JP7187340B2 - 固液分離システムおよび固液分離方法 - Google Patents

Description

本発明は、下水処理場の最終沈殿池で用いられる固液分離システムおよび固液分離方法に関し、特に下水の流量調整により最終沈殿池の処理能力を向上させる多層式の固液分離システムおよび固液分離方法に関する。

非特許文献１には、上層と下層を有する二階層式の沈殿池が開示されている。流入部の位置および形状はできるだけ上下層に下水が均等に流入するようにし、さらに、越流部の調整によって均等化を図れる構造とすることが記載されている。

「下水道施設計画・設計指針と解説 後編」社団法人日本下水道協会 １９９４年

下水処理場では環境負荷の軽減の観点から既存施設の高度処理化が求められており、それにともなって最終沈殿池の処理能力増強が求められている。既存施設の高度処理化等に伴う最終沈殿池の処理能力増強においては、地方自治体の財政状況を鑑みれば、多大な設備投資は難しい状況にあり、費用対効果の観点から既設の最終沈殿池の有効活用が求められる。さらに、改築などで一部停止が必要となった際に、最終沈殿池の不足能力を仮設で賄うことは容易ではないことから、短期間かつ比較的小規模の改修工事で対応できる手段が求められている。

非特許文献１には、下水処理場における二階層式の沈殿池では、上下各層に均等に下水が流入することが考慮すべき事項として挙げられている。一方、実際の下水処理場における二階層式の最終沈殿池では、下層への下水の流入量と上層への流入量を比較すると、主には水圧の影響から下層への流入量よりも上層への流入量の方が多くなるのが通常である。物理的な構造として下層の沈降面積は上層の沈降面積より大きいにも関わらず、下層への下水の流入量が上層への下水の流入量よりも少ないということは、下層は充分な処理能力を発揮できておらず、処理能力には余裕があることを意味している。すなわち、上下各層への下水の流入量を調整することで下層への流入量を増やせば、沈殿池の処理能力を最大化できると考えられる。しかしながら、非特許文献１に開示されている二階層式の沈殿池には、上下層への下水の流入量の調整に関しての具体的な方法、および下層への流入量を上層よりも多くするということは一切記載されていない。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、多層式の最終沈殿池の下層の処理量を増加させることによって、各層への流入量を最適化し、最終沈殿池の処理能力を最大化し得る固液分離システム、および固液分離方法を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態である固液分離システムは、下水処理場の最終沈殿池を上層と下層の多層構造とすることで上層流と下層流を形成する少なくとも二階層の沈殿池に分離しながら、前記最終沈殿池の前記上層および前記下層のそれぞれに設けられるトラフ（水路）および孔あき管の少なくとも一方を介して排水する多層式の固液分離システムにおいて、前記下層流の排水量を、前記上層流の排水量より多くする流量調整手段が設けられている。

前記上層流の排水量に対する前記下層流の排水量の比（一日当たりの下層流の排水量／一日当たりの上層流の排水量）が、１より大きく、４より小さいことが好ましく、前記上層流の排水量は一日当たり２００ｔ～４５００ｔであり、前記下層流の排水量は一日当たり５５０ｔ～８０００ｔであり得る。

前記流量調整手段が、前記下層の前記トラフの側面に形成されたノッチの底部の位置に対する、前記上層の前記トラフの側面に形成されたノッチの底部の位置の変位、および、前記下層の前記トラフの側面に形成されたノッチの幅に対する、前記上層の前記トラフの側面に形成されたノッチの幅の変化のいずれかまたは両方であることが好ましく、前記下層の前記トラフの側面に形成されたノッチの底部が、前記上層の前記トラフの側面に形成されたノッチの底部より前記最終沈殿池の底面側になるように前記上層および下層のトラフが形成されていることがさらに好ましい。

また、前記上層または下層の前記トラフに、前記トラフの側面に形成された前記ノッチの底部の位置および前記ノッチの幅の少なくとも一方を変え得る調整板が可動式に取り付けられていてもよい。

前記流量調整手段が、前記下層のトラフの近傍の水中に配され、排水路に通じる孔あき管であってよい。

また、前記流量調整手段が、前記下層のトラフの近傍の水中に配され、排水が入るように小孔が形成された孔あき管にポンプを接続して排水し得る構成であってもよい。

本発明の別の実施形態である固液分離方法は、下水処理場の最終沈殿池を上層と下層の多層構造とすることで上層流と下層流を形成する少なくとも二階層の沈殿池に分離しながら、前記最終沈殿池の前記上層および前記下層のそれぞれに設けられるトラフおよび孔あき管の少なくとも一方を介して排水する多層式の固液分離方法において、前記下層からの排水量と、前記上層からの排水量との比を調整しながら固液の分離を行うことを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、上層と下層を有する少なくとも二階層式の最終沈殿池において、上下各層への下水の流入量を最適に調整することによって、下層の下水を処理する量が増加する。これによって、二階層式の最終沈殿池の処理能力を最大化することができる。その結果、既設の最終沈殿池の処理能力を最大限に活用できる効率的な固液分離システムおよび固液分離方法が提供される。

本発明の一実施形態の固液分離システムを模式的に示す図である。 本発明の一実施形態の固液分離システムに設けられている流量調整手段の一例を説明する図である。 本発明の一実施形態の固液分離システムに設けられている流量調整手段の一例を説明する図である。 本発明の一実施形態の固液分離システムに設けられている流量調整手段の一例である、トラフ側面に設けられた可動式の調整板を説明する図である。 本発明の一実施形態の固液分離システムに設けられている流量調整手段の一例である、トラフ側面に設けられた可動式の調整板の別の例を説明する図である。 本発明の一実施形態の固液分離システムに設けられている流量調整手段の別の例を説明する図である。 本発明の一実施形態の固液分離システムに設けられている流量調整手段の別の例を説明する図である。 本発明の一実施形態の固液分離システムに、傾斜板装置が備えられた状態を説明する図である。 傾斜板間の下水の流動および汚泥の挙動を説明する図である。 傾斜板の一例を示す図である。 図７Ａの傾斜板の断面図である。 傾斜板の別の例を示す図である。 傾斜板の別の例を示す図である。 傾斜板の別の例の断面図である。 傾斜板の別の例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の固液分離システムが説明される。図１～図４Ｂには、本発明の一実施形態の固液分離システム１が模式的に示されている。固液分離システム１は、下水処理場における最終沈殿池Ｐとして用いられる。

一般的な下水処理場では、下水管を流れてきた下水は沈砂池などを経て最初沈殿池に流入し、比較的比重の大きい汚泥が沈降分離された後、反応槽に流入し、反応槽で供給される活性汚泥中の微生物による有機物の分解やフロックの形成などを経て最終沈殿池に流入する。最終沈殿池でフロックなどの比較的比重の小さい汚泥が沈降分離された上澄水が、塩素混和池などを経て河川や海に放流される。

前述のように、非特許文献１には、処理水は、上層と下層とで均等に流入するように考慮することが記載されている。しかし、下層の方が上層よりも水流の経路が長くなる場合には、単位沈降面積当たりの流入量を等しくするには、下層の排水量を上層の排水量よりも多くする必要がある。一般的に上層と下層とを有する二階層式の沈殿池では、前述したように、下層の沈降面積の方が上層の沈降面積よりも大きくなる。そのため、下層の排水量を上層の排水量よりも多くしなければ、単位沈降面積当たりの流入量を等しくすることができない。本発明者らは、この知見に基づいて、下層の排水量を上層の排水量よりも多くすることによって、下層の単位沈降面積当たりにかかる処理量を上層と同程度にすることができ、結果的に沈殿池全体の処理能力を最大化させ得ることを見出した。

本発明者らは、下層の排水量を上層の排水量よりも多くするため、さらに鋭意検討を重ねた結果、上層の排水面の高さよりも下層の排水面の高さを低くしたり、下層の排水面近くに別途排水管を設けたり、その排水管からポンプによって排水したりするなどの流量調整手段を設けることによって、上述の課題を解決し得ることを見出した。

本発明の一実施形態の固液分離システム１を設けた最終沈殿池Ｐは、図１に概略図で示されるように、最終沈殿池Ｐが、上層と下層を仕切る内部壁１０によって上層沈殿池ＰＨと下層沈殿池ＰＬとに仕切られている。最終沈殿池Ｐに流入した下水Ｗは、上層沈殿池ＰＨまたは下層沈殿池ＰＬへと分かれて流入し、上層流と下層流を形成する。上層沈殿池ＰＨまたは下層沈殿池ＰＬに流入した下水Ｗは、それぞれの沈殿池ＰＨ、ＰＬにフロックなどを沈降させながら、流入部から流出部の水面に向かい、最終的に上層の沈殿層ＰＨの水面ＷＬ１付近に設けられたトラフ（水路）１１、および下層沈殿池ＰＬの水面ＷＬ２付近に設けられたトラフ（水路）１２へと流出して最終沈殿池Ｐの外へと排水される。

下水Ｗの最終沈殿池Ｐ外への排水は、トラフ１１、１２を介しての排水の他に、別の排水手段が用いられてもよい。例えば、孔あき管（図４Ａ参照）１２０ａがトラフ１２付近に設けられ、この孔あき管１２０ａを介して排水されてもよい。固液分離システム１には、詳しくは後述される、下層流の排水量を上層流の排水量よりも多くし得る流量調整手段が設けられており、トラフ１１、１２からの排水および／または、別の排水手段により、上層流および下層流の排水量が制御され、上層流の排水量に対する下層流の排水量の比が１よりも大きくなるように調整され得る。

最終沈殿池Ｐの上層沈殿池ＰＨは、設置場所によって種々異なるが、一般的に、沈降面積は下層沈殿池ＰＬよりも小さく、上層の沈殿池ＰＨの体積は、たとえば、上層沈殿池ＰＨと下層沈殿池ＰＬの体積を合わせた体積の２０～４５％を占める。本実施形態によって、下層沈殿池ＰＬからの排水量を上層沈殿池ＰＨからの排水量よりも多くすることによって、最終沈殿池Ｐには、一日当たり１０００ｔ～１００００ｔの下水Ｗが流入する場合、上層流の排水量は一日当たり２００ｔ～４５００ｔで、下層流の排水量は５５０ｔ～８０００ｔになる。

下水Ｗが沈殿池ＰＨ、ＰＬに流入した後、上層流および下層流がトラフ１１、１２に流出するまでの間、下水Ｗに含まれる汚泥は自重によって沈降し、沈殿池底部に堆積する。すなわち、汚泥が分離された上澄水がトラフ１１、１２に流出して最終沈殿池Ｐの外へと排水される。上層沈殿池ＰＨおよび下層沈殿池ＰＬにはそれぞれ汚泥掻き寄せ機１３１、１３２が装備されている。上下各層の沈殿池の底面に沈降して堆積している汚泥（図示せず）は、汚泥掻き寄せ機１３１、１３２が、図１上、時計回りに回転することで、堆積した汚泥が汚泥ピット１３に集められる。汚泥ピットに集められた汚泥は図示されないポンプで抜き取られる。ポンプで抜き取られた汚泥は反応タンクに返送され、余剰な汚泥は最初沈殿池で抜き取られた泥と共に処理される。

上述のように、実際の下水処理場における従来の固液分離システムとして使用されている二階層式の最終沈殿池では、下層への下水の流入量と上層への流入量を比較すると、下層への流入量よりも上層への流入量の方が多く、下層は充分な処理能力を発揮できておらず、処理能力には余裕がある。従来の二階層式の最終沈殿池における上述の問題の原因は、下層における下水が流入する部分にかかる水圧が、上層の下水が流入する部分にかかる水圧よりも大きいことが主たる原因であると考えられる。また、下水にフロックなどが含まれている等の理由により、下水の粘性が高くなる傾向にあるため、流入しやすい上層に下水がより多く流入してしまうことも上述の問題の一因と考えられる。

そこで本発明者らは、下層から強制的に多くの下水を排水する流量調整手段を設けることによって、下層の単位沈降面積あたりの排水量を上層の単位沈降面積あたりの排水量とほぼ等しくすることを考えた。流量調整手段の一例である、トラフ１１、１２への下水の流出量の調整について、図１、図２Ａおよび２Ｂを参照して説明される。

図１には、トラフ１１、１２の長手方向（紙面に対して垂直の方向）における断面が略Ｕ字型で示されている。汚泥と分離されて水面付近まで浮上した上澄水は、略Ｕ字型で図１に示されるトラフ１１、１２の鉛直に立ち上がる側面に形成されたＶノッチ１１１、１２１（図２Ａ～２Ｂ参照）を越えてトラフ１１、１２の内側に流出し、トラフ１１、１２の内側の流路を経て排水される。ここで水面ＷＬ１と水面ＷＬ２はパスカルの原理によりほぼ等しい高さを有している。

図２Ａ～２Ｂには、図１の固液分離システム１における、上層沈殿池ＰＨに設けられているトラフ１１、および下層沈殿池ＰＬに設けられているトラフ１２の側面がそれぞれ示されている。図示される例では、トラフ１１、１２の側面には、一定の間隔でＶノッチのＶノッチ１１１および１２１が形成されている。水面がこのＶノッチ１１１、１２１より高ければ、このＶノッチ１１１、１２１からトラフ１１、１２の内側へと流出する。従って、上層と下層との水面が一定であれば、このトラフ１１、１２のＶノッチ１１１、１２１の底部の位置を異ならせることによって、Ｖノッチ１１１、１２１の底部の低い方が排水量は多くなる。

トラフ１１、１２に使用される材質としては、たとえばポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ステンレス、繊維強化プラスティック（ＦＲＰ）、圧延鋼材（ＳＳ材）、銅などがあげられる。使用環境を考慮すると耐水性、耐候性に優れた材質が好ましい。一実施形態の固液分離システム１が模式的に示された図１では、上層沈殿池ＰＨに備えられたトラフ１１は４本で、下層沈殿池ＰＬに設けられたトラフ１２は５本で示されているが、トラフの数はこれに限定されない。

一実施形態である固液分離システム１における、下層のトラフ１２の側面に形成されたＶノッチ１２１の底部１２１ｂの位置（Ｖノッチの深部の先端）を、上層のトラフ１１の側面に形成されたＶノッチ１１１の底部１１１ｂの位置に対して、例えば低くなるように変位させておくことによって下層の排水量を多くすることができる。図２Ａおよび２Ｂに示される例では、上層のトラフ１１の側面に形成されたＶノッチ１１１の底部１１１ｂは、下層のトラフ１２の側面に形成されたＶノッチ１２１の底部１２１ｂよりも、最終沈殿池の底面側になるように（水面に対して深くなるように）形成されていることによって、下層の排水量が多くなる。

Ｖノッチ１１１、１２１の底部１１１ｂと底部１２１ｂの位置の変位は、上層流の排水量および下層流の排水量を調整する手段として機能し得る。トラフ１１、１２の側面に形成されたＶノッチ１１１、１２１の底部１１１ｂ、１２１ｂの水面からの位置により、Ｖノッチ１１１、１２１を通じてトラフ１１、１２の内側へと流出する下水の流出量は変化する。

さらに、Ｖノッチ１１１、１２１の幅（開口部の広さ）を変化させることにより、上層および下層の排水量を調整することも可能である。Ｖノッチの幅が狭くなれば、下水のトラフへの流出は少なくなり排水量が減少し得る。Ｖノッチ１１１、１２１の幅は最大箇所で１ｃｍ～５０ｃｍの範囲であることが好ましく、３ｃｍ～３０ｃｍであることがさらに好ましい。当該範囲内でのＶノッチ１１１、１２１の幅の調整により、下層の排水量を多く調整し得る。後述のように、トラフに取り付けられて横方向に可動な調整板をスライドさせて、Ｖノッチ１１１、１２１の幅を調整することも可能である（図３Ａ参照）。なお、「ノッチ」は、厳密にＶ字形状のノッチ以外にも、平坦もしくは円弧状の底部を有するＵ字形状のノッチでもよい。また、「ノッチ」は、Ｖ字状またはＵ字状のノッチが連なった、全体として鋸歯状または凹凸形状のノッチであってもよい。

上述の流量調整手段を下水処理場における既設の最終沈殿池に適用する場合、トラフ側面に設けられているノッチの底部の位置や幅を、加工によって変更することが考えられるが、これには工事に時間と労力を要し、大きなコストが必要とされることが課題となる。施工性の観点から好ましくない。このような場合、図３Ａに示されるような、ノッチの底部の位置と幅を変え得る可動式の調整板を上層のトラフ１１および下層のトラフ１２の少なくとも一方の側面に取り付けて、上下各層への流入量を調整し得る。

図３Ａには、上層のトラフ１１に調整板１１Ｐが取り付けられている例が示されている。図３Ａでは、調整板１１Ｐは左右方向（矢印の方向）に可動なように設けられている。これによって、調整板１１Ｐを左に移動させれば、Ｖノッチ１１１の幅が狭くなるとともに底部１１１ｂが上方に上がり、処理水の流出量が減少する。このような構造であれば、既存の設備であっても、場所の占有をほとんど必要とすることなく取り付けることができる。その結果、簡単に上層の排水量を調整し得る。

調整板１１Ｐを左右方向に可動させる仕組みは、調整板１１Ｐの位置を簡易に左右方向（横方向）に移動させ得るものであれば特に限定されない。たとえばトラフ１１の側面に複数のアンカー（図示せず）が打設され、調整板１１Ｐのアンカーに対応した位置に、左右方向に複数のアンカー取付け用の穴があけられ、調整板１１Ｐが所望の位置でアンカーとナットによりトラフ側面へ固定されてもよい。

調整板１１Ｐに用いられる材質はトラフ１１と同様に、使用環境を考慮すると耐水性、耐候性に優れた材質が好ましい。たとえばポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ステンレス、繊維強化プラスティック（ＦＲＰ）、圧延鋼材（ＳＳ材）、銅などが用いられ得る。特に銅が用いられた場合は防藻性を向上させ得る。調整板の板１１Ｐの厚さは、水圧に対する強度の観点からトラフと同じ、もしくはそれ以上の厚みであることが好ましい。

図３Ａには一枚の調整板１１ＰがひとつのＶノッチ１１１の一部分を閉塞し得るように取り付けられているが、この調整板１１Ｐは、上層沈殿池ＰＨのトラフ１１のＶノッチ１１１のすべてに取り付けられてもよく、任意の一部のＶノッチ１１１にのみ取り付けられてもよい。

次に、図３Ｂを参照しながら、流量調整手段の一例である、トラフの側面に設けられた可動式の調整板のさらに別の例が説明される。図３Ｂには、Ｖノッチ１１１を部分的に閉塞し得る、上下方向に可動な調整板１１Ｑが示されている。図３Ｂに示される例では、調整板１１Ｑが上下方向、すなわち縦方向に移動することによって、Ｖノッチ１１１の底部１１１ｂが上下方向（水面に対して垂直方向）に移動する。これに伴って、Ｖノッチ１１１を通じたトラフ１１内側への処理水の流出量は変化することになる。すなわち、調整板１１Ｑが縦方向に移動することで、Ｖノッチ１１１からの処理水の流出量が制御され、上層流の排水量が調整され得る。

図３Ａおよび図３Ｂには、調整板１１Ｐ、１１Ｑが上層のトラフ１１の側面に取り付けられて可動する流量調整手段の例が示されているが、調整板は下層のトラフ１２にも取り付けられ得る。下層のトラフ１２の側面に取り付けられた調整板によって、下層のトラフ１２のＶノッチ１２１の底部１２１ｂを、上層のトラフ１１のＶノッチ１１１の底部１１１ｂよりも、最終沈殿池Ｐの底面側になるように調整することで、下層からの排水量を増やし、上下各層に流入する下水の流入バランスを調整し得る。また、上層のトラフ１１に設けられた調整板１１Ｐ、１１Ｑにより上層流の排水量を下層流の排水量よりも減らすことによって、上下各層に流入する下水の流入バランスを調整してもよい。上層と下層の両方に流量調整手段が設けられることで上層流の排水量と下層流の排水量の微調整が可能となり、流量バランスを厳密に調整し得る。

次に、流量調整手段の他の実施形態である、トラフ１１、１２への下水の流出量の調整手段が、図４Ａおよび図４Ｂを参照して説明される。図４Ａには、下層沈殿池ＰＬのトラフ１２の近傍の水中に、排水路１２０ｅに通じている孔あき管１２０ａが配されている例が示されている。孔あき管１２０ａには、その側面に下水を管内へ流出させるための複数の孔１２０ｂが形成されている。汚泥と分離されて水面付近まで上昇した上澄水は、この孔１２０ｂを通じて孔あき管１２０ａ内へと流出し、自然流出によって排水路１２０ｅへと処理水として排出される。なお、この孔あき管１２０ａに流量調整バルブを取り付けて、その流量を調整することもできる。

図４Ａに示される例では、処理水を自然流出させるために、孔あき管１２０ａは最終沈殿池の外壁ＰＯを貫通して排水路１２０ｅへと接続されている。孔あき管１２０ａが設けられることにより、下層流の排水量はトラフ１２を介して排水される量に孔あき管１２０ａから排水される量を加えたものになり、下層流の排水量は増加する。

孔あき管１２０ａの材質はトラフ１１と同様に、使用環境を考慮すると耐水性、耐候性に優れた材質が好ましく、たとえばポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ステンレス、繊維強化プラスティック（ＦＲＰ）、圧延鋼材（ＳＳ材）、銅などが用いられ得る。また、孔あき管１２０ａの断面形状および、側面に形成される孔１２０ｂの形状やサイズは特に限定されないが、下水中に含まれるきょう雑物による閉塞が予防され得る程度のものであることが好ましい。複数の孔のサイズ、および形状は、それぞれが異なっていてもよい。

図４Ａに示される孔あき管１２０ａは、トラフ１２の下方の位置（水面に対して深い位置）に、トラフ１２の長手方向に対して直交するように設置されているが、設置される位置および方向はこれに限定されない。複数のトラフ１２の間に、トラフ１２の長手方向と孔あき管の長手方向が平行になるように設置されてもよい。汚泥濃度が基準値を超える処理水を最終沈殿池の外へ排出させず、沈降汚泥の巻き上げを引き起こし得るような水流の乱れを引き起こしがたい位置に設置されることが好ましい。

図４Ｂには、下層沈殿池ＰＬのトラフ１２の近傍の水中に配された、小孔１２０ｄが複数形成された孔あき管１２０ｃにポンプＰＮが接続された下層流を排水し得る構成の流路調整手段の例が示されている。この例においては、上述の孔あき管１２０ａを用いて下水を最終沈殿池の外へ自然流出させる場合とは異なり、設置に際して最終沈殿池の外壁ＰＯに対する加工を必要としない。下層流の排水量を増やす必要がある場合に迅速に対応することが可能となる。また、ポンプＰＮの動力の調整によって下層流の排水量を容易に制御することが可能となり得る。

孔あき管１２０ｃが設置される位置および方向は特に限定されないが、下水を孔あき管１２０ａを通じて自然流出させる場合と同様に、汚泥濃度が基準値を超える処理水を最終沈殿池の外へ排出させず、沈降汚泥の巻き上げを引き起こし得るような水流の乱れを引き起こしがたい位置に設置されることが好ましい。なお、ポンプＰＮは、図４Ａの排水路１２０ｅの途中に設けられて、自然流出を補助するために用いられてもよい。

図４Ａおよび４Ｂに示される流量調整手段の主要部である、孔あき管１２０ａ、１２０ｃは、下層沈殿池ＰＬに複数設置されて排水路１２０ｅに接続されてもよい。この場合、設置される孔あき管１２０ａ、１２０ｃの数は限定されない。

図３Ａ～４Ｂに示される流量調整手段を用いることによって、上層流の排水量と下層流の排水量のバランスを調整し、下層流の排水量を増やすことによって、上層流の排水量に対する下層流の排水量の比（上層への下水の流入量に対する下層への下水の流入量の比）を１以上にすることが可能となる。下層沈殿池ＰＬの処理能力を有効に使用することができる。図３Ａ、３Ｂ、４Ａ、４Ｂに示される流量調整手段は、そのうちの一つが単独で固液分離システム１に設けられてもよいし、複数の流量調整手段が組み合わされて固液分離システム１に設けられてもよい。

本発明のさらに他の実施形態である固液分離方法は、上述の、固液分離システム１に設けられた流量調整手段のいずれかを用いて、下層流の排水量と上層流の排水量の比を調整しながら、最終沈殿池Ｐに流入した下水Ｗの固液の分離を行う。この固液分離方法によれば、上層流の排水量と下層流の排水量のバランスが最適に調整されることで、下層の処理量は増加する。

本発明の一実施形態の固液分離システム１である最終沈殿池Ｐでは、上層または下層、あるいはその両方に処理能力（固液分離効率）を向上させるための傾斜板装置が設けられてもよい。傾斜板装置は上層流もしくは下層流に対する抵抗となるので、例えば下層に傾斜板装置を設置した場合には、傾斜板装置の設置は下層流の排水量を減少させる方向に機能するが、前述の流量調整手段によって下層流の排水量が上層流の排水量よりも多く調整されつつ、理論上の沈降面積が増加し得るので下層へ流入した下水は、より効率的に処理される。

図５に示されるように、傾斜板装置１２２が、たとえば、最終沈殿池Ｐの下層沈殿池ＰＬに設置される。傾斜板装置１２２は複数の傾斜板１２３が傾けて並置されている。傾斜板装置１２２は、水面ＷＬ２から所定の深さまで沈み、かつ、最終沈殿池Ｐの底面との間に所定の空間が確保されるように、たとえば、図示しない横架材などから吊り下げられるか、図示しない支持体上に載置される。

図６には、沈殿池内に設置された、傾斜板装置１２２内の一部の傾斜板１２３が模式的に示されている。傾斜板装置１２２中、傾斜板１２３間の下水の流動および汚泥の沈降の挙動について、図６を参照して説明する。傾斜板１２３の下端側から傾斜板１２３の間に流入した汚泥Ｍは下水の上向流Ｆに乗って傾斜板１２３の間を上昇する。たとえば、図６上、右側の傾斜板１２３Ｒ寄りの点ａに流入した汚泥は、上向流Ｆに対して沈降速度が十分であれば、左側の傾斜板１２３Ｌの表面上に沈降し、堆積に伴って自重で滑落する。しかしながら沈降速度が不十分な場合には、左側の傾斜板１２３Ｌの表面上に沈降する前に傾斜板１２３Ｒの上端部（たとえば点ｂ）に達し、最終的に沈殿池から流出してしまうことになり得る。点ａに流入した汚泥が流出しないためには、被処理水の上昇中に汚泥が沈降することにより、遅くとも傾斜板１２３Ｒ、１２３Ｌの上端に達するときには傾斜板１２３Ｌ上（点ｃ）に汚泥が沈殿し、傾斜板１２３Ｌによりさらなる上昇を阻まれる必要がある。すなわち、汚泥Ｍの沈降終端速度は、被処理水が傾斜板の下端から上端まで流れる間に、少なくとも距離ｈ２だけ沈降できる程度の速度を有することが好ましい。

下層沈殿池ＰＬに傾斜板装置１２２として複数の傾斜板１２３が設けられることにより、傾斜板１２３が設けられている領域における汚泥Ｍの最大の沈降距離は、傾斜板１２３全体の重力（垂直）方向の長さｈ１から、各傾斜板１２３間の重力方向の間隔ｈ２となるため、沈降効率がｈ１／ｈ２倍向上する。

傾斜板１２３の一面（最終沈殿池の底部側に向いて設置される面）１２３ｓには、汚泥の捕捉処理がなされている。汚泥の捕捉処理としては、たとえば、図７Ａに示されるように、一面１２３ｓに互いに平行な複数の溝１２３ｓｓが形成される。下水中の汚泥が溝１２３ｓｓ内に入り込むことにより捕捉される。図７Ｂには、図７Ａの７Ｂ－７Ｂ線での断面が拡大して示されている。傾斜板１２３の厚さの略１０分の１から２分の１程度の深さおよび幅の複数の溝１２３ｓｓが、溝１２３ｓｓの幅と略同じ幅の間隔を空けて等間隔で形成されている。なお、傾斜板１２３の厚さは１ｍｍ～５０ｍｍの範囲であることが好ましい。

傾斜板１２３は、一端部１２３ｃ側が最終沈殿池の底面側となるように設置される。すなわち、溝１２３ｓｓは、最終沈殿池の底面側から上昇する下水の流れに沿った方向に形成されている。溝１２３ｓｓは、図７Ｃに示されるように、一端部１２３ｃ側が最終沈殿池の底面側となるように設置されたときに、下水の上向きの流れに直交する方向に形成されてもよい。また、汚泥の捕捉処理として、傾斜板１２３の一面１２３ｓが粗くされることにより無数の微細な凹みが一面１２３ｓの略全表面に形成され、一面１２３ｓが所謂梨地状の表面にされてもよい。一面１２３ｓが粗くされることにより一面１２３ｓに沿って上昇する汚泥の動きが妨げられ、傾斜板１２３の一面１２３ｓに汚泥が捕捉される。

溝１２３ｓｓまたは一面１２３ｓの略全表面に形成される微細な凹みの深さは、０．５ｍｍ～１０．０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは１．０ｍｍ～５．０ｍｍである。深さが０．５ｍｍを下回ると、凹部の大きさが浮遊するフロックよりも小さくなり、フロックが捕捉されることなく点ｂを越えて流出する可能性が懸念される。対して、１０．０ｍｍを上回ると、捕捉され堆積した汚泥が剥離しにくくなるため好ましくない。また、溝１２３ｓｓまたは凹みのピッチ間隔は０．５ｍｍ～１０．０ｍｍであることが好ましく、３．０ｍｍ～８．０ｍｍであることがより好ましい。ピッチ間隔が０．５ｍｍを下回ると、捕捉した汚泥による凹部の閉塞の弊害が懸念される。また、１０．０ｍｍを上回ると、汚泥を捕捉する凹部の箇所数が少なくなることにより汚泥捕捉機能が低下する弊害が懸念される。傾斜板１２３の一面１２３ｓになされる汚泥の捕捉処理では、上述したように、溝１２３ｓｓまたは凹みの深さやピッチ間隔を調整することで、汚泥の捕捉機能と剥離性を適宜調整し、汚泥の捕捉効果をより発現しやすくしている。

本実施形態の傾斜板１２３の一面と反対側の面である他面１２３ｔは、凹凸の無い平坦面にされている。他面１２３ｔには汚泥が沈殿して堆積する。汚泥が他面１２３ｔ上に長く滞留して厚く堆積すると、下水の流れを妨げるおそれがある。そのため、他面１２３ｔは、汚泥が滑落し易いように平坦な面であることが好ましい。

傾斜板１２３の材質は、たとえば、熱可塑性樹脂、ポリ塩化ビニル等のビニル系樹脂、ポリカーボネート等のカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のエステル系樹脂、ポリメチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、ポリプロピレンやポリエチレン等のオレフィン系樹脂、ＡＢＳ等のスチレン系樹脂あるいはこれらの共重合体や混合樹脂であってもよいし、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂であってもよく、金属、セラミック、木材、ゴム等であってもよい。

図７Ｄ～７Ｆには、傾斜板１２３の一面１２３ｓの汚泥の捕捉処理の他の例が示されている。図７Ｄに示されるように、溝１２３ｓｓが直交する２つの方向それぞれに形成され、全体として格子模様をなすように形成されてもよい。また、その場合、図７Ｄの例のように四角形の傾斜板１２３の外周縁に平行な溝ではなく、外周縁に対して所定の角度、たとえば４５度傾斜して互いに直交する２方向の溝が形成されてもよい。たとえば、ローレット加工により、直交する２方向の溝が形成されてよい。また、溝１２３ｓｓの断面形状は、図７Ｂに示されるような方形ではなく、図７Ｅに示されるように溝の深部に向ってテーパーする形状であってよく、全体として鋸刃状の形状であってよい。溝１２３ｓｓの形状は、図７Ａ～７Ｅに示される例に限定されず、任意の形状、数および間隔で設けられてよい。

図７Ｆには、汚泥の捕捉処理として、平面形状が円形の凹み１２３ｓｒが形成される例が示されている。凹み１２３ｓｒは、円筒状、または円錐状の凹みであってよく、球形の一部分の形状、所謂ディンプル状の凹みであってよい。図７Ｆの例では、凹み１２３ｓｒは、全体としてドットパターンを呈するように縦横いずれの方向にも等間隔に、一面１２３ｓの略全体に設けられている。凹み１２３ｓｒの平面形状は円形に限定されず、三角形や四角形などの多角形や楕円形であってよく、任意の形状であってよい。また、図７Ｆに示されるように規則的に配置されていなくてもよく、任意の配置パターン、かつ、任意の密度で形成されてよい。

汚泥の捕捉処理は、凹みでは無く凸状部であってよい。すなわち、図７Ａ～７Ｅに示されるような溝１２３ｓｓが形成されるのでは無く、リブ状の凸状部が形成されてもよい。また、図７Ｆに示される凹み１２３ｓｒではなく、任意の平面形状の複数の凸状部が形成されてもよい。浮遊汚泥が、凸状部により上昇を阻まれることにより、傾斜板１２３の一面１２３ｓ上に捕捉される。傾斜板１２３の一面１２３ｓ上には、あらゆる平面形状や間隔（ピッチ）で凹凸が形成されてよく、そのような凹凸の形成が捕捉処理とされてよい。

傾斜板１２３の他面１２３ｔには、藻の付着を少なくする防藻処理が施されるのが好ましい。他面１２３ｔは日光に照らされるため、他面１２３ｔの周囲は、下水の温度や含有成分次第で藻の繁茂に適した環境となり得る。他面１２３ｔ上の藻の繁茂は、堆積した汚泥の滑落性を低下させると考えられる。そのため、他面１２３ｔには、好ましくは防藻処理が施される。防藻処理としては、殺藻剤や抗菌剤、親水性素材のコーティング、或いはフッ素系塗料などの塗布が例示されるが、これらに限定されない。

本実施形態による流量調整手段（Ｖノッチの底部および幅の少なくとも一方の位置の調整が可能な調整板または孔あき管）を設けて、下層への流入量が上層への流入量よりも多くなるようにした固液分離システム（実施例１～３）と、流量調整手段を設けないで、上下層への流入を自然に分配した固液分離システム（比較例１）について、流量が通常の場合（５４９０ｍ³／日）と流量が多い場合（７４４０ｍ³／日）に、それぞれの上層および下層への下水の流入量を流況解析シミュレーションによって調べた。そのシミュレーション条件と結果を表１にまとめた。なお、実施例１～３および比較例１は、上層のサイズが、幅４．１ｍ、長さ２２．１ｍ、深さ３．４ｍであり、下層のサイズが、幅４．１ｍ、長さ３１．０ｍ、深さ３．４ｍである最終沈殿池Ｐにおいて実施した。表１から明らかなように、比較例１は、流量調整手段（調整板または孔あき管）が設けられていないため、上層の排水量と下層の排水量の比が１：０．６になり、その結果上層の滞留時間が２.２時間と短く、一方、下層の滞留時間が６.４時間と極端に長く、上層と下層の排水量バランスが非常に悪い。

実施例１は、最終沈殿池Ｐへの下水の流入量は比較例１と同じ条件であるが、上層の滞留時間は４.５時間、下層の滞留時間は３.５時間、上層流の排水量と下層流の排水量の比は１：２．３であり、比較例１と比較して上層の下水の排水量と下層の下水の排水量のバランスは改善されている。最終沈殿池Ｐへの下水の流入量を増加させても、上下層の排水量の比は比較例１（１：０．６）と比較して沈降面積比（１：１．４）に近い分配比に調整されるため、望ましい水質を維持しつつ処理し得る余裕が比較例に比べて多い。すなわち処理能力が向上している。

実施例２は、実施例１よりも最終沈殿池Ｐへの下水の流入量が多くなっているが、上層の滞留時間は３.３時間、下層の滞留時間は２.６時間で、上層流の排水量と下層流の排水量の比が１：２．３であり、比較例１（１：０．６）と比較して上層の下水の排水量と下層の下水の排水量のバランスは改善されている。実施例１と比較すると、最終沈殿池Ｐ全体としての下水の処理量（最終沈殿池Ｐへの下水流入量）は１．３倍以上になっており、かつ、上層流と下層流の排水量の比は望ましい範囲内に収まっている。すなわち流量調整手段（調整板または孔あき管）が最終沈殿池Ｐの処理能力の向上に大きく貢献していることが分かる。

実施例３は、実施例２における下層沈殿池に、傾斜板装置１２２を設置した例である。傾斜板装置１２２を挿入した場合には下層流は抵抗を受け、下層流の排水量は減少することになる。しかし実施例３では、流量調整手段によって、抵抗による減少を補うように排水量が調整されている。具体的には、流量調整手段がトラフに取り付けられた調整板である場合には、下層のトラフ１２の側面に形成されたＶノッチ１２１の底部１２１ｂの位置に対する上層のトラフ１１の側面に形成されたＶノッチ１１１の底部１１１ｂの位置の変位が、実施例２の場合よりも大きくなるように調整される。その結果、実施例２と同じく上層流の排水量と下層流の排水量の比が１：２．３に維持され、排水量のバランスがとれている。また実施例３では実施例２と同じく、上層の滞留時間は３．３時間で、下層の滞留時間は２．６時間であり、実施例２に傾斜板装置１２２を設置することで理論上の沈降面積を増加させ得ることができ、さらに処理能力を増強し得ることが分かる。

実施形態の固液分離システムおよび、固液分離システムに設けられた流量調整手段は、各図面に例示される構造や、本明細書において例示された構造や材料を備えるものに限定されない。例えば、最終沈殿池Ｐは上層沈殿池ＰＨおよび下層沈殿池ＰＬの二階層構造以外の複数の任意の数の沈殿池を有していてもよく、流量調整手段は必要に応じた任意の沈殿池に設けられてよい。また、固液分離システムに設けられる傾斜板装置１２２および傾斜板１２３は、各図面を参照して説明された構造に限定されず、傾斜板装置１２２における傾斜板１２３の配置、傾斜板１２３のサイズ、形状、表面状態は、必要に応じて変更されてよい。

１ 固液分離システム
１０ 内部壁
１１、１２ トラフ
１１Ｐ、１１Ｑ 調整板
１１１、１２１ Ｖノッチ
１１１ｂ、１２１ｂ 底部
１２０ａ、１２０ｃ 孔あき管
１２０ｂ 孔
１２０ｄ 小孔
１２０ｅ 排水路
１２２ 傾斜板装置
１２３ 傾斜板
１２３ｓ 一面
１２３ｔ 他面
１２３ｓｓ 溝
１２３ｓｒ 凹み
１２３ｃ 一端部
１３ 汚泥ピット
１３１、１３２ 汚泥掻き寄せ機
Ｆ 上向流
Ｍ 汚泥
Ｐ 最終沈殿池
ＰＨ 上層沈殿池
ＰＬ 下層沈殿池
ＰＯ 外壁
ＰＮ ポンプ
ＷＬ１、ＷＬ２ 水面
Ｗ 下水

Claims (6)

1. 下水処理場の最終沈殿池を内部壁で上層と下層に仕切ることで、上層流と下層流を形成する少なくとも二階層の沈殿池に分離しながら、前記最終沈殿池の前記上層および前記下層のそれぞれに設けられるトラフを介して排水する多層式の固液分離システムにおいて、
   前記下層流の排水量を、前記上層流の排水量より多くする流量調整手段が設けられており、
   前記流量調整手段が、前記下層の前記トラフの側面に形成されたノッチの底部の位置に対する、前記上層の前記トラフの側面に形成されたノッチの底部の位置の変位、および、前記下層の前記トラフの側面に形成されたノッチの幅に対する、前記上層の前記トラフの側面に形成されたノッチの幅の変化のいずれかまたは両方である、固液分離システム。
2. 前記上層流の排水量に対する前記下層流の排水量の比が、１より大きいことを特徴とする、請求項１に記載の固液分離システム。
3. 前記上層流の排水量が一日当たり２００ｔ～４５００ｔであり、前記下層流の排水量が一日当たり５５０ｔ～８０００ｔであることを特徴とする、請求項１または２に記載の固液分離システム。
4. 前記下層の前記トラフの側面に形成されたノッチの底部が、前記上層の前記トラフの側面に形成されたノッチの底部より前記最終沈殿池の底面側になるように前記上層および下層のトラフが形成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の固液分離システム。
5. 前記上層または下層の前記トラフに、前記トラフの側面に形成された前記ノッチの底部の位置および前記ノッチの幅の少なくとも一方を変え得る調整板が可動式に取り付けられている、請求項１～４のいずれか１項に記載の固液分離システム。
6. 下水処理場の最終沈殿池を内部壁で上層と下層に仕切ることで、上層流と下層流を形成する少なくとも二階層の沈殿池に分離しながら、前記最終沈殿池の前記上層および前記下層のそれぞれに設けられるトラフを介して排水する多層式の固液分離方法において、
   前記下層からの排水量と、前記上層からの排水量との比を、前記下層の前記トラフの側面に形成されたノッチの底部の位置に対する、前記上層の前記トラフの側面に形成されたノッチの底部の位置の変位、および、前記下層の前記トラフの側面に形成されたノッチの幅に対する、前記上層の前記トラフの側面に形成されたノッチの幅の変化のいずれかまたは両方によって調整しながら固液の分離を行う、固液分離方法。

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