(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水処理設備の排水槽であって、
円筒内壁面を有する水槽本体と、
前記水槽本体に接続され、前記円筒内壁面の接線方向に沿って排水を当該水槽本体内に供給する給水管と、
前記水槽本体のうち前記給水管の給水口よりも下方に接続され、当該水槽本体から排水を排出する排水管と、
前記水槽本体内に配置されるブレード付きシャフトを有し、前記円筒内壁面に沿った渦流を形成する排水のエネルギーによって前記ブレード付きシャフトが回転駆動されることで発電を行う発電機と、
前記水槽本体に設けられ、当該水槽本体内における排水の水質を分析するためのセンサーと、
を備え、
前記センサーは、前記水槽本体の中心軸に垂直な方向からみた場合に、前記給水口から前記円筒内壁面に沿って半周ずれた位置に配置されている、
排水処理設備の排水槽。
【請求項２】
排水処理設備の排水槽であって、
円筒内壁面を有する水槽本体と、
前記水槽本体に接続され、前記円筒内壁面の接線方向に沿って排水を当該水槽本体内に供給する給水管と、
前記水槽本体のうち前記給水管の給水口よりも下方に接続され、当該水槽本体から排水を排出する排水管と、
前記水槽本体内に配置されるブレード付きシャフトを有し、前記円筒内壁面に沿った渦流を形成する排水のエネルギーによって前記ブレード付きシャフトが回転駆動されることで発電を行う発電機と、
前記水槽本体に設けられ、当該水槽本体内における排水の水質を分析するためのセンサーと、
を備え、
前記センサーは、前記水槽本体の高さ方向において、前記排水管の排水口および前記給水口の中間位置に配置されている、
排水処理設備の排水槽。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の排水槽を備える排水処理設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水処理設備の排水槽、排水処理設備、および排水エネルギー回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場から排出される工場排水や、病院から排出される病院排水には、多くの汚濁物質が含まれているため、これらの汚濁物質を除去したり、その濃度を基準値以下に低減した後に、河川等の公共用水域に放流する必要がある。そのため、通常、工場や病院には、排水を処理するための排水処理設備（排水処理装置）が併設されている。また、排水処理に関しては、種々の技術が提案されている（例えば、特許文献１等を参照）。
【０００３】
この種の排水処理設備（排水処理装置）は、通常、複数の排水槽を備えており、排水が各排水槽に順次移送されることで排水に含まれる汚濁物質の除去、濃度の低減等が行われるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１３６８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の排水処理設備においては、各種排水槽において排水処理を行うために消費する消費電力量が大きく、省エネの観点から改善の余地があった。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、排水処理設備の排水槽において、排水が有するエネルギーを効率的に回収することのできる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る排水処理設備の排水槽は、上記課題を解決するために、円筒内壁面を有する水槽本体に接続された給水管から円筒内壁面の接線方向に沿って排水を供給することで排水に渦流を形成し、当該渦流を形成する排水のエネルギーによって発電機のブレード付きシャフトを回転駆動させることで発電を行うようにした。
【０００８】
より詳しくは、本発明は、排水処理設備の排水槽であって、円筒内壁面を有する水槽本体と、前記水槽本体に接続され、前記円筒内壁面の接線方向に沿って排水を当該水槽本体内に供給する給水管と、前記水槽本体のうち前記給水管の給水口よりも下方に接続され、当該水槽本体から排水を排出する排水管と、前記水槽本体内に配置されるブレード付きシャフトを有し、前記円筒内壁面に沿った渦流を形成する排水のエネルギーによって前記ブレード付きシャフトが回転駆動されることで発電を行う発電機と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
これによれば、従来、排水処理設備の排水槽においては電力を消費する一方であったのに対して、本発明に係る排水処理設備の排水槽によれば、排水が保有するエネルギーを効率的に回収して電力を創出することができ、省エネの観点から非常に優れている。
【００１０】
ここで、前記水槽本体には、当該水槽本体内における排水の水質を分析するためのセン
サーが設けられていてもよい。本発明によれば、水槽本体内の排水に渦流を形成し、排水を効率よく撹拌することができるため、センサーの測定精度を高めることができる。
【００１１】
また、前記センサーは、前記水槽本体の中心軸に垂直な方向からみた場合に、前記給水口から前記円筒内壁面に沿って半周ずれた位置に配置されていてもよい。これによれば、円筒内壁面に沿って旋回する排水と円筒内壁面との間の摩擦によって発生する気泡の影響を受け難い位置にセンサーが設置されるため、センサーの測定誤差が起こり難く、排水の水質を精度よく分析することができる。
【００１２】
また、本発明は、上述までの排水槽を備える排水処理設備として特定することもできる。また、本発明は排水エネルギー回収方法として特定することもできる。即ち、本発明は、排水処理設備の排水槽における排水エネルギー回収方法であって、円筒内壁面を有する水槽本体に接続された給水管によって前記円筒内壁面の接線方向に沿って排水を当該水槽本体内に供給し、且つ前記水槽本体のうち前記給水管の給水口よりも下方に接続された排水管によって当該水槽本体から排水を排出することで、前記円筒内壁面に沿って旋回する排水の渦流を形成し、前記円筒内壁面に沿った渦流を形成する排水のエネルギーによって発電機のブレード付きシャフトを回転駆動させることで発電を行うことを特徴とする。
【００１３】
これによれば、従来、排水処理設備の排水槽においては電力を消費する一方であったのに対して、本発明に係る排水処理設備の排水槽によれば、排水が保有するエネルギーを効率的に回収して電力を創出することができ、省エネの観点から非常に優れている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、排水処理設備の排水槽において、排水が有するエネルギーを効率的に回収することのできる技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実施形態における排水処理設備の概略構成を示す図である。
【図２】図２は、実施形態に係る調整槽の外観斜視図である。
【図３】図３は、実施形態に係る調整槽の側面図である。
【図４】図４は、実施形態に係る調整槽の横断面図である。
【図５】図５は、実施形態に係る調整槽の縦断面図である。
【図６】図６は、実施形態に係る調整槽の水槽本体内の排水によって形成される渦流を説明する図である。
【図７】図７は、従来における排水槽の撹拌手法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、発明を実施するための実施形態について、図面を参照して例示的に詳しく説明する。
【００１７】
＜実施形態＞
図１は、実施形態における排水処理設備（排水処理設備装置）１の概略構成を示す図である。排水処理設備１は、工場排水や病院排水に含まれる汚濁物質を除去する設備であり、反応槽１１、調整槽１２、曝気槽１３、貯留槽１４、放流槽１５、および制御部２を備えている。制御部２は、例えば、演算装置（ＣＰＵ）、記憶装置、入力装置、表示装置等を備えたコンピュータによって構成されており、排水処理設備１の全体の制御を行う。
【００１８】
反応槽１１は、処理対象となる排水の原水を受け入れて、原水に含まれる固形残渣や沈降物等を取り除く排水槽である。反応槽１１には、第１薬剤および第２薬剤を選択的に投入可能な薬剤投入装置１１０が設けられている。第１薬剤および第２薬剤は、排水のｐＨ
を調整するための薬剤である。例えば、第１薬剤は、酸性の排水を中和するための薬剤であり、第２薬剤は、アルカリ性の排水を中和するための薬剤である。薬剤投入装置１１０が、第１薬剤または第２薬剤を排水に添加することで、排水のｐＨ調整が行われる。反応槽１１は第１配管１６によって調整槽１２に接続されている。また、反応槽１１の底部にはポンプ１７が設置されており、ポンプ１７が駆動することで、反応槽１１において処理された排水が第１配管１６を通じて調整槽１２に移送される。
【００１９】
調整槽１２は、反応槽１１で処理された排水を受け入れて、曝気槽１３での反応を最適にするために排水の量を調整する排水槽である。また、調整槽１２には、排水のｐＨを検出するｐＨセンサー１２０が設けられている。ｐＨセンサー１２０は、制御部２と電気的に接続されており、その検出結果が制御部２の表示装置にモニタリングされる。また、ｐＨセンサー１２０の検出結果に基づいて、制御部２は、反応槽１１における薬剤投入装置１１０を制御する。即ち、排水のｐＨが酸性を示す場合には、薬剤投入装置１１０から第１薬剤を排水に添加する。一方、排水のｐＨがアルカリ性を示す場合には、薬剤投入装置１１０から第２薬剤を排水に添加する。また、調整槽１２は第２配管１８によって曝気槽１３に接続されており、調整槽１２の排水は第２配管１８を通じて曝気槽１３に移送される。
【００２０】
曝気槽１３は、調整槽１２からの排水を受け入れて、排水に酸素を供給することで、排水中の微生物による汚濁物質の分解及び酸化を促進させる排水槽である。曝気槽１３の底部には、排水中に酸素を供給する曝気用散気管１３０が配置されている。曝気用散気管１３０は、曝気用通路１３１を通じて、ブロアー１３２から曝気用の空気が送られるようになっている。曝気槽１３では、例えば、活性汚泥法により微生物を利用してＢＯＤ、ＣＯＤ、窒素、りん等の濃度を低減させる。曝気槽１３は第３配管１９によって貯留槽１４に接続されており、曝気槽１３において処理された排水は第３配管１９を通じて貯留槽１４に移送される。
【００２１】
貯留槽１４は、曝気槽１３で処理された排水を受け入れて、排水を一旦貯留する排水槽である。貯留槽１４には、希釈水を排水に供給する給水装置１４０が設けられている。貯留槽１４においては、必要に応じて給水装置１４０から排水に供給される希釈水を用いて、排水の希釈が行われる。貯留槽１４は、第４配管２０によって放流槽１５に接続されており、貯留槽１４の排水は第４配管２０を通じて放流槽１５に移送される。
【００２２】
放流槽１５は、貯留槽１４からの排水を受け入れて、その排水の水質を分析する排水槽である。放流槽１５には、排水のＢＯＤ（Biochemical oxygen demand）を検出するＢＯ
Ｄセンサー１５０と、ＣＯＤ（Chemical Oxygen Demand）を検出するＣＯＤセンサー１５１が設置されている。ＢＯＤは、生物化学的酸素要求量であり、ＣＯＤは化学的酸素要求量である。ＢＯＤセンサー１５０およびＣＯＤセンサー１５１は、制御部２と電気的に接続されており、これらの検出結果が制御部２の表示装置にモニタリングされる。また、ＢＯＤセンサー１５０およびＣＯＤセンサー１５１の検出結果に基づいて、制御部２は、貯留槽１４における給水装置１４０を制御し、希釈水の供給のオン、オフを切り替えたり、その供給量を調整する。
【００２３】
放流槽１５には、放流管２１が接続されており、放流槽１５に設けられたポンプ２２が作動することで、放流槽１５から放流管２１に排出された排水が河川等の公共用水域に放流される。なお、放流管２１の途中から戻り管２３が分岐しており、この戻り管２３は反応槽１１に接続されている。
【００２４】
また、放流管２１から分岐する戻り管２３の分岐部には、流路切替弁２４が設けられている。この流路切替弁２４は、制御部２と電気的に接続されており制御部２によって制御
される。本実施形態において、制御部２は、通常時において、放流槽１５から排出される排水が、放流管２１を通じて河川に放流されるように流路切替弁２４を制御している。一方、制御部２は、ＢＯＤセンサー１５０によって検出されたＢＯＤと、ＣＯＤセンサー１５１によって検出されたＣＯＤの何れか一方でも許容範囲を超えている場合に、流路切替弁２４を制御して排水の流路を切り替える。その結果、放流槽１５から排出される排水が、戻り管２３を介して反応槽１１に戻されるようになる。
【００２５】
以上のように構成される排水処理設備１においては、工場や病院から排出された排水から汚濁物質を除去し、汚濁物質の濃度を基準値以下に低減した後に、河川等の公共用水域に放流する。
【００２６】
ところで、本実施形態に係る排水処理設備１は、排水が保有する排水エネルギーを回収して発電する機能を有する一又は複数の発電機（ジェネレータ）付き排水槽を備えている。以下、その詳細について説明する。ここでは、上述した調整槽１２において、排水エネルギーを回収する態様について説明する。
【００２７】
図２〜図５は、調整槽１２の詳細構造を示す図である。図２は、実施形態に係る調整槽１２の外観斜視図である。図３は、実施形態に係る調整槽１２の側面図である。図４は、実施形態に係る調整槽１２の横断面図である。図５は、実施形態に係る調整槽１２の縦断面図である。図５は、図４に示すＡ−Ａ矢視断面を示している。
【００２８】
調整槽１２は、水槽本体３０と、水槽本体３０に接続される給水管４０および排水管５０と、発電機６０を備えている。水槽本体３０は、円形の底部３１を有する有底円筒形状の容器（タンク）であり、底部３１から立ち上がる円筒状の円筒内壁面３２を有している。水槽本体３０には複数の脚部３３が取り付けられており、図示しないコンクリート製の床版等に脚部３３が固定されている。
【００２９】
以下では、水槽本体３０のうち、底部３１が設けられている方の端部を下端と定義し、その反対側を上端と定義する。図２に示すように、水槽本体３０の上端は開放端となっており、大気に開放されている。給水管４０は、水槽本体３０の中央部よりも若干上部側に接続されている。給水管４０における水槽本体３０との接続口を、給水口４１と呼ぶ。また、排水管５０は、水槽本体３０の底部３１と接続されている。したがって、排水管５０は、水槽本体３０のうち、給水管４０における給水口４１よりも下方の部位に接続されている。また、図４にも示されるように、本実施形態における給水管４０は、水槽本体３０における円筒内壁面３２の接線方向に沿って接続されている。
【００３０】
ここで、給水管４０は、図１に示す第１配管１６の一部であり、より具体的には第１配管１６における調整槽１２と接続される側の端部領域である。また、排水管５０は、図１に示す第２配管１８の一部であり、より具体的には第２配管１８における調整槽１２と接続される側の端部領域である。また、第１配管１６は、水槽本体３０に接続される給水口４１よりも高い位置まで一端立ち上がっており、ポンプ１７のヘッド圧（揚程）が十分に確保されている。
【００３１】
また、図５に示すように、水槽本体３０における底部３１と排水管５０と接続構造は、排水管５０の端部が底部３１から上方（水槽本体３０の内部側）に向かって突出している。そして、排水管５０の端部は、上方に向かって末広がり形状のテーパ部５１を有し、このテーパ部５１の端部に排水口５２が形成されている。
【００３２】
また、発電機６０は、水槽本体３０内に配置されるブレード付きシャフト６１を有している。ブレード付きシャフト６１は、駆動軸６２と、この駆動軸６２の先端側に取り付け
られたブレード６３を含む。本実施形態においては、駆動軸６２の先端側に複数のブレード６３が放射状に取り付けられているが、ブレード６３の数や形状は特定の態様に限定されない。発電機６０は、ブレード付きシャフト６１（駆動軸６２）が軸廻りに回転駆動することで発電を行う。なお、ブレード付きシャフト６１の駆動軸６２は、水槽本体３０の中心軸に沿って同軸に配置されている。
【００３３】
以上のように構成される調整槽１２においては、水槽本体３０における円筒内壁面３２の接線方向に沿って排水を水槽本体３０内に供給することができる。その結果、給水管４０を通じて水槽本体３０内に流入する排水を、円筒内壁面３２の接線方向に沿って旋回させながら下方の排水管５０へと導き、水槽本体３０内の排水に渦流を形成することができる。図６は、実施形態に係る調整槽１２の水槽本体３０内の排水によって形成される渦流を、二点鎖線の矢印によって模式的に示したものである。このように、水槽本体３０内の排水に渦流を形成させることで、ブレード付きシャフト６１を勢いよく回転させることができ、発電機６０において効率的に発電を行うことができる。
【００３４】
また、本実施形態における排水管５０の排水口５２には、テーパ部５１が設けられているため、水槽本体３０から排水管５０への排水の排出を円滑に行うことができる。これにより、給水管４０を通じて水槽本体３０内に供給された排水を円筒内壁面３２に沿って勢いよく旋回させることができ、発電機６０による発電量の増加に資することができる。
【００３５】
次に、調整槽１２におけるｐＨセンサー１２０の設置態様について説明する。ところで、給水管４０から水槽本体３０に供給された排水は円筒内壁面３２に沿って旋回するところ、給水口４１近傍は、円筒内壁面３２とこれに沿って流れる排水との間の摩擦係数が比較的高く、気泡が発生しやすい。このような気泡が多く発生する位置にｐＨセンサー１２０を設置すると、測定誤差の発生を招く虞がある。一方、水槽本体３０の横断面において、給水口４１から円筒内壁面３２に沿って離れるに従い、円筒内壁面３２に沿って流れる排水の摩擦抵抗が小さくなるため、気泡が発生しにくくなる。
【００３６】
そこで、本実施形態においては、図４に示されるように、ｐＨセンサー１２０を、水槽本体３０の中心軸に垂直な方向からみた場合に、給水管４０の給水口４１から円筒内壁面３２に沿って半周ずれた位置（即ち、１８０°ずれた位置）に配置するようにした。これによれば、円筒内壁面３２に沿って旋回する排水と円筒内壁面３２との間の摩擦によって発生する気泡の影響を受け難い位置にｐＨセンサー１２０を設置することができるため、ｐＨセンサー１２０の測定誤差が起こり難く、排水のｐＨを精度よく測定することができる。また、図６に示す符号１２０ａは、ｐＨセンサー１２０の検出部（センサー部）である。図６に示す態様においては、ｐＨセンサー１２０は、検出部１２０ａが渦流を形成する排水の流れに衝突するように設置されているため、ｐＨセンサー１２０における測定のばらつきを抑制することができる。なお、ｐＨセンサー１２０の軸線方向と、渦流を形成する排水の旋回方向とがなく角度は、概ね３０°程度とすると、ｐＨセンサー１２０における測定のばらつきを低減する観点から好適である。
【００３７】
次に、ｐＨセンサー１２０を水槽本体３０に設置する際の高さについて説明する。ここで、ｐＨセンサー１２０を、水槽本体３０における給水口４１の高さ近傍の位置に設置する場合を考えると、この場合、排水と円筒内壁面３２との間の摩擦によって発生する気泡の影響をｐＨセンサー１２０が受けてしまう虞がある。また、ｐＨセンサー１２０を排水口５２の高さ近傍の位置に設置する場合を考えると、この場合、水圧の影響をｐＨセンサー１２０が受けてしまう虞がある。そこで、本実施形態に係る調整槽１２では、水槽本体３０の高さ方向において、給水口４１と排出口５２からの距離がちょうど同じくらいの位置にｐＨセンサー１２０を配置するようにした。これによれば、ｐＨセンサー１２０の測定誤差をより一層起こりにくくすることができる。
【００３８】
更に、本実施形態に係る調整槽１２によれば、水槽本体３０内の排水に渦流を形成することができるため、水槽本体３０内の排水を効率よく撹拌することができる。したがって、より均一に撹拌された状態の排水に対してｐＨの測定を行うことができるため、測定結果の信頼性が高いという利点がある。図７は、従来における排水槽の撹拌手法を説明する図である。図示のように、従来においては、排水槽内に配置した撹拌用羽根ＰをモータＭによって回転させることによって排水を撹拌していた。このような従来の撹拌手法においては、排水槽の全体で効率よく排水を撹拌することが難しく、センサーによる測定精度が低下しやすかった。また、センサーによる測定精度の低下を抑制するためには排水槽における排水の滞留時間を長くする必要があり、その結果、排水槽のコンパクト化を阻害する要因となっていた。
【００３９】
これに対して、本実施形態に係る調整槽１２によれば、水槽本体３０内の排水を効率よく撹拌することができるため、センサーの測定精度を高めることができる。また、このように、本実施形態においては、センサーの測定精度担保しつつ、水槽本体３０内における排水の滞留時間を従来の排水槽に比べて短くすることができるため、調整槽１２（水槽本体３０）を従来に比べてコンパクトにすることができる。その結果、水槽本体３０内を旋回しながら渦流を形成する排水が保有するエネルギーの増大に繋がり、発電機６０における発電量の増加に寄与することができる。
【００４０】
以上のように、本実施形態における排水処理設備１の調整槽１２によれば、円筒内壁面３２を有する水槽本体３２に接続された給水管４０によって円筒内壁面３２の接線方向に沿って排水を当該水槽本体３０内に供給し、水槽本体３０のうち給水管４０の給水口４１よりも下方に接続された排水管５０によって当該水槽本体３０から排水を排出することで円筒内壁面３２に沿って旋回する排水の渦流を形成し、この渦流を形成する排水のエネルギーによって発電機６０のブレード付きシャフト６１を回転駆動させることで発電を行うようにした。これによれば、従来、排水処理設備においては電力を消費する一方であったのに対して、本実施形態に係る排水処理設備１によれば、排水が保有するエネルギーを効率的に回収して電力を創出することができ、省エネの観点から非常に優れている。
【００４１】
なお、上記実施形態では、排水処理設備１の調整槽１２において排水エネルギーを回収して発電を行う態様を説明したが、他の排水槽（例えば、反応槽１１、曝気槽１３、貯留槽１４、放流槽１５等）においても同様に、排水エネルギーの回収および発電を行うようにしてもよい。例えば、排水処理設備１の放流槽１５を、調整槽１２と同様な構造、即ち図２〜図５に示した構造としてもよい。これにより、放流槽１５においても、本実施形態に係る排水エネルギーの回収方法を調整槽１２に適用した場合と同様の効果を奏する。また、放流槽１５においては、ＢＯＤセンサー１５０およびＣＯＤセンサー１５１を、水槽本体３０の中心軸に垂直な方向からみた場合に、給水管４０の給水口４１から円筒内壁面３２に沿って半周ずれた位置（即ち、１８０°ずれた位置）に配置するとよい。その結果、調整槽１２におけるｐＨセンサー１２０のときと同様、ＢＯＤセンサー１５０およびＣＯＤセンサー１５１が、水槽本体３０で発生する気泡の影響を受け難くすることができる。
【００４２】
以上、本件に係る実施形態について説明したが、これらの実施形態については種々の変更、改良、組み合わせ等が可能である。例えば、排水処理設備１は、図１に例示した以外の排水槽を含んでいてもよく、その排水槽を図２〜図５に示した構造を採用し、排水エネルギーを回収してもよい。また、本実施形態においては、排水処理設備１の調整槽１２にｐＨセンサー１２０を設置し、放流槽１５にＢＯＤセンサー１５０およびＣＯＤセンサー１５１を設置しているが、水温センサー等、他のセンサーを設置してもよいのは勿論である。また、図２、３、５等に示す態様では、排水管５０を水槽本体３０の底部３１に接続
しているが、これには限られない。例えば、水槽本体３０における円筒内壁面３２のうち、給水口４１よりも下方の部位に排水管５０を接続してもよく、このような態様によっても給水管４０を通じて水槽本体３０に供給された排水に渦流を好適に形成することが可能となる。
【符号の説明】
【００４３】
１・・・排水処理設備
２・・・制御部
１１・・・反応槽
１２・・・調整槽
１３・・・曝気槽
１４・・・貯留槽
１５・・・放流槽
３０・・・水槽本体
３１・・・底部
３２・・・円筒内壁面
４０・・・給水管
４１・・・給水口
５０・・・排水管
５１・・・テーパ部
５２・・・排水口
６０・・・発電機
６１・・・ブレード付きシャフト
【要約】
【課題】排水処理設備の排水槽において、排水が有するエネルギーを効率的に回収することのできる技術を提供する。
【解決手段】排水処理設備の排水槽であって、円筒内壁面を有する水槽本体と、水槽本体に接続され、円筒内壁面の接線方向に沿って排水を水槽本体内に供給する給水管と、水槽本体のうち給水管の給水口よりも下方に接続され、水槽本体から排水を排出する排水管と、水槽本体内に配置されるブレード付きシャフトを有し、円筒内壁面に沿った渦流を形成する排水のエネルギーによってブレード付きシャフトが回転駆動されることで発電を行う発電機と、を備える。
【選択図】図２【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１】
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