(57)【要約】【課題】  凝集設備を備えて磁性粉を含む凝集フロック生成する設備を有する凝集磁気分離装置において、添加剤（無機凝集剤、磁性粉等）の効率的な分散混合と、それによる機械式急速撹拌槽の小型化、省動力化、並びに原水送水ポンプ（システム全体）の低動力化を実現することを目的とする。【解決手段】  急速撹拌槽１４Ａと原水送水ポンプ１２をつなぐ原水通水用の配管１５において無機凝集剤（及び磁性粉）を配管１５内にインライン注入する設備を供え、当該設備において注入孔３２、３２、３２を複数備える。【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水取水ポンプと撹拌混合槽とを連結する原水通水管に、添加剤の注入部が設けられ、原水通水管内を流れる原水に前記注入部から添加剤を注入する磁気分離装置における添加剤の多点注入構造において、
前記原水通水管の断面内において複数の添加剤注出孔を備えることを特徴とする磁気分離装置における添加剤の多点注入構造。
【請求項２】
前記添加剤注出孔が、前記原水通水管の中心から一定の距離で、かつ一定の位相角度で複数配置される請求項１に記載の磁気分離装置における添加剤の多点注入構造。
【請求項３】
前記添加剤注出孔が、前記原水通水管の中心、及び該中心から一定の距離で、かつ一定の位相角度で複数配置される請求項１に記載の磁気分離装置における添加剤の多点注入構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中の汚濁物質を磁性物質とともに凝集して除去する凝集磁気分離技術に係わり、特に磁性フロックを生成させるための添加剤である無機凝集剤と磁性粉との注入構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
固形浮遊物の高速除去手段に、凝集剤で生成されるフロックに磁性粉を種付けして磁気力に反応するよう処理を施した後、磁気力により、分離回収するマグシード法と呼ばれる固液分離手法が従来から知られている。
【０００３】
上記方式は、従来技術である凝集剤を用いた固液分離において、分離速度と分離能力を高めた改良方式である。
【０００４】
特許文献１に開示された固液分離装置は、被分離物質である汚濁粒子を有する原水に、凝集剤（添加剤）を添加してフロックを生成し、このフロックを重力沈降やろ過などの手法により回収するものである。この際、混合槽に凝集剤を添加し、混合槽内で撹拌機により混合している。
【特許文献１】特開２００２−６６２０７号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
凝集剤を用いる水処理において、凝集剤（添加剤）の注入構造・方式は、連続通水式の撹拌混合槽（以下、急速撹拌槽と称する）において添加剤の分散と同時に、数十μmオーダーの微細なフロック（マイクロフロックと称する）の形成の役割を果たす。
【０００６】
しかしながら、このような連続通水式の急速撹拌槽の流体中における添加剤の完全混合は、バッチ式の撹拌混合槽と異なり、槽内流体の短絡等により、十分に行うことは困難であった。また、添加剤の完全な混合がなされた後、この急速撹拌槽において、添加剤と原水中汚濁粒子のマイクロフロックが形成されなければならない。よって、急速撹拌槽での滞留時間を長くとる必要があり、しいては急速撹拌槽の容積の大型化が要求されていた。
【０００７】
また、配管（原水通水管）内での添加剤の注入は、通常の場合、配管内の壁面、もしくは配管の中心まで注入器が延ばされて注出されることがある。しかしながら、添加剤の配管内での分散・混合は、凡そ配管内径（代表径）の２乗に比例する。
【０００８】
混合時間をＴ、配管の内径をＤ、及び主流体（原水）の動粘性をνとすると、混合時間Ｔは次のように表される。
【０００９】
Ｔ∝Ｄ２／ν  …（式１）
大容量処理になる場合（通水流量が増える場合）、流速を一定の条件で設計されることが多い。したがって、大容量になるほど、配管の内径が大きくなり、混合に必要な距離が長くなる。よって、これを補うために、その後段における凝集処理装置の急速撹拌槽内での混合処理が必要である。急速撹拌の役割は、添加剤の混合と、マイクロフロックの生成であるが、これら二つの役割の内、特に前者に要する時間を短縮することは、装置小型化の課題の一つと考えられていた。
【００１０】
本発明の目的は、撹拌混合槽での滞留時間を短縮化し、それにより撹拌混合槽の容積を小型化するための、磁気分離装置における添加剤の多点注入構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明では、原水取水ポンプと撹拌混合槽とを連結する原水通水管に、添加剤の注入部が設けられ、原水通水管内を流れる原水に前記注入部から添加剤を注入する磁気分離装置における添加剤の多点注入構造において、前記原水通水管の断面内において複数の添加剤注出孔を備えることを特徴とする。
【００１２】
すなわち、本発明は、添加剤の撹拌混合槽につながる原水通水管において、原水通水管の原水取水ポンプと撹拌混合槽の間に、添加剤の注入部を設け、インライン方式で添加剤を配管内に注入し、かつ注入箇所を配管断面内において複数の添加剤注出孔を備えることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明は、前記添加剤注出孔が、前記原水通水管の中心から一定の距離で、かつ一定の位相角度で複数配置されることが好ましい。
【００１４】
更に、本発明は、前記添加剤注出孔が、前記原水通水管の中心、及び該中心から一定の距離で、かつ一定の位相角度で複数配置されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による磁気分離装置における添加剤の多点注入構造は、添加剤の混合安定性を確保することができるため、常時磁気分離装置へ送る磁性凝集フロックを安定供給することが可能となり、水処理システムとしての水質安定を確保することができる。
【００１６】
具体的な効果は次の通りである。
１．各々の注出孔が担う拡散距離が小さくなるため、短時間で配管内の拡散・混合が実現できる。
２．撹拌混合槽における、添加剤混合に必要な時間が削除、もしくは著しく短縮されるため、撹拌混合槽を小型化することが可能である．
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係る実施の形態について説明する。
【００１８】
実施の形態の汚濁水浄化装置は、例えば、湖沼河川水等の汚濁水浄化装置である。
【００１９】
はじめに、本実施の形態に係る汚濁水浄化装置の汚濁水浄化処理について説明する。
【００２０】
汚濁水浄化装置は、汚濁物の除去対象となる原水に、四三酸化鉄等の磁性粉を添加し、凝集剤のポリ塩化アルミニウムや塩化鉄または硫酸第二鉄などの無機凝集剤を加えて撹拌し、原水中の固形浮遊物や藻類、菌類、微生物等の汚濁物と磁性粉とを凝集剤によって数十マイクロメートル程度の大きさに結合させた磁性マイクロフロックを生成させる。さらに、このように生成された磁性マイクロフロックには、１マイクロメートル程度の大きさを有する大腸菌群等のバクテリアも凝集されて捕集されることになる。
【００２１】
このように生成された数十マイクロメートル程度の磁性マイクロフロックに、アニオン系もしくはノニオン系の高分子補強剤を添加して、さらに撹拌し、磁性マイクロフロックを数百から数ミリメートル程度の大きさに結合させた磁性フロックを生成する。
【００２２】
このように生成された磁性フロックは、最初に、永久磁石を内蔵し等間隔に配列された連続回転式ディスク型磁気分離装置に送られて磁気分離処理される。そして、原水から磁性フロックを生成させた前処理水の液面以下の部位にある磁性フロックが付着した該ディスク表面を、前処理水の液面上部の大気部まで移動させる。これにより、磁気分離装置においては、磁気フロックがディスク表面に吸着されて汚泥状になり、この汚泥は磁気力によるディスク表面への吸引により、脱水厚密されたスラッジとなる。大気部に移動したディスク表面の磁性フロックの汚泥は、回転ディスク間に配置されたスクレーパ付トラフにより掻き取られ回収される。同時に磁気分離ディスク表面は再生され、再び前処理水内に移動し、次の磁気分離処理を行う。前記トラフに回収された汚泥は、汚泥搬送手段により凝集磁気分離処理装置系外に移送される。
【００２３】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２４】
図１は、実施の形態の凝集磁気分離装置１０の処理を説明する処理系統図である。
【００２５】
はじめに、図１を参照して、凝集磁気分離装置１０の処理系統を説明する。
【００２６】
ポンプ１２は、原水を取水するポンプであり、このポンプ１２には、図示しないフィルタが備えられ、このフィルタによって数ミリメートル以上の径を有する比較的大きなゴミが予め取り除かれる。
【００２７】
ポンプ１２で送水される原水は、攪拌槽１４を構成する上流側の急速撹拌槽１４Ａに配管（原水通水管）１５を介して送水される。この配管１５には、四三酸化鉄等の磁性粉の貯留及び注入をする磁性粉供給装置１６と、ポリ塩化アルミニウム、塩化鉄または硫酸第二鉄等の水溶液等の無機凝集剤の貯留及び注入をする無機凝集剤供給装置１８とが接続され、配管１５を流れる原水に磁性粉供給装置１６から磁性粉が添加されるとともに、無機凝集剤供給装置１８から無機凝集剤が添加される。
【００２８】
急速撹拌槽１４Ａでは、モータ等の回転駆動される撹拌翼により、高速度で原水とシーディング剤とを撹拌し、数十マイクロメートル程度の大きさの凝集体（磁性マイクロフロックと称する）を含んだ前処理水を生成する。この磁性マイクロフロックには、磁性粉、原水中の固形浮遊物粒子、バクテリア、プランクトンなどが取り込まれる。
【００２９】
その後、磁性マイクロフロックを含んだ前処理水は、配管１７を介して緩速撹拌槽１４Ｂに送水される。配管１７には、高分子剤調整装置２１が接続され、配管１７を流れる前処理水に、高分子剤調整装置２１からアニオン系またはノニオン系高分子補強剤等が添加される。
【００３０】
緩速撹拌槽１４Ｂでは、モータ等で回転駆動される撹拌翼により、低速度で磁性マイクロフロックを含んだ水溶液と高分子補強剤とがゆっくりと撹拌され、数百マイクロメートルから数ミリメートル程度の大きさの磁性フロックを含む前処理水が生成される。
【００３１】
緩速撹拌槽１４Ａは、一段でなく数段の撹拌槽を直列連結して構成してもよく、この構成によれば、上流側から下流側の緩速撹拌槽に移動するに従い、撹拌槽の撹拌翼回転速度が低くなるように設定することが好ましい。これにより、上流側から生成成長される磁性フロックは、段階的に大型成長し、かつ上述の撹拌翼回転速度が段階的に低くなることにより、成長したフロックが破壊されることなく生成される。
【００３２】
このように生成された前処理水は、配管を介して磁気分離装置２０に送水される。
【００３３】
磁気分離装置２０は、原水中の磁性フロックＦを磁気力によって吸着分離するものであり、磁気分離装置２０によって、原水中の磁性フロックＦの約９０％が分離除去される。磁気分離装置２０で除去された磁性フロックＦは、遠心分離機やベルトプレス機等の脱水装置２５により、含水率８０％程度まで低減された後、トラック等により埋め立て処分場や焼却場、あるいは堆肥製造工場等に送られる。
【００３４】
次に、図２〜図７に示す添加剤注入構造について説明する。なお、図２、図３の添加剤注入構造は比較例であり、図４〜図７の添加剤注入構造が実施例である。また、図２の添加剤注入構造をケース１、図３の添加剤注入構造をケース２、図４の添加剤注入構造をケース３、図５の添加剤注入構造をケース４、図６の添加剤注入構造をケース５、図７の添加剤注入構造をケース６と称する。
【００３５】
図２に示したケース１は、配管１５の内壁面に注入点を設けた構造であり、図３に示したケース２は、配管１５の中央に注入点を設けた構造であり、図４に示したケース３は、配管１５の中心に対して対称位置に２箇所の注入点を設けた構造であり、図５に示したケース４は、配管１５の中心に対して点対称位置に４箇所の注入点を設けた構造である。
【００３６】
また、図６に示したケース５は、配管１５の中心位置と、この中心位置に対して対称位置とに３箇の注入点を設けた構造であり、図８にその概略構造が示されている。図８によれば、配管１５に無機凝集剤供給管３０を貫通配置し、この無機凝集剤供給管３０の注入点である薬剤注出孔３２、３２、３２から無機凝集剤を原水の流れ方向に供給する。
【００３７】
更に、図７に示したケース６は、配管１５の中心位置と、この中心位置に対して点対称位置とに５箇の注入点を設けた構造であり、図９にその概略構造が示されている。図９によれば、配管１５に十字形状の無機凝集剤供給管３４を貫通配置し、この無機凝集剤供給管３４の注入点である薬剤注出孔３６、３６…から無機凝集剤を原水の流れ方向に供給する。
【００３８】
ところで、図６と図８は、薬剤注出孔３２、３２、３２が、配管１５の中心位置、及びこの中心位置から一定の距離で、かつ一定の位相角度で２個配置された場合の構造概念図である。図７と図９は、薬剤注出孔３６、３６…が、配管１５の中心位置、及びこの中心位置から一定の距離で、かつ一定の位相角度で４個配置された場合の構造概念図である。これらは、無機凝集剤と磁性粉の添加に用いられる。
【００３９】
既に前に述べたように、配管１５内に薬剤を添加した後の拡散は、その配管１５の径に大きく依存する。具体的には、薬剤の配管１５内での分散・混合は，凡そ該配管内径（代表径）の２乗に比例する。前述の式を改めて示すと、混合時間をＴ、配管の内径をＤ、及び主流体（原水）の動粘性をνとすると、混合時間Ｔは次の式で表される。
【００４０】
Ｔ∝Ｄ２／ν  …（式１）
そこで、図４から図９に示すように、添加剤の注出孔を複数にすることにより、それぞれの孔から注出される薬剤の拡散が担うべき距離は、例えば注出孔が中心に１つ、もしくは壁面に１つある場合に比べて小さくすることができる。
【００４１】
したがって、混合時間を短縮化すると同時、配管１５中で効率的に拡散混合することが可能になる。よって、それに続く急速撹拌槽１４Ａは、マイクロフロックの生成のみを担うことになるので、急速撹拌槽１４Ａの容積の節約、すなわち小型化を実現することが可能となる。また、注出孔の複数化による添加剤の効率的拡散混合により、その混合時間の短縮化を更に図ることができ、これによって必要配管長を短くすることも可能である。
【００４２】
図１０は、ケース１〜６の添加剤注入構造において、添加剤が配管１５内で拡散混合するまでの長さを配管１５の内径Ｄに対して示したグラフである。それぞれ配管１５内を流れる原水の流速は同速である。ケース１に対してケース２は、一点注入であるが配管長を短くできる利点があるが、ケース２に対して多点注入の実施例のケース３〜６は配管長を大幅に短くできる利点がある。
【００４３】
また、図１１は、ケース２とケース３との混合時間を示したグラフであり、△マークがケース２の経過時間における混合率の変化を示し、○マークがケース３の経過時間における混合率の変化を示している。同図によれば、ケース３はケース２に対して、添加剤が配管１５内において拡散混合（混合率１００％）するまでの時間を約半分に短縮することができる。
【００４４】
以上の実施例では、無機凝集剤と磁性粉を添加する急速撹拌槽１４Ａにつながる配管１５における注出孔構造について述べたが、急速撹拌槽１４Ａと緩速撹拌槽１４Ｂとを接続する配管１７における高分子凝集剤の注出においても、適用可能なことは言うまでもない。また、注出孔を配管１５の断面中心に対し、一つの同心円上に配置した場合の実施例について説明したが、同心円を複数にしても良いことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の磁気分離装置を含んだ汚濁水浄化システムのフローを示すブロック図
【図２】薬剤注出孔が配管の内壁面に配置された場合の構造概念図
【図３】薬剤注出孔が配管中心に配置された場合の構造概念図
【図４】薬剤注出孔が配管中心から一定の距離で、かつ一定の位相角度で２個配置された場合の構造概念図
【図５】薬剤注出孔が配管中心から一定の距離で、かつ一定の位相角度で４個配置された場合の構造概念図
【図６】薬剤注出孔が配管中心、及び配管中心から一定の距離で、かつ一定の位相角度で２個配置された場合の構造概念図
【図７】薬剤注出孔が配管中心、及び配管中心から一定の距離で、かつ一定の位相角度で４個配置された場合の構造概念図
【図８】図６に示した添加剤注入構造の斜視図
【図９】図７に示した添加剤注入構造の斜視図
【図１０】ケース１〜６の添加剤注入構造において、添加剤が配管内で拡散混合するまでの長さを配管の内径に対して示したグラフ
【図１１】ケース２とケース３との混合時間を示したグラフ
【符号の説明】
【００４６】
１０…汚濁水浄化システム、１２…原水ポンプ、１４…凝集装置、１４Ａ…急速攪拌槽、１４Ｂ…緩速攪拌槽、１５…配管、１６…磁性粉添加装置、１８…凝集剤添加装置、１９…攪拌羽根、２０…磁気分離装置、２４…フィルタ分離装置、２５…脱水装置、３０…無機凝集剤供給管、３２…薬剤注出孔、３４…無機凝集剤供給管、３６…薬剤注出孔
【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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