(57)【要約】    【課題】  連続で分離処理を行う微細気泡を用いた分離装置において、処理後の懸濁物質の濃度低減や処理能力等の条件に対し、微細気泡の量や浮上分離処理槽の容量が大きくなっている。    【解決手段】  微細気泡を用いた分離装置において、微細気泡を発生させる系統と、発生した微細気泡と液体を遠心分離する槽を備え、分離した微細気泡を多段の浮上分離処理槽へ供給する構成とすることにより、被処理原液中の懸濁物の凝集を破壊せず、浮上分離性が良好で、微細気泡量が少量で、浮上分離処理槽の容量が小型の浮上分離装置を得られる。【選択図】  図１
2006334545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮上分離処理槽に連続して供給する被処理液中に微細気泡を供給することにより被処理液に含まれる懸濁物を液中から浮上分離する微細気泡分離装置において、
被処理源液を供給して処理する第１の浮上分離処理槽と、前記第１の浮上分離処理槽で処理した処理液を処理する第２の浮上分離処理槽と、それぞれの浮上分離処理槽に供給する微細気泡を発生させる微細気泡発生槽とを備え、前記微細気泡発生槽が微細気泡を発生部と、発生した微細気泡と液体を遠心分離する構成としたことを特徴とする微細気泡分離装置。
【請求項２】
請求項１に記載の微細気泡分離装置において、前記第２の浮上分離処理槽の後段に多段に浮上分離処理槽を設けたことを特徴とする微細気泡分離装置。
【請求項３】
請求項１に記載の微細気泡分離装置において、前記微細気泡発生槽に供給する追加処理液を前記第２の浮上分離処理槽で処理した後の処理液とするように配管したことを特徴とする微細気泡分離装置。
【請求項４】
請求項１又は３に記載の微細気泡分離装置において、前記第１の第１の浮上分離処理槽に供給する微細気泡量より前記第２の浮上分離処理槽に供給する微細気泡量を多くすることを特徴とする微細気泡分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細気泡による浮上分離法を用いた、液体中の懸濁物の分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
活性汚泥処理工程や水質浄化においては、加圧条件下で液体中に空気を溶解させ、常圧に減圧することで溶解した空気を微細気泡として発生させ、この微細気泡を液中の懸濁物である固形物粒子や油粒子に付着させて浮上分離する加圧浮上分離装置が知られている。
【０００３】
微細気泡を用いた浮上分離における微細気泡の発生法の１つとして、特許文献１に示すような、ベンチュリ等を用いキャビテ−ションを利用した方法や、特許文献２に示すような、高速の噴流により発生する乱流領域で気液混合流体をせん断し微細気泡を生成するものがある。
【０００４】
キャビテ−ションや気液界面のせん断を利用する方法では、溶解時や気泡発生時に、気体と液体に対し流体あるいは機械的な力を与えるため、微細気泡の生成と同時に、分離対象となる液体中の懸濁物も同時に微細化する。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２９９９０４号公報
【特許文献２】特開２０００−４４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
連続処理を行う分離装置は、被処理液に含まれる懸濁物質の濃度、凝集状態及び粒子径に対し、排出する処理液４に含まれる懸濁物質の濃度を目標値まで低減するために必要な微細気泡の量や、浮上分離処理槽の容量及び形状等が設計されている。
【０００７】
設計では、処理後の懸濁物質の濃度低減や、処理能力等の設定値を安全側に設定するため、微細気泡の量や浮上分離処理槽の容量が大きくなっている。
【０００８】
本開発の目的は、微細気泡の量や浮上分離処理槽の容量を低減する微細気泡を利用した液中懸濁物の浮上分離装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する本発明懸濁物分離装置の特徴とするところは、微細気泡を浮上分離処理槽に連続して供給することにより被処理液に含まれる懸濁物を液中から浮上分離する分離装置において、清水あるいは懸濁物を分離除去した処理液と気体を混合しながら加圧溶解させてノズルから噴射する際に減圧して微細気泡を発生させる系統と、発生した微細気泡と液体を遠心分離する槽を備え、分離した微細気泡を多段の浮上分離処理槽へ供給する。本構成によれば、供給する被処理原液に流体あるいは機械的な力を働かさないで微細気泡を発生させるため、被処理原液中の懸濁物の凝集を破壊しないため、懸濁物は微細化せず微細気泡との付着性が向上し、浮上分離性が向上する。また、浮上分離処理槽に供給される遠心分離液量は少量で且微細気泡量が多いため、浮上分離処理槽中の流速が低くなり、分離槽が小型化できる。
【００１０】
さらに、浮上分離処理槽を多段とすることにより、各槽に入る被処理液と出る処理液の懸濁物の濃度差を小さくできるため、各槽の分離効率が向上し、単一の浮上分離処理槽に比べ微細気泡の量や浮上分離処理槽の容量を低減することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば浮上分離性が良い小型の液中懸濁物の分離装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図１に示した本発明の一実施形態について説明する。
【００１３】
図１は、浮上分離処理槽を２段とした場合を示している。被処理原液１が供給される１段目の浮上分離処理槽１１と、１段目の浮上分離処理槽１１から排出される処理液を、２段目の被処理液として供給する２段目の浮上分離処理槽１２と、微細気泡発生槽１０の３つの槽で構成してある。
【００１４】
被処理原液１は供給管に設けた液攪拌効果の小さい方式、例えばプランジャ式等の定量供給ポンプ１５により送液され、１段目の浮上分離処理槽１１の略中央部に設けた被処理源液供給部に供給される。供給された非処理原液１は、浮上分離処理槽１１の底部略中央部に設けた被処理源液供給部に設けてあるノズル１６から噴射する微細気泡含有液１８と混合しながら浮上流２０となる。そして、浮上する過程で被処理原液１中の懸濁物と微細気泡が付着し、浮上分離処理槽１１の液上面に浮上して懸濁物層２３として凝集する。凝集した混濁物は、浮上分離処理槽１１の側面に設けた混濁物排出管７より排出される。また、浮上流２０は浮上分離処理槽１１の液上面付近で反転流２１ａ，２１ｂとなり、その後、下降流２２ａ，２２ｂになる。下降流２２ａ，２２ｂ中の懸濁物は浮上分離処理槽１１の底部側に設けてある被処理源液供給部を挟んで底部左右に設けたノズル１７ａ，１７ｂから噴射された微細気泡量含有液１９ａ，１９ｂ中の上昇する微細気泡に付着して浮上する。そして、浮上分離処理槽１１の液上面に浮上して懸濁物層２３として凝集する。そして凝集した懸濁物層２３は、浮上分離処理槽１１の側面に設けた排出管７より排出される。それぞれノズル１６、１７ａ、１７ｂの微細気泡含有液を供給する配管４には、バルブ２４、２５ａ、２５ｂが設けてあり、液の供給量を調節できるようになっている。また、浮上分離処理槽１１の底部に設けた供給管６から排出される処理液は、被処理液として供給管６に設けた定量供給ポンプ２６により２段目の浮上分離処理槽１２の被処理液供給部に供給される。
【００１５】
２段目の浮上分離処理槽１２は１段目の浮上分離処理槽１１と略同じ構成となっている。すなわち、浮上分離処理槽１２の底部側の略中部に設けてある被処理液供給部の底に微細気泡含有液２９を供給するノズル２７が設けてある。また浮上分離処理槽１２の被処理液供給部を挟んだ底部にはノズル２８ａ，２８ｂが設けてある。また、各ノズルに接続されている配管５にはノズル毎にバルブ３５，３６ａ、３６ｂが設けてあり、ノズルへの微細気泡含有液の供給量を調整できるようにしてある。２段目の浮上分離処理槽１２では、１段目と同様なプロセスで被処理液中の懸濁物を分離し槽の上部に凝集させる。槽の上部凝集した懸濁物３４は排出管８より排出される。２段目の浮上分離処理槽１２により懸濁物の除去された処理液は、最終処理液２として排出される。最終処理液２の一部はバルブ４３により流量を調節され追加処理液配管３を通して微細気泡発生槽１０に送られる。なお、ノズル２９から噴出された微細気泡含有液２９は処理液と混合しながら上昇流３１となり、液上面付近で反転流３２ａ，３２ｂとなり、その後下降流３３ａ，３３ｂとなる。またノズル２８ａ，２８ｂからの微細気泡含有液（噴出流）３０ａ，３０ｂ中の気泡に下降流３３ａ，３３ｂ中の懸濁物が吸着し槽上部に運ばれる。なお、本図で図示していないが各浮上分離処理槽１１、１２の上部には天井で覆われており、懸濁物上部と天井間には空間が形成され、そこに槽内に供給された気泡を形成した気体が集められる。
【００１６】
微細気泡発生槽１０の上部側には、微細気泡発生部３７から微細気泡を含有した液体を微細気泡発生槽１０の接線方向に噴出することで旋回流を発生させる構造（サイクロン構造）となっている。微細気泡発生槽１０の下部側には、旋回流により遠心力が働くことにより、比重の大きい微細気泡の含有比率の小さい遠心分離液の排出流量を調整する流量調節バルブ４０と遠心分離液配管３９が設けてある。
【００１７】
追加処理液配管３及び気体回収配管９は合体して配管４４に接続され、配管４４には循環ポンプ４１が接続されている。この気体回収配管９は、図示していない各浮上分離処理槽の上部に設けてある天井部に集められた気体を回収して微細気泡発生槽に戻すための配管で、気体回収配管９の他端側は各浮上分離処理槽の天井部に接続されている。気体回収配管９は供給量調整用のバルブ４２を介して前記配管４４に接続されている。循環ポンプ４１は、遠心分離液と追加処理液と微細気泡となる気体を吸引・混合・加圧しながら微細気泡発生部３７まで送液する。
【００１８】
微細気泡発生槽１０の上部側には先に述べた比重の小さい微細気泡の含有比率の大きい遠心分離液を浮上分離処理槽１１と浮上分離処理槽１２へ送液する配管３８及び１段目の分岐配管４と２段目の分岐配管５が設けてある。
【００１９】
分岐配管４で分割された微細気泡の含有比率の大きい遠心分離液は、バルブ２４により流量を調節されノズル１６より１段目の浮上分離処理槽１１へ送液され、また、バルブ２５ａ、２５ｂにより流量を調節されノズル１７ａ、１７ｂより１段目の浮上分離処理槽１１へ送液される。
【００２０】
分岐配管５で分割された微細気泡の含有比率の大きい遠心分離液は、１段目と同様に２段目の浮上分離処理槽１２へ送液される。
【００２１】
本実施例で説明している微細気泡発生方法では、気体と液体を循環ポンプ４１に吸い込み、ポンプ内の羽根車で攪拌しながら加圧して溶解させ、吐出ノズルから噴射し減圧することでマイクロバブルを生成するものである。但し、ベンチュリを用いる方法や気液せん断を使用する方法で気泡を発生させて、使用する液体を循環する加圧液とすることで置き換えて、サイクロン構造の微細気泡発生槽１０に導入することも可能である。
【００２２】
微細気泡発生槽１０は、微細気泡発生部３７から水平方向に微細気泡発生槽１０内の円形断面の接線方向に向かって気液混合液体を吐出することにより、旋回流を生じさせ、微細気泡発生槽１０の下方側から液体を排出する構成（サイクロン構造）としている。このサイクロン構造により遠心分離した比重の大きい微細気泡の含有比率の小さい分離液は、サイクロン構造の円錐壁面に沿って下降する流れとなる。下降流は、流量調整バルブ４０により調節され、微細気泡の含有比率の小さい遠心分離液となる。遠心分離液を供給する遠心分離液配管３９と、追加分離液を供給する追加液配管３と気体を供給する気体回収配管９が合体され循環ポンプ４１に接続されている。循環ポンプ４１では、吸引した遠心分離液と追加分離液と微細気泡となる気体をポンプ内部の羽根車で攪拌、混合、加圧することで気体を液体中に溶解させ吐出ノズルまで送液する。気体が溶解した加圧液体は、吐出ノズルから微細気泡発生部３７内に噴射し減圧することで、キャビテーションが発生し微細気泡が発生する。微細気泡発生槽１０内には、微細気泡を含む気液混合液体の噴出により旋回流が発生する。この旋回流により、気液混合液体に遠心力が働くことで、微細気泡を多く含んだ比重の小さい分離液は、微細気泡発生槽１０内の中央に集まり上昇流となる。なお、微細気泡をほとんど含まない比重の大きな分離液は、微細気泡発生槽１０の壁面に沿って流れる下降流となる。
【００２３】
本発明による微細気泡による浮上分離は、図１の場合、１段目と２段目の浮上分離処理槽へ微細気泡を供給しながら、１段目の浮上分離処理槽１１内に連続して被処理液１とを投入し、最終段である２段目の浮上分離処理槽１２より連続して処理液２を排出し、同時に各段の浮上分離処理槽より懸濁物を排出する連続処理法である。
【００２４】
連続処理法の運転動作は、最初に図示しない清水供給部から微細気泡発生槽１０に清水あるいは処理液２を充満させ、１段目の浮上分離処理槽１１及び２段目の浮上分離処理槽１２にも所定量の清水あるいは処理液２を供給しておく。そして、微細気泡発生の操作は被処理液１の送液の前にスタ−トさせ、１段目の浮上分離処理槽１１及び２段目の浮上分離処理槽１２内の液中に微細気泡を充満させておく。この状態で被処理液１の送液を行うと、連続して処理液２と懸濁物である浮上物が１段目の浮上分離処理槽１１及び２段目の浮上分離処理槽１２から排出される。
【００２５】
微細気泡による浮上分離において、微細気泡と懸濁物粒子間の接触付着の形態は通常２つ考えられる。１つは、凝集した懸濁物内部に微細気泡を含有するもので、凝集が大きい場合に相当する。２つは、懸濁物粒子と気泡との付着であり、固体と気体２相間の界面張力と界面に作用する分子間力により付着力が発生する。
【００２６】
対象とする液中に存在する懸濁物質の濃度、凝集状態及び粒子径と、微細気泡の濃度及び気泡直径は、懸濁物質と微細気泡の付着性に大きな影響を及ぼす。
【００２７】
本発明では、微細気泡発生時に用いる液体は処理液２であり、被処理液１に流体あるいは機械的な力を及ぼさず液中に存在する懸濁物質の凝集状態を破壊しないため、微細気泡の付着性が良好である。
【００２８】
また、微細気泡発生槽１０内での気泡の分級操作により、浮上分離に適した微細気泡を選択することと、その選択した微細気泡を含む液量が循環ポンプ４１での加圧液量に比べて少量となることから、１段目の浮上分離処理槽１１及び２段目の浮上分離処理槽１２内に生じている流動への影響が小さくなり、微細気泡と懸濁物との付着性が向上するため、浮上分離性が向上する。
【００２９】
さらに、単一の浮上分離処理槽の場合と比べた場合、単一の浮上分離処理槽では被処理原液の懸濁物の濃度を目標値まで低減するため、微細気泡の量や浮上分離処理槽の容量の最適化設計を行っても限界がある。しかし、浮上分離処理槽を２段と増やすことにより、各段での懸濁物濃度の低減幅が小さくなり、各段及び全体の微細気泡の量や浮上分離処理槽の容量が低減する。
【００３０】
なお、１段目と２段目の浮上分離処理槽内における被処理液の混濁物の濃度は、１段目が格段に濃く、１段目の方が微細気泡に混濁物が付着し易い。そのために、２段目の浮上分離処理槽に供給する微細気泡の供給量は、１段目の浮上分離処理槽に供給する微細気泡の供給量に比べて多く供給する必要がある。このため、本実施例でもバルブ３５，３６ａ，３６ｂとバルブ１６，２５ａ，２５ｂを調整することで、1段目に供給する微細気泡含有液の量に比べて２段目に供給する微細気泡含有液の供給量が同じか又は多くなるように調整している。本実施例では微細気泡含有液の供給量でそれぞれの槽に供給する微細気泡量を変えるようにしたが、生成する微細気泡含有率の異なる微細気泡発生槽を２つ設けて、懸濁物の多い方の１段目の浮上分離処理槽１１と、懸濁物の少ない処理液の処理を行う２段目の浮上分離処理槽１２への気泡含有率の異なる微細気泡含有溶液を供給できるようにしてもよい。すなわち、１段目の浮上分離処理槽１１へ供給する微細気泡含有溶液に比べて２段目の浮上分離処理槽１２へ供給する微細気泡含有溶液の方が微細気泡の含有率を高くすることで処理の効率化を図ることができる。
【００３１】
発明者らが行った加圧溶解法による微細気泡による分離実験によると、循環ポンプ１０の加圧力を０．４〜０．７(MPa)と経済的な範囲に設定した場合、気体の溶解量は理論溶解量の５０（％）程度であり、生成した微細気泡は分級されて浮上分離に使用される。浮上分離に必要な微細気泡量は、浮上分離処理槽に供給する被処理液１の懸濁物濃度、供給流量、分離槽容量、分離槽形状及び目標とする処理液２の懸濁物濃度から求められる。
【００３２】
浮上分離に最適な微細気泡量及び浮上分離処理槽容量は、被処理原液の懸濁物濃度、被処理液の供給量、処理液の懸濁物濃度により変わるが、被処理原液の懸濁物濃度が高濃度の場合、単一浮上分離処理槽に対し２段の浮上分離処理槽全体の微細気泡量及び全体の処理槽容量の低減率が大きい。
【００３３】
本発明の浮上分離処理槽を多段とする構成における連続処理において、各段に供給される被処理液に含まれる懸濁物質の濃度、凝集状態及び粒子径に対し、各段から排出する処理液に含まれる懸濁物質の濃度を設定値まで低減するために必要な微細気泡の量と各段の浮上分離処理槽の容量と形状を最適に設計することが必要である。
【００３４】
図２に浮上分離処理槽を３段とした場合の構成を示す。
【００３５】
図２では、１段目の浮上分離処理槽１１と、２段目の浮上分離処理槽１２と、３段目の浮上分離処理槽１３と、微細気泡発生槽１０の４つの槽で構成してある。被処理原液１は図示していない定量供給ポンプにより１段目に送られ、１段目から２段目への被処理液は懸濁物が分離除去された最初の被処理液量と１段目の浮上分離処理槽に供給される微細気泡を含む液の合計となり配管６ａを介して送液される。２段目から３段目への被処理液は、２段目の被処理液量と２段目の浮上分離処理槽に供給される微細気泡を含む液の合計となり、配管６ｂを介して３段目の浮上分離処理槽１３に送られる。各被処理液は、それぞれの浮上分離処理槽を通過し、微細気泡発生槽１０から各段の配管４ａ，４ｂ，５を介して供給される微細気泡よって段階的に懸濁物が分離され、最終処理液２となり排出される。最終処理液２の一部はバルブにより流量を調節され追加処理液配管３を通して微細気泡発生槽１０に送られる。
【００３６】
図３に浮上分離処理槽を４段とした場合の構成を示す。
【００３７】
図３では、１段目の浮上分離処理槽１１と、２段目の浮上分離処理槽１２と、３段目の浮上分離処理槽１３と、４段目の浮上分離処理槽１４と、１段目の微細気泡発生槽１０ａと、２段目の微細気泡発生槽１０ｂの６槽で構成してある。１段目の浮上分離処理槽１１で処理された処理液は配管６ａを介して２段目の浮上分離処理槽１２に送られる。微細気泡発生槽１０ａは、浮上分離処理槽１１と浮上分離処理槽１２にそれぞれ配管４ａ，５ａを介して接続してある。２段目の浮上分離処理槽１２の配管６ｂに接続された追加処理液配管３ａが微細気泡発生槽１０ａに接続してある。２段目の浮上分離処理槽１２の処理液の一部は配管６ｂを介して３段目の浮上分離処理槽１３に送られる。３段目の浮上分離処理槽１３にて処理された処理液は配管６ｃを介して４段目の浮上分離処理槽１４に送られる。なお、３段目と４段目の浮上分離処理槽１３，１４には、微細気泡発生槽１０ｂが配管４ｂ、５ｂを介して接続してある。また、微細気泡発生槽１０ｂに追加供給される処理液配管３ｂが４段目の浮上分離処理槽１４の処理液排出管より分岐されて接続されている。
【００３８】
本構成では、図１に示す２段構成をさらに２段に接続している。本構成とすることにより、多段の浮上処理槽の後段に供給される被処理液量が低減できる。
【００３９】
被処理原液１は図示していない定量供給ポンプにより１段目から４段目の浮上分離処理槽を通過し、１段目の微細気泡分離槽１０１から１段目と２段目の浮上分離処理槽に供給する微細気泡及び２段目の微細気泡分離槽１０２から３段目と４段目の浮上分離処理槽に供給する微細気泡により、段階的に懸濁物が分離され、最終処理液２となり排出される。２段目の浮上分離処理槽１２から処理液２の一部はバルブにより流量を調節され追加処理液配管３を通して２段目の微細気泡発生槽１０２に送られ、最終処理液２の一部はバルブにより流量を調節され追加処理液配管３を通して２段目の微細気泡発生槽１０２に送られる。
【００４０】
図４に浮上処理槽段数に対する全体の微細気泡量及び処理槽容積の関係を示す。図４より、浮上処理槽の段数を増やすことにより全体の微細気泡量及び処理槽容積は低減し、浮上処理槽の段数を１段から２段、２段から３段といった低い段数において、低減する比率が大きくなる。特に、被処理液の懸濁物濃度が高い条件で、最終的な処理液の懸濁物濃度を低くする場合は、本発明の様に浮上処理槽の段数を増やすことによる全体の微細気泡量及び処理槽容積の少ない微細気泡分離装置となる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態になる液中懸濁物分離装置を示す図である。
【図２】浮上処理槽を３段とした構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す構成を２段とした構成を示すブロック図である。
【図４】浮上処理槽段数に対する全体の微細気泡量及び処理槽容積の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…被処理源液、２…処理液、３…追加処理液配管、９…気体回収配管、１０…微細気泡発生槽、１１…１段目の浮上分離処理槽、１２…２段目の浮上分離処理槽、１３…３段目の浮上分離処理槽、１４…４段目の浮上分離処理槽、１５…定量給ポンプ、１６、１７ａ、１７ｂ…ノズル、２３…懸濁物、２４、２５ａ、２５ｂ…バルブ、２７、２８ａ、１８ｂ…ノズル、３４…懸濁物。
【図１】
2006334545.tif 000003
【図２】
2006334545.tif 000004
【図３】
2006334545.tif 000005
【図４】
2006334545.tif 000006