JP5013070B2 - 撹拌混合器及びこれを備えた凝集反応装置 - Google Patents

Description

本発明は、無機凝集剤等の薬品と水とを撹拌混合するための撹拌混合器とこれを備えた凝集反応装置に関するものである。

例えば、下水等の有機排水の生物処理工程から排出される余剰汚泥を脱水処理する場合、一般的には汚泥に凝集剤を添加して凝集処理することによってフロックを形成した後に脱水処理が行われる。

図９は汚泥（原泥）に無機凝集剤を添加して凝集処理する従来の凝集反応装置１０１を示す模式的な断面図であり、この凝集反応装置１０１においては、原泥は原泥ポンプ１０３によって凝集反応槽１０２に導入され、この凝集反応槽１０２で原泥に無機凝集剤が添加されて両者が撹拌機１０６により撹拌混合されることによって凝集汚泥が排出される。

ところで、汚泥と無機凝集剤とを効率的に反応させるためには強い撹拌が必要であるが、強い撹拌には多くの動力を消費し、又、下水の混合生汚泥のように汚泥中に夾雑物が含まれる原泥の場合には、撹拌羽根に夾雑物が絡み付いて円滑な撹拌が阻害される場合もある。

そこで、図１０及び図１１に示すような凝集反応装置２０１が提案されている（特許文献１参照）。

図１０は凝集反応装置の正面図、図１１は図１０のＣ−Ｃ線断面図であり、図示の凝集反応装置２０１は、凝集反応槽２０２に汚泥（原泥）を移送する原泥ポンプ２０３を有する移送配管２０４の途中に、攪拌混合器としての円筒容器状の滞留槽２１０を設け、この滞留槽２１０に細径配管２１１を接線方向に接続するとともに、滞留槽２１０から延びる移送配管２０４に細径配管２０５を接続し、この細径配管２０５を凝集反応槽２０２の外周部に接線方向に接続して構成されている。ここで、凝集反応槽２０２は、円筒容器上に成形され、その内部には攪拌機２０６が備えられている。又、凝集反応槽２０２の上部には排出配管２０７が接続されている。

而して、汚泥は、原泥ポンプ２０３によって移送配管２０４及び細径配管２１１を経て滞留槽２１０に導入される間に、移送配管２０４と細径配管２１１との連結部近傍で無機凝集剤が注入される。注入された無機凝集剤は、小径の細径配管２１１内における汚泥の乱流によって汚泥中に均一に分散混合され、この細径配管２１１を通過する高速の汚泥流が滞留槽２１０内に接線方向に流入するときの噴射流によって更に無機凝集剤の混合拡散が行われる。そして、細径配管２１１から滞留槽２１０への接線方向に流入した汚泥流は、滞留槽２１０内で旋回流となり、この滞留槽２１０内の汚泥と混合されることによって無機凝集剤はより一層均一に混合拡散される。

このように無機凝集剤が撹拌混合された汚泥は、移送配管２０４と細径配管２０５を経て凝集反応槽２０２に接線方向に流入することによって凝集反応槽２０２内で旋回流となり、この凝集反応槽２０２内の汚泥と混合されることによって無機凝集剤はより一層均一に混合拡散されるとともに、凝集反応槽２０２内での撹拌機２０６による撹拌によってフロックが成長し、良好な凝集処理が行われる。

以上のようにして凝集反応槽２０２で得られた凝集汚泥は、排出配管２０７から凝集反応槽２０２外へと排出され、次の処理工程へと送給される。

又、特許文献２には、撹拌混合器として図１２に示すような前処理装置が提案されている。

即ち、図１２は前処理装置３０１の断面図であり、図示の前処理装置３０１は、廃水の流入口３０２、注入槽３０３、凝集剤注入口３０４、拡散羽根３０５、拡散槽３０６、凝圧筒３０７、凝圧膨張槽３０８、圧縮部３０９、圧縮口３１０、静圧槽３１１及び流出口３１２を備えており、流入口３０２から流入した廃水は、注入槽３０３で膨張して流れ、その過程で凝集剤注入口３０４から凝集剤が注入される。そして、凝集剤が注入された廃水は、拡散羽根３０５を通過することによって凝集剤と混合・撹拌され、渦流混合状態となって拡散槽３０６に流出される。

拡散槽３０６に流出した廃水は、渦流拡散状態が促進された後に凝圧筒３０７を流れ、その過程で徐々に圧縮され、これに含まれる懸濁不純物が分離・凝集して分離沈澱物が形成される。そして、凝圧筒３０７によって圧縮された廃水は、凝圧膨張槽３０８で膨張した流れとなり、次の圧縮部３０９にて再び圧縮されて分離沈澱物の圧密性が高められた後に圧縮口３１０から静圧槽３１１へ流入し、静圧槽３１１で静的に膨張した後、流出口３１２から装置外へと排出される。
特許第３５３９４２８号公報 特開２００１−２３９１０３号公報

しかしながら、図１０及び図１１に示した撹拌混合器としての滞留槽２１０を備えた従来の凝集反応装置２０１においては、滞留槽２１０に汚泥を接線方向に噴射する細径配管２１１の口径が一定であるために、汚泥の処理流量には制約がある他、運転を継続すると細径配管２１１の内面にスケールが付着し、この付着したスケールを容易に取り除くことができないという問題があった。尚、細径配管２１１の内面に付着するスケールは、汚泥中のリンと無機凝集剤中の金属の反応によって生成されるＦｅＰＯ₄ 等である。

又、図１２に示した前処理装置３０１は、内部構造が複雑であるために繊維状の夾雑物が絡み付き易いという欠点を有している。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、処理流量範囲が広くてスケールが付着しにくい撹拌混合器とこれを備えた凝集反応装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、フランジで接合された複数の管で構成するとともに、隣接する２つの管同士を接合する２枚のフランジ間に、水圧によって弾性変形可能で且つその中心部に形成された孔の内径が水圧に応じて変化するオリフィス状の弾性パッキンを挟み込んで攪拌混合器を構成したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、
無機凝集剤が添加された水を圧送する移送配管の途中に設けられた攪拌混合器と、
該攪拌混合器の下流側に設けられ、内部に攪拌機を備えた凝集反応槽と、
を有する凝集反応装置において、
前記か規範混合器を請求項１記載の攪拌混合器で構成したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、
無機凝集剤が添加された水を圧送する移送配管の途中に設けられた第１の攪拌混合器と、
該第１の攪拌混合器の下流側に設けられ、有機凝集剤が添加された水を圧送する移送配管の途中に設けられた第２の攪拌混合器と、
該第２の攪拌混合器の下流側に設けられ、内部に攪拌機を備えた凝集反応槽と、
を有する凝集反応装置において、
前記第１及び第２の攪拌混合器を請求項１記載の攪拌混合器で構成したことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、中心部に孔が形成されたオリフィス状の弾性パッキンを移送配管の途中に設けたため、無機凝集剤や有機凝集剤等の薬品が添加された水が弾性パッキンの孔を通過する際に絞られて流速を増して次の空間に勢い良く噴射される。このため、薬品と水の攪拌混合が促進される。そして、弾性パッキンの中心部に形成された孔の内径が水圧に応じて変化するため、水の流量が増えて水圧が高くなると、弾性パッキンが大きく膨らんで孔の内径が拡大し、この孔を通過する薬品と水との混合物の流量が増え、当該攪拌混合器の処理流量範囲が拡大する。

又、薬品と水の混合物の流量が増えると、弾性パッキンの上流側の圧力が高くなり、この高い圧力によって弾性パッキンが膨らんでその孔の径が拡大するため、この孔を通過する薬品と水の混合物の流量が増え、この結果、処理流量範囲が拡大する。

更に、薬品と水の混合物が通過する孔は薄い弾性パッキンに形成されており、薬品と水の混合物の流量変化によって弾性パッキンの孔の周辺が運転中及び運転の前後に変形するため、その部分にスケールが付着しにくく、付着したとしても剥れてしまう。

又、移送配管をフランジで接合された複数の管で構成するとともに、隣接する２つの管同士を接合する２枚のフランジ間に弾性パッキンを挟み込んだため、弾性パッキンを容易に交換することができるとともに、弾性パッキンを容易に取り外して清掃することができる。

請求項２記載の発明によれば、無機凝集剤が添加された水が凝集反応槽に流入される前に攪拌混合器によって無機凝集剤と水との攪拌混合が十分なされるため、両者の凝集反応槽での凝集反応が良好になされて高い凝集効率が得られる。

請求項３記載の発明によれば、水が凝集反応槽に導入される前に第１の攪拌混合器によって無機凝集剤と水との攪拌混合が十分になされ、この攪拌混合された混合物に有機凝集剤が添加されると、この有機凝集剤は第２の攪拌混合器によって攪拌混合されるため、凝集反応槽での水と無機凝集剤及び有機凝集剤との凝集反応が良好になされて高い凝集効率が得られる。

［撹拌混合器］
以下に本発明に係る撹拌混合器の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

＜実施の形態１＞
図１は本発明の実施の形態１に係る撹拌混合器の断面図、図２は弾性パッキンの正面図、図３（ａ），（ｂ）は流量が小さいときと大きい場合の弾性パッキンの状態を示す説明図である。

本実施の形態に係る撹拌混合器１０は、無機凝集剤や有機凝集剤等の薬品が添加された水を圧送する移送配管４の途中に、前記水が通過する円孔８ａが中心部に形成されたオリフィス状の弾性パッキン８を水の流れ方向に対して略直角に配置して構成されている。具体的には、移送管４を２つの管４ａ，４ｂに分割し、これらの管４ａ，管４ｂ同士をフランジ９で接合し、両フランジ９の間に前記弾性パッキン８を挟み込んで撹拌混合器１０を構成している。尚、弾性パッキン８は、ゴム等の弾性体によって構成され、水圧（差圧）によって弾性変形することができる。

而して、撹拌混合器１０において弾性パッキン８の上流で薬品が添加された水は、移送配管４を流れる過程で弾性パッキン８の円孔８ａを通過する。このとき、薬品と水の混合物は、弾性パッキン８の円孔８ａを通過する際に絞られて流速を増して次の空間に勢い良く噴射されるため、薬品と水の撹拌混合が促進されて両者が効率良く反応する。

ところで、薬品と水の混合物の流量が比較的小さい場合には、弾性パッキン８の上流側の圧力が小さいために該弾性パッキン８は図３（ａ）に示すように殆ど変形せず、その円孔８ａの内径も殆ど変化しない。

他方、薬品と水の混合物の流量が増えて大きくなると弾性パッキン８の上流側の圧力が高くなり、この高い圧力によって弾性パッキン８が図３（ｂ）に示すように膨らんでその円孔８ａの内径が拡大するため、この円孔８ａを通過する薬品と水の混合物の流量が増え、この結果、処理流量範囲が拡大する。

そして、本実施の形態では、薬品と水の混合物が通過する円孔８ａは薄い弾性パッキン８に形成されており、薬品と水の混合物の流量変化によって弾性パッキン８の円孔８ａの周辺が運転中及び運転の前後に変形するため、その部分にスケールが付着しにくく、付着したとしても剥れてしまう。

又、本実施の形態では、移送配管４をフランジ９で接合された２つの管４ａ，４ｂで構成するとともに、これらの管４ａ，管４ｂ同士を接合する２枚のフランジ９の間に弾性パッキン８を挟み込んだため、フランジ９を取り外すことによって弾性パッキン８を容易に交換することができるとともに、弾性パッキン８を容易に取り外して清掃することができる。

＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２に係る撹拌混合器を図４に基づいて説明する。

図４は本発明の実施の形態２に係る撹拌混合器の断面図であり、本図においては図１〜図３に示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。

本実施の形態に係る撹拌混合器１１は、２枚の弾性パッキン８を移送配管４の長さ方向に適当な間隔で設けたことを特徴としている。具体的には、移送配管４は、フランジ９で接合された３つの管４ａ，４ｂ，４ｃで構成されており、隣接する２つの管４ａ，４ｂ及び管４ｂ，４ｃ同士をそれぞれ接合する２枚のフランジ９の間に前記弾性パッキン８が挟み込まれている。

而して、本実施の形態においても前記実施の形態と同様の効果が得られるが、本実施の形態では、２枚の弾性パッキン８を移送配管４の長さ方向に適当な間隔で設けたため、薬品と水の混合物が２枚の弾性パッキン８の円孔８ａを通過する毎に流速を増して次の空間に勢い良く噴射され、両者の攪拌混合が一層促進されるという効果が得られる。

［凝集反応装置］
以下に本発明に係る凝集反応装置の実施の形態を図５及び図６に基づいて説明する。

＜実施の形態１＞
図５は本発明の実施の形態１に係る凝集反応装置の正面図、図６は図５のＡ−Ａ線断面図である。

本実施の形態に係る凝集反応装置１は、凝集反応槽２と、該凝集反応槽２に汚泥（原泥）を圧送する移送配管４を備えており、該移送配管４の途中には原泥ポンプ３が設けられている。そして、移送配管４は、図６に示すように、前記凝集反応槽２の下部外周に略接線方向に接続されている。ここで、凝集反応槽２は、円筒容器状に成形され、その内部には撹拌機６が備えられており、上部には排出配管７が接続されている。

而して、本実施の形態に係る凝集反応装置１においては、移送配管４の前記原泥ポンプ３の下流には、図４に示すものと同様の攪拌混合器１１が設けられている。即ち、この攪拌混合器１１は、２枚の弾性パッキン８を移送配管４の長さ方向に適当な間隔で設けて構成されている。

而して、汚泥は、原泥ポンプ３によって移送配管４を移送される間に攪拌混合器１１の上流において無機凝集剤が添加されるが、この無機凝集剤が添加された汚泥は、移送配管４を流れる過程で攪拌混合器１１を通過する。攪拌混合器１１においては、汚泥と凝集剤の混合物は、各弾性パッキン８の円孔８ａを通過する際に絞られて流速を増して次の空間に勢い良く噴射されるため、汚泥と凝集剤の攪拌混合が促進されて両者が効率的に反応し、高い凝集効率が得られる。

ところで、汚泥と凝集剤の混合物の流量が比較的小さい場合には、弾性パッキン８の上流側の圧力が小さいために該弾性パッキン８は図３（ａ）に示すように殆ど変形せず、その円孔８ａの内径も殆ど変化しない。

他方、汚泥と凝集剤の混合物の流量が増えて大きくなると弾性パッキン８の上流側の圧力が高くなり、この高い圧力によって弾性パッキン８が図３（ｂ）に示すように膨らんでその円孔８ａの内径が拡大するため、この円孔８ａを通過する汚泥と凝集剤の混合物の流量が増え、この結果、処理流量範囲が拡大する。

そして、本実施の形態では、２枚の弾性パッキン８を移送配管４の長さ方向に適当な間隔で設けて成る攪拌混合器１１を用いたため、汚泥と凝集剤の混合物が２枚の弾性パッキン８の円孔８ａを通過する毎に流速を増して次の空間に勢い良く噴射され、両者の混合・拡散が一層促進されて高い凝集効率が得られる。尚、本実施の形態では、攪拌混合器１１に設けられる弾性パッキン８の枚数を２としたが、弾性パッキン８の枚数に制限はなく、１枚或は３枚以上としても良い。

又、汚泥と凝集剤の混合物が通過する円孔８ａは薄い弾性パッキン８に形成されており、汚泥と凝集剤の混合物の流量変化によって弾性パッキン８の円孔８ａの周辺が運転中及び運転の前後に変形するため、その部分にスケールが付着しにくく、付着したとしても剥れてしまう。

而して、攪拌混合器１１を流れる過程で弾性パッキン８の円孔８ａを通過することによって流速を増して次の空間に勢い良く噴射されるため、十分に攪拌混合された汚泥と凝集剤の混合物は、移送配管４から凝集反応槽２内に略接線方向に流入し、そのときの噴射流によって無機凝集剤の攪拌混合が更に効果的に行われる。

そして、移送配管４から凝集反応槽２内に接線方向に流入した汚泥流は、凝集反応槽２内で旋回流となり、この凝集反応槽２内の汚泥と混合されることによって無機凝集剤はより一層均一に攪拌混合されるとともに、凝集反応槽２内での撹拌機６による撹拌によって汚泥フロックが成長し、良好な凝集処理が行われる。

以上のようにして凝集反応槽２で得られた凝集汚泥は、排出配管７から凝集反応槽２外へと排出され、次の処理工程（有機凝集剤による凝集処理工程又は脱水工程）へと送給される。

＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２に係る凝集反応装置を図７及び図８に基づいて説明する。

図７は本発明の実施の形態２に係る凝集反応装置の正面図、図８は図７のＢ−Ｂ線断面図であり、これらの図においては図５及び図６に示したものと同一要素には同一符合を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。

本実施の形態に係る凝集反応装置１’は、無機凝集剤が添加された水を圧送する移送配管４の途中に設けられた第１の撹拌混合器１１（図４に示すものと同一）の下流に、図１に示したものと同じ第２の攪拌混合器１０を設けたことを特徴としており、本実施の形態では、第１の攪拌混合器１１と第２の攪拌混合器１０との間に有機凝集剤が添加される。

而して、本実施の形態に係る凝集反応装置１’においては、汚泥が凝集反応槽２に導入される前に第１の撹拌混合器１１によって無機凝集剤と水との撹拌混合が十分なされ、この撹拌混合された混合物に有機凝集剤が添加されると、この有機凝集剤は第２の撹拌混合器１０によって撹拌混合されるため、凝集反応槽２での汚泥と無機凝集剤及び有機凝集剤との凝集反応が良好になされて高い凝集効率が得られる。

尚、本実施の形態では、第１の攪拌混合器１１の弾性パッキン８の枚数を２とし、第２の攪拌混合器１０の弾性パッキン８の枚数を１としたが、第１及び第２の攪拌混合器１１，１０に設けられる弾性パッキン８の枚数には制限はなく任意である。

本発明の実施の形態１に係る攪拌混合器の断面図である。 弾性パッキンの正面図である。 （ａ），（ｂ）は流量が小さいときと大きい場合の弾性パッキンの状態を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る攪拌混合器の断面図である。 本発明の実施の形態１に係る凝集反応装置の正面図である。 図５のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の実施の形態２に係る凝集反応装置の正面図である。 図７のＢ−Ｂ線断面図である。 従来の凝集反応装置の断面図である。 従来の凝集反応装置の正面図である。 図１０のＣーＣ線断面図である。 従来の前処理装置の断面図である。

符号の説明

１，１’ 凝集反応装置
２ 凝集反応槽
３ 原泥ポンプ
４ 移送配管
４ａ〜４ｃ 管
６ 攪拌機
７ 排出配管
８ 弾性パッキン
８ａ 弾性パッキンの円孔
９ フランジ
１０ 攪拌混合器（第２の攪拌混合器）
１１ 攪拌混合器（第１の攪拌混合器）

Claims (3)

1. 薬品が添加された水を圧送する移送配管を、フランジで接合された複数の管で構成するとともに、隣接する２つの管同士を接合する２枚のフランジ間に、水圧によって弾性変形可能で且つその中心部に形成された孔の内径が水圧に応じて変化するオリフィス状の弾性パッキンを挟み込んで構成されることを特徴とする攪拌混合器。
   
2. 無機凝集剤が添加された水を圧送する移送配管の途中に設けられた攪拌混合器と、
   該攪拌混合器の下流側に設けられ、内部に攪拌機を備えた凝集反応槽と、
   を有する凝集反応装置において、
   前記攪拌混合器を請求項１記載の攪拌混合器で構成したことを特徴とする凝集反応装置。
3. 無機凝集剤が添加された水を圧送する移送配管の途中に設けられた第１の攪拌混合器と、
   該第１の攪拌混合器の下流側に設けられ、有機凝集剤が添加された水を圧送する移送配管の途中に設けられた第２の攪拌混合器と、
   該第２の攪拌混合器の下流側に設けられ、内部に攪拌機を備えた凝集反応槽と、
   を有する凝集反応装置において、
   前記第１及び第２の攪拌混合器を請求項１記載の攪拌混合器で構成したことを特徴とする凝集反応装置。
   

Images