JP6269635B2

JP6269635B2 - 沈殿槽及びその運転方法

Info

Publication number: JP6269635B2
Application number: JP2015215806A
Authority: JP
Inventors: 哲清水
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2015-11-02
Filing date: 2015-11-02
Publication date: 2018-01-31
Anticipated expiration: 2035-11-02
Also published as: JP2017087091A; WO2017077774A1; TW201722532A

Description

本発明は、被処理水から微細な懸濁物質等を分離する沈殿槽及びそ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広く採用されている。この沈降分離として、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、汚泥混合液をディストリビュータから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ある（例えば特許文献１，２）。

特許文献１の沈殿槽では、フィードウェルの下端から放射方向に管状のディストリビュータが延設されており、ディストリビュータの側面に間隔をあけて多数の開口が設けられ、原水（汚泥混合液）は該開口を通って流出する。

特許文献２では、直管状の辺を有した方形枠状のディストリビュータが沈殿槽の下部に設置され、ディストリビュータの底面に、各辺の長手方向に延在する液流出用開口が設けられている。

このように、従来のディストリビュータは、構造が複雑であるため、原水流出用の開口が汚泥や夾雑物によって閉塞するおそれがあると共に、メンテナンスに手間がかかっていた。

特開平１０−２０２００９号公報特開２０１４−１００６６３号公報

本発明は、上記従来の実状に鑑みてなされたものであり、構造が簡易であり、メンテナンス性の良い沈殿槽及びその運転方法を提供することを目的とする。

本発明（第１発明）の沈殿槽は、槽体と、該槽体内の下部に原水を導入する原水導入部とを備える沈殿槽であって、該槽体は、筒形の周壁部と、該周壁部の下側に連なり、下側ほど小径となるテーパ部と、を有する沈殿槽において、該テーパ部の水平面に対する仰角は５０°〜７０°であることを特徴とするものである。

第１発明の一態様に係る沈殿槽において、前記テーパ部は前記槽体の底面に連なり、前記原水導入部は、該底面に向けて原水を吐出する吐出口を有し、該底面の径は該吐出口の径より大きい。

この場合、前記槽体の底面と前記原水導入部との間に設けられた攪拌体をさらに備え、前記攪拌体は、前記槽体内に上下方向に配置された回転軸に連結されており、該回転軸は前記原水導入部を貫いて配置されていてもよい。

さらに、前記原水導入部には、前記回転軸が挿通される挿通孔と、前記攪拌体を前記槽体の上方から前記底面に向かって下降させて配置する際に前記攪拌体が通過する通過孔とが設けられ、該挿通孔及び該通過孔には弾性カバーが設けられていてもよい。

本発明（第２発明）の沈殿槽の運転方法は、第１発明の沈殿槽を運転する方法であって、前記槽体内にスラッジブランケットを形成し、前記原水導入部から槽体内への原水導入流速を０．３５ｍ／ｓ以下とするものである。

本発明では、槽体の周壁部の下側に連なるテーパ部の水平面に対する仰角が５０°〜７０°であるため、原水導入部から吐出された原水が槽体の底面に当たり、テーパ部に沿って上向流を形成し、全体として均一な上向流となりスラッジブランケットを通過することができる。原水導入部を、槽体の底面へ原水を吐出する簡易な構成とすることができ、メンテナンス性の良い沈殿槽となる。

実施の形態に係る沈殿槽の縦断面図である。原水導入部の斜視図である。弾性カバーを取り付けた原水導入部の斜視図である。（ａ）〜（ｃ）は攪拌体の設置方法を説明する図である。別の実施の形態に係る沈殿槽の縦断面図である。

以下、図１〜図４を参照して本発明の実施の形態について説明する。

沈殿槽１は、槽体２と、槽体２内の下部（底部近傍）に設置された原水導入部１０と、槽体２の周壁部２ａの上下方向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、流出口３を介して槽体２内に連通する受入槽４と、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、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（上澄水）を取り出すトラフ６等を有する。受入槽４内が受入室４ａである。受入槽４の下部から濃縮汚泥が取り出されるようになっている。

槽体２の周壁部２ａは円筒形であり、軸心線方向を鉛直方向としている。槽体２の底面２ｂの周縁にはテーパ部２ｃの下端が連なり、テーパ部２ｃの上端は周壁部２ａの下端に連なっている。テーパ部２ｃは、下側ほど小径となっている。従って、槽体２の円筒部分の内径Ｄ_１は、底面２ｂの径Ｄ_２よりも大きくなっている。

テーパ部２ｃの水平面に対する仰角θは５０°〜７０°であり、５５°〜７０°であることが好ましい。また、沈殿槽１の製作の点も考慮すると、仰角θを５５°〜６５°、特に約６０°とすることが好ましい。

撹拌装置５は、モータ等の駆動機５ａと、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、回転軸５ｂ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。撹拌体５ｄ、５ｅは回転軸５ｂから放射方向に延在する複数の羽根よりなるパドル翼である。例えば、撹拌体５ｄ、５ｅは放射４方向に延在する。一方、撹拌体５ｃは、回転軸５ｂの最下端から軸心線方向と直交方向に延在する１枚のパドル翼となっている。

撹拌体５ｃは原水導入部１０の吐出口１０ｃの下側、例えば底面２ｂの直上に配置されている。撹拌体５ｄ，５ｅは原水導入部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５ｄ、５ｅの旋回直径は、槽体２の円筒部分の内径（直径）Ｄ_１の５０〜９５％程度であることが好ましい。攪拌体５ｃの旋回直径は、槽体２の底面２ｂの径Ｄ_２の８０〜９５％程度であることが好ましい。

原水導入部１０は、槽体２のテーパ部２ｃを貫通して水平方向に延びる直管部１０ａと、直管部１０ａの先端側に位置し、下方へ屈曲した屈曲部１０ｂとを有する（図２、３参照）。屈曲部１０ｂの下端の開口部が、底面２ｂに向けて原水を吐出する吐出口１０ｃとなっている。吐出口１０ｃから吐出された原水が分散し、かつ汚泥堆積面積が大きくなり過ぎないようにするために、底面２ｂの径Ｄ_２を、吐出口１０ｃの径Ｄ_３の１．１５〜３倍程度とすることが好ましい。

原水導入部１０から、槽体２内に導入する原水の流速（原水導入流速）は、０．３５ｍ／ｓ以下であることが好ましく、０．２２ｍ／ｓ以下であることがより好ましい。また、原水導入流速は０．０１ｍ／ｓ以上であることが好ましい。

吐出口１０ｃから吐出された原水は、底面２ｂに当たって分散する。槽体２の底面２ｂから原水導入部１０の吐出口１０ｃまでの高さＨ_１が小さ過ぎると、横向きの吐出流速が大きくなり、原水を均一に分散させることが困難となる。一方、高さＨ_１が大き過ぎると、槽体２の下部のデッドスペースが増える。そのため、高さＨ_１は、吐出口１０ｃの径Ｄ_３と同程度、例えば径Ｄ_３の０．８〜１．２倍程度とすることが好ましい。

原水導入部１０の吐出口１０ｃから、テーパ部２ｃの上部（周壁部２ａの下部）までの高さＨ_２は、原水の均一分散に必要となる高さであり、原水導入部１０の設置高さ、テーパ部２ｃの水平面に対する仰角θ、槽体２の内径Ｄ_１、及び底面２ｂの径Ｄ_２から決定される。

テーパ部２ｃの上部（周壁部２ａの下部）から、流出口３の下縁までの高さＨ_３は、原水の除濁を考慮し、４００ｍｍ以上であることが好ましい。

トラフ６付近でフロックが処理水側に吸い込まれることを防止するために、流出口３の下縁から、処理水の水面までの高さＨ_４を、槽体２の円筒部分の内径Ｄ_１の０．５倍以上とすることが好ましい。

攪拌装置５を設置した状態で沈殿槽１をトラック等で運搬できるようにするために、槽体２の高さＨ_５を２５００ｍｍ以下とすることが好ましい。

攪拌装置５の回転軸５ｂと、原水導入部１０の屈曲部１０ｂとは共に槽体２の軸心部に配置され、屈曲部１０ｂには、図２に示すように、回転軸５ｂが挿通される挿通孔１０ｄが設けられている。また、屈曲部１０ｂから吐出口１０ｃにかけて、攪拌体５ｃを設置する際に、攪拌体５ｃが通過する通過孔１０ｅが、上下方向に延在するスリット状に形成されている。通過孔１０ｅの上部は挿通孔１０ｄに連なっている。

図３に示すように、挿通孔１０ｄには、回転軸５ｂを挿通した際に、挿通孔１０ｄの周縁部と回転軸５ｂとの間の空間を塞ぐカバー１１が設けられている。カバー１１は、ゴムなどの弾力性を有する材料で作製された弾性カバーである。カバー１１は、挿通孔１０ｄの周縁に沿って設けられ、回転軸５ｂが挿通される開口１１ａが中心部に設けられている。また、カバー１１には、後述するスリット１２ｃに連なるようにスリット１１ｂが設けられている。

通過孔１０ｅを塞ぐようにカバー１２ａ、１２ｂが設けられている。カバー１２ａとカバー１２ｂとの間はスリット１２ｃとなっている。カバー１２ａ、１２ｂは、ゴムなどの弾力性を有する材料で作製された弾性カバーである。

攪拌装置５を設置する場合、図４（ａ）に示すように、回転軸５ｂを槽体２の上方から底面２ｂに向かって下降させる。このとき、回転軸５ｂと挿通孔１０ｄとの位置を合わせ、攪拌体５ｃの延在方向を通過孔１０ｄに合わせる。回転軸５ｂの位置がカバー１１の開口１１ａの位置から多少ずれていても、カバー１１は弾力性を有するため、カバー１１に接触した回転軸５ｂは開口１１ａに案内される。

カバー１１、１２ａ、１２ｂは弾力性を有するため、図４（ｂ）に示すように、攪拌体５ｃがスリット１１ｂ、１２ｃを通過しながら、回転軸５ｂが下降する。図４（ｃ）に示すように攪拌体５ｃが原水導入部１０の下方に到達すると、通過孔１０ｅはカバー１２ａ、１２ｂにより塞がれる。また、挿通孔１０ｄはカバー１１及び回転軸５ｂにより塞がれる。そのため、原水が挿通孔１０ｄや通過孔１０ｅから漏れることを抑制できる。

カバー１１、１２ａ、１２ｂの材料には、攪拌体５ｃとの摺動性のよい材料を用いることが好ましい。また、カバー１１、１２ａ、１２ｂのうち、攪拌体５ｃと接触する部分に、攪拌体５ｃとの摺動性のよい部材を設けてもよい。

原水は、原水導入部１０の吐出口１０ｃから緩い流速で下方向に吐出され、槽体２の底面２ｂに当たり、テーパ部２ｃに沿って上向流を形成し、全体として均一な上向流となりスラッジブランケットＳを通過する。攪拌体５ｃ〜５ｅがスラッジブランケットＳを攪拌することで、スラッジブランケットＳのペレットに凝集フロックが吸着すると共にペレット同士の衝突により締め固められる。

原水は、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Ｓ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３の高さに達するとスラッジブランケットＳ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受入室４ａの底部から取り出される。

撹拌体５ｃによる撹拌は、槽体２の底面２ｂから原水導入部１０の吐出口１０ｂまでのスペースにおける撹拌強度がＧ値で０．０１〜０．５ｓ^−１となる程度が好ましい。なお、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／ｓ２）
ｗ：単位時間、単位容積当たりの仕事量（ｋｇ・ｍ／ｍ３・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２ｂ付近での汚泥の滞留が防止される。底面２ｂ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、原水導入部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２〜５０ｓ^−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Ｓのフロックの成長が促進される。

本実施の形態による沈殿槽１では、原水導入部１０は下方向に原水を吐出する簡易な構造であり、多数の開口を有する複雑な構造のディストリビュータは不要である。そのため、装置コストを抑え、メンテナンス性を向上させることができる。

図１に示す沈殿槽１では、原水導入部１０は、槽下部に設けられ、直管部１０ａは槽体２のテーパ部２ｃを貫通していたが、図５に示す沈殿槽１Ａのように、原水導入部１０を槽上部に設け、直管部１０ａが槽体２の周壁部２ａを貫通してもよい。

槽体２の周壁部２ａは円筒状に限定されず、断面多角形の角筒状であってもよい。

以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
［実施例１］
図１に示す沈殿槽１を用いて原水を処理するにあたり、テーパ部２ｃで循環流を形成できるか否か、及びスラッジブランケットＳを形成できるか否かについて、ＣＦＤ解析により検討した。解析プログラムにはＡＮＳＹＳ社製「ＡＮＳＹＳＣＦＸ」を用いた。

シミュレーション条件は以下の通りである。
原水ＳＳ濃度：１００ｍｇ／Ｌ
原水流量：１０ｍ^３／ｈｒ
原水吐出流速：０．１６ｍ／ｓ
ＳＳ沈降速度：５５．２・ｅｘｐ（−０．０７・Ｘ）［ｍ／ｈｒ］Ｘは原水ＳＳ濃度
槽体２の円筒部分の内径Ｄ_１：１０００ｍｍ
底面２ｂの径Ｄ_２：４００ｍｍ
原水導入部１０の吐出口１０ｃの径Ｄ_３：１５０ｍｍ
槽体２の底面２ｂから原水導入部１０の吐出口１０ｃまでの高さＨ_１：１５０ｍｍ
テーパ部２ｃの上部から流出口３の下縁までの高さＨ_３：７００ｍｍ
撹拌体５ｃによる撹拌強度（Ｇ値）：０．０３ｓ^−１
撹拌体５ｄ及び５ｅによる撹拌強度（Ｇ値）：２．１ｓ^−１

テーパ部２ｃの水平面に対する仰角θを４５°から８０°まで５°刻みでシミュレーションを行った。結果は以下の通りである。

仰角θを５０°〜７０°とすることでブランケットを形成することができ、仰角θを５５°〜７０°とすることでブランケット形成がより良好となる。

［実施例２］
吐出口１０ｃの径Ｄ_３及び原水吐出流速を変化させ、スラッジブランケットＳが形成できるか否かをＣＦＤ解析により検討した。テーパ部２ｃの水平面に対する仰角θは６０°とした。その他のシミュレーション条件は実施例１と同一とした。結果は以下の通りである。

吐出流速を０．３５ｍ／ｓ以下とすることでブランケットを形成することができ、０．２２ｍ／ｓ以下とすることでブランケット形成がより良好となる。

１、１Ａ沈殿槽
２槽体
３流出口
４受入槽
５攪拌装置
６トラフ
１０原水導入部

Claims

槽体と、該槽体内の下部に原水を導入する原水導入部とを備える沈殿槽であって、
該槽体は、
筒形の周壁部と、
該周壁部の下側に連なり、下側ほど小径となるテーパ部と、
を有する沈殿槽において、
該テーパ部の水平面に対する仰角は５０°〜７０°であり、
前記テーパ部の下端は前記槽体の底面に連なり、
前記原水導入部は、該底面に向けて原水を下向きに吐出する吐出口を有しており、
前記原水導入部から槽体内への原水導入流速を０．３５ｍ／ｓ以下とする手段を備えており、
該周壁部に設けられた流出口を介してフロックが受入槽に流出し、
該受入槽の下部から濃縮汚泥が取り出される
ことを特徴とする沈殿槽。
請求項１において、該底面の径は該吐出口の径より大きいことを特徴とする沈殿槽。
請求項２において、前記槽体の底面と前記原水導入部との間に設けられた攪拌体をさらに備え、
前記攪拌体は、前記槽体内に上下方向に配置された回転軸に連結されており、
該回転軸は前記原水導入部を貫いて配置されていることを特徴とする沈殿槽。
請求項３において、前記原水導入部には、前記回転軸が挿通される挿通孔と、前記攪拌体を前記槽体の上方から前記底面に向かって下降させて配置する際に前記攪拌体が通過する通過孔とが設けられ、
該挿通孔及び該通過孔には弾性カバーが設けられていることを特徴とする沈殿槽。
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、前記槽体内にスラッジブランケットを形成することを特徴とする沈殿槽の運転方法。