(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
凝集汚泥を分離する装置であって、
廃水が供給される反応分離槽と、
前記反応分離槽内に設けられ、一端を反応分離槽底部、他の一端を反応分離槽の水面上に位置させるろ過機能を持つベルトコンベア式の汚泥移送手段と、
前記汚泥移送手段のろ液側を吸引するポンプと、
前記反応分離槽内で且つ前記汚泥移送手段の一端側の上方に設けられ、反応分離槽内に供給された廃水に凝集剤を添加して撹拌混合し、廃水と凝集剤を反応させるとともに、反応分離槽を乱流領域と静置領域とに区分する反応部と、
前記ポンプで吸引したろ液を前記乱流領域に返送する管路手段と、
を含むことを特徴とする汚泥分離装置。
【請求項２】
請求項１記載の汚泥分離装置を用いて汚泥を分離する方法であって、
反応分離槽に供給された廃水に凝集剤を添加して撹拌混合し、廃水と凝集剤を反応させる第１ステップと、
汚泥移送手段のろ液側を吸引することにより、前記第１ステップで得られた凝集汚泥を、汚泥移送手段を介してろ過する第２ステップと、
前記第２ステップで得られたろ液を乱流領域に返送する第３ステップと、
を含むことを特徴とする汚泥分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水処理過程で汚泥を分離する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃水に凝集剤を添加して凝集汚泥を発生させ、処理水と汚泥とに分離する技術としては凝集沈殿法が広く用いられている。凝集剤および薬品としては、炭酸ソーダ、苛性ソーダ、硫酸、塩化第２鉄、凝集助剤などが用いられている。凝集沈殿設備としては、図１１に示すように、凝集反応槽５０と沈殿槽５１から構成されている。凝集反応槽５０には廃水５３と凝集剤５４とが供給され、攪拌機５５により攪拌されて凝集汚泥が生成される。そして、凝集汚泥を含む混合液５６は沈殿槽５１に導かれる。沈殿槽５１内部には汚泥掻き寄せ機５７が設けられており、この汚泥掻き寄せ機５７が極めて遅い速度で回転して汚泥を中心部に掻き寄せ、掻き寄せられた汚泥を底部から引き抜きポンプ５８で引き抜いて系外に排出する。
【０００３】
このような凝集沈殿法は、工場廃水や埋立浸出水など金属イオンを含む廃水に適用されることが多い。しかしながら、以下の問題が存在する。
（１）上記凝集沈殿法で、金属イオンを含む廃水を処理すると、沈殿槽５１内部や汚泥引き抜き配管内部に汚泥が固形化し固着して汚泥の引き抜きができなくなることがあるという問題があった。
（２）また、凝集反応槽５０、沈殿槽５１には攪拌機５５、汚泥掻き寄せ機５７、汚泥引き抜きポンプ５８など機器が多く、汚泥の固着状態が生じると、汚泥固着除去等のメンテナンス負担が大きいという問題があった。
（３）さらに、汚泥の沈殿に長時間を要することから、沈殿槽として極めて大きい水槽を備える必要があり、設備が大型化するという問題があった。
【０００４】
そこで、汚泥の固形化を防止するために、沈殿槽の底部から汚泥を引き抜いて系外へ移送する以外の方法としては、例えばベルトスクリーン（例えば、非特許文献１参照）、スクリーンベルトコンベア（例えば、特許文献１参照）、スクリューコンベア（例えば、特許文献２参照）などがある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３０１４６３号公報
【特許文献２】特開２００５−６６５２８号公報
【非特許文献１】[online]、インターネット<ＵＲＬ：http://fsk-japan.com/doc/fsb.htm>
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記スクリューコンベア等を使用する方法では、スクリューコンベア等を回転させて汚泥を排出するので、管の入口部分等に汚泥が固形化して固着するのを防止できる。
しかしながら、スクリューコンベア等を使用する方法では、十分に沈みきっていない状態の汚泥を外部に排出している。換言すれば、スクリューコンベア等で移送する汚泥は、水分を多く含み、汚泥濃度を高められないという欠点があった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みて考え出されたものであり、その目的は、汚泥濃度が高く、しかも、汚泥の固形化に起因した配管閉塞による処理中断をなくすと共に、機器数を減らしメンテナンス負担を低減させ、さらに、滞留時間を短くすることができ、設備をコンパクトにすることができる汚泥分離装置および汚泥分離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】
上記目的を達成するために本発明のうち請求項１記載の発明は、凝集汚泥を分離する装置であって、廃水が供給される反応分離槽と、前記反応分離槽内に設けられ、一端を反応分離槽底部、他の一端を反応分離槽の水面上に位置させるろ過機能を持つベルトコンベア式の汚泥移送手段と、前記汚泥移送手段のろ液側を吸引するポンプと、前記反応分離槽内で且つ前記汚泥移送手段の一端側の上方に設けられ、反応分離槽内に供給された廃水に凝集剤を添加して撹拌混合し、廃水と凝集剤を反応させるとともに、反応分離槽を乱流領域と静置領域とに区分する反応部と、前記ポンプで吸引したろ液を前記乱流領域に返送する管路手段と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
上記構成により、以下の作用・効果を奏する。
（１）凝集汚泥を移送する配管を不要とすることができるので、従来例のような配管閉塞による処理中断をなくすことができる。
（２）また、汚泥かき寄せ機や汚泥引き抜きポンプなどの機器数を減らしメンテナンス負担を低減させることができる。
（３）また、汚泥移送手段のろ液側をポンプで吸引するので、汚泥をろ過部分に急速に引き寄せてろ過することで滞留時間を短くすることができ、設備をコンパクトにできる。
（４）さらに、汚泥移送手段は一端を反応分離槽底部、他の一端を反応分離槽の水面上に位置させるので、ろ過部分が水面上に位置しているときに、ろ過汚泥の水切りを行うことができる。
なお、汚泥移送手段のろ液側をポンプで吸引する構成であればよく、汚泥移送手段の一端部と反応分離槽との間に隙間が存在せずに区画された構成（図１参照）により、ろ過部分を境界として負圧部分と負圧でない部分とに区画されている場合と、汚泥移送手段の一端部と反応分離槽との間に僅かの隙間が存在して区画された構成（図２参照）により、ろ過部分を境界として負圧部分と負圧でない部分とに区画されていない場合の両者を含む。
また、上記の如く、反応分離槽の内部に、廃水と凝集剤を反応させる反応部を設け、乱流領域と静置領域とに区分しているので、混合と沈殿という相異なる作業をひとつの小さな水槽で同時に行うことができる。この結果、設備の簡素化を実現できる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の汚泥分離装置を用いて汚泥を分離する方法であって、反応分離槽に供給された廃水に凝集剤を添加して撹拌混合し、廃水と凝集剤を反応させる第１ステップと、汚泥移送手段のろ液側を吸引することにより、前記第１ステップで得られた凝集汚泥を、汚泥移送手段を介してろ過する第２ステップと、前記第２ステップで得られたろ液を乱流領域に返送する第３ステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
（１）凝集汚泥を移送する配管を不要とすることができるので、従来例のような配管閉塞による処理中断をなくすことができる。
（２）また、汚泥かき寄せ機や汚泥引き抜きポンプなどの機器数を減らしメンテナンス負担を低減させることができる。
（３）また、汚泥移送手段のろ液側をポンプで吸引するので、汚泥をろ過部分に急速に引き寄せてろ過することで滞留時間を短くすることができ、設備をコンパクトにできる。
（４）さらに、汚泥移送手段は一端を反応分離槽底部、他の一端を反応分離槽の水面上に位置させるので、ろ過部分が水面上に位置しているときに、ろ過汚泥の水切りを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
〔本発明の概念〕
先ず、具体的な構成を説明する前に、本発明の概念について、図１に基づいて、以下に説明する。図１は本発明における反応分離装置の立面略図である。反応分離装置１は反応分離槽２を備えている。この反応分離槽２内には、一端を反応分離槽２底部、他の一端を反応分離槽２の水面上に位置させるろ過機能を持つベルトコンベア式の汚泥移送手段３を設けている。ベルトコンベア式の汚泥移送手段３は水平に対して３０度の角度に設置した。角度は凝集汚泥の性状によって適宜調整されるが、２０〜３５度の範囲に設定されることが好ましい。このようにベルトコンベア式の汚泥移送手段３の角度を規制するのは以下の理由による。即ち、汚泥移送手段３の角度が大きい場合は、汚泥移送手段３のベルト部分に載置されて移送される汚泥の水切りが悪く、汚泥が反応分離槽２へ滑落する。一方、汚泥移送手段３の角度が小さい場合は、汚泥移送手段３の長さが大きくなりすぎて装置が大型化する。そこで、汚泥の水切りが良好で且つ装置の小型化を図ることが可能な最適な角度範囲として、２０〜３５度の範囲に設定したものである。
【００１７】
また、反応分離槽２は仕切板４により第１槽部分５ａと第２槽部分５ｂとに仕切られており、第１槽部分５ａと第２槽部分５ｂとは仕切板４の下方で連通している。第１槽部分５ａの内部には廃水と凝集剤を反応させる反応部６を設けてあり、反応部６によって反応分離槽２を乱流領域と静置領域とに区分している。乱流領域では廃水と凝集剤とが十分に攪拌混合される。一方、静置領域では凝集汚泥を反応分離槽２の底部へ沈殿させる。反応分離槽２の内部に設けた反応部６に廃水７と凝集剤８を投入し、攪拌混合によって反応促進させた。反応部６から出た汚泥混合液は重力によって反応分離槽２の底部に向かって沈殿する。ベルトコンベア式の汚泥移送手段３のベルト部分はろ布で構成されている。ろ布面を境界として反応分離槽２は上下２つの区画に区分されている。区分された区画のうち、ろ液側をポンプ９で吸引することによって汚泥をろ布に急速に引き寄せてろ過することができる。ポンプ９の吸引速度はろ液側が負圧となるように適宜設定される。ろ液には微細な汚泥がわずかに含まれるので、静置領域ではなく乱流領域に返送することが好ましい。
【００１８】
なお、図１のように仕切部材１０によって、汚泥移送手段３の一端部と反応分離槽２との間に隙間が存在せずに区画された構成であってもよく、また、図２に示すように、汚泥移送手段３の一端部と反応分離槽２との間に僅かの隙間１１が存在して区画された構成であってもよい。図１に示す構成の場合には、ろ液側を負圧に設定するので、ろ液側を負圧に設定できない図２の構成に比べると、汚泥をろ布に引き寄せる処理量を大きくできる。
【００１９】
ベルトコンベアのろ布は４ｃｍ／分の速度で、反応分離槽底部２から水面上方向へ移動させた。移動速度は１〜１０ｃｍ／分の範囲に設定されることが好ましい。ろ布が水面より上に位置するときに汚泥の水切りが行われ、ベルトコンベア最上端から系外へ移送される。その時ろ布面の汚泥厚さは約５０ｍｍであった。比較のためにろ液側をポンプで吸引しない条件で運転したときの汚泥厚さを計測すると約１５ｍｍであった。このことから、ポンプ吸引が有効な手段であることがわかる。
静置領域で十分固液分離された処理水は、越流ラッパ管１２内に越流して流れ込み系外に排出される。
【００２０】
上記構成の反応分離装置２において、第２槽部分５ｂは凝集汚泥を沈殿させると共に上澄液（処理水）を系外に排出する沈澱池に相当する処理を行う部分であり、水面積負荷は５０ｍ3／ｍ2／ｄである。通常の沈澱池の水面積負荷が２０ｍ3／ｍ2／ｄ以下に設計されることから、本発明では水面積負荷が大きい。従って、本発明では、単位面積当たりの廃水処理量が大きくなるので、同じ廃水処理量で比べると、装置が小さくコンパクトになることが認められる。
【００２１】
また、本発明では越流ラッパ管１２が越流堰に相当し、越流堰負荷は１４０ｍ3／ｍ／ｄとされている。通常の沈澱池の越流堰負荷は１００ｍ3／ｍ／ｄ以下に設計されることから、本発明では越流堰負荷が大きい。従って、本発明では、越流ラッパ管１２のような簡素な越流装置で十分な性能を発揮することができ、装置のコンパクト化を図ることができる。
【００２２】
（実施の形態）
以下、本発明に係る汚泥脱水装置を、実施の形態に基づいて詳述する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００２３】
図３は本発明の実施例に係る汚泥分離装置の平面図、図４は本発明の実施例に係る汚泥分離装置の正面図である。汚泥分離装置１は、計量槽１５、反応分離槽２及び汚泥圧送装置１６を備えている。計量槽１５には廃水（原水）が流入される。計量槽１５に流入した廃水は、配管Ｌ１によって後述する反応部６を構成する内筒２１の下部に供給されるようになっている。
【００２４】
反応分離槽２は、平面視が長方形であって底部２ａが一端側から他端側に向けて登り勾配の傾斜面とされている。反応分離槽２は仕切板４により第１槽部分５ａと第２槽部分５ｂとに仕切られており、第１槽部分５ａと第２槽部分５ｂとは仕切板４の下方で連通している。第１槽部分５ａは廃水に凝集剤を添加して攪拌反応させて凝集汚泥を生成する処理を行う部分であり、第２槽部分５ｂは凝集汚泥を沈殿させると共に上澄液（処理水）を系外に排出する沈澱池に相当する処理を行う部分である。
【００２５】
反応分離槽２の内部には、底部２ａに沿って一端を反応分離槽底部２ａ、他の一端を反応分離槽２の水面上に位置させるろ過機能を持つベルトコンベア式の汚泥移送手段３が設けられている。汚泥移送手段３は、駆動ローラ１７と、従動ローラ１８と、駆動ローラ１７と従動ローラ１８間に巻き掛けられたろ布で構成されたコンベアベルト１９とを備える。そして、反応分離槽２は、ろ過部分であるコンベアベルト１９を境界して上下２つの区画に区分されている。即ち、ろ液側をポンプ９で吸引することによって、下区画を負圧部分とし、上区画を負圧でない部分とする。これにより、汚泥をろ布に急速に引き寄せてろ過することができる。なお、ポンプ９で吸引されたろ液は、配管Ｌ２Ａ，Ｌ２Ｂ（図３及び図４参照）を経由して後述する反応部７を構成する内筒２１の下部に供給されるようになっている。また、汚泥移送手段３の一端側（図２の左端側）の駆動ローラ１７には、図５〜図７に示すように仕切部材１０が配設されている。仕切部材１０は駆動ローラ１７の軸方向（図５の紙面に垂直方向）に延在している。この仕切部材１０の一端部（図５の下端部）にゴム製のシール材２６ａ（図５〜図７参照）が形成されており、このシール材２６ａは駆動ローラ１７の表面、従って、ろ過部分であるコンベアベルト１９の上面に接触している。また、仕切部材１０の他端部にはゴム製のシール材２６ｂが形成されており、このシール材２６ｂは反応分離槽３の内面に接触している。これにより、ろ過部分であるコンベアベルト１９を境界して上下２つの区画に完全に区分され、ポンプ９の吸引によって下区画を効率よく負圧部分に維持することが可能となる。
【００２６】
また、汚泥移送手段３の一端側は、反応分離槽２の一端側底部に形成されている円弧状のコンベア嵌め込み部分４０に嵌り込んでいる（図５参照）。汚泥移送手段３の他端側両サイドには、図８に示すように、固定ピン２８が移送方向Ａに垂直な方向に突出形成されている。一方、反応分離装置２のフレーム２９の上部には固定片３０に形成されており、この固定片３０には汚泥移送手段３の一端側を中心とした円弧状の案内溝３１が形成されている。そして、上記固定ピン２８が案内溝３１に嵌り込んでいる。このような構成により、固定ピン２８を案内溝３１に沿って移動させて所定位置で固定させることにより、汚泥移送手段３の傾斜角度を調整することが可能となっている。
【００２７】
第１槽部分５ａには反応部６が設けられている。この反応部６は、図９及び図１０に示すように、内筒２１と、内筒２１の外周側に配置された外筒２２とを備えた同心状の２重管構造となっている。外筒２２は上部及び下部が開口している。一方、内筒２１は下部が閉塞され上部が開口しており、その内部に攪拌部材２３が設けられている。この攪拌部材２３はモータ２４により駆動される。内筒及び外筒の上方には、モータ２４を取り付ける取付板２５が配置されている。取付板２５の下面にはブラケット４１ａが形成されており、支持部材４２ａの上端部がブラケット４１ａに固着され、支持部材４２ａの下端部が外筒２２に固着されて、外筒２２が取付板２５に固定されている。内筒２１も外筒２２と同様に、ブラケット４１ｂ及び支持部材４２ｂにより、取付板２５に固定されている。また、内筒２１の上端部は外筒２２の上端部よりも下方に位置している。そして、内筒２１の上部周縁部には切欠部３５が形成されている。この切欠部３５には、凝集助剤が供給管Ｌ３（図３及び図４参照）を介して滴下されるようになっている。なお、凝集剤は供給管Ｌ４（図３参照）を介して内筒２１の下部に注入されるようになっている。
【００２８】
第２槽部分５ｂには越流ラッパ管１２が設けられている。この越流ラッパ管１２は予め定めた水位レベルと同一高さ位置に配置されている。この越流ラッパ管１２に越流して流入した処理水は越流ラッパ管１２の下部から排出管Ｌ５（図３及び図４参照）に導かれて系外に排出される。なお、越流ラッパ管１２の設置位置は、第２槽部分５ｂの幅方向の略中央部に配置で、且つ汚泥移送手段３が水面に出る位置から見て最も遠い位置（仕切板４の近傍位置に相当）であるのが好ましい。これは以下の理由による。即ち、越流ラッパ管１２を第２槽部分５ｂの幅方向の略中央部に配置すると、越流ラッパ管１２への越流が、越流ラッパ管１２の周面のいずれの方向からも均一に流入することが可能となり、沈殿部として機能する第２槽部分５ｂの水面において乱流の発生を防止できるので、静置状態を維持することができる。また、越流ラッパ管１２を汚泥移送手段３が水面に出る位置から見て最も遠い位置に配置するのは、汚泥移送手段３の上部から汚泥が滑落した場合に越流ラッパ管１２から流出しないようにするためである。
なお、汚泥移送手段３の上方には洗浄ノズル３９（図３及び図４参照、なお、図４では洗浄ノズル３９を模式化して描いている。）が設けられている。
【００２９】
次いで上記構成の反応分離槽の処理動作について説明する。
廃水は計量槽１５を経由して内筒２１下部に供給され、凝集剤は内筒２１の下部に注入される。なお、ポンプ９で吸引されたろ液も同様に内筒２１下部に供給される。これにより、内筒２１内では廃水に凝集剤が添加され攪拌反応されて凝集汚泥を生成する。そして、この凝集汚泥を含む混合液は切欠部３５を越えて外筒２２側に流れ込む。このとき、切欠部３５に凝集助剤が滴下するように構成されているので、混合液と凝集助剤との接触効率の向上が図られる。また、攪拌部材２３による流れが下降流であり、廃水流入が内筒下部であるめため廃水の流れが上昇流であり、その結果、内筒２１内での廃水と凝集剤との接触効率が向上し、凝集汚泥の生成効率が良好となる。さらに、凝集汚泥を含む混合液が内筒２１上部から外筒２２上部に越流するので、滞留時間の短縮化が図れる。
【００３０】
次いで、外筒２２内に流入した混合液に含まれる凝集汚泥は反応分離槽２の底部２ａに向けて沈殿していく。このとき、汚泥移送手段３のろ液側がポンプ９で吸引されているので、汚泥がろ布に急速に引き寄せられる。この結果、汚泥を短時間で分離することが可能となる。なお、ろ液には微細な汚泥がわずかに含まれるので、ホンプ９により、内筒２１に戻される。
【００３１】
そして、汚泥移送手段３のベルト１９部分に載置された汚泥は水面から出て、水切りされて汚泥移送手段３の他端まで搬送される。そして、ベルト１９部分に載置された汚泥は、汚泥移送手段３に設けられているスクレーパ３８によりベルト１９部分から掻き取られ、汚泥搬送装置１６に供給される。一方、上澄液は越流ラッパ管１２から越流して内部に流入し、排出管から系外に排出される。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、し尿処理場や下水処理場、埋立浸出し水処理施設等の廃水処理施設において使用される、廃水に凝集剤を添加して凝集汚泥を発生させ、処理水と汚泥とに分離する汚泥分離装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明における反応分離装置の立面略図。
【図２】本発明における反応分離装置の変形例を示す図。
【図３】実施の形態に係る汚泥分離装置の平面図。
【図４】実施の形態に係る汚泥分離装置の正面図。
【図５】汚泥移送手段の一端部付近の拡大図。
【図６】駆動ローラ付近の正面図。
【図７】駆動ローラ付近の平面図。
【図８】汚泥移送手段の他端部付近の拡大図。
【図９】反応部の拡大平面図。
【図１０】反応部の拡大正面図。
【図１１】従来例の構成を示す図。
【符号の説明】
【００３４】
１：汚泥分離装置                              ２：反応分離槽
３：ベルトコンベア式の汚泥移送手段            ４：仕切板
６：反応部                                    ９：ポンプ
１０：仕切部材                                １１：隙間
１２：越流ラッパ管
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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