(57)【要約】【課題】均等集水が図れると共に、全体として圧力損失を小さく保てる筒状スクリーンを用いた固液分離装置及びその集水孔形成方法及び水処理装置を提供すること。【解決手段】微生物を固定化した担体（分離対象の固体）を処理水中に浮遊状態で保持する処理槽の処理水流出位置に取り付けられる担体流出防止装置（固液分離装置）１である。担体流出防止装置１は、担体の流出を阻止しながら処理水を通過させる筒状スクリーン１０と、筒状スクリーン１０の内部に設置され、且つ表面に多数の集水孔５１を設けることで筒状スクリーン１０を通過した処理水を集水孔５１から内部に導入して両端の流出口５３，５３から流出させる内筒管５０とを具備する。集水孔５１は、流出口５３，５３から遠い位置（中央位置）での内筒管単位面積当たりの開口面積よりも、流出口５３に近い位置（両端位置）での内筒管単位面積当たりの開口面積の方が小さくなるように形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離対象の固体の流出を阻止しながら処理水を通過させる筒状スクリーンと、前記筒状スクリーンの内部に設置され且つ表面に多数の集水孔を設けることで前記筒状スクリーンを通過した処理水を前記集水孔から内部に導入して両端又は片端の流出口から流出させる内筒管とを具備して構成され、
さらに前記内筒管に設ける集水孔は、流出口から遠い位置での内筒管単位面積当たりの開口面積よりも、流出口に近い位置での内筒管単位面積当たりの開口面積の方を小さく形成したことを特徴とする固液分離装置。
【請求項２】
請求項１に記載の固液分離装置であって、
前記内筒管に設ける集水孔の内筒管単位面積当たりの開口面積の変更は、各集水孔の孔径を同一として集水孔の内筒管単位面積当たりの数を変更するか、或いは、集水孔の数は同一として各集水孔の孔径を変更するか、或いは各集水孔の孔径を変更しながら、同時に集水孔の内筒管単位面積当たりの数を変更することで行われることを特徴とする固液分離装置。
【請求項３】
請求項１に記載の固液分離装置であって、
前記筒状スクリーンは回転可能に構成されると共にその天頂部を気相に露出して設置され、
一方前記筒状スクリーンの上方には、前記気相に露出した筒状スクリーンの面に洗浄水を供給して洗浄する洗浄手段を設置したことを特徴とする固液分離装置。
【請求項４】
請求項１に記載の固液分離装置の集水孔形成方法であって、
前記固液分離装置が設置される処理槽から前記処理水が少なくともオーバーフローしないで前記固液分離装置の流出口から流出させるのに必要な集水孔の許容最低全面積ａを求め、
前記許容最低全面積ａを一定に維持しながら、
且つ流出口から遠い位置での集水孔の内筒管単位面積当たりの開口面積よりも、流出口に近い位置での集水孔の内筒管単位面積当たりの開口面積の方が小さくなるように、集水孔の各内筒管部分での内筒管単位面積当たりの開口面積を決定していくことを特徴とする固液分離装置の集水孔形成方法。
【請求項５】
請求項４に記載の固液分離装置の集水孔形成方法であって、
前記集水孔の許容最低全面積ａの算出は、
前記処理槽の最高許容水位から前記内筒管を流出した後の水位までの水位差をＨ、処理槽から内筒管内に流入する最大流入量をＱとし、
水位差Ｈの時に集水孔に導入される処理水の流速ｖを求め、
これら最大流入量Ｑと処理水の流速ｖを、
ａ＝Ｑ／ｖ
に代入することで行うことを特徴とする固液分離装置の集水孔形成方法。
【請求項６】
請求項１に記載の固液分離装置を設置した処理槽を有することを特徴とする水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分離対象の固体（例えば微生物を担持させた担体等）の流出を阻止しながら処理水を通過させる固液分離装置及びその集水孔形成方法及び水処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、微生物を担持させた多数の担体を処理槽内の処理水中に浮遊させ、前記微生物によって処理水を処理する方式の水処理装置が利用されている。そして処理が終わった処理水は、この処理槽から流出させて他の処理槽等に導入するが、このとき前記担体が排水と共に流出しないように、処理槽の流出口には平板状のスクリーンが設置されていた。
【０００３】
しかし平板状のスクリーンは、これを洗浄する際、これを水中に設置したままでは底側の部分（水深の深い部分）が没水したままで洗浄できない、あるいは、手が届かないので、全て水中から引き上げて洗浄する必要があり、その維持管理面で大きな負担となっていた。
【０００４】
一方近年、上記維持管理の負担を軽減するため、自動で洗浄することが可能な筒状スクリーンが利用されている（例えば特許文献１）。筒状スクリーンはこれを回転可能に構成することで、その上部を水面上に露出した状態で筒状スクリーンを回転させ、水面上に露出した部分を洗浄していくことでその全面を容易に洗浄できるので、維持管理性の大幅な向上が図れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３１８２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上記筒状スクリーンも大きな課題を抱えていた。それは筒状スクリーンの場合、そのスクリーン全面の各所での均等な流速による集水が困難な点である。
【０００７】
即ち、平板状スクリーンの場合、流出口がその全面であることから、その場所によって流出する処理水の流速が変わることは少ないので、平板状スクリーンの全面から略均等に処理水が流出する。
【０００８】
一方筒状スクリーンは、その構造上、その両端（又は一端）から処理水を流出させるため、流出口に近い個所、即ち筒状スクリーンの両端（又は一端）近傍に水が集まる現象が起きる（すなわち、流速が速くなる）。この現象は筒状スクリーン上に偏流をもたらし、水が多く集まる場所に担体が集まり、閉塞の原因になる。
【０００９】
上記筒状スクリーンの問題を解決するため、例えば特許文献１においては、筒状スクリーンの内部に一定間隔で集水孔を有するパイプを配設してなる構造の集水装置（担体流出防止装置）を提案している。このように構成すれば、集水孔通過時の圧力損失が高められ、流出口から最も遠い場所と近い場所それぞれの集水孔からの透水量の間に差が生じにくくなる。そして、この集水装置の長さが長ければ長いほど、均等集水するためには、集水孔での高い圧力損失、つまり集水孔の孔径をより小さい寸法にする、あるいは、集水孔の数を少なくすること、すなわち開口面積の合計を小さくすることが必要になる。
【００１０】
しかし集水孔の孔径を小さくすると（開口面積の合計を小さくすると）、集水孔通過時の圧力損失が大きくなるため、流出口から排出しなければならない最大流量を確保するためには、処理槽の許容最大水位から集水装置を設置した設置位置までの水位差（水位高低差）を大きくする必要がある。
【００１１】
処理槽を新設する場合は、その圧力損失を見込んだ水位差を付けることは可能であるが、既設の処理槽の集水装置を改造する場合（例えば従来の平板状スクリーンや集水孔付きパイプを内蔵しない筒状スクリーンから、集水孔付きパイプを内蔵した筒状スクリーンに改造する場合）や既設の処理槽に担体を新規に投入するために集水装置を新設する必要がある場合は、現状の処理槽で付けることが許容される水位差内、または、処理槽水深で集水装置を設置することが必要となり、このため徒に圧力損失を大きくすることはできない。特に全地下施設の場合は、処理槽で付けることが許容される水位差に余裕がないことが多く、全地下施設に集水孔付きパイプを内蔵した筒状スクリーンを設置することは非常な困難を伴う。
【００１２】
また処理槽を新設する場合でも、前記集水孔の圧力損失を見込んだ水位差を付けると、それだけ処理槽の深さを深くしなければならず、工事に要する費用が増大する等の問題があった。
【００１３】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、筒状スクリーンを用いた、均等集水が図れると共に、スクリーン全体としてスクリーン通過時の圧力損失を小さく保てる固液分離装置及びその集水孔形成方法及び水処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明にかかる固液分離装置は、分離対象の固体の流出を阻止しながら処理水を通過させる筒状スクリーンと、前記筒状スクリーンの内部に設置され且つ表面に多数の集水孔を設けることで前記筒状スクリーンを通過した処理水を前記集水孔から内部に導入して両端又は片端の流出口から流出させる内筒管とを具備して構成され、さらに前記内筒管に設ける集水孔を、流出口から遠い位置での内筒管単位面積当たりの集水孔の開口面積よりも、流出口に近い位置での内筒管単位面積当たりの集水孔の開口面積の方を小さくなるように形成している。分離対象の固体の一例としては、微生物を固定化した担体等がある。また固液分離装置の一例としては、前記微生物を固定化した担体を処理水中に浮遊状態で保持する処理槽の処理水流出位置に取り付けられる担体流出防止装置等がある。
このように内筒管に設ける集水孔の内筒管単位面積当たりの開口率を、流出口方向に向かって低くしていくことにより、本来処理水の流れ易い流出口近傍の圧力損失を高めて流れにくくし、筒状スクリーン全体の均等集水を図ることができる。この手法によって内筒管全体に一律の高い圧力損失を与えることなく、内筒管全体としては低い圧力損失で、筒状スクリーン全体の均等集水を達成することができる。
これは、既設の処理槽を改造する場合のように、予め処理槽で許容される水位差が決定されている場合には有効で、全地下式の既設処理槽の改造には特に有効である。また処理槽を新設する場合においても、必要な水位差を低減して、水槽を浅くすることができるため、土木工事費用の低減を図ることができる。
特に流量の時間変動が大きい下水道分野では大きな効果を発揮する。何故なら最大水量時を想定して筒状スクリーン通過前後の水位差を考慮する必要があるが、最低水量時に均等配分できるように、従来のように内筒管に均一に配置した同一直径の集水孔の直径寸法を小さくすると、最大水量時にはスクリーン全体で大きな圧力損失が付き、通常時に必要な筒状スクリーン通過前後の水位差に比べて、過大な水位差が必要になってしまう。これに対して本発明によれば、内筒管に形成する集水孔の内筒管単位面積当たりの開口面積を、集水口からの距離に応じて変更することで、最低水量時でも均等配分できると同時に、集水孔全体の合計開口面積は大きく取れるので、最大水量時を想定したときの筒状スクリーン全体の圧力損失を小さくすることもできる。
【００１５】
ここで前記内筒管に設ける集水孔の内筒管単位面積当たりの開口面積の変更は、各集水孔の孔径を同一として集水孔の内筒管単位面積当たりの数を変更するか、或いは、集水孔の数は同一として各集水孔の孔径を変更するか、或いは各集水孔の孔径を変更しながら、同時に集水孔の内筒管単位面積当たりの数を変更することで行うのが好ましい。
【００１６】
また前記筒状スクリーンは回転可能に構成されると共にその天頂部を気相に露出して設置され、一方前記筒状スクリーンの上方には、前記気相に露出した筒状スクリーンの面に洗浄水を供給して洗浄する洗浄手段を設置することが好ましい。筒状スクリーンの回転と洗浄水による洗浄は、連続運転で継続して行っても良いし、定期的に行っても良いし、必要になった場合のみに行っても良い。このように構成すれば、分離対象の固体の筒状スクリーンへの付着・閉塞が、前記筒状スクリーン全体の均等集水による効果との相乗効果によって、さらに効果的に防止できると共に、微生物や原生動物の筒状スクリーン表面での増殖及びそれに起因する筒状スクリーンの閉塞を防止することができる。
【００１７】
また前記固液分離装置の集水孔形成方法としては、前記固液分離装置が設置される処理槽から前記処理水が少なくともオーバーフローしないで前記固液分離装置の流出口から流出させるのに必要な集水孔の許容最低全面積ａを求め、前記許容最低全面積ａを一定に維持しながら、且つ流出口から遠い位置での集水孔の内筒管単位面積当たりの開口面積よりも、流出口に近い位置での集水孔の内筒管単位面積当たりの開口面積の方が小さくなるように、集水孔の各内筒管部分での内筒管単位面積当たりの開口面積を決定していくことが好ましい。この手法によって、内筒管全体としては低い圧力損失で、筒状スクリーン全体の均等集水を達成することが容易に行えるようになる。この方法に依らず、許容最低全面積ａを内筒管上に集水孔開口として均等に配置した場合は、圧力損失は同等であるものの、筒状スクリーンの各所における通過流速は、流出口近傍で速く、遠くなるほど遅くなる現象を起こし易い。
【００１８】
ここで前記集水孔の許容最低全面積ａの算出は、前記処理槽の最高許容水位から前記内筒管流出後の水位までの差（あるいは、内筒管を通過させるために使用可能な水位差）をＨ、処理槽から内筒管内に流入する最大流入量をＱとし、水位差Ｈの時に集水孔に導入される処理水の流速ｖを求め、これら最大流入量Ｑと処理水の流速ｖを、式〔ａ＝Ｑ／ｖ〕に代入することで行うことが好ましい。この手法によって、最適な集水孔の許容最低全面積ａを求めることができる。
【００１９】
さらに前記固液分離装置を設置した処理槽を有して水処理装置を構成することが好ましい。水処理装置には、下水処理装置、工業用水処理装置、農業用水処理装置、浄水用処理装置、その他各種の水処理装置があり、分離対象の固体を処理水中に浮遊状態で保持する処理槽を有する水処理装置全般が含まれる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、均等集水が図れると共に、スクリーン全体としてスクリーン通過時の圧力損失を小さく保てる、筒状スクリーンを用いた固液分離装置及びその集水孔形成方法及び水処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】担体流出防止装置１の斜視図である。
【図２】担体流出防止装置１の分解斜視図である。
【図３】図３は内筒管５０の正面図である。
【図４】微生物固定化担体浮遊式汚水処理装置１００の概略平面図である。
【図５】微生物固定化担体浮遊式汚水処理装置１００の概略側断面図である。
【図６】内筒管５０を用いた担体流出防止装置１Ａと、従来の内筒管を用いた担体流出防止装置それぞれにおける、装置各部の処理水流入速度を矢印で示す図である。
【図７】内筒管５０を用いた担体流出防止装置１Ａと、従来の内筒管を用いた担体流出防止装置それぞれにおける、装置各部の処理水流入速度の測定値を示す図である。
【図８】最高水位から内筒管５０流出後の水位までの水位差Ｈから各集水孔５１に流入する処理水の平均流速ｖを求める方法の説明図である。
【図９】担体流出防止装置１−２の斜視図である。
【図１０】担体流出防止装置１−２に用いる内筒管５０−２の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる担体流出防止装置（固液分離装置）１の斜視図、図２は担体流出防止装置１の分解斜視図である。これらの図に示すように担体流出防止装置１は、筒状スクリーン１０の内部に内筒管５０を収納・設置して構成されている。この例で示す担体流出防止装置１は、図１に示すように、周囲の処理水を筒状スクリーン１０の外周全面からその内部に導入した後、内筒管５０の両端から流出させる構成となっている。
【００２３】
筒状スクリーン１０は多数のリング１１を軸方向に狭い間隔を隔てて並列に配列し、その内側にこれらリング１１を一体に固定する軸方向に延びるロッド１３（図２参照）を取り付けて構成されている。各リング１１の間隔、即ち筒状スクリーン１０の隙間の大きさは、処理水は通過するが、下記する微生物を固定化した担体１２１は通過しない大きさに設定されている。隙間寸法は例えば１ｍｍ〜４ｍｍ程度である。筒状スクリーン１０の両端の開口部分には閉鎖部材１５（図１，２では手前側のもののみ示す）が取り付けられており、その中央には内筒管５０を挿通する開口１７が形成されている。なお筒状スクリーン１０の形状、構造は上記の形状、構造に限定されず、他の種々の変更が可能であり、要は担体１２１の通過を阻止しながら処理水を通過させる形状、構造の筒状スクリーンであればよい。
【００２４】
内筒管５０は円筒状のパイプであり、その両端が開口された流出口５３となっており、またその外周全体に集水孔５１を設けて構成されている。集水孔５１は図では誇張して大きく記載している（他の各図においても同様）が、実際は１０ｍｍ〜５０ｍｍ程度である。集水孔５１の形状は円形以外の各種形状であっても良い。
【００２５】
図３は内筒管５０の正面図であり、集水孔５１の配置状態を示している。同図に示すように、この内筒管５０においては、各集水孔５１の孔径を同一とした上で、流出口５３から遠い位置である中央付近の集水孔５１の内筒管単位面積当たりの数よりも、流出口５３に近い両端付近の集水孔５１の内筒管単位面積当たりの数の方を少なく形成している。即ち内筒管５０の中央付近の領域Ｆ１に設ける集水孔５１の内筒管単位面積当たりの数が最も多く、領域Ｆ１の両側付近の領域Ｆ２に設ける集水孔５１の内筒管単位面積当たりの数をこれより少なくし、さらに内筒管５０の両端付近の領域Ｆ３に設ける集水孔５１の内筒管単位面積当たりの数をさらに少なくするように、集水孔５１の内筒管単位面積当たりの開口率を変更している。つまり言い換えれば、内筒管５０に設ける集水孔５１は、流出口５３から遠い位置での内筒管単位面積当たりの開口面積よりも、流出口５３に近い位置での内筒管単位面積当たりの開口面積の方が小さくなるように形成されている。本図では、内筒管５０上の領域を３種類に分けているが、この数に限定されるものではなく、内筒管５０の中央から流出口５３まで連続的に変化させることも可能である。また、内筒管５０の中間部でも、局所的な透過水量の増加が予想される場合には、その部分を左右の領域に比べて、集水孔５１の内筒管単位面積当たりの開口面積を小さくすることも可能である。
【００２６】
そして図２に示す内筒管５０を筒状スクリーン１０の内部に、両者の中心軸が一致するように収納し、内筒管５０の両端を開口１７に挿入して固定すれば、図１に示す担体流出防止装置１が構成される。なお、筒状スクリーン１０（又は担体流出防止装置１全体）は、これを回転させることができるように構成しておいても良い。
【００２７】
図４は上記担体流出防止装置１（１Ａ，１Ｂ）を用いて構成された微生物固定化担体浮遊式汚水処理装置（以下「汚水処理装置」という）１００の概略平面図、図５は汚水処理装置１００の概略側断面図である。両図に示す汚水処理装置１００は、第１，第２の好気処理槽１１０，１３０を併設して構成されている。
【００２８】
第１の好気処理槽１１０内の第２の好気処理槽１３０側に近い位置には、第１の担体流出防止装置１（以下「１Ａ」とする）が設置されている。第１の担体流出防止装置１Ａは、その長手方向が第１の好気処理槽１１０の幅方向（図４の上下方向。以下同じ）を向き、且つ水面近くに水平に設置されている。第１の担体流出防止装置１Ａの両端は、第１の好気処理槽１１０の左右両側壁に至っており、その内筒管５０に接続された配管１１１が第１の好気処理槽１１０の外部に引き出され、第２の好気処理槽１３０の左右両側壁に接続されている。筒状スクリーン１０の上部は気相（空気）に露出している。また筒状スクリーン１０は図示しない駆動手段によって回転駆動される。筒状スクリーン１０の上方には洗浄用ノズル（洗浄手段）６０が設置されていて、洗浄液が筒状スクリーン１０に向けて噴射される構造となっている。第１の好気処理槽１１０の底面には水中エアレータ（曝気・攪拌装置）１１３が設置されており、この水中エアレータ１１３は配管１１５によってブロワ１１７に接続されている。第１の好気処理槽１１０内には流入管１２３から処理水１１９が導入される。第１の好気処理槽１１０内の処理水１１９中には多数の担体（分離対象の固体）１２１が浮遊している。担体１２１はポリエチレングリコールやポリビニルアルコール等のポリマを主成分とする含水ゲル、或いはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリウレタン等のプラスチックを粒状に成型したもの、スポンジ状のウレタンフォームやセルローススポンジ等の有機高分子物質または活性炭などの無機物質が使用できるが、微生物の担持能力が高い粒状物であれば必ずしもこれらに限定されない。また、担体の内部に微生物を取り込む包括固定化担体と呼ばれる担体の使用も可能である。担体１２１の粒径は例えば２ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。
【００２９】
第２の好気処理槽１３０内の第１の好気処理槽１１０から離れた側の位置には、第２の担体流出防止装置１（以下「１Ｂ」とする）が設置されている。第２の担体流出防止装置１Ｂは、その長手方向が第２の好気処理槽１３０の幅方向を向き、且つ水面近くに水平に設置されている。第２の担体流出防止装置１Ｂの両端は、第２の好気処理槽１３０の左右両側壁内側の上部に設置した流出水路１３１に至っており、その内筒管５０の両端が接続されている。流出水路１３１の下流側には開口１３３が設けられている。筒状スクリーン１０の上部は気相（空気）に露出している。また筒状スクリーン１０は図示しない駆動手段によって回転駆動される。筒状スクリーン１０の上方には洗浄用ノズル６１が設置されていて、洗浄液が筒状スクリーン１０に向けて噴射される構造となっている。第２の好気処理槽１３０の底面にも水中エアレータ（曝気・攪拌装置）１３５が設置されており、この水中エアレータ１３５は配管１３７によって前記ブロワ１１７に接続されている。第２の好気処理槽１３０内には前記配管１１１によって処理水１３９が導入され、処理水１３９中には多数の担体１２１が浮遊している。
【００３０】
以上のように構成されている汚水処理装置１００において、流入管１２３から第１の好気処理槽１１０内に流入した処理水１１９は、水中エアレータ１１３での曝気と攪拌により、微生物が固定化されている担体１２１が均一に流動し、処理水１１９は生物学的に処理される。
【００３１】
次に第１の好気処理槽１１０で処理された処理水１１９は、第１の担体流出防止装置１Ａの筒状スクリーン１０を処理水１１９だけが通り、内筒管５０の集水孔５１を通してその内部に導入され、内筒管５０の両端から配管１１１を通して第２の好気処理槽１３０に導入される。
【００３２】
このとき第１の担体流出防止装置１Ａにおいては、前述のように、内筒管５０に設ける集水孔５１の開口率を、流出口方向、即ち両端方向に向かって低くしているので、本来処理水１１９の流れ易い両端近傍の圧力損失が高められて流れにくくなり、これによって筒状スクリーン１０全体の均等集水が図られる。
【００３３】
図６，図７は上記内筒管５０を用いた担体流出防止装置１Ａと、均等な分布で集水孔を設けた従来の内筒管を用いた担体流出防止装置それぞれにおける、装置各部の処理水流入速度の状態を示す図である。担体流出防止装置１Ａの内筒管５０と従来の内筒管に設けられた集水孔の合計面積は同じであり、筒状スクリーン通過時に付く筒状スクリーン全体での圧力損失は、内筒管に設けられた集水孔の合計面積が同一のため、同一の圧力損失となる。図６は担体流出防止装置の各部に流入する処理水の流速を矢印で示しており、実線矢印は上記内筒管５０を用いた担体流出防止装置１Ａの流速ｖを示し、点線矢印は上記従来の内筒管を用いた担体流出防止装置の流速ｖ´を示している。また図７は担体流出防止装置の中央を原点として横軸に中央からの距離を示し、縦軸に処理水の流速を示している。図６には図７の横軸に対応する軸が示されており、ｄ（−ｄ）は中央の原点から担体流出防止装置の端部までの距離である。
【００３４】
両図に示すように、本発明に係る担体流出防止装置１Ａの流速ｖはその全長にわたって略均一なのに対し、従来の担体流出防止装置の流速ｖ´はその中央付近では遅く、両端部付近では急速に速くなる。このため従来の担体流出防止装置の場合、前述のように、流出口に近い筒状スクリーン両端に担体が集まり、その部分が閉塞し易くなる。筒状スクリーンの両端近傍部分が閉塞すると、次にその内側部分の流速が早くなり、順次閉塞が進んでしまう。
【００３５】
これに対して本発明に係る担体流出防止装置１Ａの場合は、一か所に担体が集まることはないので、何れの部分も閉塞し難くなる。さらに本発明の場合、均等配置された集水孔の径を一律に小さくすることによって（つまり一律の高い圧力損失を与えることによって）担体流出防止装置各部の流速を均一化するのではなく、集水孔５１の合計の開口面積は大きく保ったまま、流速の速くなり易い箇所の集水孔５１の内筒管単位面積当たりの開口面積を小さくするなど、合計の開口面積は大きく保ったまま、集水孔５１の開口率を各部で変更することで各部の流速を均一化するので、全体としては低い圧力損失で、全体の均等集水を達成することができる。
【００３６】
図４，図５に戻って、配管１１１から第２の好気処理槽１３０に流入した処理水１３９は、水中エアレータ１３５での曝気と攪拌により、微生物が固定化されている担体１２１が均一に流動し、処理水は生物学的に処理される。
【００３７】
第２の好気処理槽１３０で処理された処理水１３９は、第２の担体流出防止装置１Ｂの筒状スクリーン１０を処理水だけが通り、内筒管５０の集水孔５１を通してその内部に導入され、内筒管５０の両端から流出水路１３１に排出され、開口１３３から外部に排出される。
【００３８】
そして、この第２の担体流出防止装置１Ｂの場合も、前記第１の担体流出防止装置１Ａの場合と同様に、その全長にわたって低い圧力損失で均等集水が実現されるので、何れの部分も担体１２１によって閉塞され難くなる。
【００３９】
なお第１，第２の担体流出防止装置１Ａ，１Ｂにおいて、さらに、筒状スクリーン１０を駆動手段によって回転駆動しながら、筒状スクリーン１０の空気に露出している部分（天頂部）に前記洗浄用ノズル６０，６１から洗浄水を吹き付ければ、筒状スクリーン１０の表面に付着している担体や増殖した微生物・原生動物・生物膜を洗い落とすことができ、筒状スクリーン１０の閉塞をさらに効果的に防止することができる。
【００４０】
次に既設の汚水処理装置に用いている処理槽を改造し、上記従来の平板状スクリーンや筒状スクリーンに代えて、本発明に係る担体流出防止装置１を設置する場合について説明する。例えば既設の汚水処理装置の処理槽に平板状スクリーンが設置されていて、これを本発明に係る担体流出防止装置１に取り換える場合は、平板状スクリーンの部分を閉じ、前記図４に示す第１の担体流出防止装置１Ａのように担体流出防止装置１の両端を処理槽の左右両側壁に接続して外部に配管を引き出す構成とすることもできるし、第２の担体流出防止装置１Ｂのように処理槽の内壁に流出水路を形成して第２の担体流出防止装置１Ｂの両端を両流出水路に接続する構成とすることもできる。また、例えば既設の汚水処理装置の処理槽に既設の筒状スクリーンが設置されていて、これを本発明に係る担体流出防止装置１に取り換える場合は、既設の筒状スクリーンを、そのまま担体流出防止装置１に取り換えればよい。
【００４１】
一方、既設の処理槽に担体流出防止装置１を設置する場合、処理槽の深さは決まっており、また担体流出防止装置１の設置位置もあまり変更できない場合が多い。このため既設の処理槽の最大許容水位から担体流出防止装置１まで（内筒管通過後の水位まで）の水位差に合わせた内筒管５０の集水孔５１を形成する必要が生じる。
【００４２】
内筒管５０の集水孔５１は例えば以下のように設計する。まず既設の処理槽から流出させている最大流出流量Ｑ（ｍ3／ｓ）と、処理槽の最高許容水位から内筒管５０を流出した後の水位（例えば担体流出防止装置１Ｂの場合でいえば、流出水路１３１の水面）までの水位差Ｈ（ｍ）（図８参照）を求める。次に図８に示すように、前記水位差Ｈから、内筒管５０を通過する処理水の許容最大平均流速ｖ（ｍ／ｓ）を求める。即ち許容最大平均流速ｖは、
ｖ≒（２ｇＣＨ）1/2    ・・・式（１）
Ｃ：係数、ｇ：９．８（ｍ／ｓ2）
【００４３】
次に
ａ≒Ｑ／ｖ    ・・・式（２）
から全集水孔５１の許容最低全面積ａ（ｍ2）を求める。
【００４４】
この許容最低全面積ａは、処理水が最高許容水位に達した時の最大流出流量をＱにするのに必要な集水孔５１の全面積であり、言い換えれば、処理水が処理槽から少なくともオーバーフローしないで流出するために必要な集水孔の必要最低全面積である。
【００４５】
そして、前記許容最低全面積ａとなるように、各集水孔５１の内径と数を算出する。そして図３に示す内筒管５０の例では、全ての集水孔５１の内径を同一にした上で許容最低全面積ａとなる全集水孔５１の数を求め、且つ流出口５３から遠い位置での集水孔５１の内筒管単位面積当たりの数よりも、流出口５３に近い位置での集水孔５１の内筒管単位面積当たりの数が少なくなるように、集水孔５１の各部分での内筒管単位面積当たりの数を決定していく。具体的には例えば前述のように、内筒管５０の中央付近の領域Ｆ１に設ける集水孔５１の内筒管単位面積当たりの数を最も多く、領域Ｆ１の両側付近の領域Ｆ２に設ける集水孔５１の内筒管単位面積当たりの数をこれより少なくし、さらに内筒管５０の両端付近の領域Ｆ３に設ける集水孔５１の内筒管単位面積当たりの数をさらに少なく形成する。
【００４６】
以上のように内筒管５０を構成することで、処理槽から最大流出流量Ｑを排出できてオーバーフローを防止できると同時に、前述のように担体流出防止装置１の長手方向の各部において流入する処理水の流速（流量）をほぼ一定にできる。その結果、筒状スクリーンにおいて、局所的な担体の集中を招くことを防止し、安定的に担体と処理水を分離し続けることができる筒状スクリーンとなる。
【００４７】
なお上記説明では、最大流出流量Ｑと最大許容水位差Ｈから許容最低全面積ａを算出したが、例えば既設のスクリーンが筒状スクリーン内に集水孔を均一に配設した内筒管を配設した構造であった場合は、既設の内筒管に形成されている集水孔の全面積を求め、これを許容最低全面積ａとしてもよい。集水孔の全面積が同じであれば、既設のものと略同一の最大流出流量を流すことが可能であり、また、内筒管で付く圧力損失もほぼ同等とすることができる。その結果、今まで以上に担体の局所的な集中によるスクリーンの閉塞を回避することができる。
【００４８】
以上説明したように、この担体流出防止装置１によれば、内筒管５０全体に一律の高い圧力損失を与えることなく、内筒管５０全体としては低い圧力損失で、担体流出防止装置１全体の均等集水を達成することができる。
【００４９】
これは、既設の処理槽を改造する場合のように、予め上記許容可能な水位差が決定されていて、これを大きくし難いような場合には有効で、特に水位差を変更するのが困難な全地下式の既設処理槽の改造には有効である。また処理槽を新設する場合においても、筒状スクリーン通過前後の水位差を低減することができるため、土木工事費用の低減を図ることができる。
【００５０】
特に流量の時間変動が大きい下水道分野では大きな効果を発揮する。何故なら最大水量時を想定して水位差（水位高低差）を考慮する必要があるが、筒状スクリーンの通過流速の遅くなる最低水量時に均等配分できるように、従来のように内筒管に均一に配置した同一内径の集水孔全ての内径寸法を小さくすると、最大水量時には大きな圧力損失が付くことになるため、通常時に必要な水位差に比べて、過大な水位差を許容できる処理水槽にする必要が生じてしまう。これに対して、この担体流出防止装置１によれば、内筒管５０に形成する集水孔５１の内筒管単位面積当たりの開口面積を場所に応じて変更することで最低水量時に均等配分できると同時に、集水孔５１全体の開口面積は大きく取れるので、最大水量時を想定したときの水位差を小さくすることができるからである。
【００５１】
図９は流出口を片端のみとした他の実施形態にかかる担体流出防止装置１−２の斜視図である。また図１０は担体流出防止装置１−２に用いる内筒管５０−２の正面図であり、集水孔５１−２の配置状態を示す図である。この担体流出防止装置１−２において、前記図１〜図７に示す担体流出防止装置１と同一又は相当部分には同一符号を付す（但し添え字「−２」を付す）。なお以下で説明する事項以外の事項については、前記図１〜図７に示す担体流出防止装置１と同じである。この例で示す担体流出防止装置１−２は、図９に示すように、周囲の処理水を筒状スクリーン１０−２の外周全面からその内部に導入した後、内筒管５０−２の一端のみから流出させる構成となっている。
【００５２】
即ち内筒管５０−２は、流出口５３−２を図９の左側端部のみに設け、もう一方の右側端部を閉鎖している。また内筒管５０−２は図１０に示すように、各集水孔５１−２の孔径を同一とした上で、流出口５３−２から遠い位置である右端付近の集水孔５１−２の内筒管単位面積当たりの数よりも、流出口５３−２に近い左端付近の集水孔５１−２の内筒管単位面積当たりの数の方を少なく形成している。即ち内筒管５０−２の右端付近の領域Ｆ４に設ける集水孔５１−２の内筒管単位面積当たりの数が最も多く、領域Ｆ４の左側付近の領域Ｆ５に設ける集水孔５１−２の内筒管単位面積当たりの数をこれより少なくし、領域Ｆ５の左側付近の領域Ｆ６に設ける集水孔５１−２の内筒管単位面積当たりの数をこれよりさらに少なくし、さらに内筒管５０−２の左端付近の領域Ｆ７に設ける集水孔５１−２の内筒管単位面積当たりの数をさらに少なくしている。つまりこの例の場合も、内筒管５０−２に設ける集水孔５１−２は、流出口５３−２から遠い位置での内筒管単位面積当たりの開口面積よりも、流出口５３−２に近い位置での内筒管単位面積当たりの開口面積の方が小さくなるように形成されている。
【００５３】
この担体流出防止装置１−２は、一般に処理槽の側壁に設けた開口に流出口５３−２を設けた側の端部を接続し、その長手方向が処理槽の側壁内面から垂直に処理槽の内側に向かって突出するように設置される。
【００５４】
この担体流出防止装置１−２の場合も、処理槽で処理された処理水は、担体流出防止装置１−２の筒状スクリーン１０−２を処理水だけが通り、内筒管５０−２の集水孔５１−２を通してその内部に導入され、内筒管５０−２の流出口５３−２から処理槽側壁に設けた開口を通して外部に流出される。そして、この担体流出防止装置１−２においても、前述のように、内筒管５０−２に設ける集水孔５１−２の開口率を、流出口５３−２方向に向かって低くしているので、本来、処理水の流れ易い流出口５３−２近傍の圧力損失が高められて流れにくくなり、これによって筒状スクリーン１０−２全体の均等集水が図られる。
【００５５】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば、上記例では本発明に係る固液分離装置を担体流出防止装置として汚水処理装置の好気処理槽に用いた例を示したが、本発明は汚水に限定されず、例えば農業用水や工業用水、さらには浄水用の処理槽等にも同様に適用できる。なお、汚水には下水の他に、工場排水等の他の各種汚水が含まれる概念である。さらに本発明は、担体流出防止装置のみに使用されるものではなく、処理水中に浮遊するイオン交換樹脂やろ材等、他の各種の固体を分離対象として分離する固液分離装置にも同様に用いることができる。つまり、本発明に係る固液分離装置は、各種水処理装置の処理槽であれば、どのような用途に利用される処理槽にも利用することができる。
【００５６】
また上記例では、集水孔５１の内径を一定とし、集水孔５１の内筒管単位面積当たりの数を各部で変更することで各部の内筒管単位面積当たりの開口面積を変更したが、その代りに、集水孔の数は一定のまま、各集水孔の孔径を変更するか、或いは各集水孔の孔径を変更しながら、同時に集水孔の内筒管単位面積当たりの数を変更することで、流出口から遠い位置での集水孔の内筒管単位面積当たりの開口面積よりも、流出口に近い位置での集水孔の内筒管単位面積当たりの開口面積の方を小さく形成するように構成しても良い。なお、集水孔５１の孔径を小さくすると、その部分で目詰まりする恐れが生じるが、孔径を一定にして、その数の分布を変える場合は、そのような問題が生じない。もちろん孔径を変更する場合において、最も小さい孔径を目詰まりし難い大きさ以上に設定することができれば、そのような問題は生じない。
【符号の説明】
【００５７】
１  担体流出防止装置（固液分離装置）
１０  筒状スクリーン
１１  リング
１３  ロッド
１５  閉鎖部材
１７  開口
５０  内筒管
５１  集水孔
５３  流出口
６０  洗浄用ノズル（洗浄手段）
１００  汚水処理装置（微生物固定化担体浮遊式汚水処理装置、水処理装置）
１１０  第１の好気処理槽（処理槽）
１１１  配管
１１３  水中エアレータ
１１５  配管
１１７  ブロワ
１１９  処理水
１２１  担体（分離対象の固体）
１２３  流入管
１３０  第２の好気処理槽（処理槽）
１Ａ  第１の担体流出防止装置
１Ｂ  第２の担体流出防止装置
１３１  流出水路
１３３  開口
１３５  水中エアレータ
１３７  配管
１３９  処理水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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