JP2007054776A - 液体サイクロン - Google Patents

Abstract

【課題】 粗粒成分泥水の粗粒成分に付着した微粒成分を簡易な構成によって効果的に除去し、粗粒成分の含水比を低減させ、処分土量を低減させることを目的する。
【解決手段】 下側が窄まった形状の孔２ａを有する円筒部２の中で処理泥水Ａを旋回流動させて処理泥水Ａに遠心力を与えることで、処理泥水Ａを、円筒部２内周面に沿って旋回しながら下降する粗粒成分泥水Ｂと、円筒部２の中心で巻き上げられる微粒成分泥水Ｃとに分離させ、円筒部２の下端に設けられた下側排出部４から粗粒成分泥水Ｂを排出するとともに、円筒部２の上部に設けられた上側排出部５から微粒成分泥水Ｃを排出する液体サイクロン１において、円筒部２の下端内部又は下側排出部４の内部のうちの少なくとも一方に、洗浄水Ｅ又はエアＤのうちの少なくとも一方を供給して、粗粒成分泥水Ｄの粗粒成分に付着した微粒成分を除去して粗粒成分を洗浄する洗浄手段７が備えられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、処理泥水中に含まれる砂や砂利等の粗粒成分と粘土やシルト等の微粒成分とを分級させる液体サイクロンに関する。

一般に、泥水式シールド工法で掘削された土砂（処理泥水）は泥水処理設備で処理された後に搬出される。この泥水処理設備には液体サイクロンが備えられており、この液体サイクロンによって、処理泥水を、シルトや粘土等を主成分とする二次泥水（微粒成分泥水）と砂や砂利等を主成分とする分離泥水（粗粒成分泥水）とに分離し、更にこの粗粒成分泥水を振動篩機にかけて粗粒成分からなる運搬可能な処分土にする（例えば、特許文献１参照。）。

従来の液体サイクロンは、下側が窄まった形状の円筒部と、円筒部の上部側面に付設された供給部と、円筒部の下端に設けられた下側排出部と、円筒部の上部中心に設けられた上側排出部とから構成されている。この液体サイクロンによれば、処理泥水を供給部から円筒部内周面の接線方向に向けて圧入することで、円筒部内で処理泥水がサイクロン状に旋回流動し、この旋回流動による遠心力によって、処理泥水が、円筒部内周面に沿って旋回しながら下降する粗粒成分泥水と円筒部の中心で巻き上げられる微粒成分泥水とに分離される。そして、粗粒成分泥水は下側排出部から排出され、微粒成分泥水は上側排出部から排出される（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００３−３１１１７８号公報 特開２００３−４７８８６号公報

しかしながら、上記した従来の液体サイクロンでは、粗粒成分泥水の粗粒成分に含水比の高い粘土やシルト等の粘性土分（微粒成分）が付着しており、篩処理後の処分土の含水比が高いという問題がある。処分土の含水比が高いと、地山土量に対して処分土量が増加し、また、運搬が出来ないほど含水比が高い場合には改質材を添加しなければならず、改質材および改質材を添加・混合させる設備がそれぞれ必要となり、コストが嵩むことになる。

また、上記した振動篩機の篩網上で粗粒成分泥水に散水シャワーを行い、粗粒成分泥水の粗粒成分に付着した微粒成分を洗い流す方法もあるが、その効果は低く、また、大量の洗浄水が使用されることになるとともに、その後の水処理も必要となる。また、当該処理工程の前に、大きなタンク等で水洗いを行う水洗い洗浄装置を配備する方法もあるが、大量の洗浄水やその後の水処理が必要であるとともに、設備コストが増大することになる。

本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、処理泥水を分離させて生成された粗粒成分泥水の粗粒成分に付着した微粒成分を簡易な構成によって効果的に除去し、粗粒成分の含水比を低減させ、粗粒成分泥水を篩処理してなる処分土の量を低減させることができる液体サイクロンを提供することを目的としている。

請求項１記載の発明は、下側が窄まった形状の孔を有する円筒部の中で処理泥水を旋回流動させて該処理泥水に遠心力を与えることで、該処理泥水を、前記円筒部内周面に沿って旋回しながら下降する粗粒成分泥水と、前記円筒部の中心で巻き上げられる微粒成分泥水とに分離させ、前記円筒部の下端に設けられた下側排出部から前記粗粒成分泥水を排出するとともに、前記円筒部の上部に設けられた上側排出部から前記微粒成分泥水を排出する液体サイクロンにおいて、前記円筒部の下端内部又は前記下側排出部の内部のうちの少なくとも一方に、洗浄水又はエアのうちの少なくとも一方を供給して、前記粗粒成分泥水の粗粒成分に付着した微粒成分を除去して前記粗粒成分を洗浄する洗浄手段が備えられていることを特徴としている。

このような特徴により、円筒部の下端内部に洗浄水又はエアが供給されると、円筒部の下端内部で渦巻状に旋回流動している粗粒成分泥水の中に洗浄水等が混合されるとともに、円筒部の下端内部における粗粒成分泥水の乱流によって粗粒成分泥水と洗浄水等とが攪拌され、粗粒成分泥水の粗粒成分に付着した微粒成分が除去される。除去された微粒成分は、サイクロン効果によって巻き上げられ、上側排出部から排出される。また、下側排出部の内部に洗浄水等が供給されると、下側排出部内を流通する粗粒成分泥水に洗浄水等が混合され、粗粒成分泥水の粗粒成分に付着した微粒成分が除去される。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の液体サイクロンにおいて、前記下側排出部の内部に添加材を供給する添加材供給手段が備えられていることを特徴としている。

このような特徴により、添加材供給手段によって添加材を下側排出部の内部に供給すると、排出される粗粒成分泥水に添加材が混合される。

本発明に係る液体サイクロンによれば、粗粒成分泥水の乱流を利用して、粗粒成分泥水の粗粒成分に付着した微粒成分が効果的に除去され、下側排出部から排出される粗粒成分泥水中の微粒成分量が低減されるるため、篩い処理した際、粗粒成分の含水比を低減させることができ、処分土の量を低減させることができる。また、円筒部の下端内部および下側排出部の内部のそれぞれに洗浄水等を供給すると、円筒部の下端内部で粗粒成分泥水の粗粒成分に付着した微粒成分が除去された後、円筒部の下端内部で除去しきれなかった微粒成分が下側排出部の内部で除去されるため、微粒成分除去能力を向上させることができる。
また、円筒部の下端内部又は下側排出部の内部に洗浄水等を供給する構成からなるため、設備コストの増大を抑えることができる。さらに、旋回流動している粗粒成分泥水に洗浄水等を注入するため、粗粒成分に付着した微粒成分を少量の洗浄水等で十分に除去することができる。

また、下側排出部の内部に添加材を供給する添加材供給手段を備えることで、粗粒成分泥水に添加材を混合するための設備を省略することができ、設備コストの増大を抑えることができる。

以下、本発明に係る液体サイクロンの実施の形態について、図面に基いて説明する。

図１は液体サイクロン１の縦断面図である。図２は液体サイクロン１の横断面図であり、図１に示すＸ−Ｘ間の断面図ある。
図１，図２に示すように、液体サイクロン１は、処理泥水Ａ中に含まれる砂や砂利等の粗粒成分と粘土やシルト等の微粒成分とを分級させるものであって、下側が窄まった形状の孔２ａを有する円筒部２の中で処理泥水Ａを旋回流動させて処理泥水Ａに遠心力を与えることで、この処理泥水Ａを粗粒成分泥水Ｂと微粒成分泥水Ｃとに分離させるものである。粗粒成分泥水Ｂは、円筒部２の内周壁に沿って渦巻状に旋回しながら下降し（外側回転流）、微粒成分泥水Ｃは、円筒部２の中心（外側回転流の内側）で渦巻状に巻き上げられる（内側回転流）。

液体サイクロン１は、処理泥水Ａを旋回流動させる円筒部２と、円筒部２内に処理泥水Ａを供給する供給部３と、粗粒成分泥水Ｂを排出する下側排出部４と、微粒成分泥水Ｃを排出する上側排出部５と、下側排出部４からの排出量を調整する調整部６と、円筒部２の下端内部にエアＤを供給するとともに円筒部２の下端内部および下側排出部４の内部に洗浄水Ｅをそれぞれ供給して、粗粒成分泥水Ｂの粗粒成分に付着した微粒成分を除去して粗粒成分泥水Ｂの粗粒成分を洗浄する洗浄手段７と、下側排出部４から排出される粗粒成分泥水Ｂを改質させるための添加材Ｆを下側排出部４の内部に供給する添加材供給手段８とから構成されている。

円筒部２は、鉛直方向に延在する丸管９ａの内周面にゴムライナー９ｂを被覆させた構成からなるフィードチャンバー９と、コーン形状の管１０ａの内周面にゴムライナー１０ｂを被覆させた構成からなり、フィードチャンバー９の下端に継手されたコーンセクション１０と、コーン形状の管１１ａの内周面にゴムライナー１１ｂを被覆させた構成からなり、コーンセクション１０の下端に継手された混合攪拌チャンバー１１とから構成されている。

供給部３は、水平方向に延在する中空部材３ａの内周面にゴムライナー３ｂが被覆された構成からなり、円筒部２上部（フィードチャンバー９）の側面に設けられ、円筒部２上部（フィードチャンバー９）に連通されている。供給部３は、円筒部２内周面の接線に沿って延在され、供給部３から流入する処理泥水Ａが円筒部２上部の内周面の接線方向に向けて流入されるように設けられている。また、供給部３は、図示せぬ配管を介して、処理泥水Ａを圧送するポンプに接続されている。

調整部６は、円筒部２（混合攪拌チャンバー１１）の下端に継手されたハウジング１２と、ハウジング１２内に収容された開度調整バルブ１３とから構成されている。ハウジング１２には、円筒部２に連通された孔１２ａが形成されており、この孔１２ａの内周面にはゴムライナー１２ｂが被覆されている。開度調整バルブ１３は、内部断面を変化させることにより流量調整を行う電磁弁や電動弁等からなり、適当な流量になるように内部断面が調節される。

下側排出部４は、鉛直方向に延在する中空部材４ａの内周面にゴムライナー４ｂが被覆された構成からなり、調整部６のハウジング１２下端に継手されている。下側排出部４は、調整部６の孔１２ａ及び開度調整バルブ１３を介して円筒部２と連通されており、円筒部２の下端まで旋回流動した粗粒成分泥水Ｂは、調整部６の孔１２ａ及び開度調整バルブ１３を通過して下側排出部４から排出される。なお、下側排出部４の下方には、図示せぬ振動篩機が設置されており、下側排出部４から排出された粗粒成分泥水Ｂはその振動篩機によって水分と粗粒成分とに分離される。

上側排出部５は、円筒部２の上端面中央に中空部材を貫設させた構成からなり、具体的には、円筒部２上部（フィードチャンバー９）内で円筒部２の軸線上に配置されたボルテックスファインダー１４と、ボルテックスファインダー１４に連通されているとともに円筒部２上端面の上方に突出されたオーバーフローエルボ１５と、円筒部２の上端面に図示せぬボルト等で接合された鍔１６とから構成されている。ボルテックスファインダー１４は、丸管１４ａの内周面および外周面にゴムライナー１４ｂをそれぞれ被覆された構成からなる。また、オーバーフローエルボ１５は、９０度に曲げられたエルボ管１５ａの内周面にゴムライナー１５ｂが被覆された構成からなる。また、上側排出部５は、図示せぬ配管を介して、微粒成分泥水Ｃを処理する図示せぬ二次処理設備に接続されている。

洗浄手段７は、粗粒成分泥水Ｂが旋回流動している円筒部２の下端（混合攪拌チャンバー１１）内部に洗浄水Ｅを供給する第１の洗浄水供給手段１７と、粗粒成分泥水Ｂが流通する下側排出部４の内部に洗浄水Ｅを供給する第２の洗浄水供給手段１８と、上記した円筒部２下端内部にエアＤを供給するエア供給手段１９とから構成されている。第１の洗浄水供給手段１７は、混合攪拌チャンバー１１の側面に貫設された第１の洗浄水配管２０と、第１の洗浄水配管２０の途中に設けられた弁２１とが備えられた構成からなり、第２の洗浄水供給手段１８は、下側排出部４上部の側面に貫設された第２の洗浄水配管２２と、第２の洗浄水配管２２の途中に設けられた弁２３とが備えられた構成からなる。また、エア供給手段１９は、混合攪拌チャンバー１１の側面に貫設されたエア配管２４と、エア配管２４の途中に設けられた弁２５とが備えられた構成からなる。なお、洗浄水Ｅは、水、水に添加剤を混合させた水溶液、或いはその他の液体である。

添加材供給手段８は、下側排出部４上部の側面に貫設された添加材配管２６と、添加材配管２６の途中に設けられた弁２７とが備えられた構成からなる。なお、添加材Ｆは、例えば、粗粒成分泥水Ｂを改質させて良質な改良土にする改質材や凝縮剤であり、その他、粗粒成分泥水Ｂに添加させる各種の材料である。

次に、上記した構成からなる液体サイクロン１の作用について説明する。
まず、図示せぬポンプによって処理泥水Ａを圧送し、供給部３から円筒部２内周面の接線方向に向けて処理泥水Ａを圧入させる。処理泥水Ａが円筒部２内周面の接線方向に向けて圧入されると、そのの勢いによって処理泥水Ａは、円筒部２の内周面に沿って旋回流動する。このとき、処理泥水Ａ中の粗粒成分と微粒成分との比重差により、粗粒成分を主成分とする粗粒成分泥水Ｂは、円筒部２の内周壁に沿って渦巻状に旋回しながら下降し、微粒成分を主成分とする微粒成分泥水Ｃは、円筒部２の中心で渦巻状に巻き上がって上昇する。

渦巻状に上昇する微粒成分泥水Ｃは、ボルテックスファインダー１４から上側排出部５内に流入してオーバーフローエルボ１５の端部から図示せぬ配管内に流出し、図示せぬ二次処理設備に送られる。

一方、粗粒成分泥水Ｂは、旋回径を縮小しつつ円筒部２内を旋回流動し、混合攪拌チャンバー１１内に至る。
このとき、第１の洗浄水供給手段１７によって少量の洗浄水Ｅを混合攪拌チャンバー１１内に供給する。混合攪拌チャンバー１１内に洗浄水Ｅが供給されると、混合攪拌チャンバー１１内を流れる粗粒成分泥水Ｂに洗浄水Ｅが混合されるとともに、その粗粒成分泥水Ｂの乱流によって攪拌され、粗粒成分泥水Ｂの粗粒成分に付着した微粒成分が洗い流されて除去される。
また、第１の洗浄水供給手段１７によって混合攪拌チャンバー１１内に洗浄水Ｅを供給するとともに、エア供給手段１９によってエアＤを混合攪拌チャンバー１１内に供給すると、混合攪拌チャンバー１１内を流れる粗粒成分泥水Ｂに洗浄水ＥおよびエアＤがそれぞれ混合されるとともに、その粗粒成分泥水Ｂの乱流によって攪拌され、粗粒成分泥水Ｂの粗粒成分に付着した微粒成分が洗い流されて除去される。

混合攪拌チャンバー１１内で洗浄された粗粒成分泥水Ｂは、混合攪拌チャンバー１１から調整部６内に流入し、下側排出部４に向けて調整部６の孔１２ａ内を通過する。
このとき、粗粒成分泥水Ｂは、調整部６の開度調整バルブ１３で絞られ、開度調整バルブ１３を通過する粗粒成分泥水Ｂは所定の流量に調整されている。

開度調整バルブ１３を通過した粗粒成分泥水Ｂは下側排出部４内に流入し、下側排出部４内を流れ落ちる。
このとき、第２の洗浄水供給手段１８によって下側排出部４の内部に洗浄水Ｅを供給する。下側排出部４内に洗浄水Ｅが供給されると、混合攪拌チャンバー１１内を流れる粗粒成分泥水Ｂに洗浄水Ｅが混合されるとともに、上述した混合攪拌チャンバー１１での場合と同様に、粗粒成分泥水Ｂの粗粒成分に付着した微粒成分が洗い流されて除去される。
また、粗粒成分泥水Ｂが下側排出部４内を通過するとき、添加材供給手段８によって下側排出部４内に添加材を供給すると、粗粒成分泥水Ｂに添加材を混合される。

下側排出部４内から排出された粗粒成分泥水Ｂは、図示せぬ振動篩機に流れ落ち、粗粒成分泥水Ｂ中の水分が篩い落とされて、図示せぬ篩網上に残った粗粒成分が回収される。

次に、上記した構成からなる液体サイクロン１の効果について説明する。
図３は下側排出部４から排出された粗粒成分泥水Ｂの粒度構成比率を示した表である。なお、図３の表では、洗浄手段７による洗浄を行わない場合における比率と、１１.０（l／min）の洗浄水Ｅを円筒部２の下部内に供給した場合における比率と、８．５（l／min）の洗浄水Ｅと１００（l／min）のエアＤを円筒部２の下部内にそれぞれ供給した場合における比率をそれぞれ示している。

図３に示すように、下側排出部４から排出される粗粒成分泥水Ｂ中の粗粒成分（砂分）量は、洗浄を行わない場合よりも、洗浄水Ｅで洗浄を行う場合や洗浄水・エア洗浄を行う場合の方が多くなっている。また、下側排出部４から排出される粗粒成分泥水Ｂ中の微粒成分（シルト分・粘土分）量は、洗浄を行わない場合よりも、洗浄水Ｅで洗浄を行う場合や洗浄水・エア洗浄を行う場合の方が少なくなっている。

図３で示された測定結果からも明らかなとおり、上記した液体サイクロン１によれば、洗浄手段７によって円筒部２の下端内部に洗浄水ＥやエアＤが供給されると、円筒部２の下端内部で渦巻状に旋回流動している粗粒成分泥水Ｂの中に洗浄水Ｅ等が混合されるとともに、円筒部２の下端内部における粗粒成分泥水Ｂの乱流によって粗粒成分泥水Ｂと洗浄水Ｅ等とが攪拌され、粗粒成分泥水Ｂの粗粒成分に付着した微粒成分が除去され、下側排出部４から排出される粗粒成分泥水Ｂ中の微粒成分量が低減されるため、粗粒成分泥水Ｂを篩処理した際、粗粒成分の含水比を低減させることができ、処分土の量を低減させることができる。

また、円筒部２の下端内部および下側排出部４の内部のそれぞれに洗浄水Ｅ等を供給する構成からなり、円筒部２の下端内部で粗粒成分泥水Ｂの粗粒成分に付着した微粒成分が除去された後、円筒部２の下端内部で除去しきれなかった微粒成分が下側排出部４の内部で除去されるため、微粒成分除去能力を向上させることができる。

また、洗浄手段７は円筒部２の下端内部や下側排出部４の内部に洗浄水Ｅ等を供給する構成からなるため、設備コストの増大を抑えることができる。
また、旋回流動している粗粒成分泥水Ｂに洗浄水Ｅ等を注入するため、粗粒成分に付着した微粒成分を少量の洗浄水Ｅ等で十分に除去することができる。

さらに、下側排出部４の内部に添加材Ｆを供給する添加材供給手段８が備えられていることで、粗粒成分泥水Ｂに添加材Ｆを混合するための設備を省略することができ、設備コストの増大を抑えることができる。

以上、本発明に係る液体サイクロンの実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記した実施の形態では、円筒部２の下部（混合攪拌チャンバー１１）内に、洗浄水Ｅのみ、或いは洗浄水ＥとエアＤとの両方を供給しているが、本発明は、円筒部の下部にエアだけを供給してもよい。
また、上記した実施の形態では、下側排出部４の内部に洗浄水Ｅを供給しているが、本発明は、下側排出部の内部にエアを供給してもよく、或いは、洗浄水とエアとをそれぞれ供給させてもよい。
また、上記した実施の形態では、円筒部２の下部内および下側排出部４内のそれぞれに洗浄水ＥやエアＤを供給しているが、本発明は、円筒部の下部内又は下側排出部内の何れか一方にのみ洗浄水やエアを供給してもよい。
また、上記した実施の形態では、洗浄水ＥとエアＤとをそれぞれ別々に供給しているが、本発明は、予め洗浄水にエアを混合させたものを円筒部下部の内部や下側排出部の内部に供給してもよい。

また、上記した実施の形態では、上部（フィードチャンバー９）が真直ぐな円柱形状で下部（コーンセクション１０，混合攪拌チャンバー１１）がコーン形状の円筒部２が使用されているが、本発明は、円筒部全体がコーン形状になっていてもよく、或いは、円筒部の上部が、コーン形状の下部と角度の異なるコーン形状になっていてもよい。
また、上記した実施の形態では、下側に窄まった形状の部分（コーンセクション１０，混合攪拌チャンバー１１）が直線的に傾斜されたテーパー形状になっているが、本発明は、内側の傾斜面が湾曲に膨らんだ円筒部でもよく、或いは内側の傾斜面が湾曲に窪んだ円筒部でもよい。
また、上記した実施の形態では、円筒部２自体の形状が下側が窄まった形状になっているが、本発明は、円筒部の孔が、下側が窄まった形状になっていればよく、例えば、円柱形状の部材の中心にコーン状の孔があけられた円筒部であってもよい。

また、上記した実施の形態では、添加材供給手段８が備えられているが、請求項１に係る発明は、添加材供給手段が備えられていなくてもよい。
その他、上記した実施の形態の構成は、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、他の構成に変更してもよく、また、他の構成を追加し、或いは上記した実施の形態における構成を削除してもよい。また、上記した本発明に係る他の形態における構成を適宜組み合わせてもよい。

本発明の実施の形態を説明するための液体サイクロンの縦断面図である。 本発明の実施の形態を説明するための液体サイクロンの横断面図である。 本発明の実施の形態を説明するための下側排出部から排出された粗粒成分泥水Ｂの粒度構成比率を示した表である。

符号の説明

１ 液体サイクロン
２ 円筒部
２ａ 孔
４ 下側排出部
５ 上側排出部
７ 洗浄手段
８ 添加材供給手段
Ａ 処理泥水
Ｂ 粗粒成分泥水
Ｃ 微粒成分泥水
Ｄ エア
Ｅ 洗浄水
Ｆ 添加材

Claims (2)

1. 下側が窄まった形状の孔を有する円筒部の中で処理泥水を旋回流動させて該処理泥水に遠心力を与えることで、該処理泥水を、前記円筒部内周面に沿って旋回しながら下降する粗粒成分泥水と、前記円筒部の中心で巻き上げられる微粒成分泥水とに分離させ、
   前記円筒部の下端に設けられた下側排出部から前記粗粒成分泥水を排出するとともに、前記円筒部の上部に設けられた上側排出部から前記微粒成分泥水を排出する液体サイクロンにおいて、
   前記円筒部の下端内部又は前記下側排出部の内部のうちの少なくとも一方に、洗浄水又はエアのうちの少なくとも一方を供給して、前記粗粒成分泥水の粗粒成分に付着した微粒成分を除去して前記粗粒成分を洗浄する洗浄手段が備えられていることを特徴とする液体サイクロン。
2. 請求項１記載の液体サイクロンにおいて、
   前記下側排出部の内部に添加材を供給する添加材供給手段が備えられていることを特徴とする液体サイクロン。

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