JP5143762B2

JP5143762B2 - 凝集沈殿装置

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Publication number: JP5143762B2
Application number: JP2009028933A
Authority: JP
Inventors: 裕一郎鳥羽
Original assignee: Organo Corp
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 2009-02-10
Filing date: 2009-02-10
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2029-02-10
Also published as: JP2010184179A

Description

本発明は、被処理水中の懸濁物質、凝集フロックを沈降分離させ、スラリブランケット層を形成して被処理水を清澄化する凝集沈殿装置に関する。

排水処理や用水処理等において、懸濁物質等を多く含む被処理水を処理対象とする場合には、ポリ塩化アルミニウム等のアルミニウム系凝集剤、塩化第二鉄等の鉄系凝集剤等を添加して、被処理水中の懸濁物質をフロック化させて、沈降分離を行う凝集沈殿処理が用いられる。また、フッ素のようなイオン状物質を含む被処理水を処理対象とする場合には、カルシウム剤と反応させて、フッ化カルシウム（固形物）を生成させてから、上記凝集剤を添加して、沈降分離を行う凝集沈殿処理が行われる。

上記凝集沈殿処理方法において、フッ素を高度に処理するには、アルミニウム系凝集剤等の無機凝集剤を多量に添加する必要があるが、凝集剤を多量に添加すると、凝集沈殿処理により生成した汚泥の脱水性は悪く、汚泥脱水後のケーキ量が非常に多くなる問題がある。

そこで、汚泥脱水後のケーキ量を低減する手法として、汚泥循環法と呼ばれる方法が採られている。これは、凝集沈殿処理後の汚泥の一部を前段に設けられるカルシウム反応槽や無機凝集剤反応槽へ返送することにより、汚泥濃度を高めて高密度化し、汚泥の凝集性及び脱水性を高める（つまり、含水率を低下させる）ようにした方法である（例えば、特許文献１，２参照）。

また、上記汚泥循環法において、近年では、無機凝集剤の添加量を削減するために、返送する汚泥に消石灰や水酸化ナトリウム等のアルカリ剤、硫酸等の酸剤を加えて処理する汚泥再生処理を施した後、カルシウム反応槽、無機凝集剤反応槽等に返送する方法が採用されている（例えば、特許文献３，４参照）。汚泥をアルカリ剤や酸剤で処理することで、汚泥中の凝集剤由来の水酸化アルミニウム等は溶解し、吸着していたフッ素を放出させる。放出されたフッ素は、汚泥中のカルシウム、または汚泥再生時にｐＨ調整のために添加された消石灰や塩化カルシウム中のカルシウムと反応し、フッ化カルシウムを形成する。このようにして再生されたアルミニウム塩を無機凝集剤反応槽に返送し、凝集剤として再利用する。その結果、凝集剤の使用量を大幅に削減することができると共に、処理水質の向上、生成する汚泥の濃縮性及び脱水性の向上、処理設備の小型化等が可能となる。

凝集沈殿処理において、被処理水中の懸濁物質等の沈降分離には、スラリブランケット型の沈殿槽が用いられることが多い。スラリブランケット型の沈殿槽は、上向流式の沈殿槽であり、沈殿槽内の中間部にスラリブランケット層と称される懸濁・流動状態の汚泥層を形成し、槽内の上昇流に随伴される微細なフロックやその他の微粒子をスラリブランケット層にて捕捉して被処理水を清澄化するものである。そして、このようなスラリブランケット型の沈殿槽は、スラリブランケット層を形成しない通常の上向流式沈殿槽より良好な処理水質が得られ、且つ３〜１０ｍ／ｈの高い線速度（ＬＶ）を有する。

例えば、特許文献５には、槽内に設けられたチャンバに接続されると共に、チャンバの中心軸周りに回転自在であり、被処理水をチャンバから槽内に吐出するディストリビュータを有するスラッジブランケット型の凝集沈殿装置が提案されている。

また、例えば、特許文献６には、槽底部に汚泥が貯留することにより形成される汚泥ゾーンの界面位付近に、被処理水を吐出するディストリビュータを配置したスラッジブランケット型の凝集沈殿装置が提案されている。

また、例えば、特許文献７には、分離槽内に流入水受槽を設置し、該流入水受槽の上部を第１室、下部を第２室とし、該流入水受槽の外周と分離槽内の側壁とは水平方向に全周に渡って離れており、該流入水受槽の下方にロート状の整流板を設置し、該ロート状整流板は、上端が全周分離槽側壁に接し、下端は上端よりも径を狭くして分離槽側壁とは離れている凝集沈殿装置が提案されている。

特公平７−３６９１１号公報特開２００１−９４６８号公報特開２００５−２９６８３８号公報特許第２９３０５９４号公報特許第２９１９４６２号公報特許第３４６３４９３号公報特許第３８５６３１４号公報

特許文献５の凝集沈殿装置では、槽内への被処理水の分散を均一にすることができ、高ＬＶでも清澄な処理水を得ることができるが、装置の稼働時において、槽底部に貯留した汚泥を直ちに浮遊させて、スラリブランケット層を早期に形成することは困難である。

また、特許文献６の凝集沈殿装置では、装置の稼働時において、槽底部に貯留した汚泥を直ちに浮遊させて、スラリブランケット層を早期に形成させることは可能である。しかし、装置の停止時では、ディストリビュータに汚泥が堆積し、ディストリビュータの吹き出し口が閉塞されてしまう。また、装置の稼働時では、常時、槽底部の汚泥に被処理水が噴射され、汚泥が被処理水によって撹乱されて、槽底部から引き抜く汚泥の固形分濃度が薄くなってしまう。特に、汚泥循環再生法を伴う凝集沈殿処理（例えば、特許文献３，４）等に適用すると、汚泥の固形物濃度が薄いため、返送先での十分な凝集効果が得られない場合がある。また、凝集効果を高めるためには、容量の大きな循環ポンプが必要となるため、処理コストが増大する場合がある。

また、特許文献７の凝集沈殿装置では、装置の稼働時において、槽内の汚泥を直ちに浮遊させて、スラリブランケット層を早期に形成させることは可能である。しかし、ディストリビュータの吹き出し口が一つしか無く、また固定されているため、被処理水の処理流量が大きく、凝集沈殿槽が大きくなった場合では、層内への被処理水の均一分散性が悪くなる。特に、生成するフロックの比重が重く、且つ処理水ＳＳが１０ｍｇ／Ｌ以下の清澄な処理水質が求められる汚泥循環再生法を伴う凝集沈殿処理（例えば、特許文献３，４参照）等に適用すると、側壁付近でフロックの浮遊が悪く、清澄な処理水質が得られない場合がある。

そこで、本発明の目的は、凝集沈殿処理速度の向上、槽内への被処理水の均一分散性、装置の稼働時におけるスラリブランケット層の早期形成、槽から引き抜く汚泥の固形物濃度の向上、清澄な処理水質の確保等を達成することができる凝集沈殿装置を提供することにある。

（１）本発明は、槽内で、被処理水中の懸濁物質、凝集フロックを沈降分離させ、スラリブランケット層を形成して被処理水を清澄化する凝集沈殿装置であって、前記槽内に配設され、前記被処理水が導入されるチャンバと、前記チャンバの下端部に回転可能に配置され、前記チャンバ内の被処理水を前記槽内の下方に向かって吐出させる吹き出し孔が形成されている吹き出し管を有するディストリビュータと、前記吹き出し孔の下方に設置され、前記ディストリビュータと共に回転する阻流板と、を備え、前記阻流板は、装置の停止時には、前記懸濁物質を汚泥として堆積可能なステージ面を有し、前記ステージ面の面積は、前記吹き出し孔の断面積の２倍以上であって、前記槽の水平断面積の５０％以下であり、前記ステージ面の幅は前記吹き出し管の幅より大きく、前記吹き出し孔は前記吹き出し管の端面に設けられ、前記吹き出し管は、前記吹き出し孔が前記阻流板の前記ステージ面と対向するように、前記チャンバの下端部から前記阻流板の前記ステージ面に向かって下方に延びている。

（２）上記（１）記載の凝集沈殿装置において、前記槽内の底部に堆積した汚泥を槽外へ引き抜く汚泥引き抜き手段と、引き抜いた汚泥の一部を前記槽内に導入される被処理水又は前記阻流板より高い位置の槽内へと返送する汚泥返送手段と、を備える。

（３）上記（１）又は（２）記載の凝集沈殿装置において、前記槽内の底部に堆積した汚泥を掻き寄せるスクレーパを備えることが好ましい。

（４）上記（１）〜（３）のいずれか１つに記載の凝集沈殿装置において、前記スラリブランケット層の界面位を検出する界面位計と、前記汚泥引き抜き手段は、前記界面位計の検出値に基づいて、前記槽内の底部に堆積した汚泥の引き抜き量を調整する調整手段と、を備えることが好ましい。

（５）本実施形態に示すフッ素含有水の処理装置は、フッ素含有水にカルシウム剤を添加してフッ化カルシウムを形成させ、フッ化カルシウムを含む第１処理水を生じさせるカルシウム反応槽と、前記第１処理水にアルミニウム塩を添加して、前記フッ化カルシウムを凝集フロック化させ、凝集フロック化したフッ化カルシウムを含む第２処理水を生じさせる無機凝集反応槽と、第２処理水中の懸濁物質、凝集フロック化したフッ化カルシウムを沈降分離させ、スラリブランケット層を形成して被処理水を清澄化する凝集沈殿装置と、前記凝集沈殿装置の槽底部に堆積した汚泥に酸又はアルカリを添加して、該汚泥を再生処理する再生処理槽と、再生処理された汚泥をカルシウム反応槽、無機凝集反応槽のうちいずれか一方に供給する循環ラインとを備え、前記凝集沈殿装置は、上記（１）〜（４）のいずれか１つに記載の凝集沈殿装置である。

本発明の凝集沈殿装置によれば、槽内への被処理水の均一分散性、装置の稼働時におけるスラリブランケット層の早期形成、槽から引き抜く汚泥の固形物濃度の向上、清澄な処理水質の確保等を達成することができる。

フッ素含有水の処理装置の構成の一例を示す模式図である。（Ａ）は、参考例に係る凝集沈殿装置の構成の一例を示す側面模式図であり、（Ｂ）は、参考例に係る凝集沈殿装置の構成の一例を示す上面模式図である。参考例に係る凝集沈殿装置の構成の他の一例を示す側面模式図である。（Ａ）は、本実施形態に係る凝集沈殿装置の構成の一例を示す側面模式図であり、（Ｂ）は、本実施形態に係る凝集沈殿装置の構成の一例を示す上面模式図である。実施例及び比較例で使用した処理装置の構成を示す模式図である。

本実施形態では、汚泥循環法を用いたフッ素含有水の処理に基づいて、本実施形態に係る凝集沈殿装置を説明する。本実施形態の凝集沈殿装置は本発明を実施する一例であって、本発明は、汚泥循環法を用いたフッ素含有水の処理に限定されるものではない。

図１は、フッ素含有水の処理装置の構成の一例を示す模式図である。図１に示すように、フッ素含有水の処理装置１は、カルシウム反応槽１０、無機凝集反応槽１２、高分子凝集反応槽１４、凝集沈殿装置１６、汚泥再生槽１８を備える。

カルシウム反応槽１０には、被処理水であるフッ素含有水を供給するフッ素含有水供給ライン２０が接続され、カルシウム剤を供給するカルシウム剤供給ライン２２が接続されている。そして、カルシウム反応槽１０内において、フッ素含有水とカルシウム剤とが反応してフッ化カルシウムが形成される。また、本実施形態では、カルシウム反応槽１０には苛性ソーダ等のｐＨ調整剤を供給するｐＨ調整剤添加ライン２４が接続され、また、カルシウム反応槽１０内には撹拌装置２６が設置されているが、これらは任意である。なお、カルシウム反応槽１０の前段に、ｐＨ調整槽を設け、被処理水とカルシウム剤との混合液のｐＨを調整（例えば、ｐＨ７に調整）した上で、カルシウム反応槽１０に供給してもよい。

本実施形態におけるフッ素含有水は、フッ素を含むものであれば、如何なる由来の水であっても良く、例えば、半導体関連産業をはじめとする電子産業、発電所、アルミニウム工業等から排出される排水が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

カルシウム剤としては、フッ化カルシウムを生成させることができるものであれば特に制限されるものではなく、水酸化カルシウム、塩化カルシウム、炭酸カルシウム等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

フッ化カルシウム形成後、フッ化カルシウムを含む第１処理水は、第１処理水供給ライン２８を介して、無機凝集反応槽１２に供給される。無機凝集反応槽１２には、アルミニウム塩等の無機凝集剤を供給する無機凝集剤添加ライン３０が接続されている。そして、無機凝集反応槽１２内では、無機凝集剤により、カルシウム剤と反応しきれずに残留したフッ素が吸着されると共に、被処理水中のフッ化カルシウムが凝集・フロック化される。また、無機凝集反応槽１２内には、撹拌装置３２が設置されているが、この撹拌装置３２の設置は任意である。さらに、無機凝集反応槽１２には、汚泥循環ライン３４が接続されており、汚泥循環ライン３４を介して後述する再生汚泥が無機凝集反応槽１２に供給される。なお、汚泥循環ライン３４は、上記説明したカルシウム反応槽１０に接続され、カルシウム反応槽１０に再生汚泥が添加されてもよい。

アルミニウム塩等の無機凝集剤としては、フッ化カルシウムを凝集・フロック化させることができる凝集剤として機能するものであれば、任意の公知のものを使用することができ、例えば、ＰＡＣ、硫酸バンド等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

次に、凝集フロック化したフッ化カルシウムを含む第２処理水は、第２処理水供給ライン３６を介して、高分子凝集反応槽１４に供給される。高分子凝集反応槽１４には、高分子凝集剤を供給する高分子凝集剤添加ライン３８が接続されている。高分子凝集剤添加ライン３８から供給される高分子凝集剤が高分子凝集反応槽１４内で、第２処理水に添加、混合されることにより、第２処理水中のフッ化カルシウムの凝集性をさらに高めることができる。これにより、無機凝集反応槽１２では凝集しなかった微細なフッ化カルシウム（懸濁物質）が凝集・フロック化される。また、高分子凝集反応槽１４内には、撹拌装置４０が設置されているが、この撹拌装置４０の設置は任意である。

高分子凝集剤としては、無機凝集反応槽１２において無機凝集剤を添加することにより生じるフッ化カルシウムの凝集性をさらに向上させる任意の高分子を使用することができ、例えば、アニオン性高分子有機凝集剤、ノニオン性高分子有機凝集剤及びカチオン基を有する高分子有機凝集剤を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。

アニオン性高分子有機凝集剤としては、例えば、アルギン酸又はその塩、カルボキシメチルセルロース、アクリル酸又はその塩の重合物、アクリル酸又はその塩とアクリルアミドとの共重合物等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、ノニオン性高分子有機凝集剤としては、例えば、アクリルアミドの重合物等が挙げられるが、これに限定されるものではない。また、カチオン基を有する高分子有機凝集剤としては、例えば、カチオン性有機凝結剤、カチオン性高分子有機凝集剤及び両性高分子有機凝集剤等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

高分子凝集反応槽１４で凝集フロック化されたフッ化カルシウムを含む第３処理水は、第３処理水供給ライン４２を介して、凝集沈殿装置１６に供給される。凝集沈殿装置１６の構成及び動作については後で詳述するが、槽内では、第３処理水中のフッ化カルシウムが汚泥として槽底部に堆積し、第３処理水は、槽内に形成されるスラリブランケット層を通過して、清澄化され、最終処理水となる。最終処理水は、凝集沈殿装置１６に接続された処理水排出ライン４４から取り出される。

また、凝集沈殿装置１６の底部には、汚泥引き抜きライン４６が接続されている。また、汚泥引き抜きライン４６には、汚泥引き抜きポンプ４８が設けられている。そして、汚泥引き抜きポンプ４８を稼働させることにより、汚泥引き抜きライン４６から槽底部に堆積したフッ化カルシウムを含む汚泥が引き抜かれる。汚泥引き抜きライン４６は、汚泥貯槽５０に接続されており、汚泥引き抜きライン４６を流れる汚泥の一部が汚泥貯槽５０に供給される。

また、詳細は後述するが、汚泥引き抜きライン４６には、汚泥返送ライン４７が接続されており、汚泥引き抜きライン４６を流れる汚泥の一部が、汚泥返送ライン４７を通り、凝集沈殿装置１６内に返送される。

さらに、汚泥引き抜きライン４６には、汚泥循環ライン３４が接続されており、汚泥引き抜きライン４６を流れる汚泥の一部が、汚泥循環ライン３４を通り、汚泥再生槽１８で再生処理され、再生汚泥として無機凝集反応槽１２（又はカルシウム反応槽１０）に返送される。汚泥循環ライン３４に介装されている汚泥再生槽１８には、酸又はアルカリの再生汚泥剤を添加する再生汚泥剤添加ライン５２が接続されている。そして、再生汚泥剤添加ライン５２から汚泥再生槽１８へ再生汚泥剤が添加され、汚泥と再生汚泥剤とが混合されて再生処理される。なお、汚泥再生槽１８内には、撹拌装置５４が設置されているが、この撹拌装置５４の設置は任意である。

再生処理に使用する再生汚泥剤として酸を使用する場合、使用する酸は特に制限されるものではなく、例えば、塩酸、硫酸、硝酸等が挙げられる。また、再生汚泥剤としてアルカリを使用する場合、使用するアルカリは特に制限されるものではなく、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム等が挙げられるが、再生処理には水酸化カルシウムを使用することが好ましい。これは、水酸化カルシウムをカルシウム源として使用することができ、水酸化カルシウムによって、溶解したアルミニウムから脱離したフッ素をフッ化カルシウムにできるからである。

このようにして、フッ素含有水の処理が行われるが、以下に、凝集沈殿装置の構成及び動作を具体的に説明する。

図２（Ａ）は、参考例に係る凝集沈殿装置の構成の一例を示す側面模式図であり、図２（Ｂ）は、参考例に係る凝集沈殿装置の構成の一例を示す上面模式図である。図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、凝集沈殿装置１６ａの沈殿槽５６は円筒形とされ、沈殿槽５６の底部は中央に向かって低位となるホッパ状とされている。また、底部の中央には、汚泥を溜めるピット５８が設けられている。なお、沈殿槽５６の形状は円筒形に限られず、多角形状等であってもよい。

凝集沈殿装置１６ａの沈殿槽５６内には、チャンバ６０が設けられている。チャンバ６０は、円筒体であって、沈殿槽５６の中心部に配置される。そして、チャンバ６０に第３処理水供給ライン４２が接続されている。

チャンバ６０の下端には、チャンバ６０内を挿通するシャフト６２に固定されたディストリビュータ６４が設けられている。ディストリビュータ６４は、モータ６６の駆動により回転される。ディストリビュータ６４は、複数の吹き出し管６８を有しており、各吹き出し管６８の下部には、チャンバ６０内の被処理水を沈殿槽５６内の下方に向かって吐出させる複数の吹き出し孔７０が形成されている。

沈殿槽５６内には、ディストリビュータ６４の吹き出し孔７０の下方に設置され、ディストリビュータ６４と共に回転する阻流板７２が設けられている。この阻流板７２は、支持体７３（図２（Ｂ））を介してディストリビュータ６４に吊り下げ固定され、吹き出し孔７０の直下に配置されている。

底部の中央に設けられるピット５８には、汚泥引き抜きライン４６が接続されている。そして、汚泥引き抜きライン４６には、汚泥引き抜き手段としての汚泥引き抜きポンプ４８が設けられている。また、汚泥引き抜きライン４６と沈殿槽５６との間には、汚泥返送手段としての汚泥返送ライン４７ａが接続されている。但し、汚泥返送ライン４７ａの沈殿槽５６側端部は、阻流板より高い位置の槽内に配置されている。

次に、本実施形態に係る凝集沈殿装置１６ａの動作について説明する。

まず、第３処理水供給ライン４２から沈殿槽５６のチャンバ６０内に凝集フロック化したフッ化カルシウムを含む第３処理水（被処理水）を供給する。そして、チャンバ６０内の第３処理水を回転するディストリビュータ６４の吹き出し孔７０から阻流板７２（ステージ面７２ａ）上に吐出させ、上昇流を発生させる。第３処理水の上昇流において、粗大な凝集フロックは重力により沈降分離して、沈殿槽５６の底部に堆積し、汚泥を形成する。また、沈殿槽５６の中間部に、フッ化カルシウム等からなる懸濁・流動状態のスラリブランケット層Ａを形成する。スラリブランケット層Ａにより、第３処理水の上昇流に含まれる微細な懸濁物質が捕捉される。そして、スラリブランケット層Ａを通過した第３処理水は、懸濁物質、凝集フロックが除去された清澄な上澄水Ｂとなる。そして、沈殿槽５６の上部の上澄水を処理水排出ライン４４から取り出す。本実施形態では、阻流板７２により、吹き出し孔７０から吐出される第３処理水が、槽底部に堆積した汚泥に吹き付けられ、汚泥が巻き上げられることが防止されるため、汚泥の固形物の低濃度化を抑制することが可能となる。

また、装置の停止時には、スラリブランケット層Ａを形成する懸濁物質が阻流板７２（ステージ面７２ａ）上に汚泥として堆積する。そのため、装置の稼働時には、吹き出し孔７０から吐出される第３処理水が、阻流板７２（ステージ面７２ａ）上に堆積した汚泥に吹き付けられるため、早期にスラリブランケット層Ａを形成することが可能となる。これにより、清澄な上澄水（最終処理水）を早期に得ることができる。

さらに、本実施形態では、装置の稼働時に、汚泥引き抜きポンプ４８を稼働させ、沈殿槽５６の底部に堆積した汚泥を、汚泥引き抜きライン４６から引き抜き、そして、汚泥返送ライン４７ａの開閉弁を開放して、汚泥返送ライン４７ａから、阻流板７２上方の槽内へ汚泥を供給する。これにより、汚泥は被処理水の上昇流に運ばれ、スラリブランケット層Ａの形成に寄与するため、阻流板７２上に堆積した汚泥のみによるスラリブランケット層Ａの形成よりも、より早期にスラリブランケット層Ａを形成することが可能となる。

次に、各部の構成について説明する。

本実施形態のディストリビュータ６４は、モータ６６の駆動により回転している。そして、ディストリビュータ６４が回転することにより、槽内への被処理水の均一分散性が保たれる。したがって、槽内に形成されるスラリブランケット層Ａの界面の乱れが少なくなり、良好な処理水質を得ることが可能となる。

本実施形態のディストリビュータ６４の吹き出し孔７０は、被処理水を下方に向かって吐出するように開口させることが好ましく、これにより、沈殿槽５６内の汚泥により閉塞され難くなる。ディストリビュータ６４の回転速度は、沈殿槽５６内への被処理水の均一分散性の点から、０．２ｒｐｍ〜２ｒｐｍの範囲であることが好ましい。ディストリビュータ６４の回転速度が０．２ｒｐｍ未満であると、被処理水の均一分散性が低下する場合があり、２ｒｐｍを超えると、モータ６６の容量が大きくなり処理コストが高くなる場合や、モータ６６に過大な負荷が掛かり故障の原因となる場合がある。

本実施形態の吹き出し管６８は、少なくとも２本以上であることが好ましく、また、回転のバランスをとるために、ディストリビュータ６４を中心に対称の位置に配置することが可能な偶数本であることがより好ましい。具体的には処理水量にもよるが、被処理水を吹き出し孔７０から勢いよく吐出させて、阻流板７２に堆積する汚泥を浮遊させることができる点で、２〜８本が好適である。また、吹き出し管６８の径は、処理水量にもよるが、細すぎると、被処理水中のフロックにより管が閉塞する可能性があること、圧力損失が大きくなること等から、４０ｍｍ以上が好ましい。また、吹き出し管６８の水平方向の長さは、特に制限されるものではないが、沈殿槽５６の径が大きい場合には、被処理水が槽内全体に均一分散するように、複数の吹き出し管６８のうち、一部の吹き出し管６８の水平方向の長さを変えることが好ましい。

本実施形態のように吹き出し孔７０の下方に阻流板７２を設けることにより、吹き出し孔７０から吐出される被処理水を阻流板７２にぶつけて、槽内全体に分散する上昇流を作り出すことができるため、吹き出し管６８の数を少なく、吹き出し管６８の径を大きくすることができる。その結果、沈殿槽５６内の汚泥によって、吹き出し孔７０の閉塞は極めて生じ難くなる。また、上記構成により、装置の稼働停止時において、吹き出し孔７０から吐出される被処理水が、阻流板７２のステージ面７２ａに堆積する汚泥を直ちに浮遊させ、スラリブランケット層Ａを早期に形成させることが可能となり、再起動後すぐに良好な処理水質を得ることができる。また、本実施形態では、阻流板７２により、吹き出し孔７０から吐出される被処理水が、槽底部に堆積した汚泥に直接噴射されることが抑制される。その結果、槽底部に堆積する汚泥の固形分濃度を向上させることが可能となる。

阻流板７２の形状は、吹き出し孔７０から吐出される被処理水が全て当たる形状であること、製造が容易であることから、円形、正方形等の形状が好ましい。また、吹き出し孔７０から吐出される被処理水が槽内全体に分散する上昇流となるように、阻流板７２は、吹き出し孔７０から下方に所定の間隔をあけて配置されることが好ましく、例えば、吹き出し孔７０の断面積の１倍〜５倍の間隔をあけて配置されることが好ましい。

また、阻流板７２の面積は、吹き出し孔７０から吐出される被処理水が、槽底部に堆積した汚泥に直接噴射されることが抑制される大きさであれば特に制限されるものではないが、少なくとも吹き出し孔７０の断面積と同等以上であることが好ましく、吹き出し孔７０の断面積の２倍以上であることがより好ましい。但し、阻流板７２の面積を大きくし過ぎると、槽内の凝集フロックが阻流板７２に遮られて、槽底部に遅滞なく移動できなくなる。そのため、阻流板７２の面積は、沈殿槽５６の水平断面積に対して５０％以下であることが好ましい。

本実施形態では、槽底部に堆積した汚泥の一部を被処理水の上昇流にのせて、スラリブランケット層Ａを早期に形成させる目的で、引き抜いた汚泥の一部を阻流板７２より高い位置の槽内に返送する場合、図２に示すように、汚泥返送ライン４７ａの槽内側端部を阻流板７２より上方に配置させ、汚泥返送ライン４７ａから直接槽内に汚泥を供給してもよいし、例えば、汚泥返送ライン４７ａの槽内側端部をチャンバ６０に接続して、汚泥返送ライン４７ａからチャンバ６０を介して槽内に汚泥を供給してもよい。このような構成でも、返送された汚泥は、被処理水の上昇流により沈殿槽５６上方に運ばれるため、装置の稼働時において、スラリブランケット層Ａを早期に形成させることができる。特に、装置の稼働時において、阻流板７２上に堆積した汚泥のみによってスラリブランケット層Ａを形成させるより、引き抜いた汚泥を汚泥返送ラインから沈殿槽５６内へ返送してスラリブランケット層Ａ形成する方が、より速やかにスラリブランケット層Ａを形成することができる。

また、図２に示すように、汚泥返送ラインから直接槽内に汚泥を供給する場合には、汚泥返送ライン４７ａの槽内側端部を阻流板７２より上方に配置させることが好ましい。これにより、汚泥による最終処理水の汚染を抑制することができる。

本実施形態では、引き抜いた汚泥の一部を阻流板７２より高い位置の槽内に返送する例を説明したが、槽底部に堆積した汚泥の一部を被処理水の上昇流にのせて、スラリブランケット層Ａを早期に形成させるには、引き抜いた汚泥の一部を槽内に導入される被処理水に返送してもよい。以下にその一例を説明する。

図３は、参考例の他の形態に係る凝集沈殿装置の構成の一例を示す側面模式図である。図３に示す凝集沈殿装置１６ｂにおいて、図２に示す凝集沈殿装置１６ａと同様の構成については、同一の符合を付しその説明を省略する。凝集沈殿装置１６ｂでは、汚泥返送ライン４７ｂが、汚泥引き抜きライン４６から第３処理水供給ライン４２へ接続されている。したがって、汚泥引き抜きポンプ４８を稼働させ、槽底部から引き抜かれた汚泥は、汚泥引き抜きライン４６から汚泥返送ライン４７ｂを通り、第３処理水供給ライン４２に供給される。汚泥は、被処理水と共にチャンバ６０を介して槽内に供給される。そして、汚泥は、被処理水と共に上昇流となって、スラリブランケット層Ａが形成される。このような構成によっても、装置の稼働時において、阻流板７２上に堆積する汚泥のみでスラリブランケット層Ａを形成するよりも、より速くスラリブランケット層Ａを形成させることが可能となる。

また、本実施形態において、沈殿槽５６の底部には、沈殿槽５６の底部に堆積した汚泥を掻き寄せるスクレーパ７６が設けられることが好ましい。特に沈殿槽５６の径が大きい場合には、スクレーパ７６を設置することにより、汚泥を高濃度で遅滞なく排出することができる。スクレーパ７６は、シャフト６２に固定されており、ディストリビュータ６４と共に回転する。そして、スクレーパ７６が回転することにより、沈殿槽５６の底部に堆積した汚泥が、槽中央のピット５８に掻き寄せられる。

図４（Ａ）は、本実施形態に係る凝集沈殿装置の構成の他の一例を示す側面模式図であり、図４（Ｂ）は、本実施形態に係る凝集沈殿装置の構成の他の一例を示す上面模式図である。これまで、図２又は３に示すように、ディストリビュータ６４は、水平方向に延びた吹き出し管６８と、吹き出し管６８の長手方向に沿って形成されている吹き出し孔７０と、を備えているものを例として説明したが、必ずしもこれに制限されるものではない。例えば、図４に示す凝集沈殿装置１６ｃのように、吹き出し孔８４が吹き出し管８２の端面に設けられ、そして、吹き出し管８２は、吹き出し孔８４と阻流板７２とが対向するように（すなわち、吹き出し孔８４とステージ面７２ａとが対向するように）、チャンバ６０の下端部から阻流板７２（ステージ面７２ａ）に向かって下方に延びている構成のディストリビュータ８０であってもよい。なお、本実施形態では、吹き出し管８２が屈曲しているが、これに制限されるものではない。図４に示す構成のディストリビュータ８０は、図２に示す構成のディストリビュータ６４と比較して、ディストリビュータ８０上又はディストリビュータ８０内に汚泥が堆積し難いため、吹き出し孔８４の閉塞が抑制される。

沈殿槽５６には、槽内に形成されるスラリブランケット層Ａの界面位（界面の高さ）を検出することができる界面位計７８が設置されている。界面位計７８と汚泥引き抜きライン４６に設けられる汚泥引き抜きポンプ４８とは電気的に接続されている。界面位計７８は、沈殿槽５６内に形成されるスラリブランケット層Ａの界面位を検出することができるものであれば特に制限されるものではないが、超音波を発してからその対象物に反射してセンサに戻ってくるまでの時間をもとに、沈殿槽５６内のスラリブランケット層Ａの界面位を計測する超音波式界面位計であることが好ましい。

次に、本実施形態に係る凝集沈殿装置１６ｃの動作を説明する。図４に示す凝集沈殿装置１６ｃにおいて、懸濁物質、凝集フロックを沈降分離させ、スラリブランケット層Ａを形成して被処理水を清澄化する処理については、上記図２の凝集沈殿装置１６ａに基づいて説明した処理と同様である。ここでは、スラリブランケット層Ａの界面位に応じて、槽底部に堆積した汚泥の引き抜き量を調整する手段について説明する。

本実施形態では、装置の稼働時に、汚泥引き抜きポンプ４８を稼働させ、沈殿槽５６の底部に堆積した汚泥を汚泥引き抜きライン４６から引き抜く。但し、本実施形態の汚泥引き抜きポンプ４８は、界面位計７８により検出されるスラリブランケット層Ａの界面位（界面の高さ）に基づいて、沈殿槽５６の底部に堆積した汚泥の引き抜き量を調整することができる機能を有する。これによって、スラリブランケット層Ａの界面位を一定の範囲に維持することができ、安定した処理水質を得ることができる。具体的には、沈殿槽５６内のスラリブランケット層Ａの界面位が所定の高さに達したことを界面位計７８で検知したときに、汚泥引き抜きポンプ４８を一定時間稼働させたり、所定の高さまで界面位が低下するまで汚泥引き抜きポンプ４８を稼働させたり、所定の高さまで界面位が低下するまで、汚泥引き抜きポンプ４８の稼働−停止のサイクルを繰り返すこと等により、行われる。また、汚泥引き抜きライン４６に開閉弁を設置し、汚泥引き抜きポンプ４８の稼働に変えて、開閉弁の開度によって、汚泥の引き抜き量の調整を行ってもよい。すなわち、沈殿槽５６内のスラリブランケット層Ａの界面位が所定の高さに達したことを界面位計７８で検知したときに、開閉弁を一定時間開放させたり、所定の高さまで界面位が低下するまで開閉弁を開放させたり、所定の高さまで界面位が低下するまで、開閉弁の開放−開閉のサイクルを繰り返すこと等により、行ってもよい。

ここで、沈殿槽５６内に形成されるスラリブランケット層Ａの界面位の高さは、被処理水中の除去対象物質の性状等によって変わるが、良好な処理水質（ＳＳ、濁度）を得るには、阻流板７２から０．７ｍ以上であることが好ましい。スラリブランケット層Ａの界面位の高さの上限は特に制限されないが、スラリブランケット層Ａの界面位の高さを必要以上に高くすると、その分だけ沈殿槽５６を高くする必要があり、沈殿槽５６の製作費増大等の影響を与えるため、スラリブランケット層Ａの界面位の高さは、阻流板７２から２ｍ以下であることが好ましい。

以下、実施例および参考例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

図５は、実施例及び比較例で使用した処理装置の構成を示す模式図である。図５に示す処理装置は、被処理水、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、水酸化ナトリウムを混和し、フッ化カルシウムを凝集・フロック化させる無機凝集反応槽８６と、無機凝集反応槽８６により得られる処理水と有機ポリマー（アニオン性ポリアクリルアミド）とを混和し、フロックを成長させる高分子凝集反応槽８８と、高分子凝集反応槽８８により得られる処理水を沈降分離処理する凝集沈殿装置と、を備える。凝集沈殿装置は、高分子凝集反応槽８８の後段に、実施例１の凝集沈殿装置９０、比較例１の凝集沈殿装置９２、比較例２の凝集沈殿装置９４を並列に設置し、高分子凝集反応槽８８により得られる処理水を各凝集沈殿装置に分配供給した。実施例１の凝集沈殿装置９０は、図４に示した装置と同様の装置である。比較例１の凝集沈殿装置９２は、阻流板７２を設置しないこと、汚泥返送ライン４７ａを設置しないこと以外は図２に示した装置と同様の装置である。比較例２の凝集沈殿装置９４は、ディストリビュータ６４と槽底部に堆積した汚泥を掻き寄せるスクレーパ７６とを一体化させたこと以外は比較例１の装置と同様の装置である。

実施例１、比較例１，２の凝集沈殿装置の汚泥引き抜きライン４６には、引き抜いた汚泥の固形物濃度を検出する超音波式汚泥濃度計９６、汚泥の引き抜き量を検出する積算流量計９８を介装した。また、槽内に形成されるスラリブランケット層の界面位を界面位計７８により測定し、界面位が、槽底部中心から２ｍの高さを維持するように、槽底部に堆積した汚泥を引き抜いた。

＜処理条件＞
被処理水：フッ化カルシウム粒子が２００ｍｇ／Ｌ懸濁した地下水（ＳＳ：２００ｍｇ／Ｌ）
被処理水流量：１６．５ｍ^３／ｈ（ポンプにより調整）
凝集沈殿装置への処理水流量：５．５ｍ^３／ｈ（ＬＶ５．０ｍ／ｈ）
無機凝集反応槽へのＰＡＣ添加量：３００ｍｇ／Ｌ
無機凝集反応槽ｐＨ：７．０
高分子凝集反応へのアニオン性ポリアクリルアミド添加量：２．５ｍｇ／Ｌ

実施例１、比較例１，２では、１２時間被処理水通水−１２時間停止を１サイクルとし、これを１０サイクル行った。なお、通水停止後でも、汚泥の流動性を損なわないように、スクレーパは極力回転させたままとした。さらに、実施例１では、上記通水サイクルの処理条件において、各サイクルの通水開始後３分間、汚泥を汚泥返送ラインから槽内へ返送した。

＜試験装置＞
無機凝集反応槽サイズ：１．５ｍ^３
高分子凝集反応槽サイズ：１．５ｍ^３
凝集沈殿装置槽サイズ：φ１．２ｍ×４．０ｍ（４．５ｍ^３、有効沈殿面積１．１ｍ^２）

被処理水通水時において、各凝集沈殿装置から引き抜いた汚泥の固形物濃度と引き抜き量の平均値を表１にまとめた。表１から判るように、実施例１の凝集沈殿装置から引き抜いた汚泥の固形物濃度が最も高く２８０００ｍｇ／Ｌであり、比較例１の凝集沈殿装置から引き抜いた汚泥の固形物濃度は２５０００ｍｇ／Ｌと実施例１と比較してやや低く、比較例２の凝集沈殿装置から引き抜いた汚泥の固形物濃度は１７０００ｍｇ／Ｌと実施例１と比較してかなり低かった。これに伴って、汚泥の引き抜き量は、実施例１の凝集沈殿装置が最も少なく、次いで比較例１の凝集沈殿装置が少なく、そして、比較例２の凝集沈殿装置が最も多かった。

実施例１の凝集沈殿装置のように、ディストリビュータの直下に阻流板を設けることにより、底部に堆積した汚泥は、ディストリビュータから吐出される被処理水の噴流による乱れをほとんど受けずに濃縮されるため、実施例１の凝集沈殿装置から引き抜かれる汚泥の固形物濃度は高くなる。一方、比較例１の凝集沈殿装置は、ディストリビュータが槽底部から離れているが阻流板が設けられていないため、底部に堆積した汚泥は、ディストリビュータから吐出される被処理水の噴流による乱れを若干受ける。そのため、比較例１の汚泥の固形物濃度は実施例１より低くなる。また、比較例２の凝集沈殿装置は、ディストリビュータが槽底部付近にあるため、底部に堆積した汚泥は、ディストリビュータから吐出される被処理水の噴流により巻き上げられる。そのため、比較例２の凝集沈殿装置では、汚泥の濃縮が十分に進まず、汚泥の固形物濃度は最も低い値となる。これらのことから、実施例１の凝集沈殿装置は、比較例１，２の凝集沈殿装置より汚泥を十分濃縮して、高い濃度で引き抜くことができ、それに伴い引き抜き汚泥量も少なくすることができるため、後段に設置する汚泥貯槽の容量を小さくすることが可能となる。

被処理水通水時において、各凝集沈殿装置から得られる上澄水（最終処理水）のＳＳ及び濁度の平均値を表２にまとめた。この平均値は、通水開始後１時間までの値を除いた平均値である。実施例１の凝集沈殿装置から得られる上澄水のＳＳ及び濁度は、比較例１，２と同程度であった。すなわち、実施例１の凝集沈殿装置は、従来型の凝集沈殿装置と同等のＳＳ除去性能を有することが示された。

１２時間停止後再起動時における処理水の最高濁度と濁度が０．３度に低下するまでに掛かる時間（９サイクルの平均値）を表３に示す。処理水最高濁度は、実施例１の凝集沈殿装置が最も低く１．７度であり、次いで比較例２の凝集沈殿装置の１．８度であった。そして、比較例１の凝集沈殿装置が最も高く３．２度であった。また、処理水濁度が０．３度に低下するまでに掛かる時間は、実施例１の凝集沈殿装置が最も短く３分であり、次いで比較例２の凝集沈殿装置の５分であった。そして、比較例１の凝集沈殿装置が最も長く１２分であった。

実施例１及び比較例２の凝集沈殿装置では、ディストリビュータから吐出される被処理水の噴流により、ディストリビュータ付近の汚泥（実施例１の凝集沈殿装置では阻流板に堆積した汚泥、比較例２の凝集沈殿装置では槽底部に堆積した汚泥）が直ちに巻き上げられ、速やかにスラリブランケット層が形成される。そのため、再起動時でも、スラリブランケット層によるＳＳ・濁度除去性能が早期に発揮される。特に、実施例１の凝集沈殿装置では、汚泥返送ラインから供給される汚泥がスラリブランケット層の形成に寄与しているため、比較例２の凝集沈殿装置よりも速やかにスラリブランケット層を形成させることが可能となる。一方、比較例１の凝集沈殿装置の場合では、長時間の停止により、スラリブランケット層を形成する汚泥がディストリビュータより離れた槽底部に沈んでしまっているため、再起動時では、直ちにスラリブランケット層を形成することができない。そのため、一時的に高い濁度を示し、また濁度が０．３度に低下するまでに掛かる時間も長くなる。

次に、通水サイクル１０サイクル後、各凝集沈殿装置内のディストリビュータの吹き出し孔の閉塞状況を確認した。その結果、実施例１の凝集沈殿装置及び比較例１の凝集沈殿装置では、吹き出し孔の閉塞は見られなかったが、通水停止時に吹き出し孔が汚泥に埋もれやすい比較例２の凝集沈殿装置では、１６個の吹き出し孔のうち２個の吹き出し孔が閉塞していた。

以上のように、実施例１の凝集沈殿装置は、比較例１，２の凝集沈殿装置のような従来型の凝集沈殿装置と同等の処理性能を保持しつつ、従来型の凝集沈殿装置の問題点、すなわち、汚泥の固形分濃度の低下、再起動時における良好な処理水質の早期確保、吹き出し孔の閉塞等といった問題点を解決することができた。

実施例２は、図１に示す処理装置と同様の装置（凝集沈殿装置は図４に示すもの）を用いて、フッ素含有水の処理を行った。また、比較例３においては、実施例２で用いた凝集沈殿装置を比較例２で用いた凝集沈殿装置に変更したこと以外は、実施例２と同様にフッ素含有水の処理を行った。

＜処理条件＞
被処理水：フッ素イオンが１００ｍｇ／Ｌ懸濁した水（ＳＳ＜１ｍｇ／Ｌ）
被処理水流量：５．５ｍ^３／ｈ
凝集沈殿装置のＬＶ：５．０ｍ／ｈ
汚泥循環ラインを通る汚泥循環量：０．５ｍ^３／ｈ
カルシウム反応槽への塩化カルシウム添加量：１３００ｍｇ／Ｌ
無機凝集反応槽へのＰＡＣ添加量：２００ｍｇ／Ｌ
無機凝集反応槽ｐＨ：７．０
高分子凝集反応槽へのアニオン性ポリアクリルアミド添加量：２．０ｍｇ／Ｌ
高分子凝集反応槽ｐＨ：７．０
凝集沈殿装置の底部に堆積した汚泥の引き抜き：槽内に形成されるスラリブランケット層の界面の高さが、槽底部中止から２ｍの高さを維持するように、汚泥を引き抜いた。

実施例２、比較例３では、１２時間被処理水通水−１２時間停止を１サイクルとし、これを１０サイクル行った。なお、通水停止後でも、汚泥の流動性を損なわないように、スクレーパは極力回転させたままとした。さらに、実施例２では、上記通水サイクルの処理条件において、各サイクルの通水開始後３分間、汚泥を汚泥返送ラインから槽内へ返送した。

＜試験装置＞
カルシウム反応槽サイズ：１．５ｍ^３
無機凝集反応槽サイズ：１．５ｍ^３
高分子凝集反応槽サイズ：１．５ｍ^３
凝集沈殿装置槽サイズ：φ１．２ｍ×４．０ｍ（４．５ｍ^３、有効沈殿面積１．１ｍ^２）
汚泥再生槽：０．３ｍ^３
汚泥貯槽：３ｍ^３

実施例２及び比較例３の凝集沈殿装置から引き抜かれた汚泥の固形物濃度、実施例２及び比較例３の凝集沈殿装置から得られた上澄水（最終処理水）に残留するフッ素イオン濃度及びＳＳを表４にまとめた。表４から判るように、実施例２の凝集沈殿装置から引き抜いた汚泥の固形物濃度は、５９０００ｍｇ／Ｌであるのに対し、比較例３の凝集沈殿装置から引き抜いた汚泥の固形物濃度は、３３０００ｍｇ／Ｌであった。したがって、実施例２では、必然的に汚泥再生槽により凝集能力が再生されたアルミニウム濃度が、比較例３よりも高くなる。その結果、比較例３の凝集沈殿装置から得られた上澄水のフッ素イオン濃度は７．８ｍｇ／Ｌであるのに対し、実施例２の凝集沈殿装置から得られた上澄水のフッ素イオン濃度は、比較例３よりも低く、４．２ｍｇ／Ｌまで低減した。なお、上澄水のＳＳは、実施例２及び比較例３共に、同程度であった。

１処理装置、１０カルシウム反応槽、１２，８６無機凝集反応槽、１４，８８高分子凝集反応槽、１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，９０，９２，９４凝集沈殿装置、１８汚泥再生槽、２０フッ素含有水供給ライン、２２カルシウム剤供給ライン、２４ｐＨ調整剤添加ライン、２６，３２，４０，５４撹拌装置、２８第１処理水供給ライン、３０無機凝集剤添加ライン、３４汚泥循環ライン、３６第２処理水供給ライン、３８高分子凝集剤添加ライン、４２第３処理水供給ライン、４４処理水排出ライン、４６汚泥引き抜きライン、４７，４７ａ，４７ｂ汚泥返送ライン、４８汚泥引き抜きポンプ、５０汚泥貯槽、５２再生汚泥剤添加ライン、５６沈殿槽、５８ピット、６０チャンバ、６２シャフト、６４，８０ディストリビュータ、６６モータ、６８，８２吹き出し管、７０，８４吹き出し孔、７２阻流板、７２ａステージ面、７３支持体、７６スクレーパ、７８界面位計、９６超音波式汚泥濃度計、９８積算流量計。

Claims

槽内で、被処理水中の懸濁物質、凝集フロックを沈降分離させ、スラリブランケット層を形成して被処理水を清澄化する凝集沈殿装置であって、
前記槽内に配設され、前記被処理水が導入されるチャンバと、前記チャンバの下端部に回転可能に配置され、前記チャンバ内の被処理水を前記槽内の下方に向かって吐出させる吹き出し孔が形成されている吹き出し管を有するディストリビュータと、前記吹き出し孔の下方に設置され、前記ディストリビュータと共に回転する阻流板と、を備え、
前記阻流板は、装置の停止時には、前記懸濁物質を汚泥として堆積可能なステージ面を有し、前記ステージ面の面積は、前記吹き出し孔の断面積の２倍以上であって、前記槽の水平断面積の５０％以下であり、前記ステージ面の幅は前記吹き出し管の幅より大きく、
前記吹き出し孔は前記吹き出し管の端面に設けられ、前記吹き出し管は、前記吹き出し孔が前記阻流板の前記ステージ面と対向するように、前記チャンバの下端部から前記阻流板の前記ステージ面に向かって下方に延びていることを特徴とする凝集沈殿装置。
請求項１記載の凝集沈殿装置であって、前記槽内の底部に堆積した汚泥を槽外へ引き抜く汚泥引き抜き手段と、引き抜いた汚泥の一部を前記槽内に導入される被処理水又は前記阻流板より高い位置の槽内に返送する汚泥返送手段と、を備えることを特徴とする凝集沈殿装置。
請求項１又は２に記載の凝集沈殿装置であって、前記槽内の底部に堆積した汚泥を掻き寄せるスクレーパを備えることを特徴とする凝集沈殿装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の凝集沈殿装置であって、前記スラリブランケット層の界面位を検出する界面位計と、前記界面位計の検出値に基づいて、前記槽内の底部に堆積した汚泥の引き抜き量を調整する調整手段と、を備えることを特徴とする凝集沈殿装置。