(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凝集させる凝集槽と、凝集槽から導入される被処理水中の凝集物を沈澱させ処理水と沈澱物とに分離する沈澱槽と、沈澱槽から沈澱物を引き抜き、引き抜かれた沈澱物を汚泥と粒状物とに分離するサイクロンを備え、分離された粒状物を凝集槽に戻す引き抜き分離ラインとを備えた凝集沈澱装置において、引き抜き分離ライン中に、中間受け槽を設けるとともに、引き抜き分離ラインの沈澱槽から中間受け槽までを低流速流路に、中間受け槽からサイクロンまでを高流速流路に構成し、かつ、低流速流路には低速輸送用ポンプを、高流速流路には高速輸送用ポンプを、それぞれ設け、両ポンプによって低流速流路と高流速流路との間に流速差をもたせたことを特徴とする凝集沈澱装置。
【請求項２】
低流速流路における流速と高流速流路における流速との比が１：２以上である、請求項１の凝集沈澱装置。
【請求項３】
低流速流路における管内流速が１．５ｍ／ｓ以下である、請求項１または２の凝集沈澱装置。
【請求項４】
中間受け槽が大気開放型の槽からなる、請求項１ないし３のいずれかに記載の凝集沈澱装置。
【請求項５】
粒状物が砂である、請求項１ないし４のいずれかに記載の凝集沈澱装置。
【請求項６】
凝集剤が無機凝集剤と高分子凝集剤を含む、請求項１ないし５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装置に関し、とくに、沈澱工程後の沈澱物の搬送ラインの構造の改良に関する。
【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状物（代表的には、砂）を添加し、凝集槽内を攪拌して、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は、分離器としてのサイクロン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】
この凝集沈澱装置は、たとえば図２のように構成されている。図２においては、原水１０１にたとえば無機凝集剤１０２が添加されてラインミキサー１０３により混合され、凝集槽１０４で高分子凝集剤１０５とともに粒状物としての砂１０６が添加され、凝集槽１０４内で攪拌機１０７で攪拌されつつ原水中のＳＳが凝集され、砂１０６を含む比重の大きな沈澱しやすいフロックに成長される。成長した砂含有のフロックを含む被処理水が沈澱槽１０８に導入されるので、フロックはより効率よく迅速に沈澱し、沈澱物１０９はより短時間で処理水１１０と分離できるようになる。沈澱槽１０８の底部に沈澱した沈澱物１０９は汚泥引抜ポンプ１１１により引き抜かれ、引き抜きライン１１２（輸送管）を通してサイクロン１１３に送られ、サイクロン１１３での遠心分離によって汚泥１１４と砂１０６とに分離され、分離された砂１０６が凝集槽１０４に戻されて循環使用されるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような凝集沈澱装置においては、沈澱槽１０８から引き抜かれた、砂１０６を含む沈澱物は、サイクロン１１３を用いて汚泥１１４と砂１０６とに遠心分離されるため、高流速でサイクロン１１３に送られる必要がある。また、輸送のための汚泥引き抜きポンプ１１１には、高い吐出圧でかつ、高流速で吐出できるポンプを使用する必要がある。
【０００７】
そのため、砂１０６を含む沈澱物は、引き抜きライン１１２中を、高圧、高流速でサイクロン１１３に輸送されることになる。砂１０６を含む沈澱物がポンプ１１１や引き抜きライン１１２の管内を高圧、高流速で輸送されると、砂１０６による研磨作用が起こり、ポンプ１１１のシール部分やインペラ、引き抜きライン１１２の曲がり管部分等では、摩耗が進行し、望ましくない損傷が比較的短期間のうちに発生するおそれがある。その結果、特にこれらの部位における部品の交換頻度が高くなり、メンテナンス作業上、ランニングコスト上問題となっている。
【０００８】
管の摩耗に対しては、硬度の高い材質を用いるなどの対策も考えられるが、設備費の高騰を招くとともに、損傷に至るまでの時間が多少延長されるだけで、根本的な解決策にはならない。
【０００９】
そこで本発明の課題は、上記のような問題点に着目し、沈澱槽からの沈澱物の引き抜き分離ラインの構成を根本的に改良し、摩耗、損傷の発生を抑制してその寿命を大幅に延長し、部品の交換頻度および交換量を大幅に低減してメンテナンスの容易化、ランニングコストの低減を達成できる凝集沈澱装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の凝集沈澱装置は、原水中の懸濁物質を凝集剤と粒状物の添加により凝集させる凝集槽と、凝集槽から導入される被処理水中の凝集物を沈澱させ処理水と沈澱物とに分離する沈澱槽と、沈澱槽から沈澱物を引き抜き、引き抜かれた沈澱物を汚泥と粒状物とに分離するサイクロンを備え、分離された粒状物を凝集槽に戻す引き抜き分離ラインとを備えた凝集沈澱装置において、引き抜き分離ライン中に、中間受け槽を設けるとともに、引き抜き分離ラインの沈澱槽から中間受け槽までを低流速流路に、中間受け槽からサイクロンまでを高流速流路に構成し、かつ、低流速流路には低速輸送用ポンプを、高流速流路には高速輸送用ポンプを、それぞれ設け、両ポンプによって低流速流路と高流速流路との間に流速差をもたせたことを特徴とするものからなる。
【００１１】
上記低流速流路における流速と高流速流路における流速との比としては、１：２以上であることが好ましく、より好ましくは１：３以上、さらに好ましくは１：５以上である。また、低流速流路における管内流速としては、１．５ｍ／ｓ以下であることが好ましく、より好ましくは１ｍ／ｓ以下、さらに好ましくは０．５ｍ／ｓ以下、とくに好ましくは０．１ｍ／ｓ以下である。
【００１２】
中間受け槽の形態は特に限定しないが、大気開放型の槽からなることが好ましい。大気開放型の中間受け槽とすることで、その上下流側に位置する低流速流路と高流速流路との縁を一旦完全に切ることができるので、各流路が互いに影響し合うことなく、各流路をそれぞれ独立に望ましい流速の流路に構成できる。
【００１３】
各流路においてそれぞれ好ましい流速とするために、低流速流路には低速輸送用ポンプが、高流速流路には高速輸送用ポンプが、各々設けられる。低速輸送用ポンプには、上記のような低流速流路における望ましい管内流速を達成できるポンプが選択され、高速輸送用ポンプには、基本的には、サイクロンでの遠心分離が可能な流速を達成できるポンプが選択される。
【００１４】
凝集フロック生成用に用いる粒状物としては、代表的には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。また、凝集剤としては、通常、無機凝集剤と高分子凝集剤を使用することができる。無機凝集剤は、原水中の懸濁物質を効率よく凝集させることができ、高分子凝集剤は、無機凝集剤によって生成した微細な凝集フロックをさらにポリマーを絡めてより大きなフロックへと成長させる。この成長したフロック内に、比重の大きい砂等からなる粒状物が混在し、全体として比重（密度）の大きい沈澱しやすいフロックが形成されることになる。
【００１５】
上記のような本発明に係る凝集沈澱装置においては、沈澱槽からの引き抜き分離ライン中に中間受け槽が設けられ、引き抜き分離ラインが中間受け槽の部分で一旦分割されて、沈澱槽から中間受け槽までが低流速流路に、中間受け槽からサイクロンまでが高流速流路に構成される。低流速流路においては、粒状物含有の沈澱物が低速で輸送されるから、従来問題であった、ポンプの摩耗や輸送管の管内摩耗が大幅に軽減される。また、高流速流路においては、基本的にはサイクロンでの遠心分離に必要な流速が要求されるが、引き抜き分離ライン全長が中間受け槽の部分で一旦分割されていることから、この高流速流路は容易に短い管に構成され、しかも、実質的に直管のみで構成することも可能である。したがって、高い管内流速は要求されるものの、高圧は必要でなく、従来の圧力に比べ、大幅に低下させた圧力でよくなる。その結果、高流速流路においても、ポンプの摩耗や輸送管の管内摩耗の大幅な低減が可能になる。すなわち、引き抜き分離ラインの全体にわたって、粒状物輸送に起因する摩耗の低減が可能になる。
【００１６】
したがって、引き抜き分離ラインの各部の寿命は大幅に延長され、部品の交換頻度や配管等の交換量は格段に低減され、メンテナンスが大幅に容易化されるとともに、装置のランニングコストも大幅に低減される。
【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について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る凝集沈澱装置１を示している。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。凝集槽２には、原水供給ライン４を介して原水５が供給され、本実施態様では、無機凝集剤６がライン注入される。無機凝集剤６の注入位置の下流側には、スタティックミキサー等からなるラインミキサー７が介装されており、注入された凝集剤が原水に良好に混合されるようになっている。ただし、この無機凝集剤６は、凝集槽２に直接投入することも可能である。
【００１８】
凝集槽２には、高分子凝集剤８と粒状物としての砂９が添加される。この高分子凝集剤８は、ライン注入することも可能であり、たとえば、上記ミキサー７の下流側でライン注入することができる。凝集槽２には、モータ１０によって駆動される攪拌機１１が設けられており、攪拌機１１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８、砂９を含むフロックとして凝集される。
【００１９】
無機凝集剤６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８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。
【００２０】
この凝集槽２内での凝集においては、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８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９が含有され、全体として比較的大きな、比重の大きい沈澱しやすいフロックに成長する。
【００２１】
成長した凝集フロックを含む被処理水は、本実施態様では、水中ぜき１２（もぐりぜき）を介して沈澱槽３へと導入される。この水中ぜき１２の代わりに越流ぜきを用いてもよい。沈澱槽３では、導入水中の凝集フロックが下方に沈澱され、沈澱物１３は上方の処理水１４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１５が並設されており、処理水１４とともにフロック（沈澱物）が流出するのを抑制している。
【００２２】
沈澱槽３の底部には、沈澱槽３からスラリー状の沈澱物１３を引き抜き、引き抜かれた沈澱物１３を、サイクロン１６による遠心分離によって、汚泥１７と砂９とに分離し、分離された砂９を凝集槽２に戻す引き抜き分離ライン１８が接続されている。分離された砂９は、再び凝集槽２内に戻されて循環使用される。
【００２３】
この引き抜き分離ライン１８中には、一旦輸送されてきた沈澱物１３を収容する中間受け槽１９が設けられている。そして、沈澱槽３から中間受け槽１９までは、管内流速のより遅い低流速流路２０に、中間受け槽１９からサイクロン１６までは、管内流速のより速い高流速流路２１に、それぞれ構成されている。この流速差は、低流速流路２０に設けた低速輸送用ポンプ２２と、高流速流路２１に設けた高速輸送用ポンプ２３によってもたらされる。
【００２４】
低流速流路２０における流速と高流速流路２１における流速との比としては、前述の如く、１：２以上であることが好ましく、より好ましくは１：３以上、さらに好ましくは１：５以上である。また、低流速流路２０における管内流速としては、１．５ｍ／ｓ以下であることが好ましく、より好ましくは１ｍ／ｓ以下、さらに好ましくは０．５ｍ／ｓ以下、とくに好ましくは０．１ｍ／ｓ以下である。たとえば、後述の実施例に示すように、低流速流路２０における管内流速が０．０５ｍ／ｓ程度に、高流速流路２１における管内流速が、従来流速と同じ３ｍ／ｓ程度に設定されることが好ましい。
【００２５】
中間受け槽１９は、本実施態様では大気開放型の槽に構成されているが、密閉型の槽に構成することも可能である。この中間受け槽１９の配設位置は、極力サイクロン１６に近い位置が好ましい。サイクロン１６に近接した位置に中間受け槽１９を配置することで、高流速流路２１の流路長を短く抑えることができ、場合によっては、高流速流路２１を実質的に短い直管のみで構成することも可能になる。
【００２６】
上記のように構成された凝集沈澱装置１においては、沈澱槽３から引き抜かれた沈澱物１３は、まず、低速輸送用ポンプ２２により、低流速流路２０中を低管内流速をもって中間受け槽１９へと輸送される。低流速でよいので、低流速流路２０中における管内摩耗は大幅に軽減され、低速輸送用ポンプ２２におけるシール部や本体部の摩耗も小さく抑えられる。
【００２７】
また、高流速流路２１における管内流速は、基本的には、サイクロン１６での遠心分離に必要な流速が要求される。しかし、引き抜き分離ライン１８が中間受け槽１９で一旦縁が切られ、中間受け槽１９からサイクロン１６に至る高流速流路２１は短い流路でよいので、高流速で輸送しても、輸送に要する負荷は比較的低く抑えられ、したがって、発生する圧力も比較的低く抑えられる。すなわち、この高流速流路２１においては、サイクロン１６での遠心分離に必要な高流速を達成しつつ、比較的低圧に保つことが可能になる。その結果、高流速流路２１における管内摩耗もまた大幅に軽減され、高速輸送用ポンプ２３におけるシール部や本体部の摩耗も小さく抑えられることになる。
【００２８】
本発明による効果を確認するために、図１に示した本発明に係る装置および図２に示した従来装置を用いて、以下のような条件で実験を行った。
【００２９】
実験条件
〔従来装置と本発明に係る装置での共通条件〕
・原水流量：３００ｍ3 ／ｄａｙ（１２．５ｍ3 ／ｈ）
・沈澱槽負荷：処理水上昇速度５０ｍ／ｈ
・凝集用砂：ケイ砂、比重２．５、有効径０．１ｍｍ、凝集槽内添加量２０ｇ／ｌ
・原水濁度：１２度
・原水ｐＨ：７．１
・無機凝集剤：ＰＡＣ  １０ｍｇ／ｌ
・高分子凝集剤：アニオン系有機高分子  １ｍｇ／ｌ
（ポリアクリルアミド系アニオン性ポリマー）
・汚泥引き抜き量：原水流量に対して５％（１０．４リットル／ｍｉｎ）
【００３０】
〔従来装置における汚泥輸送条件〕
・砂分離装置：サイクロン
・汚泥輸送装置：高速砂輸送ポンプ、砂輸送量５．２リットル／ｍｉｎ、
管内流速３ｍ／ｓ
・高速砂輸送管長：６ｍ
【００３１】
〔本発明に係る装置における汚泥輸送条件〕
・砂分離装置：サイクロン
・中間受け槽：汚泥滞留時間１ｍｉｎ
・低流速流路：低速砂輸送ポンプ、輸送量５．２リットル／ｍｉｎ、
管内流速０．０５ｍ／ｓ
・高流速流路：高速砂輸送ポンプ、輸送量５．２リットル／ｍｉｎ、
管内流速３／ｓ、輸送管長１ｍ
【００３２】
上記条件で実験を実施し、主として管の交換量（長さの累計）について、本発明装置と従来装置とを比較した。結果を表１に示す。表１から分かるように、本発明装置においては、管の交換量が大幅に低減した。また、ポンプシール部の交換頻度、ポンプ本体（インペラ等）の交換頻度についても、本発明装置では大幅に低減できた。
【００３３】
【表１】
0003901392.tif 000002
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の凝集沈澱装置によれば、引き抜き分離ラインに中間受け槽を設けてラインを分割し、沈澱槽から中間受け槽までを低流速流路に、中間受け槽からサイクロンまでを高流速流路に構成し、低流速流路には低速輸送用ポンプを、高流速流路には高速輸送用ポンプを、それぞれ設け、両ポンプによって低流速流路と高流速流路との間に流速差をもたせたので、低流速流路においては管、ポンプの摩耗を著しく低減でき、高流速流路においても圧力を低下させて管、ポンプの摩耗を大幅に低減でき、引き抜き分離ライン全体として、摩耗の発生を低減して、各部の交換頻度、交換量を大幅に低減することができる。その結果、メンテナンスの容易化はもちろんのこと、ランニングコストの大幅な低減を達成できる。
【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】従来の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
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  ラインミキサー
８  高分子凝集剤
９  粒状物としての砂
１０  モータ
１１  攪拌機
１２  せき
１３  沈澱物
１４  処理水
１５  傾斜板
１６  サイクロン
１７  汚泥
１８  引き抜き分離ライン
１９  中間受け槽
２０  低流速流路
２１  高流速流路
２２  低速輸送用ポンプ
２３  高速輸送用ポンプ
【図１】
0003901392.tif 000003
【図２】
0003901392.tif 000004