(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下水処理施設における導水渠や生物反応槽等のスカムが堆積してスカム層を形成しやすい部分の水面下にスプレーノズルを略埋設して、該スプレーノズルから洗浄水を扇状に水平方向に噴射して、該スプレーノズル後方から洗浄水の噴射方向に表層流を発生させ、該表層流に連れて該スプレーノズル後方から該スプレーノズルに到るスカムを、該スプレーノズルから噴射される洗浄水で砕いて、スカム層の除去又は発生を防止することを特徴とするスカム層除去方法。
【請求項２】
洗浄水が送り込まれる配管の端部が解放されているとともに、該端部に該配管の軸方向に対して、直角方向に円弧状に湾曲した扇状流路が形成され、かつ該扇状流路の裏側面が円弧状に湾曲した該扇状流路に沿って円弧状に湾曲しており、該配管から送り込まれる洗浄水を該扇状流路に沿って、扇状に略水平方向に噴射することを特徴とするスカム層除去用のスプレーノズル。
【請求項３】
阻流壁で区画された嫌気槽と好気槽とが少なくとも設けられ、嫌気槽の処理水が嫌気槽から隣接する嫌気槽または好気槽へと阻流壁の堰を越流して流れ込むようにして、汚泥に含まれる有機物を微生物で分解処理する生物反応槽であって、前記阻流壁近傍の上流側水面下に、洗浄水を扇状に略水平方向に噴射して表層流を発生させ、スカム層の発生を防止又はスカムを移送するためのスプレーノズルを設置したことを特徴とする生物反応槽。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水処理設備におけるスカム層の発生を防止するスカム層除去方法、そのスカム層除去用又は防止用のスプレーノズル、及びこのスプレーノズルを備えた生物反応槽に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、下水処理施設では、図５に示すように、流入下水中の土砂などの比重の重い粒子をまず沈砂池１で沈殿分離し、次に浮遊性の大きなごみや夾雑物をスクリーンで除去して、その後、導水渠２ａを通して沈殿池２に下水を導くが、途中の導水路では、下水の嫌気的腐敗を防止するために、空気を吹き込む予備エアレーション、或いは下水中の油脂状成分を浮上・分離する油脂分離操作が行われる。
【０００３】
沈殿池２の下水は、導水渠３ａを通して曝気槽３に送り込まれ、さらに曝気槽３から導水渠４ａを通して、最終沈殿池４へと送り込まれる。曝気槽３に流入した下水は、微生物を主体として構成された活性汚泥と混合して、同時に空気中の酸素を水表面から機械攪拌で溶解させるか、底部より圧縮空気を気泡として注入し、曝気槽３内での混合と微生物分解処理して、最終沈殿池４に導く。最終沈殿池４に沈降する活性汚泥は、その一部が沈殿濃縮されて再び沈殿池２、曝気槽３に返送される。最終沈殿池４から流出する上澄水は、消毒して排水する。
【０００４】
一方、下水の高度処理方法の一例としては、ＡＯ法やＡ２ Ｏ法等がある。図６は、Ａ２ Ｏ法による生物反応槽５を示し、この生物反応槽５では、阻流壁１０で仕切られた嫌気槽６，７と好気槽８とから構成されている。嫌気槽６，７は、攪拌機６ｂ，７ｂで攪拌され、好気槽８では、散気装置に８ａによって、槽内に空気が送り込まれている。沈殿池からの上澄水は、生物反応槽５の嫌気槽６に供給して下水中の有機物を嫌気性細菌による嫌気性消化によって、分解処理する。なお、嫌気槽７は、無酸素槽と称される場合もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示した下水処理施設では、空気を吹き込む予備エアレーション、或いは下水中の油脂状成分を浮上・分離する油脂分離の操作が施されているが、その際に、下水とともに完全に除去されない浮遊する汚泥（浮渣，スカム）が導水渠２ａから阻流壁２ｂを経て沈殿池２に流入する。その際、スカムは、導水渠２ａから阻流壁２ｂ部分に堆積して２０〜５０ｃｍに達するスカム層Ｓが形成される。曝気槽３では、汚泥に気泡が付着して浮遊し、曝気槽３から導水渠４ａを経て、阻流壁４ｂに沿って降下して、最終沈殿槽４へと流入する。同様に、スカムは、導水渠４ａから阻流壁４ｂ部分に堆積して、２０〜５０ｃｍに達するスカム層Ｓが形成される。
【０００６】
一方、図６のＡ２  Ｏ法による生物反応槽５では、沈殿槽から流入する下水が生物反応槽５の嫌気槽６に流入し、嫌気槽６では、下水中の有機物を嫌気性菌による嫌気性消化する際に、スカムが発生し、阻流壁１０による堰６ａから処理水が下流に流れるので、スカムが堰６ａに堆積して、その厚さが、２０〜５０ｃｍにも達するスカム層Ｓが形成される。嫌気槽７での処理水は、好気槽８に送り込まれ、嫌気槽７においても同様に阻流壁１０による堰７ａにスカム層Ｓが発生する現象が見られる。
【０００７】
スカム層Ｓが形成された場合、通常、手作業で除去している。その際、図７（ａ），（ｂ）に示したようなノズル１１が使用されていた。図７（ａ）のノズル１１は、その先端が絞られた形状のものである。このノズル１１では、部分的にスカムＳを除去することができるが、全体を崩すことができなかった。図７（ｂ）のノズル１２は、同様に先端が絞られており、垂直方向にスカム層Ｓを崩すことはできたが、その全体を崩すことができなかった。
【０００８】
さらに、これらのノズルでは、その先端が絞られた形状であり、スカムによって閉塞することがあり、好ましくない。また、スカム層Ｓを部分的に崩すことはできるが全てのスカム層Ｓを崩すには、ノズルを他の部分に移動して洗浄水をスカム層Ｓに噴射する等の人為的操作を行わねばならなず、作業性に問題があった。さらには、ノズル１１，１２からスカム層に噴射される洗浄水が作業者に飛び散ったり、作業場内に霧状に充満して悪臭を放ち作業環境が悪化して不衛生となる欠点があった。
【０００９】
本発明は、上述のような課題に鑑みなされたものであって、下水処理設備におけるスカム層の発生を防止するスカム層除去方法、そのスカム層除去用或いはスカム層発生防止用のスプレーノズル、及びこのスプレーノズルを備えた生物反応槽に関するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を達成するためになされたものであり、請求項１の発明は、下水処理施設における導水渠や生物反応槽等のスカムが堆積してスカム層を形成しやすい部分の水面下にスプレーノズルを略埋設して、該スプレーノズルから洗浄水を扇状に水平方向に噴射して、該スプレーノズル後方から洗浄水の噴射方向に表層流を発生させ、該表層流に連れて該スプレーノズル後方から該スプレーノズルに到るスカムを、該スプレーノズルから噴射される洗浄水で砕いて、スカム層の除去又は発生を防止することを特徴とするスカム層除去方法である。
【００１１】
請求項１の発明では、生物反応槽を含めた下水処理施設において、流入下水に散気が行われることにより、有機物汚濁物質に気泡が付着して浮遊したり、或いは生物反応による分解による二酸化炭素、メタンガス或いはアンモニア等の分解ガスが汚泥に付着して浮遊するスカムが生成されやすく、このような下水処理過程でスカムが生成した下水が導水渠を通して沈殿池や、曝気槽から導水渠を通して沈殿槽へと流れ込む際、導水渠にスカム層が形成されたり、阻流壁による堰に付着してスカム層が形成されやすい。さらに、生物反応槽では、嫌気槽から嫌気槽、嫌気槽から好気槽に流れ込む際に、同様なことが発生する。このようなスカム層が発生しやすい部分に、水面に没したスプレーノズルから洗浄水を扇状に水平方向に噴射して、強制的に表層流を発生させる。スカムは、その表層流に伴って、スプレーノズル部に流れ込んで、スプレーノズルから噴射される水流でスカムを砕くようにして凝集しないようにし、その成長を阻止するようにしたものである。なお、スプレーノズルは、例えばその開放端が水面に没した位置に配置されるか、或いはその開放端が水面からわずかに上方に位置するように配置して、ノズルの大半が水面下に没するようにし、ノズルから扇状に水平方向に噴射される洗浄水によって、表層流が発生するようにしている。
【００１２】
また、請求項２の発明は、洗浄水が送り込まれる配管の端部が解放されているとともに、該端部に該配管の軸方向に対して、直角方向に円弧状に湾曲した扇状流路が形成され、かつ該扇状流路の裏側面が円弧状に湾曲した該扇状流路に沿って円弧状に湾曲しており、該配管から送り込まれる洗浄水を該扇状流路に沿って、扇状に略水平方向に噴射することを特徴とするスカム層除去用のスプレーノズルである。
【００１３】
請求項２の発明では、スプレーノズルが直角方向に円弧状に湾曲した扇状流路を形成し、かつ湾曲した円弧状の扇状流路に沿って、その裏側が円弧状に湾曲しており、洗浄水は、扇状流路に沿って減速されることなく、扇状に略水平方向に噴射される。扇状流路の裏側が円弧状に湾曲しているので、スプレーノズルの後方の下水は、洗浄水の噴射方向に沿って、抵抗を受けることなく、スプレーノズル部を通過して、前方へと押し出されることによって、表層流が発生する。例えば、ノズルから噴射される洗浄水の水量は、３０〜６０リットル／ｍｉｎであり、好ましくは、５０〜６０リットル／ｍｉｎである。
【００１４】
また、請求項３の発明は、阻流壁で区画された嫌気槽と好気槽とが少なくとも設けられ、嫌気槽の処理水が嫌気槽から隣接する嫌気槽または好気槽へと阻流壁の堰を越流して流れ込むようにして、汚泥に含まれる有機物を微生物で分解処理する生物反応槽であって、前記阻流壁近傍の上流側水面下に、洗浄水を扇状に略水平方向に噴射して表層流を発生させ、スカム層の発生を防止又はスカムを移送するためのスプレーノズルを設置したことを特徴とする生物反応槽である。
【００１５】
請求項３の発明では、嫌気槽と嫌気槽、嫌気槽と好気槽とを阻流壁で区画した生物反応槽において、汚泥を微生物を利用して分解処理する過程で、汚泥に炭酸ガスやメタンガス等の気泡が付着して浮遊し、阻流壁を越えて流れ出る越流水に混じるスカムが阻流壁に付着して徐々に成長して、スカム層を形成するのを防止するために、スプレーノズルから洗浄水を、阻流壁側から上流側に噴射して、表層流を発生させて、スカムをスプレーノズルを越えて上流側に流すことで、スカムをスプレーノズル部に吸い込まれるようにして、スプレーノズルから噴射される洗浄水で砕いて、阻流壁の上端部にスカム層が成長するのを防止することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るスカム層除去方法、スカム層除去用或いはスカム層発生防止用のスプレーノズル、及び生物反応槽の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明の下水処理設備の概略を示しており、同図を参照してスカム層発生防止方法について説明する。下水処理設備では、図１に示したように、先ず流入下水中に含まれる土砂などの比重の重い粒子を沈砂池１で沈殿分離して、浮遊性の大きなごみや夾雑物をスクリーンで除去し、下水に空気を吹き込む予備エアレーション、或いは下水中の油脂状成分を浮上・分離する油脂分離操作が行われ、下水が導水渠２ａを流れて阻流壁２ｂ等に沿って降下して沈殿池２に導かれる。
【００１８】
下水は、予備エアレーションにより、下水に含まれる汚泥が浮遊汚泥（スカム）となって、導水渠２ａと阻流壁２ｂとに流れ込む。下水は、阻流壁２ｂに沿って流下するが、スカムは、阻流壁２ｂに阻止され、かつその浮力で堆積しようとする。スプレーノズル１４は、この部分に配置される。スプレーノズル１４からは、洗浄水が扇状に水平方向に噴射されて、下水の表層流が形成される。表層流とは、例えば水面から１〜３ｃｍまでの水深に発生させた水流を意味する。スプレーノズル１４から洗浄水を噴射することにより発生する表層流によって、スカムが成長してスカム層が形成されるのを阻止することができる。スカムは、スカム層が形成される前に、表層流に伴ってノズル１４部に吸い込まれるように、流れ込み、ノズル１４から噴射される洗浄水でフロック（凝集体）が形成されるのを阻止して、下水とともに沈殿池２に送り込まれる。
【００１９】
沈殿池２では、沈砂池１で沈降しなかった細かい浮遊物（汚泥）が沈殿して、その上澄水が沈殿池２の堰を越えて導水渠３ａを通して曝気槽３に流れ込む。曝気槽３では、散気装置３ｂが設置されて槽内に空気が送り込まれて、下水は好気性に維持される。曝気槽３では、下水中の有機物汚濁物質が生物化学的に酸化分解される。曝気槽３で処理された下水は、導水渠４ａを通して最終沈殿槽４へと流れ込み、阻流壁４ｂを流下して最終沈殿槽４に流れ込む。
【００２０】
曝気槽３では、有機物汚濁物質が好気性菌により生物分解されることで、新たにスカムが発生し、導水渠４ａを流下して阻流壁４ｂに妨げられ、浮遊して堆積しようとするが、導水渠４ａ部にスプレーノズル１４が設けられており、スカムの堆積を阻止するように、洗浄水が水平方向に噴射されて、導水渠４ａを流れる処理水に強制的に表層流を発生させている。スカムは、洗浄水が噴射されて表層流が発生して、凝集形成されることなく崩されて、最終沈殿槽４に送り込まれる。
【００２１】
本実施形態では、下水処理施設におけるスカム層が形成される部分に、スプレーノズルを配置することで、スプレーノズルの後方からスプレーノズルに吸い込まれるような強制的に表層流を発生させることで、スカムの発生を防止するものである。また、スカム層は、本実施形態以外に、図２に示す高度処理施設においても発生する。
【００２２】
次に、図２を参照して、本発明のスプレーノズルを備えた生物反応槽の実施形態について説明する。この生物反応槽は、一般にＡＯ法やＡ２ Ｏ法と称される処理法の一例を示している。同図の生物反応槽５は、阻流壁１０で区画された嫌気槽６，７と好気槽８とから構成されている。阻流壁１０に上流側には、スプレーノズル１４が設置されている。スプレーノズル１４の開口端は、水面に没しているか、僅かに水面より上方に位置している。嫌気槽６では、沈殿槽からの流入下水が嫌気性に維持されて、攪拌機６ｂで攪拌され、さらに嫌気槽７に送り込まれる。嫌気槽７では、同様に攪拌機７ｂで攪拌されて、嫌気性に維持されている。嫌気槽６，７では、嫌気性細菌が生息しやすい環境に維持されて、下水に含まれる有機物汚濁物質が嫌気性消化によって、生物分解される。嫌気槽７で処理された下水は、好気槽８へと送り込まれる。好気槽８では、散気装置８ａから槽内に空気が送り込まれて好気性に維持され、好気性細菌が生息するのに適した環境に維持される。好気槽８では、好気性細菌による生物反応によって、有機物汚濁物質が分解され、その処理水は、最終沈殿池へと送り込まれる。
【００２３】
嫌気槽６，７では、流入下水に含まれる有機物が生物反応で分解される過程で、メタンガスや炭酸ガスが発生し、汚泥にこれらのガスによる気泡が付着して浮遊し、スカムが発生する。このスカムとともに処理水は、阻流壁１０の堰６ａに流れて、処理水は、嫌気槽７に流れ込む。スプレーノズル１４から洗浄水が断続的に噴射されているので、スカムは、洗浄水の噴射による表層流によって、粉砕されるように砕かれて、阻流壁１０の堰６ａを越流して嫌気槽７に流入する。嫌気槽７では、スカムが堰７ａを越流して曝気槽８へと流れ込む。嫌気槽７では、スカムがスプレーノズル１４から断続的に噴射される洗浄水が噴射されて、洗浄水の噴射によって生じる表層流により、スカムがスプレーノズル１４の方向に引き込まれ、噴射される洗浄水に粉砕され、堰７ａを越流して曝気槽８に流れ込む。このように、堰６ａ，７ａの上流側にスプレーノズル１４が設けられているので、スカムは噴射される洗浄水で粉砕されて、次段へと流下する。スプレーノズル１４は、ノズル部が水面下にあり、しかもノズル１４から噴射される洗浄水に空気が混合されないようにして、表層流が形成されている。
【００２４】
続いて、上記実施形態のスカム除去用のスプレーノズルについて、図３，図４を参照して説明する。
【００２５】
先ず、図３を参照してスプレーノズルの一実施形態について説明する。図３は、本発明のスプレーノズルの一実施形態を示す図であり、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）は斜視図である。同図において、スプレーノズル１４は、送水管１５の端部を切り欠いて、開放端１５ａを形成し、送水管１５に連なる部分を、送水管１５の軸方向に対して、直角方向に開放端１５ａ側に円弧状に湾曲させて、扇状流路１６が形成されている。扇状流路１６の両側は、噴射される洗浄水が必要以上に飛散されないように、扇状流路１６の両側に側壁１８が設けられている。扇状流路１６の裏側は、その表側と同様に滑らかに円弧状に湾曲している。送水管１５の直径は、概ね８〜１５ｃｍのものが用いられる。無論、スプレーノズル１４は、送水管１５に形成されているが、送水管１５にスプレーノズル１４を装着するようにしてもよい。
【００２６】
続いて、図４を参照して、スプレーノズル１４によるスカム除去について説明する。同図（ａ）は、スプレーノズル１４がスカム層Ｓに設置されており、洗浄水がスプレーノズル１４から円弧状に湾曲した扇状流路１６に沿って、扇状に略水平方向に噴射される。洗浄水は、スプレーノズル１４から前方のスカム層Ｓの表面より下部に噴射されるので、比較的柔らかなスカムが崩されていく。一方、スプレーノズル１４より後方のスカム層Ｓは、スプレーノズル１４の後方から前方へと表層流が発生することにより、その流れに沿って、スカム層Ｓの底部が崩されて、スプレーノズル１４の後部から前方へとスプレーノズル１４に吸い込まれるように流される。最終的には、全てのスカムが除去される。スプレーノズル１４の後部は、扇状流路１６の裏面であり、滑らかな湾曲を呈しており、送水配管１５から送り込まれる洗浄水の流れに連れて、後方のスカムがこの湾曲した扇状流路１６裏面に沿って、妨害されることなく、扇状の流れに沿ってスプレーノズル１４に吸い込まれるよう前方へと流れる。
【００２７】
なお、スプレーノズル１４は、水面下に没するように配置されるが、図３（ｂ）に示したように、開放端１５ａを基準として説明すると、開放端１５ａの位置は、水位Ｗ１からＷ２の範囲で設定すればよい。例えば、開放端１５ａから水位Ｗ１は、１〜２ｃｍの範囲であり、水位Ｗ１から開放端１５ａの位置は、１〜２ｃｍの範囲である。
【００２８】
従って、スプレーノズル１４が直角方向に湾曲した扇状流路１６を形成し、かつ湾曲した扇状流路１６の反対側が湾曲しているので、洗浄水は、扇状流路１６に沿って水平方向に噴射され、扇状流路１６の反対側が湾曲しているので、スプレーノズル１４の後方の水が噴霧方向に沿って、前方へと水流が発生することによって、ノズルが差し込まれた水面に表層流が発生する。スカムは、この表層流に沿って、スプレーノズル１４に吸い込まれるように流れ込んで、スカムは粉砕される。
【００２９】
図４（ｂ）は、スプレーノズル１４が設置されて、洗浄水を噴射した際の表層流を示しており、スプレーノズル１４の後方の水がスプレーノズル１４に吸い込まれるように前方へと流れて、スプレーノズル１４から噴射される扇状の流れに沿った表層流が発生する。また、図４（ｃ）に示したように、水中では、スプレーノズル１４の後方の水がスプレーノズル１４を横切って前方へと流れるように表層流が発生する。その水深方向の表層流は、開放端１５ａからスプレーノズル１４の下端まで範囲で水平方向に発生する。
【００３０】
一方、洗浄水が送水管に供給される際の元水圧が２ｋｇ／ｍｉｎである場合、スプレーノズル１４から噴射される水量は、約５０リットル／ｍｉｎである。スプレーノズル１４から噴射される水量は、例えば、４０〜５５リットル／ｍｉｎの範囲に設定すれば、十分にスカム層の除去とスカムの凝集体を崩す効果が発揮される。
【００３１】
なお、スプレーノズル１４から噴射される水は、洗浄水が利用されているが、これに限定されることはなく、その処理水やその後段の処理水を利用してもよい。
【００３２】
【発明の効果】
上記記載のように、本発明によれば、生物反応槽を含む下水処理施設において、スカム層が発生し易い部分に強制的に表層流を発生させ、かつスプレーノズルから噴射される水流でスカムを砕くようにして、その成長を阻止することで、スカム層が形成されるのを防止することができる利点がある。
【００３３】
また、本発明によれば、スプレーノズルの噴射口が解放されており、ノズルから噴射される洗浄水は、抵抗を受けることなく、扇状に水平方向に噴射され、円弧状に湾曲した扇状流路を通して水平方向に噴射され、かつそのノズルの裏面も扇状流路に沿って円弧状に湾曲した構造であり、ノズル後方からの流れに対して、ノズルによる抵抗が極めて少なく、表層流が発生し易い。スカムは、ノズルに吸い込まれるように表層流に沿って流れて、ノズルから噴射される洗浄水によって、スカムが凝集体を形成するのを阻止することができる利点がある。
【００３４】
また、本発明によれば、生物反応槽の嫌気槽では、嫌気性細菌によって、下水に含まれる有機物汚濁物質を分解しており、その際に発生する炭酸ガスやメタンガスが汚泥に付着して、スカムとなって浮遊し、嫌気槽と嫌気槽或いは嫌気槽と好気槽とを区画する阻流壁上部の堰の上流側に、スプレーノズルを設置することで、スカム層が形成されるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る下水処理設備におけるスカム層の発生を防止するスカム層発生防止方法の一実施形態を説明するための下水処理フローを示す図である。
【図２】本発明に係る生物反応槽を示す概略図である。
【図３】本発明のスプレーノズルの一実施形態を示す図であり、（ａ）はその側面図、（ｂ）はその正面図、（ｃ）はその斜視図である。
【図４】（ａ）は、本発明のスプレーノズルにおけるスカム層の除去を説明するための側面図であり、（ｂ）は表層流の流れを示す上面図、（ｃ）はスプレーノズルの側面図である。
【図５】従来の下水処理設備におけるスカム層の発生を説明するための下水処理フローを示す図である。
【図６】従来の生物反応槽におけるスカム層の発生を説明するための側面図である。
【図７】従来のスプレーノズルによるスカム層の除去を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１  沈砂池
２  沈殿池
２ａ，３ａ  導水渠
２ｂ，４ｂ  阻流壁
３  曝気槽
３ｂ  曝気装置
５  生物反応槽
６，７  嫌気槽
８  好気槽
１３  ポンプ
１４  スプレーノズル
【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】
0004499937.tif 000007
【図７】
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