JP5826545B2 - 汚濁水処理システム及び汚濁水処理方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、都市部に見られる公共用水域（例えば、濠、運河、池など）における汚濁水を処理する汚濁水処理システム及び汚濁水処理方法に関するものである。

都市部に見られる公共用水域に流入する水は、ほとんどが降雨あるいは潮の満ち引きによるものである。この様な水域には、流入が穏やか、流れが緩やか、水の入れ換わりに長い時間を要する（水循環率が低い）、など水域の富栄養化を起こしやすい要因を備えるという特徴がある。このため、日射量が多く気温（水温）の高くなる春先から秋にかけては水面にアオコなどが大量に発生し、積層し、光合成を阻害された下層のアオコや水生植物の死滅とそれに伴う腐敗による水中の溶存酸素濃度の低下、夜間の呼吸作用によるｐHの上昇を伴う溶存二酸化炭素濃度の増加、ひいては魚類の死滅など、水質汚濁の原因となっている。
この様な公共用水域での汚濁水処理では、水量保持の観点から処理水を再度公共用水域に戻すことが一般的であり、浄水や下水の処理施設のような厳格な処理水質の基準は定められていないが、公共用水域の管理者が定める目標に適合する処理が要求される。
また、上述のように都市部に見られる公共用水域での水質汚濁は、一般に水温が高くなる春先から秋にかけて顕著であり、水温の低い時期は浄化施設を休止することがある。
さらに、春先から秋にかけた浄化施設稼働期間においても水域が水質上、景観上浄化を必要としないと判断されれば浄化施設を休止することがある。このため、薬品を用いる浄化法では、長時間使用されずに劣化した薬品により処理能力が不安定となったり、劣化した薬品を廃棄するなどの問題が生じていた。

以下の特許文献１には、小動物群を利用する浄化方法を用いて、汚濁水処理を行う汚濁水処理システムが開示されている（例えば、段落番号［００１６］、図１）。
即ち、以下の特許文献１には、アオコを捕食する微小動物が固定された担体をアオコ分解槽に充填することで、アオコ分解槽内の汚濁水に含まれているアオコを捕食して、汚濁水を処理している浄化方法が開示されている。

また、以下の特許文献２には、微細繊維からなるろ布が装着されている回転ドラム式連続ろ過装置を用いて、アオコをろ布に付着させる汚濁水処理システムが開示されている（例えば、段落番号［０００８］、図１）。
ただし、ろ布に付着しているアオコは、そのままの状態で放置すると増殖するため、この汚濁水処理システムでは、定期的に薬品を用いて、ろ布に付着しているアオコを洗浄して、ろ布からアオコを取り除くようにしている。

特開２００１−１０４９９０号公報 特開平７−１１６４１８号公報

従来の汚濁水処理システムは以上のように構成されているので、水質汚濁の発生状況に応じて浄化施設の運転や休止が繰り返されることがあるが、小動物群を利用する浄化方法では、小動物群を維持する必要があることから、運転を休止することができず、不連続な施設稼働が要求される都市部の公共用水域には不向きであるという課題があった。また、小動物群を利用する浄化方法では、単位処理量当りの施設規模が大きくなるため、特に都市部では施設を設置するための用地の確保が困難であるという課題もあった。

アオコをろ布に付着させる方法では、アオコが付着しているろ布を放置すると、アオコが増殖するため、定期的に薬品を用いて、ろ布に付着しているアオコを洗浄して、ろ布からアオコを取り除くようにしているが、薬品によってアオコの活性を止めることができても、アオコ自体を十分に取り除くことは困難である。このため、ろ布の目が詰まり、ろ過能力を低下させてしまうことがあるという課題があった。

汚濁水のｐHが高く、一般の浄化方法ではｐH調整を行う必要もあり、その為の設備を備えるためさらに施設規模が大きくなるという課題があった。

水質上の浄化（対象となる汚濁指標をどのレベルまで処理するか）の他に景観上の浄化（公共用水域として修景が保たれているか）という目的のため、浄化は水温、降雨量、潮位などの変動が生じる四季を通じて柔軟に対応できることが望まれるが、浄化能力がほぼ一定である小動物群やろ過を主とした浄化技術では追従できないという課題があった。

公共用水域では外部から大量の水を供給して、水質汚濁を引き起こす要因の一つである低い水循環率を上げることが出来ないため、大量の貯留水を機械的に循環させることが望ましいが、小動物群を利用する浄化方法では大量の水を循環させる手段を備えておらず、ろ過を主とした浄化方法ではアオコが発生する公共用水域の表層の水が対象であり、効果的な水質改善を行うためには別途水循環施設を設ける必要があるという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、目詰まり等を起因とする処理能力の低下を招くことなく汚濁水の処理を行うことができるとともに、四季を通じて大きく変化する浄化目標に柔軟に対応しながら不連続な運転を実施しても良好な浄化性能を発揮することができ、また、ｐH調整や水循環用の設備・施設を設けるなど、大きな施設・用地を必要としない汚濁水処理システム及び汚濁水処理方法を得ることを目的とする。

この発明に係る汚濁水処理システムは、凝集分離処理装置と高分子凝集剤溶解供給装置からなり、前記凝集分離処理装置は、無機凝集剤溶液が注入された汚濁水を急速撹拌する急速撹拌槽と、前記急速撹拌槽から流入する混合液と高分子凝集剤溶液及び沈降促進剤を撹拌するフロック形成槽と、前記フロック形成槽から流入する混合液を沈殿分離する固液分離槽と、前記固液分離槽で分離された沈殿物から泥状物と沈降促進剤を分離して、前記沈降促進剤を回収するサイクロンとを備え、前記高分子凝集剤溶解供給装置は、高分子凝集剤と溶解水を撹拌混合して前記高分子凝集剤溶液を生成する高分子凝集剤溶液タンクと、筒状容器と、前記筒状容器内に配設された円筒スクリーンと、前記円筒スクリーン内に配設された一つ又は二つ以上の押圧部材と、前記押圧部材を保持する保持部材と、前記保持部材を介して前記押圧部材を前記円筒スクリーンの内面に沿って移動させる駆動機と、前記高分子凝集剤溶液タンクから導入した高分子凝集剤溶液をスクリーンろ過すると共に、前記高分子凝集剤溶液中の高分子凝集剤を溶解する高分子凝集剤溶解機と、前記高分子凝集剤溶解機から流出する前記高分子凝集剤溶液を前記フロック形成槽へ供給する高分子凝集剤供給管とを備えた汚濁水処理システムである。

この発明に係る汚濁水処理システムは、フロック形成槽が、注入撹拌タンクと、緩速撹拌タンクとを備え、前記注入撹拌タンクには、前記サイクロンから前記沈降促進剤が供給され、前記緩速撹拌タンクには、前記高分子凝集剤供給管から前記高分子凝集剤溶液が供給される汚濁水処理システムである。

この発明に係る汚濁水処理システムは、泥状物を導入する回転筒と、前記回転筒を回転させる駆動手段と泥状物を固液分離する固液分離タンクとを備えた固液分離装置が設けられた汚濁水処理システムである。

この発明に係る汚濁水処理システムは、汚濁水が、湖沼、池、河川、濠、その他の公共用水域の水である汚濁水処理システムである。

この発明に係る汚濁水処理システムを用いた汚濁水処理方法は、無機凝集剤溶液が注入された汚濁水を撹拌し、高分子凝集剤を溶解して生成した高分子凝集溶液を注入し、沈降促進剤を注入して撹拌し、沈殿分離し、沈殿物から泥状物と沈降促進剤を分離して前記沈降促進剤を回収する汚濁水処理方法である。

この発明に係る汚濁水処理システムを用いた汚濁水処理方法は、無機凝集剤溶液が注入された汚濁水を撹拌し、高分子凝集剤を溶解して生成した高分子凝集溶液を注入し、沈降促進剤を注入して撹拌し、沈殿分離を行って沈殿物から泥状物と沈降促進剤を分離し、前記沈降促進剤を回収して処理水と濃縮汚泥に分離する汚濁水処理方法である。

この発明に係る汚濁水処理方法は、汚濁水が、湖沼、池、河川、濠、その他の公共用水域の水である汚濁水処理方法である。

この発明によれば、目詰まり等を起因とする処理能力の低下を招くことなく汚濁水の処理を行うことができるとともに、四季を通じて大きく変化する浄化目標に柔軟に対応しながら不連続な運転を実施しても良好な浄化性能を発揮することができるという効果がある。また、ｐH調整や水循環用の設備・施設を設けるなど、大きな施設・用地を必要としない汚濁水処理システムが得られるという効果がある。

この発明の実施の形態１による汚濁水処理システムを示す構成図である。 高分子凝集剤溶解機２３を示す断面図（図３に示すＡ−Ａ線方向から見た断面図）である。 高分子凝集剤溶解機２３を示す断面図（図２に示すＢ−Ｂ線方向から見た断面図）である。 固液分離装置３の基本的構造を示す概略断面図である。 図４のＡ−Ａ線に沿った拡大断面矢視図である。 固液分離槽１３の基本的構造を説明するための平面図である。 図６の断面図である。 ＣＯＤ除去率、ＳＳ除去率、全窒素除去率、全りん除去率及びクロロフィルａ除去率を示す説明図である。 この発明の実施の形態２による汚濁水処理システムを示す構成図である。 ＣＯＤ除去率、ＳＳ除去率、全窒素除去率、全りん除去率及びクロロフィルａ除去率を示す説明図である。 実施の形態１及び実施の形態２の汚泥発生量を示す説明図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による汚濁水処理システムを示す構成図である。
図１の汚濁水処理システムは、主に凝集分離処理装置１と高分子凝集剤溶解供給装置２から構成されている。
凝集分離処理装置１は、無機凝集剤溶液タンク内に貯留されている無機凝集剤溶液が無機凝集剤供給ポンプによって注入され、汚濁水ポンプにより導入された汚濁水と当該無機凝集剤溶液を急速に撹拌することで微細な塊（マイクロフロック）を形成する急速撹拌槽１１と、マイクロフロックが形成された汚濁水と沈降促進剤を撹拌する注入撹拌タンク１２Ａと注入撹拌タンク１２Ａにより沈降促進剤が注入された汚濁水と高分子凝集剤溶解供給装置２から供給される高分子凝集剤溶液を緩速撹拌（急速撹拌槽１１の撹拌羽根の周速の５０％から８５％の周速で撹拌）することで沈降性の良い凝集フロックを形成する緩速撹拌タンク１２Ｂとからなるフロック形成槽１２と、フロック形成槽１２の緩速撹拌タンク１２Ｂにより沈降性の良い凝集フロックが形成された汚濁水を沈殿分離することで、その汚濁水を沈降性の良い凝集フロック（沈殿物）と上澄水（処理水）に固液分離する固液分離槽１３と、固液分離槽１３により固液分離された沈殿物をサイクロン１５に送る循環ポンプ１４と、循環ポンプ１４により送られた沈殿物を泥状物と沈降促進剤に遠心分離して、その泥状物を下水道等に放流する一方、その沈降促進剤をフロック形成槽１２の注入撹拌タンク１２Ａに注入するサイクロン１５とから構成されている。

高分子凝集剤溶解供給装置２は、高分子凝集剤ホッパ・フィーダにより格納されている粉末の高分子凝集剤と溶解水を撹拌混合して高分子凝集剤溶液を生成する高分子凝集剤溶液タンク２１と、高分子凝集剤溶液タンク２１により生成された高分子凝集剤溶液を高分子凝集剤溶解機２３に送出する圧送ポンプ２２と、圧送ポンプ２２により送出された高分子凝集剤溶液をスクリーンろ過すると共に、その高分子凝集剤溶液中の高分子凝集剤を完全に溶解する高分子凝集剤溶解機２３と、高分子凝集剤溶解機２３から流出する高分子凝集剤溶液をフロック形成槽１２の緩速撹拌タンク１２Ｂに供給する高分子凝集剤供給管２９とから構成されている。

また、高分子凝集剤溶解機２３は、圧送ポンプ２２により送出された高分子凝集剤溶液を格納する筒状容器２４と、筒状容器２４内に配設されて、高分子凝集剤溶液をろ過する円筒スクリーン２５と、円筒スクリーン２５内に配設されて、円筒スクリーン２５の内面に付着する凝集剤を溶解する押圧部材２６と、押圧部材２６の両端を保持する保持部材２７と、保持部材２７を介して押圧部材２６を円筒スクリーン２５の内面に沿って移動させる駆動機２８とから構成されている。

ここで、図２及び図３は高分子凝集剤溶解機２３を示す断面図であり、特に図２は図３に示すＡ−Ａ線方向から見た断面図であり、図３は図２に示すＢ−Ｂ線方向から見た断面図である。
高分子凝集剤溶解機２３は、上記のように構成されているが、さらに詳述すると、筒状容器２４は両端にフランジ部２４Ａ，２４Ｂを有しており、そのフランジ部２４Ａ，２４Ｂにシール部材（図示せず）を介してフランジ蓋５１Ａ，５１Ｂがボルト・ナット５２Ａ，５２Ｂにより固着されている。
一方のフランジ蓋５１Ａに設けられた凝集剤溶液流入口５１Ｃに凝集剤溶液移送管（圧送ポンプ２２が挿入されている配管）の流出側が接続されている。
また、筒状容器２４の内周面には、円筒スクリーン２５の保持部材を兼ねた円環状の左右一対の仕切部材５３Ａ，５３Ｂが設けられており、これらの仕切部材５３Ａ，５３Ｂに円筒スクリーン２５の両端が支持されている。

筒状容器２４の内部は、仕切部材５３Ａ，５３Ｂと円筒スクリーン２５によって、一次室５４Ａと二次室５４Ｂとに区分形成されている。
これにより、圧送ポンプ２２の圧送力によって凝集剤溶液流入口５１Ｃから一次室５４Ａに流入した高分子凝集剤溶液を円筒スクリーン２５でろ過して二次室５４Ｂ側に流出させるようになっている。
このとき、高分子凝集剤溶液中の未溶解粒は、円筒スクリーン２５を通過できずに一次室５４Ａ側のスクリーン面に付着する。

駆動機２８は、凝集剤溶液流入口５１Ｃを有するフランジ蓋５１Ａと反対側のフランジ蓋５１Ｂの外側に配設され、駆動機２８の駆動軸２８Ａは、円筒スクリーン２５の中心軸と同軸に延びて、先端部がフランジ蓋５１Ａにベアリング５５を介して低摩擦で回動自在に支持されている。
駆動軸２８Ａには、該駆動軸２８Ａと同軸で一体回転する左右一対の保持部材２７Ａ，２７Ｂが設けられ、保持部材２７Ａ，２７Ｂ間に跨って、駆動軸２８Ａに平行する複数個（図２では４個）の押圧部材２６が軸支されている。
これらの押圧部材２６は、駆動軸２８Ａの回転によって円筒スクリーン２５の内周面に沿って周回し、円筒スクリーン２５の内面に付着した未溶解粒を円筒スクリーン２５の内面との間で押圧して、溶解処理するようになっている。

押圧部材２６は、保持部材２７Ａ，２７Ｂによって両端が支持される軸部２６Ａと、その軸部２６Ａの外周面を覆い、未溶解粒を直接押圧する接触部２６Ｂとで構成され、軸部２６Ａは、保持部材２７Ａ，２７Ｂとバネ等の付勢部材によって円筒スクリーン２５側に付勢されるように支持されている。
なお、保持部材２７Ａ，２７Ｂと押圧部材２６との構成であるが、押圧部材２６が円筒スクリーン２５の内面を接触状態で移動するように構成してもよいが、この場合、押圧部材２６等の磨耗が早まる恐れがある。そのため、高分子凝集剤溶液が円筒スクリーン２５でスクリーンろ過される際に未溶解粒が堆積していくことで円筒スクリーン２５の内面に薄膜が形成されてくるので、押圧部材２６が、その薄膜を押圧可能な程度に円筒スクリーン２５に非接触状態で移動するように構成すると、磨耗の問題も解消できて望ましい。
駆動機２８は、電動機等の動力源の回転数を減速させる減速機２８Ｂが組み込まれており、この減速機２８Ｂを介して駆動軸２８Ａに伝達されるようになっている。駆動機２８の動力源が電動機の場合は、その回転数をインバータで制御することが望ましい。

筒状容器２４の二次室５４Ｂ側には、凝集剤溶液流出口２４Ｃが設けられ、凝集剤溶液流出口２４Ｃには、高分子凝集剤供給管２９の一端が接続されている。
円筒スクリーン２５でろ過され、かつ、未溶解粒を溶解処理された二次室５４Ｂ内の高分子凝集剤溶液は、圧送ポンプ２２の圧送力によって、凝集剤溶液流出口２４Ｃから流出し、高分子凝集剤供給管２９を経て、フロック形成槽１２の緩速撹拌タンク１２Ｂに供給されるようになっている。

次に、図１の汚濁水処理システムの処理内容を説明する。
まず、揚水ポンプによって、公共用水域に設けられている取水升から汚濁水が受水槽に揚水される。
受水槽には汚濁水に含まれている葉やごみなどを取り除くスクリーンが設けられており、そのスクリーンによって葉やごみなどが取り除かれた汚濁水が、汚濁水ポンプによって凝集分離処理装置１の急速撹拌槽１１に導入される。この段階で汚濁水中の浮遊物質（SS）は主にアオコの原因となる藻類などの水生小動物である。
また、凝集分離処理装置１の急速撹拌槽１１には、無機凝集剤溶液タンク内に貯留されている無機凝集剤溶液が無機凝集剤供給ポンプによって注入される。
凝集分離処理装置１の急速撹拌槽１１は、汚濁水ポンプにより導入された汚濁水と無機凝集剤供給ポンプにより注入された無機凝集剤溶液を急速に撹拌することで、マイクロフロックを汚濁水に形成する。

フロック形成槽１２の注入撹拌タンク１２Ａには、急速撹拌槽１１でマイクロフロックが形成された汚濁水が導入され、後述する沈殿物よりサイクロン１５から回収された砂などの沈降促進剤が供給される。
注入撹拌タンク１２Ａでは、マイクロフロックを含む汚濁水と沈降促進剤を撹拌（例えば、急速撹拌槽１１と同程度の速度で撹拌）して、マイクロフロックを含む汚濁水と沈降促進剤を混和させて、フロック形成槽１２の緩速撹拌タンク１２Ｂに移送する。
フロック形成槽１２の緩速撹拌タンク１２Ｂには、上述したように、高分子凝集剤溶解供給装置２から高分子凝集剤溶液が供給される。
緩速撹拌タンク１２Ｂは、注入撹拌タンク１２Ａにより沈降促進剤が注入された汚濁水と高分子凝集剤溶解供給装置２から供給される高分子凝集剤溶液を緩速撹拌（急速撹拌槽１１よりもゆっくり撹拌）することで、マイクロフロックが沈降促進剤に付着して大型で重たい凝集フロック（すなわち、沈降性の良い凝集フロック）に成長する。

そして、固液分離槽１３では、緩速撹拌タンク１２から導入された沈降性の良い凝集フロックが大きな沈降速度で槽底部に速やかに沈降することにより、その凝集フロックが上澄水と固液分離する。
固液分離槽１３により分離された上澄水は、処理水として公共用水域に戻され、沈殿物は、循環ポンプ１４によってサイクロン１５に送られる。
なお、固液分離槽１３の槽内上部に凝集汚泥の沈降を促進させる傾斜板（沈降促進部材）を配置してもよい。また、固液分離槽１３の槽底部に沈降した汚泥を掻き寄せる汚泥掻寄機を近接配置してもよい。

サイクロン１５は、循環ポンプ１４によって送られた沈殿物を泥状物と砂などの沈降促進剤に遠心分離して、その泥状物を下水道等に放流する。
一方、分離した沈降促進剤については、再利用するため、フロック形成槽１２の注入撹拌タンク１２Ａに注入する。

図１の汚濁水処理システムの運転条件を下記のように設定し、下記に示す性状の汚濁水を処理した場合の実験結果は、下記の通りである。
（１）運転条件（１日７時間の稼働）
処理水量 ：１０ｍ^３／時（５ｍ^３／時〜１５ｍ^３／時）
固液分離槽水面負荷 ：８０ｍ／時（４０ｍ／時〜１２０ｍ／時）
（ｍ／時はｍ^３／ｍ^２／時に同じ）
循環水量 ：０．５ｍ^３／時（０．３ｍ^３／時〜２ｍ^３／時）
（流入水量に対して３％〜２０％を目安）
無機凝集剤 ：硫酸バンド（ＰＡＣ可、ｐＨ調整が必要）
上剤添加率 ：１０ｍｇ／Ｌ（Ａｌとして、０〜１００ｍｇ／Ｌ）
高分子凝集剤 ：アニオン系ポリマー
上剤添加率 ：１．０ｍｇ／Ｌ（０〜１０ｍｇ／Ｌ）
（２）汚濁水性状
ｐＨ ：８．３−９．２
化学的酸素要求量（ＣＯＤ）：１６．１−１９．３ｍｇ／Ｌ
浮遊物質量（ＳＳ） ：１４．３−１８．８ｍｇ／Ｌ
全窒素 ：１．２７−２．２８ｍｇ／Ｌ
全りん ：０．０６−０．１２ｍｇ／Ｌ
クロロフィルａ ：５８−８３μｇ／Ｌ

（３）処理水性状
ｐＨ ：７．２−７．７
化学的酸素要求量（ＣＯＤ）：３．５−６．８ｍｇ／Ｌ
浮遊物質量（ＳＳ） ：１−３．８ｍｇ／Ｌ
全窒素 ：０．２６−０．６ｍｇ／Ｌ
全りん ：０．０１−０．０３ｍｇ／Ｌ
クロロフィルａ ：４．５−７．６μｇ／Ｌ
（４）泥状物性状
浮遊物質量（ＳＳ） ：４６２−４９７ｍｇ／Ｌ（泥状物発生量４．３
ｍ^３／１日７時間）

図８はＣＯＤ除去率、ＳＳ除去率、全窒素除去率、全りん除去率及びクロロフィルａ除去率を示す説明図である。
図８では、１日７時間の稼働で、汚濁水処理システムを間欠的に６日間運転した場合の例を示している。
上記の実験結果及び図８から明らかなように、図１の汚濁水処理システムによれば、目詰まり等を起因とする浄化能力の低下を招くことなく、汚濁水の処理を行うことができるとともに、四季を通じて大きく変化する浄化目標に柔軟に対応しながら不連続な運転を実施しても良好な浄化性能を発揮することができる効果を奏する。また、ｐH調整や水循環用の設備・施設を設けるなど、大きな施設・用地を必要としない汚濁水処理システムが得られる効果を奏する。

具体的には、以下の効果を奏する。
（１）汚濁水処理システムを休止状態から運転を開始すると、運転開始後、直ちに必要な浄化能力を発揮することができる。
（２）常に８０％以上のＳＳ除去率を維持することができる。
（３）ＳＳ除去率が設定値を上回った場合、薬品注入量を調整することで設定値を維持することができるため、薬品使用量を抑えることができる。
実験では、運転当初のＳＳ除去率が９０％であったため、無機凝集剤添加率が７．５ｍｇ／Ｌ、高分子凝集剤添加率が０．７５ｍｇ／Ｌになるように薬剤注入率を再設定しているが、３日目の測定時点で、ＳＳ除去率が８０％まで低下したため、当初の薬剤注入率に戻して対応し、再度、ＳＳ除去率が９０％となっている。
（４）ｐH調整を行うことなく確実に凝集分離ができる。
（５）高分子凝集剤を注入する直前に溶解するため、高分子凝集剤溶解液の貯留時間に比例する凝集性能の経時劣化が抑えられ、設定した添加率が常に確保される。
（６）固液分離槽の水面負荷が平均８０ｍ／時と高い処理水量を提供できるため、公共用水域の水循環率が増加し、水質の悪化が抑制される。
（７）アオコの成長に必要であり、富栄養化の指標の一部である全窒素および全りんも凝集により除去され、アオコの成長を抑制することができる。

実施の形態２．
図９はこの発明の実施の形態２による汚濁水処理システムを示す構成図である。
図９の汚濁水処理システムは、主に凝集分離処理装置１と高分子凝集剤溶解供給装置２と固液分離装置３から構成されている。
図９の汚濁水処理システムでは、図１の汚濁水処理システムに対して、サイクロン１５により分離された泥状物を固液分離して、処理水と濃縮汚泥を得る固液分離装置３を備えている。
固液分離装置３は、間隔を空けた（スリット）複数枚の分離羽根を備える回転筒３１、その回転筒３１を回転させる駆動手段である駆動機３２及び泥状物を固液分離する固液分離タンク３３から構成されている。

図４は固液分離装置３の基本的構造を示す概略断面図であり、図５は図４のＡ−Ａ線に沿った拡大断面矢視図である。
また、図６は固液分離装置３の基本的構造を説明するための平面図であり、図７は図６の断面図である。
この実施の形態２における固液分離装置３は、サイクロン１５から泥状物を受け入れる分離槽６１と、分離槽６１内の上部に配設されて処理水の固液分離を促進する固液分離用の回転体６２と、分離槽６１内の底部に配設されており、底部の中心部に対して沈降汚泥を掻き寄せる渦巻状回転板６３と、回転体６２と渦巻状回転板６３を一体的に同時回転駆動する駆動機６４とから主要部が構成されている。
固液分離槽１３の駆動機６４は、回転体６２と渦巻状回転板６３を一体的に同時回転駆動するものであるが、汚泥を回転分離できればよく、一体的に回転駆動するものに限るものではない。また、駆動機６４が複数台あってもよい。

さらに詳述すると、分離槽６１は、上部の大径筒部６１Ａと、その大径筒部６１Ａの下端にテーパー状の中間段差壁部６１Ｂを介して連なる下部の小径筒部６１Ｃとを有し、その小径筒部６１Ｃの底壁部６１Ｄを中心部に向って下降傾斜するテーパー状に形成してなる段付き円筒状のタンク構造となっている。
分離槽６１は、直径が異なる形状（大径頭部６１Ａ、中間段差壁部６１Ｂ、小径筒部６１Ｃ）を有しているが、大径筒部６１Ａと、中間段差壁部６１Ｂと、小径筒部６１Ｃは、直径が異ならなくても、一部の筒部、例えば、大径筒部６１Ａと中間段差壁部６１Ｂが同じ直径であっても、中間段差壁部６１Ｂと小径筒部６１Ｃが同じ直径であっても、汚泥の分離濃縮が行えれば、これに限定するものではない。
このような分離槽６１の上端部外周には、大径筒部６１Ａの上端開口から分離液（処理水）をオーバーフローにより流出させる集水樋状の分離液排出水路６５が設けられ、この分離液排出水路６５の側部には、分離液排出口６６が設けられている。また、分離槽６１の底壁部６１Ｄの中心部には、汚泥排出弁６８を有する汚泥排出管６７が接続され、この汚泥排出管６７の先端は汚泥排出量調整機６９に接続されている。

汚泥排出量調整機６９は、分離槽６１の上部外側に配設された汚泥排出量調整用のタンク７０と、このタンク７０内に高さ調整可能に配設された水位調整板７１とからなって、タンク７０の下部に汚泥排出口７２が設けられた構造となっている。
このような汚泥排出量調整機６９は、分離槽６１の上部外側に配設され、かつ、分離槽６１内の水位よりも低い位置に保持されている。そして、分離槽６１の底壁部６１Ｄの中心部に接続された汚泥排出管６７を分離槽６１の外側に沿って立ち上げ、その立ち上げ上端を汚泥排出量調整機６９のタンク７０の底部に接続開口させている。
このような関連構造とすることにより、分離槽６１の底部に沈降した濃縮汚泥を、分離槽６１内の水位とタンク７０内の水位調整板７１による設定水位との水位差、及び、分離槽６１内の水圧によって、汚泥排出管６７からタンク７０内に流入させることができるようにしてある。
なお、水位調整板７１は手動で高さ調整可能となっている。しかし、汚泥排出量調整機６９は、この構造に限るものではなく、汚泥濃度計を用いたり、流量計を用いたり、汚泥の排出量を調整できれば、これに限定するものではない。また、汚泥排出量調整機６９は設置した方が安定運転に効果があるが、必ずしも汚泥排出量を調整しなくてもよく、汚泥排出量調整機６９を設置しなくても、濃縮汚泥を分離槽６１に戻す構造になっていて、汚泥の分離濃縮ができれば、これに限定するものではない。

回転体６２は、複数枚の分離羽根６２ａを所定間隔毎に備え、分離羽根６２ａの相互間に幅狭い縦方向のスリット６２ｂを有する円筒体からなっている。
この実施の形態２で用いている回転体６２は、図６に示すように、平断面がほぼ「く」の字の形状に形成された細長い短冊状の分離羽根６２ａの複数枚を所定の間隔で円筒状に配設して一体化し、分離羽根６２ａの相互間が分離液流出用のスリット６２ｂとして形成されているものであり、回転体６２の内部汚泥がスリット６２ｂから回転体６２の外側に流出し難い構造となっている。
分離羽根６２ａは、「く」の字の形状としてあるが、回転体６２の内部汚泥が回転体６２の外側に流出し難い構造であれば、板状であっても、椀状であっても、「く」の変形であっても、緩やかに湾曲であってもよく、「く」の字の形状に限らない。また、分離羽根６２ａは、全て同じ形状・大きさであっても、一つ置き、二つ置きに同じ形状・大きさであっても、全てランダムであってもよい。間隔も等間隔である必要はなく、ランダムな間隔であっても、一つ置き、二つ置きに同一の間隔でもよい。さらに分離羽根６２ａの形状は回転体６２の大きさなどにより変えることができる。

渦巻状回転板６３は、図５に示すように、一枚の帯状板を平面渦巻状に成形したものであり、平面渦巻状の汚泥流路を形成している。
ここで、渦巻状回転板６３の詳細な形状構造を説明するために、渦巻状回転板６３を外周渦巻部位６３ａと中間渦巻部位６３ｂと中心渦巻部位６３ｃとに区分すると、渦巻状回転板６３は、分離槽６１の底壁部６１Ｄのテーパー面に対応した形状とすべく、渦巻状回転板６３全体の高さ方向において、外周渦巻部位６３ａと中間渦巻部位６３ｂと中心渦巻部位６３ｃとでは、これらの上端から下端までの長さが、図４に示すように、外周渦巻部位６３ａよりも中間渦巻部位６３ｂが、かつ、中間渦巻部位６３ｂよりも中心渦巻部位６３ｃが下方へ漸次長くなるように形成されている。
しかし、渦巻状回転板６３の上端から下端までの長さは、汚泥の掻き寄せができれば、外周渦巻部位６３ａ、中間渦巻部位６３ｂ及び中心渦巻部位６３ｃまで同じ高さであっても、また、外周渦巻部位６３ａに向かって長くなっていても、外周渦巻部位６３ａ、中間渦巻部位６３ｂ及び中心渦巻部位６３ｃの高さが不均一であっても良く、これに限定するものではない。

以上において、回転体６２の外周側下端には、垂直方向の連結部材７３を介して渦巻状回転板６３が吊持状態に連結されている。
このように連結された回転体６２と渦巻状回転板６３のユニットを分離槽６１内に収納することにより、分離槽６１の大径筒部６１Ａ内に回転体６２を配設し、かつ、小径筒部６１Ｃ内の底壁部６１Ｄ側に渦巻状回転板６３を配設している。そして、回転体６２の上端部が駆動機６４の回転軸６４ａに水平方向のサポート７４（図６を参照）を介して連結保持されている。
回転体６２と渦巻状回転板６３は、吊持状態で連結されているが、必ずしも吊持状態で連結されてなくてもよく、例えば、駆動機６４から回転体６２と渦巻状回転板６３が個別に接続されていてもよく、これに限定するものではない。
この状態において、分離槽６１の大径筒部６１Ａの内周面と回転体６２との間には間隙Ｓが設けられており、この間隙Ｓは分離液流出路となるものである。なお、回転体６２は、１０回転／分以下の回転数で駆動されるようになっている。

また、回転体６２内の上部中心部には、原水投入管７５から投入された処理水を回転体６２内の中心部に誘導流入させるためのフィードコーン７６が配設され、このフィードコーン７６はサポート７４に連結保持されている。
そのフィードコーン７６は、図７に示すように、上部が円錐形状の流入部７６ａとして形成され、流入部７６ａの下端中心に垂直方向のパイプ部７６ｂを有し、パイプ部７６ｂの下部周壁部に複数の孔部７６ｃを設けた構造となっている。
原水投入管７５は、これに変えて原水投入水路でも、原水投入口でも、原水自然流下投入でも、回転分離装槽１３内に原水である処理水が投入できるものであればよく、これに限定されるものではない。また、処理水を回転体６２内の中心部に誘導流入させるためのフィードコーン７６は、上部が円錐形状となっているが、角錐形状や多角錐形状や円筒形状でもよく、さらに、処理水が投入できればどんな形状でもよく、フィードコーン７６に限定するものではない。

次に、図９の汚濁水処理システムの処理内容を説明する。
ただし、固液分離装置３を設けている点以外は、図１の汚濁水処理システムと同様であるため、固液分離装置３の処理内容だけを説明する。
サイクロン１５によって分離された泥状物は、固液分離装置３の分離槽である固液分離タンク３３内に送られ、駆動機３２によって回転される回転筒３１の中に導入される。
回転筒３１のスリットは、導入した泥状物に含まれている汚泥を流出し難い形状もしくは寸法に設定されているため、そのスリットから流出する処理水（分離液）の浮遊物質濃度が低くなり、フロックが回転筒３１の外に出なくなる。
これにより、浮遊物質の少ない良好な水質の処理水（分離液）を得ることができる。
また、回転筒３１の回転により、回転筒３１の内部に汚泥を大量に保持することができるため、固液分離タンク３３の底部で汚泥が濃縮されて濃縮汚泥が排出される。これにより、サイクロンから泥状物を下水道等に放流せず、廃棄処分するような状況においても、排出される汚泥量が大幅に減少し、搬出処分の作業や費用が軽減される。

図９の汚濁水処理システムの運転条件を下記のように設定し、下記に示す性状の汚濁水を処理した場合の実験結果は、下記の通りである。
（１）運転条件（１日７時間の稼働）
処理水量 ：１０ｍ^３／時（５ｍ^３／時〜１５ｍ^３／時）
固液分離槽水面負荷 ：８０ｍ／時（４０ｍ／時〜１２０ｍ／時）
（ｍ／時はｍ^３／ｍ^２／時に同じ）
循環水量 ：０．５ｍ^３／時（０．３ｍ^３／時〜２ｍ^３／時）
（流入水量に対して３％〜２０％を目安）
無機凝集剤 ：硫酸バンド（ＰＡＣ可、ｐＨ調整が必要）
上剤添加率 ：１０ｍｇ／Ｌ（Ａｌとして、０〜１００ｍｇ／Ｌ）
高分子凝集剤 ：アニオン系ポリマー
上剤添加率 ：１．０ｍｇ／Ｌ（０〜１０ｍｇ／Ｌ）
（２）汚濁水性状
ｐＨ ：８．３−９．２
化学的酸素要求量（ＣＯＤ）：１６．１−１９．３ｍｇ／Ｌ
浮遊物質量（ＳＳ） ：１４．３−１８．８ｍｇ／Ｌ
全窒素 ：１．２７−２．２８ｍｇ／Ｌ
全りん ：０．０６−０．１２ｍｇ／Ｌ
クロロフィルａ ：５８−８３μｇ／Ｌ

（３）処理水性状
ｐＨ ：７．２−７．７
化学的酸素要求量（ＣＯＤ）：３．５−６．８ｍｇ／Ｌ
浮遊物質量（ＳＳ） ：１−３．８ｍｇ／Ｌ
全窒素 ：０．２６−０．６ｍｇ／Ｌ
全りん ：０．０１−０．０３ｍｇ／Ｌ
クロロフィルａ ：４．５−７．６μｇ／Ｌ
（４）濃縮汚泥性状
浮遊物質量（ＳＳ） ：２００００−２５０００ｍｇ／Ｌ
（濃縮汚泥発生量０．１１ｍ^３／１日７時間）

図１０はＣＯＤ除去率、ＳＳ除去率、全窒素除去率、全りん除去率及びクロロフィルａ除去率を示す説明図である。
図１１は実施の形態１及び実施の形態２の汚泥発生量を示す説明図である。
図１０及び図１１では、１日７時間の稼働で、汚濁水処理システムを５日間運転した場合の例を示している。
上記の実験結果及び図１０，１１から明らかなように、図９の汚濁水処理システムによれば、図１の汚濁水処理システムと同様の効果を奏するほかに、固液分離装置３を設けたことで、浮遊物質の少ない良好な水質の処理水（分離液）が得られるとともに、排出汚泥の汚泥量を大幅に減少することができる効果を奏する。

１ 凝集分離処理装置、２ 高分子凝集剤溶解供給装置、３ 固液分離装置、１１ 急速撹拌槽（撹拌槽）、１２ フロック形成槽、１２Ａ 注入撹拌タンク、１２Ｂ 緩速撹拌タンク、１３ 固液分離槽、１４ 循環ポンプ、１５ サイクロン、２１ 高分子凝集剤溶液タンク、２２ 圧送ポンプ、２３ 高分子凝集剤溶解機、２４ 筒状容器、２４Ａ，２４Ｂ フランジ部、２４Ｃ 凝集剤溶液流出口、２５ 円筒スクリーン、２６ 押圧部材、２６Ａ 軸部、２６Ｂ 接触部、２７，２７Ａ，２７Ｂ 保持部材、２８ 駆動機、２８Ａ 駆動軸、２８Ｂ 減速機、２９ 高分子凝集剤供給管、３１ 回転筒、３２ 駆動機（駆動手段）、３３ 固液分離タンク、５１Ａ，５１Ｂ フランジ蓋、５１Ｃ 凝集剤溶液流入口、５２Ａ，５２Ｂ ボルト・ナット、５３Ａ，５３Ｂ 仕切部材、５４Ａ 一次室、５４Ｂ 二次室、５５ ベアリング、６１ 分離槽、６１Ａ 大径筒部、６１Ｂ 中間段差壁部、６１Ｃ 小径筒部、６１Ｄ 底壁部、６２ 回転体、６２ａ 分離羽根、６２ｂ スリット、６３ 渦巻状回転板、６３ａ 外周渦巻部位、６３ｂ 中間渦巻部位、６３ｃ 中心渦巻部位、６４ 駆動機、６４ａ 回転軸、６５ 分離液排出水路、６６ 分離液排出口、６７ 汚泥排出管、６８ 汚泥排出弁、６９ 汚泥排出量調整機、７０ タンク、７１ 水位調整板、７２ 汚泥排出口、７３ 連結部材、７４ サポート、７５ 原水投入管、７６ フィードコーン、７６ａ 流入部、７６ｂ パイプ部、７６ｃ 孔部、Ｓ 間隙。

Claims (5)

1. 凝集分離処理装置及び高分子凝集剤溶解供給装置からなる湖沼、池、河川、濠、その他の公共用水域の汚濁水処理システムにおいて、
   前記凝集分離処理装置は、
   無機凝集剤溶液が注入された汚濁水を急速撹拌する急速撹拌槽と、
   前記急速撹拌槽から流入する混合液と高分子凝集剤溶液及び沈降促進剤を撹拌するフロック形成槽と、
   前記フロック形成槽から流入する混合液を４０ｍ／時〜１２０ｍ／時の水面負荷で沈殿分離する固液分離槽と、
   前記固液分離槽で分離された沈殿物から泥状物と沈降促進剤を分離して前記沈降促進剤を回収するサイクロンと
   を備え、
   前記高分子凝集剤溶解供給装置は、
   高分子凝集剤と溶解水を撹拌混合して前記高分子凝集剤溶液を生成する高分子凝集剤溶液タンクと、
   筒状容器と、
   前記筒状容器内に配設された円筒スクリーンと、
   前記円筒スクリーン内に配設された一つ又は二つ以上の押圧部材と、
   前記押圧部材を保持する保持部材と、
   前記保持部材を介して前記押圧部材を前記円筒スクリーンの内面に沿って移動させる駆動機と、
   前記高分子凝集剤溶液タンクから導入した高分子凝集剤溶液をスクリーンろ過すると共に、前記高分子凝集剤溶液中の高分子凝集剤を溶解する高分子凝集剤溶解機と、
   前記高分子凝集剤溶解機から流出する前記高分子凝集剤溶液を前記フロック形成槽へ供給する高分子凝集剤供給管と
   を備えていることを特徴とする汚濁水処理システム。
2. 前記フロック形成槽は、
   注入撹拌タンクと、緩速撹拌タンクとを備え、
   前記注入撹拌タンクには、前記サイクロンから前記沈降促進剤が供給され、
   前記緩速撹拌タンクには、前記高分子凝集剤供給管から前記高分子凝集剤溶液が供給される
   ことを特徴とする請求項１に記載の汚濁水処理システム。
3. 前記泥状物を導入する回転筒と、
   前記回転筒を回転させる駆動手段と、
   及び前記泥状物を固液分離する固液分離タンクと
   を備えた固液分離装置が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の汚濁水処理システム。
4. 請求項１又は２に記載の湖沼、池、河川、濠、その他の公共用水域の汚濁水処理システムを用いた汚濁水処理方法において、
   無機凝集剤溶液が注入された汚濁水を撹拌し、高分子凝集剤を溶解して生成した高分子凝集剤溶液を前記汚濁水に注入し、沈降促進剤を注入して撹拌し、沈殿分離を行って沈殿物から泥状物と沈降促進剤を分離し、前記沈降促進剤を回収することを特徴とする汚濁水処理方法。
5. 請求項３に記載の湖沼、池、河川、濠、その他の公共用水域の汚濁水処理システムを用いた汚濁水処理方法において、
   無機凝集剤溶液が注入された汚濁水を撹拌し、高分子凝集剤を溶解して生成した高分子凝集剤溶液を前記汚濁水に注入し、沈降促進剤を注入して撹拌し、沈殿分離を行って沈殿物から泥状物と沈降促進剤を分離し、前記沈降促進剤を回収し、前記泥状物を処理水と濃縮汚泥に分離することを特徴とする汚濁水処理方法。

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