(57)【要約】【課題】簡易な構成で、かつ、ランニングコストが安く、なおかつ、効率的に濁水と凝集剤とを撹拌することを可能とした濁水処理装置を提案する。【解決手段】濁水Ｗ０と凝集剤Ｆとを撹拌する濁水処理装置１であって、複数の角部３，３，…と直線部４，４，…を備えたパイプ２からなり、角部３では、流下方向上流側の上流側管路と流下方向下流側の下流側管路とが直交しているとともに、当該角部３の外側に突出する突起部２３が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
濁水と凝集剤とを撹拌する濁水処理装置であって、
複数の角部を備えたパイプからなり、
前記角部では、流下方向上流側の上流側管路と流下方向下流側の下流側管路とが直交しているとともに、当該角部の外側に突出する突起部が形成されていることを特徴とする、濁水処理装置。
【請求項２】
前記突起部が、前記上流側管路の延長線上に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の濁水処理装置。
【請求項３】
前記パイプ内に、邪魔板が形成されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の濁水処理装置。
【請求項４】
上流側に位置する上流側角部の上流側管路の中心軸と、前記上流側角部の下流側に隣接する下流側角部の下流側管路の中心軸の平行線とのなす角度が、直角あるいは鈍角であることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の濁水処理装置。
【請求項５】
隣り合う前記角部同士の間隔が、前記パイプの内径の５〜２０倍の範囲内であることを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の濁水処理装置。
【請求項６】
パイプの内径が小さい急速撹拌区間と、パイプの内径が前記急速撹拌区間の内径よりも大きい緩速撹拌区間と、を有していて、
前記急速撹拌区間は８カ所の角部を有し、
前記緩速撹拌区間は４カ所の角部を有していることを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の濁水処理装置。
【請求項７】
前記緩速撹拌区間は、前記急速撹拌区間の下流側に接続しており、
前記緩速撹拌区間の上流端から３番目の角部までの間に凝集剤投入口が形成されていることを特徴とする、請求項６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、濁水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
建設工事等において発生した濁水は、環境保護の観点から、水中の浮遊物等を除去して清浄化させてから排水する。濁水を清浄化する方法として、濁水に対して凝集剤を添加・混合し、水中の浮遊物等と凝集剤とを反応させることで生じた沈降物を除去する方法が知られている。また、各種工場や一般施設等から排出された廃水の処理、ダム湖・河川・湖沼等の水質浄化処理、除染水を含む下水の処理、浄水処理等においても、凝集剤を添加・混合して浮遊物等の除去を図る場合がある。
このような濁水処理方法では、撹拌槽内において撹拌翼により濁水に凝集剤を添加混合する機械撹拌が主流となっている。
ところが、撹拌翼を利用する方法は、撹拌翼の周囲では水流の乱れにより濁水と凝集剤とが効率的に接触するものの、撹拌翼から離れた場所では水流の乱れが少なく凝集効果が発揮されないという問題点を有している。また、所定の大きさを有する撹拌槽を設置するためのスペースを確保する必要がある。さらに、撹拌槽は大掛かりで重量が大きいため、点検や維持管理に手間を要していた。
【０００３】
そのため、本出願人は、濁水と凝集剤とを効率的に混合させることを目的として、複数の角部が形成されたパイプであって、急速撹拌区間と緩速攪拌区間とを有していて、パイプの角部で生じる乱流やパイプの内径の変化等により生じる乱流を利用して濁水と凝集剤とを撹拌する濁水処理装置を開示している。
かかる濁水処理装置によれば、濁水を凝集剤とともにパイプ内を流下させるのみで、パイプ内に生じる乱流を利用して濁水と凝集剤とを撹拌するため、動力を要することなく、効率的に混合させることができる。また、濁水処理装置のコンパクト化および軽量化を図ることにより、点検や維持管理が簡易でかつ省スペース化を図ることを可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−０７７５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の濁水処理装置では、Ｌ字状の角部（いわゆるエルボー）において、直進してきた濁水がパイプの内壁面にぶつかることで乱流が発生するが、パイプ内を流下する濁水がパイプの内壁面に沿って流れることから、大きな乱流が生じ難かった。
このような観点から、本発明は、より効果的に濁水と凝集剤とを撹拌することを可能とした濁水処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明は、濁水と凝集剤とを撹拌する濁水処理装置であって、複数の角部を備えたパイプからなり、前記角部では、流下方向上流側の上流側管路と、流下方向下流側の下流側管路とが直交しているとともに、当該角部の外側に突出する突起部が形成されていることを特徴としている。
かかる濁水処理装置によれば、上流側管路、下流側管路および突起部によりＴ字状に形成された角部で生じる乱流を利用して濁水と凝集剤とを撹拌するため、動力を要することなく、効率的に濁水と凝集剤とを混合させることができる。すなわち、直線部を流れる濁水が角部に流れ込むと、突起部に入り込んだ濁水よって乱流が生じるため、効果的に撹拌される。また、パイプを利用しているため、構造が簡易となり、製造コストが安価である。なお、本明細書において、「濁水」とは、各種工場や一般施設等から排出された廃水、ダム湖・河川・湖沼等の水、除染水を含む下水等、浮遊物を含有する水を含むものとする。
【０００７】
なお、前記突起部が前記上流側管路の延長線上（濁水の流れ方向）に形成されていれば、より乱流が生じやすい。
また、前記パイプ内に邪魔板を形成すれば、より乱流が生じやすい。なお、邪魔板は、パイプの直線部に形成してもよいし、角部に形成してもよい。
また、上流側に位置する上流側角部の上流側管路の中心軸と、前記上流側角部の下流側に隣接する下流側角部の下流側管路の中心軸の平行線とのなす角度が、直角あるいは鈍角であれば、より乱流が生じやすい。すなわち、パイプが三次元的に形成されていれば、濁水の流れる方向が変化することで乱流が生じやすくなる。
また、隣り合う前記角部同士の間隔が、前記パイプの内径の５〜２０倍の範囲内、好ましくは７〜１５倍の範囲内、より好ましくは１０倍であれば、より効果的に濁水と凝集剤とを撹拌することができる。
【０００８】
前記濁水処理装置が、パイプの内径が小さい急速撹拌区間と、パイプの内径が前記急速撹拌区間の内径よりも大きい緩速撹拌区間とを有していて、前記急速撹拌区間は８カ所の角部を有し、前記緩速撹拌区間は４カ所の角部を有しているのが望ましい。
また、凝集剤を２剤使用する場合には、前記緩速撹拌区間は前記急速撹拌区間の下流側に接続しており、前記緩速撹拌区間の上流端から３番目の角部までの間に凝集剤投入口が形成されているのが望ましい。
かかる濁水処理装置によれば、急速撹拌区間では濁水中に凝集剤が行き渡りフロックの核が形成され、緩速撹拌区間ではフロックが成長するようになる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の濁水処理装置によれば、簡易な構成で、安価かつ効率的に、濁水と凝集剤とを撹拌することが可能となる。また、濁水処理装置のコンパクト化および軽量化により、点検や維持管理が簡易でかつ省スペース化が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態の濁水処理装置の概要を示す立面図である。
【図２】パイプの角部を示す拡大断面図である。
【図３】本実施形態のパイプの撹拌効果を確認するために実施した水流解析結果を示す図あって、(ａ)は解析モデル、（ｂ）は解析結果を示すコンター図である。
【図４】同水流解析の比較例の解析結果を示す図であって、(ａ)は解析モデル、（ｂ）は解析結果を示すコンター図である。
【図５】同水流解析の実施例の解析結果を示す図であって、(ａ)は解析モデル、（ｂ）は解析結果を示すコンター図である。
【図６】他の形態に係るパイプの一部を示す立面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本実施形態の濁水処理装置１は、濁水Ｗ０と凝集剤Ｆ（Ｆ１，Ｆ２）とを撹拌する装置であって、図１に示すように、原水タンクＴ１と沈降槽Ｔ２との間に配設されたパイプ２により構成されている。原水タンクＴ１からパイプ２に供給された濁水Ｗ０は、パイプ２を通流する間に凝集剤Ｆと撹拌された後、沈降槽Ｔ２へ投入される。
【００１２】
本実施形態のパイプ２は、塩化ビニル管により形成する。なお、パイプ２を構成する材料は限定されるものではない。
パイプ２は、１２箇所の角部３，３，…と、角部３同士を結ぶ複数の直線部４，４，…とを有していて、３つの矩形状の枠が連結された形状を呈している。本実施形態では、枠状のパイプ２が立設された状態で配設されている。なお、パイプ２の向きは限定されるものではなく、例えば、平置きされていてもよい。また、パイプ２を構成する角部３および直線部４の数は限定されるものではない。
【００１３】
角部３は、図２に示すように流下方向上流側の上流側流路２１と、上流側流路２１と直交する流下方向下流側の下流側流路２２との交差部である。角部３には、外側に突出する突起部２３が形成されている。そのため、角部３は、上流側流路２１、下流側流路２２および突起部２３によりＴ字状を呈している。
突起部２３は、上流側流路２１および下流側流路２２と同じ内径を有した有底の凹部である。本実施形態の突起部２３は上流側流路２１の延長線上に形成されている。すなわち角部３では、上流側流路２１の側面に下流側流路２２が接続するような形態を示している。本実施形態では、角部３において、塩化ビニル製のＴ字状の管（Ｔ字継手管）を配管している。Ｔ字継手管の３つの管路のうちの二つ（上流側流路２１および下流側流路２２）には直管（直線部４）が接続されていて、残りの一つ（突起部２３）は蓋材２６により遮蔽されている。つまり、パイプ２は、Ｔ字継手管と直管とを交互に連結することにより形成されている。なお、パイプ２の形成方法は限定されるものではない。
角部３を介して連なる直線部４同士は、図１に示すように、互いに直交している。そのため、角部３を介して連なる４つの直線部４，４，…は、正面視矩形状に配置されている。
【００１４】
パイプ２の内部には、図２に示すように、邪魔板５が形成されている。邪魔板５は、パイプ２の半径よりも小さな高さを有した板材であって、上流側流路２１を流れる濁水Ｗ０と凝集剤Ｆの混合体の流れに対して交差するように配設されている。本実施形態では、下流側流路２２と突起部２３との接合部に邪魔板５が形成されている。なお、邪魔板５の形成箇所、数および形状は限定されるものではなく、適宜形成すればよい。また、邪魔板５は、必要に応じて形成すればよく、省略してもよい。
【００１５】
本実施形態のパイプ２は、図１に示すように、内径が小さい急速撹拌区間２ａ，２ａと、内径が急速撹拌区間２ａの内径よりも大きい緩速撹拌区間２ｂとを有している。急速撹拌区間２ａでは８カ所の角部３，３，…を有し、緩速撹拌区間２ｂでは４カ所の角部３，３，…を有している。緩速撹拌区間２ｂは、急速撹拌区間２ａの下流側に接続している。本実施形態では、急速撹拌区間２ａのパイプ２の内径を４１ｍｍとし、緩速撹拌区間２２のパイプ２の内径を７９ｍｍとする。なお、パイプ２の内径は限定されるものではなく、適宜決定すればよい。
本実施形態では、急速撹拌区間２ａと緩速撹拌区間２ｂとの間の直線部４（流入口２４から８番目の角部と９番目の角部との間の区間）において、パイプ２の内径を変化（拡径）させている。なお、内径の拡径は、角部３において、内径が変化する継手を使用するなどして行ってもよい。
【００１６】
本実施形態では、隣り合う角部３，３の交差部（上流部３１と下流部３２との交点）同士の間隔が、パイプ２の内径の１０倍となるように構成されている。すなわち、上流側流路２１の中心軸と下流側流路２２の中心軸との交点から、上流側または下流側に連続する他の角部３の上流側流路２１の中心軸と下流側流路２２の中心軸の交点までの距離が、パイプ２の内径の１０倍である。したがって、急速撹拌区間２ａにおける角部３（交点）同士の間隔は４１０ｍｍ、緩速撹拌区間２ｂにおける角部３（交点）同士の間隔は７９０ｍｍとなる。したがって、急速撹拌区間２ａに比べて、内径が大きい緩速撹拌区間２ｂの方が大きな枠を形成している。なお、隣り合う角部３，３同士の間隔は、パイプ２の内径の１０倍に限定されるものではなく、適宜決定すればよい。
【００１７】
本実施形態では、凝集剤Ｆとして、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）Ｆ１と、高分子（ポリアクリルアミド系）Ｆ２を投入する。
図１に示すように、パイプ２には、第一凝集剤（ＰＡＣ）Ｆ１を投入するための第一凝集剤投入口６１が急速撹拌区間２ａの始点に形成されていて、第二凝集剤（高分子）Ｆ２を投入するための第二凝集剤投入口６２が緩速撹拌区間２ｂの第二角部（急速撹拌区間２ａとの接合部から２番目の角部）３に形成されている。なお、凝集剤投入口６の形成箇所および数は限定されるものではない。例えば、一剤使用の凝集剤Ｆの場合は、急速撹拌区間２ａの始点のみに凝集剤投入口６（第一凝集剤投入口６１）を形成すればよい。また、第二凝集剤投入口６２の形成箇所は、緩速撹拌区間２ｂの上流端（急速撹拌区間２ａとの接続部）から３番目の角部までの範囲間であれば限定されるものではない。
【００１８】
パイプ２の流入口２４（急速撹拌区間２ａの始点）には、送水管５を介して原水ポンプ７が接続されている。原水ポンプ７は、減水タンクＴ１内の濁水（濁水の原液）Ｗ０をパイプ２に圧送する。原水ポンプ７から圧送された濁水Ｗ０は、流入口２４から流出口２５（緩速撹拌区間２ｂの終点）に向けてパイプ２内を通流する。パイプ２の流出口２５は、沈降槽Ｔ２に接続されている。
【００１９】
濁水処理装置１により濁水処理を行う場合には、原水ポンプ７を駆動させて原水タンクＴ１に貯留された濁水Ｗ０をパイプ２へ供給するとともに、凝集剤投入口６から凝集剤Ｆを供給する。パイプ２に供給された濁水Ｗ０と凝集剤Ｆは、パイプ２内を流下するとともに、各角部３において生じる乱流によって撹拌される。本実施形態では、急速撹拌区間２ａにおいて、濁水Ｗ０の流速が約５ｍ／ｓになるようにする。なお、パイプ２内の流速は限定されない。
急速撹拌区間２ａでは、角部３同士の間隔を小さくしているとともにパイプ２の内径を小さくしているので、乱れの量を増幅させて、急速撹拌を行っている。そのため、濁水Ｗ０中に第一凝集剤Ｆ１が行き渡り、フロックの核が形成される。
【００２０】
緩速撹拌区間２ｂでは、急速撹拌区間２ａにおいて濁水Ｗ０と凝集剤Ｆとを撹拌することにより生成されたフロック（小フロック）を、大フロックに成長させる。緩速撹拌区間２ｂでは、パイプ２の内径が広がることで、流体Ｗ１（濁水Ｗ０と凝集剤Ｆの混合体）の流速が約１．５ｍ／ｓに低下する。なお、パイプ２内の流速は限定されない。
緩速撹拌区間２ｂでは、角部３同士の間隔（直線部４）を大きくするとともに管径を大きくすることで、流体Ｗ１（濁水Ｗ０と凝集剤Ｆの混合体）の乱れの量を少なくしている。そのため、緩速撹拌区間２ｂでは、凝集剤Ｆ等の架橋効果を利用して小フロック同士を接触させて大フロックに成長させるとともに、大フロックが破壊することがないように適度に撹拌することが可能となる。
パイプ２内で生成されたフロックおよび浄化水（流体Ｗ１）は、パイプ２の流出口２５から排出されて、沈降槽Ｔ２に投入される。沈降槽Ｔ２では、フロックと浄化水とに分離される。なお、パイプ２内における流体Ｗ１の流れは、原水ポンプ７の動力のみで行うものとする。
【００２１】
本実施形態の濁水処理装置１によれば、パイプ２内に濁水Ｗ０を流すことにより生じる乱流と、Ｔ字状の角部３で生じる乱流とを利用して濁水Ｗ０と凝集剤Ｆとを撹拌するため、効率的に濁水Ｗ０と凝集剤Ｆとを混合させることができる。すなわち、直線部４を流れる濁水Ｗ０が角部３に流れ込むと、突起部２３に入り込んだ濁水Ｗ０よって乱流が生じるため、部分的に混ざり合わない箇所が生じることなく、効率的に濁水Ｗ０と凝集剤Ｆとを混ぜ合わせることができる。また、パイプ２を利用しているため、構造が簡易となり、製造コストが安価である。また、パイプ２内に邪魔板５が形成されているため、より乱流が生じやすい。
【００２２】
また、濁水Ｗ０の流れで生じる乱流のみで撹拌し、フロックを成長させることができるため、撹拌翼等を利用して機械的に撹拌する場合と比較して、少ない動力で効率的に濁水と凝集剤の撹拌およびフロックを成長させることができる。そのため、省力化によるランニングコストの低減化を図ることができる。
また、濁水Ｗ０と凝集剤Ｆとの撹拌混合とフロックの成長とを連続的に実施することで、濁水処理に要する時間の短縮化を図ることができる。
また、緩速撹拌区間２ｂにおいてフロックの成長を促進させるため、効率的である。
また、枠状に形成されたパイプ２を立設させた状態で配置しているため、省スペース化が可能となった。
なお、パイプ２の清掃は、清水を流すのみで行うことが可能である。
また、突起部２３の蓋材２６を撤去すれば、突起部２３をパイプ２の清掃時の掃除口として使用することができる。
【００２３】
次に、本実施形態の濁水処理装置１について実施した解析結果について説明する。
解析では、水流解析ソフトＣＡＤＭＡＳ−ＳＵＲＦ２Ｄ（平成１３年１０月  財団法人沿岸開発技術研究センター）を使用して、角部３に生じる乱流の解析を行った。
図３（ａ）に示すように、角部３において、上流側流路２１の延長線上に突起部２３が形成されたパイプ２を使用している。なお、本解析では、突起部２３がない、図４（ａ）に示すＬ字状の曲がり管（９０°曲がり管）により形成された角部（比較例）と、図５（ａ）に示す突起部２３が上流側流路２１と直交する向きに形成されている角部（実施例）についても解析を行った。
【００２４】
図４（ｂ）に示すように、角部３に突起部２３がない比較例では、乱流が生じ難い結果となった。図５（ｂ）に示すように、実施例では、突起部２３に濁水が流入することで、比較例に比べて乱流が生じやすい結果となった。さらに、図３（ｂ）に示すように、本実施形態のパイプ２によれば、濁水が突起部２３内に流入しやすく、図５（ｂ）の実施例に比べてさらに乱流が生じやすい結果となった。そのため、本実施形態のパイプ２により、濁水Ｗ０と凝集剤Ｆとを効率的に混合できることが確認できた。
【００２５】
また、パイプ２の内径と角部３同士の間隔が撹拌効果に及ぼす影響を確認する実験を行った。本実験では、パイプ２の内径と角部３同士の間隔の比を変化させる一方、流速、凝集剤の種類及び添加量を一定にして濁水Ｗ０と凝集剤Ｆを通液させた場合の混合効果を確認した。本実験では、パイプ２を通流させた濁水Ｗ０と凝集剤Ｆとの混合液Ｗ１の沈殿槽Ｔ２内の画像を撮影し、二値化（白色と黒色）処理後の黒色部分の占有率を測定した。まず、画像を所定のサイズ（本実験では１８０４×１８０４画素）で切り出して、メディアンフィルタでノイズを除去する。次に、輝度１１０で二値化する。フロックの形成が悪いと、白く濁るため、黒色部分の占有率を測定することで、混合の効果を確認することができる。表１に実験結果を示す。
実験の結果、間隔／管径を５〜２０の範囲内にすることによって、濁水Ｗ０と凝集剤Ｆとが混合される結果が得られた。また、間隔／管径を７〜１５の範囲内にすれば、フロック形成による画像占有率が８．５％以上になるため、効率的に撹拌されることが確認できた。さらに、間隔／管径を１０（角部同士の間隔がパイプの内径の１０倍）とした場合には、フロック形成により画像占有率が１０％以上となり、より効率的に撹拌されることが確認できた。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
本実施形態の濁水処理装置の用途は限定されるものではない。例えば、トンネル工事等や、除染作業等において発生した濁水の処理に使用可能である。
前記実施形態では、突起部２３が上流側管路の延長線上（濁水の流れ方向）に形成されている場合について説明したが、突起部２３は上流側管路と直交する向き（濁水の流れ方向と直交する向き）に形成してもよい。
【００２８】
また、前記実施形態では、急速撹拌区間２ａにおけるパイプ２の内径および緩速撹拌区間２ｂにおけるパイプ２の内径がそれぞれ変化しない場合について説明したが、パイプ２の内径は変化してもよい。例えば、流入口側から流出口側に向かうに従って拡径するようにしてもよいし、縮径するようにしてもよい。
また、前記実施形態では、角部３同士の間隔（直線部４の長さ）が、パイプ２の内径の１０倍の場合について説明したが、直線部４の長さは、適宜決定すればよい。例えば、流入口側から流出口側に向かうに従って、徐々に長くなるようにしてもよい。
前記実施形態では、流入口側に急速撹拌区間２ａを設け、流出口側に緩速撹拌区間２ｂを設けた場合について説明したが、急速撹拌区間２ａと緩速撹拌区間２ｂの順序（位置関係）は限定されない。
【００２９】
前記実施形態では、複数の矩形状の枠が重なるように、パイプ２が渦巻状に連続している場合について説明したが、パイプ２の形状は限定されるものではない。例えば、図６に示すように、上流側に位置する上流側角部３ａの上流側管路２１の中心軸Ｐと、上流側角部３ａの下流側に隣接する下流側角部３ｂの下流側管路２２の中心軸Ｑ０の平行線Ｑ１のなす角度θが、直角あるいは鈍角になるように形成してもよい。こうすることで、パイプ２内において、角部３（３ａ，３ｂ）毎に流下方向が変化し、濁水Ｗ０が３次元的に流れるため、乱流が生じやすくなり、撹拌効率がより向上する。
【符号の説明】
【００３０】
１    濁水処理装置
２    パイプ
２ａ  急速撹拌区間
２ｂ  緩速撹拌区間
２１  上流側流路
２２  下流側流路
２３  突起部
２４  流入口
２５  流出口
３    角部
４    直線部
５    邪魔板
６    凝集剤投入口
６１  第一凝集剤投入口
６２  第二凝集剤投入口
Ｆ    凝集剤
Ｗ０    濁水
【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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