JP6070124B2

JP6070124B2 - 固液分離方法及び装置

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Publication number: JP6070124B2
Application number: JP2012264848A
Authority: JP
Inventors: 良行磯; 加藤　真理子; 真理子加藤; 健黄; 博幸内田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2032-12-04
Also published as: JP2014108411A

Description

本発明は、液体中に含まれている固体粒子を濃縮して分離するための固液分離方法及び装置に関するものである。

海水の淡水化処理やシェールガス随伴水等の脱塩処理を行う手法として、逆浸透膜法や正浸透膜法がある。かかる逆浸透膜法や正浸透膜法を実施する場合は、膜処理の実施前に、前処理として、水中に含まれている砂、粘土、コロイド等の固体粒子を分離して除去することが求められる。更に、上記海水の淡水化処理やシェールガス随伴水等の脱塩処理の場合は、水中に含まれている藻類やその他の微生物、その死骸や代謝物等の固体粒子についても、前処理で分離して除去することが望まれる。

又、藻類、細胞やその他の微生物を培養して、医薬品、燃料やその他の有用物質を生産する場合は、上記有用物質の回収処理を開始する際、培養された微生物や細胞等を、水中（培養液中）より分離する前処理が必要とされる。

更には、湖沼の浄化を目的として、水から藻類等の微生物を分離することも行われている。

固液分離を実施する場合は、分離対象となる固体粒子と、該固体粒子の分散媒となっている液体との密度差を利用した固液分離手法が広く一般的に行われている。すなわち、固体粒子の密度が液体の密度よりも大きい場合は、沈降分離が行われる。一方、固体粒子の密度が液体の密度よりも小さい場合は浮上分離が行われている。又、上記固体粒子と液体との密度差が比較的小さい場合は、上記と同様の固液密度差に基づく固体粒子の沈降や浮上を、遠心力を利用して促進させるようにした遠心分離が広く行われている。

しかし、上記砂、粘土、コロイド、藻類、細胞やその他の微生物及びその死骸や代謝物は、粒径が小さく、更には、水との密度差がないか又は該密度差が微小な粒子となっている場合があり、このような固体粒子は、上記した沈降分離や浮上分離や遠心分離のような固液密度差を利用した従来の一般的な固液分離手法では、液体から分離させることが困難である。

又、上記沈降分離や浮上分離や遠心分離以外の固液分離手法としては、中立浮力粒子を含む流体を渦巻状チャネルに流通させて、中立浮力粒子に作用するようになる内壁からの揚力、サフマン力、マグヌス力、及び、遠心力の複合効果と平衡状態を利用する手法が従来提案されている。かかる手法によれば、上記流体中の中立浮力粒子は、上記渦巻状チャネルを流れる流体中で密集させて、上記チャネルの内壁近くを流れる管状帯とさせることができ、該管状帯を含む流体と、残りの流体とを分けて回収することで、該中立浮力粒子を分離できるとされている（たとえば、特許文献１参照）。

なお、液体中の粒子を或る分離粒径を基準として分離する手法の１つとしては、透過性を有する膜に液体の透過流を形成させるときに、該膜の上流面側に、膜表面に沿う方向の剪断速度の勾配を有する液体の流れを生じさせて、上記分離粒径に対応する粒径の粒子に作用する剪断揚力が上記透過流の速度と等しくなるようにさせる手法が従来提案されている。かかる手法によれば、上記分離粒径以上の粒径を持つ粒子は、上記膜の上流面側に保持されるようになることから、該膜を透過する該分離粒径よりも小さい粒径の粒子との分離を行うことができるとされている（たとえば、特許文献２参照）。

特開２００９−１１３０３５号公報特表２００１−５０３６６９号公報

ところが、上記特許文献１に示された手法では、渦巻状チャネルに流通させる流体中の中立浮力粒子に対してサフマン力（サフマン揚力）を作用させるようにしてあるが、該中立浮力粒子を密集させるためには、上記サフマン力に加え、粒子に作用する遠心力を含むその他の力との複合効果と平衡状態が必要とされている。そのため、上記中立浮力粒子の密度と、該中立浮力粒子の分散媒となっている流体（液体）の密度に差（固液密度差）がない場合は、固液分離処理を行うことが困難である。

上記特許文献２に示された手法は、液体中の粒子を粒径に応じて分離するための手法であって、粒径が小さく、更に、液体との密度差がないか又は微小な粒子の固液分離処理を実施できるものではない。

したがって、上記特許文献１、２に示された手法は、いずれであっても、前述したような逆浸透膜法や正浸透膜法による海水やシェールガス随伴水の脱塩処理の前処理として、水中に含まれている砂、粘土、コロイド、藻類やその他の微生物及びその死骸や代謝物のような固体粒子を液体から分離させるための固液分離処理や、藻類、細胞や微生物を水中（培養液中）より分離するための固液分離処理への適用は難しい。

更に、上記特許文献１に示されたものでは、上記粒子に作用させるサフマン力、揚力、マグヌス力、遠心力は、上記渦巻状チャネルの形状と流体の流速により受動的に決定されてしまう。そのため、上記流体中の中立浮力粒子の分離効率を高めるためには、上記渦巻状チャネルの流路長を長く設定する必要が生じることから、装置構成が大型化するという問題がある。

なお、上記特許文献２に示されたものは、透過性の膜の透過流の抗力と、剪断揚力（サフマン揚力）との均衡を利用する必要があるため、上記膜を必要とすると共に、該膜の上流面に隣接して流体の剪断流を発生させるようにしてあり、そのため、上記膜の洗浄作業を要すると共に、処理速度が遅い。

そこで、本発明は、粒径が小さく、更には、固体粒子の分散媒となる液体との密度差がないか又は微小な固体粒子についても、固液分離を効率よく実施することができる等、上記した従来の問題点を解消できるようにする固液分離方法及び装置を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、液体を満たした液体充填空間の原液の流れ方向に延びる互いに対向する一対の壁面のうちの一方の壁面に対し、他方の壁面を一方向へ連続的に相対移動させることにより、該液体充填空間内の液体に、上記一方の壁面側より他方の壁面側に向けて流速が次第に増加する剪断速度勾配を有する流れ場を形成し、上記液体充填空間に、該液体充填空間内での原液の流れ方向上流側となる一端部から粒子を含む原液を供給して、該原液中の粒子に対し、上記剪断速度勾配を有する流れ場により、上記一方の壁面側より他方の壁面側に向く方向のサフマン揚力を作用させ、その後、上記液体充填空間の上記原液の流れ方向下流側となる他端部の上記他方の壁面側より、上記サフマン揚力の作用により濃縮された上記粒子を含む粒子濃縮液を回収すると共に、上記液体充填空間の上記原液の流れ方向下流側となる他端部の上記一方の壁面側より、上記粒子の清澄化が図られた清澄液を回収するようにする固液分離方法とする。

又、請求項２に対応して、液体を満たすための液体充填空間を備え、且つ該液体充填空間の原液の流れ方向に延びる互いに対向する一対の壁面のうちの一方の壁面を、静止壁とすると共に、他方の壁面を、上記静止壁に対して一方向へ連続的に相対移動可能な移動壁として、該移動壁の移動により上記液体充填空間内の液体に、上記静止壁側より移動壁側に向けて流速が次第に増加する剪断速度勾配を有する流れ場を形成できるようにし、更に、上記液体充填空間内での原液の流れ方向上流側となる一端部に、粒子を含む原液を供給するための原液入口を設け、上記液体充填空間の上記原液の流れ方向下流側となる他端部の上記移動壁側に、該液体充填空間内の剪断速度勾配を有する流れ場中で作用するサフマン揚力により濃縮された上記粒子を含む粒子濃縮液を回収するための濃縮粒子出口を設け、上記液体充填空間の上記原液の流れ方向下流側となる他端部の上記静止壁側に、上記粒子の清澄化が図られた清澄液を回収するための清澄液出口を設けた構成を有する固液分離装置とする。

更に、請求項３に対応して、上記請求項２の構成において、液体充填空間は、互いに対向する一対の静止壁と移動壁となる、円筒状の固定周壁と、該固定周壁の外側に隙間を隔てて同心状に配置した回転駆動可能な回転周壁との間に、環状に形成させてなり、該液体充填空間の軸心方向の一端部に原液入口を設けると共に、軸心方向の他端部の外周部と内周部に、濃縮粒子出口と清澄液出口を設けるようにした構成とする。

同様に、請求項４に対応して、上記請求項２の構成において、液体充填空間は、一方向に延びる樋状の容器と、該容器の上端側開口部に該容器の長手方向の全長に亘りベルトを循環駆動できるように設けたベルト蓋装置との内側に形成させてなり、上記容器の内底部と、上記ベルト蓋装置のベルトの下部走行部分とを、互いに対向する一対の静止壁と移動壁として備えるようにした構成とする。

本発明の固液分離方法及び装置によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）原液中に含まれる粒子は、分散媒となっている液体との固液密度差がないか又は微小な粒子、あるいは、粒径の小さい粒子であっても、該粒子に作用する流体力であるサフマン揚力を利用して濃縮することができる。このため、粒子を含む原液を連続的に固液分離処理して、濃縮された粒子を含む粒子濃縮液と、粒子の清澄化が図られた清澄液とを分離して回収することができる。
（２）したがって、逆浸透膜法や正浸透膜法による海水やシェールガス随伴水の脱塩処理の前処理として、水中に含まれている砂、粘土、コロイド等の固体粒子、更には、水中に含まれている藻類やその他の微生物、その死骸や代謝物等の固体粒子について分離して除去する処理、あるいは、藻類、細胞や微生物を水中（培養液中）より分離する処理に適した固液分離処理を実施することが可能になる。
（３）更に、上記液体充填空間では、原液の流れ方向に延びる互いに対向する一対の静止壁と移動壁のうち、移動壁を、静止壁に対して一方向に連続して相対移動させて、液体充填空間内の液体に剪断速度勾配を有する流れ場を強制的に形成させることができるため、原液中の粒子に対して作用させるサフマン揚力を、確実に且つ効率よく発生させることができる。よって、上記液体充填空間は、原液の供給側から、清澄液及び粒子濃縮液の出口側までの距離を短く設定することができて、固液分離処理を行う装置の全体構成をコンパクトなものとすることができる。
（４）上記清澄液と粒子濃縮液との分離は、上記特許文献２に示されたような透過性の膜は使用しない。このため、膜の洗浄作業を要することはなく、よって、固液分離処理の処理速度を高めることができる。

本発明の固液分離方法及び装置の実施の一形態を示す概略切断側面図である。図１のＡ−Ａ方向矢視図である。本発明の実施の他の形態を示す概略切断側面図である

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。

図１及び図２は本発明の固液分離方法及び装置の実施の一形態を示すものである。

すなわち、本発明の固液分離装置は、図１、図２に符号１で示すもので、上下方向に延びる円筒形状の固定周壁２を備える。

上記固定周壁２の外側には、該固定周壁２の外径よりも大きな内径を有する円筒形状の周壁４と、該周壁４の下端側を閉塞させる端壁５とからなり、且つ該端壁５の中央に取り付けた駆動軸６を中心として回転可能な回転容器３の上記周壁（以下、回転周壁と云う）４を、同心状に配置する。これにより、上記固定周壁２の外周面と、上記回転周壁４の内周面との間には、軸心方向、すなわち、上下方向に延びる環状の液体充填空間７が形成されるようにしてある。なお、上記固定周壁２の下端は、上記回転容器３の端壁５の内面に近接配置させることにより、両者間の隙間を小さくして、該隙間を通した固定周壁２の内外方向の液体の流通を抑制できるようにしてある。

上記回転容器３の駆動軸６は、図示しない回転駆動装置に接続してある。これにより、該回転駆動装置を運転して上記駆動軸６と一体に上記回転容器３を回転駆動させると、上記液体充填空間７では、一対の対向する壁面となる上記固定周壁２と回転周壁４のうち、静止壁となる固定周壁２に対し、回転周壁４を移動壁として周方向の一方向（図２では、平面視時計回り方向）に連続的に相対移動させることができるようにしてある。

このため、上記液体充填空間７に液体が満たされている状態では、上記回転周壁４を回転させると、該回転周壁４近傍の液体が同伴される。これにより、該液体充填空間７内の液体には、図２に概略を示すように、上記固定周壁２側から回転周壁４側、すなわち、内周側から外周側に向けて流速が次第に増加する剪断速度勾配を有する流れ場が、周方向の全域に亘り形成されるようにしてある。

したがって、上記液体充填空間７内では、貯留されている液体に上記のような剪断速度勾配を有する周方向の流れ場が形成されることに伴い、該液体中に分散されているすべての粒子１０に対して、図２に矢印ｆで示すように、該液体充填空間７の静止壁側である内周側から、移動壁側である外周側に向く方向のサフマン揚力が作用するようにしてある。

上記液体充填空間７の軸心方向の一端部となる下端部には、図１に示すように、上記固定周壁２の内側を通して配管した原液供給管８の下流側端部が、固定周壁２を貫通して開口させてある。該原液供給管８の上流側端部は、粒子１０が分散媒となる液体に分散された状態の原液９を供給するための図示しない原液供給部に接続されている。これにより、上記液体充填空間７では、上記図示しない原液供給部より上記原液供給管８を通して導かれる原液９を、該原液供給管８の下流側端部の原液入口８ａから連続的に供給できるようにしてある。

上記液体充填空間７の軸心方向他端部となる上端側には、上記固定周壁２よりも大径で且つ上記回転周壁４よりも小径の円筒形状としてある流路仕切壁１１が、同心状に配置されている。該流路仕切壁１１は、上端が、上記固定周壁２の上端よりも高所に位置するようにしてあり、且つ下端側は、上記液体充填空間７内に上方から或る寸法挿入させて配置してある。なお、上記回転容器３の回転駆動時は、上記したように液体充填空間７内で周方向の流れ場を生じる液体には遠心力が作用するようになるため、該液体充填空間７内を満たす液体の液面には傾きが生じる。この際、該液体は、上記回転周壁４の上端を越える分はオーバーフローするため、液面の外周端は、上記回転周壁４の上端に一致した高さ位置となるが、内周側は、それよりも低くなる。この点に鑑みて、上記固定周壁２と回転周壁４の高さは、上記液面勾配やオーバーフロー流量等を調節するように壁面高さを設定する。又、上記流路仕切壁１１の下端の位置は、上記回転容器３の回転駆動時に遠心力の影響で液体充填空間７内の液体に液面勾配が生じた状態のときにも、該流路仕切壁１１の下端部を該液面下に確実に没入させることができるように設定してあるものとする。なお、図１では図示する便宜上、上記液体充填空間７内の液面は水平な状態で示してある。

これにより、上記液体充填空間７の上端側には、上記流路仕切壁１１よりも外周側、すなわち、上記回転周壁４寄りの外周部に、上記サフマン揚力の影響により外周方向に濃縮される粒子１０を、一部の液体と一緒に粒子濃縮液１５として取り出すための濃縮粒子出口１４を形成する。

一方、上記流路仕切壁１１よりも内周側、すなわち、上記固定周壁２寄りの内周部には、上記サフマン揚力の影響により粒子１０が外周方向に濃縮されることに伴い、相対的に該粒子１０に関する清澄化が図られた清澄液１３を取り出すための清澄液出口１２を形成する。

上記流路仕切壁１１の上端側は、閉塞板１６により気密に閉塞させてある。該閉塞板１６には、上記原液供給管８と、上記固定周壁２の内側より清澄液１３を抜き出して回収するためのポンプ１８を備えた清澄液回収管１７の上流側端部が、上下方向に貫通させてある。該原液供給管８と清澄液回収管１７は、上記閉塞板１６の貫通部で気密に保持されている。

上記流路仕切壁１１及び閉塞板１６は、後述する外部固定容器２０に図示しない支持材を介して支持させるか、あるいは、図示しない支持構造に支持させることで、位置を固定できるようにしてある。更に、上記閉塞板１６の下側には、上記固定周壁２の上端部を、金網や多孔板、周方向に或る間隔で配置した柱部材等の液体通過用の開口を形成可能な連結部材１９を介して連結してある。これにより、上記固定周壁２及び連結部材１９と、上記流路仕切壁１１及び閉塞板１６は、上記回転容器３の回転に干渉する虞のない状態で、該回転容器３との相対位置を保持できるようにしてある。

更に、上記ポンプ１８を運転して、上記固定周壁２の内側の液体を、上記清澄液回収管１７より吸引するときには、上記液体充填空間７の上端部の清澄液出口１２に達している液体を、清澄液１３として、上記連結部材１９により形成させてある開口を経て固定周壁２の内側へ取り出すことができるようにしてある。該固定周壁２の内側に取り出された清澄液１３は、その後、上記清澄液回収管１７により吸引して回収されるようにしてある。

したがって、上記ポンプ１８の運転による上記清澄液回収管１７からの液体吸引量は、上記原液供給管８を通して上記液体充填空間７の下端部に連続供給する原液９の供給量に比して小さくなるように設定する。これにより、上記液体充填空間７の清澄液出口１２より固定周壁２の内側へ取り出されない余剰分の液体が、粒子濃縮液１５として、上記濃縮粒子出口１４より、回転周壁４の上端の外周側へオーバーフローされるようにしてある。

上記回転容器３の外側には、該回転容器３の下方と外周を覆う外部固定容器２０が設けてある。なお、上記回転周壁４の上端よりオーバーフローする粒子濃縮液１５は、上記回転容器３の回転に伴う遠心力の作用により外周側へ飛ばされる可能性がある。よって、上記外部固定容器２０は、その上端の高さ位置が、上記回転容器３の回転周壁４の上端の高さ位置以上となるように設定してある。これにより、上記濃縮粒子出口１４より回転周壁４の上端の外周側へオーバーフローされる粒子濃縮液１５は、上記外部固定容器２０の内側に受けることができるようにしてある。

上記外部固定容器２０の底部は、中央に上記駆動軸６を貫通させて配置させるための開口部２１が設けてあり、且つ該開口部２１の周縁は、該外部固定容器２０の内底面より或る寸法立ち上げた形状として、上記粒子濃縮液１５を内底部に溜めることができるようしてある。更に、該外部固定容器２０は、底部の或る個所に、上記粒子濃縮液１５を回収するための粒子濃縮液回収口２２が設けてある。なお、上記外部固定容器２０の内底面には、全体に亘り上記粒子濃縮液回収口２２に向けて下方傾斜する傾斜面を設けるようにしてもよい。これにより、上記したように外部固定容器２０の内側に受けられた粒子濃縮液１５は、該外部固定容器２０の内底部に集められた後、上記粒子濃縮液回収口２２より回収できるようにしてある。

以上の構成としてある本発明の固液分離装置１を使用して固液分離処理を行う場合は、予め、回転容器３の内部、すなわち、液体充填空間７及び固定周壁２の内側に、液体、たとえば、固液分離処理の対象となる原液９において粒子１０の分散媒となっている液体を、回転周壁４の上端と一致するレベルまで貯留させておく。

この状態で、図示しない回転駆動装置による上記回転容器３の回転駆動を開始させることにより、上記液体充填空間７内には、前記した内外周方向に剪断速度勾配を有する流れ場を、周方向の全域に亘り形成させる。

その後、上記液体充填空間７には、原液供給管８を通して導かれる原液９を、原液入口８ａから該液体充填空間７の下端部へ、連続的に供給させる。更に、上記液体充填空間７では、清澄液回収管１７のポンプ１８の運転開始により、清澄液出口１２から固定周壁２の内側への清澄液１３の回収を開始させるようにする。

上記液体充填空間７の下端部に供給された原液９は、該液体充填空間７内を、下端側（軸心方向一端部）から上端側（軸心方向他端部）へ、上記剪断速度勾配を有する周方向の流れ場が生じた状態で順次移動するようになる。この際、該原液９に含まれている粒子１０は、粒径が小さくても、又、たとえ、分散媒となっている液体との密度差がないか又は微小であっても、上記剪断速度勾配を有する流れ場内で該粒子１０に作用する流体力である外周方向に向いたサフマン揚力により、上記回転周壁４に近接する外周寄りに次第に濃縮されるようになる。

上記液体充填空間７内で外周寄りに濃縮された粒子１０は、液体の一部と一緒に粒子濃縮液１５となった状態で、上記液体充填空間７の上端外周部に設けられている濃縮粒子出口１４をオーバーフローさせられて、外部固定容器２０の内側に受けられる。しかる後、該粒子濃縮液１５は、外部固定容器２０内で集められ、粒子濃縮液回収口２２より回収されるようになる。

一方、上記液体充填空間７の上端側内周部の清澄液出口１２からは、上記粒子濃縮液１５に粒子１０が濃縮されることに伴って相対的に該粒子１０についての清澄化が図られた清澄液１３が、固定周壁２の内側へ連続的に取り出されるようになる。この固定周壁２の内側に取り出された上記清澄液１３は、その後、清澄液回収管１７を通して回収されるようになる。

このように、本発明の固液分離方法及び装置によれば、粒径が小さい粒子１０、あるいは、分散媒の液体との固液密度差がないか又は微小な粒子１０であっても、該粒子１０を含む原液９を連続的に固液分離処理して、濃縮された粒子１０を含む粒子濃縮液１５と、清澄液１３とを分離して回収することができる。

したがって、本発明の固液分離方法及び装置は、逆浸透膜法や正浸透膜法による海水やシェールガス随伴水の脱塩処理の前処理として、水中に含まれている砂、粘土、コロイド等の固体粒子、更には、藻類やその他の微生物、その死骸や代謝物等の固体粒子を分離して除去する処理、あるいは、藻類、細胞や微生物を水中（培養液中）より分離する処理に適したものとすることができる。

上記において、上記液体充填空間７では、回転周壁４を、固定周壁２に対し一方向に連続的に相対移動させて、該液体充填空間７内の原液９に剪断速度勾配を有する流れ場を強制的に形成させることができるため、原液９中の粒子１０に対して作用させるサフマン揚力を、確実に且つ効率よく発生させることができる。よって、上記液体充填空間７は、原液９の供給側となる軸心方向一端部から、清澄液１３及び粒子濃縮液１５の出口側となる軸心方向他端部までの距離を短く設定することができて、本発明の固液分離装置１の全体構成をコンパクトなものとすることができる。

更に、図１に示した本発明の固液分離装置１では、原液９中の粒子１０にサフマン揚力を作用させるために上記液体充填空間７で発生させる剪断速度勾配を有する流れ場の方向と、上記原液入口８ａ側と清澄液１３及び粒子濃縮液１５の出口１２，１４側とを結ぶ原液９の供給排出による流れ方向とが、それぞれ周方向と軸心方向になっていて、直角に異なっている。このため、上記液体充填空間７内では、上記液体充填空間７内での原液９の供給排出による流れ方向（軸心方向）の移動速度に依存することなく、上記剪断速度勾配を有する流れ場における剪断速度勾配の大きさを設定することが可能になる。よって、上記本発明の固液分離装置１は、上記回転周壁４を有する回転容器３の回転速度や、該回転容器３（回転周壁４）の高さ寸法、原液９の処理量等を、それぞれ独立して変更できるため、装置の設計の自由度を大きいものとすることができる。

しかも、本発明の固液分離方法及び装置では、上記清澄液１３と粒子濃縮液１５とを分離する際に、前述した特許文献２に示されたような透過性の膜は使用していないため、膜の洗浄作業を要することはなく、よって、固液分離処理の処理速度を高めることができる。

次に、図３は本発明の実施の他の形態を示すものである。

すなわち、本実施の形態の固液分離装置は、図３に符号１Ａで示すもので、液体を貯留するための容器として、水平面内で一方向に延びる樋状の容器２３を備える。

上記容器２３の上側には、該容器２３の長手方向の一端部と他端部と対応する位置に配置した一対のベルト車２５ａ，２５ｂと、該各ベルト車２５ａと２５ｂ同士の間に無端状に掛け回したベルト２６と、いずれか一方のベルト車２５ａ又は２５ｂに接続した図示しない回転駆動装置とを備えてなる所謂ベルトコンベヤ構造のベルト蓋装置２４を設ける。該ベルト蓋装置２４は、上記ベルト２６におけるベルト車２５ａと２５ｂの間で移動する上部と下部の走行部分２６ａと２６ｂのうちの下部の走行部分２６ｂにより、上記容器２３の上端側開口部全体を覆うことができるように配置してある。

上記容器２３の上端側開口部の外周縁には、上記ベルト蓋装置２４の外周を取り囲むように配置した矩形枠状の液体貯留枠２７が一体に取り付けてある。これにより、上記容器２３に液体を貯留するときには、その液面が上記液体貯留枠２７の内側で上記ベルト２６の下部走行部分２６ｂよりも上方に位置するようにさせることで、該容器２３に貯留する液体が、該容器２３の長手方向の全長に亘り、上記ベルト２６の下部走行部分２６ｂに確実に接するようにしてある。

なお、上記ベルト２６の下部走行部分２６ｂと、上記容器２３の上端側開口部の周縁との隙間は、小さくなるように設定して、該両者間の隙間を通る液体の流通を抑制できるようにしてあるものとする。

これにより、上記容器２３内には、上記ベルト蓋装置２４のベルト２６の下部走行部分２６ｂと、該容器２３の内底面２３ａが、互いに対向する一対の壁面となる液体充填空間２８を、該容器２３の長手方向に沿って形成できるようにしてある。

更に、上記ベルト蓋装置２４では、図示しない回転駆動装置を運転して、ベルト２６を一方向（図３では反時計回り方向）に循環駆動させると、該ベルト２６の下部走行部分２６ｂは、上記容器２３の長手方向の一端部から他端部（図３では左側から右側）に向く一方向に連続的に走行するようになる。したがって、上記液体充填空間２８では、上記ベルト２６の下部走行部分２６ｂを、移動壁として、静止壁となる容器内底面２３ａに対して、上記一方向に連続的に相対移動させることができるようにしてある。

このため、上記液体充填空間２８に液体が満たされている状態では、上記ベルト２６を循環駆動させると、下部走行部分２６ｂの近傍の液体が同伴される。これにより、該液体充填空間２８内の液体には、図３に概略を示すように、上記容器内底面２３ａ側から上記ベルト２６の下部走行部分２６ｂ側、すなわち、下側から上側に向けて流速が次第に増加する剪断速度勾配を有する流れ場が、容器２３の長手方向の全域に亘り形成されるようにしてある。

したがって、上記液体充填空間２８内では、貯留されている液体に上記のような剪断速度勾配を有する流れ場が形成されることに伴い、該液体中に分散されているすべての粒子１０に対して、図３に矢印ｆで示すように、該液体充填空間２８の下側から上側に向く方向のサフマン揚力が作用するようにしてある。

上記液体充填空間２８の長手方向一端部となる上記容器２３の長手方向一端部には、原液入口２９を設けて、図１に示したと同様の原液供給管８の下流側端部が接続してある。

上記液体充填空間２８の長手方向他端部には、上記ベルト２６の下部走行部分２６ｂ寄りとなる上部に、上記サフマン揚力の影響により該液体充填空間２８内で上方に濃縮される粒子１０を、一部の液体と一緒に粒子濃縮液１５として取り出すための濃縮粒子出口３０が設けてある。

更に、上記液体充填空間２８の長手方向他端部における上記容器内底面２３ａ寄りとなる下部には、上記サフマン揚力の影響により粒子１０が上方に濃縮されることに伴い、相対的に該粒子１０に関する清澄化が図られた清澄液１３を取り出すための清澄液出口３１が設けてある。

その他、図１及び図２に示したものと同一のものには同一符号が付してある。

以上の構成としてある本実施の形態の固液分離装置１Ａを使用して固液分離処理を行う場合は、予め、上記容器２３の内部、すなわち、液体充填空間２８に、液体、たとえば、固液分離処理の対象となる原液９において粒子１０の分散媒となっている液体を、ベルト２６の下部走行部分２６ｂに接するレベルまで貯留させておく。

この状態で、ベルト蓋装置２４における図示しない回転駆動装置による上記ベルト２６の循環駆動を開始させることにより、上記液体充填空間２８内に、前記した剪断速度勾配を有する流れ場を、長手方向の全域に亘り形成させる。

又、同時に、上記液体充填空間２８の長手方向一端部には、原液入口２９からの原液９の連続的な供給を開始させる。この際、原液９の供給量は、上記液体充填空間２８内に形成される流れ場の平均流速と、該液体充填空間２８の断面積との積の値に対応するように設定しておくようにする。

これにより、上記原液入口２９より液体充填空間２８の長手方向一端部に供給された原液９は、該液体充填空間２８内を、長手方向一端部から他端部へ、上記剪断速度勾配を有する流れ場を形成しながら順次移動するようになる。この際、該原液９に含まれている粒子１０は、粒径が小さくても、又、たとえ、分散媒となっている液体との密度差がないか又は微小であっても、上記剪断速度勾配を有する流れ場内で生じる上向きのサフマン揚力により、上記ベルト２６の下部走行部分２６ｂに近接する上部寄りに次第に濃縮されるようになる。

その後、上記液体充填空間２８内で上部に濃縮された粒子１０は、液体の一部と一緒に粒子濃縮液１５となった状態で、上記液体充填空間２８の長手方向他端部の上部に設けられている濃縮粒子出口３０に達するようになる。よって、該濃縮粒子出口３０より、上記粒子濃縮液１５を回収することができる。

一方、上記液体充填空間２８の長手方向他端部の下部に設けた清澄液出口３１には、上記粒子濃縮液１５に粒子１０が濃縮されることに伴って相対的に該粒子１０についての清澄化が図られた清澄液１３が到達するようになる。このため、該清澄液出口３１より、上記清澄液１３を回収することができる。

このように、本実施の形態の固液分離装置１Ａによっても、図１及び図２に示した固液分離装置１と同様に、粒子１０に作用するサフマン揚力を利用して、該粒子１０の濃縮を行うことができる。このため、粒径が小さい粒子１０や、分散媒となっている液体との固液密度差がないか又は微小な粒子１０であっても、原液９を連続的に固液分離処理して、濃縮された粒子１０を含む粒子濃縮液１５と、粒子１０の清澄化が図られた清澄液１３とを分離して回収することができる。

したがって、本実施の形態の固液分離装置１Ａは、図１及び図２の実施の形態の固液分離装置１と同様に、逆浸透膜法や正浸透膜法による海水やシェールガス随伴水の脱塩処理の前処理、あるいは、微生物を水中（培養液中）より分離するために実施する固液分離処理に適したものとすることができる。

上記において、上記液体充填空間２８では、一対の対向壁面となる容器内底面２３ａと、ベルト２６の下部走行部分２６ｂのうち、該ベルト２６の下部走行部分２６ｂを、静止した容器内底面２３ａに対し一方向に連続して相対移動させて、該液体充填空間２８内の原液９に剪断速度勾配を有する流れ場を強制的に形成させることができるため、上記液体充填空間２８内では、原液９中の粒子１０に対して作用させるサフマン揚力を、確実に且つ効率よく発生させることができる。よって、上記液体充填空間２８は、原液９の供給側となる長手方向一端部から、清澄液１３及び粒子濃縮液１５の出口側となる長手方向他端部までの距離を短く設定することができて、本実施の形態の固液分離装置１Ａの全体構成をコンパクトなものとすることができる。

なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、図１及び図２の実施の形態では、液体充填空間７の断面積や軸心方向寸法は、所望する原液９の処理量や固液分離効率に応じて適宜変更してよい。又、液体充填空間７の清澄液出口１２と濃縮粒子出口１４は、必要とされる粒子１０の濃縮率や、清澄液１３の清澄度に応じて、両者の仕切りとなる流路仕切壁１１の径寸法を適宜変更するようにして、該各出口１２と１４の径方向の寸法を適宜変更してもよい。

更に、図１及び図２の実施の形態では、固定周壁２と回転周壁４との間に形成させた環状の液体充填空間７を、軸心方向の一方の端部となる上端側に原液９を供給するための原液入口８ａを備え、且つ軸心方向の他方の端部となる下端側に流路仕切壁で仕切られた外周部と内周部の濃縮粒子出口１４と清澄液出口１２を備えた構成としてもよい。この場合は、上記濃縮粒子出口１４に達した粒子濃縮液１５を吸引して回収するための回収管を、たとえば、固定周壁２の内側を通して配管すると共に、その上流側端部を、該固定周壁２の内側から該固定周壁２と上流流路仕切板を貫通させて上記濃縮粒子出口１４に接続した構成を採用するようにすればよい。又、上記清澄液出口１２に達する清澄液１３は、固定周壁２の下端部に設けた開口部を通して該固定周壁２の内側へ回収するようにすればよい。

図１及び図２の実施の形態では、固液分離処理の対象とする原液９は、該原液９において粒子１０の分散媒となっている液体の密度に比して、密度が大きくなる側へ比較的大きな密度差を有する粒子１０を含んでいてもよい。この場合、上記液体に対して大きな密度差を有する粒子１０は、環状の液体充填空間７内で周方向に形成される流れ場内で、サフマン揚力に加えて、遠心力を利用して外周側に濃縮させて、濃縮粒子出口１４より回収することができる。

図３の実施の形態では、液体充填空間２８の断面積や長手方向寸法は、所望する原液９の処理量や固液分離効率に応じて適宜変更してよい。又、液体充填空間２８の濃縮粒子出口３０と清澄液出口３１は、必要とされる粒子１０の濃縮率や、清澄液１３の清澄度に応じて、両者の仕切りとなる位置を適宜変更するようにして、該各出口３０と３１の上下方向の寸法を適宜変更してもよい。

本発明の固液分離装置１，１Ａは、固液分離処理が必要とされる粒子１０を含んだ液体であれば、任意の粒子１０を含んだ原液９や、水以外の分散媒に粒子１０が分散された原液９の固液分離処理に適用してもよい。

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

１，１Ａ固液分離装置
２固定周壁（静止壁）
４回転周壁（移動壁）
７液体充填空間
８ａ原液入口
９原液
１０粒子
１２清澄液出口
１３清澄液
１４濃縮粒子出口
１５粒子濃縮液
２３容器
２３ａ容器内底部（静止壁）
２４ベルト蓋装置
２６ベルト
２６ｂ下部走行部分（移動壁）
２８液体充填空間
２９原液入口
３０濃縮粒子出口
３１清澄液出口

Claims

液体を満たした液体充填空間の原液の流れ方向に延びる互いに対向する一対の壁面のうちの一方の壁面に対し、他方の壁面を一方向へ連続的に相対移動させることにより、該液体充填空間内の液体に、上記一方の壁面側より他方の壁面側に向けて流速が次第に増加する剪断速度勾配を有する流れ場を形成し、
上記液体充填空間に、該液体充填空間内での原液の流れ方向上流側となる一端部から粒子を含む原液を供給して、該原液中の粒子に対し、上記剪断速度勾配を有する流れ場により、上記一方の壁面側より他方の壁面側に向く方向のサフマン揚力を作用させ、
その後、上記液体充填空間の上記原液の流れ方向下流側となる他端部の上記他方の壁面側より、上記サフマン揚力の作用により濃縮された上記粒子を含む粒子濃縮液を回収すると共に、上記液体充填空間の上記原液の流れ方向下流側となる他端部の上記一方の壁面側より、上記粒子の清澄化が図られた清澄液を回収するようにする
ことを特徴とする固液分離方法。
液体を満たすための液体充填空間を備え、
且つ該液体充填空間の原液の流れ方向に延びる互いに対向する一対の壁面のうちの一方の壁面を、静止壁とすると共に、他方の壁面を、上記静止壁に対して一方向へ連続的に相対移動可能な移動壁として、該移動壁の移動により上記液体充填空間内の液体に、上記静止壁側より移動壁側に向けて流速が次第に増加する剪断速度勾配を有する流れ場を形成できるようにし、
更に、上記液体充填空間内での原液の流れ方向上流側となる一端部に、粒子を含む原液を供給するための原液入口を設け、
上記液体充填空間の上記原液の流れ方向下流側となる他端部の上記移動壁側に、該液体充填空間内の剪断速度勾配を有する流れ場中で作用するサフマン揚力により濃縮された上記粒子を含む粒子濃縮液を回収するための濃縮粒子出口を設け、
上記液体充填空間の上記原液の流れ方向下流側となる他端部の上記静止壁側に、上記粒子の清澄化が図られた清澄液を回収するための清澄液出口を設けた構成
を有することを特徴とする固液分離装置。
液体充填空間は、互いに対向する一対の静止壁と移動壁となる、円筒状の固定周壁と、該固定周壁の外側に隙間を隔てて同心状に配置した回転駆動可能な回転周壁との間に、環状に形成させてなり、該液体充填空間の軸心方向の一端部に原液入口を設けると共に、軸心方向の他端部の外周部と内周部に、濃縮粒子出口と清澄液出口を設けるようにした請求項２記載の固液分離装置。
液体充填空間は、一方向に延びる樋状の容器と、該容器の上端側開口部に該容器の長手方向の全長に亘りベルトを循環駆動できるように設けたベルト蓋装置との内側に形成させてなり、上記容器の内底部と、上記ベルト蓋装置のベルトの下部走行部分とを、互いに対向する一対の静止壁と移動壁として備えるようにした請求項２記載の固液分離装置。