JP2003220384A - 超高速浮上分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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凝集除去対象物質を極めて
高速度で浮上分離でき、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装置を提供する。 【解決手段】 原水に、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、原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；該凝集攪拌
槽からの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する浮上分離槽と；該浮上分離物を
攪拌して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；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；該排出槽に原水又は処理水の一部を流量Ｑで供
給する手段等を設けた超高速浮上性分離装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【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１００〜２
００ｍｍ／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）（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微粒子を浮上分離する浮上分離槽
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。 （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
（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（１）記載の超高速浮上分離装置。 （３）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（１）又は（２）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０．０
３〜３ｍｍ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３０〜３００
０μｍ、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５００
０〜７０００ｍｍ／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１
０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Ｑ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。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Ｒ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１
９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／ｈ
ｒとした。５０ｍ³／ｈｒのうち、反応槽に４１ｍ ³／ｈ
ｒ、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（ＳＳ１８０
ｍｇ／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３
ｍｇ／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３００ｍ
ｍ／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（ＣＳ
Ｏ）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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０２Ｆ 1/52 Ｃ０２Ｆ 1/52 Ｅ (72)発明者 田中 俊博 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 須田 康司 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 Ｆターム(参考） 4D015 BA08 BA22 BB12 CA01 DB01 DC06 EA33 FA03 FA11 FA12 4D037 AB01 AB02 AB05 AB11 AB15 BA01 BB04 BB08 CA06 CA08 4D071 AA41 AB15 AB25 BB03 DA01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （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。
2. 【請求項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（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１記載の超高速浮上分離装置。
3. 【請求項３】 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１又は請求項２記載の超高速浮上分
   離装置。