(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-10-26
(45)【発行日】2022-11-04
(54)【発明の名称】沈殿槽および沈殿槽の流入域に部分流を導く方法
(51)【国際特許分類】
B01D 21/30 20060101AFI20221027BHJP
B01D 21/24 20060101ALI20221027BHJP
B01D 21/02 20060101ALI20221027BHJP
【ＦＩ】
B01D21/30 F
B01D21/24 D
B01D21/02 S
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2021532513
(86)(22)【出願日】2019-08-12
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-01-04
(86)【国際出願番号】 EP2019000240
(87)【国際公開番号】W WO2020035166
(87)【国際公開日】2020-02-20
【審査請求日】2021-05-12
(73)【特許権者】
【識別番号】521065953
【氏名又は名称】ハイドログラヴ ゲーエムベーハー
(74)【代理人】
【識別番号】100121441
【弁理士】
【氏名又は名称】西村 竜平
(74)【代理人】
【識別番号】100154704
【弁理士】
【氏名又は名称】齊藤 真大
(74)【代理人】
【識別番号】100129702
【弁理士】
【氏名又は名称】上村 喜永
(74)【代理人】
【識別番号】100206151
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 惇志
(74)【代理人】
【識別番号】100218187
【弁理士】
【氏名又は名称】前田 治子
(74)【代理人】
【識別番号】100091683
【弁理士】
【氏名又は名称】▲吉▼川 俊雄
(74)【代理人】
【識別番号】100179316
【弁理士】
【氏名又は名称】市川 寛奈
(72)【発明者】
【氏名】アームブルスター，マーティン
【審査官】富永 正史
(56)【参考文献】
【文献】特表２００６－５０７９１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５６－１６３７０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】欧州特許出願公開第０１８６４７０７（ＥＰ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２４７９８７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表平１１－５０００５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０８０８７５１８（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】実開昭５４－１５９３６９（ＪＰ，Ｕ）
【文献】米国特許出願公開第２００５／０１９４３２２（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ０１Ｄ ２１／００－２１／３４
Ｃ０２Ｆ １／５２－ １／５６
Ｃ０２Ｆ １／２４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
多層液体が、入口構造から、少なくとも一つの槽へ、少なくとも一つの入口構造を通って入口体積流ＱＩＮで排出され、前記入口構造は、入口開口部を調整することで、入口エネルギーを継続的に最適化する方法であって、前記多層液体は、前記入口開口部の流入領域を流通し、少なくとも一つの戻り体積流ＱＲおよび一つの排出体積流ＱＣの、異なる重量を有する層に分離され、いずれの層も、少なくとも一つの、かつ少なくとも一時的に沈殿槽内に分離され、
前記入口開口部は境界によって画定され、入口開口部の向きを互いに異ならせることにより、流入方向が互いに異なるよう、前記境界の位置は変更可能であり、
最大、前記入口体積流ＱＩＮの全体まで、前記入口開口部の前記境界の位置を互いに異ならせることによって、少なくとも一つの部分体積流ＱＩＩは、高負荷時、前記入口構造から、主に水平方向に、時計における二時から四時の方向に向かって流出し、少なくとも一つの部分体積流ＱＩは、低負荷時、前記入口構造から、主に垂直方向に、あるいは水平流方向に反して、時計における五時から十一時の方向に向かって流出する、ことを特徴とする方法。
【請求項2】
前記流入領域を、異なる位置の部分領域に、少なくとも一時的に分流することを特徴とし、体積分流ＱＩおよび体積分流ＱＩＩ間（ＱＩ＝ＱＩＮかつＱＩＩ＝０、ＱＩ＝０かつＱＩＩ＝ＱＩＮいずれの場合も含む）への分流量は、一部または全体で、かつ段階的にまたは無段階的に、可変的に調節可能または自律調整可能である、
ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記沈殿槽の瞬時負荷は、総負荷をもとに、直接的にあるいは間接的に検知され、それにより、前記体積分流ＱＩおよび前記体積分流ＱＩＩへの前記分流量および／または流入する流れの位置を、制御あるいは規制によって調整できる、ことを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項4】
入口体積流ＱＩＮを有する多層液体を沈殿槽に供給するよう構成された入口構造（２）であって、高さが可変の装置（５ａ、５ｂ、５ｃ）と、
高さ伸長が調整可能な壁（４）と、を備え、
前記壁（４）の下端から前記装置（５ａ、５ｂ、５ｃ）の高さまでの垂直方向の距離は調整可能であり、
前記壁（４）の前記下端および前記装置（５ａ、６）の外端が、少なくとも流入境界の一部を形成し、前記流入境界は、前記入口構造（２）から流出する際に前記多層液体に貫流され、またその高さは調整可能であって、
前記多層液体は、入口開口部の流入領域を流通し、
最大、前記入口体積流ＱＩＮの全体まで、前記入口開口部の前記境界の位置を互いに異ならせることによって、少なくとも一つの部分体積流ＱＩＩは、高負荷時、主に水平方向に、時計における二時から四時の方向に調整可能であり、少なくとも一つの部分体積流ＱＩは、低負荷時、前記入口構造から、主に垂直方向に、あるいは水平流方向に反して、時計における五時から十一時の方向に調整可能である、ことを特徴とする、入口構造。
【請求項5】
貫流領域を、例えば、閉鎖装置やその他装置、あるいは前記貫流領域の大きさや前記貫流領域における流動抵抗を左右する手段によって変更することで、前記沈殿槽への、前記入口開口部のうち少なくとも一つに関連する、体積分流の量が制御可能である、ことを特徴とする、請求項４に記載の入口構造。
【請求項6】
前記流入領域を、異なる位置の部分領域に、少なくとも一時的に分流することを特徴とし、前記入口開口部の貫流領域Ａｉは、少なくとも一つの上部装置によって画定され、前記装置は、その位置が可変であり、それにより前記入口開口部を上方向に制限し、領域Ａｉを有する、少なくとも一つの第１入口開口部、および領域Ａｉｉを有する、少なくとも一つの第２入口開口部の両方は、少なくとも一つの、さらに下部の制限装置によって画定され、前記装置は、その位置が可変である、
ことを特徴とする、請求項４または５に記載の入口構造。
【請求項7】
前記入口構造内あるいは前記入口構造付近に、少なくとも一つの伸縮自在または折り畳み式の手段、あるいは高さが調節可能な壁Ｗによって、領域Ａｉを有する前記第１入口開口部の上側境界を決定する装置を備え、前記壁Ｗは、前記沈殿槽が矩形の場合は、有利となるよう、矩形を有し、前記沈殿槽が円形の場合は、有利となるよう、円形を有し、また、その他の形状を有し、前記装置は、その下に配置される板Ｐとしての装置５ｂによって、領域Ａｉを有する前記第１入口開口部の下側境界と、領域Ａｉｉを有する前記第２入口開口部の上側境界および下側境界との両方を決定し、前記板Ｐは、部分Ｐ１およびＰ２の、少なくとも二つの部位からなる、直線状、円形状、あるいは対称形状を有する装置であり、
前記壁Ｗの位置と、前記板の前記部分Ｐ１およびＰ２の位置とが異なって調整されるため、領域Ａｉを有する、貫流される入口開口部の大きさと、領域Ａｉｉを有する、貫流される入口開口部の大きさとが、また、ひいては体積分流ＱＩおよび体積分流ＱＩＩの大きさが変更可能である、ことを特徴とする、請求項６に記載の入口構造。
【請求項8】
前記入口構造内あるいは前記入口構造付近に、少なくとも一つの伸縮自在または折り畳み式の手段、あるいは高さが調節可能で、直線状、円形状、あるいは対称形状を有する壁Ｗによって、領域Ａｉを有する前記第１入口開口部の上側境界を決定する装置を備え、前記装置は、第１の壁の下に配置された、直線状、円形状、あるいは対称形状を有し、高さが調節可能な、少なくとも一つの単元装置あるいは多元装置によって、領域Ａｉを有する前記第１入口開口部の下側境界と、領域Ａｉｉを有する前記第２入口開口部の下側境界との両方を同時に決定し、
前記装置は、領域Ａｉｉを有する前記第２入口開口部の上側境界を、第２の垂直壁の下端によって画定し、前記第２の垂直壁は、位置が可変、あるいは固定であり、前記板の移動経路における最も深い地点よりも上に位置しており、これにより、体積分流ＱＩおよび体積分流ＱＩＩの大きさも変更可能である、ことを特徴とする、請求項６に記載の入口構造。
【請求項9】
貫流領域のうち、少なくとも一つが、少なくとも一時的に閉じるように、前記壁の位置および／または前記板の位置を調節可能であり、これにより、ＱＩＮ＞０である前記二つの体積分流のうちの一つに対し、ＱＩ≒０またはＱＩＩ≒０が、一時的に満たされる、ことを特徴とする、請求項７または８に記載の入口構造。
【請求項10】
流出する体積流は、下側位置において、固定された流路偏向板７あるいは角度が調整可能な流路偏向板を通って、ＱＶとして垂直方向に流出し、上側位置において、ＱＨとして排他的に水平方向に導かれる、ことを特徴とする、請求項４乃至９のいずれか一項に記載の入口構造。
【請求項11】
前記体積分流ＱＩおよびＱＩＩへの分流量は、制御あるいは規制によって、前記沈殿槽の瞬時負荷に合わせて調整できる、ことを特徴とする、請求項４乃至１０のいずれか一項に記載の入口構造。
【請求項12】
偏向装置は、その角度を変更することにより、流出時の角度に影響を与えるよう、取り付けられる、ことを特徴とする、請求項４乃至１１のいずれか一項に記載の入口構造。
【請求項13】
前記入口開口部を調整する前記装置同士は、ある位置においては、互いに、少なくとも部分的に影響しあい、その端部の取り付け位置においては、少なくとも一部が固定されうる、ことを特徴とする、請求項６乃至９のいずれか一項に記載の入口構造。
【請求項14】
部分開口部のうち、少なくとも一つは、多孔装置やラメラの周囲に、流れを促進させる設備や拡張部を備える、ことを特徴とする、請求項４乃至１３のいずれか一項に記載の入口構造。
【請求項15】
請求項６～９のいずれか一項に記載の入口構造（２）を備える沈殿槽であって、斜め、あるいは平らな底面を有し、円形あるいは矩形を有する前記沈殿槽を備えた種々の装置は、デフレクタ５ａまたは５ｂと、角度が調整可能な流路偏向板６または固定された前記流路偏向板７との、いかなる組合わせからなってもよい、
ことを特徴とする、沈殿槽。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、沈殿槽に関する。前記沈殿槽は、少なくとも二層の懸濁液を、少なくとも一時的に分離する役割、特に、濁物質および浄化バイオマスの混合物である下水沈積物を、液体である浄化水から分離する役割を有し、少なくとも一つの入口開口部を通って、その形状および配置に応じた総体積流ＱＩＮが沈殿槽に流入し、総体積流ＱＩＮは、少なくとも二つの部分流ＱＣおよびＱＲの合計からなり、重量層から分離した軽量層が部分流ＱＣと共に沈殿槽から流出し、重量層から分離した、粘度が増した懸濁濃縮液が部分流ＱＲと共に除去され、沈殿槽への流入は、少なくとも一つの入口開口部を通るよう導かれ、前記入口開口部は、沈殿槽内での境界の相対位置および絶対位置の変化に対応した、エネルギーの最適条件に調節可能である、ことを特徴とする。本発明はまた、入口開口部の形状、大きさ、および／または配置を制御することにより、前記沈殿槽の流入域に部分流を導く方法に関する。
【背景技術】
【0002】
前記沈殿槽は、排水処理場のバイオ処理工程、例えば、一次浄化、中間浄化、二次浄化等において、広く使用されている。こうした処理において、濁物質は、総流ＱＩＮと共に流れる懸濁液の部分流ＱＣから分離され、部分流ＱＲ中に濃縮された形で沈殿槽から再び排出される。特に、排水処理全体の成功は、二次浄化において部分流ＱＣから濁物質をいかに効率的に分離できるかに掛かっている。二次浄化において、通常、２，５００ｍｇ／ｌ～４，０００ｍｇ／ｌの濃度のバイオマスを含有する懸濁液が、浄水流出量ＱＣの浄化済排水と共に、流入量ＱＩＮに含まれて流入し、二次浄化後、１リットルあたり数ミリグラム程度の未分離バイオマスが排出されたとする。これは、排水処理場において、特に、リンおよび炭素化合物の保持の点で、総合的にみて成功と言えるだろう。平均前後の精度で設計された槽において、流出量ＱＣ中の濾過可能物質の平均排出濃度が、約１５ｍｇ／ｌ～約２０ｍｇ／ｌの範囲であるところ、精度よく設計された入口構造を有するものでは、約５ｍｇ／ｌ～約１０ｍｇ／ｌの範囲である。このように、ＱＣ中の濾過可能物質を、１リットルあたり数ミリグラムにまで減少させることは、相当な改善と言える。
【0003】
今日の二次浄化において、特許文献１による入口構造が数多く導入されている。ここで、入口構造からの流入は、入口開口部を通って、基本的には、水平方向に導かれる。前記入口開口部は、境界の相対位置および絶対位置を変化させることにより、エネルギーの最適条件に調節可能である。ＱＣおよびＱＲは、両方とも変数である。例えば、排水処理場の浄水排出ＱＣは、夜よりも日中、特に、乾燥した天候よりも雨天の際に増加する。戻り体積流ＱＲは、排水処理場の排出ＱＣによって制御され、それに伴って変動する。こうした制御において、ＱＲ／ＱＣの比率の目標値は、通常、約０．５～約０．７５である。しかしながら、機械技術の観点から、ＱＲは、その最小値および最大値間に、取れる値が限られることが多い。つまり、低負荷時の戻り体積流ＱＲは、浄水排出ＱＣよりもはるかに多くなることがあり、そのため、ＱＲ／ＱＣ＞＞１．０となる。これによる好ましくない状況として、体積分流Ｑｉｎｔ＞＞総体積流ＱＩＮからのＱＣ、すなわち、沈殿槽の流入域に部分流を導く方法において必要とされる、槽を通過するＱＣにあたる一部よりも、はるかに多くの体積分流Ｑｉｎｔが、入口開口部からの流出方向に応じて、槽を経由して流れてしまうことになる。
【0004】
ＱＣとＱＲの和である体積流ＱＩＮ（ＱＩＮ＝ＱＣ＋ＱＲ）は、入口構造から入口開口部を通って、沈殿槽へ流れる。この過程において、主に垂直方向に導かれる流出方向および主に水平方向に導かれる流出方向の二つに大きく分かれる、ＱＩＮが沈殿槽に流入する方向に応じて、入口開口部が設計される。この過程において、各貫流領域は、各領域を制限する非貫流境界によって定義される。したがって、水平貫流領域は、少なくとも一つの高境界および一つの低境界を有し、垂直貫流領域は、同一の、あるいは少なくとも同様の高さにある、少なくとも二つの境界を有する。
【0005】
基本的に垂直方向に導かれる流入方向は、特に英米地域においてよく見られ、例えば、特許文献２に記載されている。基本的に水平方向に導かれる流出方向は、欧州においてよく使用され、例えば、特許文献１に記載されている。この二つのタイプは、例えば、米国公開では「減勢槽」や「偏向バッフル」、欧州公開では「入口管」、「管リング」や「リング板」と称される装置の一部を、共通して有している。こうした要素は、懸濁液が、沈降工程が行われる入口開口部を通って領域に流入する前に貫流する空間をなす。この領域または装置の一部が、いわゆる沈殿槽の入口構造をなす。
【0006】
なお、より正確には、遮蔽物またはベルトでの不純物除去、および吸引での不純物除去等、戻り沈積物流ＱＲの排水における、詳細な種々の変形例には、少なくとも二つの基本形がある。沈殿槽自体の形状が、円形、角形、あるいはいずれの幾何学形状にも制限されないように、処理済排水ＱＣの排水方法は、本発明の機能になんら影響しない。本発明の目的は、ＱＣとＱＲの和である体積流ＱＩＮ（ＱＩＮ＝ＱＣ＋ＱＲ）を槽に供給することにある。
【0007】
入口構造には、いくつかの機能が備わっている。最重要機能としては、懸濁液を入口構造に流すのに必要な、流入する体積流の運動エネルギーを、意図的に発散させること、そして、懸濁液が、入口開口部へ、つまり入口構造および沈降室間の境界へ、均一かつ均等に分かれて流入するよう保証することの二つが挙げられる。沈降工程が行われる沈殿槽の領域は、沈降室と定義される。これは、円形の入口構造に対し、水平方向に隣接する領域である。入口構造の内部、入口構造の構造体下の領域、およびスラッジファネル内の領域は、この定義に照らし合わせると、沈殿槽の沈降室には当てはまらず、入口構造下の領域およびスラッジファネル内の領域は、入口構造および沈降室のどちらにも属さない。
【0008】
給気槽から二次浄化への、つまり、入口構造への流入は、通常、沈降工程を避けるため、高速で、例えば、約７０ｃｍ／秒～約１．５ｍ／秒の範囲の最大流量を有する高い運動エネルギーで行われる。しかしながら、入口開口部における適正入口速度、つまり、沈殿槽の沈降室への流入速度の測定は、正確には、沈降を避けるための高エネルギーの側面からなされるのではなく、むしろ、最小エネルギー入力に対する最適化により、沈降工程阻害を避ける側面からなされる。入口開口部におけるエネルギー流を確定する測度として、密度フルード数ＦＤが用いられる。ＦＤ＝１が満たされる場合、潜在エネルギー流および沈殿槽への運動エネルギー流の圧力成分の総和は、最小限となる。これにより、入口開口部の所定の線形伸長ＬＩＮは、エネルギー的に最適な入口伸長ｈｏｐｔから導出され、ｈｏｐｔ＝（Ｑ２
ＩＮ／Ｂ２
ＩＮ／ｇ′）１／３を満たすように、ｈｏｐｔは、現状の流入ＱＩＮおよび密度測定上、有効なリフト加速ｇ′に依存する。沈殿槽への物理的に不必要なエネルギー入力は、逆効果となる乱流および撹拌工程を引き起こす。そのため、流入に必要なエネルギー入力が最小ですむため、ＦＤ＝１を満たす、あるいはｈｏｐｔを有する流入は、明らかに最適であるといえる。境界状況によっては、二次浄化における入口開口部を通る流速度は、不可に依存し、ＦＤ＝１の条件を満たす時、約４ｃｍ／秒～８ｃｍ／秒となるのが最適である。したがって、入口構造は、Ｅｋ＝１／２ＱＵ２で定義される運動エネルギー流Ｅｋを発散させる、重要な第１の機能を有していることが明らかである。運動エネルギー流Ｅｋは、入口構造への入口において、１，０００倍、あるいは、その体積の範囲内で、排出口での最適な運動エネルギー流（１５０２／４２＞＞１．０００）の９９．９％に達することができる。目的とするブレーキ比およびエネルギー発散効果を得るため、口径または密閉空間から測る入口管の大きさを大幅に超えるという特徴を備えた「入口構造の大きさ」に加え、流れを促進させる目的で設置、延長する多孔板、デフレクタ、オリフィス板、およびラメラと同様に、形状という点においては、入口構造および入口開口部の幾何学形状にも着目する。したがって、入口構造は、管とは比べ物にならないほど大きな体積を有する、独立した構造である。
【0009】
二次浄化への流入は、常に大きな乱流を伴い、レイノルズ数Ｒｅ＞＞５００を満たす。沈殿槽において、そこに到達する乱流運動エネルギーは、特に、二次浄化における「沈積物高さ」と呼ばれる層境界において、密度層化流を不安定化させるという負の特性を有する。乱流により、沈積物高さが不安定になった結果、微細な浮遊粒子が浄水中に渦巻き、そして、体積流ＱＣと共に排出される。沈降室に到達する不安定な乱流運動エネルギーは、体積流が増加するのとともに増加する。したがって、沈殿槽に体積分流を不用意に導いてしまった場合、層境界において、本来であれば避けられる微細な浮遊粒子の放出につながる。特許文献１は、浮力エネルギーＥｂおよび圧力成分Ｅｐのエネルギー入力、そして最終的には、運動エネルギー流Ｅｋのエネルギー入力を最小限にすることを目的としている。この目的において、沈殿槽において、いかなるタイミング、いかなる流れによる負荷がかかったとしても、Ｅｂ＝０およびＦＤ＝１が満たせるように、また、入口構造から直接、槽の沈降室に向かって、主に水平方向に、流入ＱＩＮが起こるように、入口構造の形状および入口開口部の形状を、変動する流境界に常時適応させる。そのため、既述の技術では、エネルギー最適化において避けては通れない最小エネルギー流Ｅｋを、粘度が増した懸濁液に対し、斜めに、あるいは、垂直方向に導入することを確実に避ける。斜めに、あるいは、垂直方向に導入された場合、特に高負荷層、つまり高いＱＣでは、既に分離した濁物質が再び撹拌され、懸濁してしまう。こうした再懸濁液では、槽の内部負荷、特に高い外部負荷ＱＣが再び大幅に増加してしまうというデメリットが生じてしまう。
【0010】
当分野での長きにわたる調査および種々の根本的改良にも関わらず、こうした槽は、特にＱＩＮを低減することにおいて、未だ最適に機能しているとは言えない。分離性能は、未だ満足のいくものではなく、ＱＩＮを低減するという目的においては改善の余地がある。特に、後ほど明らかにする軽量層の排出値は、ＱＣの低減に伴い、さらに低減させることができる。よって、沈殿槽にＱＩＮを垂直に導くとする当技術の現状では、既述の通り、入口でエネルギーが生じることが避けられず、既に沈降した濁物質を再び浮遊させ、再懸濁液となることにより、沈殿槽内の負荷を大幅に増加させてしまうという、明らかなデメリットが存在する。流入する懸濁液が入口構造から垂直方向に流出し、ＱＣが増加、つまり、ＱＣ負荷の絶対値が、水平排出の場合と比べて、明らかに低い場合、沈殿槽は早い段階で機能を果たせなくなる。垂直方向に流入させることのデメリットは、当該技術分野において、ＱＣが多く高い負荷がかかる際に、特に顕著である。一方、水平排出であっても、特に、低負荷の場合、つまり、沈積物から分離する、処理済排水におけるＱＣの量が小さく、それに伴って、沈積物高さが槽内の深いところにある場合に、明確なデメリットが存在する。しかしながら、機械的な制限により、最小体積流ＱＲは高いままである。このように、高いままのＱＣとＱＲの和である体積流ＱＩＮ（ＱＩＮ＝ＱＣ＋ＱＲ）は、低負荷（小さいＱＣ）の場合、沈積物が少ない、あるいは、さらに低負荷の場合、沈積物のない沈降室に、大きい乱流エネルギーと共に、直接水平方向に進入することになる。結果、乱流による不安定化を招き、これにより、浄水に多くの微細な浮遊粒子が進入することになる。槽が、常時、エネルギー的に最適化可能な領域ＡＩＮにおいて、流入の変動を許容する特許文献１に記載の入口形状を有していたとしても、特に、低負荷の場合、不利な方向、一般的には、主に水平流出方向でのデメリットは解消されない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【文献】欧州特許第１６０７１２７号明細書
【文献】米国特許第４２２２８７９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
当該技術分野における上述のデメリットを鑑みると、技術課題は、最適な沈殿槽を設計することにあり、具体的に、沈殿槽は、第一に、高負荷において、可能な限り高い分離性能を発揮し、第二に、あらゆる負荷において、優れた排出値を出し、第三に、継続的なエネルギー最適化により低内部負荷を増加させ、かつ、第四に、特に、槽の主流における不必要な流成分に対して、あまり干渉しない動作を行うこと、を特徴とする。本発明は、下記の実現をもって、技術的課題を解決しようとするものである。すなわち、特許文献１で記載されるように、低負荷において、入口構造から流れ出る体積流が、槽に向かって、深く多量に水平方向に流れないように、また、少なくとも充分な量の部分流ＱＩが、入口構造から分流して、大部分は垂直方向に、あるいは、従来の水平流入方向とは違う方向に、流れるようにする。よって、クロックポジションにおいて、水平流出の大部分における主流方向が略二時から四時方向である場合、主流において負の影響を持つ、少なくとも一部の流れは、低負荷において、略五時から九時方向、極端な場合、略十一時方向に向かって、入口構造から離れるように流れる。この場合、入口体積流ＱＩＮ（ＱＣ＋ＱＲの和）から体積流ＱＲに流入する、少なくとも一部の乱流は、主流と共に直接槽内に、そして槽を通って流れることはないという利点を有する。よって、この部分流は、沈積物高さでの、不安定な乱流エネルギーに寄与しない。さらに、特に低負荷の場合において、少なくとも一つの入口開口部は、槽の深い位置にあるという利点がある。しかしながら、高負荷の場合、総体積流ＱＩＮ全体、あるいはその少なくとも大部分は、槽の深くに流れ込んで、既に沈降した沈積物を再び浮遊させないように、しかし同時に、高すぎる位置まで上がって、浄水に流れ込まないように、主に水平方向に、つまり、略二時から四時方向に向かって流れる。
【課題を解決するための手段】
【0013】
入口構造から主に垂直方向に流出する際の利点は、沈積物を吸い出す窪み部、いわゆるスラッジファネルの近傍に入口開口部が位置する槽において、充分な量の流入体積流が、スラッジファネルに向かって、あるいはスラッジファネル内に流れ込む際に発揮される。入口開口部がスラッジファネルから離れて位置する槽、あるいは、スラッジファネルが設けられていない槽において、主に垂直方向に流出際の利点は、流れ込む体積流が、まず底部に直接導かれ、底部と構造との間に入る際に発揮される。前記構造は、流れが上向きになり、入口構造の下の領域に入ることを制限する。
【0014】
入口開口部を異なる方向に向けて、入口方向も異なる方向に向くように、入口開口部同士の境界を位置づける。もしくは、体積流の一部あるいは体積流全体を、開き状態の、あるいは少なくとも一部が閉状態の、複数の入口開口部に向かって一時的に流し、負荷によっては、入口構造から、大部分を水平方向に、あるいは大部分を垂直方向に流出させる。上記どちらの方法でも、異なる負荷で体積流を制御することができる。入口開口部の総領域ＡＩＮは、有利に変動するよう設計され、それにより、少なくとも大部分において、各流入量でＦｒＤ＝１が満たされるよう最適化される。よって、体積流および／または投入懸濁液の濃度に依存して、入口領域における、元来回避可能な、不安定なモーメント変化を、負荷に依存する方向の変化とともに、防ぐことができる。
【0015】
流入位置を揃える際の、負荷に依存する最適化は、入口開口部の向きを変化させることによって実現される。入口開口部の向きを変化させるには、入口開口部の上端および下端の相対配置を変化させるか、総流を、少なくとも二つの部分流ＱｈおよびＱｖ（ＱＩＮ＝ＱＣ＋ＱＲ＝Ｑｉ＋Ｑｉｉ＝Ｑｈ＋Ｑｖを満たす）に分流する際に、変化をつける。ここで、ＱｈおよびＱｖは、少なくとも二つの異なる方向、つまり、少なくとも二つの異なる部分領域ＡｉおよびＡｉｉを通って、槽に流れ込む。この過程において、一般的に、水平部分流Ｑｈおよび垂直部分流Ｑｖは、体積流ＱＣおよびＱＲとは総和が等しいが、比の値は異なる。また、負荷の計量検知と、流れによる負荷に応じた、沈殿槽の入口開口部の種類および大きさの調整によって、分流が行われる。例えば、流圧や濃度差を利用した、完全自動あるいは部分自動の調整は、本発明に反するものではない。本発明の目的は、請求項１に記載の方法により達成される。前記方法では、多層液体が、入口構造から、少なくとも一つの槽へ、少なくとも一つの入口構造および可変するよう設計された、少なくとも一つの入口開口部を通って、入口体積流ＱＩＮで排出され、少なくとも一つの戻り体積流ＱＲおよび一つの排出体積流ＱＣの、異なる重量を有する層に分離され、いずれの層も、少なくとも一つの、かつ少なくとも一時的に沈殿槽内に分離される。流入ＱＩＮは、入口構造内あるいは入口構造付近において、エネルギー的に最適化されており、少なくとも一つの入口開口部ともう一方の入り口開口部との流入境界の位置を異ならせることにより、あるいは、少なくとも二つの部分流ＱｈおよびＱｖに、少なくとも一時的に分離することによって、流入ＱＩＮは、入口構造を離れ、負荷状況に応じて、すなわち、高負荷の場合、主に二時から四時方向、および、低負荷の場合、主に五時から十一時方向のように、異なる方向、あるいは異なる方向に向けた流れに向かう、ことを特徴とする。
【0016】
本発明の目的は、請求項４に記載の沈殿槽により達成される。前記沈殿槽では、多層液体が、少なくとも一つの入口構造、および可変するよう設計された、少なくとも一つの入口開口部を通って、少なくとも一つの、かつ少なくとも一時的な沈殿槽に入口体積流ＱＩＮで供給され、少なくとも一つの戻り体積流ＱＲおよび一つの排出体積流ＱＣの、異なる重量を有する層に分離される。いずれにおいても、流入ＱＩＮは、入口構造内あるいは入口構造付近において、エネルギー的に最適化され、少なくとも一つの入口開口部ともう一方の入り口開口部との流入境界の位置を異ならせることにより、あるいは、少なくとも二つの部分流ＱｈおよびＱｖに、少なくとも一時的に分離することによって、流入ＱＩＮは、負荷状況に応じて、すなわち、高負荷の場合、主に二時から四時方向、および、低負荷の場合、主に、少なくとも大部分は、四時から十一時方向のように、異なる方向、あるいは異なる部分領域を通って、槽まで流れることを特徴とする。
【0017】
本発明の有利な実施形態は、従属項よりもたらされる。
【発明の効果】
【0018】
槽の入口構造における入口開口部が、二つの高さが変動する境界によって画定されることによって、前記槽の設計上の利点が発揮されている。これらの境界は、少なくとも一つの境界が、もう一方の境界の高さの上、あるいは下になるよう、設計されている。例えば、円形入口構造の場合、入口開口部が、垂直方向に伸縮するシリンダおよび垂直方向に変位可能なリング板によって画定され、シリンダの内径がリング板の外径よりも大きい。シリンダの高さが変動する下端が、リング板の上端の現状の高さよりも上に配置されている場合、変動する大きさを有し、垂直方向に向いている入口開口部の境界は、この二つの部位によって形成される。そのため、その境界の大部分は水平方向に貫流され、同時に、エネルギー的に、流れによる負荷に最適化される。シリンダの下端が、リング板の上端の高さよりも下に配置されている場合、変動する大きさを有し、水平方向に向いている入口開口部の境界は、この二つの部位によって形成される。そのため、その境界の大部分は垂直方向に貫流され、また、エネルギー的に最適化される。
【0019】
入口構造の入口開口部が二つの高さが変動する境界によって画定され、下に位置する流境界が、少なくとも二つの部位からなることによって、前記槽の設計上の利点が発揮されている。低い位置において、下に位置する流境界が有する二つの部位は、異なる高さにあり、そのため、第２の貫流領域がこの二つの部位の間に広がっている。また、前記領域を流れる体積分流Ｑｖを、主に垂直方向に略五時から九時方向まで、もしくは、主流方向に逆らって略十一時方向まで流す。
【0020】
種々に設計された入口開口部を槽の周囲に配置することによって、前記槽を円形または矩形に設計する際の利点が発揮されている。
【0021】
流れ込む懸濁液への干渉として、入口の上に位置する流路偏向板を通して、沈殿槽の下部領域から、より高い濃度の懸濁液を排他的に供給することを確実にする。これにより、フロックフィルタ効果を意図した、より高い濃度を有する領域からの建設的干渉を促進することができる。
【0022】
本発明の実施形態は、添付の図面を参照しながら、以下の説明から、より詳細に明らかにされる。添付の図面は以下の通りである。全ての図面において、沈殿槽は、最大限に簡素化した断面図にて表す。同一要素は、同一符号を付すことによって示す。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1a】二つの高さが変動する境界を有する入口構造が配置された、円形沈殿槽または矩形沈殿槽を表し、入口構造は、少なくとも一つの境界が、他方の境界の高さよりも上あるいは下にくることができるよう設計され、これにより、低負荷（図１ａ）の場合、流入量が入口構造から垂直方向に導かれ、高負荷（図１ｂおよび図１ｃ）の場合は、水平方向に導かれる。
【図1b】二つの高さが変動する境界を有する入口構造が配置された、円形沈殿槽または矩形沈殿槽を表し、入口構造は、少なくとも一つの境界が、他方の境界の高さよりも上あるいは下にくることができるよう設計され、これにより、低負荷（図１ａ）の場合、流入量が入口構造から垂直方向に導かれ、高負荷（図１ｂおよび図１ｃ）の場合は、水平方向に導かれる。
【図1c】二つの高さが変動する境界を有する入口構造が配置された、円形沈殿槽または矩形沈殿槽を表し、入口構造は、少なくとも一つの境界が、他方の境界の高さよりも上あるいは下にくることができるよう設計され、これにより、低負荷（図１ａ）の場合、流入量が入口構造から垂直方向に導かれ、高負荷（図１ｂおよび図１ｃ）の場合は、水平方向に導かれる。
【図2a】二つの高さが変動する境界を有する入口構造が配置された沈殿槽を表し、ここで、低い方の流境界は、二つの部位からなる。最低位置において、流入してきた流れは、ＱＶ（図１ａ）として垂直方向に導かれ、中間位置では、垂直流入ＱＶおよび水平方向に導かれる流入ＱＨ（図１ａ）に分流され、高い位置では、ＱＨとして、排他的に水平方向に導かれる。
【図2b】二つの高さが変動する境界を有する入口構造が配置された沈殿槽を表し、ここで、低い方の流境界は、二つの部位からなる。最低位置において、流入してきた流れは、ＱＶ（図１ａ）として垂直方向に導かれ、中間位置では、垂直流入ＱＶおよび水平方向に導かれる流入ＱＨ（図１ａ）に分流され、高い位置では、ＱＨとして、排他的に水平方向に導かれる。
【図2c】二つの高さが変動する境界を有する入口構造が配置された沈殿槽を表し、ここで、低い方の流境界は、二つの部位からなる。最低位置において、流入してきた流れは、ＱＶ（図１ａ）として垂直方向に導かれ、中間位置では、垂直流入ＱＶおよび水平方向に導かれる流入ＱＨ（図１ａ）に分流され、高い位置では、ＱＨとして、排他的に水平方向に導かれる。
【図3a】二つの高さが変動する境界および二つの部位からなる、低い方の流境界を有する入口構造が配置される沈殿槽を表し、最低位置において、流入してきた流れは、ＱＶとして、略九時から十一時方向（図３ａ）に、内側に向かい、高い位置では、ＱＨとして、排他的に水平方向に導かれる。
【図3b】二つの高さが変動する境界および二つの部位からなる、低い方の流境界を有する入口構造が配置される沈殿槽を表し、最低位置において、流入してきた流れは、ＱＶとして、略九時から十一時方向（図３ａ）に、内側に向かい、高い位置では、ＱＨとして、排他的に水平方向に導かれる。
【図4a】二つの高さが変動する境界および固定配置された流路偏向板７を有する入口構造が配置される沈殿槽を表し、最低位置において、流入してきた流れは、流路偏向板７（図４ａ）によって垂直偏向されたＱＶとして、垂直方向に導かれ、高い位置では、ＱＨとして、排他的に水平方向に導かれる（図４ａ）。
【図4b】二つの高さが変動する境界および固定配置された流路偏向板７を有する入口構造が配置される沈殿槽を表し、最低位置において、流入してきた流れは、流路偏向板７（図４ａ）によって垂直偏向されたＱＶとして、垂直方向に導かれ、高い位置では、ＱＨとして、排他的に水平方向に導かれる（図４ａ）。
【図5a】二つの高さが変動する境界を有し、角度が調節可能な流路偏向板６を一方の境界に有する入口構造を配置した沈殿槽を表し、最低位置において、流入してきた流れは、角度が調節可能な流路偏向板（図５ａ）を通って、ＱＶとして、垂直方向に導かれ、高い位置では、ＱＨとして、排他的に水平方向に導かれる（図５ａ）。
【図5b】二つの高さが変動する境界を有し、角度が調節可能な流路偏向板６を一方の境界に有する入口構造を配置した沈殿槽を表し、最低位置において、流入してきた流れは、角度が調節可能な流路偏向板（図５ａ）を通って、ＱＶとして、垂直方向に導かれ、高い位置では、ＱＨとして、排他的に水平方向に導かれる（図５ａ）。
【図6b】基本的に、本発明が、入口構造が設けられている槽が矩形か円形か、また、入口構造が設けられている位置が槽の中間か層の周辺かに依存しないことを示し、図６ｂは、一例として、本発明と同様の設計が、中央配置にてなされた場合を表す。
【図7a】本発明を円形沈殿槽における中心設計に適用した場合の模式断面図である。
【図7b】本発明を円形沈殿槽における中心設計に適用した場合の模式断面図である。
【図7c】本発明を円形沈殿槽における中心設計に適用した場合の模式断面図である。
【図8a】本発明を円形沈殿槽における中心設計に適用した場合の模式断面図である。
【図8b】本発明を円形沈殿槽における中心設計に適用した場合の模式断面図である。
【図8c】本発明を円形沈殿槽における中心設計に適用した場合の模式断面図である。
【図9a】本発明を円形沈殿槽における周辺設計に適用した場合の模式断面図である。
【図9b】本発明を円形沈殿槽における周辺設計に適用した場合の模式断面図である。
【図9c】本発明を矩形沈殿槽における周辺設計に適用した場合の模式断面図である。
【図9d】本発明を矩形沈殿槽における周辺設計に適用した場合の模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
図１ａ乃至図１ｃに、その一部が例示される槽１は、円形あるいは矩形（１ａまたは１ｂ）であり、入口構造２を有する。入口構造２は、入口開口部３を有し、境界４および５ａによって画定される。入口開口部３は、負荷に応じて、ひいては、高さが伸長することで変動する壁４の調整された高さ、およびその高さが変動する装置５ａに応じて、基本的には水平方向に貫流される入口開口部３ａ、あるいは、基本的には直角に、つまり垂直方向に、または内側方向に貫流される入口開口部３ｂのいずれかになる。
【0025】
図１ａは、低負荷時に、壁４が下まで伸長し、その下端が装置５ａの高さよりも下にある状態を表す。発揮される利点として、壁４は、少なくとも、装置５ａの外端と壁４の内端との間の水平方向の距離と同じ分だけ、装置５ａの高さから下方向に伸長することができる。これにより、開口部３ｂは、内側方向に、少なくとも水平方向に対して４５度の角度で傾斜する。仕切ミラー１０は、低負荷に対応するような深さに位置する。この構成において、基本的には直角に、つまり垂直方向に、または内側方向に貫流される入口開口部３ｂは、壁４の下端および装置５ａの外端によって形成される。
【0026】
図１ｂは、中程度の負荷時の状態を表す。仕切ミラー１０は、わずかに上昇しており、壁４は、その下端の高さが装置５ａの高さよりも上になるよう、短縮している。ここで、本発明の目的に係る、基本的には水平方向に貫流される入口開口部は、壁４の下端および装置５ａの外端によって形成される。壁４の下部領域の偏向ガイド板４ａによって、入口開口部での水平流が保たれる。これにより、高負荷時に、壁４に沿った垂直流を回避し、流れを内側方向に、水平面に向かって流す。その結果、流れが、水平方向に、かつ外側方向に向かって、装置５ａに押し付けられる。
【0027】
図１ｃは、高負荷時の状態を表す。仕切ミラー１０は、さらに上昇し、壁４はより短縮され、装置５ａは、わずかに上に移動している。ここでもまた、ともに偏向ガイド板４ａに支持される壁４および装置５ａが、本発明に係る入口開口部を形成する。入口開口部は、高負荷時、基本的には水平方向に貫流されるが、増加した入口伸長ｈｏｐｔを有する、より大きい流入ＱＩＮにおいて、流境界の高さの差がさらに広がることによりエネルギーが最適化されている。
【0028】
図２ａ乃至図２ｃは、入口開口部３ａおよび／または３ｂを有する境界４および５ｂによって画定される、入口構造２を表す。入口開口部３は、負荷に応じて、ひいては、高さが伸長することで変動する壁４の調整された高さ、およびその高さが変動する装置５ｂに応じて、基本的には水平方向に貫流される入口開口部３ａ（図２ｂおよび図２ｃ）、あるいは、基本的には直角に、つまり垂直方向に、または内側方向に貫流される入口開口部３ｂ（図２ａおよび図２ｂ）のいずれかになる。部分Ｐ１およびＰ２を有する板Ｐとして例示される多元下部偏向５ｂは、体積流ＱＩを、形成される入口開口部３ｂ（図２ａ）を経由して垂直方向に導き、体積流ＱＩを垂直方向に、そして体積流ＱＩＩを水平方向に、同時に、開口部３ａおよび３ｂ（図２ｂ）を経由して導き、図２ｃでは、体積流ＱＩＩを、開口部３ａを経由して水平方向に導く。
【0029】
図３ａおよび３ｂは、さらに流路偏向５ｃを有する多元下部偏向を備えた入口構造２を表す。図３ａでは、流路偏向５ｃは、体積流を、九時から十一時方向に逆流させ、一方、図３ｂでは、体積流は、正面に向かって、主に水平方向に流出する。
【0030】
図４ａおよび図４ｂは、単元下部偏向５ａと、さらに固定配置された流路板７とを備えた入口構造２を表す。図４ａでは、流路板７は、体積流を垂直方向に導き、一方、図４ｂでは、体積流は、正面に向かって、主に水平方向に流出する。
【0031】
図５ａおよび図５ｂは、単元下部偏向５ａと、さらに角度が調節可能な流路偏向板６とを備えた入口構造２を表す。図５ａでは、流路偏向板６は、体積流を垂直方向に導き、一方、図５ｂでは、体積流は、正面に向かって、主に水平方向に流出する。
【0032】
【0033】
同様に、図７、図８、および図９もまた、異なる形状の沈殿槽を模式断面図に表しながら、本発明の特徴は、槽の形状に依存するものではないことを示し、一例として、本発明を円形沈殿槽（図７および図８）における中心設計に適用し、さらに円形沈殿槽（図９ａおよび図９ｂ）および矩形沈殿槽（図９ｃおよび図９ｄ）の周辺設計においても適用可能であることを示している。
【符号の説明】
【0034】
１ａ 円形槽
１ｂ 矩形槽
２ 入口構造
３ 入口開口部
３ａ 基本的には水平方向に貫流される入口開口部
３ｂ 基本的には直角に、垂直方向または内側に貫流される入口開口部
４ 高さ、つまり垂直伸長が調整可能な壁
４ａ 壁４の下部領域にある偏向ガイド板
５ａ 内側偏向同様、下部の、かつ一時的な単元あるいは多元装置
５ｂ 一時的に、体積流ＱＩおよびＱＩＩ、また同時に体積流ＱＩＩの流境界における分流装置としても機能する、部分Ｐ１およびＰ２からなる板Ｐとしての多元下部偏向装置
５ｃ 体積流ＱＩＩをさらに上方流路偏向する、５ｂに準ずる装置
６ 角度が調節可能な流路偏向板
７ 固定配置された流路偏向板
８ 浄水排出
９ 濁物質排出
１０ 仕切ミラー
Ｐ 部分板Ｐ１およびＰ２を有する板
ＱＩＮ 入口体積流
ＱＩ 領域ＡＩの部分領域を流れる体積分流
ＱＩＩ 領域ＡＩＩの部分領域を流れる体積分流
１ｂ 矩形槽
２ 入口構造
３ 入口開口部
３ａ 基本的には水平方向に貫流される入口開口部
３ｂ 基本的には直角に、垂直方向または内側に貫流される入口開口部
４ 高さ、つまり垂直伸長が調整可能な壁
４ａ 壁４の下部領域にある偏向ガイド板
５ａ 内側偏向同様、下部の、かつ一時的な単元あるいは多元装置
５ｂ 一時的に、体積流ＱＩおよびＱＩＩ、また同時に体積流ＱＩＩの流境界における分流装置としても機能する、部分Ｐ１およびＰ２からなる板Ｐとしての多元下部偏向装置
５ｃ 体積流ＱＩＩをさらに上方流路偏向する、５ｂに準ずる装置
６ 角度が調節可能な流路偏向板
７ 固定配置された流路偏向板
８ 浄水排出
９ 濁物質排出
１０ 仕切ミラー
Ｐ 部分板Ｐ１およびＰ２を有する板
ＱＩＮ 入口体積流
ＱＩ 領域ＡＩの部分領域を流れる体積分流
ＱＩＩ 領域ＡＩＩの部分領域を流れる体積分流
【図1a】
【図1b】
【図1c】
【図2a】
【図2b】
【図2c】
【図3a】
【図3b】
【図4a】
【図4b】
【図5a】
【図5b】
【図6a】
【図6b】
【図7a】
【図7b】
【図7c】
【図8a】
【図8b】
【図8c】
【図8d】
【図9a】
【図9b】
【図9c】
【図9d】