JP6042161B2

JP6042161B2 - 固液分離装置

Info

Publication number: JP6042161B2
Application number: JP2012222189A
Authority: JP
Inventors: 齊藤　通明; 通明齊藤; 忠紀桐山
Original assignee: 有限会社エムエスエンジニアリング; 株式会社エンバイロ・ソリューション
Priority date: 2012-10-04
Filing date: 2012-10-04
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2032-10-04
Also published as: JP2014073459A

Description

本発明は、慣性力を利用して被処理水に含まれる砂、粒子、夾雑物等を効率的に除去し、これらの沈降性物質と、分離水とに固液分離することが可能な固液分離装置に関する発明である。

従来から、例えば、下記特許文献１，２で提案されるように、慣性力を利用して被処理水を、これに含まれる砂、粒子、夾雑物等の沈降性物質と、分離水とに固液分離する固液分離装置が知られている。

下記特許文献１で提案される発明は、攪拌流形成手段を備え、槽内の被処理水を攪拌し、特定方向の旋回流を形成して固液分離する攪拌流形成手段を有する固液分離装置に係る。この発明では、攪拌流形成手段を備えることにより、粒子群の移動速度と移動方向を制御することで固液分離の効率や分離速度を上げることができるとされている。

また、下記特許文献２で提案される発明は、分離槽内に発生させた旋回流により砂とゴミとを比重差分離をするとともに、底壁に篩を設けて砂等の粒径差分離をする砂分離洗浄装置に係る。この発明では、比重差分離と粒径差分離とにより、特に、比重の小さいゴミを効率よく選択的に除去することができるとされている。

特開２００２−５８９１３号公報特開２００７−１４４３９０号公報

このように、従来からいくつかの固液分離装置が開発され、提案されているものの、例えば、上記特許文献１で提案される装置では、撹拌翼等の攪拌流形成手段を必要とするので、これを利用して効率的に固液分離しようとすれば、ある程度のスペースが必要となることが懸念される。上記特許文献２で提案される装置では、比重の小さいゴミを効率よく選択的に除去することができるとしても、その除去効率性に疑問が残る。したがって、撹拌翼等の攪拌流形成手段を不要にした簡素な構成であっても、被処理水に含まれる砂、粒子、夾雑物等の沈降性物質を効率的に除去可能な、新たな固液分離装置の創出が要請されている。特に、固液分離するための水の流れが、上記特許文献２で提案される装置は旋回流という１つの流れで高効率を追求し、上記特許文献１で提案される装置は下降流及び旋回流という２つの流れを組み合わせたものに過ぎないため、更なる固液分離するための水の流れを作りだして極めて効率的な固液分離を進めることが期待されている。

本発明は、上記実情に鑑み提案され、攪拌流形成手段を不要にして簡素かつ、設置スペースを考慮したコンパクトな構成で、被処理水を、沈降性物質と分離水とに極めて効率的に固液分離することが可能な固液分離装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、被処理水を、分離水と沈降性物質とに慣性力を利用して固液分離する分離槽を備えた固液分離装置において、前記分離槽が、内側円管及び、この内側円管の外側に配設される外側円管からなり、この外側円管と前記内側円管との間に前記被処理水が導入される導入口が形成されている分離槽上部と、この分離槽上部の外側円管が延設されてなり、底部に沈殿した前記沈降性物質を外部へ排出する排出口が形成されている分離槽下部と、鉛直上方向に縮閉するテーパ状の裁頭円錐管であって、裁頭面が前記分離槽上部の内側円管内に配設され、底面が前記分離槽下部に配設されているコア部と、このコア部の前記裁頭面の近傍に一端が、他端が外部に配設され、前記分離水が外部へと排出される通路となる排出管部とから構成されていることを特徴とする。

特に、上記固液分離装置において、導入口に導入された被処理水は、分離槽上部の外側円管と内側円管との間において、沈降性物質を外側円管側へ分離する遠心力を伴って旋回下降する旋回下降流となり、この旋回下降流が分離槽下部において減速し、沈降性物質を更に分離する旋回流となり、この旋回流がコア部において鉛直上方向に上り、沈降性物質を更に分離する反転流となることで、沈降性物質が分離された前記分離水となって、前記排出管部を通じて外部へ排出される仕組みにより固液分離されることが好ましい。

本発明では、分離槽を、内側円管及び、この内側円管の外側に配設される外側円管からなる分離槽上部と、この分離槽上部の外側円管が延設されてなる分離槽下部と、鉛直上方向に縮閉するテーパ状の裁頭円錐管であるコア部と、分離水が外部へと排出される通路となる排出管部との主に４つの部材により構成可能であるので、簡素な固液分離装置を提供することができる。撹拌翼等の攪拌流形成手段も不要である。固液分離装置を鉛直方向に拡大することで、固液分離の効率をより高めることができ、設置スペースが必要以上に求められることもなく、設置場所に汎用性をもたせることができる。

特に、本発明では、導入口に導入された被処理水を、分離槽上部の外側円管と内側円管との間において、沈降性物質を外側円管側へ分離する遠心力を伴って旋回下降する旋回下降流とし、この旋回下降流を分離槽下部において減速させ、沈降性物質を更に分離する旋回流とし、この旋回流をコア部において鉛直上方向に上らせ、沈降性物質を更に分離する反転流とすることで、沈降性物質を分離した分離水を得て、これを排出管部を通じて外部へ排出する構成を備えることにより、旋回下降流、旋回流、反転流の３つの流れを組み合わせて、重力と遠心力を最大限生かした水の流れを作りだし、余分なエネルギーを使わずに導入から排出に至るまで一貫して固液分離する仕組みを達成しているため、極めて効率的な固液分離を進めることができる。重力と遠心力を最大限生かした自然流下の仕組みであるので、余分な構成やエネルギーを削った固液分離装置として低コストに提供することができる。

本発明に係る一の固液分離装置の概略を説明する図面であって、（ａ）は概略縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。本発明に係る固液分離装置において被処理水が旋回下降していく様子を説明する説明図であって、（ａ）は平断面説明図であり、（ｂ）は縦断面説明図である。

以下、本発明に関する一実施形態を詳細に説明する。この一実施形態は、本発明の構成を具現化した例示に過ぎず、特許請求の範囲に記載した事項を逸脱することがなければ種々の設計変更を行うことができる。

本発明に係る固液分離装置は、図１に示すように、被処理水ＤＷを分離水ＰＷと沈降性物質Ｓとに慣性力を利用して固液分離する分離槽１を備えて構成される。

分離槽１は、内側円管１１ａ及び、この内側円管１１ａの外側に配設される外側円管１１ｂの二重管として構成される分離槽上部１１と、この分離槽上部１１の外側円管１１ｂが延設されて構成される分離槽下部１２と、裁頭面１３ａが分離槽上部１１の内側円管１１ａ内に配設され、底面１３ｂが分離槽下部１２に配設されている裁頭円錐管のコア部１３と、コア部１３の裁頭面１３ａの近傍に一端１４ａが、他端１４ｂが外部にそれぞれ配設されている分離水排出管１４とを含んで構成される。なお、本発明に係る固液分離装置では、分離槽上部と分離槽下部とを別体で形成し、その後に分離槽上部の外側円管と分離槽下部とを接合して分離槽を構成してもよい。

以下、各構成について、図１に基づいて詳述する。

分離槽上部１１は、その上部に、内側円管１１ａと外側円管１１ｂとの間へ被処理水ＤＷが導入されるための導入口１１１が形成されている。特に、導入口１１１は、導入された被処理水ＤＷが、内側円管１１ａと外側円管１１ｂとの間を旋回しながら下降していくように考慮された位置に形成されている（図１（ｂ）参照）。さらに、導入口１１１よりも分離槽上部１１の更に上部には、内側円管１１ａと外側円管１１ｂとの間の空間及び、内側円管１１ａの内側の空間とを連絡する連絡口１１２が、これらの空間の圧力差を緩衝するために設けられている。

連絡口１１２によって、後述するように、被処理水ＤＷは分離槽１内を旋回し、反転する等して沈降性物質Ｓが分離された反転流Ｗ４となって、内側円管１１ａの内側に分離水ＰＷが滞留させられることとなるが、その際、この空間に空気溜まりが発生すること等を抑制することができる。内側円管１１ａと外側円管１１ｂとの間の空間及び、内側円管１１ａの内側の空間を満たす被処理水ＤＷや分離水ＰＷの液面（水位）の調整を図ることもできる。このほか、分離槽上部１１の頂部は、外部からのゴミ等の侵入を防ぐために閉塞されているが、内部のエアーを抜いたり、内部へ水等の液体を供給したりするための調節口１１３が設けられている。

分離槽下部１２は、上述のように、分離槽上部１１の外側円管１１ｂが延設されて構成されている。分離槽下部１２の底部１２ａには、固液分離されて沈殿した沈降性物質Ｓを外部へ排出する沈殿物排出口１２１が形成されている。

コア部１３は、鉛直上方向に縮閉するテーパ状の裁頭円錐管である。上述のように、裁頭面１３ａが分離槽上部１１の内側円管１１ａ内に配設され、底面１３ｂが分離槽下部１２の特に周壁近傍に配設されている。コア部１３は、鉛直上方向に縮閉するテーパ状であることにより、後述するように、分離槽１内を旋回した後、コア部１３の壁面に沿って上昇してきた反転流Ｗ４に対し、これに含まれる沈降性物質Ｓの更なる沈降を促進することができる。

分離水排出管１４は、コア部１３の裁頭面１３ａの近傍、特に裁頭面１３ａよりも鉛直方向上側に突出するようにして一端１４ａが設けられている。他端１４ｂは、上述したように分離槽１の外部に配設されている。これにより、分離水排出管１４は、十分に固液分離された分離水ＰＷが外部へと排出される通路となる。分離水排出管１４の他端１４ｂは外部、例えば、次に処理を受ける処理装置に備わる配管等に接続される。

次に、本発明に係る固液分離装置において、分離槽１に導入された被処理水が処理される仕組みを、図１及び図２を参照しつつ説明する。

分離槽上部１１の導入口１１１に導入された被処理水ＤＷは、まず、図１（ｂ）及び図２（ａ）に示すように、内側円管１１ａと外側円管１１ｂとの間の空間において、沈降性物質Ｓを外側円管１１ｂ側へ分離する遠心力を伴って旋回し、沈降性物質Ｓを分離しながら旋回下降する旋回下降流Ｗ１となる。続いて、図１（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、この旋回下降流Ｗ１は、内側円管１１ａと外側円管１１ｂとの間の空間を旋回下降するうちに、下降する角度が急勾配となりながら、そのスピードを徐々に減速して、遠心力による分離と固液の比重差を利用した重力による分離とが合わさって、沈降性物質Ｓを分離する第２旋回下降流Ｗ２となる。

さらに、図１（ａ）に示すように、第２旋回下降流Ｗ２が分離槽下部１２に導入されるようになると、そのスピードはさらに減速し、その慣性力によって緩やかに旋回しながら、主に固液の比重差を利用した重力による沈降性物質Ｓを更に分離する旋回流Ｗ３となる。旋回流Ｗ３は、連続して導入されてくる被処理水ＤＷにより、コア部１３において上方に上昇し、その鉛直上方向に縮閉するテーパ状の内側壁面に衝突することを伴いながら、固液の比重差を利用した重力によって沈降性物質Ｓを更に分離する反転流Ｗ４となる。

反転流Ｗ４は、連続して導入されてくる被処理水ＤＷにより所定時間、分離槽上部１１の内側円管１１ａの内側に滞留した後、重力によって分離水排出管１４を通じて外部へ排出される流れとなる。すなわち、反転流Ｗ４は、内側円管１１ａの内側での滞留時に、固液の比重差を利用した重力によって沈降性物質Ｓを更に分離して、分離水ＰＷとなるのである。なお、この滞留時に分離された沈降性物質Ｓは、コア部１３が鉛直上方向に縮閉するテーパ状の壁面を有するために、ほとんどが、その外側壁面に沿って分離槽下部１２の周壁へ向けて沈降していき、続いて、分離槽下部１２の周壁に沿って底部１２ａへ沈降していくので、分離された沈降性物質Ｓが、分離水ＰＷとともに分離水排出管１４を通じて外部へ排出されることが抑制されている。

このように、本発明では、被処理水ＤＷが分離槽上部１１の導入口１１１に導入された時点から、分離水ＰＷとして分離水排出管１４を通じて外部へ排出されるまで、絶えず沈降性物質Ｓを分離し続けることができ、分離した分離水ＰＷのみを外部へ排出することができる構成とした分離槽１を備える固液分離装置を達成している。特に、そのような分離槽１の構成を、分離槽上部１１、分離槽下部１２、コア部１３及び分離水排出管１４の主に４つの部材により達成可能としている。撹拌翼等の攪拌流形成手段も不要である。したがって、本発明に係る固液分離装置は、簡素かつコンパクトな構成で、効率よい固液分離を進めることができる。

特に、主に遠心力により固液分離する第１旋回下降流Ｗ１及び、遠心力及び重力により固液分離する第２旋回下降流Ｗ２と、主に重力により固液分離する旋回流Ｗ３と、コア部１３の形状を生かしつつ主に重力により固液分離する反転流Ｗ４との３つの流れを組み合わせて、重力と遠心力を最大限生かした水の流れを作りだし、余分なエネルギーを使わずに導入から排出に至るまで一貫して固液分離する仕組みを達成している。このため、固液分離を極めて効率的進めることができ、固液分離装置として低コストに提供することができる。固液分離装置を鉛直方向に拡大すれば、沈降性物質Ｓを分離し続ける時間を長くすることができるので、固液分離の効率をより高めることができる。スペースが必要以上に求められることもなく、設置場所に汎用性をもたせることができる。また、このような構成の分離槽１は製造が非常に簡便であり、費用対効果の観点から極めて優れた固液分離装置であるということができる。

ここで、本発明は、分離槽上部１１における外側円管１１ｂと内側円管１１ａとの間の幅（水平方向）と、内側円管１１ａの内側の幅（水平方向）との比を制御することで、分離槽上部１１の外側円管１１ｂと内側円管１１ａとの間を旋回下降流Ｗ１として旋回下降していく被処理水ＤＷの流速を調整することができる。

すなわち、外側円管１１ｂと内側円管１１ａとの間の幅を、内側円管１１ａの内側の幅に対して相対的に小さく（薄く）するほど、旋回下降流Ｗ１として旋回下降していく被処理水ＤＷの流速を速くすることができる。外側円管１１ｂと内側円管１１ａとの間の幅を、内側円管１１ａの内側の幅に対して相対的に大きく（厚く）するほど、旋回下降流Ｗ１として旋回下降していく被処理水ＤＷの流速を遅くすることができる。被処理水ＤＷの流速を調整することで、外側円管１１ｂと内側円管１１ａとの間で被処理水ＤＷにかかる遠心力を制御することができ、本発明の有する固液分離の精度を高めることができる。例えば、旋回下降流Ｗ１として旋回下降していく被処理水ＤＷの流速を速くし、被処理水ＤＷにかかる遠心力を大きくすれば、大きくした分だけ精度の高い分離水ＰＷを得ることができるのである。

そうすると、本発明は、その実施において要請される被処理水ＤＷの固液分離の精度によって、分離槽上部１１を構成する外側円管１１ｂの径、及び、内側円管１１ａの径を決定することができ、様々な精度が要請される被処理水ＤＷの固液分離に柔軟に対応することができる。

以上、本発明の出願人が最良であると信じる一実施形態を詳述したが、本発明は、特許請求の範囲に記載された事項を逸脱することがなければ、上記実施形態に限定されることなく、種々の設計変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、分離水が重力によって分離水排出管を通じて外部へ排出される例を説明したが、本発明は、分離水排出管の他端にポンプを接続し、このポンプにより分離水を、分離水排出管を通じて外部へ排出する構成を採用しても構成可能である。また、本発明は、液体に限らず気体中の水滴、オイルミスト、固体の分離もできるものである。

１・・・分離槽（一の実施形態）
１１・・分離槽上部
１１ａ・内側円管
１１ｂ・外側円管
１１１・導入口
１１２・連絡口
１１３・調節口
１２・・分離槽下部
１２ａ・底部
１２１・沈殿物排出口
１３・・コア部
１３ａ・裁頭面
１３ｂ・底面
１４・・分離水排出管（排出管部）
１４ａ・一端
１４ｂ・他端
ＤＷ・・被処理水
Ｗ１・・旋回下降流
Ｗ２・・第２旋回下降流
Ｗ３・・旋回流
Ｗ４・・反転流
ＰＷ・・分離水
Ｓ・・・沈降性物質

Claims

被処理水を、分離水と沈降性物質とに慣性力を利用して固液分離する分離槽を備えた固液分離装置において、
前記分離槽が、
内側円管及び、この内側円管の外側に配設される外側円管からなり、この外側円管と前記内側円管との間に前記被処理水が導入される導入口が形成されている分離槽上部と、
この分離槽上部の外側円管が延設されてなり、底部に沈殿した前記沈降性物質を外部へ排出する排出口が形成されている分離槽下部と、
鉛直上方向に縮閉するテーパ状の裁頭円錐管であって、裁頭面が前記分離槽上部の内側円管内に配設され、底面が前記分離槽下部に配設されているコア部と、
このコア部の内側で前記裁頭面よりも上側に一端が、他端が外部に配設され、前記分離水が外部へと排出される通路となる排出管部と、から構成され、
前記導入口に導入された前記被処理水は、前記分離槽上部の外側円管と内側円管との間において、前記沈降性物質を前記外側円管側へ分離する遠心力を伴って旋回下降する旋回下降流となり、この旋回下降流が前記分離槽下部において減速し、前記沈降性物質を更に分離する旋回流となり、この旋回流が前記コア部において鉛直上方向に上り、前記沈降性物質を更に分離する反転流となることで、前記沈降性物質が分離された前記分離水となって、前記排出管部を通じて外部へ排出されることを特徴とする固液分離装置。