JP2007237060A - 貝殻送給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】円滑且つ適正に貝殻を送給し得る貝殻送給方法を提供する。
【解決手段】送水配管２１に接続された送給装置１００に貝殻を供給し、送給装置１００で貝殻と水とを攪拌してスラリー状として送給する。パラメータとして少なくとも送水配管２１の配管内径を含む限界沈殿流速計算式を用いて限界沈殿流速を求め、この限界沈殿流速に基づき限界沈殿流速水量以上の送水量を確保し、送水量に対する貝殻の見掛け体積濃度が所定濃度となるように設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、貝殻を用いて水の酸性度を中和して、ｐＨ値を高めるようにした水質改善システムにおいて貝殻を送給する際に好適な貝殻送給方法に関する。

水道水の原水として、地下水や川から汲み上げた水等が使用されている。原水から水道水として供給される浄水処理の過程においては、ろ過、消毒等の複数の処理が行われており、最近では、通常の浄水処理過程にオゾン処理と生物活性炭吸着処理を加えた高度浄水処理施設を導入する浄水場もある。この高度浄水処理施設によれば、効果的な水質改善が可能であり、特にカビ臭を抑え、より安全でおいしい水を提供することが可能である。

また、この種の水質改善に関する技術として、粉砕した天然のかきの貝殻（シェルビーズ）を利用した浄化処理方法が特許文献１に開示されている。この方法は、かきの貝殻に含まれる炭酸カルシウムの成分を利用し、酸性の成分を含む原水にシェルビーズを浸すことで中和させる技術である。この技術によれば、特にｐＨ値の改善に効果的であり、原水のｐＨ値を高めることで水道施設の劣化を防ぎ、安全な水の確保が可能となる。

特公昭５５−４９５５３号公報

従来の水質改善システム等において配管を通してシェルビーズを搬送する際、シェルビーズを正確に定量して効率よく搬送する必要がある。しかしながら、固形物であるシェルビーズを円滑且つ適正に搬送するのは必ずしも容易でなかった。すなわち、配管系等において閉塞が生じると、シェルビーズを適正に搬送するのが困難になる。

本発明は、貝殻を用いた水質改善システム等において、円滑且つ適正に貝殻を送給し得る貝殻送給方法を提供することを目的とする。

本発明の貝殻送給方法は、送水配管に接続された送給装置に貝殻を供給し、この送給装置で貝殻と水とを攪拌してスラリー状として送給する貝殻送給方法であって、パラメータとして少なくとも前記送水配管の配管内径を含む限界沈殿流速計算式を用いて限界沈殿流速を求め、この限界沈殿流速に基づき限界沈殿流速水量以上の送水量を確保し、送水量に対する貝殻の見掛け体積濃度が所定濃度となるように設定することを特徴とする。

また、本発明の貝殻送給方法において、前記限界沈殿流速計算式は下記（１）式により表わされ、前記限界沈殿流速水量以上を確保することにより貝殻が配管内に沈殿しないようにすることを特徴とする。
ＶＬ＝ＦＬ√（２ｇＤ・（γ_s−γ_w）／γ_w） （１）
ここに、ＦＬ：貝殻の粒子径及び真体積濃度により決まる係数、ｇ：重力加速度、γ_s：貝殻の混入粒子分の平均真比重、γ_w：母液水の比重、Ｄ：配管内径である。

また、本発明の貝殻送給方法において、前記貝殻の見掛け体積濃度は下記（２）式により算出され、前記見掛け体積濃度を所定範囲に設定することにより配管閉塞を生じさせいなようにすることを特徴とする。
見掛け体積濃度（％）＝｛貝殻搬送量／（送水量＋貝殻搬送量）｝×１００ （２）

また、本発明の貝殻送給方法において、前記見掛け体積濃度が１５％前後、好ましくは１１〜２０％の範囲であることを特徴とする。

本発明によれば、貝殻と水とを攪拌して送給するに際して、限界沈殿流速に基づき限界沈殿流速水量以上の送水量を確保し、貝殻の見掛け体積濃度が所定濃度となるように設定する。これにより貝殻を正確に定量して効率よく搬送することができる。

以下、図面に基づき本発明による貝殻送給方法における好適な実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る水質改善システム１の基本構成を示す図である。図１において、１０は粉砕されたかきの貝殻（以下、シェルビーズと称す）が充填される受入ホッパである。本実施の形態で用いられるシェルビーズは、好適には１〜５ｍｍ角程度の麟片状の所定サイズに粉砕処理されたものを使用し、粉砕処理後にフレコンバッグ等に包まれて、ホイスト等を介して受入ホッパ１０に充填される。

１１は吸込ホッパであり、受入ホッパ１０と吸込ホッパ１１とは配管１２を介し連通している。また、１３はブロワであり、吸込ホッパ１１と配管１４を介し連通している。このブロワ１３を作動させることで、吸込ホッパ１１内に負圧を発生させ、受入ホッパ１０のシェルビーズが配管１２を通り吸込ホッパ１１まで吸引される。ブロワ１３は本実施の形態では２台配設され、いずれか１台は予備として設けられる。

吸込ホッパ１１に吸引されたシェルビーズは、ダブルフラップバルブ１５を介し貯蔵ホッパ１６に貯蔵される。ダブルフラップバルブ１５は、上下２段に２つのダンパを有し、吸込ホッパ１１内のシェルビーズをダンパの切替によって所定量毎に定量して貯蔵ホッパ１６に貯蔵するように構成される。また、このようにダンパの２段構造とすることで、ブロワ１３による負圧の影響が貯蔵ホッパ１６内に及ばないように構成されている。また、貯蔵ホッパ１６は受入ホッパ１０に対して大容量であり、複数回のシェルビーズの受入、吸込、貯蔵作業を繰り返すことで貯蔵ホッパ１６が充填される。

貯蔵ホッパ１６にシェルビーズが充填されると、貯蔵ホッパ１６の下部に設けられた２方向切替ダンパ１７のいずれかを開放してロータリーバルブ１８を作動させることで一定量ずつ定量され、送給装置１００にシェルビーズが供給される。また、本実施の形態において送給装置１００は２台配設されており、いずれか１台は予備として設けられる。予備の送給装置１００を使用する際は、２方向切替ダンパ１７を切り替えてシェルビーズを供給する。

また、送給装置１００には貯水槽１９からポンプ等で汲み上げられた水が配管２０を通って流入する。配管２０は送給装置１００までの流入過程において、２方向に分岐し、それぞれの送給装置１００において、主管２１を流れる水が後述するケーシング１０２側に流入され、補助管２２を流れる水が後述するホッパ１０１に流入される。また、流入過程においては複数のバルブ、流量計が配設され所定の量の水が流入されるように制御される。

ここで、図２に送給装置１００の詳細説明図を示す。送給装置１００はその上部に貯蔵ホッパ１６のシェルビーズを受け入れるホッパ１０１を有する。また、ホッパ１０１は前述したように補助管２２からの補助管水が流入されるように構成される（図２（ａ）、矢印）。

さらに、送給装置１００は、ホッパ１０１の下部と連通したケーシング１０２を有し、ケーシング１０２内にシェルビーズが供給されるように構成される。ケーシング１０２は回転自在に軸支されたインペラ１０３を内蔵しており、さらに、貯水槽１９と貯水池２４とを結ぶ水の流路管の一部を形成する流路管部１０２ａと連通して一体形成されている（図２（ｂ））。

インペラ１０３をモータ等で駆動することで、流路管部１０２ａの一方（配管２１側）から他方（配管２３側）へ流れる水の中に、ホッパ１０１を通って供給されたシェルビーズと補助管水とをケーシング１０２内において攪拌して、スラリー状としたシェルビーズを吐出する。本発明では特に所謂、オープンインペラタイプのものを使用し、これにより送給装置１００の作動時にケーシング１０２内で回転するインペラ１０３と、ケーシング１０２との間等にシェルビーズが挟まって目詰まり等を起こすのを防止し、円滑な装置作動を保証する。吐出されたシェルビーズは配管２３を通って、貯水池２４へと搬送され、所望の量が充填されるまで本システムを作動させる。

なお、補助管２２からホッパ１０１に水を流入することで、ホッパ１０１の出口付近にシェルビーズが固着すること（例えばブリッジ等）を防ぐと共に、シェルビーズがスラリー状となるため、流路管部１０２ａ側へ吐出されやすくなる。

以上のように送給装置１００を用いて、シェルビーズと水との攪拌を行い、スラリー状として送給するため、効率良くシェルビーズを搬送することができる。さらに、貯水池２４の貯水は、シェルビーズの炭酸カルシウムの成分によって、水の酸性度が中和され、ｐＨ値が高められ、理想的には弱アルカリ性の安全でおいしい水を提供することが可能となる。

さて、本発明において上述のように送給装置１００を用いて、シェルビーズと水とを攪拌して送給するに際して、パラメータとして少なくとも配管２１の内径を含む限界沈殿流速計算式を用いて限界沈殿流速を求め、この限界沈殿流速に基づき限界沈殿流速水量以上の送水量を確保し、送水量に対する貝殻の見掛け体積濃度が所定濃度となるように設定する。そして、最適な限界沈殿流速及び限界沈殿流速水量を求めるべく、種々実験を行い、これを検証した。

ここで、限界沈殿流速計算式は、下記（１）式により表わされる。
ＶＬ＝ＦＬ√（２ｇＤ・（γ_s−γ_w）／γ_w） （１）
ここに、ＦＬ：貝殻の粒子径及び真体積濃度により決まる係数、ｇ：重力加速度、γ_s：貝殻の混入粒子分の平均真比重、γ_w：母液水の比重、Ｄ：配管内径である。

この実施形態において、具体的にはＦＬ＝１．３４、ｇ＝９．８［ｍ／ｓｅｃ²］、γ_s＝１．９、γ_w＝１．０及びＤ＝０．１０５３［ｍ］である。この場合、限界沈殿流速は（１）式より理論上、ＶＬ＝１．８３［ｍ／ｓｅｃ］、そして限界沈殿流速水量は次のようになる。
ＶＬＱ＝（πＤ²／４）・ＶＬ・６０＝０．９５［ｍ³／ｍｉｎ］
従って、配管内に貝殻が沈殿しないようにするためにはＶＬＱ＝０．９５［ｍ³／ｍｉｎ］（５７［ｍ³／ｈ］）以上の送水量を確保する必要がある。

なお、上記の場合、補助管２２の水量については１０［ｍ³／ｈ］程度が適当である。実験時には６、８、１０及び１２［ｍ³／ｈ］等の水量で実験したが、６及び８［ｍ³／ｈ］ではシェルビーズの押込みが緩慢となり、一方、１２［ｍ³／ｈ］としても送給装置１００の投入口もしくはシュート部（ホッパ１０１）サイズが決まっているため１０［ｍ³／ｈ］の場合と実質的に変わらない。従って、上記のように１０［ｍ³／ｈ］程度の水量が適当である。

さらに、貝殻すなわちシェルビーズの見掛け体積濃度は下記（２）式により算出され、見掛け体積濃度を所定範囲に設定することにより配管閉塞を生じさせいなようにする。
見掛け体積濃度（％）＝｛貝殻搬送量／（送水量＋貝殻搬送量）｝×１００ （２）
この見掛け体積濃度は後述するように１５％前後、好ましくは１１〜２０％の範囲である。

上記に基づき実験を行い、その実験結果を表１に示す。

実験において、貝殻の見掛け体積濃度が概略１０〜２０％の範囲で行ったが、特に見掛け体積濃度１５％前後では二次側圧力が送水時とほぼ同じ０．０２ＭＰａであり、圧力計の振れ（変動）は殆どなかった。この見掛け体積濃度１５％程度のとき最も安定して搬送することができるが、この場合見掛け体積濃度１１〜２０％の領域においても配管内及びインペラまわりに閉塞が生じることはなく、少なくともこの範囲であればシェルビーズを正確に定量して効率よく搬送することができることを確認できた。

実機設備では垂直立上げがなく、水平と下り勾配の配管ラインが好ましい。実験結果を考慮すると配管内径Ｄ＝０．１０５３［ｍ］に対して、見掛け体積濃度１５％、送水量７０［ｍ³／ｈ］（なお、この内訳として輸送管６０［ｍ³／ｈ］及びシュート部１０［ｍ³／ｈ］）が最適である。この場合、貝殻搬送能力としては、１２．３５［ｍ³／ｈ］を実現することができる。

なお、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、必要に応じて適宜変更等が可能である。
上記実施形態で説明した数値等は、本発明において好適なものであるが、本発明の範囲内で変更可能である。例えば、配管２１等の口径等は実際の設備との関係で最適なものを設定することができる。

本発明に係る水質改善システムの構成を示す図である。 本発明に係る水質改善システムの要部を示す図である。

符号の説明

１ 水質改善システム
１０ 受入ホッパ
１１ 吸込ホッパ
１２ 配管
１３ ブロワ
１４ 配管
１６ 貯蔵ホッパ
１９ 貯水槽
２０ 配管
２３ 配管
２４ 貯水池
１００ 送給装置
１０１ ホッパ
１０２ ケーシング
１０２ａ 流路管部
１０３ インペラ

Claims (4)

1. 送水配管に接続された送給装置に貝殻を供給し、この送給装置で貝殻と水とを攪拌してスラリー状として送給する貝殻送給方法であって、
   パラメータとして少なくとも前記送水配管の配管内径を含む限界沈殿流速計算式を用いて限界沈殿流速を求め、この限界沈殿流速に基づき限界沈殿流速水量以上の送水量を確保し、送水量に対する貝殻の見掛け体積濃度が所定濃度となるように設定することを特徴とする貝殻送給方法。
2. 前記限界沈殿流速計算式は下記（１）式により表わされ、前記限界沈殿流速水量以上を確保することにより貝殻が配管内に沈殿しないようにすることを特徴とする請求項１に記載の貝殻送給方法。
   ＶＬ＝ＦＬ√（２ｇＤ・（γ_s−γ_w）／γ_w） （１）
   ここに、ＦＬ：貝殻の粒子径及び真体積濃度により決まる係数、ｇ：重力加速度、γ_s：貝殻の混入粒子分の平均真比重、γ_w：母液水の比重、Ｄ：配管内径である。
3. 前記貝殻の見掛け体積濃度は下記（２）式により算出され、前記見掛け体積濃度を所定範囲に設定することにより配管閉塞を生じさせいなようにすることを特徴とする請求項１又は２に記載の貝殻送給方法。
   見掛け体積濃度（％）＝｛貝殻搬送量／（送水量＋貝殻搬送量）｝×１００ （２）
4. 前記見掛け体積濃度が１５％前後、好ましくは１１〜２０％の範囲であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の貝殻送給方法。
   
   

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