(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水中の懸濁物質を凝集剤と粒状物の添加によりフロックとして凝集させる凝集槽と、凝集槽からの被処理水中のフロックを沈降させ処理水とフロックとに分離する沈澱槽とを備えた凝集沈澱装置を２段直列に配置し、原水濁度に応じて１段目または２段目の凝集沈澱装置による処理を省略するバイパスラインが前記１段目または２段目の凝集沈澱装置に対して設けられたことを特徴とする凝集沈澱システム。
【請求項２】
予め定められた所定濁度以下の場合に、前記バイパスラインが前記１段目または２段目の凝集沈澱装置による処理を省略することにより、１段処理と２段処理とを選択的に切替える、請求項１に記載の凝集沈澱システム。
【請求項３】
１段目沈澱槽における線速度が２段目沈澱槽における線速度よりも高く設定されている、請求項１または２の凝集沈澱システム。
【請求項４】
１段目凝集槽と２段目凝集槽に互いに異なる凝集剤が添加されている、請求項１ないし３のいずれかに記載の凝集沈澱システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原水中の懸濁物質を凝集沈澱により汚泥と処理水とに分離する凝集沈澱システムに関し、とくに高濁度の原水の処理に好適な凝集沈澱システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
原水中に懸濁している物質（以下、ＳＳ〔Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  Ｓｏｌｉｄ〕と称することもある。）を沈澱により分離除去する装置が知られている。従来の原水中のＳＳを除去するための凝集沈澱装置として、原水に単に凝集剤を添加して凝集物を沈澱させ、凝集物を汚泥として引き抜くとともに上部から処理水を導出するようにした装置はよく知られている。
【０００３】
このような一般的な凝集沈澱装置では、凝集物の沈澱に長時間を要し、沈澱槽としても極めて大型のものが要求されることから、より効率よく凝集沈澱を行わせるようにした凝集沈澱装置が先に本出願人により提案されている。
【０００４】
例えば特願平１１−１３０９７８号にて、原水に凝集剤とともに粒状物として砂を添加し、原水中のＳＳを比重の大きい粒状物を含んだ比較的大きなフロックとして凝集させ、沈澱槽において凝集槽から導入された被処理水中のフロックを沈降させて処理水と分離する凝集沈澱装置を提案した。沈澱槽から引き抜かれた沈澱フロックは、サイクロン等の分離器により汚泥と粒状物とに分離され、分離された粒状物は凝集槽に戻されて循環使用される。
【０００５】
この先に提案した凝集沈澱装置は、例えば図４に示すように構成されている。図４に示す凝集沈澱装置においては、原水５に無機凝集剤６と高分子凝集剤７がライン４にて注入された後、ミキサー８を介して凝集槽２に導入され、凝集槽２では粒状物としての砂９が添加されて、モータ１０で駆動される攪拌機１１で攪拌されつつフロック１３が成長される。成長したフロックを含有する被処理水は、越流ぜき１２を通して沈澱槽３に導入され、沈降するフロックと反転上昇流としての処理水１４とに分離される。処理水１４は、例えば沈澱槽３内の上部に配置された傾斜板１５を介して外部へ排出される。沈澱した汚泥は汚泥引抜きポンプ１７によって引き抜かれ、ライン１６を介してサイクロン等の分離器１８に送られ、該分離器１８によって、汚泥１９と、循環使用される粒状物（砂９）とに分離される。また、凝集効果を高めるために汚泥１９の一部がバルブ２１、２２の操作により汚泥返送ライン２０を介して返送される場合もある。
【０００６】
上記のような凝集沈澱装置においては、粒状物とともに凝集したフロックは、粒状物を含まないフロックに比較してその密度が大きいために非常に速い沈降速度が得られ、沈澱槽における線速度（ＬＶ）が５０ｍ／ｈ以上という高流速の処理も可能となる。従って沈澱槽を小さなものとすることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような凝集沈澱装置を用いて高濁度（例えば、数百度以上）の原水を処理しようとする場合には、沈澱槽へのＳＳ負荷が増大しすぎることがあり、そのため処理水質が悪化してしまうおそれがあるという問題点がある。
【０００８】
そこで本発明の課題は、原水が高濁度となった場合でも、良好にかつ効率的に凝集沈澱を行うことができる処理システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る凝集沈澱システムは、原水中の懸濁物質を凝集剤と粒状物の添加によりフロックとして凝集させる凝集槽と、凝集槽からの被処理水中のフロックを沈降させ処理水とフロックとに分離する沈澱槽とを備えた凝集沈澱装置を２段直列に配置し、原水濁度に応じて１段目または２段目の凝集沈澱装置による処理を省略するバイパスラインが前記１段目または２段目の凝集沈澱装置に対して設けられたことを特徴とするものからなる。
【００１０】
上記凝集沈澱システムにおいては、原水の濁度が低く、１段処理で十分と考えられる場合には、従前と同様の１段処理に切り替えるようにすることができる。すなわち、１段目または２段目の凝集沈澱装置に対し、原水濁度に応じて１段処理と２段処理とに選択的に切替可能なバイパスラインを設けておき、１段処理を行う場合にはバイパスラインに通して１段目または２段目の凝集沈澱装置による処理を省略する構成とする。
【００１１】
上記凝集沈澱システムにおいては、１段目の処理は、２段目で安定した処理が行えるようにするための、原水の濁度低減手段、つまり２段目の被処理水を導入前に濁度を予め低減しておく手段と考えることができるので、１段目における線速度（ＬＶ）を比較的高くしても別段問題は生じない。むしろシステム全体の処理速度の向上を考慮すると、１段目における線速度は高く設定されている方が好ましい。つまり、１段目沈澱槽における線速度が２段目沈澱槽における線速度よりも高く設定されていることが好ましい。
【００１２】
また、上記凝集沈澱システムにおいては、１段目凝集槽と２段目凝集槽に互いに異なる凝集剤を添加するようにすることもできる。
【００１３】
このような本発明に係る凝集沈澱システムにおいては、原水濁度上昇時でも１段目の凝集沈澱装置により濁度の低減が行えるので、２段目の凝集沈澱装置の負荷を大幅に低減でき、該２段目凝集沈澱装置での処理を、常時安定して行うことができる。
【００１４】
また、原水の濁度に応じて１段処理と２段処理とを選択的に切り替えることにより、原水の濁度に応じた最も効率のよい処理を行うことができる。つまり、原水の濁度が高い場合には、本発明に係る２段処理とし、原水の濁度が低い場合には、従前と同様の１段処理に切り替えることができる。
【００１５】
また、１段目沈澱槽処理の線速度を２段目のそれよりも速くしておくことにより、とくに１段目の沈澱槽の断面積を低減することができ、それを介してシステム全体の小型化をはかることが可能になる。
【００１６】
さらに、１段目と２段目に互いに異なる凝集剤、例えば、イオン性や分子量等が異なる高分子を使うことにより、１段目、２段目それぞれに最適な凝集を行うことができるので、システム全体としての処理性能をより高めることができる。また、１段目において、鉄−シリカ系無機凝集剤等の、モノマー（例えば、アクリルアミドモノマー）を含まない高分子凝集剤を用いれば、モノマーを含む有機高分子凝集剤の総注入量を低く抑えることが可能となり、処理水中への好ましくないモノマーの含有量の抑制をはかることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る凝集沈澱システムの全体の処理フローを示しており、図２は、図１のフローにおいて２段直列に配置される凝集沈澱装置の一例を示している。
【００１８】
図２に示す凝集沈澱装置１は、基本的には図４に示した装置と同じ構成を有しているので、図４に示した各部材、各部位と対応するものに図４と同一の符号を付すことにより説明を省略する。但し本発明に係るシステムは、とくに高濁度の原水に対する処理に有効なものであるから、図４に示した汚泥返送ライン２０およびそのための切替バルブ２１、２２は不要であり、省略することができる。
【００１９】
図１に示す凝集沈澱システム３１においては、図２に示したような凝集沈澱装置１（図１では１ａ、１ｂで表してある）が２段直列に配置されている。供給されてきた原水３２は、まず原水濁度計３３によって、濁度が測定される。本実施態様では、測定された濁度に応じて、その測定値が予め定められた所定濁度（例えば２００度）以下の場合は、１段処理にて良好な処理水が得られるので、弁３４を閉じて１段目の凝集沈澱装置１ａへは通水せず、弁３５を開いてバイパスライン３６を介して２段目の凝集沈澱装置１ｂのみに原水を通水する。原水濁度測定値が所定濁度以上となった場合は、１段処理にて良好な処理水を得ることが困難となるので、弁３４、３５を切り替え１段目の凝集沈澱装置１ａへ原水を通水し、その濁度を２段目において良好な処理が可能なレベルまで低減する。そして、１段目処理水を、２段目の凝集沈澱装置１ｂに導水し、最終的に濁度が低減された良好な処理水３７を得る。なお、バイパスラインを２段目の凝集沈澱装置１ｂに対して設けることも可能であるが、１段目処理を２段目処理の前処理とする考え方からは、１段目の凝集沈澱装置１ａに対しバイパスライン３６を設ける方が好ましい。
【００２０】
上記の１段処理と２段処理の切替は、例えば図３に示すように行われる。すなわち、ステップＳ１で原水の濁度を測定し、原水濁度が所定濁度（例えば２００度）以上の場合には（ステップＳ２）、１段目の凝集沈澱装置１ａ（設計ＬＶ：例えば９０ｍ／ｈ）に通水し（ステップＳ３）、しかる後に２段目の凝集沈澱装置１ｂ（設計ＬＶ：例えば２５ｍ／ｈ）に通水して（ステップＳ４）、２段処理した処理水を得る。測定した原水の濁度が所定濁度（例えば２００度）未満である場合には（ステップＳ５）、１段目の凝集沈澱装置１ａを通さずにバイパスさせ、直接２段目の凝集沈澱装置１ｂに通水して処理水を得る。
【００２１】
各凝集沈澱装置１ａ、１ｂにおいて添加する無機凝集剤６としては、例えばポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、塩化第二鉄、硫酸第二鉄、鉄−シリカ系凝集剤を使用でき、高分子凝集剤としては、例えばノニオン性、アニオン性、両性の有機高分子凝集剤を使用でき、さらには無機凝集剤と高分子凝集剤の作用を併有する無機高分子凝集剤、例えば鉄−シリカ系高分子凝集剤を用いることができる。上記アニオン性の高分子凝集剤としては、例えば、アクリル酸またはその塩の重合物、アクリル酸またはその塩とアクリルアミドとの共重合物、アクリルアミドと２−アクリルアミド−２メチルプロパンスルホン酸塩の共重合物、アクリル酸またはその塩とアクリルアミドと２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸塩の３元共重合物、ポリアクリルアミドの部分加水分解物などが挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。ノニオン性の高分子凝集剤としては、代表的なものとしてポリアクリルアミドが挙げられるが、特にこれに限定されるものではない。両性の高分子凝集剤としては、例えば、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートの３級塩および４級塩（塩化メチル塩等）等の少なくとも１種のカチオン性単量体と、アクリル酸およびその塩（ナトリウム、カルシウム等の塩類）、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸塩（ナトリウム、カルシウム等の塩類）等の少なくとも１種のアニオン性単量体の共重合物、あるいは、上記の少なくとも１種のカチオン性単量体および上記の少なくとも１種のアニオン性単量体とアクリルアミド等の少なくとも１種のノニオン性単量体との三元もしくは四元以上の共重合物等が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。高分子凝集剤の分子量の範囲は特に限定されないが、５００万〜２０００万の範囲が好ましい。これらの高分子凝集剤は、単独で又は混合物として用いることができる。高分子凝集剤の添加量は、一般的に経済的な観点から０．３〜２ｍｇ／Ｌ程度である。
【００２２】
また、上記のような凝集剤の添加においては、各段で異なる凝集剤を用いることも可能である。例えば１段目では無機高分子凝集剤のみを添加し、２段目では無機凝集剤と有機高分子凝集剤を添加するといった方法が挙げられる。
【００２３】
１段目及び２段目の沈澱槽における線速度（ＬＶ）については、前述の如く１段目処理は２段目処理の前処理と位置づけることができるので、最終処理用の２段目よりも大きなＬＶに設定することができる。
【００２４】
また、凝集に使用する粒状物としては、代表的には砂（例えば珪砂）を使用することができ、とくに粒径を揃えたものが好ましい。
【００２５】
【実施例】
実験１
本発明による効果を確認するため、まず次のような実験１を行った。懸濁物質としてカオリンを用い、濁度を１０００度に調整した人工濁水を準備し、この人工濁水に対し、１系列は２段処理（実施例１〜３）、もう１系列は１段処理（比較例１〜３）にて処理を行い、それぞれの処理水濁度を測定した。
【００２６】
各実施例及び比較例の運転条件は以下の通りであり、実施例１〜３、比較例１〜３における各運転の条件を表１に示す。
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【００２７】
【表１】
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【００２８】
上記実験の結果、処理水濁度測定結果は表２に示すようになった。
【００２９】
【表２】
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【００３０】
表１、表２に示したように、濁度１０００度の人工濁水を濁度１度以下（浄水処理における凝集沈澱処理水の一般的目標値）にまで処理するには、実施例では１段目沈澱槽ＬＶ＝１０４ｍ／ｈ、２段目沈澱槽ＬＶ＝３３ｍ／ｈで処理すればよいのに対し（実施例３）、比較例では沈澱槽ＬＶ＝８ｍ／ｈまで下げる必要があった（比較例１）。
この場合の処理量１ｍ3 ／ｈ当りの沈澱槽総断面積は、実施例３では０．０４ｍ2 、比較例１では０．１３ｍ2 となり、本発明の有効性が確認できた。
【００３１】
実験２
実験１の実施例３と同様の実験機及び人工濁水を用いて、１段目と２段目の薬品注入条件を変えて、より具体的には２段目の高分子凝集剤の種類を変更して、運転を実施した。この実施例４の運転条件は表３の通りである。
【００３２】
【表３】
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【００３３】
上記実験２の結果、処理水濁度測定結果は表４のようになった。
【００３４】
【表４】
0004446418.tif 000006
【００３５】
この実施例４と、前述の実施例３の結果との比較から判るように、１段目と２段目で異なる高分子凝集剤を使用することにより、処理水質をさらに向上させることができた。
【００３６】
このように、本発明に係る凝集沈澱システムでは、次のようなことが明らかになった。すなわち、一般に、凝集沈澱装置においては凝集槽や沈澱槽の断面積（換言すれば、原水の流速）が大きい方が（流速の遅い方が）処理水質は良くなる。したがって、１段処理の場合の凝集沈澱装置（従前装置）の断面積が、本発明に係る２段処理の場合の総断面積と同じであれば、同等の処理水質が得られるようにも思える。しかし実際には、前記実施例と比較例との比較からも明らかなように、２段処理の方が処理水質が良くなり、同等の処理水質を得るには、前記実施例３と比較例１との比較からも判るように、２段処理の方が単位処理量当たりの総断面積は少なくて済む。つまり、本発明に係る２段処理システムは、格別の効果を奏する。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の凝集沈澱システムによれば、凝集沈澱装置を２段直列に配置することにより、常時良好な処理水を得ることができる。また、原水濁度上昇時のみ２段処理を行うことにより、エネルギーの浪費を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係る凝集沈澱システムの概略構成図である。
【図２】図１のシステムにおける各凝集沈澱装置の一例を示す概略構成図である。
【図３】図１のシステムの運転切替条件の一例を示すフローチャートである。
【図４】本出願人より先に提案された凝集沈澱装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１  凝集沈澱装置
１ａ  １段目凝集沈澱装置
１ｂ  ２段目凝集沈澱装置
２  凝集槽
３  沈澱槽
４  原水供給ライン
５  原水
６  無機凝集剤
７  高分子凝集剤
８  ミキサー
９  粒状物としての砂
１０  モータ
１１  攪拌機
１２  越流ぜき
１３  成長したフロック
１４  処理水
１５  傾斜板
１６  引抜ライン
１７  汚泥引抜ポンプ
１８  分離器としてのサイクロン
１９  汚泥
３１  凝集沈澱システム
３２  原水
３３  原水濁度計
３４、３５  弁
３６  バイパスライン
３７  処理水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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