JP7429460B2 - 攪拌槽 - Google Patents

Description

本発明は、受け入れた液体を攪拌する攪拌槽に関する。

下水および雨水などの汚水を処理する汚水処理施設では、汚水から窒素やリン等を除去するため、好気性の生物処理が行われている。また、近年では、好気性の生物処理の前に嫌気性の生物処理や硝酸等を加えた無酸素状態での生物処理を行うことで効率的に窒素やリン等を除去する高度処理も行われている。各生物処理は、汚水に含まれるごみや汚泥が同じ位置に溜まって腐敗してしまわないように、収容した汚水を攪拌する機能を有する攪拌槽において行われる。この攪拌槽には、収容した汚水の中に配置した吐出口から流体を吐出して汚水の循環流を形成することで汚水を攪拌するものがある。また、好気性の生物処理を行う攪拌槽では、空気を供給しつつ汚水を吐出することで空気と汚水を混合させながら汚水の循環流を形成するものがある。この様な好気性の生物処理を行う攪拌槽として、空気と汚水とを吐出する吐出口と、その吐出方向の両端に開口を有する円筒体を攪拌槽の底面近傍に設置し、円筒体の内部で空気と汚水とを混合しつつ吐出口から吐出した空気と汚水の流れによって汚水を循環させる攪拌槽が提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２等参照）。その他、生物処理を行う目的以外でも、例えば２種類以上の流体を混合する目的や、流体中に各種粉末や薬品等を均一に分散させる目的などで攪拌槽が用いられる場合がある。

特開昭５０－９８１５８号公報 特開昭５０－１０７７６９号公報

しかしながら、円筒体を設置した攪拌槽では、攪拌槽の底面と円筒体の間の隙間には流体の流れが入り込みにくいため、その隙間に循環流が形成されにくいという問題があった。特に、汚水と空気とを吐出口から吐出する場合、円筒体を通過した空気と汚水の混合流体は、混合流体に含まれる空気の浮力によって上方に向かって移動しやすいため、円筒体よりも上方では循環流が形成されても、円筒体よりも下方には循環流が形成されにくいという問題があった。円筒体よりも下方に循環流が形成されないか、形成されたとしても循環流の流れが弱いと、円筒体よりも下方に沈殿した汚泥等は攪拌されずに滞留し、腐敗してしまう虞があった。

本発明は上記事情に鑑み、底部に沈殿した汚泥等を攪拌できるようにした攪拌槽を提供することを目的とする。

上記目的を解決する本発明の攪拌槽は、受け入れた液体を循環流によって攪拌する攪拌槽であって、
この攪拌槽の底部に形成された底面に沿って延在し、延在方向の端部に設けられた放出口を有する中空状の空間形成部材と、
前記空間形成部材の内面によって画定された内部空間に前記延在方向に向かって流体を吐出する吐出口とを備え、
前記空間形成部材は、下側部分に前記延在方向に沿って設けられ前記底面から離間した下側開口が前記延在方向の全域に形成されたものであり、
前記下側開口は、前記吐出口から流体が吐出されることで周囲の液体を前記内部空間に吸い込むものであり、
前記放出口は、前記吐出口から吐出された流体および前記下側開口から吸い込まれた液体を放出することで前記循環流を形成するものであることを特徴とする。
また、受け入れた液体を循環流によって攪拌する攪拌槽であって、
この攪拌槽の底部に形成された底面に沿って延在し、延在方向の端部に設けられた放出口を有する中空状の空間形成部材と、
前記空間形成部材の内面によって画定された内部空間にほぼ前記延在方向に向かって流体を吐出する吐出口とを備え、
前記空間形成部材は、下側部分に前記延在方向に沿って設けられ前記底面から離間した下側開口が形成されたものであり、
前記下側開口は、前記吐出口から流体が吐出されることで周囲の液体を前記内部空間に吸い込むものであり、
前記放出口は、前記吐出口から吐出された流体および前記下側開口から吸い込まれた液体を放出することで前記循環流を形成するものであることを特徴としてもよい。

また、この攪拌槽において、前記底部に設けられ、前記延在方向と同じ方向に延在した溝と、
前記底部に設けられ、前記溝の縁に接続し、該溝の縁に向かうに従って下方に向かう底部傾斜面とを備え、
前記下側開口は、前記溝内に配置されたものであってもよい。

本発明によれば、底部に沈殿した汚泥等を攪拌できるようにした攪拌槽を提供することができる。

本発明の一実施形態に相当する攪拌槽を備えた高度処理設備の平面図である。 図１に示した高度処理設備のＡ－Ａ断面図である。 （ａ）は、図１のＣ部を拡大して示す拡大図であり、（ｂ）は、同図（ａ）のＥ－Ｅ断面図である。 （ａ）は、図１のＤ部を拡大して示す拡大図であり、（ｂ）は、同図（ａ）のＦ－Ｆ断面図である。 図２に示した嫌気槽のＢ－Ｂ断面図である。 第２実施形態の高度処理設備１における図２に対応した態様を示す断面図である。 （ａ）は、図３（ｂ）に示す空間形成部材の一端部分の変形例を示す断面図であり、（ｂ）は、図４（ｂ）に示す空間形成部材の他端部分の変形例を示す断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。本発明の一実施形態である攪拌槽は、汚水処理施設に配置され、汚水から窒素やリン等を除去するための生物処理を行うものである。

図１は、本発明の一実施形態に相当する攪拌槽を備えた高度処理設備の平面図である。この図１では、天井などがある上側部分を省略して高度処理設備を示している。また、図２は、図１に示した高度処理設備のＡ－Ａ断面図である。なお、図２では、後述する流体供給管の中間部分を簡略化して示している。

図１に示すように、高度処理設備１は、平面視で長方形をした設備であり、左側壁１１と右側壁１２の間に嫌気性の生物処理を行う嫌気槽２と好気性の生物処理を行う曝気槽３とをそれぞれを複数備えている。以下、高度処理設備１の短手方向（図１における上下方向）を幅方向と称する。この高度処理設備１は、汚水処理施設において、砂などの混入物が取り除かれた汚水に対して生物処理を行う設備である。この高度処理設備１には、図示しない沈砂池および最初沈殿池において処理された下水および雨水などの汚水が流入してくる。この汚水は、液体の一例に相当する。高度処理設備１は、図１における左側から汚水を受け入れる。高度処理設備１が受けれた汚水には、沈砂池等で除去しきれない細かなごみが含まれている。また、生物処理を行うために、高度処理設備１よりも下流側に設けられた図示しない最終沈殿池から微生物を多く含む活性汚泥が嫌気槽２に供給される。以下、上述のごみと活性汚泥を合わせて汚泥等と称する。高度処理設備１が受け入れた汚水は、嫌気槽２および曝気槽３それぞれにおいて図１における右側に向かってゆっくりと流れていく（図１に示す直線の矢印参照）。以下、受け入れた汚水の流れにおける上流側を、単に上流側と称し、汚水の流れの下流側を、単に下流側と称する。

高度処理設備１における上流側には、汚水の流れ方向に対して並列に２列で各列に４つずつ、合計８つの嫌気槽２が設けられている。これらの嫌気槽２それぞれは攪拌槽の一例に相当する。また、高度処理設備１における下流側には、汚水の流れ方向に対して並列に２列で各列に２つずつ、合計４つの曝気槽３が設けられている。各列の間には中央壁１３が形成されており、この中央壁１３によって一方の列の嫌気槽２および曝気槽３が受け入れた汚水は、他方の列の嫌気槽２および曝気槽３に流れ込むことが防止されている。同じ列にある、嫌気槽２どうしの間、曝気槽３どうしの間、および嫌気槽２と曝気槽３の間には仕切壁１４が設けられている。この仕切壁１４によって、同じ列にある、嫌気槽２どうしの間、曝気槽３どうしの間、および嫌気槽２と曝気槽３の間は仕切られている。ただし、仕切壁１４下端部の幅方向中央部分には、流入開口１４ａ（図２参照）が形成されている。各列における最も上流側の嫌気槽２が受け入れた汚水は、これらの流入開口１４ａを通過して下流側に流れていく。各列の嫌気槽２および曝気槽３は、中央壁１３を中心として対称形に形成されているので、以下の説明では、図１における上側の列にある嫌気槽２および曝気槽３について説明し、図１における下側の列にある嫌気槽２および曝気槽３の説明は省略する。

各曝気槽３は、その底部に多数の散気装置３１を備えている。曝気槽３の底面３２にはサポート３３が固定されており、そのサポート３３の上に空気配管３４が取り付けられている。各散気装置３１は、その空気配管３４に固定されており、この空気配管３４を通して空気が供給される。本実施形態の散気装置３１は、メンブレン式散気装置である。ただし、他の方式の散気装置を用いても構わない。散気装置３１は左側壁１１側に寄せて配置されている。この曝気槽３では、図示しない送風機から送られた空気を、散気装置３１によって細かい気泡にして曝気槽３の底部から汚水中に吹き込む。吹き込まれた気泡は水面に向かって上昇するので、このときのエアリフト効果によって汚水を上向きに動かす力が生じて、曝気槽３の左側壁１１側には汚水の上昇流が発生する。一方、中央壁１３側には下降流が発生する。これらにより、曝気槽３内に循環流が形成される。

各嫌気槽２は、その底部に、底部傾斜面５と、トラフ６と、空間形成部材７と、ノズル８（図３参照）とを備えている。このノズル８は吐出部材の一例に相当する。最も上流から３つ目までの嫌気槽２は、それぞれ２つのトラフ６を備えている。また、最も下流側にある嫌気槽２は、３つのトラフ６を備えている。トラフ６は、嫌気槽２の底部において左側壁１１の近傍から中央壁１３の近傍まで高度処理設備１の幅方向に延在した樋状の部材である。すなわち、各トラフ６は、高度処理設備１における汚水の流れ方向と直交する方向に延在している。従って、各トラフ６の幅方向は、高度処理設備１における汚水の流れ方向と一致している。以下、トラフ６の幅方向を溝幅方向と称する。空間形成部材７とノズル８は、各トラフ６にそれぞれ１つずつ配置されている。トラフ６、空間形成部材７、およびノズル８については、後に詳述する。

図２に示すように、底部傾斜面５は、トラフ６よりも上流側とトラフ６よりも下流側それぞれにトラフ６を挟むように配置されている。底部傾斜面５は、トラフ６によって形成された溝６１（図３（ｂ）参照）の縁に接続している。底部傾斜面５は、溝６１の縁に向かうに従って下方に向かうように傾斜している。これにより、隣り合うトラフ６の間には、底部傾斜面５の頂部である稜線５１が形成されている。底部傾斜面５の傾斜角度は水平に対して３０度である。この傾斜角度は、１５度以上であればよい。底部傾斜面５の傾斜角度が１５度以上であれば、底部傾斜面５に向かって沈降してきた汚泥等は、底部傾斜面５を滑り落ちて溝６１に沈殿する。また、この傾斜角度が３０度以上であれば、底部傾斜面５に向かって沈降してくる汚泥等が、底部傾斜面５をより滑り落ちやすくなり、底部傾斜面５の上に堆積してしまうことを確実に防止できるのでより好ましい。なお、仕切壁１４に接している底部傾斜面５は、流入開口１４ａを塞いでしまわないように幅方向中央部分が切りかかれている。この切り欠かれた部分には、流入開口１４ａと溝６１との間に広がる水平な面で形成された流入路面５２が設けられている。

次に、図３～図４を用いて、トラフ６、空間形成部材７、およびノズル８（以下、空間形成部材７とノズル８とを併せて攪拌装置と称する）の構成を説明する。各嫌気槽２に備えられたトラフ６と攪拌装置は、同一の構成をしているので、以下の説明では、図２に示されているトラフ６と攪拌装置のうち最も下流側に設けられたものについて説明し、それ以外のトラフ６と攪拌装置の説明は省略する。

図３（ａ）は、図１のＣ部を拡大して示す拡大図である。

図３（ａ）に示すように、空間形成部材７は、本体部７０と一端部分７１とから構成されている。空間形成部材７は中空状のものであり、空間形成部材７の延在方向の一端は、延在方向に向かって開放されている。この開放された部分が吸入口７ａになる。この空間形成部材７の内面７ｉによって内部空間Ｓ１（図３（ｂ）参照）が画定されている。一端部分７１は、本体部７０と比較して延在方向（図３（ａ）における上下方向）の長さが大幅に短い。本体部７０は、支持体６５によってトラフ６とともに支持されている。この支持体６５は、嫌気槽２の躯体であるコンクリートにアンカーボルト２１によって固定されている。空間形成部材７の一端部分７１は、不図示のボルトによって本体部７０に対して着脱自在に取り付けられている。一端部分７１は、トラフ６の一端よりも一端側に突出した部分を有する。空間形成部材７の一端部分７１は、本体部７０に接続された一端側小径部７１１と、一端側拡径部７１２と、一端側大径部７１３とを有している。一端側小径部７１１は、後述する本体小径部７０１と同一の断面形状をしており、本体部７０（本体小径部７０１）に連なって延在方向に沿って伸びている。一端側拡径部７１２は、吸入口７ａに向かうに従って空間形成部材７の延在方向と直交する放射方向に漸次広がった形状をしている。一端側大径部７１３は、一端側拡径部７１２よりも吸入口７ａ側に位置した部分であって、延在方向に沿って平行に伸びている。この一端側大径部７１３によって吸入口７ａは画定されている。なお、一端側大径部７１３を設けずに、一端側拡径部７１２の一端によって吸入口７ａを画定しても構わない。一端側大径部７１３の内側には、溝幅方向に中央に向けて突出した一対の支持片７７が設けられている。

ノズル８は、丸パイプの先端部分を扁平状につぶして形成されたものである。ノズル８の先端には吐出口８１が形成されている。流体供給管９から供給される汚水は、吐出口８１から吐出される。この吐出口８１から吐出される汚水は、流体の一例に相当する。上述したように、ノズル８は、丸パイプを扁平状につぶして形成されてるので、ノズル８を通過して吐出口８１から吐出される汚水の吐出圧を高めることができる。また、ノズル８は、丸パイプをつぶすだけで作製できるので、作製が容易である。ノズル８の後端にはノズルフランジ８ａが溶接されている。また、流体供給管９の先端には管フランジ９ａが溶接されている。ノズルフランジ８ａと管フランジ９ａとは不図示のボルトによって結合されている。これにより、ノズル８は、流体供給管９に対して着脱自在に取り付けられている。ノズル８には、溝幅方向外側にそれぞれ突出した２つの載置片８３が固定されている。ボルト９５（図３（ｂ）参照）によって空間形成部材７の支持片７７に載置片８３が結合されることで、ノズル８は、空間形成部材７に対して着脱自在に取り付けられている。ノズルフランジ８ａと管フランジ９ａとの結合を解除し、空間形成部材７の一端部分７１と本体部７０との結合を解除すれば、本体部７０および流体供給管９から、一端部分７１とともにノズル８を取り外すことができる。その後、一端部分７１とノズル８を結合しているボルト９５を外せば、ノズル８のみを取り出すこともできる。これらにより、例えば水垢や汚泥等によりノズル８が詰まってしまった場合に、その水垢や汚泥等を取り除くといった保守作業を容易に実施することができる。

ノズル８は、吐出口８１から吐出される汚水の吐出方向と空間形成部材７の延在方向とをほぼ一致させた状態で空間形成部材７に形成された支持片７７によって保持されている。また、ノズル８の先端側は、空間形成部材７が形成する内部空間Ｓ１（図３（ｂ）参照）内に吸入口７ａから入り込んでいる。従って、吐出口８１は、内部空間Ｓ１内に配置されている。すなわち、吐出口８１は、先端側が空間形成部材７の吸入口７ａから内部空間Ｓ１に入り込んだノズル８の先端部分に形成されている。これにより、吐出口８１から吐出される汚水の全てを内部空間Ｓ１内に吐出させることができる。ただし、吐出口８１は、内部空間Ｓ１に汚水を吐出できる範囲であれば内部空間Ｓ１に入り込んでいなくてもよく、例えば空間形成部材の一端で構成される面上、すなわち吸入口７ａと同じ位置に配置されていてもよい。なお、吐出口８１を内部空間Ｓ１よりも外側であって内部空間Ｓ１から遠く離れた位置に配置すると、内部空間Ｓ１に向かって吐出した汚水の一部が内部空間Ｓ１に流れ込まない虞があるので、吐出口８１は内部空間Ｓ１内か吸入口７ａに近接させて配置することが望ましい。

図３（ｂ）は、同図（ａ）のＥ－Ｅ断面図である。この図３（ｂ）では、図面を見やすくするために、一端側大径部を小さめに表している。また、図３（ｂ）では、ノズルフランジおよび管フランジを図示省略している。

図３（ｂ）に示すように、トラフ６は、ステンレス製の板材を曲げ加工することによって、断面がトラフ中心６ｃを中心点とした円弧状になるように成形したものである。このトラフ６によって、嫌気槽２の底部には溝６１が形成されている。換言すれば、溝６１は、トラフ６の内面６ｉによって画定されている。なお、トラフ６は、コンクリートで形成したものであってもよく、樹脂などの他の材料で構成されていてもよい。また、トラフ６の断面形状は円弧状に限られず、Ｕ字状やＶ字状等であってもよい。本実施形態のトラフ６は、内径３００ｍｍの円筒体の上方１／３を切り欠いた形状のものであり、上方に向かって開口している。溝６１のうち、トラフ６の開口につながる上端側は、その開口に近づくほど狭くなっている。

空間形成部材７は、トラフ６の内面６ｉ参照に沿って延在している。従って、空間形成部材７は、高度処理設備１における汚水の流れ方向と直交する方向に延在している。空間形成部材７の延在方向を汚水の流れ方向と平行にしてしまうと、吐出口８１から汚水を吐出したときに、高度処理設備１における汚水の流れ方向に循環流が形成されるので、汚水を下流側の嫌気槽２または曝気槽３に必要以上に移動させてしまう虞がある。平面視における空間形成部材７の延在方向は、汚水の流れに対する角度が３０度以上１５０度以下にすることが望ましい。空間形成部材７の本体部７０および一端部分７１は、ステンレス製の板材を曲げ加工することによって断面が円弧状になるように形成されたものである。空間形成部材７の下側部分には下方に向かって開口した下側開口７ｄが形成されている。空間形成部材７の断面における径方向の中心は、トラフ６の径方向の中心であるトラフ中心６ｃに一致している。以下、空間形成部材７の断面における径方向の中心を、単に空間形成部材７の中心と称する。空間形成部材７の中心はトラフ中心６ｃとを異なる位置に配置してもよいが、下側開口７ｄがトラフ６の開口以下の位置になるように配置することが好ましい。また、吐出口８１の中心もトラフ中心６ｃと一致している。空間形成部材７の中心と吐出口８１の中心とを一致させることで、吐出口８１から吐出される汚水が空間形成部材７の内面７ｉに衝突して流れが弱まってしまうことを抑制することができる。ただし、空間形成部材７の中心と吐出口８１の中心とを異なる位置に配置してもよい。例えば吐出口８１の中心を、空間形成部材７の中心よりも下方であって、下側開口７ｄよりも上方に配置してもよい。この配置にすることで、後述する、汚水や沈殿した汚泥等を下側開口７ｄから内部空間Ｓ１内に吸い込む力を高めることができる。つまり、吐出口８１の中心は、空間形成部材７の中心と空間形成部材７の下側開口７ｄの間に配置することが望ましい。

空間形成部材７は、溝６１内を仕切るものであって内部空間Ｓ１を形成している。内部空間Ｓ１は、下端より上の部分が閉塞した空間である。空間形成部材７の本体部７０は、本体小径部７０１と後述する他端側拡径部７０２（図４参照）とから構成されている。本体小径部７０１および一端側小径部７１１は、内径１５０ｍｍの円筒体の下端部分が切りかかれた５／６円弧の断面形状をしている。また、一端側小径部７１１の下端、一端側拡径部７１２の下端、および一端側大径部７１３の下端の高さ方向における位置は同一である。すなわち、一端部分７１は、下端の全てが水平に切断された形状をしている。これにより、一端側大径部７１３は、内径３００ｍｍの円筒体の下端部分が切りかかれた約２／３円弧の断面形状をしている。吸入口７ａ（図３（ａ）参照）は、この一端側大径部７１３の一端に囲まれた部分に形成された、下端部分が欠けた直径３００ｍｍの円形状をしている。空間形成部材７の下端部分に形成された下側開口７ｄは、溝６１内の汚水や沈殿した汚泥等を内部空間Ｓ１内に吸い込む吸込口として作用する。下側開口７ｄは、空間形成部材７の延在方向の全域に形成されている。従って、下側開口７ｄは、一端側拡径部７１２と一端側大径部７１３にも形成されている。空間形成部材７の延在方向の一部に下側開口７ｄを形成しない部分があってもよいが、その部分では汚水や沈殿した汚泥等を内部空間Ｓ１内に吸い込めず、沈殿した汚泥等が残留してしまう虞があるので、下側開口７ｄは、延在方向の全域に形成することが望ましい。本体小径部７０１および一端部分７１に形成された下側開口７ｄは、溝幅方向に８０ｍｍの長さに形成されている。一端側大径部７１３の下側開口７ｄは、溝幅方向に約２７０ｍｍの長さに形成されている。平面視において空間形成部材７が溝６１から突出している両端部分を除いて、下側開口７ｄは、溝６１内に配置されている。従って、下側開口７ｄは、溝６１の上端縁よりも下方に配置されている。また、下側開口７ｄは、トラフ６の内面６ｉから離間している。詳細には、トラフ６の内面６ｉの最下部６ｂからの高さ方向の距離が８４ｍｍになる位置に下側開口７ｄは配置されている。最下部６ｂから下側開口７ｄまでの高さ方向の距離は、４０ｍｍ以上２００ｍｍ以下が好ましい。４０ｍｍ未満だと、下側開口７ｄの縁とトラフ６との隙間が狭くなりすぎて、なんらかの原因で沈砂池等を通過してしまった大きめのごみが、その隙間につまってしまう虞がある。また、２００ｍｍ以上では、最下部６ｂと下側開口７ｄとが離れすぎてしまうので、最下部６ｂ近傍に沈殿した汚泥等を下側開口７ｄから内部空間Ｓ１内に吸い込めなくなる。なお、トラフ６に対する空間形成部材７の高さ方向の相対位置を調整自在にしておいてもよい。空間形成部材７の高さ方向の位置を調整自在にしておくことで、汚水処理施設に対応して最適な位置に空間形成部材７を配置することができる。このトラフ６の内面６ｉ、流入路面５２、および底部傾斜面５（図２参照）は、底面の一例に相当する。空間形成部材７の外面は、円弧状であるので、この円弧を円周の一部とする円の中心より上側部分は溝幅方向外側に向かうに従って下方へ傾斜している。このため、空間形成部材７の外面に向かって沈降してきた汚泥等は、空間形成部材７の上側部分の外面をつたって、溝６１の底に向かって滑り落ちやすい。よこれにより。空間形成部材７の上側部分に汚泥等が堆積してしまうことを抑制できる。また、空間形成部材７の下側部分によって、内部空間Ｓ１は、下側開口７ｄにつながる下端部分が、その下側開口７ｄに近づくほど狭くなっている。このため、一旦内部空間Ｓ１内に吸い込まれた汚泥等が内部空間Ｓ１から漏れ出にくくなっている。

図４（ａ）は、図１のＤ部を拡大して示す拡大図であり、図４（ｂ）は、同図（ａ）のＦ－Ｆ断面図である。この図４（ｂ）では、図面を見やすくするために、放出口の外径を小さめに表している。

図４（ａ）に示すように、空間形成部材７の他端部分は、トラフ６の他端からさらに他端側に突出している。空間形成部材７の延在方向の他端は、延在方向に向かって開放されている。この開放された部分が放出口７ｂになる。空間形成部材７の他端部分には、放出口７ｂに向かうに従って空間形成部材７の延在方向と直交する放射方向に漸次広がった形状をした他端側拡径部７０２が形成されている。この他端側拡径部７０２は、空間形成部材７の延在方向と直交する面を対称面として一端側拡径部７１２と対称形に形成されている。従って、図４（ｂ）に示すように、放出口７ｂは、他端側拡径部７０２の他端に囲まれた部分に形成された、下端部分が欠けた直径３００ｍｍの円形状をしている。つまり、放出口７ｂは、吸入口７ａと同一の形状をしている。

図５は、図２に示した嫌気槽のＢ－Ｂ断面図である。この図５では、流体供給管の中間部分を簡略化して示している。

図５に示すように、吸入口７ａは、左側壁１１の内側面である左壁面１１１の下端部分に対向している。この左壁面１１１は、第１の壁面の一例に相当する。また、放出口７ｂは、中央壁１３の左側面である中央壁面１３１の下端部分に対向している。この中央壁面１３１は、第２の壁面の一例に相当する。左壁面１１１の下端部分には、下方に向かうに従って吸入口７ａに近づく第１傾斜面１１１ａが形成されている。この第１傾斜面１１１ａに向かって沈降してきた汚泥等は、傾斜により第１傾斜面１１１ａを滑り落ちて吸入口７ａの近傍に沈殿する。また、吐出口８１から汚水を吐出すると、第１傾斜面１１１ａ付近には、図５の右下に円弧状の矢印で示したように、第１傾斜面１１１ａの傾斜に沿って吸入口７ａ側に向かう汚水の流れが発生する。この汚水の流れにより、吸入口７ａ近傍に沈殿した汚泥等は吸入口７ａ側に向かって移動する。この流れと空間形成部材７によるエジェクタ効果により、沈殿した汚泥等が空間形成部材７内の内部空間Ｓ１（図３（ｂ）参照）に吸い込まれるので、汚泥等が左壁面１１１の下端部近傍に沈殿してそのまま滞留してしまうことを防止できる。なお、本実施形態の第１傾斜面１１１ａは下方に向かって凹んだ円弧状をしているが、平面状であってもよい。

中央壁面１３１の下端部分には、下方に向かうに従って放出口７ｂに近づく第２傾斜面１３１ａが形成されている。吐出口８１から汚水が吐出されると、放出口７ｂから汚水が放出される。放出口７ｂから放出された汚水は、図３の左下に円弧状の矢印で示したように、第２傾斜面１３１ａに沿って滑らかに上方に向かって上昇するので、この上昇した汚水によって空間形成部材７よりも上方には強い循環流が形成される。第２傾斜面１３１ａは、平面状であってもよい。ただし、第２傾斜面１３１ａを下方に向かって凹んだ円弧状に形成することで、放出口７ｂから概して水平方向に放出された汚水の流れを、平面状である場合と比較してより円滑に上方に変換できるので、平面状よりも流れの損失を少なくできるという効果がある。

流体供給管９は、嫌気槽２の底部から上方に向かって左壁面１１１に沿って延在している。流体供給管９の上端側には、流量調整弁９１および電動弁９２が設置されている。なお、図５では流量調整弁９１よりも上方にある流体供給管９は図示省略されている。この流体供給管９は、高度処理設備１内に配置された不図示のポンプに接続されている。電動弁９２を開放することで、不図示のポンプが吸い上げた汚水が流体供給管９を通してノズル８に供給され、ノズル８に設けられた吐出口８１から汚水が吐出される。なお、仕切壁１４の上部には、流入開口１４ａと同様に、汚水が通過可能な上部流入口１４ｂが２つ設けられている。

次に、吐出口８１から汚水を吐出させたときの作用について主に図３および図５を用いて説明する。嫌気槽２では、メンテンナンス時などの特殊な状況を除き、常に吐出口８１から汚水を吐出させている。本実施形態においては、吐出口８１から吐出される汚水の吐出圧力は０．０９ＭＰａで、吐出水量は１.５ｍ３／ｍｉｎである。ただし、後述するように、吐出圧力は０．００１ＭＰａ以上であればよく、吐出水量は０．３ｍ３／ｍｉｎ以上であればよい。加えて、汚水の吐出流速は、２ｍ／ｓｅｃ以上３２ｍ／ｓｅｃ以下が好ましい。吐出流速が２ｍ／ｓｅｃ未満だと、放出口７ｂから放出された汚水によって形成される嫌気槽２内の循環流が弱く、汚泥等を循環させることができなくなってしまう虞がある。吐出流速が３２ｍ／ｓｅｃを超えると、循環流の流れが強くなりすぎて、水面で空気を巻き込んで汚水に空気が供給されてしまう。吐出口８１から内部空間Ｓ１に汚水が吐出されることで、内部空間Ｓ１に汚水の流れが発生する。その際、内部空間Ｓ１内を流れるの汚水の流れによって、内部空間Ｓ１内と内部空間Ｓ１の外との間で汚水の流れによる圧力差が生じる。すなわち、汚水の流れが発生している内部空間Ｓ１には負圧が生じる。溝６１内に沈殿した汚泥等は、周囲の汚水とともに図３（ｂ）に示す曲線の矢印のように、負圧によって下側開口７ｄから内部空間Ｓ１内に吸い込まれる。汚泥等を吸い込むために必要な負圧を得るために、内部空間Ｓ１内を流れる汚水の流速は０．１ｍ／ｓｅｃ以上にすることが好ましい。また、吐出口８１から吐出された汚水は、空間形成部材７によって空間形成部材７の延在方向と直交する放射方向への拡散が防止されるため、長距離にわたって内部空間Ｓ１内で流れが維持される。内部空間Ｓ１内に吸い込まれた汚水および汚泥等は、内部空間Ｓ１内に生じている汚水の流れによって、汚水と混合されつつ放出口７ｂ側に向かって移動し、放出口７ｂから放出される。吐出圧力が０．００１ＭＰａ未満だと、内部空間Ｓ１内を移動している汚泥等が下側開口７ｄから漏れ落ちてしまいやすくなる。また、同様に吐出水量が０．３ｍ３／ｍｉｎ未満の場合も内部空間Ｓ１内を移動している汚泥等が下側開口７ｄから漏れ落ちてしまいやすくなる。なお、ポンプ能力や電力消費量を考慮すると、吐出圧力０.３ＭＰａ以下が好ましく、吐出水量は３．０ｍ３／ｍｉｎ以下が好ましい。上述したように、放出口７ｂから放出された汚水は、第２傾斜面１３１ａに沿って上方に向かって滑らかに上昇し、空間形成部材７よりも上方に強い循環流を形成する。

この実施形態によれば、吐出口８１から内部空間Ｓ１に汚水を吐出することで、溝６１内に沈殿した汚泥等を内部空間Ｓ１に吸い込んで攪拌しつつ移動させ、放出口７ｂから放出させることができる。そして、放出口７ｂから放出された、汚泥等が混ざり合った汚水を、循環流に乗せて嫌気槽２内で循環させることができる。従って、溝６１に沈殿した汚泥等を攪拌することができる。

次に、第２実施形態の嫌気槽２について説明する。これより後の説明では、これまで説明した構成要素の名称と同じ名称の構成要素には、これまで用いた符号を付して説明し、重複する説明は省略することがある。

図６は、第２実施形態の高度処理設備１における図２と同様の断面図である。この図６で図の左側が上流側になり右側が下流側になる。

図６に示す高度処理設備１は、先の実施形態に示した高度処理設備１とは嫌気槽２の底部の形状が異なる。図６に示すように、この嫌気槽２は、底部傾斜面５とトラフ６が底部に形成されておらず、底部には平坦面で構成された底面５０が形成されている。また、この実施形態では、先の実施形態と比較して空間形成部材７を多く配置している。具体的には、最も上流から３つ目までの嫌気槽２は、それぞれ３つの空間形成部材７を備えている。そして、最も下流側にある嫌気槽２は、５つの空間形成部材７を備えている。空間形成部材７の下側開口７ｄは、底面５０から離間している。詳細には、底面５０からの高さ方向の距離が８４ｍｍになる位置に下側開口７ｄは配置されている。なお、先の実施形態と同様の理由により、下側開口７ｄと底面５０との高さ方向の距離は、４０ｍｍ以上２００ｍｍ以下が好ましい。空間形成部材７にはそれぞれ内部空間Ｓ１に流体を吐出する吐出口８１が配置されている。

この実施形態の嫌気槽２においても、吐出口８１から汚水を吐出することで、空間形成部材７よりも上方には循環流が形成される。空間形成部材７よりも下方であって空間形成部材７の近傍に堆積した汚泥等は、周囲の汚水とともに図６に示す曲線の矢印のように、負圧によって下側開口７ｄから内部空間Ｓ１内に吸い込まれる。そして、吸い込まれた汚泥等は、上方に形成された循環流にのって循環する。ただし、隣り合う空間形成部材７の間隔が広いと、隣り合う空間形成部材７の中間位置にある底面５０の上に沈殿した汚泥等は堆積したままになってしまう虞がある。この対策として、上述したように空間形成部材７を多く配置することで、隣り合う空間形成部材７の間を狭くて、その中間位置にある底面５０の上に沈殿した汚泥等が堆積したままになってしまうことを防止している。なお、空間形成部材７の配置数を増やす代わりに、空間形成部材７および吐出口８１を、モータ等の電動機によって汚水の流れ方向に移動させる直動機構を設けてもよい。この直動機構を設けた場合、吐出口８１から汚水を吐出しつつ、嫌気槽２の上流端近傍から下流端近傍まで空間形成部材７を吐出口８１とともに移動させる動作を行うことが好ましい。また、空間形成部材７の延在方向の中央部分を中心に、空間形成部材７を底面５０に沿って電動機によって回動させる回転機構を設けてもよい。この回転機構を設けた場合、吐出口８１から汚水を吐出しつつ、空間形成部材７を底面５０と平行に回転させる動作を行うことが好ましい。この動作において、空間形成部材７は、右回りと左回りぞれぞれに１５０度未満の角度づつ回転させることが望ましい。１５０度以上回転させると、汚水の流れ方向に循環流が形成され、汚水を下流側の嫌気槽２または曝気槽３に必要以上に移動させてしまう虞がある。これらの直動機構または回転機構を設けた態様によれば、嫌気槽２の底面５０の全面を、単一の空間形成部材７で網羅できるので、嫌気槽２毎に１つの空間形成部材７を配置するだけで底面５０に堆積した全ての汚泥等を吸い上げて攪拌することができる。この実施形態によれば、底部傾斜面５やトラフ６を嫌気槽２に形成しなくても、底面５０の上に沈殿した汚泥等を攪拌することができる。

続いて、これまで説明してきた嫌気槽２の変形例について、これまで説明した構成とは異なる点を中心に説明する。

図７（ａ）は、図３（ｂ）に示す空間形成部材の一端部分の変形例を示す断面図である。

図７（ａ）に示すように、この変形例の空間形成部材７は、一端側拡径部７１２および一端側大径部７１３が、図３に示した空間形成部材７と比較してが溝幅方向には拡がっていない点と、支持片７７および載置片８３が設けられる位置が異なる。すなわち、一端側拡径部７１２および一端側大径部７１３は、一端側小径部７１１に対して上方のみに拡がった形状をしている。一端側大径部７１３の内側には、上端部分から下方に向かって突出した支持片７７が設けられている。また、ノズル８には、上端部分から上方に向かって突出した載置片８３が固定されている。そして、ボルト９５によって支持片７７に載置片８３が結合されることで、ノズル８は、空間形成部材７の一端部分７１に着脱自在に取り付けられている。

図７（ｂ）は、図４（ｂ）に示す空間形成部材の他端部分の変形例を示す断面図である。

図７（ｂ）に示すように、この変形例の空間形成部材７は、他端側拡径部７０２が、図４に示した空間形成部材７と比較して幅方向には拡がっていない点が異なる。すなわち、他端側拡径部７０２は、本体小径部７０１に対して上方のみに拡がった形状をしている。この変形例では、一端側大径部７１３が上方のみに拡がっているので、吐出口８１から汚水を吐出したときに、空間形成部材７よりも上方により強い循環流が形成されやすい。

本発明は上述の実施形態に限られることなく特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形を行うことが出来る。たとえば、本実施形態では、嫌気槽２に本発明の攪拌槽を適用したが、曝気槽３に適用してもよく、無酸素槽に適用してもよい。曝気槽３に適用する場合は、吐出口８１の周囲または近傍に、空気または気泡を含有する汚水を供給する別の吐出口を設けるか、流体供給管９の途中で空気または気泡を汚水に加えて吐出口８１から吐出させればよい。この場合、気泡は、直径が１μｍ以下のナノバブルであることが望ましい。ナノバブルは、同じ体積の直径が大きな気泡と比較して、合計表面積が大きいため、効率的に好気性の細菌に酸素を供給できる。また、ナノバブルは、浮力がほとんど無いので曝気槽３内を長時間循環することができる。曝気槽３に適用する場合、曝気槽３における内部空間Ｓ１内を流れる汚水の流速は、嫌気槽２における内部空間Ｓ１内を流れる汚水の流速より早くてもよい。内部空間Ｓ１内を流れる汚水の流速が早くなると、循環流の流れが強くなり水面で空気を巻き込んで汚水に空気が供給されることがあるが、曝気槽３では空気が供給されることは好ましいからである。換言すると、嫌気槽２における内部空間Ｓ１内を流れる汚水の流速は、曝気槽３における内部空間Ｓ１内を流れる汚水の流速以下であることが好ましい。無酸素槽に適用する場合は、硝酸等を加える装置を槽内に配置すればよい。また更に、２種類以上の流体を混合するため槽や、流体中に各種粉末や薬品等を均一に分散させるための槽など、汚水処理施設以外の施設に本発明の攪拌槽を用いてもよい。

以上説明した実施形態や変形例によれば、底部に沈殿した汚泥等を、汚水とともに内部空間Ｓ１に吸い上げて移動させることで、その汚泥等と汚水を攪拌することができる。

なお、以上説明した実施形態や各変形例の記載それぞれにのみ含まれている構成要件であっても、その構成要件を、他の実施形態や他の変形例に適用してもよい。

これまでに説明した攪拌槽は、受け入れた液体を攪拌する攪拌槽であって、
この攪拌槽の底部に形成された底面に沿って延在し、延在方向の一端に設けられた吸入口と該延在方向の他端に設けられた放出口とを有する中空状の空間形成部材と、
前記空間形成部材の内面によって画定された内部空間に流体を吐出する吐出口とを備え、
前記空間形成部材は、下側部分に前記底面から離間した下側開口が形成されたものであることを特徴としてもよい。

これまでに説明した攪拌槽は、受け入れた液体を循環流によって攪拌する攪拌槽であって、
この攪拌槽の底部に形成された底面に沿って延在し、延在方向の一端に設けられた吸入口と該延在方向の他端に設けられた放出口とを有する中空状の空間形成部材と、
前記空間形成部材の内面によって画定された内部空間にほぼ前記延在方向に向かって流体を吐出する吐出口とを備え、
前記空間形成部材は、下側部分に前記延在方向に沿って設けられ前記底面から離間した下側開口が形成されたものであり、
前記吸入口および前記下側開口は、前記吐出口から流体が吐出されることで周囲の液体を前記内部空間に吸い込むものであり、
前記放出口は、前記吐出口から吐出された流体並びに前記吸入口および前記下側開口から吸い込まれた液体を放出することで前記循環流を形成するものであることを特徴とする。

ここで前記吐出口は、前記内部空間内に配置されたものであってよく、該内部空間の外に配置されたものであってもよい。また、前記下側開口は、前記延在方向に沿って形成されたものであってもよい。さらに、前記下側開口は、前記空間形成部材の延在方向全長に亘って形成されたものであってもよく、延在方向に沿った複数箇所に分割して形成されたものであってもよい。加えて、前記吐出口は、液体のみを吐出するものであってもよく、気泡を含有する液体を吐出するものであってもよい。また、気泡または気泡を含有する液体を前記内部空間に吐出する第２の吐出口を前記吐出口とは別に設けてもよい。さらに、これらの気泡は、直径が１μｍ以下のナノバブルであってもよい。また、前記空間形成部材は、断面形状が円弧の形状をしたものであってもよい。また、前記内部空間は、前記下側開口につながる下端部分が、該下側開口に近づくほど狭くなったものであってもよい。

この攪拌槽によれば、前記吐出口から前記内部空間に吐出された流体は、前記下側開口が形成された部分を除いて、前記所定方向と直交する放射方向への拡散が前記空間形成部材によって防止され、該内部空間に流体の強い流れを作り出す。この流れによって前記空間形成部材の内外で圧力差が生じ、攪拌槽の底部に沈殿した汚泥等は、前記下側開口の周囲の液体とともに前記下側開口を通って前記内部空間に吸い込まれる。そして、吸い込まれた汚泥等は、前記内部空間内の流体の流れによって吸い込まれた液体や流体と混合されつつ該内部空間を移動し、液体等とともに前記放出口から放出される。放出された汚泥等を含む液体等により攪拌槽内に循環流が形成され、該汚泥等は循環流にのって攪拌槽内を循環する。従って、攪拌槽の底部に沈殿した汚泥等を確実に攪拌できる。

この攪拌槽において、前記底部に設けられ、前記延在方向と同じ方向に延在した溝と、
前記底部に設けられ、前記溝の縁に接続し、該溝の縁に向かうに従って下方に向かう底部傾斜面とを備え、
前記下側開口は、前記溝内に配置された態様であってもよい。

この態様によれば、前記底部傾斜面に沈殿しようとする汚泥等は、該底部傾斜面を滑り落ちて前記溝内に沈降しやすくなるので、該溝内に配置された前記下側開口から前記内部空間に吸い込ませることができる。従って、汚泥等が前記底部傾斜面に沈殿してそのまま滞留してしまうことを防止できる。

さらに、この攪拌槽において、前記空間形成部材は、前記一端部分に、前記吸入口に向かうに従って前記延在方向と直交する放射方向に漸次広がった形状を有するものであってもよい。

こうすることで、前記吸入口から多くの液体を吸い込むことができるのでより強い循環流を作り出すことができる。なお、例えば上方向にのみ広がった形状など、前記一端部分は、放射方向の全ての方向に広がった形状でなくてもよい。

また、この攪拌槽において、前記空間形成部材は、前記他端部分に、前記放出口に向かうに従って前記延在方向と直交する放射方向に漸次広がった形状を有するものであってもよい。

こうすることで、前記他端部分に到達した液体が放射方向に広がりながら前記放出口から放出されるのでより広い範囲に循環流を形成することができる。なお、例えば上方向にのみ広がった形状など、前記他端部分は、放射方向の全ての方向に広がった形状でなくてもよい。

また、この攪拌槽において、前記吸入口は、この攪拌槽の第１の壁面の下端部分に対向して配置されたものであり、
前記第１の壁面の下端部分は、下方に向かうに従って前記吸入口に近づく第１傾斜面を有するものであってもよい。

前記第１傾斜面に沈殿しようとする汚泥等は、該第１傾斜面を滑り落ちて前記吸入口近傍に沈殿しやすくなる。また、前記吐出口から流体を吐出した際に前記第１傾斜面近傍に発生する液体の流れは、前記第１傾斜面の傾斜に沿って該吸入口側に向かうので、該吸入口近傍に沈殿した汚泥等は、液体の流れに沿って該吸入口に向かい該吸入口から吸い込まれやすい。従って、汚泥等が前記第１の壁面の下端部分近傍に沈殿してそのまま滞留してしまうことを抑制できる。

また、この攪拌槽において、前記放出口は、この攪拌槽の第２の壁面の下端部分に対向して配置されたものであり、
前記第２の壁面の下端部分は、下方に向かうに従って前記放出口に近づく第２傾斜面を有するものであってもよい。

前記放出口から放出された液体は、前記第２傾斜面に沿って上方に向かって滑らかに上昇するので、流れの損失が少なくなり前記空間形成部材よりも上方により強い循環流を形成することができる。

１ 高度処理設備
２ 嫌気槽
６ トラフ
６ｉ 内面
７ 空間形成部材
７ａ 吸入口
７ｂ 放出口
７ｄ 下側開口
５０ 底面
８１ 吐出口
Ｓ１ 内部空間

Claims (2)

1. 受け入れた液体を循環流によって攪拌する攪拌槽であって、
   この攪拌槽の底部に形成された底面に沿って延在し、延在方向の端部に設けられた放出口を有する中空状の空間形成部材と、
   前記空間形成部材の内面によって画定された内部空間に前記延在方向に向かって流体を吐出する吐出口とを備え、
   前記空間形成部材は、下側部分に前記延在方向に沿って設けられ前記底面から離間した下側開口が前記延在方向の全域に形成されたものであり、
   前記下側開口は、前記吐出口から流体が吐出されることで周囲の液体を前記内部空間に吸い込むものであり、
   前記放出口は、前記吐出口から吐出された流体および前記下側開口から吸い込まれた液体を放出することで前記循環流を形成するものであることを特徴とする攪拌槽。
2. 前記底部に設けられ、前記延在方向と同じ方向に延在した溝と、
   前記底部に設けられ、前記溝の縁に接続し、該溝の縁に向かうに従って下方に向かう底部傾斜面とを備え、
   前記下側開口は、前記溝内に配置されたものであることを特徴とする請求項１記載の攪拌槽。