JP2005161234A

JP2005161234A - 水中固形粒子濃縮装置及び水処理システム

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Publication number: JP2005161234A
Application number: JP2003405514A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Takaishi; 龍夫高石; Hirokazu Akagawa; 裕和赤川; Noriyasu Inanaga; 紀康稲永
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-12-04
Filing date: 2003-12-04
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2023-12-04
Also published as: JP4335652B2

Abstract

【課題】必要とする遠心分離機の台数を削減することにより経済的な水処理システムを構築し得る水中固形粒子濃縮装置を提供する。
【解決手段】駆動モータ１７で回転駆動される回転円盤１１、１２、１３の外周面と固定ハウジング１４、１５、１６との間に形成する円環状の密閉空間である円環部１４ａ、１５ａ、１６ａに処理水を連続的に供給し、この処理水を回転円盤でつれ回りさせることにより、処理水中の固形粒子に遠心力を作用させて、この固形粒子を円環部の外周側に凝集させるようにしたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は水中固形粒子濃縮装置及び水処理システムに関し、特に排水処理及び油水処理等の製品又はこれらの応用製品に適用して有用なものである。

オイルタンカー等で実用化されているスクラバーは排ガス中に含まれる煤塵やＳＯｘを水洗するため、これらを高効率で除去できることが知られている。このときの水洗した排水には煤塵や硫酸分が混在しているが、そのまま外洋に廃棄している。したがって、環境保全の観点から対策が望まれている。

ところで、排水中の煤塵等を連続的に除去する場合に使用される遠心分離機は、除去する物の濃度が１％程度まで処理可能であるが、スクラバー等の排水に含まれる固形粒子の水中濃度は数１０〜数１００ｐｐｍのレベルである。すなわち、数０．００１％〜数０．０１％レベルである。すなわち、その分、水の量が５０〜１００倍多いレベルにある。

上述の如きこの多量の水の中に存在する煤塵等を連続的に除去するには、大形タンカー等では、数百台の遠心分離機を必要とすることになる。これでは、経済性が成立しない。このため、固形粒子の水中濃度を前処理で濃度増加させる必要がある。ちなみに、分離板形遠心分離機の処理能力は最大５〜７ｔ／ｈ、スクラバーの水量は２０〜３０ｋｇ／ｈ／ｋＷであり、３０００ｋＷのエンジンの場合は、６００〜９００ｔ／ｈである。

なお、汚濁水や懸濁液などを迅速に固形分と清澄液とに分離することができる凝集装置を開示する公知文献として特開２０００−３１７２１８号公報がある。これは、処理対象の原液と凝集剤との混合液を捕集する捕集器具と、混合液を送給するための捕集器具の底部に接続され、螺旋状に配置された環状体と、環状体内で発生する固形分と清澄液とを排出する排出口とを備える。

かかる構成とすることにより、処理対象の原液と凝集剤との混合液が、螺旋状に曲がった管状体の内周面に沿って移動する際に、原液に含まれている固形粒子と凝集剤との接触頻度が増加して、マイクロフロックの形成が促進されるとともに、これらのマイクロフロックを核とする大きなフロックを比較的短時間で形成することができる。この結果、固形分と清澄液とを迅速に分離することができる。

特開２０００−３１７２１８号公報

本発明は、上記従来技術に鑑み、希薄な固形粒子混合水を濃度アップ混合水と超希薄固形粒子混合水とに分け、必要とする遠心分離機の台数を削減することにより経済的な水処理システムを構築し得る水中固形粒子濃縮装置を提供すことを目的とする。

上記目的を達成する本発明の構成は次の点を特徴とする。

１）駆動源による回転軸の回転で回転駆動される回転円盤と、
内周側開口が前記回転円盤の外周面に臨むよう前記回転円盤の外周側に同心配置してあり、前記回転円盤の外周面とともに円環状の密閉空間である円環部を形成する固定ハウジングと、
前記円環部に固形粒子を含有する処理水を供給する供給管と、
前記円環部から前記処理水を排出する排出管とを有すること。

２）上記１）に記載する水中固形粒子濃縮装置において、
一個の回転円盤と一個の固定ハウジングとからなるユニットを回転軸の軸方向に複数個配設して多段構造とし、上段のユニットの排出管がこれの直下で隣接する下段のユニットの供給管となるよう順次供給管及び排出管を各ユニットの円環部に連通させ、
最上段のユニットの供給管を介して供給する処理水を上段のユニットから下段のユニットに向けて順次供給し、各ユニットで所定の処理をした後、最下段のユニットの排出管を介して排出するように構成したこと。

３）上記１）に記載する水中固形粒子濃縮装置において、
回転円盤は一個で構成するとともに、
円環部は前記回転円盤の外周側で上方から下方に向けて処理水を螺旋状に流通させる螺旋状流路として構成したこと。

４）上記１）乃至３）のいずれか一つに記載する水中固形粒子濃縮装置において、
供給管は円環部の接線方向に処理水を流入させるととともに、排出管は円環部の接線方向に処理水を排出するように構成したこと。

５）上記１）乃至４）のいずれか一つに記載する水中固形粒子濃縮装置において、
最終段の排出管には、円環部の径方向の一箇所又は複数箇所に、流路を分割する分割板を配設し、固形分濃度が異なる複数種類の処理水を分離して排出し得るように構成したこと。

６）上記５）に記載する水中固形粒子濃縮装置において、
最終段の排出管から排出される各処理水の固形粒子の濃度を検出し、この濃度に応じて分割板の排出管における位置を調節するように構成したこと。

７）排ガス等の固形分を含むガスを水洗してこのガス中の固形分を除去するガス水洗手段と、
このガス水洗手段の洗浄後の固形分を含む排水が処理水として供給され、固形分濃度が異なる複数種類の固形粒子混合水を排出する水中固形粒子濃縮装置と、この水中固形粒子濃縮装置の排水のうち、固形粒子濃度が高い濃度アップ固形粒子混合水が供給され、この処理水を遠心分離して固形分を濃縮する遠心分離機とを有する水処理システムにおいて、
前記水中固形粒子濃縮装置が上記１）乃至６）の何れか一つに記載する水中固形粒子濃縮装置を有するものであること。

以上、実施の形態とともに具体的に説明した通り、請求項１に記載する発明は、上述の如き構成要件を有するので、
回転円盤を回転した状態で供給菅を介して円環部に供給した処理水をその粘性を利用して前記回転円盤とともにつれ回りさせることによりこの処理水中の固形分に遠心力を作用させて前記円環部の外周側に凝集させることができる。
この結果、本発明によれば、希薄な固形粒子混合水を高濃度固形粒子混合水と超希薄固形粒子混合水に分けることができる。このため、遠心分離機では、高濃度固形粒子混合水を処理すれば良く、遠心分離機の台数は濃度アップ混合水のみの容量で済む。ちなみに、濃度アップ領域が固形粒子濃度０．０１％〜１％にできると数台の遠心分離機の設置で対応可能となり経済性に極めて優れたものとなる。

請求項２に記載する発明は、上述の如き構成要件を有するので、
請求項１に記載する発明と同様の作用・効果を得るばかりでなく、ユニットの段数を適宜選択することにより固形粒子を所望の凝縮濃度とすることができる。

請求項３に記載する発明は、上述の如き構成要件を有するので、
複数段のユニット構造としたものと同様の機能を実現し得る。このとき、供給管及び排出管は一対で良いので、構造を可及的に簡素化することができる。

請求項４に記載する発明は、上述の如き構成要件を有するので、
円環部に対する処理水の供給及び排出を最も円滑に行うことができる。

請求項５に記載する発明は、上述の如き構成要件を有するので、
遠心力の作用により外周側に凝集された高濃度固形粒子混合水を良好に収集することができる。

請求項６に記載する発明は、上述の如き構成要件を有するので、
固形粒子混合水の濃度に応じて収集する混合水の範囲を容易に変更することができ、次の遠心分離機でさらに処理する必要がある混合水を容易に選択し得る。

請求項７に記載する発明は、上述の如き構成要件を有するので、
遠心分離機では、高濃度固形粒子混合水を処理すれば良く、遠心分離機の台数は濃度アップ混合水のみの容量で済む。すなわち、前処理工程に水中固形粒子濃縮装置を有するので、遠心分離機の台数を可及的に削減でき、当該水処理システムを合理的且つ経済的なものとすることができる。この結果、安価なコストで大量の水処理を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る水中固形粒子濃縮装置を有する排水処理システムを示すブロック図である。同図に示すように、排ガス水洗洗浄装置１は、例えばオイルタンカーのエンジンからの排ガスを水洗し、この排ガス中に含まれる煤塵やＳＯｘを水洗して除去するスクラバーで構成してある。この排ガス洗浄装置１の固形粒子を含む排水は、送水ポンプ２により、固形粒子除去装置３の水中固形粒子濃縮装置４にその処理水として供給される（この水中固形粒子濃縮装置４の具体的な構成等については後に詳述する）。

水中固形粒子濃縮装置４では、供給された処理水中の固形粒子を遠心力の作用により遠心方向に集め、径方向に関して中心に向かって固形粒子の濃度が徐々に薄くなる混合水とする。すなわち、高濃度固形粒子混合水５と超希薄固形粒子混合水６に分離する。これらのうち、高濃度固形粒子混合水５は、分離板形遠心分離機７にその処理水として供給される。分離板形遠心分離機７は、高濃度固形粒子混合水５を遠心分離して固形分を濃縮する。

分離板形遠心分離機７で濃縮した固形粒子を含む処理水は、超希薄固形粒子混合水６とともに有害成分処理装置８で所定の処理をした後、クーラ９を介して外部（例えば海水中）に排出する。ここで、有害成分処理装置８では、処理水中の油分とともに有害成分を処理して除去する。クーラ９は、例えば海水で有害成分処理装置８の排水を冷却する。この排水は、排ガス水洗洗浄装置１で、例えば高温の排気ガスを水洗した後の高温の排水等であり、高温水である場合が多いからである。

なお、本装置においては、排ガス水洗洗浄装置１は、例えば洗浄水取水ポンプ１０で海水を汲み上げてその主洗浄シャワー水として利用している。

図２は本発明の第１の実施の形態に係る水中固形粒子濃縮装置を横断面で見た構造を示す構造図で、（ａ）は全体を、また（ｂ）はその外周端部を拡大して示している。

図２（ａ）に示すように、当該水中固形粒子濃縮装置４−１は、回転円盤１１、１２、１３と固定ハウジング１４、１５、１６を有している。ここで、回転円盤１１乃至１３は、駆動モータ１７により増速機１８を介して回転駆動される。また、固定ハウジング１４乃至１６は、内周側開口が前記回転円盤１１乃至１３の外周面にそれぞれ臨むよう各回転円盤１１乃至１３の外周側に同心配置してあり、各回転円盤１１乃至１３の外周面とともに円環状の密閉空間である円環部１４ａ、１５ａ、１６ａをそれぞれ形成している。

本形態に係る装置は、１個の回転円盤１１乃至１３と、対応する１個の固定ハウジング１４乃至１６で構成されるユニットを３個有する多段構造の装置として構成してある。各ユニットは、回転軸１９の軸方向に配設して構成してあり、上段ユニットの排出管（図２には図示せず。）がこれの直下で隣接する下段のユニットの供給管（図２には図示せず。）となるよう、順次供給管及び排出管を各ユニットの円環部１４ａ乃至１６ａに連通させている。この結果、図中最上段のユニットの供給管を介して供給する処理水を上段のユニットから下段のユニットに向けて順次連続的に供給し、各ユニットで所定の処理をした後、最下段のユニットの排出管を介して排出するように構成してある。このときの円環部１４ａ乃至１６ａにおける処理水の流れ方向を図２（ａ）中に矢印で示す。

円環部１４ａ乃至１６ａの寸法や回転半径及び円環部１４ａ乃至１６ａの個数（ユニットの個数）は処理能力（処理水の通水量）や回転円盤１１乃至１３の回転数（遠心力）により異なる。また、処理ユニットの数に特別な制限はないが、段数が増えれば、その分効果的に処理水の固形粒子の分級を行うことができる反面、コストも増大する。したがって、この点も考慮して費用対効果の関係から適正な段数を決定する。

かかる本形態において、処理水の固形分を濃縮する際には、回転円盤１１乃至１３を駆動モータ１７で回転駆動した状態で円環部１４ａ乃至１６ａに処理水を通水する。この結果各円環部１４ａ乃至１６ａに充満される処理水が回転円盤１１乃至１３の外周面と接することにより、この処理水がその粘性により回転円盤１１乃至１３とつれ回りする。すなわち、円環部１４ａ乃至１６ａを流れる処理水は回転円盤１１乃至１３の回転により回転され、この結果処理水中の比重が大きい固形粒子が遠心力により円環部１４ａ乃至１６ａの遠心側に集められる。この点を定量的に考察すると次の通りである。

円環部１４ａ乃至１６ａに処理水を供給すると回転円盤１１乃至１３の回転により処理水及び固形粒子には次式（１）に示す遠心力Ｆが作用する。
Ｆ＝ｍ・ω² ・・・・・（１）
但し、ｍ：固形粒子の質量、Ｒ：回転半径、ω²：角加速度

上記遠心力Ｆと固形粒子の重量ｍｇの比を遠心効果Ｚとすると、これは次式
（２）の通りとなる。
Ｚ＝ｍ・Ｒ・ω²／ｍｇ＝Ｒ・ω²／ｇ・・・（２）

船舶用エンジンの燃料油や潤滑油の前処理装置として使用されている分離板遠心分離機は、この遠心効果が４０００〜１００００程度を有し比重１．２程度を分離可能である。

本形態の場合において、比重比として２〜４程度（土、炭素等と水の相対比）を考えると、遠心効果Ｚとして分離板形遠心分離機より小さい２０００〜３０００程度で実現可能である。

この遠心効果Ｚにより、遠心力Ｆが比重の大きい固形粒子に作用すると、円環部１４ａ乃至１６ａに、その外周側における濃度が高い固形粒子濃度分布が形成される。したがって、最終段のユニットの排水管２３を分割板２０、２１、２２、２３で円環部１４ａ乃至１６ａの径方向に分割すれば、高濃度固形粒子混合水と超希薄濃度の固形粒子混合水に分けることができる。そして、これを図２（ｂ）に示すように分流すれば、高濃度固形粒子混合水５（図１参照。）のみを取り出すことができる。このとき、分割板２０乃至２３は、多段ユニットの場合、最終段の排出管２４に配設し、分割板２０乃至２３で分離した高濃度固形粒子混合水５（図１参照。）のみを分離板形遠心分離機７（図１参照。）に供給する。なお、円環部１６ａにおける固形粒子濃度分布曲線を図２（ｂ）に符号Ａで示す。かかる固形粒子濃度分布は、上段のユニットから下段のユニットになるほど、より顕著に外周側の部分が濃縮された分布となる。

また、分割板２０乃至２３で分割して最終段のユニットの排出管２４から排出される各処理水の固形粒子の濃度を検出し、この濃度に応じて分割板２０乃至２３の排出管２４における位置を調節するように構成しても良い。このように構成することにより、さらに分離板形遠心分離機７（図１参照。）に供給して濃縮する必要がある混合水を、濃度をパラメータとして選択分離することができる。

図３は、図２に示す本発明の第１の実施の形態に係る水中固形粒子濃縮装置を平面で見た構造を示す構造図である。同図に示すように、当該水中固形粒子濃縮装置では、供給管２５を介して最上段のユニットの円環部１４ａに処理水を供給する。この処理水は、円環部１４ａを通り排出管２７を介して排出され、２段目のユニットの円環部１５ａ（図２（ａ）参照。）に供給される。このとき、排出管２７は２段目のユニットの供給管としても機能する。

その後、２段目ユニットの排出管２７を通り、最終段の排出管２４を介して外部に排出される。このとき、排水は排出管２４の分割板２０乃至２３で濃度毎に分離される。

また、本形態においては、供給管２５は円環部１４ａ乃至１６ａの接線方向に処理水を流入させるととともに、排出管２４、２６、２７は円環部１４ａ乃至１６ａの接線方向に処理水を排出するように構成してある（この点は、図示しない他の供給管及び排出管についても同様である。）。

図４は本発明の第２の実施の形態に係る水中固形粒子濃縮装置を横断面で見た構造を示す構造図である。同図に示すように、本形態に係る水中固形粒子濃縮装置４−２は、増速機１８を介して駆動モータ１７で回転する回転部を一個の回転円盤３１で形成するとともに、固定ハウジング３２との間で形成する円環部３２ａを前記回転円盤３１の外周側で上方から下方に向けて処理水を螺旋状に流通させる螺旋状流路として形成したものである。

この結果、図２に示す水中固形粒子濃縮装置４−１が複数のユニットを組み合わせたものであるのに対し、一個のユニットで同様の機能を実現できる。本形態に係る水中固形粒子濃縮装置４−２における処理水の供給管及び排出管は、一個で良い。このため、組み合わせるユニット数に応じて供給管及び排出管の数が増える図２に示す装置に比べ構造が簡単になるという特長がある。また、本形態においても供給管及び排出管は円環部３２ａの接線方向に取り付けるのが最も合理的である。最も流通抵抗が小さく円滑な処理水の供給及び排出を行うことができるからである。

本発明の実施の形態に係る水中固形粒子濃縮装置を有する排水処理システムを示すブロック図である。本発明の第１の実施の形態に係る水中固形粒子濃縮装置を横断面で見た構造を示す構造図で、（ａ）は全体を、また（ｂ）はその外周端部を拡大して示している。図２に示す本発明の第１の実施の形態に係る水中固形粒子濃縮装置を平面で見た構造を示す構造図である。本発明の第２の実施の形態に係る水中固形粒子濃縮装置を横断面で見た構造を示す構造図である。

符号の説明

１排ガス水洗洗浄装置
４、４−１、４−２水中固形粒子濃縮装置
５高濃度固形粒子混合水
７分離板形遠心分離機
１１、１２、１３回転円盤
１４、１５、１６固定ハウジング
１４ａ、１５ａ、１６ａ円環部
２０、２１、２２、２３分割板
２４、２６、２７排出管
２５排出管
３１回転円盤
３２固定ハウジング
３２ａ円環部

Claims

駆動源による回転軸の回転で回転駆動される回転円盤と、
内周側開口が前記回転円盤の外周面に臨むよう前記回転円盤の外周側に同心配置してあり、前記回転円盤の外周面とともに円環状の密閉空間である円環部を形成する固定ハウジングと、
前記円環部に固形粒子を含有する処理水を供給する供給管と、
前記円環部から前記処理水を排出する排出管とを有することを特徴とする水中固形粒子濃縮装置。
請求項１に記載する水中固形粒子濃縮装置において、
一個の回転円盤と一個の固定ハウジングとからなるユニットを回転軸の軸方向に複数個配設して多段構造とし、上段のユニットの排出管がこれの直下で隣接する下段のユニットの供給管となるよう順次供給管及び排出管を各ユニットの円環部に連通させ、
最上段のユニットの供給管を介して供給する処理水を上段のユニットから下段のユニットに向けて順次供給し、各ユニットで所定の処理をした後、最下段のユニットの排出管を介して排出するように構成したことを特徴とする水中固形粒子濃縮装置。
請求項１に記載する水中固形粒子濃縮装置において、
回転円盤は一個で構成するとともに、
円環部は前記回転円盤の外周側で上方から下方に向けて処理水を螺旋状に流通させる螺旋状流路として構成したことを特徴とする水中固形粒子濃縮装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載する水中固形粒子濃縮装置において、
供給管は円環部の接線方向に処理水を流入させるととともに、排出管は円環部の接線方向に処理水を排出するように構成したことを特徴とする水中固形粒子濃縮装置。
請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載する水中固形粒子濃縮装置において、
最終段の排出管には、円環部の径方向の一箇所又は複数箇所に、流路を分割する分割板を配設し、固形分濃度が異なる複数種類の処理水を分離して排出し得るように構成したことを特徴とする水中固形粒子濃縮装置。
請求項５に記載する水中固形粒子濃縮装置において、
最終段の排出管から排出される各処理水の固形粒子の濃度を検出し、この濃度に応じて分割板の排出管における位置を調節するように構成したことを特徴とする水中固形粒子濃縮装置。
排ガス等の固形分を含むガスを水洗してこのガス中の固形分を除去するガス水洗手段と、
このガス水洗手段の洗浄後の固形分を含む排水が処理水として供給され、固形分濃度が異なる複数種類の固形粒子混合水を排出する水中固形粒子濃縮装置と、この水中固形粒子濃縮装置の排水のうち、固形粒子濃度が高い高濃度固形粒子混合水が供給され、この処理水を遠心分離して固形分を濃縮する遠心分離機とを有する水処理システムにおいて、
前記水中固形粒子濃縮装置が請求項１乃至請求項６の何れか一つに記載する水中固形粒子濃縮装置を有するものであることを特徴とする水処理システム。