JP4538829B2

JP4538829B2 - 固液分離方法およびその装置

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Publication number: JP4538829B2
Application number: JP2003321889A
Authority: JP
Inventors: 健夫梅崎
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2023-09-12
Also published as: JP2005090005A

Description

本発明は、浚渫した泥土や圧搾した果実など液体と固体とが混合された固液混合物から、液体成分を効率良く吸引分離する固液分離方法およびその装置に関する。

浚渫工事などで発生する浚渫泥土には多量の水分が含まれているため、そのままでは保管や運搬に多大な手間や労力が掛かることから脱水を行い、水分含有量を減少させた後、埋め立てに用いたりリサイクルして残土の再利用を行っている。

浚渫泥土のような泥土を脱水する方法には従来、貯泥槽に浚渫泥土を貯留して浚渫泥土の量および濃度を管理し、貯泥槽から送られる浚渫泥土を凝集剤と共に攪拌して泥土分をスラリー槽に濃縮沈降させ、濾過装置と遠心分離機等を複合した脱水処理装置によって、濃縮沈降した泥土分を脱水処理する技術が知られている（特許文献１参照）。

また、脱水槽を起振器上に振動自在に設置し、脱水槽内に掘削泥土などの高含水土を収納し、高含水土内に設置したストレーナー管を真空ポンプで減圧させて振動を加えながら水分を吸引する高含水土の脱水装置が知られている。（特許文献２参照）。

特許第２８５０７７２号公報特公平７−８３８８０号公報

しかしながら上記従来の脱水処理装置は、貯泥槽と、濃縮沈降させるためのスラリー槽と、脱水処理装置等を備える複雑な機構を必要としていた。また、セメントなどの凝固剤を用いて泥土を固化した場合には、アルカリ度が強くなるため残土の用途が限定されてしまい、多くはリサイクル化が困難となり廃棄処理されていた。

また起振器を用いた高含水土の脱水装置は、現場で処理を行うには起振器を備えた振動台を浚渫作業の近くに搬送し、設置しなければならなかった。また、工場で脱水を行う場合には、工場まで泥土等を搬送する必要があった。また脱水装置の処理能力が振動台や起振器の能力や大きさによって決められてしまい、工事の規模に適切に対応しにくいという問題があった。更にストレーナー管に目詰まりが生じやすいという問題があった。

そこで本発明は上記課題を解決し、機構が簡単で、使用場所を限定せず、混合物内の固体の種類、成分等にかかわらず高い効率で脱水し、凝固剤を使用することなく固化できる固液分離方法およびその装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は次のように構成した。

請求項１に記載の発明は、固体と液体との混合物内に差し入れた透水性の吸引管の内部を減圧し、液体を吸引管内に吸引して混合物から液体を分離する固液分離方法において、混合物の上表面と内部に圧力作用面を設け、この圧力作用面を介して混合物に大気圧等の圧力を作用させた。

混合物の上表面と内部に圧力作用面を設けるとは、具体的には空気噴出孔を混合物内に設けて空気を噴出させたり、混合物内に空間を形成したりして、混合物の上表面のみでなく混合物の内部にも混合物に対して圧力を作用させる箇所を形成することをいう。

混合物に圧力を作用させるとは、吸引管内の圧力に対して正の圧力差を生じさせる圧力を混合物に作用させることをいう。つまり、通常混合物に吸引管を差し入れて吸引した場合、吸引管内の負圧との間で圧力差が生じるのは、実質的に混合物の上表面にかかる大気圧であり、上表面付近と吸引管との間の水分が吸引され、例えば上表面付近で混合物が固化して大気圧が抑えられた状態となると、混合物と吸引管内との間の圧力差が減少し、吸引力が極端に低下してしまう。

そこで通常の状態では混合物の上表面にのみかかる負圧に対する加圧力（大気圧）を混合物の内部に働かせることにより、吸引管と圧力作用面との間に圧力差を生じさせ、吸引管に向かう加圧力が混合物に作用して、吸引管に吸引力が生じ、混合物から水分を吸引できることとなる。

更に、混合物内へ大気圧以上の正圧をかけることにより、圧力差を大きくし、より効率よく水分を吸引することができる。尚、圧力作用面に作用する圧力は、吸引管内の圧力より高ければ大気圧以下でもよく、吸引管に加圧力として作用すればよい。また、吸引管内を大気圧とし、周囲の圧力を大気圧以上として吸引管との間に圧力差を形成してもよい。

請求項２に記載の発明は、透水性の吸引管と、吸引管に接続する減圧装置とを備え、固体と液体との混合物内に差し入れた吸引管内を減圧装置により減圧し液体を吸引して混合物から液体を分離する固液分離装置において、混合物の上表面と内部に大気圧等の圧力を加える手段を備えて固液分離装置を構成した。

混合物の内部に設置する圧力手段としては、空気噴出装置、少なくとも固体が内部に侵入することを防止した通気性を有する中空体、通気防水性を有する中空体、更にそれら性質を有する仕切空間などがある。

空気噴出装置は、混合物内で空気を噴出する噴出孔を有する装置であり、噴出は空気でなく不活性ガスなど他の気体でもよい。

少なくとも固体が内部に侵入することを防止した通気性を有する中空体とは、壁面や底面に微細な孔、もしくはメッシュで覆った孔を有し、内部に水など液体が侵入しても、少なくとも混合物の固体成分の侵入を遮ることが可能な有底管体や仕切空間等である。

通水性を有する場合、かかる中空体を混合物の上表面から挿入すると混合物の水位にほぼ等しい水位まで液体が内部に侵入する。通気防水性を有する場合、固体成分と液体成分の双方の侵入を防止するので、混合物の上表面から挿入すると、内部に空気が充満した状態となり、吸引管内を減圧させると中空体の内部が吸引管に対して正圧となり、吸引管に向けて加圧力が作用する。

請求項３に記載の発明は請求項２に記載の固液分離装置において、圧力手段を、混合物内に設けられた送気装置とした。送気装置は、圧縮ポンプなどを備え、空気などの気体を混合物内に噴出させる装置であり、送気管から混合物の内部に空気などを送り出す。送気装置は、少なくとも送気管の内部を空気で充満させればよく、吸引管に対して加圧力として作用すればよい。また噴出した空気等は、混合物内を上昇して混合物の上表面から大気に放出させても、一部が吸引管に直接吸引されるようにしてもよい。

請求項４に記載の発明は請求項３に記載の固液分離装置において、送気装置を、吸引管に対向して設けた。送気装置の送気管に対して吸引管を並行に配列するのが好ましいが、平行でなくともよい。また、送気管と吸引管とが一対一に対応していなくともよい。

請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の固液分離装置において、送気装置を、混合物を収容する容器の底部に配した。つまり、容器底部に送気管を配置し、その上部に吸引管を設置し、送気管の噴出孔より空気等を噴出させた。

請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の固液分離装置において、送気装置を、吐出孔を有する送気管と、送気管に接続された送気ポンプとから構成した。

請求項７に記載の発明は、請求項２に記載の固液分離装置において、中空体を、上部開口が大気に開放された、通気防水性を有する有底管体であることとした。かかる有底管体を混合物内に挿入することにより、通気性を有する大気圧の空間が混合物内に形成され、混合物内に圧力作用面を生じさせる。

請求項８に記載の発明は、請求項２に記載の固液分離装置において、仕切りを、混合物が収容された容器を仕切る仕切壁状に形成した。これは、例えば平行な対向した仕切壁を用いて形成する。仕切壁は、少なくとも固体の通過を遮る壁面であり、このような空間を容器内に形成し空間以外の部分に混合物を投入すると、混合物が壁面を介して空気や液体と接して、壁面を通して大気圧による加圧がなされる。中空体を桝目状に形成した場合、各桝目内に一つは吸引管を設けることが好ましい。尚、中空体は容器底部に接していなくともよく、容器内での設置間隔も特に問わない。

請求項１０に記載の発明は、請求項２に記載の固液分離装置において、圧力手段を、混合物を収容する容器に形成した通気性の防水壁とした。通気性防水壁は、容器の側壁として機能し、かつ空気などの気体が通過できる壁面であり、例えば通気防水膜を表面に張り付けた多孔板等である。尚、外壁面は容器底面を含み、また通水性を有していてもよい。

請求項１１に記載の発明は、請求項２に記載の固液分離装置において、圧力手段を、混合物を収容する容器の壁面で容器内側に移動可能な防水壁であることとした。容器内側に移動する防水壁は、ゴム板のようにそれ自身が変形するものでも、移動可能に設置された壁面でもよい。尚、外壁面は容器底面を含む。

請求項９に記載の発明は、請求項２、７、８又は３から６のいずれか１項に記載の固液分離装置において、混合物を収容する容器に蓋体を備え、上部開放面を蓋体で密閉し、混合物の上表面圧力を上昇可能とした。混合物の上表面の圧力に応じて、圧力手段の圧力を増減してもよい。

請求項１に記載の固液分離方法によれば、圧力手段により混合物に圧力が加えられるため、吸引管と圧力手段との間に圧力差が常に生じ、それが吸引管の吸引力となって混合物から液体が継続して吸引され、低い含液率の混合物を生成できる。また、混合物内を空気が通過することにより混合物が乾燥される。

請求項２に記載の発明によれば、混合物の固体成分や、混合物の水分含有量等混合物の状態から制約を受けることなく、簡易な構成で効率よく液体を混合物から分離する固液分離装置を提供できる。また、例えば泥土の場合、泥土の質、種類、水分含有量等の制約を受けることがなく、屋外で効率よく脱水でき、更に圧搾した果物から果汁成分を分離する等食品類の固液分離処理にも用いることができる。

請求項３に記載の固液分離装置によれば、送気装置から送られた空気により混合物を加圧し、効率よく混合物を脱液できる。

請求項４に記載の固液分離装置によれば、吸引管に対向した位置から混合物内に空気が噴出されることから吸引管に向けて周囲の混合物を加圧し、液体を効率よく吸引できる。しかも送気手段と吸引管の間に形成された通気通路により乾燥がなされる。

請求項５に記載の固液分離装置によれば、容器底部から空気を噴出することにより、混合物を加圧し、また通気通路を形成して、液体を効率よく吸引し、また乾燥できる。

請求項６に記載の固液分離装置によれば、送気ポンプが空気を混合物内に確実に圧送する。

請求項８に記載の固液分離装置によれば、空気で満たされた空間が混合物内に形成されるので、中空体から吸引管に向けて押圧力が生じ、液体を効率よく吸引できる。

請求項９に記載の固液分離装置によれば、仕切壁から加圧されるので、液体を効率よく吸引できる。

請求項１０に記載の固液分離装置によれば、通気性の外壁面から空気が流入するので、外壁面から加圧されるので、液体を効率よく吸引できる。

請求項１１に記載の固液分離装置によれば、外壁が減圧に応じて容器内部に移動するので、常に吸引管との間に圧力差を保持でき、液体を効率よく吸引できる。

図１に、固液分離装置の一実施形態を示す。

固液分離装置１は、金属製の容器３と、容器３内に設置された中空体としての管体６および吸引手段５、及び排水装置（図示せず）等からなり、混合物としての浚渫泥土Ｓが容器３内に貯留してある。

吸引手段５は、吸引ポンプ９と、吸引ポンプ９に接続された複数の吸引管８、及び排水管（図示せず）からなり、吸引管８が浚渫泥土Ｓ内に上方より所定の間隔をもってほぼ平行に挿入されている。吸引管８は、図３に示すように、孔１１が開口された管体２０の外周に、土等の固体の通過を遮り水などの液体は通過させるフィルタ２２を取り付け、更にフィルタ２２の外周にガイド筒２１を取り付けて構成され、吸引管８を通して吸引ポンプ９で吸引された液体は排水管から排出されるようになっている。

管体６は、通気性と防水性を有する有底の管体であり、底部を下にして浚渫泥土Ｓ内に挿入してある。例えば管体６は、多孔性の管体や、メッシュから形成した管体などの周囲に通気性防水布などを巻き付けて構成されている。

次に、固液分離装置１の作用について説明する。

浚渫工事などで発生した浚渫泥土Ｓは、例えば浚渫船から搬送パイプなどを用いて容器３内に給送される。管体６と吸引管８は予め容器３内に配置しても、浚渫泥土Ｓを貯留した後容器３内に上方から挿入してもよい。

浚渫泥土Ｓを容器３内に貯留し、管体６等を浚渫泥土Ｓ内に設置したら吸引ポンプ９を作動させる。すると、吸引管８の内部が減圧されフィルタ２２を通して浚渫泥土Ｓに含まれる水分が吸引管８内に吸引され、排水管から排出される。

更に、空気が充満した状態で管体６が浚渫泥土Ｓ内に挿入されているので、大気圧Ｑが管体６の側面や底面に作用し、実質的に浚渫泥土Ｓの内部まで圧力が加えられる。したがって、吸引管８との間に圧力差が生じ、これにより吸引管８に吸引力が発生し、効率よく浚渫泥土Ｓ全体から吸水することができる。

したがって固液分離装置１によれば、効率よく継続して容器３内の水分を吸引でき、凝固剤等を使用することなく浚渫泥土Ｓを脱水、固化できる。

更に、管体６からの空気が吸引管８に直接吸引され、浚渫泥土Ｓ内に通気通路が形成された場合、これによって浚渫泥土Ｓが乾燥され、より含水率を低下できる。また排熱などの温風を管体に送気してもよく、そのようにすると浚渫泥土Ｓの含水率をより低下させることができる。浚渫泥土Ｓが脱水、固化されたら、吸引管８等を引き抜き、残土を容器３から排出する。

尚、固液分離装置１は浚渫時に発生する浚渫泥土Ｓに限らず、例えばシールド工法、連続地中壁工法、地盤改良工事、杭工事等で排出された泥土やヘドロの脱水処理に使用しても良い。更に液体分を多く含む食品、例えば圧搾した果実から果汁成分を分離するためなど食品類の脱水処理、その他に用いてもよい。

また、管体６を側方に延長し、容器３内を縦または横方向に仕切る仕切壁状に形成してもよい。さらに、縦横の桝目状に形成して、それぞれの桝目の内部に吸引管８を設置してもよい。このようにしても、仕切壁を通して浚渫泥土Ｓに加圧し、効率よく吸水できる。

図２に固液分離装置１の第２の実施の形態を示す。

この例では固液分離装置１は、処理槽２と、処理層２内に設置された送気手段４および吸引手段５、及び排水装置（図示せず）等からなり、浚渫泥土Ｓが処理槽２内に貯留してある。

処理槽２は、例えば浚渫泥土Ｓが回収される現場において地面を掘削し、底面と側面に防水シート２４を敷設し、地中に透水しないように形成されている。尚、防水シート２４は用いなくともよい。

送気手段４は、送気ポンプ７と、送気ポンプ７に接続された複数の送気管６からなり、処理槽２内に貯留されている浚渫泥土Ｓの内部に上面から挿入されている。送気管６には、側面に空気を噴出させる孔１０が複数開口してある。孔１０は、送気管６に上下方向に均一に設けても、浚渫泥土Ｓへ挿入した時の水圧、土圧等に対応させて径、形状、間隔等を任意に設定してよい。更に、送気管６の底面を開放し、底面から浚渫泥土Ｓ内に空気を送出させてもよい。

吸引手段５は、上記例と同様であるので、説明は省略する。

次に、固液分離装置１の作用について説明する。

浚渫工事などで発生した浚渫泥土Ｓは、例えば浚渫船から搬送パイプなどを用いて処理槽２内に給送される。送気管６と吸引管８は予め処理槽２内に配置しても、浚渫泥土Ｓを貯留した後処理槽２内に上方から挿入してもよい。

浚渫泥土Ｓを処理槽２内に貯留し、送気管６等を浚渫泥土Ｓ内に設置したら送気ポンプ７及び吸引ポンプ９を作動させる。すると、吸引管８の内部が減圧されフィルタ２２を通して浚渫泥土Ｓに含まれる水分が吸引管８内に吸引され、排水管から排出される。また送気管６から浚渫泥土Ｓ内に空気が噴出される。

送気管６から噴出されている空気は、浚渫泥土Ｓの内部に圧力Ｐを生じさせ、吸引管８内に生じている負圧に対する加圧力として作用する。しかも送気管６が吸引管８と対向していることから、大気圧Ｑに加え効果的に加圧がなされ、浚渫泥土Ｓが固化することなく浚渫泥土Ｓ全体から水分を効率よく吸引できる。

したがって固液分離装置１によれば、効率よく継続して処理槽２内の水分を吸引でき、凝固剤等を使用することなく処理槽２内で浚渫泥土Ｓを脱水、固化できる。

更に、送気管６からの空気が吸引管８に直接吸引され、浚渫泥土Ｓ内に通気通路が形成されることから、これによって浚渫泥土Ｓが乾燥されより含水率を低下できる。また排熱などを利用して温風を送気管６から送気してもよく、そのようにすると浚渫泥土Ｓの含水率をより低下させることができる。浚渫泥土Ｓが脱水、固化されたら、吸引管８等を引き抜き、残土を処理槽２から排出する。

また、鋼製の容器で処理槽２を形成しダンプ車両等に設置したり、あるいは浚渫船に直接処理槽２を載置し、かかる容器内で脱水処理を行ってもよい。

図４に固液分離装置１の第３の実施の形態を示す。

この例は、送気管６を処理槽２の底部に設置し、この送気管６から空気を浚渫泥土Ｓ内に噴出させている。他の構成は上記第一の実施形態とほぼ同一である。

このようにして底部より空気を処理槽２内に送出しても圧力Ｐ（噴出圧）により加圧し、吸引管８との間に圧力差を形成でき、それにより浚渫泥土Ｓから水分を効率よく吸引できる。しかも浚渫泥土Ｓに送気管６から吸引管８に通ずる通気通路が形成され、通気通路を通る空気によって乾燥が行われる。かかる場合、送気管６を吸引管８の直下からずらす方が効果的である。

図５に、本発明にかかる第３の実施の形態を示す。

これは、送気管６と吸引管８とを送気管６の周囲に吸引管８を設けた同心状の二重管構造とした。送気管６を円筒状とし、その外周に吸引管８を円環状に取り付け、上記したと同様の通水性のフィルタ２２を吸引管８の外周に取り付けてある。更に送気管６を吸引管８の下端より延設させ、また吸引管８を貫いて側方に送気管６を突出、開口させている。

これによれば、空気が送気管６から吸引管８の周囲に噴出され、その空気が浚渫泥土Ｓを圧力Ｐで押圧して吸引管８との間に圧力差を形成するので、水を効率よく吸引できる。しかも送気管６と吸引管８とを浚渫泥土Ｓ内に個別に挿入する必要がなく、一体に構成された送気管６と吸引管８とを浚渫泥土Ｓに挿入すればよく、構造、取り付け、設置等が簡易となる。尚、吸引管８の外周に送気管６を設けてもよい。

また図６に示すように、浚渫泥土Ｓを収容する容器３の壁面に通気孔１４を設け、かかる壁面に通気性を有する防水膜１２を取り付けてもよい。このように構成すると、吸引管８による吸引作用が働いたとき通気性の防水膜１２を通して大気圧Ｑが容器３内に作用し吸引管８の周囲の浚渫泥土Ｓを加圧して、効率よく吸水させることができる。

更に図７に示すように、容器３を通気孔１４を設けた壁面にゴム板１３を取り付けて構成してもよい。このように構成すると吸引管８からの吸引によって内部が減圧されたとき、ゴム板１３が大気圧Ｑによって変形して容器３の内側に変位することにより、浚渫泥土Ｓを加圧して圧力差を生じさせ、効率よく吸水させることができる。

尚、ゴム板１３に限らず、変形、変位可能な樹脂板、もしくは移動可能な壁面で構成してもよい。

また、処理槽２の上部を蓋体（図示せず）密閉し、浚渫泥土Ｓを収容した処理槽２の内部の圧力を上昇させてもよい。すると、吸引管８の内部圧力と浚渫泥土Ｓ表面の圧力との差を大きくでき、効率よく吸水できる。

更に、容器３と管体６とを密閉容器内に収納し、全体を加圧してもよい。

本発明にかかる固液分離装置の一実施形態を示す図である。本発明にかかる固液分離装置の他の実施形態を示す図である。吸引管を示す図である。本発明にかかる固液分離装置の他の実施形態を示す図である。二重管を示す図である。本発明にかかる固液分離装置の他の実施形態を示す図である。本発明にかかる固液分離装置の他の実施形態を示す図である。

符号の説明

１…固液分離装置
２…処理槽
３…容器
４…送気手段
５…吸引手段
６…管体
７…送気ポンプ
８…吸引管
９…吸引ポンプ
１０…吐出孔
１１…吸引孔
１２…通気防水膜
１３…ゴム板
１４…通気孔
１６…送気管
２０…管体
２１…ガイド管
２２…フィルタ
２４…防水シート
Ｐ…圧力
Ｑ…大気圧
Ｓ…浚渫泥土

Claims

固体と液体との混合物内に差し入れた透水性の吸引管の内部を減圧し、該吸引管の内外に形成した圧力差で、前記液体を低圧側に移動させて前記吸引管内に吸引して前記混合物から該液体を分離する固液分離方法において、大気圧若しくは加圧が作用する前記混合物の上表面並びに混合物の内部にも通気防水性を有する中空体あるいは仕切りより成る大気圧若しくは加圧が作用する領域（以下、圧力作用面）を備え、前記圧力作用面から圧力を加えることを特徴とする固液分離方法。
透水性の吸引管と、該吸引管に接続する減圧装置とを備え、固体と液体との混合物内に前記吸引管を差し入れ、前記減圧装置により減圧した前記吸引管内に前記液体を吸引して前記混合物から該液体を分離する固液分離装置において、大気圧若しくは加圧が作用する前記混合物の上表面並びに混合物の内部にも通気防水性を有する中空体あるいは仕切りより成る大気圧若しくは加圧が作用する領域（以下、圧力作用面）を備え、前記圧力作用面に加圧することを特徴とする固液分離装置。
前記圧力作用面を備えるための中空体あるいは仕切りに代えて送気装置を内部に備えたことを特徴とする請求項２に記載の泥土、ヘドロ、食品に用いられる固液分離装置。
前記送気装置を、吸引管に対向して設けたことを特徴とする請求項３に記載の泥土、ヘドロ、食品に用いられる固液分離装置。
前記送気装置を、混合物を収容する容器の底部に設置したことを特徴とする請求項３に記載の泥土、ヘドロ、食品に用いられる固液分離装置。
前記送気装置を、混合物内に吐出孔を有する送気管と、該送気管に接続された送気ポンプとを備えて構成したことを特徴とする請求項４〜５のいずれか１項に記載の泥土、ヘドロ、食品に用いられる固液分離装置。
前記中空体を、上部開口を大気に連通した有底管体としたことを特徴とする請求項２に記載の固液分離装置。
前記仕切りを、混合物内に設けた仕切壁より形成したことを特徴とする請求項２に記載の固液分離装置。
混合物を収容する容器に該容器の上部開放面を密閉する蓋体を別途備え、該蓋体と前記混合物の上表面との間の密閉空間に加圧手段を接続したことを特徴とする請求項２、７、８のいずれか１項に記載の固液分離装置又は請求項３から６のいずれか１項に記載の泥土、ヘドロ、食品に用いられる固液分離装置。
混合物を収容する容器の外壁を通気性若しくは通気性防水外壁面より形成して、当該外壁内側にも、前記圧力作用面が別途備えられるとしたことを特徴とする請求項２に記載の固液分離装置。
混合物を収容する容器の外壁内側に備えられる圧力作用面は、該容器内側に移動するように介装された防水膜であることを特徴とする請求項１０に記載の固液分離装置。