WO2023224116A1 - 浮上分離装置 - Google Patents

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water
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separation device
treated
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Inventor
清治 藤野
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日本アルシー株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/24—Treatment of water, waste water, or sewage by flotation

Definitions

  • the present invention relates to a flotation separator used as a solid-liquid separator in water treatment.
  • a flotation separator is a device that floats and separates suspended matter in water to be treated by attaching it to air bubbles.
  • the flotation separation device 21 shown in FIG. 4 is a pressurized flotation device that uses pressurized water to generate bubbles.
  • the flotation separation device 21 includes a tank body 22, an outer cylinder 23 provided along the inner circumference of the tank body 22, and an inner cylinder 24 provided approximately in the center of the outer cylinder 23.
  • the inner cylinder 24 has an open upper end, and a supply pipe 25 extending upward from the lower end of the inner cylinder 24 is provided inside.
  • a supply pipe 25 opens upward in the inner cylinder 24, and a mixture of water to be treated and pressurized water is introduced therefrom.
  • the air dissolved in the pressurized water becomes bubbles, and suspended substances in the water to be treated adhere to the bubbles, forming aggregated flocs and floating.
  • the water to be treated from which suspended matter has been removed flows around from the lower end of the outer cylinder 23, rises between the outer cylinder 23 and the tank body 22, and is discharged to the outside of the system.
  • the water to be treated introduced from the supply pipe 25 flows out from the upper end of the inner cylinder 24 and then descends through the space between the outer cylinder 23 and the inner cylinder 24 .
  • a rectifying plate 26 is provided so as to divide this space into upper and lower sections.
  • the rectifying plate 26 is provided with a plurality of rectifying holes through which the treated water from which suspended solids have been removed flows.
  • the speed (descending speed) of the water to be treated descending in the space between the outer cylinder 23 and the inner cylinder 24 varies depending on the location and tends to be non-uniform. That is, the water to be treated that flows out from the upper end of the inner cylinder 24 mainly spreads outward and reaches the outer cylinder 23, and then flows downward along the wall surface of the outer cylinder 23, so that the water in the vicinity of the outer cylinder 23 flows downward.
  • the descending speed becomes greater than the descending speed near the inner cylinder 24.
  • turbulent flow conditions may occur. When a turbulent flow state occurs, the flocs that have aggregated are destroyed by the turbulent agitation and become fine. Furthermore, flocs located in areas where the flow is fast tend to be mixed into the treated water or circulating water without floating, which may lead to a decrease in treatment efficiency.
  • the processing capacity of a pressurized flotation device is said to be proportional to the amount of pressurized water that can be supplied. For this reason, devices are often made larger in order to improve processing capacity, but due to demands for lower costs and space savings, it is desirable to downsize while ensuring processing capacity.
  • the amount of pressurized water is increased while reducing the size of the equipment, the upward flow of bubbles generated from the pressurized water and the upward flow of the pressurized water will increase, making it easier to cause turbulent flow, leading to a decrease in treatment efficiency. There is a risk.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a flotation separation device that has excellent processing efficiency while making it possible to downsize the device.
  • the flotation separator of the present invention has an outer cylinder disposed along the vertical direction, and an inner cylinder provided approximately in the center of the outer cylinder and having an open upper end.
  • the suspended solids are attached to air bubbles and separated by flotation, and the water to be treated from which the suspended solids have been separated is lowered into the space between the outer cylinder and the inner cylinder, and then discharged to the outside of the system.
  • a flotation separation device is provided with a rectification unit at the bottom of the space through which the water to be treated passes, and the rectification unit includes a plurality of truncated conical cylindrical inclined plates having different diameters arranged concentrically. It is characterized by being configured such that the diameter thereof decreases downward.
  • the inner cylinder has an inner cylinder taper part whose diameter increases upward at the upper end, and on the outside of the inner cylinder taper part, there is a truncated conical cylindrical rectifier plate having a larger diameter than the inner cylinder taper part. It is characterized in that it is provided so that its diameter decreases downward.
  • the inclined plates are arranged so that the intervals between the inclined plates and other inclined plates adjacent to each other in the radial direction are substantially equal.
  • the above rectifying unit is characterized in that the angle of inclination of the inclined plate with respect to the vertical direction is within a range of 30° to 50°.
  • the outer cylinder has an outer cylinder taper part at the lower end whose diameter is reduced downward, and the outer cylinder taper part constitutes a part of the inclined plate of the rectifying unit. .
  • the flotation separator of the present invention has an outer cylinder and an inner cylinder provided approximately at the center of the outer cylinder and having an open upper end, and allows the water to be treated to flow out from the upper end of the inner cylinder to form air bubbles in the water to be treated.
  • a rectification unit through which the water to be treated passes is provided at the bottom of the space, and the rectification unit is constructed by concentrically arranging a plurality of truncated conical cylindrical inclined plates with different diameters.
  • the diameter is reduced, by passing the water to be treated through this rectification unit, it is possible to eliminate the unevenness of the descending speed near the outer cylinder and the descending speed near the inner cylinder, thereby reducing turbulence. The occurrence can be suppressed. Further, according to this configuration, even if the device is downsized and the amount of circulating water (for example, the amount of pressurized water) is increased, the occurrence of turbulence can be suppressed, resulting in a flotation separation device with excellent processing efficiency.
  • the amount of circulating water for example, the amount of pressurized water
  • the inner cylinder has an inner cylinder taper part whose diameter expands upward at the upper end, and a truncated conical cylindrical rectifier plate with a larger diameter than the inner cylinder taper part is arranged downward on the outside of the inner cylinder taper part. Since the diameter is reduced towards the inner cylinder, it is possible to slow down the flow rate of the water to be treated flowing out from the upper end of the inner cylinder, which in turn eliminates the unevenness of the descending speed near the outer cylinder and the descending speed near the inner cylinder. It becomes easier.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a flotation separation device of the present invention.
  • 2 is an enlarged view of the vicinity of a rectifying unit in the flotation and separation apparatus of FIG. 1.
  • FIG. FIG. 2 is a diagram showing the flow of water to be treated in the flotation separator of FIG. 1.
  • FIG. It is a schematic diagram showing an example of a conventional flotation separation device.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a flotation separation device, and also shows the internal structure.
  • the flotation separation device 1 is a pressurized flotation device that uses pressurized water to generate bubbles, and is a device that separates water to be treated (raw water) into solid and liquid.
  • the flotation separation device 1 receives wastewater such as sewage, industrial wastewater, and industrial wastewater that has been treated in a regulating tank as water to be treated, performs flotation separation treatment, and discharges the treated water.
  • the treated water discharged from the flotation separator 1 is supplied to, for example, a microbial reaction tank and subjected to microbial treatment.
  • the flotation and separation device 1 is a cylindrical vertical device arranged along the vertical direction.
  • the flotation separation device 1 includes a tank body 2 having an internal space, an outer cylinder 3 provided along the inner circumference of the tank body 2, an inner cylinder 4 provided approximately at the center of the outer cylinder 3, and an inner cylinder. 4, a rectifying unit 6, a rectifying plate 7, a discharge pipe 8 for discharging treated water to the outside of the system, a motor 9, and a rotating unit provided vertically in the tank body 2. It has a shaft 10, and an upper blade 11 and a lower blade 12 attached around the rotation shaft 10.
  • the flotation separation device can be applied to small to large sizes, but even in the case of a small size, the treatment efficiency of the water to be treated is excellent, so it is particularly suitable for a small device.
  • the inner diameter ⁇ of the tank body 2 is 1 m to 5 m, preferably 1 m to 3 m.
  • the height of the tank body 2 (height from the lid part 2a to the recessed part 2d) can be set to, for example, 6 m or less.
  • the tank body 2 has a lid part 2a, a cylindrical side wall part 2b, and a bottom part 2c.
  • a motor 9 is provided at the top of the lid 2a, and a rotating shaft 10 connected to the motor 9 extends to the bottom 2c of the tank body 2 through the lid 2a.
  • the bottom portion 2c is formed into a mortar shape that slopes downward toward the center, and a recess 2d for storing sediment is provided in the center.
  • the rotating shaft 10 is rotated by the drive of the motor 9, and the upper blade 11 and the lower blade 12 are rotated accordingly.
  • the upper blade 11 is a blade for scraping up scum floating on the liquid surface.
  • the lower blade 12 is a blade for scraping up sediment that has settled on the bottom portion 2c, and is provided along the slope of the bottom portion 2c.
  • the angle of the lower blade 12 can be adjusted as appropriate by a support member connected to the rotating shaft 10. As the lower blade 12 rotates, the precipitate deposited on the bottom 2c is collected in the recess 2d.
  • the upper blade 11 and the lower blade 12 may have other shapes such as a wing shape.
  • the outer cylinder 3 serves as a cylindrical partition that divides the space within the tank body 2, and is suspended and fixed from the lid portion 2a of the tank body 2. The movement of the scum floating on the liquid surface is restricted by the outer cylinder 3, so that it does not flow outside.
  • the upper end of the outer cylinder 3 is closed, and the lower end is open.
  • a supply pipe 5 and a discharge pipe 8 are connected to the side wall portion 2b of the tank body 2, respectively.
  • the supply pipe 5 is provided so as to extend horizontally, then bend, and open upward in the vertical direction inside the inner cylinder 4. This configuration prevents the supply pipe 5 from interfering with the rotation of the rotating shaft 10 and the lower blade 12.
  • the flotation and separation device 1 is a pressurized flotation device, and a mixture of water to be treated and pressurized water is introduced through the opening 5a of the supply pipe 5.
  • a pressurized water supply pipe is connected in the middle of the supply pipe 5, and the pressurized water and the water to be treated are mixed within the supply pipe 5.
  • Pressurized water is produced by dissolving air under high pressure in a pressurized tank or the like.
  • the inner tube 4 is provided approximately at the center of the outer tube 3, and is fixed to the outer tube 3 with a frame or the like, for example.
  • the inner cylinder 4 is open at the upper end and has an inner cylinder tapered part 4a whose diameter increases upward.
  • the shape of the inner cylinder 4 is not particularly limited, by having such an inner cylinder taper part 4a, the water to be treated can be easily dispersed in a radial manner in the upper part of the outer cylinder 3. Further, the lower end of the inner cylinder 4 is open. Since the lower end is open, the water to be treated can flow into the inner cylinder 4 again, and sediments and the like can fall downward from the inner cylinder 4.
  • the inner cylinder 4 may have a shape in which the lower end is not open (bottomed shape).
  • the air dissolved in the pressurized water becomes bubbles. Suspended substances in the water to be treated adhere to these bubbles and float to the surface as flocs. Then, the water to be treated from which suspended solids have been removed descends through the space A between the outer cylinder 3 and the inner cylinder 4, goes around from the lower end of the outer cylinder 3, and enters between the outer cylinder 3 and the tank body 2. rises and is finally discharged from the system.
  • a rectifying unit 6 and a rectifying plate 7 are provided as rectifying members in order to suppress the occurrence of a turbulent flow state of the water to be treated.
  • the rectifying unit 6 is provided in the lower part of the space A, and the rectifying plate 7 is provided in the upper part of the space A.
  • the rectification unit 6 is a rectification member that eliminates non-uniformity in the descending speed of the water to be treated by passing the water from above to the bottom from which suspended matter has been removed.
  • FIG. 2(a) is an enlarged view of the vicinity of the rectifying unit of FIG. 1, and shows a cross-sectional view.
  • FIG. 2(b) is a plan view of the rectifying unit viewed from above.
  • the rectifying unit 6 is constructed by concentrically arranging a plurality of truncated conical cylindrical inclined plates 6a to 6e having different diameters.
  • the inclined plate 6a with the smallest diameter is arranged at the innermost side, and as the diameter increases, the inclined plate 6e is arranged at the outermost side.
  • These inclined plates are connected by, for example, a frame (not shown) extending in the radial direction, and are integrated while maintaining a distance from each other.
  • the rectifying unit 6 is provided so that its constituent elements, slanted plates 6a to 6e, decrease in diameter toward the bottom. That is, the inclined plates 6a to 6e are provided with their large diameter sides facing upward and their small diameter sides facing downward. In FIG. 2(a), the inner diameter of the inclined plate 6a on the small diameter side is smaller than the inner diameter of the inner cylinder 4. Further, the lower end of the inner cylinder 4 is arranged close to the inclined plate 6a.
  • the outer cylinder 3 has an outer cylinder taper portion at its lower end, the diameter of which decreases downward.
  • This outer cylinder taper portion constitutes a part of the inclined plate of the rectifying unit 6 (the outermost inclined plate 6e).
  • the arrangement of the inclined plates is not particularly limited, but for example, as shown in FIG. 2(b), the intervals a, b, c, and d between adjacent inclined plates in the radial direction are approximately equal. are arranged so that Further, the distance between the radially adjacent inclined plates may be increased continuously or stepwise toward the inner diameter side. In this case, for example, interval a>interval b>interval c>interval d.
  • the angle of inclination of the inclined plates 6a to 6e with respect to the vertical direction is not particularly limited, but is preferably within the range of 30° to 60°, and preferably within the range of 30° to 50°. More preferred.
  • the inclination angles ⁇ a to ⁇ e of the inclined plates 6 a to 6 e are all set to 45°.
  • each of the inclination angles ⁇ a to ⁇ e may be different from each other.
  • the inclination angle of the inclined plate may be made smaller continuously or stepwise toward the inner diameter side. In this case, for example, ⁇ a ⁇ ⁇ b ⁇ ⁇ c ⁇ ⁇ d ⁇ ⁇ e .
  • the inclined plates 6a to 6e are made of a metal plate (for example, a stainless steel plate) or a resin plate having a predetermined thickness. The same applies to the rectifying plate 7 described later.
  • the configuration of the rectifying unit is not limited to that shown in FIG. 2.
  • the rectifying unit 6 is configured with five inclined plates in FIG. 2, it may be configured using a larger or smaller number of inclined plates.
  • the positional relationship between the rectifying unit 6 and the inner cylinder 4 is not particularly limited, and for example, the rectifying unit 6 may be provided on the lower side away from the inner cylinder 4.
  • a rectifying plate 7 is provided in the upper part of the space A.
  • the current plate 7 has a truncated conical cylinder shape with a larger diameter than the inner cylinder taper part 4a.
  • the rectifier plate 7 is provided so as to be located outside the inner cylinder tapered portion 4a and to have its diameter reduced downward.
  • the current plate 7 is fixed with a frame or the like while maintaining a distance from the outer cylinder 3 and the inner cylinder 4.
  • the flow velocity of the upward flow generated within the inner cylinder 4 is larger at the center of the inner cylinder 4 than at the peripheral part, and non-uniformity occurs in the flow velocity.
  • the water to be treated which has a high flow rate, flows from the inner cylinder 4 toward the outer cylinder 3, and after reaching the outer cylinder 3, tends to generate a downward flow with a high flow rate.
  • the water to be treated flowing out from the upper end of the inner cylinder 4 can be directed to the inside of the current plate 7 (between the current plate 7 and the inner cylinder 4) or to the outside.
  • the flow velocity of the water to be treated in the upper part of the outer cylinder 3 can be made gentle, and as a result, the flow velocity of the downward flow can be made gentle. In other words, the speed difference between the descending speed near the outer cylinder 3 and the descending speed near the inner cylinder 4 can be suppressed.
  • the current plate 7 is provided so that its upper end position is higher than the upper end position of the inner cylinder tapered portion 4a. Further, the current plate 7 is provided so that its lower end position is lower than the lower end position of the inner cylinder tapered portion 4a. In this way, by providing the rectifying plate 7 so as to accommodate the entire inner cylinder tapered portion 4a, it becomes easier to slow down the flow rate of the water to be treated flowing out from the upper end of the inner cylinder 4.
  • the water to be treated and the pressurized water are mixed in advance and supplied as mixed water from the supply pipe 5 into the inner cylinder 4.
  • the mixed water supplied into the inner cylinder 4 becomes an upward flow and flows out from the upper end of the inner cylinder 4 to the upper part of the outer cylinder 3. Since the interior of the inner cylinder 4 and the outer cylinder 3 are at atmospheric pressure, the air dissolved in the pressurized water becomes fine bubbles (for example, 1 ⁇ m to 5 ⁇ m), and the surface of the bubbles is charged with static electricity, causing the water to be treated to to deposit suspended solids. As a result, the aggregated flocs are floated and separated and scraped together by the rotation of the upper blade 11.
  • the water to be treated flowing out from the upper end of the inner cylinder 4 to the upper part of the outer cylinder 3 is diverted to the inside or outside of the current plate 7, so that the flow velocity becomes gentle.
  • the downward flow of the water to be treated that descends in the space between the outer cylinder 3 and the inner cylinder 4 also becomes gentle.
  • the water to be treated flows downward through the space between the outer cylinder 3 and the inner cylinder 4, and passes through the rectification unit 6.
  • this rectification unit 6 By passing through this rectification unit 6, the flow of the water to be treated is rectified, and the difference in descending speed is reduced.
  • the descending speed near the outer cylinder 3, where the descending speed is relatively high is slow, so that the descending speed of the water to be treated flowing out from the rectifying unit 6 is made uniform overall.
  • the occurrence of turbulence can be suppressed, and processing capacity can be improved.
  • the space B below the inner cylinder 4 has almost no flow rate of the water to be treated, and tends to become a dead space during flotation separation processing.
  • the rectifying unit 6 be provided close to the lower end of the inner cylinder 4. In FIG. 3, the rectifying unit 6 is provided such that the lower end of the inner cylinder 4 is located inside the rectifying unit 6.
  • the water to be treated that has passed through the rectification unit 6 rises in the space between the outer cylinder 3 and the tank body 2 and is discharged from the discharge pipe 8 to the outside of the system.
  • the amount of fine air generated is proportional to the amount of pressurized water and the pressure of the pressurized water.
  • the upward flow of bubbles generated from the pressurized water and the upward flow of the pressurized water may destroy the floated flocs, or cause a turbulent flow state where the upward flow velocity forms areas where it is fast and areas where it is slow.
  • this turbulent state occurs, the flocs that have aggregated are destroyed and made fine by the turbulent agitation, and the flocs in the fast-flowing areas of the turbulent flow do not rise to the surface and are used to produce pressurized water. There is a risk that it may be mixed into the treated water or circulating water together with the circulating water that is sucked into and discharged by the pump, causing poor separation during pressurized treatment.
  • the circulation amount can be increased up to 400 m 3 /hr.
  • the present invention for example, by equalizing the flow velocity of the downward flow within the pressure flotation device, it is possible to equalize the flow velocity of the pressurized flotation circulation amount and make it flow in a laminar flow state. Furthermore, even if the pressurized flotation circulation amount is increased, the laminar flow state can be maintained and the amount of circulating water can be increased, so that the performance of the pressurized flotation device can be improved.
  • the flotation and separation device of the present invention is not limited to the configuration shown in FIGS. 1 to 3.
  • the supply pipe 5 is provided inside the inner cylinder 4 as a means for draining the water to be treated into the tank, but the inner cylinder 4 is omitted and only the supply pipe 5 is used. It is also possible to allow the water to be treated to flow out.
  • the supply pipe 5 also functions as an inner cylinder.
  • the tank body 2 is provided on the outside of the outer cylinder 3, but the tank body 2 may be omitted and the outer cylinder 3 may be used as the tank body.
  • the discharge means is disposed below the rectification unit 6.
  • a rectifying plate provided with a plurality of rectifying holes may be separately provided.
  • a pressure flotation device is used as the flotation device, but the flotation device of the present invention can be any device that floats and separates suspended matter in water to be treated by attaching it to air bubbles.
  • methods for generating bubbles include a swirling flow method, a static mixer method, and the like.
  • the flotation separation device of the present invention can maintain a laminar flow state even when the device is downsized and the amount of circulating water is increased, and has excellent processing efficiency, so it can be widely used as a flotation separation device. .

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Abstract

装置の小型化を可能としつつ、処理効率に優れる浮上分離装置を提供する。浮上分離装置１は、鉛直方向に沿って配置される外筒３と、外筒３の略中央部分に設けられ上端が開口した内筒４とを有し、内筒４の上端から被処理水を流出させ気泡に懸濁物質を付着させて浮上分離するとともに、該懸濁物質が分離された被処理水を外筒３と内筒４の間の空間Ａに下降させた後、系外へ排出する装置であって、空間Ａの下部に、被処理水が通過する整流ユニット６が設けられており、整流ユニット６は、径の異なる複数の円錐台筒状の傾斜板が同心円状に配列して構成され、下方に向けて縮径するように設けられている。

Description

浮上分離装置
　本発明は、水処理において固液分離装置として使用される浮上分離装置に関する。
　下水、産業排水、工業排水などの水処理において、これらの排水は、例えば調整槽などを経て、浮上分離装置や沈殿槽などで固液分離される。浮上分離装置は、気泡に被処理水中の懸濁物質を付着させて浮上分離する装置である。
　ここで、従来の浮上分離装置の概略図を図４に示す（例えば特許文献１参照）。図４に示す浮上分離装置２１は、気泡の発生に加圧水を用いる加圧浮上装置である。浮上分離装置２１は、槽体２２と、槽体２２の内周に沿って設けられた外筒２３と、外筒２３の略中央部分に設けられた内筒２４とを有する。内筒２４は上端が開口しており、内部には内筒２４の下端側から上方に延伸した供給管２５が設けられている。内筒２４内において供給管２５は上向きに開口し、そこから被処理水と加圧水の混合水が導入される。混合水が導入されると、加圧水中に溶解していた空気が気泡となり、該気泡に被処理水中の懸濁物質が付着して、凝集フロックとなり浮上する。そして、懸濁物質が除去された被処理水は、外筒２３の下端から回り込んで外筒２３と槽体２２との間を上昇して、系外へ排出される。
　浮上分離装置２１において、供給管２５から導入された被処理水は、内筒２４の上端から流出した後、外筒２３と内筒２４の間の空間を下降する。浮上分離装置２１では、この空間を上下に区画するように整流板２６が設けられている。整流板２６には、懸濁物質が除去された被処理水を通水させる複数の整流孔が設けられている。整流板２６を設けることで、空間の上部から下部へ流れる被処理水の流れが整流され、懸濁物質に気泡を効率的に付着させることができ、その結果、処理能力を向上できるとしている。
特開２０１０－５５１９号公報
　ところで、浮上分離装置２１では整流板２６が設けられているものの、外筒２３と内筒２４の間の空間を下降する被処理水の速度（下降速度）は場所によって異なり、不均一となりやすい。すなわち、内筒２４の上端から流出した被処理水は、主に外側に拡がるように流れ外筒２３に到達した後、外筒２３の壁面に沿って下向きに流れることから、外筒２３付近の下降速度が内筒２４付近の下降速度よりも大きくなる。その結果、乱流状態を引き起こす場合がある。乱流状態が起こると、凝集したフロックが乱流撹拌によって破壊され微細化されたりする。また、流れの速いところにあるフロックは、浮上せずに処理水や循環水の中に混入しやすくなることから、処理効率の低下を招くおそれがある。
　一方で、例えば加圧浮上装置の処理能力は、供給可能な加圧水量に比例するとされている。そのため、処理能力を向上させるために装置を大型化する場合が多いが、低コスト化や省スペース化などの要求から、処理能力を確保しつつ、小型化することが望ましい。しかし、装置を小型化しつつ、加圧水量を増大させると、加圧水から発生する気泡の上昇流や加圧水が上昇する水流が増大するなどして、乱流状態を引き起こしやすくなり、処理効率の低下を招くおそれがある。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、装置の小型化を可能としつつ、処理効率に優れる浮上分離装置を提供することを目的とする。
　本発明の浮上分離装置は、鉛直方向に沿って配置される外筒と、該外筒の略中央部分に設けられ上端が開口した内筒とを有し、該内筒の上端から被処理水を流出させ気泡に懸濁物質を付着させて浮上分離するとともに、該懸濁物質が分離された被処理水を上記外筒と上記内筒の間の空間に下降させた後、系外へ排出する浮上分離装置であって、上記空間の下部に、被処理水が通過する整流ユニットが設けられており、該整流ユニットは、径の異なる複数の円錐台筒状の傾斜板が同心円状に配列して構成され、下方に向けて縮径するように設けられていることを特徴とする。
　上記内筒は上方に向けて拡径した内筒テーパ部を上端に有しており、上記内筒テーパ部の外側には、上記内筒テーパ部よりも大径の円錐台筒状の整流板が下方に向けて縮径するように設けられていることを特徴とする。
　上記整流ユニットにおいて、上記傾斜板は、径方向で隣接する他の傾斜板との間隔が互いに略等間隔になるように配列されていることを特徴とする。
　上記整流ユニットにおいて、鉛直方向に対する上記傾斜板の傾斜角度は３０°～５０°の範囲内であることを特徴とする。
　上記外筒は下方に向けて縮径した外筒テーパ部を下端に有しており、上記外筒テーパ部は、上記整流ユニットの上記傾斜板の一部を構成していることを特徴とする。
　本発明の浮上分離装置は、外筒と、外筒の略中央部分に設けられ上端が開口した内筒とを有し、該内筒の上端から被処理水を流出させ気泡に被処理水中の懸濁物質を付着させて浮上分離するとともに、該懸濁物質が分離された被処理水を外筒と内筒の間の空間に下降させた後、系外へ排出する装置であって、上記空間の下部に、被処理水が通過する整流ユニットが設けられており、該整流ユニットは、径の異なる複数の円錐台筒状の傾斜板が同心円状に配列して構成され、下方に向けて縮径するように設けられているので、この整流ユニットに被処理水を通過させることで、外筒付近の下降速度と内筒付近の下降速度との不均一性を解消でき、乱流状態の発生を抑制できる。また、この構成によれば、例えば装置を小型化して循環水量（例えば加圧水量）を増大した場合であっても、乱流状態の発生を抑制でき、処理効率に優れる浮上分離装置となる。
　内筒は上方に向けて拡径した内筒テーパ部を上端に有しており、内筒テーパ部の外側には、内筒テーパ部よりも大径の円錐台筒状の整流板が下方に向けて縮径するように設けられているので、内筒の上端から流出する被処理水の流速を緩やかでき、ひいては外筒付近の下降速度と内筒付近の下降速度との不均一性を解消しやすくなる。
本発明の浮上分離装置の一例を示す概略図である。 図１の浮上分離装置における整流ユニット周辺の拡大図などである。 図１の浮上分離装置における被処理水の流れを示す図である。 従来の浮上分離装置の一例を示す概略図である。
　本発明の浮上分離装置の一例を図１に基づいて説明する。図１は、浮上分離装置の概略図であり、内部構造も示している。浮上分離装置１は、気泡の発生に加圧水を用いる加圧浮上装置であり、被処理水（原水）を固液分離する装置である。浮上分離装置１は、下水、産業排水、工業排水などの排水が調整槽などで処理されたものを被処理水として受け入れ、浮上分離処理を行って、処理水を排出する。浮上分離装置１から排出される処理水は、例えば微生物反応槽などへ供給されて微生物処理などが行われる。
　図１に示すように、浮上分離装置１は、鉛直方向に沿って配置される円筒縦型の装置である。浮上分離装置１は、内部空間を有する槽体２と、槽体２の内周に沿って設けられた外筒３と、外筒３の略中央部分に設けられた内筒４と、内筒４内に設けられた供給管５と、整流ユニット６と、整流板７と、処理水を系外へ排出する排出管８と、モータ９と、槽体２内に鉛直方向に設けられた回転軸１０と、回転軸１０周りに付設された上部ブレード１１および下部ブレード１２とを有する。
　本発明において、浮上分離装置は小型から大型まで適応できるが、小型の場合でも被処理水の処理効率に優れることから、小型の装置に特に好適である。例えば、槽体２の内径φは１ｍ～５ｍであり、好ましくは１ｍ～３ｍである。また、槽体２の高さ（蓋部２ａから凹部２ｄまでの高さ）を、例えば６ｍ以下とすることができる。
　図１に示すように、槽体２は、蓋部２ａと、円筒状の側壁部２ｂと、底部２ｃを有している。蓋部２ａの上部にはモータ９が設けられており、該モータ９に接続された回転軸１０は、蓋部２ａを貫通して槽体２の底部２ｃまで延びている。底部２ｃは、中央に向けて低くなるように傾斜したすり鉢状に形成され、中央には沈殿物を溜めるための凹部２ｄが設けられている。
　浮上分離装置１において、モータ９の駆動によって回転軸１０が回転し、それに伴って上部ブレード１１および下部ブレード１２が回転する。上部ブレード１１は、液面に浮上したスカムを掻き寄せるためのブレードである。下部ブレード１２は、底部２ｃに沈殿した沈殿物を掻き寄せるためのブレードであり、底部２ｃの傾斜に沿って設けられている。下部ブレード１２は、回転軸１０に接続された支持部材によって角度調整が適宜可能である。下部ブレード１２の回転により、底部２ｃに沈殿した沈殿物は、凹部２ｄに集められる。なお、上部ブレード１１および下部ブレード１２は、羽根状など他の形状としてもよい。
　外筒３は、槽体２内の空間を分割する円筒隔壁となっており、槽体２の蓋部２ａから吊り下げられて固定されている。液面に浮上したスカムは外筒３によって移動が規制され、外側には流出しない構成となっている。外筒３の上端は閉塞しており、下端は開口している。
　図１において、槽体２の側壁部２ｂには、供給管５と排出管８がそれぞれ接続されている。槽体２の内部において、供給管５は、水平方向に延びた後、屈曲し内筒４の内部で鉛直方向上向きに開口するように設けられている。この構成により、供給管５が、回転軸１０および下部ブレード１２の回転を妨げないようになっている。
　浮上分離装置１は加圧浮上装置であり、供給管５の開口部５ａからは被処理水と加圧水の混合水が導入される。この場合、供給管５の途中には、加圧水供給管が接続され、供給管５内で加圧水と被処理水が混合される。加圧水は、加圧タンクなどで高圧下で空気を溶解させて生成される。
　内筒４は外筒３の略中央部分に設けられており、例えば外筒３にフレームなどで固定されている。内筒４は上端が開口しており、上方に向けて拡径した内筒テーパ部４ａを上端に有している。内筒４の形状は特に限定されないが、このような内筒テーパ部４ａを有することで、外筒３の上部において被処理水を放射状に拡がるように分散しやすくなる。また、内筒４の下端は開口している。下端が開口していることで、内筒４内に被処理水を再度流入させることができ、また、内筒４から沈殿物などを下方へ落下させることができる。なお、内筒４を下端が開口していない形状（有底形状）としてもよい。
　浮上分離装置１内に混合水が導入されると、加圧水中に溶解していた空気が気泡となる。この気泡に被処理水中の懸濁物質が付着して、凝集フロックとなって浮上する。そして、懸濁物質が除去された被処理水は、外筒３と内筒４の間の空間Ａを下降して、外筒３の下端から回り込んで外筒３と槽体２との間を上昇して、最終的に系外へ排出される。
　ここで、図１の浮上分離装置１では、被処理水の乱流状態の発生を抑制するため、整流部材として、整流ユニット６および整流板７を設けている。整流ユニット６は空間Ａの下部に設けられ、整流板７は空間Ａの上部に設けられている。特に、整流ユニット６は、懸濁物質が除去された被処理水を上方から下方へ通過させることで、被処理水の下降速度の不均一性を解消する整流部材である。
　ここで、整流ユニットの詳細を図２に基づいて説明する。図２（ａ）は、図１の整流ユニットの周辺の拡大図であり、断面図を示している。図２（ｂ）は、整流ユニットを上から見た平面図である。図２（ａ）および（ｂ）に示すように、整流ユニット６は、径の異なる複数の円錐台筒状の傾斜板６ａ～６ｅが同心円状に配列して構成されている。径が最も小さい傾斜板６ａが最も内径側に配置され、径が大きくなるにつれて順に外径寄りに配置され、径が最も大きい傾斜板６ｅが最も外径側に配置される。これらの傾斜板は、例えば、径方向に延びるフレーム（図示省略）などによって接続され、互いに間隔を保ちつつ一体化されている。
　整流ユニット６は、その構成要素である傾斜板６ａ～６ｅが下方に向けて縮径するように設けられている。つまり、傾斜板６ａ～６ｅの大径側を上方に向けて、小径側を下方に向けて設けられる。図２（ａ）において、傾斜板６ａの小径側の内径は内筒４の内径よりも小さくなっている。また、内筒４の下端は、傾斜板６ａに対して接近して配置されている。
　図２（ａ）に示すように、外筒３は下方に向けて縮径した外筒テーパ部を下端に有している。この外筒テーパ部は、整流ユニット６の傾斜板の一部（最も外側の傾斜板６ｅ）を構成している。
　整流ユニット６において、傾斜板の配列は特に限定されないが、例えば、図２（ｂ）に示すように、径方向で隣接する他の傾斜板との間隔ａ、ｂ、ｃ、ｄが略等間隔になるように配列される。また、径方向で隣接する他の傾斜板との間隔が、内径側に向かって連続的または段階的に大きくなるようにしてもよい。この場合、例えば、間隔ａ＞間隔ｂ＞間隔ｃ＞間隔ｄとしてもよい。
　また、整流ユニット６において、鉛直方向に対する傾斜板６ａ～６ｅの傾斜角度は特に限定されないが、３０°～６０°の範囲内であることが好ましく、３０°～５０°の範囲内であることがより好ましい。図２では、傾斜板６ａ～６ｅの各傾斜角度θａ～θｅは全て４５°に設定されている。なお、各傾斜角度θａ～θｅは、互いに異なる角度であってもよい。例えば、傾斜板の傾斜角度が、内径側に向かって連続的または段階的に小さくなるようにしてもよい。この場合、例えば、θａ＜θｂ＜θｃ＜θｄ＜θｅとしてもよい。
　傾斜板６ａ～６ｅは所定の厚みを有する金属板（例えばステンレス板）や樹脂板などで構成される。また、後述する整流板７も同様である。
　なお、整流ユニットの構成は、図２に限定されるものではない。例えば、図２では５つの傾斜板で整流ユニット６を構成したが、それよりも多いまたは少ない数の傾斜板を用いて構成してもよい。また、整流ユニット６と内筒４との位置関係は特に限定されず、例えば、整流ユニット６は、内筒４から離間した下側に設けられてもよい。
　図１に戻り、空間Ａの上部には整流板７が設けられている。整流板７は、内筒テーパ部４ａよりも大径の円錐台筒状である。整流板７は、内筒テーパ部４ａの外側に位置するように、かつ、下方に向けて縮径するように設けられている。整流板７は、外筒３および内筒４と間隔を保ちつつ、フレームなどで固定されている。
　ここで、内筒４内で生じる上昇流の流速は、内筒４の中心部の方がその周辺部に比べて大きく、流速に不均一さが生じている。そして、流速が速い被処理水は、内筒４から外筒３に向かって流れ、外筒３に到達した後、流速の速い下降流を生じやすい。これに対して、図１の構成では、整流板７を設けることで、内筒４の上端から流出した被処理水を、整流板７の内側（整流板７と内筒４の間）または外側（整流板７と外筒３の間）に分流させることで、外筒３の上部における被処理水の流速を緩やかにでき、その結果、下降流の流速を緩やかにすることができる。つまり、外筒３付近の下降速度と内筒４付近の下降速度の速度差を抑えることができる。
　また、図１において、整流板７は、その上端位置が内筒テーパ部４ａの上端位置よりも高くなるように設けられている。また、整流板７は、その下端位置が内筒テーパ部４ａの下端位置よりも低くなるように設けられている。このように、整流板７が内筒テーパ部４ａの全体を収容するように設けられることで、内筒４の上端から流出する被処理水の流速を緩やかにしやすくなる。
　次に、図３を用いて、浮上分離装置における被処理水の流れを説明する。被処理水および加圧水は予め混合されて混合水として供給管５から内筒４内に供給される。内筒４内に供給された混合水は上昇流となって、内筒４の上端から外筒３の上部に流出する。なお、内筒４および外筒３内は大気圧状態であることから、加圧水に溶解していた空気が微細な気泡（例えば１μｍ～５μｍ）となり、その気泡表面に静電気を帯電させ、被処理水中の懸濁物質を付着させる。これにより、凝集したフロックが浮上分離されて、上部ブレード１１の回転によって掻き寄せられる。
　内筒４の上端から外筒３の上部に流出した被処理水は、整流板７の内側または外側に回り込むように分流されることで流速が緩やかとなる。その結果、外筒３と内筒４の間の空間を下降する被処理水の下降流も緩やかになる。
　そして、被処理水は、外筒３と内筒４の間の空間を下降流となって流れ、整流ユニット６を通過する。この整流ユニット６を通過することで、被処理水の流れが整流され、下降速度の差が小さくなる。つまり、下降速度が相対的に大きい外筒３付近の下降速度が緩やかとなることで、整流ユニット６から流出する被処理水の下降速度が全体的に均一化される。その結果、乱流状態の発生を抑制できることから、処理能力を向上させることができる。
　また一般に、内筒４の下方の空間Ｂは被処理水の流速がほとんどなく、浮上分離処理においてデッドスペースとなりやすい。これに対して、図３に示すような整流ユニット６を設けることで、空間Ｂにも強制的に被処理水を送り込むことができ、処理能力を向上させることができる。このような観点から、整流ユニット６は内筒４の下端に近接して設けられることが好ましい。図３では、内筒４の下端が整流ユニット６の内部に位置するように、整流ユニット６が設けられている。
　整流ユニット６を通過した被処理水は、外筒３と槽体２の間の空間を上昇して、排出管８から系外へ排出される。
　例えば、加圧浮上装置の場合、微細空気発生量は、加圧水量と加圧水の圧力に比例する。具体的には１ＭＰａの１Ｌの加圧水中には２０℃で１９ｍＬの空気が溶解する。したがって、４ＭＰａでは加圧水量Ｑとの間で、溶解空気量ＡＶ（ｍＬ）＝１９×４Ｑ＝７６Ｑとなる。したがって、加圧空気量を多く導入可能な加圧浮上装置の処理能力は、供給可能な加圧水量に比例することが分かる。
　しかしながら、加圧水量を増加させると、加圧水から発生する気泡の上昇流と加圧水が上昇する水流により、浮上したフロックが破壊されたり、この上昇流速が速いところと遅いところを形成する乱流状態を引き起こす。この乱流状態が起こると、凝集したフロックが、乱流撹拌により破壊され微細化されたりし、また、乱流部の流れの速いところにあるフロックは、浮上しないで、加圧水を製造するためにポンプに吸引され吐出されている循環水とともに処理水や循環水の中に混入されたりして、加圧処理の分離不良現象を引き起こすおそれがある。この循環水は、加圧浮上に供給された原水と加圧ポンプにより供給された加圧水量の合計したものである。この循環水流が加圧浮上装置内で乱流状態を引き起こさないところが、最大の処理能力である。従って、乱流を引き起こすこの循環水量は、循環水の槽内での流速ｖ（ｍ／ｓ）、加圧浮上装置の直径Ｄ（ｍ）、加圧水の粘度μ（ｋｇｍ／ｓ）、循環水の密度ρ（ｋｇ／ｍ３）とし、レイノルズ数（Ｒｅ）が１０を超えると乱流を引き起こすとすると、下記の式（１）および（２）になる。
　Ｒｅ＝ρｖ２Ｄ／μ＜１０・・・（１）
　ｖ＝√（１０μ／ρＤ）・・・（２）
　これらの式から分かるように、直径Ｄに比例して乱流になりにくいので、直径の大きさと加圧浮上装置の処理能力には比例関係があることが分かる。
　ｖ＝√（１０×１／１／２）＝２．２（ｍ／ｓ）・・・（３）
　以下の条件までは循環量を上げられる。直径２ｍの円筒内の層流の最大流量は、下記の式（４）となる。
　Ｑ＝１×１×３．１４×２．２＝６．９ｍ３／ｓ×６０ｓ／ｈｒ＝４１４ｍ３／ｈｒ・・・（４）
　上記の計算によれば、循環量を最大で４００ｍ３／ｈｒまで増やせる。ここで、４００ｍ３／ｈｒで層流である加圧浮上装置の直径はＤ＝√（４００／３．１４）＝１１．３ｍの水槽である。このことから、例えば、本発明の浮上分離装置によれば、例えば直径２ｍの加圧浮上装置でも、直径１１ｍの加圧浮上装置とほぼ同等な循環流が層流となるようにすることができる。
　本発明によれば、例えば加圧浮上装置内の下降流の流速を均一化することにより、加圧浮上循環量の流速を均一化して層流状態で流れるようにすることができる。そして、加圧浮上循環量を増大しても層流状態を保てるようにして、循環水量を大きくすることができるので、加圧浮上装置の能力の向上を図ることができる。
　本発明の浮上分離装置は、図１～図３に示す構成に限定されない。例えば、図１～図３では、被処理水を槽内に流出させる手段として、内筒４の内部に供給管５を設けた構成としたが、内筒４を省略して供給管５のみで被処理水などを流出させるようにしてもよい。この構成では、供給管５が内筒としても機能する。
　また、図１～図３では、外筒３の外側に槽体２を設けた構成としたが、槽体２を省略して、外筒３を槽体として用いてもよい。この構成では、浄化された処理水を装置の下部から排出するため、整流ユニット６よりも下方側に排出手段が配置される。
　また、従来の浮上分離装置のように、複数の整流孔が設けられた整流板を別途設けてもよい。
　また、図１～図３では、浮上分離装置として加圧浮上装置を用いたが、本発明の浮上分離装置は、気泡に被処理水中の懸濁物質を付着させて浮上分離する装置であればよく、これに限定されない。例えば、気泡を発生させる方法として、旋回流式、スタティックミキサー式などが挙げられる。
　本発明の浮上分離装置は、例えば装置を小型化して循環水量を増大した場合であっても、層流状態を保つことができ、処理効率に優れるので、浮上分離装置として広く利用することができる。
　１　　浮上分離装置
　２　　槽体
　２ａ　蓋部
　２ｂ　側壁部
　２ｃ　底部
　２ｄ　凹部
　３　　外筒
　４　　内筒
　４ａ　内筒テーパ部
　５　　供給管
　５　　供給口
　６　　整流ユニット
　６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ　傾斜板
　７　　整流板
　８　　排出管
　９　　モータ
　１０　回転軸
　１１　上部ブレード
　１２　下部ブレード
　Ａ、Ｂ　空間

Claims (6)

  1. 　鉛直方向に沿って配置される外筒と、該外筒の略中央部分に設けられ上端が開口した内筒とを有し、該内筒の上端から被処理水を流出させ気泡に懸濁物質を付着させて浮上分離するとともに、該懸濁物質が分離された被処理水を前記外筒と前記内筒の間の空間に下降させた後、系外へ排出する浮上分離装置であって、
    　前記空間の下部に、被処理水が通過する整流ユニットが設けられており、該整流ユニットは、径の異なる複数の円錐台筒状の傾斜板が同心円状に配列して構成され、下方に向けて縮径するように設けられていることを特徴とする浮上分離装置。
  2. 　前記内筒は上方に向けて拡径した内筒テーパ部を上端に有しており、前記内筒テーパ部の外側には、前記内筒テーパ部よりも大径の円錐台筒状の整流板が下方に向けて縮径するように設けられていることを特徴とする請求項１記載の浮上分離装置。
  3. 　前記整流ユニットにおいて、前記傾斜板は、径方向で隣接する他の傾斜板との間隔が互いに略等間隔になるように配列されていることを特徴とする請求項１記載の浮上分離装置。
  4. 　前記整流ユニットにおいて、鉛直方向に対する前記傾斜板の傾斜角度は３０°～５０°の範囲内であることを特徴とする請求項１記載の浮上分離装置。
  5. 　前記外筒は下方に向けて縮径した外筒テーパ部を下端に有しており、前記外筒テーパ部は、前記整流ユニットの前記傾斜板の一部を構成していることを特徴とする請求項１記載の浮上分離装置。
  6. 　前記内筒は上方に向けて拡径した内筒テーパ部を上端に有しており、前記内筒テーパ部の外側には、前記内筒テーパ部よりも大径の円錐台筒状の整流板が下方に向けて縮径するように設けられており、
    　前記整流ユニットにおいて、前記傾斜板は、径方向で隣接する他の傾斜板との間隔が互いに略等間隔になるように配列されており、鉛直方向に対する前記傾斜板の傾斜角度は３０°～５０°の範囲内であり、
    　前記外筒は下方に向けて縮径した外筒テーパ部を下端に有しており、前記外筒テーパ部は、前記整流ユニットの前記傾斜板の一部を構成していることを特徴とする請求項１記載の浮上分離装置。
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