JP2007069179A - トルネード式凝集沈澱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 汚泥を含む原水に凝集剤を混入し、これに渦流，乱流を与え、重力と遠心力を作用させて原水の凝集沈澱作用を行い浄水と汚泥を分離し、夫々排出するようにしたトルネード式凝集沈澱装置を提供する。
【解決手段】 原水４は凝集剤投入部３から凝集剤を混入された状態で沈澱槽１の外周に螺旋状に巻回されているトルネード管２内に導入され、凝集された原水は沈澱槽１内に入り、渦流，乱流状態で凝集沈澱が効果的に行われる。原水は上昇し上部の処理水排水管６より排水され、汚泥は沈澱されて汚泥排出部８より排出される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、各所から排出される汚泥原水を浄化して排水する装置に係り、特に、沈澱槽の外壁又は内壁に沿って螺線状に巻回されるトルネード管を用い、トルネード管内で原水を凝集し、これを沈澱槽内に導入して導入水の汚泥を分離して沈澱させ浄水を形成して排水するトルネード式凝集沈澱装置に関する。

凝集沈澱装置としては各種のものがあり、その形式としては、水平流形式や接触形式のものがある。接触形式のものとしてはスラリー循環型凝集沈澱装置（アクセレータ）やスラリープランケット型凝集沈澱装置や脈動型凝集沈澱装置（パルセーター）等が挙げられる。
これ等は夫々特徴を有するものであるが、凝集剤を原水に入れてこれを螺旋状に長く巻回されたトルネード管内で撹拌して乱流を生じさせた後に沈澱槽内に導入して渦流と生じさせて汚泥を分離沈澱させる所謂トルネード式の装置が凝集沈澱装置としては最も効果的なものである。このトルネード式の浄化装置としては、「特許文献１」が挙げられるが、本発明とはかなり相異するものである。
特開２００３−１７５４３７号（図１）

一般に川の浄化作用は、上流においては石岩の多い激流が続き、その後には深い澱みのある筒所があり、この状態が交互に繰り返され、大河に流れ込み、海に至る過程により行われる。激流部においては、石，岩，砂利などに常に接触し、バクテリアによる汚れの分解作用、又乱流による空気の巻込みによる溶存酸素量の増加による凝縮作用を起こしながら流れて、澱みで沈澱作用による浄化が行われる。
大河に流れ込んでからは、マコモ，葦，水草等の植物連鎖により、リン，窒素，鉄等のイオン吸収浄化が行われ、河底の活性汚泥によるバクテリア活動で水が浄化される。この現象を人工的に考えると、円周等を利用したトルネード方式が最適ではないかと思われる。円周でなく角型の場合も流れる距離の点から考えると間違いではないが、円周の場合、円の外側を流れる水は、外側に向かい重力が働き常に乱れて流れる性質があり、内側の流れと入替わる作用が働く。水の流れを速くし乱流を作り出すと外側と内側が常に回転するような状態となり、撹拌作用が働きながら流れるため浄化作用がより効率的に行われる。
一般的にせせらぎは、３０ｍ流れると水が浄化するといわれる。自然の摂理から考えれば４０ｍ程度の流れを作れば、ある程度汚れた水も浄化できるのではないかと思われる。
即ち、自然の河川に近い形態の汚水処理路を形成することにより人工川による汚水浄化が可能になる。この人工川の形態として、トルネード作用（龍巻作用）を用い、これに乱流作用を加え、更に各種濾材により汚水吸着処理を行う人工川が汚水処理に最も効果的であり、更にトルネード式管を用いることによりコンパクトにまとめられ、かつ長い流路を形成することが可能である。

本発明は、以上の事情に鑑みて発明されたものであり、全体としてコンパクトにまとめられ、原水の乱流と渦流を与えながら凝集，沈澱分離を行わせて自然川に近い処水処理を可能とし、汚水の効果的浄化と汚泥の排出を行うトルネード式凝集沈澱装置を提供することを目的とする。

本発明は、以上の目的を達成するために、請求項１の発明は、筒状の沈澱槽と、この外壁又は内壁に沿って螺線状に巻回されるトルネード管と、該トルネード管の入口側に配置され導入される原水に凝集剤を投入する凝集剤投入部と、前記トルネード管の出口側に連結され、前記沈澱槽内に導入される導水管と、前記沈澱槽の底側に連結される汚泥排出部を有することを特徴とする。

また、請求項２の発明は、前記トルネード管の巻回されている前記沈澱槽の外面及び／又は内面には磁石が配置されることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、前記トルネード管が、入口側から出口側に向かって拡寸するものからなることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、前記トルネード管が、銅パイプからなることを特徴とする。

また、請求項５の発明は、前記トルネード管が、角型の樋状のものからなることを特徴とする。

本発明の請求項１のトルネード式凝集沈澱装置によれば、原水は凝集剤を注入され、沈澱槽廻りで旋回を伴いながら接線水流を利用して回転乱流となり、混合撹拌を促進し、かつ凝集作用を進行させ、沈澱槽の底部から槽内に入り、渦流として導入され、汚水と浄水を分離し、分離された汚泥を下方に沈澱させて除去し、上昇した浄水を槽の上部から処理水として流出する作用が行われる。以上のように混合，撹拌，凝集沈澱を同時に行うことにより処理水（浄水）を効率的に形成することができる。また、槽の外面又は内面にトルネード管を巻回し、トルネード管の全長を長くとることができると共に槽全体の大きさを比較的小さく形成することができ、全体としてコンパクトにまとめることができる。即ち、薬注後凝集するまでの反応時間が必要となるが、トルネード式凝集装置においては槽の外側を水流が流れるので円形であれば直径の３．１４倍の距離になり、流れる距離に関しては非常に効率的であり、全体的な距離及び流速に関しては、高さに対する段数、仕切り材の間隔、パイプの口径等により如何ようにも対処出来る利点がある。また、流過距離が長くなることにより水流溝内で凝集反応が行われるため、沈澱槽入り口で凝集分離が始まるため、分離効率が非常によく、短時間で沈澱するためタンク容量が小さくてよく処理容量に対して効率的である。

また、本発明の請求項２のトルネード式凝集沈澱装置によれば、沈澱槽の外面及び／又は内面に磁石を配置することにより活性化，イオン化が促進され凝集，沈澱効果を一層上げることができる。

また、本発明の請求項３のトルネード式凝集沈澱装置によれば、トルネード管が入口側から出口側に向かって拡寸するための混合撹拌されている凝集水の流速を管内において低速にすることができ、緩やかに減速下降するため凝集作用がより効果的に行われる。

また、本発明の請求項４のトルネード式凝集沈澱装置によれば、銅パイプを用いることにより、銅イオンによる殺菌作用が行われ、殺菌効果を上げることができる。

また、本発明の請求項５のトルネード式凝集沈澱装置によれば、トルネード管は円型の管に限らず、角型の樋状のものでもよく、必要に応じて各種の管を使用することができる。

以下、本発明のトルネード式凝集沈澱装置の実施の形態を図面を参照して詳述する。それに先立ちトルネード式凝集沈澱原理を説明する。トルネード式排水処理装置はティーカップセパレータなどの高速重力沈澱に似ているものであるが、その相違は曲がり管壁に沿った流れ場を作ることにより、ゲルトラー渦（流れ方向に凹の曲率を持つ壁面に沿う流水の境界層内部には遠心力の作用によって流れが不安定化して流れる方向に縦渦の列ができる現象をいう）などの縦渦による渦拡散と閉じ込め作用を利用して効率のよい凝集作用を実現することができる。即ち、撹拌混合されたフロックがゲルトラー渦により閉じ込められて安定に混合され、ティーカップセパレータと同様に粒子サイズ，密度，抗力に応じて一部の粒子は沈澱槽中心付近に蓄積される。このような流れ場では、縦渦が発生すると境界層厚さ、壁面摩擦応力，熱伝達率、更には壁面噴流内の乱流混合が増大するため、効率的に混合沈澱が行われる。沈澱槽上部の円管流入口から円周接線方向に流入する流れ場はレイノルズ数でＲｅ＝２５００〜８０００（乱流）の範囲内で、これは円管内層流から乱流への遷移領域にあたることが知られている。そして、この領域は流れ場の乱流強度の極大値を示す流域でもあるため、高い混合効果が得られる。また、ノズルから沈澱槽入り口近傍では、凹壁面付着噴流になっており、一層の混合促進が期待できる。
即ち、トルネード型排水処理は重力と遠心力の利点を生かした混合分離沈澱装置であり、凹壁面付着噴流，曲がり平板間乱流，ゲルトラー渦などの乱流混合と渦流れを利用して、沈澱槽内にて混合沈澱分離を同時、かつ効率的に行うことができる特徴を有するものである。

図１は本発明のトルネード式凝集沈澱装置の概要構造を示す模式軸断面図である。

トルネード式凝集沈澱装置１００は、大別して筒状の筒状の沈澱槽１と、この外周（又は内周，本実施例では外周）に螺線状に連続して巻回されるトルネード管２と、原水（汚泥を含む水）４に凝集剤を混入させる凝集剤投入部３等とからなる。

沈澱槽１は、本実施例では上面を閉止された円筒体からなり、上方側には原水４を槽内に導入するための原水導入管５と、処理水を排水するための処理水排水管６と、沈澱槽１内で浄化されて乱流化している浄化を整流化するための越流路７が設けられ、下方には分離されて沈澱される汚泥を排出するための汚泥排出部８が設けられている。なお、原水導入管５はトルネード管２に連結し、沈澱槽１の外周においてその接線上に配置される。

トルネード管２は、本実施例では丸パイプ状のものからなり、前記のように沈澱槽１の外周に螺旋状に巻回したものからなり、本実施例では銅材からなるが、勿論これに限定するものではない。なお、トルネード管２は同一内径のパイプを螺旋状に巻回したものでもよいが、図３に示すように、その内径が次第に拡寸するものが望ましい。内径を拡寸することにより、トルネード管２の通過する凝集剤を混在した原水の流速が次第に低下することができ、その結果、凝集がより確実に行われる効果が生ずる。なお、拡寸の程度やトルネード管２の全長は沈澱槽１の容積や投入される原水４の内容等により、実験的及び経験的に定められる。

トルネード管２の下端には導水管９が連結される。この導水管９は沈澱槽１内に配置されるものであり、トルネード管２の原水の進み方向に対して方向を曲げて配置されることが望ましい。これは、導入された原水に渦流及び乱流を生じさせるためである。

凝集剤投入部３は原水４と原水導入管５とを連結する途中に配置され、原水導入管５内に凝集剤を混入させるためのものである。図１では２種類の凝集剤を混入するための凝集剤投入体３ａが設けられているが、勿論これに限定するものでない。また、凝集剤投入体３ａには凝集剤を投入するためのポンプやその投入量を制御するための制御手段等が設けられているが、ここではその内容を省略する。

次に、本実施例のトルネード式凝集沈澱装置１００による汚泥状の原水４の浄化作用を説明する。原水４は凝集剤投入部３から凝集剤が混在された状態で原水導入管５からトルネード管２内に導入される。トルネード管２は螺旋状に巻回された管体からなり、その全長は沈澱槽１の外周の３．１４位×巻数となり、かなり長いものからなる。この長いトルネード管２内で導入された原水は重力と遠心力を受けながら図２に示すように渦流状に流れ、凝集剤との混入が確実に行われる。この状態で原水は沈澱槽１内に導水管９を介して導入されると沈澱槽１内で更に渦流及び乱流状態となり、原水内の汚泥が分離され浄水化が行われる。分離された汚泥は重力により下方に落下し、汚泥排出部８から排出される。一方、分離された浄水は上昇流れの作用により乱流状態で上昇し、頂部の越流路７で整流化されて処理水排水管６から次工程側に排水される。

図４は本発明の他の実施例を示すものである。このものは沈澱槽１の外面及び／又は内面に磁石１０を配置したものである。これにより水の活性化やイオン化が促進され、その凝集，沈澱がより効果的に行われる。

前記実施例ではトルネード管２はまねバイブのものを採用したが、実施例２のトルネード管２ａは図４に示すように角パイプからなり、これを樋状に渦施状に巻回したものからなる。また、図示のように、角パイプの内寸法は下方に行に従って拡寸したものからなる。トルネード管２ａの場合も前記のトルネード管２を採用した場合とほぼ同様な効果が上げられる。トルネード管として丸パイプにするが角パイプにするかは機能上の問題でなく、製造上の都合により適宜設定されるものである。勿論、角パイプ以外の形状のトルネード管であってもよい。また、パイプ内に濾材を入れて汚水を濾過するようにしてもよい。

産業上の利用分野

浄化される原水としては各種のものでよく、例えば、トンネル等の建造物，構造物の洗浄によって生じたものパーキングエリアやサービスエリアから排水されたもの、工場等から排液や沼や湖水における汚泥水等に対しても適用され、その利用範囲は広い。

本発明のトルネード式凝集沈澱装置の全体概要構造を示す模式軸断面図。 図１のトルネード式凝集沈澱装置による浄水作用を説明するための模式図。 拡寸されるトルネード管を示す模式図。 磁石を設けたトルネード式凝集沈澱槽を示す模式図。 角パイプのトルネード管の配管状態及び拡寸状態を示す模式図。

符号の説明

１ 沈澱槽
２ トルネード管（丸パイプ）
２ａ トルネード管（角パイプ）
３ 凝集剤投入部
３ａ 凝集剤投入体
４ 原水
５ 原水導入管
６ 処理水排水管
７ 越流路
８ 汚泥排出部
９ 導水管
１０ 磁石
１００ トルネード式凝集沈澱装置

Claims (5)

1. 筒状の沈澱槽と、この外壁又は内壁に沿って螺線状に巻回されるトルネード管と、該トルネード管の入口側に配置され導入される原水に凝集剤を投入する凝集剤投入部と、前記トルネード管の出口側に連結され、前記沈澱槽内に導入される導水管と、前記沈澱槽の底側に連結される汚泥排出部を有することを特徴とするトルネード式凝集沈澱装置。
2. 前記トルネード管の巻回されている前記沈澱槽の外面及び／又は内面には磁石が配置されることを特徴とする請求項１に記載のトルネード式凝集沈澱装置。
3. 前記トルネード管が、入口側から出口側に向かって拡寸するものからなることを特徴とする請求項１又は２に記載のトルネード式凝集沈澱装置。
4. 前記トルネード管が、銅パイプからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のトルネード式凝集沈澱装置。
5. 前記トルネード管が、角型の樋状のものからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のトルネード式凝集沈澱装置。
   

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