(57)【要約】【課題】  微粒砂のような沈降促進材を確実に分離することができ、沈降促進材の系外への流出を防止して沈降促進材の略全量を循環させることが可能で、設備費や維持管理費を大幅に削減することができる凝集沈殿処理装置を提供する。【解決手段】  原水に凝集剤及び微粒砂（沈降促進材）を添加して沈降促進材含有フロックを形成することにより原水中の懸濁成分を急速に沈降分離させる沈殿処理装置において、フロック分離手段２０で沈殿分離した微粒砂含有フロックを微粒砂と汚泥とに分解してから螺旋状の流路を有する沈降促進材分離手段３０の沈降促進材分離室３１に導入し、微粒砂を下方の沈降促進材貯留部３２に沈降分離してフロック形成手段１０に循環させるとともに、微粒砂を分離した後の汚泥を含む流体を上部のオーバーフロー室３５から外部に抜き出す。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水に凝集剤及び不溶性微粒子からなる沈降促進材を添加混合して沈降促進材含有フロックを形成するためのフロック形成手段と、該フロック形成手段で生成した沈降促進材含有フロックを沈殿分離させて処理水を得るためのフロック分離手段と、該フロック分離手段で沈殿分離した沈降促進材含有フロックを含む流体を移送する搬送手段と、該搬送手段で搬送された流体中の沈降促進材含有フロックから前記沈降促進材を分離して前記フロック形成手段に循環させる沈降促進材分離手段とを備えた凝集沈殿処理装置において、前記沈降促進材分離手段は、水平断面が円形状の沈降促進材分離部と、該沈降促進材分離部の下方に連設した沈降促進材貯留部とを備え、前記沈降促進材分離部は、前記搬送手段により移送された流体が流入する外周側の流入室と、該流入室の下流から沈降促進材分離部の中心方向に向かう螺旋状の流路で形成された沈降促進材分離室と、該沈降促進材分離室の下流で沈降促進材分離部の中心から上方に延出したオーバーフロー室とを有し、前記流入室は、天板、底板及び一対の側板によって区画された流路の流路断面積が上流側よりも下流側が大きく形成され、前記沈降促進材分離室は、天板、底板及び一対の側板によって区画された螺旋流路の底板に沈降促進材含有フロックから分離した沈降促進材を下方の前記沈降促進材貯留部に沈降させる通孔を有し、前記オーバーフロー室は、前記流入室及び沈降促進材分離室より上方に、沈降促進材含有フロックから分離した汚泥を含む流体を抜き出す汚泥抜出経路を有し、前記沈降促進材貯留部は、該貯留部内に沈降した沈降促進材を抜き出す沈降促進材抜取手段を備えるとともに、前記搬送手段から流入室に至る間に、流体中の沈降促進材含有フロックを沈降促進材と汚泥とに分解するフロック分解手段が設けられていることを特徴とする凝集沈殿処理装置。
【請求項２】
前記フロック分解手段は、前記搬送手段を構成するポンプの撹拌作用を利用したものであることを特徴とする請求項１記載の凝集沈殿処理装置。
【請求項３】
前記フロック分解手段は、前記搬送手段を構成するポンプから前記沈降促進材分離手段の流入室に至る経路の途中に設けられた乱流発生手段又は撹拌手段であることを特徴とする請求項１記載の凝集沈殿処理装置。
【請求項４】
前記フロック分解手段は、前記沈降促進材分離手段の流入室内に設けられた乱流発生手段であることを特徴とする請求項１記載の凝集沈殿処理装置。
【請求項５】
前記沈降促進材分離室は、前記底板が外周方向に向かって下り勾配の傾斜を有するとともに、該底板の傾斜方向下端部にスリット状に形成された前記通孔が設けられていることを特徴とする請求項１記載の凝集沈殿処理装置。
【請求項６】
前記沈降促進材抜取手段は、該貯留部内に沈降堆積した沈降促進材を一定量で抜き出して前記フロック形成手段に循環させる定量搬出手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の凝集沈殿処理装置。
【請求項７】
前記沈降促進材貯留部は、該貯留部内に沈降堆積した沈降促進材の高さを検知する検知器を備えるとともに、該検知器からの堆積高さ信号に基づいて該貯留部内に前記沈降促進材を供給する沈降促進材供給手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の凝集沈殿処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凝集沈殿処理装置に関し、詳しくは、原水に凝集剤を添加するとともに微粒砂のような沈降促進材を混合して沈降速度の大きいフロックを形成することによりフロックの沈降を促進し、原水中の懸濁成分を急速に沈殿分離させることができる凝集沈殿処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原水中の懸濁成分（ＳＳ）を沈殿分離する装置として、原水中に凝集剤と微粒砂のような沈降促進材とを添加混合し、微粒砂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高め、沈殿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処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このような凝集沈殿処理装置は、原水に凝集剤及び微粒砂を添加混合してフロックを形成するためのフロック形成手段と、該フロック形成手段で生成したフロック（沈降促進材含有フロック）を沈殿分離するためのフロック分離手段と、該フロック分離手段で沈殿分離した沈殿物から前記微粒砂を分離して前記フロック形成手段に循環させる微粒砂分離手段とを備えており、沈降促進材である不溶性の微粒砂を系内で循環使用するようにしている。
【０００４】
前記微粒砂分離手段は、フロックにおける汚泥と微粒砂との重量差により両者を分離するサイクロンが一般的に用いられているが、サイクロンで汚泥と微粒砂とを分離するためには、フロックを高速でサイクロンに導入する必要がある。このため、フロックをサイクロンに高速で導入するために大容量のポンプを必要とするだけでなく、微粒砂を含むフロックが配管内を高速で通過することによって配管が摩耗するという問題があった。このため、設備費や電力費が嵩むだけでなく、ポンプや配管等のメンテナンスに要する維持管理費も嵩むものとなっていた。さらに、サイクロンの目詰まりを防止するため、原水の流入部等に微細目あるいは細目スクリーンを設置して細かな夾雑物も取り除かなければならなかった。
【０００５】
また、サイクロンを使用しない微粒砂分離手段として、撹拌機を備えた分離槽内にフロックを導入し、撹拌機によってフロックを破砕して汚泥と微粒砂とに分離するとともに、分離槽の底部から微粒砂を抜き出して循環させ、分離槽の上部から汚泥をオーバーフローさせて抜き出すようにした分離手段が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特許第２６３４２３０号公報
【特許文献２】特開２０００−３２５７０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献２に記載の分離手段では、撹拌機によって分離槽内が高速で撹拌された状態となっているため、フロックから分離した微粒砂が汚泥と一緒に分離槽の上部からオーバーフローして系外に流出してしまうことがあった。このため、微粒砂を頻繁に補充する必要が生じることになる。また、十分に破砕されないフロックが分離槽の底部に沈降して抜き出され、フロック形成手段に循環して処理負荷を増大させてしまうおそれもあった。
【０００７】
そこで本発明は、微粒砂のような沈降促進材を確実に分離することができ、沈降促進材の系外への流出を防止して沈降促進材の略全量を循環させることが可能で、設備費や維持管理費を大幅に削減することができる凝集沈殿処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の凝集沈殿処理装置は、原水に凝集剤及び不溶性微粒子からなる沈降促進材を添加混合して沈降促進材含有フロックを形成するためのフロック形成手段と、該フロック形成手段で生成した沈降促進材含有フロックを沈殿分離させて処理水を得るためのフロック分離手段と、該フロック分離手段で沈殿分離した沈降促進材含有フロックを含む流体を移送する搬送手段と、該搬送手段で搬送された流体中の沈降促進材含有フロックから前記沈降促進材を分離して前記フロック形成手段に循環させる沈降促進材分離手段とを備えた凝集沈殿処理装置において、前記沈降促進材分離手段は、水平断面が円形状の沈降促進材分離部と、該沈降促進材分離部の下方に連設した沈降促進材貯留部とを備え、前記沈降促進材分離部は、前記搬送手段により移送された流体が流入する外周側の流入室と、該流入室の下流から沈降促進材分離部の中心方向に向かう螺旋状の流路で形成された沈降促進材分離室と、該沈降促進材分離室の下流で沈降促進材分離部の中心から上方に延出したオーバーフロー室とを有し、前記流入室は、天板、底板及び一対の側板によって区画された流路の流路断面積が上流側よりも下流側が大きく形成され、前記沈降促進材分離室は、天板、底板及び一対の側板によって区画された螺旋流路の底板に沈降促進材含有フロックから分離した沈降促進材を下方の前記沈降促進材貯留部に沈降させる通孔を有し、前記オーバーフロー室は、前記流入室及び沈降促進材分離室より上方に、沈降促進材含有フロックから分離した汚泥を含む流体を抜き出す汚泥抜出経路を有し、前記沈降促進材貯留部は、該貯留部内に沈降した沈降促進材を抜き出す沈降促進材抜取手段を備えるとともに、前記搬送手段から流入室に至る間に、流体中の沈降促進材含有フロックを沈降促進材と汚泥とに分解するフロック分解手段が設けられていることを特徴としている。
【０００９】
さらに、本発明の凝集沈殿処理装置は、前記フロック分解手段が、前記搬送手段を構成するポンプの撹拌作用を利用したものであること、前記搬送手段を構成するポンプから前記沈降促進材分離手段の流入室に至る経路の途中に設けられた乱流発生手段又は撹拌手段であること、前記沈降促進材分離手段の流入室内に設けられた乱流発生手段であることを特徴としている。
【００１０】
また、前記沈降促進材分離室の底板が外周方向に向かって下り勾配の傾斜を有するとともに、該底板の傾斜方向下端部にスリット状に形成された前記通孔が設けられていることを特徴としている。さらに、前記沈降促進材貯留部内に沈降堆積した沈降促進材を一定量で前記フロック形成手段に循環させる定量搬出手段を備えていることを特徴とし、また、前記沈降促進材貯留部内に沈降堆積した沈降促進材の高さを検知する検知器を備えるとともに、該検知器からの堆積高さ信号に基づいて該貯留部内に前記沈降促進材を供給する沈降促進材供給手段を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の凝集沈殿処理装置によれば、フロック分離手段から流体と共に抜き出されて搬送手段により移送されるフロックを、搬送手段から沈降促進材分離手段の流入室に至る間に設けたフロック分解手段で汚泥と沈降促進材とに分解し、分解した汚泥と沈降促進材とを流速が遅い螺旋流路で分離するようにしたので、フロックを高速で移送する必要がなくなり、大容量のポンプが不要になるとともに、配管等の摩耗もほとんどなくなる。また、沈降促進材の分離を螺旋状流路で行うので、汚泥と沈降促進材とを確実に分離することが可能となり、沈降促進材の略全量を循環させることができる。したがって、設備費や電力費の削減が図れるとともに、沈降促進材の補充がほとんど不要となり、配管等の交換時期も大幅に延長されるので、維持管理費も大幅に削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１乃至図４は、本発明の一形態例を示すもので、図１は凝集沈殿処理装置の系統図、図２は沈降促進材分離手段の断面正面図、図３は沈降促進材分離手段の断面平面図、図４は沈降促進材分離手段の一部断面側面図である。
【００１３】
まず、図１に示すように、凝集沈殿処理装置は、原水に凝集剤及び不溶性微粒子からなる沈降促進材としての微粒砂を添加混合して沈降性の良好なフロックを凝集形成するためのフロック形成手段１０と、該フロック形成手段１０で生成した微粒砂を含有するフロックを沈殿分離するためのフロック分離手段２０と、該フロック分離手段２０で沈殿分離した沈殿物（フロック）から微粒砂を分離して前記フロック形成手段１０に循環させる沈降促進材分離手段３０とを有している。
【００１４】
フロック形成手段１０は、原水流入経路１１，無機凝集剤添加経路１２及び撹拌機１３Ｍを備えた第１撹拌槽（急速撹拌槽）１３と、高分子凝集剤添加経路１４、微粒砂添加経路１５及び撹拌機１６Ｍを備えた第２撹拌槽（注入撹拌槽）１６と、撹拌機１７Ｍを備えたフロック形成槽１７とで形成されている。第１撹拌槽１３と第２撹拌槽１６とは隔壁１８の上部で連通しており、第２撹拌槽１６とフロック形成槽１７とは隔壁１９の下部で連通している。
【００１５】
フロック分離手段２０は、槽底部に設けられた汚泥ピット２１から沈殿物搬送ポンプ２２を介して沈殿物（微粒砂含有フロック、以下、フロックという）を含む流体を抜き取る沈殿物抜取経路２３を有するとともに、槽上部に設けられた集水樋２４を介して処理水を流出させる処理水流出経路２５を有する沈殿槽２６であって、槽底面部には、槽底面に沈降したフロックを前記汚泥ピット２１に掻き寄せるための汚泥掻寄機２７が設けられている。また、前記集水樋２４の下方にはフロックの分離効果を促進するための傾斜板２８が設けられており、沈殿槽２６の一側には、前記フロック形成槽１７に上部で連通する隔壁２９が設けられている。
【００１６】
沈降促進材分離手段３０は、フロックの搬送手段を構成する前記沈殿物搬送ポンプ２２から前記沈殿物抜取経路２３を通って移相された流体中の微粒砂を分離するためのものであって、分離槽の上部に位置する水平断面が円形状の微粒砂分離部３１と、該微粒砂分離部３１の下方に連設した微粒砂貯留部３２とを有している。
【００１７】
図２乃至図４にも示すように、微粒砂分離部３１は、前記沈殿物抜取経路２３からのフロック含有流体が流入する外周側の流入室３３と、該流入室３３の下流から微粒砂分離部３１の中心方向に向かう螺旋状の流路で形成された微粒砂分離室３４と、該微粒砂分離室３４の下流で微粒砂分離部３１の中心から上方に延出したオーバーフロー室３５とを有している。
【００１８】
前記流入室３３及び微粒砂分離室３４は、共通の天板３６と、螺旋状に形成された底板３７及び側壁３８とによってそれぞれ区画されており、流入室３３は、流路断面積が上流側よりも下流側が大きくなる角錐状の流路で形成されている。また、微粒砂分離室３４は、流入室３３の下流端の流路断面積と略同じ流路断面積で形成され、その下流端が前記オーバーフロー室３５に開口している。前記底板３７は、螺旋流路外周方向に向かって下り勾配の傾斜を有しており、微粒砂分離室３４における底板３７の傾斜方向下端部には、外周側側壁３８の下端に沿うようにしてスリット状に形成された通孔３９が設けられている。
【００１９】
前記オーバーフロー室３５は、前記天板３６の上面に設けられており、その側壁には、フロックから分離した汚泥を含む流体を抜き出すための汚泥抜出経路４１が設けられている。また、前記微粒砂貯留部３２の底部には、該貯留部３２内に沈降堆積した微粒砂を抜き出すための微粒砂抜取経路４２及び定量搬出手段４３が設けられている。
【００２０】
さらに、オーバーフロー室３５の天板には、微粒砂貯留部３２に沈降堆積した微粒砂の堆積高さを検知する検知器４４が設けられている。検知器４４は、槽底部に向けて放射した超音波の反射状態等により微粒砂の堆積高さを検知するものであって、この検知器４４で検知した微粒砂の高さに応じて微粒砂供給手段４５に設けられているスクリューコンベヤ等の搬送手段４６を作動させ、微粒砂供給経路４７から微粒砂貯留部３２に所定量の微粒砂を供給することにより、貯留部３２内に一定量の微粒砂が保持された状態になるようにしている。
【００２１】
そして、前記流入室３３内には、フロックを微粒砂と汚泥とに分解するフロック分解手段としての乱流発生手段５１が設けられている。この乱流発生手段５１は、天板３６と底板３７との間に掛け渡された多数本のチェーン５２により形成されており、沈殿物抜取経路２３から流入室内に流入した流体に乱流を発生させるとともに、フロックをチェーン５２に衝突させることにより、フロックを微粒砂と汚泥とに分解するようにしている。
【００２２】
原水流入経路１１から第１撹拌槽１３に流入した原水は、無機凝集剤添加経路１２から供給される無機凝集剤と混合した後、隔壁１８の上方を通過して第２撹拌槽１６に流入する。第２撹拌槽１６では、高分子凝集剤添加経路１４から供給される高分子凝集剤と、微粒砂添加経路１５から投入される微粒砂と混合した後、隔壁１９の下方を通ってフロック形成槽１７に流入し、フロック形成槽１７で原水中の懸濁成分が凝集する際に沈降促進材である微粒砂を吸着し、沈降性の高い凝集フロックを形成する。
【００２３】
フロックを含有した原水は、隔壁２９の上方を通って沈殿槽２６に流入し、フロックが槽底部に沈殿分離して処理水が処理水流出経路２５から抜き出されるとともに、槽底部に沈降したフロックが汚泥ピット２１から沈殿物抜取経路２３に抜き取られ、沈殿物搬送ポンプ２２によって沈降促進材分離手段３０に圧送される。
【００２４】
沈降促進材分離手段３０の流入室３３に高速で流入したフロックは、多数のチェーン５２に衝突して乱流状態になり、乱流状態による撹拌作用とチェーン５２に衝突したときの衝撃とによって微粒砂と汚泥とが分解する。分解した微粒砂及び汚泥を含む流体は、流入室３３の流路断面積の拡大に伴って流速が次第に低下し、層流状態になって微粒砂分離室３４に流入する。
【００２５】
微粒砂分離室３４内で流体が緩やかに螺旋状に流れることにより、比重の大きな微粒砂が底板３７に向けて沈降し、比重の小さな汚泥は流体中に浮遊した状態となる。また、螺旋状の流れによって微粒砂には遠心力が作用し、沈降する微粒砂は、この遠心力と底板３７の傾斜による作用とによって流路外周側に沈降し、外周側側壁３８の下端に沿うようにして設けられたスリット状の通孔３９を通り、下方の微粒砂貯留部３２に向けて沈降していく。
【００２６】
オーバーフロー室３５は、微粒砂分離室３４内で沈降しきれなかった微粒砂や未分解のフロックが沈降可能で、比重の小さな汚泥は流体に同伴されて上昇するような流速となる水面積に設定されているため、このオーバーフロー室３５でも、低速の上昇流中から微粒砂や未分解のフロックが微粒砂貯留部３２に向けて沈降する。したがって、オーバーフロー室３５を上昇して汚泥抜出経路４１から抜き出される流体中には汚泥のみが含まれ。微粒砂がほとんど含まれていない状態となる。
【００２７】
微粒砂貯留部３２は、流体が高速で流れる流入室３３とは底板３７で区画されているため、内部の流体には大きな流れが発生せず、微粒砂貯留部３２内を沈降する微粒子は、舞い上がるような動きをせずに底部に沈降して堆積する。槽底部に沈降した微粒砂は、微粒砂抜取経路４２に抜き出され、スクリューコンベヤ等を利用した定量搬出手段４３により、一定量が微粒砂添加経路１５に送り出され、第２撹拌槽１６に循環供給される。
【００２８】
このような沈降促進材分離手段３０を使用してフロックから微粒砂を分離回収することにより、微粒砂を効率よく回収することができる。さらに、従来のサイクロンのような高流速を必要としないため、沈殿物搬送ポンプ２２等の小容量化が図れるとともに、沈殿物抜取経路２３を形成する配管やポンプ部品等の摩耗もほとんど生じなくなる。また、細かな夾雑物が侵入しても微粒砂の分離にはほとんど影響がないため、原水の流入部には、粗大な夾雑物を取り除くスクリーンを設置すればよいとの副次的な効果も得られる。
【００２９】
なお、フロック分解手段は、微粒砂含有フロックを含む流体を移送する搬送手段である沈殿物搬送ポンプ２２から沈降促進材分離手段３０の流入室３２に至る間に設ければよく、例えば、沈殿物搬送ポンプ２２として撹拌作用を有するものを使用すれば、このポンプの撹拌作用によって微粒砂含有フロックを微粒砂と汚泥とに分解するようにしてもよい。また、沈殿物抜取経路２３の途中に、前述のような乱流発生手段を設けて微粒砂含有フロックを微粒砂と汚泥とに分解するようにしてもよく、乱流発生手段としては、前記チェーン５２に限らず、邪魔板等を利用した乱流発生手段や撹拌手段を用いることもできる。さらに、微粒砂含有フロックの状態によっては、機械的に微粒砂含有フロックを分解するフロック破砕機を設置するようにしてもよい。これらのフロック分解手段は、単独で設置してもよいが、任意に組み合わせて用いることもできる。
【００３０】
また、微粒砂分離室３４の底板３７は、傾斜させずに水平状態に設置してもよく、通孔３９は、前述のようなスリット状に限るものではなく、例えば、微粒砂分離室３４の底板３７をパンチングメタルのような多数の通孔を有する板材で形成することも可能である。さらに、微粒砂貯留部３２から第２撹拌槽１６への微粒砂の搬送は、微粒砂ホッパー等を介して行ってもよく、定量搬出手段や微粒砂供給手段を、このホッパーに設けるようにしてもよい。また、沈降促進材には、微粒砂以外の不溶性微粒子を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の凝集沈殿処理装置は、設備費や維持管理費を抑えながら原水中の懸濁成分を急速に沈殿分離させることができるので、各種水処理設備における懸濁成分の除去装置として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一形態例を示す凝集沈殿処理装置の系統図である。
【図２】沈降促進材分離手段の断面正面図である。
【図３】沈降促進材分離手段の断面平面図である。
【図４】沈降促進材分離手段の一部断面側面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０…フロック形成手段、１１…原水流入経路、１２…無機凝集剤添加経路、１３…第１撹拌槽（急速撹拌槽）、１４…高分子凝集剤添加経路、１５…微粒砂添加経路、１６…第２撹拌槽（注入撹拌槽）、１７…フロック形成槽、１８，１９…隔壁、２０…フロック分離手段、２１…汚泥ピット、２２…沈殿物搬送ポンプ、２３…沈殿物抜取経路、２４…集水樋、２５…処理水流出経路、２６…沈殿槽、２７…汚泥掻寄機、２８…傾斜板、２９…隔壁、３０…沈降促進材分離手段、３１…微粒砂分離部、３２…微粒砂貯留部、３３…流入室、３４…微粒砂分離室、３５…オーバーフロー室、３６…天板、３７…底板、３８…側壁、３９…通孔、４１…汚泥抜出経路、４２…微粒砂抜取経路、４３…定量搬出手段、４４…検知器、４５…微粒砂供給手段、４６…搬送手段、４７…微粒砂供給経路、５１…乱流発生手段、５２…チェーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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