(57)【要約】【課題】簡単な操作によって、河川水、湖沼水、排水、下水など各種原水中の懸濁粒子、リン、ＣＯＤ成分などの凝集除去対象物質を極めて高速度で浮上分離でき、空気圧縮機、空気溶解設備が不要な浮上分離方法及び装置を提供する。【解決手段】原水に、少なくとも浮上性粒子及び高分子凝集剤を添加して撹拌し、凝集付着槽中で除去対象物質のフロックを浮上性粒子表面に付着させたのち、浮上分離部で浮上分離することにより、浮上分離部の下部から分離水を処理水として取り出すとともに、浮上分離部の水面に浮上したフロック付着浮上性粒子群を、該層の最上面より低い位置にあるＳＳ剥離槽に落下させ、ＳＳ剥離槽で浮上性粒子から剥離したＳＳを水に懸濁させて系外に排除したのち、洗浄済み浮上性粒子を凝集付着槽に落差によって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】
除去対象物質を含有する被処理水に、少なくとも浮上性粒子及び高分子凝集剤を添加して撹拌し、凝集付着槽中で除去対象物質の凝集フロックを浮上性粒子表面に付着させたのち、浮上分離部で浮上分離することにより、浮上分離部の下部から浮上分離水を処理水として取り出すとともに、浮上分離部の水面に浮上したフロック付着浮上性粒子群を、該フロック付着浮上性粒子層の最上面より低い位置にあるＳＳ剥離槽に落下させ、ＳＳ剥離槽で該浮上性粒子から剥離したＳＳを水に懸濁させて系外に排除したのち、洗浄済み浮上性粒子を前記凝集付着槽に落差によって返送することを特徴とする高速浮上分離方法。
【請求項２】
被処理水のＳＳ濃度の高低に応じて、前記浮上分離槽の水面浮上物の被処理水への返送量を増減させることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記剥離ＳＳを懸濁させる水が、被処理水の一部を分取した水であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
除去対象物質を含有する被処理水を導入し、該除去対象物質より形成された凝集フロックの浮上性固体粒子への付着を行うための凝集付着槽と、底部に浮上分離処理水の排出部、頂部にフロック付着浮上性固体粒子からなる浮上物の排出部が付設された浮上分離槽と、前記フロック付着浮上性粒子層の最上面より低い位置に設けたフロック付着浮上性粒子のＳＳ剥離槽と、該ＳＳ剥離槽からのフロックが剥離された浮上性粒子を、落差により前記凝集付着槽へ返送する洗浄済み浮上性粒子と洗浄排水に分離する洗浄槽とを有することを特徴とする高速浮上分離装置。
【請求項５】
前記浮上物の排除手段が、被処理水の一部をフロック付着浮上性粒子層の横から流入させて衝突させ、浮上物を水流でＳＳ剥離槽に押し流す手段であることを特徴とする請求項４記載の高速浮上分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、河川水、湖沼水、工場排水、下水などの被処理水（以下「原水」ともいう）の懸濁粒子、リン酸イオン、色度成分、ＣＯＤ成分など除去対象物質を含有する水の超高速浮上分離方法、及び装置に関し、特に、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技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、水処理技術においては、ますます高速の凝集分離技術が求められている。
従来、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広く知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
「処理水工学」技報堂、１９９０年、ｐ．８７−９９
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来の方法には、浮上分離遠度がせいぜい１００〜２００ｍｍ／ｍｉｎ程度と小さく、また空気圧縮機、空気溶解設備などの付帯設備が必要という欠点がある。
【０００５】
本発明は、このような実情に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、排水、下水などの各種原水中の懸濁粒子、リン、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、かつまた空気圧縮機、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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、下記の構成からなるものである。
（１）除去対象物質を含有する被処理水に、少なくとも浮上性粒子及び高分子凝集剤を添加して撹拌し、凝集付着槽中で除去対象物質の凝集フロックを浮上性粒子表面に付着させたのち、浮上分離部で浮上分離することにより、浮上分離部の下部から浮上分離水を処理水として取り出すとともに、浮上分離部の水面に浮上したフロック付着浮上性粒子群を、該フロック付着浮上性粒子層の最上面より低い位置にあるＳＳ剥離槽に落下させ、ＳＳ剥離槽で該浮上性粒子から剥離したＳＳを水に懸濁させて系外に排除したのち、洗浄済み浮上性粒子を前記凝集付着槽に落差によって返送することを特徴とする高速浮上分離方法。
（２）被処理水のＳＳ濃度の高低に応じて、前記浮上分離槽の水面浮上物の被処理水への返送量を増減させることを特徴とする前記（１）記載の方法。
（３）前記剥離ＳＳを懸濁させる水が、被処理水の一部を分取した水であることを特徴とする前記（１）記載の方法。
【０００７】
（４）除去対象物質を含有する被処理水を導入し、該除去対象物質より形成された凝集フロックの浮上性固体粒子への付着を行うための凝集付着槽と、底部に浮上分離処理水の排出部、頂部にフロック付着浮上性固体粒子からなる浮上物の排出部が付設された浮上分離槽と、前記フロック付着浮上性粒子層の最上面より低い位置に設けたフロック付着浮上性粒子のＳＳ剥離槽と、該ＳＳ剥離槽からのフロックが剥離された浮上性粒子を、落差により前記凝集付着槽へ返送する洗浄済み浮上性粒子と洗浄排水に分離する洗浄槽とを有することを特徴とする高速浮上分離装置。
（５）前記浮上物の排除手段が、被処理水の一部をフロック付着浮上性粒子層の横から流入させて衝突させ、浮上物を水流でＳＳ剥離槽に押し流す手段であることを特徴とする前記（４）記載の高速浮上分離装置。
【０００８】
本発明の骨子の第１点は、「浮力が大きい浮上性粒子（「浮上性固体粒子」とも言う）」を、従来の浮上分離技術における気泡の代わりに用い、原水に浮上性粒子を添加して撹拌分散させながら、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急速撹拌を行うと、１０〜３０秒程度後に、原水中の除去対象物質の凝集フロックが、浮上性粒子に付着した状態のものが速やかに形成される。これを浮上分離槽に流入させると、文字通り除去対象物質のフロックが付着した浮上性粒子が急速に浮上分離することを見出した技術思想にある。
本発明の骨子の第２点は、浮上性粒子の循環利用、具体的には浮上性粒子群の除去、ＳＳ剥離、洗浄に落差を利用した落下方式を採用することにより、低動力で省エネルギーで実施できることを見出した点にある。
【０００９】
【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、本発明の高速浮上分離装置の一実施態様を示す構成図である。
先ず、本発明の高速浮上分離装置の構成について説明する。高速浮上分離装置は、原水１又は無機凝集剤２を添加した原水１を導入する凝集付着槽４を有し、この凝集付着槽４は、原水１に無機凝集剤２を添加して生成した除去対象物質の凝集フロックを撹拌機５による撹拌下に浮上性粒子６の表面に付着させる。
【００１０】
凝集付着槽４の後段には浮上分離槽８が配置されている。浮上分離槽８は、内部に浮上分離部９を有し、頂部に浮上物の排出手段として水流を与えるすべり台１３を有し、槽下部の排出管（処理水流出管）１１ａを有する。同槽では、凝集付着槽４で生成した浮上性粒子６の表面に原水１中の除去対象物質の凝集フロックが付着した状態の物を含む原水１を、浮上分離部９に導入して、フロックの付着物を浮上分離するので、槽下部の排出管（処理水流出管）１１ａから浮上分離水を処理水１１として排出するとともに、水面上の浮上物をすべり台１３から流れる水流で傾斜した流下路１４に排出することができる。
【００１１】
浮上分離槽８の浮上性粒子層１２の最上面より低位置に撹拌機１６を備えたＳＳ剥離槽１５が設けられ、浮上分離槽８の水面から浮上物押し流し用水２０の水流で流下路１４に押し流した浮上物１２を受け入れる。ＳＳ剥離槽１５では、撹拌によるもみ洗いにより浮上性粒子６の表面からＳＳ（フロック）を除去する。
ＳＳ剥離槽１５の後段には洗浄槽１７が配置されている。洗浄槽１７では、この浮上性粒子６の表面から剥離されたＳＳを、洗浄用水１８によって洗浄排水１９に懸濁させて系外へ排除した後、洗浄済み浮上性粒子６を落差により凝集付着槽４へ返送する。
【００１２】
上記したように、本発明の高速浮上分離装置では、浮上性粒子６の循環、再使用には落差による重力の利用を行っているので、大容量のエアリフトや軸流ポンプを使用する必要がないため、低動力で実施可能なため省エネに資するとともに、比較的簡単な設備で実施できるので設備費の低減も行える。
【００１３】
次に、本発明の高速浮上分離方法の作用機構並びに使用薬剤及び部材について説明する。
原水１に、凝集剤（高分子凝集剤３単独又は無機凝集剤２と高分子凝集剤３の併用）と、粒径５００〜１０００ミクロン程度で比重が０．２以下（好ましくは０．０５〜０．１５）の浮上力が極めて大きい浮上性粒子（たとえば発泡スチロール微粒子）６を添加し、撹拌槽（凝集付着槽）４で撹拌すると、浮上性粒子６表面に原水１中の除去対象物質のフロックが付着した状態のもの（フロック付着浮上性粒子）が形成される。
【００１４】
フロック付着浮上性粒子を含んだ原水を浮上分離槽８に流入させるとフロック付着浮上性粒子が急速に浮上分離され、水面上にフロック付着浮上性粒子の層が形成され、一方清澄な処理水１１が槽８下部から流出する。本発明の「浮上性粒子６が原水１中の除去対象物質の凝集フロックと一体化したもの」の浮上速度は極めて大きく、浮上速度は約３ｍ／ｍｉｎがとれ、従来の加圧溶解空気泡を利用する浮上分離装置の１０倍以上も大きい。
【００１５】
本発明に適用するために最適な浮上性粒子６を種々検討した結果、発泡スチロールなどの発泡プラスチック微粒子が好ましいものであり、特に発泡スチロールは比重が極めて小さく、浮上力が極めて大きく、低価格で、入手も容易であるので最適である。
【００１６】
原水１に添加する浮上性粒子６の粒径は重要因子である。過度に大きいとフロックが浮上性粒子６に着しなくなる問題がある。一方過度に小さいと浮上速度が小さくなるので、粒径５００〜１０００μｍ、さらに好ましくは６００〜８００μｍ程度が好適範囲である。
【００１７】
浮上性粒子６の添加量として好適な範囲は、少なすぎると浮上速度向上効果が少なくなり、多すぎるとフロックに取り込まれなくなるので、浮上性粒子６の嵩容積で５〜２００（ミリリットル浮上性粒子／リットル原水程度）が好適である。さらに好ましくは５〜１００（ミリリットル浮上性粒子／リットル原水）の範囲である。
【００１８】
浮上性粒子６一個当たりのＳＳ付着量が多いほど、浮上性粒子６の浮力が減少し、大きな浮上分離速度が得られなくなる。従って、原水１のＳＳ濃度が高い場合には、浮上性粒子６の濃度も高くすることが重要である。
このためには、浮上分離槽８の水面１０の浮上物の排除速度を増減させ、原水１への返送量を原水１のＳＳに応じて増減することが好ましい。
浮上物の排除速度を多くすると、原水１中の浮上性粒子６の濃度を多くでき、原水１のＳＳが高い場合にも、浮上性粒子６一個あたりのＳＳ付着量を低くできる結果、大きな浮上速度を得ることができる。
【００１９】
浮上物の排除速度を増減するには、すべり台１３からの水流を流すオンオフサイクルを長くするか又は、水量を増減すれば良い。例えば、すべり台１３から水流を流すオンオフサイクルを４分停止１分稼動に設定すると、２分停止１分稼動のサイクルよりも、２倍濃度の浮上性粒子６を原水１に返送できる。
すべり台１３の下端の水流の流速は、０．１ｍ／ｓｅｃ以上にすることが好ましい。この値が小さすぎると、浮上物が押し流されない。
【００２０】
無機凝集剤の適正添加率は原水の水質によって変化するが、河川水を本発明によって処理する場合は、ＰＡＣでは１０〜３０ｍｇ／リットル、塩化第２鉄では５〜１５ｍｇ／リットルである。
有機高分子凝集剤（ポリマ）は、アニオン性ポリマ、ノニオン性ポリマ、カチオン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１〜３ｍｇ／リットル程度である。
【００２１】
凝集付着槽４からの前記したような状態の原水（フロック付着浮上性粒子含有水）７を浮上分離槽８に供給すると、フロックが付着した浮上性粒子が急速に水面に浮上し、ＳＳが数〜１０ｍｇ／リットル程度の清澄水が分離される。しかるのち、浮上分離水は超高速の下降流となって、浮上分離槽８の下部に配備された処理水流出管１１ａから処理水１１として流出する。
【００２２】
しかして、フロック付着浮上性粒子は比重が非常に小さいため、浮上分離槽８の水面１０より上部に浮上して露出するので、「スキーのジャンプ台のような形状のすべり台１３の上から原水１の一部を浮上物押し流し用水２０として流し浮上物を押し流す」手段などで浮上物を排除し、ＳＳ剥離槽４に落下させ、同槽内で撹拌し、付着ＳＳを浮上性粒子６から剥離することができる。前記した水流押し流し法のほうが機械的掻き取りよりも装置が簡単になるので好適である。ＳＳ剥離槽４に落下させるのには、図１に示すように傾斜流路板（スクリーンではない）上を流下させるようにしてもよい。
【００２３】
そのあと、剥離ＳＳを洗浄槽１７に流入させ、剥離ＳＳを懸濁させた洗浄排水１９として排除する。洗浄槽１７には、洗浄用水１８を供給する場合もある。洗浄用水１８には、せっかく生産した清澄処理水１４を使用するより、原水１を利用するほうが合理的である。洗浄された浮上性粒子６は、浮力によって剥離ＳＳと分離され、落差により凝集付着槽４に戻し、凝集フロック付着に再利用する。
【００２４】
【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。
【００２５】
実施例１  超高速除濁処理試験
図１に示す装置を用いて、雨天時の河川水（ＳＳ：７８ｍｇ／リットル）に平均粒径７００μｍ、比重０．１１の球状発泡スチロール粒子を６０（ミリリットル／リットル原水）添加し、強く撹拌して全体に分散させながら、凝集剤ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）を２０ｍｇ／リットル添加し、２０秒間急速撹拌を行った後、凝集付着槽においてポリマ（アニオン性ポリマ、分子量１５００万、銘柄エバグロースＡ１５１）を１ｍｇ／リットル添加し、０．３分間撹拌したところ、発泡スチロール粒子表面にフロックが付着した。こののち、浮上分離速度３０００ｍｍ／ｍｉｎの超高速浮上分離遠度に設定した浮上分離槽に流入させた。この結果、フロック付着発泡スチロール粒子は急速に浮上し、浮上分離槽の下部からＳＳが５〜６ｍｇ／リットルの清澄処理水が得られた。
【００２６】
浮上分離槽の水面より上に浮上した浮上性粒子群の水平方向に、原水の一部をすべり台から落下させて、すべり台下端流速０．２ｍ／ｓｅｃで浮上物に衝突させ、浮上分離槽の上端から傾斜した流下路を通してＳＳ剥離槽に押し流した。ＳＳ剥離槽では５００ｒｐｍで撹拌し、ＳＳ（フロック）を浮上性粒子から剥離させた。
その後、攪拌した液を洗浄槽に流入させ、浮上性粒子は浮上させ、洗浄排水は排出させた。洗浄された浮上性粒子を下方にある凝集付着槽水面に落下させて返送した。
【００２７】
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。原水にＰＡＣを２０ｍｇ／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２ｍｇ／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４００ｍｍ／ｍｉｎに設定した浮上分離槽に流入させた。この結果、浮上分離速度が大き過ぎ、気泡に付着したフロックは浮上せずに処理水に流出し、固液分離が出来なかった。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、下記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不可能であった超高速度の浮上分離速度で、原水中の懸濁粒子、リン酸イオン、色度成分、ＣＯＤ成分などの凝集除去対象物質を、浮上分離することができる。本発明の浮上分離速度は、３ｍ／ｍｉｎが可能であり、従来の浮上分離法の１０倍以上の浮上分離速度が実現可能である。
（２）従って、大水量原水に極めて好適であり、非常にコンパクトな装置で凝集除去対象物質を除去できる。
（３）浮上性粒子の循環利用に、大容量ポンプ（エアリフトポンプ、軸流ポンプなど）を使う必要がないので、設備費、運転費が大きく削減できる。
（４）浮上分離槽の水面に浮上した浮上性粒子群の除去、ＳＳ剥離・洗浄が合理的（低動力、簡単な設備）に行える。
（５）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。
（６）浮上分離された浮上性粒子は回収して再利用出来るので、浮上性粒子を使い捨てる必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高速浮上分離装置の一実施態様を示す構成図である。
【符号の説明】
１    原水
２    無機凝集剤
３    高分子凝集剤
４    凝集付着槽
５    撹拌機
６    浮上性粒子（洗浄済み浮上性粒子）
７    フロック付着浮上性粒子含有水
８    浮上分離槽
９    浮上分離部
１０    水面
１１    処理水
１１ａ  処理水流出管
１２    フロック付着浮上性粒子層（浮上物）
１３    すべり台
１４    流下路
１５    ＳＳ剥離槽
１６    撹拌機
１７    洗浄槽
１８    洗浄用水
１９    洗浄排水
２０    浮上物押し流し用水
【図１】
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