JPH11276807A - 凝集剤及びこれを用いる原水の凝集沈殿装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 凝集沈降速度を高く維持すると共に処理後の
排泥やスラッジをそのまま再生利用でき、しかも凝集設
備も従来構造に比べて格段に簡略化できるようにする。 【解決手段】 石膏、硫酸アルミニウム、リン酸水素ナ
トリウム、炭酸ソーダ、アルキル酸ソーダ及びアクリル
酸ソーダとアクリルアミドの共重合物を、重量比でほぼ
６５〜７５：１０〜２０：０．５〜１．５：７〜１３：
０．５〜１．５：２〜５の割合で混合し無機材料が９５
重量％以上を占める凝集剤を用いて、原水と凝集剤とが
投入される第１の凝集槽２ａで高速攪拌し、その下流に
配置されて内容積を大きくした第２の凝集槽２ｂで緩速
攪拌することによって、フロックの形成及び成長を促
す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば土木・建
設などの作業現場で発生する濁水や廃水等の原水に含ま
れる非沈降性懸濁物を凝集分離するための凝集剤及びこ
れを用いる凝集沈殿装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種の廃水からの土砂類等の混入物を分
離する水処理設備や汚泥処理設備では、従来から凝集剤
による凝集分離法が広く利用されている。この凝集分離
法に用いられる凝集剤は、無機塩類や有機高分子化合物
及び凝集補助剤などに大別される。

【０００３】これらの凝集剤の中で、有機高分子として
はポリアクリルアミドをはじめとして非常に多くの種類
のものが従来から使用されており、それぞれの化学構造
式も多岐に及んでいる。そして、近来では有機高分子材
料が安価に得られるため、ｐＨ調整の役割を果たす酸・
アルカリや活性シリカ等の凝集補助剤を必ずしも必要と
しない操作が可能とされている。

【０００４】一方、原水の浄化処理の操作では、現場に
よって様々に異なる水質や原水中に含まれる土砂類の性
状に応じて、最適な凝集沈殿が得られるようにすること
が最大の課題である。このため、現場において所定量の
原水を採取して、種類の異なる凝集剤による凝集試験を
実施し、その結果得られた最良の凝集剤を選択するとい
うのが水処理についての現場対応の現状である。

【０００５】また、有機高分子系の凝集剤による原水の
処理では、凝集はいわゆる粒子間架橋という現在におい
ても仮説の段階にある理論に従った操作をすることが多
い。すなわち、原水の流量に対して適切な比率で凝集剤
を投入し、槽内での滞留時間や攪拌の時間及びその強さ
（アジテータの回転速度など）を操作することで、フロ
ックを形成させるとともにこのフロックの成長を促し、
凝集速度を向上させ得るという知見に基づいた処理が行
なわれている。そして、フロックの発生過程やその成長
の度合いを攪拌などの操作によって様々に変えること
で、凝集速度自体の制御もできるので、この制御を応用
して凝集沈殿から凝集分離のための設備の槽の設計の自
由度も向上し得るとされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、有機高分子
系の凝集剤を使用する場合、凝集沈殿によって処理槽内
に堆積していくスラッジ及び処理槽からの排泥は、凝集
剤中の高分子成分を含んでいるため粘土質となってしま
うことが避けられない。このため、低含水率となるよう
に二次処理をしない限り、改良土や埋め戻し土として工
事現場において再利用することができない。そして、排
泥の二次処理のためには、その専用の設備を必要とする
ほか、処理のための動力用の電力消費量も多くなってし
まう。

【０００７】また、高分子系の凝集剤を使用する処理で
は、凝集剤自体のハンドリングにおいて、その物性面か
らみて次のような障害がある。すなわち、高分子凝集剤
は、一般的に水となじみやすく、水滴に会うと直ちに団
子状の塊となり、このような塊に一旦なってしまった後
ではこれを溶解させることが困難になるという問題があ
る。このため、高分子系の凝集剤の取り扱いには、水分
と接触しないようにすることが必要であり、利用すると
きには事前に水に溶解させておく等の操作が必要とな
る。

【０００８】したがって、凝集沈殿槽への供給や装入な
どの配管やその他の設備についても、高分子系の凝集剤
が持つ物性を考慮した設計とする必要があり、たとえば
原水の凝集沈殿装置のほかに高分子凝集剤の溶解設備を
備えなければならない。

【０００９】このように設備面での制約を受けると、た
とえば攪拌操作等によってフロックを成長させる凝集槽
においては、ｐＨ調整設備や無機系凝集剤添加設備のほ
かに、高分子系凝集剤の溶解設備とその添加ラインが必
要となる。また、凝集沈殿後の凝集分離のための槽にお
いても、凝集作用によるマイクロフロックの成長に時間
がかかるという問題もある。したがって、設備の小型化
の面での改善が施されないままとなっている。

【００１０】また、従来の凝集剤ではいずれも１種類の
凝集剤を用いて１工程で凝集沈降分離することは不可能
なので、凝集装置についてはこのような性質の影響を受
けて、数も多くなり多岐に亘る。また、凝集沈降速度が
遅いので、設備そのものを大きくすることが必要とな
る。

【００１１】本発明において解決すべき課題は、凝集沈
降速度を高く維持すると共に処理後の排泥やスラッジを
そのまま再生利用でき、しかも凝集設備も従来構造に比
べて格段に簡略化できるようにすることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の凝集剤は、石
膏、硫酸アルミニウム、リン酸水素ナトリウム、炭酸ソ
ーダ、アルキル酸ソーダ及びアクリル酸ソーダとアクリ
ルアミドの共重合物を、重量比で６５〜７５：１０〜２
０：０．５〜１．５：７〜１３：０．５〜１．５：２〜
５の割合で混合し、無機材料が９５重量％以上を占める
ことを特徴とする。

【００１３】このような組成の凝集剤においては、石膏
は固形分の表面を覆って粒子径を大きくして水から分離
させやすくし、硫酸アルミニウムは固形分の沈降を促進
させるのに有効である。また、リン酸水素ナトリウムは
金属成分の沈降を促進し、炭酸ソーダはｐＨの調整に貢
献し、アルキル酸ソーダは分散剤として作用し、アクリ
ル酸ソーダとアクリルアミドの共重合物は大きくなった
固形分粒子を更に会合してより大きな凝集フロートを形
成する役目を果たす。そして、本発明者等は、鋭意研究
の結果これらの組成を先の配合比の関係とすることによ
って、それぞれの組成が持つ作用を十分に発揮して凝集
剤として好適に利用できることを知見によって得た。

【００１４】この凝集剤を使用する本発明の原水の凝集
沈殿装置は、原水と凝集剤とが投入される第１の凝集槽
と、この第１の凝集槽の下流に連通して配置され第１の
凝集槽よりも内容積を大きくした第２の凝集槽とを備
え、これらの第１及び第２の凝集槽にそれぞれ攪拌手段
を設け、第１の凝集槽における攪拌度を第２の凝集槽に
おける攪拌度よりも大きくなるようにこれらの攪拌手段
を操作する系としたことを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の凝集剤は、粒径が１０μ
ｍ程度の粉体であり、硫酸カルシウムの二水和物すなわ
ち石膏（ＣａＳＯ₄ ・２Ｈ₂ Ｏ），硫酸アルミニウム
（Ａｌ₂ （ＳＯ₄ ）₃ ），リン酸水素ナトリウム（Ｎａ
₂ ＨＰＯ₄ ），炭酸ソーダ（Ｎａ₂ ＣＯ₃ ），アルキル
酸ソーダ，アクリル酸ソーダとアクリルアミドの共重合
物のそれぞれの固形物を微小に粉砕して一様に混合した
ものである。そして、各組成の配合比は重量比で示す
と、石膏：硫酸アルミニウム：リン酸水素ナトリウム：
炭酸ソーダ：アルキル酸ソーダ：アクリル酸ソーダとア
クリルアミドの共重合物＝７０：１４：１：１１：１：
３である。

【００１６】このような組成及び配合比を持つ凝集剤で
は、土木建設現場で発生する泥水やベントナイト等の汚
水，ため池などの汚水及び各種の工場廃液のいずれに対
しても、コロイド成分に対しての電位差を利用して原水
中の粒子と凝集剤粒子との間の粒子間架橋が速やかに行
なわれ、凝集沈降速度を上げることができる。

【００１７】図１は本発明の凝集沈殿装置の概略を示す
正面図、図２は凝集タンクの内部構造の概略を示す平面
図である。

【００１８】図において、凝集沈殿装置は、原水を受け
て貯蔵するとともに原水の水位を調整するためのリザー
バ１、このリザーバ１からの原水をオーバーフローとし
て受ける凝集タンク２、この凝集タンクから凝集後の水
とフロックとを受ける凝集分離タンク３、及び凝集タン
ク２に凝集剤を投入するための凝集剤タンク４から構成
されたものである。

【００１９】リザーバ１には、原水の中に浸漬して配置
した水中ポンプ（図示せず）からの吸引によって原水が
供給され、排出管１ａをオーバーフロー管式として設け
ることにより、この排出管１ａのレベルを上限水位とし
て水位調整可能としたものである。そして、このリザー
バ１は、流入してくる原水の中の比較的大きなゴミの沈
殿もしくは浮遊除去ができるようにすることが好まし
く、その水位調整機能によって設備全体の流量調整を行
なわせるものとする。

【００２０】凝集タンク２は、その内部に第１の凝集槽
２ａと第２の凝集槽２ｂとをそれぞれ区画して配置した
ものであり、これらの第１，第２の凝集槽２ａ，２ｂに
はそれぞれモータ２ａ−１，２ｂ−１駆動によるアジテ
ータ２ａ−２，２ｂ−２を備えている。第１の凝集槽２
ａは排出管１ａからの原水の受け入れ部に位置し、その
底部に設けた連絡口２ａ−３によって第２の凝集槽２ｂ
が連通する配置であり、第２の凝集槽２ｂの内容積は第
１の凝集槽２ａのそれよりも格段に大きい。また、第１
の凝集槽２ａのアジテータ２ａ−２の回転数は１５００
ｒｐｍ程度であるのに対し、第２の凝集槽２ｂのアジテ
ータ２ｂ−２の回転数は３００〜５００ｒｐｍ程度とす
る。

【００２１】凝集分離タンク３はその上端に滞留槽３ａ
を備え、この滞留槽には第２の凝集槽２ｂの底部に配置
した水中ポンプ２ｃからの供給管２ｄを接続し、更に上
端部の側面には処理済みの水を排出するためのオーバー
フロー管３ｂを設けたものである。そして、内部には凝
集分離のための機構を備えるとともに、下端には自動排
泥バルブ３ｃを設けて一定時間毎に処理後の泥を排出可
能としている。

【００２２】図３は凝集分離タンク３の内部構造の概略
であり、同図の（ａ）は縦断面及び同図の（ｂ）は上端
部分の横断面を示す。

【００２３】凝集分離タンク３の内部には同図の（ａ）
に示すように固液分離管３ｄを同軸上に立ち上げて配管
し、その下端を凝集分離タンク３の底部から離れたレベ
ルで位置させている。そして、この固液分離管３ｄの上
端部分に対応する位置には、同図の（ｂ）に示すように
複数の隔壁３ｅを放射状に配列している。

【００２４】このような凝集分離タンク３の内部構造で
あれば、供給管２ｄから送りこまれた水はその水面レベ
ルが隔壁３ｅ部分に対応するように流量調整することに
よって、隔壁３ｅが邪魔板となって同図の（ｂ）の破線
で示すように水流を蛇行を伴う渦流とすることができ
る。このような蛇行状の渦流は流れを一時的に遅滞させ
るので、この遅滞の期間を利用してフロックの成長を促
すことができる。また、凝集分離タンク３内の水に含ま
れているフロックは水よりも重いので、底部側に沈殿し
ていき、上澄み液はオーバーフロー管３ｂから外に排出
される。

【００２５】更に、凝集剤タンク４は粉体状の凝集剤を
第１の凝集槽２ａの中に切り出すための添加装置４ａを
下端に備えたものであり、この添加装置４ａによって切
り出し量を設定された凝集剤を第１の凝集槽２ａに落と
し込むための投入管４ｂを下に突き出している。

【００２６】以上の構成の凝集沈殿装置において使用す
る凝集剤は先に述べた組成のものとしてこれを凝集剤タ
ンク４に装入する。そして、リザーバ１から原水が第１
の凝集槽２ａに供給されてアジテータ２ａ−２によって
攪拌された後、第２の凝集槽２ｂに原水は順次流下して
いく。この原水の流れに対して、添加装置４ａからは予
め決められた単位時間当たりの流量値を一定とした凝集
剤が切り出される。

【００２７】第１の凝集槽２ａにおいては、アジテータ
２ａ−２が高速回転するので、凝集剤によってマイクロ
フロックを短時間で形成させて成長させ、凝集剤とコロ
イド粒子の接触度合いを向上させることができ、これに
よりコロイド粒子を凝集剤によって完全に捕捉すること
により、マイクロフロックの短時間のうちでの形成を促
すことができる。

【００２８】第１の凝集槽２ａを抜けた原水とマイクロ
フロックは、第２の凝集槽２ｂに流れ込み、低速回転し
ているアジテータ２ｂ−２によって攪拌される。この第
１の凝集槽２ｂはその内容積が大きくてしかもアジテー
タ２ｂ−２の回転速度が遅いので、原水及びマイクロフ
ロックは緩やかに混合され、これによってマイクロフロ
ックの成長が促されてフロックが次第に形成されていく
と同時に沈降する。

【００２９】なお、アジテータ２ｂ−２も高速回転させ
てマイクロフロックどうしを一体にするようにして成長
させることも考えられるが、攪拌度合いが余りに強いと
形成されたフロックが逆に壊されてしまうことが十分予
測されるので、アジテータ２ｂ−２の回転速度を遅くす
ることが好ましい。

【００３０】このように、第１の凝集槽２ａでマイクロ
フロックを短時間で形成させた後に第２の凝集槽２ｂで
適度な大きさのフロックに成長させる方式であれば、マ
イクロフロックを核として大きなフロックの成長の過程
の連続とすることができる。したがって、最終的なフロ
ック形成までの時間すなわち凝集沈降が完了するまでの
時間が短縮されることになる。

【００３１】このようなフロックの早期形成及び成長を
促進させ得る凝集剤を用いることにより、特にアジテー
タ２ｂ−２による攪拌が従来装置の場合に比べて効力が
小さくても、十分なフロックの成長が可能である。した
がって、第２の凝集槽２ｂ内での攪拌時間を短くするこ
とができ、水中ポンプ２ｃによる凝集分離タンク３への
移送までの時間も短縮される。すなわち、原水及び凝集
剤を凝集タンク２内に滞留させる時間は短くて済むの
で、原水が通過していくに従って速やかにフロックを成
長させる操作をすることで、凝集タンク２の全体の嵩を
小さくすることができる。

【００３２】以上のようにして原水中の土砂等が凝集剤
によってフロックとして凝集沈降したものは、水中ポン
プ２ｃによって凝集分離タンク３へ送り出され、この凝
集分離タンク３内ではフロックがそれ自身の粘性によっ
て自動排泥バルブ３ｃから排出され、上澄み液はオーバ
ーフロー管３ｂから排水される。

【００３３】

【実施例】（実施例１）沖縄赤土の含有濃度が０．５
％，３％，５％の混濁水に本発明の凝集剤５００ｍｇ／
リットルを添加したもの、及び１０％の混濁水に本発明
の凝集剤７００ｍｇ／リットルを添加したもののそれぞ
れについて、凝集タンク２のアジテータ２ａ−２を１３
００ｒｐｍで３分間高速攪拌した。そして、静置３分後
の凝集物沈降堆積は、各試料についてそれぞれ図４のグ
ラフに示すとおりであった。

【００３４】このグラフからも判るように赤土の殆どが
静置後３分間以内に沈降した。そして、上澄み液は無色
透明となったものが回収された。

【００３５】（実施例２）セメントの含有濃度が１％，
５％，１０％の混濁水に本発明の凝集剤４００ｍｇ／リ
ットルを添加したものについて、凝集タンク２のアジテ
ータ２ａ−２を１５００ｒｐｍで３分間高速攪拌した。
そして、静置１分後の凝集物沈降堆積は、図５のグラフ
に示すとおりであった。

【００３６】このグラフからも判るようにセメントの殆
どが静置後１分間以内に沈降した。そして、上澄み液は
無色透明となったものが回収された。

【００３７】

【発明の効果】本発明では、高分子系の凝集剤に代えて
無機材料を主体とした凝集剤を用いることによって、水
処理後の排土中に高分子が含まれないので、水の含有量
が少ないものとして回収でき、そのまま改良土または埋
め戻し土として再生することができ、二次処理のための
設備を必要としない。

【００３８】更に、凝集剤による凝集沈降速度を速める
ことができるので、攪拌時間を短縮することが可能とな
り、したがって装置全体を小型化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の凝集剤を適用可能な凝集沈殿装置の
概要を示す正面図である。

【図２】 図１の凝集タンクの内部構造の概略を示す平
面図である。

【図３】 凝集分離タンクの内部構造の概要であって、
同図の（ａ）は縦断面図、同図の（ｂ）は隔壁部分を示
す要部の横断面図である。

【図４】 沖縄赤土に対する本発明の凝集剤を用いた操
作による凝集物沈降堆積と沖縄赤土濃度との関係を示す
グラフである。

【図５】 セメント混濁水に対する本発明の凝集剤を用
いた操作による凝集物沈降堆積とセメント濃度との関係
を示すグラフである。

【符号の説明】

１ リザーバ １ａ 排出管 ２ 凝集タンク ２ａ 第１の凝集槽 ２ａ−２ アジテータ ２ａ−３ 連絡口 ２ｂ 第２の凝集槽 ２ｂ−２ アジテータ ２ｃ 水中ポンプ ２ｄ 供給管 ３ 凝集分離タンク ３ａ 滞留槽 ３ｂ オーバーフロー管 ３ｃ 自動排泥バルブ ３ｄ 固液分離管 ３ｅ 隔壁 ４ 凝集剤タンク ４ａ 添加装置 ４ｂ 投入管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ０８Ｌ 33/26 Ｃ０８Ｌ 33/26 (72)発明者 大八木 八七 福岡県北九州市八幡西区永犬丸東町１−３ −６ (72)発明者 佐野 長久 福岡県北九州市小倉北区片野４丁目23−13

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 石膏、硫酸アルミニウム、リン酸水素ナ
   トリウム、炭酸ソーダ、アルキル酸ソーダ及びアクリル
   酸ソーダとアクリルアミドの共重合物を、重量比で６５
   〜７５：１０〜２０：０．５〜１．５：７〜１３：０．
   ５〜１．５：２〜５の割合で混合し、無機材料が９５重
   量％以上を占める凝集剤。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の凝集剤を使用する原水
   の凝集沈殿装置であって、原水と凝集剤とが投入される
   第１の凝集槽と、この第１の凝集槽の下流に連通して配
   置され第１の凝集槽よりも内容積を大きくした第２の凝
   集槽とを備え、これらの第１及び第２の凝集槽にそれぞ
   れ攪拌手段を設け、第１の凝集槽における攪拌度を第２
   の凝集槽における攪拌度よりも大きくなるようにこれら
   の攪拌手段を操作する系としてなる原水の凝集沈殿装
   置。