(57)【要約】【課題】濁質の沈降速度の向上を可能とする水処理装置および水処理方法を提供することである。【解決手段】実施形態の水処理装置は、凝集装置と、粒度分布制御装置と、固液分離装置とを持つ。凝集装置は、濁質を含む被処理水に凝集剤を混合させることにより、濁質と凝集剤とを凝集させて凝集物とする。粒度分布制御装置は、凝集物の表面を球面化するとともに、凝集物の粒度分布を狭くする。固液分離装置は、被処理水から凝集物を分離する。【選択図】図１
2019217448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
濁質を含む被処理水に凝集剤を混合させることにより、前記濁質と前記凝集剤とを凝集させて凝集物とする凝集装置と、
前記凝集物の表面を球面化するとともに、前記凝集物の粒度分布を狭くする粒度分布制御装置と、
前記被処理水から前記凝集物を分離する固液分離装置と、を備える水処理装置。
【請求項２】
前記粒度分布制御装置は、前記凝集物を含む被処理水を、下記の式（１）で定義される撹拌力（Ｇ）を１０００以上５０００以下の範囲で撹拌時間１０秒〜１０分で撹拌するものである、請求項１に記載の水処理装置。
Ｇ＝（Ｐ／（Ｖ・μ））１／２・・・（１）
（式中、Ｐは粒度分布制御装置に投入したエネルギー（Ｗ）、Ｖは粒度分布制御装置に備えられ、被処理水を収容する撹拌槽の容量（ｍ３）、μは水の粘性係数（ｋｇ／ｍ・ｓ）を表わす。）
【請求項３】
濁質を含む被処理水に凝集剤を混合させることにより、前記濁質と前記凝集剤とを凝集させて凝集物とする凝集工程と、
前記凝集物の表面を球面化するとともに、前記凝集物の粒度分布を狭くする粒度分布制御工程と、
前記被処理水から前記凝集物を分離する固液分離工程と、を備える水処理方法。
【請求項４】
前記粒度分布制御工程は、前記凝集物を含む被処理水を、下記の式（１）で定義される撹拌力（Ｇ）を１０００以上５０００以下とし、撹拌時間１０秒〜１０分で撹拌する工程である、請求項３に記載の水処理方法。
Ｇ＝（Ｐ／（Ｖ・μ））１／２・・・（１）
（式中、Ｐは粒度分布制御工程に投入したエネルギー（Ｗ）、Ｖは粒度分布制御工程において被処理水を収容する撹拌槽の容量（ｍ３）、μは水の粘性係数（ｋｇ／ｍ・ｓ）を表わす。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、水処理装置および水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
上下水道、排水処理、用水供給等の分野においては、水を浄化するために、様々な方法が考案され、実施されている。水の浄化方法は、水中の固形物や溶解物のうち、不要な物や後段プロセスに排出することができない物等を除去する方法である。
一般的な水の浄化方法としては、水槽を設置して、そこに被処理水を滞留させ、比重差と重力により固形物を分離する沈降分離や浮上分離、加圧により空気を溶解させた水を固形物と接触させて、固形物に微細気泡を付着させ浮上させる加圧浮上分離等が挙げられる。
【０００３】
被処理水が、油分や有機物、多量の懸濁物質（以下、「濁質」と言う。）、コロイド（微細な濁質）等を含有する場合には、比重差を利用して、固形物を分離することが困難である。その場合には、沈降分離や浮上分離に加えて、被処理水に凝結剤や凝集剤等の薬品を添加して、固形物を粗大化させてから分離する凝集処理を併用する。その他にも、多孔質のセラミクスや樹脂を用いてろ過する膜分離や、微生物に有機物等を捕食させる活性汚泥法等を用いてもよい。
【０００４】
このような分離法の中でも、沈降分離は消耗部品が少なく、メンテナンス性に優れるためその他の手法と比べ広く用いられている。
【０００５】
沈降分離における課題としては、例えば、設置面積の大きさが挙げられる。沈降分離は比重差を利用し分離するために、被処理水の流量・凝集物の沈降速度に応じて沈殿槽の容積が大きくなる。分離速度を速くすることが出来れば、設備を小型化することが出来る。
沈降速度は凝集物の密度や大きさに依存している。しかしながら、凝集物は大量の水を含んだゲル状の凝集剤と濁質の混合物であり、これを大きくするために凝集剤を増やすと密度の低下や強度の低下を招くため、結果的に沈降速度を向上させることが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−８５２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、濁質の沈降速度の向上を可能とする水処理装置および水処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の水処理装置は、凝集装置と、粒度分布制御装置と、固液分離装置とを持つ。凝集装置は、濁質を含む被処理水に凝集剤を混合させることにより、濁質と凝集剤とを凝集させて凝集物とする。粒度分布制御装置は、凝集物の表面を球面化するとともに、凝集物の粒度分布を狭くする。固液分離装置は、被処理水から凝集物を分離する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態の水処理装置を示す模式図。
【図２】濁質とゲル状の凝集剤を示す模式図。
【図３】実施形態の水処理方法の凝集工程における濁質と凝集剤を含む凝集物を示す模式図。
【図４】実施形態の水処理方法の粒度分布制御工程の途中における凝集物を示す模式図。
【図５】実施形態の水処理方法の粒度分布制御工程が完了した状態の凝集物を示す模式図。
【図６】実施形態の水処理方法の固液分離工程を示す模式図。
【図７】実施形態の水処理方法の固液分離工程における沈降速度比を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態の水処理装置および水処理方法を、図面を参照して説明する。
図１に示す水処理装置１００は、凝集装置１と、粒度分布制御装置２と、固液分離装置３とから概略構成されている。これらの装置は、被処理水を移送する方向に沿って、この順に設けられている。
水処理装置１００は、図１に示すように、被処理水貯留槽５と、凝集剤貯留槽６とを有していてもよい。これらの構成要素は、配管等からなる流路で接続されている。
【００１１】
凝集装置１は、濁質を含む被処理水に凝集剤を混合させるとともに、被処理水中に凝集物を形成させる装置である。凝集装置１は、濁質を含む被処理水を収容するための処理槽７を有する。凝集装置１としては、一般的な撹拌翼を備えた撹拌装置等が用いられる。凝集装置１では、被処理水中の濁質を凝集させて凝集物とするために、一般的な凝集処理における撹拌が行われる。すなわち、凝集装置１では、濁質を含む被処理水に対してエネルギーを投入することにより、濁質と凝集剤とを混合し、その物質同士を衝突させ、粗大化させて凝集物とする。凝集物は、濁質と凝集剤との混合物である。
【００１２】
次に、粒度分布制御装置２は、撹拌槽８を有している。粒度分布制御装置２は、凝集装置１から排出された被処理水を撹拌槽８にて、下記の式（１）で定義される撹拌力（Ｇ）で撹拌する装置である。撹拌力（Ｇ）は１０００以上５０００以下であることが好ましい。
Ｇ＝（Ｐ／（Ｖ・μ））１／２・・・（１）
（式中、Ｐは粒度分布制御装置に投入したエネルギー（Ｗ）、Ｖは粒度分布制御装置に備えられ、被処理水を収容する撹拌槽８の容量（ｍ３）、μは水の粘性係数（ｋｇ／ｍ・ｓ）を表わす。）
【００１３】
粒度分布制御装置２では、凝集装置１において形成された凝集物の表面を球面化するとともに、凝集物の粒度分布を狭くする。撹拌力（Ｇ）が１０００以上５０００以下であれば、凝集物の表面を球面化するとともに、凝集物の粒度分布を狭くすることができる。粒度分布制御装置２に投入したエネルギーＰ（Ｗ）は、粒度分布制御装置２に備えられた電力計等によって確認することができる。
【００１４】
粒度分布制御装置２において、被処理水中に形成させた凝集物の表面を球面化させるための撹拌とは、凝集物を含む被処理水に対してエネルギーを投入することで生じる、凝集物間のせん断力、物質間の衝突、物質と撹拌槽８の内壁面との衝突等によって、凝集物表面を球面化させることである。
【００１５】
また、粒度分布制御装置２において、被処理水中に形成させた凝集物の粒度分布を狭くさせるための撹拌とは、表面が球面化された凝集物を含む被処理水に対してエネルギーを投入することで生じる、凝集物間のせん断力、物質間の衝突、物質と撹拌槽８の内壁面との衝突等によって、凝集物の粒度分布を狭くさせることである。
【００１６】
粒度分布制御装置２では、凝集物の表面を球面化するとともに、凝集物の粒度分布を狭くする操作が一度に行われる。そのためには、粒度分布制御装置２における撹拌時間を１０秒〜１０分の範囲にするとよい。
【００１７】
粒度分布制御装置２は、攪拌装置、分散装置および乳化装置からなるからなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。これらの装置は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの装置を用いることにより、凝集物の凹凸を除去し、凝集物の粒度分布を狭くさせることができる。
【００１８】
固液分離装置３は、凝集物を含む被処理水を静置し、凝集物と処理水に固液分離する装置である。固液分離装置３は、具体的には、沈降分離槽が挙げられる。
【００１９】
被処理水貯留槽５は、配管等からなる流路を介して、凝集装置１と産業施設２００に接続されている。
被処理水貯留槽５は、産業施設２００から排出された被処理水（廃水）を貯留し、その被処理水を凝集装置１へ供給する槽である。
【００２０】
凝集剤貯留槽６は、被処理水貯留槽５と凝集装置１を接続する流路の途中で、かつ、その流路における凝集装置１の直前に、配管等からなる流路を介して接続されている。
凝集剤貯留槽６は、被処理水貯留槽５から凝集装置１へ供給される直前の被処理水に、凝集剤を添加する槽である。
【００２１】
なお、図１では、凝集剤貯留槽６が、被処理水貯留槽５と凝集装置１を接続する流路の途中に接続され、その流路の途中で、凝集剤貯留槽６から被処理水に凝集剤を添加している場合を例示したが、本実施形態はこれに限定されない。本実施形態では、凝集剤貯留槽６を凝集装置１に直接、接続して、凝集剤貯留槽６から凝集装置１内の処理水に直接、凝集剤を添加してもよい。
【００２２】
（水処理方法）
図１〜図７を用いて、水処理装置１００を用いた水処理方法の一例を説明するとともに、水処理装置１００の作用を説明する。
実施形態に係る水処理装置１００において、処理対象の被処理水とは、例えば、産業施設２００から排出される油分や有機物、固形物、コロイド等の濁質を含む産業廃水等である。
被処理水は、ポンプ等により、被処理水槽５から凝集装置１へ移送される。
【００２３】
（凝集工程）
凝集工程では、凝集装置１により、図２に示すような、粗大なゲル状の凝集剤３２０によって濁質３１０を凝集させて、図３に示すような凝集物３３０とする。より詳細には、被処理水貯留槽５から凝集装置１へ移送中の被処理水に、凝集剤貯留槽６から凝集剤３２０を添加する。凝集剤３２０を添加する位置は、図１の例では凝集装置１の直前であるが、これに限定されるものではない。
【００２４】
凝集装置１による撹拌力によって濁質３１０と凝集剤３２０とを含む被処理水を撹拌することにより、濁質３１０と凝集剤３２０とを接触させ、粗大化させていくことで、凝集物３３０とする。凝集剤３２０の添加量は、特に限定されず、被処理水における濁質３１０の含有量において適宜調整される。
【００２５】
凝集剤３２０としては、鉄系凝集剤やアルミニウム系凝集剤が用いられる。鉄系凝集剤としては、例えば、ポリ鉄、塩化第二鉄等が挙げられる。アルミニウム系凝集剤としては、例えば、硫酸アルミニウム（硫酸バンド）、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）等が挙げられる。
【００２６】
凝集装置１において形成された凝集物３３０は、図３に示すように、ゲル状で、被処理水との界面が不明りょうな不定形状を有しており、密度が低く、その大きさも一定ではなく、粒度分布の分布幅が比較的大きい状態にある。このため、水に対する比重差が小さく、沈降分離しにくい状態にある。また、１つの凝集物３３０には、複数の濁質３１０が取り込まれている。
【００２７】
次いで、凝集物３３０を含む被処理水は、ポンプ等により、凝集装置１から粒度分布制御装置２へ移送される。
【００２８】
（粒度分布制御工程）
粒度分布制御工程では、粒度分布制御装置２により、図４に示すように、凝集物３３０の表面を球面化させ、更に図５に示すように、凝集物３３０の粒径が一定に揃うように調整することで、被処理水中の凝集物３３０の粒度分布を狭くさせる。より詳細には、粒度分布制御装置２による撹拌力によって被処理水を撹拌することにより、凝集物３３０の表面を球面化させるととともに、凝集物３３０の粒度分布を狭くさせる。
【００２９】
図４に示すように、凝集物３３０の表面が不定形な形状から球面状になることで、凝集物３３０の流体抵抗力が低下するようになる。凝集物３３０の流体抵抗力が低下することにより、沈降速度の低下を抑制できるようになる。更に、凝集物の密度も向上する。また、図５に示すように、凝集物３３０の粒度分布の範囲が狭くなり、凝集物３３０の大きさが比較的均一になれば、凝集物３３０の沈降速度が均一化される。これにより、水に対する比重差が大きくなり、沈降速度の向上が図られる。
【００３０】
粒度分布制御工程において、凝集物３３０を含む被処理水を撹拌する際の撹拌力は、上述の通り、上記の式（１）で定義される撹拌力（Ｇ）で１０００以上５０００以下であることが好ましい。撹拌力（Ｇ）が１０００未満では、凝集物３３０の表面を球面化させ、かつ、凝集物３３０の粒度分布を狭くさせることができない。また、撹拌力（Ｇ）が５０００を超えると、撹拌力が強すぎるため、凝集物３３０の粒径が大幅に低下し、凝集物３３０の流体抵抗力が高まり、沈降速度が低下してしまう。
【００３１】
また、粒度分布制御工程において、凝集物３３０を含む被処理水を撹拌する際の撹拌時間は、上述の通り、１０秒〜１０分であることが好ましい。撹拌時間が１０秒未満では、凝集物３３０の表面を球面化させ、かつ、凝集物３３０の粒度分布を狭くさせることができない。また、撹拌時間が１０分を超えると、凝集物３３０の粒径が大幅に低下し、凝集物３３０の流体抵抗力が高まり、沈降速度が増大してしまう。
【００３２】
次いで、凝集物３３０を含む被処理水は、ポンプ等により、粒度分布制御装置２から固液分離装置３へ移送される。
【００３３】
なお、粒度分布制御工程終了後に、凝集物の形状と粒径とを確認するために、凝集物の粒径を測定することが好ましい。すなわち、凝集物の粒径の測定を、粒度分布制御工程と固液分離工程との間にて行うことが好ましい。凝集物の形状と粒径との測定方法としては、例えば、レーザー回折、動的光散乱法、画像処理等の一般的な測定方法が用いられる。凝集物の形状は、画像処理などによって得られた凝集物画像より算出される円形度（周囲長を粒子面積と等しい面積をもつ円の周囲長で割った値）などにより求められる。粒径分布は、CV値（標準偏差を凝集物の平均径で割った値）などにより求められる。
【００３４】
凝集物の粒径が、所定の範囲外になる場合は、粒度分布制御装置２のフィードバックを行って、適切な粒径が得られるように、撹拌力（Ｇ）及び撹拌時間を調整するとよい。
【００３５】
次いで、固液分離装置３により、凝集装置２から移送された凝集物を含む被処理水を、凝集物と処理水とに固液分離する。
【００３６】
（固液分離工程）
固液分離工程では、図６に示すように、固液分離装置３において、凝集物３３０を含む被処理水５００を静置することにより、凝集物３３０を沈降分離する。沈降分離後の上澄み水は、固液分離装置３の外部に排出される。このようにして、被処理水から、それに含まれる凝集物を分離し、処理水を得る。
【００３７】
図７には、一般的な水処理方法及び本実施形態の水処理方法における沈降速度比を示す。一般的な水処理方法は、凝集工程後に固液分離工程を行う方法である。沈降速度比は、一般的な水処理方法の固液分離工程における凝集物の沈降速度を１００とした場合の沈降速度比である。一般的な水処理方法の固液分離工程における凝集物は図３に示した形態であり、本実施形態の水処理方法の固液分離工程における凝集物は図５に示した形態である。図７に示すように、本実施形態の水処理方法では、一般的な方法に対して、沈降速度が大幅に向上することがわかる。
【００３８】
本実施形態の水処理装置及び水処理方法によれば、粒度分布制御装置または粒度分布制御工程において、凝集物の表面を球面化するとともに、凝集物の粒度分布を狭くすることで、凝集物の表面の球面化による流体抵抗力の低下と、凝集物の粒度分布を狭くすることによる凝集物の沈降速度が均一化が図られ、固液分離装置または固液分離工程における凝集物の沈降速度を大幅に向上させることができ、水処理時間の短縮化を図ることができる。
【００３９】
また、本実施形態の水処理装置及び水処理方法によれば、粒度分布制御装置または粒度分布制御工程において、凝集物を含む被処理水を、１０００以上５０００以下の撹拌力（Ｇ）で１０秒〜１０分間撹拌することで、凝集物の表面を球面化するとともに、凝集物の粒度分布を狭くすることができる。
【００４０】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、凝集物の表面を球面化するとともに、凝集物の粒度分布を狭くする粒度分布制御装置を持つことにより、濁質の沈降速度の向上を図ることができる。
【００４１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４２】
１…凝集装置、２…粒度分布制御装置、３…固液分離装置、８…撹拌槽、１００…水処理装置、３１０…濁質、３２０…凝集剤、３３０…凝集物。
【図１】
2019217448.tif 000003
【図２】
2019217448.tif 000004
【図３】
2019217448.tif 000005
【図４】
2019217448.tif 000006
【図５】
2019217448.tif 000007
【図６】
2019217448.tif 000008
【図７】
2019217448.tif 000009