JP7520779B2 - スラリ循環型高速凝集沈殿装置及び浄水処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、スラリ循環型高速凝集沈殿装置及び浄水処理方法に関し、特に、浄水処理に好適なスラリ循環型高速凝集沈殿装置及び浄水処理方法に関する。

浄水処理に用いられている凝集沈殿装置は、原水中の濁質を主とする不純物を凝集剤で凝集させてフロックを形成し、主に重力を用いてフロック（固体）と水（液体）とに固液分離させる処理装置である。このような凝集沈殿装置は、横流式凝集沈殿池と高速凝集沈殿装置とに大別される。高速凝集沈殿装置は、系内に保有したスラリ（母フロックとも言う）を利用することにより高速凝集処理を可能とした装置であり、スラリが装置内を循環するスラリ循環型高速凝集沈殿装置と、スラリが装置内を循環しないブランケット型高速凝集沈殿装置とに大別される。

この他にも粒径の大部分が１００μｍ超の砂をバラスト剤として用いる超高速凝集沈殿装置が工業用水で主に使用されている。これは、原水と凝集剤を由来とする濁質分で生成されたスラリではなく、バラスト剤を循環させる点で、高速凝集沈殿装置とは異なる装置である。

例えば、特許第６０８２２０９号公報（特許文献１）には、スラリ循環型高速凝集沈殿装置が記載されている。特許文献１には、円形の沈殿池の内部を撹拌室と分離室とに仕切る円錐台形のスカートプレートと、フロックを撹拌し、沈殿池内に循環流を形成する高速撹拌機と、高速撹拌機を回転させる第１の駆動装置と、フロックが沈殿するコンセントレータと、沈殿池の底に堆積したフロックを撹拌する低速撹拌機と、低速撹拌機を回転させる第２の駆動装置とを備える高速凝集沈殿装置の例が記載されている。

特開２００９－２４７９５７号公報（特許文献２）には、スラリ循環型高速凝集沈殿装置を用いて、濁度が１０度以下の原水に特定の粒子径の固体粒子を加え、特定の撹拌条件で撹拌することにより、沈降性の高いフロックを形成させる水処理方法の例が記載されている。

特開２０１９－１７１３０９号公報（特許文献３）には、スラリ循環型高速凝集沈殿装置を用いて、スラリーの少なくとも一部を、有機高分子凝集剤の添加場所と、添加場所よりも下流側のいずれか１か所以上に返送してフロックを循環させ、フロックの沈降性を改善する凝集沈殿方法の例が記載されている。

特許第６０８２２０９号公報 特開２００９－２４７９５７号公報 特開２０１９－１７１３０９号公報

しかしながら、上記従来技術のいずれも、フロックの衝突回数向上及びフロックの沈降性を改善する上では一定の効果が得られているものの、高分子凝集剤を用いてフロックの強度及び沈降性を更に高め、より効率的な固液分離を行う点では、まだ改善の余地がある。

上記課題に鑑み、本発明は、フロックの強度及び沈降性を高めて効率的な固液分離を行うことが可能なスラリ循環型高速凝集沈殿装置及び浄水処理方法を提供する。

上記課題を解決するために本発明者らが鋭意検討した結果、スラリ循環型高速凝集沈殿装置内のコンセントレータ内のスラリに高分子凝集剤を注入する注入部を設けることが有用であるとの知見を得た。

以上の知見を基礎として完成した本発明の実施の形態は、一側面において、無機凝集剤が添加された原水をスラリの存在下で凝集処理する撹拌室と、スラリを固液分離する分離室と、固液分離後の処理水を外部へ流出させる流出部と、固液分離されたスラリを濃縮するコンセントレータと、撹拌室、分離室及びコンセントレータ間でスラリを循環させるための撹拌流を形成する撹拌機と、コンセントレータ内に設けられ、コンセントレータ内のスラリに高分子凝集剤を注入する注入部とを備えるスラリ循環型高速凝集沈殿装置である。

本発明の一実施態様によれば、注入部が、コンセントレータと撹拌室との間に設けられたスラリの循環口よりも上方に設けられている。

本発明の別の一実施態様によれば、コンセントレータが、コンセントレータ内に高分子凝集剤を分散させる分散機構と、コンセントレータの上部に設けられた整流板とを備える。

本発明の更に別の一実施態様によれば、分散機構が、注入部よりも上方に配置され、コンセントレータの下方へ液流を生じさせる撹拌機を含む。

本発明の更に別の実施態様によれば、分散機構が、吐出管を備えるポンプ装置を含み、吐出管の吐出口が、注入部よりも上方に配置され、吐出管の吐出口が、コンセントレータ内において水平方向又は該水平方向よりも下方に向けられている。

本発明の更に別の実施態様によれば、分散機構が、吸引管と、吐出管と、吸引管及び吐出管に接続されたポンプ本体とを備えるポンプ装置を含み、ポンプ本体が、スラリ循環型高速凝集沈殿装置の水面よりも上方に配置され、吐出管の吐出口が、注入部に配置され、吸引管及び吐出管の少なくともいずれかに、高分子凝集剤を注入するための注入点が設けられている。

本発明の更に別の実施態様によれば、撹拌室が、撹拌機の下方に設けられた第１撹拌室と、撹拌機の上方に設けられた第２撹拌室とを備え、分散機構が、吸引管及び吐出管に接続されたポンプ本体を備えるポンプ装置を含み、ポンプ装置が、ポンプ本体に接続され、第１撹拌室内に高分子凝集剤を含むスラリを供給可能な供給配管と、ポンプ本体に接続され、第２撹拌室内に高分子凝集剤を含むスラリを供給可能な供給配管とを備え、第２撹拌室内に、第２撹拌室内を撹拌するための補助撹拌羽根を備える。

本発明の更に別の実施態様によれば、撹拌室が、撹拌機の下方に設けられた第１撹拌室と、撹拌機の上方に設けられた第２撹拌室とを備え、分散機構が、コンセントレータと第２撹拌室との間に配置され、高分子凝集剤を注入部又は第２撹拌室内に供給可能なエアリフトを備え、第２撹拌室内に、第２撹拌室内を撹拌するための補助撹拌羽根を備える。

本発明の実施の形態は別の一側面において、無機凝集剤が添加された原水をスラリの存在下で凝集処理する撹拌室と、スラリを固液分離する分離室と、固液分離後の処理水を外部へ流出させる流出部と、固液分離されたスラリを濃縮するコンセントレータと、撹拌室、分離室及びコンセントレータ間でスラリを循環させるための撹拌流を形成する撹拌機とを備えるスラリ循環型高速凝集沈殿装置を用いて、原水を凝集沈殿処理する浄水処理方法において、コンセントレータ内に高分子凝集剤を供給し、コンセントレータ内のスラリと高分子凝集剤とを接触させる工程を有する浄水処理方法である。

本発明によれば、フロックの強度及び沈降性を高めて効率的な固液分離を行うことが可能なスラリ循環型高速凝集沈殿装置及び浄水処理方法を提供する。

本発明の実施の形態に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置の一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置の第１変形例に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置の一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置の第２変形例に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置の一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置の第３変形例に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置の一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置の第４変形例に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置の一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置の第５変形例に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置の一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置の第６変形例に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置の一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置の第７変形例に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置の一例を示す概略図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載においては、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。なお、以下に示す実施の形態はこの発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであってこの発明の技術的思想は構成要素の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。

（スラリ循環型高速凝集沈殿装置）
本発明の実施の形態に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置１は、図１に示すように、無機凝集剤が添加された原水をスラリの存在下で凝集処理する撹拌室１１、１２と、スラリを固液分離する分離室１３と、固液分離後の処理水を外部へ流出させる流出部１６と、固液分離されたスラリを濃縮するコンセントレータ１５と、撹拌室１１、１２、分離室１３及びコンセントレータ１５間でスラリを循環させるための撹拌流を形成する撹拌機２と、コンセントレータ１５内に設けられ、コンセントレータ１５内のスラリに高分子凝集剤を注入する注入部５とを備える。

スラリ循環型高速凝集沈殿装置１は、中央部に撹拌機２を備えており、撹拌機２の周囲には円筒状の内側ドラフトチューブ４３ａが配置されている。内側ドラフトチューブ４３ａの下端にはリング板４２が配置されており、内側ドラフトチューブ４３ａの外周面上に、底部に向けて径が大きくなる円錐型のスカートプレート４が配置されている。このスカートプレート４により、撹拌室１１、１２及び分離室１３が区画されている。

撹拌機２の下方には、第１撹拌室１１が設けられている。撹拌機２の上方には、筒状の外側ドラフトチューブ４３ｂが配置され、この外側ドラフトチューブ４３ｂの内側に、第２撹拌室１２が設けられている。原水は、スカートプレート４と、リング板４２と、内側ドラフトチューブ４３ａとの間に区画された原水供給室１０内に接続された原水流入管２１を介して原水供給室１０内に供給される。スカートプレート４とリング板４２との間には環状の隙間が形成されており、原水供給室１０内へ供給された原水は、この環状の隙間を通って第１撹拌室１１内へと導入される。

原水流入管２１は、原水に無機凝集剤を注入するための注入点８を備え、原水の濁度に応じた注入率で無機凝集剤が注入されることが装置小型化の観点から好ましい。無機凝集剤の注入は、図１の態様に限定されず、別途混合槽等を設けて行ってもよい。無機凝集剤としては、例えば、アルミニウム系凝集剤又は鉄系凝集剤が使用できる。アルミニウム系凝集剤としては、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）や硫酸アルミニウム（硫酸バンド）が利用できる。鉄系凝集剤としては、硫酸第二鉄（ポリ鉄）や塩化第二鉄が利用できる。無機凝集剤は酸性であるため、原水に無機凝集剤を注入するとスラリ循環型高速凝集沈殿装置１の最適凝集ｐＨ範囲を外れる場合がある。そのような場合は、アルカリ剤である消石灰や苛性ソーダを更に添加することが好ましい。無機凝集剤の注入率は、ジャーテスト等によって、原水の流量に関係する滞留時間及び濁度に応じて最適な注入率となるように調整されることが望ましい。

撹拌機２は、第１撹拌室１１内のスラリを撹拌する撹拌羽根２ａと、第１撹拌室１１から第２撹拌室１２への上昇流を形成する循環羽根２ｂとを備える。撹拌機２は、スラリ循環型高速凝集沈殿装置１の水面の上方まで延びる回転軸３１に接続されている。回転軸３１を駆動する駆動装置３により、撹拌羽根２ａ及び循環羽根２ｂの回転が駆動される。撹拌羽根２ａの駆動により第１撹拌室１１内のスラリが撹拌され、循環羽根２ｂの駆動により第１撹拌室１１内のスラリが第２撹拌室１２へ流入する。

分離室１３の上方には、固液分離によって得られた上澄水を収容する上澄部１４と、上澄水を処理水として装置外部へ流出させるための越流堰等を備える流出部１６が設けられている。分離室１３の下方には分離室１３内の固液分離によって沈降したスラリを更に濃縮するコンセントレータ１５が配置されている。コンセントレータ１５は、スラリ循環型高速凝集沈殿装置１内に複数台設置されており、必要な排泥量に合わせて必要台数を稼働させることができる。

コンセントレータ１５は、コンセントレータ１５内に高分子凝集剤を分散させる分散機構６と、コンセントレータ１５の上部に設けられた整流板７とを備えることができる。図１の例では、スラリ循環型高速凝集沈殿装置１の側面から高分子凝集剤を供給するための供給配管２５が挿入されており、供給配管２５を介して、高分子凝集剤をコンセントレータ１５の注入部５へ供給する例が記載されている。しかしながら、高分子凝集剤のコンセントレータ１５内への供給態様は図１に示す例に限定されず、種々の構成が採用可能である。

例えば、供給配管２５の代わりに、高分子凝集剤を供給するための供給配管（不図示）を、コンセントレータ１５の注入部５からスラリ循環型高速凝集沈殿装置１の水面よりも上方まで延ばすように配置する。そして、スラリ循環型高速凝集沈殿装置１の上方側で高分子凝集剤を注入し、上方から供給配管を介して高分子凝集剤を注入部５へ供給するようにしてもよい。

コンセントレータ１５内に供給される高分子凝集剤としては、特に限定されない。例えば、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸カリウム、ポリアクリル酸アンモニウム、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸ナトリウム、ポリメタクリル酸カリウム、ポリメタクリル酸アンモニウムからなる群より選択されるいずれか１種以上を高分子凝集剤として用いることが可能であるが、中でもポリアクリル酸ナトリウムを用いることが好ましい。ポリアクリルアミド系高分子凝集剤はポリアクリルアミドとポリ（メタ）アクリル酸塩の共重合物で、アニオン系高分子凝集剤としての市販品が利用できる。

コンセントレータ１５内へ注入する高分子凝集剤の添加率は、原水の流量に関係する滞留時間及び濁度に応じて最適な注入率となるように、予めジャーテスト等を利用して調整してもよい。或いは、原水の濁度等を測定し、その測定結果に応じてコンセントレータ１５内で生成されるスラリの汚泥濃度を予測する。そして、コンセントレータ１５内の汚泥重量に基づいて、高分子凝集剤の添加量を決定することで、高分子凝集剤の添加量を最適化することが好ましい。

以下に限定されるものではないが、典型的には、高分子凝集剤の添加率は、例えば、０．００５～１．０ｗｔ％対ＳＳとすることができ、好ましくは０．０１～０．５ｗｔ％対ＳＳである。高分子凝集剤の添加率が０．００５ｗｔ％対ＳＳ未満ではコンセントレータ１５内において高分子凝集剤が不足し、生成される凝集フロックの強度及び沈降性が十分に得られないことがある。逆に、高分子凝集剤の添加率が１．０ｗｔ％対ＳＳを超えると、コンセントレータ１５内において高分子凝集剤が過剰となり、粘性の高い凝集フロックが生成されることがある。この粘性の高い凝集フロックを含むスラリを第１撹拌室１１へ循環させると、第１撹拌室１１で凝集フロックの分散性が低下し、第１撹拌室１１及び第１撹拌室１１に繋がる第２撹拌室１２の凝集沈殿効果が有意に得られないこともある。

注入部５は、コンセントレータ１５内で高分子凝集剤とスラリとが接触する領域（注入点）を指し、図１の態様においては、高分子凝集剤をコンセントレータ１５内へ供給する供給配管２５の先端部に位置し、高分子凝集剤の濃度が周囲と比べて濃くなる領域をいう。この注入部５は、コンセントレータ１５と第１撹拌室１１との間に設けられてコンセントレータ１５から第１撹拌室１１へ循環させるスラリを第１撹拌室１１へ供給する循環口１５ｂよりも上方に設けられることが好ましい。これにより、高分子凝集剤の注入効果をより効果的に得ることができる。図１に示すように、典型的には、循環口１５ｂにはスラリの循環を制御するための開閉弁４１が設けられることが多いため、注入部５は開閉弁４１よりも上方に設けられることが好ましい。

注入部５の高さが高すぎると、注入部５へ供給される高分子凝集剤の液流によってコンセントレータ１５の上部の汚泥界面が流動し、コンセントレータ１５内のスラリが分離室１３内へ逆流するおそれがある。一方、注入部５の高さが低すぎると、高濃度化したスラリ（汚泥）が更に高粘度化し、このようなスラリが第１撹拌室１１に循環されることにより、撹拌室１１でスラリが十分に分散しないことがある。また、注入部５がコンセントレータ１５内で濃縮した濃縮汚泥界面下に埋没すると、注入部５に高分子凝集剤を供給する供給配管２５の閉塞、注入部５に隣接する分散機構６の腐食又はスラリの固着などを招くこともある。以下に限定されるものではないが、典型的には、注入部５は、コンセントレータ１５の底部を高さ０とし、コンセントレータ１５上部の整流板７の高さを１とした場合に、高さ２／３～１／３となる位置に配置される。なお、本実施形態では、注入部５の高さとは、高分子凝集剤が供給される供給配管又はエアリフト等の管の先端の中心部の高さをいう。

コンセントレータ１５内に高分子凝集剤を分散させるための分散機構６としては、コンセントレータ１５内に液流を生じさせる種々の装置を利用することが好ましく、例えば撹拌機、ポンプ装置等を含む。但し、曝気装置のようなコンセントレータ１５内に上向き流を発生させる装置は、コンセントレータ１５内のスラリの濃縮及び沈降を妨げる場合がある。そのため、分散機構６を配置する場合には、コンセントレータ１５内のスラリの濃縮及び沈降を妨げないように、コンセントレータ１５の上方から底部へと向かう緩慢な下向流を発生させる分散機構６を用いることが好ましい。コンセントレータ１５内のスラリの濃縮及び沈降を妨げないようにするには、分散機構６が発生させる下向き流が例えば、２ｍ／ｓ以下、より典型的には０．１～１．５ｍ／ｓとなるように調整されることが好ましい。

例えば、図１に示すように、分散機構６としては、コンセントレータ１５内において注入部５よりも上方に配置され、コンセントレータ１５の下方へ液流を生じさせる撹拌羽根６０を備える撹拌機を備えることが好ましい。撹拌羽根６０の形状は特に限定されず、種々の形状の羽根が採用できる。撹拌羽根６０の周辺に下向流を促進させるための邪魔板、造粒板等を更に配置してもよい。

更に、コンセントレータ１５の上部には、複数の傾斜板からなる整流板７が配置されていることが好ましい。整流板７は、スラリ循環型高速凝集沈殿装置１の半径方向に沿って等間隔で配列されており、スラリ循環型高速凝集沈殿装置１の上方から見たときに、スラリ循環型高速凝集沈殿装置１の半径方向に対して垂直に配置されている。

整流板７は、スカートプレート４の傾斜面と同じ方向に傾斜していることが好ましい。すなわち、整流板７は、鉛直方向に対してスラリ循環型高速凝集沈殿装置１の半径方向内側に傾斜させることで、スカートプレート４の傾斜に沿ってコンセントレータ１５内へスラリを円滑に流入させることができる。整流板７は、可能な限りコンセントレータ１５の上部全面に渡って配置することが好ましい。整流板７の材質は、耐久性と部材費から金属製が好ましいが、プラステック材や炭素繊維でも良い。

分離室１３から固液分離により分離されたスラリがコンセントレータ１５内に流入する際、その流れが整流板７により整流されるため、コンセントレータ１５内の汚泥の巻き上げが抑制される。更に、コンセントレータ１５の上部に整流板７が配置されることにより、分散機構６によって液流が発生したとしても、スラリがコンセントレータ１５から分離室１３内へ逆流することを抑制できるため、コンセントレータ１５内のスラリの濃縮を効率良く高めることができる。

コンセントレータ１５は、更に、コンセントレータ１５内のスラリを余剰汚泥として外部へ排出させるための配管又は汚泥ピット等からなる排泥部２３を備えることが好ましい。スラリ循環型高速凝集沈殿装置１で処理を継続すると系内のスラリ量（固体量）が増加する。そのため、コンセントレータ１５内にスラリの循環を制御するための開閉弁４１とスラリを外部へ排出させるための排泥部２３とを設ける。操作者が必要に応じて開閉弁４１を操作することにより、或いは、コンセントレータ１５から定期的に排泥を行うことにより、系内のスラリ濃度を一定範囲に安定的に保つことができる。コンセントレータ１５の開閉弁４１は、閉めるとスラリの循環流れが遮られてスラリが濃縮し、開けるとスラリがコンセントレータ１５から第１撹拌室１１に流れるようになっている。

開閉弁４１の開閉制御は、図１には図示しない制御装置によって制御されることが好ましい。例えば、コンセントレータ１５内の注入部５に高分子凝集剤が供給される間は、高分子凝集剤がコンセントレータ１５内に十分に分散するように、制御装置から、開閉弁４１を閉じるための制御信号が出力される。コンセントレータ１５で濃縮されたスラリを第１撹拌室１１へ循環させる場合には、制御装置から、開閉弁４１を開くための制御信号が出力されることで循環させるスラリの量を調整できる。なお、スラリ循環型高速凝集沈殿装置１の底部に堆積する余剰汚泥は、スラリ循環型高速凝集沈殿装置１の底部に接続された排泥部２２から排出できる。

高分子凝集剤は、その吸着架橋作用によりフロックを粗大化させ、フロックの強度や沈降性を高めて効率的な固液分離を行うことが可能である。高分子凝集剤の特徴としては、無機凝集剤の注入率よりも少なく概ね１／１００程度で済むこと、これにより無機凝集剤のように原水濁度の変動追随が要求されないこと、無機凝集剤のようにアルカリ分を消費せず苛性ソーダなどアルカリ分の添加と制御を必要としないこと、浄水処理における運転管理が楽になる、などが挙げられる。このようなことから、浄水処理においては、原水変動への対応性、運転管理性、ろ過処理性（水質）の向上目的で、凝集補助剤として高分子凝集剤を併用することが好ましい。

しかしながら、従来のスラリ循環型高速凝集沈殿装置においては、高分子凝集剤を用いることは想定されておらず、スラリ循環型高速凝集沈殿装置内には注入点が設けられていないことが多い。また、従来のスラリ循環型高速凝集沈殿装置では、一般に、原水流入管に無機凝集剤を注入することが行われているが、無機凝集剤と高分子凝集剤とを同時に注入すると凝集処理性が低下することがある。無機凝集剤の凝集撹拌槽と高分子凝集剤の凝集槽のそれぞれを別々に設けることも可能であるが、設置スペースが増加してしまい、既存の施設によってはスペースが無く設置できない場合もある。更に、原水の濁度が比較的低い場合には、高分子凝集剤の添加による凝集沈殿効果が十分得られない場合がある。

本発明の実施の形態に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置１によれば、コンセントレータ１５内に、コンセントレータ１５内のスラリと高分子凝集剤とが接触する注入部５が設けられる。コンセントレータ１５内のスラリは、第１撹拌室１１、第２撹拌室１２のスラリに比べて汚泥濃度が高いため、第１撹拌室１１、第２撹拌室１２のスラリと高分子凝集剤とを接触させる場合に比べて、高分子凝集剤によるフロックの強度及び沈降性の向上効果を効率良く得ることができる。

また、高分子凝集剤によりその強度及び沈降性の向上が図られたフロックを含むスラリが第１撹拌室１１へ返送されることで、返送されたフロックが第１撹拌室１１における凝集処理の核となり、第１撹拌室１１における凝集処理をより効率良く行うことができる。本発明の実施の形態に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置１によれば、原水に高分子凝集剤を混合するための専用の設備をスラリ循環型高速凝集沈殿装置１の外に設ける必要がないため、設置スペースを省略でき、装置全体として小型化が図れる。

高分子凝集剤は、注入量が無機凝集剤に比べて少なく、注入部５では撹拌による分散が必要となることがある。本発明の実施の形態に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置１によれば、コンセントレータ１５内に高分子凝集剤を分散させる分散機構６を備えるため、コンセントレータ１５内に注入された高分子凝集剤を効率良くコンセントレータ１５内に分散させることができる。

更に、コンセントレータ１５の上部に設けられた整流板７を備えることにより、分散機構６によってコンセントレータ１５内に上向きの液流が発生しても、整流板７が上向きの液流を抑え、コンセントレータ１５内のスラリの分離室１３上部への逆流を防ぐことができるため、コンセントレータ１５内のスラリの濃度を効率良く高めることができる。

（浄水処理方法）
次に、本発明の実施の形態に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置１を用いた浄水処理方法の一例を説明する。濁質を含む原水は、無機凝集剤を注入する注入点８を有する原水流入管２１において無機凝集剤が添加された後、図１に示すスラリ循環型高速凝集沈殿装置１の原水供給室１０に導入され、第１撹拌室１１へと流入する。第１撹拌室１１及び第２撹拌室１２では、流入原水が母フロックを含むスラリの存在下で凝集処理され、フロックの粗大化処理が行われる。粗大化したフロックを含むスラリは分離室１３において固液分離が行われる。分離された上澄水は分離室１３の上方の上澄部１４を経て、越流堰を備える流出部１６から系外に取り出される。

固液分離されたスラリは、分離室１３からコンセントレータ１５の上部に配置された整流板７を通ってコンセントレータ１５内へ流入する。コンセントレータ１５内では、供給配管２５を介して高分子凝集剤が注入され、注入部５でスラリと高分子凝集剤とが混合されることにより、コンセントレータ１５内のスラリに含まれるフロックの強度及び沈降性が向上する。コンセントレータ１５内で濃縮され、且つ高分子凝集剤の添加により強度及び沈降性が向上したフロックを含むスラリを、循環口１５ｂから第１撹拌室１１へ再循環させ、凝集沈殿処理を継続する。

凝集沈殿処理を継続すると、スラリ循環型高速凝集沈殿装置１内のスラリ量（固体量）が増加する。スラリ量が増加しすぎた場合には、操作者が手動で、或いは図示しない制御装置によって自動的に開閉弁４１を閉じ、排泥部２２、２３を開放するように操作することによって、コンセントレータ１５内のスラリ及び第１撹拌室１１の底部に沈降した汚泥を系外へ排出させる。

本発明の実施の形態に係る浄水処理方法によれば、コンセントレータ内に高分子凝集剤を供給してコンセントレータ内のスラリと接触させる工程を有することにより、フロックの強度及び沈降性を高め、より効率的な固液分離を行うことができる。

本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態及び運用技術が明らかとなろう。

（第１変形例）
例えば、図２に示すように、本発明の第１変形例に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置１ａは、分散機構６が、コンセントレータ１５内に浸漬された吐出管６１を備えるポンプ装置を含み、吐出管６１の吐出口６１ａが、注入部５よりも上方に配置され、吐出管６１の吐出口６１ａが、コンセントレータ１５内において水平方向又は水平方向よりも下方に向けられていることが好ましい。

吐出管６１の吐出口６１ａを、水平方向又は水平方向よりも下方に差し向けることにより、吐出管６１の吐出口６１ａから排出される液の流れによって、コンセントレータ１５内に下向流を発生させることができる。更には、吐出管６１の吐出口６１ａから排出される液の流れをスカートプレート４の傾斜面に対して斜め下方に当てるように、又は排出管の先端部付近をコンセントレータ１５内で旋回させるように配置し、コンセントレータ１５の下方に向けて旋回流を発生させるように吐出管６１の吐出口６１ａの向きを調整する。これにより、コンセントレータ１５内で旋回流を発生させて高分子凝集剤との接触時間をより長くとることができるため、フロックの強度及び沈降性をより向上できる。吐出管６１の吐出口６１ａから排出される液の吐出量としては以下に限定されないが、例えば２ｍ／ｓ以下、好ましくは０．１～１．５ｍ／ｓとすることで、コンセントレータ１５内の濃縮を妨げることなく高分子凝集剤とスラリとの撹拌効果を得ることができる。

（第２変形例）
図３に示すように、本発明の第２変形例に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置１ｂは、分散機構６がコンセントレータ１５内に浸漬された吐出管６１を備えるポンプ装置を含み、吐出管６１がスラリ循環型高速凝集沈殿装置１の水面の上方まで延び、スラリ循環型高速凝集沈殿装置１の水面よりも上方へ引き出された吐出管６１に、高分子凝集剤を添加するための注入点６３を備えることが好ましい。吐出管６１の吐出口６１ａは注入部５まで延びており、高分子凝集剤が添加されたスラリが注入部５に供給される。

本発明の第２変形例に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置１ｂによれば、コンセントレータ１５内に、図１に示すような供給配管２５を設置しなくて済むため、高分子凝集剤添加のための設置工事を簡略化でき、装置のメンテナンス時の作業性も良好となる。

（第３変形例）
図４に示すように、本発明の第３変形例に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置１ｃは、分散機構６が、吸引管６２と、吐出管６１と、吸引管６２及び吐出管６１に接続されたポンプ本体６４とを備えるポンプ装置を備えることが好ましい。ポンプ本体６４は、スラリ循環型高速凝集沈殿装置１の水面よりも上方に配置されており、吐出管６１の吐出口６１ａが注入部５に到達するように配置され、吸引管６２の吸引口６２ａが吐出口６１ａよりも下方に設けられる。そして、高分子凝集剤を注入する注入点６３が、吸引管６２及び吐出管６１の少なくともいずれかに設けられることが好ましい。

図４に示すスラリ循環型高速凝集沈殿装置１ｃによれば、ポンプ本体６４がスラリ循環型高速凝集沈殿装置１ｃの水面よりも上方に配置されることにより、スラリ循環型高速凝集沈殿装置１ｃの水面の上方に設けられる点検歩廊（不図示）から、ポンプ本体６４の状態を容易に確認できる。そのため、ポンプ本体６４を水中に浸漬する場合に比べて、メンテナンス作業が容易になる。高分子凝集剤の注入点６３は、吸引管６２又は吐出管６１に設けられるため、コンセントレータ１５内に高分子凝集剤を供給するためにスラリ循環型高速凝集沈殿装置１に配管接続用の穴等を設ける必要がない。そのため、高分子凝集剤の注入のための設置作業も容易となり、注入点６３を水中に設けた場合と比べて、注入点６３の管理も容易になる。更に、吸引管６２の先端の吸引口６２ａを吐出管６１の先端の吐出口６１ａよりも下方に設け、吸引管６２及び吐出管６１によって、注入部５周辺の液流を下向きに発生させるように流速を制御することにより、コンセントレータ１５内に撹拌のための撹拌設備の配置を省略することができる。

（第４変形例）
図５に示すように、本発明の第４変形例に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置１ｄは、分散機構６が、吸引管６２及び吐出管６１に接続されたポンプ本体６４を備えるポンプ装置を含み、ポンプ装置が、ポンプ本体６４に接続され、第１撹拌室１１内に高分子凝集剤を含むスラリを供給可能な供給配管６６と、ポンプ本体６４に接続され、第２撹拌室１２内に高分子凝集剤を含むスラリを供給可能な供給配管６５とを更に備える。

ポンプ本体６４、吸引管６２、吐出管６１及び供給配管６５、６６は、制御装置９に接続されており、制御装置９からの制御信号に応じて、高分子凝集剤を含むスラリのコンセントレータ１５内、第１撹拌室１１内へ、又は第２撹拌室１２内への供給の切替制御が可能である。

本発明の第４変形例に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置１ｄによれば、コンセントレータ１５内のスラリを、吸引管６２を介して引抜き、水面上に設けられた高分子凝集剤の注入点６３から高分子凝集剤が注入されたスラリを、注入部５に加えて、供給配管６６、６５を介して、第１撹拌室１１及び第２撹拌室１２へも供給することができるため、第１撹拌室１１及び第２撹拌室１２に供給されるスラリに含まれるフロックの強度及び沈降性を向上させ、凝集処理をより効率良く行うことができる。

撹拌機２は撹拌羽根２ａによる撹拌流で第１撹拌室１１は十分な撹拌効果が得られるが、第２撹拌室１２内には撹拌羽根がないため、十分な撹拌流が得られない場合がある。図５に示すスラリ循環型高速凝集沈殿装置１ｄによれば、第２撹拌室１２内を撹拌する補助撹拌羽根２ｃを備えるため、供給配管６５から吐出される高分子凝集剤を含む吐出液を第２撹拌室１２内に素早く分散させることができる。

（第５変形例）
図６に示すように、本発明の第５変形例に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置１ｅは、分散機構６が、吸引管６２、吐出管６１、供給配管６６、６５及び抜取配管６７に接続されたポンプ本体６４を備えるポンプ装置を含むことができる。図示は省略しているが、吸引管６２、吐出管６１、供給配管６６、６５及び抜取配管６７にはそれぞれ弁が配置されており、制御装置９によって弁の切替を行うことができる。

本発明の第５変形例に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置１ｅによれば、スラリ循環型高速凝集沈殿装置１ｅの内部を循環するスラリの状態に応じて、吸引管６２、吐出管６１、供給配管６６、６５及び抜取配管６７の供給を制御することで、高分子凝集剤の注入点を任意の箇所に設定することができる。これにより、槽内のフロックの強度及び沈降性を高めてより効率的な固液分離を行うことが可能となる。

図６に示す例においても、供給配管６５から高分子凝集剤を含むスラリを第２撹拌室１２内に供給する場合には、第２撹拌室１２内を撹拌する補助撹拌羽根２ｃを用いて、供給配管６５から吐出される高分子凝集剤を含む吐出液を第２撹拌室１２内に素早く分散させることができる。

（第６変形例）
図７に示すように、本発明の第６変形例に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置１ｆは、分散機構６が、コンセントレータ１５と第２撹拌室１２との間に配置され、高分子凝集剤を注入部５又は第２撹拌室１２内に供給可能なエアリフト６８を含むことが好ましい。エアリフト６８の一方の先端は、コンセントレータ１５内の注入部５に配置され、エアリフト６８の他方の先端は、第２撹拌室１２内に設けられている。第２撹拌室１２内には、第２撹拌室１２内を撹拌する補助撹拌羽根２ｃが設けられている。

本発明の第６変形例に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置１ｆによれば、揚水管（不図示）と送気管（不図示）とを備えるきわめて簡単な構造を有するエアリフト６８を用いて、コンセントレータ１５内のスラリを揚水する、或いはエアリフト６８を介して高分子凝集剤を注入部５へ供給することができる。そのため、撹拌機やポンプ装置等に比べて故障が少なくより長期間安定した処理を行うことができる。更に、本発明の第６変形例に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置１ｆによれば、コンセントレータ１５内のスラリを分散させるためにエアリフト６８による吸引力を利用できるため大きな液流の乱れが生じにくく、整流板７の設置面積を縮小又は設置を省略することができる。更に、第２撹拌室１２内には、第２撹拌室１２内を撹拌するための補助撹拌羽根２ｃを備えることにより、補助撹拌羽根２ｃにより第２撹拌室１２内を速やかに撹拌できる。

（第７変形例）
図８に示すように、本発明の第７変形例に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置１ｇは、分散機構６が、コンセントレータ１５と第２撹拌室１２との間に配置され、高分子凝集剤を注入部５又は第２撹拌室１２内に供給可能なエアリフト６８と、エアリフト６８の端部に設けられた気泡除去槽５０とを備えることが好ましい。

気泡除去槽５０は、エアリフト６８を介してコンセントレータ１５から送られた気泡を含むスラリを受け入れる受入槽５１と、受入槽５１と連続し、気泡が除去されたスラリを収容するスラリ収容槽５２と、受入槽５１とスラリ収容槽５２とを区分けするように受入槽５１とスラリ収容槽５２との間に配置され、受入槽５１の水面へ上昇する気泡を除去する気泡除去壁５３とを備える。スラリ収容槽５２の底部には供給管５４が配置されており、供給管５４を介して、スラリ収容槽５２内のスラリが第２撹拌室１２へ送られる。

本発明の第７変形例に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置１ｇによれば、エアリフト６８の端部に気泡除去槽５０が設けられ、気泡除去槽５０においてエアリフト６８により供給された気泡を含むスラリから気泡が取り除かれるため、気泡の第２撹拌室１２への侵入を防ぐことができる。これにより、第２撹拌室１２の凝集沈殿処理をより効率良く行うことができる。

このように、本発明の実施の形態に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置１ａ～１ｇ及びこれを用いた浄水処理方法によれば、スラリ循環型高速凝集沈殿装置１ａ～１ｇのコンセントレータ１５内に高分子凝集剤の注入点（注入部５）を備えることにより、いずれも高分子凝集剤専用の凝集槽を利用することなく、フロックの強度及び沈降性を高めて効率的な固液分離を行うことができる。また、供給される原水の濁度及びＳＳに急激な変動が生じても、高分子凝集剤を適切に加えることにより、高分子凝集剤を添加しない従来式に比べて処理水の濁度を安定的に低く抑えた清澄な処理水を得ることができる。

本発明の実施の形態に係るスラリ循環型高速凝集沈殿装置１ａ～１ｇにおいては、注入部５のスラリの汚泥濃度を計測するための計測設備（不図示）を更に設けることもまた好ましい。汚泥濃度を計測する計測設備の設置位置は特に限定されない。例えば、注入部５のスラリを配管等でサンプリングし、スラリ循環型高速凝集沈殿装置１ａ～１ｇの外部でサンプリング後のスラリの汚泥濃度を測定するようにしてもよい。注入部５のスラリの汚泥濃度を計測し、この汚泥濃度に応じて適切な量の高分子凝集剤を注入部５へ注入することで、フロックの強度をより適切に調整して効率的な固液分離を行うことが可能となる。

１，１ａ～１ｇ…スラリ循環型高速凝集沈殿装置
２…撹拌機
２ａ…撹拌羽根
２ｂ…循環羽根
２ｃ…補助撹拌羽根
３…駆動装置
４…スカートプレート
５…注入部
６…分散機構
７…整流板
８…注入点
９…制御装置
１０…原水供給室
１１…第１撹拌室
１２…第２撹拌室
１３…分離室
１４…上澄部
１５…コンセントレータ
１５ｂ…循環口
１６…流出部
２１…原水流入管
２２…排泥部
２３…排泥部
２５…供給配管
３１…回転軸
４１…開閉弁
４２…リング板
４３ａ…内側ドラフトチューブ
４３ｂ…外側ドラフトチューブ
５０…気泡除去槽
５１…受入槽
５２…スラリ収容槽
５３…気泡除去壁
５４…供給管
６０…撹拌羽根
６１…吐出管
６１ａ…吐出口
６２…吸引管
６２ａ…吸引口
６３…注入点
６４…ポンプ本体
６５…供給配管
６６…供給配管
６７…抜取配管
６８…エアリフト

Claims (9)

1. 無機凝集剤が添加された原水をスラリの存在下で凝集処理する撹拌室と、
   前記スラリを固液分離する分離室と、
   前記固液分離後の処理水を外部へ流出させる流出部と、
   前記固液分離された前記スラリを濃縮するコンセントレータと、
   前記撹拌室、前記分離室及び前記コンセントレータ間で前記スラリを循環させるための撹拌流を形成する撹拌機と、
   前記コンセントレータ内に設けられ、前記コンセントレータ内の前記スラリに高分子凝集剤を注入する注入部と
   を備えることを特徴とするスラリ循環型高速凝集沈殿装置。
2. 前記注入部が、前記コンセントレータと前記撹拌室との間に設けられた前記スラリの循環口よりも上方に設けられている請求項１に記載のスラリ循環型高速凝集沈殿装置。
3. 前記コンセントレータが、
   前記コンセントレータ内に前記高分子凝集剤を分散させる分散機構と、
   前記コンセントレータの上部に設けられた整流板と
   を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のスラリ循環型高速凝集沈殿装置。
4. 前記分散機構が、
   前記注入部よりも上方に配置され、前記コンセントレータの下方へ液流を生じさせる撹拌機を含むことを特徴とする請求項３に記載のスラリ循環型高速凝集沈殿装置。
5. 前記分散機構が、吐出管を備えるポンプ装置を含み、
   前記吐出管の吐出口が、前記注入部よりも上方に配置され、前記吐出管の吐出口が、前記コンセントレータ内において水平方向又は該水平方向よりも下方に向けられていることを特徴とする請求項３に記載のスラリ循環型高速凝集沈殿装置。
6. 前記分散機構が、吸引管と、吐出管と、前記吸引管及び前記吐出管に接続されたポンプ本体とを備えるポンプ装置を含み、
   前記ポンプ本体が、前記スラリ循環型高速凝集沈殿装置の水面よりも上方に配置され、前記吐出管の吐出口が、前記注入部に配置され、
   前記吸引管及び前記吐出管の少なくともいずれかに、前記高分子凝集剤を注入するための注入点が設けられていることを特徴とする請求項３に記載のスラリ循環型高速凝集沈殿装置。
7. 前記撹拌室が、前記撹拌機の下方に設けられた第１撹拌室と、前記撹拌機の上方に設けられた第２撹拌室とを備え、
   前記分散機構が、吸引管及び吐出管に接続されたポンプ本体を備えるポンプ装置を含み、
   前記ポンプ装置が、前記ポンプ本体に接続され、前記第１撹拌室内に前記高分子凝集剤を含むスラリを供給可能な供給配管と、前記ポンプ本体に接続され、前記第２撹拌室内に前記高分子凝集剤を含むスラリを供給可能な供給配管とを更に備え、
   前記第２撹拌室内に、前記第２撹拌室内を撹拌するための補助撹拌羽根を備えることを特徴とする請求項３に記載のスラリ循環型高速凝集沈殿装置。
8. 前記撹拌室が、前記撹拌機の下方に設けられた第１撹拌室と、前記撹拌機の上方に設けられた第２撹拌室とを備え、
   前記分散機構が、前記コンセントレータと前記第２撹拌室との間に配置され、前記高分子凝集剤を前記注入部又は前記第２撹拌室内に供給可能なエアリフトを備え、
   前記第２撹拌室内に、前記第２撹拌室内を撹拌するための補助撹拌羽根を備えることを特徴とする請求項３に記載のスラリ循環型高速凝集沈殿装置。
9. 無機凝集剤が添加された原水をスラリの存在下で凝集処理する撹拌室と、前記スラリを固液分離する分離室と、前記固液分離後の処理水を外部へ流出させる流出部と、前記固液分離された前記スラリを濃縮するコンセントレータと、前記撹拌室、前記分離室及び前記コンセントレータ間で前記スラリを循環させるための撹拌流を形成する撹拌機とを備えるスラリ循環型高速凝集沈殿装置を用いて、前記原水を凝集沈殿処理する浄水処理方法において、前記コンセントレータ内に高分子凝集剤を供給し、前記コンセントレータ内の前記スラリと前記高分子凝集剤とを接触させる工程を有することを特徴とする浄水処理方法。