(57)【要約】【課題】通水流速を増加させても、浮上槽内に下降流が発生しにくい加圧浮上装置を提供すること。【解決手段】本発明の加圧浮上装置は、(1)水に空気を混入させる空気混入装置と、(2)水を加圧する加圧装置と、(3)円柱状の浮上槽と、(4)空気が混入され、加圧された水を原水と混合して被処理水を調製する混合部と、(5)前記被処理水を浮上槽の中心部へと供給する流入管と、(6)浮上槽下部からの処理水を取り出す集水管とを備える。前記流入管は先端に出口部を有し、前記浮上槽内の被処理水の水面下600mm以上の深度に設置され、水面に向けて下から被処理水を供給し、前記出口部の上面には、複数の円形の孔が設けられており、前記出口部における孔総面積／流入面積の値が0.4以上0.6以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水に空気を混入させる空気混入装置と、
水を加圧する加圧装置と、
円柱状の浮上槽と、
空気が混入され、加圧された水を原水と混合して被処理水を調製する混合部と、
前記被処理水を浮上槽の中心部へと供給する流入管と、
浮上槽下部からの処理水を取り出す集水管と、
を備える加圧浮上装置であって、
前記流入管は、
先端に出口部を有し、
前記浮上槽内の被処理水の水面下600mm以上の深度に設置され、水面に向けて下から被処理水を供給し、
前記出口部の上面には、複数の円形の孔が設けられており、
前記出口部における孔総面積／流入面積の値が0.4以上0.6以下である、
加圧浮上装置。
【請求項２】
前記加圧浮上装置は、
前記集水管から取り出した処理水を貯留する処理水槽と、
前記処理水槽から処理水の一部を返送する返送配管とをさらに有し、
前記返送配管が前記加圧装置へ接続されている、請求項１に記載の加圧浮上装置。
【請求項３】
前記加圧浮上装置は、
原水配管から分岐した分岐配管を有し、
前記分岐配管が前記加圧装置へ接続されている、請求項１に記載の加圧浮上装置。
【請求項４】
前記加圧浮上装置は、
系外から供給される水を貯留するタンクをさらに有し、
前記タンクが前記加圧装置へ接続されている、請求項１に記載の加圧浮上装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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うち、加圧式の浮上分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
加圧浮上装置は、被処理水中に含有されている浮遊物質、エマルジョン化している動植物性油脂又は鉱油のような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水面近傍にフロックとして浮上させることで、被処理液から分離及び除去する装置である。加圧浮上装置の処理水の一部は、コンプレッサのような空気混入装置によって空気を混入され、ポンプのような加圧装置によって加圧され、被処理水と混合されて浮上槽入口に送られる。
【０００３】
流入管へ供給された被処理水は、その圧力が下がる。その結果、被処理水中に混入されていた空気は、気泡となって浮遊物質又は油類に付着し、浮遊物質又は油類は水面付近にフロックとして浮上させられる。フロックは、水面近傍からオーバーフローさせたり、スクレーパによって掻き出されたりすることによって、浮上槽から取り出される。
【０００４】
特許文献１は、小型な装置設備で高速処理が可能な浮上分離装置として、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、
浮上室と、前記浮上室に被処理水を流入させる流入部と、前記被処理物質が分離された処理水を集水する集水口を有する集水部とを有し、前記浮上室は、前記集水部により垂直方向上部及び下部に区画されると共に、前記上部と前記下部との間を前記処理水が通水する通水部を有し、前記集水部に設けられる集水口は、前記浮上室の周壁から中央に亘って複数形成され、前記流入部は、前記上部で開口し、当該開口部から前記上部に被処理水を流入させることを特徴とする浮上分離装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−５５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般的な浮上分離装置の通水流速は、5〜10m/h程度とされている。一方、特許文献１の浮上分離装置は、実施例１において通水流速を25m/hとしている。ところが、加圧浮上装置において通水流速を15m/h程度以上とすると、図５に示されるように、浮上槽１の側壁へと流れる被処理水の流れ１５ａ及び１５ｂの流速が速くなるために、下方流１６ａ、１６ｂ、１７ａ及び１７ｂが発生しやすくなる。このような下方流１６ａ、１６ｂ、１７ａ及び１７ｂが発生すると、水面に浮上させたフロックが浮上槽１の底面へと沈降して、水面近傍から除去しにくくなる。このため、従来の加圧浮上装置では、処理速度を向上させるために通水流速を増加させることができなかった。
【０００７】
本発明は、通水流速を増加させても、浮上槽内に下降流（浮上槽外周部の下方向への流れ）が発生しにくい加圧浮上装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等は、鋭意検討した結果、浮上槽内の被処理水の水面下600mm以上の深度に加圧水を供給する出口部であるセンターウェルを設置し、かつ、センターウェル上面について孔総面積／流入面積の値を0.4以上0.6以下に調製することにより、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
具体的に、本発明は、
水に空気を混入させる空気混入装置と、
水を加圧する加圧装置と、
円柱状の浮上槽と、
空気が混入され、加圧された水を原水と混合して被処理水を調製する混合部と、
前記被処理水を浮上槽の中心部へと供給する流入管と、
浮上槽下部からの処理水を取り出す集水管と、
を備える加圧浮上装置であって、
前記流入管は、
先端に出口部を有し、
前記浮上槽内の被処理水の水面下600mm以上の深度に設置され、水面に向けて下から被処理水を供給し、
前記出口部の上面には、複数の円形の孔が設けられており、
前記出口部における孔総面積／流入面積の値が0.4以上0.6以下である、
加圧浮上装置に関する。
【００１０】
本発明の加圧浮上装置は、センターウェルが被処理水の水面下600mm以上の深度に設置されていることを第一の特徴とする。また、本発明の加圧浮上装置は、センターウェルの上面に複数の円形の孔が設けられており、孔総面積／流入面積の値が、0.4以上0.6以下であることを第二の特徴としている。
【００１１】
これらの特徴により、流入管出口から水面へと被処理水が到着するまでに、被処理水の流速が低下する。その結果、浮上槽１の側壁へと流れる被処理水１５ａ及び１５ｂの流速を低下させ、下方流１６ａ、１６ｂ、１７ａ及び１７ｂが発生しにくい。
【００１２】
ここで、流入管が空気を混入された被処理水を供給する浮上槽の「中心部」とは、浮上槽の水平方向の断面（円）の中心付近を意味する。
【００１３】
本発明の加圧浮上装置は、
前記集水管から取り出した処理水を貯留する処理水槽と、
前記処理水槽から処理水の一部を返送する返送配管とをさらに有し、
前記返送配管が前記加圧装置へ接続されていることが好ましい。
【００１４】
本発明の加圧浮上装置は、
原水配管から分岐した分岐配管を有し、
前記分岐配管が前記加圧装置へ接続されていることも好ましい。
【００１５】
本発明の加圧浮上装置は、
系外から供給される水を貯留するタンクをさらに有し、
前記タンクが前記加圧装置へ接続されていることも好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の加圧浮上装置は、通水流速を15m/h程度としても、フロックが沈降しにくい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態１に係る加圧浮上装置の概略構成図を示す。
【図２】流入管の上部の構造図を示す。
【図３】実施形態２に係る加圧浮上装置の概略構成図を示す。
【図４】実施形態３に係る加圧浮上装置の概略構成図を示す。
【図５】従来の加圧浮上装置において下降流が発生する原理を説明する図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施に形態について、適宜図面を参照しながら説明する。
【００１９】
＜実施形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る加圧浮上装置の概略構成図を示す。加圧浮上装置は、浮上槽１、流入管２、センターシャフト３、出口部（センターウェル）４、汚泥掻寄機５、集水管６、スカム掻寄機７、加圧ポンプ１０（加圧装置）及びコンプレッサ１２（空気混入装置）を備える。センターシャフト３は、浮上槽１の最上部に設けされているモータＭによって回転される。汚泥掻寄機５及びスカム掻寄機７は、センターシャフト３に取り付けられている。スカム掻寄機７には、スクレーパ８ａ及び８ｂが設けられている。流入管２及び出口部４は、センターシャフト３とは固定されていない。流入管２は、出口部４と接続されている。集水管６から流出した処理水は、浮上槽１の横にある処理水槽２２へと移動する。処理水槽２２は、配管９によって加圧ポンプ１０と接続されている。処理水槽２２に貯水されている処理水は、適宜、処理水配管２３から系外へと供給される。
【００２０】
配管９から供給された処理水の一部は、加圧ポンプ１０によって加圧され、コンプレッサ１２から供給された空気と混合部（配管９においてコンプレッサ１２が接続されている部分）において混合され、加圧タンク１１内へと送られる。その後、適宜原水と混合され、流入管２を通じて浮上槽１内へと供給される。図１においては、加圧ポンプ１０によって加圧された処理水にコンプレッサ１２から空気を供給する構成となっているが、コンプレッサ１２を上流側に設置し、空気を混合された処理水の一部を、加圧ポンプ１０によって加圧する構成としてもよい。
【００２１】
原水及び空気を含有する処理水との混合水は、流入管２へ供給され、出口部４の上面１４から浮上槽１内に放出されることにより、被処理水２１と混合される。このとき、混合水の水圧が下がり、溶解されていた空気が気体に変化し、その結果、気泡１３が浮上槽１内の被処理液２１中に発生する。発生した気泡１３は、浮遊物質又は油類に付着しながら、出口部４の上面１４から水面に向かって移動する。そして、気泡１３が付着した浮遊物質又は油類は、フロックとして浮上させられる。フロックは、スカム掻寄機７によって掻き取られ、浮上槽１から取り出される。浮遊物質又は油類が除去された原水は、集水管６から取り出される。処理水の一部は、上述したように、加圧用の原水として処理水槽２２から取り出され、循環して再利用される。
【００２２】
流入管２は、出口部４の上面１４が、水面から600mm以上となるように設置されている。すなわち、図１において、水面と上面１４との距離Ｈは、600mm以上である。従来よりも出口部４の上面１４が深い場所となるように設置することによって、被処理水の流れ１５ａ及び１５ｂの流速が低下する。その結果、図５に示されるような下降流１６ａ、１６ｂ、１７ａ及び１７ｂが発生しにくくなる。
【００２３】
浮上槽１の底面には、排泥ボックス１７及びドレン配管１８が設けられている。浮上槽1内に堆積した堆積物は、汚泥掻寄機５によって排泥ボックス１７に集められ、ドレン配管１８から適宜排出される。
【００２４】
図２は、流入管２の出口部４の構造図を示す。上面１４には、複数の円形の孔１９が設けられている。孔１９の面積の合計を「孔総面積」とする。出口部４は、中空の円柱形であるが、上面１５の中心点Ｐと下面２０の中心点Ｑとを通過する断面からセンターシャフト３の断面積を差し引いた残りの半分（図２中、符号Ｒで示される斜線部分の面積）を「流入面積」とする。出口部４では、孔総面積／流入面積の値は、0.4以上0.6以下に調整される。上面１４は、整流板としての機能を有している。
【００２５】
（孔総面積／流入面積の値と流速均等性との関係）
2種類の浮上槽（円柱状）及び出口部について、出口部上面の孔径及び個数を変化させた。上面と水面との距離は、200〜600mmとした。そして、それぞれの条件における流速均等性を数値解析によって算出した。表１は、その結果を示す。
【００２６】
ここで、流速均等性とは、各孔の流速の平均値を基準とし、各孔の流速を平均値で割ったものに１００を乗じ、平均値を１００とした場合の差を意味する。なお、数値解析は、汎用熱流体解析ソフトウェアであるANSYS Fluent（アンシス・ジャパン株式会社製）を用いて行った。
【００２７】
【表１】
2014147854.tif 000003
【００２８】
流速均等性は、平均値からのズレを示す値であり、絶対値が小さいほど均等性がよいことになる。表１より、孔総面積／流入面積が0.4以上0.6以下の範囲では、通水流速を一般的な7.5m/h（表１の（a）)から15m/hに倍増させても、流速均等性は約±50％の範囲内であり、処理性能に影響を及ぼさない範囲内にある。
【００２９】
ここで、孔総面積／流入面積が0.4未満となれば、水面に浮上させたフロックが浮上槽の底面へと沈降して、水面近傍から除去しにくくなる。一方、孔総面積／流入面積が0.8を超えると、流速均等性が大きくなり、偏流が発生するとともに逆流も発生する可能性が生じてしまう。
【００３０】
（センターウェル上面と水面との距離と、下降流速占有率との関係）
次に、センターウェル上面と水面との距離を200mm、400mm又は600mmとした場合に、水面下100mm地点におけるそれぞれの下降流速占有率（％）を算出した。表２は、その結果を示す。ここで、「下降流速占有率」とは、（所定水深における0.09m/s以上の下降流が占める面積）／（浮上槽表面積）×100（％）である。
【００３１】
【表２】
2014147854.tif 000004
【００３２】
従来は、センターウェルが水面付近に設置されていたため、水面付近の流速（下降流速）が高く、浮上したフロックが槽底部へ沈降しやすいという問題があった。この問題を防止するためには、下降流速占有率を0.5％以下にすることが好ましいと考えられる。この範囲内にあれば、フロックの沈降を抑えることが可能である。表１に示される孔総面積／流入面積が0.4〜0.6の範囲であり、下降流速占有率が0.5％以下となるのは、表２よりセンターウェルと水面との距離（＝水深）が600mm以上の場合であることが確認された。
【００３３】
このように、本発明の加圧浮上装置は、出口部における孔総面積／流入面積の値が0.4以上0.6以下であり、かつ、出口部上面が水面下600mm以上の深度に設置されていることにより、通水流速を15m/hとしても下降流が発生しにくく、安定した水質が得られやすい。
【００３４】
＜実施形態２＞
図３は、本発明の実施形態２に係る加圧浮上装置の概略構成図を示す。図３に示される加圧浮上装置は、原水配管３１から分岐した分岐配管３２へと原水の一部を取り出し、原水の一部を加圧ポンプ１０によって加圧し、コンプレッサ１２から供給された空気と混合部において混合する。加圧され、空気を混入された原水の一部は、加圧タンク１１へと貯水された後、返水配管３４を経て原水配管３１へと返水されて原水と混合された後、流入管２へと供給される。それ以外の構成及び機能は、実施形態１の加圧浮上装置と同じである。
【００３５】
＜実施形態３＞
図４は、本発明の実施形態３に係る加圧浮上装置の概略構成図を示す。図４に示される加圧浮上装置は、浄水タンク３５から供給される浄水を浄水配管３６に設けられた加圧ポンプ１０によって加圧し、コンプレッサ１２から供給された空気と混合部において混合する。加圧され、空気を混入された浄水は、加圧タンク１１へと貯水された後、配管３７を経て原水配管３１へと返水されて原水と混合された後、流入管２へと供給される。それ以外の構成及び機能は、実施形態１及び２の加圧浮上装置と同じである。
【００３６】
ここで、浄水としては、水道水又は工業用水を使用することができるが、処理性に影響を及ぼさない水質の水であればこの限りではない。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の加圧浮上装置は、廃水処理分野において有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１：浮上槽
２：流入管
３：センターシャフト
４：流出管の出口部（センターウェル）
５：汚泥掻寄機
６：集水管
７：スカム掻寄機
８ａ，８ｂ：スクレーパ
９：配管
１０：加圧ポンプ（加圧装置）
１１：加圧タンク
１２：コンプレッサ（空気混入装置）
１３：気泡
１４：上面
１５ａ，１５ｂ：被処理水の流れ
１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ：下降流
１７：排泥ボックス
１８：ドレン配管
１９：孔
２０：下面
Ｍ：モータ
Ｐ：上面の中心
Ｑ：下面の中心
Ｒ：断面
２１：被処理液
２２：処理水槽
２３：処理水配管
３１：原水配管
３２：分岐配管
３３：配管
３４：返水配管
３５：浄水タンク
３６：浄水配管
３７：配管
３８：混合部
【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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