CN104640611B - 流体处理装置及流体处理方法 - Google Patents

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Abstract

流体处理装置具备：加压输送液体的送水装置(10)；加压输送气体的送气装置(20)；使液体与气体混合的混合器(30)；对混合有由分支管(32)分支出的气体的混合流体进行加压喷射的圆筒状的处理槽(33)；对来自处理槽(33)内的气相的气体进行排气的排气阀(34)。在处理槽(33)中，维持气/液相，将来自分支管(32)的液体从上部经由气相进行加压喷射，由此与滞留于槽内的液水进行搅拌混合，并且处理槽(33)的气相的气体溶解于液相的液体，由此能够除去液体中含有的甲烷等气体。或者，在气体为有害气体的情况下，能够通过向液相的溶解来减少有害气体。

Description

流体处理装置及流体处理方法
技术领域
本发明涉及用于将液体中含有的气体除去、或者用于减少或除去被处理气体的流体处理装置，例如，适合于将温泉水等的以水为主体的液体中溶解的甲烷气体之类的气体除去的流体处理装置及流体处理方法。
背景技术
在使用于饮料水或温泉水等用途的地下水中溶解有作为可燃气体的天然气(主要成分为甲烷)的情况较多，会发生从该地下水脱出的天然气蓄积从而***的事故。因此，在将地下水使用于饮料水或温泉水等用途的情况下，以将溶解可燃性气体除去至规定值以下的方式受到限制。
以往，作为对被处理气体含有的溶解气体进行脱气的方法，已知有对放入有液体的容器进行减压的方法(例如，参照专利文献1)、或在常压下在被处理气体中使不是除去对象的气体鼓泡而使溶解气体脱离的方法(例如，参照专利文献2)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-265850号公报
专利文献2：日本特开平6-23349号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，温泉水等地下水由泵汲取，由此通常以加压的状态使用送水管来供给。
在现有技术中，每当从加压的状态的被处理水中将溶解的甲烷气体除去时，需要对被处理水进行减压化或者常压化后进行脱气处理，因此为了经由配管进行供给，需要再次对被处理水进行加压，需要升压设备，而且，存在导致运转成本上升的问题。
另外，在地下水等含有矿物成分的被处理水的情况下，在以常压-开放式进行脱气处理的情况下，会产生藻类或绿藻等，在卫生方面不优选。而且，常压-开放式的脱气装置由于装置容易大型化而难以适用于小规模用途。
这样，实际情况是以往的液体处理设备还存在较多课题。
在上述状况下，本发明的目的在于提供一种流体处理装置及流体处理方法，其能够节省设置空间且极力避免生产率下降或运转成本上升，高效地对应于通过的水量而从被处理水除去溶解气体。
另外，本发明的目的在于提供一种流体处理装置及流体处理方法，其适合于将以水为主体的液体中含有的溶解气体(被处理气体)成分除去、或者使气体溶解于液体中等用途。此外，本发明的目的在于提供一种用于减少或除去各种气体的新的流体处理装置或流体处理方法。
用于解决课题的方案
根据本发明的第一方案，提供一种流体处理装置，使气体及液体流动并同时对所述液体或所述气体进行处理，其特征在于，具备：
密闭的处理槽，在该处理槽中气相与液相共存；
喷射管，前端与所述处理槽上部连结，将在所述液体中混合所述气体而成的混合流体从所述前端经由所述处理槽内的所述气相向所述液相连续地喷射；
排出口，设于所述处理槽，将所述液相的液体从所述处理槽连续地排出；
排气口，设于所述处理槽，将所述气相的气体从所述处理槽排气；及
流量调整单元，调整构成所述混合流体的气体及液体、从所述排出口排出的液体以及从所述排气口排出的气体中的至少一个的流量，从而将所述处理槽内的气相的高度维持成大致恒定，
所述处理槽是卧式的圆筒状的容器，所述喷射管具有沿着处理槽的中心轴以规定间隔进行排列的多个喷射部，所述喷射管以来自该喷射部的混合流体的喷射方向与处理槽的中心轴正交且朝向处理槽的中心轴的方式配置，
所述喷射管以喷射的所述混合流体中的气泡到达所述处理槽的底部的方式从所述喷射管喷射混合流体。
根据本发明的第二方案，提供一种流体处理方法，使气体及液体流动并同时对所述气体或液体进行处理，其特征在于，包括如下步骤：
向所述液体混入气体而形成混合流体；
从与关闭的处理槽的上部连结的喷射管将所述混合流体经由所述处理槽中的所述气相向液相连续地喷射，其中，在所述处理槽中所述气相与所述液相共存；
将所述处理槽的液相的液体连续地排出；
调整所述处理槽的气相的气体的排气量；及
调整构成所述混合流体的气体及液体、从所述处理槽排出的液相的液体以及从所述处理槽排出的气相的气体中的至少一个的流量，由此将所述处理槽内的气相的高度维持成大致恒定，
所述处理槽是卧式的圆筒状的容器，所述喷射管具有沿着处理槽的中心轴以规定间隔进行排列的多个喷射部，
所述喷射管以来自所述喷射部的所述混合流体与处理槽的中心轴正交且朝向处理槽的中心轴并且所述混合流体中的气泡到达所述处理槽的底部的方式，从所述喷射管喷射混合流体。
根据本发明的第一及第二方案，由于从喷射管将混合流体经由处理槽的气相向液相连续地喷射，因此混合流体与液相激烈地碰撞，且进入至液相的深部，由此能够容易地使混合流体包含的气体溶解于液体中。而且，能够使关闭的处理槽的气相的气体溶解于液相中的液体。另一方面，能够将从一开始就包含于液体的气体(有害气体那样的应除去的气体)置换成混合流体包含的气体。因而，在液体包含有有害气体那样的应除去的气体的情况下，能够将该液体作为被处理液体进行处理而对液体进行净化。或者在构成混合流体的气体是有害气体那样的应除去的气体的情况下，将该气体取入到液体中，因此能够除去或减少这样的有害气体。
在本发明的流体处理装置中，优选的是，所述流体处理装置还具备用于形成向所述喷射管的混合流体的混合器，该混合器具有使液体流通的流路、及收容在该流路内而向液体内喷出气体的喷嘴。
在本发明的流体处理装置及流体处理方法中，在所述处理槽中，能观察到所述喷射的混合流体沿着容器的内周壁进行环流的情况。而且，所述喷射管以所述喷射管的前端从所述处理槽上部向槽内突出的方式与所述处理槽的上部连结。而且，所述喷射管由相互隔开规定距离而并联的多个支管构成，各支管能以与所述处理槽上表面正交的方式连结于处理槽的上部。
在本发明的流体处理装置及流体处理方法中，优选的是，所述气相的压力调节成0.12MPa～0.18MPa。而且，优选在所述排气口设置通过调整排气口的开放度来调整气相的压力的排气阀。优选将所述处理槽内的气相的高度维持成处理槽的内部的高度(气相+液相)的5～50％。
在本发明的流体处理装置及流体处理方法中，在所述液体是温泉水，所述气体是空气的情况下，使所述混合流体通过处理槽，由此能除去温泉水中包含的甲烷。在本发明中，也提供一种***，其中，所述处理装置串联连接多个，从上游侧的流体处理装置排出的液体能与气体混合而被导入下游侧的流体处理装置。
在本发明的流体处理方法中，在所述液体为污水的情况下，通过在所述处理槽进行处理，能除去污水中包含的甲烷，在所述液体为农业用水或渔业用水的情况下，将上述气体设为空气，能够在上述处理槽进行处理后的液体中使氧富化。
发明效果
根据本发明，能够通过简单的结构将溶解于液体中的甲烷等脱气气体高效地除去，因此能够节省设置空间并极力避免生产率下降或运转成本上升，能够高效地从被处理水除去溶解气体。而且，本发明由于生产率优异，因此能够将处理槽等紧凑地构成。此外，在本发明中，不需要曝气槽，不会出现被处理水那样的液体暴露在大气中的情况，因此能够在维持从送水装置进行加压输送时的温度的状态下进行脱气处理。
另外，根据本发明，容易使包含于混合流体的气体溶解于例如以水为主体的液体中，并能够将水中包含的气体置换成混合流体中包含的气体，因此能够通过简单的装置结构实现以水为主体的液体中包含的特定的成分的除去及/或向以水为主体的液体的其他气体成分的溶解量的增加。通过该原理，根据本发明的处理装置或处理方法，能够除去或减少从一开始就包含于构成混合流体的液体中的气体，或者能够除去或减少构成混合流体的气体。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的液体处理装置的主视图。
图2是表示图1所示的液体处理装置的混合器的剖视图。
图3是用于说明向图1所示的液体处理装置的处理槽内喷出的温泉水的流动的与轴线方向正交的方向的剖视图。
图4是用于说明向图1所示的液体处理装置的处理槽内喷出的温泉水的流动的沿轴线方向的方向的剖视图。
图5是表示本发明的第二实施方式的液体处理装置的主视图。
图6是图4所示的液体处理装置的左侧视图。
图7是图4所示的液体处理装置的右侧视图。
图8是表示图5所示的第二实施方式的液体处理装置的变形例的主视图。
图9是拍摄了在丙烯制的处理槽产生的沿着与处理槽的长度方向的轴正交的方向生成的环流的情况的照片。
图10是表示在丙烯制的处理槽产生的沿着处理槽的长度方向生成的环流的情况的照片。
图11是表示实施例7的甲烷及氧的溶解量相对于空气导入量的变化的坐标图。
图12是表示实施例8的甲烷及氧的溶解量相对于空气导入量的变化的坐标图。
图13是表示在实施例7～9中使空气量变化而进行处理的实验条件及结果的表。
图14是表示本发明的第三实施方式的液体处理装置的主视图。
具体实施方式
第一实施方式
关于本发明的第一实施方式的流体处理装置，基于附图进行说明。该流体处理装置是从溶解有被处理气体的被处理水中排出而除去被处理气体的液体处理装置的例子。然而，如后文所述，本发明的处理装置(第三实施方式)没有限定为液体处理装置，也可以作为使用液体将被处理气体除去的气体处理装置发挥功能。需要说明的是，在本第一实施方式的液体处理装置中，将被处理水设为温泉水，将被处理气体设为甲烷气体进行说明。
如图1所示，液体处理装置从温泉水中将甲烷气体除去，然后向浴槽B进行供给。液体处理装置具备送水装置10、送气装置20、处理单元30。
送水装置10是将来自配水管11的温泉水经由送水管12向处理单元30加压输送的送水泵。送水装置10只要能够将温泉水加压输送即可，可以使用各种送水泵，可以设为涡轮型泵、容积型泵等。
送气装置20是将作为气体的空气(脱气气体)向处理单元30进行加压输送的鼓风机(气体供给机)。送气装置20只要能够将空气(气体)加压输送即可，可以使用各种压缩机、风扇、鼓风机等。在该送气装置20中，为了装置维护而以能够目视的方式设有气体流量计(未图示)。
处理单元30主要具备混合器31、分支管32、处理槽33、排气阀34。
混合器31具有在内部形成有内部流路31d的外侧管31b，在该内部流路31d内，将从送气装置20加压输送来的空气与从送水装置10加压输送来的温泉水混合。在此，关于混合器31，基于图2进行说明。
在该混合器31的内部流路31d上，来自送气装置20的配管与基端部311连接，加压输送空气的内侧管31a与外侧管31b同轴地配置。来自送水装置10的送水管12与外侧管31b的外侧面的一部分(基端部311)连接。即，混合器31形成为由外侧管31b和内侧管31a构成的双层管结构。
在内侧管31a的前端设有将由送气装置20加压输送的空气向取入的温泉水内放出的第一喷嘴31c。在本实施方式中，采用罐混合喷射器作为第一喷嘴31c。在外侧管31b的与基端部311相反一侧的前端部313，随着朝向通水方向(下游)而内径逐渐变细，作为设于末端的喷出口31e而开放。由此，外侧管31b的前端部313作为第二喷嘴发挥功能。
如图1所示，分支管32具有：同轴地连接在混合器31的下游侧的主管321；一端连接在该主管321的长度方向上等间隔的位置且向与主管321的长度方向正交的方向(下侧)延伸的多个支管322(322a～322d)。多个支管322以其中心轴朝向圆筒状的处理槽33的中心轴的方式相对于处理槽33进行配置，多个支管322的另一端以均等的间隔连接在处理槽33的外周面的长度方向的线(卧式的状态的棱线)上。支管322的内径d1比主管321的内径d0小。为了使从支管322喷射的混合流体猛力地流入处理槽33内的液相，支管322的内径d1根据支管322的根数而不同，但是在支管322为4根时，优选为主管321的内径d0的2分之1以下(在支管322为N根时，优选为主管321的内径d0的分之1)。在本实施方式中，作为支管322，根据处理槽33的长度而设置4根，但是根据处理水的成分、水量、水压等的各条件而可以设为任意的数目。支管322的另一端与处理槽33的上表面33a连接，从处理槽33的上表面部向处理槽33的内部的空间以规定的长度突出。突出量可以设为例如10～30mm。
处理槽33是具有比主管321大的内径的圆筒状的容器，以其轴(长度方向)成为水平方向的卧式(倒伏)的状态设置。如前述那样分支管32的支管322的另一端以贯通状态连接于处理槽33的上表面33a。在处理槽33的一端面设有用于监控槽主体内的压力的压力计331。在处理槽33的另一端面的下部设有用于将甲烷气体脱气后的温泉水排出的排水口，在该排水口连接有排水管332。而且，在处理槽33的另一端面的上部，在用于将槽内排出的甲烷气体进行排气的排气口上连接有排气管333的一端。在排气管333的另一端设有排气阀34。
作为排气阀34，设有：对滞留于处理槽33的上部空间S(气相)的作为被处理气体的甲烷气体的流量进行限制的流量调整阀341；平时为开放状态，但当水浸入阀内时内部的浮子上升由此关闭而限制水的排出的气体排放口342。排气阀34可以设置多个，例如可以设置二个排气阀，并通过将二个排气阀34都开放，或者仅开放一方，或者将二个都关闭来调整排出气体流量或处理槽33内的上部空间(气相)的压力。需要说明的是，也可以在处理槽33与浴槽B之间设置升压槽来调整向液体处理装置供给的被处理水与从液体处理装置排出的被处理水的压力差。
关于如以上那样构成的本实施方式的液体处理装置的动作及使用状态，基于附图进行说明。
如图1所示，首先，使送水装置10和送气装置20起动。通过送水装置10汲取的温泉水从配水管11经由送水装置10向送水管12加压输送。而且，由送气装置20取入的空气经由内侧管31a向混合器31加压输送。
在混合器31中，如图2所示，从送气装置20向内侧管31a加压输送的空气由第一喷嘴31c喷射。此时，从在第一喷嘴31c的前端设置的扩散器喷射的空气作为气泡被取入到从送水管12向外侧管31b的前端部313加压输送的温泉水中，形成混合有温泉水和气泡的混合流体。混合流体向外侧管31b内扩散。此时喷射的空气的一部分溶解于温泉水。
在混合器31的前端部313流动时，混合流体朝向通水路的截面积逐渐减小的作为第二喷嘴发挥功能的喷出口流动，因此向混合流体进一步赋予压力。由于该压力的赋予而混合流体进一步被加速(加压)。加速的状态的混合流体(温泉水)从混合器31流向分支管32的主管321，由此进一步促进与空气的混合，由此混合流体中的空气溶解量增加。
在主管321内流动的混合流体在流向各自的内径比主管321的内径小的支管322时，流动被进一步加速。并且，通过支管322而流速上升的混合流体从支管322的前端向处理槽33的内部加压喷射。混合流体由于流速上升(被加压)，因此能够猛力地与处理槽33的温泉水碰撞并到达处理槽的底部的温泉水。通过这样的混合流体的行为，如后文所述，能够将槽内的温泉水激烈地搅拌混合。而且，支管322的前端部向处理槽33的上表面33a的内侧突出设置，由此能够将加压的混合流体以通过支管322的前端部而与积存于槽内的温泉水的水面垂直地发生碰撞的方式引导。因此，即使送水装置10的送水速度不高，也不会在槽内的上部扩散，而能够径直地向积存的被处理水进行加压喷射。
在此，关于槽内的搅拌混合，基于附图进行详细说明。如图3及图4所示，例如，从与处理槽33的上表面33a连接的支管322b加压喷射的混合流体向积存于槽内的作为液相的温泉水猛力地喷吹。支管322可以看作混合流体的喷射管。喷吹的混合流体与温泉水的水面激烈地碰撞。在碰撞时，存在于处理槽33的上部空间S的作为气相的空气与混合流体接触的机会增加，从而向混合流体混入空气。而且，混合流体由支管322b加压且被向支管322b的前端部332x引导而喷射，因此如图3所示到达处理槽33的内底面，接着，沿着底面附近的内周面分流成彼此反方向的二个分流L1及L2而上升。上升的分流L1及L2与从支管322b加压喷射的混合流体ML合流而再次朝向处理槽33的底部，如图3所示形成环流。根据后述的实施例的观察可知，混合流体ML中的较多的气泡随着图3所示的流动而进行环流。该气泡的环流在本申请说明书中称为“气泡环流”。为了产生这样的气泡环流而槽的内面为曲面的情况有利，处理槽33的垂直截面优选为圆或椭圆。
在本实施方式的处理槽33内，在装置的动作中，需要维持气相及液相。关于气相，设置相对于处理槽的高度(内径)为5％～50％的高度那样的气相是有效的，这根据后述的实施例可知。换另一看法，设从作为喷射管发挥功能的支管322的前端到液相的液面为止的距离为L时，例如能够以成为-0.6cm<L≤6.3cm的方式维持气相。当距离L小于-0.6cm时，即，槽内几乎仅为液相时，如后文所述，由于从气相溶解于液相的氧几乎不存在，因此无法有效地降低甲烷的浓度。另一方面，距离L的上限如后文所述也取决于处理槽的尺寸或气相的压力。例如，通过将处理槽的排气阀34关闭或缩小而处理槽33的气相的压力升高。
处理槽33中的气相的压力通过调整从排气阀34(气体排放口342)排出的气体的量或由送气装置20供给的气体的流量而能够控制。根据亨利定律，在气液相存在的情况下，气体向液体的溶解度取决于气体的压力，因此可认为通过将气相的压力保持得比较高，气相中的空气向处理水的溶解量增加。尤其是氧向水中的溶解度为氮向水中的溶解度的约2倍，因此当提高气相的压力时，氧优先溶解于处理水(在1atm、20℃下，氧溶解0.0031cm3，氮溶解0.0016cm3)。其结果是，可想到溶解于混合流体中的甲烷被置换成氧而以气相放出。在本发明中可知，在使气相的压力例如为0.12～0.18MPa的范围内，能够有效地减少源泉中的甲烷。
为了调整槽内的气相的高度并维持成恒定，通过调整从送气装置20加压输送的空气量、从送水装置10加压输送的温泉水的流量、从排水管332排出的液体的温泉水的流量、以及经由气体排放口342(排气阀34)排出的气体的流量中的至少一个能够实现。上述的流量通过调整上述的流体(气体及液体)的流量的单元(流量调整单元)例如送水装置10、送气装置20及/或流量调整阀341(排气阀34)等能够调整。需要说明的是，在本发明中，即使在将排气阀34的流量调整阀341完全关闭的情况下，也包含于“调整气相的气体的排气量的情况”。即，气相的气体未必非要从排气阀34排气。
温泉水的流量根据温泉的源泉或输送源泉的送液装置的容量而不同，但是可以设为例如100～300升/分，空气量可以设为例如15～150升/分。在本实施方式中，通过调整由送水装置10供给的温泉水的流量与由送气装置20供给的空气量之比即混合比，由此将从支管322的前端到液相的液面的距离L(或气相的高度)维持成大致恒定。需要说明的是，可以在排水管332上设置流量调节阀作为流量调整单元的一部分。空气相对于温泉水的混合比由空气量(升/分)/温泉水(升/分)表示而可以设为0.05～1的范围，优选为0.1～0.8。该混合比小于0.05时，甲烷的除去效率下降，因此不优选。而且，当混合比超过1时，空气量增加而源泉的处理量减少，因此不优选。
如图4的概念图所示，从支管322b加压喷射的混合流体ML沿槽的长度方向也分流之后，与从相邻的支管322c加压喷射的混合流体ML的分流发生碰撞或干涉并上升。并且，当到达水面附近时，与从分支管322b的喷出口喷射的混合流体ML合流，再次朝向处理槽33的底面开始下降。由于这样的槽的长度方向及与之正交的方向上产生的环流，混合流体中的空气的气泡也产生气泡环流，并且与温泉水长时间或反复搅拌混合，由此与温泉水接触的机会增加，因此容易溶解于温泉水。通过使空气溶解于温泉水，由此能够将溶解的甲烷气体置换并排出。即，在本发明中，作为能够有效地除去温泉水中的甲烷的理由，可认为存在2个作用。一个是由于气相的存在而空气(尤其是氧)从气相向液相的溶解推进，由此将液相中的甲烷置换成空气(尤其是氧)的作用；另一个是混合流体从支管322b猛力地喷射而到达处理槽33的底部，并且在处理槽33内部产生气泡环流，由此液相中的甲烷被置换成空气(尤其是氧)的作用。
被排出而成为气泡的甲烷气体在温泉水中上升而积存于处理槽33的上部空间S(气相)。上部空间S的甲烷气体及空气等气体经由限制流量的流量调整阀341从气体排放口342向大气中放散。因此，由流量调整阀341限制的气体积存于上部空间S，因此能够维持成为一定的压力下的上部空间S。
甲烷气体脱气后的混合流体(温泉水)从设置在处理槽33的长度方向的端部的下侧的排水管332排出。由于槽内为一定的压力下，因此从排水管332将温泉水猛力地排出。因此，从排水管332加压输送的温泉水直接通过其他的配管，不需要泵等送水装置，能够配送至使用的场所。
这样，本实施方式的液体处理装置在压力下的处理槽内，将混合流体(混合有空气的温泉水)喷射到包含甲烷气体的温泉水中，取代溶解的甲烷气体而使空气溶解于温泉水，由此能够将甲烷气体排出，因此不需要为了除去处理气体而减压，或在除去之后为了配送而进行升压，因此能够以简单的结构实现脱气气体的除去。
另外，本实施方式的液体处理装置作为主要结构而包括使来自脱气送水装置10的温泉水与来自送气装置20的空气混合的混合器31、对来自混合器31的温泉水进行分配的分支管32、对来自分支管32的温泉水进行搅拌混合的处理槽33、将排出的甲烷气体排出的排气阀34，因此节省设置空间并能够极力避免生产率下降或运转成本上升。
另外，向处理槽33喷射温泉水并将脱气后的温泉水排出，由此能够连续地进行脱气处理，因此能够高效地从被处理水除去溶解气体，能够提高生产率。因此，若对相同量的被处理水进行处理，则本实施方式的液体处理装置能够紧凑地构成。此外，可知在处理槽33内产生的气泡环流起到如下的附随的效果。即，气泡环流在处理槽33内循环。尤其是在处理槽33的周向进行环流的气泡沿着处理槽33的内周壁进行环流，因此水垢等固态部分或异物难以滞留于内周壁，具有由气泡环流产生的处理槽33内的自净化作用。因此，能够防止在处理槽33或其下游设置的配管设备的堵塞或故障，并减少处理槽33的扫除等的维护的次数。
需要说明的是，可以将实施方式的液体处理装置设为自动运转。在进行自动运转时，可以设置当送水管12内的温泉水成为规定压力时接通而使送气装置20起动的压力开关。这是因为，首先通过使送水装置10起动而被送水的温泉水经由混合器31和处理槽33流向浴槽B，在浴槽B内积存规定量的温泉水，由此送水管12内的温泉水的压力上升，因此只要监控送水管12内的温泉水的压力，就能够判断送气装置20的起动开始的准备是否完成。因此，通过在送水管12上设置用于使送气装置20起动的压力开关，能够进行液体处理装置的自动起动和停止。而且，若设置计测送水装置10或送气装置20的流量而调整流量的装置，则能够进行稳定的运转，能够维持稳定的脱气状态(及从支管322的前端到液相的液面的距离L、即规定的气相的高度)。这种情况下，关于送气装置20的流量，只要在送气装置20与混合器31之间设置电动阀和压力调整阀/流量阀，就能够调整。作为上述的流量调整单元发挥功能。
第二实施方式
关于本发明的第二实施方式的液体处理装置，基于附图进行说明。需要说明的是，在图5至图7中，与图1相同的结构标注相同标号而省略说明。
第二实施方式的液体处理装置的特征在于，设置多个包含处理槽33的处理单元30并串联连接。
如图5至图7所示，液体处理装置具备3台处理单元30。上述的处理单元30是从上游侧起的第一级的处理单元30、位于其下游的第二级的处理单元30、位于第二级的处理单元30的下游的第三级(最终)的处理单元30。以下，适当简称为第一级、第二级、第三级。
第一级的处理槽33的排水管332a与位于其下游侧的第二级的配水管334a连接，并与第二级的混合器31连接。同样，第二级的处理槽33的排水管332b与第三级的配水管334b连接，并与第三级的混合器31连接。在第三级的处理槽33上连接有将脱气后的温泉水排出的排水管332c。并且，来自送气装置20的送气管21在各个处理槽30的侧方中央部从下至上配置，并向各个混合器31分支。
来自送水装置10的温泉水向第一级的处理单元30的混合器31流动，并经由分支管32向处理槽33流动。接着，在处理槽33中脱除了甲烷气体后的温泉水从第一级的处理槽33排水，向第二级的混合器31流动。接着，从第二级的混合器31经由分支管32向第二级的处理槽33流动。在此，残留的甲烷气体从温泉水脱气，从第二级的处理槽33向第三级的混合器31流动。并且，从第三级的混合器31经由分支管32向第三级的处理槽33流动，进而，残留的甲烷气体从温泉水脱气。最终，从第三级的处理槽33起，从排水管332c被配送至消耗的场所。从温泉水排出的甲烷气体从各个排气阀34被放散到大气中。
这样，仅通过第一级的处理单元30无法除净而残留的甲烷气体也通过第二级、第三级、和串联连接的各个处理单元30进行脱气，由此能够将溶解于温泉水中的甲烷气体的残留浓度抑制成可确保安全性的规定值以下。
另外，在用于向混合器31加压输送空气的送气管21的各支管上设有调整阀22(压力调整阀/流量阀)，因此能够调整向各个混合器31的空气量。
需要说明的是，在第二实施方式中，处理单元30被串联连接，但只要使温泉水的处理量增大即可，也可以并联连接。在将处理单元30并联连接时，可以将每一单元进行并联连接，也可以将串联连接的多个单元进行并联连接。而且，在图5所示的液体处理装置中，处理单元30朝向下方而沿上下方向排列，但也可以沿水平方向排列。
另外，脱气气体单元30也可以根据需要停止向混合器30的空气的供给而使用。例如，若在第一级和第二级这2个处理单元30进行的脱气处理中能充分地放掉被处理气体，则停止向第三级的混合器30的空气的加压输送。由此，能够抑制送气装置20的输出，因此能够进行节能运转。而且，关于第二实施方式的液体处理装置，也能够进行自动运转。在进行自动运转时，可以设置当送水管12内的温泉水成为规定压力时接通而使送气装置20起动的压力开关。由此，能够进行自动起动和停止。
另外，若为了计测送水装置10或送气装置20的流量并调整流量而设置电动阀和压力调整阀/流量阀，则在第二实施方式的液体处理装置中，也能够进行稳定的运转，能够维持稳定的脱气状态。
第二实施方式的变形例
接着，基于图8，说明本发明的第二实施方式的液体处理装置的变形例。需要说明的是，在图8中，与图5所示的结构相同的构件标注相同标号而省略说明。在第二实施方式的液体处理装置的变形例中，其特征在于，利用循环管路和循环泵将第三级的脱气处理单元的排出侧和供水侧连结，由此在第三级的脱气处理单元中使温泉水循环。
在图8所示的液体处理装置中，在第三级的处理单元30的排水管332c上经由配水管351连接有空气处理槽35。在空气处理槽35设有用于将不溶解于空气处理槽35内的温泉水而以气体的状态混合的空气排出的排气阀352。作为该排气阀352，设有：对空气的流量进行限制的流量调整阀352a；平时为开放状态，但当水浸入到阀内时内部的浮子上升由此关闭而限制水的排出的气体排放口352b。空气处理槽35经由连接管361而连接有平衡罐36。在平衡罐36上连接有第一循环管371，在第一循环管371上连接有循环泵37，在循环泵37上连接有第二循环管372。第二循环管372与来自第二级的处理槽33的配水管334b一起，经由配水管334c而与第三级的处理单元30的混合器31连接。
这样构成的图8所示的液体处理装置从第一级至第二级与图5所示的液体处理装置为相同动作。在第三级的处理单元30中被处理、排出的温泉水积存于空气处理槽35。在空气处理槽35内，未溶解而以气泡的状态混合的空气经由流量调整阀341从气体排放口342放散到大气中。循环泵37当在液体(温泉水)中混入有气体(空气)时成为空转状态，可能会产生异常的振动，但是通过在空气处理槽35内将未溶入温泉水而残留的气泡排出，由此能够进行基于循环泵37的稳定的汲取。
在空气处理槽35内排出了空气后的温泉水积存于平衡罐36。通过在平衡罐36内暂时积存温泉水，即使通过循环泵37从平衡罐36汲取向第三级的处理槽33循环的温泉水，也能够平衡性良好地对循环的温泉水与为了在浴槽等中使用而排水的温泉水进行配水。
从平衡罐36汲取的温泉水通过循环泵37再次向第三级的混合器31送入。并且，在第三级的处理槽33内进行脱气处理，进而将作为被处理气体的甲烷气体从温泉水排出，因此即便是仅通过串联连接的处理单元30无法除净而残留的高浓度的甲烷气体，通过使其在处理单元30中循环，也能够将溶解于温泉水中的甲烷气体的残留浓度抑制成可确保安全性的规定值以下。
需要说明的是，在该图8所示的变形例中，为了使温泉水在第三级的处理单元30中循环而通过第一循环管371及第二循环管372将循环泵37连接，但是也可以从第三级的处理单元30向第二级的处理单元30、或者从第三级的处理单元30向第一级的处理单元30循环。即，根据温泉水的被处理气体的溶解浓度、处理槽30的处理能力，能够适当决定处理单元30的级数或循环的级数。而且，温泉水可以不仅在串联连接的处理单元30中循环，也可以在第一实施方式的液体处理装置(参照图1)设置循环泵而进行循环。这种情况下，如图8所示的液体处理装置那样，优选设置设有排气阀352的空气处理槽35和平衡罐36。
需要说明的是，在第一及第二实施方式中，作为被处理的液体(被处理水)，以温泉水为例进行了说明，但并不局限于温泉水，作为液体，是以水为主体(例如，60％以上，优选为85％以上)的液体，包括自来水、海水、河水、湖水等。在上述的液体用于特定的用途时，有时希望将液体中含有的溶解气体那样的成分除去。例如，为了将自来水作为饮料水，希望将氯除去。或者也存在从葡萄酒等饮料中减少溶解氧的情况、或希望从污染或污浊的湖水中除去甲烷气体等挥发性碳化气体、硫化氢等的含硫气体或一氧化碳的情况。另一方面，在将自来水向水槽或浴槽供给的情况或使用于饮料的情况下，希望增加溶解氧。
在从自来水中除去氯的情况、从污染或污浊的湖水中除去甲烷气体等挥发性碳化气体、硫化氢等含硫气体或一氧化碳的情况下，可以将向混合流体混入的气体设为空气或氧。由此，能够使溶解氧增加。而且，在从葡萄酒等饮料中减少溶解氧的情况下，可以将氮等惰性气体或二氧化碳(例如，化妆水用途)作为向混合流体混入的气体。这样，本发明不仅能够用于液体中含有的特定成分的除去，也能够用于不同的气体成分的添加或富化。
第三实施方式
在第一及第二实施方式中，说明了对液体进行处理的处理装置。在这些处理装置中，构成混合流体的液体为被处理的对象(被处理液体)。然而，本实施方式的处理装置是以构成混合流体的气体为处理对象(被处理气体)的气体处理装置。图14示出这样的气体处理装置的结构。该气体处理装置除了取代压缩空气而将被处理气体向处理单元30导入并取代温泉水而将水等液体通过送水管12向处理单元30供给以外，与第一实施方式的处理装置相同。例如，作为被处理气体而将从垃圾处理场或工厂等产生的包含臭气成分或有害成分的被处理气体通过泵20进行压缩而导入混合器31。另一方面，将水(脱臭液或有害成分除去液)通过泵10向混合器31导入。在混合器31中被混合，由此被处理气体稍溶解于水，这样的混合流体经由分支管32从多个支管322(322a～322d)朝向圆筒状的处理槽33的中心轴而喷射到处理槽33的内部。在处理槽33的内部，与第一实施方式同样地存在包含被处理气体的气相，经由气相而向处理槽的液相喷射，由此如图3及图4所示，喷射的混合流体与水等液体的水面激烈地碰撞，到达处理槽33的内底面，混合流体ML中的较多的气泡进行环流。此时，促进被处理气体的向水中的溶解。
通过将处理槽33中的气相的压力保持得比较高，而气相中的被处理气体的向处理水的溶解量增加。其结果是，混合或溶解在混合流体中的被处理气体中的臭气成分或有害成分更多地溶解于水。因而，通过使用该处理装置，能够减少被处理气体中的臭气成分或有害成分。尤其是通过使向处理单元30导入的水中包含具有氧化、中和或杀菌等各种作用的成分(例如，臭氧、氯、硫酸、盐酸、氢氧化钠)那样的添加物(无论是液体、固体等的状态)，在混合器31或处理槽33内部使具有各种有效作用的成分对臭气或有害成分起作用或发生反应，由此，能够进一步从被处理气体减少臭气或有害成分。作为希望从被处理气体除去的成分，可列举例如氨、乙醛、丙醛、正丁醛、异丁醛、正戊醛、异戊醛甲烷、甲硫醇、硫化氢、二甲硫、二甲二硫、三甲基铝、异丁醇、醋酸乙烯、甲基异丁基酮、甲苯、苯乙烯、二甲苯、丙酸、正丁酸、正戊酸、异戊酸等。具有前述的各种作用的成分可以通过送水管12向混合器31添加，或者可以向处理槽33直接添加。根据添加物的状态(粉体那样的固体、液体或气体)而能选取适当的导入方法。
在第二实施方式的液体处理装置中，在使用上述那样的添加物的情况下，可以在各级的处理单元中***不同的添加物。例如，在使三级的处理单元所使用的气体种类不同的情况下，可以根据气体种类而变更添加物。作为一例，可以向第一级、第二级及第三级的处理单元分别导入臭气气体、空气及臭氧，在第一级、第二级及第三级的处理单元中，作为添加物，可以分别导入硫酸、硝酸及盐酸。
另外，在第一～第三实施方式中，作为处理槽33而使用了圆筒状的处理槽，但也可以采用其他的形状的处理槽。然而，为了有效地进行被处理气体(甲烷气体)与脱气气体(空气)的交换，当从上部喷射的温泉水行进至槽内底面时，需要高效地进行沿着内周面相互向反方向分流而上升，进而与被加压喷射的温泉水的流动发生碰撞的情况。因此，处理槽33可以形成为垂直截面以长边方向为上下方向的椭圆形、角部朝向下方的三角形以上的多边形、或以此为准的其他形状。
实施例
实施例1
使用图5所示的第二实施方式的液体处理装置从温泉水中进行了甲烷气体的脱气。需要说明的是，分支管32及处理槽33的材质使用了不锈钢(SUS150A)。分支管32的主管321的内径为约5cm、长度为约78cm。支管322的内径为约2.5cm、长度为约20cm。第一根支管322d(参照图1)在主管321上设于从混合器31分离约12cm的位置，另一支管322c～322a每隔约18cm进行设置。支管322的前端部322x向处理槽33的内部突出约12.5mm。
处理槽33是内径为约15cm(实测158.4mm)且长度为约80cm的圆筒形，在端部的上部铺设有约25mmΦ的排气管33，在处理槽33的上部，与上部空间S连通。而且，混合器31中，内侧管31a的内径为约1.5cm，外侧管31b的内径为约6.5cm。混合器31的第一喷嘴31c使用了sprayingsystem’sjapan株式会社制的罐混合喷射器。而且，将从支管322的前端到液相的液面为止的距离L调整成为2.4cm。需要说明的是，分支管32及处理槽33的尺寸能够根据处理容量等变更。
在实施例1中，对来自位于福冈县八女市宫野的源泉的24％LEL的温泉水进行了脱气处理。
在此，表示可燃性气体(甲烷气体)浓度的“％LEL”是以可燃性气体的***下限值(甲烷气体开始***的浓度。在甲烷气体的情况下为5容量％(50，000ppm))为100时的气体浓度的比例。需要说明的是，甲烷气体的浓度的测定使用接触燃烧式气体传感器复合型气体检测器COSMOTECTERXP-3118S，以温泉法的可燃性气体测定方法(顶部空间(headspace)法)为准进行。
在脱气处理中，首先，通过送气装置10将空气以0.35MPa的压力向混合器31进行加压输送。而且，通过送水装置20将温泉水以0.26MPa的压力且以每分钟240L的水量向混合器31进行加压输送。
这样，当利用送水装置20输送温泉水并利用送气装置10输送空气时，从第一级的处理单元30的排气阀34排出的甲烷气体的气体浓度为55％LEL。而且，从第二级的处理单元30的排气阀34排出的甲烷气体的气体浓度为33％LEL。而且，从第三级的处理单元30的排气阀34排出的甲烷气体的气体浓度为12％LEL。在此进行的排气阀的气体浓度测定在排气阀的出口使用甲烷气体测定器(接触燃烧式气体传感器复合型气体检测器COSMOTECTERXP-3118S)进行了测定。
另外，最终的第三级处理水的甲烷气体浓度以所述顶部空间法为基准进行的结果是3.0％LEL，作为目标的甲烷气体浓度实现了5.0％LEL以下。
由此也可知，通过在从第一级到第二级、从第二级到第三级的处理单元30的处理槽33中进行脱气处理，由此逐级地从温泉水脱出甲烷气体，从而浓度降低。
实施例2
在实施例2中，使用了实施例1所使用的图5所示的第二实施方式的液体处理装置。并且，对来自福冈县朝仓市原鹤温泉的源泉的8％LEL的温泉水进行了脱气处理。首先，通过送气装置10将空气以风量160m3/h、0.35MPa的压力向混合器31进行了加压输送。而且，通过送水装置20将温泉水以0.11MPa的压力并以每分钟253L的水量向混合器31进行了加压输送。结果是，最终的第三级的脱气处理单元的处理水的甲烷气体浓度为3.7％LEL，作为目标的甲烷气体浓度实现了5.0％LEL以下。
实施例3
在实施例3中，也使用了实施例1所使用的图5所示的第二实施方式的液体处理装置。并且，通过送气装置10输送的空气的风量为240m3/h，压力为0.35MPa，通过送水装置20输送的温泉水的压力为0.11MPa，流量为每分钟253L，并对应于空气量而调整了废气量。在此状态下，与实施例1同样，对来自原鹤温泉的源泉的8％LEL的温泉水进行了脱气处理。在测定了来自最终(第三级)的脱气处理单元的处理水的甲烷气体浓度后，为作为测定极限的0.1％LEL以下。
实施例4
在该实施例4中，使用图5所示的第二实施方式的液体处理装置对自来水进行了处理。自来水中的氯浓度为0.24ppm，氧浓度为11.8ppm。通过送气装置10将空气以0.4MPa的压力向混合器31进行加压输送，通过送水装置20将自来水以0.1MPa的压力并以每分钟200L的水量向混合器31进行加压输送。来自最终的处理单元30的处理水的氯浓度为0.00％ppm(小于测定极限值)，氧浓度为15.2ppm。根据该结果可知，通过使用本发明的液体处理装置，能够减少水中的氯浓度，而且，能够增加氧的溶解量。即，本发明的液体处理装置将温泉原水中的甲烷气体或自来水中的氯之类的溶解的特定成分除去，并能够使其他的有益的气体成分溶解于被处理水或富化。根据该实施例4的结果，通过将本发明的液体处理装置与水道管连接使用，能够使用作为***，或者提供作为过敏性患者等用的入浴水。
在该实施例中，作为自来水的处理也进行了如下的实验。关于相同的自来水(氧浓度为11.8ppm)，通过送气装置10取代空气而将氮以0.4MPa的压力向混合器31进行加压输送，并通过送水装置20将自来水以0.1MPa的压力并以每分钟200L的水量向混合器31进行加压输送。其结果是，来自最终的处理单元30的处理水的氧浓度下降为2.6ppm。由此可知，能够将氮那样的各种气体使用于混合流体，对溶解于被处理水的气体成分进行置换。在此可知，当取代氮等气体而使用例如从垃圾处理场或工厂等产生的异臭气体那样的被处理气体时，这样的被处理气体能够被取入(或溶解)于水那样的液体中，或者与最初溶解于水那样的液体中的气体进行置换。其结果是，通过使被处理气体包含于水那样的液体而能够进行回收或除去。因此，本发明的流体处理装置不仅可以使用作为对包含于液体中的气体进行脱气的液体处理装置，而且也可以使用作为将构成混合流体的气体作为被处理气体而用于除去或减少被处理气体的气体处理装置。
实施例5
在实施例5中，作为图1所示的处理槽33，制作了内部能够观察的丙烯制的圆柱状的处理槽，并拍摄了环流的情况。其结果如图9、图10所示。从图9及图10所示的照片也可知，能够通过目视确认到了混合流体中的气泡到达至处理槽33的底部的情况。通过使用了丙烯制的处理槽的试验可知这样的环流在处理槽的长度方向也产生。
实施例6
在实施例6中，变更从支管322的前端到液相的液面的距离L，同时观察在槽内产生的气泡，并测定了从处理槽33排出的温泉水中的氧浓度。其结果是，在距离L大于0cm且为6.3cm以下时，即，气相的高度为9.1mm～71.1mm(相对于处理槽的直径为5.1％～46.8％)时，能够确认到槽内产生较多气泡的情况。而且，从排水管332排出的温泉水中的氧浓度高。在设距离L为0，即，使槽内仅为液相时，未观察到图9所示的照片那样的大量的气泡。
实施例7
在该实施例中，关于使用实施例1所使用的液体处理装置，通过使从送气装置10输送的空气量变化而处理水中的甲烷气体的浓度及溶解氧浓度如何变化的情况，按照以下的条件进行了研究。作为被处理水，使用了福冈县朝仓市原鹤温泉的源泉。在实验时选取的源泉的甲烷浓度为12％LEL。需要说明的是，在液体处理装置的处理水的排水侧安装升压槽，进行了被处理水的输入侧与输出侧的压力差的调整。将送水装置的供给水压及供给水量分别设为约0.18MPa及253L/分，将送气装置的空气压设为0.26MPa，测定了空气流量在任一个处理槽33中都逐级变化为0、20、40、60、80及100升L/分时的处理水的甲烷浓度及溶解氧浓度。升压槽的压力设为0.14MPa。两个排气阀34均开放(全开)。而且，通过安装在排气阀34附近的压力计测定了进行各空气流量下的脱气处理时的在第一级的处理槽33形成的气相的压力，通过处理槽33的丙烯制的端面而计测了气相的处理槽33内的高度(宽度)。其中，表中的“气相的高度”记载以槽的外径基准测定了至液面的距离的值，因此实际上从表中的值减去槽的壁厚3.4mm所得到的值表示气相的高度。需要说明的是，通过氧化还原电位计(佐藤商事YK-23RP)测定了氧化还原电位。结果如图13的表所示。在该表中，将第一级的处理槽的空气流量和送气装置的空气压的实际的值记载在“第一槽***量”一栏中。关于第一级及第二级的处理槽，也记载在“第二槽***量”及“第三槽***量”一栏中。而且，将第一级～第三级的处理槽的液相的压力标记在“第一槽压力”、“第二槽压力”及“第三槽压力”一栏中。
另外，基于图13的表的结果，相对于空气量的处理水的甲烷浓度和溶解氧浓度的变化如图11的坐标图所示。坐标图的纵轴标记了甲烷浓度(％LEL)和氧浓度(mg/L)这双方。通过该坐标图可知，随着向源泉混合的空气量增多而处理水中的甲烷的浓度下降。与之相反，可知随着向源泉混合的空气量增多而处理水的溶解氧量增加。可知即使在供给空气量为0的情况下，虽然处理水中的甲烷浓度(8.5％LEL)比源泉水的甲烷浓度(12％LEL)低，但是通过供给空气而甲烷浓度实现5％LEL以下。而且，处理槽33内的气相的高度随着空气导入量增多而升高。可知最大存在处理槽的内径的45.2％的气相(71.6mm)。可认为这是因为伴随着空气量的增加，处理槽33内的气相的压力增大的缘故。实际上，在排气阀34的附近计测到的气相的压力伴随空气流量而增大。需要说明的是，氧化还原电位伴随空气导入量的增加而增加。这与溶解氧量的增加一致。
实施例8
除了将两个排气阀34的一方关闭(半开状态)以外，对于实施例7所使用的源泉水通过与实施例7同样的条件进行了脱气处理。结果如图13的表所示。需要说明的是，在该表中，第一级～第三级的处理槽的空气流量的设定没有从实施例7的初始值(0、20、40、60、80及100升L/分)变更，但是由于排气阀34的一侧关闭等而实际的值从初始值稍微变动。关于空气压也同样。基于图13的表的结果，相对于空气量的处理水的甲烷浓度和溶解氧浓度的变化如图12的坐标图所示。坐标图的纵轴标记了甲烷浓度(％LEL)和氧浓度(mg/L)这双方。根据图12的坐标图，与实施例7的结果同样，随着向源泉混合的空气量增多而处理水中的甲烷的浓度下降。可知与之相反，随着向源泉混合的空气量增多而处理水的溶解氧量增加。在该实施例中，氧化还原电位伴随空气导入量的增加而增加，与溶解氧量的增加一致。
实施例9
除了将两个排气阀34都关闭(全闭状态)以外，对于实施例7所使用的源泉水通过与实施例7同样的条件进行了脱气处理。结果如图13的表所示。需要说明的是，在该表中，第一级～第三级的处理槽的空气流量的设定没有从实施例7的初始值(0、20、40、60、80及100升L/分)变更，但是由于排气阀34的关闭等而实际的值从初始值稍微变动。关于空气压也同样。根据表1的结果，随着0～80升/分的空气量的增加而处理水中的甲烷的浓度下降，并且随着向源泉混合的空气量增多而处理水的溶解氧量增加。在该实施例中也是氧化还原电位伴随空气导入量的增加而增加，与溶解氧量的增加一致。
实施例10
在该实施例中，使用了实施例1所使用的液体处理装置，为了研究与处理槽33内的气相的压力相对的处理水中的甲烷浓度和溶解氧浓度的变化，将空气流量固定为100L/分，使排气阀34的开放度逐级变化而进行了脱气处理。作为被处理水，与实施例7～9同样地使用了原鹤温泉的源泉，但是在实验时选取的源泉水的甲烷浓度为9.3％LEL，送水装置的供给水压及供给水量分别为约0.18～0.195MPa及253L/分，送气装置的空气压在第一～第三级的处理槽中都为0.33MPa，升压槽的压力为0.13MPa。以排气阀34的开放度分别为二个排气阀开放(全开)、仅一个开放(半开)、二个都关闭(全关闭)的状态分别进行了处理。测定这些情况的处理水的甲烷浓度及溶解氧浓度，第一级的处理槽33内的气相的压力及高度等均表示在下述表1中。
[表1]
在该实验中，使导入的空气量恒定并使排气阀的开放量变化，由此能够观察气相的压力的变化的影响。根据表1的结果可知，当排气阀从全开成为全闭时，气相的气体的排气量缩减，气相的压力升高，且气相的高度也升高。而且，伴随着该气相的压力的上升而处理水中的甲烷减少，溶解氧增加。根据该结果可知，处理水中的甲烷浓度及溶解氧浓度取决于处理槽33内的气相的压力。这种情况与气体的溶解量取决于气体的压力的亨利定律也一致。
实施例11
在该实施例中，与实施例10相比，为了研究使处理槽33内的气相的压力下降时的相对于气相压力的处理水中的甲烷浓度和溶解氧浓度的变化，将空气流量维持为100L/分，并使送水装置的供给水压及供给水量分别为约0.155MPa及253L/分，送气装置的空气压为0.2MPa，升压槽的压力下降为0.1MPa。作为被处理水，与实施例7～9同样地使用了原鹤温泉的源泉，但是在实验时选取的源泉水的甲烷浓度为11％LEL。与实施例10同样地在排气阀34的开放度为两个排气阀开放(全开)、仅一个开放(半开)、两个都关闭(全关闭)的状态下分别进行了处理。测定上述的情况下的处理水的甲烷浓度及溶解氧浓度，与第一级的处理槽33内的气相的压力及高度等一起表示在下述表2中。
[表2]
根据表2的结果可知，即使气相的压力比实施例10的情况低，甲烷浓度也减少，伴随着气相的压力的上升而处理水中的甲烷进一步减少，溶解氧增加。
实施例12
在该实施例中，将实施例11中的第一～第三级的处理槽的空气流量100L/分变更为50L/分进行了处理。作为被处理水，使用的原鹤温泉的源泉水的甲烷浓度与实施例11同样为11％LEL，送水装置的供给水压及供给水量分别为约0.15MPa及253L/分，送气装置的空气压为0.2MPa，升压槽的压力为0.1MPa。为了将排气阀34的开放度切换成4级而将排气阀34增设两个，在总计四个排气阀34的全部开放(全开)、仅两个开放(半开)、仅一个开放(1/4开)、全部关闭(全关闭)的状态下分别进行处理。测定这些情况下的处理水的甲烷浓度及溶解氧浓度，与第一级的处理槽33内的气相的压力及高度一起表示在下述表3中。
[表3]
根据表3的结果可知，即使排气阀从全开成为半开的状态，也没有观察到气相的压力的变化，但是当成为1/4开及全闭时，气相的压力升高，并且气相的高度也升高。而且，伴随该气相的压力的上升而处理水中的甲烷减少，溶解氧增加。根据该结果也可知，处理水中的甲烷浓度及溶解氧浓度取决于处理槽内的气相的压力。而且，即使气相的压力低至0.12MPa左右，从源泉也能有效地除去甲烷。即，通过上述实施例可知，处理槽的气相的压力为0.12以上，在0.12～0.18MPa的范围内能够良好地从源泉除去甲烷。
实施例13
在该实施例中，关于与实施例7～9同样地在使从送气装置10输送的空气量发生变化时，与溶解在处理水中的甲烷和氧相对的作为温泉成分的氡的含量如何变化进行了研究。作为被处理水，与实施例7～10同样地使用了福冈县朝仓市原鹤温泉的源泉。源泉的甲烷的浓度为13％LEL，氡的含量为4.6Ci/kg×10-10，氧为1.8mg/L。首先，以使处理水中的甲烷的目标浓度成为大致5％LEL左右的方式调节了送气装置10的空气量后，以第一级的处理槽的空气量10升/分(第二级的处理槽的空气量10升，第三级的处理槽的空气量0升)使处理水中的甲烷的浓度成为了4.6％LEL。此时的送水装置的供给水压及供给水量分别为约0.16MPa及253L/分，送气装置的空气压为0.26MPa，升压槽的压力为0.12MPa。该条件下的处理水中的氡与源泉大致相同，为4.5Ci/kg×10-10，氧为4.6mg/L。该实施例的源泉及处理水中的氡及甲烷以及溶解氧的浓度的测定是财团法人九州环境管理协会的研究结果。
接着，以使处理水中的甲烷的目标浓度成为大致2.5％LEL左右的方式调节了送气装置10的空气量后，以向第一级的处理槽的空气量80升/分(第二级的处理槽的空气量90升，第三级的处理槽的空气量55升)使处理水中的甲烷的浓度成为了2.5％LEL。此时的送水装置的供给水压及供给水量分别为约0.16MPa及253L/分，送气装置的空气压为0.26MPa，升压槽的压力为0.125MPa。该条件下的处理水中的氡为2.4Ci/kg×10-10，氧为8.3mg/L。
此外，以使处理水中的甲烷的目标浓度成为大致0.7％LEL左右的方式调节了送气装置10的空气量后，以第一级的处理槽的空气量190升/分(第二级的处理槽的空气量200升，第三级的处理槽的空气量60升)使处理水中的甲烷的浓度成为了0.6％LEL。此时的送水装置的供给水压及供给水量分别为约0.16MPa及253L/分，送气装置的空气压为0.26MPa，升压槽的压力为0.13MPa。该条件下的处理水中的氡为0.6Ci/kg×10-10，氧为9.6mg/L。
根据该实施例的结果可知，通过向混合流体中适度地混合空气，能够使处理水中的甲烷浓度下降，并使氧增加，但是另一方面当空气量过多时，会使温泉水中的作为有效成分的氡下降。在该例子中可知，若将甲烷限制成限制值的5％LEL以下即4.6％LEL，则氡也能维持与源泉相同程度的含量。在该实施例中，虽然处理槽中的气相的压力未测定，但是根据实施例7～10的结果可知，伴随着空气量的增加而气相的压力增大。因而，在源泉中的氡等温泉成分的调整中，将气相的压力控制成适当的范围是有效的。
以上，如说明那样，本发明的处理装置及处理方法使被处理水流动并同时混合气体而形成混合流体，使该混合流体流动并同时在密闭状态下在处理槽内执行气体的向被处理水的溶解化和脱气，最后作为处理水而排出。因此，能够使温泉等涌出的被处理水不停止而直接连续地进行处理，因此能够以高效率进行处理。另一方面，不需要为了处理而用于积存被处理液的大容积的槽或浴槽，因此装置自身变得紧凑。因而，本发明的处理装置也能够实现节省空间，并减少制造成本。处理后的处理水以均质即溶解成分成为同一浓度的方式被处理(加工)，因此适用于各种用途。
本发明的处理装置及处理方法可考虑以下那样的广泛的用途及应用例。例如，在农业中，水的有效利用不可或缺，尤其是在水耕(液肥)栽培中，使用水的溶解氧量、杀菌、肥料的注入非常重要。在本发明的处理装置中，能够满足这些要求。例如，使用空气和臭氧作为构成混合流体的气体，由此能够一边流水一边进行使用水的杀菌。而且，液肥等肥料也可以通过溶解在构成混合流体的水中而向混合流体混入。这种情况下，可以预先在生成混合流体的混合器上设置肥料等的添加物导入口，不仅能够导入液肥，也能够导入粉体。当然，也可以如上述的实施例那样进行氧的溶解化，从本处理装置排出的水(液)能够将氧溶解量保持一定以上，能够将氧浓度均匀的水(液)向种植机供给。尤其是能够防止水耕(液肥)栽培的种植机的中途的氧缺乏引起的生育不良。
另外，本处理装置也能够利用于渔业领域。对于鱼的生育来说，包含于水中的氧量非常重要，但是如上述实施例所示，通过注入空气作为混合流体的气体而能够始终供给含有一定量的溶解氧的处理水(例如海水)。装置的处理能力根据处理槽的大小、送水装置的性能可以自由改变，因此从车搬运用至大的鱼槽，能够进行符合用途的规模扩大。而且，与农业用途同样，通过使臭氧等气体向混合流体混入而也能够进行水的杀菌或不足的氧的附加等。而且，通过连续处理能够连续地排出(供给)处理液，因此也可以从装置的喷出侧以形成水流的方式供给，也能够有效利用于需要水流的蓄鱼等的生育。尤其是一边检测水槽中的溶解氧的量，一边将水槽的水向本处理装置的混合机供给而使处理水在混合机与水槽之间循环，基于检测出的溶解氧量来调整本处理装置的处理槽的气相的压力，由此能够始终将水槽中的溶解氧浓度控制成规定的值。这样将本处理装置与溶解氧检测器和控制装置组合而进行自动运转的***通过本发明也能够提供。
本处理装置如前述那样能够对甲烷气体进行脱气，因此能适用于污水处理、尤其是回收的污水或处理过程中产生的甲烷气体的除去。而且，本处理装置由于是密闭***，因此通过排气阀能够回收气体，从污水或垃圾处理设施排出的废液的臭气不会向外部漏出，能够减少环境的负荷。而且，本处理装置由于一边使被处理液流动一边连续地进行处理，因此能够将从此处始终产生的甲烷气体等回收而再利用作为能量资源。这种情况下，在与本处理装置的处理槽连接的排气阀上，可以通过气体管等与甲烷回收罐或发电装置连接。
在上述实施例中，主要列举说明了对溶解于被处理水的气体进行置换或者在被处理水中溶解气体的例子，但是如第三实施方式及实施例4中说明那样，不仅可以将液体作为处理对象进行处理，还将构成混合流体的气体作为处理对象进行处理，由此能够使作为处理对象的气体减少。如前述那样，例如，将从垃圾处理场或工厂等产生的异臭气体那样的被处理气体与水那样的液体一起构成混合流体，并向本发明的装置导入，由此将被处理气体向水那样的液体取入(溶解)或者与从一开始就溶解于水那样的液体中的气体进行置换，从而能够回收或除去被处理气体。
工业实用性
本发明适合于在将被处理水使用于工业、农业、水产业、服务业、一般生活中时为了使被处理气体溶解而使用上存在障碍的情况，尤其是最适合于从温泉水中将溶解的甲烷气体除去的情况。而且，本发明不仅能够使用于以水为主体的液体中包含的特定成分的除去，而且能够使用于其他的气体成分的添加或富化，因此对于浴槽水、化妆水、饮料的品质改善或保存、河水或湖水的改善等环境维持也有效。而且，在农业、污水处理、渔业的领域中能期待广泛的用途。
标号说明
10送水装置
11配水管
12送水管
20送气装置
21送气管
22流量调整阀
30脱气处理单元
31混合器
31a内侧管
31b外侧管
31c第一喷嘴
31d内部流路
31e喷出口
311基端部
312主体部
313前端部
32分支管
321主管
322、322a～322d支管(喷射管)
322x前端部
33处理槽
33a上表面
331压力计
332a～332c排水管
333排气管
334a～334c配水管
34排气阀
341流量调整阀
342气体排放口
35空气处理槽
351配水管
352排气阀
352a流量调整阀
352b气体排放口
36平衡罐
361连接管
37循环泵
371第一循环管
372第一循环管
B浴槽
ML混合流体
L1、L2环流
L从喷射管到液相的液面的距离

Claims (19)

1.一种流体处理装置，使气体及液体流动并同时对所述液体或所述气体进行处理，其特征在于，具备：
密闭的处理槽，在该处理槽中气相与液相共存；
喷射管，前端与所述处理槽上部连结，将在所述液体中混合所述气体而成的混合流体从所述前端经由所述处理槽内的所述气相向所述液相连续地喷射；
排出口，设于所述处理槽，将所述液相的液体从所述处理槽连续地排出；
排气口，设于所述处理槽，将所述气相的气体从所述处理槽排气；及
流量调整单元，调整构成所述混合流体的气体及液体、从所述排出口排出的液体以及从所述排气口排出的气体中的至少一个的流量，从而将所述处理槽内的气相的高度维持成大致恒定，
所述处理槽是卧式的圆筒状的容器，所述喷射管具有沿着处理槽的中心轴以规定间隔进行排列的多个喷射部，所述喷射管以来自该喷射部的混合流体的喷射方向与处理槽的中心轴正交且朝向处理槽的中心轴的方式配置，
所述喷射管以喷射的所述混合流体中的气泡到达所述处理槽的底部的方式从所述喷射管喷射混合流体。
2.根据权利要求1所述的流体处理装置，其特征在于，
对所述气体进行处理。
3.根据权利要求1所述的流体处理装置，其特征在于，
对所述液体进行处理，所述液体是以水为主体的液体。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的流体处理装置，其特征在于，
所述流体处理装置还具备用于形成向所述喷射管的混合流体的混合器，该混合器具有使液体流通的流路、及收容在该流路内而向液体内喷出气体的喷嘴。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的流体处理装置，其特征在于，
所述处理槽使所述喷射的混合流体沿着容器的内周壁进行环流。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的流体处理装置，其特征在于，
所述喷射管以所述喷射管的前端从所述处理槽上部向槽内突出的方式与所述处理槽的上部连结。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的流体处理装置，其特征在于，
所述喷射管由相互隔开规定距离而并联的多个支管构成，各支管以与所述处理槽上表面正交的方式连结于处理槽的上部。
8.根据权利要求1～3中任一项所述的流体处理装置，其特征在于，
所述气相的压力被调节成0.12MPa～0.18MPa。
9.根据权利要求1～3中任一项所述的流体处理装置，其特征在于，
在所述排气口设有通过调整排气口的开放度来调整气相的压力的排气阀。
10.根据权利要求3所述的流体处理装置，其特征在于，
所述液体是温泉水，所述气体是空气，所述混合流体通过处理槽从而将温泉水中包含的甲烷除去。
11.根据权利要求1～3中任一项所述的流体处理装置，其特征在于，
所述处理装置串联地连接多个，从上游侧的处理装置排出的液体与气体混合而被导入下游侧的处理装置。
12.一种流体处理方法，使气体及液体流动并同时对所述气体或液体进行处理，其特征在于，包括如下步骤：
向所述液体混入气体而形成混合流体；
从与关闭的处理槽的上部连结的喷射管将所述混合流体经由所述处理槽中的所述气相向液相连续地喷射，其中，在所述处理槽中所述气相与所述液相共存；
将所述处理槽的液相的液体连续地排出；
调整所述处理槽的气相的气体的排气量；及
调整构成所述混合流体的气体及液体、从所述处理槽排出的液相的液体以及从所述处理槽排出的气相的气体中的至少一个的流量，从而将所述处理槽内的气相的高度维持成大致恒定，
所述处理槽是卧式的圆筒状的容器，所述喷射管具有沿着处理槽的中心轴以规定间隔进行排列的多个喷射部，所述喷射管以来自所述喷射部的所述混合流体与处理槽的中心轴正交且朝向处理槽的中心轴并且所述混合流体中的气泡到达所述处理槽的底部的方式，从所述喷射管喷射混合流体。
13.根据权利要求12所述的流体处理方法，其特征在于，
对构成所述混合流体的所述气体进行处理。
14.根据权利要求12所述的流体处理方法，其特征在于，
所述液体作为被处理水是以水为主体的液体。
15.根据权利要求12～14中任一项所述的流体处理方法，其特征在于，
将所述处理槽内的气相的高度维持成处理槽的内部的高度的5～50％。
16.根据权利要求14所述的流体处理方法，其特征在于，
所述液体是温泉水，向所述混合流体混入的气体是空气，通过在所述处理槽进行处理而将温泉水中包含的甲烷除去。
17.根据权利要求14所述的流体处理方法，其特征在于，
所述液体是污水，通过在所述处理槽进行处理而将污水中包含的甲烷除去。
18.根据权利要求14所述的流体处理方法，其特征在于，
所述液体是农业用水或渔业用水，所述气体是空气，在所述处理槽进行处理后的液体中使氧富化。
19.根据权利要求12～14中任一项所述的流体处理方法，其特征在于，
将所述气相的压力调节成0.12MPa～0.18MPa。
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