(57)【要約】【課題】  遠心力でフロックを破壊することなく固液分離を可能とすることによって、凝集槽、沈殿槽を不要とし、装置全体の小型化を達成することができる固液分離装置を提供すること。【解決手段】  実施形態の固液分離装置は、配管内に収納され、処理すべき原水に含まれる濁質を凝集フロックとして、原水から分離し、凝集フロックを分離された原水を回収する。そのため、濁質が大きく成長した凝集フロックを含む原水を、遠心力により、凝集フロックと、凝集フロックを分離された原水とに固液分離する複数の固液分離機を並列配置した、固液分離エリアを備えている。【選択図】図１
2020131101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管内に収納され、処理すべき原水に含まれる濁質を凝集フロックとして、前記原水から分離し、前記凝集フロックを分離された原水を回収する固液分離装置であって、
前記濁質が大きく成長した前記凝集フロックを含む前記原水を、遠心力により、前記凝集フロックと、前記凝集フロックを分離された前記原水とに固液分離する複数の固液分離機を並列配置した、固液分離エリアを備えたことを特徴とする、固液分離装置。
【請求項２】
前記固液分離する前に、前記濁質から前記凝集フロックを形成するために、無機系凝集剤を注入された前記原水を、第１の撹拌機によって、第１の撹拌力で撹拌する混和エリアを、前記配管内における前記固液分離エリアの上流側に備えたことを特徴とする、請求項１に記載された固液分離装置。
【請求項３】
前記固液分離する前に、前記混和エリアにおいて形成された前記凝集フロックを大きく成長させるために、カチオン系高分子凝集剤を注入し、第２の撹拌機によって、前記第１の撹拌力よりも小さい撹拌力で撹拌する凝集エリアと、
前記固液分離する前に、前記凝集エリアで成長した凝集フロックをさらに大きく成長させるために、アニオン系高分子凝集剤を注入し、第３の撹拌機によって、前記第１の撹拌力よりも小さい撹拌力で撹拌する造粒エリアとを、
前記混和エリアと前記固液分離エリアとの間に備えたことを特徴とする、請求項２に記載された固液分離装置。
【請求項４】
前記固液分離する前に、前記原水のｐＨを調整するために、前記原水にｐＨ調整剤を注入し混合するためのｐＨ調整エリアを、前記混和エリアの上流側に備えたことを特徴とする、請求項３に記載された固液分離装置。
【請求項５】
前記第１の撹拌力は、前記第１の撹拌機に投入されたエネルギー（Ｗ）をＰ、前記混和エリアの容量（ｍ３）をＶ、水の粘性係数（ｋｇ／ｍ・ｓ）をμとした場合、下記（１）式のように表される撹拌力Ｇの値が、７０００以上２５０００以下の範囲であり、
Ｇ＝（Ｐ／（Ｖ・μ））１／２・・・（１）
前記第１の撹拌機は、前記原水が前記混和エリアを通過する間、前記原水を撹拌する、請求項２乃至４の何れか１項に記載された固液分離装置。
【請求項６】
前記第１の撹拌機は、羽根状のインペラーを備え、前記インペラーを１０００以上１５０００（ｒｐｍ）の回転速度で回転させることで前記第１の撹拌力を実現することを特徴とする、請求項５に記載された固液分離装置。
【請求項７】
前記第１の撹拌機は、前記インペラーの回転によって、前記原水を加圧および下流側へ送液することを特徴とする、請求項６に記載された固液分離装置。
【請求項８】
前記ｐＨ調整エリアの上流側、および、前記ｐＨ調整エリアと前記混和エリアとの間、のうちの少なくとも何れかに、前記原水を加圧および下流側へ送液するための羽根状のインペラーを備えた加圧エリアをさらに備えたことを特徴とする、請求項４に記載された固液分離装置。
【請求項９】
前記ｐＨ調整エリアに、前記ｐＨ調整剤を注入された前記原水を撹拌する第４の撹拌機を備え、
前記第２の撹拌機、前記第３の撹拌機、および前記第４の撹拌機はいずれも、前記第１の撹拌機よりも小さいまたは羽根数の少ない羽根状のインペラーを備えたことを特徴とする、請求項４に記載された固液分離装置。
【請求項１０】
前記第４の撹拌機に備えられた各インペラーの方向はおのおの、前記配管の長手方向に直交する面に対して、０〜５°の角度を有することを特徴とする、請求項９に記載された固液分離装置。
【請求項１１】
前記第２の撹拌機および前記第３の撹拌機に備えられた各インペラーの方向はおのおの、前記配管の長手方向に直交する面に対して、０〜５°の角度を有することを特徴とする、請求項３に記載された固液分離装置。
【請求項１２】
前記ｐＨ調整エリアと、前記混和エリアと、前記凝集エリアと、前記造粒エリアとによって、前記原水が、前記配管内において前記上流側から下流側へ、螺旋状に流れるラインミキサ構造を形成したことを特徴とする、請求項４に記載された固液分離装置。
【請求項１３】
前記複数の固液分離機はそれぞれ、
円筒部と中空円錐部とを結合して形成されるコーン形状をしたサイクロンと、
前記円筒部に接続され、前記原水を、前記円筒部の接線方向から、前記サイクロン内に流入させるための入口管と、
前記中空円錐部の先端に設けられ、前記サイクロンによる固液分離作用によって、前記原水から分離された前記凝集フロックを、前記サイクロンから排出するための排出管と、
前記円筒部を閉塞する閉塞面中心に接続され、前記サイクロンによる固液分離作用によって、前記凝集フロックを分離された前記原水を、前記接線方向と直交する方向へ、前記サイクロンから排出するための出口管とを備え、
前記固液分離エリアは、
前記複数の固液分離機のすべての入口管と共通して空間連通している流入シェルと、
前記複数の固液分離機のすべての出口管と共通して空間連通している流出シェルと、
前記複数の固液分離機のすべての排出管と共通して空間連通している排出シェルとを備えたことを特徴とする、請求項１乃至１２の何れか１項に記載された固液分離装置。
【請求項１４】
前記排出シェルに、重力方向に延伸するように接続され、前記排出管から排出された前記凝集フロックを回収するための回収管と、
前記排出シェルに接続され、前記排出管から、前記凝集フロックと同伴して排出された前記原水の上澄み液を排出するためのブロー配管とをさらに備え、
前記流入シェルは、前記固液分離エリアの上流側と空間連通し、前記流出シェルは、前記固液分離エリアの下流側と空間連通していることを特徴とする、請求項１３に記載された固液分離装置。
【請求項１５】
前記処理すべき原水を、受け入れるための入口部をさらに備え、
前記上澄み液を、前記入口部に供給するために、前記ブロー配管を、前記入口部に接続したことを特徴とする、請求項１４に記載された固液分離装置。
【請求項１６】
前記円筒部の内径サイズを２０（ｍｍ）以上としたことを特徴とする、請求項１３乃至１５の何れか１項に記載された固液分離装置。
【請求項１７】
配管内に収納され、処理すべき原水に含まれる不純物を前記原水から分離し、前記不純物を分離された原水を回収する固液分離装置において、
前記不純物を含む前記原水を、遠心力により、前記不純物と、前記不純物を分離された前記原水とに固液分離する複数の固液分離機を並列配置した、固液分離エリアを備えたことを特徴とする、固液分離装置。
【請求項１８】
前記複数の固液分離機はそれぞれ、
円筒部と中空円錐部とを結合して形成されるコーン形状をしたサイクロンと、
前記円筒部に接続され、前記原水を、前記円筒部の接線方向から、前記サイクロン内に流入させるための入口管と、
前記中空円錐部の先端に設けられ、前記サイクロンによる固液分離作用によって、前記原水から分離された前記不純物を、前記サイクロンから排出するための排出管と、
前記円筒部を閉塞する閉塞面中心に接続され、前記サイクロンによる固液分離作用によって、前記不純物を分離された前記原水を、前記接線方向と直交する方向へ、前記サイクロンから排出するための出口管とを備え、
前記固液分離エリアは、
前記複数の固液分離機のすべての入口管と共通して空間連通している流入シェルと、
前記複数の固液分離機のすべての出口管と共通して空間連通している流出シェルと、
前記複数の固液分離機のすべての排出管と共通して空間連通している排出シェルとを備えたことを特徴とする、請求項１７に記載された固液分離装置。
【請求項１９】
前記排出シェルに、重力方向に延伸するように接続され、前記排出管から排出された前記不純物を回収するための回収管と、
前記排出シェルに接続され、前記排出管から、前記不純物と同伴して排出された前記原水の上澄み液を排出するためのブロー配管とをさらに備え、
前記流入シェルは、前記固液分離エリアの上流側と空間連通し、前記流出シェルは、前記固液分離エリアの下流側と空間連通していることを特徴とする、請求項１８に記載された固液分離装置。
【請求項２０】
前記処理すべき原水を、受け入れるための入口部をさらに備え、
前記上澄み液を、前記入口部に供給するために、前記ブロー配管を、前記入口部に接続したことを特徴とする、請求項１９に記載された固液分離装置。
【請求項２１】
前記円筒部の内径を２０（ｍｍ）以上としたことを特徴とする、請求項１８乃至２０の何れか１項に記載された固液分離装置。
【請求項２２】
３Ｄプリンタによって一体造形されたことを特徴とする、請求項１乃至２１の何れか１項に記載された固液分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、浄水場や産業排水を始めとするプラント、発電所等において、原水から、金属イオンや有機物、無機塩等の懸濁物質を分離し、除去するための固液分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、浄水場や産業排水を始めとするプラント、発電所等において、原水から、金属イオンや有機物、無機塩等の懸濁物質を分離し、除去するために、固液分離装置が使用されている。
【０００３】
この種の固液分離装置に適用されている代表的な技術に、凝集処理技術や遠心分離技術がある。
【０００４】
凝集処理技術が適用された固液分離装置では、処理対象の原水に凝集剤を加えて２種類の撹拌混合を加える。凝集剤を添加した直後には急速撹拌と呼ばれる強い撹拌を短時間加えて凝集剤が原水全体に行きわたるように混合し、次に緩速撹拌と呼ばれる弱い撹拌を長時間加えて凝集物同士を接触合一させて粗大化させ、沈殿槽において沈降分離する凝集物を除去する。
【０００５】
このために、凝集処理技術が適用された固液分離装置では、急速撹拌を行う混和池と、緩速撹拌を行う凝集槽あるいはフロック形成池、沈降分離を行う沈殿池とプロセスごとに水槽が分かれており、それぞれの凝集反応ごとに相応の反応時間を要する。このため、各水槽のために大きな設置スペースを要し、装置全体が大型化してしまう。
【０００６】
一方、遠心分離技術が適用された固液分離装置では、固形物をフロック化した後、遠心分離機によって、フロックを含む原水を旋回させ、遠心力を利用して、所定の粒径以上のフロックを、原水から分離する。遠心分離機では、重力よりも加速度の大きな遠心力を利用するため、重力を利用する場合よりも短時間で、固体である固形物を分離することができるので、沈殿槽の容量を小型化することができる。
【０００７】
しかしながら、遠心分離機において、結合力が弱いフロックを高速で旋回させると、一度形成されたフロックが分裂し微細化することがある。そこで、分裂や微細化しにくいフロックを形成するために、フロック形成槽を設ける必要がある。さらに、高密度かつ高強度のフロックを形成するために、フロックの壁面との衝突を促進するように、フロック形成槽内に、棚板で流路を形成する必要がある。
【０００８】
このように、遠心分離技術が適用された固液分離装置は、沈殿槽の容量を小型化することはできるものの、フロック形成槽を設ける必要があるので、装置全体の小型化を実現することはできない。また、フロック形成槽の構造も複雑であるので、製造も容易ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−８３７０９号公報
【特許文献２】国際公開第２０１４／０３８５３７号公報
【特許文献３】特開２０１０−２１４２４８号公報
【特許文献４】特開２０１１−８３６９７号公報
【特許文献５】特開２０１２−１９２３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、遠心力でフロックを破壊することなく固液分離を可能とすることによって、凝集槽、沈殿槽を不要とし、装置全体の小型化を達成することができる固液分離装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
実施形態の固液分離装置は、配管内に収納され、処理すべき原水に含まれる濁質を凝集フロックとして、原水から分離し、凝集フロックを分離された原水を回収する。そのため、濁質が大きく成長した凝集フロックを含む原水を、遠心力により、凝集フロックと、凝集フロックを分離された原水とに固液分離する複数の固液分離機を並列配置した、固液分離エリアを備えている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態の固液分離装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】実施形態の固液分離装置の構成例を示す部分切欠斜視図および側断面図である。
【図３】インペラーの延伸方向を説明するための模式図である。
【図４】原水に無機系凝集剤が注入されてから、凝集フロックが成長するまでの過程を示す模式図である（１／４）。
【図５】原水に無機系凝集剤が注入されてから、凝集フロックが成長するまでの過程を示す模式図である（２／４）。
【図６】原水に無機系凝集剤が注入されてから、凝集フロックが成長するまでの過程を示す模式図である（３／４）。
【図７】原水に無機系凝集剤が注入されてから、凝集フロックが成長するまでの過程を示す模式図である（４／４）。
【図８】固液分離エリアの構成例を示す斜断面図である。
【図９】固液分離エリアの一部を詳細に示す拡大斜断面図である。
【図１０】サイクロンによる固液分離のメカニズムを説明するための模式図である。
【図１１】流入シェル、流出シェル、および排出シェルにおける圧力分布の解析結果の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、実施形態の固液分離装置を、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、実施形態の固液分離装置の構成例を示すブロック図である。
【００１５】
図２は、実施形態の固液分離装置の構成例を示す部分切欠斜視図および側断面図である。
【００１６】
固液分離装置１０は、円筒状の配管７０内に収納して構成されており、原水ａを受け入れるための入口部１１の後に、直列的に配置された送水エリア１２、ｐＨ調整エリア１４、混和エリア１６、凝集エリア１８、造粒エリア２０、および固液分離エリア２２を順に備えている。また、固液分離エリア２２には、回収管２６、ブロー配管２８、および出口部３０が接続されている。
【００１７】
配管７０内には、配管７０の長手方向Ｆに沿って、配管７０の中心軸を通るように、すなわち、配管７０の円断面の中心を通るように、回転軸２４が配置されている。
【００１８】
送水エリア１２、ｐＨ調整エリア１４、混和エリア１６、凝集エリア１８、造粒エリア２０にはそれぞれ、回転軸２４に固定されたポンプ翼１３、撹拌機１５、１７、１９、２１が備えられている。これらポンプ翼１３、撹拌機１５、１７、１９、２１はいずれも羽根状のインペラーを備えている。
【００１９】
ポンプ翼１３、撹拌機１５、１７、１９、２１の各インペラーは、図３に例示するように、回転軸２４の長手方向Ｆに直交する面Ｖに対して、０〜５°の方向に延伸している。
【００２０】
回転軸２４の一端は、配管７０の外部に設けられたモータ２５に接続されており、モータ２５が回転すると、回転軸２４も回転し、ポンプ翼１３、撹拌機１５、１７、１９、２１のインペラーも配管７０内で回転する。
【００２１】
これによって、入口部１１から受け入れられた原水ａは、図２中矢印に示すように、インペラーの回転によって、配管７０内を上流側から下流側へ螺旋状に流れるように送液され、送水エリア１２、ｐＨ調整エリア１４、混和エリア１６、凝集エリア１８、造粒エリア２０、および固液分離エリア２２へ順に連続的に移動する。このように、送水エリア１２、ｐＨ調整エリア１４、混和エリア１６、凝集エリア１８、造粒エリア２０、および固液分離エリア２２は、ラインミキサ構造を形成している。
【００２２】
そして、最終的には、固液分離エリア２２において、原水ａに含まれる濁質の凝集物が、凝集フロックとして原水ａから分離され、凝集フロックを含むスラッジｂが回収管２６から排出される一方、凝集物を分離された原水ａが、出口部３０から、回収水ｃとして回収される。
【００２３】
次に、送水エリア１２、ｐＨ調整エリア１４、混和エリア１６、凝集エリア１８、造粒エリア２０、固液分離エリア２２の詳細について説明する。
【００２４】
送水エリア１２は加圧エリアとも称され、入口部１１から受け入れられた原水ａを、ポンプ翼１３によって加圧し、ｐＨ調整エリア１４へ送液する。
【００２５】
なお、固液分離装置１０よりも上流側にある配管内に、原水ａを加圧し、入口部１１へ送液するためのポンプを適宜設けてもよい。この場合、既存の設備を流用することができる。
【００２６】
また、撹拌機１７のインペラーの角度を、原水ａの送液、加圧可能な形状、角度にすることで、送水エリア１２を省略することができる。
【００２７】
なお、このようにポンプ翼１３を備えた送水エリア１２は、図１および図２に例示するようにｐＨ調整エリア１４の上流側に備えられる代わりに、ｐＨ調整エリア１４と混和エリア１６との間に備えられても良い。あるいは、ｐＨ調整エリア１４の上流側と、ｐＨ調整エリア１４と混和エリア１６との間との両方に備えられても良い。
【００２８】
ｐＨ調整エリア１４には、図示しないｐＨ調整剤注入機に接続されたｐＨ調整剤注入管１４ａが接続されており、ｐｈ調整エリア１４では、送水エリア１２から送液された原水ａに対して、ｐＨ調整剤注入機からｐＨ調整剤注入管１４ａを介して供給されたｐＨ調整剤ｄが注入される。
【００２９】
具体的なｐＨ調整剤は、後述するように、混和エリア１６で注入される無機系凝集剤の種類に応じて適切に決定される。
【００３０】
撹拌機１５は、ｐＨ調整剤ｄが注入された原水ａを撹拌するとともに、混和エリア１６へ送液する。
【００３１】
混和エリア１６には、図示されない無機系凝集剤注入機に接続された無機系凝集剤注入管１６ａが接続されており、混和エリア１６では、ｐＨ調整エリア１４から送液された原水ａ、すなわちｐＨ調整剤ｄと混合された原水ａに対して、無機系凝集剤注入機から無機系凝集剤注入管１６ａを介して供給された無機系凝集剤ｅが注入される。
【００３２】
無機系凝集剤ｅとしては、例えば、硫酸バンド、ポリ塩化アルミニウム、硫酸第一鉄、塩化第二鉄等が挙げられるが、これらに限定されない。硫酸バンドおよびポリ塩化アルミニウムは、酸性領域で使用され、硫酸第一鉄は、アルカリ領域で使用され、塩化第二鉄は、酸性領域でもアルカリ領域でも使用される。
【００３３】
ｐＨ調整エリア１４において注入されるｐＨ調整剤ｄは、混和エリア１６で注入される無機系凝集剤ｅの種類に応じて適切に決定される。例えば、混和エリア１６で、硫酸バンドおよびポリ塩化アルミニウムのように酸性領域で使用される無機系凝集剤ｅが添加される場合には、ｐＨ調整エリア１４では、例えば塩酸、硫酸、炭酸がｐＨ調整剤として注入される。また、混和エリア１６で、硫酸第一鉄のようにアルカリ領域で使用される無機系凝集剤ｅが添加される場合には、ｐＨ調整エリア１４では、苛性ソーダや重曹等がｐＨ調整剤として注入される。
【００３４】
図４から図７は、原水ａに無機系凝集剤ｅが注入されてから、凝集フロックが成長するまでの過程を示す模式図である。
【００３５】
混和エリア１６において、原水ａに無機系凝集剤ｅが注入された直後は、図４に示すように、原水ａに含まれる濁質ｈは、まだ無機系凝集剤ｅによって凝集されていない。
【００３６】
混和エリア１６では、無機系凝集剤ｅによって原水ａ中の固形物である濁質ｈの表面電位を中和し、凝集し易くなった濁質ｈ同士が、撹拌機１７による強い撹拌力により衝突することで、図５に示すように、凝集物ｉが形成され、その後、図６に示すように、凝集物ｉの表面が球面化し、さらに、図７に示すように、凝集物ｉの粒径分布が均一化することによって、最小限の大きさで、粒度分布も狭く、高密度かつ高強度の微細な凝集フロックｊが得られる。
【００３７】
ここで、撹拌機１７による撹拌力について説明する。
【００３８】
撹拌力は、下記（１）式におけるＧとして表される。
【００３９】
Ｇ＝（Ｐ／（Ｖ・μ））１／２・・・（１）
ここで、Ｐは、撹拌機１７に投入されたエネルギー（Ｗ）、Ｖは、混和エリア１６の容量（ｍ３）、μは、水の粘性係数（ｋｇ／ｍ・ｓ）である。
【００４０】
撹拌機１７は、例えば、上記Ｇが７０００以上２５０００以下の範囲の撹拌力で、無機系凝集剤ｅが注入された原水ａを撹拌する。この撹拌力を実現するために、撹拌機１７は、例えば、インペラーを１０００以上１５０００（ｒｐｍ）の回転速度で回転させる。これによって、無機系凝集剤ｅが注入された原水ａは、混和エリア１６を通過する間、一般に０．１〜１秒間、７０００以上２５０００以下の範囲の撹拌力Ｇで、撹拌される。
【００４１】
なお、他の撹拌機１５、１９、２１による撹拌力は、撹拌機１７による撹拌力よりも小さい。このため、撹拌機１５、１９、２１はいずれも、撹拌機１７よりも、小さいまたは羽根数の少ないインペラーを備えている。
【００４２】
撹拌機１７に投入されたエネルギーＰ（Ｗ）は、撹拌機１７のインペラーを回転させるモータの電力計等によって確認することができる。また、一般に、配管７０内を流れる流体の流速は、最大２（ｍ／ｓ）で設計されており、この最大流速で原水ａが流れる場合、０．１〜１秒間撹拌するためには、長手方向Ｆに０．２（ｍ）から２（ｍ）の長さの混和エリア１６を確保する必要がある。
【００４３】
このように、７０００以上２５０００以下の範囲の撹拌力Ｇで、０．１〜１秒間撹拌すれば、結合力が強く、比重が１．１〜１．５の高密度な凝集物ｉが生成する。さらに、凝集物ｉの表面を球面化するとともに、粒度分布を狭くすることによって、凝集物ｉから、微細な凝集フロックｊが形成される。このように形成された凝集フロックｊを含む原水ａが、撹拌機１７によって凝集エリア１８へ送液される。
【００４４】
凝集エリア１８には、図示されないカチオン系高分子凝集剤注入機に接続されたカチオン系高分子凝集剤注入管１８ａが接続されており、凝集エリア１８では、混和エリア１６から送液された、凝集フロックｊを含む原水ａに対して、カチオン系高分子凝集剤注入機からカチオン系高分子凝集剤注入管１８ａを介して供給されたカチオン系高分子凝集剤ｆが注入される。さらに、カチオン系高分子凝集剤ｆが注入された、凝集フロックｊを含む原水ａを、撹拌機１９が、撹拌機１７の撹拌力よりも小さい撹拌力で撹拌する。これによって、凝集フロックｊが大きく成長する。このように、大きく成長した凝集フロックｊを含む原水ａは、撹拌機１９による撹拌力によって、造粒エリア２０へ送液される。
【００４５】
造粒エリア２０には、図示されないアニオン系高分子凝集剤注入機に接続されたアニオン系高分子凝集剤注入管２０ａが接続されており、造粒エリア２０では、凝集エリア１８から送液された、大きく成長した凝集フロックｊを含む原水ａに対して、アニオン系高分子凝集剤注入機からアニオン系高分子凝集剤注入管２０ａを介して供給されたアニオン系高分子凝集剤ｇが注入される。さらに、アニオン系高分子凝集剤ｇが注入された、大きく成長した凝集フロックｊを含む原水ａを、撹拌機２１が、撹拌機１７の撹拌力よりも小さい撹拌力で撹拌する。これによって、凝集フロックｊがさらに大きく成長し、造粒する。このように造粒された凝集フロックｊを含む原水ａは、撹拌機２１による撹拌力によって、固液分離エリア２２へ送液される。
【００４６】
図８は、固液分離エリアの構成例を示す斜断面図である。
【００４７】
図９は、固液分離エリアの一部を詳細に示す拡大斜断面図である。
【００４８】
固液分離エリア２２は、造粒された凝集フロックｊを含む原水ａから、遠心力により、凝集フロックｊを分離し、凝集フロックｊを分離された原水ａを回収することによって固液分離する、複数の固液分離機４０を並列接続している。
【００４９】
固液分離機４０はそれぞれ、円筒部４２と中空円錐部４４とを結合して形成されるコーン形状をしたサイクロン４６を備えている。
【００５０】
図１０は、サイクロンによる固液分離のメカニズムを説明するための模式図である。
【００５１】
固液分離機４０はまた、円筒部４２に接続され、造粒エリア２０から送液された凝集フロックｊを含む原水ａを、円筒部４２の接線方向から、サイクロン４６内に流入させるための入口管４８を備えている。さらには、円筒部４２を閉塞する閉塞面中心に接続され、サイクロン４６による固液分離作用によって、凝集フロックｊを分離された原水ａである回収水ｃを、接線方向と直交する方向へ、サイクロン４６から排出するための出口管５０を備えている。さらにまた、中空円錐部４４の先端に設けられ、サイクロン４６による固液分離作用によって、原水ａから分離された凝集フロックｊを含むスラッジｂを、サイクロン４６から排出するための排出管５２を備えている。
【００５２】
なお、図８および図９では、５つのサイクロン４６が並列配置された構成が例示されている一方、図１０では、３つのサイクロン４６が並列配置された構成が例示されている。これらは何れも一例であり、並列配置されるサイクロン４６の数に限定はない。
【００５３】
なお、円筒部４２の内径サイズは、以下の理由により、２０（ｍｍ）以上、特に３０（ｍｍ）であることが好ましい。
【００５４】
すなわち、サイクロン４６では、円筒部４２の内径、すなわち、中空円錐部４４の最大内径が小さくなるほど旋回力が大きくなり固液分離性能が向上する。一方、入口管４８および排出管５２の内径は、造粒エリア２０から送液される原水ａに含まれる凝集フロックｊのサイズより大きくする必要ある。造粒エリア２０から送液される原水ａに含まれる凝集フロックｊのサイズは、数十（μｍ）〜数（ｍｍ）であることから、入口管４８および排出管５２の内径をそれ以上のサイズにする必要がある。そのため、円筒部４２の内径サイズは、最低でも２０（ｍｍ）必要となり、特に３０（ｍｍ）が好ましい。
【００５５】
また、固液分離エリア２２は、複数の固液分離機の４０すべての入口管４８と共通して空間連通している流入シェル５４と、複数の固液分離機４０のすべての出口管５０と共通して空間連通している流出シェル５６と、複数の固液分離機４０のすべての排出管５２と共通して空間連通している排出シェル５８とを備えている。
【００５６】
流入シェル５４、流出シェル５６、および排出シェル５８は、複数のサイクロン４６によって隔てられている。これによって、流入シェル５４、流出シェル５６、および排出シェル５８のおのおの内における圧力が均一になる。
【００５７】
図１１は、流入シェル５４、流出シェル５６、および排出シェル５８における圧力分布の解析結果の一例を示す図である。
【００５８】
図１１より、流入シェル５４、流出シェル５６、および排出シェル５８において、各シェル内の圧力が均一になり、その結果、各サイクロン４６の入口管４８、出口管５０、および排出管５２の圧力差が均一化され、並列配置された各サイクロン４６における原水均等分配（すなわち、各サイクロン４６への原水の流入量の均一化、分離性能の均一化）が実現される。
【００５９】
流入シェル５４は、流入シェル開口部５５において、固液分離エリア２２の上流側と空間連通し、すなわち、造粒エリア２０と空間連通している。流出シェル５６は、流出シェル開口部５７において、固液分離エリア２２の下流側と空間連通している。
【００６０】
排出シェル５８は胴形状をしており、胴の周囲を３６０°周回するように、複数のサイクロン４６が、何れも排出管５２を排出シェル５８側に向けて配置されている。
【００６１】
排出シェル５８の下流端近傍には、サイクロン４６によって周回されていない領域５８ａが存在する。この領域５８ａには、重力方向に延伸するように、排出管５２から排出された凝集フロックｊのスラッジｂを回収するための回収管２６が接続されている。
【００６２】
排出シェル５８には、さらにブロー配管２８が接続されている。ブロー配管２８は、排出管５２から、凝集フロックｊと同伴して排出された原水ａの上澄み液を、ブロー水として、入口部１１へ戻すための配管である。
【００６３】
このように、排出シェル５８からのブロー水を、ブロー配管２８によって、入口部１１へ戻すことによって、ポンプなしでブロー水を吸引すると共に、原水ａからの濁質の回収率を向上させることができる。
【００６４】
なお、例えば、ブロー配管２８に、図示しないバルブを設けることによって、入口部１１へ戻されるブロー水の量を、サイクロン４６内に流入される原水ａの量に対する所定の割合（例えば、５〜２０％）になるように、調節することができる。
【００６５】
以上のような構成の固液分離装置１０によれば、原水ａに含まれる濁質を、大きな凝集フロックｊに成長させ、大きな凝集フロックｊを含む原水ａに対して、遠心分離を適用することによって、原水ａから凝集フロックｊを分離するとともに、凝集フロックｊが分離された原水ａを回収することができる。
【００６６】
原水ａに含まれる大きな凝集フロックｊは、結合力が強く高密度であるので、遠心分離をかけても、遠心力で破壊することはない。したがって、実施形態の固液分離装置１０では、凝集槽および沈殿槽が不要となる。これによって、凝集槽および沈殿槽の設置に要していた面積を削減できるので、装置全体の小型化を達成することができる。
【００６７】
（変形例）
以上、実施形態の固液分離装置の一例について説明したが、実施形態の固液分離装置は、以下のように変形して適用することも可能である。
【００６８】
すなわち、上記実施形態では、固液分離エリア２２において、原水ａに含まれる凝集フロックｊを、原水ａから分離し、凝集フロックｊを分離された原水ａを回収することについて説明したが、固液分離エリア２２は、原水ａに含まれる凝集フロックｊを分離するのみならず、原水ａに含まれる様々な不純物を分離することもできる。
【００６９】
例えば、固液分離エリア２２を、砂ろ過装置の前処理、地下水や井戸水等に含まれる汚れ（懸濁物質）の除去、クーリングタワー等の循環水中のゴミや汚れの除去、汚水に含まれる泥、砂、花粉、スライム、さび、および火山灰等の除去、工業用冷却水、鯉養殖池の汚れ（懸濁物質）の除去等のためにも適用することができる。
【００７０】
この場合、凝集剤の添加や、撹拌機１７による強力撹拌は不要となるので、上記実施形態の固液分離装置１０から、ｐＨ調整エリア１４、混和エリア１６、凝集エリア１８、および造粒エリア２０を省略した構成の固液分離装置によって実現することができる。
【００７１】
（製造方法）
次に、前述した実施形態および変形例の固液分離装置１０の好適な製造方法について説明する。
【００７２】
前述したように、固液分離装置１０は、固液分離エリア２２に、多数のサイクロン４６が配置されている。このような多数の同一機器の製造には、３Ｄプリンタを用いることが有利である。
【００７３】
したがって、前述した実施形態および変形例の固液分離装置１０は、３Ｄプリンタによる一体造形により製造することによって、製造コストおよび設置工事コストを低減することが可能となる。
【００７４】
具体的な原料としては、軽量かつ高強度のエンジニアリングプラスチックを使用することが可能である。また、特に、高圧かつ高温化において、腐食性排水を処理するような厳しい条件で使用される固液分離装置１０を製造する場合には、原料として、ＳＵＳ３１６Ｌや、ＳＵＳ３０４粉末を使用すればよい。
【００７５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７６】
１０・・固液分離装置、１１・・入口部、１２・・送水エリア、１３・・ポンプ翼、１４・・ｐＨ調整エリア、１４ａ・・ｐＨ調整剤注入管、１５・・撹拌機、１６・・混和エリア、１６ａ・・無機系凝集剤注入管、１７・・撹拌機、１８・・凝集エリア、１８ａ・・カチオン系高分子凝集剤注入管、１９・・撹拌機、２０・・造粒エリア、２０ａ・・アニオン系高分子凝集剤注入管、２１・・撹拌機、２２・・固液分離エリア、２４・・回転軸、２５・・モータ、２６・・回収管、２８・・ブロー配管、３０・・出口部、４０・・固液分離機、４２・・円筒部、４４・・中空円錐部、４６・・サイクロン、４８・・入口管、５０・・出口管、５２・・排出管、５４・・流入シェル、５５・・流入シェル開口部、５６・・流出シェル、５７・・流出シェル開口部、５８・・排出シェル、７０・・配管。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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