JPS5838203B2 - 渦流式貯留濃縮槽 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は渦流式貯留濃縮槽（スワール分水槽）の改良に
関する。

雨矢：時における合流式下水道の分水人孔或いはポンプ
所から未処理で放流される越流水は、公共用水域の重大
な水質汚濁を引きおこすため、多くの都市ではその対策
に苦慮しているのが現状である。

然し、既存の分水人孔なで雨天時越流制御装置の大部分
は、雨天時下水を遮集管と放集管との両者への量的な配
分即ち処理場と公共用水域との間で単なる水量配分を行
っているにすぎない。

公共用水域の水質汚濁を防止し環境の保全を図るために
、既存の越流装置で雨天時の下水中に含まれた汚濁物質
を濃縮して遮集管に収容することにより、越流汚濁量を
減少させる必要がある。

この様な情勢を背景にして、近年雨水の越流対策が注目
されはじめ、我国においては滞水池や貯留池で初期雨水
を貯留する方法及び雨天時下水を物理化学的処理する方
法が検討されているが、いづれも研究段階である。

一方米国においては、１９６０年代後半に米国環境保護
庁により渦流式貯留濃縮装置（以下スワール分水槽と称
する）が研究され、水質汚濁の問題を解決する画期的な
装置として注目されている。

この装置はＳｍｉｓｓｏｎの考案になる、重力による沈
澱と回転に伴う慣性力（求心力）による固液分離の原理
を利用したボルテツクス装置を改良したもので、分水槽
内部に整流板等を設け、槽内に強制渦流（スワール流）
をつくることにより、固液分離の効果を一層高めたもの
である。

上記スワール分水槽の概略の構造は以下に述べる如きも
のである。

第１図ａ，ｂ，ｃはスワール分水槽の構造の説明図で、
ａは斜視図、ｂは平面図、Ｃは側面諾面図である。

図において、１は円筒形のスワール分水槽の外殼、２は
分水槽の下部に位置して流入下水或いは汚濁物質を含む
廃水を接線の方向の向きに槽内に導入する流入渠、３は
流入下水を槽の周辺部の長い距離をとって旋回させるた
めの流向制御板、４は処理水を排出するために槽の底部
に垂？に設けられた管（ダウンシャフト）、５はダウン
シャフト４の頂部に取付けられた集水盆、６は集水盆５
の周縁に取付けられた越流堰、７は越流堰６の外周を囲
んでこれと間隔をおいて設けられた、水面に浮上するス
カム些さえぎるためのスカ ムリングである。

＼．８はスポイラーで、嵐水盆５にスカムリング７
を連結し、集水盆上及びスカムリングと越流堰間の水の
回転エネルギーを減少させてダウンシャフトの容量を増
し、固液分離効率を高めるものである。

９は水面浮上性物質を捕集し、これを集水盆５の下へ導
くためのスカムトラップ、１０は汚水排出管、１１は晴
天時に固形物の堆積するのを防止するために流入渠２と
汚水排出管１０とを結びつけて、槽の床上に設けられた
導溝で、１２は処理水排出管である。

上記の如き構造のスワール分水槽による流入下水（或い
は廃水）の処理は以下の如く行はれる。

流入下水はスワール分水槽の下部に設けられた流入渠２
から槽内に接線方向に導入され、流向制御板３によって
ダウンシャフト４を中心に旋回させられなから槽内を上
昇し、その間に下水中の沈砂分或いは沈澱性浮遊物は重
力と慣性力によって沈降して槽の中央部に集められ、汚
水排出管１０を経て排出される。

沈澱性浮遊物を除去された下水は、その水面浮上性物質
をスカムリング７でさえぎられて除去され、スカムリン
グ７の下縁をくぐりぬけて越流堰６の上縁を越えて集水
盆５に集り、スポイラー８により回転エネルギーを減少
させられ、ダウンシャフト４を通じて、処理水として処
理水排出管１２から排出される。

前記スカムリング７でさえぎられた水面浮上性物質は、
スカムリング周囲を浮遊してスカムトラップ９で捕集さ
れ、水流によって集水盆５の下に引きこまれ、越流堰６
が集水盆の下方にのびている部分の内側に貯留される。

この水面浮上性物質は槽内の水位が低下すると槽中央部
に集まり汚水排出管１０から排出される。

上記スワール分水槽による下水処理の特徴としては、（
１）固形物除去機能が優れている、（２）流量調整及び
貯留機能が優れている、（３）滞留時間が短い、（４）
消費エネルギーが殆どなく維持管理が極めて容易である
等が挙げられ、我国においては未だ研究段階にすぎない
が、米国や欧州では既に直径３０ｍのスワール分水槽が
稼動している。

上記のスワール分水槽により、分水人孔に代って雨天時
における合流式下水道越流水質を改善し、濃縮汚水を都
市下水処理場へ送って浄化し、公共用水域の水質保全を
確保しようとする場合、処理場への水量負荷をいたずら
に増大させないためにも、濃縮汚水量即ち汚泥引き抜き
量は出来るだけ小さい方が望ましく、このためには汚濁
物の除去能力が高くなければならない。

特に降雨の初期においては、有機物濃度の高い汚濁物が
流入するいわゆるファーストフラッシュ現象が起るので
、雨水による水質汚濁防止対策としては、上記降雨初期
の極めて悪質で公共用水域の水質を著しく低下させる恐
れのある雨水を完全に除去することが必要である。

然し、従来のスワール分水槽においては、上記のファー
ストフラッシュ現象に十分に対応し得ない憾みがあった
。

本発明は、従来のスワール分水槽を改良し、降雨初期の
下水の汚濁物除去能力を更に高めたスワール分水槽を提
供するものである。

以下実施例に基き本発明の説明を行う。

スワール分水槽内の固形物の流動状態を観察すれば、流
入水の固形物が流向制御板を通りすぎた地点から特別に
多く越流していることが認められる。

この現象は、流入渠出口から槽内に導入された流入水が
、流向制御板を通りすぎた地点で、流向制御板付近を通
って来た槽内旋回流と合流し、乱流状態となることに起
因するもので、これにより固形物がまき上げられ、スカ
ムリングを潜りぬけて越流堰から処理水中に取り込まれ
ることになる。

この傾向は特に流入水量が大きくなる程、また固形物の
ね径が小さくなる程顕著である。

本発明の改良されたスワール分水槽は、槽の下部及び上
部の２ケ所に流入口を設けることにより、上記の如く流
入水が槽内で乱流状態となることを防止して汚濁物質の
越流を防止し、特に降雨初期におけるファースト・フラ
ッシュ現象に極めて有効に対応することの出来るもので
ある。

先ず前述のファーストフラッシュ現象について説明する
。

降雨時のハイドログラフを考えると（第２図参照）、降
雨時初期には、雨水が急激に地表及び下水管中に堆積し
た汚濁物質をおし流すことにより短時間中に有機物質濃
度の高い汚水が流入する（ファーストフラッシュ現象）
。

然し、その後少しく時間が経過すれば、雨水量が増加し
流れ易い汚濁物質の量が減少し、汚水が希釈され、流入
水中の有機物濃度は低下し、平均化してくる。

晴天時の流入水の有機物濃度は比較的大きな変化はない
が、降雨時初期の流入水の汚濁状態の変化は急激である
。

本発明のスワール分水槽は、上記の現象の特性を考慮し
て従来のスワール分水槽の改造を行ったものである。

本発明のスワール分水槽は、前述の従来のスワール分水
槽内に配置されたダウンシャフト、集水盆、越流堰、ヌ
カムリング、スポイラー、スカムトラップ、汚水排出管
、導溝処理水排出管等の内部構造は、従来と同様に配置
しているが、流入水を槽内に導入する部分が従来のもの
と異り、改良されている。

第３図ａ及びｂは本発明のスワール分水槽の流入水の導
入部を示す。

ａは平面図、ｂは側面図で、槽の内部構造は従来と同様
であるので図示を省略してある。

図において、１はスワール分水槽の外殻、１３は処理す
べき水（流入水）を槽内に導くための下部流入水導管で
、従来の装置の流入渠２に相当し、槽の底部に位置して
設けられる。

下部流入水導管１３が槽に連結する部分（下部流入口１
４）から槽内に流向制御板（図示省略）を設けて流入水
を旋回させることは従来のスワール分水槽と同様である
。

１５は下部流入水導管１３の上方で、槽の内部構造の越
流堰のレベルより下方に設けられた、流入水を槽内に導
入するための上部流入水導管である。

該上部流入水導管が分水槽と連結する部分（上部流入口
１６）の内側の流向制御板は必ずしも必要としない。

１７はスワール分水槽まで流入水を導入するための主流
入水導管で、１８は主流入水導管１７と前記下部及び上
部流入水導管とを連結する管（実験操業の場合には調整
槽として用いられる）である。

必要あれば上下の流入水導管１３．１５に流量調節用の
バルブを設ける。

本発明のスワール分水槽の概略の寸法比を示すと、上部
流入口の部分の流入水導管の径をＡとする場合、下部流
入口の部分の流入水導管の径は１／５〜１／２Ａ，分水
槽の径は４〜１２Ａ１槽底部より越流堰までの高さは２
〜５Ａである。

本発明のスワール分水槽による雨水の処理は次の如くに
して行はれる。

雨水は主流入水導管１７より分水槽に導かれるが、降雨
時初期には流入水（ファーストフラッシュ現象による汚
濁濃度の高い水）は、分水槽底部の下部流入水導管１３
により槽内に入り、従来と同様にして槽内で旋回させら
れながら水位を高めてゆく。

槽内水位が上部流入水導管１５のレベルまで高まるまで
には、時間が経過しているので、流入水は希釈された汚
濁濃度の低い水となっており、この水が上部流入水導管
１５から分水槽内に入ることになる。

（導管の径に大きな差があるので後期の流入水の大部分
が上部から入る。

）このようにして、分水槽内には旋回する汚濁濃度の高
い下部の流入水層と、その上部のより清澄な流入水層の
２層が出来、一旦槽下部に流入した汚濁物質は、より清
澄な上層の流入水層におさえられて容易に越流すること
が出来なくなる。

従って降雨時初期の悪質な汚水は越流しないまま長い時
間分水槽下部を旋回させられることにより固液分離効果
が高められ、上層の水はより清澄なので越流する汚濁物
質も少くなり、総体に雨水処理の効果が高くなる。

次に水理モデル実験による本発明のスワール分水槽と従
来の型式のスワール分水槽との汚濁物質除去効果の比較
試験の結果を示す。

径１２０ｃｒＩ′Ｌ１高さ１００ＣｒＩ′Ｌ１越流堰高
さ（底部より） ６ ０ｃｘ，で上下２段の流入水導管
を有する本発明の型の槽を用い、汚濁物質としてスチロ
ールビーズ（比重１．０５、粒径０．７ ， １．２
， ２．０ ， ３．０間）を流入水に混入した。

流入水を主流入水導管１７より導き、上下の流入水導管
１３．１５より槽内に水を流入させて、（１）下部流入
水導管１３内にスチロールビーズを注入した場合（ケー
スｌ・・・本発明のスワール分水槽の使用状態にあたる
）と、（２）調整槽１８内にてスチロールビーズを混合
した場合（ケース２・・・従来の型式の使用状態にあた
る）とについて、同一流量条件下で分離効果を比較した
。

その結果は第４図に示される。

Ｑは流入量、ｑは汚泥引き抜き量（ ３． ６ ｒｎ：
／ Ｈとす）、ｎは遮集比を示す。

この実験結果により、明かに本発明のスワール分水槽の
除去効果の優れていることがわかる。

本発明によれば、下部流入水導管から流入したスチロー
ルビーズは、上部流入水導管から流入した水におさえら
れて、分水槽内を旋回しながら除去され、上下の攪拌は
殆ど起らない。

この現象は実験において肉眼でも観察することが出来、
粒径の小さいスチロールの場合は槽内で上下の運動が多
少起るが、粒径が１１Ｉｌｍ以上になれば殆ど浮上しな
くなる。

従って、汚濁濃度の高い流入水を槽の底部から入れ、よ
り清浄な流入水を槽の上部から入れた場合、即ち濃度の
異る流入水を同時に流入させた場合、汚濁濃度の高い槽
内流がスワール分水槽の底層部に出来、より清澄な流え
が上層部に出来る。

つまり、一旦槽下部に流入した汚濁物質は容易に越流し
ない。

このように上下２段の流入水導管の効果は非常に大きく
、固液分離効果の高いことが証明された。

以上述べた如く、本発明のスワール分水槽は、雨天時の
排水処理において、特にファーストフラッシュ現象に対
応し得るもので、除去効果の高いものであるが、雨水処
理のみならず、（１）最初に汚濁濃度の高い汚水が流出
し、続いて比較的清浄な汚水が流出する場合、（２）汚
濁物濃度の異なる汚水が同時に流出してくる場合の如き
パターンを有する汚水処理に特に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の型のスワール分水槽の構造を示す図で、
ａは斜視図、ｂは平面図、Ｃは側面断面図、第２図はフ
ァーストフラッシュ現象を説明するハイドログラフ、第
３図は本発明のスワール分水槽の流入水導入部を示す図
で、ａは平面図、ｂは側面図、第４図は本発明のスワー
ル分水槽と従来型との除去効果を比較するグラフである
。 １・・・・・・分水槽外殼、２・・・・・・流入渠、３
・・・・・・流向制御板、４・・・・・・ダウンシャフ
ト、５・・・・・・集水盆、６・・・・・・越流堰、７
・・・・・・スカムリング、８・・・・・・スポイラー
、９・・・・・・スカムトラップ、１０・・・・・・汚
水排出管、１１・・・・・・導溝、１２・・・・・・処
理水排出管、１３・・・・・・下部流入水導管、１４・
・・・・・下部流入口、１５・・・・・・上部流入水導
管、１６・・・・・・上部流入口、１７・・・・・・主
流入水導管、１８・・・・・・調整槽。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 処理すべき水を旋回させるための流向制御板を槽の
   下部に備え、水面浮上性物質をさえぎるためのスカムリ
   ングを槽中央水面部に備え、該スカムリングの内側に水
   面下までのびた越流堰を有する集水盆を備え、槽の中央
   底部に前記集水盆の中央から処理水を槽外に排出するた
   めのダウ，ンシャフトを備える渦流式貯留濃縮槽におい
   て、処理すべき水の流入口を前記槽の底部に接近した位
   置及び該位置の上方にあって前記集水盆のレベル以下の
   位置に夫々設けたことを特徴とする渦流式貯留濃縮槽。