JP6750774B2 - 凝集沈澱装置 - Google Patents

Description

本発明は浄水装置に関し、より具体的には凝集沈澱装置に関する。

従来から浄水施設等において用いられている大気開放型の凝集沈澱池は、流入する被処理水に水圧がある場合には、着水井にて一旦水流を安定させた上で、薬品混和、フロック形成、沈澱といった一連の凝集沈澱処理を行っている。

また、このような凝集沈澱池において、沈殿池内に傾斜板または傾斜管を備えた沈降装置を浸漬し、一種の多階層式沈殿池を構成し、除去率を高める方法が知られている（例えば特許文献１、非特許文献１）。図８に示すように、傾斜角θ、高さＨの傾斜部材を備えた装置を沈澱池に設置することで、沈澱池がｈ階層分の働きをすることになり、その結果沈澱効率がＨ／ｈ倍に増大する。このような沈降装置には、その形状により、水平流の中で用いるもの、上向流の中で用いるもの、どちらの方向の水流にも使えるものが存在するが、いずれにしろ、傾斜部材に対する水流があることが沈澱効率向上の条件となるため、このような水流を作り出す手段が設けられていた。

また、沈降装置の後段には、ろ過装置が設けられており、このろ過装置に送水する手段が設けられることが現状である。なお、このような送水手段としては、ポンプや高低差が用いられている。

特開２００７−２１４６０号公報

水道施設設計指針改定委員会著、「水道施設設計指針」、社団法人日本水道協会発行、２０００年３月３１日、１９４−１９９頁

本発明は、上記のような状況に鑑み、浄水施設の構成を簡略化し、浄水システムの効率を向上させる手段を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用する。即ち、流入した被処理液を凝集沈澱処理する装置であって密閉され内部を所定圧力に維持可能な圧力容器と、前記圧力容器の内部に設けられ、傾斜板を備える沈澱分離部と、を有する凝集沈澱装置である。このような構成をとることにより、凝集沈澱装置に流入する被処理水の水圧を活用して傾斜板へと向かう水流を得ることができ、ポンプ、高低差等の、水流を生じさせる機構を省略することができる。

これによって、凝集沈澱設備を簡略化、省スペース化することができ、浄水処理システム全体を効率化することができる。

また、前記被処理液には凝集剤が添加されており、前記圧力容器内には、前記被処理液を撹拌する撹拌部と、前記撹拌された被処理液にフロックを形成させるフロック形成部と
、を有していてもよい。

凝集沈澱処理のためには、沈澱処理の前工程として、被処理水に凝集剤を添加し、凝集剤が添加された被処理水を撹拌・混和し、被処理水中の除去対象物質を凝集（フロックを形成）する必要がある。上記の様な装置構成とすることにより、このような撹拌工程及びフロック形成工程での処理も、被処理水が装置内に流入する水圧を活用して行うことが可能になる。

また、前記撹拌部は、前記圧力容器内中央に鉛直方向に配置された流路であってもよく、前記フロック形成部は、前記撹拌部の周囲を囲う、前記撹拌部よりも広い流路であってもよい。このような構成によって、圧力容器内の空間を効率的に利用して、撹拌部、フロック部を配置することができ、広く流路を確保することができる。

また、前記傾斜板は、前記フロック形成部と前記圧力容器の内壁との間に等間隔で複数枚配置されていてもよい。このような構成により、傾斜板を用いた沈澱処理を装置内で偏り無く行うことができる。

前記複数の傾斜板は、前記圧力容器内で放射状に配置され、前記の各傾斜板の前記圧力容器の内壁と接する辺と、水平面とのなす角度が、６０度以上であってもよい。

水平面に対する傾斜板の傾斜角度が小さいほど、所定の高さの範囲内で多くの階層を形成することができるため、沈澱効率が高くなる一方、沈降物が傾斜板の上面に堆積してしまうおそれが生じる。この点、傾斜角を６０度程度まで大きくすると、沈降した沈降物は、傾斜板上に堆積せずに確実に滑り落ちるようになる。このため、装置の傾斜板が上記のような構成であると、沈降物が傾斜板上で堆積することを防止しつつ、装置の凝集沈澱効率を向上させることができる。

また、本発明は以下の浄水処理システムとしても把握することができる。即ち、凝集沈澱装置とろ過装置とを備えた浄水処理システムであって、前記凝集沈澱装置は圧力容器と、前記圧力容器内に、前記被処理液を撹拌する撹拌部と、前記撹拌された被処理液にフロックを形成させるフロック形成部と、傾斜板と、を有し、前記ろ過装置は、圧力容器と、該圧力容器内に、ろ材を有し、前記凝集沈澱装置と前記ろ過装置とが密閉状態で連続して接続され、前記凝集沈澱装置の流入口から流入した被処理水が大気開放されることなく凝集沈澱処理及びろ過処理されて、ろ過装置から浄水池または配水池に向けて送水されることを特徴とする、浄水処理システム、である。

本発明は、浄水施設の構成を簡略化し、浄水システムの効率を向上させる手段を提供することができる。

図１は実施例１に係る凝集沈澱装置の外観を表す側面図である。 図２は実施例１に係る凝集沈澱装置の内部構成概要を表す図である。 図３は実施例１に係る凝集沈澱装置内における水の流れを表す模式図である。 図４Ａは実施例１に係る凝集沈澱装置の傾斜翼を表す平面図、図４Ｂは実施例１に係る凝集沈澱装置の傾斜翼を表す斜視図である。 図５は実施例１の変形例に係る凝集沈澱装置の内部構成概要を表す図である。 図６は一般的な浄水処理システムを表す模式図である。 図７は実施例２に係る浄水処理システムを表す模式図である。 図８は傾斜板の、高さ、傾斜角、間隔、階層高さの関係を示す説明図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施例１＞
（装置の全体構成）
図１は、本実施例に係る凝集沈澱装置１の外観を表し、図２は凝集沈澱装置１の内部構成を表している。本実施例に係る凝集沈澱装置１は、処理対象としての被処理水を装置に取り込み、内部において凝集沈澱処理して、処理後の水（以下、処理済水ともいう）を装置外部に排出する、密閉され内部を所定圧力に維持可能な圧力容器である。凝集沈澱装置１は、図１に示すように円筒形状の下部が円錐状となっている筐体２を有しており、装置の下部に被処理水流入口２１及び排泥口２３を、装置上部に処理水流出口２２を有している。また図示を省略しているが、各流入出口用の弁、空気抜用の弁などを有している。また、凝集沈澱装置１は、図２に示すように、内部に撹拌部３、フロック形成部４、沈澱分離部５、処理水流出部６を有している。

図３は実施例１に係る凝集沈澱装置１内における水の流れを表す模式図である。図３に示すように、予め凝集剤が添加され、被処理水流入口２１から装置内に取り込まれた被処理水は、撹拌部３、フロック形成部４、沈澱分離部５、処理水流出部６の順に流れ、処理水流出口２２から流出する。ここで、凝集沈澱装置１は密閉された圧力容器であるため、装置内に流入する被処理水の水圧を利用して、ポンプなどの送水手段を用いずに、処理後の水を装置外（例えば、後工程のろ過装置など）に送水することができる。

撹拌部３は、円筒形状を有して凝集沈澱装置１の中心に位置しており、円筒内部には、円柱の周囲にブレードが螺旋状に形成されたスクリュー（以下、インラインミキサー３１という）が軸方向に沿って固定設置されている。このインラインミキサー３１と、撹拌部３を通過する被処理水自身の水流によって（即ち他の動力を用いずに）、凝集剤が添加されている被処理水の撹拌が行われる。ここで、凝集剤と被処理水と混和が適切に行われるためには、撹拌部３を通過する被処理水の流速はある程度高い速度（例えば、毎秒１ｍ程度）であることが望ましい。なお、図３に示すように、被処理水は撹拌部３を下から上に向かって流れ、撹拌部３の上端からフロック形成部４に流れ出るようになっている。

フロック形成部４は、撹拌部３を中心にして配置される円筒形状の部位であり、円筒内部における撹拌部３外壁とフロック形成部４内壁との間には、迂流板４１が軸方向に沿って複数設置されている。迂流板４１は、例えば、撹拌部３の外径と同じ直径を有する円形の空間を中心に有するドーナツ状の円板の外周の一端を切り欠いたような形状をしており、複数の迂流板４１は、該切り欠き部分が、撹拌部３を挟んで反対の位置になるように配置されている。撹拌部３から流れ出た被処理水は、迂流板４１の上面を伝いながらフロック形成部４の切り欠き部分を介して下方へ流れ落ち、フロック形成部４下部に設けられた整流壁４２によって、水流の方向が調整されて沈澱分離部５に流れ出るようになっている。このように迂流板４１によって流れが遮られ、緩やかな速度（例えば、毎秒２０ｃｍ程度）で撹拌されながら流れ落ちることで、フロックが形成される。

沈澱分離部５は、凝集沈澱装置１下部の円錐状部分（集泥室５２）及び、フロック形成
部４の外壁と凝集沈澱装置１の筐体２内壁との間の空間（傾斜翼部５１）からなり、傾斜翼部５１には、後に詳述する傾斜翼５１１が設置されている。被処理水は傾斜翼部５１下部から上部に向かう流れを作るが、フロック形成部４にて形成された被処理水中のフロックのうち、比較的大きな物は、傾斜翼部５１に運ばれる前に、集泥室５２の底部へと向かって沈降していく。さらに、被処理水が傾斜翼部５１を通過する間に、微細なフロックも集泥室５２底部へと沈降していく。なお、集泥室５２底部に堆積した泥土（スラッジ）は、排泥ノズル５２１を通じて排泥口２３から装置外部に排出される。

そして、沈澱分離部５を通過した被処理水は、疎流板６１によって仕切られた空間である処理水流出部６へと向かい、処理水流出口２２から、装置外部に流出する。疎流板６１は、凝集沈澱装置１の筐体２の直径よりも少し小さな直径を有する円形の板状部材であり、中心が凝集沈澱装置１の中心と一致するようにして、水平に配置されている。このため、疎流板６１の外周と筐体２の内壁との間に隙間が生じ、この隙間から、沈澱分離部５を通過した被処理水が処理水流出部６へ流入する。

なお、本実施例に係る凝集沈澱装置１は、処理水量が一日当たり１００立方メートル程度の装置であり、上記の主要部分の寸法は、例えば次に示すようなものにできる。即ち、中心に位置する撹拌部３は口径約５０ｍｍ程度、その外側に位置するフロック形成部４は径約４００ｍｍ程度、さらにその外側に位置する沈澱分離部５は径約１２００ｍｍ程度で、沈澱分離部５における沈降装置の高さは約８９０ｍｍ程度である。

（傾斜翼について）
次に、傾斜翼部５１及び傾斜翼５１１の構造について詳しく説明する。傾斜翼部５１は全体としては円筒状、平面視ではドーナツ型の形状をしており、その中心の穴部分に、撹拌部３及びフロック形成部４が配置される構成となっている。そして、複数（例えば４０枚）の傾斜翼５１１が、前記ドーナツ形状の中心（即ち、凝集沈澱装置１の中心軸）に対して放射状に等間隔に並べて配置されている。なお、本実施例における傾斜翼５１１が、傾斜板に相当する。

図４は、４０枚の傾斜翼５１１（以下、傾斜翼群という）を表す図である。図４Ａは、傾斜翼群の平面視における状態を示しており、図４Ｂは、傾斜翼群を側面やや斜め上方から見た状態を示している。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、各傾斜翼は平面視において内周部（即ちフロック形成部４の外壁と接する部分）から放射状に広がっており、上端の辺が内周部から外周部に向けて水平に真っ直ぐ延びている。このため、外周部（即ち筐体２の内壁と接する部分）と内周部とでは、隣接する傾斜翼５１１同士の間隔Ｄは異なっており、例えば、外周部においては約９４ｍｍ、内周部においては約３１ｍｍである。

また、図４Ｂに示すように、各傾斜翼は同一の高さ（例えば、約８１５ｍｍ）を有し、それぞれ周方向に対して傾斜角が付いているが、この角度も外周部と内周部とで相違している。本実施例では、傾斜翼５１１の角度は外周部では６０度であるのに対し、内周部では７９度である。即ち、傾斜翼５１１は単なる長方形の平板を斜めにしたものではなく、内周部に接する辺と外周部に接する辺の長さが異なり、展開時には内周部側と外周部側に曲線を有する板状部材（例えば、ステンレス板）によって形成されている。

なお、傾斜翼５１１の傾斜角は、６０度以上とすることが望ましい。こうすることで、傾斜翼５１１の上面に沈降した沈降物が、堆積せずに確実に滑り落ちる。

以上のような傾斜翼群の構成により、装置全体に隙間無く有効沈澱空間を形成することができる。即ち、凝集沈澱処理を行うための空間が円筒形状であっても、無駄無く傾斜翼５１１を配置することができ、効率的に凝集沈澱処理を行うことができる。このような効
果は、本実施例に係る凝集沈澱装置１に限らず、例えば円筒形の開放型沈澱池に傾斜翼群を設置する場合であっても同様に発揮される。

なお、各傾斜翼は一枚ずつ傾斜翼部５１に設置されるのであってもよいが、一体型の傾斜翼群モジュールとして構成されたものを配設するようにしてもよい。このようなモジュール化されたような構造であれば、例えば部品交換を容易に行うことができる、部材の管理負担が軽減する、などの利点がある。

次に、傾斜翼５１１による沈澱効率の向上について、図８を参照しながら説明する。図８は傾斜板の、高さ、傾斜角、間隔、階層高さの関係を示す説明図である。上記の通り、本実施例において、傾斜翼５１１の外周部の傾斜角θは６０度、翼同士の間隔Ｄは約９４ｍｍであるため、階層高さｈは概ね１６３ｍｍである。そして、傾斜翼５１１の高さＨは約８１５ｍｍであるため、この値を１６３で除すと約５となり、沈澱効率は傾斜翼５１１を用いない場合の約５倍となる。

なお、本実施例においては、傾斜翼５１１内周部の傾斜角θは７９度であり、外周部に比べると大きいが、翼同士の間隔Ｄが約３１ｍｍと外周部に比べて狭いため、内周部においても外周部とほぼ同様に沈澱効率が向上する。具体的には、階層高さｈは概ね１５９ｍｍとなり、この値で８１５を除すと約５となり、沈澱効率は傾斜翼５１１を用いない場合の約５倍となる。このように、本実施例に係る凝集沈澱装置１に用いる傾斜翼５１１の、傾斜角θ、傾斜翼５１１同士の間隔Ｄ、高さＨの関係は、Ｄ×ｔａｎθ×５≦Ｈとして表すことができる。即ち、傾斜翼５１１の外周部から内周部に向けて傾斜角θは大きくなるが、傾斜翼５１１同士の間隔Ｄは反比例して小さくなり、傾斜翼５１１の高さＨは一定であるため、傾斜翼５１１の全域に亘って沈澱効率は概ね一定（ここでは約５倍）となる。

また、本実施例においては、傾斜翼５１１内周部の傾斜角θは７９度としたが、この角度は装置内におけるフロック形成部４の直径に応じて定まるものである。そして、フロック形成部４の直径は、撹拌部３及びフロック形成部４の必要容量から定められるため、傾斜翼５１１内周部の傾斜角は、該必要容量の違いに応じて装置毎に異なり得る。

ここまで説明したような凝集沈澱装置１の構成により、狭いスペースにおいても、動力源を必要とせずに、優れた沈澱効率を発揮する凝集沈澱手段を提供することができる。

（変形例）
なお、凝集沈澱装置１の構成を上記実施例１とは異なる構成とすることも、もちろん可能である。図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃは凝集沈澱装置１の変形例を表す図である。本変形例に係る凝集沈澱装置１は、実施例１の凝集沈澱装置１と共通の構成を多く有しているため、そのような箇所については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図５Ａは本変形例に係る凝集沈澱装置１の内部構成の概要を表す図であり、図５Ｂは本変形例に係る凝集沈澱装置１の集水板７１の平面図である。図５Ａ、図５Ｂに示すように、本変形例に係る凝集沈澱装置１は、疎流板６１に代えて、傾斜翼部５１の外径と同じ直径を有する集水板７１が配置されている。集水板７１には、厚み方向に貫通する集水孔７２が、周方向に均等な間隔で複数配置され、それがさらに径方向に複数列並ぶような配置で設けられており、これらの集水孔７２を介して被処理水が処理水流出部６に流入するようになっている。

このような構成により、沈澱分離部５を通過した被処理水は均等に配置された経路から、迂回すること無く処理水流出部６へと速やかに進入することができるため、装置全体の処理効率の低下を防止することができる。

また、本変形例に係る凝集沈澱装置１には、傾斜翼部５１の下部に、５枚の整流板７３を備えている。図５Ｃは、５枚の整流板７３の斜視図である。図５Ａ及び、図５Ｃに示すように、整流板７３は板状部材を円環状に形成したものであり、それぞれ直径の異なる５枚の整流板７３が、凝集沈澱装置１と同軸になるように配置されている。また、５枚の整流板７３はそれぞれ高さも異なっており、装置の内周部から外周部へ向けて、低い方から順に配置される。

このような整流板７３の働きにより、フロック形成部４から流れ出た被処理水は、よりスムーズに傾斜翼部５１を上方へと向かう流れを作ることができる。

＜実施例２＞
次に、図６及び図７を用いて、本発明に係る第２の実施例を説明する。第２の実施例は、浄水処理システムに関し、図６は従来の一般的な浄水処理システムを示す図であり、図７は本実施例に係る浄水処理システムを示す図である。

図６に示すように、従来の浄水処理システムでは、取水設備８１により原水を取水し、これを浄水場の着水井８２までポンプ９０などにより圧送し、着水井８２にて一旦水流を安定させた上で、薬品混和池８３で凝集剤と原水を急速撹拌して混和し、フロック形成池８４にて凝集剤が混和された原水を緩速撹拌してフロックを形成させ、さらに沈澱池８５にて凝集沈澱処理を行っていた。そして、凝集沈澱後の処理水はさらにポンプ９０などの手段によりろ過池８６に送水され、そこでろ過された後に浄水池８７で塩素消毒され、その後、配水池８８に貯留されて配水管８９から各ユーザーに配水される、という流れになっている。なお、ポンプに代えて高低差を設けることも一般に行われる。

以上の様なシステムであると、各処理工程毎に異なる処理設備（池）が必要になり、また、各工程から後工程へと水を送る際には、ポンプ、高低差などの送水手段が必要となるため、システム全体が大規模になり、非効率な面があった。

図７に示す本実施例に係る浄水処理システム１００では、圧力容器内に撹拌部と、フロック形成部と、傾斜板を含む沈澱分離部とを備える圧力式の凝集沈澱装置１０１と、同じく圧力容器内にろ過部材を備える圧力式のろ過装置１０２とを用いて、上記のような問題点を解決している。

即ち、本実施例においては、取水設備８１により取水された原水は、凝集剤が添加された上で、凝集沈澱装置１０１内に送水される。なお、凝集沈澱装置１０１は、実施例１で説明したものと同一の構成を有するものとし、説明は省略する。凝集沈澱装置１０１で処理された水は、そのまま大気開放されずに圧力式のろ過装置１０２へと送水され、該装置内のろ材にて急速ろ過された後、浄水池８７（又は直接配水池８８）へと送水される。

凝集沈澱装置１０１及び圧力式のろ過装置１０２は密閉されており、取水設備から凝集沈澱装置１０１へと原水を送水する一次圧力を活用して、その後の各工程へと被処理水を送水することができるため、送水のための手段を別途講じる必要をなくすことができる。また、各装置は密閉状態であるため、装置内の各工程において外乱の影響を受けることがない。さらに、各装置はコンパクトに設計でき、設置箇所を比較的自由に定めることができる。

以上、説明したような浄水処理システム１００により、浄水処理設備を省スペースに設計でき、浄水処理システムの効率を向上させることができる。

＜その他＞
上記の各実施例は、本発明を例示的に説明するものに過ぎず、本発明は上記の具体的な形態には限定されない。本発明はその技術的思想の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上記実施例１では傾斜翼の材質はステンレス板であったが、他の金属板を用いても良いし、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニルなどの樹脂であっても構わない。

また、上記実施例においては、凝集沈澱装置１の本体形状は円筒形状の下部が円錐状となっているものであったが、これに限る必要は無く、他の形状を採用してもよい。例えば、通常の円筒形状であってもよいし、球状や多角柱形状であってもよい。

また、上記実施例においては、複数の傾斜翼は円形断面の中心に対して放射状に配置されていた。しかしながら、傾斜翼の配置も上記に限られない。例えば、凝集沈澱装置１の本体形状が多角柱形状である場合には、装置本体を平面視した場合の対角線の交点に対して、複数の傾斜翼が放射状に配置されるようにしてもよい。また、複数の傾斜翼は、装置本体の断面の中心以外の位置に対して放射状に配置されてもよい。

また、上記実施例２において、凝集沈澱装置（及び圧力式のろ過装置）を複数並列的に一体化したモジュールを用いても構わない。このようにすれば、装置一台当たりの処理能力に限定されずに、任意の処理能力を有する浄水処理システムを構築することができる。

１、１０１・・・凝集沈澱装置
２・・・筐体
３・・・撹拌部
３１・・・インラインミキサー
４・・・フロック形成部
４１・・・迂流板
４２・・・整流壁
５・・・沈澱分離部
５１１・・・傾斜翼
６・・・処理水流出部
６１・・・疎流板
７１・・・集水板
７２・・・集水孔
７３・・・整流板

Claims (3)

1. 流入した、凝集剤が添加されている被処理液を凝集沈澱処理する装置であって
   前記被処理液を撹拌する撹拌部と、前記撹拌された被処理液にフロックを形成させるフロック形成部と、を備える圧力容器と、
   前記圧力容器の内部に設けられ、傾斜板を備える沈澱分離部と、を有しており、
   前記撹拌部は、前記圧力容器内中央に鉛直方向に配置された流路であり、
   前記フロック形成部は、前記撹拌部の周囲を囲う、前記撹拌部よりも広い流路である、
   ことを特徴とする凝集沈澱装置。
2. 流入した、凝集剤が添加されている被処理液を凝集沈澱処理する装置であって
   前記被処理液を撹拌する撹拌部と、前記撹拌された被処理液にフロックを形成させるフロック形成部と、を備える圧力容器と、
   前記圧力容器の内部に設けられ、複数の傾斜板を備える沈澱分離部と、を有しており、
   前記複数の傾斜板は、
   平面視において前記圧力容器中心から放射状に広がり、各傾斜板の上端の辺が前記フロック形成部から前記圧力容器の内壁に向けて水平に延びるように等間隔で配置されており、
   各傾斜板の前記フロック形成部に接する辺と前記圧力容器の内壁に接する辺の長さが異なり、かつ、各傾斜板の前記圧力容器の内壁と接する辺と水平面とのなす角度が６０度以上である、
   ことを特徴とする凝集沈澱装置。
3. 凝集沈澱装置とろ過装置と、前記ろ過装置によりろ過された処理水が送水される配水池と、を少なくとも備えた浄水処理システムであって、
   前記凝集沈澱装置と前記ろ過装置とは別体の装置として構成されており、
   前記凝集沈澱装置は
   圧力容器と、
   前記圧力容器内に、
   被処理液を撹拌する撹拌部と、
   前記撹拌された被処理液にフロックを形成させるフロック形成部と、
   傾斜板と、を有し、
   前記ろ過装置は、
   圧力容器と、該圧力容器内に、ろ材を有し、
   前記凝集沈澱装置と前記ろ過装置とが密閉状態で連続して接続され、
   前記凝集沈澱装置の流入口から流入した被処理水が大気開放されることなく凝集沈澱処理及びろ過処理されて、前記ろ過装置から、浄水池を経由して、または直接、配水池に送水されることを特徴とする、浄水処理システム。

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