(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、
該凝集反応槽から混合物を引き抜く混合物引抜手段と、
前記凝集反応槽からの流出水を固液分離する固液分離槽と、
該固液分離槽から分離物を引き抜く分離物引抜手段と、
引き抜かれた混合物および分離物を添加物と汚泥に沈降分離する添加物分離槽と、
前記凝集反応槽および前記固液分離槽から前記添加物分離槽に引き抜かれた混合物および分離物を移送する配管と、
前記添加物分離槽で沈降分離した添加物を前記凝集反応槽へ供給する添加物供給手段と
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、特に添加物回収手段を備える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２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から汚泥等の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からの流出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分離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、原水に含まれた懸濁物質などが凝集され、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流出水は次の固液分離槽５に移流し、この固液分離槽５で添加物を含んだ分離物と処理水とに分離され、処理水は系外に排出され、分離物はポンプ６で引き抜かれた後、配管７を介して液体サイクロン８に送られる。この液体サイクロン８では、固液分離槽５からの引抜物質に含まれた添加物が分離され、その分離添加物は凝集反応槽２内に返送されて再使用に供せられ、添加物が分離された汚泥は系外に排出される。
【０００５】
【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、高濃度の粒状添加物を含んだ凝集汚泥が固液分離槽５の底部に溜まった場合、その固液分離槽５から液体サイクロン８に送られた引抜物質中の高濃度粒状添加物によって液体サイクロン８の吐出口が詰まるか、あるいは液体サイクロン８の分級効率が変化し、その状況によって液体サイクロン８からの排出汚泥に粒状添加物が多量に混入する場合があった。また、液体サイクロン８の分級効率は液体サイクロン８の上下の吐出口径比で変化するため、その吐出口径比によっても液体サイクロン８の分級効率が低下し、液体サイクロン８からの分離汚泥中に粒状添加物が多量に混入する場合があり、その結果、液体サイクロン８の下から吐出する粒状添加物が減少し、処理工程での粒状添加物不足により処理水質の悪化を来す場合があった。さらに、高い粒状添加物回収率を得るには、小径の液体サイクロンを高い圧力で使用しなければならないため、液体サイクロンの台数は増加し、且つ配管７および液体サイクロン８のそれぞれの内部が早期摩耗し、それらの交換頻度が高くなるなどの課題があった。
【０００６】
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、添加物を含む凝集汚泥を容易且つ効率的に添加物と分離汚泥とに分離す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。
【０００７】
【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、原水に含まれた懸濁物質等を凝集処理する凝集反応槽と、該凝集反応槽から混合物を引き抜く混合物引抜手段と、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、該固液分離槽から分離物を引き抜く分離物引抜手段と、  引き抜かれた混合物および分離物を添加物と汚泥に沈降分離する添加物分離槽と、前記凝集反応槽および前記固液分離槽から前記添加物分離槽に引き抜かれた混合物および分離物を移送する配管と、前記添加物分離槽で沈降分離した添加物を前記凝集反応槽へ供給する添加物供給手段とを備えたものである。前記添加物分離槽で液体サイクロンのように配管などに圧力をかけることなく添加物を分離して、良好な水質を得るものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１は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り、図２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。なお、図１には図２に示す無機凝集剤供給手段３および高分子凝集剤供給手段４を示していないが、それらの無機凝集剤供給手段３および高分子凝集剤供給手段４を本発明の凝集反応槽２は備えているものである。
【０００９】
図１において、９は凝集反応槽２から混合物を引き抜く引抜手段としてのポンプ、１０はそのポンプ９と固液分離槽５の汚泥引抜用ポンプ６との共通の配管７を介して引抜物質を導入する添加物分離槽である。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。この添加物分離槽１０は、引抜物質を導入し、その引抜物質に含まれた添加物を重力により沈降分離させると共に、分離汚泥を系外に排出するもので、添加物分離槽１０としては、添加物の沈降を促進する円錐形状のほか四角錐形状などホッパ型や掻寄機型等が挙げられる。
【００１０】
１１は添加物分離槽１０から添加物を導入して凝集反応槽２内に供給する添加物供給手段である。この添加物供給手段１１としては、添加物分離槽１０からの自然流下、ポンプ、ベルトコンベア等が挙げられるが、添加物分離槽１０から凝集反応槽２内に粒状添加物を移送できるものであれば、如何なるものであってもよい。なお、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。
【００１１】
次に動作について説明する。
装置運転中において、固液分離槽５、凝集反応槽２からポンプ６，９により引抜物質が引き抜かれ、そのポンプ移送中に、引抜物質中の添加物から汚泥が剥離することもある。引抜手段（ポンプ６，９）としては、耐摩耗性の渦巻ポンプなど、添加物による摩耗を防止できるポンプであれば、如何なるポンプでもよい。その後、引抜物質は添加物分離槽１０内に流入する。この添加物分離槽１０では、添加物が重力で沈降して汚泥と分離され、その分離汚泥は添加物分離槽１０からの溢出により系外に排出される。ここで、添加物分離槽１０内での例えば微粒砂の沈降速度は１４０ｍ／ｈ、汚泥の沈降速度は３〜４ｍ／ｈであり、添加物の沈降速度が汚泥の沈降速度に比べ非常に大きいので、短時間（５分程度）で添加物の沈降が可能である。そして、添加物分離槽１０で沈降分離された添加物は添加物供給手段１１によって凝集反応槽２内に供給される。
【００１２】
実施例１．
次に、上記実施の形態１による凝集分離装置を実験運転した結果を説明する。
実験条件
原水；下水処理場の最初沈殿池の流入水
原水流量；２８８０ｍ３／日（１２０ｍ３／ｈ）
原水濁度；１００ＮＴＵ
微粒砂；比重２．６、有効径１７０μｍ
無機凝集剤；ＰＡＣ１０ｍｇ／Ｌ（ＡＬ２Ｏ３として）
高分子凝集剤；アニオン系有機高分子１．０ｍｇ／Ｌ
固液分離槽の汚泥引抜手段；ポンプ、循環水量７．２ｍ３／ｈ
添加物分離槽；滞留時間３ｍｉｎ
【００１３】
この実験では、凝集反応槽２に下水処理場の最初沈殿池の流入水を流入させ、無機凝集剤にＰＡＣ１０ｍｇ／Ｌ（ＡＬ２Ｏ３）を、高分子凝集剤にアニオン系有機高分子１．０ｍｇ／Ｌを、微粒砂（比重２．６、有効径１７０μｍ）を注入した。引抜手段としては、微粒砂スラリー用ポンプを使用し、時間当たり７．２ｍ３／ｈで運転した。添加物分離槽１０は滞留時間３ｍｉｎの円錐型の槽を使用した。添加物供給手段１１としてはベルトコンベアを使用して添加物分離槽１０からの微粒砂を凝集反応槽２内に供給した。
【００１４】
ここで、循環水量および配管内砂濃度一定での配管径の違いによる処理性能を表１に示す。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
表１に示すように、従来装置では循環ライン配管の径が４０φから６０φになることで配管内流速が１．６（ｍ／ｈ）から０．７（ｍ／ｈ）となる。このことで従来装置のＳＳ除去率は８２（％）から６５（％）に減少する。しかし、本発明装置では配管内流速の変化は従来例と同じように１．６（ｍ／ｈ）から０．７（ｍ／ｈ）に変化したが、ＳＳ除去率は８２（％）と変化はなかった。このことから、従来装置の場合は汚泥循環ラインの配管７の流速減少により、液体サイクロン８の分級効率が低下し、その液体サイクロン８からの分離汚泥中に微粒砂が流出し、その結果、処理性能［ＳＳ（浮遊物質）除去率］は低下した。一方、本発明装置では循環ラインの配管７の流速が減少しても処理性能には影響がなかった。
【００１７】
次に、循環ラインの配管７内での微粒砂濃度を変化させて排出汚泥中に含まれる微粒砂濃度を比較した結果を表２に示す。なお、循環ラインの配管７の配管径は４０φである。
【００１８】
【表２】
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【００１９】
表２に示すように、従来装置では配管内微粒砂濃度が１０，０００から２０，０００（ｍｇ／Ｌ）に変化すると、分離汚泥中に含まれる微粒砂が５から４０（ｍｇ／Ｌ）まで変化するが、本発明装置は配管内微粒砂濃度が同様に変化しても、分離汚泥中に含まれる微粒砂は５から２０（ｍｇ／Ｌ）までしか変化しなかった。このことから、従来装置は循環ラインの配管７内の微粒砂濃度が増加すると、液体サイクロン８からの分離汚泥中に含まれる微粒砂濃度は増加した。一方、本発明装置は循環ラインの配管７内の微粒砂濃度が増加しても添加物分離槽１０からの溢出による分離汚泥中の微粒砂濃度はそれほど増加せず、微粒砂濃度の変動に対しても十分に対応できることが確認された。
【００２０】
次に、連続運転による従来装置と本発明装置の交換頻度の比較を表３に示す。
【００２１】
【表３】
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【００２２】
固液分離槽５のポンプ６は、ポンプシール部、ポンプ本体（インペラ等）、循環ラインの配管７の交換頻度を比較した結果、表３に示すように、交換頻度は従来装置と本発明で比較するとポンプシール部が１回／２４月が１回／３６月になり、ポンプ本体は１回／３６月が１回／４８月になり、循環ラインの配管は１回／４８月が１回／６０月になった。このことから本発明装置は従来装置と比較したいずれの部位においても寿命を１年以上に延長することができた。また、従来装置と本発明装置のイニシャルコストを比較した結果を表４に示す。
【００２３】
【表４】
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【００２４】
表４に示すようにコスト面を比較すると、従来装置の液体サイクロンで添加物を引抜物質から分離する場合は、５Ｌ用で２５０，０００円であるが、本発明の装置の添加物分離槽は簡単な構造の槽なので、３６０Ｌ用で５０，０００円で済んだことより、本発明装置は従来装置の１／５と安価であった。
【００２５】
以上説明した実施の形態１によれば、凝集反応槽２、固液分離槽５からの引抜物質を添加物分離槽１０に導入して前記引抜物質に含まれる添加物を重力により沈降分離させ、その分離添加物を凝集反応槽２内に供給すると共に、分離汚泥を前記添加物分離槽１０からの溢出により系外に排出する構成としたので、従来例の液体サイクロンのように分級効率が変化するようなことがなく、添加物分離槽１０からの分離汚泥中に粒状添加物が多量に混入するようなことがない。したがって、添加物分離槽１０の下部から吐出する添加物が大きく減少するようなことがなく、凝集反応槽２での粒状添加物不足に起因した処理水質の悪化を防止でき、常に安定した処理水質を得ることができるという効果がある。
【００２６】
ここで、従来例の液体サイクロン８の場合、循環ラインの配管７内の流速が減少して分級効率が悪くなるため、液体サイクロン８からの分離汚泥中に微粒砂が流出して添加物が不足することで処理性能が悪化していたが、本発明の添加物分離槽１０によれば、添加物の沈降速度が汚泥の沈降速度よりも非常に速いことを利用しているので、添加物分離槽１０からの溢出により系外に排出される分離汚泥中に添加物が多量に混入するようなことはない。したがって、循環ラインの配管７の流速が減少しても処理性能に影響を及ぼすことがないという効果がある。
【００２７】
また、本発明によれば、循環ラインの配管７内の流速変動や微粒砂濃度の変動に十分対応でき、循環ラインの配管７内を低圧力に維持できるため、汚泥引抜ポンプ６，９のポンプシール部やポンプ本体（インペラ等）、循環ラインの配管７の交換頻度を少なくでき、イニシャルコストを大幅に縮減できるという効果がある。
【００２８】
【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、原水中の懸濁物質を凝集処理する凝集反応槽と、この凝集反応槽から流出水を導入して分離物と処理水とに分離する固液分離槽と、この固液分離槽、前記凝集反応槽から引抜物質を引き抜く引抜手段と、この引抜手段で引き抜いた引抜物質を導入し、その引抜物質中の添加物を分離する添加物分離槽とを備え、その添加物分離槽で分離された添加物を凝集反応槽内に供給するように構成したので、従来例の液体サイクロンのように分級効率が変化せず、添加物分離槽からの分離汚泥中に粒状添加物が多量に混入するようなことがなくなる。このため、添加物分離槽の下部から吐出する添加物が大きく減少するようなことがなく、凝集反応槽での粒状添加物不足に起因した処理水質の悪化を防止でき、常に安定した処理水質を得ることができるという効果がある。
【００２９】
また、従来例の場合、循環ラインの配管の流速減少により、液体サイクロンの分級効率が悪くなり、液体サイクロンからの分離排出汚泥中に微粒砂が流出し、処理性能が低下していたが、本発明装置は循環ラインの配管の流速が減少しても処理性能には影響がない。これは、添加物分離槽が添加物の沈降速度が汚泥の沈降速度よりも非常に早いことを利用していることによる。したがって、添加物を含む引抜物質を容易かつ効率的に添加物と分離汚泥とに分離できるという効果がある。
【００３０】
また、循環ラインの配管内の圧力を低圧で運転しても、分離汚泥中に含まれる添加物濃度に大きな変化はないので、摩耗によるポンプ本体、ポンプの部品、その他配管などの交換にかかるランニングコストを小さくできるという効果がある。また、従来装置のように高価な液体サイクロンを用いなくても同等以上の処理性能が得られるだけでなく、分離汚泥中の添加物濃度を低濃度に保持できる簡単な添加物分離槽でよいのでイニシャルコストも安価で従来の１／５ですむという効果がある。
【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】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（汚泥循環ライン配管）
９  ポンプ（引抜手段）
１０  添加物分離槽
１１  添加物供給手段
【図１】
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【図２】
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