JP4181972B2

JP4181972B2 - 凝集沈殿処理装置

Info

Publication number: JP4181972B2
Application number: JP2003386665A
Authority: JP
Inventors: 比良久瀬尾; 正章吉野
Original assignee: Maezawa Industries Inc
Current assignee: Maezawa Industries Inc
Priority date: 2003-11-17
Filing date: 2003-11-17
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2023-11-17
Also published as: JP2005144350A

Description

本発明は、凝集沈殿処理装置に関し、詳しくは、原水に凝集剤を添加するとともに微粒砂のような沈降促進材を混合して沈降速度の大きいフロックを形成することによりフロックの沈降を促進し、原水中の懸濁成分を急速に沈殿分離させることができる凝集沈殿処理装置に関する。

原水中の懸濁成分（ＳＳ）を沈殿分離する装置として、原水中に凝集剤と微粒砂のような沈降促進材とを添加混合し、微粒砂を核としたフロックを凝集形成することにより、フロックを重量化させて沈降速度を高め、沈殿分離処理を極めて短時間で行えるようにした高速凝集沈殿処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

このような凝集沈殿処理装置は、原水に凝集剤及び微粒砂を添加混合してフロックを形成するためのフロック形成手段と、該フロック形成手段で生成したフロックを沈殿分離するためのフロック分離手段と、該フロック分離手段で沈殿分離した沈殿物から前記微粒砂を分離して前記フロック形成手段に循環させる微粒砂分離手段とを備えており、沈降促進材である不溶性の微粒砂を系内で循環使用するようにしている。

前記微粒砂分離手段は、フロックにおける汚泥と微粒砂との重量差により両者を分離するサイクロンが一般的に用いられているが、サイクロンで汚泥と微粒砂とを分離するためには、フロックを高速でサイクロンに導入する必要がある。このため、フロックをサイクロンに高速で導入するために大容量のポンプを必要とするだけでなく、微粒砂を含むフロックが配管内を高速で通過することによって配管が摩耗するという問題があった。このため、設備費や電力費が嵩むだけでなく、ポンプや配管等のメンテナンスに要する維持管理費も嵩むものとなっていた。さらに、サイクロンの目詰まりを防止するため、原水の流入部等に微細目あるいは細目スクリーンを設置して細かな夾雑物も取り除かなければならなかった。

また、サイクロンを使用しない微粒砂分離手段として、撹拌機を備えた分離槽内にフロックを導入し、撹拌機によってフロックを破砕して汚泥と微粒砂とに分離するとともに、分離槽の底部から微粒砂を抜き出して循環させ、分離槽の上部から汚泥をオーバーフローさせて抜き出すようにした分離手段が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特許第２６３４２３０号公報特開２０００−３２５７０４号公報

しかし、特許文献２に記載の分離手段では、撹拌機によって分離槽内が高速で撹拌された状態となっているため、フロックから分離した微粒砂が汚泥と一緒に分離槽の上部からオーバーフローして系外に流出してしまうことがあった。このため、微粒砂を頻繁に補充する必要が生じることになる。また、十分に破砕されないフロックが分離槽の底部に沈降して抜き出され、フロック形成手段に循環して処理負荷を増大させてしまうおそれもあった。

そこで本発明は、微粒砂を確実に分離することができ、微粒砂の系外への流出を防止して微粒砂の略全量を循環させることが可能で、設備費や維持管理費を大幅に削減することができる凝集沈殿処理装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の凝集沈殿処理装置は、原水に凝集剤及び不溶性微粒子からなる沈降促進材を添加混合して沈降促進材含有フロックを形成するためのフロック形成手段と、該フロック形成手段で生成した沈降促進材含有フロックを沈殿分離させて処理水を得るためのフロック分離手段と、該フロック分離手段で沈殿分離した沈降促進材含有フロックから前記沈降促進材を分離して前記フロック形成手段に循環させる沈降促進材分離手段とを備えた凝集沈殿処理装置において、前記沈降促進材分離手段は、前記沈降促進材含有フロックを破砕して汚泥と沈降促進材とに分離するフロック破砕手段を備えたフロック破砕部と、該フロック破砕部で分離した汚泥と沈降促進材とを含む混合物から沈降促進材を沈殿分離させる沈降促進材沈殿分離部と、該沈降促進材沈殿分離部で沈殿分離した沈降促進材を抜き出して前記フロック形成手段に循環供給する沈降促進材抜出経路と、沈降促進材沈殿分離部の上部に上昇した汚泥を抜き出す汚泥抜出経路とを備えていることを特徴としている。

さらに、本発明の凝集沈殿処理装置は、前記沈降促進材沈殿分離部から混合物の一部を抜き出して前記フロック破砕部に循環させる循環経路を備えていること、前記沈降促進材沈殿分離部は、槽内中央部の混合物中に設けられたドラフトチューブと、該ドラフトチューブの内周に下降流を発生させるとともに、ドラフトチューブの外周に上昇流を発生させるための下降流発生機とを備えていることを特徴としている。

本発明の凝集沈殿処理装置によれば、フロック分離手段から抜き出したフロックの破砕をフロック破砕手段を備えたフロック破砕部で行うので、フロックを高速で移送する必要がなくなり、大容量のポンプが不要となり、配管等の摩耗もほとんどなくなる。また、微粒砂の分離回収は、沈降促進材沈殿分離部で行うので、汚泥と微粒砂とを確実に分離することが可能となり、微粒砂の略全量を循環させることができる。したがって、設備費や電力費の削減が図れるとともに、微粒砂の補充がほとんど不要となり、配管等の交換時期も大幅に延長されるので、維持管理費も大幅に削減することができる。

図１は本発明の一形態例を示す凝集沈殿処理装置の系統図である。まず、凝集沈殿処理装置は、原水に凝集剤及び不溶性微粒子からなる沈降促進材としての微粒砂を添加混合して沈降性の良好なフロックを凝集形成するためのフロック形成手段１０と、該フロック形成手段１０で生成した沈降促進材を含有するフロックを沈殿分離するためのフロック分離手段２０と、該フロック分離手段２０で沈殿分離した沈殿物（フロック）から微粒砂を分離して前記フロック形成手段１０に循環させる沈降促進材分離手段３０とを有している。

フロック形成手段１０は、原水流入経路１１，無機凝集剤添加経路１２及び撹拌機１３Ｍを備えた第１撹拌槽（急速撹拌槽）１３と、高分子凝集剤添加経路１４、微粒砂添加経路１５及び撹拌機１６Ｍを備えた第２撹拌槽（注入撹拌槽）１６と、撹拌機１７Ｍを備えたフロック形成槽１７とで形成されている。第１撹拌槽１３と第２撹拌槽１６とは隔壁１８の上部で連通しており、第２撹拌槽１６とフロック形成槽１７とは隔壁１９の下部で連通している。

フロック分離手段２０は、槽底部に設けられた汚泥ピット２１から沈殿物搬送ポンプ２２を介して沈殿物（沈降促進材含有フロック、以下、フロックという）を抜き取る沈殿物抜取経路２３を有するとともに、槽上部に設けられた集水樋２４を介して処理水を流出させる処理水流出経路２５を有する沈殿槽２６であって、槽底面部には、槽底面に沈降したフロックを前記汚泥ピット２１に掻き寄せるための汚泥掻寄機２７が設けられている。また、前記集水樋２４の下方にはフロックの分離効果を促進するための傾斜板２８が設けられており、沈殿槽２６の一側には、前記フロック形成槽１７に上部で連通する隔壁２９が設けられている。

沈降促進材分離手段３０は、前記沈殿物抜取経路２３に抜き取ったフロックを破砕して微粒砂と汚泥とに分離するフロック破砕部としてのフロック破砕槽３１と、該フロック破砕槽３１で分離した微粒砂と汚泥とを含む混合物から微粒砂を沈殿分離させる沈降促進材沈殿分離部としての微粒砂沈殿槽３２と、該微粒砂沈殿槽３２の底部に沈殿した微粒砂を抜き出して前記微粒砂添加経路１５に循環供給する沈降促進材抜出経路３３と、微粒砂沈殿槽３２の上部に上昇した汚泥を抜き出す汚泥抜出経路３４と、フロック破砕槽３１から微粒砂沈殿槽３２へ微粒砂と汚泥とを含む混合物を供給する混合物供給経路３５と、微粒砂沈殿槽３２からフロック破砕槽３１へ微粒砂沈殿槽３２内の混合物の一部を循環ポンプ３６により循環させる混合物循環経路３７とを有している。

フロック破砕槽３１には、フロックを破砕するためのカッター等をフロック破砕手段として備えた破砕機３８が設けられており、この破砕機３８を作動させることにより、フロックが破砕されて微粒砂と汚泥とに分離する。

また、微粒砂沈殿槽３２の内部には、槽内中央部の混合物中に設けられたドラフトチューブ４１と、該ドラフトチューブ４１の内周に下降流を発生させるとともに、ドラフトチューブ４１の外周に上昇流を発生させるためのスクリューのような下降流発生機４２と、槽上部を内外に区画する上部隔壁４３とが設けられており、該上部隔壁４３が設けられた部分の上部槽壁３２ａは、下部槽壁３２ｂよりも拡大した形状となっており、上部隔壁４３と上部槽壁３２ａとの間に面積の広い汚泥上昇部４４が形成されている。

原水流入経路１１から第１撹拌槽１３に流入した原水は、無機凝集剤添加経路１２から供給される無機凝集剤と混合した後、隔壁１８の上方を通過して第２撹拌槽１６に流入する。第２撹拌槽１６では、高分子凝集剤添加経路１４から供給される高分子凝集剤と、微粒砂添加経路１５から投入される微粒砂と混合した後、隔壁１９の下方を通ってフロック形成槽１７に流入し、フロック形成槽１７で原水中の懸濁成分が凝集する際に沈降促進材である微粒砂を吸着し、沈降性の高い凝集フロックを形成する。

フロックを含有した原水は、隔壁２９の上方を通って沈殿槽２６に流入し、フロックが槽底部に沈殿分離して処理水が処理水流出経路２５から抜き出されるとともに、槽底部に沈降したフロックが汚泥ピット２１から沈殿物抜取経路２３に抜き取られ、フロック破砕槽３１に送られる。

フロック破砕槽３１に流入したフロックは、高速回転する破砕機３８のカッター等で破砕され、微粒砂と汚泥とが分離した状態の混合物となる。この混合物は、混合物供給経路３５を通って微粒砂沈殿槽３２に供給される。このとき、微粒砂沈殿槽３２に供給される混合物中には、フロック破砕槽３１で分離した微粒砂及び汚泥と、未破砕のフロックとが存在した状態となっており、これらの比重は、微粒砂、フロック、汚泥の順に小さくなっている。

下降流発生機４２は、ドラフトチューブ４１の外側を上昇する混合物に、一番比重の大きな微粒砂が沈降し、フロック及び汚泥が上昇するような流速を発生させている。したがって、微粒砂は、混合物がドラフトチューブ４１の外側を上昇する間に槽底部に向かって沈降することになる。槽底部に沈降した微粒砂は、沈降促進材抜出経路３３に抜き出され、微粒砂添加経路１５を通って第２撹拌槽１６に循環供給される。沈降促進材抜出経路３３から微粒砂添加経路１５への微粒砂の搬送は、両者の位置関係に応じて任意に最適なものを選択することができ、例えば、スクリュー式コンベヤ等を使用することができる。

このとき、搬送手段として使用する機器、例えばスクリュー式コンベヤに微粒砂の貯留機能を持たせておくことにより、凝集沈殿操作の終了後に全ての微粒砂をスクリュー式コンベヤ部分に回収して貯留しておくことができるので、次回の凝集沈殿操作の開始時にスクリュー式コンベヤを所定速度で運転することにより、第２撹拌槽１６に微粒砂を定量供給することができるため、運転の再開を短時間で行うことができる。

また、汚泥上昇部４４は、混合物供給経路３５からの混合物流入量と、沈降促進材抜出経路３３からの微粒砂引抜量及び混合物循環経路３７の混合物循環量とに応じて、一番比重の小さな汚泥は上昇するが未破砕のフロックは沈降するような流速になるように水面積が設定されている。したがって、上部隔壁４３の下端から汚泥上昇部４４に汚泥とフロックとが流入すると、汚泥は汚泥上昇部４４の上昇流に同伴されて上昇し、槽上部を越流して汚泥抜出経路３４から抜き出され、フロックは汚泥上昇部４４を上昇することなく、ドラフトチューブ４１の外側を上昇する混合物の流れに戻される。

このように、微粒砂沈殿槽３２内の上昇流の流速を、微粒砂が沈降してフロック及び汚泥が上昇するドラフトチューブ４１の外側の領域と、汚泥が上昇してフロックが沈降する上部隔壁４３の外側の領域とに区分けすることにより、汚泥抜出経路３４から抜き出される汚泥に、微粒砂やフロックが同伴されることがなくなるので、微粒砂の分離を確実に行うことができ、フロック形成手段１０への微粒砂の補充もほとんど不要となる。

さらに、沈殿物抜取経路２３や混合物供給経路３５等の微粒砂を含むフロックや混合物が移送される経路では、サイクロンのような高流速を必要としないため、沈殿物搬送ポンプ２２等の小容量化が図れるとともに、沈殿物抜取経路２３を形成する配管やポンプ部品等の摩耗もほとんど生じなくなる。加えて、細かな夾雑物が侵入しても微粒砂の分離にはほとんど影響がないため、原水の流入部には、粗大な夾雑物を取り除くスクリーンを設置すればよいとの副次的な効果も得られる。

また、微粒砂沈殿槽３２内の混合物の一部は、微粒砂沈殿槽３２の上部で、上部隔壁４３の内側部分から混合物循環経路３７に抜き出され、フロック破砕槽３１に戻されてフロックの破砕処理が再び行われる。なお、微粒砂沈殿槽３２からフロック破砕槽３１に循環する混合物は、混合物循環経路３７の位置にもよるが、主として汚泥とフロックとであり、フロックには、フロック破砕槽３１で未破砕の状態まま微粒砂沈殿槽３２に流入したフロックと、微粒砂沈殿槽３２の内部で再凝集したフロックとが含まれている。

このように、微粒砂沈殿槽３２内の混合物の一部をフロック破砕槽３１に循環させることにより、フロック破砕槽３１で十分に破砕できなかったり、微粒砂沈殿槽３２の内部で再凝集したりしたフロックを確実に汚泥と微粒砂とに分離することができ、微粒砂の分離効率を大幅に高めることができる。但し、未破砕のフロック及び再凝集したフロックを下降流発生機４２によって破砕可能な状態ならば、混合物循環経路３７による混合物の循環は省略することができる。

また、少量のフロックが微粒砂と共にフロック形成手段１０に戻されても問題がない場合は、微粒砂沈殿槽３２での上昇流の流速を、汚泥のみが上昇し、フロック及び微粒砂が沈降する条件に設定することにより、混合物循環経路３７を省略することができる。

さらに、ドラフトチューブ４１及び下降流発生機４２を設けて前述のような上昇流を形成することにより、微粒砂の分離を確実にかつ短時間で行うことができる。一方、微粒砂沈殿槽３２内の上昇流は、混合物供給経路３５からの混合物をドラフトチューブ４１内に直接下向きに供給することによっても形成可能であり、この場合は、下降流発生機４２を省略することができる。また、ドラフトチューブ４１を設けずに、混合物供給経路３５からの混合物を槽下部から供給することによっても上昇流を形成することができ、この場合は、ドラフトチューブ４１及び下降流発生機４２を省略することもできる。

図２は沈降促進材沈殿分離部の他の形態例を示す断面図である。なお、以下の説明において、前記形態例で示した沈降促進材沈殿分離部における構成要素と同一の構成要素には、それぞれ同一符号を付して詳細な説明は省略する。

本形態例に示す沈降促進材沈殿分離部は、微粒砂沈殿槽３２に設けたドラフトチューブ５１の内部に、下降流発生機５２とカッター等の破砕機５３とを設け、フロック破砕部と沈降促進材沈殿分離部とを一体化している。このように、フロック破砕部と沈降促進材沈殿分離部とを一体化することにより、設置面積の縮小や設備費の削減が図れる。また、この一体化した沈降促進材沈殿分離部と前記フロック破砕槽３１とを設置して前記混合物循環経路３７を省略することもできる。

本発明の凝集沈殿処理装置は、設備費や維持管理費を抑えながら原水中の懸濁成分を急速に沈殿分離させることができるので、各種水処理設備における懸濁成分の除去装置として利用できる。

本発明の一形態例を示す凝集沈殿処理装置の系統図である。沈降促進材沈殿分離部の他の形態例を示す断面図である。

符号の説明

１０…フロック形成手段、１１…原水流入経路、１２…無機凝集剤添加経路、１３…第１撹拌槽（急速撹拌槽）、１４…高分子凝集剤添加経路、１５…微粒砂添加経路、１６…第２撹拌槽（注入撹拌槽）、１７…フロック形成槽、１８，１９…隔壁、２０…フロック分離手段、２１…汚泥ピット、２２…沈殿物搬送ポンプ、２３…沈殿物抜取経路、２４…集水樋、２５…処理水流出経路、２６…沈殿槽、２７…汚泥掻寄機、２８…傾斜板、２９…隔壁、３０…沈降促進材分離手段、３１…フロック破砕槽、３２…微粒砂沈殿槽、３３…沈降促進材抜出経路、３４…汚泥抜出経路、３５…混合物供給経路、３６…循環ポンプ、３７…混合物循環経路、３８…破砕機、４１…ドラフトチューブ、４２…下降流発生機、４３…上部隔壁、４４…汚泥上昇部、５１…ドラフトチューブ、５２…下降流発生機、５３…破砕機

Claims

原水に凝集剤及び不溶性微粒子からなる沈降促進材を添加混合して沈降促進材含有フロックを形成するためのフロック形成手段と、該フロック形成手段で生成した沈降促進材含有フロックを沈殿分離させて処理水を得るためのフロック分離手段と、該フロック分離手段で沈殿分離した沈降促進材含有フロックから前記沈降促進材を分離して前記フロック形成手段に循環させる沈降促進材分離手段とを備えた凝集沈殿処理装置において、前記沈降促進材分離手段は、前記沈降促進材含有フロックを破砕して汚泥と沈降促進材とに分離するフロック破砕手段を備えたフロック破砕部と、該フロック破砕部で分離した汚泥と沈降促進材とを含む混合物から沈降促進材を沈殿分離させる沈降促進材沈殿分離部と、該沈降促進材沈殿分離部で沈殿分離した沈降促進材を抜き出して前記フロック形成手段に循環供給する沈降促進材抜出経路と、沈降促進材沈殿分離部の上部に上昇した汚泥を抜き出す汚泥抜出経路とを備えていることを特徴とする凝集沈殿処理装置。
前記沈降促進材沈殿分離部から混合物の一部を抜き出して前記フロック破砕部に循環させる循環経路を備えていることを特徴とする請求項１記載の凝集沈殿処理装置。
前記沈降促進材沈殿分離部は、槽内中央部の混合物中に設けられたドラフトチューブと、該ドラフトチューブの内周に下降流を発生させるとともに、ドラフトチューブの外周に上昇流を発生させるための下降流発生機とを備えていることを特徴とする請求項１記載の凝集沈殿処理装置。