(57)【要約】【課題】原水の汚濁濃度の変化によらず、凝集沈殿処理系全体として安定して所望の排泥濃度を維持すること。【解決手段】本発明に係る凝集沈殿装置は、原水に対して無機凝集剤を添加した上で攪拌混合する第１攪拌槽と、原水に対して高分子凝集剤及び不溶性微粒子からなる沈降促進材を添加した上で攪拌混合する第２攪拌槽と、沈降促進材を核としたフロックを形成させるフロック形成槽と、フロックを沈降させて原水を処理水とスラリーとに分離する沈殿槽と、沈殿槽から抜き出されたスラリーを汚泥と沈降促進材とに分離し、分離した沈降促進材を第２攪拌槽に供給するサイクロンとを備え、サイクロン上部出口ラインは、汚泥を排出する汚泥排出ラインと汚泥の少なくとも一部を第１攪拌槽に返送する汚泥返送ラインとに分岐され、第１攪拌槽の汚濁負荷が一定値となるように、汚泥排出ライン又は汚泥返送ラインの少なくとも何れかの流量が制御される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水に含まれる懸濁物質を凝集沈殿処理により汚泥と処理水とに分離する凝集沈殿装置であって、
前記原水に対して無機凝集剤を添加した上で攪拌混合する第１攪拌槽と、
前記第１攪拌槽の後段に設けられ、前記原水に対して高分子凝集剤及び不溶性微粒子からなる沈降促進材を添加した上で攪拌混合する第２攪拌槽と、
前記第２攪拌槽の後段に設けられ、前記沈降促進材を核とした前記懸濁物質のフロックを形成させるフロック形成槽と、
前記フロック形成槽の後段に設けられ、前記フロックを沈降させて、前記原水を前記処理水とスラリーとに分離する沈殿槽と、
前記沈殿槽から汚泥引抜ラインにより抜き出されたスラリーを前記汚泥と前記沈降促進材とに分離し、分離した当該沈降促進材を前記第２攪拌槽に供給するサイクロンと、
を備え、
前記サイクロンにより分離された前記汚泥を移送するサイクロン上部出口ラインは、前記汚泥を排出する汚泥排出ラインと、前記汚泥の少なくとも一部を前記第１攪拌槽に返送する汚泥返送ラインと、に分岐されており、
前記第１攪拌槽への流入経路のそれぞれについて算出される前記懸濁物質の汚濁濃度と流量との積の総和である前記第１攪拌槽の汚濁負荷が一定値となるように、前記汚泥排出ライン又は前記汚泥返送ラインの少なくとも何れかの流量が制御される機能を有する、凝集沈殿装置。
【請求項２】
前記第１攪拌槽の前記汚濁負荷を一定値とする際に、前記原水の汚濁濃度に応じて前記汚泥返送ラインの流量が制御される機能を有する、請求項１に記載の凝集沈殿装置。
【請求項３】
前記汚泥排出ライン又は前記汚泥返送ラインの少なくとも何れか一方には、ラインの流量を制御する流量コントロール弁が設けられる、請求項１又は２に記載の凝集沈殿装置。
【請求項４】
前記処理水を移送する処理水移送ラインから、当該処理水の少なくとも一部を前記第１攪拌槽に返送する処理水返送ラインが分岐しており、
前記第１攪拌槽に流入する前記原水の流量に応じて、前記処理水返送ライン分岐後の前記処理水移送ライン、又は、前記処理水返送ラインの少なくとも何れかの流量が制御される機能を更に有する、請求項１〜３の何れか１項に記載の凝集沈殿装置。
【請求項５】
前記第１攪拌槽、前記第２攪拌槽及び前記フロック形成槽のそれぞれで保持される滞留時間が所定の閾値以下となるように、前記原水の流量に応じて前記処理水返送ラインの流量が制御される機能を有する、請求項４に記載の凝集沈殿装置。
【請求項６】
前記処理水返送ライン分岐後の前記処理水移送ライン、又は、前記処理水返送ラインの少なくとも何れか一方には、ラインの流量を制御する流量コントロール弁が設けられる、請求項４又は５に記載の凝集沈殿装置。
【請求項７】
前記原水は、鉄鋼排水である、請求項１〜３の何れか１項に記載の凝集沈殿装置。
【請求項８】
前記原水は、鉄分を主体とし、真比重２．４３〜４．８０、平均粒子径５．３〜４２．５μｍである鉄鋼排水であり、
前記第１攪拌槽、前記第２攪拌槽及び前記フロック形成槽における滞留時間の閾値は、それぞれ、４分以下、４分以下及び１２分以下である、請求項５又は６に記載の凝集沈殿装置。
【請求項９】
前記原水は、石炭を主体とし、真比重１．３７〜１．４８、平均粒子径１０．２〜２３．３μｍである鉄鋼排水であり、
前記第１攪拌槽、前記第２攪拌槽及び前記フロック形成槽における滞留時間の閾値は、それぞれ、１．５分以下、１．５分以下及び４．５分以下である、請求項５又は６に記載の凝集沈殿装置。
【請求項１０】
前記沈降促進材は、最大粒径が５００μｍ以下であり、真比重が２．６以上である、請求項１〜９の何れか１項に記載の凝集沈殿装置。
【請求項１１】
前記沈降促進材は、スラグである、請求項１〜１０の何れか１項に記載の凝集沈殿装置。
【請求項１２】
原水に含まれる懸濁物質を凝集沈殿処理により汚泥と処理水とに分離する凝集沈殿方法であって、
第１攪拌槽の前記原水に対して無機凝集剤を添加した上で攪拌混合し、
前記第１攪拌槽の後段に設けられた第２攪拌槽の前記原水に対して、高分子凝集剤及び不溶性微粒子からなる沈降促進材を添加した上で攪拌混合し、
前記第２攪拌槽の後段に設けられたフロック形成槽で、前記沈降促進材を核とした前記懸濁物質のフロックを形成させ、
前記フロック形成槽の後段に設けられた沈殿槽で、前記フロックを沈降させて、前記原水を前記処理水とスラリーとに分離し、
前記沈殿槽から汚泥引抜ラインにより抜き出されたスラリーをサイクロンで前記汚泥と前記沈降促進材とに分離し、分離した当該沈降促進材を前記第２攪拌槽に供給し、
前記サイクロンにより分離された前記汚泥を移送するサイクロン上部出口ラインを、前記汚泥を排出する汚泥排出ラインと、前記汚泥の少なくとも一部を前記第１攪拌槽に返送する汚泥返送ラインと、に分岐させ、前記第１攪拌槽への流入経路のそれぞれについて算出される前記懸濁物質の汚濁濃度と流量との積の総和である前記第１攪拌槽の汚濁負荷が一定値となるように、前記汚泥排出ライン又は前記汚泥返送ラインの少なくとも何れかの流量を制御する
ことを特徴とする、凝集沈殿方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凝集沈殿装置及び凝集沈殿方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原水中の汚濁成分を沈殿分離する装置として、原水中に凝集剤と不溶性粒状物とを添加混合し、不溶性粒状物を核としたフロックを凝集形成することによりフロックを重量化させて沈降速度を速め、沈降分離処理を極めて短時間で行えるようにした高速凝集沈殿装置が知られている（例えば、下記の特許文献１を参照。）。
【０００３】
一般的な凝集沈殿装置は、沈殿槽内で一定の滞留時間を確保し、汚泥を濃縮させた上で間欠的に引き抜くため、装置の系外に排出される汚泥濃度は、５％以上と高く安定している。これに対し、下記特許文献１のような不溶性粒状物を用いた高速凝集沈殿装置では、不溶性粒状物を循環再利用する必要があるため、沈殿槽で生成されるスラリーを連続的に引き抜く必要がある。そのため、装置の系外に排出される汚泥濃度が低く、また、原水の濁質負荷の変動に伴って汚泥濃度が大きく変動するという問題があった。
【０００４】
そこで、下記の特許文献２では、サイクロン上部出口のラインを汚泥排出ラインと汚泥循環ラインとに分岐し、分岐した汚泥循環ラインを汚泥引抜ポンプの吸い込み側に接続することで、サイクロン上部出口に排出される汚泥濃度を大きくする凝集沈殿装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２６３４２３０号
【特許文献２】特許第３８６６０５４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献２の装置を用いた場合、分岐した汚泥循環ラインを汚泥引抜ポンプの吸い込み側に供給しているため、一定量の汚泥を供給しても、原水濁度が変動することで、汚泥引抜ポンプにおける汚泥濃度が変動する。そのため、汚泥濃度が高くなった場合は、汚泥引抜ポンプとサイクロンとの間の流路が閉塞する恐れがある。また、汚泥濃度を制御するために、原水濁度に応じて汚泥返送量を制御すると、サイクロン入口流量が変化してサイクロンの分離性能が大幅に低下する恐れがある。サイクロンの分離性能が大幅に低下すると、循環再利用されるべき粒状物（砂）が大量に流出してしまい、凝集沈殿系全体として安定した運転が不可能となり、処理水質の悪化や粒状物（砂）の回収率の低下を招くことになる。また、汚泥濃度を高くすることを狙って原水濃度が低濃度である条件に対応して汚泥循環量を決定すると、原水濃度が高濃度の際に循環ラインの濃度が高くなりすぎて流路が閉塞してしまい運転不可能になるか、サイクロンの分離性能が極端に低下してしまう。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、原水の汚濁濃度等の変化によらず、凝集沈殿処理系全体として安定して所望の排泥濃度を維持することが可能な、凝集沈殿装置及び凝集沈殿方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明によれば、原水に含まれる懸濁物質を凝集沈殿処理により汚泥と処理水とに分離する凝集沈殿装置であって、前記原水に対して無機凝集剤を添加した上で攪拌混合する第１攪拌槽と、前記第１攪拌槽の後段に設けられ、前記原水に対して高分子凝集剤及び不溶性微粒子からなる沈降促進材を添加した上で攪拌混合する第２攪拌槽と、前記第２攪拌槽の後段に設けられ、前記沈降促進材を核とした前記懸濁物質のフロックを形成させるフロック形成槽と、前記フロック形成槽の後段に設けられ、前記フロックを沈降させて、前記原水を前記処理水とスラリーとに分離する沈殿槽と、前記沈殿槽から汚泥引抜ラインにより抜き出されたスラリーを前記汚泥と前記沈降促進材とに分離し、分離した当該沈降促進材を前記第２攪拌槽に供給するサイクロンと、を備え、前記サイクロンにより分離された前記汚泥を移送するサイクロン上部出口ラインは、前記汚泥を排出する汚泥排出ラインと、前記汚泥の少なくとも一部を前記第１攪拌槽に返送する汚泥返送ラインと、に分岐されており、前記第１攪拌槽への流入経路のそれぞれについて算出される前記懸濁物質の汚濁濃度と流量との積の総和である前記第１攪拌槽の汚濁負荷が一定値となるように、前記汚泥排出ライン又は前記汚泥返送ラインの少なくとも何れかの流量が制御される機能を有する凝集沈殿装置が提供される。
【０００９】
前記第１攪拌槽の前記汚濁負荷を一定値とする際に、前記原水の汚濁濃度に応じて前記汚泥返送ラインの流量が制御される機能を有することが好ましい。
【００１０】
前記汚泥排出ライン又は前記汚泥返送ラインの少なくとも何れか一方には、ラインの流量を制御する流量コントロール弁が設けられてもよい。
【００１１】
前記処理水を移送する処理水移送ラインから、当該処理水の少なくとも一部を前記第１攪拌槽に返送する処理水返送ラインが分岐しており、前記第１攪拌槽に流入する前記原水の流量に応じて、前記処理水返送ライン分岐後の前記処理水移送ライン、又は、前記処理水返送ラインの少なくとも何れかの流量が制御される機能を更に有してもよい。
【００１２】
前記第１攪拌槽、前記第２攪拌槽及び前記フロック形成槽のそれぞれで保持される滞留時間が所定の閾値以下となるように、前記原水の流量に応じて前記処理水返送ラインの流量が制御される機能を有してもよい。
【００１３】
前記処理水返送ライン分岐後の前記処理水移送ライン、又は、前記処理水返送ラインの少なくとも何れか一方には、ラインの流量を制御する流量コントロール弁が設けられてもよい。
【００１４】
前記原水は、鉄鋼排水であってもよい。
【００１５】
前記原水は、鉄分を主体とし、真比重２．４３〜４．８０、平均粒子径５．３〜４２．５μｍである鉄鋼排水であり、前記第１攪拌槽、前記第２攪拌槽及び前記フロック形成槽における滞留時間の閾値は、それぞれ、４分以下、４分以下及び１２分以下であってもよい。
【００１６】
前記原水は、石炭を主体とし、真比重１．３７〜１．４８、平均粒子径１０．２〜２３．３μｍである鉄鋼排水であり、前記第１攪拌槽、前記第２攪拌槽及び前記フロック形成槽における滞留時間の閾値は、それぞれ、１．５分以下、１．５分以下及び４．５分以下であってもよい。
【００１７】
前記沈降促進材は、最大粒径が５００μｍ以下であり、真比重が２．６以上であってもよい。
【００１８】
前記沈降促進材は、スラグであってもよい。
【００１９】
また、上記課題を解決するために、本発明によれば、原水に含まれる懸濁物質を凝集沈殿処理により汚泥と処理水とに分離する凝集沈殿方法であって、第１攪拌槽の前記原水に対して無機凝集剤を添加した上で攪拌混合し、前記第１攪拌槽の後段に設けられた第２攪拌槽の前記原水に対して、高分子凝集剤及び不溶性微粒子からなる沈降促進材を添加した上で攪拌混合し、前記第２攪拌槽の後段に設けられたフロック形成槽で、前記沈降促進材を核とした前記懸濁物質のフロックを形成させ、前記フロック形成槽の後段に設けられた沈殿槽で、前記フロックを沈降させて、前記原水を前記処理水とスラリーとに分離し、前記沈殿槽から汚泥引抜ラインにより抜き出されたスラリーをサイクロンで前記汚泥と前記沈降促進材とに分離し、分離した当該沈降促進材を前記第２攪拌槽に供給し、前記サイクロンにより分離された前記汚泥を移送するサイクロン上部出口ラインを、前記汚泥を排出する汚泥排出ラインと、前記汚泥の少なくとも一部を前記第１攪拌槽に返送する汚泥返送ラインと、に分岐させ、前記第１攪拌槽への流入経路のそれぞれについて算出される前記懸濁物質の汚濁濃度と流量との積の総和である前記第１攪拌槽の汚濁負荷が一定値となるように、前記汚泥排出ライン又は前記汚泥返送ラインの少なくとも何れかの流量を制御する凝集沈殿方法が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように本発明によれば、原水の汚濁濃度等の変化によらず、凝集沈殿処理系全体として安定して所望の排泥濃度を維持することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る凝集沈殿装置の構成の一例を示した模式図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る凝集沈殿装置の構成の一例を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２３】
（従来の高速凝集沈殿装置の問題点について）
本発明の実施形態に係る凝集沈殿装置について説明するに先立ち、上記特許文献２に開示されているような高速凝集沈殿装置の問題点についてより詳細に説明し、本発明の目的とするところについて、説明する。
【００２４】
上記特許文献１及び特許文献２に開示されているような高速凝集沈殿装置において、装置に設けられたサイクロンで分離された汚泥は、実際には、高速凝集沈殿装置の後段に設けられた濃縮装置や脱水機等により、濃縮処理されることが多い。しかしながら、鉄鋼排水の処理に用いられるような一般的な凝集沈殿装置（不溶性微粒子を用いないもの）での引抜汚泥の汚濁濃度が５０ｇ／Ｌ以上であるのに対し、高速凝集沈殿装置では、サイクロン上部出口汚濁濃度は、１０ｇ／Ｌ以下と低くなる。そのため、高速凝集沈殿装置の後段に設けられる濃縮装置が大型化したり、脱水機への負荷が大きくなったりするという問題を招く恐れがある。また、凝集沈殿装置の後段に設けられる濃縮装置等は、なるべく小型化することが望ましい。従って、高速凝集沈殿装置におけるサイクロン上部出口汚濁濃度を、一般的な凝集沈殿装置における引抜汚泥の汚濁濃度に近づけることが求められることとなる。
【００２５】
一方、例えば鉄鋼排水のように非操業時と操業時とで原水の性状等（特に、汚濁濃度等の性状）が変動する排水を処理する場合もある。例えば鉄鋼排水の場合、非操業時の汚濁濃度が数十ｍｇ／Ｌ〜数百ｍｇ／Ｌであるのに対し、操業時には汚濁濃度が１０００ｍｇ／Ｌ以上となり、汚濁濃度は大きく変動する。
【００２６】
このような原水汚濁濃度の変動に伴い、沈殿槽で沈殿する汚泥スラリー濃度も変動し、沈殿槽から引き抜かれサイクロンへと移送される汚泥濃度も変化することとなるため、結果として、サイクロン上部出口へと排出される汚泥の濃度も変動することとなる。
【００２７】
以下の表１に示すように、装置に流入する原水の流量や沈殿槽からの汚泥引抜流量が同じであっても、原水の汚濁濃度が変化すると（非操業時：３８０ｍｇ／Ｌ、操業時：１７２０ｍｇ／Ｌ）、サイクロン上部出口汚濁濃度は、大きく変動する。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
ここで、不溶性粒状物を用いた高速凝集沈殿装置では、不溶性粒状物を循環再利用する必要があるため、沈殿槽で生成されるスラリーが連続的に引き抜かれる。そのため、高速凝集沈殿装置では、サイクロン上部出口に排出される汚泥の汚濁濃度は低くなり、また、上記表１に例示したように、原水の汚濁濃度の変動に伴い大きく変動してしまう。
【００３０】
このような問題に対応し、排出される汚泥の汚濁濃度を高めるために、上記特許文献２では、サイクロン上部出口のラインを汚泥排出ラインと汚泥循環ラインとに分岐し、分岐した汚泥循環ラインを汚泥引抜ポンプの吸い込み側に接続することが行われている。上記特許文献２における汚泥循環ラインの接続位置については、汚泥を装置内に返送する以上、添加薬品等のランニングコスト等を抑えるために、装置の後段に汚泥を返送している。
【００３１】
しかしながら、排出する汚泥の汚濁濃度を増加させるためにはなるべく多くの量の汚泥を返送する必要がある一方で、汚泥引抜ポンプの前段に大量の汚泥を返送した場合には、沈殿槽からサイクロンへと向かうラインが閉塞する可能性が生じてしまう。また、上記特許文献２に開示された装置において、原水の汚濁濃度に応じて汚泥返送量を制御した場合、サイクロンの入口流量が変化して、サイクロンの分離性能が低下する恐れもある。
【００３２】
また、上述のように、汚泥循環量の設定によっては、原水濃度が高濃度の際に循環ラインの濃度が高くなりすぎて閉塞してしまい運転不可能になるか、サイクロンの分離性能が極端に低下してしまう。
【００３３】
このように、上記特許文献２に開示された凝集沈殿装置であっても、原水の汚濁濃度の変動には対応しきれない場合が生じうるという問題があった。
【００３４】
そこで、本発明者らは、原水の汚濁濃度の変化によらず、凝集沈殿処理系全体として安定して所望の排泥濃度を維持することが可能な凝集沈殿装置について更なる検討を行った結果、以下で説明する本発明の実施形態に係る凝集沈殿装置及び凝集沈殿方法に想到した。
【００３５】
（第１の実施形態）
＜凝集沈殿装置の構成について＞
以下では、図１を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る凝集沈殿装置の構成について、詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る凝集沈殿装置の構成の一例を模式的に示した模式図である。
【００３６】
本実施形態に係る凝集沈殿装置１０は、原水に含まれる懸濁物質（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  Ｓｏｌｉｄ：ＳＳ）を凝集沈殿処理により汚泥と処理水とに分離する装置である。
【００３７】
ここで、本実施形態に係る凝集沈殿装置１０で処理対象とする原水（排水）については、特に限定されるものではないが、例えば、以下で挙げるような、鉄成分（酸化鉄等）又は石炭を少なくとも含む鉄鋼排水を処理対象とすることも可能である。
【００３８】
（ａ）鉱石ヤード雨水排水（真比重：３．１６、平均粒子径：５．３μｍ）
（ｂ）石炭ヤード雨水排水（真比重：１．４８、平均粒子径：１０．２μｍ）
（ｃ）コークス製造工程で排出される集塵排水（真比重：１．３７、平均粒子径：２３．３μｍ）
（ｄ）熱延工程で排出されるスプレー冷却排水（真比重：３．１６、平均粒子径：３０．０μｍ）
（ｅ）製銑工程で排出される集塵排水（真比重：３．８５、平均粒子径：４２．５μｍ）
（ｆ）製鋼工程で排出される集塵排水（真比重：４．８０、平均粒子径：２６．５μｍ）
（ｇ）連続鋳造工程で排出されるスプレー冷却排水（真比重：３．０９、平均粒子径：１４．０μｍ）
（ｈ）条鋼製造工程で排出されるスプレー冷却排水（真比重：３．２８、平均粒子径：３２．５μｍ）
（ｉ）厚板製造工程で排出されるスプレー冷却排水（真比重：２．４３、平均粒子径：１４．９μｍ）
【００３９】
ここで、上記排水のうち（ｂ）及び（ｃ）の排水が、石炭を含む鉄鋼排水（すなわち、石炭を主体とする鉄鋼排水）に対応し、上記排水のうち（ａ），（ｄ），（ｅ），（ｆ），（ｇ），（ｈ）及び（ｉ）の排水が、酸化鉄を含む鉄鋼排水（すなわち、鉄分を主体とする鉄鋼排水）に対応する。また、上記（ａ）及び（ｂ）の排水は、その名称からも明らかなように、天候によって水量が大きく変動する排水であり、上記（ｃ）〜（ｉ）の排水は、操業時と非操業時とで水量が大きく変動する排水である。
【００４０】
上記のような排水を処理することが可能な本実施形態に係る凝集沈殿装置１０は、図１に示したように、原水が流入する側から順に、第１攪拌槽１１と、第２攪拌槽１３と、フロック形成槽１５と、沈殿槽１７と、を備える。
【００４１】
ここで、本実施形態に係る凝集沈殿装置１０を制御するにあたっては、以下で詳述する第１攪拌槽１１の汚濁負荷が一定値となるように制御を行うことが、重要である。ここで、第１攪拌槽１１の汚濁負荷は、第１攪拌槽１１に流入する懸濁物質の流入経路のそれぞれについて懸濁物質の汚濁濃度と流量との積を算出し、得られた積の総和として規定される。
【００４２】
以下で説明する第１の実施形態に係る凝集沈殿装置１０では、第１攪拌槽１１に流入する懸濁物質の流量が一定であり、かつ、汚濁濃度が変動する場合を想定している。そのため、上記のように規定される第１攪拌槽１１の汚濁負荷のうち操業因子となるものは、汚濁濃度である。従って、以下で詳述する凝集沈殿装置１０では、第１攪拌槽１１の汚濁濃度が一定値となるように、その制御が実施される。
【００４３】
なお、第１攪拌槽１１の汚濁濃度については、後述の通り、汚泥引抜ライン２５を閉塞させないための限界汚濁濃度に応じて設定される汚濁濃度の範囲とすることが重要である。
【００４４】
凝集沈殿処理の対象となる原水は、原水流入ライン２１を介して、第１攪拌槽１１に流入する。原水流入ライン２１には濁度計１０１が設けられており、第１攪拌槽１１に流入する原水の汚濁濃度が管理されている。第１攪拌槽１１では、無機凝集剤添加ラインを介して無機凝集剤が原水に対して添加された上で、モータ駆動の攪拌機１０３により原水が攪拌混合される。添加された無機凝集剤により原水に含まれる懸濁粒子が凝集していくことで、微細なフロックが生成していく。
【００４５】
無機凝集剤の種類は、特に限定されるものではなく、原水の性状にあわせて公知のものを使用可能である。このような無機凝集剤として、例えば、ポリ塩化アルミニウム（Ｐｏｌｙ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｃｈｉｏｒｉｄｅ：ＰＡＣ）、塩化第二鉄、硫酸第二鉄等といった公知のアルミニウム塩や鉄塩を挙げることができる。
【００４６】
ここで、無機凝集剤の添加量については、特に限定されるものではなく、処理対象とする原水の性状等に応じて、適宜決定すればよい。
【００４７】
第１攪拌槽１１において無機凝集剤が添加された原水は、生成した微細な凝集フロックとともに、第２攪拌槽１３へと流入する。第２攪拌槽１３では、原水に対して、高分子凝集剤添加ラインを介して高分子凝集剤が添加されるとともに、沈降促進材添加ラインを介して沈降促進材が添加される。その上で、モータ駆動の攪拌機１０３により原水が攪拌混合される。添加された高分子凝集剤により原水に含まれる懸濁粒子が凝集することで、微細なフロックが少しずつ成長していくとともに、成長しつつあるフロックと添加された沈降促進材とが混合される。
【００４８】
高分子凝集剤の種類は、特に限定されるものではなく、原水の性状にあわせて公知のものを使用可能である。このような高分子凝集剤として、例えば、ノニオン性、アニオン性、カチオン性、又は両性の高分子凝集剤を利用することが可能である。
【００４９】
アニオン性の高分子凝集剤としては、例えば、アクリル酸又はその塩の重合物、アクリル酸又はその塩とアクリルアミドとの共重合物、アクリルアミドと２−アクリルアミド−２メチルプロパンスルホン酸塩の共重合物、アクリル酸又はその塩とアクリルアミドと２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸塩の３元共重合物、ポリアクリルアミドの部分加水分解物等を利用することが可能である。ノニオン性の高分子凝集剤としては、例えばポリアクリルアミドを利用することが可能である。両性の高分子凝集剤としては、例えば、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートの３級塩及び４級塩（塩化メチル塩等）等の少なくとも１種のカチオン性単量体と、アクリル酸及びその塩（ナトリウム、カルシウム等の塩類）、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸塩（ナトリウム、カルシウム等の塩類）等の少なくとも１種のアニオン性単量体の共重合物、又は、上記の少なくとも１種のカチオン性単量体及び上記の少なくとも１種のアニオン性単量体とアクリルアミド等の少なくとも１種のノニオン性単量体との三元もしくは四元以上の共重合物等を利用することが可能である。ここで、高分子凝集剤の分子量は特に限定されるものではないが、例えば５００万〜２０００万の範囲が好ましい。これらの高分子凝集剤は、単独で又は混合物として用いることができる。
【００５０】
原水に添加される沈降促進材は、不溶性微粒子からなるものである。沈降促進材として利用可能な不溶性微粒子として、例えば、天然砂や人工砂等の砂粒（以下、単に「砂」という。）や各種スラグ（例えば高炉水砕スラグ等）を挙げることができる。この沈降促進材は、最大粒径が５００μｍ以下であり、真比重が２．６以上であることが好ましい。最大粒径が５００μｍ以下の沈降促進材は、利用する沈降促進材を例えば篩分けすることにより得ることが可能である。また、沈降促進材の最大粒径は、４００μｍ以下が好ましく、３００μｍ以下が更に好ましい。このような沈降促進材を用いることで、後段の沈殿槽１７において、所望の沈降速度を実現することが可能となる。
【００５１】
ここで、高分子凝集剤及び沈降促進材の添加率については、特に限定されるものではなく、処理対象とする原水の性状等に応じて、適宜決定すればよい。
【００５２】
なお、本実施形態に係る凝集沈殿装置１０では、後述するように、沈降促進材を循環させて利用しているため、第２攪拌槽１３では沈降促進材を常時添加する必要は無い。凝集沈殿装置１０全体で存在している沈降促進材の量が、維持すべき量よりも少なくなった場合に、新たな沈降促進材を添加すればよい。
【００５３】
第２攪拌槽１３において高分子凝集剤及び沈降促進材が添加された原水は、フロック形成槽１５へと流入する。フロック形成槽１５では、高分子凝集剤添加ラインを介して高分子凝集剤が添加されるとともに、モータ駆動の攪拌機１０３により原水を攪拌することで、沈降促進材を核とするフロックを形成させる。より詳細には、第１攪拌槽１１にて形成された微細なフロックは、第２攪拌槽１３にて添加された高分子凝集剤により架橋されて、フロック形成槽１５において、より大きなフロックが形成されることとなる。形成されたフロックには比重の大きな不溶性微粒子が含まれているため、フロック形成槽１５で形成されたフロックは、サイズが比較的大きく比重の大きい、沈殿しやすいフロックとなる。
【００５４】
なお、上記の無機凝集剤や高分子凝集剤として用いる化合物は、ｐＨ、温度、粘性などといった水質全体の物性に応じて決まる上記フロックの表面電荷に応じて、適宜選択すればよい。
【００５５】
フロック形成槽１５においてフロックが形成された原水は、沈殿槽１７へと流入する。沈殿槽１７では、前記フロックを沈降させて、原水を処理水とスラリーとに分離させる。沈殿槽１７には汚泥掻寄機１０５が設けられており、沈殿槽１７内で沈降したフロックを効率良く掻き寄せることが可能となる。また、本実施形態に係る沈殿槽１７の内部には傾斜板１０７が設けられており、沈殿槽１７内に存在するフロックを更に効率良く沈降させることが可能となっている。沈殿槽１７においてフロックが分離することで得られる処理水は、処理水流出ライン２３を介して凝集沈殿装置１０の外部へと移送される。なお、処理水流出ライン２３で移送される処理水の汚濁濃度は、本実施形態に係る凝集沈殿装置１０での原水処理を制御する際の管理値として利用可能である。
【００５６】
ここで、本実施形態に係る凝集沈殿装置１０では、砂やスラグ等の比重の大きな沈降促進材を利用することでフロックの沈降速度を速めることができるため、沈殿槽１７の表面負荷率（沈殿槽への流入水量／沈殿槽の底面積）を小さくすることが可能となる。これにより、本実施形態では、一般的な凝集沈殿装置に比べ、凝集沈殿装置１０の小型化を図ることができる。
【００５７】
沈殿槽１７の底部には、沈殿したフロックを含むスラリーを引き抜くための汚泥引抜ライン２５が接続されており、汚泥引抜ライン２５に設けられた汚泥引抜ポンプ１０９により、スラリーが連続的に沈殿槽１７から引き抜かれる。汚泥引抜ライン２５の末端はサイクロン１１１の入口に接続されており、沈殿槽１７から引き抜かれたスラリーは、所定の圧力や流速等を有した状態でサイクロン１１１へと移送される。
【００５８】
一方、沈殿槽１７により分離された処理水は、処理水ピット１９へと流入する。処理水ピット１９では、処理水が一時的に保持された上で、処理水移送ポンプ１１５により処理水ピット１９から引き抜かれ、処理水移送ライン２３により移送される。
【００５９】
サイクロン１１１は、汚泥引抜ライン２５により移送されてきたスラリーを、汚泥と沈降促進材とに分離する。分離された沈降促進材は、サイクロン１１１の底部に接続されたサイクロン下部出口ライン２７を介して、第２攪拌槽１３へと供給される。また、分離された汚泥は、サイクロン１１１の頂部に接続されたサイクロン上部出口ライン２９により移送される。このように、本実施形態に係る凝集沈殿装置１０では、汚泥引抜ライン２５及びサイクロン下部出口ライン２７により、沈降促進材の循環ラインが形成されている。
【００６０】
サイクロン１１１により分離された汚泥が移送されるサイクロン上部出口ライン２９は、図１に示したように、汚泥返送ライン３１と、汚泥排出ライン３３と、に分岐されている。汚泥返送ライン３１は、サイクロン上部出口ライン２９を移送される汚泥の少なくとも一部を、第１攪拌槽１１へと返送するためのラインであり、汚泥排出ライン３３は、サイクロン上部出口ライン２９を移送される汚泥のうち、第１攪拌槽１１へと返送される汚泥を除いた分を凝集沈殿装置１０の外部へと排出するためのラインである。汚泥排出ライン３３により排出される汚泥は、凝集沈殿装置１０の後段に設けられた濃縮装置（図示せず。）や脱水機（図示せず。）等へと移送される。なお、汚泥排出ライン３３から排出される汚泥の汚濁濃度は、本実施形態に係る凝集沈殿装置１０での原水処理を制御する際の管理値として利用可能である。
【００６１】
第１攪拌槽１１へと返送される汚泥の量（汚泥返送量）は、ラインに設けられた流量コントロール弁１１３により、濁度計１０１によって検知された原水の汚濁濃度に応じて制御される。流量コントロール弁１１３は、汚泥返送ライン３１又は汚泥排出ライン３３の少なくとも何れか一方に設けられていればよく、図１に示したように、汚泥返送ライン３１に汚泥返送量コントロール弁１１３ａを設け、かつ、汚泥排出ライン３３に汚泥排出量コントロール弁１１３ｂを設けても良い。
【００６２】
このように、本実施形態に係る凝集沈殿装置１０では、汚泥引抜ライン２５、サイクロン上部出口ライン２９及び汚泥返送ライン３１により、汚泥を第１攪拌槽１１へと返送する循環ラインが形成されている。本実施形態に係る凝集沈殿装置１０では、従来から行われているように汚泥を凝集沈殿装置のなるべく下流側に返送するのではなく、敢えて凝集沈殿装置の最も上流側に位置する第１攪拌槽１１へと汚泥を返送する。これにより、以下で詳述するように、本実施形態に係る凝集沈殿装置１０では、原水の汚濁濃度の変化によらず、凝集沈殿処理系全体として安定して所望の排泥濃度を維持することが可能となる。
【００６３】
なお、上記説明では、高分子凝集剤添加ラインを介して高分子凝集剤を第２攪拌槽１３及びフロック形成槽１５の双方に添加する場合について記載したが、第２攪拌槽１３及びフロック形成槽１５に添加する高分子凝集剤の添加割合は、処理対象とする原水の性状等に応じて、適宜決定すればよい。また、処理対象とする原水の性状等によっては、高分子凝集剤を、第２攪拌槽１３又はフロック形成槽１５のいずれか一方に対してのみ添加してもよい。
【００６４】
＜凝集沈殿装置の制御方法について＞
続いて、図１に示したような凝集沈殿装置１０の制御方法について、詳細に説明する。
本実施形態に係る凝集沈殿装置１０を含む高速凝集沈殿装置では、フロックを適切に形成することが重要である。高速凝集沈殿装置におけるフロック形成を検討する際には、攪拌強度Ｇと、汚濁濃度Ｃと、撹拌継続時間（すなわち、滞留時間）Ｔと、の積として規定される、いわゆるＧＣＴ値を指標とすることが多い。
【００６５】
本実施形態に係る凝集沈殿装置１０を構成する各処理槽のフロック形成を検討するに際して、ＧＣＴ値を規定する操業因子のうち、攪拌強度Ｇは、例えば以下のような指針で決定することが可能である。
【００６６】
例えば、第１攪拌槽１１に求められる攪拌強度Ｇは、原水に含まれる懸濁粒子と無機凝集剤とで構成される微細な凝集フロックが均一に生成・成長するような攪拌強度に決定される。第２攪拌槽１３に求められる攪拌強度Ｇは、第１攪拌槽１１で生成した微細な凝集フロックが高分子凝集剤により成長しつつ、沈降促進材と均一に混合されるような攪拌強度に決定される。また、フロック形成槽１５に求められる攪拌強度Ｇは、凝集フロックと沈降促進材とを結合・成長させて、沈降促進材を核とするフロックが生成されるような攪拌強度に決定される。
【００６７】
上記のような指針に即してひとたび攪拌強度Ｇが決定されると、実際の操業は、決定した攪拌強度（許容される誤差範囲を含む、ほぼ一定の値）で実施されるため、ＧＣＴ値のうち実際の操業における操業因子は、汚濁濃度Ｃ及び滞留時間Ｔとなる。
【００６８】
本実施形態に係る凝集沈殿装置１０では、後段に設けられる濃縮装置や脱水機の負荷を軽減するために、原水の汚濁濃度によらず排出される汚泥の濃度を所定の高い値に維持することが重要となる。そのためには、汚泥引抜ライン２５における汚濁濃度（「汚泥」＋「沈降促進材」の濃度）を、サイクロン１１１の分離性能を維持しつつ、かつ、汚泥引抜ライン２５が閉塞しないような、なるべく高い値に維持することが求められる。
【００６９】
凝集沈殿装置１０を設計するに際しては、サイクロン１１１における所望の分離性能を実現するための流速や圧力等を維持するために、汚泥引抜ライン２５に関して、汚泥引抜ポンプ１０９の性能や、配管の長さや、汚泥の流量等が設定され、更に、汚泥引抜ライン２５を閉塞させないための限界汚濁濃度が設定される。設定された限界汚濁濃度に応じて、沈殿槽１７における滞留時間、沈降速度、汚濁濃度といった目標値が設定される。また、沈殿槽１７における上記目標値が設定されることで、フロック形成槽１５、第２攪拌槽１３、第１攪拌槽の目標値が順に設定されることとなる。これにより、凝集沈殿装置１０の全体としての滞留時間や、凝集沈殿装置１０全体での沈降促進材の添加率や、汚泥引抜ライン２５の汚濁濃度を限界汚濁濃度以下とするために求められる、第１攪拌槽１１の汚濁濃度の範囲が決定される。
【００７０】
なお、各処理槽における滞留時間、ひいては、凝集沈殿装置１０の全体としての滞留時間が、上記のような観点からひとたび決定されると、実際の操業は、決定した滞留時間に基づいて実施される。より詳細には、凝集沈殿装置１０の全体としての滞留時間は、あまりにも長くなると装置全体の制御が困難となることから、所定の閾値以下となるように制御される。このような閾値は特に限定されるものではないが、例えば沈降速度１００ｍ／ｈｒ以上を実現可能な滞留時間とすることが好ましい。従って、本実施形態に係る凝集沈殿装置１０において、着目すべき操業因子は、汚濁濃度Ｃとなる。
【００７１】
ここで、第１攪拌槽１１の汚濁濃度が小さくなった場合には、排出される汚泥の汚濁濃度が一般的な凝集沈殿装置に比べて低下する可能性がある。そのため、第１攪拌槽１１の汚濁濃度は、一般的な凝集沈殿装置における汚濁濃度と同程度となる所定の閾値以上となり、かつ、汚泥引抜ライン２５の汚濁濃度が限界汚濁濃度以下となるような値に制御される。すなわち、第１攪拌槽１１の汚濁濃度が所定閾値以上となるように汚泥返送ライン３１による汚泥返送量の制御を行うことで、汚泥引抜ライン２５での汚濁濃度を限界汚濁濃度以下に制御しつつ、汚泥排出ライン３３から排出される汚泥の汚濁濃度を高めることが可能となる。
【００７２】
このような制御を行うために、本実施形態に係る凝集沈殿装置１０では、第１攪拌槽１１に流入する原水の汚濁濃度を濁度計１０１により随時計測し、濁度計１０１から得られる汚濁濃度に応じて、汚泥返送ライン３１による汚泥返送量が制御される。より詳細には、濁度計１０１により得られる原水の汚濁濃度が小さい場合には、汚泥返送ライン３１による汚泥返送量が多くなるように制御し、原水の汚濁濃度が大きい場合には、汚泥返送ライン３１による汚泥返送量が少なくなるように制御する。これにより、第１攪拌槽１１の汚濁濃度を所定の目標値以上に維持することが可能となる。なお、所定の目標値は、原水の汚泥濃度の変動の最大値となるように決定されることが好ましい。すなわち、原水の汚泥濃度の変動を埋めるように、汚泥返送ライン３１による汚泥返送量が制御されるため、汚泥返送量をなるべく少なくするためには、原水の汚泥濃度の変動の最大値で維持することが好ましい。
【００７３】
原水の汚濁濃度に応じた汚泥返送量の決定方法については、特に限定されるものではなく、公知のあらゆる方法が利用可能である。例えば、原水の汚濁濃度と汚泥返送量とが互いに関連付けられたルックアップテーブルのようなデータベース等を凝集沈殿装置１０の制御装置（図示せず。）に予め準備しておくことで、汚泥返送量を決定することが可能である。
【００７４】
また、汚泥引抜ライン２５の汚濁濃度については、ラインに濁度計等の計測機器を設置することでモニタリング可能であるが、例えば以下のような方法でも汚泥引抜ライン２５の汚濁濃度を推定することが可能である。すなわち、本実施形態に係る凝集沈殿装置１０では、汚泥排出ライン３３の汚濁量と、汚泥返送ライン３１の汚濁量と、サイクロン下部出口ライン２７の汚濁量との和が、汚泥引抜ライン２５の汚濁量となっている。また、凝集沈殿装置１０内に存在する沈降促進材の量は、ほぼ全量回収できていることを確認しているため、ほぼ一定と考えることができる。従って、汚泥排出ライン３３から排出される汚泥の汚濁量と、凝集沈殿装置１０内に存在する沈降促進材の量に基づいて、上記関係から汚泥引抜ライン２５の汚濁量を推定し、これにより汚泥引抜ライン２５の汚濁濃度を推定することが可能である。
【００７５】
以上、本実施形態に係る凝集沈殿装置１０の制御方法について、詳細に説明した。
【００７６】
このように、本発明の第１の実施形態に係る凝集沈殿装置及び凝集沈殿方法によれば、原水の汚濁濃度に応じて第１攪拌槽への汚泥返送量を制御するようにしたことで、原水の汚濁濃度が変動した場合であっても、処理水質の悪化、沈降速度の低下、サイクロン分離効率の低下などといった不具合を招くことなく、排泥濃度を所望の濃度（例えば、一般的な凝集沈殿装置の排泥濃度である５％以上）に維持することが可能となる。
【００７７】
（第２の実施形態）
本発明の実施形態に係る凝集沈殿装置では、沈降促進材を回収して利用するために、汚泥の連続引き抜きが必要である。このような凝集沈殿装置において原水の汚濁濃度が変動した場合には、第１の実施形態で説明したように排泥汚濁濃度が不安定となり、結果として排泥汚濁濃度が変動してしまう。
【００７８】
また、第１攪拌槽１１に流入する原水の量が減少する場合には、各処理槽の滞留時間が長くなってしまい、過度の攪拌によるフロック破壊が発生して、処理水の水質が悪化してしまう。
【００７９】
従って、原水の汚濁濃度と流量の変動が双方生じてしまうと、以下の表２に示したように、サイクロン上部出口汚濁濃度と、処理水の水質の双方とも変動することとなる。
【００８０】
【表２】
2014237122.tif 000004
【００８１】
【表３】
2014237122.tif 000005
【００８２】
以下で説明する第２の実施形態では、上記のような、懸濁物質の汚濁濃度だけでなく流量までもが変動する場合を例に挙げて、原水の汚濁濃度の変化によらず、凝集沈殿処理系全体として安定して所望の排泥濃度を維持することが可能な凝集沈殿装置について、詳細に説明する。
【００８３】
＜凝集沈殿装置の構成について＞
以下では、図２を参照しながら、本発明の第２の実施形態に係る凝集沈殿装置の構成について、詳細に説明する。なお、以下の説明では、第１の実施形態に係る凝集沈殿装置との相違点に着目し、第１の実施形態に係る凝集沈殿装置と同様の構成については、説明を簡略化する。図２は、本実施形態に係る凝集沈殿装置の構成の一例を模式的に示した模式図である。
【００８４】
本実施形態に係る凝集沈殿装置１０は、原水に含まれる懸濁物質（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  Ｓｏｌｉｄ：ＳＳ）を凝集沈殿処理により汚泥と処理水とに分離する装置である。
【００８５】
ここで、本実施形態に係る凝集沈殿装置１０で処理対象とする原水（排水）については、第１の実施形態に係る凝集沈殿装置１０で処理対象とする原水と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００８６】
本実施形態に係る凝集沈殿装置１０は、図２に示したように、原水が流入する側から順に、第１攪拌槽１１と、第２攪拌槽１３と、フロック形成槽１５と、沈殿槽１７と、を備える。
【００８７】
前述のように、以下で説明する第２の実施形態に係る凝集沈殿装置１０では、第１攪拌槽１１に流入する懸濁物質の流量及び汚濁濃度の双方が変動する場合を想定している。そのため、本実施形態に係る凝集沈殿装置１０では、第１の実施形態に係る凝集沈殿装置１０のように汚濁濃度のみが操業因子となるのではなく、汚濁濃度及び流量により規定される汚濁負荷そのものが操業因子となる。従って、以下で詳述する凝集沈殿装置１０では、第１攪拌槽１１の汚濁負荷が一定値となるように、その制御が実施される。
【００８８】
この際、第１攪拌槽１１の汚濁負荷が操業因子となるものの、汚濁負荷を規定する因子の一つである第１攪拌槽１１の汚濁濃度は、第１の実施形態と同様に、汚泥引抜ライン２５を閉塞させないための限界汚濁濃度に応じて設定される汚濁濃度の範囲とすることが重要である。
【００８９】
凝集沈殿処理の対象となる原水は、原水流入ライン２１を介して、第１攪拌槽１１に流入する。原水流入ライン２１には、濁度計１０１及び流量計１０２が設けられており、第１攪拌槽１１に流入する原水の汚濁濃度及び流入量が管理されている。
【００９０】
ここで、本実施形態に係る凝集沈殿装置１０における第１攪拌槽１１、第２攪拌槽１３、フロック形成槽１５、沈殿槽１７及び処理水ピット１９は、第１の実施形態に係る凝集沈殿装置１０における第１攪拌槽１１、第２攪拌槽１３、フロック形成槽１５、沈殿槽１７及び処理水ピット１９と同様の構成を有している。また、本実施形態に係る凝集沈殿装置１０における汚泥引抜ライン２５、サイクロン下部出口ライン２７、汚泥排出ライン３３、サイクロン１１１及び流量コントロール弁１１３についても、第１の実施形態に係る凝集沈殿装置１０における汚泥引抜ライン２５、サイクロン下部出口ライン２７、汚泥排出ライン３３、サイクロン１１１及び流量コントロール弁１１３と同様の構成を有している。従って、以下では、詳細な説明は省略する。
【００９１】
また、サイクロン１１１により分離された汚泥が移送されるサイクロン上部出口ライン２９は、濁度計１０１が設けられてサイクロン上部出口ライン２９を流れる汚泥の汚濁濃度が管理されている以外は、第１の実施形態に係る凝集沈殿装置１０におけるサイクロン上部出口ラインと同様の構成を有している。更に、汚泥返送ライン３１は、流量計１０２が設けられて汚泥返送ライン３１を流れる汚泥の流量が管理されている以外は、第１の実施形態に係る凝集沈殿装置１０における汚泥返送ライン３１と同様の構成を有している。従って、以下では、詳細な説明は省略する。
【００９２】
一方、本実施形態に係る凝集沈殿装置１０では、図２に示したように、処理水が移送される処理水移送ライン２３から、処理水の少なくとも一部を第１攪拌槽１１へと返送する処理水返送ライン３５が分岐している。これにより、処理水返送ライン３５が分岐した後の処理水移送ライン２３は、処理水を凝集沈殿装置１０の外部へと流出させるための処理水流出ライン３７として機能することとなる。なお、処理水流出ライン３７には、濁度計１０１が設けられており、処理水流出ライン３７から流出する処理水の汚濁濃度は、本実施形態に係る凝集沈殿装置１０での原水処理を制御する際の管理値として利用される。
【００９３】
また、第１攪拌槽１１へと返送される処理水の量（処理水返送量）は、ラインに設けられた流量コントロール弁１１７により制御される。流量コントロール弁１１７は、処理水返送ライン３５又は処理水流出ライン３７の少なくとも何れか一方に設けられていればよく、図２に示したように、処理水返送ライン３５に処理水返送量コントロール弁１１７ａを設け、かつ、処理水流出ライン３７に処理水流出量コントロール弁１１７ｂを設けても良い。ここで、処理水返送ライン３５には、流量計１０２が設けられており、処理水返送ライン３５を流れる処理水の流量が管理されている。
【００９４】
このように、本実施形態に係る凝集沈殿装置１０では、汚泥引抜ライン２５、サイクロン上部出口ライン２９及び汚泥返送ライン３１により、汚泥を第１攪拌槽１１へと返送する循環ラインが形成され、処理水移送ライン２３及び処理水返送ライン３５により、処理水を第１攪拌槽１１へと返送する循環ラインが形成されている。本実施形態に係る凝集沈殿装置１０では、従来から行われているように汚泥を凝集沈殿装置のなるべく下流側に返送するのではなく、敢えて凝集沈殿装置の最も上流側に位置する第１攪拌槽１１へと汚泥を返送するとともに、凝集沈殿処理により分離された処理水を敢えて凝集沈殿装置の最も上流側に位置する第１攪拌槽１１へと返送する。これにより、以下で詳述するように、本実施形態に係る凝集沈殿装置１０では、原水の汚濁濃度及び流量の双方の変化によらず、凝集沈殿処理系全体として安定して所望の排泥濃度を維持することが可能となる。
【００９５】
＜凝集沈殿装置の制御方法について＞
続いて、図２に示したような凝集沈殿装置１０の制御方法について、詳細に説明する。
本実施形態に係る凝集沈殿装置１０においても、第１の実施形態で説明したようなＧＣＴ値を指標として、フロック形成を検討することができる。
【００９６】
ここで、ＧＣＴ値を規定する操業因子のうち、攪拌強度Ｇは、第１の実施形態で説明した指針と同様にして決定することが可能である。
【００９７】
上記のような指針に即してひとたび攪拌強度Ｇが決定されると、実際の操業は、決定した攪拌強度（許容される誤差範囲を含む、ほぼ一定の値）で実施されるため、ＧＣＴ値のうち実際の操業における操業因子は、汚濁濃度Ｃ及び滞留時間Ｔとなる。
【００９８】
これら２種類の操業因子のうち、まず、凝集沈殿装置１０の滞留時間Ｔを所望の閾値以下となるように制御して、処理水の水質を良好な値に維持することが重要となる。そのためには、原水流量の変化に伴うフロックの破壊を防止することが重要であり、装置内の各処理槽における滞留時間を、原水流量の変化によらず、フロックが破壊されない所望の値に維持することが重要となる。以上のことから、装置内の各処理槽における滞留時間を、原水流量の変化によらず、フロックが破壊されない所望の値に維持すること（すなわち、各処理槽における滞留時間を、所定の閾値以下となるように維持すること）が、まず重要となる。
【００９９】
このような制御を行うために、本実施形態に係る凝集沈殿装置１０では、第１攪拌槽１１に流入する原水の流量を流量計１０２により随時計測し、流量計１０２から得られる第１攪拌槽１１への原水の流入量に応じて、処理水返送ライン３５による処理水返送量が制御される。より詳細には、流量計１０２により得られる原水の流入量が少ない場合には、処理水返送ライン３５による処理水返送量が多くなるように制御し、原水の流入量が多い場合には、処理水返送ライン３５による処理水返送量が少なくなるように制御する。これにより、第１攪拌槽１１に流入する原水及び処理水の総流量が定量化され、フロック形成槽１５を含む各処理槽の滞留時間が所望の閾値以下となるように制御することが可能となる。
【０１００】
また、排泥の汚濁濃度を安定させるためには、第１の実施形態にて説明したように、第１攪拌槽１１の汚濁負荷を一定値に制御することが重要となる。図２に示した凝集沈殿装置１０の場合、第１攪拌槽１１に流入する懸濁物質の流入経路は、原水流入ライン２１、汚泥返送ライン３１及び処理水返送ライン３５の３経路である。従って、本実施形態において、第１攪拌槽１１の汚濁負荷Ｌは、原水流入ライン２１の汚濁濃度Ｔｂ１及び流量Ｆ１、汚泥返送ライン３１の汚濁濃度Ｔｂ３及び流量Ｆ３、並びに、処理水返送ライン３５の汚濁濃度Ｔｂ２及び流量Ｆ２を用いて、以下の式１０１のように表わされる。
【０１０１】
汚濁負荷Ｌ＝Ｆ１×Ｔｂ１＋Ｆ２×Ｔｂ２＋Ｆ３×Ｔｂ３  ・・・（式１０１）
【０１０２】
ここで、上記式１０１に用いられる６種類の操業因子のうち汚濁濃度Ｔｂ２，Ｔｂ３は、定常時には所望の値に制御されている値であるため、定数と見なして取り扱うことができる。また、汚濁濃度Ｔｂ１及び流量Ｆ１は、変動する値である。従って、第１攪拌槽１１の汚濁負荷Ｌを一定値とするためには、汚濁濃度Ｔｂ１及び流量Ｆ１の変動に応じて、処理水返送ライン３５の流量Ｆ２と、汚泥返送ライン３１の流量Ｆ３と、を制御すればよいこととなる。
【０１０３】
ここで、処理水返送ライン３５の流量Ｆ２は、各処理槽の滞留時間を所定の閾値以下とするために、上記のように適切に制御される。従って、第１攪拌槽１１の汚濁負荷Ｌを一定値とするためには、汚濁濃度Ｔｂ１及び流量Ｆ１の変動と、各処理槽の滞留時間を所定の閾値以下とするために随時設定される流量Ｆ２と、を受けて、汚泥返送ライン３１の流量Ｆ３を制御すればよいこととなる。従って、汚泥返送ライン３１の流量Ｆ３は、以下の式１０２で得られる値となるように制御される。以下の表３に、以下の式１０２に基づいて算出される汚泥返送ラインの流量Ｆ３の例を示す。なお、以下の表３に示す値はあくまでも一例であって、本実施形態に係る凝集沈殿装置１０の各特性が下記に示す値に限定されるものではない。
【０１０４】
Ｆ３＝（Ｌ−Ｆ１×Ｔｂ１−Ｆ２×Ｔｂ２）／Ｔｂ３  ・・・（式１０２）
【０１０５】
【表４】
2014237122.tif 000006
【０１０６】
このような観点のもとに凝集沈殿装置１０を設計するに際しては、サイクロン１１１における所望の分離性能を実現するための流速や圧力等を維持するために、汚泥引抜ライン２３に関して、汚泥引抜ポンプ１０９の性能や、配管の長さや、汚泥の流量等が設定され、更に、汚泥引抜ライン２３を閉塞させないための限界汚濁濃度が設定される。設定された限界汚濁濃度に応じて、沈殿槽１７における滞留時間、沈降速度、汚濁濃度といった目標値が設定される。また、沈殿槽１７における上記目標値が設定されることで、フロック形成槽１５、第２攪拌槽１３、第１攪拌槽の滞留時間等の目標値が順に設定されることとなる。これにより、凝集沈殿装置１０の全体としての滞留時間や、凝集沈殿装置１０全体での沈降促進材の添加率等が決定される。
【０１０７】
ここで、第１攪拌槽１１に流入する原水は、第１攪拌槽１１からフロック形成槽１５までオーバーフローで流れるため、各槽の滞留時間は、第１攪拌槽１１に対する原水の流入量と、処理水ピット１９から引き抜かれた処理水の少なくとも一部を第１攪拌槽１１に対して返送する処理水返送量と、の合計値で、決定される。
【０１０８】
従って、本実施形態に係る凝集沈殿装置１０では、第１攪拌槽１１に流入する水量が重要である。このため、本実施形態では、第１攪拌槽１１に流入する原水の流量Ｆ１を流量計１０２により随時計測し、流量計１０２から得られる第１攪拌槽１１への原水の流入量Ｆ１に応じて、処理水返送ライン３１による処理水返送量が制御される。より詳細には、流量計１０２により得られる原水の流入量Ｆ１が少ない場合には、処理水返送ライン３５による処理水返送量が多くなるように制御し、原水の流入量Ｆ１が多い場合には、処理水返送ライン３５による処理水返送量が少なくなるように制御する。これにより、第１攪拌槽１１に流入する原水及び処理水の総量が安定して定量化されるため、第１攪拌槽１１からフロック形成槽１５までの各処理槽の滞留時間が所望の閾値以下となるように制御することが可能となる。ちなみに、各処理槽の容量は、上記のような定常状態において、各処理槽の滞留時間が所定の範囲となるように、予め設計されているため、第１攪拌槽１１に流入する原水及び処理水の総量を設定することで、各処理槽の滞留時間を適正な範囲に制御できる。
【０１０９】
各処理槽の滞留時間は、上記のような決定指針に即して、原水の性状に応じて決定すればよいが、例えば以下のような値に設定することができる。例えば、処理対象とする原水が、鉄分を主体とし、真比重２．４３〜３．２８、平均粒子径５．３〜３２．５μｍである鉄鋼排水である場合、第１攪拌槽１１、第２攪拌槽１３及びフロック形成槽１５における滞留時間の閾値は、それぞれ、４分以下、４分以下及び１２分以下とすればよい。また、処理対象とする原水が、石炭を主体とし、真比重１．３７〜１．４８、平均粒子径１０．２〜２３．３μｍである鉄鋼排水である場合、第１攪拌槽１１、第２攪拌槽１３及びフロック形成槽１５における滞留時間の閾値は、それぞれ、１．５分以下、１．５分以下及び４．５分以下とすればよい。
【０１１０】
ここで、石炭を主体とする鉄鋼排水を処理する際の滞留時間が、鉄分（酸化鉄）を主体とする鉄鋼排水を処理する際の滞留時間の約１／３倍としている理由は、石炭を主体とする鉄鋼排水から形成されるフロックが、鉄分を主体とする鉄鋼排水から形成されるフロックよりも壊れやすいためである。
【０１１１】
原水の流入量に応じた処理水返送量の決定方法については、特に限定されるものではなく、公知のあらゆる方法が利用可能である。例えば、原水の流入量と処理水返送量とが互いに関連付けられたルックアップテーブルのようなデータベース等を凝集沈殿装置１０の制御装置（図示せず。）に予め準備しておくことで、処理水返送量を決定することが可能である。
【０１１２】
また、第１攪拌槽１１の汚濁負荷が小さくなった場合には、排出される汚泥の汚濁濃度が一般的な凝集沈殿装置に比べて低下する可能性がある。そのため、第１攪拌槽１１の汚濁負荷は、一般的な凝集沈殿装置における汚濁負荷と同程度となる所定の閾値以上となり、かつ、汚泥引抜ライン２５の汚濁濃度が限界汚濁濃度以下となるような一定値に制御される。すなわち、第１攪拌槽１１の汚濁負荷が所定の一定値となるように、上記１０２に基づいて汚泥返送ライン３１による汚泥返送量の制御を行うことで、汚泥引抜ライン２５での汚濁濃度を限界汚濁濃度以下に制御しつつ、汚泥排出ライン３３から排出される汚泥の汚濁濃度を高めることが可能となる。
【０１１３】
このような制御を行うために、本実施形態に係る凝集沈殿装置１０では、濁度計１０１により、汚濁濃度Ｔｂ１〜Ｔｂ３を随時計測するとともに、流量計１０２により、流量Ｆ１〜Ｆ３を随時計測し、これらの計測結果に応じて、上記式１０２に基づき汚泥返送ライン３１による汚泥返送量が制御される。
【０１１４】
以上、本実施形態に係る凝集沈殿装置１０の制御方法について、詳細に説明した。
【０１１５】
このように、本発明の第２の実施形態に係る凝集沈殿装置及び凝集沈殿方法によれば、原水の汚濁濃度及び流量の変動に応じて、処理水や汚泥を第１攪拌槽に返送することで、装置の前段に調整槽を設けたり凝集沈殿設備の系列分割を行ったりすることなく、原水水量を定量化して各処理槽の滞留時間や表面負荷率を一定に保持することが可能となり、更に、処理水質の悪化、沈降速度の低下、サイクロン分離効率の低下などといった不具合を招くことなく、排泥濃度を所望の濃度（例えば、一般的な凝集沈殿装置の排泥濃度である５％以上）に維持することが可能となる。その結果、本発明の実施形態に係る凝集沈殿装置及び凝集沈殿方法では、処理水質及び排泥濃度を安定化することが可能となる。かかる凝集沈殿装置及び凝集沈殿方法を利用することで、凝集沈殿装置の設置スペースが極めて狭隘であり、また、例えば鉄鋼排水のように水量変動の大きな原水を処理対象とする場合であっても、処理水質や排泥濃度を極めて簡便に維持することができる。
【実施例】
【０１１６】
続いて、実験例を示しながら、本発明の実施形態に係る凝集沈殿装置について具体的に説明する。なお、以下に示す実験例は、本発明の実施形態に係る凝集沈殿装置を具体的に説明するための一例にすぎず、本発明の実施形態に係る凝集沈殿装置が下記の例に限定されるわけではない。
【０１１７】
○実験例１−第１の実施形態に係る凝集沈殿装置の検証例
（実施例１）
汚濁濃度が互いに異なる２種類のコークス集塵排水を原水として利用し、図１に示した本発明の第１の実施形態に係る凝集沈殿装置１０により凝集沈殿処理を行った。この際、無機凝集剤として、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）を利用し、添加率は５０ｍｇ／Ｌとした。また、高分子凝集剤として、弱アニオン性高分子凝集剤（分子量：１６００万）を利用し、添加率は１．０ｍｇ／Ｌとした。なお、弱アニオン性高分子凝集剤は、第２攪拌槽１３に対して全添加率の１０％を添加し、フロック形成槽１５に対して全添加率の９０％を添加した。更に、沈降促進材として砂粒（天然砂）を利用し、（フロック形成槽１５での沈降促進材の存在量／フロック形成槽１５での水量）で表されるフロック形成槽１５の沈降促進材濃度が１０ｇ／Ｌとなるようにした。用いた砂粒の最大粒径は３００μｍであり、真比重は２．６であった。これらを利用し、第１攪拌槽１１の汚濁濃度が３６００ｍｇ／Ｌ以上となるように、凝集沈殿装置１０の制御を行った。
【０１１８】
なお、本実施例において、汚泥引抜ライン２５の長さは約１５ｍであり、汚泥引抜ライン２５の限界汚濁濃度は、１５０ｇ／Ｌ（１５％）である。
【０１１９】
本実施例において、第１攪拌槽１１への原水の注入量（原水流量）、沈殿槽１７からの汚泥引抜流量、及び、沈殿槽１７の表面負荷率（沈殿槽への流入水量／沈殿槽の底面積）は、以下の表４に示した通りである。また、汚泥返送ライン３１による汚泥返送量は、原水の汚濁濃度に応じて、以下の表４に示したように設定された。処理の結果得られたサイクロン上部出口汚濁濃度と、処理水の汚濁濃度とを、以下の表４に併せて示した。
【０１２０】
（比較例１）
上記実施例１において、汚泥返送ライン３１により汚泥を返送しないようにした（汚泥返送量をゼロとした）以外は実施例１と同様にして、汚濁濃度が互いに異なる２種類のコークス集塵排水に対して凝集沈殿処理を実施した。処理条件及び得られた結果を、以下の表５に併せて示した。
【０１２１】
（比較例２）
上記実施例１において、汚泥返送ライン３１による汚泥の返送先を、第１攪拌槽１１ではなく汚泥引抜ポンプ１０９の吸い込み側として（すなわち、上記特許文献２と同様の返送先として）、汚濁濃度が互いに異なる２種類のコークス集塵排水に対して凝集沈殿処理を実施した。ここで、サイクロン１１１へのスラリーの流入量を一定とするために、汚泥返送量は、原水の汚濁濃度によらず一定量とした。処理条件及び得られた結果を、以下の表６に併せて示した。
【０１２２】
【表５】
2014237122.tif 000007
【０１２３】
【表６】
2014237122.tif 000008
【０１２４】
【表７】
2014237122.tif 000009
【０１２５】
表４から明らかなように、本発明の第１の実施形態に係る凝集沈殿装置１０では、原水の汚濁濃度によらず、サイクロン上部出口汚濁濃度（排泥濃度でもある。）が５００００ｍｇ／Ｌとなった。一般的な凝集沈殿装置（間欠的に汚泥を引き抜く装置）における排泥濃度が約５００００ｍｇ／Ｌであることから、本発明の第１の実施形態に係る凝集沈殿装置１０では、非常に高濃度の排泥濃度が実現できていることがわかる。また、本発明の第１の実施形態に係る凝集沈殿装置１０では、原水の汚濁濃度が１７２０ｍｇ／Ｌから３８０ｍｇ／Ｌへと４分の１以下まで変化した場合であっても、一定したサイクロン上部出口汚濁濃度が実現できていることがわかる。
【０１２６】
一方、汚泥を返送しなかった比較例１では、表５から明らかなように、サイクロン上部出口汚濁濃度の値が極めて小さな値となり、かつ、原水の汚濁濃度の変化に応じて変動していることがわかる。
【０１２７】
また、汚泥の返送先を汚泥引抜ポンプ１０９の吸い込み側とした比較例２では、比較例１よりはサイクロン上部出口汚濁濃度は大きくなったものの、原水の汚濁濃度の変化に応じてサイクロン上部出口汚濁濃度が変動していることがわかる。
【０１２８】
このように、本発明の第１の実施形態に係る凝集沈殿装置及び凝集沈殿方法では、原水の汚濁濃度の変化によらず、凝集沈殿処理系全体として安定して所望の排泥濃度を維持することが可能となることが明らかとなった。
【０１２９】
○実験例２−第２の実施形態に係る凝集沈殿装置の検証例
（実施例２）
コークス集塵排水（真比重：１．３７、平均粒子径：２３．３μｍ）を原水として利用し、図２に示した本発明の第２の実施形態に係る凝集沈殿装置１０により凝集沈殿処理を行った。この際、無機凝集剤として、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）を利用し、添加率は５０ｍｇ／Ｌとした。また、高分子凝集剤として、弱アニオン性高分子凝集剤（分子量：１６００万）を利用し、添加率は１．０ｍｇ／Ｌとした。なお、弱アニオン性高分子凝集剤は、第２攪拌槽１３に対して全添加率の１０％を添加し、フロック形成槽１５に対して全添加率の９０％を添加した。更に、沈降促進材として砂粒（天然砂）を利用し、（フロック形成槽１５での沈降促進材の存在量／フロック形成槽１５での水量）で表されるフロック形成槽１５の沈降促進材濃度が１０ｇ／Ｌとなるようにした。用いた砂粒の最大粒径は３００μｍであり、真比重は２．６であった。これらを利用し、凝集沈殿装置１０の制御を行った。
【０１３０】
本実施例において、第１攪拌槽１１への原水の注入量（原水流量）Ｆ１と汚濁濃度Ｔｂ１、第１攪拌槽の汚濁負荷Ｌ、沈殿槽１７からの汚泥引抜流量、第１攪拌槽〜フロック形成槽１５のそれぞれの滞留時間、沈殿槽１７の表面負荷率（沈殿槽への流入水量／沈殿槽の底面積）は、以下の表７に示した通りである。また、汚泥返送ライン３１による汚泥返送量Ｆ３と、処理水返送ライン３５による処理水返送量Ｆ２とは、以下の表７に示したように設定された。処理の結果得られたサイクロン上部出口汚濁濃度Ｔｂ３と、処理水の汚濁濃度Ｔｂ２とを、以下の表７に併せて示した。
【０１３１】
（比較例３）
上記実施例２において、汚泥返送ライン３１による汚泥の返送と、処理水返送ライン３５による処理水の返送と、を実施しないようにした以外は実施例２と同様にして、コークス集塵排水に対して凝集沈殿処理を実施した。処理条件及び得られた結果を、以下の表８に併せて示した。
【０１３２】
【表８】
2014237122.tif 000010
【０１３３】
【表９】
2014237122.tif 000011
【０１３４】
【表１０】
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【０１３５】
【表１１】
2014237122.tif 000013
【０１３６】
表７から明らかなように、本発明の第２の実施形態に係る凝集沈殿装置１０では、原水の汚濁濃度や流量によらず、サイクロン上部出口汚濁濃度（排泥濃度でもある。）が５００００ｍｇ／Ｌとなり、かつ、処理水のＳＳが２０ｍｇ／Ｌとなった。一般的な凝集沈殿装置（間欠的に汚泥を引き抜く装置）における排泥濃度が約５００００ｍｇ／Ｌであることから、本発明の第２の実施形態に係る凝集沈殿装置１０では、非常に高濃度の排泥濃度が実現できていることがわかる。また、本発明の実施形態に係る凝集沈殿装置１０では、原水の汚濁濃度が１７２０ｍｇ／Ｌから１００ｍｇ／Ｌまで変化した場合であっても、一定したサイクロン上部出口汚濁濃度及び処理水のＳＳが実現できていることがわかる。
【０１３７】
一方、汚泥及び処理水を返送しなかった比較例３では、表８から明らかなように、サイクロン上部出口汚濁濃度の値が大きく変動し、かつ、処理水のＳＳも変動していることがわかる。
【０１３８】
このように、本発明の第２の実施形態に係る凝集沈殿装置及び凝集沈殿方法では、原水の汚濁濃度及び流量の変化によらず、凝集沈殿処理系全体として安定して所望の排泥濃度を維持することが可能となることが明らかとなった。
【０１３９】
なお、沈降促進材として、上記砂粒に替えて高炉水砕スラグ（最大粒径：４００μｍ、真比重：２．８）を用いた場合についても、上記実験例１及び実験例２と同様の結果を得ることができた。また、コークス集塵排水に替えて、上記（ｂ），（ｅ）〜（ｉ）で列挙した各種排水に対して同様に処理を行った場合についても、上記実験例１及び実験例２と同様の結果を得ることができた。
【０１４０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１４１】
１０    凝集沈殿装置
１１    第１攪拌槽
１３    第２攪拌槽
１５    フロック形成槽
１７    沈殿槽
１９    処理水ピット
２１    原水流入ライン
２３    処理水流出ライン
２５    汚泥引抜ライン
２７    サイクロン下部出口ライン
２９    サイクロン上部出口ライン
３１    汚泥返送ライン
３３    汚泥排出ライン
３５    処理水返送ライン
３７    処理水流出ライン
１０１    濁度計
１０２    流量計
１０３    攪拌機
１０５    汚泥掻寄機
１０７    傾斜板
１０９    汚泥引抜ポンプ
１１１    サイクロン
１１３，１１７    流量コントロール弁
１１３ａ    汚泥返送量コントロール弁
１１３ｂ    汚泥排出量コントロール弁
１１７ａ    処理水返送量コントロール弁
１１７ｂ    処理水流出量コントロール弁
【図１】
2014237122.tif 000014
【図２】
2014237122.tif 000015