JP3936652B2 - 懸濁液から固体粒子を分離する方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、懸濁液からの固体粒子の分離方法及び装置に係わり、具体的には嫌気性消化処理よりの消化汚泥からリン酸マグネシウムアンモニウム（以下「ＭＡＰ」ともいう）を回収する方法及び装置に係わり、更に詳しくは、消化汚泥から汚泥分とＭＡＰ粒子とに分離してＭＡＰを効率良く回収する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水処理においては、懸濁液から綺麗な水を得るための手段の一つとして、懸濁液から固体粒子を分離することにより精製水を得る手段が採用されている。この懸濁液の固液分離を行うには、懸濁液を自然沈殿又は凝集沈殿により液中の固体粒子を沈殿分離し、沈殿物をさらに遠心分離、真空濾過、加圧濾過などにより脱水しているが、これらの方法は設備が複雑高価であり、しかも機械の運転管理が煩雑であるという欠点を有していた。
【０００３】
本出願人は、先にこれらの欠点を解消するために、高分子凝集剤を添加した懸濁液を、回転軸をほぼ水平に保つ筒状回転容器に供給し、該容器を容器内に或る程度水位を保たせつつ回転させることによって液中の懸濁物をペレット状とし、次いでこれらのペレットと液をロータリースクリーン内に導入してペレットと液を分離する技術を提案した（特許文献１）。
さらに、そのペレットと液の分離効率を上げるために、回転可能な筒状容器の一端に懸濁液の流入口と他端にケーキ導出口を設け、この筒状容器の内部でケーキ導出端付近に隔壁を形成して、懸濁液移送部と液分離部とに区画し、懸濁液移送部の内周壁に仕切兼用移送体を設けると共に前記隔壁の一部に排出口を開口し、この排出口の回転方向側の液分離部内周壁に液の流出口を開口し、かつ液分離部内にケーキ導出口を設け、さらに前記隔壁の中心部に分離液排出用のオーバーフローパイプを取り付けた構造の懸濁液濃縮脱水装置を提案した（特許文献２）。
【０００４】
また、同様な脱水装置を用いて懸濁液を凝集処理する手段として、懸濁液へ高分子凝集剤を添加して、これを回転可能で軸をほぼ水平に保った筒状容器の一端より流入せしめ、該筒状容器内で容器回転によって懸濁固形物の沈降作用下に懸濁固形物にコロガリ運動を与え懸濁固形物を塊状物となし、分離液より流動性を小にしつつ容器他端へ移送し、該端部付近で分離液のみを一旦容器側面から排出分離したのち、容器外に落下させ次いで前記塊状物を容器回転方向に導出し、容器外に排出して固形物と液とに分離する懸濁液の濃縮脱水法（特許文献３）が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特公昭４６−１６７５号公報
【特許文献２】
特公昭４６−３０１４８号公報
【特許文献３】
特公昭５１−２６６６１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記消化汚泥は、黒色を呈し、微細粒子を多く含んだ粘度の高い汚泥である。
消化汚泥は、有機性廃水（以下「原水」ともいう）に含まれていて沈砂池を通過した砂分とし渣分、その他無機分と有機分の粒子に、消化槽で生成したＭＡＰで占められていると考えられる。粘度の高い汚泥を分離する先行技術としては、土木工事の泥水シールド工法で行われているように、地中の掘削土砂を泥水の粘度を利用してパイプ輸送し、目開き７４μｍの振動篩と液体サイクロンにより掘削土砂を分離し、泥水を回収している技術がある。消化汚泥の分離にこの技術を応用することは、動力が大きいこと、振動が大きいこと、臭気の飛散等があるため、実施に問題があった。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決し、動力が小さく、振動が小さく、臭気が飛散しないようにした、上記問題点を解決するスラリからの固体粒子の分離方法及び装置を提供すること、さらに具体的には消化汚泥からＭＡＰ粒子を分離する方法及び装置を提供することを課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記の手段により上記の課題を解決した。
（１）懸濁液を回転する筒状容器で処理して固体粒子を分離する方法において、回転する水平筒状容器の室内に懸濁液を入れて固体粒子を沈殿させるとともに、沈殿物を前記室内で転動させて分級するように、沈殿分離を行い、上澄水を排出し、沈殿物を同様な室内で沈殿物を転動させて分級しながら、水切を行い、さらに残った沈殿物を周囲がスクリーンからなる同様な室内で洗浄することを特徴とする懸濁液から固体粒子を分離する方法。
（２）前記懸濁液が消化汚泥であり、前記固体粒子がリン酸マグネシウムアンモニウム粒子であることを特徴とする前記（１）に記載の懸濁液からの固体粒子の分離方法。
【０００９】
（３）回転可能で中心軸がほぼ水平方向に保たれた筒状容器であって、該筒状容器は中心軸に垂直で連通孔を有する仕切板によって複数の室に区画され、最初の室は懸濁液の導入口を有し、懸濁液から固体粒子を沈殿させ、沈殿物を前記室内で転動させて分級するように、沈殿分離を行うものであり、上澄水の排出口を有し、かつ沈殿物と残りの液を隣室に送る送り板を有し、隣室では沈殿物と残りの液を同様な室内で沈殿物を転動させて分級を行い、周囲に水切を行うための水切部と、沈殿物を隣室に送る送り板を有し、次の室は周囲がスクリーンからなり、残った沈殿物を洗浄するための洗浄装置を有すことを特徴とする懸濁液から固体粒子を分離する装置。
【００１０】
（４）回転可能で中心軸がほぼ水平方向に保たれた筒状容器であって、該筒状容器は中心軸に垂直で連通孔を有する仕切板によって複数の室に区画され、各室には沈澱物が連通孔を通って次の室に送られるように送り板が設けられ、最初の１以上の室を沈澱濃縮区間、次の複数室を分離区間、次の１以上の室を洗浄区間とし、沈澱濃縮区間には前記容器の中心軸の位置に該中心軸に沿って前記分離区間、洗浄区間を貫通させた分離液管の開口を有し、沈澱濃縮区間と分離区間の境目までの仕切板の貫通孔の位置と分離区間の第１室と第２室との境目の貫通孔の位置を１８０度ずれている仕切板により区画され、分離区間の第２室の連通孔の入口部に水切板を設け、送り板との間に排水口を設け、洗浄区間では筒状容器の周壁の一部がスクリーンとなっていており、洗浄装置を設けたことを特徴とする懸濁液から固体粒子を分離する装置。
（５）筒状容器の周壁の一部がスクリーンとなっており、容器外から容器内に向けて洗浄水を噴射することを特徴とする前記（３）又は（４）に記載の懸濁液から固体粒子を分離する装置。
【００１１】
本発明の骨子とするところは、上記課題を解決するために、回転する水平筒状容器で懸濁液を静置して沈澱物を転動しながら分級するように分離する際に、その分離物を隣室に送って同様に分離を行い、さらに沈澱物から液を周囲より分離させ、さらに分離した沈澱物をその容器内で洗浄することにより、懸濁液中に含まれる固体粒子を分離して回収することにある。
【００１２】
本発明では、回転している水平筒状容器内で汚泥の沈降分離を行うことにより、沈殿物は筒状容器の傾斜面を常にスベリ、コロガリながら、粒子同士の接触点移動と摩擦を繰り返すことにより比重差の小さい粒子同士を互いに移動しやすくして分離を促進することにより、高濃度中における沈降分離を可能としたものである。また、沈澱分離を行いながら液面から溢流させ、濃縮した後、比重の大きいものを容器回転方向に導出することにより、残された比重の小さい流れやすい液は分離液として排出される。以上のように汚泥粒子の比重の小さいものを可能な限り分離することにより、洗浄水の使用量を少なくすることが可能となる。また、洗浄工程において、スクリーンの目開きは１ｍｍ以下、理想的には沈砂の粒径より大きく、ＭＡＰの粒径より小さいとされる２００〜５００μｍとすることにより、ＭＡＰの含有率を上げることが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態とその作用等について図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に何ら限定されるものではない。
【００１４】
図１は、本発明の分離装置１０の縦断面説明図であり、水平に配置された筒状容器１１を長手方向に沿って７つに分割して７つの室に区画され、分離すべき懸濁液の流入側から順に第１室１ないし第３室３までは沈澱濃縮区間、第４室４，第５室５は分離区間、第６室６，第７室７は洗浄区間を形成している。筒状容器１１の左端に懸濁液の流入管１２が接続され、その開口１３が前記第１室１内に開口しており、第１室１の内壁には前記開口を囲むように流入バッフル１４が取り付けられ、流入する懸濁液の流れが第１室１内における懸濁液を攪乱することがないようにし、液と固体粒子との分離を阻害することがないようになっている。
【００１５】
第１室１と第２室２、第２室２と第３室３とを区画する仕切板１Ａ及び２Ａは同じ形状であるが、仕切板１Ａはａ−ａ断面矢視を図２に示した。仕切板１Ａには図２に示すような形状の連通孔１Ｂがあり、前記連通孔１Ｂは下部の開口部の上端が筒状容器１１の中心線より下にあり、それに続く上部の開口部は前記中心線を円の中心とする半円状をしている。また、第１室１にはその室を斜めに横切って送り板１Ｃが設けられており、その送り板１Ｃは前記連通孔１Ｂの下部の開口部の上端と同じ高さであり、その一端は流入側の側壁に固着され、他端は前記仕切板１Ａの連通孔１Ｂの片側（図２では左側）に固着されている。このため、図２でみると送り板１Ｃは連通孔１Ｂの下部の開口部と同じ大きさということになり、重なっている。
【００１６】
この仕切板１Ａ及び送り板１Ｃは、筒状容器１１に固着されているために、筒状容器１１が図２に示すように、反時計方向に回転するときには一緒に回転する。第１室１内に流入した懸濁液はその固体粒子分が室の下部に沈積するが、筒状容器１１の回転により筒状容器１１の内壁に付着して持ち上げられ、回転に伴う内壁の傾斜角度の増加により落下して撹乱運動を起こし、その際に比重の大きい固体粒子が下になり、付着有機物や比重の小さい固体粒子が上に出て、分離が行われ、その作用が連続的に繰り返し行われることにより分離効果も増加する。
懸濁液は第１室１内に流入するが、第１室１内の液位は第３室に設けられている液排出管１６の開口１７の関係で、液排出管１６の高さに維持されており、第１室内で懸濁液の静置状態に保持して固体粒子の沈降分離が行われる。第１室１内に流入した懸濁液で、分離により固体粒子をほとんど含まなくなった液は、仕切板１Ａの連通孔１Ｂ及び仕切板２Ａの連通孔２Ｂの半円状部を通って第３室の液排出管１６より排出される。
【００１７】
また、第１室１の下部で回転による撹乱運動を起こしている固体粒子分は、回転により送り板１Ｃが右側に上昇するようになる時期に、送り板１Ｃによって第２室２へ送り込まれる。
第２室２は、第３室３との間の仕切板２Ａ及び送り板２Ｃの構造が第１室１と全く同じであって、第１室と同じ分離作用が行われる。
【００１８】
続いて、第３室３では、第４室４との間の仕切板３Ａがｂ−ｂ断面矢視で示す図３に見るように、中心に液排出管１６が接続されていて、その開口１７が設けられている。さらに、第３室３には、送り板３Ｃが設けられており、その構造及び設置個所は第１室１の送り板１Ｃと全く同じである。また、前記仕切板３Ａはその下部に連通孔３Ｂを有するが、その開口部は仕切板１Ａの下部の開口部と同じ大きさで、上部の半円状の開口部に相当する開口部を有していない。
このため、送り板３Ｃが下にある時期には、分離された液は送り板３Ｃの上端を溢流して連通孔３Ｂを通って前記第４室４に入るが、筒状容器１１が回転して送り板３Ｃが上に来ているときには、連通孔３Ｂも上に来ている関係で液は前記第４室４に入ることができない。固体粒子を良く分離した分離液は、前記開口１７を通って液排出管１６から外に出て、出口１８から排出される。
また、第３室内の沈殿物及び前記開口１７から排出されなかった沈澱濃縮液は、送り板３Ｃが右側に上昇する時期に連通孔３Ｂを通って第４室４に排出される。なお、参考までに、図３に第４室における送り板４Ｃの位置（送り板３Ｃと１８０度ずれている）を点線で示した。
【００１９】
第４室４は、第５室５との間に仕切板４Ａを有すると共に、送り板４Ｃを有している。仕切板４Ａはｃ−ｃ断面矢視を図４に示した。仕切板４Ａは連通孔４Ｂを有しているが、その連通孔４Ｂは第３室３との間の仕切板３Ａがもつ連通孔３Ｂと大きさが同じではあるが、その仕切板４Ａでの設置位置が前記仕切板３Ａの連通孔３Ｂの位置と１８０度ずれている。また、それに伴い送り板４Ｃは第３室３の送り板３Ｃと同じ形状であるが、その設置位置が前記送り板３Ｃの位置と１８０度ずれている。
このため、第３室内の沈殿物と分離液が送り板３Ｃの上昇により第４室に入ってきたときには、連通孔４Ｂ及び送り板４Ｃが下に来ていないため、前記沈殿物と分離液は第４室内に保持されて沈澱分離作用が行われる。第４室は送り板の設置位置が違うものの室内の構造が第３室と同じであるので、第３室と同様の作用が行われる。その後、第４室４の上記沈殿物と分離液は前記送り板４Ｃによって、仕切板４Ａの連通孔４Ｂを通って第５室５に送られる。
【００２０】
第５室５では第６室６との間に仕切板５Ａによって区画されており、水切板５Ｄと送り板５Ｃが９０度の角度で配置されている。前記仕切板５Ａはｄ−ｄ断面矢視を図５に示した。なお、図５では、ｄ−ｄ断面矢視であるため、水切板５Ｄは図示されておらず、図４からその形状が分かるように、水切板５Ｄの部分を斜線部で示した。そして、第５室５の筒状の周壁には多数の排水スリット１９を設ける。この排水スリット１９は図１に示すように少しずつ角度をずらして設けてある。すきま５Ｅから水切板５Ｄ内に入った液は、排水スリット１９を通って排出され、下の受槽２０に入る。第４室４から仕切板４Ａの連通孔４Ｂを最初に通ってくるのは、移動しやすい分離液とし渣分であり、水切板５Ｄの上部又は仕切板５Ａとの間隙を通って排水スリット１９から排出される。
第５室の一部展開図を図７に示した。図７に示すように、水切板５Ｄと送り板５Ｃとは設置位置が９０度異なっており、これらと排水スリット１９及びすきま５Ｅとの配置の関係がよく理解されるものである。
また、図１のＡ−Ａ矢視でみた本発明の分離装置の第５室までの部分の断面図を図８に示す。これによれば、第１室から第５室までにおける各室の送り板などの配置構造が分かるが、第１室から第３室までの送り板１Ｃ〜３ＣはＡ−Ａ線より下にあるので実線で示し、第４室における送り板４Ｃと第５室の水切板５Ｄは胴板より下にあるため（この部分のＡ−Ａ線は容器の上にある）、点線で示してある。
【００２１】
第６室６は図１に示すように、洗浄室を形成している。第６室６はその径が第５室５の筒の径より大きくし、周囲の筒の部分をウエッジワイヤによりスクリーン６Ｆを形成し、第６室６の下部が筒状容器１１の下方に設けた洗浄室２２の水面に没するようにして、筒状容器内の沈殿物を洗浄すると共にウエッジワイヤの隙間から微細な砂分を洗浄槽２２に排出させる。さらに洗浄効果を上げるために洗浄槽２２内に空気２３によるバブリングを行い、第６室６の上方に設けたスクリーン洗浄ノズル２１からスクリーン６Ｆの目開きに洗浄水を当て、詰まりを予防している。第６室６は第７室７との間が仕切板６Ａによって区画されており、仕切板６Ａはｅ−ｅ断面矢視を図６に示した。前記洗浄された砂分の大部分を除去した沈殿物は送り板６Ｃによって第７室７に送られる。なお、図６において、右下にスクリーン６Ｆの部分拡大断面図を示した。
【００２２】
第７室７は、前面が前記仕切板６Ａであり、後面側は排出口１５である開口部となっており、排出口１５の筒はその径を小さくして、円錐状とすることにより傾斜面を形成し、第７室７の底部にある水は第６室６に戻るようにして水切りを行わせ、粒径の大きい沈殿物を送り板７Ｃによって排出口１５から外部に排出するようになっている。
【００２３】
本発明の分離装置では、具体的な装置としては、直径が１ｍ以上で、長さが３〜４ｍ位のものが実用的である。必要な処理能力によりその大きさは適宜変えることができる。
本装置の処理能力又はＭＡＰ回収率は、流入汚泥の固形物濃度又は粘度の影響を大きく受けることが分かった。そのため、消化汚泥を最初沈殿池の溢流水又は汚泥の脱水装置から排出されるろ液等の返流水で希釈する方法が考えられる。もちろん、返流水のみからＭＡＰを回収することも可能である。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の優れた効果が得られる。
（１）装置のはじめの各室で懸濁液が静置状態に良く維持されるため、懸濁液中で液と固体粒子を効率良く分離できる。
（２）懸濁液から固体粒子を効率良く分離できるため分離装置の処理能力が高い。
（３）懸濁液から分離した沈澱物を十分に洗浄することにより、分離した固体粒子に懸濁液中の成分が残存する量が非常に少なく、精製されたものが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の懸濁液の分離装置の縦断面説明図を示す。
【図２】本発明の分離装置における第１室の仕切板の正面図を示す。
【図３】本発明の分離装置における第２室の仕切板の正面図を示す。
【図４】本発明の分離装置における第３室の仕切板の正面図を示す。
【図５】本発明の分離装置における第４室の仕切板の正面図を示す。
【図６】本発明の分離装置における第５室の仕切板の正面図を示す。
【図７】本発明の分離装置における第５室内の回転時の状況をその周壁についての展開図で示す。
【図８】図１のＡ−Ａ矢視でみた本発明の分離装置の第５室までの部分の断面図を示す。
【符号の説明】
１ 第１室
２ 第２室
３ 第３室
４ 第４室
５ 第５室
６ 第６室
７ 第７室
１Ａ、２Ａ、３Ａ、４Ａ、５Ａ、６Ａ 仕切板
１Ｂ、２Ｂ、３Ｂ、４Ｂ、５Ｂ、６Ｂ 連通孔
１Ｃ、２Ｃ、３Ｃ、４Ｃ、５Ｃ、６Ｃ 送り板
５Ｄ 水切板
５Ｅ すきま
６Ｆ スクリーン
１０ 分離装置
１１ 筒状容器
１２ 流入管
１３ 開口
１４ 流入バッフル
１５ 排出口
１６ 液排出管
１７ 開口
１８ 出口
１９ 排出スリット
２０ 受槽
２１ スクリーン洗浄ノズル
２２ 洗浄槽
２３ 空気

Claims (5)

1. 懸濁液を回転する筒状容器で処理して固体粒子を分離する方法において、回転する水平筒状容器の室内に懸濁液を入れて固体粒子を沈殿させるとともに、沈殿物を前記室内で転動させて分級するように、沈殿分離を行い、上澄水を排出し、沈殿物と残りの液を同様な室内で沈殿物を転動させて分級しながら、水切を行い、さらに残った沈殿物を周囲がスクリーンからなる同様な室内で洗浄することを特徴とする懸濁液から固体粒子を分離する方法。
2. 前記懸濁液が消化汚泥であり、前記固体粒子がリン酸マグネシウムアンモニウム粒子であることを特徴とする請求項１に記載の懸濁液からの固体粒子の分離方法。
3. 回転可能で中心軸がほぼ水平方向に保たれた筒状容器であって、該筒状容器は中心軸に垂直で連通孔を有する仕切板によって複数の室に区画され、最初の室は懸濁液の導入口を有し、懸濁液から固体粒子を沈殿させ、沈殿物を前記室内で転動させて分級するように、沈殿分離を行うものであり、上澄水の排出口を有し、かつ沈殿物と残りの液を隣室に送る送り板を有し、隣室では沈殿物と残りの液を同様な室内で沈殿物を転動させて分級を行い、周囲に水切を行うための水切部と、沈殿物を隣室に送る送り板を有し、次の室は周囲がスクリーンからなり、残った沈殿物を洗浄するための洗浄装置を有すことを特徴とする懸濁液から固体粒子を分離する装置。
4. 回転可能で中心軸がほぼ水平方向に保たれた筒状容器であって、該筒状容器は中心軸に垂直で連通孔を有する仕切板によって複数の室に区画され、各室には沈澱物が連通孔を通って次の室に送られるように送り板が設けられ、最初の１以上の室を沈澱濃縮区間、次の複数室を分離区間、次の１以上の室を洗浄区間とし、沈澱濃縮区間には前記容器の中心軸の位置に該中心軸に沿って前記分離区間、洗浄区間を貫通させた分離液管の開口を有し、沈澱濃縮区間と分離区間の境目までの仕切板の貫通孔の位置と分離区間の第１室と第２室との境目の貫通孔の位置を１８０度ずれている仕切板により区画され、分離区間の第２室の連通孔の入口部に水切板を設け、送り板との間に排水口を設け、洗浄区間では筒状容器の周壁の一部がスクリーンとなっていており、洗浄装置を設けたことを特徴とする懸濁液から固体粒子を分離する装置。
5. 筒状容器の周壁の一部がスクリーンとなっており、容器外から容器内に向けて洗浄水を噴射することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の懸濁液から固体粒子を分離する装置。

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