(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固形物を含む原水を旋回させて遠心分離させ、前記固形物を含むスラリーを外部へ排出するスラリー排出管を下部に有し、処理水を外部へ排出する処理水排出管を上部に有する遠心分離機と、
原水を貯留する原水槽と、
前記原水槽の原水を前記遠心分離機へ圧送する送水ポンプと、
前記遠心分離機のスラリー排出管が挿入され、前記スラリー排出管から排出されるスラリーに含まれる固形物をスラッジの形態で沈降させる回収ポットと、
前記回収ポットの上部に挿入され、前記回収ポット内の上澄み水を排出する上澄み排出管と、
前記回収ポットの下部に沈降したスラッジを排出するスラッジ排出管と、
前記回収ポット内の前記スラリー排出管と前記上澄み排出管との間に設けられた仕切部材とを有し、
前記スラリー排出管の下端と前記回収ポットの底部との間に間隙が設けられ、前記スラリー排出管の下端は前記上澄み排出管の下端よりも低い位置にあり、前記仕切部材の下端と前記回収ポットの底部との間に間隙が設けられていることを特徴とする固液分離装置。
【請求項２】
前記上澄み排出管は前記処理水排出管に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
さらに、前記上澄み排出管から分岐し、前記上澄み排出管と前記送水ポンプの上流ラインとの間に接続された上澄み返送ラインと、
前記上澄み返送ラインが前記上澄み排出管から分岐するところに設けられ、前記上澄み排出管と前記上澄み返送ラインとの間で流路を切り替える切替弁と、
を有することを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４】
さらに、前記上澄み排出管の下流ラインに接続された第２の遠心分離機を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
さらに、前記第２の遠心分離機の上流の前記上澄み排出管に設けられた薬剤注入装置および撹拌装置を有することを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項６】
複数の回収ポットが直列に接続され、前記複数の回収ポットのうち下流の回収ポットは上流の回収ポットよりも容積が小さいことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
複数の回収ポットが直列に接続され、前記複数の回収ポットのうち下流の回収ポットは上流の回収ポットよりも容積が大きいことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記送水ポンプに対して複数の遠心分離機が並列に接続され、前記複数の遠心分離機のそれぞれに設けられた複数のスラリー排出管が１つの回収ポットに挿入されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
さらに、前記回収ポット内の前記複数のスラリー排出管と前記上澄み排出管の間に前記複数のスラリー排出管を囲むように設けられた仕切部材を有し、前記仕切部材の下端と前記回収ポットの底部との間に間隙が設けられていることを特徴とする請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記仕切部材に貫通孔が開けられていることを特徴とする請求項９記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は固液分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固液分離において最も広く用いられている技術は、凝集沈殿などの重力沈降である。この技術は、処理水が清澄であり、動力部がないなどの長所がある。一方、この技術は巨大な水槽を要するため、設置スペースの点で課題がある。たとえば凝集沈殿で５００ｍ3／日の処理量を得るには、付帯設備を除いても直径約５ｍの沈殿池を必要とする。
【０００３】
これに対して遠心分離機たとえばサイクロンを用いた固液分離で５００ｍ3／日の処理量を得るには、付帯設備を除けば直径２０ｃｍのサイクロンを用いればよく、大幅に設置スペースを削減できる。ただし、サイクロンは小粒径で比重の小さい固形物ほど分離が難しく、沈殿池と比べると分離効率が劣る。
【０００４】
サイクロンを用いる固液分離の方法を概略的に説明する。処理すべき原水を、原水槽から送水ポンプを用いてサイクロンに圧送する。サイクロンは円錐を逆さにした形状をしており、駆動部を持たない。圧送された原水はサイクロン内で旋回流となる。この結果、比重の大きい固形物は遠心力を受けて壁面近傍へ集まり、底部からスラリーとして排出される。スラリーの排出は、連続的に行われる場合と、タイマーなどを用いて間欠的に行われる場合がある。比重の小さい処理水は中心部に集まり上部から系外へ排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２７９４９５号公報
【特許文献２】特開２０１０−９４５９４号公報
【特許文献３】特開２０１０−１２４６７号公報
【特許文献４】特開２００９−４５５６２号公報
【特許文献５】特開２００８−１１４１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のようにサイクロンの底部からスラリーを引き抜いて下向きの流れを作ると、処理水側へ流出する粒子が減少し分離効率が向上することは知られている。しかし、スラリーの常時引抜きなどを行うとスラリー濃度が低下するとともにスラリー量が増大するため、後段に脱水等の処理が必要になる。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、省スペースで固形物の分離効率を向上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】
【０００８】
実施形態の固液分離装置は、固形物を含む原水を旋回させて遠心分離させ、前記固形物を含むスラリーを外部へ排出するスラリー排出管を下部に有し、処理水を外部へ排出する処理水排出管を上部に有する遠心分離機と；原水を貯留する原水槽と；前記原水槽の原水を前記遠心分離機へ圧送する送水ポンプと；前記遠心分離機のスラリー排出管が挿入され、前記スラリー排出管から排出されるスラリーに含まれる固形物をスラッジの形態で沈降させる回収ポットと；前記回収ポットの上部に挿入され、前記回収ポット内の上澄み水を排出する上澄み排出管と；前記回収ポットの下部に沈降したスラッジを排出するスラッジ排出管と；前記回収ポット内の前記スラリー排出管と前記上澄み排出管との間に設けられた仕切部材とを有する。前記スラリー排出管の下端と前記回収ポットの底部との間に間隙が設けられ、前記スラリー排出管の下端は前記上澄み排出管の下端よりも低い位置にあり、前記仕切部材の下端と前記回収ポットの底部との間に間隙が設けられている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る固液分離装置を示す構成ブロック図。
【図２】第２の実施形態に係る固液分離装置を示す構成ブロック図。
【図３】第３の実施形態に係る固液分離装置を示す構成ブロック図。
【図４】第４の実施形態に係る固液分離装置を示す構成ブロック図。
【図５】第５の実施形態に係る固液分離装置を示す構成ブロック図。
【図６】第６の実施形態に係る固液分離装置を示す構成ブロック図。
【図７】第７の実施形態に係る固液分離装置を示す構成ブロック図。
【図８】第８の実施形態に係る固液分離装置を示す構成ブロック図。
【図９】図８の回収ポットの平面図。
【図１０】第９の実施形態に係る固液分離装置を示す構成ブロック図。
【図１１】第１０の実施形態に係る固液分離装置を示す構成ブロック図。
【図１２】第１１の実施形態に係る固液分離装置を示す構成ブロック図。
【図１３】第１２の実施形態に係る固液分離装置を示す構成ブロック図。
【図１４】第１３の実施形態に係る固液分離装置を示す構成ブロック図。
【図１５】第１４の実施形態に係る固液分離装置を示す構成ブロック図。
【図１６】第１５の実施形態に係る固液分離装置を示す構成ブロック図。
【図１７】図１６の回収ポット内に設けられた邪魔板の平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して実施形態に係る固液分離装置について説明する。以下の説明において、同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る固液分離装置１の概略図を示す。  
原水タンク２には処理される固形物を含む原水が貯留される。原水タンク２内の原水は送水ポンプＰ１によって遠心分離機たとえばサイクロン３へ加圧送水される。サイクロン３は、それ自体は電動機などの動力源を有しておらず、ポンプＰ１からの送水圧力と重力の作用により固液分離するものである。そのためにサイクロン３の下部は先細になった逆円錐台形状をなしている。送水ポンプＰ１からサイクロン３へ加圧送水された原水はサイクロン３内で旋回流となる。この旋回流によって遠心力が発生し、比重差によって固液が分離される。比重の小さい物質たとえば水は旋回流の中心部から上部の処理水排出管４を介して上向きに流れ、排出管４につながる排水ラインＬ２を通って処理水として外部へ排水される。比重の大きい物質たとえば金属粒子のような固形物は遠心力を受けてサイクロン３の内壁に押し付けられて傾斜した壁面に沿って下降し、固形物を含むスラリーが下端のスラリー排出管５を通ってサイクロン３から排出されるようになっている。
【００１２】
サイクロン３の下方には半密閉式の回収ポット６が設けられている。回収ポット６の天板をスラリー排出管５が貫通し、その下端部５ｅが回収ポット６の内部に挿入されている。回収ポット６では重力沈降によりスラリーから固形物が沈降分離される。回収ポット６の天板には上澄み排出管７の一端が挿入され、回収ポット６に回収されたスラリーの上澄み水が外部へ排出されるようになっている。回収ポット６の下部にはスラッジ排出ラインＬ３が設けられ、回収ポット６に回収されたスラリーから沈降して濃縮された固形物がスラッジとして堆積し、堆積したスラッジが定期的にまたは必要に応じて随時に回収ポット６から排出されるようになっている。スラッジ排出ラインＬ３にはスラッジ排出バルブＶ１が設けられている。回収ポット６からスラッジ排出ラインＬ３へのスラッジの排出は連続的または間欠的に行われる。
【００１３】
本実施形態の固液分離装置では、回収ポット６での固形物の沈降分離を効率化するために、各部材を以下のように構成することが好ましい。
【００１４】
回収ポット６の容積はサイクロン３の容積より大きくすることが好ましい。この条件を満たしていれば、回収ポット６内でのスラリーの流速を減少させることができ、重力沈降による固形物の沈降分離に有利になる。上澄み排出管の下端部７ｅは、必ずしも回収ポット６の天板より下にある必要はなく、天板の位置レベルと等しくしてもよい。
【００１５】
スラリー排出管の下端部５ｅが回収ポットの底部６ｂに堆積したスラッジの界面に達すると、スラリー排出管５から排出されるスラリー流がスラッジ堆積層を撹拌し、堆積した固形物の一部を浮遊させる上昇流が形成される。浮遊した固形物は、回収ポット６内を上昇し、上澄み排出管の下端部７ｅまで到達し、上澄み排出管７を通って上澄み水とともに流出するおそれがある。このような固形物の流出は、上澄み水の濁度を増加させ、固形物の沈降分離に不利にはたらくので好ましくない。
【００１６】
そこで、本実施形態では、スラリー排出管の下端部５ｅを回収ポットの底部６ｂから間隙Ｇ１だけ高いところに配置し、スラリー排出管の下端部５ｅがスラッジ堆積層の界面と直接接触しないようにしている。具体的には、間隙Ｇ１の高低差ｈ１が回収ポット６の深さｄの２／３から１／４の範囲となるように、スラリー排出管の下端部５ｅを回収ポット６内に位置させる。また、スラリー排出管の下端部５ｅがスラッジ堆積層の界面に達するのを避けるために、スラッジ排出ラインＬ３を介して回収ポット６からスラッジを適切な量だけ定期的に排出するか、または必要に応じて随時に排出することが好ましい。
【００１７】
さらに、スラリー排出管の下端部５ｅを上澄み排出管の下端部７ｅよりも低いところに配置することが好ましい。スラリー排出管の下端部５ｅから上澄み排出管の下端部７ｅまでの高低差ｈ２を大きくすればするほど、上澄み水排出ラインＬ４への固形物の流出が抑えられ、重力沈降による固形物の沈降分離に有利になる。
【００１８】
スラリー排出管５の管径（断面積）と上澄み排出管７の管径（断面積）を、スラリー排出管５から排出されたスラリー中の固形物の沈降速度と、上澄み排出管７から排出される上澄み水の流速とから決定することができる。すなわち、下記の不等式（１）の条件を満たすように、スラリー排出管５の管径ｄ１（断面積Ａ１）と上澄み排出管７の管径ｄ２（断面積Ａ２）を決定することができる。
【００１９】
ｖｓ＞ｖｗ        …（１）
但し、記号ｖｓはスラリー排出管から排出されたスラリー中の固形物の沈降速度を、記号ｖｗは上澄み排出管から排出される上澄み水の流速をそれぞれ示す。
【００２０】
固形物の沈降速度ｖｓは、ストークスの沈降方程式を用いて算出することができる。また、上澄み水の流速ｖｗは、連続の式（２）を用いて算出することができる。
【００２１】
ｖｗ＝Ｑ／Ａ２    …（２）
但し、記号Ｑはスラリー排出量からスラッジ排出量を差し引いた差分を、記号Ａ２は上澄み排出管の内のりの断面積をそれぞれ示す。
【００２２】
また、スラリー排出管５および上澄み排出管７の各々にバルブを取り付けて、各排出管の管径（断面積）と、スラリー、スラッジおよび上澄み水の排出量との関係を調整するようにしてもよい。
【００２３】
本実施形態によれば、サイクロン３から排出されたスラリーを回収ポット６で再濃縮することによって、濃度の高いスラッジを得られると同時に上澄み排出管７からの上澄み水を清澄化できる。このとき、スラリーの排出量を制限することなく運転できるので、サイクロン３による処理水の清澄化に有利になる。また、スラッジの含水率が低下するため、回収ポット６の後段に設けられる脱水機などの処理設備を不要にできるかまたは簡素なものにすることができる。さらに、清澄化した上澄み水を用水とすることにより、プラント内での水の有効利用が可能になる。
【００２４】
なお、本実施形態では回収ポット６として半密閉式のものを用いているが、これに限らず、天板をなくした開放式のものを用いて上澄み排出管７からオーバーフローする上澄み水を得るようにしてもよい。また、スラッジ排出ラインＬ３から排出されるスラッジの含水率が低すぎて（スラッジの流動性が低すぎて）自然流下が困難な場合には、スラッジを圧送するために加圧ポンプを設けてもよい。
【００２５】
また、本実施形態では、遠心分離機としてサイクロンを用いたが、これに限らず、デカンタなどの遠心分離機や遠心沈降機などを用いることができる。
【００２６】
さらに、本実施形態では、混合物中の物質間の比重差を利用して物質を分離するようにしているので、比重１未満の油脂などを分離して回収することもできる。
【００２７】
（第２の実施形態）
図２を参照して第２実施形態の固液分離装置を説明する。
【００２８】
本実施形態の固液分離装置１Ａが上記第１の実施形態の装置１と異なる点は、回収ポット６内のスラリー排出管５と上澄み排出管７の間に仕切板９を設けたことである。図２に示した仕切板９は回収ポット６の幅（図２の奥行方向の内寸）と同じ幅を有し、仕切板９の下端と回収ポット６の底部との間に間隙が設けられている。
【００２９】
第２の実施形態に係る固液分離装置では、仕切板９によって回収ポット６内を分けることにより、主としてスラリー排出管５側の区画においてスラリーから固形物を沈降分離させ、上澄み排出管７側の区画において上澄み水に含まれる固形物を少なくすることができる。ここで、仕切板９を設けていない回収ポット６で液体の流れがやや乱れると、比重の小さい固形物が上昇流に伴って上昇し、上澄み排出管７から流出することがある。第２の実施形態のように回収ポット６内に仕切板９を設ければ、上澄み排出管７側の区画において液体の流れが乱れにくいので、上澄み水の汚濁を防止することができる。
【００３０】
第２の実施形態において、仕切板９の下端と回収ポット６の底部との間の間隙Ｇ２の高低差ｈ３は、仕切板９の下端が回収ポット６の底部に堆積したスラッジの界面に達しないようにすることが好ましい。そこで、回収ポット６の容積と形状にも依存するが、上記間隙Ｇ２の高低差ｈ３は例えば２ｃｍから上澄み排出管７の下端より長い適当な高さに設定される。一方、第２の実施形態においては、第１の実施形態のようにスラリー排出管５の下端を回収ポット６の深さの２／３から１／２の範囲に配置するというような制限はなく、スラリー排出管５の長さは第１の実施形態の場合より短くてもよい。なお、図２では仕切板９が鉛直軸に沿って延びている場合を示しているが、仕切板９が鉛直軸に対して傾斜していてもよい。
【００３１】
（第３の実施形態）
図３を参照して第３実施形態の固液分離装置を説明する。
【００３２】
本実施形態の固液分離装置１Ｂが上記第１の実施形態の装置１と異なる点は、回収ポット６の上澄み排出ラインＬ４をサイクロン３の処理水排出管４に接続したことである。なお、処理水排出管４から排出される処理水の圧力は、上澄み排出管７から排出される上澄み水の圧力と比べて高いため、必要であれば上澄み排出管７に送水ポンプを設置してもよい。
【００３３】
第３の実施形態に係る固液分離装置１Ｂでは、清澄化された上澄み水を連続的に処理水として用いることができる。このため、生産ラインにおいて処理水を用水として繰り返し使用する場合など、水の有効利用が可能になる。
【００３４】
（第４の実施形態）
図４を参照して第４実施形態の固液分離装置を説明する。
【００３５】
本実施形態の固液分離装置１Ｃが上記第３の実施形態の装置１Ｂと異なる点は、処理水排出管４に接続された上澄み排出ラインＬ４に切替弁Ｖ２およびセンサＳ１を取り付け、切替弁Ｖ２において分岐する上澄み返送ラインＬ５を送水ポンプＰ１の上流側ラインＬ１に接続したことである。センサＳ１は上澄み排出管７から排出される上澄み水の清澄性の良否を検知する機能を有する。センサＳ１としては例えば濁度計、粒子カウンター、光センサを使用できる。センサＳ１により上澄み水の清澄性が低い（固形分が多く含まれ水質が悪化している）ことが検知された場合、センサＳ１の検知信号に基づいて切替弁Ｖ２が切り替えられ、上澄み水は分岐管１３を通して送水ポンプＰ１の上流の配管に送水され、再度サイクロン３による処理が行われる。切替弁Ｖ２には例えばセンサＳ１からの検知信号に基づいて開閉する電磁弁が用いられる。
【００３６】
例えば、原水中の固形物の濃度が高い場合には回収ポット６内のスラッジ界面が上昇しやすいため、上澄み水に固形物が混入して、清澄性が低く水質が悪化しやすくなる。第４の実施形態に係る固液分離装置１Ｃでは、上澄み水の清澄性が低下して水質が悪化した場合に、上澄み水を再びサイクロン３によって処理することにより、上澄み水の清澄性を確保することができる。
【００３７】
なお、センサＳ１は、上澄み排出ラインＬ４の接続点より下流の処理水排出管４に設けてもよい。
【００３８】
また、処理水の水質向上よりも固形物の回収が優先される場合には、センサＳ１からの検知信号に基づいてスラッジ排出バルブＶ１の開度を制御してスラッジの排出量を調整するようにしてもよい。
【００３９】
（第５の実施形態）
図５を参照して第５実施形態の固液分離装置を説明する。
【００４０】
本実施形態の固液分離装置１Ｄが上記第１の実施形態の装置１と異なる点は以下のとおりである。上澄み排出管７の下流側ラインＬ４には、薬剤注入装置１４、撹拌装置１５、および第２のサイクロン１６が順次設けられている。第２のサイクロン１６では、その上部に設けられた第２の処理水排出管１７を介して第２のサイクロン１６内から処理水が排水され、その下部に設けられた第２のスラリー排出管１８を介して第２のサイクロン１６内からスラリーが排出されるようになっている。
【００４１】
第２のサイクロン１６の下方には第２の回収ポット１９が設けられている。第２の回収ポット１９の天板を第２のスラリー排出管１８および第２の上澄み排出管２０がそれぞれ貫通し、それらの下端部１８ｅ，２０ｅがそれぞれ第２の回収ポット１９内に挿入されている。この場合に、第２のスラリー排出管の下端部１８ｅを第２の回収ポットの底部１９ｂから高低差ｈ４だけ高いところに配置し、スラリー排出管の下端部１８ｅがスラッジ堆積層の界面と直接接触しないようにしている。具体的には、高低差ｈ４が第２の回収ポット１９の深さｄの２／３から１／４の範囲となるように、第２のスラリー排出管の下端部１８ｅを第２の回収ポット１９内に位置させる。また、第２のスラリー排出管の下端部１８ｅがスラッジ堆積層の界面に達するのを避けるために、スラッジ排出ラインＬ７を介して第２の回収ポット１９からスラッジを適切な量だけ定期的に排出するか、または必要に応じて随時に排出するようにしている。
【００４２】
さらに、第２のスラリー排出管の下端部１８ｅを第２の上澄み排出管の下端部２０ｅよりも低いところに配置している。スラリー排出管の下端部１８ｅから上澄み排出管の下端部２０ｅまでの高低差ｈ５を大きくすればするほど、上澄み水排出ラインＬ８への固形物の流出が抑えられ、重力沈降による固形物の沈降分離に有利になる。
【００４３】
第２の上澄み排出管２０のラインＬ８は第２の処理水排出管１７のラインＬ６に接続され、さらに第２の処理水排出ラインＬ６は第１の処理水排出管４のラインＬ２に接続されている。第２の回収ポット１９の下部にはスラッジ排出ラインＬ７が連通し、第２の回収ポット１９に回収されたスラリーから沈降して濃縮された固形物がスラッジとして排出されるようになっている。スラッジ排出ラインＬ７には第２のスラッジ排出バルブＶ３が設けられている。
【００４４】
本実施形態の装置１Ｄでは、回収ポット６の上澄み排出管７から排出される上澄み水が目的とする水質に至らないことを想定して、この上澄み水をさらに第２のサイクロン１６と第２の回収ポット１９とで処理する。すなわち、第１の回収ポット６の上澄み排出管７から排出される上澄み水に薬剤注入装置１４から凝集剤を添加した後、撹拌装置１５で攪拌することによって、上澄み水に含まれる固形物を凝集させる。さらに、凝集した固形物を含む上澄み水を第２のサイクロン１６に送水して固液分離を行う。
【００４５】
第１の回収ポット６から排出される上澄み水が１〜１０ｍ／ｓ程度の流速を有する場合には上澄み水を第２のサイクロン１６へ圧送する送水ポンプを設ける必要はないが、上澄み水の流速が不足する場合には送水ポンプにより上澄み水を第２のサイクロン１６へ圧送するようにする。この送水ポンプの設置位置は、撹拌装置１５よりも上流であることが好ましい。
【００４６】
凝集剤としては、ＰＡＣ、硫酸バンド、第二塩化鉄といった無機系凝集剤や、有機高分子凝集剤などから、上澄み水の水質に適したものを選択して用いる。用いる凝集剤によって適切に凝集が起こるｐＨが異なるため、薬剤添加装置１４の上流または下流にｐＨセンサと酸またはアルカリを添加するｐＨ調整装置を設けてもよい。
【００４７】
撹拌装置１５としては例えばスタティックミキサーのように配管の流路に連続して取り付けられるものが好ましい。
【００４８】
第２のサイクロン１６は、第１のサイクロン３よりも処理水量が少ないため小型でよい。一般にサイクロンは小型であるほど分離効率がよいことが知られている。このため、第１の回収ポット６から排出される上澄み水の水質と、第２のサイクロン１６の分離性能とによっては、必ずしも薬剤添加装置１４および撹拌装置１５を設ける必要はない。
【００４９】
なお、図５の装置１Ｄには示していないが、上述の図４の装置１Ｃと同様に、第２の上澄み排出管２０のラインＬ８にバルブおよびセンサを設け、かつバルブから分岐して送水ポンプ２の上流に接続された分岐管を設けてもよい。
【００５０】
また、第２のサイクロン１６を用いても目的の水質が得られない場合は、第２のサイクロンの下流にさらに第３のサイクロンを設けてもよい。さらに、第３のサイクロンの下流に第４のサイクロンを設け、その下流にさらに第５のサイクロンを設けるというように、カスケード状に多段のサイクロン群を設置することが可能である。
【００５１】
変形例として、第２のサイクロンなどの下流のサイクロンの代わりに、小型の沈殿池を設置してもよい。
【００５２】
（第６の実施形態）
図６を参照して第６実施形態の固液分離装置を説明する。
【００５３】
本実施形態の固液分離装置１Ｅが上記第１の実施形態の装置１と異なる点は、回収ポット６の下流に回収ポット６よりも容積が小さい小容積回収ポット２３を設置し、回収ポット６の上澄み排出管７を小容積回収ポット２３へ接続したことである。本実施形態では、上澄み排出管の下端部７ｆを小容積回収ポットの底部２３ｂから高低差ｈ６だけ高いところに配置し、上澄み排出管の下端部７ｆがスラッジ堆積層の界面と直接接触しないようにしている。具体的には、高低差ｈ６が小容積回収ポット２３の深さｄの２／３から１／４の範囲となるように、上澄み排出管の下端部７ｆを小容積回収ポット２３内に位置させる。
【００５４】
小容積回収ポット２３の上部には第２の上澄み排出管２４が設けられている。ここで、第２の上澄み排出管の下端部２４ｅを第１の上澄み排出管の下端部７ｆよりも高いところに配置している。第１の上澄み排出管の下端部７ｆから第２の上澄み排出管の下端部２４ｅまでの高低差ｈ７を大きくすればするほど、上澄み水排出ラインＬ４への固形物の流出が抑えられ、重力沈降による固形物の沈降分離に有利になるからである。
【００５５】
また、小容積回収ポット２３の底部にはスラッジ排出ラインＬ９が接続され、スラッジ排出ラインＬ９にはスラッジ排出バルブＶ４が設けられている。上澄み排出管の下端部７ｆがスラッジ堆積層の界面に達するのを避けるために、スラッジ排出バルブＶ４を定期的にまたは必要に応じて随時に開けることにより、スラッジ排出ラインＬ９を介して小容積回収ポット２３からスラッジを排出することができる。
【００５６】
第６の実施形態においては、回収ポット６の下流に小容積回収ポット２３を直列に接続し、回収ポット６と小容積回収ポット２３の両方において、固形物の沈降と上澄み水の排出によって起こる上昇流とのバランスを一定に保つようにしている。小容積回収ポット２３のスラッジ排出管２５からスラッジを排出すると、流量Ｑ＝（スラリー排出量−スラッジ排出量）が減少して小容積回収ポット２３から排出される上澄み水の流速は小さくなる。こうして、回収ポット６と小容積回収ポット２３の両方において、固形物の沈降と上澄み水の排出によって起こる上昇流とのバランスを一定に保つことにより、上澄み水への固形物の混入とスラッジ濃度の低下を防止することができる。
【００５７】
なお、小容積回収ポット２３の下流にさらに小容量の回収ポットを１つ以上接続するようにしてもよい。
【００５８】
（第７の実施形態）
図７を参照して第７実施形態の固液分離装置を説明する。
【００５９】
本実施形態の固液分離装置１Ｆが上記第１の実施形態の装置１と異なる点は、回収ポット６に下流に回収ポット６よりも容積が大きい大容積回収ポット２７を設置し、回収ポット６の上澄み排出管７を大容積回収ポット２７へ接続したことである。本実施形態では、上澄み排出管の下端部７ｆを大容積回収ポットの底部２７ｂから高低差ｈ８だけ高いところに配置し、上澄み排出管の下端部７ｆがスラッジ堆積層の界面と直接接触しないようにしている。具体的には、高低差ｈ８が大容積回収ポット２７の深さｄの２／３から１／４の範囲となるように、上澄み排出管の下端部７ｆを大容積回収ポット２７内に位置させる。
【００６０】
大容積回収ポット２７の上部には第２の上澄み排出管２８が設けられている。ここで、第２の上澄み排出管の下端部２８ｅを第１の上澄み排出管の下端部７ｆよりも高いところに配置している。第１の上澄み排出管の下端部７ｆから第２の上澄み排出管の下端部２８ｅまでの高低差ｈ９を大きくすればするほど、上澄み水排出ラインＬ４への固形物の流出が抑えられ、重力沈降による固形物の沈降分離に有利になるからである。
【００６１】
また、大容積回収ポット２７の底部にはスラッジ排出管２９が接続され、スラッジ排出管２９にはスラッジ排出バルブＶ５が設けられている。上澄み排出管の下端部７ｆがスラッジ堆積層の界面に達するのを避けるために、スラッジ排出バルブＶ５を定期的にまたは必要に応じて随時に開けることにより、スラッジ排出ラインＬ１０を介して大容積回収ポット２７からスラッジを排出することができる。
【００６２】
第７の実施形態においては、回収ポット６の下流に大容積回収ポット２７を直列に接続したことにより、上澄み水の滞留時間を長くし、より比重の小さい固形物を沈降させて分離効率を向上させることができる。
【００６３】
なお、目的の上澄み水水質が得られない場合は、大容積回収ポット２７の下流にさらに別の大容量の回収ポットを１つ以上接続するようにしてもよい。
【００６４】
（第８の実施形態）
図８と図９を参照して第８実施形態の固液分離装置を説明する。
【００６５】
本実施形態の固液分離装置１Ｇが上記第１の実施形態の装置１と異なる点は、単一の送水ポンプＰ１に対して複数のサイクロン３が並列に接続され、また複数のサイクロン３のそれぞれに設けられた複数のスラリー排出管５が単一の共有回収ポット６に挿入されていることである。
【００６６】
図９に示すように、共有回収ポット６内に８つのサイクロン３から各スラリー排出管５が挿入され、８本のスラリー排出管５と上澄み排出管７ｇとの間が円筒状の仕切部材３１により仕切られている。仕切部材の下端３１ｅと回収ポットの底部６ｂとの間に高低差ｈ１０の間隙が形成されている。
【００６７】
本実施形態においては、各スラリー排出管５からスラリーが円筒状仕切部材３１の内側スペースに導入されると、水より比重が大きい固形物は回収ポットの底部６ｂに沈降して堆積し、水と同等か又はそれより比重の小さいものは仕切部材３１の下方の間隙を通って外側スペースに回りこみ、上澄み水として上澄み排出管７ｇを通って共有回収ポット６から排出される。
【００６８】
なお、共有回収ポット６内での流体の流れを乱さないように、円筒状の仕切部材３１にスリットのような貫通孔３２を設けてもよい。
【００６９】
（第９の実施形態）
図１０を参照して第９実施形態の固液分離装置を説明する。
【００７０】
本実施形態の固液分離装置１Ｈが上記第１の実施形態の装置１と異なる点は、スラリー排出管５の上部にスラリーポット１０を取り付けたことである。スラリーポット１０は、スラリー排出管５が回収ポット６内に挿入されていない非挿入部分に取り付けられている。好ましくは、スラリーポット１０は、サイクロン３とスラリー排出管５との接続部に近いところ、すなわちサイクロン底部のスラリー流出口に近接する位置に取り付けることが好ましい。
【００７１】
スラリーポット１０は、スラリー排出管５の内径より大きい内径を有する大径上部１０ａと、大径上部１０ａの下部に連続して形成され、その内径が大径上部１０ａの内径からスラリー排出管５の内径まで漸次縮小する縮径下部１０ｃとを備えている。縮径下部１０ｃの最下部には排出口１０ｆが開口している。
【００７２】
スラリーポット１０の下方には半密閉式の回収ポット６が設けられている。回収ポット６の天板をスラリー排出管５が貫通し、その下端部５ｅが回収ポット６の内部に挿入されている。回収ポット６では重力沈降によりスラリーから固形物が沈降分離される。回収ポット６の天板には上澄み排出管７の一端が挿入され、回収ポット６に回収されたスラリーの上澄み水が外部へ排出されるようになっている。回収ポット６に対するスラリー排出管５の挿入長さは、上澄み排出管７の挿入長さより長くしている。すなわち、回収ポット６内において、スラリー排出管の下端部５ｅのほうが上澄み排出管の下端部７ｅより低いところに配置されている。
【００７３】
また、回収ポット６の下部にはスラッジ排出ラインＬ３が接続され、回収ポット６内に堆積したスラッジが定期的にまたは必要に応じて随時に回収ポット６から排出されるようになっている。スラッジ排出ラインＬ３にはスラッジ排出バルブＶ１が設けられている。回収ポット６からスラッジ排出ラインＬ３へのスラッジの排出は連続的または間欠的に行われる。
【００７４】
本実施形態では、回収ポット６の一例として半密閉式の容器を挙げているが本発明はこれのみに限定されるものではなく、天板をなくし、上澄み排出管７からオーバーフローする上澄み水を得るようにしてもよい。また、回収ポット６に多量のスラリーが堆積した場合は、スラリーポット１０とバルブ等を用いて切り分け、フランジ継手を外してスラリーポット１０ごと回収するようにしてもよい。
【００７５】
また、本実施形態では遠心分離機としてサイクロンを用いるが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、固液分離装置であるデカンタなどの遠心分離機、遠心沈降機を用いることができる。
【００７６】
スラリー排出管５の内径と上澄み排出管７の内径は、スラリー排出管５から排出されるスラリーに含まれる粒子（懸濁物質）の沈降速度から決定することができる。すなわち、上記（１）式と（２）式をともに満たすようなスラリー排出管５および上澄み排出管７の断面積をそれぞれ求めることにより、スラリー排出管５の内径と上澄み排出管７の内径がそれぞれ決まる。また、これらの配管５，７にバルブを取り付けて、粒子やスラリー排出流速に合わせてそれらの内径を調整するようにしてもよい。
【００７７】
本実施形態装置の作用を説明する。
【００７８】
送水ポンプＰ１からサイクロン３へ加圧送水された原水はサイクロン３内で旋回流となる。この旋回流によって遠心力が発生し、比重差によって固液が分離される。比重の小さい物質たとえば水は旋回流の中心部から上部の処理水排出管４を介して上向きに流れ、排出管４につながる排水ラインＬ２を通って処理水として外部へ排水される。比重の大きい物質たとえば金属粒子のような固形物は遠心力を受けてサイクロン３の内壁に押し付けられて傾斜した壁面に沿って旋回しながら下降し、スラリー排出管５に流れ込む。スラリーの流速は、スラリー排出管５に流れ込んだときに最大になる。このような急速流がスラリー排出管５を通って回収ポット６内にそのまま流入すると、スラッジ堆積層１１を崩壊させ、固形物の凝集体であるスラッジを舞い上げ、固形物をばらばらの状態に分散させてしまい、分散した固形物が上澄み排出管の下端部７ｅの開口まで到達し、上澄み水とともに固形物が流出するおそれがある。
【００７９】
しかし、本実施形態では、スラリーポット１０をスラリー排出管５に設けているので、急速度のスラリー旋回流がスラリーポット１０の広い内部スペースに入ると、大きく減速される。このようにスラリーポット１０によりサイクロン３で発生した旋回流が減速された後に、回収ポット６内にスラリーが流入するため、回収ポット６内は流れが穏やかであり、重力によってスラリーに含まれる金属粒子等は静かに沈降する。そして、回収ポット６内に堆積したスラッジは、底部のスラッジ排出管８を介して連続または間欠的に外部へ排出される。
【００８０】
本実施形態の装置１Ｈによれば、サイクロン３に連結されたスラリー排出管５の内径よりも大きな内径を有するスラリーポット１０を設け、スラリー排出管５を流下するスラリーの流速を減速させ、上澄み排出管７からの固形物の流出を防止し、処理水の清澄性が保たれる。スラリーポット１０に続く回収ポット６では、内部の流速をさらに減少させて重力沈降によって粒子を沈降分離する。清澄化された上澄み水は上澄み排出管７を通って回収ポット６から排水される。スラリーに含まれる粒子の沈降分離を促進するため、スラリー排出管５の排出口を回収ポット６の下部に設置し、上澄み排出管７の取水口を回収ポット６の上部に設置する。スラッジが堆積した表面が上澄み排出管７の取水口に当たらないような頻度で、スラッジ排出管８からスラッジの排出を行う。サイクロン３から排出されたスラリーを回収ポット６で再濃縮することで濃度の高いスラッジを得られると同時に、上澄み水を清澄化できる。したがって、スラリーの引抜量を制限することなく運転が可能になり、サイクロン３の処理水を清澄化することができる。
【００８１】
また、本実施形態の装置１Ｈでは、スラッジの含水率が低下するため、後段に用いる脱水機などの処理設備が不要あるいは簡素なものになる。上澄み水を清澄化して用水とすることで、プラント内での水の有効利用が可能になる。
【００８２】
（第１０の実施形態）
図１１を参照して第１０実施形態の固液分離装置を説明する。
【００８３】
本実施形態の固液分離装置１Ｉが上記実施形態９の装置と異なる点は、スラッジ排出管８のラインＬ３にスラッジ排出バルブＶ１およびスラッジ排出ポンプＰ２を設けたことと、処理水排出管４のラインＬ２に処理水の濁度を測定する濁度センサＳ２を設けたことと、センサＳ２で測定した濁度に基づいてスラッジ排出バルブＶ１の開閉動作およびスラッジ排出ポンプＰ２の駆動を制御する制御器１２を設けたことである。
【００８４】
制御器１２は、濁度センサＳ２から測定信号が入力される入力部と、プロセスデータを随時読出し可能に記録保存しておくメモリ部と、入力信号とプロセスデータとに基づいてスラッジ排出量を演算により求め、さらに求めたスラッジ排出量に基づいてポンプＰ２の駆動制御量とバルブＶ１の動作制御量とをそれぞれ求める演算部と、求めた制御量に応じてポンプＰ２およびバルブＶ１にそれぞれ制御信号を出力する出力部とを備えている。
【００８５】
運転時間の経過とともに回収ポット６内に堆積するスラッジの量が増加し、スラッジ界面が上昇すると、スラリー排出管５からの上昇流に巻き込まれ、固形物が処理水排出管４のラインＬ２から流出してしまうおそれがある。こういった処理水水質の悪化を防止するために、制御器１２は、濁度センサＳ２から測定信号が入ると、タイマーを用いてポンプＰ２の運転タイミングを調整し、スラッジ排出バルブＶ１の開度を調整するとともにスラッジ排出ポンプＰ２の駆動量を制御し、堆積したスラッジを回収ポット６から引き抜く。なお、濁度センサＳ２は、直接配管４に取り付ける他に、配管４を分岐して開放し、常圧での測定や、処理水を貯留する水槽に設置しても良く、着色成分を測定する色度計やパーティクルカウンタなどの粒子測定機を用いてもよい。
【００８６】
スラッジの引抜きは、スラッジの含水率を優先する場合は間欠的であってもよく、処理水の清澄性を優先する場合は流れの乱れによるスラッジの舞い上がりを避けるため、連続的に引き抜くことが望ましい。
【００８７】
（第１１の実施形態）
図１２を参照して第１１実施形態の固液分離装置を説明する。
【００８８】
本実施形態の固液分離装置１Ｊが上記第９の実施形態の装置と異なる点は、回収ポット６Ａの下部の形状を縮径化したことと、スラッジ排出ポンプＰ２を回収ポット６Ａの直下に接続したことである。
【００８９】
回収ポット６Ａは、スラリーポット１０の内径より十分に大きい内径を有する大径上部６ａと、大径上部６ａの下部に連続して形成され、その内径が大径上部６ａの内径からスラッジ排出管８の内径まで漸次縮小する縮径下部６ｃとを備えている。縮径下部６ｃの最下部には排出口６ｆが開口している。
【００９０】
本実施形態では、スラッジ排出ポンプＰ２を回収ポット６Ａの直下に設置したことにより、サイクロン３から排出されるスラリーを余すことなく回収することができる。
【００９１】
また、本実施形態によれば、スラッジ排出ポンプＰ２の起動時に起こるスラッジ（固形物の凝集体）の舞い上がりは、下降流を作ることで防止することができ、上澄み水と処理水の清澄性を維持できる。
【００９２】
（第１２の実施形態）
図１３を参照して第１２実施形態の固液分離装置を説明する。
【００９３】
本実施形態の固液分離装置１Ｋが上記第９の実施形態の装置と異なる点は、スラッジ排出ポンプＰ２の後段に脱水機４０を有することである。
【００９４】
回収ポット６内に沈降・堆積したスラリーは、水分を多く含んでいる。そこで、スラッジ排出ラインＬ３に脱水機４０を設け、直接脱水を行うことで、スラリーの含水率を低下させ、減量することができる。薬剤注入装置４１は、脱水機４０においてスラッジを脱水するために、高分子凝集剤などの薬剤を添加する機構である。
【００９５】
サイクロン３からスラリー排出管５により引き抜かれるスラリーは、一般的には多くの水分を含んでいる。しかし、本実施形態の装置１Ｋでは、脱水機４０の直前において回収ポット６Ａ内で固形物を沈降分離しているため、スラッジ排出ポンプＰ２を通過するスラッジの含水率を低下させ、脱水機４０の処理負荷を低減することができる。同時に、薬剤注入装置４１で添加する薬剤量を削減することができる。
【００９６】
（第１３の実施形態）
図１４を参照して第１３実施形態の固液分離装置を説明する。
【００９７】
本実施形態の固液分離装置１Ｌが上記第９の実施形態の装置と異なる点は、サイクロン３の前段に凝集ユニット１３を設けたことである。凝集ユニット１３は、簡略して図示しているが、無機系凝集剤や有機高分子凝集剤などを処理対象の原水に添加し、スタティックミキサーや撹拌機などで撹拌強度を与え、原水中の懸濁物質を凝集する機構を持ち、サイクロン３だけでは分離できないような低比重粒子、径の小さい微粒子などの凝集剤等の薬剤を用いなければ処理できないような排水に対して用いる。
【００９８】
本実施形態の装置１Ｌによれば、スラッジは凝集物であるため、上述の装置１Ｋ（図１３）に示した薬剤注入装置４１での脱水のための薬剤の追加添加量を削減、あるいは不要とすることができ、脱水機４０で直接脱水することができる利点がある。
【００９９】
（第１４の実施形態）
図１５を参照して第１４実施形態の固液分離装置を説明する。
【０１００】
本実施形態の固液分離装置１Ｍが上記第１３の実施形態の装置１Ｌと異なる点は、脱水機４０から原水槽２までの間に凝集物返送ラインＬ１２を設けたことである。
【０１０１】
本実施形態の装置１Ｍによれば、回収ポット６Ａに堆積する凝集物は、周囲に凝集剤を保持しており、これを原水槽２に返送することで凝集ユニット１３での懸濁物質の凝集性が向上し、凝集剤の添加量を大幅に抑制することができる。さらに、脱水機４０の前段での薬剤添加装置（図示省略）からの薬剤添加量も抑制することができる。
【０１０２】
（第１５の実施形態）
図１６と図１７を参照して第１５実施形態の固液分離装置を説明する。
【０１０３】
本実施形態の固液分離装置１Ｎが上記第１３の実施形態の装置１Ｋと異なる点は、回収ポット６Ｂが邪魔板６１を内蔵していることである。回収ポット６Ｂ内において邪魔板６１によりスラッジと上澄み水とを分離することで、上澄み水および処理水の清澄性を保つことができる。さらに、邪魔板６１によりスラッジ排出ポンプＰ２の起動時におけるスラッジ１１の巻きあがりを有効に防止することができる。
【０１０４】
本実施形態によれば、サイクロンを用いて省スペースとし、回収ポット６の改良によって分離効率や引抜スラリーの濃度低下といった課題を解決する。スラリーの引抜きで処理水を清澄化するとともに、回収ポット内でスラリーの濃縮を行う。スラリーの含水率が低下して後段の脱水処理が簡素になる他、回収ポットからのスラリーを含まない上澄み水はサイクロン処理水とし利用できる。また、サイクロン分離に使われる送水ポンプのみで良く、回収ポットに個別の動力源は不要である。
【０１０５】
これらの実施形態によれば、省スペースで固形物の分離効率をさらに向上できる固液分離装置が提供される。
【０１０６】
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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。
【符号の説明】
【０１０７】
２…原水タンク、３…サイクロン（遠心分離機）、４…処理水排出管、５…スラリー排出管、６，６Ａ，６Ｂ…回収ポット、６ａ…大径上部、６ｃ…縮径下部、６ｆ…排出口、７…上澄み排出管、８…スラッジ排出管、９…仕切部材、１０…スラリーポット、１０ａ…大径上部、１０ｃ…縮径下部、１０ｆ…排出口、
１２…制御器、１３…凝集ユニット、１４…薬剤注入装置、１５…撹拌装置、１６…第２のサイクロン、１７…第２の処理水排出管、１８…第２のスラリー排出管、１９…第２の回収ポット、２０…第２の上澄み排出管、２３…小容積回収ポット、２４…上澄み排出管、２７…大容積回収ポット、２８…上澄み排出管、３１…仕切部材、３２…貫通孔、４０…脱水機、４１…薬剤注入装置、６１…邪魔板、
Ｐ１…送水ポンプ、Ｐ２…スラッジ排出ポンプ（圧送ポンプ）、
Ｖ１，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５…スラッジバルブ、Ｖ２…上澄み切替弁、
Ｓ１，Ｓ２…センサ、
Ｌ１…原水供給ライン、Ｌ２…処理水排出ライン、Ｌ３…スラッジ排出ライン、Ｌ４…上澄み排出ライン、Ｌ５…上澄み返送ライン、
Ｌ６…第２の処理水排出ライン、Ｌ７…第２のスラッジ排出ライン、Ｌ８…第２の上澄み排出ライン、
Ｌ９，Ｌ１０…スラッジ排出ライン、
Ｌ１１…凝集物排出ライン、
Ｌ１２…凝集物返送ライン（スラッジ返送ライン）。
【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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【図１２】
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【図１３】
0005897349.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0005897349.tif 000017
【図１７】
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