JPH0568996A

JPH0568996A - 溶存気体の発生方法及びその溶存気体を用いた汚水処理装置

Info

Publication number: JPH0568996A
Application number: JP3140742A
Authority: JP
Inventors: Michiaki Sakanaka; 通昭阪中; Kiyobumi Sakurai; 清文桜井; Kazuyasu Kawashima; 和保川島
Original assignee: NIPPON PLANT KK
Current assignee: NIPPON PLANT KK
Priority date: 1991-05-17
Filing date: 1991-05-17
Publication date: 1993-03-23

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】酸素等の気体を液体中に溶解した溶存気体
を、化学的に効率良く発生する。気体透過の化学的方法
で多量の溶存気体を長期間効率良く発生して、効果的に
汚水処理する。【構成】合成樹脂や無機質の高分子膜１を使用し、所
定の気体の分子をこの高分子膜１を透過して汚水等の液
体に溶存し、溶存気体を化学的に効率良く発生する。溶
存気体を用いた汚水処理装置は、高分子の細長い複数本
の中空管膜１３を、気体が供給される接続管１２に接続
して汚水中に垂直に挿入設置し、中空管膜１３の外周面
１３ａから溶存気体を集中して多量に発生し、中空管膜
１３の下端部の開口から溶解されない気体を排出して、
気体の気泡の上昇により中空管膜１３の外周面１３ａを
洗浄し、外周面１３ａの付近の汚水を撹拌して、長期間
溶存気体の発生を良好に確保する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、酸素等の気体を液体中
に溶解する溶存気体の発生方法と、この溶存気体を用い
て汚水処理するのに適した汚水処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、海水の赤潮、水の出入りの少な
い沼、屎尿の浄化槽等のように酸素が欠乏した汚水の処
理には、散水管、曝気装置、気泡噴射装置等を用いて酸
素を含む空気等の気体を汚水に供給して浄化する方法が
知られている。この処理方法において、空気を単に加圧
して汚水に供給するだけでは、大部分の空気が大きい気
泡のままで汚水中を通過して逃げてしまい、空気中の酸
素が汚水中に溶けず、浄化効率の非常に悪いものにな
る。従って、この浄化効率を向上するには、空気中の酸
素を汚水にできるだけ多く溶解させ、微生物、有機物と
酸素の接触を効率よく行うことが必要になる。このため
には、酸素を含む空気の汚水に対する供給方法を工夫し
て酸素の溶解効率を向上し、汚水中の溶存酸素を広範囲
に均一に増大することが望まれる。

【０００３】従来、前記溶存酸素による汚水処理におい
て溶存酸素を効率良く発生する方法に関しては、例えば
特開昭６３−２５２５９４号公報の先行技術がある。こ
の先行技術では、エゼクタ方式の噴流体発生機と、この
噴流体発生機の吐出側で汚水内に挿入する整流器とを備
える。そして、液体中において噴流体発生機のノズルか
ら粒状物を含む液体を高速噴射し、この噴射流に空気を
加圧供給して微細な気泡含有流を生成し、この気泡含有
流を整流器に通し気泡を周辺水と混合分散して酸素の溶
解効率を高めることが示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記先行技
術のものにあっては、液体中において粒状物を含む液体
を高速噴射して、この噴射流に気泡を微細に混入する方
法であるから、空気のみならず液体を加圧して吐出する
ポンプも必要になって、装置の規模が大きくなる。更
に、噴射流により液体が撹拌されるので、悪臭を生じる
処理水には適応できない。また、空気の気泡自体を微細
化して液体と混合することで酸素を機械的に溶解するこ
とを前提にしているので、酸素の溶解効率を向上するに
は気泡を一層微細にする必要があり、これには必然的に
限界がある。

【０００５】このことから、空気中の酸素等の気体を液
体に溶解した溶存気体を効率的に発生する場合に、気泡
のような物体を加工する機械的な方法では限界があり、
このため酸素を気体分子レベルで溶解する化学的な方法
を用いることが望まれる。この化学的な方法によると、
汚水を悪臭等を生じることなく静かな状態で処理するこ
とができ、装置の規模も小さくて済む等の利点が生じて
好ましい。

【０００６】本発明は、この点に鑑みてなされたもの
で、その第１の目的とするところは、酸素等の気体を液
体中に溶解した溶存気体を、化学的に効率良く発生する
ことができる溶存気体の発生方法を提供することにあ
る。

【０００７】その第２の目的とするところは、気体透過
の化学的方法で多量の溶存気体を長期間効率良く発生し
て、効果的に汚水処理することができる溶存気体を用い
た汚水処理装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の溶存気体の発生方法は、合成樹脂や無機材
質の高分子膜を使用し、所定の気体の分子をこの高分子
膜を透過して汚水等の液体に溶存することにより溶存気
体を発生するものである。

【０００９】本発明の溶存気体を用いた汚水処理装置
は、高分子の細長い複数本の中空管膜を汚水中に挿入設
置し、この中空管膜の内部に気体を導入し、この気体を
中空管膜の内部を経由して汚水中に溶存気体を発生する
ようにしたものである。

【００１０】

【作用】前記方法により、高分子膜の透過性や膜両側の
気体の濃度勾配等により、気体の分子が高分子膜を透過
して汚水等の液体にそのまま化学的に溶存し、効率良く
溶存気体が発生される。

【００１１】前記汚水処理装置の構成に基づき、細長い
複数本の中空管膜の集合群により汚水中に溶存気体が、
静かな気体透過現象の化学的方法で集中して多量に発生
して、汚水を効果的に浄化する。また、中空管膜の下端
部から気体を排出するようにすれば、気体の気泡の上昇
により中空管膜の外周面が洗浄され、外周面の付近の汚
水が撹拌されて、長期間溶存気体の発生が良好に確保さ
れるようになる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。本発明による溶存気体の発生方法の原理は、高分
子膜における気体の透過現象、即ち大気または加圧空気
と酸素欠乏状態の汚水との酸素の濃度差による透過現象
を利用したものである。図１に示すように、合成樹脂や
無機質の高分子膜１は、大きい分子量を持った高分子２
が強固な共有結合により結ばれて薄膜状に構成されるも
のであり、高分子材料により比較的大きい孔３を有する
多孔膜、極限的に小さい孔３を有する非多孔膜に分けら
れる。こうして、高分子膜１は孔径を異にするものの孔
３を有しているため、この高分子２間の孔３を気体が同
じ分子レベルで透過することが可能になる。

【００１３】ここで、気体の透過の条件について説明す
ると、その透過量は膜の多孔度、気体の粘性、膜厚、膜
の両側の気体圧力差等により決定される。そして、気体
が透過する駆動力は、拡散の法則により膜の両側の濃度
Ｃ１，Ｃ２に基づく濃度勾配ΔＣであり、高い濃度Ｃ１
から低い濃度Ｃ２の方に気体の分子は移動し、この濃度
勾配ΔＣが存在する以上元には戻らない不可逆な変化で
ある。また、気体が膜を透過する場合は、先ず気体が膜
に取り込まれ（この取り込まれ易さを示すものとして溶
解度係数Ｓがある）、次いで気体が膜内を移動（この移
動し易さを示すものとして拡散係数Ｄがある）する。そ
して、これらの溶解度係数Ｓと、拡散係数Ｄにより気体
透過の重要な要素になる透過係数Ｐが決定される。ここ
で、気体の種類、高分子材料によりこれらの係数Ｓ，
Ｄ，Ｐが大きく異なっており、酸素Ｏ₂ 等の気体では、
特にシリコーンゴムの膜（ポリジメチルシロキサン膜）
の透過性、拡散性が優れていることが知られている。

【００１４】そこで、酸素Ｏ₂ の透過性の良いシリコー
ンゴム等の高分子膜１を管膜状または平膜状に形成し
て、酸素Ｏ₂ の欠乏した汚水Ｂに設置し、この高分子膜
１の片側に空気Ａを供給する。このとき、加圧した空気
Ａを供給して高分子膜１の両側の圧力差を増大すると、
溶解度係数Ｓが大きくなって空気Ａ中の酸素分子が高分
子膜１に取り込まれ易くなる。また、空気Ａの酸素濃度
Ｃ１に対し汚水Ｂの酸素濃度Ｃ２が低くて濃度勾配ΔＣ
が大きいと、拡散係数Ｄが大きくなって高分子膜１内を
酸素分子が移動し易くなる。そして、これらの条件と高
分子膜１の透過係数Ｐにより酸素分子が高分子膜１の孔
３を透過して汚水Ｂ側に不可逆変化で次々に移動し、高
分子膜１の汚水Ｂと接する面１ａにおいて、高分子膜１
を透過した酸素分子が直ちに汚水Ｂ中に溶存する。こう
して、酸素Ｏ₂ が最も微細な分子状態で化学的に汚水Ｂ
に溶存することで、その酸素Ｏ₂ は全てが溶解状態で汚
水Ｂと溶存して、最も効果的に溶存酸素Ｏ₂ ’が発生さ
れる。

【００１５】図２において、溶存気体を用いた汚水処理
装置について説明する。汚水処理装置１０は、空気等の
流入口１１を有する筒状の接続管１２を有し、この接続
管１２に高分子膜を筒状に形成した複数本の中空管膜１
３の一端が接続される。中空管膜１３は処理量に応じて
本数や管長が設定され、その他端は開口している。前記
流入口１１にはホース１４を介してエアーポンプ１５が
接続される。接続管１２と中空管膜１３は、例えば海水
Ｂ’において栄養塩類の窒素、リンの有機物で汚染され
てプランクトンが異常に発生することによる赤潮の発生
地域にの汚水中に没し、接続管１２の開口部は汚水中の
下に向くように設定される。なお、中空管膜１３の径を
小さくして本数を多くした方が膜と汚水との接触面積が
増大して溶存気体を多く発生できることから、中空管膜
１３は所定の強度を満たす範囲で薄くて細いものが好ま
しい。

【００１６】次に、この実施例の作用について説明す
る。先ず、エアーポンプ１５により所定の圧力で空気Ａ
を供給すると、空気Ａがホース１４から接続管１２を経
て複数本の中空管膜１３の内部に導入され、その中空管
膜１３の内部の略全域に満たされる。そこで、上述の溶
存気体発生原理に基づいて、複数本の中空管膜１３の外
周面１３ａの略全域で、空気Ａ中の酸素Ｏ₂ の分子が、
膜両側の圧力差や酸素Ｏ₂ の濃度勾配や高分子膜の透過
性により、次々に中空管膜１３を透過する。そして、こ
の中空管膜１３を透過した酸素分子が、海水Ｂ’中に溶
解して溶存し、溶存酸素Ｏ₂ ’が中空管膜１３の集合群
に集中して多量に発生する。こうして、複数本の中空管
膜１３の存在する領域からその周囲の海水Ｂ’の溶存酸
素Ｏ₂ ’の量が次第に増大することになり、このためこ
の溶存酸素Ｏ₂ ’により海水Ｂ’中の好気性微生物が活
性化して有機物が二酸化炭素と水に酸化分解されたり、
または溶存酸素Ｏ₂ ’の酸化剤により直接同様に酸化分
解されて海水Ｂ’が浄化され、赤潮の発生が低減される
ことになる。

【００１７】また、複数本の中空管膜１３の下端の開口
からは溶解されなかった空気Ａが常時排出され、この空
気Ａは気泡Ａ’となって中空管膜１３の外周面１３ａに
沿って海水Ｂ’中を上昇するようになり、この気泡Ａ’
で中空管膜１３の外周面１３ａが洗浄される。このた
め、赤潮に含まれる細菌、藻等が中空管膜１３の外周面
１３ａに付着することが防止され、これにより前記酸素
分子の透過による溶存酸素Ｏ₂ ’の発生が長期間常に良
好に確保される。一方、この気泡Ａ’の上昇時には中空
管膜１３の周囲の海水Ｂ’が撹拌され、これにより溶存
酸素Ｏ₂ ’は分散されてその過飽和が防止され、これに
より酸素Ｏ₂ の溶解効率が良好に確保される。この場合
の気泡Ａ’の酸素Ｏ₂ は、効率は悪いが海水Ｂ’中に溶
解し、溶存酸素Ｏ₂ ’を発生して同様に作用する。

【００１８】図３において、本発明の汚水処理装置の他
の実施例について説明する。図３（ａ）は、隣接する中
空管膜１３がからみつかないように、複数本の中空管膜
１３の下端部を束ね部材２０で束ねたものである。図３
（ｂ）は膜保護対策であり、接続管１２と膜下端の支持
管２１との間に円筒ガード２２が連結されて、その円筒
ガード２２で複数本の中空管膜１３の外側を覆うように
なっている。また、円筒ガード２２には膜と海水Ｂ’の
接触を良好に保つように大きい孔２３が設けられてい
る。従って、この場合は海水Ｂ’の流れに伴い中空管膜
１３が揺れて岩等に衝突する際の破損が、円筒ガード２
２により防止される。図３（ｃ）は空気以外の気体を供
給する場合であり、所定の気体が蓄えられているボンベ
２４がバルブ２５、ホース２６を介して接続管１２の流
入口１１に接続される。これにより、所望の気体をボン
ベ２４により供給することが可能になる。

【００１９】図４において、本発明の汚水処理装置の更
に他の実施例について説明する。この実施例は、中空管
膜１３が海水Ｂ’の流れにより常に揺れる場合等の相互
の密着を防止すると共に、実装効率を向上するものであ
る。そこで、図４（ａ）では中空管膜１３の外周面１３
ａの全域に粒状の突起３０が、膜成形時に膜と同一の高
分子材料を用いて一体的に設けられる。これにより、処
理量の増大で中空管膜１３の本数が多くなった場合や、
中空管膜１３が海水Ｂ’の流れにより揺れている状態と
なっても、突起３０により隣接する中空管膜１３同士が
非接触の状態に保持され、それぞれの中空管膜１３の外
周面１３ａで溶存酸素Ｏ₂ ’の発生が阻害されることが
なくなる。また、中空管膜１３は突起３０の間隔で詰め
て装着することができ、本数が多く、管長が長い場合の
実装効率を向上することが可能になる。図４（ｂ）は中
空管膜１３に筋状の突起３０’を成形したものであり、
同様の効果がある。図４（ｃ）は高分子の平膜の場合で
あり、この平膜１３’にも同様に粒状の突起３０、また
は筋状の突起３０’を成形することができる。

【００２０】以上、溶存気体として酸素の場合について
説明したが、これ以外の気体を用いることもできる。中
空管膜は先端を閉じた状態に成形しても良く、気体は大
気圧条件で供給しても良い。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の溶存気体
の発生方法によれば、高分子膜の気体透過現象を利用し
て、気体を分子レベルで液体に溶存して溶存気体を化学
的に発生するものであるから、溶存気体を最も効率良く
発生することができる。酸素の欠乏した汚水では、酸素
の濃度勾配が大きくなり、酸素の透過性の良い高分子材
料を選択することにより、溶存酸素を多量に発生するこ
とができて、汚水を充分に浄化処理することが可能にな
る。気体を大気圧または所定の加圧条件で供給すれば良
いので、装置の規模、電力消費等が小さくて済む。溶存
気体は静かな状態で化学的に発生するので、悪臭を発す
るような汚水にも環境を悪化することなく適応できる。
高分子の膜を使用するものであるから、構造が簡素化
し、適応用途に制限がなく、設計自由度が非常に高い。

【００２２】本発明の溶存気体を用いた汚水処理装置に
よれば、複数本の細長い中空管膜を気体が供給される接
続管に接続して構成されるので、構造が簡単である。ま
た、中空管膜の集合群により溶存気体が集中して多量に
発生するので、汚水を効果的に浄化することができ、海
等の汚染領域の広い場合にも適応できる。中空管膜の端
部が開口する構成では、溶解されなかった気体の排出に
より中空管膜の外周面が洗浄され、外周面付近の液体が
撹拌されて、溶存気体の発生が長期間良好に確保され、
保守管理も容易になる。

【００２３】前記汚水処理装置において、中空管膜の自
由先端を束ねた実施例では、中空管膜の接触を防止する
ことができる。円筒ガードを装着した実施例では、中空
管膜の破損等を簡単な構造で確実に防止できる。中空管
膜の外周面に突起を成形した実施例では、中空管膜の本
数等が多い場合において、溶存気体の発生、実装効率を
向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る溶存気体の発生方法に適した実施
例を示す説明図である。

【図２】本発明に係る溶存気体を用いた汚水処理装置の
実施例を一部断面して示す構成図である。

【図３】本発明に係る溶存気体を用いた汚水処理装置の
他の実施例を示す側面図である。

【図４】本発明に係る溶存気体を用いた汚水処理装置の
更に他の実施例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１高分子膜２高分子３孔４酸素分子１０汚水処理装置１２接続管１３中空管膜Ａ空気Ｂ液体Ｏ₂ ’ 溶存酸素

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】合成樹脂や無機材質の高分子膜を使用
し、所定の気体の分子をこの高分子膜を透過して汚水等
の液体に溶存することにより溶存気体を発生することを
特徴とする溶存気体の発生方法。
【請求項２】前記高分子膜を管膜または平膜に形成
し、酸素の透過性に優れたものを用い、空気中の酸素の
分子をこの高分子膜を透過して汚水中に溶存酸素を発生
することを特徴とする請求項１記載の溶存気体の発生方
法。
【請求項３】高分子の細長い複数本の中空管膜を汚水
中に挿入設置し、この中空管膜の内部に気体を導入し、
この気体を中空管膜の内部を経由して汚水中に溶存気体
を発生するようにしたことを特徴とする溶存気体を用い
た汚水処理装置。
【請求項４】前記複数本の中空管膜をその一端を垂直
下方に位置させ、その中空管膜の下方の端部が開口して
おり、その開口部から溶解されない気体を排出し、その
気体が中空管膜の外部に沿って上昇するようにしたこと
を特徴とする請求項３記載の溶存気体を用いた汚水処理
装置。
【請求項５】前記複数本の中空管膜が互いにからまな
いように複数本の中空管膜の自由先端を束ね部材で束ね
たことを特徴とする請求項３記載の溶存気体を用いた汚
水処理装置。
【請求項６】前記中空管膜の周囲に、孔を設けた筒状
のガードを装着することを特徴とする請求項３記載の溶
存気体を用いた汚水処理装置。
【請求項７】前記複数本の中空管膜の一端を接続管に
合流させ、空気ポンプまたは所定の気体のボンベを接続
管に接続し、気体を接続管を経て複数本の中空管膜に導
入させるようにしたことを特徴とする請求項３記載の溶
存気体を用いた汚水処理装置。
【請求項８】前記中空管膜の外周面に、突起を一体的
に成形することを特徴とする請求項３記載の溶存気体を
用いた汚水処理装置。