(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、凝集槽の下部を下方に向かって先細るコーン形状部に形成するとともに、凝集槽への原水導入管を前記コーン形状部の底面に向けて開口し、原水導入管の先端部を、所定流速以上の出口流速で原水を噴出する噴流管に形成したことを特徴とする凝集沈澱装置。
【請求項２】
前記噴流管の出口流速が１ｍ／秒以上である、請求項１の凝集沈澱装置。
【請求項３】
前記噴流管が先細りテーパー管からなる、請求項１または２の凝集沈澱装置。
【請求項４】
凝集槽の下部が複数の分割コーン形状部に形成されている、請求項１ないし３のいずれかに記載の凝集沈澱装置。
【請求項５】
凝集槽の横断面が角形であり、各分割コーン形状部の横断面も角形である、請求項４の凝集沈澱装置。
【請求項６】
各分割コーン形状部の横断面における最大辺長が３ｍ以下である、請求項５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、とくに凝集槽下部への汚泥の堆積を防止するとともに、装置を大型化する際に凝集槽の高さの増大を抑制できるよう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】
ところが、上記のような凝集沈澱装置においては、凝集剤と粒状物を用いて形成された凝集フロックは、８０〜１０００ｍ／ｈと非常に沈降速度が速いので、沈澱槽での分離速度を大幅に高めることができるが、その一方で、沈澱槽前段の凝集槽においては成長される凝集フロックが沈澱し易くなる。凝集槽での沈澱を抑制するために、凝集槽における攪拌強度を高めて沈降しようとするフロックを巻き上げようとすると、フロックが破壊されフロックの粒径が小さくなって、沈澱槽槽における沈降速度が低下したり、粒状物としての砂がフロックから分離したりする問題が生じる。フロックの粒径が小さくなって沈澱槽における沈降速度が低下すると、処理水の水質が悪化したり、沈澱槽の処理速度が低下する。砂がフロックから分離すると、分離したフロックは沈降速度が非常に小さくなるので、フロックが処理水に流出したり、砂までも流出したりし、安定した運転が困難になるとともに、処理水の水質の悪化を招く。
【０００６】
このような問題に対し、先に本出願人により、凝集槽下部をコーン形状に形成し、凝集槽内を上向流で通水することで、砂の沈降を防止して安定して良好な処理水が得られるようにした凝集沈澱装置が提案されている（特願平１０−２８７４３８号〔特許公開２０００−１１７００５号公報〕）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記先の提案に係る凝集沈澱装置には、以下のような問題が残されている。
まず、装置を一旦停止した場合、凝集槽内で形成されていたフロックが凝集槽下部に沈澱してしまい、それが塊状の、実質的に通常の汚泥よりも重い汚泥となって槽底部に堆積する。この沈澱した汚泥の一部は、再通水時にも巻き上げられずに、槽底部に沈澱したままとなることがある。たとえば図５に示すように、攪拌機１０１を備えた凝集槽１０２のコーン形状の底部１０３に沈澱した汚泥（スラリー）１０４は、原水供給管１０５から原水１０６が上向流にて再通水される場合にも、一部が、とくに底部１０３の外周部側に沈澱していたスラリー１０４が、巻き上げられることなくそのまま残ることがある。この沈澱汚泥は、停止、通水を繰り返すことにより徐々に成長してしまうという問題もある。このような状態のまま運転されると、凝集槽１０２の容積が小さくなって所定の攪拌性能が得られず、それに伴って所定の凝集性能が得られないという問題、さらには原水供給管１０５が閉塞やそれに近い状態になるという問題まで発生させるおそれがある。
【０００８】
また、装置の容量（処理能力）を大きくする場合、凝集槽も大型になるが、それに伴って下部のコーン形状部も大型になる。原水供給管１０５はコーン形状底部１０３の中央部に開口されるので、中央部においては沈澱していたスラリーは比較的巻き上げられやすくなるが、図５に示したように、底部１０３の外周部側に沈澱していたスラリーは残されることになる。したがってこの現象は、装置が大型になりコーン形状底部１０３が大型になる程、その外周部側で顕著に現れやすくなる。そのため、装置の大型化、とくに凝集槽１０２の大型化が制限されるという問題がある。
【０００９】
さらに、このような凝集槽底部の沈澱、堆積の問題とは別に、コーン形状底部を有する凝集槽においては、通常、コーン形状部が大きくなると、凝集槽の高さが高くなり、その設備費の増加を招くという問題もある。
【００１０】
そこで本発明の課題は、通水、停止を繰り返す運転方法に対しても、また大容量の凝集槽に対しても、凝集槽下部に沈澱物が堆積したままになることを防止でき、長時間にわたって安定した所望の凝集沈澱処理を行うことができるようにした凝集沈澱装置を提供することにある。
【００１１】
また本発明のもう一つの課題は、上記性能を達成しつつ、装置を大型化する際に凝集槽の高さを低く抑えることができるようにした凝集沈澱装置を提供することにある。
【００１２】
【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、凝集槽の下部を下方に向かって先細るコーン形状部に形成するとともに、凝集槽への原水導入管を前記コーン形状部の底面に向けて開口し、原水導入管の先端部を、所定流速以上の出口流速で原水を噴出する噴流管に形成したことを特徴とするものからなる。
【００１３】
上記噴流管の出口流速としては、１ｍ／秒以上であることが好ましい。このような高出口流速とすることで、コーン形状部の底面に向けて噴出された原水が、運転停止時にコーン形状部に沈澱していた汚泥を、再通水時に良好に巻き上げることができるようになる。高出口流速を達成するための噴流管の形状については特に限定されないが、たとえば、先細りテーパー管とすることにより、供給されてきた原水の流速を噴流管部分で上げ、高出口流速にて噴出させることができる。また、原水導入管の先端部を、オリフィス構造とすることも可能である。要は、コーン形状部の底面に向けて所定以上の高出口流速で原水を噴出させることができればよい。
【００１４】
また、とくに装置を大型化し、凝集槽の容量を大きくする場合にも、沈澱汚泥の優れた巻き上げ性能を維持しつつ凝集槽の高さを低く抑えるために、次のような構成が有効である。
【００１５】
すなわち、凝集槽の下部が複数の分割コーン形状部に形成されており、各分割コーン形状部に対して上記の噴流管を設けられている構成が有効である。とくに凝集槽の横断面が角形である場合、その下部に容易に複数の横断面角形の分割コーン形状部を形成することができる。この場合、噴流管から噴出された原水が良好に沈澱汚泥を巻き上げることができるように、各分割コーン形状部の横断面における最大辺長を３ｍ以下とすることが好ましい。
【００１６】
上記のような本発明に係る凝集沈澱装置においては、凝集槽下部のコーン形状部の底面に向けて噴流管から所定の高出口流速にて原水が噴出されるので、高流速で噴出された原水は、コーン形状部の底面に衝突し、さらに反転して流速を大きく低下させることなくコーン形状部に沿って上昇し、運転停止時にコーン形状部に沈澱していた汚泥が良好に巻き上げられる。したがって、コーン形状部の外周部側においても、沈澱していた汚泥がそのまま残ることが防止され、凝集槽の容量が所定の容量に確保されるとともに、凝集槽における攪拌凝集操作が安定して行われ、目標とする大きさまで成長された凝集フロックが原水とともに安定して沈澱槽に送られる。その結果、沈澱槽における処理も安定し、良好な水質の処理水が安定して得られることになる。
【００１７】
また、凝集槽下部のコーン形状部を複数の分割コーン形状部に形成すれば、個々の分割コーン形状部は小さくて済むので、装置を大型化する際にも、凝集槽の全高は低く抑えられる。また、分割された各コーン形状部の横断面も小さくなるので、各噴流管から噴出された原水は、その勢いを大きく低下させることなく各コーン形状部に沿って反転、上昇できるようになる。その結果、各コーン形状部においては、隅々まで沈澱汚泥を良好に巻き上げることができ、良好な汚泥巻き上げ性能が同時に確保されることになる。
【００１８】
【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および図２は、本発明の一実施態様に係る凝集沈澱装置を示している。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、原水導入管４を介して凝集槽２に供給され、本実施態様では、凝集槽２への導入前に無機凝集剤６が添加される。凝集槽２内には、高分子凝集剤７と、粒状物としての砂８が添加される。凝集槽２には、モータ９によって駆動される攪拌機１０が設けられており、攪拌機１０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８を含むフロックとして凝集、成長される。
【００１９】
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８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。
【００２０】
成長した凝集フロックを含む被処理水は、越流ぜき１１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１２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１３が並設されており、処理水１２とともにフロックが流出するのを抑制している。
【００２１】
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１４が接続されており、汚泥引抜ポンプ１５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１６に送られ、サイクロン１６内における遠心分離により、汚泥１７と砂８とに分離される。分離された砂８は、再び凝集槽２内に戻されて循環再使用される。
【００２２】
凝集槽２の下部は、図２にも示すように、下方に向かって先細るコーン形状部１８に形成されている。凝集槽２への原水導入管４は、凝集槽２内で下方に向かって折れ曲がっており、先端の開口部１９はコーン形状部１８の中央部に位置する底面２０に向けられている。この原水導入管４の先端部は、所定流速以上（好ましくは１ｍ／秒以上）の出口流速で原水を噴出する噴流管２１に構成されている。本実施態様では、噴流管２１は、先細りテーパー管に形成されており、原水の流速が徐々に高められて、１ｍ／秒以上の高出口流速で原水が噴出されるようになっている。
【００２３】
このように構成された凝集沈澱装置１においては、とくに図２に示すように、再通水時に噴流管２１から高出口流速でコーン形状部１８の底面２０に向けて原水が噴出され、噴出された原水はまず底面２０に衝突し、そこに装置の運転停止時に沈澱、堆積していたスラリー状の汚泥が巻き上げられる。続いて、噴出された原水は、反転し、コーン形状部１８のコーン内面に沿って上昇される。噴流管２１からの出口流速が高いので、コーン内面に沿う上昇流の流速も、大きくは低下せず、十分に高い流速に保たれる。この上昇流により、コーン形状部１８のコーン内面における沈澱汚泥も巻き上げられ、コーン形状部１８に沈澱していた汚泥が実質的に全域にわたって良好に巻き上げられる。したがって、通水、停止が繰り返される場合にあっても、凝集槽２の底部に汚泥が沈澱したまま残されることはなくなる。そのため、凝集槽２の容積が小さくなることはなくなり、所望の凝集処理が円滑に続行されて、粒状物としての砂８が凝集槽２に沈澱してしまうこともなくなる。
【００２４】
凝集槽２に沈澱汚泥がない状態で、かつ、凝集槽２に砂８が沈澱しない状態で所定の凝集沈澱処理が行われるから、凝集槽２では所定の攪拌強度で良好に凝集フロックが成長され、その状態で沈澱槽３に送られるようになり、沈澱槽３における凝集フロックと処理水との分離処理が安定して良好に行われ、処理水の水質も安定して良好に維持される。
【００２５】
図３および図４は、別の実施態様に係る凝集沈澱装置の凝集槽部分を示しており、とくに装置を大型化する場合に好適な例を示している。本実施態様においては、凝集槽３１の下部が複数に分割されたコーン形状部３２に形成されている。凝集槽３１の横断面は角形（図示例では正方形）であり、各分割コーン形状部３２は、凝集槽３１の横断面が４分割された角形（図示例では正方形）の横断面を有するコーン形状部に形成されている。各分割コーン形状部３２の横断面における最大辺長は、３ｍ以下の寸法に抑えられている。
【００２６】
攪拌機３３は、凝集槽３１の中央部に１台配置されている。原水導入管３４は、各分割コーン形状部３２に対応させて４本の分岐管３５に分岐されており、各分岐管３５の先端部は、下方に折り曲げられた後、各分割コーン形状部３２の底面３６に向けて開口されている。各分岐管３５の先端部は、各分割コーン形状部３２の底面３６に向けて、所定流速以上（たとえば、１ｍ／秒以上）の出口流速にて原水を噴出する噴流管３７に構成されている。各噴流管３７は、図２に示したような先細りテーパー管に構成してもよく、図示例の如く、原水導入管３４の根元部に対して径を細くすることにより流速を上げるようにした細管に構成してもよい。
【００２７】
このように構成された凝集槽３１においては、個々の分割コーン形状部３２についてみれば、図２に示したのと同様に、各噴流管３７から噴出される高出口流速の原水により、それまでに沈澱していた汚泥が良好に巻き上げられる。しかも、凝集槽３１の横断面が分割され、各分割コーン形状部３２は比較的小さな横断面（最大辺長３ｍ以下）とされているから、噴流により沈澱汚泥が隅々まで良好に巻き上げられる。
【００２８】
また、複数の分割コーン形状部３２に形成されることにより、各コーン形状部３２の高さは低くて済むから、コーン形状部を有する凝集槽３１の全高としては、凝集槽３１の容積を大きくとる場合にも、低く抑えることができる。すなわち、良好な沈澱汚泥巻き上げ性能を確保しつつ、装置全体の高さを低く抑えることができ、ひいては凝集沈澱装置全体の小型化をはかることが可能となる。その他の構成、作用、効果は図１、図２に示した装置に準じる。
【００２９】
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。
【００３０】
【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、通水、停止を繰り返す運転方法に対しても、また大容量の凝集槽に対しても、凝集槽下部の沈澱汚泥を再通水時に良好に巻き上げることができるようになり、また、凝集槽に粒状物が沈澱することも防止できるようになり、安定して良好な処理水の水質を得ることができる。
【００３１】
また、優れた凝集沈澱処理性を維持しつつ、装置の大型化にも容易に対応できるようになり、とくに凝集槽の槽高を低く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装置の全体構成図である。
【図２】図１の装置の凝集槽の概略部分縦断面図である。
【図３】本発明の別の実施態様に係る凝集沈澱装置の凝集槽の概略縦断面図である。
【図４】図３の凝集槽の平面図である。
【図５】従来の凝集沈澱装置の凝集槽の概略部分縦断面図である。
【符号の説明】
１  凝集沈澱装置
２  凝集槽
３  沈澱槽
４  原水導入管
５  原水
６  無機凝集剤
７  高分子凝集剤
８  粒状物としての砂
９  モータ
１０  攪拌機
１１  越流ぜき
１２  処理水
１３  傾斜板
１４  引抜ライン
１５  汚泥引抜ポンプ
１６  分離器としてのサイクロン
１７  汚泥
１８  コーン形状部
１９  開口部
２０  コーン形状部の底面
２１  噴流管
３１  凝集槽
３２  分割コーン形状部
３３  攪拌機
３４  原水導入管
３５  分岐管
３６  分割コーン形状部の底面
３７  噴流管
【図１】
0003867952.tif 000002
【図２】
0003867952.tif 000003
【図３】
0003867952.tif 000004
【図４】
0003867952.tif 000005
【図５】
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