JP2006263516A

JP2006263516A - 固液分離方法および固液分離装置

Info

Publication number: JP2006263516A
Application number: JP2005082086A
Authority: JP
Inventors: Kiwamu Matsubara; 極松原; Hiroyuki Yamada; 浩之山田
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2006-10-05

Abstract

【課題】ろ布を利用しながら、ろ過速度を向上させるとともに、目詰まりを解消するためのろ布洗浄を短時間に行うことを可能とする。
【解決手段】上端が開口し下端が閉じられた袋状ろ布２の開口上端を固定部材３に固定し、この固定部材３から下方に伸びる操作ロッド４によって袋状ろ布２１の閉塞下端を伸張させた状態で、固液混合流体を貯留する分離槽５内に浸漬、配置して、袋外を一次側ａ、袋内を二次側ｂとし、その下方には散気装置６を配置している。そして、前記固定部材３（ボックス３０の側面）から伸びるろ液の排液管３１を槽外に導き出すとともに、この排液管３１の先端は、サイフォン琲液管３２と洗浄用気体供給管３３に接続され、サイフォン琲液管３２は下方に誘導されその先端は、ろ液槽３４に接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、固液混合流体を濃縮固体とろ液に分離する固液分離方法および固液分離装置の改良に関する。

本技術に関連する従来技術として、重力式の濃縮方法がある。図９にそのフローシートを示すが、この重力式濃縮槽１（重力式固液分離槽）は円筒ケース１１の下に逆円錐濃縮部１２を接続した形状が一般的である。この槽の中心部には円筒状汚泥投入部１３が設けられ、上部から投入された汚泥スラリなど固液混合流体ｃは円筒ケース１１下部へと流れ、固形物は槽下部濃縮部１２で濃縮され排出される。一方、分離液は槽の上部へと流れて槽外へ流出する。この重力式濃縮装置は構造が簡単なために従来から利用されてきたが、上水汚泥のように無機質中心の汚泥の場合はよく濃縮するものの、下水汚泥のように有機質中心の汚泥では推進力を重力にのみ頼っているため濃縮性が悪く、ことに汚泥がバルキングしているようなときには、分離液に固形物までも同伴することがあった。
日本下水道協会発行、「下水道施設計画・設計指針と解説」（後編）２００１年版、３６３ページ

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、ろ布を利用しながら、ろ過速度を向上させるとともに、目詰まりを解消するためのろ布洗浄を短時間に行うことを可能とするろ布を用いた固液分離方法および固液分離装置を提供する。

上記の問題は、方法発明であるところの、槽内に袋状ろ布を浸漬、配置して、袋外を一次側、袋内を二次側とし、ろ過工程において、ろ布を介してろ過されたろ液をサイフォンにより系外に排出するものとし、ろ布洗浄工程において、袋状ろ布の形状を変化させるとともに、袋状ろ布の一次側表面を散気気泡により洗浄することを特徴とする本発明の固液分離方法によって、解決することができる。

また、この発明は、ろ布洗浄工程において、袋状ろ布の二次側にろ洗浄用気体を供給して逆洗する工程を付加する形態、あるいは、袋状ろ布を上下動およびまたは左右捻転させることにより袋の形状を変化させるようにした形態に好ましく具体化される。

さらに、上記の問題は、装置発明であるところの、袋状ろ布を、その開口上端を固定部材に固定し、この固定部材から下方に伸びる操作ロッドによって袋状ろ布の閉塞下端を伸張させた状態で、槽内に浸漬、配置して、袋外を一次側、袋内を二次側とし、その下方には散気装置を配置した固液分離装置であって、前記固定部材から伸びるろ液の排液管を槽外に導出し、かつこの排液管にはサイフォン琲液管と洗浄用気体供給管を接続するとともに、前記操作ロッドを上下動およびまたは捻転動作可能としたことを特徴とする本発明の固液分離装置によって、解決することができる。また、この発明では、袋状ろ布が、有底円筒状袋または有底封筒状袋とするのが好ましい。

本発明では、次のような優れた効果がある。よって本発明は、従来の問題点を解消した固液分離方法および固液分離装置として、活性汚泥処理の終沈代替、メンブレンリアクタの分離膜代替、下水汚泥など汚泥の濃縮、その他の固液分離全般においてその価値はきわめて大なるものがある。
１）ろ液の排出は、サイフォン排液管を利用するので、動力費を要することなく高いろ過圧を実現でき、ろ過速度を向上できる。
２）ろ過圧が高く設定できるので、濃縮固体の濃度を高めることができる。汚泥を分離するような場合には、脱水効果が高まりケーキ水分が低減できるようになる。

３）メンブレンリアクタにおける膜代替に当たり、大きなフラックスが得られるので、分離機構がコンパクト化でき、安価なろ布の利用によりランニングコストも低減できる。
４）ろ布の洗浄時間が短縮でき、逆洗に気体を利用するので、ろ液の回収効率も向上する利点もある。

次に、本発明の固液分離方法および固液分離装置に係る実施形態について、図１〜８を参照しながら説明する。
まず、ここでは、説明の都合上、固液分離装置の説明を、図１〜４に基づいて、その作用と固液分離方法の説明を交えながら行うものとする。

本発明の固液分離装置は、図１、２に示すように、上端が開口し下端が閉じられた袋状ろ布２の開口上端を固定部材３に固定し、この固定部材３から下方に伸びる操作ロッド４によって袋状ろ布２１の閉塞下端を伸張させた状態で、固液混合流体ｃを貯留する分離槽５内に浸漬、配置して、袋外を一次側ａ、袋内を二次側ｂとし、その下方には散気装置６を配置している。

この事例の固定部材３では、上部は蓋材３０ａで封鎖され、下部は孔明き材３０ｂからなるか、または底が開口しているボックス３０の場合が示されている。また、この事例では、この蓋材３０ａは分離槽５の上部蓋材５ａと共用しており、ボックス３０は蓋材５ａに固定されていて、ボックス３０は分離槽５と一体化しているが、本発明はこの形態に限定されるものではない。

そして、前記固定部材３（ボックス３０の側面）から伸びるろ液ｃｂの排液管３１を槽外に導き出すとともに、この排液管３１の先端は、サイフォン琲液管３２と洗浄用気体供給管３３に接続され、サイフォン琲液管３２は下方に誘導されその先端は、ろ液槽３４に接続されている。また、排液管３１は、分離槽５の水面より下に設置されており、ろ液ｃｂは、排液管３１、サイフォン琲液管３２を充満した状態でろ液槽３４に送られるのであるが、このとき、サイフォン琲液管３２による負圧（サイフォン作用）によってろ過が促進されるように構成されている。

また、固定部材３（ボックス３０）から下方に伸びる操作ロッド４自体は、繰り返し上下動するよう駆動装置（図示せず）が設けられ、あるいは、左右に繰り返し捻転動作するよう駆動装置（図示せず）が設けられているのである。

なお、操作ロッド４の先端部分は横棒状の固定具４１が取り付けられ、操作ロッド４の上下動、捻転動作を袋状ろ布２に伝達して、皺を生じさせるなど変形できるよう設けられている。このためには、横棒状の固定具４１は袋状ろ布２の下端部に固定しておくのが好ましい。

次に、本発明のろ過工程とともに、サイフォン琲液管３２の作用について説明する。
分離槽５に流入した固液混合流体ｃは、袋状ろ布２によりろ過されて、一次側ａは濃縮液ｃａに、二次側ｂはろ液ｃｂに分離され、それぞれ槽外に取り出される。ここで、本発明の対象となる固液混合流体ｃの種類は何でもよく、例えば、下水汚泥スラリの場合は濃縮液として後段の脱水処理に適した濃縮汚泥が得られ、通常の活性汚泥処理の場合は、ろ液として処理水が得られる。

そして、本発明では、ろ液の排出経路にはサイフォン排液管３２を用いているため、濃縮装置として使用する場合には、従来の重力式濃縮（図９）と比べると大きな利点が得られる。すなわち、重力式濃縮の濃縮性は固液混合流体中の固体沈降速度（自由沈降ゾーン、圧密ゾーン）でほぼ一義的に定まるのに対して、サイフォンろ過の濃縮性は分離圧力であるＨs＝Ｈt（分離槽水深）＋Ｈ５（分離槽底からサイフォン排液管開放部までの距離）で決定されるため、固体の沈降特性に関わらず分離槽の形状を操作することによって濃縮性を制御することができる。

図５は、Ｈ１（ろ布上端水深）、Ｈ３（ろ液排出口水深）、Ｈ５（分離槽底からサイフォン排液管開放部までの距離）を一定として、分離槽水深Ｈtを変化させたときの両者の濃縮汚泥の濃度を比較したものである。これによると、重力式濃縮に比べ、本発明の場合には、濃縮汚泥の濃度が２倍程度以上となっており、その効果が顕著であることがわかる。また、固液分離槽の水深が深ければ深いほど、その効果も大きくなっていることが分かる。

また、メンブレンリアクターの膜代替で使用する場合でも、Ｈ５（分離槽底からサイフォン排液管開放部までの距離）を適宜に設定することによって固液分離性を高めることができる。さらに、この場合は後述するように、エアレーション空気を本来の目的の他、ろ布の表面洗浄に利用するなど、兼用できるメリットも生じる。

次に、ろ布洗浄工程について説明する。
ろ過を継続すると、ろ布２の目詰まりが進行するので、ある時点でろ過を停止する。ここで、追って詳細に説明するろ布表面の洗浄および気流逆洗により目詰まりを回復させる。回復操作の順序はろ布表面洗浄→気流逆洗、あるいは気流逆洗→ろ布表面洗浄のいずれでもよい。

図３は、本発明のろ布２の形状を変化させて、その表面を洗浄する状態を示したものであり、洗浄操作は次の要領で行なわれる。
１）固液混合流体ｃの供給を停止する。
２）操作ロッド４の固定を外して、操作ロッド４を上昇および／または左右に捻転（ろ布に皺ができる程度）させ、ろ布２の形状を変化させながら、下方の散気装置６から空気または他の洗浄気体を送る。散気気体はろ布２の形状変化および汚泥剥離を促進する。
３）洗浄終了後は操作ロッド４をもとに戻して固定する。

この操作でろ布２表面に付着した固形物は、剥離してろ布表面の目詰まりは回復する。通常、洗浄時の散気量は二次側体積に対して２〜５ｍ^３／ｍ^３．Ｈｒで５分間程度行うが、これより少ない散気量でも洗浄時間を延長すれば、ろ布表面の目詰まりは回復する。
図６は、ろ布の洗浄時間と所要時間の関係を示したものであるが、通常の散気量であれば５分間程度の洗浄時間で十分なことが判る。

図４は、逆洗気流によるろ布表面の洗浄状態を示したものであり、洗浄操作は次の要領で行なわれる。
１）固液混合流体ｃの供給を停止する。
２）全水切り状態で実施する場合は、全て分離槽５内の液を全量抜きだしておく。抜き出しは槽底等に設けられたドレン配管（図示せず）により行う。
３）半水切り状態で実施する場合は、水面がろ布レベルよりやや下になるように、操作ロッド４を引き上げるとともに、液を抜き出して調整する。
４）図のＶ１バルブを開、Ｖ２バルブを閉とした後、空気または他の逆洗気体ｄを送り込み、目詰まり物質をろ布外に押し出すようにする。
５）逆洗後はバルブＶ１、Ｖ２をもとに戻す。
６）半水切り状態で実施する場合は操作ロッド４をもとに戻す。
この操作でろ布の目の中に入り込んだ目詰まり物質がろ布外一次側に排出されて目詰まりは回復する。

この気流の逆洗操作における通気量は、ろ布の種類によっても異なるが、通常はろ布の面積に対して０．５〜２Ｌ／分．ｃｍ^２で行う。ただし、通気量の最大はろ布の通気度にあわせることが大切である。過大な通気を行うと、ろ布が伸びたり破損したりする恐れがあるからである。通気時間は２〜５分間程度で、これより長くしても同一個所から通気されるだけで、ろ布全体からみた目詰まり分布が拡大するので好ましくない。

気流逆洗の際の分離槽５の液抜きは、逆洗後の設備の復帰時間に影響するが、操作ロッド４によりろ布２を最大限に引き上げてろ布全体のレベルを高くし、水抜きをろ布レベルのやや下までとすれば水抜きを最小限にとどめつつ、復帰時間を短くおさえることができる。但し、半水切り状態で行うとろ布表面にしわがより、空気の出方が不均一になりやすいので、操作ロッド４を左右捻転させながら気流逆洗をする方が効果が大きい。

一方、全水切り状態で気流逆洗を行うと空気の出方が均一になり、逆洗効果も高い。この場合は、張った状態のろ布より下部まで水を抜くことになるので、ろ過工程に復帰するまでにやや時間を要することとなる。

図７は、この気流逆洗したときの通気圧力の回復の様子を示したものであるが、通気時間３分間で逆洗が終了したことを示している。また、通気量を数段階に増加させつつ逆洗するのも効果がある。図８はこの結果を示したものであるが、通気時間および最大通気量が同じでも多段通気の方が目詰まり除去効果があることが判る。

以上のように、ろ布の表面洗浄→気流逆洗または気流逆洗→表面洗浄によって目詰まりは回復する。前記したように、表面洗浄と気流逆洗の両方を行う場合は固液分離槽の水を抜く操作が加わるので回分式になる。従って、汚泥濃縮のような固液分離操作には適した方法である。

また、膜リアクターのように連続操作が必要な場合には、このような場合には固液分離は連続式とし、操作ロッドを動かしながら表面洗浄のみを行えば、目詰まりの大部分は回復する。なお、複数の分離槽を用意しておき、通常は表面洗浄を行い、表面洗浄では目詰まりが回復しない状態になったとき、交替で気流逆洗を行うようにすれば連続操作が可能になる。

以上のように、本発明では効率のよいろ過ができるとともに、目詰まり時のろ布の洗浄も短時間（余裕間込みで１５分程度）に済ませることができるので、汚泥の濃縮、メンブレンリアクタにおける膜代替などに最適である。特に膜代替については、１０ｍ／ｍ^２．日程度のフラックスがとれるので固液分離部の大幅な縮小が可能になる。

次に、本発明の実施例の結果を、比較例とともに表１に示す。実施例、比較例とも、ろ過工程とろ布洗浄工程に分けて示すが、本発明の場合は比較例に比べて、ろ過工程では、ろ過速度において約２倍、濃縮汚泥濃度でも２倍以上濃縮できることが実証でき、またろ布洗浄工程では、洗浄時間および洗浄前後の差圧においても格段に優れることが分かった
。

本発明の分離装置を説明するための要部側面断面図。本発明の分離装置を説明するための要部正面断面図。上下動によるろ布洗浄の状態を説明するための要部側面断面図。逆洗先空気によるろ布洗浄の状態を説明するための要部側面断面図。水深と濃縮汚泥濃度の関係を示すグラフ。ろ布洗浄時の散気量と所要時間の関係を示すグラフ。逆先時間と通気圧力の関係を示すグラフ。多段通気の効果を示すグラフ。従来の重力式濃縮装置のフローシートを示す図。

符号の説明

２：袋状ろ布
３：固定部材、３０：ボックス、３０ａ：蓋材、３１：排液管、３２：サイフォン琲液管、３３：洗浄用気体供給管、３４：ろ液槽
４：操作ロッド、４１：固定具
５：分離槽、５ａ：上部蓋材
６：散気装置
ａ：一次側、ｂ：二次側、ｃ：固液混合流体

Claims

槽内に袋状ろ布を浸漬、配置して、袋外を一次側、袋内を二次側とし、ろ過工程において、ろ布を介してろ過されたろ液をサイフォンにより系外に排出するものとし、ろ布洗浄工程において、袋状ろ布の形状を変化させるとともに、袋状ろ布の一次側表面を散気気泡により洗浄することを特徴とする固液分離方法。
ろ布洗浄工程において、袋状ろ布の二次側にろ洗浄用気体を供給して逆洗する工程を付加する請求項１に記載の固液分離方法。
袋状ろ布を上下動および／または左右捻転させることにより袋の形状を変化させるようにした請求項１または２に記載の固液分離方法。
袋状ろ布を、その開口上端を固定部材に固定し、この固定部材から下方に伸びる操作ロッドによって袋状ろ布の閉塞下端を伸張させた状態で、槽内に浸漬、配置して、袋外を一次側、袋内を二次側とし、その下方には散気装置を配置した固液分離装置であって、前記固定部材から伸びるろ液の排液管を槽外に導出し、かつこの排液管にはサイフォン琲液管と洗浄用気体供給管を接続するとともに、前記操作ロッドを上下動およびまたは捻転動作可能としたことを特徴とする固液分離装置。
袋状ろ布が、有底円筒状袋または有底封筒状袋である請求項４に記載の固液分離装置。