超微細気泡含有液体を用いる超微細気泡洗浄方法、その装置及び加圧浮上装置

本発明は、超微細気泡を用いる超微細気泡洗浄方法、その装置及び加圧浮上装置に関する。

加圧浮上装置は、水中に懸濁している物質に微細気泡を付けて見掛け比重を小さくし、固液分離を行なう装置とされている。この装置において、例えば水に空気を加えて加圧溶解し、再び大気圧下に解放すると、発生する微細な気泡が水中の浮遊物質に付着して、浮遊物と共に液面に浮上する。この浮上物質をスキマー等で回収して残った水が処理済み水となる。

このような加圧浮上装置は、例えば特許文献1に開示されるように数多く提案されているが、微細気泡の大きさにより、液面へ浮上させる浮遊物の大きさに限界がある。特許文献1では、水に空気を加える場合であるが、ナノバブルと称される直径が数100nm以下の気泡を用いると記載されているが、実際には100nmが最小値ではないかと推定される。

微細気泡は、その直径よりも小さい浮遊物に付着してこれを液面へ浮上させることはできないとされている。例えば、放射性廃棄物であるセシウムがイオン状態で水中に存在する場合、これを100nmサイズの微細気泡によっては水から分離することができないという問題点がある。

又、加圧浮上装置に用いる微細な気泡を製造するための微細気泡含有水(いわゆるナノバブル水)の製造装置も種々提案があるが、製造できる微細気泡の大きさは、実験室的には30nm程度まで提案されている。しかし、安定して大量に製造できる範囲は、数百nmまでである。又、30nm以下の大きさの気泡は測定が困難とされている。

更に、例えば油田に水を注入して、原油とともに水を汲み上げ、油水分離した後の水は、微細な油滴が分散していて、再利用できないという問題点があるが、これを微細気泡によって捕捉して浮上分離させようとしても、100nm以上の微細気泡では、微細な油滴との十分な接触機会が得られなかった。

特開2010−162518号公報

この発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、大きさが30nm未満の超微細気泡を含む超微細気泡含有液体を用いる超微細気泡洗浄方法、その装置及び加圧浮上装置を提供することを課題とする。

本発明者は、鋭意研究の結果、大きさが30nm未満、3Å以上の大きさの超微細気泡を含有する超微細気泡含有液体を用いた超微細気泡洗浄方法、その装置及び加圧浮上装置を完成した。

即ち、以下の実施例により上記課題を解決することができる。

(1)水槽、池等の貯液部に貯められた大きさが30nm未満、3Å以上の超微細気泡を含む超微細気泡含有液体中に、土、砂、石、落葉、ガレキ、板材、シート等の被洗浄物を入れた状態で、前記超微細気泡含有液体を攪拌して、前記被洗浄物に付着した微粒子を洗い落とすとともに、超微細気泡の界面に微粒子を吸着させて、浮上分離物として浮上させ、且つ、超微粒子が洗い流された前記被洗浄物を沈殿分離物として沈殿させ、前記浮上分離物を含む上澄液を排出することにより、前記被洗浄物を洗浄する超微細気泡洗浄方法。

超微細気泡含有液体が攪拌されると、被洗浄物、例えば放射性物質が付着した土、砂等の内部やその付着物との間に、超微細気泡が入り込んで、土や砂の中に入り込んだり付着しているセシウム等の超微粒子に付着して、外部に排出し、結果として、被洗浄物に付着した微粒子が洗い落とされる。

超微細気泡が付着した微粒子は、浮上分離物となって液面に浮上し、付着しなかった土や砂は、沈殿分離物として貯液部の底に沈殿される。また、超微細気泡より大きい気泡が付着した微小粒子は、浮上途中で気泡が破裂して沈殿しようとするが、超微細気泡が付着して浮上される。沈殿分離物には、セシウム等がほとんど存在しないので、浮上分離物を含む上澄液を排出すれば、大地に戻すことができる。なお、セシウム等が分離されるまでに複数回洗浄を繰返すこともある。

(2)原油、絶縁油等の有機物の微小液滴が分散している原水中に、大きさが30nm未満、3Å以上の超微細気泡を含有する超微細気泡含有水を混合、攪拌して前記微小液滴に超微細気泡を付着し、その浮力により前記微小液滴を浮上分離させることを特徴とする油汚染水洗浄方法。

有機物は気泡に吸着されるので、この気泡が超微小であれば、原水中に分散している微小液滴との接触機会が非常に大きくなり、ほとんどの微小液滴に超微小気泡を付着させて、その浮力により、原水から浮上分離させることができる。

(3)大きさが30nm未満、3Å以上の大きさの超微細気泡を含有する超微細気泡含有液体を貯溜するとともに、貯溜された液体中に、土、砂、落葉、ガレキ等の被洗浄物を収容可能な水槽、池等の貯液部と、前記貯液部内に設置され、内部に貯溜された液体を攪拌する攪拌装置と、前記攪拌により、前記超微細気泡含有液体中の超微細気泡の界面に吸着された浮上分離物及び吸着されなかった沈殿分離物のうち、沈殿分離物が沈殿した後の浮上分離物を含む上澄液を排出する上澄液排出装置と、前記沈殿した沈殿分離物を取出す沈殿物取出装置と、を有してなる超微細気泡洗浄装置。

(4)油、絶縁油等の有機物の微小液滴が分散している原水を収容可能な水槽、池等の貯液部と、前記貯液部の原水中に、大きさが30nm未満、3Å以上の超微細気泡を含有する超微細気泡含有水を供給する超微細気泡含有水供給装置と、前記貯液部内に設置され、内部に貯溜された原水を攪拌する攪拌装置と、前記攪拌により、前記超微細気泡含有液中の超微細気泡の界面に吸着浮上された微小液滴を排出する浮上物液排出装置とを有してなる超微細気泡洗浄装置。

(5)一端に流入口を備えた加圧浮上槽を含み、原液体に、大きさが30nm未満、3Å以上の超微細気泡を含有する超微細気泡含有液体を混合して、前記加圧浮上槽内に前記流入口から注入し、前記加圧浮上槽内に、原液体中の浮遊物や溶解している成分を超微細気泡の界面に吸着させて浮上させ、原液体から分離して取出すとともに、残りの原液体を処理済液として排出する加圧浮上装置であって、前記加圧浮上槽内で、原液体と超微細気泡含有液体との混合液体を循環させる循環装置と、前記加圧浮上槽内で、前記超微細気泡含有液体に含有される超微細気泡によりを液面に浮上された浮上分離物を取出す分離物取出装置と、を有してなることを特徴とする加圧浮上装置。

なお、液体は水に限定されず、アルコール類、海水、油類であってもよく、気体は空気に限定されず、酸素、水素、窒素、炭酸ガス、希ガス、メタンガス等であってもよい。

本発明によれば、従来は大きさが30nm以上の気泡によっては浮上させることができなかった小さな粒子にも付着して、これを浮上させる気泡を含む超微細気泡含有液体を用いて、上記土砂、がれき等を洗浄することができるという効果を有する。

本発明の実施例1に係る超微細気泡洗浄装置を模式的に示す断面図

同超微細気泡洗浄装置の変形例を模式的に示す断面図

同超微細気泡洗浄装置の変形例を模式的に示す平面図

同変形例による被洗浄物の洗浄過程を示すフローチャート

本発明の実施例2に係る加圧浮上装置を模式的に示す管路図

同加圧浮上装置を示す一部断面とした正面図

同平面図

同側面図

同加圧浮上装置における凝集剤反応装置を模式的に示すブロック図

本発明の実施例1及び2に用いる超微細気泡含有液体の製造装置を示す正面図

同製造装置における気液混合部を拡大して示す一部断面とした正面図

同気液混合部におけるノズルを拡大して模式的に示す断面図

同ノズルに取付けた固定翼からなる旋回流形成装置を示す側面図

同超微細気泡含有液体製造装置の一部を構成する気泡含有液体分離装置を示す一部断面とした正面図

図14のXV−XV線に沿う断面図

超微細気泡存在確認方法の他の例を示すフローチャート

超微細気泡含有液体製造装置の変形例を示す管路図

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

実施例1に係る超微細気泡含有液体を用いる超微細気泡洗浄方法及び装置について説明する。

図1に示される実施例1に係る超微細気泡洗浄装置80は、水槽形状の貯液部82と、この貯液部82の中央位置に配置され、貯液部82内の液体を攪拌するための攪拌装置84と、貯液部82内の液体の上澄液を排出するポンプを含む上澄液排出装置85と、貯液部82の底部に沈殿した沈殿分離物を取出すための沈殿物取出装置86と、を備えて構成されている。

貯液部82には、沈殿物取出装置86と反対側の位置に、例えばパワーショベルからなる被洗浄物投入装置87が配置され、土、砂、落葉、ガレキ、板材、シートなどの被洗浄物を貯液部82内に投入するようにされている。

実施例1において、上澄液排出装置85は、貯液部82内の液中の上澄水を吸い上げるためのポンプ85Aと、このポンプ85Aによって吸い上げられた浮上分離物を含む上澄液から浮上分離物を除去する浮上分離物回収装置85Bと、を備えている。

この浮上分離物回収装置85Bにおける浮上分離物を除去した後の上澄液は、貯液部82内に戻されるように構成されている。また、沈殿物取出装置86より取出された洗浄済みの洗浄物は、ホッパー88に投入されて、ここで水切りをした後に、例えばダンプトラックやパワーショベルによって外部に排出され、あるいは元の場所に戻されるようになっている。

貯液部82に供給される超微細気泡含有液体は、例えば、後述の超微細気泡含有液体製造装置10(図10参照)によって製造され、タンク89Aにより貯留され、ポンプ89Bによって貯液部82に供給されるようになっている。

実施例1に係る超微細気泡洗浄装置80においては、貯液部82内に蓄えられた超微細気泡含有液体中に被洗浄物投入装置87により土や砂などの被洗浄物を投入し、攪拌装置84によって超微細気泡含有液体を被洗浄物表面に繰り返し接触させる。

被洗浄物の表面や亀裂、へこみなどに付着している微小粒子、例えば金属粒子(金属イオンを含む)、溶剤、薬物、油等の有機物微粒子は、これと被洗浄物との間に超微細気泡が入り込むことによって分離され、かつ超微細気泡が付着して浮上される。被洗浄物や微粒子に大きい気泡が付着して浮上することがあるが、浮上の途中で気泡が破裂して浮力を失う。

これらには再度超微細気泡が付着するが、被洗浄物を浮上させる浮力はなく、微粒子のみが浮上される。

浮上された微小粒子は浮上分離物であり、これに対して残りが沈殿分離物となり、貯液部82の底部に堆積する。

浮上分離物回収装置85Bは、例えば、後述の実施例2に係る加圧浮上装置から構成されている。ここでは、超微細気泡が付着した浮上分離物が凝集剤に取り込まれ、あるいは、微小粒子を取り込んだ凝集剤に超微細気泡が付着して浮上分離し、残りが処理済水となり、貯液部82に洗浄液として戻される。

沈殿分離物は、上記のように貯液部82の底部に堆積され、これを例えばパワーショベルからなる沈殿物取出装置86によって取出され、外部のホッパー88に投入される。

沈殿分離物は、ホッパー88において水切りされた後に、はダンプトラック等によって搬出されるが、ホッパー88による水切りの際に、沈殿分離物に付着していた超微細気泡含有液体が失われるので、タンク89Aからポンプ89Bにより、貯留された超微細気泡含有液体が貯液部82に供給される。

実験によれば、放射性セシウムによって汚染された、乾燥状態での放射線量が2200bq/kgのサンプル1の土を超微細気泡含有水を用いて、超微細気泡洗浄装置80によって10分間洗浄したところ、洗浄後の被洗浄物の放射性セシウムは、120bq/kgとなった。

同様の、3000bq/kgのサンプル2の土は、洗浄後に240bq/kg、サンプル3の土は、2500bq/kgが210bq/kgに、また、サンプル4の土は、2200bq/kgが980bq/kgに、更には、枯葉のサンプルの場合は、8700bq/kgが5400bq/kgに、それぞれ低減された。

サンプル1〜4の土は、更に10分間の追加洗浄をしたところ、それぞれ、100bq/kg以下となった。

上記実施例1に係る超微細気泡洗浄装置80は、被洗浄物をバッチ処理するものであるが、本発明はこれに限定されるものでなく、連続処理をするようにしてもよい。

図2、図3に連続処理可能な変形例としての超微細気泡洗浄装置90を示す。この超微細気泡洗浄装置90は、貯液部が、平行に並んだ細長い第1小貯液部92A及び第2小貯液部92Bから成り、被洗浄物は第1小貯液部92Aで1次洗浄されてから第2小貯液部92Bに送られて2次洗浄(すすぎ洗浄)され、また、洗浄のための超微細気泡含有液体は、第2小貯液部92Bにおいて2次洗浄してから第1小貯液部92Aに流されて、1次洗浄に用いられる構成としたものである。

詳細には、超微細気泡洗浄装置90においては、第1小貯液部92Aでは1次洗浄をし、第2小貯液部92Bでは2次洗浄をし、2次洗浄の際の超微細気泡含有液体は、タンク89Aからポンプ89Bを介して第2小貯液部92Bに供給され、ここで、1次洗浄物のすすぎ洗い(2次洗浄)をした超微細気泡洗浄装置90においては、超微細気泡含有液体がオーバーフロー水として第1小貯液部92Aに供給され、ここで、被洗浄物投入装置87によって投入された被洗浄物の1次洗浄をして、上澄液排出装置85により排出されるように構成されている。超微細気泡含有液体と被洗浄物はいわゆる向流洗浄方式になるため効率良く洗浄される。

なお、超微細気泡洗浄装置90において、図1に示される、超微細気泡洗浄装置80の構成要素と同一部分には、図1におけると同一の符号をつけることにより説明を省略するものとする。

図2に示されるように、第1、第2小貯液部92A、92Bは、地面に掘られた池であり、被洗浄物投入装置87としては、ダンプトラックが用いられ、沈殿物取出装置86として、あるいは、第1小貯液部92Aにおいて、1次洗浄済の沈殿物を取出して、隣接する第2小貯液部92Bに投入するための装置として、いずれもパワーショベルが用いられている。パワーショベルは池の中の被洗浄物を移動するだけでなく攪拌にも使われる。

また、図2に示されるように、上記のパワーショベルやダンプトラックの行動範囲は、作業の散乱水と洗浄後の仮置き土壌の水切りでのドリップを貯液部に戻すために透水性砕石路盤95が配設されている。図2の符号97は、第2小貯液部92Bの液面が一定になったとき、洗浄液を第1小貯液部92Aに流出させるオーバーフロー路を示す。図3の符号98は、第1小貯液部92A内に、ポンプ85Aの被洗浄物投入側を囲んで配置された波よけ、及び多量の気泡の流入を防ぐためのバッフル板を示す。

浮上分離物回収装置85Bの前段には、第1小貯液部92Aからの上澄水に含有される微細粒子を捕捉するための凝集剤を添加する凝集反応槽85Cが設けられている。

次に、上記超微細気泡洗浄装置90により、超微細気泡含水を用いて土砂を洗浄する過程について、図4を参照して説明する。

まず、ステップ201において、第2小貯液部92Bに、超微細気泡含有液体(以下、洗浄液)を注入する。

この洗浄液は、第2小貯液部92B内での液面が一定レベルとなると、オーバーフロー路97を通って、第1小貯液部92A内に注入される(ステップ101参照)。

ステップ202では、洗浄液を注入しながら、溢流液(オーバーフロー洗浄液)をオーバーフロー路97を介して第1小貯液部92Aに注入する。

ステップ102において、洗浄液を攪拌しながら被洗浄物投入装置87により、第1小貯液部92Aに被洗浄物を投入する。

次のステップ103においては、第1小貯液部92Aに第2小貯液部92Bからのオーバーフロー洗浄液を注入しながら、第1攪拌装置94Aにより攪拌し、1次洗浄済の洗浄液を上澄液排出装置85により排出する。

なお、ステップ102において、洗浄液は、第1攪拌装置94Aによってのみならず、被洗浄物投入装置87によって、被洗浄物投入時にも攪拌するとよい。

ステップ104においては、被洗浄物を投入しつつ、1次洗浄済の洗浄物を第1小貯液部92Aの投入側と反対側の端部からパワーショベルによって取出して、これを、透水性砕石路盤95上を走行させ、2次洗浄の被洗浄物として、第2小貯液部92Bの一端に投入する(ステップ203参照)。

ステップ203において、すすぎ洗浄済の被洗浄物をパワーショベルにより取出す。

上記のステップ102〜103、104、202、及び203の作業を繰返すが、作業を中止するか、または、被洗浄物の洗浄が終了した時点で、全作業を終了する(ステップ105、204参照)。

なお、図4には、上澄液排出装置85を構成している凝集反応槽85C、浮上分離物回収装置85Bの詳細については、説明を省略している。

本発明による洗浄対象が、固体でない場合、例えば、原油、絶縁油等の有機物の微小液滴が分散している原水から微小液滴を分離する場合は、図1の超微細気泡洗浄装置80において、被洗浄物投入装置89から、原水を貯液部82に注入し、沈殿物取出装置86は用いないようにする。

貯液部82内の原水に、超微細気泡含有水を注入して、攪拌装置84により攪拌して前記微小液滴に超微細気泡付着し、その浮力により前記微小液滴を浮上分離させる。

このようにすると、有機物は気泡に付着するので、この気泡が超微細であれば、原水中に分酸している微小液滴との接触機会が非常に大きくなり、ほとんどの微小液滴に超微細気泡を付着させて、その浮力により、原水から浮上分離させることができる。

上記実施例では放射性セシウムを含む土や砂の洗浄についてのものであるが、本発明はこれに限定されず、洗浄の対象は、土、砂、石の他に、落葉、ガレキ、板状体、シート等であってもよい。

また、洗浄回収する対象は、廃棄物としての微小粒子のみならず、例えば超微粒子状金属が付着した鉱石や破片を洗浄して、従来回収できなかった超微粒子金属を洗い落として回収する場合等にも適用されるものである。

次に、超微細気泡含有液体を用いた実施例2に係る加圧浮上装置100について、図5〜9を参照して詳細に説明する。

図5に示されるように、実施例2に係る加圧浮上装置100は、一端に流入口101Aを備えた加圧浮上槽102を含み、浄化対象となる原液体(例えば、放射性物質、汚染水)に超微細気泡含有液体を混合して、加圧浮上槽102内に流入口101Aから注入し、原液体中の浮遊物や溶解している成分を超微細気泡の界面に吸着させて浮上させ、原液体から分離して取出すとともに、残りの原液体を処理済液として排出するものである。

加圧浮上装置100は、前記加圧浮上槽102内で、原液体と超微細気泡含有液体との混合液体を循環させる循環装置103と、加圧浮上槽102内で、超微細気泡含有液体に液面に浮上された浮上スカムを取出す分離物取出装置104とを有している。

循環装置103は、旋回吐出管103Aと、旋回流ガイド103Bと、隙間103Cから構成されている。旋回吐出管103Aは、加圧浮上槽102内の端部(図において左端部)に突出して設けられ、図14に拡大して示されるように、先端が斜め上向きに湾曲され、その先端開口が流入口101Aとされていて、原液体と超微細気泡含有液体との混合液体を斜め上向きに噴出させる湾曲パイプ形状であって、更に、固定フィンにより加圧浮上槽102内に旋回流として噴出させる構成とされている。

また、旋回流ガイド103Bは、旋回吐出管103Aを囲んでいて、ここから吐出される旋回流を、斜め上向きに案内する、上下が開口している筒状体であって、流入口101Aから噴出された旋回流を斜め前方にガイドするように配置されている。隙間103Cは、旋回吐出管103Aの下端開口と加圧浮上槽102の底部との間に設けられ、加圧浮上槽102内を循環した旋回流が下端開口から旋回吐出管103A内に流入するようにされている。

更に、加圧浮上装置100は、加圧浮上槽102内の液面に浮上した浮上スカムを取出すための分離物取出装置104を有し、浮上スカムを取出した残りの液体を処理済液として、排出口101Bから排出するようにされている。排出口101Bは、超微細気泡含有液体製造装置10における流入管52を介して、加圧ポンプ56に接続されている。

上記加圧浮上装置100からの処理済液には、超微細気泡含有液体製造装置10によって超微細気泡が添加されて、気泡含有液体分離装置60により、大きな気泡を含有する液体と、超微細気泡を含有する液体とに分離され、超微細気泡含有液体は、加圧されて加圧液体管106を経て、凝集剤反応槽装置105から吐出された凝集剤添加済の原水に加えられて、流入口101Aから加圧浮上槽102内に旋回流として流入するようにされている。

又、旋回流ガイド103Bと加圧浮上槽102の底面との間には、隙間103Cが形成されていて、旋回流ガイド103Bの下端開口から加圧浮上槽102内の液体が流入できるようにされている。加圧浮上装置100を一定時間以上運転すると、加圧浮上槽102の底面には沈殿分離物が沈殿されるが、この沈殿分離物も、前記隙間103Cから旋回流ガイド103Bに吸引されて旋回吐出管103Aからの旋回流と共に加圧浮上槽102内を循環するようにされている。

図6〜図8に示されるように、加圧浮上槽102の循環装置103と反対側の端部には、加圧浮上槽102内の液体を集める複数(ここでは4本)の吸入管107と、この吸入管107の吐出側に接続された1本の水平な集合管108と、加圧浮上槽102の側壁の外側で、集合管108に垂直に接続され、集合管108を通って集められた液体を上方に導く上昇管109と、この上昇管109の上端を囲んで、且つ、加圧浮上槽102の外側面に形成されたサブタンク110と、このサブタンク110内に設けられ、上端の吸入口111Aが一定範囲で上下動自在とされ、且つ、下端が排出口101Bとされたレベル調整管111とからなる排出調整装置112が設けられている。

分離物取出装置104は、エンドレスチェーン104Aと、これに一定間隔で取付けられた複数のスキマー104Bとを備えていて、スキマー104Bが加圧浮上槽102内の液面に浮上した浮上スカムを図6において左側から右方向に掃引して、加圧浮上槽102の外側位置にまで集めるように構成されている。

又、分離物取出装置104は、図7に示されるように、スキマー104Bによって集められた浮上スカムを図7において上方に送って排出させるためのフィードスクリュー104Cを備えている。

次に、図5及び図9を参照して、凝集剤反応槽装置105について説明する。

凝集剤反応槽装置105は、放射性物質吸着剤自動溶解装置105A、有機系凝集剤自動溶解装置105B、及び、無機系凝集剤自動溶解装置105Cによって溶解された凝集剤が供給される凝集剤反応槽105Dを有し、凝集剤を溶解し、且つ、原水に混合するようにされている。図5の符号105Eは凝集剤と原水とを良好に混合するための攪拌装置を示す。

なお、図5に示される気泡含有液体分離装置60からの大きな気泡を含有する液体は、凝集剤反応槽105Dの出側に送られて、ここで凝集剤が混合された原水に混合されるようになっている。放射性物質吸着材としては、例えばゼオライトスラリー、プルシアンブルー等があり、有機系凝集剤としては、アニオン系、ノニオン系、カチオン系あるいは両性系の有機高分子凝集剤があり、無機系凝集剤としては、塩化鉄、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム等がある。

この実施例2に係る加圧浮上装置100においては、凝集剤が溶解、添加された原水(例えば、放射能汚染水)に超微細気泡含有液体が注入された後、螺旋流となって、旋回流ガイド103Bにより、図5において左端から右側に上向きの螺旋流が形成される。

他方、旋回流ガイド103Bの下端と加圧浮上槽102の底部との間には、隙間103Cが形成されていて、ここから上記旋回流によって加圧浮上槽102内の液体が巻き込まれて、加圧浮上槽102内に大きな循環流が形成される。

この循環流の中で、凝集剤はたまたま接触したセシウム等の微量粒子を取込むことはできるが、超微細気泡が存在しない場合は、ほとんど取込むことができない。

超微細気泡によって、浮上分離された浮上分離物は、超微細気泡の界面の広さにより一部で必ず凝集剤と接触し電気的に中和した凝集フロックとして取り込まれる結果、ほとんどのセシウムイオンが安定した浮上物を形成する。浮上スカムとして液面に浮上する。

浮上スカムは、分離物取出装置104におけるエンドレスチェーン104Aによって駆動されるスキマー104Bによって、図5において、右端に集められ、更に、フィードスクリュー104Cによって図7における上方に集められて外部に排出される。

排出された浮上スカムは、脱水固形化装置113によって脱水、且つ、固形化されて、容器に収納される。なお、脱水によって生じた液体は、加圧浮上槽102に戻される。

上記実施例2では、加圧浮上装置100には、凝集剤反応槽装置105が加えられているが、本発明は、これに限定されるものではなく、凝集剤反応槽装置105を設けない場合にも適用されるものである。

また、加圧浮上槽は、上記の他に、例えば、わずかな油分を含む汚染水から油分を浮上分離物として分離し、農業用水や飲料水とすることができた。この場合、凝集剤は有機系凝集剤及び無機系凝集剤を用いる。

実施例1、2において超微細気泡洗浄に用いられる超微細気泡含有液体は、超微細気泡含有液体製造装置10により製造される。この超微細気泡含有液体製造装置10は、図10〜図15に示されるように、気液混合部20と、この気液混合部20内に設けられたノズル30(図11参照)と、旋回流形成装置40(図12、13参照)と、加圧液体供給系統50と、及び、気泡含有液体分離装置60(図14、15参照)と、を有して構成されている。

気液混合部20は、図11に示されるように、液体が流通可能な液体流路22と、この液体流路22の一端(図11において右端)に設けられた液体の流入ポート24と、他端(図11において左端)に設けられた気泡含有液体の吐出ポート26と、流入ポート24と吐出ポート26との間の位置で、側方(図11において上方)から液体流路22に気体が流入可能に形成されたエジェクションポート28とを備えて構成されている。

流入ポート24からは、液体流路22内に突出して、先端30Aがエジェクションポート28の位置に開口される液体噴出のための前記ノズル30が設けられている。

このノズル30の内側には、図12、図13に拡大して示されるように、円周方向に4枚の固定翼42からなる前記旋回流形成装置40がノズル30の基端30Bからノズル30内に挿入して固定されている。

ここでは、ノズル30内を流れる時に旋回流形成装置40によって旋回流とされた液体は旋回流のまま先端30Aから噴出される構成であるが、ノズル30の先端30Aの位置は、該先端30Aから先の旋回流により形成される負圧によってエジェクションポート28から吸い出される気体の吐出流が、旋回流に流入されるように決定されている。

ノズル30は、その先端30Aを間隔を空けて囲む円筒形状ガイドにより構成された気体ガイド装置44を備えている。

気体ガイド装置44は、エジェクションポート28から液体流路22内に吸い出される気体の吐出流を、ノズル30の先端30Aから噴出される液体の旋回流に流入すべく導くようにされている。

更に詳細には、ノズル30は先細りのテーパ形状とされ、気体ガイド装置44は、液体の噴出方向に先細りのテーパ内周面44Aを有し、且つ、テーパ内周面44Aの軸方向中間部分が、ノズル30の先端30Aの位置となるようにノズル30にねじ(図示省略)により、取り付けられている。

気液混合部20の、流入ポート24には、図11に示されるように、流入管52がねじ込みにより接続されている。又、吐出ポート26には、吐出管54が流入管52と同様にねじ込みにより接続されている。更に、エジェクションポート28にも、気体導入管28Aがねじ込みにより接続されている。この気体導入管28Aの途中には、気体導入量制御弁28Bが設けられている。

加圧液体供給系統50は、前記流入管52及び吐出管54と、流入管52に微細気泡を含む加圧液体を供給可能の加圧ポンプ56と、加圧ポンプ56の吸入側に接続され、気体が混合されるべき液体を供給する原液供給管57と、加圧ポンプ56の吐出側に接続され、加圧された液体を送り出す圧送管58とを備えている。

圧送管58の途中には、流入管52が接続され、原液供給管57には吐出管54が接続され、気液混合部20で形成された超微細気泡含有液体の一部を、吐出管54、原液供給管57、加圧ポンプ56、圧送管58、流入管52を経て気液混合部20の流入ポート24に還流するように構成されている。図1の符号56Aは加圧ポンプ56を駆動するためのモータを示す。

加圧液体供給系統50の圧送管58は、図14、15に示される前記気泡含有液体分離装置60に接続されて、ここに超微細気泡含有液体を加圧状態で供給するようにされている。

気泡含有液体分離装置60は、断面円形の蓄積型加圧液体タンクからなり、タンク上部側面に設けられ、圧送管58を経て圧送されてくる超微細気泡含有液体が流入する加圧液体流入ポート61と、タンク下部側面に設けられた加圧液体吐出ポート62と、タンク上端に設けられた中心部液体排出ポート63と、加圧液体流入ポート61の内側に設けられ、流入する加圧液体をタンク内円周面に沿う下向きの旋回流とする旋回流形成パイプ64とを備えて構成されている。

旋回流形成パイプ64は、図15に示されるように、加圧液体流入ポート61から、円形のタンク断面において半径方向に流入する加圧された超微細気泡含有液体を、円形断面のタンクの内周面に沿って反時計廻りで、且つ、やや斜め下向きの螺旋流となるように、加圧液体を導くように構成されている。

加圧液体流入ポート61から流入した液体は、タンク下部側面に設けられた加圧液体吐出ポート62と中心部液体排出ポート63とからタンク外に吐出され、それぞれの排出量は、中心部液体排出ポート63近傍に設けられた排出量制御弁65によって制御されるようになっている。

タンクに流入する加圧液体は、旋回流形成パイプ64により旋回流とされるが、中心部液体排出ポート63は、タンク上端面中心部位置に設けられているので、タンク内の旋回流における中心部分の液体が該中心部液体排出ポート63から排出され、又、旋回流の外側部分の液体は、加圧液体吐出ポート62から排出される。

タンク内液体は旋回流によって、超微細気泡を含んで比較的比重の大きい部分が旋回の外側に、又これより大きい気泡を含む液体は比較的比重が小さく、旋回流の中心部分に集まるので、タンク内に流入した液体の、比較的大きな気泡を含む部分が中心部液体排出ポート63から排出され、残りの液体は超微細気泡をより多く含む状態で加圧液体吐出ポート62から排出されることになる。これにより微細気泡が大きな気泡に接触して包含される機会が少なくなり、微細気泡が壊れにくくなる。

次に、上記超微細気泡含有液体製造装置10により、超微細気泡含有液体を製造する過程について説明する。

まず、加圧ポンプ56により、気体が混合されるべき原液を、原液供給管57から吸入して、圧送管58から加圧して送り出す。

圧送管58内の液体は一部が流入管52、流入ポート24を経て気液混合部20に至る。又、残りは、気泡含有液体分離装置60の加圧液体流入ポート61に至る。

気液混合部20の流入ポート24から流入された液体は、ノズル30の基端30Bに設けられた旋回流形成装置40によって旋回流とされたまま、ノズル30の先端30Aから液体流路22内に噴出される。噴出から一定時間経過後の定常状態では、気液混合部20内の圧力が外部の圧力よりも高くされ、例えば2.5〜6.0kg/cm²となるようにする。

噴出された液体は、液体流路22内での流れの方向の速度に加えて、旋回流の速度成分が大きいので、エジェクションポート28にかかる負圧は通常の直線状に液体を流す場合と比較して2〜3倍以上の大きさとなり、気液混合部20内の圧力が外部の圧力より高くても、エジェクションポート28から確実に気体を吐出させることができる。

ノズル30の先端30Aから噴出される液体の螺旋流は液体流路22内の液体やエジェクションポート28からの気体を巻き込んで螺旋流を成型する。

エジェクションポート28から吸い出された気体は、ノズル30のテーパ外周面31に沿って、気体ガイド装置44のテーパ内周面44Aとの間に螺旋流として巻き込まれ、ここで、ノズル30から噴出された液体の螺旋流に強く混合される。

その過程で、気体が混合された螺旋流内ではキャビテーションの発生、破壊が繰り返され、その都度、気体が形成する気泡は小さく分裂され、大きさがほとんど100nm以下、30nm以下、更には10Å〜3Åの超微細気泡となる。

超微細気泡を含む液体は気液混合部20の吐出ポート26、吐出管54を経て、原液供給管57に至り、ここから、加圧ポンプ56によって吸引され、且つ、加圧されて、圧送管58から送り出される。送り出された加圧液体の一部には、前述と同様に、気液混合部20に供給されて、キャビテーションによる気泡の発生、破壊を繰り返し、残っていた大きい気泡も、更に小さい超微細気泡とされる。

超微細気泡含有液体における、含有される気泡のサイズはほとんど100nm以下であるが、気液混合部20を複数回通過させることによって30nm以下の割合が増加する。又、気泡の全部ではないが10Å未満、3Å以上の気泡を確認することができた。例えば、予め空隙の大きさが3Å以上に設計された人工ゼオライトを利用して、次のように測定することができる。

空隙の大きさが各々3Å、4Å、5Å、7Å、10Åの人工ゼオライトにマグネシウム、セシウム陽イオンを吸着させてから、これを繰り返し純水で洗浄し、ろ過液の溶出する陽イオン量が一定となった段階で、超微細気泡を含む水と混合攪拌したとき、マグネシウム、セシウム陽イオンが顕著に溶出したことを確認した。

また、空隙にマグネシウム、セシウム陽イオンが入り込んでいるゼオライトは、そのままでは水中に沈むが、超微細気泡含有水に接触させると、人工ゼオライトは比重が小さくなって浮き上がることが確認できた。これは、上記のマグネシウム、セシウム陽イオンが顕著に溶出したことと合わせると、超微細気泡が人工ゼオライトの空隙内のマグネシウム、セシウム陽イオンを排出して入り込んだためと推定できる。なお、ゼオライトの空隙の大きさよりも大きい気泡は空隙に入ることができない。

上記と同様の方法の繰り返しによって、本発明者は、製造された超微細気泡含有水中に、大きさが10Å未満〜3Å以上の気泡があることを確認できた。

ここで、10Å未満と確認したのは、超微細気泡を水に混合した場合、大きさが10Å未満となると、可視光の波長以下となり、透明な超微細気泡は目視では確認できなくなるが、この微細気泡と人工ゼオライトの細孔径10Å以下で上記の現象が惹起したので、これをもって、10Å未満であるとした。なお、超微細気泡は、その大きさが、従来測定不能であるとされた30nm以下の大きさの場合を言うものとする。

液体を水、気体を空気とした実験によれば、目視により確認できなかった、大きさが10Å未満の気泡を含む超微細気泡を、圧送管58の出口から吐出された超微細気泡含有水600t/日から1250t/日の水量について、15から20リットル/分の速度で溶解させることができた。

上記実施例では、液体の旋回流をエジェクターに作用させて、気体を吸い出すようにした気液混合部20を用いているが、直進する液体の流れを単にポートに作用させる構造の一般的なエジェクターであっても、わずかに超微細気泡が発生するので、上記のような気泡含有液体分離装置を用いて時間をかけて超微細気泡を選別するか、気泡含有液体分離装置を多段に設けて選別すれば、超微細気泡の含有量の多い液体を製造できる。

超微細気泡含有液体は、圧送管58を経て、気泡含有液体分離装置60の加圧液体流入ポート61に供給される。

加圧液体流入ポート61から供給された加圧液体は、タンク形状の気泡含有液体分離装置60内に常時充満され、加圧液体の流入量に見合うだけ、中心部液体排出ポート63と加圧液体吐出ポート62から外部に排出される。

気泡含有液体分離装置60内に充満された加圧液体中に、圧送管58から加圧液体流入ポート61を経て供給された加圧液体は、旋回流形成パイプ64によって、気泡含有液体分離装置60を構成するタンクの内周面に沿う斜め下向きの旋回流となってタンク内に流れ込む。

これによって、タンク内では下向きで反時計回りの大きな旋回流が形成され、その中心部には、比較的大きい気泡を含む比重の小さい液体が集まり、タンク内周面に沿う部分には、比較的小さな超微細気泡を含んで比重が大きい超微細気泡含有液体が集まり、前者は、中心部液体排出ポート63から排出され、後者は加圧液体吐出ポート62から排出される。

微細気泡は大きさが小さくなるほど、上昇速度が遅くなることが物性として判っており、この旋回流を利用した機構により、大きな気泡と小さな微細気泡の分離が進む結果として旋回流中に超微細気泡の割合が増えた液体が加圧液体吐出ポート62から流出する。比較的大きな気泡は旋回中に遠心力により超微細気泡群から分離され上昇し、タンク上部の中心部付近に集まり、効率的に排出される。

分離された比較的大きい気泡は、超微細気泡を加えた全気泡量の約5%であったが、これをぼぼ全量分離除去できた。

従って、加圧液体吐出ポート62から排出される超微細気泡含有液体には、100nm以下あるいは30nm以下、10Å以上の微細気泡の存在量がわずかになり、10Å以下のサイズの超微細気泡の含有割合が大きくなる。

上記作用機序により、超微細気泡が、わずかに存在する大きさが10Å以上の比較的大きな微細気泡に合一して失われることが無くなり、超微細気泡独特の機能を後段で発揮させることができるようになる。

また、次のようにしても、超微細気泡の存在を確認することができた。I 材料・装置1.材料;(1)試験用水・・・煮沸後除冷した純水(溶存空気のない水)(2)人工ゼオライト・・・1nm未満サイズの細孔を有するもの1.5g(3)1000mg/lのCS水溶液を600ml2.装置;(1)攪拌装置(4基)(2)超微細気泡加圧水製造装置(3)観賞魚水槽用エアバブル発生装置(4)溶存酸素(DO)測定装置(溶存酸素計)(5)Csイオン検出用原子吸光度計II 手順1.人工ゼオライト1.5gを、1000mg/l濃度のCs水溶液600mlに投入して攪拌装置(1基)により攪拌し、ゼオライトにCs微粒子を吸着させる。2.Cs微粒子を吸着したゼオライトを試験用水により、よく洗浄する。(Csイオンの原子吸光度分析により、洗浄水からCsイオンが検出されなくなるまで攪拌装置により洗浄する。)3.洗浄後、ゼオライトを濾過して取り出し、水切りする。水切り後に3等分する。4.次の3種類のサンプル水を作製する。(1)超微細気泡加圧水製造装置により、試験用水に超微細気泡を加えて超微細気泡含有水を作製する。そのうちの100mlを1号サンプル水として採取する。(2)観賞魚水槽用エアバブル発生装置により、試験用水にエアバブルを加えたバブル含有水を作製する。そのうちの100mlを2号サンプル水として採取する。(3)試験用水にエアバブルを加えないでそのまま100mlを採取して3号サンプル水とする。(注)(1)(2)は、それぞれ充分な時間、バブルを加える。5.1〜3号サンプル水のDOを溶存酸素計により測定する。6.4.(1)(2)の水中に、目視によりバブルを確認できなくなるまで一定時間静置する。7.再度1〜3号サンプル水のDOを溶存酸素計により測定する。これにより1号サンプル水により多くの酸素が溶存していることが解る。8.1〜3号サンプル水を別個の攪拌装置に注入し、各々に、3.で水切りされたゼオライトを等量投入して、各々のDOを溶存酸素計により測定し、Csイオン濃度を原子吸光度計で測定する。9.一定時間攪拌後に、ゼオライトを濾過した各サンプル水のDOを溶存酸素計により測定し、Csイオン濃度を原子吸光度計で測定する。

1号サンプル水では、より多くの酸素がゼオライトに移行し、また、ゼオライトからCsイオンが流出したことが解る。

図7に上記確認手順のフローチャートを示す。

上記において、気液混合部20には、繰り返し超微細気泡含有液体が循環される構成となっているが、本発明はこれに限定されるものでなく、気液混合部20において最終的に超微細気泡が形成される前段階で、少なくとも超微細気泡よりもやや大きい気泡を含む微細気泡含有液体の状態で気液混合部20に供給される構成であっても良い。

例えば、図17に示される超微細気泡含有液体製造装置11のように、前記気液混合部20に相当する第1の気液混合部70と、この第1の気液混合部70に微細気泡含有液体を供給する前記気液混合部20に相当する第2の気液混合部72とを2段構成として設け、第1の気液混合部70からの超微細気泡含有液体を循環させる必要が無いようにする。

この場合、第1の気液混合部70に微細気泡含有液体を供給する第1の加圧ポンプ74と、第2の気液混合部72に原液体を加圧して供給する第2の加圧ポンプ76とを設る。

汚染土壌汚染水の浄化事業、石油等が分散した海水、水から石油等の微小粒子を分離回収する事業、従来回収が困難だった超微粒子金属を回収する事業に利用可能性がある。

10…超微細気泡含有液体製造装置 20…気液混合部 22…液体流路 24…流入ポート 26…吐出ポート 28…エジェクションポート 28A…気体導入管 28B…気体導入量制御弁 30…ノズル 30A…先端 30B…基端 40…旋回流形成装置 42…固定翼 44…気体ガイド装置 44A…テーパ内周面 50…加圧液体供給系統 52…流入管 54…吐出管 56…加圧ポンプ 57…原液供給管 58…圧送管 60…気泡含有液体分離装置 61…加圧液体流入ポート 62…加圧液体吐出ポート 63…中心部液体排出ポート 64…旋回流形成パイプ 65…排出量制御弁 70…第1の気液混合部 72…第2の気液混合部 74…第1の加圧ポンプ 76…第2の加圧ポンプ 80、90…超微細気泡洗浄装置 82…貯液部 84…攪拌装置 85…上澄液排出装置 85A…ポンプ 85B…浮上分離物回収装置 85C…凝集反応槽 86…沈殿物取出装置 87…被洗浄物投入装置 88…ホッパー 89A…タンク 89B…ポンプ 92A…第1小貯液部 92B…第2小貯液部 94A…第1攪拌装置 94B…第2攪拌装置 95…透水性砕石路盤 100…加圧浮上装置 101A…流入口 101B…排出口 102…加圧浮上槽 103…循環装置 103A…旋回吐出管 103B…旋回流ガイド 103C…隙間 104…分離物取出装置 104A…エンドレスチェーン 104B…スキマー 104C…フィードスクリュー 105…凝集剤反応槽装置 105A…放射性物質吸着剤自動溶解装置 105B…有機系凝集剤自動溶解装置 105C…無機系凝集剤自動溶解装置 105D…凝集剤反応槽 105E…攪拌装置 106…加圧液体管 107…吸入管 108…集合管 109…上昇管 110…サブタンク 111…レベル調整管 111A…吸入口 112…排出調整装置 113…脱水固形化装置