JP7037411B2 - 排水浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、重金属、リン、フッ素等の無機イオンを含む排水を浄化する排水浄化装置に関する。

重金属、リン、フッ素等の無機イオンを含む排水を浄化する技術として、排水のｐＨを調整する反応槽と、ｐＨが調整された排水に高分子凝集剤を添加して凝集反応液を生成する高分子凝集剤添加手段と、凝集反応液を攪拌して凝集ペレット（汚泥）を成長させるペレット形成層と、汚泥を沈降分離する沈殿槽とを備える技術が開示されている（例えば、特許文献１）。特許文献１の技術では、沈降分離した汚泥に不溶化物生成剤を添加して、反応槽に返送している。

特開２０１５－６６５４６号公報

上記特許文献１等の従来技術において、沈殿槽から返送される汚泥の量が多すぎると、反応槽に接続された配管が閉塞するおそれがある。一方、沈殿槽から返送される汚泥の量が少なすぎると、反応槽における無機イオンの凝集効率が低下するという問題がある。したがって、沈殿槽から返送する汚泥の量を適切に制御する技術の開発が希求されている。

本発明は、このような課題に鑑み、返送する汚泥の量を適切に制御することが可能な排水浄化装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の排水浄化装置は、重金属、リン、および、フッ素のうち、いずれか１または複数の無機イオンと、凝結材とが混合された排水のｐＨを調整する反応槽と、反応槽で生成された懸濁液から汚泥を沈降分離する沈殿槽と、沈殿槽で沈降分離された汚泥を反応槽に返送する返送ポンプと、反応槽の懸濁物の濃度を測定する濃度測定部と、沈殿槽において沈降分離された汚泥の量を検出する汚泥量検出部と、濃度測定部によって測定された反応槽の懸濁物の濃度が、適正範囲未満および適正範囲内である場合に、返送ポンプを駆動し、適正範囲を上回った場合に返送ポンプを停止する制御部と、を備え、制御部は、汚泥量検出部によって検出された汚泥の量が所定値未満である場合に返送ポンプを停止する。

また、反応槽は、排水と凝結材とを混合する凝結槽と、凝結材が混合された排水のｐＨを調整するｐＨ調整槽と、を有してもよい。

また、反応槽は、ｐＨが調整された排水と凝集剤とを混合する凝集槽をさらに有してもよい。

また、濃度測定部は、ｐＨ調整槽の懸濁物の濃度を測定してもよい。

また、返送ポンプは、凝結槽に汚泥を返送してもよい。

本発明によれば、返送する汚泥の量を適切に制御することが可能となる。

本実施形態にかかる排水浄化装置を説明する図である。 変形例の排水浄化装置を説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（排水浄化装置１００）
図１は、本実施形態にかかる排水浄化装置１００を説明する図である。図１中、排水Ａ、懸濁液Ｂ～Ｄ、汚泥Ｅ、上澄み液Ｆ、および、薬剤の流れを実線の矢印で示し、信号の流れを破線の矢印で示す。また、沈殿槽１４０内の汚泥Ｅをハッチングで示す。

図１に示すように、排水浄化装置１００は、原水槽１１０と、送出ポンプ１２０と、反応槽１３０と、沈殿槽１４０と、抜出管１４２と、返送管１４４と、返送ポンプ１５０と、引抜ポンプ１５２と、濃度測定部１６０と、汚泥量検出部１７０と、制御部１８０とを含む。

原水槽１１０は、工場等から排出された排水（原水）Ａを貯留する。排水Ａは、重金属、リン、および、フッ素のうち、いずれか１または複数の無機イオンを含む。送出ポンプ１２０は、原水槽１１０に貯留された排水Ａを反応槽１３０（凝結槽２２０）に送出する。

反応槽１３０は、槽本体２１０と、仕切板２１２ａ、２１２ｂと、攪拌機２１４ａ～２１４ｃと、凝結材供給部２２２と、調整剤供給部２３２と、凝集剤供給部２４２とを含む。

槽本体２１０は、内部空間が、仕切板２１２ａ、２１２ｂによって、３つの空間に仕切られる。３つの空間は、水平方向に並列される。３つの空間のうち、図１中左側に位置する空間が凝結槽２２０として機能し、図１中右側に位置する空間が凝集槽２４０として機能し、凝結槽２２０と凝集槽２４０との間の空間がｐＨ調整槽２３０として機能する。

攪拌機２１４ａは、凝結槽２２０内に設けられる。攪拌機２１４ｂは、ｐＨ調整槽２３０内に設けられる。攪拌機２１４ｃは、凝集槽２４０内に設けられる。

凝結材供給部２２２は、タンク２２４と、注入ポンプ２２６とを含む。タンク２２４は、凝結材（薬剤）を貯留する。注入ポンプ２２６は、タンク２２４に貯留された凝結材を凝結槽２２０に供給する。凝結材は、鉄系凝結材やアルミニウム系凝結材である。凝結材は、排水Ａに含まれる無機イオンを凝結（凝集）させる。したがって、凝結材供給部２２２によって凝結槽２２０に凝結材が供給されると、攪拌機２１４ａによって排水Ａと凝結材とが混合される。こうして、凝結槽２２０において、排水Ａ中の無機イオンが凝結された懸濁液Ｂが生成される。懸濁液Ｂは、ｐＨ調整槽２３０に越流（オーバーフロー）する。

調整剤供給部２３２は、タンク２３４と、注入ポンプ２３６とを含む。タンク２３４は、ｐＨ調整剤（薬剤）を貯留する。注入ポンプ２３６は、タンク２３４に貯留されたｐＨ調整剤をｐＨ調整槽２３０に供給する。ｐＨ調整剤は、アルカリ化合物や、酸化合物である。ｐＨ調整剤は、例えば、消石灰の水溶液である。ｐＨ調整剤は、懸濁液ＢのｐＨを調整（例えば、中和）する。したがって、調整剤供給部２３２によってｐＨ調整槽２３０にｐＨ調整剤が供給されると、攪拌機２１４ｂによって懸濁液ＢとｐＨ調整剤とが混合される。こうして、ｐＨ調整槽２３０において、懸濁液ＢのｐＨが調整され、懸濁液Ｃが生成される。懸濁液Ｃは、凝集槽２４０に越流する。

凝集剤供給部２４２は、タンク２４４と、注入ポンプ２４６とを含む。タンク２４４は、凝集剤（薬剤）を貯留する。注入ポンプ２４６は、タンク２４４に貯留された凝集剤を凝集槽２４０に供給する。凝集剤は、高分子凝集剤である。凝集剤は、懸濁液Ｃに含まれる無機イオンを凝集させる。したがって、凝集剤供給部２４２によって凝集槽２４０に凝集剤が供給されると、攪拌機２１４ｃによって懸濁液Ｃと凝集剤とが混合される。こうして、凝集槽２４０において、懸濁液Ｃ中の無機イオンが凝集された懸濁液Ｄが生成される。懸濁液Ｄは、沈殿槽１４０に越流する。

沈殿槽１４０は、懸濁液Ｄから汚泥Ｅ（無機イオンが凝集されたもの）を沈降分離する。沈殿槽１４０によって汚泥Ｅが沈降分離されることで得られる上澄み液Ｆ（懸濁液Ｄから汚泥Ｅが分離された液）は、下水または河川に放流される。

沈殿槽１４０には、抜出管１４２が接続されている。返送管１４４は、抜出管１４２と、凝結槽２２０とを接続する。返送管１４４には、返送ポンプ１５０が設けられる。返送ポンプ１５０は、送出ポンプ１２０が駆動されており、後述する汚泥量検出部１７０が検出した界面の高さが所定の下限高さ以上である場合に、沈殿槽１４０で沈降分離された汚泥Ｅを凝結槽２２０に返送する。抜出管１４２における返送管１４４との接続箇所の下流側には引抜ポンプ１５２が設けられる。したがって、沈殿槽１４０によって沈降分離された汚泥Ｅのうち、返送ポンプ１５０によって返送される分以外の汚泥Ｅは、抜出管１４２、引抜ポンプ１５２を通じて、後段の廃棄処理設備に送出され所定の廃棄処理が施される。

返送ポンプ１５０を備える構成により、汚泥Ｅを、凝結材、ｐＨ調整剤、および、凝集剤として再利用することができる。したがって、凝結材供給部２２２によって供給される凝結材、調整剤供給部２３２によって供給されるｐＨ調整剤、および、凝集剤供給部２４２によって供給される凝集剤を低減することができる。これにより、後段の廃棄処理設備に送出される汚泥Ｅの量を削減することが可能となる。つまり、汚泥Ｅの減容化を図ることができる。

濃度測定部１６０は、ｐＨ調整槽２３０の懸濁液Ｃ中の懸濁物（凝集物）の濃度を測定する。濃度測定部１６０は、例えば、ＳＳ濃度計（濁度計）、または、ＭＬＳＳ濃度計で構成される。

汚泥量検出部１７０は、界面センサ（レベルセンサ）または濁度計で構成される。汚泥量検出部１７０は、沈殿槽１４０の底面から、沈降分離された汚泥Ｅと上澄み液Ｆとの界面までの高さを検出する。汚泥量検出部１７０は、送出ポンプ１２０が駆動されている間のみ稼動される。

制御部１８０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して排水浄化装置１００全体を管理および制御する。

制御部１８０は、インターネット、専用回線等の通信網１０を介して、管理サーバ２０に接続される。制御部１８０は、取得した情報を、通信網１０を介して管理サーバ２０に送信する。制御部１８０は、例えば、送出ポンプ１２０および返送ポンプ１５０の駆動状況を示す情報、注入ポンプ２２６、２３６、２４６の駆動状況を示す情報、攪拌機２１４ａ～２１４ｃの駆動状況を示す情報、濃度測定部１６０の測定結果を示す情報、および、汚泥量検出部１７０の検出結果を示す情報を管理サーバ２０に送信する。

したがって、管理サーバ２０は、制御部１８０から連続的に情報を取得できる。そして、管理サーバ２０は、取得した情報を確認したり、分析したりする。これにより、管理サーバ２０は、排水浄化装置１００の状況を把握したり、排水浄化装置１００に対しメンテナンスが必要か否かを把握したりすることができる。

また、本実施形態において、制御部１８０は、濃度測定部１６０の測定結果および汚泥量検出部１７０の検出結果に基づいて、返送ポンプ１５０を制御する。

具体的に説明すると、制御部１８０は、濃度測定部１６０の測定結果が、所定の適正範囲となるように、返送ポンプ１５０を制御する。

沈殿槽１４０から返送される汚泥Ｅの量が多すぎると、反応槽１３０に接続された配管が閉塞するおそれがある。一方、沈殿槽１４０から返送される汚泥Ｅの量が少なすぎると、反応槽１３０（凝結槽２２０、ｐＨ調整槽２３０、凝集槽２４０）内において、凝結材、ｐＨ調整剤、および、凝集剤として機能する汚泥Ｅが少なくなる。そうすると、反応槽１３０における無機イオンの凝集効率が低下してしまう。

そこで、無機イオンの凝集効率が所定の許容値となる汚泥Ｅの返送量が適正範囲の下限値に設定され、配管の閉塞を防止できる汚泥Ｅの最大の返送量が適正範囲の上限値に設定される。ここで、許容値は、例えば、上澄み液Ｆに含まれる無機イオンの放流基準値に基づいて決定される。

このように、制御部１８０が、濃度測定部１６０の測定結果が適正範囲となるように、返送ポンプ１５０を制御する構成により、返送する汚泥Ｅの量を適切に制御することができる。これにより、反応槽１３０に接続された配管の閉塞を防止し、かつ、反応槽１３０における無機イオンの凝集効率を維持することが可能となる。

なお、沈殿槽１４０において汚泥Ｅの量が少ない場合、返送ポンプ１５０を駆動しても、汚泥Ｅは、ほとんど返送されない。つまり、反応槽１３０における無機イオンの凝集効率は向上しない。そこで、制御部１８０は、送出ポンプ１２０が駆動されており、汚泥量検出部１７０が検出した界面の高さが所定の下限高さ未満である場合に、返送ポンプ１５０を停止する。これにより、不要に返送ポンプ１５０を駆動する事態を回避することができる。

以上説明したように、本実施形態の排水浄化装置１００は、反応槽１３０に返送する汚泥Ｅの量を適切に制御することができる。したがって、反応槽１３０に接続された配管の閉塞を防止し、かつ、反応槽１３０における無機イオンの凝集効率を維持することが可能となる。

また、上記したように、濃度測定部１６０は、ｐＨ調整槽２３０の懸濁物の濃度を測定する。ｐＨ調整槽２３０は、返送された汚泥Ｅが実質的に均一に分散される槽である。したがって、ｐＨ調整槽２３０の懸濁物の濃度を測定することにより、反応槽１３０の懸濁物の濃度を精度よく測定することが可能となる。

（変形例）
図２は、変形例の排水浄化装置３００を説明する図である。図２中、排水Ａ、懸濁液Ｂ～Ｄ、汚泥Ｅ、上澄み液Ｆ、および、薬剤の流れを実線の矢印で示し、信号の流れを破線の矢印で示す。なお、図２中、制御部３８０とバルブ３９０、３９２との間の信号の流れを示す破線は、図面の簡明化のため図示を省略する。また、沈殿槽１４０内の汚泥Ｅをハッチングで示す。

図２に示すように、排水浄化装置３００は、原水槽１１０と、送出ポンプ１２０と、反応槽１３０と、沈殿槽１４０と、抜出管１４２と、返送管１４４と、返送ポンプ３５０と、濃度測定部１６０と、汚泥量検出部１７０と、制御部３８０と、バルブ３９０、３９２とを含む。なお、上述した排水浄化装置１００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

返送ポンプ３５０は、抜出管１４２における沈殿槽１４０と、返送管１４４との接続箇所との間に設けられる。変形例において、返送ポンプ３５０は、送出ポンプ１２０が運転されており、かつ、汚泥量検出部１７０が検出した界面の高さが所定の下限高さ以上である場合に運転される。

バルブ３９０、３９２は開閉弁である。バルブ３９０は、抜出管１４２における返送管１４４との接続箇所の下流側に設けられる。バルブ３９２は、返送管１４４に設けられる。

制御部３８０は、濃度測定部１６０の測定結果および汚泥量検出部１７０の検出結果に基づいて、バルブ３９０、３９２を開閉制御する。なお、バルブ３９０、３９２は、排他的に開閉制御される。

具体的に説明すると、制御部３８０は、濃度測定部１６０の測定結果が上記適正範囲未満である場合、および、上記適正範囲内である場合、バルブ３９０を閉弁して、バルブ３９２を開弁する。また、制御部３８０は、濃度測定部１６０の測定結果が上記適正範囲を上回った場合に、バルブ３９２を閉弁して、返送ポンプ３５０を停止する。

このように、制御部３８０が、濃度測定部１６０の測定結果が適正範囲内となるように、返送ポンプ３５０の運転制御およびバルブ３９２の開閉制御を行う構成により、返送する汚泥Ｅの量を適切に制御することができる。これにより、反応槽１３０に接続された配管の閉塞を防止し、かつ、反応槽１３０における無機イオンの凝集効率を維持することが可能となる。

また、変形例の返送ポンプ３５０は、汚泥Ｅを凝結槽２２０に返送する機能と、汚泥Ｅを外部に廃棄する機能とを有する。したがって、排水浄化装置３００のコンパクト化を図ることができる。また、排水浄化装置３００のイニシャルコストおよびメンテナンスコストを低減することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態および変形例において、凝結槽２２０、ｐＨ調整槽２３０、および、凝集槽２４０が、一体形成される構成を例に挙げて説明した。しかし、凝結槽２２０、ｐＨ調整槽２３０、および、凝集槽２４０は、別体で構成されてもよい。

また、上記実施形態および変形例において、反応槽１３０が、凝結槽２２０、凝結材供給部２２２、ｐＨ調整槽２３０、調整剤供給部２３２、凝集槽２４０、および、凝集剤供給部２４２を有する構成を例に挙げて説明した。しかし、凝集槽２４０および凝集剤供給部２４２は必須の構成ではない。

また、上記実施形態および変形例において、反応槽１３０は、槽本体２１０と、仕切板２１２ａ、２１２ｂとを有する構成を例に挙げて説明した。しかし、反応槽１３０は、仕切板２１２ａ、２１２ｂを有さずともよい。この場合、槽本体２１０において、まず、排水Ａと凝結材とが混合され、続いて、凝結材が混合された懸濁液ＢのｐＨが調整される。その後、ｐＨが調整された懸濁液Ｃと凝集剤が混合される。

また、上記実施形態および変形例において、濃度測定部１６０は、ｐＨ調整槽２３０の懸濁物の濃度を測定する構成を例に挙げて説明した。しかし、濃度測定部１６０は、反応槽１３０の懸濁物の濃度を測定することができれば、測定位置に限定はない。例えば、濃度測定部１６０は、ｐＨ調整槽２３０に加えて、または、代えて、凝結槽２２０もしくは凝集槽２４０の懸濁物の濃度を測定してもよい。

また、上記実施形態および変形例において、返送ポンプ１５０、３５０は、凝結槽２２０に汚泥Ｅを返送する構成を例に挙げて説明した。しかし、返送ポンプ１５０、３５０は、反応槽１３０に汚泥Ｅを返送できれば、返送箇所に限定はない。例えば、返送ポンプ１５０、３５０は、凝結槽２２０に加えて、または、代えて、ｐＨ調整槽２３０もしくは凝集槽２４０に汚泥Ｅを返送してもよい。

また、上記実施形態および変形例において、汚泥量検出部１７０が界面センサで構成される場合を例に挙げて説明した。しかし、汚泥量検出部１７０は、沈殿槽１４０において沈降分離された汚泥Ｅの量を検出することができれば構成に限定はない。汚泥量検出部１７０が汚泥Ｅの量を検出する場合、制御部１８０、３８０は、汚泥量検出部１７０によって検出された汚泥Ｅの量が所定値未満である場合に返送ポンプ１５０、３５０を停止する。

また、例えば、汚泥量検出部１７０は、沈殿槽１４０の所定の第１箇所の濁度を測定する第１のＳＳ濃度計と、第１箇所より上方の第２箇所の濁度を測定する第２のＳＳ濃度計とで構成されてもよい。この場合、制御部１８０は、第１のＳＳ濃度計によって測定された汚泥Ｅの量が所定値未満である場合に返送ポンプ１５０を停止する。また、制御部１８０は、第２のＳＳ濃度計によって測定された汚泥Ｅの量が所定値以上である場合に、沈殿槽１４０内の汚泥Ｅを後段の廃棄処理設備に送出する。

また、上記実施形態および変形例において、凝結材供給部２２２、調整剤供給部２３２、および、凝集剤供給部２４２が、注入ポンプ２２６、２３６、２４６を備える構成を例に挙げて説明した。しかし、タンク２２４、２３４、２４４を凝結槽２２０、ｐＨ調整槽２３０、凝集槽２４０の上方に配置し、タンク２２４、２３４、２４４から凝結槽２２０、ｐＨ調整槽２３０、凝集槽２４０に薬剤を自重で供給できる場合、注入ポンプ２２６、２３６、２４６に代えて、開閉弁を備えてもよい。この場合、制御部１８０は、開閉弁を開閉制御する。

本発明は、重金属、リン、フッ素等の無機イオンを含む排水を浄化する排水浄化装置に利用することができる。

１００、３００ 排水浄化装置
１３０ 反応槽
１４０ 沈殿槽
１５０、３５０ 返送ポンプ
１６０ 濃度測定部
１７０ 汚泥量検出部
１８０、３８０ 制御部
２２０ 凝結槽
２３０ ｐＨ調整槽
２４０ 凝集槽

Claims (5)

1. 重金属、リン、および、フッ素のうち、いずれか１または複数の無機イオンと、凝結材とが混合された排水のｐＨを調整する反応槽と、
   前記反応槽で生成された懸濁液から汚泥を沈降分離する沈殿槽と、
   前記沈殿槽で沈降分離された前記汚泥を前記反応槽に返送する返送ポンプと、
   前記反応槽の懸濁物の濃度を測定する濃度測定部と、
   前記沈殿槽において沈降分離された前記汚泥の量を検出する汚泥量検出部と、
   前記濃度測定部によって測定された前記反応槽の懸濁物の濃度が、適正範囲未満および前記適正範囲内である場合に、前記返送ポンプを駆動し、前記適正範囲を上回った場合に前記返送ポンプを停止する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記汚泥量検出部によって検出された前記汚泥の量が所定値未満である場合に前記返送ポンプを停止する排水浄化装置。
2. 前記反応槽は、
   前記排水と前記凝結材とを混合する凝結槽と、
   前記凝結材が混合された前記排水のｐＨを調整するｐＨ調整槽と、
   を有する請求項１に記載の排水浄化装置。
3. 前記反応槽は、ｐＨが調整された前記排水と凝集剤とを混合する凝集槽をさらに有する請求項２に記載の排水浄化装置。
4. 前記濃度測定部は、前記ｐＨ調整槽の懸濁物の濃度を測定する請求項２または３に記載の排水浄化装置。
5. 前記返送ポンプは、前記凝結槽に前記汚泥を返送する請求項２から４のいずれか１項に記載の排水浄化装置。

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