JP5246515B2 - 廃水処理装置 - Google Patents

Description

本発明は廃水処理装置に係り、特に廃水に凝集剤や磁性粉を投入し、凝集磁気分離によって前記廃水を処理する廃水処理装置に関する。

凝集磁気分離方式による水処理法とは、被処理対象である廃水に凝集剤と磁性粉を投入し、攪拌することにより生成させた凝集フロック（以下、磁性フロックと称する）を磁気分離装置によって磁力で回収することにより処理水を得る方式である。

この方式では磁性粉を含む磁性フロックが回収されるが、回収した磁性フロックは産業廃棄物として廃棄される必要があり、磁性粉供給コストと産業廃棄物としての回収フロック処分費用がランニングコストの上昇をまねいている。

この課題を解決するための技術として、特許文献１及び２に開示されているように、磁性粉を含有する汚泥を水熱反応により分解し、汚泥を減容化する技術が知られている。

特許文献１、２に開示された廃水処理装置は、磁気分離装置による凝集磁気分離により汚水を浄化し、その際に発生する汚泥を高温高圧で水熱処理し、高温高圧ラインのなかで磁性粉を磁気分離により回収する装置である。

特開平１１−１２３３９９号公報 特開平１１−２０７３９９号公報

しかしながら、特許文献１、２の廃水処理装置は、汚泥を高温高圧で水熱処理する際に十分なフロック分解性能を得ようとすれば、かなりのエネルギーが必要となるとともに、フロック分解工程としての水熱反応装置の構造も複雑になるという問題があった。なお、特許文献１によれば、汚泥を１０ＭＰａ以上に加圧して約３５０℃未満に加熱した後、磁性粉分離機に導くことが開示されている。また、特許文献２によれば、汚泥を２ＭＰａ程度に加圧して２００℃前後に加熱した後、磁性粉分離器に導くことが開示されている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、回収した磁性フロックの分解に要するエネルギーを削減することができるとともに、回収した磁性フロックから磁性粉を簡素な装置構成で高効率に回収することができる廃水処理装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明は、槽内に溜められた廃水に凝集剤及び磁性粉を添加することにより凝集した磁性フロックを生成し、該磁性フロックを磁力によって回収することにより、前記廃水から磁性フロックを取り除いた処理水を得る廃水処理装置において、前記回収した磁性フロックを処理する磁性フロック処理手段が設けられ、該磁性フロック処理手段は高圧ポンプ、及び磁気分離部から構成され、前記磁気分離部は、磁場発生部に流体配管を設置した構造を有し、前記磁性フロックを前記高圧ポンプによって、前記磁気分離部の前記流体配管に圧送することにより前記磁性フロックから前記磁性粉を分離させ、分離させた前記磁性粉を、前記磁場発生部に近い前記流体配管の壁面に堆積させることを特徴とする廃水処理装置を提供する。

本発明によれば、回収した磁性フロックを含む水を高圧ポンプによって所定の圧力にまで昇圧させて、この水を磁気分離部の流体配管に圧送する。この圧送作用によって磁性フロックには剪断力が与えられ、この剪断力によって磁性フロックは、これまで凝集していた磁性粉と浮遊固形物質とがばらばらに分離された水となる。そして、この水が流体配管の通過中に、分離された磁性粉を磁場発生部の磁力によって流体配管に吸着させて回収する。これにより、本発明によれば、回収した磁性フロックの分解に要するエネルギーを削減することができるとともに、高圧ポンプ、及び磁気分離部からなる簡素な装置構成で、回収した磁性フロックから磁性粉を高効率に回収することができる。

本発明は、前記流体配管の壁面に堆積させた磁性粉を、前記槽に戻す管路を備えていることが好ましい。

本発明によれば、回収した磁性粉を再利用することができるので、廃棄物の削減とランニングコストを削減した廃水処理装置を提供できる。

本発明は、前記磁場発生部が、複数の電磁石又は永久磁石を表面近傍に装着した磁気ドラムと該ドラムを包囲する金属製の円筒管とからなり、該円筒管の周囲に前記流体配管が巻回されて配設されていることが好ましい。

本発明によれば、流体配管を磁気ドラムの回りに巻回することで、流体配管の長さを十分に長くとることができるので、磁性粉を十分に磁気分離することができる。また、流体配管の径を小さくして長さを長くすると、流体配管中での圧力損失が問題となる場合があるが、本構造では、もともと十分な高圧ポンプを使用する構造であるため、上記圧力損失は問題にならない。

本発明は、前記磁気ドラムが前記円筒管の内部で往復動可能であり、前記磁気ドラムが移動した一つの磁場発生部に前記流体配管が複数系列設置されており、前記複数系列の流体配管へ磁性フロックを流入させる切替弁を有していることが好ましい。

本発明によれば、切替弁によって流路を切り替えて複数系列の流体配管のうち一方の流体配管に磁性フロックを流す。この際には、磁気ドラムを円筒管の内部で移動させて、一方の流体配管に対応した一方の磁場発生部に位置させるとともに、他方の流体配管を洗浄する。そして、他の流体配管の洗浄が終了すると、前記切替弁によって流路を切り替えて他方の流体配管に磁性フロックを流す。この際には、磁気ドラムを円筒管の内部で移動させて、他方の流体配管に対応する他方の磁場発生部に位置させるとともに、一方の流体配管を洗浄する。これにより、廃水処理装置の連続運転が可能になる。また、流体配管の洗浄時には、その流体配管に磁気ドラムによる磁力が作用していないため、流体配管に付着した磁性粉を洗浄水によって容易に剥離させることができる。そして、剥離した磁性粉を洗浄水とともに管路を介して槽に戻して再利用する。

本発明は、前記流体配管には、磁性フロックの供給経路と洗浄水の供給経路とが切替弁を介して連結され、該切替弁が、前記高圧ポンプと前記流体配管との間に配置された減圧手段の上流側に位置していることが好ましい。

本発明によれば、高圧ポンプの後段に減圧手段を配置することにより、磁性フロックに与える剪断力を流体配管の前段で磁性フロックに与えることができる。減圧手段を設けることにより、磁性粉の回収がより一層効果的に行われる。そして、磁性フロックの供給経路と洗浄水の供給経路とを切り替える切替弁を減圧手段の上流側に配置させることにより、減圧手段を前記洗浄水によって洗浄することができる。これにより、減圧手段の耐久性が向上するとともに減圧手段の能力を維持することができる。

本発明は、前記磁性フロック処理手段は、ｐＨ調整手段を有しており、該ｐＨ調整手段によって前記磁性フロックをｐＨ＝８〜１４にした後、前記高圧ポンプによって圧送し、前記磁気分離部によって磁性粉を回収することが好ましい。

本発明によれば、高圧ポンプの前段に配置したｐＨ調整手段によって磁性フロックをｐＨ＝８〜１４にすることにより、後段の磁性フロック処理手段による磁性フロックの分解効率を高めることができる。

本発明は、前記磁性フロック処理手段は、加熱手段を有しており、該加熱手段によって前記磁性フロックを温度４０〜１００℃に加熱した後、前記高圧ポンプによって圧送し、前記磁気分離部によって磁性粉を回収することが好ましい。

本発明によれば、高圧ポンプの前段に配置した加熱手段によって磁性フロックを４０〜１００℃に加熱することにより、後段の磁性フロック処理手段による磁性フロックの分解効率を高めることができる。

本発明は、前記磁性フロック処理手段は、電気分解装置を有しており、該電気分解装置によって前記磁性フロックを電気分解反応させた後、前記高圧ポンプによって圧送し、前記磁気分離部によって磁性粉を回収することが好ましい。

本発明によれば、高圧ポンプの前段に配置された電気分解装置によって、磁性フロックを電気分解すると、被処理水がＮａＣｌ等の塩分を含む場合は電気分解によりｐＨがアルカリ側に移行するとともに、電気分解によるエネルギーが最終的に熱の形でフロックに与えられ、温度も上昇する。すなわち、電気分解によるだけでアルカリ化と高温化を達成することができるので、後段の磁性フロック処理手段によるフロック分解が容易になる。

本発明によれば、回収した磁性フロックの分解に要するエネルギーを削減することができるとともに、回収した磁性フロックから磁性粉を簡素な装置構成で高効率に回収することができる。また、本発明では、回収した磁性粉を再利用することができるので、廃棄物の削減とランニングコストを削減した廃水処理装置を提供できる。

本発明の第１の実施の形態の廃水処理装置を示した構造図 減圧手段の構成の一例を示した説明図 本発明の第２の実施の形態の廃水処理装置を示した構造図 本発明の第３の実施の形態の廃水処理装置を示した構造図 磁性粉回収磁気分離部の構造を示した説明図 磁性粉回収磁気分離部の他の構造を示した説明図 本発明の第４の実施の形態の廃水処理装置を示した構造図

以下、添付図面に従って本発明に係る廃水処理装置の好ましい実施の形態について説明する。

図１は、第１の実施の形態の廃水処理装置を示した構造図である。

被処理水である廃水（小さな浮遊物質やエマルジョン化した油粒子を含む廃水）は原水タンク１から、原水ポンプ２によって廃水処理装置の急速攪拌槽６に送水される。ここで、廃水は急速攪拌槽６に溜められる。急速攪拌槽６では、無機の凝集剤、例えばＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）、硫酸第二鉄、塩化第二鉄、硫酸アルミニウム等が、無機凝集剤注入ポンプ（図示せず）よって無機凝集剤槽３から添加され、急速に攪拌が行われる。ここで、急速の攪拌によって浮遊物質や油粒子の衝突頻度が高まる中で凝集剤の効果によりマイクロフロックと呼ばれる多数の小さな塊が形成される。急速攪拌槽６の内部で、または急速攪拌槽６を出たところで、磁性粉注入ポンプ（図示せず）によって、磁性粉タンク４からマグネタイト等の磁性粉が添加される。

マイクロフロックを含む被処理水は、急速攪拌槽６を出た後、緩速攪拌槽７に流入する。ここで、高分子ポリマーが高分子ポリマーポンプ（図示せず）によって高分子ポリマータンク５から注入され、緩速攪拌槽７内でゆっくり攪拌されることで、凝集した磁性フロックが成長する。この場合の高分子ポリマー（高分子凝集剤）はアニオン系が望ましく、例えばポリアクリルアミドが適している。ポリアクリルアミドの場合は粉末で保管しておき、フィーダで定量高分子ポリマータンク５に注入して攪拌する構造が考えられる。また、上記例は、無機凝集剤とアニオン系高分子ポリマーを使用する例を示したが、無機凝集剤を使用せずにカチオン系の高分子ポリマーのみを使用する場合でも以下の効果は同様となる。

上記のように生成された磁性フロックは、磁気分離部８に送水される。

磁気分離部８では、例えばネオジウム磁石等の永久磁石を内蔵する磁気ドラム１３が設置されている。磁気ドラム１３の近傍を、前記磁性フロックを有する凝集水が通過する際に、磁性フロックに含まれた磁性粉が永久磁石の磁力によって吸引され、磁気ドラム１３の表面に吸着される。吸着された磁性フロックは磁気ドラム１３の回転とともに水中から空中に上げられ、スクレーパ１４によって掻き取られて回収される。回収された磁性フロック（以下、回収フロックと称する）は、回収フロック分解装置（磁性フロック処理手段）１５へ送られる。また、磁性フロックが取り除かれた水は処理水１０として磁気分離部８から外部に排出される。

回収フロックは、回収フロック槽９に一旦溜められる。回収フロック槽９には攪拌機が設けられており、この攪拌機によって槽９内を攪拌することによって回収フロックの沈殿が防止されている。

回収フロック槽９の回収フロックを含む水は、プランジャ式あるいはダイヤフラム式等の高圧ポンプ１２によって０．２〜５ＭＰａ程度まで昇圧される。その後、流路が狭い部分を有する減圧手段３７によって減圧される。減圧手段３７を回収フロックが通過する際、減圧手段３７が有する流路の狭い部分で流速が早くなり、剪断応力が大きくなることによって回収フロックが分解される。なお、減圧手段３７は必須ではなく、高圧ポンプ１２によって昇圧した水を、後述する流体配管４２に直接圧送することによっても、回収フロックに剪断力を与えることができるので、回収フロックから磁性粉６４を分離でき、分離した磁性粉６４を流体配管４２によって回収することができる。

減圧手段３７の一例を図２に示す。この例は、図１の高圧ポンプ１２と減圧手段３７とを連結する配管６３中にオリフィス７０を設置した例である。

この減圧手段３７によれば、回収フロック６７を多数含む水の水流６８がオリフィス７０を通過する際、流路の狭い開口部７１を通過するときに流速が早くなる。この流速により、剪断応力が大きくなることによって回収フロック６７が分解され、これまで凝集していた磁性粉６４及び浮遊固形物質６５等がばらばらに分離された水流６９となる。したがって、この後段に磁気分離機能を有する手段を設置することにより、回収フロック６７から磁性粉（磁性粒子）６４を回収することが可能となる。

減圧手段３７としてはオリフィス７０の他、ノズル、圧力制御可能な背圧弁等が考えられる。ここで、流路が狭くなる部分の材質にダイヤモンドやセラミックスを用いると耐久性に優れた装置とすることができる。また、流路が狭くなる部分は複数の孔を有するオリフィス形状とすると、一つが閉塞した場合でも運転に支障がでることは無い。さらに、減圧手段３７は、流路が狭くなる部分を持ったオリフィスと圧力制御が可能な背圧弁との組み合わせでもよい。この場合は、背圧弁の耐久性を確保した状態で正確な圧力制御をすることが可能となる。

但し、一旦分解したフロックを放置しておくと再凝集してしまうため、減圧手段３７の直後で、分解したフロック（以下、分解フロックと称す）から磁性粉６４のみを回収する必要がある。

そこで、第１の実施の形態では、図１に示すように、磁性粉回収磁気分離部（磁気分離部）４０によって磁性粉６４を回収する。この磁性粉回収磁気分離部４０は、円筒型の電磁石（磁場発生部）４１のまわりに分解フロックが流れる流体配管４２を設置した構造である。

本構造をとることにより、流体配管４２中を流れる分解フロックの流れは、流体配管４２の径をある程度小さくすることにより、緩速攪拌槽７よりも大きな乱れを有した状態としておくことが可能である。これにより分解フロックが再成長しない状態で磁気分離を実施することが可能である。なお、高圧ポンプ１２、減圧手段３７、及び磁性粉回収磁気分離部４０が、回収フロック分解装置１５を構成している。なお、前述の如く減圧手段３７は必須ではない。

ところで、分解フロックは、流体配管４２を流れる中で、磁性粉６４のみが電磁石４１に引き寄せられ、電磁石４１に近い流体配管４２の壁面に堆積し、それ以外のものは流れとともに磁性粉回収磁気分離部４０の外の汚泥槽４９に排出される。ここで、流体配管４２中の流速が早いと、一旦堆積した磁性粉６４が再び剥がされて流体配管４２内を流れる可能性がある。

そこで、本構造では、流体配管４２を電磁石４１の回りに巻回することで、流体配管４２の長さを十分に長くとっているため、最適設計により磁性粉６４を十分に磁気分離することが可能である。また、流体配管４２の径を小さくして長さを長くすると、流体配管４２中での圧力損失が問題となる場合があるが、本構造では、もともと十分な高圧ポンプ１２を使用する構造であるため、上記圧力損失が問題となることは無い。

ある程度時間が経過すると、図１に示した弁５１、５３を閉じて弁５２、５４を開いて水タンク５６から洗浄水ポンプ５５によって洗浄水を流体配管４２に通水する。これと同時に、電磁石４１への通電を停止して電磁石４１の磁場を切る。これにより、流体配管４２を洗浄再生することができるとともに、これと同時に磁性粉６４を回収して磁性粉タンク４に管路２８を介して戻すことができる。

この際、洗浄水が流入する弁（切替弁）５２の位置を減圧手段３７の上流側に位置づけておけば、減圧手段３７の内部も定期的に洗浄することができるため、耐久性を向上させることができるとともに減圧能力を維持することが可能となる。水タンク５６の水は、処理水１０の一部を用いてもよい。

回収フロック槽９に例えばｐＨ計とＮａＯＨ等のアルカリタンク、及びその注入ポンプを有するｐＨ調整手段３９を設け、回収フロックのｐＨを８〜１４にすると、後段の回収フロック分解装置１５による回収フロックの分解効率を高めることができる。これは、通常中性であるｐＨ＝７付近でもっとも凝集効果が高くなるように凝集剤が存在しているからであり、ｐＨ領域を凝集効果の高い領域から外すことによって凝集効果が悪くなるからである。

同様に、回収フロック槽９内のフロックはそのまま用いてもよいが、ヒータ３８を用いて温度を４０〜１００℃に加熱すると、後段の回収フロック分解装置１５による回収フロックの分解効率を高めることができるので好ましい。この際、回収フロック槽９から減圧手段３７までを保温材等で保温すればエネルギー投入量は少なくて済む。

また、上記高温化とアルカリ化の両方を併用することにより分解効率を向上させることが可能である。さらに、高圧ポンプ１２の下流でさらにヒータ等の加熱により高温化による分解効率向上を図ることも可能である。

図３は、第２の実施の形態の廃水処理装置を示した構造図である。

第２の実施の形態は、図１で示した第１の実施の形態の磁性粉回収磁気分離部４０を並列に２台設けたものである。本構造により、磁性粉回収磁気分離部４０を交互に磁気分離運転および洗浄運転をすることにより、連続運転が可能となる。もちろん、磁性粉回収磁気分離部４０を３系列以上設けた場合でも効果は同様である。なお、第１の実施の形態と同一又は類似の部材については同一の符号を付して説明は省略する。

図４は、第３の実施の形態の廃水処理装置を示した構造図である。

第３の実施の形態と、図１、図３に示した第１、第２の実施の形態との違いは、磁性粉回収磁気分離部４０に永久磁石を利用しているところである。なお、第１の実施の形態と同一又は類似の部材については同一の符号を付して説明は省略する。

図５に、永久磁石を利用した磁性粉回収磁気分離部４０の構造を示す。円筒形の磁気ドラム４３は、表面近傍に永久磁石４８を多数設置した構造となっている。磁石配列は隣り合うもの同士を異極同士としておくと、磁気ドラム４３の近傍にのみ大きな磁気勾配が生じるため大きな磁気力を得ることができ、磁気ドラム４３から離れた位置では磁場が他の装置に悪影響を及ぼすことがなくなるため、適している。

磁気ドラム４３は、金属製の円筒４４の中に摺動自在に納められ、駆動装置５０によって円筒４４内で往復動される。円筒４４の外側には二重螺旋の流体配管４２ａ、４２ｂが巻回されている。

例えば、磁気ドラム４３が円筒４４内の符号２１の位置にある時、流体配管４２ａを流入口４６ａから流出口４７ａに向けて分離フロックが流れる。一方、磁気ドラム４３が符号２２の位置に移動する際に流体配管の切り替え弁が切り替わり、分離フロックは流体配管４２ｂを流入口４６ｂから流出口４７ｂに向かって流れ、流体配管４２ａには洗浄水が流入口４６ａから流出口４７ａに向かって流れる。本構造により、磁性粉を漏洩することなく、連続的に効率よく磁性粉回収の磁気分離運転を行うことが可能となる。なお、流体配管４２ａ、４２ｂの本数は２本に限定されるものではなく、３本以上であってもよい。この場合、磁気ドラム４３の円筒４４内における移動位置は３箇所以上となる。

図６に、永久磁石を利用した磁性粉回収磁気分離部４０の他の構造例を示す。

磁気ドラム４３の構造は図５の実施例と同様であり、流体配管４２ａ、４２ｂの設置が異なっている。図６の構造では、例えば、磁気ドラム４３が円筒４４内の符号２１の位置にある時、流体配管４２ａを流入口４６ａから流出口４７ａに向けて分離フロックが流れる。一方、磁気ドラム４３が符号２２の位置に移動する際に流体配管の切り替え弁が切り替わり、分離フロックは流体配管４２ｂを流入口４６ｂから流出口４７ｂに向かって流れ、流体配管４２ａには洗浄水が流入口４６ａから流出口４７ａに向かって流れる。本構造により、磁性粉を漏洩することなく、連続的に効率よく磁性粉回収の磁気分離運転を行うことが可能となる。ここで、符号２１、２２の領域に少し間隔を空けることにより、洗浄工程中に隣の領域の磁場の影響を低減することが可能である。

図７は、第４の実施の形態の廃水処理装置を示した構造図である。

第４の実施の形態は、図３で示した永久磁石を用いた磁性粉回収磁気分離部を用いた例を示しているが、図１で示したような電磁石利用の場合でも効果は同様である。なお、第１の実施の形態と同一又は類似の部材については同一の符号を付して説明は省略する。

第４の実施の形態では、図１及び図２で用いていたｐＨ調整手段や加熱手段と異なり、電気分解装置５８を回収フロック槽９に設けている。

電気分解装置５８により、回収フロック槽９内のフロックを電気分解すると、被処理水がＮａＣｌ等の塩分を含む場合は電気分解によりｐＨがアルカリ側に移行するとともに、電気分解によるエネルギーが最終的に熱の形でフロックに与えられ、温度も上昇する。すなわち、電気分解によるだけでアルカリ化と高温化を達成することができ、後段の回収フロック分解装置１５による回収フロックの分解を容易にする効果を有する。

１…原水タンク、２…原水ポンプ、３…凝集剤タンク、４…磁性粉タンク、５…高分子ポリマータンク、６…急速攪拌槽、７…緩速攪拌槽、８…磁気分離装置、９…回収フロックタンク、１５…回収フロック分解装置、３７、３７ａ、３７ｂ…減圧手段、４０…磁性粉回収磁気分離部、４１、４１ａ、４１ｂ…磁場発生部、４２、４２ａ、４２ｂ…流体配管、４９…汚泥タンク、５５…洗浄水ポンプ、５６…水タンク、５８…電気分解装置

Claims (8)

1. 槽内に溜められた廃水に凝集剤及び磁性粉を添加することにより凝集した磁性フロックを生成し、該磁性フロックを磁力によって回収することにより、前記廃水から磁性フロックを取り除いた処理水を得る廃水処理装置において、
   前記回収した磁性フロックを処理する磁性フロック処理手段が設けられ、該磁性フロック処理手段は高圧ポンプ、及び磁気分離部から構成され、
   前記磁気分離部は、磁場発生部に流体配管を設置した構造を有し、前記磁性フロックを前記高圧ポンプによって、前記磁気分離部の前記流体配管に圧送することにより前記磁性フロックから前記磁性粉を分離させ、分離させた前記磁性粉を、前記磁場発生部に近い前記流体配管の壁面に堆積させることを特徴とする廃水処理装置。
2. 前記流体配管の壁面に堆積させた磁性粉を、前記槽に戻す管路を備えた請求項１に記載の廃水処理装置。
3. 前記磁場発生部が、複数の電磁石又は永久磁石を表面近傍に装着した磁気ドラムと該ドラムを包囲する金属製の円筒管とからなり、該円筒管の周囲に前記流体配管が巻回されて配設されている請求項１、又は２記載の廃水処理装置。
4. 前記磁気ドラムが前記円筒管の内部で往復動可能であり、前記磁気ドラムが移動した一つの磁場発生部に前記流体配管が複数系列設置されており、前記複数系列の流体配管へ磁性フロックを流入させる切替弁を有している請求項３に記載の廃水処理装置。
5. 前記流体配管には、磁性フロックの供給経路と洗浄水の供給経路とが切替弁を介して連結され、該切替弁が、前記高圧ポンプと前記流体配管との間に配置された減圧手段の上流側に位置している請求項４に記載の廃水処理装置。
6. 前記磁性フロック処理手段は、ｐＨ調整手段を有しており、該ｐＨ調整手段によって前記磁性フロックをｐＨ＝８〜１４にした後、前記高圧ポンプによって圧送し、前記磁気分離部によって磁性粉を回収する請求項１〜５のいずれかに記載の廃水処理装置。
7. 前記磁性フロック処理手段は、加熱手段を有しており、該加熱手段によって前記磁性フロックを温度４０〜１００℃に加熱した後、前記高圧ポンプによって圧送し、前記磁気分離部によって磁性粉を回収する請求項１〜６のいずれかに記載の廃水処理装置。
8. 前記磁性フロック処理手段は、電気分解装置を有しており、該電気分解装置によって前記磁性フロックを電気分解反応させた後、前記高圧ポンプによって圧送し、前記磁気分離部によって磁性粉を回収する請求項１〜５のいずれかに記載の廃水処理装置。

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