(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して分離された粒状物を直接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に、攪拌機を備え、引き抜かれた沈澱物を汚泥と粒状物とに分離する分離槽を設けたことを特徴とする凝集沈澱装置。
【請求項２】
分離槽が、内部に攪拌機を備えた粒状物分離槽と、該粒状物分離槽で分離された汚泥を収容する汚泥受け槽とからなる、請求項１の凝集沈澱装置。
【請求項３】
分離槽が大気開放型の槽からなる、請求項１または２の凝集沈澱装置。
【請求項４】
分離槽から凝集槽への粒状物返送ラインに低速粒状物輸送ポンプが設けられている、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】
粒状物返送ラインの管内流速が０．５ｍ／ｓ以下である、請求項４の凝集沈澱装置。
【請求項６】
分離槽から凝集槽への粒状物返送ラインが開放型の輸送手段を用いて構成されている、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７】
開放型の輸送手段がコンベアからなる、請求項６の凝集沈澱装置。
【請求項８】
粒状物が砂である、請求項１ないし７のいずれかに記載の凝集沈澱装置。
【請求項９】
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８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処理部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、粒径１０〜２００μｍ程度の粒状物（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】
このような凝集沈澱装置における処理工程は、たとえば、図３のように表すことができる。図３においては、凝集槽とフロック形成槽とが別の槽として示されているが、一つの凝集槽で兼用させることも可能である。図３に示す工程においては、供給されてくる原水１０１に無機凝集剤１０２が添加されて凝集槽１０３で凝集され、その原水に高分子凝集剤１０４が添加され、さらに循環使用される砂１０５が添加されて、フロック形成槽１０６で凝集フロックが形成される。凝集フロックを含む被処理水（原水）は沈澱槽１０７に導入され、そこで凝集フロックが沈澱されて処理水１０８と分離される。沈澱物は汚泥引き抜きポンプ１０９によって引き抜かれ、引き抜きライン１１０を通してサイクロン１１１に送られる。サイクロン１１１では、遠心分離により汚泥１１２と砂１０５とに分離され、分離された砂１０５がフロック形成槽１０６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１０７から引き抜かれた、砂１０５を含む沈澱物は、サイクロン１１１を用いて汚泥１１２と砂１０５とに遠心分離されるため、高流速でサイクロン１１１に輸送する必要がある。また、輸送のための汚泥引き抜きポンプ１０９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１０５を含む沈澱物は、引き抜きライン１１０中を、高圧、高流速でサイクロン１１１に輸送されることになる。砂１０５を含む沈澱物がポンプ１０９や引き抜きライン１１０の管内を高圧、高流速で輸送されると、砂１０５による研磨作用が起こり、ポンプ１０９のシール部分やインペラ、引き抜きライン１１０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、部品の交換頻度を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して分離された粒状物を直接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に、攪拌機を備え、引き抜かれた沈澱物を汚泥と粒状物とに分離する分離槽を設けたことを特徴とするものからなる。
【００１１】
上記分離槽は、たとえば、内部に攪拌機を備えた粒状物分離槽と、該粒状物分離槽で分離された汚泥を収容する汚泥受け槽とから構成できる。この攪拌機は、沈澱槽から凝集フロックを含む沈澱物を効率よく汚泥と粒状物とに分離するため、回転数の高い急速攪拌機であることが好ましい。
【００１２】
また、分離槽は、大気開放型の槽からなることが好ましい。このように構成すれば、沈澱槽に対し、圧力的には、実質的に完全に縁を切ることができるので、上記粒状物分離槽における汚泥と粒状物との分離をより効果的に行うことが可能になる。
【００１３】
分離槽で分離された汚泥は、適当な排出系を介して排出され、分離された粒状物はポンプ等により引き抜き分離ラインを介して直接凝集槽に戻されるが、この粒状物返送ラインに設けられるポンプは、低速の、かつ、低圧の粒状物輸送ポンプとすることができる。たとえば、粒状物返送ラインにおける管内流速が０．５ｍ／ｓ以下、好ましくは０．１ｍ／ｓ以下になるように、粒状物輸送ポンプの仕様、管径を決めればよい。つまり、従来の管内流速は、サイクロンでの遠心分離のため、たとえば３ｍ／ｓ程度とされていたが、本発明では、このような従来の管内流速に比べ大幅に低下させることができる。
【００１４】
この分離槽から凝集槽への粒状物返送ラインは、上記のような密閉型の管構成の他、開放型の輸送手段を用いて構成することもできる。開放型の輸送手段としては、たとえば、ベルト式やバケット式のコンベアを使用できる。このような開放型の輸送手段を用いれば、分離槽からの粒状物返送ラインには、実質的に管の設置を無くするか、たとえあってもごく僅かの長さ分に納めることができるので、この部分における管内の摩耗の問題は実質的になくなる。
【００１５】
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。
【００１６】
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に、攪拌機を備えた分離槽が設けられ、この分離槽で引き抜かれた沈澱物が汚泥と粒状物とに分離されるので、従来装置におけるサイクロンはもはや不要になる。サイクロンの不要化により、つまり、サイクロン使用時の遠心分離のための高圧、高速輸送が不要になることから、沈澱槽からの粒状物を含む引き抜き沈澱物を高圧、高速で輸送する必要がなくなり、低圧、低速で輸送すればよいことになるので、ポンプや輸送管における摩耗、損傷は大幅に軽減される。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を汚泥１６と砂９とに分離して分離された砂９を直接凝集槽２に戻す引き抜き分離ライン１７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１７に、攪拌機１８を備え、引き抜かれた沈澱物１３を汚泥１６と砂９とに分離する分離槽１９が設けられている。本実施態様では、分離槽１９は、内部に攪拌機１８を備えた粒状物分離槽２０（砂分離槽）と、該粒状物分離槽２０の周囲に配置され、粒状物分離槽２０で分離された汚泥１６を収容する汚泥受け槽２１とを有する構造に構成されている。汚泥受け槽２１からの汚泥１６は、図示を省略した適当な汚泥処理装置または汚泥処理工程に送られる。粒状物分離槽２０においては、攪拌機１８による攪拌、特にその遠心分離作用によって、引き抜かれたスラリー状の沈澱物１３が粒状物分離槽２０の底部に向けて分離される砂９と、汚泥受け槽２１へと排出される汚泥１６とに強制分離される。この強制分離を効率よく、かつ、効果的に行わせるために、攪拌機１８として回転数の高い急速攪拌機を使用することが好ましい。
【００２４】
本実施態様では、分離槽１９は、大気開放型の槽に構成されており、沈澱槽３から沈澱物１３は、沈澱槽３の底部に接続した排出管２２に設けた排出弁２３を開くことにより、分離槽１９の粒状物分離槽２０内へと自重で流出される。このように大気開放型の分離槽１９に構成し、沈澱槽３側に対して一旦縁を切ることにより、粒状物分離槽２０内への沈澱物１３の流出をバッチ的に所望の量にコントロールでき、かつ、粒状物分離槽２０内での攪拌機１８による分離操作を沈澱槽３側に対して完全に独立して行うことができるから、該分離操作を極めて効率よく行うことが可能になる。ただし、分離槽１９を、実質的に密閉型の槽に構成することも可能である。
【００２５】
粒状物分離槽２０で分離された砂９は、その底部に接続された粒状物返送ライン２４に設けられた粒状物輸送ポンプ２５によって引き抜かれ、粒状物返送ライン２４を通して凝集槽２へと直接戻される。したがって、このライン２４中には、もはやサイクロンは不要である。この粒状物輸送ポンプ２５は、サイクロンでの遠心分離操作が不要になることから、低圧、低速のポンプでよい。前述の如く、たとえば、粒状物返送ライン２４における管内流速が０．５ｍ／ｓ以下、好ましくは０．１ｍ／ｓ以下になるように、粒状物輸送ポンプ２５の仕様、粒状物返送ライン２４の管径を決めればよい。
【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、分離槽１９、とくにその粒状物分離槽２０内で攪拌機１８を用いて効率よく汚泥１６と砂９とに強制分離されるので、従来装置における分離用サイクロンはもはや不要になる。サイクロンの不要化により、粒状物返送ライン２４での高圧、高速輸送は不要になり、低圧、低速で輸送すればよいから、粒状物輸送ポンプ２５や粒状物返送ライン２４における輸送管の、粒状物輸送による摩耗、損傷は大幅に軽減される。その結果、引き抜き分離ラインの各部の寿命が大幅に延長され、部品の交換頻度は格段に低減され、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。
【００２７】
図２は本発明の別の実施態様に係る凝集沈澱装置３１を示している。本実施態様においては、分離槽１９から凝集槽２への粒状物返送ライン３２が開放型の輸送手段を用いて構成されている。開放型の輸送手段として、本実施態様では、バケット式コンベア３３が用いられているが、ベルトコンベア等の他の開放型輸送手段を使用することも可能である。粒状物分離槽２０から引き抜かれた砂９は、比較的短い輸送管３４を経た後、バケット式コンベア３３に移載され、該コンベア３３によって輸送された後、凝集槽２内に投入される。その他の構成は、図１に示した実施態様に準じるので、図１に付したのと同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００２８】
このような構成とすれば、粒状物返送ライン３２においては、ごく短い輸送管３４を除いて、管構成が無くなるので、もはや、管内摩耗、損傷の問題は実質的に存在しなくなる。つまり、分離槽１９で分離された砂９は、実質的にいずれの部位も摩耗、損傷させることなく、円滑に凝集槽２内へと戻される。したがって、とくに砂輸送ラインの部品の交換頻度はさらに大幅に低減され、バケット式コンベア３３分の初期投資を相殺して余りある、メンテナンス性向上効果およびランニングコスト低減効果が得られる。その他の作用、効果は図１に示した実施態様に準じる。
【００２９】
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３に示したようなサイクロンを使用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。
【００３１】
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）
【００３２】
〔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
【００３３】
〔本発明に係る装置における汚泥輸送条件〕
・分離槽：汚泥滞留時間１ｍｉｎ、攪拌強度２０００ｓ-1
・砂輸送装置：低速砂輸送ポンプ、砂輸送量５．２リットル／ｍｉｎ、
管内流速０．０５ｍ／ｓ
【００３４】
上記条件で実験を実施し、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、配管の交換頻度を、従来装置と本発明に係る装置について比較した結果、本発明に係る装置においては、表１に示すように、いずれの部位においても寿命を大幅に延長することができた。
【００３５】
【表１】
0003870354.tif 000002
【００３６】
【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、攪拌機を備え、引き抜かれた沈澱物を汚泥と粒状物とに分離する分離槽を設け、従来装置におけるサイクロンの設置を不要化したので、粒状物の輸送速度、圧力を大幅に低下させることができ、引き抜き分離ラインの各部の粒状物輸送による摩耗、損傷を大幅に軽減することができる。その結果、ポンプや輸送管の寿命を大幅に延長でき、部品の交換頻度を低減してメンテナンスの容易化、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】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】従来の凝集沈澱装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１、３１  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  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  汚泥
１７  引き抜き分離ライン
１８  攪拌機
１９  分離槽
２０  粒状物分離槽
２１  汚泥受け槽
２２  排出管
２３  排出弁
２４、３２  粒状物返送ライン
２５  粒状物輸送ポンプ
３３  開放型輸送手段としてのバケット式コンベア
３４  短い輸送管
【図１】
0003870354.tif 000003
【図２】
0003870354.tif 000004
【図３】
0003870354.tif 000005