JP4747192B2 - 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では、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及び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、沈殿槽内で、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と、内壁部に設けられ、且つ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連通部と、沈殿槽内のフロック成長ゾーンに原水を導入する導入部と、沈降槽内のフロック沈降ゾーンに下降流を形成する下降流形成手段と、を備え、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、外壁部の下部には導入部が設けられ、外壁部の上部には処理水排出部が設けられ、内壁部の側部には連通部が設けられ、内壁部の底にはフロック排出部が設けられ、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ており、内壁部の上端は開放され、内壁部の軸線上に延在する回転軸と、内壁部の上端よりも上で回転軸に連結され、且つ回転軸と一緒に回転してフロック成長ゾーン側のフロックをフロック沈降ゾーン側である回転軸側に案内する案内羽根と、を備えることを特徴とする。

本発明では、フロックの流動層が形成されるフロック成長ゾーンとフロックが沈降するフロック沈降ゾーンとは内壁部で区画されている。下降流形成手段によって、流動層の余剰のフロックは連通部を介してフロック沈降ゾーンに効率よく引き込まれ、さらに、フロックの沈降も促進される。その結果として、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連通部の配置場所によってフロック成長ゾーンからフロック沈降ゾーンにフロックを引き込む際の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で形成される流動層の余剰のフロックを案内羽根の回転によって中央寄りのフロック沈降ゾーン側に案内できるようになるため、余剰のフロックを効率良くフロック沈降ゾーンに引き込むことが可能になる。

さらに下降流形成手段は、原水を下方に向けて引き抜いて、導入部に供給する循環ラインであると好適である。循環ラインによって引き抜かれた原水が導入部に供給されることにより、導入部の流速を確保し易くなる。

さらに、案内羽根は、回転軸の軸線に直交する面に沿って配置され、且つ湾曲した帯状部を有し、帯状部は、根本側の基端部よりも先端部の方が回転軸の回転方向の前側に配置されていると好適である。帯状部でフロックを抱え込むようにして効率良くフロック沈降ゾーンに案内することができるようになる。

さらに、案内羽根は、帯状部の縁から回転軸の回転方向の前側に張り出した鍔部を更に有すると好適である。鍔部によって上方へのフロックの流出を阻害してフロックの沈降を促進しながら余剰のフロックを効率良くフロック沈降ゾーンに案内することができるようになる。

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。

また、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。

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（原水供給ライン）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の上端は蓋７ａで閉塞されている。また、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（四本）のフロック吸引管２７Ａが設けられている。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（連通部）である。

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、フロック吸引管２７Ａを介して流動層ＦＲから流入した余剰のフロック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は、蓋７ａを回転自在に貫通しており、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及び循環水ポンプ３１によって循環ライン３０（下降流形成手段）が構成され、循環ライン３０は、フロック沈降ゾーンＺ２内の原水を下方に向けて引き抜き、原水供給管１１を介して原水配給管９に導入する。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。

また、凝集沈殿装置１Ａは、フロック成長槽１３Ａに形成される流動層ＦＲの界面高さを計測する汚泥界面計３２を備えている。循環ライン３０の循環水ポンプ３１を駆動制御する制御装置（図示せず）は、汚泥界面計３２で計測された流動層ＦＲの界面高さを監視し、循環水ポンプ３１の流量を調節することによって流動層ＦＲの高さを一定範囲に収めるようにコントロールする。その結果、循環水ポンプ３１で常に定量循環させる場合に比べて、より高度な処理が可能になる。

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Ｆ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、フロック吸引管２７Ａを介して一部が連通する状態で内筒部７Ａによって区画されている。フロック沈降ゾーンＺ２の原水を循環ライン３０で引き抜くことによってフロック成長ゾーンＺ１内の原水をフロック沈降ゾーンＺ２に強制的に引き込むことができる。その結果、フロック成長ゾーンＺ１内に形成される流動層ＦＲの余剰のフロックＦを強制的にフロック沈降ゾーンＺ２に引き込むことができる。

フロック沈降ゾーンＺ２へ引き込まれたフロックＦはフロック分離濃縮槽１５Ａ内で沈降分離される。フロック分離濃縮槽１５Ａの底部で濃縮されたフロックＦ（濃縮汚泥）は濃縮汚泥排出管２１から排出する。特に、循環ライン３０によってフロック沈降ゾーンＺ２の原水を下方に向けて引き抜くことにより、フロック沈降ゾーンＺ２において下降流を形成する。その結果、原水からのフロックＦの沈降分離を促進できる。

次に、フロック分離濃縮槽１５Ａから抜き出した循環水を原水配給管９の直前の原水供給管１１に導く目的について説明する。第１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。第２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（上流側）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、且つ原水配給管９へ接続される直前には第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は攪拌部１１ｂよりも下流側で、且つ原水配給管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から強制的に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はフロック吸引管２７Ａを介してフロック沈降ゾーンＺ２に効率よく引き込まれ、さらにフロックＦの沈降も促進される。その結果として、原水の処理効率を向上することが可能になる。さらに、循環ライン３０によって引き抜かれた原水が原水配給管９に供給されることにより、導入部の流速を確保し易くなる。

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、フロック沈降ゾーンＺ２から循環ライン３０によって引き抜かれた原水が原水配給管９に供給されるので、原水配給管９の流速を確保し易くなる。

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などの連通部の配置場所によってフロックを引き込む際の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を環状に取り囲むようにフロック成長ゾーンＺ１が形成されるが、内筒部７Ａの内側に形成されるフロック沈降ゾーンＺ２の原水を引き抜くと、環状の流動層ＦＲから余剰のフロックＦが効率良くフロック沈降ゾーンＺ２に引き込まれるようになり、原水の処理効率を向上することが可能になる。特に、内筒部７Ａの上端は蓋７ａによって閉塞され、フロック吸引管２７は、内筒部７Ａの側部７ｂに設けられているので、側部７ｂを取り囲むように形成される流動層ＦＲから余剰のフロックを、より確実にフロック沈降ゾーンＺ２に引き込むことができる。

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Ｚ２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のフロック吸引管（下側の連通部）２７Ｃが周方向で均等に設けられている。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は設けられていないが、第１実施形態と同様に整流板１７を設けても良い。

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３Ｄ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）７Ｄがラビリンス構造にて装着されている。内筒部７Ｄの上端を閉塞する蓋７ａは、濃縮汚泥掻寄機２５の回転軸２３に固定されており、内筒部７Ｄは回転軸２３の回転に伴って回転する。外筒部５Ａに囲まれた内筒部７Ｄ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７Ｄ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７Ｄが区画する状態になっている。

内筒部７Ｄの側部７ｂには、複数のフロック吸引管（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７Ｄの回転に連動して円周方向に沿って移動する。

凝集沈殿装置１Ｄでは、内筒部７Ｄ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。
（第４実施形態）

次に、図７〜図９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）７Ｅが設けられている。内筒部７Ｅ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７Ｅ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７Ｅが区画する状態になっている。

濃縮汚泥掻寄機２５の回転軸２３は、内筒部７Ａの軸線Ｌ上に延在する。内筒部７Ａの上端よりも僅かに上の位置には、回転軸２３に連結され、且つ回転軸２３と一緒に回転してフロック成長ゾーンＺ１側のフロックＦを内筒部７Ａの軸線Ｌ側に案内する案内羽根４０Ａが設けられている。

案内羽根４０Ａは、回転軸２３の軸線Ｌに直交する面に沿って配置された帯状部４０ａを有する。帯状部４０ａは、回転軸２３から突き出して湾曲しており、回転軸２３に固定された根本側の基端部４０ｂよりも先端部４０ｃの方が回転軸２３の回転方向ＲＤの前側に配置されている。すなわち、帯状部４０ａは、回転軸２３の回転方向ＲＤの後側に膨らむように湾曲した形状になっている。なお、回転方向ＲＤの前側とは、回転する方向の先行側を意図する。また、本実施形態では、四枚（複数）の案内羽根４０Ａが、回転軸２３の回転方向ＲＤに均等な間隔を空けて配置されている。

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。特に、凝集沈殿装置１Ｅでは、内筒部７Ｅの上端が開放されているため、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、すなわち下降流を作ることでフロックＦの沈降を促進できる。

さらに、凝集沈殿装置１Ｅでは、フロック成長ゾーンＺ１で形成される流動層ＦＲの余剰のフロックＦを案内羽根４０Ａの回転によって中央寄りのフロック沈降ゾーンＺ２側に案内できるようになるため、余剰のフロックＦを効率良くフロック沈降ゾーンＺ２に引き込むことが可能になる。特に、案内羽根４０Ａの帯状部４０ａは、回転方向ＦＲの後側に膨らむように湾曲しているため、帯状部４０ａでフロックＦを抱え込むようにして効率良くフロック沈降ゾーンＺ２に案内することができるようになる。

次に、図１０〜図１２を参照して案内羽根の変形例について説明する。図１０は案内羽根の第１の変形例を示す平面図であり、図１１は案内羽根の第１の変形例を示す斜視図である。

図１０及び図１１に示されるように、第１の変形例に係る案内羽根４０Ｂは、回転軸２３から回転軸２３の径方向に突き出たブラケット部４０ｄと、ブラケット部４０ｄの先端から回転軸２３の接線方向に突き出した帯状部４０ｅとを有する。帯状部４０ｅは、回転軸２３の軸線Ｌに直交する面に沿って配置され、且つ湾曲している。帯状部４０ｅは、ブラケット部４０ｄに固定された根本側の基端部４０ｆよりも先端部４０ｇの方が、回転方向ＲＤの前側に配置されている。帯状部４０ｅには、上縁から回転方向ＲＤの前側に張り出した鍔部４０ｈが設けられている。鍔部４０ｈによって上方へのフロックＦの流出を阻害でき、フロックＦの沈降を促進しながら余剰のフロックＦを効率良くフロック沈降ゾーンＺ２に案内することができるようになる。なお、鍔部４０ｈは、帯状部４０ｅの下縁に設けても良い。

図１２（ａ）は案内羽根の第３の変形例を示す平面図であり、同図（ｂ）は案内羽根の第４の変形例を示す図であり、同図（ｃ）は案内羽根の第５の変形例を示す図である。図１２（ａ）に示されるように、第３の変形例に係る案内羽根４０Ｃでは、回転軸２３に固定された帯状部４０ｎの縁に鍔部４０ｐが形成されている。第４の変形例に係る案内羽根４０Ｄでは、帯状部４０ｋの縁に形成された鍔部４０ｍは、先端側の方が基端側よりも幅が狭くなっている。第５の変形例に係る案内羽根４０Ｅでは、帯状部４０ｉの縁に半円形の鍔部４０ｊが形成されている。
（第５実施形態）

次に、図１３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１３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は、凝集剤が添加された原水を受け入れる沈殿槽３Ｆを備える。沈殿槽３Ｆは、有底円筒状の外筒部（外壁部）５Ｆを備えている。外筒部５Ｆの下部には、逆円錐状の底部５１が設けられている。沈殿槽３Ｆ内には、外筒部５Ｆと同心になるように配置された円筒状の内筒部（内壁部）７Ｆが設けられている。内筒部７Ｆは、外筒部５Ｆ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５Ｆに囲まれた状態になっている。

凝集沈殿装置１Ｆは、第１実施形態に係る凝集沈殿装置１Ａとは異なり、原水を供給するための原水分散ノズル９ｃは内筒部７Ｆの底に配置されている。また、濃縮汚泥を排出する濃縮汚泥排出管５３は、外筒部５Ｆの逆円錐状の底部５１に設けられ、濃縮汚泥掻寄機５２は、底部５１に沿って設けられている。濃縮汚泥掻寄機５２の回転軸２３は、内筒部７Ｆの軸線Ｌ上に延在し、内筒部７Ｆの底を貫通している。

凝集沈殿装置１Ｆでは、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分離濃縮槽１５Ｆとして機能し、内筒部７Ｆの内側はフロック成長槽１３Ｆとして機能する。フロック成長槽１３Ｆ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７Ｆが区画する状態になっている。

フロック沈降ゾーンＺ２となる内筒部７Ｆの外側には、循環水抜出し管５７が設置されている。循環水抜出し管５７は、フロック分離濃縮槽１５Ａの底を抜けて、原水配給管９の直前の原水供給管１１に接続されている。循環水抜出し管５７には、循環水ポンプ５９が設置されており、循環水ポンプ５９の駆動により、フロック沈降ゾーンＺ２内の原水を下方に向けて引き抜きできるようになっている。循環水抜出し管５７及び循環水ポンプ５９によって循環ライン６１が構成され、循環ライン６１は、フロック沈降ゾーンＺ２内の原水を下方に向けて引き抜き、原水供給管１１を介して原水配給管９に導入する。

凝集沈殿装置１Ｆ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。

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。

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０．５ｍｇ／ｌ＋０．５ｍｇ／ｌで分割添加した。
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：フロック吸引管固定、且つ循環水有り（３ｍｇ／ｌ）
CASE２：フロック吸引管回転、且つ循環水有り（２ｍｇ／ｌ）
（３）検証結果
いずれのCASEでも通常の凝集沈殿装置の表面積負荷率（０．５〜１．５ｍ／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。CASE１とCASE２ではあまり差が出ていないのは、実証テスト機の直径が小さいためにフロック吸引管は固定でも回転でもフロック成長ゾーンの流動層の高さに乱れはなかったためと考えられる。装置の直径が大きくなればその差はもっとはっきり現れるものと考えられる。

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５０ｃｍ、高さ２００ｃｍの外円筒と、内壁部として直径１５ｃｍ、高さ１００ｃｍ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０．５ｍｇ／ｌ＋０．５ｍｇ／ｌで分割添加した。
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：案内羽根無し、且つ循環水無し（８ｍｇ／ｌ）
CASE２：案内羽根有り、且つ循環水無し（７ｍｇ／ｌ）
CASE３：案内羽根有り、且つ循環水有り（２ｍｇ／ｌ）
（３）検証結果
いずれのCASEでも通常の凝集沈殿装置の表面積負荷率（０．５〜１．５ｍ／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。CASE１とCASE２ではあまり差が出ていないのは、実証テスト機の直径が小さいために案内羽根の有無で結果に大きな差が出なかったためと考えられる。

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。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。 案内羽根の斜視図である。 第１の変形例に係る案内羽根の平面図である。 第１の変形例に係る案内羽根の斜視図である。 他の変形例に係る案内羽根を示し、（ａ）は第２の変形例に係る案内羽根の平面図であり、（ｂ）は第３の変形例に係る案内羽根の平面図であり、（ｃ）は第４の変形例に係る案内羽根の平面図である。 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。

符号の説明

１Ａ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ…凝集沈殿装置、３Ａ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｆ…沈殿槽、５Ａ，５Ｆ…外筒部（外壁部）、７Ａ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆ…内筒部（内壁部）、７ｂ…内筒部の側部、９…原水配給管（原水の導入部）、１１…原水供給管（原水供給ライン）、１１ａ…第１の凝集剤導入管（第１の凝集剤導入部）、１１ｂ…攪拌部、１１ｃ…第２の凝集剤導入管（第２の凝集剤導入部）、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（連通部）、３０…循環ライン（下降流形成手段）、４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ，４０Ｅ，４０Ｆ…案内羽根、４０ａ，４０ｅ，４０ｉ，４０ｋ，４０ｎ…帯状部、４０ｂ，４０ｆ…帯状部の基端部、４０ｃ，４０ｇ…帯状部の先端部、４０ｈ，４０ｊ，４０ｍ，４０ｐ…鍔部、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 (6)

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、
   前記沈殿槽内で、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と、
   前記内壁部に設けられ、且つ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連通部と、
   前記沈殿槽内の前記フロック成長ゾーンに前記原水を導入する導入部と、
   前記沈降槽内の前記フロック沈降ゾーンに下降流を形成する下降流形成手段と、を備え、
   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、
   前記外壁部の下部には前記導入部が設けられ、前記外壁部の上部には前記処理水排出部が設けられ、前記内壁部の側部には前記連通部が設けられ、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ており、
   前記内壁部の上端は開放され、
   前記内壁部の軸線上に延在する回転軸と、前記内壁部の上端よりも上で前記回転軸に連結され、且つ前記回転軸と一緒に回転して前記フロック成長ゾーン側のフロックを前記フロック沈降ゾーン側である前記回転軸側に案内する案内羽根と、を備えることを特徴とする凝集沈殿装置。
2. 前記下降流形成手段は、前記原水を下方に向けて引き抜いて前記導入部に供給する循環ラインであることを特徴とする請求項１記載の凝集沈殿装置。
3. 前記案内羽根は、前記回転軸の軸線に直交する面に沿って配置され、且つ湾曲した帯状部を有し、前記帯状部は、根本側の基端部よりも先端部の方が前記回転軸の回転方向の前側に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の凝集沈殿装置。
4. 前記案内羽根は、前記帯状部の縁から前記回転軸の回転方向の前側に張り出した鍔部を更に有することを特徴とする請求項３記載の凝集沈殿装置。
5. 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１〜４のいずれか一項記載の凝集沈殿装置。
6. 前記内壁部と前記外壁部との間には、前記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１〜５のいずれか一項記載の凝集沈殿装置。

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