JPH0889711A - 凝集濃縮装置と凝集濃縮方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目 的】希薄な汚濁液には汚濁物質を添加して混合管
内での凝集を容易にし、フロック形成槽内で強制的に激
しい衝突と緩やかな衝突により巨大フロックを形成す
る。 【構 成】固液分離室１０に設けたフロック形成槽７は
槽底から上に拡大する開口を持つ槽である。槽内の衝突
混合部２０に混合管吐出口８が開口する。フロック形成
槽内において、混合管内で凝集しなかった未凝集粒子は
フロックと激しく衝突し、小フロックを形成す。フロッ
ク形成槽中央部の流動層部２１で中、で大フロックを槽
最上層部の移動層部２２では巨大フロックに形成する。
溢流堰９から傾斜板２３を滑降し、短時間に固液分離室
の濃縮汚泥内に送られる。この濃縮汚泥は循環ポンプ１
２撹拌混合槽５に送られ、希薄な汚濁液（未処理）と混
合して分散室１８に送られ再処理に利用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は希薄な汚濁液がフロック
を形成するに十分な濃度に維持した後に、凝集剤を使用
せずに固液分離性能の高いフロックを形成し、短時間に
凝集濃縮汚泥を得る凝集濃縮方法と装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】希薄な汚濁液を凝集するにあたり、無機
凝集剤を添加して凝集する微細な粒子間の衝突効果を高
めるために高速撹はんする反応室を設け、形成するフロ
ックが小さくて固液分離性能が低いと、高分子凝集剤を
更に添加して微細フロック間に高分子凝集剤の橋架けに
よる巨大なフロックを形成した後、沈澱槽で分離する方
法が採られている。この方法の凝集剤を添加して形成し
た微細フロックの凝集汚泥は、繰り返し循環して希薄な
汚濁液に添加しても再凝集することはない。

【０００３】本発明者は先に醸造廃液、培養増殖液、浚
渫など微細粒子を含む被処理水より微細粒子［微生物
（活性汚泥）、藻類、無機質、プランクトン等］を凝集
分離する凝集装置および凝集方法を発明した（出願番号
昭和６３年特許願第１５５６２４号）。この凝集装置の
うち縦型固液分離室に混合管を垂直に設けた凝集装置に
おいては、凝集フロックが固液分離室の底に到達する迄
には、混合管内の空間より遥かに広い空間を有するので
汚濁液中に存在していた未凝集の微細粒子と既に生成し
ているフロックとの衝突によって巨大フロックを形成さ
せることが難しい。特に希薄な汚濁液を用いた場合には
縦型の混合管内の微細粒子が形成したフロックは小さ
く、混合管から吐出する凝集汚泥には沈降性能が小さい
未凝集微細粒子や小フロックが混ざり固液分離性能を下
げている。

【０００４】

【発明が解決しょうとする課題】本発明は昭和６３年特
許願第１５５６２４号明細書および図面に記載した凝集
装置および凝集方法によって生成するフロックの濃縮を
促進して固液分離性能を高めようとするものである。フ
ロックを形成するに十分な濃度に維持しつつ垂直に設け
た混合管に供給しても底のない混合管［（底があっても
固液分離室の断面積が混合管総断面積の１０倍以上あっ
て混合管吐出口から槽底までの距離が混合管直径の５倍
以上ある）を以後底のない混合管と呼称する。］では混
合管内の衝突が少ないために、混合管吐出口に未凝集微
細粒子がフロックと混在し固液分離性能が低い。混合管
吐出口にフロックと未凝集微細粒子との衝突を高めるフ
ロック形成槽を設けて固液分離性能・ろ過性能が高く、
処理コストの小さい処理システムつくることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は特願昭６３−
１５５６２４号明細書に記載した凝集装置の固液分離室
内にフロック形成槽を設け、混合管の吐出口を該フロッ
ク形成槽内に位置するように設けた構造を有する凝集濃
縮装置が、短時間にフロックを凝集させ濃縮した汚泥を
得ることに成功した。本発明の実施に用いる凝集装置は
凝集するに十分な汚濁濃度をもった汚濁液を供給し、分
散させる分散室と分散室内に開口する混合管を設け、混
合管内に注入管を挿入し、注入管吐出口より混合管内を
流れる汚濁液の電解質濃度より低い電解質濃度の注入液
を混合管内の流れにそって下流方向に供給する。該注入
液の流れと、混合管内に流入する汚濁液の流れとが層流
（１０＜Ｒｅ＜１０^５）接触して、その界面の微細粒子
間に注入液に接した粒子と注入液に接しない粒子との間
に粒子表面の電解質濃度に差が生じ、それに基づく電位
に差が生じる、たとえ粒子表面の電位が同符号であって
も、粒子間距離が１００Å以下であれば、引力が作用
し、粒子間の反発力が低下し、１〜５×１０^−４ｍｍの
衝突困難な微細粒子間にも激しい衝突を繰り返させて混
合管吐出口までに０．５〜１ｍｍの巨大フロックを形成
した混合液は固液分離室に送られフロックは分離する。

【０００６】本発明の凝集濃縮装置は前記の凝集装置に
おいて、その固液分離室内にフロック形成槽を設け、し
かも混合管の吐出口を該フロック形成槽内に位置するよ
うに開口させた構造を有することを特徴とし、凝集した
フロックを固液分離室内で濃縮させ、固液分離室を形成
したフロックの濃縮室として利用するものである。

【０００７】本発明の凝集濃縮装置の構造を図１に示し
た説明図に基づいて説明すると分散室１８と固液分離室
１０とからなる凝集装置において、分散室８と固液分離
室１０とは一端が分散室に他端が固液分離室に開口した
混合管１７により連通している。混合管の本数は１ない
し複数本（図１では２本）である。この混合管内には注
入液を注入するための注入管１９が設けられている。注
入管はそれぞれの混合管に１本ないし複数本設けられて
いる。（図１では各混合管に対して１本の注入管が設け
られている。）注入管（注入液）の吐出口は混合管内を
流れる汚濁液の下流方向に向いている。この装置の固液
分離室１０内には、フロック形成槽９が設けられてお
り、前記の混合管の開口（吐出口）８はフロック形成槽
内に位置するように設けられている。

【０００８】なお、固液分離室１０の室底には凝集濃縮
したフロック（汚泥）を取り出すための取り出し口を設
けており、また必要に応じて凝集濃縮したフロック（汚
泥）を撹拌するための撹拌翼を備えている。

【０００９】本発明の凝集濃縮装置内に設けられている
フロック形成槽７は槽底から上に向かってその断面積が
拡大し、槽の最上部におい開口している。その開口縁は
おおむね水平であり、フロック形成槽内で生成した巨大
フロックの溢流堰９となっている。

【００１０】該フロック形成槽７の形状は截頭円錐形ま
たは截頭角錐形であり、その水平断面積の大きい方を上
にして開口しており、水平断面積の小さい方は図１の符
号２０からも明らかなように底がある。

【００１１】本発明の凝集濃縮装置において、混合管１
９の吐出口８は、フロック形成槽内に開口させた構造を
有する。図４において、フロック形成槽内における混合
管の吐出口の位置はフロック形成槽の槽底から混合管の
直径の長さの１〜１０倍離れたところにある。混合管吐
出口の位置がフロック形成槽の槽底から混合管直径の１
０倍以上離れていると混合管内でフロックを形成しなか
った未凝集微細粒子は減少せず衝突効果が小さいようで
ある。フロック形成槽内の衝突混合部２０の底の断面積
は混合管吐出口の総面積の１×１０倍の面積をもち、底
から混合管直径の１０倍位の位置（距離）までは未凝集
の微細粒子が小フロックを形成する領域（衝突混合部２
０）であるから混合管の吐出口から吐き出された凝集液
（汚濁液と注入液との混合液）は衝突混合部２０の底に
衝突し、微細粒子、小フロック、中フロックとが相互に
激しく衝突しつつ上向流となって槽内中央部の流動層部
２１に達する。

【００１２】衝突混合部２０の上はフロック形成槽の流
動層部２１となっており、混合管軸に沿ってフロック形
成槽の水平断面積の拡大に伴って拡大し、該流動層部２
１は槽底より混合管直径にして５〜２０倍の範囲にあ
る。流動層部２１内では中・小フロック間に激しい衝突
が繰り返されて大フロックを形成する、この領域までに
混合管の吐出口から吐き出された微細粒子が小フロック
を形成しないと大フロックを形成することは難しい。

【００１３】フロック形成槽の最上部の断面積は混合管
吐出口総面積の１５〜１５０倍と大きく、流速が低下し
て微細粒子の巻き上げは完全に無くなり、フロック群は
移動層部２２内で接触しつつ巨大フロックを形成しフロ
ック形成槽の溢流堰から凝集汚泥が流出する。フロック
形成槽を設置すれば、活性汚泥において１０Ｋｇ／ｍ^３
前後の高濃度の液を処理しても活性汚泥の極限濃度に近
い高濃縮汚泥２５Ｋｇ／ｍ^３が得られる。

【００１４】本発明の凝集濃縮装置におけるフロック形
成槽７の側壁に平行して一定間隔離れた位置に傾斜板２
３を設け、フロック形成槽の溢流堰９からオーバーフロ
ーする凝集汚泥をフロック形成槽の側壁と傾斜板との間
を滑降させて固液分離室１０の室底に堆積させる。フロ
ック形成槽の側壁と傾斜板との間隔は規模が大きくなれ
ば大きくなるが５〜５０ｃｍに保つとよい。この凝集汚
泥は、主として傾斜板上を滑降し固液分離室の底の凝集
濃縮汚泥内に移送される。本発明の装置における固液分
離室では混合管の吐出口からの吐き出された汚泥による
外乱がなく極めて短時間に濃縮した汚泥が得られる。

【００１５】本発明を図１に示すように分散室１８と固
液分離室１０とが混合管１７によって垂直に連結された
縦型の装置について説明したが特願昭６３−１５５６２
４号明細書に記載されているような混合管が水平または
傾斜した横型の凝集装置においても図４のように混合管
と注入管が注入管吐出口から混合管吐出口までの距離を
とった後に、混合管を水平面にたいして垂直から水平面
にたいし２０度の間の方向に曲げ、その吐出口がフロッ
ク形成槽内の衝突混合部２０に開口させることによって
本発明の目的を達成することが出来る。

【００１６】図２の截頭直円錐形のフロック形成槽は、
大きい円直径（Ｒ）が上に開口し、小さい円直径（ｒ）
を槽底とし、上の開口縁と槽底の底縁を側壁で囲まれた
容器である。フロック形成槽の傾斜板２３はＲｃｍ＋
（５〜５０ｃｍ）の直径が上に開口し、ｒｃｍ＋（５＋
５０ｃｍ）の直径で下にも開口した截頭直円錐の側壁の
外側に設けたものである。フロック形成槽の側壁の最上
縁（溢流堰９）は水平を保持し、傾斜板２３の最上縁は
フロック形成槽のそれより高くしたものである。截頭角
錐形の底面と開口面が正方形、矩形、５〜多角形の角錐
形の内、図３は截頭開口面と槽底面が正方形をなす角錐
形のフロック形成槽を示す。截頭角錐形は大きい正方形
が上に開口し、小さい正方形を槽底とし、上の開口縁と
槽底の底縁を側壁で囲まれた容器である。フロック形成
槽の傾斜板２３は角錐側壁と５〜５０ｃｍの間隔をもっ
て上下に開口した截頭角錐形の側壁の外側に設けたもの
である。フロック形成槽の側壁の最上縁は水平を保持
し、傾斜板２３の最上縁はフロック形成槽のそれより高
くしたものである。本発明のフロック形成槽の実施態様
としては、この他に図５のように円筒形を組み合わせた
円筒形フロック形成槽や図７にように底のある截頭円錐
形と截頭角錐形との組み合わせた構造のフロック形成槽
がある。図６はフロック形成槽の流動層部に排出口２９
と排出傾斜板２８を設けた構造を有するフロック形成槽
の説明図である。

【００１７】本発明の凝集濃縮法は、微細粒子間の衝突
しうる濃度に維持して混合管内の汚濁液の流速を１０＜
Ｒｅ＜１０^５に、注入液の注入管内の流速を５＜Ｒｅ＜
１０^４に維持して、混合管内で両液を接触させて凝集作
用を完了後、固液分離室内に設けたフロック形成槽の槽
底から上に向かって拡大する開口をもつ凝集濃縮装置を
使用して、混合管吐出口から吐出してくる未凝集微細粒
子とフロックとを強制的にフロック形成槽内の衝突混合
部で激しい衝突をさせ、総ての未凝集微細粒子は小フロ
ック以上のフロックとし、上方の流動層部でも激しい衝
突を繰り返し、フロックは大フロックとなり、フロック
形成槽の最上部の移動層部で大フロック間の緩やかな衝
突により巨大フロックを形成する。巨大フロックは溢流
堰からオーバーフローして傾斜板を滑降して固液分離室
の凝集濃縮汚泥層に降下する。注入液の種類は混合管に
供給する汚濁液より電解質濃度の低い液であればよく、
ＳＳが存在しても差し支えない。例えば水道水、工業用
水、農業用水、湖沼水、河川水地下水（伏流水）、生物
処理水、物理化学処理水等があげられる。さらに該注入
液から電解質濃度を低減処理した注入液が含まれる。

【００１８】希薄な汚濁液とは汚濁物質の濃度が低くて
フロック径が小さくて固液分離性能の低い液である。汚
濁物質の濃度が低いとフロック形成槽を設けても固液分
離性能の向上は期待出来ない。添加する微細粒子の量は
微細粒子の比重が１よりすこし大きくフロック形成能力
が高いと添加量は少しで良い。希薄な汚濁液のＳＳ濃度
は５０ｐｐｍ以下でＳＳ除去後用水、上水として利用す
る場合、溶質分の少ない微細粒子として例えば珪藻土１
０００ｐｐｍ以上を添加するとフロックの直径が大きく
なり固液分離性能がよい。濃厚な汚濁液については直接
装置に適用できる。

【００１９】希薄な汚濁液に添加した溶質分の少ない微
細粒子を混合するための撹はん混合槽または撹はん混合
管と固液分離装置から排出するフロックの大きい凝集濃
縮汚泥を希薄な汚濁液に戻して循環する循環ポンプを含
む循環システムが必要である。循環ポンプにより余分の
凝集濃縮汚泥を排出する排出システムがいる。フロック
の大きい凝集濃縮汚泥を希薄な汚濁液に添加する撹はん
混合槽または撹はん混合管は先に溶質分の少ない微細粒
子を混合するために使用した撹はん混合槽または撹はん
混合管を使用する。

【００２０】

【実施例１】図１に示した本発明の凝集濃縮装置を用い
て河川水ＳＳ濃度８〜１５ｐｐｍ（Ｃａ＋＋６．８ｐｐ
ｍ）を処理する例を示す。あらかじめ一次混合槽４で珪
藻土６Ｋｇと水２０Ｋｇとを撹拌して得られたスラリー
をスラリーポンプ３で混合槽５に連続供給し、得られた
汚濁液を供給ポンプ１５を用いて希薄汚濁液１ｍ^３に珪
藻土６Ｋｇの割合（Ａ）と希薄汚濁液１ｍ^３に珪藻土１
２Ｋｇの割合（Ｂ）で添加した。その混合液０．２５ｍ
^３／ｈｒを分散室１８に供給する。一方注入液１６とし
て水道水を注入管１９に１６ｌ／ｈｒ供給し、混合管１
９内において流下する汚濁液の流れとその界面で接触さ
せて汚濁液中に存在する微細粒子を凝集させた。汚濁液
と注入液との混合液は図１の凝集濃縮装置のフロック形
成槽７内の衝突混合部２０に開口する混合管の吐出口８
よりフロック形成槽に排出され、混合管内で凝集した小
フロック同士、または未凝集粒子と小フロックが衝突混
合部内で激しく衝突し、固液分離室１０内で未凝集の微
細粒子が完全に無くなり、フロック形成槽中央の流動層
部２１で小フロックが中・大フロックを形成する。さら
にフロック形成槽の上層の移動層部２２では巨大フロッ
クを形成し、巨大フロックはフロック形成槽の溢流堰９
から傾斜板２３を滑降して固液分離室１０凝集濃縮汚泥
層内に降下した。この装置で処理したときの上澄み液１
１と循環ホンプ１２の出口のＳＳ濃度の値とを表−１に
示した。上澄み液は固液分離室（濃縮槽）上部より排出
し、凝集濃縮汚泥１４は濃縮槽から取り出して再びスラ
リー循環ポンプ１２で混合槽５にもどし、希薄汚濁液と
混合ＬＳＣＡ装置で処理される。循環ポンプ１２から汚
泥の一部を抜き取りろ過機１３送りろ滓は処分する。一
方比較例として同じ汚濁液を図１の装置においてフロッ
ク形成槽７を有しない型の凝集装置を用いて処理したと
きの上澄み液１１と固液分離室１０の循環ポンプ１２の
出口のＳＳ濃度を測定した。その結果を表１に示した。

【００２１】

【表１】 この結果から明らかなようにフロック形成槽を備えた本
発明の凝集濃縮装置は、従来の凝集装置に比べて汚濁液
中の微細粒子の凝集濃縮機能が優れていることが明らか
である。

【００２２】

【実施例２】図１に示した本発明の凝集濃縮装置をもち
いてＳＳ濃度５６４０ｐｐｍの洗米排水に凝集剤を添加
せずに０．２５ｍ^３／ｈｒを処理する。１次混合槽は使
用せずに撹拌混合槽５から供給ポンプ１５を用いて洗米
排水を分散室１８に連続供給し、注入液は地下水（酒造
用水Ｃａ＋＋２．４ｐｐｍ）を１５ｌ／ｈｒを連続供給
した。図１の凝集濃縮装置のフロック形成槽７を有しな
い型の凝集装置で処理したときの上澄み液１１と固液分
離室１０の循環ポンプ１２の出口のＳＳの濃度を測定し
表−２に示した。図１の凝集濃縮装置のフロック形成槽
７を装着して洗米排水を処理をしたときフロック形成槽
の溢流堰９から傾斜板２３を滑降して固液分離室に降下
した濃縮汚泥を循環ポンプ出口のＳＳの濃度と固液分離
室の上部より上澄み液を採取しそのＳＳを測定して表−
２に示す。

【００２３】

【表２】固液分離室の上澄み液のＳＳ濃度と循環ポンプ
のＳＳ濃度をフロック形成槽のある混合管とフロック形
成槽のない混合管とを示す。 この結果からフロック形成槽を備えた本発明の凝集濃縮
装置は、従来の凝集装置に比べて凝集濃縮機能が優れて
いる。

【００２４】

【発明の効果】本発明の凝集濃縮装置のフロック形成槽
において強制的に未凝縮微細粒子と小フロックとを衝突
させることにより、フロックが巨大になり、しかも混合
管が傾斜した横型でもフロック形成槽を設ければ、水深
の浅いところで濃縮汚泥が短時間に得られる。また固液
分離室を小型化することができ、上澄み液の水質はＳＳ
が殆ど無く、均質化し、維持管理が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図 １】固液分離室にフロック形成槽を設けて汚濁液
を凝集濃縮する説明図である。

【図 ２】截頭円錐型フロック形成槽を示した説明図で
ある。

【図 ３】截頭角錐型フロック形成槽を示した説明図で
ある。

【図 ４】凝集装置（横型）のフロック形成槽と混合管
の関係を示した説明図である。

【図 ５】円筒形フロック形成槽を示した説明図であ
る。

【図 ６】フロック形成槽の流動槽部に排出口と排出傾
斜板を設けた説明図である。

【図 ７】底のある截頭円錐形と截頭角錐形とで構成す
るフロック形成槽の説明図である。

【符号の説明】

１希薄な汚濁液 ２水 ３スラリーポンプ ４一次混合槽 ５撹はん混合槽 ６珪藻土 ７フロック形成槽 ８混合管吐出口 ９溢流堰 １０固液分離室 １１上澄み液 １２循環ポンプ １３ろ過機 １４凝集濃縮汚泥 １５汚濁液供給ポンプ １６注入液 １７混合管 １８分散室 １９注入管 ２０衝突混合部 ２１流動層部 ２２移動層部 ２３傾斜板 ２３ａ両側壁をもった傾斜板 ２４フロック形成槽 ２５フロック形成槽側壁 ２６フロック形成槽底 ２７拡大管 ２８排出傾斜板 ２９排出口

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】微細粒子を含む汚濁液を貯留し分散させる
   分散室１８と固液分離室１０を有し、該分散室と固液分
   離室との間は、その一端が分散室に開口し、他端は固液
   分離室に吐出口として開口した１ないし複数本の混合管
   １７により連結しており、該混合管内には、それぞれ１
   ないし複数本の注入液を注入するための注入管１９をそ
   の注入液の吐出口が混合管内を流れる汚濁液の下流方向
   に向けて開口させた構造を有し、かつ該固液分離室１０
   の底部には凝集してフロックとなった微細粒子を貯留
   し、該フロックの取り出し口を有する構造からなる汚濁
   水中の微細粒子をフロックとして凝集させて水と分離す
   る凝集装置において、該固液分離室１０内にフロック形
   成槽７を設け、しかも混合管１７の吐出口８をフロック
   形成槽７内に位置するように開口させた構造を有し、凝
   集したフロックを固液分離室内で濃縮させ、固液分離室
   を濃縮室として利用する凝集濃縮装置。
2. 【請求項２】該フロック形成槽７の形状は、槽底から上
   に向かってその断面積が拡大し、槽最上部において開口
   しており、その開口縁は水平であり、溢流堰９となり槽
   内で生成した巨大フロックを溢流させ固液分離室１０の
   室底に堆積させるようにした請求項１記載の凝集濃縮装
   置。
3. 【請求項３】該フロック形成槽７の形状は、截頭円錐形
   または截頭角錐形のうち、いずれか一つの形状を有し、
   しかもその水平断面積の大きい方を上にして開口してお
   り、水平断面積の小さい方は有底であることを特徴とす
   る請求項１または請求項２記載の凝集濃縮装置。
4. 【請求項４】フロック形成槽７の側壁に平行して一定間
   隔離れた位置に傾斜板を設け、フロック形成槽の溢流堰
   からオーバーフローする凝集汚泥をフロック形成槽の側
   壁と傾斜板との間を滑降させ固液分離室１０の室底に堆
   積させるようにした請求項１〜３のいずれか１つに記載
   した凝集濃縮装置。
5. 【請求項５】混合管１７の吐出口がフロック形成槽７内
   の衝突混合部２０に開口した構造を有する請求項１〜４
   のいずれか１つに記載した凝集濃縮装置。
6. 【請求項６】請求項１記載の凝集濃縮装置を用いて、微
   細粒子を含む汚濁液から微細粒子と水とを分離するにあ
   たり、混合管内の汚濁液の流れは１０＜Ｒｅ＜１０^５、
   注入管から吐出される注入液の流れは５＜Ｒｅ＜１０^４
   の範囲に保持して混合管内の汚濁液の流れと注入液の流
   れとを接して流し、界面を形成させ、その界面でフロッ
   クを形成させ、次いでこれを混合管の吐出口よりフロッ
   ク形成槽内に吐出して、フロック形成槽内で巨大フロッ
   クを形成させ、生成した巨大フロックをフロック形成槽
   より溢流させて、固液分離室の室底に堆積させることを
   特徴とする微細粒子を含む汚濁液から微細粒子のフロッ
   クを形成させて水と分離するための凝集濃縮方法。