JP6779812B2 - 凝集沈殿装置 - Google Patents

Description

本発明は、造粒型の凝集沈殿装置に関する。

水処理装置の１つとして、用水処理や排水処理などに凝集沈殿装置が広く用いられている。凝集沈殿装置は、原水に含まれる懸濁物質を沈殿槽内で凝集させて沈殿させ、原水を汚泥と処理水とに分離するものである。すなわち、沈殿槽に供給される原水は、汚泥による流動層（スラッジブランケット）を通過する際に、原水中の懸濁物質やフロックがスラッジブランケットに捕捉され、ろ過された上澄み液が処理水として得られることになる。

このような凝集沈殿装置の中でも、凝集剤が添加された原水を沈殿槽内で撹拌し、衝突や転がり運動を繰り返すことで原水中のフロックの粒径を次第に増大させて球状のペレットを形成する造粒型の凝集沈殿装置が知られている。造粒型の凝集沈殿装置では、高密度で沈降速度が速いペレットが流動層（ペレットブランケット）を形成することで、より高速での処理が可能になるとともに、沈殿槽内の通水線速度（ＬＶ）を大きくして沈殿槽の小型化も実現することができる。

一方で、沈殿槽内の通水ＬＶを大きくすると、被処理水が均等に流れずに偏流を引き起こすため、スラッジブランケットに乱れが発生し、スラッジブランケットによる微細なフロックの捕捉能力が低下してしまう。これに対し、通水ＬＶを大きくした場合にも清澄な処理水を得るための方法として、回転式のディストリビュータを用いて沈殿槽内に原水を均一に分散させて供給する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第５１４３７６２号公報

造粒型の凝集沈殿装置において回転式のディストリビュータを採用しようとすると、凝集フロックを撹拌して造粒させる撹拌翼の駆動手段と、ディストリビュータの駆動手段とが必要になり、コストが上昇してしまう。

そこで、本発明の目的は、コストを増加させることなく、高速処理を実現しながら清澄な処理水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。

上述した目的を達成するために、本発明の凝集沈殿装置は、被処理水に含まれる懸濁物質を沈殿槽内で凝集させて沈殿させ、被処理水を汚泥と処理水とに分離する凝集沈殿装置であって、沈殿槽内に回転可能に設けられ、凝集剤が添加された被処理水を沈殿槽内に供給するディストリビュータと、ディストリビュータに取り付けられ、ディストリビュータと共に回転して被処理水を撹拌し、被処理水中のフロックを造粒する撹拌翼と、を有し、一態様では、ディストリビュータが、沈殿槽の上部で鉛直方向に延び、回転可能に設けられた筒状の流入管と、流入管の下端から放射状に分岐して沈殿槽の下部に向かって延び、被処理水を沈殿槽内に供給する供給口をそれぞれの下端に有する複数の分配管と、を有し、撹拌翼が、複数の分配管のそれぞれの外周面に取り付けられており、他の態様では、ディストリビュータが、沈殿槽の上部から下部に向かって鉛直方向に延び、回転可能に設けられ、被処理水を沈殿槽内に供給する供給口を下端に有する筒状の流入管を有し、撹拌翼が、流入管の外周面に取り付けられており、撹拌翼が、撹拌翼の移動方向と直交する方向に対して移動方向の上流側に傾斜して設けられている。

このような凝集沈殿装置では、撹拌翼のための駆動手段が不要になり、ディストリビュータを回転させるだけで、ディストリビュータによる被処理水の均一分配と、撹拌翼によるフロックの造粒とを実現することができる。

以上、本発明によれば、コストを増加させることなく、高速処理を実現しながら清澄な処理水を得ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る凝集沈殿装置の概略断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る撹拌翼の取り付け例を示す概略図である。 本発明の第２の実施形態に係る凝集沈殿装置の概略断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る撹拌翼の配置例を示す概略断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る凝集沈殿装置の概略断面図である。

凝集沈殿装置１は、含有する懸濁物質を凝集させて沈殿させることで原水（被処理水）を汚泥と上澄み液（処理水）とに分離する造粒型の凝集沈殿装置であり、沈殿槽１０と、ディストリビュータ２０と、複数の撹拌翼３０とを有している。

沈殿槽１０は、原水を受け入れるために円筒形状を有している。沈殿槽１０内には、後述するように、造粒されたフロック（ペレット）による流動層（ペレットブランケット）Ａと、懸濁物質やフロックが除去された清澄な上澄み液（処理水）Ｂが形成される。沈殿槽１０の上端には、沈殿槽１０をオーバーフローした上澄み液Ｂを集水するための集水槽１１が設けられ、集水槽１１には、その上澄み液Ｂを取り出すための流出管１２が接続されている。沈殿槽１０の下端には、沈殿槽１０の底部に堆積した濃縮汚泥（高濃度に濃縮されたペレット）を引き抜くための引き抜き管１３が接続されている。また、沈殿槽１０の上部には、沈殿槽１０に原水を導入するための原水導入ライン１４が設けられている。さらに、沈殿槽１０には、上述の濃縮汚泥を貯留するための濃縮部が下部や側面に設けられていてもよい。なお、沈殿槽１０の形状は円筒形状に限定されるものではなく、例えば、多角筒形状であってもよい。

ディストリビュータ２０は、鉛直方向に延びる回転軸Ｌを中心として沈殿槽１０内に回転可能に設けられ、原水導入ライン１４から導入される原水を沈殿槽１０内に均一に分散させて供給するものである。ディストリビュータ２０は、沈殿槽１０の上部から下部に向かって鉛直方向に延びる円筒形状の原水流入管２１と、原水流入管２１の下端に設けられた複数の原水供給口２２とを有している。

原水流入管２１は、原水流入管２１の内側に固定されたシャフト２３を通じてモータ２４に連結され、したがって、モータ２４の駆動により回転軸Ｌを中心として回転可能である。モータ２４は、インバータによって制御され、沈殿槽１０内での原水の通水線速度（ＬＶ）に応じてディストリビュータ２０の回転速度を変化させるようになっている。複数の原水供給口２２は、原水流入管２１の半径方向外側に開口するように設けられ、これにより、半径方向外側に向けて原水を吹き出すことができる。なお、原水供給口２２の数は特定の数に限定されるものではなく、処理流量など様々な条件に応じて最適な数を選択することができる。また、複数の原水供給口２２の代わりに、原水流入管２１の外周面に円環状に開口する１つの原水供給口が設けられていてもよい。なお、原水流入管２１の形状は円筒形状に限定されるものではなく、例えば、多角筒形状であってもよい。

複数の撹拌翼３０は、それぞれ細長い平板状の部材からなり、ディストリビュータ２０の原水流入管２１の外周面から放射状に延びるように設けられている。これにより、複数の撹拌翼３０は、ディストリビュータ２０と共に回転して沈殿槽１０内のペレットブランケットＡを撹拌し、微細なフロックの粒径を増大させて球状のペレットに造粒することができる。

ここで、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、凝集沈殿装置１の前段で原水に凝集剤が添加され、原水に含まれる懸濁物質の凝集が開始される。そして、この凝集過程のフロックを含む原水が、原水導入ライン１４から原水流入管２１を通じて沈殿槽１０に導入される。あるいは、原水は、凝集沈殿装置１の前段で凝集剤が添加される代わりに、原水流入管２１内で凝集剤が添加されて沈殿槽１０に導入される。原水流入管２１に流入した原水は、ディストリビュータ２０の回転に伴って、原水流入管２１の下端に設けられた原水供給口２２から周方向にほぼ均一に吐出される。このとき、原水中の凝集過程のフロックは、ディストリビュータ２０と共に回転する複数の撹拌翼３０により撹拌され、衝突や転がり運動を繰り返すことで粒径が次第に増大して球状のペレットに造粒される。こうして、沈殿槽１０内の下部には、ペレットによる流動層であるペレットブランケットＡが形成される。その後、沈殿槽１０の底部付近から供給される原水は、ペレットブランケットＡを通過する間に懸濁物質やフロックがペレットブランケットＡに捕捉され、ろ過された上澄み液（処理水）Ｂとなって沈殿槽１０の上部に上昇する。そして、上澄み液Ｂは、沈殿槽１０をオーバーフローすると、集水槽１１から流出管１２を通じて取り出される。

このように、本実施形態では、回転式のディストリビュータ２０に撹拌翼３０が取り付けられているため、ディストリビュータ２０を回転させるだけで撹拌翼３０も回転させることができる。したがって、撹拌翼３０を回転させるための駆動手段が不要になり、コストを増加させることなく、ディストリビュータ２０と撹拌翼３０の両方の利点を享受することができる。すなわち、ディストリビュータ２０による原水の均一分配によって処理効率を向上させて、より清澄な処理水を得ることができ、それと同時に、撹拌翼３０によるペレットの形成によって、より高速での処理が可能になる。

また、本実施形態では、高密度で沈降速度が速いペレットによる流動層（ペレットブランケットＡ）が形成されるため、沈殿槽１０内での原水の通水ＬＶを大きくすることができ、沈殿槽１０の小型化も実現することができる。なお、通水ＬＶを大きくすると、原水中のフロックと撹拌翼３０との接触回数が減少し、機械的な脱水処理が十分に行われず、結果的にフロックを十分に造粒することができなくなる可能性がある。しかしながら、本実施形態では、モータ２４のインバータ制御により、ディストリビュータ２０の回転速度、すなわち撹拌翼３０の撹拌速度を通水ＬＶに応じて変化させるように構成されている。そのため、原水の通水ＬＶを大きくしても、それに応じて撹拌速度を増加させ、高密度で沈降速度が速いペレットを十分に形成することができる。さらに、ディストリビュータ２０の回転速度も増加するため、通水ＬＶの増加に伴って発生し得る原水の分散効率の低下も抑制することができる。

なお、原水流入管２１に取り付けられる撹拌翼３０の数および位置は、特定のものに限定されるものではない。撹拌翼３０の数としては、処理流量など様々な条件に応じて最適な数を選択することができる。また、撹拌翼３０の配置は、ディストリビュータ２０（原水流入管２１）の回転軸Ｌを中心として対称的であってもよく非対称であってもよい。あるいは、撹拌翼３０は、原水流入管２１の軸方向に沿ってらせん状や千鳥状に配置されていてもよい。

本実施形態では、各撹拌翼３０は、長手方向が原水流入管２１の外周面の法線方向、すなわち回転方向（撹拌翼３０の移動方向）と直交する方向に沿って設けられ、短手方向が鉛直方向に沿って設けられているが、撹拌翼３０の取り付け角度は、これに限定されるものではない。図２は、撹拌翼３０の他の取り付け例を示す図であり、図２（ａ）は、原水流入管２１の軸方向に垂直な断面を示し、図２（ｂ）および図２（ｃ）は、撹拌翼３０の長手方向に垂直な平面を示している。例えば、図２（ａ）に示すように、撹拌翼３０は、長手方向が原水流入管２１の回転方向（撹拌翼３０の移動方向）と直交する方向（図中破線参照）に対して回転方向の上流側に傾斜して設けられていてもよい。これにより、撹拌翼３０上でのペレットの転がり運動を促進させることができる。また、図２（ｂ）および図２（ｃ）に示すように、撹拌翼３０は、短手方向が鉛直方向に対して傾斜して設けられていてもよい。これにより、原水流入管２１が回転したときに、沈殿槽１０内でフロックに上向きの流れ（図２（ｂ）参照）や下向きの流れ（図２（ｃ）参照）を生じさせ、フロック同士の衝突回数を増加させて効率的にペレットを形成することができる。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る凝集沈殿装置の概略断面図である。以下、第１の実施形態と同様の構成については、図面に同じ符号を付してその説明を省略し、第１の実施形態と異なる構成のみ説明する。

本実施形態は、ディストリビュータ２０の構成が変更され、それに伴い撹拌翼３０の設置位置が変更されている点で第１の実施形態と異なっている。具体的には、ディストリビュータ２０の原水流入管２１ａは、第１の実施形態と異なり、沈殿槽１０の上部にのみ設けられ、その下端には、原水流入管２１ａから放射状に分岐して沈殿槽１０の下部に向かって延びる複数の分配管２１ｂが接続されている。なお、原水供給口２２は、複数の分配管２１ｂのそれぞれの下端に軸方向下側に開口するように設けられ、これにより、沈殿槽１０の底面に向かって原水を吐出させて上昇流を生じさせることができる。さらに、複数の撹拌翼３０は、複数の分配管２１ｂのそれぞれの外周面に取り付けられている。このような構成により、第１の実施形態と同様に、ディストリビュータ２０による原水の均一分配と、撹拌翼３０によるフロックの造粒とを実現することができる。

分配管２１ｂの数としては、少なくとも２つであればよく、処理流量など様々な条件に応じて最適な数を選択することができる。また、その配置も特に制限はないが、ディストリビュータ２０をバランスよく回転させるために、ディストリビュータ２０（原水流入管２１ａ）の回転軸Ｌを中心として対称的な配置であることが好ましい。

撹拌翼３０の配置は、ペレットブランケットＡを均一に撹拌するようになっていれば、特定の配置に限定されるものではない。図４は、そのような撹拌翼３０の配置例を示す図であり、分配管２１ｂの軸方向に垂直な断面を示している。撹拌翼３０は、例えば、図４（ａ）に示すように、分配管２１ｂ（撹拌翼３０）の移動方向（図中矢印参照）と直交する方向の両側でその方向に沿って設けられていてもよい。あるいは、上述したように、翼上でのペレットの転がり運動を促進させるために、撹拌翼３０は、図４（ｂ）に示すように、分配管２１ｂの移動方向に対して後傾（移動方向と直交する方向に対して移動方向の上流側に傾斜）するように設けられていてもよい。さらに、各撹拌翼３０は、分配管２１ｂに対して、図２（ｂ）および図２（ｃ）に示すような取り付け角度で取り付けられていてもよい。

また、図４に示す配置例では、分配管２１ｂの移動方向と直交する方向の両側に同じ長さの撹拌翼３０がそれぞれ設けられているが、分配管２１ｂの配置（例えば回転軸Ｌからの距離）によっては、長さの異なるものが設けられていてもよく、あるいは、片側にだけ設けられていてもよい。例えば、本実施形態において上述した濃縮部を設ける場合、その設置位置としては、沈殿槽１０の下部や側面だけでなく、中心付近（原水流入管２１ａの下方で複数の分配管２１ｂに囲まれた空間）も可能であるが、その場合、分配管２１ｂの濃縮部に対向する側の面には撹拌翼３０が設けられていなくてもよい。

１ 凝集沈殿装置
１０ 沈殿槽
１１ 集水槽
１２ 流出管
１３ 引き抜き管
１４ 原水導入ライン
２０ ディストリビュータ
２１，２１ａ 原水流入管
２１ｂ 分配管
２２ 原水供給口
２３ シャフト
２４ モータ
３０ 撹拌翼

Claims (9)

1. 被処理水に含まれる懸濁物質を沈殿槽内で凝集させて沈殿させ、前記被処理水を汚泥と処理水とに分離する凝集沈殿装置であって、
   前記沈殿槽内に回転可能に設けられ、凝集剤が添加された前記被処理水を前記沈殿槽内に供給するディストリビュータと、
   前記ディストリビュータに取り付けられ、前記ディストリビュータと共に回転して前記被処理水を撹拌し、該被処理水中のフロックを造粒する撹拌翼と、
   を有し、
   前記ディストリビュータが、前記沈殿槽の上部で鉛直方向に延び、回転可能に設けられた筒状の流入管と、前記流入管の下端から放射状に分岐して前記沈殿槽の下部に向かって延び、前記被処理水を前記沈殿槽内に供給する供給口をそれぞれの下端に有する複数の分配管と、を有し、
   前記撹拌翼が、前記複数の分配管のそれぞれの外周面に取り付けられている、凝集沈殿装置。
2. 被処理水に含まれる懸濁物質を沈殿槽内で凝集させて沈殿させ、前記被処理水を汚泥と処理水とに分離する凝集沈殿装置であって、
   前記沈殿槽内に回転可能に設けられ、凝集剤が添加された前記被処理水を前記沈殿槽内に供給するディストリビュータと、
   前記ディストリビュータに取り付けられ、前記ディストリビュータと共に回転して前記被処理水を撹拌し、該被処理水中のフロックを造粒する撹拌翼と、
   を有し、
   前記ディストリビュータが、前記沈殿槽の上部から下部に向かって鉛直方向に延び、回転可能に設けられた筒状の流入管であって、前記被処理水を前記沈殿槽内に供給する供給口を下端に有する筒状の流入管を有し、
   前記撹拌翼が、前記流入管の外周面に取り付けられ、かつ該撹拌翼の移動方向と直交する方向に対して前記移動方向の上流側に傾斜して設けられている、凝集沈殿装置。
3. 前記供給口が、前記分配管の軸方向下側に開口するように設けられている、請求項１に記載の凝集沈殿装置。
4. 前記撹拌翼が、該撹拌翼の移動方向と直交する方向に沿って設けられている、請求項１または３に記載の凝集沈殿装置。
5. 前記撹拌翼が、該撹拌翼の移動方向と直交する方向に対して前記移動方向の上流側に傾斜して設けられている、請求項１または３に記載の凝集沈殿装置。
6. 前記供給口が、前記流入管の半径方向外側に開口するように設けられている、請求項２に記載の凝集沈殿装置。
7. 前記ディストリビュータは、前記沈殿槽内での前記被処理水の通水線速度に応じて回転速度が変化するように構成されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の凝集沈殿装置。
8. 前記撹拌翼が、鉛直方向に沿って設けられている、請求項１から７のいずれか１項に記載の凝集沈殿装置。
9. 前記撹拌翼が、鉛直方向に対して傾斜して設けられている、請求項１から７のいずれか１項に記載の凝集沈殿装置。

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