JP2008119643A - 重力濃縮タンク - Google Patents

Abstract

【課題】掻寄レーキを回転駆動する駆動部の負荷を抑えつつ、槽底部に沈殿した汚泥に付着した気泡を効率よく汚泥から分離することが可能な重力濃縮タンクを提供する。
【解決手段】重力濃縮タンク１は、円形槽３と、この円形槽３の中心部において上下方向に延在して設けられるシャフト４と、このシャフト４を回転方向αに回転駆動する駆動部５と、円形槽３の底部においてシャフト４に固定される掻寄レーキ６と、掻寄レーキ６の回転方向α後方に設けられる回転体８とを備えている。そして、回転体８は、シャフト４の径方向に延在すると共に、掻寄レーキ６の回転方向α後方側において上下方向に揺動自在に支持される一対のアーム部により回転自在に支持されることにより、回転体８が円形槽３の底部を回転移動することで、円形槽３の底部の広い範囲で汚泥が掻き回される。
【選択図】図１

Description

本発明は、槽底部で回転して汚泥を掻き寄せる掻寄レーキを備えた重力濃縮タンクに関する。

下水道等の終末処理場では、最初沈殿池等で発生した汚泥の処理設備として、重力によって汚泥を沈降・濃縮する重力濃縮タンクが用いられている。このような重力濃縮タンクにおいては、一般に、重力濃縮タンクの円形槽内に流入した汚泥は、タンク下方に沈降していき（沈降域）、円形槽の底部において自重による圧密によって沈降圧縮する（圧密域）。そして、円形槽の底部には、固形物濃度の高い汚泥が沈殿し、分離された上澄液は、円形槽の上部に設けられている越流堰から越流水として外部に排出される（清澄域）。

ところで、水温が上昇する夏場などにおいては、円形槽内での汚泥滞留時間が長くなると、汚泥の腐敗が進んでメタンガス、窒素ガスといったガスが汚泥から発生する。これらのガスは、気泡となって汚泥に付着し、汚泥が浮上する逆転浮上現象が発生する。その結果、汚泥の浮上により越流水のＳＳ(Suspended Solid)濃度が高くなり、冬季にはＳＳ濃度が２５０〜５００ｍｇ／Ｌであるところ、夏季にはＳＳ濃度が７，５００ｍｇ／Ｌもの値になることがある。

そこで、従来から、円形槽の底部で回転しながら円形槽の底部に沈殿した汚泥を掻き寄せる掻寄レーキに複数のピケットフェンスを設けることで、汚泥から気泡を分離させて汚泥の浮上を抑制することが知られている（例えば、非特許文献１）。
下水道汚泥処理プロセスの管理指針（案）建設省都市局下水道部

しかしながら、ピケットフェンスは掻寄レーキから上方に延びるように設けられるため、沈降域にある汚泥はピケットフェンスにより気泡が分離されるが、圧密域にある槽底部に沈殿した汚泥はピケットフェンスでも十分に気泡が分離されない。このため、従来の重力濃縮タンクでは、円形槽の底部に沈殿した汚泥から気泡を十分に分離させるために、掻寄レーキを高速で回転させる必要があり、掻寄レーキを回転駆動する駆動部の負荷が大きくなるという問題があった。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、掻寄レーキを回転駆動する駆動部の負荷を抑えつつ、槽底部に沈殿した汚泥に付着した気泡を効率よく汚泥から分離することが可能な重力濃縮タンクを提供することを目的とする。

本発明に係る重力濃縮タンクは、槽の中心部において上下方向に延在して設けられるシャフトと、シャフトを回転駆動する駆動部と、シャフトに一端が固定されてシャフトの径方向に延在する掻寄レーキと、掻寄レーキに対して支持されるアーム部と、シャフトの径方向に延在し、アーム部に対して軸周り方向に回転自在に支持される回転体と、を有することを特徴とする。

本発明に係る重力濃縮タンクでは、掻寄レーキの回転により、回転体は掻寄レーキに引っ張られて回転しながら槽底部を回転移動する。そして、回転体はシャフトの径方向に延在すると共に槽底部に沈んでいるため、回転体が槽底部を回転移動することで、槽底部の広い範囲で汚泥が掻き回され、掻寄レーキを高速で回転させなくても槽底部に沈殿した汚泥を効果的に掻き回すことができ、駆動部に過大な負荷をかけることなく、槽底部に沈殿した汚泥に付着した気泡を効果的に汚泥から分離することができる。このため、汚泥の浮上を抑制することができ、更に越流水のＳＳ濃度の上昇を抑制することができる。

ここで、上記回転体は、シャフトの径方向内側の径に対してシャフトの径方向外側の径が大とされた円錐台形状に形成されていることが好ましく、更に、上記回転体は、シャフトの回転中心が頂点となる円錐台形状に形成されていることが好ましい。この重力濃縮タンクによれば、径が小さい回転体の側面は転動軌跡が短く、径が大きい回転体の側面は転動軌跡が長くなるため、回転体が槽底部を回転すると、回転体の転動軌跡は槽底部の中央又は槽底部の中央付近を中心としたドーナツ状となり、回転体の転動軌跡と槽底部の形状がほぼ同じになる。このため、回転体が掻寄レーキに引っ張られる際に回転体が槽底部に対して引きずられるのを抑えることができ、駆動部の負荷を更に低減することができる。

また、上記回転体は、網状に形成されていることが好ましい。この重力濃縮タンクによれば、汚泥が回転体の内部に入り込んで回転体が汚泥中に埋まりやすくなると共に、汚泥の中で回転体が汚泥を切るように掻き回すことができるため、汚泥を効果的に掻き回すことができ、掻寄レーキを低速で回転させても、汚泥から気泡をより効果的に分離させることができる。

また、上記回転体は、アーム部に回転自在に支持される回転軸と、回転軸から放射状に延びるブラシ部と、により形成されていることが好ましい。この重力濃縮タンクによれば、回転体のブラシが汚泥に差し込まれて回転体が汚泥中に埋まりやすくなると共に、汚泥を切るように掻き回すことができるため、効果的に汚泥を掻き回すことができ、掻寄レーキを低速で回転させても、汚泥から気泡をより効果的に分離させることができる。

また、上記回転体は、シャフトの径方向に沿って２以上に分割されていることが好ましい。この重力濃縮タンクによれば、回転体を２以上に分割することで、回転体を小型化及び軽量化を図ることができ、例えば、回転体を槽底部に引きずられないようにする場合でも、シャフトの径方向外側の径をそれ程大きくしなくてもよくなるため、回転体の更なる小型化及び軽量化を図ることができ、駆動部の負荷を更に軽減することができる。

このように本発明にかかる重力濃縮タンクよれば、掻寄レーキを回転駆動する駆動部の負荷を抑えつつ、槽底部に沈殿した汚泥に付着した気泡を効率よく汚泥から分離することが可能となり、越流水におけるＳＳ濃度の上昇を抑えることができる。

以下、本発明による重力濃縮タンクの好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係る重力濃縮タンク１を示す縦断面図、図２は、重力濃縮タンク１を示す上面図、図３は、掻寄レーキと回転体との関係を示す図、図４は、回転体を示す上面図である。なお、全図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。

図１及び図２に示すように、第１の実施形態にかかる重力濃縮タンク１は、投入される被処理水２から汚泥を沈殿させることで、汚泥と上澄液とに分離するものである。そのため、重力濃縮タンク１は、被処理水２が投入される円形槽３と、この円形槽３の中心部において上下方向に延在して設けられるシャフト４と、このシャフト４を回転方向αに回転駆動する駆動部５と、円形槽３の底部においてシャフト４に固定される掻寄レーキ６と、掻寄レーキ６の回転方向α前方側に立設されて上方に延びる複数のピケットフェンス７と、掻寄レーキ６の回転方向α後方に設けられる回転体８とを備えている。

円形槽３は被処理水２が投入される槽であり、例えば、直径が１５，７００ｍｍの円形横断面状に形成されている。円形槽３の内壁面上部には、内周面に沿って内側に越流堰１０が設けられ、この越流堰１０より外側に、越流堰１０を越えて流入した上澄液である越流水を円形槽３の外部に排出するための流出樋１１が設けられている。また円形槽３の底部中心部には、沈殿した汚泥を溜めて円形槽３の外部に排出するための汚泥ピット１２が設けられている。なお、円形槽３の底部は、沈殿した汚泥が汚泥ピット１２に集まるように、中心に向けて下方に窄まる逆円錐状に形成されている。

駆動部５は、円形槽３の上方において図示しない固定手段によって固定されており、シャフト４を回転方向αに回転駆動して、掻寄レーキ６を回転方向αに回転させる。なお、駆動部５は、例えば、回転数０．０６ｒｐｍで回転し、掻寄レーキ６を周速度２．９ｍ／ｍｉｎで回転させる。

掻寄レーキ６は、円形槽３の底部を回転して汚泥を掻き寄せるものであり、シャフト４に一端が固定されて円形槽３の径方向に延在されている。なお、掻寄レーキ６は、シャフト４に一端が固定されて円形槽３の径方向に延在される支持部６ａと、この支持部６ａから下方に延びる支柱６ｂにより構成されており、掻寄レーキ６の下端は、例えば円形槽３の底部から上方に２５０ｍｍの位置に設けられている。図３に示すように、掻寄レーキ６の下部には、円形槽３の底部に沈殿した汚泥を掻き寄せて汚泥ピット１２に集めるための汚泥掻寄板１３が設けられている。

ピケットフェンス７は、沈降域にある汚泥から気泡を分離すると共に、気泡を上方に導いて浮上させるものであり、互いに離間した位置で掻寄レーキ６の回転方向α前方側に複数立設されている。このピケットフェンス７は、鋼材等によって棒状に形成されており、例えば、円形槽３の水面下２ｍ程度の高さになるように設けられている。

回転体８は、圧密域から沈降域において、円形槽３の底部に堆積した汚泥から気泡を分離するためのものであり、回転軸１４と、この回転軸１４を軸として回転する本体部１５とにより構成される。回転体８の回転軸１４は、掻寄レーキ６の回転方向α後方側において上下方向に揺動自在に支持される一対のアーム部９により回転自在に支持されている。このアーム部９は、鋼材などにより形成されるが、例えば紐などによって形成されても良い。

回転体８の本体部１５は、図４に示すように、シャフト４の径方向内側（円形槽３中心側）の径βに対してシャフト４の径方向外側（円形槽３周辺側）の径γが大であって、頂点がシャフト４の回転中心に位置する円錐台形状に形成されている。そして、本体部１５は、汚泥が本体部１５の内外を通り抜けできるように、線状部材１６が格子状に編み込まれた網状に形成されており、本体部１５内外を行き来できる隙間が形成されている。なお、回転体８の径は、例えば、３００〜１０００ｍｍの範囲で、シャフトの径方向内側の径と、シャフトの径方向外側の径とが適宜設定される。

続いて、重力濃縮タンク１の動作について説明する。

重力濃縮タンク１では、円形槽３内に被処理水２が投入されると、この被処理水２は沈降する汚泥と上澄液に分離される。この上澄液は越流堰１０を越えて流出樋１１に流れ込み、越流水となって円形槽３外に排出される。一方、沈降する汚泥は、円形槽３の底部（圧密域）において自重による圧密によって圧縮され、固形物濃度の高い汚泥が沈殿される。そのため、円形槽３の下方ほどＳＳ濃度のより高い汚泥が貯留される。水温が上昇すると、ＳＳ濃度のより高い汚泥はより腐敗が進んでガスが発生し、このガスによって汚泥に気泡が付着して、汚泥に気泡の浮力が生ずる。

ところで、円形槽３の底部に汚泥が沈殿されていないときに回転体８を設置すると、回転体８はそのまま重力によって円形槽３の底部まで沈降し、円形槽３の底部に汚泥が沈殿されているときに回転体を設置すると、回転体８は、本体部１５の線状部材１６により形成される隙間から汚泥が回転体８の内部に進入しながら汚泥に本体部１５が埋まっていき、円形槽３の底部まで沈降する。

この状態において、駆動部５を回転方向αに駆動すると、シャフト４が回転方向αに回転すると共に、シャフト４に固定された掻寄レーキ６が回転方向αに回転する。掻寄レーキ６は、複数のピケットフェンス７を回転させると共に回転体８を引っ張りながら、シャフト４を中心として円形槽３内を回転する。

掻寄レーキ６が回転すると、回転体８は、掻寄レーキ６によって回転方向αに引っ張られ、回転軸１４を軸として回転しながら、円形槽３の底部を移動する。このとき、本体部１５は、本体部１５の線状部材１６で汚泥を掻きながら本体部１５内に取り込むと共に本体部１５外に排出し、汚泥に埋まった状態のまま汚泥を掻き回して汚泥に付着した気泡を分離して上方に浮上させる。

そして、複数のピケットフェンス７は、シャフト４を中心とする同心円筒形状の回転軌跡を描くように、シャフト４を軸として円形槽３内を回転し、沈降域にある汚泥を掻き回しながら、汚泥付着した気泡を分離すると共に、回転体８により分離されて浮上してきた気泡を更に上方に浮上させる。

このようにして気泡が分離された汚泥は、円形槽３の底部で十分に圧密され、汚泥掻寄板１３によって掻き寄せられて汚泥ピット１２に集められ、円形槽３の外部に排出される。

ここで、本実施形態に係る重力濃縮タンク１の比較例として、回転体８が設けられていない重力濃縮タンクを用いて汚泥の浮上状況と越流水のＳＳ濃度を観察した。具体的には、直径１５，７００ｍｍの円形槽３において、水面下２ｍの高さのピケットフェンス７を１０００ｍｍ間隔に設置し、掻寄レーキ６の回転数を０．０６ｒｐｍ、周速度２．９ｍ／ｍｉｎとして、重力濃縮タンクを運転させた。その結果、比較例の重力濃縮タンクでは汚泥の浮上が生じ、越流水のＳＳ濃度が高くなったのに対し、本実施形態に係る重力濃縮タンク１では、汚泥の浮上は殆ど見られず、越流水のＳＳ濃度は５００ｍｇ／Ｌ以下に抑えることができた。

このように、本実施形態に係る重力濃縮タンク１では、掻寄レーキ６の回転により、回転体８は掻寄レーキ６に引っ張られて回転しながら円形槽３の底部を回転移動する。そして、回転体８はシャフト４の径方向に延在すると共に円形槽３の底部に沈んでいるため、回転体８が円形槽３の底部を回転移動することで、円形槽３の底部の広い範囲で汚泥が掻き回され、掻寄レーキ６を高速で回転させなくても円形槽３の底部に沈殿した汚泥を効果的に掻き回すことができ、駆動部５に過大な負荷をかけることなく、円形槽３の底部に沈殿した汚泥に付着した気泡を効果的に汚泥から分離することができる。このため、汚泥の浮上を抑制することができ、更に越流水のＳＳ濃度の上昇を抑制することができる。

また、本実施形態に係る重力濃縮タンク１によれば、回転体８の回転により汚泥から分離された気泡は、回転するピケットフェンス７により、上方に導いて更に浮上させることができるため、汚泥の浮上を抑制することができ、更に越流水のＳＳ濃度の上昇を抑制することができる。

また、本実施形態に係る重力濃縮タンク１によれば、回転体８におけるシャフト４の径方向内側の側面は転動軌跡が短く、シャフト４の径方向外側の側面は転動軌跡が長くなるため、回転体８が円形槽３の底部を回転すると、回転体８の転動軌跡は円形槽３底部の中央又は円形槽３底部の中央付近を中心としたドーナツ上となり、回転体８の転動軌跡と円形槽３の底部の形状がほぼ同じになる。このため、回転体８が掻寄レーキ６に引っ張られる際に回転体８が円形槽３の底部に対して引きずられるのを抑えることができ、駆動部５の負荷を更に低減することができる。

また、本実施形態に係る重力濃縮タンク１によれば、回転体８の本体部１５を網状とすることで、汚泥が回転体８の内部に入り込んで回転体８が汚泥中に埋まりやすくなると共に、汚泥の中で回転体８が汚泥を切るように掻き回すことができるため、汚泥を効果的に掻き回すことができ、掻寄レーキ６を低速で回転させても、汚泥から気泡をより効果的に分離させることができる。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施形態においては、回転体８の本体部１５を網状のものとして説明したが、必ずしも網状に限られず、汚泥を掻き回すことができれば如何なる形状のものであってもよく、例えば、図５に示す回転体１７ように、回転軸１４から放射状（回転体８の径方向）に延びるブラシ状のブラシ部１８が設けられたものでもよい。この回転体１７を用いた重力濃縮タンクによれば、回転体１７のブラシ部１８が汚泥に差し込まれて回転体１７が汚泥中に埋まりやすくなると共に、汚泥を切るように掻き回すことができるため、効果的に汚泥を掻き回すことができる。

また、上記実施形態においては、回転体８は１個のものとして説明したが、図６に示す重力濃縮タンク２０ように、円形槽３の径方向に対して２つに分割した回転体８ａ，８ｂを用いたものや、更に多く分割して３以上の回転体を用いても良い。円形槽３の底部に引きずられない円錐台形状に形成するためには、回転体８を１個で形成すると、シャフト４の径方向外側の径γが相当大きくなってしまうが、重力濃縮タンク２０の回転体８ａ，８ｂのように回転体を２以上に分割することで、それぞれの回転体におけるシャフト４の径方向外側の径γを小さくすることができるため、回転体の更なる小型化及び軽量化を図ることができ、駆動部５の負荷を更に軽減することができる。

また、上記実施形態においては、回転体８を円錐台形状のものとして説明したが、回転体８の形状は特に限定されるものではなく、例えば回転体を球状に形成し、１個又は複数個の回転体を掻寄レーキ６で支持してもよい。

また、上記実施形態においては、回転体８が掻寄レーキ６に対して上下方向に揺動自在に支持されるように説明したが、回転体８は如何なる手段で支持されてもよく、例えば、掻寄レーキ６に固定された弾性体のアームで回転体８を支持し、このアームの弾性により回転体を揺動させてもよい。

実施形態に係る重力濃縮タンクを示す縦断面図である。 重力濃縮タンクを示す上面図である。 掻寄レーキと回転体との関係を示す図である。 回転体を示す上面図である。 本発明に係る他の回転体を用いた重力濃縮タンクを示す上面図である。 本発明に係る他の回転体を示す縦断面図である。

符号の説明

１，２０…重力濃縮タンク、３…円形槽、４…シャフト、５…駆動部、６…掻寄レーキ、８，１７…回転体、９…アーム部、１４…回転軸、１８…ブラシ部。

Claims (6)

1. 槽の中心部において上下方向に延在して設けられるシャフトと、
   前記シャフトを回転駆動する駆動部と、
   前記シャフトに一端が固定されて前記シャフトの径方向に延在する掻寄レーキと、
   前記掻寄レーキに対して支持されるアーム部と、
   前記シャフトの径方向に延在し、前記アーム部に対して軸周り方向に回転自在に支持される回転体と、を有することを特徴とする重力濃縮タンク。
2. 前記回転体は、前記シャフトの径方向内側の径に対して前記シャフトの径方向外側の径が大とされた円錐台形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の重力濃縮タンク。
3. 前記回転体は、前記シャフトの回転中心が頂点となる円錐台形状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の重力濃縮タンク。
4. 前記回転体は、網状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の重力濃縮タンク。
5. 前記回転体は、前記アーム部に回転自在に支持される回転軸と、前記回転軸から放射状に延びるブラシ部と、により形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の重力濃縮タンク。
6. 前記回転体は、前記シャフトの径方向に沿って２以上に分割されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の重力濃縮タンク。
   

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