JP4785010B2 - 撹拌混合装置を備えた沈殿槽 - Google Patents

Description

本発明は、廃水処理施設において、廃水と凝集剤を撹拌混合する処理工程に使用される撹拌混合装置を備えた沈殿槽に関する。

撹拌混合は廃水処理の基本操作であり、方法や装置に関して多くの実施例がある。
廃水の種類や処理の目的にもよるが、多くの場合、均一撹拌混合が求められ、薬品を用いる廃水処理など混合効率の向上を目指した改良開発が行われている。

薬品を用いる廃水処理としては、凝集沈殿法が代表的である。廃水に凝集剤を接触させて廃水に溶解している汚濁成分を汚泥として析出させ、汚泥を分離することによって処理水を得るものである。典型的な処理フローは、図６に示すように、廃水Ｐ１に凝集剤Ｐ２を加えて撹拌混合する混和槽１００、引き続いて凝集助剤Ｐ３を加えて撹拌混合する凝集槽１０２、さらに引き続いて静置して汚泥を沈殿させるための凝集沈殿槽１０４から構成される。なお、凝集沈殿槽１０４においては、沈殿した汚泥は汚泥かき寄せ機１０５で槽の中央にかき寄せられ、槽の底部から引き抜かれ、汚泥引き抜きポンプ（図示せず）で系外へ移送されるようになっている。ここで、混和槽１００は急速撹拌槽、凝集槽１０２は緩速撹拌槽と呼ばれることもある。混和槽１００では３００ｒｐｍ程度の高速撹拌で廃水Ｐ１と凝集剤Ｐ２の撹拌混合を目的とし、凝集槽１０２では５０ｒｐｍ程度の緩速撹拌で凝集フロックの成長を目的としている。混和槽１００、凝集槽１０２では撹拌機１０１を用いることが多く、混和槽１００で５分以上、凝集槽１０２で２０分以上の滞留時間をもって設計される（以下の非特許文献１、３７１ページ参照）。

社団法人全国都市清掃会議、「廃棄物最終処分場整備の計画・設計要領」、３７１ページ

従って、従来から用いられている凝集沈殿法では、滞留時間が長いので混和槽１００、凝集槽１０２の容積が大きくなるという欠点があった。また、機器数が多いので、メンテナンス負担が大きいという欠点があった。

本発明は、上記課題に鑑みて考え出されたものであり、その目的は、１槽という単一構造でありながら、従来例の混和槽の機能及び凝集槽の機能を有することにより、撹拌機を始めとする機器の数や水槽の数を低減して設備を簡素化することができる沈殿槽を提供することである。

本発明の要旨は、廃水と凝集剤とを撹拌混合する撹拌混合装置を備えた沈殿槽であって、
前記撹拌混合装置は、
底部が閉塞、上部が開口とした円筒状容器と、
前記円筒状容器の下部に配管接続され、円筒状容器内部に前記廃水と前記凝集剤とを流入させる流入管と、
前記円筒状容器の内部に下降流を発生させる撹拌手段と、
を備え、
前記流入管を経由して円筒状容器内部に流入した廃水と凝集剤の上昇流と前記撹拌手段による下降流とで形成される強撹拌部にて、廃水と凝集剤とを撹拌混合するとともに、
さらに、前記円筒状容器の外側に、該円筒状容器と同心円をなすところの上下とも開口した外筒が設けられ、前記円筒状容器の上部周縁部には切り欠き部分が形成されており、この切欠き部分から撹拌混合溶液が外筒へ越流する水面部分に凝集助剤を添加するための凝集助剤添加手段が備えられて構成されており、
沈殿槽の水面位置が、撹拌混合装置を構成する前記円筒状容器の切り欠き部分の上面から底面までの範囲に存在するように、撹拌混合装置が設置されていることを特徴とする。

ここで、撹拌混合装置の設置位置を上記のように規制するのは、以下の理由による。即ち、沈殿槽の水面位置が円筒状容器の切り欠き部分の底面よりも下にある場合は、円筒状容器から越流した撹拌混合液が、円筒状容器の切り欠き部分の底面よりも下にある水面に落下してしまうので、円筒状容器と外筒との間を緩やかに旋回しながら下降流を形成していくプロセスがなく、凝集汚泥のフロックを効率よく成長させることが不可能となるからである。一方、沈殿槽の水面位置が円筒状容器の切り欠き部分の上面よりも上にある場合は、本来的に撹拌混合液が円筒状容器から越流することができないからである。

上記構成により、廃水と凝集剤を攪拌混合する機能を果たす円筒状容器は、従来例の混和槽に相当する。凝集汚泥のフロックを成長させる空間を形成する働きをなす外筒は、従来例の凝集槽に相当する。従って、１槽という単一構造でありながら、従来例の混和槽の機能及び凝集槽の機能を有することにより、撹拌機を始めとする機器の数や水槽の数を低減して設備を簡素化することができる。

加えて、沈殿槽に備えられる撹拌混合装置は強撹拌部を廃水と凝集剤が確実に通過する構造なので、撹拌混合効率が向上し、滞留時間を短くできるので、装置の容積を小さくすることができる。そのため、撹拌混合装置に応じて沈殿槽も、容積の小さいものを使用することが可能となる。
また、上記構成によれば、撹拌手段によって発生する下降流と、被処理水と処理剤の上昇流とが衝突して乱流の強撹拌部が形成されるので撹拌混合効率が向上する。加えて、強撹拌部から越流部までの上昇流部分で接触時間を確保しており、旋回混合しながら上昇することでさらに撹拌混合が促進される。このように撹拌混合効率の向上により、滞留時間を大幅に短くできるので、撹拌混合装置の容積を小さくできる。
また、上記構成によれば、撹拌混合液が越流する際に、必ず切り欠き部分から越流することになる。従って、撹拌混合液と凝集助剤との接触効率が良好である。また、越流した撹拌混合液は凝集助剤と接触した後、円筒状容器と外筒との間を緩やかに旋回しながら下降流を形成していくことにより、凝集汚泥のフロックを効率よく成長させることが可能となる。なお、撹拌混合液と凝集助剤との接触効率を向上させるために、切り欠き部分は１ヶ所に限定することが好ましい。

本発明に係る撹拌混合装置を備えた沈殿槽によれば、１槽という単一構造でありながら、従来例の混和槽の機能及び凝集槽の機能を有することにより、撹拌機を始めとする機器の数や水槽の数を低減して設備を簡素化することができる。

本発明に係る撹拌混合装置を備えた沈殿槽の構成図。 本発明に係る撹拌混合装置の略立面図。 本発明に係る撹拌混合装置の略平面図。 撹拌混合装置の他の適用例を示す構成図。 撹拌混合装置のさらに他の適用例を示す構成図。 標準的な凝集沈殿法のフロー図。

本発明に係る撹拌混合装置を、実施の形態に基づいて詳述する。なお本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。

図１は本発明に係る撹拌混合装置を備えた沈殿槽の構成図、図２は本発明に係る撹拌混合装置の略立面図、図３は本発明に係る撹拌混合装置の平面図である。沈殿槽１は本発明の撹拌混合装置２を備えている。撹拌混合装置２は沈殿槽１の水面位置に配置されている。より具体的な設置位置は後述する。

撹拌混合装置２を備えた沈殿槽１の処理の概要としては、廃水Ｐ１と凝集剤Ｐ２を撹拌混合装置２の下部に流入させ、凝集助剤Ｐ３を撹拌混合装置２の上部から投入する。撹拌混合装置２で生成した凝集汚泥は、沈殿槽１の下部に沈殿する。そして、沈殿した汚泥は、汚泥かき寄せ機３により沈殿槽１の中央にかき寄せられ、沈殿槽１の底部から引き抜かれ、汚泥引き抜きポンプ４により系外へ移送される。一方、汚泥と分離された清澄な処理水は沈殿槽１の上部から越流する。

次いで、撹拌混合装置２の具体的構成を説明する。
撹拌混合装置２は円筒状容器２１を有している。円筒状容器２１は下部が閉塞され上部が開口しており、その内部に撹拌部材２３が設けられている。この撹拌部材２３はモータ２４により駆動される。円筒状容器２１の外側には、上部及び下部とも開口した外筒２２が設けられている。この外筒２２は、円筒状容器２１と同心円をなすように配置されている。

円筒状容器２１及び外筒２２の上方には、モータ２４を取り付ける取付板２５が配置されている。取付板２５の下面にはブラケット４１ａが形成されており、支持部材４２ａの下端部が外筒２２に固着されて、外筒２２が取付板２５に固定されている。円筒状容器２１も外筒２２と同様にブラケット４１ｂ及び支持部材４２ｂにより、取付板２５に固定されている。また、円筒状容器２１の上端部は外筒２２の上端部よりも下方に位置している。そして、円筒状容器２１の上部周縁部には切り欠き部分３５が形成されている。この切り欠き部分３５は、円筒状容器２１内部で混合撹拌された混合液が外筒２２に越流する際の越流位置を規制する働きをなす。切り欠き部分３５の直上には、切り欠き部分３５に向けて凝集助剤Ｐ３を滴下するための滴下ノズル５０が配置されている。

円筒状容器２１の下部には、円筒状容器２１内部に廃水Ｐ１と凝集剤Ｐ２とを流入させる流入管５１が配管接続されている。

ここで、撹拌混合装置２の設置位置について説明する。本実施の形態では、図２に示すように、切り欠き部分３５の底面位置と沈殿槽１の水面位置Ｌ１とが等しくなるように、撹拌混合装置２が沈殿槽１に設置されている。本発明はこれに限定されず、沈殿槽１の水面位置Ｌ１が、円筒状容器２１の切り欠き部分３５の底面３５ａから上面３５ｂまでの範囲に存在するように、撹拌混合装置２が設置されていればよい。このように規制するのは、沈殿槽１の水面位置Ｌ１が円筒状容器２１の切り欠き部分３５の底面３５ａよりも下にある場合は、円筒状容器２１から越流した撹拌混合液が、円筒状容器２１の切り欠き部分３５の底面３５ａよりも下にある水面に落下してしまうので、円筒状容器２１と外筒２２との間を緩やかに旋回しながら下降流を形成していくプロセスがなく、凝集汚泥のフロックを効率よく成長させることが不可能となるからである。一方、沈殿槽１の水面位置Ｌ１が円筒状容器２１の切り欠き部分３５の上面３５ｂよりも上にある場合は、本来的に撹拌混合液が円筒状容器２１から越流することができないからである。

次いで、上記構成の撹拌混合装置２を備えた沈殿槽１での処理を詳述する。
廃水Ｐ１と凝集剤Ｐ２は円筒状容器２１の下部に注入される。これにより、円筒状容器２１内では廃水Ｐ１と凝集剤Ｐ２が接触し、撹拌反応されて凝集汚泥を生成する。そして、この凝集汚泥を含む混合液は切り欠き部３５を越えて外筒２２側に流れ込む。このとき、切り欠き部３５に凝集助剤Ｐ３が滴下されるように構成されているので、混合液と凝集助剤Ｐ３との接触効率の向上が図られる。また、撹拌部材２３による流れが下降流であり、廃水Ｐ１の流入が円筒状容器２１下部であるため廃水の流れが上昇流であり、その結果、下降流と上昇流とが衝突して乱流の強撹拌部が形成されるので、円筒状容器２１内での廃水Ｐ１と凝集剤Ｐ２との接触効率が向上し、凝集汚泥の生成効率が良好となる。加えて、強撹拌部から越流部までの上昇流部分で接触時間を確保しており、旋回混合しながら上昇することでさらに撹拌混合が促進される。

次いで、円筒状容器２１内を旋回混合しながら上昇する撹拌混合液は、切り欠き部３５を越えて外筒２２側に流れ込む。このとき、切り欠き部３５に凝集助剤Ｐ３が滴下されるので、越流した撹拌混合液は凝集助剤Ｐ３と接触して、その後、円筒状容器２１と外筒２２との間を図３の円周方向Ｋ１に緩やかに旋回しながら下降流を形成する。これにより、凝集汚泥のフロックが成長する。

このようにして、撹拌混合効率が向上し、滞留時間を短くできるので、装置の容積を小さくすることができる。

また、廃水と凝集剤を攪拌混合する機能を果たす円筒状容器は、従来例の混和槽に相当する。凝集汚泥のフロックを成長させる空間を形成する働きをなす外筒は、従来例の凝集槽に相当する。従って、１槽という単一構造でありながら、従来例の混和槽の機能及び凝集槽の機能を有することにより、混和槽、凝集槽、凝集沈殿槽の３槽から構成されていたプロセスが１槽のみと簡素化することができる。つまり、つまり単一構造なので、従来例に対して、撹拌機を始めとする機器の数や水槽の数を低減して設備を簡素化することができる。

（実験例）
円筒状容器２１の容積が０．０３２ｍ^３の装置を用いて廃水流入量１１０ｍ^３／ｄの条件で運転を行った。この結果、背景技術で記述した標準的な凝集沈殿法と同じ性状の凝集汚泥、処理水が得られた。この条件での滞留時間は０．４２分であり、標準的な滞留時間５分と比べて大幅に滞留時間を短縮することができることが確認された。

（その他の事項）
（１）上記実施の形態では、廃水と凝集剤を攪拌混合する装置について説明したけれども、本発明に係る攪拌混合装置２は図４に示す原水Ｐ４とｐＨ調整剤Ｐ５を攪拌混合する装置についても適用できる。即ち、原水Ｐ４とｐＨ調整剤Ｐ５を撹拌混合装置２の底部に流入させる。原水Ｐ４のｐＨと、ｐＨ調整の目的のｐＨとを照らし合わせて、ｐＨ調整剤Ｐ５はアルカリあるいは酸が用いられる。図示しないｐＨ計の計測値によってｐＨ調整剤Ｐ５の投入量を制御することが好ましい。ｐＨ調整は、廃水処理施設の前処理や後処理など、あらゆる工程で行われる。

（２）上記実施の形態では、廃水と凝集剤を攪拌混合する装置について説明したけれども、本発明に係る攪拌混合装置２は図５に示す原水Ｐ４と粉末活性炭Ｐ６を攪拌混合する装置についても適用できる。即ち、原水Ｐ４と粉末活性Ｐ６を撹拌混合装置２の底部に流入させる。粉末活性炭は乾燥状態で投入してもよいが、あらかじめ別の水槽で水に懸濁させておいてポンプで投入すると省力化ができる。撹拌混合装置２で原水Ｐ４と粉末活性炭Ｐ６が接触反応し、処理水として流出する。必要に応じてその後に処理水と粉末活性炭Ｐ６は分離される。粉末活性炭Ｐ６は原水Ｐ４中の溶解性有機物や色度成分を吸着することができるので、廃水処理施設の所望の工程で実施することができる。

本発明は、し尿処理場や下水処理場、埋立浸出水処理施設等の廃水処理施設において使用される、廃水に凝集剤を添加して凝集汚泥を発生させる撹拌混合装置、及びその撹拌混合装置を備えた沈殿槽に適用できる。

２１：円筒状容器
２２：外筒
２３：撹拌部材
２４：モータ
２５：取付板
３５：切り欠き部分
３５ａ：切り欠き部分３５の上面
３５ｂ：切り欠き部分３５の底面

Claims (1)

1. 廃水と凝集剤とを撹拌混合する撹拌混合装置を備えた沈殿槽であって、
   前記撹拌混合装置は、
   底部が閉塞、上部が開口とした円筒状容器と、
   前記円筒状容器の下部に配管接続され、円筒状容器内部に前記廃水と前記凝集剤とを流入させる流入管と、
   前記円筒状容器の内部に下降流を発生させる撹拌手段と、
   を備え、
   前記流入管を経由して円筒状容器内部に流入した廃水と凝集剤の上昇流と前記撹拌手段による下降流とで形成される強撹拌部にて、廃水と凝集剤とを撹拌混合するとともに、
   さらに、前記円筒状容器の外側に、該円筒状容器と同心円をなすところの上下とも開口した外筒が設けられ、前記円筒状容器の上部周縁部には切り欠き部分が形成されており、この切欠き部分から撹拌混合溶液が外筒へ越流する水面部分に凝集助剤を添加するための凝集助剤添加手段が備えられて構成されており、
   沈殿槽の水面位置が、撹拌混合装置を構成する前記円筒状容器の切り欠き部分の上面から底面までの範囲に存在するように、撹拌混合装置が設置されていることを特徴とする沈殿槽。

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