ラメラ清澄剤

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ように設計された清澄装置の一種です。

応用範囲

ラメラ浄化槽は、鉱業や金属仕上げなどのさまざまな産業で使用できるほか、地下水、工業用プロセス水、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、固形物のサイズ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1つは、メンブレンフィルターに入る排水の前処理です。ラメラ浄化槽は、限外濾過の前処理に最適な選択肢の1つと考えられています。^[4]オールスチール設計により、特にプラスチック製のチューブセトラーと比較して、傾斜プレートの一部が欠けてメンブレンに持ち込まれる可能性が最小限に抑えられます。さらに、ラメラ浄化槽は、化学薬品を使用しても使用しなくても、メンブレンに必要な水質を維持できます。これは、化学薬品の購入と、メンブレンへの損傷を制限することの両方でコストを節約する手段です。メンブレンは、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。

ラメラ浄化装置は、都市下水処理プロセスでも使用されています。^[5]ラメラ浄化装置の最も一般的な廃水用途は、三次処理段階の一部です。ラメラ浄化装置は、処理プロセスに統合することも、スタンドアロンユニット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]ラメラ浄化装置を既存のプラントに統合する1つのオプションは、従来の浄化装置またはスラッジブランケット浄化装置をアップグレードし、いわゆる「清水ゾーン」のオーバーフローの前に傾斜プレートまたはチューブの束を取り付けることです。これにより、沈殿面積が2倍になり、オーバーフローの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]傾斜板により、浄化槽は従来の浄化槽の 2 ～ 4 倍のオーバーフロー率で運転できるため、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も提供しており、繊細な膜プロセスの前処理として機能します。必要に応じて凝集剤を追加して効率を高めることもできます。

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改善され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の下流に沈殿するようにすることで、オーバーフロー水の純度を高めます。^[10]

ラメラ浄化槽のさらなる利点は、機械的な可動部品がまったくないことです。そのため、このシステムは流入ポンプ以外のエネルギー入力を必要とせず、他の浄化槽に比べて機械故障の可能性がはるかに低くなります。この利点は、プラントを操作する際の安全性にも及びます。機械部品がないため、作業環境がより安全になり、怪我の可能性が低くなります。^[10]

ラメラ浄化装置は、従来の浄化装置の使用で遭遇する多くの困難を克服しましたが、装置の構成と操作に関連するいくつかの欠点がまだあります。ラメラ浄化装置は、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を必要とするほとんどの生の飼料混合物を処理できません。流入混合物が適切な組成であることを保証するために、飼料は高度な微細ふるい分けと砂利とグリースの除去の初期処理が必要です。^[8]

浄化槽のレイアウトにより、水が供給口から傾斜板に曲がるときに余分な乱流が発生します。乱流が増加するこの領域はスラッジ収集ポイントと一致し、流水は固形物の再浮遊を引き起こす可能性があり、同時にスラッジを希釈します。 ^[11]このため、スラッジから余分な水分を除去するためのさらなる処理が必要になります。浄化槽の入口と出口は、流れを均等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、不均一な流量分布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な場合、不均一な流量分布が発生し、プロセスの効率が犠牲になる可能性があります。^[12]プレートが密集しているため、清掃が困難です。ただし、取り外し可能で独立して支えられたラメラプレートを取り付けることができます。^[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サポートを必要とするため、^[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）。未処理の給水ストリームは容器の上部から入り、傾斜板の下の給水チャネルを流れ落ちます。次に、水は傾斜板の間を浄化槽内で上昇します。この間、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でシステムから出ます。

独自のラメラ浄化装置の設計は数多くあります。傾斜プレートは、円形、六角形、または長方形のチューブをベースにしています。考えられる設計特性には次のようなものがあります。

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、それより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5～10m/hである^[14]

主なプロセス特性

ラメラ浄化装置は、最大でグリース 10000 mg/L、固形物 3000 mg/L の給水濃度を処理できます。一般的なユニットの予想される分離効率は次のとおりです。

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。^[10]
処理水の濁度は約1～2NTUである。^[7]

典型的なラメラ浄化槽に必要な初期投資額は、浄化槽の設計に応じて、処理する水1立方メートルあたり750～2,500米ドルの範囲です。^[10]

ラメラ沈殿池の表面負荷速度（表面オーバーフロー速度または表面沈降速度とも呼ばれる）は10～25m/hである。これらの沈降速度では、沈殿池内の滞留時間は約20分以下と短く、^{[7]運転容量は1～}^3m3 /時間/m2 ^（投影面積）の範囲になる傾向がある。 ^[15]

特性の評価

固体の分離は沈降効率ηによって表される。これは濃度、流量、粒度分布、流動パターン、プレートパッキングに依存し、次の式で定義される。^[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、従来の浄化槽に比べて、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（同じサイズ）に比べて、積載率が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) です。

表1は、さまざまな清澄化装置の特性と動作範囲を示しています。^[14]

オーバーフロー率は、浄化槽の流体負荷容量の尺度であり、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、曇りの尺度です。濁度除去効率の値が高いほど、浄化された流れ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使用し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：上昇率はさまざまな情報源から0.8～4.88m/hの範囲にあると推定される（Kucera, 2011）。^[7]
プレート荷重：プレート間の層流が維持されるように、プレートへの荷重は2.9m/hに制限する必要があります。^[13]
プレート角度：一般的に、プレートは水平から50～70°の角度で傾斜させるべきであるとされています。これにより、ラメラ浄化槽の投影プレート面積は、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]
プレートの長さ: 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、プレートが上水面より125 mm上昇し、沈殿槽の底部のプレートの下に汚泥を収集するための1.5 m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1～2 mです。^[14]
プレートの材質：プレートは、藻類の繁殖を防ぐために塩素が注入されている場合を除き、ステンレススチールで作られるべきである。このような状況では、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されている可能性がある。^[7]
給餌ポイント：プレートの底部の沈殿ゾーンを乱さないように、飼料はプレートの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

ラメラ沈殿槽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、濃縮器やベルトプレスフィルターなどの脱水プロセスにかけ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体積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で再循環できる場合は、乾燥させる必要があることが多く、再度の脱水は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、流入流の性質とオーバーフローの用途によって異なります。たとえば、ラメラ浄化装置を通過する流体が重工業プラントから来る場合、特に排水が環境に排出される場合は、油やグリースを除去するための後処理が必要になる場合があります。コアレッサーなどの分離プロセスユニットは、水と油の分離を物理的に開始するためによく使用されます。^[19]

飲料水の処理には、ラメラ浄化槽からのオーバーフロー水に対して、有機分子を除去するためのさらなる処理と、細菌を除去するための消毒が必要となる。また、一連の研磨ユニットを通過させ、臭気を除去し、水の色を改善する。^[3]

ラメラ浄化槽では傾斜板に藻が生える傾向があり、特にオーバーフローが環境に排出される場合や、ラメラ浄化槽が膜濾過装置の前処理として利用される場合は問題となる可能性があります。いずれの場合も、藻がラメラ浄化槽の下流に広がるのを防ぐために、オーバーフローの後処理として無煙炭砂フィルターが必要です。ラメラ浄化槽の傾斜板は鋼鉄製であるため、塩素を使用して生物の増殖を抑制することは推奨されません。塩素は板の腐食を加速させる可能性があるためです。 ^[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 1 つは、傾斜プレートの上部で排水を集める方法です。排水は傾斜プレートの上部から出口チャネルに流れ込むのではなく、プレート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、プレート間のチャネルの背圧がより一定になり、より一貫したフロープロファイルが作成されます。明らかに、この設計は比較的きれいな排水ストリームにのみ有効です。オリフィスはすぐに堆積物で詰まってしまい、ユニットの効率が大幅に低下するからです。^[6]別の新しい設計では、容器の上部を調整できるため、容器の高さを変更できます。この高さ調整は、入口ストリームを方向付けるデフレクターに関連しています。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 1 つの設計バリエーションは、排水がラメラ浄化槽に入る方法です。標準的な浄化槽の設計では、排水は傾斜板の底部から入り、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ずに傾斜板に入るようにラメラ浄化槽を設計すると、ラメラ浄化槽の容量を 25% 向上できます。^[1]

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