JP5193151B2 - 固液分離装置及び水処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、固体粒子を汚濁成分として含む汚濁水から固体粒子を分離除去する固液分離装置及び該固液分離装置を備える水処理装置に関する。

従来、排水浄化の前処理装置として、沈降槽に貯留した汚濁水中の汚濁成分を重力で沈降させる技術、又は流体を加圧して流速を上げ遠心力で汚濁水から汚濁成分を分離する液体サイクロン技術などが存在する。

しかし、沈降槽を用いた技術にあっては、沈降槽の大きさに応じて固液分離能力が向上するため、狭小な空間に設置可能な小型装置では、高い分離能力を発揮させることができないという問題を有している。また、従来の液体サイクロン技術にあっては、沈降槽を用いた技術よりも高い分離能力を発揮させることができるが、気体中と比較して水中では粘性力が大きくなるので加圧ポンプ及び除去用ストレーナなどの付帯設備を設ける必要があり、コストが高騰するという問題を有している。

かかる問題を解決するため、固体粒子を汚濁成分として含む汚濁水から固体粒子を分離除去する図９に示すような固液分離装置１００が既に提案されている。
この固液分離装置１００は、円筒状をした水槽本体１１１と、この水槽本体１１１に連設し、漏斗形状をするとともに、下端に固体粒子排出口を備えた水槽下端部１１２とを有する固液分離槽１１０と、一端が固液分離槽１１０外に突出し固体粒子を含む汚濁水入口１２１となり、他端が水槽本体１１１内に開放された水槽流入口１２２となり、汚濁水の入口から流入した汚濁水が水槽流入口１２２から水槽本体の内壁面の接線方向に沿いながら固液分離槽１１０内に流入するように設けられた汚濁水流入筒部１２０と、下端側が水槽本体外に突出し、上端側が水槽本体の中心軸に沿って設けられ、水槽本体の上部で上端が開口する垂直管部１３１を有する上澄み水排水管１３０と、外径が水槽本体１１１の内径より小径で、垂直管部１３１を囲むように鍔状に張り出し、水槽本体中央部分を流れる上昇流による固体粒子の上昇を抑止する取水盤１４０と倒円錐型整流体１４１、水平多孔盤１５０を備える固液分離装置が提案された（例えば、特許文献１）。

実公平３−１７９５１号公報

しかしながら、上記固液分離装置１００の場合、砂礫から細砂のような粒径の大きな固体粒子においては十分にその効果を発揮するものであるが、微小粒径（１ｍｍ以下数１０ミクロン程度）のものにおいては、上昇流速の高まりと共に、固体粒子が流れに混入され、十分な固液分離能力が発揮できなくなるおそれがある。

そこで、発明者が、上記固液分離装置の場合、十分な固液分離能力が発揮できない理由を検討した結果、以下のような結論に到った。
すなわち、上記の固液分離装置１００の場合、図９に示すように、水槽流入口１２２から上方で水槽本体１１１の全高さＨに対し、下方から（１／２±１／８）Ｈの位置に、リング状に多孔盤１５０が設けられ、水槽流入口１２２から水槽本体１１１内に流入した汚濁水は、一部がこの多孔板１５０の小孔を通り水槽本体１１１の上方に上昇していくが、大部分は多孔板１５０の中央に形成された開口１５１を通り上昇していく。

したがって、水槽流入口１２２から水槽本体１１１に入り、ゆっくりと上昇する汚濁水の大部分が一旦中央に集まり速い上昇流となりながら、この開口１５１を通り水槽本体１１１の上部に向かって上昇していく。
そこで、固液分離装置１００では、上昇流の変化が大きくなるため、一旦中央付近に集まった粒子のうち、沈降速度の遅い粒子は、この速い上昇流によって、上方に巻き上げられてしまい、この巻き上げられた粒子が十分に沈降しない状態で、取水盤１４０を越えて、上澄み水排水管から外部に流れ出てしまう。

本発明はかかる事情を鑑みてなされたものであり、加圧ポンプなどが不要で、構造が簡単であり、低コストで得られると共に、微小粒径の固体粒子に対する固液分離能力が高い固液分離装置及び該固液分離装置を備える水処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明にかかる固液分離装置は、横断面が円形をした水槽本体と、この水槽本体に連設し、漏斗形状をするとともに、下端に固体粒子排出口を備えた水槽下端部とを有する固液分離水槽と、一端が固液分離水槽外に突出し固体粒子を含む汚濁水の入口となり、他端が前記水槽本体内に開放された水槽流入口となり、前記汚濁水の入口から流入した汚濁水が水槽流入口から水槽本体の内壁面の接線方向に沿いながら固液分離水槽内に流入するように設けられた汚濁水流入筒部と、下端側が水槽本体外に突出し、前記水槽本体の中心軸に沿うように設けられ、水槽本体の上部で上端が開口する垂直管部を上端側に有する上澄み水排水管と、外径が水槽本体の内径より小径で、前記水槽流入口より上方で前記垂直管部を囲むように鍔状に張り出し、水槽本体中央部分を流れる上昇流による固体粒子の上昇を抑止する上昇流抑止板と、を備える固液分離装置であって、前記水槽本体の内部には、水槽本体の内壁面に沿って上昇しようとする汚濁水の流れを抑える庇状をしたガイド板が、少なくとも水槽流入口直上部を含み、汚濁水の水槽本体への流入方向下流側にかけて水槽本体内壁面から突出し、かつ、汚濁水の水槽本体への流入方向下流側に向かって水槽本体内壁面側に徐々に収束するように設けられているとともに、前記ガイド板と前記上昇流抑止板との間には上昇流を大きく変化させる突出部が設けられておらず、前記上昇流抑止板が、外縁部と中央部が水平な円盤状かあるいは外縁部が中央に比べ固液分離水槽の底側に位置する略傘状に形成されていることを特徴としている。

本発明の固液分離装置において、水槽流入口から水槽本体内に流入した汚濁水が前記上昇流抑止板と水槽本体との隙間を通過する直前まで略一定速度で上昇する構造としては、特に限定されないが、例えば、水槽本体を、水槽流入口から上昇流抑止板との間で、上昇速度が一旦上昇するような狭小部を設けない構造、前記垂直管部をその口径を変化させない構造などが挙げられる。
なお、上昇速度は、略一定であれば、特に限定されないが、固液分離を促進できることから、固体粒子の沈降速度とおよそ同じ或いはそれ以下の速度が好ましい。

本発明の固液分離装置において、水槽本体は、横断面が円形をしていれば、上下方向が全て同じ径である必要はなく、上側に向かって徐々に拡径したり、間欠的に拡径していても構わない。

上昇流抑止板の大きさは、上昇流抑止板の外径をｄ０、上昇流抑止板周囲の水槽本体の内径をｄ１としたとき、下式（１）

を満足することが好ましい。
すなわち、上昇流抑止板の外径が大きくなることにより、中央に集まった細かい粒子を含む上昇流の多くが上昇流抑止板にあたり中央付近で下降流に変化する流れの中で沈降分離ができる。

また、水槽本体の内径をｄ１、予想流入量をＱとしたとき、
下式（２）で求まる水槽本体内の水の平均上昇流速Ｖ０と、

下式（３）で求まる汚濁水中の固体粒子の沈降速度Ｗ

（但し、式（３）中、ｇは重量加速度（ｍ／Ｓ² ）、Ｃｄは抵抗係数、ｓは固体粒子の比重、ｄは固体粒子の平均粒径（ｍ）である）
が、W＞Ｖ０を満足することが好ましい。
すなわち、上記のように、W＞Ｖ０を満足すれば、汚濁水が流入直後から上昇流抑止板まで上昇する間、固体粒子の沈降速度Wの方が、上昇流速Ｖ０より速いため、固体粒子が沈降しやすくなり、平均粒径以上の固体粒子は殆ど沈降する。したがって、より固液分離を確実に行えるようになる。

本発明の固液分離装置において、上昇流抑止板の形状は、特に限定されないが、上昇流の一部を上昇流抑止板により下降流に変化させるために、外縁部と中央部が水平な円盤状かあるいは外縁部が中央に比べ固液分離水槽の底側に位置する略傘状に形成されていることが好ましい。より積極的に下降流に変化させるためには、外縁部が中央に比べ固液分離水槽の底側に位置する略傘状に形成されていることが好ましい。
すなわち、水槽本体上部の内壁面付近は上昇流が強いが、上記のように上昇流抑止板が略傘状をしていると、一部上昇流抑止板裏側に当たった流れは中央部で下降流を生じさせるために中央部の上昇流れは遅くなる。そのため固形物の沈降を確実に行える。
また、上昇流抑止板の上の流れが水平な場合に比べて略傘状では、中央に向かって加速する流れが、内壁面付近で大きくないので、上昇流抑止板に乗った固形物が中央に運ばれにくくなり、排水口から流出する量が減少する。また上昇流抑止板にたまった固形物が水の流量が減少したとき、または止まったときに外周側に落ち 自己洗浄能力を有する。

上記略傘状とは、少なくとも外縁部が中央に比べ固液分離水槽の底側に位置すれば、特に限定されないが、例えば、中央部から全周に亘って徐々に下降する全体がテーパ面となっている形状や、中央部から水平円盤状に張り出し、外縁部のみ下方に下がった形状でも構わない。

本発明の固液分離装置において、汚濁水流入筒部は、特に限定されないが、その縦断面形状を、高さ方向が長い長方形とすることが好ましい。すなわち、縦断面形状が、高さ方向が長い四角形をしていれば、水が高さ方向に長い帯状をした水槽本体の内壁面に沿う薄い層の高さ方向に略均一な速度の速い回転流となる。その結果、水槽本体の中央部に固体粒子を迅速に集めることができるとともに、固体粒子を巻き上げる急激な上昇流を抑えることができる。
なお、本発明において、四角形とは、コーナー部が少しアール形状に面取りされているものを含む、できるだけ長方形に近いものが好ましい。

また、汚濁水流入筒部は、汚濁水の入口から水槽流入口に向かって縦断面積が徐々に小さくなるように形成されていることが好ましい。
すなわち、汚濁水の入口から水槽流入口に向かって縦断面積が徐々に小さくなるように形成すれば、水槽流入口から流入する水の速度をさらに上げることができる。

さらに、汚濁水流入筒部は、縦断面が高さ方向の長い長方形をしていて、汚濁水の入口から水槽流入口に向かって縦断面積が徐々に小さくなるように形成されているものにおいては、汚濁水流入筒部を水槽本体の内壁面の接線に垂直な面に沿って切断し、切断面の、汚濁水流入筒部の内壁面の高さ方向寸法をＬ１，水平方向の寸法をＬ２としたとき、汚濁水流入筒部をいずれの位置で切断してもＬ１/Ｌ２＞３を満足するとともに、水槽流入口横幅が水槽本体の内径の１／１０〜１／５倍、水槽流入口の開口面積が汚濁水入口の開口面積の１／５〜１／２倍とすることが好ましい。

また、汚濁水流入筒部は、その下側壁面が、汚濁水の入口側から水槽流入口側に向かって下り勾配に形成されていることが好ましい。
すなわち、汚濁水中の固体粒子は、汚濁水流入筒部中においても徐々に沈降していくものがあるので、下側壁面を、上記のように汚濁水の入口側から水槽流入口側に向かって下り勾配にすることで、より水槽の下方への沈降を促進することができるようになる。
なお、上記下り勾配の勾配％は、特に限定されないが、１〜５％とすることが好ましい。

本発明の固液分離装置において、上澄み水排水管は、上端側が水槽本体の中心軸に沿って設けられていれば、特に限定されないが、全体が直管となっていて、下端部が固体粒子排出口の中央を通り固液分離水槽外に突出している構成とすることが好ましい。
すなわち、上澄み水排水管は、水槽本体の中間部で折れ曲がり、水槽本体の側壁面を貫通して外部に突出させることも可能であるが、折れ曲がった部分によって水槽本体内の水平回転せん断流れの生成を妨げ、固体粒子の沈降を阻害するおそれがある。

本発明の固液分離装置において、水槽本体の内壁面に沿って上昇しようとする汚濁水の流れを抑える庇状をしたガイド板を、少なくとも水槽流入口直上部を含み、汚濁水の水槽本体への流入方向下流側にかけて水槽本体内壁面から突出するように設けることが好ましい。
上記ガイド板は、少なくとも水槽流入口直上部に設けられていれば、一部に設けられていても水槽本体内壁面全周にわったて設けられていても構わないが、水槽本体の内周面を１／２〜３／４周するように設けられることが好ましい。
また、ガイド板は、一部に設けられる場合、汚濁水の水槽本体への流入方向下流側にかけて徐々に下流側に向かって水槽本体内壁面側に収束するように形成されていてもよい。
ガイド板の出幅は、特に限定されないが、前記水槽流入口部の水平方向の寸法Ｌ２と同等、或いは最大出幅を水槽流入口が設けられた水槽本体の内径の１／６以下とすることが好ましい。

本発明の固液分離装置において、水槽下端部の固体粒子排出口は、開放状態で他の容器に受けられるようになっていても構わないし、バルブを設け開閉自在とし、ある程度水槽下端部に固体粒子がたまったら、バルブを開放して固体粒子を排出し、それ以外の場合はバルブを閉じておくようにしても構わない。
固体粒子排出口の径は、特に限定されないが、固体粒子の排出を妨げない限り、できるだけ小径化することが好ましい。

本発明にかかる水処理装置は、入口側に汚濁水中の大型汚濁成分を除去するストレーナを有し、流入した汚濁水を貯めて、この汚濁水中の固体粒子を沈降させる沈降槽内に、上記本発明の固液分離装置を、上澄み水排水管の出口側を沈降槽外に臨ませた状態で前記沈降槽内に配置したことを特徴としている。

本発明の固液分離装置は、横断面が円形をした水槽本体と、この水槽本体に連設し、漏斗形状をするとともに、下端に固体粒子排出口を備えた水槽下端部とを有する固液分離水槽と、一端が固液分離水槽外に突出し固体粒子を含む汚濁水の入口となり、他端が前記水槽本体内に開放された水槽流入口となり、前記汚濁水の入口から流入した汚濁水が水槽流入口から水槽本体の内壁面の接線方向に沿いながら固液分離水槽内に流入するように設けられた汚濁水流入筒部と、下端側が水槽本体外に突出し、前記水槽本体の中心軸に沿うように設けられ、水槽本体の上部で上端が開口する垂直管部を上端側に有する上澄み水排水管と、外径が水槽本体の内径より小径で、前記水槽流入口より上方で前記垂直管部を囲むように鍔状に張り出し、水槽本体中央部分を流れる上昇流による固体粒子の上昇を抑止する上昇流抑止板と、を備える固液分離装置であって、前記水槽流入口から水槽本体内に流入した汚濁水が前記上昇流抑止板と水槽本体との隙間を通過する直前まで略一定速度で上昇し、前記隙間を通るときのみ上昇速度が上昇するように構成したので、加圧ポンプなどが不要で、構造が簡単であり、低コストで得られると共に、微小粒径の固体粒子に対する固液分離能力が高い。
すなわち、従来のものは、水槽流入口から上方に少しはなれた部分に、有効断面積が狭くなる多孔板をリング状に設けたので、上昇流の速度がこの多孔板の開口部を通る際に速くなる。
したがって、流入量が多くなると、速度の上昇が急激に起こり、水槽本体の中央付近に集まった粒子を舞い上げてしまう。
しかし、上記のように、前記水槽流入口から水槽本体内に流入した水が前記上昇流抑止板と水槽本体との隙間を通過する直前まで略一定速度でゆっくりと上昇し、有効断面積が狭くなった上昇流抑止板付近で緩やかに加速する流れとなるようにすれば、殆どの粒子の沈降速度が上昇流の上昇速度より勝るので、中央部を上昇する中で大部分の粒子が分離される。そして、さらに中央に集まっていた細かい粒子を含む上昇流の多くが上昇流抑止板にあたり中央付近で下降流に変化する流れの中で沈降分離ができる。

本発明にかかる水処理装置は、入口側に汚濁水中の大型汚濁成分を除去するストレーナを有し、流入した汚濁水を貯めて、この汚濁水中の固体粒子を沈降させる沈降槽内に、上記本発明の固液分離装置を、上澄み水排水管の出口側を沈降槽外に臨ませた状態で前記沈降槽内に配置したので、雨水等の汚濁水中に混合された落ち葉や樹脂製フィルムや袋等のゴミなどの大型汚濁成分はストレーナによって除去でき、微小粒径の固体粒子は固液分離装置によって分離除去できる。

本発明の固液分離装置の第１の実施の形態を示し、その一部を切り欠いた斜視図である。 図１の固液分離装置の一部を切り欠いた平面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図１の固液分離装置の上昇流抑止板を示す図であって、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 図１の固液分離装置の水の動き及び固体粒子の動きを模式的に説明する図である。 図１の固液分離装置を用いた本発明の水処理装置の１例を示し、その一部を切り欠いた斜視図である。 本発明の固液分離装置の第２の実施の形態を示す断面図である。 本発明の固液分離装置の第３の実施の形態を示す断面図である。 従来の固液分離装置の断面図である。

以下、本発明の固液分離装置及び水処理装置の構成及び作用を本実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
図１〜図３は、本発明の固液分離装置の第１の実施の形態をあらわしている。

図１〜図３に示すように、この固液分離装置Ａは、ポリ塩化ビニルやポリエチレン等の熱可塑性樹脂で形成されていて、固液分離水槽１と、汚濁水流入筒部２と、上澄み水排水管３と、上昇流抑止板４と、ガイド板５とを備えている。
固液分離水槽１は、水槽本体１１と、水槽下端部１２と、天板１３とを備えている。
水槽本体１１は、内径ｄ１の円筒形状している。
水槽下端部１２は、水槽本体１１の下端に連設して設けられ、下方に向かって徐々に小径になる漏斗形状をしていて、その下端が固体粒子排出口１４となっている。
天板１３は、後述する上澄み水排水管３の上端からずれた位置に空気抜き孔１３１が穿設されている。

汚濁水流入筒部２は、固液分離水槽１の外壁面から突出するように設けられ、一端が、汚濁水の入口（以下、「汚濁水入口」）２１となり、他端が水槽本体１１内に開放された水槽流入口２２となっている。
また、汚濁水流入筒部２は、２つの立面壁２ａ，２ｂと、２つの立面壁２ａ，２ｂの上端間に跨るように設けられる上部壁２ｃと、２つの立面壁２ａ，２ｂの下端間に跨るように設けられる下側壁面を構成する下部壁２ｄとの４つの壁で囲まれた四角筒状をしていて、汚濁水入口２１及び水槽流入口２２は、いずれも長方形をしているが、水槽流入口２２の断面積が、汚濁水入口２１の断面積の１／５〜１／２倍となっている。
さらに、汚濁水流入筒部２は、汚濁水流入筒部２を水槽本体１１の内壁面の接線に垂直な面に沿って切断し、切断面の、汚濁水流入筒部１１の内壁面の高さ方向寸法をＬ１，水平方向の寸法をＬ２としたとき、汚濁水流入筒部１１をいずれの位置で切断してもＬ１/Ｌ２＞３を満足するとともに、水槽流入口２２の横幅が水槽本体１１の内径ｄ１の１／１０〜１／５倍となっている。

また、一方の立面壁２ａは、その壁面が水槽本体１１の内壁面の接線に沿うように設けられているとともに、その上端縁が水平となっていて、下端縁が、汚濁水入口２１側から水槽流入口２２に向かって角度αで傾斜する台形をしていて、下端縁の水槽流入口２２側が水槽本体１１と水槽下端部１２との境界部分に略一致するように設けられている。
他方の立面壁２ｂは、その壁面が汚濁水入口２１側から水槽流入口２２に向かって一方の立面壁２ａに近づくように設けられているとともに、上端縁が一方の立面壁２ａの上端縁と同一水平面内に設けられ、下端縁が一方の立面壁２ａの下端縁に沿う傾斜角αで汚濁水入口２１側から水槽流入口２２に向かって傾斜する仮想面上に載るように設けられている。
したがって、下部壁２ｄは、汚濁水入口２１側から水槽流入口２２に向かって勾配％が１〜５％で下降する傾斜面になっている。

上澄み水排水管３は、直管であって、水槽本体１１の中心軸に沿ってその下端部が固体粒子排出口１４から固液分離水槽１の外部に突出し、図示していないが、その下端が他の配管材あるいは固体粒子排出口１４を下方から受けるように設けられる沈殿槽等の受槽に支持されるようになっている。すなわち、上澄み水排水管３は、上部の垂直管部３１だけでなく、下端部３２も垂直管となっている。
上昇流抑止板４は、図４に示すように、中央に、上澄み水排水管３の外径と略同じ内径をした孔４１を有し、中央から外側に向かって徐々に傾斜するテーパ面４２を有する略傘形をしている。

そして、上昇流抑止板４は、孔４１の上端が上澄み水排水管３の上端に一致するとともに、中央より外縁側が固液分離水槽１の底側に位置するように上澄み水排水管３の上端部に溶接等で固定されている。
また、上昇流抑止板４の外径ｄ０は、上記式（１）で示すように、ｄ１＞ｄ０≧２／３を満足するようになっている。

上昇流抑止板４の水槽本体１１内での高さ方向の位置は、上昇流抑止板４上面の外縁から立ち上がり、上端が天板１３の下面に達する仮想筒状部の外周面積が、上記隙間Ｓに水平断面積より大きくなる位置となっている。

ガイド板５は、水槽本体１１の内壁面から水平方向に庇状に形成され、水槽流入口２２の直上部を含み、汚濁水の水槽本体１１への流入方向下流側にかけて水槽本体１１の内周面を１／２〜３／４周し、下流側が徐々に水槽本体１１内壁面側に収束している。
また、ガイド板５は、図２に示すように、水槽本体１１の内壁面からの最大幅５０が前記水槽流入口部の水平方向の寸法Ｌ２と同等、或いは水槽本体１１の内径ｄ１の１／６以下になっている。
また、この固液分離水槽１は、水槽本体１１の内部が上記のようになっており、予想流入量をＱとしたとき、上記式（２）で求まる水槽本体内の水の平均上昇流速Ｖ０と、上記式（３）求まる汚濁水中の固体粒子の沈降速度Ｗとしたとき、W＞Ｖ０を満足するようになっている。

つぎに、この固液分離装置Ａの固液分離のメカニズムを、図５を参照に詳しく説明する。
まず、汚濁水が落差による自然圧によって汚濁水流入筒部２の汚濁水入口２１から水槽流入口２２を介して水槽本体１１内に流れ込む（矢印ａ）。

このとき、汚濁水流入筒部２の一方の立面壁２ａが水槽本体１１の内壁面の接線に沿うように設けられ、他方の立面壁２ｂが汚濁水入口２１側から水槽流入口２２に向かって一方の立面壁２ａに近づくように設けられているので、汚濁水は、水槽本体１１の接線方向に向かう水流となって水槽流入口２２から水槽本体１１内に流れ込む。
しかも、汚濁水入口２１側から水槽流入口２２に向かって断面積が小さくなっているので、加速されながら水槽本体１１内に流れ込む。

そして、このように汚濁水が、水槽本体１１の接線方向に向かう水流となって水槽流入口２２から水槽本体１１内に流れ込むことによって、水槽本体１１内では、水平回転せん断流れが生じる。
この水平回転せん断流れは、汚濁水中の固体粒子に求心運動を生じさせる。すなわち、汚濁水中の固体粒子７が水槽本体１１の中央部に集まっていく。

一方、汚濁水の流入に伴って、汚濁水が水槽本体１１内に速い速度で流入すると、水槽本体１１内の水は、水槽本体１１の内壁面側が速く、水槽本体１１の中央側が遅いという速度勾配を形成するため、流入直後は、遠心力によって水槽本体１１の内壁面近傍において、汚濁水が中央部に比べ速く上昇しようとする。
しかし、ガイド板５を備えているので、水槽本体１１の内壁面に沿って上昇しようとする汚濁水の速い流れを抑えることができる。
そして、水槽本体１１は、ガイド板５と上昇流抑止板４との間に、従来の多孔盤１５０のような突出部がないため、ガイド板５をすぎると、汚濁水は、略均一な速度の上昇流となって、水槽本体１１の上部に向かって上昇していく。
このとき、設定流入量Ｑにおいては、上昇流の平均上昇流速Ｖ０が汚濁水中の固体粒子の沈降速度Ｗより小さいので、所定の比重以上の固体粒子は、水槽本体１１の中央に集まりつつ固体粒子排出口１４に向かって沈降していく。
また、汚濁水流入筒部２の下部壁２ｄが、汚濁水入口２１側から水槽流入口２２に向かって角度αで下降する傾斜面になっているので、汚濁水中の固体粒子は、この傾斜面の勾配にそって斜め下向きに沈降しながら、水槽本体１１内に入り込む。

そして、水槽流入口２２がロート状をした水槽下端部１２と水槽本体１１の境界部分に設けられているので、沈降する固体粒子７は、求心運動に加えて水槽下端部１２のテーパによって中央方向に集められ、固体粒子排出口１４から固液分離水槽１外に排出される。

また、固体粒子７は、その形状、材質などが異なるものもある。したがって、比重が同じであっても、水槽本体１１の中央部に集まった固体粒子のうち、抵抗の大きい形状のものなどは、この上昇流によって、水と共に水槽本体１１の中央部を上昇していく場合がある。
しかし、上昇流抑止板４を備えているので、水槽本体１１に中央部を上昇流に載って上昇してきた細かい固体粒子７は、上昇流の多くが上昇流抑止板４にあたり中央付近で下降流に変化する流れの中で沈降分離していく。

一方、隙間Ｓを通り抜け、上澄み水排水管３の上端より高い位置まで上がってきた上澄み水は、上澄み水排水管３の上端から上澄み水排水管３内に入り、排水経路あるいは上澄み水の貯水タンクなどに排水される。

また、汚濁水の流入量が多く、万一、固体粒子の一部が上昇流抑止板４より上側に舞い上がったとしても、上昇流抑止板４の水槽本体１１内での高さ方向の位置は、上昇流抑止板４上面の外縁から立ち上がり、上端が天板１３の下面に達する仮想筒状部の外周面積が、上記隙間Ｓに水平断面積より大きくなっているので、隙間Ｓを通った水は上昇流抑止板４の部分に達すると流速Ｖ３が遅くなる。したがって、上澄み水排水管３に流れ込むまでに、固体粒子７が沈降し、上昇流抑止板４の上で受けられ、そのテーパ面４２のテーパによって隙間Ｓ側に流れて、水槽下端部１２に向けて沈降していく。

この固液分離装置Ａは、以上のように、固液分離水槽１と、汚濁水流入筒部２と、上澄み水排水管３と、上昇流抑止板４と、ガイド板５とからなる簡単な部品構成であり、落差のみの自然圧を利用して固液分離水槽１内に汚濁水を流入させるだけで、ポンプなどの動力が不要である。したがって、低コストで汚濁水中の汚濁成分である固体粒子を分離除去することができる。
しかも、従来と異なる形状の上昇流抑止板４が設けられ、水槽本体１１に中央部を上昇流に載って上昇してきた固体粒子７は、上昇流抑止板４によって水と共に上昇が抑えられ、上昇流抑止板４の下面のテーパによって水槽本体１１の中央方向に向かい沈降していくようになっているので、より固液分離能力が高いものとなる。したがって、小型化を図ることができる。

図６は、上記固液分離装置Ａが組み込まれた水処理装置９の１例をあらわしている。
図６に示すように、この水処理装置９は、沈降槽としての道路側溝に流れ込んだ雨水を受けるように設けられた集合枡９１と、集合枡９１への雨水流入口に設けられたストレーナ９２と、上記固液分離装置Ａと、地下浸透槽（例えば、積水化学工業社の商品名レインステーションの外壁面を浸透性膜で覆った状態で地中に埋設したもの）９３とを備えている。

ストレーナ９２は、集合枡９１に流れ込む雨水などの汚濁水中に含まれる落ち葉やゴミなどの除去したのち、集合枡９１内に流入させるようになっている。
固液分離装置Ａは、集合枡９１の中間位置に汚濁水流入筒部２が位置するように固液分離水槽１が集合枡９１の内壁面に固定されている。
また、固液分離装置Ａは、集合枡９１の側壁面を貫通し、道路に沿って設けられた地下浸透槽９３に接続された地下浸透水供給管９４に上澄み水排水管３の下端が接続されている。

この水処理装置９は、上記のように、ストレーナ９２が設けられているので、雨水が側溝から集合枡９１に流入しようとすると、このストレーナ９２によって、まず、木の葉や、樹脂製フィルムや袋の切れ端などの大型の汚濁成分が除かれる。
そして、このストレーナ９２によって大型の汚濁成分が略取り除かれた雨水のみが、集合枡９１内に流れ込む。
通常の量の雨であれば、集合枡９１内に入り込んだ雨水は、集合枡９１から排水経路をとおり、河川に放流される。

一方、集中豪雨などで、大量の汚濁した雨水が集合枡９１内に流れ込むと、集合枡９１内の水位が上がり、水位が上澄み水排水管３の上端より高くなると、集合枡９１内に入り込んだ大型の汚濁成分は除かれているが、砂れきなどの固体粒子を汚濁成分として多量に含む汚濁した雨水が汚濁水流入筒部２から固液分離水槽１内に流れ込み、上記のように固液分離水槽１内で汚濁した雨水中に含まれる固体粒子と水とを分離し、固体粒子7は、固体粒子排出口１４から集合枡９１内に排出され、上澄み水を、上澄み水排水管３を介して地下浸透槽９３に一次的に溜め、河川の急激な増水による事故や洪水を防止する。
また、地下浸透槽９３に一次的に溜められた上澄み水は、徐々に浸透膜を介して地中に浸透していき、潅漑を図ることができる。

また、この水処理装置９は、上記のように、集合枡９１内に本発明の固液分離装置Ａを設け、集合枡９１に流れ込んだ汚濁した雨水から固体粒子を除去し、清浄な雨水のみを、地下浸透槽９３に供給するようにしたので、地下浸透槽９３内での雨水に含まれる砂れき等の固体粒子の堆積を極力防止でき、地下浸透槽９３のメンテナンスの頻度を低減できるとともに、地下浸透槽９３自体の寿命を延ばすこともできる。

図７は、本発明にかかる固液分離装置の第２の実施の形態をあらわしている。
図７に示すように、この固液分離装置Ｂは、以下に説明する構成以外は、上記固液分離装置Ａと同様になっている。

すなわち、この固液分離装置Ｂは、水槽下端部１２を受けるように、バルブ付きドレン管１６ａを備えた固体粒子7の受槽１６が設けられている。
また、この固液分離装置Ｂは、上澄み水排水管３が、その下端部を受槽１６の底を貫通して外部に臨ませ、図では示していないが、受槽１６の貫通部において、受槽１６に溶接あるいはネジ固定されている。

上記構成の固液分離装置Ｂは、受槽１６を備えているので、分離した固体粒子の回収が容易になるという利点をさらに備えている。
また、バルブ付きドレン管１６ａを備えているので、バルブを電動バルブや電磁バルブにすることによって、定期的に受槽１６内を清掃できるような構成とすることもできる。

図８は、本発明にかかる固液分離装置の第３の実施の形態をあらわしている。
図８に示すように、この固液分離装置Ｃは、以下に説明する構成以外は、上記固液分離装置Ａと同様になっている。

すなわち、この固液分離装置Ｃは、上澄み水排水管３の下端部３３が直角に折れ曲がったのち、水槽本体１１の側壁を貫通して外部に臨んでいる。
また、この固液分離装置Ｃは、固液分離水槽１に下部に固液分離水槽１を下方から支える円筒状をした支持脚１７を備えるとともに、排出口１４にバルブ付きのドレン管１８が接続されている。
上記構成の固液分離装置Ｃは、固液分離水槽１の下部に支持脚１７を備えているので、設置が容易となるという利点をさらに備えている。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されない。
例えば、上記の実施の形態では、汚濁水流入筒部が１つであったが、水槽本体の周面に沿って放射状に複数設けるようにしても構わない。

上記の実施の形態では、上昇流抑止板の上端と上澄み水排水管の上端とが同じ高さ位置であったが、上澄み水排水管の上端の位置を、上昇流抑止板の上端より高い位置にしても構わない。
上記の実施の形態では、固液分離装置で分離された固体粒子を直接、沈降槽としての集合枡の底に沈降させるようにしていたが、上記第２及び第３の実施の形態のような固液分離装置として、一旦、固液分離装置内に分離した固体粒子を溜めるようにしても構わない。

上記の実施の形態では、水処理装置に本発明の固液分離装置が１台だけ組み込まれていたが、さらに固液分離の精度を上げるように、上澄み水排水管から排水される第１の固液分離装置の上澄み水をさらに第２の固液分離装置の汚濁水流入筒部から第２の固液分離装置の固液分離水槽内に流入させるというように本発明の固液分離装置を多段に配置するようにしても構わない。
上記の実施の形態では、固液分離装置が全て熱可塑性樹脂で形成されていたが、金属で、繊維強化樹脂等の複合材料で形成されていても構わないし、いろいろな材料で形成された部材を組み合わせるようにしても構わない。

本発明の固液分離装置は、特に限定されないが、例えば、以下のような用途に用いられる。
（１）水処理設備の沈砂回収
（２） 雨水マスから雨水浸透施設へ混入する異物除去
（３） 浄化槽からのスラッジ除去
（４） 砂礫が混入する水源から連続的に水を田畑等へ供給する給水設備の異物除去

Ａ，Ｂ，Ｃ 固液分離装置
１ 固液分離水槽
１１ 水槽本体
１２ 水槽下端部
１３ 天板
１４ 固体粒子排出口
２ 汚濁水流入筒部
２１ 汚濁水入口（汚濁水の入口）
２２ 水槽流入口
２ｄ 下部壁（下側壁面）
３ 上澄み水排水管
３１ 垂直管部
４ 上昇流抑止板
５ ガイド板
７ 固体粒子
９ 水処理装置
９１ 集水枡（沈降槽）
９２ ストレーナ
Ｓ 隙間
Ｔ 仮想筒状部

Claims (9)

1. 横断面が円形をした水槽本体と、この水槽本体に連設し、漏斗形状をするとともに、下端に固体粒子排出口を備えた水槽下端部とを有する固液分離水槽と、
   一端が固液分離水槽外に突出し固体粒子を含む汚濁水の入口となり、他端が前記水槽本体内に開放された水槽流入口となり、前記汚濁水の入口から流入した汚濁水が水槽流入口から水槽本体の内壁面の接線方向に沿いながら固液分離水槽内に流入するように設けられた汚濁水流入筒部と、
   下端側が水槽本体外に突出し、前記水槽本体の中心軸に沿うように設けられ、水槽本体の上部で上端が開口する垂直管部を上端側に有する上澄み水排水管と、
   外径が水槽本体の内径より小径で、前記水槽流入口より上方で前記垂直管部を囲むように鍔状に張り出し、水槽本体中央部分を流れる上昇流による固体粒子の上昇を抑止する上昇流抑止板と、を備える固液分離装置であって、
   前記水槽本体の内部には、水槽本体の内壁面に沿って上昇しようとする汚濁水の流れを抑える庇状をしたガイド板が、少なくとも水槽流入口直上部を含み、汚濁水の水槽本体への流入方向下流側にかけて水槽本体内壁面から突出し、かつ、汚濁水の水槽本体への流入方向下流側に向かって水槽本体内壁面側に徐々に収束するように設けられているとともに、前記ガイド板と前記上昇流抑止板との間には上昇流を大きく変化させる突出部が設けられておらず、前記上昇流抑止板が、外縁部と中央部が水平な円盤状かあるいは外縁部が中央に比べ固液分離水槽の底側に位置する略傘状に形成されていることを特徴とする固液分離装置。
2. 上昇流抑止板の外径をｄ０、上昇流抑止板周囲の水槽本体の内径をｄ１としたとき、下式（１）
   

   

   を満足する請求項１に記載の固液分離装置。
3. 汚濁水流入筒部が、高さ方向が長い四角形をした縦断面形状をしていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固液分離装置。
4. 汚濁水流入筒部が、汚濁水の入口から水槽流入口に向かって縦断面積が徐々に小さくなるように形成されている請求項１〜請求項３のいずれかに記載の固液分離装置。
5. 汚濁水流入筒部の下側壁面が、汚濁水の入口側から水槽流入口側に向かって下り勾配に形成されている請求項１〜請求項４のいずれかに記載の固液分離装置。
6. 上昇流抑止板が、外縁部が中央に比べ固液分離水槽の底側に位置する略傘状に形成されている請求項１〜請求項５のいずれかに記載の固液分離装置。
7. 上澄み水排水管が、直管であって、下端部が固体粒子排出口の中央を通り固液分離水槽外に突出している請求項１〜請求項６のいずれかに記載の固液分離装置。
8. 水槽本体が上部を塞ぐ天板を有し、上昇流抑止板の外縁から立ち上がり、上端が天板の下面に達する仮想筒状部の外周表面積が、前記上昇流抑止板と水槽本体との隙間部分の水平断面積より大きい請求項１〜請求項７のいずれかに記載の固液分離装置。
9. 入口側に汚濁水中の大型汚濁成分を除去するストレーナを有し、流入した汚濁水を貯めて、この汚濁水中の固形分を沈降させる沈降槽内に、請求項１〜請求項８のいずれかに記載の固液分離装置を、上澄み水排水管の出口側を沈降槽外に臨ませた状態で前記沈降槽内に配置したことを特徴とする水処理装置。

Images