JP2013248541A - 振動混合槽と除染処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】密閉が可能で、構造の簡素化や小型化が図れ、しかも、効率的な混合が期待できる振動混合槽を提供する。
【解決手段】第１投入口８と第２投入口９と液体出口１０を有する水槽４と、その水槽を浮動状態に支持する防振ばね６と、水槽４の内部を第１ゾーンＩと第２ゾーンIIとに区画する隔壁５と、水槽４に斜め上向きの振動を付与する加振機７を具備させ、第１投入口８から投入された被処理液Ｗが第１ゾーンＩからオーバーフローして第２ゾーンIIに流れ、その第２ゾーンにおいて第２投入口９から投入される添加剤が水槽の振動により第２ゾーンに流入した液体に混合され、混合後の液体が液体出口１０から外部に流出するようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、除去対象物質の重金属などが含まれている液体を振動させてその液体に、除去対象物質を吸着する吸着剤と凝集剤などの添加剤を効率的に添加、混合する振動混合槽と、それを用いて汚染水に含まれるセシウムなどの重金属を除去する除染処理装置に関する。

水の浄化は、一般に、処理対象の水に含まれる除去目的の物質を凝集させ、次いで、生じたフロック（凝集物）を沈殿させ、その後、沈殿したフロックをろ過して取り除く方法でなされる。

この方法は、要求される水の処理量が多いと、多くの沈殿槽を必要とし、システムの大型化、複雑化を招くことから、形成されるフロックに磁性を付与し、磁性付与後のフロックを磁石で吸着して回収することが考えられている（例えば、下記特許文献１、２参照）。

特許文献１が開示している方法は、被処理液に、凝集剤と磁性微流体を添加して撹拌機を有するタンク内で撹拌、混合し、被処理液中に形成される磁性の付与されたフロックを、タンク内に設置した電磁石や、タンクで混合した液を流し込む回収装置内の電磁石に吸着させて回収する。

特許文献２の廃液処理装置も、撹拌機を有する混合槽に廃液を導入し、ここで凝集剤を添加して撹拌、混合し、混合後の被処理液を磁気フイルタに通してフロックを吸着、除去する。

ＷＯ２００８／１０５５２１号公報 特開平８−１６８７７５号公報

廃液や汚染水の処理に利用されている従来の混合槽は、前掲の特許文献が示しているように、混合槽に導入した被処理液を撹拌機で撹拌して凝集剤などを被処理液に混合する。撹拌機は、槽の内壁に沿った渦流が形成されるように混合槽の中央に配置しており、そのために、下記の如き欠点が生じていた。

例えば、混合槽の内部を複数のゾーンに区画することで被処理液の流れを制御して混合の効率を高めたりすることができるが、その要望に応えることができなかった。

単一ゾーンの混合槽において撹拌機による撹拌、混合を行う場合、槽の全域に均一な渦流を生じさせることが難しい。加えて、渦流は流れが単純なために凝集剤などの混合も効率的になされない。

なお、その対策として混合槽の内面に邪魔板を設けて渦流を乱すといったことも考えられるが、この方法でも槽内の全域を有効に活用して混合の効率を高めるのは容易でない。また、邪魔板の設置による混合槽の複雑化や大型化が避けられない。

さらに、撹拌機があるために、混合槽の内部を外部環境から隔離するのが難しく、混合槽の完全密閉も期待できなかった。

汚染水に含まれるセシウムなどの放射性物質を除去する場合には、被曝対策として混合槽を密閉することが不可欠となる。従って、その密閉が可能で、構造の簡素化や小型化が図れ、しかも、効率的な混合が期待できる混合槽が望まれる。

この発明は、上記の要求に応えた混合槽を実現して提供することを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明は、水槽を振動させて混合目的の添加剤などを混合する下記の振動混合槽を提供する。

その振動混合槽は、被処理液を投入する第１投入口、混合目的の添加剤を投入する第２投入口、および、液体出口を有する水槽と、その水槽を浮動状態に支持する複数個の防振ばねと、前記水槽の内部を、第１ゾーンとその第１ゾーンの外周に配置される第２ゾーンとに区画する隔壁と、前記水槽の外部に設置されて水槽に斜め上向きの振動を付与する加振機を具備している。

そして、前記第１投入口から投入された前記被処理液が前記第１ゾーンに流入し、次いで、第１ゾーンの被処理液が前記隔壁の位置でオーバーフローして第２ゾーンに流れ、さらに、前記第２ゾーンにおいて前記第２投入口から投入される前記添加剤が水槽の振動により第２ゾーンに流入した液体に混合され、混合後の液体が前記液体出口から外部に流出するように構成されている。

水槽に対する斜め上向きの振動の付与は、浮動状態に支持した水槽の外周の１８０度回転した位置に、例えば、重錘回転式加振機を相反する向きに傾けて取り付けることによって実現することができる。

この振動混合槽は、好ましい形態のひとつとして、水槽の中心部に前記隔壁に囲まれたパイプを設置し、そのパイプの下端開口部を水槽の底近くに配置し、そのパイプの上端を前記第１投入口となす構造が挙げられる。

この振動混合槽は、その槽の液体出口から排出される液体を受け入れる次段処理槽、その次段処理槽に一部を浸漬する非磁性の回転ドラム、その回転ドラムの内部に配置して次段処理槽内の液体中に含まれる磁性物質を回転ドラムの表面に吸着させる磁石、及び、回転ドラムの表面に添わせるスクレパーを備えた汚泥除去装置と組み合わせて下記の機能を備えた除染処理装置を構成することができる。

その機能は、重金属の含まれた汚染水と重金属の吸着剤を前記第１投入口から振動を加えた前記水槽に投入して混合し、さらに、振動混合槽の第１ゾーンから第２ゾーンに流れた液体と前記第２投入口から前記添加剤として投入される磁性凝集剤を前記水槽の振動を利用して混合し、汚染水中の重金属を前記吸着剤で吸着して前記磁性凝集剤で凝集させ、生成されるフロックを前記回転ドラムの表面に吸着させて前記スクレパーですくい取るものである。

この発明は、かかる除染処理装置も併せて提供する。

この発明の振動混合槽は、水槽の外部に設けた加振機で水槽を振動させて水槽に導入した被処理液に添加剤などを混合する。水槽の内部には、撹拌用のプロペラや水流を乱す邪魔板などが存在せず、水槽の複雑化を招かない。

また、水槽自体が振動するので水槽の全域においてムラの無い混合が行われる。これにより混合の効率が高まって水槽の小型化も図れる。

さらに、撹拌機が無いため、混合に伴うメカニズム部の消耗が無く、静粛な液体混合が行える。このほか、水槽を密閉して水槽の内部を外部環境から隔離することもできる。水槽の密閉は、水槽に気密シールが可能な蓋をし、第１、第２投入口を被処理液や添加剤の供給部に、液体出口を次段処理槽などにそれぞれフレキシブルホースを用いて接続することで実現できる。

なお、下端開口部が水槽の底近くに配置されるパイプを水槽の中心部に設置し、そのパイプの上端を第１投入口となす振動混合槽は、パイプとそれを囲った前記隔壁との間で投入された被処理液の上昇流が生じる。そのために、第１ゾーン内での混合が効果的になされ、第１ゾーンから第２ゾーンへの被処理液の移動も円滑に行われる。

また、この発明の除染処理装置は、上述した振動混合槽を用いているため、簡素かつ小型の装置で完全密閉による重金属の効率的な除去が行える。この装置は、必要があれば、重金属除去後の液体を貯液プールに復帰させ、重金属が含まれた土壌などの洗浄に利用して再度、振動混合槽に取り込む循環型の処理装置となすことができる。

この発明の振動混合槽とそれを用いた除染処理装置の一例を示す断面図 振動混合槽における加振機取り付け例を示す側面図 汚染水処理プラントの一例の概要を示す図

以下、この発明の振動混合槽とそれを用いた除染処理装置の実施の形態を、添付図面の図１〜図３に基づいて説明する。

図１の１は振動混合槽、２は汚泥除去装置であり、この２者によって除染処理装置３が構成されている。

振動混合槽１は、水槽４、隔壁５、防振ばね６、及び、加振機７を組み合わせて構成されている。

水槽４は、被処理液Ｗを導入する第１投入口８と、添加剤の投入される第２投入口９と、液体出口１０と、バルブ１１ａで開閉するドレンポート１１を有する。その水槽４の中心部にパイプ１２を設置し、そのパイプ１２の上端を第１投入口８となしている。第１投入口８からは必要に応じて被処理液Ｗに含まれた重金属などの吸着剤も投入される。

パイプ１２の下端開口部は水槽４の底近くに配置されており、第１投入口８から水槽４に投入された被処理液Ｗは、パイプ１２の周りを上昇流となって流れる。

隔壁５は、水槽４の内部を第１ゾーンＩとその第１ゾーンの外周を取り巻く第２ゾーンIIに区画する壁である。図示の隔壁５には、高さ方向の途中に通路孔５ａを設けてあり、第１ゾーンＩに導入された被処理液Ｗは、オーバーフローしてその通路孔５ａから第２ゾーンIIに移動する。

第２ゾーンIIに流入した被処理液Ｗに第２投入口９から投入される添加剤が混合される。液体出口１０は、水槽４の周壁に設けてあり、添加剤が混合された第２ゾーンII内の被処理液Ｗがその液体出口１０から汚泥除去装置２に向けて流出する。

なお、第１ゾーンＩから第２ゾーンIIへの被処理液Ｗのオーバーフローは、被処理液が隔壁５の上部を乗り越える構造にしても実現できるが、図１に示すように、前述の通路孔５ａと第２投入口９を液体出口１０のある側とは反対側に設けることで、第１ゾーンＩからオーバーフローした被処理液Ｗが、添加剤の混合がなされない状態で液体出口１０から流出する事態を無くすことができる。

防振ばね６は、ベースプレート１３に取り付けている。ベースプレート１３は平面視が例えば方形である。そのベースプレート１３の上面の４隅に防振ばね６を設け、その防振ばね上に水槽４を取り付けてその水槽４を浮動状態に支持している。

水槽４は防振ばね６との間にフレームを介在して間接支持にしてもよいし、防振ばね６の上端を直接、水槽４に固定することも可能である。防振ばね６による水槽４の支持は吊下支持であってもよい。

加振機７は、アンバランスウエイト（重錘）をモータで回転させてモータ軸と直交する方向の振動を発生させる周知の加速度可変の重錘回転式加振機を設けている。この加振機７が、図２に示すように、水槽４の外周の１８０度回転した位置にそれぞれ取り付けられている。

その加振機７には、水平面に対して所定の傾斜角α（図１参照）の傾きが付与されている。例示の振動混合槽に設けた２台の加振機７，７は、相反する向きに傾斜させて水槽４の中心を間に挟む位置に設置されており、その２台の加振機７，７が、水槽４に、軸Ｃを中心にした振動Ｖを加える。その振動の方向は、水平面に対して（９０−α）度傾いた斜め上向きの方向となる。

なお、例示の振動混合槽では、加振機７の傾斜角αを４５度に設定しており（この角度に限定されるものではない）、従って、水平面に対して４５度傾いた方向の振動が発生する。

また、水槽４の外周の１８０度変位した位置にそれぞれ加振機７を相反する向きに傾斜させて設けているため、水槽４の振動方向にねじり成分が加わる。そのために、第１ゾーンＩと第２ゾーンII内の被処理液の流れが安定し、形成されるフロックなどの滞留も起こり難くなる。

例示の除染装置３の汚泥除去装置２は、振動混合槽１の液体出口１０から排出される液体を受け入れる次段処理槽１４と、その次段処理槽１４内の液体に一部を浸漬する非磁性の回転ドラム１５と、その回転ドラムの内部に配置して次段処理槽１４内の液体に含まれる磁性物質を回転ドラムの表面に吸着させる磁石（これは永久磁石でよい）１６と、回転ドラム１５の表面に添わせるスクレパー１７と、汚泥回収容器１８とからなる。

このように構成した除染処理装置３は、第１投入口８から被処理液を水槽４に導入する。このときの回収対象物質がセシウムなどの放射性物質である場合には、水槽４を、蓋（図示せず）を取り付けて密閉する。

また、汚泥除去装置もカバー（これも図示せず）で覆って密閉し、さらに、第１、第２投入口８，９を、被処理液と添加剤の供給部にフレキシブルホース（これも図示せず）を用いて接続し、液体出口１０も密閉された汚泥除去装置の次段処理槽１４にフレキシブルホース（図示せず）を用いて接続する。

また、回収対象物質がセシウムの場合、第１投入口８から導入する被処理液（放射能汚染水）に事前にセシウム吸着剤を添加する。そのセシウム吸着剤としては、ナノ構造のフェロシアン化鉄（プルシアンブルー）が有効であることが知られている。

そのナノプルシアンブルーを添加した被処理液Ｗを第１投入口８から水槽４に導入すると、パイプ１２の下端開口から第１ゾーンＩに流入した被処理液Ｗが上昇流となって通路孔５ａに向う。このとき、水槽４は加振機７を駆動して振動させており、その振動による混合作用でナノプルシアンブルーが被処理液Ｗ中に均一に分散して被処理液Ｗ中のセシウムを吸着する。

その後、被処理液Ｗは、通路孔５ａからオーバーフローして第１ゾーンＩから第２ゾーンIIに流れる。その第２ゾーンIIには、添加物として磁性凝集剤が第２投入口９から投入される。磁性凝集剤は、保水性、親水性、生分解性を有し、毒性もないγ−ポリグルタミン酸の架橋体とマグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）を結合させたものが知られている。これと併せてゼオライトなどを添加することも考えられる。

第２ゾーンIIでも水槽４の振動による混合が行われ、投入した磁性凝集剤が被処理液Ｗ中に均一に分散する。それにより凝集が促進されてフロックが形成され、そのフロックの含まれた液体が液体出口１０から次段処理槽１４に送り出される。

そして、磁性を帯びた液体中のフロックが磁石１６の磁力によって回転ドラム１５の表面に吸着され、ドラムの回転に伴い、ドラム表面の汚泥Ｓ（セシウムの吸着されたフロック）がスクレパー１７にすくい取られて汚泥回収容器１８に取り込まれる。処理後の液体は、放流口１９から放流し、必要があれば、貯液プールに戻して汚染土壌などの洗浄に利用し、除染処理装置３による処理を再度行う。

図３に、本出願人が考えている汚染水処理プラントの一例の概要を示す。図中１は上述したこの発明の振動混合槽、２は汚泥除去装置、２０は汚染水を溜めた貯液プール、２１は、貯液プール２０の汚染水を汲み上げて振動混合槽１に送り込むポンプ、２２は重金属吸着剤の投入ラインである。

この汚水処理プラントには、汚染土壌を清水で洗浄する土壌洗浄機（図示せず）や、洗浄後の汚染水を一時的に保存する沈殿池（これも図示せず）なども含まれており、沈殿池からの汚染水も、供給ライン２３に通して振動混合槽１に送り込まれる。２４は、処理後の水の一部を土壌の洗浄用として清水プールに復帰させる戻しライン、２５は放流ラインである。

なお、以上の説明は、除染処理装置を例に挙げて行ったが、この発明の振動混合槽は、一般的な汚水処理などにも利用することができる。

図１に示す構造の振動混合槽を試作した。その試作振動混合槽水槽の仕様は、水槽容量：７０リットル、加速度可変加振機：６Ｐ、０．６ｋｗ×２台、加振機最大回転数：６０Ｈｚで１２００ｒｐｍ、５０Ｈｚで１０００ｒｐｍ、振動のストローク:約５ｍｍである。

この試作機の処理能力を評価したところ、１トン／１時間の性能が得られた。

１ 振動混合槽
２ 汚泥除去装置
３ 除染処理装置
４ 水槽
５ 隔壁
５ａ 通路孔
６ 防振ばね
７ 加振機
８ 第１投入口
９ 第２投入口
１０ 液体出口
１１ ドレンポート
１１ａ バルブ
１２ パイプ
１３ ベースプレート
１４ 次段処理槽
１５ 回転ドラム
１６ 磁石
１７ スクレパー
１８ 汚泥回収容器
１９ 放流口
２０ 貯液プール
２１ ポンプ
２２ 吸着剤投入ライン
２３ 供給ライン
２４ 戻しライン
２５ 放流ライン
Ｉ 第１ゾーン
II 第２ゾーン
Ｗ 被処理液
Ｓ 汚泥

Claims (3)

1. 被処理液（Ｗ）を投入する第１投入口（８）、混合目的の添加剤を投入する第２投入口（９）、および、液体出口（１０）を有する水槽（４）と、
   その水槽を浮動状態に支持する複数個の防振ばね（６）と、
   前記水槽（４）の内部を、第１ゾーン（Ｉ）とその第１ゾーンの外周に配置される第２ゾーン（II）とに区画する隔壁（５）と、
   前記水槽（４）の外部に設置されて水槽に斜め上向きの振動を付与する加振機（７）を具備し、
   前記第１投入口（８）から投入された前記被処理液（Ｗ）が前記第１ゾーン（Ｉ）に流入し、
   前記第１ゾーン（Ｉ）の被処理液が前記隔壁（５）の位置でオーバーフローして前記第２ゾーン（II）に流れ、
   さらに、その第２ゾーン（II）において前記第２投入口（９）から投入される前記添加剤が水槽の振動により第２ゾーン（II）に流入した液体に混合され、混合後の液体が前記液体出口（１０）から外部に流出するように構成された振動混合槽。
2. 前記水槽（４）の中心部に前記隔壁（５）に囲まれたパイプ（１２）を設置し、そのパイプ（１２）の下端開口部を前記水槽（４）の底近くに配置し、そのパイプの上端を前記第１投入口（８）となした請求項１に記載の振動混合槽。
3. 請求項１又は２に記載の振動混合槽（１）と、その振動混合槽の液体出口（１０）から排出される液体を受け入れる次段処理槽（１４）、その次段処理槽（１４）内の液体に一部を浸漬する非磁性の回転ドラム（１５）、その回転ドラムの内部に配置して次段処理槽（１４）内の液体中に含まれる磁性物質を回転ドラムの表面に吸着させる磁石（１６）、及び、回転ドラム（１５）の表面に添わせるスクレパー（１７）を備えた汚泥除去装置（２）を組み合わせ、
   重金属の含まれた汚染水と重金属の吸着剤を前記第１投入口（８）から振動を加えた前記水槽（４）に投入して混合し、さらに、振動混合槽の第１ゾーン（Ｉ）から第２ゾーン（II）に流れた液体と前記第２投入口（９）から前記添加剤として投入される磁性凝集剤を前記水槽（４）の振動を利用して混合し、汚染水中の重金属を前記吸着剤で吸着して前記磁性凝集剤で凝集させ、生成されるフロックを前記回転ドラムの表面に吸着させて前記スクレパー（１７）ですくい取るようにした除染処理装置。

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