水処理装置
【課題】
汚水に凝集剤と磁性粉を投入し、生成した磁性フロックを除去する凝集磁気分離による水処理において、簡素な装置構成で連続的に高効率で汚泥から磁性粉を回収し、その磁性粉を再利用できる水処理装置を提供する。
【解決手段】
被処理水に対し、凝集剤と磁性粉を添加して磁性フロックを形成させ、磁気的に磁性フロックを回収して被処理水を浄化しつつ、同時に発生する磁性フロックからなる汚泥を加圧送液し、高温高圧下で反応器で加熱し、背圧弁を通過後の汚泥から磁性粉を回収し、再度その磁性粉を利用する装置を備える。
汚水に凝集剤と磁性粉を投入し、生成した磁性フロックを除去する凝集磁気分離による水処理において、簡素な装置構成で連続的に高効率で汚泥から磁性粉を回収し、その磁性粉を再利用できる水処理装置を提供する。
【解決手段】
被処理水に対し、凝集剤と磁性粉を添加して磁性フロックを形成させ、磁気的に磁性フロックを回収して被処理水を浄化しつつ、同時に発生する磁性フロックからなる汚泥を加圧送液し、高温高圧下で反応器で加熱し、背圧弁を通過後の汚泥から磁性粉を回収し、再度その磁性粉を利用する装置を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚水に凝集剤や磁性粉を投入し、凝集磁気分離によって浄化する水処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
汚水を浄化する技術として、汚水に対して凝集剤と磁性粉を投入し、生成した磁性フロックを磁力で回収することにより浄化水を得る凝集磁気分離という手法がある。この方式では磁性粉を含む汚泥が発生するが、発生した汚泥は産業廃棄物として廃棄する必要があり、この処分費用がランニングコストの上昇をまねいている。この汚泥を減量できれば、ランニングコストと発生汚泥量を削減できる。
【０００３】
この課題を解決するための技術として、特許文献１および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示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１２３３９９号公報
【特許文献２】特開平１１−２０７３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の開示された発明では、凝集磁気分離により汚水を浄化し、その際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している。従って、磁気分離装置を耐熱性と強度の高い構造にする必要がある。従って、装置の構造は複雑になり、製造コストは高く、メンテナンスも煩雑になってしまう。
【０００６】
また、上記の開示された発明では、発生した汚泥の全量を、高温高圧の水熱処理で分解しているため、投入エネルギーが大きい。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するために、簡素な装置構成かつ低ランニングコストで、汚水を処理し、発生した汚泥から磁性粉を回収して再利用することで、汚泥の減容化とランニングコストを低減できる水処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の水処理装置は、処理対象とする汚水に凝集剤を注入する少なくとも一つの凝集剤注入装置と、磁性粉を注入する磁性粉注入装置と、攪拌して磁性フロックを形成する少なくとも一つの攪拌装置と、生じた磁性フロックを分離する磁気的フロック分離装置と、磁性フロックの集合体である汚泥を送液する第一の加圧ポンプと、加圧された汚泥が通過しながらヒーターで加熱される第一の反応器と、反応器内の圧力を高圧に保ちながら汚泥を大気圧下に排出する背圧弁と、排出された汚泥から磁性粉を回収する磁気分離装置と、回収した磁性粉を磁性粉投入装置に移送するための移送装置と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の水処理装置は請求項１において、第一の反応器の下流に備えられ、上澄み液と汚泥に分離するための固液分離装置と、上澄み液を排出する背圧弁と、分離した汚泥を再度加熱する第二の反応器とを、備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の水処理装置は請求項１において、第一の反応器の下流に備えられ、上澄み液と汚泥に分離するための固液分離装置と、分離した汚泥を送液する第二の加圧ポンプと、加圧した汚泥を再度加熱する第二の反応器とを、備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の水処理装置は請求項１において、第一の反応器の下流に備えられ、上澄み液と汚泥に分離するための固液分離装置と、上澄み液を排出する背圧弁と、分離した汚泥を送液する第二の加圧ポンプと、加圧した汚泥を再度加熱する第二の反応器と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の水処理装置は請求項１において、第一の反応器の下流に備えられた背圧弁と、背圧弁の下流に備えられ、上澄み液と汚泥に分離するための固液分離装置と、分離した汚泥を送液する第二の加圧ポンプと、加圧した汚泥を再度加熱する第二の反応器と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、汚水から不純物を除去する水処理において、汚水に凝集剤と磁性粉を投入し、生成した磁性フロックを磁気的フロック分離装置により除去し、発生した汚泥を水熱処理により分解し、冷却、減圧後に、汚泥から磁性粉を回収し、回収した磁性粉を再び使用するので、磁気分離装置の耐圧性能や耐熱性能を常温常圧とすることで製造コストを削減でき、また、磁性粉の再利用により、廃棄物の削減とランニングコストを削減する水処理装置を提供できる。
【００１４】
また、汚泥を分解するための水熱処理の前段で、汚泥を圧密し、水分を除去するので、水熱処理に必要なエネルギーを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態の一例を示す水処理装置の構成の概略図である。
【図２】本実施形態の他の一例を示す水処理装置の構成の概略図である。
【図３】本実施形態の他の一例を示す水処理装置の構成の概略図である。
【図４】本実施形態の他の一例を示す水処理装置の構成の概略図である。
【図５】本実施形態の他の一例を示す水処理装置の構成の概略図である。
【図６】水の飽和蒸気圧曲線を説明する説明図である。
【図７】本実施形態の一例を示す水処理の構成の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１の実施の形態）
図１は本発明で提供する水処理装置の一例を示す。ここに図示された水処理装置は、凝集磁気分離方式による水処理装置の構成を示している。
【００１７】
被処理水となる汚水は原水タンク１０１に蓄積される。この汚水はポンプ１０２によって攪拌装置１０３に送液される。攪拌装置１０３では、凝集剤タンク１０４と磁性粉タンク１０５から、凝集剤と、水に分散させた磁性粉がそれぞれ投入され、これらを攪拌することで汚濁物と磁性粉からなる磁性フロックが形成される。磁性フロックを形成した汚水を磁気分離装置１０６に送液すると、汚水中から磁性フロックが回収されて浄化水が得られ、回収した磁性フロックは汚泥タンク１に送液される。
【００１８】
この磁性フロックの集合体である汚泥は、ポンプ２によって送液され、熱交換器５で水熱処理後の高温の汚泥から熱を受け取り予熱される。次いで、反応器４に導入された汚泥はヒーター３によって目的温度を保持できるように加熱され、凝集剤の機能を低下させることで磁性粉と他の不純物に分解される。分解された汚泥は、反応器４から排出されると、熱交換器５で低温の汚泥と熱交換を行い、大気圧における沸点以下まで冷却される。冷却された汚泥は背圧弁６で大気圧まで減圧され、磁気分離装置７に供給される。このとき、ポンプ２で加圧され背圧弁６で減圧されるまでの汚泥の圧力は、反応器４内の温度における汚泥の飽和蒸気圧以上に設定する必要がある。磁気分離装置７に供給された汚泥は、磁力によって磁性粉と残りの汚泥に分離され、磁性粉が回収される。回収された磁性粉は磁性粉タンク１０５に搬送され、再度、凝集磁気分離に使用される仕組みとなっている。
【００１９】
また、上述の水熱処理の条件としては、汚泥は２００℃以上で加熱すると短時間で分解することができ、３００℃以上では磁性粉の組成変化が急速に進行し飽和磁化が低下してしまうため、加熱温度を２００℃から３００℃の間に設定することが好ましい。
【００２０】
上述のように、本発明の水処理装置では、高温高圧での水熱処理による汚泥の分解後に行う磁性粉回収のための磁気分離を、常温常圧で実施できるので、磁気分離装置７の耐圧性能や耐熱性能を常温常圧に設定でき、製造コストを削減できる。また、汚泥として廃棄されていた磁性粉を効率よく回収するので、発生汚泥量を削減できる。さらに、凝集磁気分離装置で磁性粉を再利用することができるので、ランニングコストの低い水処理装置を提供することができる。
【００２１】
また、本発明における高温とは、汚泥の大気圧下における沸点以上を指し、高圧とは大気圧以上を指している。さらに、ここでは凝集剤を１種類使用しているが、必要に応じて凝集剤の種類を増加させても良いし、中和剤などを添加しても良い。
【００２２】
（第２の実施の形態）
図２は本発明で提供する水処理装置の他の一例を示す。ここに図示された水処理装置は、第１の実施の形態に記載の分解反応を低温および高温の二段階で行い、一段階目の反応後に固液分離することによって２段階目の高温分解反応に送液する汚泥量を削減することが可能な装置構成となっている。
【００２３】
まず、第１の実施の形態と同様に、汚水の浄化で発生した磁性粉を含有する汚泥は、汚泥タンク１に蓄積される。この汚泥はポンプ２によって送液され、熱交換器５で水熱処理後の高温の汚泥から熱を受け取り予熱される。次いで、反応器４に導入された汚泥は、ヒーター３によって１５０℃以下で加熱されて凝集剤の機能を低下させることで、未処理の汚泥よりも圧密することが可能になる。この汚泥を熱交換器５に送液して熱の授受を行った後、固液分離器１０に導き、上澄み液と磁性粉を含む汚泥に分離し、上澄み液は背圧弁１６を通して排出し、汚泥は熱交換器１５で水熱処理後の高温の汚泥から熱を受け取り予熱される。次いで、反応器１４に導入された汚泥はヒーター１３によって目的温度を保持できるように加熱され、凝集剤の機能を低下させることで磁性粉と他の不純物に分解される。分解された汚泥は、反応器１４から排出されると、熱交換器1５で低温の汚泥と熱交換を行い、大気圧における沸点以下まで冷却される。冷却された汚泥は背圧弁６で大気圧まで減圧され、磁気分離装置７によって磁性粉が回収され、磁性粉タンク１０５に搬送される仕組みとなっている。このとき、ポンプ２で加圧され背圧弁６で減圧されるまでの汚泥の圧力は、反応器１４内の温度における汚泥の飽和蒸気圧以上に設定する必要がある。
【００２４】
また、反応器４の温度は５０℃から１５０℃程度にすることで、効果的に汚泥を圧密することが可能になり、固液分離器１０において汚泥中の水分を大幅に除去することが可能になる。
【００２５】
上述のように、本発明によれば、高温高圧になる反応器１４に導かれる汚泥は濃縮され、処理量を大幅に削減できるので、ヒーター１３に必要な投入エネルギーを削減することができる。
【００２６】
また、この固液分離器１０は、比重の大きな磁性粉と水との分離が主目的であるため、固液分離器１０の構成としては、重力沈降槽や、サイクロン、遠心分離器、磁気分離装置等でも良い。
【００２７】
（第３の実施の形態）
図３は本発明で提供する水処理装置の更に他の一例を示す。ここに図示された水処理装置は、第２の実施の形態に記載の一段階目の分解反応温度を、大気圧において沸点以下で行うことが可能な装置構成となっている。
【００２８】
まず、第１の実施の形態と同様に、汚水の浄化で発生した磁性粉を含有する汚泥は、汚泥タンク１に蓄積される。この汚泥はポンプ２によって送液され、熱交換器５で水熱処理後の高温の汚泥から熱を受け取り予熱される。次いで、反応器４に導入された汚泥はヒーター３によって大気圧における沸点以下まで加熱され、凝集剤の機能を低下させ、汚泥をより圧密できるようにする。この汚泥を、熱交換器５を通過させた後、固液分離器１０に導き、大気圧下で上澄み液と磁性粉を含む汚泥に分離し、上澄み液が排出される。固液分離された汚泥はポンプ２２によって加圧され、反応器１４よりも下流では、第２の実施の形態と同様に汚泥が処理され、磁性粉が回収され、磁性粉タンク１０５に搬送される仕組みとなっている。
【００２９】
第２の実施の形態と異なる点は、反応器４で進行する一段階目の分解反応がほぼ大気圧下で実施されることにある。本発明の水処理装置によれば、反応器４や熱交換器５、固液分離器１０の内部圧力もほぼ大気圧になるので、これらの構成装置の耐圧性能を大気圧に設定でき、製造コストを削減できる。
【００３０】
また、被処理汚泥の組成変化により、固液分離器１０における水と固形物の発生割合が変化することがある。この場合、固液分離器１０における水と固形物の発生割合を計測するセンサーを設置しておき、その割合に応じてポンプ２２とポンプ２の送液速度やヒーターの出力を変更するコントローラを設置することにより、効率的な運転が行える。さらに、反応器４もしくは反応器１４の処理速度が不足する場合は、反応温度を上げることで処理速度を向上させることができる。
【００３１】
（第４の実施の形態）
図４は本発明で提供する水処理装置の更に他の一例を示す。ここに図示された水処理装置は、第２の実施の形態に記載の一段階目の分解反応が実施される反応器４の圧力を低減することが可能な装置構成となっている。
【００３２】
まず、第１の実施の形態と同様に、汚水の浄化で発生した磁性粉を含有する汚泥は、汚泥タンク１に蓄積される。この汚泥はポンプ２によって加圧され、熱交換器５で水熱処理後の高温の汚泥から熱を受け取り予熱される。次いで、反応器４に導入された汚泥はヒーター３によって１５０℃以下で加熱され、凝集剤の機能を低下させ、汚泥を圧密できるようにする。この汚泥を固液分離器１０に導き、上澄み液と磁性粉を含む汚泥に分離し、背圧弁３６を通して上澄み液が排出される。固液分離された汚泥はポンプ２２によってさらに加圧され、反応器１４よりも下流は第２の実施の形態と同様に汚泥が処理されることで、磁性粉が回収され、磁性粉タンク１０５に搬送される仕組みとなっている。
【００３３】
第２の実施の形態と異なる点は、反応器４で進行する一段階目の分解反応が反応器１４の圧力よりも低い圧力で実施されることにある。
【００３４】
水の飽和蒸気圧曲線を図６に示す。図６から分かるように、水の飽和蒸気圧は、高温になるほど急激に上昇するので、反応温度を少しでも低減できると、反応させる圧力は大幅に低減できることになる。従って、本発明の水処理装置によれば、固液分離器１０の内部圧力は第２の実施の形態の場合よりも低く設定できるので、反応器４や熱交換器５、固液分離器１０の装置構成の耐圧性能を低く設定でき、製造コストを削減できる。
【００３５】
また、被処理汚泥の組成変化により、固液分離器１０における水と固形物の発生割合が変化することがある。この場合、固液分離器１０における水と固形物の発生割合を計測するセンサーを設置しておき、その割合に応じてポンプ２２とポンプ２の送液速度やヒーターの出力を変更するコントローラを設置することにより、効率的な運転が行える。さらに、反応器４もしくは反応器１４の処理速度が不足する場合は、反応温度を上げることで処理速度を向上させることができる。
【００３６】
（第５の実施の形態）
図５は本発明で提供する水処理装置の更に他の一例を示す。ここに図示された水処理装置は、第２の実施の形態に記載の固液分離器１０を流れる汚泥の圧力を低減することが可能な装置構成となっている。
【００３７】
まず、第１の実施の形態と同様に、汚水の浄化で発生した磁性粉を含有する汚泥は、汚泥タンク１に蓄積される。この汚泥はポンプ２によって加圧され、熱交換器５で水熱処理後の高温の汚泥から熱を受け取り予熱される。次いで、反応器４に導入された汚泥はヒーター３によって１５０℃以下で加熱して凝集剤の機能を低下させ、汚泥を圧密できるようにする。このときの反応器４内の圧力は背圧弁４６によって飽和蒸気圧以上に保持されており、背圧弁４６を通過した汚泥は、大気圧で固液分離器１０に導きかれる。ここで上澄み液と磁性粉を含む汚泥に分離し、上澄み液は廃棄され、汚泥はポンプ２２で再び加圧される。反応器１４よりも下流では第２の実施の形態と同様に汚泥が処理され、磁性粉が回収され、磁性粉タンク１０５に搬送される仕組みとなっている。
【００３８】
一例として、物質の流れを説明すると、凝集剤としてポリ塩化アルミニウムとポリアクリルアミドを使用した場合、攪拌装置１０３では、汚濁物と磁性粉、ポリ塩化アルミニウム、ポリアクリルアミドから成る磁性フロックができあがる。この磁性フロックは磁気分離装置１０６で回収され、汚泥タンク１に汚泥となって蓄積される。この汚泥を１５０℃程度で加熱し静置すると、汚泥中の固形分が圧密され、上澄み液と固形分に分離する。この上澄み液を廃棄し、少量の水分を含んだ固形分を反応器１４において２００℃以上で水熱処理すると、固形分が分解するので磁性粉を回収できるようになる。回収した磁性粉を再度磁性粉タンク１０５に搬送することで、磁性粉の再利用と汚泥排出量の削減を達成でき、ランニングコストの低下をもたらす。
【００３９】
以上のように、本発明の水処理装置によれば固液分離器１０の内部圧力をほぼ大気圧にできるので、固液分離器１０の耐圧性能を低く設定でき、製造コストを削減できる。
【００４０】
図７に、上記説明した各実施の形態２、３、４、５の構成要素と、その構成要素にかかる圧力を示す。なお、図７では、第２の実施の形態を実施例２、第３の実施の形態を実施例３、第４の実施の形態を実施例４、第５の実施の形態を実施例５として示してある。
【００４１】
図７から分かるように、実施例２では、ポンプ２から背圧弁６までが1MPa以上になっているのに対し、実施例３では、ポンプ２２から背圧弁６までだけが1MPa以上になっている。実施例４および実施例５では、反応器４の圧力が1MPa以下に加圧されているが、これらの実施例は汚泥の圧密に必要な温度が、大気圧における汚泥の沸点では不足する場合に利用される。
【符号の説明】
【００４２】
１…汚泥タンク、２…ポンプ、３…ヒーター、４…反応器、５…熱交換器、６…背圧弁、７…磁気分離装置、１０…固液分離器、１３…ヒーター、１４…反応器、１５…熱交換器、１６…背圧弁、２２…ポンプ、３６…背圧弁、４６…背圧弁、１０１…原水タンク、１０２…ポンプ、１０３…攪拌装置、１０４…凝集剤タンク、１０５…磁性粉タンク、１０６…磁気分離装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚水に凝集剤や磁性粉を投入し、凝集磁気分離によって浄化する水処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
汚水を浄化する技術として、汚水に対して凝集剤と磁性粉を投入し、生成した磁性フロックを磁力で回収することにより浄化水を得る凝集磁気分離という手法がある。この方式では磁性粉を含む汚泥が発生するが、発生した汚泥は産業廃棄物として廃棄する必要があり、この処分費用がランニングコストの上昇をまねいている。この汚泥を減量できれば、ランニングコストと発生汚泥量を削減できる。
【０００３】
この課題を解決するための技術として、特許文献１および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示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１２３３９９号公報
【特許文献２】特開平１１−２０７３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の開示された発明では、凝集磁気分離により汚水を浄化し、その際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している。従って、磁気分離装置を耐熱性と強度の高い構造にする必要がある。従って、装置の構造は複雑になり、製造コストは高く、メンテナンスも煩雑になってしまう。
【０００６】
また、上記の開示された発明では、発生した汚泥の全量を、高温高圧の水熱処理で分解しているため、投入エネルギーが大きい。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するために、簡素な装置構成かつ低ランニングコストで、汚水を処理し、発生した汚泥から磁性粉を回収して再利用することで、汚泥の減容化とランニングコストを低減できる水処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の水処理装置は、処理対象とする汚水に凝集剤を注入する少なくとも一つの凝集剤注入装置と、磁性粉を注入する磁性粉注入装置と、攪拌して磁性フロックを形成する少なくとも一つの攪拌装置と、生じた磁性フロックを分離する磁気的フロック分離装置と、磁性フロックの集合体である汚泥を送液する第一の加圧ポンプと、加圧された汚泥が通過しながらヒーターで加熱される第一の反応器と、反応器内の圧力を高圧に保ちながら汚泥を大気圧下に排出する背圧弁と、排出された汚泥から磁性粉を回収する磁気分離装置と、回収した磁性粉を磁性粉投入装置に移送するための移送装置と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の水処理装置は請求項１において、第一の反応器の下流に備えられ、上澄み液と汚泥に分離するための固液分離装置と、上澄み液を排出する背圧弁と、分離した汚泥を再度加熱する第二の反応器とを、備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の水処理装置は請求項１において、第一の反応器の下流に備えられ、上澄み液と汚泥に分離するための固液分離装置と、分離した汚泥を送液する第二の加圧ポンプと、加圧した汚泥を再度加熱する第二の反応器とを、備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の水処理装置は請求項１において、第一の反応器の下流に備えられ、上澄み液と汚泥に分離するための固液分離装置と、上澄み液を排出する背圧弁と、分離した汚泥を送液する第二の加圧ポンプと、加圧した汚泥を再度加熱する第二の反応器と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の水処理装置は請求項１において、第一の反応器の下流に備えられた背圧弁と、背圧弁の下流に備えられ、上澄み液と汚泥に分離するための固液分離装置と、分離した汚泥を送液する第二の加圧ポンプと、加圧した汚泥を再度加熱する第二の反応器と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、汚水から不純物を除去する水処理において、汚水に凝集剤と磁性粉を投入し、生成した磁性フロックを磁気的フロック分離装置により除去し、発生した汚泥を水熱処理により分解し、冷却、減圧後に、汚泥から磁性粉を回収し、回収した磁性粉を再び使用するので、磁気分離装置の耐圧性能や耐熱性能を常温常圧とすることで製造コストを削減でき、また、磁性粉の再利用により、廃棄物の削減とランニングコストを削減する水処理装置を提供できる。
【００１４】
また、汚泥を分解するための水熱処理の前段で、汚泥を圧密し、水分を除去するので、水熱処理に必要なエネルギーを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態の一例を示す水処理装置の構成の概略図である。
【図２】本実施形態の他の一例を示す水処理装置の構成の概略図である。
【図３】本実施形態の他の一例を示す水処理装置の構成の概略図である。
【図４】本実施形態の他の一例を示す水処理装置の構成の概略図である。
【図５】本実施形態の他の一例を示す水処理装置の構成の概略図である。
【図６】水の飽和蒸気圧曲線を説明する説明図である。
【図７】本実施形態の一例を示す水処理の構成の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１の実施の形態）
図１は本発明で提供する水処理装置の一例を示す。ここに図示された水処理装置は、凝集磁気分離方式による水処理装置の構成を示している。
【００１７】
被処理水となる汚水は原水タンク１０１に蓄積される。この汚水はポンプ１０２によって攪拌装置１０３に送液される。攪拌装置１０３では、凝集剤タンク１０４と磁性粉タンク１０５から、凝集剤と、水に分散させた磁性粉がそれぞれ投入され、これらを攪拌することで汚濁物と磁性粉からなる磁性フロックが形成される。磁性フロックを形成した汚水を磁気分離装置１０６に送液すると、汚水中から磁性フロックが回収されて浄化水が得られ、回収した磁性フロックは汚泥タンク１に送液される。
【００１８】
この磁性フロックの集合体である汚泥は、ポンプ２によって送液され、熱交換器５で水熱処理後の高温の汚泥から熱を受け取り予熱される。次いで、反応器４に導入された汚泥はヒーター３によって目的温度を保持できるように加熱され、凝集剤の機能を低下させることで磁性粉と他の不純物に分解される。分解された汚泥は、反応器４から排出されると、熱交換器５で低温の汚泥と熱交換を行い、大気圧における沸点以下まで冷却される。冷却された汚泥は背圧弁６で大気圧まで減圧され、磁気分離装置７に供給される。このとき、ポンプ２で加圧され背圧弁６で減圧されるまでの汚泥の圧力は、反応器４内の温度における汚泥の飽和蒸気圧以上に設定する必要がある。磁気分離装置７に供給された汚泥は、磁力によって磁性粉と残りの汚泥に分離され、磁性粉が回収される。回収された磁性粉は磁性粉タンク１０５に搬送され、再度、凝集磁気分離に使用される仕組みとなっている。
【００１９】
また、上述の水熱処理の条件としては、汚泥は２００℃以上で加熱すると短時間で分解することができ、３００℃以上では磁性粉の組成変化が急速に進行し飽和磁化が低下してしまうため、加熱温度を２００℃から３００℃の間に設定することが好ましい。
【００２０】
上述のように、本発明の水処理装置では、高温高圧での水熱処理による汚泥の分解後に行う磁性粉回収のための磁気分離を、常温常圧で実施できるので、磁気分離装置７の耐圧性能や耐熱性能を常温常圧に設定でき、製造コストを削減できる。また、汚泥として廃棄されていた磁性粉を効率よく回収するので、発生汚泥量を削減できる。さらに、凝集磁気分離装置で磁性粉を再利用することができるので、ランニングコストの低い水処理装置を提供することができる。
【００２１】
また、本発明における高温とは、汚泥の大気圧下における沸点以上を指し、高圧とは大気圧以上を指している。さらに、ここでは凝集剤を１種類使用しているが、必要に応じて凝集剤の種類を増加させても良いし、中和剤などを添加しても良い。
【００２２】
（第２の実施の形態）
図２は本発明で提供する水処理装置の他の一例を示す。ここに図示された水処理装置は、第１の実施の形態に記載の分解反応を低温および高温の二段階で行い、一段階目の反応後に固液分離することによって２段階目の高温分解反応に送液する汚泥量を削減することが可能な装置構成となっている。
【００２３】
まず、第１の実施の形態と同様に、汚水の浄化で発生した磁性粉を含有する汚泥は、汚泥タンク１に蓄積される。この汚泥はポンプ２によって送液され、熱交換器５で水熱処理後の高温の汚泥から熱を受け取り予熱される。次いで、反応器４に導入された汚泥は、ヒーター３によって１５０℃以下で加熱されて凝集剤の機能を低下させることで、未処理の汚泥よりも圧密することが可能になる。この汚泥を熱交換器５に送液して熱の授受を行った後、固液分離器１０に導き、上澄み液と磁性粉を含む汚泥に分離し、上澄み液は背圧弁１６を通して排出し、汚泥は熱交換器１５で水熱処理後の高温の汚泥から熱を受け取り予熱される。次いで、反応器１４に導入された汚泥はヒーター１３によって目的温度を保持できるように加熱され、凝集剤の機能を低下させることで磁性粉と他の不純物に分解される。分解された汚泥は、反応器１４から排出されると、熱交換器1５で低温の汚泥と熱交換を行い、大気圧における沸点以下まで冷却される。冷却された汚泥は背圧弁６で大気圧まで減圧され、磁気分離装置７によって磁性粉が回収され、磁性粉タンク１０５に搬送される仕組みとなっている。このとき、ポンプ２で加圧され背圧弁６で減圧されるまでの汚泥の圧力は、反応器１４内の温度における汚泥の飽和蒸気圧以上に設定する必要がある。
【００２４】
また、反応器４の温度は５０℃から１５０℃程度にすることで、効果的に汚泥を圧密することが可能になり、固液分離器１０において汚泥中の水分を大幅に除去することが可能になる。
【００２５】
上述のように、本発明によれば、高温高圧になる反応器１４に導かれる汚泥は濃縮され、処理量を大幅に削減できるので、ヒーター１３に必要な投入エネルギーを削減することができる。
【００２６】
また、この固液分離器１０は、比重の大きな磁性粉と水との分離が主目的であるため、固液分離器１０の構成としては、重力沈降槽や、サイクロン、遠心分離器、磁気分離装置等でも良い。
【００２７】
（第３の実施の形態）
図３は本発明で提供する水処理装置の更に他の一例を示す。ここに図示された水処理装置は、第２の実施の形態に記載の一段階目の分解反応温度を、大気圧において沸点以下で行うことが可能な装置構成となっている。
【００２８】
まず、第１の実施の形態と同様に、汚水の浄化で発生した磁性粉を含有する汚泥は、汚泥タンク１に蓄積される。この汚泥はポンプ２によって送液され、熱交換器５で水熱処理後の高温の汚泥から熱を受け取り予熱される。次いで、反応器４に導入された汚泥はヒーター３によって大気圧における沸点以下まで加熱され、凝集剤の機能を低下させ、汚泥をより圧密できるようにする。この汚泥を、熱交換器５を通過させた後、固液分離器１０に導き、大気圧下で上澄み液と磁性粉を含む汚泥に分離し、上澄み液が排出される。固液分離された汚泥はポンプ２２によって加圧され、反応器１４よりも下流では、第２の実施の形態と同様に汚泥が処理され、磁性粉が回収され、磁性粉タンク１０５に搬送される仕組みとなっている。
【００２９】
第２の実施の形態と異なる点は、反応器４で進行する一段階目の分解反応がほぼ大気圧下で実施されることにある。本発明の水処理装置によれば、反応器４や熱交換器５、固液分離器１０の内部圧力もほぼ大気圧になるので、これらの構成装置の耐圧性能を大気圧に設定でき、製造コストを削減できる。
【００３０】
また、被処理汚泥の組成変化により、固液分離器１０における水と固形物の発生割合が変化することがある。この場合、固液分離器１０における水と固形物の発生割合を計測するセンサーを設置しておき、その割合に応じてポンプ２２とポンプ２の送液速度やヒーターの出力を変更するコントローラを設置することにより、効率的な運転が行える。さらに、反応器４もしくは反応器１４の処理速度が不足する場合は、反応温度を上げることで処理速度を向上させることができる。
【００３１】
（第４の実施の形態）
図４は本発明で提供する水処理装置の更に他の一例を示す。ここに図示された水処理装置は、第２の実施の形態に記載の一段階目の分解反応が実施される反応器４の圧力を低減することが可能な装置構成となっている。
【００３２】
まず、第１の実施の形態と同様に、汚水の浄化で発生した磁性粉を含有する汚泥は、汚泥タンク１に蓄積される。この汚泥はポンプ２によって加圧され、熱交換器５で水熱処理後の高温の汚泥から熱を受け取り予熱される。次いで、反応器４に導入された汚泥はヒーター３によって１５０℃以下で加熱され、凝集剤の機能を低下させ、汚泥を圧密できるようにする。この汚泥を固液分離器１０に導き、上澄み液と磁性粉を含む汚泥に分離し、背圧弁３６を通して上澄み液が排出される。固液分離された汚泥はポンプ２２によってさらに加圧され、反応器１４よりも下流は第２の実施の形態と同様に汚泥が処理されることで、磁性粉が回収され、磁性粉タンク１０５に搬送される仕組みとなっている。
【００３３】
第２の実施の形態と異なる点は、反応器４で進行する一段階目の分解反応が反応器１４の圧力よりも低い圧力で実施されることにある。
【００３４】
水の飽和蒸気圧曲線を図６に示す。図６から分かるように、水の飽和蒸気圧は、高温になるほど急激に上昇するので、反応温度を少しでも低減できると、反応させる圧力は大幅に低減できることになる。従って、本発明の水処理装置によれば、固液分離器１０の内部圧力は第２の実施の形態の場合よりも低く設定できるので、反応器４や熱交換器５、固液分離器１０の装置構成の耐圧性能を低く設定でき、製造コストを削減できる。
【００３５】
また、被処理汚泥の組成変化により、固液分離器１０における水と固形物の発生割合が変化することがある。この場合、固液分離器１０における水と固形物の発生割合を計測するセンサーを設置しておき、その割合に応じてポンプ２２とポンプ２の送液速度やヒーターの出力を変更するコントローラを設置することにより、効率的な運転が行える。さらに、反応器４もしくは反応器１４の処理速度が不足する場合は、反応温度を上げることで処理速度を向上させることができる。
【００３６】
（第５の実施の形態）
図５は本発明で提供する水処理装置の更に他の一例を示す。ここに図示された水処理装置は、第２の実施の形態に記載の固液分離器１０を流れる汚泥の圧力を低減することが可能な装置構成となっている。
【００３７】
まず、第１の実施の形態と同様に、汚水の浄化で発生した磁性粉を含有する汚泥は、汚泥タンク１に蓄積される。この汚泥はポンプ２によって加圧され、熱交換器５で水熱処理後の高温の汚泥から熱を受け取り予熱される。次いで、反応器４に導入された汚泥はヒーター３によって１５０℃以下で加熱して凝集剤の機能を低下させ、汚泥を圧密できるようにする。このときの反応器４内の圧力は背圧弁４６によって飽和蒸気圧以上に保持されており、背圧弁４６を通過した汚泥は、大気圧で固液分離器１０に導きかれる。ここで上澄み液と磁性粉を含む汚泥に分離し、上澄み液は廃棄され、汚泥はポンプ２２で再び加圧される。反応器１４よりも下流では第２の実施の形態と同様に汚泥が処理され、磁性粉が回収され、磁性粉タンク１０５に搬送される仕組みとなっている。
【００３８】
一例として、物質の流れを説明すると、凝集剤としてポリ塩化アルミニウムとポリアクリルアミドを使用した場合、攪拌装置１０３では、汚濁物と磁性粉、ポリ塩化アルミニウム、ポリアクリルアミドから成る磁性フロックができあがる。この磁性フロックは磁気分離装置１０６で回収され、汚泥タンク１に汚泥となって蓄積される。この汚泥を１５０℃程度で加熱し静置すると、汚泥中の固形分が圧密され、上澄み液と固形分に分離する。この上澄み液を廃棄し、少量の水分を含んだ固形分を反応器１４において２００℃以上で水熱処理すると、固形分が分解するので磁性粉を回収できるようになる。回収した磁性粉を再度磁性粉タンク１０５に搬送することで、磁性粉の再利用と汚泥排出量の削減を達成でき、ランニングコストの低下をもたらす。
【００３９】
以上のように、本発明の水処理装置によれば固液分離器１０の内部圧力をほぼ大気圧にできるので、固液分離器１０の耐圧性能を低く設定でき、製造コストを削減できる。
【００４０】
図７に、上記説明した各実施の形態２、３、４、５の構成要素と、その構成要素にかかる圧力を示す。なお、図７では、第２の実施の形態を実施例２、第３の実施の形態を実施例３、第４の実施の形態を実施例４、第５の実施の形態を実施例５として示してある。
【００４１】
図７から分かるように、実施例２では、ポンプ２から背圧弁６までが1MPa以上になっているのに対し、実施例３では、ポンプ２２から背圧弁６までだけが1MPa以上になっている。実施例４および実施例５では、反応器４の圧力が1MPa以下に加圧されているが、これらの実施例は汚泥の圧密に必要な温度が、大気圧における汚泥の沸点では不足する場合に利用される。
【符号の説明】
【００４２】
１…汚泥タンク、２…ポンプ、３…ヒーター、４…反応器、５…熱交換器、６…背圧弁、７…磁気分離装置、１０…固液分離器、１３…ヒーター、１４…反応器、１５…熱交換器、１６…背圧弁、２２…ポンプ、３６…背圧弁、４６…背圧弁、１０１…原水タンク、１０２…ポンプ、１０３…攪拌装置、１０４…凝集剤タンク、１０５…磁性粉タンク、１０６…磁気分離装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象とする汚水に凝集剤を注入する少なくとも一つの凝集剤注入装置と、
磁性粉を注入する磁性粉注入装置と、
攪拌して磁性フロックを形成する少なくとも一つの攪拌装置と、
生じた磁性フロックを分離する磁気的フロック分離装置と、
分離された磁性フロックの集合体である汚泥を送液する第一の加圧ポンプと、
加圧された汚泥が通過しながらヒーターで加熱される第一の反応器と、
反応器内の圧力を高圧に保ちながら汚泥を大気圧下に排出する背圧弁と、
排出された汚泥から磁性粉を回収する磁気分離装置と、
回収した磁性粉を磁性粉投入装置に移送するための移送装置と、を備えたことを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記第一の反応器の下流に備えられ、上澄み液と汚泥に分離するための固液分離装置と、
上澄み液を排出する背圧弁と、
分離した汚泥を再度加熱する第二の反応器と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記第一の反応器の下流に備えられ、上澄み液と汚泥に分離するための固液分離装置と、
分離した汚泥を送液する第二の加圧ポンプと、
加圧した汚泥を再度加熱する第二の反応器と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記第一の反応器の下流に備えられ、上澄み液と汚泥に分離するための固液分離装置と、
上澄み液を排出する背圧弁と、
分離した汚泥を送液する第二の加圧ポンプと、
加圧した汚泥を再度加熱する第二の反応器と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記第一の反応器の下流に備えられた背圧弁と、
背圧弁の下流に備えられ、上澄み液と汚泥に分離するための固液分離装置と、
分離した汚泥を送液する第二の加圧ポンプと、
加圧した汚泥を再度加熱する第二の反応器と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項１】
処理対象とする汚水に凝集剤を注入する少なくとも一つの凝集剤注入装置と、
磁性粉を注入する磁性粉注入装置と、
攪拌して磁性フロックを形成する少なくとも一つの攪拌装置と、
生じた磁性フロックを分離する磁気的フロック分離装置と、
分離された磁性フロックの集合体である汚泥を送液する第一の加圧ポンプと、
加圧された汚泥が通過しながらヒーターで加熱される第一の反応器と、
反応器内の圧力を高圧に保ちながら汚泥を大気圧下に排出する背圧弁と、
排出された汚泥から磁性粉を回収する磁気分離装置と、
回収した磁性粉を磁性粉投入装置に移送するための移送装置と、を備えたことを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記第一の反応器の下流に備えられ、上澄み液と汚泥に分離するための固液分離装置と、
上澄み液を排出する背圧弁と、
分離した汚泥を再度加熱する第二の反応器と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記第一の反応器の下流に備えられ、上澄み液と汚泥に分離するための固液分離装置と、
分離した汚泥を送液する第二の加圧ポンプと、
加圧した汚泥を再度加熱する第二の反応器と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記第一の反応器の下流に備えられ、上澄み液と汚泥に分離するための固液分離装置と、
上澄み液を排出する背圧弁と、
分離した汚泥を送液する第二の加圧ポンプと、
加圧した汚泥を再度加熱する第二の反応器と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記第一の反応器の下流に備えられた背圧弁と、
背圧弁の下流に備えられ、上澄み液と汚泥に分離するための固液分離装置と、
分離した汚泥を送液する第二の加圧ポンプと、
加圧した汚泥を再度加熱する第二の反応器と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１９４４６３（Ｐ２０１０−１９４４６３Ａ）
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４２６５５（Ｐ２００９−４２６５５）
【出願日】平成２１年２月２５日（２００９．２．２５）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２５日（２００９．２．２５）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
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