(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
懸濁物質等を凝集処理する凝集反応槽と、
前記凝集反応槽からの流入水を固液分離する固液分離槽と、
添加物を回収し排出する添加物回収器と
からなる凝集分離装置において、
前記凝集反応槽内に添加物を供給する添加物供給手段と、
前記凝集反応槽内の沈殿混合物を引き抜く混合物引抜手段と、
前記固液分離槽から分離物を引き抜く分離物引抜手段と、
前記添加物回収器より排出される添加物の濃度を計測する添加物計測器と、
該添加物計測器に連結した演算器と
を備えたことを特徴とする凝集分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水処理分野において、懸濁物質を凝集分離して処理水質の向上を図る凝集分離装置に関し、特に添加物量の制御が可能な凝集分離装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
粒状添加物を用いた凝集分離は高速凝集処理が可能なため、下水処理の分野で雨天時に増加する汚水等の直接処理等での利用が検討されている。
図９は粒状添加物を用いた従来の凝集分離装置を示すフロー図である。
同図において、１は原水導入管、２はその原水導入管１から懸濁物質を含んだ原水を導入する凝集反応槽であり、この凝集反応槽２には、無機凝集剤供給手段３および高分子凝集剤供給手段４から無機凝集剤および高分子凝集剤が添加されると共に、微粒砂等に粒状添加物も添加されるようになっている。
【０００３】
５は前記凝集反応槽２からの流入水を導入して分離物と処理水とに分離する固液分離槽（沈殿槽）、６はその固液分離槽５から分離物を引き抜く引抜手段としてのポンプであり、このポンプ６による引抜物質は配管７を介して液体サイクロン８に送られるようになっている。その液体サイクロン８は、前記引抜物質に含まれる粒状添加物を分離回収し、その回収添加物を凝集反応槽２に返送すると共に、分離汚泥を系外に排出するものである。
【０００４】
次に上記従来の凝集沈殿処理装置の動作について説明する。
原水導入管１から凝集反応槽２内に導入された原水に無機凝集剤と高分子凝集剤および添加物が添加されることにより、凝集反応槽２では、原水と凝集剤と添加物とが混合され、これによって凝集フロックが生成される。その凝集フロックを含んだ混和液は次の固液分離槽５に移流し、この固液分離槽５で添加物を含んだ沈降汚泥と処理水とに分離され、処理水は系外に排出され、沈降汚泥はポンプ６で引き抜かれた後、配管７を介して液体サイクロン（添加物回収器）８に送られる。この液体サイクロン（添加物回収器）８では、返送汚泥に含まれた添加物が分離され、その添加物は凝集反応槽２内に返送され、添加物が分離された汚泥は系外に排出される。
【０００５】
以上のような汚泥の凝集処理サイクルにおいて、装置運転中の添加物管理に際しては、液体サイクロン（添加物回収器）８の下から吐出される分離添加物を人為的に測定容器で採取し、採取した添加物の濃度を人為的に算出し、その濃度算出値に基づいて人為的操作で添加物濃度を制御しているのが実状である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の凝集分離装置は以上のように構成されているので、添加物の使用により汚泥凝集処理を高速化できるという特徴を有するが、その反面、運転中の添加物濃度の管理が大きな課題となっている。すなわち、上述のような添加物使用による凝集分離装置は、下水での雨天時越流水処理に適用した場合など、降雨が不規則で装置稼動予測が難しく、原水性状の変化が大きいため、降雨量や原水性状の変化に応じた添加物濃度の制御を行うには人が常駐して添加物濃度の管理を行わなければならず、しかも、その添加物濃度の制御に際しては、液体サイクロン（添加物回収器）８から吐出される添加物を人為的に採取し、採取した添加物の濃度を人為的に算出し、その濃度算出値に基づいて人為的操作で添加物濃度を制御しなければならないなど多くの課題があった。
【０００７】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、引抜物質の固液分離後に液体サイクロンの下部から吐出される分離添加物の濃度を自動的に計測し、その計測値に基づいて凝集反応液の添加物濃度を適正に自動制御することができ、これにより、添加物濃度を無人で管理して安定処理水質を得ることができる凝集分離装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る凝集分離装置は、原水（被処理液）に含まれた懸濁物質等を凝集処理する凝集反応槽と、前記凝集反応槽からの流入水を固液分離する固液分離槽と、添加物を回収し排出する添加物回収器とからなる凝集分離装置において、前記凝集反応槽内に添加物を供給する添加物供給手段と、前記凝集反応槽内の沈殿混合物を引き抜く混合物引抜手段と、前記固液分離槽から分離物を引き抜く分離物引抜手段と、前記添加物回収器より排出される添加物の濃度を計測する添加物計測器と、該添加物計測器に連結した演算器とを備え、前記添加物計測器により計測された添加物濃度に応じ、添加物を適正に制御するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による凝集分離装置を示すフロー図であり、図９と同一または相当部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
図１において、１０は凝集反応槽２内に沈降促進用の添加物を供給する添加物供給手段である。この添加物供給手段１０としては、定量フィーダ供給やスラリー供給あるいはドライ供給等が挙げられるが、凝集反応槽２内に添加物を速やかに供給できるものであれば、如何なるものでも良い。また、前記添加物としては、砂または砂に近似する比重２〜８の範囲である有機系や無機系の物質、または、それらの混合物、例えば、微粒砂、酸化ジルコニウムやガーネットなどが挙げられる。
【００１０】
１１は凝集反応槽２内の沈殿混合物（凝集汚泥と添加物とが混ざった沈降性凝集フロック）を引き抜くポンプ等の混合物引抜手段である。この混合物引抜手段１１としては、凝集反応槽２内に掻寄機を設置し、混合物を掻き寄せてポンプで引き抜く手段、あるいは凝集反応槽２の底部および／または側面下部に取り付けたバルブの開閉による混合物を引き抜く手段など、速やかに混合物が引き抜けるものであれば、如何なるものでも良い。
【００１１】
１２は添加物計測器である。これは以下に示すように、揺動部材１９、支点１３、受け器１４、錘１５、センサー１７とからなり、センサー１７よりの信号を受けて演算器１８が演算を行うことにより、添加物濃度を良好に保つように、添加物供給手段１０、混合物引抜手段１１、ポンプ（分離物引抜手段）６を制御するものである。なお、前記添加物計測器１２として超音波式濃度計や赤外線式濃度計を用いるなどしてもよい。
【００１２】
１９は凝集反応槽２内の液面より上方に配置された揺動部材であり、この揺動部材１９は支点１３を支えとして運動自在となっている。１４は揺動部材１９の一端に支持された添加物計量用の受け器、１５は揺動部材１９の他端に取り付けられた錘である。ここで、受け器１４が空のとき、その受け器１４と前記錘１５とがバランスして前記揺動部材１９が水面の上でほぼ水平姿勢を維持するようになっている。
【００１３】
したがって、支点１３を中心とする運動自在な揺動部材１９と、その両端に設けた受け器１４および錘１５は、天秤の原理を利用した構成となっており、添加物回収器８から前記受け器１４に分離添加物が投入されることにより、その添加物を計測する添加物計測器１２となるものである。２２は液体サイクロンなどの添加物回収器８の下方に配置され、その添加物回収器８の下から吐出された分離添加物を確実に受けるためのホッパーであり、このホッパー２２の下方にはスロープ（シューター）１６が配置されている。このスロープ１６は、ホッパー２２から吐出された分離添加物を前記受け器１４内に投入するためのものである。しかし、スロープ１６は、ホッパーが添加物計測器１２に対して適当な位置にある場合は必要としない。なお、前記添加物回収器８として複数個の液体サイクロンを設置することもあり、この場合にも各液体サイクロンからの分離添加物を前記ホッパー２２で受けることが可能となって有効である。
【００１４】
１７は前記錘１５の上下運動を感知するセンサーであり、主として赤外線センサーが適用されるが、光センサー、超音波センサーなど動きを感知できるものならよい。１８はそのセンサー１７から感知信号を入力する演算器である。この演算器１８は、センサー１７からの感知信号に基づく添加物濃度制御値を演算し、その演算値に基づいてポンプ６、添加物供給手段１０、混合物引抜手段１１を自動制御する制御信号を出力するものである。なお、混合物は凝集反応槽の堆積物を、分離物は固液分離槽２での分離堆積物を、引抜物質は配管で移送される物質を指す。
【００１５】
次に動作について説明する。
装置の運転中において、固液分離槽５の引抜物質がポンプ６により配管７を介して添加物回収器８に送られてくると、この添加物回収器８では引抜汚泥に含まれた添加物が分離される。その分離添加物は、添加物回収器８からホッパー２２に吐出された後、スロープ１６を介して天秤構成の受け器１４内に投入される。添加物が投入された受け器１４は、その重みで凝集反応槽２内に水没し、かつ錘１５が上昇する方向に揺動部材１９が揺動する。
【００１６】
そして、凝集反応槽２内に水没した受け器１４は、その内部の添加物が凝集反応槽２内の混和液で洗い流されることにより、錘１５の重さで再度上昇する。このときの錘１５の上下運動がセンサー１７によって感知され、その感知信号が演算器１８に出力される。なお、前記錘１５の上下運動は、添加物回収器８が引抜物質中の添加物を分離している限り、その添加物が受け器１４に投入されることにより繰り返され、その繰り返しの度にセンサー１７で感知されて演算器１８に感知信号が出力される。なお、受け器１４の洗浄が良好でない場合は、受け器にスリットや穴などあけることもよい。
【００１７】
演算器１８は、センサー１７からの感知信号に基づく添加物濃度を演算する。すなわち、演算器１８は、センサー１７からの感知信号の入力回数に基づく添加物濃度を演算し、その添加物濃度が適正濃度か否かの判断を行うと共に、判断結果が否の時は添加物濃度が過剰か不足かの判断をも行う。それらの判断の結果、添加物濃度が適正値の場合には、現状のままの運転を継続し、添加物濃度が過剰の場合には、演算器１８からの出力信号で混合物引抜手段１１が稼動させられて凝集反応槽２から混合物が引き抜かれ、その引き抜きは、演算器１８による添加物濃度が適正値となるまで継続される。また、添加物濃度が不足の場合には、演算器１８からの出力信号で添加物供給手段１０が稼動させられて凝集反応槽２内に添加物が供給され、その供給は、演算器１８による添加物濃度が適正値となるまで継続される。
【００１８】
以上説明した実施の形態１によれば、添加物回収器８で分離された添加物が天秤構成の受け器１４に投入される度に繰り返される錘１５の上下運動をセンサー１７で感知し、その感知信号を入力する演算器１８が感知信号の入力回数に応じた添加物濃度を演算し、その添加物濃度が適正か否か、また、過剰か不足かの判断を行い、その判断の結果、添加物濃度が過剰の場合には混合物引抜手段１１を、また、添加物濃度が不足の場合には添加物供給手段１０を、それぞれ添加物濃度が適正値となるまで稼動させるように構成したので、例えば、原水性状が大きく変動する下水での雨天時越流水処理の場合であっても、添加物濃度を自動制御により常に適正に維持することができ、安定した処理水質が得られると共に、添加物濃度の管理のために人が常駐せずとも良いので、人件費などのコスト低減が図れるという効果がある。
【００１９】
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２による凝集分離装置を示すフロー図であり、図１と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
図２において、８Ａは添加物回収器としての液体サイクロンであり、弁２０を介して配管７に接続されている。８Ｂは予備液体サイクロンであり、弁２１を介して配管７に接続されている。なお、前記弁２０，２１は演算器１８からの制御信号で開閉される電磁弁からなっている。
なお、複数個のサイクロンを用いる場合は、各サイクロン添加物排出口が納まるホッパー２２でカバーされ、ホッパー２２の出口の下部に添加物計測器１２が備えられる。
【００２０】
実施例１．
次に、上記実施の形態２による凝集分離装置の動作説明を兼ねる実施運転を行った結果について説明する。
液体サイクロン８Ａは、固液分離槽５からの分離物に含まれた微粒砂（添加物）を分離して吐出するが、その吐出微粒砂の一部がホッパー２２からスロープ１６によって受け器１４内に移流する。その受け器１４内に移流した微粒砂の重みで揺動部材１９が傾動して錘１５が上昇すると共に、前記受け器１４は凝集反応槽２内に水没して受け器１４内に微粒砂が洗い流れることにより、その受け器１４は元の位置に上昇復帰する。受け器１４に微粒砂が連続的に溜まる間は錘１５が上下運動を繰り返し、その繰り返しの都度、錘１５が赤外線センサー１７を遮るので、その遮る回数、即ち赤外線センサー１７の出力信号の振幅回数を演算器１８がカウントする。
【００２１】
ここで、前記振幅回数と微粒砂濃度と処理水質の関係を図４に示す。また、その時の実施条件を以下に示す。
実施条件
原水；下水処理場最初沈殿池の流入水
原水流量；２８８０ｍ３／日（１２０ｍ３／ｈ）
固液分離槽上昇速度；１２０ｍ／ｈ
無機凝集剤；ＰＡＣ添加率１０ｍｇ／Ｌ（ＡＬ２Ｏ３として）
高分子凝集剤；アニオン系高分子凝集剤添加率１ｍｇ／Ｌ
【００２２】
図４に示すように、微粒砂濃度が低い時は振幅回数が少なく、微粒砂濃度が高い時は振幅回数も高くなる傾向を示すので、その振幅回数が微粒砂濃度の管理指標となることが分かった。処理水質は、振幅回数１５〜２０回でほぼ良好、その前後では悪化する傾向が見られた。このことから、赤外線センサー１７が演算器１８に信号を１５〜２０回の範囲で伝達している間は通常運転を行い、受け器１４内への微粒砂の流入がなく、汚泥等の流入のみの場合には、受け器１４の上下反復運動の回数は減少するので、その際は微粒砂の補給や予備液体サイクロン８Ｂの切り替えを行った。
【００２３】
そこで、錘１５が赤外線センサー１７を遮る振幅回数に応じた演算器１８の出力信号（以下、演算器信号という）値を次のように設定した。
設定条件
演算器信号０→振幅回数０
演算器信号１→振幅回数１〜１４
演算器信号２→振幅回数１５〜２０
演算器信号３→振幅回数２１以上
【００２４】
このような設定条件のもとで、上記実施の形態２による凝集分離装置を連続運転する際の運転フローシートを図５に示す。なお、この実施では、固液分離槽５の沈降汚泥引抜手段として耐摩耗性の渦巻ポンプ６を使用した。
液体サイクロンで分離された微粒砂濃度に応じて演算器から出力される演算器信号が０または１の時には、その信号で渦巻ポンプ６を稼動させて循環水量（汚泥引抜量）を増加させた。その後の演算器信号が０ならば、その信号０で液体サイクロン８Ａ系統の弁１９が閉じて予備液体サイクロン８Ｂ系統の弁が開くことで予備液体サイクロン８Ｂに切り替える。これは液体サイクロン８Ａが詰まった状態であると判断したものである。
演算器信号が１ならば、その信号１で添加物供給手段１０が稼動することにより、凝集反応槽２内に添加物が供給される。
演算器信号が２の時、通常運転が継続される。
演算器信号が３の時、その信号３で混合物引抜手段１１が稼動して凝集反応槽２から添加物を含む混合物が引き抜かれる。
【００２５】
以上のような微粒砂使用による本発明の凝集分離装置を連続運転した結果を図６に示す。
装置運転時間４０分までは演算器信号が２で通常運転が行われた。装置運転時間４０分で微粒砂濃度が５，１００ｍｇ／Ｌとなり、演算器信号３で混合物引抜手段１１が稼動し、混合物を６０ｋｇ引き抜き、その１０分後に微粒砂濃度が４，３００ｍｇ／Ｌとなって演算器１８からは演算器信号２が出力され、その信号２で通常運転に戻った。装置運転時間１２０分で微粒砂濃度が４００ｍｇ／Ｌとなり、演算器信号１で渦巻ポンプ６の分離物引き抜きを増加することで循環流量を大きくした。その１０分後に微粒砂濃度が１２００ｍｇ／Ｌとなり、演算器の信号２で通常運転に戻った。装置運転時間１６０分で微粒砂濃度が０ｍｇ／Ｌになり、演算器信号０で渦巻ポンプ６の流量を増加したが循環水量は増加せず、演算器信号０のままであったので、液体サイクロン８Ａに詰まりが生じたと判断し、弁２０が閉じ、弁２１が開いて予備液体サイクロン８Ｂに切り替えた。その１０分後に微粒砂濃度が３，１００ｍｇ／Ｌとなり、演算器信号２で通常運転に戻った。装置運転時間２２０分で微粒砂濃度３００ｍｇ／Ｌとなり、演算器信号１で渦巻ポンプ６の流量を増加させ、循環水量を増加させたが、演算器信号は１のままであったので、添加物が不足と判断し、添加物供給手段１０が稼動し、微粒砂濃度が２，５００ｍｇ／Ｌとなって演算器信号２で通常運転に戻った。
以上のように、添加物として微粒砂を用いて凝集分離装置の連続運転を行った結果、ＳＳ（浮遊物質）除去率は８０％以上となって安定した処理水質が得られた。
【００２６】
実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３による凝集分離装置を示すフロー図であり、図１と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
図３において、１２は添加物計測器である。この実施の形態３では、その添加物計測器１２として、液体サイクロン８Ａ，８Ｂの下から吐出する微粒砂の濃度を測定する目的で、その液体サイクロン８Ａ，８Ｂからの吐出微粒砂を受けるホッパー２２の下方に超音波式濃度計を設置したものである。なお、前記微粒砂は添加物であり、前記液体サイクロン８Ａ，８Ｂは添加物回収器となるものである。
【００２７】
実施例２．
次に、実施の形態３による凝集分離装置の動作説明を兼ねる実施運転を行った結果について説明する。
液体サイクロン８Ａは、固液分離槽５からの分離物に含まれた微粒砂（添加物）を分離して吐出するが、その吐出微粒砂をホッパー２２で受け、このホッパー２２から吐出された微粒砂濃度を超音波式濃度計１２で測定した。
【００２８】
ここで、本発明の凝集分離装置による指示値と微粒砂濃度および処理水質の関係を図７に示す。その時の実施条件を以下に示す。
実施条件
原水；下水処理場最初沈殿池の流入水
原水流量；２８８０ｍ３／日（１２０ｍ３／ｈ）
固液分離槽上昇速度；１２０ｍ／ｈ
無機凝集剤；ＰＡＣ添加率１０ｍｇ／Ｌ（ＡＬ２Ｏ３として）
高分子凝集剤；アニオン系高分子凝集剤添加率１ｍｇ／Ｌ
添加物；微粒砂
固液分離槽引抜手段；耐摩耗性の渦巻ポンプ使用
【００２９】
図７に示すように、微粒砂濃度が低い時は振幅回数が少なく、微粒砂濃度が高い時は指示値も大きくなる傾向を示し、微粒砂濃度の管理指標となることが分かった。処理水質は、指示値０．８〜４．９でほぼ良好であり、その前後は悪化する傾向がみられた。このことから、超音波式濃度計１２から演算器１８に信号が０．８〜４．９の範囲で伝達している間は通常運転を行った。
この時の運転フローシートを図５に示すように微粒砂濃度の自動制御を行い、凝集分離装置の連続運転を行った。
【００３０】
そこで、超音波式濃度計（添加物計測器）１２の出力信号を次のように設定した。
演算器信号；演算器の信号０→０≦指示値＜０．１
演算器の信号１→０．１≦指示値＜０．８
演算器の信号２→０．８≦指示値＜５．０
演算器の信号３→５．０≦指示値
・演算器１８の信号が０あるいは１の場合
引抜手段である耐摩耗性の渦巻ポンプ６の流量を増加させた。その後の演算器の信号が０ならば、予備液体サイクロン８Ｂに切り替えた。演算器の信号が１ならば、添加物供給手段１０が作動し、添加物を供給した。演算器の信号が２ならば、通常運転とした。
・演算器１８の信号が２の場合
通常運転とした。
・演算器１８の信号が３の場合
混合物引抜手段１１が作動し、添加物を含む混合物を排出させた。
【００３１】
上記条件で本発明の凝集分離装置を連続運転した結果を図８に示す。
運転時間５０分までは演算器の信号は２で通常運転が行われた。運転時間５０分で微粒砂濃度が５，３００ｍｇ／Ｌとなり、演算器の信号３で引抜手段が稼動し、混合物を６０ｋｇ引き抜き、１０分後に微粒砂濃度が４，３００ｍｇ／Ｌとなって演算器１８からは演算器信号２が出力され、その信号２で通常運転に戻った。装置運転時間１１０分で微粒砂濃度が５００ｍｇ／Ｌとなり、演算器信号１で引抜手段６である渦巻ポンプの流量を増加し、循環水量を大きくした。その１０分後に微粒砂濃度が９００ｍｇ／Ｌとなり、演算器１８からは演算器信号２が出力され、その信号２で通常運転に戻った。装置運転時間１６０分で微粒砂濃度が０ｍｇ／Ｌとなり、演算器信号０で渦巻ポンプの流量を増加したが循環水量は増加せず、演算器信号は０のままであったので、弁２０が閉じ、弁２１が開となり、予備液体サイクロン８Ｂに切り替えた。その１０分後に微粒砂濃度が３，１００ｍｇ／Ｌとなり、演算器１８からは演算器信号２が出力され、演算器２で通常運転に戻った。装置運転時間２３０分で微粒砂濃度５００ｍｇ／Ｌとなり、演算器信号１で渦巻ポンプの流量を増加させ、循環水量を増加させたが、演算器信号は１のままであったので、微粒砂供給手段１０が稼動し、微粒砂濃度が１８００ｍｇ／Ｌとなって演算器１８からは演算器信号２が出力され、演算器信号２で通常運転に戻った。
添加物として微粒砂を、添加物供給手段として超音波式濃度計を用いた凝集分離装置で連続運転を行った結果、ＳＳ（浮遊物質）除去率は８０％以上で安定した処理水質が得られた。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、添加物使用による凝集分離装置において、添加物濃度を自動的に計測し、その計測値に基づいて添加物濃度を適正に自動制御することができ、このため、原水性状が大きく変動する下水での雨天時越流水処理の場合であっても、添加物濃度を自動制御により常に適正に維持することができ、安定した処理水質が得られると共に、添加物濃度の管理のために人が常駐せずとも良いので、人件費などのコスト低減が図れるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による凝集分離装置を示すフロー図である。
【図２】本発明の実施の形態２による凝集分離装置を示すフロー図である。
【図３】本発明の実施の形態３による凝集分離装置を示すフロー図である。
【図４】振幅回数と微粒砂濃度および処理水質の関係を示す図である。
【図５】本発明による凝集分離装置の運転フローシート図である。
【図６】本発明による凝集分離装置の連続運転結果を示す図である。
【図７】指示値と微粒砂濃度および処理水質の関係を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態３による凝集分離装置を連続運転した結果を示す図である。
【図９】従来の凝集沈殿処理装置を概略的に示すフロー図である。
【符号の説明】
１  原水導入管
２  凝集反応槽
３  無機凝集剤供給手段
４  高分子凝集剤供給手段
５  固液分離槽
６  ポンプ（引抜手段）
７  配管
８  添加物回収器
８Ａ  液体サイクロン
８Ｂ  予備液体サイクロン
９  砂量測定部
１０  添加物供給手段
１１  混合物引抜手段
１２  添加物計測器
１３  支点
１４  受け器
１５  錘
１６  スロープ
１７  センサー
１８  演算器
１９  揺動部材
２０，２１  弁
２２  ホッパー
【図１】
0003977146.tif 000002
【図２】
0003977146.tif 000003
【図３】
0003977146.tif 000004
【図４】
0003977146.tif 000005
【図５】
0003977146.tif 000006
【図６】
0003977146.tif 000007
【図７】
0003977146.tif 000008
【図８】
0003977146.tif 000009
【図９】
0003977146.tif 000010