JPH11651A - 懸濁物除去装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 凝集剤を使用することなく、懸濁物濃度が低
い原水を処理するのに適した懸濁物除去装置を提供す
る。 【解決手段】 懸濁物除去装置は、懸濁物を含む原水に
気泡発生装置２から気泡が注入された混合水を供給する
混合水供給管１と、円筒形の槽で槽下部の外周接線方向
に混合水供給配管１が接続され、混合水が槽中を旋回す
る際、懸濁物が付着した気泡を浮上させる浮上分離槽３
と、浮上分離槽３の軸心部の底に立てて設けられ頂部に
開口４ａを有し、浮上分離槽３内で浮上した懸濁物を含
む濃縮水を開口４ａよりオーバーフローで流入させ下方
に流出させる濃縮水導入管４と、混合水の旋回流れ下流
で旋回流れ接線方向に、浮上分離槽３下部の外周に接続
され、懸濁物が浮上した残りの処理水を排出する処理水
排出管５とから構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、懸濁物が低濃度含
まれる湖水などの原水を大容量処理する懸濁物除去装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】汚濁した水から懸濁物を除去する技術と
して、従来より各種の固液分離装置が提案され実施され
ている。これら固液分離装置のうち、微細な気泡を利用
する装置が特開平7-185528号公報に開示されている。こ
れは微細な気泡の表面張力により懸濁物を捕獲し、浮力
により懸濁物を水面に上昇させて分離する装置である。

【０００３】これらの装置は通常、原水に凝集剤を添加
して懸濁物をフロック化した後、浮上分離する形式のも
のがほとんどである。しかし、凝集剤使用量や回収した
汚泥の後処理のコスト低減を目的として凝集剤を浮上分
離装置に用いない例として、論文「無薬注加圧浮上とろ
過の組み合わせシステムを用いた下水処理に関して」
（下水道協会論文集 vol.31 No.375(1995)）に記載の技
術が公知である。湖水の浄化に対しては近年の生態系の
影響への配慮により、浮上分離法を凝集剤を使用せずに
適用することが考えられてきている。上記従来技術の論
文はその一例である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来技術（特開平7-18
5528号公報）においては、懸濁物が浮上分離槽内で浮上
分離する際に、気泡と懸濁物を凝集剤を介して付着させ
て大きなフロックを形成し、浮力を増して有効な浄化を
行っている。しかし、浮上分離槽内に上昇流と下降流の
２つの流れが存在する構造のため、浮力の弱い気泡に付
着した懸濁物は下降流に沿って沈降してしまい、懸濁物
を浮上分離できない。

【０００５】懸濁物濃度の低い原水の場合、一般に懸濁
物の量が少ないだけでなく大きさも小さい。小さな懸濁
物は、微細な気泡に良く付着するため、従来の技術を懸
濁物濃度の低い原水に適用した場合や、凝集剤を使用し
ない場合には有効な浄化ができない。よって、懸濁物濃
度が低い原水に対して、浮上分離を行う場合には、上記
のような懸濁物の大小に関わらず有効に浄化できる装置
の提供が課題である。

【０００６】また、論文「無薬注加圧浮上とろ過の組み
合わせシステムを用いた下水処理に関して」（下水道協
会論文集 vol.31 No.375(1995)）においては、懸濁物濃
度が高い下水を対象としているため、懸濁物の粒径が大
きく、懸濁物の浮上速度が速く、浮上分離に要する距離
が短い。しかし、懸濁物濃度が低い場合は、凝集剤を用
いないとフロックを形成しないため懸濁物の浮上速度が
遅く、懸濁物を十分浮上させるためには浮上分離に要す
る距離が長くなくてはならない。すなわち、上記論文で
の懸濁物除去装置で濃度の低い懸濁物を分離除去する場
合は、装置自体を大型化する必要がある。そこで、懸濁
物の濃度に関わらず有効に浄化し、装置自体を小型化す
ることが課題として挙げられる。

【０００７】本発明は以上の点に鑑みてなされたもの
で、原水の懸濁物濃度や懸濁物の性質が変化しても、常
に有効に原水中の懸濁物を除去することのできる浮上分
離装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】懸濁物濃度が数１０mg/l
の原水中に微細な気泡を注入すると、気泡と原水が混合
し、気泡が原水中の懸濁物に付着する。気泡が付着した
懸濁物は水面付近に浮上し、水面付近で懸濁物濃度が高
く、水面から離れるほど（水深が深くなるほど）懸濁物
濃度が低下するという濃度分布を形成する。さらに、こ
の水深方向の懸濁物濃度分布は時間的に変化する。この
濃度分布は、図１１で模式的に示すように、気泡導入後
の時間の経過につれて、水面に近いほど懸濁物濃度が高
くなり、ある時点で水面での懸濁物濃度がピークに達す
る。この時点が懸濁物を除去するための最適時間とな
る。さらに時間が経過すると、水泡が消失し、懸濁物濃
度は次第に均一化されることになる。

【０００９】連続処理の場合には、上述の濃度分布の時
間変化は、流れに伴って浮上分離槽内上流側から下流側
へ水深方向の懸濁物濃度分布変化となる。すなわち、時
間変化が浮上分離槽内の流れ方向の距離に置き換わるこ
ととなり、（流れ方向距離／原水平均流速）が変化時間
に対応する。この濃度分布を図１２に示す。濃度分布測
定に用いた浮上分離槽３は円筒状で、この浮上分離槽３
の周壁の最下部に、気泡が注入され懸濁物を含む原水で
なる混合水を供給する混合水供給管１が接線方向に取り
付けられ、また混合水供給管１とは反対側の周壁の最下
部には、処理済みの処理水がを排出する処理水排出管５
が取り付けられている。混合水の流入方向と処理水の流
出方向は反対である。ここで、Ｈは、浮上分離槽３の底
からみて、混合水供給管１から流入する混合水の流れの
高さであり、Ｈ’は同底からみて、処理水排出管５から
排出される処理水の流れの高さである。図１２におい
て、Ｘ断面は、混合水供給管より流入してきたばかりな
ので、高さＨの範囲では濃度分布はついていない。混合
水が浮上分離槽の内周に沿ってＹ断面、Ｚ断面に行くに
従って高さＨ、Ｈ’の範囲内では高さが高いほど濃度が
濃くなる。

【００１０】浮上分離法では、懸濁物に付着する気泡の
大小により、気泡の上昇速度の差異を生じる。気泡の上
昇速度は、計算上、気泡の径の２乗に比例して大きくな
る。従って、凝集剤を使用せずに効率良く懸濁物を分離
除去する装置として、懸濁物の上昇速度が異なっても、
懸濁物が浮上した場所毎で浮上時間に関わらず常に分離
除去できる構造が必要となる。

【００１１】そこで、懸濁物の浮上は浮上分離槽の全域
で生じるのに対し、懸濁物浮上後の処理水は浮上分離槽
下部に形成される旋回流の領域に限定されることに着目
し、本発明では浮上分離槽を、原水から懸濁物を浮上さ
せて処理水を生成する領域Ｈと、処理水の流れとは別に
浮上した懸濁物が濃縮水を流出させる箇所へ向かう流れ
を形成する領域ｈとの実質的に上下二層となる構成とす
る。これにより、懸濁物は処理水の流れとは独立に浮上
できるため、付着した気泡の浮上速度に関わらず懸濁物
の除去が可能となる。

【００１２】すなわち、上記目的を達成するために、本
発明の第１の懸濁物除去装置は、懸濁物を含む原水に気
泡発生装置から気泡が注入されてなる混合水を供給する
混合水供給管と、円筒形槽であって、この槽下部の外周
接線方向に混合水供給配管が接続され、混合水が槽中を
旋回する際に、懸濁物が付着した気泡を浮上させる浮上
分離槽と、浮上分離槽の軸心部に底から立てて設けられ
頂部に開口を有し、浮上分離槽内で浮上した懸濁物を含
む濃縮水をこの開口より上に位置する水面からこの開口
を介して流入させ、下方に流出させる濃縮水導入管と、
混合水の旋回流れ下流で該旋回流れの接線方向に、浮上
分離槽下部の外周に接続され、懸濁物が浮上した残りの
処理水を排出する処理水排出管と、から構成する。

【００１３】ところで、濃縮水導入管の下方では、図１
３に示すような、上昇、下降する２次流れＮ４を形成す
る可能性があり、２次流れ領域内では浮力の弱い気泡に
付着した懸濁物は２次流れＮ４に沿って沈降し、浮上分
離槽３の底面に達して主流Ｎ５に沿って処理水と混合
し、処理水排出管５ａから流出する可能性がある。

【００１４】上記沈降した懸濁物に対処するために、本
発明の第２の懸濁物除去装置は、上記第１の懸濁物除去
装置に加えて、浮上分離槽の底に立てて濃縮水導入管の
周囲に同心円的に円筒状仕切壁を設け、この仕切壁の上
端を濃縮水導入管の上端よりも下方で、かつ混合水供給
管及び処理水排出管よりも上方に位置する高さとした構
造とする。

【００１５】また、混合水が混合水供給管から処理水排
出の位置まで旋回してきた時に、図１４に示すように浮
上分離槽内で上に行くほど混濁物の濃度が高くなる濃度
分布ができる。本発明では、浮上分離槽内の下部を流れ
比較的濃度の薄くなったｂ層を処理水として排出する。
この際、処理水排出管入口で下層側の流れが旋回流と共
に混合水供給管側へと流出し、処理水排出管へ上層側へ
の流れが流入しないように、下層流を処理水排出管へ案
内することにより、ｂ層のみを処理水として排出するこ
とが可能となる。

【００１６】下層流を処理水排出管へ案内するために、
本発明の第３の懸濁物除去装置は、第１の懸濁物除去装
置に加えて、混合水供給管から処理水排出管へ向かって
混合水が流れる領域に、処理水排出管の入口への流路を
形成するように濃縮水導入管の外壁面と浮上分離槽の内
壁面とを結ぶ仕切板を設け、この仕切板の高さを処理水
排出管の高さと同等ないし高くした構造とする。

【００１７】同様に下層流を処理水排出管へ案内するた
めに、本発明の第４の懸濁物除去装置は、第２の懸濁物
除去装置に加えて、混合水供給管から処理水排出管へ向
かって混合水が流れる領域に、処理水排出管の入口への
流路を形成するように円筒状仕切壁の外壁面と浮上分離
槽の内壁面とを結ぶ仕切板を設け、この仕切板の高さを
処理水排出管の高さと同等ないし高くした構造とする。

【００１８】さらに、第４の懸濁物除去装置において、
浮上分離槽と円筒状仕切壁間に、仕切板から混合水供給
管の手前まで混合水の流れ方向に下り斜面を形成する案
内板を設けてもよい。この蓋板により、混濁物の濃度が
比較的低い処理水を、混合水供給管から出る混合水の下
に流入することになる。

【００１９】

【発明の実施の形態】

［実施の形態１］本発明の実施の形態１を図１、図２を
用いて説明する。図１は本発明による懸濁物除去装置の
要部の平面図、図２は図１のＡ−Ａ’−Ａ”断面図であ
る。図１、図２に示す懸濁物除去装置は、懸濁物を含む
原水に気泡水発生装置２からの気泡を注入してなる混合
水を供給する混合水供給管１、混合水中の懸濁物を気泡
と一緒に浮上させて分離する浮上分離槽３、及び浮上分
離槽３で浮上分離した懸濁物を除去する濃縮水導入管
４、さらに懸濁物を浮上し懸濁物濃度が低くなった処理
水を排出する処理水排出管５、また、比重が大きく浮上
しきれず浮上分離槽３の底に沈殿した懸濁物を定期的に
排出する汚泥抜きドレン弁６により構成される。

【００２０】本懸濁物除去装置において、浮上分離槽３
は円筒形状であり、混合水供給管１は気泡水吐出口２ａ
と浮上分離槽３間に原水と気泡水が十分混合するだけの
長さを持ち、かつ浮上分離槽３の周壁下部に外周接線方
向に設置されている。また、処理水排出管５も混合水供
給管１とは円周方向に離れた位置で、浮上分離槽３に対
して外周接線方向に接続されている。さらに濃縮水導入
管４はその上端４ａが開放した円筒状であり、該上端部
４ａは浮上分離槽３内の水面Ｗ（図３）より若干下方に
位置し、かつ浮上分離槽３と同心上に配置されている。

【００２１】本発明による懸濁物除去装置は以上の構成
のため、図３で流れの模式図に示すように粒径、濃度の
異なる懸濁物を含む原水に対しても、効率良く懸濁物を
除去することができる。即ち、図３において３は浮上分
離槽、４は濃縮水導入管、５は処理水排出管、５ａは処
理水排出管入口、Ｗは水面、Ｓ１は比較的浮力の強い気
泡に付着した懸濁物、Ｓ２は比較的浮力の弱い気泡に付
着した懸濁物、Ｎ１、Ｎ２はそれぞれの旋回流を示す。
以下に浄化作用、効果を示す。加圧浮上法を有効に行う
には、気泡の上昇速度と原水の流速によって決まる気泡
に付着した懸濁物の浮上速度で処理水排出管入口５ａの
上方まで浮上できる構造にする。気泡の付着した懸濁物
Ｓ１は気泡の浮力により処理水排出管５の入口直径より
も大きく浮上するので、混合水供給管１から流入してき
た懸濁物Ｓ１，Ｓ２は旋回流Ｎ１，Ｎ２に沿って流れ、
処理水排出管入口５ａに到達したときは処理水排出管入
口５ａの上方を通過する。従って、懸濁物Ｓ１，Ｓ２が
旋回流Ｎ１，Ｎ２に沿って処理水排出管５に排出される
ことがない。濃縮水導入管４は浮上分離槽３に対し濃縮
水導入管４の上端面が浮上分離槽３の上端面よりも下方
に位置するように設置しているので、水面Ｗが濃縮水導
入管４の上端面を越えると懸濁物Ｓ１、Ｓ２が水面Ｗに
浮上した順に自然と濃縮水導入管４にオーバーフローす
る。以上により、まず、円筒形状をした浮上分離槽３の
外周接線方向に混合水供給管１を接続することで、浮上
分離槽３内に旋回流が発生する。比較的浮力の強い懸濁
物Ｓ１については直ちに水面Ｗへ浮上するが、比較的浮
力の弱い懸濁物Ｓ２についても、旋回しながら懸濁物が
浮上するため軸方向のみに浮上するよりも浮上過程距離
が長くなり、何回も旋回して水面Ｗに浮上することにな
る。よって浮力の異なる懸濁物に対しても効率良く懸濁
物を除去できるという効果が得られる。

【００２２】［実施の形態２］本発明の実施の形態２を
図４、図５を用いて説明する。図４は実施の形態２の懸
濁物除去装置の要部の平面図、図５は図４のＡ−Ａ’−
Ａ”の断面図である。この懸濁物除去装置は、実施の形
態１の装置にさらに円筒状仕切壁７を設けたものであ
る。

【００２３】本懸濁物除去装置において、円筒状仕切壁
７は中空円筒形状をしており、浮上分離槽３の底面に浮
上分離槽３と同心円的に取り付けられている。浮上分離
槽３内の旋回エネルギーを円筒状仕切壁７内の流れにも
伝えるため、円筒状仕切壁７の高さはあまり高くない方
が望ましいが、処理水排出管入口５ａより高い位置とす
る。以下、本発明の浄化作用、効果について図６を用い
て説明する。図６においては、３は浮上分離槽、４は濃
縮水導入管、７は円筒状仕切壁、Ｓ２は小さい気泡に付
着した懸濁物、Ｎ３は上昇流、Ｎ４は上下方向に還流す
る２次流れを示す。気泡に付着した懸濁物は上昇流Ｎ３
に沿って上昇しながら浮上分離槽３の中央付近に集まっ
てくる。浮力の弱い気泡に付着した懸濁物は浮上分離槽
３内で２次流れＮ４に沿って沈降を始める。沈降し始め
た気泡に付着した懸濁物は沈降を進め、浮上分離槽３の
底付近まで沈降し、仕切壁がなければ下層の処理水と混
合し処理水排出管５へ流出する。そこで、円筒状仕切壁
７により処理水層を仕切り、浮上分離槽３の底部へ沈降
した懸濁物を処理水と混合しないようにする。そして、
底部へ沈降した懸濁物は定期的に汚泥抜きドレン弁６を
開放して外部へ排出する。以上の作用により、分離効率
が向上するという効果が得られる。

【００２４】［実施の形態３］本発明の実施の形態３を
図７、図８を用いて説明する。図７は実施の形態３の懸
濁物除去装置の要部の平面図、図８は図７のＡ−Ａ断面
図である。図７、図８に示す懸濁物除去装置は、実施の
形態２の懸濁物除去装置にさらに仕切板８を設けたもの
である。図８に示す１ａは混合水供給管出口、５ａは処
理水排出管入口を示す。本懸濁物除去装置において、混
合水供給管１から流入した原水を旋回させつつ気泡の浮
力により懸濁物を浮上させ、濃度が低くなった処理水を
処理水排出管５へ排出させるが、処理水排出管入口５ａ
付近でも流れに旋回成分があるため、処理水排出管５へ
流れずそのまま旋回流れに沿って流れる可能性がある。
実施の形態３では、処理水を処理水排出管５から排出で
きるよう案内する仕切板８を設ける。仕切板８は、原水
が混合水供給管１から処理水排出管５へ旋回する向きに
見て処理水排出管入口５ａから混合水供給管出口１ａの
間でかつ、円筒状仕切壁７の壁面と浮上分離槽３の壁面
を結び、仕切板８の高さが処理水排出管入口５ａの高さ
よりも高くなるように設ける。以下、本発明の浄化作
用、効果について説明する。１ａは混合水供給管出口、
５ａは処理水排出管入口、懸濁物の分離が完了した処理
水が、処理水排出管５へ旋回流に沿って排出されるが処
理水排出管入口５ａ付近での流れは旋回成分を持ってい
るが、仕切板８により強制的に処理水排出管５へ排出す
る。さらに、図９、図１０に示すように、処理水排出管
入口５ａに達した旋回流が仕切板８を乗り越えてさらに
混合水供給管出口１ａへ旋回する場合、案内板９を設
け、処理水排出管５へ排出できなかった処理水を混合水
供給管１より流れてくる混合の下方に潜り込ませるよう
にするとよい。かくして潜り込ませた処理水が処理水排
出管５に達した時に回収できるので、処理水をより効果
的に排水できる。

【００２５】なお、上記のような仕切板８、案内板９の
ような部材は、実施の形態２に採用することができる。
この場合、仕切板は濃縮水導入管と浮上分離槽との間に
設けることになる。

【００２６】また、以上説明した本発明の懸濁物除去装
置は、浮上分離槽内の懸濁物の濃度分布の如何に関わら
ず、浮上した懸濁物があれば、それを除去するのに有効
であることは明らかである。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、懸濁物除去装置は、懸
濁物を含む原水に気泡を混入してなる混合水を、浮上分
離槽にその下部から旋回するように供給し、旋回中に懸
濁物が付着する気泡を浮上させ、該浮上した懸濁物を含
む濃縮水を浮上分離槽の中心部に設けた濃縮水導入管の
開口周囲からオーバーフローさせて流入させると共に、
懸濁物が浮上した残りの清浄な処理水を浮上分離槽の下
部から排出するように構成したので、凝集剤を使用せず
に懸濁物を除去する際に懸濁物のフロックが形成されな
いような低濃度な原水の場合でも、大小粒径の懸濁物を
水面上に浮上させて、効率よく除去でき、装置を小型化
することができる。

【００２８】また、浮上分離槽内で上方に浮上した、ま
たは浮上しつつある懸濁物は旋回流により濃縮水導入管
回りを常に回り、浮上速度に関係なく最終的には排出で
きるため、浮上分離槽内の処理速度を増加させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の懸濁物除去装置の要部
平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ’−Ａ”断面図である。

【図３】実施の形態１の懸濁物除去装置における浮力大
小の２種類の懸濁物の流れを示す模式図である。

【図４】本発明の実施の形態２の懸濁物除去装置の要部
平面図である。

【図５】図４のＡ−Ａ’−Ａ”断面図である。

【図６】実施の形態２の懸濁物除去装置における懸濁物
の流れを示す模式図である。

【図７】本発明の実施の形態３の懸濁物除去装置の要部
平面図である。

【図８】図７のＡ−Ａ断面図である。

【図９】実施の形態３の懸濁物除去装置の改造型を示す
平面図である。

【図１０】図９のＡ−Ａ断面図である。

【図１１】懸濁物の濃度分布が生じる原理の模式図であ
る。

【図１２】浮上分離槽のＸ，Ｙ，Ｚ断面における懸濁物
濃度分布の模式図である。

【図１３】本発明の第１の実施形態の浮上分離槽におけ
る２次流れの説明図である。

【図１４】処理水排出管入口における浮上分離槽の高さ
方向の懸濁物濃度分布図である。

【符号の説明】

１ 混合水供給管 １ａ 混合水供給管出口 ２ 気泡発生装置 ２ａ 気泡発生装置出口 ３ 浮上分離槽 ４ 濃縮水導入管 ４ａ 濃縮水導入管上端部 ４ｂ 濃縮水排出管 ５ 処理水排出管 ５ａ 処理水排出管入口 ６ 汚泥抜きドレン弁 ７ 円筒状仕切壁 ８ 仕切板 ９ 仕切板 Ｓ１ 大きい気泡に付着した懸濁物 Ｓ２ 小さい気泡に付着した懸濁物 Ｈ 混合水供給管高さ Ｈ’ 処理水排出管高さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長岡 嘉浩 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 懸濁物を含む原水に気泡発生装置から気
   泡が注入されてなる混合水を供給する混合水供給管と、
   円筒形の槽であって該槽下部の外周接線方向に混合水供
   給配管が接続され、混合水供給配管からの混合水が槽中
   を旋回する際に、懸濁物が付着した気泡を浮上させる浮
   上分離槽と、浮上分離槽の軸心部の底に立てて設けられ
   頂部に開口を有し、浮上分離槽内で浮上した懸濁物を含
   む濃縮水を該開口より上に位置する水面から該開口を介
   して流入させ下方に流出させる濃縮水導入管と、混合水
   の旋回流れ下流で該旋回流れの接線方向に、浮上分離槽
   下部の外周に接続され、懸濁物が浮上した残りの処理水
   を排出する処理水排出管と、から構成した懸濁物除去装
   置。
2. 【請求項２】 浮上分離槽の底に立てて濃縮水導入管の
   周囲に同心円的に円筒状仕切壁を設け、該仕切壁の上端
   を濃縮水導入管の上端よりも下方で、かつ混合水供給管
   及び処理水排出管よりも上方に位置する高さとしたこと
   を特徴とする請求項１記載の懸濁物除去装置。
3. 【請求項３】 混合水供給管から処理水排出管へ向かっ
   て混合水が流れる領域に、処理水排出管の入口への流路
   を形成するように濃縮水導入管の外壁面と浮上分離槽の
   内壁面とを結ぶ仕切板を設け、該仕切板の高さを処理水
   排出管の高さと同等ないし高くしたことを特徴とする請
   求項１記載の懸濁物除去装置。
4. 【請求項４】 混合水供給管から処理水排出管へ向かっ
   て混合水が流れる領域に、処理水排出管の入口への流路
   を形成するように円筒状仕切壁の外壁面と浮上分離槽の
   内壁面とを結ぶ仕切板を設け、該仕切板の高さを処理水
   排出管の高さと同等ないし高くしたことを特徴とする請
   求項２記載の懸濁物除去装置。
5. 【請求項５】 浮上分離槽と円筒状仕切壁間に、仕切板
   から混合水供給管の手前まで混合水の流れ方向に下り斜
   面を形成する案内板を設けたことを特徴とする請求項４
   記載の懸濁物除去装置。