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清澄槽は、沈殿によって沈殿する固形物を連続的に除去するための機械的手段を備えた沈殿槽です。[ 1 ]清澄槽は一般的に、液体から固形粒子または懸濁固形物を除去し、清澄化および/または濃縮するために使用されます。清澄槽内では、固形汚染物質はタンクの底に沈殿し、スクレーパー機構によって回収されます。[ 2 ]タンクの底から排出される濃縮された不純物はスラッジとして知られており、液体の表面に浮上する粒子はスカムと呼ばれます。[ 3 ]
水が清澄槽に入る前に、ポリ電解質や硫酸第二鉄などの凝集剤や凝結剤[ 4 ]を添加することができます。これらの試薬は、微細に懸濁した粒子を凝集させて、より大きく密度の高い粒子（フロックと呼ばれる）を形成し、より速く安定して沈降させます。これにより、清澄槽内で固形物をより効率的かつ容易に分離することができ、エネルギーの節約に役立ちます。[ 4 ]これらのプロセスを使用して最初に粒子成分を分離することで、ろ過などの下流の水処理プロセスの容量を削減できる可能性があります。
飲料水、つまり人間が飲むために浄化される水は、凝集剤で処理され、その後、凝集した凝集物が除去されて清澄水が得られる清澄槽に送られます。清澄槽は、より重く大きな粒子が清澄槽の底に沈殿するように機能します。粒子はその後、定期的な除去と処分が必要な底層スラッジを形成します。清澄水は、貯蔵および使用のために送られる前に、さらにいくつかの工程を経ます。 [ 4 ]
沈殿槽は何千年もの間、廃水処理に使われてきた。[ 5 ]
下水の一次処理は、沈殿によって浮遊物と沈殿性固形物を除去することです。[ 6 ]一次沈殿槽は、浮遊固形物とそれらの浮遊固形物に含まれる汚染物質の含有量を減らします。[ 7 ] : 5–9家庭排水の処理には大量の試薬が必要なため、前処理としての化学的凝集および凝結は一般的に使用されず、残りの浮遊固形物はシステムの後続の段階で削減されます。ただし、凝集および凝結は、コンパクトな処理プラント（「パッケージ処理プラント」とも呼ばれる）の構築、または処理水のさらなる浄化に使用できます。[ 8 ]
「二次沈殿槽」と呼ばれる沈殿槽は、活性汚泥法、散水ろ床法、回転生物接触槽法などの二次処理方法で生成される生物学的凝集物を除去する。[ 7 ]： 13
鉱山廃水中の浮遊固形物を処理するために使用される方法には、沈殿、フロックブランケットによる清澄化、およびろ過があります。[ 9 ]リオ・ティント・ミネラルズは、沈殿を使用して原鉱石を精製ホウ酸塩に精製しています。鉱石を溶解した後、飽和ホウ酸塩溶液は大きな沈殿槽にポンプで送られます。ホウ酸塩は液体の上に浮上し、岩石と粘土は底に沈殿します。[ 10 ]
他の形状のタンクでも沈殿は発生する可能性があるが、蓄積した固形物の除去は、長方形タンクの場合はコンベアベルト、円形タンクの場合は中心軸を中心に回転するスクレーパーを使用するのが最も容易である。[ 3 ]機械式固形物除去装置は、沈殿した固形物の再懸濁を最小限に抑えるため、可能な限りゆっくりと動く。タンクのサイズは、タンク内での水の滞留時間を最適化するように設計されている。経済性から小型タンクの使用が有利であるが、タンクを通過する流量が高すぎると、ほとんどの粒子は沈殿するのに十分な時間がなく、処理水とともに運ばれてしまう。乱流を最小限に抑え、利用可能なタンク容量全体で効果的な沈殿を促進するために、水の入口および出口速度を低減することにかなりの注意が払われている。 バッフルは、タンク入口での流体速度がタンク内に広がるのを防ぐために使用され、オーバーフロー堰は、タンクから出る液体の流れを表面の広い領域に均一に分散させ、沈殿粒子の再懸濁を最小限に抑えるために使用される。[ 11 ]
チューブ式またはプレート式沈降器は、懸濁粒子が移動する垂直距離を短縮することで沈降能力を高めるために、長方形の清澄槽で一般的に使用されています。チューブ式沈降器には、平行プレート、シェブロン型、ダイヤモンド型、八角形または三角形、円形など、さまざまな形状があります。[ 12 ]高効率チューブ式沈降器は、数インチ（数センチメートル）間隔で配置され、流れの方向に上向きに傾斜した平行チューブ、長方形、または平らな波形プレートのスタックを使用します。この構造により、多数の狭い平行流路が形成され、ストークスの法則でモデル化される均一な層流が促進されます。[ 13 ]これらの構造は、2つの方法で機能します。
45° ～60°の傾斜を持つ構造物 では、蓄積した固形物の重力排水が可能になる場合があるが、傾斜角度が浅い場合は、通常、定期的な排水と清掃が必要となる。チューブセトラーでは、より小型の清澄器を使用でき、滞留時間が10分未満でより細かい粒子を分離できる場合がある。[ 13 ]通常、このような構造物は、特にコロイド状物質を含む処理が困難な水に使用される。
チューブセトラーは微粒子を捕捉し、より大きな粒子がより均一に清澄器の底に移動するようにします。微粒子はその後、より大きな塊に蓄積され、チューブチャネルを下って滑り落ちます。流出物中の固形物の減少により、設計時に清澄器の設置面積を縮小できます。PVCプラスチック製のチューブは、清澄器の設計改善においてわずかなコストであり、運転速度を2～4倍に増加させる可能性があります。[ 14 ] [ 15 ]
清澄槽の適切な処理を維持および促進するためには、まず腐食性、反応性、重合性成分、または出口水流を汚染する可能性のある物質を除去し、望ましくない副反応、製品の変化、または水処理装置の損傷を回避することが重要です。これは、沈殿物の蓄積の程度を確認するための定期的な検査、および時間の経過とともに蓄積した可能性のある摩耗、ゴミ、雑草、または破片を除去するための清澄槽の静止ゾーン、入口および出口エリアの頻繁な清掃によって行われます。[ 16 ]
沈殿槽に流入する水は、流入流速を低下させるように制御する必要があります。流速を低下させることで、沈殿槽内での水力学的滞留時間を最大化し、過度の乱流や混合を回避できるため、懸濁粒子の効果的な沈降が促進されます。沈殿槽内での過剰な混合をさらに抑制し、粒子が沈降するための滞留時間を長くするために、流入水は沈殿槽内の沈殿ゾーンの断面全体に均等に分配され、沈殿ゾーンの容積は容量の37.7%に維持されます。
各沈殿槽の底部に沈殿した粒子から形成される汚泥は、長期間放置されると粘着性になり、除去が困難になる場合があります。この汚泥の形成は嫌気性状態を促進し、細菌の増殖に適した環境を作り出します。これにより、ガスによる粒子の再懸濁や溶解した栄養素の水中への放出が起こり、沈殿槽の効率が低下します。また、浄水システムの下流で重大な健康問題が発生する可能性があり、沈殿槽の下流に生息する魚の健康状態が悪化する恐れもあります。
分離対象となる物質の特性に応じて、清澄装置の性能を向上させるための改良や変更が加えられてきた。
沈殿槽での分離を促進するために凝集剤を添加することは一般的ですが、凝集剤濃縮液の密度差により、処理水中の凝集剤濃度が過剰になる場合があります。沈殿槽内の流れに垂直な中間拡散壁を設置することで、凝集剤濃度の均一性を向上させ、凝集剤の添加量を減らすことができます。[ 17 ]
沈殿槽内の固体粒子に作用する主な力は、重力と粒子間の相互作用の2つです。流れが不均一になると、乱流や水力学的不安定性、さらには流れの短絡が発生する可能性があります。最新の沈殿槽では、穴あきバッフル壁を設置することで、槽全体に均一な流れが促進されます。長方形の沈殿槽は、高効率かつ低ランニングコストで一般的に使用されています。これらの沈殿槽の改良は、槽を長くしたり狭めたりすることで流れを安定させるために行われました。