(57)【要約】【課題】  下水、工場排水、河川水、湖沼水などの各種原水中の除去対象物質を、極めて高速度で浮上分離できる新原理による革新的技術を提供する。【解決手段】  浮上性粒子と凝集剤を添加した原水を凝集付着槽に供給し、撹拌により生成した凝集フロックを浮上性粒子に付着させたのち、フロック付着浮上性粒子を含む懸濁水を、垂直方向に傾斜板を介して複数の浮上分離部を設けた浮上分離槽の最下部に供給して、浮上分離槽内で前記浮上性粒子を浮上させ、各段の浮上分離部の下部から各々処理水を取り出し、浮上分離槽の最上部からフロック付着浮上性粒子を抜き出し、前記浮上性粒子からＳＳを分離させたのち、剥離ＳＳを系外に排除し、剥離した浮上性粒子を凝集付着槽に返送する高速浮上分離方法。及び装置。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮上性粒子と凝集剤を添加した原水を凝集付着槽に供給し、撹拌により生成した凝集フロックを浮上性粒子に付着させたのち、凝集フロック付着浮上性粒子を含む懸濁水を、垂直方向に傾斜板を介して複数の浮上分離部を設けた浮上分離槽の最下部に供給して、浮上分離槽内で前記浮上性粒子を浮上させるとともに、各段の浮上分離部の下部から各々処理水を取り出し、浮上分離槽の最上部から凝集フロック付着浮上性粒子を抜き出し、前記浮上性粒子からＳＳを分離させたのち、剥離ＳＳを系外に排除し、剥離した浮上性粒子を前記凝集付着槽に返送することを特徴とする高速浮上分離方法。
【請求項２】
原水を導入し、原水中の凝集対象物質の無機凝集剤による凝集フロックの形成と凝集フロックの高分子凝集剤による浮上性粒子への付着を行うための撹拌機を備えた凝集付着槽と、槽内に垂直方向に複数の傾斜板を設けて形成した複数の浮上分離部、最下部に前記凝集付着槽からの凝集フロック付着浮上性粒子を含む懸濁水の供給口、最上部に凝集フロック付着浮上性粒子の抜き出し管、前記複数の浮上分離部の各段の下部の処理水の取り出し口をそれぞれ付設した浮上分離槽と、前記浮上分離槽から抜き出した凝集フロック付着浮上性粒子を導入してフロックを剥離するフロック剥離槽と、剥離フロックの排除手段と洗浄された浮上性粒子の凝集付着槽への返送手段を備えた剥離フロック排除槽とを有することを特徴とする高速浮上分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水、上水原水、工場排水など懸濁粒子、リン酸イオン、フッ素イオン、金属イオン、色度成分、ＣＯＤ成分などの除去対象物質を含有する原水の、新概念による浮上分離方法及び装置に係り、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１０倍以上の超高速度で浮上分離できる革新的技術に関する。
【０００２】
本発明の適用分野は、従来の凝集沈殿法、浮上分離法が適用される分野にすべて適用できるが、特に、下水、湖沼水の浄化、上水処理に適用できる上水原水などの各種の水（以下「原水」ともいう）の超高速固液分離技術として革新的技術である。
【背景技術】
【０００３】
最近、合流式下水道における雨天時越流水（ＣＳＯ）、あるいは合流式下水道における雨天時遮集下水の効果的処理法の確立が重要課題になっている。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などで普及している。しかし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。
上水処理においても、特に大都市において、高速度で凝集分離可能な装置が待望されてきた。
【０００４】
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。しかし従来の方法では、浮上分離速度がせいぜい１００〜２００ｍｍ／ｍｉｎ程度と小さいという原理的な限界があった。
【０００５】
【特許文献１】特願２００１−３４８８１９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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本質的に解決し、下水、工場排水、河川水、湖沼水などの上水原水など、各種原水中の凝集除去対象物質を、極めて高速度で浮上分離できる新原理による革新的技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、下記の手段によって上記の課題を解決した。
（１）浮上性粒子と凝集剤を添加した原水を凝集付着槽に供給し、撹拌により生成した凝集フロックを浮上性粒子に付着させたのち、凝集フロック付着浮上性粒子を含む懸濁水を、垂直方向に傾斜板を介して複数の浮上分離部を設けた浮上分離槽の最下部に供給して、浮上分離槽内で前記浮上性粒子を浮上させるとともに、各段の浮上分離部の下部から各々処理水を取り出し、浮上分離槽の最上部から凝集フロック付着浮上性粒子を抜き出し、前記浮上性粒子からＳＳを分離させたのち、剥離ＳＳを系外に排除し、剥離した浮上性粒子を前記凝集付着槽に返送することを特徴とする高速浮上分離方法。
【０００８】
（２）原水を導入し、原水中の凝集対象物質の無機凝集剤による凝集フロックの形成と凝集フロックの高分子凝集剤による浮上性粒子への付着を行うための撹拌機を備えた凝集付着槽と、槽内に垂直方向に複数の傾斜板を設けて形成した複数の浮上分離部、最下部に前記凝集付着槽からの凝集フロック付着浮上性粒子を含む懸濁水の供給口、最上部に凝集フロック付着浮上性粒子の抜き出し管、前記複数の浮上分離部の各段の下部の処理水の取り出し口をそれぞれ付設した浮上分離槽と、前記浮上分離槽から抜き出した凝集フロック付着浮上性粒子を導入してフロックを剥離するフロック剥離槽と、剥離フロックの排除手段と洗浄された浮上性粒子の凝集付着槽への返送手段を備えた剥離フロック排除槽とを有することを特徴とする高速浮上分離装置。
【０００９】
本発明の骨子は、原水に少なくとも有機高分子凝集剤を添加して、凝集ＳＳを浮上性粒子に付着させたのち、傾斜板によって装置の高さ方向に複数室区画した浮上分離部に供給し、浮上分離部で前記浮上性粒子を上方に浮上させ、処理水を各浮上分離部の下部から取り出し、凝集ＳＳ付着浮上性粒子を上方から取り出すことを基本的技術思想とするものである。なお、浮上性粒子は、浮上力が極めて大きい、比重が小さい固体、例えば発泡スチロールが用いられ、この関係で「浮上性固体粒子」ともいうが、実用上では微粒子を用いることが多く、この場合には「浮上性微粒子」ともいう。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、下記の優れた効果が得られる。
（１）上下方向に浮上分離部を複数段、例えば３ユニット設けた本発明では、装置設置面積当たり、約６ｍ／ｍｉｎという驚異的速度の浮上分離速度で、原水中の懸濁粒子などの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、従来の浮上分離法の約４０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遮集下水、あるいは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下水中の懸濁粒子を除去できる。
（３）フロック付着浮上性固体粒子は、容易に回収して再利用でき、使い捨てる必要がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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構成図である。
原水１に、高分子凝集剤４又は無機凝集剤２と高分子凝集剤４を添加して、凝集付着槽３において浮上力が極めて大きい浮上性粒子、具体的には浮上性固体微粒子（たとえば発泡スチロール微粒子）５とともに撹拌機６により撹拌すると、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微粒子表面にしっかりと付着コーティングされ、これを開口部ａを経由して浮上分離槽７の浮上分離部ｂに供給すると超高速度で浮上分離し、清澄な処理水９が得られることが発見された。
【００１２】
本発明において、浮上性粒子５の浮上分離部ｂ、ｃ、ｄは浮上分離槽７の高さ方向に傾斜板８を介して複数区画設けられている。図1の例は、上下方向に３区画ｂ、ｃ、ｄの浮上分離部を設けた場合である。開口部ａから浮上分離部ｂに流入した原水１は、浮上分離され、処理水９が管ｅから取り出される。次に、残りの原水１は上段の浮上分離部ｃに流入し、処理水９が管ｆから取り出される。なお、傾斜板８の形状は図１に示すような中央に穴が開いている山形がよく、片流れでの形状で、交互に傾斜板８が出ているような配置とすることもできるが、この場合には分離効率が高くならない可能性がある。
【００１３】
さらに残りの原水１は、その上の浮上分離部ｄに流入し、処理水９が管ｇから取り出される。管ｅ、ｆ、ｇからの処理水９の取り出し水量の合計は、ａからの流入水量Ｑにほぼ等しい。
処理水取り出し水量は、およそｅ＝ｆ＝ｇ＝１／３Ｑ程度とするのが適当である。
【００１４】
本発明の、「原水中の除去対象物質が浮上性粒子表面に付着した状態のもの」の浮上分離速度は極めて大きく、驚くべきことに、浮上分離部１区画の原水下向流速を２ｍ／ｍｉｎ程度に設定しても、処理水９に浮上性固体粒子が流出することが無い。したがって設置面積あたりの分離速度は、１ユニットの分離速度にユニット数を乗じた値にすることが可能であり、たとえば高さ方向に浮上分離部を３ユニットも設けると、分離速度６ｍ／ｍｉｎという大きな値が得られる。
しかして、浮上分離槽７の最上部から、ポンプ、コンベヤなど任意の移送手段によってフロック付着浮上性固体微粒子を抜き出し、フロック剥離部（ＳＳ剥離部ともいう）１３に移送し撹拌すると、付着フロックが浮上性固体微粒子表面から剥離する。
【００１５】
浮上性固体微粒子を浮上分離槽７から抜き出す手段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１２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、更に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微粒子の閉塞が起きないので好適である。なお、フロッ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１１を適用すると、フロック移送経路において、浮上性固体微粒子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ＳＳ剥離部１３を省くこともできる。
【００１６】
この場合、浮上性粒子としては、材質が発泡スチロールであると、その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。
【００１７】
次にフロック剥離部１３からの流出物（剥離フロックと浮上性固体微粒子と水）を剥離フロック排除部１５に供給する。剥離フロック排除部１５の上から洗浄水（原水の一部を利用できる）１６を供給し、下から排水して洗浄排水１７として取り出し、剥離したフロックを排出させる。剥離フロックは沈降性があり、浮上性固体微粒子は浮上性があるので、簡単に分級できる。洗浄された浮上性固体微粒子１８を、凝集付着槽３に返送する。
【００１８】
洗浄された（言い換えると付着フロックが剥離された）浮上性固体微粒子１８の凝集付着槽３への循環量として好適な範囲は、少なすぎると処理水９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微粒子の移送、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の循環量は、原水１処理量あたりの「かさ容積」で２０〜１００（ミリリットル浮上性固体微粒子／リットル原水程度）が好適で、さらに好ましくは３０〜５０（ミリリットル浮上性固体微粒子／リットル原水）の範囲である。
【００１９】
フロック剥離部１３からの洗浄排水１７は水量が少ないので、下水処理の場合は、そのまま下水処理場の最初沈殿池に流し、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。
【００２０】
本発明に適用するために最適な浮上性粒子を種々検討した結果、浮上性粒子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。特に浮上性固体微粒子、例えば発泡スチロールなどの発泡プラスチック微粒子、中でも発泡スチロール微粒子は、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、磨耗に強く、低価格で、入手も容易であるので最適である。
【００２１】
本発明において、浮上性粒子の粒径も重要因子であり、過度に大きいフロックは浮上性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力が小さくなり、浮上分離速度（言い換えると浮上性粒子の上向流速と原水の下向流速の合計）が小さくなる。したがって発泡スチロール微粒子の場合は、粒径３００〜１０００μｍ、さらに好ましくは５００〜８００μｍ程度が好適範囲である。
【００２２】
硫酸アルミニウム、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）、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の適正添加率は、原水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２０〜５０ｍｇ／リットル程度である。上水処理の場合は、ＰＡＣでは８〜３０ｍｇ／リットル、塩化第２鉄では５〜１０ｍｇ／リットルで充分である。
【００２３】
原水１に無機凝集剤２を添加して撹拌する凝集付着槽の滞留時間は、本発明の場合非常に短時問で良く、５〜１０秒程度で充分である。槽の代わりに管路撹拌を利用することもできる。
リン酸イオン、フッ素イオンなどのイオンを除去する場合は、無機凝集剤７の添加は不可欠であるが、それ以外の場合は無機凝集剤７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、カチオンポ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。
【００２４】
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、０．１〜１ｍｇ／リットル程度で十分である。
【００２５】
本発明において、下水を処理する場合の最も効果的な凝集方法を検討した結果、原水１に塩化第２鉄などの無機凝集剤２を添加して撹拌したのち、アニオンポリマと両性ポリマ４を添加する方法が、浮上性固体粒子への付着性が非常に大きいフロックが形成され、極めて効果的に浮上性固体粒子表面に凝集マイクロフロックを付着・コーティングできることを見出した。
【実施例】
【００２６】
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。
【００２７】
（実施例１）  合流式下水道の雨天時遮集水の処理試験
下水終末処理場に流入してくる合流式下水道の雨天時遮集水（平均ＳＳ：２３０ｍｇ／リットル）に、塩化第２鉄を２５ｍｇ／リットル添加し、５秒間急速撹拌を行った後、平均粒径７５０μｍ、比重０．１２の球状発泡スチロール粒子群を、容積比で槽容積の５％存在させた凝集付着槽（縦長のカラム状で原水滞留時間は２０秒）に、流量２ｍ3／ｈで流入させた。凝集付着槽の水面にポリマ（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、凝集付着槽の中段に両性ポリマ（銘柄エバグロースＢ１０３）を２ｍｇ／リットル添加したところ原水ＳＳが効果的にスチロール粒子表面に付着した。
【００２８】
次に、凝集付着槽からの排水を凝集付着槽に隣接する３段型浮上分離槽（全高３ｍ）の下部に流入させた。浮上分離槽設置面積あたりの流入水量は、４ｍ3／ｍ2・ｍｉｎに設定した。浮上分離槽の設置面積は、３７ｃｍ2である。
そして、最下段の浮上分離部の下部から処理水を０．８ｍ3／ｈ、２段目から０．７ｍ3／ｈ、３段目から０．６４ｍ3／ｈで取り出した。
【００２９】
浮上分離槽最上部から、フロック付着発泡スチロール粒子を、エアリフトポンプによって水量０．１４ｍ3／ｈで剥離槽に移送し、回転数５００ｒｐｍのスクリュー羽根撹拌槽で１０秒間撹拌したところ、浮上性固体粒子同士がもみ洗い状態になり、付着フロックが効果的に剥離した。次に、剥離フロックと発泡スチロール粒子を、剥離フロック排除槽に自然流下で移送した。
【００３０】
剥離フロック排除槽の上から、洗浄用水として原水の一部を供給し、剥離フロックを系外に流出させた。洗浄された浮上性粒子を凝集付着槽の水面に落下させて戻した。
このような連続運転を８時間行った結果、処理水ＳＳは安定して１５〜２２ｍｇ／リットルとなり、遮集下水中のＳＳが分離速度４ｍ／ｍｉｎの超高速で浮上分離された。
【００３１】
（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、アニオン性ポリマ、分子量１５００万、銘柄エバグロースＡ１５１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０．１５ｍ／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１１ｍｇ／リットルとなり、下水中のＳＳが除去された。
【００３２】
しかし、浮上速度０．３ｍ／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。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、従来の凝集沈殿法、浮上分離法が適用される分野にすべて適用でき、特に、下水、湖沼水の浄化、上水処理に適用できる上水原水などの各種の水の超高速固液分離技術として使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の高速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】
【００３５】
１  原水
２  無機凝集剤
３  凝集付着槽
４  高分子凝集剤
５  浮上性粒子
６  撹拌機
７  浮上分離槽
８  傾斜板
９  処理水
１０  浮上分離物
１１  エアリフト管
１２  空気
１３  ＳＳ剥離部
１４  剥離フロック含有水
１５  剥離フロック排除部
１６  洗浄水
１７  洗浄排水
１８  洗浄された浮上性粒子
ａ  開口部
ｂ、ｃ、ｄ  浮上分離部
ｅ、ｆ、ｇ  管
【図１】
2005040709.tif 000003