JP2004008909A - 凝集沈殿方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】フロックの流出を防止し、立ち上げ初期においても除濁性能の低下しないコンパクトな凝集沈殿方法と装置を提供する。
【解決手段】被処理水に無機凝集剤と有機高分子凝集剤とを添加して混合攪拌した液を凝集沈殿する方法において、該液を、フロック成長させて固液分離でき、かつ分離水を槽外に排出する第１室３に導き、該３で成長したフロックと３の分離水の一部を、３の下部に設けた第２室４に、フロック自体の沈降速度より常に速い速度で流下１０させ、４では、成長したフロックを濃縮し、濃縮した汚泥を排出２５すると共に、生じた分離水と、４へ流下させる際にフロックと共に導いた３の分離水とを、４の上部から分離水２６として引き抜くこととしたものであり、前記３から４へのフロックと分離水との移動量の制御は、前記４から引き抜く２６を調整して行うことができる。
【選択図】 図１
【解決手段】被処理水に無機凝集剤と有機高分子凝集剤とを添加して混合攪拌した液を凝集沈殿する方法において、該液を、フロック成長させて固液分離でき、かつ分離水を槽外に排出する第１室３に導き、該３で成長したフロックと３の分離水の一部を、３の下部に設けた第２室４に、フロック自体の沈降速度より常に速い速度で流下１０させ、４では、成長したフロックを濃縮し、濃縮した汚泥を排出２５すると共に、生じた分離水と、４へ流下させる際にフロックと共に導いた３の分離水とを、４の上部から分離水２６として引き抜くこととしたものであり、前記３から４へのフロックと分離水との移動量の制御は、前記４から引き抜く２６を調整して行うことができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、凝集沈殿処理に係り、特に、下水、排水、汚濁の進んだ河川水、湖沼水、及び雨水の処理において、凝集剤を原水に添加して懸濁物質を凝集沈殿分離する上向流式凝集沈殿方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原水に含まれる懸濁物質を分離する方法の内、凝集剤を添加し汚濁物質を凝集させ、粗大粒子（フロック）にして沈降分離する方法は、凝集沈殿操作として広く用いられている。
従来の上向流式凝集沈殿方法における処理速度（ここでの処理速度は、被処理水の水量を槽断面積で除した流速）は、フロックの沈降速度の制約を受け、処理速度をフロックの沈降速度よりも速くすることは出来ない。処理速度がフロックの沈降速度以下であっても、流速が不均一な場合にはフロックの沈降が阻止される。特に、原水流入部近傍の上向流速はフロックの沈降速度を上回り、フロックの沈降を阻害するばかりではなく、フロックの破砕を招く。
このことは、処理過程においてブランケット層の形成を行うか否かに関わらず言えることである。
【０００３】
ブランケット層の形成を伴う上向流式凝集沈殿処理では、微細なフロックや未凝集の濁度成分がブランケット層を通過する時に、ブランケット層を形成しているフロックと接触して捕捉される効果によって、除濁が促進されると共にフロックの沈降性が向上する。ブランケット層の形成を行ってフロックの沈降性を向上する場合、処理速度を速めると、ブランケット層の形成が阻害されてフロックの溢流が生じる。
一方、処理速度を一般の凝集沈殿処理よりも大きくした処理方式では、分離槽の下部に濃縮槽を配置し、分離槽で形成されたフロックは、フロック自体の沈降速度によって生じる密度流によりフロック移送管内を沈降し、濃縮槽へ移行した後に濃縮して排出される。濃縮により生じる分離水は、前記密度流の影響を受けて分離槽へ返流する。
【０００４】
しかし、本従来方式は、ポリマーを使用していない例である。更には、分離槽から濃縮槽へのフロックと水の移送を、フロック自体の沈降により生じる密度流に依存しているため、分離槽から濃縮槽への移送水量の制御を任意に行うことは出来ず、処理速度はフロックの沈降速度に依存せざるを得なかった。更に、濃縮槽の機能は、分離槽から流入したフロックを単に重力濃縮するのみであり、分離槽と同様にフロックの固液分離を積極的に行うことで、清澄な分離水を得るという機能を有していない。
上向流式凝集沈殿方法における上記とは別の問題として、装置立ち上げ初期の除濁性能の低下が挙げられる。このことは、ブランケット層の形成を伴う処理方式においては極めて深刻な問題である。一旦ブランケットが形成されれば、微細なフロックは、ブランケットを形成する大きなフロックとの接触・合体によって除去されるが、そのようなブランケット層が形成されるまでには、微細なフロック同士が会合を重ねる必要がある。装置の立ち上げ時には、ブランケット層が存在しない状態から処理を開始するため、ブランケット層が形成されるまでの間は処理水質の悪化が生じる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、処理速度がフロックの沈降速度よりも大きい状況においてもフロックの流出を防止すると共に、装置立ち上げ初期においても除濁性能の低下が生じることのない、コンパクトな凝集沈殿方法と装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、被処理水（原水）に、無機凝集剤と有機高分子凝集剤（ポリマー）とを添加して、混合攪拌（急速攪拌）した液を凝集沈殿する方法において、該攪拌した液を、フロック成長させて固液分離でき、かつ分離水を槽外に排出することができる第１室に導き、該第１室で成長したフロックと第１室の分離水の一部を、該第１室の下部に設けた第２室に、フロック自体の沈降速度より常に速い速度で流下させ、該第２室では、成長したフロックを濃縮し、濃縮した汚泥を排出すると共に、フロックの濃縮によって生じた分離水と、該第２室へ流下させる際にフロック自体の沈降速度より速い速度を与えるために導いた第１室分離水とを、該第２室の上部から分離水として引き抜くこととしたものである。
【０００７】
前記凝集沈殿方法において、第１室から第２室へのフロックと分離水との移動量の制御は、前記第２室から引き抜く分離水を調整して行うことができ、また、前記第１室から第２室へのフロックと分離水との移動は、フロック移送管により行い、該フロック移送管内における流速が５ｍ／分以下となるように、前記第２室の分離水と汚泥排出との合計流量を調整し、該フロック移送管下部でのフロックの破砕を抑制するか、又は、フロック移送管により行い、該第２室におけるフロック移送管下端から第２室の分離水を流出するための上向流速が、フロックの沈降速度よりも遅くなるように、第２室分離水の濁度或いは懸濁物質濃度を指標として、第２室分離水の流出水量を自動制御することができる。
【０００８】
また、本発明では、被処理水に無機凝集剤と有機高分子凝集剤とを添加して混合攪拌した液を分離槽で凝集沈殿する装置において、該槽を上部の第１室と下部の第２室に分割する隔壁を有し、該第１室には、上部に第１室分離水流出部、下部に被処理水流入部を有し、前記第２室には、上部に第２室分離水流出部、下部に汚泥排出部を有し、隔壁を貫通して前記第１室と前記第２室とを連通する両端が開口している垂直なフロック移送管を有し、該フロック移送管の上端は、第１室における前記第１室分離水流出部と前記被処理水流入部の間に位置し、下端は、第２室における前記第２室分離水流出部と前記汚泥排出部の間に位置すると共に、該第２室分離水流出部から流出する水量を調整する弁或いはポンプを有することとしたものである。
【０００９】
前記凝集沈殿装置において、第１室内の上部には、浮上ろ材からなるろ材層を設け、その下端が前記フロック移送管上端よりも上に位置するように配備することができ、前記フロック移送管は、少なくとも２本配備し、該フロック移送管それぞれの下部に水平方向の阻止板を配備し、隣り合う阻止板の垂直位置を上下にずらして配置することができ、また、前記第１室内の上部には、水平方向に回転可能な攪拌翼Ａを設け、前記フロック移送管上端よりも上に位置するように配備することができ、更に、前記フロック移送管内には、水平方向に回転可能な攪拌翼Ｂを配備することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明では、隔壁によって槽を上部の第１室と下部の第２室とに分割し、被処理水を第１室に流入せしめて被処理水中の汚濁物質を粗大フロックとすると共に、粗大となったフロックをフロック移送管を通じて第２室に強制的に移送することによって、フロック移送管上端から上部の上向流速をフロックブランケット層が形成し得る流速、即ち粗大フロックの沈降速度未満にまでに低減して、第１室分離水を清澄化する。
更に、第２室に移送されたフロックが沈降する範囲内で、フロック移送管下端から第２室分離水集水管への上向流速を任意に調整することによって、第２室分離水をも清澄化するものである。
即ち、本発明は、槽を上下に二分割し、上部の第１室において、粗大フロックとフロックブランケット層との形成によって固液分離を行い、第１室分離水を清澄化すると共に、下部の第２室においても、第１室から移送されたフロックを固液分離して第２室分離水を清澄化する凝集沈殿方法及び装置である。
【００１１】
本発明の凝集沈殿装置においては、第１室での粗大フロックとフロックブランケット層との形成が不十分な場合においても、第１室内の上部にろ材層を配備することによって、汚濁物質をろ材層を通過することにより除去し、第１室分離水を清澄化する。ろ材層を配備する場合には、ろ材層を適宜洗浄し、捕捉したＳＳを剥離除去する操作を設ける。
粗大化したフロックを、第１室から第２室へ移送するフロック移送管の中は下向流であり、フロック移送管下部において、水流は反転して上向流となる。固液分離を良好に行うためには、上向流を整流して上向流速を均一にすることが重要である一方、装置をコンパクト化するためには、整流に要する垂直距離を短くすることが望ましい。更に、上向流速を速くするには、フロック移送管下端から流出する粗大フロックを破砕することなく整流する必要がある。粗大フロックを破砕することなく上向流の整流化を行うために、本発明では、フロック移送管内の流速を５ｍ／分以下とし、また、フロック移送管下端に水平方向の阻止板を配備することで、フロックを破砕することなく、フロック移送管下端の水流を阻止板によって横向き流れに変えることができる。
【００１２】
更に、フロック移送管下端からの横向き流れ同士が衝突することを防ぐために、阻止板位置を隣の阻止板位置と上下にずらして配置する。この場合、上下にずらす距離は、フロック移送管下端と阻止板との垂直距離以上にすることが望ましい。
フロックを緻密なペレットにすることによって、第１室におけるフロック移送管上端から上部の上向流速の増加が可能であり、併せて第２室におけるフロック移送管下端から上部の上向流速の増加も可能である。本発明では、第１室内の上部に攪拌翼を配備し、該攪拌翼を水平方向に回転させることで、フロックブランケット層内の粗大フロックの緻密化を行うことができる。或いは、フロック移送管内に撹拌翼を配備し、該攪拌翼を水平方向に回転させることでフロック移送管内を降下するフロックの緻密化を行うこともできる。
【００１３】
次に、本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１〜図４は、本発明の凝集沈殿装置の各例を示す断面構成図である。
図１（ａ）において、１は凝集沈殿装置、２は隔壁、３は第１室、４は第２室、５は第１室分離水流出管、６は原水（被処理水）流入管、７は第２室分離水集水管、８は第２室分離水流出管、９は汚泥排出管、１０はフロック移送管、１１は阻止板、１２は第２室分離水移送ポンプ、１３はろ材、１４はろ材層、１５はろ材流出防止スクリーン、１６はろ材受けスクリーン、１７はスクレーパ、１８はスクレーパの回転軸である。また、図２における１９はドラフトチューブ、図３における２０は回転翼Ａ、図４における２１は攪拌翼Ｂ、２２は攪拌翼Ｂの回転軸である。
【００１４】
本発明の実施の形態の一例を図１（ａ）に従って説明する。本発明の凝集沈殿装置１は、隔壁２によって、槽上部に区画される第１室３と槽下部に区画される第２室４とに分割される。第１室３には、上部に第１室分離水即ち清澄水の流出管５、下部に原水（被処理水）流入管６を有する。第２室４には、上部に第２室分離水を集水して流出するための第２室分離水集水管７と第２室分離水流出管８、下部に堆積した汚泥を排出するための汚泥排出管９を有する。隔壁２には第１室３と第２室４とを連通するフロック移送管１０が垂直に配備してあり、フロック移送管１０の上端はブロック形成部の第１室３内の第１室分離水流出部と原水流入部との間に位置し、下端は第２室４内の第２室分離水集水管７と汚泥排出部との間に位置する。フロック移送管１０の下端下部には、下端から離れて阻止板１１を、阻止板位置を隣の阻止板位置と上下にずらして配置する。
【００１５】
第２室分離水流出管８には、第２室分離水の流出水量を調整するための第２室分離水移送ポンプ１２が接続する。ここでは、移送ポンプの使用を例として示したが、第２室分離水流出管８を立ち上げて、可動堰により流出水量を制御してもよい。装置１の底部には、回転軸１８に固着されて水平方向に回転するスクレーパ１７が配備されている。
第１室３の上部には、浮上ろ材１３で構成されるろ材層１４、ろ材層１４の上部水面下にろ材の流出防止スクリーン１５、ろ材層１４の下部にろ材受けスクリーン１６が配備されている。
【００１６】
図１（ｂ）は、フロック移送管１０と第２室分離水集水管７の位置を示す設置部分の横断面図である。第１室３からの複数本のフロック移送管１０への流入水量を均等化にするために、フロック移送管を均等に配置している。また、第２室４における上向流を均一に集水するために、複数本の第２室分離水集水管７を同一平面上に均等に配置している。ここでは、分離水集水管を複数本配置する例を示したが、第２室上部に整流板を設置して整流した後に集水を行ってもよい。
図１（ｃ）は、第２室分離水流出管８の流量調整機構の例を示す概略図である。第２室分離水流出管８からの流出水量の調整を行うことで、第１室３上部の上向流速と第２室４上部の上向流速とを調整可能である。第２室４での固液分離を良好に維持し、第２室分離水の清澄化を行うために、第２室分離水の濁度を濁度計２７により連続測定し、それに基づいて第２室分離水移送ポンプ１２の流量を自動制御する。清澄化の指標は、濁度に限定されるものではなく、ＳＳでもよい。また、流量の制御はポンプに限定されるものではなく、弁或いは可動堰でもよい。
【００１７】
次に、図１を用いて凝集沈殿装置の運転操作について説明する。
予め、塩化第二鉄やＰＡＣ等の無機凝集剤とポリマーとが順次添加された原水２３は、原水流入管６から第１室３の下部に流入され、隔壁２に衝突して水平方向に分散すると共に反転して上向流となる。この一連の流れによる攪拌効果により被処理水中の汚濁物質はフロックとなり、第１室３を上昇する間にフロック同士の衝突と合体が進行し、フロックは徐々に粗大化すると共にその沈降速度が増加する。第２室分離水移送ポンプ１２により第２室４の上部の水を排出することにより、第１室３においてフロック移送管１０の上端まで上昇した被処理水の一部は、フロック移送管１０を通じて第２室４へ移送される。よって、フロック移送管１０の上端よりも上部の上向流速は処理速度（ここでの処理速度は被処理水の水量を槽断面積で除した流速）よりも遅くなり、第２室分離水の流出量を調整することで、粗大フロックが沈降し得る流速にまで低減される。この結果、第１室３では、フロック移送管１０の上部に、粗大フロックが滞留するフロックブランケット層が形成され、汚濁物が分離された水がろ材層１４を上向流で通過し、清澄な第１室分離水２４として第１室分離水流出管５から排出される。
【００１８】
装置立ち上げ初期には、粗大フロックとフロックブランケット層の形成が不十分であり、沈降速度の遅いフロックは、処理水と共に第１室の上部へ上昇する。このように上昇するフロックは、ろ材層１４によって分離、除去され、清澄となった第１室分離水２４が第１室分離水流出管５から排出される。
一方、フロック移送管１０を降下したフロックは、フロック移送管１０の下部に水平に配備された阻止板１１によって流れ方向を横向きに変えられて、第２室４に流入する。フロックは第２室４の下部に沈降し、スクレーパ１７により集められて汚泥排出管９から濃縮汚泥２５として排出される。フロックが沈降・除去された水は、上向流となって第２室分離水集水管７により集水され、第２室分離水流出管８から清澄な第２室分離水２６として排出される。
フロック移送管内の下降流速が速いと、阻止板に衝突したフロックが破砕してしまうため、フロック移送管内の下降流速は５ｍ／分以下となるように調整する。また、隣り合う阻止板の高さが同じであると、横向きに流出する流れ同士が衝突し、フロックの舞い上がりが生じるため、阻止板位置を上下にずらして配置する。
【００１９】
図２は、本発明の凝集沈殿装置の他の例を示す断面構成図であり、図１との相違点は、原水がドラフトチューブ１９を通って第１室３の下部に流入する点と、フロック移送管１０の上端を漏斗状に広げた点である。
原水の流入は、この例のようにドラフトチューブを用いて行う他にも、水平方向への分割注入が可能である。
また、フロック移送管１０の上端を漏斗状に広げることにより、フロックの収集効率を大きくする効果が得られる。
【００２０】
図３は、本発明の凝集沈殿装置の他の例を示す断面構成図であり、原水流入管６と第２室分離水集水管７は記載を省略してある。第１室３内に水平方向に回転する攪拌翼Ａ２０を、フロック移送管１０の上端よりも上に位置するように配備している。撹拌翼Ａ２０を回転することによって、フロックブランケット層の粗大フロックを緻密化したペレットとして、第１室３における固液分離を促進する効果がある。図１、２、４では、簡素化のために記載を省略しているが、フロック移送管１０を複数本設置する場合には、図３のように、隣り合うフロック移送管下部の阻止板の垂直位置を上下にずらすことにより、フロックの舞い上がりを抑制する。
図４は、本発明の凝集沈殿装置の他の例を示す断面構成図であり、フロック移送管１０内に、回転軸２２に固着して水平方向に回転する攪拌翼Ｂ２１を配備している。攪拌翼Ｂ２１を回転することによって、フロック移送管１０内を降下するフロックを繊密化したペレットとして、第２室４における固液分離を促進する効果がある。
【００２１】
【実施例】
本発明の凝集沈殿方法に基づく処理の実施例を以下に示す。実施例１と実施例２は下水を被処理水とした場合の例であり、実施例３は降雨後の河川水を被処理水とした場合の例である。いずれの実施例とも、寸法が内径３４０ｍｍ、高さ３，５００ｍｍの実験装置を用いた。
実施例１
表１に、下水の最初沈殿池流入水を被処理水とし、ろ材層を配備しない場合の処理水質の例を示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】
従来の凝集沈殿処理においては、処理速度が３５ｍ／ｈを超えるような超高速処理では、フロックは沈降せずに上向流に随伴して処理水と共に溢流してしまう。本発明の凝集沈殿方法では、処理速度が６０ｍ／ｈの場合であっても、第１室上部の上向流速を３２ｍ／ｈ、第２室上部の上向流速を２８ｍ／ｈに調整することにより、第１室と第２室の両方において良好な固液分離を行っている。通水開始から３時間までのＳＳの平均値は、原水が２８３ｍｇ／Ｌであるのに対して、第１室分離水では５０ｍｇ／Ｌ、第２室分離水では４９ｍｇ／Ｌであった。
ろ材を配備しない場合、立上げ初期においては、第１室でのフロック形成が不十分であり、第１室分離水と第２室分離水のＳＳはどちらも高くなる。表１の第１室分離水ＳＳと第２室分離水ＳＳの最大値はどちらも通水開始１５分後の値であり、これらは成長が不十分なフロックの影響である。
【００２４】
実施例２
図５に下水の最初沈殿池流入水を被処理水とし、ろ材層を配備した場合と配備しない場合の処理水質を併せて示す。使用したろ材は、中空円筒形の浮上ろ材であり、寸法は、内径２５ｍｍ、長さ２５ｍｍである。
本実施例の場合、立ち上げ初期は第１室のみで処理を行い、第１室においてフロックが十分に成長した後（立上げ後３０分）に第２室分離水の引抜きを開始している。
ろ材層を配備しない場合には、立ち上げ１５分後と３０分後の分離水ＳＳはそれぞれ１５０ｍｇ／Ｌと４８ｍｇ／Ｌでる。これに対して、ろ材層を配備した場合には、立ち上げ１５分後と３０分後の分離水ＳＳはそれぞれ３５ｍｇ／Ｌと２２ｍｇ／Ｌである。
【００２５】
この様に、ろ材層がない場合には立ち上げ初期にフロックの溢流が生じるが、ろ材を配備することによりフロックの溢流が改善されている。これは、成長が不十分なフロックがろ材層を通過する過程において捕捉・除去された結果である。更に、９０分から１２０分までは原水ＳＳが約４００ｍｇ／Ｌまで上昇し、ろ材層がない場合には原水ＳＳの上昇に伴いフロックの溢流が生じて分離水ＳＳが１００ｍｇ／Ｌまで上昇している。これに対して、ろ材層がある場合の分離水ＳＳは２０−３０ｍｇ／Ｌを維持している。この様に、原水ＳＳの変動により第１室でのフロックの成長が不十分になった場合においても、ろ材層を配備することにより分離水水質の悪化を防止できる。
【００２６】
実施例３
雨天時の河川水を被処理水とし場合においても、ろ材層を配備することにより立ち上げ初期から良好なＳＳ除去性能を得ている。使用したろ材は、実施例２と同じ中空円筒形の浮上ろ材であり、寸法は、内径２５ｍｍ、長さ２５ｍｍである。また、薬品添加率はＰＡＣ（１０％Ａ１２０３）３５ｍｇ／Ｌ、ポリマー０．５ｍｇ／Ｌである。
処理速度５０ｍ／ｈにおいて、第１室と第２室の上部の上向流速をそれぞれ２５ｍ／ｈと２４ｍ／ｈとにすることにより、通水開始から３時間までのＳＳの平均値は、原水が４９ｍ／Ｌであるのに対して、第１室分離水では４．６ｍｇ／Ｌ、第２室分離水では４．８ｍｇ／Ｌであった。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、前記のように、隔壁で槽を上下に分割してフロック移送管で上下を連通し、第１室と第２室との両者において固液分離を行う機構としたことにより、処理速度がフロックの沈降速度よりも大きい状況においてもフロックの流出を防止し、また、上部に浮上ろ材層を配備することにより、装置立ち上げ初期においても除濁性能の低下が生じることのない、コンパクトな凝集沈殿装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の凝集沈殿装置の一例を示す断面構成図、（ｂ）第２室分離水集水管の設置部分の横断面図、（ｃ）第２室分離水流出管の流量調節機構の例を示す概略図。
【図２】本発明の凝集沈殿装置の他の例を示す断面構成図。
【図３】本発明の凝集沈殿装置の他の例を示す断面構成図。
【図４】本発明の凝集沈殿装置の他の例を示す断面構成図。
【図５】実施例２の結果を示す経過時間による流速とＳＳの変化を示すグラフ。
【符号の説明】
１：凝集沈殿装置、２：隔壁、３：第１室、４：第２室、５：第１室分離水流出管、６：原水（被処理水）流入管、７：第２室分離水集水管、８：第２室分離水流出管、９：汚泥排出管、１０：フロック移送管、１１：阻止板、１２：第２室分離水移送ポンプ、１３：ろ材、１４：ろ材層、１５：ろ材流出防止スクリーン、１６：ろ材受けスクリーン、１７：スクレーパ、１８：スクレーパの回転軸、１９：ドラフトチューブ、２０：回転翼Ａ、２１：攪拌翼Ｂ、２２：攪拌翼Ｂの回転軸
【発明の属する技術分野】
本発明は、凝集沈殿処理に係り、特に、下水、排水、汚濁の進んだ河川水、湖沼水、及び雨水の処理において、凝集剤を原水に添加して懸濁物質を凝集沈殿分離する上向流式凝集沈殿方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原水に含まれる懸濁物質を分離する方法の内、凝集剤を添加し汚濁物質を凝集させ、粗大粒子（フロック）にして沈降分離する方法は、凝集沈殿操作として広く用いられている。
従来の上向流式凝集沈殿方法における処理速度（ここでの処理速度は、被処理水の水量を槽断面積で除した流速）は、フロックの沈降速度の制約を受け、処理速度をフロックの沈降速度よりも速くすることは出来ない。処理速度がフロックの沈降速度以下であっても、流速が不均一な場合にはフロックの沈降が阻止される。特に、原水流入部近傍の上向流速はフロックの沈降速度を上回り、フロックの沈降を阻害するばかりではなく、フロックの破砕を招く。
このことは、処理過程においてブランケット層の形成を行うか否かに関わらず言えることである。
【０００３】
ブランケット層の形成を伴う上向流式凝集沈殿処理では、微細なフロックや未凝集の濁度成分がブランケット層を通過する時に、ブランケット層を形成しているフロックと接触して捕捉される効果によって、除濁が促進されると共にフロックの沈降性が向上する。ブランケット層の形成を行ってフロックの沈降性を向上する場合、処理速度を速めると、ブランケット層の形成が阻害されてフロックの溢流が生じる。
一方、処理速度を一般の凝集沈殿処理よりも大きくした処理方式では、分離槽の下部に濃縮槽を配置し、分離槽で形成されたフロックは、フロック自体の沈降速度によって生じる密度流によりフロック移送管内を沈降し、濃縮槽へ移行した後に濃縮して排出される。濃縮により生じる分離水は、前記密度流の影響を受けて分離槽へ返流する。
【０００４】
しかし、本従来方式は、ポリマーを使用していない例である。更には、分離槽から濃縮槽へのフロックと水の移送を、フロック自体の沈降により生じる密度流に依存しているため、分離槽から濃縮槽への移送水量の制御を任意に行うことは出来ず、処理速度はフロックの沈降速度に依存せざるを得なかった。更に、濃縮槽の機能は、分離槽から流入したフロックを単に重力濃縮するのみであり、分離槽と同様にフロックの固液分離を積極的に行うことで、清澄な分離水を得るという機能を有していない。
上向流式凝集沈殿方法における上記とは別の問題として、装置立ち上げ初期の除濁性能の低下が挙げられる。このことは、ブランケット層の形成を伴う処理方式においては極めて深刻な問題である。一旦ブランケットが形成されれば、微細なフロックは、ブランケットを形成する大きなフロックとの接触・合体によって除去されるが、そのようなブランケット層が形成されるまでには、微細なフロック同士が会合を重ねる必要がある。装置の立ち上げ時には、ブランケット層が存在しない状態から処理を開始するため、ブランケット層が形成されるまでの間は処理水質の悪化が生じる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、処理速度がフロックの沈降速度よりも大きい状況においてもフロックの流出を防止すると共に、装置立ち上げ初期においても除濁性能の低下が生じることのない、コンパクトな凝集沈殿方法と装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、被処理水（原水）に、無機凝集剤と有機高分子凝集剤（ポリマー）とを添加して、混合攪拌（急速攪拌）した液を凝集沈殿する方法において、該攪拌した液を、フロック成長させて固液分離でき、かつ分離水を槽外に排出することができる第１室に導き、該第１室で成長したフロックと第１室の分離水の一部を、該第１室の下部に設けた第２室に、フロック自体の沈降速度より常に速い速度で流下させ、該第２室では、成長したフロックを濃縮し、濃縮した汚泥を排出すると共に、フロックの濃縮によって生じた分離水と、該第２室へ流下させる際にフロック自体の沈降速度より速い速度を与えるために導いた第１室分離水とを、該第２室の上部から分離水として引き抜くこととしたものである。
【０００７】
前記凝集沈殿方法において、第１室から第２室へのフロックと分離水との移動量の制御は、前記第２室から引き抜く分離水を調整して行うことができ、また、前記第１室から第２室へのフロックと分離水との移動は、フロック移送管により行い、該フロック移送管内における流速が５ｍ／分以下となるように、前記第２室の分離水と汚泥排出との合計流量を調整し、該フロック移送管下部でのフロックの破砕を抑制するか、又は、フロック移送管により行い、該第２室におけるフロック移送管下端から第２室の分離水を流出するための上向流速が、フロックの沈降速度よりも遅くなるように、第２室分離水の濁度或いは懸濁物質濃度を指標として、第２室分離水の流出水量を自動制御することができる。
【０００８】
また、本発明では、被処理水に無機凝集剤と有機高分子凝集剤とを添加して混合攪拌した液を分離槽で凝集沈殿する装置において、該槽を上部の第１室と下部の第２室に分割する隔壁を有し、該第１室には、上部に第１室分離水流出部、下部に被処理水流入部を有し、前記第２室には、上部に第２室分離水流出部、下部に汚泥排出部を有し、隔壁を貫通して前記第１室と前記第２室とを連通する両端が開口している垂直なフロック移送管を有し、該フロック移送管の上端は、第１室における前記第１室分離水流出部と前記被処理水流入部の間に位置し、下端は、第２室における前記第２室分離水流出部と前記汚泥排出部の間に位置すると共に、該第２室分離水流出部から流出する水量を調整する弁或いはポンプを有することとしたものである。
【０００９】
前記凝集沈殿装置において、第１室内の上部には、浮上ろ材からなるろ材層を設け、その下端が前記フロック移送管上端よりも上に位置するように配備することができ、前記フロック移送管は、少なくとも２本配備し、該フロック移送管それぞれの下部に水平方向の阻止板を配備し、隣り合う阻止板の垂直位置を上下にずらして配置することができ、また、前記第１室内の上部には、水平方向に回転可能な攪拌翼Ａを設け、前記フロック移送管上端よりも上に位置するように配備することができ、更に、前記フロック移送管内には、水平方向に回転可能な攪拌翼Ｂを配備することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明では、隔壁によって槽を上部の第１室と下部の第２室とに分割し、被処理水を第１室に流入せしめて被処理水中の汚濁物質を粗大フロックとすると共に、粗大となったフロックをフロック移送管を通じて第２室に強制的に移送することによって、フロック移送管上端から上部の上向流速をフロックブランケット層が形成し得る流速、即ち粗大フロックの沈降速度未満にまでに低減して、第１室分離水を清澄化する。
更に、第２室に移送されたフロックが沈降する範囲内で、フロック移送管下端から第２室分離水集水管への上向流速を任意に調整することによって、第２室分離水をも清澄化するものである。
即ち、本発明は、槽を上下に二分割し、上部の第１室において、粗大フロックとフロックブランケット層との形成によって固液分離を行い、第１室分離水を清澄化すると共に、下部の第２室においても、第１室から移送されたフロックを固液分離して第２室分離水を清澄化する凝集沈殿方法及び装置である。
【００１１】
本発明の凝集沈殿装置においては、第１室での粗大フロックとフロックブランケット層との形成が不十分な場合においても、第１室内の上部にろ材層を配備することによって、汚濁物質をろ材層を通過することにより除去し、第１室分離水を清澄化する。ろ材層を配備する場合には、ろ材層を適宜洗浄し、捕捉したＳＳを剥離除去する操作を設ける。
粗大化したフロックを、第１室から第２室へ移送するフロック移送管の中は下向流であり、フロック移送管下部において、水流は反転して上向流となる。固液分離を良好に行うためには、上向流を整流して上向流速を均一にすることが重要である一方、装置をコンパクト化するためには、整流に要する垂直距離を短くすることが望ましい。更に、上向流速を速くするには、フロック移送管下端から流出する粗大フロックを破砕することなく整流する必要がある。粗大フロックを破砕することなく上向流の整流化を行うために、本発明では、フロック移送管内の流速を５ｍ／分以下とし、また、フロック移送管下端に水平方向の阻止板を配備することで、フロックを破砕することなく、フロック移送管下端の水流を阻止板によって横向き流れに変えることができる。
【００１２】
更に、フロック移送管下端からの横向き流れ同士が衝突することを防ぐために、阻止板位置を隣の阻止板位置と上下にずらして配置する。この場合、上下にずらす距離は、フロック移送管下端と阻止板との垂直距離以上にすることが望ましい。
フロックを緻密なペレットにすることによって、第１室におけるフロック移送管上端から上部の上向流速の増加が可能であり、併せて第２室におけるフロック移送管下端から上部の上向流速の増加も可能である。本発明では、第１室内の上部に攪拌翼を配備し、該攪拌翼を水平方向に回転させることで、フロックブランケット層内の粗大フロックの緻密化を行うことができる。或いは、フロック移送管内に撹拌翼を配備し、該攪拌翼を水平方向に回転させることでフロック移送管内を降下するフロックの緻密化を行うこともできる。
【００１３】
次に、本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１〜図４は、本発明の凝集沈殿装置の各例を示す断面構成図である。
図１（ａ）において、１は凝集沈殿装置、２は隔壁、３は第１室、４は第２室、５は第１室分離水流出管、６は原水（被処理水）流入管、７は第２室分離水集水管、８は第２室分離水流出管、９は汚泥排出管、１０はフロック移送管、１１は阻止板、１２は第２室分離水移送ポンプ、１３はろ材、１４はろ材層、１５はろ材流出防止スクリーン、１６はろ材受けスクリーン、１７はスクレーパ、１８はスクレーパの回転軸である。また、図２における１９はドラフトチューブ、図３における２０は回転翼Ａ、図４における２１は攪拌翼Ｂ、２２は攪拌翼Ｂの回転軸である。
【００１４】
本発明の実施の形態の一例を図１（ａ）に従って説明する。本発明の凝集沈殿装置１は、隔壁２によって、槽上部に区画される第１室３と槽下部に区画される第２室４とに分割される。第１室３には、上部に第１室分離水即ち清澄水の流出管５、下部に原水（被処理水）流入管６を有する。第２室４には、上部に第２室分離水を集水して流出するための第２室分離水集水管７と第２室分離水流出管８、下部に堆積した汚泥を排出するための汚泥排出管９を有する。隔壁２には第１室３と第２室４とを連通するフロック移送管１０が垂直に配備してあり、フロック移送管１０の上端はブロック形成部の第１室３内の第１室分離水流出部と原水流入部との間に位置し、下端は第２室４内の第２室分離水集水管７と汚泥排出部との間に位置する。フロック移送管１０の下端下部には、下端から離れて阻止板１１を、阻止板位置を隣の阻止板位置と上下にずらして配置する。
【００１５】
第２室分離水流出管８には、第２室分離水の流出水量を調整するための第２室分離水移送ポンプ１２が接続する。ここでは、移送ポンプの使用を例として示したが、第２室分離水流出管８を立ち上げて、可動堰により流出水量を制御してもよい。装置１の底部には、回転軸１８に固着されて水平方向に回転するスクレーパ１７が配備されている。
第１室３の上部には、浮上ろ材１３で構成されるろ材層１４、ろ材層１４の上部水面下にろ材の流出防止スクリーン１５、ろ材層１４の下部にろ材受けスクリーン１６が配備されている。
【００１６】
図１（ｂ）は、フロック移送管１０と第２室分離水集水管７の位置を示す設置部分の横断面図である。第１室３からの複数本のフロック移送管１０への流入水量を均等化にするために、フロック移送管を均等に配置している。また、第２室４における上向流を均一に集水するために、複数本の第２室分離水集水管７を同一平面上に均等に配置している。ここでは、分離水集水管を複数本配置する例を示したが、第２室上部に整流板を設置して整流した後に集水を行ってもよい。
図１（ｃ）は、第２室分離水流出管８の流量調整機構の例を示す概略図である。第２室分離水流出管８からの流出水量の調整を行うことで、第１室３上部の上向流速と第２室４上部の上向流速とを調整可能である。第２室４での固液分離を良好に維持し、第２室分離水の清澄化を行うために、第２室分離水の濁度を濁度計２７により連続測定し、それに基づいて第２室分離水移送ポンプ１２の流量を自動制御する。清澄化の指標は、濁度に限定されるものではなく、ＳＳでもよい。また、流量の制御はポンプに限定されるものではなく、弁或いは可動堰でもよい。
【００１７】
次に、図１を用いて凝集沈殿装置の運転操作について説明する。
予め、塩化第二鉄やＰＡＣ等の無機凝集剤とポリマーとが順次添加された原水２３は、原水流入管６から第１室３の下部に流入され、隔壁２に衝突して水平方向に分散すると共に反転して上向流となる。この一連の流れによる攪拌効果により被処理水中の汚濁物質はフロックとなり、第１室３を上昇する間にフロック同士の衝突と合体が進行し、フロックは徐々に粗大化すると共にその沈降速度が増加する。第２室分離水移送ポンプ１２により第２室４の上部の水を排出することにより、第１室３においてフロック移送管１０の上端まで上昇した被処理水の一部は、フロック移送管１０を通じて第２室４へ移送される。よって、フロック移送管１０の上端よりも上部の上向流速は処理速度（ここでの処理速度は被処理水の水量を槽断面積で除した流速）よりも遅くなり、第２室分離水の流出量を調整することで、粗大フロックが沈降し得る流速にまで低減される。この結果、第１室３では、フロック移送管１０の上部に、粗大フロックが滞留するフロックブランケット層が形成され、汚濁物が分離された水がろ材層１４を上向流で通過し、清澄な第１室分離水２４として第１室分離水流出管５から排出される。
【００１８】
装置立ち上げ初期には、粗大フロックとフロックブランケット層の形成が不十分であり、沈降速度の遅いフロックは、処理水と共に第１室の上部へ上昇する。このように上昇するフロックは、ろ材層１４によって分離、除去され、清澄となった第１室分離水２４が第１室分離水流出管５から排出される。
一方、フロック移送管１０を降下したフロックは、フロック移送管１０の下部に水平に配備された阻止板１１によって流れ方向を横向きに変えられて、第２室４に流入する。フロックは第２室４の下部に沈降し、スクレーパ１７により集められて汚泥排出管９から濃縮汚泥２５として排出される。フロックが沈降・除去された水は、上向流となって第２室分離水集水管７により集水され、第２室分離水流出管８から清澄な第２室分離水２６として排出される。
フロック移送管内の下降流速が速いと、阻止板に衝突したフロックが破砕してしまうため、フロック移送管内の下降流速は５ｍ／分以下となるように調整する。また、隣り合う阻止板の高さが同じであると、横向きに流出する流れ同士が衝突し、フロックの舞い上がりが生じるため、阻止板位置を上下にずらして配置する。
【００１９】
図２は、本発明の凝集沈殿装置の他の例を示す断面構成図であり、図１との相違点は、原水がドラフトチューブ１９を通って第１室３の下部に流入する点と、フロック移送管１０の上端を漏斗状に広げた点である。
原水の流入は、この例のようにドラフトチューブを用いて行う他にも、水平方向への分割注入が可能である。
また、フロック移送管１０の上端を漏斗状に広げることにより、フロックの収集効率を大きくする効果が得られる。
【００２０】
図３は、本発明の凝集沈殿装置の他の例を示す断面構成図であり、原水流入管６と第２室分離水集水管７は記載を省略してある。第１室３内に水平方向に回転する攪拌翼Ａ２０を、フロック移送管１０の上端よりも上に位置するように配備している。撹拌翼Ａ２０を回転することによって、フロックブランケット層の粗大フロックを緻密化したペレットとして、第１室３における固液分離を促進する効果がある。図１、２、４では、簡素化のために記載を省略しているが、フロック移送管１０を複数本設置する場合には、図３のように、隣り合うフロック移送管下部の阻止板の垂直位置を上下にずらすことにより、フロックの舞い上がりを抑制する。
図４は、本発明の凝集沈殿装置の他の例を示す断面構成図であり、フロック移送管１０内に、回転軸２２に固着して水平方向に回転する攪拌翼Ｂ２１を配備している。攪拌翼Ｂ２１を回転することによって、フロック移送管１０内を降下するフロックを繊密化したペレットとして、第２室４における固液分離を促進する効果がある。
【００２１】
【実施例】
本発明の凝集沈殿方法に基づく処理の実施例を以下に示す。実施例１と実施例２は下水を被処理水とした場合の例であり、実施例３は降雨後の河川水を被処理水とした場合の例である。いずれの実施例とも、寸法が内径３４０ｍｍ、高さ３，５００ｍｍの実験装置を用いた。
実施例１
表１に、下水の最初沈殿池流入水を被処理水とし、ろ材層を配備しない場合の処理水質の例を示す。
【００２２】
【表１】
従来の凝集沈殿処理においては、処理速度が３５ｍ／ｈを超えるような超高速処理では、フロックは沈降せずに上向流に随伴して処理水と共に溢流してしまう。本発明の凝集沈殿方法では、処理速度が６０ｍ／ｈの場合であっても、第１室上部の上向流速を３２ｍ／ｈ、第２室上部の上向流速を２８ｍ／ｈに調整することにより、第１室と第２室の両方において良好な固液分離を行っている。通水開始から３時間までのＳＳの平均値は、原水が２８３ｍｇ／Ｌであるのに対して、第１室分離水では５０ｍｇ／Ｌ、第２室分離水では４９ｍｇ／Ｌであった。
ろ材を配備しない場合、立上げ初期においては、第１室でのフロック形成が不十分であり、第１室分離水と第２室分離水のＳＳはどちらも高くなる。表１の第１室分離水ＳＳと第２室分離水ＳＳの最大値はどちらも通水開始１５分後の値であり、これらは成長が不十分なフロックの影響である。
【００２４】
実施例２
図５に下水の最初沈殿池流入水を被処理水とし、ろ材層を配備した場合と配備しない場合の処理水質を併せて示す。使用したろ材は、中空円筒形の浮上ろ材であり、寸法は、内径２５ｍｍ、長さ２５ｍｍである。
本実施例の場合、立ち上げ初期は第１室のみで処理を行い、第１室においてフロックが十分に成長した後（立上げ後３０分）に第２室分離水の引抜きを開始している。
ろ材層を配備しない場合には、立ち上げ１５分後と３０分後の分離水ＳＳはそれぞれ１５０ｍｇ／Ｌと４８ｍｇ／Ｌでる。これに対して、ろ材層を配備した場合には、立ち上げ１５分後と３０分後の分離水ＳＳはそれぞれ３５ｍｇ／Ｌと２２ｍｇ／Ｌである。
【００２５】
この様に、ろ材層がない場合には立ち上げ初期にフロックの溢流が生じるが、ろ材を配備することによりフロックの溢流が改善されている。これは、成長が不十分なフロックがろ材層を通過する過程において捕捉・除去された結果である。更に、９０分から１２０分までは原水ＳＳが約４００ｍｇ／Ｌまで上昇し、ろ材層がない場合には原水ＳＳの上昇に伴いフロックの溢流が生じて分離水ＳＳが１００ｍｇ／Ｌまで上昇している。これに対して、ろ材層がある場合の分離水ＳＳは２０−３０ｍｇ／Ｌを維持している。この様に、原水ＳＳの変動により第１室でのフロックの成長が不十分になった場合においても、ろ材層を配備することにより分離水水質の悪化を防止できる。
【００２６】
実施例３
雨天時の河川水を被処理水とし場合においても、ろ材層を配備することにより立ち上げ初期から良好なＳＳ除去性能を得ている。使用したろ材は、実施例２と同じ中空円筒形の浮上ろ材であり、寸法は、内径２５ｍｍ、長さ２５ｍｍである。また、薬品添加率はＰＡＣ（１０％Ａ１２０３）３５ｍｇ／Ｌ、ポリマー０．５ｍｇ／Ｌである。
処理速度５０ｍ／ｈにおいて、第１室と第２室の上部の上向流速をそれぞれ２５ｍ／ｈと２４ｍ／ｈとにすることにより、通水開始から３時間までのＳＳの平均値は、原水が４９ｍ／Ｌであるのに対して、第１室分離水では４．６ｍｇ／Ｌ、第２室分離水では４．８ｍｇ／Ｌであった。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、前記のように、隔壁で槽を上下に分割してフロック移送管で上下を連通し、第１室と第２室との両者において固液分離を行う機構としたことにより、処理速度がフロックの沈降速度よりも大きい状況においてもフロックの流出を防止し、また、上部に浮上ろ材層を配備することにより、装置立ち上げ初期においても除濁性能の低下が生じることのない、コンパクトな凝集沈殿装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の凝集沈殿装置の一例を示す断面構成図、（ｂ）第２室分離水集水管の設置部分の横断面図、（ｃ）第２室分離水流出管の流量調節機構の例を示す概略図。
【図２】本発明の凝集沈殿装置の他の例を示す断面構成図。
【図３】本発明の凝集沈殿装置の他の例を示す断面構成図。
【図４】本発明の凝集沈殿装置の他の例を示す断面構成図。
【図５】実施例２の結果を示す経過時間による流速とＳＳの変化を示すグラフ。
【符号の説明】
１：凝集沈殿装置、２：隔壁、３：第１室、４：第２室、５：第１室分離水流出管、６：原水（被処理水）流入管、７：第２室分離水集水管、８：第２室分離水流出管、９：汚泥排出管、１０：フロック移送管、１１：阻止板、１２：第２室分離水移送ポンプ、１３：ろ材、１４：ろ材層、１５：ろ材流出防止スクリーン、１６：ろ材受けスクリーン、１７：スクレーパ、１８：スクレーパの回転軸、１９：ドラフトチューブ、２０：回転翼Ａ、２１：攪拌翼Ｂ、２２：攪拌翼Ｂの回転軸
Claims (5)
- 被処理水に、無機凝集剤と有機高分子凝集剤とを添加して、混合攪拌した液を凝集沈殿する方法において、該攪拌した液を、フロック成長させて固液分離でき、かつ分離水を槽外に排出することができる第１室に導き、該第１室で成長したフロックと第１室の分離水の一部を、該第１室の下部に設けた第２室に、フロック自体の沈降速度より常に速い速度で流下させ、該第２室では、成長したフロックを濃縮し、濃縮した汚泥を排出すると共に、フロックの濃縮によって生じた分離水と、該第２室へ流下させる際にフロック自体の沈降速度より速い速度を与えるために導いた第１室分離水とを、該第２室の上部から分離水として引き抜くことを特徴とする凝集沈殿方法。
- 前記第１室から第２室へのフロックと分離水との移動量の制御は、前記第２室から引き抜く分離水を調整して行うことを特徴とする請求項１記載の凝集沈殿方法。
- 前記第１室から第２室へのフロックと分離水との移動は、フロック移送管により行い、該フロック移送管内における流速が５ｍ／分以下となるように、前記第２室の分離水と汚泥排出との合計流量を調整し、該フロック移送管下部でのフロックの破砕を抑制することを特徴とする請求項１記載の凝集沈殿方法。
- 前記第１室から第２室へのフロックと分離水との移動は、フロック移送管により行い、該第２室におけるフロック移送管下端から第２室の分離水を流出するための上向流速が、フロックの沈降速度よりも遅くなるように、第２室分離水の濁度或いは懸濁物質濃度を指標として、第２室分離水の流出水量を自動制御することを特徴とする請求項１記載の凝集沈殿方法。
- 被処理水に無機凝集剤と有機高分子凝集剤とを添加して混合攪拌した液を分離槽で凝集沈殿する装置において、該槽を上部の第１室と下部の第２室に分割する隔壁を有し、該第１室には、上部に第１室分離水流出部、下部に被処理水流入部を有し、前記第２室には、上部に第２室分離水流出部、下部に汚泥排出部を有し、隔壁を貫通して前記第１室と前記第２室とを連通する両端が開口している垂直なフロック移送管を有し、該フロック移送管の上端は、第１室における前記第１室分離水流出部と前記被処理水流入部の間に位置し、下端は、第２室における前記第２室分離水流出部と前記汚泥排出部の間に位置すると共に、該第２室分離水流出部から流出する水量を調整する弁或いはポンプを有することを特徴とする凝集沈殿装置。
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