JP4901830B2

JP4901830B2 - 固液分離器

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Publication number: JP4901830B2
Application number: JP2008236745A
Authority: JP
Inventors: 一義青木; 泰山本; 卓毛受; 美意福田; 敦司湯川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-09-16
Filing date: 2008-09-16
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2028-09-16
Also published as: JP2010069364A; US8252179B2; US20100069217A1; CN101676037A; CN101676037B

Description

本発明は、原水から回収対象の不純物を分離する固液分離器に関する。

水処理プロセスの一例として、重力沈降、凝集沈殿または加圧浮上等の固液分離処理が利用されている。

重力沈降や凝集沈殿では、沈降槽内に原水を流入し、原水に含まれる分離対象の不純物と水との比重の違いを利用して、水よりも比重の大きい不純物を沈降させた後に上澄を処理水とすることで、原水から不純物と処理水とを分離している。この場合、沈降速度は不純物の比重や大きさによって異なる。例えば、沈降速度の遅い不純物の場合、沈降槽の容積を大きくして沈降速度を上げたり、傾斜管や傾斜板を利用して沈降効率を上げることで、沈降速度の向上を図ることがある。一方、このように傾斜管や傾斜板を利用して沈降効率を上げたとしても、依然として１時間以上の滞留時間が必要であり、滞留時間の短縮には限界があり、沈降槽の容積の大きさにも問題がある。

また、加圧浮上では、不純物が比重が小さい固形物質や油脂等のように浮上性がある場合、分離液の循環水等に空気を加圧溶解して分離槽に流入させ、発生した微細気泡を不純物に付着させて浮上分離することで、原水から不純物と処理水とを分離している。この加圧浮上では、気泡を付着させた不純物の上昇速度は、速くても２００ｍｍ／ｍｉｎである。したがって、加圧浮上でも処理時間が長くなる問題があった。

上述したように、従来の重量沈降や加圧浮上で問題であった処理速度を短縮するため、原水を容器内で旋回させて遠心力を利用して不純物を分離する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１に記載されるように原水を旋回する方法では、強い遠心力を得るためには旋回流を高速にする必要があり、高速の流れによって、一度分離した不純物が巻き上がり、処理水に再混入する問題があった。

このような不純物の再混入を防止するため、旋回流で生じる容器を二重の円筒状とし、内側の円筒を多孔質やフィルターとする技術がある（例えば、特許文献２参照）。また、旋回流を生じさせる容器の下部に不純物を排出するために設けられたノズルに、弾性体で形成された逆止弁の機能をもたせた技術もある（例えば、特許文献３参照）。
特開平１１−３３３３２０号公報実開平５−９６５６号公報特開２００２−６６３８７号公報

しかしながら、上述したように容器を二重にした場合、容器中心部を巻き上がる不純物の再混入を防止することはできない。また、弾性体の逆止弁を設けた場合、弾性体の強度が強すぎると不純物が通過することが出来ずに不純物の回収の妨げとなり、逆に弾性体の強度が弱すぎると逆止弁としての機能が損なわれて運転中に逆止弁が損傷する可能性も高くなる。

上記課題に鑑み、本発明は、原水から分離した不純物の処理水への再混入を防止して分離性能を向上した固液分離器を提供する。

本発明の特徴に係る固液分離器は、供給される原水を不純物と処理水とに分離する固液分離器であって、回収対象の不純物を含む原水が流入すると、この原水を内部で旋回して原水に含まれる不純物を沈降させる液体サイクロンと、供給される原水が液体サイクロンの内部で旋回するように液体サイクロンの上方に接続され、液体サイクロンに原水を供給する流入管と、液体サイクロンの下方に接続され、沈降した不純物を液体サイクロンから排出する排出口を有する接続部と、接続部を介して液体サイクロンと接続され、液体サイクロンから排出された不純物を回収する不純物回収部と、排出口付近に設けられ、不純物回収部で回収した不純物が液体サイクロンへ再混入する流れを防止する障害物と、液体サイクロンの上部に接続され、原水から不純物が分離された後の処理水を液体サイクロンから排出する流出管とを備える。

本発明によれば、原水から分離した不純物の処理水への再混入を防止して分離性能を向上することができる。

以下に図面を用いて本発明の各実施形態に係る固液分離器について説明する。なお、以下の説明において、同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

〈第１の実施形態〉
図１に示すように、第１の実施形態に係る固液分離器１ａは、回収対象の不純物を含む原水が流入され、この原水を内部で旋回して原水に含まれる不純物を沈降させる液体サイクロン１１と、供給される原水が液体サイクロン１１の内部で旋回するように液体サイクロン１１の上方に接続され、液体サイクロン１１に原水を供給する流入管１０と、液体サイクロン１１の下方に接続され、液体サイクロン１１から沈降した不純物を排出する排出口１５１を有する接続部１５と、接続部１５を介して液体サイクロン１１と接続され、液体サイクロン１１から排出された不純物を回収する不純物回収部１４と、排出口１５１付近に設けられ、不純物回収部１４で回収した不純物が液体サイクロン１１へ再混入する流れを防止する障害物１６ａと、液体サイクロン１１の上部に接続され、原水から不純物が分離された後の処理水を液体サイクロン１１から排出する流出管２０とを備えている。

液体サイクロン１１は、図１に示すように、円筒部１２と円筒部１２に対して傾斜するテーパー部１３とで形成されており、流入管１０から流入する原水が内部で旋回する。液体サイクロン１１の内部で原水が旋回すると、遠心力によって原水に含まれている水よりも比重の大きい不純物は外側に向かうため、テーパー部１３の内壁に沿って沈降し、接続部１５の排出口１５１を進入して不純物回収部１４で回収される。

接続部１５には、図１及び図２に示すように、保持部１７ａによって障害物１６ａが保持されている。この障害物１６ａは、円板状であって、原水によって生じる旋回流の中心軸上に存在するように、ワイヤで形成された保持部１７ａによって、接続部１５の側面と接続されている。ここで、障害物１６ａの厚みは、限定しないが、薄過ぎる場合には、原水に与えられる力で破損しやすいため、原水に与えられる力や保持部１７ａの保持力等に応じて定めるのが好ましい。

このとき、上述したように、不純物は、外側に向かうため接続部１５の壁面に沿って沈降する。したがって、沈降する不純物は、障害物１６ａと保持部１７ａとの間を通って不純物回収部１４に回収される。

不純物回収部１４には、回収対象である不純物とともに、原水の一部も供給される。このとき、不純物回収部１４に回収された不純物は、原水の動きによって不純物回収部１４の内部で流動して巻き上がり、液体サイクロン１１の原水に再混入する問題が生じる。このとき、図１に示すように、液体サイクロン１１と不純物回収部１４の間に障害物１６ａが設けられているとき、不純物回収部１４で回収された不純物が、巻き上がって液体サイクロン１１の原水に再混入するのを防ぐことができる。特に、原水で生じる旋回流の中心軸の付近で不純物の巻き上がりが多いため、旋回流の中心軸の付近に障害物１６ａを設けることは、不純物の再混入の防止に効果的である。

上述した第1の実施形態に係る固液分離器１ａによれば、原水を旋回させる液体サイクロン１１と、不純物を回収する不純物回収部１４の間に障害物１６ａを備えたことで、巻き上がりによる不純物の再混入を防止することができる。

《変形例》
図３を用いて、第１の実施形態の変形例に係る固液分離器１ｂについて説明する。図３に示す固液分離器１ｂは、図１に示した固液分離器１ａと比較すると、円板状の障害物１６ａに代えて、円錐形状の障害物１６ｂを備えている点で異なる。この障害物１６ｂも、ワイヤで形成された保持部１７ａによって接続部１５に保持されている。

不純物は、遠心力によって外側に向かいながら沈降するが、その重さや旋回速度によっては図１に示すような円板状の障害物１６ａの場合、障害物１６ａの上に沈降した不純物が堆積することもある。このような場合、円錐形の障害物１６ｂを利用すれば、障害物１６ｂの傾斜によって不純物を不純物回収部１４に導入しやすくして障害物１６ｂの上に不純物が堆積するのを防止し、不純物回収部１４における不純物の回収を促進することができる。

《変形例２》
また、図４及び図５を用いて、第１の実施形態の他の変形例に係る固液分離器１ｃについて説明する。図４に示す固液分離器１ｃは、図１に示した固液分離器１ａと比較すると、円板状の障害物１６ａに代えて、円錐形状で旋回流に沿った溝１６１ｃを有する障害物１６ｃを備えている点で異なる。この障害物１６ｃも、ワイヤで形成された保持部１７ａによって接続部１５に保持されている。

不純物は、遠心力によって外側に向かいながら沈降するが、その重さや旋回速度によっては図１に示すような円板状の障害物１６ａの場合、障害物１６ａの上に沈降した不純物が堆積することもある。このような場合、円錐形の障害物１６ｃを利用すれば、障害物１６ｃの溝１６１ｃに沿って不純物を不純物回収部１４に導入しやすくして障害物１６ｃの上に不純物が堆積するのを防止し、不純物回収部１４における不純物の回収を促進することができる。

〈第２の実施形態〉
図６及び図７に示すように、第２の実施形態に係る固液分離器１ｄは、図１に示した固液分離器１ａと比較すると、保持部１７ａで保持される障害物１６ａに代えて、不純物回収部１４の底面に立設される円柱形の障害物１６ｄを備えている点で異なる。

液体サイクロン１１では、流入管１０から流入する原水が旋回し、その流れで発生する力が障害物１６ａや保持部１７ａに加えられる。この力が障害物１６ａおよび保持部１７ａに長時間加えられると、障害物１６ａおよび保持部１７ａは破損しやすくなることもある。そのため、図６及び図７に示すように、円柱形の障害物１６ｄを利用すれば、原水の流れが加えられても破損しにくくなる。

この障害物１６ｄは、障害物１６ｄの中心軸と、原水の旋回流の中心軸とが一致するように備えることが望ましい。不純物回収部１４で回収された不純物は、旋回流の中心軸の方向に向かって巻き上がることが多いため、旋回流の中心軸の位置に障害物１６ｄを設置することによって、不純物の再混入の防止に効果的である。

上述した第２の実施形態に係る固液分離器１ｄによれば、排出口１５１に存在するように、不純物回収部１４に障害物１６ｄを配置したことで、巻き上がりによる不純物の再混入を防止することができ、障害物１６ｄの耐久性も向上することができる。

なお、障害物１６ｄの先端に不純物の不純物回収部１４への導入を促進するようにカーブや溝をつけたり、障害物１６ｄの形状を円錐形にする等、障害物１６ｄの形状を工夫することで、障害物１６ｄ上に不純物が堆積するのを防ぐことができる。

〈第３の実施形態〉
図８及び図９に示すように、第３の実施形態に係る固液分離器１ｅは、図１に示した固液分離器１ａと比較すると、不純物回収部１４の周囲に磁石２１を有している点で異なる。

固液分離器１ｅによって原水から分離する不純物が磁石に引き寄せられる金属である場合、不純物回収部１４に侵入した不純物は、磁力によって引寄せられるため、不純物回収部１４内にとどまり、液体サイクロン１１の原水への再混入の防止効果を向上することができる。

ここで、不純物の回収を長期間行なったとき、磁石２１に引寄せられる不純物が不純物回収部１４の内壁に多く堆積するが、不純物回収部１４が不純物で満たされることはなく、磁石２１の磁力の限界を超えたときには、排出ライン１８から不純物は排出される。また、不純物回収部１４の内壁に多くの不純物が堆積した状態では、不純物が不純物回収部１４の内部での流動量も少なくなるため、不純物の巻き上がりは抑えられて液体サイクロン１１の原水への再混入も抑制できる。

上述した第３の実施形態に係る固液分離器１ｅによれば、不純物回収部１４の周囲に磁石２１を配置したことで、不純物の再混入を防止することができる。

〈第４の実施形態〉
図１０に示すように、第４の実施形態に係る固液分離器１ｆは、図８に示した固液分離器１ｆと比較すると、磁石２１に代えて電磁石２２を備え、また、この電磁石２２を制御する制御部２３を備えている点で異なる。

図８に示した固液分離器１ｅでは、磁石２１が不純物回収部１４の周囲に存在する限り、不純物回収部１４の内壁には磁石２１の磁力で引寄せられた不純物が存在している。したがって、不純物回収部１４で回収した不純物を全て排出ライン１８から排出することは困難である。したがって、制御部２３によって電源制御が可能な電磁石２２を利用することで、磁力をオフにしたときには、電磁石２２に引き寄せられて不純物回収部１４の周囲に堆積する不純物を排出ライン１８から排出することができる。

上述した第４の実施形態に係る固液分離器１ｄによれば、不純物回収部１４の周囲に電磁石を配置したことで、不純物の再混入を防止することができるとともに、回収した不純物を全て排出ライン１８から排出することができる。

〈第５の実施形態〉
図１１に示すように、第５の実施形態に係る固液分離器１ｇは、図１に示した固液分離器１ａと比較すると、不純物回収部１４の内壁面に繊維２４が貼付されている点で異なる。

不純物回収部１４に進入した不純物は、不純物回収部１４に貼付されている繊維２４に衝突したとき、繊維が貼られていない壁面に衝突した場合と比較して、反発で生じる力が弱いため、不純物回収部１４内での流動量を抑えることが可能となる。そのため、不純物の巻き上がりを低減することが可能となり、不純物の再混入の防止に効果的である。ここで使用する繊維は、例えば、タオルや絨毯のように起毛した繊維である。

上述した第５の実施形態に係る固液分離器１ｇによれば、不純物回収部１４の内壁に繊維を貼ったことにより、巻き上がりによる不純物の再混入を防止することができる。

〈第６の実施形態〉
図１２に示すように、第６の実施形態に係る固液分離器１ｈは、図１に示した固液分離器１ａと比較すると、障害物１６ａが、保持部１７ａに代えて、保持部１７ｂに保持されている点で異なる。

保持部１７ａは、ワイヤで形成されていたが、図１３に示すように、保持部１７ｂは、平板状の邪魔板で形成されている。また、この保持部１７ｂは、障害物１６ａに対して傾斜していることが望ましい。

例えば、不純物が破壊され易い構造であるとき、図１に示したようなワイヤで形成された保持部１７ａであるときには、不純物が保持部１７ａに衝突したとき、保持部１７ａによって不純物に与えられる力が一部に集中して大きくなり、不純物が破壊されやすい。一方、図１３に示すように、平板状の保持部１７ｂにすれば、不純物が保持部１７ｂに衝突したとき、保持部１７ｂによって与えられる力が分散して不純物の破壊を防ぐことができる。

また、このように平板状の保持部１７ｂを傾斜していれば、図１５に示すように、不純物が液体サイクロン１１から排出する不純物の流れｆ１とともに、巻き上げられる不純物の流れｆ２も不純物回収部１４の方向に進み（ｆ３，ｆ４）、不純物の再混入を防止することができる。

この場合、保持部１７ｂの形状は、例えば、図１４に示すように様々な形状が考えられる。図１４では、保持部１７ｂの断面図を示しており、不純物の量や構造、原水の流量等に応じて選択することができる。

上述した第６の実施形態に係る固液分離器１ｈによれば、保持部１７ｂを平板状にすることで、液体サイクロン１１で沈降する不純物を円滑に不純物回収部１４に送ることが可能となる。また、平板状の保持部１７ｂが排出口１５１に備えられることにより、不純物の再混入の防止効果を向上することができる。

〈第７の実施形態〉
図１６及び図１７に示すように、第７の実施形態に係る固液分離器１ｉは、図１に示した固液分離器１ａと比較して、接続部２５が取り外し可能な構造になっている点で異なる。また、第７の実施形態にかかる固液分離器１ｉでは、図１６及び図１７に示すように液体サイクロン１１のテーパー部１３がフランジ１３１を有し、不純物回収部１４がフランジ１４１を有している。

接続部２５は、図１７（ｂ）に示すように、保持部１７ａを介して障害物１６ａを保持している。この接続部２５は、フランジ１３１とフランジ１４１の間に配置され、ネジ止めされることで、図１６に示したように固液分離器１ｉが組み立てられる。

障害物１６ａおよび保持部１７ａには、原水の旋回流で発生する力が長時間加えられると、破損しやすくなる。したがって、接続部２５を取り外し可能な構成にしておけば、仮に障害物１６ａまたは保持部１７ａが破損した場合には、固液分離器１ｉ全体を交換するのではなく、この接続部２５のみを新たな接続部２５に交換することができる。

上述した第７の実施形態に係る固液分離器１ｉによれば、液体サイクロン１１と不純物回収部１４の間に、障害物１６ａを保持する接続部２５を配置したことで、巻き上がりによる不純物の再混入を防止することができ、接続部２５を交換可能な構成にしたことで、固液分離器１ｉのメンテナンスを容易にすることができる。

本発明の第１の実施形態に係る固液分離器の概略図である。図１の障害物とその設置方法について説明する図である。本発明の第１の実施形態の変形例に係る固液分離器の概略図である。本発明の第１の実施形態の他の変形例に係る固液分離器の概略図である。図４の障害物とその設置方法について説明する図である。本発明の第２の実施形態に係る固液分離器の概略図である。図６の障害物とその設置方法について説明する図である。本発明の第３の実施形態に係る固液分離器の概略図である。図８の磁石の設置方法について説明する図である。本発明の第４の実施形態に係る固液分離器の概略図である。本発明の第５の実施形態に係る固液分離器の概略図である。本発明の第６の実施形態に係る固液分離器の概略図である。図１２の障害物とその設置方法について説明する図である。図１２の障害物の形状について説明する図である。図１２の固液分離器における不純物の流れについて説明する図である。本発明の第７の実施形態に係る固液分離器の概略図である。図１６の接続部の接続方法について説明する図である。

符号の説明

１ａ〜１ｈ…固液分離器
１０…流入管
１１…液体サイクロン
１２…円筒部
１３…テーパー部
１３１…フランジ
１４…不純物回収部
１４１…フランジ
１５…保持部
１５１…排出口
１６ａ〜１６ｄ…障害物
１７ａ，１７ｂ…保持部
１８…排出ライン
２０…流出管
２１…磁石
２２…電磁石
２３…制御部
２４…繊維
２５…接続部

Claims

供給される原水を不純物と処理水とに分離する固液分離器であって、
回収対象の不純物を含む原水が流入すると、この原水を内部で旋回して原水に含まれる不純物を沈降させる液体サイクロンと、
供給される原水が前記液体サイクロンの内部で旋回するように前記液体サイクロンの上方に接続され、前記液体サイクロンに原水を供給する流入管と、
前記液体サイクロンの下方に接続され、沈降した不純物を前記液体サイクロンから排出する排出口を有する接続部と、
前記接続部を介して前記液体サイクロンと接続され、前記液体サイクロンから排出された不純物を回収する不純物回収部と、
円錐形状であって、その表面に原水の流に沿った溝を有し、前記排出口付近に原水の旋回流の中心軸上に存在するように、前記旋回流の中心軸と垂直な方向から複数本のワイヤで形成された保持部に保持されて前記接続部に支持固定されて設けられ、前記不純物回収部で回収した不純物が前記液体サイクロンへ再混入する流れを防止する障害物と、
前記液体サイクロンの上部に接続され、原水から前記不純物が分離された後の処理水を前記液体サイクロンから排出する流出管と、
を備えることを特徴とする固液分離器。
前記接続部は、前記保持部とともに前記固液分離器から着脱可能であることを特徴とする請求項１に記載の固液分離器。
前記不純物回収部の内壁面には、繊維が貼付されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の固液分離器。
前記不純物回収部を囲む磁石を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の固液分離器。
前記磁石は、電磁石であることを特徴とする請求項４に記載の固液分離器。