(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉空間をなす内部の一方側に凝集領域を形成するとともに他方側に濃縮領域を形成する反応槽と、反応槽の凝集領域に配置するインペラと、反応槽内の濃縮領域に軸心回りに回転自在に配置し、内部に分離液領域を形成する筒状スクリーンと、凝集領域に連通して凝集剤を伴った原汚泥を圧送する汚泥投入系と、濃縮領域に連通する汚泥排出系と、筒状スクリーンの分離液領域に連通する分離液排出系とを備えたことを特徴とする凝集反応槽。
【請求項２】
筒状スクリーンの回転軸の内部に分離液排出系に連通する分離液流路を形成し、回転軸に内部の分離液流路と外部の分離液領域とを連通する開口部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の凝集反応槽。
【請求項３】
汚泥投入系に介装する流量計と、分離液排出系に介装する流量を可変調整可能な分離液ポンプと、流量計の出力信号を受けて分離液ポンプに設定流量を指示する演算器とを備え、演算器は汚泥投入系から反応槽に供給する原汚泥流量に対して分離液排出系を通して反応槽から取出す分離液流量の割合を設定比率に制御することを特徴とする請求項１に記載の凝集反応槽。
【請求項４】
汚泥投入系に介装する流量計と、分離液排出系に介装する開度を可変調整可能な調整弁と、流量計の出力信号を受けて調整弁に設定開度を指示する演算器とを備え、演算器は汚泥投入系から反応槽に供給する原汚泥流量に対して分離液排出系を通して反応槽から取出す分離液流量の割合を設定比率に制御することを特徴とする請求項１に記載の凝集反応槽。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、凝集反応槽に関し、下水・廃水処理などで発生する汚泥を脱水するために高分子凝集剤などを添加・混合して凝集させる技術に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、下水・廃水処理などで発生する余剰汚泥は、減容化のために脱水・乾燥処理しているが、汚泥をそのままで脱水する事は非常に困難であり、凝集剤を添加して粗大フロックを形成することが必要不可欠である。
【０００３】
ところで、近年においては、汚泥に含まれる有機分の増加に伴う濃縮不良などにより汚泥の脱水性が悪化している。このために、脱水機へ投入する前に汚泥を濃縮することで、ろ過速度の増大、ケーキ含水率の低下を目指す試みも行われている。この濃縮手段としては、ドラムスクリーン式、攪拌槽式などがある。省スペースの観点から凝集と濃縮を同じ攪拌槽内で行う装置も開発されている。
【０００４】
従来の攪拌槽式の濃縮槽には例えば図８〜図９に示すものがある。この濃縮槽は外筒６１の内部にスクリーンをなす内筒６２を同心状に固定配置し、内筒６２の内部にスクレーパー６３を配置しており、内筒６２の内部に投入した凝集フロック６４を含む汚泥を内筒６２のスクリーンでろ過し、内筒６２を通過した分離液６５を外筒６１に設けた分離液排出系６６から槽外へ取り出している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の濃縮手段であるドラムスクリーン式、攪拌槽式のものは、ベルトプレス等の開放型の脱水機を対象としており、大気圧下で使用している。一方、近年においては臭気対策などの課題からスクリュープレス等の密閉型・汚泥圧入式の脱水機が使用されている。
【０００６】
このため、従来のドラムスクリーン式、攪拌槽式の濃縮手段で濃縮した濃縮汚泥を密閉型・汚泥圧入式の脱水機で脱水する場合には、濃縮汚泥を脱水機へ圧入するためのポンプを別途に増設する必要があり、コストアップの要因となっている。また、濃縮汚泥がポンプを通過する間に凝集フロックが破壊される問題があった。さらに、従来の濃縮手段においてはスクリーンとして比較的目詰まりの少ないウェッジワイヤ方式のものを使用しているが、可逆的な目詰まりは避けられず、安全な運転のためには定期的、連続的な洗浄工程が必要であった。
【０００７】
また、図８〜図９に示した構成では、凝集フロック６４と分離液６５が内筒６２に向けて同じ方向に移動するために、粒径の小さな凝集フロック６４が内筒６２のスクリーンを通過する率が高くなって固形物回収率が悪化し、内筒６２に凝集フロック６４が付着して目詰まりが起こり易くなる。また、内筒６２に付着した凝集フロック６４を除去するスクレーパー６３が回転するために、スクレーパー６３によって凝集フロック６４を破壊することがある。
【０００８】
さらに、分離液排出系６６が外筒６１の一側に偏在することで、内筒６２のスクリーンを通過する分離液６５の分離液流束が分離液排出系６６に対向する部位において強くなり、内筒６２の全周にわたって均一な分離液流束を得ることができず、局所的な目詰まりが発生し易い。
【０００９】
本発明は上記した課題を解決するものであり、凝集と濃縮を一体に行なって省スペース化を図り、高圧力下の密閉空間で作動することにより別途にポンプを必要とせずに、密閉型・汚泥圧入式の脱水機へ供給することができ、連続した運転においても目詰まることのない凝集反応槽を提供することを目的とする。
【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、請求項１に係る本発明の凝集反応槽は、密閉空間をなす内部の一方側に凝集領域を形成するとともに他方側に濃縮領域を形成する反応槽と、反応槽の凝集領域に配置するインペラと、反応槽内の濃縮領域に軸心回りに回転自在に配置し、内部に分離液領域を形成する筒状スクリーンと、凝集領域に連通して凝集剤を伴った原汚泥を圧送する汚泥投入系と、濃縮領域に連通する汚泥排出系と、筒状スクリーンの分離液領域に連通する分離液排出系とを備えたものである。
【００１１】
上記した構成により、インペラおよび筒状スクリーンを回転駆動する状態で、汚泥投入系から凝集剤を伴った原汚泥を反応槽に所定圧力で圧入する。反応槽の凝集領域では回転するインペラによって原汚泥と凝集剤を攪拌することで凝集反応を生起して凝集フロックを形成する。凝集領域で形成した凝集フロックを伴う汚泥は後続の汚泥に押圧されて濃縮領域へと移動する。
【００１２】
この状態で筒状スクリーンの内外間には汚泥投入系の圧力に起因した所定差圧が存在し、この差圧を駆動圧力として筒状スクリーンが汚泥をろ過し、筒状スクリーンを通過した分離液が内部の分離液領域に流入し、濃縮領域に残る凝集フロックを含む汚泥が濃縮される。
【００１３】
このとき、筒状スクリーンが回転することで筒状スクリーンの周囲に存在する汚泥とスクリーン面との間で剪断力が作用し、筒状スクリーンに付着する凝集フロックがスクリーン面から離間し、セルフクリーニング効果が生じる。
【００１４】
また、筒状スクリーンの周囲に存在する汚泥が筒状スクリーンの回転に随伴して流動し、スクリーン面と反応槽の内周面との間の流路を周回する。周回する汚泥は、運動エネルギーを与えるスクリーン面に近い内層ほど流れが速く、摩擦抵抗を生じる反応槽の内周面に近い外層ほど流れが遅くなり、スクリーン面と反応槽の内周面との間において汚泥の流れに速度勾配が形成されるとともに遠心力が作用する。
【００１５】
このため、汚泥がスクリーン面と反応槽の内周面との間の流路を周回する間に、粒径が大きく抵抗の大きい凝集フロックほど反応槽の内周面に近い外層側へ移動し、凝集フロックを含まない上澄水がスクリーン面に近い内層側を流動することになり、凝集フロックと筒状スクリーンとの接触機会が少なくなってスクリーン面への凝集フロックの付着が抑制され、筒状スクリーンの目詰まりを防止でき、分離液と凝集フロックが逆方向へ移動することで、粒径の小さい凝集フロックが筒状スクリーンを通過する率が低くなり、固形物回収率が高まる。
【００１６】
筒状スクリーンを通過して内部の分離液領域に流入する分離液は分離液排出系を通して反応槽外へ排出する。このとき、スクリーン面全体において均一な分離液流束を得る上で、分離液領域に開口する分離液排出系の流入口は筒状スクリーンの回転中心に位置することが望ましいが、流入口が分離液領域の何れの位置にあっても、筒状スクリーンが回転することで流入口に対してスクリーン面の各部位が距離的に同条件で存在することになり、スクリーン面全体において均一な分離液流束を得ることができ、分離液流束の偏りに起因する局所的なスクリーンの目詰まりを防止できる。
【００１７】
濃縮領域の濃縮汚泥は反応槽に連通する汚泥排出系を通して槽外へ排出するが、粒径が大きく抵抗の大きい凝集フロックほど反応槽の内周面に近い外層側に集まるので排出する濃縮汚泥の濃度が高くなり、汚泥投入系から供給する原汚泥流量と分離液排出系を通して取り出す分離液流量との比率を汚泥の濃縮性に応じて調整することで固形物回収率を安定制御できる。
【００１８】
また、汚泥投入系の圧力を利用して次工程の脱水機へ圧入することができるので、凝集フロックを含む濃縮汚泥をポンプ等で再圧入することなく、従来の大気開放型濃縮機では適用が困難であった汚泥圧入式脱水機にも凝集フロックの破壊を伴わずに供給することができる。
【００１９】
請求項２に係る本発明の凝集反応槽は、筒状スクリーンの回転軸の内部に分離液排出系に連通する分離液流路を形成し、回転軸に内部の分離液流路と外部の分離液領域とを連通する開口部を形成したものである。
【００２０】
上記した構成により、分離液排出系の流入口が筒状スクリーンの回転中心に位置することで、スクリーン面全体において均一な分離液流束を得ることができる。
【００２１】
請求項３に係る本発明の凝集反応槽は、汚泥投入系に介装する流量計と、分離液排出系に介装する流量を可変調整可能な分離液ポンプと、流量計の出力信号を受けて分離液ポンプに設定流量を指示する演算器とを備え、演算器は汚泥投入系から反応槽に供給する原汚泥流量に対して分離液排出系を通して反応槽から取出す分離液流量の割合を設定比率に制御するものである。
【００２２】
上記した構成により、ろ過圧力は筒状スクリーンの内外間の差圧である。汚泥投入系における汚泥流量および圧力が一定であると、分離液の排出が遅速で分離液領域における背圧が大きい程に差圧が小さくなり、分離液の排出が早速で分離液領域における背圧が小さい程に差圧が大きくなる。
【００２３】
このため、凝集汚泥の濃縮性に応じて演算器における設定比率を調整し、分離液ポンプの回転速度の制御によりその設定流量を調整して分離液排出系を通して反応槽から取出す分離液流量を増減する。この原汚泥流量ｆ１と分離液流量ｆ２との比は、以下の関係を満たす範囲において決定する。
【００２４】
０．１≦（ｆ２／ｆ１）≦０．９
この操作により固形物の回収率を良好に維持できる。
請求項４に係る本発明の凝集反応槽は、汚泥投入系に介装する流量計と、分離液排出系に介装する開度を可変調整可能な調整弁と、流量計の出力信号を受けて調整弁に設定開度を指示する演算器とを備え、演算器は汚泥投入系から反応槽に供給する原汚泥流量に対して分離液排出系を通して反応槽から取出す分離液流量の割合を設定比率に制御するものである。
【００２５】
上記した構成により、凝集汚泥の濃縮性に応じて演算器における設定比率を調整し、調整弁の開度を制御して分離液排出系を通して反応槽から取出す分離液流量を増減する。この原汚泥流量ｆ１と分離液流量ｆ２との比は、以下の関係を満たす範囲において決定する。
【００２６】
０．１≦（ｆ２／ｆ１）≦０．９
この操作により固形物の回収率を良好に維持できる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態における凝集反応槽を図面に基づいて説明する。図１〜図２において、反応槽１は上部ケーシング１ａと下部ケーシング１ｂによって内部に密閉空間を形成しており、密閉空間には反応槽１の軸心方向の下方側に凝集領域２を形成し、反応槽１の軸心方向の上方側に濃縮領域３を形成しているが、上方側に凝集領域２を形成し、下方側に濃縮領域３を形成することも可能であり、汚泥の性状に由来する凝集フロックの沈降性に応じて選択する。
【００２８】
反応槽１の凝集領域２にはインペラ（攪拌羽根）４を配置し、反応槽１の外部にインペラ４の駆動装置４ａを配置しており、反応槽１の濃縮領域３には筒状スクリーン５を配置している。筒状スクリーン５は円筒部５ａが多数の孔を形成したろ材（鋼鈑、樹脂、セラミック等）を円筒形に形成したものであり、孔径は０．１〜１．５ｍｍである。円筒部５ａは回転によって液の流れの乱れを生じないように外周は極力平滑面であることが望ましい。円筒部５ａの上下端には端板５ｂを配置している。
【００２９】
凝集領域２の下部側には凝集剤を伴った原汚泥を圧送する汚泥投入系６を接続し、凝集領域２の上部側には汚泥排出系７を接続しており、汚泥排出系７は濃縮領域３に設けることも可能である。筒状スクリーン５の内部に形成した分離液領域８には分離液排出系９を接続している。
【００３０】
インペラ４の駆動軸１０と筒状スクリーン５の回転軸１１は着脱可能に連結している。回転軸１１は中空状をなして内部に分離液流路１２を形成し、外周面に分離液領域８に連通する複数の孔１３を設けており、回転軸１１はロータリージョイント１４を介して分離液排出系９に連通している。
【００３１】
筒状スクリーン５の外周のスクリーン面にはスクレーパー１５が摺接しており、スクレーパー１５は反応槽１に固定支持したもので、汚泥の流れを阻害しないように薄く形成している。
【００３２】
図３に示すように、筒状スクリーン５は上下の各端板５ｂに回転軸２１、２２を固定する構造でも良く、分離液排出系９に接続する上方の回転軸２１を中空状に形成している。
【００３３】
図６に示すように、汚泥投入系６は原汚泥を圧送する汚泥ポンプ２３と原汚泥流量を計測する汚泥流量計２４とを有しており、汚泥投入系６に接続する凝集剤供給系２５は薬液ポンプ２６と凝集剤流量を計測する薬液流量計２７とを有している。分離液排出系９は流量を可変調整可能な分離液ポンプ（定量ポンプ）２８を有しており、分離液ポンプ２８には汚泥流量計２４の出力信号を受けて分離液ポンプ２８に設定流量を指示する演算器２９を接続している。演算器２９は汚泥投入系６から反応槽１に供給する原汚泥流量に対して分離液排出系９を通して反応槽１から取出す分離液流量の割合を設定比率に制御するものである。汚泥排出系７は圧入式脱水機３０に接続している。
【００３４】
以下、上記した構成における作用を説明する。原汚泥は汚泥ポンプ２３により汚泥投入系６を通して圧送し、その途中において凝集剤供給系２５から薬液ポンプ２６で供給する凝集剤を添加し、凝集剤を伴って反応槽１に所定圧力で圧入する。
【００３５】
反応槽１の凝集領域２では駆動装置４ａにより回転するインペラ４によって原汚泥と凝集剤を攪拌して凝集反応を生起し、凝集フロックを形成する。凝集領域で形成した凝集フロックを伴った凝集汚泥は順次に濃縮領域３へと移動し、筒状スクリーン５の外周側へ流入する。
【００３６】
図４〜図５に示すように、濃縮領域３では筒状スクリーン５がインペラ４と一体に回転し、筒状スクリーン５の内外間に汚泥投入系６の圧力に起因した所定差圧が存在し、この差圧を駆動圧力として筒状スクリーン５が汚泥をろ過し、筒状スクリーン５を通過した分離液３２が内部の分離液領域８に流入し、濃縮領域３に残る凝集フロックを含む汚泥が濃縮される。
【００３７】
このとき、筒状スクリーン５が回転することで筒状スクリーン５の周囲に存在する汚泥とスクリーン面との間の境界で剪断力が作用し、筒状スクリーン５に付着する凝集フロック３１がスクリーン面から離間し、セルフクリーニング効果が生じる。また、固定したスクレーパー１５によっても確実にスクリーン面を更新できる。
【００３８】
筒状スクリーン５の周囲に存在する汚泥は筒状スクリーン５の回転に随伴して流動し、スクリーン面と反応槽１の内周面との間の流路を周回する。周回する汚泥は、運動エネルギーを与えるスクリーン面に近い内層ほど流れが速く、摩擦抵抗を生じる反応槽１の内周面に近い外層ほど流れが遅くなり、スクリーン面と反応槽１の内周面との間において汚泥の流れに速度勾配が形成されるとともに遠心力が作用する。
【００３９】
このため、汚泥が筒状スクリーン５のスクリーン面と反応槽１の内周面との間の流路を周回する間に、粒径が大きく抵抗の大きい凝集フロックほど反応槽１の内周面に近い外層側へ移動し、凝集フロックを含まない上澄水が筒状スクリーン５のスクリーン面に近い内層側を流動することになり、凝集フロック３１と筒状スクリーン５との接触機会が少なくなってスクリーン面への凝集フロック３１の付着が抑制され、筒状スクリーン５の目詰まりを防止できる。また、分離液３２と凝集フロック３１が逆方向へ移動することで、粒径の小さい凝集フロック３１が筒状スクリーン５を通過する率が低くなり、固形物回収率が高まる。
【００４０】
筒状スクリーン５を通過して内部の分離液領域８に流入する分離液は回転軸１１の孔１３を通して分離液流路１２へ流入して後に、分離液排出系９を通して反応槽１の外部へ排出する。
【００４１】
このとき、筒状スクリーン５の回転中心に位置する回転軸１１の孔１３が分離液領域８における分離液排出系９の流入口をなすことで、筒状スクリーン５のスクリーン面に対して分離液排出系９の流入口が偏在せず、スクリーン面の全体において均一な分離液流束を得ることができる。
【００４２】
さらに、分離液排出系９の流入口が分離液領域８の何れの位置にあっても、筒状スクリーン５が回転することで流入口に対してスクリーン面の各部位が距離的に同条件で存在することになり、スクリーン面全体において均一な分離液流束を得ることができ、分離液流束の偏りに起因する局所的なスクリーンの目詰まりを防止できる。
【００４３】
濃縮領域３の濃縮汚泥は反応槽１に連通する汚泥排出系７を通して槽外へ排出するが、粒径が大きく抵抗の大きい凝集フロックほど反応槽１の内周面に近い外層側に集まるので排出する濃縮汚泥の濃度が高くなる。
【００４４】
また、汚泥投入系６の圧力を利用して次工程の圧入式脱水機３０へ圧入することができるので、凝集フロック３１を含む濃縮汚泥をポンプ等で再圧入する必要がなく、凝集フロック３１の破壊を伴わずに供給することができる。
【００４５】
ところで、ろ過圧力は筒状スクリーン５の内外間の差圧である。汚泥投入系６における汚泥流量および圧力が一定であると、分離液の排出が遅速で分離液領域８における背圧が大きい程に差圧が小さくなり、分離液の排出が早速で分離液領域８における背圧が小さい程に差圧が大きくなる。
【００４６】
このため、凝集汚泥の濃縮性に応じて演算器２９における設定比率を調整し、分離液ポンプ２８の回転速度の制御により設定流量を調整して分離液排出系９を通して反応槽１から取出す分離液流量を増減する。この原汚泥流量ｆ１と分離液流量ｆ２との比は、以下の関係を満たす範囲において決定する。
【００４７】
０．１≦（ｆ２／ｆ１）≦０．９
このように、汚泥投入系６から供給する原汚泥流量と分離液排出系９を通して取り出す分離液流量との比率を汚泥の濃縮性に応じて調整することで固形物回収率を安定制御できる。
【００４８】
図７に示すように分離液ポンプ２８に代えて開度を可変調整可能な調整弁３３を使用することも可能である。
この場合には、凝集汚泥の濃縮性に応じて演算器２９における設定比率を調整し、調整弁３３の開度を制御して分離液排出系９を通して反応槽１から取出す分離液流量を増減し、原汚泥流量ｆ１と分離液流量ｆ２との比を以下の関係を満たす範囲において決定する。
【００４９】
０．１≦（ｆ２／ｆ１）≦０．９
この操作により固形物の回収率を良好に維持できる。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、筒状スクリーンが回転することで筒状スクリーンの周囲に存在する汚泥とスクリーン面との間で剪断力を生じ、筒状スクリーンに付着する凝集フロックをスクリーン面から離間させるセルフクリーニング効果を発揮できる。筒状スクリーンのスクリーン面と反応槽の内周面との間の流路を周回する汚泥はその流れに速度勾配と遠心力を伴うので、粒径が大きく抵抗の大きい凝集フロックほど反応槽の内周面に近くて流れの遅い外層側へ移動し、凝集フロックを含まない上澄水がスクリーン面に近く流れの速い内層側を流動することになり、凝集フロックと筒状スクリーンとの接触機会が少なくなってスクリーン面への凝集フロックの付着が抑制され、筒状スクリーンの目詰まりを防止でき、分離液と凝集フロックが逆方向へ移動することで、粒径の小さい凝集フロックが筒状スクリーンを通過する率が低くなり、固形物回収率を高めることができる。分離液領域に開口する分離液排出系の流入口が筒状スクリーンの回転中心に位置し、筒状スクリーンが回転することでスクリーン面全体において均一な分離液流束を得ることができ、分離液流束の偏りに起因する局所的なスクリーンの目詰まりを防止できる。汚泥投入系から供給する原汚泥流量と分離液排出系を通して取り出す分離液流量との比率を汚泥の濃縮性に応じて調整することで固形物回収率を安定制御できる。汚泥投入系の圧力を利用して次工程の脱水機へ圧入することができるので、凝集フロックを含む濃縮汚泥をポンプ等で再圧入することなく、従来の大気開放型濃縮機では適用が困難であった汚泥圧入式脱水機にも凝集フロックの破壊を伴わずに供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における凝集反応槽を示す縦断面図である。
【図２】同実施の形態における筒状スクリーンを示す断面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態における筒状スクリーンを示す断面図である。
【図４】本発明の凝集反応槽における作用を示す模式図である。
【図５】本発明の凝集反応槽における作用を示す模式図である。
【図６】本発明の凝集反応槽の運転制御機器構成を示す模式図である。
【図７】本発明の凝集反応槽の他の運転制御機器構成を示す模式図である。
【図８】従来の凝集反応槽を示す断面図である。
【図９】同凝集反応槽における作用を示す模式図である。
【符号の説明】
１    反応槽
１ａ  上部ケーシング
１ｂ  下部ケーシング
２    凝集領域
３    濃縮領域
４    インペラ（攪拌羽根）
４ａ  駆動装置
５    筒状スクリーン
５ａ  円筒部
５ｂ  端板
６    汚泥投入系
７    汚泥排出系
８    分離液領域
９    分離液排出系
１０    駆動軸
１１    回転軸
１２    分離液流路
１３    孔
１４    ロータリージョイント
１５    スクレーパー
２１，２２  回転軸
２３    汚泥ポンプ
２４    汚泥流量計
２５    凝集剤供給系
２６    薬液ポンプ
２７    薬液流量計
２８    分離液ポンプ（定量ポンプ）
２９    演算器
３０    圧入式脱水機
３１    凝集フロック
３２    分離液
３３    調整弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0003835988.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003835988.tif 000007
【図７】
0003835988.tif 000008
【図８】
0003835988.tif 000009
【図９】
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