(57)【要約】【課題】簡単な操作によって、各種原水の中の除去対象物質を極めて高速度で浮上分離できる浮上分離方法及び装置を提供する。【解決手段】除去対象物質を含有する被処理水に少なくとも高分子凝集剤を添加して、浮上性固体粒子を液中に存在させた流動槽に供給し、凝集除去対象物質の凝集フロックを該流動槽内の浮上性固体粒子表面に付着させながら、フロック付着浮上性固体粒子をその浮上力を利用して処理水と分離し、流動槽の下部に位置する処理水分離部から処理水を取り出すとともに、分離したフロック付着浮上性固体粒子を流動槽からフロック剥離部に移送し、該浮上性固体粒子からフロックを剥離させ、剥離フロックを系外に排除し、フロックが剥離した浮上性固体粒子を前記流動槽の凝集フロック付着部に返送する浮上分離方法。そのための装置。【選択図】　　　図１
2004009028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
除去対象物質を含有する被処理水に少なくとも高分子凝集剤を添加して、浮上性固体粒子を液中に存在させた流動槽に供給し、凝集除去対象物質の凝集フロックを該流動槽内の浮上性固体粒子表面に付着させながら、フロック付着浮上性固体粒子をその浮上力を利用して処理水と分離し、流動槽の下部に位置する処理水分離部から処理水を取り出すとともに、分離したフロック付着浮上性固体粒子を流動槽からフロック剥離部に移送し、該浮上性固体粒子からフロックを剥離させ、剥離フロックを系外に排除し、フロックが剥離した浮上性固体粒子を前記流動槽の凝集フロック付着部に返送することを特徴とする浮上分離方法。
【請求項２】
高分子凝集剤を含む被処理水を流入させる、浮上性固体粒子を液中に存在させた流動槽と、流動槽からのフロック付着浮上性固体粒子を受け入れるフロック剥離槽と、前記フロック剥離槽からの剥離フロックを排出する洗浄装置と、前記洗浄された浮上性固体粒子を流動槽の上部に返送する移送手段とからなり、前記流動槽が、槽内に槽上部より高分子凝集剤を含む被処理水を流入させる浮上性固体粒子流動部、槽の下方の処理水分離部に配設された処理水の排出部、前記流動部及び前記処理水分離部の近くに上方に通路を有するフロック付着粒子循環部を備えたものであることを特徴とする浮上分離装置。
【請求項３】
流動槽内に攪拌機を設けたことを特徴とする請求項２記載の浮上分離装置。
【請求項４】
前記フロック付着浮上性固体粒子の移送手段がフロック剥離手段を兼ねていることを特徴とする請求項２記載の浮上分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工場排水、下水、上水原水など懸濁粒子、リン酸イオン、フッ素イオン、金属イオン、色度成分、ＣＯＤ成分など除去対象物質を含有する被処理水（以下「原水」ともいう）の新概念による浮上分離方法及び装置に関し、原水中の除去対象物質を、従来の凝集沈殿法又は浮上分離法の５０倍以上の超高速度で浮上分離できる革新技術に関する。
本発明は、有機性の懸濁粒子を含有する合流式下水道の雨天時越流水（ＣＳＯと略称される）、又は下水処理施設に流入する下水の超高速固液分離技術として特に好適な革新技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、合流下水道における雨天時越流水（ＣＳＯ）の、公共水域への汚濁負荷が大きな問題になっている。合流式下水道の雨天時越流水（ＣＳＯ）は、短時間に膨大な水量が発生するため、非常にコンパクトな装置でＣＳＯの汚濁物質を除去できる装置が切望されている。
また、下水処理施設に流入する下水は、まず最初沈殿池で沈殿分離されたのち、活性汚泥処理されるが、最初沈殿池のＳＳの除去率が悪いため、凝集剤を添加して凝集沈殿処理する例が北欧で普及している。しかし、この方法は凝集沈殿速度が小さく、大きな沈殿池を必要とする欠点がある。そのためＣＳＯ及び下水を超高速度で固液分離できる革新技術が待望されている。
また、従来より、原水に加圧溶解空気含有水又は微細気泡を吹き込んで、気泡に懸濁粒子を付着させて浮上分離する方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の浮上分離方法では、浮上分離速度がせいぜい１００〜２００ｍｍ／ｍｉｎ程度と小さく、しかも空気圧縮機、空気溶解設備などの付帯設備が必要という欠点がある。
本発明は、このような実情よりなされたものであり、従来の浮上分離技術の問題点を解決し、簡単な操作によって、河川水、湖沼水などの上水原水、排水、下水など各種原水中の懸濁粒子、リン酸イオン、フッ素イオン、金属イオン、色度成分、ＣＯＤ成分などの除去対象物質を極めて高速度で浮上分離でき、かつまた、空気溶解設備が不要な新規な浮上分離方法及び装置を提供することを課題とする。
【０００４】
【問題を解決するための手段】
本発明は、下記の手段により上記の課題を解決することができた。
（１）除去対象物質を含有する被処理水に少なくとも高分子凝集剤を添加して、浮上性固体粒子を液中に存在させた流動槽に供給し、凝集除去対象物質の凝集フロックを該流動槽内の浮上性固体粒子表面に付着させながら、フロック付着浮上性固体粒子をその浮上力を利用して処理水と分離し、流動槽の下部に位置する処理水分離部から処理水を取り出すとともに、分離したフロック付着浮上性固体粒子を流動槽からフロック剥離部に移送し、該浮上性固体粒子からフロックを剥離させ、剥離フロックを系外に排除し、フロックが剥離した浮上性固体粒子を前記流動槽の凝集フロック付着部に返送することを特徴とする浮上分離方法。
【０００５】
（２）高分子凝集剤を含む被処理水を流入させる、浮上性固体粒子を液中に存在させた流動槽と、流動槽からのフロック付着浮上性固体粒子を受け入れるフロック剥離槽と、前記フロック剥離槽からの剥離フロックを排出する洗浄装置と、前記洗浄された浮上性固体粒子を流動槽の上部に返送する移送手段とからなり、前記流動槽が、槽内に槽上部より高分子凝集剤を含む被処理水を流入させる浮上性固体粒子流動部、槽の下方の処理水分離部に配設された処理水の排出部、前記流動部及び前記処理水分離部の近くに上方に通路を有するフロック付着粒子循環部を備えたものであることを特徴とする浮上分離装置。
（３）流動槽内に攪拌機を設けたことを特徴とする前記（２）記載の浮上分離装置。
（４）前記浮上分離粒子の移送手段がフロック剥離手段を兼ねていることを特徴とする前記（２）記載の浮上分離装置。
【０００６】
本発明の骨子は、発泡スチロール粒子などの「浮上性固体微粒子」を、従来の浮上分離法における気泡の代わりに用い、原水に有機高分子凝集剤又は無機凝集剤と有機高分子凝集剤を添加して浮上性固体粒子群の流動槽に供給し、同槽内を下降流として流下させ、その下降流中で原水中の凝集除去対象物質の凝集フロックを浮上性固体粒子表面に付着コーティングさせつつ、フロック付着浮上性固体粒子を高速度で浮上分離するという基本的技術思想である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の超高速浮上分離装置の一実施態様を示す概要図である。
原水１に、無機凝集剤２を添加して３０秒程度撹拌したのち、粒径５０〜１０００ミクロン程度の微粒子状で比重が０．２以下（好ましくは０．０１〜０．１）の浮上力が極めて大きい浮上性固体粒子（たとえば発泡スチロール微粒子）５が多数存在する流動槽６に、原水１を供給し、下降水流の手段で浮上性固体粒子５が水面に浮上するのを阻止しつつ、かつ処理水へ流出しない条件で流動させる。なお、その際攪拌を行うことにより下降水流の降下速度を加減することができ、また浮上性固体粒子５が水面に浮上する速度を変えることができる。下降水流の降下速度はいろいろ変えられるが、３〜６ｍ／ｍｉｎの範囲が好ましい。
【０００８】
本発明によれば、驚くべきことに、該流動槽６を通過する短時間（数１０秒）の間に、原水１中の凝集除去対象物質の凝集マイクロフロックが、浮上性固体粒子５表面にしっかりと付着コーティングされつつ、処理水に対して浮上分離することが見出された。
フロックが付着した浮上性固体粒子（簡単のために「フロック付着粒子」ともいう）１０は、流動槽壁下端部から、隣接する浮上粒子循環部８に自動的に移行し、浮上し、剥離槽１３に流入する。清澄な処理水１２は流動槽６下部から流出する。
本発明の「原水１中の除去対象物質が浮上性固体粒子５表面に付着した状態のもの」の浮上速度（すなわち流動槽部６の下降流速）は極めて大きく、驚くべきことに、浮上速度は３〜６ｍ／ｍｉｎと従来の加圧溶解空気泡を利用する浮上分離装置の約５０倍も大きい。
【０００９】
しかして、フロック付着粒子１０を、任意の移送手段（図示例はエアリフト）８によって、フロック剥離槽１３に移送し、激しくインペラで撹拌するか又は超音波を照射すると、フロックがフロック付着粒子１０からせん断剥離する。
本発明の洗浄浮上物の移送ポンプとして好ましい形式は、エアリフトポンプ、混気ジェットポンプ（空気と圧力水を管の下部に送り込み、水の駆動力を与えるもの）、スクリューポンプ、スクリューコンベヤなどが特に好適である。エアリフトポンプ、混気ジェットポンプは機械的回転機構が不要であり、構造がシンプルであるほか、浮上物移送中の閉塞が起きないと言う重要な利点がある。スクリューポンプは、ポンプ内で浮上性固体粒子３の閉塞が起きないので好適である。なお、フロツク移送手段としてポンプ（軸流ポンプ、遠心ポンプなど）、エアリフトを適用すると、フロック移送経路において、フロック付着粒子１０にせん断力が与えられ、フロックが剥離できるので、別個の剥離部を省くこともできる。
【００１０】
付着フロックを浮上性固体粒子から剥離・分離するために、液体サイクロンを利用することも出来る。すなわち、フロック付着粒子１０をポンプで液体サイクロンに送り込むと、ポンプを通過する際のせん断力によって、フロックが浮上性固体粒子５から剥離し、サイクロン内で浮上性固体粒子５の比重は水より大幅に小さいので、遠心力でサイクロンの中心部に集まり、比重が１より大きい剥離フロックはサイクロンの外周部に集まるので、浮上性固体粒子５をサイクロンの中心部から抜き出すことによって、剥離フロックと浮上性固体粒子５を容易に分離できる。
【００１１】
浮上性固体粒子５としては、発泡スチロール（微粒子）が好適であり、発泡スチロールは比重が非常に小さいので、衝突エネルギ（粒子質量に比例する）が非常に小さく、サイクロンや配管、ポンプが磨耗することがない。
これに対し、砂などの比重が大きい粒子をフロックに付着させてフロックの錘にする公知の凝集沈殿方法において、液体サイクロンで砂を回収する例があるが、砂の激しい流動によってサンドプラスターのようになってしまい、サイクロン、配管、ポンプなどが非常に磨耗しやすい欠点がある。
【００１２】
次に、フロック剥離槽１３からの流出物を剥離フロック排除部１４に供給する。剥離フロック排除部１３の上から洗浄水（原水１の一部を利用できる）１５を供給し、下から排水１７を取り出し、剥離したフロックを排出させ、洗浄された浮上性固体粒子１６を、流動槽６に返送する。
【００１３】
しかして、洗浄した浮上性固体粒子１６の流動槽６への循環量として好適な範囲は、少なすぎると処理水１２にリークする未付着フロック量が増加し、多すぎると浮上性固体粒子５の移送、剥離、洗浄量が増加し不利である。したがって、浮上性固体粒子５の循環量は、原水１処理量あたりの「かさ容積」で５〜１００（ｍｌ浮上性固体粒子／リットル原水程度）が好適で、さらに好ましくは、１０〜４０（ｍｌ浮上性固体粒子／リットル原水）の範囲である。
フロック剥離槽１３からの排水は水量が少ないので、ＣＳＯ処理の場合は、そのまま下水処理場に流し、それ以外の場合は、通常の沈殿槽に供給し、沈殿汚泥を汚泥処理工程にて処理処分するなどすればよい。
【００１４】
本発明に適用するために最適な浮上性固体粒子５を種々検討した結果、浮上性固体粒子５の比重として極力小さいものを使用することが大きな浮上分離速度を得るために重要で、比重が０．２以下のものが好適である。特に発泡スチロールなどの発泡プラスチツク微粒子、中でも発泡スチロールは発泡倍率を変えることによって、比重を０．０４〜０．１５程度と任意に変えることができ、極めて浮上力が大きいこと、低価格で、入手も容易であるので最適である。
【００１５】
原水１に添加する浮上性固体粒子５の粒径も重要因子であり、過度に大きいとフロックが浮上性固体粒子に付着しにくくなる問題があり、一方、過度に小さいと浮上速度が小さくなるので、粒径３００〜１５００μｍ、さらに好ましくは５００〜８００μｍ程度が好適範囲である。
【００１６】
硫酸アルミニウム、ＰＡＣ、塩化第２鉄、硫酸鉄、ポリ硫酸鉄、鉄シリカ凝集剤などの無機凝集剤３の適正添加率は原水１の水質によって変化するが、下水を本発明によって処理する場合は、ＰＡＣでは１００〜１５０ｍｇ／リットル、塩化第２鉄では５０〜１００ｍｇ／リットル程度である。
リン酸イオン、フッ素イオンなどをイオンを除去する場合は、無機凝集剤３の添加は不可欠であるが、それ以外の場合は無機凝集剤３の添加は不可欠ではなく、カチオン系ポリマ単独又はカチオンポリマと両性ポリマの併用、カチオンボリマとアニオンポリマの併用、カチオンポリマとノニオンポリマの併用のいずれかで処理可能である。
【００１７】
本発明において、高分子凝集剤（ポリマ）４は浮上性固体粒子５へのフロック付着を行うために不可欠であり、アニオン性、ノニオン性、カチオン性、両性ポリマのいずれか、またはこれらを併用する。下水中の凝集除去対象物質を除去する場合、その注入率は１〜５ｍｇ／リットル程度で十分である。
また上水処理の場合は、高分子凝集剤４の添加量は、０．５〜１ｍｇ／リットル程度で十分である。
【００１８】
最も効果的な凝集方法を検討した結果、原水１に無機凝集剤３又はカチオンポリマ４を添加して撹拌したのち、ノニオンポリマと両性ポリマ、又はアニオンポリマと両性ポリマを添加する方法が、非常に付着性が大きくフロック強度が強いフロックが形成され、極めて効果的に浮上性固体粒子５の表面に凝集フロックを付着させることが出来ることを見出した。
【００１９】
前記のように、高分子凝集剤４の添加位置は、浮上性固体粒子５の流動槽６の上部又は原水１流入管に添加するのが、浮上性固体粒子５表面にフロックを効果的に付着させるために非常に効果的であり、したがって、高分子凝集剤４を添加してフロック形成するための撹拌槽を前もって別個に設ける必要はない。
【００２０】
他の好適実施例としては、浮上分離物の一部を、そのままポンプで引き抜き原水１に循環させるようにし、浮上分離物の残部だけをフロック剥離部１３に送るようにしても良い。このようにすると、フロック付着浮上性粒子５の表面にさらに新たなフロックが雪だるま式に付着してゆく。しかし付着量には上限があるので、浮上分離物の残部をフロック剥離部８に送り、浮上性固体粒子５を洗浄してから原水１に戻すようにする。この方法によれば、フロック剥離槽１３に送られる浮上性固体粒子５の量が図１の方法よりも少なくなり、フロック剥離槽１３の容積、撹拌機が小さいもので済む。
なお、図１において、２は、無機凝集剤３による原水１中の凝集除去対象物質の凝集槽であり、７は流動槽６の撹拌機の撹拌翼である。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこの実施例により何等制限されるものではない。
【００２２】
実施例１　合流式下水道の雨天時越流水（ＣＳＯ）の処理試験
流量５０ｍ３／ｈのＣＳＯ（ＳＳ　２３０ｍｇ／リットル）に、塩化第２鉄を４０ｍｇ／リットル添加し、２０秒間急速撹拌を行った後、ポリマ（アニオン性ポリマ、分子量１５００万、銘柄エバグロースＡ１５１）を１．５ｍｇ／リットル添加し、２秒間管路撹拌を行ったのち、水中に平均粒径６００μｍ、比重０．１の球状発泡スチロール微粒子を下降流速によって流動状態としている流動槽に供給した。
流動槽は櫂型インペラによって旋回流を与えた。この流動槽の原水滞留時間は１５秒とした。この結果、凝集フロックは流動槽を通過する間に、発泡スチロール粒子表面にしっかりと付着コーテングされ、浮上分離された。
流動槽下部からは、下降流速５ｍ／ｍｉｎで清澄な処理水が分離され、系外に流出した。
また流動槽壁下端部からは、フロック付着浮上粒子が、隣接する浮上分離部に自然に移行し、ほぼ瞬間的に浮上した。
【００２３】
この浮上物をエアリフトで、フロック剥離槽に移し、回転数４５０ｒｐｍのスクリュー羽根撹拌槽で１〜２分間撹拌させたところ、浮上性固体粒子に付着していたフロックが剥離した。次に剥離フロックと発泡スチロール粒子を剥離フロック排除部に自然流下で移送した。
原水の一部を剥離フロック排除槽の上から洗浄用水として供給し、剥離フロックを系外に流出させた。
このような連続運転を行った結果、処理水ＳＳは安定して８〜１２ｍｇ／リットルとなり、ＣＳＯ中のＳＳが超高速で高度に除去された。
【００２４】
比較例１
従来公知の加圧溶解空気を利用する浮上分離装置で試験した。原水は実施例１と同一である。下水（ＳＳ　２３０ｍｇ／リットル）に塩化第２鉄を４０ｍｇ／リットル添加し、３０秒間急速撹拌を行った後、ノニオン性ポリマ、分子量１５００万、銘柄エバクロースＮ８００を３ｍｇ／リットル添加し、１分間急速撹拌したのち、加圧溶解空気を含んだ水を供給し、浮上分離速度２００ｍｍ／ｍｉｎの浮上分離速度に設定した浮上分離装置に流入させた。この結果、浮上性固体粒子に付着したフロックは緩慢に浮上した。処理水ＳＳは１２ｍｇ／リットルとなり、下水中のＳＳが除去された。
しかし浮上速度３００ｍｍ／ｍｉｎに設定して運転したところ、フロックはほとんど浮上せず、下降流の水流に随伴されて処理水に流出し、処理水ＳＳが１８５ｍｇ／リットルと著しく悪化し処理不能であった。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の優れた効果が得られる。
（１）従来の気泡による浮上分離法では全く不可能であった、超高速度の固液分離速度で原水中の懸濁粒子、リン酸イオン、色度成分、ＣＯＤ成分など凝集除去対象物質を、浮上分離できる。本発明の固液分離速度は、文字通り驚異的であり、５（ｍ／ｍｉｎ）が容易に可能であり、従来の浮上分離法の約５０倍の浮上分離速度が可能である。
（２）したがって、合流式下水道の雨天時越流水（ＣＳＯ）のように、短時間に膨大な水量が発生する原水に極めて好適であり、非常にコンパクトな装置でＣＳＯの懸濁粒子を除去できる。
【００２６】
（３）高分子凝集剤を添加してフロック形成させる凝集撹拌槽を、浮上分離装置本体と別個に設置する必要がなく、浮上性固体粒子の流動槽の上部に高分子凝集剤を添加するだけで、浮上性固体粒子の表面にフッロックを効果的に付着させつつ浮上分離できる。したがって装置全体の構成をシンプルに出来、設置面積も縮小できる。
（４）従来の加圧溶解空気浮上分離法で不可欠であった空気コンプレッサ、空気溶解槽などが不要であり、設備費、動力費が削減できる。
（５）浮上分離された浮上性固体粒子は容易に回収して再利用出来、使い捨てる必要がない。
（６）浮上物からのフロック剥離（洗浄）も容易であり、設備費、動力費が少なくて済む。
（７）砂のような比重の大きな粒子をフロックの錘に使用しないので、ポンプ、サイクロン、配管がサンドブラスト効果によって磨耗することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の浮上分離装置の一実施態様を示す系統図である。
【符号の説明】
１　原水
２　凝集槽
３　無機凝集剤
４　高分子凝集剤
５　浮上性固体粒子
６　流動槽
７　撹拌翼
８　フロック付着粒子循環部
９　エアリフト空気
１０　フロック付着粒子
１１　処理水分離部
１２　処理水
１３　フロック剥離槽
１４　剥離フロック排除部
１５　洗浄水
１６　洗浄された浮上性固体粒子
１７　排水
【図１】
2004009028.tif 000003