JP7139771B2

JP7139771B2 - 凝集沈殿装置及びその起動方法

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Publication number: JP7139771B2
Application number: JP2018151718A
Authority: JP
Inventors: 一平田中
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2018-08-10
Filing date: 2018-08-10
Publication date: 2022-09-21
Anticipated expiration: 2038-08-10
Also published as: KR20210035801A; WO2020031567A1; JP2020025921A

Description

本発明は、懸濁物質を含む原水に沈降促進材と凝集剤を添加して凝集沈殿させて汚泥と処理水とに分離する凝集沈殿装置およびその制御方法に関し、とくに沈殿槽から抜き出したスラリーをサイクロンにより汚泥と沈降促進材とに分離し、沈降促進材を凝集槽に返送するよう構成された凝集沈殿装置およびその起動方法に関する。

懸濁物質（以下、ＳＳ[Suspended Solid] と称することもある。）を原水中から凝集沈殿により分離除去する凝集沈殿装置として、原水に粒径１０～２００μｍ程度の粒状物（砂など）よりなる沈降促進材と凝集剤とを添加して凝集フロックを形成させる凝集槽と、凝集槽から流出する凝集フロックを沈降分離する沈殿槽と、沈殿槽から引き抜いたスラリーを粒状物と汚泥に分離するサイクロンとを備え、粒状物を凝集槽に返送し、汚泥を排出するよう構成された装置が知られている（特許文献１～３）。

特許文献１～３の凝集沈殿装置にあっては、凝集槽に導入された原水に無機凝集剤を添加して攪拌機で攪拌し、次いで高分子凝集剤を添加して凝集槽に導入し、攪拌機で攪拌して粒状物（砂など）とともに凝集フロックを形成させる。この凝集処理水を沈殿槽に導入して沈降分離し、沈殿槽上部から処理水を流出させる。また、沈殿槽の下部からポンプによりスラリーを抜き出し、サイクロンに送る。サイクロンでは、汚泥と粒状物とに遠心分離し、分離された汚泥が凝集沈殿装置外に排出される。サイクロンで分離された粒状物は凝集槽に返送され、再度沈殿分離に利用される。

特許文献３には、サイクロンから排出される汚泥の少なくとも一部を凝集槽に戻す汚泥返送ラインに流量コントロール弁を設け、原水のＳＳ濃度が低い場合には汚泥返送量を多くし、該ＳＳ濃度が高い場合には汚泥返送量を少なくするよう制御することが記載されている（００７２段落）。

特開２０００－３１７２２０号公報特開２００２－３５５５０７号公報特開２０１４－２３７１２２号公報

製鉄所やセメント工場など、敷地面積が大きいヤードの降雨排水を処理する施設に設置された凝集沈殿装置の場合、装置立ち上げ時やメンテナンス後の装置再立ち上げ時は、凝集沈殿装置の各槽に水張りがされておらず、また凝集沈殿層を可搬式とする場合は非降雨時は各槽内の水を抜くと共に沈殿促進材を抽出しておき、降雨時にはまず凝集沈殿装置の各槽に水を張り、次にヤードからの排水（以下、ヤード排水という。）を受け入れて運転再開する。

各槽内に張られた水（槽内水）は、ＳＳ濃度が著しく低いため、降雨開始当初にヤード排水が凝集沈殿装置に流入した場合、ヤード排水が槽内水で希釈されるので、各槽内のＳＳ濃度が低い。また、たとえ水張りを行わず直接ヤード排水が流入したとしても未濃縮のため、ＳＳ濃度は十分ではない。そのため、凝集沈殿装置から排出される汚泥濃度が低いものとなる。
なお、従来の沈殿槽ではＳＳの濃縮を促進するために、沈殿槽からの引抜を間欠で運転することがある。しかし、本発明のように汚泥中に沈降促進材を含む場合は沈殿槽底部ピットや引抜ライン中に沈降促進材が蓄積し、固着する懸念があるため、引抜は原則連続運転することが通常である。

本発明は、可搬式の凝集沈殿装置や、各凝集槽に水を張った状態の凝集沈殿装置に被処理水が流入する凝集沈殿装置の起動時における低濃度汚泥の排出を防止し、早期にＳＳ濃度を上昇させることで、立ち上げ時間を短縮することができる凝集沈殿装置及びその起動方法を提供することを目的とする。

本発明の凝集沈殿装置は、原水が導入され、第１凝集剤により凝集処理する第１凝集槽と、該第１凝集槽から排出された第１凝集処理水が導入され、第２凝集剤と沈降促進材により凝集処理する第２凝集槽と、該第２凝集槽から排出された第２凝集処理水が導入され、処理水とスラリーとに沈降分離する沈殿槽と、該沈殿槽から抜き出したスラリーを分離汚泥と沈降促進材とに分離し、分離した沈降促進材を該第２凝集槽に戻すサイクロンとを備え、該サイクロンの汚泥出口からの分離汚泥ラインが汚泥排出ラインと汚泥循環ラインとに分岐され、該汚泥循環ラインが前記第１凝集槽に接続されており、該汚泥循環ラインと汚泥排出ラインとの切替手段を有する凝集沈殿装置において、該凝集沈殿装置の起動時には該分離汚泥ラインを該汚泥循環ラインに接続して該サイクロンからの分離汚泥を該汚泥循環ラインを通じて該第１凝集槽に返送し、該凝集沈殿装置の起動終了後には連続的または間欠的に該分離汚泥ラインを該汚泥排出ラインに接続するかまたは該汚泥排出ライン及び汚泥循環ラインに分岐して該サイクロンからの分離汚泥の少なくとも一部を連続的又は間欠的に系外排出するように前記切替手段を制御する制御手段を備えたことを特徴とする。

本発明の一態様では、前記制御手段として、前記分離汚泥ラインまたは前記汚泥循環ラインに設けられたＳＳ計と、該ＳＳ計の検出ＳＳ濃度が所定濃度に上昇するまで前記サイクロンからの分離汚泥を前記第１凝集槽に返送するように前記切替手段を制御する制御器とを備える。

本発明の一態様では、前記ＳＳ計の検出ＳＳ濃度が所定濃度に上昇するまでの期間の少なくとも一部において、前記第１凝集槽への第１凝集剤の添加量および第２凝集槽への第２凝集剤の添加量を増大させる凝集剤添加量制御部が設けられている。

本発明の一態様では、前記制御手段として、前記第１凝集槽への原水供給開始後、所定時間、前記サイクロンからの分離汚泥を前記第１凝集槽に返送するように前記切替手段を制御するタイマーを備える。

本発明の一態様では、前記第１凝集槽への原水供給開始後、所定時間が経過するまでの期間の少なくとも一部において、前記第１凝集槽への第１凝集剤の添加量および第２凝集槽への第２凝集剤の添加量を増大させる凝集剤添加量制御部が設けられている。

本発明の凝集沈殿装置の制御方法は、原水が導入され、第１凝集剤により凝集処理する第１凝集槽と、該第１凝集槽から排出された第１凝集処理水が導入され、第２凝集剤と沈降促進材により凝集処理する第２凝集槽と、該第２凝集槽から排出された第２凝集処理水が導入され、処理水とスラリーとに沈降分離する沈殿槽と、該沈殿槽から抜き出したスラリーを分離汚泥と沈降促進材とに分離し、分離した沈降促進材を該第２凝集槽に戻すサイクロンとを備え、該サイクロンの汚泥出口からの分離汚泥ラインが汚泥排出ラインと汚泥循環ラインとに分岐され、該汚泥循環ラインが前記第１凝集槽に接続されている凝集沈殿装置の起動方法において、該凝集沈殿装置の起動時には該サイクロンからの分離汚泥を該汚泥循環ラインを通じて該第１凝集槽に返送し、該凝集沈殿装置の起動終了後には該サイクロンからの分離汚泥の少なくとも一部を連続的又は間欠的に系外排出するように切り替えることを特徴とする。

本発明の一態様では、前記凝集沈殿装置の起動時に、前記第１凝集槽への第１凝集剤添加量および第２凝集槽への第２凝集剤の添加量を増加させる。

本発明の一態様では、前記原水がヤード排水である。

本発明の凝集沈殿装置及びその起動方法では、凝集沈殿装置の起動時に、サイクロンから排出される分離汚泥を第１凝集槽に返送するので、低濃度汚泥の排出が防止される。これにより、早期に系内のＳＳ濃度が上昇し、立ち上げ時間が短縮される。

本発明の一態様では、凝集沈殿装置の起動時に、第１凝集剤の添加量を多くすることにより、凝集作用が強化され、さらに低濃度汚泥の排出が防止される。また第１凝集剤に対して不足しないよう第２凝集剤の添加量を多くすることにより、凝集不良が防止される。

実施の形態に係る凝集沈殿装置の構成図である。実施の形態に係る凝集沈殿装置の構成図である。実施の形態に係る凝集沈殿装置の構成図である。実施の形態に係る凝集沈殿装置の構成図である。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、第１の実施の形態に係る凝集沈殿装置１を示している。この凝集沈殿装置１は、第１凝集槽２と、第２凝集槽３と、それに隣接配置された沈殿槽４を備えている。第１凝集槽２には、原水導入ライン５を介して原水が導入され、第１凝集剤として無機凝集剤（図１ではＰＡＣ）が第１薬注装置６によって添加されて、攪拌機７によって攪拌される。第１凝集槽２においては、無機凝集剤が懸濁物質を凝集させて微細なフロックが生成する。図示は省略するが、第１凝集槽２には、ｐＨ計及びｐＨ調整剤（苛性ソーダ、硫酸、塩酸など）の添加装置が設けられており、第１凝集槽２内のｐＨを所定範囲に維持できるよう構成されている。

第１凝集槽２からの第１凝集処理水は移流口８を介して第２凝集槽３に導入され、第２凝集剤として高分子凝集剤（ポリマー）が第２薬注装置９によって添加される。第２凝集槽３内には、砂などの沈降促進材が添加されており、攪拌機１０による攪拌により、微細フロックが高分子凝集剤を介して沈降促進材に取り込まれて、比重の大きい凝集フロックに成長する。

沈降促進材としては、砂のほか、各種スラグの破砕物なども用いることができる。沈降促進材の平均粒径は０．０１～０．５ｍｍ程度が好ましく、真比重は２以上特に２．５以上で４以下が好ましいが、これに限定されない。

成長した凝集フロックを含む第２凝集処理水は、越流堰１２を越流して沈殿槽４に導入される。沈殿槽４では、第２凝集処理水中の凝集フロックが沈殿する。沈殿槽４内の上部には、複数の傾斜板１３よりなるセパレータが設置されており、凝集フロックの沈殿分離が促進される。セパレータを通り抜けた処理水は、流出室１５を経て流出配管１６から取り出される。沈殿槽４にレーキ１４が設けられている。

沈殿槽４の底部には、沈殿した凝集フロックを含むスラリーを抜き出すための引抜ライン１７が接続されており、引抜ライン１７には、抜き出したスラリーをサイクロン２０に引抜ポンプ１８が設けられている。サイクロン２０は、軸心方向を鉛直方向として設置されている。

サイクロン２０では、送られてきたスラリーを遠心分離により、サイクロン軸心部に集まる汚泥と、サイクロン側周面に集まる沈降促進材とに分離する。分離された沈降促進材は、サイクロン２０の底部から、配管１９によって再び第２凝集槽３内に戻されて循環使用される。

サイクロン２０で軸心側に集められた分離汚泥は、サイクロン２０の上面中央部の汚泥出口に接続された配管２１（分離汚泥ライン）に流出する。該配管２１は、配管２２，２５に分岐している。
配管２２は、バルブ２３を介して配管２４に接続されている。配管２２，２４及びバルブ２３によって汚泥排出ラインが構成されている。

配管２５は、バルブ２６及び配管２７を介して分離汚泥を第１凝集槽２に返送可能となっている。配管２５，２７及びバルブ２６によって汚泥循環ラインが構成されている。バルブ２３，２６によって切替手段が構成されている。

この配管２７に光学式濁度計などよりなるＳＳ計２８が設置されており、その検出信号が制御器３０に入力される。制御器３０によってバルブ２３，２６が制御され、ＯＮ／ＯＦＦ切替または流量調整される。

この凝集沈殿装置１を運転開始する際は、まず各槽２，３，４に上水、井水、河川水、雨水、浄化処理水など比較的清澄度の高い清水が規定水位まで水張りされる。これは、各槽２～４や部材の破損がないか確認するためである。

この凝集沈殿装置にヤード排水などの原水が流入開始すると、第１凝集槽２に無機凝集剤が添加されると共に、第２凝集槽３に高分子凝集剤（ポリマー）が添加される。また、第２凝集槽３には、所定量の沈降促進材が添加される。

原水は、第１凝集槽２内の清水と混ざり合い、希釈されて凝集処理され、第２凝集槽３を経て沈殿槽４に流入し、凝集フロックの沈降分離が行われ、処理水（清澄水）が配管１６から排出される。

このように、凝集沈殿装置１の起動時にあっては、原水が各凝集槽２，３内の清水で希釈されるので、各凝集槽２，３内のＳＳ濃度が低く、沈殿槽４内で沈殿したスラリーのＳＳ濃度も小さい。そのため、サイクロン２０で分離された分離汚泥のＳＳ濃度が低く、そのまま排出することは適切ではない。

そこで、この実施の形態では、凝集沈殿装置１の起動時にはバルブ２３を閉とし、バルブ２６を開とし、サイクロン２０からの分離汚泥の全量を配管２７から第１凝集槽２に返送する。

この配管２７内を流れる分離汚泥のＳＳ濃度がＳＳ計２８で計測され、その検出信号が制御器３０に入力される。制御器３０は、ＳＳ計２８の検出ＳＳ濃度が、予め設定した所定濃度（ヤード排水を処理する凝集沈殿装置の場合、１０～５０ｇ／Ｌ特に１５～３０ｇ／Ｌ程度）になるまで、バルブ２３を閉、バルブ２６を開とし、分離汚泥の全量を第１凝集槽２に返送する。

この状態を維持すると、第１及び第２凝集槽２，３内のＳＳ濃度が次第に上昇し、ＳＳ計２８の検出ＳＳ濃度も次第に上昇する。ＳＳ計２８の検出ＳＳ濃度が上記所定濃度にまで上昇すると、制御器３０がバルブ２３を開、バルブ２６を閉とし、サイクロン２０からの分離汚泥の全量を配管２４から排出する。

このようにして、凝集沈殿装置１の起動時に配管２４から低ＳＳ濃度の汚泥が排出されることが防止される。

なお、上記説明では、ＳＳ計２８の検出ＳＳ濃度が所定値にまで上昇した後は、汚泥の全量を配管２４から排出するものとしたが、サイクロン２０からの分離汚泥の一部を配管２７から第１凝集槽２に返送してもよい。また、分離汚泥の排出を連続的でなく間欠的に行ってもよい。

なお、この第１の実施の形態では、第１及び第２薬注装置６，９による凝集剤添加量は一定とされている（定量添加方式）。ただし、原水のＳＳ濃度を検出し、その検出結果に応じて凝集剤添加量を制御するようにしてもよい。

図２は、第２の実施の形態に係る凝集沈殿装置１Ａを示している。この凝集沈殿装置１Ａでは、制御器３０は第１及び第２薬注装置６，９も後述のように制御するよう構成されている。凝集沈殿装置１Ａのその他の構成は凝集沈殿装置１と同じであり、同一符号は同一部分を示している。

制御器３０は、凝集沈殿装置１Ａの起動時に、ＳＳ計２８の検出濃度が所定値にまで上昇するまでは第１の実施の形態と同一の起動方法に従って、バルブ２３，２６の開閉を制御する。この実施の形態にあっては、制御器３０は、さらに、ＳＳ計２８の検出濃度が所定値にまで上昇するまでは、第１及び第２薬注装置６，９による無機凝集剤及び高分子凝集剤の添加量を定常運転時の標準添加量よりも多く（例えばそれぞれ標準添加量の１．５～５倍量特に２～５倍量）する。これにより、第１及び第２凝集槽２，３での凝集効果が増大し、沈殿槽４で沈殿したスラリーのＳＳ濃度が高くなる。これにより、サイクロン２０で分離される汚泥濃度が早期に所定値まで上昇する。

図３は、第３の実施の形態に係る凝集沈殿装置１Ｂを示している。

この実施の形態にあっては、バルブ２３，２６の開閉を制御するために、制御器３０の代りにタイマー３１が設置されている。また、ＳＳ計２８は省略されている。その他の構成は図１の凝集沈殿装置１と同一であり、同一符号は同一部分を示している。

この実施の形態にあっては、凝集沈殿装置１Ｂの起動時に、凝集沈殿装置１Ｂへの原水流入開始から所定時間が経過するまでは、バルブ２６を開、バルブ２３を閉とし、サイクロン２０からの分離汚泥の全量を第１凝集槽２に返送する。そして、所定時間が経過した後は、バルブ２６を閉、バルブ２３を開とし、サイクロン２０からの分離汚泥の全量を配管２４から排出する。なお、この場合も、サイクロン２０からの分離汚泥の一部を配管２７から第１凝集槽２に返送してもよいし、連続処理でなく間欠処理としてもよい。所定時間は凝集沈殿装置１ＢのＨＲＴの０．５～４倍程度が好ましい。

この実施の形態においても、沈殿槽４で沈殿したスラリーのＳＳ濃度が早期に上昇する。これにより、サイクロン２０で分離される汚泥濃度が早期に上昇する。

図４は、第４の実施の形態に係る凝集沈殿装置１Ｃを示している。この凝集沈殿装置１Ｃは、図３の凝集沈殿装置１Ｂと同じくタイマー３１を備えていると共に、さらに第１及び第２薬注装置６，９による凝集剤添加量を制御する制御器３２を備えている。

タイマー３１は、図３の凝集沈殿装置１Ｂと同じく、凝集沈殿装置１Ｃへの原水流入開始（原水ポンプの運転開始）から所定時間が経過するまでは、バルブ２６を開、バルブ２３を閉とし、サイクロン２０からの分離汚泥の全量を第１凝集槽２に返送する。そして、所定時間が経過した後は、バルブ２６を閉、バルブ２３を開とし、サイクロン２０からの分離汚泥の全量を配管２４から排出する。なお、この場合も、サイクロン２０からの分離汚泥の一部を配管２７から第１凝集槽２に返送してもよいし、連続処理でなく間欠処理としてもよい。

制御器３２は、凝集沈殿装置１Ｃの起動（タイマー３１のスタート（原水ポンプの運転開始））から所定時間経過するまでは、第１及び第２薬注装置６，９による無機凝集剤及び高分子凝集剤の添加量を定常運転時の標準添加量よりも多く（例えばそれぞれ標準添加量の１．５～５倍量）する。これにより、凝集槽２，３での凝集効果が増大し、沈殿槽４で沈殿したスラリーのＳＳ濃度が上昇する。これにより、サイクロン２０で分離される汚泥濃度が早期に所定値まで上昇する。
第３，４の実施の形態のようなタイマーによる制御は、特に原水中のＳＳ濃度が安定している（変動幅が比較的小さい）場合に有効である。

本発明に係る凝集沈殿装置およびその起動方法は、ヤード排水の処理に好適であるが、その他の各種排水の処理にも適用可能である。
本発明によける凝集沈殿装置の「起動」とは、新設装置の運転開始時だけでなく、メンテナンスや搬送など各槽の水を一旦抜いた後の初回の運転開始時も含まれる。

本発明において使用する無機凝集剤や高分子凝集剤の種類はとくに限定されず、無機凝集剤としては、たとえばポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、塩化第二鉄、硫酸第二鉄、ポリ硫酸鉄などを使用できる。高分子凝集剤としては、たとえばノニオン性、カチオン性、アニオン性あるいは両性の高分子凝集剤を用いることができる。

上記実施の形態は本発明の一例であり、本発明は上記以外の態様とされてもよい。例えば、図１，２の実施の形態では、ＳＳ計は配管２７に設けられているが、配管２１又は２５に設けられてもよい。また、図２、図４の態様において、各種凝集剤の添加量を増大させる期間は、バルブ２６を開としている期間の一部であってもよい。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ凝集沈殿装置
２第１凝集槽
３第２凝集槽
４沈殿槽
６第１薬注装置
９第２薬注装置
２０サイクロン
２３，２６バルブ
２８ＳＳ計
３０，３２制御器
３１タイマー

Claims

原水が導入され、第１凝集剤により凝集処理する第１凝集槽と、該第１凝集槽から排出された第１凝集処理水が導入され、第２凝集剤と沈降促進材により凝集処理する第２凝集槽と、該第２凝集槽から排出された第２凝集処理水が導入され、処理水とスラリーとに沈降分離する沈殿槽と、該沈殿槽から抜き出したスラリーを分離汚泥と沈降促進材とに分離し、分離した沈降促進材を該第２凝集槽に戻すサイクロンとを備え、
該サイクロンの汚泥出口からの分離汚泥ラインが汚泥排出ラインと汚泥循環ラインとに分岐され、該汚泥循環ラインが前記第１凝集槽に接続されている
凝集沈殿装置の起動方法において、
該凝集沈殿装置の起動時には、該サイクロンからの分離汚泥のＳＳ濃度が所定値に上昇するまで、該サイクロンからの分離汚泥の全量を該汚泥循環ラインを通じて該第１凝集槽に返送し、該凝集沈殿装置の起動終了後には該サイクロンからの分離汚泥の少なくとも一部を連続的又は間欠的に系外排出するように切り替える
ことを特徴とする凝集沈殿装置の起動方法。
前記所定値は１０～５０ｇ／Ｌである請求項１に記載の凝集沈殿装置の起動方法。
原水が導入され、第１凝集剤により凝集処理する第１凝集槽と、該第１凝集槽から排出された第１凝集処理水が導入され、第２凝集剤と沈降促進材により凝集処理する第２凝集槽と、該第２凝集槽から排出された第２凝集処理水が導入され、処理水とスラリーとに沈降分離する沈殿槽と、該沈殿槽から抜き出したスラリーを分離汚泥と沈降促進材とに分離し、分離した沈降促進材を該第２凝集槽に戻すサイクロンとを備え、
該サイクロンの汚泥出口からの分離汚泥ラインが汚泥排出ラインと汚泥循環ラインとに分岐され、該汚泥循環ラインが前記第１凝集槽に接続されている
凝集沈殿装置の起動方法において、
該凝集沈殿装置の起動時には、前記第１凝集槽への原水供給開始後、所定時間が経過するまで、該サイクロンからの分離汚泥の全量を該汚泥循環ラインを通じて該第１凝集槽に返送し、該凝集沈殿装置の起動終了後には該サイクロンからの分離汚泥の少なくとも一部を連続的又は間欠的に系外排出するように切り替える
ことを特徴とする凝集沈殿装置の起動方法。
前記所定時間は、前記凝集沈殿装置のＨＲＴの０.５～４倍である請求項３に記載の凝集沈殿装置の起動方法。
前記凝集沈殿装置の起動時に、前記第１凝集槽への第１凝集剤添加量および第２凝集槽への第２凝集剤の添加量を増加させる、請求項１～４のいずれか１項に記載の凝集沈殿装置の起動方法。
前記原水がヤード排水である、請求項１～５のいずれか１項に記載の凝集沈殿装置の起動方法。
前記凝集沈殿装置の起動前に、該凝集沈殿装置の前記第１凝集槽、第２凝集槽、及び沈殿槽の各槽に清水を張る、請求項１～６のいずれか１項に記載の凝集沈殿装置の起動方法。