(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続的に流入する被処理水を処理槽内で粒状の担体と流動、接触させることによって処理するとともに、処理水を前記処理槽の排出側に設けた担体分離用の平面状のスクリーンを介して連続的に排出するようにした水処理装置において、前記スクリーンの内側にこのスクリーン面と略平行に案内板を設けてスクリーン面と案内板との間に被処理水の循環流路を形成させ、この循環流路における被処理水の入口流速と出口流速との差が一定値以下となる頻度を検出し、この頻度によって前記スクリーンの目詰まりを検出することを特徴とする担体分離用スクリーンの目詰まり検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は被処理水を処理槽内で粒状の担体と流動、接触させることによって処理するとともに、処理水を前記処理槽の排出側に設けた担体分離用のスクリーンを介して排出するようにした水処理装置に係り、特に前記担体分離用スクリーンの目詰まり検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来の担体を用いた水処理装置の一例を示す断面図である。
管路１２から処理槽１０に連続的に流入した被処理水は、処理槽１０内で微生物を保持した粒状の担体１４とともに散気手段１６からの散気のエアリフト作用により矢印Ａの方向に流動する。この過程で被処理水中の汚濁成分が担体１４に保持された微生物によって生物学的に浄化される。処理槽１０の排出側１７には担体１４が槽外へ流出することとを防止するために担体分離用の平面状のスクリーン１８が設けられ、このスクリーン１８を通過した被処理水は排水トラフ２０を経て管路２２から処理水として排出される。
【０００３】
スクリーン１８は通常、担体の粒径に対して１／２〜１／３の目開きを持ったウェッジワイヤ形のものが好ましく用いられる。このスクリーン１８を通過する処理水の流量は、前記連続的に流入した被処理水の流量と同量となるが、スクリーン１８が目詰まりを起こすと通水抵抗が上昇する。その結果、処理槽１０の水位と排出側１７の水位との水頭差ΔＨが大きくなる。スクリーン１８の目詰まりが激しくなると、処理槽１０の水位が異常に上昇してスクリーン１８の上部先端に延長して設けた溢流阻止板２４の上端に達し、処理槽１０内の被処理水がスクリーン１８を通過せずに前記溢流阻止板２４の上端から溢流して直接に排出側１７に流出する事態が生じる。このような事態になると被処理水に同伴して担体１４も排出側１７に流出することになり、処理装置としての機能が大きく損なわれる。このため、処理槽１０の水位を監視し、異常が認められた場合には目詰まりを解消する措置を講じるようにしていた
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スクリーン１８の目詰まりの程度が所定レベル以上に達すると図７に示すように担体１４がスクリーン１８の目開き部を塞ぐ現象が顕著になり、目詰まりが急速に進行することが判明した。このため、前記した処理槽１０の水位を監視し、異常が認められた場合には目詰まりを解消する措置では対応が遅れる事態がしばしば発生していた。
【０００５】
本発明の目的は前記従来技術の問題点を改善し、スクリーンの目詰まりの程度を逸早く察知し、異常事態に発展する以前に措置を講じることができる担体分離用スクリーンの目詰まり検出方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明に係る担体分離用スクリーンの目詰まり検出方法は、連続的に流入する被処理水を処理槽内で粒状の担体と流動、接触させることによって処理するとともに、処理水を前記処理槽の排出側に設けた担体分離用の平面状のスクリーンを介して連続的に排出するようにした水処理装置において、前記スクリーンの内側にこのスクリーン面と略平行に案内板を設けてスクリーン面と案内板との間に被処理水の循環流路を形成させ、この循環流路における被処理水の入口流速と出口流速との差が一定値以下となる頻度を検出し、この頻度によって前記スクリーンの目詰まりを検出することを特徴とする。
【０００７】
まず、本発明が生まれるに至った技術背景並びに検討過程について説明する。この種の水処理装置では、被処理水と担体との流動、接触を効率よく実行するために、理想的には被処理水と担体の密度が同一であることが望ましい。すなわち、密度が同一であると被処理水と担体とは均一な混合状態となるので極めて小さな攪拌エネルギーによっても所望の流動、接触状況を実現できる。しかしながら、被処理水の密度は水温によっても変化するので、現実には被処理水と担体の密度を完全に一致させることは不可能である。このため、担体は小さな攪拌エネルギーによっても所望の処理水との流動、接触状況が得られるように、被処理水の密度に近似したものが好ましく用いられる。
【０００８】
図８はスクリーン１８面に対する担体１４の押し付け力の関係をモデル化して示したものである。図においてスクリーン１８を境にして処理側から排出側に被処理水が流れるので、担体１４はこの水流に基づく力ＦでＸ方向に押し付けられる。一方、担体１４の密度が被処理水よりも大きい場合には、その密度の差に基づく重力Ｇが生じ、この重力Ｇの分力ＧｓｉｎθがマイナスＸ方向に作用して担体１４はスクリーン１８面から離れようとする。前記したように担体１４の密度は一般に被処理水の密度に近似しているので、前記重力Ｇの分力の値は小さく、Ｆ＞Ｇｓｉｎθの関係が成り立つ。このため、担体１４は常時Ｘ方向に（Ｆ−Ｇｓｉｎθ）の力で押し付けられる傾向にある。
【０００９】
なお、担体１４には上記の力以外に、被処理水の水流によるＹ方向の力、及び重力ＧのＹ方向の分力が作用するので、これらのＹ方向の力が前記Ｘ方向の押し付け力（Ｆ−Ｇｓｉｎθ）に基づくスクリーン１８面と担体１４との摩擦抵抗力よりも大きい時は、担体１４はスクリーン１８面に押し付けられつつＹ方向に移動する。また、押し付け力（Ｆ−Ｇｓｉｎθ）に基づくスクリーン１８面と担体１４との摩擦抵抗力が前記Ｙ方向の力よりも大きくなると担体１４はスクリーン１８面に静止し、目詰まりの原因となる。
【００１０】
目詰まりの原因には上記の担体１４がスクリーン１８面の目開き部を塞ぐ場合と、スクリーン１８面に被処理水中の夾雑物等が付着、堆積して目開き部を狭くする場合とがある。前者の場合は処理槽１０内における被処理水と担体１４の流動の状態が大きく関係する。すなわち、この種の装置では被処理水と担体１４との接触機会を高めることが処理効率の向上に寄与するので、担体１４を多量に投入することが常であり、処理槽１０内では担体１４の濃度が高い部分と低い部分とが存在し、これらの被処理水と担体１４の流動の状態が時々刻々と非定常的に変化する。
【００１１】
発明者の知見によれば、担体１４がスクリーン１８面の目開き部を塞ぐ現象（以下、閉塞現象という。）は、担体１４の濃度が高い被処理水がスクリーン１８面に沿って流れたときやに発生し易いこと、また、閉塞現象は通常は次の被処理水の流れによって比較的短時間に解消するケースが多いが、閉塞現象の頻度が多くなると閉塞現象が長く継続する場合があること、スクリーン１８面における部分的な閉塞現象が長く継続するとこの閉塞現象がスクリーン１８面の他の領域にも次々に波及してスクリーン１８面の全体に及び前記したように急速な目詰まり現象に発展する場合があることが判明した。
【００１２】
一方、スクリーン１８面に被処理水中の夾雑物等が付着、堆積して目開き部を狭くする場合は、前記担体１４の閉塞現象とは異なり一旦形成されると水流等によって解消されることはなく徐々に、かつ、安定的に進行する。そして、このスクリーン１８面における夾雑物等の付着、堆積の程度が進むと、前記担体１４の閉塞現象を助長し、急速な目詰まり現象に発展する頻度が多くなることが判明してきた。
【００１３】
本発明は上記の技術背景並びに検討結果に基づきなされたものであり、以下、図面に即して本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態を示す水処理装置の断面図であり、図２は図１のＺ−Ｚ矢視図である。
管路１２から処理槽１０に連続的に流入した被処理水は、処理槽１０内で微生物を保持した粒状の担体１４とともに散気手段１６からの散気のエアリフト作用により矢印Ａの方向に流動する。この過程で被処理水中の汚濁成分が担体１４に保持された微生物によって生物学的に浄化される。処理槽１０の排出側１７には担体１４が槽外へ流出することとを防止するために担体分離用の平面状のスクリーン１８が傾斜して設けられ、このスクリーン１８を通過した被処理水は排水トラフ２０を経て管路２２から処理水として排出される。
【００１５】
前記スクリーン１８の内側には、このスクリーン面１８と略平行に案内板２８が設けられており、スクリーン面１８と案内板２８との間には被処理水の循環流路３０が形成される。なお、循環流路３０には流入した被処理水が横方向に逃げないよう図２に示すごとく側板３１、３１が設けられているが、この側板３１は状況が許せば省略してもよい。また、循環流路３０の入口には被処理水の流速を計測する入口流速計３２が、循環流路３０の出口には被処理水の流速を計測する出口流速計３４がそれぞれ設けられている。入口流速計３２及び出口流速計３４による計測結果は、図３に示すように演算器３６に送られ、演算器３６では入口流速と出口流速との差を求めることができる。
【００１６】
上記の構成において、散気手段１６からの散気のエアリフト作用により、被処理水は担体１４とともに処理槽１０内で矢印Ａの方向に流動し、その一部が前記循環経路３０の入口に流入する。循環経路３０に流入した被処理水の一部はスクリーン１８を通過して装置外に排出され、残部は循環経路３０の出口から再び処理槽１０内に戻る。
【００１７】
この循環経路３０に被処理水と担体１４が通過することによって、スクリーン１８面が洗浄作用を受ける。反面、長日数の運転によりスクリーン１８面に被処理水中の夾雑物等が付着、堆積して目開き部を狭くする。この程度が進むと、前記したように前記担体１４の閉塞現象を助長し、急速な目詰まり現象に発展する頻度が多くなる。
【００１８】
このため、スクリーン１８に多少の目詰まりが生じても悪影響が出ないようにその面積は極力大きく設定される。このようにスクリーン１８を大きくすれば目詰まりに対して安全であるが、反面、目詰まりの状況を早期に発見できない原因にもなる。
【００１９】
すなわち、スクリーン１８の面積を大きくして、目詰まりがない状態でのスクリーン１８を通過する処理水の平均流速を例えば３ｃｍ／ｓとした場合、処理槽１０の水位と排出側１７の水位との水頭差ΔＨは０.０４ｍｍと計算され、ほとんど零に近い。上記の初期状態から、目詰まりが進行して目開き部の９０％が閉塞したと仮定する。この時のスクリーン１８を通過する処理水の平均流速は３０ｃｍ／ｓとなり、水頭差ΔＨは平均流速の二乗に比例し４ｍｍと計算される。
【００２０】
この水頭差ΔＨの変化によって目詰まりの状況を検出できれば問題は少ないが、上記のとおり目開き部の９０％が閉塞した場合でも水頭差ΔＨの変化は４ｍｍ程度である。この値は処理槽１０における被処理水の流動による水面の波打ちを考慮すると検出不可能な値である。以上の説明から明らかなように、処理槽１０における水位（水頭差ΔＨ）の変化を監視するだけでは目開き部の９０％が閉塞した場合でもその状況を検出することが困難である。そして、目開き部の９９％が閉塞した場合には水頭差ΔＨは４００ｍｍと急激に増大して、最早、手遅れの事態となる。
【００２１】
本実施の形態においては、スクリーン１８の目開き部が例えば５０％程度閉塞した段階で、その状況を前記循環経路を通る被処理水の流速に基いて検出しようとするものである。すなわち、図３に示すように循環経路３０の入口から流入した被処理水の流量をＱ1、循環経路３０の出口から処理槽１０側に戻る被処理水の流量をＱ2、スクリーン１８を通過する処理水の流量をＱ3とすると、Ｑ3＝Ｑ1−Ｑ2の関係が成り立つ。
【００２２】
スクリーン１８を通過する処理水の流量Ｑ3は、比較的長い時間（例えば１〜２４時間）で平均化した場合は前記水頭差ΔＨによって定まり、スクリーン１８の目詰まりの程度には関係なく、処理槽１０に流入した被処理水の流量と同量となる。したがって、被処理水の流入流量が一定の時は、流量Ｑ3も変化しない。しかしながら、比較的短い時間（例えば数秒〜１分間）では前記したように担体１４によるスクリーン１８面での閉塞現象が発生し、流量Ｑ3が瞬間的又は一時的に急激に低下する。
【００２３】
この担体１４による閉塞現象は、被処理水中の夾雑物等の付着、堆積による目詰まりの程度と密接な関連がある。図４はこの関連をモデル化して示したものであり、横軸は夾雑物等の付着、堆積による目詰まりの程度、縦軸は所定レベル（例えば流量Ｑ3の減少率１０％）以上の担体１４による閉塞現象の頻度を示す。図４から明らかなように、夾雑物等の付着、堆積による目詰まりの程度が大きくなると閉塞現象の頻度が増加する。したがって、閉塞現象の頻度を検出し、この値が図示のように例えば１０回／ｈ以上であれば目詰まりの程度が５０％以上であると判断して、所定の措置を講じることができる。なお、図４のような相関図は処理槽１０の構造、散気条件、担体１４の性状・濃度、スクリーン１８の形状寸法・設置位置等によって変化するので個々のケースに応じて経験的に作成すればよい。
【００２４】
流量Ｑ3の減少率を迅速に検出するために、本実施の形態では前記した入口流速計３２及び出口流速計３４の計測結果を用いる。すなわち、計測された入口流速をＶ1、出口流速をＶ2、循環流路の入口断面積をＡ1、出口断面積をＡ2とすると、前記流量Ｑ1＝Ｖ1×Ａ1、流量Ｑ2＝Ｖ2×Ａ2で計算でき、流量Ｑ3は前記したようにＱ3＝Ｑ1−Ｑ2の関係から求めることができる。したがって、正常時の流量Ｑ3と時々刻々の流量Ｑ3との対比から流量Ｑ3の減少率を迅速に検出することができる。時々刻々の流量Ｑ3の減少率が例えば１０％以上である時にカウンタで計数し、所定時間における計数値によって閉塞現象の頻度を求め目詰まりの程度を推測できる。
【００２５】
上記においてＡ1とＡ2がほぼ等しい場合には、Ｑ3＝ｋ（Ｖ1−Ｖ2）の関係が成り立つので、流量Ｑ3に換えて入口流速Ｖ1と出口流速Ｖ2との差を求め、この差が一定値以下となる頻度を検出することによってスクリーンの目詰まりの程度を推測できる。さらに、処理槽１０における被処理水の流動状況が比較的安定している場合には入口流速Ｖ1がほぼ一定値を示すので、出口流速Ｖ2のみを計測し、この出口流速Ｖ2が一定値以上となる頻度を検出することによってもスクリーンの目詰まりの程度を推測できる。
【００２６】
また、処理槽１０に連続的に供給される被処理水の流量Ｑ0が時々刻々に変動する場合には、スクリーン１８を通過する処理水の流量Ｑ3も正常時にはほぼ同時に同様の値となる。したがって、前記段落００２４で説明した方法と同様の方法で、時々刻々の流量Ｑ3を求め、別途計測した時々刻々の流量Ｑ0との差が一定値以上又は一定の減少率以上である時にカウンタで計数し、所定時間における計数値によって閉塞現象の頻度を求め目詰まりの程度を推測できる。
【００２７】
本実施の形態においては、循環流路３０に設ける入口流速計３２又は出口流速計３４をそれぞれ入口流量Ｑ1又は出口流量Ｑ2をなるべく正確に算出できるような代表点に設置する。しかしながら、処理槽１０内での被処理水の流動状況が不安定で偏流が生じ易い場合には、入口流速計３２又は出口流速計３４を各流路断面に対して複数個配置し、入口流速Ｖ1又は出口流速Ｖ2を平均化して求めることが好ましい。
【００２８】
図５は他の実施の形態をを示す水処理装置の断面図である。
処理槽４０は隔壁４１を介して別の処理槽４２と隣接している。隔壁４１には平面状のスクリーン４６が鉛直方向に設けられおり、処理槽４０からの処理水は前記スクリーン４６を通過して処理槽４２に流入する。処理槽４０内には管路４８から被処理水が連続的に流入し、第１の散気手段５０からの散気によって被処理水と担体５２が主として上下方向に流動、接触する。また、前記スクリーン４６と平行に案内板５４が設けられており、この案内板５４とスクリーン４６の間に被処理水の循環流路５６が形成される。循環流路５６の底部には第２の散気手段５８が配置され、この散気手段５８からの散気によるエアリフト作用で被処理水と担体５２が循環流路５６内を上向流で通過し、矢印Ｂの方向に循環する。循環流路５６の上部出口には出口流速計６０が配置されている。
【００２９】
この実施の形態においては、循環流路５６での入口流量が比較的安定しているので、出口流速計６０の計測結果のみでスクリーン４６を通過する処理水量の瞬時的な変化を推測できる。このため、前記した実施の形態と同様にスクリーン４６目詰まり状況を検出できる。
【００３０】
なお、本発明に係る水処理装置は被処理水を処理槽内で粒状の担体と流動、接触させることによって処理するものであればよく、前記実施の形態で説明した被処理水中の汚濁成分を担体１４に保持した微生物によって生物学的に浄化するものに限らず、例えば培養技術や食品製造技術の分野にも適用できる。また、本発明に係る被処理水とは液体と同義に広く解釈し得るものとし、例えば溶液や泥状液をも含む。
【００３１】
【発明の効果】
本発明に係る担体分離用スクリーンの目詰まり検出方法によれば、連続的に流入する被処理水を処理槽内で粒状の担体と流動、接触させることによって処理するとともに、処理水を前記処理槽の排出側に設けた担体分離用の面状のスクリーンを介して連続的に排出するようにした水処理装置において、スクリーンの目詰まりの程度を逸早く察知することができる。このため、異常事態に発展する以前に必要な措置を講じることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す水処理装置の断面図
【図２】図１のＺ−Ｚ矢視図
【図３】図１における要部の詳細を示す説明図
【図４】目詰まりの程度と閉塞現象との関係を示すモデル図
【図５】本発明の他の実施の形態を示す水処理装置の断面図
【図６】従来技術に係る担体を用いた水処理装置の一例を示す断面図
【図７】担体による閉塞現象の状況を示す説明図
【図８】スクリーン面において担体に作用する力の関係を示す説明図
【符号の説明】
１０……処理槽
１２……（被処理水の流入）管路
１４……担体
１６……散気手段
１７……排出側
１８……スクリーン
２８……案内板
３０……循環流路
３２……入口流速計
３４……出口流速計
【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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