JP5868153B2

JP5868153B2 - 凝集沈殿装置

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Publication number: JP5868153B2
Application number: JP2011268047A
Authority: JP
Inventors: 英二今村; 鳥羽　裕一郎; 裕一郎鳥羽; 大島　努; 努大島; 拓也福田
Original assignee: Organo Corp
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2016-02-24
Anticipated expiration: 2031-12-07
Also published as: JP2013119061A

Description

本発明は、被処理水中の被凝集物質を沈降分離させ、処理水を得る凝集沈殿装置に関する。

凝集沈殿方法のひとつに、沈殿槽底部に堆積した汚泥の一部を引き抜き、これらに酸あるいはアルカリを添加・混合した後、沈殿槽より前段に設置された無機凝集剤反応槽へと返送する方法が知られている。これは一般に、汚泥再生循環法などと称され、主に金属含有排水、フッ素、リン含有排水などの処理時に適用される（特許文献１，２）。

この方法の主な特徴として、（１）含水率が低く、沈降・濃縮性に富んだ汚泥が形成されること、（２）無機凝集剤由来のアルミニウム塩等が、酸あるいはアルカリによって、再度無機凝集剤として利用可能な形態となるため、汚泥循環を行わない凝集沈殿法より少ない無機凝集剤添加量で処理が可能となること等が挙げられる。

汚泥再生循環法では、前述したように含水率の低い汚泥が形成されるため、汚泥減容化の観点から好ましい。そして、このような汚泥は沈殿槽内において濃縮度が高く、また、沈殿槽から濃度の高い状態で引き抜かれることになる。汚泥再生循環法による凝集性能、フッ素吸着性能等の観点からは、沈殿槽からある程度濃い濃度で汚泥を引き抜いて、酸あるいはアルカリを添加して、無機凝集剤反応槽に返送することが必要であるため、含水率の低い汚泥を形成することは好ましいと言える。

しかし、排水の性状等によっては、沈殿槽内で必要以上に汚泥の濃縮が進むことがある。必要以上に濃縮された汚泥が無機凝集剤反応槽に返送されると、無機凝集剤反応槽中のＳＳ（固形物）濃度が上昇する。このような状態になると、無機凝集剤反応槽に供給されている無機凝集剤が不足傾向となり、適度な濃縮具合の汚泥を再生し、返送する場合と比べて、凝集性能等の点で劣る場合がある。

また、装置への排水の流入がなくなるなどして装置が停止した時には沈殿槽底部にあった汚泥は沈降・圧密し、運転時よりも更に高濃度化する。このような状態から装置を再起動させると、しばらくは高濃度状態の汚泥が再生、返送されるため、通常運転時ほどの凝集性能等が発揮されない場合もあった。

このような課題を解決するために、例えば特開平７−８８４８０（特許文献３）のような発明が提案されているが、原水ＳＳや汚泥濃度における制御が非常に複雑になる場合がある。

特開昭５８−４０１９２号公報特開２００６−１６７６３３号公報特開平７−８８４８０号公報

本発明の目的は、沈殿槽内の汚泥の濃縮が必要以上に上昇することを防止すると共に、無機凝集剤反応槽中のＳＳ濃度を安定させ、安定した凝集性能を得ることができる凝集沈殿装置を提供することである。

本発明の凝集沈殿装置は、被処理水に無機凝集剤を添加して、被処理水中の被凝集物質を凝集させる無機凝集剤反応槽と、前記無機凝集剤反応槽から流出される流出水に高分子凝集剤を添加して、前記凝集した被凝集物質をさらに凝集させる高分子凝集剤反応槽と、前記高分子凝集剤反応槽から流出される流出水中の汚泥を沈降分離する沈殿槽と、前記沈殿槽から引き抜かれた汚泥に酸、アルカリのうち少なくともいずれかを添加して、前記汚泥を再生処理する汚泥再生槽と、前記沈殿槽から引き抜かれた汚泥を前記汚泥再生槽に供給する供給手段と、前記汚泥再生槽内の汚泥を前記無機凝集剤反応槽に返送する第１返送手段と、前記供給手段に接続され、前記供給手段を経由する汚泥の一部又は全部を前記高分子凝集剤反応槽に返送する第２返送手段と、を備える。

また、前記凝集沈殿装置において、前記第２返送手段に接続され、前記第２返送手段を経由する汚泥の一部又は全部を系外へ排出する排出手段を備えることが好ましい。

また、前記凝集沈殿装置において、前記汚泥再生槽に供給する汚泥の量は、単位時間当たりの平均汚泥流量として、前記沈殿槽から引き抜かれる汚泥引き抜き量の４０〜９０％の範囲であることが好ましい。

また、前記凝集沈殿装置において、前記沈殿槽から引き抜かれる汚泥引き抜き量は、単位時間当たりの平均汚泥流量として、前記被処理水の流量の１０〜３０％の範囲であることが好ましい。

また、前記凝集沈殿装置において、運転開始後から３０分の間〜１２０分の間に前記汚泥再生槽に供給する単位時間当たりの平均汚泥流量は、該時間の経過後に前記汚泥再生槽に供給する単位時間当たりの平均汚泥流量より少ないことが好ましい。

また、前記凝集沈殿装置において、前記沈殿槽がスラッジブランケット型であることが好ましい。

本発明によれば、沈殿槽内の汚泥の濃縮が必要以上に上昇することを防止すると共に、無機凝集剤反応槽中のＳＳ濃度を安定させ、安定した凝集性能を得ることができる。

本実施形態に係る凝集沈殿装置の構成の一例を示す模式図である。実施例１で使用した凝集沈殿装置の構成を示す模式図である。比較例１及び２で使用した凝集沈殿装置の構成を示す模式図である。実施例１，２及び比較例１の運転経過時間に対する汚泥濃度の結果をまとめた図である。比較例１の運転経過時間に対するブランケット界面高さ及び処理水中のフッ素濃度の結果をまとめた図である。実施例１の運転経過時間に対するブランケット界面高さ及び処理水中のフッ素濃度の結果をまとめた図である。実施例２の運転経過時間に対するブランケット界面高さ及び処理水中のフッ素濃度の結果をまとめた図である。実施例１，２及び比較例１の運転経過時間に対する処理水ＳＳの結果をまとめた図である。実施例３及び比較例３の運転再開経過時間に対する汚泥濃度と処理水ＳＳの結果をまとめた図である。実施例４の汚泥再生槽返送率に対する処理水ＳＳの結果をまとめた図である。

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

図１は、本実施形態に係る凝集沈殿装置の構成の一例を示す模式図である。図１に示す凝集沈殿装置１は、フッ素含有排水の処理に適用した場合の一例であるが、本実施形態に係る凝集沈殿装置１はフッ素含有排水の処理に適用する場合に限定されるものではない。すなわち、本実施形態において、処理対象となる被凝集物質を含む被処理水は、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排水、用水処理等が対象となる河川水等でもよい。

また、フッ素のようなイオン状の有害物質を含む排水に対しては、予めカルシウムと反応させてフッ化カルシウム等として、固形物化した上で、凝集剤を添加し凝集沈殿処理を行うことが望ましい。したがって、図１に示す凝集沈殿装置１には、以下に説明するように、カルシウム反応槽１０が設置されている。

図１に示す凝集沈殿装置１は、カルシウム反応槽１０、無機凝集剤反応槽１２、高分子凝集剤反応槽１４、沈殿槽１６、汚泥再生槽１８、汚泥引き抜きポンプ２０、沈殿槽１６から引き抜かれた汚泥を汚泥再生槽１８に供給する汚泥再生槽供給管２２、汚泥再生槽１８内の汚泥を無機凝集剤反応槽１２に返送するための無機凝集剤反応槽返送管２６、汚泥再生槽供給管２２内の汚泥の一部又は全部を高分子凝集剤反応槽１４に返送するための高分子凝集剤反応槽返送管２８、高分子凝集剤反応槽返送管２８内の汚泥の一部又は全部を系外へ排出するための汚泥排出管３２、を備える。

カルシウム反応槽１０、カルシウム反応槽１０と無機凝集剤反応槽１２との間、無機凝集剤反応槽１２と高分子凝集剤反応槽１４との間、高分子凝集剤反応槽１４と沈殿槽１６との間は配管３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄで接続されている。また、沈殿槽１６と汚泥再生槽１８との間には汚泥再生槽供給管２２が接続され、汚泥再生槽１８と無機凝集剤反応槽１２との間には無機凝集剤反応槽返送管２６が接続されている。また、高分子凝集剤反応槽返送管２８の一端は、汚泥再生槽供給管２２に接続され、他端は高分子凝集剤反応槽１４に接続されている。また、汚泥排出管３２の一端は高分子凝集剤反応槽返送管２８に接続され、他端は凝集沈殿装置１の系外まで延びている。

本実施形態の汚泥再生槽供給管２２には、汚泥引き抜きポンプ２０、第１バルブ２４及び汚泥計量槽３６が設置されている。また、第１バルブ２４及び汚泥計量槽３６の設置箇所は、高分子凝集剤反応槽返送管２８の接続位置と汚泥再生槽１８との間である。汚泥計量槽３６は、例えば三角堰の原理を利用して汚泥の流量を計測できるもの等である。高分子凝集剤反応槽返送管２８には、第２バルブ３０が設置されている。第２バルブ３０の設置箇所は、汚泥排出管３２の接続位置と高分子凝集剤反応槽２８との間である。汚泥排出管３２には排泥バルブ３４が設置されている。上記各バルブは、汚泥の排出・循環が自動制御可能な自動弁とすることが望ましいが、これに制限されるものではなく手動弁等であってもよい。

また、カルシウム反応槽１０には、カルシウム剤を供給することが可能なカルシウム剤添加配管３８、ｐＨ調整剤を添加することが可能なｐＨ調整剤添加配管４０が接続されている。また、無機凝集剤反応槽１２には、無機凝集剤を供給することが可能な無機凝集剤添加配管４４、ｐＨ調整剤を添加することが可能なｐＨ調整剤添加配管４２が接続されている。また、高分子凝集剤反応槽１４には、高分子凝集剤を供給することが可能な高分子凝集剤添加配管４６が接続されている。また、汚泥再生槽１８には酸・アルカリ添加配管４８が接続されている。

以下に、本実施形態の凝集沈殿装置１の動作について説明する。

まず、フッ素を含む排水（フッ素含有排水）が配管３４ａからカルシウム反応槽１０に供給される。また、カルシウム剤添加配管３８からカルシウム反応槽１０にカルシウム剤が供給される。そして、カルシウム反応槽１０内では、カルシウム剤添加配管３８から供給されたカルシウム剤により、フッ素含有排水中のフッ素がカルシウムと反応し、不溶性のフッ化カルシウム等の微粒子が形成される。カルシウム剤としては、例えば塩化カルシウム、水酸化カルシウムの水溶液等が挙げられる。

フッ素含有排水の処理では、上記形成されたフッ化カルシウム等の微粒子が、後段で凝集処理される非凝集物質の主な成分となる。但し、本実施形態の凝集沈殿装置１は、フッ素含有排水の処理に限定されるものではなく、非凝集物質は、無機凝集剤及び高分子凝集剤により凝集可能な全ての物質が対象になる。

また、例えばフッ素とカルシウムを良好に反応させるために、ｐＨ調整剤添加配管４０からカルシウム反応槽１０にｐＨ調整剤を添加して、槽内のｐＨを７．０〜１０．０の範囲内に調整することが好ましい。ｐＨ調整剤としては、例えば、塩酸や水酸化ナトリウムなどが挙げられる。

次に、カルシウム反応槽１０から流出した流出水は、配管３４ｂを通り無機凝集剤反応槽１２に導入される。また、無機凝集剤添加配管４４から無機凝集剤反応槽１２に無機凝集剤が供給されると共に、後述するように、汚泥再生槽１８から再生処理された汚泥が無機凝集剤反応槽返送管２６を介して無機凝集剤反応槽１２に供給される。そして、無機凝集剤反応槽１２内では、槽内に導入された流出水中に含まれるフッ化カルシウムの微粒子等を含む非凝集物質と汚泥再生槽１８から返送された汚泥が無機凝集剤の働きにより凝結（凝集）される。またカルシウム反応槽１０でフッ化カルシウムとならずに液中に残留したフッ素イオンは、添加された無機凝集剤、後述する汚泥再生槽１８から返送された汚泥中のアルミニウム塩等の凝集剤由来の成分に吸着され、流出水中から除去される。無機凝集剤反応槽１２に供給される無機凝集剤としては、例えばＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）、硫酸バンド（硫酸アルミニウム）等のアルミニウム系凝集剤や塩化第二鉄等の鉄系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。

また、例えば、無機凝集剤の凝集能力を十分に発揮させるために、無機凝集剤反応槽１２にｐＨ調整剤を添加して、ｐＨを６．０〜８．０の範囲内に調整するのが好ましい。ｐＨ調整剤としては、塩酸や水酸化ナトリウムなどが挙げられる。なお、無機凝集剤反応槽１２内には、攪拌装置５０が設置されているが、この攪拌装置５０の設置は任意である。

無機凝集剤反応槽１２より流出した流出水は配管３４ｃを通り、高分子凝集剤反応槽１４へ導入される。また、高分子凝集剤添加配管４６から高分子凝集剤反応槽１４に高分子凝集剤が添加される。高分子凝集剤反応槽１４内では、無機凝集剤反応槽１２にて形成された微細フロック（凝集した被凝集物質）は高分子凝集剤の働きにより凝集され、粗大化が図られる。なお、高分子凝集剤反応槽返送管２８から高分子凝集剤反応槽１４へ返送される汚泥の作用については後述する。また、高分子凝集剤反応槽１４内には、攪拌装置５２が設置されているが、この攪拌装置５２の設置は任意である。

高分子凝集剤としては、フロックの凝集性を向上させることが可能な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。

高分子凝集剤反応槽１４から流出した流出水は、配管３４ｄを通り沈殿槽１６に導入される。沈殿槽１６内では、高分子凝集剤反応槽１４内で形成されたフロック（微細フロックが凝集したもの）の沈降分離が行われる。すなわち、フロックは沈殿槽１６の底部に堆積して汚泥となり、清澄化された水は処理水として沈殿槽１６上部に接続された処理水排出管５４より流出する。沈殿槽１６の形式としては横流式やスラリー循環式、スラッジブランケット式、傾斜装置付上向流式等があり、いずれの形式においても適用可能である。しかし、汚泥再生循環法においては、分離した汚泥の再生、循環を効率的に行う観点から、スラッジブランケット型の沈殿槽が好ましい。

本実施形態の沈殿槽１６の底部には、モータにより回転するスクレーパ５６が設けられており、スクレーパ５６が回転することにより、沈殿槽１６の底部に堆積した汚泥が沈殿槽１６の底部中央に掻き寄せられる。そして、汚泥再生槽供給管２２の第１バルブ２４を開き、汚泥引き抜きポンプ２０を稼働させることにより、沈殿槽１６の底部に堆積した汚泥は沈殿槽１６から引き抜かれ、汚泥再生槽供給管２２を通り、汚泥計量槽３６を経由して汚泥再生槽１８へ導入される。

また、酸・アルカリ添加配管４８から汚泥再生槽１８に塩酸、硫酸、硝酸等の酸又は水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム等のアルカリが添加される。そして、汚泥再生槽１８内では、沈殿槽１６から引き抜かれた汚泥と酸又はアルカリとが混合されて、ｐＨの調整が行われ、汚泥中に含まれるフッ素を吸着している水酸化アルミニウム等の凝集剤由来の成分が溶解される（再生処理）。例えば、汚泥再生槽１８内のｐＨをアルカリ性に調整した場合、不溶性であった水酸化アルミニウムＡｌ（ＯＨ）_３は溶解しアルミン酸［Ａｌ（ＯＨ）_４］⁻となる。このとき水酸化アルミニウムに吸着していたフッ素はフッ素イオンとして放出されるため、汚泥再生槽１８では、さらに水酸化カルシウムを添加して、放出したフッ素を水酸化カルシウムと反応させて、フッ化カルシウムを生成させることが望ましい。フッ素を放出した後のアルミン酸は、汚泥再生槽１８内の汚泥と共に、無機凝集剤反応槽返送管２６を通り無機凝集剤反応槽１２へ導入され、再度水酸化アルミニウムの形態となり、凝集剤やフッ素吸着剤等として再利用される。また、例えば、汚泥再生槽１８内のｐＨを酸性に調整した場合、不溶性であった水酸化アルミニウムＡｌ（ＯＨ）_３はＡｌ（ＯＨ）^２＋となり、以下アルカリ性に調整した場合と同様の反応過程をたどり、凝集剤、フッ素吸着剤として再利用される。汚泥再生槽１８に供給される酸又はアルカリとしては、例えば塩酸や水酸化ナトリウムなどが挙げられる。このように、再生処理においては、酸、アルカリのいずれを添加してｐＨ調整を行ってもよいが、反応性が良く、ｐＨ調整剤が少量で済むアルカリを添加するのが好ましい。なお、汚泥再生槽１８内には、攪拌装置を設置してもよい。

沈殿槽１６から引き抜かれた汚泥は、汚泥再生槽１８へ送られる他、高分子凝集剤反応槽返送管２８を通り、高分子凝集剤反応槽１４へも返送される。本実施形態では、汚泥再生槽供給管２２の第１バルブ２４及び高分子凝集剤反応槽返送管２８の第２バルブ３０の開閉度を調整し、沈殿槽１６から引き抜かれた汚泥の全部を高分子凝集剤反応槽１４へ供給してもよいし、沈殿槽１６から引き抜かれた汚泥の一部を高分子凝集剤反応槽１４へ供給し、残りを汚泥再生槽１８に供給する等でもよい。

高分子凝集剤反応槽返送管２８から高分子凝集剤反応槽１４に流入した汚泥は、汚泥中に含まれる水酸化アルミニウムによって既に荷電中和されているものであるため、無機凝集剤の添加等が行われなくても、高分子凝集剤反応槽１４にて添加される高分子凝集剤と混合されることによって、無機凝集剤反応槽１２から流入する微細フロックと共に粗大なフロックとして再凝集される。また、沈殿槽１６から引き抜かれた汚泥の一部又は全部が再生されることなく、高分子凝集剤反応槽１４を介して循環されるため、汚泥の全部が脱水縮合した含有率の低いものにならず、汚泥全体として適度に沈降性・濃縮性を有したものとなる。また、汚泥再生槽１８、高分子凝集剤反応槽１４へ汚泥を分割して供給することが可能となるため、無機凝集剤反応槽１２中のＳＳ濃度（固形物濃度）に対して無機凝集剤が不足傾向になることを防止し、無機凝集剤反応槽１２中のＳＳ濃度を安定させることができる。これらのことにより、汚泥再生循環法による安定した凝集性能やフッ素吸着性能等を発揮させることができる。

沈殿槽１６から引き抜く汚泥の量は、単位時間当たりの平均汚泥流量として、無機凝集剤反応槽１２に導入される被処理水の流量の１０〜３０％の範囲内が好ましい。被処理水の流量の１０％未満であると、汚泥再生槽供給管２２並びに高分子凝集剤反応槽返送管２８の管内が閉塞する可能性が高くなる場合があり、３０％を超えると、最終的に得られる処理水のＳＳ濃度が高くなる場合がある。

また、汚泥再生槽１８に返送する汚泥の量は、単位時間当たりの平均汚泥流量として、沈殿槽１６からの汚泥引き抜き量の４０〜９０％の範囲内であることが好ましい。汚泥引き抜き量の４０％未満若しくは９０％を超えると、最終的に得られる処理水のＳＳ濃度が高くなる場合がある。

ここで、本明細書中の平均汚泥流量は、汚泥再生槽１８並びに高分子凝集剤反応槽１４への汚泥返送を常時連続して行う他、間欠で返送してもよく、単位時間当たりの汚泥返送量が当該範囲内にあればよいことを意味する。

また、沈殿槽１６内に堆積する汚泥界面の位置を一定の範囲内に維持することが必要となるが、沈殿槽１６から汚泥を引き抜いて汚泥再生槽１８および高分子凝集剤反応槽１４に返送し、汚泥を循環させていても、沈殿槽１６内の汚泥界面が一定の範囲を超過する場合がある。そのような場合は、汚泥排出管３２の排泥バルブ３４を開き、汚泥排出管３２を通して、沈殿槽１６から引き抜いた汚泥の一部又は全部を系外に排出することが好ましい。汚泥排出管３２は、本実施形態のように高分子凝集剤反応槽返送管２８に接続することが好ましい。これにより排泥の際にも、例えば、再生処理した汚泥を無機凝集剤反応槽１２に安定して返送できるため、フロック形成も良好かつ安定なものになる。

本実施形態では、沈殿槽１６内に堆積した汚泥界面の位置（高さ）は、沈殿槽１６に設置された汚泥界面計５８により計測される。汚泥界面計５８は、例えば超音波式の汚泥界面計であることが好ましいが、必ずしもこれに制限されるものではない。また、汚泥界面計５８は圧力水噴射によりセンサーを定期的に自動洗浄する機構を有したものであることが望ましい。

次に、装置停止の状態から再度運転を再開する場合について考える。この場合、運転開始後の一定時間は、運転開始後の一定時間経過後の汚泥再生槽１８へ供給する汚泥の平均汚泥流量よりも低い平均汚泥流量で汚泥の供給を行うことが好ましい。すなわち、上記運転開始後の一定時間経過後には、汚泥再生槽１８へ供給する汚泥の平均汚泥流量を、運転開始後の一定時間の平均汚泥流量より高くする。

これにより、例えば、装置停止期間中に沈殿槽１６底部にて圧密・濃縮した高濃度汚泥が運転開始直後に大量に汚泥再生槽１８および無機凝集剤反応槽１２へ流入することを防ぎ、無機凝集剤反応槽１２において無機凝集剤が不足傾向になることを抑制することができる。その結果、運転と停止を頻繁に繰り返す状況においても、例えば、汚泥再生循環法が本来もつ高い凝集性能やフッ素吸着性能等を安定的に発揮させることができる。この汚泥再生槽１８に供給する汚泥の平均汚泥流量を低下させる運転開始後の一定時間としては、沈殿槽１６底部における汚泥の滞留時間から考えて、運転開始後から３０分の間〜１２０分の間にすることが好ましい。運転開始後から３０分未満では、処理水中のＳＳ濃度が一時的に上昇する場合があり、運転開始後から１２０分を超過すると、停止時に沈降濃縮した汚泥が沈殿槽１６からほぼ完全に排出されるので、平均汚泥流量を増加させても、無機凝集剤反応槽１２において適度な固形物濃度となる。

以下、実施例および比較例を挙げ、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。

＜実施例１，２＞
図２は、実施例１で使用した凝集沈殿装置の構成を示す模式図である。図２に示す凝集沈殿装置２において、図１に示す凝集沈殿装置１と同様の構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。図２の実施例１で用いた凝集沈殿装置２と図１の凝集沈殿装置１では、汚泥排出管の設置位置が異なっており、図２の実施例１で用いた凝集沈殿装置２は、汚泥排出管３３が汚泥再生槽供給管２２に設置されており、図１の凝集沈殿装置１は汚泥排出管３２が高分子凝集剤反応槽返送管２８に設置されている。

実施例２では図１に示す凝集沈殿装置１を用いた。

＜実施例１，２の凝集沈殿装置のサイズ＞
カルシウム反応槽１０のサイズ：１．０ｍ^３
無機凝集剤反応槽１２のサイズ：１．０ｍ^３
高分子凝集剤反応槽１４のサイズ：１．０ｍ^３
沈殿槽１６のサイズ：３．５ｍ^３（直胴部高さ：３ｍ、有効面積１．０ｍ^２）
汚泥再生槽１８のサイズ：０．３ｍ^３

実施例１，２では、上記装置を用いて、以下の条件で、フッ素含有排水の処理を行った。

沈殿槽１６からの汚泥総引き抜き流量（沈殿槽１６からの汚泥引き抜き量）を被処理水流量の１０％に当たる０．６ｍ^３／ｈとした。また、実施例１，２共に汚泥再生槽返送率（汚泥総引き抜き流量のうち、汚泥再生槽１８へ返送される流量の割合）を７０％に設定し、残り３０％は高分子凝集剤反応槽１４へ返送されるようにした。

また、実施例１，２共にスラッジブランケット型の沈殿槽を用い、沈殿槽１６内に形成されるスラッジブランケット層の界面位置が沈殿槽１６底部より１．５ｍの位置を上回ると、該位置を下回るまで１８０秒間隔で６０秒間、沈殿槽１６から汚泥を引き抜き、汚泥排出管（３２，３３）から系外へ排出した。

その他の試験条件は、以下の通りに設定した。
被処理水：地下水にＮａＦをＦが２００ｍｇ／Ｌとなるように溶解させた模擬排水
被処理水流量：６ｍ^３／ｈ（ＬＶ：６ｍ／ｈ）
無機凝集剤：３００ｍｇ／ＬのＰＡＣ
高分子凝集剤：２ｍｇ／Ｌのポリアクリルアミド
カルシウム剤添加量：沈殿槽１６からの流出水中の残留カルシウムとして３００ｍｇ／Ｌ

実施例１，２の試験時間は、沈殿槽１６内に汚泥が存在しない状態から装置を稼働させ、３０時間連続運転させた。

（比較例１及び２）
図３は、比較例１及び２で使用した凝集沈殿装置の構成を示す模式図である。図３に示す凝集沈殿装置３において、図２に示す凝集沈殿装置２と同様の構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。比較例１及び２で用いた図３の凝集沈殿装置３は、汚泥再生槽供給管２２、無機凝集剤反応槽返送管２６を備えるが、高分子凝集剤反応槽返送管２８を備えていない。すなわち、実施例１，２とは異なり、比較例１及び２では、沈殿槽１６底部から引き抜かれた汚泥は、高分子凝集剤反応槽１４には返送されず、汚泥再生槽１８に供給され、再生処理された後、無機凝集剤反応槽１２に返送されることになる。

比較例１，２の凝集沈殿装置のサイズは実施例１，２の凝集沈殿装置のサイズと同じとし、以下の条件で、フッ素含有排水の処理を行った。

比較例１においては、沈殿槽１６からの汚泥総引き抜き流量（沈殿槽１６からの汚泥引き抜き量）を被処理水流量の１０％に当たる０．６ｍ^３／ｈとした。比較例２においては、汚泥総引き抜き流量（沈殿槽１６からの汚泥引き抜き量）を比較例１と同様に０．６ｍ^３／ｈとし、そのうち７０％を汚泥再生槽１８へ供給し、残りの３０％を常時汚泥排出管３３から系外へ排出した。

比較例１，２共にスラッジブランケット型の沈殿槽を用いた。比較例１では、沈殿槽１６内に形成されるスラッジブランケット界面位置が沈殿槽１６底部より１．５ｍの位置を上回ると、該位置を下回るまで１８０秒間隔で６０秒間、沈殿槽１６から汚泥を引き抜き、汚泥排出管３３から系外へ排出した。比較例２では、前述した通り、スラッジブランケット層の界面位置に関わらず常時沈殿槽１６から汚泥を引き抜き、汚泥排出管３３から系外へ排出した。

使用した被処理水、被処理水流量、無機凝集剤、高分子凝集剤、カルシウム剤添加量等のその他の比較例１，２の試験条件は、実施例１，２と同様とした。

図４は、実施例１，２及び比較例１の運転経過時間に対する汚泥濃度の結果をまとめた図である。図４の汚泥濃度は、汚泥再生槽供給管２２に設置した汚泥計量槽３６で測定した値である。図５は、比較例１の運転経過時間に対するブランケット界面高さ及び処理水中のフッ素濃度の結果をまとめた図である。図６は、実施例１の運転経過時間に対するブランケット界面高さ及び処理水中のフッ素濃度の結果をまとめた図である。図７は、実施例２の運転経過時間に対するブランケット界面高さ及び処理水中のフッ素濃度の結果をまとめた図である。図８は、実施例１，２及び比較例１の運転経過時間に対する処理水ＳＳの結果をまとめた図である。

＜比較例１の結果＞
図４に示すように、汚泥濃度は運転初期から徐々に上昇し、運転開始後２０時間までに１５（ｗ／ｖ）％程度にまで上昇し続けた。汚泥の高濃度化はその後も継続し、図８に示すように処理水ＳＳも上昇した。また、比較例１においては汚泥再生槽供給管２２に接続した汚泥排出管３３から排泥を行うため、排泥が行われた際には、汚泥再生槽供給管２２内の汚泥流量が減少した。これによって無機凝集剤反応槽１２への汚泥供給量が一時的に低下する場合があるため、これに伴って、図５に示すように、処理水フッ素濃度が上昇する傾向が認められた。

＜比較例２の結果＞
比較例２においては常時、大量の汚泥排出を行ったため汚泥の蓄積がほとんどなされなかった。これにより、無機凝集剤反応槽１２に返送されるアルミの量が不足し、処理水フッ素濃度は運転開始から停止まで８ｍｇ／Ｌ程度で推移した。また、沈殿槽１６内でスラッジブランケット層も形成されず、処理水ＳＳも１０ｍｇ／Ｌ程度で推移した。以上により、比較例２のように汚泥再生槽１８への返送率を下げるために、常時汚泥の排出を行った場合には汚泥が濃くなりすぎることはなかったが、返送汚泥量が不足したことにより、フッ素処理が十分に行われなかった。また、ブランケット型の沈殿槽１６においてはスラッジブランケット層も十分に形成されなかった。

＜実施例１の結果＞
図４に示すように、汚泥濃度は運転開始後から比較例１と同様徐々に上昇し、運転開始からおよそ１５時間程度経過後には７％程度に到達し、その後上昇することなく試験終了まで安定していた。図８に示すように、処理水ＳＳの推移を見ても、運転開始初期から低い値で推移していた。汚泥の全量を汚泥再生槽１８に返送することによって、汚泥濃度及び処理水ＳＳが上昇した比較例１や、汚泥再生槽１８への返送量を減らすために汚泥の一部を常時排出して運転することによって、フッ素処理が十分に行われなかった比較例２に比べて、実施例１では終始安定して良好な処理水が得られた。但し、実施例１では、スラッジブランケット層の界面が１．５ｍを超え、排泥が開始されると汚泥再生槽１８への汚泥返送量が低下するため、図６に示すように、排泥時には処理水フッ素濃度がやや上昇する傾向が認められた。

＜実施例２の結果＞
一方、図７に示すように、実施例２では、処理水フッ素濃度の推移を見ると排泥が行われた後も安定して処理がなされていた。これは、実施例２の凝集沈殿装置１では、高分子凝集剤反応槽返送管２８に接続され汚泥排出管３２から排泥を行うことができるため。汚泥再生槽１８への汚泥返送量を常に一定に保つことが可能となり、無機凝集剤反応槽１２への汚泥供給量が低下することなく、安定してフッ素処理が行われたためである。汚泥濃度に関しては実施例１とほぼ同じ傾向が認められた。処理水ＳＳに関しても実施例１とほぼ同じ傾向であり、実験期間を通して良好に処理がなされた。

（実施例３）
実施例３では、図１に示す実施例１の凝集沈殿装置１と同様の装置を用いて、装置系内に汚泥が全く無い状態から実施例１と同様の条件で２０時間運転を行った後、装置を停止させて、沈殿槽１６内の汚泥を濃縮させた。装置の停止時間を６０分とした。そして、実施例３では、装置の運転を再開させ、運手開始後３０分間は汚泥再生槽返送率を５０％とし、３０分経過後は７０％になるよう運転した。

（比較例３）
比較例３では、装置を６０分停止させた後、装置の運転を再開させ、運転開始後から一貫して汚泥再生槽返送率を７０％としたこと以外は、実施例３と同様に試験を行った。

図９は、実施例３及び比較例３の運転再開経過時間に対する汚泥濃度と処理水ＳＳの結果をまとめた図である。

＜比較例３の結果＞
図９に示すように、汚泥濃度は最初２０％程度で、運転再開後から次第に低下し、運転再開後から３０〜４０分経過後には８％程度にまで低下し、その後安定した。処理水ＳＳの推移は、運転開始後に高濃度汚泥が比較的多めに汚泥再生槽へ返送されてしまったため、運転再開初期に処理水ＳＳの上昇が確認された。この上昇はしばらく続くが、さらに時間が経過すると低下し始めた。これは、沈殿槽１６底部に堆積した高濃度汚泥が、新規に堆積した比較的濃度の低い汚泥に入れ替わったためであると推察される。その後、運転再開後から３時間程度経過後に５ｍｇ／Ｌ程度で安定した。

＜実施例３の結果＞
図９に示すように、汚泥濃度の推移は比較例３と同様であった。その一方で、処理水ＳＳは運転再開初期から上昇しすぎることなく良好に処理できた。これは沈殿槽１６底部に堆積した高濃度の汚泥が大量に返送されることが抑制されたためであると推察される。したがって、高濃度汚泥の返送量が多く、一時的に無機凝集剤が不足気味になり得る比較例３とは異なり、運転再開後の高濃度汚泥返送量を適度に収めた実施例３では、運転再開後も安定して良好な処理水を得ることができるとわかった。なお、汚泥濃度は運転再開後１２０分程度になると安定に推移しており、停止時に沈降濃縮した汚泥が沈殿槽１６からほぼ完全に排出されていると推察される。すなわち、これ以降は、汚泥再生槽返送率を下げなくても無機凝集剤反応槽１２での固形物量を適度に保つことができるため、良好な処理水を得ることができるといえる。したがって、汚泥再生槽１８への汚泥返送量を縮減させる時間は、運転開始後から３０分の間〜１２０分の間が望ましい。

（実施例４）
実施例４では、実施例１で用いた図２の凝集沈殿装置２と同様の装置を用いた。そして、沈殿槽１６からの汚泥総引き抜き流量（沈殿槽１６からの汚泥引き抜き量）を被処理水流量の１０％に当たる０．６ｍ^３／ｈ、汚泥総引き抜き流量（沈殿槽１６からの汚泥引き抜き量）を被処理水流量の２０％に当たる１．２ｍ^３／ｈ、汚泥総引き抜き流量（沈殿槽１６からの汚泥引き抜き量）を被処理水流量の３０％に当たる１．８ｍ^３／ｈとし、また、それぞれの汚泥総引き抜き流量のうち、汚泥再生槽返送率（汚泥総引き抜き流量のうち、汚泥再生槽１８へ返送される流量の割合）を２０〜１００％に変えて連続試験を行ったこと以外は、実施例１と同様の条件で試験を行った。

＜実施例４の結果＞
図１０は、実施例４の汚泥再生槽返送率に対する処理水ＳＳの結果をまとめた図である。図１０に示すように、沈殿槽１６からの汚泥総引き抜き流量（汚泥再生槽への汚泥供給量）を被処理水流量の１０％〜３０％に設定した場合では、より低い処理水ＳＳを得られる観点から、汚泥再生槽返送率を４０％〜９０％の範囲とすることが好ましいとわかった。

１〜３凝集沈殿装置、１０カルシウム反応槽、１２無機凝集剤反応槽、１４高分子凝集剤反応槽、１６沈殿槽、１８汚泥再生槽、２０汚泥引き抜きポンプ、２２汚泥再生槽供給管、２４第１バルブ、２６無機凝集剤反応槽返送管、２８高分子凝集剤反応槽返送管、３０第２バルブ、３２，３３汚泥排出管、３４排泥バルブ、３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ配管、３６汚泥計量槽、３８カルシウム剤添加配管、４０，４２ｐＨ調整剤添加配管、４４無機凝集剤添加配管、４６高分子凝集剤添加配管、４８酸・アルカリ添加配管、５０，５２攪拌装置、５４処理水排出管、５６スクレーパ、５８汚泥界面計。

Claims

被処理水に無機凝集剤を添加して、被処理水中の被凝集物質を凝集させる無機凝集剤反応槽と、
前記無機凝集剤反応槽から流出される流出水に高分子凝集剤を添加して、前記凝集した被凝集物質を凝集させる高分子凝集剤反応槽と、
前記高分子凝集剤反応槽から流出される流出水中の汚泥を沈降分離する沈殿槽と、
前記沈殿槽から引き抜かれた汚泥に酸、アルカリのうち少なくともいずれかを添加して、前記汚泥を再生処理する汚泥再生槽と、
前記沈殿槽から引き抜かれた汚泥を前記汚泥再生槽に供給する供給手段と、
前記汚泥再生槽内の汚泥を前記無機凝集剤反応槽に返送する第１返送手段と、
前記供給手段に接続され、前記供給手段を経由する汚泥の一部又は全部を前記高分子凝集剤反応槽に返送する第２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記載の凝集沈殿装置であって、前記第２返送手段に接続され、前記第２返送手段を経由する汚泥の一部又は全部を系外へ排出する排出手段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記載の凝集沈殿装置であって、前記汚泥再生槽に供給する汚泥の量は、単位時間当たりの平均汚泥流量として、前記沈殿槽から引き抜かれる汚泥引き抜き量の４０〜９０％の範囲であ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、前記沈殿槽から引き抜かれる汚泥引き抜き量は、単位時間当たりの平均汚泥流量として、前記被処理水の流量の１０〜３０％の範囲であることを特徴とする凝集沈殿装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の凝集沈殿装置であって、運転開始後から３０分の間〜１２０分の間に前記汚泥再生槽に供給する単位時間当たりの平均汚泥流量は、該時間の経過後に前記汚泥再生槽に供給する単位時間当たりの平均汚泥流量より少ないことを特徴とする凝集沈殿装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の凝集沈殿装置であって、前記沈殿槽がスラッジブランケット型であることを特徴とする凝集沈殿装置。