JP5196571B2 - 沈降装置 - Google Patents

Description

本発明は、水処理施設の沈殿池内に流入した水に含まれる汚濁物質の沈降を促進させる沈降装置に関する。

一般的に、川などから取り入れた水の浄化処理を行う水処理施設には、原水に含まれる汚泥のような汚濁物質を沈殿させるための沈殿池が設けられている。このような沈殿池内に、汚濁物質の沈殿効率を向上させるための沈降装置を設置することが、例えば、特許文献１などにより提案されている。

この従来の沈降装置は、原水が傾斜流路を上向きに流れる際に、汚濁物質を沈降分離させるものであって、平行、かつ所定の間隔をおいて配置された複数の隔壁部材と、各隔壁部材間に略一定間隔で配列されるとともに、配列方向に傾斜状態で設けられ、各隔壁部材間の空間を仕切って複数の傾斜流路を形成する複数の仕切部材と、を備えている。

このような沈降装置では、沈殿池内の水位が上昇したときには、各傾斜流路内に原水が下方から上方へ流れる。このとき、各傾斜流路内に流入した水に含まれる汚濁物質が沈降したときに、沈殿池の底面に到達するよりも早い時点で仕切部材の傾斜底面に到達し、傾斜底面に沿って雪崩状に落下して排出される。

このように、汚濁物質が沈降するのに要する距離が短くなるので、沈殿するまでの時間が短くなる。したがって、沈殿池内に沈降装置が設置されていない場合に比べて、単位時間に沈殿する汚濁物質の量が増大し、汚濁物質の沈殿効率が向上し、沈殿池内に沈降装置が設置されていない場合に比べて汚濁物質の分離能力が向上する。
実開昭６２−１９４４０４号公報

上述のような従来の沈降装置では、仕切部材の間隔（ピッチ）を狭めたほうが、汚濁物質の分離能力が向上する。すなわち、同一容積であれば、仕切部材のピッチを狭めた分だけ、汚濁物質を受け止める仕切部材の傾斜底面の面積が増加するため、汚濁物質の分離能力が高まる。また、ピッチに直交する方向である隔壁部材との間隔も、小さくしたほうが、原水が流れる際の整流効果が高まり、分離能力が高まる。
したがって、傾斜流路の断面積を小さくした方が、汚濁物質の分離能力が高くなる。

しかしながら、仕切部材のピッチおよび隔壁部材の間隔を狭めて、傾斜流路の断面積を狭めた場合、汚濁物質が傾斜流路内に付着して、閉塞するおそれがある。このような汚濁物質の付着は、主として、傾斜流路上端の開口部分で発生し、この付着が成長して沈降装置の上面をマット状に覆うと、沈降装置の運転に支障をきたす。
そこで、このように堆積物で開口部が塞がれないようにするために、従来は、原水の水質に応じ、開口部が塞がれにくい大きさの開口部面積に設定していた。

例えば、傾斜流路の開口部が、４辺が５ｃｍ程度の大きさで閉塞が生じる可能性が高い場合には、４辺が１０ｃｍ程度の大きさにすると、開口部が塞がれる可能性は大幅に低減される。
しかしながら、開口部の面積を大きくすることで閉塞防止を図った場合、仕切部材の配列ピッチも拡がり、汚濁物質が堆積する傾斜底面の面積も大幅に低減される。このように開口部の１辺の長さを５ｃｍから１０ｃｍに２倍にした場合、傾斜底面の面積は半減し、汚濁物質の分離能力が大幅に低下する。

本発明は、上述の問題点に着目して成されたもので、開口部が汚濁物質により塞がれにくくしながらも、汚濁物質の分離能力低下を抑制できる沈降装置を提供することにある。

上述の目的を達成するために、本発明の沈降装置は、間隔をおいて配置された複数の隔壁と、これら隔壁どうしの間に、前記隔壁の延在方向に略一定間隔で配列されるとともに、配列方向に傾斜状態で複数設けられて前記隔壁の間の空間を仕切って複数の傾斜流路を形成する仕切と、を備え、沈殿池において原水が下方から上方へ通過する位置に設置され、前記原水が下方から上方へ通過する際に、前記原水に含まれる汚濁物質の沈降を、前記仕切の上向きに傾斜した上面である傾斜底面で受け止めて、汚濁物質の沈降を促進する沈降装置であって、前記傾斜流路の上端の開口部が、前記隔壁に沿う方向の短辺と、この短辺に直交して前記仕切に沿う方向の長辺と、を有した長方形に形成されているとともに、水平方向に並設され、前記短辺に対する前記長辺の比率が１．６５〜４．０の範囲に設定されていることを特徴とする沈降装置とした。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の沈降装置において、別体に形成された前記隔壁と前記仕切とを接合して形成されていることを特徴とする沈降装置とした。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の沈降装置において、前記隔壁と前記仕切とが一体に成形されていることを特徴とする沈降装置とした。
さらに、請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載された沈降装置において、前記短辺に対する前記長辺の比率が２．０〜３．０の範囲内に設定されていることを特徴とする沈降装置とした。
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の沈降装置において、前記短辺に対する前記長辺の比率が２に設定されていることを特徴する沈降装置とした。

沈降装置において、隔壁と仕切とに囲まれて形成された傾斜流路の上端の開口部に、汚濁物質が付着し、さらに開口部の周縁から開口部中央にマット状に広がって、開口部を塞ごうとした場合、そのマット状の汚濁物質の中央部分に、汚濁物質の重量による最大曲げモーメントが作用する。曲げモーメントが増加してマットが破壊すれば閉塞は生じない。
このマット状の汚濁物質の中央部に作用する最大曲げモーメントは、本発明のように、開口部の長辺が短辺に対し１．６５〜４．０の比率に設定されているものでは、開口部が短辺と同寸法の正方形角のものと比較して数倍大きくできる。

傾斜管沈降装置上端にマット状に形成された汚濁物質を四角い平板とみなすことができる。ここで４辺が固定された平板とすると、平板にかかる最大曲げモーメントＭは、平板の中央に生じ、下記式（１）で与えられる。
Ｍ＝ｋｗａ^２ …（１）
なお、上記式（１）において、Ｍは最大曲げモーメント、ｗは堆積した汚濁物質の水中での重量、ａは短辺寸法である。
また、ｋは、ｂ／ａ＝λで決定される無次元の係数である。

式（１）より短辺aを大きくすることにより最大曲げモーメントが2乗に比例して大きくなることが理解される。したがって、前記したように閉塞を防止するため開口部を大きくすることは意味がある。しかしながら開口部を大きくする方法は傾斜底面の単位面積減少を招くマイナス要素がある。

次に式（１）のkが大きくなることでも最大曲げモーメントが大きくなることが容易に理解される。ｋは、ｂ／ａ＝λで決定される無次元の係数であり、細長い形状ほど大きくなることが認知されている。図６にその１例を示す。
図６に示すように細長さ（＝λ）が増すほどｋの値は当初増加して行くが、ある細長さ（＝λ）以上ではｋは極大値に近づき増加しなくなる。
したがって、傾斜底面の単位面積を減じさせるaを変えることなくbを適当な長さに選定することによって閉塞を防止する最大の効果が得られる領域が設定される。
すなわち、図６の４辺が固定されたマット状の汚濁物質からなる平板と想定した場合、長辺の比率が短辺の２倍のときｋは極大値となり、長辺の比率が短辺の１．６５倍の開口部では、極大値の９５％を得ることができる。
さらに、図６の４辺が支持されたマット状の汚濁物質からなる平板と想定した場合、長辺の比率が短辺の４倍の開口部でｋは極大値となり、３倍の開口部ではｋの極大値の９５％が得られる。

したがって、本発明の沈降装置では、開口部の短辺を２辺とする略正方形の開口部を有したものと比較して、マット状の汚濁物質が、４辺固定と４辺支持のいずれの状態でも、自重により壊れて沈降しやすく、開口部の閉塞防止性能が高まる。

一方、本発明の沈降装置では、開口部の長辺を２辺とする略正方形の開口部を有したものと比較すると、仕切の配列ピッチが小さく抑えられ、これにより、傾斜底面の面積をより大きく確保でき、汚濁物質の分離能力を確実に向上させることができる。
以上のように、本発明では、汚濁物質による開口部の閉塞防止性能の向上と、傾斜底面積を確保して汚濁物質の分離能力を確保することと、を両立させることが可能な沈降装置を提供することができる。

請求項２に記載の発明では、隔壁と仕切とを、それぞれ別に成形することができるため、成形装置として、小型の装置を用いることができ、製造コストを抑えることができる。
請求項３に記載の発明では、隔壁と仕切とを一体に成形したため、短時間に製作することができる。

開口部の短辺に対する長辺の比率が２．０〜３．０の範囲に形成された請求項４に記載の発明では、閉塞防止効果と製作加工のし易さを考慮して設定したものである。
マット上の汚濁物質の開口部中央部に作用する曲げモーメントが、理論上、汚濁物質が開口部の４辺に固定されていると想定した場合、長辺の比率が無限大のものの曲げモーメントの１００％の値を得ることができる。また、マット状の汚濁物質が、４辺支持と想定した場合、理論上、開口部中央に作用する曲げモーメントは、最大９５％の値が得られる。
請求項１に記載の開口部の短辺に対する長辺の比率が最大４である沈降装置は、閉塞防止効果は１００％発揮されるが、反面、強度が著しく低下し、製作加工も困難であるという問題がある。
したがって閉塞防止効果がほぼ１００％期待でき、かつ強度や製作に深刻な問題が生じない開口部の短辺に対する長辺の比率が２．０〜３．０の範囲を選択したものである。

また、開口部の短辺に対する長辺の比率を２とした請求項５に記載の沈降装置では、汚濁物質が、開口部にマット状に拡がる際に、開口部中央部に作用する曲げモーメントが、理論上、汚濁物質が開口部の４辺に固定されていると想定した場合、長辺の比率を無限大としたものの１００％の値を得ることができるのに加え、隔壁どうしの間隔を抑えることで、沈降装置の強度を確保することができ、短辺に対する長辺の比率を、２よりも大きな値としたものと比較して、運搬や設置や製作に有利となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明の実施の形態の沈降装置は、間隔をおいて配置された複数の隔壁（５１）と、これら隔壁（５１）どうしの間に、前記隔壁（５１）の延在方向に略一定間隔で配列されるとともに、配列方向に傾斜状態で複数設けられて前記隔壁（５１）の間の空間を仕切って複数の傾斜流路（５３，５３ｂ）を形成する仕切（５２）と、を備え、沈殿池（１０）内に配置され、この沈殿池（１０）内に流入した水に含まれる汚濁物質の沈降を、前記仕切（５２）の上向きに傾斜した上面である傾斜底面（５２ａ，５２ｂ）で受け止めて、汚濁物質の沈降を促進する沈降装置であって、前記傾斜流路（５３，５３ｂ）の上端の開口部（５４，５４ｂ）が、前記隔壁（５１）に沿う方向の短辺と、この短辺に直交して前記仕切（５２）に沿う方向の長辺と、を有した長方形に形成され、前記短辺に対する前記長辺の比率が１．６５〜４．０の範囲に設定されていることを特徴とする沈降装置である。

以下に、図１〜図８に基づいて、この発明の最良の実施の形態の実施例１の沈降装置Ａについて説明する。

この実施例１の沈降装置Ａは、図２に示す沈殿処理システムＣＳに適用されており、この沈殿処理システムＣＳは、沈殿池１０と、沈降装置Ａと、攪拌装置２０と、集泥装置３０と、集水トラフ４０とを備えている。
この沈殿処理システムＣＳは、沈殿池１０に導入された原水に含まれる汚濁物質を沈降装置Ａを用いて沈降させ、汚濁物質を取り除いた水を、集水トラフ４０から、沈殿処理水として系外に排出し、かつ、沈降装置Ａの下方に沈降した汚濁物質を、集泥装置３０で沈殿池１０の外部へ排出するシステムである。
なお、沈降装置Ａは、上向流式沈殿処理システムであれば、図２に示す沈殿処理システムＣＳに限定されること無く、あらゆる上向流式沈殿処理システムに適用することができる。

まず、沈殿池１０について説明する。
沈殿池１０は、攪拌部１１と、沈殿部１２とを備えている。攪拌部１１の上部には、例えば河川の水などの原水を流入させるための流入口１３が開口され、沈殿部１２の上部には、図外のろ過池に連通された流出口１４が開口されている。

流入口１３に連通された攪拌部１１には、攪拌装置２０が設けられている。
この攪拌装置２０は、流入上流の急速攪拌機２１と、その下流の緩速攪拌機２２とを備えている。

沈殿部１２の底部には、沈殿した汚濁物質を掻き集めるための集泥装置３０が設けられている。また、集泥装置３０により掻き集められた汚濁物質を溜めておくための凹状の貯留部１５が形成されており、貯留部１５の側方に汚濁物質を排出する排出口１６が形成されている。

沈降装置Ａは、集泥装置３０の上方において、仕切壁１７と、図中右側の側壁１８との間に、支持桁材１９に支持されて複数併設されている。
これら沈降装置Ａは、原水が沈降装置Ａを下方から上方へ通過する間に、原水に含まれる汚濁物質を沈降させて、汚濁物質を除去する。なお、各沈降装置Ａの構成および作用の詳細は、後述する。

集水トラフ４０は、各沈降装置Ａを通過して汚濁物質が除去された水を収集し、流出口１４に案内するもので、複数の樋状部材４１を、井形状に組み合わせて形成されており、樋状部材４１には、流入口４２が開口されている。

次に、沈降装置Ａについて説明する。
この沈降装置Ａは、図１に示すように、板状の５枚の隔壁部材（隔壁）５１と、これら隔壁部材５１の間に形成された空間を仕切って傾斜流路５３を形成する仕切としての管部材５２と、を備えている。
各隔壁部材５１は、図示の例では、塩化ビニルなどの合成樹脂材料により矩形状に形成されたシート状の部材から形成されている。これら隔壁部材５１は、相互間に管部材５２を挟んで、略平行に一定の間隔（ｂ）をおいて配置されている。なお、図１では、管部材５２を表すために、隔壁部材５１を管部材５２から離して表示しているが、実際は、隔壁部材５１は、管部材５２の側面５２ｓに当接状態で接着や溶着などにより接合されている。

管部材５２は、例えば塩化ビニルなどの合成樹脂材料から形成された断面が長方形の管状の部材である。各管部材５２は、隔壁部材５１に沿って、一定のピッチＰ＝ａの寸法で配置され、かつ、図３に示すように、水平方向に対して角度θ＝６０°で傾斜して配置されている。

したがって、管部材５２と管部材５２との間に、隔壁部材５１と管部材５２とで囲まれた断面が長方形形状の傾斜流路５３が形成されている。また、管部材５２の内側にも、断面が長方形形状の傾斜流路５３ｂが形成されている。
傾斜流路５３にあっては、管部材５２の上側の外側面が、汚濁物質を受け止める傾斜底面５２ａとなり、傾斜流路５３ｂにあっては、管部材５２の下側の内側面が、汚濁物質を受け止める傾斜底面５２ｂとなる。

さらに、本実施例１にあっては、傾斜流路５３の上端に設けられた開口部５４は、図１に示すように、隔壁部材５１に沿う方向の寸法ａ（以下、これを短辺寸法という）に対して、これに直交する方向の寸法ｂ（以下、これを長辺寸法という）が長く形成され、図において左右方向に長い長方形形状に形成されている。
また、管部材５２の内側に形成された傾斜流路５３ｂの上端に設けられた開口部５４ｂも、同様に図において左右に長い長方形であり、開口部５４に対して、管部材５２の板厚分だけ、小さな寸法に形成されているが、ごく僅かな差であるため、開口部５４と同様に、短辺寸法＝ａ（＝ピッチＰ）、長辺寸法＝ｂとして説明する。
そして、実施例１では、長辺寸法ｂは、短辺寸法ａに対し、２倍の寸法に形成されており、具体的には、ａ＝７８．５ｍｍ、ｂ＝１５７ｍｍに形成されている。

次に、実施例の１の作用を説明する。
沈殿池１０内の水位が上昇すると、沈降装置Ａでは、各傾斜流路５３，５３ｂを原水が上昇し、原水に含まれる汚濁物質は、各傾斜流路５３，５３ｂ内を沈降して、各傾斜底面５２ａ，５２ｂで受け止められる。

この場合、図３に示すように、原水が、沈降装置Ａに流入するときの水の上昇速度をＶとし、各傾斜流路５３，５３ｂ内での水の速度をＶｆとし、原水に含まれる汚濁物質の沈降速度をＶｓとし、各管部材５２の傾斜角度をθとし、傾斜した状態での各管部材５２の高さ寸法をＨとし、前述のように、傾斜流路５３のピッチ方向の幅寸法をｂとすると、Ｖ＝Ｈ／ＴとＶｓ・ｃｏｓθ＝ｄ／Ｔとの関係から（Ｔは時間である。）、（Ｈ／Ｖ）＝（ｄ／Ｖｓ・ｃｏｓθ）の関係が成り立つ。したがって、沈降速度Ｖｓは、Ｖｓ＝（ｄ／Ｈｃｏｓθ）・Ｖである。
ここで、管部材５２の間隔は、開口部５４の短辺寸法ａであり、各傾斜流路５３，５３ｂの長さ寸法をＬとすると、Ｖｓ＝（ａ／Ｌｃｏｓθ）・Ｖとなる。

したがって、沈降装置Ａの沈降面積Ａｓは、各傾斜流路５３，５３ｂのそれぞれの沈降面積をａｓとすると、Ａｓ＝ａｓ／ａ＝Ｌｃｏｓθ／ａとなる。
よって、沈降装置Ａの沈降面積は、その下方に投影される沈殿池１０の底面積と比較すると、数倍の値となる。具体的には、ａ＝７８．５で、Ｌ＝９６０ｍｍとすれば、沈殿池１０の底面積の５倍以上の値となり、高い沈降分離能力が得られることが分かる。

また、傾斜底面５２ａ，５２ｂに沈降分離された汚濁物質は、自重により傾斜底面に沿って雪崩状に排出され、集泥装置３０で掻き集められて、貯留部１５に溜められた後、排出口１６から排出される。

次に、汚濁物質が、開口部５４を塞ぐ際の作用を説明する。
上向流式の沈殿池１０では、図４に示すように、汚濁物質（フロック）Ｆが沈降装置Ａの上端に開口された開口部５４，５４ｂを閉塞し、沈降装置Ａの上面をマット状に覆い、運転に支障をきたす場合がある。なお、傾斜流路５３，５３ｂの中間及び下端では、沈降分離された汚濁物質が自重により傾斜底面５２ａ，５２ｂに沿って雪崩状に常に排出されているため、閉塞はほとんど発生しない。

処理対象の原水が、付着性のある汚濁物質を含む場合、管部材５２の寸法および間隔を大きくして、閉塞に対処する必要がある。しかし、前述のように、管部材５２の寸法および間隔を大きくすることは、沈殿面積を減じてしまう、すなわち、汚濁物質の分離能力を低下させるおそれがある。

それに対し、本実施例１の沈降装置Ａは、この問題を解決できるもので、沈殿面積の低減を抑えながらも、汚濁物質による開口部５４，５４ｂの閉塞を防止できることを達成する。

ここで、汚濁物質が開口部５４，５４ｂを閉塞する作用を、図面に基づいて順を追って説明する。
沈降装置Ａの上端にマット状に広がった汚濁物質Ｆは、図５に示す平板Ｈと見なすことができる。したがって、この平板Ｈが壊れるか、もしくは平板Ｈが形成されなければ汚濁物質Ｆは堆積しない。

ここで、平板Ｈが形成されたと想定すると、平板Ｈの中央には、堆積した汚濁物質Ｆの重量から生ずる最大曲げモーメントＭに起因した最大たわみδが生じる。よって、この曲げモーメントＭが大きく、たわみδが大きくなれば、平板Ｈは破壊される。すなわち、汚濁物質Ｆがマット状に堆積することが防止できる。

そこで、汚濁物質Ｆで形成された平板Ｈを、４辺を固定された平板Ｈと考えると、平板にかかる最大曲げモーメントＭは、平板Ｈの中央に生じ、下記式（１）で与えられる。
Ｍ＝ｋｗａ^２ …（１）
なお、上記式（１）において、Ｍは曲げモーメント、ｗは堆積した汚濁物質Ｆの水中での重量、ａは短辺寸法である。
また、ｋは、ｂ／ａ＝λで決定される無次元の係数である。

この式（１）から、管部材５２の辺の長さを大きくするとともに、ピッチＰを拡げて、開口部５４，５４ｂの面積を拡大すると、平板Ｈの中央に作用する最大曲げモーメントＭが大きくなり、開口部５４，５４ｂの閉塞防止効果が高まることが分かる。

しかしながら、前述したように、開口部５４，５４ｂを大きくするべく、管部材５２のピッチＰを大きくすると、傾斜底面５２ａ，５２ｂの面積が減り、沈殿面積が減少し、汚濁物質の分離能力が低下する。また、それを補うため管部材５２の長さを長くすると、装置の大型化を招き、重量増、設置手間の増大、コストアップ、設置場所の制約増などを招く。

それに対し、本実施例１では、開口部５４，５４ｂの短辺寸法ａと長辺寸法ｂとの比率を１：２にしたため、ピッチＰ（＝ａ）を抑えて沈殿面積を確保しながらも、マット状の汚濁物質Ｆにおける曲げモーメントＭを大きくして、汚濁物質Ｆによる閉塞を防止する性能を確保できる。

以下、さらに詳細に説明する。
上記式（１）の係数ｋは、短辺寸法ａと長辺寸法ｂの比率λで決定される。
ここで、汚濁物質Ｆの仮想的な弾性に基づいて得られた比率λの一例を図６に示す。なお、この図６では、第１特性Ｔ１と第２特性Ｔ２とを示している。第１特性Ｔ１は、汚濁物質Ｆが開口部５４，５４ｂの４辺で固定されている場合の、理論上の特性を示している。また、第２特性Ｔ２は、マット状の汚濁物質Ｆが、開口部５４，５４ｂの４辺で相対移動可能に支持された場合の、理論上の特性を示している。
本発明で扱う特性はフロックの性状、運転方法により状況が変化し、第１特性Ｔ１が合致する場合もあり、第２特性Ｔ２が合致する場合もある。

第１特性Ｔ１では、短辺寸法ａと長辺寸法ｂとが等しい（正四角形）λ＝１の場合から、長辺寸法ｂを徐々に延ばしてゆくと、係数ｋの値は、比例的に増加して行くが、長辺寸法ｂが短辺寸法ａの１．６５倍程度（λ＝１．６５）から、係数ｋの変化が顕著に小さくなり、λ＝２以上では、係数ｋの値はほとんど変化せず、ある値（本実施例１のものでは０．０８３）に収束する。

ところで、上述の第１特性Ｔ１は、４辺を固定した平板Ｈの場合であるが、４辺を相対移動可能な平板Ｈとみなす状況も存在する。この場合の特性である第２特性Ｔ２にあっても、長辺寸法ｂが、短辺寸法ａに近い範囲では、長辺寸法ｂの増加に伴い係数ｋが増加するが、長辺寸法ｂが短辺寸法ａの３．０倍程度（λ＝３．０）から、係数ｋの変化が顕著に小さくなり、λ＝４．０になると、係数ｋの値はほとんど変化せず、λ＝∞の場合の係数ｋ＝０．１２５に収束する。

図７は、上述の関係を、わかりやすく表現したものであり、λ＝１のときの係数ｋを基準値１として、λが上昇したときに、係数ｋが何倍になるかを表している。すなわち、最大曲げモーメントＭが、λ＝１の正方形に対して、何倍になるかを表している。

この図を見ても分かるように、理論上、４辺を固定した平板Ｈを想定した場合の第１特性Ｔ１は、λ＝１．６５で、λ＝∞とした場合の９５％の値を得ることができる。また、λ＝４では、４辺支持の平板Ｈを想定した場合の第２特性Ｔ２でも、λ＝∞に相当する１００％の効果が得られるのが分かる。
したがって、λ＝１．６５〜４．０の範囲では、４辺固定、４辺支持のいずれの場合も、λ＝∞の場合にきわめて近い曲げモーメントを得ることができる。

さらに、λ＝２の場合は、４辺固定の場合は、λ＝∞の１００％の曲げモーメントを得ることができ、４辺支持でも、λ＝∞の場合の８１％程度の曲げモーメントを得ることができる。
そこで、本実施例１では、強度および製作容易性を加味して、短辺寸法ａと長辺寸法ｂとの比率を、１：２としている。

次に、本実施例１で用いた管部材５２の曲げモーメントＭの大きさ（閉塞防止性能）と、開口部が正方形の角管部材を用いた場合との比較を、１辺の長さが５０ｍｍの角管部材を基準として説明する。

具体的な事例として、５０ｍｍの角管部材を用いて閉塞が生じていた原水に対して、１００ｍｍの角管部材を用いて閉塞が防止されたことがあった。
そこで、短辺寸法ａと長辺寸法ｂとの比率が１：２の管部材５２により、１辺の寸法を倍の２ａ＝１００ｍｍ角の管部材と同等の曲げモーメントＭ（閉塞防止効果）を得ることができる短辺寸法ａ’および長辺寸法ｂ’を求める。なお、管部材の断面寸法が、５０ｍｍ、１００ｍｍのものの開口部の寸法は、傾斜させた分だけ傾斜方向に長方形となるが、ここでは、開口部が正方形とみなして説明する。

長辺の長さを、基準となる角管部材（ａ＝５０ｍｍ）の２倍の２ａとした場合の４辺を固定した平板Ｈの最大曲げモーメントＭを求める。この最大曲げモーメントＭは、下記の式（２）で得られる。
Ｍ＝ｋ_１ｗ（２ａ）^２ …（２）

一方、本実施例１の短辺（＝ａ’）曲げモーメントＭは、下記の式（３）で得られる。
Ｍ＝ｋ_２ｗ（ａ’）^２ …（３）

したがって、両曲げモーメントＭが等しい場合には、下記の式（４）が得られる。
（２ａ）^４＝（ｋ_２／ｋ_１）・(ａ’)^２ …（４）

ここで、（ｋ_２／ｋ_１）は図６から、０．０８２９／０．０５１３＝１．６２であるから、上記式（４）は、下記の式（５）に置き換えることができる。
（２a）^２＝１．６２（ａ’）^２ …（５）
したがって、ａ’＝１．５７ａとなる。

そして、この例では、ａ＝５０ｍｍを基準としていることから、短辺寸法ａ’＝１．５７ａ＝７８．５ｍｍ、また、長辺寸法ｂ’＝１．５７ａ×２＝１５７ｍｍとなる。

以上のことから、本実施例１に用いた管部材５２の上端における開口部５４が、上記のように、短辺寸法ａが７８．５ｍｍで、長辺寸法ｂが１５７ｍｍのものは、それを塞ぐ汚濁物質Ｆで形成された平板Ｈにあっては、１辺が１００ｍｍの正方形の開口部と、同等のたわみδ（曲げモーメントＭ）が得られる、すなわち、同等の閉塞防止効果が得られる。

次に、１辺が１００ｍｍの角管部材と、本実施例１に用いた管部材５２との沈殿面積を比較する。
管部材５２を角度θで傾斜させた場合の沈殿面積Ｓは、Ｓ＝ｌｃｏｓθ／ａとなり、管部材５２のピッチ（＝ａ）に反比例する。
ここで、５０ｍｍ角に対し、１００ｍｍ角のものは、管部材５２のピッチが２倍になるから、沈殿面積Ｓは、１／２、すなわち５０％に減じる。
一方、実施例１のものは、管部材５２のピッチ（＝ａ’）が１．５７ａとなることから、沈殿面積Ｓは、１／１．５７となり、その減少は、３６．８％に留まる。
このように、２辺が２ａの角管部材をピッチＰ＝２ａで並べた沈降装置と、本実施例１の開口部５４、５４ｂの短辺寸法ａと長辺寸法ｂとの比率が１：２となる管部材５２をピッチＰ＝ａで並べた沈降装置Ａとを比較すると、本実施例１のものの方が、沈殿面積Ｓの減少を２０％ほど少なく抑えることができる。

言い換えると、通常、沈殿池１０の分離能力を維持するため、５０ｍｍ角の管部材を用いたものと同等の沈殿面積を確保するには、実施例１のものも、１００ｍｍ角の管部材を用いたものも、管部材を延長して装置の上下寸法を長くする必要がある。この場合、１辺の長さ１００ｍｍの角管部材を用いたものに比べ、本実施例１では、管部材５２の長さを２０％以上短くすることができる。したがって、同じ沈殿面積Ｓにした場合には、材料費および重量を軽減でき、さらに、施工作業を容易にでき、かつ、施工に必要な容積を小さくして、設置容易性を向上できる。

なお、上述の閉塞防止効果は、管部材５２の間に形成された傾斜流路５３の開口部５４を想定して説明してきたが、管部材５２の内側に形成される傾斜流路５３ｂの開口部５４ｂにあっても、同等の寸法関係にあり、上述した閉塞防止効果が得られる。

なお、短辺寸法ａと長辺寸法ｂとの比率を、１：３とした場合を計算すると、ｋ２／ｋ１は、図６から０．１２４６／０，０４７９となり、ａ’＝１．２４ａとなる。この場合、沈殿面積Ｓの減少は、１９％に留まる。

次に、実際に、汚濁物質をマット状に堆積させたサンプルを用いて、実際のたわみ量を測定した結果について説明する。
この実験には、汚泥と係数ｋが類似しているが実験時に破損しない程度の強度を確保したマット状のサンプルＳＡおよびサンプルＳＢを用いて、λ＝１の５０ｍｍ×５０ｍｍの正方形の開口と、λ＝２の５０ｍｍ×１００ｍｍの開口と上に、それぞれ載置して、中央部のたわみ量を測定してみた。

その結果を示すのが、図８であり、λ＝２の開口部に載せたものは、λ＝１の開口部に載せたものよりも、大きなたわみが得られた。そして、このλ＝２のもののたわみ量の倍率は、図６および図７に示す理論上の曲げモーメントの倍率よりも大きな倍率が得られた。

以上説明したように、本実施例１の沈降装置Ａでは、開口部の長辺寸法ｂを、短辺寸法ａに対し２倍に設定したため、短辺寸法ａ程度の正方形の開口部を有したものと比較して、開口部５４，５４ｂに付着したマット状の汚濁物質に作用する曲げモーメントＭを大きくできる。
したがって、開口部５４，５４ｂにおいて、マット状の汚濁物質が自重により壊れて沈降しやすく、開口部５４，５４ｂの閉塞防止性能が高まる。

また、開口部５４，５４ｂの短辺寸法ａをピッチＰとして、管部材５２を配列しているため、本実施例１と同等の閉塞防止性能が得られる正方形の角管部材を用いたものと比較して、管部材５２のピッチＰ（＝ａ）が小さく抑えられ、これにより、傾斜底面の面積を確保でき、汚濁物質の分離能力を確実に向上させることができる。

以上のように、実施例１では、汚濁物質による開口部５４，５４ｂの閉塞防止性能の向上と、傾斜底面積を確保して汚濁物質の収集性能を確保することと、を両立させることが可能な沈降装置Ａを提供することができる。

また、実施例１では、短辺寸法ａに対する長辺寸法ｂの比率を２としたため、長辺の比率を無限大としたものと、略同等の閉塞防止性能が得られながら、隔壁部材５１どうしの間隔（長辺寸法ｂ）を小さく抑えることで、沈降装置Ａの強度を確保することができ、運搬や設置や製作に有利となる。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態および実施例１について詳述してきたが、具体的な構成は、これらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、実施例１では、開口部５４，５４ｂの短辺寸法ａと長辺寸法ｂとを、１：２としたものを示したが、これらの寸法は、これに限定されるものではなく、ａ：ｂ＝１：１．６５〜４．０の範囲内であれば、理論上、４辺固定では、正方形の開口部と比較して、１．５４〜１．６２倍、４辺支持でも、正方形の開口部と比較して、１．８５〜２．６１倍のモーメントＭを得ることができることから、十分な閉塞防止性能が得られる。
さらに、実験結果によれば理論式の数倍の効果が得られていることからも十分証明される。

また、この比率は、図６、図７に示すように、ａ：ｂ＝１：２．０〜３．０の範囲内であれば、４辺固定では、λ＝∞と等しい最大曲げモーメントＭが得られ、４辺支持では、正方形の開口部の２倍を越えるモーメントＭが得られ、閉塞防止性能がより顕著となる。

上述の開口部５４，５４ｂの長辺寸法ｂは、強度的には短いほど有利となることから、強度と閉塞防止性能とのバランスを考慮して、上述の範囲内の値から、適宜最適値を設定するのが好ましい。

また、実施例１では、仕切として、管部材５２を一定ピッチＰ＝ａで並べた例を示したが、これに限定されるものではなく、図９に示すように、隔壁部材５１の間に、板状の仕切部材２５２を一定ピッチで並べて、傾斜流路を形成するようにしてもよい。

なお、この図９に示す例では、仕切部材２５２は、隔壁部材５１と別体に成形したものを、接着や溶着で接合させて製造することができる。
あるいは、押出成形機などを用いて、仕切部材２５２と隔壁部材５１とを一体に成形することも可能である。

また、図９に示す例では、仕切部材２５２の長辺の両端側の端縁は、その全長に亘って隔壁部材５１に連続しているように見えるが、この仕切部材２５２の両端縁は、全長に亘って隔壁部材５１に連続しているものに限定されない。
例えば、仕切部材２５２の両端縁の一側のみが隔壁部材５１に接合あるいは一体に形成され、他側は、隔壁部材５１から離れていてもよい。あるいは、仕切部材２５２の両端縁部のうちの少なくとも一方の、隔壁部材５１に連続する側は、隔壁部材５１に対して全長に亘って連続するのではなく、一部のみが隔壁部材５１に連続していてもよい。

また、実施例１では、管部材の傾斜方向を、全て同一方向に傾斜させたものを示したが、図１０に示すように、管部材３５２の傾斜方向を逆方向に向けた列を設けたり、図１１に示すように、板状の仕切部材４５２の傾斜方向を逆方向に向けた列を設けたりしてもよい。これら図１０，図１１に示す例では、沈降装置の上下方向の入力に対する強度が向上する。

本発明の最良の実施の形態の実施例１の沈降装置Ａを示す分解斜視図である。 実施例１の沈降装置Ａを適用した沈殿処理システムＣＳを示す断面図である。 実施例１の沈降装置Ａの要部を示す断面図である。 実施例１の沈降装置Ａに汚濁物質Ｆが堆積した状態を示す断面図である。 マット状に堆積した汚濁物質に作用する曲げモーメントの説明図である。 実施例１の沈降装置Ａにおける短辺と長辺との比率λと、曲げモーメントＭに比例する係数ｋとの関係を示す特性図である。 実施例１の沈降装置Ａにおける短辺と長辺との比率λと、係数ｋの倍率との関係を示す特性図である。 サンプルＳＡ，ＳＢを用いたたわみ量測定結果を表すたわみ量特性図である。 実施の形態の他の実施例の沈降装置を示す斜視図である。 実施の形態の他の実施例の沈降装置を示す斜視図である。 実施の形態の他の実施例の沈降装置を示す斜視図である。

符号の説明

５１ 隔壁部材
５２ 管部材（仕切）
５２ａ 傾斜底面
５２ｂ 傾斜底面
５３ 傾斜流路
５３ｂ 傾斜流路
５４ 開口部
５４ｂ 開口部
２５２ 仕切部材（仕切）
３５２ 管部材（仕切）
４５２ 仕切部材（仕切）
ａ 短辺寸法
ｂ 長辺寸法
Ａ 沈降装置
ＣＳ 沈殿処理システム

Claims (5)

1. 間隔をおいて配置された複数の隔壁と、
   これら隔壁どうしの間に、前記隔壁の延在方向に略一定間隔で配列されるとともに、配列方向に傾斜状態で複数設けられて前記隔壁の間の空間を仕切って複数の傾斜流路を形成する仕切と、
   を備え、
   沈殿池において原水が下方から上方へ通過する位置に設置され、前記原水が下方から上方へ通過する際に、前記原水に含まれる汚濁物質の沈降を、前記仕切の上向きに傾斜した上面である傾斜底面で受け止めて、汚濁物質の沈降を促進する沈降装置であって、
   前記傾斜流路の上端の開口部が、前記隔壁に沿う方向の短辺と、この短辺に直交して前記仕切に沿う方向の長辺と、を有した長方形に形成されているとともに、水平方向に並設され、
   前記短辺に対する前記長辺の比率が１．６５〜４．０の範囲に設定されていることを特徴とする沈降装置。
2. 別体に形成された前記隔壁と前記仕切とを接合して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の沈降装置。
3. 前記隔壁と前記仕切とが一体に成形されていることを特徴とする請求項１に記載の沈降装置。
4. 前記短辺に対する前記長辺の比率が２．０〜３．０の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の沈降装置。
5. 前記短辺に対する前記長辺の比率が２に設定されていることを特徴する請求項４に記載の沈降装置。

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