処理する磁界ミキシング手段と、前記磁界ミキシング手段を経た前記液体に高圧マイクロエアを混合させるマイクロエア供給手段と、前記液体に汚泥減容効果を有する酸化剤を供給しうる酸化剤供給手段と、前記高圧マイクロエアと混合された液体を一時貯留させて分離・凝集処理を行なう接触槽とを有することを特徴とする接触装置。
- 前記接触槽に貯留される液体に凝集促進効果を有する凝集剤を供給しうる凝集剤供給手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の接触装置。
- 前記請求項１または請求項２に記載の接触装置を該液体処理装置の一部に配置し、不純物濃度の高い原水の浄化を行なう際の第一次処理（前処理）手段として用いることを特徴とする液体処理システム。
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