JP2001009446A - 加圧浮上分離処理方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アオコ類や底泥のような浮遊物質を含む被処
理水に対し高性能かつ取扱容易な加圧浮上分離方法及び
その装置を新たに提供する。 【解決手段】 被処理水を、エジェクター21内におい
て、一定圧力の下で空気と凝集剤と共に接触混合させた
後、大気圧の下に開放させて前記被処理水中に微細気泡
を生起させ、更にこの気泡に前記凝集剤によって凝集さ
せた浮遊物質を吸着させた後、この凝集浮遊物質を吸着
させた気泡を含む被処理水を浮上分離槽13に供給して前
記浮遊物質を固液分離させる。浮遊物質の除去効率を向
上させるために、前記空気に代えてオゾンガスが供給さ
れ、さらに前記エジュクター21には攪拌機能を有する配
管が具備される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、海域・湖沼等の環
境水圏におけるアオコ類・赤潮等の植物性プランクトン
やその底泥のような浮遊物質を含む被処理水を対象とし
た加圧浮上分離処理方法及びその装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】上下水道水源として、湖沼やダム湖の割
合が増す中で、湖沼やダム湖のアオコ被害が年々増加傾
向にある。アオコ発生の弊害として、肝臓障害等の慢性
毒性や神経障害等の急性毒性が懸念されている。この状
況に対し、1997年12月のＷＨＯ水質ガイドラインの改訂
で新たに、藍藻類等の有害アオコを原因としているミク
ロシステイン濃度を１μｇ／ｌ以下にする勧告が出され
た。

【０００３】近年における週休２日制の普及とともに、
余暇時間が増え小規模の池を含めた湖沼等は身近なレク
レーションの場所としてニーズが拡大している。しかし
ながら、公園内の池等は緑色のペンキをまいたようにア
オコの発生が増えており、早急の対応が望まれている。
地球環境問題が深刻化する中で、異常渇水・洪水等が多
発し、1998年夏には霞ケ浦でアオコの発生が数年ぶりで
観測されている。

【０００４】このアオコ等の植物性プランクトンを除去
する方法として、主に、（１）発生源の湖沼で直接アオ
コ等を回収除去する方法と、（２）浄水場等への流入水
に含まれているアオコを塩素処理・凝集沈殿処理・砂ろ
過処理で除去する方法とに大きく分けられる。

【０００５】（１）の方法は、処理装置を岸辺または湖
面で設置して、凝集処理、ろ過処理、マイクロストレー
ナー、浮上分離等を用いて、直接処理する方式である。
また、湖底に堆積する底泥を処理する場合もある。

【０００６】（２）の方法は、湖沼からの流入水や湖沼
水源とする浄水場等において塩素処理・凝集沈殿・砂ろ
過によりアオコ等を除去する方式である。元々植物性プ
ランクトン（珪藻類、緑藻類、藍藻類等）は、比重が１
以下の場合が多いので、沈殿するより浮上分離する方が
有効な場合が多い。

【０００７】（１）の方法において浮上分離法には、分
散空気法と溶存空気法の２種類がある。

【０００８】分散空気法は、気相を回転するプロペラや
多孔体中に通過させることにより発生させた気泡の表面
に浮遊物質を吸着させて浮上させる方式である。気泡径
は直径１ｍｍオーダーである。本法は鉱物の浮遊選鉱に
広く利用されている。

【０００９】溶存空気法は、気体を過飽和させた液相に
対して圧力を調整することにより生じた気泡の表面に浮
遊物質を吸着させて浮上させる方式である。気泡の平均
径は直径70〜100μｍと小さく、本法は工場廃水の処理
に広く利用されている。

【００１０】溶存気体を気泡化させる圧力調整方法に
は、真空法と加圧法がある。真空法は、常圧で水に気体
を溶解させた後、これを減圧タンクに導入し真空のもと
で減圧させることによって溶存気体を気泡化させる方法
である。加圧法は、水に気体を飽和状態まで溶解させた
後、これを加圧タンク内で加圧させ、大気圧に戻すこと
によって気体を気泡化させる方法である。前者の方法は
廃液処理をはじめ水処理の方面によく利用されるが、後
者の方法は、前者の方法と比較して空気量や圧力を調整
できる利点があるため、前者よりも広く利用されてい
る。

【００１１】アオコ等の植物性プランクトンも加圧浮上
法によって除去することができる。図５は加圧浮上処理
装置システムの概要図である。当該システムは、加圧ポ
ンプ65によって引き抜かれた処理水70に対し、コンプレ
ッサ66から供給された気体（空気）を飽和状態まで溶解
させ、更にこれを加圧タンク68において加圧させた後、
浮上槽62の混合部63において被処理水と共に混合させる
ことによって被処理水中に含まれる浮遊物質を浮上分離
させている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】今日において、液相に
含まれるアオコ類等の浮遊物を除去する手段として加圧
浮上法が一般的に広く用いられている。

【００１３】しかし、この処理装置システムは、前述の
ように、加圧ポンプ、コンプレッサー、加圧タンク等の
設備を必要し、減圧弁等を含め装置システムの配管系も
複雑となる。また、被処理水を直接混合部へ導入しただ
けでは、混合部における気泡とアオコ類の混合効率が悪
く、浮上工程の分離特性も悪い。したがって、処理時間
が長くなり、全体の処理装置全体も大きくなり、結果的
に消費エネルギーの増大を招くことになる。

【００１４】また、アオコ類等の植物性プランクトン
は、湖沼や池・沼等において、特に夏から秋にかけて発
生する。これらの発生は、上記の環境水圏における栄養
源の偏在によって局地的に起こる場合がある。この状況
に迅速に対応すべく、空気量や圧力の調整が可能な加圧
浮上法の利点を生かし、将来的に可搬可能な装置にする
ためにも、できるだけ装置システム全体を小型化且つ取
扱容易なものにする必要がある。

【００１５】本発明は、かかる事情に鑑み創作されたも
ので、アオコ類や底泥等の浮遊物質（以下、本明細書に
おいて浮遊物質と称する）を含んでいる被処理水を対象
とする取扱容易かつ高性能な加圧浮上分離方法及びその
装置を新たに提供することを課題としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
達成するために、第１発明は、被処理水を一定圧力の下
で空気と凝集剤と共に接触混合させた後に大気圧の下に
開放させて前記被処理水中に微細気泡を生起させ、更に
この気泡に前記凝集剤によって凝集させた前記被処理水
に含まれた浮遊物質を吸着させた後、この凝集浮遊物質
を吸着させた気泡を浮上させて前記浮遊物を固液分離さ
せることを特徴としている。

【００１７】第２発明は、前記被処理水と接触させる空
気の供給を、オゾンガスの供給に代えて前記浮遊物質の
凝集効果を促進させることを特徴としている。

【００１８】第３発明は、前記被処理水への空気とオゾ
ンガスの供給を、一定時間毎に交互に行うことを特徴と
している。

【００１９】第４発明は、前記オゾンガスの供給によっ
て被処理水から浮遊物質を固液分離させた処理水は、更
に生物反応処理に供されることを特徴としている。

【００２０】第５発明は、一定圧力の下で被処理水と空
気と凝集剤とを接触混合させる攪拌混合手段と、前記攪
拌混合手段から吐出された流体から凝集浮遊物質を固液
分離させる浮上分離処理手段とを具備したことを特徴と
している。

【００２１】第６発明は、前記攪拌混合手段は、一定圧
力の下で被処理水に空気と凝集剤とを接触させた後、部
外に吐出させるエジェクター部と、前記エジェクター部
から吐出された流体を均一に攪拌させる攪拌部からなる
ことを特徴としている。

【００２２】第７発明は、被処理水、空気及び凝集剤を
吸引する加圧渦流ポンプと、前記加圧渦流ポンプから吐
出された流体から凝集浮遊物質を固液分離させる浮上分
離処理手段とを具備したことを特徴としている。すなわ
ち、加圧渦流ポンプのキャビテーション効果によって被
処理水中に生起させた気泡に、同ポンプ内において凝集
剤によって凝集させた浮遊物質を吸着させた後、この気
泡を含む流体を浮上分離手段に供給し、前記凝集させた
浮遊物質を固液分離させていることを特徴としている。

【００２３】第８発明は、前記空気に代えてオゾンガス
が供給されることを特徴としている。

【００２４】第９発明は、前記加圧浮上分離処理装置
に、さらに生物反応処理装置を具備させたことを特徴と
している。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。 （第１形態）本形態に係る処理装置システムは、被処理
水を一定圧力の下で空気と凝集剤とを接触混合させた後
に大気圧の下に開放させて前記被処理水中に微細気泡を
生起させ、更にこの気泡に前記凝集剤によって凝集させ
た前記被処理水に含まれた浮遊物質を吸着させた後、こ
の凝集浮遊物質を吸着させた気泡を浮上させて前記浮遊
物を固液分離させることを特徴としている。

【００２６】図１は本形態に係る装置システム概要図で
あり、Ａ及びＢはその平面図及び断面図である。第１形
態に係る装置システムは、浮上分離槽13への被処理水の
供給路にエジェクター21が設置されることによって構成
される。

【００２７】前記供給路におけるポンプ11の一次側経路
には、処理水が供給される経路18が接続されいる。処理
水には、まだ微細気泡が含まれている。効率良く被処理
水に微細気泡を混入させるべく、この処理水を被処理水
に供給させるためである。

【００２８】エジェクター21は、一定の流速で供給され
た流体の内圧が一定に保たれるように構成され、例えば
本形態においては、その内径は３ｍｍ程度に設定されて
いる。尚、被処理物質の一つであるアオコ類等の群体径
は一般的に５０μｍ程度である。したがって、３ｍｍ程
度以上の夾雑物を取り除くため、ストレーナ等のフィル
ター機能を有したものをポンプ11の一次側に取付けるこ
とが望ましい。

【００２９】また、エジェクター21には被処理水に空気
と凝集剤を供給するための経路22、24が接続されてい
る。凝集剤は、本形態においてはＰＡＣ（ポリ塩化アル
ミニウム）が用いられるが、被処理水の特性に応じて選
択される。経路22には大気23中から直接空気が供給さ
れ、経路24には凝集剤供給手段25から凝集剤が供給され
る。被処理水と空気の供給量は、被処理水の汚濁負荷に
合せて任意に設定され、さらにエジェクター21内に供給
された流体の内圧が一定に保たれるように制御される。

【００３０】浮上分離槽13は、円筒状を成しており、同
槽13内には同じく円筒状のセンターウェル15が設置され
ている。浮上分離槽13内に導入された被処理水の吐出口
12は、槽内の水流が旋回するようにセンターウェル15の
外側に設置される。

【００３１】被処理水は、ポンプ11によってエジェクタ
ー21を経由して浮上分離槽13に供給される。空気及び凝
集剤は、浮上分離槽13への被処理水の供給に伴い、それ
ぞれ経路22、24を介し、自動吸引されエジェクター21内
に供給される。前記エジェクター21内に供給された被処
理水中に含まれる浮遊物質は、注入された凝集剤と混合
しながらフロックを形成する。このフロックは、エジェ
クター21から吐出される液相中の微細気泡の表面に吸着
し、浮上分離槽13内に開放される。

【００３２】エジェクター21から吐出された微細気泡を
含んでいる被処理水は、旋回流を生じながら浮上分離槽
13内に滞留する。このとき、浮遊物質のフロックを吸着
させた微細気泡は、液面に達するまで旋回しながら浮上
する。液面付近で濃縮されたフロックは、掻寄機等によ
って集泥された後、槽13内に導入された経路16を介し系
外に搬出される。一方、底部付近に滞留する清澄な処理
水は、経路14を介し系外に移送される。尚、前記経路16
は本形態のように必ずしも浮上分離槽13内に設ける必要
はなく、濃縮させたフロックを槽13上部から直接系外に
排出させてもよい。本発明に係る処理装置システムは、
種々の被処理水や高濃度の底泥等の浮上分離処理にも対
応が可能である。

【００３３】本形態例に係る処理装置システムによれ
ば、空気と凝集剤を共にエジェクター21内に導入するこ
とによって被処理水中に含まれるアオコ類を効率的に凝
集させ、かつ速やかにフロックを固液分離させることが
可能となる。これによって処理時間が短縮化されるばか
りでなく、コンプレッサー、加圧タンク及び減圧弁等の
制御装置の据付も不要なり、配管系が単純化されて、装
置の小型化が可能となる。 （第２形態）第１形態においては、被処理水中に微細気
泡を生じさせる手段として大気中から空気を導入させて
いるが、第２形態に係る汚濁物質処理方法及びその装置
は、前記の空気に代えてオゾンガスを注入することによ
って被処理水中に含まれるアオコ類の凝集効果を向上さ
せていることを特徴としている。オゾンガスの供給量は
任意に調整される。

【００３４】オゾンガスは、酸化力を有し、液相に含ま
れる有機物を酸化し、速やかに凝集させる作用を備えて
いる。オゾンガスを被処理水に注入させることによっ
て、液相に含まれるアオコ類などの植物性プランクトン
や有機成分は容易に凝集され、固液分離機能が促進され
る。

【００３５】また、処理水中に含まれる有機物はオゾン
によって生物的に易分解性となっているので、本形態に
係る処理装置システムから排出された処理水を後続の生
物処理系に支障なく供給することができる。

【００３６】尚、前記第１及び本形態は、空気またはオ
ゾンガスをそれぞれ単独でエジェクター21に導入させて
いるが、被処理水の汚濁負荷に応じて空気とオゾンの導
入を間欠的に交互に行ってもよい。 （第３形態）本形態は、前記第１、２形態に係る処理装
置システムにおいて、前記エジェクター21にさらに攪拌
機能を具備させたこと特徴としている。

【００３７】図２は、本形態例に係る攪拌混合装置の構
造説明図である。当該攪拌混合装置は、エジェクター部
と攪拌部から構成される。混合部は、エジェクター21か
ら吐出された流体を均一に接触混合させて効率良くフロ
ックを生成させ、この生成フロックを微細気泡に接着さ
せる機能を有している。攪拌部としてはパイプミキサ27
等の攪拌機能を備えた配管が用いられている。

【００３８】かかる構成によって、本形態に係る処理装
置システムは、前記２形態と同様の効果を奏することに
加え、凝集剤の添加量を最小限に抑えながら被処理水中
に含まれる被処理物質を除去することができる。 （第４形態）本形態例に係る処理装置システムは、第１
形態に係る処理装置におけるポンプ11とエジェクター21
を加圧渦流ポンプ31に代えたことを特徴としている。す
なわち、加圧渦流ポンプ31のキャビテーション効果によ
って被処理水中に生起させた気泡に、同ポンプ31内にお
いて凝集剤によって凝集させた浮遊物質を吸着させた
後、この気泡を含む流体を浮上分離槽13に供給し、前記
凝集させた浮遊物質を固液分離させている。

【００３９】図３は本形態に係る装置システム概要図で
あり、Ａ及びＢはその平面図及び断面図である。本形態
例に係る装置システムにおける被処理水への注入させる
空気またはオゾンガス及び凝集剤は、加圧渦流ポンプ31
の一次側に取付けた供給路32、34から吸引させている。
加圧渦流ポンプ31は、100〜300ｋＰａ程度の加圧状態で
運転され、空気またはオゾンガスを自動吸引しながら、
キャビテーション効果によって被処理水中に微細気泡を
生起させる。さらに、被処理水中に含まれるアオコ類等
の被処理物質と凝集剤を均一に混合させてフロックを形
成させる。生成されたフロックは、前記微細気泡の表面
に吸着され、前記ポンプ31内から浮上分離槽内に吐出さ
れる。尚、本形態においても、前形態と同様に、３ｍｍ
程度以上の夾雑物を含む被処理水に対処すべく、ストレ
ーナ等のフィルター機能を有したものをポンプの一次側
に取付けられることが望まれる。

【００４０】本形態例に係る装置システムによって、前
形態と同様の効果を奏することに加え、処理時間が短縮
さればかりでなく、配管系が単純化され、処理装置の小
型化が可能となる。 （第５形態）前記の形態において述べたように、混合装
置に供給する被処理水にオゾンガスを供給し固液分離さ
せた処理水中に含まれる被処理物質は、オゾン処理によ
り生物学的分解性が向上している。

【００４１】そこで、図４に示した本形態に係る装置シ
ステム系統図のように、後続処理に生物反応処理装置42
を配置した高度処理装置が実現される。

【００４２】図６において、被処理水は第３形態例また
は第４形態例に係る加圧浮上分離装置41に供給されてア
オコ類のような浮遊物質が浮上分離される。処理水は生
物学反応処理装置42において処理される。生物反応処理
としては接触曝気処理方式等が用いられる。

【００４３】アオコ類等の植物性プランクトンが大量発
生している水域は、富栄養化状態となっており、窒素と
リンの濃度を多く含んでいる。そこで、本形態による本
発明に係る加圧浮上分離処理装置41と生物反応処理装置
42との組合せによって植物性プランクトンばかりでなく
溶解性有機物、窒素及びリン等の除去が可能となる。

【００４４】前段の加圧浮上分離装置41においては、凝
集剤の添加により被処理水中のリンは凝集処理され、有
機物はオゾン処理を受けて易分解性となっている。ま
た、浮上処理水は微細気泡混入処理水の混入により溶存
酸素が豊富であるので、生物反応処理装置42におけるエ
アレーションに必要な電力が節約されることとなる。

【００４５】後段の生物反応処理装置42においては、浮
上分離水に含まれる有機物は速やかに分解されて、窒素
成分は硝化、脱窒作用により大気中に放出される。装置
42から排出される処理水は、有毒な物質を含んでおら
ず、溶存酸素を豊富に含んでいる。これを湖沼等の環境
水圏に返流させることによって、環境水圏の自己浄化能
力を回復させ、植物性プランクトン大量発生の原因とな
る富栄養化の再発を防止させることが可能となる。

【００４６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る加圧浮上分離方法及びその装置は、以下の効果を奏す
る。

【００４７】第１に、従来の加圧浮上分離法において必
要であった加圧ポンプ、コンプレッサ、加圧タンクの装
置が、加圧渦流ポンプ又は導入ポンプ、エジェクタ及び
パイプミキサだけに省略され、配管系も単純化される。

【００４８】第２に、高効率のエジェクターと攪拌機能
を備えた配管を組み合わせた攪拌混合装置によって最小
限の凝集剤の供給量で効率的に被処理水中に含まれるア
オコ類等の浮遊物質（以下、浮遊物質と称する）を固液
分離処理させることができる。

【００４９】第３に、本発明の旋回式浮上方式の導入に
よって汚濁物質のフロックを速やかに固液分離させるこ
とが可能となり、これによって処理時間が短縮され、装
置システムが小型化される。

【００５０】以上に挙げた効果は、従来の加圧浮上法と
比べ取扱が容易となり、運転管理コストの低減にもつな
がる。

【００５１】また、本発明に係る加圧浮上分離方法及び
その装置は、空気の代わりにオゾンガスを用いたこと
で、被処理水中に含まれる汚濁物質は生物学的分解性が
向上し、処理水に含まれる有機物、窒素、リン等を生物
反応処理によって容易に除去させることができる。同処
理装置システムから排出された生物反応処理水を環境水
圏に返流させることによって、水圏本来の自己浄化能力
を回復させ、環境水圏の富栄養化に対する予防も可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１、２及び３形態に係る装置システム概要
図。Ａは平面図、Ｂは断面図。

【図２】本発明に係る攪拌混合装置の構造説明図。

【図３】第４形態に係る装置システム概要図。Ａは平面
図、Ｂは断面図。

【図４】第５形態に係る装置システム系統図。

【図５】従来の装置システム概要図。

【符号の説明】

11…ポンプ 13…浮上分離槽 15…センターウェル 21…エジェクター 23…大気又はオゾン発生手段 25…凝集剤供給手段 27…パイプミキサー 31…加圧渦流ポンプ 41…本発明に係る加圧浮上分離処理装置 42…生物反応処理装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4D037 AA05 AA06 AB01 AB02 BA02 BB03 CA07 CA08 CA12 4D040 BB13 BB15 BB33 BB52 BB73 DD03 4D050 AA02 AA06 AB06 AB17 AB20 AB31 AB34 BB02 CA04 CA16 CA17 4D062 BA04 BB05 CA20 DA04 EA33 FA13 FA24 FA25 FA26

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理水を一定圧力の下で空気と凝集剤
   と共に接触混合させた後に大気圧の下に開放させて前記
   被処理水中に微細気泡を生起させ、更にこの気泡に前記
   凝集剤によって凝集させた前記被処理水に含まれた浮遊
   物質を吸着させた後、この凝集浮遊物質を吸着させた気
   泡を浮上させて前記浮遊物を固液分離させることを特徴
   とする加圧浮上分離処理方法。
2. 【請求項２】 前記被処理水と接触させる空気の供給
   を、オゾンガスの供給に代えて前記浮遊物質の凝集効果
   を促進させることを特徴とする請求項１記載の加圧浮上
   分離処理方法。
3. 【請求項３】 前記被処理水への空気とオゾンガスの供
   給を、一定時間毎に交互に行うことを特徴とする請求項
   ２記載の加圧浮上分離処理方法。
4. 【請求項４】 前記オゾンガスの供給によって被処理水
   から浮遊物質を固液分離させた処理水は、更に生物反応
   処理に供されることを特徴とする請求項２または３記載
   の加圧浮上分離処理方法。
5. 【請求項５】 一定圧力の下で被処理水と空気と凝集剤
   とを接触混合させる攪拌混合手段と、前記攪拌混合手段
   から吐出された流体から凝集浮遊物質を固液分離させる
   浮上分離処理手段とを具備したことを特徴とする加圧浮
   上分離処理装置。
6. 【請求項６】 前記攪拌混合手段は、一定圧力の下で被
   処理水に空気と凝集剤とを接触させた後、部外に吐出さ
   せるエジェクター部と、前記エジェクター部から吐出さ
   れた流体を均一に攪拌させる攪拌部からなることを特徴
   とする請求項５記載の加圧浮上分離処理装置。
7. 【請求項７】 被処理水、空気及び凝集剤を吸引する加
   圧渦流ポンプと、前記加圧渦流ポンプから吐出された流
   体から凝集浮遊物質を固液分離させる浮上分離処理手段
   とを具備したことを特徴とする請求項５または６記載の
   加圧浮上分離処理装置。
8. 【請求項８】 前記空気に代えてオゾンガスが供給され
   ることを特徴とする請求項５〜７記載の加圧浮上分離処
   理装置。
9. 【請求項９】 前記加圧浮上分離処理装置に、さらに生
   物反応処理装置を具備させたことを特徴とする請求項５
   〜８記載の加圧浮上分離装置。