(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、凝集槽からの原水中のフロックを沈澱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において、沈澱槽内に、沈澱槽への原水の入口流路の開口部に対し上下にわたって延びる沈澱促進手段が設けられ、該沈澱促進手段が、沈澱槽への原水の入口流路を形成する壁の近傍に配置され、沈澱槽への原水の入口流路が、沈澱槽へ流入される原水が実質的に下降流となるように構成され、沈澱促進手段の後流側に生じた渦に捉えられた凝集フロックが沈澱促進手段に沿って下方に向けて案内され、処理水側への水流には乗らない静水域まで導かれるように、沈澱促進手段の下端が、沈澱槽への原水の入口流路の開口部よりも０．４〜１ｍ下方に位置され、かつ、沈澱槽における処理速度が３０〜１００ｍ／ｈであることを特徴とする凝集沈澱装置。
【請求項２】
沈澱促進手段が筒状に形成されている、請求項１の凝集沈澱装置。
【請求項３】
沈澱促進手段が横断面コ字状に形成されている、請求項１の凝集沈澱装置。
【請求項４】
沈澱促進手段が平板からなる、請求項１の凝集沈澱装置。
【請求項５】
沈澱促進手段が複数並設されている、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】
粒状物が砂である、請求項１ないし５のいずれかに記載の凝集沈澱装置。
【請求項７】
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６のいずれかに記載の凝集沈澱装置。
【請求項８】
沈澱槽に、沈澱されたフロックを引き抜くラインが接続され、該引抜ラインに、引き抜かれたフロックを汚泥と凝集槽に循環される粒状物とに分離する手段が設けられている、請求項１ないし７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させることにより汚泥と処理水とに分離する凝集沈澱装置に関し、とくに沈澱槽における沈澱をより適切に行わせて処理水水質の向上、高速処理を可能にした凝集沈澱装置に関する。
【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。）を凝集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】
たとえば図６に示すように、原水にたとえば凝集剤をライン注入し、その原水を原水入口１０１から凝集筒１０２に流入させ、流入された被処理水を凝集筒１０２の下部開口から沈澱槽１０３内に流入させ、凝集されたＳＳを含むフロック１０４を下方に沈澱させるとともに、分離された処理水１０５を上部の処理水出口１０６から取り出すようにした凝集沈澱装置が知られている。
【０００４】
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ために、凝集に凝集剤とともに粒状物（代表的には、砂）を用いるようにした凝集沈澱装置が提案されている。
【０００５】
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（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。
【０００６】
ところが現実には、凝集槽内における攪拌により、フロックを次の沈澱工程における最適な大きさや比重にまで成長させることが困難で、迅速かつ分離効率のよい沈澱を実現させるだけの状態にすることが困難であった。したがって、現実の運転においては、沈澱槽における水処理の線速度は６〜８ｍ／ｈ程度しか達成できず、より高流速の線速度の達成は困難であるというのが実情であった。
【０００７】
このような実情に対し、特許第２６３４２３０号公報には、凝集槽と沈澱槽との間に攪拌機を備えた中間槽を設けることにより、高流速の線速度での処理を可能とした凝集沈澱装置が開示されている。
【０００８】
この凝集沈澱装置では、原水にたとえば無機凝集剤と高分子凝集剤とともに粒状物としての砂が添加され、凝集槽内で攪拌機で攪拌されつつ原水中のＳＳが凝集され、その被処理水が中間槽に導入されて、さらに攪拌機で攪拌されつつ、フロックの成長がより助長されるようになっている。成長した砂含有のフロックを含む被処理水が沈澱槽に導入されるので、フロックはより効率よく迅速に沈澱し、より短時間で処理水と分離できるようになる。沈澱槽の底部に沈澱したフロックは汚泥として引き抜かれ、サイクロン等からなる分離器によって汚泥と砂とに分離され、分離された砂が凝集槽に戻されて循環使用されるようになっている。特許第２６３４２３０号公報によると、この凝集沈澱装置により、線速度が３０〜６０ｍ／ｈ、さらには９０ｍ／ｈという高流速での処理が可能になると記載されている。
【０００９】
しかしながら、上記特許第２６３４２３０号に提案されている装置においては、凝集槽と沈澱槽の間に攪拌を伴う中間槽を設ける必要があるので、その分、設備費、電力量、設置面積の増大を招くことになっている。
【００１０】
そこで、未だ出願未公開の段階にあるが、本出願人により、先に、上記のような中間槽を設けることなく、凝集槽に対して沈澱槽を隣接配置し、凝集槽内におけるフロックの形成をより最適に行わせることにより、線速度が３０〜１００ｍ／ｈという高流速での処理が可能で、装置全体として小型かつ安価に構成できる凝集沈澱装置が提案されている（特願平１１−１３０９７６号、特願平１１−１３０９７７号、特願平１１−１３０９７８号）。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の本出願人により先に提案された凝集沈澱装置においては、未だ次のような問題が残されている。
【００１２】
すなわち、凝集槽内における粒状物を含むフロックの凝集の最適化により、次の沈澱工程に適した凝集フロックを形成できるため、図６に示したような従来の一般的な凝集沈澱装置に比べ、はるかに高速の沈澱処理が可能になったが、この高速処理に対応して、沈澱槽へと流入される、凝集フロックを含む原水の流入速度も速くなるおそれがあり、たとえば、図６に示したような従来の一般的な凝集沈澱装置に比べ、流入速度が３０倍以上にも速くなるおそれがある。このような高流入速度になると、たとえば図７に示すように、沈澱槽１１１に入口流路１１２を介して流入された原水１１３の流れに、沈澱槽１１１内において処理水流出側へのショートパスが発生するおそれがある。ショートパスが発生すると、沈澱槽１１１内を有効に使うことが難しくなり、それだけ、処理水と凝集フロックとの分離効率が低下し、処理速度が低く抑えられるとともに、処理水の水質が悪化するおそれが生じる。
【００１３】
また、高流入速度になると、入口流路１１２を介して流入される原水１１３の流れと、入口流路１１２を形成する壁面に沿う沈澱槽１１１内の流れとの関係から、入口流路１１２の開口部直後近傍の部分に、渦１１４が発生しやすくなる。渦が発生すると、渦に巻き込まれたフロックが渦から逃れることができずに処理水中へと混入し、処理水水質の低下を来す原因となる。高流入速度になる程渦は発生しやすくなるから、この面からも、分離効率の向上が阻害されるとともに、処理速度が低く抑えられることとなっている。
【００１４】
そこで本発明の課題は、とくに凝集槽において凝集剤とともに粒状物を用いて効率よく凝集フロックを形成できるようにした凝集沈澱装置において、沈澱槽におけるフロックと処理水との分離効率を高め、高い処理速度でも優れた処理水水質を得ることができる凝集沈澱装置を提供することにある。
【００１５】
【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フロックとして凝集させる凝集槽と、凝集槽からの原水中のフロックを沈澱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において、沈澱槽内に、沈澱槽への原水の入口流路の開口部に対し上下にわたって延びる沈澱促進手段が設けられ、該沈澱促進手段が、沈澱槽への原水の入口流路を形成する壁の近傍に配置され、沈澱槽への原水の入口流路が、沈澱槽へ流入される原水が実質的に下降流となるように構成され、沈澱促進手段の後流側に生じた渦に捉えられた凝集フロックが沈澱促進手段に沿って下方に向けて案内され、処理水側への水流には乗らない静水域まで導かれるように、沈澱促進手段の下端が、沈澱槽への原水の入口流路の開口部よりも０．４〜１ｍ下方に位置され、かつ、沈澱槽における処理速度が３０〜１００ｍ／ｈであることを特徴とするものからなる。
【００１７】
また、上記沈澱促進手段は、筒状や横断面コ字状に形成されていることが好ましいが、単なる平板形状に構成することも可能である。このような沈澱促進手段は、その上端が入口流路の開口部よりも上位に位置し、その下端が入口流路の開口部よりも下位に位置しているが、該下端は、沈澱槽への原水の入口流路の開口部よりも０．４〜１ｍ下方に位置される。また、沈澱促進手段は一つだけ設けることもできるし、沈澱促進手段や入口流路の開口部の大きさに応じて複数並設することもできる。
【００１８】
凝集槽での凝集に使用する粒状物としては、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。このような沈澱しやすい形状まで成長したフロックを含む原水が、沈澱槽に流入され、本発明に係る沈澱促進手段が活用されて、沈澱すべきフロックと処理水とに良好に分離される。
【００１９】
上記のような本発明に係る凝集沈澱装置においては、入口流路を介して沈澱槽内へ流入された原水は、入口流路の開口部に対し上下にわたって延びる沈澱促進手段に衝突し、沈澱槽内における水流の流速が低下される。また、沈澱促進手段の後流側には、水平方向の渦が発生し、水流の運動エネルギーを減衰させる。これによって、上方に向けてショートパスしようとする流れの流速が大幅に低減され、結果的にショートパス流れが良好に抑えられる。したがって、原水中の凝集フロックは、処理水から良好に分離されて下方へと沈降され、凝集フロックから分離された処理水の水質が向上される。
【００２０】
また、沈澱促進手段は上下方向に延びているから、沈降するフロックに対し下方沈澱方向への案内手段としても機能する。沈澱促進手段の後流側に生じた渦に捉えられた凝集フロックは、沈澱促進手段に沿って下方に向けて案内され、迅速に沈澱する。沈澱促進手段の下端を、入口流路の開口部に対して適切な距離下方に位置させ、沈澱促進手段を下方に向けて適切に長く形成しておくことにより、沈澱促進手段に沿って案内されるフロックを下方の静水域まで導くことが可能になる。静水域まで導かれたフロックは、もはや処理水側への水流には乗らないので、より確実に沈澱槽底部へと沈澱される。したがって、フロックと処理水との分離効率が一層高められ、処理水の水質が一層向上される。
【００２１】
このように、ショートパス流れが良好に抑えられるとともに、フロックと処理水とが良好に分離されることにより、高い処理速度でも良好な処理水水質が得られることになり、３０〜１００ｍ／ｈという高速処理と処理水水質の向上とが、同時に達成される。
【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と、高分子凝集剤７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ミキサ８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、これら凝集剤は、凝集槽２に直接投入することも可能である。
【００２３】
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７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。
【００２４】
凝集槽２内には、粒状物としての砂９が添加される。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７、砂９を含むフロックとして凝集される。
【００２５】
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７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。
【００２６】
成長した凝集フロック１３を含む原水は、越流ぜき１２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澱され、沈澱されたフロックは上方の処理水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とともにフロックが流出するのを抑制している。
【００２７】
沈澱槽３の底部には、沈澱されたフロックを引き抜くための引抜ライン１６が接続されており、汚泥引抜ポンプ１７によって、沈澱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１８に送られ、サイクロン１８内における遠心分離により、汚泥１９と砂９とに分離される。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。
【００２８】
基本的に上記のように構成された凝集沈澱装置１において、凝集槽２と沈澱槽３との間には、凝集槽２からの原水を沈澱槽３へと導く原水の入口流路２１が設けられている。この入口流路２１は、沈澱槽３内に向かって、実質的に下方に向かって開口する流路に形成されており、沈澱槽３へ流入される原水が実質的に下降流となるように構成されている。ただしこの開口方向は、沈澱槽３内へと流入される原水の流れが下降流とともに水平流成分を持つように設定されてもよい。本実施態様では、入口流路２１は、その開口部２２に向かってテーパ状に広がる形状に形成されている。
【００２９】
沈澱槽３内には、上記入口流路２１の開口部２２に対し上下にわたって延びる沈澱促進手段２３が設けられている。本実施態様では、沈澱促進手段２３は、図２に示すように、筒状の手段（沈降筒）に形成され、複数（本実施態様では２つ）並設されている。これら沈澱促進手段２３は、沈澱槽３内において、上記入口流路２１を形成する壁２４の近傍に配置されている。沈澱促進手段２３の上端位置は、入口流路２１の開口部２２の上方に位置するかぎり、特に限定されない。沈澱促進手段２３の下端位置は、入口流路２１の開口部２２よりも０．４ｍ以上、とくに０．４〜１ｍ下方に位置している。このような下端位置まで沈澱促進手段２３を延設しておくことにより、沈澱促進手段２３に沿って凝集フロックを下方に生成される静水域まで導くことが可能になる。
【００３０】
沈澱促進手段の形状としては、図２に示した筒状形状の他、たとえば図３に示すような横断面コ字状の沈澱促進手段３１に形成してもよく、あるいは図示は省略するが、単なる平板の部材から構成してもよい。
【００３１】
また、沈澱促進手段の配置については、入口流路の形状に応じて適宜変更してもよい。たとえば図４に示すように、沈澱槽４１の中央部に入口流路４２が配設されている場合には、その入口流路４２を形成する筒状壁４３の周囲に沈澱促進手段４４を適当数配置することができる。
【００３２】
上記のように構成された凝集沈澱装置１の作用を、図１、図２に示した装置について説明するに、凝集槽２内において、無機凝集剤６、高分子凝集剤７および砂９を含む凝集フロック１３が、次の沈澱工程に適した大きさまで凝集、成長され、砂９を含有した比重の大きい、比較的大きく成長したフロックが、沈澱槽３においては迅速に沈澱されて処理水１４と分離され、高い線速度での処理が可能となる。
【００３３】
凝集槽２からの凝集フロック１３を含む原水は、入口流路２１を通して沈澱槽３へと流入されるが、流入した原水は、図１、図２にも示すように、沈澱槽３内において上方に向かって反転する、処理水として分離されるべき水の流れ２５と、処理水と分離されて下方へと沈降する沈澱フロックの流れ２６とに分離され、分離されたフロックは、沈澱槽３の底部に向かって沈澱する。このとき、入口流路２１から沈澱槽３内に流入された原水は、先ず、沈澱促進手段２３に衝突してその流速が低下される。また、沈澱促進手段２３の後流側には、図５に示すように実質的に水平方向の渦２７が生成され、この渦２７によっても、流入した原水の運動エネルギーが減衰されて、水流の流速が低下される。その結果、上方の処理水流出側へのショートパス流れが生じることが抑えられ、処理水中に混入するフロックの量が低減されて分離効率が向上される。
【００３４】
また、筒状の沈澱促進手段２３の中を通して、あるいはそれに沿って、あるいは、横断面コ字状の沈澱促進手段３１の場合にはそれに沿って、フロックを含む導入原水の流れが生じるので、沈澱すべきフロックもその流れに乗って案内されることになる。沈澱促進手段２３は下方の沈澱方向へと延びているので、沈澱すべきフロックが沈澱方向に適切に案内されることになり、これによってもフロックの処理水からの分離効率が向上される。とくに、沈澱促進手段２３が下方の静水域まで延びているので、沈降フロックをその静水域まで案内することが可能になり、静水域まで案内されたフロックは、再び上昇水流にのることはほとんどないから、分離効率が一層向上される。
【００３５】
このようにフロックと処理水との分離効率が高められる結果、処理水の水質が大幅に向上される、また、処理水水質の向上の結果、沈澱槽３における処理速度が向上される。すなわち、３０〜１００ｍ／ｈという高速の処理速度を達成しつつ、優れた処理水水質が得られることになる。
【００３６】
本発明に係る凝集沈澱装置の効果を確認するために、以下のような実験を行った。
【００３７】
〔実験〕
懸濁物質としてカオリンを原水に添加した人口濁水に、無機凝集剤としてＰＡＣを注入してラインミキシングし、高分子凝集剤としてのポリマーを注入し、凝集槽に粒状物としての砂を添加して以下の条件で実験し、処理水の濁度を測定した。実験は図１に示したフローで行い、沈澱促進手段２３としては図２に示した沈降筒を用いた。また、その沈降筒には、長さが４００ｍｍ（実施例１）と６００ｍｍのもの（実施例２）を用意し、原水入口流路壁下端より１００ｍｍ上位に、沈降筒の上端が来るように設置した。
【００３８】
0003901391.tif 000002
【００３９】
結果を表１に示すが、比較例１と実施例１、２との結果の比較から、沈降筒を沈澱槽内に設置した場合、しない場合よりも水質が向上した。また、沈澱槽下部に設けた覗き窓からの観察の結果、実施例２に用いた沈降筒の下端は、沈澱槽下部の静水域にあり、実施例１に用いた短い沈降筒は静水域まで延びておらず原水入口（入口流路開口部）から続く流線の中にあり、沈降筒が静水域まで延びているほうが、そこまで延びていない場合に比べ、より効果的で処理水水質をより向上できることがわかった。
【００４０】
【表１】
0003901391.tif 000003
【００４１】
【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、粒状物含有フロックを含む原水を沈澱槽に導入するに際し、沈澱槽内に入口流路開口部の上下にまたがって延びる沈澱促進手段を適切な形態で設けておくことにより、沈澱槽内における水流のショートパスを抑え、かつ、流速を適切に減速して、凝集フロックと処理水との分離効率を大幅に高めることができ、高い処理速度においても、優れた処理水水質を達成することができる。
【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装置の全体構成図である。
【図２】図１の装置の沈澱槽における流れの状態を示す透視斜視図である。
【図３】本発明の別の実施態様に係る凝集沈澱装置の沈澱槽における流れの状態を示す透視斜視図である。
【図４】本発明のさらに別の実施態様に係る凝集沈澱装置の沈澱槽における流れの状態を示す透視斜視図である。
【図５】図１の装置の沈澱促進手段周りの流れの様子を示す概略斜視図である。
【図６】従来の一般的な凝集沈澱装置の全体構成図である。
【図７】沈澱槽における問題点を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
１  凝集沈澱装置
２  凝集槽
３、４１  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
２１、４２  入口流路
２２  開口部
２３、３１、４４  沈澱促進手段
２４  入口流路を形成する壁
２５  水の流れ
２６  フロックの流れ
２７  渦
４３  入口流路を形成する筒状壁
【図１】
0003901391.tif 000004
【図２】
0003901391.tif 000005
【図３】
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【図４】
0003901391.tif 000007
【図５】
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【図６】
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【図７】
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