特開 2022-159603 固液分級装置、固液分級方法、凝集分離性評価装置、凝集分離性評価方法、凝集分離処理システム、および凝集分離処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022159603

(43)【公開日】2022-10-18

(54)【発明の名称】固液分級装置、固液分級方法、凝集分離性評価装置、凝集分離性評価方法、凝集分離処理システム、および凝集分離処理方法

(51)【国際特許分類】

   B03B 5/62 20060101AFI20221011BHJP

   B01D 21/01 20060101ALI20221011BHJP

   B01D 21/26 20060101ALI20221011BHJP

   B01D 21/32 20060101ALI20221011BHJP

   G01N 15/02 20060101ALI20221011BHJP

   G01N 15/06 20060101ALI20221011BHJP

【ＦＩ】

B03B5/62

B01D21/01 B

B01D21/01 C

B01D21/26

B01D21/32

G01N15/02 F

G01N15/06 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021063886

(22)【出願日】2021-04-05

(71)【出願人】

【識別番号】000004400

【氏名又は名称】オルガノ株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504237050

【氏名又は名称】独立行政法人国立高等専門学校機構

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】特許業務法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】早水 庸隆

(72)【発明者】

【氏名】瀧口 佳介

【テーマコード（参考）】

4D071

【Ｆターム（参考）】

4D071AA54

4D071AB03

4D071AB17

4D071AB62

4D071BA13

4D071BB01

4D071DA20

(57)【要約】

【課題】フロックのような脆弱な粒子であっても粒度分布等の粒子特性分布を測定することができる固液分級装置を提供する。
【解決手段】固体粒子を含む被処理液について固体粒子を粒子特性に基づき分級するための、曲率を有する壁面を含む流路を有する分級手段として曲がりチャネル１０と、分級した固体粒子を曲がりチャネル１０から取り出す少なくとも２つ以上の出口ラインとして、第１出口ライン１４および第２出口ライン１６と、第１出口ライン１４における液質を測定する第１液質測定装置１８、および第２出口ライン１６における液質を測定する第２液質測定装置２０と、第１液質測定装置１８および第２液質測定装置２０により測定された液質に基づいて、粒子特性分布を計算する演算部２２と、を備える固液分級装置１である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

固体粒子を含む被処理液について前記固体粒子を粒子特性に基づき分級するための、曲率を有する壁面を含む流路を有する分級手段と、
前記分級した固体粒子を前記分級手段から取り出す少なくとも２つ以上の出口ラインと、
前記少なくとも２つ以上の出口ラインにおける液質を測定する液質測定手段と、
前記液質測定手段により測定された前記液質に基づいて、粒子特性分布を計算する演算部と、
を備えることを特徴とする固液分級装置。

【請求項2】

請求項１に記載の固液分級装置であって、
前記被処理液に凝集剤を添加する凝集剤添加手段と、
前記粒子特性分布に基づいて、凝集分離性を評価するための凝集分離性評価手段と、
をさらに備えることを特徴とする固液分級装置。

【請求項3】

請求項２に記載の固液分級装置であって、
前記凝集分離性に基づいて、前記凝集剤の添加量を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする固液分級装置。

【請求項4】

曲率を有する壁面を含む流路を有する分級手段を用いて、固体粒子を含む被処理液について前記固体粒子を粒子特性に基づき分級する分級工程と、
前記分級した固体粒子を前記分級手段から取り出す少なくとも２つ以上の出口ラインにおける液質を測定する液質測定工程と、
前記液質測定工程により測定された前記液質に基づいて、粒子特性分布を計算する演算工程と、
を含むことを特徴とする固液分級方法。

【請求項5】

請求項４に記載の固液分級方法であって、
前記被処理液に凝集剤を添加する凝集剤添加工程と、
前記粒子特性分布に基づいて、凝集分離性を評価するための凝集分離性評価工程と、
をさらに含むことを特徴とする固液分級方法。

【請求項6】

請求項５に記載の固液分級方法であって、
前記凝集分離性に基づいて、前記凝集剤の添加量を制御する制御工程をさらに含むことを特徴とする固液分級方法。

【請求項7】

被処理水と凝集剤とを混和するための混和手段と、前記混和された混和液中にフロックを形成するためのフロック形成手段と、前記形成されたフロックを含む濃縮水と処理水とに分離するための分離手段と、を備える凝集分離処理装置における前記被処理水の一部を用いて凝集分離性を評価するための凝集分離性評価装置であって、
前記凝集分離性評価装置は、
前記被処理水の一部に評価用凝集剤を添加する評価用凝集剤添加手段と、
前記評価用凝集剤を添加した被処理水についてフロックを粒子特性に基づき分級するための、曲率を有する壁面を含む流路を有する分級手段と、
前記分級したフロックを前記分級手段から取り出す少なくとも２つ以上の出口ラインと、
前記少なくとも２つ以上の出口ラインにおける液質を測定する液質測定手段と、
前記液質測定手段により測定された前記液質に基づいて、前記凝集分離性として粒子特性分布を計算する演算部と、
を備えることを特徴とする凝集分離性評価装置。

【請求項8】

請求項７に記載の凝集分離性評価装置であって、
前記評価した凝集分離性に基づいて、前記凝集分離処理装置における凝集分離処理条件を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする凝集分離性評価装置。

【請求項9】

被処理水と凝集剤とを混和する混和工程と、前記混和された混和液中にフロックを形成するフロック形成工程と、前記形成されたフロックを含む濃縮水と処理水とに分離する分離工程と、を含む凝集分離処理工程における前記被処理水の一部を用いて凝集分離性を評価する凝集分離性評価方法であって、
前記凝集分離性評価方法は、
前記被処理水の一部に評価用凝集剤を添加する評価用凝集剤添加工程と、
曲率を有する壁面を含む流路を有する分級手段を用いて、前記評価用凝集剤を添加した被処理液についてフロックを粒子特性に基づき分級する分級工程と、
前記分級したフロックを前記分級手段から取り出す少なくとも２つ以上の出口ラインにおける液質を測定する液質測定工程と、
前記液質測定工程により測定された前記液質に基づいて、前記凝集分離性として粒子特性分布を計算する演算工程と、
を含むことを特徴とする凝集分離性評価方法。

【請求項10】

請求項９に記載の凝集分離性評価方法であって、
前記評価した凝集分離性に基づいて、前記凝集分離処理工程における凝集分離処理条件を制御する制御工程をさらに含むことを特徴とする凝集分離性評価方法。

【請求項11】

被処理水と凝集剤とを混和するための混和手段と、前記混和された混和液中にフロックを形成するためのフロック形成手段と、前記形成されたフロックを含む濃縮水と処理水とに分離するための分離手段と、を備える凝集分離処理装置と、
前記被処理水の一部を用いて凝集分離性を評価するための凝集分離性評価手段と、
を備え、
前記凝集分離性評価手段は、
前記被処理水の一部に評価用凝集剤を添加する評価用凝集剤添加手段と、
前記評価用凝集剤を添加した被処理水についてフロックを粒子特性に基づき分級するための、曲率を有する壁面を含む流路を有する分級手段と、
前記分級したフロックを前記分級手段から取り出す少なくとも２つ以上の出口ラインと、
前記少なくとも２つ以上の出口ラインにおける液質を測定する液質測定手段と、
前記液質測定手段により測定された前記液質に基づいて、前記凝集分離性として粒子特性分布を計算する演算部と、
前記評価した凝集分離性に基づいて、前記凝集分離処理装置における凝集分離処理条件を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする凝集分離処理システム。

【請求項12】

請求項１１に記載の凝集分離処理システムであって、
前記制御手段は、前記評価した凝集分離性に基づいて、前記凝集分離処理装置における前記凝集剤の添加量を制御することを特徴とする凝集分離処理システム。

【請求項13】

被処理水と凝集剤とを混和する混和工程と、前記混和された混和液中にフロックを形成するフロック形成工程と、前記形成されたフロックを含む濃縮水と処理水とに分離する分離工程と、を含む凝集分離処理工程と、
前記被処理水の一部を用いて凝集分離性を評価する凝集分離性評価工程と、
を含み、
前記凝集分離性評価工程は、
前記被処理水の一部に評価用凝集剤を添加する評価用凝集剤添加工程と、
曲率を有する壁面を含む流路を有する分級手段を用いて、前記評価用凝集剤を添加した被処理液についてフロックを粒子特性に基づき分級する分級工程と、
前記分級したフロックを前記分級手段から取り出す少なくとも２つ以上の出口ラインにおける液質を測定する液質測定工程と、
前記液質測定工程により測定された前記液質に基づいて、前記凝集分離性として粒子特性分布を計算する演算工程と、
前記評価した凝集分離性に基づいて、前記凝集分離処理工程における凝集分離処理条件を制御する制御工程と、
を含むことを特徴とする凝集分離処理方法。

【請求項14】

請求項１３に記載の凝集分離処理方法であって、
前記制御工程において、前記評価した凝集分離性に基づいて、前記凝集分離処理工程における前記凝集剤の添加量を制御することを特徴とする凝集分離処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、固体粒子を含む被処理液について固体粒子を分級する固液分級装置、固液分級方法、その固液分級装置または固液分級方法を用いた凝集分離性評価装置、凝集分離性評価方法、凝集分離処理システム、および凝集分離処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

液体中に分散する固体の粒子径分布を測定する方法としては、固体が分散する液体にレーザ光を照射し、発せられる回折光、散乱光の強度分布から粒度分布を求める方法等が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

一方、水処理において、被処理水中に無機凝集剤や高分子凝集剤等の凝集剤を添加して、懸濁物質等を凝集させてフロックを形成し、固液分離する凝集分離処理が行われる。

【0004】

このようなフロックの粒度分布を求めたい場合、上記のようなレーザ光を用いる方法では、測定中に液体を撹拌するためにフロックのような脆弱な粒子は壊れてしまい、正確な粒度分布を測定することができない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００２－２３６０８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の目的は、フロックのような脆弱な粒子であっても粒度分布等の粒子特性分布を測定することができる固液分級装置、固液分級方法、その固液分級装置または固液分級方法を用いた凝集分離性評価装置、凝集分離性評価方法、凝集分離処理システム、および凝集分離処理方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、固体粒子を含む被処理液について前記固体粒子を粒子特性に基づき分級するための、曲率を有する壁面を含む流路を有する分級手段と、前記分級した固体粒子を前記分級手段から取り出す少なくとも２つ以上の出口ラインと、前記少なくとも２つ以上の出口ラインにおける液質を測定する液質測定手段と、前記液質測定手段により測定された前記液質に基づいて、粒子特性分布を計算する演算部と、を備える、固液分級装置である。

【0008】

前記固液分級装置において、前記被処理液に凝集剤を添加する凝集剤添加手段と、前記粒子特性分布に基づいて、凝集分離性を評価するための凝集分離性評価手段と、をさらに備えることが好ましい。

【0009】

前記固液分級装置において、前記凝集分離性に基づいて、前記凝集剤の添加量を制御する制御手段をさらに備えることが好ましい。

【0010】

本発明は、曲率を有する壁面を含む流路を有する分級手段を用いて、固体粒子を含む被処理液について前記固体粒子を粒子特性に基づき分級する分級工程と、前記分級した固体粒子を前記分級手段から取り出す少なくとも２つ以上の出口ラインにおける液質を測定する液質測定工程と、前記液質測定工程により測定された前記液質に基づいて、粒子特性分布を計算する演算工程と、を含む、固液分級方法である。

【0011】

前記固液分級方法において、前記被処理液に凝集剤を添加する凝集剤添加工程と、前記粒子特性分布に基づいて、凝集分離性を評価するための凝集分離性評価工程と、をさらに含むことが好ましい。

【0012】

前記固液分級方法において、前記凝集分離性に基づいて、前記凝集剤の添加量を制御する制御工程をさらに含むことが好ましい。

【0013】

本発明は、被処理水と凝集剤とを混和するための混和手段と、前記混和された混和液中にフロックを形成するためのフロック形成手段と、前記形成されたフロックを含む濃縮水と処理水とに分離するための分離手段と、を備える凝集分離処理装置における前記被処理水の一部を用いて凝集分離性を評価するための凝集分離性評価装置であって；前記凝集分離性評価装置は、前記被処理水の一部に評価用凝集剤を添加する評価用凝集剤添加手段と、前記評価用凝集剤を添加した被処理水についてフロックを粒子特性に基づき分級するための、曲率を有する壁面を含む流路を有する分級手段と、前記分級したフロックを前記分級手段から取り出す少なくとも２つ以上の出口ラインと、前記少なくとも２つ以上の出口ラインにおける液質を測定する液質測定手段と、前記液質測定手段により測定された前記液質に基づいて、前記凝集分離性として粒子特性分布を計算する演算部と、前記凝集分離性に基づいて、前記凝集分離処理装置における凝集分離処理条件を制御する制御手段と、を備える、凝集分離性評価装置である。

【0014】

前記凝集分離性評価装置において、前記評価した凝集分離性に基づいて、前記凝集分離処理装置における凝集分離処理条件を制御する制御手段をさらに備えることが好ましい。

【0015】

本発明は、被処理水と凝集剤とを混和する混和工程と、前記混和された混和液中にフロックを形成するフロック形成工程と、前記形成されたフロックを含む濃縮水と処理水とに分離する分離工程と、を含む凝集分離処理工程における前記被処理水の一部を用いて凝集分離性を評価する凝集分離性評価方法であって；前記凝集分離性評価方法は、前記被処理水の一部に評価用凝集剤を添加する評価用凝集剤添加工程と、曲率を有する壁面を含む流路を有する分級手段を用いて、前記評価用凝集剤を添加した被処理液についてフロックを粒子特性に基づき分級する分級工程と、前記分級したフロックを前記分級手段から取り出す少なくとも２つ以上の出口ラインにおける液質を測定する液質測定工程と、前記液質測定工程により測定された前記液質に基づいて、前記凝集分離性として粒子特性分布を計算する演算工程と、を含む、凝集分離性評価方法である。

【0016】

前記凝集分離性評価方法において、前記評価した凝集分離性に基づいて、前記凝集分離処理工程における凝集分離処理条件を制御する制御工程をさらに含むことが好ましい。

【0017】

本発明は、被処理水と凝集剤とを混和するための混和手段と、前記混和された混和液中にフロックを形成するためのフロック形成手段と、前記形成されたフロックを含む濃縮水と処理水とに分離するための分離手段と、を備える凝集分離処理装置と；前記被処理水の一部を用いて凝集分離性を評価するための凝集分離性評価手段と；を備え、前記凝集分離性評価手段は、前記被処理水の一部に評価用凝集剤を添加する評価用凝集剤添加手段と、前記評価用凝集剤を添加した被処理水についてフロックを粒子特性に基づき分級するための、曲率を有する壁面を含む流路を有する分級手段と、前記分級したフロックを前記分級手段から取り出す少なくとも２つ以上の出口ラインと、前記少なくとも２つ以上の出口ラインにおける液質を測定する液質測定手段と、前記液質測定手段により測定された前記液質に基づいて、前記凝集分離性として粒子特性分布を計算する演算部と、前記評価した凝集分離性に基づいて、前記凝集分離処理装置における凝集分離処理条件を制御する制御手段と、を備える、凝集分離処理システムである。

【0018】

前記凝集分離処理システムにおいて、前記制御手段は、前記評価した凝集分離性に基づいて、前記凝集分離処理装置における前記凝集剤の添加量を制御することが好ましい。

【0019】

本発明は、被処理水と凝集剤とを混和する混和工程と、前記混和された混和液中にフロックを形成するフロック形成工程と、前記形成されたフロックを含む濃縮水と処理水とに分離する分離工程と、を含む凝集分離処理工程と；前記被処理水の一部を用いて凝集分離性を評価する凝集分離性評価工程と；を含み、前記凝集分離性評価工程は、前記被処理水の一部に評価用凝集剤を添加する評価用凝集剤添加工程と、曲率を有する壁面を含む流路を有する分級手段を用いて、前記評価用凝集剤を添加した被処理液についてフロックを粒子特性に基づき分級する分級工程と、前記分級したフロックを前記分級手段から取り出す少なくとも２つ以上の出口ラインにおける液質を測定する液質測定工程と、前記液質測定工程により測定された前記液質に基づいて、前記凝集分離性として粒子特性分布を計算する演算工程と、前記評価した凝集分離性に基づいて、前記凝集分離処理工程における凝集分離処理条件を制御する制御工程と、を含む、凝集分離処理方法である。

【0020】

前記凝集分離処理方法において、前記制御工程において、前記評価した凝集分離性に基づいて、前記凝集分離処理工程における前記凝集剤の添加量を制御することが好ましい。

【発明の効果】

【0021】

本発明では、フロックのような脆弱な粒子であっても粒度分布等の粒子特性分布を測定することができる固液分級装置、固液分級方法、その固液分級装置または固液分級方法を用いた凝集分離性評価装置、凝集分離性評価方法、凝集分離処理システム、および凝集分離処理方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の実施形態に係る固液分級装置の一例を示す概略構成図である。

【図2】本発明の実施形態に係る固液分級装置における曲がりチャネルの流路断面の一例を示す概略図である。

【図3】本発明の実施形態に係る凝集分離性評価装置の一例を示す概略構成図である。

【図4】本発明の実施形態に係る凝集分離処理システムの一例を示す概略構成図である。

【図5】実施例の結果を示す写真である。

【図6】実施例の結果を示す図５の拡大写真である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

【0024】

本発明の実施形態に係る固液分級装置の一例の概略を図１に示し、その構成について説明する。

【0025】

本実施形態に係る固液分級装置１は、固体粒子を含む被処理液について固体粒子を粒子特性に基づき分級するための、曲率を有する壁面を含む流路を有する分級手段として、曲がりチャネル１０と、分級した固体粒子を曲がりチャネル１０から取り出す少なくとも２つ以上の出口ラインとして、第１出口ライン１４および第２出口ライン１６と、第１出口ライン１４における液質を測定する液質測定手段として、第１液質測定装置１８、および第２出口ライン１６における液質を測定する液質測定手段として、第２液質測定装置２０と、第１液質測定装置１８および第２液質測定装置２０により測定された液質に基づいて、粒子特性分布を計算する演算部２２と、を備える。

【0026】

曲がりチャネル１０は、例えば、被処理液を流入するための被処理液入口と、流体が流れるための例えば矩形状の１つの流路を有する配管が渦巻き状に形成された渦巻き状チャネルと、第１液を排出するための、流路の例えば内周側から分かれた第１出口と、第２液を排出するための、流路の例えば外周側から分かれた第２出口と、を有する。

【0027】

図１に示す固液分級装置１において、曲がりチャネル１０の被処理液入口には、被処理液ライン１２が接続されている。曲がりチャネル１０の第１出口には、第１出口ライン１４が接続され、第２出口には第２出口ライン１６が接続されている。第１出口ライン１４には、第１液質測定装置１８が設置され、第２出口ライン１６には、第２液質測定装置２０が設置されている。演算部２２は、第１液質測定装置１８、第２液質測定装置２０のそれぞれと電気的接続等によって接続されている。演算部２２は、例えば、プログラムを演算するＣＰＵ等の演算手段、プログラムや演算結果を記憶するＲＯＭおよびＲＡＭ等の記憶手段等を含んで構成されるマイクロコンピュータと電子回路等で構成される。

【0028】

本実施形態に係る固液分級方法および固液分級装置１の動作について説明する。

【0029】

図１の固液分級装置１において、固体粒子を含む被処理液は、被処理液ライン１２を通して、曲がりチャネル１０へ送液される。

【0030】

被処理液は、曲がりチャネル１０の被処理液入口から渦巻き状チャネルの流路に導入され、流路を流れていくと、固体粒子と液体との密度差と重力と流体力学的作用とにより、流路の例えば内周側の第１液と流路の例えば外周側の第２液とに分離され、固体粒子が粒子径および密度の少なくとも一方等の粒子特性に基づき分級される（分級工程）。第１液は、第１出口ライン１４を通して排出され、第２液は、第２出口ライン１６を通して排出される。

【0031】

図２に曲がりチャネル１０の流路の断面を示すが、固体粒子を含む被処理液が被処理液入口から渦巻き状チャネルに導入されると、矩形状の流路の断面には二次流れ（ディーン渦）が生じる。これは遠心力による外向きの流れと、直進しようとする流れが外壁により強制的に曲げられることによる内向きへの圧力によるものである。

【0032】

固体粒子はこの二次流れ（ディーン渦）の中では内周側に集まるとされるが、固体粒子の密度、流路中を流れる流体の流束、流路の曲率等のバランスによっては、固体粒子が外周側に集まる場合もある。曲がりチャネル１０によって発達したディーン渦、固体粒子自身に働く重力、浮力、抗力のバランスによって固体粒子の密度や粒子径によって曲がりチャネル１０の特定の箇所に濃縮され、分級される。

【0033】

第１出口ライン１４において、第１液質測定装置１８により第１液の液質が測定され、第２出口ライン１６において、第２液質測定装置２０により第２液の液質が測定される（液質測定工程）。液質測定工程おいて第１液質測定装置１８により測定された第１液の液質および第２液質測定装置２０により測定された第２液の液質に基づいて、演算部２２によって粒子特性分布が計算される（演算工程）。

【0034】

分級に寄与するのは、例えば、粒子径および密度の少なくとも一方であり、濃縮された固体粒子を所定の出口から引き抜き、粒子数や濁度等の液質を測定することによって、粒子特性分布を疑似的に算出することができる。

【0035】

少なくとも２つ以上の引き抜き用の出口ラインは、曲がりチャネル１０の末端で分岐させて設けてもよいし、１つ以上の引き抜き用の出口ラインを曲がりチャネル１０の途中に設けてもよい。曲がりチャネル１０の流路から引き抜く箇所によって、引き抜かれた固体粒子の粒子径および密度が変わるため、できるだけ多くの箇所から引き抜いて各液質に基づいて粒子特性分布を計算した方がよく、また、被処理液入口からの距離に差がある位置で、できるだけ多くの箇所から引き抜いて各液質に基づいて粒子特性分布を計算した方がよい。引き抜き用の出口ラインは、３つ以上設けた方がよい。また、各出口ラインに液質測定手段を設置して各液質測定手段によって各出口ラインの液質を測定してもよいし、１つの液質測定手段で２つ以上の出口ラインの液質を測定してもよい。

【0036】

このような方法によって、フロックのような脆弱な粒子であっても粒度分布等の粒子特性分布を測定することができる。従来のレーザ光を用いる方法では、測定中に液体を撹拌するためにフロックのような脆弱な粒子は壊れてしまい、正確な粒度分布を測定することができないが、本実施形態に係る固液分級方法および固液分級装置によれば、フロックのような脆弱な粒子をほとんど壊すことなく分級して、粒度分布等の粒子特性分布を測定することができる。

【0037】

第１液質測定装置１８、第２液質測定装置２０等の液質測定手段としては、液の液質を測定することができるものであればよく、特に制限はないが、例えば、濁度、色度、有機物濃度、粒子径、および粒子径分布のうちの少なくとも１つを測定する装置である。第１液質測定装置１８、第２液質測定装置２０等の液質測定手段は、１つの装置であっても、別個の装置であってもよい。

【0038】

粒子特性としては、粒子径、密度等が挙げられ、計算できる粒子特性分布としては、粒子径分布、粒子の密度分布等が挙げられる。

【0039】

被処理液は、曲がりチャネル１０の入口側、例えば被処理液ライン１２にポンプを設けて曲がりチャネル１０へ送液してもよいし、水頭差を利用して曲がりチャネル１０へ送液してもよい。

【0040】

曲がりチャネル１０は、曲率を有する壁面を含む流路を有するものであればよく、特に制限はない。曲がりチャネル１０は、例えば、曲率を有する壁面を含む１つの流路を有する配管が渦巻き状に形成されたものである。曲がりチャネル１０の流路の断面形状は、矩形状、円状、楕円状等が挙げられ、ディーン渦の形成のためには、流路の断面形状が矩形状であることが望ましい。すなわち、曲がりチャネル１０は、上壁面と下壁面と曲率を有する側壁面とを含む流路を有する。

【0041】

曲がりチャネル１０は、固体粒子の分離の目的に応じて決められた所定の曲率、長さ、および幅を有することが好ましい。

【0042】

固体粒子の分離に最適となる曲がりチャネルの仕様は、固体粒子の性状（密度、粒子径等）によって変化するため、流動解析ソフトを用いて決定することが望ましい。流動解析ソフトとしては、例えば、「ＡＮＳＹＳ Ｆｌｕｅｎｔ」（ＡＮＳＹＳ社）等が挙げられる。

【0043】

本実施形態に係る固液分級方法および固液分級装置における処理対象は、固体粒子を含む液体であればよく、特に制限はない。例えば、凝集分離処理における固液分離、センチメートルからマイクロメートルサイズの配管やチャネルにおける固体粒子の選択的な分級等において用いることができる。

【0044】

本実施形態に係る固液分級方法および固液分級装置を用いて、凝集分離処理における凝集分離性の評価を行ってもよい。以下にその一例を示す。

【0045】

本発明の実施形態に係る凝集分離性評価装置は、例えば、被処理水と凝集剤とを混和するための混和手段と、混和された混和液中にフロックを形成するためのフロック形成手段と、形成されたフロックを含む濃縮水と処理水とに分離するための分離手段と、を備える凝集分離処理装置における被処理水の一部を用いて凝集分離性を評価するための装置である。本実施形態に係る凝集分離性評価装置は、例えば、上記固液分級装置を備える。

【0046】

本発明の実施形態に係る凝集分離性評価装置の一例の概略を図３に示す。

【0047】

図３に示す凝集分離性評価装置２は、凝集分離処理装置における被処理水の一部に評価用の凝集剤を添加する評価用凝集剤添加手段として、凝集剤添加配管２６と、評価用凝集剤を添加した被処理水についてフロックを粒子特性に基づき分級するための、曲率を有する壁面を含む流路を有する分級手段として、曲がりチャネル１０と、分級したフロックを曲がりチャネル１０から取り出す少なくとも２つ以上の出口ラインとして、第１出口ライン１４および第２出口ライン１６と、第１出口ライン１４における液質を測定する液質測定手段として、第１液質測定装置１８、および第２出口ライン１６における液質を測定する液質測定手段として、第２液質測定装置２０と、第１液質測定装置１８および第２液質測定装置２０により測定された液質に基づいて、粒子特性分布を計算する演算部２２と、を備える。凝集分離性評価装置２は、被処理水と凝集剤とを混和するための混和手段としてラインミキサ２４をさらに備えてもよい。曲がりチャネル１０は、混和された混和液中にフロックを形成するためのフロック形成手段として機能してもよい。なお、本実施形態に係る凝集分離性評価装置は、凝集分離装置としても機能する。

【0048】

凝集分離性評価装置２において、曲がりチャネル１０の被処理液入口には、被処理液ライン１２が接続されている。被処理液ライン１２には凝集剤添加配管２６が接続されている。被処理液ライン１２における凝集剤添加配管２６との接続点の後段側にはラインミキサ２４が設置されている。曲がりチャネル１０の第１出口には、第１出口ライン１４が接続され、第２出口には第２出口ライン１６が接続されている。第１出口ライン１４には、第１液質測定装置１８が設置され、第２出口ライン１６には、第２液質測定装置２０が設置されている。演算部２２は、第１液質測定装置１８、第２液質測定装置２０のそれぞれと電気的接続等によって接続されている。演算部２２は、例えば、プログラムを演算するＣＰＵ等の演算手段、プログラムや演算結果を記憶するＲＯＭおよびＲＡＭ等の記憶手段等を含んで構成されるマイクロコンピュータと電子回路等で構成される。

【0049】

本実施形態に係る固液分級方法および固液分級装置１の動作について説明する。

【0050】

凝集分離性評価装置２において、懸濁物質等を含む被処理水は、被処理液ライン１２を通して、ラインミキサ２４を経由して曲がりチャネル１０へ送液される。ここで、被処理液ライン１２において、凝集剤添加配管２６を通して被処理水に凝集剤が添加され（凝集剤添加工程）、ラインミキサ２４において、凝集剤と被処理水とが撹拌されて混和される（混和工程）。凝集剤と被処理水とが混和された混和液は、曲がりチャネル１０へ送液される。

【0051】

混和液は、曲がりチャネル１０の被処理液入口から渦巻き状チャネルの流路に導入され、流路における流体力学的作用により撹拌が行われ、凝集剤と被処理水との混和、凝集により形成された微細なフロック同士が衝突して、フロックの粒子径が成長する（フロック形成工程）。流路を流れていくと、水とフロックとの密度差と重力と流体力学的作用とにより、流路の例えば内周側の第１液と流路の例えば外周側の第２液とに分離され、固体粒子が粒子径および密度の少なくとも一方等の粒子特性に基づき分級される（分級工程）。第１液は、第１出口ライン１４を通して排出され、第２液は、第２出口ライン１６を通して排出される（以上が、凝集分離工程）。

【0052】

フロックはこの二次流れ（ディーン渦）の中では内周側に集まるとされるが、フロックの密度、流路中を流れる流体の流束、流路の曲率等のバランスによっては、フロックが外周側に集まる場合もある。曲がりチャネル１０によって発達したディーン渦、固体粒子自身に働く重力、浮力、抗力のバランスによってフロックの密度や粒子径によって曲がりチャネル１０の特定の箇所に濃縮され、分級される。

【0053】

第１出口ライン１４において、第１液質測定装置１８により第１液の液質が測定され、第２出口ライン１６において、第２液質測定装置２０により第２液の液質が測定される（液質測定工程）。液質測定工程おいて第１液質測定装置１８により測定された第１液の液質および第２液質測定装置２０により測定された第２液の液質に基づいて、演算部２２によってフロックの粒子特性分布が計算され（演算工程）、凝集分離性が評価される。

【0054】

被処理水に凝集剤が添加されると、粒子の荷電が中和され、凝集剤の架橋作用によって粒子が大きくなる。ここで、凝集剤の注入量は被処理水の固体粒子のほとんどが十分反応し、粒子が大きくなることが、後段で沈殿処理や浮上処理を行う上で重要である。凝集剤の注入量が不足していると、微細な粒子が残留し、後段の処理不良を招く。そこで、被処理水に凝集剤を添加し、分級してフロックの粒子径分布等の粒子特性分布を得ることによって、沈殿処理や浮上処理がうまくいくかどうかを評価することができる。

【0055】

このような方法によって、フロックのような脆弱な粒子であっても粒度分布等の粒子特性分布を測定することができる。従来のレーザ光を用いる方法では、測定中に液体を撹拌するためにフロックは壊れてしまい、正確な粒度分布を測定することができないが、本実施形態に係る固液分級方法および固液分級装置によれば、フロックをほとんど壊すことなく分級することができるため、粒子特性分布を測定し、凝集性の良否を判断することができる。

【0056】

凝集分離性評価装置２により、高速で凝集分離を行うことができる。この凝集分離性評価装置２を、例えば、凝集、固液分離に最適な凝集剤の添加量等を決定する試験を行うジャーテスタまたはオートジャーテスタとして用いることにより、ジャーテストの高速化が可能となり、フロックの粒子特性分布に基づいて迅速に凝集分離処理の凝集条件等を決定することができる。そのため、被処理水の水質変動があっても、特に被処理水の急激な水質変動があっても、最適な凝集条件を追従させることができるため、処理水質の悪化が抑制される。ジャーテストをインラインで行うことができ、連続的に最適な凝集分離処理条件を決定することができる。

【0057】

凝集分離性評価装置２において、凝集剤と被処理水との混和（混和工程）は、ラインミキサ２４を用いて行われているが、ラインミキサ２４の代わりに、撹拌羽根等を有する撹拌装置を備える撹拌槽を混和手段として用いてもよいし、フロック形成手段および分級手段と同じ曲がりチャネル１０、またはフロック形成手段および分級手段とは別の曲がりチャネルを混和手段として用いてもよい。

【0058】

凝集分離性評価装置２において、フロック形成手段および分級手段は曲がりチャネルであるが、混和手段、フロック形成手段および分級手段が曲がりチャネルであってもよい。すなわち、フロック形成工程および分級工程を、曲がりチャネルを用いて行うが、混和工程、フロック形成工程および分級工程を、曲がりチャネルを用いて行ってもよい。

【0059】

凝集分離性評価装置２において、凝集剤と被処理水とを混和する混和工程に要する時間は、例えば、１秒～６０秒程度、好ましくは５秒～３０秒程度であり、凝集剤を含む被処理水中にフロックを形成するフロック形成工程に要する時間は、例えば、１０秒～１０分程度、好ましくは１分～５分程度であり、分級工程に要する時間は、例えば、１秒～５分程度、好ましくは１秒～１０秒程度であり、演算工程に要する時間は、例えば、１秒～３０秒程度である。したがって、混和工程から演算工程に要する時間は、１０秒～３分程度、好ましくは１０秒～６０秒程度である。

【0060】

曲がりチャネル１０における粒子の密度、流路中を流れる流体の流束、流路の曲率等のバランスを調整することにより、フロックの形成および分級を行うことができ、さらには、凝集剤と被処理水との混和、フロックの形成および分級を行うことができる。例えば、曲がりチャネル１０において、分級に最適な曲率に向けて、小さい曲率から漸近させることによってフロックの形成および分級を連続した曲がりチャネルで行うことができる。流路の断面積を最適な値に向けて漸近させてもよい。狭い流路では流束が高く撹拌がなされ、断面積が分級に最適である流路では分級がなされる。

【0061】

凝集分離性評価装置２において、評価した凝集分離性に基づいて、凝集分離処理条件を制御する制御手段をさらに備え、評価した凝集分離性に基づいて、凝集分離処理工程における凝集分離処理条件を制御してもよい（制御工程）。例えば、評価した凝集分離性に基づいて、凝集剤の添加量を制御してもよい。制御手段として、例えば、プログラムを演算するＣＰＵ等の演算手段、プログラムや演算結果を記憶するＲＯＭおよびＲＡＭ等の記憶手段等を含んで構成されるマイクロコンピュータと電子回路等で構成される制御装置を設けてもよいし、演算部２２が制御手段として機能してもよい。

【0062】

凝集剤としては、無機凝集剤および高分子凝集剤のうちの少なくとも１つが用いられる。

【0063】

無機凝集剤としては、例えば、塩化第二鉄、ポリ硫酸第二鉄等の鉄系無機凝集剤、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）等のアルミニウム系無機凝集剤等が挙げられる。

【0064】

無機凝集剤の添加量は、例えば、１～１００ｍｇ／Ｌの範囲である。

【0065】

高分子凝集剤としては、ノニオン性高分子凝集剤、アニオン性高分子凝集剤またはカチオン性高分子凝集剤等、特に制限されるものではないが、例えば、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ナトリウム、アクリルアミド・アクリル酸塩共重合体、アクリルアミドプロパンスルフォン酸ナトリウム、キトサン、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルアクリレートおよびポリアミジン等が挙げられる。高分子凝集剤は、１種単独でも、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

【0066】

高分子凝集剤の添加量は、例えば、０．１～２ｍｇ／Ｌの範囲である。

【0067】

混和工程において、必要に応じて、ｐＨ調整を行ってもよい（ｐＨ調整工程）。ｐＨ調整剤としては、塩酸、硫酸等の酸や、水酸化ナトリウム等のアルカリである。ｐＨは、例えば、４～１１の範囲に調整すればよい。

【0068】

凝集分離処理（混和工程、フロック形成工程、分級工程）における液温度は、特に制限はなく、例えば、１５～３５℃の範囲である。粘性等によって分離性が変わるため、液温度はできるだけ一定になるように調整することが望ましい。

【0069】

凝集分離性評価装置および凝集分離装置における処理対象である被処理水は、例えば、懸濁物質等を含む水であり、例えば、河川水、工業用水、排水等が挙げられる。

【0070】

本実施形態に係る凝集分離性評価装置および凝集分離装置において、混和工程、フロック形成工程、分離工程を、それぞれ曲がりチャネルを用いて行ってもよい。

【0071】

本実施形態に係る凝集分離性評価装置および凝集分離装置において、被処理水が、実機の凝集分離処理装置の入口水からサンプリングしたものであり、凝集分離性評価装置の凝集分離性の評価結果に基づいて、実機の凝集分離処理装置の凝集条件を制御してもよい。例えば、図３の凝集分離性評価装置２の被処理水が実機の凝集分離処理装置の入口水からサンプリングしたものであり、凝集分離性評価装置２の凝集分離性の評価結果に基づいて、実機の凝集分離処理装置の凝集条件を制御する例を図４に示す。

【0072】

図４の凝集分離処理システム３は、凝集分離処理装置５と、凝集分離性評価装置２と、を備える。凝集分離処理システム３における凝集分離処理装置５は、混和手段として混和槽５２と、フロック形成手段としてフロック形成槽５４と、分離手段として固液分離装置５６と、処理水質測定手段として処理水質測定装置５８とを備える。

【0073】

凝集分離性評価装置２は、凝集分離処理装置における被処理水の一部に評価用の凝集剤を添加する評価用凝集剤添加手段として、凝集剤添加配管２６と、評価用凝集剤を添加した被処理水についてフロックを粒子特性に基づき分級するための、曲率を有する壁面を含む流路を有する分級手段として、曲がりチャネル１０と、分級したフロックを曲がりチャネル１０から取り出す少なくとも２つ以上の出口ラインとして、第１出口ライン１４および第２出口ライン１６と、第１出口ライン１４における液質を測定する液質測定手段として、第１液質測定装置１８、および第２出口ライン１６における液質を測定する液質測定手段として、第２液質測定装置２０と、第１液質測定装置１８および第２液質測定装置２０により測定された液質に基づいて、粒子特性分布を計算する演算部２２と、を備える。凝集分離性評価装置２は、被処理水と凝集剤とを混和するための混和手段としてラインミキサ２４をさらに備えてもよい。曲がりチャネル１０は、混和された混和液中にフロックを形成するためのフロック形成手段として機能してもよい。なお、本実施形態に係る凝集分離性評価装置は、凝集分離装置としても機能してもよい。

【0074】

図４の凝集分離処理システム３において、混和槽５２の入口に被処理水配管６０が接続されている。混和槽５２の出口とフロック形成槽５４の入口とは、混和液配管６２により接続されている。フロック形成槽５４の出口と固液分離装置５６の入口とは、凝集液配管６４により接続されている。固液分離装置５６の出口には、処理水配管６６が接続されている。混和槽５２には、被処理水に凝集剤を添加する凝集剤添加手段として、凝集剤添加配管６８が接続されている。処理水配管６６には、処理水質測定装置５８が設置されていてもよい。

【0075】

被処理水配管６０から分岐された被処理液ライン１２は、曲がりチャネル１０の被処理液入口に接続されている。被処理液ライン１２には凝集剤添加配管２６が接続されている。被処理液ライン１２における凝集剤添加配管２６との接続点の後段側にはラインミキサ２４が設置されている。曲がりチャネル１０の第１出口には、第１出口ライン１４が接続され、第２出口には第２出口ライン１６が接続されている。第１出口ライン１４には、第１液質測定装置１８が設置され、第２出口ライン１６には、第２液質測定装置２０が設置されている。演算部２２は、第１液質測定装置１８、第２液質測定装置２０のそれぞれと電気的接続等によって接続されている。演算部２２は、例えば、プログラムを演算するＣＰＵ等の演算手段、プログラムや演算結果を記憶するＲＯＭおよびＲＡＭ等の記憶手段等を含んで構成されるマイクロコンピュータと電子回路等で構成される。

【0076】

凝集分離処理システム３において、例えば、懸濁物質等を含む被処理水は被処理水配管６０を通して混和槽５２へ送液され、混和槽５２において、被処理水に凝集剤が凝集剤添加配管６８を通して添加されて混和される（混和工程）。混和液は、混和液配管６２を通してフロック形成槽５４へ送液され、フロック形成槽５４においてフロックが形成される（フロック形成工程）。凝集液は、凝集液配管６４を通して固液分離装置５６へ送液され、固液分離装置５６において重力による沈降分離、ろ過等により固液分離が行われ、濃縮水と処理水とに分離される（分離工程）。処理水は、処理水配管６６を通して排出され、処理水の水質は、処理水質測定装置５８により測定されてもよい。

【0077】

一方、被処理水配管６０から分岐された懸濁物質等を含む被処理水は、被処理液ライン１２を通して、ラインミキサ２４を経由して曲がりチャネル１０へ送液される。ここで、被処理液ライン１２において、凝集剤添加配管２６を通して被処理水に評価用凝集剤が添加され（評価用凝集剤添加工程）、ラインミキサ２４において、評価用凝集剤と被処理水とが撹拌されて混和される（混和工程）。凝集剤と被処理水とが混和された評価用混和液は、曲がりチャネル１０へ送液される。

【0078】

評価用混和液は、曲がりチャネル１０の被処理液入口から渦巻き状チャネルの流路に導入され、流路における流体力学的作用により撹拌が行われ、凝集剤と被処理水との混和、凝集により形成された微細なフロック同士が衝突して、フロックの粒子径が成長する（フロック形成工程）。流路を流れていくと、水とフロックとの密度差と重力と流体力学的作用とにより、流路の例えば内周側の第１液と流路の例えば外周側の第２液とに分離され、固体粒子が粒子径および密度の少なくとも一方等の粒子特性に基づき分級される（分級工程）。第１液は、第１出口ライン１４を通して排出され、第２液は、第２出口ライン１６を通して排出される（以上が、評価用凝集分離工程）。

【0079】

フロックはこの二次流れ（ディーン渦）の中では内周側に集まるとされるが、フロックの密度、流路中を流れる流体の流束、流路の曲率等のバランスによっては、フロックが外周側に集まる場合もある。曲がりチャネル１０によって発達したディーン渦、固体粒子自身に働く重力、浮力、抗力のバランスによってフロックの密度や粒子径によって曲がりチャネル１０の特定の箇所に濃縮され、分級される。

【0080】

第１出口ライン１４において、第１液質測定装置１８により第１液の液質が測定され、第２出口ライン１６において、第２液質測定装置２０により第２液の液質が測定される（液質測定工程）。液質測定工程おいて第１液質測定装置１８により測定された第１液の液質および第２液質測定装置２０により測定された第２液の液質に基づいて、演算部２２によってフロックの粒子特性分布が計算され（演算工程）、凝集分離性が評価される。

【0081】

凝集分離性評価装置２において、評価した凝集分離性に基づいて、例えば制御手段である演算部２２によって、凝集分離処理工程における凝集分離処理条件を制御してもよい（制御工程）。例えば、評価した凝集分離性に基づいて、凝集剤の添加量を制御してもよい。例えば、演算部２２によって、凝集剤添加配管６８に設置された凝集剤添加量調整手段、例えばポンプが制御され、混和槽５２において添加される凝集剤の量が制御される。

【0082】

凝集分離処理システム３では、凝集分離性評価装置２により、ジャーテストの高速化が可能となる。また、凝集分離性評価装置２によって評価された凝集分離性に基づいて決定された凝集分離処理の凝集条件により、混和槽５２において添加される凝集剤の量が制御されるため、被処理水の水質変動があっても、特に被処理水の急激な水質変動があっても、最適な凝集条件を追従させることができるため、処理水質の悪化が抑制される。ジャーテストをインラインで行うことができ、連続的に最適な凝集分離処理条件を決定することができ、凝集分離処理装置５の凝集分離処理条件を制御することができる。

【実施例0083】

以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

【0084】

＜実施例１＞
図１に示す固液分級装置１を用いて、固体粒子を含む被処理液について、密度は同一であり、粒子径による分級を行った。図５に実験結果の写真を示し、図６にその拡大写真を示す。被処理液として、体積平均粒子径４０μｍ、６０μｍ、１００μｍの固体粒子（カオリン＋ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）相当のシミュレーション）を用いた。

【0085】

図５、図６に示す通り、小さい粒子は外側、大きい粒子は内側に集まっていることがわかる。したがって、内側と外側でそれぞれ粒子を引き抜くことで分級が可能である。本実施例では、曲がりチャネルの流路の末端で出口を４分割してそれぞれの分離性能を測定した。ここで、内側から順に出口（１）、出口（２）、出口（３）、出口（４）とし、それぞれの出口から得られた液の濁度を、粒子数をカウントすることにより測定した。表１に実験結果を示す。

【0086】

【表1】

【0087】

表１に示す通り、それぞれの出口から粒子径の異なる固体粒子を含む液が得られた。

【0088】

このように、フロックのような脆弱な粒子であっても粒度分布等の粒子特性分布を測定することできることがわかった。

【符号の説明】

【0089】

１ 固液分級装置、２ 凝集分離性評価装置、３ 凝集分離処理システム、５ 凝集分離処理装置、１０ 曲がりチャネル、１２ 被処理液ライン、１４ 第１出口ライン、１６ 第２出口ライン、１８ 第１液質測定装置、２０ 第２液質測定装置、２２ 演算部、２４ ラインミキサ、２６，６８ 凝集剤添加配管、５２ 混和槽、５４ フロック形成槽、５６ 固液分離装置、５８ 処理水質測定装置、６０ 被処理水配管、６２ 混和液配管、６４ 凝集液配管、６６ 処理水配管。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】