JP2006513854A - 浮遊による水処理用設備 - Google Patents

Abstract

本発明は、浮遊による水処理用設備に関し、該設備は、加圧−圧力解放システム（１１）により作り出される微細気泡と混合された凝集未処理水が中に導入される浮遊小室（１０）から構成される浮遊装置を有し、該隔室は、浮遊小室の表面を、処理されるべき水の同一かつ均一な流れが交差する様に設計された有孔吸い上げ通導管装置（１３）を備えている。本発明の装置は、その下部が有孔吸い上げ通導管装置（１３）から一定の距離（ｈ）に位置する様に、浮遊小室の中に配置された捕捉モジュール（１４）を有し、前記距離は、前記有孔吸い上げ通導管装置により確立された均一分布のいかなる乱れをも避ける様に決定される、ことを特徴とする。

Description

本発明は、水処理用設備に関し、その設備は浮遊（浮上）小室を有し、その浮遊小室に予め凝集された未処理水が導入され、その後、その浮遊小室内で圧力がかけられた水と混合され、圧力が解放され、その結果、未処理水に含まれる懸濁物が、前記圧力の解放により発生した微細気泡に随伴され、小室の表面で液体から放出（分離）され、処理済水は、前記小室の底を通して排出される。

前記タイプの設備は周知（EP-A0659690）（特許文献１）で、同設備は、凝集領域、上流で凝集された未処理水と加圧−圧力解放システムにより分配された加圧水とを混合する領域および浮遊領域を有し、その上部で、未処理水に含まれて微細気泡により表面にもたらされる懸濁物が液体から放出（分離）され、この浮遊領域は、その全表面が清澄液体の均一かつ同一の流れを示す様に、その下部に、有孔吸い上げ通導管装置（例えば、密閉アセンブリー、捕集装置（コレクター）他）を有するかまたは有しない中間床を備えている。

この先行例の技術状態では、吸い上げ通導管装置に設けられたパーフォレーション（穴）またはそれらを分離する空隙は、浮遊領域の最終端（即ち、それを介して清澄液体が出る端）での寸法が、（それを介して処理されるべき未処理水が導入される）初期端での寸法より小さい。この穴の不均一な分布が、吸い上げ通導管装置のレベルでは非対称を作り出すが、この分布により、浮遊領域の吸い上げ通導管装置により作り出される流体抵抗は、この領域の初期導入端でよりも最終排出端で大きく、かつ、流体抵抗は、前記領域の初期導入端に向かって減少していく。このようにして、浮遊領域の全表面に、処理されるべき水の同一かつ均一な流れが交差する。

このタイプの設備の一つの特徴は、微細気泡の厚い層の形成にあり、それにより、凝集が２つの段階で起こる。先ず最初に、微細気泡の層内での凝集領域で、次に浮遊領域で起き、微細気泡によるかなりの接触量により、更に懸濁物の浮遊による分離を提供する。この様にして、乱凝集（turbulent flocculation）と呼んでも良いものが創られる。即ち、気泡の層により、ｉ）処理速度が増すこと、およびｉｉ）凝集および凝集粒子の捕捉を改善することが可能となる。

これらの先行例の技術状態では、また、処理速度が高いかまたは処理されるべき未処理水が非常に低温の場合、EP-A0659690（特許文献１）の浮遊小室を使用すると、処理済水中に気泡による随伴（エントレインメント）が起こる。非常に高速で、これらの気泡の存在は、浮遊小室の出口での濁度（混濁度）の増加に寄与する。この欠点に加えて、設備が飲料水の製造に企図された場合には、浮遊小室の出口での大量の気泡の存在により、下流に位置するろ過器（例えば、砂／無煙炭ろ過器）からの生産量の減少に到る。
EP-A0659690 WO 97/20775 WO 00/43320

本発明は、先に述べた従来の技術状態の浮遊による水処理のための設備を改良するものであり、これは、高速および／または非常に低温での水処理に関する問題を解決することを意図するものである。

したがって、本発明の主題は、加圧−圧力解放システムにより作り出される微細気泡と混合された凝集未処理水が導入される浮遊小室から構成される浮遊装置を有する、浮遊による水処理用設備であり、この小室は、その表面を処理されるべき水の同一かつ均一な流が交差する様に設計された有孔吸い上げ通導管装置を備え、この装置は、（平行または交差水流を有する、“層状モジュール”タイプまたは“移送モジュール”タイプの）捕捉モジュールを有し、該モジュールは、それらの下部が有孔吸い上げ通導管装置から一定の距離に位置するように浮遊小室中に配置され、この距離は、前記吸い上げ通導管装置により確立された均一分配のいかなる乱れをも避ける様に決定されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、吸い上げ通導管装置の表面を捕捉モジュールの下部から分離する距離は、特に浮遊装置の幾何学的配置（形状）、通過する流量および処理されるべき未処理水の温度により変わる。

本発明の望ましい実施例によれば、この距離は、0.05〜1メートル、好ましくは0.15〜0.60メートルである。

層状モジュールを有する浮遊装置が知られている。WO 97/20775（特許文献２）は、浮遊小室中の速度を増すために層状モジュールが配置された床を有する浮遊装置について述べている。この先行例では、床に設けられた開口の均一分布を有していることが必要であり、さらに層状モジュールはこの床に取り付けられている。また、WO 00/43320（特許文献３）には、類似の装置が見られ、その装置では、浮遊小室の床が、固定されているかまたは回転し、層状モジュールに取り付けられている。先に述べた様に、特許文献１では、浮遊小室中で吸い上げ通導管装置が使用され、この吸い上げ通導管装置のレベルで非対称を作るようにパーフォレーション（穴）が設けられ、それにより、浮遊小室の全表面上に、同一かつ均一な、処理されるべき水の流れを得ることが可能となる。本願出願人は、当業者には非常に驚くべきことであるが、浮遊モジュールの全表面のこの同一かつ均一な流れは、捕捉モジュールが有孔吸い上げ通導管装置から一定の距離に位置する場合、その捕捉モジュールの存在によっては乱されない、ということに気が付いている。

本発明の他の特徴と利点は、添付図面を参照した本発明の例を説明する以下の記載から明らかになるであろうが、それらは決して本発明を限定するものではない。図面中：
図１は、本発明の実施例による、平行流層状モジュールを備えた浮遊小室の垂直縦方向断面の概略線図であり；
図２は、図１の平面図であり、モジュールにより被覆されている表面の半分だけが描かれている；
図３は、図１と類似の図であり、交差流移送モジュールを用いた、本発明の他の実施例を示す；
図４は、図３に示される実施例に用いられる交差流移送モジュールの操作原理を説明する概略線図である。

先ず、図１および図２を参照すると、そこでは、特許文献１の浮遊小室で、本発明により改良された浮遊小室が示されている。

符号１０で全体が示されるこの浮遊小室は、符号１１に概略線図で示される加圧−圧力解放システムにより分配される加圧水で混合された未処理水を受け取る。未処理水に含まれている懸濁物は、加圧−圧力解放システム１１により作られる微細気泡により表面にもたらされ、シュート（chute）１２を介して小室１０の上部で解放される。その下方部分では、小室は、パーフォレーション有する吸い上げ通導管装置１３から構成された、処理済み液を吸い上げるシステムとなっている。先に述べた様に、これらの穴またはそれらを分離する空隙は、小室１０の最終端で、初期端でより小さな寸法を有し、この配置が吸い上げ通導管装置１３のレベルで非対称を作り出し、これが浮遊小室の全表面上に同一かつ均一な流れを保証する。

本発明によれば、この小室は、有孔吸い上げ通導管装置１３の上に配置される捕捉手段を備え、また、その下部はこの装置から一定の距離に位置し、この距離は、有孔吸い上げ通導管装置により作り出された、処理されるべき水の均一な分配の如何なる妨害をも避ける様に決定される。

図１および図２に示される例では、これらの捕捉手段は、当業者に周知の、平行層板または管を有する捕捉モジュール１４の形で準備される。例えば、これらのモジュールは、特許文献２中に述べらているタイプのものでも良く、また、管状、六角形状または他の輪郭を有していても良く、また、例えば水平に対して60°の配向を有していても良い。これらの捕捉モジュールは、処理されるべき流れを、特定の方向に向ける。

図２では、モジュール１４により被われた半分だけの表面が示されている。

吸い上げ通導管装置１３を捕捉モジュール１４の下部から分離する距離ｈは、特に浮遊装置の幾何学的配置、通過流量および処理されるべき未処理水の温度により変わる。例では、この距離は、0.05〜１メートルで、好ましくは0.15〜0.60メートルであり得る。

モジュール１４の高さＥ（または厚さ）は、操作速度および捕捉モジュールの“投影面積”の関数として選択される。この高さは、0.10〜１メートル、好ましくは0.2〜0.70メートルで変化することができる。適切な分離（a correct cut-off）を得るために、実用的と想定される適用および速度（20 m/h〜60 m/hへのオーダー）の見地からは、モジュールの投影面積（即ち、捕捉領域、また分離／堆積領域としても参照される）は、モジュールを備えた浮遊装置表面の2〜20 m²/m²となる。

図３および図４に示される例では、捕捉手段は移送モジュール１５の形で製造され、その製造は図１および図２に示される製造と同一である。その様な移送モジュール、一般的には非線形流移送モジュールが、図４に図式的に示されている。特に“Brentwood CF”または"Munters FB 10"モジュールが使用されてもよく、通常、気液移送、油／水分離等を改良するために使用される。それらにより、図４に見られる様に、処理されるべき水の循環の２つの方向を結合することが可能となり、それはモジュール中の乱れ（乱流）を増加させ、かつ微細気泡の集合合体（コアレッセンス）を促進する。

以下に実施の比較例が挙げられ、それにより、先行例の技術状態に関して、本発明により提供される利点と技術的効果を明らかにすることが可能となる。

例１：
特許文献１にしたがって、未処理水処理用の装置で試験が行われた。これらの試験は、冷水、即ち0.1〜1.0 ℃の温度の冷水中で、極めて高速（40 m³/m².h）で実行された。これらの試験中、浮遊小室の吸い上げ通導管装置を介してかなりの気泡の随伴が観察されたが、それは、もちろん望ましくはない。処理済水で随伴される空気の量は、この水の砂／無煙炭ろ過器中のその後のろ過に関して、1つの問題を提起した。ろ過サイクルの持続期間は、きわめて大量の気泡により非常に短く、それにより、ろ過媒体中の塞栓形成の原因となり、その結果は、ろ過器の損失水頭を増すことおよびその性能を低下させることになる。

浮遊小室中の処理済水中に気泡が存在することは、固体の懸濁物を非常に高速で随伴するという副作用も有し、これが、処理済水の濁度を増加させる。装置のこの性能低下は、濁度の増加が、下流に位置するろ過器中のろ過サイクルの低下にも通じる可能性があるため、望ましくない。

周知の装置を使用して、以下の表１に要約された性能特性が得られた。

これらの試験の結果により、この周知の装置は上記の条件下での水処理には適していなかったことが確認された。

例２：
（高さ30 cmで水平に対して60°傾いた）平行層板から構成され、かつ浮遊小室の吸い上げ通導管装置と結合された層状モジュールを備えた、特許文献１の設備と同じ装置で、同一特性の水についてもう１つの試験が行われた。これらの試験は、非常に悪い結果を生み、それは水の濁度および浮遊小室の出口での気泡の密度の著しい増加に反映されている。その事実から、水出口孔の非対称な分布を有する、有孔吸い上げ通導管装置の存在は、その下部表面がこの吸い上げ通導管装置の表面に直接位置を占める層状沈殿モジュールの使用とは相容れなかった、ということが結論付けられた。この配置によっては、浮遊タンクの全表面上に同一かつ均一な流れを得ることが可能とはならないが、この特徴は、高速で効果的な浮揚を得るためには優れている。これらの試験は、水質の著しい低下を示した。

以下の表は、この装置を使用して得られた結果を要約している。

この試験の結果により、この設備の構成は適していないことが確認された。

例３（本発明）：
再度、同じ処理条件および同じ水特性で、例２で述べた設備を用いて試験が行われた。唯一の修正は、図１および図２にしたがい、吸い上げ通導管装置の30 cm上に層状モジュールの下部を配置したことである。試験により、期待した結果より遥かに優れた結果を得ることが出来た。層状モジュールの出口での水中の気泡の濃度は、捕捉および層板上のこれらの気泡のコアレッセンスにより、極めて大きく減少した。さらに、一定量の懸濁物は、層板および集合合体した泡により捕捉された。この様にして、濁度の低下が得られ、同様に、随伴される空気の量の減少も得られた。これらの試験で得られた結果は、以下の表（３）に要約される。

処理済水の濁度は１ NTUであり、例１および２で得られた数値2.5 NTUおよび4 NTUと比較されるべきであることが判る。同様に、ろ過持続期間（下流のろ過器が目詰まりする前）が、例１および２の12時間および6時間に対し、ここでは18時間である。

例４（本発明）：
図３および４を参照して先に述べた設備、即ち、浮遊小室が、その下部が有孔吸い上げ通導管装置のレベルの30 cm上に位置する移送モジュールを備えた設備を使用して試験が行われた。これらの試験は、優れた結果をもたらした。即ち、処理済水中に随伴された空気の量の大幅な減少が観察され、これは装置の性能を著しく改善する。以下の表（４）に、これらの試験中に得られた結果を要約する。

例３および４に対応する表を見ると、従来の技術状態に基づく設備（例１および２）に比して、本発明を用いて得られた結果の卓越性が確認される。また、例４の試験に関して、処理済水の濁度のレベルを損なうことなく、浮遊小室の出口で60 m³/h/m²のオーダーで処理速度を生み出すことが可能であり、また、浮遊小室の下流に配置された砂／無煙炭ろ過器の満足の行く操作を保証することができたことはまた、注目されるべきである。

もちろん、本発明は、先に述べた実施された例および／または記述された例に決して限定されるものではなく、それらの全ての変形をを含む。

本発明の例による、平行流層状モジュールを備えた浮遊小室の垂直縦方向断面の線図である。 モジュールにより被覆されている表面の半分だけが表れている、図１の平面図である。 交差移送モジュールを用いた、本発明の他の例を示す図１と類似の線図である。 図３に示される例に用いられる直移送モジュールの操作原理を説明する線図である。

符号の説明

１０…浮遊小室
１１…加圧−圧力解放システム
１２…シュート
１３…吸い上げ通導管装置
１４，１５…捕捉モジュール
E … 捕捉モジュールの高さまたは厚さ
ｈ… 距離

Claims (8)

1. 加圧−圧力解放システム（１１）により作り出される微細気泡と混合された凝集未処理水が中に導入される浮遊小室（１０）から構成され、この小室は、その表面を処理されるべき水の同一かつ均一な流れが交差する様に設計された有孔吸い上げ通導管装置（１３）を備え、該設備は、捕捉モジュール（１４，１５）を有し、該モジュールはそれらの下部が有孔吸い上げ通導管装置（１３）からの距離（ｈ）に位置するように浮遊小室中に配置され、この距離は、前記有孔吸い上げ通導管装置により確立された均一分布のいかなる乱れも避ける様に決定される、ことを特徴とする浮遊による水処理設備。
2. 捕捉モジュール（１４，１５）の下部から吸い上げ通導管装置（１３）の表面を分離する距離（ｈ）は、特に浮遊装置の幾何学的配置、通過流量および処理されるべき水の温度により決まることを特徴とする、請求項１に記載の設備。
3. 捕捉モジュール（１４，１５）の下部から吸い上げ通導管装置（１３）の表面を分離する距離（ｈ）は、0.05〜１メートル、好ましくは0.15〜0.60メートルであることを特徴とする、請求項１および２のいずれか１項に記載の設備。
4. 捕捉モジュール（１４，１５）の高さまたは厚さ（Ｅ）が、操作速度および該捕捉モジュールの投影面積の関数として決定されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の設備。
5. 前記高さまたは厚さ（Ｅ）が、0.10〜１メートル、好ましくは0.2〜0.70メートルであることを特徴とする、請求項４に記載の設備。
6. 捕捉モジュールの投影面積、即ち分離／堆積領域の活性面積が、モジュールを備えた浮遊装置の表面の2〜20 m²であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の設備。
7. 捕捉モジュールが、特に平行層板（１４）、管状または六角形の輪郭で、かつ直接流または交差流を有する、層状タイプのモジュールであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の設備。
8. 捕捉モジュールが、移送モジュールタイプ（１５）、一般には非線形流移送モジュールタイプであり、処理されるべき水の２方向の循環を提供することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の設備。

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