JP4495910B2 - 種々の機能モードを用いたバラスト凝集と重力分離とによる水処理方法及び装置 - Google Patents

Description

水処理では、固相と液相の間を分離する手段として重力を使用する種々の処理技術が知られている。

例えば、既知の技術には、沈降表面積を増大させるように設計されている複数の薄板(lamellas)を用いるか又は用いない単純な沈降技術がある。この技術では、原水流れの中に含有されている沈降性固形分を、１〜２ｍ／ｈ程度のハーゼン沈降速度(Hazen settlement velocities)（単純に沈降表面積によって、又は、もし存在すれば、水平面に投影された諸薄板の表面積によって、処理流量を割ったもの）で、化学試薬を使用しない沈降法によって処理された水から分離することができる。

この種の沈降法は、原水中の懸濁状態の沈降性固形分を分離する方法の１つである。この技術によっては、水からコロイド状固体を分離することはできない。この技術では如何なる化学試薬も使用しないので、この技術は操作が経済的である。しかし、例えば、単位ネットワークからの排水を処理する間、雨天であれば、処理される最大流量が高くなるや否や、ハーゼン速度が恐らく低くなるために、この技術では、どうしても大きい沈降表面積が必要である。

この技術は、例えば、生物濾過によるなどの生物学的処理を行う前の排水の一次処理としてしばしば使用される。

また、凝集沈降(settlement flocculation)技術と呼ばれる技術もある。この技術では、通常、鉄塩若しくはアルミニウム塩及び／又はカチオンポリマーから成る凝結剤(coagulant reagent)を原水に添加してコロイドを不安定化し、次いで、通常、有機ポリマーから成る凝集剤(flocculant reagent)を、凝結済み水の入った凝集槽(flocculation basin)の中に添加して濃厚なフロックを形成し、このフロックを単純な沈降区域又は薄板付き沈降区域に類似する区域で処理水から分離する。

撹拌された凝集槽中の滞留時間は、１０〜３０分程度であり、ハーゼン沈降速度は通常、１〜３ｍ／ｈ程度である。

この技術は、沈降性のコロイド状固体を作るので、その結果、単純な沈降法と比べて汚染除去の効率を改善することができるという利点を有する。

しかし、この技術では、諸試薬が消費されるとともに、例えば雨天時において、排水処理のピークを処理するために大きい沈降面積が必要であるという不都合を有する。

最後に、バラスト凝集法(ballasted flocculation)と呼ばれる非常に速い沈降技術がある。この技術では、例えば細砂(fine sand)などの粒状バラスト(granular ballast)を使用し、５０〜２００ｍ／ｈの沈降速度を可能にする。

この技術は、例えば、本出願人によって出願されたフランス特許第２７１９２３４号及びフランス特許第２６２７７０４号明細書に記載されている。この技術では、装置の上流側で凝結剤を使用することで、コロイドを不安定化し、これらコロイドを結合させてマイクロフロックにし、次いで、凝集剤及び粒状バラストを追加することで、凝結によるマイクロフロックから高密度のフロックを形成する必要がある。

凝集剤と粒状バラスト（粒状バラストは、微細砂、又は処理すべき流体の密度よりも大きい密度を有する粒状材料でよい）は、撹拌された注入区域に添加され、この注入区域は、「熟成(maturing)」区域（熟成区域は、砂、試薬又は未凝集水が直接排出されるのを回避するように意図されている）から、この熟成区域に続く沈降区域へと続いている。粒状材料によるバラスト凝集法において、種々の注入区域及び熟成区域は総括して通常、「凝集区域(flocculation zone)」と呼ばれる。

最も単純な変形例において、注入区域及び熟成区域は、撹拌される同一の槽であって、該槽の水力学は、例えば、凝集槽の上流側の吸上げ側で砂及び凝集用ポリマーを注入することによって、粒状材料、諸試薬及び未処理水が沈降区域に直接送り出されるのを該水力学で最小限に抑え、該凝集槽の下流部分は熟成区域として機能するようなものである該同一槽の中に配置されている。

１つの好ましい変形例において、注入区域及び熟成区域は、先ずは注入槽で始まり、熟成槽に続く別個の連続的な槽によって実現される。水力学的(hydraulic)滞留時間は典型的には、注入区域に１分程度で、熟成区域に２〜６分程度である。

この技術は第１に、この技術によって、処理すべき汚染物質のコロイド状部分が沈降性になり、しかも、この技術によって更に、暴風雨時の流量のような大きい流量を処理するのに必要な沈降面積が最小限に抑えられるという利点を有する。残念なことであるが、この技術には、例えば晴天下における処理すべき汚染物質の内容物が、コロイド状汚染物質の処理をもはや容認しない場合でさえ、この技術によって諸化学試薬が連続的に消費されるという不都合や、化学試薬（とりわけ、凝結剤）の注入はかなり減少させることができるが、化学試薬の注入を完全に停止することによって、回避することが好ましいバラストの損失が生じるという不都合や、物理化学的フロック(physicochemical flocs)中にもはや取り込まれない最小砂粒の沈降速度が、化学試薬が注入されるときに得られ、幾らかの砂粒を取り込んだ直径の大きい物理化学的フロックの沈降速度よりも小さいという不都合がある。

沈降区域中のデカント済み(decanted)スラッジの幾らかを凝集区域まで循環させることによって、粒状材料のバラスト凝集(ballasted flocculation)に類似する凝集を得ることも可能である。この技術によって、諸化学試薬を装置の中に注入する場合、高い沈降速度での安定操作が可能となり、また、化学的処理が必要でない期間の間（例えば、低流量の晴天の間）、薬物の注入を停止して、如何なる試薬をも消費することなく、単純な沈降によって作動することができる。

しかし、沈降速度は、粒状材料を用いるバラスト沈降ほど速くすることができず、また、この技術は、無視することのできない安定化時間を必要とし、突然到来する雨天流量又はピーク流量にしばしば適合しないという不都合がこの技術にはある。

本発明の目的は、最先端の技術によって、これらの課題を解決することのできる凝集分離／重力分離によって水処理を行うための方法及び装置を提供することである。

この目的は、水よりも密度が高いバラスト用の粒状材料のバラスト凝集工程と、処理した水とフロックとを重力により分離する後続の工程と、前記凝集工程で再循環された粒状材料とスラッジ（このスラッジはスラッジ処理工程に送り出される）とを分離する工程とを含んでなる水を物理化学的に処理するための水処理方法において、凝結剤及び凝集剤を使用するバラスト凝集−重力分離の操作モードから、凝結剤及び凝集剤は使用しない単純な重力分離による操作モードへ切り換えることから成る工程を含み、前記１つの操作モードからもう１つの操作モードへの切り換える工程は、水処理中又は水処理前のいずれかの工程における水に関する情報の少なくとも１つの事項に基づいて決定することを特徴とする水処理方法に関する本発明によって達成される。

前記粒状材料は、化学的に活性であっても活性でなくてもよい。前記粒状材料は、砂若しくは微細砂、又はザクロ石、玄武岩、酸化鉄、磁鉄鉱等から成ることができる。

前記バラスト用の粒状材料は、有効直径が３０〜２００μｍの微細砂であり、前記重力分離工程は、沈降工程であることが好ましい。

もう１つの実行可能な具体例において、前記粒状材料は、３０〜２００μｍの間の有効直径を有する微細砂であり、しかも、重力分離工程は、例えば、サイクロン又は渦流の効果などによる遠心分離工程である。

本発明による方法は、また、如何なるバラスト用の粒状材料も使用しないが、少なくとも１種の化学的凝結−凝集剤を使用する中間操作モードを含むのが都合がよい。

どの操作モードを使用すべきかを決定するために使用する水に関する情報の少なくとも１つの事項は、処理される水の流量、処理される水の濁度、処理される水の化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、全有機炭素（Ｔ．Ｏ．Ｃ．）、及び抵抗率から選ぶのが好ましい。

本発明の１つの好ましい態様によると、凝集工程において、バラスト用粒状材料を懸濁状態に戻すのを回避するために使用する撹拌機の低速度は、２．５〜２０ｃｍ／秒の間であり、好ましく５〜１０ｃｍ／秒である。

好ましくは、１つの操作モードからもう１つの操作モードへ切り換えることから成る前記工程は、自動式である。

本発明はまた、前記方法を実施するために特別に設計されている装置に関し、本装置は、少なくとも１種の凝結剤を注入するための上流手段と、少なくとも１つの撹拌手段を有し、微細砂のような水より濃密なバラスト用粒状材料及び少なくとも１種の凝集剤を受け入れることのできる少なくとも１つの凝集区域と、複数の沈降用薄板を有するか又は有しておらず、頂部付近に分離された清澄化済み水と、スラッジ処理に直接送り出すことができるか又は粒状材料が含有されていれば粒状材料の含有物を再循環するためにハイドロサイクロンを通過させることができるスラッジとを分離する後続の沈降区域とを備えており、さらに以下の手段を備えた装置である。

すなわち、前記水に関する情報の少なくとも１つの事項を測定する手段と、
・前記水に関する情報の前記少なくとも１つの事項が所定のしきい値を超える場合、バラストフロック操作モードに切り換わり、化学的な凝結−凝集剤が注入され、水が前記凝集区域に循環し、前記バラスト用材料が、水の速度と適切な速度で起動する撹拌機との併用効果によって懸濁状態に置かれ、さらに、粒状材料を含有する沈降済みスラッジのハイドロサイクロンによる分離後、前記凝集区域に循環することを自動的に行うとともに、
・前記情報の少なくとも１つの事項又は種々の事項の組合せが、再び所定のしきい値より小さくなる場合、凝結−凝集剤を使用しない操作又はフロックバラストに切り換わり、試薬の注入が停止し、前記撹拌機が停止するか又は低い作動速度で作動するようになり、前記粒状材料が前記凝集区域の底部に堆積し、処理すべき水が、該粒状材料が懸濁状態に戻される速度よりも低い速度で該凝集区域内を通過するか、又は前記粒状材料が堆積するこの区域の下部をバイパスし、前記スラッジが、ハイドロサイクロンによることなく直接分離されることを自動的に行う手段とを備えたことを特徴とする。

前記の手段はまた、前記水に関する情報が２つの設定値の間にある場合、中間操作モードを行うことも可能にするのが好ましく、この中間操作モードは、如何なるバラスト材料も使用しないで試薬を注入することを含むものであって、該試薬が注入され、前記１つ以上の撹拌機が、粒状材料が懸濁状態になるのを回避する低速度で作動し、しかも、スラッジが、先のハイドロサイクロンによるか又はよらないでスラッジ処理のために分離される。

更に、凝集区域は、少なくとも１つの分離可能な撹拌手段を備えている第１の注入区域であって、その中に凝集剤を注入することができ且つその中にバラスト材料を再循環させることができる第１の注入区域と、少なくとも１つの分離可能な撹拌手段を備えている第２の熟成区域であって、その中に追加の凝集剤及びバラスト材料を注入することができる第２の熟成区域とに分割されており、しかも、これら２つの区域は、これら２つの区域の間の連絡を可能にする下方の開口を備えている分離用の仕切り板によって分離されているのが好ましい。

前記装置は、注入区域と熟成区域の間の下方の連絡開口を自動的に広げる手段であって、使用されているバラスト材料を使用する必要がない場合、これら２つの区域の間の水の速度を、バラスト材料の再懸濁速度より小さい値まで低下させることのできる手段を備えているのが好都合である。

試薬なしの操作モードが必要な場合、注入区域と熟成区域の分離用仕切り板の上部は、ジャッキ又は越流堰で仕切ることによって自動的に収縮させて、これら区域の下部を迂回させることができるのが好都合である。

更に、粒状材料の使用が必要でない場合、注入区域と熟成区域の間の下方の連絡開口を閉じて、この区画に粒状材料を貯蔵することができるのが好都合である。

１つの好ましい変形例による本発明の装置は、試薬なしの操作が必要である場合、凝集区域を迂回させる自動的な手段を備えている。

この自動的な手段は、
・少なくとも１つの流量検出器若しくは濁度検出器、又は、処理済み水若しくは処理すべき水のパラメータ特性の濃度を検出するための検出器と、
・前記１つ以上の検出器から受信される信号を所定のしきい値と比較し、凝集区域中の１つ以上の撹拌機を低速度若しくは高速度で停止させるか又は起動させることによって、所定の諸操作モードのいずれか一方への切り換えを制御し、化学試薬の調製及び注入と、凝集区域中のバイパス手段を開くか若しくは閉じることによるか又はこの区域の下部の水の速度を低下させることによる粒状材料の分離、再循環若しくはスラッジの直接的分離とを行うためのシステムを停止させるか又は起動させることを制御する自動制御手段と
を備えているのが好ましい。

本発明は、雨天時のような幾つかの条件下での高速度バラストフロックによる物理化学的処理の可能性と、例えば、下流の生物学的処理に過負荷をかけるかも知れない晴天ピーク時において試薬は用いるがバラストは用いない物理化学的処理の可能性と、例えば、晴天時の平均的汚染及び少ない汚染の間において試薬もバラストも使用しない単純な沈降処理の可能性とを組合せた単一のシステムをつくる手段を提供する。

本発明は本質的に、試薬の注入又は非注入を、処理すべき水の流量又は汚染物質の含有量のしきい値に対してサーボ制御する(servocontrolling)手段と、粒状ブラストを使用してフロックを安定化させる(ballasted)物理化学的な水処理装置において、試薬の凝結及び／又は注入がもはや注入されない場合、粒状ブラストの損失を回避する手段とを組合せることから成る。

本発明及びその利点は、添付図面を参照しつつ、非制限的である具体例に関する以下の記述を読んだ後、一層容易に理解されるであろう。

これらの図において、水の進む方向は、波状矢印によって示す。Ｎは、通気装置の作動回転速度を示す。

図１ａ、図１ｂ及び図１ｃに示されている装置は、非常に変動し易い流量又は非常に変動し易い汚染物質濃度の原水を処理するように設計されている。このような原水としては、例えば、晴天時の平均１又は最大２に対して雨天時は１０以上に比が変動する到来流量であって、また、例えば、地表水を飲用にしなければならない場合や、又は暴風雨などの状況のために非常に変動し易い濁度であるかもしれない単位排水(unit waste water)などがある。

本装置は、処理すべき水９を運搬する手段と、凝結剤７を注入できる入口側の凝結区域と、凝集剤８及び微細砂などのバラストを注入できる注入−熟成区域とを備えている。凝結区域及び注入−熟成区域は、図１ａ、図１ｂ及び図１ｃに示されているように単一の撹拌槽１の中に形成されるが、図２に示されているように、連続的な２つの撹拌槽（１’、１”）、即ち、凝集剤及び微細砂バラストを受け入れることのできる注入槽（１’）と、後続の、追加の凝集剤を受け入れることのできる熟成槽（１”）とから成るのが好ましい。

好ましくは、複数の薄板を備えた沈降区域２は、沈降可能な物質を沈降させるのに使用する。この沈降可能な物質は、スラッジの貯蔵若しくは処理の領域に排出することができるし、注入区域へ直接的に、又は先ず注入区域に戻されるバラストを分離し、次にスラッジの貯蔵若しくは処理のために排出されるスラッジを分離する分離装置５を経て、入口側で再循環させてもよい。

注入及び熟成区域の撹拌手段６は、凝集剤と砂と水とを高速度で混合して、形成されたバラストフロック(ballasted flocs)を沈降区域まで運び去るために、バラストフロックを懸濁状態に保持することができる。

撹拌手段６が低速度で作動している場合、撹拌手段６によって、諸試薬と水とが十分に混合され、凝集(flocculation)を達成し、形成された非バラストフロック(unballasted flocs)は懸濁状態に保持されるが、バラストは沈降する。

最後に、撹拌手段６は、諸化学試薬の注入を止めるときに、停止させることができる。もしくは、撹拌手段６は、槽中に存在するバラストを懸濁状態に戻すことなく、又はバラストを懸濁状態に維持することなく、注入−熟成区域における懸濁状態の物質が堆積するのを防ぐような非常に低い速度で作動させることができる。

処理されている流量及び／又は汚染物質の含有量、又は本システムによって連続的に処理しなければならない流量及び／又は汚染物質の含有量を知るために、流量及び／又は汚染物質の含有量を測定する手段（図示せず）が設けられている。

最後に、本システムの水力学は、処理すべき流量が設定値未満になると、凝集区域の微細砂の再循環が可能となるように設計され、また、諸試薬なしの作動の間にオーバーフローによって微細砂が失われてしまう沈降区域の下流側へ、微細砂が運び去られるような危険が全くないように、凝集区域に微細砂が堆積するように設計されている。このことは、微細砂が貯蔵されているタンクにバイパス（側管）を付けるか、又は、微細砂を懸濁状態に保持する速度より小さい値まで撹拌機の回転速度を減少させて、堆積済み砂の表面に近い水の速度をできる限り減少させるか、又は、これらの方法のいずれかの組合せによって達成することができる。

以下、実施例として、本システムの操作の実行可能な一例について説明する。

（単位ネットワークからの排水の処理）
晴天下では、凝結剤及び凝集剤の注入を停止して、流れは、上記の沈降装置に続く生物学的処理に送る前に、単純な沈降によって処理する。なお、晴天とは、入口で測定される流量が、例えば１．５Ｑ（式中、Ｑは、廃水処理装置の晴天時の平均流量である）未満である天候を意味する。

装置内の大抵の微細砂は、注入区域の底部に沈降し、残部は、熟成区域の底部に沈降する。

水循環の水力学は、決して限定的ではないが、例えば、本主題の当業者に知られている如何なる方法（例えば、諸図面に実施例として記述した方法のようなもの）によって、この砂が懸濁状態に戻るのを防ぐように構成される。

図１ｂ及び図２ｂにおいて、凝集槽１’（図１ｂ）又は熟成槽１”（図２ｂ）に水力学的連絡を与えている矩形の開口１１は、タンクの底部に堆積した砂の表面の上方において、再懸濁速度(resuspension velocity)より遥かに小さい排出速度(scavenging velocity)を確保するような大きさに設けられている。再懸濁速度は、使用するバラスト材料の種類及び直径によって決まり、微細砂バラストなしで作動させるために選定される流量よりもその流量が小さい場合、６０〜１５０μｍの微細砂について、再懸濁速度は典型的には１ｍ／秒未満であり、好ましくは０．３ｍ／秒未満である。この開口の高さは、必要に応じ、砂の上方の水の速度を減少させるために、ジャッキ(jacks)又はウォームスクリュー(worm screws)による制御の下、垂直方向に摺動する摺動性仕切り板(sliding partition)を使用して調節することができる。

図１ｃ及び図２ｃにおいて、凝集区域にはバイパスが設けられており、例えば、図１ｃの場合、凝集区域を提供する仕切り板の頂部で越流堰１３を開いたり、又は、図２の場合、注入槽と熟成槽を分離する仕切り板１２の頂部で越流堰１３を開いたり、又は、図示していない側設チャネル(lateral channel)の中に流れを移すことで、バイパスを設けることができる。

これら種々の場合、注入タンク及び熟成タンクの底部で嫌気発酵が生じる危険性を制限するために、撹拌機６は、諸有機物質を懸濁状態にするのに十分小さい速度で、又は、微細砂を懸濁状態になるようにせず且つ微細砂を懸濁状態に保持することもしないで、それら有機物質を懸濁状態に保持するのに十分小さい速度で、作動させることができる。そのとき、このタイプの作動で撹拌することによって生じた表面流速(surface velocities)（タンクの区域によって分けられるポンピング速度(pumping rate)）は、砂の種類と、処理方法の種類（一次廃水又は二次廃水、飲用水）とによって決まり、２．５ｃｍ／秒から２０ｃｍ／秒の範囲内であり、典型的には５ｃｍ／秒〜１０ｃｍ／秒の間である。

上記の場合における薄板タイプの沈降区域２は、例えば、試薬なしの２５ｍ／時間の最大値に等しいミラー速度(mirror velocity)（処理すべき流量を沈降区域の面積で割ったもの）で作動するように設計することができる。

次いで、生成したスラッジは如何なる微細砂も含有していないので、このスラッジは、必ずしもハイドロサイクロン５を通過させることなく、スラッジ処理３を行うために直接排出する。

流量が、例えば、１．５Ｑ（沈降速度は２５ｍ／時間）を超え且つ２Ｑ（沈降速度は３３ｍ／時間）未満である場合、換言すれば、雨天時の流量より小さい場合、図１ｂに示す構成又は好ましくは図２ｂに示す構成によれば、処理すべき流れのしきい値に対してサーボ制御される(servocontrolled)注入ポンプを起動させることによって、注入槽の上流側の管路の中又は図示されていない特殊な凝結槽の中に凝結剤を注入すること、及び、注入槽の中に凝集剤８（例えば、ポリマー）を注入することが可能となる。

注入槽及び熟成槽の上部を通ってそれら槽にバイパスを付ける越流堰１３は、これらタンクが専らそれらの下部を通って連絡することができるように引き揚げる。

その場合、注入槽及び熟成槽は全て、２つの連続する区域を有する従来の凝集タンクのように、１５分程度の残留時間で、処理すべき水と凝集剤を混合するために十分に撹拌するものの、多量の微細砂を懸濁状態にしないように作動する。

その場合、処理方法は、コロイド状汚染物質の化学的凝集によって改善され、また、下流側で生物学的処理によって処理される汚染物質含有量は、許容レベルに維持される。

この場合更に、沈降区域から分離されるスラッジは、スラッジ処理３に直接送り出すことができる（スラッジの中に存在し得る少量の砂を除去することが必要な場合、スラッジは５でハイドロサイクロンにかけることもできる）。

流量がもう一度、例えば１．２Ｑ（沈降速度は２０ｍ／時間）未満に低下する場合、流量がもう一度、１．５Ｑのしきい値より大きい値に増大するまで、試薬注入ポンプ８は停止し、処理方法は、図１ｃ又は図２ｃに一致する単純な沈降処理になる。

一方、流量が、生物学的処理によって処理することが困難な暴風雨天候と見なされる２Ｑ（３３ｍ／時間）より大きい値まで増大する場合、撹拌機６の速度は、凝集−バラスト沈降による処理を行うために選定した最適条件まで増大させ、微細砂は、増大した流量と増大した撹拌速度との総合作用によって、懸濁状態に戻し、スラッジ及び微細砂をハイドロサイクロンに通過させる工程は遅らせて、スラッジ処理に送るスラッジを、注入区域まで再循環させる砂から分離し、次いで、全ては、バラストフロックと、２００ｍ／時間（換言すれば、１２Ｑ程度の流量）以下の沈降速度と、このタイプの処理法に適合する、２．５分までの注入−熟成投下の滞留時間とを有する凝集装置の沈降タンクのように作動させる。

次いで、生物化学的処理に受け入れることのできる処理済み水の流れは、生物化学的処理に送り出され、また、その流れの残部は、受け入れ環境(receiving medium)に送り出される。

流量が、もう一度、例えば１．８Ｑ未満に低下する場合、例えば、その装置は、微細砂なしの操作モードに戻し（撹拌機の速度は低下する）、微細砂は全て、注入タンクに戻し、次いで、スラッジをハイドロサイクロンに通過させる工程は停止させ、次いで、流量が更にまた低下すれば、試薬の注入は停止して、注入タンク及び熟成タンクの迂回を停止させることができる。

汚染物質濃度検出器又は濁度計は、例えば、流量測定と結び付ければ、本主題の当業者が、処理すべき全汚染物質含有量の変動によって決まる、１つのタイプの操作から他のタイプの操作への自動的切り換えを改善するのに役立つ。

（濁度変動の大きい水を処理して該水を飲用に適するようにする方法）
湧水のようなある種の水は、通常の状態で僅かなＮＴＵの非常に低い濁度を有することがあるので、濾過によって直接処理することができるものの、この水は、（例えば、１００ＮＴＵ以上又は１０００ＮＴＵ以上に）突如著しく濁ることがあり、濾過を行う前に凝集沈降処理を行う必要がある。

砂バラスト凝集沈降法は数分内で非常に迅速に始動させることができるので、このシナリオには、砂バラスト凝集沈降法が適しているが、濁度が低い間は直接濾過による操作を可能にして不必要な試薬の消費を最小限に抑える装置を設置することが有用であろう。

この場合、濁度計を使用して、濁っている期間の間、（注入タンク及び熟成タンクの短絡を使用するか又は使用せず、これらのタンクの底部に砂を貯蔵するか又は貯蔵しないで、諸撹拌機を停止させるか又は低速度で作動させ、試薬の注入を停止して、スラッジを再循環させる回路とハイドロサイクロンを通過させる回路とを停止させる）直接濾過による操作から、（スラッジ及び砂をハイドロサイクロンに通過させる工程を再始動させ、連続している注入タンク及び熟成タンクの通常操作を行い、凝結剤及び凝集剤を注入し、諸撹拌機は最高速度で作動させて、砂及びフロックを懸濁状態に維持するか又はそれら砂及びフロックを懸濁状態にする）バラスト凝集沈降による操作への切り換えを制御し、そして、濁度が十分低くなって、このタイプの操作がもう一度適切であるようになるとき、直接濾過に戻すことができるかも知れない。

これらの諸実施例は、水力学的な流れ(hydraulic flows)、及び入って来る汚染物質、及び／又は処理すべき水若しくは処理された水の量に応じて、試薬を用いない単純な沈降による同一装置の操作を、諸試薬を用いたバラスト沈降による操作に適合させるために、試薬は用いるがバラストは用いない従来の物理化学的凝集沈降による操作をできる限り経ながら、上述したようにより一般的な方法の利点を単に例示するものである。

本発明の３つの操作モードの第１の具体例を示し、即ち、図１ａはバラスト沈降モード、図１ｂはバラストなしの凝集沈降モードと試薬なしの単純な沈降モード、図１ｃは単純な沈降モードを示す。 ３つの操作モードを備える本発明の第２の具体例を示す。

Claims (13)

1. 水よりも密度が高い粒状のバラスト材料を攪拌する攪拌手段（６）を用いて、少なくとも１つの凝集区域（１１）で行われる凝集工程と、
   これに続き、処理した水とフロックとの傾斜板沈降分離を介して、前記凝集工程で再利用される前記粒状のバラスト材料とスラッジとを分離する重力分離工程であって、該スラッジはスラッジ処理工程へ送り出される工程と
   を含んでなる水を物理化学的に処理するための水処理方法であって、
   凝結剤及び凝集剤を使用するバラスト凝集−重力分離の操作モード（Ａ）と、凝結剤及び凝集剤を使用しない単純な重力分離の操作モード（Ｂ）とを切り換えることからなる工程を含んでなり、前記操作モード（Ａ）と操作モード（Ｂ）との切り換えは、水処理のいずれかの工程における又は水処理前における、処理する水の流量、処理する水の濁度、処理された水の濁度、処理する水の化学的酸素要求量、全有機炭素（ＴＯＣ）、及び、抵抗率から選ばれる水に関する情報の少なくとも１つの事項に基づいて決定する水処理方法において、
   前記水に関する情報の少なくとも１つの事項が所定のしきい値を超える場合、前記操作モード（Ａ）に切り換わり、化学的な凝結−凝集剤が注入され、水が凝集区域（１）内を循環し、前記バラスト材料が、水の速度と前記撹拌手段の適切な速度での作動との複合効果によって懸濁するとともに、ハイドロサイクロン（５）を介して前記バラスト材料を含有する沈降スラッジから前記バラスト材料を分離した後に前記凝集区域（１）内に再循環することからなる工程と、前記水に関する情報の少なくとも１つの事項又はこれらの組み合わせの１つが、所定のしきい値より再び小さくなる場合、前記操作モード（Ｂ）に切り換わり、前記薬剤の注入は停止され、前記撹拌手段（６）は停止するか又は作動速度が遅くなり、前記粒状のバラスト材料は前記凝集区域の底部に堆積し、処理すべき水は、前記粒状のバラスト材料が再懸濁する速度よりも遅い速度で前記凝集区域（１）内に導入されるか、又は砂が堆積するこの区域の下部を迂回するかし、前記スラッジはハイドロサイクロンによることなく直接除去されることからなる工程とを含んでなり、
   前記方法が、
   処理された水又は処理する水のパラメータ特性のうち流量、濁度又は濃度を検出する少なくとも１つの検出器と、
   （ａ）前記操作モード（Ａ）から前記操作モード（Ｂ）に切り換えるために前記凝集区域（１）内の撹拌手段（６）を停止させるか、粒状のバラスト材料が懸濁状態になるのを回避する速度で作動させ、前記操作モード（Ｂ）から前記操作モード（Ａ）に切り換えるために粒状のバラスト材料を懸濁状態に保持する速度で作動させることによって、
   （ｂ）前記化学薬剤の調製及び注入のためのシステムであって前記粒状のバラスト材料の再利用のための分離若しくはスラッジの直接的な除去のためのシステムを停止させるか又は作動させるかを制御することによって、あるいは
   （ｃ）前記凝集区域（１）をバイパスする手段又はこの区域の下部の水の速度を低下させる手段を開くか若しくは閉じることによって、
   想定された前記操作モード（Ａ）および操作モード（Ｂ）を含む複数の操作モードの切り換えを制御するように設定されたしきい値で、前記検出器から受信される信号を比較する自動操作と
   を有する自動的な手段によって実施される水処理方法。
2. 前記攪拌手段（６）が少なくとも１つの攪拌機から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記操作モード（Ａ）および操作モード（Ｂ）に加え、さらに粒状のバラスト材料は使用しないが、少なくとも１種の化学的な凝結−凝集剤を使用する中間操作モード（Ｃ）を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記凝集工程において、粒状のバラスト材料が懸濁状態になるのを回避する前記撹拌手段（６）の速度が、２．５〜２０ｃｍ／秒の間であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記凝集工程において、粒状のバラスト材料が懸濁状態になるのを回避する前記撹拌手段（６）の速度が、５〜１０ｃｍ／秒の間であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記操作モード（Ａ）と操作モード（Ｂ）とを切り換えることからなる前記工程が自動的に行われることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 少なくとも１種の凝結剤を注入するための上流側の手段（７）と、
   微細砂のような水より密度が高い粒状のバラスト材料と少なくとも１種の凝集剤とを受け入れるように、撹拌する手段（６）を有する少なくとも１つの凝集区域（１１）と、
   沈降分離用の板（４）を有し、もしくは有さず、上部から除去される清澄な水と、スラッジ処理に又は含有するであろう粒状のバラスト材料を再利用するためにハイドロサイクロン（５）に直接送られるスラッジとを分離するための後続の沈降区域（２）とを含んでなる請求項６に記載の方法を実施するために特別に設計された装置において、
   前記特別に設計された装置が、
   処理する水の流量、処理する水の濁度、処理された水の濁度、処理する水の化学的酸素要求量、全有機炭素（ＴＯＣ）、及び、抵抗率から選ばれる前記水に関する情報の少なくとも１つの事項を測定する手段と、
   前記水に関する情報の少なくとも１つの事項が所定のしきい値を超える場合、バラストフロック操作モード（Ａ）に切り換わり、化学的な凝結−凝集剤が注入され、水が凝集区域（１）内を循環し、前記バラスト材料が、水の速度と前記攪拌手段の適切な速度での作動との複合効果によって懸濁するとともに、ハイドロサイクロン（５）を介してそれに含有する沈降スラッジを分離した後に前記凝集内に再循環することを自動的に行うとともに、前記情報の少なくとも１つの事項又はこれらの組み合わせの１つが、所定のしきい値より再び小さくなる場合、凝結−凝集剤も前記粒状のバラスト材料も使用しない操作モード（Ｂ）に切り換わり、前記薬剤の注入は停止され、前記撹拌手段（６）は停止するか又は作動速度が遅くなり、前記粒状のバラスト材料は前記凝集区域の底部に堆積し、処理すべき水は、前記粒状のバラスト材料が再懸濁する速度よりも遅い速度で前記凝集区域（１）に導入されるか、又は砂が堆積するこの区域の下部を迂回するかし、前記スラッジはハイドロサイクロンによることなく直接除去されることを自動的に行う手段とを含んでなり、
   前記自動的に行う手段が、
   処理された水又は処理する水のパラメータ特性のうち流量、濁度又は濃度を検出する少なくとも１つの検出器と、
   （ａ）前記操作モード（Ａ）から前記操作モード（Ｂ）に切り換えるために、前記凝集区域（１）内の撹拌手段（６）を停止させるか、粒状のバラスト材料が懸濁状態になるのを回避する速度で作動させ、前記操作モード（Ｂ）から前記操作モード（Ａ）に切り換えるために粒状のバラスト材料を懸濁状態に保持する速度で作動させることによって、
   （ｂ）前記化学薬剤の調製及び注入のためのシステムであって前記粒状のバラスト材料の再利用のための分離若しくはスラッジの直接的な除去のためのシステムを停止させるか又は作動させるかを制御することによって、あるいは
   （ｃ）前記凝集区域（１）をバイパスする手段又はこの区域の下部の水の速度を低下させる手段を開くか若しくは閉じることによって、
   想定された前記操作モード（Ａ）および操作モード（Ｂ）を含む複数の操作モードの切り換えを制御するように設定されたしきい値で、前記検出器から受信される信号を比較する自動操作と
   を有することを特徴とする装置。
8. 前記水に関する情報が、前記操作モード（Ａ）および前記操作モード（Ｂ）の各々に課された２つの設定値の間にある場合、前記自動的に行う手段が、中間操作モード（Ｃ）も行うことができるものであって、該中間操作モード（Ｃ）はバラスト材料を使用せずに薬剤を注入することを含み、該薬剤が注入され、撹拌手段（６）は前記粒状のバラスト材料が懸濁するのを回避する前記低速度で作動し、そして前記スラッジがスラッジ処理の前のハイドロサイクロンによって又はよらないでスラッジ処理に向けて除去されることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記凝集区域（１）は、少なくとも１つの分離可能な撹拌手段（６）と凝集剤を注入する手段とを備えた第１の注入区域（１’）と、少なくとも１つの分離可能な撹拌手段（６）と追加の凝集剤及びバラスト材料を注入する手段とを備えた第２の熟成区域（１”）とに分割されており、これら２つの区域は、これら２つの区域の間の連絡を提供する下方の開口（１１）を備えた仕切り板（１２）によって分離されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の装置。
10. 前記注入区域（１’）と前記熟成区域（１”）との間にある前記下方の連絡開口（１１）を自動的に広げる手段をさらに含み、該手段は、バラスト材料の使用が要求されない場合、これら２つの区域の間の水の速度を、使用されたバラスト材料が再懸濁する速度より小さい値まで低下させることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記操作モード（Ｂ）において、前記注入区域（１’）と前記熟成区域（１”）との間の仕切り板（１３）の上部は、ジャッキによる仕切り又は放水弁によって自動的に収縮可能であり、これら区域の下部のバイパスとなることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記操作モード（Ｂ）または中間操作モード（Ｃ）において、前記注入区域（１’）と前記熟成区域（１”）との間にある前記下方の連絡開口（１１）は、この区画のみに前記粒状のバラスト材料を貯めるために、閉じることができることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. 前記操作モード（Ａ）、操作モード（Ｂ）および中間操作モード（Ｃ）から選ばれる操作モードのうち、１つの操作モードからもう１つの操作モードへ切り換えることからなる前記工程が自動的に行われることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の方法。

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