JP6867233B2 - 分散装置及び処理対象水の処理システム - Google Patents

Description

本発明は、分散装置及び処理対象水の処理システムに関する。

下水などの処理対象水を処理する上で、廃水中の固形成分（浮遊性固形物やコロイドなど）を除去する処理を行う場合がある。この固形成分の除去は、凝集処理を加えることで効率的に行うことができる。凝集処理では、処理対象水に対して凝集剤を添加して、処理対象水中の固形成分を凝集剤中の成分で粗大化してフロックを形成させる。固形成分は、フロック化することで沈降性が高くなるため、フロックを沈殿させることで、処理対象水から分離、除去している。

凝集剤は、処理対象水中に分散することが望ましい。凝集剤が処理対象水中に分散せず、一部の領域に集中して存在した場合、集中した領域における固形成分のみを凝集して、その領域以外の固形成分を適切に凝集できなくなるおそれがある。例えばエマルション型の高分子凝集剤は、通常、処理対象水に添加する前に固形成分を含まない溶解用水に添加して、１０分程度撹拌することで、溶解用水内に高分子凝集剤を分散、希釈、及び溶解させる。そして、高分子凝集剤が溶解した溶解用水を処理対象水に加え、撹拌することで分散させている。また、特許文献１には、凝集反応槽内で下水に凝集剤を添加して、攪拌機で撹拌混合する技術が記載されている。

特開２００７−２２９６５８号公報

しかし、凝集剤を処理対象水中に分散する技術には、改善の余地がある。例えばエマルション型の高分子凝集剤を使用する場合、溶解用水内に高分子凝集剤を溶解させるというステップが必要となるため、作業の手間を要する。また、特許文献１のように、単に攪拌機で撹拌混合しても、適切に分散しないおそれもある。また、無機凝集剤においても、高濃度溶液（原液）が処理対象水中に添加される時も、高分子の使用する場合と同様、局部的に高濃度部分を生じる。単にその後に攪拌機で撹拌混合しても、適切に分散しないおそれがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、凝集剤を処理対象水中に適切に分散させる分散装置及び処理対象水の処理システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の分散装置は、処理対象水が流れる水路内においてトンネル空間を形成するように設けられ、前記処理対象水を前記トンネル空間の内側を流れるものと外側を流れるものとに分流することを可能とするトンネル部と、前記トンネル部の内部に設けられて、回転軸を中心に回転運動をする回転翼部と、前記水路内であって前記回転翼部よりも上流側に添加口が配置され、前記添加口から凝集剤を添加する凝集剤添加部と、を有し、前記回転翼部は、回転運動をすることにより、前記水路内を流れる処理対象水の一部を、前記凝集剤添加部により凝集剤が添加された状態としながら前記トンネル部内に吸引し、吸引した前記凝集剤が添加された処理対象水を前記トンネル部内で撹拌し、撹拌した前記凝集剤が添加された処理対象水を前記トンネル部外に排出して、前記トンネル部の外側を流れてきた処理対象水に合流させることにより、前記水路内を流れる処理対象水内に前記凝集剤を分散させる。

前記回転翼部は、前記トンネル部内の処理対象水の流速を、前記水路内であって前記トンネル部外の処理対象水の流速よりも高くすることが好ましい。

前記トンネル部は、前記処理対象水を内部に吸引する開口である入口部と、前記処理対象水を外部に排出する開口である出口部と、を有し、前記出口部の開口径が、前記入口部の開口径より小さいことが好ましい。

前記添加口は、前記トンネル部内であって、前記トンネル部の入口部と前記回転翼部との間に配置されていることが好ましい。

前記凝集剤は、エマルション型の高分子凝集剤であることが好ましい。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の処理対象水の処理システムは、処理対象水が流れる水路と、前記水路内に設けられた前記分散装置と、前記分散装置によって前記凝集剤が分散された処理対象水が前記水路内から流入し、流入した処理対象水中で分散した凝集剤によりフロックを生成させるとともに生成したフロックを沈殿分離する分離槽と、を有する。

本発明によれば、凝集剤を処理対象水中に適切に分散させることができる。

図１は、本実施形態に係る処理システムの模式図である。 図２は、凝集剤による固形成分の凝集の原理を説明する模式図である。 図３は、凝集剤による固形成分の凝集の原理を説明する模式図である。 図４は、凝集剤による固形成分の凝集の原理を説明する模式図である。 図５は、凝集剤による固形成分の凝集の原理を説明する模式図である。 図６は、第１実施形態に係る分散装置の構成を示す模式図である。 図７は、分散装置の構成の他の例を示す模式図である。 図８は、分散装置の構成の他の例を示す模式図である。 図９は、第２実施形態に係る分散装置の構成を示す模式図である。 図１０は、第３実施形態に係る分散装置の構成を示す模式図である。 図１１は、第３実施形態に係る分散装置の構成を示す模式図である。 図１２は、濁度及びＳＳ除去率の測定結果を示す図表である。

以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。

（第１実施形態）
（処理対象水処理システムについて）
図１は、本実施形態に係る処理システムの模式図である。図１に示すように、本実施形態に係る処理システム１は、水路１０と、分散装置１２と、分離槽１４と、生物反応槽１６と、最終沈殿槽１８と、排出路２０と、バイパス路２１と、流量測定部２２と、バイパス弁２４と、制御部２６とを有する。処理システム１は、処理対象水Ｗを処理するシステムであり、水路１０から流入してくる原水Ｗ０に対して以下説明する処理を実行して浄化し、処理済み水Ｗ５として外部環境に排出する。なお、以下、処理システム１を経る過程で、原水Ｗ０、撹拌水Ｗ１、分散水Ｗ２、上澄み水Ｗ３、処理水Ｗ４、処理済み水Ｗ５について説明するが、これらを区別しない場合は、処理対象水Ｗと記載する。

水路１０は、導水渠であり、外部から流入してくる原水Ｗ０が流れる。原水Ｗ０は、廃水であり、より詳しくは下水である。また、原水Ｗ０は、例えば雨天時などには、下水に雨水が混合したものとなる。原水Ｗ０は、固形成分Ｓを含有する。また、水路１０は、通常、内部に原水Ｗ０が流れている際にも満管とならずに、内部が原水Ｗ０で完全に満たされていなくてもよい。すなわち、水路１０の内部の原水Ｗ０の水面は、水路１０の上面よりも下方に位置していてもよい。ただし、水路１０は、原水Ｗ０に満たされていても（満管であっても）よい。なお、本実施形態において、原水Ｗ０は、廃水であるが、これに限られず、処理システム１による処理対象となる水であればよく、例えば河川水などであってもよい。

分散装置１２は、少なくとも一部が水路１０内に設けられている。分散装置１２は、水路１０内を流れる原水Ｗ０の一部を取り込んで、原水Ｗ０内に凝集剤Ｐを撹拌及び分散して、撹拌水Ｗ１を水路１０内に排出する。撹拌水Ｗ１は、撹拌及び分散された凝集剤Ｐを含む原水Ｗ０である。分散装置１２から水路１０内に排出された撹拌水Ｗ１は、水路１０を流れる原水Ｗ０、すなわち分散装置１２に取り込まれなかった原水Ｗ０に合流する。撹拌水Ｗ１は、原水Ｗ０と合流することにより、原水Ｗ０に混合され、合流した原水Ｗ０内に凝集剤Ｐを分散させる。以下、撹拌水Ｗ１と合流して、凝集剤Ｐが分散した原水Ｗ０を、分散水Ｗ２と記載する。分散装置１２の詳細な構造や処理については、後述する。

なお、本実施形態において、凝集剤Ｐは、エマルション型の高分子凝集剤である。さらに言えば、凝集剤Ｐは、カチオン系の凝集剤であり、すなわち、含有する高分子がプラスの電荷のイオン基を有するものである。ただし、凝集剤Ｐは、原水Ｗ０中の固形成分Ｓを凝集可能であれば、エマルション型の高分子凝集剤に限られず、例えば無機系凝集剤や、粉体状の高分子凝集剤を予め高濃度に溶解させた溶液などであってもよい。

分離槽１４は、水路１０に接続されている。水路１０の分離槽１４との接続箇所は、分散装置１２が設けられている箇所よりも、原水Ｗ０（分散水Ｗ２）の流れの下流側となっている。従って、分離槽１４には、分散水Ｗ２が導入される。分離槽１４内では、分散水Ｗ２の流入による水流により、緩やかな水流が生じている。分離槽１４では、分散水Ｗ２内の固形成分Ｓを、分散水Ｗ２内に分散する凝集剤Ｐにより、成長、粗大化させ、フロックＦを形成する。分離槽１４では、形成したフロックＦを沈殿させることで、分散水Ｗ２中の液体成分（上澄み水Ｗ３）とフロックＦとを分離する。

生物反応槽１６は、水路１７により分離槽１４と接続されている。生物反応槽１６は、分離槽１４で生成された上澄み水Ｗ３が、水路１７を経て流入する。生物反応槽１６は、内部に活性汚泥Ｓｌを貯留している。生物反応槽１６は、この活性汚泥Ｓｌにより、上澄み水Ｗ３に対して生物処理を実行し、上澄み水Ｗ３を浄化して処理水Ｗ４を生成する。なお、生物反応槽１６は、上澄み水Ｗ３に対する生物処理の一例として、硝化処理、及び脱窒処理を実行する。図１の例では、生物反応槽１６は、１つであるが、例えば、硝化処理を行う硝化槽と脱窒処理を行う脱窒槽との、複数の槽を備えていてもよい。

最終沈殿槽１８は、水路１９により生物反応槽１６と接続されている。最終沈殿槽１８は、生物反応槽１６で生成された処理水Ｗ４が、水路１９を経て流入する。最終沈殿槽１８は、重力沈降により処理水Ｗ４中の固形成分を沈降させ、処理水Ｗ４中の液体成分（処理済み水Ｗ５）と固形成分とを分離する。最終沈殿槽１８には、排出路２０が接続されている。最終沈殿槽１８で分離された処理済み水Ｗ５は、浄化後の処理対象水Ｗとして、排出路２０から外部に排出される。

なお、上述のように、水路１０には、原水Ｗ０として、雨水も流入する。雨水量が大きい場合、水路１０に流入する原水Ｗ０の流量が大きくなる。この場合、流入する全ての原水Ｗ０に対し、生物反応槽１６での生物処理や、最終沈殿槽１８での分離処理が、間に合わなくなるおそれがある。この場合に備えて、処理システム１には、バイパス路２１が設けられている。

バイパス路２１は、分離槽１４と排出路２０とに接続されている。バイパス路２１は、分離槽１４内の上澄み水Ｗ３が流入し、流入した上澄み水Ｗ３を、排出路２０に導出する。この上澄み水Ｗ３は、排出路２０で処理済み水Ｗ５と合流して、外部に排出される。すなわち、バイパス路２１は、生物反応槽１６及び最終沈殿槽１８を経ることなく、上澄み水Ｗ３を排出路２０に排出する。ただし、バイパス路２１は、上澄み水Ｗ３を、生物反応槽１６及び最終沈殿槽１８を経ることなく外部に排出する構成であれば、排出路２０に接続されていなくてもよい。

より詳しくは、水路１０には、流量測定部２２が設けられ、バイパス路２１には、バイパス弁２４が設けられている。流量測定部２２は、水路１０内において、分散装置１２よりも、原水Ｗ０の流れの上流側に配置されている。流量測定部２２は、水路１０に流入する原水Ｗ０の流量を測定する。制御部２６は、流量測定部２２が測定した原水Ｗ０の流量の値を取得する。制御部２６は、原水Ｗ０の流量の値が所定の閾値より小さい場合は、バイパス弁２４を閉じたままとする。従って、水路１０内の原水Ｗ０の流量が閾値より小さい通常時においては、上澄み水Ｗ３がバイパス路２１から流出せず、上澄み水Ｗ３の全量は、生物反応槽１６に流出する。

一方、制御部２６は、水路１０に流入する原水Ｗ０の流量が所定の閾値以上である場合、バイパス弁２４を開く。これにより、分離槽１４内の上澄み水Ｗ３の一部が、生物反応槽１６及び最終沈殿槽１８を経ることなく、バイパス路２１を介して外部に放出される。また、バイパス路２１に流出した以外の上澄み水Ｗ３は、生物反応槽１６に流入する。このように、水路１０内の原水Ｗ０の流量が閾値以上となる緊急時（豪雨時など）においては、上澄み水Ｗ３の一部は、バイパス路２１から、生物反応槽１６を経ずに外部に流出する。従って、原水Ｗ０の流量が過度になった場合においても、生物反応槽１６における処理能力を超える原水Ｗ０が生物反応槽１６に流入することを抑制して、処理不良となることを抑制する。また、この場合においても、水路１０に流入する原水Ｗ０は、全量が分離槽１４に導入され、固形成分ＳがフロックＦとして除去されている。従って、この場合においても、分離槽１４でフロックＦが分離された後の上澄み水Ｗ３をバイパスして流出させるため、排出する水による周辺環境の水質悪化をより好適に抑制できる。

（凝集剤による凝集について）
以下に、凝集剤Ｐによる原水Ｗ０中の固形成分Ｓの凝集の原理について説明する。図２から図５は、凝集剤による固形成分の凝集の原理を説明する模式図である。図２は、凝集剤Ｐを原水Ｗ０に添加する前の添加前状態の凝集剤Ｐの様子を示している。添加前状態において、凝集剤Ｐは、溶媒である油Ｐ１中に、水Ｐ２の相が複数分散している。水Ｐ２の相内には、高分子である複数のポリマーＰ３が含まれている。また、水Ｐ２の相の周囲には、界面活性剤Ｐ４が存在している。

図２の状態の凝集剤Ｐを原水Ｗ０に添加し、適切に撹拌すると、凝集剤Ｐが原水Ｗ０に分散して、図３に示す分散状態となる。図３に示すように、凝集剤Ｐを原水Ｗ０に添加すると、界面活性剤Ｐ４が転相（親水基と疎水基との向きが変わる）して、油Ｐ１と水Ｐ２とが入れ替わり、ポリマーＰ３は、界面活性剤Ｐ４の周囲の水相、すなわち原水Ｗ０内に放出される。

その後、原水Ｗ０内に放出されたポリマーＰ３は、自身のプラス電荷のイオン基同士が反発しあうことで、図４に示すように、分子鎖が伸展する溶解状態に時間をかけて移行する。また、ポリマーＰ３は、他のポリマーＰ３のプラス電荷のイオン基同士が反発し合うことで、分子鎖の伸展が一定程度に抑制されるとともに、原水Ｗ０の粘度が高くなる。

その後、伸展したポリマーＰ３は、図５に示すように、原水Ｗ０中のマイナスに帯電した固形成分Ｓを引き付け（結合し）、ポリマーＰ３を介して固形成分Ｓが凝集される（凝集状態）。このように固形成分Ｓが凝集されることにより、固形成分Ｓが粗大化して、フロックＦを形成する。なお、固形成分Ｓを介してポリマーＰ３同士も引き付けあうことで、フロックＦをより粗大化することも可能である。

上述のように、図４に示すポリマーＰ３の伸展時には、ポリマーＰ３により粘度が増加する。この際、ポリマーＰ３が原水Ｗ０内に十分に分散していないと、ポリマーＰ３が集中する箇所の粘度は増加するが、ポリマーＰ３が少ない箇所では、粘度の増加が抑制される。そのため、ポリマーＰ３の集中する箇所の原水Ｗ０は、他の箇所の原水Ｗ０との混合が困難となる。この場合、ポリマーＰ３の集中する箇所では、図５に示すように固形成分Ｓの凝集が始まるが、それ以外の箇所では、固形成分Ｓを凝集させることが困難となる。従って、ポリマーＰ３が原水Ｗ０内に十分に分散していない場合、フロックＦの成長が阻害され、適切に凝集処理を行うことができなくなるおそれがある。本実施形態に係る処理システム１は、分散装置１２により、原水Ｗ０中に凝集剤Ｐ（ポリマーＰ３）を分散させて分散水Ｗ２を生成している。これにより、本実施形態に係る処理システム１は、凝集処理を適切に行っている。以下、分散装置１２について詳細に説明する。

（分散装置について）
図６は、第１実施形態に係る分散装置の構成を示す模式図である。図６に示すように、分散装置１２は、トンネル部３０と、回転部３２と、凝集剤添加部３４と、制御部３６とを有する。トンネル部３０は、水路１０内に設けられる筒状の部材である。トンネル部３０は、全体が水路１０を流れる原水Ｗ０中に沈むように配置されている。トンネル部３０は、水路１０内の空間を、トンネル空間Ａ１と外側空間Ａ２とに区分する。トンネル空間Ａ１は、トンネル部３０の内部の空間である。外側空間Ａ２は、水路１０内の空間であってトンネル部３０の外側の空間であり、水路１０内のトンネル空間Ａ１以外の空間である。トンネル部３０は、水路１０内を流れる原水Ｗ０を、トンネル空間Ａ１の内側を流れるもの（トンネル部３０の内部を流れるもの）と、トンネル空間Ａ１の外側を流れるもの（外側空間Ａ２を流れるもの）に分流する。

トンネル部３０は、一方の端部側の開口である入口部３０Ａと、他方の端部側の開口である出口部３０Ｂとが開口している。また、トンネル部３０は、入口部３０Ａから出口部３０Ｂまでが、連通しており、トンネル部３０の内部であって入口部３０Ａから出口部３０Ｂまでの空間が、トンネル空間Ａ１を形成している。本実施形態においては、トンネル部３０は、入口部３０Ａから出口部３０Ｂまでの軸方向が、方向Ｘに沿うように配置されている。また、トンネル部３０は、入口部３０Ａが方向Ｘ２側に位置しており、出口部３０Ｂが、方向Ｘ１側に位置している。方向Ｘは、水路１０の延在方向であり、水路１０内で原水Ｗ０が流れる方向である。また、方向Ｘ１は、方向Ｘに沿った方向のうちの一方の方向であり、方向Ｘ２は、方向Ｘに沿った方向のうちの他方の方向である。方向Ｘ１は、水路１０内における原水Ｗ０の流れに沿った方向、すなわち原水Ｗ０の下流側への方向である。方向Ｘ２は、水路１０内における原水Ｗ０の流れと反対方向、すなわち原水Ｗ０の上流側への方向である。なお、トンネル部３０は、水路１０内に設けられていれば、軸方向が方向Ｘに沿っていなくてもよく、軸方向が方向Ｘに対して傾斜していてもよい。

回転部３２は、トンネル部３０の内部（トンネル空間Ａ１内）に設けられ、回転軸４０と回転翼部４２とを有する。回転軸４０は、回転翼部４２の回転軸である。回転翼部４２は、回転軸４０の外周に設けられた翼状部材である。回転部３２は、回転軸４０を中心に、方向Ｘを回転軸として、回転翼部４２を、方向Ｒに回転させる。回転部３２は、軸方向が方向Ｘである水中攪拌機の形状となっているが、軸方向が方向Ｘに対して傾斜した水中ポンプのような形状となっていてもよい。

凝集剤添加部３４は、凝集剤タンク５０と、凝集剤配管５２と、凝集剤ポンプ５６とを有する。凝集剤タンク５０は、水路１０の外部に設けられており、内部に凝集剤Ｐを貯留するタンクである。凝集剤配管５２は、末端部５３が凝集剤タンク５０に接続される配管である。凝集剤配管５２は、先端部に、添加口５４が開口している。凝集剤配管５２は、末端部５３から先端部（添加口５４）に向けて延在し、添加口５４が、水路１０内に導入されている。添加口５４は、水路１０内であって、回転部３２よりも、方向Ｘ２側に位置している。より詳しくは、添加口５４はトンネル部３０内（トンネル空間Ａ１内）であって、トンネル部３０の入口部３０Ａと回転部３２との間（入口部３０Ａよりも方向Ｘ１側で回転部３２よりも方向Ｘ２側）に位置している。

凝集剤ポンプ５６は、凝集剤配管５２に設けられたポンプである。凝集剤ポンプ５６は、凝集剤タンク５０から凝集剤Ｐを吸引して、凝集剤配管５２内に凝集剤Ｐを導入する。凝集剤添加部３４は、凝集剤ポンプ５６によって、凝集剤タンク５０が貯留した凝集剤Ｐを凝集剤配管５２内に導入し、導入した凝集剤Ｐを、添加口５４から放出する。また、添加口５４には、弁５５が設けられている。弁５５は、背圧弁であり、凝集剤配管５２内の凝集剤Ｐによって所定値より高い背圧（例えば水路１０内の原水Ｗ０による水圧より高い圧力）がかかることにより、開弁する。弁５５は、凝集剤配管５２内の背圧が所定値以下である場合は、閉弁する。

本実施形態において、高分子凝集剤Ｐは、４質量％食塩水に濃度０．５質量％で含有させた際の粘度が、４０ｍＰａ・ｓ（パスカル・秒）以上、１２０ｍＰａ・ｓ以下であるものが好ましい。４質量％食塩水とは、食塩水の全体質量に対し、食塩の質量が４％となっている状態の食塩水を指す。そして、４質量％食塩水に濃度０．５質量％で含有させるとは、この食塩水に高分子凝集剤Ｐを添加した際の全体の質量に対して、添加した高分子凝集剤Ｐの質量が、０．５％となっている状態を指す。なお、このような粘度で指定される高分子凝集剤Ｐは、ポリマーＰ３の推定分子量が、３００万程度以上、１０００万程度以下となる。また、凝集剤Ｐは、原水Ｗ０への添加前の状態で、ポリマーＰ３の濃度、すなわち全重量に対するポリマーＰ３の重量が、１０％以上６０％以下であることが好ましく、４０％以上６０％以下であることがより好ましい。ただし、ポリマーＰ３の粘度（分子量）及びポリマーＰ３の濃度は、これらの範囲に限られず、任意に設定してもよい。ポリマーＰ３の種類としては、例えば、アクリレート系、メタアクリレート系、アクリレート系またはメタアクリレート系とアクリル酸およびアクリルアミドの共重合物系、アクリル酸とアクリルの共重合物系、等が挙げられる。

制御部３６は、分散装置１２を制御する。制御部３６は、凝集剤ポンプ５６を駆動し、添加口５４から、水路１０内へ凝集剤Ｐを添加させる。制御部３６は、凝集剤Ｐが分散水Ｗ２に混合された後におけるポリマーＰ３の濃度、すなわち分離槽１４内の原水Ｗ０と凝集剤Ｐとの全重量に対するポリマーＰの重量が、例えば０．５ｐｐｍ以上３ｐｐｍ以下となるように、凝集剤Ｐの添加量を設定している。

分散装置１２は、以上説明したような構造となっている。以下、分散装置１２による凝集剤Ｐの分散について説明する。図６に示すように、水路１０内には、方向Ｘ１に向けて、原水Ｗ０が流れている。分散装置１２は、トンネル部３０内（トンネル空間Ａ１内）において、回転翼部４２を回転させている。回転翼部４２は、方向Ｒに回転することで、入口部３０Ａ側（方向Ｘ２側）の原水Ｗ０を、方向Ｘに対してせん断する方向に撹拌しつつ、自身に向けて吸引し、吸引した原水Ｗ０を、出口部３０Ｂ側（方向Ｘ１側）に放出する。従って、外側空間Ａ２内であって回転翼部４２よりも方向Ｘ２側に流れている原水Ｗ０は、回転翼部４２に吸引されて、一部が入口部３０Ａからトンネル部３０内に流入する。回転翼部４２は、トンネル部３０の内径領域Ａｒよりも放射方向内側の原水Ｗ０だけでなく、トンネル部３０の内径領域Ａｒよりも放射方向外側を流れている原水Ｗ０も、吸引する。

トンネル部３０内（トンネル空間Ａ１内）に流入した原水Ｗ０は、回転翼部４２の回転により、方向Ｘに対してせん断されつつ、トンネル部３０内を方向Ｘ１に向けて螺旋状に流れる。また、分散装置１２は、添加口５４から、水路１０内に凝集剤Ｐを添加している。添加口５４は、トンネル部３０内であって回転翼部４２よりも方向Ｘ２側に位置している。従って、添加口５４から注入された凝集剤Ｐは、トンネル部３０内を流れる原水Ｗ０の流れに巻き込まれ、トンネル部３０内を流れる原水Ｗ０と共に、トンネル部３０内で撹拌される。すなわち、トンネル部３０内に流入して凝集剤Ｐが添加された原水Ｗ０は、回転翼部４２の回転により撹拌される。この撹拌により、凝集剤Ｐは、トンネル部３０内を流れる原水Ｗ０中に分散して、撹拌水Ｗ１を形成する。

凝集剤Ｐを含んだ撹拌水Ｗ１は、出口部３０Ｂから、トンネル部３０の外部（外側空間Ａ２）に放出される。トンネル部３０の内径は、水路１０の径(幅)よりも小さい。従って、撹拌水Ｗ１は、出口部３０Ｂから放出される際に、放射方向外側に広がるように、水路１０内（外側空間Ａ２内）に拡散する。ここで、水路１０内の外側空間Ａ２には、トンネル部３０内（トンネル空間Ａ１内）に吸引されなかった原水Ｗ０が流れている。撹拌水Ｗ１は、出口部３０Ｂから排出されて、水路１０内の外側空間Ａ２を流れる原水Ｗ０と合流する。また、撹拌水Ｗ１は、水路１０内（外側空間Ａ２内）に拡散するように流れ込むため、撹拌水Ｗ１は、合流した原水Ｗ０の全体に混合される。これにより、撹拌水Ｗ１中の凝集剤Ｐは、原水Ｗ０中に分散して、分散水Ｗ２を形成する。

このように、分散装置１２は、回転翼部４２の上流側から、流れている原水Ｗ０に凝集剤Ｐを添加し、凝集剤Ｐが添加された原水Ｗ０を、トンネル部３０の内部（トンネル空間Ａ１内）で撹拌して、水路１０内に戻している。従って、分散装置１２は、ポリマーＰ３の分子鎖が伸展する前、すなわち、ポリマーＰ３による凝集が活発になったり、粘度が高くなったりする前に、原水Ｗ０中に凝集剤Ｐ（ポリマーＰ３）を拡散させることが可能となる。

なお、トンネル部３０内（トンネル空間Ａ１内）に吸引された原水Ｗ０及び撹拌水Ｗ１は、回転翼部４２の回転により流れが加速されているため、水路１０内であって、トンネル部３０の外（外側空間Ａ２）を流れる原水Ｗ０よりも、流速が高くなっている。従って、撹拌水Ｗ１は、出口部３０Ｂから、高速度で原水Ｗ０内に噴出されるため、撹拌水Ｗ１中の凝集剤Ｐは、より好適に原水Ｗ０中に分散する。

撹拌水Ｗ１と合流した原水Ｗ０、すなわち分散水Ｗ２は、水路１０を更に流れて分離槽１４に流入する。分散水Ｗ２は、内部に適切に凝集剤Ｐが分散した状態であるため、分離槽１４で、フロックＦを適切に成長させることができる。

なお、図６の説明では、添加口５４は、トンネル部３０内（トンネル空間Ａ１内）に配置されていたが、回転部３２よりも方向Ｘ２側に位置していればよい。図７及び図８は、分散装置の構成の他の例を示す模式図である。図７に示すように、添加口５４は、トンネル部３０の入口部３０Ａよりも方向Ｘ２側であって、トンネル部３０の内径領域Ａｒよりも放射方向内側に配置されていてもよい。また、図８に示すように、添加口５４は、トンネル部３０の内径領域Ａｒよりも放射方向外側を流れている原水Ｗ０が吸い込まれる範囲において、外側空間Ａ２内であってトンネル部３０の内径領域Ａｒよりも放射方向外側に配置されていてもよい。さらに、図８に示すように、トンネル部３０は、出口部３０Ｂの開口径が、入口部３０Ａの開口径よりも小さくなっていることがより好ましい。また、トンネル部３０は、回転部３２が設けられている位置から、方向Ｘ１に沿って出口部３０Ｂに向かうに従って、内径が徐々に小さくなっていてもよい。このような形状となることで、エジェクタ効果によって出口部３０Ｂから水路１０内へ放出される撹拌水Ｗ１の流速がさらに向上して、凝集剤Ｐを原水Ｗ０内により好適に分散させることができる。

以上説明したように第１実施形態に係る分散装置１２は、トンネル部３０と、回転翼部４２と、凝集剤添加部３４とを有する。トンネル部３０は、処理対象水（原水Ｗ０）が流れる水路１０内においてトンネル空間Ａ１を形成するように設けられる。トンネル部３０は、処理対象水（原水Ｗ０）を、トンネル空間Ａ１の内側を流れるものと、トンネル空間Ａ１の外側（外側空間Ａ２）を流れるものとに分流することを可能とする。回転翼部４２は、トンネル部３０の内部に設けられて、回転軸４０を中心に回転運動をする。凝集剤添加部３４は、添加口５４を有する。添加口５４は、水路１０内であって、回転翼部４２よりも、原水Ｗ０の流れの上流側（方向Ｘ２側）に配置されている。凝集剤添加部３４は、この添加口５４から、凝集剤Ｐを添加する。回転翼部４２は、回転運動をすることにより、水路１０内を流れる処理対象水（原水Ｗ０）の一部を、凝集剤添加部３４により凝集剤Ｐが添加された状態としながらトンネル部３０内（トンネル空間Ａ１内）に吸引する。そして、回転翼部４２は、吸引した凝集剤Ｐが添加された処理対象水（原水Ｗ０）を、トンネル部３０内で撹拌する。回転翼部４２は、撹拌した凝集剤Ｐが添加された処理対象水（撹拌水Ｗ１）をトンネル部３０外（外側空間Ａ２）に排出して、トンネル部３０の外側（外側空間Ａ２）を流れてきた処理対象水（原水Ｗ０）に合流させることにより、水路１０内を流れる処理対象水（原水Ｗ０）内に凝集剤Ｐを分散させる。

この分散装置１２は、凝集剤Ｐが添加された処理対象水（原水Ｗ０）をトンネル部３０内に導入し、トンネル部３０内で撹拌させる。そして、撹拌した処理対象水（撹拌水Ｗ１）を、トンネル部３０外に排出して、水路１０内を流れる他の原水Ｗ０に合流させる。従って、この分散装置１２は、原水Ｗ０に適切に凝集剤Ｐを分散させることが可能となる。

また、回転翼部４２は、トンネル部３０内（トンネル空間Ａ１内）の処理対象水（原水Ｗ０、撹拌水Ｗ１）の流速を、水路１０内であってトンネル部３０外（外側空間Ａ２）を流れる処理対象水（原水Ｗ０）の流速よりも高くする。この分散装置１２は、合流相手である原水Ｗ０よりも、撹拌水Ｗ１の流れを速くすることで、撹拌水Ｗ１に含まれた凝集剤Ｐを、より適切に原水Ｗ０中に分散させることが可能となる。

また、分散装置１２は、制御部３６で回転翼部４２を回転させることで、トンネル部３０内の処理対象水（原水Ｗ０、撹拌水Ｗ１）の流速を適切に上昇させて、凝集剤Ｐをより適切に原水Ｗ０中に分散させることが可能となる。

また、トンネル部３０は、処理対象水（原水Ｗ０）を内部に吸引する開口である入口部３０Ａと、処理対象水（原水Ｗ０）を外部に排出する開口である出口部３０Ｂと、を有する。出口部３０Ｂの開口径は、入口部３０Ａの開口径より小さいことが好ましい。このように出口部３０Ｂの開口径を小さくすることにより、撹拌水Ｗ１の流速をより適切に上昇させて、凝集剤Ｐをより適切に原水Ｗ０中に分散させることが可能となる。

また、添加口５４は、トンネル部３０内であって、入口部３０Ａと回転翼部４２との間に配置されていることが好ましい。この分散装置１２は、この位置に設けられた添加口５４から凝集剤Ｐを添加することで、凝集剤Ｐをより適切に原水Ｗ０中に分散させることが可能となる。

また、凝集剤Ｐは、エマルション型の高分子凝集剤であることが好ましい。エマルション型の高分子凝集剤は、粘度が高くなりやすく、原水Ｗ０への分散が困難である。しかし、このように本実施形態に係る分散装置１２を用いることで、エマルション型の高分子凝集剤であっても、適切に原水Ｗ０に分散させることが可能となる。また、エマルション型の高分子凝集剤を用いることで、原水Ｗ０内の固形成分Ｓをより好適に粗大化させることが可能となる。

また、本実施形態に係る処理システム１は、処理対象水が流れる水路１０と、水路１０内に設けられた分散装置１２と、分離槽１４とを有する。分離槽１４は、分散装置１２によって凝集剤Ｐが分散された処理対象水（分散水Ｗ２）が水路１０内から流入し、流入した処理対象水中で分散した凝集剤Ｐにより、フロックＦを生成させるとともに、生成したフロックＦを沈殿分離する。この処理システム１は、分散装置１２により凝集剤Ｐを分散させることで、フロックＦを好適に粗大化させ、凝集処理を好適に実行することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態に係る分散装置１２Ａは、電解質添加部６０を有する点で、第１実施形態と異なる。第２実施形態において第１実施形態と構成が共通する箇所は、説明を省略する。

図９は、第２実施形態に係る分散装置の構成を示す模式図である。図９に示すように、分散装置１２Ａは、電解質添加部６０を有する。電解質添加部６０は、電解質タンク６１と、電解質配管６２と、電解質ポンプ６６とを有する。電解質タンク６１は、水路１０の外部に設けられており、内部に電解質Ｅを貯留するタンクである。電解質Ｅは、電解質タンク６１において溶媒（例えば水）で溶解されており、陽イオンと陰イオンとに電離している。本実施形態において、電解質Ｅは、塩化物であり、例えば塩化ナトリウムや塩化カルシウムであることが好ましい。ただし、電解質Ｅは、溶媒（水）に溶解して、陽イオンと陰イオンとに電離する物質であれば、これらの物質に限られない。

電解質配管６２は、末端部６３が電解質タンク６１に接続される配管である。電解質配管６２は、先端部に、電解質添加口６４が開口している。電解質配管６２は、末端部６３から先端部（電解質添加口６４）に向けて延在し、電解質添加口６４が、水路１０内に導入されている。電解質添加口６４は、水路１０内であって、回転部３２よりも、方向Ｘ２側に位置している。より詳しくは、電解質添加口６４はトンネル部３０内（トンネル空間Ａ１内）であって、トンネル部３０の入口部３０Ａと回転部３２との間（入口部３０Ａよりも方向Ｘ１側で回転部３２よりも方向Ｘ２側）に位置している。なお、電解質添加口６４は、凝集剤Ｐの添加口５４と同様（図７及び図８）に、外側空間Ａ２内であって、トンネル部３０の入口部３０Ａよりも方向Ｘ２側であって、トンネル部３０の内径領域Ａｒよりも放射方向内側に配置されていてもよい。また、電解質添加口６４は、外側空間Ａ２内であって、トンネル部３０の内径領域Ａｒよりも放射方向外側を流れている原水Ｗ０が吸い込まれる範囲において、トンネル部３０の内径領域Ａｒよりも放射方向外側に配置されていてもよい。

電解質ポンプ６６は、電解質配管６２に設けられたポンプである。電解質ポンプ６６は、電解質タンク６１から電解質Ｅを吸引して、電解質配管６２内に電解質Ｅを導入する。凝集剤添加部３４は、凝集剤ポンプ５６によって、凝集剤タンク５０が貯留した電解質Ｅを電解質配管６２内に導入し、導入した電解質Ｅを、電解質添加口６４から放出する。また、電解質添加口６４には、弁６５が設けられている。弁６５は、背圧弁であり、電解質配管６２内の電解質Ｅによって所定値より高い背圧（例えば水路１０内の原水Ｗ０による水圧より高い圧力）がかかることにより、開弁する。弁６５は、電解質配管６２内の背圧が所定値以下である場合は、閉弁する。

このように、第２実施形態においては、原水Ｗ０に電解質Ｅが添加される。電解質Ｅは、マイナス電荷のイオン基が、伸展状態のポリマーＰ３のプラス電荷のイオン基に引き付けられる。従って、電解質Ｅを添加することで、伸展状態において、ポリマーＰ３同士が反発し合うことを抑制して、粘度の増加を抑制する。これにより、高分子凝集剤Ｐを原水Ｗ０内により適切に分散させることが可能となる。また、ポリマーＰ３のプラス電荷のイオン基に電解質Ｅのイオン基が引き付けられることで、固形成分ＳがポリマーＰ３に引き付けられることを抑制し、高分子凝集剤Ｐが分散する前に凝集が始まることを抑制して、後段の分離槽１４における凝集処理の効率の低下を抑制する。なお、電解質Ｅが添加された原水Ｗ０は、さらに原水Ｗ０と合流して希釈されるため、分離槽１４における凝集処理の抑制は解消される。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態に係る分散装置１２Ｂは、凝集剤添加部３４Ｂが、添加環部５８を有する点で、第１実施形態と異なる。第３実施形態において第１実施形態と構成が共通する箇所は、説明を省略する。

図１０及び図１１は、第３実施形態に係る分散装置の構成を示す模式図である。図１１は、図１０の方向Ｘ２側から分散装置１２Ｂを見た図である。図１０及び図１１に示すように、第２実施形態に係る分散装置１２Ｂは、凝集剤添加部３４Ｂを有する。凝集剤添加部３４Ｂは、先端に、添加環部５８を有する。添加環部５８は、水路１０内であって、回転部３２よりも、方向Ｘ２側に位置している。添加環部５８は、トンネル部３０外（外側空間Ａ２）に配置されているが、トンネル部３０内(トンネル空間Ａ１内)であって、入口部３０Ａと回転部３２との間に位置していてもよい。

添加環部５８は、内部に空間を有する管が輪状に形成された部材である。添加環部５８は、環の外径が、トンネル部３０の内径、すなわち内径領域Ａｒよりも小さい。添加環部５８は、内径領域Ａｒ内に位置して、環がトンネル部３０の入口部３０Ａに対向するように設けられている。言い換えれば、添加環部５８は、環の内側の開口が、トンネル部３０の入口部３０Ａの開口に対向するように設けられている。

添加環部５８は、開口５９が、凝集剤配管５２の先端に接続されている。添加環部５８は、開口５９から、内部の空間に、凝集剤配管５２からの凝集剤Ｐが供給される。また、添加環部５８は、輪に沿って、開口である添加口５４Ｂが複数開口している。添加口５４Ｂは、トンネル部３０の入口部３０Ａに対向する位置に開口している。添加環部５８内に供給された凝集剤Ｐは、これらの複数の添加口５４Ｂから、水路１０内に放出される。

このように、第３実施形態に係る分散装置１２Ｂは、凝集剤添加部３４Ｂが、添加環部５８を有する。添加環部５８は、水路１０内であって、回転部３２よりも、方向Ｘ２側に位置しており、環に沿って複数の添加口５４Ｂが開口している。凝集剤添加部３４Ｂは、この複数の添加口５４Ｂから凝集剤Ｐを添加することで、凝集剤Ｐを原水Ｗ０内により好適に分散させることが可能となる。

（実施例）
次に、実施例について説明する。実施例においては、複数のサンプルを用いて凝集剤Ｐを添加、撹拌した後に凝集処理を行い、フロックＦを除去した後の上澄み水の濁度（ＮＴＵ）及びＳＳ（Suspended Solid 懸濁物質）除去率を計測した。比較例では、ポリマー濃度が５０％のエマルション型高分子凝集剤を、イオン交換水（溶解用水）に添加し、攪拌機の回転数を１８０ｒｐｍとして１０分間撹拌して、撹拌水を生成した。この分散水におけるポリマー濃度は、０．３％となっている。その後、この分散水を下水に混合、撹拌して、ポリマー濃度が１ｐｐｍの分散水を生成した。そして、この分散水を５分間静置した後、上澄み水を採取し、その上澄み水の濁度及びＳＳ除去率を計測した。

実施例１においては、ポリマー濃度が５０％のエマルション型高分子凝集剤Ｐを、下水に添加し、攪拌機の回転数を１２５０ｒｐｍとして１０秒間撹拌して、撹拌水を生成した。この撹拌水におけるポリマー濃度は、０．３％となっている。その後の処理は、比較例と同様である。実施例１においては、攪拌機の回転数を高速とし、撹拌時間を短くすることで、実施形態のように分散装置１２による撹拌水の生成を模擬している。また、実施例２では、撹拌水に、濃度が０．１％となるように塩化ナトリウム（電解質Ｅ）を添加した以外は、実施例１と同様である。

図１２は、濁度及びＳＳ除去率の測定結果を示す図表である。図１２に示すように、比較例において、濁度（ＮＴＵ）は、７１であり、ＳＳ除去率は、８４％であった。実施例１において、濁度（ＮＴＵ）は、７６であり、ＳＳ除去率は、８６％であった。実施例２において、濁度（ＮＴＵ）は、７１であり、ＳＳ除去率は、８６％であった。以上より、各実施例に示すように、下水(廃水)を用い、かつ短い撹拌時間で撹拌水を生成した場合においても、従来のように清浄な水を用いて分散水を生成した場合に対しても、十分に分散が行われていることで、凝集処理の処理性能が低下しないことが分かる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、これら実施形態等の内容により実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、前述した実施形態等の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

１ 処理システム
１０ 水路
１２ 分散装置
１４ 分離槽
１６ 生物反応槽
１８ 最終沈殿槽
３０ トンネル部
３０Ａ 入口部
３０Ｂ 出口部
３２ 回転部
３４ 凝集剤添加部
４０ 回転軸
４２ 回転翼部
５４ 添加口
Ａ１ トンネル空間
Ａ２ 外側空間
Ｐ 凝集剤
Ｗ 処理対象水
Ｗ０ 原水
Ｗ１ 撹拌水
Ｗ２ 分散水

Claims (5)

1. 処理対象水が流れる管状の水路内においてトンネル空間を形成するように設けられ、前記処理対象水を前記トンネル空間の内側を流れるものと外側を流れるものとに分流することを可能とするトンネル部と、
   前記トンネル部の内部に設けられて、回転軸を中心に回転運動をする回転翼部と、
   前記水路内であって前記回転翼部よりも上流側に添加口が配置され、前記添加口から凝集剤を添加する凝集剤添加部と、
   を有し、
   前記回転翼部は、回転運動をすることにより、前記水路内を流れる処理対象水の一部を、前記トンネル部内に吸引して、前記水路内であって前記トンネル部外を流れる第１処理対象水と、前記トンネル部内を流れて前記第１処理対象水より流速が高い第２処理対象水とに分流し、前記トンネル部内で、前記凝集剤添加部により添加された凝集剤を前記第２処理対象水中に一次分散し、前記凝集剤が一次分散した前記第２処理対象水を前記トンネル部外に排出して、前記トンネル部の外側を流れてきた前記第１処理対象水に合流させることにより、前記第２処理対象水中の前記凝集剤を前記第１処理対象水中に二次分散して、前記第１処理対象水及び前記第２処理対象水内に前記凝集剤を分散させる、
   分散装置。
2. 前記トンネル部は、前記処理対象水を内部に吸引する開口である入口部と、前記処理対象水を外部に排出する開口である出口部と、を有し、前記出口部の開口径が、前記入口部の開口径より小さい、請求項１に記載の分散装置。
3. 前記添加口は、前記トンネル部内であって、前記トンネル部の入口部と前記回転翼部との間に配置されている、請求項１又は請求項２に記載の分散装置。
4. 前記凝集剤は、エマルション型の高分子凝集剤である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の分散装置。
5. 処理対象水が流れる管状の水路と、
   前記水路内に設けられた、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の分散装置と、
   前記分散装置によって前記凝集剤が分散された処理対象水が前記水路内から流入し、流入した処理対象水中で分散した凝集剤によりフロックを生成させるとともに生成したフロックを沈殿分離する分離槽と、を有する、処理対象水の処理システム。

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