JP6265402B1 - 固液分離装置及び固液分離方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の請求項1記載の固液分離装置11は、ジルコニウム系化成処理にて発生する水酸化鉄を成分とする粒径0.1〜10μmの粒子固形物を液体に含む処理液23が溜められる貯留槽13と、
前記貯留槽13から前記処理液23が供給される分離槽15を備え、短繊維よりなる少なくとも2枚の不織布27で樹脂ネット59を挟んで略板状とするとともに、前記不織布27及び前記樹脂ネット59が、四角枠状の剛性を有するフレーム47の内方に、フレーム上辺部からフレーム表裏面と平行な方向で着脱自在に装着される不織布ユニット29を、上辺部のみを支持して鉛直方向に沿う方向で前記分離槽内の処理液23に浸漬し、表裏面に前記処理液23をぶつける方向に前記不織布27を表裏方向に移動させることで前記処理液23に含まれる前記粒子固形物を前記不織布27の繊維に付着させるとともに、前記粒子固形物が減らされた前記処理液23を前記分離槽15からオーバーフローさせた後、前記分離槽15の処理液内で発生させた気泡65及び共液67を前記不織布27に衝突させ、前記処理液23から離脱させた前記粒子固形物を前記分離槽15内に残る処理液23に前記粒子固形物の濃度を高めて濃縮スラリーとさせる分離部25と、
前記分離部25の前記オーバーフローによって流出した前記処理液23を前記貯留槽13へ戻す還流部35と、
前記分離槽15に配管接続され、前記還流部35にて前記貯留槽13に前記処理液23を戻すことを所定時間繰り返した後に、前記分離槽15から前記処理液23の一部とともに排出される前記濃縮スラリーを溜めるスラリー貯留槽19と、
槽下部にシート状のフィルター103を水平に備えて前記スラリー貯留槽19からの前記濃縮スラリーが供給されるろ過室93を有し、前記フィルター103を通過するろ過水を槽外部へ排出し、徐々に残渣をフィルター上に溜めて脱水ケーキ117を得るろ過分離機21と、
を備えることを特徴とする。
この処理液23の循環系において、分離部25では、処理液中に鉛直に吊り下げられ浸漬した不織布ユニット29が表裏方向に移動される。不織布ユニット29が移動されると、処理液23が不織布27に当たり、処理液23の一部分が不織布27を透過するとともに処理液23に含まれる粒子固形物が不織布27の繊維に付着する(捕捉される)。この透過と付着が繰り返され、不織布27に粒子固形物が堆積して、処理液23から粒子固形物が分離される。
従来、表裏面に処理液をぶつけるための不織布の表裏方向の移動は、不織布自体の柔軟性・可撓性も相まって揺らぎによるものであった。このため、揺らぎの勢いで粒子固形物が不織布から離脱してしまう場合もあった。これに対し、本構成の不織布ユニット29は、2枚の不織布27で樹脂ネット59を挟み、互いを固定させて略板状となる。不織布ユニット29の不織布27は、撓みすぎず、可撓性のあるものの真直な板のような状態を保って、処理液23に当たる。これにより、不織布27がフィルター板のようになり、不織布両面の全面で処理液23を受けることが可能となる。また、不織布自体の揺らぎによる捕捉された粒子固形物の離脱も抑制される。そして、この粒子固形物が減らされた処理液23が分離槽15からオーバーフローすることとなる。オーバーフローした処理液23は、貯留槽13に戻され、これが繰り返される。
不織布27に付着する粒子固形物が所定量、或いは不織布ユニット29の動作時間が所定時間経過となると、処理液23中に下部から気泡65及び共液67が発生され、同時に不織布ユニット29を表裏方向に移動させる。この気泡65及び共液67は、噴流となって不織布27に勢いよく直接当たることで、不織布27に付着した粒子固形物が、気泡65及び共液67の衝突により不織布27から離脱し分離槽15内に残る処理液23に分散する。すなわち、従来の気泡の接触及び不織布の昇降動作による受動的な離脱よりも、衝突エネルギーによる能動的な離脱作用が得られる。また、この気泡65及び共液67の衝突に加え、不織布ユニット29が表裏方向に移動することで不織布27からの粒子固形物の離脱が促進される。離脱した粒子固形物は、分離槽15にて処理液23中に分散されることとなり、この処理液23は粒子固形物濃度が高い濃縮スラリーとなる。
分離槽15内の粒子固形物が所定量となったなら、例えば、オーバーフローする処理液の濁度が所定の数値を上回り粒子固形物の分離が促進されない、或いは、分離槽15内の処理液23の濁度などが所定の数値に達したなら、分離槽15から処理液23がスラリー貯留槽19へ排出される。分離槽15から排出される処理液23は、不織布27から分離された粒子固形物が高濃度となる処理液23となり、濃縮スラリーとなって排出され、スラリー貯留槽19へ送られる。
濃縮スラリーは、スラリー貯留槽19に溜められた後、ろ過分離機21のろ過室93に送られる。濃縮スラリーが供給されたろ過室93では、底部のフィルター103を通過して、槽外部へろ過水が排出される。フィルター上に捕捉された粒子固形物の厚みが所定厚となったなら、残液が処理される通気脱水が行われて、脱水ケーキ117が得られる。脱水ケーキ117は、ろ過室93が開放され、フィルター103とともにろ過室外部へ排出され、固液分離の処理が終わる。
前記フレーム47の少なくとも一方の面には、上下方向に延在する一対の平行な可動供給管55が固定され、
前記可動供給管55には、前記処理液23を供給する吐出口57が、不織布表面に沿って相互に対向する向きで且つ前記可動供給管55の長手方向に沿って複数設けられていることを特徴とする。
前記不織布27は、目付が400〜600g/m2 であり、且つ異なる繊維径の繊維が複数組み合わされていることを特徴とする。
前記分離槽15の底部には前記不織布ユニット29の下辺部に沿う方向で複数の平行な気液混合噴射管69が設けられ、
該気液混合噴射管69は、前記共液が供給される外管73とエアーが供給される内管77とを備える二重管とされ、前記内管77に穿設されるエアー噴出口79よりエアーを前記外管73に供給して該外管73内で前記エアーを前記気泡として前記共液と混合し、
前記外管73には、上方に向けて前記気泡65と前記共液67を噴射する気水ノズル71が前記気液混合噴射管69の長手方向に沿って複数設けられていることを特徴とする。
前記貯留槽13から前記処理液23が分離槽15に供給され、短繊維よりなる少なくとも2枚の不織布27で樹脂ネット59を挟んで略板状とした不織布ユニット29を、上辺部のみを支持して鉛直方向に沿う方向で前記分離槽内の処理液23に浸漬し、表裏面に前記処理液23をぶつける方向に前記不織布27を表裏方向に移動させることで前記処理液23に含まれる前記粒子固形物を前記不織布27の繊維に付着させるとともに、前記粒子固形物を減らされた前記処理液23を前記分離槽15からオーバーフローさせた後、前記分離槽15の処理液内で発生させた気泡65及び共液67による噴流を前記不織布27に衝突させ、且つ前記不織布ユニット29を鉛直方向に沿う停止位置から非対称スイング移動を繰り返して前記処理液23から離脱させた前記粒子固形物を前記分離槽15内に残る処理液に前記粒子固形物を分散させて濃度を高め、濃縮スラリーとさせる前段分離工程と、
前記分離槽15の前記オーバーフローによって流出した前記処理液23を一時的に還流槽17に溜めながら前記貯留槽13へ戻す処理液還流工程と、
前記分離槽15に配管接続され、前記処理液還流工程にて前記貯留槽13に前記処理液23を戻すことを所定時間繰り返した後に、前記分離槽15から前記処理液23の一部とともに排出される前記濃縮スラリーをスラリー貯留槽19に溜めるスラリー貯留工程と、
槽下部にシート状のフィルター103を水平に備えて前記スラリー貯留槽19からの前記濃縮スラリーが供給されるろ過室93を用いて、前記フィルター103を通過するろ過水を槽外部へ排出し、徐々に残渣をフィルター上に溜めて脱水ケーキ117を得るろ過分離工程と、
を含むことを特徴とする。
この処理液23の循環系において、分離部25では、処理液中に鉛直に吊り下げられ浸漬した不織布ユニット29が表裏方向に移動される。不織布ユニット29が移動されると、処理液23が不織布27に当たり、処理液23の一部分が不織布27を透過するとともに処理液23に含まれる粒子固形物が不織布27の繊維に付着する(捕捉される)。この透過と付着が繰り返され、不織布27に粒子固形物が堆積して、処理液23から粒子固形物が分離される。
従来、表裏面に処理液をぶつけるための不織布の表裏方向の移動は、不織布自体の柔軟性・可撓性も相まって揺らぎによるものであった。このため、揺らぎの勢いで粒子固形物が不織布から離脱してしまう場合があった。これに対し、本構成の不織布ユニット29は、2枚の不織布27で樹脂ネット59を挟み、互いを固定させて略板状となる。不織布ユニット29の不織布27は、撓みすぎず、真直な板のような状態を保って、処理液23に当たる。これにより、不織布27がフィルター板のようになり、不織布両面の全面で処理液23を受けることが可能となる。また、不織布自体の揺らぎによる捕捉された粒子固形物の離脱も抑制される。
そして、この粒子固形物が減らされた処理液23が分離槽15からオーバーフローすることとなる。オーバーフローした処理液23は、貯留槽13に戻され、これが繰り返される。
不織布27に付着する粒子固形物が所定量、或いは不織布27の動作時間が所定時間経過となると、処理液中に下部から気泡65及び共液67が発生される。この気泡65及び共液67は、噴流となって不織布27に直接当たることで、不織布27に付着した粒子固形物が、気泡65及び共液67の衝突により不織布27から離脱し分離槽15内に残る処理液23中に分散する。すなわち、従来の気泡65の接触及び昇降動作による受動的な離脱よりも、衝突エネルギーによる能動的な離脱作用が得られる。
また、この気泡65及び共液67の衝突に加え、不織布ユニット29が表裏方向に移動することで不織布27からの粒子固形物の離脱が促進される。離脱した粒子固形物は、分離槽15内にて処理液23中に分散されることとなり、この処理液23は粒子固形物の濃度が高い濃縮スラリーとなる。
分離槽15内の粒子固形物が所定量となったなら、例えば、オーバーフローする処理液の濁度が所定の数値を上回り粒子固形物の分離が促進されない、或いは、分離槽内の処理液23の濁度などが所定の数値に達したなら、分離槽15から処理液23がスラリー貯留槽19へ排出される。分離槽15から排出される処理液23は、不織布27から分離された粒子固形物によって高濃度となる処理液となり、これが濃縮スラリーとなって排出され、スラリー貯留槽19へ送られる。
濃縮スラリーは、スラリー貯留槽19に溜められた後、ろ過分離機21のろ過室93に送られる。濃縮スラリーが供給されたろ過室93では、底部のフィルター103を通過して、槽外部へろ過水が排出される。フィルター上に捕捉された粒子固形物の厚みが所定厚となったなら、残液が処理される通気脱水が行われ、脱水ケーキ117が得られる。脱水ケーキ117は、ろ過室93が開放され、フィルター103とともにろ過室外部へ排出され、固液分離の処理が終わる。
図1は本発明の実施形態に係る固液分離装置11の全体を概略的に表した構成図である。
本実施形態に係る固液分離装置11は、貯留槽13と、分離槽15と、還流槽17(図17参照)と、スラリー貯留槽19と、ろ過分離機21とを有する。
不織布27は、不織布ユニット29として分離槽15の上方で吊り持ちされている。本実施の形態では、処理液23の流出方向(図3の還流部35へ向かう方向)に所定間隔を開けて、複数、例えば図示のような8つの不織布ユニット29が設けられている。不織布ユニット29は支持桟41を有し、この支持桟41がカム機構部43を介して不織布ユニット揺動機構31に接続される。カム機構部43は、支持桟41を、支持桟41の延在方向に直交する水平方向(図3の矢印a方向)に往復移動させる。
不織布ユニット揺動機構31は、揺動モータ45を備える。揺動モータ45は、所定回転角度での往復回転を可能とする。揺動モータ45の駆動軸は、カム機構部43に接続される。不織布ユニット29は、カム機構部43により支持桟41が矢印a方向に往復移動されることにより、支持桟近傍の図4の紙面垂直方向の揺動中心Cpを中心に所定角度で揺動するように構成されている。つまり、不織布ユニット29の移動は、揺動軸を中心としたスイング移動となる。
本実施形態の不織布ユニット29は、支持桟41が、矩形枠状のフレーム47のフレーム上辺部に固定される。支持桟41の上面は、ヒンジ49により固定された蓋51により開閉自在となる。不織布ユニット29は、この蓋51を開くことにより、支持桟41の着脱開口部53から不織布27を着脱自在としている。
不織布ユニット29に装着される不織布27は、短繊維よりなる少なくとも2枚の不織布27で樹脂ネット59を挟んで略板状となる。2枚の不織布27は、樹脂ネット59の両面に接着剤により固定される。接着剤は、例えばホットメルト接着剤とされ、図6に示すように樹脂ネット59の表裏に略田字状に接着剤60が塗布され、不織布27と接着固定される。この不織布27と樹脂ネット59の積層体は、所定の剛性を有した略板状となる。板状となった不織布27及び樹脂ネット59は、四角枠状の剛性を有するフレーム47の内方に、フレーム上辺部からフレーム表裏面と平行な方向で着脱自在に装着される。このため、不織布27及び樹脂ネット59は、フレーム47に対して着脱が容易となっている。
従来用いられていた不織布は、繊維径が細く、全て同一径のものが使用されていた。具体的には、目付が60g/m2 、厚みが0.56mm、嵩密度が107kg/m3 、繊維径が1.4d(デニール)、材質がポリエステルとレーヨン製であった。
これに対し、本構成例の不織布ユニット29において使用される不織布27は、異なる繊維径の繊維が組み合わされている。具体的には、目付が400〜600g/m2 、厚みが15mm、嵩密度が30〜35kg/m3 、繊維径が4,15,28d(デニール)の3種類、材質がポリエステルである。異なる繊維径の組合せは、28dが50%、15dが20%、4dが30%の比率としている。
固液分離装置11は、分離槽15の底部に、不織布ユニット29の下辺部に沿う方向で複数の平行な気液混合噴射管69が設けられる。本構成例では、1枚の不織布ユニット29の表裏面側に気液混合噴射管69が配置される。従って、図3に示すように、8枚の不織布ユニット29に対し、9本の気液混合噴射管69が交互に配設される。それぞれの気液混合噴射管69は、上方に向けて気泡65と共液67を噴射する気水ノズル71が、気液混合噴射管69の長手方向に沿って複数(本構成例では図2に示すように10個)設けられている。
固液分離装置11は、不織布ユニット揺動機構31の揺動モータ45により、不織布ユニット29がスイング移動される。上記のように、このスイング移動は、粒子固形物の付着時では、鉛直方向を中心に往動揺動角60度、復動揺動角60度で鉛直方向の停止位置を中央にして対称スイング移動する。一方、粒子固形物の離脱時には、図10に示すように、不織布ユニット29を鉛直方向の停止位置に対し非対称でスイング移動させる。本明細書においては、この離脱時における非対称でのスイング移動は、非対称スイング移動とも称す。
ろ過分離機21は、ろ過室93がトレイ状の上蓋95と下蓋97とからなり、下蓋97が直動機構、例えばエアシリンダや油圧シリンダー99の駆動シャフト101に固定される。ろ過室93は、油圧シリンダー99によって下蓋97が昇降することで、上下方向に閉鎖及び開放自在に構成され、ろ材である例えばペーパー状のフィルター103が、閉鎖されたろ過室93の上蓋95と下蓋97とによって表裏方向から挟まれる。ろ過室93に送られた粒子固形物を含む濃縮スラリーは、内方のフィルター上に送られてろ過される。
本実施形態に係る固液分離方法は、処理液貯留工程と、前段分離工程と、処理液還流工程と、スラリー貯留工程と、ろ過分離工程とを含む。
また、処理液内下部で発生させた気泡65を共液67と共に不織布27に衝突させる。これにより、繊維に付着状態の粒子固形物は不織布27から離脱し、処理液23中に粒子固形物を分散させ、粒子固形物濃度が高い処理液を濃縮スラリーとさせる。
ここで、この前段分離工程は、後述する実施例に示すが、処理工程と洗浄工程の2工程に分けることができる。すなわち、分離槽15にて処理液23から粒子固形物とオーバーフローする処理液とに分ける工程とされる処理工程(図13に示すst1〜st6)と、不織布に付着した粒子固形物を離脱させる洗浄工程(図13に示すst7〜st13)である。
本実施形態に係る固液分離装置11及び固液分離方法では、ジルコニウム系化成処理にて発生した処理液23が貯留槽13に溜められる。貯留槽13に溜められた処理液23は、分離部25の分離槽15に送られる。分離部25は、供給された処理液23が所定量になると、処理液23をオーバーフローさせる。オーバーフローした処理液23は、貯留槽13へと再び戻される。
そして、この不織布27によって粒子固形物が減らされた処理液23が分離槽15からオーバーフローすることとなる。オーバーフローした処理液23は、還流槽17を経て貯留槽13に戻され、これが繰り返される。
ジルコニウム系化成処理ラインの化成液、すなわち微粒子(粒子固形物)で沈降性が遅くろ過性が悪い汚染液を、実際の化成槽内濃度を想定した状態に調整した上で、従来のような強い負荷を掛けないで固形物を分雛する方法として、調整後の汚染液を処理液として分離槽167に入れ、平板状のろ材セット(不織布ユニット)131を分離槽167の中に浸し、常にろ材セット131を表裏面方向に揺動させて粒子固形物をろ材(不織布)表面と内部に付着させて処理する捕捉処理能力と洗浄能力を、浸漬揺動式粒子捕捉テスト機129にて連続テストすることにより検証した。
テストサンプル名:ジルコニウム系化成処理ラインの化成液
テストサンプル採取日:2016年8月1日
テストサンプル採取場所:株式会社武部鉄工、化成スラッジ濃縮槽の下部より採取。
固形物濃度:81.1g/リットル(81100ppm)
なお、本明細書中、リットルの単位記号は、以下「L」として記載する。
想定化成槽内濃度:上記採取した液を水道水で約200ppmに希釈
粒度分布:0〜0.5μmの粒子=61.26%,5〜10μmの粒子=30.98%
図12は実施例に用いた浸漬揺動式粒子捕捉テスト機129の全体を概略的に表した構成図である。
図12に示す使用機器の器具名、メーカー名、形式仕様の概略を以下に挙げる。
「浸漬揺動式粒子捕捉テスト機129」:三協技研工業株式会社、分離槽容量(400L)、材質(SUS304)
「ろ材131」:三協技研工業株式会社、株式会社ヒクマ、ろ材フレーム(SUS304)、不織布ユニット(不織布;PET(ポリエチレンテレフタラート)、樹脂網;PE)
「サーボギアモータ133」:ニッセイ、3φAC200V×0.4kw
「角度検知135」:オムロン、ロータリーエンコーダー(E6C2−CWZ6C 10P/R)
「濁度検知137」:キーエンス、IB−1000(表示器)、IB−01(レーザー)DC24V
「供給流量計139」:キーエンス、FD−M 50AT、2.5L/min〜50L/min、DC24V
「供給ポンプ141」:ウィルデン、エアー式ダイヤフラムポンプP1
「洗浄水流量計143」:キーエンス、FD−M 100AT、5L/min〜100L/min、DC24V
「エアー流量計145」:キーエンス、FDA−600、FD−V40A、DC24V
「洗浄ポンプ147」:グルンドフォスポンプ、立形多段うず巻ポンプ CRN5−7、3φAC200V、0.75kw
「排水ポンプ149」:エバラ、ラインポンプ 40LPS 5.25、3φAC200V、0.25kw
「シャッター151」:CKD、コンパクトシリンダー、SSD−K−12−40−N−CB2−Y2
「検水槽排水弁153」:KITZ、ボール自動弁FA−10UT、25A
「排出弁155」:日本ダイヤ、ボール自動弁FPN1107N−50A
「洗浄弁157」:日坂、ボール手動弁HF−5−25A
「圧力計159」:山本計器、普通型圧力計φ75 0〜21Mpa
「移送ポンプ161」:エバラ、水中ポンプ32P777A5.2SA
「貯留槽163」:スイコー、M型(丸型)容器、ポリエチレン製、80OL
「スラリー貯留槽165」:スイコー、M型(丸型)容器 ポリエチレン製、500L
ろ過面積:0.25m2 ×2面×2枚を1ブロックとして8ブロック=8m2
ろ材(不織布ユニット):不織布=厚み15mm,嵩密度30〜35Kg/m3 、樹脂網サポート部(樹脂ネット)=厚み1.2mm,材質:PET、PE
ろ材(不織布ユニット)の厚み約35mm
上記ろ材の構造:2枚の不織布にて樹脂サポート部を挟み、不織布+樹脂ネット+不織布とする
ろ材メーカー:三協技研工業株式会社及び株式会社ヒクマの共同開発
処理液濃度:約200ppm(本テストでは汚染液である濃縮液を水道水にて希釈)
通常揺動速度:4500deg/min、揺動角度60deg
供給量:約5L/min
供給時間(量):6Hr(1800L)
洗浄揺動速度:8000deg/min、時間約9分弱
洗浄ポンプ使用圧力と流量:0.4Mpa、20L/min
エアー使用圧力と流量:0.35Mpa、350L/min
洗浄時間:洗浄揺動、洗浄ポンプ、エアー同時使用で9分
不織布付着捕捉部は、粒子固形物を付着させる不織布である。
樹脂網サポート部は、不織布付着捕捉部の厚み方向の中間部分に空間を持たせ、すなわち2枚の不織布の間に配置されて後述する洗浄工程時に水や空気などを通しやすく、洗浄効果を得るための構造とする。
ホットメルトグールガンにて、不織布付着捕捉部と樹脂ネットをホットメルト接着剤にて接着固定した。これにより柔軟性に富む不織布が若干の可撓性を有する平板形状となる。
ろ材(不織布ユニット)の1ブロックを、フレーム(フレーム47)にセットして保持固定した。これを8組使用した。
[処理工程詳細]
予め、原液調整槽(図示せず)内で汚染液を水道水にて200ppmになるよう希釈して濃度調整が行われる。そして、原液調整槽から貯留槽163へ移送される。貯留槽163に液が無くなったら再度調整を行い貯留槽163へ移送する。
st1:処理液をテスト機の分離槽167へ供給を開始する。
st2:供給される処理液が分離槽167からオーバーフローするまで勢いよく処理液を供給する。オーバーフロー後に流量を確認しながら一定に調整して供給する。
st3:分離槽167に処理液が満たされた時点で、サーボモーター133にて所定角度範囲内の正回転、逆回転を繰り返し行い、不織布ユニット131の揺動を開始。これを通常揺動と称す。回転速度と回転角度は条件に合わせて調整。
st4:分離槽167からオーバーフローする処理液の濁度検知を開始。供給されている処理液の懸濁物質濃度及び透過率を検出する。
st5:設定時間、例えば6時間繰り返される(条件に合わせて設定)。
st6:オーバーフローとなって分離槽から溢れた処理液は濁度検知後に貯留槽に戻され、上記設定時間後、処理は完了となる。
[処理液濁度検知]
検水槽169(実施形態においては還流槽17)内へ実際に0〜200ppmの各調整した処理液、すなわち汚染液を水道水で希釈し各濃度となっている処理液を予め用意して入れる。各濃度の処理液のSS(懸濁物質)濃度を、光電センサーを用い測定する。レーザー透過度(%)の測定を行い、近似曲線にて平滑化し図14に示すグラフを作成した。このグラフデータ、すなわち透過度(%)と濃度(ppm)の相関値を粒子捕捉テスト機129の制御部(PLC)にテーブルとして取込み、随時操作盤にて透過率とSS濃度を表示させて10分間隔にて透過度を記録した。このグラフから、例えば、センサーの測定による透過度が50%の時、SS濃度は23.5ppmとなる。
サーボモーター133を使用して揺動角度60°、速度4500deg/minにて、この揺動角度60°範囲内を正回転と逆回転を繰り返し設定時間内で通常揺動の運転を行った(図4参照)。
st7:コンパクトシリンダーにてテスト機のシャッター151を閉め、分離槽167からのオーバーフローを止める。
st8:検水槽排水弁153を開けて検水槽169内の処理液を排水する。洗浄エアーの圧力を0.35MPaに設定、流量を350L/minに設定。不織布ユニットのブロック毎に、洗浄水弁と洗浄エアー弁を開ける。
st9:洗浄ポンプ運転開始。圧力を0.4MPaに設定、流量を20L/minに設定。洗浄エアーと分離槽内の処理液を混合させてバブリング洗浄する。
st10:サーボモーターにて正回転、逆回転を早い速度で洗浄揺動を開始。回転速度と回転角度は条件に合わせて調整(図10参照)。不織布ユニットの各ブロックの洗浄時間を(条件に合わせて)3分に設定。これを各ブロックの洗浄が完了するまで繰り返す。この例においては、8ブロックの各間と最外部とに位置する共液循環配管が9本で構成されることから、3本ずつを1セットとしており、これを順に行うことで3回に分けてある。なお、バブリングを各ブロックに分けて行うことは、エアーコンプレッサーの容量を小さくすることができる。
st11:設定時間に達するまでst10を繰り返す。
st12:設定時間後、各ブロックの洗浄完了となって、排水弁を開けてラインポンプを運転開始して排水槽に排水する。
st13:洗浄にて濃縮された排水はろ過分離機のフィルターにて処理する。
以上の工程のst1からst13が繰り返される。
サーボモーターを使用して揺動角度30°速度8000deg/min、揺動角度20°速度6000deg/minにて正回転と逆回転を繰り返し、120度の範囲で図10に示した動作を行う。
テスト機:不織布1枚0.5m×0.5m×2=0.5m2 、1ブロックで不織布2枚×0.5m2 =1m2
ろ過面積:1m2 ×8ブロック=8m2
処理液SS(懸濁濃度):200ppm
粒子固形物を捕捉した後の処理液SS:20ppm(図16の上側折れ線グラフ参照)
ろ過量:5L/min÷8m2 =0.625L/m2
単位時間あたりのろ過量:0.625L/m2 ×60=37.5L/m2 ・Hr=0.0375m3 /m2 ・Hr
処理量:8m2 ×0.0375m3 /m2 ・Hr=0.3m3 /Hr
スラッジ処理量(スラッジ捕捉量):0.3m3 /Hr×(200ppm−20ppm)=54g/Hr
1m3 スラッジ限界処理量:54g/Hr÷8m2 =6.75g/Hr
連続テストを行い捕捉量から洗浄能力の限界量を検証した結果を表1に示す。
なお、図15の多少の上下変動は人が手動にて管理しているテスト結果であるため、流量と濃度調整にバラツキがある。
テストAを4回連続で評価を行った結果から1m3 のスラッジ捕捉処理量が6.75g/Hr内であれば不織布に付着捕捉したスラッジはほぼ洗浄可能であること、付着捕捉能力も繰り返し行ってもほぼ同じ処理能力がテストA連続グラフの結果から分かった。
この結果から1m3 のスラッジ限界捕捉処理量は6.75g/Hr以内であると分かった。
本発明の不織布ユニットと、従来の不織布との能力の比較を行った。
従来の装置に使用される不織布は、目付60g/m2 、厚み0.56mm、嵩密度107kg/m3 、繊維径1.4dで、捕捉面積20m2 (0.5m×0.5m×2面×5枚×8ブロック)、ろ過量0.0078m3 /m2 ・Hr、スラッジ処理量23.4g/Hrである。
本発明に係る不織布ユニットの不織布は、目付450〜525g/m2 、厚み15mm、嵩密度30〜35kg/m3 で、捕捉面積8m2 (0.5m×0.5m×2面×2枚×8ブロック)、繊維径は4dと15dと28dの3種混合、ろ過量0.0375m3 /m2 ・Hr、スラッジ処理量54g/Hrである。
図17は洗浄効率の比較を共液の有無別で行った説明図である。
テスト不織布:1枚0.5m×0.5m×2=0.5m2
1ブロック:5枚×0.5m2 =2.5m2
面積:2.5m2 ×8ブロック=20m2
処理液SS:200ppm
ろ過量:2.6L/min÷20m2 =0.13L/m2 、0.13L/m2 ×60=7.8L/m2 ・Hr=0.0078m3 /m2 ・Hr
処理量:20m2 ×0.0078m3 /m2 ・Hr=0.156m3 /Hr
スラッジ処理量:0.156m3 /Hr×(200ppm−50ppm)=23.4g/Hr
通常揺動速度:4000deg/min
供給量:約2.6L/min
供給時間(量):6Hr(936L)
洗浄工程:共液にて洗浄ポンプとエアーを使用してバブリング洗浄を行う。洗浄揺動速度を8000deg/min。洗浄時間約9分弱。
洗浄ポンプ使用圧力と流量:0.4Mpa、20L/min
エアー使用圧力と流量:0.35Mpa、350L/min
エアー使用圧力と流量:0.35Mpa、400L/min
共液とエアーを併用して洗浄を行う場合のテスト条件は、図15のテストAの場合と同様とした。図18から分かるように、エアーを用いず共液のみで洗浄した場合には、共液とエアーとを噴射した場合に比べ、洗浄効果がやや低下することが知見できた。
ろ過分離機21(図1,11参照)のテスト結果を下表2に示す。
ろ過分離機21には、上述した分離部25からスラリー貯留槽19を経て濃縮スラリーが供給される。
濃縮スラリー量:400L
テスト白丸1:スラッジ処理量35.33g/Hr×処理時間6Hr=総スラッジ処理量312g
312g÷濃縮スラリー液量400L=0.53g/L(530ppm)
308.8g÷濃縮スラリー液量400L=0.772g/L(772ppm)
320÷濃縮スラリー液量400L=0.80g/L(800ppm)
であった。
図19には、表2に示した各テストのろ過量の経時比較が表されている。濃縮スラリーのSS濃度が高くなるほど、処理量が減り、ろ過時間の長くなることが分かる。同様に、ろ過量も減り、単位面積・単位時間当たりの処理量も減ることが分かる。
上記浸漬揺動式粒子捕捉テスト機のテスト結果から計算式を下記に示す。
<処理液濃度200ppmの場合>
ろ速U1=0.0375m3 /m2 ・Hr(m/Hr)
スラッジ発生量から処理量Q1を求める
(200ppm−20ppm)Q1=54g/Hr
処理量Q1=54/180=0.3m3 /Hr
処理量Q1とろ速U1からろ過面積を求める
0.3m3 /Hr÷0.0375m3 /m2 ・Hr(m/Hr)=8m2
ろ速U2=0.0825m3 /m2 ・Hr(m/Hr)
スラッジ発生量から処理量Q2を求める
(100ppm−20ppm)Q2=54g/Hr
処理量Q2=0.675m3 /Hr
処理量Q2とろ速U2からろ過面積を求める
0.675m3 /Hr÷0.0825m3 /m2 ・Hr(m/Hr)=8.2m2
付着捕捉処理した後の洗浄排水液(濃縮スラリー液)の総量は400Lになる。
条件:濃縮スラリー液のスラッジ量53.3g/Hr×付着捕捉装置の処理時間6Hr=総スラッジ処理量320g
320g÷濃縮スラリー液量400L=0.80g/L(800ppm)
フィルターろ過面積0.091m2 で400Lを5.5Hrで処理に必要な1m2 ・時間当たりの処理量Q1(L/m2 ・Hr)を求める。
ここで、Q1は、802L/m2 ・Hr
図19の白丸3の折れ線グラフから横軸ろ過時間25min付近の効率が良いのでこのポイントで縦軸335L/m2 を読み取る。1m2 ・時間当たりの処理量Q2(L/m2 ・Hr)を求める。
335L/m2 ×(60÷25)=804L/m2 ・Hr
Q2は、804L/m2 ・Hr
ろ過量(処理量):335L/m2 ×ろ過面積0.091m2 =30L
1バッチ回数(25分):400L÷30L=13.33(約14回)となる。
13…貯留槽
15…分離槽
17…還流槽
19…スラリー貯留槽
21…ろ過分離機
23…処理液
25…分離部
27…不織布
29…不織布ユニット
35…還流部
47…フレーム
55…可動供給管
57…吐出口
59…樹脂ネット
65…気泡
67…共液
69…気液混合噴射管
71…気水ノズル
93…ろ過室
103…フィルター
117…脱水ケーキ
Claims (5)
- ジルコニウム系化成処理にて発生する水酸化鉄を成分とする粒径0.1〜10μmの粒子固形物を液体に含む処理液が溜められる貯留槽と、
前記貯留槽から前記処理液が供給される分離槽を備え、短繊維よりなる少なくとも2枚の不織布で樹脂ネットを挟んで略板状とするとともに、前記不織布及び前記樹脂ネットが、四角枠状の剛性を有するフレームの内方に、フレーム上辺部からフレーム表裏面と平行な方向で着脱自在に装着される不織布ユニットを、上辺部のみを支持して鉛直方向に沿う方向で前記分離槽内の処理液に浸漬し、表裏面に前記処理液をぶつける方向に前記不織布を表裏方向に移動させることで前記処理液に含まれる前記粒子固形物を前記不織布の繊維に付着させるとともに、前記粒子固形物が減らされた前記処理液を前記分離槽からオーバーフローさせた後、前記分離槽の処理液内で発生させた気泡及び共液を前記不織布に衝突させ、前記処理液から離脱させた前記粒子固形物を前記分離槽内に残る処理液に前記粒子固形物の濃度を高めて濃縮スラリーとさせる分離部と、
前記分離部の前記オーバーフローによって流出した前記処理液を前記貯留槽へ戻す還流部と、
前記分離槽に配管接続され、前記還流部にて前記貯留槽に前記処理液を戻すことを所定時間繰り返した後に、前記分離槽から前記処理液の一部とともに排出される前記濃縮スラリーを溜めるスラリー貯留槽と、
槽下部にシート状のフィルターを水平に備えて前記スラリー貯留槽からの前記濃縮スラリーが供給されるろ過室を有し、前記フィルターを通過するろ過水を槽外部へ排出し、徐々に残渣をフィルター上に溜めて脱水ケーキを得るろ過分離機と、
を備えることを特徴とする固液分離装置。 - 請求項1記載の固液分離装置であって、
前記フレームの少なくとも一方の面には、上下方向に延在する一対の平行な可動供給管が固定され、
前記可動供給管には、前記処理液を供給する吐出口が、不織布表面に沿って相互に対向する向きで且つ前記可動供給管の長手方向に沿って複数設けられていることを特徴とする固液分離装置。 - 請求項1または2に記載の固液分離装置であって、
前記不織布は、目付が400〜600g/m2 であり、且つ異なる繊維径の繊維が組み合わされていることを特徴とする固液分離装置。 - 請求項1〜3のいずれか1つに記載の固液分離装置であって、
前記分離槽の底部には前記不織布ユニットの下辺部に沿う方向で複数の平行な気液混合噴射管が設けられ、
該気液混合噴射管は、前記共液が供給される外管とエアーが供給される内管とを備える二重管とされ、前記内管に穿設されるエアー噴出口よりエアーを前記外管に供給して該外管内で前記エアーを前記気泡として前記共液と混合し、
前記外管には、上方に向けて前記気泡と前記共液を噴射する気水ノズルが前記気液混合噴射管の長手方向に沿って複数設けられていることを特徴とする固液分離装置。 - ジルコニウム系化成処理にて発生する水酸化鉄を成分とする粒径0.1〜10μmの粒子固形物を液体に含む処理液を貯留槽に溜める処理液貯留工程と、
前記貯留槽から前記処理液が分離槽に供給され、短繊維よりなる少なくとも2枚の不織布で樹脂ネットを挟んで略板状とした不織布ユニットを、上辺部のみを支持して鉛直方向に沿う方向で前記分離槽内の処理液に浸漬し、表裏面に前記処理液をぶつける方向に前記不織布を表裏方向に移動させることで前記処理液に含まれる前記粒子固形物を前記不織布の繊維に付着させるとともに、前記粒子固形物を減らされた前記処理液を前記分離槽からオーバーフローさせた後、前記分離槽の処理液内で発生させた気泡及び共液による噴流を前記不織布に衝突させ、且つ前記不織布ユニットを鉛直方向に沿う停止位置から非対称スイング移動を繰り返して前記処理液から離脱させた前記粒子固形物を前記分離槽内に残る処理液に前記粒子固形物を分散させて濃度を高め、濃縮スラリーとさせる前段分離工程と、
前記分離槽の前記オーバーフローによって流出した前記処理液を一時的に還流槽に溜めながら前記貯留槽へ戻す処理液還流工程と、
前記分離槽に配管接続され、前記処理液還流工程にて前記貯留槽に前記処理液を戻すことを所定時間繰り返した後に、前記分離槽から前記処理液の一部とともに排出される前記濃縮スラリーをスラリー貯留槽に溜めるスラリー貯留工程と、
槽下部にシート状のフィルターを水平に備えて前記スラリー貯留槽からの前記濃縮スラリーが供給されるろ過室を用いて、前記フィルターを通過するろ過水を槽外部へ排出し、徐々に残渣をフィルター上に溜めて脱水ケーキを得るろ過分離工程と、
を含むことを特徴とする固液分離方法。
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