JP2019111505A - 凝集混和装置、浄水処理システムおよびフロック形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電力コストが低減されるとともに、壊れ難い良質のフロックを形成することができる凝集混和装置を提供する。【解決手段】凝集剤が注入された処理対象原水２中にフロックを形成させるための凝集混和装置５であって、処理対象原水２が上向流をなす上向流路２２と処理対象原水２が下向流をなす下向流路２３とが順次接続されることで複数の上向流路２２を有する上下方向の迂回流路２１を構成し、上向流路２２の流路断面積が、当該上向流路２２の下流側に接続されている下向流路２３の流路断面積よりも大きい。【選択図】図２

Description

本発明は、凝集剤が混合された処理対象原水中にフロックを形成させるための凝集混和装置、このような凝集混和装置を用いた浄水処理システム、および、処理対象原水中に凝集剤を注入してフロックを形成するフロック形成方法に関する。

従来、処理対象原水に含まれる懸濁物質を分離する方法として、凝集分離方法が知られている。凝集分離方法は、処理対象原水に凝集剤を注入し、凝集剤入りの処理対象原水を撹拌機で攪拌することにより、懸濁物質を凝集させてフロックを形成し、その後、ろ過分離を行うものである。上記のような方法では、撹拌機を作動させるのに要する消費電力が大きく、電力コストがアップするといった問題があった。

このような問題の対策として、例えば、撹拌機の代わりに、図１４に示すように、上下方向に蛇行した配管からなる配管凝集部１０１を用いた凝集混和装置１０２がある。これによると、原水貯留槽１０３内の処理対象原水１０４が、ポンプ１０５により、配管１０６を通って配管凝集部１０１へ圧送される。この際、凝集剤１０７を配管１０６に注入することにより、処理対象原水１０４と凝集剤１０７とが配管凝集部１０１を流れながら混合され、フロックが形成される。これにより、撹拌機を用いてフロックを形成させる場合に比べて、電力コストが低減される。

尚、上記のような配管凝集部１０１を用いた凝集混和装置１０２は例えば下記特許文献１に記載されている。

特開昭５５−７５７８７

しかしながら図に示した従来形式では、配管凝集部１０１は一本の同径の配管を曲げて形成されているため、配管凝集部１０１内を流れる処理対象原水１０４の流速はほぼ均一となる。このため、速度変化による攪拌効果が得られ難く、配管凝集部１０１で形成されたフロックが壊れ易いといった問題がある。

本発明は、電力コストが低減されるとともに、膜面閉塞の原因となる微粒子が少なく、壊れ難い良質のフロックを形成することができる凝集混和装置、浄水処理システムおよびフロック形成方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明は、凝集剤が注入された処理対象原水中にフロックを形成させるための凝集混和装置であって、
処理対象原水が上向流をなす上向流路と処理対象原水が下向流をなす下向流路とが順次接続されることで複数の上向流路を有する上下方向の迂回流路を構成し、
上向流路の流路断面積が、当該上向流路の下流側に接続されている下向流路の流路断面積よりも大きいものである。

これによると、凝集剤を注入した処理対象原水が迂回流路を流れる際、上向流路では処理対象原水の平均流速が低下することで、処理対象原水中の粒子同士が会合し易くなり、フロックが形成されて粗大化する。そして、下向流路では処理対象原水の平均流速が増加することで、前段の上向流路で形成されたフロックのうちの解砕され易いフロックが解砕され、また、一方で、フロック化していない懸濁物質が存在する場合には、新たにフロックが形成される。

このようなフロックの粗大化と解砕とが迂回流路において繰り返されることにより、フロックが粗大化するとともに緻密化し、強度が高く、壊れ難い良質のフロックが形成される。これにより、フロックが膜分離装置のろ過膜の膜面に付着しても、逆洗によりろ過膜を十分に洗浄し、ろ過性能を回復させることができる。

また、凝集剤を注入した処理対象原水を撹拌機で攪拌してフロックを形成する場合に比べて、電力コストを低減することができる。

本第２発明における凝集混和装置は、下向流路と当該下向流路の下流側の上向流路とが接続流路を介して接続され、
接続流路は下向流路の流路断面積よりも小さい流路断面積を備える部分を有するものである。

これによると、凝集剤を注入した処理対象原水が接続流路から上向流路に流入する際、流路断面積が急激に拡大するため、処理対象原水の流れが大きく乱れ、解砕されたフロックと微小なフロックとがほど良く（適度に）混合され、上向流路において、フロックの形成が促進される。

本第３発明における凝集混和装置は、上向流路は縦長筒状の槽体であり、
下向流路は配管部材であるものである。

これによると、凝集剤を注入した処理対象原水は、縦長筒状の槽体内を上向きに流れ、配管部材内を下向きに流れる。縦長筒状の槽体内では処理対象原水の平均流速が低下し、配管部材内では処理対象原水の平均流速が上昇するため、縦長筒状の槽体内においてフロックが形成されて粗大化し、粗大化したフロックが配管部材内において解砕される。

本第４発明における凝集混和装置は、迂回流路は槽体内に形成され、
槽体内を区画する複数の区画壁によって上向流路と下向流路とが形成されているものである。

本第５発明における凝集混和装置は、上記第１発明から第４発明のいずれか１項に記載の凝集混和装置を用いた浄水処理システムであって、
処理対象原水を貯留する原水貯留槽と凝集混和装置、凝集混和装置と膜分離装置、膜分離装置と膜分離によって得られた処理水を回収する処理水槽がそれぞれ接続され、
凝集混和装置と膜分離装置とが密閉構造であり、
原水貯留槽と処理水槽とが大気解放構造であり、
原水貯留槽内の処理対象原水と処理水槽内の処理水との間の水位差によって、膜分離装置から処理水が取り出されるものである。

これによると、処理対象原水が原水貯留槽から凝集混和装置へ供給される途中で、凝集剤を処理対象原水に注入する。凝集混和装置において、処理対象原水と凝集剤とが十分に混合され、フロックの形成と解砕とが繰り返されることにより、粗大化し且つ緻密化した壊れ難い良質のフロックが形成される。

その後、膜分離装置において処理対象原水をろ過した際、フロックが膜分離装置のろ過膜の膜面に付着しても、逆洗によりろ過膜を洗浄することで、ろ過性能を十分に回復することができる。

また、原水貯留槽内の処理対象原水と処理水槽内の処理水との間の水位差によって、膜分離装置から処理水が取り出されるため、ポンプ等を作動させるのに要する消費電力を省くことができ、電力コストをさらに低減することができる。

本第６発明における凝集混和装置は、上記第１発明から第４発明のいずれか１項に記載の凝集混和装置を用いた浄水処理システムであって、
処理対象原水を貯留する原水貯留槽と凝集混和装置、凝集混和装置と膜分離装置、膜分離装置と膜分離によって得られた処理水を回収する処理水槽がそれぞれ接続され、
凝集混和装置と膜分離装置とが密閉構造であり、
原水貯留槽の処理対象原水がポンプ装置により凝集混和装置へ圧送されることによって、膜分離装置から処理水が取り出されるものである。

これによると、処理対象原水が原水貯留槽から凝集混和装置へ圧送される途中で、凝集剤が処理対象原水に注入される。凝集混和装置において、処理対象原水と凝集剤とが十分に混合され、フロックの形成と解砕とが繰り返されることにより、粗大化し且つ緻密化した壊れ難い良質のフロックが形成される。

その後、膜分離装置において処理対象原水をろ過した際、フロックが膜分離装置のろ過膜の膜面に付着しても、逆洗によりろ過膜を洗浄することで、ろ過性能を十分に回復することができる。

本第７発明におけるフロック形成方法は、処理対象原水中に凝集剤を注入する凝集剤注入工程と、
凝集剤注入工程を経た処理対象原水を迂回流路に通水し、処理対象原水が迂回流路の上向流路を上向流となって流れ、迂回流路の下向流路を下向流となって流れることを順次繰り返すことにより、フロックを形成するフロック化工程とを備え、
上向流路を流れる処理対象原水の平均流速が、当該上向流路の下流側に接続される下向流路を流れる処理対象原水の平均流速よりも低いものである。

これによると、上向流路においてフロックが形成されて粗大化し、粗大化したフロックが下向流路において解砕され、このようなフロックの形成と解砕とが繰り返されることにより、フロックが粗大化するとともに緻密化し、強度が高く、壊れ難い良質のフロックが形成される。これにより、フロックが膜分離装置のろ過膜の膜面に付着しても、逆洗によりろ過膜を洗浄することで、ろ過性能を十分に回復することができる。

また、凝集剤を注入した処理対象原水を撹拌機で攪拌してフロックを形成する場合に比べて、電力コストを低減することができる。

以上のように本発明によると、フロックの粗大化と解砕とが迂回流路において繰り返されることにより、フロックが粗大化するとともに緻密化し、強度が高く、壊れ難い良質のフロックが形成される。これにより、フロックが膜分離装置のろ過膜の膜面に付着しても、逆洗によりろ過膜を洗浄することで、ろ過性能を十分に回復することができる。

また、凝集剤を注入した処理対象原水を撹拌機で攪拌してフロックを形成する場合に比べて、電力コストを低減することができる。

本発明の第１の実施の形態における浄水処理システムの構成を示す図である。 同、浄水処理システムに設けられた凝集混和装置の断面図である。 同、凝集混和装置の各槽体内の処理対象原水中に含まれる微粒子の個数を示したグラフである。 同、凝集混和装置の槽体内における処理対象原水の濁度とフロックの沈降反応時間との関係を示すグラフである。 同、凝集混和装置を用いてフロックを形成した処理対象原水を膜分離装置でろ過したときのろ過運転の期間と膜差圧との関係を示すグラフである。 上記図５に示したグラフの横軸の期間の一部を引き延ばして拡大表示したものである。 参考例であって、従来の撹拌機を用いてフロックを形成した処理対象原水を膜分離装置でろ過したときのろ過運転の期間と膜差圧との関係を示すグラフである。 上記図７に示したグラフの横軸の期間の一部を引き延ばして拡大表示したものである。 本発明の第２の実施の形態における凝集混和装置の断面図である。 本発明の第３の実施の形態における凝集混和装置の断面図である。 本発明の第４の実施の形態における凝集混和装置の断面図である。 図１１におけるＸ−Ｘ矢視図である。 本発明の第５の実施の形態における浄水処理システムの構成を示す図である。 従来の凝集混和装置を備えた沈降分離装置の図である。

以下、本発明における実施の形態を、図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態では、図１，図２に示すように、１は浄水処理システムであり、この浄水処理システム１は、上流側から下流側にわたって、処理対象原水２を貯留する原水貯留槽３と、ラインミキサー４と、凝集混和装置５と、膜分離装置６と、処理対象原水２から膜分離によって得られた処理水７を回収する処理水槽８とを有している。

これら原水貯留槽３とラインミキサー４と凝集混和装置５と膜分離装置６と処理水槽８はそれぞれ配管路１１〜１４を介して接続されている。尚、原水貯留槽３と処理水槽８とは大気解放構造の槽である。

処理水槽８内の処理水７の水位は原水貯留槽３内の処理対象原水２の水位よりも低く、処理水槽８内の処理水７と原水貯留槽３内の処理対象原水２との水位差Ｈ（すなわち水頭圧の差）によって、処理水７が膜分離装置６から処理水槽８に取り出される。

膜分離装置６は、密閉構造であり、内部にろ過膜１７を有している。ろ過膜１７を一次側から二次側に透過した処理対象原水２は処理水７として膜分離装置６から処理水槽８に取り出される。

また、配管路１１には、凝集剤１８を注入する凝集剤注入装置１９が接続されている。

凝集混和装置５は、凝集剤１８が注入された処理対象原水２中にフロックを形成させるための密閉構造の装置であり、上下方向に蛇行した迂回流路２１を有している。迂回流路２１は複数の上向流路２２と下向流路２３と上部接続流路２４と下部接続流路２５とを有している。

上向流路２２は、処理対象原水２が上向流をなす流路であり、縦長筒状の槽体２８内に形成されている。尚、槽体２８は、円筒状の胴部２９と、胴部２９の上端を閉鎖する天板部３０と、胴部２９の下端を閉鎖する底板部３１とを有している。槽体２８の下部には流入口３３が形成され、槽体２８の上部には流出口３４が形成されている。
凝集混和装置５は例えば６本の槽体２８を有し、これら槽体２８には、最上流側（先頭）から最下流側（最後尾）にわたって順次、No.１〜No.６の番号が付されている。

下向流路２３は、処理対象原水２が下向流をなす流路であり、縦長の配管部材３７内に形成されている。

上部接続流路２４は、槽体２８の流出口３４と配管部材３７の上端部との間に接続された上部接続管３９内に形成されている。また、下部接続流路２５は、下向流路２３と当該下向流路２３の下流側の上向流路２２とを接続している流路であって、配管部材３７の下端部と槽体２８の流入口３３との間に接続された下部接続管４０内に形成されている。

上向流路２２と下向流路２３とは、上部接続流路２４と下部接続流路２５とを介して、順次繰り返して接続されている。

槽体２８の内径は配管部材３７の内径よりも大きく、これにより、上向流路２２の流路断面積Ｓａは当該上向流路２２の下流側に接続されている下向流路２３の流路断面積Ｓｂよりも大きく設定されている。

また、下部接続管４０の内径は配管部材３７の内径よりも小さく、これにより、下部接続流路２５の流路断面積Ｓｃは下向流路２３の流路断面積Ｓｂよりも小さく設定されている。

また、上部接続管３９の内径は配管部材３７の内径と同一であり、これにより、上部接続流路２４の流路断面積Ｓｄは下向流路２３の流路断面積Ｓｂと同一に設定される。

すなわち、上向流路２２の流路断面積Ｓａ>下向流路２３の流路断面積Ｓｂ＝上部接続流路２４の流路断面積Ｓｄ>下部接続流路２５の流路断面積Ｓｃという関係にある。

例えば、上向流路２２の流路断面積Ｓａは下部接続流路２５の流路断面積Ｓｃの１０〜１５０倍に設定され、上向流路２２内の処理対象原水２の平均流速が０．０２〜０．０５ｍ／ｓｅｃに設定されることが好ましいが、処理対象原水２中の懸濁物質の種類やその濁度、用いる凝集剤の種類等によって上記最適な範囲は変動する。

尚、配管路１２はラインミキサー４の出口と凝集混和装置５の最上流側（先頭）の槽体２８の流入口３３とに接続されている。また、配管路１３は凝集混和装置５の最下流側（最後尾）の槽体２８の流出口３４と膜分離装置６の入口とに接続されている。

以下、上記構成における作用を説明する。

処理対象原水２が原水貯留槽３から配管路１１を通ってラインミキサー４に供給される途中で、凝集剤注入装置１９によって凝集剤１８が配管路１１を流れる処理対象原水２に注入される（凝集剤注入工程）。その後、処理対象原水２と凝集剤１８とは、ラインミキサー４で混合され、ラインミキサー４から配管路１２を通って凝集混和装置５に供給され、凝集混和装置５において処理対象原水２にフロックが形成され（フロック化工程）、凝集混和装置５から配管路１３を通って膜分離装置６に供給され、膜分離装置６のろ過膜１７でろ過される。そして、ろ過膜１７を透過した処理対象原水２は、処理水７として、膜分離装置６から配管路１４を通って処理水槽８に取り出される。

これによると、原水貯留槽３内の処理対象原水２と処理水槽８内の処理水７との間の水位差Ｈによって、膜分離装置６から処理水７を取り出すため、ポンプ等を作動させるのに要する消費電力を省くことができ、電力コストを低減することができる。

上記のような浄水処理システム１を用いた水処理における凝集混和装置５の作用および効果を以下に説明する。

凝集剤１８を注入した処理対象原水２は、配管路１２を通って凝集混和装置５の最上流側にあるNo.１の槽体２８の流入口３３からこの槽体２８内に流入し、槽体２８内の上向流路２２を上向きに流れ、槽体２８の流出口３４から上部接続管３９内の上部接続流路２４に流出し、配管部材３７内の下向流路２３を下向きに流れ、下部接続管４０内の下部接続流路２５を通ってNo.２の槽体２８の流入口３３からこの槽体２８内に流入し、以降、No.２の槽体２８から順次同様にして下流側のNo.６の槽体２８まで流れ、No.６の槽体２８の流出口３４から配管路１３を通って膜分離装置６に供給される。

上記のように凝集剤１８を注入した処理対象原水２が迂回流路２１を流れる際、各槽体２８内の上向流路２２では、処理対象原水２の平均流速が小さいため、フロック同士が会合し合体して粗大化する。また、各配管部材３７内の下向流路２３では、処理対象原水２の平均流速が大きいため、上向流路２２内で粗大化したフロックがせん断力により解砕される。

このようなフロックの粗大化と解砕とが迂回流路２１において繰り返されることにより、フロックが粗大化するとともに緻密化し、強度が高く、壊れ難い良質のフロックが形成される。これにより、フロックが膜分離装置６のろ過膜１７の膜面に付着しても、逆洗によりろ過膜１７を洗浄することで、ろ過性能を十分に回復することができる。

また、凝集剤１８を注入した処理対象原水２が下部接続管４０内の下部接続流路２５から流入口３３を通って槽体２８内に流入する際、流路断面積が急激に拡大するため、処理対象原水２の流れが大きく乱れ、処理対象原水２と凝集剤１８とが十分に混合される。これにより、槽体２８内の上向流路２２において、フロックの形成が促進される。

また、凝集混和装置５は撹拌機を用いていないため、凝集剤１８を注入した処理対象原水２を撹拌機で攪拌してフロックを形成する場合に比べて、電力コストをさらに低減することができる。

図３に示した第１のグラフＡは、No.１〜No.６の各槽体２８内の下部（流入口３３の近傍）において、処理対象原水２中に含まれる微粒子の個数を示す実験データであり、第２のグラフＢは、No.１〜No.６の各槽体２８内の上部（流出口３４の近傍）において、処理対象原水２中に含まれる微粒子の個数を示す実験データである。尚、微粒子は粒径が０．１〜１．２μｍの粒子であり、上向流路２２内での処理対象原水２の平均流速が０．０２ｍ／ｓｅｃであり、下向流路２３内での処理対象原水２の平均流速が０．３２ｍ／ｓｅｃであり、下部接続流路２５内での処理対象原水２の平均流速が２．４７ｍ／ｓｅｃとなるように設定した。

これによると、処理対象原水２がNo.１の槽体２８内の上向流路２２を下部から上部に流れることにより、処理対象原水２中に含まれる微粒子の個数がｎ_１ａからｎ_１ｂに減少し、その後、処理対象原水２がNo.２の槽体２８内の上向流路２２を下部から上部に流れることにより、処理対象原水２中に含まれる微粒子の個数がｎ_２ａからｎ_２ｂに減少し、処理対象原水２がNo.３の槽体２８内の上向流路２２を下部から上部に流れることにより、処理対象原水２中に含まれる微粒子の個数がｎ_３ａからｎ_３ｂに減少し、処理対象原水２がNo.４の槽体２８内の上向流路２２を下部から上部に流れることにより、処理対象原水２中に含まれる微粒子の個数がｎ_４ａからｎ_４ｂに減少する。

また、処理対象原水２がNo.５の槽体２８内の上向流路２２およびNo.６の槽体２８内の上向流路２２をそれぞれ下部から上部に流れても、処理対象原水２中に含まれる微粒子の個数は、ほとんど変化せず、ほぼ一定の値を示した。

第１および第２のグラフＡ，Ｂで示すように、処理対象原水２が上流側にあるNo.１の槽体２８内から下流側にあるNo.４の槽体２８内へ順次流れることにより、処理対象原水２中に含まれる微粒子がフロックに取り込まれ、このため、微粒子の個数が次第に減少していくとともに、フロックが粗大化する。

尚、No.２の槽体２８内の下部における処理対象原水２中の微粒子の個数ｎ_２ａがNo.１の槽体２８内の上部における処理対象原水２中の微粒子の個数ｎ_１ｂよりも減少しているが、この原因は、No.１の槽体２８内で十分に粗大化されなかったフロックおよびフロックを形成しなかった懸濁物質がNo.１の槽体２８とNo.２の槽体２８との間の下向流路２３内で会合してフロックが粗大化されるため、減少すると考えられる。

また、No.３の槽体２８内の下部における処理対象原水２中の微粒子の個数ｎ_３ａがNo.２の槽体２８内の上部における処理対象原水２中の微粒子の個数ｎ_２ｂよりも増加しているが、この原因は、処理対象原水２がNo.２の槽体２８とNo.３の槽体２８との間の下向流路２３を流れることにより、No.２の槽体２８内で粗大化したフロックが解砕されるため、微粒子の個数がｎ_２ｂからｎ_３ａに増加すると考えられる。また、No.４の槽体２８内の下部における処理対象原水２中の微粒子の個数ｎ_４ａがNo.３の槽体２８内の上部における処理対象原水２中の微粒子の個数ｎ_３ｂよりも増加しているが、この原因も上記と同様に、処理対象原水２がNo.３の槽体２８とNo.４の槽体２８との間の下向流路２３を流れることにより、No.３の槽体２８内で粗大化したフロックが解砕されるためであると考えられる。

また、図３に示した点Ｃのデータは、槽内の処理対象原水２に凝集剤１８を注入し、従来の撹拌機の攪拌翼を回転させて処理対象原水２と凝集剤１８とを攪拌混合した場合の処理対象原水２中に含まれる微粒子の個数を示す。尚、このときの攪拌時間は、処理対象原水２が上記No.１〜No.６の各槽体２８内に滞留する時間より長い時間である。

これによると、No.２からNo.６の槽体２８内の上部における処理対象原水２中に含まれる微粒子の個数は上記従来の撹拌機で混合した処理対象原水２中に含まれる微粒子の個数（すなわち点Ｃで示す個数）よりも減少しており、これにより、上記従来の撹拌機を用いてフロックを形成した場合に比べて、凝集混和装置５を用いてフロックを形成した場合の方が、フロックが微粒子を取り込んで粗大化し易いことがわかる。すなわち、No.２の槽体２８の流出口３４の後に膜分離装置を設けた場合でも、従来の撹拌機を用いた凝集混和装置と比べて、膜差圧を低く維持することができることがわかる。

また、図４に示したグラフは、No.１，No.３，No.６の各槽体２８内における処理対象原水２の濁度とフロックの沈降時間との関係を示す実験データである。グラフＧ１はNo.１の槽体２８、グラフＧ２はNo.３の槽体２８、グラフＧ３はNo.６の槽体２８に対応する。

これによると、処理対象原水２が所定の濁度ｄの場合、グラフＧ３の沈降反応時間ｔ３がグラフＧ１の沈降反応時間ｔ１およびグラフＧ２の沈降反応時間ｔ２よりも短い。処理対象原水２中に形成されたフロックが大きいほど沈降反応時間が短くなるため、No.６の槽体２８内の処理対象原水２には、十分に粗大化したフロックが形成されていることがわかる。

また、図５および図６のグラフは、凝集剤１８が注入された処理対象原水２を、凝集混和装置５のNo.１の槽体２８の流入口３３から流入させてNo.２およびNo.３の槽体２８内を通過させNo.４の槽体２８の流出口３４から流出させた後、膜分離装置６でろ過した場合の膜差圧を示す実験データである。ここで、縦軸の膜差圧とはろ過膜１７の一次側（処理対象原水側）と二次側（処理水側）との圧力差である。また、横軸はろ過運転を行っている期間（月／日）を示している。

尚、図６のグラフは、図５のグラフの横軸の期間の一部を引き延ばして拡大表示したものである。

図５，図６の両グラフに示すように、ろ過運転を継続することにより、次第に、ろ過膜１７に付着物が付着して目詰まりが生じ、膜差圧が上昇する。膜差圧が上昇すると、透過流束が低減して、安定的に処理水７を確保できなくなるため、定期的に、ろ過運転を中断し、処理水等を用いてろ過膜１７を洗浄（逆洗）し、ろ過膜１７の付着物を除去している。

ろ過膜１７を洗浄した後にろ過運転を再開した直後では、ろ過膜１７の付着物が除去されて目詰まりがほとんど解消されているため、膜差圧が低く、ろ過運転を継続することにより、次第に膜差圧が上昇する。

このようなろ過運転とろ過膜１７の洗浄とを繰り返し行っていくと、ろ過膜１７を洗浄した直後にろ過運転を再開した際の膜差圧Ｐ１（以下、この膜差圧を初期膜差圧Ｐ１と称する）が次第に上昇する。図５，図６の両グラフに記載した直線Ｌ１は上記初期膜差圧Ｐ１が上昇していく度合いを示すものである。

また、図７および図８のグラフは、本発明に対する参考例を示すものであり、槽内の処理対象原水２に凝集剤１８を注入し、従来の撹拌機の攪拌翼を回転させて処理対象原水２と凝集剤１８とを攪拌混合した後、膜分離装置６でろ過した場合の膜差圧を示す実験データである。尚、このときの攪拌時間は、処理対象原水２が上記No.１〜No.４の各槽体２８内に滞留する時間より長い時間である。

上記と同様に、図７および図８のグラフに示すように、ろ過運転とろ過膜１７の洗浄とを繰り返し行っていくと、初期膜差圧Ｐ２が次第に上昇する。図７，図８の両グラフに記載した直線Ｌ２は上記初期膜差圧Ｐ２が上昇していく度合いを示すものである。
図５および図６のグラフの直線Ｌ１の傾きと参考例である図７および図８のグラフの直線Ｌ２の傾きとを比較すると、直線Ｌ１の傾きは直線Ｌ２の傾きよりも小さい。このことは、上記参考例よりも、本実施の形態の方が、ろ過膜１７の付着物を十分に除去してろ過膜１７をより確実に洗浄することが可能であることを示している。

このような効果の要因は、従来の撹拌機を使わず、凝集混和装置５を用いてフロックを形成するとともに、この凝集混和装置５においてフロックの粗大化と解砕とが繰り返され、これによって、フロックが粗大化するとともに緻密化し、強度が高く、壊れ難い良質のフロックが形成されるためであると考えられる。このようなフロックはろ過膜１７に付着しても壊れ難いため、ろ過膜１７を洗浄した際、容易にろ過膜１７から除去される。

上記第１の実施の形態では、槽体２８を６本設けたが、６本に限定されるものではなく、複数本（２本以上）設けてもよい。また、配管部材３７と上部接続管３９と下部接続管４０とをそれぞれ５本ずつ設けたが、５本に限定されるものではなく、単数本又は複数本設けてもよい。

上記第１の実施の形態では、下部接続管４０の内径を配管部材３７の内径よりも小さくすることで、下部接続流路２５の流路断面積Ｓｃを下向流路２３の流路断面積Ｓｂよりも小さく設定しているが、下部接続管４０の内径を配管部材３７の内径と同径にし、下部接続管４０内にオリフィスを設けることで、下部接続流路２５の一部分における流路断面積Ｓｃを下向流路２３の流路断面積Ｓｂよりも小さく設定してもよい。
（第２の実施の形態）
先述した第１の実施の形態では、図２に示すように、配管部材３７を槽体２８の外部に設けているが、第２の実施の形態では、図９に示すように、配管部材３７を槽体２８の内部に設けている。また、下部接続流路２５は配管部材３７の下端と槽体２８の底板部３１との間に形成されている。

これによると、先述した第１の実施の形態と同様の作用および効果が得られる。
（第３の実施の形態）
先述した第１の実施の形態では、図２に示すように、各槽体２８は胴部２９と天板部３０と底板部３１とで密閉された密閉構造であるが、第３の実施の形態として、図１０に示すように、各槽体２８は胴部２９の上方が開放された非密閉構造であってもよい。
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態では、図１１，図１２に示すように、迂回流路２１が槽体６０内に形成されている。すなわち、槽体６０内を区画する複数の区画壁６１，６２によって、上向流路２２と下向流路２３と上部接続流路２４と下部接続流路２５とが形成されている。

槽体６０は、前後一対の端部壁６５，６６と左右一対の側部璧６７と天板部６８と底板部６９とを有する、四角形の密閉構造の槽である。

左右一対の側部璧６７間において、複数の区画壁６１が底板部６９から立設され、複数の区画壁６２が天板部６８から垂設されている。

槽体６０の上流側である前方の端部壁６５の下部に配管路１２が接続され、槽体６０の下流側である後方の端部壁６６の上部に配管路１３が接続されている。

上向流路２２は、前の端部壁６５とその下流側に対向する区画壁６１との間、区画壁６２とその下流側に対向する区画壁６１との間、区画壁６２とその下流側に対向する後の端部壁６６との間にそれぞれ形成されている。

下向流路２３は区画壁６１とその下流側に対向する区画壁６２との間にそれぞれ形成されている。

上部接続流路２４は各区画壁６１の上端と天板部６８との間に形成され、下部接続流路２５は各区画壁６２の下端と底板部６９との間に形成されている。

これによると、先述した第１の実施の形態と同様の作用および効果が得られる。

上記第４の実施の形態では、槽体６０内に、４つの上向流路２２と、３つの下向流路２３および上部接続流路２４および下部接続流路２５を形成しているが、これらの個数に限定されるものではなく、上向流路２２を複数（２つ以上）形成し、下向流路２３および上部接続流路２４および下部接続流路２５をそれぞれ単数又は複数形成してもよい。
（第５の実施の形態）
第５の実施の形態では、図１３に示すように、原水貯留槽３とラインミキサー４との間に接続された配管路１１にポンプ装置７５が設けられ、原水貯留槽３の処理対象原水２がポンプ装置７５により凝集混和装置５へ圧送されることによって、膜分離装置６から処理水７が取り出される。

これによると、先述した第１の実施の形態では、図１に示すように、処理水槽８内の処理水７の水位を原水貯留槽３内の処理対象原水２の水位よりも低くする必要があるが、本第５の実施の形態では上記のようにポンプ装置７５を設けたため、上記のような処理水７の水位と処理対象原水２の水位との上下関係にかかわらず、処理対象原水２を膜分離装置６でろ過して処理水７を取り出すことができる。

上記各実施の形態では、原水貯留槽３とラインミキサー４との間に接続された配管路１１に凝集剤注入装置１９を接続しているが、ラインミキサー４と凝集混和装置５との間に接続された配管路１２に凝集剤注入装置１９を接続してもよい。また、原水貯留槽３と凝集混和装置５との間にラインミキサー４を設けているが、ラインミキサー４を設けず、原水貯留槽３と凝集混和装置５とを配管路で接続してもよい。

上記各実施の形態では、各々の上向流路２２の流路断面積Ｓａを全て同一にしているが、下流側の上向流路２２ほど流路断面積Ｓａを少しずつ減少させてもよい。

１ 浄水処理システム
２ 処理対象原水
３ 原水貯留槽
５ 凝集混和装置
６ 膜分離装置
７ 処理水
８ 処理水槽
１８ 凝集剤
２１ 迂回流路
２２ 上向流路
２３ 下向流路
２５ 下部接続流路（接続流路）
２８ 槽体
３７ 配管部材
６０ 槽体
６１，６２ 区画壁
７５ ポンプ装置
Ｈ 水位差

上記目的を達成するために、本第１発明は、凝集剤が注入された処理対象原水中にフロックを形成させるための凝集混和装置であって、
処理対象原水が上向流をなす上向流路と処理対象原水が下向流をなす下向流路とが順次接続されることで複数の上向流路を有する上下方向の迂回流路を構成し、
上向流路には、外部動力により処理対象原水を機械的に攪拌する攪拌機が備えられておらず、
上向流路の流路断面積が、当該上向流路の下流側に接続されている下向流路の流路断面積よりも大きいものである。

また、凝集剤を注入した処理対象原水を撹拌機で攪拌してフロックを形成する場合に比べて、電力コストを低減することができる。
本第２発明は、凝集剤が注入された処理対象原水中にフロックを形成させるための凝集混和装置であって、
処理対象原水が上向流をなす上向流路と処理対象原水が下向流をなす下向流路とが順次接続されることで複数の上向流路を有する上下方向の迂回流路を構成し、
迂回流路に凝集剤を注入する注入口が備えられておらず、
上向流路の流路断面積が、当該上向流路の下流側に接続されている下向流路の流路断面積よりも大きいものである。

本第３発明における凝集混和装置は、下向流路と当該下向流路の下流側の上向流路とが接続流路を介して接続され、
接続流路は下向流路の流路断面積よりも小さい流路断面積を備える部分を有するものである。

本第４発明における凝集混和装置は、上向流路は縦長筒状の槽体であり、
下向流路は配管部材であるものである。

本第５発明における凝集混和装置は、迂回流路は槽体内に形成され、
槽体内を区画する複数の区画壁によって上向流路と下向流路とが形成されているものである。

本第６発明における凝集混和装置は、上記第１発明から第５発明のいずれか１項に記載の凝集混和装置を用いた浄水処理システムであって、
処理対象原水を貯留する原水貯留槽と凝集混和装置、凝集混和装置と膜分離装置、膜分離装置と膜分離によって得られた処理水を回収する処理水槽がそれぞれ接続され、
凝集混和装置と膜分離装置とが密閉構造であり、
原水貯留槽と処理水槽とが大気解放構造であり、
原水貯留槽内の処理対象原水と処理水槽内の処理水との間の水位差によって、膜分離装置から処理水が取り出されるものである。

本第７発明における凝集混和装置は、上記第１発明から第５発明のいずれか１項に記載の凝集混和装置を用いた浄水処理システムであって、
処理対象原水を貯留する原水貯留槽と凝集混和装置、凝集混和装置と膜分離装置、膜分離装置と膜分離によって得られた処理水を回収する処理水槽がそれぞれ接続され、
凝集混和装置と膜分離装置とが密閉構造であり、
原水貯留槽の処理対象原水がポンプ装置により凝集混和装置へ圧送されることによって、膜分離装置から処理水が取り出されるものである。

本第８発明におけるフロック形成方法は、処理対象原水中に凝集剤を注入する凝集剤注入工程と、
凝集剤注入工程を経た処理対象原水を迂回流路に通水し、処理対象原水が、迂回流路の上向流路を、外部動力により攪拌機で機械的に攪拌されることなく、上向流となって流れ、迂回流路の下向流路を下向流となって流れることを順次繰り返すことにより、フロックを形成するフロック化工程とを備え、
上向流路を流れる処理対象原水の平均流速が、当該上向流路の下流側に接続される下向流路を流れる処理対象原水の平均流速よりも低いものである。

また、凝集剤を注入した処理対象原水を撹拌機で攪拌してフロックを形成する場合に比べて、電力コストを低減することができる。
本第９発明におけるフロック形成方法は、処理対象原水中に凝集剤を注入する凝集剤注入工程と、
凝集剤注入工程を経た処理対象原水を迂回流路に通水し、処理対象原水が、迂回流路の上向流路を上向流となって流れ、迂回流路の下向流路を下向流となって流れることを順次繰り返すことにより、フロックを形成するフロック化工程とを備え、
フロック化工程において、凝集剤を注入口から迂回流路に新たに注入することは無く、
上向流路を流れる処理対象原水の平均流速が、当該上向流路の下流側に接続される下向流路を流れる処理対象原水の平均流速よりも低いものである。

また、凝集剤を注入した処理対象原水を撹拌機で攪拌してフロックを形成する場合に比べて、電力コストを低減することができる。
本第２発明は、凝集剤が注入された処理対象原水中にフロックを形成させるための凝集混和装置であって、
処理対象原水が上向流をなす上向流路と処理対象原水が下向流をなす下向流路とが接続部分を介して順次接続されることで複数の上向流路を有し、上下方向で流れの方向が入れ替わりながら処理対象原水が流れる迂回流路を構成し、
迂回流路の全体を通じて凝集剤を注入する注入口が備えられておらず、
上向流路の流路断面積が、当該上向流路の下流側に接続されている下向流路の流路断面積よりも大きいものである。

Claims (7)

1. 凝集剤が注入された処理対象原水中にフロックを形成させるための凝集混和装置であって、
   処理対象原水が上向流をなす上向流路と処理対象原水が下向流をなす下向流路とが順次接続されることで複数の上向流路を有する上下方向の迂回流路を構成し、
   上向流路の流路断面積が、当該上向流路の下流側に接続されている下向流路の流路断面積よりも大きいことを特徴とする凝集混和装置。
2. 下向流路と当該下向流路の下流側の上向流路とが接続流路を介して接続され、
   接続流路は下向流路の流路断面積よりも小さい流路断面積を備える部分を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の凝集混和装置。
3. 上向流路は縦長筒状の槽体であり、
   下向流路は配管部材であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の凝集混和装置。
4. 迂回流路は槽体内に形成され、
   槽体内を区画する複数の区画壁によって上向流路と下向流路とが形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の凝集混和装置。
5. 上記請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の凝集混和装置を用いた浄水処理システムであって、
   処理対象原水を貯留する原水貯留槽と凝集混和装置、凝集混和装置と膜分離装置、膜分離装置と膜分離によって得られた処理水を回収する処理水槽がそれぞれ接続され、
   凝集混和装置と膜分離装置とが密閉構造であり、
   原水貯留槽と処理水槽とが大気解放構造であり、
   原水貯留槽内の処理対象原水と処理水槽内の処理水との間の水位差によって、膜分離装置から処理水が取り出されることを特徴とする浄水処理システム。
6. 上記請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の凝集混和装置を用いた浄水処理システムであって、
   処理対象原水を貯留する原水貯留槽と凝集混和装置、凝集混和装置と膜分離装置、膜分離装置と膜分離によって得られた処理水を回収する処理水槽がそれぞれ接続され、
   凝集混和装置と膜分離装置とが密閉構造であり、
   原水貯留槽の処理対象原水がポンプ装置により凝集混和装置へ圧送されることによって、膜分離装置から処理水が取り出されることを特徴とする浄水処理システム。
7. 処理対象原水中に凝集剤を注入する凝集剤注入工程と、
   凝集剤注入工程を経た処理対象原水を迂回流路に通水し、処理対象原水が迂回流路の上向流路を上向流となって流れ、迂回流路の下向流路を下向流となって流れることを順次繰り返すことにより、フロックを形成するフロック化工程とを備え、
   上向流路を流れる処理対象原水の平均流速が、当該上向流路の下流側に接続される下向流路を流れる処理対象原水の平均流速よりも低いことを特徴とするフロック形成方法。