JP4747191B2 - 凝集沈殿装置及び凝集沈殿処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、原水中の浮遊物を凝集剤によって凝集させて沈降分離する凝集沈殿装置及び凝集沈殿処理方法に関する。

廃水処理の有力な手段の一つとして凝集沈殿法がある。凝集沈殿法は、一般には無機性、有機性の浮遊物が存在する廃水に対して、水酸化アルミニウムや塩化鉄等の無機の凝集剤を添加し、その後に凝集フロックを大きくして沈降性を高めるために、有機性高分子凝集剤（ポリマー）を添加する。

高速での凝集沈殿処理を実現するため、フロックゾーン型（「スラッジブランケット型」、「フロックブランケット型」と称することもある）の凝集沈殿原理を採用した凝集沈殿装置が知られている。フロックゾーン型の凝集沈殿原理は、槽内にフロックの流動層を形成し、その流動層内に、新たに生成したフロックを通過させる。新たに生成された小さなフロックは流動層を形成する大きなフロックに取り込まれるため、分離の限界粒子である小さなフロックの径は大きくなり、沈降速度が速まり、凝集沈殿装置の所要面積を小さくできる。

特許文献１には、フロックゾーン型の凝集沈殿装置及び凝集沈殿処理方法が記載されている。この凝集沈殿装置は、原水を受け入れる沈殿槽内に内筒が立設されている。内筒の外側はフロックの流動層が形成されるフロック成長ゾーンとなり、内筒の内側はフロックが沈降するフロック沈降ゾーンとなる。フロック成長ゾーンの流動層から出る余剰のフロックは、フロック沈降ゾーンで沈降し、内筒の底から排出される。この凝集沈殿装置及び凝集沈殿処理方法は、フロックが沈降するフロック沈降ゾーンとフロック成長ゾーンとを内筒によって区画しているため、フロックの沈降を阻害することなくフロックの流動層を形成でき、凝集沈殿の処理効率を向上できる。

特開昭６２−２７０１６号公報

しかしながら、従来の凝集沈殿装置や凝集沈殿処理方法では、安定した流動層の形成は可能になるが、フロック成長ゾーンとフロック沈降ゾーンとが区画されているために、余剰のフロックをうまくフロック沈降ゾーンに引き込むことができず、結果的に処理効率の向上を図り難かった。

本発明は、以上の課題を解決することを目的としており、フロック成長ゾーンのフロックをフロック沈降ゾーンに効率よく引き込んで原水の処理効率を向上する凝集沈殿装置及び凝集沈殿処理方法を提供することを目的とする。

本発明は、原水及び凝集剤を受け入れる沈殿槽と、沈殿槽内に沈殿したフロックを排出するフロック排出部と、沈殿槽から処理水を排出する処理水排出部と、を備える凝集沈殿装置において、沈殿槽内には、原水の上昇流によってフロックの流動層が形成されるフロック成長ゾーンとフロック成長ゾーンで生成されたフロックが沈降するフロック沈降ゾーンとを区画する内壁部が設けられ、内壁部には、鉛直方向で比較した場合の高い位置と低い位置とのそれぞれに、フロック成長ゾーンとフロック沈降ゾーンとを連通する上側及び下側の連通部が設けられ、沈殿槽は、筒状の外壁部を有し、内壁部は、外壁部に囲まれた筒状であり、フロック成長ゾーンは、外壁部と内壁部との間に形成され、フロック沈降ゾーンは、内壁部の内側に形成され、外壁部の下部には、原水の導入部が設けられ、外壁部の上部には処理水排出部が設けられ、内壁部の底にはフロック排出部が設けられ、内壁部の上端は開放されて上側の連通部となり、内壁部の側部には、下側の連通部が設けられ、下側の連通部は、内壁部の側部からフロック成長ゾーン内に突き出した連通管であり、連通管の根本側の基端は、先端に比べて低い位置に配置されており、筒状の内壁部は、軸線回りに回転可能であることを特徴とする。

本発明では、フロック成長ゾーンとフロック沈降ゾーンとは内壁部で区画されている。フロック成長ゾーンではフロックの流動層が形成され、フロック沈降ゾーンではフロックは沈降する。従って、フロック成長ゾーン内の原水とフロック沈降ゾーン内の原水との間では、みかけ上の比重差が生じる。両ゾーンを区画する内壁部には、鉛直方向で比較した場合の高い位置と低い位置とにそれぞれ上側及び下側の連通部が設けられている。上述の比重差により、低い位置に配置された下側の連通部ではフロック成長ゾーンからフロック沈降ゾーンに向けた流れが生じ、上側の連通部では逆向きの流れが生じる。流動層の余剰のフロックは、下側の連通部からの流れに乗ってフロック沈降ゾーンに引き込まれ、フロック沈降ゾーンで沈降する。その結果として、フロック成長ゾーンのフロックをフロック沈降ゾーンに効率よく引き込んで原水の処理効率を向上することが可能になる。

さらに、フロック成長ゾーンとフロック沈降ゾーンとは筒状の内壁部によって区画されているため、一方のゾーンが他方のゾーンを取り囲むように形成される。その結果として、内壁部の周方向における下側の連通部の配置場所によってフロックを引き込む効率にばらつきが生じ難くなり、原水の安定した処理を実現し易くなる。

さらに、内壁部の内側にフロック沈降ゾーンが形成され、内壁部の底にフロック排出部が設けられているため、沈殿槽の中央にフロックを集めて効率よく排出し易くなる。

さらに、フロック成長ゾーン内の原水は、連通管の先端から引き込まれてフロック沈降ゾーンに達する。フロックは、この原水の流れに乗ってフロック沈降ゾーンへ到達する。特に、連通管の根本側の基端は先端よりも低い位置に配置されているため、フロックは沈降しながらスムーズにフロック沈降ゾーンへ到達する。従って、原水中からのフロックの沈降分離が促進され、原水の処理効率の向上を図りやすくなる。

さらに、フロック成長ゾーンの流動層は、内筒部を取り囲むように形成されるため、内筒部が回転することによって流動層のフロックが下側の連通部から均等に引き込まれるようになり、原水の処理効率が向上する。

さらに、内壁部と外壁部との間には、原水の上昇流に交差するように配置された整流板が設けられていると好適である。整流板によって上昇流が安定し、良好なフロックの流動層形成に有効である。

また、本発明は、原水及び凝集剤を受け入れる沈殿槽と、沈殿槽内に沈殿したフロックを排出するフロック排出部と、沈殿槽から処理水を排出する処理水排出部と、を備える凝集沈殿装置において、沈殿槽内には、原水の上昇流によってフロックの流動層が形成されるフロック成長ゾーンとフロック成長ゾーンで生成されたフロックが沈降するフロック沈降ゾーンとを区画する内壁部が設けられ、内壁部には、鉛直方向で比較した場合の高い位置と低い位置とのそれぞれに、フロック成長ゾーンとフロック沈降ゾーンとを連通する上側及び下側の連通部が設けられ、沈殿槽は、筒状の外壁部を有し、内壁部は、外壁部に囲まれた筒状であり、フロック成長ゾーンは、外壁部と内壁部との間に形成され、フロック沈降ゾーンは、内壁部の内側に形成され、外壁部の下部には、原水の導入部が設けられ、外壁部の上部には処理水排出部が設けられ、内壁部の底にはフロック排出部が設けられ、内壁部の上端は開放されて上側の連通部となり、内壁部の側部には、下側の連通部が設けられ、筒状の内壁部は、軸線回りに回転可能であり、内壁部と外壁部との間には、内壁部の軸線に垂直に交差する面上に配置された整流板が設けられ、内壁部には、整流板の上面に沿って移動するスクレーパが設けられていることを特徴とする。本発明では、整流板上にフロックが堆積していても、スクレーパで掻き寄せることができるので整流板上のフロックを解きほぐすことができ、目詰まりを防止できる。

また、導入部に原水を供給する原水供給ラインを更に備え、原水供給ラインには、原水の攪拌部と、攪拌部の上流側に配置され、且つ原水に第１の凝集剤を供給する第１の凝集剤導入部と、攪拌部の下流側に配置され、且つ原水に第２の凝集剤を供給する第２の凝集剤導入部と、が設けられていると好適である。水中の浮遊物質と凝集剤とを反応させるためには一定の強撹拌を必要とする。しかしながら、小さなフロックと大きなフロックを結合させるにはあまり強い撹拌力は返ってその効力をそぎ、またその効力は、数十分以上は持続し難い。上記構成では、攪拌部を挟むようにして上流側と下流側とに第１または第２の凝集剤導入部が設けられているので、攪拌部で強攪拌させた後にフロックの径を大きくするための第２の凝集剤の添加が可能になり、径の大きなフロックの形成に有効であり、原水の処理効率を向上できる。

本発明では、フロック成長ゾーンのフロックをフロック沈降ゾーンに効率よく引き込んで原水の処理効率を向上することができる。

以下、本発明に係る凝集沈殿装置の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る凝集沈殿装置の概略的な断面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図、図３は図１のＩＩＩ―ＩＩＩ線に沿った断面図である。

（第１実施形態）
本実施形態は、フロックゾーン型の凝集沈殿原理を採用する高速型の凝集沈殿装置１Ａ（図１参照）である。まず、高速化を実現するための原理について簡単に説明する。凝集沈殿の効率を決めるのは、沈降粒子の径と密度である。原水中の微粒子の沈降速度はストークスの法則が適用できるといわれる。以下の式（１）は、ストークスの式を示している。

式（１）に示されるように、原水中における微粒子の沈降速度は、微粒子と原水との密度差に比例し、粒子の径の二乗に比例する。粒子の密度は同じとして、粒子径が少し変っても沈降速度は大幅に変更する。

ところで、廃水（原水）中の浮遊物質（ＳＳ）は一般に図４の（１）のような粒度分布を持っている。これを例えば９５％除去するにはｄ１の粒子径以上のものを沈降分離できるよう沈降面積が必要ということになる。それでは広大な面積が必要になるので、凝集剤で粒子をフロック状にして径を大きくする。その結果、粒度分布は図４の（２）のようになる。粒度分布は大きく右（粒子径の大きい方）に変化するが、小さなフロックも存在するので同じく９５％除去するにはｄ２の粒子径以上の粒子を沈降分離しなければならない。更に何らかの方法で小さなフロックを大きなフロックに包括できれば、その粒度分布は（３）のようになり、分離すべき粒子経はｄ３となる。

フロックゾーン型の凝集沈殿ろ過法は、小さなフロックを大きなフロックに捕捉する技術の一つである。これは、先に生成したフロックの下部から凝集剤混入の原水を流入させてフロックの流動層を形成し、その流動層内の間隙に凝集剤を混合した原水を通過させる。その結果、新たに生成してくる小フロックが先に生成したフロックに捕捉され、フロックが更に成長すると言う原理を応用したものである。この原理を応用することで、フロックの粒径を大きくでき、沈殿分離の効率を向上できて高速化を実現できる。

図１〜図３に示されるように、凝集沈殿装置１Ａは、凝集剤が添加された原水を受け入れる沈殿槽３Ａを備える。沈殿槽３Ａは、有底円筒状の外筒部（外壁部）５Ａを備えている。外筒部５Ａの下部には、原水を沈殿槽３Ａ内に供給するための原水配給管（原水の導入部）９が設けられている。原水配給管９は、円筒状の外筒部５Ａの軸線Ｌ回りに沿って外筒部５Ａの側面を取り囲むように敷設された本管９ａと、本管９ａの外筒部５Ａ周りの均等な複数箇所（例えば、四カ所）から沈殿槽３Ａ内に延びている枝管９ｂとを備えている。

原水配給管９には、原水を供給するための原水供給管１１が接続されている。原水供給管１１には、原水に有機性高分子凝集剤（ポリマー）を二段に分けて添加するための第１の凝集剤導入管１１ａと第２の凝集剤導入管１１ｃとが設けられており、第１の凝集剤導入管１１ａと第２の凝集剤導入管１１ｃとの間には、原水を攪拌する攪拌部１１ｂが設けられている。攪拌部１１ｂは、ラインミキサーまたは機械式撹拌槽からなる。なお、本実施形態では、第１の凝集剤導入管１１ａから第１の凝集剤として有機性高分子凝集剤（ポリマー）を添加し、第２の凝集剤導入管１１ｃからは、攪拌部１１ｂで攪拌された原水に有機性高分子凝集剤（ポリマー）を添加したが、第１の凝集剤導入管１１ａからは水酸化アルミニウムや塩化鉄等の無機の第１の凝集剤を添加し、第２の凝集剤導入管１１ｃからは有機性高分子凝集剤（ポリマー）を添加するようにしてもよい。

沈殿槽３Ａ内には、外筒部５Ａと同心になるように立設された円筒状の内筒部（内壁部）７Ａが設けられている。内筒部７Ａは、外筒部５Ａよりも外径が小さく、且つ鉛直方向における高さが低くなっており、外筒部５Ａに囲まれた状態になっている。外筒部５Ａに囲まれた内筒部７Ａの外側は断面ドーナツ状のフロック成長槽１３Ａとして機能し、内筒部７Ａの内側はフロック分離濃縮槽１５Ａとして機能する。フロック成長槽１３Ａ内は、フロック成長ゾーンＺ１となり、フロック分離濃縮槽１５Ａ内はフロック沈降ゾーンＺ２となり、両ゾーンＺ１，Ｚ２を内筒部７Ａが区画する状態になっている。

フロック成長槽１３Ａの底部には、原水配給管９の枝管９ｂが配置されている。各枝管９ｂは、フロック成長槽１３Ａの円周方向に沿って均等に複数個（本実施形態では四個）が設けられ、それぞれフロック成長槽１３Ａの底部に平行に延在している。各枝管９ｂには、フロック成長槽１３Ａの周方向の同一方向側に原水分散ノズル９ｃが設けられており、原水分散ノズル９ｃから噴射された原水は、フロック成長槽１３Ａ内で旋回流を形成する。

原水分散ノズル９ｃの上方、１０ｃｍ〜５０ｃｍの位置には、ドーナツ状（環状）の整流板１７が配置されている。整流板１７は、内筒部７Ａと外筒部５Ａとに固定されている。整流板１７は、多孔板、格子状板または複数のスリットを形成した板からなる。フロック成長槽１３Ａに均等に原水を流入させる目的で、原水分散ノズル９ｃから旋回流を起こすように流入させるが、その流速が大きすぎるときは、フロック成長槽１３Ａ全体が旋回してしまい、良好な流動層ＦＲの形成が阻害される場合もある。整流板１７を設けることで、フロック成長槽１３Ａ全体での旋回を抑止し、良好なフロックＦの流動層ＦＲの形成を促すことができる。

外筒部５Ａの上端には、フロック成長ゾーンＺ１を通過した清澄水（処理水）を排出する処理水排出部１９が設けられている。処理水排出部１９は、外筒部５Ａの周方向に沿った全縁に亘って設けられており、外筒部５Ａ内からオーバーフローした清澄水を受け入れて排出する。

また、フロック分離濃縮槽１５Ａの上端、すなわち内筒部７Ａの上端は開放されており、フロック成長ゾーンＺ１に連通する開口７ａが形成されている。フロック分離濃縮槽１５Ａの底部、すなわち内筒部７Ａの下端には、濃縮汚泥排出管２１が設けられている。フロック分離濃縮槽１５Ａ内のフロック沈降ゾーンＺ２では、フロックＦが原水から沈降分離され、フロック分離濃縮槽１５Ａの底部に堆積して濃縮される。濃縮されたフロック、すなわち濃縮汚泥は、濃縮汚泥排出管２１から排出される。

フロック分離濃縮槽１５Ａ内には、モータＭの駆動によって回転する回転軸２３が内筒部７Ａの軸線Ｌ上に設けられている。回転軸２３の下端には、濃縮汚泥掻寄機２５が設けられている。回転軸２３の回転に伴って濃縮汚泥掻寄機２５も回転する。濃縮汚泥掻寄機２５は、フロック分離濃縮槽１５Ａの底部に堆積した濃縮汚泥を濃縮汚泥排出管（フロック排出部）２１に送り出す。

内筒部７Ａの側部７ｂには外筒部５Ａに向かって放射状に突き出した複数のフロック吸引管２７Ａが周方向で均等に設けられている。フロック吸引管２７Ａは途中で湾曲したエルボー管からなり、先端２７ａの開口は上方を向いている。フロック吸引管２７Ａの根本側の基端２７ｂは、先端２７ａよりも低い位置に配置されている。フロック吸引管２７Ａはフロック成長ゾーンＺ１とフロック沈降ゾーンＺ２とを連通する連通管である。また、フロック吸引管２７Ａは、鉛直方向で比較した場合に内筒部７Ａの上端の開口７ａよりも低い位置に配置されている。従って、内筒部７Ａの上端の開口７ａは上側の連通部に相当し、フロック吸引管２７Ａは下側の連通部に相当する。

内筒部７Ａ内には、循環水抜出し管２９が設置されている。循環水抜出し管２９は内筒部７Ａの壁面に沿って立ち上がっており、上端の取水ポイントは、フロック分離濃縮槽１５Ａの高さ方向（鉛直方向）の中間位置に配置されている。循環水抜出し管２９は、フロック分離濃縮槽１５Ａの底を抜けて、第２の凝集剤導入管１１ｃの上流側（直前）の原水供給管１１に接続されている。循環水抜出し管２９には、循環水ポンプ３１が設置されており、循環水ポンプ３１の駆動により、フロック分離濃縮槽１５Ａの高さ方向（鉛直方向）の中間位置から循環水が引き抜かれて原水供給管１１に送られるようになっている。循環水抜出し管２９は、第２の凝集剤導入管１１ｃの上流側に配置されているため、例えば、原水の供給が停止して循環水のみが循環するような場合であっても、必ず、その循環水には第２の凝集剤導入管１１ｃから第２の凝集剤が添加されるようになる。なお、循環水抜出し管２９は、第２の凝集剤導入管１１ｃの下流側の原水供給管１１に接続されていてもよい。

次に、凝集沈殿装置１Ａを利用した凝集沈殿処理方法について説明する。処理対象となる原水には凝集剤を添加し、沈殿槽３Ａに導入する。凝集剤を添加された原水は原水供給管１１及び原水配給管９を経て、フロック成長槽１３Ａの底部に配設された原水分散ノズル９ｃに供給される。原水分散ノズル９ｃからの原水の噴射によって、原水の旋回流が形成される。フロック成長槽１３Ａ内に供給された原水は、フロック成長槽１３Ａの全面わたってほぼ均等に供給される。凝集剤を含む原水は原水分散ノズル９ｃから噴出する水流の撹拌力、剪断力などにより混合されフロックＦを形成する。

フロックＦはフロック成長槽１３Ａの底部（整流板１７上）に堆積しようとするが、原水を連続して供給することによって流動層ＦＲを形成し、フロック成長ゾーンＺ１を形成する。原水の上昇過程で生じた小さなフロックＦは、流動層ＦＲを形成する大きなフロックに捕捉される。その結果、フロックＦはさらに成長し、フロック成長ゾーンＺ１を透過した原水は、あたかもフロック成長ゾーンＺ１でろ過されたように清澄化されてゆく。

フロック成長ゾーンＺ１とフロック沈降ゾーンＺ２とは内筒部７Ａで区画しており、フロック成長ゾーンＺ１ではフロックＦの流動層ＦＲを形成するため、フロック成長ゾーンＺ１での原水とフロック沈降ゾーンＺ２でフロックＦが沈降した後の分離水との間には、見かけ上の比重差が生じる。従って、フロック成長ゾーンＺ１がフロック吸引管２７Ａの先端２７ａに達すると、この見かけ上の比重差により、原水がフロック吸引管２７Ａを通してフロック成長槽１３Ａからフロック分離濃縮槽１５Ａへと流れ込む。流動層ＦＲの余剰のフロックＦは、その流れに従動してフロック分離濃縮槽１５Ａへと引き込まれる。なお、この流れは、フロック成長ゾーンＺ１とフロック沈降ゾーンＺ２とがフロック吸引管２７Ａよりも上方で連通していなければ生じないが、フロック分離濃縮槽１５Ａの上端は開放（開口部７ａが形成）されているため、この条件を満たしている。

本実施形態では、フロック成長ゾーンＺ１からフロック沈降ゾーンＺ２への自然流としての流れが生じるため、余剰のフロックＦをフロック成長槽１３Ａからフロック分離濃縮槽１５Ａへ送るのに何らの動力を要せず、自然に送れるのが利点である。またフロック成長ゾーンＺ１の高さは自然にフロック吸引管２７Ａより数センチから数十センチの高さのところに保持されるのも大きな利点である。

フロック分離濃縮槽１５Ａへ引き込まれたフロックはフロック分離濃縮槽１５Ａ内で沈降分離され、更に濃縮して濃縮汚泥として濃縮汚泥排出管２１から排出される。フロック成長ゾーンＺ１を通過した清澄水は外筒部５Ａをほぼ全面で均等に上昇して行き、処理水排出部１９より処理水として排出される。

フロック分離濃縮槽１５Ａの高さ方向の中間位置より循環水を抜き出し、原水配給管９の直前の原水供給管１１に導く目的は三つある。まず、１番目の目的について説明する。フロックＦがフロック成長槽１３Ａからフロック分離濃縮槽１５Ａに流入するとき、フロック分離濃縮槽１５Ａの上部には僅かではあるが上向きの流れが生じる。この流れがあるとフロックＦの細片がその上昇流に乗って処理水側に流出する。この流れを打ち消してフロック分離濃縮槽１５Ａ内に下向きの流れを作って、フロックＦをフロック分離濃縮槽１５Ａの底部に誘導するために循環水を引き抜いている。

２番目の目的は、原水分散ノズル９ｃで原水が十分に分散され、旋回流が起きるには、ノズルでの流速（１〜２ｍ／ｓ）を確保しなければならないので補助的に水をまわすためである。３番目の目的は、この循環水には若干のフロックＦが混入するが、これがフロック成長槽１３ＡでフロックＦの核になりフロックＦの成長を促すためである。したがってこのような目的には、循環水の抜き出し位置は濃縮汚泥排出管２１の吐出側から枝分かれして抜き出してもよい。しかしこの時には汚泥の濃縮は犠牲になる。

凝集沈殿装置１Ａを利用した凝集沈殿処理方法では、フロック成長ゾーンＺ１での効果を一層高めるために凝集剤（主として高分子凝集剤）の添加方法にも工夫を加えている。すなわち、原水供給管１１の途中には攪拌部１１ｂが設けられ、攪拌部１１ｂの直前には、第１の凝集剤導入管１１ａが設置され、攪拌部１１ｂよりも下流側で原水配給管９への接続の直前には第２の凝集剤導入管１１ｃが設置されている。水中の浮遊物質と凝集剤とを反応させるためには一定の強撹拌を必要とする。従って、第１の凝集剤は攪拌部１１ｂの直前に添加している。しかしながら、小さなフロックと大きなフロックを結合させるにはあまり強い撹拌力は返ってその効力をそぎ、またその効力は、数十分以上は持続し難い。この知見は、発明者独自のものであり、この知見に基づいて、第２の凝集剤導入管１１ｃは原水配給管９の手前に設置し、第２の凝集剤をフロック成長槽１３Ａの直前で添加するようにした。

以上の凝集沈殿装置１Ａ及び凝集沈殿処理方法では、フロック成長ゾーンＺ１で形成された流動層ＦＲのフロックは、フロック吸引管２７Ａからフロック沈降ゾーンＺ２に引き込まれる。その結果として、フロック成長ゾーンＺ１で形成された流動層ＦＲのフロックＦをフロック沈降ゾーンＺ２に効率よく引き込んで原水の処理効率を向上することが可能になる。

具体的には、従来の一般的な高速型の凝集沈殿装置の表面積負荷率（ＬＶ）は通常の凝集沈殿の２倍程度の表面積負荷率である３ｍ／ｈ程度が上限であるのに対して、上述の凝集沈殿装置１Ａによれば、１０倍以上の表面積負荷率である１０〜１５ｍ／ｈが取れ、すなわち凝集沈殿装置１Ａの所要面積を１／１０以下にできる。さらに、構造上、水量負荷の変動があっても、フロック成長ゾーンＺ１が維持されるため、処理水質が高度に保たれる。

また、フロック分離濃縮槽１５Ａが汚泥濃縮槽を兼ねているので、別途汚泥濃縮槽を設ける必要もない。すなわち、別途に汚泥濃縮層を設置する場合には凝集沈殿層で生成したフロックＦを濃縮槽にポンプ、配管等を経て移送する段階でフロックＦを破壊し濃縮層での濃縮を妨げるが、上記の凝集沈殿装置１ＡではフロックＦを直接フロック分離濃縮槽１５Ａに落下させるので、濃縮効率も高い。さらに、フロック分離濃縮槽１５Ａから循環水を得ているが、取水ポイントをフロック分離濃縮槽１５Ａの高さ方向の中間位置に設定しているので汚泥濃縮を阻害することもない。

また、本実施形態では、沈殿槽３Ａは、筒状の外筒部５Ａを有し、内筒部７Ａは、外筒部５Ａに囲まれた筒状であり、外筒部５Ａと内筒部７Ａとの間にフロック成長ゾーンＺ１が形成され、内筒部７Ａの内側にフロック沈降ゾーンＺ２が形成されている。フロック成長ゾーンＺ１とフロック沈降ゾーンＺ２とは内筒部７Ａによって区画されているため、フロック成長ゾーンＺ１がフロック沈降ゾーンＺ２を取り囲むように形成される。その結果として、内筒部７Ａの周方向におけるフロック吸引管２７Ａの配置場所によってフロックを引き込む効率にばらつきが生じ難くなり、原水の安定した処理を実現し易くなる。なお、外筒部５Ａと内筒部７Ａとの間にフロック沈降ゾーンＺ２を形成し、内筒部７Ａの内側にフロック沈降ゾーンＺ１を形成してもよく、この場合も、例えば、内筒部７Ａの周方向における下側の連通部の配置場所によってフロックを引き込む効率にばらつきが生じ難くなり、原水の安定した処理を実現し易くなる。

また、本実施形態では、特に、内筒部７Ａの内側にフロック沈降ゾーンＺ２が形成されており、内筒部７Ａの下端には、濃縮汚泥排出管２１が設けられている。従って、沈殿槽３Ａの中央にフロックＦを集めて効率よく排出し易くなる。

また、本実施形態では、内筒部７Ａにフロック吸引管２７Ａを設け、そのフロック吸引管２７Ａは、根本側の基端２７ｂが、先端２７ａに比べて低い位置に配置されている。フロック成長ゾーンＺ１内の原水は、フロック吸引管２７Ａの先端２７ａから引き込まれてフロック沈降ゾーンＺ２に達し、フロックＦは、この原水の流れに乗ってフロック沈降ゾーンＺ２へ到達する。そして、フロック吸引管２７Ａの根本側の基端２７ｂは先端２７ａよりも低い位置に配置されているため、フロックＦは沈降しながらスムーズにフロック沈降ゾーンＺ２へ到達する。従って、原水中からのフロックＦの沈降分離が促進され、原水の処理効率の向上を図りやすくなる。

さらに、凝集沈殿装置１Ａの内筒部７Ａと外筒部５Ａとの間には、原水の上昇流に交差するように配置された整流板１７が設けられている。整流板１７によって上昇流が安定し、良好なフロックＦの流動層ＦＲの形成に有効である。特に、本実施形態では、フロック成長槽１３Ａに均等に原水を流入させる目的で、原水分散ノズル９ｃから旋回流を起こすように流入させるが、その流速が大きすぎるときは、フロック成長槽１３Ａ全体が旋回してしまい、良好な流動層ＦＲの形成が阻害される場合もある。整流板１７を設けることで、フロック成長槽１３Ａ全体での旋回を抑止し、良好なフロックＦの流動層ＦＲの形成を促すことができる。

（第２実施形態）
次に、図５を参照して第２実施形態に係る凝集沈殿装置について説明する。図５は、第２実施形態に係る凝集沈殿装置の断面図である。なお、第２実施形態に係る凝集沈殿装置１Ｂに関して第１実施形態に係る凝集沈殿装置１Ａと同様の構成及び要素については、同一の符号を付して詳細説明は省略する。

凝集沈殿装置１Ｂの沈殿槽３Ａ内には、外筒部（外壁部）５Ａと同心になるように立設された円筒状の内筒部（内壁部）７Ａが設けられている。内筒部７Ａは、外筒部５Ａよりも外径が小さく、且つ鉛直方向における高さが低くなっており、外筒部５Ａに囲まれた状態になっている。外筒部５Ａに囲まれた内筒部７Ａの外側は断面ドーナツ状のフロック成長槽１３Ａとして機能し、内筒部７Ａの内側はフロック分離濃縮槽１５Ａとして機能する。従って、フロック成長槽１３Ａ内には、フロック成長ゾーンＺ１が形成され、フロック分離濃縮槽１５Ａ内にはフロック沈降ゾーンＺ２が形成され、両ゾーンＺ１，Ｚ２を内筒部７Ａが区画する状態になっている。

内筒部７Ａの側部７ｂの高さ方向（鉛直方向）の中間位置には外筒部５Ａに向かって放射状に突き出した複数（四本）のフロック吸引管（下側の連通部）２７Ｂが設けられている。フロック吸引管２７Ｂは斜めに傾斜したストレート管からなり、先端の開口２７ａは上方を向いている。フロック吸引管２７Ｂの根本側の基端２７ｂは、先端２７ａよりも低い位置に配置されている。なお、本実施形態では、整流板１７は、フロック吸引管２７Ｂよりも上に設けられている。

凝集沈殿装置によっても、フロック成長ゾーンＺ１で形成された流動層ＦＲのフロックＦをフロック沈降ゾーンＺ２に効率よく引き込んで原水の処理効率を向上することが可能になる。

（第３実施形態）
次に、図６を参照して第３実施形態に係る凝集沈殿装置について説明する。図６は、第３実施形態に係る凝集沈殿装置の断面図である。なお、第３実施形態に係る凝集沈殿装置１Ｃに関して第１実施形態に係る凝集沈殿装置１Ａと同様の構成及び要素については、同一の符号を付して詳細説明は省略する。

凝集沈殿装置１Ｃの沈殿槽３Ｃ内には、外筒部（外壁部）５Ａと同心になるように立設された内筒部（内壁部）７Ｃが設けられている。本実施形態に係る内筒部７Ｃは、上端が下端に比べて縮径しており、底部に向かってすそ広がりの円筒形である。外筒部５Ａに囲まれた内筒部７Ｃの外側は断面ドーナツ状のフロック成長槽１３Ｃとして機能し、内筒部７Ｃの内側はフロック分離濃縮槽１５Ｃとして機能する。従って、フロック成長槽１３Ｃ内には、フロック成長ゾーンＺ１が形成され、フロック分離濃縮槽１５Ｃ内にはフロック沈降ゾーンＺ２が形成され、両ゾーンＺ１，Ｚ２を内筒部７Ｃが区画する状態になっており、フロック成長ゾーンＺ１は上の方が広く、逆にフロック沈降ゾーンは下の方が広くなっている。

内筒部７Ｃの高さ方向（鉛直方向）の中間位置には外筒部５Ａに向かって放射状に突き出した複数（四本）のフロック吸引管２７（下側の連通部）Ｃが設けられている。フロック吸引管２７Ｃは水平面上に延在するストレート管からなり、先端の開口２７ａは上方を向いている。なお、本実施形態では、整流板１７は、フロック吸引管２７Ｃよりも上に設けられている。

凝集沈殿装置１Ｃによっても、フロック成長ゾーンＺ１で形成された流動層ＦＲのフロックＦをフロック沈降ゾーンＺ２に効率よく引き込んで原水の処理効率を向上することが可能になる。特に、本実施形態では、内筒部７Ｃが底部に向かってすそ広がりの円筒形であるため、原水分散ノズル９ｃの噴出水は旋回流を起こしやすく、フロック分離濃縮槽１５Ａの容量を大きく取れて汚泥の濃縮効果が高まる利点がある。

（第４実施形態）
次に、図７を参照して第４実施形態に係る凝集沈殿装置について説明する。図７は、第４実施形態に係る凝集沈殿装置の断面図である。なお、第４実施形態に係る凝集沈殿装置１Ｄに関して第１実施形態に係る凝集沈殿装置１Ａと同様の構成及び要素については、同一の符号を付して詳細説明は省略する。

凝集沈殿装置１Ｄの沈殿槽３Ａ内には、外筒部（外壁部）５Ａと同心になるように立設された円筒状の内筒部（内壁部）７Ａが設けられている。内筒部７Ａは、外筒部５Ａよりも外径が小さく、且つ鉛直方向における高さが低くなっており、外筒部５Ａに囲まれた状態になっている。外筒部５Ａに囲まれた内筒部７Ａの外側は断面ドーナツ状のフロック成長槽１３Ａとして機能し、内筒部７Ａの内側はフロック分離濃縮槽１５Ａとして機能する。従って、フロック成長槽１３Ａ内には、フロック成長ゾーンＺ１が形成され、フロック分離濃縮槽１５Ａ内にはフロック沈降ゾーンＺ２が形成され、両ゾーンＺ１，Ｚ２を内筒部７Ａが区画する状態になっている。

内筒部７Ａの側部７ｂの高さ方向（鉛直方向）の中間位置には外筒部５Ａに向かって放射状に突き出した複数（四本）のフロック吸引管２７（下側の連通部）Ａが設けられている。フロック吸引管２７Ａはエルボー管からなり、先端の開口２７ａは上方を向いている。フロック吸引管２７Ａの根本側の基端２７ｂは、先端よりも低い位置に配置されている。なお、フロック吸引管２７Ａは水平面上に延在するストレート管であってもよい。

凝集沈殿装置１Ｄは、汚泥界面計３３及び清水供給管３５を備えている。清水供給管３５の供給口は、フロック吸引管２７Ａの先端２７ａの近傍に配置されており、供給口からフロック吸引管２７Ａの先端２７ａに向けて清水が供給される。

凝集沈殿装置１Ｄによっても、フロック成長ゾーンＺ１で形成された流動層ＦＲのフロックＦをフロック沈降ゾーンＺ２に効率よく引き込んで原水の処理効率を向上することが可能になる。特に、凝集沈殿装置１Ｄでは、フロック成長槽１３Ａ内でのフロック生成ゾーンＺ１の高さを汚泥界面計３３にて測定しており、フロック生成ゾーンＺ１が一定の高さに達したときは、フロック吸引管２７Ａの先端２７ａに清水を一定時間注入する。その結果、フロック分離濃縮槽１５Ａ内へのフロックＦの流入を促すことができて処理効率の効率化に有効である。また、フロック吸引管２７Ａの目詰まり防止にも有効である。

（第５実施形態）
次に、図８を参照して第５実施形態に係る凝集沈殿装置について説明する。図８は、第５実施形態に係る凝集沈殿装置の断面図である。なお、第５実施形態に係る凝集沈殿装置１Ｅに関して第１実施形態に係る凝集沈殿装置１Ａと同様の構成及び要素については、同一の符号を付して詳細説明は省略する。

凝集沈殿装置１Ｅの沈殿槽３Ａ内には、外筒部（外壁部）５Ａと同心になるように立設された円筒状の内筒部（内壁部）７Ａが設けられている。内筒部７Ａは、外筒部５Ａよりも外径が小さく、且つ鉛直方向における高さが低くなっており、外筒部５Ａに囲まれた状態になっている。外筒部５Ａに囲まれた内筒部７Ａの外側は断面ドーナツ状のフロック成長槽１３Ａとして機能し、内筒部７Ａの内側はフロック分離濃縮槽１５Ａとして機能する。従って、フロック成長槽１３Ａ内には、フロック成長ゾーンＺ１が形成され、フロック分離濃縮槽１５Ａ内にはフロック沈降ゾーンＺ２が形成され、両ゾーンＺ１，Ｚ２を内筒部７Ａが区画する状態になっている。

内筒部７Ａの側部７ｂの高さ方向（鉛直方向）の中間位置には、上述のフロック吸引管２７Ａ〜２７Ｃに代えて、複数のフロック吸引口（下側の連通部）２７Ｅが周方向で均等に設けられている。フロック吸引管２７Ａ〜２７Ｃに代えてフロック吸引口２７Ｅを設けると、径方向の省スペース化に有効である。フロック吸引口２７Ｅは、円形、楕円形、正方形、矩形等の適宜な形状にすることができる。フロック吸引口２７Ｅを介してフロック生成ゾーンＺ１とフロック沈降ゾーンＺ２とが連通し、また、第１実施形態と同様に、内壁部の上端の開口７ａを介してフロック生成ゾーンＺ１とフロック沈降ゾーンＺ２とが連通している。

凝集沈殿装置１Ｅによっても、フロック成長ゾーンＺ１で形成された流動層ＦＲのフロックＦをフロック沈降ゾーンＺ２に効率よく引き込んで原水の処理効率を向上することが可能になる。
（第６実施形態）
次に、図９を参照して第６実施形態に係る凝集沈殿装置について説明する。図９は、第６実施形態に係る凝集沈殿装置の断面図である。なお、第６実施形態に係る凝集沈殿装置１Ｆに関して第１実施形態に係る凝集沈殿装置１Ａと同様の構成及び要素については、同一の符号を付して詳細説明は省略する。

凝集沈殿装置１Ｆの沈殿槽３Ｆの底部には、外筒部（外壁部）５Ａと同心になるように立設された円筒状の軸管３７が設けられている。軸管３７の高さ方向の中間よりやや上側には、外筒部５Ａの軸線Ｌに直交する面上に延在する整流板１７が固定されている。軸管３７の上部には、軸管３７よりも僅かに内径が大きく、外筒部５Ａと同じ軸線Ｌを有する円筒状の内筒部（内壁部）７Ｆがラビリンス構造にて装着されている。内筒部７Ｆは、濃縮汚泥掻寄機２５の回転軸２３にブラケット３９を介して連結しており、回転軸２３の回転に伴って回転する。外筒部５Ａに囲まれた内筒部７Ｆの外側は断面ドーナツ状のフロック成長槽１３Ａとして機能し、内筒部７Ｆの内側はフロック分離濃縮槽１５Ａとして機能する。従って、フロック成長槽１３Ａ内には、フロック成長ゾーンＺ１が形成され、フロック分離濃縮槽１５Ａ内にはフロック沈降ゾーンＺ２が形成され、両ゾーンＺ１，Ｚ２を内筒部７Ｆが区画する状態になっている。

内筒部７Ｆの側部７ｂの高さ方向（鉛直方向）の中間位置には、複数（四本）のフロック吸引管（下側の連通部）２７Ａが周方向で均等に設けられている。フロック吸引管２７Ａは内筒部７Ｆの回転に連動して円周方向に沿って移動する。また、内筒部７Ｆには、整流板１７の上面に沿って移動する複数のフロックスクレーパ４１が設けられている。フロックスクレーパ４１は、周方向で均等間隔を空けた放射状の帯状スクレーパである。

凝集沈殿装置１Ｆでは、内筒部７Ｆの回転に連動してフロック吸引管２７Ａも移動する。フロック成長ゾーンＺ１は内筒部７Ｆを取り囲むように形成されており、フロック吸引管２７Ａが円周方向に沿って移動する結果、フロック成長ゾーンＺ１の流動層ＦＲから均等にフロックＦが引き込まれるようになり、原水の処理効率が向上する。特に、複数のフロック吸引管２７Ａのうちの一部が目詰まりしてしまう可能性もあり、その場合であっても、その他のフロック吸引管２７Ａが補うようになるので、吸引効果のバラツキを抑え、流動層ＦＲの高さを均一に保持して処理効率の低下を抑止できる。

さらに、凝集沈殿装置１Ｆでは、整流板１７の上面に沿って移動するフロックスクレーパ４１が設けられているため、整流板１７上にフロックＦが堆積していても、そのフロックＦを解きほぐすことができる。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の各実施形態を適宜に組み合わせるようにしてもよい。例えば、第６実施形態において、フロック吸引管２７Ａの代わりにフロック吸引口２７Ｅを設けるようにしてもよい。

以下、本発明の実施例として、実証テスト機による実験結果を以下に説明する。実証テスト機は、外壁部として直径３０ｃｍ、高さ１６０ｃｍの外円筒と、内壁部として直径１０ｃｍ、高さ８０ｃｍの内円筒を設置したものを使用した。
（１）テスト条件
原水：カオリン１００ｍｇ／ｌ＋ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）１０ｍｇ／ｌを混合調整した。（原水ＳＳ１３３ｍｇ／ｌ）
凝集剤：アニオン系ポリマーを １．０ｍｇ／ｌ添加した。
循環水量：原水量×１／１０
表面積負荷率：１３ｍ／ｈ（原水基準で）
（２）処理水ＳＳ
CASE１： １．０ｍｇ／ｌを一括添加（５ｍｇ／ｌ）した。
CASE２：０．５ｍｇ／ｌ＋０．５ｍｇ／ｌを分割添加（２ｍｇ／ｌ）した。
いずれのCASEでも通常の高速凝集沈殿装置の表面積負荷率（１〜３ｍ／ｈ）よりはるかに高い負荷率の運転にもかかわらず、清澄な処理水が得られている。

本発明の第１実施形態に係る凝集沈殿装置の概略的な断面図である。 図１のＩＩ―ＩＩ線に沿った断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 原水中の粒子分布図である。 本発明の第２実施形態に係る凝集沈殿装置の概略的な断面図である。 本発明の第３実施形態に係る凝集沈殿装置の概略的な断面図である。 本発明の第４実施形態に係る凝集沈殿装置の概略的な断面図である。 本発明の第５実施形態に係る凝集沈殿装置の概略的な断面図である。 本発明の第６実施形態に係る凝集沈殿装置の概略的な断面図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ…凝集沈殿装置、３Ａ，３Ｃ，３Ｆ…沈殿槽、５Ｆ…外筒部（外壁部）、７Ａ，７Ｃ，７Ｆ…内筒部（内壁部）、７ａ…内筒部の上端の開口（上側の連通部）、７ｂ…内筒部の側部、９…原水配給管（原水の導入部）、１７…整流板、１９…処理水排出部、２１…濃縮汚泥排出管（フロック排出部）、２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ…フロック吸引管（下側の連通部、連通管）、２７ａ…先端、２７ｂ…基端、２７Ｅ…フロック吸引口（下側の連通部）、４１…フロックスクレーパ、Ｌ…軸線、Ｆ…フロック、ＦＲ…流動層、Ｚ１…フロック成長ゾーン、Ｚ２…フロック沈降ゾーン。

Claims (4)

1. 原水及び凝集剤を受け入れる沈殿槽と、前記沈殿槽内に沈殿したフロックを排出するフロック排出部と、前記沈殿槽から処理水を排出する処理水排出部と、を備える凝集沈殿装置において、
   前記沈殿槽内には、
   前記原水の上昇流によってフロックの流動層が形成されるフロック成長ゾーンと前記フロック成長ゾーンで生成されたフロックが沈降するフロック沈降ゾーンとを区画する内壁部が設けられ、
   前記内壁部には、鉛直方向で比較した場合の高い位置と低い位置とのそれぞれに、前記フロック成長ゾーンと前記フロック沈降ゾーンとを連通する上側及び下側の連通部が設けられ、
   前記沈殿槽は、筒状の外壁部を有し、
   前記内壁部は、前記外壁部に囲まれた筒状であり、
   前記フロック成長ゾーンは、前記外壁部と前記内壁部との間に形成され、
   前記フロック沈降ゾーンは、前記内壁部の内側に形成され、
   前記外壁部の下部には、前記原水の導入部が設けられ、前記外壁部の上部には前記処理水排出部が設けられ、前記内壁部の底には前記フロック排出部が設けられ、
   前記内壁部の上端は開放されて上側の前記連通部となり、
   前記内壁部の側部には、下側の前記連通部が設けられ、
   下側の前記連通部は、前記内壁部の側部から前記フロック成長ゾーン内に突き出した連通管であり、前記連通管の根本側の基端は、先端に比べて低い位置に配置されており、
   筒状の前記内壁部は、軸線回りに回転可能であることを特徴とする凝集沈殿装置。
2. 前記内壁部と前記外壁部との間には、原水の上昇流に交差するように配置された整流板が設けられていることを特徴とする請求項１記載の凝集沈殿装置。
3. 原水及び凝集剤を受け入れる沈殿槽と、前記沈殿槽内に沈殿したフロックを排出するフロック排出部と、前記沈殿槽から処理水を排出する処理水排出部と、を備える凝集沈殿装置において、
   前記沈殿槽内には、
   前記原水の上昇流によってフロックの流動層が形成されるフロック成長ゾーンと前記フロック成長ゾーンで生成されたフロックが沈降するフロック沈降ゾーンとを区画する内壁部が設けられ、
   前記内壁部には、鉛直方向で比較した場合の高い位置と低い位置とのそれぞれに、前記フロック成長ゾーンと前記フロック沈降ゾーンとを連通する上側及び下側の連通部が設けられ、
   前記沈殿槽は、筒状の外壁部を有し、
   前記内壁部は、前記外壁部に囲まれた筒状であり、
   前記フロック成長ゾーンは、前記外壁部と前記内壁部との間に形成され、
   前記フロック沈降ゾーンは、前記内壁部の内側に形成され、
   前記外壁部の下部には、前記原水の導入部が設けられ、前記外壁部の上部には前記処理水排出部が設けられ、前記内壁部の底には前記フロック排出部が設けられ、
   前記内壁部の上端は開放されて上側の前記連通部となり、
   前記内壁部の側部には、下側の前記連通部が設けられ、
   筒状の前記内壁部は、軸線回りに回転可能であり、
   前記内壁部と前記外壁部との間には、前記内壁部の軸線に垂直に交差する面上に配置された整流板が設けられ、
   前記内壁部には、前記整流板の上面に沿って移動するスクレーパが設けられていることを特徴とする凝集沈殿装置。
4. 前記導入部に前記原水を供給する原水供給ラインを更に備え、
   前記原水供給ラインには、前記原水の攪拌部と、前記攪拌部の上流側に配置された第１の凝集剤導入部と、前記攪拌部の下流側に配置された第２の凝集剤導入部と、が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の凝集沈殿装置。

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