JP2010527787A - ヒドロサイクロン方式の浮上分離装置及びそれを含む水質汚染防止システム - Google Patents

Abstract

本発明は旋回流生成胴体、この旋回流生成胴体に供給される水に空気を注入する空気注入手段、旋回流生成胴体からの排水量を調節して旋回流生成胴体の内部水位を一定に維持する排水量調節手段、旋回流生成胴体に供給される水中に分散されてこの水が旋回流生成胴体を通過する間水の旋回流と空気の泡沫により水の旋回流中心部に向けて浮上して集まる懸濁物質を外部で回収する懸濁物質除去手段により構成されたヒドロサイクロン方式の水中懸濁物質浮上分離装置、を含むので、廃水や下水、用水などの水質浄化工程で発生する浮遊性物質を比較的低費用で效果的に処理できる水質汚染防止システムに関するものである。

Description

本発明は、液体中の懸濁物質を分離するヒドロサイクロン方式の浮上分離装置及びこのヒドロサイクロン方式の浮上分離装置を含む水質汚染防止システムに関するものである。

最近、水質汚染の悪化により湖沼や河川の水などに藻類の発生が増大して生態系の破壊などさまざまな問題が発生しているが、藻類の分布や量が広範囲で大量であるため現在の技術水準では処理できない場合が多いのである。

藻類の除去方法としては、藻類を死滅させる薬品を投入するかフィルタにより藻類をフィルタリングする方法がある。それらは簡単な処理方法ではあるが、前者の場合は薬品の毒性問題及び藻類の死体による第２次汚染問題が誘発され、後者の場合には処理速度が遅くて高費用を必要とするので適用が容易でなかった。

藻類を除去する他の方法としては、藻類を水中に沈殿させそのときに発生する沈澱物を除去する凝集沈澱法、藻類を水界の上層に浮上させて水上に浮び上がる浮きかすを除去する浮上分離法があるが、設備を使用して凝集沈澱法を適用する場合、工程の運転が比較的容易であるという長所はあるが、処理対象物の沈澱に２〜５時間が掛かるのでそれだけ設備が大きくなって相当な施設費用を必要とするという問題があった。浮上分離法の場合は、処理対象物の浮上に２０〜５０分が掛かるので凝集沈澱法に比べ５〜６分の１ほど容量の設備だけでも運転ができるという長所はあるが、空気加圧設備、浮きかす除去設備など追加設備を設けて運営するべきであるという負担と浮き上がった浮きかす中の一部が工程運転途中でまた沈む問題があった。

一方、廃水や下水の処理過程でも水中のスラッジを分離するために凝集沈澱または浮上分離法を適用するケースが多いが、それらの場合もやはり上述したような問題点があった。

韓国特許第１０−０８０６４６２ 韓国実用新案第２０−０２０９８０４

本発明は、経済的で大規模の対象にも適用可能なヒドロサイクロン方式の水中懸濁物質浮上分離装置及びそれを含む水質汚染防止システムを提供することを目的とする。

本発明の実施例に係ると、水流入口を有し、この水流入口に流入される水を内部で一定方向へ旋回させるように構成されて、このように旋回する水を下部から排出する水排出口を有する旋回流生成胴体と；上記水流入口に流入される水に空気を注入する空気注入手段と；上記水排出口から排出される水の量を調節して上記旋回流生成胴体内の水位を一定に維持する排水量調節手段と；上記旋回流生成胴体に供給される水中に分散されて、水が上記旋回流生成胴体を通過する間、水の旋回流と水に注入された空気泡沫の浮力によって上記旋回流生成胴体内の水面と旋回流の中心とが接する部分に向けて浮上して一定高さに集まる懸濁物質を外部で回収する懸濁物質除去手段と、を含むヒドロサイクロン方式の浮上分離装置が提供される。

ここで、上記旋回流生成胴体は、横断面が円形で、周囲に水流入管が接線方向に接続されてこの水流入管の管路が上記水流入口であって、下部に排水管が接続されてこの排水管の管路が上記水排出口である。また、上記水流入管は、複数個具備されて、上記旋回流生成胴体に同一接線方向に接続される。更に、上記排水量調節手段は、バルブを含む。

上記懸濁物質除去手段は懸濁物質回収管を包含し、上記懸濁物質回収管は、入口が上記旋回流生成胴体内の水面の下部でこの水面の旋回流中心部分と対応するように配置される。

本発明の実施例に係ると、取水源から水を汲み出して目的する所へ移送させるポンプと；上記ポンプが汲み出す水を収容して移送する管路と；上記管路に設けられてこの管路に沿って流れる水に水の処理のための薬品を注入する薬品注入手段と；上記管路に設けられて薬品が注入された水中の懸濁物質を水と分離するものとして請求項１に記載されたヒドロサイクロン方式の浮上分離装置と；を含む水質汚染防止システムが提供される。

本発明の実施例に係るヒドロサイクロン方式の浮上分離装置及びこれを含む水質汚染防止システムは、用水、廃水、下水のような水やこれの浄化処理過程中この水に含まれた藻類や汚泥などの懸濁物質を効率的に迅速に除去することが可能で、設置時の施設費を節減することが可能であると共に敷地面積を縮小することができて経済的な側面で非常に有利で運転が簡便であるという利点がある。特に、ヒドロサイクロン方式の浮上分離装置はサイズが小さいので船舶や浮体上に設置、稼動させることによって汚染された河川や湖沼の水を必要な現場で直接浄化処理することができる。

本発明の第１の実施例に係る水質汚染防止システムを示す構成図である。 図１に示したヒドロサイクロン方式の浮上分離装置の斜視図である。 図２に示したヒドロサイクロン方式の浮上分離装置の懸濁物質浮上原理を説明するための概念図である。 本発明の第２の実施例に係る水質汚染防止システムを示す構成図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明する。

図１は、本発明の第１の実施例に係る水質汚染防止システムを示す構成図である。図示したように、第１実施例は、取水源３０側に取水源３０の水（以下、原水と称す）を汲み上げるように設けられた取水ポンプ３２、取水ポンプ３２が汲み上げる原水を原水が受容される湛水処４０へ移送する送水管路３４、送水管路３４に沿って流れる原水に空気と処理に必要な薬品をそれぞれ注入する少なくとも一つずつの空気注入手段及び薬品注入手段、原水と注入された薬品とを混合する少なくとも一つの撹拌施設３６、撹拌施設３６によって混合された原水中の各種懸濁物質（藻類など）を浮上方式によって原水から分離するヒドロサイクロン方式の浮上分離装置１と、を含んで構成され、その他に浮きかす貯蔵手段５６を更に含む。この時、上記取水源３０は河川や湖沼であり、湛水処４０は他の河川や湖沼、人工貯水槽である。または、取水源が湛水処であることもありうる。

取水ポンプ３２は、取水源３０から原水を汲み出し、汲み出された原水を湛水処４０へ移送するために必要な圧力を提供する。
原水が流れる管路を提供する送水管路３４は、鋼鉄製の内圧管により構成される。または、開渠型の管路を提供するように上部が開放された形態の管渠（例：Ｕ字形管渠）が適用される。

このような送水管路３４には、原水が流れる方向に沿って空気注入手段、薬品注入手段、撹拌施設３６、ヒドロサイクロン方式の浮上分離装置１が順次結合されるが、この中で空気注入手段の設置位置は、図１に二点鎖線で表現したように撹拌施設３６とヒドロサイクロン方式の浮上分離装置１との間に変更することができる。また、必要であれば工程間に移送ポンプが一つ以上追加備わることができる。

空気注入手段は、空気圧縮機、圧縮空気貯蔵タンク、注入圧力調節機及び流量調節機などにより構成された空気注入設備５０であって、圧縮空気を提供することが可能で、注入される圧縮空気の圧力及び量を容易に調節することができる。一方、空気注入手段は、上記したのとは相違に、圧縮空気をあらかじめ溶解させてある水、即ち、加圧水を注入するように構成されたものであることができる。

薬品注入手段は、空気が注入された原水に処理薬品として凝集剤を供給する凝集剤注入設備５１及び酸と塩基とに区分されたｐＨ薬品を供給するｐＨ薬品注入設備５２と、を含む。勿論、原水を処理するために必要であればその他のいかなる薬品注入設備も追加することができる。

凝集剤注入設備５１は、凝集剤溶解槽、凝集剤溶液貯蔵槽及び注入ポンプなどにより構成される。ここで、注入ポンプの場合は定量ポンプであることが好ましく、定量ポンプを適用すると液状の凝集剤を提供することが可能で、注入される凝集剤の量を自由に特定することができる。凝集剤は、無機凝集剤と有機凝集剤中いずれか一つのタイプが単独で用いられるか、または、それら二つを組合せたタイプを用いることができる。また、ｐＨ薬品注入設備５２を別途に具備せず、凝集剤注入設備５１が凝集剤と共にｐＨ薬品を注入するように構成することもできる。

撹拌施設３６は、インペラ及びその回転手段を含んで、インペラ回転手段はモータを含む。参考として、送水管路３４はその中で原水の乱流が発生するので、その一部分を人為的にジグザグに曲げて乱流の発生を促進することが可能で、乱流が十分に発生する場合は撹拌機３６を省略することができる。

図２は、図１に示したヒドロサイクロン方式の浮上分離装置１の斜視図である。
ヒドロサイクロン方式の浮上分離装置１は、空気が過飽和溶解された原水から形成された微細気泡や強制注入された微細気泡に原水中の懸濁物質が接着して水面に浮上するようにすることによって懸濁物質を除去するものであって、図２に示したように、旋回流生成胴体１０、空気注入手段、排水量調節手段１８及び懸濁物質除去手段を含む。

旋回流生成胴体１０は、水を内部で一定方向へ旋回させるように横断面が円形の容器の構造を有するものであって、その縁部には水流入管１２が接線方向に接続されて管路を水流入口とし、その下部の中央には排水管１６が接続されて管路を水排出口とする。ここで、水流入管１２は、必要に応じては安定した旋回流を形成するために二つ以上具備されて、全て旋回流生成胴体１０に縁部方向に同一間隔を有して配置されてこの状態で同一接線方向に接続される。

空気注入手段は、旋回流生成胴体１０に供給される水に空気を注入する。この空気注入手段は別途に具備することもできるが、ここでは上述した空気注入手段である空気注入設備５０を利用した。

排水量調節手段１８は、排水管１６に設けられた流量調節バルブであって、排水管１６から排出される水の量を調節して旋回流生成胴体１０内の水位を一定に維持する役割をする。勿論、このようにするために、必要な場合には水位感知センサーなどを揃えることができる。

懸濁物質除去手段は、旋回流生成胴体１０に供給される水中に分散されて水が旋回流生成胴体１０を通過する間、水の旋回流及び水に注入された空気の泡沫により水面の旋回流中心部分に向けて浮上して所定の高さに集まる懸濁物質、即ち、浮きかすを外部へ回収する役割を行うので、構成要素として懸濁物質回収管１４を含む。懸濁物質回収管１４は、入口が旋回流生成胴体１０の水面下でこの水面の旋回流中心部分と対応するように配置され、出口は排水管１６を貫通して外部に露出されて、入口と出口の間は直線に形成されて旋回流の中心に位置する。

図３は、ヒドロサイクロン方式の浮上分離装置の懸濁物質浮上原理を説明するための概念図で、以下からは図３を参照して、懸濁物質（例えば、スラッジ粒子）が水と共にヒドロサイクロン方式の浮上分離装置１に供給されて旋回流を発生した時の力学的作用について説明する。

旋回流が発生した旋回流生成胴体１０の内部で、任意のスラッジ粒子Ｍ１は重力による力Ｆｇ及び旋回流の回転中心であるＡの外側方向からＦｃ大きさの遠心力を受ける。これに、結果的にスラッジ粒子Ｍ１は上記二つの力のベクター和であるＦｖの力を受ける。この時、同一位置の水でも同一力を受けるようになるので、もし、このスラッジ粒子Ｍ１が気泡を吸着して平均密度が水のそれよりも低いと、スラッジ粒子Ｍ１は力Ｆｖの反対方向に力Ｆｆだけの浮上力を受けて旋回流の回転中心Ａに向かって浮び上がるようになる。この時の浮力は、平常時の浮力よりもＦｖ／Ｆｇ倍だけ大きくなるので、浮上速度はさらに速くなる。また、他の任意のスラッジ粒子Ｍ２の場合も同様な作用を受けるので、この時にも浮力は旋回流の回転中心Ａに向かって傾いて作用するので、水中のスラッジ粒子は窮極的に旋回流の回転中心Ａと水表面Ｈとが接する地点に向かって集まるようになる。

このような原理でヒドロサイクロン方式の浮上分離装置１は、水中に分散されている懸濁物質を容易に一点に集めることができると共に、懸濁物質回収管１４を通して簡便に外部へ放出することができる。

一方、このように回収された浮きかすは、浮きかす貯蔵手段５６に貯蔵された後そのまま処理されたり、再び濃縮過程を経由して最終処理される。一方、懸濁物質が除去されて精製された処理水は、サンドフィルタ、消毒装置などを経由するかそのまま湛水処４０へ移送されて活用にされる。

上述した第１の実施例は次の通り作動される。取水ポンプ３２が汲み上げる取水源３０の原水は、送水管路３４に沿って湛水処４０側へ流れる。この過程で、凝集剤注入設備５１は凝集剤を注入し、ｐＨ薬品注入設備５２はｐＨ薬品を注入するが、このとき、注入された凝集剤は原水に含まれた懸濁物質と凝結し、線くず（ｆｌｏｃ）を形成して懸濁物質が容易に浮上できるようにし、ｐＨ薬品は線くずの生成を支援する。空気注入設備５０は空気を注入するが、送水管路３４に沿って流れる原水中には常圧で過飽和水準の空気が溶解されて、一部空気は乱流により微細な大きさの粒子に分散されることもある。以後、このように空気、凝集剤、ｐＨ薬品が注入された原水は移送中に送水管路３４の内部で形成される乱流によって混合され、必要によっては撹拌施設３６により強制混合された後、ヒドロサイクロン方式の浮上分離装置1へ向かうようになる。

空気、凝集剤、ｐＨ薬品が混合された状態でヒドロサイクロン方式の浮上分離装置１に到達した混合液は、旋回流生成胴体１０で低い圧力とのろい流速により生成された気泡を包含し、懸濁物質は、重力及び旋回流の回転力によって水面に浮上して浮きかすを形成する。この時、浮上した浮きかすは旋回流の中心側に集まり、懸濁物質回収管１４を通して外部へ放出、回収されて浮きかす貯蔵手段５６に貯蔵されて別途処理される。懸濁物質が分離された下方側の精製された処理水はサンドフィルタなど追加精製工程や消毒処理工程を経由するかそのまま湛水処４０へ移送されて活用される。

以上の説明で、原水中の懸濁物質に対する空気要求量の比は約０．０５〜０．２が適切で、旋回流生成胴体１０の大きさは混合水が約１０〜２５分間滞留できれば充分であって、通常的な気泡の上昇速度は２０〜１００ｍｍ／ｍｉｎ程度で表現される。

一方、藻類の含量の高い原水は固液分離効果を高めるために凝集剤としてポリ塩化アルミニウム（ｐｏｌｙ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）を１７％溶液基準１０〜５０ｐｐｍ程度使用することが望ましく、効率向上のために廃水処理高分子凝集剤などを０．２〜１．０ｐｐｍ程度追加することができる。そしてポリ塩化アルミニウムの代わりに、性能はやや低下するが価格が低廉な硫酸アルミニウムや塩化第二鉄のような薬品を苛性ソーダのようなアルカリ溶液と一緒に投入して所望の効果を得ることができる等、様々な他の方法を適用することができる。

以上説明した第１の実施例は取水源３０の原水に含まれた藻類など懸濁物質を経済的に除去することが可能で、施設物の大きさが比較的小さいので河川や湖沼の水上で船舶など移動体に搭載して（または、浮体によって水に浮かぶように設けて）自体水質の浄化に活用することができる。

図４は、本発明の第２の実施例に係る水質汚染防止システムを示す構成図である。第２の実施例は廃水や下水など汚染の激しい水の水質汚染防止システムであって、図４に示したように、第１の実施例に比べその他の構成や作用はすべて同一で、送水管路３４に沿ってヒドロサイクロン方式の浮上分離装置１へ流れる原水を生物学的処理法である微生物などを利用する方法により処理する生物学的水質浄化手段３３を更に含むことだけが相異する。この時、生物学的水質浄化手段３３は一例として活性汚泥法の具現が可能な処理設備である。

以上、本発明を説明したが、本発明はこの明細書に開示された実施例及び図面によって限定されるものではない。従って、本発明は、本発明の技術的思想の範囲内で本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって多様に変形することができる。

例えば、上述した説明で懸濁物質除去手段の懸濁物質回収管１４は、その入口が旋回流生成胴体１０内の水面下部に位置するものと説明したが、懸濁物質回収管１４はその入口が水面上で水面と連接して配置されて、ポンプなどを利用して浮きかすを分離することができる。

また、上述した説明では原水中の懸濁物質を分離する手段が浮上原理を利用するヒドロサイクロン方式の浮上分離装置１であると説明したが、原水中の懸濁物質を分離する手段は、懸濁物質を沈殿させこの沈澱された沈澱物をスラッジ排出管によって排出する沈澱施設であり、従って、浮きかす貯蔵手段５６の代わりに、スラッジ貯蔵手段を適用することができる。これは懸濁物質を水の下へ沈めて除去するものであるので、原水に含まれた懸濁物質が藻類の場合よりは泥水のような無機性粒子が主をなしている時に適用すれば有利である。

１：ヒドロサイクロン方式の浮上分離装置 １０：旋回流生成胴体
１２：水流入管 １４：懸濁物質回収管
１６：排水管 １８：排水量調節手段
３０：取水源 ３２：取水ポンプ
３３：生物学的水質浄化手段 ３４：送水管路
３６：撹拌施設 ４０：湛水処
５０：空気注入設備 ５１：凝集剤注入設備
５２：ｐＨ薬品注入設備

Claims (6)

1. 水流入口を有し、この水流入口に流入される水を内部で一定方向へ旋回させるように構成されて、このように旋回する水を下部から排出する水排出口を有する旋回流生成胴体と；
   上記水流入口に流入される水に空気を注入する空気注入手段と；
   上記水排出口から排出される水の量を調節して上記旋回流生成胴体内の水位を一定に維持する排水量調節手段と；
   上記旋回流生成胴体に供給される水中に分散されて、水が上記旋回流生成胴体を通過する間、水の旋回流と水に注入された空気泡沫の浮力によって上記旋回流生成胴体内の水面と旋回流の中心とが接する部分に向けて浮上して一定高さに集まる懸濁物質を外部で回収する懸濁物質除去手段と、
   を含むことを特徴とするヒドロサイクロン方式の水中懸濁物質浮上分離装置。
2. 上記旋回流生成胴体は、横断面が円形で、周囲に水流入管が接線方向に接続されてこの水流入管の管路が上記水流入口であって、下部に排水管が接続されてこの排水管の管路が上記水排出口であることを特徴とする請求項１記載のヒドロサイクロン方式の水中懸濁物質浮上分離装置。
3. 上記水流入管は、複数個具備されて、上記旋回流生成胴体に同一接線方向に接続されることを特徴とする請求項２記載のヒドロサイクロン方式の水中懸濁物質浮上分離装置。
4. 上記排水量調節手段は、バルブを含むことを特徴とする請求項２記載のヒドロサイクロン方式の水中懸濁物質浮上分離装置。
5. 上記懸濁物質除去手段は懸濁物質回収管を包含し、上記懸濁物質回収管は、入口が上記旋回流生成胴体内の水面の下部でこの水面の旋回流中心部分と対応するように配置されたことを特徴とする請求項１記載のヒドロサイクロン方式の水中懸濁物質浮上分離装置。
6. 取水源から水を汲み出して目的する所へ移送させるポンプと；
   上記ポンプが汲み出す水を収容して移送する管路と；
   上記管路に設けられてこの管路に沿って流れる水に水の処理のための薬品を注入する薬品注入手段と；
   上記管路に設けられて薬品が注入された水中の懸濁物質を水と分離するものとして請求項１に記載されたヒドロサイクロン方式の水中懸濁物質浮上分離装置と；
   を含むことを特徴とする水質汚染防止システム。