JP3686763B2 - Water purification apparatus and method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、湾内海域、養魚場、湖沼あるいは貯水場等の水質浄化に係わり、特にウォータージェット、キャビテーション及びオゾンを組み合わせる技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
人間が居住する環境における水域の浄化が課題となっている。
【0003】
(1)湖沼のアオコやダムの貯水場に発生する藻類について
特に夏期に異常繁殖するアオコは、水を濁らせて外観をそこなわせるばかりか、異臭を放ち、人々の憩いの場を奪ってしまう。また適正な量のプランクトンであれば、フナ等の水棲生物の糧となるが、大量に発生した場合には日光や水循環の不足から病原虫が発生し、魚貝類の死滅につながるおそれがある。
【0004】
(2)湾内養殖域の赤潮プランクトンについて
シャットネラに代表される有害海水プランクトンであり、養殖魚類や貝類を大量に死滅させる。これらの死骸が未分解のまま海底にヘドロ状になって堆積すると、特に海水の循環・入れ替えの少ない閉鎖水域では、異臭などの問題を引き起こす。
【0005】
(3)耐塩素性原虫について
クリプトスポリジウムという名でも広く知られるようになり、上水道水中に混入すると、地域住民に劇症下痢が生じる。産廃場の廃水や養殖場から漏れ出す汚水に由来するとの説もあるが、詳しいことは良く分かっていない。
【0006】
(4)環境ホルモン(内分泌かく乱物質)について
ダイオキシン等や各種の界面活性剤が代表例である。焼却場や産廃場からリークする廃水に混じり、人間の生活域の中に侵入する。
【0007】
(5)エビ等の養殖場の病原虫について
上記(2)とは異なるウィルス等であり、水の汚濁に起因する。養殖場の水の浄化によれば、エビの病変が激減し、エビの成長が格段に高まることからも、養殖用水の浄化は重要である。
【0008】
以上のように、いずれも、特定の企業・工場に起源のあったかつての公害とはタイプが異なる環境問題であり、対策が急務となっている。これに対して、オゾン(O3 )や過酸化水素(H22 )の注入や紫外線照射、水域底部への空気吹き込み(バブリング)、ジェットポンプを用いる水域の水の循環、あるいは超音波付与等の技術が提案されている。しかしながら、コスト的な問題があったり、副作用が強過ぎたり、あるいは十分な効果が上がらなかったりするなど、対策技術は確立されておらず、広く技術が普及するに到っていないのが実情である。
【0009】
従来技術として、オゾンを気泡状にして吹き込む技術が提案されている。この技術はオゾン単独の酸化・分解作用をねらったものであって、オゾン気泡を微細化しても、効果には限界がある。オゾンの供給量を増やせば効果が上がるが、コスト高となるし、後述するように副作用のおそれがある。
【0010】
一方、オゾンと同様の酸化・分解反応を過酸化水素水を用いて行わせようとする従来技術もある。過酸化水素を用いる場合の課題も、オゾンの場合と同様である。過酸化水素やオゾン単独の供給では、いずれも酸化・分解の効果に限界がある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
図13は、浄化対象水6の中に、オゾンを注入する従来技術を示すものである。オゾン発生装置7で発生させたオゾンをホース8で送給し、気泡9として浄化対象水6の中へ吹き出す。この手法は、養魚場の殺菌対策として用いられることが多いが、次のような課題がある。
【0012】
(1)オゾンを気塊上あるいは比較的大きな(直径数mm程度の)気泡群として水中に供給するために、水中におけるオゾンの分解・拡散が悪く、水面上へ浮き上がり大気中へ消散する量が多いなど非効率的である。
【0013】
(2)前記(1)の要因のために、いきおいオゾンの使用量を増加させることになるが、人体(作業従事者)や養殖魚貝類に悪影響を及ぼす。人体への害では呼吸器疾患が主なものであるし、異臭も課題である。一方、魚貝類もオゾンの使用量が多過ぎる場合には死滅する。
【0014】
このようにオゾンは酸化作用は強いが、「両刃の剣」的な性質があるので、使用法に適切でないと悪影響の方が強く出る。
【0015】
図14は、水中に高速のウォータージェットを吹き出し、ウォータージェットに生じるキャビテーションを利用しようとする技術である。これは、キャビテーションによる衝撃圧発生作用、局所的な熱分解作用及び酸化作用を利用するものであるが、キャビテーションのみでは殺菌効果が必ずしも十分ではない、という課題がある。しかし、このウォータージェットに生じるキャビテーションによる方法は、水を膨大な微細気泡に変える作用や、水域を混合・攪拌させるという特徴も有している。
【0016】
以上のように、オゾン及びウォータージェットという2つの従来技術は、それぞれの特徴を有するものの、単独ではその持ち味を出し切れないきらいがあった。本発明の目的は、これらの課題を踏えた上で、新規な水質浄化装置及びその方法を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
【0018】
浄化対象水域中にノズルから高速水噴流を噴射し、前記高速水噴流に発生するキャビテーションによる水域中の有害物を分解処理する水質浄化装置であって、
前記ノズルは、高圧水供給流路と前記高圧水流路の先端部に設けられた口径の小さな噴出孔とからなり、前記高圧水は、前記口径の小さな噴出孔を通過し噴射されることでキャビテーションを伴う水噴流を形成し、
前記ノズルの出口部に収縮部、スロート及び拡大部を形成する開口部を有するオゾン混入ノズルを設け、
前記オゾン混入ノズルの開口部の前記スロートより、気泡状のオゾンをキャビテーションを伴う前記高速水噴流に向けて吹き出し
前記吹き出された気泡状オゾンは、前記キャビテーションを伴う高速水噴流の中に流入して前記高速水噴流に生じキャビテーションの核となるように形成され、
さらに、前記スロートの出口と前記高速水噴流の間に形成された循環渦により前記高速水噴流の界面に渦キャビテーションを生成し、
前記高速水噴流の前記キャビテーション核によるキャビテーションクラウドと前記渦キャビテーションの相乗作用を奏する水質浄化装置。
【0019】
浄化対象水域中にノズルから高速水噴流を噴射し、前記高速水噴流に発生するキャビテーションによる水域中の有害物を分解処理する水質浄化方法であって、
前記ノズルは、高圧水供給流路と前記高圧水流路の先端部に設けられた口径の小さな噴出孔とからなり、前記高圧水は、前記口径の小さな噴出孔を通過し噴射されることでキャビテーションを伴う水噴流を形成し、
前記ノズルの出口部に設けたオゾン混入ノズルに形成された収縮部、スロート及び拡大部を有する開口部のスロートより、気泡状のオゾンをキャビテーションを伴う前記高速水噴流に向けて吹き出し
前記気泡状オゾンの吹き出しによって、前記高速水噴流の中に流入した前記気泡状オゾンが前記キャビテーションを伴う高速水噴流に生じキャビテーションの核となるように形成され、
さらに、前記スロートの出口と前記高速水噴流の間に形成された循環渦により前記高速水噴流の界面に渦キャビテーションを生成し、
前記高速水噴流の前記キャビテーション核によるキャビテーションクラウドと前記渦キャビテーションの相乗作用を奏する水質浄化方法。
【0023】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の第1の実施形態に係る水域浄化のためのノズル装置の一構成例であり、オゾンを水中水噴流のキャビテーションの気泡核(Nuclei)とするための構成を示している。ノズル1において、高圧水2は、高圧水供給流路3を通じて導かれ、浄化対象水6の水中へ噴出孔4から噴射されてキャビテーションを伴う水中水噴流5となる。このノズル1の出口部には、ゆるやかな収縮部、スロート16及びゆるやかな拡大部を形成する開口部を有するオゾン混入ノズル17が設けられている。
【0024】
オゾン20は、このオゾン混入ノズル17におけるスロート16に開口する複数のオゾン注入ノズル19から、オゾン気泡21として吹き出され、キャビテーションを伴う水中水噴流5の中へ流入する。このオゾン気泡21は、後述するように、キャビテーションを激しく活性化するためのいわゆる「種」となる。
【0025】
図2も、本発明の第2の実施形態に係る水域浄化のためのノズル装置の一構成例であり、オゾンを水中水噴流に生じるキャビテーションの気泡核とするための構成を示している。ノズル1において、高圧水2は高圧水供給流路3を通じて導かれ、口径の小さな噴出孔4から浄化対象水6の中へ噴射され、キャビテーションを伴う水中水噴流5となる。このノズル1では、噴出孔4の出口に、円錐形をしてひろがる拡大空洞部10を設けている。
【0026】
本実施形態では、ノズル1の外周部にオゾンの供給部と噴出部を設ける。オゾン20は、オゾン供給流路23を通じて導かれ、その先端に開口する複数のオゾン噴出ノズル24から吹き出され、オゾン気泡21から成るオゾン噴流25となって、キャビテーションを伴う水中水噴流5の中へ流入する。水中水噴流には、周囲水を巻き込む(エントレイン)性質があるので、オゾン気泡21は容易に噴流5の中へ混入し、後述するように、噴流5においてキャビテーションを激しく活性化するためのいわゆる「種」となる。
【0027】
図3に示す第3の実施形態は、オゾンを、水中水噴流を作り出すための供給水(浄化対象水そのものでもよい)中に供給し、プランジャポンプで加圧して物理的に溶解させ、水中水噴流のキャビテーションの気泡核とするものである。オゾン溶解槽30の中に、オゾン20を気泡21の状態で供給し、オゾンを含む水をプランジャポンプ29で加圧する。これらオゾン気泡21は、プランジャポンプ29で加圧されることによって水中で微細な気泡となる。
【0028】
ノズル1において減圧・加速され噴射されると、キャビテーションの気泡核へと変身し、水中水噴流5におけるキャビテーションを激しく活性化する。水中水噴流5におけるキャビテーション気泡群のかなりの程度はオゾンであり、この噴流は、衝撃的な力学的作用のみならず強力な酸化・分解作用を有することになる。プランジャポンプで加圧されて圧縮したり、あるいはキャビテーションへと形態が異なっても、オゾンの性質は不変である。
【0029】
図4に示すノズル装置は、図1及び図2に示した実施形態と異なる本発明の第4の実施形態である。拡大空洞部10の外周に設けたオゾン噴出環状口31から、水中水噴流5の流れに逆らう向きで、ノズル1の噴出孔4へ向けてオゾン20を吹き出すようにしたものである。
【0030】
オゾン20は、ノズル1の外周に設けたオゾン供給流路23を通じて導かれる。オゾン噴出環状口31から吹き出したオゾンは、後述するが、拡大空洞部10の内側に生じる循環渦流の作用によりすみやかに水中水噴流中に流入する(32)。このオゾンにも、図1及び図2の実施形態と同様に、噴流5においてキャビテーションを活性化するためのいわゆる「種」となる。
【0031】
図6は、本発明の実施形態に係る水質浄化装置を湖沼等の浄化対象水域6へ適用した際の全体系統を示すものである。ノズル1にオゾン混入ノズル17を組み合わせた装置は、浮上移動体49の下部の水中に支持され、浄化対象水域6の水中に、オゾンを伴って酸化作用の強い水中水噴流5を噴出する。この装置は、ノズルサポート50によって保持されるが、高さ方向つまり水深方向に動かすことが可能である。浄化対象水域6の水は、循環ポンプ42により汲み上げられ、貯水槽43に一時たくわえられて、高圧ポンプで加圧され、高圧ホース45を通じてノズル1へと送られる。
【0032】
一方、オゾンは、オゾン発生装置46において作り出され、さらに圧縮機47で昇圧され、ノズル1の外周に装着されているオゾン混入ノズル17へと送られる。水を吹き出すノズル1とオゾンを噴出するオゾン混入ノズル17の組み合わせ構成は、一例として、図1に示されたものを適用すれば良い。
【0033】
図7は、図1に示した第1の実施形態を水質浄化に適用した場合、水における挙動・作用を、模式的に描いたものである。まず高圧水2は、ノズル1から噴射されて、キャビテーションを伴う水中水噴流5となる。オゾン20は、オゾン注入ノズル19を通じて、オゾン混入ノズル17のスロート16から吹き込まれ、オゾン気泡21となって、キャビテーションを伴う水中水噴流5の中へ流入する。
【0034】
オゾン気泡21は、噴流5の中でキャビテーションの気泡核となり、形態的には、キャビテーションクラウドの急膨張となり発現する。キャビテーションクラウド37は、急膨張したあと分裂し(37a)、噴流5の下流域へ放出される。このように、キャビテーションクラウド37の挙動は、きわめて非定常性が強く、オゾン気泡の流入に応じて激しく変化する。非定常性の強さは、言い換えれば、キャビテーションがパワフルであることを意味しているので、水の浄化に対して有効である。
【0035】
また、オゾン混入ノズル17におけるスロート16の出口とキャビテーションを伴う水中水噴流5の間には強い循環渦36が形成され、この渦に由来する渦キャビテーション38が噴流5の界面に生成する。この渦キャビテーション38もパワフルである。つまり、上気したオゾン気泡由来のキャビテーションクラウド37と渦キャビテーション38の相乗作用によって、効果的な水質の浄化、すなわち水域中の有害生体の殺滅が行われる。
【0036】
図8は、図2に示した第2の実施形態を水質浄化に適用した場合、水における挙動を模式的に描いたものである。高圧水2は高圧水供給流路3を送給され、噴出孔4で急減圧・加速されて噴出し、キャビテーションを伴う水中水噴流5となる。オゾン20は、ノズル外周管22を通じて導かれ、オゾン噴出ノズル24から水中へ噴射され、細かなオゾン気泡21となって、水中水噴流5の中へ流入する(39)。このオゾン気泡が噴流5の中でキャビテーションの気泡核となる。オゾン気泡は、噴流5の中でキャビテーションクラウドの急膨張35となって現われ、この現象が周期的な激しい運動となり、噴流5におけるキャビテーションを活性化する。
【0037】
図7における現象と同様に、きわめて非定常性が強くパワフルなキャビテーションが生じるために、水質の浄化が効果的に行われる。キャビテーションクラウド37は、不規則ながらも次々と急膨張35を行うが、これによって噴流には強い圧力変動が生じて、この圧力変動をきっかけとして噴流5の界面には界面渦40が発生し、この渦に由来する渦キャビテーション41が発達する。図7と同様に、この実施形態においても、キャビテーションクラウド37の作用に渦キャビテーションが重なるために、噴流5全体におけるキャビテーションの威力は高まる。
【0038】
図9は、図3に示す第3の実施形態におけるノズル近傍の現象を模式的に描いたものであって、オゾンを水中に物理的に溶解した状態で水中水噴流5として噴射したときの現象を示している。ノズル1の高圧水供給流路3を通して、オゾンを気泡核として含む高圧水2aが供給される。この高圧水2aは急減圧・加速されて、噴出孔4から浄化対象水6の中へ噴射されて、キャビテーションを伴う水中水噴流5となる。
【0039】
ノズルに送られる水中に加圧されてとじ込められているオゾンは、噴出孔を通過する際の急激な作用により、噴流5の初期の領域で微細な気泡群として析出する(33)。そして、この析出したオゾンの気泡がキャビテーションの気泡核となり、水中水噴流におけるキャビテーションを発達させる。この実施形態においては、上述の図7あるいは図8に示したようなキャビテーションクラウドが繰り返して急膨張するような激しい非定常性はみられない。
【0040】
図10は、図4に示した第4の実施形態を水質浄化に適用した場合、水における現象を模式的に描いたものである。供給されたオゾン気泡21が噴流5の中でキャビテーションクラウド37の急膨張35となって発現する、という現象は、基本的には図7と図8に示した内容と同一である。オゾン20は、オゾン供給流路23を通じて導かれ、オゾン噴出環状口31から吹き出し、拡大空洞部10の中で、噴流5の噴出方向に逆行するように供給される。
【0041】
オゾン20は、はじめ柱状(この断面図では柱状に見えるが、実際に3次元的では円錐形の膜状)で噴出するが、このような急峻な流れ場において引きちぎられ、オゾン気泡21となって、噴流5の中へ巻き込まれる。これらオゾン気泡21は、キャビテーションの核となり、噴流5の内部で急膨張し、キャビテーションクラウド37へと成長する。このキャビテーションクラウド37は、噴流5の下流で分裂する。キャビテーションクラウド37のこのような激しい動きに起因して、噴流5の周囲には界面渦40が次々と生まれて、これがパワフルな渦キャビテーション41を作り出す。
【0042】
図11は、本発明の実施形態(図1)とウォータージェットのみを用いる従来技術における殺菌の効果を比較したものである。縦軸における菌体の駆除率r/r*は、菌体の除去量rを従来技術(ウォータージェットのみの場合、図14)における菌体除去量r*で割ることで無次元化したものである。ウォータージェットのみを用いる場合に比べて、10倍以上に、際立って殺菌の効果が高まったことが分かる。
【0043】
図12は、オゾンのみを用いる従来技術(図13)と、本発明の実施形態(図1)とを比較したものである。縦軸における菌体数密度の変化割合は、言い換えれば残菌率は、菌体の数密度nを初期状態における菌体の数密度n*で割ることで無次元化したものである。実験に供した汚染原水中の菌の数密度はかなり高い条件(1cc当たり104個を超える)である。オゾンのみを用いる従来技術では、残菌率が約0.1であるのに対し、本発明の実施形態の場合はその1/5程度にまで残菌率を低減することに成功したことがわかる。
【0044】
以上に示した2つの実証試験の結果によって、本発明を具体化することで得られる効果が実証された。
【0045】
図5には、本発明の更に他の実施形態に係る水質浄化装置を示す。高圧水2を噴射するノズル1’は、噴出孔の出口に拡大空洞部10を設けており、図2又は図4に示す実施形態に係るノズルと同様である。このノズル1’の近くまで送給されたオゾンは、ノズル1’の出口部外縁に設けたオゾン供給円環ダクト12を通じて、オゾン供給ノズル15から吹き出すようにして供給され(13)、循環渦11の作用によって、キャビテーションを伴う水中高速水噴流5の中へ混入する。
【0046】
オゾン供給円環ダクト12は、ドーナツ様の外形をしており、その円周方向4等分割(90°ピッチ)の位置に、オゾン供給ノズル15が設けられている。また、このオゾン供給円環ダクト12は、サポート14により、ノズル1’の本体に支持されている。
【0047】
この構成によって生じる現象は、図7あるいは図10に示したものと類似であって、気泡状態で供給したオゾンは、キャビテーションのいわゆる「種」となり、水中水噴流5の中において、キャビテーションクラウドが急膨張と分裂を激しく繰り返す要因となり。さらに、噴流5も激しく乱れて、渦キャビテーションの生成も促進される。オゾンによる強い酸化作用とキャビテーションの作用が、このようにして組み合わされるので、本実施形態は水質の浄化に大きく貢献する。
【0048】
以上説明したように、本発明においては、注入するオゾンを、水中ウォータージェットの「気泡核(Nuclei)」となる程度微量使用する。オゾンを、キャビテーションの核とすべく微量供給するために、オゾン注入については次のような構成を採用する。
【0049】
(1)水中のノズルから噴出する水中ウォータージェットの周囲から、オゾンを気泡状にして注入する。
【0050】
(2)水中ノズルの外周に微細孔から成る多孔プレートを設け、これを通してオゾンを押し出し、微細気泡状とする。これらの微細気泡状オゾンを、ウォータージェットを噴出するノズルの上流からウォータージェットと並行に吹き出させて供給し、ウォータージェット中に吸引させる。
【0051】
(3)ウォータージェットに用いる水中にオゾンを注入し、プランジャポンプ等で加圧することにより、水中にオゾンを物理的に溶解させ、ノズルから噴射する際の減圧時に気泡として析出させ、この気泡をキャビテーションの気泡核として利用する。
【0052】
(4)ノズルの噴出孔出口に円錐状の拡大空洞部を設けるノズルを用いて、この拡大空洞部における外周端あるいはこの拡大空洞部における内壁側面部の開口部へオゾンを導いて噴出させて、これらのオゾンを気泡状にしてウォータージェット中へ供給し、オゾンを気泡核とすることにより、ウォータージェットに生じるキャビテーションを促進する。
【0053】
以上のように、本発明の実施形態は、オゾンの使用量を減らし、しかも無駄無く利用し、キャビテーションの核として利用することによりキャビテーションの威力を強めて、水の浄化作用の効率化を図ろうとするものである。
【0054】
そして、前記(1)の実施形態によれば、気泡状のオゾンがキャビテーションの気泡核となり、水中ウォータージェットの中へ吸引(エントレイン)されてキャビテーションを促進する。キャビテーションの作用とオゾンの殺菌作用の重量効果によって、水中の滅菌を行い水を浄化する。
【0055】
また、前記(2)の実施形態については、前記(1)と同様の作用である。微細化したオゾンの気泡は水中ウォータージェット中へ吸い込まれ、キャビテーションの核となり、キャビテーションを促進する。キャビテーションの促進とオゾンによる酸化・殺菌作用によって水を浄化する。
【0056】
また、前記(3)の実施形態では、プランジャポンプによって加圧され、水中に溶触したオゾンが、ノズルの噴出孔において減圧されて高速のウォータージェットになったときに析出し、微細なオゾン気泡群となる。このように、本実施形態によるとオゾンがはじめから水中ウォータージェットの中にあるためキャビテーションが促進され、オゾンの酸化・殺菌作用との重量効果により水を効率良く浄化する。
【0057】
また、前記(4)の実施形態によれば、ノズル噴出孔の周囲にオゾンが供給されるので、オゾンは拡大円錐空洞内の循環渦の中へ効率良く吸引される。オゾンが吸引される位置は、キャビテーションの核になるのに最適であり、キャビテーションが促進する。これとオゾンの酸化・殺菌作用との重量効果によって、水を効率良く浄化する。
【0058】
以上のように、本発明の実施形態によると、使用するオゾンが少量であるものの、微細気泡として扱うためオゾン気泡の表面積が増えて、オゾンによる酸化作用は大量のオゾンを大気泡あるいは気体塊として扱う場合よりも水の浄化効果は高まる。また、オゾンが微細気泡化されているので、キャビテーションの核としても作用する。このように本発明は、2つの作用をうまく組み合わせて活かすことにその特徴の1つがある。
【0059】
【発明の効果】
本考案を具体化したことにより生まれる効果をまとめると次のようになる。
【0060】
(1)オゾン注入とキャビテーションの重量作用によって、滅菌の効果を高めることができる。
【0061】
(2)オゾンの使用量を減らせる。すなわち、少量のオゾンで滅菌処理を済ますことができるので、コスト的に有利になる。
【0062】
(3)オゾンの使用量を減らしているので、オゾンの有害性を回避できる。従事者の身体障害(例えば呼吸器系障害)を無くせる。また本考案を養殖場に適用する場合、養殖魚貝類に対する害を無くし、収穫量を高めることができる。
【0063】
(4)オゾン注入設備を簡素化できるので、コスト的に有利になる。
【0064】
(5)オゾン注入の助けがあるので、ウォータージェットの機能・条件を多少落としても、滅菌の効果を十分発揮できる。すなわち、噴射圧力を低めにしたり、あるいは噴射水量を少なくすることが可能なので、設備コスト的に有利である。
(6)オゾンをキャビテーションの核として利用するので、キャビテーションが活発になる。上記(5)の効果と同様に、ウォータージェットの機能・条件を多少落としても、つまり噴射圧力を低くしたりあるいは噴射水量を少なくしても滅菌の効果を発揮できるので、設備コスト的に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る水質浄化装置の構成を示す図でである。
【図2】本発明の第2の実施形態に係る水質浄化装置の構造を示す図である。
【図3】本発明の第3の実施形態に係る水質浄化装置の構造を示す図である。
【図4】本発明の第4の実施形態に係る水質浄化装置の構造を示す図である。
【図5】本発明の更に他の実施形態に係る水質浄化装置の構造を示す図である。
【図6】本発明の実施形態を水質浄化に適用した場合の系統的な全体構成を示す図である。
【図7】第1の実施形態に係る水質浄化装置の機能・作用を示す図である。
【図8】第2の実施形態に係る水質浄化装置の機能・作用を示す図である。
【図9】第3の実施形態に係る水質浄化装置の機能・作用を示す図である。
【図10】第4の実施形態に係る水質浄化装置の機能・作用を示す図である。
【図11】試験結果であり、本発明を実施することによって生まれる効果を実証した図である。
【図12】試験結果であり、本発明を実施することによって生まれる効果を実証した図である。
【図13】従来技術の一例を示す図である。
【図14】従来技術の他の例を示す図である。
【符号の説明】
1 ノズル
2 高圧水
3 高圧水供給流路
4 噴出孔
5 キャビテーションを伴う水中水噴流
6 浄化対象水
10 拡大空洞部
16 スロート
17 オゾン混入ノズル
18 オゾン供給管
19 オゾン注入ノズル
20 オゾン
21 オゾン気泡
23 オゾン供給流路
24 オゾン噴出ノズル
25 オゾン噴流
27 オゾン供給管
28 撹拌機
29 プランジャポンプ
30 オゾン溶解槽
31 オゾン噴出環状口
32 オゾンの流入
35 キャビテーションクラウドの急膨張
36 循環渦
37 キャビテーションクラウド
37a キャビテーションクラウドの分裂
38 渦キャビテーション
40 界面渦
41 渦キャビテーション
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to water purification of bay sea areas, fish farms, lakes, and water reservoirs, and more particularly to a technique that combines water jet, cavitation, and ozone.
[0002]
[Prior art]
Purification of the water area in the environment where humans live is an issue.
[0003]
(1) About the algae generated in the lake and the aquarium of the dam, especially the aoco that breeds abnormally in the summer, it not only makes the appearance of the water turbid but also gives off a strange smell and deprives people of rest . An appropriate amount of plankton can feed on aquatic organisms such as crucian carp, but if it occurs in large quantities, pathogenic insects may be generated due to lack of sunlight and water circulation, leading to the death of fish and shellfish.
[0004]
(2) About red tide plankton in the cultivated area in the bay It is a harmful seawater plankton represented by shutnera and kills a large amount of cultured fish and shellfish. If these carcasses remain undegraded and accumulate in the form of sludge on the sea floor, problems such as off-flavors may occur, especially in closed water areas where seawater is not circulated and replaced.
[0005]
(3) Chlorine-resistant protozoa became widely known as Cryptosporidium, and when mixed in tap water, fulminant diarrhea occurs in local residents. There are theories that it originates from wastewater from industrial waste sites and sewage leaking from farms, but the details are not well understood.
[0006]
(4) Dioxins and various surfactants are representative examples of environmental hormones (endocrine disrupting substances). It mixes with waste water leaking from incinerators and industrial waste sites and enters human living areas.
[0007]
(5) Viruses etc. that differ from the above (2) regarding pathogenic insects in farms such as shrimps, and are caused by water pollution. According to the purification of the water in the farm, the purification of the aquaculture water is important because shrimp lesions are drastically reduced and the growth of the shrimp is significantly increased.
[0008]
As described above, each is an environmental problem of a different type from the former pollution that originated from a specific company or factory, and countermeasures are urgently needed. On the other hand, injection of ozone (O 3 ) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), ultraviolet irradiation, air blowing into the bottom of the water area (bubbling), circulation of water in the water area using a jet pump, or application of ultrasonic waves Etc. have been proposed. However, due to cost problems, side effects are too strong, or sufficient effects are not achieved, the countermeasure technology has not been established and the technology has not yet spread widely. is there.
[0009]
As a conventional technique, a technique of blowing ozone in the form of bubbles has been proposed. This technology aims at the oxidation / decomposition action of ozone alone, and even if the ozone bubbles are made finer, the effect is limited. Increasing the amount of ozone supplied increases the effect, but increases the cost and may cause side effects as will be described later.
[0010]
On the other hand, there is a conventional technique in which an oxidation / decomposition reaction similar to that of ozone is performed using hydrogen peroxide. The problem of using hydrogen peroxide is the same as that of ozone. The supply of hydrogen peroxide or ozone alone has a limit in the effect of oxidation and decomposition.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 13 shows a conventional technique for injecting ozone into the purification target water 6. Ozone generated by the ozone generator 7 is fed by a hose 8 and blown out into the purification target water 6 as bubbles 9. This technique is often used as a sterilization measure for fish farms, but has the following problems.
[0012]
(1) Since ozone is supplied into the water as air bubbles or as a relatively large group of bubbles (having a diameter of about several millimeters), the decomposition and diffusion of ozone in water is poor, and the amount that floats on the water surface and dissipates into the atmosphere Many are inefficient.
[0013]
(2) Although the amount of use of lively ozone is increased due to the factor (1), it adversely affects the human body (workers) and farmed fish and shellfish. Respiratory diseases are the main harms to the human body, and off-flavors are also a problem. Fish shells, on the other hand, die if too much ozone is used.
[0014]
In this way, ozone has a strong oxidizing effect, but it has a “double-edged sword” nature, so if it is not appropriate for its usage, it will have a negative effect.
[0015]
FIG. 14 shows a technique in which a high-speed water jet is blown out in water and cavitation generated in the water jet is used. This utilizes an impact pressure generating action by cavitation, a local pyrolysis action and an oxidation action, but there is a problem that the sterilization effect is not always sufficient only by cavitation. However, the method by cavitation generated in the water jet also has an effect of changing water into enormous fine bubbles and mixing and stirring the water area.
[0016]
As described above, although the two conventional techniques, ozone and water jet, have their respective characteristics, there is a tendency that the taste cannot be fully achieved by itself. An object of the present invention is to provide a novel water purification device and a method thereof in view of these problems.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention mainly adopts the following configuration.
[0018]
A water purification device that injects a high-speed water jet from a nozzle into a purification target water area, and decomposes harmful substances in the water area due to cavitation generated in the high-speed water jet,
The nozzle includes a high-pressure water supply channel and a small-diameter ejection hole provided at a tip of the high-pressure water channel, and the high-pressure water is injected through the small-diameter ejection hole to cause cavitation. Forming a water jet with
An ozone mixing nozzle having an opening for forming a contraction part, a throat and an enlarged part is provided at the outlet part of the nozzle,
From the throat of the opening of the ozone mixing nozzle, bubbled ozone is blown out toward the high-speed water jet accompanied by cavitation,
The blown-out bubble-like ozone is formed so as to flow into the high-speed water jet accompanied with the cavitation and become a nucleus of cavitation generated in the high-speed water jet,
Furthermore, vortex cavitation is generated at the interface of the high-speed water jet by a circulating vortex formed between the outlet of the throat and the high-speed water jet,
The water purification apparatus which produces | generates the synergistic effect of the cavitation cloud by the said cavitation nucleus of the said high-speed water jet, and the said vortex cavitation.
[0019]
A water purification method in which a high-speed water jet is jetted from a nozzle into a purification target water area, and harmful substances in the water area are decomposed by cavitation generated in the high-speed water jet,
The nozzle includes a high-pressure water supply channel and a small-diameter ejection hole provided at a tip of the high-pressure water channel, and the high-pressure water is injected through the small-diameter ejection hole to cause cavitation. Forming a water jet with
From the throat of the opening having a contraction part, a throat and an enlarged part formed in the ozone mixing nozzle provided at the outlet part of the nozzle, bubble-like ozone is blown out toward the high-speed water jet accompanied by cavitation,
The balloon of the bubble-like ozone, the bubble-like ozone which has flowed into the high velocity water jet is formed to have a nucleus of cavitation occurring in high-speed water jet with the cavitation,
Furthermore, vortex cavitation is generated at the interface of the high-speed water jet by a circulating vortex formed between the outlet of the throat and the high-speed water jet,
A water purification method that exhibits a synergistic effect between a cavitation cloud formed by the cavitation nuclei of the high-speed water jet and the vortex cavitation.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a configuration example of a nozzle device for water purification according to the first embodiment of the present invention, and shows a configuration for using ozone as bubble nuclei (Nuclei) of cavitation of an underwater water jet. . In the nozzle 1, the high-pressure water 2 is guided through the high-pressure water supply flow path 3, and is jetted from the ejection holes 4 into the water to be purified 6 to become a submerged water jet 5 with cavitation. At the outlet of the nozzle 1, there is provided an ozone mixing nozzle 17 having an opening that forms a gradual contraction, a throat 16 and a gradual enlargement.
[0024]
The ozone 20 is blown out as ozone bubbles 21 from a plurality of ozone injection nozzles 19 opening in the throat 16 of the ozone mixing nozzle 17 and flows into the underwater water jet 5 accompanied by cavitation. As will be described later, the ozone bubble 21 becomes a so-called “seed” for activating cavitation violently.
[0025]
FIG. 2 is also a configuration example of a nozzle device for water purification according to the second embodiment of the present invention, and shows a configuration for using ozone as a bubble core of cavitation generated in an underwater water jet. In the nozzle 1, the high-pressure water 2 is guided through the high-pressure water supply channel 3, and is injected into the purification target water 6 from the ejection hole 4 having a small diameter, thereby forming an underwater water jet 5 with cavitation. In this nozzle 1, an enlarged cavity portion 10 that expands in a conical shape is provided at the outlet of the ejection hole 4.
[0026]
In the present embodiment, an ozone supply unit and an ejection unit are provided on the outer periphery of the nozzle 1. The ozone 20 is guided through an ozone supply flow path 23 and blown out from a plurality of ozone jet nozzles 24 opened at the tip thereof to become an ozone jet 25 composed of ozone bubbles 21 into the submerged water jet 5 accompanied by cavitation. Inflow. Since the underwater water jet has the property of entraining ambient water (entrainment), the ozone bubbles 21 are easily mixed into the jet 5 and, as will be described later, so-called violently activating cavitation. “Seeds”.
[0027]
In the third embodiment shown in FIG. 3, ozone is supplied into supply water (which may be water to be purified itself) for creating an underwater water jet, pressurized with a plunger pump and physically dissolved, It is intended to be a bubble core for jet cavitation. Ozone 20 is supplied in the state of bubbles 21 into the ozone dissolution tank 30, and water containing ozone is pressurized by the plunger pump 29. These ozone bubbles 21 become fine bubbles in water by being pressurized by the plunger pump 29.
[0028]
When the nozzle 1 depressurizes and accelerates and is injected, it transforms into a bubble core of cavitation, and vigorously activates cavitation in the submerged water jet 5. A considerable degree of the cavitation bubbles in the submerged water jet 5 is ozone, and this jet has not only a shocking mechanical action but also a strong oxidation / decomposition action. The nature of ozone remains unchanged even if it is compressed by being compressed with a plunger pump, or even if the form is changed to cavitation.
[0029]
The nozzle device shown in FIG. 4 is a fourth embodiment of the present invention different from the embodiment shown in FIGS. 1 and 2. Ozone 20 is blown out toward the ejection hole 4 of the nozzle 1 from the ozone ejection annular port 31 provided on the outer periphery of the enlarged cavity 10 in a direction against the flow of the submerged water jet 5.
[0030]
The ozone 20 is guided through an ozone supply channel 23 provided on the outer periphery of the nozzle 1. As will be described later, the ozone blown out from the ozone discharge annular port 31 immediately flows into the underwater water jet by the action of the circulating vortex generated inside the enlarged cavity 10 (32). This ozone also becomes a so-called “seed” for activating cavitation in the jet 5 as in the embodiment of FIGS. 1 and 2.
[0031]
FIG. 6 shows an entire system when the water purification apparatus according to the embodiment of the present invention is applied to a purification target water area 6 such as a lake. The apparatus in which the ozone mixing nozzle 17 is combined with the nozzle 1 is supported in the water below the rising moving body 49, and jets a submerged water jet 5 having strong oxidizing action into the water of the purification target water area 6 along with ozone. This device is held by the nozzle support 50 but can be moved in the height direction, that is, in the depth direction. Water in the purification target water area 6 is pumped up by the circulation pump 42, temporarily stored in the water storage tank 43, pressurized by the high pressure pump, and sent to the nozzle 1 through the high pressure hose 45.
[0032]
On the other hand, ozone is produced in the ozone generator 46, further pressurized by the compressor 47, and sent to the ozone mixing nozzle 17 mounted on the outer periphery of the nozzle 1. As an example of the combined configuration of the nozzle 1 that blows out water and the ozone-mixing nozzle 17 that blows out ozone, the one shown in FIG. 1 may be applied.
[0033]
FIG. 7 schematically shows the behavior and action in water when the first embodiment shown in FIG. 1 is applied to water purification. First, the high-pressure water 2 is jetted from the nozzle 1 to become an underwater water jet 5 accompanied by cavitation. The ozone 20 is blown from the throat 16 of the ozone mixing nozzle 17 through the ozone injection nozzle 19, becomes ozone bubbles 21, and flows into the underwater water jet 5 accompanied by cavitation.
[0034]
The ozone bubbles 21 become cavitation bubble nuclei in the jet 5, and formally appear as rapid expansion of the cavitation cloud. The cavitation cloud 37 is rapidly expanded and then split (37 a), and is discharged to the downstream area of the jet 5. As described above, the behavior of the cavitation cloud 37 is extremely unsteady and changes drastically according to the inflow of ozone bubbles. In other words, the strength of non-stationarity means that cavitation is powerful, and is effective for water purification.
[0035]
Further, a strong circulation vortex 36 is formed between the outlet of the throat 16 in the ozone mixing nozzle 17 and the underwater water jet 5 accompanied by cavitation, and a vortex cavitation 38 derived from this vortex is generated at the interface of the jet 5. This vortex cavitation 38 is also powerful. In other words, the synergistic action of the cavitation cloud 37 and the vortex cavitation 38 derived from the above-mentioned ozone bubbles effectively purifies the water quality, that is, kills harmful organisms in the water area.
[0036]
FIG. 8 schematically depicts the behavior in water when the second embodiment shown in FIG. 2 is applied to water purification. The high-pressure water 2 is fed through the high-pressure water supply flow path 3, is rapidly decompressed and accelerated through the ejection holes 4, and is ejected to form an underwater water jet 5 with cavitation. The ozone 20 is guided through the nozzle outer peripheral tube 22 and is jetted into the water from the ozone jet nozzle 24 to become fine ozone bubbles 21 and flows into the submerged water jet 5 (39). This ozone bubble becomes a bubble core of cavitation in the jet 5. The ozone bubbles appear as a rapid expansion 35 of the cavitation cloud in the jet 5, and this phenomenon becomes a periodic intense movement and activates the cavitation in the jet 5.
[0037]
Similar to the phenomenon in FIG. 7, the water quality is effectively purified because the cavitation with strong unsteadiness and strong cavitation occurs. Although the cavitation cloud 37 performs irregular and rapid expansion 35 one after another, a strong pressure fluctuation is generated in the jet, and this pressure fluctuation causes an interface vortex 40 to be generated at the interface of the jet 5. A vortex cavitation 41 derived from the vortex develops. Similarly to FIG. 7, also in this embodiment, since the vortex cavitation overlaps the action of the cavitation cloud 37, the power of cavitation in the entire jet 5 is increased.
[0038]
FIG. 9 schematically illustrates a phenomenon in the vicinity of the nozzle in the third embodiment shown in FIG. 3, and a phenomenon when ozone is jetted as an underwater water jet 5 in a state of being physically dissolved in water. Is shown. High-pressure water 2 a containing ozone as bubble nuclei is supplied through the high-pressure water supply flow path 3 of the nozzle 1. The high-pressure water 2a is suddenly depressurized and accelerated, and is jetted from the ejection hole 4 into the purification target water 6 to become an underwater water jet 5 accompanied by cavitation.
[0039]
Ozone that has been pressurized and trapped in the water sent to the nozzle is precipitated as a group of fine bubbles in the initial region of the jet 5 due to an abrupt action when passing through the ejection hole (33). The precipitated ozone bubbles serve as cavitation bubble nuclei and develop cavitation in the submerged water jet. In this embodiment, there is no severe unsteadiness such that the cavitation cloud as shown in FIG. 7 or FIG.
[0040]
FIG. 10 schematically illustrates a phenomenon in water when the fourth embodiment shown in FIG. 4 is applied to water purification. The phenomenon that the supplied ozone bubble 21 appears as a rapid expansion 35 of the cavitation cloud 37 in the jet 5 is basically the same as the contents shown in FIGS. The ozone 20 is guided through the ozone supply flow path 23, blown out from the ozone discharge annular port 31, and supplied so as to go backward in the jet direction of the jet 5 in the enlarged cavity portion 10.
[0041]
The ozone 20 is first ejected in a columnar shape (which looks like a columnar shape in this cross-sectional view but is actually a three-dimensional cone-shaped film), but it is torn in such a steep flow field and becomes an ozone bubble 21. Involved into the jet 5. These ozone bubbles 21 become cavitation nuclei, rapidly expand inside the jet 5, and grow into a cavitation cloud 37. The cavitation cloud 37 is split downstream of the jet 5. Due to such intense movement of the cavitation cloud 37, interfacial vortices 40 are successively generated around the jet 5, and this creates a powerful vortex cavitation 41.
[0042]
FIG. 11 compares the sterilization effect of the embodiment of the present invention (FIG. 1) and the prior art using only a water jet. The cell disinfection rate r / r * on the vertical axis is made dimensionless by dividing the cell removal amount r by the cell removal amount r * in the conventional technique (in the case of only a water jet, FIG. 14). is there. It can be seen that the effect of sterilization is markedly increased by 10 times or more compared to the case of using only the water jet.
[0043]
FIG. 12 compares the prior art using only ozone (FIG. 13) and the embodiment of the present invention (FIG. 1). The change rate of the cell density on the vertical axis, in other words, the residual cell rate, is made dimensionless by dividing the cell density n by the cell density n * in the initial state. The number density of bacteria in the contaminated raw water used for the experiment is a fairly high condition (more than 10 4 per cc). In the prior art using only ozone, the residual bacteria rate is about 0.1, whereas in the case of the embodiment of the present invention, it was found that the residual bacteria rate was successfully reduced to about 1/5. .
[0044]
The effects obtained by embodying the present invention were verified by the results of the above two verification tests.
[0045]
FIG. 5 shows a water purification apparatus according to still another embodiment of the present invention. The nozzle 1 ′ for injecting the high-pressure water 2 is provided with the enlarged cavity 10 at the outlet of the ejection hole, and is the same as the nozzle according to the embodiment shown in FIG. 2 or FIG. 4. The ozone supplied to the vicinity of the nozzle 1 ′ is supplied so as to blow out from the ozone supply nozzle 15 through the ozone supply annular duct 12 provided on the outer edge of the outlet of the nozzle 1 ′ (13). As a result of this, the water is mixed into the underwater high-speed water jet 5 accompanied by cavitation.
[0046]
The ozone supply annular duct 12 has a donut-like outer shape, and an ozone supply nozzle 15 is provided at a position of four equal divisions (90 ° pitch) in the circumferential direction. The ozone supply annular duct 12 is supported on the main body of the nozzle 1 ′ by a support 14.
[0047]
The phenomenon caused by this configuration is similar to that shown in FIG. 7 or FIG. 10, and ozone supplied in a bubble state becomes a so-called “seed” of cavitation, and in the submerged water jet 5, the cavitation cloud suddenly It becomes a factor which repeats expansion and division violently. Furthermore, the jet 5 is also turbulent and the generation of vortex cavitation is promoted. Since the strong oxidation action and the cavitation action by ozone are combined in this way, this embodiment greatly contributes to the purification of water quality.
[0048]
As described above, in the present invention, a small amount of ozone to be injected is used so that it becomes a “bubble nucleus (Nuclei)” of an underwater water jet. In order to supply a small amount of ozone to be the core of cavitation, the following configuration is adopted for ozone injection.
[0049]
(1) Ozone is injected in the form of bubbles from the periphery of an underwater water jet ejected from an underwater nozzle.
[0050]
(2) A perforated plate made of fine holes is provided on the outer periphery of the submerged nozzle, and ozone is extruded through this to form fine bubbles. These fine bubble-like ozone is blown out and supplied in parallel with the water jet from the upstream side of the nozzle for jetting the water jet, and is sucked into the water jet.
[0051]
(3) Injecting ozone into the water used for the water jet and pressurizing it with a plunger pump, etc., physically dissolves the ozone in the water and deposits it as a bubble at the time of depressurization when ejected from the nozzle. Use as bubble nuclei.
[0052]
(4) Using a nozzle provided with a conical enlarged cavity at the outlet of the nozzle, ozone is guided to the outer peripheral end of the enlarged cavity or the opening of the side surface of the inner wall of the enlarged cavity, and ejected. Cavitation generated in the water jet is promoted by supplying these ozone in the form of bubbles into the water jet and using ozone as the bubble core.
[0053]
As described above, the embodiment of the present invention intends to reduce the amount of ozone used, use it without waste, and enhance the power of cavitation by using it as the core of cavitation to improve the efficiency of water purification. To do.
[0054]
According to the embodiment of (1), the bubble-like ozone becomes the cavitation bubble nucleus and is sucked (entrained) into the underwater water jet to promote cavitation. Water is sterilized and purified by the weight effect of cavitation and ozone sterilization.
[0055]
The embodiment (2) is the same as the operation (1). Micronized ozone bubbles are sucked into an underwater water jet, becoming the core of cavitation and promoting cavitation. Purifies water by promoting cavitation and oxidizing and sterilizing with ozone.
[0056]
In the embodiment of the above (3), the ozone pressurized by the plunger pump and melted in water is precipitated when the ozone is depressurized in the nozzle orifice and becomes a high-speed water jet, and a group of fine ozone bubbles. It becomes. Thus, according to this embodiment, since ozone is in the underwater water jet from the beginning, cavitation is promoted, and water is efficiently purified by the weight effect of the oxidation and sterilization action of ozone.
[0057]
According to the embodiment (4), since ozone is supplied around the nozzle ejection hole, the ozone is efficiently sucked into the circulation vortex in the enlarged conical cavity. The position where ozone is sucked in is optimal for becoming the core of cavitation and promotes cavitation. Water is efficiently purified by the weight effect of this and the oxidation and sterilization action of ozone.
[0058]
As described above, according to the embodiment of the present invention, although the amount of ozone to be used is small, the surface area of the ozone bubbles is increased because it is handled as fine bubbles, and the oxidizing action by ozone converts a large amount of ozone into large bubbles or gas masses. The water purification effect is higher than the case of handling. Moreover, since ozone is microbubbled, it also acts as a nucleus of cavitation. As described above, the present invention has one of its features in that the two actions are combined well and utilized.
[0059]
【The invention's effect】
The effects born by embodying the present invention are summarized as follows.
[0060]
(1) The effect of sterilization can be enhanced by the weight action of ozone injection and cavitation.
[0061]
(2) The amount of ozone used can be reduced. That is, sterilization can be completed with a small amount of ozone, which is advantageous in terms of cost.
[0062]
(3) Since the amount of ozone used is reduced, the harmful effects of ozone can be avoided. Eliminate physical disabilities (eg, respiratory problems) for workers. Moreover, when this invention is applied to a farm, the harm to cultured fish shellfish can be eliminated and the yield can be increased.
[0063]
(4) Since the ozone injection facility can be simplified, it is advantageous in terms of cost.
[0064]
(5) Since there is an aid in ozone injection, the effect of sterilization can be sufficiently exerted even if the function / conditions of the water jet are somewhat reduced. That is, since the injection pressure can be lowered or the amount of water to be injected can be reduced, it is advantageous in terms of equipment cost.
(6) Since ozone is used as the core of cavitation, cavitation becomes active. Similar to the effect of (5) above, the sterilization effect can be exhibited even if the function / conditions of the water jet are slightly reduced, that is, the injection pressure is lowered or the amount of the injection water is reduced. It is.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a water purification device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a structure of a water purification device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a structure of a water purification device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a structure of a water purification device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a view showing a structure of a water purification device according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a systematic overall configuration when the embodiment of the present invention is applied to water purification.
FIG. 7 is a diagram showing functions and operations of the water purification device according to the first embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing functions and operations of a water purification device according to a second embodiment.
FIG. 9 is a diagram illustrating functions and operations of a water purification device according to a third embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing functions and operations of a water purification device according to a fourth embodiment.
FIG. 11 is a test result demonstrating the effect produced by carrying out the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing test results and demonstrating the effects produced by carrying out the present invention.
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a conventional technique.
FIG. 14 is a diagram showing another example of the prior art.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nozzle 2 High pressure water 3 High pressure water supply flow path 4 Ejection hole 5 Underwater water jet with cavitation 6 Water to be purified 10 Enlarged cavity 16 Throat 17 Ozone mixing nozzle 18 Ozone supply pipe 19 Ozone injection nozzle 20 Ozone 21 Ozone bubble 23 Ozone Supply channel 24 Ozone jet nozzle 25 Ozone jet 27 Ozone supply pipe 28 Stirrer 29 Plunger pump 30 Ozone dissolution tank 31 Ozone jet annular port 32 Inflow of ozone 35 Rapid expansion of cavitation cloud 36 Circulation vortex 37 Cavitation cloud 37a Splitting of cavitation cloud 38 Vortex cavitation 40 Interface vortex 41 Vortex cavitation

Claims (2)

浄化対象水域中にノズルから高速水噴流を噴射し、前記高速水噴流に発生するキャビテーションによる水域中の有害物を分解処理する水質浄化装置であって、
前記ノズルは、高圧水供給流路と前記高圧水流路の先端部に設けられた口径の小さな噴出孔とからなり、前記高圧水は、前記口径の小さな噴出孔を通過し噴射されることでキャビテーションを伴う水噴流を形成し、
前記ノズルの出口部に収縮部、スロート及び拡大部を形成する開口部を有するオゾン混入ノズルを設け、
前記オゾン混入ノズルの開口部の前記スロートより、気泡状のオゾンをキャビテーションを伴う前記高速水噴流に向けて吹き出し
前記吹き出された気泡状オゾンは、前記キャビテーションを伴う高速水噴流の中に流入して前記高速水噴流に生じキャビテーションの核となるように形成され、
さらに、前記スロートの出口と前記高速水噴流の間に形成された循環渦により前記高速水噴流の界面に渦キャビテーションを生成し、
前記高速水噴流の前記キャビテーション核によるキャビテーションクラウドと前記渦キャビテーションの相乗作用を奏する
ことを特徴とする水質浄化装置。
A water purification device that injects a high-speed water jet from a nozzle into a purification target water area, and decomposes harmful substances in the water area due to cavitation generated in the high-speed water jet,
The nozzle includes a high-pressure water supply channel and a small-diameter ejection hole provided at a tip of the high-pressure water channel, and the high-pressure water is injected through the small-diameter ejection hole to cause cavitation. Forming a water jet with
An ozone mixing nozzle having an opening for forming a contraction part, a throat and an enlarged part is provided at the outlet part of the nozzle,
From the throat of the opening of the ozone mixing nozzle, bubbled ozone is blown out toward the high-speed water jet accompanied by cavitation,
The blown-out bubble-like ozone is formed so as to flow into the high-speed water jet accompanied with the cavitation and become a nucleus of cavitation generated in the high-speed water jet,
Furthermore, vortex cavitation is generated at the interface of the high-speed water jet by a circulating vortex formed between the outlet of the throat and the high-speed water jet,
A water purification apparatus characterized by a synergistic effect of the cavitation cloud of the high-speed water jet by the cavitation nucleus and the vortex cavitation.
浄化対象水域中にノズルから高速水噴流を噴射し、前記高速水噴流に発生するキャビテーションによる水域中の有害物を分解処理する水質浄化方法であって、
前記ノズルは、高圧水供給流路と前記高圧水流路の先端部に設けられた口径の小さな噴出孔とからなり、前記高圧水は、前記口径の小さな噴出孔を通過し噴射されることでキャビテーションを伴う水噴流を形成し、
前記ノズルの出口部に設けたオゾン混入ノズルに形成された収縮部、スロート及び拡大部を有する開口部のスロートより、気泡状のオゾンをキャビテーションを伴う前記高速水噴流に向けて吹き出し
前記気泡状オゾンの吹き出しによって、前記高速水噴流の中に流入した前記気泡状オゾンが前記キャビテーションを伴う高速水噴流に生じキャビテーションの核となるように形成され、
さらに、前記スロートの出口と前記高速水噴流の間に形成された循環渦により前記高速水噴流の界面に渦キャビテーションを生成し、
前記高速水噴流の前記キャビテーション核によるキャビテーションクラウドと前記渦キャビテーションの相乗作用を奏する
ことを特徴とする水質浄化方法。
A water purification method in which a high-speed water jet is jetted from a nozzle into a purification target water area, and harmful substances in the water area are decomposed by cavitation generated in the high-speed water jet,
The nozzle includes a high-pressure water supply channel and a small-diameter ejection hole provided at a tip of the high-pressure water channel, and the high-pressure water is injected through the small-diameter ejection hole to cause cavitation. Forming a water jet with
From the throat of the opening having a contraction part, a throat and an enlarged part formed in the ozone mixing nozzle provided at the outlet part of the nozzle, bubble-like ozone is blown out toward the high-speed water jet accompanied by cavitation,
The balloon of the bubble-like ozone, the bubble-like ozone which has flowed into the high velocity water jet is formed to have a nucleus of cavitation occurring in high-speed water jet with the cavitation,
Furthermore, vortex cavitation is generated at the interface of the high-speed water jet by a circulating vortex formed between the outlet of the throat and the high-speed water jet,
A water purification method comprising the synergistic effect of the cavitation cloud of the high-speed water jet by the cavitation nucleus and the vortex cavitation.
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