JP5916005B2 - 沈砂洗浄装置 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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[Nm3]/v−汚水[m3])以上、好ましくは0.5〜1%(v−空気[Nm3]/v−汚水[m3])、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[Nm3]/v−汚水[m3])である。
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。
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。
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。
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。
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、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、混気水ノズル16を通して処理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)。
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。
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。
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 (9)
- 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水平な円環形状の仕切り板が該上部空間と下部空間との間に形成され、かつ該下部空間は、上部の直胴部とその下部に漏斗部が一体的に連通された筒型容器からなり、またこの漏斗部の下端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環状隙間を設けて挿通し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。 - 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。
- 前記混気水ノズルは、前記混気水を前記下部空間に噴射させることにより、前記洗砂サイクロンの内周面に沿って、この混気水を旋回流として流入させるノズルである、請求項1または請求項2に記載の沈砂洗浄装置。
- 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、前記混気水ノズルから下水処理場内の最初沈殿越流処理水あるいは下水処理水(再利用水)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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 前記漏斗部は、水平に対して20〜45°の傾斜角を形成してなる、請求項1〜8いずれかに記載の沈砂洗浄装置。
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