(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水中の懸濁物質を粒状物と凝集剤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スラリーとに分離する沈澱槽と、沈澱槽からスラリーを抜き出す汚泥引抜ポンプと、抜き出した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サイクロンとを備えた凝集沈澱装置において、サイクロンの上部出口からのラインを汚泥排出ラインと汚泥循環ラインとに分岐し、分岐した汚泥循環ラインを汚泥引抜ポンプの吸い込み側に接続したことを特徴とする凝集沈澱装置。
【請求項２】
汚泥循環ラインに流量コントロール弁が設けられている、請求項１に記載の凝集沈澱装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の凝集沈澱装置の制御方法であって、原水の濁質負荷または／および原水中への無機凝集剤の添加量に応じて、汚泥循環ラインの流量を制御することを特徴とする、凝集沈澱装置の制御方法。
【請求項４】
原水の濁度を検知し、検知した値に応じて、汚泥循環ラインの流量を制御することを特徴とする、請求項３に記載の凝集沈澱装置の制御方法。
【請求項５】
検知した原水の濁度から添加すべき無機凝集剤量を求め、濁度と無機凝集剤量に応じて、汚泥循環ラインの流量を制御することを特徴とする、請求項４に記載の凝集沈澱装置の制御方法。
【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粒状物と凝集剤を添加して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およびその制御方法に関し、とくに沈澱槽から抜き出したスラリーをサイクロンにより汚泥と粒状物とに分離するに際し、原水の性状等に応じて所望のサイクロンの分離性能を維持しつつ、装置全体として最適な運転が可能な、凝集沈澱装置およびその制御方法に関する。
【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。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。
【０００３】
たとえば、原水中のＳＳを除去するための凝集沈澱装置として、原水に粒径１０〜２００μｍ程度の粒状物（砂）と高分子凝集剤を添加して原水中のＳＳととにフロックを形成させる凝集槽と、凝集槽から流出するフロックを処理水と分離する沈澱槽と、沈澱槽から引き抜いたスラリーを砂と汚泥に分離するサイクロンとから構成された装置が知られている。
【０００４】
この種の凝集沈澱装置は、たとえば図２に示すように構成される。予備凝集槽１０１に導入された原水１０２に無機凝集剤１０３を添加して攪拌機１０４で攪拌し、その原水に高分子凝集剤１０５を添加して凝集槽１０６に導入し、攪拌機１０７で攪拌して粒状物（砂）１０８とともにフロック１０９を形成させ、その被処理水を沈澱槽１１０に導入して汚泥を沈降分離するとともに、傾斜板１１１を介して上部から処理水１１２を得る。沈澱槽１１０の下部から汚泥引抜ポンプ１１３によりスラリーを抜き出し、ライン１１４を介して分離器としてのサイクロン１１５に送る。サイクロン１１５では、汚泥と砂とに遠心分離され、その上部出口側１１６（本明細書では「サイクロン上流側」と呼ぶ。）から、分離された汚泥１１７が排出されて後段の汚泥処理工程に送られるとともに、下部出口側１１８（本明細書では「サイクロン下流側」と呼ぶ。）から、分離された砂１０８が凝集槽１０６へと戻されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図２に示したような従来型凝集沈澱装置は、河川水や排水等の濁質やＳＳを含む水の凝集沈澱処理に適用することができる。
【０００６】
ところで、河川水の原水濁質濃度は、平常時と降雨時等に大きな差があり、平常時の濁度が数度〜数十度であるのに比べて降雨時には１０００度以上となることもある。また一般に、濁度が高いほどＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）等の無機凝集剤を増やす必要がある。
【０００７】
このような原水の濁質負荷量の増大や無機凝集剤添加量の増大が生じると、沈澱槽１１０で沈澱する汚泥スラリーの濃度が増加し、引き抜かれサイクロン１１５へ送られる汚泥の濃度が増加するため、サイクロン上流側へと排出される汚泥の濃度も増加する。
【０００８】
たとえば、表１に示すように、原水流量および沈澱槽１１０からの汚泥引抜量が同じであっても、原水の濁度が変化すると（通常時〔１０度〕、降雨時〔１００度〕、洪水時〔１０００度〕）、それに伴ってＰＡＣ添加量が増加され、引抜汚泥濃度およびサイクロン上流濃度はともに増加する。
【０００９】
【表１】
0003866054.tif 000002
【００１０】
表１におけるようなサイクロン上流側に排出される汚泥の濃度が上昇すること自体は別段問題なく、むしろ好ましいことであるが、サイクロン１１５は、一般にその分離性能が、入口圧の変動、それに伴うサイクロン上下流側の流量バランスや、サイクロンに供給される被分離処理流体、被分離処理流体中の分離されるべき成分（上記凝集沈澱装置の場合には、とくに汚泥成分）の濃度に大きく左右され、通常、ある条件に対応して設計すると、極端に大きな変化には対応できず、大きな変化が生じると、分離性能が大幅に低下する。したがって、サイクロン１１５は、その設計仕様の対応させて、極力定流量で運転し、かつ、被分離処理流体中の汚泥濃度の大きな変動を抑制することが好ましい。
【００１１】
しかし、表１に示したようにサイクロン１１５に送られる引抜汚泥の濃度が大きく変化する条件では、単に図２に示したような系で定流量で汚泥の引抜きを行うと、サイクロン１１５に送られる引抜汚泥の濃度の変化の度合いが大きくなりすぎ、それによってサイクロン１１５の分離性能が大幅に低下するおそれがある。サイクロン１１５の分離性能が大幅に低下すると、循環再使用されるべき砂が大量に流出してしまい、凝集沈澱処理系全体として安定した運転ができなくなり、処理水質の悪化や、回収率の低下を招くことにもなる。また、砂との分離が不十分な分離汚泥が、サイクロン１１５から後段の汚泥濃縮等の処理工程に送られてしまうので、後段の処理設備での効率の悪化を招くことにもなる。
【００１２】
また、上記問題とは別に、次のような問題もある。すなわち、凝集沈澱装置全体が小型の場合、通常サイクロンも小型のものとなるが、サイクロンの入口孔や下流側孔の径が小さくなると、送られてくる汚泥の濃度が高くなった場合、分離されるべき成分あるいは分離された成分によって、これらの部分が閉塞されやすくなる。閉塞されると、運転不可になるか、分離性能が極端に低下する。したがって、サイクロンとしては、このような閉塞の問題が生じない、比較的大型のものを使用したいが、装置全体が比較的小型であるにもかかわらず単にサイクロンに比較的大型のものを採用すると、そのサイクロンの設計流量（サイクロンに送られるべき被処理流体の流量）も大きくなるので、沈澱槽からの抜出量が多くなりすぎ、その分処理水の回収率が低下することになる。
【００１３】
そこで本発明の課題は、上記のような問題に鑑み、原水の性状等が変化した場合にも、とくに原水の濁度が高くなった場合にも、サイクロンの分離効率の低下を抑え、凝集沈澱処理系全体として安定して所望の性能を発揮することが可能な、凝集沈澱装置およびその制御方法を提供することにある。
【００１４】
【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粒状物と凝集剤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スラリーとに分離する沈澱槽と、沈澱槽からスラリーを抜き出す汚泥引抜ポンプと、抜き出した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サイクロンとを備えた凝集沈澱装置において、サイクロンの上部出口からのラインを汚泥排出ラインと汚泥循環ラインとに分岐し、分岐した汚泥循環ラインを汚泥引抜ポンプの吸い込み側に接続したことを特徴とするものからなる。
【００１５】
この凝集沈澱装置においては、上記汚泥循環ラインに流量コントロール弁が設けられていることが好ましい。
【００１６】
また、本発明に係る凝集沈澱装置の制御方法は、上記のような凝集沈澱装置を制御する方法であって、原水の濁質負荷または／および原水中への無機凝集剤の添加量に応じて、汚泥循環ラインの流量を制御することを特徴とする方法からなる。
【００１７】
この方法においては、原水の濁度を検知し、検知した値に応じて、汚泥循環ラインの流量を制御することができる。また、検知した原水の濁度から添加すべき無機凝集剤量を求め、濁度と無機凝集剤量に応じて、汚泥循環ラインの流量を制御することもできる。
【００１８】
このような本発明に係る凝集沈澱装置およびその制御方法においては、サイクロンの上部出口からのラインが汚泥排出ラインと汚泥循環ラインとに分岐され、分岐した汚泥循環ラインが汚泥引抜ポンプの吸い込み側へと接続されているので、サイクロンへの供給流量を実質的に一定に保ちながら、汚泥循環ラインを介して返送循環される流量分、沈澱槽からの引抜スラリー量を低減することができる。つまり、サイクロンへの供給流量を実質的に一定に保ちながら、サイクロンへ供給される時間当たりの汚泥量を低減することができる。したがって、原水の濁度が上がった場合には、上記汚泥循環ラインにおける流量を増やし、沈澱槽からの引抜スラリー量を低減することにより、サイクロンでの処理流量を定流量に保ちながら、サイクロンで分離処理される被処理流体中の濁質成分濃度の大幅な上昇を抑えることが可能になり、所望のサイクロンの分離性能が安定して発揮されることになる。その結果、凝集沈澱系全体の処理が安定して円滑に行われ、良好な処理水質が維持されるとともに回収率の悪化が防止される。
【００１９】
また、サイクロンの入口流量は、実質的に常時最適な設計流量に保つことができるので、流量に依存するサイクロンの分離性能も常時安定して良好な性能に保たれる。したがって、サイクロン上流側から排出され、後段の汚泥処理設備に送られる排出汚泥の性状の大きな変動も抑えられることになり、後段での処理も安定する。
【００２０】
さらに、汚泥循環ラインによる循環汚泥は再びサイクロンへと供給されることになるので、サイクロンの入口流量は比較的大きなものとすることができ、装置全体が比較的小型の場合にあっても、サイクロンのサイズとしては比較的大きなものを採用することが可能になる。その結果、サイクロン部での閉塞等の不都合の発生も確実に防止される。
【００２１】
【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。図１において、凝集沈澱装置１は、予備凝集槽２と、凝集槽３と、それに隣接配置された沈澱槽４を備えている。予備凝集槽２には、原水導入ライン５を介して原水６が導入され、無機凝集剤７が添加されて、モータ８で駆動される攪拌機９によって攪拌される。原水導入ライン５には、本実施態様では、原水６の濁度を検知する濁度計１０が設けられており、検知した値によって後述の汚泥引抜分離系における汚泥循環ラインの流量を制御できるようになっている。
【００２２】
予備凝集槽２からの原水は、凝集槽３に導入されるが、そのときに高分子凝集剤１１がライン注入されるようになっている。凝集槽３内には、粒状物としての砂１２が添加され、モータ１３によって駆動される攪拌機１４による攪拌により、原水の懸濁物質が、無機凝集剤７、高分子凝集剤１１、砂１２を含むフロック１５として凝集される。この凝集においては、無機凝集剤７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１１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１２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。
【００２３】
成長した凝集フロック１５を含む被処理水は、越流ぜき１６を介して沈澱槽４へと導入される。沈澱槽４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１７に対して分離される。沈澱槽４内の上部には、複数の傾斜板１８が並設されており、処理水１７とともにフロックが流出するのを抑制している。
【００２４】
沈澱槽４の底部には、沈澱されたフロックを含むスラリーを抜き出すための引抜ライン１９が接続されており、引抜ライン１９には、抜き出したスラリーをサイクロン２０に送る汚泥引抜ポンプ２１が設けられている。サイクロン２０では、送られてきたスラリーを遠心分離により、サイクロン上流側ライン２２に排出される汚泥２３と、サイクロン下流側ライン２４へと導出される砂１２とに分離し、分離された砂１２は、再び凝集槽３内に戻されて循環使用される。このサイクロン上流側ライン２２は、汚泥２３を後段の汚泥処理設備（たとえば、汚泥貯槽や脱水機、図示略）へと送る汚泥排出ライン２５と、汚泥循環ライン２６とに分岐され、分岐された汚泥循環ライン２６は、汚泥引抜ポンプ２１の吸い込み側に接続されている。
【００２５】
この汚泥循環ライン２６には、流量計２７および流量コントロール弁２８が設けられており、前述の濁度計１０によって検知された原水６の濁度信号に応じて、循環される汚泥の流量が制御されるようになっている。また、この制御に加え、無機凝集剤７の添加量にも応じて、汚泥循環流量の制御を行うようにしてもよい。たとえば、上記濁度計１０で検知した濁度に応じて無機凝集剤７の添加すべき量を計算し、その濁度と無機凝集剤７の添加量に応じて汚泥循環ライン２６における汚泥循環流量を制御することもできる。
【００２６】
上記のように構成された凝集沈澱装置１は、次のように運転、制御される。予備凝集槽２へと導入されてくる原水６の濁質負荷として濁度が濁度計１０で検知され、この検知濁度に応じて、汚泥循環ライン２６における循環汚泥流量が、流量計２７で確認されつつ、流量コントロール弁２８によって制御される。すなわち、原水６の濁質負荷が増加した場合、その増加の度合いに応じて、汚泥循環ライン２６における循環汚泥流量が増大されるように制御される。汚泥引抜ポンプ２１の流量は実質的に定流量とされているから、汚泥引抜ポンプ２１の吸い込み側に循環汚泥が返送されることにより、その返送分、沈澱槽４からの抜き出し流量が低減されることになる。
【００２７】
したがって、サイクロン２０への供給スラリー量は、汚泥引抜ポンプ２１の吐出流量の一定流量に保たれつつ、沈澱槽４からの抜き出し流量が低減されることになる。その結果、原水６の濁質負荷が増加しても、サイクロン２０へ供給される濁質成分の大きな増加は抑えられることになり、濁質成分の大きな増加によるサイクロン２０の分離性能の低下が抑えられる。しかも、サイクロン２０への供給流量は実質的に一定流量に保たれるから、流量的にも、サイクロン２０は設計通りの望ましい分離性能を発揮することが可能になる。したがって、良好なサイクロン２０の分離性能が維持され、分離されるべき砂１２が安定して良好に分離されて凝集槽３へと戻され、排出されるべき汚泥２３が安定して良好に分離されてその一部が後段の汚泥処理設備へと送られる。安定した分離処理が円滑に行われるため、凝集沈澱装置１全体としての運転が安定し、良好な処理水質が維持されるとともに、回収率の悪化も防止される。また、後段の汚泥処理設備でも、安定した処理が可能になる。
【００２８】
また、汚泥循環ライン２６による循環汚泥は再びサイクロン２０へと供給されることになるので、サイクロン２０の入口流量は当初から比較的大きなものとすることが可能となり、装置全体が比較的小型の場合にあっても、サイクロン２０のサイズとしては比較的大きなものを採用することが可能になる。その結果、サイクロン２０部分、つまり、その入口部や下流側への出口部での閉塞等の不都合の発生も確実に防止される。さらに、引抜ライン１９中を送られるスラリーの濁質成分の濃度が極端に高くなることが抑えられ、かつ、汚泥引抜ポンプ２１からサイクロン２０までのラインの流量は比較的大流量に保たれるから、引抜ライン１９中での閉塞等の不都合の発生も確実に防止されることになる。
【００２９】
なお、本発明に係る凝集沈澱装置およびその制御方法は、河川水等のみでなく、本発明に係る装置が適用できるもの（たとえば、生物処理水や重金属のアルカリ凝集沈澱等）なら何でも適用可能である。
【００３０】
また、本発明において使用する無機凝集剤や高分子凝集剤の種類はとくに限定されず、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る。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。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の凝集沈澱装置およびその制御方法によれば、サイクロン上流側ラインを分岐して分岐した汚泥循環ラインを汚泥引抜ポンプの吸い込み側に接続し、汚泥引抜ポンプからサイクロンへの供給流量は一定に保ちながら沈澱槽からの抜き出しスラリー量を、原水の濁度に応じて低減できるようにしたので、サイクロンの良好な分離性能を安定して維持することが可能になり、装置全体としての安定した円滑な運転が可能になる。したがって、原水の濁度が増加した場合にあっても、処理水質の低下、回収率の低下を防止でき、後段の汚泥処理工程の安定した運転も維持できる。
【００３２】
さらに、装置全体が比較的小型のものである場合にあっても、サイクロンとしては比較的大型のものを採用することが可能になり、サイクロン部および引抜ラインでの閉塞等の不都合の発生も防止できる。
【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全体構成図である。
【符号の説明】
１  凝集沈澱装置
２  予備凝集槽
３  凝集槽
４  沈澱槽
５  原水導入ライン
６  原水
７  無機凝集剤
９  攪拌機
１０  濁度計
１１  高分子凝集剤
１２  粒状物としての砂
１４  攪拌機
１５  凝集フロック
１６  越流ぜき
１７  処理水
１８  傾斜板
１９  汚泥引抜ライン
２０  サイクロン
２１  汚泥引抜ポンプ
２２  サイクロン上流側ライン
２３  汚泥
２４  サイクロン下流側ライン
２５  汚泥排出ライン
２６  汚泥循環ライン
２７  流量計
２８  流量コントロール弁
【図１】
0003866054.tif 000003
【図２】
0003866054.tif 000004