JP7212588B2

JP7212588B2 - 水処理装置

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Publication number: JP7212588B2
Application number: JP2019114732A
Authority: JP
Inventors: 裕一郎鳥羽
Original assignee: Organo Corp
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 2019-06-20
Filing date: 2019-06-20
Publication date: 2023-01-25
Anticipated expiration: 2039-06-20
Also published as: JP2021000595A

Description

本発明は、酸化マグネシウム粉末を用いて、除去対象物質を含有する被処理水を処理する水処理装置に関する。

各種産業で排出されるホウ素、フッ素、セレン、シリカ、重金属、懸濁物質等の物質を高い濃度で含む排水は、それらの物質を排水基準以下まで処理して放流する必要がある。例えば、石炭を燃焼して発電等を行う発電設備では、排ガスを浄化するための脱硫設備が設置され、例えば、アルカリ剤を溶解させた水により、排ガス中の硫黄分や集塵機で除去されなかった煤塵等を除去している。硫黄分や煤塵等を吸収した水は適宜、脱硫設備から脱硫排水として排出され、排水基準以下にまで処理されて海洋等に放流される。

この脱硫排水には、通常、石炭等に含まれるホウ素、フッ素、セレン、重金属（鉄、鉛、銅、クロム、カドミウム、水銀、亜鉛、ヒ素、マンガン、ニッケル等）等が含有される。中でもホウ素は、ホウ酸（Ｈ_３ＢＯ_３）等として高い濃度で含有されることがあり、２００～５００ｍｇ－Ｂ／Ｌ程度存在することもある。

これらの物質を対象とした水処理では、水酸化マグネシウムを１４００℃以下の温度で焼成して得た酸化マグネシウムを、除去対象物質を含む被処理水に添加する処理方法が知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。酸化マグネシウムはホウ酸、フッ素イオン、重金属等を同時に除去することができ、且つ固液分離性が良いという利点がある。

また、特許文献３には、フッ素イオン１０～５０ｍｇ／Ｌ、ホウ素１００ｍｇ／Ｌ未満といった低濃度の除去対象物質を含む被処理水にポリ塩化アルミニウム塩等の可溶性金属化合物を添加し、その後に酸化マグネシウム等の難溶性金属化合物を添加し、ホウ酸等を不溶化させ固液分離し、分離した固形分を被処理水に返送する方法が提案されている。

特開２００１－３０８７２号公報特許第４３３６１４８号公報特許第５９４３１７６号公報

ところで、高濃度の除去対象物質を含む被処理水に対し、酸化マグネシウムを用いて処理する場合、酸化マグネシウムに除去対象物質を効果的に吸着させることができる点で、酸化マグネシウムを粉末の状態で直接被処理水に添加することが好ましい。例えば、ホウ素濃度で２００ｍｇ／Ｌ以上の高濃度のホウ酸イオンを含む被処理水から、ホウ酸イオンをホウ素濃度で２００ｍｇ／Ｌ未満に低減するためには、酸化マグネシウム粉末を１ｇ／Ｌ以上で添加する必要がある。そして、一定期間、その添加量で酸化マグネシウム粉末を添加し続けるには、酸化マグネシウム粉末を貯留する大きな貯槽を備える給粉装置が必要となる。

また、酸化マグネシウム粉末は、静電気、圧密性等の性質から、配管内部で閉塞固着し易く、粉末のまま定量添加することが難しいが、安価な設備で安定的に定量添加するには、反応槽の上に給粉装置を設置して、給粉装置から酸化マグネシウム粉末を重力で落として、反応槽に添加するのが望ましい。

一方、酸化マグネシウム粉末にホウ酸イオン等の除去対象物質を十分に吸着させるためには、反応槽の固形分滞留時間を十分に確保する必要があり、そのためには、大きな容量の反応槽が必要となるが、その大きな反応槽の上に、酸化マグネシウム粉末を貯留する大きな貯槽を備える給粉装置を設置すると、水処理装置の装置高が非常に高くなるという問題がある。なお、大きな反応槽の上に給粉装置を設置する場合には、給粉装置を大きな反応槽の上に設置するための支持脚を頑強に補強する等の安全対策が必要であり、設備費が高くなるという課題もある。

そこで、本発明の目的は、大きな容量の反応槽の上に、酸化マグネシウム粉末を供給する給粉装置を設置する必要がなく、装置高さの低いコンパクトな水処理装置を提供することにある。

本発明の水処理装置は、酸化マグネシウム粉末を供給する給粉手段と、除去対象物質を含む被処理水を移送する給水手段と、撹拌機を備え、前記撹拌機により、前記給粉手段により供給された前記酸化マグネシウム粉末と、前記給水手段により移送された前記被処理水とを混和する混和槽と、前記混和槽で得られた混和液を移送する第１移送手段と、撹拌機を備え、前記撹拌機により、前記第１移送手段により移送された前記混和液を撹拌し、前記除去対象物質を前記酸化マグネシウム粉末に吸着させる反応槽と、前記反応槽で得られた除去対象物質吸着マグネシウム粉末を含む溶液を移送する第２移送手段と、前記第２移送手段により移送された前記溶液を汚泥と処理水とに分離する固液分離手段と、前記固液分離手段で分離した前記汚泥の少なくとも一部を前記混和槽に返送する汚泥返送手段と、前記固液分離手段で分離した前記汚泥の少なくとも一部を系外へ排出する汚泥排出手段と、を有し、前記混和槽の容量は前記反応槽の容量より小さく、前記混和槽の液面位は前記反応槽の液面位より低く、前記給粉手段は、前記混和槽の上に位置し、前記酸化マグネシウム粉末を重力により前記混和槽に供給する。

また、前記水処理装置において、前記給水手段による前記被処理水の移送、前記第１移送手段による前記混和液の移送及び前記第２移送手段による前記溶液の移送が停止された状態である通水停止時に、前記第１移送手段及び第２移送手段に洗浄水を通水して、洗浄する第１洗浄手段、及び前記汚泥返送手段及び前記汚泥排出手段に洗浄水を通水して、洗浄する第２洗浄手段のうちの少なくともいずれか一方を備えることが好ましい。

また、前記水処理装置において、前記第１移送手段及び前記第２移送手段を洗浄する前記洗浄水は、前記固液分離手段で分離した前記処理水であることが好ましい。

また、前記水処理装置において、前記汚泥返送手段及び前記汚泥排出手段を洗浄する前記洗浄水は、前記固液分離手段で分離した前記処理水であることが好ましい。

また、前記水処理装置において、前記第１洗浄手段は、前記第１移送手段に前記洗浄水を通水して、洗浄した後、前記第２移送手段に前記洗浄水を通水して、洗浄することが好ましい。

また、前記水処理装置において、前記第２洗浄手段は、前記通水停止時に、且つ前記第１洗浄手段による洗浄前に、前記汚泥返送手段及び前記汚泥排出手段に前記洗浄水を通水して、洗浄することが好ましい。

また、前記水処理装置において、前記固液分離手段は、沈殿槽内で、前記汚泥を含むスラッジブランケット層と前記スラッジブランケット層の上に前記処理水を含む処理水層を形成するスラッジブランケット型の沈殿装置であって、前記沈殿槽内に、前記スラッジブランケット層に含まれる前記汚泥が越流して貯留される濃縮室が設けられ、前記汚泥返送手段は、前記濃縮室に貯留された汚泥の少なくとも一部を前記反応槽に返送し、前記汚泥排出手段は、前記濃縮室に貯留された汚泥の少なくとも一部を系外へ排出することが好ましい。

また、前記水処理装置において、前記第１洗浄手段は、前記通水停止時に、前記濃縮室を介して前記処理水層の前記処理水を前記洗浄水として引き出し、前記第１移送手段および前記第２移送手段に通水して、洗浄することが好ましい。

また、前記水処理装置において、前記第２洗浄手段は、前記通水停止時に、前記濃縮室を介して前記処理水層の前記処理水を前記洗浄水として引き出し、前記汚泥返送手段及び前記汚泥排出手段に通水して、洗浄することが好ましい。

また、前記水処理装置において、前記除去対象物質は、ホウ酸又はホウ酸イオンを含み、前記給粉手段は、前記被処理水に対して、１ｇ／Ｌ以上の前記酸化マグネシウム粉末を供給することが好ましい。

本発明によれば、大きな容量の反応槽の上に、酸化マグネシウム粉末を供給する給粉装置を設置する必要がなく、装置高さの低いコンパクトな水処理装置を提供することができる。

本実施形態に係る水処理装置の構成の一例を示す模式図である。図１に示す水処理装置の各工程における機器の起動・停止、バルブの開・閉の状況を示す表である。本実施形態に係る水処理装置の構成の他の一例を示す模式図である。本実施形態に係る水処理装置の構成の他の一例を示す模式図である。本実施形態に係る水処理装置の構成の他の一例を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

本実施形態の水処理装置において処理される被処理水は、酸化マグネシウム粉末に吸着される除去対象物質を含む水であればよい。除去対象物質としては、例えば、ホウ酸又はホウ酸イオン、フッ化物イオン、溶存シリカ等が挙げられる。本実施形態の水処理装置は、特に、ホウ酸またはホウ酸イオン濃度が高く、ホウ素濃度換算で２００ｍｇ/Ｌ以上含有する水に有効である。

被処理水としては、例えば、石炭火力発電の脱硫排水やめっき排水、ガラス製造排水などが挙げられる。なお、本実施形態で用いられる酸化マグネシウム粉末は、水中の懸濁物質も凝集させることができるため、被処理水には、除去対象物質以外の懸濁物質を含んでもよい。

図１は、本実施形態に係る水処理装置の構成の一例を示す模式図である。図１に示す水処理装置１は、被処理水槽１０、被処理水配管１２、被処理水ポンプＰ－１、給粉装置１４、撹拌機１８を備える混和槽１６、第１越流槽２０、第１移送配管２２、第１移送ポンプＰ－２、撹拌機２６を備える反応槽２４、第２越流槽２８、第２移送ポンプＰ－３、第２移送配管３０、沈殿装置３２、汚泥配管３４ａ，３４ｂ，３４ｃ、バルブＶ－１、バルブＶ－２、汚泥ポンプＰ－４、洗浄配管３６ａ，３６ｂ，３６ｃ、洗浄ポンプＰ－５、バルブＶ－３、バルブＶ－４、有機高分子凝集剤供給装置Ｄ－２を備える。

＜給水手段＞
図１に示す水処理装置１では、被処理水配管１２が、除去対象物質を含む被処理水を移送する給水手段として機能する。被処理水配管１２には被処理水ポンプＰ－１が設置され、被処理水配管１２の一端は、除去対象物質を含む被処理水が貯留される被処理水槽１０に接続され、他端は混和槽１６に接続される。

＜給粉手段＞
図１に示す水処理装置１では、給粉装置１４が、酸化マグネシウム粉末を供給する給粉手段として機能する。給粉装置１４は、貯槽３８、粉体定量器Ｄ－１、粉体供給配管４０を含む。給粉装置１４は、混和槽１６の上に設置される。粉体供給配管４０の一端は粉体定量器Ｄ－１を介して貯槽３８に接続され、他端は混和槽１６に接続される。図１に示す給粉装置１４は一例であって、これに限定されない。

貯槽３８には、酸化マグネシウム粉末が貯留されている。酸化マグネシウム粉末は、粒径が１～５μｍの範囲であり、細孔表面積が８０ｍ^２/ｇ以上であることが望ましい。貯槽３８の容量は、酸化マグネシウム粉末必要量の１日分以上、好ましくは７日分以上を貯留できる容量であることが好ましい。

粉体定量器Ｄ－１は、酸化マグネシウム粉末を定量し、安定的な供給ができるものであればよく、例えば、升に充填された酸化マグネシウム粉末をすり切って容積計量を行い、スクレーパーで、粉体供給配管４０まで運ぶ型式等を用いるのが良い。

酸化マグネシウム粉末は、重力で粉体供給配管４０を落下し、混和槽１６に添加される。粉体供給配管４０には、乾燥空気を供給する空気供給装置（例えばブロア等）が接続されることが望ましい。粉体供給配管４０を酸化マグネシウム粉末が落下する際に、空気供給装置から粉体供給配管４０に乾燥空気を供給することにより、例えば、粉体供給配管４０における酸化マグネシウム粉末の落下を補助することや吸湿防止を図ることができる。

＜混和槽１６＞
混和槽１６は、撹拌機１８を備えている。混和槽１６では、撹拌機１８により、除去対象物質を含む被処理水と酸化マグネシウム粉末とが混和され、混和液が得られる。なお、後述するように、沈殿装置３２から返送された酸化マグネシウム粉末等を含む汚泥も混和されることが望ましい。

混和槽１６の容量は、後述する反応槽２４の容量より小さく、好ましくは、被処理水、酸化マグネシウム粉末等を安定的に受け入れ、撹拌機１８により混和できる容量がよい。混和槽１６の容量は、例えば、水滞留時間で３分～１０分程度の容量で良い。

混和槽１６の液面位は、後述する反応槽２４の液面位より低い。このことは、混和槽１６の槽高が、後述する反応槽２４の槽高より低いことを意味している。混和槽１６の液面位（槽高）は、例えば、反応槽２４の液面位（槽高）の５０％以下であることが好ましく、３０％以下であることがより好ましい。

このように、混和槽１６の容量を反応槽２４の容量より小さくし、混和槽１６の液面位（槽高）を反応槽２４の液面位（槽高）より低くすることで、混和槽１６の上に配置される給粉装置１４の位置を低く抑え、装置高さの低いコンパクトな水処理装置１となる。

＜第１移送手段＞
図１に示す水処理装置１では、第１越流槽２０及び第１移送配管２２が、混和槽１６で得られた混和液を移送する第１移送手段として機能する。第１越流槽２０は、混和槽１６に隣接して配置され、混和槽１６内の混和液が越流するように構成されている。第１移送配管２２には第１移送ポンプＰ－２が設置され、第１移送配管２２の一端は第１越流槽２０に接続され、他端は、反応槽２４に接続されている。したがって、混和槽１６の混和液は、第１越流槽２０に越流し、第１移送配管２２を通り反応槽２４に移送される。

第１移送手段は、第１越流槽２０及び第１移送配管２２を必須の構成とするものではなく、例えば、第１越流槽２０を備えていなくてもよい。この場合、第１移送配管２２の一端が混和槽１６に接続される。但し、混和槽１６における水位変動を抑えて、安定した混和が可能である等の点から、第１越流槽２０を含んで構成されることが好ましい。なお、第１越流槽２０には、沈殿装置３２から排出される処理水（洗浄水）が流入するように、後述する洗浄配管３６ｂが接続されている。また、第１越流槽２０を設けていない場合には、第１移送配管２２に洗浄配管３６ｂが接続される。第１越流槽２０には、必要に応じてレベルスイッチＬＳ－１が設置される。

＜反応槽２４＞
反応槽２４は撹拌機２６を備えている。反応槽２４内では、撹拌機２６により、前述の混和液が撹拌されて、混和液中の除去対象物質（例えば、ホウ酸またはホウ酸イオン等）が、酸化マグネシウム粉末へ吸着される。そして、反応槽２４内では、除去対象物質が酸化マグネシウム粉末に吸着した除去対象物質吸着酸化マグネシウム粉末を含む溶液（以下、第１処理液と称する場合がる）が得られる。なお、反応槽２４には、沈殿装置３２から排出された汚泥が供給されてもよい。

反応槽２４の容量は、例えば、水滞留時間で０．５～５時間程度の容量であることが好ましく、１時間～３時間程度の容量であることがより好ましい。反応槽２４の容量が小さいと、ホウ酸またはホウ酸イオン等の除去対象物質が酸化マグネシウム粉末に十分に吸着せず、最終的に得られる処理水に多くの除去対象物質が残留したり、酸化マグネシウム粉末を被処理水に多量に添加することが必要になったりする場合がある。一方、除去対象物質と酸化マグネシウム粉末との吸着反応は、５時間を超えると、それ以上あまり促進されなくなることから、水滞留時間で５時間以下の容量とすることが好ましい。

＜第２移送手段＞
図１に示す水処理装置１では、第２越流槽２８、第２移送配管３０が、反応槽２４で得られた第１処理液を移送する第２移送手段として機能する。第２越流槽２８は、反応槽２４に隣接して配置され、反応槽２４内の第１処理液が越流するように構成されている。第２移送配管３０には第２移送ポンプＰ－３が設置され、第２移送配管３０の一端は第２越流槽２８に接続され、他端は沈殿装置３２に接続されている。したがって、反応槽２４の第１処理液は、第２越流槽２８に越流し、第２移送配管３０を通り沈殿装置３２に移送される。

＜有機高分子凝集剤供給装置Ｄ－２＞
有機高分子凝集剤供給装置Ｄ－２は、例えば、有機高分子凝集剤が収容されるタンク、吐出ポンプ、配管等から構成される。有機高分子凝集剤供給装置Ｄ－２により、有機高分子凝集剤が第２移送配管３０を通る第１処理液に添加される。有機高分子凝集剤としては、アニオン性でも、カチオン性でも良く、例えば、アクリルアミドとアクリル酸の共重合物、アクリルアミド・ジアルキルアミノエチルアクリレート共重合物等が挙げられる。有機高分子凝集剤は、１種単独でも、２種以上を組み合わせてもよい。有機高分子凝集剤はあらかじめ清澄な水等で０．１ｇ/Ｌ～３ｇ/Ｌ程度に溶解された液体として用いられることが望ましい。

＜沈殿装置３２＞
沈殿装置３２は、第１処理液（除去対象物質吸着酸化マグネシウム粉末を含む溶液）を汚泥と処理水とに固液分離する固液分離手段として機能する。固液分離により得られる処理水（以下、第２処理水と称する場合がある）には、除去対象物質吸着酸化マグネシウム粉末や未反応の酸化マグネシウム粉末が除去された清澄な水であり、汚泥には、除去対象物質吸着酸化マグネシウム粉末や未反応の酸化マグネシウム粉末が含まれる。

図１に示す沈殿装置３２は、スラッジブランケット型の沈殿装置であり、沈殿槽４２と、沈殿槽４２内に設けられ、沈殿槽４２内を処理室５０と濃縮室４８とに区画する隔壁４４と、沈殿槽４２内に設けられるディストリビュータ４６と、を備える。

沈殿槽４２内に設けられる隔壁４４は、上部が開口した筒状体であり、筒状の隔壁４４の内側が濃縮室４８となり、筒状の隔壁４４の外側が処理室５０となる。沈殿槽４２内の処理室５０には、汚泥を含むスラッジブランケット層５２及びその上の第２処理水を含む処理水層５４が形成されている。濃縮室４８の上端（隔壁４４の上端）の位置は、スラッジブランケット層５２の上端の位置とほぼ同じである。

沈殿槽４２内に設けられるディストリビュータ４６は、第２移送配管３０からの第１処理水が供給される入口と、スラッジブランケット層５２の底部付近に設けられ、第１処理水が吐出される出口とを有する。また、ディストリビュータ４６は、スラッジブランケット層５２の上端より低い位置に設けられる撹拌翼５６を有する。また、ディストリビュータ４６はモータ５８に接続された支持部材６０に固定され、モータ５８によって支持部材６０が回転することにより、ディストリビュータ４６が回転する。そして、ディストリビュータ４６は、回転しながら、第１処理水を吐出することによって、スラッジブランケット層５２内の汚泥がフロック化し、汚泥と処理水との固液分離性が向上するため、スラッジブランケット層５２の上に、より清澄な第２処理水を含む処理水層５４を形成することができる。第２処理水の一部は、処理水層５４の上端部から、処理水排出管６２を経て系外に排出される。スラッジブランケット層５２内に含まれる汚泥は、筒状の隔壁４４を越流して、沈殿槽４２内の濃縮室４８に貯留される。

固液分離手段は、沈殿装置３２に限定されるものではなく、第１処理液を汚泥と処理水とに固液分離することができるものであればよく、例えば、遠心濃縮法が適用される遠心分離機、浮上濃縮法が適用される分離機、スクリーンを用いた分離機等が挙げられる。

＜汚泥返送手段及び汚泥排出手段＞
図１に示す水処理装置１では、汚泥配管３４ａ，３４ｂが、固液分離手段で分離した汚泥の少なくとも一部を系外に排出する汚泥排出手段として機能する。また、図１に示す水処理装置１では、汚泥配管３４ａ，３４ｃが、固液分離手段で分離した汚泥の少なくとも一部を反応槽２４に返送する汚泥返送手段として機能する。汚泥配管３４ａには汚泥ポンプＰ－４が設置され、必要に応じて流量計ＦＩが設置される。汚泥配管３４ａの一端は、筒状の隔壁４４により区画された濃縮室４８に接続され、他端は、汚泥配管３４ｂの一端及び汚泥配管３４ｃの一端に接続されている。汚泥配管３４ｂには、バルブＶ－１が設置され、汚泥配管３４ｂの他端は系外に開放されている。また、汚泥配管３４ｃには、バルブＶ－２が設置され、汚泥配管３４ｃの他端は混和槽１６に接続されている。したがって、濃縮室４８内の汚泥は、汚泥配管３４ａ，３４ｂを通り、系外へ排出されたり、汚泥配管３４ａ，３４ｃを通り、混和槽１６に返送されたりする。

＜第１洗浄手段＞
図１に示す水処理装置１では、洗浄配管３６ａ，３６ｂ，３６ｃ、洗浄ポンプＰ－５が、通水停止時に、第１移送手段及び第２移送手段に洗浄水を通水して、これらを洗浄する第１洗浄手段として機能する。洗浄配管３６ａには、洗浄ポンプＰ－５が設置され、洗浄配管３６ａの一端は、筒状の隔壁４４により区画された濃縮室４８に接続され、他端は、洗浄配管３６ｂの一端及び洗浄配管３６ｃの一端に接続されている。洗浄配管３６ｂには、バルブＶ－３が設置され、洗浄配管３６ｂの他端は、第１越流槽２０に接続されている。また、洗浄配管３６ｃには、バルブＶ－４が設置され、洗浄配管３６ｃの他端は、第２越流槽２８に接続されている。

第１洗浄手段は、通水停止時に、洗浄ポンプＰ－５を稼働させることで、処理水層５４の第２処理水を洗浄水として、濃縮室４８を介して洗浄配管３６ａへ引き出し、洗浄配管３６ｂ，３６ｃから、第１移送手段である第１越流槽２０及び第１移送配管２２、第２移送手段である第２越流槽２８及び第２移送配管３０に通水して、これらを洗浄する。ここで、通水停止時とは、給水手段による被処理水の移送、第１移送手段による混和液の移送、第２移送手段による第１処理液（除去対象物質吸着マグネシウム粉末を含む溶液）の移送が停止された状態を意味している。

洗浄時の洗浄水の流量は、被処理水の通水停止時に、第１移送手段である第１越流槽２０や第１移送配管２２、第２移送手段である第２越流槽２８や第２移送配管３０内に堆積する酸化マグネシウム粉末を含む固形分を、後段の反応槽２４や沈殿槽４２に押し流すことができる流量で良いが、被処理水の流量と同等かそれ以上であると堆積した固形分を押し流しやすい。

洗浄時間は、第１移送手段又は第２移送手段の水滞留時間の３倍以上とすることが好ましい。図１に示す水処理装置１では、洗浄時間を必要以上に長くすると、沈殿槽４２内で汚泥が巻き上がり、第２処理水が酸化マグネシウムを含む汚泥で濁り、清澄な処理水が取水できなくなるため、第１移送手段及び第２移送手段の水滞留時間の１０倍未満であることが好ましい。

＜第２洗浄手段＞
図１に示す水処理装置１では、汚泥ポンプＰ－４が、通水停止時に、汚泥返送手段及び汚泥排出手段に洗浄水を通水して、これらを洗浄する第２洗浄手段として機能する。図１に示す水処理装置１では、通水停止時に、汚泥ポンプＰ－４を稼働させることで、処理水層５４の第２処理水を洗浄水として、濃縮室４８を介して汚泥配管３４ａへ引き出し，汚泥排出手段である汚泥配管３４ａ，３４ｂ、汚泥返送手段である汚泥配管３４ａ，３４ｃに通水して、これらを洗浄する。

洗浄時の洗浄水の流量は、被処理水の通水停止時に、汚泥返送手段である汚泥配管（３４ａ，３４ｃ）、汚泥排出手段である汚泥配管（３４ａ，３４ｂ）内に堆積する酸化マグネシウム粉末を含む固形分を後段の混和槽１６や系外に押し流すことができる流量で良い。

洗浄時間は、汚泥返送手段又は汚泥排出手段の水滞留時間の３倍以上とすることが好ましい。図１に示す水処理装置１では、洗浄時間を必要以上に長くすると、沈殿槽４２内で汚泥が巻き上がり、第２処理水が酸化マグネシウムを含む汚泥で濁り、清澄な処理水が取水できなくなるため、汚泥返送手段又は汚泥排出手段の水滞留時間の１０倍未満であることが好ましい。

図１に示す水処理装置１の動作について説明する。

図２は、図１に示す水処理装置の各工程における機器の起動・停止、バルブの開・閉の状況を示す表である。図２に示す表において、黒塗りのセルは、各工程において、機器が稼動している、或はバルブが開いていることを示しており、白塗りのセルは、機器が停止している、或はバルブが閉じていることを示している。また、ハッチングのセルは、バルブが間欠で開いていることを示している。機器とは、被処理水ポンプＰ－１、第１移送ポンプＰ－２、第２移送ポンプＰ－３、汚泥ポンプＰ－４、洗浄ポンプＰ－５、粉体定量器Ｄ－１及び有機高分子凝集剤供給装置Ｄ－２である。バルブは、Ｖ－１～Ｖ－４である。これらの機器の起動・停止、及びバルブの開・閉等を含む水処理装置１の動作制御は、不図示の制御装置により行われる。

＜待機及び被処理水供給＞
被処理水槽１０に被処理水が所定量溜まったら（バルブＶ－２は開いた状態）、被処理水ポンプＰ－１が起動され、被処理水が、被処理水配管１２を通して混和槽１６に移送される。また、粉体定量器Ｄ－１が起動され、酸化マグネシウム粉末が、貯槽３８から落下して、混和槽１６に供給される。そして、混和槽１６において、被処理水と酸化マグネシウムが混和される。

＜被処理水通水処理１＞
混和液が、混和槽１６から第１越流槽２０に越流してきたことがレベルスイッチＬＳ－１で検知されたら、第１移送ポンプＰ－２、第２移送ポンプＰ－３、有機高分子凝集剤供給装置Ｄ－２、汚泥ポンプＰ－４を所定のタイミングで順次起動させる。これにより、第１越流槽２０内の混和液が、第１移送配管２２を通して反応槽２４に移送され、反応槽２４において、酸化マグネシウム粉末に被処理水中の除去対象物質が吸着される。そして、反応槽２４で得られた第１処理水（除去対象物質吸着酸化マグネシウム粉末を含む溶液）が第２越流槽２８に越流し、さらに、第２移送配管３０を通して、沈殿槽４２に移送される。この際、有機高分子凝集剤供給装置Ｄ－２によって、有機高分子凝集剤が第１処理水に添加される。沈殿槽４２内では、第１処理水中の除去対象物質吸着酸化マグネシウム粉末を含む汚泥がスラリーブランケット層でフロック化され、酸化マグネシウム粉末等を含む汚泥と第２処理水とに分離される。汚泥はスラッジブランケット層５２から隔壁４４を越流して濃縮室４８に溜められる。ここで、バルブＶ－１及びバルブＶ－２を間欠で開くことで、濃縮室４８内の汚泥が、汚泥配管３４ａ，３４ｃを通して混和槽１６に返送されたり、汚泥配管３４ａ，３４ｂを通して系外に排出されたりする。

＜被処理水通水処理２＞
被処理水槽１０中の被処理水が所定量以下になったら、被処理水ポンプＰ－１が停止され、被処理水の供給が停止される。また、粉体定量器Ｄ－１が停止され、酸化マグネシウム粉末の供給が止停止される。

＜汚泥配管洗浄１＞
混和液が混和槽１６から第１越流槽２０に越流してこなくなったことがレベルスイッチＬＳ－１で検知されたら、第１移送ポンプＰ－２、第２移送ポンプＰ－３、有機高分子凝集剤供給装置Ｄ－２が、所定のタイミングで順次停止される。そして、汚泥ポンプＰ－４は起動されたまま、バルブＶ－１が開かれる。これにより、沈殿槽４２内の第２処理水は、処理水層５４から濃縮室４８を介して汚泥配管３４ａ，３４ｂに通水され、汚泥配管３４ａ，３４ｂ内の汚泥が系外に排出され、汚泥配管３４ａ，３４ｂが洗浄される。

＜汚泥配管洗浄２＞
続いて、汚泥ポンプＰ－４は起動されたまま、バルブＶ－１が閉じられ、バルブＶ－２が開かれる。これにより、沈殿槽４２内の第２処理水は、処理水層５４から濃縮室４８を介して汚泥配管３４ａ，３４ｃに通水され、汚泥配管３４ｃ内の汚泥が混和槽１６に排出され、汚泥配管３４ｃが洗浄される。汚泥配管洗浄１及び２は、数十秒～数分程度行われる。

＜移送配管洗浄１＞
汚泥ポンプＰ－４が停止され、バルブＶ－２が閉じられる。そして、洗浄ポンプＰ－５が起動され、バルブＶ－３が開かれる。これにより、沈殿槽４２内の第２処理水は、処理水層５４から濃縮室４８を介して洗浄配管３６ａ，３６ｂを通り、第１越流槽２０及び第１移送配管２２に通水される。これにより、第１越流槽２０及び第１移送配管２２内の混和液や汚泥等が反応槽２４に押し出され、第１越流槽２０及び第１移送配管２２が洗浄される。そして、酸化マグネシウム粉末の固着や配管閉塞等が防止される。なお、第１越流槽２０及び第１移送配管２２への第２処理水の通水を容易とするために、例えば、レベルスイッチＬＳ－１で、第１越流槽２０に第２処理水が通水されたことが検知されたら、第１移送ポンプＰ－２が起動されることが望ましい。この場合、第１移送ポンプＰ－２も第１洗浄手段の一部として機能する。また、第２越流槽２８及び反応槽２４の水位上昇を防止するため、第２移送ポンプＰ－３を起動させてもよい。

＜移送配管洗浄２＞
続いて、洗浄ポンプＰ－５は起動されたまま、バルブＶ－３が閉じられ、バルブＶ－４が開かれる。なお、第１移送ポンプＰ－２が起動されている場合には停止される。これにより、沈殿槽４２内の第２処理水は、処理水層５４から濃縮室４８を介して洗浄配管３６ａ，３６ｃを通り、第２越流槽２８及び第２移送配管３０に通水される。これにより、第２越流槽２８及び第２移送配管３０内の第１処理液や汚泥等が沈殿槽４２に押し出され、第２越流槽２８及び第２移送配管３０が洗浄される。そして、酸化マグネシウム粉末の固着や配管閉塞等が防止される。なお、第１越流槽２０及び第１移送配管２２への第２処理水の通水を容易とするためには、第２移送ポンプＰ－３が起動されることが望ましい。したがって、第２移送ポンプＰ－３が停止されている場合には、例えば、レベルスイッチＬＳ－２で、第２越流槽２８に第２処理水が通水されたことが検知されたら、第２移送ポンプＰ－３が起動されるとよい。この場合、第２移送ポンプＰ－３も第２洗浄手段の一部として機能する。移送配管洗浄１及び２は数十秒～３分程度行われる。そして、洗浄後、待機の工程に戻る。

なお、汚泥配管洗浄１及び２までは、沈殿槽４２への水の流入がないため、沈殿槽４２内のスラッジブランケット（汚泥）は沈殿している。したがって、移送配管洗浄１及び２で第２移送ポンプＰ－３を起動させてから６分程度は、スラッジブランケット（汚泥）が濃縮室４８へ越流して、第２処理水と共に洗浄配管３６ａに導入されることはほとんどない。

移送配管洗浄１及び２は、同時に行ってもよいし、移送配管洗浄２を先に行い、その後に移送配管洗浄１を行ってもよい。しかし、これらの場合には、移送配管洗浄１を行っている時に、反応槽２４内の第１処理液等が、第２越流槽２８に流れて、残留してしまう場合がある。したがって、移送配管洗浄１を行った後、移送配管洗浄２を行うことが好ましく、これにより、反応槽２４内の第１処理液等が、第２越流槽２８に残留することが抑えられるため、より高い洗浄効果が得られる。

また、移送配管洗浄（１及び２）と、汚泥配管洗浄（１及び２）とを同時に行ってもよいし、移送配管洗浄（１及び２）を行い、その後に汚泥配管洗浄（１及び２）を行ってもよい。しかし、これらの場合には、混和槽１６内の混和液等が、第１越流槽２０に流れて、残留したり、反応槽２４内の第１処理液等が、第２越流槽２８に流れて、残留したりする場合がある。したがって、汚泥配管洗浄（１及び２）を行った後、移送配管洗浄（１及び２）を行うことが好ましく、これにより、混和槽１６内の混和液等が第１越流槽２０に残留したり、反応槽２４内の第１処理液等が第２越流槽２８に残留したりすることが抑えられるため、より高い洗浄効果が得られる。

なお、移送配管洗浄（１及び２）及び汚泥配管洗浄（１及び２）を両方行うことが好ましいが、少なくともいずれか一方を行ってもよい。

図３は、本実施形態に係る水処理装置の構成の他の一例を示す模式図である。図３に示す水処理装置２において、図１に示す水処理装置１と同様の構成については同一の符号を付している。図３に示す水処理装置２では、第２移送手段としての第２移送配管３０を備えている。すなわち、第２移送手段は、図１に示す水処理装置１のように、第２越流槽２８及び第２移送配管３０を必須の構成とするものではなく、図２に示す水処理装置２のように、第２越流槽２８を備えていなくてもよい。

図３に示す水処理装置２では、第２移送配管３０の一端が反応槽２４に接続され、他端は沈殿装置３２に接続され、第２移送配管３０の一端が他端より高い位置に設定されている。すなわち、反応槽２４内の第１処理液が第２移送配管３０に越流して、水位差で沈殿装置３２に供給される。但し、反応槽２４における水位変動を抑えて、安定した混合が可能である等の点から、第２越流槽２８を含んで構成されることが好ましい。

図４は、本実施形態に係る水処理装置の構成の他の一例を示す模式図である。図４に示す水処理装置３において、図１に示す水処理装置１と同様の構成については同一の符号を付している。図４の水処理装置３は、沈殿槽４２から排出される第２処理水を貯留する貯留槽６４を備え、貯留槽６４、洗浄配管３６ａ，３６ｂ，３６ｃ、洗浄ポンプＰ－５が、通水停止時に、第１移送手段及び第２移送手段に洗浄水を通水して、これらを洗浄する第１洗浄手段として機能する。

これまで、第１移送手段や第２移送手段を洗浄する洗浄水として、固液分離された処理水（第２処理水）を用いているが、これに限定されるものではなく、例えば、水道水、被処理水槽１０に貯留されている被処理水等でもよい。図での説明は省略するが、通水停止時に、例えば、水道水を水源から配管を通して、第１移送手段や第２移送手段に通水して、これらを洗浄する装置を第１洗浄手段としてもよい。

図５は、本実施形態に係る水処理装置の構成の他の一例を示す模式図である。図５に示す水処理装置４において、図４に示す水処理装置３と同様の構成については同一の符号を付している。図５の水処理装置４は、洗浄配管３６ｄ、洗浄ポンプＰ－６を備えている。洗浄配管３６ｄの一端は、貯留槽６４に接続され、他端は、汚泥配管３４ａに接続されている。洗浄配管３６ｄと汚泥配管３４ａの接続位置は、汚泥配管３４ａのできるだけ上流側とすることが望ましい。貯留槽６４、洗浄配管３６ｄ、洗浄ポンプＰ－６は、通水停止時に、洗浄水（第２処理水）を汚泥返送手段及び汚泥排出手段に通水して、これらを洗浄する第２洗浄手段として機能する。したがって、通水停止時に、洗浄ポンプＰ－６を稼働させることにより、貯留槽６４内の第２処理水が、洗浄配管３６ｄから汚泥返送手段である汚泥配管３４ａ，３４ｃや汚泥排出手段である汚泥配管３４ａ，３４ｂに通水されて、これらが洗浄される。なお、洗浄配管３６ｄと汚泥配管３４ａの接続位置より上流側にバルブを設け、洗浄時にはこのバルブを閉じておけば、第２処理水が逆流して、沈殿槽４２内に導入されることを防止できる。また、バルブを閉じておけば、汚泥ポンプＰ－４を洗浄ポンプとして利用すること、すなわち、汚泥ポンプＰ－４を第２洗浄手段の一部として利用することもできる。この場合、洗浄ポンプＰ－６を設置しなくてもよい。

これまで、汚泥返送手段や汚泥排出手段を洗浄する洗浄水として、固液分離された処理水（第２処理水）を用いているが、これに限定されるものではなく、例えば、水道水、被処理水槽１０に貯留されている被処理水等でもよい。図での説明は省略するが、通水停止時に、例えば、水道水を水源から配管を通して、汚泥返送手段や汚泥排出手段に通水して、これらを洗浄する装置を第２洗浄手段としてもよい。

１～４水処理装置、１０被処理水槽、１２被処理水配管、１４給粉装置、１６混和槽、１８，２６撹拌機、２０第１越流槽、２２第１移送配管、２４反応槽、２８第２越流槽、３０第２移送配管、３２沈殿装置、３４ａ，３４ｂ，３４ｃ汚泥配管、３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ洗浄配管、３８貯槽、４０粉体供給配管、４２沈殿槽、４４隔壁、４６ディストリビュータ、４８濃縮室、５０処理室、５２スラッジブランケット層、５４処理水層、５６撹拌翼、５８モータ、６０支持部材、６２処理水排出管、６４貯留槽。

Claims

酸化マグネシウム粉末を供給する給粉手段と、
除去対象物質を含む被処理水を移送する給水手段と、
撹拌機を備え、前記撹拌機により、前記給粉手段により供給された前記酸化マグネシウム粉末と、前記給水手段により移送された前記被処理水とを混和する混和槽と、
前記混和槽で得られた混和液を移送する第１移送手段と、
撹拌機を備え、前記撹拌機により、前記第１移送手段により移送された前記混和液を撹拌し、前記除去対象物質を前記酸化マグネシウム粉末に吸着させる反応槽と、
前記反応槽で得られた除去対象物質吸着マグネシウム粉末を含む溶液を移送する第２移送手段と、
前記第２移送手段により移送された前記溶液を汚泥と処理水とに分離する固液分離手段と、
前記固液分離手段で分離した前記汚泥の少なくとも一部を前記混和槽に返送する汚泥返送手段と、
前記固液分離手段で分離した前記汚泥の少なくとも一部を系外へ排出する汚泥排出手段と、を有し、
前記混和槽の容量は前記反応槽の容量より小さく、前記混和槽の液面位は前記反応槽の液面位より低く、
前記給粉手段は、前記混和槽の上に位置し、前記酸化マグネシウム粉末を重力により前記混和槽に供給することを特徴とする水処理装置。
前記給水手段による前記被処理水の移送、前記第１移送手段による前記混和液の移送及び前記第２移送手段による前記溶液の移送が停止された状態である通水停止時に、前記第１移送手段及び第２移送手段に洗浄水を通水して、洗浄する第１洗浄手段、及び前記汚泥返送手段及び前記汚泥排出手段に洗浄水を通水して、洗浄する第２洗浄手段のうちの少なくともいずれか一方を備えることを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
前記第１移送手段及び前記第２移送手段を洗浄する前記洗浄水は、前記固液分離手段で分離した前記処理水であることを特徴とする請求項２に記載の水処理装置。
前記汚泥返送手段及び前記汚泥排出手段を洗浄する前記洗浄水は、前記固液分離手段で分離した前記処理水であることを請求項２～３のいずれか１項に記載の水処理装置。
前記第１洗浄手段は、前記第１移送手段に前記洗浄水を通水して、洗浄した後、前記第２移送手段に前記洗浄水を通水して、洗浄することを特徴とする請求項２～４のいずれか１項に記載の水処理装置。
前記第２洗浄手段は、前記通水停止時に、且つ前記第１洗浄手段による洗浄前に、前記汚泥返送手段及び前記汚泥排出手段に前記洗浄水を通水して、洗浄することを特徴とする請求項２～５のいずれか１項に記載の水処理装置。
前記固液分離手段は、沈殿槽内で、前記汚泥を含むスラッジブランケット層と前記スラッジブランケット層の上に前記処理水を含む処理水層を形成するスラッジブランケット型の沈殿装置であって、前記沈殿槽内に、前記スラッジブランケット層に含まれる前記汚泥が越流して貯留される濃縮室が設けられ、
前記汚泥返送手段は、前記濃縮室に貯留された汚泥の少なくとも一部を前記反応槽に返送し、前記汚泥排出手段は、前記濃縮室に貯留された汚泥の少なくとも一部を系外へ排出することを特徴とする請求項２～６のいずれか１項に記載の水処理装置。
前記第１洗浄手段は、前記通水停止時に、前記濃縮室を介して前記処理水層の前記処理水を前記洗浄水として引き出し、前記第１移送手段および前記第２移送手段に通水して、洗浄することを特徴とする請求項７に記載の水処理装置。
前記第２洗浄手段は、前記通水停止時に、前記濃縮室を介して前記処理水層の前記処理水を前記洗浄水として引き出し、前記汚泥返送手段及び前記汚泥排出手段に通水して、洗浄することを特徴とする請求項６又は７のいずれか１項に記載の水処理装置。
前記除去対象物質は、ホウ酸又はホウ酸イオンを含み、前記給粉手段は、前記被処理水に対して、１ｇ／Ｌ以上の前記酸化マグネシウム粉末を供給することを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の水処理装置。