特開 2023-167931 沈砂・沈殿分離装置および沈砂・沈殿分離方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023167931

(43)【公開日】2023-11-24

(54)【発明の名称】沈砂・沈殿分離装置および沈砂・沈殿分離方法

(51)【国際特許分類】

   B01D 21/26 20060101AFI20231116BHJP

   B01D 21/02 20060101ALI20231116BHJP

   B01D 21/24 20060101ALI20231116BHJP

【ＦＩ】

B01D21/26

B01D21/02 G

B01D21/24 G

B01D21/24 S

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022079487

(22)【出願日】2022-05-13

(71)【出願人】

【識別番号】000176752

【氏名又は名称】三菱化工機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100183357

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 義美

(72)【発明者】

【氏名】原 新一

(72)【発明者】

【氏名】正木 恵之

(57)【要約】

【課題】沈砂・沈殿分離装置および沈砂・沈殿分離方法を提供する。
【解決手段】ホッパ部１１ａを有する円筒槽１１と、円筒槽１１内の鉛直軸方向に挿入・配置され、外部の駆動装置１２により回転駆動される内筒１３と、内筒１３の周囲に配置され、間に螺旋状流路１４ａが形成された円錐状螺旋板１４ｂを有し、汚水３１ａ中の汚泥３１ｂを分離するスパイラルセパレータ１４と、内筒１３の内部に有機物や土砂を含む汚水３１ａを導入する汚水導入部１５と、ホッパ部１１ａの下部に設けられ、導入された汚水３１ａが落水する際に自重で沈降した沈砂２１を回収する沈砂回収部１６と、ホッパ部１１ａの内周に形成され、円錐状螺旋板１４ｂの外周縁部１４ｃから落下する有機物を含む汚泥３１ｂを回収する汚泥回収通路２０と、汚泥回収通路２０の下端部側から汚泥３１ｂを外部へ排出する汚泥排出管路２０ａと、を設けた。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

下方へ向けて先細りとなるホッパ部を有する円筒槽と、
前記円筒槽内の鉛直軸方向に挿入・配置され、外部の駆動装置により回転駆動される内筒と、
前記内筒の周囲に配置され、螺旋状流路が間に形成された円錐状螺旋板を複数有し、前記汚水中の汚泥分を分離するスパイラルセパレータと、
前記円筒槽の内部に有機物や土砂を含む汚水を導入する汚水導入部と、
前記ホッパ部の下部に設けられ、導入された汚水が落水する際に自重で沈降した沈砂を回収する沈砂回収部と、
前記ホッパ部に沿って形成され、前記円錐状螺旋板の外周縁部から落下する有機物を含む汚泥を回収する汚泥回収通路と、
を設けたこと特徴とする沈砂・沈殿分離装置。

【請求項2】

前記汚泥回収通路は、その開口部が前記円錐状螺旋板の外周縁部から鉛直軸方向に垂下した位置に、又は前記内筒の回転中心軸方向側に位置してなることを特徴とする請求項１に記載の沈砂・沈殿分離装置。

【請求項3】

前記円筒槽の上方内側に設けられ、液面付近に浮上した有機物を一部含む汚泥を分離した分離水を越流させる越流部と、
前記越流部で越流した分離水を外部へ排出水として排出する越流水排出管路と、
前記汚泥回収通路の下端部側から汚泥を外部へ排出する汚泥排出管路と、
を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の沈砂・沈殿分離装置。

【請求項4】

前記円筒槽内に、噴出ノズルから微細気泡を噴出させてなる微細気泡発生装置を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の沈砂・沈殿分離装置。

【請求項5】

請求項１又は２の沈砂・沈殿装置を用い、
導入された汚水が下降流として落下する際に、前記沈砂回収部に沈砂として回収すると共に、
前記沈砂が回収され、反転した上昇流が前記スパイラルセパレータの回転により、有機物を含む汚泥と分離水とを分離し、前記有機物を含む前記汚泥を沈殿させて前記汚泥回収通路で回収することを特徴とする沈砂・沈殿分離方法。

【請求項6】

前記円筒槽内に、噴出ノズルから微細気泡を噴出させ、前記沈砂に含まれる有機物を洗い流すことを特徴とする請求項５に記載の沈砂・沈殿分離方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、沈砂・沈殿分離装置および沈砂・沈殿分離方法に関する。

【背景技術】

【0002】

これまでの下水処理においては、沈砂池設備（沈砂集砂、揚砂、砂洗浄）、一次処理の沈殿池設備、汚泥濃縮設備における重力濃縮設備は、重力沈降による分離設備が必要であった（特許文献１）。

【0003】

このため、従来の設備は、敷地面積が大きく、大型のコンクリート躯体による水槽が必要であるため、土建費、設備費が高額となり、メンテナンスにも手間とコストが必要であった。

【0004】

また、昨今の気候変動による多発化されることが想定される洪水や、３０年以内に発生が想定される巨大地震により、下水処理場機能が喪失した際に、必要となる仮設の簡易処理設備への適用する技術の構築も望まれている。

【0005】

これまでの下水処理における沈砂池設備は、バケットによる沈砂掻揚や高圧ポンプによる集砂揚砂設備であり、機械、配管設備が複雑で高コストであることから、簡易な構成の設備の開発が要望されている。

【0006】

また、大量の下水を処理するので、大型の土木躯体が必要であることから、土木工事が高コストとなるため、設備の再構築の際に、低コストである下水処理技術が求められている。
さらには、労働人口減少による維持管理人員不足のため、運転手間、メンテナンスにおける省力化が求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開平９－１９２４１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は従来技術の有するこのような問題点を解決するためになされたものであり、その課題とするところは、沈砂と汚泥とを一つの装置内で効率よく分離することができる沈砂・沈殿分離装置および沈砂・沈殿分離方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この目的を達成するために、第１の本発明は、
下方へ向けて先細りとなるホッパ部を有する円筒槽と、
前記円筒槽内の鉛直軸方向に挿入・配置され、外部の駆動装置により回転駆動される内筒と、
前記内筒の周囲に配置され、螺旋状流路が間に形成された円錐状螺旋板を複数有し、前記汚水中の汚泥分を分離するスパイラルセパレータと、
前記円筒槽の内部に有機物や土砂を含む汚水を導入する汚水導入部と、
前記ホッパ部の下部に設けられ、導入された汚水が落水する際に自重で沈降した沈砂を回収する沈砂回収部と、
前記ホッパ部に沿って形成され、前記円錐状螺旋板の外周縁部から落下する有機物を含む汚泥を回収する汚泥回収通路と、
を設けたこと特徴とする沈砂・沈殿分離装置としたことである。

【0010】

第２の本発明は、第１の本発明において、前記汚泥回収通路は、その開口部が前記円錐状螺旋板の外周縁部から鉛直軸方向に垂下した位置に、又は前記内筒の回転中心軸方向側に位置してなることを特徴とする沈砂・沈殿装置としたことである。

【0011】

第３の本発明は、第１又は第２の本発明において、前記円筒槽の上方内側に設けられ、液面付近に浮上した有機物を一部含む汚泥を分離した分離水を越流させる越流部と、
前記越流部で越流した分離水を外部へ排出水として排出する越流水排出管路と、
前記汚泥回収通路の下端部側から汚泥を外部へ排出する汚泥排出管路と、を備えることを特徴とする沈砂・沈殿装置としたことである。

【0012】

第４の本発明は、第１又は第２の本発明において、
前記円筒槽内に、噴出ノズルから微細気泡を噴出させてなる微細気泡発生装置を備えることを特徴とする沈砂・沈殿装置としたことである。

【0013】

第５の本発明は、前述の沈砂・沈殿装置を用い、
導入された汚水が下降流として落下する際に、前記沈砂回収部に沈砂として回収すると共に、
前記沈砂が回収され、反転した上昇流が前記スパイラルセパレータの回転により、有機物を含む汚泥と分離水とを分離し、前記有機物を含む前記汚泥を沈殿させて前記汚泥回収通路で回収することを特徴とする沈砂・沈殿分離方法としたことである。
第６の本発明は、第５の本発明において、
前記円筒槽内に、噴出ノズルから微細気泡を噴出させ、前記沈砂に含まれる有機物を洗い流すことを特徴とする請求項５に記載の沈砂・沈殿分離方法としたことである。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、下水処理をする際、一つの装置において、沈砂処理も汚泥処理も両方分離できるので、設備の省スペース化を図ることができる。また、災害時において、沈砂と沈殿の仮設処理としても機能することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の沈砂・沈殿装置の第一実施形態を示す一部切り欠き斜視図である。

【図2】本発明の沈砂・沈殿装置の第一実施形態を示す概略図である。

【図3】本発明の沈砂・沈殿装置の装置内部の模式図である。

【図4】本発明の沈砂・沈殿装置の第二実施形態を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の一実施形態について説明する。
なお、本実施形態は本発明の一実施形態に過ぎず、何等限定解釈されるものではなく、本発明の範囲内で適宜設計変更可能である。
「第一実施形態」

【0017】

図１は、第一実施形態の沈砂・沈殿装置の一部切り欠き斜視図である。図２は、沈砂・沈殿装置の概略図である。図３は、装置内部の模式図である。
図１及び図２に示すように、本実施形態の沈砂・沈殿装置１００Ａは、竪型で下部に下方へ向けて徐々に先細りとなるホッパ部１１ａを形成した円筒槽１１と、円筒槽１１内に配置され、外部の駆動装置１２により回転駆動される内筒１３と、内筒１３の周囲に配置され、螺旋状流路１４ａが間に形成された円錐状螺旋板１４ｂを複数有し、汚水３１ａから有機物を含む汚泥３１ｂを分離して分離水３１ｃとするスパイラルセパレータ１４と、内筒１３の内部に有機物や土砂を含む汚水３１ａを導入する汚水導入部１５と、ホッパ部１１ａの下部に設けられ、導入された汚水３１ａが降下する際に自重で沈降した沈砂２１を回収する沈砂回収部１６と、沈砂回収部１６に回収された沈砂２１を外部へ移送する沈砂移送装置１７と、ホッパ部１１ａの内周面に沿って形成され、円錐状螺旋板１４ｂの外周縁部１４ｃから落下する有機物を含む汚泥を回収する汚泥回収通路２０と、ホッパ部１１ａの下端側の汚泥回収通路２０から汚泥３１ｂを外部へ排出する汚泥排出管路２０aと、を設けたものである。

【0018】

円筒槽１１は、汚水３１ａを導入する竪型の円筒状水槽であり、その下部側にホッパ部１１ａを一体に形成したものであり、図示しない設置架台（基礎など）に設置されている。その材質としては、鋼板製でもコンクリート製でもよく、設置場所、大きさにより適宜選定され、限定されるものではない。

【0019】

内筒１３は、外部に設けた駆動装置１２により回転駆動されており、低速回転としている。内筒１３の回転速度は、例えば０．５～５回転／分、より好ましくは１～３回転／分としている。

【0020】

汚水３１ａの導入は、本実施形態では内筒１３の下部から上方側に挿入された導入部１５により導入するようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、内筒１３の上部から汚水３１ａを導入するようにしてもよい。本実施形態では、汚水導入部１５の導入先端口１５ａは、スパイラルセパレータ１４の円錐状螺旋板１４ｂの最上位の取付位置よりも上部となるように設置しているが、限定されるものではない。

【0021】

ここで、汚水３１ａとは、例えば下水に流れ込む生活排水や雨水から沈砂池で回収した沈砂や管路施設に堆積した浚渫汚泥、沈殿池汚泥やし尿・浄化槽汚泥から液体サイクロンなどで分離された分離砂、建設現場や河川・湾岸・湖沼などの浚渫土砂などを含む廃水である。

【0022】

汚水導入部１５の導入先端口１５ａから噴出された汚水３１ａは、その導入した量だけ、処理水３１ｅとして外部に排出されている。その結果、導入された汚水３１ａは内筒１３内に導入された後、底部側に引き込まれるので、内筒１３の内部に沿って下降する下降流Ｆ₁となる。その下降の際、夾雑物の砂など比重の重いものは底部側の沈砂回収部１６にそのまま自重で沈砂２１として沈降する。

【0023】

ここでスパイラルセパレータ１４は、螺旋状流路１４ａを間に形成した円錐状螺旋板１４ｂを備えており、流入量に合わせて円錐状螺旋板１４ｂが回転するので、円筒槽１１の形状は円形である。

【0024】

このスパイラルセパレータ１４は、螺旋状流路１４ａが形成された円錐状螺旋板１４ｂを、軸線が垂直な回転軸を中心として回転駆動装置１２により回転させるものである。

【0025】

折り返しのない螺旋状流路１４ａが形成されたスパイラルセパレータ１４とすることで、有機物の閉塞もなく、沈降する細かい砂２１ａと共に有機物を含む汚泥３１ｂは傾斜に沿って外周縁部１４ｃ側へ集められる。この円錐状螺旋板１４ｂの傾斜角度は、水平に対して例えば４５°以上９０°未満、好ましくは６０°前後とするのが好ましい。円錐状螺旋板（回転傾斜板）群の円錐状螺旋板１４ｂと円錐状螺旋板１４ｂとの間隔は、例えば７５～１５０ｍｍとするのが好ましい。

【0026】

このスパイラルセパレータ１４の回転により、内筒１３の下端部１３ａ側を通過する下降流Ｆ₁の一部は反転流Ｆ₂となる。この反転流Ｆ₂は、円錐状螺旋板（回転傾斜板）１４ｂの回転によって上昇流Ｆ₃となって液面まで上昇する。

【0027】

この上昇流Ｆ₃が上昇する際、円錐状螺旋板（回転傾斜板）１４ｂの裏面側と表面側とにおいて、汚水３１ａ中の汚泥（含む有機物）３１ｂが分離され、その回転につれて円錐状螺旋板（回転傾斜板）１４ｂの表面から端部の外周縁部１４ｃ側へ移動し、外周縁部１４ｃから汚泥３１ｂとして落下・落水する。

【0028】

すなわち、図３の沈砂・沈殿装置の装置内部の模式図に示すように、スパイラルセパレータ１４の円錐状螺旋板１４ｂの回転により、汚泥３１ｂの粒子が表面側から離れ、離れた汚泥３１ｂは槽内壁１１ａと外周縁部１４ｃとの間に形成された落下通路１１ｄを落下する際、槽内壁１１ｅと外周縁部１４ｃとの間に穏やかな剪断力が作用し、落下する汚泥３１ｂの濃縮が促進される。

【0029】

汚水３１ａから汚泥３１ｂが分離された分離水３１ｃは、円筒槽１１の液面側に上昇し、液面近傍に設置された越流部１８を越流する。越流部１８を超えた越流水３１ｄは、越流水排出管路１８ａを介して処理水３１ｅとして外部へ排出される。

【0030】

越流部１８は円筒槽１１の上部の内周面に沿って形成されており、越流した越流水３１ｄを一時貯留し、外部へ越流水排出管路１８ａを介して処理水３１ｅとして排出している。越流部１８の内部には汚泥などが溜まるので、定期的に回収除去するようにしている。

【0031】

なお、越流部１８を設置することなく直接外部に排出するようにしてもよい。また、越流部１８の設置は少なくとも一か所とするようにしてもよい。

【0032】

沈砂回収部１６は沈砂２１を一時的に回収する領域であり、回収された沈砂は沈砂移送装置１７により例えば高圧水などの駆動水１７ａによって、外部へ沈砂夾雑物排出管路１７ｂを介して沈砂夾雑物１７ｃが排出される。

【0033】

本実施形態にかかる沈砂・沈殿分離装置１００Ａによれば、内筒１３内に導入された汚水３１ａは、導入後下降流Ｆ₁となり、この下降の際、汚水３１ａ中の大きな砂は沈砂２１として、沈砂回収部１６側に沈降する。

【0034】

その後、内筒１３の下端部１３ａ近傍を汚水３１ａが通過する際、汚水３１ａの下降流Ｆ₁の流れの一部が反転して反転流Ｆ₂となり、スパイラルセパレータ１４の螺旋状流路１４ａ内を回転する円錐状螺旋板１４ｂと同期しながら、上昇流Ｆ₃となって上昇する。この上昇流Ｆ₃が浮上するにつれて、スパイラルセパレータ１４の回転により、汚水３１ａから有機物を含む汚泥３１ｂが分離されて分離水３１ｃとなる。

【0035】

このスパイラルセパレータ１４の作用により、汚水３１a中に含まれる有機分と細かい砂からなる汚泥３１ｂが分離される。この汚泥３１ｂが分離された分離水３１ｃは、スパイラルセパレータ１４の回転作用で上昇し、この上昇水が越流部１８を超えて越流水３１ｄとなり、処理水３１ｅとして外部に排出される。
この排出された処理水３１ｅは、細かい砂と有機分とが分離されているので、沈砂・沈殿装置１００Ａの後段に設置される処理施設の負荷を軽減することができる。

【0036】

このように、スパイラルセパレータ１４が回転すると、上昇流Ｆ₃が発生し、この上昇の際、固形物の汚泥３１ｂが落下し、分離水３１ｃとして分離されることにより、回転による効果的な沈降能力が得られる。すなわち、スパイラルセパレータ１４の回転による汚泥３１ｂの落下は傘をゆっくりと振り回して回転させたような沈降となる。よって、汚泥３１ｂは槽内壁１１ａと外周縁部１４ｃとの間に形成された落下通路１１ｄを落下する際、単にそのまま汚泥３１ｂが鉛直軸方向に落下するものではないので、汚泥３１ｂが剪断力により濃縮されつつ汚泥回収通路２０に落下することとなり、汚泥３１ｂの濃縮効果が向上する。

【0037】

また、スパイラルセパレータ１４の円錐状螺旋板１４ｂの外周縁部１４ｃから落下した汚泥３１ｂは、円錐状螺旋板１４ｂの外周縁部１４ｃから垂下した位置に開口２０ｂを有する汚泥回収通路２０に落下し、この通路の下端側に汚泥として堆積する。この汚泥３１ｂは、汚泥排出管路２０ａから汚泥移送ポンプＰを介して汚泥３１ｂとして外部へ排出される。

【0038】

すなわち、汚泥回収通路２０は、ホッパ部１１ａとその内側に設置されたホッパ通路１１ｂとの間に形成されていると共に、その開口２０ｂが前記円錐状螺旋板１４ｂの外周縁部１４ｃから鉛直軸方向に垂下した位置に位置している。この結果、落下した汚泥３１ｂが汚泥回収通路２０内に確実に回収される、沈砂回収部１６側に流入することが防止されることとなる。

【0039】

本実施形態にかかる沈砂・沈殿分離装置１００Ａによれば、沈砂２１も汚泥３１ｂも分離できる、両方の分離する機能を兼ね備えているので、設備の省スペース化を図ることができる。また、災害時において、沈砂と沈殿の仮設処理としても機能することができる。

【0040】

近年土木構造価格が上昇しているが、沈砂池と沈殿池とを同一装置内で実現することにより、省コスト、省スペース化を実現することができる。通常、沈砂池で排出される沈砂は洗浄装置などを経て、産廃などで処理される。通常沈砂池は、矩形で砂を集積するための設備も具備されるが、これも省略することが可能となり、処理コストの低減を図ることが可能となる。

【0041】

従来の沈殿池では沈殿処理された汚泥を、後段で濃縮する設備が必要となるが、本実施形態にかかる沈砂・沈殿分離装置１００Ａによれば、約３～４重量％に濃縮された汚泥３１ｂを排出することができる。よって、省コスト化を実現できる。

【0042】

本実施形態にかかる沈砂・沈殿分離装置１００Ａを用いた沈砂・沈殿分離方法は、汚水導入部１５から導入された汚水３１ａが内筒１３内部で下降流Ｆ₁として落下する際に、沈砂回収部１６にそのまま重力で沈砂２１として回収すると共に、この落下して沈砂２１が回収され、反転した上昇流Ｆ₃がスパイラルセパレータ１４の回転により、有機物を含む汚泥３１ｂと分離水３１ｃとを分離し、有機物を含む汚泥３１ｂをそのまま重力により沈殿させて汚泥回収通路２０で回収するものである。このように、本方法によれば、一つの装置で沈砂と沈殿との分離を行うと共に、それぞれ一つの装置内で回収することができる。「第二実施形態」

【0043】

図４は本発明の第二実施形態を示し、沈砂・沈殿装置の別形態である。本実施形態にかかる沈砂・沈殿分離装置１００Ｂは、円筒槽１１内に設けられた噴出ノズル４１から微細気泡４１ａを噴出させてなる微細気泡発生装置４２を備えている。なお、その他の構成及び作用効果にあっては第一実施形態と同じであるため、第一実施形態の説明を援用し、ここでの詳細な説明は省略する。

【0044】

微細気泡発生装置４２から発生させる微細気泡４１ａの大きさは、例えば１ｍｍ以下、洗浄効果を高めるには、例えば０．０１～０．５ｍｍである。１ｍｍを超えれば、有機物に気泡が付きにくくなると共に、気泡の上昇速度が速まり上向偏流が生じることで分離効率や土砂の回収率が低下する。

【0045】

本実施形態にかかる沈砂・沈殿分離装置１００Ｂによれば、円筒槽１１内に微細気泡４１ａを噴出ノズル４１から噴出し、沈砂２１に含まれる有機物を洗い流す。この微細気泡４１ａにより、沈砂中の土砂と有機物を解すことができる。しかも、有機物に微細気泡４１ａを付着させることで有機物の浮上性を高め、スパイラルセパレータ１４での有機物と土砂との分離性を高めることができる。

【産業上の利用可能性】

【0046】

本発明は、沈砂・沈殿装置全般に利用可能である。

【符号の説明】

【0047】

１００Ａ、１００Ｂ 沈砂・沈殿分離装置
１１a ホッパ部
１１ 円筒槽
１２ 駆動装置
１３ 内筒
１４ａ 螺旋状流路
１４ｂ 円錐状螺旋板
１４ｃ 外周縁部
１４ スパイラルセパレータ
１５ 汚水導入部
１６ 沈砂回収部
１７ 沈砂移送装置
１８ 越流部
１８ａ 越流水排出管路
２０ 汚泥回収通路
２０ａ 汚泥排出管路
２１ 沈砂
３１ａ 汚水
３１ｂ 汚泥
３１ｃ 分離水
３１ｄ 越流水
３１ｅ 処理水
４１ 噴出ノズル
４１ａ 微細気泡
４２ 微細気泡発生装置
Ｆ₁ 下降流
Ｆ₂ 反転流
Ｆ₃ 上昇流

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】