(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澱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澱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、分離器で分離した汚泥の一部を原水に返送する汚泥返送ラインを設け、汚泥返送ラインに、分離器からの汚泥を、より大きなフロックを含む、排出されるべき汚泥と、より小さなフロックを含む、原水に返送されるべき汚泥とに分級する分級塔を設けるとともに、分級塔における上昇線速度が３〜８ｍ／ｈの範囲にあり、前記粒状物が砂であり、前記凝集剤が無機凝集剤と高分子凝集剤を含むことを特徴とする凝集沈澱装置。
【請求項２】
汚泥返送ラインに、凝集槽に供給される原水と、分離器で分離した汚泥の一部と、凝集剤とを混合する予備凝集槽が設けられている、請求項１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、とくに凝集をより迅速に行わせ、処理の速度、処理水の水質の向上が可能な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使用される。
【０００５】
ところが現実には、凝集槽内における攪拌により、フロックを次の沈澱工程における最適な大きさや比重にまで成長させることが困難で、迅速かつ分離効率のよい沈澱を実現させるだけの状態にすることが困難であった。したがって、現実の運転においては、沈澱槽における水処理の線速度は６〜８ｍ／ｈ程度しか達成できず、より高流速の線速度の達成は困難であるというのが実情であった。
【０００６】
このような実情に対し、特許第２６３４２３０号公報には、凝集槽と沈澱槽との間に攪拌機を備えた中間槽を設けることにより、高流速の線速度での処理を可能とした凝集沈澱装置が開示されている。
【０００７】
この凝集沈澱装置は、たとえば図４に示すように構成されており、原水１０１にたとえば無機凝集剤１０２と高分子凝集剤１０３とともに粒状物としての砂１０４が添加され、凝集槽１０５内で攪拌機１０６で攪拌されつつ原水中のＳＳが凝集され、被処理水が中間槽１０７に導入されて、さらに攪拌機１０８で攪拌されつつ、フロックの成長がより助長されるようになっている。成長した砂含有のフロックを含む被処理水が沈澱槽１０９に導入されるので、フロックはより効率よく迅速に沈澱し、より短時間で処理水１１０と分離できるようになる。沈澱槽１０９の底部に沈澱したフロックは汚泥引抜ポンプ１１１により引き抜かれ、サイクロン等からなる分離器１１２によって汚泥１１３と砂１０４とに分離され、分離された砂１０４が凝集槽１０５に戻されて循環使用されるようになっている。特許第２６３４２３０号公報によると、この凝集沈澱装置により、線速度が３０〜６０ｍ／ｈ、さらには９０ｍ／ｈという高流速での処理が可能になると記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許第２６３４２３０号に提案されている装置においては、凝集槽１０５と沈澱槽１０９の間に攪拌を伴う中間槽１０７を設ける必要があるので、その分、設備費、電力量、設置面積の増大を招くことになっている。
【０００９】
そこで本発明の課題は、上記のような中間槽を設けることなく、凝集槽における凝集をより効率よく迅速に行わしめ、沈澱槽における処理の線速度が３０〜１００ｍ／ｈという高速処理を可能とできる、より安価でしかも設置面積も小さくて済む凝集沈澱装置を提供することにある。
【００１０】
なお、本発明に関連する従来技術として、特開平９−１４１００６号公報に、沈澱槽の底部に沈澱した沈澱物をそのまま凝集槽側に戻すラインを設けた凝集沈澱装置が開示されているが、この装置では、実質的に、沈澱槽の底部に沈澱した最も大きな凝集フロックのみが凝集槽側へと戻されることになるため、後述するような本発明による作用、効果を得ることは困難であり、この技術は本発明とは基本的に技術思想を異にするものである。
【００１１】
【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澱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澱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、分離器で分離した汚泥の一部を原水に返送する汚泥返送ラインを設け、汚泥返送ラインに、分離器からの汚泥を、より大きなフロックを含む、排出されるべき汚泥と、より小さなフロックを含む、原水に返送されるべき汚泥とに分級する分級塔を設けるとともに、分級塔における上昇線速度が３〜８ｍ／ｈの範囲にあり、前記粒状物が砂であり、前記凝集剤が無機凝集剤と高分子凝集剤を含むことを特徴とするものからなる。
【００１２】
この凝集沈澱装置においては、上記のような分級塔を設けることにより、原水には、微フロックを選択的に戻すことができる。
【００１３】
この分級塔においては、好適な被処理水（被処理スラリー）の上昇速度の範囲が存在し、本発明では、分級塔における上昇線速度として３〜８ｍ／ｈの範囲にある。この分級塔における上昇線速度の範囲３〜８ｍ／ｈは、一般的な濃縮槽等における線速度１ｍ／ｈ程度に比較して大きな線速度であり、目的、性能の異なるものである。このような上昇線速度の範囲とすることにより、上述の望ましい微フロックを、大フロックから効率よく分級させて、分窮された微フロックを原水側により確実に選択的に戻すことができる。
【００１４】
さらに、汚泥返送ラインには、凝集槽に供給される原水と、分離器で分離した汚泥の一部と、凝集剤とを混合する予備凝集槽を設けることもできる。このような予備凝集槽を設けることにより、凝集槽での凝集に先立って、凝集の開始を行わせることができ、凝集槽における所定の凝集をより迅速に行うことが可能になる。
【００１５】
使用する粒状物としては、砂を使用し、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、無機凝集剤と高分子凝集剤を含むものを使用する。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】
分離器としては、とくに限定されないが、たとえばサイクロンを用いることができる。
【００１７】
上記のような本発明に係る凝集沈澱装置においては、分離器で分離された汚泥のうち、その一部が汚泥返送ラインを介して原水へと戻される。この返送量には、汚泥返送ラインの構成、たとえば分級塔の有無に応じて好適な範囲がある。ところで、凝集作用は、凝集剤による凝集力によるものの他、物理的衝突によるフロック同士の吸合による要素が大きいので、フロックの数が多いほど、より効果的にフロックを成長させることができる。したがって、分離器で分離された汚泥の一部が原水に返送されると、既にある程度凝集されたフロックが原水中に適度に混入されることになるので、物理的衝突の機会が増加し、フロックの生長速度が速くなる。そのため、凝集槽における凝集のための時間（槽内滞留時間）が短縮されるとともに、凝集槽における所定の凝集がより効率よく、より確実に行われることになる。
【００１８】
とくに、分級塔を設けて、微フロックだけを選択的に原水に戻すようにすることにより、同じ戻し量でも微フロックとされる分、戻されるフロックの数を増加させることができ、その分物理的衝突の機会も増加させることができるので、より効果的にフロックを生長させることができる。このとき、フロックを含む汚泥を多量に戻しすぎると、かえって水質の悪化を招くので、少ない戻し量でもってフロックの数を増すことが肝要である。このように、微フロックが選択的に原水に戻されることにより、より効果的に、凝集槽における凝集に先立って、ある程度凝集の進んだ状態にされ、凝集槽における所定の凝集がより効率よく、より迅速にかつより確実に行われることになる。予備凝集槽を設けておけば、さらに効率よく予備凝集を行わせることができる。
【００１９】
本発明においては、上記の如く、凝集槽における所定の凝集が、効率よく、迅速にかつ確実に行われるため、中間槽を設けることなく、凝集槽において次の沈澱工程に最適な凝集フロックにまで成長させることができ、沈澱槽における３０〜１００ｍ／ｈという高速の沈澱処理が可能になる。中間槽を設けなくて済むので、設備費も安価であり、設置面積も小さい。また、攪拌機を備えた中間槽を設ける場合に比べ、電力費も大幅に削減される。また、凝集槽における所定の凝集が短時間で済むため、凝集槽の小型化も可能になる。
【００２０】
【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、本発明における基本構成を備えた凝集沈澱装置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と、高分子凝集剤７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８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、これら凝集剤は、凝集槽２に直接投入することも可能である。
【００２１】
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７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。
【００２２】
凝集槽２内には、粒状物としての砂９が添加される。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７、砂９を含むフロックとして凝集される。
【００２３】
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。
【００２４】
成長した凝集フロック１３を含む被処理水は、越流ぜき１２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澱され、沈澱されたフロックは上方の処理水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とともにフロックが流出するのを抑制している。
【００２５】
沈澱槽３の底部には、沈澱されたフロックを引き抜くための引抜ライン１６が接続されており、汚泥引抜ポンプ１７によって、沈澱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１８に送られ、サイクロン１８内における遠心分離により、汚泥１９と砂９とに分離される。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。
【００２６】
サイクロン１８で分離された汚泥１９の一部は、汚泥返送ライン２０を介して原水５に返送される。本実施態様においては、汚泥返送ライン２０は、原水供給ライン４のミキサ８の上流側部分に接続されており、その部分を流れる原水中へと戻されるようになっている。この原水に戻されるべき汚泥の量と、戻されないで排出されるべき汚泥の量とは、弁２１、２２（たとえば、流量調節可能な弁）によって調節できるようになっている。
【００２７】
図２は、本発明の一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、汚泥返送ライン３２に、分級塔３３が設けられており、分級塔３３では、分離機１８からの汚泥スラリーが、その底部に溜まる排出されるべき汚泥３４と、上部から流出される原水に返送されるべき汚泥３５とに分級される。この分級により、原水に返送される汚泥３５中に含まれる凝集フロックは、大部分が微フロックとなり、該微フロックが選択的に原水に戻される。その他の構成は、図１に示した前記実施態様に準じるので、図１と同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００２８】
図３は、本発明のさらに別の実施態様に係る凝集沈澱装置４１を示している。本実施態様においては、汚泥返送ライン４２に、分級塔３３とともにさらに予備凝集槽４３が設けられている。この予備凝集槽４３に原水供給ライン４を介して原水５が導入され、本実施態様ではミキサ８は設けられていない。予備凝集槽４３には、モータ４４によって駆動される攪拌機４５が設けられている。本実施態様では、この予備凝集槽４３に無機凝集剤６が添加され、原水と、戻されてきた汚泥３５とが攪拌機４５によって攪拌、混合され、この槽４３内で予備凝集が進められるようになっている。さらに本実施態様では、予備凝集槽４３と凝集槽２との間で高分子凝集剤７がライン注入されている。その他の構成は、図２に示した前記実施態様に準じるので、図２と同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００２９】
上記のように構成された凝集沈澱装置においては、凝集槽２内において、無機凝集剤６、高分子凝集剤７および砂９を含む凝集フロック１３が、次の沈澱工程に適した大きさまで凝集、成長され、砂９を含有した比重の大きい、比較的大きく成長したフロックが、沈澱槽３において、迅速に沈澱されて処理水１４と分離され、３０〜１００ｍ／ｈという高い線速度での処理が可能となる。
【００３０】
沈澱槽３から抜き出された沈澱凝集フロックを含むスラリーは分離器１８で分離され、その一部が原水へと戻される。汚泥の一部が原水に返送されることにより、既にある程度凝集されたフロックが原水中に適度に混入されることになり、その混入フロックを起点として、つまり、その混入フロックから凝集をスタートさせて、凝集槽２における所定の凝集（次の沈澱工程に適した大きさのフロックに至るまでの凝集）の開始を早めることができる。
【００３１】
とくに、分級塔３３を設けて、微フロックだけを選択的に原水に戻すようにすれば、同じ戻し量でも戻されるフロックの数を増加させることができ、凝集の際のフロック同士の衝突の機会を増大させて、フロック同士の吸合による凝集の速度を高めることができる。したがって、より効果的に、凝集槽２における凝集に先立って、ある程度凝集の進んだ状態にされ、凝集槽２における所定の凝集がより効率よく、より迅速にかつより確実に行われることになる。
【００３２】
予備凝集槽４３を設け、凝集槽２に入る前に無機凝集剤６と、戻されてきた微フロックとを混合すれば、凝集の核がより効率よく形成され、凝集槽２における所定の凝集がより効率よくなるとともに、より迅速にかつより確実に行われることになる。
【００３３】
このように、分離された汚泥の一部を原水側に戻すことにより、凝集槽２における所定の凝集が、極めて効率よく、迅速にかつ確実に行われることになり、図４に示したような中間槽を設けることなく、凝集槽２において次の沈澱工程に最適な凝集フロックにまで成長させることができ、沈澱槽３における３０〜１００ｍ／ｈという高速の沈澱処理が可能になる。中間槽を設けなくて済むので、設備費も安価であり、設置面積も小さい。また、図４に示したような攪拌機を備えた中間槽を設ける場合に比べ、電力費も大幅に削減される。さらに、先立ってある程度凝集を進めておくことで、凝集槽２における所定の凝集が短時間で完了するので、凝集槽２の小型化も可能である。
【００３４】
このような本発明に係る凝集沈澱装置は、たとえば、原水の濁度が低く、凝集槽２において所望のフロックを形成しにくいような場合、あるいは原水の濁度が大きく変動するような場合、沈澱に適した所望のフロックを極めて形成しやすくなることから、とくに好適である。より具体的には、とくに原水水質の変動が激しい河川水の処理や、凝集が一般に困難な有機物を含む廃水処理などに適用すると特に効果がある。
【００３５】
本発明に係る凝集沈澱装置の効果を確認するために、以下のような実験を行った。
【００３６】
〔実験〕
懸濁物質としてカオリンを原水に添加した人口濁水に、無機凝集剤としてＰＡＣを注入してラインミキシングし、高分子凝集剤としてのポリマーを注入し、凝集槽に粒状物としての砂を添加して以下の条件で実験し、処理水の濁度を測定した。
【００３７】
0004073116.tif 000002
【００３８】
結果を表１に示すが、比較例１、２と実施例１、３の結果から、汚泥の一部を原水に戻すことにより、処理水の水質を向上できることが判る。しかし、単に汚泥の一部を原水に戻す場合には、戻し量に限界があり、多量に戻しすぎると、かえって水質の悪化を招く（実施例２）。
【００３９】
そこで、分級塔を設けると、多量に戻しつつ、優れた処理水水質を得ることが可能になる（実施例４〜６）。しかしこの場合においても、最適な条件範囲が存在し、とくに分級塔のＬＶが３〜８ｍ／ｈの範囲で良好な結果が得られ（実施例４〜６）、この範囲を外れると（実施例７、８）、処理水水質の悪化を招くことが判明した。したがって、現実の装置設計に際しては、汚泥返送ラインの構成とともに、条件面において望ましい範囲を選択すればよい。
【００４０】
【表１】
0004073116.tif 000003
【００４１】
【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、分離器で分離した汚泥の一部を原水に返送するようにしたので、凝集槽における所定の凝集を迅速にかつ確実に行わせることができ、凝集槽と沈澱槽との間に中間槽を設けることなく、沈澱槽における処理を線速度３０〜１００ｍ／ｈという高速処理で行うことが可能となる。中間槽を設けなくてもよいから、装置全体を安価に構成でき、設置面積も小さく、運転に要する電力費も少なくて済む。
【００４２】
また、凝集槽内での凝集に先立って原水中の懸濁物質を適度に凝集させておくことができるから、凝集槽における所定の凝集を短時間で完了させることができ、凝集槽内での滞留時間が短くなり、凝集槽の小型化が可能になる。さらに、このような先立った凝集を行うことにより、凝集槽における所定の凝集がより効率よく確実に行われることになるから、結果的に処理水の水質の向上をはかることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明における基本構成を備えた凝集沈澱装置の全体構成図である。
【図２】  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３】本発明のさらに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４】従来の凝集沈澱装置の全体構成図である。
【符号の説明】
１、３１、４１  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  高分子凝集剤
８  ミキサー
９  粒状物としての砂
１０  モータ
１１  攪拌機
１２  越流ぜき
１３  成長したフロック
１４  処理水
１５  傾斜板
１６  引抜ライン
１７  汚泥引抜ポンプ
１８  分離器としてのサイクロン
１９  汚泥
２０、３２、４２  汚泥返送ライン
２１、２２  弁
３３  分級塔
３４  排出される汚泥
３５  分級され原水に戻される汚泥
４３  予備凝集槽
４４  モータ
４５  攪拌機
【図１】
0004073116.tif 000004
【図２】
0004073116.tif 000005
【図３】
0004073116.tif 000006
【図４】
0004073116.tif 000007