(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水に凝集剤と粒状物を添加し原水中の懸濁物質とともにフロックとして凝集させ、該フロックを沈降させて処理水と分離し、沈降したフロックを含むスラリーを抜き出して分離器により汚泥と粒状物とに分離し、分離した粒状物を循環再使用する凝集沈澱方法において、分離器で分離した汚泥を、気泡の浮上による浮上分離により、さらに濃縮された汚泥と浮上分離処理水とに分離することを特徴とする凝集沈澱方法。
【請求項２】
浮上分離処理水を原水に返送する、請求項１の凝集沈澱方法。
【請求項３】
分離器で分離した汚泥中に浮上分離用水を導入し、該浮上分離用水中に気泡生成用空気を注入する、請求項１または２の凝集沈澱方法。
【請求項４】
浮上分離用水として、フロックが沈降分離された処理水の一部を用いる、請求項３の凝集沈澱方法。
【請求項５】
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、凝集槽からの導入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、沈澱槽から抜き出した沈降フロックを含むスラリーを汚泥と粒状物とに分離し、分離した粒状物を凝集槽に戻す分離器とを備えた凝集沈澱装置において、分離器で分離した汚泥を、気泡の浮上による浮上分離により、さらに濃縮された汚泥と浮上分離処理水とに分離する浮上分離手段を有することを特徴とする凝集沈澱装置。
【請求項６】
浮上分離手段により分離された浮上分離処理水を原水に返送する浮上分離処理水返送ラインを有する、請求項５の凝集沈澱装置。
【請求項７】
浮上分離手段に、気泡生成用空気が注入された浮上分離用水を供給する浮上分離用水供給ラインが接続されている、請求項５または６の凝集沈澱装置。
【請求項８】
浮上分離用水供給ラインが、沈澱槽からの処理水排出ラインから分岐されている、請求項７の凝集沈澱装置。
【請求項９】
気泡生成用空気を浮上分離用水中に加圧注入する手段を有する、請求項７または８の凝集沈澱装置。
【請求項１０】
浮上分離手段が、少なくとも内筒および外筒を含む浮上分離槽を有し、浮上分離用水供給ラインが内筒に接続されている、請求項７ないし９のいずれかに記載の凝集沈澱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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方法および装置に関し、とくに凝集沈澱により分離した汚泥を効率よくさらに濃縮できるようにした凝集沈澱方法および装置に関する。
【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提案されている。
【０００４】
たとえばフランス特許第１４１１７９２号には、凝集槽において、原水に凝集剤とともに、粒径１０〜２００μｍ程度の粒状物（代表的には、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澱させて処理水と分離する凝集沈澱装置が開示されている。沈澱槽から引き抜かれた沈澱フロックを含むスラリーは、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再使用される。このような凝集沈澱装置では、比較的小型の沈澱槽にて、高流速で処理水と凝集フロックとの分離処理が可能になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような凝集沈澱装置においては、分離器で分離された汚泥は、現実には、さらに後段に設けられた汚泥貯槽、脱水機等により濃縮処理されることが多い。ところが、前述の一般的な凝集沈澱装置における引き抜き汚泥の濃度が１〜２％程度であるのに対し、上記の粒状物を用いた凝集沈澱装置では、その分離器の出口汚泥濃度は０．０５〜０．５％程度と低くなっており、後段に設けられる汚泥貯槽が大型化したり、脱水機の負荷が大きくなったりするという問題を招くおそれがある。
【０００６】
このような問題に対し、未だ出願未公開の段階にあるが、先に本出願人により、分離器の後段に設けた分級塔で汚泥濃縮処理を行うようにした凝集沈澱装置が提案されている（特願平１１−１３０９７８号）。
【０００７】
この先に提案した凝集沈澱装置は、たとえば図３に示すように構成されている。凝集沈澱装置１０１は、凝集槽１０２と、それに隣接配置された沈澱槽１０３を備えている。原水供給ライン１０４を介して供給される原水１０５には、たとえば予備凝集槽１０７で無機凝集剤１０６が添加され、モータ１０８によって駆動される攪拌機１０９で混合され、凝集槽１０２に送られるときにさらに高分子凝集剤１１０が注入される。凝集槽１０２内には、粒状物としての砂１１１が添加される。凝集槽１０２には、モータ１１２によって駆動される攪拌機１１３が設けられており、攪拌機１１３による攪拌によって原水中の懸濁物質が、無機凝集剤１０６、高分子凝集剤１１０、砂１１１を含むフロックとして凝集、成長される。
【０００８】
成長した凝集フロック１１４を含む被処理水は、越流ぜき１１５を介して沈澱槽１０３へと導入される。沈澱槽１０３では、導入水中のフロックが下方に沈降され、沈降されたフロックは上方の処理水１１６に対して分離される。沈澱槽１０３内の上部には、複数の傾斜板１１７が並設されており、処理水１１６とともにフロックが流出するのを抑制している。沈澱槽１０３の底部には、沈降されたフロックを引き抜くための引抜ライン１１８が接続されており、汚泥引抜ポンプ１１９によって、沈降した凝集フロックを含むスラリーが引き抜かれる。引き抜かれたスラリーは、分離器としてのサイクロン１２０に送られ、サイクロン１２０内における遠心分離により、汚泥１２１と砂１１１とに分離される。分離された砂１１１は、再び凝集槽１０２内に戻されて循環再使用される。
【０００９】
サイクロン１２０で分離された汚泥１２１は、分級塔１２２で沈降分離処理され、さらに濃縮された汚泥１２３と、返送ライン１２４を介して予備凝集槽１０７に戻される分級処理水とに分離される。
【００１０】
ところが、上記のように分級塔１２２を設けて汚泥の濃縮処理を行う凝集沈澱装置１０１には、以下のような問題が残されている。
【００１１】
すなわち、原水が、たとえば生物処理水（活性汚泥等）等の有機性の排水の場合、サイクロン１２０後段の汚泥は非常に沈降しにくいものとなるため、分級塔１２２で重力による沈降濃縮が難しくなることがある。分級塔１２２での濃縮が目標通りに行われないと、凝集沈澱系に大量の汚泥が循環して凝集沈澱処理のバランスを崩し、その結果処理水の水質の悪化を招くおそれがある。
【００１２】
また、分級塔１２２での汚泥の沈降濃縮性能を向上するために、塔の容量を大きくする方法もあるが、新たに設置面積、コストの増大という問題を招いてしまう。
【００１３】
そこで本発明の課題は、上記のような問題点に鑑み、サイクロン等からなる汚泥分離器の後段で、装置の大型化を招くことなく効率よく汚泥の濃縮処理を行えるようにし、凝集沈澱処理系における処理水の水質を悪化させることなく、分離器の後段に設けられる汚泥貯槽の大型化の防止、脱水機負荷増大の抑制をはかることのできる凝集沈澱方法および装置を提供することにある。
【００１４】
【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方法は、原水に凝集剤と粒状物を添加し原水中の懸濁物質とともにフロックとして凝集させ、該フロックを沈降させて処理水と分離し、沈降したフロックを含むスラリーを抜き出して分離器により汚泥と粒状物とに分離し、分離した粒状物を循環再使用する凝集沈澱方法において、分離器で分離した汚泥を、気泡の浮上による浮上分離により、さらに濃縮された汚泥と浮上分離処理水とに分離することを特徴とする方法からなる。つまり、分離器で分離された汚泥のさらなる濃縮に、浮上分離という新しい概念を導入した方法である。本発明における浮上分離とは、気泡を汚泥に吸着させ、気泡の浮力で処理水と汚泥に分離することをいう。
【００１５】
この凝集沈澱方法においては、浮上分離処理水を原水に返送することができる。浮上分離処理は、たとえば分離器で分離した汚泥中に浮上分離用水を導入し、該浮上分離用水中に気泡生成用空気を注入することにより行うことができる。浮上分離用水としては、たとえばフロックが沈降分離された処理水、つまり凝集沈澱系の処理水の一部を用いることができる。
【００１６】
本発明に係る凝集沈澱装置は、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、凝集槽からの導入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、沈澱槽から抜き出した沈降フロックを含むスラリーを汚泥と粒状物とに分離し、分離した粒状物を凝集槽に戻す分離器とを備えた凝集沈澱装置において、分離器で分離した汚泥を、気泡の浮上による浮上分離により、さらに濃縮された汚泥と浮上分離処理水とに分離する浮上分離手段を有することを特徴とするものからなる。
【００１７】
この凝集沈澱装置においては、浮上分離手段により分離された浮上分離処理水を原水に返送する浮上分離処理水返送ラインを有する構成とすることができる。また、浮上分離手段に、気泡生成用空気が注入された浮上分離用水を供給する浮上分離用水供給ラインが接続されている構成を採用できる。浮上分離用水供給ラインは、沈澱槽からの処理水排出ラインから分岐すればよい。
【００１８】
また、浮上分離処理には、単に気泡生成用の空気を供給、あるいはそれに加えて起泡剤を添加して、常圧浮上処理方式を採用することも可能であり、加圧空気を浮上分離用水中に注入し、それを浮上分離処理槽で急激に減圧（急激に大気圧に解放）することにより浮上分離のための気泡を生成するようにすることも可能である。後者の場合には、気泡生成用空気を浮上分離用水中に加圧注入する手段を設けておけばよい。
【００１９】
浮上分離手段自体の構成はとくに限定されないが、たとえば浮上分離手段が、少なくとも内筒および外筒を含む浮上分離槽を有し、浮上分離用水供給ラインが内筒に接続されている構成とすることにより、濃縮汚泥と浮上分離処理水とをより効率よく分離することが可能になる。
【００２０】
上記のような本発明に係る凝集沈澱方法および装置においては、分離器からの汚泥のさらなる濃縮に、浮上分離という新しい手法が採り入れられ、汚泥が浮上する気泡の動きに伴って効率よく分離、濃縮される。単なる沈降分離による濃縮処理ではなく、浮上分離による濃縮処理であるから、従来分離が困難であった有機性の排水からの汚泥に対しても、効率よく濃縮を行うことが可能になる。しかも、浮上分離による強制的な分離、濃縮処理であるから、格別大型の浮上分離槽も不必要である。
【００２１】
したがって、装置を大型化することなく、分離器からの汚泥を効率よく濃縮でき、濃縮された汚泥を効率よく浮上分離処理水と分離でき、汚泥濃度の極めて低い浮上分離処理水を凝集沈澱系に戻すことが可能になる。汚泥が高い濃度まで濃縮される結果、後段の汚泥貯槽の大型化を防止でき、脱水機等の負荷を軽減できる。また、凝集沈澱系に戻される浮上分離処理水から汚泥が効率よく分離除去されているので、凝集沈澱系の処理水の水質悪化も防止される。
【００２２】
【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装置および凝集沈澱方法を示している。図１において、凝集沈澱装置１は、凝集槽２と、それに隣接配置された沈澱槽３を備えている。原水５は、原水供給ライン４を介して予備凝集槽７に供給され、そこで無機凝集剤６が添加される。予備凝集槽７には、モータ８によって駆動される攪拌機９が設けられており、攪拌機９で攪拌された後、凝集槽２に送られるときにさらに高分子凝集剤１０が注入されるようになっている。
【００２３】
凝集槽２内には、粒状物としての砂１１が添加される。凝集槽２には、モータ１２によって駆動される攪拌機１３が設けられており、攪拌機１３による攪拌によって原水中の懸濁物質が、無機凝集剤６、高分子凝集剤１０、砂１１を含むフロックとして凝集、成長される。
【００２４】
この凝集においては、無機凝集剤６が懸濁物質を凝集させて微細なフロックを生成させ、それに高分子凝集剤１０が絡まってより大きなフロックに成長させ、成長したフロックには比重の大きい粒状物としての砂１１が含有され、全体として比較的大きな、比重の大きい沈降しやすいフロックに成長する。
【００２５】
成長した凝集フロック１４を含む被処理水は、越流ぜき１５を介して沈澱槽３へと導入される。沈澱槽３では、導入水中のフロックが下方に沈降され、沈降されたフロックは上方の処理水１６に対して分離される。沈澱槽３内の上部には、複数の傾斜板１７が並設されており、処理水１６とともにフロックが流出するのを抑制している。
【００２６】
沈澱槽３の底部には、沈降されたフロックを引き抜くための引抜ライン１８が接続されており、汚泥引抜ポンプ１９によって、沈降した凝集フロックを含むスラリーが引き抜かれる。引き抜かれたスラリーは、分離器としてのサイクロン２０に送られ、サイクロン２０内における遠心分離により、汚泥２１と砂１１とに分離される。分離された砂１１は、再び凝集槽２内に戻されて循環再使用される。
【００２７】
ここまでの系統は、実質的に図３に示したものと同じである。本発明においては、分離器２０（サイクロン）の後段に、次のような浮上分離手段が設けられる。
【００２８】
分離器２０からの濃縮前の汚泥２１の導出ライン２２は、浮上分離槽２３に接続され、この汚泥導出ライン２２に浮上分離用水供給ライン２４が合流されている。浮上分離槽２３は、本実施態様では、内筒２５と外筒２６を有し、外筒２６の外側に浮上分離槽２３の槽壁２７が位置する構造となっている。汚泥導出ライン２２と合流された浮上分離用水供給ライン２４は、内筒２５内に臨むように接続されており、この内筒２５内で浮上分離のための気泡が浮上される。内筒２５の上方および外筒２６内上部には、浮上分離処理によって分離されたスカム２８が集められ、さらに濃縮された汚泥２９として後段の汚泥貯槽、さらには脱水機へと送られるようになっている（図示略）。
【００２９】
浮上分離槽２３の底部からは、該底部に沈降してきた汚泥３０が引き抜かれる。また、外筒２６と槽壁２７との間の上部から、汚泥と分離された浮上分離処理水３１が浮上分離処理水返送ライン３２を介して予備凝集槽７に戻され、凝集沈澱系へと循環されるようになっている。
【００３０】
浮上分離用水供給ライン２４には、浮上分離のための気泡生成用の空気３３が注入されるようになっており、本実施態様では加圧空気として注入される。また、浮上分離用水供給ライン２４には、加圧ポンプ３４と加圧タンク３５が設けられており、注入された空気を所定の加圧状態にした後、内筒２５内に供給される際に急激に減圧状態（大気圧状態）に解放して、気泡を生成できるようになっている。
【００３１】
浮上分離用水供給ライン２４に供給する水は、別の系から採水することも可能であるが、沈澱槽３からの処理水１６のラインから分岐して処理水１６の一部を利用するのが効率がよい。
【００３２】
上記のような装置においては、分離器２０からの比較的濃度の低い汚泥２１が、浮上分離槽２３内でさらに濃縮された汚泥２９へと分離される。この浮上分離処理は、気泡の浮上動作に伴って、強制的に分離するものであるから、大型の槽は不要であり、強制分離力により高い分離効率が得られる。
【００３３】
また、重力を利用した沈降分離処理とは異なり、沈降しにくい汚泥、たとえば前述したような有機性の汚泥まで、効率よく濃縮、分離することが可能になる。
【００３４】
その結果、浮上分離槽２３から後段に送られる汚泥２９の濃度は、図３に示した分級塔を利用したものに比べて、はるかに高い濃度まで濃縮され、後段に設置される汚泥貯槽の小型化、脱水機の負荷軽減が可能になる。
【００３５】
また、予備凝集槽７へと戻される浮上分離処理水３１からは効率よく汚泥が除去されており、浮上分離処理水３１中の汚泥濃度は極めて低いから、凝集沈澱系における凝集沈澱のバランスを崩すことはなく、その処理水１６の水質を悪化させることもない。
【００３６】
図２は、本発明の別の実施態様に係る凝集沈澱装置および凝集沈澱方法を示している。本実施態様では、浮上分離槽４１が、内筒４２と、外筒と共通壁に構成された槽壁４３を備えたものに構成されており、浮上分離槽４１の底部から、浮上分離処理水４４が返送ライン４５を介して直接的に予備凝集槽７へと戻されている。その他の構成は図１に示した装置に準じる。
【００３７】
本実施態様では、図１に示した態様に比べ、浮上分離槽の底部から沈降汚泥の引き抜きを行っていないので、予備凝集槽７に戻される浮上分離処理水４４中の汚泥濃度は若干高くなるが、浮上分離処理により濃縮汚泥が効率よく除去されているので、浮上分離処理水４４中の汚泥濃度の絶対値は低いものとなる。戻された浮上分離処理水４４は、原水とともに凝集沈澱処理に供されるから、浮上分離処理水４４の汚泥濃度が低く保たれている限り、沈澱槽３からの処理水の水質には実質的に悪影響を及ぼさない。すなわち、浮上分離槽４１における浮上分離処理による汚泥濃縮、分離性能が高いので、図１の装置よりもさらに簡略化が可能となる。
【００３８】
なお、本発明において使用される無機凝集剤や高分子凝集剤については、とくに限定されないが、無機凝集剤としては、たとえばポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、塩化第二鉄、硫酸第二鉄を使用でき、高分子凝集剤としては、たとえばノニオン性、アニオン性あるいは両性の高分子凝集剤を用いることができる。アニオン性の高分子凝集剤としては、たとえば、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、たとえば、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。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の凝集沈澱方法および凝集沈澱装置によれば、分離器からの汚泥を、小型の浮上分離槽で効率よくさらに高濃度に濃縮でき、かつ、低濃度の浮上分離処理水と効率よく分離できる。分離汚泥を所望の濃度にまで濃縮できることから、後段の汚泥貯槽の小型化、脱水機の負荷軽減を達成できる。また、凝集沈澱系に戻される浮上分離処理水の汚泥濃度を極めて低く抑えることができるから、凝集沈澱処理水の水質を安定して高く保つことができる。
【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装置の全体構成図である。
【図２】本発明の別の実施態様に係る凝集沈澱装置の全体構成図である。
【図３】本出願人が先に提案した凝集沈澱装置（特願平１１−１３０９７８号）の全体構成図である。
【符号の説明】
１  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  予備凝集槽
８  モータ
９  攪拌機
１０  高分子凝集剤
１１  粒状物としての砂
１２  モータ
１３  攪拌機
１４  凝集フロック
１５  越流ぜき
１６  処理水
１７  傾斜板
１８  引抜ライン
１９  汚泥引抜ポンプ
２０  分離器としてのサイクロン
２１  濃縮前の汚泥
２２  汚泥導出ライン
２３、４１  浮上分離槽
２４  浮上分離用水供給ライン
２５、４２  内筒
２６  外筒
２７、４３  槽壁
２８  スカム
２９  濃縮された汚泥
３０  沈降汚泥
３１、４４  浮上分離処理水
３２、４５  浮上分離処理水返送ライン
３３  注入空気
３４  加圧ポンプ
３５  加圧タンク
【図１】
0004416144.tif 000002
【図２】
0004416144.tif 000003
【図３】
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