JP3734163B2 - 超高速浮上分離方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は工場排水、下水など懸濁粒子、リン酸イオン、色度成分、ＣＯＤ成分など凝集除去対象物質を含有する水（以下「原水」ともいう）の超高速浮上分離装置に関し、原水中の除去対象物質を、従来の凝集沈殿又は浮上分離法の５０倍以上の超高速度で浮上分離できる革新技術に関する。本発明は、時に有機性の懸濁粒子を含有する合流式下水道の雨天時越流水（ＣＳＯと略称される）又は下水処理施設に流入する下水の超高速固液分離技術として極めて好適な革新技術である。
【０００２】
最近、合流式下水道における雨天時越流水（ＣＳＯ）の公共用水域への汚濁負荷が大きな問題になっている。合流式下水道の雨天時越流水（ＣＳＯ）は、短時間に膨大な水量が発生するため、非常にコンパクトな装置でＣＳＯの汚濁物質を除去できる装置が切望されている。
また、下水処理施設に流入する下水は、まず最初沈殿池で沈殿分離されたのち、活性汚泥処理されるが、最初沈殿池のＳＳの除去率が悪いため、凝集剤を添加して凝集沈殿処理する例が北欧で普及している。しかし、この処理では凝集沈殿速度が小さく、大きな沈殿池を必要とする欠点がある。そのためＣＳＯおよび下水を超高速度で固液分離できる新技術が待望されている。
【０００３】
さらに、従来より、原水に加圧溶解空気含有水又は微細気泡を吹き込んで気泡に懸濁粒子を付着させて浮上分離する方法が知られている。
しかし、従来の浮上分離方法では、浮上分離速度がせいぜい１００〜２００ｍｍ／ｍｉｎ程度と小さく、また空気圧縮機、空気溶解設備などの付帯設備が必要という欠点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の浮上分離技術の問題点を解決し、簡単な操作によって、河川水、湖沼水、工業排水、下水など各種原水中の懸濁粒子、リン、色度成分、ＣＯＤ成分などの凝集除去対象物質を極めて高速度で浮上分離でき、かつまた、空気圧縮機、空気溶解設備が不要であり、しかも極力簡単な設備で水流を起こすことが可能な浮上分離方法を実施する装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記の手段により上記の課題を解決した。
（１）凝集攪拌槽で凝集除去対象物質を含む水に、浮上性粒子及び少なくとも有機性高分子凝集剤を添加して、前記水中の凝集除去対象物質を該浮上性粒子に付着させる凝集攪拌工程；該凝集攪拌工程の凝集除去対象物質が付着した浮上性粒子を含む流出水を浮上分離槽に導入して前記凝集除去対象物質付着浮上性粒子を浮上分離し、処理水を排出する浮上分離工程と；該浮上分離工程からの浮上分離物をフロック剥離槽で攪拌して浮上分離物から凝集除去対象物質を含むフロックを剥離するフロック剥離工程と；排出槽に該フロック剥離工程からの浮上性粒子と該剥離フロックを含む水を流量Ｒで導入し、凝集除去対象物質を含む水又は処理水の一部を流量Ｑで供給し、上部の浮上性粒子を含む液を平均流量（Ｒ＋Ｑ−ｑ）でポンプアップし、前記凝集攪拌槽に循環させ、かつ該剥離フロックを含む汚泥を流量ｑで排水する排出分離工程とを有することを特徴とする超高速浮上性分離方法。
（２）前記フロック剥離槽と排出槽の水位が、浮上分離槽の水位と等しく、該槽間の浮上物の移送が、前記排出槽におけるのポンプの吸引手段によるものであることを特徴とする前記（１）記載の超高速浮上分離方法。
（３）前記浮上分離工程に、浮上分離物の一部を前記凝集攪拌工程に返送するリサイクル手段を備えたことを特徴とする前記（１）又は（２）記載の超高速浮上分離方法。
（４）（ａ）凝集除去対象物質を含む水に、浮上性粒子及び少なくとも有機性高分子凝集剤を添加して、前記水中の凝集除去対象物質を該浮上性粒子に付着させる凝集攪拌槽と；（ｂ）該凝集攪拌槽の凝集除去対象物質が付着した浮上性粒子を含む流出水を導入して前記凝集除去対象物質付着浮上性粒子を浮上分離し、処理水を排出する浮上分離槽と；（ｃ）該浮上分離槽からの浮上分離物を攪拌して浮上分離物から凝集除去対象物質を含むフロックを剥離するフロック剥離槽と；（ｄ）浮上性粒子と該剥離フロックを含む水を導入し、浮上性粒子と該剥離フロックを分離排出する排出槽；（ｅ）該排出槽に浮上性粒子と該剥離フロックを含む水を流量Ｒで移送する手段；（ｆ）該排出槽に凝集除去対象物質を含む水又は処理水の一部を流量Ｑで供給し、該剥離フロック等を含む汚泥を排出槽から流量ｑで排水する手段と；（ｇ）該排出槽上部の浮上性粒子を含む液を平均流量（Ｒ＋Ｑ−ｑ）でポンプアップし、前記凝集攪拌槽に循環させる手段を設けたことを特徴とする超高速浮上性分離装置。
（５）前記フロック剥離槽と排出槽の水位が、浮上分離槽の水位と等しく、該槽間の浮上物の移送が、前記（ｇ）のポンプの吸引手段によるものであることを特徴とする前記（４）記載の超高速浮上分離装置。
（６）前記浮上分離槽に、浮上分離物の一部を前記凝集攪拌槽に返送するリサイクル手段を備えたことを特徴とする前記（４）又は（５）記載の超高速浮上分離装置。
【０００６】
本発明の骨子は、比重が非常に小さい「浮上性粒子」を従来の浮上分離法における気泡の代わりに用い、原水に浮上性粒子を添加して攪拌分散させながら、さらにこの混合・分散状態の原水に有機高分子凝集剤又は無機凝集剤と有機高分子凝集剤を添加して急速攪拌を続けると、１０〜３０秒程度後に、原水中の凝集除去対象物質の凝集フロックが、浮上性粒子に付着した状態のものが速やかに形成され、その後浮上分離部に流入させると、文字通り除去対象物質が付着した浮上性分離物が瞬間的に浮上分離することを見出した技術思想を基礎とするものであり、さらに、より具体的には、除去対象物質が付着した浮上分離物から浮上性粒子を簡易な方法で分離再生させることを可能とした方法及び装置にある。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照にして詳細に説明する。
図１は、本発明の高速浮上装置の一実施態様を示す構成図である。
懸濁粒子、リン酸イオン、色度成分、ＣＯＤ成分などの除去対象物質を含む原水１はまず反応槽（予備凝集槽）２に投入される。反応槽２では、原水１に無機凝集剤３と粒径０．０３〜３ｍｍで比重が０．１以下（好ましくは０．０１〜０，０７）の浮上力が極めて大きい浮上性粒子（例えば発泡スチロール微粒子）と、場合によってはｐＨ調整剤を添加し、攪拌する。無機凝集剤３が添加される反応槽２を流出した浮上性粒子と除去対象物質などを含む原水１は高分子凝集剤（ポリマ）６が添加される凝集槽５に投入される。凝集槽５で、高分子凝集剤６を添加し攪拌すると、浮上性粒子表面に原水１中の除去対象物質のフロックが付着した状態のものが形成される。原水が下水でその中の懸濁粒子のみを除去する場合は、無機凝集剤３を添加する反応槽２を設置せず、原水を直接凝集槽５に投入してもよい。この場合は、カチオン性ポリマを使用する。前記浮上性粒子としては、上記したような発泡スチロール微粒子のような比重が小さく微粒子状の浮上性微粒子を用いることが好ましい。このため、図面では、浮上性粒子として浮上性微粒子４を用いた場合で示す。添加する浮上性微粒子４は、後段の排出槽１３で回収した回収浮上性微粒子２０を用いるが、場合によっては、新規な浮上性微粒子を追加して使用してもよい。
【０００８】
本発明に使用するために最適な浮上性粒子を種々検討した結果、発泡プラスチック微粒子、特に発泡スチロールは比重が０．０４程度と極めて小さく、極めて浮上力が大きいこと、低価格で、入手も容易であるので最適であることを見出した。
原水に添加する浮上性粒子の粒径は重要因子であり、過度に大きいとフロックが浮上性粒子に付着しなくなる問題があり、一方過度に小さいと浮上速度が小さくなるので、粒径３０〜３０００μｍ、好ましくは１００〜１０００μｍ、更に好ましくは３００〜８００μｍが好適範囲である。
【０００９】
浮上性粒子の添加量として好適な範囲は、少なすぎると浮上速度向上効果が少なくなり、多すぎるとフロックに取り込まれなくなるので、浮上性粒子のかさ容積で５〜１００（ｍｌ浮上性粒子／リットル原水程度）が好適で、さらに好ましくは１０〜４０（ｍｌ浮上性粒子／リットル原水）の範囲である。
【００１０】
後段の排出槽１３で浮上性微粒子をエアリフトポンプ１８で返送するに際し、洗浄用水として処理水９の一部を用いる場合、或いは、原水１中の懸濁粒子のみを除去する場合は、浮上性微粒子を含む液を供給する槽は、ポリマー６を添加する凝集槽５としても良い。
【００１１】
無機凝集剤３の適正添加率は原水１の水質によって変化するが、下水を本発明によって処理する場合は、ＰＡＣでは１００〜２００ｍｇ／リットル、塩化第２鉄では５０〜１００ｍｇ／リットルである。リン酸イオンを除去する場合は、無機凝集剤３の添加は不可欠であるが、それ以外の場合は無機凝集剤３の添加は不可欠ではなく、カチオン系ポリマで代替できることが多い。
有機高分子凝集剤（ポリマ）６はアニオン性、ノニオン性、カチオン性、両性ポリマのいずれか、またはこれらを併用する。下水中の凝集除去対象物質を除去する場合、その注入率は１〜３ｍｇ／リットル程度で十分である。
【００１２】
最も効果的な凝集方法を検討した結果、原水１に無機凝集剤３又はカチオンポリマを添加して攪拌したのち、ノニオンポリマと両性ポリマ又はアニオンポリマと両性ポリマを添加する方法が、非常に粘着性が大きくフロック強度が強いフロックが形成され、極めて効果的に浮上性微粒子と一体化した凝集フロックを形成できることを見出した。
【００１３】
浮上性微粒子と除去対象物質を含むフロックを浮上分離槽７に流入させると、瞬間的に浮上分離され、清澄な処理水９が浮上分離槽７の下部から流出する。浮上性微粒子と除去対象物質を含むフロックの浮上度は極めて大きく、驚くべきことに、浮上速度は５０００〜７０００ｍｍ／ｍｉｎと従来の加圧溶解空気泡を利用する浮上分離装置の約５０〜７０倍も大きい。
このとき、浮上分離物８にまだＳＳをフロック化する能力がある場合、バイパスライン２１を用いて反応槽２に返送するとよい。返送手段は浮上分離槽７の上部から任意のポンプ機構、例えばエアリフトポンプを用いるとスムーズに移送できる。
【００１４】
本発明では、浮上分離槽７と剥離槽１０及び排出槽１３の水面を連通させて、前記３槽と処理水９の排出管の水位を一定のレベルに保つ。処理水９の流出量は、後段の排出槽１３における剥離フロック引き抜き水量と浮上性微粒子をポンプで反応槽２或いは凝集槽５に返送する返送量によって決まる。
【００１５】
浮上分離槽７で分離された、フロック付着浮上性微粒子からなる浮上分離物８はフロック剥離槽１０に流入する。浮上分離物８の流入量は処理水９同様、剥離フロック引き抜き水量と浮上性微粒子返送量によって決まり、これをＲとする。フロック剥離槽１０では、フロック付着浮上性微粒子を激しくインペラのような攪拌機１１で攪拌し、フロックから除去対象物質を剥離する。
【００１６】
浮上性微粒子と剥離フロックを含む液１２は排出槽１３に送られる。その流量はＲである。排出槽１３の底部では、流量ｑで剥離フロックを含んだ廃水（汚泥）１６を排水する。また、排出槽１３には原水（或いは処理水）の一部１４を流量Ｑで供給する。浮上性微粒子を含む液はエアリフトポンプ１８によりエアリフト管１７を経て平均流量（Ｒ＋Ｑ−ｑ）で、反応槽２或いは凝集槽５に返送する。エアリフト管１７内の液流速は主に、吹き込み空気量と浸水深さ、揚程で決まる。浮上性微粒子の取り口を排出槽１３上部に、エアリフト管１７をＵ字型にして浸水深さを深くすると、吹き込み空気量を少なくすることができ経済的である。エアリフト管１７内の液の下向流速は少なくとも浮上性微粒子の上昇流速よりも大きくなるようにする。
【００１７】
浮上性微粒子と剥離フロックを含む液１２はエアリフト管１７を経て洗浄槽１９に供給され、ここで原水１の一部（又は処理水９の一部）１４を洗浄槽１９などから流入させ、洗浄された浮上性微粒子を回収浮上性微粒子２０として再度槽２又は５に供給する。
反応槽１或いは凝集槽２に返送された浮上性微粒子は、再びフロック付着に利用される。
【００１８】
【実施例】
以下において、本発明を実施例によりさらに説明するが、本発明はこれらの実施例により制限されるものではない。
【００１９】
実施例１
図１の処理フローを用いて、ＳＳ濃度１８０ｍｇ／リットルのＣＳＯを処理の対象に処理試験を行った。各槽の操作条件を第１表に示す。
原水の処理量は５０ｍ³／ｈｒとした。５０ｍ³／ｈｒのうち、反応槽に４１ｍ³／ｈｒ、排出槽に９ｍ³／ｈｒ供給した。
反応槽では、浮上性粒子として平均粒径５００μｍ、比重０．０５の球状発泡スチロール微粒子を２０ｍｌ／リットル添加し、強く攪拌して全体に分散させながら、無機凝集剤として塩化第２鉄を４０ｍｇ／リットル添加し、０．５分急速攪拌を行った。
凝集槽では、ポリマ（アニオン性ポリマ、分子量１５００万、銘柄エバグロースＡ１５１）を１．５ｍｇ／リットル添加し、０．５分急速攪拌した。この攪拌物を浮上分離速度５０００ｍｍ／ｍｉｎの超高速浮上分離速度に設定した浮上分離槽に流入させた。この結果、浮上性粒子に付着したフロックは瞬間的に浮上した。
【００２０】
剥離槽では回転数４５０ｒｐｍのスクリュウ羽根攪拌槽で２分間滞留させたところ、浮上性粒子からフロックが剥離した。
排出槽内に管径６５ｍｍのエアリフト管をＵ字型に設置し、空気量を１５０リットル／ｍｉｎで供給した。また、排出槽底部に剥離フロックの排出管を設置し、１．５ｍ³／ｈｒで抜き出した。
処理結果を第２表に示す。
このような連続条件で、浮上分離処理水ＳＳは平均１５ｍｇ／リットルとなり、下水中のＳＳが超高速度で効率よく除去された。
【００２１】
【表１】

【００２２】
【表２】

【００２３】
比較例１
従来公知の加圧溶解空気を利用する浮上分離装置で試験した。原水は実施例１と同一である。下水（ＳＳ１８０ｍｇ／リットル）に塩化第２鉄を４０ｍｇ／リットル添加し、０．５分間急速攪拌を行った後、ノニオン性ポリマ、分子量１５００万、銘柄エバグロースＮ８００を３ｍｇ／リットル添加し、１分急速攪拌したのち、加圧溶解空気を含んだ水を供給し、浮上分離速度２００ｍｍ／ｍｉｎの浮上分離速度に設定した浮上分離装置に流入させた。この結果、微細な気泡に付着したフロックは緩慢に浮上した。処理水ＳＳは１２ｍｇ／リットルとなり、下水中のＳＳが除去された。
しかし、浮上速度３００ｍｍ／ｍｉｎに設定して運転したところ、フロックはほとんど浮上せず、下降流の水流に随伴されて処理水に流出し、処理水ＳＳが１８５ｍｇ／リットルと著しく悪化し処理不能であった。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、以下に示す顕著な効果が得られる。
（１）従来の気泡による浮上分離法では全く不可能てあった、超高速度の浮上分離速度で原水中の懸濁粒子、リン酸イオン、色度成分、ＣＯＤ成分など凝集除去対象物質を、浮上分離できる。本発明の浮上速度は、文字通り驚異的であり５０００〜７０００（ｍ／ｍｉｎ）が容易に可能であり、従来の浮上分離法の５０〜７０倍の浮上速度が可能である。
（２）したがって、合流式下水道の雨天時越流水（ＣＳＯ）のように、短時間に膨大な水量が発生する原水に極めて好適であり、非常にコンパクトな装置でＣＳＯの懸濁粒子を除去できる。
（３）従来の加圧溶解空気浮上分離法で不可欠であった空気コンプレッサ、空気溶解槽などが不要であり、設備費、動力費が削減できる。
（４）浮上分離された浮上性粒子は、回収して再利用出来るので汚泥発生量が増加しない。
（５）排出槽に原水の一部又は処理水の一部を導入させることにより、浮上分離物から分離した浮上性粒子を排出槽からエアリフトポンプなどの手段で容易に移送することができる。
（６）浮上分離物の移送、洗浄も容易であり、機械的回転機構によるポンプ手段が不要になり、設備費、動力費が少ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超高速浮上分離装置の一実施例を示す概要説明図である。
【符号の説明】
１ 原水
２ 反応槽（予備凝集槽）
３ 無機凝集剤
４ 浮上性微粒子
５ 凝集槽
６ 高分子凝集剤（ポリマ）
７ 浮上分離槽
８ 浮上分離物
９ 処理水
１０ フロック剥離槽
１１ 攪拌機
１２ 浮上性微粒子と剥離フロックを含む液
１３ 汚泥排出槽
１４ 原水の一部
１５ 浮上性微粒子を含む液
１６ 汚泥（剥離フロック）
１７ エアリフト管
１８ エアリフトポンプ
１９ 洗浄槽
２０ 回収浮上性微粒子

Claims (6)

1. 凝集攪拌槽で凝集除去対象物質を含む水に、浮上性粒子及び少なくとも有機性高分子凝集剤を添加して、前記水中の凝集除去対象物質を該浮上性粒子に付着させる凝集攪拌工程；該凝集攪拌工程の凝集除去対象物質が付着した浮上性粒子を含む流出水を浮上分離槽に導入して前記凝集除去対象物質付着浮上性粒子を浮上分離し、処理水を排出する浮上分離工程と；該浮上分離工程からの浮上分離物をフロック剥離槽で攪拌して浮上分離物から凝集除去対象物質を含むフロックを剥離するフロック剥離工程と；排出槽に該フロック剥離工程からの浮上性粒子と該剥離フロックを含む水を流量Ｒで導入し、凝集除去対象物質を含む水又は処理水の一部を流量Ｑで供給し、上部の浮上性粒子を含む液を平均流量（Ｒ＋Ｑ−ｑ）でポンプアップし、前記凝集攪拌槽に循環させ、かつ該剥離フロックを含む汚泥を流量ｑで排水する排出分離工程とを有することを特徴とする超高速浮上性分離方法。
2. 前記フロック剥離槽と排出槽の水位が、浮上分離槽の水位と等しく、該槽間の浮上物の移送が、前記排出槽におけるのポンプの吸引手段によるものであることを特徴とする請求項１記載の超高速浮上分離方法。
3. 前記浮上分離工程に、浮上分離物の一部を前記凝集攪拌工程に返送するリサイクル手段を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の超高速浮上分離方法。
4. （ａ）凝集除去対象物質を含む水に、浮上性粒子及び少なくとも有機性高分子凝集剤を添加して、前記水中の凝集除去対象物質を該浮上性粒子に付着させる凝集攪拌槽と；（ｂ）該凝集攪拌槽の凝集除去対象物質が付着した浮上性粒子を含む流出水を導入して前記凝集除去対象物質付着浮上性粒子を浮上分離し、処理水を排出する浮上分離槽と；（ｃ）該浮上分離槽からの浮上分離物を攪拌して浮上分離物から凝集除去対象物質を含むフロックを剥離するフロック剥離槽と；（ｄ）浮上性粒子と該剥離フロックを含む水を導入し、浮上性粒子と該剥離フロックを分離排出する排出槽；（ｅ）該排出槽に浮上性粒子と該剥離フロックを含む水を流量Ｒで移送する手段；（ｆ）該排出槽に凝集除去対象物質を含む水又は処理水の一部を流量Ｑで供給し、該剥離フロック等を含む汚泥を排出槽から流量ｑで排水する手段と；（ｇ）該排出槽上部の浮上性粒子を含む液を平均流量（Ｒ＋Ｑ−ｑ）でポンプアップし、前記凝集攪拌槽に循環させる手段を設けたことを特徴とする超高速浮上性分離装置。
5. 前記フロック剥離槽と排出槽の水位が、浮上分離槽の水位と等しく、該槽間の浮上物の移送が、前記（ｇ）のポンプの吸引手段によるものであることを特徴とする請求項４記載の超高速浮上分離装置。
6. 前記浮上分離槽に、浮上分離物の一部を前記凝集攪拌槽に返送するリサイクル手段を備えたことを特徴とする請求項４又は請求項５記載の超高速浮上分離装置。

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