JP3195514B2 - 凝集沈澱処理設備 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原水中の懸濁物質を凝
集沈澱法により固液分離する凝集沈澱処理設備に関する
ものであり、詳しくは凝集沈澱により回収した汚泥の少
なくとも一部を、懸濁物質の凝結反応を行なう系に戻す
ことにより、凝集沈澱の処理効率を向上させた凝集沈澱
処理設備に関するものである。

【０００２】

【従来技術】河川水，湖沼水などを原水にして浄水等を
製造する水処理設備においては、一般に、原水に含まれ
る懸濁物質（ＳＳ）分を除去するためにアルミ系の凝集
剤を添加して、懸濁物質を凝結させ、次いでこれを凝集
フロックに成長させて、凝集フロック（汚泥）の沈澱に
より処理水と汚泥を分離し、分離した処理水は後段の処
理水系に流出させ、他方、分離回収した汚泥は、適宜濃
縮などによって減容化を図り、脱水して廃棄処分されて
いる。しかしこの方法は、処理操作が簡単ではあるが、
使用する凝集剤の量が多いという問題のあることが知ら
れている。

【０００３】上記方法における凝集剤使用量を低減する
目的で、分離回収した汚泥をｐＨ２程度にしてこれに含
まれている水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）₃ ）を溶
解させ、上澄液からアルミニウムイオンＡｌ³⁺を回収し
て凝集剤として再利用する方法も提案されている。これ
は一般に再生バンド方式と称され、再利用によって使用
する凝集剤の量が減少するため設備の運転コストが削減
されるという優れた利点がある。しかしアルミニウム溶
解水から上澄液を分離する比較的大型の沈降分離槽を必
要とし、さらに沈降分離した残渣を脱水処理する場合に
おいて、多量の石灰を残渣に加えて脱水処理するので廃
棄汚泥総量は必ずしも削減することができないという問
題があり、更に懸濁物質の除去効率が悪い低濁度原水の
処理についてはその除去率を向上させることはできなか
った。

【０００４】凝集剤の再利用を図る上記再生バンド方
式、すなわち凝集活性を失った水酸化アルミニウムをイ
オン化して凝集剤として再活性化する方法を更に応用，
発展させた方法として、本出願人は、懸濁物質を凝結さ
せる撹拌系に、再活性化したアルミニウムイオンのみを
戻すのではなく、沈澱回収した汚泥を戻し、かつこの汚
泥返送の途中においてこれに含まれる水酸化アルミニウ
ムのイオン化のために酸を添加する方法を提案している
（特開平２−１５７００５号）。この方法は、凝集剤の
再利用により上記再生バンド方式の利点を生かせること
に加えて、同時に汚泥も原水に戻すので、低濁度原水に
おける懸濁物質の凝結や凝集フロックの成長を改善させ
る、すなわち低濁度原水に対して汚泥を加えることによ
り懸濁物質の凝結，凝集フロック成長の反応を安定さ
せ、これにより原水に注入する凝集剤の量制御の容易
化、処理水の水質向上、生成される汚泥の発生量を低減
させて汚泥廃棄の際の処理性も向上させるという利点が
得られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、アルミ系凝
集剤を使用する凝集沈澱処理設備での凝集剤の再利用を
図ってその使用量を削減し、併わせて、特に低濁度原水
について代表的に示される凝結，凝集フロック成長反応
の改善を図った上記特開平２−１５７００５号提案の方
法につき、本発明者等がその工業的規模での実際の運転
を好適に実現するために更に研究，開発を進めたとこ
ろ、以下に述べるいくつかの更に改善すべき問題が知見
された。

【０００６】その問題の第１は、設備の構成によって、
得られる処理水に腐敗臭等の臭気が含まれ、あるいは悪
臭によって設備周囲の環境が悪くなるという問題として
知見された。

【０００７】またその第２は、当該設備中で原水に添加
したり、製造された処理水に更に添加する塩素の添加量
が多くなるという問題として知見された。

【０００８】そこで本発明者等は、凝集沈澱処理設備に
おいて使用するアルミ系凝集剤の添加量を削減すること
による種々の利点を満足しながら、上記問題を解決する
ことができる方法につき鋭意検討し、本発明を完成する
に至ったものである。

【０００９】本発明は、以上のような種々の問題の原因
の追及に基づいてなされたものであり、その目的は、上
述した浄水製造などに用いられる凝集沈澱処理設備を、
懸濁物質の除去のために使用されるアルミ系凝集剤の添
加量の削減、これに基づく設備運転コストの低減化、廃
棄汚泥総量の削減化を図った工業的規模の設備として容
易に操作，運転できる凝集沈澱処理設備を提供するとこ
ろにある。

【００１０】また本発明の別の目的は、原水に注入する
凝集剤の量制御の容易化、低濁度原水に対する凝結，凝
集フロック成長の反応の安定化、処理水の水質向上など
を実際規模の設備で好適に実現できる凝集沈澱処理設備
を提供するところにある。

【００１１】本発明の更に別の目的は、処理水に腐敗臭
等の臭気成分が含まれることを防止し、また設備の周囲
環境を悪化するような臭気の発生を防止できる凝集沈澱
処理設備を提供するところにある。

【００１２】本発明の他の目的は、当該設備中や製造さ
れた処理水に添加する塩素量を少なくすることができる
凝集沈澱処理設備を提供するところにある。

【００１３】本発明の更に別の目的は、原水に含まれる
臭気成分を除去するために使用される活性炭の再生再使
用を可能とできる新規な凝集沈澱処理設備を提供すると
ころにある。

【００１４】本発明の更に別の目的は、原水に含まれる
トリハロメタン前駆物質が汚泥の返送に伴って処理系内
でその濃度が高くなることを解消できる新規な凝集沈澱
処理設備を提供するところにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の種々の目的を達成
する本発明の凝集沈澱処理設備の特徴は、上記特許請求
の範囲の各請求項に記載した構成を有するところにあ
る。

【００１６】本願の請求項１の発明の特徴は、Ａｌ分を
含有する凝集剤の添加により原水中の懸濁物質を凝結さ
せる撹拌系と、凝結した懸濁物質を凝集沈澱させて処理
水と分離し、処理水は処理水系に流出させると共に沈澱
汚泥は回収する汚泥分離処理系と、沈澱回収した汚泥の
少なくとも一部を上記撹拌系に戻す汚泥返送系と、を有
する凝集沈澱処理設備において、この汚泥返送系の途中
に、返送汚泥をこれに含まれる好気性微生物の至適環境
に所定時間保持する酸化手段と、該返送汚泥中に含まれ
るＡｌ（ＯＨ）₃ をイオン化させる酸添加手段とを、こ
の順序で設けたという構成をなすところにある。

【００１７】本発明において上記構成を採用した理由は
次のことによる。すなわち上述した特開平２−１５７０
０５号の方法による場合の臭気物質発生の問題は、汚泥
を沈澱回収する系において沈澱分離のために沈澱槽内で
外気と遮断されて通常１〜数日滞留される結果、該汚泥
は嫌気性微生物の活動に至適な環境になり易く、このた
めに腐敗臭の原因となる有機酸が生成したり、同じく臭
気の強い硫化物が硫酸還元菌の働きによって生成し、こ
れらが返送汚泥に含まれることが原因であり、更に汚泥
返送の際にアルミニウムのイオン化のために酸を添加す
ることで汚泥のｐＨが下がってこれらの臭気物質が揮発
し易くなり強い腐敗臭を発生することも分かった。硫化
物等の生成は沈澱分離した汚泥が黒色を呈していること
から容易に確認された。また、上記塩素消費量の増大
は、撹拌系に戻される汚泥中に含まれる鉄，マンガン等
の重金属類が上記溶存酸素が消費された還元雰囲気中で
還元溶解され、又硝酸イオンの還元によるアンモニウム
イオンの生成によってこれらの濃度が高くなり、当該設
備中（撹拌系あるいは汚泥分離処理系）で原水に添加す
る塩素や、製造された処理水に更に添加される塩素が、
これら重金属を不溶化するための酸化やアンモニウムイ
オンの分解のために消費されることに原因していること
が分かった。そこで本発明においてはこれらの原因を排
除するように上記構成を採用したのである。

【００１８】上記の臭気物質の生成原因物質としては還
元により有機酸を生成する有機物、還元により硫化水素
を生成する硫化物などを主なものとして挙げることがで
き、また上記塩素消費に費やされる原因物質としては還
元状態の鉄，マンガンなどの重金属、還元によりアンモ
ニウムイオンを生成する硝酸イオンなどを主なものとし
て挙げることができる。本発明の凝集沈澱処理設備にお
いて処理される河川水，湖沼水などの原水は、含有濃度
に差があってもこれらの原因物質の全て又は殆どを含む
のが通常である。

【００１９】上記構成において、Ａｌ分を含有する凝集
剤とは、例えば硫酸アルミニウムやポリ塩化アルミニウ
ムなどの従来からアルミ系凝集剤として用いられている
ものをいう。

【００２０】原水中の懸濁物質を凝結させる撹拌系と
は、凝集剤の添加により原水中の懸濁物質を微小な粒子
に結合させる反応（凝結反応）を行なう系として形成さ
れ、一般的には、開放型の槽に導入された原水に対し凝
集剤を添加して急速に混和させる撹拌機付の槽（撹拌
槽）として設けられる。なお場合によっては比較的強い
水流で撹拌するタイプの撹拌槽も用いられる。この撹拌
槽中（及び／又は次記凝集沈澱槽）の原水に対しては従
来法と同様に塩素を添加するようにしてもよい。

【００２１】この撹拌系の次段に設けられ、凝結した懸
濁物質を凝集フロックとして成長させ沈澱させた汚泥を
処理水と分離して回収する上記汚泥分離処理系は、例え
ば、適度の緩速撹拌を行ないながら、凝結した懸濁物質
を凝集フロックとして成長させる領域と、この成長した
フロックを沈降により処理水と固液分離する領域とから
なる凝集沈澱槽として設けることができるが、特にこれ
に限定されるものではなく、既知の方式のいずれのもの
であってもよく、さらに上記撹拌系と汚泥分離処理系と
が一体として形成されている凝集沈澱槽も用いることが
できる。また、この凝集沈澱槽の汚泥引抜き系の次段
に、引抜いた汚泥を、原水側に戻すのに適した濃度に濃
縮調整するシックナー（沈降型濃縮槽）等の濃縮手段を
設けることが好ましい。

【００２２】沈澱回収した汚泥を上記撹拌系に戻す汚泥
返送系は、上記凝集沈澱槽，濃縮槽等から連続的あるい
は間欠的に汚泥返送する径路として設けられ、汚泥返送
のためのポンプなどが併設される。返送は通常は上記凝
集沈澱槽，濃縮槽等で回収された汚泥の一部とされるが
必要に応じて全部とすることもできる。汚泥の返送は、
上記撹拌系の槽に戻すようにしてもよいし、撹拌槽に原
水を導入する径路に戻すようにしてもよく、特に限定さ
れるものではない。

【００２３】上記構成において、汚泥返送系に設けられ
る酸化手段と酸添加手段は、返送の上流側からこの順序
で設けられることが本発明においては必須であり、これ
を反対に設けた場合には本発明の効果は奏されない。な
おこの点については以下に詳しく述べる。

【００２４】返送汚泥を好気性微生物の至適環境に所定
時間保持するために設けられる酸化手段には、返送汚泥
に対して含酸素気体を曝気する曝気装置が好ましく用い
られる。含酸素気体とは空気、酸素富豊化気体、酸素な
どが挙げられ、これらを曝気する装置としては、曝気槽
中に汚泥を横流させながら槽下部から気体を散気する装
置等の一般的な曝気槽を用いることができる。また曝気
槽を複数設けてこれらの流通を切換えて全体としての連
続返送を確保する方式、曝気槽の後段に緩衝のための中
間槽を設ける方式など、いずれも適宜必要に応じて採用
することができる。なお曝気に代えて、次亜塩素酸ナト
リウム，塩素ガス，過酸化水素，オゾンなどの酸化剤を
添加してもよい。

【００２５】この酸化手段により汚泥を酸化する程度
は、返送汚泥中に含まれる有機酸、硫化水素、アンモニ
ア、還元分解した鉄，マンガン等を、好気性微生物の働
きにより、あるいは酸素が直接作用することにより酸化
分解しあるいは不溶化することができる程度とされる。
そしてこれは、例えば上記凝集沈澱槽，濃縮槽から引抜
いた黒色を呈している汚泥が茶褐色ないし淡い褐色に変
色することを目安にすることができ、またより厳密に
は、酸化処理前後の酸化還元電位を測定することにより
酸化の程度を確認することができ、酸化還元電位を測定
して例えば曝気量を制御することもできる。なおこれら
に基づいて本発明者が実験的、経験的に確認したところ
では、一般的には１時間当たりの空気（１気圧）量が汚
泥量とほぼ同量とした曝気を４時間〜１００時間程度行
なうことにより上記酸化を満足することができることが
確認されているので、曝気による酸化を時間制御するこ
ともできる。酸化が不十分であると上記した臭気物質の
分解等が十分でなく、処理水や設備の周囲環境に臭気の
影響が残り、反対に酸化を過剰に行なっても効果上の利
点は特になく、むしろ費用が嵩むという問題を招く。な
お、鉄の酸化や臭気の除去を主目的とした場合は２０時
間〜４０時間の曝気で十分である。

【００２６】返送汚泥中に含まれるＡｌ（ＯＨ）₃ をイ
オン化させる酸添加手段は、硫酸，塩酸などの鉱酸、好
ましくは硫酸を添加して、返送汚泥をｐＨ４以下、好ま
しくはｐＨ３．５程度にするものである。具体的には撹
拌機を有する貯槽に酸を添加する方式、汚泥返送径路に
酸を注入して径路中で撹拌する方式、汚泥返送径路に酸
を注入して撹拌機で撹拌する方式など種々のものを採用
することができる。酸添加手段にはｐＨメータ等を設け
て添加量制御を行なうことも好ましい。

【００２７】本発明においては、上述したように上記の
酸化手段と酸添加手段を、汚泥返送の上流に酸化手段を
配置し下流に酸添加手段を配置することが必要である。
このような順序配置により、汚泥は好気性雰囲気とさ
れ、その結果、凝集沈澱槽，濃縮槽で嫌気性となって生
成した有機酸は汚泥中の好気性微生物の働きにより水と
二酸化炭素に分解し、硫化水素は硫酸に、アンモニアは
硝酸に酸化される。また還元溶解した鉄，マンガン等は
酸化されて不溶化する。したがって、上記酸化による臭
気物質等の分解除去された返送汚泥に酸を添加しても悪
臭の発生がなく、また原水側に戻した後の塩素消費量を
増大させる弊害を招くことがない。

【００２８】他方、反対に、汚泥返送の上流に酸添加手
段を配置し下流に酸化手段を配置する構成とした場合に
は、酸添加により汚泥のｐＨが低くなる（例えば４以
下）とその後に曝気しても微生物の活性が低下している
ため臭気物質である有機酸等の分解が出来なくなる。ま
た鉄，マンガン等の不溶化は中性領域で曝気する必要が
あるが、酸性領域で曝気しても不溶化せず、上記塩素消
費量の増大防止は達成できない。また更に、臭気物質を
含む汚泥を酸性にするとこの臭気物質が揮散し易くなる
ため、周囲環境に悪臭を広げる結果になってしまう。し
たがってこれらのことから、汚泥返送の上流に酸化手段
を配置し下流に酸添加手段を配置することが本発明にお
いては必須とされる。

【００２９】また、本願の請求項２の発明の特徴は、原
水に活性炭を添加する手段と、Ａｌ分を含有する凝集剤
の添加により原水中の懸濁物質を凝結させる撹拌系と、
凝結した懸濁物質を凝集沈澱させて処理水と分離し、処
理水は処理水系に流出させると共に沈澱汚泥は回収する
汚泥分離処理系と、沈澱回収した汚泥の少なくとも一部
を上記撹拌系に戻す汚泥返送系と、を有する凝集沈澱処
理設備において、この汚泥返送系の途中に、返送汚泥を
これに含まれる好気性微生物の至適環境に所定時間保持
する酸化手段を設けたという構成をなすところにある。

【００３０】この発明において上記構成を採用した理由
は次のことにある。すなわち、上水道の浄水処理におい
ては、臭気成分除去等の目的で原水に活性炭を添加する
ことが従来行われている。そしてこの活性炭は上述した
凝集沈澱処理と同様に、凝集沈澱により処理水から分離
され凝集汚泥として系外に排出され、脱水処理後、脱水
ケーキとして廃棄処分されているのが通常である。した
がって、活性炭は、吸着能力が残っていても１パスの使
い捨てであり、比較的高価な資材である活性炭を回収し
て再利用したりあるいは再生して再利用することは従来
されていなかった。これは、活性炭を回収して再利用を
図ろうとしても、これを含む凝集汚泥は活性炭の他に凝
集剤を添加して沈殿させた種々のＳＳ物質等を含んでお
り、このような凝集汚泥から活性炭を分離して回収する
のが極めて困難であることに原因している。

【００３１】そこで本発明においては、比較的高価であ
る活性炭の再利用、再生再利用を、上記のような凝集汚
泥からの分離回収を行うことなく、上述した汚泥返送を
行う系において酸化手段を設けることで実現できること
に着目した。

【００３２】すなわち、活性炭を含む凝集汚泥を単に原
水側に返送して使用したのでは、適度な量で原水に投入
されている活性炭のほとんどは既に吸着能力を失ってい
るから臭気成分等の除去については意味のない循環が行
われるにすぎない。しかし、例えば返送汚泥の曝気処理
を行って好気性微生物の至適環境を維持することで、活
性炭に吸着されている臭気成分，有機物の分解を行わせ
ることができ、活性炭の吸着能力の再生が得られること
が確認された。そこで、活性炭の再生再利用を実現する
上記請求項２の構成を採用したのであり、これにより原
水に新たに加える活性炭の量を削減できる。

【００３３】この発明において、原水に加える活性炭と
しては従来使用されている粉末活性炭を特に限定される
ことなく同様にそのまま用いることができ、この活性炭
で除去できるものとしては、臭気成分、色度成分、溶解
性の有機物等を挙げることができる。

【００３４】活性炭の再生のために、返送汚泥を好気性
微生物の至適環境に所定時間保持する酸化には、上述し
た返送汚泥に対して含酸素気体を曝気する曝気装置が好
ましく用いられる。使用する含酸素気体、これらを曝気
する装置、複数の曝気槽を用いた連続返送方式、中間槽
などの構成は、いずれも上記と同様に適宜必要に応じて
採用することができる。

【００３５】酸化手段により汚泥を酸化する程度は、空
気曝気の場合で言えば、一般的には１時間当たりの空気
（１気圧）量が汚泥量とほぼ同量とした曝気を２４時間
〜１００時間程度行なうことによって、ヨウ素吸着量で
２０〜７０％程度の再生率が得られる。

【００３６】この発明は、上記の汚泥返送系に酸化手段
を設けたという構成を採用することによって活性炭の吸
着能力を好気性微生物の働きによって再生させて再利用
することを可能とするが、これと同時に、請求項３の発
明のように酸添加手段を設ける構成を採用することで、
凝集剤として添加されて返送汚泥中に含まれている水酸
化アルミニウムをイオン化させることで凝集剤の再利用
を図ることも併せて実現でき、この場合の汚泥返送系の
装置構成は、上述した請求項１の発明と同じ構成として
形成できる。

【００３７】この場合には、曝気槽等における酸化によ
り、返送汚泥の嫌気性化の防止が得られると共に返送汚
泥中の活性炭の再生が行われ、更に、この後段で酸添加
を行うことにより、水酸化アルミニウムのイオン化が行
なわれることになる。

【００３８】また本願の請求項６の発明は、上記の汚泥
を原水側に返送する系を備えた凝集沈澱処理設備におい
て、トリハロメタン前駆物質をトリハロメタンに変える
塩素系酸化剤の添加手段を設けると共に、この後段に返
送汚泥中に含まれるトリハロメタンを汚泥中から除去す
る手段を設けた構成をなすことを特徴とする。

【００３９】この発明において上記構成を採用した理由
は次のことにある。すなわち、上述した凝集沈澱処理を
行う場合にあっては、原水にはいわゆる腐植土由来のフ
ミン質やフルボ酸などの物質が含まれることがあるが、
これらはトリハロメタンの前駆物質であり、通常凝集沈
澱処理によって凝集沈澱汚泥側に取り込まれる。しかし
上記の汚泥返送を行う凝集沈澱処理ではこのようなフミ
ン質等のトリハロメタン前駆物質が、汚泥返送に伴って
循環し、撹拌槽等の処理系内で蓄積し濃度が高くなる可
能性がある。そして、凝集沈澱処理設備では、原水中の
アンモニア除去、殺藻、殺菌、色度分解、鉄，マンガン
等の酸化等々を目的として、撹拌槽などに塩素剤を添加
することがしばしば行われる。

【００４０】このような場合、添加された塩素剤がトリ
ハロメタン前駆物質と反応してトリハロメタンを生成さ
せることになり、これが処理水側に含まれることが考え
られる。そこで汚泥返送系内においてトリハロメタン前
駆物質からトリハロメタンを積極的に生成させて、汚泥
中から予めこれを除去することができる上記構成を採用
したのであり、これにより原水から持ち込まれるトリハ
ロメタン前駆物質が処理系内で蓄積するという問題を解
消できる。

【００４１】上記塩素系酸化剤の添加手段は、上記酸化
手段として塩素系の酸化剤を添加する手段を採用した場
合には、これをそのままトリハロメタン前駆物質をトリ
ハロメタンに変える装置として利用することができる
が、酸化手段としてその他の手段例えば曝気装置を好ま
しく用いることができ、この場合には、別個にこの塩素
系酸化剤の添加手段を設ける必要がある。この曝気装置
を設けた場合には、一般に嫌気状態となっている凝集沈
澱汚泥を好気性に改質した後に塩素系酸化剤の添加をす
ることが特に好ましく、これによって還元状態にある鉄
等の酸化などに塩素系酸化剤が消費されて使用量が増す
という不具合を解消できる。トリハロメタン生成の反応
のためには攪拌槽などの攪拌手段を設けることがよい。

【００４２】塩素系酸化剤としては、次亜塩素酸ナトリ
ウム、液化塩素、塩素ガス、サラシ粉等を挙げることが
できる。

【００４３】汚泥中からトリハロメタンを除去する手段
としては、汚泥返送系の汚泥に含まれる該トリハロメタ
ンは微量濃度であるため、汚泥を単に曝気する方式より
も、塔内に例えばテラレットパッキン等の空隙率の大な
る充填剤を充填し、汚泥と空気とを向流接触させる充填
塔などの気液接触装置などを好ましいものとして例示で
きるが、活性炭に接触させることもできるし、気液接触
装置、活性炭充填塔の順にこれらに通してもよい。

【００４４】この発明においては、酸添加手段を設ける
位置はトリハロメタン除去手段の後段とすることが好ま
しい。

【００４５】

【作用】本発明は酸化手段と酸添加手段を設けた凝集沈
澱処理設備にあっては、凝集沈澱槽あるいは濃縮槽等か
ら嫌気状態で引抜かれた返送汚泥を好気状態に保持する
ことで、臭気物質の分解等、及び塩素消費の原因となる
物質の分解，不溶化を図ることができ、その後段におい
ての酸添加による水酸化アルミニウムをイオン化する反
応を支障なく、また悪臭発生などの問題を招くことなく
行なうことができる。

【００４６】また、原水に活性炭を添加する凝集沈澱処
理設備にあっては、汚泥と共に返送する活性炭が再生さ
れて再利用できる。

【００４７】更に、汚泥返送系に塩素系酸化剤を添加す
る手段とトリハロメタンの除去手段を設けた凝集沈澱処
理設備にあっては、凝集沈澱汚泥側に取り込まれるトリ
ハロメタン前駆物質をトリハロメタンに変化せしめて該
汚泥中から除去でき、原水側に循環させることがない。

【００４８】

【実施例】以下本発明を浄水製造設備に適用した場合の
実施例として、図面に基づいて更に説明する。

【００４９】実施例１ 図１において、２は凝集剤混和撹拌槽であり、回転羽根
型の撹拌装置を備えている。そしてこの撹拌槽２におい
て、原水導入管１から導入される原水と、凝集剤貯留槽
１６からポンプ等の凝集剤注入装置１５により注入され
る凝集剤（アルミニウム系凝集剤）を撹拌混和させ、原
水中に含まれている懸濁物質の凝結反応を行なわせる。

【００５０】この凝集剤混和撹拌槽２の後段には、凝集
沈澱槽３が配置されていて、凝結された懸濁物質の微粒
子を適度の緩速撹拌により凝集フロック化すると共に更
にこれを成長させて、沈降分離により該槽３の底部に汚
泥を沈殿させ、他方、処理水１８は、図示しない溢流路
を介して、同じく図示しない後段の浄水処理系に流出さ
せる。

【００５１】凝集沈澱槽３の底部に集められた汚泥は、
凝集汚泥引抜き管４により凝集汚泥濃縮槽５に適宜に引
抜かれ、この濃縮槽５において返送汚泥として原水側に
戻すのに適した濃度に濃縮（例えば２〜１０倍程度）さ
れる。そしてこの濃縮槽５の底部からは、第１の濃縮凝
集汚泥引抜き管６１を通して濃縮凝集汚泥移送ポンプ７
１により脱水装置などの濃縮凝集汚泥処理装置１７に適
宜間欠的に送泥し、余剰汚泥を脱水廃棄処分できるよう
に設けられている。また濃縮槽５の底部にはもう一つの
第２の濃縮凝集汚泥引抜き管６２が接続されていて、こ
れを通して濃縮凝集汚泥移送ポンプ７２により汚泥の一
部を曝気槽８に送泥するように設けられている。

【００５２】本例の曝気槽８は開放型横流槽をなしてい
て、上記第２の濃縮凝集汚泥引抜き管６２を通して導入
された汚泥が、後段の曝気汚泥返送ポンプ１０により送
り出すまでの間において、ブロワ９により槽底部の散気
管９１から噴出させた空気曝気により、例えば２４時間
の間この曝気槽内に保持されるように設けられている。
曝気程度は、上記のように時間で管理することができる
が、工業的規模の装置としては、曝気槽の出口において
汚泥の酸化還元電位を監視し、曝気槽８の曝気制御ある
いは汚泥通流制御にフィードバックして確実な酸化制御
を行なわせるように設けることも好ましい。この曝気処
理により、汚泥中に含まれる有機酸、硫化水素、アンモ
ニア、鉄，マンガン等が酸化される。

【００５３】この曝気槽８において所定の曝気処理が行
われた汚泥は、上記曝気汚泥返送ポンプ１０により、汚
泥返送管１９を通して途中酸貯留槽１２からの酸が添加
された後に撹拌装置１３に導入され、該汚泥中に含まれ
る水酸化アルミニウムのイオン化が行われた後、上記撹
拌槽２に返送される。１１は酸貯留槽１２内の酸を汚泥
返送管１９に注入するための酸注入ポンプである。また
１４は、撹拌装置１３からの出口における汚泥のｐＨを
測定するためのｐＨメータであり、この測定情報を上記
酸注入ポンプ１１にフィードバックして、酸添加量を例
えば該出口汚泥のｐＨを４以下に維持するように制御す
ることに用いられる。

【００５４】以上のように構成された本実施例１の凝集
沈澱処理設備によれば、凝集沈殿して集められた汚泥中
に発生している浄水処理に阻害となる成分を、まず曝気
処理により分解、不溶化し、しかる後に凝集剤の再利用
を図るための酸添加を行うので、上記汚泥が嫌気性にな
っても、凝集剤の再利用に、この汚泥が嫌気性に移行し
ていることの影響を解消でき、従来から原理的には可能
とされていた凝集剤の再利用を、工業的規模の設備で悪
臭等の弊害を招くことなく理想的に実現できるという利
益が得られた。

【００５５】また、撹拌槽に返送された汚泥に含まれる
懸濁物質は原水に返送添加されることで凝集助剤として
機能し、原水が低濁度である場合には、従来の凝集剤添
加の量制御の困難性を改善し、また高い密度の凝集フロ
ックの成長にも貢献して汚泥の分離性を向上させるとい
う利益をもたらす。

【００５６】更に、使用凝集剤の削減、発生する廃棄汚
泥総量の削減、運転コストの削減等々の効果も、運転操
作の複雑化や新たな弊害を招致することなく実現できる
という効果も得られる。

【００５７】以上の実施例装置の効果を確認するために
以下の試験を行った。

【００５８】試験例１ 濃縮槽５から引き抜いた汚泥が、曝気処理により嫌気性
状態から好気性状態に変化することを、該汚泥の曝気開
始からの経過時間と酸化還元電位の変化との関係で確認
した。

【００５９】試験は以下の条件で行った。

【００６０】浄水場の濃縮槽引抜汚泥（固形物濃度１．
５％）１リットルをビーカーに取り、汚泥の最下部より
２０ｍｌ／分の空気をエアーポンプを用いて吹き込んで
曝気を行ない、汚泥の溶存酸素（ＤＯ）と酸化還元電位
（ＯＲＰ）の測定を行なった。

【００６１】結果を図２に示した。この図から分かるよ
うに、濃縮槽５から引き抜いた嫌気性状態にある汚泥の
溶存酸素（ＤＯ値）は、経過時間と共に増大し、この例
では略４０分経過した時点から汚泥は好気性状態にある
と考えることができる。そして、このＤＯ値の変化と所
定の相関性をもって酸化還元電位ＯＲＰが変化してい
る。これにより汚泥中の還元雰囲気で生成する悪臭を生
ずる臭気物質等が、曝気により酸化されて分解等される
ことが分かる。また同時に、酸化還元電位を適宜の測定
手段を用いて監視することで、汚泥の酸化が必要程度で
あるか否かを確認できることも分かる。なお曝気前の汚
泥の色は黒色であったが、曝気をするにしたがって汚泥
の色は茶褐色から淡い褐色に変化することが確認され
た。

【００６２】試験例２ 試験例１と同じ条件により長時間の曝気を行なった時の
結果を図３及び図４に示した。

【００６３】図３においてｐＨが３０時間から９５時間
の間に上昇しているのは有機酸が好気性微生物により分
解したためと考えられる。

【００６４】また図４は汚泥の上澄液に含有される鉄お
よびマンガンの分析結果を示したものであるが、鉄は曝
気が進むにつれて徐々に酸化不溶化されることにより濃
度が減少することが分かる。

【００６５】なおマンガンは３０時間まではほとんど変
化しないが、３０時間をすぎるころから酸化不溶化され
ることにより濃度が減少し、９５時間を経過すると半分
以下の値となっていることが分かる。

【００６６】マンガンの酸化不溶化に関しては曝気水の
ｐＨと関係があり、曝気水のｐＨ上昇に伴ないマンガン
も酸化されていることが分かる。

【００６７】実施例２ 図５に示す本実施例は、図１で説明した実施例１の凝集
沈澱処理設備の構成に加えて、粉末活性炭貯槽３１から
粉末活性炭注入ポンプ３２を介して撹拌槽２に粉末活性
炭を添加する活性炭添加装置が設けられていることと、
凝集沈澱槽３から凝集汚泥濃縮槽５に汚泥を引抜く凝集
汚泥引抜き管４を途中分岐し、上記した第２の濃縮凝集
汚泥引抜き管６２から曝気槽８に汚泥を送泥する管路の
途中に連通するバイパス配管３３を設けた点に特徴があ
る。なお凝集汚泥引抜き管４とバイパス配管３３の送泥
を切り換えるための切換弁は図示を省略した。

【００６８】本例においては、実施例１と同様の効果が
奏されることに加えて、撹拌槽２に粉末活性炭を添加す
ることにより、原水中に含まれる臭気成分、色度成分、
溶解性の有機物がこの添加活性炭に吸着，除去されて凝
集沈澱汚泥に取り込まれ、処理水の水質を向上させるこ
とができるという効果が得られる。

【００６９】また、この凝集沈澱汚泥を原水側に返送す
る際に曝気槽８で曝気処理するので、吸着した有機物の
好気性微生物による分解除去が行われて吸着能力が回復
再生し（空気曝気２４〜１００時間程度でヨウ素吸着量
で２０〜７０％再生）、これが汚泥と共に撹拌槽２に戻
される分、すなわち汚泥返送系を含む系で循環される活
性炭が再生、再利用される分、その吸着能力に応じて、
注入ポンプ３２から新たに加える活性炭量を削減できる
という効果が奏される。

【００７０】なお、活性炭の返送量を大きくしても処理
水の水質に悪影響は特にないので、凝集沈澱処理に支障
のない範囲で上記循環量を多くすることができ、したが
ってこのような場合には曝気時間を短くすることもでき
る。

【００７１】また更に、凝集汚泥濃縮槽５で濃度を高め
た汚泥を曝気槽８に送泥することに代えて、バイパス配
管３３を介して凝集汚泥濃縮槽５を経由せずに凝集沈澱
槽３から直接曝気槽８に送泥することもでき、このよう
にすると撹拌槽２に活性炭を添加してから比較的短い時
間で活性炭の循環サイクルが行われることになるので、
原水水質の変動などにより短時間の活性炭注入が必要と
される操作の場合には好ましい。

【００７２】試験例３ 図５の設備において、撹拌槽２に活性炭を添加する操作
と、濃縮槽５から引き抜いた活性炭を含む汚泥を曝気処
理して撹拌槽２に返送する操作とを、添加量，返送量を
変化させたときの処理水の臭気度変化を測定し、結果を
下記表１に示した。なお試験は以下の条件で行った。

【００７３】汚泥組成・・・活性炭：２５％、ＳｉＯ
₂ ：３１％、Ａｌ₂ Ｏ₃ ：２３％、有機物：１７％、そ
の他：４％。

【００７４】返送汚泥濃度・・・３％ 曝気時間・・・９６時間

【００７５】

【表１】

【００７６】この表の結果から分かるように、汚泥返送
により撹拌槽２に新たに注入する活性炭の量を削減でき
ることが分かり、本例の効果が確認された。

【００７７】実施例３ 図６に示した本実施例３は、実施例１の凝集沈澱処理設
備の構成に加えてトリハロメタンの除去装置を設けたこ
とを特徴とする。

【００７８】すなわち、曝気槽８の後段の汚泥返送管１
９に、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）貯槽２６か
ら注入ポンプ２７により次亜塩素酸ナトリウムを添加
し、この次亜塩素酸ナトリウムの添加された汚泥を撹拌
器２１を有する塩素反応槽２０において例えば滞留時間
１時間程度で緩速攪拌して該汚泥中に含まれるトリハロ
メタン前駆物質をトリハロメタンに変化させる反応を行
わせる。この後、塩素反応槽２０内の汚泥を汚泥引抜き
ポンプ２２により引抜き、次段の充填塔２３の上部より
流下させると共に下部からブロアー２４で空気を通じて
気液の向流接触を行わせ、汚泥中のトリハロメタンを充
填塔上部の排ガス管２８から外部に放散させる。なお本
例においては、次亜塩素酸ナトリウムを注入ポンプ２９
によって撹拌槽２にも注入するようにして、この撹拌槽
２等内における藻の繁殖などを防ぐようにしている。

【００７９】以上により、実施例１において得られるの
と同様の効果が奏されることに加えて、原水に含まれる
トリハロメタン前駆物質が汚泥返送の系を介して撹拌槽
２等の処理系に戻ってその濃度を高くするという問題を
解消できるという効果が奏される。

【００８０】

【発明の効果】本願の請求項１の発明によれば、以下の
ような効果を奏することができる。

【００８１】： 凝集沈澱により回収された汚泥を原
水側に戻す際に、この汚泥に含まれている腐敗臭等の原
因となる臭気物質を分解等により除去することができ、
この臭気物質が処理水に混入することによる弊害、例え
ば処理水を浄水として利用する場合に、この処理水に対
して更に通常の浄水処理を行なっても除去できない有機
酸や硫化水素による臭気を防止できる。

【００８２】： 臭気物質を揮散させることなく分解
等により除去するので、設備の周囲環境を悪化するよう
な悪臭の発生を防止できる。

【００８３】： 撹拌系や凝集沈澱処理系、更には流
出した処理水の例えば浄水処理設備などにおいて、アン
モニア、鉄，マンガン等の酸化のために塩素の消費量が
増大するという不具合が防止される。

【００８４】： 凝集沈澱処理系から引抜かれる汚泥
に対し酸化処理した後、酸添加をするようにすること
で、上記〜の効果を有効に得ることができ、これら
の操作順序を逆にした場合の弊害、すなわち悪臭の発
生、上記塩素消費量の増大という弊害を招くことがな
い。

【００８５】： 酸添加して汚泥に含まれる水酸化ア
ルミニウムをイオン化し、これを汚泥と共に原水側に戻
すので、懸濁物質の除去のために使用されるアルミ系凝
集剤の添加量の削減、これに基づく設備運転コストの低
減化、廃棄汚泥総量の削減化を図ることができる。

【００８６】： 上記の効果を満足できる工業的規
模の設備を、容易かつ安定して操作，運転できる。

【００８７】： 低濁度原水に対する凝結，凝集フロ
ック成長の反応の安定化、処理水の水質向上などが実現
できる。

【００８８】本願の請求項２の発明によれば、原水に含
まれる臭気成分を活性炭により除去できると共に、従来
再利用できずに１パスで廃棄されていたこの活性炭を再
生再利用できるため、新たに添加すべき活性炭量を削減
できるという効果が得られる。

【００８９】本願の請求項３の発明によれば、上記した
請求項１及び２の効果を併せて奏することができる。

【００９０】本願の請求項４の発明によれば、酸化手段
を曝気槽という簡単な構造のものとするので工業的規模
の設備を容易に設計、運転できるという効果が得られ
る。

【００９１】本願の請求項６の発明によれば、以上の種
々の効果に加えて、原水中に含まれているトリハロメタ
ン前駆物質を汚泥返送系において除去できるという効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明よりなる凝集沈澱処理設備の実施例１の
構成概要をフロー図で示した一例を示す図である。

【図２】試験例１の凝集沈澱槽から引き抜かれた汚泥の
曝気処理による嫌気性状態から好気性状態への変化と、
該曝気処理の開始後の経過時間と酸化還元電位の変化と
の関係とを、併せて示した図である。

【図３】試験例２の凝集沈澱槽から引き抜かれた汚泥の
長時間曝気の結果であり、曝気時間と、曝気水のｐＨ，
酸化還元電位（ＯＲＰ），溶存酸素（ＤＯ）の関係を示
した図である。

【図４】試験例２の凝集沈澱槽から引き抜かれた汚泥の
長時間曝気の結果であり、曝気時間と、曝気水上澄水の
鉄とマンガンの関係を示した図である。

【図５】本発明よりなる凝集沈澱処理設備の実施例２の
構成概要をフロー図で示した一例を示す図である。

【図６】本発明よりなる凝集沈澱処理設備の実施例３の
構成概要をフロー図で示した一例を示す図である。

【符号の説明】

１・・・原水導入管、２・・・凝集剤混和撹拌槽、３・
・・凝集沈澱槽、４・・・凝集汚泥引抜き管、５・・・
凝集汚泥濃縮槽、８・・・曝気槽、９・・・ブロワ、１
０・・・汚泥移送ポンプ、１１・・・酸注入ポンプ、１
２・・・酸貯留槽、１３・・・撹拌槽、１４・・・ｐＨ
メータ、１５・・・凝集剤注入装置、１６・・・凝集剤
貯留槽、１７・・・凝集汚泥処理装置、１８・・・処理
水、１９・・・汚泥返送管、６１，６２・・・濃縮凝集
汚泥引抜き管、７１，７２・・・濃縮凝集汚泥移送ポン
プ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｃ０２Ｆ 11/02 ＺＡＢ Ｃ０２Ｆ 11/02 ＺＡＢ 11/08 ＺＡＢ 11/08 ＺＡＢ 11/12 ＺＡＢ 11/12 ＺＡＢＺ (72)発明者 青木 史春 東京都文京区本郷５丁目５番16号 オル ガノ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−4287（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−328327（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−168879（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−150481（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−65052（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−4299（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−252599（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−32948（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 21/00 - 21/34 C02F 1/28 C02F 1/52 - 1/56 C02F 3/12 C02F 11/00 - 11/20

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ａｌ分を含有する凝集剤の添加により原
   水中の懸濁物質を凝結させる撹拌系と、凝結した懸濁物
   質を凝集沈澱させて処理水と分離し、処理水は処理水系
   に流出させると共に沈澱汚泥は回収する汚泥分離処理系
   と、沈澱回収した汚泥の少なくとも一部を上記撹拌系に
   戻す汚泥返送系と、を有する凝集沈澱処理設備におい
   て、この汚泥返送系の途中に、返送汚泥をこれに含まれ
   る好気性微生物の至適環境に所定時間保持する酸化手段
   と、該返送汚泥中に含まれるＡｌ（ＯＨ）₃ をイオン化
   させる酸添加手段とを、この順序で設けたことを特徴と
   する凝集沈澱処理設備。
2. 【請求項２】 原水に活性炭を添加する手段と、Ａｌ分
   を含有する凝集剤の添加により原水中の懸濁物質を凝結
   させる撹拌系と、凝結した懸濁物質を凝集沈澱させて処
   理水と分離し、処理水は処理水系に流出させると共に沈
   澱汚泥は回収する汚泥分離処理系と、沈澱回収した汚泥
   の少なくとも一部を上記撹拌系に戻す汚泥返送系と、を
   有する凝集沈澱処理設備において、この汚泥返送系の途
   中に、返送汚泥をこれに含まれる好気性微生物の至適環
   境に所定時間保持する酸化手段を設けたことを特徴とす
   る凝集沈澱処理設備。
3. 【請求項３】 請求項２において、汚泥返送系の途中に
   設けた酸化手段の後段に、該返送汚泥中に含まれるＡｌ
   （ＯＨ）₃ をイオン化させる酸添加手段を設けたことを
   特徴とする凝集沈澱処理設備。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
   酸化手段が、返送汚泥に対して含酸素気体を曝気する曝
   気装置であることを特徴とする凝集沈澱処理設備。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかにおいて、
   懸濁物質を凝集沈澱させて汚泥として回収する汚泥分離
   処理系が、汚泥と処理水を固液分離する凝集沈澱槽と、
   この凝集沈澱槽から引抜いた回収汚泥を、撹拌系に戻す
   返送汚泥に濃縮する汚泥濃度調整用の沈降型濃縮槽とか
   らなることを特徴とする凝集沈澱処理設備。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれかにおいて、
   汚泥返送系の途中に、塩素系酸化剤の添加手段を設ける
   と共に、この後段に返送汚泥中に含まれるトリハロメタ
   ンを汚泥中から除去する手段を設けたことを特徴とする
   凝集沈澱処理設備。
7. 【請求項７】 請求項６において、汚泥中からトリハロ
   メタンを除去する手段が、気液接触手段であることを特
   徴とする凝集沈澱処理設備。