JP6661512B2 - 懸濁液送液分離装置 - Google Patents
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Description
実施例1に係る懸濁液送液分離装置は、工場排水等の懸濁液を送液する用途、及び懸濁液から濁質を分離する懸濁液処理や浄水処理等を行う用途に好適な構成を有する。本実施例において、懸濁液とは、濁質(液中に浮遊している固形物)を含む液のことを指す。
図1は、本実施例の懸濁液送液分離装置9を含む、懸濁液送液分離システム900の構成をXY平面で示す。図1の懸濁液送液分離システム900は、送液タンク1と、懸濁液送液分離装置9と、清澄液排出部5と、濃縮液排出部6とを有し、それらが接続されている。送液タンク1の後段に懸濁液送液分離装置9が接続され、懸濁液送液分離装置9の後段に清澄液排出部5及び濃縮液排出部6が並列に接続されている。
本実施例における懸濁液送液分離方法は、図1の懸濁液送液分離装置9で行われるステップとして以下を有する方法である。本実施例における懸濁液送液分離方法は、送液タンク1より懸濁液を送液分離部2に供給するステップと、送液分離部2の流路で懸濁液を送液しながら、超音波により懸濁液の濁質が捕捉されて鉛直方向(Z方向)で分離されるステップと、送液分離部2から排出された鉛直方向(Z方向)で濁質が分離された分離液である懸濁液を、清澄液と濃縮液に分けて排出するステップと、を有する。
図2は、送液分離ユニット200−nの構造をXY断面で示す。送液分離ユニット200−nは、懸濁液が送液され超音波が照射される流路となる空洞構造体201−nを有する。空洞構造体201−nは、周囲が壁面で囲まれて内部が空洞である構造体であり、特有の形状を持たせた配管である。図2に示した送液分離ユニット200−nの場合は、X方向で対向する一対の第一平面部21aと第二平面部21bと、Z方向で対向する一対の上面部22aと下面部22bとが溶接などにより接合された状態で内部が空洞な空洞構造体201−nが形成されている。一対の第一平面部21a−nと第二平面部21b−nと、一対の上面部22a−nと下面部22b−nとのY方向の端部20a−nと20b−nにより、懸濁液が供給される供給口23−nと懸濁液が排出される排出口24−nとが形成されている。
供給口23−nは、接続部28a−nと接続されている。排出口24−nは、接続部28b−nと接続されている。接続部28a−n及び接続部28b−nは、前述のフランジ及びねじ止め等の手段により、他のユニットの接続部28b−n−1、28a−n+1と接続可能となっている。また、接続部28a−n及び接続部28b−nは、前述のバルブ等を備えてもよい。
図3Aに、送液分離ユニット200−nの構造をX方向から見た側面図を、図3BにZX断面を示す。以下の説明においては、送液分離ユニット200−nの−nの表記を省略して説明する。超音波振動子25は、第一平面部21aの外側に、送液分離ユニット200の底面からZ方向上に距離(L)離れた位置に、固定されている。図3Bに示す空洞構造体201のZX断面において、超音波振動子25の下端251と空洞構造体201の内部における第一平面部21aに対向する第二平面部21bの下端211bを結ぶ直線を直線D1で表す。また、超音波振動子25の下端251から、第二平面部21bまでを最短距離で結んだ直線を直線D2で表し、直線D1と直線D2の成す角度を第一角度(θ1)とする。
この定在波による音場においては、X方向に、節301と腹302とが周期的に発現する。節301と腹302との間隔は、超音波の固有周波数に応じた距離となる。
θ2=57 × λ/T ・・・(数1)
式(数1)においてλは超音波の波長を表す。
式(数1)より、流路の幅がD2である場合、超音波が第二平面部21bに到達した時の広がり幅(L0)は以下の式(数2)で表される。
L0=D2 × tanθ2・・・(数2)
L>L0 ・・・(数3)
上記条件を満たす角度等を用いて、超音波非照射領域を形成するように、送液分離ユニット200の空洞構造体の内部領域の寸法を含む寸法等が設計されている。
図6は、排出ユニット3の構成をZY断面で示す。排出ユニット3は、主要な配管である分液部30、受入口31、接続部32、濃縮液排出口33、清澄液排出口34、間仕切り板35を有する。分液部30の受入口31には接続部32が設けられ、前段の送液分離ユニット200−nの排出口24の接続部28bと接続される。分液部30のY方向の下流側には、間仕切り板35が、分液部30のZ方向の底面から直立するように設けられており、そのZ方向上方の一部が開口している。間仕切り板35の高さHは、図5で説明した寸法Lよりも大きく設定する。分液部30のZ方向の底面の所定領域には、間仕切り板35を境に、上流側に濃縮液排出口33が、下流側に清澄液排出口34が設けられている。
図7は、送液分離ユニットの実験モデルを示す。発明者は、この実験モデルに対応する装置を用いて実験及び評価を行った。その実験及び評価結果に基づいて、実施の形態1の送液分離ユニット2の構成や懸濁液処理の効果と、実施の形態1に対する比較例の送液分離ユニットの構成や効果とについて比較説明する。
いずれの実験においても、濃縮液排出口1033から排出された排液の濁度を計測し、送液分離部1200に供給される前の懸濁液の懸濁液の濁度と比較した。
上記のように、実施の形態1の懸濁液送液分離装置9等によれば、懸濁液中の濁質を高効率に排出することができる。また、実施の形態1によれば、必要な分離性能を容易に省スペースで実現できる。実施の形態1によれば、懸濁液送液分離装置9において懸濁液の送液と分離、濁質の排出とを同時に実現でき、効率的である。
実施例1では、図1に示したように、送液分離ユニット200−nと、次段の送液分離ユニット200−n+1が直接的に接続されている。これに対して、本変形例では、図9に示すように、送液分離ユニット200−nと、次段の送液分離ユニット200−n+1との間に、別の送液ユニット210が接続された構成とする。この送液ユニット210は、実施例1で説明した超音波振動子25を装着しておらず、懸濁液の送液機能を有しているだけで、濁質分離機能は有していない。送液分離ユニット200−nとは異なる形状でよい。
上記のように、本実施例の懸濁液送液分離装置1309を備えた懸濁液送液分離システム1300によれば、懸濁液中の濁質を高効率に分離することができる高い分離性能を実現できる。また、本実施例によれば、送液分離部1302を構成する複数の送液分離ユニット群のうち、一部の送液分離ユニット群の送液ユニット1320A(B)−nが故障等の場合でも、他の送液分離ユニット群で送液分離処理を停止せずに継続稼動できる。継続稼動の状態で、故障等の送液ユニット1320A(B)−nの修理や交換の作業を、実施の形態1と同様に行うことができる。
上記のように、本実施例の懸濁液送液分離装置1509によれば、懸濁液中の濁質を高効率に分離、排出することができる。また、本実施例によれば、各々の送液分離ユニット1520−nの超音波振動子1525−nを独立に制御できるので、よりきめ細かな制御により、懸濁液中の濁質の分離性能の向上を図ることができる。
本実施例の変形例としては、図16に示すように、懸濁液送液分離装置1609において、実施例4における懸濁液を液送する上流側の通液ユニット1510に加えて、排出ユニット3に排出する直前、即ち送液分離ユニット1520−nの最後段の後段にも通液ユニット1510と同じ機能を有する濁度検出部1528を備えた通液ユニット1511を設けた構成がある。
Claims (9)
- 外部を壁面で囲んだ第1の空洞構造体と、前記第1の空洞構造体の外部から前記第1の空洞構造体の内部に超音波を発生させる超音波振動部と、を備えて前記第1の空洞構造体の内部に懸濁液を送液しながら前記懸濁液に前記超音波振動部から超音波を印加して前記懸濁液の濁質を分離する送液分離ユニットと、
前記送液分離ユニットで濁質を分離した前記懸濁液を前記濁質の濃度が濃くなった懸濁液と前記分離されて前記濁質の濃度が薄くなった懸濁液とに分離して排出する排出ユニットと、
前記送液分離ユニットの前記超音波振動部に前記超音波を発生させるための駆動信号を印加する制御部と
を備えた懸濁液送液分離装置であって、
前記送液分離ユニットを複数備え、前記複数の送液分離ユニットのそれぞれの前記第1の空洞構造体は、前記内部を液送する前記懸濁液の前記液送する方向に対して左右方向に対向する一対の壁面と前記一対の壁面と接続して上下方向で対向する一対の底面と上面とを有し、前記超音波振動部は、前記左右方向に対向する前記一対の壁面のうちの一方の壁面の外部であって、前記超音波振動部で発生させて前記第1の空洞構造体の内部に伝播させた超音波が前記第1の空洞構造体の前記底面にまで拡散する前に前記一対の壁面のうち他方の壁面で反射されるような位置に設置されていることを特徴とする懸濁液送液分離装置。 - 請求項1記載の懸濁液送液分離装置であって、前記超音波振動部で発生させた超音波と前記対向する一対の壁面のうち他方の壁面で反射された超音波により、前記第1の空洞構造体の内部で前記液送する方向に対して前記左右方向に対向する前記一対の壁面の間に前記液送する方向に沿って定在波が生成される領域と前記定在波が生成されない領域とを形成することを特徴とする懸濁液送液分離装置。
- 請求項2記載の懸濁液送液分離装置であって、前記第1の空洞構造体の内部で前記液送する方向に沿って上部に定在波が生成される領域を形成し、前記第1の空洞構造体の内部で前記液送する方向に沿って下部に前記定在波が生成されない領域を形成することを特徴とする懸濁液送液分離装置。
- 請求項2記載の懸濁液送液分離装置であって、前記第1の空洞構造体の内部で前記底面の近傍に前記定在波が生成されない領域を形成することを特徴とする懸濁液送液分離装置。
- 請求項1記載の懸濁液送液分離装置であって、前記空洞構造体の一方の壁面に取り付けた前記超音波振動部の下端部の前記空洞構造体の前記底面からの高さをLとし、前記超音波振動部の前記下端部から上端部までの長さをTとし、前記空洞構造体の前記一方の壁面と前記他方の壁面との間隔をDとし、前記懸濁液に前記超音波振動部から印加する超音波の周波数をλとするとき、前記Lは、
L>D×tan((57×λ)/T)
を満たすことを特徴とする懸濁液送液分離装置。 - 請求項1記載の懸濁液送液分離装置であって、前記複数の送液分離ユニットに送液する前の前記懸濁液に前記懸濁液の濁質の凝集を促進させるための薬剤、または前記懸濁液のpHを調整するための薬剤を供給するための薬剤供給ユニットと、前記薬剤供給ユニットで供給した薬剤を前記懸濁液中で攪拌するための攪拌翼を供えた攪拌ユニットとを更に備えることを特徴とする懸濁液送液分離装置。
- 請求項1記載の懸濁液送液分離装置であって、前記排出ユニットは、外部を壁面で囲んで前記送液分離ユニットと接続する第2の空洞構造体と、前記送液分離ユニットから前記第2の空洞構造体の内部に送液された前記濁質が分離された前記懸濁液の前記分離されて前記濁質の濃度が濃くなった懸濁液と前記分離されて前記濁質の濃度が薄くなった懸濁液とを分離する分離部と、前記分離部で分離された前記濁質の濃度が濃くなった懸濁液を排出する濃縮液排出口と、前記分離部で分離された前記濁質の濃度が薄くなった懸濁液を排出する清澄液排出口とを有することを特徴とする懸濁液送液分離装置。
- 請求項1記載の懸濁液送液分離装置であって、前記送液分離ユニットで濁質が分離された前記懸濁液のうち前記濁質の濃度が薄くなった懸濁液の濁度を検出する濁度検出部をされに備え、前記制御部は、前記濁度検出部で検出した前記濁質の濃度が薄くなった懸濁液の濁度の情報を用いて前記超音波振動部に印加する前記超音波を発生させるための駆動信号を制御することを特徴とする懸濁液送液分離装置。
- 請求項1記載の懸濁液送液分離装置であって、前記制御部は、前記超音波振動部に印加する前記超音波を発生させるための駆動信号を、前記送液分離ユニットごとに制御することを特徴とする懸濁液送液分離装置。
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