JP2010284610A

JP2010284610A - 反応槽の整流機構及び反応槽

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Publication number: JP2010284610A
Application number: JP2009141885A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Usui; 一行臼井; Yoshio Kitagawa; 北川　　義雄; Jiro Ino; 二郎伊能
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2009-06-15
Filing date: 2009-06-15
Publication date: 2010-12-24

Abstract

【課題】簡単な構成でありながら撹拌機構の撹拌動力密度を低減でき、効率よく処理流体を循環させることができる反応槽の整流機構を提供する。
【解決手段】
反応槽１０の縦壁１２と底面１３との境界部には、処理流体Ｆの流れを水平方向Ｈから垂直方向Ｕへ案内する傾斜案内面３１が形成されている反応槽１０の整流機構３０を備える。整流機構３０は、コンクリートやモルタルによって、傾斜案内面３１が底面１３に対して４０度から６０度の範囲の傾斜角θを有する平面に形成される。
【選択図】図１

Description

槽内で処理流体を循環させる撹拌機構が装着可能な反応槽の整流機構。

従来、下水処理場、浄水場、排水処理場等の水処理施設には反応槽が備えられている。例えば、下水処理場においては、処理流体である汚水中の窒素，リン等の栄養塩類の除去やバルキング対策のために、嫌気槽のような反応槽を設けることがある。また、排水処理場においては、微生物処理のための反応槽を設けることがある。

特許文献１には、図１０（ａ）に示すように、最初沈殿池７０、嫌気処理用の反応槽８０、好気処理用の反応槽７２、最終沈殿池７４の順に処理流体である下水を流通させて生物処理する下水処理装置が開示されている。

このような反応槽８０には、図１０（ｂ）に示すように、嫌気槽８０に貯留された処理流体Ｆを対流させ反応効率を上昇させるために撹拌機構９０が装着されている。

撹拌機構９０は、電動機９１と、電動機９１の出力軸に接続された減速機構９２と、減速機構９２の出力軸にカップリングを介して接続された回転軸９３の先端に接続された羽根車９４とを備えて構成され、嫌気槽８０の天井８１に台座９５を介して電動機９１及び減速機構９２が据え付けられている。このような撹拌機構９０の羽根車９４が回転すると、羽根車９４近傍の処理流体Ｆに下向流Ｄが発生する。下向流Ｄは底面で水平方向流Ｈとなり、縦壁８２で垂直方向流Ｕとなり反応槽８０内で処理流体Ｆが循環するように構成されている。

特開２００５−２６２１４０号公報

このような、反応槽８０の縦壁８２と底面８３の境界部８５の近傍では、処理流体が撹拌されずに滞留しやすく、活性汚泥が沈殿しやすくなっている。

しかし、撹拌機構９０は、反応槽８０内の活性汚泥を沈殿させないように所定の流速（例えば、底面から０．１ｍの高さでの流速０．１ｍ／ｓ）を満足する性能が要求された場合、反応槽８０の縦壁８２と底面８３の境界部８５の近傍でも、前記所定の流速を満足できるように、撹拌機構９０の電動機９１の動力を上げる必要がある。

例えば、図１１（ａ）に示すように、縦壁から２００ｍｍ程度離間した位置の流速は、撹拌機構の電動機の回転数が小であるときは、底面側及び水面側のような撹拌され難い箇所の流速は０．１ｍ／ｓより小さくなるため、回転数を大にして、前記流速が０．１ｍ／ｓ以上となるようにしていた。

このとき、図１１（ｂ）に示すように、縦壁から６００ｍｍ程度離間した位置の流速は、回転数が大であるときはもちろん回転数が小であっても、底面側及び水面側のような撹拌され難い箇所の流速が０．１ｍ／ｓ以上を確保できている。

このような撹拌機構を設置する場合、撹拌され難い箇所でも所定の流速を確保できるように撹拌動力密度（＝撹拌機構の所要動力／反応槽の貯留量）を決めているため、撹拌され難い箇所でも所定の流速を確保するために、撹拌機構の動力を大きくする必要があり、撹拌機構が大型化し無駄なイニシャルコストが生じるばかりか、撹拌され難い箇所と撹拌され易い箇所の流速にむらがあり、必要以上に流れが速い部分が生じていた。その結果、反応槽内全体でみれば必要以上の動力で撹拌を行っていることとなっていた。

本発明の目的は、上述した問題に鑑み、簡単な構成でありながら撹拌機構の撹拌動力密度を低減でき、効率よく処理流体を循環させることができる反応槽の整流機構を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による反応槽の整流機構の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、槽内で処理流体を循環させる撹拌機構が装着可能な反応槽の整流機構であって、反応槽の縦壁と底面との境界部に、処理流体の流れを水平方向から垂直方向へ、または垂直方向から水平方向へ案内する傾斜案内面が形成されている点にある。

上述の構成によれば、整流機構を備えることで、処理流体の流速が低下しやすい反応槽の縦壁と底面との境界部に形成された傾斜案内面により、撹拌機構が処理流体に下向流を発生させる場合は前記境界部での処理流体の流れを水平方向から垂直方向へ、処理流体に上向流を発生させる場合は前記境界部での処理流体の流れを垂直方向から水平方向へと円滑に案内することができる。よって、同じ流速を与えるために必要な撹拌動力密度を低減できるのでイニシャルコスト及びランニングコストが低減できる。また、撹拌され易い箇所と、撹拌され難い箇所の流速差を低減できるので、撹拌効率を向上することができる。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、傾斜案内面が、底面と縦壁にシール部材を介して固定された帯状の板体で構成されている点にある。

上述の構成によれば、整流機構は予め工場等で製作された帯状の板体を反応槽に持ち込んで、底面と縦壁にシール部材を介して固定するように構成できるため、板体と底面と縦壁の間に形成される空間に処理流体が侵入して腐食するような虞を低減でき、さらに、コンクリートやモルタルのような養生期間が不要となるため、施工期間を短縮できる。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二特徴構成に加えて、傾斜案内面が、底面と縦壁に固定された帯状の板体で構成され、板体と境界部の空隙部に充填材が充填されている点にある。

上述の構成によれば、板体と境界部の空隙部に充填材が充填されているので、前記空隙部に処理流体が滞留して腐食するような虞を確実に回避できる。

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述した第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、傾斜案内面が底面に対して４０度から６０度の範囲の傾斜角を有する平面に形成されている点にある。

上述の構成によれば、傾斜案内面が底面に対して４０度から６０度の範囲の傾斜角を有する平面で形成されていることで、処理流体の流れを水平方向から垂直方向へ、または垂直方向から水平方向に円滑に整流することができる。

同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述した第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、傾斜案内面が、凹曲面に形成されている点にある。

上述の構成によれば、撹拌機構が処理流体に下向流を発生させる場合は前記境界部での処理流体の流れを水平方向から垂直方向へ、処理流体に上向流を発生させる場合は前記境界部での処理流体の流れを垂直方向から水平方向へとより円滑に整流することができる。

本発明による反応槽の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項６に記載した通り、槽内で処理流体を循環させる撹拌機構が装着可能な複数の反応槽が隣接して配置され、処理流体が通流可能な開口が形成された仕切り壁と底面との境界部に、上述の第一から第五の何れかの特徴構成を備えた反応槽の整流機構が備えられている点にある。

以上説明した通り、本発明によれば、簡単な構成でありながら撹拌機構の撹拌動力密度を低減でき、効率よく処理流体を循環させることができる反応槽の整流機構を提供することができるようになった。

（ａ）は本発明による整流機構を備えた反応槽の概略図、（ｂ）は本発明による整流機構を備えた反応槽の概略平面図である。（ａ）は本発明による整流機構の概略図、（ｂ）は本発明による整流機構の概略図、（ｃ）は本発明による整流機構の概略図、（ｄ）は本発明による整流機構の概略図である。（ａ）は整流機構がない場合の撹拌動力密度と流速の説明図、（ｂ）は整流機構がある場合の撹拌動力密度と流速の説明図である。別実施形態による整流機構の説明図である。（ａ）は別実施形態による整流機構をシール部材を介して反応槽に固定した概略図、（ｂ）は別実施形態による整流機構が反応槽に固定され充填材が充填された概略図である。別実施形態による整流機構を反応槽の底面の角部に固定した概略図である。（ａ）は別実施形態による整流機構の説明図、（ｂ）は別実施形態による整流機構を反応槽の底面の角部に固定した概略図である。（ａ）は活性汚泥処理の処理フローの概略図、（ｂ）は隣接して配置された反応槽に固定された整流機構の説明図である。（ａ）処理流体が通流可能な開口が形成された仕切り壁と底面との境界部に固定された整流機構の要部の説明図、（ｂ）処理流体が通流可能な開口が形成された仕切り壁と底面との境界部に固定された整流機構の要部の説明図である。（ａ）従来の下水処理場の処理フローの説明図、（ｂ）は従来の反応槽及び撹拌機構の説明図である。（ａ）は従来の反応槽の撹拌機構の回転数と流速の説明図、（ｂ）は従来の反応槽の撹拌機構の回転数と流速の説明図である。

以下に、本発明による反応槽の整流機構を説明する。図１（ａ），（ｂ）に示すように、鉄筋コンクリート製の反応槽１０には、反応槽１０に貯留された処理流体Ｆを循環させる撹拌機構２０が装着され、反応槽１０の縦壁の適当な位置には、処理流体Ｆの流入口及び流出口（図示せず）が形成されている。

撹拌機構２０は、電動機２１と、電動機２１の出力軸に接続された減速機構２２と、減速機構２２の出力軸にカップリングを介して接続された回転軸２３の先端に接続された羽根車２４とを備えて構成され、反応槽１０の天井１１に台板２５を介して電動機２１及び減速機構２２が据え付けられている。このような撹拌機構２０の羽根車２４が回転すると、羽根車２４近傍の処理流体Ｆに下向流Ｄが発生するように構成されている。

さらに、反応槽１０の縦壁１２と底面１３との境界部には、処理流体Ｆの流れを水平方向Ｈから垂直方向Ｕへ案内する傾斜案内面３１が形成されている反応槽１０の整流機構３０が備えられている。

図２（ａ）に示すように、整流機構３０は、コンクリートやモルタルによって、傾斜案内面３１が底面１３に対して４５度の傾斜角θを有する平面に形成されて構成されている。

なお、傾斜案内面３１が底面１３に対してなす傾斜角θは４５度である場合に限られるものではなく、反応槽の形状や、撹拌機構からの距離や、撹拌機構が処理流体に与える流れの方向に応じて、整流効果が良好となる最適な角度を採用すればよい。例えば、図２（ｂ）に示すように、傾斜案内面３１が底面１３に対する傾斜角θが６０度であってもよい。さらに、傾斜案内面３１が底面１３に対する傾斜角θは、反応槽１０の底面の周囲に亘ってすべて等しい角度である必要はなく、４０度から６０度の範囲で任意に設定することが好ましい。傾斜角θが４０度より小さかったり６０度より大きい場合は、処理流体Ｆを良好に整流し難いため、撹拌動力密度を低減し難い。

また、傾斜案内面３１は必ずしも平面に形成される必要はなく、図２（ｃ），（ｄ）に示すように、凹曲面に形成されていてもよい。前記境界部での処理流体の流れを水平方向から垂直方向へ、凹曲面に沿って、より円滑に整流することができる。

このように、整流機構３０は、傾斜案内面３１を形成したい箇所に適宜最適な型枠を設置し、コンクリートやモルタルを流し込んで、固化させた後に型枠を取り外すことで容易に任意の形状の整流機構を形成することができる。

上述のように、同じ反応槽の処理流体が撹拌され難い箇所において、整流機構が備えられている場合と備えられていない場合の撹拌動力密度と流速の関係について説明する。

図３（ａ），（ｂ）は、撹拌動力密度と反応槽の底面から０．１ｍの高さの流速を示したものである。図３（ａ）に示すように、整流機構が備えられていない場合は、底面から０．１ｍの高さの流速が０．１ｍ／ｓ以上を確保するのに必要な撹拌動力密度は１．７Ｗ／ｍ^３であるのに対し、図３（ｂ）に示すように、整流機構が備えられている場合、底面から０．１ｍの高さの流速が０．１ｍ／ｓ以上を確保するのに必要な撹拌動力密度は０．９Ｗ／ｍ^３であった。

このように、整流機構を備えることで、処理流体の流速が低下しやすい反応槽の縦壁と底面との境界部に形成された傾斜案内面により、前記境界部での処理流体の流れを水平方向から垂直方向へと円滑に案内することができる。よって、同じ流速を与えるために必要な撹拌動力密度を低減できるのでイニシャルコスト及びランニングコストが低減できる。また、撹拌され易い箇所と、撹拌され難い箇所の流速差を低減できるので、撹拌効率を向上することができるのである。

さらに整流機構は、上述のようにコンクリートやモルタルによって形成するものに限らず、ＦＲＰやＳＵＳ等の耐腐食性を有する材料により形成された帯状の板体で傾斜案内面を形成する構成であってもよい。

図４に示すように、整流機構４０は、傾斜案内面となる帯状の板体４１と板体４１に連なる固定面４２，４３が一体形成されて構成されている。固定面４２，４３には縦壁と底面に固定するための複数のボルト穴４４が形成されている。

なお、帯状の板体４１は、製作、搬入、据え付け等に不都合がない程度の長さであればよく、ボルト穴４４も適当な間隔で形成されていればよい。

図５（ａ）に示すように、整流機構４０は、反応槽１０の縦壁１２と底面１３に固定されたアンカーボルト４５とワッシャー及びナット４６によって、シール部材４７を介して固定される。シール部材４７は、防湿のゴムや水膨潤ゴム、ウレタン等耐腐食性がある適当な部材を採用すればよい。

整流機構４０は、予め工場等で製作された帯状の板体４１を反応槽１０に持ち込んで、底面１３と縦壁１２にシール部材４７を介して固定するように構成できるため、板体４１と底面１３と縦壁１２の間に形成される空間に処理流体Ｆが侵入して腐食するような虞を低減でき、さらに、コンクリートやモルタルのような養生期間が不要となるため、施工期間を短縮できる。

なお、アンカーボルトは接着系アンカー、打ち込みアンカー等の公知のアンカーボルトから、整流機構が設置される反応槽内に貯留される処理流体の性状に応じて耐腐食性や強度を考慮した適当なものを採用すればよい。

また、整流機構４０の反応槽１０の縦壁１２と底面１３との固定はボルトによるものに限らず、板体４１が所定の位置に固定できるものであればよい。

図６に示すように、反応槽１０の角部では、整流機構４０を構成する複数の板体４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ…のうち角部に対応するような形状に形成された板体４１ｂ，４１ｃを当接させて、各板体４１をアンカーボルト４５とボルト４６により所定位置に固定すればよい。

複数の隣接する板体４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ…同士の継ぎ目は、コーキングや連結部材により前記継ぎ目を覆うことにより、板体４１と底面１３と縦壁１２の間に形成される空間に処理流体Ｆが侵入して腐食するような虞を低減できる。

なお、複数の隣接する板体同士の継ぎ目は、コーキングや連結部材によって覆う場合に限らず、図７（ａ）に示すように、板体４１の端部４８を傾斜案内面に対して立ち上げて形成し、当該端部４８が隣接する板体に被さるような形状にすることで、図７（ｂ）に示すように、複数の板体を隣接させて配置したときに継ぎ目が覆われるのでシール効果が向上する。

上述した整流機構４０ではシール部材４７を介して帯状の板体４１を縦壁１２と底面１３に固定する場合について説明したが、図４（ｂ）に示すように、整流機構４０は必ずしもシール部材４７を備えなくてもよく、板体４１と境界部の空隙部に充填材４９を充填する構成であってもよい。なお、シール部材４７を備え、さらに、板体４１と境界部の空隙部に充填材４９を充填する構成であってもよい。

充填材４９は、コンクリート、モルタル、砂、砂利、プラスチックフォーム材等の板体４１と境界部の空隙部を充填することで、前記空隙部に汚水が滞留し腐食するような虞がなくなるものであればよい。

この場合、板体４１の適当な箇所に注入口を備え、整流機構４０を縦壁１２と底面１３に固定し、前記注入口から空隙部に充填材４９を圧入した後に前記注入口を塞げばよい。

また、前記注入口に限らず、板体４１を上下半割りに形成し、下半分の板体４１を底面１３に固定し、充填材４９を十分に充填し、その後上半分の板体４１を縦壁１２に固定するような構成であってもよい。

さらに、本発明による整流機構は、槽内で処理流体を循環させる撹拌機構が装着可能な反応槽の整流機構であって、複数の反応槽が隣接して配置され、処理流体が通流可能な開口が形成された仕切り壁と底面との境界部にも適用することができる。

例えば、図８（ａ）に示すように、処理流体である汚水を嫌気槽５１、無酸素槽５２、好気槽５３、膜分離槽５６の順に通水し、汚水中の窒素やリン等を、活性汚泥を利用して除去する汚水処理装置５０の、反応槽としての嫌気槽５１や無酸素槽５２に本発明による整流機構を適用する場合について説明する。

汚水処理装置５０は、未処理の被処理水である原水を流入させる嫌気槽５１と、嫌気槽５１の下流側に隣接した無酸素槽５２と、無酸素槽５２の下流側に隣接した好気槽５３が、それぞれ仕切り壁５４，５５で分離されて構成されている。

各処理槽５１，５２，５３で生物処理された被処理水は、仕切り壁５４，５５の下部に形成された開口５４ａ，５５ａを介して下流側に移送される。

図８（ｂ）に示すように、複数の反応槽５１，５２が隣接して配置されるような場合でも、処理流体が通流可能な開口５４ａ，５５ａが形成された仕切り壁５４，５５と底面との境界部に、処理流体の流れを水平方向から垂直方向へ、または垂直方向から水平方向へ案内する傾斜案内面が形成されている整流機構６０を備えることで、処理流体に同じ流速を与えるために必要な撹拌動力密度を低減できるのでイニシャルコスト及びランニングコストが低減できる。また、撹拌され易い箇所と、撹拌され難い箇所の流速差を低減できるので、撹拌効率を向上することができるのである。

例えば、整流機構６０の仕切り壁５４に形成されてた開口５４ａ部の端面は、図９（ａ）に示すように、開口５４ａを通水する処理流体の流れ方向と平行な平面６１ａに形成してもよく、また、図９（ｂ）に示すように、開口５４ａに対して間口の広くなるように傾斜した平面６０ｂに形成してもよい。

上述した何れの実施形態でも、撹拌機構の羽根車が処理流体に下向流を発生させる構成について説明したが、羽根車の回転方向を取り付け方向を変更したり、羽根角度を変更したりする等によって上向流を発生させるように構成してもよい。撹拌機構が処理流体に上向流を発生させる場合は前記境界部での処理流体の流れを垂直方向から水平方向へと円滑に案内することができる。なお、撹拌機構の羽根車の回転軸が水平方向となるように配置してもよい。

以上説明した反応槽の整流機構の具体的構成は上述の実施形態の記載に限定されるものではなく、本発明による作用効果を奏する範囲において適宜変更設計可能であることはいうまでもない。

１０：反応槽
１１：天井
１２：縦壁
１３：底面
２０：撹拌機構
２１：電動機
２２：減速機構
２３：回転軸
２４：羽根車
２５：台板
３０：整流機構
３１：傾斜案内面
４０：整流機構
４１：板体
４２：固定面
４３：固定面
４４：ボルト穴
４５：アンカーボルト
４６：ナット
４７：シール部材
４８：端部
４９：充填材
５０：汚水処理装置
５１：嫌気槽
５２：無酸素槽
５３：好気槽
５４：仕切り壁
５４ａ：開口部
５５：仕切り壁
５５ａ：開口部
５６：膜分離槽
Ｄ：下向流
Ｆ：処理流体
Ｈ：水平方向
Ｕ：垂直方向
θ：傾斜角

Claims

槽内で処理流体を循環させる撹拌機構が装着可能な反応槽の整流機構であって、
反応槽の縦壁と底面との境界部に、処理流体の流れを水平方向から垂直方向へ、または垂直方向から水平方向へ案内する傾斜案内面が形成されている反応槽の整流機構。
傾斜案内面が、底面と縦壁にシール部材を介して固定された帯状の板体で構成されている請求項１記載の反応槽の整流機構。
傾斜案内面が、底面と縦壁に固定された帯状の板体で構成され、板体と境界部の空隙部に充填材が充填されている請求項１または２記載の反応槽の整流機構。
傾斜案内面が底面に対して４０度から６０度の範囲の傾斜角を有する平面に形成されている請求項１から３の何れか記載の反応槽の整流機構。
傾斜案内面が、凹曲面に形成されている請求項１から３の何れかに記載の反応槽の整流機構。
槽内で処理流体を循環させる撹拌機構が装着可能な複数の反応槽が隣接して配置され、処理流体が通流可能な開口が形成された仕切り壁と底面との境界部に、請求項１から５の何れかに記載の反応槽の整流機構が備えられている反応槽。