JP4937228B2

JP4937228B2 - 凝集沈殿装置

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Publication number: JP4937228B2
Application number: JP2008263829A
Authority: JP
Inventors: 裕一郎鳥羽; 和彦清水
Original assignee: Organo Corp
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 2008-10-10
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2028-10-10
Also published as: JP2010089047A

Description

本発明は、被処理水中の懸濁物質、凝集フロックを沈降分離させ、スラリブランケット層を形成して被処理水を清澄化する凝集沈殿装置に関する。

排水処理や用水処理等において、懸濁物質等を多く含む被処理水を処理対象とする場合には、ポリ塩化アルミニウム等のアルミニウム系凝集剤、塩化第二鉄等の鉄系凝集剤等を添加して、被処理水中の懸濁物質をフロック化させて、沈降分離を行う凝集沈殿処理が用いられる。また、フッ素のようなイオン状物質を含む被処理水を処理対象とする場合には、カルシウム剤と反応させて、フッ化カルシウム（固形物）を生成させてから、上記凝集剤を添加して、沈降分離を行う凝集沈殿処理が用いられる。

上記凝集沈殿処理方法において、フッ素を高度に処理するには、アルミニウム系凝集剤等の無機凝集剤を多量に添加する必要があるが、凝集剤を多量に添加すると、凝集沈殿処理により生成した汚泥の脱水性は悪く、汚泥脱水後のケーキ量が非常に多くなる問題がある。

そこで、汚泥脱水後のケーキ量を低減する手法として、汚泥循環法と呼ばれる方法が採られている。これは、凝集沈殿処理後の汚泥の一部を前段に設けられるカルシウム反応槽や無機凝集剤反応槽へ返送することにより、汚泥濃度を高めて高密度化し、汚泥の凝集性及び脱水性を高める（つまり、含水率を低下させる）ようにした方法である（例えば、特許文献１，２参照）。

また、上記汚泥循環法において、近年では、無機凝集剤の添加量を削減するために、返送する汚泥に消石灰や水酸化ナトリウム等のアルカリ剤、硫酸等の酸剤を加えて処理する汚泥再生処理を施した後、カルシウム反応槽、無機凝集剤反応槽等に返送する方法が採用されている（例えば、特許文献３，４参照）。汚泥をアルカリ剤や酸剤で処理することで、汚泥中の凝集剤由来の水酸化アルミニウム等は溶解し、吸着していたフッ素を放出させる。放出されたフッ素は、汚泥中のカルシウム、または汚泥再生時にｐＨ調整のために添加された消石灰や塩化カルシウム中のカルシウムと反応し、フッ化カルシウムを形成する。このようにして再生されたアルミニウム塩を無機凝集剤反応槽に返送し、凝集剤として再利用する。その結果、凝集剤の使用量を大幅に削減することができると共に、処理水質の向上、生成する汚泥の濃縮性及び脱水性の向上、処理設備の小型化等が可能となる。

凝集沈殿処理において、被処理水中の懸濁物質等の沈降分離には、スラリブランケット型の沈殿槽が用いられることが多い。スラリブランケット型の沈殿槽は、上向流式の沈殿槽であり、沈殿槽内の中間部にスラリブランケット層と称される懸濁・流動状態の汚泥層を形成し、槽内の上昇流に随伴される微細なフロックやその他の微粒子をスラリブランケット層にて捕捉して被処理水を清澄化するものである。そして、このようなスラリブランケット型の沈殿槽は、スラリブランケット層を形成しない通常の上向流式沈殿槽より良好な処理水質が得られ、且つ３〜１０ｍ／ｈの高い線速度（ＬＶ）を有する。

例えば、特許文献５には、槽内に設けられたチャンバに接続されると共に、チャンバの中心軸周りに回転自在であり、被処理水をチャンバから槽内に吐出するディストリビュータを有するスラッジブランケット型の凝集沈殿装置が提案されている。

また、例えば、特許文献６には、槽底部に汚泥が貯留することにより形成される汚泥ゾーンの界面位付近に、被処理水を吐出するディストリビュータを配置したスラッジブランケット型の凝集沈殿装置が提案されている。

また、例えば、特許文献７には、分離槽内に流入水受槽を設置し、該流入水受槽の上部を第１室、下部を第２室とし、該流入水受槽の外周と分離槽内の側壁とは水平方向に全周に渡って離れており、該流入水受槽の下方にロート状の整流板を設置し、該ロート状整流板は、上端が全周分離槽側壁に接し、下端は上端よりも径を狭くして分離槽側壁とは離れている凝集沈殿装置が提案されている。

特公平７−３６９１１号公報特開２００１−９４６８号公報特開２００５−２９６８３８号公報特許第２９３０５９４号公報特許第２９１９４６２号公報特許第３４６３４９３号公報特許第３８５６３１４号公報

特許文献５の凝集沈殿装置では、槽内への被処理水の分散を均一にすることができ、高ＬＶでも清澄な処理水を得ることができるが、装置の稼働時において、槽底部に貯留した汚泥を直ちに浮遊させて、スラリブランケット層を早期に形成することは困難である。

また、特許文献６の凝集沈殿装置では、装置の稼働時において、槽底部に貯留した汚泥を直ちに浮遊させて、スラリブランケット層を早期に形成させることは可能である。しかし、装置の停止時では、ディストリビュータに汚泥が堆積し、ディストリビュータの吹き出し口が閉塞されてしまう。また、装置の稼働時では、常時、槽底部の汚泥に被処理水が噴射され、汚泥が被処理水によって撹乱されて、槽底部から引き抜く汚泥の固形分濃度が薄くなってしまう。特に、汚泥循環再生法を伴う凝集沈殿処理（例えば、特許文献３，４）等に適用すると、汚泥の固形物濃度が薄いため、返送先での十分な凝集効果が得られない場合がある。また、凝集効果を高めるためには、容量の大きな循環ポンプが必要となるため、処理コストが増大する場合がある。

また、特許文献７の凝集沈殿装置では、装置の稼働時において、槽内の汚泥を直ちに浮遊させて、スラリブランケット層を早期に形成させることは可能である。しかし、ディストリビュータの吹き出し口が一つしか無く、また固定されているため、被処理水の処理流量が大きく、凝集沈殿槽が大きくなった場合では、層内への被処理水の均一分散性が悪くなる。特に、生成するフロックの比重が重く、且つ処理水ＳＳが１０ｍｇ／Ｌ以下の清澄な処理水質が求められる汚泥循環再生法を伴う凝集沈殿処理（例えば、特許文献３，４参照）等に適用すると、側壁付近でフロックの浮遊が悪く、清澄な処理水質が得られない場合がある。

そこで、本発明の目的は、凝集沈殿処理速度の向上、槽内への被処理水の均一分散性、装置の稼働時におけるスラリブランケット層の早期形成、槽から引き抜く汚泥の固形物濃度の向上、清澄な処理水質の確保等を達成することができる凝集沈殿装置を提供することにある。

（１）本発明は、槽内で、被処理水中の懸濁物質、凝集フロックを沈降分離させ、スラリブランケット層を形成して被処理水を清澄化する凝集沈殿装置であって、前記槽内を上部及び下部に区画する区画板と、前記槽内の上部に配設され、前記被処理水が導入されるチャンバと、前記チャンバの下端部に回転可能に配置され、前記チャンバ内の被処理水を吐出させるディストリビュータと、を備え、前記ディストリビュータは、前記チャンバの下端部から前記区画板に向かって延びている吹き出し管を有し、前記吹き出し管は、前記区画板と対向し前記区画板に向かって前記被処理水を吐出させる吹き出し孔を有し、前記区画板の中心部には、沈降する懸濁物質、凝集フロックが通過する通過孔が形成され、前記通過孔の面積は、前記槽の水平断面積に対して１０〜６０％の範囲である。

（２）本発明は、槽内で、被処理水中の懸濁物質、凝集フロックを沈降分離させ、スラリブランケット層を形成して被処理水を清澄化する凝集沈殿装置であって、前記槽内を上部及び下部に区画する区画板と、前記槽内の上部に配設され、前記被処理水が導入されるチャンバと、前記チャンバの下端部に回転可能に配置され、前記チャンバ内の被処理水を吐出させるディストリビュータと、を備え、前記ディストリビュータは、前記チャンバの下端部から前記区画板に向かって延びている吹き出し管を有し、前記吹き出し管は、前記区画板と対向し前記区画板に向かって前記被処理水を吐出させる吹き出し孔を有し、前記区画板には、沈降する懸濁物質、凝集フロックが通過する通過孔が複数形成され、前記通過孔の総面積は、前記槽の水平断面積に対して１０〜６０％の範囲である。

（３）上記（１）又は（２）記載の凝集沈殿装置において、前記槽内の底部に堆積した汚泥を掻き寄せるスクレーパを備えることが好ましい。

（４）上記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の凝集沈殿装置において、前記スラリブランケット層の界面位を検出する界面位計を備え、前記界面位計の検出値に基づいて、前記槽内の底部に堆積した汚泥の引き抜き量を調整することが好ましい。

（５）上記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の凝集沈殿装置において、前記吹き出し孔は、前記吹き出し管の端面に設けられ、前記吹き出し管は、前記吹き出し孔が前記区画板と対向するように、前記チャンバの下端部から前記区画板に向かって下方に延びていることが好ましい。

（６）本発明のフッ素含有水の処理装置は、フッ素含有水にカルシウム剤を添加してフッ化カルシウムを形成させ、フッ化カルシウムを含む第１処理水を生じさせるカルシウム反応槽と、前記第１処理水にアルニウム塩を添加して、前記フッ化カルシウムを凝集フロック化させ、凝集フロック化したフッ化カルシウムを含む第２処理水を生じさせる無機凝集反応槽と、第２処理水中の懸濁物質、凝集フロック化したフッ化カルシウムを沈降分離させ、スラリブランケット層を形成して被処理水を清澄化する凝集沈殿装置と、前記凝集沈殿装置の槽底部に堆積した汚泥に酸又はアルカリを添加して、該汚泥を再生処理する再生処理槽と、再生処理された汚泥をカルシウム反応槽、無機凝集反応槽のうちのいずれか一方に返送する返送ラインとを備え、前記凝集沈殿装置は、上記（１）〜（５）のいずれか１つに記載の凝集沈殿装置である。

本発明の凝集沈殿装置によれば、槽内への被処理水の均一分散性、装置の稼働時におけるスラリブランケット層の早期形成、槽から引き抜く汚泥の固形物濃度の向上、清澄な処理水質の確保等を達成することができる。

本実施形態では、汚泥循環法を用いたフッ素含有水の処理に基づいて、本実施形態に係る凝集沈殿装置を説明する。本実施形態の凝集沈殿装置は本発明を実施する一例であって、本発明は、汚泥循環法を用いたフッ素含有水の処理に限定されるものではない。

図１は、フッ素含有水の処理装置の構成の一例を示す模式図である。図１に示すように、リン酸含有水の処理装置１は、カルシウム反応槽１０、無機凝集反応槽１２、高分子凝集反応槽１４、凝集沈殿装置１６、汚泥再生槽１８を備える。

カルシウム反応槽１０には、被処理水であるフッ素含有水を供給するフッ素含有水供給ライン２０が接続され、カルシウム剤を供給するカルシウム剤供給ライン２２が接続されている。そして、カルシウム反応槽１０内において、フッ素含有水とカルシウム剤とが反応してフッ化カルシウムが形成される。また、本実施形態では、カルシウム反応槽１０には苛性ソーダ等のｐＨ調整剤を供給するｐＨ調整剤添加ライン２４が接続され、また、カルシウム反応槽１０内には撹拌装置２６が設置されているが、これらは任意である。なお、カルシウム反応槽１０の前段に、ｐＨ調整槽を設け、被処理水とカルシウム剤との混合液のｐＨを調整（例えば、ｐＨ７に調整）した上で、カルシウム反応槽１０に供給してもよい。

本実施形態におけるフッ素含有水は、フッ素を含むものであれば、如何なる由来の水であっても良く、例えば、半導体関連産業をはじめとする電子産業、発電所、アルミニウム工業等から排出される排水が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

カルシウム剤としては、フッ化カルシウムを生成させることができるものであれば特に制限されるものではなく、水酸化カルシウム、塩化カルシウム、炭酸カルシウム等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

フッ化カルシウム形成後、フッ化カルシウムを含む第１処理水は、第１処理水供給ライン２８を介して、無機凝集反応槽１２に供給される。無機凝集反応槽１２には、アルミニウム塩等の無機凝集剤を供給する無機凝集剤添加ライン３０が接続されている。そして、無機凝集反応槽１２内では、無機凝集剤により、カルシウム剤と反応しきれずに残留したフッ素が吸着されると共に、被処理水中のフッ化カルシウムが凝集・フロック化される。また、無機凝集反応槽１２内には、撹拌装置３２が設置されているが、この撹拌装置３２の設置は任意である。さらに、無機凝集反応槽１２には、汚泥返送ライン３４が接続されており、汚泥返送ライン３４を介して後述する再生汚泥が無機凝集反応槽１２に供給される。なお、汚泥返送ライン３４は、上記説明したカルシウム反応槽１０に接続され、カルシウム反応槽１０に再生汚泥が添加されてもよい。

アルミニウム塩等の無機凝集剤としては、フッ化カルシウムを凝集・フロック化させることができる凝集剤として機能するものであれば、任意の公知のものを使用することができ、例えば、ＰＡＣ、硫酸バンド等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

次に、凝集フロック化したフッ化カルシウムを含む第２処理水は、第２処理水供給ライン３６を介して、高分子凝集反応槽１４に供給される。高分子凝集反応槽１４には、高分子凝集剤を供給する高分子凝集剤添加ライン３８が接続されている。高分子凝集剤添加ライン３８から供給される高分子凝集剤が高分子凝集反応槽１４内で、第２処理水に添加、混合されることにより、第２処理水中のフッ化カルシウムの凝集性をさらに高めることができる。これにより、無機凝集反応槽１２では凝集しなかった微細なフッ化カルシウム（懸濁物質）が凝集・フロック化される。また、高分子凝集反応槽１４内には、撹拌装置４０が設置されているが、この撹拌装置４０の設置は任意である。

高分子凝集剤としては、無機凝集反応槽１２において無機凝集剤を添加することにより生じるフッ化カルシウムの凝集性をさらに向上させる任意の高分子を使用することができ、例えば、アニオン性高分子有機凝集剤、ノニオン性高分子有機凝集剤及びカチオン基を有する高分子有機凝集剤を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。

アニオン性高分子有機凝集剤としては、例えば、アルギン酸又はその塩、カルボキシメチルセルロース、アクリル酸又はその塩の重合物、アクリル酸又はその塩とアクリルアミドとの共重合物等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、ノニオン性高分子有機凝集剤としては、例えば、アクリルアミドの重合物等が挙げられるが、これに限定されるものではない。また、カチオン基を有する高分子有機凝集剤としては、例えば、カチオン性有機凝結剤、カチオン性高分子有機凝集剤及び両性高分子有機凝集剤等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

高分子凝集反応槽１４で凝集フロック化されたフッ化カルシウムを含む第３処理水は、第３処理水供給ライン４２を介して、凝集沈殿装置１６に供給される。凝集沈殿装置１６の構成及び動作については後で詳述するが、槽内では、第３処理水中のフッ化カルシウムが汚泥として槽底部に堆積し、第３処理水は、槽内に形成されるスラリブランケット層を通過して、清澄化され、最終処理水となる。最終処理水は、凝集沈殿装置１６に接続された処理水排出ライン４４から取り出される。また、凝集沈殿装置１６の底部には、汚泥引き抜きライン４６が接続されており、汚泥引き抜きライン４６から、槽底部に堆積したフッ化カルシウムを含む汚泥が引き抜かれる。

汚泥引き抜きライン４６は、ポンプ４８を介して汚泥貯槽５０に接続されており、槽底部に堆積していた汚泥の一部が汚泥貯槽５０に供給される。また、汚泥引き抜きライン４６には、汚泥返送ライン３４が接続されており、汚泥貯槽５０に供給される汚泥以外の汚泥が、再生処理され、再生汚泥として無機凝集反応槽１２（又はカルシウム反応槽１０）に返送される。汚泥返送ライン３４には、汚泥再生槽１８が介装されている。汚泥再生槽１８には、酸又はアルカリの再生汚泥剤を添加する再生汚泥剤添加ライン５２が接続されている。そして、再生汚泥剤添加ライン５２から汚泥再生槽１８へ再生汚泥剤が添加され、汚泥と再生汚泥剤とが混合されて再生処理される。なお、汚泥再生槽１８内には、撹拌装置５４が設置されているが、この撹拌装置５４の設置は任意である。

再生処理に酸を使用する場合、使用する酸は特に制限されるものではないが、例えば、塩酸、硫酸、硝酸等が挙げられる。アルカリを使用する場合、使用するアルカリは特に制限されるものではないが、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム等が挙げられる。なお、再生処理には水酸化カルシウムを使用することが好ましい。これは、水酸化カルシウムをカルシウム源として使用することができ、水酸化カルシウムによって、溶解したアルミニウムから脱離したフッ素をフッ化カルシウムにできるからである。

このようにして、フッ素含有水の処理が行われるが、以下に、凝集沈殿装置の構成及び動作を具体的に説明する。

図２（Ａ）は、本実施形態に係る凝集沈殿装置の構成の一例を示す側面模式図であり、図２（Ｂ）は、本実施形態に係る凝集沈殿装置の構成の一例を示す上面模式図である。図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、凝集沈殿装置１６の沈殿槽５６は円筒形とされ、沈殿槽５６の底部は中央に向かって低位となるホッパ状とされている。また、底部の中央には、汚泥を溜めるピット５８が設けられている。そして、このピット５８に、汚泥引き抜きライン４６が接続されている。なお、沈殿槽５６の形状は円筒形に限られず、多角形状等であってもよい。

凝集沈殿装置１６の沈殿槽５６内には、チャンバ６０が設けられている。チャンバ６０は、円筒体であって、沈殿槽５６の中心部に配置される。そして、チャンバ６０に第３処理水供給ライン４２が接続されている。高分子凝集反応槽１４で凝集フロック化されたフッ化カルシウムを含む第３処理水は、第３処理水供給ライン４２を介して、チャンバ６０に供給される。

チャンバ６０の下端には、チャンバ６０内を挿通するシャフト６２に固定されたディストリビュータ６４が設けられている。ディストリビュータ６４は、モータ６６の駆動により回転される。ディストリビュータ６４が回転することにより、槽内への被処理水の均一分散性が保たれるため、スラリブランケット層Ａの界面の乱れが少なくなり、良好な処理水質を得ることが可能となる。ディストリビュータ６４は、複数の吹き出し管６８を有しており、各吹き出し管６８の下部には、チャンバ６０内の被処理水を沈殿槽５６内の下方に向かって吐出させる複数の吹き出し孔７０が形成されている。吹き出し孔７０は、被処理水を下方に向かって吐出するように開口しているため、沈殿槽５６内の汚泥により閉塞され難い構成となっている。ディストリビュータ６４の回転速度は、沈殿槽５６内への被処理水の均一分散性の点から、０．２ｒｐｍ〜２ｒｐｍの範囲であることが好ましい。ディストリビュータ６４の回転速度が０．２ｒｐｍ未満であると、被処理水の均一分散性が低下する場合があり、２ｒｐｍを超えると、モータ６６の容量が大きくなり処理コストが高くなる場合や、モータ６６に過大な負荷が掛かり故障の原因となる場合がある。

吹き出し管６８は、少なくとも２本以上であることが好ましく、また、回転のバランスをとるために、ディストリビュータ６４を中心に対称の位置に配置することが可能な偶数本であることがより好ましい。具体的には処理水量にもよるが、被処理水を吹き出し孔７０から勢いよく吐出させて、後述する区画板に堆積する汚泥を浮遊させることができる点で、２〜８本が好適である。また、吹き出し管６８の径は、処理推量にもよるが、細すぎると、フロックにより管が閉塞する可能性があること、圧力損失が大きくなること等から、４０ｍｍ以上が好ましい。また、吹き出し管６８の水平方向の長さは、特に制限されるものではないが、沈殿槽５６の径が大きい場合には、被処理水が槽内全体に均一分散するように、複数の吹き出し管６８のうち、一部の吹き出し管６８の水平方向の長さを変えることが好ましい。

また、沈殿槽５６内には、槽内を上部及び下部に区画する区画板７２が設けられている。この区画板７２は、吹き出し孔７０の直下に設けられている。これにより、吹き出し孔７０から吐出される被処理水を区画板７２にぶつけて、槽内全体に分散する上昇流を作り出すことができるため、吹き出し管６８の数を少なく、吹き出し管６８の径を大きくすることができる。そのため、汚泥による吹き出し孔７０の閉塞は極めて生じ難い。また、上記構成により、装置の稼働停止時において、吹き出し孔７０から吐出される被処理水が、区画板７２のステージ面７２ａに堆積する汚泥を直ちに浮遊させ、スラリブランケット層Ａを早期に形成させることが可能となり、再起動後すぐに良好な処理水質を得ることができる。

また、区画板７２の中心部、すなわち、槽内の中心部に相当する位置には、被処理水中の凝集フロックが通過する通過孔７４が形成されている。通過孔７４を通過した凝集フロックが沈殿槽５６底部に汚泥として堆積する。本実施形態では、区画板７２が設けられているため、吹き出し孔７０から吐出される被処理水が、槽底部に堆積した汚泥に噴射されることが抑制される。その結果、槽底部に堆積する汚泥の固形分濃度を向上させることが可能となる。

通過孔７４の面積は、凝集フロックが槽底部に遅滞なく移動できる大きさであれば特に制限されるものではない。例えば、通過孔７４の面積は、処理水量、沈殿槽５６の径にもよるが、沈殿槽５６の水平断面積に対して１０〜６０％の範囲であることが好ましい。通過孔７４の面積が沈殿槽５６の水平断面積に対して６０％を超えると、装置の停止時において、区画板７２のステージ面７２ａに堆積する汚泥の量が少なくなるため、装置の稼働時において、スラリブランケット層Ａを形成するために浮遊させる汚泥の量が少なくなり、良好な処理水質を得るまでに掛かる時間が長くなる場合がある。

図２に示す通過孔７４は、区画板７２の中心部に設けられるものであるが、必ずしもこれに制限されるものではなく、区画板７２の表面に、複数の通過孔７４が設けられていてもよい。そして、複数の通過孔７４の総面積は、上記同様に、沈殿槽５６の水平断面積に対して１０〜６０％の範囲であることが好ましい。

また、沈殿槽５６の底部には、沈殿槽５６の底部に堆積した汚泥を掻き寄せる掻き寄せ機７６が設けられることが好ましい。特に沈殿槽５６の径が大きい場合には、掻き寄せ機７６を設置することにより、汚泥を高濃度で遅滞なく排出することができる。掻き寄せ機７６は、シャフト６２に固定されており、ディストリビュータ６４と共に回転する。そして、掻き寄せ機７６が回転することにより、沈殿槽５６の底部に堆積した汚泥が、槽中央のピット５８に掻き寄せられる。

沈殿槽５６には、槽内に形成されるスラリブランケット層Ａの界面位（界面の高さ）を検出することができる界面位計７８が設置されている。界面位計７８は、沈殿槽５６内に形成されるスラリブランケット層Ａの界面位を検出することができるものであれば特に制限されるものではないが、超音波を発してその減衰から沈殿槽５６内のスラリブランケット層Ａの界面位を計測する超音波式界面位計であることが好ましい。なお、図２（Ａ）に示すように、界面位計７８と汚泥引き抜きライン４６に設けられるポンプ４８とは電気的に接続されている。

図３（Ａ）は、本実施形態に係る凝集沈殿装置の構成の他の一例を示す側面模式図であり、図３（Ｂ）は、本実施形態に係る凝集沈殿装置の構成の他の一例を示す上面模式図である。これまで、図２に示すように、ディストリビュータ６４は、水平方向に延びた吹き出し管６８と、吹き出し管６８の長手方向に沿って形成されている吹き出し孔７０と、を備えているものを例として説明したが、必ずしもこれに制限されるものではない。例えば、図３に示すように、吹き出し孔８４が吹き出し管８２の端面に設けられ、そして、吹き出し管８２が、吹き出し孔８４と区画板７２とが対向するように（すなわち、吹き出し孔８４とステージ面７２ａとが対向するように）、チャンバ６０の下端部から区画板７２（ステージ面７２ａ）に向かって下方に延びている構成のディストリビュータ８０であってもよい。なお、本実施形態では、吹き出し管８２が屈曲しているが、これに制限されるものではない。図３に示す構成のディストリビュータ８０は、図２に示す構成のディストリビュータ６４と比較して、ディストリビュータ上又はディストリビュータ内に汚泥が堆積し難いため、吹き出し孔の閉塞が抑制される。

次に、図３に基づいて、本実施形態に係る凝集沈殿装置の動作を説明する。まず、第３処理水供給ライン４２から沈殿槽５６のチャンバ６０内に凝集フロック化したフッ化カルシウムを含む第３処理水（被処理水）を供給する。そして、チャンバ６０内の第３処理水を回転するディストリビュータ８０の吹き出し孔８４から区画板７２（ステージ面７２ａ）上に吐出させ、上昇流を発生させる。第３処理水の上昇流において、粗大な凝集フロックは重力により沈降分離して、区画板７２の通過孔７４を通過し、沈殿槽５６の底部に堆積し、汚泥を形成する。また、沈殿槽５６の中間部に、フッ化カルシウム等からなる懸濁・流動状態のスラリブランケット層Ａを形成する。スラリブランケット層Ａにより、第３処理水の上昇流に含まれる微細な懸濁物質が捕捉される。そして、スラリブランケット層Ａを通過した第３処理水は、懸濁物質、凝集フロックが除去された清澄な上澄水Ｂとなる。そして、沈殿槽５６の上部の上澄水を処理水排出ライン４４から取り出す。一方では、沈殿槽５６の底部に堆積した汚泥を掻き寄せ機７６で掻き寄せて、汚泥引き抜きライン４６から引き抜く。本実施形態では、区画板７２により、吹き出し孔８４から吐出される第３処理水が、槽底部に堆積した汚泥に吹き付けられ、汚泥が巻き上げられることが防止されるため、汚泥の固形物の低濃度化を抑制することが可能となる。

装置の停止時には、スラリブランケット層Ａを形成する懸濁物質が区画板７２（ステージ面７２ａ）上に汚泥として堆積する。そのため、装置の稼働時には、吹き出し孔８４から吐出される第３処理水が、区画板７２（ステージ面７２ａ）上に堆積した汚泥に吹き付けられるため、早期にスラリブランケット層Ａを形成することが可能となる。これにより、清澄な上澄水（最終処理水）を早期に得ることができる。

また、本実施形態では、装置の稼働時において、界面位計７８により検出されるスラリブランケット層Ａの界面位（界面の高さ）に基づいて、沈殿槽５６の底部に堆積した汚泥の引き抜き量を調整することが好ましい。これによって、スラリブランケット層Ａの界面位を一定の範囲に維持することができ、安定した処理水質を得ることができる。具体的には、沈殿槽５６内のスラリブランケット層Ａの界面位が所定の高さに達したことを界面位計７８で検知したときに、ポンプ４８を一定時間稼働させたり、所定の高さまで界面位が低下するまでポンプ４８を稼働させたり、所定の高さまで界面位が低下するまで、ポンプ４８の稼働−停止のサイクルを繰り返すこと等により、行われる。また、ポンプ４８の稼働に変えて、開閉弁の開度によって行ってもよい。すなわち、沈殿槽５６内のスラリブランケット層Ａの界面位が所定の高さに達したことを界面位計７８で検知したときに、開閉弁を一定時間開放させたり、所定の高さまで界面位が低下するまで開閉弁を開放させたり、所定の高さまで界面位が低下するまで、開閉弁の開放−開閉のサイクルを繰り返すこと等により、行ってもよい。

ここで、沈殿槽５６内に形成されるスラリブランケット層Ａの界面位の高さは、被処理水中の除去対象物質の性状等によって変わるが、良好な処理水質（ＳＳ、濁度）を得るには、区画板７２から０．７ｍ以上であることが好ましい。スラリブランケット層Ａの界面位の高さの上限は特に制限されないが、スラリブランケット層Ａの界面位の高さを必要以上に高くすると、その分だけ沈殿槽５６を高くする必要があり、沈殿槽５６の製作費増大等の影響を与えるため、スラリブランケット層Ａの界面位の高さは、区画板７２から２ｍ以下であることが好ましい。

以下、実施例および参考例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

図４は、実施例及び比較例で使用した処理装置の構成を示す模式図である。図４に示すように、処理装置２は、被処理水、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、水酸化ナトリウムを混和し、フッ化カルシウムを凝集・フロック化させる無機凝集反応槽８６と、無機凝集反応槽８６により得られる処理水と有機ポリマー（アニオン性ポリアクリルアミド）とを混和し、フロックを成長させる高分子凝集反応槽８８と、高分子凝集反応槽８８により得られる処理水を沈降分離処理する凝集沈殿装置と、を備える。凝集沈殿装置は、高分子凝集反応槽８８の後段に、実施例１の凝集沈殿装置９０、比較例１の凝集沈殿装置９２、比較例２の凝集沈殿装置９４を並列に設置し、高分子凝集反応槽８８により得られる処理水を各凝集沈殿装置に分配供給した。実施例１の凝集沈殿装置９０は、図３に示した装置と同様の装置である。比較例１の凝集沈殿装置９２は、図３の区画板７２を設置しないこと以外は図３に示した装置と同様の装置である。比較例２の凝集沈殿装置９４は、ディストリビュータ６４と槽底部に堆積した汚泥を掻き寄せる掻き寄せ機７６とを一体化させたこと以外は比較例１の装置と同様の装置である。

各凝集沈殿装置に汚泥引き抜きライン４６がそれぞれ接続されており、汚泥引き抜きライン４６には、汚泥を引き抜くためのポンプ４８、引き抜いた汚泥の固形物濃度を検出する超音波式汚泥濃度計９６、汚泥の引き抜き量を検出する積算流量計９８を介装した。また、槽内に形成されるスラリブランケット層の界面位を界面位計７８により測定し、界面位が、槽底部中心から２ｍの高さを維持するように、槽底部に堆積した汚泥を引き抜いた。

＜処理条件＞
被処理水：フッ化カルシウム粒子が２００ｍｇ／Ｌ懸濁した地下水（ＳＳ：２００ｍｇ／Ｌ）
被処理水流量：１６．５ｍ^３／ｈ（ポンプにより調整）
通水サイクル：１２時間被処理水通水−１２時間停止を１サイクルとし、これを１０サイクル行った。なお、通水停止後でも、汚泥の流動性を損なわないように、掻き寄せ機は極力回転させたままとした。
凝集沈殿装置への処理水流量：５．５ｍ^３／ｈ（ＬＶ５．０ｍ／ｈ）
無機凝集反応槽へのＰＡＣ添加量：３００ｍｇ／Ｌ
無機凝集反応槽ｐＨ：７．０
高分子凝集反応へのアニオン性ポリアクリルアミド添加量：２．５ｍｇ／Ｌ
＜試験装置＞
無機凝集反応槽サイズ：１．５ｍ^３
高分子凝集反応槽サイズ：１．５ｍ^３
凝集沈殿装置槽サイズ：φ１．２ｍ×４．０ｍ（４．５ｍ^３、有効沈殿面積１．１ｍ^２）

被処理水通水時において、各凝集沈殿装置から引き抜いた汚泥の固形物濃度と引き抜き量の平均値を表１にまとめた。表１から判るように、実施例１の凝集沈殿装置から引き抜いた汚泥の固形物濃度が最も高く２９０００ｍｇ／Ｌであり、比較例１の凝集沈殿装置から引き抜いた汚泥の固形物濃度は２５０００ｍｇ／Ｌと実施例１と比較してやや低く、比較例２の凝集沈殿装置から引き抜いた汚泥の固形物濃度は１７０００ｍｇ／Ｌと実施例１と比較してかなり低かった。これに伴って、汚泥の引き抜き量は、実施例１の凝集沈殿装置が最も少なく、次いで比較例１の凝集沈殿装置が少なく、そして、比較例２の凝集沈殿装置が最も多かった。

実施例１の凝集沈殿装置のように、ディストリビュータの直下に区画板を設けることにより、底部に堆積した汚泥は、ディストリビュータから吐出される被処理水の噴流による乱れをほとんど受けずに濃縮されるため、実施例１の凝集沈殿装置から引き抜かれる汚泥の固形物濃度は高くなる。一方、比較例１の凝集沈殿装置は、ディストリビュータが槽底部から離れているが区画板が設けられていないため、底部に堆積した汚泥は、ディストリビュータから吐出される被処理水の噴流による乱れを若干受ける。そのため、比較例１の汚泥の固形物濃度は実施例１より低くなる。また、比較例２の凝集沈殿装置は、ディストリビュータが槽底部付近にあるため、底部に堆積した汚泥は、ディストリビュータから吐出される被処理水の噴流により巻き上げられる。そのため、比較例２の凝集沈殿装置では、汚泥の濃縮が十分に進まず、汚泥の固形物濃度は最も低い値となる。これらのことから、実施例１の凝集沈殿装置は、比較例１，２の凝集沈殿装置より汚泥を十分濃縮して、高い濃度で引き抜くことができ、それに伴い引き抜き汚泥量も少なくすることができるため、後段に設置する汚泥貯槽の容量を小さくすることが可能となる。

被処理水通水時において、各凝集沈殿装置から得られる上澄水（最終処理水）のＳＳ及び濁度の平均値を表２にまとめた。この平均値は、通水開始後１時間までの値を除いた平均値である。実施例１の凝集沈殿装置から得られる上澄水のＳＳ及び濁度は、比較例１，２と同程度であった。すなわち、実施例１の凝集沈殿装置は、従来型の凝集沈殿装置と同等のＳＳ除去性能を有することが示されたと云える。

１２時間停止後再起動時における処理水の最高濁度と濁度が０．３度に低下するまでに掛かる時間（９サイクルの平均値）を表３に示す。処理水最高濁度は、実施例１の凝集沈殿装置が最も低く１．５度であり、次いで比較例２の凝集沈殿装置の１．８度であった。そして、比較例１の凝集沈殿装置が最も高く３．２度であった。また、処理水濁度が０．３度に低下するまでに掛かる時間は、実施例１の凝集沈殿装置が最も短く４分であり、次いで比較例２の凝集沈殿装置の５分であった。そして、比較例１の凝集沈殿装置が最も長く１２分であった。

実施例１及び比較例２の凝集沈殿装置では、ディストリビュータから吐出される被処理水の噴流により、ディストリビュータ付近の汚泥（実施例１の凝集沈殿装置では区画板に堆積した汚泥、比較例２の凝集沈殿装置では槽底部に堆積した汚泥）が直ちに巻き上げられ、速やかにスラリブランケット層が形成される。そのため、再起動時でも、スラリブランケット層によるＳＳ・濁度除去性能が早期に発揮される。これに対し、比較例１の凝集沈殿装置の場合では、長時間の停止により、スラリブランケット層を形成する汚泥がディストリビュータより離れた槽底部に沈んでしまっているため、再起動時では、直ちにスラリブランケット層を形成することができない。そのため、一時的に高い濁度を示し、また濁度が０．３度に低下するまでに掛かる時間も長くなる。

通水サイクル１０サイクル後、各凝集沈殿装置内のディストリビュータの吹き出し孔の閉塞状況を確認した。その結果、実施例１の凝集沈殿装置及び比較例１の凝集沈殿装置では、吹き出し孔の閉塞は見られなかったが、通水停止時に吹き出し孔が汚泥に埋もれやすい比較例２の凝集沈殿装置では、１６個の吹き出し孔のうち２個の吹き出し孔が閉塞していた。

以上のように、実施例１の凝集沈殿装置は、比較例１，２の凝集沈殿装置のような従来型の凝集沈殿装置と同等の処理性能を保持しつつ、従来型の凝集沈殿装置の問題点、すなわち、汚泥の固形分濃度の低下、再起動時における良好な処理水質の早期確保、吹き出し孔の閉塞等といった問題点を解決することができた。

実施例２は、図１に示す処理装置と同様の装置（凝集沈殿装置は図３に示すもの）を用いて、フッ素含有水の処理を行った。また、比較例３においては、実施例２で用いた凝集沈殿装置を比較例２で用いた凝集沈殿装置に変更したこと以外は、実施例２と同様にフッ素含有水の処理を行った。

＜処理条件＞
被処理水：フッ素イオンが１００ｍｇ／Ｌ懸濁した水（ＳＳ＜１ｍｇ／Ｌ）
被処理水流量：５．５ｍ^３／ｈ
凝集沈殿装置のＬＶ：５．０ｍ／ｈ
汚泥返送量：０．５ｍ^３／ｈ
カルシウム反応槽への塩化カルシウム添加量：１３００ｍｇ／Ｌ
無機凝集反応槽へのＰＡＣ添加量：２００ｍｇ／Ｌ
無機凝集反応槽ｐＨ：７．０
高分子凝集反応槽へのアニオン性ポリアクリルアミド添加量：２．０ｍｇ／Ｌ
高分子凝集反応槽ｐＨ：７．０
凝集沈殿装置の底部に堆積した汚泥の引き抜き：槽内に形成されるスラリブランケット層の界面の高さが、槽底部中止から２ｍの高さを維持するように、汚泥を引き抜いた。
＜試験装置＞
カルシウム反応槽サイズ：１．５ｍ^３
無機凝集反応槽サイズ：１．５ｍ^３
高分子凝集反応槽サイズ：１．５ｍ^３
凝集沈殿装置槽サイズ：φ１．２ｍ×４．０ｍ（４．５ｍ^３、有効沈殿面積１．１ｍ^２）
汚泥再生槽：０．３ｍ^３
汚泥貯槽：３ｍ^３

実施例２及び比較例３の凝集沈殿装置から引き抜かれた汚泥の固形物濃度、実施例２及び比較例３の凝集沈殿装置から得られた上澄水（最終処理水）に残留するフッ素イオン濃度及びＳＳを表４にまとめた。表４から判るように、実施例２の凝集沈殿装置から引き抜いた汚泥の固形物濃度は、５９０００ｍｇ／Ｌであるのに対し、比較例３の凝集沈殿装置から引き抜いた汚泥の固形物濃度は、３３０００ｍｇ／Ｌであった。したがって、実施例２では、必然的に汚泥再生槽により凝集能力が再生されたアルミニウム濃度が、比較例３よりも高くなる。その結果、比較例３の凝集沈殿装置から得られた上澄水のフッ素イオン濃度は７．８ｍｇ／Ｌであるのに対し、実施例２の凝集沈殿装置から得られた上澄水のフッ素イオン濃度は、比較例３よりも低く、４．５ｍｇ／Ｌまで低減した。なお、上澄水のＳＳは、実施例２及び比較例３共に、同程度であった。

フッ素含有水の処理装置の構成の一例を示す模式図である。（Ａ）は、本実施形態に係る凝集沈殿装置の構成の一例を示す側面模式図であり、（Ｂ）は、本実施形態に係る凝集沈殿装置の構成の一例を示す上面模式図である。（Ａ）は、本実施形態に係る凝集沈殿装置の構成の他の一例を示す側面模式図であり、（Ｂ）は、本実施形態に係る凝集沈殿装置の構成の他の一例を示す上面模式図である。実施例及び比較例で使用した処理装置の構成を示す模式図である。

符号の説明

１，２処理装置、１０カルシウム反応槽、１２，８６無機凝集反応槽、１４，８８高分子凝集反応槽、１６，９０，９２，９４凝集沈殿装置、１８汚泥再生槽、２０フッ素含有水供給ライン、２２カルシウム剤供給ライン、２４ｐＨ調整剤添加ライン、２６，３２，４０，５４撹拌装置、２８第１処理水供給ライン、３０無機凝集剤添加ライン、３４汚泥返送ライン、３６第２処理水供給ライン、３８高分子凝集剤添加ライン、４２第３処理水供給ライン、４４処理水排出ライン、４６汚泥引き抜きライン、４８ポンプ、５０汚泥貯槽、５２再生汚泥剤添加ライン、５６沈殿槽、５８ピット、６０チャンバ、６２シャフト、６４，８０ディストリビュータ、６６モータ、６８，８２吹き出し管、７０，８４吹き出し孔、７２区画板、７２ａステージ面、７４通過孔、７６掻き寄せ機、７８界面位計、９６超音波式汚泥濃度計、９８積算流量計。

Claims

槽内で、被処理水中の懸濁物質、凝集フロックを沈降分離させ、スラリブランケット層を形成して被処理水を清澄化する凝集沈殿装置であって、
前記槽内を上部及び下部に区画する区画板と、
前記槽内の上部に配設され、前記被処理水が導入されるチャンバと、前記チャンバの下端部に回転可能に配置され、前記チャンバ内の被処理水を吐出させるディストリビュータと、を備え、
前記ディストリビュータは、前記チャンバの下端部から前記区画板に向かって延びている吹き出し管を有し、
前記吹き出し管は、前記区画板と対向し前記区画板に向かって前記被処理水を吐出させる吹き出し孔を有し、
前記区画板の中心部には、沈降する懸濁物質、凝集フロックが通過する通過孔が形成され、前記通過孔の面積は、前記槽の水平断面積に対して１０〜６０％の範囲であることを特徴とする凝集沈殿装置。
槽内で、被処理水中の懸濁物質、凝集フロックを沈降分離させ、スラリブランケット層を形成して被処理水を清澄化する凝集沈殿装置であって、
前記槽内を上部及び下部に区画する区画板と、
前記槽内の上部に配設され、前記被処理水が導入されるチャンバと、前記チャンバの下端部に回転可能に配置され、前記チャンバ内の被処理水を吐出させるディストリビュータと、を備え、
前記ディストリビュータは、前記チャンバの下端部から前記区画板に向かって延びている吹き出し管を有し、
前記吹き出し管は、前記区画板と対向し前記区画板に向かって前記被処理水を吐出させる吹き出し孔を有し、
前記区画板には、沈降する懸濁物質、凝集フロックが通過する通過孔が複数形成され、前記通過孔の総面積は、前記槽の水平断面積に対して１０〜６０％の範囲であることを特徴とする凝集沈殿装置。
請求項１又は２記載の凝集沈殿装置であって、前記槽内の底部に堆積した汚泥を掻き寄せるスクレーパを備えることを特徴とする凝集沈殿装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の凝集沈殿装置であって、前記スラリブランケット層の界面位を検出する界面位計を備え、前記界面位計の検出値に基づいて、前記槽内の底部に堆積した汚泥の引き抜き量を調整することを特徴とする凝集沈殿装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の凝集沈殿装置であって、前記吹き出し孔は、前記吹き出し管の端面に設けられ、前記吹き出し管は、前記吹き出し孔が前記区画板と対向するように、前記チャンバの下端部から前記区画板に向かって下方に延びていることを特徴とする凝集沈殿装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の凝集沈殿装置であって、前記ディストリビュータの回転速度は、０．２ｒｐｍ〜２ｒｐｍの範囲であることを特徴とする凝集沈殿装置。