JP2015020087A

JP2015020087A - 水処理装置

Info

Publication number: JP2015020087A
Application number: JP2013147716A
Authority: JP
Inventors: 和高小城; Kazutaka Koshiro; 真理大江; Mari Oe; 忍茂庭; Shinobu Shigeniwa; 徳介早見; Tokusuke Hayami
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2013-07-16
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2015-02-02

Abstract

【課題】被処理物を吸着材等の機能粉を用いて処理する場合において、機能粉を破砕することなく、被処理物及び機能粉の接触効率を向上させて、被処理物の処理効率を向上させることが可能な水処理装置を提供する。
【解決手段】実施形態の廃水処理装置は、被処理水中に含まれる被処理物と機能粉とを接触させ、当該機能粉に対して前記被処理物を吸着させるための反応槽と、前記反応槽の中心軸に沿って配設された攪拌機と、前記攪拌機の撹拌翼の下方であって前記反応槽の底面上に配設された略円錐形状の堆積抑制部材と、を具える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、水処理装置に関する。

電子部品製造業、機械加工業、食品加工業などの一般産業では、製品製造過程において水洗浄工程を有しており、廃水が発生する。通常、製造過程で発生した廃水は工場内の廃水処理施設に送られて化学的あるいは物理的な処理を行った後、下水として放流されたり、あるいは工場内で再使用されたりするのが一般的である。

例えば、廃水に含まれる被処理物はフィルタによるろ過処理で捕集・除去されるが、被処理物が難ろ過性の場合には、短時間の処理（=少量の被処理物捕集）でフィルタのろ過流量が低下したり（定圧ろ過）、ろ過差圧の急増（定流量ろ過）が生じたりして、短期間でのフィルタ交換が必要となり、ランニングコストが増大する。

このような問題に鑑みて、ろ過処理の前段で化学的な処理、例えばポリ硫酸第二鉄、塩化第二鉄、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム（＋高分子凝集剤）などの凝集剤を添加して元々含有されている被処理物をろ過・脱水し易い性状に変えた後に、脱水機による汚泥回収が行われている。しかしながら、凝集処理は廃水中の被処理物濃度よりも高濃度の凝集剤を添加するために廃棄物量（汚泥）は多大になり処分コストも高くなるという課題がある。

一方、近年においては、廃水中の被処理物を磁性吸着材や磁性多孔質体といった機能粉を用い、当該機能粉を水中に浸漬させて被処理物を吸着し、被処理物を吸着した後の機能粉を磁石で回収する方法なども提案されている。被処理物を吸着材等で吸着して回収する場合は、攪拌機を有する反応槽内に被処理物及び吸着材等を入れ、攪拌機を撹拌させることにより、被処理物及び吸着材等を接触させる。

攪拌機の撹拌によって被処理物及び吸着材等の接触効率を増大させるには、攪拌機による撹拌によって反応槽内の水流を乱流にする必要がある。乱流にする方法としては、反応槽内に邪魔板（バッフル）等を設ける、あるいは攪拌機の軸が反応槽の中心軸に対して傾斜させる等の方法がある（特許文献１参照）。

しかしながら、上述のようにして反応槽内に乱流を生ぜしめると、上記吸着材等が邪魔板に衝突したり、吸着材等同士が衝突したりして粉砕してしまい、吸着材等の粒径範囲（粒径分布）が広がり、吸着材等の形状や大きさが不均一になるという問題があった。

特許第３９４２４１１号公報

本発明は、被処理物を吸着材等の機能粉を用いて処理する場合において、機能粉を破砕することなく、被処理物及び機能粉の接触効率を向上させて、被処理物の処理効率を向上させることが可能な水処理装置を提供することを目的とする。

実施形態の廃水処理装置は、被処理水中に含まれる被処理物と機能粉とを接触させ、当該機能粉に対して前記被処理物を吸着させるための反応槽と、前記反応槽の中心軸に沿って配設された攪拌機と、前記攪拌機の撹拌翼の下方であって前記反応槽の底面上に配設された略円錐形状の堆積抑制部材と、を具える。

第１の実施形態における水処理装置の概略構成図である。図１に示す水処理装置の堆積抑制部材の形状の例を示す図である。図１に示す水処理装置の作用効果を説明するための図である。第２の実施形態における水処理装置の堆積抑制部材の断面図である。第２の実施形態における水処理装置の堆積抑制部材の断面図である。第２の実施形態における水処理装置の堆積抑制部材の断面図である。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態における水処理装置の概略構成図であり、図２は、図１に示す水処理装置の堆積抑制部材の形状の例を示す図であり、図３は、図１に示す水処理装置の作用効果を説明するための図である。

図１に示すように、本実施形態の水処理装置１０は、被処理物Ｓを含有する被処理水Ｗと機能粉Ｐとを接触させ、機能粉Ｐに対して被処理物Ｓを吸着させるための反応槽１１と、反応槽１１の中心軸に沿って配設された攪拌機１２と、攪拌機１２の下方であって反応槽１１の底面１１Ａ上に配設された略円錐形状の堆積抑制部材１３とを有している。

本実施形態において、被処理物Ｓとしては、アルミナ、水酸化鉄などの他、アオコ、セリナイト、その他微生物、砂礫、粘土などの汚泥成分等を挙げることができるがこれらに限定されるものではない。

また、機能粉Ｐとしては、コア粒子を樹脂等で被覆したり、樹脂等のバインダーで結合したりしたものを用いることができる。このようなコア粒子としては、アルミニウム、鉄、銅、及びこれらの合金等の金属粒子、あるいは磁鉄鉱、チタン鉄鉱、磁硫鉄鉱、マグネシムフェライト、コバルトフェライト、ニッケルフェライト、バリウムフェライト、溶融シリカ、結晶性シリカ、ガラス、タルク、アルミナ、ケイ酸カルシウムをコア粒子とする、さらには炭酸カルシウム、硫酸バリウム、マグネシア、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、雲母等のセラミック粒子を挙げることができる。

なお、反応槽１１、攪拌機１２及び堆積抑制部材１３は被処理水Ｗ等に対して耐食性を有するステンレス部材の他、ガラス部材、セラミック部材等から構成することができる。

また、本実施形態における堆積抑制部材１３は略円錐形状であることが必要であるが、この“略円錐形状”とは、狭義の円錐形状の他、図２に示すように、頂部が面取りされてお椀型となったものや（図２（ａ））、半円形状のもの（図２（ｂ））をも含む概念である。すなわち、堆積抑制部材１３の側面１３Ｂが底面１３Ａより所定の角度で立ち上っており、以下に示すような堆積抑制の作用効果を示す限りにおいて、その他の部分の形状（特に頂部）は特に限定されない。

また、本実施形態では、堆積抑制部材１３をバルク状の部材として扱っているが、中空の部材とすることもできる。

次に、図１に示す水処理装置１０を用いた水処理方法について説明する。
最初に、例えば図示しない配管等を介して被処理物Ｓを含む被処理水Ｗを反応槽１１内に導入するとともに、上述したような機能粉Ｐを例えば図示しない貯留槽から配管等を介して反応槽１１内に導入する。その後、反応槽１１内に配設された攪拌機１２を図示しないモータ等で駆動することにより、反応槽１１内に導入された被処理水Ｗ中に例えば渦流を生ぜしめ、反応槽１１内に導入された被処理物Ｓ及び機能粉Ｐを攪拌及び接触させる。

このとき、機能粉Ｐは被処理物Ｓを吸着するとともに、上記渦流に基づく向心力が作用するようになるので、反応槽１１内の中心部近傍に流動し沈殿するようになり、機能粉Ｐの投入量が多い場合には、堆積抑制部材１３上に沈殿層Ｌの少なくとも一部を形成するようになる。また、沈殿層Ｌは、攪拌機１２の攪拌操作が続く限りにおいて、上述した渦流に基づく向心力が作用するようになるので堆積抑制部材１３上を移動する。したがって、この過程においても、沈殿層Ｌを構成する機能粉Ｐによる被処理物Ｓの吸着が促進されるようになる。

なお、以下の第２の実施形態で説明するように、沈殿層Ｌは、これを構成する沈殿物の安息角と堆積制御部材１３の断面における底面に対する側面の立ち上り角度との関係に基づいて、そのほとんどが堆積抑制部材１３上に形成される場合もあれば、その一部のみが堆積制御部材１３上に形成され、残部は堆積制御部材１３の外周縁に存在するようになる。

本実施形態によれば、反応槽１１内に邪魔板（バッフル）等を設ける、あるいは攪拌機１２の軸を反応槽１１の中心軸に対して傾斜させる等によって、反応槽１１内に導入された被処理水Ｗに対して強制的に乱流を生ぜしめる必要がない。したがって、機能粉Ｐが邪魔板に衝突したり、機能粉同士が衝突したりして粉砕してしまうことがなく、機能粉Ｐそのもの、あるいは被処理物Ｓを吸着した機能粉Ｐの形状や大きさを保持することができる。

また、上述のように、機能粉Ｐは被処理物Ｓを吸着することによって反応槽１１内で沈殿して堆積し、堆積抑制部材１３上に沈殿層Ｌを形成し、攪拌機１２の攪拌操作が続く限りにおいて、堆積抑制部材１３上を移動するので、沈殿層Ｌを構成する機能粉Ｐによる被処理物Ｓの吸着が促進されるようになる。

なお、図３は、堆積抑制部材１３を配設しない場合の、攪拌操作中の水処理装置の状態を示す図である。図３に示すように、堆積抑制部材１３を配設しない場合は、攪拌機１２の駆動によって生じる渦流による向心力によって、沈殿層Ｌの下方に、主として機能粉Ｐが被処理物Ｓと接触して吸着することなく堆積してなる堆積層Ｍが形成されるようになる。このような堆積層Ｍが形成されると、機能粉Ｐの被処理物Ｓに対する吸着効率が減少してしまい、水処理効率が低下してしまうことになる。

しかしながら、本実施形態の水処理装置１０では、上述のように、堆積層Ｍが形成される箇所に堆積抑制部材１３を配設しているので、図３に示すような堆積層Ｍが形成されることなく、堆積抑制部材１３上に沈殿層Ｌが形成され、この沈殿層Ｌ内で機能粉Ｐと被処理物Ｓとの接触効率が増大することになる。したがって、堆積抑制部材１３を配設しない場合に比較して、機能粉Ｐによる被処理物Ｓの吸着が促進されるようになる。

また、図３から明らかなように、堆積層Ｍの底面の直径Ｍ１は攪拌機１２の撹拌翼１２Ａの直径ｄと略同一であるので、図１に示す水処理装置１０において、堆積抑制部材１３の底面の直径Ｄも撹拌翼１２Ａの直径ｄと略同一とすることが好ましい。これによって、堆積抑制部材１３による堆積層Ｍの形成を効率的に抑制することができる。

なお、“堆積抑制部材１３の底面の直径Ｄも撹拌翼１２Ａの直径ｄと略同一”とは、反応槽１１の底面１１Ａから撹拌翼１２Ａまでの距離にもよるが、具体的に設計上のマージンを考慮したものであって、例えばｄ／Ｄ＝０.３〜３の範囲にあるものが好ましいが、これに限定されるものではない。

（第２の実施形態）
図４及び図５は、本実施形態の水処理装置における堆積抑制部材の断面図である。なお、図１〜図３に示す構成要素と類似あるいは同一の構成要素に関しては同一の符号を用いている。

本実施形態では、水処理装置１０の堆積抑制部材１３の縦方向断面における側面１３Ｂの底面１３Ａからの立ち上り角度θと沈殿層Ｌを構成する沈殿物（機能粉Ｐによる被処理物Ｓの吸着物）の安息角との関係を説明する。

なお、本実施形態でも、堆積抑制部材１３をバルク状の部材として扱っているが、中空の部材とすることもできる。

図４は、堆積抑制部材１３の立ち上り角度θが沈殿物の安息角よりも小さい場合を示している。この場合、沈殿層Ｌは自発的に崩壊することなく、図４に示すように、堆積抑制部材１３上に堆積して形成されるようになる。したがって、沈殿層Ｌは堆積抑制部材１３上において局所的に存在するようになるので、沈殿層Ｌを構成する沈殿物を回収する際にバキューム装置等を用いて容易に回収できるようになる。

図５は、堆積抑制部材１３の立ち上り角度θが沈殿物の安息角よりも大きい場合を示している。この場合、沈殿層Ｌは自発的に崩壊し、図５に示すように、沈殿層Ｌを構成する沈殿物は堆積抑制部材１３の底面回り（外周縁）に沿って堆積するようになる。したがって、沈殿層Ｌ（沈殿物）は比較的広範囲に存在するようになるので、沈殿層Ｌを構成する沈殿物を回収する際に、スコップ等を用いて容易に回収できるようになる。

（第３の実施形態）
図６は、本実施形態の水処理装置における堆積抑制部材の断面図である。なお、図１〜図３に示す構成要素と類似あるいは同一の構成要素に関しては同一の符号を用いている。

図６に示すように、本実施形態の水処理装置における堆積抑制部材１３は、第１の部材１３１及び第２の部材１３２からなり、第１の部材１３１が第２の部材１３２上に形成されてステップ状を呈している。

したがって、例えば図示しない配管等を介して被処理物Ｓ及び汚泥ＳＳ等を含む被処理水Ｗを反応槽１１内に導入するとともに、上述したような機能粉Ｐを例えば図示しない貯留槽から配管等を介して反応槽１１内に導入し、攪拌機１２を図示しないモータ等で駆動することにより、反応槽１１内に導入された被処理水Ｗ中に渦流を生ぜしめ、反応槽１１内に導入された被処理物Ｓ及び機能粉Ｐを攪拌及び接触させた際に、攪拌機１２の駆動を止めると、被処理物Ｓを吸着した機能粉Ｐには渦流に基づく向心力が作用し、反応槽１１の中心部近傍に集まって沈殿し、堆積抑制部材１３（第１の部材１３１）上に第１の沈殿層Ｌ１の少なくとも一部を形成するようになる。

一方、汚泥ＳＳは比重が小さく、上述したような渦流が形成された場合においても、汚泥ＳＳに作用する向心力は小さい。したがって、反応槽１１の中心部近傍に集まることはなく、堆積抑制部材１３（第２の部材１３２）の外周縁近傍に沈殿して、第２の沈殿層Ｌ２を形成するようになる。

この場合、被処理物Ｓを吸着した機能粉Ｐを含む第１の沈殿層Ｌ１と、汚泥ＳＳからなる第２の沈殿層Ｌ２とは、堆積抑制部材１３の第１の部材１３１及び第２の部材１３２によって離隔され、画定されるようになる。したがって、第１の沈殿層Ｌ１を構成する沈殿物及び第２の沈殿層Ｌ２を構成する汚泥ＳＳを別々に回収することができるようになる。

なお、本実施形態では、第２の沈殿層Ｌ２を汚泥ＳＳから構成される場合について説明したが、第１の沈殿層Ｌ１を構成する沈殿物よりも比重の小さい物質であれば、本実施形態を適用することができる。また、堆積抑制部材１３は、第１の部材１３１及び第２の部材１３２の２段のステップ状に限らず、複数段のステップ状とし、被処理水Ｗに含まれる沈殿物を比重差別に離隔して別々に回収することもできる。

また、本実施形態でも、堆積抑制部材１３をバルク状の部材として扱っているが、中空の部材とすることもできる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０水処理装置
１１反応槽
１２攪拌機
１３堆積抑制部材
Ｗ被処理水
Ｓ被処理物
Ｐ機能粉
Ｌ沈殿層
Ｍ堆積層
１３１堆積抑制部材の第１の部材
１３２堆積抑制部材の第２の部材
Ｌ１第１の沈殿層
Ｌ２第２の沈殿層

Claims

被処理水中に含まれる被処理物と機能粉とを接触させ、当該機能粉に対して前記被処理物を吸着させるための反応槽と、
前記反応槽の中心軸に沿って配設された攪拌機と、
前記攪拌機の撹拌翼の下方であって前記反応槽の底面上に配設された略円錐形状の堆積抑制部材と、
を具えることを特徴とする、水処理装置。
前記堆積抑制部材の底面の直径と前記撹拌翼の直径とが略同一であることを特徴とする、請求項１に記載の水処理装置。
前記堆積抑制部材の縦方向断面における側面の底面からの立ち上り角度が、前記堆積抑制部材上に堆積する沈殿物の安息角よりも小さいことを特徴とする、請求項１又は２に記載の水処理装置。
前記堆積抑制部材の縦方向断面における側面の底面からの立ち上り角度が、前記堆積抑制部材上に堆積する沈殿物の安息角よりも大きいことを特徴とする、請求項１又は２に記載の水処理装置。
前記堆積抑制部材は、ステップ状に形成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の水処理装置。