排水浄化処理装置
【課題】懸濁物質を含有する排水を連続処理可能であり、全体の小型化が可能な排水浄化処理装置の提供。
【解決手段】第１の槽１０と第２の槽２０とを備える排水浄化処理装置１において、第２の槽２０内に、上方が尖った円錐形の内部構造物３５を設置し、第２の槽２０の円筒形をなす内壁２１上の下部に、第１の槽１０から混合水Ｗ２が流入する流入口２３を、形成し、流入口２３において、混合水Ｗ２が流入する向きが、横向きであり、かつ、内壁２１と内部構造物３５の外壁３６との間に向かう向きであり、第２の槽２０の上部に、混合水Ｗ２が流出する流出口２３を、形成し、流出口２３にフィルタ２７を設置する。
【解決手段】第１の槽１０と第２の槽２０とを備える排水浄化処理装置１において、第２の槽２０内に、上方が尖った円錐形の内部構造物３５を設置し、第２の槽２０の円筒形をなす内壁２１上の下部に、第１の槽１０から混合水Ｗ２が流入する流入口２３を、形成し、流入口２３において、混合水Ｗ２が流入する向きが、横向きであり、かつ、内壁２１と内部構造物３５の外壁３６との間に向かう向きであり、第２の槽２０の上部に、混合水Ｗ２が流出する流出口２３を、形成し、流出口２３にフィルタ２７を設置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、懸濁物質を含有する排水を凝集剤によって浄化処理する際に使用される排水浄化処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
日々、懸濁物質を含有する排水が我々の周囲において発生している。かかる排水は浄化処理を施されてから外界に放出される。排水の浄化処理においては、凝集剤が一般的に用いられている。
代表的な凝集剤として、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム、［Ａｌ２（ＯＨ）ｎＣｌ６−ｎ］ｍ）や硫酸バンド（硫酸アルミニウム、Ａｌ２（ＳＯ４）・ｎＨ２Ｏ）を挙げることができる。
【０００３】
排水中の懸濁物質は凝集剤によってフロックとなる。そして、フロックが排水から分離される。
排水を凝集剤によって浄化処理するために、様々な排水浄化処理装置が提唱されている。一般的に用いられている排水浄化処理装置は、反応槽、撹拌槽及び沈降分離槽を有している（例えば、特許文献１を参照）。このような排水浄化処理装置において、排水の浄化処理は以下のようにして行われる。
【０００４】
まず、反応槽において、凝集剤が排水に加えられて、混合水がつくられる。混合水中において、凝集剤が懸濁物質を引き寄せ、小さなフロックが形成される。次いで、混合水は撹拌槽に送られる。撹拌槽内において、混合水がゆっくりと撹拌される。この撹拌により、小さなフロックどうしが集まり、大きなフロックが形成される。大きなフロックが形成されたら、混合水は沈降分離槽に送られる。沈降分離槽において、混合水は静置され、フロックが沈降する。そして、混合水は沈降したフロックと上澄み液とに分離される。
混合水から分離された上澄み液は、そのまま外界に放流される。あるいは、上澄み液は、その性状に応じてさらに別の処理を施される。また、沈降したフロックは、水切りされてから地中に埋設される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１１９５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した排水浄化処理装置において、反応槽、撹拌槽及び沈降分離槽が必須の構成要素となっている。撹拌槽においては、混合水中で大きなフロックが形成されまでの間、混合水を撹拌し続けることが必要である。また、沈降分離槽においては、フロックが沈降するまでの間、混合水を静置しておくことが必要である。
【０００７】
このような排水浄化処理装置においては、排水を撹拌槽及び沈降分離槽に連続供給することができない。すなわち、排水浄化処理装置における排水の浄化処理は、回分処理にならざるを得ない。したがって、未処理の排水を貯めておく槽が必要になる。また、排水の量が多くなれば、撹拌槽及び沈降分離槽の容積を大きくして対応しなければならないし、未処理の排水を貯めておく槽の容積をも大きくしなければならない。結果として、排水浄化処理装置の全体が大型化してしまう。
本発明は、上記問題を解決するものであり、その目的とするところは、排水を連続処理可能であり、全体の小型化が可能である排水浄化処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、その課題を解決するために以下のような構成をとる。請求項１の発明に係る排水浄化処理装置は、懸濁物質を含有する排水と凝集剤とが混合されて混合水となる第１の槽と、混合水が当該第１の槽から流入する第２の槽と、を有し、前記第２の槽の内壁は、円形の横断面が上下方向に連続する形状を有し、前記第２の槽の内部に、内部構造物が設置されており、当該内部構造物は、円形の横断面が上下方向に連続する形状を有し、前記第２の槽の横断面において、前記第２の槽の内壁と、前記内部構造物の外壁と、の間に挟まれた環状部分の面積が、下から上に向かって徐々に大きくなっており、前記第２の槽の下部の内壁上に、前記第１の槽から混合水が流入する流入口が、形成されており、当該流入口において、混合水が流入する向きは、横向きであり、かつ、前記第２の槽の内壁と前記内部構造物の外壁との間に向かう向きであり、前記第２の槽の上部に、前記第２の槽の上部まで上昇した混合水が流出する第１の流出口が、形成されており、前記第２の槽の上部と、前記第１の流出口と、のうちの少なくともいずれか一方に、混合水からフロックを捕捉する第１の捕捉手段が、形成されている。
【０００９】
第１の槽内において、排水と凝集剤とが混合して混合水となる。排水と凝集剤との混合手段は特に限定されない。第１の槽内に、排水の流れが形成されると、凝集剤はこの流れにのって排水中に拡散する。また、第１の槽の内壁上に突出物が形成されていてもよい。排水の流れが突出物に当たると、排水の流れが乱れる。排水の流れの乱れが排水と凝集剤との混合を促進する。混合水中では、凝集剤が懸濁物質を引き寄せ、小さなフロックが形成される。
【００１０】
第１の槽の混合水は、流入口から第２の槽に流入する。第１の槽から第２の槽への混合水の移送手段は特に限定されない。第１の槽における混合水の水位が第２の槽における混合水の水位よりも高く維持されていれば、水頭差により、混合水は第１の槽から第２の槽へ流れる。また、ポンプ等を用いて混合水を第１の槽から第２の槽へ流すことも可能である。
流入口において、混合水の流れの向きは、横向きであり、かつ、第２の槽の内壁と内部構造物の外壁との間に向かう向きである。第２の槽内では、第２の槽の内壁と内部構造物の外壁とが混合水の流れを案内する。この結果、混合水は第２の槽の内壁と内部構造物の外壁との間の環状部分を旋回しつつ流れる。
【００１１】
第２の槽の横断面において、環状部分の面積が下から上に向かって徐々に大きくなっている。このため、第２の槽の内壁と内部構造物の外壁とのうちの少なくともいずれか一方は、斜め上向きの面となる。環状部分を旋回して流れる混合水はこの斜め上向きの面から上方への力を受ける。結果として、混合水は環状部分において上向きの螺旋流を形成する。この螺旋流の流速は下から上に向かって徐々に遅くなる。
【００１２】
混合水中のフロックは螺旋流にのって環状部分を徐々に上昇する。この上昇過程において、混合水中のフロックが互いに集まる。螺旋流が第２の槽の上部に達するまでの間に、大きなフロックが混合水中に形成される。
環状部分において、混合水が螺旋流となって流れる距離は、螺旋流が描く螺旋のピッチに応じて変化する。螺旋のピッチが短くなれば、混合水が螺旋流となって流れる距離が長くなる。また、上方における環状部分の横断面積が大きくなればなるほど、螺旋流の流速が遅くなる。そして、混合水が螺旋を描きつつ流れる時間が長くなる。螺旋流の螺旋のピッチや環状部分の横断面積を調節することで、混合水中で形成されるフロックの大きさを調節することができる。
【００１３】
第２の槽の上部に大きなフロックが集まる。そして、第２の槽の上部に達した混合水は第１の流出口から流出する。第２の槽の上部または第１の流出口において、第１の捕捉手段が混合水からフロックを捕捉する。
排水浄化処理装置に懸濁物質を含有する排水を連続供給することが可能である。そして、必要な槽の数は２つで足り、沈降分離槽が不要である。
【００１４】
第２の槽の内壁の横断面は、真円であってもよいし、真円以外の楕円等であってもよい。また、内部構造物の横断面は、真円であってもよいし、真円以外の楕円等であってもよい。なお、環状部分において、混合水の螺旋流に乱れが生じることを防止することは、混合水中に大きなフロックを形成する観点から好ましい。したがって、第２の槽の内壁の横断面と内部構造物の横断面とは、ともに真円または真円に近い形状であることが好ましい。
【００１５】
第２の槽の内壁において、同じ大きさの円形横断面が上下に連続していてもよいし、円形横断面の大きさが上下方向に連続して変化していてもよい。内部構造物においても、同じ大きさの円形横断面が上下に連続していてもよいし、円形横断面の大きさが上下方向に連続して変化していてもよい。
第１の捕捉手段は、例えば、混合水を濾過するフィルタであればよい。また、第１の捕捉手段は、混合水の水面からフロックを掻き取るスキマであってもよい。
【００１６】
請求項２の発明に係る排水浄化処理装置は、請求項１に記載の排水浄化処理装置であって、前記第１の槽と前記第２の槽とを接続する混合水の流路に、気泡の噴出口が形成されており、当該噴出口から噴出される気泡の径が、２０〜６０μｍである。
混合水中に、気泡の噴出口から２０〜６０μｍの径を有する気泡が噴出される。本願発明者の知見によれば、混合水中において、２０〜６０μｍの径を有する気泡は以下の効果を奏する。すなわち、混合水中において、気泡の表面はプラスかマイナスに帯電している。また、気泡は螺旋流にのって流れる。螺旋流中において、気泡がフロックを形成する凝集剤または懸濁物を引き寄せる。そして、気泡がフロックの沈降を防止する。また、同時に、気泡はフロックどうしが集まって大きくなることを促進する。
【００１７】
気泡の噴出口から噴出する気泡の径が２０μｍ未満である場合、本願発明者の知見によれば、以下の不具合が生じる。すなわち、気泡が混合水中で収縮してしまう。そして、気泡が混合水中から消滅してしまう。
また、気泡の噴出口から噴出する気泡の径が６０μｍを超える場合、本願発明者の知見によれば、以下の不具合が生じる。すなわち、気泡の噴出口から噴出する気泡は、膨張し、螺旋流にのることなくまっすぐに上昇してしまう。また、単位体積当たり気泡に引き寄せられるフロックの量も少ない。
【００１８】
したがって、フロックの沈降を防止するとともに大きなフロックを形成する観点から、気泡の噴出口から噴出する気泡は２０〜６０μｍの径を有していることが好ましい。
なお、第１の槽と第２の槽とを接続する混合水の流路には、第２の槽における混合水の流入口も含まれる。
【００１９】
請求項３の発明に係る排水浄化処理装置は、請求項１又は請求項２に記載の排水浄化処理装置であって、前記第２の槽の下部において、前記流入口よりも低い位置に、混合水が流出する第２の流出口が形成されており、前記吐出口と前記第２の流出口との間と、前記第２の流出口と、のうちの少なくともいずれか一方に、前記第２の流出口から流出する混合水からフロックを捕捉する第２の捕捉手段が、形成されている。
【００２０】
混合水の一部が第２の流出口から流出する。この流出量を調節することにより、環状部分における混合水の流量や流速が調節される。そして、環状部分における混合水の流量や流速を調節することにより、第２の槽の上部に集まるフロックの大きさを調節することができる。
第２の槽内において、流入口と第２の流出口との間に、第２の流出口から流出する混合水の流量制御手段を設けることが可能である。また、第２の流出口に、混合水の流量制御手段を設けることも可能である。この流量制御手段は、例えば、流量制御弁であってもよいし、可変絞りであってもよい。
【００２１】
第２の流出口は流入口よりも低い位置にある。混合水中のフロックの大半は螺旋流にのって環状部分を上昇してしまう。したがって、第２の流出口に向かって流れるフロックの量は少ない。また、第２の捕捉手段が第２の流出口に向かって流れるフロックを捕捉し、第２の流出口からフロックが流出することを防止する。
【００２２】
請求項４の発明に係る排水浄化処理装置は、請求項１から請求項３のうちのいずれかの請求項に記載の排水浄化処理装置であって、前記内部構造物の内部に、空洞が形成されており、前記内部構造物の上端部と下端部とにおいて、当該空洞が開口しており、前記内部構造物の下端部における前記空洞の開口と前記吐出口との間と、前記空洞と、のうちの少なくともいずれか一方に、前記空洞に流れる混合水からフロックを捕捉する第３の捕捉手段が、形成されている。
【００２３】
混合水の一部が空洞を通って第２の槽の上部に流れる。空洞を流れる混合水の流量を調節することにより、環状部分における混合水の流量や流速を調節することができる。そして、環状部分における混合水の流量や流速を調節することにより、第２の槽の上部に集まるフロックの大きさを調節することができる。
【００２４】
第２の槽内において、流入口と空洞との間に空洞を流れる混合水の流量制御手段を設けることが可能である。また、空洞の内部に空洞を流れる混合水の流量制御手段を設けることも可能である。この流量制御手段は、例えば、流量制御弁であってもよいし、可変絞りであってもよい。
第３の捕捉手段が空洞を流れる混合水からフロックを捕捉する。この結果、小さなフロックが第２の槽の上部に集まることが防止される。
【００２５】
請求項５の発明に係る排水浄化処理装置は、請求項１から請求項４のうちのいずれかの請求項に記載の排水浄化処理装置であって、前記第１の槽の底部の内面が、下に尖ったコーン状をなし、前記第１の槽の底部に、排水の流入口が形成されており、当該流入口から排水が流入する向きが、前記第１の槽の底部の内面に沿った向きである。
第１の槽に流れ込んだ排水は第１の槽の底部の内面に案内され、螺旋流となって上昇する。この排水の螺旋流内において、凝集剤が排水中に拡散し、排水と凝集剤とが混合される。
【００２６】
なお、排水が流入口から第１の槽に流入するに際し、排水が流入する向きは、第１の槽の内面に沿った向きであれば良く、横向きであっても良いし、斜め上向きであっても良いし、斜め下向きであっても良い。ただし、第１の槽内において、攪拌機を使わずに排水と凝集剤とを混合する場合、排水が流入する向きは、横向きであることが最も好ましい。排水が流入する向きが横向きであれば、排水の螺旋流のピッチが短くなり、排水が螺旋流となって流れる距離が長くなる。そして、凝集剤が排水中に拡散する時間が長くなり、排水と凝集剤との混合がすすむ。
【００２７】
請求項６の発明に係る排水浄化処理装置は、請求項５に記載の排水浄化処理装置であって、前記第１の槽の底部に、凝集剤の投入口が形成されており、凝集剤の当該投入口は、空気の噴出口を兼ねている。
凝集剤は、空気の流れに乗って投入口から第１の槽に入る。また、この空気の流れは、第１の槽内で排水の螺旋流と一緒に流れる。排水と空気とが一緒に流れることにより、排水の螺旋流に乱れが生じる。そして、空気の流れにのった凝集剤は、排水中に拡散し、排水と凝集剤とが混合される。
【００２８】
なお、第１の槽において、凝集剤が空気の流れにのって流入する向きは、排水が流入する向きと同じであることが好ましい。両方を同じ向きとすることにより、第１の槽において、排水の螺旋流の乱れが大きくなりすぎることを抑制できる。また、混合水中に形成されたフロックが、螺旋流の乱れによって壊れることを抑制できる。
【００２９】
請求項７の発明に係る排水浄化処理装置は、請求項６に記載の排水浄化処理装置であって、前記第１の槽の上部に、前記第１の槽から前記第２の槽への混合水の流出口が形成されている。
排水の流入口と凝集剤の投入口は、第１の槽の底部に形成されている。第１の槽の底部において、排水の流れと空気の流れが一緒になるとき、排水の螺旋流に大きな乱れが生じる。排水の螺旋流に生じる乱れは、第１の槽の上部に近づくにつて小さくなる。第１の槽の底部において、螺旋流の乱れが、排水と凝集剤との混合を促進する。第１の槽の上部においては、螺旋流の乱れが小さくなるので、混合水中で壊れるフロックが少ない。第１の槽の上部に混合水の流出口を形成することにより、第１の槽の上部に集まったフロックをそのまま第２の槽へ送ることができる。
【発明の効果】
【００３０】
上記のような排水浄化処理装置であるので、排水を連続処理可能であり、全体の小型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】排水浄化処理装置の構成図である。
【図２】第２の槽の縦断面の部分構成図である。
【図３】第２の槽の横断面の構成図である。
【図４】変形例に係る第１の槽の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の実施の形態を図１から図３を参照しつつ説明する。
以下の説明において、混合水Ｗ２とは、「懸濁物質Ｓを含有する排水Ｗ１と、凝集剤Ａと、が混合してなる水」のことをいうものとし、浄化水Ｗ３とは、「混合水Ｗ２からフロックＦを除去した水」のことをいうものとする。
排水浄化処理装置１は、第１の槽１０及び第２の槽２０を有する。第１の槽１０と第２の槽２０とは配管４２を介して互いに接続されている。配管４２が混合水Ｗ２の流路をなしている。
【００３３】
第１の槽１０の上部に、排水Ｗ１の流入口１３と凝集剤Ａの投入口１４とが形成されており、第１の槽１０の下部に、混合水Ｗ２の流出口１５が形成されている。流出口１５は配管４２の第１の槽１０側端部である。ポンプ４３が流入口１３の上流側に設置されており、排水Ｗ１を第１の槽１０内に吐出可能に構成されている。第１の槽１０内の上部近傍と底部近傍と中央部近傍とには、攪拌機１７がそれぞれ設置されている。第１の槽１０の内壁１１上に、板状体１８が脚１８Ａを介して突出して設置されている。板状体１８の内壁１１側の縁と内壁１１との間には隙間１８Ｂが形成されている。攪拌機１７と板状体１８とが撹拌手段をなしている。
【００３４】
第２の槽２０は円筒形容器である。第２の槽２０の内壁２１は同じ大きさと形の円形横断面を上下方向に連続して有している。内壁２１の円形横断面の形は真円である。
第２の槽２０の下部において、内壁２１上に混合水の流入口２３が形成されている。流入口２３は配管４２の第２の槽２０側端部であり、配管４２の一部をなしている。流入口２３において、混合水Ｗ２が流れる向きは、横向きであり、かつ、内壁２１と後述する内部構造物３５の外壁３６との間に向かう向きである。
【００３５】
流入口２３に、気泡Ｂの噴出口２４が形成されている。噴出口２４は気泡発生手段４４に連なっている。噴出口２４は、配管４２を流れる混合水Ｗ２中に２０〜６０μｍの径を有する気泡Ｂを噴出可能に構成されている。
第２の槽２０の上部に、混合水Ｗ２の流出口２６が形成されている。流出口２６が第１の流出口をなしている。流出口２６が形成されている位置の高さは第１の槽１０の上端部の位置の高さよりも低い。流出口２６には、フィルタ２７が形成されている。フィルタ２７が第１の補足手段をなしている。また、流出口２６には、流量制御弁２８が設置されている。
【００３６】
第２の槽２０の底部に、混合水Ｗ２の流出口３０が形成されている。流出口３０が第２の流出口となしている。流出口３０には、流量制御弁３１が設置されている。
網３３が第２の槽２０内に水平に張られている。網３３の位置は流入口２３の位置よりも下方である。網３３は第２の槽２０内を上下に二分している。流入口２３と流出口３０との間は、網３３によって隔てられている。網３３が第２の補足手段をなしている。
【００３７】
第２の槽２０内に、内部構造物３５が設置されている。内部構造物３５は上部が尖った円錐形をなし、その円形横断面の径が下から上に向かって徐々に小さくなっている。内部構造物３５の円形横断面の形は真円である。
内部構造物３５は網３３の上に支承されている。内部構造物３５の上下方向の中心軸線は、第２の槽２０の上下方向の中心軸線と一致している。内部構造物３５の上端部がある位置の高さは、流出口２６が形成されている位置の高さよりも低い。
【００３８】
第２の槽２０において、内壁２１と内部構造物３５の外壁３６との間に挟まれた部分が、環状部分４０をなしている。環状部分４０の横断面積は下から上に向かって徐々に大きくなっている。
内部構造物３５は内側に空洞３７を有している。空洞３７は、内部構造物３５の上端部において開口し、第２の槽２０内につながっている。また、空洞３７は、内部構造物３５の下端部においても開口し、網３３を介して第２の槽２０内につながっている。網３３は第３の補足手段をも兼ねている。空洞３７内には、流量制御弁３８が設置されている。
【００３９】
以上が排水浄化処理装置１の構成である。次に、排水浄化処理装置１が奏する作用効果について説明する。
最初、作業員は、流量制御弁２８、流量制御弁３１及び流量制御弁３８を閉じておく。そして、作業員は、第１の槽１０と第２の槽２０とに清浄な水を満たす。
次いで、作業員は、流量制御弁２８を開く。そして、作業員は、ポンプ４３を稼働させて排水Ｗ１を流入口１３から第１の槽１０内に吐出する。同時に、作業員は、凝集剤Ａを投入口１４から第１の槽１０内に投入する。さらに、作業員は、気泡発生手段４４を稼働させ、噴出口２４から気泡Ｂの噴出を開始する。
【００４０】
作業員は、攪拌機１７により、第１の槽１０内で排水Ｗ１を撹拌する。第１の槽１０内において、排水Ｗ１が撹拌され、流れｆ１が形成される。凝集剤Ａが流れｆ１にのり排水Ｗ１中に拡散する。そして、排水Ｗ１と凝集剤Ａとが混合し、混合水Ｗ２がつくられる。流れｆ１は、板状体１８に当たって乱れる。また、流れｆ１が、板状体１８と内壁１１との間の隙間１８Ｂを通ることによって、流れｆ１の乱れがさらに大きくなる。流れｆ１が乱れることにより、排水Ｗ１と凝集剤Ａとの混合が促進される。混合水Ｗ２中において、凝集剤Ａが懸濁物質Ｓを引き寄せ、小さなフロックＦが形成される。
【００４１】
また、作業員は、ポンプ４３の吐出量と流量制御弁２８の開度とを調節し、第１の槽１０内の水面の高さを、第２の槽２０内の水面の高さよりも高く維持する。この結果、第１の槽１０内の混合水Ｗ２は流出口１５から配管４２に流れ込む。配管４２に流れ込んだ混合水Ｗ２は、流入口２３から第２の槽２０内に流入する。
流入口２３において、気泡Ｂが噴出口２４から混合水Ｗ２中に噴出される。そして、気泡Ｂが混合水Ｗ２とともに第２の槽２０内に流入する。
【００４２】
流入口２３において、混合水Ｗ２の流れは、部分４０に向かう横向きの流れであり、かつ、内壁２１と外壁３６との間に向かう向きの流れである。流入口２３を出た混合水Ｗ２の流れは、第２の槽２０の内壁２１と内部構造物３５の外壁３６とによって案内され、環状部分４０を旋回する。また、混合水Ｗ２の流れは外壁３６から上向きの力を受ける。この結果、混合水Ｗ２の流れは上向きの螺旋流ｆ２を形成する。また、環状部分４０の横断面積が下から上に向かって徐々に大きくなっているので、螺旋流ｆ２の流速は下から上に向かって徐々に遅くなる。
【００４３】
気泡ＢとフロックＦは螺旋流ｆ２にのって環状部分４０を旋回しつつ徐々に上昇する。螺旋流ｆ２中において、小さなフロックＦどうしが集まり、大きなフロックＦが形成される。また、気泡ＢがフロックＦを形成する凝集剤Ａ又は懸濁物質Ｓを引き寄せる。気泡ＢはフロックＦの沈降を防止し、大きなフロックＦの形成を促進する。そして、螺旋流ｆ２中で形成された大きなフロックＦは第２の槽２０の上部に集まる。
【００４４】
第２の槽２０の上部において、混合水Ｗ２は大きなフロックＦとともに流出口２６へ流れる。流出口２６において、フィルタ２７がフロックＦを捕捉する。したがって、流出口２６において、混合水Ｗ２はフロックＦを除去されて浄化水Ｗ３となる。
螺旋流ｆ２の流量と流速が変化すると、混合水Ｗ２が螺旋流ｆ２となって環状部分４０を流れる時間が変化する。また、螺旋流ｆ２中で互いに集まるフロックＦの量が変化する。したがって、環状部分４０における螺旋流ｆ２の流量と流速を調節することによって、第２の槽２０の上部に集まるフロックＦの大きさを調節することができる。螺旋流ｆ２の流量と流速の調節は、流量制御弁３１及び流量制御弁３８の開度をそれぞれ調節することによって可能である。
【００４５】
作業員が流量制御弁３１を開くと、混合水Ｗ２の一部が、流入口２３から流出口３０へ流れる。この結果、螺旋流ｆ２の流量が減り、螺旋流ｆ２の流速が遅くなる。また、網３３が流出口３０に流れる混合水Ｗ２からフロックＦを除去する。そして、混合水Ｗ２は浄化水Ｗ３となって流出口３０から流出する。
作業員が流量制御弁３８を開くと、混合水Ｗ２の一部が流入口２３から空洞３７へ流れる。この結果、環状部分４０における螺旋流ｆ２の流量が減り、螺旋流ｆ２の流速が遅くなる。また、網３３が空洞３７に流れる混合水Ｗ２からフロックＦを捕捉する。したがって、小さなフロックＦが空洞３７を通って第２の槽２０の上部に集まることが防止されている。
【００４６】
なお、第１の槽１０の底部の形状と、排水Ｗ１の流入口１３の位置と、凝集剤Ａの投入口１４の位置と、混合水Ｗ２の流出口１５の位置とを、図４の変形例に示す構成とすることが可能である。
すなわち、変形例において、第１の槽１０の底部の内面は下方に尖ったコーン状をなしている。そして、第１の槽１０の底部に、排水Ｗ１の流入口１３と凝集剤Ａの投入口１４が隣り合って形成されている。流入口１３は、第１の槽１０の底部の内面に沿って横方向を向いている。投入口１４も、第１の槽１０の底部の内面に沿って横方向を向いている。
【００４７】
また、第１の槽１０の内壁１１上には、板状体が設置されていない。混合水Ｗ２の流出口１５が、第１の槽１０の上部に形成されている。そして、第１の槽１０内の底部近傍に、攪拌機１７が設置されている。
投入口１４は配管５０を介してエアコンプレッサ５５に接続されている。配管５０の途中にはベンチュリ５３が設置されている。ベンチュリ５３のオリフィスの上流側において、配管５０には配管５１の一端が接続されており、配管５１の他端は凝集剤Ａのホッパー５６に接続されている。第１の槽１０において、投入口１４は、空気の噴出口を兼ねている。
【００４８】
作業員は、ポンプ４３を稼働させて、排水Ｗ１を流入口１３から第１の槽１０内に吐出する。同時に、作業員は、エアコンプレッサ５５を稼働させ、配管５０に空気を流す。また、ホッパー５６の凝集剤Ａを配管５１に送る。
配管５０中の空気の流れは、ベンチュリ５３において速度を増し、凝集剤Ａを配管５１から吸引する。そして、凝集剤Ａは空気の流れにのって投入口１４から第１の槽１０内に吐出される。
排水Ｗ１は、流入口１３から第１の槽１０内に吐出されて、流れｆ１を形成する。流れｆ１は、第１の槽１０の底部の内面に案内され、螺旋流となって上昇する。
【００４９】
投入口１４が流入口１３に隣接しているので、投入口１４から吐出される空気の流れは、排水Ｗ１と一緒になって第１の槽１０に流入する。この際、排水Ｗ１と凝集剤Ａとが混合する。投入口１４から吐出される空気の流れは、凝集剤Ａともに第１の槽１０の底部の内面に案内され、流れｆ１の一部を形成し、螺旋流となって上昇する。流れｆ１が上昇する過程においても、凝集剤Ａが排水Ｗ１中に拡散し、排水Ｗ１と凝集剤Ａとが混合する。さらに、作業員は、攪拌機１７を用いて、排水Ｗ１と凝集剤Ａとの混合を促進することができる。
【００５０】
排水Ｗ１と凝集剤Ａとが混合して混合水Ｗ２となる。そして、混合水Ｗ２は第１の槽１０の上部まで流れ、流出口１５から配管４２に流れる。
第１の槽１０内において、流れｆ１に生じる乱れは、第１の槽１０の底部近傍において大きく、第１の槽１０の上部近傍では小さい。なぜならば、流れｆ１における大きな乱れの原因は、第１の槽１０の底部近傍に存在するからである。原因の一つは、流入口１３から吐出される排水Ｗ１と投入口１４から吐出される空気とが、第１の槽１０の底部において、一緒になることである。また、他の原因は、第１の槽１０の底部近傍において、攪拌機１７が排水Ｗ１と凝集剤Ａとを混合することである。流れｆ１が第１の槽１０内を上昇するにつれて、流れｆ１の乱れは小さくなる。
【００５１】
第１の槽１０の底部近傍では、流れｆ１の乱れが、排水Ｗ１と凝集剤Ａとの混合を促進する。流れｆ１が第１の槽１０の上部に近づくにつれて、排水Ｗ１と凝集剤Ａとの混合が進み、混合水Ｗ２中に形成されるフロックＦが多くなる。第１の槽１０の上部近傍では、流れｆ１の乱れによって小さく壊れるフロックＦの量が少ない。したがって、第１の槽１０の上部近傍に、大きなフロックＦが多く集まる。そして、第１の槽１０の上部近傍に集まったフロックＦが、流出口１５へ混合水Ｗ２とともに流れる。第２の槽２０においては、第１の槽１０から流入するフロックＦがより大きくなる。
なお、作業員は、排水Ｗ１と凝集剤Ａとの混合状態と、第１の槽１０の上部に集まるフロックＦの大きさと、に応じて、攪拌機１７の使用を決定する。
【符号の説明】
【００５２】
１ 排水浄化処理装置
１０ 第１の槽
１１ 第１の槽の内壁
１３ 排水の流入口
１４ 凝集剤の投入口
１５ 混合水の流出口
１７ 攪拌機
１８ 板状体
１８Ａ 脚
１８Ｂ 隙間
２０ 第２の槽
２１ 第２の槽の内壁
２３ 混合水の流入口
２４ 気泡の噴出口
２６ 混合水の流出口
２７ フィルタ
２８ 流量制御弁
３０ 混合水の流出口
３１ 流量制御弁
３３ 網
３５ 内部構造物
３６ 内部構造物の外壁
３７ 空洞
３８ 流量制御弁
４０ 環状部分
４２ 配管
４３ ポンプ
４４ 気泡発生手段
５０、５１ 配管
５３ ベンチュリ
５５ エアコンプレッサ
５６ ホッパー
Ｗ１ 懸濁物質を含有する排水
Ｗ２ 排水と凝集剤とが混合した水
Ｗ３ 浄化水
Ａ 凝集剤
【技術分野】
【０００１】
本発明は、懸濁物質を含有する排水を凝集剤によって浄化処理する際に使用される排水浄化処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
日々、懸濁物質を含有する排水が我々の周囲において発生している。かかる排水は浄化処理を施されてから外界に放出される。排水の浄化処理においては、凝集剤が一般的に用いられている。
代表的な凝集剤として、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム、［Ａｌ２（ＯＨ）ｎＣｌ６−ｎ］ｍ）や硫酸バンド（硫酸アルミニウム、Ａｌ２（ＳＯ４）・ｎＨ２Ｏ）を挙げることができる。
【０００３】
排水中の懸濁物質は凝集剤によってフロックとなる。そして、フロックが排水から分離される。
排水を凝集剤によって浄化処理するために、様々な排水浄化処理装置が提唱されている。一般的に用いられている排水浄化処理装置は、反応槽、撹拌槽及び沈降分離槽を有している（例えば、特許文献１を参照）。このような排水浄化処理装置において、排水の浄化処理は以下のようにして行われる。
【０００４】
まず、反応槽において、凝集剤が排水に加えられて、混合水がつくられる。混合水中において、凝集剤が懸濁物質を引き寄せ、小さなフロックが形成される。次いで、混合水は撹拌槽に送られる。撹拌槽内において、混合水がゆっくりと撹拌される。この撹拌により、小さなフロックどうしが集まり、大きなフロックが形成される。大きなフロックが形成されたら、混合水は沈降分離槽に送られる。沈降分離槽において、混合水は静置され、フロックが沈降する。そして、混合水は沈降したフロックと上澄み液とに分離される。
混合水から分離された上澄み液は、そのまま外界に放流される。あるいは、上澄み液は、その性状に応じてさらに別の処理を施される。また、沈降したフロックは、水切りされてから地中に埋設される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１１９５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した排水浄化処理装置において、反応槽、撹拌槽及び沈降分離槽が必須の構成要素となっている。撹拌槽においては、混合水中で大きなフロックが形成されまでの間、混合水を撹拌し続けることが必要である。また、沈降分離槽においては、フロックが沈降するまでの間、混合水を静置しておくことが必要である。
【０００７】
このような排水浄化処理装置においては、排水を撹拌槽及び沈降分離槽に連続供給することができない。すなわち、排水浄化処理装置における排水の浄化処理は、回分処理にならざるを得ない。したがって、未処理の排水を貯めておく槽が必要になる。また、排水の量が多くなれば、撹拌槽及び沈降分離槽の容積を大きくして対応しなければならないし、未処理の排水を貯めておく槽の容積をも大きくしなければならない。結果として、排水浄化処理装置の全体が大型化してしまう。
本発明は、上記問題を解決するものであり、その目的とするところは、排水を連続処理可能であり、全体の小型化が可能である排水浄化処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、その課題を解決するために以下のような構成をとる。請求項１の発明に係る排水浄化処理装置は、懸濁物質を含有する排水と凝集剤とが混合されて混合水となる第１の槽と、混合水が当該第１の槽から流入する第２の槽と、を有し、前記第２の槽の内壁は、円形の横断面が上下方向に連続する形状を有し、前記第２の槽の内部に、内部構造物が設置されており、当該内部構造物は、円形の横断面が上下方向に連続する形状を有し、前記第２の槽の横断面において、前記第２の槽の内壁と、前記内部構造物の外壁と、の間に挟まれた環状部分の面積が、下から上に向かって徐々に大きくなっており、前記第２の槽の下部の内壁上に、前記第１の槽から混合水が流入する流入口が、形成されており、当該流入口において、混合水が流入する向きは、横向きであり、かつ、前記第２の槽の内壁と前記内部構造物の外壁との間に向かう向きであり、前記第２の槽の上部に、前記第２の槽の上部まで上昇した混合水が流出する第１の流出口が、形成されており、前記第２の槽の上部と、前記第１の流出口と、のうちの少なくともいずれか一方に、混合水からフロックを捕捉する第１の捕捉手段が、形成されている。
【０００９】
第１の槽内において、排水と凝集剤とが混合して混合水となる。排水と凝集剤との混合手段は特に限定されない。第１の槽内に、排水の流れが形成されると、凝集剤はこの流れにのって排水中に拡散する。また、第１の槽の内壁上に突出物が形成されていてもよい。排水の流れが突出物に当たると、排水の流れが乱れる。排水の流れの乱れが排水と凝集剤との混合を促進する。混合水中では、凝集剤が懸濁物質を引き寄せ、小さなフロックが形成される。
【００１０】
第１の槽の混合水は、流入口から第２の槽に流入する。第１の槽から第２の槽への混合水の移送手段は特に限定されない。第１の槽における混合水の水位が第２の槽における混合水の水位よりも高く維持されていれば、水頭差により、混合水は第１の槽から第２の槽へ流れる。また、ポンプ等を用いて混合水を第１の槽から第２の槽へ流すことも可能である。
流入口において、混合水の流れの向きは、横向きであり、かつ、第２の槽の内壁と内部構造物の外壁との間に向かう向きである。第２の槽内では、第２の槽の内壁と内部構造物の外壁とが混合水の流れを案内する。この結果、混合水は第２の槽の内壁と内部構造物の外壁との間の環状部分を旋回しつつ流れる。
【００１１】
第２の槽の横断面において、環状部分の面積が下から上に向かって徐々に大きくなっている。このため、第２の槽の内壁と内部構造物の外壁とのうちの少なくともいずれか一方は、斜め上向きの面となる。環状部分を旋回して流れる混合水はこの斜め上向きの面から上方への力を受ける。結果として、混合水は環状部分において上向きの螺旋流を形成する。この螺旋流の流速は下から上に向かって徐々に遅くなる。
【００１２】
混合水中のフロックは螺旋流にのって環状部分を徐々に上昇する。この上昇過程において、混合水中のフロックが互いに集まる。螺旋流が第２の槽の上部に達するまでの間に、大きなフロックが混合水中に形成される。
環状部分において、混合水が螺旋流となって流れる距離は、螺旋流が描く螺旋のピッチに応じて変化する。螺旋のピッチが短くなれば、混合水が螺旋流となって流れる距離が長くなる。また、上方における環状部分の横断面積が大きくなればなるほど、螺旋流の流速が遅くなる。そして、混合水が螺旋を描きつつ流れる時間が長くなる。螺旋流の螺旋のピッチや環状部分の横断面積を調節することで、混合水中で形成されるフロックの大きさを調節することができる。
【００１３】
第２の槽の上部に大きなフロックが集まる。そして、第２の槽の上部に達した混合水は第１の流出口から流出する。第２の槽の上部または第１の流出口において、第１の捕捉手段が混合水からフロックを捕捉する。
排水浄化処理装置に懸濁物質を含有する排水を連続供給することが可能である。そして、必要な槽の数は２つで足り、沈降分離槽が不要である。
【００１４】
第２の槽の内壁の横断面は、真円であってもよいし、真円以外の楕円等であってもよい。また、内部構造物の横断面は、真円であってもよいし、真円以外の楕円等であってもよい。なお、環状部分において、混合水の螺旋流に乱れが生じることを防止することは、混合水中に大きなフロックを形成する観点から好ましい。したがって、第２の槽の内壁の横断面と内部構造物の横断面とは、ともに真円または真円に近い形状であることが好ましい。
【００１５】
第２の槽の内壁において、同じ大きさの円形横断面が上下に連続していてもよいし、円形横断面の大きさが上下方向に連続して変化していてもよい。内部構造物においても、同じ大きさの円形横断面が上下に連続していてもよいし、円形横断面の大きさが上下方向に連続して変化していてもよい。
第１の捕捉手段は、例えば、混合水を濾過するフィルタであればよい。また、第１の捕捉手段は、混合水の水面からフロックを掻き取るスキマであってもよい。
【００１６】
請求項２の発明に係る排水浄化処理装置は、請求項１に記載の排水浄化処理装置であって、前記第１の槽と前記第２の槽とを接続する混合水の流路に、気泡の噴出口が形成されており、当該噴出口から噴出される気泡の径が、２０〜６０μｍである。
混合水中に、気泡の噴出口から２０〜６０μｍの径を有する気泡が噴出される。本願発明者の知見によれば、混合水中において、２０〜６０μｍの径を有する気泡は以下の効果を奏する。すなわち、混合水中において、気泡の表面はプラスかマイナスに帯電している。また、気泡は螺旋流にのって流れる。螺旋流中において、気泡がフロックを形成する凝集剤または懸濁物を引き寄せる。そして、気泡がフロックの沈降を防止する。また、同時に、気泡はフロックどうしが集まって大きくなることを促進する。
【００１７】
気泡の噴出口から噴出する気泡の径が２０μｍ未満である場合、本願発明者の知見によれば、以下の不具合が生じる。すなわち、気泡が混合水中で収縮してしまう。そして、気泡が混合水中から消滅してしまう。
また、気泡の噴出口から噴出する気泡の径が６０μｍを超える場合、本願発明者の知見によれば、以下の不具合が生じる。すなわち、気泡の噴出口から噴出する気泡は、膨張し、螺旋流にのることなくまっすぐに上昇してしまう。また、単位体積当たり気泡に引き寄せられるフロックの量も少ない。
【００１８】
したがって、フロックの沈降を防止するとともに大きなフロックを形成する観点から、気泡の噴出口から噴出する気泡は２０〜６０μｍの径を有していることが好ましい。
なお、第１の槽と第２の槽とを接続する混合水の流路には、第２の槽における混合水の流入口も含まれる。
【００１９】
請求項３の発明に係る排水浄化処理装置は、請求項１又は請求項２に記載の排水浄化処理装置であって、前記第２の槽の下部において、前記流入口よりも低い位置に、混合水が流出する第２の流出口が形成されており、前記吐出口と前記第２の流出口との間と、前記第２の流出口と、のうちの少なくともいずれか一方に、前記第２の流出口から流出する混合水からフロックを捕捉する第２の捕捉手段が、形成されている。
【００２０】
混合水の一部が第２の流出口から流出する。この流出量を調節することにより、環状部分における混合水の流量や流速が調節される。そして、環状部分における混合水の流量や流速を調節することにより、第２の槽の上部に集まるフロックの大きさを調節することができる。
第２の槽内において、流入口と第２の流出口との間に、第２の流出口から流出する混合水の流量制御手段を設けることが可能である。また、第２の流出口に、混合水の流量制御手段を設けることも可能である。この流量制御手段は、例えば、流量制御弁であってもよいし、可変絞りであってもよい。
【００２１】
第２の流出口は流入口よりも低い位置にある。混合水中のフロックの大半は螺旋流にのって環状部分を上昇してしまう。したがって、第２の流出口に向かって流れるフロックの量は少ない。また、第２の捕捉手段が第２の流出口に向かって流れるフロックを捕捉し、第２の流出口からフロックが流出することを防止する。
【００２２】
請求項４の発明に係る排水浄化処理装置は、請求項１から請求項３のうちのいずれかの請求項に記載の排水浄化処理装置であって、前記内部構造物の内部に、空洞が形成されており、前記内部構造物の上端部と下端部とにおいて、当該空洞が開口しており、前記内部構造物の下端部における前記空洞の開口と前記吐出口との間と、前記空洞と、のうちの少なくともいずれか一方に、前記空洞に流れる混合水からフロックを捕捉する第３の捕捉手段が、形成されている。
【００２３】
混合水の一部が空洞を通って第２の槽の上部に流れる。空洞を流れる混合水の流量を調節することにより、環状部分における混合水の流量や流速を調節することができる。そして、環状部分における混合水の流量や流速を調節することにより、第２の槽の上部に集まるフロックの大きさを調節することができる。
【００２４】
第２の槽内において、流入口と空洞との間に空洞を流れる混合水の流量制御手段を設けることが可能である。また、空洞の内部に空洞を流れる混合水の流量制御手段を設けることも可能である。この流量制御手段は、例えば、流量制御弁であってもよいし、可変絞りであってもよい。
第３の捕捉手段が空洞を流れる混合水からフロックを捕捉する。この結果、小さなフロックが第２の槽の上部に集まることが防止される。
【００２５】
請求項５の発明に係る排水浄化処理装置は、請求項１から請求項４のうちのいずれかの請求項に記載の排水浄化処理装置であって、前記第１の槽の底部の内面が、下に尖ったコーン状をなし、前記第１の槽の底部に、排水の流入口が形成されており、当該流入口から排水が流入する向きが、前記第１の槽の底部の内面に沿った向きである。
第１の槽に流れ込んだ排水は第１の槽の底部の内面に案内され、螺旋流となって上昇する。この排水の螺旋流内において、凝集剤が排水中に拡散し、排水と凝集剤とが混合される。
【００２６】
なお、排水が流入口から第１の槽に流入するに際し、排水が流入する向きは、第１の槽の内面に沿った向きであれば良く、横向きであっても良いし、斜め上向きであっても良いし、斜め下向きであっても良い。ただし、第１の槽内において、攪拌機を使わずに排水と凝集剤とを混合する場合、排水が流入する向きは、横向きであることが最も好ましい。排水が流入する向きが横向きであれば、排水の螺旋流のピッチが短くなり、排水が螺旋流となって流れる距離が長くなる。そして、凝集剤が排水中に拡散する時間が長くなり、排水と凝集剤との混合がすすむ。
【００２７】
請求項６の発明に係る排水浄化処理装置は、請求項５に記載の排水浄化処理装置であって、前記第１の槽の底部に、凝集剤の投入口が形成されており、凝集剤の当該投入口は、空気の噴出口を兼ねている。
凝集剤は、空気の流れに乗って投入口から第１の槽に入る。また、この空気の流れは、第１の槽内で排水の螺旋流と一緒に流れる。排水と空気とが一緒に流れることにより、排水の螺旋流に乱れが生じる。そして、空気の流れにのった凝集剤は、排水中に拡散し、排水と凝集剤とが混合される。
【００２８】
なお、第１の槽において、凝集剤が空気の流れにのって流入する向きは、排水が流入する向きと同じであることが好ましい。両方を同じ向きとすることにより、第１の槽において、排水の螺旋流の乱れが大きくなりすぎることを抑制できる。また、混合水中に形成されたフロックが、螺旋流の乱れによって壊れることを抑制できる。
【００２９】
請求項７の発明に係る排水浄化処理装置は、請求項６に記載の排水浄化処理装置であって、前記第１の槽の上部に、前記第１の槽から前記第２の槽への混合水の流出口が形成されている。
排水の流入口と凝集剤の投入口は、第１の槽の底部に形成されている。第１の槽の底部において、排水の流れと空気の流れが一緒になるとき、排水の螺旋流に大きな乱れが生じる。排水の螺旋流に生じる乱れは、第１の槽の上部に近づくにつて小さくなる。第１の槽の底部において、螺旋流の乱れが、排水と凝集剤との混合を促進する。第１の槽の上部においては、螺旋流の乱れが小さくなるので、混合水中で壊れるフロックが少ない。第１の槽の上部に混合水の流出口を形成することにより、第１の槽の上部に集まったフロックをそのまま第２の槽へ送ることができる。
【発明の効果】
【００３０】
上記のような排水浄化処理装置であるので、排水を連続処理可能であり、全体の小型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】排水浄化処理装置の構成図である。
【図２】第２の槽の縦断面の部分構成図である。
【図３】第２の槽の横断面の構成図である。
【図４】変形例に係る第１の槽の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の実施の形態を図１から図３を参照しつつ説明する。
以下の説明において、混合水Ｗ２とは、「懸濁物質Ｓを含有する排水Ｗ１と、凝集剤Ａと、が混合してなる水」のことをいうものとし、浄化水Ｗ３とは、「混合水Ｗ２からフロックＦを除去した水」のことをいうものとする。
排水浄化処理装置１は、第１の槽１０及び第２の槽２０を有する。第１の槽１０と第２の槽２０とは配管４２を介して互いに接続されている。配管４２が混合水Ｗ２の流路をなしている。
【００３３】
第１の槽１０の上部に、排水Ｗ１の流入口１３と凝集剤Ａの投入口１４とが形成されており、第１の槽１０の下部に、混合水Ｗ２の流出口１５が形成されている。流出口１５は配管４２の第１の槽１０側端部である。ポンプ４３が流入口１３の上流側に設置されており、排水Ｗ１を第１の槽１０内に吐出可能に構成されている。第１の槽１０内の上部近傍と底部近傍と中央部近傍とには、攪拌機１７がそれぞれ設置されている。第１の槽１０の内壁１１上に、板状体１８が脚１８Ａを介して突出して設置されている。板状体１８の内壁１１側の縁と内壁１１との間には隙間１８Ｂが形成されている。攪拌機１７と板状体１８とが撹拌手段をなしている。
【００３４】
第２の槽２０は円筒形容器である。第２の槽２０の内壁２１は同じ大きさと形の円形横断面を上下方向に連続して有している。内壁２１の円形横断面の形は真円である。
第２の槽２０の下部において、内壁２１上に混合水の流入口２３が形成されている。流入口２３は配管４２の第２の槽２０側端部であり、配管４２の一部をなしている。流入口２３において、混合水Ｗ２が流れる向きは、横向きであり、かつ、内壁２１と後述する内部構造物３５の外壁３６との間に向かう向きである。
【００３５】
流入口２３に、気泡Ｂの噴出口２４が形成されている。噴出口２４は気泡発生手段４４に連なっている。噴出口２４は、配管４２を流れる混合水Ｗ２中に２０〜６０μｍの径を有する気泡Ｂを噴出可能に構成されている。
第２の槽２０の上部に、混合水Ｗ２の流出口２６が形成されている。流出口２６が第１の流出口をなしている。流出口２６が形成されている位置の高さは第１の槽１０の上端部の位置の高さよりも低い。流出口２６には、フィルタ２７が形成されている。フィルタ２７が第１の補足手段をなしている。また、流出口２６には、流量制御弁２８が設置されている。
【００３６】
第２の槽２０の底部に、混合水Ｗ２の流出口３０が形成されている。流出口３０が第２の流出口となしている。流出口３０には、流量制御弁３１が設置されている。
網３３が第２の槽２０内に水平に張られている。網３３の位置は流入口２３の位置よりも下方である。網３３は第２の槽２０内を上下に二分している。流入口２３と流出口３０との間は、網３３によって隔てられている。網３３が第２の補足手段をなしている。
【００３７】
第２の槽２０内に、内部構造物３５が設置されている。内部構造物３５は上部が尖った円錐形をなし、その円形横断面の径が下から上に向かって徐々に小さくなっている。内部構造物３５の円形横断面の形は真円である。
内部構造物３５は網３３の上に支承されている。内部構造物３５の上下方向の中心軸線は、第２の槽２０の上下方向の中心軸線と一致している。内部構造物３５の上端部がある位置の高さは、流出口２６が形成されている位置の高さよりも低い。
【００３８】
第２の槽２０において、内壁２１と内部構造物３５の外壁３６との間に挟まれた部分が、環状部分４０をなしている。環状部分４０の横断面積は下から上に向かって徐々に大きくなっている。
内部構造物３５は内側に空洞３７を有している。空洞３７は、内部構造物３５の上端部において開口し、第２の槽２０内につながっている。また、空洞３７は、内部構造物３５の下端部においても開口し、網３３を介して第２の槽２０内につながっている。網３３は第３の補足手段をも兼ねている。空洞３７内には、流量制御弁３８が設置されている。
【００３９】
以上が排水浄化処理装置１の構成である。次に、排水浄化処理装置１が奏する作用効果について説明する。
最初、作業員は、流量制御弁２８、流量制御弁３１及び流量制御弁３８を閉じておく。そして、作業員は、第１の槽１０と第２の槽２０とに清浄な水を満たす。
次いで、作業員は、流量制御弁２８を開く。そして、作業員は、ポンプ４３を稼働させて排水Ｗ１を流入口１３から第１の槽１０内に吐出する。同時に、作業員は、凝集剤Ａを投入口１４から第１の槽１０内に投入する。さらに、作業員は、気泡発生手段４４を稼働させ、噴出口２４から気泡Ｂの噴出を開始する。
【００４０】
作業員は、攪拌機１７により、第１の槽１０内で排水Ｗ１を撹拌する。第１の槽１０内において、排水Ｗ１が撹拌され、流れｆ１が形成される。凝集剤Ａが流れｆ１にのり排水Ｗ１中に拡散する。そして、排水Ｗ１と凝集剤Ａとが混合し、混合水Ｗ２がつくられる。流れｆ１は、板状体１８に当たって乱れる。また、流れｆ１が、板状体１８と内壁１１との間の隙間１８Ｂを通ることによって、流れｆ１の乱れがさらに大きくなる。流れｆ１が乱れることにより、排水Ｗ１と凝集剤Ａとの混合が促進される。混合水Ｗ２中において、凝集剤Ａが懸濁物質Ｓを引き寄せ、小さなフロックＦが形成される。
【００４１】
また、作業員は、ポンプ４３の吐出量と流量制御弁２８の開度とを調節し、第１の槽１０内の水面の高さを、第２の槽２０内の水面の高さよりも高く維持する。この結果、第１の槽１０内の混合水Ｗ２は流出口１５から配管４２に流れ込む。配管４２に流れ込んだ混合水Ｗ２は、流入口２３から第２の槽２０内に流入する。
流入口２３において、気泡Ｂが噴出口２４から混合水Ｗ２中に噴出される。そして、気泡Ｂが混合水Ｗ２とともに第２の槽２０内に流入する。
【００４２】
流入口２３において、混合水Ｗ２の流れは、部分４０に向かう横向きの流れであり、かつ、内壁２１と外壁３６との間に向かう向きの流れである。流入口２３を出た混合水Ｗ２の流れは、第２の槽２０の内壁２１と内部構造物３５の外壁３６とによって案内され、環状部分４０を旋回する。また、混合水Ｗ２の流れは外壁３６から上向きの力を受ける。この結果、混合水Ｗ２の流れは上向きの螺旋流ｆ２を形成する。また、環状部分４０の横断面積が下から上に向かって徐々に大きくなっているので、螺旋流ｆ２の流速は下から上に向かって徐々に遅くなる。
【００４３】
気泡ＢとフロックＦは螺旋流ｆ２にのって環状部分４０を旋回しつつ徐々に上昇する。螺旋流ｆ２中において、小さなフロックＦどうしが集まり、大きなフロックＦが形成される。また、気泡ＢがフロックＦを形成する凝集剤Ａ又は懸濁物質Ｓを引き寄せる。気泡ＢはフロックＦの沈降を防止し、大きなフロックＦの形成を促進する。そして、螺旋流ｆ２中で形成された大きなフロックＦは第２の槽２０の上部に集まる。
【００４４】
第２の槽２０の上部において、混合水Ｗ２は大きなフロックＦとともに流出口２６へ流れる。流出口２６において、フィルタ２７がフロックＦを捕捉する。したがって、流出口２６において、混合水Ｗ２はフロックＦを除去されて浄化水Ｗ３となる。
螺旋流ｆ２の流量と流速が変化すると、混合水Ｗ２が螺旋流ｆ２となって環状部分４０を流れる時間が変化する。また、螺旋流ｆ２中で互いに集まるフロックＦの量が変化する。したがって、環状部分４０における螺旋流ｆ２の流量と流速を調節することによって、第２の槽２０の上部に集まるフロックＦの大きさを調節することができる。螺旋流ｆ２の流量と流速の調節は、流量制御弁３１及び流量制御弁３８の開度をそれぞれ調節することによって可能である。
【００４５】
作業員が流量制御弁３１を開くと、混合水Ｗ２の一部が、流入口２３から流出口３０へ流れる。この結果、螺旋流ｆ２の流量が減り、螺旋流ｆ２の流速が遅くなる。また、網３３が流出口３０に流れる混合水Ｗ２からフロックＦを除去する。そして、混合水Ｗ２は浄化水Ｗ３となって流出口３０から流出する。
作業員が流量制御弁３８を開くと、混合水Ｗ２の一部が流入口２３から空洞３７へ流れる。この結果、環状部分４０における螺旋流ｆ２の流量が減り、螺旋流ｆ２の流速が遅くなる。また、網３３が空洞３７に流れる混合水Ｗ２からフロックＦを捕捉する。したがって、小さなフロックＦが空洞３７を通って第２の槽２０の上部に集まることが防止されている。
【００４６】
なお、第１の槽１０の底部の形状と、排水Ｗ１の流入口１３の位置と、凝集剤Ａの投入口１４の位置と、混合水Ｗ２の流出口１５の位置とを、図４の変形例に示す構成とすることが可能である。
すなわち、変形例において、第１の槽１０の底部の内面は下方に尖ったコーン状をなしている。そして、第１の槽１０の底部に、排水Ｗ１の流入口１３と凝集剤Ａの投入口１４が隣り合って形成されている。流入口１３は、第１の槽１０の底部の内面に沿って横方向を向いている。投入口１４も、第１の槽１０の底部の内面に沿って横方向を向いている。
【００４７】
また、第１の槽１０の内壁１１上には、板状体が設置されていない。混合水Ｗ２の流出口１５が、第１の槽１０の上部に形成されている。そして、第１の槽１０内の底部近傍に、攪拌機１７が設置されている。
投入口１４は配管５０を介してエアコンプレッサ５５に接続されている。配管５０の途中にはベンチュリ５３が設置されている。ベンチュリ５３のオリフィスの上流側において、配管５０には配管５１の一端が接続されており、配管５１の他端は凝集剤Ａのホッパー５６に接続されている。第１の槽１０において、投入口１４は、空気の噴出口を兼ねている。
【００４８】
作業員は、ポンプ４３を稼働させて、排水Ｗ１を流入口１３から第１の槽１０内に吐出する。同時に、作業員は、エアコンプレッサ５５を稼働させ、配管５０に空気を流す。また、ホッパー５６の凝集剤Ａを配管５１に送る。
配管５０中の空気の流れは、ベンチュリ５３において速度を増し、凝集剤Ａを配管５１から吸引する。そして、凝集剤Ａは空気の流れにのって投入口１４から第１の槽１０内に吐出される。
排水Ｗ１は、流入口１３から第１の槽１０内に吐出されて、流れｆ１を形成する。流れｆ１は、第１の槽１０の底部の内面に案内され、螺旋流となって上昇する。
【００４９】
投入口１４が流入口１３に隣接しているので、投入口１４から吐出される空気の流れは、排水Ｗ１と一緒になって第１の槽１０に流入する。この際、排水Ｗ１と凝集剤Ａとが混合する。投入口１４から吐出される空気の流れは、凝集剤Ａともに第１の槽１０の底部の内面に案内され、流れｆ１の一部を形成し、螺旋流となって上昇する。流れｆ１が上昇する過程においても、凝集剤Ａが排水Ｗ１中に拡散し、排水Ｗ１と凝集剤Ａとが混合する。さらに、作業員は、攪拌機１７を用いて、排水Ｗ１と凝集剤Ａとの混合を促進することができる。
【００５０】
排水Ｗ１と凝集剤Ａとが混合して混合水Ｗ２となる。そして、混合水Ｗ２は第１の槽１０の上部まで流れ、流出口１５から配管４２に流れる。
第１の槽１０内において、流れｆ１に生じる乱れは、第１の槽１０の底部近傍において大きく、第１の槽１０の上部近傍では小さい。なぜならば、流れｆ１における大きな乱れの原因は、第１の槽１０の底部近傍に存在するからである。原因の一つは、流入口１３から吐出される排水Ｗ１と投入口１４から吐出される空気とが、第１の槽１０の底部において、一緒になることである。また、他の原因は、第１の槽１０の底部近傍において、攪拌機１７が排水Ｗ１と凝集剤Ａとを混合することである。流れｆ１が第１の槽１０内を上昇するにつれて、流れｆ１の乱れは小さくなる。
【００５１】
第１の槽１０の底部近傍では、流れｆ１の乱れが、排水Ｗ１と凝集剤Ａとの混合を促進する。流れｆ１が第１の槽１０の上部に近づくにつれて、排水Ｗ１と凝集剤Ａとの混合が進み、混合水Ｗ２中に形成されるフロックＦが多くなる。第１の槽１０の上部近傍では、流れｆ１の乱れによって小さく壊れるフロックＦの量が少ない。したがって、第１の槽１０の上部近傍に、大きなフロックＦが多く集まる。そして、第１の槽１０の上部近傍に集まったフロックＦが、流出口１５へ混合水Ｗ２とともに流れる。第２の槽２０においては、第１の槽１０から流入するフロックＦがより大きくなる。
なお、作業員は、排水Ｗ１と凝集剤Ａとの混合状態と、第１の槽１０の上部に集まるフロックＦの大きさと、に応じて、攪拌機１７の使用を決定する。
【符号の説明】
【００５２】
１ 排水浄化処理装置
１０ 第１の槽
１１ 第１の槽の内壁
１３ 排水の流入口
１４ 凝集剤の投入口
１５ 混合水の流出口
１７ 攪拌機
１８ 板状体
１８Ａ 脚
１８Ｂ 隙間
２０ 第２の槽
２１ 第２の槽の内壁
２３ 混合水の流入口
２４ 気泡の噴出口
２６ 混合水の流出口
２７ フィルタ
２８ 流量制御弁
３０ 混合水の流出口
３１ 流量制御弁
３３ 網
３５ 内部構造物
３６ 内部構造物の外壁
３７ 空洞
３８ 流量制御弁
４０ 環状部分
４２ 配管
４３ ポンプ
４４ 気泡発生手段
５０、５１ 配管
５３ ベンチュリ
５５ エアコンプレッサ
５６ ホッパー
Ｗ１ 懸濁物質を含有する排水
Ｗ２ 排水と凝集剤とが混合した水
Ｗ３ 浄化水
Ａ 凝集剤
【特許請求の範囲】
【請求項１】
懸濁物質を含有する排水と凝集剤とが混合されて混合水となる第１の槽と、混合水が当該第１の槽から流入する第２の槽と、を有し、
前記第２の槽の内壁は、円形の横断面が上下方向に連続する形状を有し、
前記第２の槽の内部に、内部構造物が設置されており、当該内部構造物は、円形の横断面が上下方向に連続する形状を有し、
前記第２の槽の横断面において、前記第２の槽の内壁と、前記内部構造物の外壁と、の間に挟まれた環状部分の面積が、下から上に向かって徐々に大きくなっており、
前記第２の槽の下部の内壁上に、前記第１の槽から混合水が流入する流入口が、形成されており、当該流入口において、混合水が流入する向きは、横向きであり、かつ、前記第２の槽の内壁と前記内部構造物の外壁との間に向かう向きであり、
前記第２の槽の上部に、前記第２の槽の上部まで上昇した混合水が流出する第１の流出口が、形成されており、
前記第２の槽の上部と、前記第１の流出口と、のうちの少なくともいずれか一方に、混合水からフロックを捕捉する第１の捕捉手段が、形成されていることを特徴とする排水浄化処理装置。
【請求項２】
前記第１の槽と前記第２の槽とを接続する混合水の流路に、気泡の噴出口が形成されており、当該噴出口から噴出される気泡の径が、２０〜６０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の排水浄化処理装置。
【請求項３】
前記第２の槽の下部において、前記流入口よりも低い位置に、混合水が流出する第２の流出口が形成されており、
前記吐出口と前記第２の流出口との間と、前記第２の流出口と、のうちの少なくともいずれか一方に、前記第２の流出口から流出する混合水からフロックを捕捉する第２の捕捉手段が、形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の排水浄化処理装置。
【請求項４】
前記内部構造物の内部に、空洞が形成されており、前記内部構造物の上端部と下端部とにおいて、当該空洞が開口しており、
前記内部構造物の下端部における前記空洞の開口と前記吐出口との間と、前記空洞と、のうちの少なくともいずれか一方に、前記空洞に流れる混合水からフロックを捕捉する第３の捕捉手段が、形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれかの請求項に記載の排水浄化処理装置。
【請求項５】
前記第１の槽の底部の内面が、下に尖ったコーン状をなし、
前記第１の槽の底部に、排水の流入口が形成されており、当該流入口から排水が流入する向きが、前記第１の槽の底部の内面に沿った向きであることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれかの請求項に記載の排水浄化処理装置。
【請求項６】
前記第１の槽の底部に、凝集剤の投入口が形成されており、凝集剤の当該投入口は、空気の噴出口を兼ねていることを特徴とする請求項５に記載の排水浄化処理装置。
【請求項７】
前記第１の槽の上部に、前記第１の槽から前記第２の槽への混合水の流出口が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の排水浄化処理装置。
【請求項１】
懸濁物質を含有する排水と凝集剤とが混合されて混合水となる第１の槽と、混合水が当該第１の槽から流入する第２の槽と、を有し、
前記第２の槽の内壁は、円形の横断面が上下方向に連続する形状を有し、
前記第２の槽の内部に、内部構造物が設置されており、当該内部構造物は、円形の横断面が上下方向に連続する形状を有し、
前記第２の槽の横断面において、前記第２の槽の内壁と、前記内部構造物の外壁と、の間に挟まれた環状部分の面積が、下から上に向かって徐々に大きくなっており、
前記第２の槽の下部の内壁上に、前記第１の槽から混合水が流入する流入口が、形成されており、当該流入口において、混合水が流入する向きは、横向きであり、かつ、前記第２の槽の内壁と前記内部構造物の外壁との間に向かう向きであり、
前記第２の槽の上部に、前記第２の槽の上部まで上昇した混合水が流出する第１の流出口が、形成されており、
前記第２の槽の上部と、前記第１の流出口と、のうちの少なくともいずれか一方に、混合水からフロックを捕捉する第１の捕捉手段が、形成されていることを特徴とする排水浄化処理装置。
【請求項２】
前記第１の槽と前記第２の槽とを接続する混合水の流路に、気泡の噴出口が形成されており、当該噴出口から噴出される気泡の径が、２０〜６０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の排水浄化処理装置。
【請求項３】
前記第２の槽の下部において、前記流入口よりも低い位置に、混合水が流出する第２の流出口が形成されており、
前記吐出口と前記第２の流出口との間と、前記第２の流出口と、のうちの少なくともいずれか一方に、前記第２の流出口から流出する混合水からフロックを捕捉する第２の捕捉手段が、形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の排水浄化処理装置。
【請求項４】
前記内部構造物の内部に、空洞が形成されており、前記内部構造物の上端部と下端部とにおいて、当該空洞が開口しており、
前記内部構造物の下端部における前記空洞の開口と前記吐出口との間と、前記空洞と、のうちの少なくともいずれか一方に、前記空洞に流れる混合水からフロックを捕捉する第３の捕捉手段が、形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれかの請求項に記載の排水浄化処理装置。
【請求項５】
前記第１の槽の底部の内面が、下に尖ったコーン状をなし、
前記第１の槽の底部に、排水の流入口が形成されており、当該流入口から排水が流入する向きが、前記第１の槽の底部の内面に沿った向きであることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれかの請求項に記載の排水浄化処理装置。
【請求項６】
前記第１の槽の底部に、凝集剤の投入口が形成されており、凝集剤の当該投入口は、空気の噴出口を兼ねていることを特徴とする請求項５に記載の排水浄化処理装置。
【請求項７】
前記第１の槽の上部に、前記第１の槽から前記第２の槽への混合水の流出口が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の排水浄化処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−５６３０４（Ｐ２０１３−５６３０４Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９６６３３（Ｐ２０１１−１９６６３３）
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【出願人】（３０１０６９０３０）株式会社トヨタ車体研究所 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【出願人】（３０１０６９０３０）株式会社トヨタ車体研究所 (4)
【Ｆターム（参考）】
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