JP2017013029A - 凝集槽及び凝集処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】沈砂池と凝集槽を組み合わせた設置面積の大幅な省スペース化が可能となり、また、上部攪拌槽の水流を利用することで、下部の緩速攪拌槽の水流を生み出すことができる凝集槽を提供する。【解決手段】槽２内が仕切板３によって上側の急速撹拌室４と下側の緩速撹拌室５とに区画されている。仕切板３の中央からフィードウェル７が垂設され、フィードウェル７の下端に対峙してバッフル８が設けられている。原水及び凝集剤が急速撹拌室４に供給され、撹拌機６で撹拌された後、フィードウェル７から緩速撹拌室４に流入し、ゆっくりと旋回しながら上昇する。処理水は集水管９から取り出される。【選択図】図１

Description

本発明は、水処理工程に用いられる凝集槽に関するものであり、詳しくは凝集室と沈澱室とを１つの槽内に設けた凝集槽に関する。また、本発明は、この凝集槽を用いた凝集処理方法に関する。

従来の水処理装置として、連続的に供給される汚水と凝集剤を混合する混和容器と、それにより混和された汚水を水流により撹拌する撹拌容器と、撹拌された汚水を凝集形成する凝集形成容器と、凝集形成容器を内蔵し、凝集形成容器から排出される一次処理水を凝集沈殿する凝集沈殿槽を有するものがある（特許文献１）。しかしながら、複数の槽を設置することから、設置面積が大きいという課題がある。

筒状容器内の内側を急速撹拌、外側を緩速撹拌とし、底部に汚泥排出手段が設けられている凝集槽が公知である（特許文献２）。しかし、急速撹拌槽と緩速撹拌槽が内側と外側の位置関係にあることから、設置面積が大きくなるという課題がある。また、内外の槽ともに撹拌翼を設置しており、沈澱室が設けられていない。また、撹拌によるエネルギーが過度に加わり、成長したフロックが破壊されてしまう可能性がある。

なお、１つの槽内に上下多段に撹拌室を設けることは特許文献３〜６に記載されているが、沈澱室を設けることは記載されていない。

特許文献７には、混和槽と凝集槽と沈殿槽が横方向に一体に形成され、凝集槽から沈殿槽へ供給される際に、沈殿槽で旋回流となって沈殿処理がされる固液分離装置が記載されているが、濁質分に砂等の比較的重い成分が含まれると沈殿槽に送液される前に凝集槽で堆積してしまう可能性がある。また、凝集槽と沈澱槽とを横方向に一体としているため、設置面積が大きいという課題がある。

特開２００６−４３６２６ 特開２００７−２３７０１４ 特許第４６２３４３１号 特開２００７−２６０６１４ 特開２００７−２６０６１５ 特開２００７−２６０６１６ 特開２０１３−０４６８９８

上記従来の凝集沈殿装置には以下の解決すべき課題がある。第一に、凝集槽と沈殿槽が横方向に分けて設けられており、設置スペースが大きく、省スペース化が必要である。第二に、原水中に濁度成分が含まれている場合は、濁質成分を前段で除去する必要がある。第三に、砂等の比重の大きい物質が入ってきた場合、混和槽が閉塞してしまう可能性がある。第四に、急速撹拌の水流が緩速撹拌槽へ伝わらず、緩速撹拌流を起こすための構造物が必要である。

本発明は上記従来の課題を解決し、沈砂池と凝集槽を上下に組み合わせることにより設置面積の大幅な省スペース化が可能となり、また、上部の急速撹拌室の水流を利用することにより、下部の緩速攪拌室に緩速撹拌水流を生み出すことができる凝集槽及び凝集処理方法を提供することを目的とする。

本発明の凝集槽は、槽内が仕切板によって少なくとも上下２室に区画され、原水が上側の室に供給され、移流手段によって該上側の室から下側の室に移流する凝集槽であって、上側の室は、撹拌機を備えた急速撹拌室であり、下側の室は、該急速撹拌室からの移流によって旋回流が生じる緩速撹拌室であり、該緩速撹拌室の上部に処理水取出用集水部材が設けられており、該緩速撹拌室の底部に排泥口が設けられていることを特徴とするものである。

本発明の一態様では、前記移流手段は、前記仕切板の中央部に連なり、下方に延在しているフィードウェルを有する。該フィードウェルの下端に対面してバッフルが設けられてもよい。

本発明の別の一態様では、前記移流手段は、前記仕切板の周縁部に連なり、下方に延在したフィードウェルを備えており、該フィードウェルの下端部に、槽の内周面に沿って水を流出させる流出部が設けられている。

本発明のさらに別の一態様では、前記移流手段は、前記仕切板の周縁部に、周方向に間隔をおいて設けられた複数個の流出孔と、該流出孔を通って緩速撹拌室に流入する水を旋回方向に導くためのスロープ板とを有する。

本発明では、緩速撹拌室内に浮上濾材層を設け、浮上濾材層内に集水部材を位置させてもよい。

本発明の凝集処理方法は、本発明に記載の凝集槽を用いた凝集処理方法であって、前記急速撹拌室に原水及び凝集剤を供給して急速撹拌機によって撹拌し、該急速撹拌室から緩速撹拌室を経て前記集水部材に到った水を処理水として取り出すことを特徴とするものである。

凝集槽がフィードウェルを有する場合、フィードウェルの下端を緩速撹拌室底部のブランケット層内に位置させることが好ましい。

本発明の凝集槽は、槽上部に位置する急速撹拌室と下部の緩速撹拌室の縦型二段構造で構成されている。上部の室内は撹拌機により撹拌され、下部の室では、上側の室からの送液により生じる水流によって緩速撹拌される。

本発明の凝集槽は、急速撹拌室と緩速撹拌室を縦型二段構造で設置したものであり、省スペース化が可能である。

上部の急速攪拌室においては、水流ではなく、攪拌機により攪拌しているため、砂等の比重の大きい濁質が入ってきても、流路が閉塞することはない。また、上部の急速攪拌の回転数を制御することで、従来法の螺旋板等の構造物や撹拌翼を用いずに、下部槽に水流を生み出し、緩速攪拌の機能を持たせることが可能である。

下部の緩速撹拌室においては、砂利や粒径の大きな砂及び凝集フロックを沈殿分離することが可能である。

このようなことから、本発明の凝集槽にあっては、沈砂池と凝集槽を組み合わせた設置面積の大幅な省スペース化が可能となり、また、上部攪拌室の水流を利用することで、下部の緩速攪拌室に緩速撹拌水流を生み出すことができる。

実施の形態に係る凝集槽の縦断面図である。 図１のII−II線断面図である。 実施の形態に係る凝集槽の縦断面図である。 図３のIV−IV線断面図である。 実施の形態に係る凝集槽の縦断面図である。 図５のVI−VI線断面図である。 図５のVII−VII線断面図である。 仕切板の斜視図である。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。図１，２は第１の実施の形態に係る凝集槽を示している。この凝集槽１は、円筒形の槽体（以下、単に槽という。）２と、該槽２の上下方向の途中に設けられた水平な仕切板３とを有し、該仕切板３の上側に急速撹拌室４が設けられ、仕切板３の下側に緩速撹拌室５が設けられている。

急速撹拌室４内に撹拌機６が設置されている。この撹拌機６は、急速撹拌室４の軸心位置に上下方向に延設された回転軸６ａと、該回転軸６ａに設けられたパドル６ｂと、回転軸６ａの上端に連結されたモータ６ｃとを有する。

仕切板３の中央部に開口３ａが設けられ、この開口３ａと同軸状の円筒状管部材よりなるフィードウェル７の上端が仕切板３に連結されている。フィードウェル７は緩速撹拌室５内の下部にまで延在している。フィードウェル７の下端に対面して、水平な円板状のバッフル８が設置されている。バッフル８は、複数本の細棒状の連結部材（図示略）によってフィードウェル７の下端に支持されているが、槽２に支持されてもよい。フィードウェル７の下端及びバッフル８は、緩速撹拌室５内の底部に溜ったブランケット層Ｂ内に位置する。

なお、バッフル８は水平な板状に限定されるものではなく、陣笠形状などのテーパ形であってもよく、それを上下逆にした形状などであってもよい。

緩速撹拌室５内の上部に集水管９が設けられている。この集水管９は、槽２の内周に沿って緩速撹拌室５を周回するリング状であり、その下面に多数の集水孔９ａが所定間隔をおいて穿設されている。なお、集水孔９ａの代りに、周方向に延在するスリットを設けてもよい。

集水管９に処理水取出管１０の先端が接続されている。処理水取出管１０は、槽２を貫通して槽２外に延出している。

槽２の底部２ａは、中央側に向って下り勾配となるテーパ形である。槽２の底部２ａの排泥口２ｂに排泥管１１の上端が接続されている。排泥管１１は、下部が側方に湾曲している。排泥管１１は排泥バルブ（図示略）によって開閉可能とされている。

このように構成された凝集槽１において、原水を、原水流入管１２より、槽２内の表面積負荷として好ましくは２〜３０ｍ／ｈで流入させる。原水としては、溶存有機物や土や砂等の濁質成分を含んでいる河川水、湖沼水、工業用水、工場からの排水等が例示されるが、これらに限定されない。

原水の濁度は、通常２００〜５００度、特に２５０〜３５０度程度であるが、これに限定されない。

また、原水水質に応じて、無機凝集剤好ましくはポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）を好ましくは２００ｍｇ／Ｌ以下例えば１０〜２００ｍｇ／Ｌの濃度で薬注管１３により急速撹拌室４に注入する。原水と無機凝集剤は撹拌機６によって急速に混合される。この時の撹拌強度は６０〜２００ｓ^−１が好ましい。滞留時間は槽２の大きさや流量を変化させることで変動可能である。凝集が不十分な場合はポリマー凝集剤を急速撹拌室４に添加する場合もある。

急速撹拌室４内にて凝集剤と十分に混合された原水は、仕切板３の開口３ａからフィードウェル７を通じて、下部の緩速撹拌室５に送液される。

フィードウェル７から下方に流出した流出水は、バッフル８と当たり、流れ方向が反転し、上昇流が生じる。

急速撹拌室４内で原水が旋回しているので、フィードウェル７を下降する原水も螺旋状に旋回しながら下降する。そのため、フィードウェル７から流出し、バッフル８に当った原水は、上昇すると共に、緩速撹拌室５内にゆっくりとした旋回流を生じさせる。これにより、槽２の壁面との剪断力により、凝集が促進される。また、槽底部には粒径の大きな砂利や砂が堆積していく。また、凝集効果により生成した粗大なフロックが堆積し、ブランケット層Ｂが形成される。フィードウェル７から排出された原水中のフロックがこのブランケット層Ｂを通過する際に、フロック同士が衝突し、凝集反応が促進される。また、ブランケット層Ｂ内のフロック間の微小な隙間を処理水が通過するため、整流効果及びろ過効果も得られる。砂利、砂、凝集フロック等が分離された処理水は、集水管９から取出管１０を介して取り出される。

緩速撹拌室５内の底部に砂利、砂又はブランケット層Ｂが過度に溜まった場合、排泥バルブを開くことにより、これらを排出し、ブランケット層Ｂのレベルを所定範囲に維持する。

なお、バッフル８は省略されてもよい。バッフル８が無い場合でも、粗大フロックが沈降しようとするため、ブランケット層Ｂが形成され、凝集促進及び濾過機能が発揮される。ただし、バッフル８を設けた場合には、バッフル８が無い場合と比較して、吐出部の面積が小さくなるため、圧力損失が生じ、撹拌エネルギーが増す。撹拌エネルギーが加わることで、凝集が促進される。また、バッフル８があることで、横方向への流れが生み出され、より強い旋回流が生み出され、緩速撹拌機能が強化される。

図３，４を参照して第２の実施の形態に係る凝集槽１Ａについて説明する。

この凝集槽１Ａでは、仕切板３Ａの開口３ａ及びフィードウェル７Ａが槽２の内周面近傍に位置している。フィードウェル７Ａは、槽２の内周面に沿って下方に延在しており、その下端部は湾曲し、該内周面に沿って延出した流出部７ａとなっている。該流出部７ａはブランケット層Ｂ内に位置している。その他の構成は凝集槽１と同一であり、同一符号は同一部分を示している。

この凝集槽１Ａにおいても、急速撹拌室４内で凝集剤と撹拌された原水が、フィードウェル７Ａを通って流出部７ａから緩速撹拌室５内に槽２の内周面に沿う方向に流出する。この原水は、緩速撹拌室５内をゆっくりと旋回しながら徐々に上昇し、この間に砂利、砂、フロック等が沈殿し、処理水が集水管９及び取出管１０から取り出される。

なお、流出部７ａからの流出方向は、図４（ｂ）に示される略水平方向に限定されるものではなく、斜め上方向や斜め下方向であってもよい。また、図４（ａ）では、流出部７ａの延在方向が槽２の内周面と略平行方向となっているが、これに限定されるものではなく、流出部７ａの末端側（流出側）ほど槽２の内周面に接近するように延在してもよく、これとは逆方向に延在してもよい。

図５〜８を参照して第３の実施の形態に係る凝集槽１Ｂについて説明する。

この凝集槽１Ｂでは、急速撹拌室４と緩速撹拌室５とを区画する仕切板３Ｂは、外周縁近傍に、周方向に間隔をおいて設けられた複数のスリット状の流出孔１３と、各流出孔１３の下側に設けられたスロープ板１４とを有する。流出孔１３は、槽２の内周面に沿って円弧状に延在している。

流出孔１３の数は、この実施の形態では８個であるが、４〜１２個程度であればよい。スロープ板１４は、仕切板３Ｂの平面図において流出孔１３と重なるように周方向に延在している。スロープ板１４の長手方向の一端側は、流出孔１３の長手方向の一端側に接続されている。スロープ板１４は、この一端側から他端側に向って下り勾配となっている。スロープ板１４の長さ（槽２の周方向の長さ）は、流出孔１３の長さと略同等か、又はそれよりも若干短い程度が好ましい。

各スロープ板１４の下り勾配方向は、仕切板３Ｂの軸心回り方向において同一方向となっている。この実施の形態では、各スロープ板１４の下り勾配方向は、仕切板３Ｂの軸心に対し、時計回り方向となっている。

この実施の形態では、フィードウェルは設けられていない。

緩速撹拌室５内の上部の中央部には、下面が開放した集水ボックス１５が設置されており、該集水ボックス１５に処理水取出管１６が接続されている。

この凝集槽１Ｂのその他の構成は、凝集槽１，１Ａと同一であり、同一符号は同一部分を示している。

この凝集槽１Ｂにおいては、急速撹拌室４で凝集剤が撹拌混合された原水は、各流出孔１３を通り、スロープ板１４に案内されて緩速撹拌室５内に旋回方向に流入し、槽２の内周面に沿って旋回しながら緩速撹拌室５内をゆっくりと下降する。緩速撹拌室５の底部に到った水は、緩速撹拌室５の中央側に集まって上昇する。この間に、砂利、砂、フロックが沈降分離され、処理水が集水ボックス１５から取出管１６を介して取り出される。沈殿物は、適宜排泥管１１から取り出される。

この凝集槽１Ｂでは、フィードウェル方式と異なり、ブランケット層は形成されない。この凝集槽１Ｂでは、上部の急速撹拌室４からの水流がスロープ板１４に沿って流れることにより、高い撹拌強度を持った旋回流が生み出され、その撹拌力により凝集フロックの成長が促進される。

上記実施の形態は、いずれも本発明の一例であり、本発明は図示以外の形態とされてもよい。例えば、図３，４の凝集槽１Ａにおいて、フィードウェル７Ａを複数本設け、各フィードウェル７Ａから同一周方向（例えば、平面図において時計方向）に原水を流出させるようにしてもよい。

本発明では、緩速撹拌室５内の上部に浮上濾材を配置し、集水管９又は集水ボックス１５を浮上濾材層内に位置させ、緩速撹拌室５内の水が浮上濾材で濾過された後、集水管９又は集水ボックス１５に流入するようにしてもよい。

本発明装置の後段に加圧浮上装置、砂ろ過装置、膜処理などを組み合わせて、さらに処理することも可能である。

［実施例１］
図１に示す凝集槽を円筒半径１５０ｍｍのカラムにより構成した。急速撹拌室４の高さを１２５０ｍｍ、緩速撹拌室５の高さを１２５０ｍｍとし、急速撹拌室４には縦５０ｍｍ、横１００ｍｍの長方形の撹拌翼が２枚付いた撹拌機６を設置した。このカラムを満水にした状態において、カラム上部より、水道水をポンプで流量２５６Ｌ／ｈとなるように送水した。この水道水に対して、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）の濃度が１２０ｍｇ／ＬとなるようにＰＡＣを添加した。この時、撹拌機の回転数を１００ｒｐｍとした。

この急速撹拌室４に対し、赤玉土の濃度が３００ｍｇ／Ｌとなるように、赤玉土懸濁溶液を添加した。以後、３０秒ごとに、流入した水道水量に対し、赤玉土濃度３００ｍｇ／Ｌとなるように、赤玉土懸濁液を添加した。

上記の試験条件の場合、上部撹拌槽の滞留時間が５分、下部撹拌槽の滞留時間が５分となるので、水が入れ替わる時間の２倍の時間として試験開始２０分後の処理水を採取し、濁度を測定した。結果を表１に示す。

赤球土以外に、鹿沼土、黒土を添加し、同試験条件での処理を行った。なお、黒土添加時は原水ＳＳを６００ｍｇ／Ｌとした。結果を表１に示す。

上記処理の結果、いずれの土を添加した場合も、３００ｍｇ／Ｌ以上の濁質成分（ＳＳ）を含む原水が、６度程度の濁度となって排出されることが認められた。

１，１Ａ，１Ｂ 凝集槽
２ 槽
３，３Ａ，３Ｂ 仕切板
４ 急速撹拌室
５ 緩速撹拌室
６ 撹拌機
７，７Ａ フィードウェル
８ バッフル
９ 集水管
１３ 流出孔
１４ スロープ板
１５ 集水ボックス

Claims (8)

1. 槽内が仕切板によって少なくとも上下２室に区画され、原水が上側の室に供給され、移流手段によって該上側の室から下側の室に移流する凝集槽であって、
   上側の室は、撹拌機を備えた急速撹拌室であり、
   下側の室は、該急速撹拌室からの移流によって旋回流が生じる緩速撹拌室であり、
   該緩速撹拌室の上部に処理水取出用集水部材が設けられており、
   該緩速撹拌室の底部に排泥口が設けられていることを特徴とする凝集槽。
2. 請求項１において、前記移流手段は、前記仕切板の中央部に連なり、下方に延在しているフィードウェルを有することを特徴とする凝集槽。
3. 請求項２において、前記フィードウェルの下端に対面してバッフルが設けられていることを特徴とする凝集槽。
4. 請求項１において、前記移流手段は、
   前記仕切板の周縁部に連なり、下方に延在したフィードウェルを備えており、
   該フィードウェルの下端部に、槽の内周面に沿って水を流出させる流出部が設けられていることを特徴とする凝集槽。
5. 請求項１において、前記移流手段は、
   前記仕切板の周縁部に、周方向に間隔をおいて設けられた複数個の流出孔と、
   該流出孔を通って緩速撹拌室に流入する水を旋回方向に導くためのスロープ板と
   を有することを特徴とする凝集槽。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項において、前記緩速撹拌室内に浮上濾材層が設けられており、前記集水部材は該浮上濾材層内に位置していることを特徴とする凝集槽。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の凝集槽を用いた凝集処理方法であって、
   前記急速撹拌室に原水及び凝集剤を供給して急速撹拌機によって撹拌し、
   該急速撹拌室から緩速撹拌室を経て前記集水部材に到った水を処理水として取り出すことを特徴とする凝集処理方法。
8. 請求項２ないし４のいずれか１項に記載の凝集槽を用いた凝集処理方法であって、
   前記緩速撹拌室内の底部にブランケット層が形成されており、
   前記急速撹拌室に原水及び凝集剤を供給して急速撹拌機によって撹拌し、
   該急速撹拌室内の水をフィードウェルによって緩速撹拌室内の底部のブランケット層内に導き、
   該ブランケット層を通過し緩速撹拌室内を上昇して前記集水部材に到った水を処理水として取り出すことを特徴とする凝集処理方法。

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