JP5799940B2 - 沈殿槽及びその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は凝集沈殿槽などの沈殿槽に係り、特に槽体の側面部に汚泥の流出口を備えた沈殿槽に関する。また、本発明は、この沈殿槽の運転方法に関する。

従来、活性汚泥処理設備や凝集沈殿処理設備等では、汚泥混合液を処理水と汚泥とに分離する手段として固液分離槽（沈殿槽）を用いた沈降分離が一般的に採用されている。この沈降分離では、汚泥混合液中の濁質や微細なＳＳを効率的に除去して良好な処理水を得るために、沈降槽内に汚泥ゾーン（スラッジブランケット層）を形成し、汚泥混合液をこの汚泥ゾーンの下部に流入させて汚泥ゾーンを通過させることにより、汚泥混合液中の濁質や微細なＳＳを濾過分離するスラッジブランケット濾過方式が採用されている。

特許文献１，２には、沈殿槽の槽体の一方の側面部の流入口からフロック含有原水を流入させ、槽体の他方の側面部の流出口から濃縮汚泥を流出させることが記載されている。なお、特許文献２には、槽体内を撹拌羽根で撹拌することが記載されている。

特許文献３には、沈殿槽の槽体の中段付近に網状体を水平に設置し、フロック含有原水を該網状体の下側に流入させ、網状体の上側にスラッジブランケットを形成すること、該槽体の側面部に設けた流出口から該スラッジブランケット上層部の汚泥を流出させることが記載されている。

なお、フロック含有原水をディストリビュータから槽体内に流出させ、ディストリビュータの下側に設けたレーキによってスラッジブランケットの下方に堆積する汚泥を集泥し、槽体底部中央から濃縮汚泥を取り出すことが特許文献４に記載されている。

このような特許文献４の濃縮汚泥底部取り出し方式の沈殿槽に比べて、上記特許文献１〜３のように槽体側面部からスラッジブランケット上層部の汚泥を流出させるサイド排出方式の沈殿槽は、ブランケット界面の急上昇による処理水質悪化を招きにくいという長所を有している。

特開２００６−７５７５０ 特開２０００−２７１４０７ 特開２００５−２１１８１７ 特開平１０−２０２００９

特許文献１のように、フロック含有原水を槽体内の一方の側面部から流入させ、汚泥を他方の側面部の流出口から流出させる沈殿槽にあっては、槽体内の底部に汚泥が沈積し易い。沈積した汚泥は腐敗又は発酵し、メタン、硫化水素、窒素、水素、二酸化炭素などのガスが発生して汚泥に付着し、汚泥が槽体内を上昇し、上澄水に混入して上澄水（処理水）の水質を悪化させ易い。

特許文献２では、槽体内を撹拌しているが、撹拌羽根の直径が小さく、汚泥の沈積を防止するのに十分となるようにスラッジブランケット全体を撹拌するには撹拌羽根の回転数を著しく大きくする必要があり、フロックが破壊され、やはり上澄水の水質が悪化し易い。

特許文献３では、網状体の下側にフロック含有原水を流入させるので、網状体上側のスラッジブランケットは特許文献１に比べると沈積しにくいと考えられる。しかしながら、網状体がフロックで閉塞し易く、運転の安定性が乏しい。特に、網状体が部分的に閉塞したときには、非閉塞部分を原水が高流速で通り抜けて上昇するので、スラッジブランケットが部分的に噴流層状となり、上澄水に汚泥が混入し易くなる。

このように、従来の汚泥サイド流出方式の沈殿槽にあっては、処理水質が悪化し易く、また運転の安定性が不足するなどの問題点があった。

本発明は、上記従来の問題点を解消し、処理水質が良好であると共に、運転が長期にわたって安定したものとなる沈殿槽と、その運転方法を提供することを目的とする。

本発明の沈殿槽は、槽体と、該槽体内の下部に設置された原水導入用のディストリビュータと、該槽体の底面と該ディストリビュータとの間に設けられた撹拌体と、該槽体の側部の該ディストリビュータよりも上位に設けられた汚泥流出口と、該汚泥流出口に連なる汚泥受入室と、該汚泥受入室に設けられた汚泥排出部とを有する。

前記撹拌体は、前記槽体の底面の直上に旋回可能に設置されていることが好ましい。

前記槽体は円筒形であり、前記撹拌体の旋回直径は円筒形槽体の内径（直径）の０．６〜０．９５倍であることが好ましい。

前記槽体の底面に対する前記ディストリビュータの底面の高さは、該槽体底面から前記汚泥流出口までの高さの１〜３０％であることが好ましい。

本発明の沈殿槽の運転方法は、上記の沈殿槽を運転する方法であって、前記槽体の底面と前記ディストリビュータの底面との間のスペースにおける前記撹拌体の撹拌強度（Ｇ値）が５〜２００ｓ^−１となるように撹拌を行うことを特徴とする。

前記ディストリビュータは水平管状部を有しており、該水平管状部の底面に長手方向に原水流出用開口が延設されており、該ディストリビュータに供給する原水の比重ｄ_１と前記槽体内の液の比重ｄ_２との差が０．０００１〜０．１であり、かつｄ_２＞ｄ_１であることが好ましい。

本発明の沈殿槽においては、フロック含有原水はディストリビュータから槽体内の下部ないし底部に導入され、撹拌体によって撹拌されてフロックが成長し、このフロック（汚泥）が槽体側部の流出口から受入室へ流出し、該受入室の汚泥排出部から排出される。本発明の沈殿槽にあっては、この撹拌体をディストリビュータと槽体底面との間に配置しているので、槽体底部における汚泥の沈積・滞留が防止される。このため、汚泥が槽体底部に長期にわたって滞留して腐敗又は発酵することが防止される。このため、メタンガスや硫化水素ガス等の付着による汚泥の浮上が防止され、処理水質が長期にわたって良好となる。

撹拌体を槽体底面直上に配置することにより、槽体底面付近での汚泥の滞留がより確実に防止される。

特に、槽体が円筒形であり、撹拌体の旋回直径を槽体内径（直径）の０．６〜０．９５倍と大きくすることにより、槽体底面全体において汚泥の滞留がより確実に防止される。

ディストリビュータ（下面）の設置高さを、槽体底面から汚泥流出口までの高さの１〜３０％と低くすることにより、ディストリビュータから流出したフロック含有原水中のフロックがスラッジブランケットによって十分に濾過され、処理水質が良好となる。また、ディストリビュータの設置高さを低くすると、ディストリビュータ下側の撹拌体の設置高さも低いものとなり、槽体底面付近での汚泥の滞留がより確実に防止される。

ディストリビュータと槽体底面との間における撹拌強度がＧ値で５〜２００ｓ^−１となるように撹拌することにより、汚泥滞留がより確実に防止されると共に、汚泥の破壊も防止され、処理水の水質が良好なものとなる。

本発明の一態様では、前記ディストリビュータは水平管状部を有しており、該水平管状部の底面に長手方向に原水流出用開口が延設されている。このディストリビュータ内に沈殿槽の槽内液の比重（特にスラッジブランケット層の比重）よりも０．０００１〜０．１小さい比重を有した原水（被処理液）を供給すると、原水は、その比重が槽内液よりも小さいので、ディストリビュータ内の天井面に沿ってディストリビュータ内を長手方向に流れ、その途中で徐々に開口を通って沈殿槽内に流出する。このディストリビュータの開口がディストリビュータの底面に設けられているので、汚泥がディストリビュータ内で堆積することなく、開口から沈殿槽内に流出する。

実施の形態に係る沈殿槽の縦断面図である。 図１のII−II線断面図である。 図２のIII−III線断面図である。 ディストリビュータの底面図である。 別の実施の形態に係る沈殿槽のディストリビュータの底面図である。 別の実施の形態に係る沈殿槽のディストリビュータの底面図である。 別の実施の形態に係る沈殿槽のディストリビュータの底面図である。 別の実施の形態に係る沈殿槽のディストリビュータの底面図である。 実施例の結果を示すグラフである。

以下、図１〜４を参照して本発明の一実施の形態について説明する。

沈殿槽１は、軸心線方向を鉛直方向とした円筒形の槽体２と、該槽体２内の下部（底部近傍）に設置されたディストリビュータ１０と、槽体２の側面部の中間部ないしそれよりも若干上位に設けられた流出口３と、該流出口３を介して該槽体２内に連通する受入槽４と、該槽体２に設けられた撹拌装置５と、槽体２内の上部に設けられた処理水（上澄水）取出用トラフ６と、前記受入槽４の下部から濃縮汚泥を取り出す汚泥排出口７等を有する。受入槽４内が受入室４ａである。

撹拌装置５は、モータ等の駆動機５ａと、該槽体２の軸心部に鉛直に配置され、駆動機５ａによって回転駆動される回転軸５ｂと、該回転軸の最下端に取り付けられた第１撹拌体５ｃと、それよりも上位に取り付けられた第２及び第３撹拌体５ｄ，５ｅとを有する。この実施の形態では、各撹拌体５ｃ〜５ｅは回転軸５ｂから放射方向に延在する羽根よりなるパドル翼である。この実施の形態では、撹拌体５ｃ〜５ｅは放射４方向に延在しているが、放射２方向又はそれ以上であればよい。

撹拌体５ｃはディストリビュータ１０の下側に配置され、撹拌体５ｄ，５ｅはディストリビュータ１０よりも上側に配置されている。最上位の撹拌体５ｅは流出口３の下縁よりも下位に位置している。撹拌体５ｃ〜５ｅの旋回直径Ｄ_２は、槽体２の内径（直径）Ｄ_１の０．６〜０．９５倍好ましくは０．８〜０．９５倍とされている。

槽体２の底面から流出口３の下縁までの高さをＨ_１、槽体２の底面から撹拌体５ｃの底面までの高さをＨ_２、槽体２の底面からディストリビュータ１０の底面までの高さをＨ_３とした場合、Ｈ_２の上限値はＨ_１の５％以下であることが好ましく、３％以下であることがより好ましい。また、Ｈ_２の下限値は１０ｍｍ以上であることが好ましい。一方、ディストリビュータ１０の底面から撹拌体５ｃの上面までの高さをＨ_４とすると、Ｈ_４の上限値はＨ_３の２０％以下であることが好ましく、１０％以下であることがより好ましい。また、Ｈ_４の下限値は１０ｍｍ以上であることが好ましい。

ディストリビュータ１０は、この実施の形態では第１辺１１〜第４辺１４の管内流路を有した平面視形状が正方形の枠状となっている。第１辺１１の一端と第４辺１４の一端とが接続する部分に原水導入管１５が接続されている。

ディストリビュータ１０の各辺１１〜１４の底面には、各辺１１〜１４の長手方向に延在する流出用開口１６が設けられている。この実施の形態では、各開口１６は各辺１１〜１４に１個ずつ設けられている。各開口１６は、各辺１１〜１４の一端近傍から他端近傍にまで延在している。開口１６の開口幅は各辺の長手方向において均一である。そのため、各開口１６は、ディストリビュータ１０の底面図である図４において細長い長方形状として現われる。ただし、開口１６の長手方向の両端側は丸みを帯びていてもよい。

ディストリビュータ１０の各辺１１〜１４は一直線状の円筒状の管よりなる。底面の開口１６の開口角度θ（管の中心に対する開口１６の幅方向の開き角度）は６０°〜１８０°好ましくは９０°〜１５０°である。

ディストリビュータ１０の各辺１１〜１４の全長Ｌ_１は槽体２の直径Ｄ_１の５０〜９０％特に６０〜８０％程度が好ましい。各開口１６の長手方向の長さＬ_２は（Ｌ_１−２×Ｌ_３）である。ディストリビュータ１０の辺１１〜１４同士が接続するコーナー部付近にあっては、各辺１１〜１４の先端から距離Ｌ_３の範囲にわたって開口１６が存在していない。Ｌ_３は管の内径（直径）Ｄの１〜３倍特に１．２〜２倍程度であることが好ましい。

このように構成されたディストリビュータ１０を有する沈殿槽１にあっては、ディストリビュータ１０内に沈殿槽１内の槽内液の比重（沈殿槽１内にスラッジブランケット層が形成されるときにはスラッジブランケットの比重）よりも０．０００１〜０．１特に０．０００５〜０．０５小さい比重を有した原水を導入する。この原水は、ディストリビュータ１０内の天井面に沿って流れ、その途中で開口１６から徐々に沈殿槽１内に流出する。開口１６の中心角θが６０〜１８０°好ましくは９０〜１５０°であるため、ディストリビュータ１０内に汚泥が堆積せず、また開口１６が汚泥で閉塞することも防止される。

この実施の形態では、辺１１と１２、１２と１３、１３と１４同士が接するディストリビュータ１０のコーナー部付近では、ディストリビュータ１０が９０°屈曲しており、また原水導入管１５と辺１１，１４との分岐の角度は４５°なので、この付近特に下流側でディストリビュータ１０内の流れが乱れる。この実施の形態では、コーナー部から上流側と下流側それぞれ距離Ｌ_３の範囲では開口１６を設けていないので、この付近から原水が多量に沈殿槽１内に流出することがない。なお、このコーナー部（屈曲部）付近で流れが乱れるところから、コーナー部（屈曲部）付近で汚泥が堆積することは防止される。なお、屈曲部とは、例えば管内径Ｄの５倍以下程度の流路長の間に流路が４５°以上屈曲する部分あるいはそのように急激に分岐する部分を指す。また、分岐部により形成される屈曲部においては、屈曲部の下流側とは分岐部の下流側のことを指すものとする。

ディストリビュータ１０から槽体２内に供給された原水は、撹拌体５ｃ〜５ｅによって撹拌され、スラッジブランケットＳを通り抜ける際に除濁された処理水としてトラフ６から流出する。懸濁物質がスラッジブランケット中のフロックに吸着されるため、ブランケット界面が上昇していく。界面が流出口の高さに達するとブランケット中のフロックは流出口３から受入室４ａに流出する。受入室４ａ内に貯留されて濃縮された汚泥が排出口７から取り出される。

撹拌体５ｃによる撹拌は、槽体２の底面からディストリビュータ１０の底面までのスペースにおける撹拌強度がＧ値で５〜２００ｓ^−１特に２０〜１２０ｓ^−１となる程度が好ましい。なお、上記のように撹拌羽根による撹拌混合の撹拌強度の示標として、下式で表わされる平均速度勾配値（Ｇ値）が用いられ、撹拌羽根の大きさ、枚数、回転数によって求められる。
Ｇ＝√（ｇ・ｗ／μ）
ｇ：重力加速度（＝９．８）（ｍ／ｓ^２）
ｗ：単位時間、単位容積当たりの仕事量（ｋｇ・ｍ／ｍ^３・ｓ）
μ：水の粘性係数（ｋｇ／ｍ・ｓ）
この撹拌強度で撹拌を行うと、槽体２の底面付近での汚泥の滞留が防止される。

槽体２の底面付近で汚泥が滞留しないため、汚泥の腐敗、発酵が防止され、メタンや硫化水素などのガスが発生しない。このため、ガス付着に起因した汚泥上昇が防止され、処理水水質が良好となる。

撹拌体５ｅおよび５ｄによる撹拌は、ディストリビュータ１０から流出口３の下縁までのスペースにおける撹拌強度がＧ値で１〜８０ｓ^−１、特に２〜３０ｓ^−１となる程度が好ましい。この撹拌強度での撹拌によりスラッジブランケット層のフロックの成長が促進される。

なお、スラッジブランケットＳ内での汚泥の腐敗を防止するため、槽体２内の上昇線速度が５〜６０ｍ／ｈｒ特に７〜２０ｍ／ｈｒとなるように原水を供給することが好ましい。

［別の実施の形態］
上記実施の形態のディストリビュータ１０では、開口１６は辺１１〜１４の長手方向に連続して設けられているが、途切れ途切れに一辺当り複数個設けられてもよい。この場合でも、各開口の幅は開口長手方向において均一である。なお、各開口は各辺において等間隔に設けられることが好ましい。

後述の各実施の形態においても、開口は途切れ途切れに設けられてもよい。

上記実施の形態では、ディストリビュータ１０の辺１１，１４が接続する部分に原水導入管１５が接続されているが、図５のディストリビュータ１０Ａのように１つの辺１１の途中に原水導入管１５が接続されてもよい。この場合、原水導入管１５と辺１１との接続部付近では開口１６は設けられない。

本発明では、図６のディストリビュータ１０Ｂのように、図５のディストリビュータ１０Ａにおいて辺１３に対して管１８を介して連なる方形環状管１９を設けた、平面視形状が「回」字型のものとしてもよい。方形環状管１９の下面にも開口１６が設けられている。ただし、方形環状管１９の４コーナーの屈曲部と、管１８の接続部付近には開口１６は設けられていない。

図７のディストリビュータ２０は平面視形状が円環形である。原水導入管１５との接点付近を除いてディストリビュータ２０の底面の全体に開口１６が設けられている。

図８のディストリビュータ３０は放射３方向に延在する３本の管３１，３２，３３を有している。そのうちの１本の管３１の先端に原水導入管１５が接続されている。本実施形態では、管３１に対して管３２，３３の分岐部における流水方向に対する角度は３０°であり、４５°未満なので、屈曲部に該当しない。そのため、管３２，３３の底面の全体に開口１６が設けられている。

なお、図８のディストリビュータ３０において、直管３２，３３の先端は閉鎖されている。

上記の各ディストリビュータのうちでも図２、図５及び図８のものが製作が容易であり、更に図２及び図５のディストリビュータは原水が開口１６から均等に流出し易く、好適である。

以下、実施例及び比較例について説明する。

［実施例１］
下記の構成を有する図１〜４に示す装置を用い、下記水質の原水を処理した。
＜原水水質＞
ＳＳ濃度：１００ｍｇ／Ｌ
ｐＨ：７．３
槽内液との比重差：０．０１７
＜沈殿槽の構造＞
サイズ：直径１５００ｍｍ、高さ１５００ｍｍ
撹拌羽根の水平長さ：１．３５ｍ（槽内径の０．９倍）
Ｈ_１：０．８ｍ
Ｈ_２：０．０３ｍ（Ｈ_１の４％）
Ｈ_３：０．０９ｍ（Ｈ_１の１１％）
Ｈ_４：０．０１５ｍ（Ｈ_３の１７％）
＜薬品及び使用量＞
硫酸バンド：３００ｍｇ／Ｌ
カチオンポリマー：１ｍｇ／Ｌ（栗田工業製クリファームＰＣ７２８）
アニオンポリマー：３ｍｇ／Ｌ（栗田工業製クリファームＰＡ４６５）
＜運転条件＞
通水ＬＶ：１５ｍ／ｈｒ
撹拌強度（Ｇ値）：
ディストリビュータ上面から流出口下端までの領域に対して３０ｓ^−１
ディストリビュータ下面と槽底部の空間に対して８８ｓ^−１
処理水のＳＳ濃度の経時変化を図９に示す。

［比較例１］
撹拌装置５を設けないこと以外は実施例１と同一の装置を用い、同一条件にて原水を処理した。処理水のＳＳ濃度の経時変化を図９に示す。

［考察］
図９に示す通り、実施例１では２日間連続して５０ｍｇ／Ｌ以下の処理水を安定的に
得られたのに対し、比較例１では、約３８時間及び４３時間経過後に、底部に堆積していた汚泥内に気泡が溜まることにより、汚泥塊の浮上が起こり、処理水質が３００ｍｇ／Ｌまで悪化した。このことから、実施例１のようにディストリビュータ下の汚泥を撹拌することにより、安定した処理水が得られることが認められた。

１ 沈殿槽
２ 槽体
３ 流出口
４ 受入槽
４ａ 受入室
５ 撹拌装置
５ｃ〜５ｅ 撹拌体
６ トラフ
７ 排出口
１０，１０Ａ，１０Ｂ，２０，３０ ディストリビュータ
１５ 原水導入管

Claims (6)

1. 槽体と、
   該槽体内の下部に設置された原水導入用のディストリビュータと、
   該槽体の底面と該ディストリビュータとの間に設けられた撹拌体と、
   該槽体の側部の該ディストリビュータよりも上位に設けられた汚泥流出口と、
   該汚泥流出口に連なる汚泥受入室と、
   該汚泥受入室に設けられた汚泥排出部と
   を有する沈殿槽であって、
   前記槽体の底面からの前記ディストリビュータの底面までの高さＨ_３は、該槽体底面から前記汚泥流出口までの高さＨ_１の１〜３０％であり、
   前記ディストリビュータは水平管状部を有しており、該水平管状部の底面に原水流出用開口が設けられている沈殿槽。
2. 請求項１において、前記撹拌体は前記槽体の底面の直上に旋回可能に設置されていることを特徴とする沈殿槽。
3. 請求項２において、前記槽体は円筒形であり、前記撹拌体の旋回直径は円筒形槽体の内径（直径）の０．６〜０．９５倍であることを特徴とする沈殿槽。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、前記槽体の底面から前記攪拌体の底面までの高さＨ_２は、前記高さＨ_１の５％以下であり、かつ１０ｍｍ以上であることを特徴とする沈殿槽。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項の沈殿槽を運転する方法であって、前記槽体の底面と前記ディストリビュータの底面との間のスペースにおける前記撹拌体の撹拌強度（Ｇ値）が５〜２００ｓ^−１となるように撹拌を行うことを特徴とする沈殿槽の運転方法。
6. 請求項５において、該ディストリビュータに供給する原水の比重ｄ_１と前記槽体内の液の比重ｄ_２との差が０．０００１〜０．１であり、かつｄ_２＞ｄ_１であることを特徴とする沈殿槽の運転方法。

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