JP5540782B2 - 薬剤注入装置及びその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、高分子凝集剤などの薬剤を水等の液体で希釈して被処理水等に注入するための薬剤注入装置と、その運転方法に関する。

高分子凝集剤を被処理水に注入（添加）する場合、高分子凝集剤を水で希釈してから注入することが多い。高分子凝集剤は、通常数百万又はそれ以上の高分子よりなるため、水に溶解させたり希釈したりしたときに膨潤し、配管が閉塞し易い。

特開平１０−５７７９０には、希釈水が流れる配管中に逆止弁を介して高分子薬品液を供給することが記載されている。逆止弁を設けることにより、希釈水が高分子薬品液ラインに逆流することが防止され、膨潤物が生成しないようになる。

特開平１０−５７７９０

上記特許文献１の薬剤注入装置では、希釈水の流れが停止した場合、高分子薬品液の供給配管のうち逆止弁よりも希釈水配管側に残留した高分子薬品液が膨潤し、配管を閉塞させるおそれがある。

本発明は、高分子凝集剤などの薬剤が膨潤して配管が閉塞することが防止される薬剤注入装置及びその運転方法を提供することを目的とする。

本発明（請求項１）の薬剤注入装置は、希釈液が移送される第１配管と、該第１配管の末端が吸入口に連なるポンプと、該ポンプの吐出口に一端が連なる第２配管と、該第２配管の他端が液流入口に接続された撹拌混合手段と、該撹拌混合手段の流出口に連なる混合液の流出用の第３配管と、一端が該第１配管に連なる薬剤供給用の第４配管と、第１、第２及び第３のポートを有し、該第３のポートに該第４配管の他端が接続された三方弁と、該第２ポートと前記第２配管とを連通する第５配管と、該第１のポートに接続された薬剤供給用の第６配管とを備えてなるものである。

請求項２の薬剤注入装置は、請求項１において、前記第３配管の途中と、前記第１配管のうち第４配管の接続部よりも上流側とを連通する第７配管を備えたことを特徴とするものである。

請求項３の薬剤注入装置は、請求項１又は２において、前記第３配管からドレンラインが分岐していることを特徴とするものである。

本発明（請求項４）の薬剤注入装置の運転方法は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の薬剤注入装置の運転方法であって、前記三方弁の第１のポートと第３のポートとを連通させ、第２のポートと第１及び第３のポートとの連通を遮断しておき、ポンプ及び撹拌混合手段を作動させ、第１配管に希釈液を供給し、第６配管及び第４配管を介して第１配管に薬剤を添加し、第３配管から薬剤混合希釈液を流出させる薬注工程と、該三方弁の第２のポートと第３のポートとを連通させ、第１のポートと第２及び第３のポートとの連通を遮断しておき、ポンプ及び撹拌混合手段を作動させ、第６配管への薬剤の供給を停止し、第１配管に希釈液を供給し、ポンプの吐出液の一部を第２配管、第５配管、三方弁、第４配管及び第１配管の順に循環させる薬注停止工程とを実行することを特徴とするものである。

請求項５の薬剤注入装置の運転方法は、請求項３を引用する請求項４の薬剤注入装置の運転方法であって、前記三方弁の第１のポートと第３のポートとを連通させ、第２のポートと第１及び第３のポートとの連通を遮断しておき、ポンプ及び撹拌混合手段を作動させ、第１配管に希釈液を供給し、第６配管及び第４配管を介して第１配管に薬剤を添加し、第３配管から薬剤混合希釈液を流出させる薬注工程と、該三方弁の第２のポートと第３のポートとを連通させ、第１のポートと第２及び第３のポートとの連通を遮断しておき、ポンプ及び撹拌混合手段を作動させ、第６配管への薬剤の供給を停止し、第１配管に希釈液を供給し、ポンプの吐出液の一部を第２配管、第５配管、三方弁、第４配管及び第１配管の順に循環させると共に、ポンプ吐出液の残部を前記撹拌混合手段及び第３配管並びに前記ドレンラインを介して排出する薬注停止工程とを実行することを特徴とするものである。

本発明の薬剤注入装置で薬注を行う場合、三方弁の第１のポートと第３のポートとを連通させ、第２のポートと第１及び第３のポートとの連通を遮断しておき、ポンプ及び撹拌混合手段を作動させ、第６配管から薬剤を供給し、第１配管から希釈液を供給し、第３配管から薬剤希釈液を流出させる薬注工程を行う。薬注を停止している状態では、三方弁の第２のポートと第３のポートとを連通させ、第１のポートと第２及び第３のポートとの連通を遮断しておき、ポンプ及び撹拌混合手段を作動させ、第６配管への薬剤の供給を停止し、第１配管から希釈液を供給し、ポンプ吐出液の一部を第２配管、第５配管、三方弁、第４配管及び第１配管の順に循環させる。この薬注停止工程では、液がポンプ、第２配管、第５配管、三方弁、第４配管、第１配管の順に循環するので、最も閉塞が生じ易い第４配管での液の滞留がない。そのため、装置に閉塞トラブルを生じさせることなく安定して運転を行うことができる。

なお、請求項２のように返送ラインを設けた場合、撹拌混合した液の供給量を細かく制御することが可能である。

請求項３のようにドレンラインを設けた場合、請求項５の通り、薬注停止工程においてポンプ吐出液の残部をドレンラインを介して系外に排出することができる。

実施の形態に係る薬剤注入装置のフロー図である。 実施の形態に係る薬剤注入装置に用いられる撹拌装置の縦断面図である。 （ａ）図はステータの斜視図、（ｂ）図はステータの平面図である。

以下、第１図〜第３図を参照して実施の形態に係る薬剤注入装置及びその運転方法について説明する。まず、第２図及び第３図を参照してこの実施の形態で用いた撹拌混合手段としての撹拌装置１の構成について説明する。

なお、この撹拌装置は、筒状のハウジングと、該ハウジング内に、ハウジングの筒軸心方向に間隔をあけて交互に配列された円板状のロータ及びステータと、該ハウジングの一端側に設けられた導入部と、該ハウジングの他端側に設けられた排出部とを備え、該ステータは、外周部がハウジングの内周面に連結され、中心部に開口を有しており、該ハウジングの軸心方向に回転軸が配置され、前記ロータは該回転軸に支持されている撹拌装置において、前記ステータが奇数個配置され、各ステータ同士の間にロータが配置されており、該ハウジングの筒軸心方向の一端側のステータの前記開口が導入部となっており、他端側のステータの前記開口が排出部となっているものである。

この攪拌装置では、ロータを回転させることにより、液体はロータとステータとの間で攪拌される。ロータの回転に伴ってハウジング内の液体が旋回して遠心力が生じるが、導入部及び排出部がそれぞれステータの中心部に位置するので、ハウジング内の液体には導入部から排出部に向かう方向（又はそれと反対方向）の流れは生じない。ハウジング内の液体は、専ら上記のポンプの吐出圧力によって導入部から排出部に向って流れる。従って、攪拌力を制御するためにロータの回転数を変化させても、該ポンプによる送液量には変動が生じない。ただし、本発明の薬剤注入装置はこの撹拌装置以外の撹拌装置を採用してもよい。

第２図の通り、この撹拌装置１は円筒状のハウジング１０と、該ハウジング１０内に配置されたステータ２０及びロータ３０と、ハウジングの軸心位置に配置された回転軸４０と、該回転軸４０に連なるモータ５０等を備えている。

ハウジング１０は、筒部１１と、下側エンドプレート１２と、上側エンドプレート１３とを備えている。なお、この実施の形態のように、ハウジング１０は円筒の軸心を鉛直方向とすることが好ましいが、軸心方向は水平でも斜めでもよい。下側のエンドプレート１２と最下段のステータ２０（２０ａ）との間に流入室１５が形成され、上側のエンドプレート１３と最上段のステータ２０（２０ｃ）との間に流出室１６が形成されている。ハウジングの筒部１１に、流入室１５に連通する流入口１４と、流出室１６に連通する流出口１７とが設けられている。

ハウジング１０内に奇数個（第２図では３個）のステータ２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）が配置されている。各ステータ２０は、中心部に開口２１を有した円板形であり、外周縁がハウジング１０の内周面に対し溶接等により固着されている。この実施の形態では、各ステータ２０の開口２１の直径は同一である。最下段のステータ２０ａの開口２１（２１ａ）が導入部であり、最上段のステータ２０ｃの開口２１（２１ｃ）が排出部である。

最下段のステータ２０ａの上面、最上段のステータ２０ｃの下面、中位段のステータ２０ｂの上下両面にはそれぞれピン２２，２３又は２４が立設されている。第３図に示されるように、ステータ２０ａ，２０ｂの上面のピン２２は、各々ハウジング１０の軸心から等半径位に位置し、開口２１の周縁に沿って周方向に一定間隔で配列されている。また、ピン２３は、ハウジング１０の軸心から等半径位に位置し、各々ステータ２０ａ，２０ｂの上面の外周縁近くを周方向に一定間隔で配列されている。ステータ２０ｂ，２０ｃの下面のピン２４は、ハウジング１０の軸心から等半径位に位置し、各々開口２１の周縁と各ステータ２０ｂ，２０ｃの外周縁との略中間において周方向に一定間隔で配列されている。

ステータ２０ｂ，２０ｃの開口２１に回転軸４０が挿通され、該回転軸４０にロータ３０（３０ａ，３０ｂ）が取り付けられている。回転軸４０は、軸受４１を介してハウジング１０に回転可能に支持されている。回転軸４０は、上側エンドプレート１３を通ってハウジング１０外に延出している。

ロータ３０ａはステータ２０ａ，２０ｂ間に位置し、ロータ３０ｂはステータ２０ｂ，２０ｃ間に位置している。各ロータ３０の直径はハウジング１１の内径よりも小さく、ロータ３０の外周とハウジング１１の内周面との間に流体が通過する間隙があいている。各ロータ３０の板面と各ステータ２０との間にも所定の間隙があいている。ロータ３０の上側及び下側の該間隙の高さは実質的に等しい。

ロータ３０の上面には複数のピン３１，３２が立設され、下面には複数のピン３３が立設されている。各ピン３１は、回転軸４０から等半径位に位置し、周方向に一定間隔をおいて配設されている。各ピン３２も、回転軸４０から等半径位に位置し、周方向に一定間隔をおいて配設されている。各ピン３３も回転軸４０から等半径位に位置し、周方向に一定間隔をおいて配設されている。

この実施の形態では、ピン３１と前記ピン２２とは、ハウジング１０の軸心から等半径位に位置する。ピン３２と前記ピン２３とは、ハウジング１０の軸心から等半径位に位置する。ピン３３と前記ピン２４とは、ハウジング１０の軸心から等半径位に位置する。回転軸４０が回転した場合、ピン３３はピン２２の周方向の列とピン２３の周方向の列との間を周回し、ピン３１はピン２４の周方向の列の内周側を周回し、ピン３２はピン２４の周方向の列の外周側を周回する。

この撹拌装置１を用いて複数の種類の液体を混合する場合には、これらの液体をポンプ６２及び流入ライン６３を介して流入口１４から流入室１５内に供給すると共に、各ロータ３０をモータ５０で回転させる。この液体は、流入室１５から、ステータ２０ａの開口２１、ステータ２０ａとロータ３０ａとの間、ロータ３０ａの外周とハウジング１０の内周面との間、ロータ３０ａとステータ２０ｂとの間、ステータ２０ｂの開口２１、ステータ２０ｂとロータ３０ｂとの間、ロータ３０ｂとハウジング１０の内周面との間、ロータ３０ｂとステータ２０ｃとの間、ステータ２０ｃの開口２１、流出室１６及び流出口１７の順に流れ、取出ライン６４に送り出される。

各ロータ３０とステータ２０にピン３１〜３３、２２〜２４が設けられているので、ロータ３０の回転に伴って液体に剪断応力が加えられ、液体が十分に撹拌される。

このロータ３０の回転に伴って、ハウジング１０内の液体が旋回するので、ハウジング内の液体に遠心力が加えられるが、導入部としての開口２１ａ及び排出部としての開口２１ｃがハウジング１０の軸心部に位置するので、ハウジング１０内の液体には導入部としての開口２１ａから排出部としての開口２１ｂに向かう方向（又はそれと反対方向）の流れは生じない。ハウジング１０内の液体は、専らポンプ６２の吐出圧力によって流入口１４から流出口１７に向って流れる。従って、攪拌力を制御するためにロータ３０の回転数を変動させても、ポンプ６２による送液量（ハウジング１０を通過する液量）には全く又は殆ど変動が生じない。

また、各ピン２２〜２４、３１〜３３は円柱形であるので、ロータ３０を高速で回転させてもピン２２〜２４、３１〜３３がポリマー成分の高分子鎖に与える剪断力は小さく、ポリマーの高分子鎖が分断することが防止ないし抑制される。そのため、例えば、ポリマー凝集剤の特性低下が防止される。

この実施の形態では、ステータ２０ａの下側に流入室１５を設け、ステータ２０ｃの上側に流出室１６を設け、これらの側周面に流入口１４、流出口１７を設けているので、ロータ３０とステータ２０との間に生じる旋回流の影響が流入口１４及び流出口１７に及びにくく、液が安定して流れる。

このように構成された撹拌装置１を用いて液状のポリマー（高分子）凝集剤（以下、原液ということがある。）を水に溶解させる薬剤注入装置の実施の形態について第１図を参照して説明する。

この薬剤注入装置は、希釈液として給水を供給するための第１配管として給水ライン６１が設けられ、このライン６１の末端がポンプ６２の吸込口に接続されている。このライン６１の上流部分にボールバルブ６０が設けられている。ポンプ６２の吐出口が第２配管としてのライン６３を介して撹拌装置１の流入口１４（第３図）に接続されている。

撹拌装置１の流出口１７にライン６４が接続されている。ライン６４には流量計６５、流量調節バルブ６６が設けられている。この流量調節バルブ６６の流出側は、撹拌混合水流出用のライン６７、電動弁６８、ライン６９、弁７０を介して凝集処理設備に薬注可能に接続されている。ライン６４，６７，６９によって第３配管が構成されている。

ライン６７からはドレンライン７３が分岐しており、該ドレンライン７３に電動弁７４と弁７５とが設けられている。

前記給水ライン６１の途中に第４配管としてのライン８４の一端が接続され、ライン８４の他端が三方弁８３の第３ポートに接続されている。三方弁８３の第１ポートに第６配管としてのライン８２が接続され、このライン８２にボールバルブ８０と薬剤（原液）供給用のポンプ８１とが設けられている。

三方弁８３の第２ポートとライン６３の途中とが第５配管としてのライン８５によって連通されている。

撹拌装置１の流出口近傍（流量計６５よりも上流側）に第７配管としての返送ライン７１の一端が接続されている。返送ライン７１に弁７２が設けられている。返送ライン７１の他端は、給水ライン６１のうち、ライン８４との接続部よりも上流側かつボールバルブ６０よりも下流側に接続されている。

なお、流量計６５の検出信号は制御盤９０に入力される。また、制御盤９０からの信号がポンプ６２、８１のインバータ制御器６２ａ、８１ａに与えられ、ポンプ６２，８１の回転数が制御される。三方弁８３、流量調節バルブ６６、電動バルブ６８，７４も制御盤９０からの信号によって開閉制御又は開度制御される。

第１図（ａ）は、流量調節バルブ６６の開度を大とし、薬注量を多くしたときのフローであり、水は、ボールバルブ６０、給水ライン６１、給水ポンプ６２、ライン６３を介して撹拌装置１の流入口１４に供給される。原液は、ボールバルブ８０、原液ポンプ８１、ライン８２、三方弁８３、ライン８４を介して給水ライン６１（即ちポンプ６２の吸込側）に添加される。撹拌装置１で原液と水とが撹拌されて原液混合希釈水とされ、この原液混合希釈水が取出ライン６４を介して取り出され、流量計（ＦＳ）６５にて流量測定され、流量調節バルブ（ＦＣＶ）６６、ライン６７、電動バルブ６８、ライン６９、バルブ７０を経て凝集処理設備に添加される。

第１図（ｂ）は、流量調節バルブ６６の開度を絞って薬注量を少なくした場合のフローであり、撹拌装置１からの原液混合希釈水の一部は、ライン６４から分岐した返送ライン７１及びバルブ７２を介して給水ライン６１に返送される。

第１図（ａ），（ｂ）では、三方弁８３はライン８２，８４を連通しており、ライン８５はライン８２，８４と遮断されている。また、バルブ７４は閉とされている。第１図（ａ），（ｂ）の状態でモータ５０の回転数を変化（増減）させても、攪拌装置１を通過する液量には変動は生じないので、送液量に影響を与えることなく攪拌の強さを調節することができる。

このように、制御盤９０からの信号によって、ポンプ６２の回転数及び電動バルブ６８の開度を制御することにより、ポンプ６２の最大容量を上限として、こまかく流量の制御を行うことが可能となる。

薬注を停止した第１図（ｃ）のフローでは、三方弁８３がライン８４，８５を連通し、ライン８２をライン８４，８５と遮断する。これにより、原液を給水に添加せず、水のみを給水ライン６１に供給し、ポンプ６２の吐出液の一部をライン６３，８５，８４，６１、ポンプ６２よりなるループを循環させる。これは、原液が水と十分に溶解しない状態でライン８４，６１，６３及びポンプ６２に滞留することによる固化を防止するためである。なお、一般に、ポリマーを希釈水で希釈する場合、希釈後の薬注中のポリマー濃度が過度に高いと、ポリマーのゲル状物質が生成し、このゲル状物質がミキサや配管内に堆積して円滑な送液を妨げ、著しい場合には配管を閉塞する。この実施の形態によるとこのような事態が防止される。

この実施の形態では、薬注停止時にも給水を行うと共に、電動バルブ６８を閉、電動バルブ７４及びバルブ７５を開とすることにより、ポンプ６２の吐出液の残部をドレンライン７３を介して系外に排出する。これにより、薬剤を含まない液が凝集処理設備に添加されないものとなる。

この実施の形態の攪拌装置によると、上記以外にも下記のような種々の効果を得ることが可能である。

溶解タンクが不要或いは小型となり、設置スペースの縮小が可能である。

モータの動力がすべて撹拌に用いられる。撹拌力が強力なため、高分子凝集剤の分散が良好となる。

ポンプ効果が無いため、既設の配管途中に設置可能である。

ポンプ効果が無いため、必要に応じて複数台の攪拌装置を多段に設置することが可能である。

流量制御を行うポンプ部と撹拌力を制御する撹拌部を独立させて制御することが可能となり、原液の性状と注入条件に合わせて最適な条件での注入制御が可能である。

高圧条件の下での溶解も可能となり、溶解時間の短縮が可能である。

エマルションポリマーのみならず、食品分野や化学分野のインライン型溶解装置として、幅広く使用可能である。水に分散させにくい粉体、例えば珪藻土、粉末活性炭などの混合、分散装置としての利用も可能である。

上記実施の形態は本発明の一例であり、本発明は図示以外の構成とされてもよい。例えば、撹拌装置１のロータとステータの数は図示以外であってもよい。また、ピンは円柱形に限定されるものではなく、楕円柱形やそれらに類似した形状であってもよい。ロータの外周縁やステータの内周縁を面取りした形状としてもよい。ピンの列の数も図示のものに限定されない。撹拌装置としては、第２，３図に示したもの以外の、各種スタティックミキサーや、撹拌翼型撹拌装置なども用いることができる。

また、第１図に示した薬剤注入装置は、凝集剤の溶解装置だけでなく、各種薬品の溶解や粉体やスラリーなどの混合、分散装置としても利用可能である。

１ 撹拌装置
１０ ハウジング
１１ 筒体
１２，１３ エンドプレート
１４ 流入口
１５ 流入室
１６ 流出室
１７ 流出口
２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ） ステータ
２１（２１ａ） 開口（導入部）
２１（２１ｂ） 開口
２１（２１ｃ） 開口（排出部）
２２〜２４ ピン
３０（３０ａ，３０ｂ） ロータ
３１〜３３ ピン
４０ 回転軸
５０ モータ
６２，８１ ポンプ
６１ 給水ライン（第１配管）
６３ ライン（第２配管）
６７，６９ ライン（第３配管）
７１ 返送ライン（第７配管）
７３ ドレンライン
８２ ライン（第６配管）
８４ ライン（第４配管）
８５ ライン（第５配管）

Claims (5)

1. 希釈液が移送される第１配管と、
   該第１配管の末端が吸入口に連なるポンプと、
   該ポンプの吐出口に一端が連なる第２配管と、
   該第２配管の他端が液流入口に接続された撹拌混合手段と、
   該撹拌混合手段の流出口に連なる混合液の流出用の第３配管と、
   一端が該第１配管に連なる薬剤供給用の第４配管と、
   第１、第２及び第３のポートを有し、該第３のポートに該第４配管の他端が接続された三方弁と、
   該第２ポートと前記第２配管とを連通する第５配管と、
   該第１のポートに接続された薬剤供給用の第６配管と
   を備えてなる薬剤注入装置。
2. 請求項１において、前記第３配管の途中と、前記第１配管のうち第４配管の接続部よりも上流側とを連通する第７配管を備えたことを特徴とする薬剤注入装置。
3. 請求項１又は２において、前記第３配管からドレンラインが分岐していることを特徴とする薬剤注入装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の薬剤注入装置の運転方法であって、
   前記三方弁の第１のポートと第３のポートとを連通させ、第２のポートと第１及び第３のポートとの連通を遮断しておき、ポンプ及び撹拌混合手段を作動させ、第１配管に希釈液を供給し、第６配管及び第４配管を介して第１配管に薬剤を添加し、第３配管から薬剤混合希釈液を流出させる薬注工程と、
   該三方弁の第２のポートと第３のポートとを連通させ、第１のポートと第２及び第３のポートとの連通を遮断しておき、ポンプ及び撹拌混合手段を作動させ、第６配管への薬剤の供給を停止し、第１配管に希釈液を供給し、ポンプの吐出液の一部を第２配管、第５配管、三方弁、第４配管及び第１配管の順に循環させる薬注停止工程と
   を実行することを特徴とする薬剤注入装置の運転方法。
5. 請求項３を引用する請求項４の薬剤注入装置の運転方法であって、
   前記三方弁の第１のポートと第３のポートとを連通させ、第２のポートと第１及び第３のポートとの連通を遮断しておき、ポンプ及び撹拌混合手段を作動させ、第１配管に希釈液を供給し、第６配管及び第４配管を介して第１配管に薬剤を添加し、第３配管から薬剤混合希釈液を流出させる薬注工程と、
   該三方弁の第２のポートと第３のポートとを連通させ、第１のポートと第２及び第３のポートとの連通を遮断しておき、ポンプ及び撹拌混合手段を作動させ、第６配管への薬剤の供給を停止し、第１配管に希釈液を供給し、ポンプの吐出液の一部を第２配管、第５配管、三方弁、第４配管及び第１配管の順に循環させると共に、ポンプ吐出液の残部を前記撹拌混合手段及び第３配管並びに前記ドレンラインを介して排出する薬注停止工程と
   を実行することを特徴とする薬剤注入装置の運転方法。

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