JP5524775B2 - 浮上分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、被処理水中の被処理物質に気泡を付着させ、被処理物質を浮上物として分離する浮上分離装置の技術に関する。

従来、被処理水中に含まれるＳＳ成分、油分等の被処理物質を除去する方法として、被処理水と気泡とを混合して、浮上槽に供給し、被処理物質に気泡を付着させて浮上槽の液面に浮上させ、被処理物質を分離する浮上処理が知られている。なお、処理効率を上げるために、被処理水を浮上槽に供給する前に、凝集剤を添加して、被処理水中に含まれる被処理物質をフロック化させることも行われている。

図３は、従来の浮上分離装置の構成を示す模式図である。この浮上分離装置２において、浮上槽７０には、槽体を構成する外周壁７２の内側に、下端が槽内中間部に至る内周壁７４が外周壁７２の内周に沿って設けられている。外周壁７２及び内周壁７４は円筒形である。外周壁７２と内周壁７４との間は、内周壁７４によって浮上物が進入するのが防止され、処理水が集水される処理水室７６が形成されている。浮上槽７０内の中央部分には、上部および下部が開放された流入筒７８が設けられ、この流入筒７８内には、浮上槽７０の底部７０ａの中央から延設され、流入筒７８内で開口する被処理水導入管８０が設けられている。被処理水導入管８０には、浮上槽７０外にて被処理水流入管８２が接続されている。また、被処理水流入管８２には、加圧水流入管８４が接続され、ここから加圧タンク等で高圧下で空気が溶解した加圧水が供給されている。

浮上分離装置２の運転方法を説明する。例えば、加圧水流入管８４を介して、処理水に高圧下において空気を溶解させた加圧水を被処理水流入管８２に供給し、加圧水と被処理水が混合された混合液が被処理水流入管８２を通り、被処理水導入管８０を介し、浮上槽７０の流入筒７８内に供給される。浮上槽７０内では、加圧水中に溶解していた気体が気泡として析出し、被処理水中に含まれる被処理物質に付着し、被処理物質が浮上分離され、浮上槽７０の液面に浮上物２３として浮上する。そして、被処理物質が除去された処理水は、処理水室７６の下端部７６ａから処理水室７６を通り、浮上槽７０の外周壁７２の上端の越流堰をオーバーフローして調整槽８６に供給され、ここに接続されている処理水排出管８８により系外に排出される。

米国特許出願公開第２００５／０１１５８８１号明細書 特開２０１０−５５１９号公報 特開２０１０−５５２０号公報 特開２０１０−２２９６４号公報

しかし、図３に示す浮上分離装置２では、水面積負荷（浮上槽７０の水平断面積に対する処理水量（線速度ＬＶ））を高くすると（例えば、ＬＶ＝１０〜４０ｍ／ｈ）、浮上槽７０に供給された被処理水により、浮上槽７０の液面が乱れ、浮上物２３が沈降するため、高速処理を行うことが難しい。

そこで、本発明は、高速処理が可能な浮上分離装置を提供することを目的とする。

本発明は、被処理水中の被処理物質に気泡を付着させ、被処理物質を浮上物として分離する浮上分離装置であって、浮上槽と、前記浮上槽を垂直方向上部および下部に区画する整流板と、前記被処理水を前記浮上槽内に導入する被処理水導入管と、前記被処理水導入管を介して導入される被処理水を前記浮上槽の液面方向に導く流入筒と、前記被処理物質が分離された処理水を前記下部から集水する集水部と、を有し、前記整流板には、前記処理水を通水させる複数の整流孔が形成され、前記流入筒は前記上部に配置され、前記流入筒の一端及び他端は開口され、前記一端の開口部は、前記上部の水平方向の中心部で、前記浮上槽の液面に向かって開口され、前記他端の開口部は、前記整流板に向かって開口され、前記被処理水を放出する前記被処理水導入管の放出口は、前記流入筒内に配置される。

また、前記浮上分離装置において、前記被処理物質のうち前記整流板上に沈殿した沈殿物を前記整流孔から下方に排出する整流板スクレーパーを備えることが好ましい。

また、前記浮上分離装置において、前記浮上槽の底部は傾斜し、前記底部の傾斜角は６０度以上であることが好ましい。

本発明の浮上分離装置では、高速処理が可能となる。

本発明の実施形態に係る浮上分離装置の構成の一例を示す模式断面図である。 本発明の実施形態に係る浮上分離装置の構成の一例を示す模式上面図である。 従来の浮上分離装置の構成を示す模式図である。

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る浮上分離装置の構成の一例を示す模式断面図である。図２は、本発明の実施形態に係る浮上分離装置の構成の一例を示す模式上面図である。図１に示す浮上分離装置１は、浮上槽１０、排出部１２、整流板１４、浮上物スキマー１６、整流板スクレーパー１８、流入筒２６、被処理水導入管２８、を備える。

本実施形態では、整流板１４が浮上槽１０内に設置され、浮上槽１０が垂直方向の上部２０ａ及び下部２０ｂに区画される。整流板１４には、処理水が通水する複数の整流孔１４ａが形成されている。

図２に示すように、本実施形態では、浮上槽１０の周壁１０ａは円筒形とされ、浮上槽１０の底部１０ｂは中央に向かって低位となるホッパ状とされている。また、図１に示すように、底部１０ｂの中央には、不図示の沈殿物排出口が設けられ、沈殿物排出管１９が接続されている。

浮上槽１０には、集水口１０ｃが設けられ、集水口１０ｃは浮上槽１０の下部２０ｂ側、すなわち整流板１４より垂直方向下方に配置される。

浮上槽１０には、被処理物質のうち、液面に浮上した浮上物２３（いわゆるスカム）を排出するための浮上物ポット２４が設けられ、浮上物ポット２４には、浮上物排出管４４が接続されている。

本実施形態では、被処理水導入管２８は浮上槽１０の下部２０ｂから浮上槽１０内に挿入され、整流板１４を介して、流入筒２６まで延設され、被処理水導入管２８の放出口２８ａが流入筒２６内に配置される。なお、本実施形態では、整流板１４には、被処理水導入管２８を挿入するための挿入孔が設けられている。被処理水導入管２８には、被処理水流入管３０が接続され、被処理水流入管３０には加圧水流入管３２が接続されている。

本実施形態では、流入筒２６は、周壁１０ａ等にフレームなどで固定され、浮上槽１０の上部２０ａに設置される。流入筒２６の一端及び他端には開口部（２６ａ，２６ｂ）が形成されている。流入筒２６の一端の開口部２６ａは、上部２０ａの中心部で、浮上槽１０の液面に向かって開口している。

本実施形態では、排出部１２は、処理水取出管３８、水位調整槽４０、処理水排出管４２を備える。処理水取出管３８の一端は、浮上槽１０に設けられた集水口１０ｃに接続されており、処理水取出管３８の他端は、水位調整槽４０の入口に接続されている。また、水位調整槽４０の出口には処理水排出管４２が接続されている。

本実施形態の浮上物スキマー１６は、羽根、螺旋羽根等のスクレーパー部を有している。本実施形態の浮上物スキマー１６は、モータ６６に設置されたシャフトに固定されており、モータ６６が駆動することにより、浮上物スキマー１６が回転する。

本実施形態の整流板スクレーパー１８は、羽根、螺旋羽根等のスクレーパー部を有している。本実施形態の整流板スクレーパー１８は、流入筒２６に取り付けられ、モータ６６の駆動により、整流板スクレーパー１８及び流入筒２６は一体に回転する。

次に、本実施形態に係る浮上分離装置１による運転方法の一例を説明する。

まず、被処理水流入管３０から被処理水を流入させると共に、加圧水流入管３２から高圧下で気体を溶解させた加圧水を流入させる。加圧水は、処理水の一部を加圧タンクに導入し、ここにおいて高圧下で空気を溶解させて生成する。

加圧水流入管３２を通る加圧水は、被処理水流入管３０を通る被処理水に混合される。被処理水及び加圧水からなる混合液は被処理水流入管３０から、被処理水導入管２８に供給される。被処理水及び加圧水は被処理水導入管２８を介し、被処理水導入管２８の放出口２８ａから流入筒２６内に供給される。流入筒２６内に供給された被処理水及び加圧水は、流入筒２６の一端の開口部２６ａから浮上槽１０の上部２０ａに流入し、浮上槽１０の液面に向かって上昇する。浮上槽１０の上部２０ａ（及び流入筒２６内）は、大気圧状態であるため、加圧水に溶解していた気体が気泡として析出し、被処理水中の被処理物質（ＳＳ成分、油分等）に付着する。そして、気泡が付着した被処理物質は浮上物２３として液面上に浮上する。なお、気泡の発生方法としては、上記のように加圧水を用いる方法に制限されるものではなく、その他に、例えば、界面活性剤等の気泡発生剤を被処理水に添加する方法等であってもよい。また、被処理水自体を空気溶解タンクに導入し、ここで被処理水に直接空気を溶解する全量加圧方式を採用してもよい。

液面に浮上した被処理物質（浮上物２３）は、回転する浮上物スキマー１６のスクレーパー部により浮上物２３が半径方向外側に移動させられ、浮上槽１０に設けられた浮上物ポット２４に集められ、浮上物排出管４４から排出される。

浮上槽１０の上部２０ａで、被処理物質が除去された処理水は、整流板１４に設けた整流孔１４ａを通り、浮上槽１０の下部２０ｂに供給される。整流板１４を設けることにより、上部２０ａから下部２０ｂへ流れる処理水の流れが整流されるため、上部２０ａから下部２０ｂへ流れる処理水の流速は、整流板１４の整流効果により、どの場所でもほぼ均一となる。その結果、浮上槽１０の上部２０ａ全体を浮上分離処理に使用することが可能となり、効率的に気泡を被処理物質に付着させることができるため、処理能力を向上させることができる。さらに、気泡が付着しても浮上することができない比重の重い被処理物質（沈殿物）や、気泡が十分付着しなかった被処理物質が、上部２０ａから下部２０ｂへ流れる処理水の流速が速い箇所の底部１０ｂに局所的に沈殿することも抑えられ、底部１０ｂ全体に沈殿させることができる。このように、被処理物質の除去において、浮上槽１０全体を有効に使用することができるため、装置の小型化、浮上分離槽装置の高速処理が可能となる。

また、本実施形態では、流入筒２６の他端が開口しているため（開口部２６ｂ）、被処理水の一部（整流孔１４ａを通過しなかった被処理水）は、他端の開口部２６ｂから流入筒２６内に流入し、再度、流入筒２６の一端の開口部２６ａから浮上槽１０の液面に向かって上昇する。このように、流入筒２６を介して、被処理水を浮上槽１０の上部２０ａで循環させることにより、気泡と被処理物質との接触効率を高めることができるため、多くの被処理物質を浮上物２３として液面上に浮上させることができる。その結果、被処理物質の処理効率を向上させることができるため、装置の小型化、浮上分離装置の高速処理が可能となる。

次に、整流板１４に形成された整流孔１４ａを通って、浮上槽１０の下部２０ｂに供給された処理水は、浮上槽１０の集水口１０ｃから処理水取出管３８を通り、水位調整槽４０に供給される。水位調整槽４０に設けられた可動堰４１の高さを調整することで、浮上槽１０における水位を調整でき、浮上槽１０の水位が浮上物２３の浮上物ポット２４への排出に適した水位に調整することが可能となる。そして、処理水が水位調整槽４０の出口から処理水排出管４２へ排出される。なお、可動堰４１を間欠的に上昇させ、これによって浮上槽１０内の浮上物２３を浮上物ポット２４へオーバーフローさせることも可能である。

一方、気泡が付着しても浮上することができない比重の重い被処理物質（沈殿物）や、気泡が十分付着しなかった被処理物質は、整流板１４上や浮上槽１０の底部１０ｂに沈殿する。整流板１４に沈殿した沈殿物は、回転する整流板スクレーパー１８のスクレーパー部により掻き取られ、整流板１４の整流孔１４ａから排出される。また、浮上槽１０の底部１０ｂに沈殿した沈殿物は、沈殿物排出管１９から排出される。このようにして、被処理水の処理が行われる。

本実施形態で用いられる浮上槽１０の周壁１０ａは、矩形であってもよいが、円筒形であることが好ましい。浮上槽１０の周壁１０ａを円筒状にすることによって、被処理水は流入筒２６の一端の開口部２６ａから放射状に拡がりながら流れる分散流れとなって、浮上槽１０の周壁１０ａに達する。その結果、一端の開口部２６ａから供給された被処理水の流れは、浮上槽１０の周壁１０ａに到達するまでに緩やかになり、上部２０ａから下部２０ｂに向かって流れる被処理水の下降流、特に周壁１０ａに沿って流れる被処理水の下降流も緩やかになる。したがって、急速な下降流によって生じる処理水の水質の悪化は抑制される。

本実施形態の流入筒２６の一端の開口部２６ａは、上記でも説明したように、浮上槽１０の中心部に配置されることが好ましい。ここで、中心部とは、浮上槽１０の水平断面における中心から周壁１０ａまでの距離に対し、中心から１／３以内の領域である。このように、一端の開口部２６ａを中心部に設置することにより、被処理水は、放射状に拡がりながら流れる分散流れとなるため、浮上分離装置の水面積負荷（浮上槽１０の水平断面積に対する処理水量（線速度ＬＶ））を高くしても、浮上槽１０の液面が乱れ難くなり、液面に浮上した浮上物２３の再沈降を抑制することができる。すなわち、高速処理を行っても処理水の水質悪化を抑制することができる。

また、流入筒２６の一端の開口部２６ａが、浮上槽１０の液面付近に位置すると、流入筒２６の一端の開口部２６ａから供給される被処理水が液面に噴き上げて、液面を乱し、液面に浮上した浮上物２３の再沈降を招く虞があるため、被処理水が液面に噴き上げない程度に、液面から下方に配置されることが好ましい。

流入筒２６の一端の開口部２６ａの形状は、特に制限されるものではないが、流入筒２６の一端の開口部２６ａから供給される被処理水が放射状に分散し易くなる点で、浮上槽１０において上方に向けてテーパ状に広がっていることが好ましい。

また、流入筒２６の一端の開口部２６ａ及び他端の開口部２６ｂの水平断面積は、特に制限されるものではないが、流入筒２６を流れる被処理水の流速を適切に制御することができる点で、好ましくは浮上槽１０の水平断面積の１／３０〜１／３の範囲、より好ましくは浮上槽１０の水平断面積の１／２０〜１／８の範囲とするのがよい。流入筒２６の一端の開口部２６ａの水平断面積が浮上槽１０の水平断面積の１／３０より小さいと、一端の開口部２６ａから出る際の被処理水の流速が速くなるため、一端の開口部２６ａから浮上槽１０の周壁１０ａに向かって流れる被処理水の流速も速くなり、浮上槽１０の液面に乱れが生じやすく、液面に浮上した浮上物２３の再沈降を招く虞がある。また、浮上槽１０の周壁１０ａに沿って流れる被処理水の下降流も速くなるため、整流板１４の全体を有効に利用することができず、その整流効果が減少し、処理水の水質が悪化する可能性がある。また、一端の開口部２６ａの水平断面積が浮上槽１０の水平断面積の１／３より大きいと、浮上槽１０の面積を確保することが難しくなり、浮上槽１０の水面積負荷が大きくなり、効率的な浮上処理が行えなくなる場合がある。また、他端の開口部２６ｂの水平断面積が浮上槽１０の水平断面積の１／３０より小さいと、流入筒２６を介して循環する被処理水の循環効率が低下し、気泡と被処理物質との接触効率を十分に確保することができない場合がある。また、他端の開口部２６ｂの水平断面積が浮上槽１０の水平断面積の１／３より大きいと、浮上槽１０の面積を確保することが難しくなり、浮上槽１０の水面積負荷が大きくなり、効率的な浮上処理が行えなくなる場合がある。

本実施形態では、浮上分離装置１に浮上物スキマー１６を必ずしも設置する必要はないが、浮上物２３を効率的に排出することができる点で、浮上分離装置１に浮上物スキマー１６を設置することが好ましい。浮上物スキマー１６は、液面に浮上した浮上物２３を掻き寄せることができるものであれば、本実施形態の構成に制限されるものではない。

本実施形態では、浮上分離装置１に整流板スクレーパー１８を必ずしも設置する必要はないが、整流板１４上に堆積する沈殿物を効率的に排出することができるため、メンテナンス回数を減らし、装置の長期連続運転が可能となる点で、整流板スクレーパー１８を設置することが好ましい。整流板スクレーパー１８は、整流板１４に沈殿した沈殿物を掻き取り、整流板１４の整流孔１４ａから下方に落下排出することができるものであれば、本実施形態の構成に制限されるものではない。

なお、浮上物スキマー１６及び整流板スクレーパー１８の回転数は同一でなく、それぞれ異ならせてもよい。しかし、同一回転数とすれば、減速機構等が不要で、駆動機構を簡単にすることができる。

本実施形態では、浮上槽１０の底部１０ｂは傾斜し、底部１０ｂの傾斜角（図１のＲ）は６０度以上であることが好ましい。一般的に、底部１０ｂに堆積した沈殿物は、モータにより回転する軸に固定され、その軸の回転と共に回転する沈殿物掻き寄せ機により、中央に掻き寄せられ、沈殿物排出管１９から排出される。しかし、本実施形態のように、底部１０ｂの傾斜角を６０度以上にすることによって、上記のような沈殿物掻き寄せ機を設置しなくても、底部１０ｂに堆積する沈殿物を中央に集め、効率よく沈殿物を沈殿物排出管１９から排出させることができる。このように、沈殿物掻き寄せ機の設置が不要になれば、簡易な装置構成により、沈殿物を排出することが可能となる。

また、一般的に、沈殿物掻き寄せ機を設置する場合、装置構成を簡略化するため、沈殿物掻き寄せ機を回転させるモータを浮上物スキマー１６や整流板スクレーパー１８を回転させるモータと共用させ、これらを一体に回転させる。このような場合、例えば、浮上物２３の発生量が多く、浮上物スキマー１６の回転速度を上げて、浮上物２３の排出速度を速めようとすると、沈殿物掻き寄せ機の回転速度も速まるため、底部１０ｂに堆積した沈殿物を巻き上げて、処理水の水質を悪化させる虞がある。しかし、本実施形態のように、底部１０ｂの傾斜角を６０度以上にすることによって、沈殿物掻き寄せ機の設置が不要になるため、上記のように底部１０ｂに堆積した沈殿物を巻き上げることによる処理水の水質悪化を抑制することができる。

１，２ 浮上分離装置、１０ 浮上槽、１０ａ 周壁、１０ｂ 底部、１０ｃ 集水口、１２ 排出部、１４ 整流板、１４ａ 整流孔、１６ 浮上物スキマー、１８ 整流板スクレーパー、１９ 沈殿物排出管、２０ａ 上部、２０ｂ 下部、２３ 浮上物、２４ 浮上物ポット、２６ 流入筒、２６ａ 開口部、２６ｂ 開口部、２８ 被処理水導入管、２８ａ 放出口、３０ 被処理水流入管、３２ 加圧水流入管、３８ 処理水取出管、４０ 水位調整槽、４１ 可動堰、４２ 処理水排出管、４４ 浮上物排出管、６６ モータ、７０ 浮上槽、７０ａ 底部、７２ 外周壁、７４ 内周壁、７６ 処理水室、７６ａ 下端部、７８ 流入筒、８０ 被処理水導入管、８２ 被処理水流入管、８４ 加圧水流入管、８６ 調整槽、８８ 処理水排出管。

Claims (3)

1. 被処理水中の被処理物質に気泡を付着させ、被処理物質を浮上物として分離する浮上分離装置であって、
   浮上槽と、前記浮上槽を垂直方向上部および下部に区画する整流板と、前記被処理水を前記浮上槽内に導入する被処理水導入管と、前記被処理水導入管を介して導入される被処理水を前記浮上槽の液面方向に導く流入筒と、前記被処理物質が分離された処理水を前記下部から集水する集水部と、を有し、
   前記整流板には、前記処理水を通水させる複数の整流孔が形成され、
   前記流入筒は前記上部に配置され、
   前記流入筒の一端及び他端は開口され、前記一端の開口部は、前記上部の水平方向の中心部で、前記浮上槽の液面に向かって開口され、前記他端の開口部は、前記整流板に向かって開口され、
   前記被処理水を放出する前記被処理水導入管の放出口は、前記流入筒内に配置されることを特徴とする浮上分離装置。
2. 請求項１記載の浮上分離装置であって、前記被処理物質のうち前記整流板上に沈殿した沈殿物を前記整流孔から下方に排出する整流板スクレーパーを備えることを特徴とする浮上分離装置。
3. 請求項１記載の浮上分離装置であって、前記浮上槽の底部は傾斜し、前記底部の傾斜角は６０度以上であることを特徴とする浮上分離装置。

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