凝聚沉淀方法以及装置 【技术领域】
本发明涉及凝聚沉淀处理，特别是关于在下水、排水、受污染的河水、湖泊水以及雨水的处理中，在原水中添加凝聚剂使悬浮物质凝聚沉淀分离出来的向上流式凝聚沉淀方法以及装置。
背景技术
在分离含于原水的悬浮物质的方法中，在原水中添加凝聚剂以向上流入分离槽内、使悬浮物质凝聚、形成粗大粒子(聚集物)而沉降分离的方法，作为向上流式的凝聚沉淀操作已被广泛应用。
现有的向上流式凝聚沉淀方法的处理速度(这里所谓的处理速度是指被处理水的水量除以槽断面积所得的流速)，受到聚集物地沉降速度的限制，不可能使处理速度比聚集物的沉降速度快。另外，即使处理速度比聚集物的沉降速度低，在流速不均匀的情况下也阻止聚集物的沉降。特别是，原水流入部附近的向上流速超过聚集物的沉降速度，不仅阻碍了聚集物的沉降，还有招致聚集物破碎的情况。这一点可以说与在处理过程中是否形成包膜层、即是否形成粗大的聚集物的滞留层无关。
在伴有包膜层形成的向上流式凝聚沉淀处理中，在细微的聚集物或未凝聚的混浊成分通过包膜层时，与形成了包膜层的聚集物接触并被其捕捉，由此，在促进了除污的同时，还提高了聚集物的沉降性能。但是，在形成包膜层并提高聚集物的沉降性能的情况下，如果提高处理速度，包膜层的形成将受到阻碍，并产生聚集物的溢流。
另一方面，作为使处理速度比一般的凝聚沉淀处理速度高的处理方式，有在分离槽的下部设浓缩槽、以聚集物输送管连接分离槽与浓缩槽的方式。在分离槽形成的聚集物，通过聚集物自身的沉降产生的下降流沉降到聚集物输送管内，在向浓缩槽移送后浓缩被排出。由浓缩产生的分离水，受前述聚集物的下降流的影响返流回分离槽。
但是，在这种方式中，由于从分离槽向浓缩槽的聚集物与水的输送依赖于聚集物自身的沉降所产生的下降流，故不能对从分离槽到浓缩槽的输送水量进行任意控制，处理速度不得不依赖于聚集物的沉降速度。尤其是，浓缩槽的功能，仅仅是对从分离槽流入的聚集物的重力浓缩，没有分离槽那样的由积极地进行聚集物的固液分离以得到清澄的分离水的功能。
作为向上流式凝聚沉淀方法的上述之外的问题，可举出装置开始工作初期除浊性能低下的问题。这在伴随着包膜层的形成的处理方式中，是极为深刻的问题。一旦包膜层形成，微小聚集物，即与形成了包膜层的大的聚集物接触、结合而被除去，而为形成这样的包膜层，细小的聚集物相互间必须聚合。因此，在装置开始工作时，由于是从包膜层还未形成的状态下开始处理，直到包膜层形成之前这段时间，将产生处理水质的恶化问题。
本发明正是为了解决上述现有技术的问题，其目的在于提供即使在处理速度比聚集物的沉降速度高的情况下也不阻止聚集物的流出、即使在装置开始工作初期除浊性能也不会低下的、紧凑的凝聚沉淀方法与装置。
【发明内容】
为了解决上述课题，本发明在对被处理水(原水)中添加无机凝聚剂进行混合搅拌(急速搅拌)后的液体实施凝聚沉淀处理方法中，其特征在于，将搅拌过的液体导入分离槽的第一室，在此使聚集物成长进行固液分离的同时将分离水排出槽外，使在第一室成长了的聚集物与第一室分离水的一部分以比聚集物自身的沉降速度快的速度流下到设于第一室下部的第二室；在第二室中，将成长了的聚集物浓缩，排出浓缩的污泥，同时将由聚集物浓缩产生的分离水、以及与聚集物一同导入第二室的第一室分离水，从第二室的上部作为分离水导出。
在本发明的凝聚沉淀方法中，从分离槽的第一室到第二室的聚集物与第一室分离水的导入量，可由调节从第二室导出的分离水的量来进行控制。另外，从第一室向第二室的聚集物与分离水的导入，可由聚集物输送管来进行。这时，通过对第二室来的分离水与污泥的合计排出流量进行调节使聚集物输送管内的向下流的流速在5m/min以下，来抑制在聚集物输送管下部的聚集物的破碎，或者为使从第二室的聚集物输送管下端向分离水集水管的向上流速比聚集物的沉降速度慢，以第二室分离水的浊度或悬浮物质浓度为指标，可自动控制第二室分离水的流出水量。
另外，在本发明中提供这样的装置，在这种对被处理水中添加无机凝聚剂进行混合搅拌所得的液体实施凝聚沉淀的装置中，具有分离槽，和将分离槽分割成上部第一室与下部第二室的隔壁，在第一室中，上部设第一室分离水流出部，下部设被处理水流入部，在第二室中，上部设第二室分离水流出部，下部设污泥排出部，并配置有贯穿隔壁且连通第一室与第二室的两端开口的垂直聚集物输送管，聚集物输送管的上端位于第一室的第一室分离水流出部与被处理水流入部之间，其下端位于第二室的第二室分离水流出部与污泥排出部之间，同时配置用于调节从第二室分离水流出部流出的水量的阀或泵。
在本发明的凝聚沉淀方法与装置中，优选是在被处理水中添加无机凝聚剂的同时，并添加有机高分子凝聚剂(聚合物)。
在本发明的凝聚沉淀装置中，在第一室内的上部设有由浮起滤材构成的滤材层，可配设成其下端位于比聚集物输送管上端还靠上方。还有，聚集物输送管至少配备2根，在聚集物输送管各自的下方配备水平方向的阻止板，可使相邻阻止板的垂直位置上下错开配置。另外，在第一室内的上部设可在水平方向转动的搅拌叶片A，可将其配备成位于比聚集物输送管上端还靠上方。还有，在聚集物输送管内，可配备可在水平方向转动的搅拌叶片B。
在本发明中，由隔壁将分离槽分割成上部的第一室与下部的第二室，使被处理水流入第一室并使被处理水中的污浊物质形成粗大聚集物，同时通过将粗大的聚集物由聚集物输送管强制输送到第二室，可使第一室的从聚集物输送管上端向上方的向上流速减小到可形成聚集物包膜层的流速、即减小到低于粗大聚集物的沉降速度，可以澄清第一室分离水。
还有，在被输送到第二室的聚集物的沉降范围内，通过任意调节从聚集物输送管下端向第二室分离水集水管的向上流速，也可澄清第二室的分离水。
即，在本发明中，将槽上下一分为二，在上部的第一室中，通过形成粗大聚集物与聚集物包膜层进行固液分离来澄清第一室分离水的同时，在下部的第二室中，也是将从第一室输送来的聚集物固液分离来澄清第二室分离水。
在本发明的凝聚沉淀装置中，即使在第一室的粗大聚集物与聚集物包膜层的形成不充分的情况下，通过在第一室内上部配备滤材层，使污浊物质通过滤材层而将其除去，这样可澄清第一室分离水。在第一室内配备滤材层的情况下，优选设置可适时洗涤滤材层，以剥离除去所捕捉的SS的操作步骤。
在将粗大化的聚集物从第一室输送到第二室的聚集物输送管中，水流是向下流；如从聚集物输送管下部流出到第一室，水流则反转成向上流。为良好地进行固液分离，对向上流整流，以使向上流速均匀这一点是重要的，另一方面，为使装置紧凑化，优选缩短整流需要的垂直距离。另外，为加速第二室内的向上流速，必须在不使从聚集物输送管下端流出的粗大聚集物破碎下进行整流。为在不使粗大聚集物破碎下对向上流进行整流，在本发明中，优选使聚集物输送管内的流速在5m/min以下。另外，在本发明中，通过在聚集物输送管下方配备水平方向的阻止板，不破碎聚集物，并可通过阻止板使从聚集物输送管下端流出的水变成横向流动。
再者，为防止从聚集物输送管下端出来的水流的横向流相互冲撞，优选将阻止板的安装位置配置成与相邻阻止板的位置上下错开。这时，上下错开的距离优选大于聚集物输送管下端与阻止板的垂直距离。
通过使聚集物成为致密的颗粒，可使从第一室的聚集物输送管上端向上方的向上流的流速上升，而且也可使从第二室的聚集物输送管下端向第二室分离水集水管的向上流的流速增加。在本发明中，在第一室内的上部配备搅拌叶片，通过使其在水平方向转动，可使聚集物包膜层内的粗大聚集物微密化，或者在聚集物输送管内配备搅拌叶片，通过使其在水平方向转动，也可使在聚集物输送管内下降的聚集物微密化。
附图简单说明
图1是本发明的凝聚沉淀装置的一具体例之构成图。图1(a)是凝聚沉淀装置的断面构成图，图1(b)是第二室的分离水集水管设置部分的横断面图，图1(c)是表示第二室的分离水流出管的流量调节机构的例子概略图。
图2是表示本发明的凝聚沉淀装置的其他具体例的断面构成图。
图3是表示本发明的凝聚沉淀装置的另一具体例的断面构成图。
图4是表示本发明的凝聚沉淀装置的又一具体例的断面构成图。
图5是表示实施例2的结果，表示经过时间的流速与SS的变化图。
【具体实施方式】
下边使用附图详细说明本发明。
图1～图4是表示本发明的凝聚沉淀装置的各种具体例的断面构成图。
在图1(a)中，1是凝聚沉淀装置，2是隔壁，3是第一室，4是第二室，5是第一室分离水流出管，6是原水(被处理水)流入管，7是第二室分离水集水管，8是第二室分离水流出管，9是污泥排出管，10是聚集物输送管，11是阻止板，12是第二室分离水输送泵，13是滤材，14是滤材层，15是防止滤材流出的网，16是支承滤材的网，17是刮板，18是刮板的转动轴。另外，图2中的19是通气管，图3中的20是转动叶片A，图4中的21是搅拌叶片B，22是搅拌叶片B的转动轴。
现按图1(a)来说明本发明的实施方式之一例。本发明的凝聚沉淀装置1由隔壁2分割成隔于槽上部的第一室3与隔于槽下部的第二室4。在第一室3中，上部配置着第一室的分离水(即澄清水)的流出管5，下部配置原水(即被处理水)的流入管6。在第二室4中，上部配置用于集结第二室分离水并使之流出的第二室分离水集水管7和与其相连接的第二室分离水流出管8，下部配置用于将堆积的污泥排出的污泥排出管9。第二室分离水集水管7，例如如图1(b)所示，可由管状的管上面穿设许多孔的构件构成。在隔壁2上，垂直配设着连通第一室3与第二室4的聚集物输送管10，聚集物输送管10的上端位于第一室3内的第一室分离水流出部与原水流入部之间，其下端位于第二室4内的第二室分离水集水管7与污泥排出部之间。在聚集物输送管10的下方，可在离开输送管10的下端的位置配置阻止板11。在配置多个聚集物输送管10的情况下，可将配置于各聚集物输送管的下方的阻止板的垂直位置，与相邻阻止板的位置上下错开配置。
在第二室分离水流出管8上，连接着用于调节第二室分离水的流出水量的第二室分离水输送泵12。这里，输送泵的使用仅是一示例，在使第二室分离水流出管8立起状态下，也可以由可动堰来调节流出水量。在装置1的底部，可配备固定于转动轴18上并在水平方向转动的刮板17。
在第一室3的上部，可配备以浮起滤材1 3构成的滤材层14，在滤材层14上方的水面下配置防止滤材流出的网15，在滤材层14的下方配置支承滤材的网16。
图1(b)是表示多个聚集物输送管10与第二室分离水集水管7的位置的设置部分横断面图。为使从第一室3向多个聚集物输送管10的流入水量均等，优选将聚集物输送管均等配置。另外，为对第二室4的向上流均匀集水，最外也是将多个第二室分离水集水管7在同一平面上均等配置。在图1(b)中，示出了配置多个分离水集水管的例子，但在减少分离水集水管的数量、不通过集水管进行整流的情况下，可在第二室上部设置整流板，通过整流板整流后进行集水。
图1(c)是表示第二室分离水流出管8的流量调节机构的例子的概略图。通过调节从第二室分离水流出管8流出的水量，可调节第一室3的上部的向上流速和第二室4的上部的向上流速。为良好地维持在第二室4中的固液分离、进行第二室分离水的澄清化，可由浊度计27连续测定第二室分离水的浊度，基于测定的浊度值自动调节第二室分离水输送泵12的流量。澄清指标，也不仅限于浊度，也可以是SS值。另外，流量调节装置，也不局限于泵，也可以是阀或可动堰。
下边，说明图1所示本发明实施方式的凝聚沉淀装置的运转操作。
预先按顺序添加了氯化铁或PAC(パツク)等无机凝聚剂和根据情况再加聚合物(有机高分子凝聚剂)的原水23，从原水流入管6流入第一室3的下部，碰到隔壁2分散到水平方向，同时反转成向上流。由这一连串的流动产生的搅拌效果，被处理水中的污浊物质结成聚集物，在第一室3中上升的时间里聚集物相互碰撞进行结合，聚集物慢慢粗大，同时其沉降速度增加。使第二室分离水输送泵12运转，由通过第二室分离水集水管7以及流出管8排出第二室4上部的水，在第一室中，上升到聚集物输送管10的上端的被处理水的一部分，被强制通过聚集物输送管10输送到第二室4。这样，比聚集物输送管10的上端还靠上方的水流的向上流速，变得比处理速度(这里的处理速度是指被处理水的水量除以槽断面积得到的流速)还慢，通过调节第二室分离水的流出量，可降低到粗大聚集物能沉降的流速。其结果，在第一室3中，在聚集物输送管10的上方，形成粗大聚集物滞留的包膜层，通过该包膜层污浊物被分离出的水，以向上流通过滤材层14，作为澄清的第一室分离水24从第一室分离水流出管5被排出。
在装置开始工作初期，粗大聚集物与聚集物包膜层形成得不充分，沉降速度慢的聚集物与处理水一同上升到第一室的上部。这样上升的聚集物由滤材层14分离、除去，澄清的第一室分离水24可从第一室分离水流出管5排出。
另一方面，在聚集物输送管10中降下的聚集物，通过水平配置于聚集物输送管10下方的阻止板11将其流动方向改变为横向，流入第二室4。聚集物沉降到第二室4的下部，由刮板17收集并从污泥排出管9作为浓缩污泥25被排出。聚集物沉降并被除去后的水，变成向上流由第二室分离水集水管7收集，从第二室分离水流出管8作为澄清的第二室分离水26被排出。
如果聚集物输送管内的下降流的流速快，由于冲撞阻止板的聚集物破碎，故优选将聚集物输送管内的下降流速调节到5m/min以下。另外，在设置多个聚集物输送管的情况下，如果相邻阻止板的高度相同，横向流出的流动相互冲撞，而产生聚集物的飞起，因此，优选将阻止板的垂直位置上下错开配置。
图2是表示本发明的凝聚沉淀装置的其他例子的断面构成图，与图1装置的不同点在于，原水通过通气管19流入第一室3的下部，聚集物输送管10的上端扩大成漏斗状。原水的流入，除了像本例这样用通气管进行之外，也可向水平方向分批注入。另外，由于聚集物输送管10上端扩大为漏斗状，可得到提高聚集物的收集效率的效果。
图3是表示本发明的凝聚沉淀装置的另一例的断面构成图，原水流入管6与第二室分离水集水管7省略记述。在第一室3内，将在水平方向转动的搅拌叶片A20配备于聚集物输送管10的上端的上方。通过转动搅拌叶片A20，使聚集物包膜层的粗大聚集物微密化成颗粒，由此可促进第一室3中的固液分离。而且，在图1、2、4中为简化省略了记述，但在设置多个聚集物输送管10的情况下，如图3所示，优选将相邻的聚集输送管下方的阻止板的垂直位置上下错开，以抑制聚集物的飞起。
图4是表示本发明的凝聚沉淀装置的又一例的断面构成图，在聚集物输送管10内，配备着固定于转动轴22并在水平方向内转动的搅拌叶片B21。通过转动搅拌叶片B21，使聚集物输送管10内降下的聚集物微密化成颗粒，可促进第二室4内的固液分离。
下面示出基于本发明的凝聚沉淀方法的处理实施例。实施例1与实施例2是以下水作为被处理水的例子，实施例3是以下雨后的河水作为被处理水的例子。各实施例都使用图1示出的实验装置，槽的尺寸为：内径340mm、全高3500mm、第一室高2000mm、第二室高1500mm。
实施例1
以下水最初流入沉淀池的水作为被处理水，作为其中的凝聚剂，加Fecl3 40mg/L，聚合物(荏原制作所制エバグロ一ス LEA-209)2mg/L，使用图1所示构成的装置，不配备滤材层14，进行处理实验。其结果示于表1。
表1 最小值 最大值初期3个小时的平均值原水SS值 (mg/L) 240 304283第一室分离水SS值 (mg/L) 30 20850第二室分离水SS值 (mg/L) 32 19849处理速度 (m/h) - -60第一室上部的向上速度 (m/h) - -32第二室上部的向上速度 (m/h) - -28
FeCl3添加率：40mg/L，聚合物添加率：2mg/L
在现有的向上流式凝聚沉淀处理中，在处理速度超过35m/h那样的超高速处理中，可知聚集物不沉降而是随着向上流与处理水一同溢流。对此，在本发明的凝聚沉淀方法中，即使在处理速度在60m/h的情况下，通过将第一室上部的向上流速调节到32m/h，将第二室上部的向上流速调节到28m/h，可在第一室与第二室两处进行良好的固液分离。从通水开始到3小时的SS平均值，原水为283mg/L，第一室分离水为50mg/L，第二室分离水为49mg/L。
在不配备滤材层的情况下，在开始工作初期，在第一室的聚集物形成不充分，第一室分离水与第二室分离水的SS值都变高。表1中的第一室分离水SS值与第二室分离水SS值的最大值都是通水开始15分钟后的值，考虑是成长不充分的聚集物的影响所致。
实施例2
以下水最初流入沉淀池的水作为被处理水，加入与实施例1同样的凝聚剂，在配备与不配备滤材层14的两种情况下进行凝聚沉淀处理实验。处理水质示于图5。作为滤材，多数充填中空圆筒形浮起滤材(内径25mm、外径27mm、长25mm)。
在本实施例中，在开始工作初期仅在第一室进行处理，在第一室聚集物充分成长后(开始后30分钟)，开始导出第二室分离水。
在不配备滤材层的情况下，开始工作15分钟后与30分钟后的分离水SS值分别是150mg/L和48mg/L。与此相对，在配备滤材层的情况下，开始工作15分钟后与30分钟后的分离水SS值分别是35mg/L和22mg/L。
这样，在不设滤材层的情况下，开始工作初期聚集物产生溢流，而在配备有滤材层时聚集物的溢流得到了改善。这可以认为是成长不充分的聚集物在通过滤材层时被捕捉而除去的结果。
还有，在从90分钟到120分钟时，原水的SS值上升到约400mg/L，在无滤材层的情况下，随着原水SS值的上升、聚集物的溢流产生，分离水的SS值上升到100mg/L。与此相对，在设有滤材层情况下的分离水的SS值，与原水的水质变动无关，维持在20～30mg/L。这样，即使由原水SS值变动造成第一室的聚集物成长不充分的情况下，由于配备有滤材层，也可防止分离水的水质恶化。
实施例3
以下雨天的河水作为被处理水，配备滤材层，进行与实施例2同样的处理实验。所使用的滤材，是与实施例2同样的中空圆筒形浮起滤材，尺寸为：内径25mm、长25mm。试剂添加率是：PAC(パツク：10％A1203)35mg/L，聚合物(荏原制作所制LEA-209)0.5mg/L。
在处理速度为50m/h时，通过使第一室与第二室上部的向上速度分别是25m/h和24m/h，从通水开始到3小时的SS的平均值，相对于原水的49mg/L，在第一室分离水中为4.6mg/L，在第二室分离水中为4.8mg/L。由于配备了滤材层，从开始工作初期即可得到良好的去除SS的性能。
产业上的利用可能性
根据本发明，如上述说明，以隔壁将槽分割成上下，以聚集物输送管连通上下，做成将第一室中形成了的聚集物强制输送到第二室的同时，在第一室与第二室的两处进行固液分离的机构，由此，即使在处理速度比聚集物的沉降速度高的情况下，也可以防止聚集物的流出。另外，由于在上部配备浮起滤材层，即使在装置开始工作初期，也不会产生除浊性能的降低，可提供紧凑的凝聚沉淀装置。