JP2017213482A - 固液分離装置およびこれを用いた固液分離方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大型化を招くことなく処理能力を向上させることができ、かつ構成が簡単な固液分離装置およびこれを用いた固液分離方法を提供する。【解決手段】上下方向に延びる円筒内面１１０ａ、および円筒内面１１０ａの上部につながる天井壁を有するケース１００と、円筒内面１１０ａの下部につながり、内面２００ａが下方に向かうほど小径となるとともに下端が排出口２２０で終わる漏斗状に形成され、厚み方向に貫通する多数の透孔２１０を有するスクリーン２００と、ケースの円筒内面１１０ａに、当該円筒内面１１０ａの上下方向所定範囲において開口し、当該円筒内面１１０ａの接線方向または略接線方向から原水を導入する原水導入口３００と、を含む。【選択図】 図２

Description

本発明は、原水から固形異物を分離除去する固液分離装置およびこれを用いた固液分離方法に関する。

固液分離装置としては、たとえば、本願の出願人の提案による特許文献１に示されたものがある。特許文献１に示された固液分離装置は、下部側ほど内径が小となる漏斗状であって多数の透孔を有するスクリーンを有する。この固液分離装置においては、スクリーンの内面に沿って原水を上方から下方へ螺旋状に旋回させながら流す間に、透孔を通過できない固形異物がスクリーンの内面に捕捉され、こうして原水から固形異物が分離される。透孔を通過した処理水は、固形異物が除去されたものとなる。

特許文献１に示された固液分離装置は、原水を漏斗状スクリーンの内面に沿って螺旋状に流すため、一般的な傾斜スクリーンに比較してコンパクトに構成できるという利点があるが、処理能力を高めるためには、漏斗状スクリーンを大型化せざるをえないという課題がある。

固液分離装置としてはまた、特許文献２に示された回転ドラムスクリーン装置がある。しかしながら、このような回転ドラムスクリーン装置は、ドラムスクリーンを回転駆動するための動力および回転機構が必要であり、複雑かつ大型化するという課題がある。

特開平９−２０６５１０号公報 特開２０１５−１１２５０３号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、大型化を招くことなく処理能力を向上させることができ、かつ構成が簡単な固液分離装置およびこれを用いた固液分離方法を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を採用した。

すなわち、本発明の第１の側面によって提供される固液分離装置は、上下方向に延びる円筒内面、および上記円筒内面の上部につながる天井壁を有するケースと、上記円筒内面の下部につながり、内面が下方に向かうほど小径となるとともに下端が排出口で終わる漏斗状に形成され、厚み方向に貫通する多数の透孔を有するスクリーンと、上記ケースの上記円筒内面に、当該円筒内面の上下方向所定範囲において開口し、当該円筒内面の接線方向または略接線方向から原水を導入する原水導入口と、を含むことを特徴とする。

好ましい実施の形態では、上記原水導入口に隣接する原水導入路は、上下方向に長い偏平断面を有する。

好ましい実施の形態では、上記原水導入口は、上記ケースの上記円筒内面の上下寸法の１／２以上の範囲に開口している。

好ましい実施の形態では、上記スクリーンの内面の水平に対する傾斜角度は、６０〜８０度である。

好ましい実施の形態では、上記円筒内面の内径は、１００〜３００ｍｍであり、上記円筒内面の上下寸法は、１００〜５００ｍｍである。

好ましい実施の形態では、上記スクリーンの内面における上記透孔の径は、５０〜３０００μｍであり、上記透孔の開口率は、１５〜４０％である。

好ましい実施の形態では、固液分離作動時における上記原水導入口から導入される原水の平均流速は、５〜２０ｍ／ｓである。

好ましい実施の形態では、上記スクリーンの透孔を内外に向けて通過した処理水は、処理水導出路に導かれ、上記スクリーンの上記排出口から排出される固形物は、固形物廃棄路に導かれる。

本発明の第２の側面によって提供される固液分離方法は、上記本発明の第１の側面に係る固液分離装置を用いた固液分離方法であって、上記原水導入口から原水を導入することにより、上記ケースの内面から上記スクリーンの内面にかけて、高速で旋回する所定厚みのドーナツ状原水層を形成しつつ、上記スクリーンの上記透孔から処理水を通過させることを特徴とする。

好ましい実施の形態では、上記原水導入口からの原水の導入を所定期間継続した後、当該原水の導入を停止し、上記ケースないし上記スクリーン内の原水を上記排出口から排出する動作を繰り返す。

ケースの円筒内面に開口する原水導入口は、ケースの上下寸法の好ましくは１／２以上という、比較的上下方向に広い範囲に開口しており、かつ、円筒内面の接線方向または略接線方向から原水が導入されるため、導入される原水の平均流速を所定以上に高めることにより、ケース内に導入される原水は、強大な遠心力の作用を受けて、ケースの内面から漏斗状スクリーンの内面にかけて、高速で旋回する所定厚み（ケースの円筒内面に対する深さ）のドーナツ状原水層を形成する。

漏斗状スクリーンでは、ドーナツ状原水層の下方において、遠心力の作用を受けて、透孔を通過できない固定物をスクリーンの内面に残しつつ、処理水が透孔を通過させられる。これにより、原水は、固形物と処理水とに連続的に分離させられる。

上記のようにケースの円筒内面から漏斗状スクリーンの内面にかけてドーナツ状原水層が形成される状態においては、強大な遠心力に起因してスクリーンの内面に作用する原水圧は相当に大きくなるため、固液分離処理能力が高まる。

固液分離処理能力は、上記のようにドーナツ状原水層を形成することによりスクリーンの内面に作用させる圧力を高めることによって増大させられるため、処理能力を高めるためにスクリーンを大型化するといった対策をする必要性が低い。したがって、上記構成の固液分離装置は、処理能力を高めつつも、不必要に大型化を招くことはない。

また、上記構成の固液分離装置は、装置の内部に回転動力源や回転機構を要しないので、構成が簡略化される。

以上のことから、本発明によれば、大型化を招くことなく処理能力を向上させることができ、かつ構成が簡単な固液分離装置が実現できる。

本発明のその他の特徴および利点は、図面を参照して以下に行う詳細な説明から、より明らかとなろう。

本発明の一実施形態に係る固液分離装置の一部断面側面図である。 図１のII-II線に沿う断面図である。 図１のIII-III線に沿う断面図である。 図３のIV-IV線に沿う断面図である。 図２のＡ部拡大図である。 スクリーンの拡大部分平面図である。 本発明の作用説明図であり、図２のVII-VII線断面に相当する図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１〜図７は、本発明の一実施形態に係る固液分離装置Ａ１を示す。この固液分離装置Ａ１は、ケース１００と、スクリーン２００と、原水導入口３００とを基本的に有する。

図１および図２に表れているように、ケース１００は、垂直方向の中心軸線Ｌをもつ円筒状側壁１１０と、天井壁１２０とを有する。円筒状側壁１１０は、好ましくは所定の機械強度をもつ金属製である。円筒状側壁１１０の内面は、円筒状となっている。天井壁１２０は、上記円筒内面１１０ａで囲まれる空間の上部を塞いでおり、好ましくは金属製である。天井壁１２０は、円筒状側壁１１０の上部に対し、着脱可能に取付け、必要に応じてケース１００の内部を清掃したり、点検したりできるようにするのが望ましい。実施形態では、円筒状側壁１１０の上部と天井壁１２０との間にガスケット１１２を介装しつつ、円筒状側壁１１０の上部に設けた外向フランジ１１１と天井壁１２０の外周部１２１とを重ねてこれらをクランプ１３０で挟み込んでいる。これにより、クランプ１３０を解除することにより、円筒状側壁１１０と天井壁１２０とを容易に分離することができる。

スクリーン２００は、内面が下方に向かうほど小径となるコーン状または漏斗状をした部材であり、厚み方向に貫通する多数の透孔２１０（図５〜図７）を有する。実施形態においてスクリーン２００は、多数の透孔２１０を形成した所定厚みのステンレス板を用い、これを切断・曲げ・接合加工をすることにより漏斗状に形成している。このスクリーン２００の内面は、その上端が上記円筒状側壁１１０の円筒内面１１０ａの下端に実質的につなげられており、円筒内面１１０ａとスクリーン２００の内面との間に不要な段差が形成されないようにすることが望ましい。スクリーン２００の下方は小径に絞られており、排出口２２０として終わっている。なお、スクリーン２００の透孔２１０の形態については、さらに後述する。

円筒状側壁１１０とスクリーン２００とは、清掃や点検、あるいはスクリーン２００の交換のために、互いに分離可能に構成するのが望ましい。本実施形態において、スクリーン２００を取り囲んで筒状に垂下するスカート部材４００を設け、上記円筒状側壁１１０の下部に設けた外向フランジ１１３とスカート部材４００の上部に設けた外向フランジ４０１とガスケット４０２を介して重ねてこれらをクランプ４１０で挟み込むことにより円筒状側壁１１０とスカート部材４００とを連結している。その際、円筒状側壁１１０の外向フランジ１１３とスカート部材４００の外向フランジ４０１との間にスクリーン２００の上部に設けた外向フランジ２３０を挟み込むことにより、スクリーン２００を円筒状側壁１１０の下部に実質的に連結している。このように構成することにより、クランプ４１０を解除して、円筒状側壁１１０とスカート部材４００とスクリーン２００とを容易に分離することができる。

原水導入口３００は、図３によく表れているように、ケース１００の円筒内面１１０ａに開口しており、当該円筒内面１１０ａの接線方向または略接線方向からケース１００内に原水を導入するように構成されている。さらには、この原水導入口３００は、ケース１００の円筒内面１１０ａの上下寸法に対して１／２以上の、広い上下範囲に開口させられており、かつ、この原水導入口３００から導入される原水の流れの断面が上下方向に長い偏平な断面となるように形成される。より具体的には、ケース１００の円筒状側壁１１０に接続される原水導入管３１０は、図３および図４に示すように、少なくとも円筒状側壁１１０に隣接する部位において、上下方向に長い矩形状の偏平断面となっており、この原水導入管３１０の中心線ＣＬは、上記円筒内面１１０ａの接線方向に延びている。また、図３に表れているように、原水導入管３１０の外側内壁３１１は、ケース１００の円筒内面１１０ａの曲率よりも緩やかな曲率をもって湾曲しつつ、ケース１００の円筒内面１１０ａになだらかにつなげられている。

図５〜図７に示すように、スクリーン２００は、多数の円形の透孔２１０を有している。スクリーン２００の内面２００ａにおける透孔２１０の内径は、たとえば、５０〜３０００μｍの範囲に設定される。また、この透孔２１０の開口率（スクリーン２００の内面２００ａに占める透孔２１０の開口面積の割合）は、たとえば１５〜４０％の範囲に設定される。実施形態では、図５に詳示するように、透孔２１０の内径は、スクリーン２００の外面に向かうほど拡大させられている。このようにすることにより、スクリーン２００の内面２００ａ側から外面側に通過する処理水の透孔２１０における通過抵抗が減じられ、装置の能力アップにつながる。なお、透孔２１０は、スクリーン２００の内面２００ａから外面にかけて、一定内径を有するように形成しても、もちろんよい。

後記するように、スクリーン２００の内面２００ａには、大きな原水圧が作用するため、スクリーン２００には、ある程度の強度が必要であり、少なくとも１ｍｍ程度の厚みを必要とする。厚み１ｍｍ程度の板材に最小内径がたとえば５０〜２００μｍといった微細な透孔２１０を形成するためには、たとえば、次のような手法が用いられる。

すなわち、図５に示されているように、たとえば、０．１ｍｍの厚みの薄板材にエッチングの手法によって透孔２１０ａを形成し、このような薄板材の１０枚を各透孔２１０の位置を揃えつつ積層して厚み１ｍｍのスクリーン２００とする。薄板材に設ける透孔２１０ａの径は、スクリーン２００の裏面（外面）側に位置するものほど大とすることにより、上記したように、スクリーン２００の透孔２１０は、外面に向かうほど内径が拡大したものとすることができる。

上記した構成のケース１００、スクリーン２００および原水導入口３００の寸法、スクリーン２００の内面２００ａの傾斜角度、スクリーン２００に設ける透孔２１０の大きさおよび開口率は、処理するべき原水の種類や要求される処理能力、または、濾過するべき固形異物の大きさによって種々設定可能であるが、本発明にかかる固液分離装置Ａ１は、大型化を招くことなく処理能力を高めることができるのであり、各部の寸法は、たとえば、以下のように設定することができる。

ケース１００は、上下寸法を１００〜３０００ｍｍ、内径を１００〜５０００ｍｍの範囲とし、スクリーン２００は、その上部内径をケース１００の内径と同等とし、内面２００ａの水平に対する角度θを６０〜８０度とすることができるが、実施形態では、ケース１００の上下寸法を１８０ｍｍ、内径を１００ｍｍ、上記角度θを７２度としている。また、上記したように、スクリーン２００の厚さは１ｍｍ程度、透孔２１０のスクリーン２００内面側の内径は５０〜３０００μｍ、開口率は１５〜４０％とすることができるが、実施形態では、透孔２１０の内面２００ａ側の内径を１５０μｍ、開口率を２０％としている。原水導入口３００は、ケース１００の円筒内面１１０ａの上下寸法に対して１／２以上の、広い上下範囲に開口させられるが、実施形態では、円筒内面１１０ａの上下寸法の７／１０の範囲に開口させられている。原水導入口３００に隣接する原水導入管３１０については、実施形態では、矩形断面の上下寸法を１０４ｍｍ、幅寸法を６ｍｍとしてある。

図１および図２において、符号５００は、スカート部材４００の下部に接続された筒状のカバーで、たとえばゴム製である。また、符号６００は、スクリーン２００の下部排出口２２０に接続された固形物排出管である。

次に、実施形態に係る固液分離装置Ａ１の作動状態について説明する。

固液分離装置Ａ１を作動させるには、図外のポンプを起動するなどして、原水導入管３１０からの原水の導入を開始する。たとえば、原水導入管３１０からの原水流量を２０立方メートル／ｈとすると、原水導入口３００から導入される原水の平均流速は、８．９ｍ／ｓとなる。この流速をもって原水は１００ｍｍの内径の円筒内面１１０ａに沿って旋回するが、旋回回転数は、約１７００ｒｐｍとなる。したがって、このときの原水に作用する遠心力は、計算上、１５０Ｇを超える。なお、円筒内面１１０ａに沿って旋回する原水の実際の旋回速度は、固定壁である円筒内面１１０ａから受ける抵抗により、上記よりも減じられると思われるが、原水は相当な高速で旋回していることに変わりはなく、１５０Ｇに近い遠心力が作用していると考えられる。

その結果、ケース１００内に導入された原水は、図２および図３に模式的に示すように、ケース１００の円筒内面１１０ａからスクリーン２００の内面２００ａにかけて、高速で旋回する所定厚み（深さ）のドーナツ状原水層ＷＣを形成する。

ドーナツ状原水層ＷＣの厚み（深さ）Ｄは、原水導入口３００から導入される原水の流量や、スクリーン２００の透孔２１０の開口率によって増減する。図２に示されているように、ドーナツ状原水層ＷＣの下方は、スクリーン２００の内面２００ａに接するが、スクリーン２００が上方ほど拡径するコーン状に形成されていることから、ドーナツ状原水層ＷＣの厚みが大となるほど、スクリーン２００の内面２００ａのより広い範囲において多くの透孔２１０に原水層ＷＣが接する。原水層ＷＣがより広い範囲において透孔２１０に接するほど、透孔２１０を通過する処理水の量が増大する。このように、原水の導入流量と、スクリーン２００の透孔２１０を通過する処理水の量とがバランスするようにして、上記ドーナツ状原水層ＷＣの厚みが決まる。ただし、原水の導入量が大きすぎると、ドーナツ状原水層ＷＣの厚みが大きくなりすぎ、原水の一部がスクリーン２００によって濾過されることなく排出口２２０から排出されてしまうことに留意するべきである。

図７に良く示すように、スクリーン２００の内面２００ａには、高速旋回する原水層ＷＣが接する。このとき、０．１５ｍｍを超える固形物は透孔２１０を通過することができないため、原水中に含まれるこのような固形物Ｓを高速旋回する原水層ＷＣ中に残しつつ、処理水が透孔２１０を通過させられる。また、スクリーン２００の内面２００ａに接する原水は、当該内面２００ａに沿って高速で移動しているので、実際には、透孔２１０の内径（０．１５ｍｍ）よりも小さい固形物Ｓですら透孔２１０を通過することができず、その結果、より細かな固形物を原水から除去することができる。そして、スクリーン２００の内面２００ａには、上記したように非常に大きな遠心力に起因した大きな圧力で原水が接するため、スクリーン２００による原水の濾過処理能力は著しく高いものとなる。

スクリーン２００の透孔２１０を通過した処理水は放射状に飛翔して筒状のカバーに衝突し、このカバーの内面に沿って重力落下し、図示しない処理水導出路へと導かれる。

一定時間作動を継続した後にポンプを停止して原水の導入を止めると、遠心力を受けることがなくなってドーナツ状原水層ＷＣは消失し、固形異物の濃度が高まった原水は、重力によって排出口２２０から一挙に排出され、固形物排出管６００を介して図示しない固形物排出路に導かれる。このようにして、原水の導入と、その停止とを繰り返すことにより、原水の濾過処理を長期間継続することができる。

このように、実施形態に係る固液分離装置Ａ１は、大型化を招くことなく、大きな処理能力を備えたものとなる。また、装置自体に回転機構や動力を不要とするので、構成が簡単である。

もちろん、本発明の範囲は実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのあらゆる設計変更は、すべて本発明の範囲に包摂される。

Ａ１ 固液分離装置
１００ ケース
１１０ 円筒状側壁
１１０ａ 円筒内面
１１１ 外向フランジ
１１２ ガスケット
１１３ 外向フランジ
１２０ 天井壁
１２１ 外周部
１３０ クランプ
２００ スクリーン
２００ａ 内面
２１０ 透孔
２２０ 排出口
２３０ 外向フランジ
３００ 原水導入口
３１０ 原水導入管
３１１ 外側内壁
４００ スカート部材
４０１ 外向フランジ
４０２ ガスケット
４１０ クランプ
５００ カバー
６００ 固形物排出管
ＷＣ 円筒状原水層

すなわち、本発明の第１の側面によって提供される固液分離装置は、上下方向に延びる円筒内面、および上記円筒内面の上部につながる天井壁を有するケースと、上記円筒内面の下部につながり、内面が下方に向かうほど小径となるとともに下端が排出口で終わる漏斗状に形成され、厚み方向に貫通する多数の透孔を有するスクリーンと、上記ケースの上記円筒内面に、当該円筒内面の上下方向所定範囲において開口し、当該円筒内面の接線方向または略接線方向から原水を導入する原水導入口と、を含み、上記原水導入口から原水を導入することにより、上記ケースの内面から上記スクリーンの内面にかけて、略一定内径の円筒状空間を形成して高速で旋回するドーナツ状原水層を形成しつつ、上記スクリーンの上記透孔から処理水を通過させるように構成したことを特徴とする。

好ましい実施の形態では、上記スクリーンの透孔を内外に向けて通過した処理水は、処理水導出路に導かれ、上記スクリーンの上記排出口から排出される固形物は、固形物排出路に導かれる。

本発明の第２の側面によって提供される固液分離方法は、上記本発明の第１の側面に係る固液分離装置を用いた固液分離方法であって、上記原水導入口から原水を導入することにより、上記ケースの内面から上記スクリーンの内面にかけて、略一定内径の円筒状空間を形成して高速で旋回するドーナツ状原水層を形成しつつ、上記スクリーンの上記透孔から処理水を通過させることを特徴とする。

Claims (10)

1. 上下方向に延びる円筒内面、および上記円筒内面の上部につながる天井壁を有するケースと、
   上記円筒内面の下部につながり、内面が下方に向かうほど小径となるとともに下端が排出口で終わる漏斗状に形成され、厚み方向に貫通する多数の透孔を有するスクリーンと、
   上記ケースの上記円筒内面に、当該円筒内面の上下方向所定範囲において開口し、当該円筒内面の接線方向または略接線方向から原水を導入する原水導入口と、
   を含むことを特徴とする、固液分離装置。
2. 上記原水導入口に隣接する原水導入路は、上下方向に長い偏平断面を有する、請求項１に記載の固液分離装置。
3. 上記原水導入口は、上記ケースの上記円筒内面の上下寸法の１／２以上の範囲に開口している、請求項２に記載の固液分離装置。
4. 上記スクリーンの内面の水平に対する傾斜角度は、６０〜８０度である、請求項２または３に記載の固液分離装置。
5. 上記円筒内面の内径は、１００〜３００ｍｍであり、上記円筒内面の上下寸法は、１００〜５００ｍｍである、請求項１ないし４のいずれかに記載の固液分離装置。
6. 上記スクリーンの内面における上記透孔の径は、５０〜３０００μｍであり、上記透孔の開口率は、１５〜４０％である、請求項１ないし５のいずれかに記載の固液分離装置。
7. 固液分離作動時における上記原水導入口から導入される原水の平均流速は、５〜２０ｍ／ｓである、請求項１ないし６のいずれかに記載の固液分離装置。
8. 上記スクリーンの透孔を内外に向けて通過した処理水は、処理水導出路に導かれ、上記スクリーンの上記排出口から排出される固形物は、固形物廃棄路に導かれる、請求項１ないし７のいずれかに記載の固液分離装置。
9. 請求項１なしい８のいずれかに記載の固液分離装置を用いた固液分離方法であって、
   上記原水導入口から原水を導入することにより、上記ケースの内面から上記スクリーンの内面にかけて、高速で旋回する所定厚みのドーナツ状原水層を形成しつつ、上記スクリーンの上記透孔から処理水を通過させることを特徴とする、固液分離方法。
10. 上記原水導入口からの原水の導入を所定期間継続した後、当該原水の導入を停止し、上記ケースないし上記スクリーン内の原水を上記排出口から排出する動作を繰り返す、請求項９に記載の固液分離方法。

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