(57)【要約】【課題】小型、高性能で、迅速に懸濁物質を除去できるようにした濁水処理装置を提供する。【解決手段】濁水が上方に向かって流通するようにした処理槽内に、複数の通水孔９を穿設した多孔板１０を、水平または側方に傾斜させて配設するとともに、各通水孔９の縁に、上向筒状の起立縁１１を設ける。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
濁水が上方に向かって流通するようにした処理槽内に、複数の通水孔を穿設した多孔板を、水平または側方に傾斜させて配設するとともに、前記各通水孔の縁に、上向筒状の起立縁を設けたことを特徴とする濁水処理装置。
【請求項２】
処理槽内に、複数の多孔板を多段状に配設した請求項１記載の濁水処理装置。
【請求項３】
起立縁の高さを、３〜７mmとした請求項１または２記載の濁水処理装置。
【請求項４】
処理槽内に、多孔板を側方に傾斜させて設けるとともに、多孔板の下端側に、沈殿物を沈殿物滞留部に導く流下樋を設けた請求項１〜３のいずれかに記載の濁水処理装置。
【請求項５】
処理槽の上部に、上向流ろ過手段を配設した請求項１〜４のいずれかに記載の濁水処理装置。
【請求項６】
処理槽の下端部に、ドレン管を接続し、かつ処理槽内における多孔板の上方に、多孔板上に滞留した沈殿物を洗浄する洗浄装置を設けた請求項１〜５のいずれかに記載の濁水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、濁水内の懸濁物質を除去する濁水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
渓流水や谷水を原水とする小規模の浄水装置として、上向性ろ過池が設置されている地域においては、夏期の雷雨や集中豪雨、台風等の異常降雨により、急激な増水で、上水道原水濁度(濁度の定義はJIS K0101による)の急上昇が頻繁に発生し、これによって、ろ過池のろ層が閉塞するという問題が発生する。
この濁水の主要な成分は、無機性物質であり、山土や砂が大半を占めている。
このような河川の上流域における濁水の流入継続時間は、中、下流域と異なり、長くとも数時間ということが多い。
【０００３】
このような問題を解決するには、濁水中の懸濁物質を除去するか、濁水の流入を阻止する以外に方法はない。
懸濁物質の除去手段としては、沈殿槽(例えば特許文献１参照)や沈殿池(例えば非特許文献１参照)が知られている。
非特許文献１には、緩速ろ過池の流入原水の濁度は、概ね１０度以下と定められている。ただし、原水の濁度上昇に対して、沈殿処理または一次ろ過設備を、緩速ろ過の前に追加して対応できるとしている。なお、普通沈殿池や沈殿槽においての滞留時間は約８時間である。
しかし、沈殿池や沈殿槽は広い面積を要し、山間部の小規模浄水施設では、地形や面積等の制約から、設置していないところが多い。
【０００４】
濁水の流入を阻止する手段としては、高濁度感知システムにより、高濁度時に原水の流入を停止する等の制御を行い、ろ過池のろ層閉塞を防止するようにしたものがある。
この手段では、原水の流入が停止するため、その間は、浄水が得られない。断水を避けるためには、浄水を貯留する大きな配水池が必要となるが、高濁度が継続する時間は推定の域を出ないため、この大きさを計画することが困難となっている。また、高濁度感知システムおよび制御装置には、多額の工事費を要するとともに、管理上の難度が高いため、小規模浄水施設での採用は少ない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２２９４３７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「水道施設設計指針  ２０００年度版」日本水道協会発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ろ過池のろ層の閉塞を回復したり、浄化機能を維持するためには、ろ層の洗浄作業が欠かせない。上向性ろ過池の標準的な洗浄頻度は、１年に１〜２回であるが、雷雨、台風、集中豪雨等の高濁度原水の流入の程度によっては、１年に数回ないし毎月１回、場合によっては、降雨の都度実施しなければならないこともある。緊急の洗浄作業に際しては、洗浄作業要員の緊急出動、および洗浄水量の確保が必要である。また、浄水を貯留する配水池の貯留量と使用水量である給水量とのバランスによるが、洗浄作業中に断水を余儀なくされる事態が発生することも予測される。
【０００８】
新設および既設の浄水装置に、濁水の流入態様に応じた効果的な除濁の機能を有する濁水処理装置を前置することにより、障害が回避され、不安が解消される。また、この濁水処理装置は、狭隘な場所に設置されることが多いことから、小型化できることが望ましい。
【０００９】
本発明は、上記のような状況に鑑み、小型、高性能で、迅速に懸濁物質を除去できるようにした濁水処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によると、上記課題は、次のようにして解決される。
(１)  濁水が上方に向かって流通するようにした処理槽内に、複数の通水孔を穿設した多孔板を、水平または側方に傾斜させて配設するとともに、前記各通水孔の縁に、上向筒状の起立縁を設ける。
【００１１】
このような構成とすると、濁水が多孔板の各通水孔を上方に向かって通過する際に、一時的に流速が大となり、その側部においては、ベルヌーイの定理に従って減圧され、通水孔の通過流を中心とする放射方向に渦流が発生し、濁水中の懸濁物質は、この渦流に乗って、多孔板の上面における通水孔の外周部に滞留する。
多孔板の上面に滞留した懸濁物質は、渦流の巻き込み作用により、通水孔に向って移動させられようとするが、通水孔の縁には、上向筒状の起立縁が設けられているので、懸濁物質は、通水孔を通過する濁水と合流することなく、多孔板の上面に滞留し続ける。
したがって、濁水が各通水孔を通過した後、懸濁物質は迅速に多孔板上に沈殿するので、懸濁物質の除去効率を高めることができるとともに、多孔板に多数の起立縁付きの通水孔を設けることにより、小型、高性能化を図ることができる。
【００１２】
(２)  上記(１)項において、処理槽内に、複数の多孔板を多段状に配設する。
【００１３】
このような構成とすると、さらに小型、高性能化を図ることができる。
【００１４】
(３)  上記(１)または(２)項において、起立縁の高さを、３〜７mmとする。
【００１５】
このような構成とすると、多孔板の上面に滞留した懸濁物質が、渦流の巻き込み作用により、通水孔に向って移動させられ、通水孔を通過する濁水と合流するのを確実に阻止することができる。
なお、多孔板の上面に滞留することが予測される懸濁物質の量に基づいて、起立縁の高さを、上記の範囲内において適宜定めるのがよい。
【００１６】
(４)  上記(１)〜(３)項のいずれかにおいて、処理槽内に、多孔板を側方に傾斜させて設けるとともに、多孔板の下端側に、沈殿物を沈殿物滞留部に導く流下樋を設ける。
【００１７】
このような構成とすると、長期間に亘って処理作業を継続することができ、多孔板上に滞留した懸濁物質の洗浄による除去作業の回数を少なくすることができる。
【００１８】
(５)  上記(１)〜(４)項のいずれかにおいて、処理槽の上部に、上向流ろ過手段を配設する。
【００１９】
このような構成とすると、本発明の濁水処理装置を、上向流ろ過装置に、その前処理手段として、一体的に組み込むことができ、設置スペースの削減、設置費用の低減、および処理効率の向上を図ることができる。
【００２０】
(６)  上記(１)〜(５)項のいずれかにおいて、処理槽の下端部に、ドレン管を接続し、かつ処理槽内における多孔板の上方に、多孔板上に滞留した沈殿物を洗浄する洗浄装置を設ける。
【００２１】
このような構成とすると、多孔板上に滞留した懸濁物質の量が大となったとき、一旦濁水処理作業を一時的に停止して、滞留した懸濁物質を迅速に洗浄し、ドレン管より排出することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によると、小型、高性能で、迅速に懸濁物質を除去できるようにした濁水処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の濁水処理装置の第１の実施形態の模式的縦断正面図である。
【図２】作用を説明するための多孔板の一部の拡大縦断正面図である。
【図３】比較例を示す、図２と同様の拡大縦断正面図である。
【図４】本発明の濁水処理装置の第２の実施形態の模式的縦断正面図である。
【図５】本発明の濁水処理装置の効果を説明するための実験装置と、それへの原水供給装置との模式的縦断正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照して説明する。  
図１は、本発明の濁水処理装置１を、原水を浄化して上水とするための浄化装置(図示略)の前処理装置として使用する場合の第１の実施形態を示す。
図１に示すように、この濁水処理装置１は、懸濁物質が流入して濁水となった原水２が上方に向かって流通するようにした処理槽３を備えている。
【００２５】
処理槽３の底面３ａは、中央に向かって下向傾斜するロート状としてあり、その中央部には、ドレン弁４を備えるドレン管５が設けられている。
処理槽３の下部には、原水供給源６に接続され、かつ流入弁７を備える流入管８が設けられており、この流入管８の先端は、処理槽３の下部中央において開口している。
【００２６】
処理槽３内には、図２に示すように、複数の通水孔９が、予め定めたパターンで穿設された複数の多孔板１０が、それぞれ水平をなして、上下多段状に配設されている。
【００２７】
図２に示すように、各多孔板１０における各通水孔９の縁には、上向筒状の起立縁１１が設けられている。
多孔板１０の材質は、特に限定する必要はなく、金属または合成樹脂により形成することができる。
起立縁１１の高さは、３〜７mmとするのが好ましい。
【００２８】
各段の多孔板１０の通水孔９の孔径、通水孔９の相互の間隔、起立縁１１の高さ等は、例えば下段のものほど、それらを大とする等、互いに異ならせて実施してもよい。
【００２９】
最上段の多孔板１０より上方における処理槽３の上部側面には、処理槽３内の原水２の水位が予め定めた水位以上となったとき、濁水処理された原水２が溢流するようにした流出管１２が設けられている。
【００３０】
また、処理槽３の上部には、洗浄弁１３を介して原水供給源６またはその他の水源に接続された、洗浄装置をなす散水管１４が設けられており、この散水管１４の下面には、多数の散水ノズル１４ａが設けられている。
【００３１】
処理槽３のいずれかの側壁３ｂには、必要に応じて、透明のガラス板等を液密に嵌合して形成した観察窓１５を設けておくのがよい。
【００３２】
原水供給源６の出口部分には、原水供給源６の原水２を、流入管８および散水管１４側と、バイパス管１６側とに選択的に供給する第１切換弁１７が設けられている。
また、バイパス管１６の出口端と、流出管１２の出口端とは、第２切換弁１８を介して、上記浄化装置(図示略)における原水流入管１９に接続され、バイパス管１６を通って送られてきた原水２と、濁水処理装置１を通って濁水処理された原水２とを、選択的に原水流入管１９に供給しうるようになっている。
【００３３】
第１および第２切換弁１７、１８、ドレン弁４、流入弁７、洗浄弁１３等のすべての弁は、手動操作により開閉するようにしてもよいが、図１に模式的に示す制御装置２０の指令によって開閉させられるようにするのが好ましい。
【００３４】
特に、第１および第２切換弁１７、１８は、原水供給源６の原水２の濁度が予め定めた濁度以下の場合は、制御装置２０の指令により、原水２がすべてバイパス管１６を通るように制御され、原水供給源６の原水２の濁度を検出する濁度検出装置(図示略)が、予め定めた濁度を検出するか、または目視により原水供給源６の原水２が濁ったことを確認して、制御装置２０に濁水処理装置１の作動指令を手動入力した場合は、原水２がすべて濁水処理装置１側に供給されるように、制御装置２０により、同時に切り換えられるようにするのがよい。
【００３５】
次に、濁水処理装置１の作動および取り扱いについて説明する。
制御装置２０に濁水処理装置１の作動指令が入力されると、ドレン弁４および洗浄弁１３を閉じ、流入弁７を開く。このときの流入弁７の開度は適宜調節できるようにしておくのが好ましい。
【００３６】
流入弁７を開くと、原水供給源６の原水２が、流入管８を通って処理槽３内に供給され、処理槽３内の原水２の水位が漸次上昇する。
処理槽３内の原水２が、各段の多孔板１０の通水孔９を上方に向かって通過する際に、図２に拡大して示すように、通水孔９を通過する原水２の流速が、周囲のものより大となり、その通過流Ａの外周においては、ベルヌーイの定理に従って減圧され、通過流Ａを中心とする放射方向に渦流Ｂが発生し、原水２中の懸濁物質Ｃは、この渦流Ｂに乗って、各多孔板１０の上面における通水孔９の外周部に滞留する。
【００３７】
多孔板１０の上面に滞留した懸濁物質Ｃは、渦流Ｂの巻き込み作用により、通水孔９に向って移動させられようとするが、通水孔９の縁には、上向筒状の起立縁１１が設けられているので、懸濁物質Ｃは、通過流Ａと合流することなく、多孔板１０の上面に滞留し続ける。
【００３８】
したがって、原水２は、処理槽３内を上昇するにつれて、すなわち各多孔板１０を通過する毎に、懸濁物質Ｃが漸次除去され、流出管１２に溢流する際には、大部分の懸濁物質Ｃが除去され、清浄化された状態で、浄化装置の原水流入管１９に供給される。
【００３９】
図３は、多孔板１０における通水孔９の縁に、起立縁１１を設けなかった場合の比較例を示す。
この場合には、多孔板１０の上面に滞留した懸濁物質Ｃは、渦流Ｂの巻き込み作用により、通水孔９に向って移動させられ、通過流Ａと合流し、再度巻き上げられるので、懸濁物質Ｃの除去効率はきわめて悪い。
【００４０】
いずれかの多孔板１０上に滞留した懸濁物質Ｃの高さが、起立縁１１の高さに近づいたことを、観察窓１５からの視認により確認したときは、流入弁７を閉じて、流入管８からの原水２の供給を停止し、かつドレン弁４と洗浄弁１３とを開いて、ドレン管５から処理槽３内の原水２と懸濁物質Ｃとを排出しつつ、散水管１４より散水して、各多孔板１０上に滞留した懸濁物質Ｃを洗い流す。
【００４１】
このときの多孔板１０の洗浄を容易にするため、各多孔板１０の全周縁またはその一部と、処理槽３の内面との間に、起立縁のない間隙を設けておくのがよい。
また、散水管１４は、処理槽３内の上部だけでなく、中間部や、各多孔板１０のそれぞれの上方に設けておいてもよい。
さらに、各多孔板１０を、処理槽３の内面に設けたブラケット１０ａ上に、単に載置するだけとし、そこから簡単に取り外して、洗浄できるようにしたり、各多孔板１０の一方の側端部を、処理槽３の内面に水平軸(図示略)をもって枢着し、同じく他方の側端部を支持するブラケット１０ａを処理槽３の内面から外すか、または移動させることによって、各多孔板１０が上記水平軸から下向傾斜して、洗浄しやすくなるようにしてもよい。
【００４２】
多孔板１０の洗浄作業終了後、ドレン弁４と洗浄弁１３とを閉じ、流入弁７を開くことにより、原水２からの懸濁物質Ｃの除去作業を再開することができる。
【００４３】
図４は、本発明の濁水処理装置の第２の実施形態の模式的縦断正面図である。
この実施形態では、処理槽３の上下方向の中間部に、多数の透水孔２１を穿設した水平受板２２を設け、その上に、従来の上向流ろ過装置におけるのと同様の砕石、砂利、砂等を、下方から上方に向けて順に細粒化したろ過層からなる上向流ろ過手段２３を設けることにより、濁水処理装置１を、上向流ろ過装置２４の前処理手段として、一体的に形成したものとしてある。
【００４４】
処理槽３内における水平受板２２の下方には、流入管８の上方において、中央部から両側方に向かって下向傾斜する複数の山形の多孔板２５が、上下方向に多段状に設けられ、各多孔板２５の両側端部には、沈殿物を沈殿物滞留部(図示略)に導く流下樋２６が設けられている。
【００４５】
山形の各多孔板２５に穿設した複数の通水孔２６の縁に設けた円筒形の起立縁２７の高さは、傾斜の低いところにあるものほど高くしてあり、各多孔板２５上に堆積した懸濁物質Ｃ(図２参照)が、傾斜の低いところにある起立縁２７を乗り越えて、通水孔２６を通る通過流Ａ(図２参照)と合流しないようにしてある。
その他の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００４６】
第２の実施形態によると、第１の実施形態におけるのと同様の作用により、各多孔板２５上に沈殿した懸濁物質Ｃは、各多孔板２５の傾斜に沿ってゆっくりと流化した後、流下樋２６に沿って沈殿物滞留部に導かれる。
したがって、長期間に亘って多孔板２５の洗浄作業を行う必要がなく、洗浄作業回数を少なくすることができる。
【実施例】
【００４７】
図５は、本発明の濁水処理装置による除濁効果の有効性を把握するための実験装置である。
原水槽３０内には、攪拌装置３１とポンプ３２とを設け、鹿沼土を投入して、原水２を攪拌装置３１により攪拌し、ポンプ３２によりくみ上げた原水２を、流量調整槽３３において、流量と濁度とが下記の諸元となるように調整して、流入管８より処理槽３内に供給するようにしてある。
この実験装置の諸条件は、次の通りである。
処理槽３の大きさ              ：縦２８５mm×横２８５mm×高さ８５０mm
処理槽３内の原水２の滞留時間  ：１．１３リットル／分・・・１．６２m3／日
処理槽３内の原水２の上向流速  ：２０m／日・・・０．８３m／時間
多孔板１０の通水孔の内径と間隔：直径７mm×間隔１５mm、直径５mm×間隔１５mm
多孔板１０の枚数              ：直径７mm×２枚、直径５mm×５枚
多孔板１０の上下方向の間隔    ：７５mm
原水２の初期濁度              ：約８０度
実験継続時間                  ：６〜８時間
【００４８】
平常時の渓流水や谷水の平均濁度は５以下であるが、降雨時には、濁度が５０前後に急激に上昇し、異常降雨時には、さらにこれを超えることが多い。従来の上向流ろ過装置における原水の最高濁度は、一般的に５０度であるので、これより高い約８０度の濁度で実験を実施した。
【００４９】
実験継続時間を６〜８時間としたのは、渓流水や谷水の場合、降雨初期の濁度上昇は大きいが、降雨が継続していても数時間後には、濁度が比較的低下することを考慮したものである。
【００５０】
この実験装置の除濁効果の有効性を確認するため、同一の実験装置を用いて、多孔板１０をすべて取り外し、他の条件をすべて同一として、自然沈降分離のみによる空運転を実施し、濁度の変化を観察した。その結果は、表１および表２に示すとおりである。
【表１】
2010172872.tif 000003
【表２】
2010172872.tif 000004
【００５１】
この実験結果から明らかなように、空運転での濁質分の除去率が５．７％であるのに対して、多孔板１０を用いたものでは、濁質分の除去率は３５．３％である。この差は、本発明の濁水処理装置が、大きな除濁作用を有していること示している。
【００５２】
処理水の濁度の平均値が５０．２０であることから、この実験装置をほぼそのまま、従来の上向流ろ過装置の前処理装置として用いることもできる。
【００５３】
処理槽３における中間資料採取位置から採取した中間水の濁度の測定結果から、除濁作用は、多孔板１０の設置段数によって異なることがわかる。
中間資料採取位置より下方で捕捉される濁質分と、同じく上方で捕捉される濁質分とは、ある程度成分が異なることは予測されるが、採取される原水２中の濁質成分に合わせて、多孔板１０の設置段数、通水孔９の内径や間隔等を定めることにより、さらに効率的な除濁効果が得られるものと推測される。
【００５４】
実験を行った８時間の間、ほぼ同程度の除去率が得られていることから、実際に高濁度の濁水が継続すると予測される降雨初期の数時間において、本発明の装置を有効に利用できることが証明された。
【００５５】
なお、実験終了後、処理槽３の底部から、排泥、排水を行った後、上方から清水を散水すると、各多孔板１０上に堆積した濁質成分は、上段の通水孔９から落下する洗浄水により洗浄されて、数分で処理槽３外部に排出された。
【００５６】
上記の実験に用いた処理槽３は、従来の上向流ろ過装置の面積の約１／４、高さ(槽の深さ)１／２に当たる。また、この容積で、上向流速２０m／日、滞留時間１時間として、濁度８０の原水２を、濁度約５０度まで除濁することができる。
この処理時間は、普通沈殿池の沈殿時間８時間と比較すると、１／８である。
従って、山間部の浄水装置の前処理装置等として、狭隘なスペースにも、有効に設置することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１  濁水処理装置
２  原水(濁水)
３  処理槽
３ａ底面
３ｂ側壁
４  ドレン弁
５  ドレン管
６  原水供給源
７  流入弁
８  流入管
９  通水孔
１０  多孔板
１０ａブラケット
１１  起立縁
１２  流出管
１３  洗浄弁
１４  散水管
１４ａ散水ノズル(洗浄装置)
１５  観察窓
１６  バイパス管
１７  第１切換弁
１８  第２切換弁
１９  (浄化装置の)原水流入管
２０  制御装置
２１  透水孔
２２  水平受板
２３  上向流ろ過手段
２４  上向流ろ過装置
２５  多孔板
２６  通水孔
２７  起立縁
３０  原水槽
３１  攪拌装置
３２  ポンプ
３３  流量調整槽
【図１】
2010172872.tif 000005
【図２】
2010172872.tif 000006
【図３】
2010172872.tif 000007
【図４】
2010172872.tif 000008
【図５】
2010172872.tif 000009