JP6725316B2 - 凝集沈殿装置 - Google Patents

Description

本発明は、建設工事等の排水処理において、原水を凝集沈殿によって汚泥と処理水とに分離する凝集沈殿装置に関する。

原水を凝集沈殿によって汚泥と処理水とに分離する凝集沈殿装置には、以下の各特許文献に示すように、種々の装置が考案されている。
そしてこれらの装置は、凝集効率の向上が開発テーマの一つとなっている。

例えば、特許文献１に記載の凝集沈殿装置は、沈殿槽から汚泥引抜循環ポンプでもって引き抜いたスラリーを、サイクロンにかけて汚泥と砂とに分離し、この汚泥の一部を汚泥循環ラインに送って、汚泥引抜循環ポンプの吸込側に接続することで、汚泥引抜循環ポンプからサイクロンへの供給流量を一定に保ちつつ、原水の濁度の変化幅が大きくとも、サイクロンの分離性能の安定化させて装置全体として所望の機能を維持可能とした構成が開示されている。

特許第３８６６０５４公報

しかし、上記した従来の凝集沈殿装置では、以下の問題がある。
（１）循環する汚泥に空気が混入する。
沈殿槽から引き抜いたスラリーをサイクロンで汚泥と砂とに分離するとき、汚泥の中にサイクロン内で巻き込んだ空気が混入してしまうため、この汚泥の一部を汚泥引抜循環ポンプへと循環させる際に、循環ポンプの性能低下などの悪影響を及ぼしてしまう。
（２）排出する汚泥が低濃度になる。
原水濁度の増加時には、サイクロンで分離した汚泥をより多く循環側に送ることでサイクロンの分離性能の安定化を図っているため、排出側の汚泥が低濃度の状態で次工程の脱水処理に送られることになり、脱水処理の効率が悪化する。

よって、本発明は、装置全体の稼働の安定性の確保および次工程での汚泥の脱水処理の効率性の向上の両立を可能とする、凝集沈殿装置の提供を目的とするものである。

上記課題を解決すべくなされた本願の第１発明は、原水を、汚泥と処理水とに分離する凝集沈殿装置であって、凝集槽、熟成槽、沈殿槽、循環ポンプ、サイクロン、分配槽、流量制御バルブおよび濃縮槽と、を少なくとも具備し、前記凝集槽は、前記原水と前記濃縮槽からの越流水とを含む混合水に無機凝集剤を添加して撹拌混合して懸濁物質を凝集する機能を有し、前記熟成槽は、前記凝集槽からの混合水に、高分子凝集剤と沈降促進剤とを添加して撹拌混合することで、前記混合水内のフロックと沈降促進剤とが結合した結合フロックを熟成する機能を有し、前記沈殿槽は、前記熟成槽からの混合水の中の結合フロックを沈降させて、前記混合水を、前記処理水と沈殿スラリーとに分離する機能を有し、前記循環ポンプは、少なくとも前記沈殿槽から取り出した沈殿スラリーを、前記サイクロンに供給する機能を有し、前記サイクロンは、前記循環ポンプから供給する沈殿スラリーを、分離スラリーと、前記沈降促進剤を含んだ泥状物と、に分離して、前記泥状物を前記沈降促進剤の一部または全部として前記熟成槽に供給し、前記分離スラリーを前記分配槽に供給する機能を有し、前記分配槽は、前記サイクロンからの分離スラリーに対し、エア抜きを行いつつ排出スラリーと循環スラリーとに分離する機能を有し、前記流量制御バルブは、前記分配槽からの循環スラリーの流量制御によって、凝集沈殿装置全体の流量が一定となるように、前記沈殿槽からの沈殿スラリーの引抜量を調整して、前記循環スラリーを含んだ前記沈殿スラリーを前記循環ポンプへ供給する機能を有し、前記濃縮槽は、前記分配槽からの排出スラリーを所定時間滞留させて濃縮してから前記汚泥として取り出すとともに、越流分を前記越流水として前記凝集槽に供給する機能を有することを特徴とする。
また、本願の第２発明は、前記第１発明において、前記分配槽から前記濃縮槽への前記排出スラリーの供給を自然流下によって行うことを特徴とする。
また、本願の第３発明は、前記第１または第２発明において、前記濃縮槽から前記凝集槽への前記越流水の供給を自然流下によって行うことを特徴とする。

本発明によれば、少なくとも以下に記載する効果を得ることができる。
（１）サイクロンで汚泥に混入した空気を除去できる。
分配槽を設けることにより、サイクロンからの汚泥（分離スラリー）をエア抜きしてから、一部の汚泥（循環スラリー）を循環側へと返送することで、沈殿槽から汚泥を引き抜くための循環ポンプの運転に悪影響を及ぼすことが無い。
（２）排出する汚泥の濃度を高く保つことができる。
濃縮槽を設けることにより、分配槽で分離した排出側の汚泥（排出スラリー）を、所定時間滞留させて濃縮してから取り出すことで、次工程の脱水処理での高効率運転に寄与する。

本発明に係る凝集沈殿装置の全体構成を示す概略図。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る凝集沈殿装置の詳細について説明する。

＜１＞全体構成
本発明に係る凝集沈殿装置は、原水Ａを処理水Ｂと汚泥Ｃとに分離する装置である。
そして、図１に示す凝集沈殿装置は、主要な構成要素として、凝集槽１０、熟成槽２０、沈殿槽３０、循環ポンプ４０、サイクロン５０、分配槽６０、および濃縮槽７０と、を少なくとも具備している。
以下、各構成要素の詳細について説明する。

＜２＞凝集槽
凝集槽１０は、原水Ａと濃縮槽７０からの越流水Ｍとを含む混合水Ｅに、無機凝集剤Ｄを添加して撹拌混合する機能を有する。
原水Ａは、建設工事で発生した排水（建設排水）や、生活排水など種々の排水が対象となる。
越流水Ｍは、濃縮槽７０から越流した水であり、詳細は後述する濃縮槽７０の欄で説明する。

＜２．１＞凝集槽の構造
凝集槽１０の内部には公知の撹拌装置を設けておく。
また、凝集槽１０から越流した混合水Ｅは、次工程の熟成槽２０へと送るように構成する。

＜２．２＞無機凝集剤
無機凝集剤Ｄは、混合水Ｅの中の懸濁物質を凝集させて微細なフロックを生成させるための添加剤である。
無機凝集剤Ｄとしては、たとえばポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、塩化第二鉄、硫酸第二鉄のうち何れか或いはこれらの混合物を使用することができる。
図１では、原水Ａを凝集槽１０に送るラインの途中で無機凝集剤Ｄを添加しているが、凝集槽１０に無機凝集剤Ｄを直接添加するように構成してもよい。

＜３＞熟成槽
熟成槽２０は、凝集槽１０からの混合水Ｅに、高分子凝集剤Ｆと沈降促進剤Ｇとを添加して撹拌混合することで、混合水Ｅの中にある微細なフロックと沈降促進剤の結合を熟成する機能を有する。

＜３．１＞高分子凝集剤
高分子凝集剤Ｆは、凝集槽１０で生成された微細なフロックと沈降促進剤を結合するための添加剤である。
高分子凝集剤は、一般的には、凝集剤で生成した微細なフロックをより大きなフロックに成長させるために用いられるが、本発明では後述する沈降促進剤とフロックとの結合のために用いる点で異なる。
高分子凝集剤Ｆとしては、たとえばノニオン性、アニオン性、カチオン性あるいは両性の高分子凝集剤や、天然高分子凝集剤であるアルギン酸などのうち何れか或いはこれらの混合物を用いることができる。

＜３．２＞沈降促進剤
沈降促進剤Ｇは、前記高分子凝集剤Ｆによって凝集槽１０で生成された微細なフロックと結合することにより、より比重の大きなフロックを得るための添加剤である。
沈降促進剤Ｇとしては、砂などの粒状物などを用いる事ができる。
沈降促進剤Ｇは、新たに添加するもの、または沈降促進剤Ｆを添加して沈殿槽３０から抜き出されたスラリー（沈殿スラリーＨ）から前記サイクロン５０によって再度分離されたもの、の何れも含まれる。

＜３．３＞各添加剤の添加方法
図１では、凝集槽１０から越流した混合水Ｅが熟成槽２０に送られる途中で沈降促進剤Ｇを添加し、熟成槽２０に直接高分子凝集剤Ｆを添加しているが、本発明においてこれらの添加剤の添加態様を特段限定するものではない。

＜３．４＞結合フロックの生成
前記した高分子凝集剤Ｆおよび沈降促進剤Ｇでもって、混合水Ｅの中には、該混合水Ｅ中のフロックと沈降促進剤Ｇとが結合されて、比重が大きく沈澱しやすくなるように熟成された結合フロックを含むようになる。
この混合水Ｅの越流分が、沈殿槽３０へと供給される。

＜４＞沈殿槽
沈殿槽３０は、熟成槽２０からの混合水Ｅの中の結合フロックを沈降させて、混合水Ｅを、前記処理水Ｂと沈殿スラリーＨとに分離する機能を有する。
熟成槽２０で大きく成長した結合フロックは、沈殿槽３０の下方へと沈殿し、混合水Ｅは沈殿した結合フロックからなる沈殿スラリーＨと、処理水Ｂとに分離される。
沈澱槽３０の上部には複数の傾斜板を設けており、該傾斜板でもって高速で上昇する処理水Ｂを整流させることと一部のフロックを遮ることにより、より清澄な処理水Ｂのみを取り出すことができるように構成している。
沈殿槽３０の底部には、沈殿スラリーＨを掻き寄せて集める手段と、集めた沈殿スラリーＨを引き抜くためのラインを設けており、このラインには循環ポンプ４０の吸込側が接続されている。

＜５＞循環ポンプ
循環ポンプ４０は、少なくとも沈殿槽３０から取り出した沈殿スラリーＨを、サイクロン５０へと送る機能を有する。
循環ポンプ４０は、公知のポンプを用いることができる。
また、循環ポンプ４０の吸込側には、沈殿槽３０から伸びるラインの他に、後述する分配槽６０から伸びるラインも接続されている。
よって、循環ポンプ４０は分配槽６０から循環されてきたスラリー（循環スラリー）を沈殿スラリーＨに加えた状態で、サイクロン５０へと送り出すことができる。

＜６＞サイクロン
サイクロン５０は、取り込んだ沈殿スラリーＨから泥状物Ｊを取り出す機能を有する。
前記泥状物Ｊは、前記沈殿スラリーＨに含まれていた沈降促進剤Ｇを主として含むスラッジである。
サイクロン５０は、公知の分離器または分級器を用いることができる。
まず始めに、サイクロン５０は、内部での遠心分離作用によって、循環ポンプ４０から供給する沈殿スラリーＨを、分離スラリーＩと泥状物Ｊとに分離する。
その後、分離した泥状物Ｊは、沈降促進剤Ｆの一部または全部として熟成槽２０へと供給することができる。
また、分離した分離スラリーＩは、分配槽６０へと送られる。
サイクロン５０の遠心分離動作の際には、外部から取り込んだ空気が、内部で渦を巻いた状態を呈している。そのため、沈殿スラリーＨから分離される分離スラリーＩは、サイクロン５０での分離過程の中で空気を含んだ状態となっている。

＜７＞分配槽
分配槽６０は、サイクロン５０からの分離スラリーＩを一旦収容して、濃縮槽７０および循環ポンプ４０に分配する機能を有する。

＜７．１＞分配槽の構造
分配槽６０は、槽外の空間と連通する開放空間６１を設けている。
まず、分配槽６０はサイクロン５０からの分離スラリーＩを収容する。前述した通り、分離スラリーＩは、サイクロン５０の内部で空気を含んだ状態となっている。
よって、分離スラリーＩを一旦分配槽６０に収容することで、分離スラリーＩ中の空気が開放空間６１から抜けるように構成する。

また、分配槽６０では、分離スラリーＩを一定時間滞留できる容積を有するものとする。これは、サイクロン５０において泥状物Ｊとして分離しきれなかった沈降促進剤Ｇを、後述する循環スラリーＫに含めて循環側へ返送するためである。
本構造によれば、沈降促進剤Ｇを濃縮槽７０側に分配することが無くなるため、沈降促進剤Ｇのロスを大幅に低減することができる。

＜７．２＞循環ライン・排出ライン
分配槽６０には、循環ポンプ４０の吸込側に接続する循環ラインと、濃縮槽７０へと送る排出ラインとが接続してある。
前記循環ラインの途上には流量制御バルブ６２を設けておき、分離スラリーＩの一部である循環スラリーＫの流量を制御する。
この流量制御バルブ６２の流量制御によって、沈殿槽３０からの引抜量の調整を可能とし、凝集沈殿装置全体の流量が一定となるように構成する。

また、前記循環スラリーＫの流量を制御した状態で、分配槽６０からの越流分の分離スラリーＩは、排出スラリーＬとして排出ラインを経由し濃縮槽７０へと送られる。
図１では、排出スラリーＬに、排出ラインの途上で高分子凝集剤Ｆを添加しているが、本発明において必須の構成ではない。

上記構成により、分離スラリーＩは分配槽６０で空気が抜けた状態となってから循環スラリーＫとして循環ポンプ４０に送られるため、循環ポンプ４０の性能低下などの問題の発生を未然に防止することができる。

なお、分配槽６０から排出ラインを流れる排出スラリーＬは、濃縮槽７０まで自然流下の状態となるような位置関係としておくと、特段のエネルギーを要しない点で好ましい。

＜８＞濃縮槽
濃縮槽７０は、排出スラリーＬを滞留させて濃縮するための装置である。
まず、濃縮槽７０は、分配槽６０からの排出スラリーＬを収容して、所定時間滞留させて、排出スラリーＬを濃縮する。
濃縮槽７０内で濃縮された排出スラリーＬは、適当なタイミングで、濃縮槽７０の下部から排泥ポンプ８０等によって最終的な汚泥Ｃとして抜き出され、次工程の脱水処理へと送られる。
また、排出スラリーＬの抜出しは濃縮槽７０に設置された汚泥界面計で抜出し量を制御することもできる。
よって、排出スラリーＬを濃縮してなる汚泥Ｃは、常に高濃度の状態で脱水処理されることとなり、脱水効率の向上に寄与することとなる。

また、濃縮槽７０に収容した排出スラリーＬの越流水Ｍは、凝集槽１０へと循環するように構成する。
濃縮槽７０から凝集槽１０へ循環させる越流水Ｍの供給態様は、図１に示すように越流分が自然流下の状態となるように構成すると、特段のエネルギーを要しない点で好ましい。

１０ 凝集槽
２０ 熟成槽
３０ 沈殿槽
４０ 循環ポンプ
５０ サイクロン
６０ 分配槽
７０ 濃縮槽
８０ 排泥ポンプ
Ａ 原水
Ｂ 処理水
Ｃ 汚泥
Ｄ 無機凝集剤
Ｅ 混合水
Ｆ 高分子凝集剤
Ｇ 沈降促進剤
Ｈ 沈殿スラリー
Ｉ 分離スラリー
Ｊ 泥状物
Ｋ 循環スラリー
Ｌ 排出スラリー
Ｍ 越流水

Claims (3)

1. 原水を、汚泥と処理水とに分離する凝集沈殿装置であって、
   凝集槽、熟成槽、沈殿槽、循環ポンプ、サイクロン、分配槽、流量制御バルブおよび濃縮槽と、を少なくとも具備し、
   前記凝集槽は、前記原水と前記濃縮槽からの越流水とを含む混合水に無機凝集剤を添加して撹拌混合して懸濁物質を凝集する機能を有し、
   前記熟成槽は、前記凝集槽からの混合水に、高分子凝集剤と沈降促進剤とを添加して撹拌混合することで、前記混合水内のフロックと沈降促進剤とが結合した結合フロックを熟成する機能を有し、
   前記沈殿槽は、前記熟成槽からの混合水の中の結合フロックを沈降させて、前記混合水を、前記処理水と沈殿スラリーとに分離する機能を有し、
   前記循環ポンプは、少なくとも前記沈殿槽から取り出した沈殿スラリーを、前記サイクロンに供給する機能を有し、
   前記サイクロンは、前記循環ポンプから供給する沈殿スラリーを、分離スラリーと、前記沈降促進剤を含んだ泥状物と、に分離して、前記泥状物を前記沈降促進剤の一部または全部として前記熟成槽に供給し、前記分離スラリーを前記分配槽に供給する機能を有し、
   前記分配槽は、前記サイクロンからの分離スラリーに対し、エア抜きを行いつつ排出スラリーと循環スラリーとに分離する機能を有し、
   前記流量制御バルブは、前記分配槽からの循環スラリーの流量制御によって、凝集沈殿装置全体の流量が一定となるように、前記沈殿槽からの沈殿スラリーの引抜量を調整して、前記循環スラリーを含んだ前記沈殿スラリーを前記循環ポンプへ供給する機能を有し、
   前記濃縮槽は、前記分配槽からの排出スラリーを所定時間滞留させて濃縮してから前記汚泥として取り出すとともに、越流分を前記越流水として前記凝集槽に供給する機能を有する、
   ことを特徴とする、凝集沈殿装置。
2. 前記分配槽から前記濃縮槽への前記排出スラリーの供給を自然流下によって行うことを特徴とする、請求項１に記載の凝集沈殿装置。
3. 前記濃縮槽から前記凝集槽への前記越流水の供給を自然流下によって行うことを特徴とする、請求項１または２に記載の凝集沈殿装置。

Images