(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水に凝集剤を添加する添加手段と、添加手段の下流に設けられた処理槽内に、空隙率の大きな小片接触材を集積させてなる接触材集積層を有し、接触材集積層内を上向流で原水を流して、原水中の懸濁物を凝集、沈殿させる凝集沈殿手段とからなる凝集沈殿装置において、
凝集沈殿手段と添加手段との間に、前処理手段として、凝集沈殿手段の接触材集積層中の空塔通水速度より高い空塔通水速度で原水を通水する接触材集積層を少なくとも一層有する前段凝集手段を備え、
前段凝集手段の接触材集積層内で凝集させた凝集フロックと共に一次処理水を前段凝集手段から流出させ、凝集沈殿手段に流入させるようにしたことを特徴とする凝集沈殿装置。
【請求項２】
前段凝集手段の接触材集積層を構成する小片接触材の形状及び寸法の少なくとも一方が、凝集沈殿手段の接触材集積層を構成する小片接触材のそれと異なることを特徴とする請求項１に記載の凝集沈殿装置。
【請求項３】
凝集沈殿手段の接触材集積層を構成する小片接触材は、形状が前段凝集手段の接触材集積層を構成する小片接触材と同じであって、寸法が前段凝集手段の接触材集積層を構成する小片接触材より小さいことを特徴とする請求項２に記載の凝集沈殿装置。
【請求項４】
前段凝集手段の接触材集積層及び凝集沈殿手段の接触材集積層が、同じ処理槽内に下から上に順次に設けられ、原水及び一次処理水はそれぞれを上向流で流れることを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の凝集沈殿装置。
【請求項５】
前段凝集手段の接触材集積層及び凝集沈殿手段の接触材集積層が、同じ処理槽内に並置され、原水は前段凝集手段の接触材集積層を上向流又は下向流で流れ、一次処理水は凝集沈殿手段の接触材集積層を上向流で流れることを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の凝集沈殿装置。
【請求項６】
前段凝集手段の接触材集積層が、凝集沈殿手段の接触材集積層とは別の処理槽内に設けられ、原水が前段凝集手段の接触材集積層を上向流又は下向流で流れることを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の凝集沈殿装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、凝集剤、特にアルミニウム系等の無機凝集剤を原水に添加して原水中の懸濁物を凝集沈殿分離する凝集沈殿装置に関し、更に詳細には、従来の凝集沈殿装置に比べて、低い濁度の処理水を流出させると共に洗浄間隔を長くできる凝集沈殿装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
河川水などを原水とし、水処理して上水や工業用水を製造する場合、又は公共下水及び工場廃水等の排水を基準のレベルまで水処理する場合等に用いる水処理装置として、凝集沈殿性能及び濾過性能が高く、しかも運転が容易である等の理由から、いわゆる上昇流式凝集沈殿装置が採用されることが多い。
上昇流式凝集沈殿装置は、原水に凝集剤を添加する添加手段と、添加手段の下流に設けられ、空隙率の大きな小片接触材を集積させてなる接触材集積層を有し、接触材集積層内を上向流で原水を流して、原水中の懸濁物を凝集、沈殿させる凝集沈殿手段とから構成されている。
【０００３】
ここで、図５を参照して、従来の上昇流式凝集沈殿装置の構成及び運転を説明する。図５は従来の上昇流式凝集沈殿装置の構成を示すフローシートである。
従来の上昇流式凝集沈殿装置１０は、図５に示すように、原水槽１２と、原水槽１２から原水を汲み出し、送水する原水ポンプ１４と、凝集剤添加装置１６と、薬品混和槽１８と、凝集沈殿槽２０とを備えている。
凝集剤添加装置１６は、原水の濁度を測定する濁度計２２と、凝集剤槽２４と、濁度計２２の下流の原水供給管２６に凝集剤槽２４から凝集剤を注入する凝集剤ポンプ２８とを備え、濁度計２２の計測値に基づいて所要の凝集剤を原水に注入する。
薬品混和槽１８は、攪拌機２９を備えた容器であって、凝集剤が注入された原水を一次的に滞留させ、攪拌機２９により原水を攪拌して、原水と凝集剤とを急速混和し、流入管３０を介して原水を凝集沈殿槽２０に流入させる。
【０００４】
凝集沈殿槽２０は、原水中の懸濁物が凝集剤によってフロック化した凝集フロックを凝集、濾過、分離する槽であって、図６に示すように、下から、順次、区画された原水の流入ゾーン３２、接触材集積ゾーン３４、集水ゾーン３６とから構成されている。
接触材集積ゾーン３４は、ゾーンの上部及び下部に設けられた目板状の流出防止板３８、４０で区画され、その間の領域に、空隙率の大きな小片接触材、例えば、図７に示すような短尺チューブ形状の比較的比重の小さいプラスチック製小片接触材４２を多数収容し、原水の上向流により上部流出防止板３８の下に接触材集積層４４を形成するようになっている。
集水ゾーン３６は、接触材集積ゾーン３４を流過して処理された処理水を集水する領域であって、接触材集積ゾーン３４の流出防止板３８の直ぐ上に設けられた集水部４６と、集水部４６の上端から溢流する処理水を集める集水トラフ４８と、集水トラフ４８に接続されて、処理水を流出させる流出管５０とから構成され、処理水を処理水槽５２（図５参照）に送水する。
【０００５】
流入ゾーン３２には、薬品混和槽１８から出た原水が流入管３０を介して流入する。流入管３０は、流入ゾーン３２の中央に貫入して下向きの開口を先端に備えている。流入管３０の開口の下方には、下向きに流入した原水の向きを上方に変えるために、傘を逆にした形状の変流板５４が設けてある。また、流入管３０には、アルカリ剤注入管５６が接続され、必要に応じてアルカリ溶液を注入して原水のｐＨを調整するようになっている。
流入ゾーン３２の底部、即ち変流板５４の下方は、汚泥を集積するために逆円錐状の汚泥貯留ゾーン５８になっていて、汚泥を排出する排泥管６０がその最下部に接続されている。
また、流入ゾーン３２の上部には、上方に向け空気を噴射する空気ノズルを多数備えた空気供給管６２が設けられ、空気ブロアー６４で送入された空気を噴出して、接触材集積ゾーン３４の接触材４２を攪拌洗浄するようになっている。
【０００６】
凝集沈殿槽２０では、凝集剤が添加された原水は、先ず、流入ゾーン３２に流入する。流入ゾーン３２では、原水中の懸濁物が凝集して形成されたフロックのうち比較的大きなフロックが、先ず、沈降分離する。
次いで、原水は接触材集積ゾーン３４に流入する。そこでは、原水中の残りの微小フロックが、接触材と接触して接触材表面に付着したり、あるいは接触材と接触材との間隙に捕捉されたりし、分離される。一方、原水は、接触材の空隙、或いは接触材と接触材との間を流れて、空隙内或いは接触材間に形成されたフロック層により濾過されると共に、原水中の微小フロックがフロック層に捕捉される。
接触材４２に付着した、あるいは接触材４２間に捕捉されたフロックは、後続する微小フロックとの接触等によって徐々に成長し、フロック径が大きくなる。そして、原水の上昇流速より沈降速度が大きいフロックが形成されるにつれて、このフロックが、原水の流れによって接触材４２から剥離し、更には原水の流れに逆らって沈降して、汚泥貯留ゾーン５８に堆積し、次いで排泥管６０により排出される。
このように、原水中の懸濁物は、懸濁物フロックの凝集作用、原水に対する濾過作用、フロックの分離及び沈殿作用等により、原水から分離され、汚泥貯留ゾーン５８に沈殿する。一方、原水は、処理水となって上部の集水ゾーン３６から処理水槽５２に流出する。
【０００７】
本上昇流式凝集沈殿装置は、粗大化した凝集フロックの密度が高く、大きな沈降速度を有することから、高速処理が可能になる。よって、設備がコンパクトになって、設備面積が小さくなり、しかも薬品使用量も少なく、発生汚泥の処理処分が容易であると評価されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上昇流式凝集沈殿装置は多数の利点を有するものの、更に、その処理効率の向上を図って種々の改良が図られている。
例えば、接触材集積層を構成する小片接触材に大きな寸法の接触材を使用して洗浄処理と洗浄処理との間の原水処理時間を長くすることも試みられているが、処理水の濁度が高くなるという問題がある。逆に、小さな寸法の接触材を使用して、処理水の濁度を低くしようとすると、接触材集積層の洗浄頻度が高くなって、原水処理時間が短くなるという問題が生じる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、処理水を低い濁度に維持しつつ、洗浄操作の頻度を低くして原水処理時間を長くすることができる凝集沈殿装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る凝集沈殿装置は、原水に凝集剤を添加する添加手段と、添加手段の下流に設けられた処理槽内に、空隙率の大きな小片接触材を集積させてなる接触材集積層を有し、接触材集積層内を上向流で原水を流して、原水中の懸濁物を凝集、沈殿させる凝集沈殿手段とからなる凝集沈殿装置において、
凝集沈殿手段と添加手段との間に、前処理手段として、凝集沈殿手段の接触材集積層中の空塔通水速度より高い空塔通水速度で原水を通水する接触材集積層を少なくとも一層有する前段凝集手段を備え、
前段凝集手段の接触材集積層内で凝集させた凝集フロックと共に一次処理水を前段凝集手段から流出させ、凝集沈殿手段に流入させるようにしたことを特徴としている。
【００１１】
本発明では、前段凝集手段の接触材集積層中の空塔通水速度（通水流量を接触材集積層の横断面積で除した速度）は、凝集沈殿手段の接触材集積層の空塔通水速度（例えば１５０ｍ〜８００ｍ／日、好ましくは３００〜５００ｍ／日）より大きければ良く、例えば２倍程度にすることもできる。
【００１２】
前段凝集手段及び凝集沈殿手段の接触材集積層を構成する小片接触材は、空隙率の大きな小片であって、集積して接触材集積層を形成できる限り、その形状、材質、材料の種類に制約はないが、小片の外観的な輪郭内に通水路として機能する空隙を例えば６０％以上の大きな空隙率で有し、集積した時の接触材容量１ｍ3 当たりの表面積が２００cm2 以上、好ましくは３００cm2 以上になるような大きな表面積を有するものが好ましい。
例えば、直径及び長さが共に４mm程度のプラスチック製のチューブ、内部中空の球体の球面に多数の孔を穿った充填材として使用されているもの、或いはテラレットパッキン等が好ましく使用されるが、特にこれらに限定されるものではない。
【００１３】
本発明では、前段凝集手段の接触材集積層を構成する小片接触材は、その形状及び寸法が凝集沈殿手段の接触材集積層を構成する小片接触材と同じでも良く、また、前段凝集手段の接触材集積層を構成する小片接触材の形状及び寸法の少なくとも一方が、凝集沈殿手段の接触材集積層を構成する小片接触材のそれと異なっていても良い。
好適には、凝集沈殿手段の接触材集積層を構成する小片接触材は、形状が前段凝集手段の接触材集積層を構成する小片接触材と同じであって、寸法が前段凝集手段の接触材集積層を構成する小片接触材より小さいものを使用する。
【００１４】
本発明の凝集沈殿装置で処理できる原水は、その水源、水質に制約はなく、例えば濁度が数度〜２０００度の範囲にわたる原水に適用できる。尚、原水とは、凝集沈殿装置に導入される被処理水の意味であって、河川水、井戸水、湖沼水等の上水用の原水のみならず、公共下水及び工場排水を処理する凝集沈殿装置では、凝集沈殿装置に導入される排水を原水と言う。
【００１５】
添加手段によって原水に添加する凝集剤は、原水中の懸濁物に対して凝集効果がある限り制約はなく、例えば硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）等のアルミニウム塩を好適に使用できる。
接触材集積層に通水する原水中に含まれる凝集フロックのうち１００μm を越えるものの割合が多くなると、接触材に付着、成長したフロックの粘稠性が増大し、接触材からの剥離性や汚泥として回収した後の脱水性等が低下して望ましくない。従って、１００μm を越えるフロックの割合は、出来るだけ少ないことが望まれ、５％を越えることがないように凝集剤の添加率を調整することが必要である。凝集剤の添加率は、その種類、原水の水質、濁度等により異なるので、予め実験等により好ましい値に設定する。
凝集剤としてアルミニウム系無機凝集剤を使用する場合に、その添加率は、原水の濁度によっても変わるが、一般的には、ＡＬＴ比で０．１〜０．００１、好ましくは０．５〜０．００５である。この範囲のＡＬＴ比により、原水中の懸濁物は、１００μm 以下、好ましくは数μm 〜数１０μm 程度の大きさの懸濁物の微小フロックを形成するように調整される。
【００１６】
前段凝集手段を設け、前段凝集手段の接触材集積層中の空塔通水速度を凝集沈殿手段の接触材集積層中の空塔通水速度より高くすることにより、前段凝集手段では微小フロックを大きな寸法の粗大凝集フロックに成長させると共に粗大化した凝集フロックの大部分を接触材層中に留まらせることなく接触材層外に流出させることができ、後段の凝集沈殿手段では、この流出した粗大凝集フロックをできるだけ重力によって沈殿させて除去すると共に残部の微小フロックのみを接触材集積層中に導いて粗大フロックに成長させ、完全に捕捉することができる。
即ち、前段凝集手段で、原水への凝集剤の添加によって生成された微小フロックを粗大化し、粗大化した凝集フロックを後段の凝集沈殿手段で沈殿、分離させて、後段の凝集沈殿手段の接触材集積層内に流入する単位原水量当たりのフロック量を減少させることにより、後段の凝集沈殿手段の洗浄間隔を長くすることができる。
特に、凝集沈殿手段の接触材集積層を構成する小片接触材を、前段凝集手段の接触材集積層を構成する小片接触材と同じ形状であって、前段凝集手段の接触材集積層を構成する小片接触材より小さい寸法にすることにより、処理水の濁度を低減することができ、また、このような構成とすることにより、前段凝集手段では微小フロックを粗大化させはするが粗大化したフロックを接触材集積層内に留まらせることなくなるべく層外に流出させるようにし、後段の凝集沈殿手段の接触材集積層では前段凝集手段で粗大化されなかった微小フロックを確実に捕捉するというように、機能分担が一層明瞭になって、本発明の効果を向上させることができる。
【００１７】
更に言えば、本発明では、微小フロックの相当量が前段凝集手段で大きな寸法の凝集フロックに成長し、後段の凝集沈殿手段に流入した初期の段階で沈殿分離される結果、後段の凝集沈殿手段の接触材集積層に流入する微小な凝集フロックの量が減少するので、凝集沈殿手段の接触材集積層の洗浄間隔を短くすることなく、従来に比べて小さな小片接触材を使用することができる。
そして、より小さな小片接触材の使用により、接触材集積層内に密に凝集フロックを保持させることが可能となり、凝集フロックと後続の微小フロック等との邂逅機会がより増加し、処理水の濁度を低減することができる。
【００１８】
前段凝集手段の接触材集積層及び凝集沈殿手段の接触材集積層が、同じ処理槽内に下から上に順次に設けられ、原水及び一次処理水はそれぞれを上向流で流れるようにしても良い。この場合には、各接触材集積層は、それぞれの接触材集積層を構成する小片接触材が相互に混じり合わない目開きの多孔状仕切り板により間仕切りされる。
【００１９】
また、前段凝集手段の接触材集積層及び凝集沈殿手段の接触材集積層が、同じ処理槽内に並置され、原水は前段凝集手段の接触材集積層を上向流又は下向流で流れ、一次処理水は凝集沈殿手段の接触材集積層を上向流で流れるようにしても良い。
更には、前段凝集手段の接触材集積層が、凝集沈殿手段の接触材集積層とは別の処理槽内に設けられ、原水が前段凝集手段の接触材集積層を上向流又は下向流で流れるようにしても良い。
【００２０】
また、好適には、原水の濁度を測定する濁度検出手段と、濁度検出手段の検出手段に基づいて、添加手段によるアルミニウム塩の添加量をＡＬＴ比で０．１〜０．００１の範囲に制御する添加量制御手段を設ける。
更には、処理水の濁度検出手段の検出結果に基づいて、処理水の濁度が予め定めた濁度以上になった時点で、後段の凝集沈殿手段の接触材集積層を自動的に洗浄するようにすることもできる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、実施形態例を挙げ、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施形態例１
本実施形態例は、本発明に係る凝集沈殿装置の実施形態の一例であって、図１は本実施形態例の凝集沈殿装置の凝集沈殿槽の構成を示す模式図である。尚、図１及び以下の図２から図４の模式図に示したもののうち、図５から図７と同じものには同じ符号を付して説明を省略している。また、開閉弁、計器等の付属部品は、特に本発明に直接関連するものを除いて記載しない。
本実施形態例の凝集沈殿装置７０は、凝集沈殿槽７２の構成を除いて、図５に示す従来の上昇流式凝集沈殿装置１０と同じ構成を備えている。
凝集沈殿槽７２は、図１に示すように、従来の凝集沈殿槽２０の接触材集積ゾーン３４及び集水ゾーン３６とそれぞれ同じ構成の第２の接触材集積ゾーン７４及び集水ゾーン７６を備え、第２の接触材集積ゾーン７４の下に別の第１の接触材集積ゾーン７８、更にその下に汚泥貯留ゾーン８０を備えている。また、第１の接触材集積ゾーン７８と第２の接触材集積ゾーン７４との間には、単なる空間領域からなる分離ゾーン７９を有する。
第１の接触材集積ゾーン７８に形成される第１の接触材集積層８２は前段凝集手段の接触材集積層として機能し、第２の接触材集積ゾーン７４に形成される第２の接触材集積層８４は後段の凝集沈殿手段の接触材集積層として機能する。
【００２２】
第１の接触材集積ゾーン７８には、円筒部８６を上部に、円筒部８６に連続して逆円錐状部８８を下部に備えた容器８１が設けられ、円筒部８６は多数個の小片接触材（以下、簡単に接触材と言う）を収容し、原水の通水に伴い第１の接触材集積層８２を形成する。なお、容器８１は円筒状のものに限定されるものではなく、角型等の形状であってもよいことは勿論である。
円筒部８６の上端部と下端部には、収容した接触材が原水と共に流出しないように、目板状の流出防止板９０及び９２が設けてある。逆円錐状部８８は、底部で原水の流入管３０と接続し、原水を円筒部８６に一様に分散して導水するために設けてある。
【００２３】
本実施形態例では、円筒部８６内に形成される第１の接触材集積層８２での空塔通水速度を第２の接触材集積層８４での空塔通水速度より大きくなるように設定するために、円筒部８６の直径は凝集沈殿槽７２の直径より小さくなっている。また、第１の接触材集積層８２を構成する接触材は、例えば図７に示した短尺チューブ等であって、その形状が第２の接触材集積層８４を構成する接触材と同じであって、その寸法が大きいものが好ましいが、勿論、寸法が同じであってもよい。
第１及び第２接触材集積層を構成する接触材は、流出防止板９０、９２、３８、４０で囲まれているので、比重の大小を問わず、浮上性接触材及び沈降性接触材のいれずれでも使用できる。更に、真比重がほぼ１で、通水前は下部流出防止板９２、４０上に沈積し、１５０ｍ／ｄ以上の上向流で原水又は一次処理水を通水することによって浮上し、上部流出防止板９０、３８の下で接触材集積層を形成するような接触材を使用することもできる。
【００２４】
分離ゾーン７９は、凝集沈殿槽７２と同じ直径の空間を設けることにより、第１の接触材集積層８２から流出した一次処理水の流速を急激に低下させ、一次処理水に同伴された粗大な凝集フロックを流体力学的に一次処理水から分離する領域である。
分離ゾーン７９の上部、流出防止板材４０の下には、排水管９４が設けてある。排水管９４は、槽内では上半分の無い半割パイプ状の集水管となっている。また、流出防止板材４０の下には、従来の凝集沈殿槽２０と同様に、上方に向け空気を噴射する空気ノズルを多数備えた空気供給管６２が設けられ、空気ブロアー６４で送入された空気を噴出して、接触材集積ゾーン８４の接触材を攪拌洗浄するようになっている。
汚泥貯留ゾーン８０は、容器８１と凝集沈殿槽７２との環状領域及び容器８１の下方領域であって、図６に示した従来の凝集沈殿槽２０と同じように構成されている。
【００２５】
以下に、本実施形態例の凝集沈殿装置７０による水処理方法及び接触材集積層の機能を説明する。
先ず、凝集沈殿装置７０に導入した原水に、ＡＬＴ比が０．１から０．００１となるようにアルミニウム系無機凝集剤を注入し、薬品混和槽１８で急速混和した後、流入管３０を介して原水を凝集沈殿槽７２内に内蔵された容器８１の逆円錐状部８８に導入する。
【００２６】
薬品混和槽１８内及び流入管３０内で、原水中の懸濁物は、凝結反応によって直径十〜数十ミクロン程度の微小フロックを形成する。
原水の通水開始当初は、容器８１内に形成されている第１の接触材集積層８２に流入した原水中の微小フロックは、接触材の「さえぎり」の効果によって、接触材の表面に付着して表面を覆うようにして捕捉されて行く。
一旦、接触材の表面に微小フロックが付着し始めると、後続する微小フロックは接触材の未付着面に付着して捕捉されることに加えて、付着した微小フロック自体が凝集付着力を持っているので、既に接触材の表面に付着した微小フロックに衝突した微小フロックは、その微小フロックに捕捉される。このようにして、微小フロック同士の邂逅が、加速度的に進み、接触材上のフロック層が成長して行く。
付着当初の微小フロックの接触材に対する付着力は、比較的強いために簡単に剥離することはないものの、後続する微小フロックを逐次吸着して次第に粗大化すると原水の水流による剪断力によって剥離する。また、それほど粗大化しないうちに剥離した微小フロックであっても、一定以上の寸法にまで成長した微小フロックは、第１の接触材集積層８２内の水流の遅い所や、水流の影響の及ばない接触材の裏側又は内部空隙内に沈積するようになる。
【００２７】
原水に対する凝集剤注入率が、従来の凝集沈殿法のＡＬＴ比の０．１から０．４に比べて０．１から０．００１と低いため、成長した微小フロックは、大きな密度とフロック強度を持ち、接触材から剥離する際にも解体することはなく、従って、大きな沈降速度を有する。
【００２８】
このようにして、原水中の懸濁物の捕捉が進行すると、接触材表面に付着している微小フロックから大きな沈降速度を持つ粗大な凝集フロックまで多様なフロック群が第１の接触材集積層８２内に包含されるようになる。フロックの堆積が進んで、一部では接触材内部及び接触材同士の間隙を閉塞するが、通過する原水流の圧力によって堆積フロック群が上方に噴出する。
フロック群の噴出現象は、噴出したフロック群を分級する効果を有する。すなわち、粗大化されていないフロック粒子は、原水の流速によって上部に巻き上げられるものの、上部の接触材に接触すると、そこに沈積する。一方、粗大な凝集フロックは、流れに逆らって、噴出した近傍の接触材上に留まる。
微小フロックの付着、成長が進行するにつれて、このようにして、第１の接触材集積層８２内は、粗大化した凝集フロック群によって充満することになり、やがて、凝集フロック群は、一次処理水に伴われて第１の接触材集積層８２を離れ、上部の流出防止板９０から上方に流出する。
【００２９】
第１の接触材集積層８２から流出した一次処理水は、流出した直後には一定の流速を有しているものの、第２の接触材集積層８４までの分離ゾーン７９でその流速が急速に低下するので、粗大な粒子径と大きな密度を持つ凝集フロックは、一次処理水の流れから離れ、その大部分が静水状態の凝集沈殿槽７２と容器８１との間の空間を通過して沈降し、汚泥貯留ゾーン８０に達して、沈殿汚泥として貯留される。
即ち、薬品混和槽１８内及び流入管３０内で形成された微小フロックは、そのうち相当の割合のものが粗大凝集フロックとなって汚泥貯留ゾーン８０に沈降分離される。その結果、下流の第２の接触材集積層８４に流入する一次処理水中の懸濁物の量は、大幅に減少すると共に流入する縣濁物自体も大部分が微小フロックということになる。
【００３０】
第１の接触材集積層８２内の空塔速度を速めているので、第１の接触材集積層８２で粗大化した凝集フロックは、機械的な剥離手段を必要とすることなく、原水の水流により、随時、剥離、同伴される。
従って、特別の洗浄操作を行わなくとも、第１の接触材集積層８２のフロック凝集吸着活性を常に高く保持することができ、また、接触材集積層８２が目詰まりすることもほとんどない。
【００３１】
一方、第２の接触材集積層８４では、そこに流入する微小フロック量が大幅に減少しているので、従来より寸法の小さい接触材を第２の接触材集積層８４の接触材として使用することができ、このように寸法の小さい接触材を使用した場合は、洗浄処理の間隔を短くすることなく、処理水の濁度を低下させることができる。
第２の接触材集積層８４における微小フロックの捕捉メカニズムは、第１の接触材集積層８２の捕捉メカニズムと同じであって、しかも、空塔通水速度が第１の接触材集積層８２のそれよりも遅いため、一次処理水の流れによる凝集フロック群の崩壊、分級作用は、第１の接触材集積層８２より緩やかであって、上方に運ばれる凝集フロックの粒子径は小さくなる。
その結果、通水開始当初は、微小フロックの流入する最下部の接触材の周囲で、凝集フロックの存在量が急激に増大してゆき、恰も、凝集濾過処理の表面濾過的なフロックの捕捉現象が見られ、徐々に閉塞が進行する。しかし、接触材集積層の最下部が完全閉塞に至る前に、一次処理水が圧力損失の少ない場所に集中して流れ、そこで、流れによる崩壊、分級作用が起こって行く。従って、このような微小フロックの捕捉領域は、一次処理水の通水時間の経過とともに第２の接触材集積層８４の下部から上部へと拡大して行く。
【００３２】
なお、第２の接触材集積層８４が凝集フロックによって充満されて行っても、接触材が大きな表面積及び空隙率を持っているので、第２の接触材集積層８４での損失水頭の増大は緩やかである。
また、第２の接触材集積層８４のフロック負荷が小さくなっているので、洗浄処理の間隔が長くなる。
【００３３】
上で述べたように、第２の接触材集積層８４における凝集フロックの捕捉のメカニズムは、一次処理水の通水当初の段階で、表面濾過的に行われ、逐次、崩壊・分級作用によって体積濾過的に凝集フロックの捕捉が継続する。その結果、後続の凝集フロックは、密に存在する凝集フロック群の中を通過してゆくので、その強い付着作用とも相まって、確実に凝集フロック群に吸着される。
従って、たとえ原水濁度が急激に高くなったとしても、粗大フロック或いは微小フロックが第２の接触材集積層８４から一気に流出することが無く、原水通水開始当初から洗浄操作の必要段階まで、常に、低濁度の処理水が安定して得られる。
【００３４】
上述のように、第１の接触材集積層８２内では、空塔通水速度が大であるため、粗大化した凝集フロックを含めて一次処理水と共に流出してゆくので、接触材の洗浄をほとんど行うことなく、長期の通水処理が可能である。
一方、第２の接触材集積層８４では、上記第１の接触材集積層８２内におけるよりも小さな空塔通水速度であって、凝集フロック粒子の剥離、沈殿が広く行われるものの、流入する微小フロックの大半は、第２の接触材集積層８４内に捕捉されるような通水速度で通水されるため、接触材を定期的に洗浄することが必要である。第２の接触材集積層８４で捕捉され、凝集フロックに成長したフロックは、従来の凝集剤過剰添加による粘稠なフロックと異なり、接触材から剥離し易い。そこで、一次処理水の通水を停止し、排水管９４から排水して第２の接触材集積層８４内の保留水を下向流で流すことにより、接触材から簡単に付着フロックを剥離し、同伴、除去して、接触材集積層の目詰まりを解消することができると共に接触材の付着活性を回復することができる。
なお、従来と同様に、通水を停止し、ブロワ６４を起動して空気供給管６２から圧縮空気を第２の接触材集積層８４に送って接触材を撹拌洗浄し、次いで排水管９４から排水するようにしても良い。
【００３５】
汚泥貯留ゾーン８０に貯留された沈殿汚泥は、排泥管６０から排出される。本実施形態例では、沈殿汚泥は、少量の凝集剤注入によって凝集処理されたものであるから、濃縮性が良好であり、槽内で５〜１５％と高濃度に濃縮できる。また得られた濃縮汚泥は、脱水性も極めて良好で、脱水装置が小さくて済み、更にケーキ含水率が低下するので処分費の低減が図れる。
また、本実施形態例では、槽内で５〜１５％と高濃度に濃縮できるので、接触材集積層を有しない従来の高速凝集沈殿池のように、槽内での沈殿汚泥の濃度が１〜２％程度にしかならない低濃度の汚泥を頻繁に引き抜くことによる水損失を招くこともない。
【００３６】
本実施形態例の凝集沈殿装置７０について述べた以上の利点及び効果は、１）装置に導入した原水に必要最小限度の量の無機凝集剤を注入すること、２）大きな表面積及び空隙率を持つ多数個の接触材を集積した第１の接触材集積層８２を前処理手段として設けたこと、３）第１の接触材集積層８２から流出する粗大な凝集フロックを沈殿分離するために分離ゾーン７９を設けたこと、及び、４）第２の接触材集積層８４を単独洗浄できるようにしたことの四つの特長により、もたらされるものである。
【００３７】
実施形態例２
本実施形態例は、実施形態例１の改変例であって、図２は実施形態例２の凝集沈殿装置の要部、即ち凝集沈殿槽の構成を示す模式図である。
実施形態例２の凝集沈殿槽１００は、図２に示すように、凝集沈殿槽１００の槽内に第２の接触材集積層１０２を備えていて、更に、第２の接触材集積層１０２の側方に、該第２の接触材集積層１０２の横断面積に比べて、横断面積の小さい第１の接触材集積層１０４を形成する容器１０６を備えている。
本実施形態例の第１の接触材集積層１０４及び第２の接触材集積層１０２は、それぞれ、実施形態例１の第１の接触材集積層８２及び第２の接触材集積層８４と同じ機能を果たし、第１の接触材集積層１０４から第２の接触材集積層１０２に到る凝集沈殿槽１００の槽内領域１０７は、分離ゾーンとして機能する。
本実施形態例では、従来から使用されているスクレーパ付き汚泥掻き寄せ機１０８を凝集沈殿槽１００の底部に設け、槽内領域１０７及び第２の接触材集積層１０２から沈殿した凝集フロックを汚泥掻き寄せ機１０８により汚泥貯留ゾーン１１０に集泥し、排出している。
【００３８】
実施形態例３
本実施形態例は、実施形態例１の別の改変例であって、図３は実施形態例３の凝集沈殿装置の要部、即ち凝集沈殿槽の構成を示す模式図である。
実施形態例３の凝集沈殿槽１１２は、図３に示すように、一つの処理槽内を隔壁１１１で区画した各区画に、前段凝集手段として設けられた２層の接触材集積層１１３、１１４と、従来の凝集沈殿槽２０と同じ構成を備えて、後段の凝集沈殿手段として設けられた後段凝集沈殿槽１１５とを備えており、接触材集積層１１３、１１４の横断面積は後段凝集沈殿槽１１５内の接触材集積層１１８の横断面積より小さく形成されている。
本実施形態例では、原水は接触材集積層１１３内を上向流で流れ、次いで接触材集積層１１４を下向流で流れ、後段凝集沈殿槽１１５内を上向流で流れる。凝集沈殿槽１１２は、接触材集積層１１３の下方に原水流入管３０が接続され、また、凝集沈殿槽１１５の下部に設けられた汚泥貯留ゾーン８０及び排泥管６０Ａに加えて、接触材集積層１１３、１１４の下部にも排泥管６０Ｂ、Ｃを有する汚泥貯留ゾーン１１６、１１７を備えている。
なお、図示していないが、前段凝集手段として設けられた前記接触材集積層１１３及び１１４の下部に、これらの接触材集積層を洗浄するための空気供給管を付設してもよい。
【００３９】
実施形態例４
本実施形態例は、本発明に係る凝集沈殿装置の実施形態の別の例であって、図４は本実施形態例の凝集沈殿装置の要部、即ち凝集沈殿槽の構成を示すフローシートである。
本実施形態例の凝集沈殿装置１２０は、その要部として、図４に示すように、前段凝集手段として第１の処理槽１２２内に形成された第１の接触材集積層１２４と、第１の処理槽１２２の下流に、該第１の処理槽１２２とは別の槽として形成された従来の凝集沈殿槽２０と同じ構成の凝集沈殿槽１２６を備えており、第１の接触材集積槽１２４の横断面積は、後段の凝集沈殿槽１２６内の接触材集積層４４の横断面積より小さく形成されている。
第１の処理槽１２２は、竪型の円筒槽であって、円筒槽の上部と下部に接触材の流出防止板１２８、１３０を備え、その間に接触材を収容し、原水の導入と共に第１の接触材集積層１２４を形成する。
原水は、第１の接触材集積層１２４内を下向流で流れる。原水中の微小フロックは、実施形態例１の第１の接触材集積層８２と同じ凝集作用により凝集し、凝集したフロックは、一次処理水と共に一次処理水管１３２から凝集沈殿槽１２６に流入する。
尚、別法として、実施形態例１と同様に、原水が第１の接触材集積層１２４内を上向流で流れるようにしても良い。
【００４０】
実施形態例５
本実施形態例は、実施形態例４の改変例であって、第１の処理槽１２２と、第１の処理槽１２２の下流に並列に配列された複数個の凝集沈殿槽１２６とを備えた例である。
この例では、少なくとも一つの凝集沈殿槽１２６を通水状態に維持し、他の凝集沈殿槽１２６を洗浄処理することにより、原水の通水及び処理水の導出を常に維持できる。
【００４１】
実施形態例１の凝集沈殿装置の試験例
本発明に係る凝集沈殿装置の性能を評価するために、実施形態例１の凝集沈殿槽７２と同じ構成の実験槽を以下の仕様で作製した。
0003640285.tif 000002
【００４２】
原水濁度が１５度程度の低濁度の河川表流水を原水として用い、ＡＬＴ比が０．００７となるようにＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）を原水に添加して、低濁度の試料原水を調製した。また、これとは別に、同じ河川水に濁質としてカオリンを添加し、人工的に５００度程度の高濁度カオリン原水を調製し、更に、ＡＬＴ比が０．００５となるようにＰＡＣを添加して高濁度の試料原水を調製した。そして、第２の接触材集積層に対する空塔通水速度（ＬＶ）＝４００ｍ／ｄ（従って、第１の接触材集積層に対する空塔通水速度（ＬＶ）＝７１０ｍ／ｄ）で２通りの試料原水を実験槽にそれぞれ通水して除濁試験を行った。除濁試験で得た処理水濁度、濁度除去率、および汚泥貯留ゾーンからの引き抜き汚泥等の測定結果は、表１に示す通りであった。
【表１】
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【００４３】
従来の凝集沈殿装置の試験例
また、従来の凝集沈殿装置１０の凝集沈殿槽２０と同じ構成の実験槽を以下の仕様で作製した。
0003640285.tif 000004
次いで、実施形態例１の凝集沈殿装置の試験例と同じようにして、除濁試験を行ったところ、除濁試験で得た処理水濁度、濁度除去率、および汚泥貯留ゾーンからの引き抜き汚泥等の測定結果は、表２に示す通りであった。
【表２】
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【００４４】
表１及び表２から明らかな如く、実施形態例１では、濁度１５度程度の低濁水をＡＬＴ比＝０．００７という極めて低率の凝集剤添加率、しかもＬＶ＝４００ｍ／ｄという高い空塔通水速度の条件で、０．４度という低濁度の処理水を得ることができ、原水中の濁度を約９７％以上の除去率で除去することができた。また、固形物濃度が約３．３％という比較的高い濃度で脱水性の良好な引抜き汚泥として得ることができた。
また、人工的に調製した高濁水であっても、低濁水の場合と同様に、原水中の濁度を約９９％以上の除去率で除去することができた。また、固形物濃度が約８．５％という高濃度で脱水性の良好な引抜き汚泥として得ることができた。
一方、従来の凝集沈殿槽では、実施形態例１に比べて、運転継続時間が短く、また、処理水の濁度が著しく高かった。
【００４５】
なお、以上の説明では、上水及び工業用水を得る浄水処理に本発明を適用した例を中心に述べてきたが、浄水処理に限らず、下水、排水処理等においても、本発明を適用することができ、使用する凝集剤としても、アルミニウム系のものに限らず、例えば鉄系無機凝集剤を用いることができる。この場合には、上述したＡＬＴ比に代えてＦｅＴ比（原水濁度に対する鉄イオンの注入量比）、又はＦｅＳＳ比（原水濁質濃度に対する鉄イオンの注入量比）を使用して、フロックの寸法を調整するようにする。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の凝集沈殿装置の凝集沈殿手段と添加手段との間に、前処理手段として、凝集沈殿手段の接触材集積層中の空塔通水速度より高い空塔通水速度で原水を通水する接触材集積層を少なくとも一層有する前段凝集手段を備え、該前段凝集手段の接触材集積層内で凝集させた粗大フロックと共に一次処理水を前段凝集手段から流出させ、後段の凝集沈殿手段に流入させることにより、従来の凝集沈殿装置に比べて、後段の凝集沈殿手段における接触材集積層の洗浄操作と洗浄操作との間の通水時間を長時間にすると共に濁度の低い処理水を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１の凝集沈殿槽の構成を示す模式図である。
【図２】実施形態例２の凝集沈殿槽の構成を示す模式図である。
【図３】実施形態例３の凝集沈殿槽の構成を示す模式図である。
【図４】実施形態例４の凝集沈殿槽の構成を示す模式図である。
【図５】従来の凝集沈殿装置の構成を示すフローシートである。
【図６】従来の凝集沈殿装置に設けた凝集沈殿槽の構成を示す模式図である。
【図７】接触材の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０  従来の上昇流式凝集沈殿装置
１２  原水槽
１４  原水ポンプ
１６  凝集剤添加装置
１８  薬品混和槽
２０  凝集沈殿槽
２２  濁度計
２４  凝集剤槽
２６  原水供給管
２８  凝集剤ポンプ
２９  攪拌機
３０  流入管
３２  原水の流入ゾーン
３４  接触材集積ゾーン
３６  集水ゾーン
３８、４０  流出防止板
４２  小片接触材
４４  接触材集積層
４６  集水部
４８  集水トラフ
５０  流出管
５２  処理水槽
５４  変流板
５６  アルカリ剤注入管
５８  汚泥貯留ゾーン
６０  排泥管
６２  空気供給管
６４  空気ブロアー
７０  実施形態例１の凝集沈殿装置
７２  凝集沈殿槽
７４  第２の接触材集積ゾーン
７６  集水ゾーン
７８  第１の接触材集積ゾーン
７９  分離ゾーン
８０  汚泥貯留ゾーン
８１  容器
８２  第１の接触材集積層
８４  第２の接触材集積層
８６  円筒部
８８  逆円錐状部
９０、９２  流出防止板
９４  排水管
１００  実施形態例２の凝集沈殿槽
１０２  第２の接触材集積層
１０４  第１の接触材集積層
１０６  容器
１０８  スクレーパ付き汚泥掻き寄せ機
１１０  汚泥貯留ゾーン
１１２  実施形態例３の凝集沈殿槽
１１３、１１４  接触材集積層
１１５  後段凝集沈殿槽
１１６、１１７  汚泥貯留ゾーン
１１８  接触材集積層
１２０  実施形態例４の凝集沈殿装置
１２２  第１の処理槽
１２４  第１の接触材集積層
１２６  凝集沈殿槽
１２８、１３０  流出防止板
１３２  一次処理水管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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