JP2008000697A - 合流式下水の一次処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】雨天時における放流水の汚濁負荷を従来よりも低減でき、晴天時にも確実にろ材充填層を逆洗することができる合流式下水の一次処理方法を提供する。
【解決手段】沈砂池１を通過させた合流式下水の流入水を、浮上ろ材が充填された高速ろ過槽１０に導く。高速ろ過槽１０は流入水量に応じて晴天時は低速で、雨天時はそれよりも高速でろ過し、そのろ過水は晴天時にも雨天時にも後段の反応槽３及び最終沈殿池４で処理したうえで放流される。逆洗は晴天時モードと雨天時モードとを設定しておき、晴天時には雨天時よりもろ材充填層のろ過抵抗が低い段階で、より強力な逆洗を実施する。
【選択図】図１

Description

本発明は、汚水と雨水が合流して下水処理場に流入する合流式下水の一次処理方法に関するものである。

従来の下水処理場は、図５に示すように沈砂池１、最初沈殿池２、反応槽３、最終沈殿池４を備えたものであり、沈砂池１と最初沈殿池２において流入水中の夾雑物やＳＳを分離し、反応槽３では生物反応を利用してＢＯＤを除去し、最終沈殿池４では生物反応により生じたフロック等を沈降分離したうえ、処理水を河川や海に放流している。下水処理場は設計水量Ｑ（晴天時日最大流入水量）を定めており、流入水量がＱ以下の場合には上記した通常の高級処理を行っている。

ところが合流式の下水処理場では、雨天時には雨水の合流によって流入水量が大幅に増加する。このため図５に示すように流入水量のうちＱのみを反応槽３と最終沈殿池４により生物処理し、Ｑを超過し３Ｑまでの部分は沈砂池１、最初沈殿池２を通して簡易処理しただけで放流し、３Ｑ超過分はそのまま放流する方法が採用されていた。しかしこの簡易処理におけるＳＳ除去率は３０％程度に過ぎないため、従来法では雨天時には処理が不十分な大量の下水が河川や海に放流され、水域環境の悪化を招いていた。

そこで特許文献１に示すように、従来の最初沈殿池２の設置スペースに見掛け比重が０．１〜０．４の浮上ろ材を充填した高速ろ過槽を設置し、晴天時にも雨天時にも流入下水をこの高速ろ過槽に導いてＳＳを除去する合流式下水の処理方法が開発されている。この高速ろ過槽は１０００ｍ／日以上のろ過速度においても７０％以上のＳＳ除去率を達成できるため、雨天時における放流水質の改善効果が大きい。ところが大規模な実験設備を作成して実用化試験を重ねた結果、次の２つの問題が明らかになった。

第１に、雨天時にも晴天時と同様に反応槽３と最終沈殿池４はＱのみの水量を処理し、残部は生物処理されずに放流されているため、従来に比較して改善されたものの、なお雨天時における放流水の汚濁負荷は、晴天時に比べてかなり高い。第２に、高速ろ過槽の逆洗は晴天時にも雨天時にも、ろ材充填層のろ過抵抗が設定圧（例えば４ｋＰａ）に達した時に行っていたが、晴天時には雨天時よりも流入水中の微細粒子の比率が高く、ろ材充填層の奥まで侵入して逆洗効果が低下する。従って晴天時にはより効果的な逆洗方法を確立する必要がある。
特開２００３−１３６０８８号公報

本発明は上記した従来の問題点を解決し、雨天時における放流水の汚濁負荷を更に低減でき、晴天時にも確実にろ材充填層を逆洗することができる合流式下水の一次処理方法を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の合流式下水の一次処理方法は、沈砂池を通過させた合流式下水の流入水を、浮上ろ材が充填された高速ろ過槽に晴天時にも雨天時にも導き、流入水量に応じて晴天時は低速で、雨天時はそれよりも高速でろ過し、そのろ過水を晴天時にも雨天時にも後段の反応槽及び最終沈殿池で処理することを特徴とするものである。

なお、高速ろ過槽として、見掛け比重が０．１〜０．４、５０％圧縮硬さが０．１ＭＰａ以上、サイズが４〜１０ｍｍで凹凸のある浮上ろ材を、層厚８００ｍｍ以下で充填した上向流ろ過槽を使用することが好ましく、高速ろ過槽のろ過速度を、晴天時には５００ｍ／日未満、雨天時には５００〜１２００ｍ／日とすることが好ましい。

また、ろ材充填層のろ過抵抗が設定圧に達するか、設定ろ過時間を経過したときに槽下部の高速排水弁を開いて槽上部のろ過水を自然流下させて下向流で浮上ろ材を洗浄するとともに、高速排水弁を開いてから１０〜３０秒後にろ材充填層の下部より空気を導入するパルス空気洗浄を、雨天時には１回、晴天時には２回以上繰り返すことが好ましい。また、ろ過抵抗の設定圧を、晴天時には０．７〜２ｋＰａ、雨天時には３〜１０ｋＰａとすることが好ましい。さらに、高速ろ過槽と並列に傾斜板沈殿池を設置し、高速ろ過槽の処理能力を超過する流入水を簡易処理することが好ましい。

本発明の合流式下水の一次処理方法によれば、合流式下水の流入水を高速ろ過槽に晴天時にも雨天時にも導いて流入水量に応じて晴天時は低速で、雨天時はそれよりも高速でろ過し、そのろ過水を晴天時にも雨天時にも後段の反応槽及び最終沈殿池で処理したうえで放流するので、晴天時には通常の高級処理を行えることはもちろん、雨天時にも高速ろ過槽によるろ過処理と、反応槽及び最終沈殿池での処理とを行うことができる。雨天時における生物処理は水量Ｑを越えており、晴天時と同様の高級処理は行えないが、１Ｑ分の高速ろ過ろ過水については従来通り反応槽の前段から投入し，１Ｑ超過分の高速ろ過ろ過水については反応槽の後段に投入し活性汚泥の吸着作用でＢＯＤを吸着させることにより、高級処理効果をあげることができる。従って雨天時における放流水の汚濁負荷の低減に大きく寄与することができる。

また本発明の合流式下水の一次処理方法によれば、晴天時には雨天時よりもろ過抵抗の設定圧を低くしておき、より早い段階で逆洗を行う。しかもパルス空気洗浄を、雨天時には１回であるが、晴天時には２回以上繰り返す。これによって流入水中の微細粒子の比率が高い晴天時における逆洗を、雨天時と同様に確実に行うことができる。

以下に本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１は本発明の実施形態のフロー図であり、沈砂池１、活性汚泥処理のための反応槽３、最終沈殿池４は従来と同様である。しかし従来の最初沈殿池２の設置スペースに、高速ろ過槽１０と傾斜板沈殿池２０とが並列に設置されている。合流式下水処理場の設計水量（晴天時日最大流入水量）をＱとしたとき、この実施形態では流入水量が３Ｑまでは沈砂池１を通った流入水の全量を高速ろ過槽１０に導き、３Ｑ超過分は傾斜板沈殿池２０に導くようになっている。

高速ろ過槽１０は、図２に示すように分配槽１１と複数のろ過水槽１２を備えたものであり、各ろ過水槽１２の内部に浮上ろ材１３が充填されたろ材充填層１４を形成してある。ろ材充填層１４の層厚は８００ｍｍ以下、より好ましくは６００ｍｍ程度とし、晴天時にも逆洗が容易に行なえるようにしておく。なお、ろ材充填層１４の上面にはスクリーン１５が設置されて浮上ろ材１３の流出を防止している。

浮上ろ材１３としては、見掛け比重が０．１〜０．４、５０％圧縮硬さが０．１ＭＰａ以上、サイズが４〜１０ｍｍの材質のものが用いられる。見掛け比重が０．１未満であると望ましい圧縮強さを得ることができず、０．４を越えると水との比重差が小さくなって流出のおそれがある。５０％圧縮硬さを０．１ＭＰａ以上としたのは、これよりも軟質であると高速ろ過の際に圧密されてＳＳ捕捉能力が低下するためである。さらにサイズが４ｍｍ未満であると相互間の間隙が小さくなって閉塞し易く、１０ｍｍとなってもＳＳ捕捉能力が低下するためである。

このような特性の浮上ろ材１３は、発泡ポリエチレン、発泡ポリスチレン、発泡ポリプロピレンなどにより製造することができる。浮上ろ材１３の形状は、図３に示されるような凹凸のある形状とすることにより、充填時に浮上ろ材１３の相互間に非直線的な間隙が形成され、ＳＳ捕捉効果を高めることができる。

本発明では、流入水の全量を先ず沈砂池１に導いて砂分等を除去したうえ、晴天時にも雨天時にも、３Ｑまでの水量までは高速ろ過槽１０に導く。流入水は図２に示す分配槽１１にて各池毎に設置される各池流入水管２１に分配された後、各々の各池流入配管２１から各ろ過水槽１２の下部に導入され、浮上ろ材１３が充填されたろ材充填層１４を上向流で通過する間に、ＳＳが浮上ろ材１３に捕捉されてろ過される。ろ過水はスクリーン１５の上方に形成された共通ろ過水層１６に入る。なお、ろ材充填層１４の逆洗は各ろ過水槽１２の下部の高速排水弁１７を開き、槽上部の共通ろ過水層１６内のろ過水を自然流下させる方法で行われるが、その詳細は後述する。

合流式下水処理場では、晴天時の流入水量はＱ以下であり、雨天時には流入水量はＱを越え３Ｑに達する。このため、高速ろ過槽１０は流入水量に応じて晴天時は低速で、雨天時はそれよりも高速でろ過を行う。本発明で用いられる高速ろ過槽１０は１０００ｍ／日を越える高速ろ過が可能であり、ろ過速度を晴天時には５００ｍ／日未満、雨天時には５００〜１２００ｍ／日とすることが好ましい。

高速ろ過槽１０のろ過水は共通ろ過水層１６を経由し、その全量が反応槽３、最終沈殿池４に送水される。晴天時には流入水量がＱ以下であるから、反応槽３、最終沈殿池４において通常の高級処理が行われる。また雨天時には反応槽３の本来の処理能力を越える水量が導入されることとなるが、Ｑを越えた分は反応槽３の後部付近から導入することによって、良好な生物処理が行われる。最終沈殿池４から出た処理水は殺菌したうえで放流される。

このように本発明では３Ｑまでの流量については、晴天時にも雨天時にも高速ろ過槽１０でろ過が行われるが、前記したように晴天時には雨天時よりも流入水中の微細粒子の比率が高く、ろ材充填層１４の奥まで侵入して逆洗効果が低下する。従って本発明では晴天時モードと雨天時モードとを区別し、逆洗条件を別に設定しておく。

すなわち、雨天時モードではろ過抵抗の設定圧を３〜１０ｋＰａ（水位差３０〜１００ｃｍ）とするが、晴天時モードでは０．７〜２ｋＰａとより低い値に設定し、ろ材充填層１４のろ過抵抗が低い段階で逆洗を行う。これは晴天時においてはろ過抵抗が３〜１０ｋＰａに達した後に逆洗を行っても、微細なＳＳによる固化が進行しているため、雨天時に比べて均一な逆洗を行いにくいためである。

また高速排水弁１７を開いてから１０〜３０秒後にろ材充填層１４の下部の空気管１８より短時間空気を導入するパルス空気洗浄を行うが、これを雨天時には逆洗ごとに１回行うのに対して、晴天時には逆洗ごとに２回以上繰り返す。これにより微細粒子によって固まったろ材充填層１４をバラバラにし、均一な逆洗が可能となる。逆洗によりろ材充填層１４に捕捉されていたＳＳは下方に放出され、逆洗排水として最初沈殿池を区切って形成された逆洗排水槽１９に取り出される。前記したように浮上ろ材１３は比重が小さいので、ろ材充填層１４の下部に流出防止用のスクリーンを設置しなくても、逆洗時に下方に流出することがない。

なお、時に晴天時モードにおいて流入水量の少ないときには、ろ過抵抗の設定圧を０．７〜２ｋＰａと低く設定してもなかなかその値に到達しない場合がある。このような状態を放置すると微細粒子によるろ材充填層１３の固化が進行するため、ろ材充填層１３のろ過抵抗が設定圧に達しなくても、設定ろ過時間を経過したときには逆洗を開始することが好ましい。

このようにして、本発明によれば晴天時には通常の一次処理と同等性能以上のろ過処理を経て高級処理を行えることはもちろん、雨天時にも高速ろ過槽１０によるろ過処理と、反応槽３及び最終沈殿池４での高級処理とを行うことができ、雨天時における放流水の汚濁負荷の低減に大きく寄与することができる。また晴天時モードでは雨天時モードよりもろ過抵抗の設定圧を低くしておき、より早い段階で逆洗を行い、しかもパルス空気洗浄を晴天時には２回以上繰り返すことによって、流入水中の微細粒子の比率が高い晴天時における逆洗を、雨天時と同様に確実に行うことができる。

なお、この実施形態では３Ｑを越え６Ｑまでの流入水については、傾斜板沈殿池２０による簡易処理を行う。傾斜板沈殿池２０は例えば図４に示すように槽内に多数の傾斜板２１を配置したもので、流入水中のＳＳは傾斜板２１の間隙を上向流で通過する際に傾斜板２１に捕捉され、分離される。必要に応じてこの傾斜板沈殿池２０の前段で凝集剤を添加すれば、より優れたＳＳ除去効果を得ることができる。流入水量が６Ｑを越える場合にはその分はやむを得ず直接放流することとなる。

大阪市内の合流式下水処理場に、ろ過面積が４ｍ^２の高速ろ過槽を設置し、８ヶ月間にわたり実験を行った。浮上ろ材１３は一辺が７.５ｍｍで厚さが４ｍｍの風車型であり、見掛け比重は０.１〜０．４、５０％圧縮硬さが０．１ＭＰａ以上である。充填層厚は６００ｍｍとした。雨天時モードでは自動逆洗を開始するろ過抵抗の設定圧を４ｋＰａ、パルス空気洗浄時間を６０秒間×１回とし、晴天時モードでは自動逆洗を開始するろ過抵抗の設定圧を１ｋＰａ、パルス空気洗浄時間を４０秒間×２回とした。また晴天時モードではタイマーを用い、前回の逆洗から８時間を経過すると、ろ過抵抗の設定圧が１ｋＰａに達しなくても逆洗を行うようにした。

高速ろ過槽のろ過速度の最大値を、晴天時には５００ｍ／日、雨天時には１２００ｍ／日と設定し、合流式下水の処理を行った。実験中、雨天時において流入水のＳＳ濃度が１４００ｍｇ/Ｌに達したときにもろ過水のＳＳ濃度は２００ｍｇ/Ｌ以下に維持され、雨天時において流入水のＢＯＤ濃度が５００ｍｇ/Ｌに達したときにもろ過水のＢＯＤ濃度は１５０ｍｇ/Ｌ以下に維持されていた。また晴天時においても自動逆洗は良好に行われた。

本発明の実施形態を示すフロー図である。 高速ろ過槽の断面図である。 浮上ろ材を示す平面図である。 傾斜板沈殿池を示す断面図である。 従来法を示すフロー図である。

符号の説明

１ 沈砂池
２ 最初沈殿池
３ 反応槽
４ 最終沈殿池
１０ 高速ろ過槽
１１ 分配槽
１２ ろ過水槽
１３ 浮上ろ材
１４ ろ材充填層
１５ スクリーン
１６ 共通ろ過水槽
１７ 高速排水弁
１８ 空気管
１９ 逆洗排水槽
２０ 傾斜板沈殿池
２１ 各池流入水管

Claims (5)

1. 沈砂池を通過させた合流式下水の流入水を、浮上ろ材が充填された高速ろ過槽に晴天時にも雨天時にも導き、流入水量に応じて晴天時は低速で、雨天時はそれよりも高速でろ過し、そのろ過水を晴天時にも雨天時にも後段の反応槽へ送水することを特徴とする合流式下水の一次処理方法。
2. 高速ろ過槽として、見掛け比重が０．１〜０．４、５０％圧縮硬さが０．１ＭＰａ以上、サイズが４〜１０ｍｍで凹凸のある浮上ろ材を、層厚８００ｍｍ以下で充填した上向流ろ過槽を使用することを特徴とする請求項１記載の合流式下水の一次処理方法。
3. 高速ろ過槽のろ過速度を、晴天時には５００ｍ／日未満、雨天時には５００〜１２００ｍ／日とすることを特徴とする請求項１記載の合流式下水の一次処理方法。
4. ろ材充填層のろ過抵抗が設定圧に達するか、設定ろ過時間を経過したときに槽下部の高速排水弁を開いて槽上部のろ過水を自然流下させて下向流で浮上ろ材を洗浄するとともに、高速排水弁を開いてから１０〜３０秒後にろ材充填層の下部より空気を導入するパルス空気洗浄を、雨天時には１回、晴天時には２回以上繰り返すことを特徴とする請求項１記載の合流式下水の一次処理方法。
5. ろ過抵抗の設定圧を、晴天時には０．７〜２ｋＰａ、雨天時には３〜１０ｋＰａとしたことを特徴とする請求項４記載の合流式下水の一次処理方法。
   

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