JP7488154B2 - 水処理システム - Google Patents

Description

本発明は、微生物を固定化した担体を処理水槽に投入して水処理を行う水処理システムに関するものである。

廃水の活性汚泥処理や硝化脱窒処理は、各種の微生物を利用して行われる。処理槽内の微生物濃度を高めることにより処理能力を向上させることができるので、従来から微生物を固定化した担体を槽内に投入して水処理が行われている。

このための担体としては１０～２０ｍｍ程度のサイズのスポンジ状のものが用いられることが多く、これらの担体は処理水槽の内部の水中に分散し、水流とともに槽内を流動している。このため担体が水流に乘って下流側の槽壁に形成された通水用の開口から後工程に流出するおそれがある。そこで従来から開口の手前に細かいスクリーンを設置して担体の流出を防止していた。しかしこのスクリーンは担体や固形物によって目詰まりし易く、特にウエッジワイヤスクリーンを使用すると糸ミミズが生息し、糸ミミズやその代謝物により目詰まりし易いという問題があった。

この問題を解決するために、特許文献１には槽壁の上端部に形成された開口にスクリーンを斜めに設けるとともに、スクリーンの下方にスクリーンと平行にガイド板を設置し、両者の間の流路に窒素ガスを噴出させてスクリーンを洗浄する構造が提案されている。しかしこの構造においても水中の担体をスクリーンで分離しているため、スクリーンの目詰まりを完全に防止することはできず、スクリーンに付着した髪の毛などのし渣の除去に手数がかかるという問題があった。なお、この特許文献１では開口が槽壁の上端部に形成されており、開口を槽壁の中段に設けた構造には言及されていない。

上記した問題を解決するため、担体のサイズを大きくしてスクリーンの目詰まりを抑制しているが、担体のサイズを大きくすると担体の比表面積が減少し、処理性能の低下を避けられないという問題があった。

特開２００８－１９４６２０号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、処理水槽の中段に形成した開口からの担体の流出を確実に防止することができ、しかも維持管理が容易な水処理システムを提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、担体が投入された処理水槽の槽壁の中段に処理水が流出する開口を形成し、その壁際の槽底に上昇流を生成する散気装置を設置し、さらに片持ちガイドを散気装置の上方位置の槽壁から斜めに設置した水処理システムであって、この片持ちガイドは担体が通過できない間隔を有し、その下端は開口の下方の槽壁に密着し、その上端は開口の上端よりも上方の水中まで延びるものであり、前記片持ちガイドは前記散気装置から浮上する気泡を通過させることにより、前記片持ちガイドト槽壁との間にも上昇流を形成し、前記開口部からの担体の流出を防止することを特徴とするものである。

なお前記片持ちガイドは、散気装置から浮上する気泡の径よりも大きい目開きを持つものであることが望ましい。また前記片持ちガイドは、処理水槽の全幅にわたる横幅を持つものであるか、あるいは処理水槽の全幅よりも狭い横幅を持ち、その両側面に担体の流入阻止部材を備えたものであることが好ましい。また前記片持ちガイドは、槽壁に対して５°～３０°の傾斜角で斜めに設置されたものであることが好ましい。また、前記散気装置は、前記片持ちガイドの上端から下した垂線よりも手前側から槽壁までの領域の槽底に設置されたものであることが好ましい。
さらに上記の課題を解決するためになされた第２の発明は、担体が投入された処理水槽の槽壁の中段に処理水が流出する開口を形成し、その壁際に上昇流を生成する散気装置を設置し、さらに片持ちガイドを散気装置の上方位置の槽壁から斜めに設置した水処理システムであって、この片持ちガイドは担体が通過できない間隔を有し、その下端は開口の下方の槽壁に密着し、その上端は開口の上端よりも上方の水中まで延びるものであり、前記処理水槽は、前記槽壁の上端部に返し部を突設したものであることを特徴とするものである。

本発明の水処理システムによれば、開口に向かって槽内を流れる水流を、散気装置により生成された上昇流によって上向流に変換する。このため水流に乘って流動する担体は開口に向かうことがなく、片持ちガイドの隙間を通過した処理水のみを開口から後工程に流出させることができる。

片持ちガイドは担体が通過できない間隔を有し、その下端は開口の下方の槽壁に密着しているため、もし担体が開口から流出する場合には、開口の上端から開口に向けて下向きに流動する経路しかない。しかし本発明では、上昇流により片持ちガイドの上端における下降流の発生を阻止しているため、担体が開口から流出する可能性はほとんどない。しかも片持ちガイドは、水槽壁に対して５°～３０°と緩やかな傾斜角で斜めに設置されているため、気泡や水流により担体が片持ちガイドに押し付けられて目詰まりする可能性は小さく、その維持管理も容易となる等の多くの利点がある。特に片持ちガイドの目開きを散気装置から浮上する気泡の径よりも大きくしておけば、気泡が片持ちガイドを通過し易くなり、片持ちガイドの上方領域における上昇流束を大きくすることができる。この結果、担体が開口に向かって下向きに流動することをより確実に防止することができる。

本発明の実施形態を示す断面図である。 本発明の実施形態を示す他の断面図である。 本発明の他の実施形態を示す断面図である。 本発明の他の実施形態を示す斜視図である。 実験１における担体流出個数のグラフである。

以下に本発明の実施形態を説明する。
図１と図２は本発明の実施形態を示す処理水槽の断面図であり、１０は処理水槽、１１はその下流側の槽壁である。槽壁１１には開口１２が形成されており、処理水はこの開口１２を通じて後段の処理水槽１３に流入する。処理水槽１０の内部には微生物を担持させた担体１４が投入されている。

図１では担体１４は誇張して図示されているが、そのサイズは１０～２０ｍｍ程度のスポンジ状のものであり、その形状は例えば立方体である。しかし本発明においては担体１４のサイズや形状はこれに限定されるものではなく、その形状は円柱状、平板状、球体状等であってもよい。処理水槽が有機物処理槽である場合には有機物資化菌が担持されているが、処理の目的に応じて、硝化菌や脱窒菌を担持させてもよい。これらの担体１４は水中に浮遊し、水流に乘って流動している。

開口１２は槽壁１１の中段高さに形成されている。その開口面積は処理水量が最大設計水量となった場合にも対応できるようにしておく必要がある。開口１２の形状は円形や楕円形であってもよいが、図２に示すように上下幅よりも横幅が大きい長方形状としておくことが最も好ましい。図２に示すように、槽壁１１の上端部の水面付近には、返し部１５が突設されている。

槽壁１１の壁際の下方には、上昇流を生成する散気装置１６が設置されている。この実施形態では毎分２０Ｌ／枚の空気を噴出できる散気板１６ａと、毎分１０Ｌ／枚の空気を噴出できるエアーストーン１６ｂを組み合わせて槽底に配置しているが、壁際の領域に上昇流を生成できるものであれば、散気装置１６の構造は任意である。また、散気装置１６の設置位置は、槽壁１１の下方であればその位置は任意であり、槽底の他にも、槽底と片持ちガイド１７の間に架台を設けて設置してもよい。図２に示すように、散気装置１６は槽幅の全体にわたり設置されており、エアカーテンのように微細な気泡を噴出して上昇流を生成する。

この散気装置１６の上方には、片持ちガイド１７が設けられている。図２に一例を示すように、片持ちガイド１７はその下端が開口１２の下方の槽壁１１に密着状態で固定され、全体を片持ち状態で支持することにより、髪の毛などのし渣が片持ちガイド１７に絡みついても、上昇流により自然に取れる構造となっている。片持ちガイド１７は担体１４が通過できない間隔を有するもので、担体１４の外径の７５％以下の目開きを備えたものであることが好ましい。担体１４がスポンジのような柔らかい材質からなる場合には変形する可能性があるため、目開きを担体１４の外径の７５％より大きくすると、片持ちガイド１７を通過するおそれがある。ここで担体１４の外径とは担体がすり抜けて行く可能性のあるの最小長さを意味するもので、担体１４が球体の場合には直径、立方体の場合には辺の長さ、円柱状の場合には直径と高さのうちの短い方の長さ、平板状の場合には厚さを指す。片持ちガイド１７の構造は、特に図２に示すような棒状（櫛歯状）のワイヤを一定間隔で平行に並べたものとすると、片持ちガイドにし渣が絡まらずメンテナンスも不要となる。

また片持ちガイド１７は、散気装置１６から浮上する気泡の径よりも大きい目開きを持つことが望ましい。片持ちガイド１７の目開きが気泡径よりも狭いと気泡が通過しにくくなり、片持ちガイド１７の上部での上昇流束が遅くなる。その結果、担体１４の流出を防止する効果が低下するからである。ここでいう気泡の径は、散気装置１６で発生した気泡が片持ちガイド１７の設置位置まで浮上したときの気泡径であり、例えば、気泡を水中ビデオや水中カメラによって撮影し、その画像に基づいて測定したり、水槽内に電極を設け、気泡の上昇速度と電流値から測定したり、さまざまな方法で測定することができる。気泡径はある範囲内に分散するが、分散の中央値を取ればよい。より好ましくは、８０％以上の気泡が片持ちガイド１７を通過できるようにその目開きを設定しておくものとする。このように片持ちガイド１７の目開きは、担体１４は通過できないが、大部分の気泡は通過できるようにしておくことが望ましい。

片持ちガイド１７は、図２に示すように処理水槽１０の全幅にわたる横幅を持つものとすることが好ましい。しかし必ずしも処理水槽１０の全幅とする必要はなく、図３に示すように、開口１２より広く処理水槽１０の全幅よりも狭い横幅とすることもできる。ただしこの場合には片持ちガイド１７の側面と槽壁１１との間から担体１４が流入する可能性があるため、図４に示すように片持ちガイド１７の両側面に担体１４の流入阻止部材１８を設けておくのが好ましい。流入阻止部材１８は仕切り板又は仕切り棒とすることができる。

片持ちガイド１７は、槽壁１１に対して５°～３０°の傾斜角で斜めに設置されている。最も好ましい角度は１０°～１５°であり、この角度がゼロに近づくと従来のスクリーンと同様に開口１２に向かう水流を直接遮るようになり、担体１４による閉塞が生じ易くなるので好ましくない。よって少なくとも５°の傾斜角が必要である。またこの傾斜角を３０°以下とすると、担体が片持ちガイド１７に挟まったり通過するのを避けることができ好ましい。

片持ちガイド１７の上端は、開口１２の上端よりも上方の水中まで延びているが、従来のスクリーンのように水面を超える高さまで延ばす必要はない。後記する実験で確かめた結果、図２に示した開口１２の上端から片持ちガイド１７の上端までの距離Ｈは１００～２００ｍｍ程度でよい。ただし、距離Ｈは常にこの範囲とする必要はなく、処理水槽１０の水深、槽内流速、開口１２から水面までの距離、散気装置１６の設置位置、散気能力等によっても左右されるので、これらに応じた必要な長さを算出し、適宜設定することができる。なお、片持ちガイド１７の上端の高さを十分に高くすれば担体１４の流出はより確実に阻止することができるが、処理水槽１０の水深等に応じた必要十分な長さとするほうが、片持ちガイド１７の全体サイズの大型化を避けることができ、製作コストの増加を抑えることができるため好ましい。

前記した通り、片持ちガイド１７の下方の槽底には散気装置１６が設置されており、図１に示すように気泡に随伴する上昇流２０を生成している。上昇流は片持ちガイド１７を通過して水面付近の返し部１５により方向を変えられ、槽内全体に循環流２１を形成する。このため以下に示す通り、槽壁１１と片持ちガイド１７との間の領域にも上向流２２が形成され、片持ちガイド１７の上端における下降流の発生を阻止している。このため、片持ちガイド１７の上端を乗り越えた担体１４が存在しても、開口１２に向かうことはできず、循環流２１により槽内に戻される。このため開口１２からの担体１４の流出はなく、処理水のみが開口１２から後段の処理水槽１３に流入する。なおこの効果を確実にするために、散気装置１６は片持ちガイド１７の上端から下した垂線よりも手前側（処理水槽１０の上流側）から槽壁１１までの領域の槽底に設置することが好ましい。

以下に、本発明の効果を確認するために行なった実験の結果を示す。

（実験１：距離Ｈ）
水深が２ｍ、幅８００ｍｍ、長さ１５００ｍｍの実験用の水槽を用い、下流側の槽壁の槽底から７００ｍｍの位置に高さが１２５ｍｍ、横幅が２００ｍｍの開口を形成した。槽壁から２５０ｍｍ離れた位置から槽壁までの領域に散気装置を配置し、全体で８０Ｌ／分・４枚の空気を供給して上昇流を生成した。また水槽内に、サイズが１２ｍｍの立方体の担体を、担体充填量が１０％となるように投入した。原水（水槽下流から水槽の頭に循環）水量は４５０Ｌ／分とした。

開口の下部から１５°の角度で片持ちガイドを設置し、開口の上端から片持ちガイドの上端までの距離Ｈを変えて、２４時間中の担体流出個数をカウントした。片持ちガイドの目開きは６ｍｍとした。その結果、図５に示すように、距離Ｈが６０ｍｍの場合には片持ちガイドの上端を乗り越えて６０個の担体が流出したが、距離Ｈが９０ｍｍの場合には流出した担体数は４個であり、距離Ｈが１００ｍｍを超えると、流出した担体数はゼロとなった。この実験の結果、距離Ｈを１００ｍｍ以上とすれば担体の流出を阻止できることが確認された。なお、片持ちガイドへの担体の目詰まりは観察されなかった。

（実験２：気泡径と目開き）
水深が２ｍ、幅８００ｍｍ、長さ１５００ｍｍの実験用の水槽を用い、下流側の槽壁の槽底から７００ｍｍの位置に高さが１２５ｍｍ、横幅が２００ｍｍの開口を形成した。槽壁から２５０ｍｍ離れた位置から槽壁までの領域に散気装置を配置し、全体で８０Ｌ／分・４枚の空気を供給して上昇流を生成した。また水槽内に、サイズが１２ｍｍの立方体の担体を、担体充填量が２０％となるように投入した。原水（水槽下流から水槽の頭に循環）水量は４５０Ｌ／分とした。この実験における気泡径はほぼ３～５ｍｍの範囲に分散し、中央値は４.５ｍｍであった。

開口の下部から１５°の角度で片持ちガイドを設置し、２４時間中の担体流出個数をカウントした。片持ちガイドの目開きを気泡径の中央値よりも狭い４ｍｍとした場合には、９５個の担体が流出した。しかし片持ちガイドの目開きを気泡径の中央値よりも広い９ｍｍとした場合には、担体流出個数はゼロであった。このように、片持ちガイドの目開きを気泡径よりも狭くすると、多くの気泡が片持ちガイドを通過できなくなり、担体流出を阻止する効果が低下した。

（実験３：３次元流速測定）
実験１と同じ条件の水槽に距離Ｈが１９０ｍｍとなるように１５°の角度で片持ちガイドを設置し、開口の中央部、開口の上端部、開口の上端より５０ｍｍの位置、開口の上端より１００ｍｍの位置、開口の上端より１５０ｍｍ位置、開口の上端より２００ｍｍの位置の各ポイントにおける流速を測定した。その結果、どの高さ位置においても下向きの流れは観察されなかった。また、測定ポイントを槽幅方向に変化させても、下向きの流れは観察されなかった。この測定結果は、開口からの担体の流出がゼロであることを裏付けている。

（実験４：開口位置の変更）
次に、開口の位置を槽底から１４７５ｍｍの位置に変更し、担体充填量を２０％として前記と同じ実験を行った。この場合には、開口の上端から片持ちガイドの上端までの距離Ｈが１００ｍｍであると２４時間に５００個の担体が流出したが、距離Ｈを１２５ｍｍとすれば、担体流出がゼロとなった。

以上に説明したように、本発明の水処理システムによれば、処理水槽の中段に形成した開口からの担体の流出を確実に防止することができ、しかも片持ちガイドの目詰まりがないため、維持管理が容易となることが確認できた。

１０ 処理水槽
１１ 槽壁
１２ 開口
１３ 後段の処理水槽
１４ 担体
１５ 返し部
１６ 散気装置
１７ 片持ちガイド
１８ 流入阻止部材
２０ 上昇流
２１ 循環流
２２ 上向流

Claims (7)

1. 担体が投入された処理水槽の槽壁の中段に処理水が流出する開口を形成し、その壁際に上昇流を生成する散気装置を設置し、さらに片持ちガイドを散気装置の上方位置の槽壁から斜めに設置した水処理システムであって、
   この片持ちガイドは担体が通過できない間隔を有し、その下端は開口の下方の槽壁に密着し、その上端は開口の上端よりも上方の水中まで延びるものであり、
   前記片持ちガイドは前記散気装置から浮上する気泡を通過させることにより、前記片持ちガイドと槽壁との間にも上昇流を形成し、前記開口部からの担体の流出を防止することを特徴とする水処理システム。
2. 前記片持ちガイドは、前記散気装置から浮上する気泡の径よりも大きい目開きを持つものである請求項１に記載の水処理システム。
3. 前記片持ちガイドは、処理水槽の全幅にわたる横幅を持つものである請求項１又は２に記載の水処理システム。
4. 前記片持ちガイドは、処理水槽の全幅よりも狭い横幅を持ち、その両側面に担体の流入阻止部材を備えたものである請求項１又は２に記載の水処理システム。
5. 前記片持ちガイドは、槽壁に対して５°～３０°の傾斜角で斜めに設置されたものである請求項１～４の何れかに記載の水処理システム。
6. 前記散気装置は、前記片持ちガイドの上端から下した垂線よりも手前側から槽壁までの領域の槽底に設置されたものである請求項１～５の何れかに記載の水処理システム。
7. 担体が投入された処理水槽の槽壁の中段に処理水が流出する開口を形成し、その壁際に上昇流を生成する散気装置を設置し、さらに片持ちガイドを散気装置の上方位置の槽壁から斜めに設置した水処理システムであって、
   この片持ちガイドは担体が通過できない間隔を有し、その下端は開口の下方の槽壁に密着し、その上端は開口の上端よりも上方の水中まで延びるものであり、
   前記処理水槽は、前記槽壁の上端部に返し部を突設したものであることを特徴とする水処理システム。