JP2018134619A - 凝集沈殿装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で、高速処理を実現しながら清澄な処理水を得る。【解決手段】凝集沈殿装置１は、鉛直方向に延びる回転軸Ｌを中心として沈殿槽１０内に回転可能に設けられた筒体２１によって少なくとも一部が区画され、沈殿槽１０内の被処理水中のフロックを濃縮させる濃縮部２０と、筒体２１の外周面に取り付けられ、筒体２１と共に回転して沈殿槽１０内の被処理水を撹拌し、被処理水中のフロックを造粒する撹拌翼３０と、を有している。【選択図】図１

Description

本発明は、造粒型の凝集沈殿装置に関する。

水処理装置の１つとして、用水処理や排水処理などに凝集沈殿装置が広く用いられている。凝集沈殿装置は、原水に含まれる懸濁物質を沈殿槽内で凝集させて沈殿させ、原水を汚泥と処理水とに分離するものである。すなわち、沈殿槽に供給される原水は、汚泥による流動層（スラッジブランケット）を通過する際に、原水中の懸濁物質やフロックがスラッジブランケットに捕捉され、ろ過された上澄み液が処理水として得られることになる。

このような凝集沈殿装置の中でも、凝集剤が添加された原水を沈殿槽内で撹拌し、衝突や転がり運動を繰り返すことで原水中のフロックの粒径を次第に増大させて球状のペレットを形成する造粒型の凝集沈殿装置が知られている。造粒型の凝集沈殿装置では、高密度で沈降速度が速いペレットが流動層（ペレットブランケット）を形成することで、より高速での処理が可能になるとともに、沈殿槽内の通水線速度（ＬＶ）を大きくして沈殿槽の小型化も実現することができる。

ところで、凝集沈殿装置において清澄な処理水を得るためには、スラッジブランケットの界面を安定に保持することが重要であるが、沈殿槽の底部に堆積した濃縮汚泥を引き抜く際にスラッジブランケットの界面が低下し、処理水質を維持できないことがある。そのため、沈殿槽の中心付近に、スラッジブランケットと区画された円筒状の領域（濃縮部）を設け、そこに汚泥を沈降させて濃縮させる技術が知られている（例えば、特許文献１）
。これにより、濃縮部から濃縮汚泥を引き抜く際にスラッジブランケットの界面を安定させることができ、さらには、沈殿槽内の余剰汚泥が濃縮部に常にオーバーフローすることでブランケット界面の高さを一定に保持することもできる。

昭６３−１７６５０３号公報

造粒型の凝集沈殿装置において沈殿槽の中心付近に濃縮部を設けようとすると、濃縮部に干渉しないようにするためには特殊な形状が必要になるなど、凝集フロックを撹拌して造粒させる撹拌翼の設置が困難になる。

そこで、本発明の目的は、簡単な構造で、高速処理を実現しながら清澄な処理水を得ることができる凝集沈殿装置を提供することである。

上述した目的を達成するために、本発明の凝集沈殿装置は、被処理水に含まれる懸濁物質を沈殿槽内で凝集させて沈殿させ、被処理水を汚泥と処理水とに分離する凝集沈殿装置であって、鉛直方向に延びる回転軸を中心として沈殿槽内に回転可能に設けられた筒体によって少なくとも一部が区画され、沈殿槽内の被処理水中のフロックを濃縮させる濃縮部と、筒体の外周面に取り付けられ、筒体と共に回転して沈殿槽内の被処理水を撹拌し、被処理水中のフロックを造粒する撹拌翼と、を有している。

このような凝集沈殿装置では、複雑な構造を採用することなく濃縮部と撹拌翼を両立させることができ、濃縮部によるブランケット界面の安定保持と、撹拌翼によるフロックの造粒とを実現することができる。

以上、本発明によれば、簡単な構造で、高速処理を実現しながら清澄な処理水を得ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る凝集沈殿装置の概略断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る撹拌翼の取り付け例を示す概略図である。 本発明の第２の実施形態に係る凝集沈殿装置の概略断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る凝集沈殿装置の概略断面図である。

凝集沈殿装置１は、含有する懸濁物質を凝集させて沈殿させることで原水（被処理水）を汚泥と上澄み液（処理水）とに分離する造粒型の凝集沈殿装置であり、沈殿槽１０と、濃縮部２０と、複数の撹拌翼３０とを有している。

沈殿槽１０は、原水を受け入れるために円筒形状を有している。沈殿槽１０内には、後述するように、造粒されたフロック（ペレット）による流動層（ペレットブランケット）Ａと、懸濁物質やフロックが除去された清澄な上澄み液（処理水）Ｂが形成される。沈殿槽１０の上端には、沈殿槽１０をオーバーフローした上澄み液Ｂを集水するための集水槽１１が設けられ、集水槽１１には、その上澄み液Ｂを取り出すための流出管１２が接続されている。沈殿槽１０の下端には、沈殿槽１０の底部に滞留して腐敗し処理水質を悪化させる可能性がある汚泥を引き抜くための引き抜き管１３が接続されている。また、沈殿槽１０の底部には、沈殿槽１０に原水を導入するための原水導入管１４が設けられている。沈殿槽１０の形状は円筒形状に限定されるものではなく、例えば、多角筒形状であってもよい。

濃縮部２０は、両端が開口する円筒形状の筒体２１によってペレットブランケットＡと区画されており、沈殿槽１０内の余剰汚泥（沈降速度が遅く浮遊しているペレット）をオーバーフローさせ、その内部で沈降させて濃縮させるものである。筒体２１は、鉛直方向に延びる回転軸Ｌを中心として回転可能に設けられている。すなわち、筒体２１は、固定部材（図示せず）によって筒体２１に固定されたシャフト２２を通じてモータ２３に連結され、したがって、モータ２３の駆動により回転軸Ｌを中心として回転可能である。筒体２１の下端には、沈殿槽１０との隙間Ｇ１を封止して液体の流通を規制する封止部材（図示せず）が設けられている。モータ２３は、インバータによって制御され、沈殿槽１０内での原水の通水線速度（ＬＶ）に応じて筒体２１の回転速度を変化させるようになっている。シャフト２２と筒体２１の内周面との少なくとも一方には、複数の流動翼２４が設けられている。複数の流動翼２４は、シャフト２２や筒体２１と共に回転して濃縮部２０内の濃縮汚泥（高濃度に濃縮されたペレット）Ｃを流動させ、それらの固着や閉塞を抑制するものである。なお、筒体２１の形状は円筒形状に限定されるものではなく、例えば、多角筒形状であってもよい。

濃縮部２０は、筒体２１の内側の領域だけでなく、その領域に下方から連通し、沈殿槽１０の他の領域よりも下側に突出する堆積領域（突出領域）２５も含んでいる。堆積領域２５には、堆積領域２５に堆積した濃縮汚泥Ｃを引き抜くための引き抜き管２６が接続されている。このような構成は、濃縮部２０内の濃縮汚泥Ｃを引き抜くために、沈殿槽１０の側壁を貫通させる配管や内部の配管が不要になる点で有利である。引き抜き管２６は、沈殿槽１０の引き抜き管１３と合流して汚泥引き抜きライン（図示せず）に接続され、汚泥引き抜きラインには汚泥引き抜きポンプ（図示せず）が設けられている。合流前の各引き抜き管１３，２６には自動バルブが取り付けられ、汚泥の引き抜きのタイミングはタイマーなどにより自動的に制御される。なお、沈殿槽１０の底部に滞留する汚泥の腐敗が頻繁に起こらず、引き抜きを定期的に行う必要がなければ、沈殿槽１０の引き抜き管１３に取り付けられるバルブは、手動バルブであってもよい。

複数の撹拌翼３０は、それぞれ細長い平板状の部材からなり、濃縮部２０の筒体２１の外周面から放射状に延びるように設けられている。これにより、複数の撹拌翼３０は、筒体２１と共に回転して沈殿槽１０内のペレットブランケットＡを撹拌し、微細なフロックの粒径を増大させて球状のペレットに造粒することができる。

ここで、本実施形態の凝集沈殿装置１の動作について説明する。

まず、凝集沈殿装置１の前段で原水に凝集剤が添加され、原水に含まれる懸濁物質の凝集が開始される。そして、この凝集過程のフロックを含む原水が、原水導入管１４を通じて沈殿槽１０に導入される。あるいは、原水は、凝集沈殿装置１の前段で凝集剤が添加される代わりに、原水導入管１４内で凝集剤が添加されて沈殿槽１０に導入される。原水が沈殿槽１０内に供給されると、原水中の微細なフロックは、濃縮部２０の筒体２１と共に回転する複数の撹拌翼３０により撹拌され、衝突や転がり運動を繰り返すことで粒径が次第に増大して球状のペレットに造粒される。こうして、沈殿槽１０内の下部には、ペレットによる流動層であるペレットブランケットＡが形成される。その後、原水導入管１４から供給される原水は、ペレットブランケットＡを通過する間に懸濁物質やフロックがペレットブランケットＡに捕捉され、ろ過された上澄み液（処理水）Ｂとなって沈殿槽１０の上部に上昇する。そして、上澄み液Ｂは、沈殿槽１０をオーバーフローすると、集水槽１１から流出管１２を通じて取り出される。

一方で、ペレットブランケットＡの界面が筒体２１の高さを上回ると、ペレットブランケットＡの上部のペレットが筒体２１の内側にオーバーフローし、濃縮部２０の堆積領域２５に沈降して濃縮される。こうして、オーバーフローが継続的に行われることで、ペレットブランケットＡの界面は一定の高さ（筒体２１の上端の位置）に保持される。なお、濃縮部２０の堆積領域２５に堆積した濃縮汚泥Ｃは、必要に応じて、引き抜き管２６を通じて外部に引き抜かれる。

このように、本実施形態では、濃縮部２０を区画する筒体２１が回転可能に構成され、その筒体２１に撹拌翼３０が取り付けられているため、複雑な構造を採用することなく濃縮部２０と撹拌翼３０とを両立させて、その両方の利点を享受することができる。すなわち、沈殿槽１０の中心付近でペレットブランケットＡと区画された濃縮部２０により、ペレットブランケットＡの界面を安定かつ一定に保持することができ、清澄な処理水を得ることができる。それと同時に、撹拌翼３０によるペレットの形成によって、より高速での処理も可能になる。

また、本実施形態では、高密度で沈降速度が速いペレットによる流動層（ペレットブランケットＡ）が形成されるため、沈殿槽１０内での原水の通水ＬＶを大きくすることができ、沈殿槽１０の小型化も実現することができる。なお、通水ＬＶを大きくすると、原水中のフロックと撹拌翼３０との接触回数が減少し、機械的な脱水処理が十分に行われず、結果的にフロックを十分に造粒することができなくなる可能性がある。しかしながら、本実施形態では、モータ２３のインバータ制御により、筒体２１の回転速度、すなわち撹拌翼３０の撹拌速度を通水ＬＶに応じて変化させるように構成されている。そのため、原水の通水ＬＶを大きくしても、それに応じて撹拌速度を増加させ、高密度で沈降速度が速いペレットを十分に形成することができる。

これに加えて、本実施形態では、ペレットブランケットＡの上部に浮遊している沈降速度が遅い小さなペレットから濃縮部２０にオーバーフローさせることができる。そのため、ペレットブランケットＡをより沈降速度が速いペレットで形成することができ、通水ＬＶのさらなる上昇、ひいては沈殿槽１０のさらなる小型化が可能になる。また、濃縮部２０の高さについても、通常はより高いほど汚泥の沈降濃縮を促進させることができるが、本実施形態では、機械的な脱水処理によりフロックの造粒濃縮が行われるため、それほどの高さを必要しない。そのため、濃縮部２０の高さ（すなわち容積）も通常より小さくすることができる。

図示した例では、原水導入管１４は、沈殿槽１０の底部に設けられているが、その設置位置に特に制限はなく、例えば、沈殿槽１０の側部に設けられていてもよく、あるいは、沈殿槽１０内を上部から下部に向かって延びるように設けられていてもよい。さらに、原水導入管１４の設置位置にかかわらず、その先端には、沈殿槽１０内に原水を均一に分散させて供給するための固定式のディストリビュータが設けられていてもよい。ディストリビュータの形状に特に制限はなく、濃縮部２０や撹拌翼３０の動きに干渉しないように、例えば、濃縮部２０を取り囲む円環状や多角環状のディストリビュータを用いることができる。なお、原水導入管１４の数も、必ずしも１つである必要はなく、複数であってもよい。

さらに、図示した例では、筒体２１を回転させるモータ２３は、沈殿槽１０の上部に設けられているが、堆積領域２５の下側に設けられていてもよい。その場合、シャフト２２は、堆積領域２５の底壁を貫通し、最大でも濃縮部２０の高さまで設けられていればよい。

なお、筒体２１に取り付けられる撹拌翼３０の数および位置は、特定のものに限定されるものではない。撹拌翼３０の数としては、処理流量など様々な条件に応じて最適な数を選択することができる。また、撹拌翼３０の配置は、濃縮部２０（筒体２１）の回転軸Ｌを中心として対称的であってもよく非対称であってもよい。あるいは、撹拌翼３０は、筒体２１の軸方向に沿ってらせん状や千鳥状に配置されていてもよい。

本実施形態では、各撹拌翼３０は、長手方向が筒体２１の外周面の法線方向に沿って設けられ、短手方向が鉛直方向に沿って設けられているが、撹拌翼３０の取り付け角度は、これに限定されるものではない。図２は、撹拌翼３０の他の取り付け例を示す図であり、図２（ａ）は、筒体２１の軸方向に垂直な断面を示し、図２（ｂ）および図２（ｃ）は、撹拌翼３０の長手方向に垂直な平面を示している。例えば、図２（ａ）に示すように、撹拌翼３０は、長手方向が筒体２１の外周面の法線方向（図中破線参照）に対して回転方向の上流側に傾斜して設けられていてもよい。これにより、撹拌翼３０上でのペレットの転がり運動を促進させることができる。また、図２（ｂ）および図２（ｃ）に示すように、撹拌翼３０は、短手方向が鉛直方向に対して傾斜して設けられていてもよい。これにより、筒体２１が回転したときに、沈殿槽１０内でフロックに上向きの流れ（図２（ｂ）参照）や下向きの流れ（図２（ｃ）参照）を生じさせ、フロック同士の衝突回数を増加させて効率的にペレットを形成することができる。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係る凝集沈殿装置の概略断面図である。以下、第１の実施形態と同様の構成については、図面に同じ符号を付してその説明を省略し、第１の実施形態と異なる構成のみ説明する。

本実施形態は、沈殿槽１０への原水の供給方法が第１の実施形態と異なっている。具体的には、濃縮部２０の筒体２１と共に回転可能に設けられたディストリビュータ４０によって、沈殿槽１０内に原水を均一に分散させて供給するようになっている。これに伴い、本実施形態では、原水導入管１４の位置が沈殿槽１０の底部から上部へと変更され、さらに、原水導入管１４とディストリビュータ４０とを接続する原水流入管１５が追加して設けられている。原水流入管１５は、沈殿槽１０の上部から下部に向かって筒体２１とシャフト２２との間を鉛直方向に延び、沈殿槽１０に対して固定して設けられている。すなわち、原水流入管１５は、円筒体２１の内側であって、シャフト２２を取り囲むように設けられている。

ディストリビュータ４０は、シャフト２２に連結され、原水流入管１５の内部に連通する円筒形状の支持管４１と、それぞれが支持管４１と筒体２１とに連結された複数の原水供給管４２とを有している。各原水供給管４１は、筒体２１と支持管４１との間を半径方向に延び、一端で筒体２１の外周面に開口し、他端で支持管４１を介して原水流入管１５に連通している。また、支持管４１の上端には、原水流入管１５との隙間Ｇ２を封止して液体の流通を規制する封止部材（図示せず）が設けられている。このような構成により、ディストリビュータ４０は、濃縮部２０の筒体２１と共に回転して、原水流入管１５を通じて供給される原水を周方向にほぼ均一に吐出させることができる。本実施形態では、このような原水の均一分配により処理効率を向上させて、より清澄な処理水を得ることが可能になる。

原水供給管４２の数は特定の数に限定されるものではなく、処理流量など様々な条件に応じて最適な数を選択することができる。また、図示した実施形態では、原水供給管４２は、支持管４１と筒体２１との間にだけ設けられているが、支持管４１から筒体２１を越えてさらに沈殿槽１０の壁面に向かって半径方向外側に延びていてもよい。さらには、その半径方向の長さが原水供給管４１ごとに異なっていてもよく、これにより、沈殿槽１０内に原水をより均一に分散させて供給することができる。

なお、図示されていないが、原水流入管１５の内周面とそれに対向するシャフト２２の外周面との少なくとも一方には、原水流入管１５を流れる原水の凝集過程を促進させるための撹拌翼が設けられていてもよい。

１ 凝集沈殿装置
１０ 沈殿槽
１１ 集水槽
１２ 流出管
１３ 引き抜き管
１４ 原水導入管
１５ 原水流入管
２０ 濃縮部
２１ 筒体
２２ シャフト
２３ モータ
２４ 流動翼
２５ 堆積領域
２６ 引き抜き管
３０ 撹拌翼
４０ ディストリビュータ
４１ 支持管
４２ 原水供給管
Ｇ１，Ｇ２ 隙間

Claims (10)

1. 被処理水に含まれる懸濁物質を沈殿槽内で凝集させて沈殿させ、前記被処理水を汚泥と処理水とに分離する凝集沈殿装置であって、
   鉛直方向に延びる回転軸を中心として前記沈殿槽内に回転可能に設けられた筒体によって少なくとも一部が区画され、前記沈殿槽内の前記被処理水中のフロックを濃縮させる濃縮部と、
   前記筒体の外周面に取り付けられ、前記筒体と共に回転して前記沈殿槽内の前記被処理水を撹拌し、該被処理水中のフロックを造粒する撹拌翼と、
   を有する、凝集沈殿装置。
2. 前記筒体を回転させるシャフトと前記筒体の内周面との少なくとも一方に取り付けられ、前記濃縮部内の濃縮フロックを流動させる流動翼を有する、請求項１に記載の凝集沈殿装置。
3. 前記筒体と共に回転可能に設けられ、凝集剤が添加された前記被処理水を前記沈殿槽内に供給するディストリビュータを有する、請求項１または２に記載の凝集沈殿装置。
4. 前記沈殿槽の上部から下部に向かって前記筒体の内側を鉛直方向に延び、前記被処理水を前記沈殿槽内に流入させる流入管を有し、
   前記ディストリビュータが、前記筒体に連結され、一端で前記筒体の外周面に開口し、他端で前記流入管に連通する供給管を有する、請求項３に記載の凝集沈殿装置。
5. 前記濃縮部は、両端が開口する前記筒体の内側領域と、該内側領域に下方から連通し、前記沈殿槽の他の領域よりも下側に突出する突出領域とを含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の凝集沈殿装置。
6. 前記濃縮部の前記突出領域に堆積した濃縮フロックを引き抜くための引き抜き手段を有する、請求項５に記載の凝集沈殿装置。
7. 前記撹拌翼が、前記筒体の外周面の法線方向に沿って設けられている、請求項１から６のいずれか１項に記載の凝集沈殿装置。
8. 前記撹拌翼が、前記筒体の外周面の法線方向に対して該筒体の回転方向の上流側に傾斜して設けられている、請求項１から６のいずれか１項に記載の凝集沈殿装置。
9. 前記撹拌翼が、鉛直方向に沿って設けられている、請求項１から８のいずれか１項に記載の凝集沈殿装置。
10. 前記撹拌翼が、鉛直方向に対して傾斜して設けられている、請求項１から８のいずれか１項に記載の凝集沈殿装置。

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