JPWO2015146181A1 - 沈殿漕 - Google Patents

Abstract

流入管及び当該流入管の下方においてプレートを有する沈殿槽において、汚泥の巻き上げを生じることなく、槽壁面での原水の上昇速度を低減させ、当該原水の滞留時間を増大させて処理水の水質を向上させる。実施形態の沈殿槽は、槽体と、前記槽体の中央部において、前記槽体の壁面と平行となるように配設され、前記槽体内に原水を供給するための流入管１２と、前記流入管１２の下方に配設された複数のプレート１３１，１３２，１３３からなる原水分配機構１３とを具える。前記複数のプレートには、最下端に位置するプレート１３３を除いて、前記流入管１２の軸を中心とした開口部１３１Ａ，１３２Ａが形成されており、当該開口部の大きさが上側のプレートから下側のプレートに向かうにつれて順次狭小化している。

Description

本発明の実施形態は、沈殿槽に関する。

昨今、工業の発達や人口の増加により水資源の有効利用が求められている。そのためには、工業廃水などの廃水の再利用が非常に重要である。これらを達成するためには水の浄化、すなわち水中から他の物質を分離することが必要である。

液体から微小な浮遊物質（ｓｓ）を分離する方法の一つとして沈降分離法がある。沈降分離法において浮遊物質の分離効率を向上させるためには、長方形あるいは円形の沈殿槽において、低速で均一な上昇流を発生させることが重要となる。そのため、フィードウェルから下降させた原水を上向流とし、沈殿槽上部から溢流する形式の沈殿槽が開発されている（特許文献１等参照）。

一方、このような沈殿槽においては、沈殿槽下部から流出した原水を均一な上昇流に変える機構が必要となる。簡易な方法として、フィードウェル下方に構造体を設置し、水の流れを変えるものが一般的に用いられている（特許文献２等参照）。具体的には、フィードウェル下方にプレートを配設し、当該プレートにより、原水がプレート上面で衝突噴流を形成し、水平方向に流出するようにする。その後、主流は槽壁面で上昇流を形成し、傾斜板を通過して流出する。

この方法では、原水流出角度が水平方向であるため、沈殿槽底部の汚泥巻上げが発生しにくく、処理水水質を向上させる効果が得られると同時に、原水流出部をより低い位置に設定し、槽高さの低減を可能にする効果が得られる。また、主流が槽壁面付近を通るため、槽壁面付近にのみ設置した傾斜板がより大きな効果を与え、浮遊物質のリークを抑制する。

しかしながら、プレート上面での衝突噴流は、プレート近傍での局所的な高速流を形成してしまう。その結果、槽壁面での上昇流速が高速化し、実質的滞留時間を減少させてしまい処理水の水質を悪化させてしまうという問題がある。

また、沈殿槽底部付近の高速な噴流は周囲の流体を引き込む特性を持つため、沈殿槽底部の汚泥の巻き上げが発生しやすい。この衝突噴流速度は、フィードウェル下端とプレートの距離が一定以上離隔している場合には、処理流量とフィードウェル径によってのみ決定されるので、槽の直径、処理流量に合わせて流速を細かく調節することが不可能となっている。特に、流速を低下させるにはフィードウェルを大口径化させることが必要となるが、フィードウェルの外側に存在する分離面積の縮小につながるため、効果的な対策とは言えない。

特開平１０−１６５７１４号公報 特開２００６−２８１０５９号公報

本発明が解決しようとする課題は、流入管及び当該流入管の下方においてプレートを有する沈殿槽において、汚泥の巻き上げを生じることなく、槽壁面での原水の上昇速度を低減させ、当該原水の滞留時間を増大させて処理水の水質を向上させることである。

実施形態の沈殿槽は、槽体と、前記槽体の中央部において、前記槽体の壁面と平行となるように配設され、前記槽体内に原水を供給するための流入管と、前記流入管の下方に配設された複数のプレートからなる原水分配機構とを具える。前記複数のプレートには、最下端に位置するプレートを除いて、前記流入管の軸を中心とした開口部が形成されており、当該開口部の大きさが上側のプレートから下側のプレートに向かうにつれて順次狭小化している。

第１の実施形態における沈殿槽の概略構成を示す断面図である。 図１に示す沈殿槽の流入管下部の近傍の領域を示す拡大図である。 第２の実施形態における沈殿槽の概略構成を示す断面図である。 図３に示す沈殿槽（槽体）の周回方向に配設された複数の傾斜板を槽体内の中央部から見た場合の一部拡大図である。 図３に示す沈殿槽（槽体）の周回方向に配設された複数の傾斜板を上方から見た場合の一部拡大図である。 第３の実施形態における沈殿槽の概略構成を示す断面図である。 図６に示す沈殿槽の流入管下部の近傍の領域を示す拡大図である。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態における沈殿槽の概略構成を示す断面図であり、図２は、図１に示す沈殿槽の流入管下部の近傍の領域を示す拡大図である。

図１に示すように、本実施形態の沈殿槽１０は、槽体１１と、槽体１１の中央部において、槽体１１の壁面１１Ａと平行となるように配設された流入管１２と、流入管１２の下方に配設された原水分配機構１３とを有する。すなわち、流入管１２の軸は、槽体１１の軸と一致するように配設されている。

槽体１１を平面視したときの槽体の壁面の外形形状（図中、装置の上方あるいは下方から見た場合の形状）は円形状であってもよいし、正方形あるいは長方形などの矩形状であってもよい。さらに、五角形以上の多角形状であってもよい。したがって、槽体１１本体の立体形状は円柱状又は多角柱状である。
なお、後述するように槽体１１内では原水を均等に流れるようにすることがフロックを効率的に沈殿させることができる点で好ましいため、円形状であれば真円、多角形状であれば正多角形、の外形形状とすることがより好ましい。

また、槽体の底部は、沈殿物を沈殿させ、効率的に回収できるように、形状底部中央が凹んだ形状であることが好ましい。このように凹んだ形状としては、円錐状または多角錐状を上下逆さにした形状で底部中央が錐体の頂点であり最下部となるような形状がより好ましい。そして、この槽体の底部の最下部には、槽体１１の外部に沈殿物を排出できるよう排出口１１Ｂが設けられている。

また、槽体１１の大きさは処理すべき原水の量に応じて任意に調整することができる。この槽体１１の大きさとしては、例えば、容量が２０〜５３０ｍ^３、内径が３〜１５ｍ、高さが２〜４ｍ、のものが例示できる。

流入管１２は、槽体１１の中央部において、槽体１１の壁面と平行になるように配設され、この流入管１２から供給される原水は、流入管１２から槽体１１の軸方向下方に沿って槽体１１内に供給される。すなわち、流入管１２は槽体１１の平面視したときの壁面の外形形状においては、その槽体１１の外形形状の中心部に位置し、槽体１１の底部に向かって原水を供給するように設けられる。

さらに、この流入管１２は、槽体１１の高さ方向においては、その中央部分よりも低い位置に設けられることが好ましい。中央部分よりも低い位置に設けることで、後述する原水の分散、分散後の上昇流の形成を十分に行うことができる。

また、流入管１２の径は、原水の供給量にも係ってくるものであり、槽体１１の大きさ等により適宜選択すればよい。この径としては、例えば、槽体１１の内径に対して０．１〜０．４倍の内径を有する配管が好ましい。

流入管１２には、外部より原水を供給するための原水供給管１４が接続されており、その流入管１２の中心部には、掻寄シャフト１５が配設されている。掻寄シャフト１５は、図示しない駆動機構により、図１中槽体１１の上方中央部の矢印で示す方向に回転するように構成されている。また、掻寄シャフト１５は、その下方に位置する支持板１６に連結されており、支持板１６には下方（槽体１１の底部）に向けて複数の掻寄板１７が垂設されている。

掻寄シャフト１５、支持板１６及び掻寄板１７は掻寄機構を構成し、以下に説明するように、原水処理後の沈殿物を槽体１１の底部中央に位置する排出口１１Ｂに掻寄せ、当該排出口１１Ｂより槽体１１の外部に沈殿物を排出できるように構成されている。

また、槽体１１の上方には溢流堰１８及び排出管１９が配設されている。

原水分配機構１３は、供給管１２から供給される原水を水平方向に分散させるものであり、均等に分散させる構成とすることが好ましい。図２には、この原水分配機構１３の一例を示した。図２に示すように、原水分配機構１３は、その外形が互いに同じ大きさの円形状の第１のプレート１３１、同じく円形状の第２のプレート１３２、同じく円形状の第３のプレート１３３から構成されており、第１のプレート１３１には第１の開口部１３１Ａが形成され、第２のプレート１３２には第２の開口部１３２Ａが形成され、それぞれ円環状となっている。なお、第１の開口部１３１Ａの直径は第１の開口部１３２Ａの直径よりも大きく、これら開口部は流入管１２の軸、すなわち掻寄シャフト１５を中心として同心円状に形成されている。

なお、第１のプレート１３１、第２のプレート１３２および第３のプレート１３３の外径は、流入管１２の直径以上とするもので、流入管１２の直径の１〜３倍が好ましい。また、第１のプレート１３１に設けられる第１の開口部１３１Ａの直径は、例えば流入管１２の直径の０．７〜０．８倍とすることができ、第２のプレート１３２に設けられる第２の開口部１３２Ａの直径は、流入管１２の直径の０．５〜０．６倍とすることができる。したがって、第２の開口部１３２Ａの直径は、第１の開口部１３１Ａの直径よりも小さくなっている。このように、上方に位置するプレートから下方に位置するプレートに、順番に開口部の直径が小さくなるようにすることで、供給される原水の流束が外周側から順番に各プレートに衝突することとなる。プレートと衝突した原水は、外周側の水平方向に均等に分散される。また、この分散は、各プレートで段階的に行われるため、一度に衝突させて原水の流れを変更するのに比べ負荷が少なく、効率的に分散させることができる。

また、本実施形態において、第３のプレート１３３には開口部を形成していないが、第２の開口部１３２Ａよりも小さい開口を形成することもできる。このとき第３のプレートに開口部を形成することで、プレートに衝突した原水は、外周側の水平方向に均等に分散され、各プレートで段階的に行われることで水平方向への分散を緩やかにする効果があるが、それでも処理水量が多い時など分散する際の流量が多くなってしまう際に下方向へ負荷を逃がすことができる。

これらの第１のプレート１３１、第２のプレート１３２および第３のプレート１３３は、図示していない保持部材によりそれぞれが所定の位置関係になるように保持、固定される。さらに、この原水分配機構１３は、流入管１２との位置関係も重要であり、それぞれ鉛直方向に中心（軸）が一致するように配置、固定される。したがって、この原水分配機構１３は、流入管１２に固定されることが好ましい。

上記した原水分配機構１３は、３枚のプレートで構成されているが、プレートをそれ以上の枚数設けて、段階的に細かく原水を分散させるようにしてもよい。このとき、プレートの枚数は３〜５枚程度が好ましい。

なお、後述する沈殿処理方法において詳細に説明するが、この原水分配機構１３により原水は水平方向に分散され、分散された原水は槽体の内壁面１１Ａと衝突して、上昇流と下降流に分かれる。ここで、槽体１１内において、上昇流が生じる領域を沈殿分離部、下降流が生じる領域を汚泥滞留部とする。この沈殿分離部と汚泥滞留部は、原水分配機構１３が設けられている位置の水平面により分かれ、該水平面よりも上方の領域が沈殿分離部、該水平面よりも下方の領域が汚泥滞留部ということもできる。

なお、沈殿槽１０を構成する槽体１１、流入管１２、原水分配機構１３等は任意の材料から構成することができ、腐食性の原水を取り扱う場合は、ステンレスやプラスチックなどの材料から構成することが好ましく、特に強度が要求されるような場合はステンレスから構成する。

次に、図１及び２に示す沈殿槽１０を用いた原水の処理方法について説明する。
沈降性のある浮遊物質 （ｓｓ）を含む原水を、原水供給管１４を通じて流入管１２の上部に流入させると、当該原水は、流入管１２の内部を一定流速で鉛直方向下方に下降して、流入管１２の下方に位置する原水分配機構１３に到達する。

このとき、流入管１２の壁面１２Ａ付近を下降していた原水が、原水分配機構１３の最上段に位置する第１のプレート１３１の外周面１３１Ｂに最初に衝突し、槽体１１の壁面１１Ａに向けて水平に流出するようになる。次いで、流入管１２の壁面１２Ａと流入管１２の軸との中間付近を下降していた原水が原水分配機構１３の中段に位置する第２のプレート１３２の外周面１３２Ｂに衝突し、槽体１１の壁面１１Ａに向けて水平に流出するようになる。次いで、流入管１２の軸付近を下降していた原水が、原水分配機構１３の最下段に位置する第３のプレート１３３の主面１３３Ｂに衝突し、槽体１１の壁面に向けて水平に流出する。

その後、第１のプレート１３１から槽体１１の壁面１１Ａに到達した原水の一部は、槽体１１の壁面１１Ａに沿って上昇し、同じく第２のプレート１３２から槽体１１の壁面１１Ａに到達した原水の一部も槽体１１の壁面１１Ａに沿って上昇する。さらに、第３のプレート１３３から槽体１１の壁面１１Ａに到達した原水の一部も槽体１１の壁面１１Ａに沿って上昇する。

このように、本実施形態の沈殿槽１０では、従来と異なり、流入管１２を下降してきた原水が、流入管１２の下方に配設されたプレートに一度に衝突して水平方向に流出するのではなく、原水分配機構１３を構成する複数のプレート１３１，１３２及び１３３によって垂直方向に分配され、異なる高さで段階的に水平方向に流出されるようになる。

したがって、原水分配機構１３の各プレートの表面で局所的な高速流を形成してしまうことがなく、原水が槽体１１の壁面１１Ａに沿って上昇する際の上昇流速が高速化することを抑制できる。結果として、原水の槽体１１、すなわち沈殿槽１０内での実質的滞留時間を向上させることができるので、浮遊物質を効果的に分離除去することができ、処理水の水質を悪化させてしまうという問題を回避することができる。

また、従来のように原水分配機構１３の近傍で高速流を発生させることがないので、槽体１１、すなわち沈殿槽１０の底部の汚泥の巻き上げをも抑制することができる。したがって、処理水中に汚泥が混入するのを抑制することができ、処理水の清浄化を促進することができる。

さらに、流入管１２の下部と原水分配機構１３とが一定以上離隔している場合においても、原水分配機構１３におけるプレートの数及び間隔、並びに開口部の大きさを適宜調節することによって、原水分配機構１３から水平方向に分配する原水及び槽体１１の壁面１１Ａに沿って上昇する原水の流速を細かく調節することができる。例えば、原水分配機構１３におけるプレートの数及び間隔を増大させ、開口部の大きさを上方のプレートから下方のプレートに向かうにつれて順次狭小化するように、かつ、各プレートで水平方向に分配される原水量を調節すれば、槽体１１、すなわち沈殿槽１０の大きさ及び処理水量に応じて細かく上記流速を調節（低下させる）することができる。なお、各プレートで分配される原水量は同程度とすることが好ましい。

したがって、従来と異なり、流速を低下させるために流入管１２を大口径化させる必要がないので、流入管１２の外側に存在する分離面積の縮小といった問題も回避することができる。

原水分配機構１３を構成する複数のプレート１３１，１３２及び１３３によって水平方向に分配され、当該水平方向に流出された後、槽体１１の壁面１１Ａに沿って上昇した原水は処理水として溢流堰１８を超え、排出管１９より外部に排出される。

一方、沈殿槽１０内で分離除去された浮遊物質は、例えば槽体１１の底部、すなわち沈殿槽１０の底部、に溜り、掻寄機構の掻寄シャフト１５を図中矢印で示す方向に回転させることにより、掻寄板１７によって底部中央に掻き寄せられる。そして、この沈殿した浮遊物質を排出口１１Ｂより外部に排出する。

以上のような操作を経ることにより、沈殿槽１０内に供給された浮遊物質を含む原水は沈降処理されて、浮遊物質が効率的に分離除去された処理水のみを沈殿槽１０の排出管１９から得ることができるようになる。

（第２の実施形態）
図３は、本実施形態における沈殿槽の概略構成を示す断面図であり、図４は、図３に示す沈殿槽（槽体）の周回方向に配設された複数の傾斜板を槽体内の中央部から見た場合の一部拡大図であり、図５は、図３に示す沈殿槽（槽体）の周回方向に配設された複数の傾斜板を上方から見た場合の一部拡大図である。

なお、図１及び図２に示す構成要素と類似あるいは同一の構成要素に関しては同一の符号を用いている。

本実施形態の沈殿槽２０では、図３及び図５に示すように、第１の実施形態の沈殿槽１０に対して、その周回方向に複数の傾斜板２５が槽体１１の壁面１１Ａに配設されている点が異なる。また、この傾斜板２５の、槽体１１の壁面１１Ａに接触、固定される領域が水平方向と角度θをなすようにして配設されている。

したがって、第１の実施形態で説明したように、沈降性のある浮遊物質を含む原水を、原水供給管１４を通じて流入管１２の上部に流入させた際に、流入管１２の壁面１２Ａ付近を下降していた原水、流入管１２の壁面１２Ａと流入管１２の軸との中間付近を下降していた原水、及び流入管１２の軸付近を下降していた原水が、それぞれ原水分配機構１３の最上段に位置する第１のプレート１３１の外周面１３１Ｂ、原水分配機構１３の中段に位置する第２のプレート１３２の外周面１３２Ｂ、及び原水分配機構１３の最下段に位置する第３のプレート１３３の主面１３３Ｂに衝突する。そして、本実施形態においては、分配された原水が槽体１１の壁面に向けて水平に流出させた後、槽体１１の壁面１１Ａに沿って上昇する際に、当該原水は傾斜板２５に衝突するようになる。

したがって、本実施形態によれば、原水分配機構１３の各プレートの表面で局所的な高速流を形成することがない。さらに、原水が槽体１１の壁面１１Ａに沿って上昇する際の上昇流速の高速化の抑制による実質的な滞留時間の増大に加えて、当該原水が傾斜板２５に衝突するようになるので、原水中の浮遊物質をより効果的に分離除去することができ、処理水の水質を良好な状態に保持することができる。

なお、図４に示す傾斜板２５の、槽体１１の壁面１１Ａに接触、固定される領域が水平方向となす角度θは、例えば４５度〜８０度とすることができる。また、その幅Ｌは、槽体１１の半径の５〜３０％とすることができ、その高さＨは、槽体１１の高さの１０〜５０％とすることができる。さらに、傾斜板２５は矩形状の板状部材の他に、波型板状部材等、任意の形態とすることができる。

本実施形態の沈殿槽２０におけるその他の特徴及び利点は、第１の実施形態の沈殿槽１０と同様であるので、説明を省略する。

（第３の実施形態）
図６は、本実施形態における沈殿槽の概略構成を示す断面図であり、図７は、図６に示す沈殿槽の流入管下部の近傍の領域を示す拡大図である。

なお、図１及び図２に示す構成要素と類似あるいは同一の構成要素に関しては同一の符号を用いている。

本実施形態の沈殿槽３０では、図６及び図７に示すように、第１の実施形態の沈殿槽１０に対して、原水分配機構１３を構成する複数のプレートの間隔を調整するためのプレート間隔制御機構３５が配設されている点が異なる。プレート間隔制御機構３５は、掻寄シャフト１５の下端に配設された最下方に位置する第３のプレート１３３を固定するための固定治具３５１と、第３のプレート１３３の外周面であって、相対向する位置に配設された一対のねじ切りシャフト３５２とからなる。ねじ切りシャフト３５２の側面の全体、あるいは第１のプレート１３１及び第２プレート１３２を螺設する近傍領域には図示しないねじ山が形成されており、第１のプレート１３１及び第２のプレート１３２に穿設したねじ穴１３１Ｃ及び１３２Ｃと歯合するようになっている。

したがって、本実施形態では、第１のプレート１３１及び第２のプレート１３２をねじ切りシャフト３５２に螺設し、ねじ切りシャフト３５２を回転させることにより、これら第１のプレート１３１及び第２のプレート１３２間の相対位置、あるいは、これら第１のプレート１３１及び／又は第２のプレート１３２の、第３のプレート１３３との相対位置を制御できるようになる。結果として、本実施形態のプレート間隔制御機構３５によれば、原水分配機構１３を構成する３つのプレートの間隔を調整できるようになる。

すなわち、本実施形態の沈殿槽３０では、原水分配機構１３におけるプレートの間隔を増減できるので、槽体１１、すなわち沈殿槽１０の大きさ及び処理水量に応じて細かく上記流速を調節（低下させる）することができる。したがって、原水分配機構１３から水平方向に分配する原水及び槽体１１の壁面１１Ａに沿って上昇する原水の流速を細かく調節することができるので、流入管１２の下部と原水分配機構１３とが一定以上離隔している場合においても、流速を低下させるために流入管１２を大口径化させる必要がなく、流入管１２の外側に存在する分離面積の縮小といった問題を回避することができる。

本実施形態の沈殿槽３０におけるその他の特徴及び利点は、第１の実施形態の沈殿槽１０と同様であるので、説明を省略する。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０，２０，３０ 沈殿槽；１１ 槽体；１１Ａ 槽体の壁面；１１Ｂ 槽体の排出口；１２ 流入管；１３ 原水分配機構；１３１ 第１のプレート；１３２ 第２のプレート；１３３ 第３のプレート；１４ 原水供給管；１５ 掻寄シャフト；１６ 支持板；１７ 掻寄板；１８ 溢流堰；１９ 排出管；２５ 傾斜板；３５ プレート間隔制御機構。

Claims (3)

1. 槽体と、
   前記槽体の中央部において、前記槽体の壁面と平行となるように配設され、前記槽体内に原水を供給するための流入管と、
   前記流入管の下方に配設された複数のプレートからなる原水分配機構とを具え、
   前記複数のプレートには、最下端に位置するプレートを除いて、前記流入管の軸を中心とした開口部が形成されており、当該開口部の大きさが上側のプレートから下側のプレートに向かうにつれて順次狭小化していることを特徴とする、沈殿槽。
2. 前記槽体の内壁面の周回方向に配設された複数の傾斜板を具えることを特徴とする、請求項１に記載の沈殿槽。
3. 前記複数のプレートの、間隔を制御するために配設されたプレート間隔制御機構を具えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の沈殿槽。

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