JP6932028B2 - 凝集沈殿装置 - Google Patents

Description

本発明は、凝集沈殿装置に関し、特には、沈殿槽の手前で凝集剤を添加し、沈殿槽内で凝集フロックを増大させて球状のペレットを形成して沈殿させる凝集沈殿装置に関する。

水処理装置の一種である凝集沈殿装置は、用水処理や排水処理などに広く利用されている。凝集沈殿装置は、被処理水（原水）に含まれる懸濁物質を沈殿槽に流入する前、もしくは沈殿槽内で凝集させて、沈殿槽内で沈殿させ、原水を汚泥と処理水とに分離する。このとき、沈殿槽に供給される被処理水は、汚泥による流動層（スラッジブランケット）を通過し、その際に、被処理水中の懸濁物質や凝集フロックが流動層に捕捉されることで被処理水がろ過される。

上記の凝集沈殿装置としては、凝集剤が添加された被処理水を沈殿槽内で撹拌して凝集させ、更に凝集フロックの衝突や転がり運動を繰り返し発生させることで、凝集フロックの粒径を徐々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。この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を用いて流動層（ペレットブランケット）を形成することができるため、より高速な処理が可能となる。さらに沈殿槽内の通水線速度（ＬＶ）を大きくすることができるため、沈殿槽の小型化を実現することもできる。

しかしながら、凝集フロックは、壁面などの他の物体に付着しやすく、他の物体に付着した状態で粗大化してしまうことがある。粗大化した凝集フロックは、塊となって沈殿槽内の流路を塞ぎ、沈殿槽内に偏流を生み出す原因となる。このような偏流は、流動層を乱し、流動層内の凝集フロックを舞い上がらせて処理水中に流出させてしまうことがある。

これに対して特許文献１には、ペレットを形成する沈殿槽の中に、撹拌翼を支持するガイド棒と、壁面に固定された固定翼とを設けた凝集沈殿装置が記載されている。この凝集沈殿装置は、ガイド棒が回転することで撹拌翼が回転し、凝集フロックが壁面などに付着することを抑制しつつ、撹拌翼と固定翼の相互作用により、撹拌翼に付着した凝集フロックを切断することで、撹拌翼に付着した凝集フロックが粗大化し塊となることを抑制することができる。

特許第２７２３８０９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、凝集フロックが複数の撹拌翼をまたがって塊となる現象は防ぐことができても、撹拌翼を支持するガイド棒の中心線とガイド棒の回転軸とが一致しており、ガイド棒に近い位置では撹拌翼の周速が非常に遅く、フロックの流動性が乏しいため、ガイド棒周りやガイド棒に近い撹拌翼上に凝集フロックが付着しやすい。また周速が非常に遅くガイド棒付近の流動性が乏しいために、ガイド棒やガイド棒に近い位置の撹拌翼上では凝集フロックも成長しやすく、凝集フロックが塊となって沈殿槽内に偏流を生み出す恐れがある。

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、凝集フロックの付着をより抑制することが可能な凝集沈殿装置を提供することを目的とする。

本発明による凝集沈殿装置は、被処理水中の凝集フロックを分離させる沈殿槽と、前記沈殿槽に取り囲まれ、前記沈殿槽で分離された凝集フロックを収集して濃縮させる汚泥濃縮槽と、前記汚泥濃縮槽の内部を鉛直方向に延びる回転軸を中心に、前記汚泥濃縮槽の外壁面と前記沈殿槽の内壁面の間を回転する回転部材と、前記回転部材に取り付けられ、前記被処理水を撹拌する撹拌翼と、を有し、前記沈殿槽に被処理水が供給され、前記汚泥濃縮槽は汚泥取出し配管を有する。

本発明によれば、凝集フロックの付着をより抑制することが可能になる。

本発明の第１の実施形態の汚濁処理装置を模式的に示す模式図である。 本発明の第１の実施形態の凝集沈殿装置を模式的に示した断面図である。 本発明の第１の実施形態の凝集沈殿装置の一部を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態の凝集沈殿装置を模式的に示す模式図である。 比較例の凝集沈殿装置を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において同じ機能を有するものには同じ符号を付け、その説明を省略する場合がある。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の汚濁処理装置を模式的に示す模式図である。図１に示す汚濁処理装置１００は、反応槽１０と、連絡配管２０と、凝集沈殿装置３０とを有する。

反応槽１０は、懸濁物質のような濁度成分を含む被処理水（原水）を収容する容器である。反応槽１０に収容された被処理水には、被処理水内の濁度成分を凝集させて凝集フロックを形成する凝集剤と、被処理水のＰＨを調整するためのＰＨ調整剤とが添加される。本実施形態では、被処理水は、地下水をろ過したろ過水にカオリンを懸濁させたカオリン模擬排水であり、凝集剤としては、無機凝集剤であるＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）と、高分子凝集剤であるカチオンポリマーとが使用される。また、ＰＨ調整剤は、苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）である。

反応槽１０は、収容された被処理水を撹拌するための撹拌機１０ａを有する。撹拌機１０ａは、凝集剤を添加した被処理水を急速に撹拌して、被処理水内の濁度成分を凝集して凝集フロックを形成する。反応槽１０で形成される凝集フロックは、繊維状の小さなフロックである。

連絡配管２０は、反応槽１０と凝集沈殿装置３０とを連通し、反応槽１０から被処理水を凝集沈殿装置３０に供給する。被処理水には、連絡配管２０を流れている間に、凝集フロックの形成を促進するための促進剤が添加される。促進剤は、本実施形態では、アニオンポリマーである。被処理水に促進剤が添加されることで、凝集フロックを増大化させることができる。

凝集沈殿装置３０は、反応槽１０から連絡配管２０を介して供給された被処理水を緩やかに撹拌して、凝集フロックを成長させ、凝集フロック同士の衝突や転がり運動を起こし、球状のペレットを形成させ、それら造粒物を沈殿させることで、被処理水を汚泥と処理水とに分離する。より具体的には、凝集沈殿装置３０は、被処理水を撹拌することで、フロック同士の衝突を起こしフロックを粗大化させ、さらに撹拌による機械的脱水作用や転がり運動を起こすことにより球状のペレットに濃縮し、沈殿させる。凝集沈殿装置３０には、分離された処理水を取り出すための取出し配管４０と、分離された汚泥を取り出すための汚泥取出し配管５０とが連通されている。汚泥取出し配管５０上には、汚泥を取り出すためのポンプ５０ａが備わっている。

以下、凝集沈殿装置３０についてより詳細に説明する。図２は、凝集沈殿装置３０を模式的に示す断面図であり、図３は、凝集沈殿装置３０の一部（下部）を示す斜視図である。

図２および図３に示すように凝集沈殿装置３０は、反応槽１０から連絡配管２０を介して供給された被処理水を収容し、その被処理水から凝集フロックを沈降分離させる沈殿槽１と、沈殿槽１に取り囲まれ、凝集フロックを収集して濃縮する汚泥濃縮槽２と、被処理水を撹拌する撹拌機構３とを有する。

沈殿槽１および汚泥濃縮槽２は、図の例では、円筒形状を有しているが、円筒形状に限らない。例えば、沈殿槽１および汚泥濃縮槽２は、角柱形状などを有してもよい。また、沈殿槽１および汚泥濃縮槽２は、互いに異なる形状を有してもよい。

沈殿槽１および汚泥濃縮槽２の上下方向（鉛直方向）の中心線ＣＬは、図の例では、互いに一致しているが、互いにずれていてもよい。汚泥濃縮槽２の頂部は、凝集フロックが沈殿槽１から汚泥濃縮槽２に入り込むように沈殿槽１の頂部よりも低く設定されている。沈殿槽１の上部には取出し配管４０が設けられ、汚泥濃縮槽２の下部（具体的には、底面）は、汚泥取出し配管５０が設けられている。

撹拌機構３は、沈殿槽１内で回転する回転部材４と、回転部材４と接続され、回転部材４を回転させる動力源であるモータ５と、回転部材４に取り付けられた撹拌翼６とを有する。

回転部材４は、汚泥濃縮槽２の中心線ＣＬと略平行に汚泥濃縮槽２の内部を延びる回転軸Ｒを中心に、汚泥濃縮槽２の周囲を回転する。本実施形態では、汚泥濃縮槽２の中心線ＣＬと回転部材４の回転軸Ｒとは互いに一致している。

回転部材４は、汚泥濃縮槽２の中心線ＣＬ（回転軸Ｒ）と同軸の支持部４ａと、汚泥濃縮槽２の側部（沈殿槽１の内壁面１ａと汚泥濃縮槽２の外壁面２ａの間）を回転軸Ｒと略平行に延びる撹拌部４ｂと、支持部４ａと撹拌部４ｂとを接続する接続部４ｃとを有する。支持部４ａは、本実施形態では、汚泥濃縮槽２の上方に配置される。支持部４ａの上端には、モータ５が接続されており、モータ５によって支持部４ａが回転することで、撹拌部４ｂが汚泥濃縮槽２の周囲（沈殿槽１の内壁面１ａと汚泥濃縮槽２の外壁面２ａの間）を回転する。撹拌部４ｂは、一つでも複数でもよい。図の例では、撹拌部４ｂは、２つ設けられ、２つの撹拌部４ｂは、汚泥濃縮槽２を挟んで互いに対向する位置に設けられている。

撹拌翼６は、回転部材４の撹拌部４ｂに取り付けられる。撹拌翼６は、複数設けられ、２つの撹拌部４ｂのそれぞれに取り付けられている。本実施形態では、撹拌翼６は、各撹拌部４ｂに４つずつ設けられており、各撹拌部４ｂの４つの撹拌翼６は、上下方向に等間隔で並んでいる。

また、凝集沈殿装置３０は、固定翼７を備える。固定翼７は、沈殿槽１の内壁面１ａと汚泥濃縮槽２の外壁面２ａの少なくとも一方に取り付けられる。固定翼７は、沈殿槽１の内壁面１ａと汚泥濃縮槽２の外壁面２ａのうち、撹拌翼６の周速が比較的遅い側の沈殿槽１の内壁面１ａに取り付けられることが望ましく、沈殿槽１の内壁面１ａと汚泥濃縮槽２の外壁面２ａの両方に取り付けられることがより望ましい。図の例では、固定翼７は、沈殿槽１の内壁面１ａと汚泥濃縮槽２の外壁面２ａの両方に複数ずつ取り付けられている。撹拌翼６および固定翼７は、上下方向において、交互に配置されることが望ましい。本実施形態では、固定翼７が撹拌翼６の間に配置されている。これにより、撹拌翼６が回転する際に、撹拌翼６と固定翼７とがすれ違うこととなる。

上記構成を有する汚濁処理装置１００では、反応槽１０に導入された被処理水には、反応槽１０内で凝集剤とＰＨ調整剤が添加される。凝集剤およびＰＨ調整剤が添加された被処理水は、反応槽１０内の撹拌機１０ａによって急速に撹拌され、繊維状の凝集フロックが形成される。その凝集フロックを含む被処理水は連絡配管２０を介して凝集沈殿装置３０の沈殿槽１に下側から供給される。その際、被処理水に対して連絡配管２０内を流動している間に促進剤が添加される。

凝集沈殿装置３０の沈殿槽１に供給された被処理水は、撹拌機構３によって緩やかに撹拌される。これにより、凝集フロックの衝突や転がり運動が繰り返し発生し、凝集フロックの粒径が徐々に増大し球状のペレットが形成される。ペレットは自重と沈殿槽１に下側から供給される被処理水による上昇流とによって、沈殿槽１の下部に流動層であるペレットブランケット３１を形成する。これにより、沈殿槽１の上部には、被処理水から濁度成分がペレットとして除去された処理水の層３２が形成される。

ペレットブランケット３１の頂部（ペレットブランケット３１と処理水の層３２との界面）は徐々に上昇し、図２に示したように汚泥濃縮槽２の外壁面２ａの頂部に達すると、ペレットが汚泥濃縮槽２の外壁面２ａを超えて汚泥濃縮槽２に収集され、汚泥濃縮槽２の下部で濃縮されることで汚泥３３を形成する。沈殿槽１内の処理水は取出し配管４０を介して取り出され、汚泥は汚泥取出し配管５０を介して取り出される。

以上説明した本実施形態によれば、沈殿槽１は、被処理水中の凝集フロックを分離させる。汚泥濃縮槽２は、沈殿槽１に取り囲まれ、沈殿槽１で分離された凝集フロックを収集して濃縮させる。回転部材４の撹拌部４ｂは汚泥濃縮槽２の中心線ＣＬと略平行に汚泥濃縮槽２の内部を延びる回転軸Ｒを中心に、沈殿槽１の内壁面１ａと汚泥濃縮槽２の外壁面２ａとの間を回転する。撹拌翼６は、回転部材４に取り付けられ、被処理水を撹拌する。そして、回転軸Ｒと撹拌翼６との間には汚泥濃縮槽２が存在するため、撹拌翼６は回転軸Ｒと所定の距離をもって位置する。したがって、回転軸と同軸に位置する回転部材の側面に撹拌翼を設けた場合と比較して、本実施形態は撹拌翼６の回転軸Ｒに近い部分でも周速を高くすることが可能になるため、回転軸付近の流動性を向上でき、凝集フロックの付着を抑制することが可能になる。

また、本実施形態では、固定翼７が沈殿槽１の内壁面１ａおよび汚泥濃縮槽２の外壁面２ａの少なくとも一方に取り付けられているため、固定翼７によって撹拌翼６に付着した凝集フロックを切断することが可能になり、またお互いがすれ違うことで撹拌翼付近の流動性を更に向上できるため、凝集フロックの付着や粗大化をさらに抑制することが可能になる。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態の凝集沈殿装置を模式的に示す模式図である。図４に示す本実施形態の凝集沈殿装置３０ａは、図２に示した第１の実施形態の凝集沈殿装置３０と比較して、回転部材４として被処理水を沈殿槽１内の下方に向かって吐出させるディストリビュータ８を備える点で相違する。

ディストリビュータ８は、第１の実施形態の回転部材４と同様に、汚泥濃縮槽２の中心線ＣＬと略平行に汚泥濃縮槽２の内部を延びる回転軸Ｒを中心に、汚泥濃縮槽２の周囲を回転する回転式ディストリビュータである。本実施形態では、汚泥濃縮槽２の中心線ＣＬとディストリビュータ８の回転軸Ｒとは互いに一致している。

ディストリビュータ８は、第１の実施形態の回転部材４と同様に、汚泥濃縮槽２の中心線ＣＬと同軸の支持部８ａと、汚泥濃縮槽２の側部に回転軸Ｒと略平行に延びる撹拌部８ｂと、支持部８ａと撹拌部８ｂとを接続する接続部８ｃとを有する。支持部８ａは、円柱状の形状を有し、汚泥濃縮槽２の底面から汚泥濃縮槽２の上方まで延在している。支持部８ａの上端には、モータ５が接続されており、モータ５によって支持部８ａが回転することで、撹拌部８ｂが汚泥濃縮槽２の周囲を回転する。撹拌部８ｂは、一つでも複数でもよい。図の例では、撹拌部８ｂは、２つ設けられ、２つの撹拌部８ｂは、汚泥濃縮槽２を挟んで互いに対向する位置に設けられている。

ディストリビュータ８は、汚泥濃縮槽２の上方で支持部８ａを取り囲む第１の配管部８ｆ１を備える。ディストリビュータ８の撹拌部８ｂおよび接続部８ｃは、第１の配管部８ｆ１と連通した第２の配管部８ｆ２によって構成されている。第１の配管部８ｆ１の上部には、被処理水が導入される、上方を向いて開口している導入口８ｄが備わっている。２つの撹拌部８ｂ（第２の配管部８ｆ２）のそれぞれの下部には、導入口８ｄに導入された被処理水を沈殿槽１に供給する、下方を向いて開口している供給口８ｅが備わっている。第１の配管部８ｆ１および第２の配管部８ｆ２は、導入口８ｄと供給口８ｅとを連通する配管部８ｆを構成する。

撹拌翼６は、ディストリビュータ８の撹拌部８ｂに取り付けられる。本実施形態では、撹拌翼６は、各撹拌部８ｂに３つずつ設けられており、各撹拌部８ｂの３つの撹拌翼６は、上下方向に等間隔で並んでいる。固定翼７は、上下方向において、撹拌翼６の間に配置される。これにより、撹拌翼６が回転する際に、撹拌翼６と固定翼７とがすれ違うこととなる。

汚泥濃縮槽２の内部の支持部８ａの側面には、第２の撹拌翼９ａが設けられている。第２の撹拌翼９ａは、上下方向に複数設けられている。第２の撹拌翼９ａは、汚泥濃縮槽２に堆積した汚泥を撹拌し、固着化を抑制する。また、配管部８ｆ１にて内包される支持部８ａの側面には、第３の撹拌翼９ａが設けられている。第３の撹拌翼９ａは、上下方向に複数設けられている。第３の撹拌翼９ｂは、被処理水を撹拌し、未反応の凝集剤を被処理水に均一に分散させる。

以上説明した本実施形態でも、回転軸Ｒと撹拌翼６との間には、汚泥濃縮槽２が存在するため、撹拌翼６は回転軸Ｒの近傍ではなく、回転軸Ｒと所定の距離をもって位置する。したがって、回転軸と同軸に位置する回転部材の側面に撹拌翼を設けた場合と比較して、本実施形態は撹拌翼６の回転軸Ｒに近い部分でも周速を高くすることが可能になるため、凝集フロックの付着を抑制することが可能になる。また、本実施形態では、回転部材４がディストリビュータ８で構成されているため、ディストリビュータ８を用いる場合には、ディストリビュータ８とは別に回転部材４を設ける必要がないため、装置の簡単化およびコストの低減化を図ることが可能になる。

図５は、参考例の凝集沈殿装置を模式的に示す断面図である。図５に示す凝集沈殿装置３０’において、図２で示した第１の実施形態の凝集沈殿装置３０の各構成と対応する構成には、’（ダッシュ）を付けている。凝集沈殿装置３０’は、第１の実施形態の凝集沈殿装置３０と異なり、汚泥濃縮槽２’が沈殿槽１’の壁面側に設けられ、回転部材４’は回転軸Ｒ’と同軸に設けられている。このため、回転部材４’に取り付けられた撹拌翼６’の回転部材４’に近い位置では、撹拌翼６’の周速は０に近い。

以下、実施例として、図２で示した第１の実施形態の凝集沈殿装置３０と、図５で示した参考例の凝集沈殿装置３０’との比較を行う。なお、反応槽１０および連絡配管２０は、凝集沈殿装置３０と凝集沈殿装置３０’とで同じものが使用されており、反応槽１０の容量は２００Ｌである。また、凝集沈殿装置３０および凝集沈殿装置３０’における沈殿槽１の直径は２３０ｍｍ、容量は３５Ｌであり、ペレットブランケット３１の高さは５５ｃｍである。

被処理水は、カオリン模擬排水であり、その浮遊物質量（ＳＳ）は３００ｍｇ／Ｌである。被処理水には、無機凝集剤としてＰＡＣが１５０ｍｇ／Ｌ、高分子凝集剤としてカチオンポリマーが１．５ｍｇ／Ｌ、促進剤としてアニオンポリマーが３．０ｍｇ／Ｌ添加される。また、被処理水の通水量は８３０Ｌ／ｈ（線速度ＬＶ：２０ｍ／ｈ）である。

以上の条件において第１の実施形態の凝集沈殿装置３０と参考例の凝集沈殿装置３０’のそれぞれに対して１０時間の連続通水試験を行った後、沈殿槽１の内部に付着した汚泥の塊について観察した。付着汚泥の有無については、通水を停止し、撹拌翼が露出する位置までブランケット界面が低下してから行った。表１は、その観察結果を示す。

表１で示されたように第１の実施形態の凝集沈殿装置３０では、汚泥の塊は確認できなかったが、比較例の凝集沈殿装置３０’では、固定翼の設置によって撹拌翼を跨って形成される汚泥の塊は抑制されたものの、回転部材から回転部材付近の撹拌翼上に汚泥の塊が確認された。したがって、本実施形態の凝集沈殿装置３０には、凝集フロックの付着を抑制する効果があることが示された。

以上説明した各実施形態および実施例において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。

１ 沈殿槽
２ 汚泥濃縮槽
３ 撹拌機構
４ 回転部材
４ａ、８ａ 支持部
４ｂ、８ｂ 撹拌部
４ｃ、８ｃ 接続部
５ モータ
６、９ａ、９ｂ 撹拌翼
７ 固定翼
８ ディストリビュータ
８ｄ 導入口
８ｅ 供給口
８ｆ 配管部
１０ 反応槽
２０ 連絡配管
３０、３０ａ 凝集沈殿装置
４０ 取出し配管
５０ 汚泥取出し配管
１００ 汚濁処理装置

Claims (7)

1. 被処理水中の凝集フロックを分離させる沈殿槽と、
   前記沈殿槽に取り囲まれ、前記沈殿槽で分離された凝集フロックを収集して濃縮させる汚泥濃縮槽と、
   前記汚泥濃縮槽の内部を鉛直方向に延びる回転軸を中心に、前記汚泥濃縮槽の外壁面と前記沈殿槽の内壁面の間を回転する回転部材と、
   前記回転部材に取り付けられ、前記被処理水を撹拌する撹拌翼と、を有し、
   前記沈殿槽に被処理水が供給され、前記汚泥濃縮槽は汚泥取出し配管を有する凝集沈殿装置。
2. 前記沈殿槽の内壁面および前記汚泥濃縮槽の外壁面の少なくとも一方に取り付けられた固定翼を有する請求項１に記載の凝集沈殿装置。
3. 前記鉛直方向において、前記撹拌翼と前記固定翼とが交互に配置されている、請求項２に記載の凝集沈殿装置。
4. 前記回転部材は、前記汚泥濃縮槽の中心線と同軸の支持部と、前記汚泥濃縮槽の外壁面と前記沈殿槽の内壁面の間を前記回転軸と略平行に延びる撹拌部と、前記支持部と前記撹拌部とを接続する接続部と、を有し、
   前記撹拌翼は前記撹拌部に取り付けられている、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の凝集沈殿装置。
5. 前記回転部材は、上部に位置し、前記被処理水が導入される導入口と、下部に位置し、前記導入口に導入された被処理水を前記沈殿槽に供給する供給口と、前記導入口と前記供給口とを連通する配管部を有し、
   少なくとも前記撹拌部は前記配管部で構成される、請求項４に記載の凝集沈殿装置。
6. 前記撹拌部は、複数ある、請求項４または５に記載の凝集沈殿装置。
7. 前記汚泥濃縮槽の中心線と前記回転軸とが一致する、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の凝集沈殿装置。

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