(57)【要約】【課題】土壌などの混合粒子の攪拌および分級を一つの容器内で行うことができることによりシステムの小型化を図ることができ、しかも分級の閾値を連続的に調整することができる洗浄および分級システムを提供する。【解決手段】洗浄および分級システムは互いに並列配置された分級装置１０および沈降装置２０を有する。分級装置１０は、容器１１内に下から攪拌層１２、波状スタティックミキサーからなる整流層１３、層流層１４および水平方向に対して角度Ψ（０度＜Ψ＜９０度）傾斜した複数の管路を有する分級層１５を有する。沈降装置２０は、容器２１内に、水平方向に対して角度Θ（０度＜Θ＜９０度）傾斜した複数の平板が互いに間隔を空けて積層された積層傾斜板を有する沈降層を有する。分級層１５で分級後の固液混相流はこの積層傾斜板の側面に供給される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに並列配置された分級装置および沈降装置を有し、
上記分級装置は、
第１の容器と、
上記第１の容器内に設けられた、粒径分布を有する混合粒子および洗浄液が供給され、上記混合粒子および上記洗浄液を攪拌して上記混合粒子および上記洗浄液が混合した固液混相流を生成するための攪拌層と、
上記攪拌層の上段に設けられた、上記攪拌層から供給される上記固液混相流を一様流にするための、波状スタティックミキサーからなる整流層と、
上記整流層の上段に設けられた、上記整流層を通過した上記固液混相流が供給され、上記混合粒子を分級するための、水平方向に対して角度Ψ（０度＜Ψ＜９０度）傾斜した複数の管路を有する分級層とを有し、
上記沈降装置は、
第２の容器と、
上記第２の容器内に設けられた、上記分級層を通過した上記固液混相流中の粒子を沈降させて凝集させるための、水平方向に対して角度Θ（０度＜Θ＜９０度）傾斜した複数の板が互いに間隔を空けて積層された積層傾斜板を有し、上記固液混相流はこの積層傾斜板の側面に供給される沈降層とを有する洗浄および分級システム。
【請求項２】
上記分級層は、水平方向に対して角度Ψ傾斜した複数の筒状の孔を有する構造体または水平方向に対して角度Ψ傾斜した複数の板が互いに間隔を空けて積層された積層傾斜板からなる請求項１記載の洗浄および分級システム。
【請求項３】
上記整流層と上記分級層との間に設けられた、上記整流層を通過した上記固液混相流を層流にするための層流層をさらに有する請求項１または２記載の洗浄および分級システム。
【請求項４】
上記層流層は、鉛直方向の複数の筒状の孔を有する構造体からなる請求項３記載の洗浄および分級システム。
【請求項５】
上記第１の容器と上記第２の容器とを互いに連結するように設けられた、水平方向または上記第２の容器側が低くなるように水平方向に対して角度Ω（０度＜Ω≦１０度）傾斜した複数の管路を有する凝集促進層をさらに有し、
上記分級層を通過した上記固液混相流は上記凝集促進層の一端に供給され、他端から出て上記第２の容器に供給される請求項１〜４のいずれか一項記載の洗浄および分級システム。
【請求項６】
上記凝集促進層は、水平方向の複数の板が互いに間隔を空けて積層された積層板、上記第２の容器側が低くなるように水平方向に対して角度Ω（０度＜Ω≦１０度）傾斜した複数の板が互いに間隔を空けて積層された積層傾斜板、水平方向の複数の筒状の孔を有する構造体または上記第２の容器側が低くなるように水平方向に対して角度Ω傾斜した複数の筒状の孔を有する構造体からなる請求項５記載の洗浄および分級システム。
【請求項７】
上記凝集促進層は、上記凝集促進層の中心軸の方向の最頂部から両側に向かって下向きに水平方向に対して角度Φ（０度＜Φ＜９０度）傾斜した切妻屋根状の複数の板が互いに間隔を空けて積層された積層傾斜板または上記凝集促進層の中心軸の方向の最頂部から両側に向かって下向きに水平方向に対して角度Φ（０度＜Φ＜９０度）傾斜し、かつ上記第２の容器側が低くなるように水平方向に対して角度Ω（０度＜Ω≦１０度）傾斜した切妻屋根状の複数の板が互いに間隔を空けて積層された積層傾斜板からなる請求項５記載の洗浄および分級システム。
【請求項８】
上記凝集促進層の上記管路の底部の上記板上に、上記凝集促進層の中心軸と直交する方向に延在する、上記管路の高さの途中の高さの縦板が上記凝集促進層の中心軸の方向に周期的または非周期的に設けられている請求項６または７記載の洗浄および分級システム。
【請求項９】
上記分級層と上記沈降装置との間または上記分級層と上記凝集促進層との間に、波状スタティックミキサーからなる整流層をさらに有する請求項１〜８のいずれか一項記載の洗浄および分級システム。
【請求項１０】
上記混合粒子は土壌である請求項１〜９のいずれか一項記載の洗浄および分級システム。
【請求項１１】
上記洗浄液は水である請求項１〜１０のいずれか一項記載の洗浄および分級システム。
【請求項１２】
第１の容器と、
上記第１の容器内に設けられた、粒径分布を有する混合粒子および洗浄液が供給され、上記混合粒子および上記洗浄液を攪拌して上記混合粒子および上記洗浄液が混合した固液混相流を生成するための攪拌層と、
上記攪拌層の上段に設けられた、上記攪拌層から供給される上記固液混相流を一様流にするための、波状スタティックミキサーからなる整流層と、
上記整流層の上段に設けられた、上記整流層を通過した上記固液混相流が供給され、上記混合粒子を分級するための、水平方向に対して角度Ψ（０度＜Ψ＜９０度）傾斜した複数の管路を有する分級層とを有する分級装置。
【請求項１３】
上記分級層は、水平方向に対して角度Ψ傾斜した複数の筒状の孔を有する構造体または水平方向に対して角度Ψ傾斜した複数の板が互いに間隔を空けて積層された積層傾斜板からなる請求項１２記載の分級装置。
【請求項１４】
上記整流層と上記分級層との間に設けられた、上記整流層を通過した上記固液混相流を層流にするための層流層をさらに有する請求項１２または１３記載の分級装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、洗浄および分級システムならびに分級装置に関し、例えば、土壌の洗浄および分級に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、土壌の分級は一般に篩で行われている。しかしながら、篩による分級では、篩の目詰まりが生じたり、分級の閾値（分級可能な粒径下限値）が７５μｍに制約されてしまうといった欠点がある。また、土壌の湿式洗浄においては、土壌の分散に土壌と洗浄液との攪拌が必要であるため、同一槽内で攪拌と分級とを行うことは難しく、攪拌槽と分級槽とが必要になることから、洗浄および分級に必要な装置を小型化することができない。
【０００３】
なお、粘性土を含む土壌中に含まれる粒子成分を分級する装置であって、土壌と水とを攪拌するための攪拌槽と、上記攪拌槽における分級後の粘土を含んだ混合水を受け入れる排水槽と、上記攪拌槽内に平行に設けられた複数の邪魔板と、上記複数の邪魔板に沿って上向流を発生させることで上記攪拌槽内の土壌および水を攪拌するための空気散気管とを有し、上記土壌中の微細粒子が、水中で浮遊し膨潤することにより、混合水となって上記邪魔板下部に設けられた開口を通じて隣接する上記排水槽に導かれて、上記排水槽内の上向流により上記排水槽外へ排出され、上記土壌中の砂や礫が、上向流により上記邪魔板に沿って移動し、砂や礫の比重差によって攪拌槽の底部に分級されて堆積するように構成された土壌分級装置が提案されている（特許文献１参照。）。
【０００４】
また、汚染土壌を解砕する手段、解砕した汚染土壌から粒径２ｍｍ未満の細粒土壌を分離する手段、平均粒径０．５〜１０ｍｍであって該細粒土壌より粒径が大きい浄化促進粒を細粒土壌に供給する手段、浄化促進粒を混合した細粒土壌を水洗する洗浄槽、水洗した細粒土壌から浄化促進粒および粒径７４μｍ以下の微細土壌を分級する手段、分級した浄化促進粒を洗浄して上記供給手段に導く回収手段、分級した微細土壌を受け入れる凝集沈殿槽、浄化促進粒および微細土壌を分離した細粒土壌を脱水する手段を有することを特徴とする汚染土壌洗浄システムが提案されている（特許文献２参照。）。
【０００５】
また、分級すべき微粒子および粗粒子を含む混合粒子を湿式下で分級する水力分級機において、垂直方向に設けた筒体と、該筒体内にほぼ均一な分級用上昇液体流を生成するための分級用液体供給手段と、前記混合粒子を前記分級用上昇液体流に対向して前記筒体内にほぼ均一に供給するための混合粒子供給手段と、前記分級用上昇液体流を分級された微粒子とともに筒体からほぼ均一に抜き出すための分級用液体抜出し手段と、分級された粗粒子を前記筒体から排出するための粗粒子取出し手段と、前記分級用液体供給手段と分級用液体抜き出し手段との間に設けた傾斜板からなる整流手段とを具備したことを特徴とする水力分級機が提案されている（特許文献３参照。）。
【０００６】
また、多段式の処理設備をほぼ１ケース内に納めたコンパクトな構造物からなり、初めの口から入った処理水はポリマー凝集剤のゲル塊とローター付きの槽で攪拌混合され、その後、処理水はアスファルトなどの大きな固形物と分離され、また小さな固形物はまとめて回収され、ここで固形物と一応分離された水は上昇過程で３段の傾斜板の間を通り、ほぼ完全に固形物、浮遊物を分離してから上方のパイプより系外に排出される多段式の浄水設備が提案されている（特許文献４参照。）。
【０００７】
また、様々な粒径の粉体粒子を精密分級するための装置であって、長さ方向に伸長し断面が矩形の管状部材であって、所定の間隔で設けられた少なくとも２つの分級粒子取り出し口を有し、かつ少なくともひとつの整流装置を内接する管状部材と、所定の流量で搬送水を流すべく、前記管状部材と連通するようその一端付近に連結された搬送水注入装置と、前記粉体粒子を液体中で攪拌した攪拌液を所定の流量で前記搬送水に合流させるべく、前記管状部材と連通するようその一部に連結された攪拌液注入装置とからなり、前記攪拌液は、前記搬送水とともに前記管状部材内の前記整流装置を通過することによって層流となって流れることを特徴とする装置が提案されている（特許文献５参照。）
【０００８】
また、波板を管路に挿入することによって構成されたスタティックミキサーが知られている（特許文献６参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３７９５０５９号明細書
【特許文献２】特許第４５９５０９９号明細書
【特許文献３】特開平６−１５４６４３号公報
【特許文献４】米国特許第５５４７５６９号明細書
【特許文献５】特開平９−２０６６２７号公報
【特許文献６】米国特許第５３８００８８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のように、篩を用いて土壌を分級する従来の分級装置あるいは土壌洗浄装置では、篩の目詰まりが生じたり、分級の閾値が７５μｍに制約されてしまったり、装置の小型化ができないといった問題があった。
【００１１】
そこで、この発明が解決しようとする課題は、土壌、より一般的には粒径分布を有する混合粒子の攪拌および分級を一つの容器内で行うことができることによりシステムの小型化を図ることができ、しかも分級の閾値を連続的に調整することができる洗浄および分級システムならびにこの洗浄および分級システムに用いて好適な分級装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、この発明は、
互いに並列配置された分級装置および沈降装置を有し、
上記分級装置は、
第１の容器と、
上記第１の容器内に設けられた、粒径分布を有する混合粒子および洗浄液が供給され、上記混合粒子および上記洗浄液を攪拌して上記混合粒子および上記洗浄液が混合した固液混相流を生成するための攪拌層と、
上記攪拌層の上段に設けられた、上記攪拌層から供給される上記固液混相流を一様流にするための、波状スタティックミキサーからなる整流層と、
上記整流層の上段に設けられた、上記整流層を通過した上記固液混相流が供給され、上記混合粒子を分級するための、水平方向に対して角度Ψ（０度＜Ψ＜９０度）傾斜した複数の管路を有する分級層とを有し、
上記沈降装置は、
第２の容器と、
上記第２の容器内に設けられた、上記分級層を通過した上記固液混相流中の粒子を沈降させて凝集させるための、水平方向に対して角度Θ（０度＜Θ＜９０度）傾斜した複数の平板が互いに間隔を空けて積層された積層傾斜板を有し、上記固液混相流はこの積層傾斜板の側面に供給される沈降層とを有する洗浄および分級システムである。
【００１３】
攪拌層には、洗浄および分級を行う、粒径分布を有する混合粒子および洗浄液が外部から供給され、これらの混合粒子および洗浄液の攪拌混合が行われる。攪拌層においては、攪拌用のポンプを設けて混合粒子および洗浄液を攪拌してもよいし、高圧ジェットによる水流の力で混合粒子を攪拌してもよいし、これらを併用してもよい。混合粒子の洗浄は主としてこの攪拌層における攪拌混合の過程で行われる。また、攪拌層においては、粒径分布を有する混合粒子のうちの分級により残された粒径が大きい粒子が底部に沈降して堆積するが、こうして堆積した粒子を攪拌層から第１の容器外に取り出し、回収するようにしてもよい。こうして回収した粒子は、再度洗浄を行うために、再び攪拌層に供給するようにしてもよい。
【００１４】
攪拌層から供給される固液混相流は上昇流となって波状スタティックミキサーからなる整流層に供給され、この整流層を通過する過程で固液混相流が繰返し混合されることで整流され、一様流に変換される。ここで、波状スタティックミキサーは、波状の板により構成されたスタティックミキサーである（特許文献６参照。）。混合粒子の洗浄はこの整流層における整流の過程でも行われる。
【００１５】
分級層は、典型的には、水平方向に対して角度Ψ傾斜した複数の筒状の孔を有する構造体または水平方向に対して角度Ψ傾斜した複数の板が互いに間隔を空けて積層された積層傾斜板からなる。筒状の孔を有する構造体においては、筒状の孔が管路を構成する。筒状の孔の断面形状は、必要に応じて選ばれが、具体的には、例えば円、楕円、三角形、四角形、五角形、六角形などであり、これらの中でも、筒状の孔を最密充填配置で配列させることができる三角形、四角形または六角形が好適である。管路内の流速が小さい方が分級を容易に行うことができるため、好適には、筒状の孔と孔との間の隔壁の厚さは十分に小さくする。また、積層傾斜板においては、互いに隣接する板の間の空間が、断面形状が矩形の管路を構成する。この場合も、好適には、隔壁となる板の厚さは十分に小さくする。Ψおよびこれらの管路の長さは、分級の閾値、言い換えるとこれらの管路を通過させない粒子の粒径に応じて適宜選択される。分級層の管路の傾斜方向は特に限定されず、必要に応じて選択されるが、例えば、沈降装置側が高くなるように水平方向に対して角度Ψ傾斜したり、あるいは、沈降装置と反対側が高くなるように水平方向に対して角度Ψ傾斜したりする。
【００１６】
分級層に供給される固液混相流において粒子の乱流拡散が起きると分級の効率が低下することから、これを防止して分級層による分級を効率的に行うため、洗浄および分級システムは、好適には、整流層と分級層との間に設けられた、整流層を通過した固液混相流を層流にするための層流層をさらに有する。この層流層は、典型的には、鉛直方向の複数の筒状の孔を有する構造体からなる。この構造体においては、筒状の孔が管路を構成する。また、この層流層により粒径が大きい粒子を取り除くことができるため、粒径が大きい粒子による分級層の管路の閉塞を防止することができる。
【００１７】
分級層を通過した固液混相流には、混合粒子のうちの粒径が小さい粒子が残存しているが、沈降装置においてこれらの粒子を効率的に沈降させるためには、分級層を通過した固液混相流が沈降装置に供給される前に可能な限りこれらの粒子の凝集を促進させて粒径を大きくすることが望ましい。そこで、洗浄および分級システムは、好適には、第１の容器と第２の容器とを互いに連結するように設けられた凝集促進層をさらに有する。この凝集促進層は、水平方向または第２の容器側が低くなるように水平方向に対して角度Ω（０度＜Ω≦１０度）傾斜した複数の管路を有する。この場合、分級層を通過した固液混相流は、この凝集促進層の一端に供給され、他方の側面から出て第２の容器に供給される。凝集促進層は、具体的には、例えば、水平方向の複数の板が互いに間隔を空けて積層された積層板、第２の容器側が低くなるように水平方向に対して角度Ω（０度＜Ω≦１０度）傾斜した複数の板が互いに間隔を空けて積層された積層傾斜板、水平方向の複数の筒状の孔を有する構造体または第２の容器側が低くなるように水平方向に対して角度Ω傾斜した複数の筒状の孔を有する構造体からなる。あるいは、凝集促進層は、例えば、この凝集促進層の中心軸の方向の最頂部から両側に向かって下向きに水平方向に対して角度Φ（０度＜Φ＜９０度）傾斜した切妻屋根状の複数の板が互いに間隔を空けて積層された積層傾斜板または凝集促進層の中心軸の方向の最頂部から両側に向かって下向きに水平方向に対して角度Φ（０度＜Φ＜９０度）傾斜し、かつ第２の容器側が低くなるように水平方向に対して角度Ω（０度＜Ω≦１０度）傾斜した切妻屋根状の複数の板が互いに間隔を空けて積層された積層傾斜板からなる。必要に応じて、管路の底部の板上に、凝集促進層の中心軸と直交する方向に延在する、管路の高さの途中の高さの縦板を凝集促進層の中心軸の方向に周期的または非周期的に設けてもよく、こうすることで縦板と縦板との間の領域に粒子を捕獲することができ、粒子の沈降を促進し、ひいては凝集を促進することができる。
【００１８】
分級層を通過した固液混相流は、沈降装置に供給される時点では、必ずしも一様流となっていない。そこで、洗浄および分級システムは、好適には、分級層と沈降装置との間、または、凝集促進層を設ける場合には分級層と凝集促進層との間に、波状スタティックミキサーからなる整流層をさらに有する。こうすることで、分級層から沈降装置に供給される固液混相流を一様流とすることができ、粒子の沈降を効率的に行うことができる。
【００１９】
粒径分布を有する混合粒子は、基本的にはどのようなものであってもよく、材質も問わないが、具体的には、例えば、土壌、土壌以外の各種材質の粒子からなる混合粒子、土壌と土壌以外の各種材質の粒子とからなる混合粒子などである。土壌以外の各種材質の粒子からなる混合粒子の一例を挙げると、粒径が小さいカーボン粒子とこのカーボン粒子より粒径が大きい石膏粒子とからなる混合粒子である。また、洗浄液は、典型的には水であるが、水に他の物質（各種の液体あるいはオゾンや二酸化炭素などの気体）を溶解した溶液であってもよいし、水以外の各種の溶媒、例えば、各種の有機溶剤（アルコール、アセトン、トルエンなど）などであってもよい。
【００２０】
また、この発明は、
第１の容器と、
上記第１の容器内に設けられた、粒径分布を有する混合粒子および洗浄液が供給され、上記混合粒子および上記洗浄液を攪拌して上記混合粒子および上記洗浄液が混合した固液混相流を生成するための攪拌層と、
上記攪拌層の上段に設けられた、上記攪拌層から供給される上記固液混相流を一様流にするための、波状スタティックミキサーからなる整流層と、
上記整流層の上段に設けられた、上記整流層を通過した上記固液混相流が供給され、上記混合粒子を分級するための、水平方向に対して角度Ψ（０度＜Ψ＜９０度）傾斜した複数の管路を有する分級層とを有する分級装置である。
【００２１】
この分級装置の発明においては、上記の洗浄および分級システムの発明に関連して説明したことが成立する。例えば、分級層は、典型的には、水平方向に対して角度Ψ傾斜した複数の筒状の孔を有する構造体または水平方向に対して角度Ψ傾斜した複数の板が互いに間隔を空けて積層された積層傾斜板からなる。また、分級装置は、好適には、整流層と分級層との間に設けられた、整流層を通過した上記固液混相流を層流にするための層流層をさらに有する。
【発明の効果】
【００２２】
この発明によれば、粒径分布を有する混合粒子、例えば土壌の攪拌および分級を一つの容器内で行うことができることによりシステムの小型化を図ることができ、しかも分級層を構成する管路の高さや長さを調整することにより、分級の閾値を連続的に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の第１の実施の形態による洗浄および分級システムを示す断面図である。
【図２】この発明の第１の実施の形態による洗浄および分級システムを示す斜視図である。
【図３】この発明の第１の実施の形態による洗浄および分級システムの分級装置の整流層を構成する波状スタティックミキサーの構成を説明するための略線図である。
【図４】この発明の第１の実施の形態による洗浄および分級システムの分級装置の層流層の構成を説明するための略線図である。
【図５】この発明の第１の実施の形態による洗浄および分級システムの分級装置の分級層の構成を説明するための略線図である。
【図６】この発明の第１の実施の形態による洗浄および分級システムの分級装置の分級層の構成を説明するための略線図である。
【図７】この発明の第１の実施の形態による洗浄および分級システムの分級装置の分級層の原理を説明するための略線図である。
【図８】この発明の第１の実施の形態による洗浄および分級システムの分級装置の分級層の原理を説明するための略線図である。
【図９】この発明の第１の実施の形態による洗浄および分級システムの分級装置の分級層の原理を説明するための略線図である。
【図１０】この発明の第１の実施の形態による洗浄および分級システムの分級装置の分級層の原理を説明するための略線図である。
【図１１】この発明の第１の実施の形態による洗浄および分級システムの分級装置の分級層の原理を説明するための略線図である。
【図１２】この発明の第１の実施の形態による洗浄および分級システムの分級装置の分級層の原理を説明するための略線図である。
【図１３】この発明の第１の実施の形態による洗浄および分級システムの沈降装置の沈降層の構成を示す断面図である。
【図１４】この発明の第１の実施の形態による洗浄および分級システムの具体的な第１の構成例を示す斜視図である。
【図１５】この発明の第１の実施の形態による洗浄および分級システムの具体的な第２の構成例を示す斜視図である。
【図１６】図１５に示す洗浄および分級システムの攪拌層への土壌および水の供給方法を説明するための一部拡大図である。
【図１７】この発明の第１の実施の形態による洗浄および分級システムの具体的な第３の構成例を示す斜視図である。
【図１８】この発明の第１の実施の形態による洗浄および分級システムの分級装置の各層の機能を検証するために行った実験で用いた分級装置を示す図面代用写真である。
【図１９】図１８に示す分級装置の特定位置における固液混相流の外観を示す図面代用写真である。
【図２０】図１８に示す分級装置の分級層の下側を流れる細粒砂プルームを示す図面代用写真である。
【図２１】実施例１による洗浄および分級システムを示す図面代用写真である。
【図２２】実施例１による洗浄および分級システムならびに実施例１による洗浄および分級システムにおいて沈降装置を用いないものの各測点におけるＳＳの測定結果を示す略線図である。
【図２３】図２１の測点１、２におけるＳＳの測定結果を示す略線図である。
【図２４】実施例１による洗浄および分級システムを用いて土壌の洗浄および分級を行ったときの原土壌の粒径分布、分級装置における粒径分布および沈降装置における粒径分布の測定結果を示す略線図である。
【図２５】実施例１による洗浄および分級システムを用いて放射能汚染土壌の洗浄および分級を行う原土壌の粒径分布および分級後の土壌の粒径分布を示す略線図である。
【図２６】実施例１による洗浄および分級システムを用いて放射能汚染土壌の洗浄および分級を行ったときの分級装置の各層における固液混相流の外観を示す略線図である。
【図２７】この発明の第２の実施の形態による洗浄および分級システムを示す断面図である。
【図２８】この発明の第３の実施の形態による洗浄および分級システムを示す断面図である。
【図２９】この発明の第４の実施の形態による洗浄および分級システムを示す断面図である。
【図３０】この発明の第４の実施の形態による洗浄および分級システムにおける凝集促進層の具体的な第１の構成例を示す断面図である。
【図３１】この発明の第４の実施の形態による洗浄および分級システムにおける凝集促進層の具体的な第２の構成例を示す断面図である。
【図３２】この発明の第４の実施の形態による洗浄および分級システムにおける凝集促進層の具体的な第３の構成例を示す平面図、断面図および一部拡大図である。
【図３３】この発明の第４の実施の形態による洗浄および分級システムの具体的な第４の構成例を示す斜視図である。
【図３４】この発明の第４の実施の形態による洗浄および分級システムの具体的な第５の構成例を示す斜視図である。
【図３５】この発明の第４の実施の形態による洗浄および分級システムの具体的な第６の構成例を示す斜視図である。
【図３６】実施例２による洗浄および分級システムの構成を示す斜視図である。
【図３７】実施例２による洗浄および分級システムにおける凝集促進層の構成を示す断面図である。
【図３８】実施例２による洗浄および分級システムにおける凝集促進層の他の構成を示す断面図である。
【図３９】実施例２による洗浄および分級システムにより洗浄および分級を行った後の測点１、２におけるＳＳの測定結果を示す略線図である。
【図４０】この発明の第５の実施の形態による洗浄および分級システムを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、発明を実施するための形態（以下「実施の形態」という。）について図面を参照しながら説明する。
【００２５】
〈第１の実施の形態〉
［洗浄および分級システム］
図１および図２に、第１の実施の形態による洗浄および分級システムを示す。ここで、図１は断面図、図２は斜視図である。図１および図２に示すように、この洗浄および分級システムは、互いに並列配置された分級装置１０および沈降装置２０を有する。
【００２６】
分級装置１０は、上部が開口した容器１１と、容器１１の底部に設けられた攪拌層１２と、攪拌層１２の上段に設けられた整流層１３と、整流層１３の上段に設けられた層流層１４と、層流層１４の上段に設けられた分級層１５とを有する。容器１１の形状は特に限定されないが、典型的にはほぼ直方体の形状を有する。これらの容器１１、攪拌層１２、整流層１３、層流層１４および分級層１５の大きさは特に限定されず、必要に応じて選択される。これらの大きさの一例を挙げると、容器１１、攪拌層１２、整流層１３、層流層１４および分級層１５の幅および奥行はいずれも２０〜４０ｃｍ、容器１１の高さは６０〜１００ｃｍ、攪拌層１２の高さは１０〜２０ｃｍ、整流層１３の高さは２０〜４０ｃｍ、層流層１４の高さは５〜１０ｃｍ、分級層１５の高さは１０〜２０ｃｍである。
【００２７】
攪拌層１２は、洗浄および分級の対象である、粒径分布を有する混合粒子、例えば土壌と、洗浄液、例えば水とを攪拌混合し、混合粒子および洗浄液が混合した固液混相流を生成するためものである。攪拌層１２には、容器１１の外部から混合粒子および洗浄液を供給することができるようになっている。具体的には、例えば、この攪拌層１２の周囲の部分の容器１１の側壁に設けられた開口（図示せず）を通じて洗浄物導入管（図示せず）が接続され、この洗浄物導入管の一端に設けられた洗浄物投入口（図示せず）に投入される混合粒子を洗浄物導入管から攪拌層１２内に供給することができるようになっている。また、例えば、攪拌層１２の周囲の部分の容器１１の側壁に洗浄液導入管（図示せず）が接続され、この洗浄液導入管から攪拌層１２の内部に洗浄液を供給することができるようになっている。あるいは、例えば、容器１１の手前で洗浄液導入管に上方から洗浄物導入管を接続し、洗浄液導入管から洗浄液の高圧ジェットを供給し、それによって洗浄物導入管から混合粒子を吸い込み、これらの混合粒子および洗浄液を攪拌層１２の内部に供給するようにしてもよい。こうして攪拌層１２内に供給された混合粒子および洗浄液は、例えば、この攪拌層１２の内部に設けられた攪拌用ポンプ（図示せず）により攪拌混合され、混合粒子および洗浄液からなる固液混相流が生成される。容器１１の手前で洗浄液導入管に上方から洗浄物導入管を接続し、洗浄液導入管から洗浄液の高圧ジェットを供給する場合は、攪拌層１２の内部に攪拌用ポンプを設けても設けなくてもよく、いずれにしても混合粒子および洗浄液を攪拌層１２内で攪拌混合することができる。攪拌層１２の底部には分級層１４による分級により残された粒子が沈降して堆積するが、こうして堆積した粒子は、この攪拌層１２の底部に設けられた堆積物取り出し用の取り出し口（図示せず）から外部に取り出すことができるようになっている。
【００２８】
整流層１３は、攪拌層１２で攪拌混合されて鉛直方向に吐出される固液混相流を水平面内で一様にするためのものであり、波状スタティックミキサーからなる。この固液混相流は、波状スタティックミキサーを下から上に通過する間に繰り返し攪拌され、その過程で整流され、通過後には一様流に変換されるようになっている。整流層１３を構成する波状スタティックミキサーの一例について説明する。図３Ａは波板１６の一例を示す。図３Ａに示すように、この波板１６から一点鎖線で示す四角形の部分を切り出す。この四角形の波板１６の各辺は波の山および谷が延びる方向に対して４５度傾斜している。図３Ｂに示すように、こうして切り出した四角形の波板１６を複数、波の山および谷が延びる方向が互いに直交するように重ね合わせる。重ね合わせる波板１６の大きさおよび枚数は、容器１０の大きさなどに応じて適宜決められる。そして、図３Ｃに示すように、こうして波板１６を重ね合わせた直方体状の波板積層体１３ａ、１３ｂ、１３ｃを並列配置して整流層１３とする。ただし、整流層１３を構成する波板積層体の数は１個または２個あるいは４個以上であってもよい。波板１６の大きさ、全体の厚さおよび波のピッチは必要に応じて選ばれるが、一例を挙げると、大きさは２０ｃｍ×２０ｃｍ、全体の厚さは９ｍｍ、波のピッチは３２ｍｍである。波板１６を構成する板材の厚さの一例を挙げると０．７ｍｍである。
【００２９】
層流層１４は、整流層１３から鉛直上方に吐出される一様な固液混相流を鉛直方向の層流にするためのものである。層流層１４は、固液混相流が低レイノルズ数流れとなるように設計され、乱流拡散がなく粒子が拡散しないように複数の鉛直方向の筒状の孔からなる管路を有する構造体により構成される。図４Ａに層流層１４の断面構造の一例を示す。図４Ａに示すように、層流層１４は、隔壁１４ａで隔てられた鉛直方向の筒状の孔１４ｂからなる管路が二次元面内に複数配置された構造体からなる。図４Ｂ、ＣおよびＤに層流層１４の平面図の例を示す。図４Ｂに示す例では、隔壁１４ａで隔てられた断面形状が正三角形の筒状の孔１４ｂからなる管路が二次元面内に設けられている。図４Ｃに示す例では、隔壁１４ａで隔てられた断面形状が正方形の筒状の孔１４ｂからなる管路が二次元面内に設けられている。図４Ｄに示す例では、隔壁１４ａで隔てられた断面形状が六角形の筒状の孔１４ｂからなる管路が二次元面内に設けられている。
【００３０】
層流層１４では、具体的には、例えば、筒状の孔１４ｂ内の流れのレイノルズ数Ｒｅは円管流が層流になる条件であるＲｅ＜２３００を満たすように設計される。流量をＱ、容器１１および孔１４ｂの内径（等価直径）をそれぞれｈA 、ｈa とすると、容器１１内のレイノルズ数ＲｅA および孔１４ｂ内のレイノルズ数Ｒｅa はそれぞれ
【数１】
2015013241.tif 000003
となる。ここで、孔１４ｂの仕切りの隔壁１４ａの断面積は孔１４ｂの断面積に比べて無視できるとし、ｈA 2 ＝Ｎｈa 2 （Ｎは孔１４ｂの数）とした。したがって、孔１４ｂを通過する流れのレイノルズ数Ｒｅa は、容器１１を通過する流れのレイノルズ数ＲｅA のＮ-1/2倍となり、層流化が可能となる。例えば、ｈA ＝１ｍ、ｈa ＝４ｍｍとすれば、Ｒｅa はＲｅA の４ｍｍ／１ｍ＝０．００４倍となる。また、孔１４ｂを通過する流れのレイノルズ数Ｒｅa の下限値を２０００とおくと、容器１１を通過する流れのレイノルズ数ＲｅA は２０００×（１ｍ／４ｍｍ）＝５０００００となるから、これより処理流量の上限値が決定される。
【００３１】
分級層１５は、層流層１４から鉛直上方に吐出される一様な層流の固液混相流の混合粒子を分級するためのものであり、良く知られた以下の原理に基づいて設計される。すなわち、洗浄液の比重より比重が大きい粒子（例えば、洗浄液が水の場合は比重が１より大きい粒子）の沈降時間は沈降距離が小さいほど短くなるため、洗浄液中での粒子の沈殿は傾斜管路を設置することで促進される。したがって、洗浄液中に空間的に密に傾斜管路を設置すると効果的に沈降粒子を捕獲することができる。図５Ａに分級層１５の断面構造の一例を示す。図５Ａに示すように、分級層１５は、隔壁１５ａで隔てられた水平方向に対して傾斜した筒状の孔１５ｂからなる傾斜管路が二次元面内に複数配置された構造体からなる。図５Ｂ、ＣおよびＤに分級層１５の平面図の例を示す。図５Ｂに示す例では、隔壁１５ａで隔てられた断面形状が正三角形の筒状の孔１５ｂからなる管路が二次元面内に設けられている。図５Ｃに示す例では、隔壁１５ａで隔てられた断面形状が正方形の筒状の孔１５ｂからなる管路が二次元面内に設けられている。図５Ｄに示す例では、隔壁１５ａで隔てられた断面形状が六角形の筒状の孔１５ｂからなる管路が二次元面内に設けられている。また、図６Ａに分級層１５の断面構造の他の例を示す。図６Ａに示すように、分級層１６は、隔壁１５ａで隔てられた水平方向に対して傾斜した断面形状が長方形の筒状の孔１５ｂからなる傾斜管路が二次元面内に複数配置された構造体からなる。図６Ｂにこの分級層１５の平面図を示す。水平方向に対するこれらの傾斜管路の傾斜角度はΨ（０度＜Ψ＜９０度）である。これらの傾斜管路の傾斜方向は必要に応じて選択されるが、例えば、沈降装置２０側が高くなるように水平方向に対して角度Ψ傾斜させ、あるいは、沈降装置２０と反対側が高くなるように水平方向に対して角度Ψ傾斜させる。
【００３２】
分級層１５による分級の原理を図７を用いて詳細に説明する。図７は、水平方向に対して傾斜した孔からなる傾斜管路内の上昇流により、洗浄液の比重より比重が大きい粒子が流れにより上方に移流する様子を示す。図７に示すように、傾斜管路の入口の下端を原点とし、時間をｔで表して傾斜管路に沿う方向の座標軸Ｘ（ｔ）、傾斜管路に垂直な方向の座標軸Ｚ（ｔ）を取って傾斜管路内の粒子の位置を（Ｘ（ｔ），Ｚ（ｔ））と表す。傾斜管路の管路長はｌである。粒子には重力ｍｇ（ｍは粒子の質量、ｇは重力加速度）が鉛直方向に働く。粒子は傾斜管路に沿って距離Ｌだけ遡上すると傾斜管路の底面に沈降する。沈降した粒子は傾斜管路の底面に沿って滑動し、下端の入口から排出される。粒子のレイノルズ数が１に比べて十分小さい場合には、ストークスの抵抗則にしたがって粒子軌跡を次式のように予測することができる。
【数２】
2015013241.tif 000004
ここで、γは粒子の比重、φは粒径（粒子の外径）、νは流体の動粘性係数、Ｕm は平均流速、ｃは粒子の体積比である。また、ｆ（ｃ）は粒子濃度の増加に伴う沈降速度の低減割合であり、１個の粒子が周りの粒子の影響を受けずに沈降するときにはｆ（ｃ）＝１、周りの粒子の影響を受けて沈降するときはｆ（ｃ）＜１となる。粒子が傾斜管路の底面に沈降するまでの距離（遡上長さ）Ｌは式（２）を用いて求めることができる。すなわち、式（２）を解いて、Ｚ（ｔ）＝0 のときのＸ（ｔ）＝Ｌを求めると
【数３】
2015013241.tif 000005
となる。ここで、Ψは傾斜管路の水平方向からの傾斜角（０度＜Ψ＜９０度）、ｈは管路の高さ、ｎは二次元ポアズイユ流れでは６、円管ポアズイユ流では８となる。式（３）から、傾斜管路を通過させない粒子の最大粒径が、管路高さｈおよび遡上長さＬの関数として決定される。この原理にしたがえば、傾斜管路の傾斜角Ψを可変にすることで、分級する粒子の閾値、言い換えると分級可能な粒径下限値を容易にしかも連続的に調整することができる。
【００３３】
図８、図９および図１０は予測式（３）から計算した遡上長さＬである。ただし、Ｕm ＝０．５２ｃｍ／ｓ、γ＝２．７、ν＝０．０１ｃｍ2 ／ｓ、ｃ＝０、ｆ（ｃ）＝１、容器１１の等価直径ｈA ＝４０ｃｍとした。図８より、例えば、管路の高さ（ｈ）が２．５４ｍｍ、長さ（Ｌ）が１０ｃｍの傾斜管路において、流量Ｑが５０Ｌ／ｍｉｎの場合、粒径φが３０μｍの粒子を通過させないためには傾斜角Ψをおよそ８０度以下、粒径φが２０μｍの粒子では６３度以下にする必要がある。また、図９より、例えば、管路の高さ（ｈ）が２．５４ｍｍ、長さ（Ｌ）が１０ｃｍの傾斜管路において、流量Ｑが１８０Ｌ／ｍｉｎの場合、粒径φが５０μｍの粒子を通過させないためには傾斜角Ψをおよそ７７度以下、粒径φが３０μｍの粒子では５２度以下にする必要がある。また、図１０より、例えば、管路の高さ（ｈ）が３ｍｍ、長さ（Ｌ）が１０ｃｍの傾斜管路において、流量Ｑが１８０Ｌ／ｍｉｎの場合、粒径φが５０μｍの粒子を通過させないためには傾斜角Ψをおよそ７２度以下にする必要がある。一方で、傾斜管路の傾斜角Ψについては、傾斜管路の底面に沈降した粒子が底面を滑動して管路入口から排出されるためには、底面と粒子との摩擦係数μがμ＜ｔａｎΨを満たす必要がある。ただし、摩擦係数μに関しては、ポンプなどの機械振動により値の低下が期待できる。
【００３４】
ところで、傾斜管路を通過する流れのレイノルズ数をＲｅとすると、Ｒｅ＝Ｕｈ／ν＝（ｈ／ｈA ）ＲｅA である。図１１は、臨界レイノルズ数Ｒｅc を１０００としたとき、傾斜管路を通過する流れのレイノルズ数ＲｅがＲｅc になるときのｈを流量Ｑに対して求めたものである。図１１より、傾斜管路を通過する流れのレイノルズ数ＲｅがＲｅc になるときのｈは流量Ｑが大きくなるほど小さくなることが分かる。
【００３５】
また、図１２は、粒径がφ＝５μｍまたは１０μｍであるときの予測式（３）から計算したＬ／ｈである。ただし、Ｕm ＝０．５２ｃｍ／ｓ、γ＝２．７、ν＝０．０１ｃｍ2 ／ｓ、ｃ＝０、ｆ（ｃ）＝１、容器１１の等価直径ｈA ＝４０ｃｍ、流量Ｑが５０Ｌ／ｍｉｎとした。図１２より、例えば、φ＝５μｍの粒子を通過させないためには、Ψ＝４０度のとき、Ｌ／ｈを約４００程度以上とする必要があることが分かる。例えば、分級で土壌から粘度成分のみを分離する場合を考えると、分級の閾値をシルトの最小径である５μｍ程度とする必要があるため、このような場合に有効である。
【００３６】
沈降装置２０は、上部が開口した容器２１と、容器２１の内部に上下二段設けられた積層傾斜板２２、２３からなる沈降層とを有する。ただし、容器２１の内部に設ける積層傾斜板の段数は特に限定されず、一段あるいは三段以上設けてもよい。積層傾斜板２２、２３を構成する傾斜板は水平方向に対して角度Θ（０度＜Θ＜９０度）傾斜している。容器２１の形状は特に限定されないが、典型的にはほぼ直方体の形状を有する。これらの容器２１および積層傾斜板２２、２３の大きさは特に限定されず、必要に応じて選択される。これらの大きさの一例を挙げると、容器２１の高さは６０〜１００ｃｍ、幅および奥行は２０〜４０ｃｍ、積層傾斜板２２、２３の高さは２０〜４０ｃｍ、幅および奥行は１５〜３５ｃｍである。この場合、容器２１の一側壁は分級装置１０の容器１１の一側壁と接しているが、これに限定されるものではない。容器１１、２１の互いに接する側壁には例えば長方形の開口部３１が設けられている。開口部３１の下辺は少なくとも分級層１５以上の高さにある。積層傾斜板２２、２３は互いに間隔を空けて積層された複数の傾斜板からなる。積層傾斜板２２、２３を構成する傾斜板の傾斜方向は、分級層１５から供給される分級後の固液混相流の供給方向と直交する方向であり、例えば、図１の手前側が低くなるように傾斜している。そして、分級層１５から供給される分級後の固液混相流は上段の積層傾斜板２３の側面からその内部に入るようになっている。図１３ＡおよびＢは容器２１と積層傾斜板２２、２３との位置関係の一例を示す。図１３Ｂに示すように、積層傾斜板２２を構成する傾斜板２２ａおよび積層傾斜板２３を構成する傾斜板２３ａは、水平方向に対して角度Θ（０度＜Θ＜９０度）傾斜している。図１３ＡおよびＢに示すように、この例では、容器２１と積層傾斜板２２、２３との間に隙間が設けられている。分級層１５で分級後の固液混相流は、最初に、積層傾斜板２３の傾斜板２３ａと傾斜板２３ａとの間の隙間２３ｂを傾斜板２３ａに沿って流れ、続いて積層傾斜板２２の傾斜板２２ａと傾斜板２２ａとの間の隙間２２ｂを傾斜板２２ａに沿って流れ、その過程で傾斜板２３ａ、２２ａ上に粒子が沈降して堆積し、傾斜板２３ａ、２２ａを滑り落ちて最終的に積層傾斜板２２から出て行く。積層傾斜板２２、２３を通過した固液混相流は、容器２１と積層傾斜板２２、２３との間に設けられた隙間を通って上昇し、積層傾斜板２３を越えた時点で、図１に示すように、容器２１の壁面に設けられた堰状の排出口３２を越えて外部に流出する。例えば、こうして流出した固液混相流は回収システムにより回収され、洗浄液は必要に応じて再度使用され、粒子成分は回収される。必要に応じて、積層傾斜板２２、２３を構成する傾斜板２２ａ、２３ａの少なくとも一つの少なくとも一部、例えば傾斜板２２ａ、２３ａの表面を磁石で構成してもよい。このように傾斜板２２ａ、２３ａの少なくとも一部を磁石で構成することにより、粒子が常磁性を示す場合、この粒子は磁石による磁界により磁化するため、粒子は磁力により傾斜板２２ａ、２３ａに引き付けられる。このため、粒子は傾斜板２２ａ、２３ａに沈降しやすくなる。こうして傾斜板２２ａ、２３ａに沈降した粒子は���集し、傾斜板２２ａ、２３ａを滑り落ちる。この手法は、例えば、放射能汚染土壌に含まれるセシウムイオンを含む粘土は常磁性を示すことが知られており、このような粘土を除去するときに有効である。特に、最初に固液混相流が流入する上段の積層傾斜板２３の傾斜板２３ａ、取り分け上部の傾斜板２３ａを磁石で構成することが望ましい。
【００３７】
［洗浄および分級システムの動作方法］
次に、上述のように構成されたこの洗浄および分級システムの動作方法について説明する。
【００３８】
まず、分級装置１０の容器１１の外部から攪拌層１２に粒径分布を有する混合粒子および洗浄液を供給し、これらの混合粒子および洗浄液を攪拌混合し、これらの混合粒子および洗浄液からなる固液混相流を生成する。この固液混相流は乱流状態となっている。混合粒子の洗浄は主としてこの攪拌層１２における攪拌混合の過程で行われる。この固液混相流は洗浄液により上流に運ばれて波状スタティックミキサーからなる整流層１３に供給され、この整流層１３を通過する過程で一様流に変換される。混合粒子の洗浄はこの整流層１３における整流の過程でも行われる。こうして一様流とされた固液混相流は層流層１４に供給され、この層流層１４を通過する過程で層流となり、沈降速度の大きな粒子が分級され、一般的には粒径が大きい粒子成分が取り除かれる。層流層１４で層流とされた固液混相流は分級層１５に供給され、この分級層１５を通過する過程で所定の粒子成分を分級する。この分級層１５による分級の閾値は、この分級層１５の管路の高さｈ、言い換えると孔１５ｂの径（等価直径）および長さｌにより調整することができる。
【００３９】
分級層１５で分級された固液混相流は容器１１、２１の側壁に設けられた開口３１を通って沈降装置２０の容器２１内に入り、図１３ＡおよびＢに示すように、積層傾斜板２３の一方の側面の傾斜板２３ａと傾斜板２３ａとの間の隙間２２ｂに、傾斜板２３ａの傾斜方向と直交する方向、すなわち水平方向から供給される。このように傾斜板２３ａの傾斜方向と直交する方向から積層傾斜板２３の側面に固液混相流が供給されることにより、積層傾斜板２３が流れを阻害せず、平均流速も小さくなる。こうして積層傾斜板２３の傾斜板２３ａと傾斜板２３ａとの間の隙間２３ａに供給された固液混相流は傾斜板２３ａに沿って下方に流れ、その過程で固液混相流中の粒子が傾斜板２３ａ上に沈降堆積し、最終的に積層傾斜板２３の下部から落下する。積層傾斜板２３の下部から出て行く固液混相流は、下段の積層傾斜板２２の傾斜板２２ａと傾斜板２２ａとの間の隙間２２ｂに入り、傾斜板２２ａに沿って下方に流れ、その過程で固液混相流中の粒子が傾斜板２２ａ上に沈降堆積し、最終的に積層傾斜板２２の下部から落下する。その結果、沈降装置２０の底部に粒子が沈降し、堆積する。こうして形成された堆積物は、必要に応じて、容器２１の底部から外部に取り出される。一方、積層傾斜板２３、２２を通過した固液混相流は、これらの積層傾斜板２２、２３と容器２１との間の隙間を通って上昇し、容器２１の側壁に設けられた排出口３２から外部に越流する。こうして容器２１の外に越流した固液混相流の取り扱いは必要に応じて決められるが、例えば、配管を介して攪拌層１２に戻され、洗浄液として使用される。
【００４０】
［洗浄および分級システムの具体的な構成例］
次に、この洗浄および分級システムの具体的な構成例について説明する。
【００４１】
図１４は第１の構成例を示す。図１４に示すように、この第１の構成例では、容器１１の底部が下に先すぼまりの四角錐状の形状を有しており、その内部に攪拌層１２が設けられている。攪拌層１２の側壁には洗浄物を攪拌層１２に導入するための導入管４１が接続されている。導入管４１の上端には洗浄物を投入するための投入口４２が設けられている。攪拌層１２の側壁にはまた、洗浄液を攪拌層１２に導入するための導入管４３が接続されている。また、攪拌層１２の内部には攪拌ポンプ４４が設置されており、この攪拌ポンプ４４により攪拌層１２の内部に供給された混合粒子および洗浄液を攪拌混合することができるようになっている。導入管４３は高圧ポンプ４５を介して直方体状の受液槽４６の底部に接続されている。受液槽４６は容器２１の側壁上部の排出口３２の前方下部に取り付けられており、排出口３２を越えて外に越流した固液混相流を受け入れることができるようになっている。
【００４２】
沈降装置２０の容器２１内には、二段の積層傾斜板２２、２３が設けられている。積層傾斜板２２は、互いに間隔を空けて積層された複数の傾斜板２２ａからなる。同様に、積層傾斜板２３は、互いに間隔を空けて積層された複数の傾斜板２３ａからなる。必要に応じて、容器２１の底部には沈降した粒子からなる堆積物を取り出すための取り出し口が設けられる。また、容器２１の底部に例えば金網とその下のろ布（フィルター）を設けて堆積物が侵入しない空間を設け、吸引（サクション）により膨潤土壌から水分を除去するようにしてもよい。
【００４３】
一例として、粒径分布を有する混合粒子が土壌（土砂、細粒砂）、洗浄液が水である場合についてこの第１の構成例による洗浄および分級システムの動作を説明する。
【００４４】
まず、攪拌用ポンプ４４としての攪拌用水中ポンプおよび高圧ポンプ４５を稼働させた状態で投入口４２に洗浄および分級しようとする土壌を投入する。投入された土壌は導入管４１を通って攪拌層１２に導入される。こうして攪拌層１２に導入された土壌は、高圧ポンプ４５により導入管４３から攪拌層１２に導入された高速ジェット水流により攪拌混合されるとともに、攪拌用ポンプ４４でさらに攪拌混合される。こうして攪拌層１２内に土壌および水からなる非一様流の固液混相流（泥水）が生成される。この固液混相流は、高速ジェット水流により上流に運ばれる。そして、まず、波状スタティックミキサーからなる整流層１３を通過することにより、非一様流の固液混相流は一様流に変換される。次に、この固液混相流の一様流は層流層１４を通る過程で層流とされ、沈降速度の大きな粒子が取り除かれる。層流層１４で層流とされた固液混相流は分級層１５に入り、この分級層１５を通過する過程で粒径が数十μｍ以上のシルトが分級される。攪拌層１２の底部に形成された堆積物は、必要に応じて、土砂取り出し口から取り出される。
【００４５】
分級装置１０を通過した固液混相流中の主としてシルトあるいはシルトおよび粘土は、沈降装置２０の上段の積層傾斜板２３の側面の傾斜板２３ａと傾斜板２３ａとの間の隙間に入り、傾斜板２３ａに沿って沈降し、さらに下段の積層傾斜板２２の傾斜板２２ａと傾斜板２２ａとの間の隙間に入り、傾斜板２２ａに沿って沈降し、最終的に容器２１の底部に沈降し、堆積する。沈降装置２０の容器２１の排出口３２から越流した固液混相流は受液槽４６の中に入り、導入管４３から高圧ポンプ４５により攪拌層１２に戻される。分級装置１０を通過した固液混相流中の粘土は積層傾斜板２２、２３によってほとんど沈降せず、したがって容器２１の底部に沈降しない。この場合、沈降装置２０からの最終的な廃水には粘土が含まれるが、粘土の重量分率は原土壌に比べて無視することができる値であるので、この廃水は土壌洗浄液として再び攪拌層１２に戻すことができる。
【００４６】
図１４に、固液混相流（泥水）の流れを細い破線の矢印で、砂・シルト・粘土の流れを太い破線の矢印で模式的に示す。
【００４７】
図１５は第２の構成例を示す。図１５に示すように、この第２の構成例では、容器１１の底部が下に先すぼまりの四角錐状の形状を有しており、その内部に攪拌層１２が設けられている。導入管４１は上方から導入管４３と接続されている。この場合、攪拌層１２の内部には攪拌ポンプ４４が設置されていない。この第２の構成例のその他の構成は第１の構成例と同様である。
【００４８】
一例として、粒径分布を有する混合粒子が土壌、洗浄液が水である場合についてこの第２の構成例による洗浄および分級システムの動作を説明する。
【００４９】
まず、高圧ポンプ４５を稼働させた状態で投入口４２に洗浄および分級しようとする土壌を投入する。図１６に示すように、投入された土壌は導入管４１を通って導入管４１と導入管４３との合流部に到達し、導入管４３から供給される高速ジェット水流により導入管４３内に吸い込まれる。こうして土壌および水が攪拌層１２に導入され、高速ジェット水流により攪拌混合される。こうして攪拌層１２内に土壌および水からなる固液混相流（泥水）が生成される。この後の動作は第１の構成例と同様である。
【００５０】
図１５に、固液混相流（泥水）の流れを細い破線の矢印で、砂・シルト・粘土の流れを太い破線の矢印で模式的に示す。
【００５１】
図１７は第３の構成例を示す。図１７に示すように、この第３の構成例では、容器１１の底部が下に先すぼまりの四角錐状の形状を有しており、その内部に攪拌層１２が設けられている。第２の構成例と同様に、導入管４１は上方から導入管４３と接続され、攪拌層１２の内部には攪拌ポンプ４４が設置されていない。攪拌層１２の底部には攪拌層１２の底に沈降した堆積物を外部に取り出すための排出管４７が接続されている。この排出管４７の途中にはサンドポンプ４８が接続され、排出管４７から回収された土砂をこのサンドポンプ４８で上方に移送し、回収口４９から洗浄土砂回収装置５０に回収するようになっている。回収口４９の側壁には導入管５１が接続されており、この導入管５１から泥水が投入口４２に供給されるようになっている。この第３の構成例のその他の構成は第１の構成例と同様である。
【００５２】
一方、沈降装置２０の容器２１の底部は下に先すぼまりの四角錐状の形状を有しており、その下端に沈降装置２０の底部に堆積した堆積物を外部に取り出すための取り出し口５２が設けられている。
【００５３】
一例として、粒径分布を有する混合粒子が土壌、洗浄液が水である場合についてこの第３の構成例による洗浄および分級システムの動作を説明する。
【００５４】
まず、高圧ポンプ４５およびサンドポンプ４８を稼働させた状態で投入口４２に洗浄および分級しようとする土壌を投入する。投入された土壌は導入管４１を通って導入管４１と導入管４３との合流部に到達し、導入管４３から供給される高速ジェット水流により導入管４３内に吸い込まれる。こうして土壌および水が攪拌層１２に導入され、高速ジェット水流により攪拌混合され、土壌および水からなる固液混相流（泥水）が生成される。この後の動作は第１の構成例と同様である。一方、攪拌層１２の底部から水を含んだ土砂が導入管４７内に取り出され、サンドポンプ４８により回収口４９に戻される。回収口４９に戻った水を含んだ土砂から土砂成分が洗浄土砂回収装置５０に回収されるとともに、泥水が投入口４２に投入される。
【００５５】
一方、沈降装置２０においては、容器２１の底部に溜まった堆積物が取り出し口５２から外部に取り出された後、例えばフィルタープレスなどで脱水ケーキ状にされ、減容される。
【００５６】
図１７に、固液混相流（泥水）の流れを細い破線の矢印で、砂・シルト・粘土の流れを太い破線の矢印で模式的に示す。
【００５７】
［分級装置１０を構成する各層の機能の検証実験］
分級装置１０を構成する各層の機能を検証するために実験を行った。そのために、図１８に示すような分級装置を製作した。整流層１３としては、一辺が２０ｃｍの正方形のポリカーボネート製の波板（全体の厚さは９ｍｍ、波のピッチは３２ｍｍ、板の厚さは０．７ｍｍ）を４４段重ねた高さ２０ｃｍ、幅４０ｃｍ、奥行４０ｃｍの大きさの直方体状のものを２段重ねて合計４０ｃｍの厚さとしたものを用いた。層流層１４としては、図４Ｄに示すように、断面形状が六角形の直径１ｃｍの筒状の孔１４ｂが蜂の巣状に配列した高さ５ｃｍ、幅４０ｃｍ、奥行４０ｃｍの大きさの直方体状の構造体を用いた。分級層１５としては、図５Ｄに示すように、断面形状が六角形の直径３ｍｍの筒状の孔１５ｂが蜂の巣状に配列した高さ１０ｃｍ、幅４０ｃｍ、奥行４０ｃｍの大きさの直方体状の構造体を水平方向から２７度程度傾斜させたものを用いた。この場合、孔１５ｂの水平方向に対する傾斜角Ψは６３度程度である。図１８には示されていないが、整流層の下には攪拌用水中ポンプを含む攪拌層１２が設けられており、この攪拌層１２に外部から土壌および水が供給されるようになっている。流量Ｑは５０Ｌ／ｍｉｎとした。本実験の目的は、篩を使用せずに細粒砂を分級することなので、土壌洗浄の際に発生した沈降細粒砂を原砂として使用した。Ｄ50（原砂の粒径分布において割合が５０％になるときの粒径）＝１３２μｍで、原砂は粒径５１μｍ以下の細粒分が１６％程度含まれている。
【００５８】
図１８に示すように、整流層の下の攪拌層では強い乱流状態となっている。整流層は、攪拌層で生じた大規模渦を分断し平均流が鉛直上向きに一様になるように設計されている。さらに層流層では、乱流拡散で分散しているシルトや砂が重力と流体抗力の作用で沈降もしくは上昇する。この層流層を通過する土粒子の最大径は筒状の孔の径（管路）の孔経にほぼ依らず、流量のみに依存すると考えられる。最後に、分級層の筒状の孔（管路）を通過できなかった土粒子は、分級層の下部からプルームとなって沈降する。また、本実験における分級層の筒状の孔（管路）の傾斜角Ψは上述のように６３度程度であり、筒状の孔（管路）を通過する粒子の最大粒径は式（３）によれば２０μｍとなる。
【００５９】
図１９は分級時の各層通過後の流体を容器の側壁に取り付けたバルブから採取した試料をカメラで撮影した写真である。層流層通過後の試料と分級層通過後の試料とを比較すると、固液混相流（泥水）の濁度に明瞭に差が表れており、層流層通過後の試料に比べて分級層通過後の試料の濁度は大幅に低下している。分級層通過後、さらに孔径１〜２μｍのろ布（フィルター膜）を通過させた後の試料の濁度はさらに低下している。
【００６０】
図２０は分級層下部の写真である。図２０に示すように、分級層の傾斜した筒状の孔（管路）を通過できない土粒子が筒状の孔の底面に沿って排出され、分級層の底部に沿って細粒砂プルームとして落下する様子が観察された。
【００６１】
［洗浄および分級システムによる土壌洗浄実験］
次に、この洗浄および分級システムを用いて土壌洗浄実験を行った結果について説明する。
【００６２】
洗浄および分級システムの分級装置１０および沈降装置２０における各層の効果を検証するために、図２１に示す土壌洗浄および分級システム（実施例１による洗浄および分級システム）を製作し、土壌の洗浄および分級の実験を行った。実験流量Ｑ＝９１Ｌ／ｍｉｎ、分級装置１０および沈降装置２０の槽内の全水量は３１５Ｌであり、濁水は大凡３〜４分で１回循環する。図２１中の各測点で試料を採取し、懸濁物質（浮遊物質）（ＳＳ（suspended solid)) を計測した。測点１は攪拌層にありＳＳ量が最大となる。測点２は層流層通過直後、測点３は分級層通過直後、測点４は排出口であり、ここを通過した水が再び攪拌槽（測点１）に戻る。測点５は沈降装置２０の沈降層を構成する上段の積層傾斜板通過直後、測点６は沈降装置２０の底部である。
【００６３】
図２２Ａは、沈降装置が設置された図２１に示す構成の土壌洗浄および分級システムにおけるＳＳ量の測定結果を示す。図２２Ａより、分級層通過後（測点３）にＳＳ量が大幅に低下し、沈降層（測点４）ではさらに低下していることが分かる。測点６では、沈殿した粒子によりＳＳ量が大きくなっている。一方、図２２Ｂは、図２１に示す構成の土壌洗浄および分級システムにおいて沈降装置を設置しなかった場合のＳＳ量の測定結果を示す。図２２Ｂを図２２Ａと比較すると、沈降装置がない場合は、時間経過後もＳＳ量の低下が少ないことから、濁水が沈降することなく土壌洗浄および分級システム内を循環していると考えられる。
【００６４】
図２３は層流層通過前後（測点１、２）の粒径分布を示し、図の曲線の下の面積がＳＳ量を表す。層流層通過後の固液混相流中の粒子は粒径１００μｍ以下の粒子がほとんどを占めている。理論上は、流量が９１Ｌ／ｍｉｎのときは、層流層（孔径３／１６インチ）では粒径約１４０μｍ以上の粒子は通過することができないということと合致する。また、沈降装置を設置することで、層流層下流のＳＳ量が低下していることが分かる。
【００６５】
図２４は、攪拌層に設けられた攪拌用水中ポンプを３０分間稼動し、土壌の撹拌、分級および沈殿を行った後の分級装置および沈降装置に堆積した土砂の粒径分布（確率分布関数（probability distribution function)）を示す。篩による計測のため５１μｍ以下の粒径分布は測定することができなかった。分級層（孔径１／８インチ）では理論上は粒径２５μｍ以上の粒子が通過することができないが、粒径５０μｍ程度の粒子も通過している。原因として考えられるのは、分級層の傾斜した筒状の孔（管路）底部に沈降した粒子により管路断面積が小さくなり流速が増大したこと、固液混相流の固体成分の濃度増加による沈降速度の減少、乱流拡散などが考えられる。
【００６６】
この土壌洗浄および分級システムは分級の閾値を制御することができ、分級層の筒状の孔（管路）の孔径の凡そ百分の一以上の粒子を分級することができる。また、本実験で用いた傾斜した筒状の孔（管路）はＬ／ｈ＝５０程度であり、分級の閾値が数十μｍと大きいため、シルトもこの傾斜した筒状の孔（管路）を通過した。ただ、本沈降装置においては、準備の都合上、両端に傾斜板のない大きな空間が存在したが、沈降装置のＳＳ量を半減させる程の効果があった。排出口に向かう流れの流速をできる限り一様とし、流速を小さくすることが重要なため、傾斜板を排出口に向かって平行に配置した。
【００６７】
例えば、分級で土壌から粘土成分のみを分離することにより除染効果が上がるとすれば、分級の閾値をシルトの再小径である５μｍ程度とする必要がある。この場合には、分級層の筒状の孔（管路）の傾斜角Ψが４０度のとき、筒状の孔（管路）の孔経の４００倍の長さが必要となる（図１２参照）。
【００６８】
［洗浄および分級システムによる放射能汚染土壌の洗浄実験］
次に、図２１に示す土壌洗浄および分級システムを用いて、放射能汚染土壌の洗浄（除染）および分級を行った結果について説明する。本実験の目的は、篩を使用せずに細粒砂を分級することなので、土壌洗浄の際に発生した沈降細粒砂を原砂として使用した。原砂の粒度分布を図２５に示す。図２５に示すように、原砂は粒径５１μｍ以下の細粒分が３８％程度含まれている。原砂に含まれる放射性物質の放射能は表１に示す通りである。
【００６９】
【表１】
2015013241.tif 000006
【００７０】
放射能汚染土壌中に含まれる粘土の層状構造を酸により破壊すれば、粘土内部に取り込まれているセシウムイオンを粘土から脱離させることができることが知られている。酸としては、原子力発電所の配管洗浄で用いられているシュウ酸が利用されている。シュウ酸はステンレス鋼表面に酸化皮膜を生成し、ステンレス鋼の腐食を防止する機能があり、ポンプを腐食しないこと、および、後処理が容易なことが利点として挙げられている。そこで、除染にはシュウ酸を用いた。
【００７１】
実験手順は以下の通りである。
（１）原砂１．５ｋｇを分級装置の攪拌層に投入し、分級装置の固液混相流を、沈降装置を通して１５分間循環し、粘土やシルトを分級する。
（２）シュウ酸水和物１．５ｋｇ（０．０８ｍｏｌ／Ｌの酸）を分級装置の攪拌層に投入し、分級装置のみで固液混相流を２０分間循環し、洗浄を行う。
（３）分級装置の固液混相流を、沈降装置を通して１０分間循環し、粘土やシルトを分級する。この際、各層通過後の固液混相流を採取する。
（４）分級装置の攪拌層の攪拌用水中ポンプを停止し、撹拌層の底部に沈降している細粒土を採取し、粒径分布および放射線量の計測を行う。
【００７２】
実験結果は以下の通りである。図２６は各層通過後の流体を容器の側壁に取り付けたバルブから採取した試料をカメラで撮影した写真である。層流層通過後の試料と分級層通過後の試料とを比較すると、濁度に明瞭に差が表れている。ここで、ろ布通過後の試料は、孔径１〜２μｍのろ布を通過した試料である。
【００７３】
実験手順（４）のシュウ酸洗浄および分級終了後の細粒土について、粒径分布および放射線量を計測した。粒径分布を図２５に示す。図２５に示すように、原砂に比べて、粒径５１μｍ以下のものが減少し、粒径５１〜１０６μｍのものの割合が増加している。表１に原砂およびシュウ酸洗浄砂の放射線量の計測値を示す。洗浄後の放射線密度（Ｂｑ／ｋｇ）の低減は、５１μｍ以下の表面積が大きい土粒子成分の減少とシュウ酸によるセシウムの土粒子からの脱離とにより、本実験では両者を判別することはできない。これらを明確にするには、粒度分布のより精密な計測およびシュウ酸の効果を別途検証する必要がある。
【００７４】
以上のように、放射能汚染土壌のシュウ酸による洗浄効果および傾斜管路による分級効果を実験的に調べた。シュウ酸による洗浄では、除染率を少なくとも５０％以上にするためには、高濃度の酸（１ｍｏｌ／Ｌ以上）を使用せざるを得ないことが判明した。また、分級装置は分級の閾値を制御することができ、傾斜管路の孔径の凡そ百分の一以上の粒径の粒子を分級することができる。ただ、本実験で用いた分級層の傾斜管路はＬ／ｈ＝５０程度であり、分級の閾値が数十μｍと大きいため、粘土粒子以外のシルトも分級層を通過した。
【００７５】
例えば、分級で放射能汚染土壌から粘土成分のみを分離することにより除染効率が上がるとすれば、分級の閾値をシルトの最小径である５μｍ程度とする必要がある。既に述べたように、この場合には、傾斜管路の傾斜角Ψが４０度のとき、傾斜管路の長さとしてその孔径の４００倍の長さが必要となる（図１２参照）。
【００７６】
さて、上記の湿式分級によって粘土のみの泥水を取り出した後に水分を除去して減容化する必要がある。通常は泥水に凝集剤を添加し、粘土粒子を含有するフロックを生成することで沈降速度を増加させて沈殿物を回収し、さらにデカンターなどの遠心分離脱水機またはフィルタープレスにより沈殿物（膨潤した粘土）から脱水する。しかし、フロックは水分を多量に含み、見かけの比重が１に近くなるため沈降速度は比較的小さく、フロック強度も小さいため、僅かな乱流により破壊され分散する。除染の場合の泥水処理の目的は、水を綺麗にすることではなく、粘土を取り出すことである。したがって、高濃度の泥水中の粘土粒子を数十μｍ程度の大きさに凝集し、それを効率的に回収する装置の開発が望まれる。
【００７７】
以上のように、第１の実施の形態によれば、粒径分布を有する混合粒子、例えば土壌の攪拌（分散）および分級を分級装置１０の容器１１内で行うことができることにより、分級装置１０および沈降装置２０により洗浄および分級システムを構築することができるため、洗浄および分級システムの小型化を図ることができる。また、この洗浄および分級システムは、分級装置１０の分級層１５の傾斜管路の管路の高さおよび長さを調整することにより、分級の閾値を連続的に調整することができる。さらに、この洗浄および分級システムを土壌の洗浄および分級に用いる場合、最終的な廃水を環境中に排出するときは別途凝集剤などを用いてＳＳ量を低下させる必要があるが、最終的な廃水に含まれるシルトや粘土の量を大幅に減少させることができるため、凝集剤の使用量や処理時間の大幅な低減を図ることができる。
【００７８】
〈第２の実施の形態〉
［洗浄および分級システム］
図２７に、第２の実施の形態による洗浄および分級システムを示す。図２７に示すように、この洗浄および分級システムにおいては、分級装置１０と沈降装置２０との間に波状スタティックミキサーからなる整流層６１が設けられている。より詳細には、分級装置１０の容器１１および沈降装置２０の容器２１の側壁に設けられた開口部３１に整流層６１が設けられている。この場合、分級装置１０による分級後の固液混相流は整流層６１に水平方向から入り、整流されて一様流となった後に沈降装置２０の積層傾斜板２３の側面に供給される。
【００７９】
この洗浄および分級システムの上記以外のことは第１の実施の形態と同様である。また、この洗浄および分級システムの動作は、分級装置１０による分級後の固液混相流が整流層６１により整流されて一様流となった後に沈降装置２０の積層傾斜板２３の側面に供給されることを除いて、第１の実施の形態と同様である。
【００８０】
この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、整流層６１により整流されて一様流となった固液混相流を沈降装置２０の積層傾斜板２３の側面に供給することができるので、積層傾斜板２３による粒子の沈降をより効率的に行うことができるという利点を得ることができる。
【００８１】
〈第３の実施の形態〉
［洗浄および分級システム］
図２８に、第３の実施の形態による洗浄および分級システムを示す。図２８に示すように、この洗浄および分級システムにおいては、第１の実施の形態による洗浄および分級システムを土壌の洗浄および分級に使用する場合に、分級装置１０による分級後の、粘土およびシルトを含む固液混相流を沈降装置２０（図２８においては図示せず）に供給し、凝集沈澱させ、水は再使用し、沈澱した土壌は分級装置１０の攪拌層１２に戻すようにする。そして、分級装置１０の攪拌層１２の底部に溜まった土砂成分（砂および細粒分）を取り出し、分級装置１０と直列に接続された、分級装置１０と同様な構成を有する分級装置６５の攪拌層に供給し、分級装置６５において薬品洗浄および分級を行う。こうして薬品洗浄および分級を行った固液混相流（低濃度のシルトと薬品とを含む）を分級装置６５から取り出し、フィルター膜でろ過を行う。ろ過されたシルトはフィルター膜に残され、フィルター膜を透過した薬品は再使用することができる。
【００８２】
この第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、洗浄に用いる水、薬品および土壌の有効利用を図ることができるという利点を得ることができる。
【００８３】
〈第４の実施の形態〉
［洗浄および分級システム］
図２９に、第４の実施の形態による洗浄および分級システムを示す。図２９に示すように、この洗浄および分級システムにおいては、分級装置１０と沈降装置２０との間に凝集促進層７１が設けられている。より詳細には、分級装置１０の容器１１と沈降装置２０の容器２１とが開口部３１に設けられた凝集促進層７１を介して連結されている。凝集促進層７１は、分級装置１０の分級層１５による分級後の固液混相流から可能な限り粒子を沈降堆積させて粒径を大きくすることにより、沈降装置２０の積層傾斜板２２、２３による粒子の沈降の効率の向上を図るためのものである。凝集促進層７１の大きさは特に限定されず、必要に応じて選ばれが、例えば、凝集促進層７１の中心軸の方向の長さは１０〜２０ｃｍ、幅は２０〜４０ｃｍ、高さは２０〜３０ｃｍである。
【００８４】
図３０は凝集促進層７１の具体的な構成例を示す。図３０に示すように、この例では、凝集促進層７１は、鉛直方向に互いに間隔を空けて積層された水平面に平行な複数の隔壁７１ａを有し、隔壁７１ａと隔壁７１ａとの間に断面形状が細長い長方形の孔７１ｂ（管路）が形成されている。隔壁７１ａの厚さは、隔壁７１ａと隔壁７１ａとの間の距離、言い換えると各管路の高さに比べて十分に小さくするのが好ましい。この凝集促進層７１においては、隔壁７１ａと隔壁７１ａとの間の管路の高さを利用して粒子の沈降距離を小さくする。すなわち、図３０に示すように、分級装置１０から入ってくる固液混相流中の粒子は、一定の距離移動した後に管路の底部の隔壁７１ａ上に沈降し、堆積することで凝集する。管路の底部の隔壁７１ａ上に凝集した粒子は流れのせん断力により沈降装置２０にフラッシュされ、積層傾斜板２３の側面に入る。また、管路の底部の隔壁７１ａ上に沈降堆積した粒子により管路が閉塞されると流速が大きくなるため、隔壁７１ａ上に沈降堆積した粒子はフラッシュされやすくなる。
【００８５】
図３１は凝集促進層７１の他の構成例を示す。図３１に示すように、この例では、凝集促進層７１は、沈降装置２０側が分級装置１０側に比べて低くなるように水平方向に対して角度Ω傾斜している。Ωは例えば０度＜Ω≦１０度、好適には０度＜Ω≦５度である。この例では、凝集促進層７１が、沈降装置２０側が分級装置１０側に比べて低くなるように水平方向に対して角度Ω傾斜しているので、管路の底部の隔壁７１ａ上に沈降し、凝集した粒子を凝集促進層７１の外部に排出しやすくなる。
【００８６】
図３２Ａ〜Ｄは凝集促進層７１のさらに他の構成例を示す。ここで、図３２Ａは平面図、図３２Ｂは凝集促進層７１の中心軸を含む鉛直断面図、図３２Ｃは図３２Ａの縦板７１ｃと縦板７１ｃとの間の部分の隔壁７１ａに平行な方向の断面図、図３２Ｄは図３２Ｂの縦板７１ｃと縦板７１ｃとの間の領域（一点鎖線で囲んだ領域）に粒子が捕獲される様子を示す拡大断面図である。図３２Ａ〜Ｄに示すように、この凝集促進層７１は、鉛直方向に互いに間隔を空けて積層された水平面に平行な複数の隔壁７１ａを有し、隔壁７１ａと隔壁７１ａとの間に断面形状が細長い長方形の孔７１ｂ（管路）が形成されている。隔壁７１ａの厚さは隔壁７１ａと隔壁７１ａとの間の距離、言い換えると各流路の高さに比べて十分に小さくするのが好ましい。各管路の底部の隔壁７１ａには、分級装置１０と沈降装置２０とを結ぶ方向、言い換えると凝集促進層７１の中心軸と直交する方向に延在する縦板７１ｃが凝集促進層７１の中心軸の方向に等間隔で設けられている。各管路内の流れを妨げないように、縦板７１ｃの高さは各管路の高さより小さく、縦板７１ｃと管路の天井部の隔壁７１ａとの間の間隔が十分に大きくなるようにする。この場合、図３２Ｄに示すように、各管路においては、縦板７１ｃと縦板７１ｃとの間の矩形の領域内の流速は非常に小さくなるため、この矩形の領域内に捕獲された粒子は容易に沈降集積する。また、図３２Ｃに示すように、隔壁７１ａは切妻屋根の形状を有し、管路に直交する方向の最頂部から両側に向かって二つの傾斜面が本を伏せたような山形の形状を有するため、縦板７１ｃと縦板７１ｃとの間の矩形の領域内に捕獲された粒子は両側に向かって排出されやすくなっている。ただし、隔壁７１ａは切妻屋根の形状ではなく、水平に形成してもよい。
【００８７】
［洗浄および分級システムの具体的な構成例］
次に、洗浄および分級システムの具体的な構成例について説明する。
図３３は第４の構成例を示す。図３３に示すように、この第４の構成例では、図１４に示す第１の構成例において、分級装置１０と沈降装置２０との間に凝集促進層７１が設けられている。その他のことは第１の構成例と同様である。
【００８８】
一例として、粒径分布を有する混合粒子が土壌、洗浄液が水である場合についてこの第４の構成例による洗浄および分級システムの動作を説明する。
【００８９】
まず、攪拌用ポンプ４４としての攪拌用水中ポンプおよび高圧ポンプ４５を稼働させた状態で投入口４２に洗浄および分級しようとする土壌を投入する。投入された土壌は導入管４１を通って攪拌層１２に導入される。こうして攪拌層１２に導入された土壌は、高圧ポンプ４５により導入管４３から攪拌層１２に導入された高速ジェット水流により攪拌混合されるとともに、攪拌用ポンプ４４でさらに攪拌混合される。こうして攪拌層１２内に土壌と水とからなる固液混相流（泥水）が生成される。この固液混相流は、高速ジェット水流により上流に運ばれる。そして、まず、波状スタティックミキサーからなる整流層１３を通過することにより固液混相流は一様流に変換される。次に、この固液混相流の一様流は層流層１４を通る過程で層流とされ、沈降速度の大きな粒子が分級される。層流層１４で層流とされた固液混相流は分級層１５に入り、この分級層１５を通る過程で粒径が数十μｍ以上のシルトが分級される。
【００９０】
分級装置１０を通過した土壌成分（シルトおよび粘土）は、凝集促進層７１に入り、シルトが可能な限り凝集され、せん断流によりフラッシュされて沈降装置２０に入る。こうして沈降装置２０に入った固液混相流は沈降装置２０の上段の積層傾斜板２３の側面の傾斜板２３ａと傾斜板２３ａとの間の隙間に入り、傾斜板２３ａに沿って沈降し、さらに下段の積層傾斜板２２の傾斜板２２ａと傾斜板２２ａとの間の隙間に入り、傾斜板２２ａに沿って沈降し、最終的に容器２１の底部に沈降し堆積する。分級装置１０の容器２１の排出口３２から越流した固液混相流は受液槽４６の中に入り、導入管４３から高圧ポンプ４５により攪拌層１２に戻され、洗浄水として用いられる。
【００９１】
図３３に、固液混相流（泥水）の流れを細い破線の矢印で、砂・シルト・粘土の流れを太い破線の矢印で模式的に示す。
【００９２】
図３４は第５の構成例を示す。図３４に示すように、この第５の構成例では、図１５に示す第２の構成例において、分級装置１０と沈降装置２０との間に凝集促進層７１が設けられている。その他のことは第２の構成例と同様である。
【００９３】
一例として、粒径分布を有する混合粒子が土壌、洗浄液が水である場合についてこの第５の構成例による洗浄および分級システムの動作を説明する。
【００９４】
まず、高圧ポンプ４５を稼働させた状態で投入口４２に洗浄および分級しようとする土壌を投入する。図３４に示すように、投入された土壌は導入管４１を通って導入管４１と導入管４３との合流部に到達し、導入管４３から供給される高速ジェット水流により導入管４３内に吸い込まれる。こうして土壌および水が攪拌層１２に導入され、高速ジェット水流により攪拌混合される。こうして攪拌層１２内に土壌と水とからなる固液混相流（泥水）が生成される。この後の動作は第４の構成例と同様である。
【００９５】
図３４に、固液混相流（泥水）の流れを細い破線の矢印で、砂・シルト・粘土の流れを太い破線の矢印で模式的に示す。
【００９６】
図３５は第６の構成例を示す。図３５に示すように、この第６の構成例では、図１７に示す第３の構成例において、分級装置１０と沈降装置２０との間に凝集促進層７１が設けられている。その他のことは第３の構成例と同様である。
【００９７】
一例として、粒径分布を有する混合粒子が土壌、洗浄液が水である場合についてこの第６の構成例による洗浄および分級システムの動作を説明する。
【００９８】
まず、高圧ポンプ４５およびサンドポンプ４８を稼働させた状態で投入口４２に洗浄および分級しようとする土壌を投入する。投入された土壌は導入管４１を通って導入管４１と導入管４３との合流部に到達し、導入管４３から供給される高速ジェット水流により導入管４３内に吸い込まれる。こうして土壌および水が攪拌層１２に導入され、高速ジェット水流により攪拌混合される。こうして攪拌層１２内に土壌と水とからなる固液混相流（泥水）が生成される。この後の動作は第４の構成例と同様である。一方、攪拌層１２の底部から水を含んだ土砂が導入管４７内に取り出され、サンドポンプ４８により回収口４９に戻される。回収口４９に戻った水を含んだ土砂から土砂成分が洗浄土砂回収装置５０に回収されるとともに、泥水が投入口４２に投入される。
【００９９】
一方、沈降装置２０においては、容器２１の底部に溜まった堆積物が取り出し口５２から外部に取り出された後、例えばフィルタープレスなどで脱水ケーキ状にされ、減容される。
【０１００】
図３５に、固液混相流（泥水）の流れを細い破線の矢印で、砂・シルト・粘土の流れを太い破線の矢印で模式的に示す。
【０１０１】
この洗浄および分級システムの実施例について説明する。図３６は実施例２による洗浄および分級システムを示す。図３６に示すように、この洗浄および分級システムにおいては、容器１１の底部が下に先すぼまりの四角錐状の形状を有しており、その内部に攪拌層１２が設けられている。攪拌層１２の側壁には洗浄液を攪拌層１２に導入するための導入管４３が接続されている。導入管４３は高圧ポンプ４５を介して直方体状の受液槽４６の底部に接続されている。受液槽４６は容器２１の側壁上部の排出口３２の前方下部に取り付けられており、排出口３２を越えて外に越流した固液混相流を受け入れることができるようになっている。
【０１０２】
沈降装置２０の容器２１内には、二段の積層傾斜板２２、２３が設けられている。積層傾斜板２２は、互いに間隔を空けて積層された複数の傾斜板２２ａからなる。同様に、積層傾斜板２３は、互いに間隔を空けて積層された複数の傾斜板２３ａからなる。
【０１０３】
分級装置１０と沈降装置２０との間に凝集促進層７１が設けられている。
【０１０４】
凝集促進層７１としては、図３７または図３８に示すものを用いた。図３７に示す凝集促進層７１は、隔壁７１ａが切妻屋根の形状ではなく、水平であることを除いて、図３２Ａ〜Ｄに示すものと同様である。図３７に示すように、凝集促進層７１の全長は１５０ｍｍ、隔壁７１ａと隔壁７１ａとの間の間隔（管路の高さ）は２４ｍｍ、縦板７１ｃの間隔は１０ｍｍである。また、図３８に示す凝集促進層７１は、図３０に示すものと同様である。図３８に示すように、凝集促進層７１の全長は１００ｍｍ、隔壁７１ａと隔壁７１ａとの間の間隔（管路の高さ）は５ｍｍである。
【０１０５】
分級装置１０と沈降装置２０との全体に水を循環させながら、カオリン１００ｇを受液槽４６に投入し、凝集促進層７１の入口（測点１）と出口（測点２）とで７分間の積算濃度（ＳＳ）を測定した。図３９に測定結果を示す。図３９に示すように、いずれも、カオリンの沈降効果があり、凝集促進層７１の入口に入ってくる流れの流速（ｕ）（図３７および図３８参照）の増加に伴って沈降効果は低減すること、および、測点１と測点２とのＳＳ量は大差がないことが分かった。
【０１０６】
この第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、分級装置１０と沈降装置２０との間に凝集促進層７１が設けられていることにより、分級装置１０からの固液混相流に含まれる粒径の小さい粒子をこの凝集促進層７１で可能な限り凝集させて粒径を大きくすることができ、それによって沈降装置２０の積層傾斜板２２、２３による粒子の沈降を効率的に行うことができるという利点を得ることができる。
【０１０７】
〈第５の実施の形態〉
［洗浄および分級システム］
図４０に、第５の実施の形態による洗浄および分級システムを示す。図４０に示すように、この洗浄および分級システムにおいては、分級装置１０と沈降装置２０との間に、分級装置１０から沈降装置２０に向かって順に波状スタティックミキサーからなる整流層６１および凝集促進層７１が設けられている。その他のことは第１の実施の形態と同様である。
【０１０８】
この第５の実施の形態によれば、第２および第４の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
【０１０９】
以上、この発明の実施の形態および実施例について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施の形態および実施例に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【０１１０】
例えば、上述の実施の形態および実施例において挙げた数値、形状、構造、配置などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、形状、構造、配置などを用いてもよい。
【符号の説明】
【０１１１】
１０、６５…分級装置、１１…容器、１２…攪拌層、１３、６１…整流層、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ…波板積層体、１４…層流層、１４ａ…隔壁、１４ｂ…孔、１５…分級層、１５ａ…隔壁、１５ｂ…孔、１６…波板、２０…沈降装置、２１…容器、２２、２３…積層傾斜板、２２ａ、２３ａ…傾斜板、２２ｂ、２３ｂ…隙間、３１…開口部、３２…排出口、４１、４３、４７、５１…導入管、４４…攪拌用ポンプ、４５…高圧ポンプ、４６…受液槽、４８…サンドポンプ、４９…回収口、５０…洗浄土砂回収装置、７１…凝集促進層、７１ａ…隔壁、７１ｂ…隙間、７１ｃ…縦板
【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】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２６】
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