ラメラ清澄化装置
液体から微粒子を除去するために設計された沈殿槽の種類

ラメラ清澄装置または傾斜プレート沈降装置 (IPS) は、液体から粒子を除去するために設計された 清澄装置の一種です。

用途範囲

ラメラ浄化槽は、鉱業や金属仕上げなどの幅広い産業で利用でき、地下水、工業プロセス水、砂ろ過器からの逆洗水の処理にも使用できます。[1]ラメラ浄化槽は、固形物の負荷が変動し、固形物の粒度が細かい用途に最適です。[2]設置面積が小さいため、多くの産業現場で従来の浄化槽よりも一般的に使用されています。[3]

具体的な用途の一つとして、膜濾過器に入る廃水の前処理が挙げられます。ラメラクラリファイアは、限外濾過の前処理として最適な選択肢の一つと考えられています。[4]オールスチール製の設計により、傾斜プレートの一部が剥がれて膜に持ち込まれる可能性が最小限に抑えられ、特にプラスチック製のチューブセトラーと比較してその可能性が高くなります。さらに、ラメラクラリファイアは、薬品の使用の有無にかかわらず、膜に必要な水質を維持できます。これは、薬品の購入費用と膜へのダメージを抑える費用の両方において、コスト削減につながります。膜は、凝集剤や凝固剤に含まれる大きな粒子に対してはうまく機能しないためです。

ラメラ浄化槽は、都市下水処理プロセスにも使用されています。[5]ラメラ浄化槽の最も一般的な用途は、三次処理段階の一部としてです。ラメラ浄化槽は、既存の処理プロセスに統合することも、独立型装置を使用して既存の水処理プラントの流量を増やすこともできます。[6]ラメラ浄化槽を既存のプラントに統合する一つの選択肢として、従来の浄化槽またはスラッジブランケット浄化槽に、いわゆる「清水域」のオーバーフロー前に傾斜板または管の束を取り付けることでアップグレードする方法があります。これにより、沈殿面積が2倍に増加し、オーバーフローにおける固形物負荷が減少する可能性があります。[7]

利点と限界

ラメラ浄化槽が他の浄化システムに比べて優れている点は、傾斜板の使用によって有効沈殿面積が広くなることです。これにより、浄化槽の運転条件がさまざまな方法で改善されます。この装置はよりコンパクトで、通常、傾斜板なしで運転する浄化槽の面積の 65～80 % しか必要としません。[3]そのため、敷地面積の制約が懸念される場合は、ラメラ浄化槽システムが好まれます。必要な面積が小さいため、浄化槽を屋内に設置して運転することが可能になり、機械が屋外にある場合に発生する藻類の繁殖、吹き飛ばされた破片の蓄積による目詰まり、臭気制御などの一般的な問題の一部が軽減されます。密閉空間内での運転により、運転温度と圧力条件をより適切に制御することもできます。[8]傾斜板があるため、浄化槽は従来の浄化槽の 2 ～ 4 倍の越流速度で運転できるため、流入流量が増加し、より時間効率の高い浄化プロセスが可能になります。[3]ラメラ浄化装置は、化学薬品の使用を必要としないシンプルな設計を採用しているため、繊細な膜処理の前処理として使用できます。必要に応じて、効率を高めるために凝集剤を添加することもできます。

ラメラ浄化槽の性能は、凝集剤や凝固剤を添加することで向上する可能性があります。[9]これらの化学物質は沈殿プロセスを最適化し、すべての小さな固形物が汚泥下流に沈殿するようにすることで、越流水の純度を高めます。[10]

ラメラ式浄化槽の更なる利点は、機械的な可動部品が全く存在しないことです。そのため、このシステムは流入ポンプ以外のエネルギーを必要とせず、他の浄化槽に比べて機械故障の発生率が大幅に低くなっています。この利点は、プラントの運転時の安全性にも反映されています。機械部品が存在しないことで、作業環境がより安全になり、怪我の可能性も低くなります。[10]

ラメラクラリファイアは、従来のクラリファイアの使用に伴う多くの困難を克服しましたが、装置の構成と運転には依然としていくつかの欠点があります。ラメラクラリファイアは、分離効率を低下させる可能性のある物質を除去するための前処理が必要となるため、ほとんどの原料混合物を処理できません。原料混合物の適切な組成を確保するために、高度な微細ふるい分けと砂利やグリースの除去といった初期処理が必要です。[8]

浄化槽の配置により、水が供給口から傾斜板へと曲がる際に、余分な乱流が発生します。この乱流が増加する領域は汚泥集積点と重なり、流水によって固形物の再浮遊が生じると同時に、汚泥が希釈される可能性があります。 [11]そのため、汚泥から余分な水分を除去するための追加処理が必要になります。浄化槽の入口と出口は、流量を均一に分配するように設計する必要があります。[3]

スラッジが傾斜プレートを流れ落ちて汚れを残すため、定期的なメンテナンスが必要です。定期的な清掃は、流量分布の不均一化を防ぐのに役立ちます。[3]さらに、プレートのメンテナンスが不十分だと、流量分布が不均一になり、プロセス効率が低下する可能性があります。[12]プレートが密集しているため、清掃は困難です。しかし、取り外し可能で独立して支持されたラメラプレートを設置することができます。[8]

市販のラメラ浄化槽は、業界で広く使用されている従来の浄化システムとは異なるコンクリート槽の形状と構造的支持を必要とするため、[13]新しい（ラメラ）浄化システムを設置するコストが増加します。

利用可能なデザイン

典型的なラメラ浄化槽の設計は、容器内の一連の傾斜板で構成されています（最初の図を参照）。未処理の供給水は容器の上部から入り、傾斜板の下の供給チャネルを流れ落ちます。その後、水は浄化槽内で傾斜板の間を上昇します。この間に固形物はプレート上に沈殿し、最終的に容器の底に落ちます。[3]粒子がたどる経路は、懸濁液の流量と粒子の沈降速度に依存し、2番目の図に示されています。容器の底では、ホッパーまたは漏斗がこれらの粒子をスラッジとして収集します。スラッジは連続的または断続的に排出されます。傾斜板より上ではすべての粒子が沈殿し、浄化された水が生成され、出口チャネルに引き出されます。浄化された水は出口ストリームとしてシステムから出ます。

配管計装図(P&ID)のラメラ浄化装置の概略図。
粒子の沈降挙動（ラメラ清澄装置）。

ラメラ浄化装置には独自の設計が数多く存在します。傾斜プレートは、円形、六角形、または長方形の管をベースにしたものが用いられます。設計上の特徴としては、以下のようなものが挙げられます。

  • チューブまたはプレートの間隔50 mm
  • チューブまたはプレートの長さ 1～2 m
  • プレートピッチが45°から70°の場合はセルフクリーニングが可能で、低いピッチの場合は逆洗が必要となる[3]
  • 最小プレートピッチ7°
  • 典型的な積載速度は5～10 m/hである[14]

主なプロセス特性

ラメラ式浄化装置は、最大でグリース濃度10,000 mg/L、固形物濃度3,000 mg/Lの原水を処理することができます。標準的な装置における期待される分離効率は以下のとおりです。

  • 標準的な動作条件下で遊離油とグリースを 90 ～ 99% 除去します。
  • 化学薬品を添加せずに乳化した油とグリースを 20 ～ 40% 除去します。
  • 化学薬品を加えることで50～99％の除去が可能となる。[10]
  • 処理水の濁度は約1～2NTUである。[7]

典型的なラメラ浄化装置に必要な初期投資は、浄化装置の設計に応じて、処理する水1立方メートルあたり750ドルから2500ドルの範囲です。[10]

ラメラ式沈殿槽の表面負荷速度（表面越流速度または表面沈降速度とも呼ばれる）は10～25 m/hである。この沈降速度では、沈殿槽内の滞留時間は約20分以下と短く、[7]運転能力は1～3 m 3 /時間/m 2（投影面積）の範囲となる傾向がある。[15]

特性の評価

固形物の分離は沈降効率ηによって記述されます。ηは濃度、流量、粒度分布、流動パターン、および充填層に依存し、以下の式で定義されます。[16]

η = (c 1 -c 2 )/c 2

ここで、c 1は入口濃度、c 2 は出口濃度です。

プレートの傾斜角度により、従来の浄化槽と比較して、積載率／処理量が増加し、滞留時間が短縮されます。従来の浄化槽（同サイズ）と比較して、積載率は2～3倍に増加します。[14]

沈降に必要な総表面積は、幅が W、プレートピッチが θ、チューブ間隔が p である N 枚のプレートを持つラメラ プレートに対して計算できます。

どこ、

A = W∙(Np+cosθ)

表1は、さまざまな浄化装置の特性と動作範囲を示しています。[14]

明確化ユニット 越流速度（m 3 /m 2 /h） 保持時間（分） 濁度除去効率（％）
ラメラ清澄化装置 5～12歳 60～120 90～95
長方形 1-2 120～180 90～95
円形 1-3 60～120 90～95
フロックブランケット 1-3 120～180 90～95
砂バラスト 200未満 5-7 90～99
汚泥循環 120未満 10～16歳 90～99
磁鉄鉱 30歳未満 15 90～99

オーバーフロー率は、浄化槽の流体負荷容量の指標であり、流入流量を浄化槽の水平面積で割った値として定義されます。滞留時間は、粒子が浄化槽内に留まる平均時間です。濁度は、濁度の指標です。濁度除去効率が高いほど、浄化後の水流に残る粒子が少なくなります。粒子の沈降速度は、ストークスの法則を用いて決定することもできます。[17]

設計ヒューリスティック

  • 上昇率：上昇率は様々な情報源から0.8～4.88m/hの範囲にあると推定されています（Kucera, 2011）。[7]
  • プレートの荷重：プレート間の層流を確保するために、プレートへの荷重は2.9 m/hに制限する必要があります。[13]
  • プレート角度：一般的に、プレートは自己洗浄を可能にするために水平面から50～70°傾斜させるべきとされています。これにより、ラメラ式浄化槽のプレート投影面積は、従来の浄化槽の約50%のスペースを占めることになります。[13] [18]
  • プレート間隔：プレート間の典型的な間隔は50mmですが、50mmを超える粒子が前処理段階で除去されている場合、プレート間の間隔は50～80mmの範囲で設定できます。[7] [10]
  • プレート長さ：システムの規模に応じて、プレート全体の長さは異なりますが、プレートの長さは、プレートが上水面から125mm上昇し、浄化槽の底部に汚泥を収集するための1.5mのスペースが残るようにする必要があります。[7]ほとんどのプレートの長さは1～2mです。[14]
  • プレート材質：プレートはステンレス鋼製とする。ただし、藻類の増殖を防ぐために塩素を注入している場合は除く。この場合、プレートはプラスチック製またはプラスチックコーティング製でもよい。[7]
  • 供給点：プレート底部の沈殿域を乱さないように、供給物はプレート底部から少なくとも20％上に投入する必要があります。[13]

後処理システム

ラメラクラリファイアからのオーバーフロー流とアンダーフロー流はどちらも後処理が必要になることがよくあります。アンダーフロー流は、スラリーの密度を高めるために、シックナーやベルトプレスフィルターなどの脱水プロセスに送られることがよくあります。アンダーフロースラリーはプロセスに再循環できないことが多いため、これは重要な後処理です。そのような場合、スラリーは廃棄プラントに輸送する必要があり、この輸送コストはスラリーの容量と重量によって異なります。[3]したがって、効率的な脱水プロセスは大幅なコスト削減につながります。スラリーをプロセスに再循環できる場合は、乾燥させる必要があることが多く、再び脱水することがこのプロセスの重要なステップです。

オーバーフロー流に必要な後処理は、流入水の性質とオーバーフロー流の用途によって異なります。例えば、ラメラクラリファイアに流入する流体が重工業プラントからのものである場合、特に排水を環境に排出する場合は、油脂を除去するための後処理が必要になることがあります。コアレッサーなどの分離処理装置は、水と油脂を物理的に分離するためによく使用されます。[19]

飲料水処理のために、ラメラ浄化槽からのオーバーフロー水は、有機分子を除去するための更なる処理と、細菌を除去するための消毒が必要となる。また、臭気を除去し、水の色を改善するために、一連の研磨ユニットを通過する。[3]

ラメラ浄化槽では、傾斜板に藻類が繁殖する傾向があり、特にオーバーフロー水を環境に排出する場合や、ラメラ浄化槽を膜ろ過装置の前処理として利用する場合、問題となる可能性があります。いずれの場合も、オーバーフロー水は、ラメラ浄化槽の下流への藻類の拡散を防ぐために、無煙炭砂ろ過器などの後処理が必要です。ラメラ浄化槽の傾斜板は鋼製であるため、塩素は傾斜板の腐食を促進する可能性があるため、生物の繁殖を抑制するために使用することは推奨されません。[7]

新たな展開

開発中のラメラ浄化槽の標準設計のバリエーションの一つは、傾斜板の上部で排水を集める方法です。排水は傾斜板の上部から出口チャネルに流れ込むのではなく、板の上部にあるオリフィスを通って流れます。この設計により、板間のチャネルにおける背圧がより安定し、より均一な流量プロファイルが形成されます。当然ながら、この設計は比較的清浄な排水流にのみ有効です。オリフィスは堆積物ですぐに詰まり、装置の効率が著しく低下してしまうからです。[6]もう一つの新しい設計では、容器の上部を調整することで高さを調整できます。この高さ調整は、流入水の流れを方向付けるデフレクターを基準とします。この設計は、雨水のデカンテーションに使用することを目的としています。 [20]

分離ユニットの効率を向上させるもう一つの設計バリエーションは、ラメラクラリファイアへの排水の流入方法です。標準的なクラリファイアの設計では、排水は傾斜板の底部から流入し、板を滑り落ちる汚泥と衝突します。この混合領域により、傾斜板の下部20%は沈殿に使用できなくなります。排水が下向きのスラリーの流れを妨げることなく傾斜板に流入するようにラメラクラリファイアを設計することで、ラメラクラリファイアの容量を25%向上させることができます。[1]

参考文献

  1. ^ ab Parkson Corporation (2012). Lamella EcoFlow (レポート) . 2013年10月13日閲覧。
  2. ^ Aguapuro Equipments Proprietary Limited. 浄化装置および凝集沈殿装置（レポート） . 2013年10月13日閲覧。
  3. ^ abcdefghi 金属製品および機械類排出源カテゴリーの最終排出制限ガイドラインおよび基準策定文書(PDF) (報告書)。米国環境保護庁。2003年。 2020年10月20日閲覧。
  4. ^ Meurer Research Inc (2013). プレートセトラー技術（レポート） . 2013年10月13日閲覧。
  5. ^ Smith, Aaron (2019年11月11日). 「チューブセトラーの仕組み – プレートセトラー、ラメラクラリファイアーのチュートリアル」aqua-equip.com . 2020年10月20日閲覧。
  6. ^ ab Monroe Environmental Corp. (2013). Parallel Plate Settlers (Report) . 2013年10月13日閲覧。
  7. ^ abcdefgh ラトナヤカ, ドン・D.; ブラント, マルコム・J.; ジョンソン, マイケル (2009). 「第7章」.トゥールトの水供給（第6版）. オックスフォード: バターワース・ハイネマン. ISBN 978-0-0809-4084-7。
  8. ^ abc 水環境連盟 (2006).浄化槽設計（第2版）. メイデンヘッド: マグロウヒル・プロフェッショナル. ISBN 978-0071464161。
  9. ^ ウォルカースドルファー、クリスチャン（2008年）『廃坑となった浸水地下鉱山における水管理：基礎、トレーサー試験、モデリング、水処理』シュプリンガー・サイエンス＆ビジネス・メディア、239頁。ISBN 9783540773313。
  10. ^ abcde チェレミシノフ, ニコラス・P. (2002). 「第8章」.水・廃水処理技術ハンドブック([オンライン版]). ボストン: バターワース・ハイネマン. ISBN 978-0-7506-7498-0。
  11. ^ アメリカ水道協会 (1999). 「第7章」. レイモンド・D・レターマン編. 『水質と処理：コミュニティ給水ハンドブック（第5版）』. ニューヨーク [ua]: マグロウヒル. ISBN 978-0070016590。
  12. ^ McKean, T (2010). 家庭廃水一次処理の改善に向けたラメラ浄化槽の新規応用(PDF) . 第73回水道技術者・オペレーター会議. ベンディゴ展示センター：イースト・ギップスランド・ウォーター. 2020年10月20日閲覧。
  13. ^ abcd McEwen, American Water Works Association Research Foundation, International Water Supply Association; 編集者 J. Brock (1998). "5".粒子除去のための処理プロセスの選択. デンバー, コロラド州: American Water Works Association. ISBN 978-0-8986-7887-1。 {{cite book}}:|first=一般的な名前があります（ヘルプ）CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)
  14. ^ abcd パーソンズ、サイモン・A.、ジェファーソン、ブルース (2006). 「第4章飲料水処理プロセス入門」エイムズ、アイオワ州: ブラックウェル出版ISBN 978-1-4051-2796-7。
  15. ^ ペリー著、編集長ドン・W・グリーン（故ロバート・H・ペリー編集長）の編集指導の下、専門家スタッフによって編集。（2008年）。『ペリーの化学技術者ハンドブック（第8版）』ニューヨーク：マグロウヒル。ISBN 978-0071593137。 {{cite book}}:|first=一般的な名前があります（ヘルプ）CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)
  16. ^ シレジア工科大学化学工学・装置建設研究所 (1995). 「ラメラセトラーの沈降効率に対するシステム形状の影響」.化学工学科学. 51 (1): 149– 153. doi :10.1016/0009-2509(95)00218-9.
  17. ^ 「機械的分離」A. Kayode Coker著『Ludwig's Applied Process Design for Chemical and Petrochemical Plants』（第4版）エルゼビア社、2007年、373頁。ISBN 978-0-7506-7766-0。
  18. ^ クセラ、ジェーン (2011). 「第8章」.逆浸透：エンジニアのための設計プロセスとアプリケーション. ジョン・ワイリー・アンド・サンズ. ISBN 978-1-1182-1144-1。
  19. ^ チェレミシノフ, ニコラス・P. (2002).水・廃水処理技術ハンドブック([オンライン版]). ボストン: バターワース・ハイネマン. ISBN 978-0750674980。
  20. ^ EP 1391228、モラン、アントワーヌ、「油圧分配器による雨水デカンテーション設備」、2004年2月25日公開、Hydroconceptに譲渡 
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