プレコート式固液分離装置
【課題】固液分離ドラム２におけるフィルタ２１の単位面積あたりの固液分離速度を向上させると共に、処理対象液Ｗ１中の固形分の回収率を向上させ、濾液Ｗ２の清澄性を向上させる。
【解決手段】懸濁した処理対象液Ｗ１が供給される処理槽１と、この処理槽１内に処理対象液Ｗ１に一部浸漬された状態で一定方向へ移動可能に配置されて処理槽１内に濾液貯留室Ｓを画成するフィルタ２１と、フィルタ２１の外周面に付着・堆積した懸濁粒子からなるプレコート層ＰＣを剥離回収する回収手段３を備えるプレコート式固液分離装置において、処理対象液Ｗ１中の相対的に粒径の大きい大粒径懸濁粒子を分離する大粒径懸濁粒子分離手段１Ｅ，１Ｆと、分離された大粒径懸濁粒子を、プレコート層ＰＣが未形成のフィルタ２１が処理対象液Ｗ１中に没入する側へ供給する大粒径懸濁粒子供給手段４を備える。
【解決手段】懸濁した処理対象液Ｗ１が供給される処理槽１と、この処理槽１内に処理対象液Ｗ１に一部浸漬された状態で一定方向へ移動可能に配置されて処理槽１内に濾液貯留室Ｓを画成するフィルタ２１と、フィルタ２１の外周面に付着・堆積した懸濁粒子からなるプレコート層ＰＣを剥離回収する回収手段３を備えるプレコート式固液分離装置において、処理対象液Ｗ１中の相対的に粒径の大きい大粒径懸濁粒子を分離する大粒径懸濁粒子分離手段１Ｅ，１Ｆと、分離された大粒径懸濁粒子を、プレコート層ＰＣが未形成のフィルタ２１が処理対象液Ｗ１中に没入する側へ供給する大粒径懸濁粒子供給手段４を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルタの表面に固液分離処理対象液中の懸濁粒子によるプレコート層を形成することによって前記懸濁粒子を分離回収する固液分離装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昨今、廃棄物の減量や再利用による資源の循環及び有効利用の重要性が高まっており、懸濁液に含まれる固形物やその溶媒においても例外ではない。
【０００３】
懸濁液は固形物である懸濁粒子と、液体とで構成され、懸濁粒子が有用物であれば、これを液体から効率的に回収することで資源として再利用することができる。また、液体分が有用であれば、懸濁粒子を効率的に除去することで液体を資源として再利用することができる。
【０００４】
例えば、有機性の懸濁液として、洗米排水やでんぷん排水などの食品工場排水が挙げられる。これらの排水中には微小な有機固形物からなる懸濁粒子が高濃度で含有しており、固形分を効率的に回収することでメタン発酵などのバイオガス化によるエネルギー回収を見込むことができる。また、回収物によっては飼料化やバイオプラスチック化、堆肥化などが可能となる。一方で、焼酎工場排水などは液体中に高濃度の有機物を含むため、液体用のメタン発酵（ＵＡＳＢ法）によるエネルギー回収が見込めるが、固形分が多いと処理が阻害されることがあり、メタン発酵の前段でこのような固形分を除去することが望ましい。
【０００５】
一方、無機性の懸濁液としては、金属加工排水、シリコン系排水、セメント排水などが挙げられる。これらの排水についても、懸濁粒子を回収することで固形分もしくは液体分のリサイクルが可能となる。
【０００６】
しかしながら、これら有機性あるいは無機性の懸濁液中の懸濁粒子は、粒径が150μm以下の微小粒子の占める割合が大きいことから、その回収が難しく、従来は凝集剤を用いて微小な懸濁粒子を凝集してフロック化し、沈降もしくは浮上分離していることが多い。ところが、このような浮遊フロックや沈降汚泥は、化学薬品を含んでいることや含水率が98%〜99%と高いことから、有効利用は難しく、汚泥として産業廃棄物処理されているのが現状である。このため有効利用というよりも、むしろ懸濁排水処理に莫大な水処理コストがかかることが問題となっている。
【０００７】
ところで、このような懸濁液から固形分を分離回収する固液分離装置としては、下記の特許文献１に開示されているような、回転ドラム型のプレコート式固液分離装置が知られており、製紙業界において、パルプの濃縮や白水処理に用いられている。
【０００８】
図１０は、この種の従来のプレコート式固液分離装置を示すもので、すなわちこのプレコート式固液分離装置１００は、懸濁液である処理対象水Ｗ１を貯留する処理槽１０１と、この処理槽１０１内に水平軸心を中心として回転可能に配置され、外周壁がワイヤクロスや濾布などによる円筒状のフィルタ１０２ａからなる固液分離ドラム１０２と、前記フィルタ１０２ａの外周面に付着・堆積した懸濁粒子からなるプレコート層ＰＣを剥離回収する回収装置１０３とを備える。
【０００９】
すなわち、このプレコート式固液分離装置１００は、処理槽１０１内へ処理対象水Ｗ１を供給する一方、回転する固液分離ドラム１０２内へ濾過された水（濾水Ｗ２）を、排水口１０４を通じて排出することによって、固液分離ドラム１０２のフィルタ１０２ａの外周面に処理対象水Ｗ１中の懸濁粒子が付着・堆積したプレコート層ＰＣを形成させ、このプレコート層ＰＣ自体の濾過機能を利用して、フィルタ１０２ａのメッシュサイズより粒径の細かい懸濁粒子を分離可能としている。そしてこのようにして固液分離ドラム１０２のフィルタ１０２ａの外周面にプレコート層ＰＣとして付着・堆積された懸濁粒子による固形物は、回収装置１０３によって剥離・回収される。また、固液分離ドラム１０２の回転速度によって、排水（濾水Ｗ２）の処理量、プレコート層ＰＣの厚さ、及び濾水Ｗ２の水質を調整することができる。
【００１０】
図１１は、固液分離ドラム１０２のフィルタ１０２ａにプレコート層が形成されて行く過程を模式的に示すものである。まず図１１における（Ａ）は、フィルタ１０２ａが、図１０においてプレコート層ＰＣが回収装置１０３により剥離回収された直後の位置Ａにある状態を示している。そして図１０における反時計方向へ固液分離ドラム１０２が回転して行くのに伴って、フィルタ１０２ａが処理対象水Ｗ１の水面下に没入して行くと、没入直後のＢ位置では、処理対象水Ｗ１がフィルタ１０２ａを通過する際に、まず図１１の（Ｂ）のように、フィルタ１０２ａのメッシュサイズよりも粒径の大きな懸濁粒子ＳＳ１が捕捉されると、この捕捉された懸濁粒子ＳＳ１による目詰まり現象で、捕捉された懸濁粒子ＳＳ１自体が濾過作用を奏するようになるので、図１１の（Ｃ）のように、メッシュサイズよりも粒径の小さな懸濁粒子ＳＳ２も捕捉され、さらに図１１の（Ｄ）のように、微小な粒径の懸濁粒子ＳＳ３も捕捉されるようになって、徐々に懸濁粒子によるプレコート層ＰＣが形成されて行くのである。
【００１１】
また、粒径が150μm以下の非常に微小な懸濁粒子の場合は、フィルタ１０２ａに捕捉されにくいため、このような微小懸濁粒子の回収においては、処理対象水Ｗ１に凝集剤等の助剤を添加することによってプレコート層ＰＣの形成を促す手法や、予めフィルタ１０２ａにプレコート剤をコーティングし、固液分離工程においてフィルタ１０２ａに形成された懸濁粒子によるプレコート層ＰＣを、前記プレコート剤と共に剥離し回収する手法が採られている。しかしながらこれらの場合は、凝集剤やプレコート剤を用いることによるコストアップが懸念され、しかも回収物に助剤やプレコート剤などの薬剤が混入することになり、回収物の有効利用には不都合である。
【００１２】
また、従来のプレコート式固液分離装置１００は、その構造上、固液分離ドラム１０２の回転に伴って、プレコート層ＰＣが形成されていない水面上の領域が、図１０における位置Ａから処理対象水Ｗ１中へ没入して行くので、十分な層厚のプレコート層ＰＣが形成されるまでの間に、フィルタ１０２ａに捕捉されない微小懸濁粒子が、濾水Ｗ２と共に流出してしまい、すなわち濾水Ｗ２の懸濁粒子濃度が高くなって水質が悪化するばかりか、固形物の回収効率も低下するといった根本的な問題がある。これは、先に説明した図１１の（Ｂ）のように、メッシュサイズよりも粒径の大きな懸濁粒子ＳＳ１は、処理対象水Ｗ１への没入直後にフィルタ１０２ａによって速やかに捕捉されるが、微小懸濁粒子が通過可能な間隙Ｇが懸濁粒子ＳＳ１間に多く残っており、このため図１０におけるＢ位置付近では、微小懸濁粒子が補足されず濾水と共にフィルタ１０２ａを通過してしまうからである。
【００１３】
したがって処理済水（濾水Ｗ２）の高い清澄性を確保し、言い換えれば処理対象水Ｗ１からの微小懸濁粒子の高い回収率を確保するには、固液分離ドラム１０２をゆっくり回転させる必要がある。このため、フィルタ１０２ａの単位面積あたりの固液分離速度が小さくなる問題があった。さらに、処理槽１０１内における固液分離ドラム１０２の下側のボトム位置には、粒径の大きな懸濁粒子ＳＳ１による沈降物が堆積しやすいため、処理槽１０１から定期的に堆積物を引抜く必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００６−３３４４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、フィルタの単位面積あたりの固液分離速度を向上させると共に、懸濁液中の固形分の回収率（固液分離率）を向上させて、これにより濾液の清澄性を向上させることにある。また、機器の小型化を可能とし、さらには処理対象液中の懸濁粒子が処理槽内に堆積するのを防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係るプレコート式固液分離装置は、懸濁した処理対象液が供給される処理槽と、この処理槽内に前記処理対象液に一部浸漬された状態で循環移動可能に配置されて前記処理槽内に濾液貯留室を画成するフィルタと、前記フィルタの外周面に付着・堆積した懸濁粒子からなるプレコート層を剥離回収する回収手段を備えるプレコート式固液分離装置において、前記処理対象液中の相対的に粒径の大きい大粒径懸濁粒子を分離する大粒径懸濁粒子分離手段と、分離された大粒径懸濁粒子を、プレコート層が未形成の前記フィルタが処理対象液中に没入する側へ供給する大粒径懸濁粒子供給手段を備えるものである。
【００１７】
一般的に、懸濁した排水の多くは、懸濁粒子が一つの成分として構成され、その他の懸濁粒子は夾雑物として構成されていることが多い。同じ成分の懸濁粒子であれば、粒子径により沈降速度が決定され、すなわち懸濁粒子の粒径が小さいほど比表面積が大きくなることによって、沈降速度が遅くなる。懸濁粒子の多くは粒径が100μm以下の微小粒子であることが多く、その沈降速度は懸濁粒子の直径の自乗に比例し、次式に示すストークスの式で導くことができる。
【数１】
ここに、
ν：粒子の沈降速度（cm/s）
ｇ：重力の加速度（cm/s2）
ρＳ ρ：粒子及び水の密度（g/cm3）
ｄ：粒子の直径（cm）
μ：水の粘度（g/cm・s）
【００１８】
例えば処理対象水中の懸濁粒子の密度が1.5g/cm3、液温20℃とすると、上述の式（１）から、粒子径と沈降速度には図１に示されるような関係が見られる。この図１からわかるように、例えば粒子径が100μmの懸濁粒子の沈降速度は16.3cm/minであるのに対し、粒子径が10μmの懸濁粒子の沈降速度は0.16cm/minと非常に小さくなる。本発明はこの原理に着目したもので、処理対象液中の相対的に粒径の大きい懸濁粒子を分離すると共に、分離された大粒径懸濁粒子を、プレコート層が未形成のフィルタが処理対象液中に没入する側へ供給して、フィルタ没入側の処理対象液中に大粒径懸濁粒子を高濃度に保持することによって、効率の良い固液分離を可能とするものである。
【００１９】
また、請求項２の発明に係るプレコート式固液分離装置は、請求項１に記載された構成において、大粒径懸濁粒子分離手段が、処理槽内で処理対象液中の大粒径懸濁粒子を沈降させるものである。
【００２０】
また、請求項３の発明に係るプレコート式固液分離装置は、請求項１に記載された構成において、大粒径懸濁粒子分離手段が、処理槽への処理対象液の供給側に配置されて処理対象液中の大粒径懸濁粒子を沈降させる大粒径懸濁粒子分離槽からなり、大粒径懸濁粒子供給手段が、前記大粒径懸濁粒子分離槽内の処理対象液の下部液をフィルタが処理対象液中へ没入する側へ供給するものである。
【００２１】
また、請求項４の発明に係るプレコート式固液分離装置は、請求項２に記載された構成において、大粒径懸濁粒子供給手段が、処理槽内の処理対象液に液流を起こす液流発生手段からなり、沈降した大粒径懸濁粒子を、前記液流発生手段によって、フィルタが処理対象液中に没入する側へ送るものである。
【００２２】
また、請求項５の発明に係るプレコート式固液分離装置は、請求項１〜４のいずれかに記載された構成において、沈降分離槽への処理対象液の供給側に、処理対象液中の相対的に比重の大きい粒子を分離する大比重粒子分離槽を備えるものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係るプレコート式固液分離装置によれば、処理対象液中の相対的に粒径の大きい大粒径懸濁粒子を分離して、これをプレコート層が未形成のフィルタが処理対象液中へ没入する側に供給することによって、フィルタが没入する側における処理対象液の大粒径懸濁粒子の濃度が高くなるので、液中に没入するフィルタの外周面へ速やかに大粒径懸濁粒子が捕捉される。このため、懸濁粒子の捕捉によるプレコート層の形成が促進されるので、フィルタが処理対象液中へ没入する側で、微小懸濁粒子が濾液と共に流出してしまうのを抑制することができる。
【００２４】
このため、フィルタの単位面積あたりの固液分離速度が向上すると共に、処理対象液中の固形分の回収率（固液分離率）が向上する一方、濾液の清澄性が向上する。またこのため、機器の小型化が可能となり、さらには大粒径懸濁粒子が処理槽内に堆積するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】処理対象水中の懸濁粒子の粒子径と沈降速度の関係を示す図である。
【図２】本発明に係るプレコート式固液分離装置の第一の実施の形態を概略的に示す平面図である。
【図３】図２におけるIII−III断面図である。
【図４】図２におけるIV−IV断面図である。
【図５】本発明に係るプレコート式固液分離装置において固液分離ドラムのフィルタにプレコート層が形成されて行く過程を模式的に示す説明図である。
【図６】本発明に係るプレコート式固液分離装置の第二の実施の形態を概略的に示す説明図である。
【図７】本発明に係るプレコート式固液分離装置の第三の実施の形態を概略的に示す説明図である。
【図８】本発明を適用可能なベルト型のプレコート式固液分離装置の第四の実施の形態を概略的に示す説明図である。
【図９】本発明を適用可能な他のベルト型のプレコート式固液分離装置の第五の実施の形態を概略的に示す説明図である。
【図１０】従来の技術によるプレコート式固液分離装置の概略構成を示す断面図である。
【図１１】固液分離ドラムのフィルタにプレコート層が形成されて行く過程を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係るプレコート式固液分離装置の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２７】
まず図２は、本発明に係るプレコート式固液分離装置の第一の実施の形態を概略的に示す平面図、図３は、図２におけるIII−III断面図、図４は、図２におけるIV−IV断面図で、この固液分離装置は、懸濁水からなる処理対象水Ｗ１を貯留する処理槽１と、この処理槽１内に配置された固液分離ドラム２と、この固液分離ドラム２の円筒状のフィルタ２１の外周面に処理対象水Ｗ１中の懸濁粒子により形成されたプレコート層ＰＣを剥離回収する固形物回収装置３を備える。なお、処理対象水Ｗ１は、請求項１に記載された処理対象液に相当するものであり、濾水Ｗ２は、請求項１に記載された濾液に相当するものであり、固形物回収装置３は、請求項１に記載された回収手段に相当するものである。
【００２８】
固液分離ドラム２は、処理槽１内の処理対象水Ｗ１に浸漬された状態で、電動モータ２４から減速装置２５を介して与えられる駆動力によって、水平なシャフト２２を中心として低速回転されるものであって、軸方向一側が開放された形状となっている。そして固液分離ドラム２の円筒状の外周壁はワイヤクロスなどのフィルタ２１からなり、開放された側の端部に設けられたシール部材２３が、処理槽１の一方の側壁１１の内側面に摺動可能に密接されることによって、この側壁１１との間に濾水貯留室Ｓが画成されている。
【００２９】
固液分離ドラム２のフィルタ２１としては、メッシュサイズが150μm以下のものが採用される。これは、メッシュサイズが150μmを超えるものでは、初期の固液分離工程においてフィルタ２１に予めプレコート剤による層を形成しておかないと、フィルタ２１の外周面に固形物の付着・堆積が起こりにくく、すなわちプレコート層ＰＣが形成されにくいからである。また、フィルタ２１の材質としては、ステンレス、亜鉛、真鍮、アルミ等の金属からなるワイヤクロス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ナイロン、ポリテトラフルオロエチレン等の合成樹脂繊維、障子紙などのパルプ繊維、ガラス繊維、炭素繊維及びそれらの繊維素材から構成される濾布を使用することが可能である。
【００３０】
処理槽１には、その一方の側壁１１における固液分離ドラム２との対向面の下部に位置して排水口１２が開設され、この排水口１２を介して固液分離ドラム２の内周の濾水貯留室Ｓと連通する排水槽１３が設けられ、排水口１２を通じて濾水貯留室Ｓから排水槽１３へ流れ込んだ濾水Ｗ２を、排水ポンプＰ１及びこの排水ポンプＰ１から延びる排水管１４によって排出するようになっている。
【００３１】
固液分離ドラム２は、図３における反時計方向へ回転するものであり、したがって、この固液分離ドラム２の外周のフィルタ２１は、処理槽１における参照符号１Ａで示される側（以下、フィルタ浮上側１Ａという）で処理対象水Ｗ１の水面から浮上する一方、参照符号１Ｂで示される側（以下、フィルタ没入側１Ｂという）で処理対象水Ｗ１の水面下へ没入するように、水面下と水面上を経由して反時計方向へ循環移動される。
【００３２】
処理槽１の第一流路１Ｃ（後述）におけるフィルタ没入側１Ｂには処理対象水Ｗ１を供給する給水管１５が開口しており、図２に示されるように、この給水管１５には給水バルブＶ１が設けられている。そしてこの給水バルブＶ１の開閉動作は、処理槽１内の処理対象水Ｗ１の水位を検出するレベルセンサ１７からの検出データに基づいて制御され、これによって、処理対象水Ｗ１の供給量が調整されるようになっている。
【００３３】
図２に示されるように、排水槽１３内の排水ポンプＰ１から延びる排水管１４は、流路切換バルブＶ２，Ｖ３を介して給水管１５と接続されるようになっており、すなわち排水槽１３から排出される処理済み水（濾水Ｗ２）の一部は、切換バルブＶ２，Ｖ３の操作によって処理槽１へ返送することができるようになっている。
【００３４】
また、図２及び図３に示されるように、処理槽１内には、給水管１５から処理槽１内へ供給される処理対象水Ｗ１又は排水管１４から返送される処理済み水を、固液分離ドラム２の最下部（軸心を通る鉛直線との交点位置）よりも回転方向（反時計方向）前方で初めて固液分離ドラム２の外周のフィルタ２１に接するように、かつ回転方向（反時計方向）へ流れるように導く導流部材１６が設けられている。すなわちこの導流部材１６は、給水管１５からの処理対象水Ｗ１又は前記処理済み水を、固液分離ドラム２の外周面から離れた位置を通ってフィルタ浮上側１Ａに偏在する位置へ導く第一流路１Ｃと、その内側の第二流路１Ｄを形成するものである。
【００３５】
図３に示されるように、処理槽１の底壁は、固液分離ドラム２の回転軸心（シャフト２２）の真下の位置がこの回転軸心を中心とする円周よりも下方へ膨出した形状をなしており、導流部材１６も、固液分離ドラム２の回転軸心の真下の部分がこの回転軸心を中心とする円周よりも下方へ膨出すると共に、図４に示すように軸方向一方へ向けて勾配をもつ形状をなしている。そしてこのような形状によって、処理槽１の第一流路１Ｃ及び第二流路１Ｄには、固液分離ドラム２の真下に位置して、請求項１に記載された大粒径懸濁粒子分離手段としての懸濁粒子溜まり１Ｅ，１Ｆが形成されている。
【００３６】
参照符号４は、大粒径懸濁粒子溜まり１Ｅ，１Ｆに沈降した大粒径懸濁粒子による大粒径懸濁粒子濃縮水Ｗ３を、プレコート層が未形成のフィルタ２１が処理対象水Ｗ１中に没入する側、詳しくは導流部材１６の内側の第二流路１Ｄにおけるフィルタ没入側１Ｂへ供給する大粒径懸濁粒子供給装置である。この大粒径懸濁粒子供給装置４は、請求項１に記載された大粒径懸濁粒子供給手段に相当するものであって、懸濁粒子溜まり１Ｅ，１Ｆから延びる配管４１，４２と、この配管４１，４２が合流して処理槽１内の第二流路１Ｄにおけるフィルタ没入側１Ｂへ延びる配管４３と、配管４１，４２に設けられたバルブＶ４，Ｖ５と、配管４３に設けられたポンプＰ２を備える。
【００３７】
固形物回収装置３は、固液分離ドラム２のフィルタ２１の外周面に形成されたプレコート層ＰＣの表面に、処理槽１における処理対象水Ｗ１の水位より上方で接触しながら、固液分離ドラム２と逆方向へ回転されることによって、前記フィルタ２１からプレコート層ＰＣを転写・付着させる転写ローラ３１と、この転写ローラ３１に転写・付着された回収固形物Ｃを掻き取るスクレーパ３２からなる。
【００３８】
上述の構成を備えるプレコート式固液分離装置の第一の実施の形態は、処理槽１に供給された懸濁水である処理対象水Ｗ１を、この処理対象水Ｗ１に浸漬された固液分離ドラム２の内周の濾水貯留室Ｓにおける濾水Ｗ２との水頭差Ｈによって固液分離ドラム２の円筒状フィルタ２１で濾過し、この濾過作用によって前記フィルタ２１に捕捉されて堆積した懸濁粒子の層（プレコート層ＰＣ）を、固形物回収装置３で回収する一方、濾水貯留室Ｓへ流入した濾水Ｗ２を処理済み水として排出するものである。
【００３９】
この固液分離装置による処理について更に詳しく説明すると、給水管１５からの処理対象水Ｗ１は、処理槽１における導流部材１６による第一流路１Ｃに沿って、固液分離ドラム２の最下部よりも回転方向前方、すなわちフィルタ浮上側１Ａに偏在する位置へ導かれており、その途中に懸濁粒子溜まり１Ｅが存在するため、ここで、処理対象水Ｗ１に含まれる懸濁粒子のうち、粒径が相対的に大きい大粒径懸濁粒子の一部が分離され、沈降により濃縮される。
【００４０】
これについてさらに詳しく説明すると、懸濁水を処理対象とするプレコート式固液分離装置では、フィルタ２１の内外に水頭差Ｈをつける必要から、処理槽１の容積が大きいものとなっており、処理槽１内における処理対象水Ｗ１の滞留時間（処理槽容積÷原水流入速度）は、数分〜数十分ほどになるため、第一流路１Ｃ及び第二流路１Ｄではそれほど大きな流速は発生しない。このため、給水管１５からの原水（処理対象水Ｗ１）の流入によって、第一流路１Ｃに、固液分離ドラム２の回転軸心の真下の位置よりも回転方向前方、すなわちフィルタ浮上側１Ａへ向けて生じるゆっくりとした上昇流は、粒子サイズの大きい懸濁粒子のもつ沈降速度より小さいので、大粒径懸濁粒子は浮上せず、したがってフィルタ浮上側１Ａへは大粒径懸濁粒子が導かれにくくなり、懸濁粒子溜まり１Ｅに沈降して濃縮される。
【００４１】
懸濁粒子溜まり１Ｅでの大粒径懸濁粒子の沈降によって得られた大粒径懸濁粒子濃縮水Ｗ３は、大粒径懸濁粒子供給装置４におけるバルブＶ４の開放及びポンプＰ２の駆動によって、導流部材１６の内側の第二流路１Ｄにおけるフィルタ没入側１Ｂへ供給される。また、この第二流路１Ｄにも懸濁粒子溜まり１Ｆが存在するため、供給された大粒径懸濁粒子の一部はここで沈降して濃縮され、バルブＶ５の開放及びポンプＰ２の駆動によって、第二流路１Ｄにおけるフィルタ没入側１Ｂへ返送される。このため、第二流路１Ｄにおけるフィルタ没入側１Ｂの処理対象水Ｗ１中における大粒径懸濁粒子の密度が高く保持される。
【００４２】
これについてさらに詳しく説明すると、第二流路１Ｄにおけるフィルタ没入側１Ｂでは、給水管１５からの原水の直接の流入はなく、しかも固液分離ドラム２のフィルタ２１である程度濾過されることによって流量が減少し、したがって第二流路１Ｄの流速は、第一流路１Ｃと比べて小さく、大粒径懸濁粒子はフィルタ浮上側１Ａへは一層導かれにくくなるので、第二流路１Ｄでフィルタ２１に補足されなかった大粒径懸濁粒子は、懸濁粒子溜まり１Ｆに沈降して濃縮される。また、沈降した大粒径懸濁粒子は、大粒径懸濁粒子供給装置４により、第二流路１Ｄにおけるフィルタ没入側１Ｂへ返送される。
【００４３】
したがって、図５の（Ａ）のように、プレコート層が剥離回収された（プレコート層が未形成の）フィルタ２１は、図３における反時計方向への固液分離ドラム２の回転に伴って、処理対象水Ｗ１の水面下に没入して行くと、まず図５の（Ｂ）のように、フィルタ２１のメッシュサイズよりも粒径の大きな懸濁粒子ＳＳ１が捕捉されるが、上述のように、処理槽１内の第二流路１Ｄにおけるフィルタ没入側１Ｂでは、大粒径懸濁粒子の密度が著しく高くなっているため、水中へ没入して行くプレコート層未形成のフィルタ２１の外周面へ速やかに大粒径懸濁粒子ＳＳ１が捕捉される。
【００４４】
このため、捕捉された懸濁粒子ＳＳ１自体による濾過作用が速やかに発現されるので、メッシュサイズよりも粒径の小さな懸濁粒子ＳＳ２やさらに微小な粒径の懸濁粒子ＳＳ３が、濾水Ｗ２中へ流出してしまうのを有効に抑制することができ、すなわち、図５の（Ｃ）のように、メッシュサイズよりも粒径の小さな懸濁粒子ＳＳ２の捕捉や、さらに図５の（Ｄ）のように、微小な粒径の懸濁粒子ＳＳ３の捕捉が効率良く行われ、これら懸濁粒子ＳＳ１〜ＳＳ３によるプレコート層ＰＣの形成が促進される。
【００４５】
固液分離ドラム２のフィルタ２１の外周面に捕捉された懸濁粒子によるプレコート層ＰＣは、固形物回収装置３により剥離・回収される。そして処理対象水Ｗ１が例えば洗米排水やでんぷん排水などの有機性の懸濁液であって、固形物回収装置３により回収された固形物Ｃが有機固形物からなるものである場合は、メタン発酵などのバイオガス化によるエネルギー回収や、飼料化、堆肥化などを図ることができる。また、処理対象水Ｗ１が例えば金属加工排水、シリコン系排水、セメント排水など無機性の懸濁液である場合も、固形物回収装置３により回収された固形物Ｃをリサイクル利用することができる。
【００４６】
なお、初期運転においては、固液分離ドラム２のフィルタ２１の外周面にはプレコート層ＰＣが全く形成されていないので、粒径がフィルタ２１のメッシュサイズ以下の懸濁粒子は濾過されずにフィルタ２１の全周から濾水貯留室Ｓへ通過してしまうことになる。したがって初期運転に際しては、まず固液分離ドラム２が半分以上水没するまで処理槽１へ処理対象水Ｗ１を供給し、次に固液分離ドラム２の回転を停止したままで、濾水貯留室Ｓから排水口１２を通じて排水槽１３へ貯留された懸濁粒子濃度の高い濾水Ｗ２を、流路切換バルブＶ２，Ｖ３の切り換え操作により、排水ポンプＰ１から排水管１４、流路切換バルブＶ３及び給水管１５を介して再び処理槽１へ供給して循環させる。
【００４７】
このようにすることで、固液分離ドラム２のフィルタ２１の外周面に形成されるプレコート層ＰＣの厚さが増大して行き、濾過速度が徐々に低下すると共に、濾水Ｗ２の懸濁粒子濃度が低下し、濾水貯留室Ｓ内の濾水Ｗ２と処理槽１内の処理対象水Ｗ１との水頭差Ｈが大きくなって行く。このため、フィルタ２１の外周面に形成されるプレコート層ＰＣが十分な層厚となって、水頭差Ｈが所定値に達した時点で、処理槽１への濾水Ｗ２の循環を終了し、通常運転へ切り換えれば良い。
【００４８】
このプレコート式固液分離装置の第一の実施の形態によれば、懸濁粒子溜まり１Ｅ，１Ｆで処理対象水Ｗ１から沈降分離された大粒径懸濁粒子を高密度で含む大粒径懸濁粒子濃縮水Ｗ３を、大粒径懸濁粒子供給装置４によって、第二流路１Ｄにおけるフィルタ没入側１Ｂへ供給することによって、プレコート層ＰＣの形成が促進される結果、濾水Ｗ２の目標処理水質を向上させ、かつ懸濁粒子回収率を高めることができ、また固液分離ドラム２の回転速度も、従来よりも上昇させることができる。すなわち、装置規模あたりの懸濁水の処理速度が高まるため、処理コストを大幅に削減することができる。
【００４９】
なお、この実施の形態では第一流路１Ｃ及び第二流路１Ｄの双方に懸濁粒子溜まりを設けているが、第一流路１Ｃは給水管１５からの処理対象水Ｗ１の供給によって固液分離ドラム２側の第二流路１Ｄよりも流速が速いため、懸濁粒子の密度や粒径、流速によっては大粒径懸濁粒子が懸濁粒子溜まり１Ｅに堆積しない場合もある。したがって、このようなケースでは、第二流路１Ｄ側の懸濁粒子溜まり１Ｆのみとしても良い。また、懸濁粒子溜まり１Ｅ，１Ｆにおける大粒径懸濁粒子の沈降堆積量に応じて電動バルブで大粒径懸濁粒子濃縮水Ｗ３の引抜き量を変えても良いし、手動バルブで引抜き割合を調節しても良い。
【００５０】
また、懸濁粒子溜まり１Ｅ，１Ｆにおける大粒径懸濁粒子の沈降具合は、処理対象水Ｗ１の懸濁粒子濃度、粒径分布、懸濁粒子及び液体の密度、固液分離ドラム２のフィルタ２１のメッシュサイズ、水温などにより変動するため、懸濁粒子溜まり１Ｅ，１Ｆから第二流路１Ｄにおけるフィルタ没入側１Ｂへ大粒径懸濁粒子濃縮水Ｗ３を供給する大粒径懸濁粒子供給装置４のポンプＰ２の流量は、これらの条件に応じて設定し、また、処理槽１内に短絡流を生じさせない程度で設定することが望ましい。また、このポンプＰ２は、固液分離ドラム２の回転の有無に応じて動作するように制御すると効率的である。
【００５１】
次に図６は、本発明に係るプレコート式固液分離装置の第二の実施の形態を概略的に示す説明図である。
【００５２】
この第二の実施の形態は、大粒径懸濁粒子分離手段が、処理槽１内の導流部材１６による第一流路１Ｃ及び第二流路１Ｄに設けた懸濁粒子溜まりからなるものではなく、処理槽１への処理対象水Ｗ１の供給側に配置されて処理対象水Ｗ１中の相対的に粒径の大きい懸大粒径濁粒子を沈降分離させる大粒径懸濁粒子分離槽５からなるものである点で、先に説明した第一の実施の形態と異なるものである。また、さらに大粒径懸濁粒子分離槽５の前段には、比重の大きい粒子を沈降分離するための大比重粒子分離槽６が設置されている。
【００５３】
詳しくは、大粒径懸濁粒子分離槽５は、先に説明した（１）式、言い換えれば図１に示される粒子径と沈降速度の関係を利用して、処理対象水Ｗ１中の大粒径懸濁粒子を沈降分離するもので、処理槽１の第一流路１Ｃにおけるフィルタ没入側１Ｂには、大粒径懸濁粒子分離槽５内の処理対象水Ｗ１のうち、大粒径懸濁粒子の沈降によって比較的小粒径の懸濁粒子のみとなった上部水Ｗ１’が、この大粒径懸濁粒子分離槽５の上部に接続された給水管１５を介して供給され、大粒径懸濁粒子の沈降により大粒径懸濁粒子分離槽５の下部に溜まった大粒径懸濁粒子濃縮水Ｗ３は、大粒径懸濁粒子分離槽５の下部に接続された配管４４及びバルブＶ６からなる大粒径懸濁粒子供給装置４を介して第二流路１Ｄにおけるフィルタ没入側１Ｂへ供給されるようになっている。
【００５４】
一方、大比重粒子分離槽６は、処理対象水Ｗ１が、例えば微小粒子であっても砂のような比重の大きい粒子が混入しているものである場合に、処理槽１から固液分離ドラム２及び固形物回収装置３を介して回収される固形物Ｃへの不純物の混入率を削減するために、比重の大きい粒子ＳＳ０を沈殿させるものである。また、この大比重粒子分離槽６には、回収対象の懸濁粒子の沈降を防止するために攪拌機６１を設置してある。そしてこの大比重粒子分離槽６において比重の大きい粒子ＳＳ０が除去された処理対象水Ｗ１は、ポンプＰ３及び給水管１８を介して、大粒径懸濁粒子分離槽５へ供給される。
【００５５】
なお当然ながら、処理対象水Ｗ１が、比重の大きい砂などの粒子ＳＳ０の割合が少ないものであれば、大比重粒子分離槽６は不要である。
【００５６】
この第二の実施の形態も、処理対象水Ｗ１から分離された大粒径懸濁粒子を高密度で含む大粒径懸濁粒子濃縮水Ｗ３を、大粒径懸濁粒子供給装置４によって、第二流路１Ｄにおけるフィルタ没入側１Ｂへ供給するため、この位置の処理対象水Ｗ１中における大粒径懸濁粒子の濃度が高く保持され、したがって、固液分離ドラム２の回転に伴って水中へ没入して行くプレコート層未形成のフィルタ２１の外周面へ速やかに大粒径懸濁粒子が捕捉され、プレコート層ＰＣの形成が促進されて、濾水Ｗ２の水質を向上させると共に、懸濁粒子回収率を高めることができ、第一の実施の形態と同様の効果が実現される。
【００５７】
なお、図６では大粒径懸濁粒子分離槽５が処理槽１と一体型となっているが、互いに分離していても良い。また、図６では大粒径懸濁粒子分離槽５が処理槽１より高所にあるため、大粒径懸濁粒子分離槽５の上部水Ｗ１’及び下部の大粒径懸濁粒子濃縮水Ｗ３が、重力により処理槽１へ供給されるが、処理槽１と同じ程度の高さ、あるいはそれ以下の高さである場合は、ポンプ等で処理槽１へ供給されるようにする。
【００５８】
また、大粒径懸濁粒子供給装置４の配管４４を開閉するバルブＶ６は、固液分離ドラム２の駆動や、処理槽１内の処理対象水Ｗ１の水位を検出するレベルセンサ１７（図２参照）からの検出値に基づいて制御されるものであることが望ましい。
【００５９】
また、大粒径懸濁粒子分離槽５の寸法は、処理対象水Ｗ１の流量、懸濁粒子の粒径、懸濁粒子と対象水の密度、水温、粘性、大粒径懸濁粒子分離槽５の上部に接続された給水管１５と下部に接続された配管４４からの流量の比率などに応じて、適切に設計されることが望ましい。
【００６０】
次に図７は、本発明に係るプレコート式固液分離装置の第三の実施の形態を概略的に示す説明図である。
【００６１】
すなわちこの第三の実施の形態は、処理槽１内の導流部材１６が、固液分離ドラム２の回転軸心の真下の部分において、この回転軸心を中心とする円周よりも下方へ膨出した形状をなすことによって、固液分離ドラム２との間の第二流路１Ｄに、固液分離ドラム２の真下に位置して、請求項１に記載された大粒径懸濁粒子分離手段としての懸濁粒子溜まり１Ｆが形成されている点で、先に説明した第一の実施の形態と同様の構成を備えるものであるが、第二流路１Ｄ内に、大粒径懸濁粒子供給手段として、懸濁粒子溜まり１Ｆから第二流路１Ｄにおけるフィルタ没入側１Ｂへ向けて水流を起こす水中ミキサー又は水中ポンプなどの水流発生装置７が設置されている点で、第一の実施の形態と異なるものである。
【００６２】
すなわちこの構成によれば、第二流路１Ｄ内の懸濁粒子溜まり１Ｆに沈降してくる大粒径懸濁粒子が、水流発生装置７によって速やかに第二流路１Ｄにおけるフィルタ没入側１Ｂへ送られることで、フィルタ没入側１Ｂでの大粒径懸濁粒子密度を増加することができる。したがって、第一の実施の形態あるいは第二の実施の形態と同様、液中に没入する固液分離ドラム２のフィルタ２１の外周面へ速やかに大粒径懸濁粒子が捕捉され、懸濁粒子の捕捉によるプレコート層ＰＣの形成が促進されるので、フィルタ没入側１Ｂで、微小懸濁粒子が濾水と共に濾水貯留室Ｓへ流出してしまうのを抑制することができる。
【００６３】
なお、第三の実施の形態は、先に説明した第一の実施の形態あるいは第二の実施の形態よりも構成が簡素であるが、水流発生装置７が懸濁粒子により詰まったりするおそれがあり、また、水流の方向によっては固液分離ドラム２のフィルタ２１の表面のプレコート層ＰＣを剥離させてしまうおそれや、水流方向や強さによってはプレコート層ＰＣが不均一になることに留意する必要がある。
【００６４】
また、上述の各実施の形態では、回転ドラム型のプレコート式固液分離装置に本発明を適用した場合について説明したが、本発明は回転ドラム型に限定されるものではなく、他の構造のプレコート式固液分離装置についても同様に実施することができる。
【００６５】
例えば図８及び図９は、ベルト型のプレコート式固液分離装置に本発明を適用した実施の形態を示すものである。
【００６６】
このうち図８に示す第四の実施の形態は、無端ベルト状に形成されたフィルタ８１が、下部が処理槽１内の処理対象水Ｗ１に浸漬された状態で水平軸心を中心に回転可能に配置されたドラム８２の外周面と、処理槽１の外部に水平軸心を中心に回転可能な状態に配置された複数のローラ８３を経由するように巻き掛けられた固液分離フィルタ駆動部８を備えるものである。ドラム８２の外周壁自体は濾過能力を持っておらず、例えば粗い格子状などの構造になっている。
【００６７】
複数のローラ８３のうち少なくともひとつは、電動モータなどによって駆動されるものであり、ドラム８２は、ローラ８３の駆動力がベルト状のフィルタ８１を介して伝達されることによって、図８における時計回りの方向へ低速で回転されるものである。
【００６８】
そしてローラ８３の駆動力によって循環移動されるフィルタ８１は、ドラム８２の外周面のうち、処理槽１内の処理対象水Ｗ１の水面上に露出した領域から、図中右側（フィルタ没入側１Ｂ）で処理対象水Ｗ１の水面下へ没入し、ドラム８２のボトム位置を経由して図中左側（フィルタ浮上側１Ａ）で処理対象水Ｗ１の水面上へ浮上するまでの過程で、懸濁水である処理対象水Ｗ１を、ドラム８２の内周にフィルタ８１によって画成された濾水貯留室Ｓにおける濾水Ｗ２との水頭差によってフィルタ８１で濾過し、この濾過作用によって前記フィルタ８１に捕捉されて堆積した懸濁粒子の層（プレコート層ＰＣ）を、複数のローラ８３を経由して再びフィルタ没入側１Ｂで処理対象水Ｗ１の水面下へ没入するまでの間に、固形物回収装置３で回収する一方、濾水貯留室Ｓへ流入した濾水Ｗ２を処理済み水として排出するものである。
【００６９】
また、図９に示す第五の実施の形態も、無端ベルト状に形成されたフィルタ９１を有する固液分離フィルタ駆動部９で固液分離を行うものであって、図８に示す固液分離フィルタ駆動部８と異なるところは、フィルタ９１が処理槽１内の上部及び下部に配置された複数のローラ９２１〜９２５に、一部が処理槽１内の処理対象水Ｗ１に浸漬された状態に巻き掛けられ、ドラムが用いられていない点にある。
【００７０】
複数のローラ９２１〜９２５のうち少なくともひとつは電動モータなどによって駆動されるものであり、ベルト状のフィルタ９１は、ローラの駆動によって、処理槽１内の処理対象水Ｗ１の水面上の図中左側（フィルタ没入側１Ｂ）の上部ローラ９２１から、処理対象水Ｗ１の水面下へ略鉛直に没入し、図中左側の下部ローラ９２２から略水平に移動し、図中右側の下部ローラ９２３を経由してフィルタ浮上側１Ａで処理対象水Ｗ１の水面上へ略鉛直に浮上するまでの過程で、懸濁水である処理対象水Ｗ１を、フィルタ９１によって画成された濾水貯留室Ｓにおける濾水Ｗ２との水頭差によって濾過し、この濾過作用によって前記フィルタ９１に捕捉されて堆積した懸濁粒子の層（プレコート層ＰＣ）を、上部ローラ９２４，９２１を経由して再びフィルタ没入側１Ｂで処理対象水Ｗ１の水面下へ没入するまでの間に、固形物回収装置３で回収する一方、濾水貯留室Ｓへ流入した濾水Ｗ２を処理済み水として排出するものである。なお、ローラ９２５は、フィルタ９１の表面のプレコート層ＰＣを固形物回収装置３の転写ローラ３１へ押し付けるための押し付けローラである。
【００７１】
そしてこれら第四あるいは第五の実施の形態も、処理対象水Ｗ１中の相対的に粒径の大きい大粒径懸濁粒子を分離する大粒径懸濁粒子分離手段と、分離された大粒径懸濁粒子を処理槽１におけるフィルタ没入側１Ｂへ供給する大粒径懸濁粒子供給手段を備えるものである。
【００７２】
詳しくは、図８に示す第四の形態は、先に説明した第一の形態と同様、処理槽１内に導流部材１６によって第一流路１Ｃ及び第二流路１Ｄを形成し、ドラム８２の真下に位置して大粒径懸濁粒子分離手段としての懸濁粒子溜まり１Ｅ，１Ｆを形成し、ここで大粒径懸濁粒子の沈降により得られた大粒径懸濁粒子濃縮水Ｗ３を、大粒径懸濁粒子供給装置４によって、導流部材１６の内側の第二流路１Ｄにおけるフィルタ没入側１Ｂへ返送し、第二流路１Ｄにおけるフィルタ没入側１Ｂの処理対象水Ｗ１中における大粒径懸濁粒子の密度を高く保持するように構成したものである。
【００７３】
また、図９に示す第五の形態は、例えば先に説明した第二の形態と同様の大粒径懸濁粒子分離槽などによって、処理対象水を大粒径懸濁粒子の沈降による大粒径懸濁粒子濃縮水Ｗ３と比較的小粒径の懸濁粒子のみを含む上部水Ｗ１’に分離して、上部水Ｗ１’を処理槽１におけるフィルタ浮上側１Ａに供給し、大粒径懸濁粒子濃縮水Ｗ３を処理槽１におけるフィルタ没入側１Ｂに供給することによって、フィルタ没入側１Ｂの処理対象水Ｗ１中における大粒径懸濁粒子の密度を高くかつ保持すると共に、小粒径懸濁粒子の密度を低くするように構成したものである。
【００７４】
したがって、第四あるいは第五の実施の形態も、フィルタ没入側１Ｂの処理対象水Ｗ１中に没入するフィルタ８１，９１の外周面へ速やかに大粒径懸濁粒子が捕捉され、懸濁粒子の捕捉によるプレコート層ＰＣの形成が促進されるので、フィルタ没入側１Ｂで、微小懸濁粒子が濾液Ｗ２と共に濾水貯留室Ｓへ流出してしまうのを抑制することができる。
【００７５】
なお、図８に示すベルト循環移動型のプレコート式固液分離装置においても、大粒径懸濁粒子分離手段や大粒径懸濁粒子供給手段を図９と同様に構成したり、図７に示すような懸濁粒子溜まり１Ｆ及び水流発生装置７からなるものとするができ、あるいは図９に示すベルト循環移動型のプレコート式固液分離装置においても、大粒径懸濁粒子分離手段や大粒径懸濁粒子供給手段を図８と同様に構成したり、図７に示すような懸濁粒子溜まり１Ｆ及び水流発生装置７からなるものとするができる。また、図９に示す第五の形態は、その固液分離フィルタ駆動部９の形状が、図示の形状に限定されるものではないことは当然であり、その機能を満足するものであれば、例えば楕円形、瓢箪形等、他の形態でも構わない。
【００７６】
また、第一の実施の形態で説明したような初期運転のための濾水循環機構を設け、あるいはローラの駆動によるフィルタ８１，９１の送り速度をレベルセンサによる処理対象水Ｗ１の検出データ等によって制御する構成とすることもできる。
【符号の説明】
【００７７】
１ 処理槽
１Ａ フィルタ浮上側
１Ｂ フィルタ没入側
１Ｃ 第一流路
１Ｄ 第二流路
１Ｅ，１Ｆ 懸濁粒子溜まり（大粒径懸濁粒子分離手段）
１６ 導流部材
２ 固液分離ドラム
２１，８１，９１ フィルタ
３ 固形物回収装置（回収手段）
４ 大粒径懸濁粒子供給装置（大粒径懸濁粒子供給手段）
５ 大粒径懸濁粒子分離槽（大粒径懸濁粒子分離手段）
６ 大比重粒子分離槽
７ 水流発生装置（大粒径懸濁粒子供給手段）
８，９ 固液分離フィルタ駆動部
ＰＣ プレコート層
Ｓ 濾水貯留室
Ｗ１ 処理対象水（処理対象液）
Ｗ１’ 上部水
Ｗ２ 濾水（濾液）
Ｗ３ 大粒径懸濁粒子濃縮水
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルタの表面に固液分離処理対象液中の懸濁粒子によるプレコート層を形成することによって前記懸濁粒子を分離回収する固液分離装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昨今、廃棄物の減量や再利用による資源の循環及び有効利用の重要性が高まっており、懸濁液に含まれる固形物やその溶媒においても例外ではない。
【０００３】
懸濁液は固形物である懸濁粒子と、液体とで構成され、懸濁粒子が有用物であれば、これを液体から効率的に回収することで資源として再利用することができる。また、液体分が有用であれば、懸濁粒子を効率的に除去することで液体を資源として再利用することができる。
【０００４】
例えば、有機性の懸濁液として、洗米排水やでんぷん排水などの食品工場排水が挙げられる。これらの排水中には微小な有機固形物からなる懸濁粒子が高濃度で含有しており、固形分を効率的に回収することでメタン発酵などのバイオガス化によるエネルギー回収を見込むことができる。また、回収物によっては飼料化やバイオプラスチック化、堆肥化などが可能となる。一方で、焼酎工場排水などは液体中に高濃度の有機物を含むため、液体用のメタン発酵（ＵＡＳＢ法）によるエネルギー回収が見込めるが、固形分が多いと処理が阻害されることがあり、メタン発酵の前段でこのような固形分を除去することが望ましい。
【０００５】
一方、無機性の懸濁液としては、金属加工排水、シリコン系排水、セメント排水などが挙げられる。これらの排水についても、懸濁粒子を回収することで固形分もしくは液体分のリサイクルが可能となる。
【０００６】
しかしながら、これら有機性あるいは無機性の懸濁液中の懸濁粒子は、粒径が150μm以下の微小粒子の占める割合が大きいことから、その回収が難しく、従来は凝集剤を用いて微小な懸濁粒子を凝集してフロック化し、沈降もしくは浮上分離していることが多い。ところが、このような浮遊フロックや沈降汚泥は、化学薬品を含んでいることや含水率が98%〜99%と高いことから、有効利用は難しく、汚泥として産業廃棄物処理されているのが現状である。このため有効利用というよりも、むしろ懸濁排水処理に莫大な水処理コストがかかることが問題となっている。
【０００７】
ところで、このような懸濁液から固形分を分離回収する固液分離装置としては、下記の特許文献１に開示されているような、回転ドラム型のプレコート式固液分離装置が知られており、製紙業界において、パルプの濃縮や白水処理に用いられている。
【０００８】
図１０は、この種の従来のプレコート式固液分離装置を示すもので、すなわちこのプレコート式固液分離装置１００は、懸濁液である処理対象水Ｗ１を貯留する処理槽１０１と、この処理槽１０１内に水平軸心を中心として回転可能に配置され、外周壁がワイヤクロスや濾布などによる円筒状のフィルタ１０２ａからなる固液分離ドラム１０２と、前記フィルタ１０２ａの外周面に付着・堆積した懸濁粒子からなるプレコート層ＰＣを剥離回収する回収装置１０３とを備える。
【０００９】
すなわち、このプレコート式固液分離装置１００は、処理槽１０１内へ処理対象水Ｗ１を供給する一方、回転する固液分離ドラム１０２内へ濾過された水（濾水Ｗ２）を、排水口１０４を通じて排出することによって、固液分離ドラム１０２のフィルタ１０２ａの外周面に処理対象水Ｗ１中の懸濁粒子が付着・堆積したプレコート層ＰＣを形成させ、このプレコート層ＰＣ自体の濾過機能を利用して、フィルタ１０２ａのメッシュサイズより粒径の細かい懸濁粒子を分離可能としている。そしてこのようにして固液分離ドラム１０２のフィルタ１０２ａの外周面にプレコート層ＰＣとして付着・堆積された懸濁粒子による固形物は、回収装置１０３によって剥離・回収される。また、固液分離ドラム１０２の回転速度によって、排水（濾水Ｗ２）の処理量、プレコート層ＰＣの厚さ、及び濾水Ｗ２の水質を調整することができる。
【００１０】
図１１は、固液分離ドラム１０２のフィルタ１０２ａにプレコート層が形成されて行く過程を模式的に示すものである。まず図１１における（Ａ）は、フィルタ１０２ａが、図１０においてプレコート層ＰＣが回収装置１０３により剥離回収された直後の位置Ａにある状態を示している。そして図１０における反時計方向へ固液分離ドラム１０２が回転して行くのに伴って、フィルタ１０２ａが処理対象水Ｗ１の水面下に没入して行くと、没入直後のＢ位置では、処理対象水Ｗ１がフィルタ１０２ａを通過する際に、まず図１１の（Ｂ）のように、フィルタ１０２ａのメッシュサイズよりも粒径の大きな懸濁粒子ＳＳ１が捕捉されると、この捕捉された懸濁粒子ＳＳ１による目詰まり現象で、捕捉された懸濁粒子ＳＳ１自体が濾過作用を奏するようになるので、図１１の（Ｃ）のように、メッシュサイズよりも粒径の小さな懸濁粒子ＳＳ２も捕捉され、さらに図１１の（Ｄ）のように、微小な粒径の懸濁粒子ＳＳ３も捕捉されるようになって、徐々に懸濁粒子によるプレコート層ＰＣが形成されて行くのである。
【００１１】
また、粒径が150μm以下の非常に微小な懸濁粒子の場合は、フィルタ１０２ａに捕捉されにくいため、このような微小懸濁粒子の回収においては、処理対象水Ｗ１に凝集剤等の助剤を添加することによってプレコート層ＰＣの形成を促す手法や、予めフィルタ１０２ａにプレコート剤をコーティングし、固液分離工程においてフィルタ１０２ａに形成された懸濁粒子によるプレコート層ＰＣを、前記プレコート剤と共に剥離し回収する手法が採られている。しかしながらこれらの場合は、凝集剤やプレコート剤を用いることによるコストアップが懸念され、しかも回収物に助剤やプレコート剤などの薬剤が混入することになり、回収物の有効利用には不都合である。
【００１２】
また、従来のプレコート式固液分離装置１００は、その構造上、固液分離ドラム１０２の回転に伴って、プレコート層ＰＣが形成されていない水面上の領域が、図１０における位置Ａから処理対象水Ｗ１中へ没入して行くので、十分な層厚のプレコート層ＰＣが形成されるまでの間に、フィルタ１０２ａに捕捉されない微小懸濁粒子が、濾水Ｗ２と共に流出してしまい、すなわち濾水Ｗ２の懸濁粒子濃度が高くなって水質が悪化するばかりか、固形物の回収効率も低下するといった根本的な問題がある。これは、先に説明した図１１の（Ｂ）のように、メッシュサイズよりも粒径の大きな懸濁粒子ＳＳ１は、処理対象水Ｗ１への没入直後にフィルタ１０２ａによって速やかに捕捉されるが、微小懸濁粒子が通過可能な間隙Ｇが懸濁粒子ＳＳ１間に多く残っており、このため図１０におけるＢ位置付近では、微小懸濁粒子が補足されず濾水と共にフィルタ１０２ａを通過してしまうからである。
【００１３】
したがって処理済水（濾水Ｗ２）の高い清澄性を確保し、言い換えれば処理対象水Ｗ１からの微小懸濁粒子の高い回収率を確保するには、固液分離ドラム１０２をゆっくり回転させる必要がある。このため、フィルタ１０２ａの単位面積あたりの固液分離速度が小さくなる問題があった。さらに、処理槽１０１内における固液分離ドラム１０２の下側のボトム位置には、粒径の大きな懸濁粒子ＳＳ１による沈降物が堆積しやすいため、処理槽１０１から定期的に堆積物を引抜く必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００６−３３４４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、フィルタの単位面積あたりの固液分離速度を向上させると共に、懸濁液中の固形分の回収率（固液分離率）を向上させて、これにより濾液の清澄性を向上させることにある。また、機器の小型化を可能とし、さらには処理対象液中の懸濁粒子が処理槽内に堆積するのを防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係るプレコート式固液分離装置は、懸濁した処理対象液が供給される処理槽と、この処理槽内に前記処理対象液に一部浸漬された状態で循環移動可能に配置されて前記処理槽内に濾液貯留室を画成するフィルタと、前記フィルタの外周面に付着・堆積した懸濁粒子からなるプレコート層を剥離回収する回収手段を備えるプレコート式固液分離装置において、前記処理対象液中の相対的に粒径の大きい大粒径懸濁粒子を分離する大粒径懸濁粒子分離手段と、分離された大粒径懸濁粒子を、プレコート層が未形成の前記フィルタが処理対象液中に没入する側へ供給する大粒径懸濁粒子供給手段を備えるものである。
【００１７】
一般的に、懸濁した排水の多くは、懸濁粒子が一つの成分として構成され、その他の懸濁粒子は夾雑物として構成されていることが多い。同じ成分の懸濁粒子であれば、粒子径により沈降速度が決定され、すなわち懸濁粒子の粒径が小さいほど比表面積が大きくなることによって、沈降速度が遅くなる。懸濁粒子の多くは粒径が100μm以下の微小粒子であることが多く、その沈降速度は懸濁粒子の直径の自乗に比例し、次式に示すストークスの式で導くことができる。
【数１】
ここに、
ν：粒子の沈降速度（cm/s）
ｇ：重力の加速度（cm/s2）
ρＳ ρ：粒子及び水の密度（g/cm3）
ｄ：粒子の直径（cm）
μ：水の粘度（g/cm・s）
【００１８】
例えば処理対象水中の懸濁粒子の密度が1.5g/cm3、液温20℃とすると、上述の式（１）から、粒子径と沈降速度には図１に示されるような関係が見られる。この図１からわかるように、例えば粒子径が100μmの懸濁粒子の沈降速度は16.3cm/minであるのに対し、粒子径が10μmの懸濁粒子の沈降速度は0.16cm/minと非常に小さくなる。本発明はこの原理に着目したもので、処理対象液中の相対的に粒径の大きい懸濁粒子を分離すると共に、分離された大粒径懸濁粒子を、プレコート層が未形成のフィルタが処理対象液中に没入する側へ供給して、フィルタ没入側の処理対象液中に大粒径懸濁粒子を高濃度に保持することによって、効率の良い固液分離を可能とするものである。
【００１９】
また、請求項２の発明に係るプレコート式固液分離装置は、請求項１に記載された構成において、大粒径懸濁粒子分離手段が、処理槽内で処理対象液中の大粒径懸濁粒子を沈降させるものである。
【００２０】
また、請求項３の発明に係るプレコート式固液分離装置は、請求項１に記載された構成において、大粒径懸濁粒子分離手段が、処理槽への処理対象液の供給側に配置されて処理対象液中の大粒径懸濁粒子を沈降させる大粒径懸濁粒子分離槽からなり、大粒径懸濁粒子供給手段が、前記大粒径懸濁粒子分離槽内の処理対象液の下部液をフィルタが処理対象液中へ没入する側へ供給するものである。
【００２１】
また、請求項４の発明に係るプレコート式固液分離装置は、請求項２に記載された構成において、大粒径懸濁粒子供給手段が、処理槽内の処理対象液に液流を起こす液流発生手段からなり、沈降した大粒径懸濁粒子を、前記液流発生手段によって、フィルタが処理対象液中に没入する側へ送るものである。
【００２２】
また、請求項５の発明に係るプレコート式固液分離装置は、請求項１〜４のいずれかに記載された構成において、沈降分離槽への処理対象液の供給側に、処理対象液中の相対的に比重の大きい粒子を分離する大比重粒子分離槽を備えるものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係るプレコート式固液分離装置によれば、処理対象液中の相対的に粒径の大きい大粒径懸濁粒子を分離して、これをプレコート層が未形成のフィルタが処理対象液中へ没入する側に供給することによって、フィルタが没入する側における処理対象液の大粒径懸濁粒子の濃度が高くなるので、液中に没入するフィルタの外周面へ速やかに大粒径懸濁粒子が捕捉される。このため、懸濁粒子の捕捉によるプレコート層の形成が促進されるので、フィルタが処理対象液中へ没入する側で、微小懸濁粒子が濾液と共に流出してしまうのを抑制することができる。
【００２４】
このため、フィルタの単位面積あたりの固液分離速度が向上すると共に、処理対象液中の固形分の回収率（固液分離率）が向上する一方、濾液の清澄性が向上する。またこのため、機器の小型化が可能となり、さらには大粒径懸濁粒子が処理槽内に堆積するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】処理対象水中の懸濁粒子の粒子径と沈降速度の関係を示す図である。
【図２】本発明に係るプレコート式固液分離装置の第一の実施の形態を概略的に示す平面図である。
【図３】図２におけるIII−III断面図である。
【図４】図２におけるIV−IV断面図である。
【図５】本発明に係るプレコート式固液分離装置において固液分離ドラムのフィルタにプレコート層が形成されて行く過程を模式的に示す説明図である。
【図６】本発明に係るプレコート式固液分離装置の第二の実施の形態を概略的に示す説明図である。
【図７】本発明に係るプレコート式固液分離装置の第三の実施の形態を概略的に示す説明図である。
【図８】本発明を適用可能なベルト型のプレコート式固液分離装置の第四の実施の形態を概略的に示す説明図である。
【図９】本発明を適用可能な他のベルト型のプレコート式固液分離装置の第五の実施の形態を概略的に示す説明図である。
【図１０】従来の技術によるプレコート式固液分離装置の概略構成を示す断面図である。
【図１１】固液分離ドラムのフィルタにプレコート層が形成されて行く過程を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係るプレコート式固液分離装置の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２７】
まず図２は、本発明に係るプレコート式固液分離装置の第一の実施の形態を概略的に示す平面図、図３は、図２におけるIII−III断面図、図４は、図２におけるIV−IV断面図で、この固液分離装置は、懸濁水からなる処理対象水Ｗ１を貯留する処理槽１と、この処理槽１内に配置された固液分離ドラム２と、この固液分離ドラム２の円筒状のフィルタ２１の外周面に処理対象水Ｗ１中の懸濁粒子により形成されたプレコート層ＰＣを剥離回収する固形物回収装置３を備える。なお、処理対象水Ｗ１は、請求項１に記載された処理対象液に相当するものであり、濾水Ｗ２は、請求項１に記載された濾液に相当するものであり、固形物回収装置３は、請求項１に記載された回収手段に相当するものである。
【００２８】
固液分離ドラム２は、処理槽１内の処理対象水Ｗ１に浸漬された状態で、電動モータ２４から減速装置２５を介して与えられる駆動力によって、水平なシャフト２２を中心として低速回転されるものであって、軸方向一側が開放された形状となっている。そして固液分離ドラム２の円筒状の外周壁はワイヤクロスなどのフィルタ２１からなり、開放された側の端部に設けられたシール部材２３が、処理槽１の一方の側壁１１の内側面に摺動可能に密接されることによって、この側壁１１との間に濾水貯留室Ｓが画成されている。
【００２９】
固液分離ドラム２のフィルタ２１としては、メッシュサイズが150μm以下のものが採用される。これは、メッシュサイズが150μmを超えるものでは、初期の固液分離工程においてフィルタ２１に予めプレコート剤による層を形成しておかないと、フィルタ２１の外周面に固形物の付着・堆積が起こりにくく、すなわちプレコート層ＰＣが形成されにくいからである。また、フィルタ２１の材質としては、ステンレス、亜鉛、真鍮、アルミ等の金属からなるワイヤクロス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ナイロン、ポリテトラフルオロエチレン等の合成樹脂繊維、障子紙などのパルプ繊維、ガラス繊維、炭素繊維及びそれらの繊維素材から構成される濾布を使用することが可能である。
【００３０】
処理槽１には、その一方の側壁１１における固液分離ドラム２との対向面の下部に位置して排水口１２が開設され、この排水口１２を介して固液分離ドラム２の内周の濾水貯留室Ｓと連通する排水槽１３が設けられ、排水口１２を通じて濾水貯留室Ｓから排水槽１３へ流れ込んだ濾水Ｗ２を、排水ポンプＰ１及びこの排水ポンプＰ１から延びる排水管１４によって排出するようになっている。
【００３１】
固液分離ドラム２は、図３における反時計方向へ回転するものであり、したがって、この固液分離ドラム２の外周のフィルタ２１は、処理槽１における参照符号１Ａで示される側（以下、フィルタ浮上側１Ａという）で処理対象水Ｗ１の水面から浮上する一方、参照符号１Ｂで示される側（以下、フィルタ没入側１Ｂという）で処理対象水Ｗ１の水面下へ没入するように、水面下と水面上を経由して反時計方向へ循環移動される。
【００３２】
処理槽１の第一流路１Ｃ（後述）におけるフィルタ没入側１Ｂには処理対象水Ｗ１を供給する給水管１５が開口しており、図２に示されるように、この給水管１５には給水バルブＶ１が設けられている。そしてこの給水バルブＶ１の開閉動作は、処理槽１内の処理対象水Ｗ１の水位を検出するレベルセンサ１７からの検出データに基づいて制御され、これによって、処理対象水Ｗ１の供給量が調整されるようになっている。
【００３３】
図２に示されるように、排水槽１３内の排水ポンプＰ１から延びる排水管１４は、流路切換バルブＶ２，Ｖ３を介して給水管１５と接続されるようになっており、すなわち排水槽１３から排出される処理済み水（濾水Ｗ２）の一部は、切換バルブＶ２，Ｖ３の操作によって処理槽１へ返送することができるようになっている。
【００３４】
また、図２及び図３に示されるように、処理槽１内には、給水管１５から処理槽１内へ供給される処理対象水Ｗ１又は排水管１４から返送される処理済み水を、固液分離ドラム２の最下部（軸心を通る鉛直線との交点位置）よりも回転方向（反時計方向）前方で初めて固液分離ドラム２の外周のフィルタ２１に接するように、かつ回転方向（反時計方向）へ流れるように導く導流部材１６が設けられている。すなわちこの導流部材１６は、給水管１５からの処理対象水Ｗ１又は前記処理済み水を、固液分離ドラム２の外周面から離れた位置を通ってフィルタ浮上側１Ａに偏在する位置へ導く第一流路１Ｃと、その内側の第二流路１Ｄを形成するものである。
【００３５】
図３に示されるように、処理槽１の底壁は、固液分離ドラム２の回転軸心（シャフト２２）の真下の位置がこの回転軸心を中心とする円周よりも下方へ膨出した形状をなしており、導流部材１６も、固液分離ドラム２の回転軸心の真下の部分がこの回転軸心を中心とする円周よりも下方へ膨出すると共に、図４に示すように軸方向一方へ向けて勾配をもつ形状をなしている。そしてこのような形状によって、処理槽１の第一流路１Ｃ及び第二流路１Ｄには、固液分離ドラム２の真下に位置して、請求項１に記載された大粒径懸濁粒子分離手段としての懸濁粒子溜まり１Ｅ，１Ｆが形成されている。
【００３６】
参照符号４は、大粒径懸濁粒子溜まり１Ｅ，１Ｆに沈降した大粒径懸濁粒子による大粒径懸濁粒子濃縮水Ｗ３を、プレコート層が未形成のフィルタ２１が処理対象水Ｗ１中に没入する側、詳しくは導流部材１６の内側の第二流路１Ｄにおけるフィルタ没入側１Ｂへ供給する大粒径懸濁粒子供給装置である。この大粒径懸濁粒子供給装置４は、請求項１に記載された大粒径懸濁粒子供給手段に相当するものであって、懸濁粒子溜まり１Ｅ，１Ｆから延びる配管４１，４２と、この配管４１，４２が合流して処理槽１内の第二流路１Ｄにおけるフィルタ没入側１Ｂへ延びる配管４３と、配管４１，４２に設けられたバルブＶ４，Ｖ５と、配管４３に設けられたポンプＰ２を備える。
【００３７】
固形物回収装置３は、固液分離ドラム２のフィルタ２１の外周面に形成されたプレコート層ＰＣの表面に、処理槽１における処理対象水Ｗ１の水位より上方で接触しながら、固液分離ドラム２と逆方向へ回転されることによって、前記フィルタ２１からプレコート層ＰＣを転写・付着させる転写ローラ３１と、この転写ローラ３１に転写・付着された回収固形物Ｃを掻き取るスクレーパ３２からなる。
【００３８】
上述の構成を備えるプレコート式固液分離装置の第一の実施の形態は、処理槽１に供給された懸濁水である処理対象水Ｗ１を、この処理対象水Ｗ１に浸漬された固液分離ドラム２の内周の濾水貯留室Ｓにおける濾水Ｗ２との水頭差Ｈによって固液分離ドラム２の円筒状フィルタ２１で濾過し、この濾過作用によって前記フィルタ２１に捕捉されて堆積した懸濁粒子の層（プレコート層ＰＣ）を、固形物回収装置３で回収する一方、濾水貯留室Ｓへ流入した濾水Ｗ２を処理済み水として排出するものである。
【００３９】
この固液分離装置による処理について更に詳しく説明すると、給水管１５からの処理対象水Ｗ１は、処理槽１における導流部材１６による第一流路１Ｃに沿って、固液分離ドラム２の最下部よりも回転方向前方、すなわちフィルタ浮上側１Ａに偏在する位置へ導かれており、その途中に懸濁粒子溜まり１Ｅが存在するため、ここで、処理対象水Ｗ１に含まれる懸濁粒子のうち、粒径が相対的に大きい大粒径懸濁粒子の一部が分離され、沈降により濃縮される。
【００４０】
これについてさらに詳しく説明すると、懸濁水を処理対象とするプレコート式固液分離装置では、フィルタ２１の内外に水頭差Ｈをつける必要から、処理槽１の容積が大きいものとなっており、処理槽１内における処理対象水Ｗ１の滞留時間（処理槽容積÷原水流入速度）は、数分〜数十分ほどになるため、第一流路１Ｃ及び第二流路１Ｄではそれほど大きな流速は発生しない。このため、給水管１５からの原水（処理対象水Ｗ１）の流入によって、第一流路１Ｃに、固液分離ドラム２の回転軸心の真下の位置よりも回転方向前方、すなわちフィルタ浮上側１Ａへ向けて生じるゆっくりとした上昇流は、粒子サイズの大きい懸濁粒子のもつ沈降速度より小さいので、大粒径懸濁粒子は浮上せず、したがってフィルタ浮上側１Ａへは大粒径懸濁粒子が導かれにくくなり、懸濁粒子溜まり１Ｅに沈降して濃縮される。
【００４１】
懸濁粒子溜まり１Ｅでの大粒径懸濁粒子の沈降によって得られた大粒径懸濁粒子濃縮水Ｗ３は、大粒径懸濁粒子供給装置４におけるバルブＶ４の開放及びポンプＰ２の駆動によって、導流部材１６の内側の第二流路１Ｄにおけるフィルタ没入側１Ｂへ供給される。また、この第二流路１Ｄにも懸濁粒子溜まり１Ｆが存在するため、供給された大粒径懸濁粒子の一部はここで沈降して濃縮され、バルブＶ５の開放及びポンプＰ２の駆動によって、第二流路１Ｄにおけるフィルタ没入側１Ｂへ返送される。このため、第二流路１Ｄにおけるフィルタ没入側１Ｂの処理対象水Ｗ１中における大粒径懸濁粒子の密度が高く保持される。
【００４２】
これについてさらに詳しく説明すると、第二流路１Ｄにおけるフィルタ没入側１Ｂでは、給水管１５からの原水の直接の流入はなく、しかも固液分離ドラム２のフィルタ２１である程度濾過されることによって流量が減少し、したがって第二流路１Ｄの流速は、第一流路１Ｃと比べて小さく、大粒径懸濁粒子はフィルタ浮上側１Ａへは一層導かれにくくなるので、第二流路１Ｄでフィルタ２１に補足されなかった大粒径懸濁粒子は、懸濁粒子溜まり１Ｆに沈降して濃縮される。また、沈降した大粒径懸濁粒子は、大粒径懸濁粒子供給装置４により、第二流路１Ｄにおけるフィルタ没入側１Ｂへ返送される。
【００４３】
したがって、図５の（Ａ）のように、プレコート層が剥離回収された（プレコート層が未形成の）フィルタ２１は、図３における反時計方向への固液分離ドラム２の回転に伴って、処理対象水Ｗ１の水面下に没入して行くと、まず図５の（Ｂ）のように、フィルタ２１のメッシュサイズよりも粒径の大きな懸濁粒子ＳＳ１が捕捉されるが、上述のように、処理槽１内の第二流路１Ｄにおけるフィルタ没入側１Ｂでは、大粒径懸濁粒子の密度が著しく高くなっているため、水中へ没入して行くプレコート層未形成のフィルタ２１の外周面へ速やかに大粒径懸濁粒子ＳＳ１が捕捉される。
【００４４】
このため、捕捉された懸濁粒子ＳＳ１自体による濾過作用が速やかに発現されるので、メッシュサイズよりも粒径の小さな懸濁粒子ＳＳ２やさらに微小な粒径の懸濁粒子ＳＳ３が、濾水Ｗ２中へ流出してしまうのを有効に抑制することができ、すなわち、図５の（Ｃ）のように、メッシュサイズよりも粒径の小さな懸濁粒子ＳＳ２の捕捉や、さらに図５の（Ｄ）のように、微小な粒径の懸濁粒子ＳＳ３の捕捉が効率良く行われ、これら懸濁粒子ＳＳ１〜ＳＳ３によるプレコート層ＰＣの形成が促進される。
【００４５】
固液分離ドラム２のフィルタ２１の外周面に捕捉された懸濁粒子によるプレコート層ＰＣは、固形物回収装置３により剥離・回収される。そして処理対象水Ｗ１が例えば洗米排水やでんぷん排水などの有機性の懸濁液であって、固形物回収装置３により回収された固形物Ｃが有機固形物からなるものである場合は、メタン発酵などのバイオガス化によるエネルギー回収や、飼料化、堆肥化などを図ることができる。また、処理対象水Ｗ１が例えば金属加工排水、シリコン系排水、セメント排水など無機性の懸濁液である場合も、固形物回収装置３により回収された固形物Ｃをリサイクル利用することができる。
【００４６】
なお、初期運転においては、固液分離ドラム２のフィルタ２１の外周面にはプレコート層ＰＣが全く形成されていないので、粒径がフィルタ２１のメッシュサイズ以下の懸濁粒子は濾過されずにフィルタ２１の全周から濾水貯留室Ｓへ通過してしまうことになる。したがって初期運転に際しては、まず固液分離ドラム２が半分以上水没するまで処理槽１へ処理対象水Ｗ１を供給し、次に固液分離ドラム２の回転を停止したままで、濾水貯留室Ｓから排水口１２を通じて排水槽１３へ貯留された懸濁粒子濃度の高い濾水Ｗ２を、流路切換バルブＶ２，Ｖ３の切り換え操作により、排水ポンプＰ１から排水管１４、流路切換バルブＶ３及び給水管１５を介して再び処理槽１へ供給して循環させる。
【００４７】
このようにすることで、固液分離ドラム２のフィルタ２１の外周面に形成されるプレコート層ＰＣの厚さが増大して行き、濾過速度が徐々に低下すると共に、濾水Ｗ２の懸濁粒子濃度が低下し、濾水貯留室Ｓ内の濾水Ｗ２と処理槽１内の処理対象水Ｗ１との水頭差Ｈが大きくなって行く。このため、フィルタ２１の外周面に形成されるプレコート層ＰＣが十分な層厚となって、水頭差Ｈが所定値に達した時点で、処理槽１への濾水Ｗ２の循環を終了し、通常運転へ切り換えれば良い。
【００４８】
このプレコート式固液分離装置の第一の実施の形態によれば、懸濁粒子溜まり１Ｅ，１Ｆで処理対象水Ｗ１から沈降分離された大粒径懸濁粒子を高密度で含む大粒径懸濁粒子濃縮水Ｗ３を、大粒径懸濁粒子供給装置４によって、第二流路１Ｄにおけるフィルタ没入側１Ｂへ供給することによって、プレコート層ＰＣの形成が促進される結果、濾水Ｗ２の目標処理水質を向上させ、かつ懸濁粒子回収率を高めることができ、また固液分離ドラム２の回転速度も、従来よりも上昇させることができる。すなわち、装置規模あたりの懸濁水の処理速度が高まるため、処理コストを大幅に削減することができる。
【００４９】
なお、この実施の形態では第一流路１Ｃ及び第二流路１Ｄの双方に懸濁粒子溜まりを設けているが、第一流路１Ｃは給水管１５からの処理対象水Ｗ１の供給によって固液分離ドラム２側の第二流路１Ｄよりも流速が速いため、懸濁粒子の密度や粒径、流速によっては大粒径懸濁粒子が懸濁粒子溜まり１Ｅに堆積しない場合もある。したがって、このようなケースでは、第二流路１Ｄ側の懸濁粒子溜まり１Ｆのみとしても良い。また、懸濁粒子溜まり１Ｅ，１Ｆにおける大粒径懸濁粒子の沈降堆積量に応じて電動バルブで大粒径懸濁粒子濃縮水Ｗ３の引抜き量を変えても良いし、手動バルブで引抜き割合を調節しても良い。
【００５０】
また、懸濁粒子溜まり１Ｅ，１Ｆにおける大粒径懸濁粒子の沈降具合は、処理対象水Ｗ１の懸濁粒子濃度、粒径分布、懸濁粒子及び液体の密度、固液分離ドラム２のフィルタ２１のメッシュサイズ、水温などにより変動するため、懸濁粒子溜まり１Ｅ，１Ｆから第二流路１Ｄにおけるフィルタ没入側１Ｂへ大粒径懸濁粒子濃縮水Ｗ３を供給する大粒径懸濁粒子供給装置４のポンプＰ２の流量は、これらの条件に応じて設定し、また、処理槽１内に短絡流を生じさせない程度で設定することが望ましい。また、このポンプＰ２は、固液分離ドラム２の回転の有無に応じて動作するように制御すると効率的である。
【００５１】
次に図６は、本発明に係るプレコート式固液分離装置の第二の実施の形態を概略的に示す説明図である。
【００５２】
この第二の実施の形態は、大粒径懸濁粒子分離手段が、処理槽１内の導流部材１６による第一流路１Ｃ及び第二流路１Ｄに設けた懸濁粒子溜まりからなるものではなく、処理槽１への処理対象水Ｗ１の供給側に配置されて処理対象水Ｗ１中の相対的に粒径の大きい懸大粒径濁粒子を沈降分離させる大粒径懸濁粒子分離槽５からなるものである点で、先に説明した第一の実施の形態と異なるものである。また、さらに大粒径懸濁粒子分離槽５の前段には、比重の大きい粒子を沈降分離するための大比重粒子分離槽６が設置されている。
【００５３】
詳しくは、大粒径懸濁粒子分離槽５は、先に説明した（１）式、言い換えれば図１に示される粒子径と沈降速度の関係を利用して、処理対象水Ｗ１中の大粒径懸濁粒子を沈降分離するもので、処理槽１の第一流路１Ｃにおけるフィルタ没入側１Ｂには、大粒径懸濁粒子分離槽５内の処理対象水Ｗ１のうち、大粒径懸濁粒子の沈降によって比較的小粒径の懸濁粒子のみとなった上部水Ｗ１’が、この大粒径懸濁粒子分離槽５の上部に接続された給水管１５を介して供給され、大粒径懸濁粒子の沈降により大粒径懸濁粒子分離槽５の下部に溜まった大粒径懸濁粒子濃縮水Ｗ３は、大粒径懸濁粒子分離槽５の下部に接続された配管４４及びバルブＶ６からなる大粒径懸濁粒子供給装置４を介して第二流路１Ｄにおけるフィルタ没入側１Ｂへ供給されるようになっている。
【００５４】
一方、大比重粒子分離槽６は、処理対象水Ｗ１が、例えば微小粒子であっても砂のような比重の大きい粒子が混入しているものである場合に、処理槽１から固液分離ドラム２及び固形物回収装置３を介して回収される固形物Ｃへの不純物の混入率を削減するために、比重の大きい粒子ＳＳ０を沈殿させるものである。また、この大比重粒子分離槽６には、回収対象の懸濁粒子の沈降を防止するために攪拌機６１を設置してある。そしてこの大比重粒子分離槽６において比重の大きい粒子ＳＳ０が除去された処理対象水Ｗ１は、ポンプＰ３及び給水管１８を介して、大粒径懸濁粒子分離槽５へ供給される。
【００５５】
なお当然ながら、処理対象水Ｗ１が、比重の大きい砂などの粒子ＳＳ０の割合が少ないものであれば、大比重粒子分離槽６は不要である。
【００５６】
この第二の実施の形態も、処理対象水Ｗ１から分離された大粒径懸濁粒子を高密度で含む大粒径懸濁粒子濃縮水Ｗ３を、大粒径懸濁粒子供給装置４によって、第二流路１Ｄにおけるフィルタ没入側１Ｂへ供給するため、この位置の処理対象水Ｗ１中における大粒径懸濁粒子の濃度が高く保持され、したがって、固液分離ドラム２の回転に伴って水中へ没入して行くプレコート層未形成のフィルタ２１の外周面へ速やかに大粒径懸濁粒子が捕捉され、プレコート層ＰＣの形成が促進されて、濾水Ｗ２の水質を向上させると共に、懸濁粒子回収率を高めることができ、第一の実施の形態と同様の効果が実現される。
【００５７】
なお、図６では大粒径懸濁粒子分離槽５が処理槽１と一体型となっているが、互いに分離していても良い。また、図６では大粒径懸濁粒子分離槽５が処理槽１より高所にあるため、大粒径懸濁粒子分離槽５の上部水Ｗ１’及び下部の大粒径懸濁粒子濃縮水Ｗ３が、重力により処理槽１へ供給されるが、処理槽１と同じ程度の高さ、あるいはそれ以下の高さである場合は、ポンプ等で処理槽１へ供給されるようにする。
【００５８】
また、大粒径懸濁粒子供給装置４の配管４４を開閉するバルブＶ６は、固液分離ドラム２の駆動や、処理槽１内の処理対象水Ｗ１の水位を検出するレベルセンサ１７（図２参照）からの検出値に基づいて制御されるものであることが望ましい。
【００５９】
また、大粒径懸濁粒子分離槽５の寸法は、処理対象水Ｗ１の流量、懸濁粒子の粒径、懸濁粒子と対象水の密度、水温、粘性、大粒径懸濁粒子分離槽５の上部に接続された給水管１５と下部に接続された配管４４からの流量の比率などに応じて、適切に設計されることが望ましい。
【００６０】
次に図７は、本発明に係るプレコート式固液分離装置の第三の実施の形態を概略的に示す説明図である。
【００６１】
すなわちこの第三の実施の形態は、処理槽１内の導流部材１６が、固液分離ドラム２の回転軸心の真下の部分において、この回転軸心を中心とする円周よりも下方へ膨出した形状をなすことによって、固液分離ドラム２との間の第二流路１Ｄに、固液分離ドラム２の真下に位置して、請求項１に記載された大粒径懸濁粒子分離手段としての懸濁粒子溜まり１Ｆが形成されている点で、先に説明した第一の実施の形態と同様の構成を備えるものであるが、第二流路１Ｄ内に、大粒径懸濁粒子供給手段として、懸濁粒子溜まり１Ｆから第二流路１Ｄにおけるフィルタ没入側１Ｂへ向けて水流を起こす水中ミキサー又は水中ポンプなどの水流発生装置７が設置されている点で、第一の実施の形態と異なるものである。
【００６２】
すなわちこの構成によれば、第二流路１Ｄ内の懸濁粒子溜まり１Ｆに沈降してくる大粒径懸濁粒子が、水流発生装置７によって速やかに第二流路１Ｄにおけるフィルタ没入側１Ｂへ送られることで、フィルタ没入側１Ｂでの大粒径懸濁粒子密度を増加することができる。したがって、第一の実施の形態あるいは第二の実施の形態と同様、液中に没入する固液分離ドラム２のフィルタ２１の外周面へ速やかに大粒径懸濁粒子が捕捉され、懸濁粒子の捕捉によるプレコート層ＰＣの形成が促進されるので、フィルタ没入側１Ｂで、微小懸濁粒子が濾水と共に濾水貯留室Ｓへ流出してしまうのを抑制することができる。
【００６３】
なお、第三の実施の形態は、先に説明した第一の実施の形態あるいは第二の実施の形態よりも構成が簡素であるが、水流発生装置７が懸濁粒子により詰まったりするおそれがあり、また、水流の方向によっては固液分離ドラム２のフィルタ２１の表面のプレコート層ＰＣを剥離させてしまうおそれや、水流方向や強さによってはプレコート層ＰＣが不均一になることに留意する必要がある。
【００６４】
また、上述の各実施の形態では、回転ドラム型のプレコート式固液分離装置に本発明を適用した場合について説明したが、本発明は回転ドラム型に限定されるものではなく、他の構造のプレコート式固液分離装置についても同様に実施することができる。
【００６５】
例えば図８及び図９は、ベルト型のプレコート式固液分離装置に本発明を適用した実施の形態を示すものである。
【００６６】
このうち図８に示す第四の実施の形態は、無端ベルト状に形成されたフィルタ８１が、下部が処理槽１内の処理対象水Ｗ１に浸漬された状態で水平軸心を中心に回転可能に配置されたドラム８２の外周面と、処理槽１の外部に水平軸心を中心に回転可能な状態に配置された複数のローラ８３を経由するように巻き掛けられた固液分離フィルタ駆動部８を備えるものである。ドラム８２の外周壁自体は濾過能力を持っておらず、例えば粗い格子状などの構造になっている。
【００６７】
複数のローラ８３のうち少なくともひとつは、電動モータなどによって駆動されるものであり、ドラム８２は、ローラ８３の駆動力がベルト状のフィルタ８１を介して伝達されることによって、図８における時計回りの方向へ低速で回転されるものである。
【００６８】
そしてローラ８３の駆動力によって循環移動されるフィルタ８１は、ドラム８２の外周面のうち、処理槽１内の処理対象水Ｗ１の水面上に露出した領域から、図中右側（フィルタ没入側１Ｂ）で処理対象水Ｗ１の水面下へ没入し、ドラム８２のボトム位置を経由して図中左側（フィルタ浮上側１Ａ）で処理対象水Ｗ１の水面上へ浮上するまでの過程で、懸濁水である処理対象水Ｗ１を、ドラム８２の内周にフィルタ８１によって画成された濾水貯留室Ｓにおける濾水Ｗ２との水頭差によってフィルタ８１で濾過し、この濾過作用によって前記フィルタ８１に捕捉されて堆積した懸濁粒子の層（プレコート層ＰＣ）を、複数のローラ８３を経由して再びフィルタ没入側１Ｂで処理対象水Ｗ１の水面下へ没入するまでの間に、固形物回収装置３で回収する一方、濾水貯留室Ｓへ流入した濾水Ｗ２を処理済み水として排出するものである。
【００６９】
また、図９に示す第五の実施の形態も、無端ベルト状に形成されたフィルタ９１を有する固液分離フィルタ駆動部９で固液分離を行うものであって、図８に示す固液分離フィルタ駆動部８と異なるところは、フィルタ９１が処理槽１内の上部及び下部に配置された複数のローラ９２１〜９２５に、一部が処理槽１内の処理対象水Ｗ１に浸漬された状態に巻き掛けられ、ドラムが用いられていない点にある。
【００７０】
複数のローラ９２１〜９２５のうち少なくともひとつは電動モータなどによって駆動されるものであり、ベルト状のフィルタ９１は、ローラの駆動によって、処理槽１内の処理対象水Ｗ１の水面上の図中左側（フィルタ没入側１Ｂ）の上部ローラ９２１から、処理対象水Ｗ１の水面下へ略鉛直に没入し、図中左側の下部ローラ９２２から略水平に移動し、図中右側の下部ローラ９２３を経由してフィルタ浮上側１Ａで処理対象水Ｗ１の水面上へ略鉛直に浮上するまでの過程で、懸濁水である処理対象水Ｗ１を、フィルタ９１によって画成された濾水貯留室Ｓにおける濾水Ｗ２との水頭差によって濾過し、この濾過作用によって前記フィルタ９１に捕捉されて堆積した懸濁粒子の層（プレコート層ＰＣ）を、上部ローラ９２４，９２１を経由して再びフィルタ没入側１Ｂで処理対象水Ｗ１の水面下へ没入するまでの間に、固形物回収装置３で回収する一方、濾水貯留室Ｓへ流入した濾水Ｗ２を処理済み水として排出するものである。なお、ローラ９２５は、フィルタ９１の表面のプレコート層ＰＣを固形物回収装置３の転写ローラ３１へ押し付けるための押し付けローラである。
【００７１】
そしてこれら第四あるいは第五の実施の形態も、処理対象水Ｗ１中の相対的に粒径の大きい大粒径懸濁粒子を分離する大粒径懸濁粒子分離手段と、分離された大粒径懸濁粒子を処理槽１におけるフィルタ没入側１Ｂへ供給する大粒径懸濁粒子供給手段を備えるものである。
【００７２】
詳しくは、図８に示す第四の形態は、先に説明した第一の形態と同様、処理槽１内に導流部材１６によって第一流路１Ｃ及び第二流路１Ｄを形成し、ドラム８２の真下に位置して大粒径懸濁粒子分離手段としての懸濁粒子溜まり１Ｅ，１Ｆを形成し、ここで大粒径懸濁粒子の沈降により得られた大粒径懸濁粒子濃縮水Ｗ３を、大粒径懸濁粒子供給装置４によって、導流部材１６の内側の第二流路１Ｄにおけるフィルタ没入側１Ｂへ返送し、第二流路１Ｄにおけるフィルタ没入側１Ｂの処理対象水Ｗ１中における大粒径懸濁粒子の密度を高く保持するように構成したものである。
【００７３】
また、図９に示す第五の形態は、例えば先に説明した第二の形態と同様の大粒径懸濁粒子分離槽などによって、処理対象水を大粒径懸濁粒子の沈降による大粒径懸濁粒子濃縮水Ｗ３と比較的小粒径の懸濁粒子のみを含む上部水Ｗ１’に分離して、上部水Ｗ１’を処理槽１におけるフィルタ浮上側１Ａに供給し、大粒径懸濁粒子濃縮水Ｗ３を処理槽１におけるフィルタ没入側１Ｂに供給することによって、フィルタ没入側１Ｂの処理対象水Ｗ１中における大粒径懸濁粒子の密度を高くかつ保持すると共に、小粒径懸濁粒子の密度を低くするように構成したものである。
【００７４】
したがって、第四あるいは第五の実施の形態も、フィルタ没入側１Ｂの処理対象水Ｗ１中に没入するフィルタ８１，９１の外周面へ速やかに大粒径懸濁粒子が捕捉され、懸濁粒子の捕捉によるプレコート層ＰＣの形成が促進されるので、フィルタ没入側１Ｂで、微小懸濁粒子が濾液Ｗ２と共に濾水貯留室Ｓへ流出してしまうのを抑制することができる。
【００７５】
なお、図８に示すベルト循環移動型のプレコート式固液分離装置においても、大粒径懸濁粒子分離手段や大粒径懸濁粒子供給手段を図９と同様に構成したり、図７に示すような懸濁粒子溜まり１Ｆ及び水流発生装置７からなるものとするができ、あるいは図９に示すベルト循環移動型のプレコート式固液分離装置においても、大粒径懸濁粒子分離手段や大粒径懸濁粒子供給手段を図８と同様に構成したり、図７に示すような懸濁粒子溜まり１Ｆ及び水流発生装置７からなるものとするができる。また、図９に示す第五の形態は、その固液分離フィルタ駆動部９の形状が、図示の形状に限定されるものではないことは当然であり、その機能を満足するものであれば、例えば楕円形、瓢箪形等、他の形態でも構わない。
【００７６】
また、第一の実施の形態で説明したような初期運転のための濾水循環機構を設け、あるいはローラの駆動によるフィルタ８１，９１の送り速度をレベルセンサによる処理対象水Ｗ１の検出データ等によって制御する構成とすることもできる。
【符号の説明】
【００７７】
１ 処理槽
１Ａ フィルタ浮上側
１Ｂ フィルタ没入側
１Ｃ 第一流路
１Ｄ 第二流路
１Ｅ，１Ｆ 懸濁粒子溜まり（大粒径懸濁粒子分離手段）
１６ 導流部材
２ 固液分離ドラム
２１，８１，９１ フィルタ
３ 固形物回収装置（回収手段）
４ 大粒径懸濁粒子供給装置（大粒径懸濁粒子供給手段）
５ 大粒径懸濁粒子分離槽（大粒径懸濁粒子分離手段）
６ 大比重粒子分離槽
７ 水流発生装置（大粒径懸濁粒子供給手段）
８，９ 固液分離フィルタ駆動部
ＰＣ プレコート層
Ｓ 濾水貯留室
Ｗ１ 処理対象水（処理対象液）
Ｗ１’ 上部水
Ｗ２ 濾水（濾液）
Ｗ３ 大粒径懸濁粒子濃縮水
【特許請求の範囲】
【請求項１】
懸濁した処理対象液が供給される処理槽と、この処理槽内に前記処理対象液に一部浸漬された状態で循環移動可能に配置されて前記処理槽内に濾液貯留室を画成するフィルタと、前記フィルタの外周面に付着・堆積した懸濁粒子からなるプレコート層を剥離回収する回収手段を備えるプレコート式固液分離装置において、前記処理対象液中の相対的に粒径の大きい大粒径懸濁粒子を分離する大粒径懸濁粒子分離手段と、分離された大粒径懸濁粒子を、プレコート層が未形成の前記フィルタが処理対象液中に没入する側へ供給する大粒径懸濁粒子供給手段を備えることを特徴とするプレコート式固液分離装置。
【請求項２】
大粒径懸濁粒子分離手段が、処理槽内で処理対象液中の大粒径懸濁粒子を沈降させるものであることを特徴とする請求項１に記載のプレコート式固液分離装置。
【請求項３】
大粒径懸濁粒子分離手段が、処理槽への処理対象液の供給側に配置されて処理対象液中の大粒径懸濁粒子を沈降させる大粒径懸濁粒子分離槽からなり、大粒径懸濁粒子供給手段が、前記大粒径懸濁粒子分離槽内の処理対象液の下部液をフィルタが処理対象液中へ没入する側へ供給するものであることを特徴とする請求項１に記載のプレコート式固液分離装置。
【請求項４】
大粒径懸濁粒子供給手段が、処理槽内の処理対象液に液流を起こす液流発生手段からなり、沈降した大粒径懸濁粒子を、前記液流発生手段によって、フィルタが処理対象液中に没入する側へ送るものであることを特徴とする請求項２に記載のプレコート式固液分離装置。
【請求項５】
沈降分離槽への処理対象液の供給側に、処理対象液中の相対的に比重の大きい粒子を分離する大比重粒子分離槽を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプレコート式固液分離装置。
【請求項１】
懸濁した処理対象液が供給される処理槽と、この処理槽内に前記処理対象液に一部浸漬された状態で循環移動可能に配置されて前記処理槽内に濾液貯留室を画成するフィルタと、前記フィルタの外周面に付着・堆積した懸濁粒子からなるプレコート層を剥離回収する回収手段を備えるプレコート式固液分離装置において、前記処理対象液中の相対的に粒径の大きい大粒径懸濁粒子を分離する大粒径懸濁粒子分離手段と、分離された大粒径懸濁粒子を、プレコート層が未形成の前記フィルタが処理対象液中に没入する側へ供給する大粒径懸濁粒子供給手段を備えることを特徴とするプレコート式固液分離装置。
【請求項２】
大粒径懸濁粒子分離手段が、処理槽内で処理対象液中の大粒径懸濁粒子を沈降させるものであることを特徴とする請求項１に記載のプレコート式固液分離装置。
【請求項３】
大粒径懸濁粒子分離手段が、処理槽への処理対象液の供給側に配置されて処理対象液中の大粒径懸濁粒子を沈降させる大粒径懸濁粒子分離槽からなり、大粒径懸濁粒子供給手段が、前記大粒径懸濁粒子分離槽内の処理対象液の下部液をフィルタが処理対象液中へ没入する側へ供給するものであることを特徴とする請求項１に記載のプレコート式固液分離装置。
【請求項４】
大粒径懸濁粒子供給手段が、処理槽内の処理対象液に液流を起こす液流発生手段からなり、沈降した大粒径懸濁粒子を、前記液流発生手段によって、フィルタが処理対象液中に没入する側へ送るものであることを特徴とする請求項２に記載のプレコート式固液分離装置。
【請求項５】
沈降分離槽への処理対象液の供給側に、処理対象液中の相対的に比重の大きい粒子を分離する大比重粒子分離槽を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプレコート式固液分離装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１４８２３４（Ｐ２０１２−１４８２３４Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８６３５（Ｐ２０１１−８６３５）
【出願日】平成２３年１月１９日（２０１１．１．１９）
【出願人】（３０２０６０９２６）株式会社フジタ (285)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１９日（２０１１．１．１９）
【出願人】（３０２０６０９２６）株式会社フジタ (285)
【Ｆターム（参考）】
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