JP2015020156A - 水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】処理剤の交換を連続的に行ない、処理水を連続的に処理することで効率のよい水処理装置を提供する。【解決手段】水処理装置１は、反応槽２と仕切板２３と処理水供給路３と処理水回収路６と処理剤供給部４と回収装置５とを備える。反応槽２は、第１の開口部２１１が設けられた第１の端部２１及び第２の開口部が設けられた第２の端部２２を有し、回転軸Ａを中心に転動される。仕切板２３は、第１の端部２１と第２の端部２２の間に少なくとも１つ配置される。処理水Ｗは、第１の開口部２１１を通して反応槽２へ供給され、第２の開口部２２１を通して反応槽２の外へ排出される。処理剤Ｇは、第２の開口部２２１を通して反応槽２へ供給され、第１の開口部２１１を通して反応槽２の外へ取り出される。【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、処理水中の溶存物質を処理剤に吸着させて回収する水処理装置に関する。

排水を回収剤または除去剤に接触させ、排水中に含まれる有効成分の回収あるいは水質汚濁成分を除去する水処理装置がある。このような水処理装置は、回収剤または除去剤としてイオン交換樹脂、活性炭、ゼオライトなどの処理剤を備えた反応槽を有しており、排水を処理水としてこの反応槽に流すことで、有効成分の回収や水質汚濁成分の除去など、溶存物質を処理剤に吸着させている。回収剤や除去剤などの処理剤は、一定量の溶存物質を吸着すると吸着能力が低下する。したがって、水処理装置は、処理水中の溶存物質の濃度や使用時間に応じて適宜交換しながら運転される。

特許第４２３９５０２号公報

処理水が供給される上流側の処理剤は、溶存物質の濃度が高い処理水に晒されるため、より多くの溶存物質を回収する処理ができる。一方、下流側の処理剤は、溶存物質の濃度が低下した処理水から溶存物質を回収しなければならないので、その分だけ高い処理能力が必要になる。したがって、下流側の処理剤を新しい処理剤に交換し、下流側にあった処理剤を上流側の処理剤として再利用するように運用することがある。このような水処理装置は、連続的な水処理を行うために、多数の反応槽を設け、使用する反応槽を順番に切り換える。そして、休止状態にした一部の反応槽の処理剤を入れ換える。

しかしながら、処理剤を交換する直前と交換した直後では、その能力に差があるため処理水の浄化程度にばらつきが生じる。また、処理剤が交換される反応槽は、水処理に寄与しないので、水処理装置が占有する敷地面積を考慮するとその分だけ処理効率が悪い。

そこで、本発明では、処理剤の交換を連続的に行ない、処理水を連続的に処理することで効率のよい水処理装置を提供する。

一実施形態の水処理装置は、反応槽と仕切板と処理水供給路と処理水回収路と処理剤供給部と回収装置とを備える。反応槽は、回転軸に沿って第１の開口部が設けられた第１の端部及び回転軸に沿って第２の開口部が設けられた第２の端部を有し、鉛直方向に交差する方向に配置される回転軸を中心に転動される。仕切板は、第１の端部と第２の端部の間に回転軸を横切る向きに少なくとも１つ配置され、反応槽の内壁から回転軸へ向かって延びている。処理水供給路は、第１の開口部を通して反応槽へ溶存物質を含む処理水を供給する。処理水回収路は、第２の開口部を通して反応槽から排出される処理後水を回収する。処理剤供給部は、溶存物質を晶析又は吸着させて回収物として処理水中から取り出す処理剤を第２の開口部を通して反応槽へ供給する。回収装置は、第１の開口部を通して反応槽の外へ処理剤及び回収物を取り出す。

第１の実施形態の水処理装置の反応槽を一部切り欠いて示す斜視図。 図１の水処理装置の回転軸を通る断面図。 図２中のＦ３−Ｆ３線を通る水処理装置の断面図。 図１の水処理装置の第１の端部の斜視図。 第２の実施形態の水処理装置の回転軸を通る反応槽の断面図。 図５のＦ６−Ｆ６線を通る反応槽の断面図。 図６の状態から反応槽が回転した状態を示す断面図。 第３の実施形態の水処理装置の回転軸を通る断面図。 第４の実施形態の水処理装置の回転軸を通る断面図。 第５の実施形態の水処理装置の回転軸を通る断面図。 第６の実施形態の水処理装置の回転軸を通る断面図。 第７の実施形態の水処理装置の回転軸を通る断面図。 第８の実施形態の水処理装置の反応槽の一部を切り欠いて示す斜視図。 図１３の水処理装置の回転軸を通る断面図。 図１３の反応槽の区画板の連通孔の位置関係を示す図。 第９の実施形態の水処理装置の反応槽の一部を切り欠いて示す斜視図。 図１６の水処理装置の回転軸を通る断面図。 第１０の実施形態の水処理装置の概略を示す図。 第１１の実施形態の水処理装置の駆動装置を示す斜視図。

第１の実施形態の水処理装置１について、図１から図４を参照して説明する。図１に示す水処理装置１は、処理剤Ｇを用いて処理水Ｗ中に含まれる溶存物質を分離、回収する水処理装置であって、図１に示すように、反応槽２と仕切板２３と処理水供給路３と処理水回収路６と処理剤供給部４と回収装置５とを備える。

反応槽２は、図１及び図２に示すように、回転軸Ａに沿って第１の開口部２１１が設けられた第１の端部２１、及び、回転軸Ａに沿って第２の開口部２２１が設けられた第２の端部２２を有している。回転軸Ａは、鉛直方向に交差する方向、本実施形態ではほぼ水平、に配置される。反応槽２は、この回転軸Ａを中心に転動される。反応槽２を転動させるための機構として、水処理装置１は、支持装置７と、駆動装置８とをさらに備える。

処理水Ｗは、第１の開口部２１１を通して反応槽２に供給され、処理後水となって反応槽２から第２の開口部２２１を通して排出される。処理剤Ｇは、第２の開口部２２１を通して反応槽２に供給され、第１の開口部２１１を通して反応槽２から回収される。

本実施形態において、説明の便宜上、重力を基準に「上」、「下」を定義し、処理水Ｗが流れる方向を基準に「上流」、「下流」を定義し、さらに反応槽２の回転方向について上流側から下流側へ反応槽２を見て「時計回り（右回り）」、「反時計回り（左回り）」とそれぞれ定義する。本明細書では、配置や方向を説明する際に、上述のように定義した語句およびこれらに類する語句を用いて説明する場合がある。

本実施形態において、反応槽２は、図１及び図２に示すように、回転軸Ａを中心とする円筒型の容器２０であって、第１の端部２１と第２の端部２２の間に回転軸Ａを横切る向きに少なくとも１つの仕切板２３が配置されている。仕切板２３は、反応槽２の内壁から回転軸Ａに向かって延びている。第１の実施形態の場合、仕切板２３は、回転軸Ａを中心とする螺旋状に形成されており、反応槽２が回転軸Ａを中心に回転する場合に、第２の端部２２側から第１の端部２１側へ処理剤Ｇを搬送する方向に螺旋状である。

つまり、反応槽２が時計回り（右回り）に回転される場合に仕切板２３はいわゆる「右ネジ」の螺旋状に形成され、反応槽２が反時計回り（左回り）に回転される場合に仕切板２３はいわゆる「左ネジ」の螺旋状に形成される。図１及び図２に示す第１の実施形態の水処理装置１において、反応槽２は時計回り（右回り）に回転されるので、仕切板２３は「右ネジ」の螺旋状に形成されている。また、仕切板２３は、回転軸Ａに沿って容器２０の中心部分が第１の開口部２１１から第２の開口部２２１まで開通された「無軸スクリュー」のように形成されている。

処理水供給路３は、第１の開口部２１１を通して反応槽２へ溶存物質を含む処理水Ｗを供給する。処理水供給路３のノズル３１は、反応槽２とともに回転する仕切板２３やそのほかの部材と干渉しないように配置されていればよい。本実施形態では、図１及び図２に示すようにノズル３１は、下に向けられている。

処理水回収路６は、第２の開口部２２１を通して反応槽２から排出される処理後水を回収する。ここで、「処理後水」とは、処理水Ｗを処理剤Ｇと接触させて処理水Ｗ中から回収または除去したい溶存物質を取り除いた後の水を意味する。処理水回収路６は、反応槽２の第２の開口部２２１からオーバーフローすることによって排出される処理後水ＷＨを受け止めるために間口の大きい回収シュート６１を有している。

処理剤供給部４は、図１及び図２に示すように、処理水供給路３と反対側である第２の端部２２の第２の開口部２２１を通して、処理剤Ｇを反応槽２へ供給する。図２において処理剤供給部４のノズル４１は、処理後水ＷＨが反応槽２から流れ出る直前の上流位置に処理剤Ｇを供給している。処理剤Ｇが処理後水ＷＨによって第２の開口部２２１から流出してしまうことのないように、処理剤供給部４は、第２の開口部２２１の上流位置から外れた位置に処理剤Ｇを供給してもよいし、ノズル４１を処理水Ｗの水位Ｌよりも低い位置、すなわち水没させてもよい。

本実施形態で使用される処理剤Ｇは、処理水Ｗと接触することによって、処理水Ｗ中の溶存物質を晶析又は吸着させて、回収物Ｑとして取り出す機能を有している。処理剤Ｇは、例えば、イオン交換樹脂、活性炭、ゼオライト等の吸着を目的としたもののほか、晶析の際に核となる部材などを含む。処理剤Ｇとして利用されるこれらの材料は、粒状の固形物である。反応槽２に供給された処理剤Ｇは、処理水Ｗと混ざり、反応槽２が回転することに伴って螺旋状の仕切板２３によって、反応槽２の下流側である第２の端部２２から上流側である第１の端部２１へ、処理水Ｗ内を処理水Ｗが流れる方向と反対方向へ、搬送される。

つまり、処理剤Ｇは、処理後水ＷＨの状態に限りなく近くなった下流側の溶存物質の含有量が希薄になった処理水Ｗに投入され、溶存物質の含有量が多い上流側へ搬送される。したがって、例えば処理剤Ｇが吸着剤である場合、吸着能力が高い新しい状態で、溶存物質の含有量の少ない処理水Ｗに接することで、より確実に溶存物質を回収する。また、溶存物質の含有量が多くなる方向に搬送されることによって、吸着能力が少し低下した処理剤Ｇであっても、接触する処理水Ｗの溶存物質の含有量が多くなるので、相対的な吸着能力を維持することができる。そのため、処理水Ｗの流れる方向と逆の方向へ処理剤Ｇを搬送することによって、回収したい溶存物質を効果的に回収することができる。

回収装置５は、第１の端部２１側に配置されており、第１の端部２１まで搬送された処理剤Ｇ及びこれによって吸着又は晶析された回収物Ｑを第１の開口部２１１を通して反応槽２から外へ取り出す。回収装置５は、少なくとも１つの回収板５１と樋５２と固液分離器５３とを備える。

回収板５１は、反応槽２が回転する周方向を横切る向きに第１の端部２１側の容器２０の内周壁に取り付けられている。本実施形態の場合、図３及び図４に示すように、８つの回収板５１が、等配に配置されている。各回収板５１は、反応槽２の回転方向へ先端部がなだらかに湾曲している。この回収板５１は、反応槽２が回転すると、図３及び図４に示すように、反応槽２の底部に溜まった処理剤Ｇ及びこれに吸着又は晶析した回収物Ｑを処理水Ｗとともに掬い上げる。

樋５２は、図３に示すように反応槽２が回転して処理剤Ｇ及び回収物Ｑを掬った回収板５１が回転軸Ａよりも上方へ移動した場合にその回収板５１の下方に採取部５２１を配置している。また樋５２の排出部５２２は、図２に示すように、第１の開口部２１１を通って反応槽２の外へ延びている。回収板５１によって樋５２へ流し込まれた処理剤Ｇ及び回収物Ｑの流動性をよくするために、樋５２は、図３に示すように底部が丸くなっているとともに、図２に示すように採取部５２１よりも排出部５２２の方が少し下がっている。また、樋５２は、処理剤Ｇ及び回収物Ｑを投入できるように採取部５２１が開放されていればよい。したがって、反応槽２の外へ延びた範囲の樋５２は、上面が覆われた筒状であってもよい。

固液分離器５３は、回収板５１によって処理水Ｗから掬い上げられた処理剤Ｇ及び回収物Ｑに処理水Ｗが少し混ざった混合物から、固形成分である処理剤Ｇ及び回収物Ｑを分離する。固液分離器５３によって分離された固形成分の処理剤Ｇ及び回収物Ｑは、それぞれに応じた処理が施され、廃棄又は再生利用される。固液分離器５３によって分離された処理水Ｗは、もともと第１の端部２１の近傍の処理水Ｗであるので、ほぼ未処理に近い状態である。したがって、固液分離器５３で回収された処理水Ｗは、処理水供給路３に戻され、再び反応槽２へ供給される。

固液分離器５３は、例えば、処理剤Ｇ及びそれに付着した回収物Ｑを捕集するスクリーンやフィルターを備えている。固液分離器５３は、処理剤Ｇ及び回収物Ｑを処理水Ｗから分離できればよいので、スクリーンやフィルターによって濾し取る方法に限定されない。例えば、加熱処理して水分を蒸発させてもよい。また、回収装置５は、反応槽２から処理剤Ｇ及び回収物Ｑを取り出すことができればよいので、回収板５１で掬い上げる代わりに、ホースを第１の端部２１側の反応槽２の底部まで差し込み、ポンプで汲み上げてもよいし、サイフォン管を第１の端部２１の反応槽２の底部まで差し込み、吸い出してもよい。

以上のように構成された反応槽２を転動させるために設けられる支持装置７は、図１及び図３に示すように、反応槽２の円筒形状の容器２０の外周面に転接するローラ７１を備えたいわゆる「ターニングローラ」であって、本実施形態の場合、回転軸Ａに沿う方向に離れた２か所で反応槽２を転動可能に支持している。反応槽２が回転軸Ａに沿って十分に長い場合、必要に応じた数だけ支持装置７を追加して設置すればよい。反応槽２を回転させ続けることで、反応槽２が回転軸Ａに沿う方向へ偏っていかないように、第１の端部２１及び第２の端部２２の少なくとも一方に、外側から転接する流れ止めを設けるとよい。流れ止めを設ける代わりに支持装置７のローラ７１と嵌合するガイドを反応槽２の外周面に設けてもよい。

駆動装置８は、支持装置７に乗せられた反応槽２を一定の速度で回転させる。第１の実施形態の場合、支持装置７の一方を駆動装置８が組み込まれた駆動ローラとし、モータでローラ７１を駆動することで反応槽２を転動させる。駆動装置８は、支持装置７に駆動ローラを採用する代わりに、反応槽２の円筒状の容器の外周にベルトを掛けてベルト駆動にしてもよいし、第１の端部２１又は第２の端部にスプロケットを設けてチェーンで駆動してもよいし、ギアを設けて駆動してもよい。

以上のように構成された水処理装置１において、処理水Ｗの水位Ｌは、図２から図４に示すように、反応槽２の第１の開口部２１１の下端の内周縁２１２よりも低い位置に設定される。このとき、反応槽２の第１の開口部２１１の下端の内周縁２１２は、図２に示すように第２の開口部２２１の下端の内周縁２２２よりも高い位置に設定されている。また、仕切板２３の下端の内周縁２３２は、第１の開口部２１１の下端の内周縁２１２よりも低く、第２の開口部２２１の下端の内周縁２２２よりも高い位置に設定されている。

反応槽２は、処理剤Ｇを第２の端部２２側から第１の端部２１側へ搬送するように回転する。つまり、処理水Ｗは、下流から上流に向けて押し戻される。第１の開口部２１１の下端の内周縁２１２は、仕切板２３の下端の内周縁２３２よりも高いので、処理水Ｗは、仕切板２３を越えて下流側へ流れていく。螺旋状に形成された仕切板２３は、図２に示すように、上流側の第１の端部２１から下流側の第２の端部２２までの間の反応槽２の内部を複数の区画に区切っている。したがって、反応槽２は、第１の端部２１から第２の端部２２までの間に複数の貯留槽を備え、処理水Ｗが越流している状態である。

反応槽２は、仕切板２３で区切られた処理剤Ｇを、回転することによって第２の端部２２側から第１の端部２１側へ向けて連続的に搬送しているだけでなく、常に一定量の新しい処理剤Ｇが第２の端部２２側から連続して供給され、これとほぼ同量の処理剤Ｇ及び回収物Ｑを第１の端部２１側から連続して排出する。そして、処理水Ｗは、第１の端部２１側から供給され、仕切板２３を越流することで、第２の端部２２側へ排出される。

また、反応槽２が回転しているので、処理水Ｗは、単に仕切板２３を越流するのではなく、仕切板２３によって区切られたそれぞれの区画の中で対流するように強制的に攪拌される。このとき、反応槽２が回転していることによって、処理剤Ｇもまたそれぞれの区画の中で攪拌されながら上流側へ搬送される。したがって、同じ区画の中で処理剤Ｇの処理能力に大きな差が生じない。

反応槽２へ供給される処理水Ｗの流量と反応槽２の回転速度によって、処理水Ｗが仕切板２３を越流する流量が決まる。また、反応槽２の回転速度によって、処理剤Ｇが処理水Ｗに接する時間及び回収装置５で反応槽２から取り出せる使用済みの処理剤Ｇの量が決まる。したがって、水処理装置１は、処理水Ｗの溶存物質の濃度に応じて、処理水Ｗの流量及び反応槽２の回転速度とともに、処理剤Ｇの供給量を最適化することで、連続的にかつ効率よく水処理を行なえる。

この水処理装置１によれば、溶存物質を吸着又は晶析して処理能力が低下した処理剤Ｇを回収装置５で反応槽２の外へ排出したのと同量の新しい処理剤Ｇを反応槽２へ供給する。したがって、処理剤Ｇを入れ換えるために水処理に寄与しない休止状態になる部分が無い。つまり、この水処理装置１は、据え付けられる占有床面積を考慮した場合、処理効率が良い。また、この水処理装置１は、連続して水処理できるため、装置の規模を小さくすることができ、排水量の少ない小規模の水処理設備にも対応することができる。

以下に、第２から第１０の実施形態の水処理装置１について、それぞれ図を用いて説明する。各実施形態では、第１の実施形態の水処理装置１と異なる事項について説明する。このとき、各実施形態において第１の実施形態と同じ機能を有する構成は、それぞれの図中において同じ符号を付し、詳細な説明は第１の実施形態の対応する説明を参酌する。また、各実施形態で説明された事項以外は、基本的に第１の実施形態の水処理装置１と同じである。そこで、各実施形態で図示されていないものについては、第１の実施形態の図及びその説明を参酌することとする。

第２の実施形態の水処理装置１は、図５から図７を参照して説明する。図５及び図６に示す水処理装置１の反応槽２は、回転軸Ａに沿う方向に隣り合う仕切板２３の間に、攪拌部材としてリフター２４を備える。このリフター２４は、仕切板２３に交差する方向に配置され、反応槽２の内壁から回転軸Ａ側へ突出している。第２の実施形態の場合、このリフター２４は、図５に示すように回転軸Ａに沿う方向に隣り合う螺旋状の仕切板２３の間に設置され、図６に示すように反応槽２の回転方向と反対方向かつ回転軸Ａを中心に容器２０の半径が小さくなる方向へ内周壁から延びている。この他の構成は、第１の実施形態の水処理装置１と同じである。

以上のように構成された水処理装置１は、反応槽２が回転すると、図６に示すように、リフター２４が処理剤Ｇを掬い上げ、図７に示すように、処理水Ｗの中で容器２０内へ落とす。処理剤Ｇが搬送される過程で、処理剤Ｇどうしが固着して一塊になることを防止することができる。また、処理剤Ｇを攪拌することで、処理水Ｗとの接触を均質化することができる。

したがって、リフター２４は、図６に示すように回転軸Ａを挟んで対称となる位置に配置されていてもよいし、２つ以上が等配になるように複数配置されていてもよい。さらにリフター２４は、反応槽２が１回転する間の１か所に設けられているだけでもよい。また、図５及び図６に示すように回転軸Ａに沿う方向に同位相の位置にリフター２４を並べて配置していてもよいし、異なる位相の位置に配置してもよい。

また、各リフター２４は、隣り合う仕切板２３の間で上流側に位置する仕切板２３との間に隙間を有しており、下流側に位置する仕切板２３に接続されている。リフター２４が下流側の仕切板２３とつながっていることで、仕切板２３によって上流側へ搬送される処理剤Ｇがより多くリフター２４によって掬い上げられる。また、リフター２４が上流側の仕切板２３との間に隙間を有していることによって、反応槽２の回転に伴ってリフター２４が処理水Ｗに没する際にリフター２４と容器２０の内周壁との間に処理水Ｗがすぐに流れ込み、リフター２４が処理水Ｗから引き揚げられる際にリフター２４と容器２０との間の処理水Ｗがすぐに排出される。

隣り合う仕切板２３の両方にリフター２４が接続されていると、リフター２４が処理水Ｗに沈んだり引き上げられたりするたびに、仕切板２３の間にある処理水Ｗは、リフター２４と容器２０の内周壁との間の容積に相当する量の変動を生じるため、処理水Ｗの水位Ｌが変化する。リフター２４が仕切板２３のどちらか一方に対して隙間を有していることによって、リフター２４が沈む又は引き上げられる際に、処理水Ｗを必要以上に攪拌することを抑制し、処理水Ｗの水位Ｌを安定させることができる。

攪拌部材としてリフター２４を設置する代わりに、反応槽２の内周壁を多角形にしてもよい。反応槽２が回転することで、多角形に形成された内周壁によって処理剤Ｇが攪拌される。なお、容器２０を多角形の筒形容器にする場合、容器２０の外側に円筒型の外壁を設け、支持装置７で支持する。

攪拌部材は、処理水Ｗに対して処理剤Ｇをまんべんなく接触させるように攪拌できればよい。したがって、第２の実施形態のようなリフター２４に限らず、処理水Ｗの水位Ｌを著しく変化させないものであれば、容器２０の内周壁から突出したスタッドやリブのようなものでもよい。

第３の実施形態の水処理装置１は、図８を参照して説明する。図８に示す水処理装置１は、仕切板２３の下端の内周縁２３２が第２の開口部２２１の下端の内周縁２２２よりも低く形成されている。したがって、反応槽２内の処理水Ｗの水位Ｌは、仕切板２３の内周縁２３２よりも高い。つまり、この実施形態の水処理装置１は、仕切板２３で区切られた区画どうしの間で処理水Ｗが流通する、すなわち常に越流する状態に構成されている。

この場合、処理水供給路３から供給された処理水Ｗは、反応槽２の回転によらずに、螺旋状の仕切板２３を越えて流れる。そこで、処理水Ｗと処理剤Ｇの接触効率向上させるために、螺旋状の仕切板のピッチを長くする、すなわち、反応槽２が１回転する間に処理剤Ｇが搬送される距離を長くする。この場合、反応槽２の回転速度が同じであれば、回転軸Ａに沿って処理水Ｗと処理剤Ｇとの相対移動速度が速くなるので、回転軸Ａに沿って反応槽２の長さを延ばしてもよいし、処理水回収路６で回収された処理後水ＷＨを処理水供給路３に循環させてもよい。

第４の実施形態の水処理装置１は、図９を参照して説明する。図９に示す水処理装置１において、反応槽２は、第１の開口部２１１の下端の内周縁２１２が第２の開口部２２１の下端の内周縁２２２よりも高くなるように、回転軸Ａを傾けて設置される。第４の実施形態の場合、上流から下流に向かって下がるように、反応槽２の第１の端部２１側を第２の端部２２側よりも高くしている。

第１の実施形態では、第１の開口部２１１の内径、仕切板２３の内径、第２の開口部２２１の内径を変えることで、第１の開口部２１１の下端の内周縁２１２が第２の開口部２２１の下端の内周縁２２２よりも高くなるように設定していた。これに対し、第４の実施形態では、反応槽２の回転軸Ａを傾けることで、第１の実施形態と同じ条件、すなわち第１の開口部２１１の下端の内周縁２１２が第２の下端の内周縁２２２よりも高くなるようにしている。処理剤Ｇは、低くなった反応槽２の第２の端部２２から供給されるが、仕切板２３が螺旋状であるので、第１の実施形態と同様に、反応槽２が回転することに伴って、高くなった第１の端部２１側へ搬送される。

したがって、第４の実施形態では、回転軸Ａを中心とする第１の開口部２１１の内径と第２の開口部２２１の内径とを同じ寸法にすることができる。部品を共通化することで、製造コストが軽減されるとともに、回転軸Ａを傾ける角度を変えることによって、仕切板２３によって区切られた区画の間で処理水Ｗが逆流することを防止するとともに、仕切板２３を越流する処理水Ｗの流量を制御しやすい。

第５の実施形態の水処理装置１は、図１０を参照して説明する。図１０に示す水処理装置１において、反応槽２は、円錐形の容器２０に形成され、その回転軸Ａをほぼ水平に配置している。この第１の端部２１側の容器２０の内壁よりも第２の端部２２側の容器２０の内壁の方が回転軸Ａに遠い円錐形、すなわち、第１の端部２１の内径よりも第２の端部２２の内径の方が大きい、円錐形である。

図１０において、回転軸Ａに対する半径方向に容器２０の内周壁からの仕切板２３の高さ寸法は、一定である。つまり、回転軸Ａが水平であり、容器２０の内径は第１の端部２１よりも第２の端部２２のほうが大きいので、仕切板２３の下端の内周縁２３２は、第２の端部２２側のほうが下がっている。なお、容器２０の内周壁からの仕切板２３の高さそのものが、第１の端部２１側よりも第２の端部２２側へ向かうにしたがって徐々に小さくなっていてもよい。また、回転軸Ａに沿って螺旋状の仕切板２３のピッチは、第１の端部２１側よりも第２の端部２２側の方が大きい。反応槽２が回転すると、仕切板２３が処理剤Ｇを第１の端部２１側へ搬送する。また、螺旋状の仕切板２３のピッチが第１の端部２１側へ行くにしたがって小さくなるので、螺旋状の仕切板２３の間に溜まる処理水Ｗの容積は徐々に小さくなる。このとき仕切板２３は、上流側の仕切板２３の方が高くなるように設けられているので、処理水Ｗの水位Ｌは上流側の仕切板２３を超えない、すなわち、処理水Ｗが上流側へ逆流するように越流しない。

このように設けられた第５の実施形態の水処理装置１において、処理剤Ｇが供給される第２の端部２２側における反応槽２の中の処理水Ｗの水位Ｌは浅い。また、第２の端部２２側の反応槽２の内径が大きいので、処理剤Ｇが広がりやすい。したがって、処理水Ｗに対する処理剤Ｇの接触効率を向上させることができる。

第６の実施形態の水処理装置１は、図１１を参照して説明する。図１１に示す水処理装置において、反応槽２は、第１の端部２１側の容器２０の内壁よりも第２の端部２２側の容器２０の内壁の方が回転軸Ａに近い円錐形、すなわち、第１の端部２１の内径よりも第２の端部２２の内径の方が小さい円錐形である。回転軸Ａは、第５の実施形態と同様にほぼ水平に配置されている。

上流である第１の端部２１側から下流である第２の端部２２側へ、処理水Ｗが螺旋状の仕切板２３を越流できるように、回転軸Ａに対する半径方向に容器２０の内周壁からの仕切板２３の高さ寸法は、第１の端部２１側よりも第２の端部２２側へ向かうにしたがって徐々に小さくなっている。また、回転軸Ａに沿って螺旋状の仕切板２３のピッチは、第１の端部２１側よりも第２の端部２２側の方が大きい。

さらに、第６の実施形態の場合、第１の実施形態と同様に第１の開口部２１１の下端の内周縁２１２は、第２の開口部２２１の下端の内周縁２２２よりも高く設けられている。また、仕切板２３の下端の内周縁２３２は、第１の開口部２１１の下端の内周縁２１２よりも低く、第２の開口部２２１の下端の内周縁２２２よりも高く設けられている。

反応槽２が回転すると、処理剤Ｇは、仕切板２３で第２の端部２２側から第１の端部２１側へ搬送されるだけでなく、容器２０が円錐形であるために低くなった第１の端部２１側へ自重で流れて行く。第２の端部２２側の容器２０の水位Ｌは、容器２０が円錐形であることによって浅くなっており、容積も小さい。したがって、第２の端部２２側に供給された処理剤Ｇは、処理水Ｗに対して効率よく接触されるので、処理能力が向上する。

第７の実施形態の水処理装置１は、図１２を参照して説明する。図１２に示す水処理装置１において、反応槽２は、第１の開口部２１１の下端の内周縁２１２が第２の開口部２２１の下端の内周縁２２２よりも高くなるように、かつ、回転軸Ａを傾けて設置されている。第７の実施形態の場合、第４の実施形態とは反対に、上流から下流に向かって上がるように反応槽２の回転軸Ａを傾けている。そして、図１２に示した状態でも第１の開口部２１１の下端の内周縁２１２は、第２の開口部２２１の下端の内周縁２２２よりも高い。

また第７の実施形態において仕切板２３の下端の内周縁２３２は、第１の開口部２１１の下端の内周縁２１２及び第２の開口部２２１の下端の内周縁２２２のいずれよりも低く設けられている。したがって、処理水Ｗの水位Ｌは、仕切板２３の下端の内周縁２３２を常に超えた状態である。なお、螺旋状の仕切板２３の下端の内周縁２３２が処理水Ｗの水位Ｌとほぼ等しくなるように、下流の第２の端部２２側から上流の第１の端部２１側へ向かうにしたがって、回転軸Ａの半径方向に容器の内周壁からの仕切板２３の高さ寸法が徐々に大きくしてもよい。

以上のように構成された水処理装置１は、反応槽２となる容器２０を円錐形にしなくてもよいので、製造コストを安くすることができる。また、反応槽が回転すると、螺旋状の仕切板２３によって処理剤Ｇが上流の第１の端部２１側へ搬送されるとともに、処理剤Ｇを供給した第２の端部２２よりも低くなっている第１の端部２１へ処理剤Ｇが自重で移動しやすい。処理剤Ｇが供給される第２の端部２２側が高くなっており、処理水Ｗの水位Ｌが低いので、第１の端部２１側に比べて第２の端部２２側の処理水Ｗの容積に対して処理剤Ｇの容積比率が大きい。すなわち、処理水Ｗと処理剤Ｇとの接触効率が高くなるので、水処理装置１の処理能力が向上する。

第８の実施形態の水処理装置１は、図１３から図１５を参照して説明する。図１３に示す水処理装置１において、反応槽２は、第７の実施形態と同様に、第１の端部２１よりも第２の端部２２が高くなるように、すなわち、図１３に示すように上流から下流に向かって上がるように回転軸Ａを傾けて配置している。

また、この反応槽２に設置される仕切板２３は、回転軸Ａに対して垂直に配置される複数の区画板２３１で構成されている。それぞれの区画板２３１は、回転軸Ａと交差する中央部分が開口しており、内周縁２３２を有している。また、区画板２３１は、反応槽２の内壁に接する外周部の少なくとも一部に、回転軸Ａに沿う方向に貫通した連通孔２３３を有している。この連通孔２３３は、図１３及び図１５に示すように、回転軸Ａに沿う方向に隣り合う区画板２３１どうしで、回転軸Ａを中心とする回転方向へ異なる位置、すなわち位相がずれた位置、に配置されている。

図１３及び図１４に示すように第８の実施形態では上流から順番に、第１区画板２３１Ａ、第２区画板２３１Ｂ、第３区画板２３１Ｃ、第４区画板２３１Ｄ、第５区画板２３１Ｅ、第６区画板２３１Ｆの６つの区画板２３１を有しており、上流の区画板２３１の連通孔２３３に対して下流の区画板２３１の連通孔２３３は、反応槽２が回転する方向に対して反対の方向へ９０°ずらして配置されている。

図１３及び図１４は、第４区画板２３１Ｄの連通孔２３３が処理水Ｗの水面よりも下に没した状態を示している。反応槽２は、図１４に示すように上流の第１の端部２１側が低くなっている。したがって、下流の第２の端部２２側から供給された処理剤Ｇは、図１４に示すように第４区画板２３１Ｄの下流側から連通孔２３３を通って上流側へ移動する。これに対し、上流の第１の端部２１側から供給された処理水Ｗは、第４区画板２３１Ｄの上流と下流との間に生じている水位Ｌの差分だけ上流から連通孔２３３を通って下流側へ流れる。

以上のように第４区画板２３１Ｄの連通孔２３３を通して処理水Ｗ及び処理剤Ｇが移動したことと同様のことが、反応槽２が回転すると、他の区画板２３１でも生じる。仕切板２３の各区画板２３１のそれぞれの連通孔２３３の位置と反応槽２の回転角度との関係を図１５に示す。

図１５は、反応槽２の回転角度に対してそれぞれの区画板２３１の連通孔２３３の位置を模式的に示すとともに連通孔２３３の高さ方向の変位を示している。さらに図１５中のハッチングの範囲Ｔは、連通孔２３３が処理水Ｗに沈み、その区画板２３１の上流が下流へ連通している角度範囲を示している。例えば、第１区画板２３１Ａについて説明すると、反応槽２が３０°ほど回転すると連通孔２３３が第１区画板２３１Ａの上流を下流へ連通した状態となり、反応槽２が１５０°を超える位置まで回転すると連通孔２３３が処理水Ｗの水面よりも上に移動して第１区画板２３１Ａの上流と下流とを区切る状態になる。

また、反応槽２が１２０°を超えて１５０°ぐらいまでの間である場合、第２区画板２３１Ｂの連通孔２３３も第２区画板２３１Ｂの上流を下流側へ連通させる状態になる。したがって、この回転角度範囲Ｓでは、第１区画板２３１Ａの上流から第２区画板２３１Ｂの下流、すなわち第３区画板２３１Ｃの上流側まで、連通された状態である。第１区画板２３１Ａ以外の他の区画板２３１についても、図１５に示すとおりである。

以上のように構成していることによって、第１の実施形態のように、仕切板２３を螺旋状にしなくても第１の実施形態の水処理装置１と同等の機能及び効果を発揮することができる。仕切板２３の構造が簡素である分だけ製造コストを軽減できる。また、仕切板２３が回転軸Ａに対して垂直に配置された複数の区画板２３１であるので、反応槽２の容器２０の剛性が増す。図１３のようにターニングローラのようなローラ７１を有した支持装置７で保持する場合に、支持する場所を設定しやすい。

第９の実施形態の水処理装置１は、図１６及び図１７を参照して説明する。図１６及び図１７に示す水処理装置１は、処理水Ｗが区画板２３１の連通孔２３３を通って下流側へ流れるだけでなく、各区画板２３１の中央部分に設けられた開口によって作られる内周縁２３２を処理水Ｗが下流側へと順番に越流する。

図１７に示すように反応槽２は、第７及び第８の実施形態と同様に第１の端部２１側が低くなっており、その状態においても第１の開口部２１１の下端の内周縁２１２が第２の開口部２２１の下端の内周縁２２２よりも高くなるように構成されている。また、仕切板２３を構成する各区画板２３１の中央部分が開口されることによって作られるそれぞれの内周縁２３２は、第１の開口部２１１の下端の内周縁２１２よりも低く、第２の開口部２２１の下端の内周縁２２２よりも高い。そして、各区画板２３１を処理水Ｗが上流側から順に越流するために、区画板２３１の中央部分に設けられた穴の開口径は、第１区画板２３１Ａに対して下流の区画板２３１になるほど大きい。上記以外の構成は、第８の実施形態の水処理装置１と同じである。

反応槽２が回転すると、下流の第２の端部２２側から供給された処理剤Ｇは、区画板２３１の連通孔２３３が下端に回ってきたときにその区画板２３１を下流側から上流側へ通り抜ける。上流の第１の端部２１から供給された処理水Ｗは、区画板２３１の連通孔２３３が処理水Ｗの水面よりも没したときにその区画板２３１を上流側から下流側へ通り抜けるとともに、反応槽２の回転位置によらず区画板２３１の内周縁２３２を上流から下流へ越流する。

なお第８の実施形態及び第９の実施形態で説明した区画板２３１を第６の実施形態の水処理装置１の反応槽２の仕切板２３として採用してもよい。

第１０の実施形態の水処理装置１は、図１８を参照して説明する。図１８に示す水処理装置１は、第１の実施形態で説明したのと同じ反応槽２及びその周辺機器（処理水供給路３、処理水回収路６、処理剤供給部４、回収装置５等）を複数ずつ、本実施形態では２つずつ備えており、これらに処理水Ｗが順番に流れるように直列的に接続している。つまり、上流側の反応槽２から排出される処理後水ＷＨは、下流側の反応槽２へ処理水Ｗとして処理水供給路３で注水される。また、下流側の反応槽２から回収された処理剤Ｇは、上流側の反応槽２へ処理剤供給部４で投入される。

第１０の実施形態では、上流の反応槽２には溶存物質の濃度の高い処理水Ｗが供給され、上流の反応槽２で除去及び回収しきれない溶存物質をさらに下流の反応槽２で除去及び回収する。下流の反応槽２で使用された処理剤Ｇは、上流の反応槽２である程度溶存物質が取り除かれた後の処理後水ＷＨと接しただけであるので、処理剤Ｇとしての能力が十分に残っている。そこで、本実施形態では、下流側の反応槽２で使用した処理剤Ｇを上流の反応槽２へ再利用している。このとき、新しい処理剤Ｇを一部加えて上流の反応槽２へ供給してもよい。

なお、図１８において、上流の反応槽２の回転方向は、時計回り（右回り）であり、その仕切板２３は、右ネジの螺旋状に形成されている。また下流の反応槽２の回転方向は、反時計回り（左回り）であり、その仕切板２３は、左ネジの螺旋状に形成されている。上流の反応槽２の回転方向が反時計回りかつ仕切板２３が左ネジの螺旋形状で、下流の反応槽２の回転方向が時計回りかつ仕切板２３が右ネジの螺旋形状であってもよいし、上流と下流の反応槽２の回転方向が同じ方向であってもよい。

また、上流の反応槽２及び下流の反応槽２のタイプは、第１の実施形態の反応槽２に限定されない、第１から第９の実施形態の水処理装置１の反応槽２のいずれであっても、上流側及び下流側あるいは両方の反応槽として利用することができる。反応槽の数は、２つに限らず、３つ以上を直列に接続してもよい。上流の反応槽を並列に２つ設置してその下流の反応槽２として１つを接続してもよい。これと逆に、１つの上流の反応槽に対して、２つの反応槽を並列に下流に接続してもよい。

このように、いずれの実施形態の水処理装置１の反応槽２も小型で効率が良いものであるので、水処理設備としてまとまった据付面積を確保しにくい場合でも、レイアウトを自由に組み替えて設置することに適している。

第１１の実施形態の水処理装置１は、図１９を参照して説明する。図１９に示す水処理装置１は、駆動装置８が他の実施形態の水処理装置１と異なっている。図１９は、反応槽２の第１の端部２１の内部を示している。この水処理装置１は、駆動装置８として水車８１を装備している。水車８１は、処理水供給路３から流出する処理水Ｗを受けて回転力を得ている。

水車８１は、反応槽２の第１の端部２１の内側に回転軸Ａを中心に放射状に設置される複数の羽根８２を有している。この羽根８２に処理水Ｗがかかるように、処理水供給路３のノズル３１は、水平方向に近い角度へ曲げられている。また、水処理装置１は、第１の端部２１の第１の開口部２１１を通して処理剤Ｇが取り出される。したがって、処理剤Ｇを取り出すための回収装置５も同じく第１の端部２１側の反応槽２の内部に配置される。

そこで、本実施形態では図１９に示すように、回収装置５の回収板５１を水車８１の羽根８２の下流側の縁につなげて設けている。回収装置５の回収板５１が処理剤Ｇを掬い上げる面と反対側の面が、水車８１の羽根８２にかかった処理水Ｗを羽根８２と反応槽２の内壁の間に保持する。したがって、より大きな駆動力を得ることができる。

この水車８１は、処理水供給路３から流出する処理水Ｗをこの羽根８２で受け止めることで、所望の回転力を発生する。このように、反応槽２を転動させるための動力を水車８１で供給することで、水処理装置１の運転コストを抑えることができるだけでなく、構造が簡素化される。処理水Ｗの供給量で十分な駆動力を発生させるために、処理水供給路３のノズル３１近傍に取り付けられた水車と、この水車の回転力を反応槽に伝達する伝達機構とを設けてもよい。さらに、第２の端部２２の第２の開口部２２１から流出する処理後水ＷＨを利用して、反応槽２の近傍に設置された別の水車を回し、動力伝達手段を介してその駆動力で反応槽２を回転させてもよい。

以上、水処理装置１について各実施形態で説明した構成のうち、第２の実施形態において説明したリフター２４は、第３から第１０の実施形態の水処理装置１にも適用することができる。また、第１１の実施形態の水処理装置１の駆動装置８の一例として示した水車８１は、第１から第１０の実施形態の水処理装置１にも適用することができる。このとき水車８１は、第１の実施形態において詳述した支持装置７に組み込まれる駆動装置８とともに第１から第１１の実施形態において併用されてもよい。つまり、ドラム２の回転の指導に際して大きなトルクが必要な場合に、水車８１と駆動装置８との両方を用い、回転速度が安定している間は、駆動装置８の出力を押えて消費エネルギーを節約することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…水処理装置、２…反応槽、２０…容器、２１…第１の端部、２１１…第１の開口部、２１２…（第１の開口部の）内周縁、２２…第２の端部、２２１…第２の開口部、２２２…（第２の開口部の）内周縁、２３…仕切板、２３１…区画板、２３２…（仕切板の）内周縁、２３３…連通孔、２４…リフター、３…処理水供給路、４…処理剤供給部、５…回収装置、５１…回収板、５２…樋、５２１…採取部、５２２…排出部、５３…固液分離器、６…処理水回収路、８…駆動装置、８１…水車、Ｗ…処理水、ＷＨ…処理後水、Ｇ…処理剤、Ｑ…回収物、Ａ…回転軸

Claims (18)

1. 回転軸に沿って第１の開口部が設けられた第１の端部及び前記回転軸に沿って第２の開口部が設けられた第２の端部を有し、鉛直方向に交差する方向に配置される前記回転軸を中心に転動される反応槽と、
   前記第１の端部と前記第２の端部の間に前記回転軸を横切る向きに少なくとも１つ配置され、前記反応槽の内壁から前記回転軸へ向かって延びた仕切板と、
   前記第１の開口部を通して前記反応槽へ溶存物質を含む処理水を供給する処理水供給路と、
   前記第２の開口部を通して前記反応槽から排出される処理後水を回収する処理水回収路と、
   前記溶存物質を晶析又は吸着させて回収物として前記処理水中から取り出す処理剤を前記第２の開口部を通して前記反応槽へ供給する処理剤供給部と、
   前記第１の開口部を通して前記反応槽の外へ前記処理剤及び前記回収物を取り出す回収装置と、
   を備える水処理装置。
2. 前記第１の開口部の下端の内周縁は、前記第２の開口部の下端の内周縁よりも高い位置にある、請求項１に記載された水処理装置。
3. 前記仕切板の下端の内周縁は、前記第１の開口部の下端の内周縁よりも低く前記第２の開口部の下端の内周縁よりも高い位置にある、請求項２に記載された水処理装置。
4. 前記仕切板の下端の内周縁は、前記第２の開口部の下端の内周縁よりも低い位置にある、請求項２に記載された水処理装置。
5. 前記反応槽は、前記第１の開口部の下端の内周縁が前記第２の開口部の下端の内周縁よりも高くなるように前記回転軸を傾けて設置される、請求項２に記載された水処理装置。
6. 前記仕切板は、前記回転軸を中心とする螺旋状に形成される、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載された水処理装置。
7. 前記反応槽は、前記第１の端部が前記第２の端部よりも高くなるように前記回転軸を傾けて配置される、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載された水処理装置。
8. 前記反応槽は、前記第１の端部が前記第２の端部よりも低くなるように前記回転軸を傾けて配置される、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載された水処理装置。
9. 前記仕切板は、前記回転軸を中心とする螺旋状に形成されている、請求項８に記載された水処理装置。
10. 前記仕切板は、前記回転軸に対して垂直に配置される複数の区画板を含み、前記反応槽の内壁に接する前記区画板の外周部の少なくとも一部に前記回転軸に沿う方向に貫通した連通孔を有する、請求項８に記載された水処理装置。
11. 隣り合う前記仕切板にそれぞれ設けられた連通孔は、前記回転軸を中心とする回転方向へ異なる位置に配置される、請求項１０に記載された水処理装置。
12. 前記反応槽は、前記第１の端部側の内壁よりも前記第２の端部側の内壁の方が回転軸に遠い円錐形である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載された水処理装置。
13. 前記反応槽は、前記第１の端部側の内壁よりも前記第２の端部側の内壁の方が回転軸に近い円錐形である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載された水処理装置。
14. 前記仕切板は、前記第１の端部側から前記第２の端部側へ向かうにしたがってピッチが大きくなる螺旋状である、請求項１２又は請求項１３に記載された水処理装置。
15. 前記回収装置は、
    前記反応槽の回転方向を横切る方向に前記反応槽の前記第１の端部側の前記内壁に取り付けられる少なくとも１つの回収板と、
    前記反応槽が回転して前記回収板が上部へ移動した場合に前記回収板の下方に採取部が配置されて前記第１の開口部を通って外へ排出部が延びた樋と、
    前記樋の前記下流端に設置されて前記回収物の固形成分を前記処理後水から分離する固液分離器と、
    を備える、請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載された水処理装置。
16. 前記反応槽は、前記回転軸に沿う方向に隣り合う前記仕切板の間に前記仕切板に交差する方向に配置され前記反応槽の内壁から前記回転軸側へ突出した攪拌部材を有する、請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載された水処理装置。
17. 前記反応槽を回転させる駆動装置をさらに備え、
    前記駆動装置は、前記第１の端部側の前記反応槽の中に設けられて前記処理水供給路から流出する前記処理水を受ける水車である、請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載された水処理装置。
18. 前記反応槽を複数備え、上流側の反応槽から排出される処理後水を下流側の反応槽へ処理水として注水し、前記下流側の反応槽から回収される処理剤を前記上流側の反応槽へ供給する、請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載された水処理装置。

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