(57)【要約】【課題】凝集剤によらない浮上分離で維持管理面のコスト削減並びに運転管理の容易さを実現し、さらに浮上分離工程での浮上効率を高めて装置の大幅な小型化を図る。【解決手段】処理対象となる原液に含まれる懸濁物質を比重差により浮上させて集積分離する浮上分離部１と、この浮上分離部の前段で原液中の懸濁物質に微細気泡を付着させて浮上分離部での分離操作を促進する前処理部２とを有し、浮上分離部は、処理槽内に上下方向の循環流を発生させて懸濁物質の浮上を促進する回転体２２を備え、前処理部は、原液と所要の気体とを攪拌して原液中に微細気泡を生成する静止型混合器６を備えたものとする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象となる原液に含まれる懸濁物質を比重差により浮上させて集積分離する浮上分離部と、この浮上分離部の前段で原液中の懸濁物質に微細気泡を付着させて浮上分離部での分離操作を促進する前処理部とを有し、前記浮上分離部は、処理槽内に上下方向の循環流を発生させて懸濁物質の浮上を促進する回転体を備え、前記前処理部は、原液と所要の気体とを攪拌して原液中に微細気泡を生成する静止型混合器を備えたことを特徴とする液体処理装置。
【請求項２】
前記前処理部は、原液が導入されてこれを所要の時間滞留させる処理槽を有し、前記静止型混合器の上流側で気泡生成用の気体を注入しながら前記静止型混合器と前記処理槽との間で原液を循環させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の液体処理装置。
【請求項３】
前記浮上分離部の後段に、その浮上分離部での処理済み液に次工程での有用ガスを混入する有用ガス接触部を有し、この有用ガス接触部は、前記浮上分離部での処理済み液が導入される処理槽と、処理済み液と有用ガスとを攪拌する静止型混合器とを有し、この静止型混合器の上流側で有用ガスを注入しながら前記静止型混合器と前記処理槽との間で処理済み液を循環させるようにしたことを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載の液体処理装置。
【請求項４】
前記浮上分離部の回転体は、略円形状の断面をなし、その下端を前記処理槽の底壁から離間させて、垂直軸回りに回転可能に前記処理槽の概ね中心位置に設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の液体処理装置。
【請求項５】
前記静止型混合器は、円筒状のケーシングの内部の流路中に複数の抵抗体が配設され、該複数の抵抗体が、共に内周面側から中心部に向けて板状に突出され、下流側に傾斜した状態で互いに接触しないように軸線方向に所定の間隔をおき、かつ周方向に順次所定角度ずつずらして設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の液体処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、処理対象となる原液に含まれる懸濁物質に気泡を付着させて浮上分離する液体処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
懸濁物質を汚水から分離除去するため、水との比重差により懸濁物質を浮上させて水面付近に集積させる浮上分離法が知られている。この浮上分離法は、油類の分離に有効ではあるが、懸濁物質の性状によっては分離が困難であったり、除去効率が低いという難点があるため、凝集剤を添加して懸濁物質を粗大化して回収を容易にする凝集分離法が一般的である。
【０００３】
また、懸濁物質に気泡を付着させて強制的に浮上させると浮上分離の効率が良くなり、このような強制浮上法として、汚水を加圧した後に常圧に戻すことで水中の溶解成分が気化して生成する微細気泡を利用する加圧浮上法が広く知られており、またラインミキサで気液混合物を攪拌して微細気泡を生成する構成も提案されている（特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−６６５３９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記の凝集分離法は、薬液に要するコストが嵩む上に、運転管理が面倒となる問題点を有している。また、加圧浮上法は、装置が大型化してコストが嵩む不都合があり、特にラインミキサを用いた構成では、運転管理の容易さを実現する上で有効であるものの、浮上分離槽での浮上効率が低く、装置の小型化を図ることに限界がある。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、凝集剤によらない浮上分離で維持管理面のコスト削減並びに運転管理の容易さを実現し、さらに浮上分離工程での浮上効率を高めて装置の大幅な小型化を図ることが可能なように構成された液体処理装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を果たすために、本発明においては、請求項１に示すとおり、液体処理装置の構成を、処理対象となる原液に含まれる懸濁物質を比重差により浮上させて集積分離する浮上分離部と、この浮上分離部の前段で原液中の懸濁物質に微細気泡を付着させて浮上分離部での分離操作を促進する前処理部とを有し、前記浮上分離部は、処理槽内に上下方向の循環流を発生させて懸濁物質の浮上を促進する回転体を備え、前記前処理部は、原液と所要の気体とを攪拌して原液中に微細気泡を生成する静止型混合器を備えたものとした。
【０００８】
これによると、原液に含まれる懸濁物質を簡易な構成で効率良く浮上分離することができる。例えば原液が、油分や浮遊固形物を含む汚水であれば、静止型混合器で汚水と空気とを攪拌すれば良く、これにより生成する微細気泡が油滴や固形物粒子に付着して油分や浮遊固形物の浮上を促進することができる。この場合、静止型混合器内で適切な攪拌処理が行われるように、所要の流速及び圧力を確保することが必要で、これにはポンプ圧送する構成とすれば良い。また、静止型混合器において原液と攪拌される気体は、一般的な水処理では空気を用いれば良いが、この他に、オゾンなどの反応性ガスを用いることも可能であり、また水以外の液体処理ではその化学的特性などに応じて適宜な気体を用いれば良い。
【０００９】
前記液体処理装置においては、請求項２に示すとおり、前記前処理部は、原液が導入されてこれを所要の時間滞留させる処理槽を有し、前記静止型混合器の上流側で気泡生成用の気体を注入しながら前記静止型混合器と前記処理槽との間で原液を循環させるようにした構成をとることができる。これによると、原液中に微細気泡を大量に生成して懸濁物質の浮上を促進することができる。
【００１０】
前記液体処理装置においては、請求項３に示すとおり、前記浮上分離部の後段に、その浮上分離部での処理済み液に次工程での有用ガスを混入する有用ガス接触部を有し、この有用ガス接触部は、前記浮上分離部での処理済み液が導入される処理槽と、処理済み液と有用ガスとを攪拌する静止型混合器とを有し、この静止型混合器の上流側で有用ガスを注入しながら前記静止型混合器と前記処理槽との間で処理済み液を循環させるようにした構成をとることができる。これによると、有用ガスの溶解成分及び微細気泡が処理済み液に付与され、多量の有用ガスを含む処理済み液を得ることができ、次工程での処理効率を高めることができる。例えば次工程で活性汚泥法などによる生物処理を行う場合には、好気生物処理に有用な溶存酸素濃度を高めるために空気などの酸素含有ガスを処理水に附加すれば良い。
【００１１】
前記液体処理装置においては、請求項４に示すとおり、前記浮上分離部の回転体は、略円形状の断面をなし、その下端を前記処理槽の底壁から離間させて、垂直軸回りに回転可能に前記処理槽の概ね中心位置に設けられた構成をとることができる。これによると、回転体の回転により処理槽内に液体が垂直軸回りに旋回流動する一次流に付随してこれに直交する上下方向に循環する二次流を顕著に発生させることができ、この二次流により浮上分離が促進される。
【００１２】
この場合、懸濁物質に微細気泡が付着することでみかけ比重が原液より大幅に低くなった浮上成分は、二次流の向きに応じて液面外周部あるいは液面中心部に集積し、掻き取り手段や越流により容易に回収することができる。また、原液より高比重の沈降成分は、二次流の向きに応じて底壁の中心部あるいは外周部に集積し、ポンプなどの回収手段により容易に回収することができる。
【００１３】
なお、回転体は、下面が開放されて内部を処理対象液が流通する構成の他、下面が閉鎖された構成も可能である。また、回転体の形状は、軸方向に均一な断面をなすものの他、軸方向で断面形状が異なるものも可能であり、処理対象液の性状やこれに含まれる懸濁物質の特性などに応じて適切な流れが処理槽内に形成されるように適宜に決定すれば良い。
【００１４】
前記液体処理装置においては、請求項５に示すとおり、前記静止型混合器は、円筒状のケーシングの内部の流路中に複数の抵抗体が配設され、該複数の抵抗体が、共に内周面側から中心部に向けて板状に突出され、下流側に傾斜した状態で互いに接触しないように軸線方向に所定の間隔をおき、かつ周方向に順次所定角度ずつずらして設けられた構成をとることができる。これによると、所要の圧力及び流速で液体と気泡生成用の気体とを静止型混合器に導入することで、内部に強力な乱流が発生して気液混合物が激しく攪拌されるため、気泡が細かく破砕されて微細気泡が高密度で生成し、浮上分離部での懸濁物質の浮上効率を飛躍的に高めることができ、また有用ガス接触部での気液接触効率が大幅に高められる。
【００１５】
前記静止型混合器においては特に、一対の抵抗体が概ねハ字形状をなすように筒状体の互いに対向する内周面から舌状に突出され、かつその一方の抵抗体が筒状体の中心線と交差するように他方より長尺に形成された抵抗体エレメントを有し、この抵抗体エレメントは、複数のものが周方向に順次所定角度ずつずらしながら軸線方向に列べて内部に挿設された構成とすると良い。
【００１６】
これによると、抵抗体が舌状をなすことから、抵抗体に衝突した流れは抵抗体の周囲に多方向に分散され、抵抗体の背面側で巻き込みによる渦流（伴流）が生じ、この抵抗体による流通流体の衝突、分散並びに巻き込みが次々と繰り返されることで、強力な乱流が発生して流通流体が激しく撹拌される。さらに、抵抗体エレメントを流れ方向に沿って周方向に所定角度ずつずらしながら配置することで、筒状体の中心線と交差するように長尺に形成された抵抗体が全体として螺旋状に配置され、その作用によって流通流体に筒状体の中心線を中心とした旋回流が発生し、下流部で継続して撹拌が行われる。
【００１７】
その上、抵抗体を流れに逆らわないように下流側に傾斜した状態で筒状体の内周面から突出させた単純な構成であるため、繊維状あるいは粒子状の固形物が引っかかったり堆積したりするところがなく、固形物を大量に含む原液でも目詰まりを起こすことなく安定して処理を行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明が適用された水処理装置の概略構成を示す模式図である。この水処理装置は、食品工場排水のように油分及びタンパク質などの有機性の懸濁物質を多量に含む原水（原液）から懸濁物質を分離除去し、さらに次工程での生物処理に有用な溶存酸素濃度を高めるものであり、原水に含まれる懸濁物質を水との比重差により浮上させて集積分離する浮上分離部１と、この浮上分離部１の前段で原水中の懸濁物質に微細気泡を付着させて浮上分離部１での分離操作を促進する前処理部２と、浮上分離部１の後段でその浮上分離部１での処理水と空気（有用ガス）とを接触させて溶存酸素濃度を高める溶存酸素附加部（有用ガス接触部）３とを有している。
【００２０】
前処理部２は、原水が導入されてこれを所要の時間滞留させる処理槽５と、原水と空気とを攪拌して原液中に微細気泡を生成する静止型混合器６と、処理槽５から水を引き抜いて静止型混合器６に送り込むポンプ７とを有し、静止型混合器６から送り出された水が処理槽５に戻され、処理槽５と静止型混合器６との間で水を循環させながら、静止型混合器６で所要の時間に渡って連続的に原水と空気とが撹拌される。これにより、原水中に多量の微細気泡が生成する。なおここでは、コンプレッサ８により加圧された空気が静止型混合器６の上流側で原水中に注入される。
【００２１】
前処理部２の処理槽５には、阻流壁１１により原水流入部１２と静置部１３とが画成されており、この阻流壁１１は、消波のために水面上に突出され、阻流壁１１の下部の連通部を経て原水流入部１２から静置部１３に原水が導入される。またこの処理槽５は、浮上分離部１の処理槽２１と仕切壁１５の下部で連通されおり、この連通部から原水が浮上分離部１に導入される。仕切壁１５の手前側には阻流壁１６が設けられており、ここから越流により静置部１３の上澄水が回収されて浮上分離部１に送られる。なお、静置部１３内には、適宜に阻流壁を複数設けるようにしても良い。
【００２２】
浮上分離部１は、前処理部２を流通した原水が導入されてこれを所要の時間滞留させる処理槽２１と、この処理槽２１内に上下方向の循環流を発生させて懸濁物質の浮上を促進する回転ドラム（回転体）２２とを有している。処理槽２１の上部には、回転ドラム２２の外側を周回して浮上成分Ａを回収する浮上成分掻き取りレーキ２４が設けられており、ここで回収された浮上成分は、浮上成分回収シュータ２５を介して搬出用カート２６に投入される。処理槽２１の下部には、沈降成分Ｂを回収する沈降成分回収口２７が設けられており、沈降成分がポンプ２８により引き抜かれて搬出用カート２６に送られる。
【００２３】
回転ドラム２２は、円筒状をなし、処理槽２１の略中心位置に配置され、その下端を処理槽２１の底壁から離間させると共に、上端を水面上に突出させた態様で垂直軸回りに回転可能に設けられており、モータ２３により駆動される。なお、回転ドラム２２は、上端を水面下に没入させた形態も可能である。
【００２４】
溶存酸素附加部３は、浮上分離部１での処理水が導入されてこれを所要の時間滞留させる処理槽３１と、処理水と空気とを攪拌する静止型混合器３２と、処理槽３１から処理水を引き抜いて静止型混合器３２に送り込むポンプ３３とを有し、静止型混合器３２から送り出された処理水が処理槽３１に戻され、処理槽３１と静止型混合器３２との間で処理水を循環させながら、静止型混合器３２で所要の時間に渡って連続的に処理水と空気とが撹拌される。これにより、処理水中に微細気泡が多量に生成し、高い気液接触効率により高濃度の溶存酸素が処理水に附加される。なおここでは、コンプレッサ８により加圧された空気が静止型混合器３２の上流側で処理水中に注入される。
【００２５】
図２は、図１に示した浮上分離部を示す斜視図である。浮上分離部１では、回転ドラム２２の回転に伴って水が垂直軸回りに旋回流動する一次流Ｃと、この一次流に付随した二次流Ｄとが発生する。二次流Ｄは、一次流Ｃに直交する上下方向に循環する流れであり、水面付近で外向きとなり、処理槽２１の周壁２１ａ付近で下向きとなり、処理槽２１の底壁２１ｂ付近で内向きとなり、処理槽２１の中心部寄りで上向きとなる。この二次流Ｄの作用により、浮上成分Ａが液面外周部に集積する。また二次流Ｄの作用により、沈降成分Ｂが底壁２１ｂの中心部に集積し、原水に含まれる砂などの高比重の懸濁物質も分離することができる。なお、回転ドラム２２の適所に内外を連通する開口を設けると、回転ドラム２２の内部を通る二次流Ｄを発生させることができる。
【００２６】
図３は、図１に示した静止型混合器の要部を示す斜視図である。この静止型混合器は、円筒状のケーシング４０内に多数の抵抗体エレメント４１を挿設してなっている。この抵抗体エレメント４１は、円形断面をなす筒状体４２の互いに対向する内周面から第１・第２の一対の抵抗体４３・４４がそれぞれ中心部に向けて舌状に突出されたものであり、筒状体４２が連続して流路を形成する。
【００２７】
抵抗体４３・４４は、共に下流側に向けて傾斜した状態でハ字形状に配置されており、両抵抗体４３・４４間に所要の間隔が確保されるように軸線方向にずらして設けられている。図４及び図５に併せて示すように、上流側の第１の抵抗体４３は筒状体４２の中心線と交差しないように短尺に、下流側の第２の抵抗体４４は筒状体４２の中心線と交差するように長尺に形成されている。
【００２８】
筒状体４２の軸線方向の端部には、隣接するものに対して４５度ずつずらして結合されるように凹凸が形成されている。また、軸線方向に沿った分割線により一対の抵抗体４３・４４がそれぞれ形成された２つの分割体４２ａ・４２ｂに分割可能になっている。これにより製造を容易にすると共に、表面に付着した障害物を簡単に除去することができる。
【００２９】
このようにしてなる抵抗体エレメント４１は、ケーシング４０内に挿設するにあたり、図６中に想像線で示す直前の抵抗体エレメント４１に対して周方向に４５度ずらして配置される。以下、後続の抵抗体エレメント４１もそれぞれ、直前のものに対して４５度ずつ同一方向にずらして配置され、最初の抵抗体エレメント４１に対してはそれぞれ、周方向に４５度、９０度、１３５度、１８０度といった角度位置となる。したがって、全体として見ると、ハ字形状に対をなす抵抗体４３・４４がそれぞれ、抵抗体エレメント４１のずらし角度に応じたリード角をもって螺旋を描くように配置される。
【００３０】
このため、流体が内部に導入されると、最初の抵抗体エレメント４１の抵抗体４３・４４に相対する流れはこれらの抵抗体４３・４４に衝突して周囲に分散され、これらの抵抗体４３・４４に相対しない流れもショートパスすることなく下流側の抵抗体エレメント４１の抵抗体４３・４４のいずれかに衝突して多方向に分散され、内部に強力な乱流が発生する。
【００３１】
このようにして、静止型混合器６・３２に導入された空気などの気体と水との気液混合物に激しい乱流が発生し、この乱流による撹拌作用で空気の微細気泡が高密度で生成し、この微細気泡が粗大化することなく持続する。このため、前処理部２及び浮上分離部１で懸濁物質に多量の微細気泡が付着し、浮上分離部１の浮上効率が大幅に高められる。また溶存酸素附加部３では水と酸素との接触効率が大幅に高められ、さらに下流配管内でも持続する微細気泡により水中への酸素の溶解が進行し、高濃度の溶存酸素が処理水に付与される。
【００３２】
図７は、図１に示した浮上分離部の変形例を示す上面から見た模式図である。ここでは、浮上分離部５１の処理槽５２に回転ドラム５３が設けられ、処理槽５２内で回転ドラム５３の回転に伴って水が垂直軸回りに旋回流動する一次流Ｃが発生する。処理槽５２には、静止型混合器６を流通した原水が流入部５５を介して導入され、この流入部５５では処理槽５２に対して接線方向、すなわち一次流Ｃに沿う向きに原水を導入するようになっている。
【００３３】
図８は、図７に示した浮上分離部の流入側を示す模式図である。流入部５５には、静止型混合器６を流通した原水を導入する導入部５７が下部に設けられ、上下方向中間部分には横向きに配置された阻流壁５８が設けられている。導入部５７から導入された原水は、阻流壁５８の下面側で転向して導入部５７側に設けられた連通部を経て阻流壁５８の上面側に導入された後、浮上分離部５１の処理槽５２に流入する。
【００３４】
図９は、図７に示した浮上分離部の流出側を示す模式図である。浮上分離部５１の処理槽５２では、回転ドラム２２の回転に伴って水が垂直軸回りに旋回流動する一次流に付随した二次流Ｄが発生し、この二次流Ｄの作用により浮上成分Ａが液面外周部に集積する。この浮上成分Ａは水と共に流出部６０に導入される。流出部６０には、水面付近に設けられた阻流壁６１により浮上成分滞留部６２が形成されており、ここに滞留する浮上成分Ａは、図７に示した回収ピット６５に導入されて回収される。他方、浮上成分Ａと共に流出部６０に流入した水は、阻流壁６１の下側の連通部並びに阻流壁６３の上側の連通部を経て、流出部６０の下部に設けられた排出部６４から回収される。
【００３５】
またこの例では、図８・図９に示したように、回転ドラム５３は、円錐台形状をなしており、断面が下方に向けて次第に小さくなる漸縮形態をなしている。これによると、図２に示した軸方向に均一な断面をなす寸胴な円筒状の回転ドラム２２と比較して、強力な一次流Ｃを発生させることができ、この一次流に付随した二次流Ｄも強力なものとなり、浮上成分の浮上並びに沈降成分の沈降の効率を高めることができる。
【００３６】
なお、回転ドラムは、この例とは逆に断面が下方に向けて次第に大きくなる漸拡形態も可能である。この場合、二次流Ｄの向きが逆になるため、浮上成分が液面中心部に集まり、沈降成分が底壁外周部に集積する。また、断面が下方に向けて次第に小さくなる漸縮部分と、断面が下方に向けて次第に大きくなる漸拡部分とを組み合わせた構成、さらに断面が軸方向に均一な寸胴部分に、漸縮及び漸拡の形態を組み合わせた構成も可能である。
【００３７】
【発明の効果】
このように本発明によれば、前処理部で静止型混合器を用いて原液と所要の気体とを攪拌して原液中に微細気泡を多量に生成し、これを浮上分離部に導いて回転体により発生する上下方向の循環流により懸濁物質を浮上させるため、原液に含まれる懸濁物質を簡易な構成で効率良く浮上分離することができる。このため、凝集剤によらない浮上分離で維持管理面のコスト削減並びに運転管理の容易さを実現し、さらに浮上分離工程での浮上効率を高めて装置の大幅な小型化を図ることが可能となり、省スペースでかつ低コストな懸濁物質分離処理を実現する上で極めて顕著な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された水処理装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図１に示した浮上分離部を示す斜視図である。
【図３】図１に示した静止型混合器の要部を示す斜視図である。
【図４】図２に示した抵抗体エレメントを示す断面図である。
【図５】図２に示した抵抗体エレメントを上流側から見た正面図である。
【図６】図２に示した抵抗体エレメント相互の配置状況を説明するための図５と同様な正面図である。
【図７】図１に示した浮上分離部の変形例を示す上面から見た模式図である。
【図８】図７に示した浮上分離部の流入側を示す模式図である。
【図９】図７に示した浮上分離部の流出側を示す模式図である。
【符号の説明】
１  浮上分離部
２  前処理部
３  溶存酸素附加部（有用ガス接触部）
５  処理槽
６  静止型混合器
２１  処理槽
２２  回転ドラム（回転体）
３１  処理槽
３２  静止型混合器
【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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