JP2013059755A - 沈砂洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】汚水中の微小粒子を含む沈砂の高回収率と、沈砂に含まれる有機物の高除去率と、装置のコンパクト化とが同時に得られるサイクロン式沈砂洗浄装置を提供する。
【解決手段】サイクロン式固液分離機内で混気水を噴出しながら、遠心力により汚水の沈砂を沈降分離する。このとき、洗砂サイクロンの内部空間に、回転翼付きの内筒を設けたため、旋回中の汚水の内筒側部分を回転させて、汚水の旋回水流速度を、通常粒径の沈砂だけでなく微小粒子の細砂が沈降し易い速度に調整することができる。これにより、汚水中の微小粒子を含む沈砂の高回収率と、沈砂に含まれる有機物の高除去率と、装置のコンパクト化とを同時に満足させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、沈砂洗浄装置、詳しくは沈砂池から排出された沈砂を洗浄する沈砂洗浄装置に関する。

下水や雨水が導入される下水処理場では、沈砂池において下水（汚水）中のし渣・砂などを沈降分離し、池底に沈降した沈砂を洗砂槽へポンプ圧送し、ここで沈砂洗浄装置により沈砂の洗浄を行っている。一般に、下水中には０．０００１〜０．００５容積％の沈砂が含まれている。
従来の沈砂洗浄装置は、洗砂槽と洗砂槽内下部に曝気ノズルと洗浄水ノズルとが設けられ、洗砂槽底部には沈降した洗砂を槽外に排出する移送手段が設けられた構成である（例えば、特許文献１）。まず、洗砂槽において、沈砂を強曝気しながら洗浄水を流入させ、沈砂に付着した悪臭の元となる有機物（腐敗有機物）を洗い流す。比重が小さい有機物は沈降せず、洗砂槽の越流水（分離水）と一緒に沈砂池へ戻される。一方、洗砂槽の底部に沈降した洗浄後の洗砂（沈砂）は、回収コンベアやバスケットにより回収され、埋め立て処分地などへ輸送される。洗砂槽での沈砂の回収率は４０％程度と低い。
また、下水が下水処理場へ導入されるまでに、下水管渠やポンプ場の管路施設には、し渣などの有機物や沈砂が堆積する。これらの堆積物は、通水を阻害し、悪臭を発生するため、定期的に浚渫沈砂として排除され、前述の沈砂と同様に、浚渫沈砂は洗砂槽で洗浄する。この場合も、洗砂槽での沈砂の回収率は低い。

ところで、都市部の下水処理場では、汚泥の集中処理を行っているため、最初沈殿池や最終沈殿池の汚泥を送泥する前に、送泥管内に比重が大きい沈砂が溜まらないように、予め液体サイクロンなどを使用し、汚泥から沈砂を分離する前処理を行っている。あるいは、一般的な下水処理場においても、汚泥濃縮機の磨耗・閉塞を防ぐため、同様に汚泥から沈砂を分離する前処理を行う場合がある。ここで分離された沈砂も、紙繊維分などの有機物を多く含むなどの理由から、洗砂槽で洗浄することが多い。ただし、前述と同様に、洗砂槽における沈砂の回収率は低く、分離された砂の粒度にもよるが、２０〜１０％以下と非常に少ない。そのため、現状においては、汚泥中の２５０μｍ以下の微細粒子の砂は、系外へ取り出すことは困難であり、下水処理場内を循環している状況となっている。

一方、近年の埋立地では、埋立地の残余年数の確保や温暖化ガスとなるメタンガスの発生抑制などの目的で、埋め立て物である有機物を低減する傾向にある。そのため、引き受け可能な砂の有機物含有率（熱しゃく減量）を１０〜１５％以下と規定している場合も多く、有機物量が多ければ埋立地で引き受けてもらえない。例えば、都市によっては、引き受け可能な砂の有機物含有率（強熱減量）を１５％以下と規定しているところがある。そのため、下水処理場において沈砂を十分に洗浄する必要がある。
しかしながら、悪臭の原因となる有機物（腐敗有機物）を除去することを目的とした従来の沈砂洗浄装置では、ここまでの有機物含有率の低減は容易ではなく、確実に有機物を洗い流そうとすれば沈砂も殆ど流れ出てしまい、沈砂の回収率と有機物の除去とを両立させることは困難である。このため、この両立が可能な新しい洗砂装置の開発が要望されていた。

特開２０００−３３４２１９号公報

本発明は、上述した問題点に鑑みなされたもので、汚水中の微小粒子を含む沈砂の高回収率と、沈砂に含まれる有機物の高除去率と、装置のコンパクト化とが同時に得られる沈砂洗浄装置を提供することを目的としている。

本発明者は、従来の沈砂洗浄装置に代えてサイクロン式固液分離機を有したものを採用すれば、サイクロン式固液分離機の洗砂サイクロン内で汚水を旋回させ、遠心力により微細粒子を含む多くの沈砂を沈降分離させることができるとともに、その際、洗砂サイクロン内に微細気泡を含む混気水を噴出させることで、せん断力により汚水に含まれた微小粒子の細砂・シルト・粘土を有機物から分離可能になるとともに、この微細気泡が有機物に付着することで粗大な有機物も浮上し流出しやすくできることが判明した。しかも、洗砂サイクロン内に、旋回中の汚水を回転する回転翼付きの内筒を設ければ、旋回中の汚水が回転して微小粒子の細砂が沈降し易い汚水の回転速度に調整することができ、その結果、細砂の回収率も高められ、かつ洗砂サイクロンの小型化も可能となることを知見し、この発明を完成させた。

本発明は、沈砂池の底部から沈砂移送機により移送された有機物および沈砂を含んだ汚水を旋回させ、遠心力により該汚水から前記沈砂を沈降分離するサイクロン式固液分離機と、前記サイクロン式固液分離機内で沈降した沈砂を洗浄するための微細気泡を含む混気水を発生させる混気水製造機と、前記サイクロン式固液分離機から、沈降した洗砂を回収する洗砂回収装置とを備えた沈砂洗浄装置であって、前記サイクロン式固液分離機は、内部空間を下部空間と上部空間とに仕切る内フランジ形状の仕切り板が上部に形成され、かつ下部に洗砂の排出口が形成された洗砂サイクロンと、該洗砂サイクロンの下部空間に連通され、前記沈砂移送機により移送された前記汚水を、前記洗砂サイクロンの内周面に沿って前記下部空間に流入させる流入管と、前記混気水製造機からの前記微細気泡を含む混気水を、前記下部空間の前記流入管の連通位置、あるいはそれより下方から前記下部空間に噴出させる混気水ノズルと、前記仕切り板の内側空間に挿通されて前記下部空間と前記上部空間とを連通させ、かつ前記下部空間への収納部分の外周面に、前記下部空間を旋回中の前記汚水を回転させて該汚水の回転速度を調整する回転翼が形成された内筒とを有したことを特徴とする沈砂洗浄装置である。

また、本発明は、前記内筒を、その垂直な軸線を中心にして、回転手段により回転できるように構成してもよい。

さらに、本発明は、前記混気水を混気水ノズルにより前記洗砂サイクロンの内周面に沿って、旋回流として前記流入管から前記下部空間に噴射させるように構成してもよい。

さらにまた、本発明は、前記混気水製造機から発生した微細気泡を含む混気水を、前記流入管から前記汚水とともに前記洗砂サイクロンの下部空間に噴射させるように構成してもよい。

本発明は、前記沈砂移送機として、前記汚水を圧送する送砂ポンプ式または加圧水と空気とを利用して前記汚水を真空吸引移送する混気ジェットポンプ式のものを採用してもよい。

本発明は、前記洗砂サイクロンの上部空間の液面付近に浮上した前記有機物を含む分離液を、前記沈砂池に戻す管路を有するように構成してもよい。

本発明は、前記沈砂移送機により移送中の前記汚水中に、最初沈澱池の沈降汚泥中から濃縮前処理設備または送泥前処理設備の液体サイクロンにより分離した分離砂や管路施設に堆積した浚渫沈砂を混入するように構成してもよい。

本発明は、前記混気水製造機の混気水ノズルから噴出された直後の混気水中の微細気泡の大きさを、１ｍｍ以下が好ましい。

ここで、汚水とは、例えば下水に流れ込む生活排水や雨水から沈砂池で回収した沈砂や管路施設に堆積した浚渫汚泥、沈殿池汚泥やし尿・浄化槽汚泥から液体サイクロンなどで分離された分離砂、建設現場や河川・湾岸・湖沼などの浚渫沈砂などを含む廃水である。
沈砂とは、下水処理場の沈砂池で沈降・捕捉された沈砂（土砂）等であり、礫・砂・シルト・粘土などの無機物とともに、紙繊維や木片・野菜屑・タバコのフィルターなどのし渣や固形状の各種の有機物を含む。主な無機物は、砂や礫であり、粒径は２００μｍ〜１０ｍｍ程度が主であるが、２００μｍ以下の微細粒子の細砂やシルトも含まれる。沈砂池の底部から移送された有機物および沈砂を含む汚水は、直接、洗砂サイクロンに供給しても、含水量が小さい砂（沈砂・分離砂）の場合には、それを混和槽に移送して希釈水に混和させてもよい。

前記沈砂移送機としては、例えば、バケットコンベアにより回収した沈砂を圧送する送砂ポンプ方式のものなどを採用することができる。その他、加圧水と空気とを利用して沈砂を真空吸引移送する混気ジェットポンプ方式のものなどでもよい。
送砂ポンプ方式に比べ混気ジェットポンプ方式は、空気が入ることにより有機物と沈砂がよりほぐされ、有機物に気泡が付いて浮上しやすくなる利点がある。しかし一方で、送水量が多いためにサイクロン式固液分離機が大きくなる。サイクロン式固液分離機に入る前に大きな気泡や空気塊を分離しなければ、沈砂の回収率が低下するなどの不利な点もある。
バケットコンベアとしては、例えばＶ字バケットコンベアにより掻き揚げられた沈砂を、沈砂移送機により移送中の汚水中に混入するものなどを採用することができる。
混気ジェットポンプは、空気と加圧水とを真空吸引移送の動力としたポンプである。

前記混気水製造機としては、例えば、下水処理場内の最初沈殿池越流処理水や下水処理水（再利用水）の圧送ポンプと、圧縮空気を発生させるコンプレッサ等とを有したものを採用することができる。
微細気泡の大きさは、例えば１ｍｍ以下である。１ｍｍを超えれば、有機物に気泡が付きにくくなると共に、気泡の上昇速度が速まり上向偏流が生じることで分離効率や沈砂の回収率が低下する。微細気泡の好ましい大きさは、０．０１〜０．５ｍｍである。この範囲であれば、混気水ノズルと気泡による局所的なせん断力により沈砂中の細砂・シルト・粘土と有機物を解すことができ、かつ有機物に微細気泡を付着させることで有機物の浮上性を高め、有機物と沈砂との分離性を促進するというさらに好適な効果が得られる。

微細気泡の供給量は、沈砂希釈水（処理対象液の汚水）当り、０．３％（ｖ−空気［Ｎｍ^３］／ｖ−汚水［ｍ^３］）以上、好ましくは０．５〜１％（ｖ／ｖ）である。０．３％未満では、混気水の噴出と微細気泡とのせん断力による有機物と微細な沈砂を分ける洗浄効果が不足すると共に、有機物への気泡の付着不足により浮上効果が低減し、有機物を上手く洗い流すことができない。

微細気泡製造装置の混気水中の空気混合量は、１０％（ｖ−空気［ＮＬ］／ｖ−水［Ｌ］）以下、好ましくは５％（ｖ／ｖ）以下である。１０％を超えると、混気水ノズルから噴出した混気水中の気泡が洗砂サイクロン内に分散される前に合泡して大きくなってしまう。供給圧力水に空気を混ぜてから混気水ノズルの間にエジェクターもしくはラインミキサーを設置することで、混気水ノズルからの噴出前に水と空気を均一化した混気水にしておくことが好ましい。
微細気泡製造装置の混気水ノズルからの混気水の噴出流速は、６ｍ／ｓｅｃ以上、好ましくは１２ｍ／ｓｅｃ以上である。混気水の噴出流速を６ｍ／ｓｅｃ以上とすることで、気泡をより微細化する効果とともに、沈砂に混気水を勢いよく当てることで、沈砂と有機物（特にパルプ繊維など）の絡まりを解し分離する効果および沈砂との共沈により洗砂サイクロンの底部に沈んだ有機物を巻き上げることができる。６ｍ／ｓｅｃ未満では、このような効果が得られない。

前記洗砂回収装置としては、例えば、スクリューコンベア、バケットコンベアなどを採用することができる。その他、各種のポンプ、バルブ開閉などで連続的もしくは間歇的に洗砂を抜き出す。洗砂回収装置は、洗砂サイクロンの底部に沈降した洗砂を、ポンプまたはバルブ開閉などで連続的または間欠的に抜き出す。
沈砂・分離砂などの希釈混合後の濃度は１０％（ｗ−乾燥沈砂／ｗ−水）以下、好ましくは５％（ｗ／ｗ）以下である。１０％を超えれば、沈砂移送機や送水管での閉塞が生じる。
また、汚泥濃縮装置や汚泥脱水装置への機械的なトラブルを避けるため、送泥前処理設備では、送泥管内への堆積物を減らし、閉塞を防ぐために、沈砂の低減が行われる。

前記液体サイクロンとは、サイクロン塔の上部に投入された初沈汚泥中から、遠心力を利用したサイクロン方式により沈砂を重力分離する装置であり、例えば粒径１５０μｍ以上の砂を８０〜９０％程度回収する。

前記洗砂サイクロンとしては、例えば、上部が円筒形状でかつ下部が下方に向って徐々に断面積が小さくなった漏斗形状のものを採用することができる。漏斗部を有する洗砂サイクロンの場合、漏斗部の傾斜角は水平に対して２０°以上、好ましくは４５°以下である。４５°を超えれば、洗砂サイクロンの高さが高くなる。
洗砂サイクロンに形成された排出口の形状、大きさは、洗砂回収装置の洗砂供給口の大きさに対応している。なお、汚水からの沈砂の固液分離の性能が不十分な場合には、内筒の回転を増加させることで汚水の遠心力を増大して固液分離の性能を高めることができる。

洗砂サイクロンの流入管は、一般的に汚水を洗砂サイクロンの内周面の接線に沿って、旋回流として流入させる。ただし、流入管の場合、接線より内向きに汚水を流入させた方が、洗砂サイクロンの周壁の沈砂による摩耗を低減できるために好ましい。
また、流入管から洗砂サイクロンへの汚水の流入速度は、洗砂サイクロンの大きさにより適宜変更される。

洗砂サイクロンにおける混気水ノズルの形成位置は、汚水の流入管、あるいはそれより下方であれば限定されない。
また、混気水ノズルの洗砂サイクロンの周方向における形成位置も限定されない。例えば、洗砂サイクロンの周方向において、流入管と同一位置でも、異なる位置でもよい。
洗砂サイクロンの液面付近に浮上した有機物を含む越流水（洗浄後の分離排水）を沈砂池に戻す手段としては、例えば、洗砂サイクロンの上部に設置された越流堰より分離液を越流させ、それを沈砂池（下水処理設備）または混和槽へ液戻し管などにより戻す。分離液を戻す際には、ポンプ圧送しても、流路に傾斜を付けることでの自然落下でもよい。

前記内筒は、洗砂サイクロンの下部空間において旋回中の汚水に、洗砂サイクロンの周方向へ向かう小流を発生させ、遠心力による汚水中の沈砂の沈降を促進させる部材である。内筒の形状は、全長にわたって直径が一定の直胴形状でも、上部は直胴形状でかつ下部が下方へ向かって徐々に拡径した下向きラッパ形状でもよい。

前記回転翼の形状は限定されない。例えば、円板、半円板、矩形板形状などを採用することができる。ただし、髪の毛などの繊維状物が絡みつかない形状が好ましい。
回転翼の形成数は、１つでも２つ以上でもよい。複数の場合には、円筒の周方向へ所定ピッチで形成した方が好ましい。
前記回転手段としては、例えば電動モータなどの各種のアクチュエータを採用することができる。回転手段は、内筒の回転数を調整することで、洗砂サイクロンの下部空間を旋回している汚水の水流および沈砂の粒子径をコントロールすることができる。
内筒の回転方向は流入汚水と同方向で、下部空間への汚水の旋回方向とした方が、沈降中の沈砂が汚水内で舞い上がらない。

請求項１に記載の発明によれば、汚水の固液分離装置としてサイクロン式固液分離機を採用したので、洗砂サイクロンの下部空間で汚水を旋回させて、遠心力により微細粒子を含む多くの沈砂を沈降分離させることができる。このとき、洗砂サイクロン内に混気水を噴出し、沈砂に含まれる有機物を洗い流す。しかも、有機物に微細気泡を付着させることで有機物の浮上性を高め、サイクロン式固液分離機での有機物と沈砂との分離性を高めることができる。さらに、微細気泡を混気水として洗砂サイクロン内、特にその下部に吹き込むため、沈砂と共沈した紙繊維や髪の毛などの繊維状有機物あるいは粗大な野菜屑やタバコのフィルターなどのし渣を再度洗い解し、流し出すことができる。

また、洗砂サイクロンの内部空間に、旋回中の汚水を回転させる回転翼付きの内筒を設けたため、その下部空間を旋回中の汚水の内筒側部分を回転させて、遠心力による汚水中の沈砂の沈降を促進させることができる。すなわち、洗砂サイクロン内で旋回中の汚水の一部を回転翼により回転させることで、汚水の旋回水流速度を、通常粒径の沈砂だけでなく微小粒子の細砂が沈降し易い速度に調整することができる。これにより、細砂を含む沈砂の回収率をさらに高めることができる。その結果、汚水に含まれる沈砂の高回収率と、沈砂に含まれる有機物の高除去率とを同時に得ることができる。しかも、このように回転翼付きの内筒によって沈砂の沈降分離が促進することで、サイクロン式固液分離機の小型化も可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、垂直な軸線を中心にして、回転手段により内筒を回転させるため、洗砂サイクロンの下部空間を旋回中の汚水の内筒側部分に、汚水の旋回方向へ向かう小流が発生する。これにより、汚水の旋回水流速度を微小粒子の細砂が沈降し易い速度に、回転翼のサイズや形状などを変更することなく簡単に調整することができる。その結果、細砂の回収率も高められ、かつ洗砂サイクロンの小型化も可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、混気水ノズルは、混気水を混気水ノズルにより洗砂サイクロンの内周面に沿って、旋回流として下部空間に噴射させる。これにより、下部空間の底部に沈降した沈砂に対して混気水を衝突させ、沈砂から有機物の分離を促進させることができる。

請求項４に記載の発明によれば、混気水製造機から発生した微細気泡を含む混気水を、流入管からの汚水とともに洗砂サイクロンの下部空間に噴射するので、効率良く汚水と微細気泡の混合が行えるという効果が得られる。同時に、有機物の分離効率も向上する効果が得られる。

請求項５に記載の発明によれば、沈砂移送機として送砂ポンプ方式または混気ジェットポンプ方式のものを採用した場合には、沈砂が多量の希釈水と共に汚水として送水されるため、送水管内で予め沈砂と有機物とを分散させることができる。

請求項７に記載の発明によれば、液体サイクロンにより分離された分離砂を、沈砂移送機により移送中の汚水に混入するので、別途、希釈水を必要とせずに処理が可能である。また、従来、ほとんどの分離砂中の沈砂は洗砂槽から流出し、下水処理場内を循環していたが、分離砂中の沈砂の回収率を高めることで循環量を減らし、液体サイクロンへの負荷を低減することにより、汚泥濃縮装置のトラブルや送泥管への沈砂堆積を減らすことができる。

この発明の実施例１に係る沈砂洗浄装置の全体構成図である。 この発明の実施例１に係る沈砂洗浄装置の一部を構成するサイクロン式固液分離機の縦断面図である。 図２のＳ３−Ｓ３断面図である。 この発明の実施例２に係る沈砂洗浄装置の一部を構成するサイクロン式固液分離機の縦断面図である。

以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
図１において、１０は本発明の実施例１に係る、下水処理場の沈砂池１１の底部に沈降した沈砂を洗浄する沈砂洗浄装置である。この沈砂洗浄装置１０は、沈砂池１１の底部から沈砂移送機１２により移送された有機物や沈砂を含む汚水を、流入管１４を通して流入される洗砂サイクロン１３を有し、かつ遠心力により汚水から沈砂を沈降分離するサイクロン式固液分離機１５と、洗砂サイクロン１３内に微細気泡を含む混気水を混気水ノズル１６から噴出して沈砂を洗浄する混気水製造機１７と、洗砂サイクロン１３の下部から、洗浄後の洗砂を回収する洗砂回収装置である洗砂回収コンベア（揚砂コンベア）１８とを備え、洗砂サイクロン１３の液面付近に浮上した有機物を含む分離液を管路を通して沈砂池１１へ戻す装置である。

以下、これらの構成体を具体的に説明する。
沈砂池１１は、下水道幹線からの下水が直接導入される下水処理場の沈砂池である。沈砂池１１における沈砂・分離砂などの希釈混合後の濃度は、１０％（ｗ−乾燥沈砂／ｗ−水）以下、好ましくは５％(w／ｗ)以下である。沈砂地１１の汚水に含まれる沈砂としては、礫・砂・シルト・粘土などの無機物が挙げられる。沈砂池１１に代えて図示しない混和槽を採用してもよい。また、この汚水に含まれる有機物としては、紙繊維や木片・野菜屑・タバコのフィルターなどのし渣、その他、各種の固形状の有機物が挙げられる。
沈砂移送機１２としては、加圧水と空気とを利用し、汚水とともに沈砂を真空吸引移送する混気ジェットポンプ方式のものを採用している。これは、空気と加圧水とを真空吸引移送の動力としたポンプである。その他、Ｖ字バケットコンベア１９により回収した沈砂を希釈水とともに送水する送砂ポンプ方式の沈砂移送機１２Ａを採用してもよい。これは、Ｖ字バケットコンベア１９により沈砂池１１の底部に沈積した沈砂を掻き揚げ、これを沈砂槽１２ａにいったん溜めたのち、沈砂槽１２ａ内の沈砂を希釈水とともにサンドポンプ２０により送水するものである。

沈砂移送機１２により真空吸引移送された沈砂（土砂、汚砂）を含む汚水は、沈砂供給管２１を経て沈砂洗浄装置１０の洗砂サイクロン１３へ導入される。沈砂供給管２１の途中には、濃縮・送泥前処理設備２３の液体サイクロン２４により分離された分離砂を含む汚水などが混入されてもよい。
濃縮・送泥前処理設備２３では、液体サイクロン２４の漏斗部（下部）の上部周側面の一部から初沈汚泥を投入し、液体サイクロン２４内で遠心分離された分離砂を、漏斗部の下端部からスクリューコンベア２５の下端部に投入する。一方、漏斗部の上端部から排出された分離された汚泥は送泥井へ移送されて処理される。スクリューコンベア２５の上端部に移送された分離砂は、直下の分離砂溶解タンク２６へ落下する。ここでは、所定量の溶解水を供給しながら希釈タンク曝気用ブロア２７からの圧縮空気をバブリングし、さらに回転機２８による回転が行われる。このようにして、分離砂溶解タンク２６の底部に沈降した分離砂が、分離砂移送ポンプ２９により前記沈砂供給管２１に導入される。

次に、図２を参照して、前記サイクロン式固液分離機１５を詳細に説明する。
ここでは、サイクロン式固液分離機１５として、内部空間を下部空間ａと上部空間ｂとに仕切る内フランジ形状の仕切り板３０が上部に形成された洗砂サイクロン１３と、洗砂サイクロン１３の下部空間ａに連通され、沈砂移送機１２により移送された汚水を、洗砂サイクロン１３の内周面に沿って旋回流として下部空間ａに流入させる流入管１４と、混気水製造機１７からの微細気泡を含む混気水を、下部空間ａの流入管１４の連通位置より下方から、旋回流として下部空間ａに噴出させる混気水ノズル１６と、仕切り板３０の内側空間に挿通されて下部空間ａと上部空間ｂとを連通することで、洗砂が分離された後の有機物を含む分離液を上部空間ｂへ上昇させる内筒３１と、内筒３１を水平面内で回転させる電動モータ３２とを備えたものを採用している。

洗砂サイクロン１３は、上部の直胴部の下端に漏斗部が一体的に連通された筒型容器である。漏斗部の傾斜角は、水平に対して角度θ（２０°以上、４５°以下）である。そのため、洗砂サイクロン１３の高さは、一般的なサイクロンより格段に低い。これにより、サイクロン式固液分離機１５の小型化が可能となり、設備コストを低減することができる。このように、サイクロン機能を低下させずにコンパクト化が可能となったのは、洗砂サイクロン１３の内部空間に内筒３１を収納し、汚水中の沈砂の沈降分離性能を高めたためである。沈砂洗浄装置１０のコンパクト化および低コスト化が図れれば、多くの自治体などにおいて設備使用の可能性が高まる。
洗砂サイクロン１３の直胴部の上部端には、せき（ウェア）３４が形成されており、せき３４の周囲には、分離液（有機物を含む汚水）を回収する環状樋３５が形成されている。環状樋３５に流れ落ちた分離液は、図示しない分離液戻し管により沈砂池１１へ戻される。

前記流入管１４は、洗砂サイクロン１３の直胴部の内周面に沿って、図３中の右回り（あるいは左回り）に旋回させる管体である。
前記混気水ノズル１６は、洗砂サイクロン１３の漏斗部の内周面に沿って、混気水を噴出流速は６ｍ／ｓｅｃ以上、好ましくは１２ｍ／ｓｅｃ以上で、汚水の流入管１４と同じ図３中の右回り（あるいは左回り）に汚水を旋回させるためのノズルである。混気水ノズル１６は、直胴部を平面視した場合、混気水ノズル１６の連通位置より内筒３１の下流側の位置に配置されている。混気水に含まれる微細気泡の大きさは１ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下、微細気泡の供給量は、沈砂希釈水（処理対象液の汚水）当り、０．３％（ｖ−空気［Ｎｍ^３］／ｖ−汚水［ｍ^３］）以上、好ましくは０．５〜１％（ｖ−空気［Ｎｍ^３］／ｖ−汚水［ｍ^３］）、混気水中の空気混合量は、１０％（ｖ−空気［ＮＬ］／ｖ−水［Ｌ］）以下、好ましくは５％（ｖ−空気［Ｎｍ^３］／ｖ−汚水［ｍ^３］）である。

前記仕切り板３０は、洗砂サイクロン１３の直胴部の上部に設けられた水平な円環形状の平板である。仕切り板３０の外周縁と円筒１３の外周面との間には、下部空間ａに噴出された混気水中の微細気泡が上部空間ｂに通過するための環状の隙間が形成されている。
前記円筒３１は、洗砂サイクロン１３の直胴部の約半分の長さを有している。この円筒３１のうち、下部空間ａの部分の外周面には、下部空間ａを旋回中の汚水を回転させて汚水の旋回水流速度を調整する円筒３１の長さ方向へ長く、かつ突出幅が短い三角柱形状の回転翼３６が、周方向へ９０°間隔で４つ形成されている。回転翼３６を突出幅が短い三角柱形状としたので、髪の毛などの繊維状物が絡みつきにくい。
電動モータ３２は、円筒３１の回転軸３１ａを介して、内筒３１を図３中の右方向（あるいは左方向）へ回転させる。これにより、洗砂サイクロン１３の下部空間を旋回する汚水の旋回水流速度を、さらに加速させることができるとともに、下部空間ａで沈降する沈砂の粒子径のより細かい１００μｍ程度のものまで分離沈降させることができる。
内筒３１の回転方向は、下部空間ａへの汚水の旋回方向である。これにより、沈降中の沈砂が汚水内で舞い上がらない。

前記混気水製造機１７は、沈砂洗浄装置１０の処理水の圧送ポンプ３７と、圧縮空気を用いた混合器（エジェクター）３８とを有している。混気水の洗砂サイクロン１３内へ向かう旋回流としての噴出により、下部空間ａの底部において、沈降中の比較的大きな沈砂や沈砂粒子を含む大きい有機物や絡まった繊維質の有機物が再び巻き上げられる。なお、混気水ノズル１６の噴出口の向きは、下向きでも上向きでもよく、さらに水平方向でもよい。

洗砂サイクロン１３の漏斗部の下端部には排出口３３が形成され、この排出口３３を通して、洗砂サイクロン１３の下部から洗浄後の沈砂を回収する洗砂回収コンベア１８の下端部が連通されている。洗砂回収コンベア１８は支柱を介して傾斜配置されている。洗砂回収コンベア１８の下端部には、排出口３３と連通する開口が形成されている。洗砂回収コンベア１８は、図示しない搬送管と、その管内に収納されてモータ回転するスクリューとを有している。洗砂回収コンベア１８の上端から排出された沈砂は、洗砂貯留ホッパ３９にいったん貯留された後、トラックの荷台に投下されて埋立地へ運送される。
本実施例では、洗砂回収装置として、洗砂回収コンベア１８を例に挙げたが、洗砂回収装置としてはこれに限定されず、ポンプ、バルブ開閉装置などを用いて、回収された洗砂を連続的あるいは間欠的に抜き出す装置であってもよい。

次に、この発明の実施例１に係る沈砂洗浄装置１０の運転方法を説明する。
図１に示すように、混気ジェットポンプ方式の沈砂移送機１２により、空気と加圧水とを真空吸引移送の動力とし、沈砂池１１の底部に沈降した沈砂を汚水とともに、沈砂供給管２１を経て沈砂洗浄装置１０のサイクロン式固液分離機１５に供給される。具体的には、流入管１４から洗砂サイクロン１３の下部空間ａに、その内周面に沿って導入される。沈砂供給管２１の途中には濃縮・送泥前処理設備２３の液体サイクロン２４により分離された分離砂を含む汚水が混入される。このとき、前記流入管１４に導入された沈砂を含む汚水は、洗砂サイクロン１３の内周面の接線より内向きに流入されるため、洗砂サイクロン１３の直胴部の沈砂による摩耗を低減することができる。

沈砂と有機物を含む汚水は、下部空間ａの内周面に沿って旋回しながら下降する途中、汚水中の沈砂と液分とが固液分離される。比重の軽い有機物の多くは漏斗部の底部から液分と共に洗砂サイクロン１３の中央部分を上昇する。固形分である沈砂（土砂）は漏斗部の外周面を転がり落ち、漏斗部の下端部の排出口３３から洗砂として洗砂回収コンベア１８に投入され、その後、スクリューを介して斜め上方へ移送されて、洗砂貯留ホッパ３９にいったん貯留される。その後、洗砂はトラックの荷台に投下されて埋立地へ運送される。
一方、汚水から分離された有機物を含む分離液は、内筒３１の筒路を通過して上部空間ｂの洗砂サイクロン１３の上部端付近まで上昇し、オーバーフローした分離液がせき３４を越して環状樋３５へ溢れ出て、前記沈砂池１１へ自然落下により戻される。捕捉された洗砂とともに沈降した一部の有機物も、再度、混気水ノズル１６から噴出された混気水により洗浄され、微細気泡が付着することでより見かけの比重が軽くなり、内筒３１を通過して分離液がせき３４を越し、環状樋３５へ溢れ出る。

このとき、混気水製造機１７により発生した混気水が、混気水ノズル１６から洗砂サイクロン１３の漏斗部に、その内周面に沿って下方旋回するように噴出される。このように、洗砂サイクロン１３内に微細気泡を含む混気水を混気水ノズル１６から噴出することで、沈砂に付着した有機物を洗い流す。混気水が微細気泡を含むので、沈砂中の沈砂と有機物を解すことができ、かつ有機物に微細気泡を付着させることで有機物の浮上性を高め、サイクロン式固液分離機１５での有機物と沈砂との分離性を高めることができる。しかも、微細気泡を混気水として洗砂サイクロン１３内、特にその漏斗部に混気水ノズル１６から下方旋回するように吹き込むことで、漏斗部の底部において、沈砂およびこれと共沈した紙繊維や髪の毛などの繊維状有機物が巻き上げられ、沈砂から沈砂粒子を解し取り、繊維状有機物、あるいは粗大な野菜屑やタバコのフィルターなどのし渣を再度洗い解し、流し出すことができる。
また、サイクロン式固液分離機１５を採用したので、汚水が洗砂サイクロン１３に流入した際、旋回中の沈砂と有機物の沈降速度差をつけ、比重差を利用して効率よく重力分離することができる。これにより、汚水に含まれる沈砂の高回収率と、汚沈砂に含まれる有機物の高除去率とを同時に得ることができる。

さらに、回転軸３１ａを中心にして、電動モータ３２により４つの旋回翼３６付きの内筒３１を、図３における右回り（あるいは左回り）に回転させるため、洗砂サイクロン１３の下部空間ａを旋回中の汚水の内筒側部分に、汚水の旋回方向へ向かう小流が発生する。これにより、遠心力による汚水中の沈砂の沈降をさらに促進させることができる。すなわち、洗砂サイクロン１３内で旋回中の汚水を回転させることで、汚水の旋回水流速度を、通常粒径の沈砂だけでなく微小粒子の細砂が沈降し易い速度に容易に調整することができる。これにより、細砂を含む沈砂の回収率をさらに高めることができる。その結果、この沈砂の高回収率と、沈砂に含まれる有機物の高除去率とを同時に得ることができる。しかも、回転翼３６付きの内筒３１によって沈砂の沈降分離を促進させるため、サイクロン式固液分離機１５の小型化も可能となり、沈砂洗浄装置１０の低コスト化も図ることができる。

また、混気ジェットポンプ方式の沈砂移送機１２を採用したので、多量の希釈水と共に汚水として送水されることで、送水管内で予め沈砂と有機物が分散される効果が得られる。
さらに、液体サイクロン２４により分離された分離砂を、沈砂移送機１２により移送中の汚水中に混入するようにしたので、別途、希釈水を必要とせずに処理が可能である。また、従来、ほとんどの分離砂中の沈砂は洗砂槽から流出し、下水処理場内を循環していたが、分離砂中の沈砂の回収率を高めることで循環量を減らし、液体サイクロン２４への負荷を低減することで汚泥濃縮装置のトラブルや送泥管やピットへの沈砂堆積が減る。すなわち沈砂池１１で捕捉されず通過した２００μｍ以下の微細な沈砂も同時に洗浄・回収することが可能となり、沈砂池１１と最初沈澱池を経由し液体サイクロン２４へ再度戻る２００μｍ以下の微細な沈砂も少なくすることができる。このため液体サイクロン２４から汚泥とともに送泥井へ移送される沈砂量が減り、送泥管やピットに堆積する沈砂を低減できる効果が得られる。
なお、混気水製造機１７から発生した微細気泡を含む混気水は、流入管１４を通して汚水とともに洗砂サイクロン１３の下部空間ａに噴射してもよい（図１中の二点鎖線参照）。

次に、図４を参照して、この発明の実施例２に係る沈砂洗浄装置を説明する。
図４に示すように、実施例２に係る沈砂洗浄装置１０Ａの特徴は、実施例１の電動モータ３２を利用した回転式の内筒３１に代えて、サイクロン式固液分離機１５Ａの洗砂サイクロン１３の上部に固定された内筒３１Ａを採用し、また混気水ノズル１６と同様に、洗砂サイクロン１３の漏斗部の接線方向から汚水の旋回方向に沿って微細気泡を含む混気水を噴出する混気水ノズル１６Ａを採用した点である。

このように、洗砂サイクロン１３の内部空間に、旋回中の汚水を回転させる回転翼３６付きの内筒３１Ａを固定したため、電動モータ３２が不要となって低コストで、下部空間ａを旋回中の汚水の内筒側部分を回転させて、遠心力による汚水中の沈砂の沈降を促進させることができる。すなわち、内筒製作時の回転翼３６の設計調整に基づき、洗砂サイクロン１３内で旋回中の汚水を固定式の内筒３１Ａにより回転させることで、汚水の旋回水流速度を、通常粒径の沈砂だけでなく微小粒子の細砂が沈降し易い速度に調整することができる。
また、混気水ノズル１６と同様に、漏斗部の接線方向から汚水の旋回方向に沿って微細気泡を含む混気水を噴出する混気水ノズル１６Ａを採用したので、下部空間ａの底部に沈降しようとしている比較的大きな沈砂や、これを含む大きい有機物や絡まった繊維質の有機物が混気水により巻き上げられ、沈砂の洗浄効果が高まる。
その他の構成、作用および効果は、実施例１から推測可能な範囲であるため、説明を省略する。

本発明の沈砂洗浄装置は、都会における下水道処理設備のみならず、農業集落排水処理施設や小規模下水処理施設などに適用することが可能である。

１０，１０Ａ 沈砂洗浄装置
１１ 沈砂池
１２，１２Ａ 沈砂移送機
１３ 洗砂サイクロン
１４ 流入管、
１５，１５Ａ サイクロン式固液分離機
１６ 混気水ノズル
１７ 混気水製造機
１８ 洗砂回収コンベア
２４液体サイクロン
３０ 仕切り板
３１ 内筒
３３ 排出口
３６ 回転翼
ａ 下部空間
ｂ 上部空間

Claims (8)

1. 沈砂池の底部から沈砂移送機により移送された有機物および沈砂を含んだ汚水を旋回させ、遠心力により該汚水から前記沈砂を沈降分離するサイクロン式固液分離機と、
   前記サイクロン式固液分離機内で沈降した沈砂を洗浄するための微細気泡を含む混気水を発生させる混気水製造機と、
   前記サイクロン式固液分離機から、沈降した洗砂を回収する洗砂回収装置とを備えた沈砂洗浄装置であって、
   前記サイクロン式固液分離機は、
   内部空間を下部空間と上部空間とに仕切る内フランジ形状の仕切り板が上部に形成され、かつ下部に洗砂の排出口が形成された洗砂サイクロンと、
   該洗砂サイクロンの下部空間に連通され、前記沈砂移送機により移送された前記汚水を、前記洗砂サイクロンの内周面に沿って前記下部空間に流入させる流入管と、
   前記混気水製造機からの前記微細気泡を含む混気水を、前記下部空間の前記流入管の連通位置、あるいはそれより下方から前記下部空間に噴出させる混気水ノズルと、
   前記仕切り板の内側空間に挿通されて前記下部空間と前記上部空間とを連通させ、かつ前記下部空間への収納部分の外周面に、前記下部空間を旋回中の前記汚水を回転させて該汚水の旋回水流速度を調整する回転翼が形成された内筒とを有したことを特徴とする沈砂洗浄装置。
2. 前記内筒は、その垂直な軸線を中心にして、回転手段により回転可能に設けられた請求項１に記載の沈砂洗浄装置。
3. 前記混気水ノズルは、前記洗砂サイクロンの内周面に沿って、前記混気水を旋回流として前記流入管から前記下部空間に噴射させる請求項１または請求項２に記載の沈砂洗浄装置。
4. 前記混気水製造機により発生した微細気泡を含む混気水を、前記流入管から前記汚水とともに前記洗砂サイクロンの下部空間に噴射させる請求項１〜３のうち、何れか１項に記載の沈砂洗浄装置。
5. 前記沈砂移送機は、前記汚水を圧送する送砂ポンプ式または加圧水と空気とを利用して前記汚水を真空吸引移送する混気ジェットポンプ式のものである請求項１〜４のうち、何れか１項に記載の沈砂洗浄装置。
6. 前記洗砂サイクロンの上部空間の液面付近に浮上した前記有機物を含む分離液を、前記沈砂池に戻す管路を有した請求項１〜５のうち、何れか１項に記載の沈砂洗浄装置。
7. 前記沈砂移送機により移送中の前記汚水中には、最初沈澱池の沈降汚泥中から濃縮前処理設備または送泥前処理設備の液体サイクロンにより分離された分離砂や管路施設に堆積した浚渫沈砂が混入される請求項１〜６のうち、何れか１項に記載の沈砂洗浄装置。
8. 前記混気水製造機の混気水ノズルから噴出された直後の混気水中の微細気泡の大きさが、１ｍｍ以下である請求項１〜７のうち、何れか１項に記載の沈砂洗浄装置。

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