JP2013086015A - 沈降分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で沈降物の圧密を抑制し、排出口や排出管の閉塞を防止する。
【解決手段】沈降分離装置３５０は、液体と、液体よりも比重が大きい物質とを含む混合物（油混合水Ｚ１、Ｚ２）を貯留する貯留部３５２と、供給口３５４ｃを通じて貯留部に混合物を供給する供給部３５４と、貯留部に設けられ、貯留部において混合物から分離された液体が所定水位を越えると、液体を外部へ越流させる越流部３６０と、貯留部における供給口の下方に設けられ、少なくとも、混合物から沈降分離された液体よりも比重が大きい物質である重物質（重質タールＴ１、スラッジＳ１）が通過する沈降物回収口３６２と、沈降物を攪拌する攪拌部３７０とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、比重の違いによって、物質を分離する沈降分離装置に関する。

従来、液体と、当該液体と比重が異なる物質とを含む混合物から、比重の違いによって、液体と、当該物質とに分離する沈降分離装置が知られている。沈降分離装置は、具体的に、混合物を収容、貯留する貯留部と、貯留部の底面に設けられた排出口とを含んで構成され、混合物が貯留部に貯留されている間に、液体より比重の大きい物質（以下、単に重物質と称する）が鉛直下方に沈降する。そして、鉛直下方に沈降した物質（沈降物）は排出口から排出され、貯留部に残った液体をポンプで汲み出したりすることで、液体と重物質とを分離する。

このような沈降分離装置は、下水を処理する下水処理場で利用されたり、石炭をガス化するガス化プラントで利用されたりする。例えば、下水処理場で利用される場合、沈降分離装置は、下水に含まれる砂等の固形物を沈降分離して除去したり、活性汚泥を用いて下水に含まれる有機物を分解するための活性汚泥槽から流出した活性汚泥を沈降分離して回収したりするために利用される。

また、石炭をガス化するガス化プラントで利用される場合、沈降分離装置は、石炭から生成されたガス化ガスに不純物として含まれるタールやスラッジを除去するためのスプレー塔やミストセパレータから排出された排水からタールやスラッジを沈降分離して除去したり、上記排水に含まれる有機物を分解するための活性汚泥槽から流出した活性汚泥を沈降分離して回収したりするために利用される。

しかし、沈降分離装置において、混合物に含まれる重物質を沈降分離させる時間が長いと、すなわち、混合物を貯留する時間が長いと、貯留部の下部に重物質（沈降物）が圧密し、貯留部の底面に配された排出口や、排出口に接続された排出管を閉塞してしまうおそれがある。一旦排出口や排出管が閉塞してしまうと、沈降分離装置で分離された重物質を排出することができなくなり、重物質を掻き出すための専用の装置を利用する必要があった。

そこで、水より比重の大きいタール状の物質を含んだ排水からタール状の物質を分離する沈降分離装置において、排出管から貯留部へ向かって圧縮空気を逆噴射させることで、排出管を閉塞しているタール状の物質を、貯留部と排出管とを接続する排出口の周囲に押し退ける技術が開示されている（例えば、特許文献１）。

特開２００３−２４６３９２号公報

しかし、石炭をガス化するガス化プラントにおいてガス化ガスを精製することで排出された排水には、タールのみならずスラッジが含まれている。スラッジには、酸化鉄、酸化アルミニウム（アルミナ）、二酸化ケイ素（シリカ）等の粒子状の無機物が含まれている。したがって、上記特許文献１の技術を利用して圧縮空気を逆噴射させたとしても、空気が粒子間を素通りしてしまい閉塞した沈降物を除去することができない。また、空気は水より著しく軽いため、空気の上昇に伴って、細かい粒子が浮上してしまい、再度処理水（もしくは越流水）に混入してしまうおそれもある。

本発明は、このような課題に鑑み、簡易な構成で沈降物の圧密を抑制し、排出口や排出管の閉塞を防止することが可能な沈降分離装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の沈降分離装置は、比重の違いによって物質を分離する沈降分離装置であって、液体と、液体よりも比重が大きい物質である重物質とを含む混合物を貯留する貯留部と、供給口を通じて貯留部に混合物を供給する供給部と、貯留部に設けられ、貯留部において混合物から分離された液体が所定水位を越えると、液体を外部へ越流させる越流部と、貯留部における供給口の下方に設けられ、少なくとも、混合物から沈降分離された重物質が通過する沈降物回収口と、沈降分離された重物質を攪拌する攪拌部と、を備えたことを特徴とする。

攪拌部は、沈降分離された重物質を、沈降物回収口を通じて貯留部から汲み出す沈降物回収ポンプと、貯留部における、供給口の下方かつ沈降物回収口の上方に位置する吐出口から、沈降物回収ポンプによって汲み出された重物質を再導入する循環路を含んで構成されるとしてもよい。

攪拌部は、複数の羽根を放射状に配置した攪拌羽根と、攪拌羽根を回転させ、沈降分離された重物質を攪拌する回転制御部と、を含んで構成されるとしてもよい。

上記沈降分離装置は、貯留部の内周面であって、供給口の下方に設けられ、貯留部の外周中心方向に向かって突出した邪魔部をさらに備えるとしてもよい。

邪魔部は、少なくとも上面が、貯留部の内周面から貯留部の外周中心に向かうに従って、鉛直下方に傾斜していてもよい。

上記沈降分離装置は、貯留部の下部に貯留された混合物の濁度を測定する濁度測定部と、濁度測定部が測定した濁度が所定値以上であると、沈降物回収口を通じて沈降分離された重物質を外部へ排出する排出部と、をさらに備えるとしてもよい。

上記沈降分離装置の貯留部は、少なくともその一部の形状が、下端から鉛直上方に向かうに連れて、水平断面積が徐々に大きくなる形状であり、沈降物回収口は、貯留部における水平断面積が最も小さくなる箇所に設けられるとしてもよい。

本発明では、簡易な構成で沈降物の圧密を抑制し、排出口や排出管の閉塞を防止することが可能となる。

ガス化ガス精製システムを説明するための説明図である。 ガス化ガス精製装置および排水処理装置の具体的な構成を説明するための説明図である。 沈降分離装置の具体的な構成を説明するための説明図である。 沈降物の流れを説明するための説明図である。 固形物濃度と濁度との関係を示す図である。 図３におけるＶ−Ｖ矢視図である。 変形例の沈降分離装置を説明するための説明図である。 図７におけるＶＩＩ−ＶＩＩ矢視図である。 邪魔部の他の例を説明するための説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

ここでは、まず沈降分離装置を利用するシステムとして、ガス化ガス精製システムについて説明し、続いて本実施形態の特徴である沈降分離装置について詳述する。

（ガス化ガス精製システム１００）
図１は、本実施形態にかかるガス化ガス精製システム１００を説明するための説明図である。図１に示すように、ガス化ガス精製システム１００は、ガス化ガス生成装置１１０と、ガス化ガス精製装置２００と、排水処理装置３００とを含んで構成される。図１中、ガスの流れを実線の矢印で、ガス化原料の流れを破線の矢印で、砂の流れを一点鎖線の矢印で、水やタール、スラッジの流れを白抜きの矢印で示す。

ガス化ガス生成装置１１０としての、例えば、二塔式の流動層ガス化炉では、硅砂（珪砂）等の砂で構成される流動媒体を熱媒体として循環させ、ガス化原料をガス化させてガス化ガスを生成する。図１に示すようにガス化ガス生成装置１１０は、燃焼炉１１２と、媒体分離装置１１４と、ガス化炉１１６とを含んで構成される。

流動媒体としての砂の流れに着目すると、燃焼炉１１２で１０００℃程度に加熱された高温の砂は、燃焼排ガスと共に媒体分離装置１１４に導入され、媒体分離装置１１４において高温の砂と、燃焼排ガスに分離される。媒体分離装置１１４で分離された高温の砂は、ガス化炉１１６に導入され、最終的に燃焼炉１１２に戻る。また、媒体分離装置１１４で分離された燃焼排ガスは、ボイラ等で熱回収される。

ガス化炉１１６は、例えば、気泡流動層ガス化炉であり、褐炭等の石炭、石油コークス（ペトロコークス）、バイオマス、タイヤチップ等の固体原料や、黒液等液体原料のガス化原料を７００℃〜９００℃でガス化させてガス化ガスを生成する。本実施形態では、ガス化炉１１６に水蒸気を供給することにより、ガス化原料をガス化させてガス化ガスを生成する（水蒸気ガス化）。ガス化炉１１６で生成されたガス化ガスＸ１には、酸化鉄、酸化アルミニウム（アルミナ）、二酸化ケイ素（シリカ）等の無機物を含んで構成されるスラッジ（固形物粒子）、タール、水蒸気等が含まれているため、下流のガス化ガス精製装置２００に送出され、精製される。

なお、ここでは、ガス化炉１１６として、循環流動層方式を例に挙げて説明したが、ガス化原料をガス化することができれば、ガス化炉１１６は、単なる流動層方式や、砂が自重で鉛直下方向に流下することで移動層を形成する移動層方式であってもよい。

（ガス化ガス精製装置２００）
図２は、ガス化ガス精製装置２００および排水処理装置３００の具体的な構成を説明するための説明図である。図２に示すようにガス化ガス精製装置２００は、改質炉（酸化改質炉）２１０と、第１熱交換器２１２と、スプレー塔２１４と、ミストセパレータ２１６と、第２熱交換器２１８とを含んで構成される。図２中、ガスの流れを破線の矢印で、水やタール、スラッジの流れを実線の矢印で示す。

改質炉２１０は、ガス化炉１１６で生成されたガス化ガスＸ１に酸素や空気を加え、９００〜１５００℃程度にして、ガス化ガスＸ１に含まれるタールを改質（酸化改質）する。

第１熱交換器２１２は、改質炉２１０で改質されたガス化ガスＸ２と水蒸気との熱交換を行い、すなわち、ガス化ガスＸ２の顕熱を水蒸気で回収し、ガス化ガスＸ２の出口温度を３００℃〜６００℃にする。

スプレー塔２１４は、処理対象であるガス化ガスＸ２に４０℃程度の冷却水Ｙ１をスプレー噴霧することにより、３００℃〜６００℃となったガス化ガスＸ２を７０℃程度に冷却する。これにより、ガス化ガスＸ２に含まれるタールやスラッジが凝縮し、ガス化ガスＸ２から除去され、精製ガスＸ３と油混合水Ｚ１が生成される。そして、スプレー塔２１４は、精製ガスＸ３を下流のミストセパレータ２１６に供給し、油混合水Ｚ１（水温（液温）は７０℃程度）を排水処理装置３００に送出する。ここで、油混合水Ｚ１は、液体である水と、水よりも比重が大きい物質（重物質）である、重質タールと、スラッジとを少なくとも含む混合物である。

ミストセパレータ２１６は、精製ガスＸ３に、冷却水Ｙ２（水温は４０℃程度）を、スプレー塔２１４における粒径よりも小さい水滴としてスプレー噴霧する。これにより、スプレー塔２１４では、十分に分離、除去できなかった精製ガスＸ３に含まれる霧状のタール、スラッジ等が凝縮し、精製ガスＸ３から除去され、精製ガスＸ４と油混合水Ｚ２が生成される。そして、ミストセパレータ２１６は、精製ガスＸ４を下流の第２熱交換器２１８に供給し、油混合水Ｚ２（液温は７０℃程度）を排水処理装置３００に送出する。ここで、油混合水Ｚ２は、上記油混合水Ｚ１と同様に、液体である水と、水よりも比重の大きい物質（重物質）である、重質タールと、スラッジとを少なくとも含む混合物である。

第２熱交換器２１８は、海水、ブライン等を用いて、精製ガスＸ４を３０℃以下にさらに冷却する。これにより、さらに残存したタール、スラッジ等が凝縮し、精製ガスＸ４から除去され、精製ガスＸ５（精製ガス化ガス）が生成される。

（排水処理装置３００）
図２に示すように、排水処理装置３００は、沈降分離装置（タールデカンタ）３５０と、第１バッファタンク３１０と、第１タールタンク３１２と、第２タールタンク３１４と、第１ポンプ３１６ａと、第２ポンプ３１６ｂと、第３ポンプ３１６ｃと、第２バッファタンク３２０と、加圧浮上槽３２２と、ＮＨ_３放散塔３２４と、活性汚泥槽３２６と、最終沈殿池３２８とを含んで構成される。

沈降分離装置３５０は、スプレー塔２１４から送出された油混合水Ｚ１およびミストセパレータ２１６から送出された油混合水Ｚ２に含まれるタールおよびスラッジを、比重の違いによって油混合水Ｚ１、Ｚ２から分離する。本実施形態において沈降分離装置３５０は、水より比重の大きい、重質タールＴ１およびスラッジＳ１を、後述する貯留部３５２の下部に沈降させる。ここで、重質タールＴ１は、例えば、アントラセン、フェナントレン等の三環芳香族、三環芳香族を含むアントラセン油、カルボル油、洗浄油、ピッチ等である。また、スラッジＳ１は、酸化鉄、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素等の無機物を含む。

また、沈降分離装置３５０は、水より比重の小さい軽質タールＴ２を、貯留部３５２の上部に浮上させる。ここで、軽質タールＴ２は、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、クレゾール等の一環芳香族や、ナフタレン等の二環芳香族を含む。

そして、沈降分離装置３５０は、油混合水Ｚ１、Ｚ２から重質タールＴ１、スラッジＳ１、および、軽質タールＴ２が分離、除去された水である処理水Ｙ３を第１バッファタンク３１０に送出する。沈降分離装置３５０の具体的な構成については、後に詳述する。

第１バッファタンク３１０は、沈降分離装置３５０において油混合水Ｚ１、Ｚ２から分離された処理水Ｙ３を貯留する。また、第１バッファタンク３１０は、第１ポンプ３１６ａを通じてスプレー塔２１４に冷却水Ｙ１を供給し、第２ポンプ３１６ｂを通じてミストセパレータ２１６に冷却水Ｙ２を供給する。

第１タールタンク３１２は、後述するバルブ３８４ａを通じて、貯留部３５２の下部から排出された重質タールＴ１およびスラッジＳ１を貯留する。第２タールタンク３１４は、第３ポンプ３１６ｃを通じて、貯留部３５２の上部から排出された軽質タールＴ２を貯留する。

第１ポンプ３１６ａは、スプレー塔２１４における冷却水Ｙ１を噴霧する噴霧部と第１バッファタンク３１０とを接続する配管の途中に設けられ、第１バッファタンク３１０から処理水Ｙ３を汲み上げて、その処理水Ｙ３を冷却水Ｙ１としてスプレー塔２１４の噴霧部に供給する。第２ポンプ３１６ｂは、ミストセパレータ２１６における冷却水Ｙ２を噴霧する噴霧部と第１バッファタンク３１０とを接続する配管の途中に設けられ、第１バッファタンク３１０から処理水Ｙ３を汲み上げて、その処理水Ｙ３を冷却水Ｙ２としてミストセパレータ２１６の噴霧部に供給する。第３ポンプ３１６ｃは、第２タールタンク３１４と貯留部３５２とを接続する配管の途中に設けられ、貯留部３５２の上部に浮上した軽質タールＴ２を汲み上げて第２タールタンク３１４に排出する。

第２バッファタンク３２０は、第１バッファタンク３１０で余剰した処理水Ｙ３と、第２熱交換器２１８で利用された処理水Ｙ４とを貯留し、加圧浮上槽３２２へ送出する。加圧浮上槽３２２は、加圧した空気を処理水Ｙ５（Ｙ３とＹ４の混合物）に導入し、処理水Ｙ５に含まれるスラッジ等の浮遊物質を浮上させて除去する。ＮＨ_３放散塔３２４は、浮遊物質が除去された処理水Ｙ６からアンモニア（ＮＨ_３）を除去する。活性汚泥槽３２６は、アンモニアが除去された処理水Ｙ７に活性汚泥（好気性の微生物）を適用することで、処理水Ｙ７に含まれる有機物を分解して除去する。最終沈殿池３２８は、活性汚泥と有機物が除去された排水Ｙ８を分離する。そして、最終沈殿池３２８で分離された排水Ｙ９は、放流、または廃棄される。

このように、本実施形態にかかる排水処理装置３００によれば、沈降分離装置３５０において、スプレー塔２１４およびミストセパレータ２１６で生成された油混合水Ｚ１、Ｚ２から、重質タールＴ１とスラッジＳ１が沈降分離され、軽質タールＴ２が浮上分離される。以下、本実施形態において特徴的な沈降分離装置３５０について説明する。

（沈降分離装置３５０）
図３は、沈降分離装置３５０の具体的な構成を説明するための説明図である。図３に示すように、沈降分離装置３５０は、貯留部３５２と、供給部３５４と、センターウエル３５６と、軽質タール回収ウエル３５８と、越流部３６０と、沈降物回収口３６２と、攪拌部３７０と、邪魔部３８０と、濁度測定部３８２と、排出部３８４と、加温部３８６とを含んで構成される。

上述したように、沈降分離装置３５０は、比重の違いによって、油混合水Ｚ１、Ｚ２から重質タールＴ１、および、スラッジＳ１を沈降分離し、軽質タールＴ２を浮上分離する。そして、重質タールＴ１、スラッジＳ１、軽質タールＴ２が分離された処理水Ｙ３を第１バッファタンク３１０に送出する。

貯留部３５２は、上部貯留部３５２ａと、下部貯留部３５２ｂとを含んで構成され、例えば５ｔ程度の油混合水Ｚ１、Ｚ２を貯留する。

上部貯留部３５２ａは、その中心軸が鉛直方向（図３中Ｚ軸方向）に延びた円筒形状に形成され、沈降分離装置３５０の設置状態において、上端は開放されており、下端には下部貯留部３５２ｂが連接されている。本実施形態において、沈降分離装置３５０における処理水Ｙ３の喫水面は、上部貯留部３５２ａの上端となる。

下部貯留部３５２ｂは、略円錐形状に形成され、沈降分離装置３５０の設置状態において、下端から上端になるに従って（下端から鉛直上方に向かうに連れて）、水平断面積（図３中Ｘ軸方向の断面積）が、徐々に大きくなる（ここでは半径が大きくなる）形状である。なお、本実施形態において下部貯留部３５２ｂの安息角θは、重質タールＴ１やスラッジＳ１が容易に排出されるように適宜設定される。ここでは、例えば、６０°に設定されているとする。そして、下部貯留部３５２ｂには、後述する領域Ｒで分離された、水より比重が大きい重質タールＴ１やスラッジＳ１が沈積する。

供給部３５４は、第１供給管３５４ａと、第２供給管３５４ｂとを含んで構成され、上部貯留部３５２ａの中央（または中央付近）に配された供給口３５４ｃを通じて、貯留部３５２に油混合水Ｚ１、Ｚ２を供給する。具体的に説明すると、第１供給管３５４ａは、スプレー塔２１４に接続されており、スプレー塔２１４から排出された油混合水Ｚ１を貯留部３５２に供給する。また、第２供給管３５４ｂは、ミストセパレータ２１６に接続されており、ミストセパレータ２１６から排出された油混合水Ｚ２を貯留部３５２に供給する。

ここで、仮に、スプレー塔２１４に接続される供給管とミストセパレータ２１６に接続される供給管を同一系統にした供給部とすると、いずれか一方の流路が供給口まで閉塞した場合、他方から送出された油混合水が沈降分離装置３５０へ到達することができなくなってしまう。また、同一系統にした供給部とすると、スプレー塔２１４およびミストセパレータ２１６のいずれか一方をメンテナンスする際に、双方ともに機能を停止する必要がある。そこで、本実施形態のように、スプレー塔２１４に接続される供給管（第１供給管３５４ａ）と、ミストセパレータ２１６に接続される供給管（第２供給管３５４ｂ）とを別系統にした供給部３５４とすることで、双方の流路が同時に閉塞してしまう事態を回避でき、また、双方の流路を個別に管理したり、個別にメンテナンスすることができる。

なお、供給口３５４ｃは、貯留部３５２に油混合水Ｚ１、Ｚ２を供給できれば、上部貯留部３５２ａの中央に限らずどの位置に配されてもよい。

センターウエル３５６は、上部貯留部３５２ａ、下部貯留部３５２ｂと同心の、鉛直方向に延びた円筒形状に形成されている。センターウエル３５６の水平断面の直径は、上部貯留部３５２ａの水平断面の直径より短く、第１供給管３５４ａの水平断面の直径と第２供給管３５４ｂの水平断面の直径とを合わせた長さよりも長い。また、図３に示すように、センターウエル３５６の下端は、供給口３５４ｃよりも鉛直下方向に位置するように構成されている。

軽質タール回収ウエル３５８は、上部貯留部３５２ａ、下部貯留部３５２ｂ、およびセンターウエル３５６と同心の、鉛直方向に延びた円筒形状に形成されている。軽質タール回収ウエル３５８の水平断面の直径は、上部貯留部３５２ａの水平断面の直径より短く、センターウエル３５６の水平断面の直径よりも長い。また、図３に示すように、軽質タール回収ウエル３５８の下端は、センターウエル３５６の下端よりも鉛直上方向に位置するよう構成されている。

センターウエル３５６の下方であり、軽質タール回収ウエル３５８の下端の下を外周とする円盤状の領域Ｒは、油混合水Ｚ１、Ｚ２に含まれる重質タールＴ１、スラッジＳ１、軽質タールＴ２が鉛直方向から水平方向に流れを変えて軽質タール回収ウエル３５８の直下に到達する間に、物質それぞれの比重に基づいて分離される領域である。

軽質タール回収口３５８ａは、軽質タール回収ウエル３５８の天面に設けられ、配管３５８ｂを通じて、第３ポンプ３１６ｃ（図２参照）に接続されている。そして、第３ポンプ３１６ｃを駆動させることにより、領域Ｒにおいて分離され、軽質タール回収ウエル３５８の上部に浮上した軽質タールＴ２が汲み上げられて第２タールタンク３１４に排出される。

越流部３６０は、上部貯留部３５２ａに設けられ、領域Ｒにおいて、油混合水Ｚ１、Ｚ１から重質タールＴ１、スラッジＳ１、および軽質タールＴ２が除去された処理水Ｙ３（液体）が所定水位（ここでは、上部貯留部３５２ａの上端）を越えると、処理水Ｙ３を外部へ越流させる。つまり、処理水Ｙ３は越流部３６０から外部へ溢れ出ることになる。そして、越流部３６０によって貯留部３５２の外部に越流された処理水Ｙ３は、処理水回収口３６０ａを通じて、第１バッファタンク３１０に送出される。

沈降物回収口３６２は、下部貯留部３５２ｂの下端、すなわち、下部貯留部３５２ｂにおける水平断面積が最も小さくなる箇所（ここでは底面）に設けられ、油混合水Ｚ１、Ｚ２から沈降分離され、下部貯留部３５２ｂに沈積した重質タールＴ１およびスラッジＳ１（以下、下部貯留部３５２ｂに沈積した重質タールＴ１およびスラッジＳ１を沈降物と称する）が通過する。

ここで、沈降物回収口３６２は、下部貯留部３５２ｂの下端、つまり、鉛直方向に最も低い場所に設けられる。領域Ｒで分離された沈降物は、自重で鉛直下方に沈降し、下部貯留部３５２ｂの下端（底面）に収集される。また、上述したように、本実施形態において下部貯留部３５２ｂは、略円錐形状に形成されているため、下部貯留部３５２ｂの内周面に衝突した沈降物も、下部貯留部３５２ｂの内周面を伝って下端に集約される。したがって、沈降物が集約される下部貯留部３５２ｂの下端に沈降物回収口３６２を設けることにより、沈降物を効率よく、貯留部３５２外に排出することが可能となる。

攪拌部３７０は、配管３７２ａ、３７２ｂ、３７２ｃで構成された循環路３７２と、沈降物回収ポンプ３７４とを含んで構成される。

配管３７２ａは、沈降物回収口３６２と沈降物回収ポンプ３７４とを接続する管である。配管３７２ｂは、沈降物回収ポンプ３７４と後述するバルブ３８４ａとを接続する管である。配管３７２ｃは、配管３７２ｂから分岐され、下部貯留部３５２ｂに設けられた吐出口３５２ｃに接続された管である。本実施形態において、吐出口３５２ｃは、下部貯留部３５２ｂの鉛直方向の長さＬに対して、下端からＬ／２のいずれかの位置、ここではＬ／３程度の位置に設けられる。

沈降物回収ポンプ３７４は、スラリーポンプ（ダイヤフラムポンプ）、渦巻きポンプ、プランジャーポンプ等の重質タールＴ１やスラッジＳ１を好適に汲み出すことができるスラッジ用のポンプで構成されている。

図４は、沈降物の流れを説明するための説明図である。図４中、黒い塗り潰しの矢印に示すように、下部貯留部３５２ｂに沈積した沈降物（重質タールＴ１、スラッジＳ１）は下部貯留部３５２ｂの下部に滞留した処理水Ｙ３の一部とともに、沈降物回収ポンプ３７４によって汲み出され、沈降物回収口３６２を通じて配管３７２ａから配管３７２ｂへ移動する。そして、処理水Ｙ３の一部と沈降物（以下、沈降混合物と称する）は、配管３７２ｂから配管３７２ｃへ移動し、吐出口３５２ｃから、下部貯留部３５２ｂに再導入される。そして、再導入された沈降混合物は、沈降物回収ポンプ３７４によって汲み出され、再び沈降物回収口３６２を通じて配管３７２ａに移動する。以降、沈降混合物の一部または全部は、沈降物回収口３６２、配管３７２ａ、沈降物回収ポンプ３７４、配管３７２ｂ、配管３７２ｃ、下部貯留部３５２ｂの下部を循環することになる。

そうすると、下部貯留部３５２ｂの下部において、吐出口３５２ｃから沈降物回収口３６２への沈降混合物の流れができることになる。かかる流れによって、下部貯留部３５２ｂに沈積した沈降物を攪拌することができる。したがって、貯留部３５２における沈降物の圧密を防止することができ、下部貯留部３５２ｂ、沈降物回収口３６２、配管３７２ａが沈降物で閉塞してしまう事態を回避することが可能となる。

また、上述したように、沈降物には、重質タールＴ１とスラッジＳ１とが含まれる。ここで、重質タールＴ１とスラッジＳ１との比重について説明すると、スラッジＳ１に含まれる酸化鉄、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素等の無機物の比重は５程度であり、重質タールＴ１（２程度）と比較して大きい。

従来技術のように、沈降物回収口３６２から下部貯留部３５２ｂに向かって圧縮空気を逆噴射させる構成をとる場合、スラッジＳ１のような相対的に比重の大きい沈降物を押し退ける程度の圧力で圧縮空気を逆噴射させると、重質タールＴ２等の相対的に比重の小さい沈降物が貯留部３５２の上部に舞い上がってしまい、折角沈降分離された沈降物が再度処理水Ｙ３に混入してしまう。一方、重質タールＴ２等の相対的に比重の小さい沈降物を押し退ける程度の圧力で圧縮空気を逆噴射させると、スラッジＳ１等の相対的に比重の大きい沈降物を押し上げることができず、閉塞した沈降物を除去することができない。

しかし、本実施形態にかかる攪拌部３７０によれば、吐出口３５２ｃから沈降物回収口３６２への沈降混合物の流れによって、沈降物を攪拌するため、にこのような比重の異なる物質で構成される沈降物であっても、重質タールＴ１等の相対的に比重の小さい沈降物が領域Ｒまで舞い上がってしまう事態を回避するとともに、スラッジＳ１等の相対的に比重が大きい沈降物の圧密を確実に防止することが可能となる。

邪魔部３８０は、下部貯留部３５２ｂの内周面であって、供給口３５４ｃの下方かつ吐出口３５２ｃの上方に設けられ、下部貯留部３５２ｂの外周中心に向かって突出して形成されている。ここで、邪魔部３８０は、領域Ｒで沈降分離された重質タールＴ１、スラッジＳ１の沈降を妨げない程度、例えば、下部貯留部３５２ｂにおける邪魔部３８０が設けられる位置の内径の１０〜２０％程度（下部貯留部３５２ｂの内周全周に亘って設けられる場合は、両側から１０〜２０％程度すなわち内径の２０〜４０％程度）、下部貯留部３５２ｂの中心方向に向かって突出している。

吐出口３５２ｃから再導入された沈降混合物のうち、大部分（図４中、黒い塗り潰しの矢印で示す）は、沈降物回収口３６２へと導かれることとなるが、一部（図４中、白抜きの矢印で示す）は、鉛直上方に導かれることもある。そこで、邪魔部３８０を設けることにより、吐出口３５２ｃから再導入され、鉛直上方に導かれる沈降混合物が、邪魔部３８０と衝突することになり、その流れを鉛直下方に変更することができる。これにより、鉛直上方に導かれた沈降物が領域Ｒまで到達してしまうことがなくなり、領域Ｒで分離され、鉛直上方に導かれる処理水Ｙ３に再度沈降物（重質タールＴ１、スラッジＳ１）が混入してしまう事態を回避することが可能となる。

また、本実施形態において、邪魔部３８０は、上面（天面）および下面（底面）が、下部貯留部３５２ｂの内周面から下部貯留部３５２ｂの外周中心に向かうに従って、鉛直下方に傾斜している。かかる構成により、領域Ｒにおいて沈降分離され、邪魔部３８０の上面３８０ａに到達した重質タールＴ１やスラッジＳ１を、下部貯留部３５２ｂの下部に誘導することができる。

図３に戻って説明すると、濁度測定部３８２は、下部貯留部３５２ｂの下部に貯留された沈降混合物の濁度を測定する。図５は、固形物濃度と濁度との関係を示す図である。図５に示すように、固形物濃度（スラッジの濃度）と濁度とは１次関数の関係を有しているため、測定した濁度からスラッジＳ１の濃度を推測することが可能である。なお、濁度測定部３８２は、散乱光測定方式、透過光測定方式、透過光・散乱光演算方式、積分球測定方式等の既存の方式の濁度計を採用することができるが、ここでは、散乱光測定方式の濁度計を例に挙げて説明する。

図６は、図３におけるＶ−Ｖ矢視図である。図６に示すように、濁度測定部３８２は、下部貯留部３５２ｂの内周面における、例えば、下部貯留部３５２ｂの中心を頂点として、水平断面における吐出口３５２ｃと為す角が９０°程度になる位置に設けられる。吐出口３５２ｃから再導入される沈降混合物の流れの影響は、例えば、吐出口３５２ｃの縁等において相対的に大きく、上述した、下部貯留部３５２ｂの内周面における、下部貯留部３５２ｂの中心を頂点として、水平断面における吐出口３５２ｃと為す角が９０°程度になる位置において相対的に小さい。

そこで、濁度測定部３８２を、吐出口３５２ｃから再導入される沈降混合物の流れの影響が小さい位置に設けることにより、濁度測定部３８２の破損を回避することができる。なお、ここで、濁度測定部３８２は、吐出口３５２ｃと為す角が９０°程度になる位置に設けられているが、再導入される沈降混合物の流れの影響が小さい位置であり、下部貯留部３５２ｂの下部に貯留された沈降混合物の濁度が測定できる位置であれば、その位置に限定はない。

そして濁度測定部３８２は、測定した濁度を示す濁度信号を後述するバルブ制御部３８４ｂに送信する。

図３に戻って説明すると、排出部３８４は、バルブ３８４ａと、バルブ制御部３８４ｂと、第１タールタンク３１２に接続された配管３８４ｃとを含んで構成される。バルブ３８４ａは、配管３７２ｂと配管３８４ｃとを接続している。バルブ制御部３８４ｂは、濁度測定部３８２から送信された濁度信号を受信し、濁度信号に示された濁度に基づいて、バルブ３８４ａの開閉を制御する。

具体的に説明すると、下部貯留部３５２ｂの下部に沈積した沈降物の一部または全部は、外部に排出されることなく、攪拌部３７０によって、下部貯留部３５２ｂと、循環路３７２とを循環している。しかし、供給部３５４から油混合水Ｚ１、Ｚ２は常時供給されるため、循環する沈降物の濃度は徐々に上昇することになる。

そこで、バルブ制御部３８４ｂは、濁度が所定値（例えば、８５００ｍｇ−Kaoline／Ｌ：固形物濃度１０％に相当）未満である場合、バルブ３８４ａを閉に維持し、濁度が所定値以上である場合、バルブ３８４ａを閉から開にする。こうして、バルブ３８４ａが閉から開になると、沈降物回収ポンプ３７４で下部貯留部３５２ｂから汲み出された沈降物は、配管３７２ｂ、バルブ３８４ａ、配管３８４ｃを通じて、第１タールタンク３１２へ排出されることになる。

このように、バルブ制御部３８４ｂが濁度に応じてバルブ３８４ａの開閉を制御することにより、下部貯留部３５２ｂにおける沈降物の濃度の過度な上昇を抑制することができる。

加温部３８６は、貯留部３５２の外周を被覆する形状に形成され、スチームトレース、ヒータ等で構成される。加温部３８６は、貯留部３５２に貯留された油混合水Ｚ１、Ｚ２を加温する。重質タールＴ１は、融点が高いため凝固しやすく、沈降物回収口３６２を閉塞してしまうおそれがある。しかし、加温部３８６を設ける構成により、重質タールＴ１の凝固を防止することができ、沈降物回収口３６２の閉塞を回避することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態にかかる沈降分離装置３５０によれば、攪拌部３７０によって、沈積した沈降物を、下部貯留部３５２ｂと循環路３７２とで循環させるといった簡易な構成で、下部貯留部３５２ｂの下部に沈積した、重質タールＴ１のみならず、粒子状のスラッジＳ１を攪拌することが可能となる。これにより、沈降物の圧密を抑制し、沈降物回収口３６２や、配管３７２ａ等の閉塞を防止することが可能となる。

（変形例）
図７は、変形例の沈降分離装置４５０を説明するための説明図であり、図８は、図７のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視図である。図７に示すように、沈降分離装置４５０は、貯留部３５２と、供給部３５４と、センターウエル３５６と、軽質タール回収ウエル３５８と、越流部３６０と、沈降物回収口３６２と、攪拌部４７０と、邪魔部３８０と、濁度測定部３８２と、排出部４８４と、加温部３８６とを含んで構成される。上述した沈降分離装置３５０の構成要素として既に述べた、貯留部３５２、供給部３５４、センターウエル３５６、軽質タール回収ウエル３５８、越流部３６０、沈降物回収口３６２、邪魔部３８０、濁度測定部３８２、加温部３８６は、実質的に機能が同一であるため、同一の符号を付して説明を省略し、ここでは、構成が相違する攪拌部４７０と、排出部４８４を主に説明する。

図７に示すように、攪拌部４７０は、攪拌羽根４７２と、回転制御部４７４とを含んで構成される。

攪拌羽根４７２は、後述する回転制御部４７４の制御指令に応じて回転し、下部貯留部３５２ｂに沈積した沈降物を攪拌する。攪拌羽根４７２は、プロペラ（エレファントイヤー型）、ピッチパドル、アンカー翼（錨型、馬蹄型）、ピッチドタービン（フラットタービン）、リボン翼、鋸歯ディスクタービン、門形翼（糸巻形翼）等、どのような形状であってもよいが、ここでは、図８に示すように、プロペラ形状で構成された、複数の羽根を放射状に配置した攪拌羽根４７２を例に挙げる。

回転制御部４７４は、攪拌羽根４７２を回転させ、沈降物を攪拌する。回転制御部４７４が攪拌羽根４７２を回転させる速度は、例えば、攪拌羽根４７２の先端（羽根の先端）の速度が１．０ｍ／ｓｅｃ〜２．０ｍ／ｓｅｃとなる程度がよく、好ましくは、１．５ｍ／ｓｅｃである。

このように、回転制御部４７４が攪拌羽根４７２を回転させることにより、下部貯留部３５２ｂに沈積した沈降物を攪拌することができる。したがって、貯留部３５２における沈降物の圧密を防止することができ、下部貯留部３５２ｂ、沈降物回収口３６２が沈降物で閉塞してしまう事態を回避することが可能となる。

排出部４８４は、沈降物回収ポンプ４８４ａと、配管４８４ｂ、４８４ｃと、バルブ３８４ａと、バルブ制御部３８４ｂと、配管３８４ｃとを含んで構成される。

沈降物回収ポンプ４８４ａは、スラリーポンプ（ダイヤフラムポンプ）、渦巻きポンプ、プランジャーポンプ等の重質タールＴ１やスラッジＳ１を好適に汲み出すことができるスラッジ用のポンプで構成されている。

配管４８４ｂは、沈降物回収口３６２と沈降物回収ポンプ４８４ａとを接続する管である。配管４８４ｃは、沈降物回収ポンプ４８４ａとバルブ３８４ａとを接続する管である。

沈降物の流れについて説明すると、バルブ制御部３８４ｂは、濁度測定部３８２によって送信された濁度信号が示す濁度が所定値以上である場合、バルブ３８４ａを閉から開にする。バルブ３８４ａが閉から開になると、沈降物回収ポンプ４８４ａで下部貯留部３５２ｂから汲み出された沈降物は、配管４８４ｂ、４８４ｃ、バルブ３８４ａ、配管３８４ｃを通じて、第１タールタンク３１２へ排出されることになる。

なお、沈降分離装置４５０において、邪魔部３８０は、供給口３５４ｃの下方かつ攪拌羽根４７２の上方に設けられる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

上述した実施形態では、スプレー塔２１４やミストセパレータ２１６から排出された排水からタールおよびスラッジを分離するためのタールデカンタとして沈降分離装置を利用する例を挙げて説明した。しかし、最終沈殿池３２８に本発明の沈降分離装置を利用することもできる。また、本発明の沈降分離装置を、上述したガス化ガス精製システム１００に限らず、他の様々なシステム、例えば、下水処理場における、下水に含まれる砂等の固形物を沈降分離する槽や、活性汚泥槽から流出した活性汚泥を沈降分離して回収する槽に利用してもよい。

また上述した実施形態では、沈降物回収口３６２を、下部貯留部３５２ｂの下端（底面）に設ける場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限定されず、沈降物回収口３６２は、貯留部３５２における、供給口３５４ｃの下方のいずれの位置に設けられてもよい。

さらに、上述した実施形態において、吐出口３５２ｃは、下部貯留部３５２ｂの鉛直方向の長さＬに対して、下端からＬ／３程度の位置に設けられる例について説明した。しかし、領域Ｒで分離された重質タールＴ１やスラッジＳ１が再び領域Ｒに混入しない位置であれば、吐出口３５２ｃは、貯留部３５２における、供給口３５４ｃの下方かつ沈降物回収口３６２の上方のいずれの位置に設けられてもよい。

また、上述した実施形態において邪魔部３８０は、供給口３５４ｃの下方かつ吐出口３５２ｃの上方に設けられる場合を例に挙げて説明した。しかし、邪魔部３８０の設置位置は、これに限定されず、吐出口３５２ｃから再導入され、鉛直上方に導かれた沈降混合物が、邪魔部３８０に衝突することによって、領域Ｒに混入しない位置であれば、どの位置でもよい。

さらに、邪魔部３８０の鉛直方向の設置位置は、貯留部３５２の周方向において一定でなくともよく、例えば、図９に示すように、吐出口３５２ｃに近い位置の邪魔部３８０より、遠い位置の邪魔部３８０のほうが鉛直上方になるように設けられてもよい。また、邪魔部３８０の形状も、貯留部３５２の周方向において実質的に等しい長さに突出していなくてもよい。

また、上述した実施形態において邪魔部３８０は、その上面および下面が、下部貯留部３５２ｂの内周面から下部貯留部３５２ｂの外周中心に向かうに従って、鉛直下方に傾斜している構成について説明した。しかし、邪魔部３８０は少なくともその上面が下部貯留部３５２ｂの内周面から下部貯留部３５２ｂの外周中心に向かうに従って、鉛直下方に傾斜していればよい。

さらに、上述した実施形態においてバルブ制御部３８４ｂは、濁度に応じてバルブ３８４ａを開閉（オンオフ）している。しかし、バルブ制御部３８４ｂは、濁度に応じて、バルブ３８４ａの開度を調整し、常に所定量の沈降物が排出されるようにしてもよい。

また、上述した実施形態において、貯留部３５２における下部貯留部３５２ｂが略円錐形状である場合について説明した。しかし、貯留部３５２の形状に限定はなく、例えば、下部貯留部が、有底円筒形状に形成されてもよい。

本発明は、比重の違いによって、物質を分離する沈降分離装置に利用することができる。

３５０、４５０ …沈降分離装置
３５２ …貯留部
３５２ｃ …吐出口
３５４ …供給部
３５４ｃ …供給口
３６０ …越流部
３６２ …沈降物回収口
３７０、４７０ …攪拌部
３７２ …循環路
３８０ …邪魔部
３８２ …濁度測定部
３８４、４８４ …排出部
４７２ …攪拌羽根
４７４ …回転制御部

Claims (7)

1. 比重の違いによって物質を分離する沈降分離装置であって、
   液体と、該液体よりも比重が大きい物質である重物質とを含む混合物を貯留する貯留部と、
   供給口を通じて前記貯留部に前記混合物を供給する供給部と、
   前記貯留部に設けられ、該貯留部において前記混合物から分離された前記液体が所定水位を越えると、該液体を外部へ越流させる越流部と、
   前記貯留部における前記供給口の下方に設けられ、少なくとも、前記混合物から沈降分離された前記重物質が通過する沈降物回収口と、
   前記沈降分離された重物質を攪拌する攪拌部と、
   を備えたことを特徴とする沈降分離装置。
2. 前記攪拌部は、
   前記沈降分離された重物質を、前記沈降物回収口を通じて前記貯留部から汲み出す沈降物回収ポンプと、
   前記貯留部における、前記供給口の下方かつ前記沈降物回収口の上方に位置する吐出口から、前記沈降物回収ポンプによって汲み出された前記重物質を再導入する循環路を含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の沈降分離装置。
3. 前記攪拌部は、
   複数の羽根を放射状に配置した攪拌羽根と、
   前記攪拌羽根を回転させ、沈降分離された前記重物質を攪拌する回転制御部と、
   を含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の沈降分離装置。
4. 前記貯留部の内周面であって、前記供給口の下方に設けられ、前記貯留部の外周中心方向に向かって突出した邪魔部をさらに備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の沈降分離装置。
5. 前記邪魔部は、少なくとも上面が、前記貯留部の内周面から該貯留部の外周中心に向かうに従って、鉛直下方に傾斜していることを特徴とする請求項４に記載の沈降分離装置。
6. 前記貯留部の下部に貯留された前記混合物の濁度を測定する濁度測定部と、
   前記濁度測定部が測定した濁度が所定値以上であると、前記沈降物回収口を通じて前記沈降分離された重物質を外部へ排出する排出部と、
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の沈降分離装置。
7. 前記貯留部は、少なくともその一部の形状が、下端から鉛直上方に向かうに連れて、水平断面積が徐々に大きくなる形状であり、
   前記沈降物回収口は、前記貯留部における水平断面積が最も小さくなる箇所に設けられることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の沈降分離装置。

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