(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
沈殿槽内で被処理液中の懸濁物質や凝集フロック等を沈降分離させて被処理液を清澄化する凝集沈殿装置において、
前記沈殿槽内に直立状態で配設されており、被処理液及び添加剤が導入され混合・撹拌されるミキシングチャンバと、
前記ミキシングチャンバ内の被処理液を前記沈殿槽と前記ミキシングチャンバとの間の沈殿空間に分配供給すべく前記ミキシングチャンバの内部と連通し且つ複数の吐出孔が長手方向に沿って形成されている吐出管であって、前記ミキシングチャンバの中心軸線を中心として回転可能となっている吐出管と、
を備え、
前記各吐出孔から吐出される被処理液の吐出速度が同一であり、
前記吐出孔が各吐出管についてｎ個設けられている場合において、前記中心軸線側から第ｍ番目の前記吐出孔が、
【数１】
0004421731.tif 000006
で表される距離をもって回転軸線から離れた位置に配置されていることを特徴とする、凝集沈殿装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、沈殿槽内で被処理液中の懸濁物質等を凝集・沈殿させて被処理液を清澄化する凝集沈殿装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
凝集沈殿装置は、沈降分離方式の水処理装置の一種であり、原廃水等の被処理液に含まれている懸濁物質等を適当な添加剤により凝集しフロック化し、被処理液から懸濁物質等を沈殿除去しようとするものである。
【０００３】
この種の凝集沈殿装置としては、特公平１−３８５２３号公報によって開示されたものが知られている。この公報に記載された凝集沈殿装置においては、懸濁物質等の凝集を行う筒状のミキシングチャンバが沈殿槽内の中心に直立状態で設けられており、ミキシングチャンバ内の凝集フロックを有する被処理液は、ディストリビュータにより沈殿槽の内部空間（ミキシングチャンバ内は除く。本明細書においては、この内部空間を「沈殿空間」と称する）に分配供給されるようになっている。
【０００４】
従来一般のディストリビュータは、基本的には、ミキシングチャンバの下部に配設され放射状に延びる複数本の吐出管から構成されている。各吐出管はミキシングチャンバ内と連通しており、各吐出管の下側部分にはその長手方向に沿って等間隔に複数の吐出孔が形成されている。吐出管の外側端部は閉じられているので、ミキシングチャンバ内の凝集フロックを含有した被処理液は吐出管を通り、吐出孔から沈殿槽内の処理空間に排出される。また、吐出管は、ミキシングチャンバと共に、或いはミキシングチャンバとは別個に回転されるようになっている。従って、ディストリビュータを回転駆動させると、各吐出孔は円の軌跡を描き、そこから吐出されるフロック含有被処理液は沈殿空間に分配される。
【０００５】
沈殿槽内の沈殿空間では、被処理液中の凝集フロックが沈降分離し、沈殿槽の底部にて濃縮された汚泥層を形成する。その一方で、沈殿槽の上部には上澄液が上昇していき、清澄化された処理済み液として沈殿槽上部から流出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記型式の凝集沈殿装置は、排水処理や製紙白水回収等の各種用途に用いられるものであるが、近年では、各種工業製品の品質向上、環境保全といった見地から、より一層清澄化された処理済み液を得ることができる凝集沈殿装置に対するニーズが高まっている。
【０００７】
そこで、本発明は、極めて清澄化された処理済み液を得ることができる凝集沈殿装置の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためには、沈殿槽内の沈殿空間内で生ずる上昇流が槽全域にわたり可能な限り均等であることが望ましい。しかしながら、従来の凝集沈殿装置においては上昇流に若干の乱れが生じている。この乱れは種々の原因によるものと考えられるが、本発明者らは鋭意研究を進めた結果、ディストリビュータに一因があることを見出した。
【０００９】
すなわち、上述したような従来のディストリビュータでは、各吐出管において複数の吐出孔が等間隔にて形成されているため、沈殿槽の中心側と外側とで単位面積当りの供給量に差が生じていることを見出した。すなわち、従来のディストリビュータを回転駆動させた場合に、各吐出孔から被処理液が供給される水平面内の領域は、隣合う吐出孔間の中間点が描く軌跡により区切られる各環状領域と考えることができる。従って、外側の吐出孔が担う領域は内側の吐出孔が担う領域よりも面積が大きくなる。
【００１０】
一方、従来のディストリビュータでは、各吐出孔からの被処理液の吐出速度（一定時間当りの吐出量）は実質的に同一とされている。これは、吐出速度が吐出孔毎に異なっている場合には沈殿槽内の上昇流に乱れを生じさせるおそれがあると考えられているからである。このように全ての吐出孔からの吐出速度が同一であると、前記の各環状領域に対する被処理液の供給量も同一となるので、単位面積当りの被処理液供給量は外側ほど少なくなってしまう。
【００１１】
このように沈殿槽の中心側と外側とで単位面積当りの被処理液供給量に差が生じた場合、凝集フロックの濃度分布を不均一とし、例えばスラッジブランケット型の運転方法にあっては、ブランケットの均一性を低下させ、凝集沈殿装置の性能を損なう可能性があると本発明者らは考えた。
【００１２】
以上の研究結果を踏まえ、本発明は、沈殿槽と、沈殿槽内に配設され、被処理液及び添加剤を混合し撹拌するミキシングチャンバと、ミキシングチャンバ内の前記被処理液を沈殿槽とミキシングチャンバとの間の沈殿空間に分配供給すべくミキシングチャンバの内部と連通し且つ複数の吐出孔が長手方向に沿って形成されている吐出管であって、ミキシングチャンバの中心軸線を中心として回転可能となっている吐出管とを備える凝集沈殿装置において、吐出孔間の間隔が槽外側ほど漸次小さくなるよう吐出孔を吐出管に形成したことを特徴としている。
【００１３】
このような形で吐出孔を設けることで、吐出管から排出される被処理液の供給量のばらつきが軽減され、単位面積当りの被処理液供給量が一定化される。これにより、沈殿槽内の上昇流が従来に比してより一層均等化され、清澄な上澄液を得ることが可能となる。
【００１４】
吐出孔が各吐出管についてｎ個設けられている場合において、中心軸線側から第ｍ番目の吐出孔は次の通りとなる。なお、各吐出孔から吐出される被処理液の吐出速度が同一であるとする。
【００１５】
【数２】
0004421731.tif 000002
で表される距離をもって中心軸線から離れた位置に配置されることが好ましい
【００１６】
この位置では、各吐出孔が受け持つ領域の大きさがほぼ等しくなり、被処理液の供給量を一定化させる目的に合致するものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明による凝集沈殿装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明による凝集沈殿装置を示す部分断面図である。同図に示す凝集沈殿装置１０は、原廃水等の被処理液から懸濁物質や凝集フロックを沈降分離し、清澄化された上澄液を処理済み液として取り出すことのできる沈殿槽１２と、その内側に配置され、被処理液中の懸濁物質等を予め凝集しフロック化するためのミキシングチャンバ１４とを備えるタイプのものである。このタイプの凝集沈殿装置１０は、処理対象となる被処理液の特性に応じて、いわゆるスラッジブランケット型運転やスラリー循環型運転が可能で、排水処理、製紙白水回収、ＤＩＰ排水回収、苛性化緑液清澄、用水処理、無機物沈殿洗浄処理等の各種用途に適用することができる。
【００１９】
図示の凝集沈殿装置１０における沈殿槽１２は、槽深４０００〜５０００ｍｍ程度、槽径１５００〜３００００ｍｍ程度でのものであるが、これらの寸法については沈殿槽１２の設置スペース、被処理液の性状や量等に応じて任意に設定されるものである。沈殿槽１２は、凝集沈殿装置１０に設置するエリアに設けられたコンクリート等の基礎１６上に鋼板製の側壁１８を固定して形成されている。
【００２０】
沈殿槽１２の側壁上縁部には架台２０が架け渡されている。架台２０は、主として、各種メンテナンス作業時に作業員の作業スペースとされるものである。この架台２０の中央部からはミキシングチャンバ１４が垂設されている。ミキシングチャンバ１４は細長い略円筒形状であり、例えば、沈殿槽１２の槽深のおよそ３分の２程度の全長を有する。ミキシングチャンバ１４は、その中心軸線を沈殿槽１２の中心軸線と一致させた状態で架台２０に固定される。これにより、ミキシングチャンバ１４は、沈殿槽１２内に直立状態で固定されると共に、ミキシングチャンバ１４の下端と沈殿槽１２の底面との間に所定の間隔（空間）が形成される。
【００２１】
ミキシングチャンバ１４の上部には、系外ポンプ等に接続された被処理液流入管２２と連通する導入管２４が接続されている。すなわち、この凝集沈殿装置１０では、被処理液流入管２２を通して供給された原廃水等の被処理液が、先ず、導入管２４を介してミキシングチャンバ１４内に導入されることになる。導入管２４は、凝集沈殿装置１０の運転中における沈殿槽１２内の沈殿空間における液面、及び、ミキシングチャンバ１４内の液面よりも下方に設けられる。これにより、被処理液の導入に起因する気泡等の発生が防止される。なお、沈殿槽１２内の沈殿空間における液面の高さは堰板２６の上縁により規定され、沈殿槽１２内の処理済み液（上澄液）は堰板２６を越えて、沈殿槽１２の側壁１８に形成された流出口２８より系外に流出されるようになっている。
【００２２】
また、ミキシングチャンバ１４には、被処理液中の懸濁物質等を凝集させフロックを形成する各種添加剤を注入するための注入ノズル３０が複数配置されている。ミキシングチャンバ１４内に導入する添加剤としては高分子凝集剤等が用いられるが、被処理液及びその含有物質によって適宜選定されることは勿論である。各注入ノズル３０は、ミキシングチャンバ１４の高さ方向に沿って配設され、例えば、ミキシングチャンバ１４の上段部、中段部及び下段部に各１体ずつ設けられる。また、注入ノズル３０には、図示しない添加剤注入ポンプが接続されており、添加剤の注入量は各注入ノズル３０毎に制御可能とされている。
【００２３】
更に、図１に示すように、ミキシングチャンバ１４には、被処理液と添加剤とを混合し撹拌するためのミキサ３２が内蔵されている。ミキサ３２は、ミキシングチャンバ１４と同軸となるよう架台２０から回転自在に垂設された中空の筒体３４と、その周面に取り付けられた複数のミキサ羽根３６とから構成されている。また、ミキサ３２の筒体３４は、架台２０上に載置されたミキサ駆動装置３８により凝集沈殿装置１０の運転時に回転駆動されるようになっている。更に、ミキサ筒体３４の内部には、センタシャフト４０が挿通されている。このセンタシャフト４０も、ミキシングチャンバ１４と同軸に配置された状態で架台２０から回転自在に垂設されており、架台２０上に載置された駆動装置４２によって回転駆動される。
【００２４】
センタシャフト４０の下部部分はミキシングチャンバ１４の下端よりも下方に突出している。センタシャフト４０のこの下部部分にはディストリビュータ４４が固定されている。ディストリビュータ４４は、基本的には、センタシャフト４０に同軸に固定されミキシングチャンバ１４の下端部を閉じるよう配置されたカップ状の回転支持体４６と、回転支持体４６の内部と連通し且つ回転支持体４６の外周面から径方向外方に水平に延びる複数本（図示実施形態では４本）の吐出管４８とから構成されている。各吐出管４８の外端部は閉じられている。また、各吐出管４８の最下部には、その長手方向に沿って一列に複数の吐出孔（図２及び図３参照）５０が穿設されている。凝集沈殿装置１０の運転時には、ディストリビュータ４４が駆動装置４２によってセンタシャフト４０と共に回転され、ミキシングチャンバ１４内の凝集フロックを含む被処理液は吐出管４８の吐出孔５０から円を描きながら沈殿槽１２内の沈殿空間に吐出される。
【００２５】
各吐出管４８における吐出孔５０は、図２及び図３に明示するように、槽中心から槽外側にかけて漸次間隔が小さくなるように配置されている。これにより、各吐出孔５０が被処理液を供給することとなる領域の大きさが、従来の等間隔に配置した場合に比して、均一化されることとなる。より詳細には、本実施形態では次のようにして、吐出孔５０の位置を定めている。
【００２６】
まず、予め吐出孔５０の数及び径を定めておく。吐出孔５０の数及び径は被処理液の性状や量、沈殿槽１２の容量等に応じて任意に設定されるものであるが、孔径については従来から有る標準サイズを用いることが好ましく、それに応じて孔数を定めることとなる。なお、吐出孔５０の数については凝集沈殿装置１０の能力から最大数が決まるため、最大数を越える場合には、孔数は最大数として孔径を拡大することとなる。また、吐出孔の径は全ての吐出孔について同一となっている。これは、全ての吐出孔からの吐出速度を同一とすることで、上昇流が乱れるのを防止するためである。図示の吐出管４８の外側部分が縮径されているのも同様な目的からであり、管内の圧力を調整して吐出速度を一定とするためである。
【００２７】
このようにして吐出孔５０の数が定められたならばその数をｎ個とする。なお、図２及び図３ではｎは７としている。
【００２８】
次に、沈殿分離に有効となる沈殿槽１２内の領域は実質的には沈殿槽１２の側壁１８内周面とミキシングチャンバ１４の外周面との間の領域であるため、この有効領域の水平断面、例えば図２のIII−III線に沿っての断面についての面積を求める。すなわち、沈殿槽１２の内径をＤとし、ミキシングチャンバ１４の外径をＤMとした場合、その水平面の面積は、（Ｄ2−ＤM2）π／４となる。
【００２９】
そして、この水平面をｎ個の同心円状の環状部分に分割し、各環状部分を槽中心側から順にＳ1、Ｓ2、…、Ｓnと称することとする。これらの環状部分Ｓ1、Ｓ2、…、Ｓnの面積が等しいとした場合、環状部分Ｓ1とＳ2の境界線の直径をＤ1、環状部分Ｓ2とＳ3の境界線の直径をＤ2、環状部分Ｓn-1とＳnの境界線の直径をＤn-1とすると、
【００３０】
【数３】
0004421731.tif 000003
となる。この式から、槽中心側から第m番目の境界線の直径Ｄmは次式で表すことができる。
【００３１】
【数４】
0004421731.tif 000004
ここで、ｍは正数であり、ｍの最大値はｎである。ｍ＝ｎの場合、Ｄmは沈殿槽の内径Ｄに一致する。
【００３２】
この後、各環状部分Ｓ1、Ｓ2、…、Ｓnにおける径方向における中間点が描く円の半径を求める。槽中心側から第ｍ番目についての円の半径をＲmとすると、
【００３３】
【数５】
0004421731.tif 000005
となる。
【００３４】
この式（２）と上記の式（１）から、Ｒmを算出することができる。
【００３５】
本実施形態では、このようにして求めた半径Ｒ1、Ｒ2、…、Ｒnの円を吐出孔５０が描くことができるよう、ディストリビュータ４４の回転中心、すなわちミキシングチャンバ１４の中心軸線ＣＬから各吐出孔５０までの距離をＲ1、Ｒ2、…、Ｒnとなるように吐出孔５０を位置決めしている。
【００３６】
かかる位置においては、各吐出孔５０の受け持つ領域の大きさ（水平面の面積）は実質的に同等となり、単位面積当たりのフロック含有被処理液の供給量はほぼ一定となる。従って、ディストリビュータ４４の回転駆動により供給される被処理液は、沈殿槽１２内の沈殿空間に均等に分配され、沈殿槽１２内の上昇流の均等化に大いに貢献することとなる。
【００３７】
また、図１に示すように、各吐出管４８の下方には、バッフルプレート５２が取り付けられている。これにより、吐出孔５０から吐出された被処理液は、バッフルプレート５２に当たり分散されるので、吐出管４８から吐出する被処理液によって凝集フロックが撹拌されてしまうことが防止され、凝集沈殿装置１０の沈降分離効率はより向上する。
【００３８】
一方、上述したディストリビュータ４４が固定されたセンタシャフト４０は、図１に示すように、ディストリビュータ４４よりも下方に延長されており、沈殿槽１２の底面まで達している。そして、センタシャフト４０の先端には、ディストリビュータ４４と共に回転するレーキ５４及びコーンスクレーパ５６が取り付けられている。
【００３９】
レーキ５４は、吐出管４８から吐出された被処理液中の凝集フロックが沈降して形成する汚泥を濃縮すると共に、槽底面中央の汚泥引抜き用凹部５８に汚泥を掻き寄せるためのものである。これにより、沈殿槽１２内のディストリビュータ４４よりも下方の領域に濃縮汚泥層Ａが形成される。
【００４０】
また、コーンスクレーパ５６は汚泥引抜き用凹部５８に配されている。この凹部５８は沈殿槽１２の基礎１６に形成された汚泥引抜管６０と接続されている。汚泥引抜管６０は、汚泥引抜ポンプ６２及び汚泥返送ポンプ６４に接続されている。例えばスラッジブランケット運転を行う際には、沈殿槽１２内に設けた界面検知計（図示しない）の指示値に基づいて、汚泥引抜ポンプ６２を作動させて沈殿槽１２内の濃縮汚泥を系外へ排出することにより、スラッジブランケット層Ｂの界面高さを一定範囲に保つ。この際、コーンスクレーパ５６が回転しているので、沈殿槽１２内の濃縮汚泥は均等に排出される。また、スラリー循環型の運転を行う際には、界面検知計の指示値に基づいて、汚泥返送ポンプ６４を作動させて汚泥を返送循環する。一方、上澄液は、沈殿槽１２の上部に設けられた流出口２８から系外に流出される。
【００４１】
次に、上述した凝集沈殿装置１０を用いて被処理液を清澄化する手順について説明する。ここでは、スラッジブランケット型運転を行って清澄な処理済み液を得る場合について説明する。
【００４２】
先ず、被処理液流入管２２及び導入管２４から、被処理液をミキシングチャンバ１４内に供給する。この際、被処理液導入管２４から流出する被処理液は最初に被処理液受容チャンバ６６に流入する。そして、被処理液は、受容チャンバ底部、受容チャンバ側壁部及びミキシングチャンバ１４の内周面とによって画成される空間を流通した後、被処理液受容チャンバ６６の上部からミキシングチャンバ１４内に溢出することとなる。
【００４３】
これにより、被処理液導入管２４からミキシングチャンバ１４内に被処理液を直接導入する場合と比較して、比重が大きい粒子や粗大フロック等がミキシングチャンバ１４内で沈降して底部に堆積してしまうことを極めて効果的に低減させることができる。この結果、ディストリビュータ４４の吐出管４８の被処理液流入口が閉塞してしまうことが防止されるので、沈殿槽１２内には、常に被処理液が効率よく分配供給され、凝集沈殿装置１０の運転性能が向上すると共に上澄液の清澄度も向上することになる。
【００４４】
被処理液受容チャンバ６６からミキシングチャンバ１４内に流れ込んだ被処理液に対しては、多段に分割して設けられた注入ノズル３０の何れか又は全てから添加剤が任意のタイミングで注入される。これにより、添加剤による効果が長時間持続すると共に、沈降性の良好な凝集フロックが形成されることになる。そして、ミキシングチャンバ１４内の被処理液と添加剤とは、ミキサ駆動装置３８によって回転駆動されるミキサ３２によって撹拌され、被処理液中の懸濁物質等が凝集して凝集フロックを形成する。
【００４５】
凝集フロックを含む被処理液は、ミキシングチャンバ１４の下端部に配置されたディストリビュータ４４における回転支持体４６から吐出管４８の吐出孔５０を通って沈殿槽１２内に供給される。凝集沈殿装置１０の運転時、ディストリビュータ４４は駆動装置４２により回転駆動されているので、吐出管４８の吐出孔５０から吐出された被処理液は円を描きながら沈殿槽１２内の沈殿空間に分配される。しかも、前述したように、各吐出孔５０が被処理液を供給する領域の大きさは実質的に等しくされているので、水平断面で見た場合の単位面積当たりの被処理液供給量はほぼ一定となり、沈殿空間における凝集フロック等の濃度分布も均一なものとなる。これにより、沈殿槽１２内には均等な上昇流が発生し、ディストリビュータ４４の上方に、良好なスラッジブランケット層Ｂが形成される。
【００４６】
また、被処理液中の凝集フロックのうち、沈殿槽１２内で沈降分離したものは、沈殿槽１２の底部で汚泥層Ａを形成する。沈殿槽１２の底部ではレーキ５４によって汚泥層Ａが濃縮されると共に、槽中央部の汚泥引抜き用凹部５８に掻き寄せられるので、汚泥層Ａは濃縮された均質なものとなる。この濃縮汚泥層Ａからは、界面検知計の支持値に基づいて制御される汚泥引抜きポンプ６２によって汚泥が随時引抜かれるため、スラッジブランケット層Ｂの界面高さは一定の範囲内に保たれる。
【００４７】
一方、上昇流中には微細フロックその他の微細粒子も含まれるが、吐出孔５０の位置を調整した結果、上昇流が乱れの極めて少ない均等なものとなっているので、これらの微細フロック等はスラッジブランケット層Ｂの大きなフロックによって確実に捕捉され、上昇流から除去される。このようにして、上昇流からフロックその他の粒子類が沈降除去され、極めて清澄な上澄液が沈殿槽１２内を上昇し、清澄層Ｃが形成される。そして、上澄液は処理済み液として沈殿槽１２の上部の流出口２８から流出する。
【００４８】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。
【００４９】
例えば、上記実施形態では上記の式に従って吐出孔５０の位置を定めているが、槽外側ほど吐出孔５０の間隔を漸次狭めるという条件下において、均等な上昇流を形成するために吐出孔５０の位置を適宜調整することは、本発明の思想に属するものである。
【００５０】
また、上述したディストリビュータ４４はミキシングチャンバ１４とは別個の回転されるものであるが、ミキシングチャンバ１４を回転可能として、ミキシングチャンバ１４と一体的に回転するよう構成したものであってもよい。すなわち、ミキシングチャンバ１４の下部の外周面に吐出管４８を固定して、ミキシングチャンバ１４の下端を閉鎖したものに対しても本発明は適用可能である。この場合、ディストリビュータ４４はミキシングチャンバの一部を構成することになる。
【００５１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明による凝集沈殿装置では、沈殿槽内に従来に比して格段に均等で安定した上昇流を形成することができるので、極めて清澄化された処理済み液を得ることができ、各種工業製品の品質向上や環境保全にも大いに寄与することが可能となる。
【００５２】
また、装置の性能が向上することから、装置全体のコンパクト化を可能とするという効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用され得る凝集沈殿装置を示す断面図である。
【図２】本発明により構成された吐出管を概略的に示す側面図である。
【図３】図２のIII−III線に沿っての断面概略図である。
【符号の説明】
１０…凝集沈殿装置、１２…沈殿槽、１４…ミキシングチャンバ、１６…基礎、１８…側壁、３２…ミキサ、４０…センタシャフト、４２…駆動装置、４４…ディストリビュータ、４８…吐出管、５０…吐出孔、５２…バッフルプレート。
【図１】
0004421731.tif 000007
【図２】
0004421731.tif 000008
【図３】
0004421731.tif 000009