(57)【要約】      （修正有）【課題】系内に流入する流入水量の増減や汚泥濃度の増減等の変動要因の変化を捉えて、スクリーン面に沿って流れる水流の水勢を増減調整する担体分離スクリーンを提供する。【解決手段】スクリーン３に沿って流れる下向流の水流を加勢する水中ミキサー１３と、スクリーン３で隔てた上流側領域４と下流側領域５との水位差を検出する水位計１５と、水位計１５で検出する水位差ｈを指標として水中ミキサー１３を制御して下向流の水勢を調整する制御装置１６を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入水系に連通する上流側領域と流出水系に連通する下流側領域とを隔てるスクリーンと、前記上流側領域に滞留する微生物固定化担体と、前記上流側領域に配置する散気装置を有した生物処理槽において、スクリーンに沿って流れる下向流の水流を加勢する水流加勢手段を備えることを特徴とする担体分離スクリーン。
【請求項２】
流入水系に連通する上流側領域と流出水系に連通する下流側領域とを隔てるスクリーンと、前記上流側領域に滞留する微生物固定化担体と、前記上流側領域に配置する散気装置を有した生物処理槽において、スクリーンの上流側位置に案内板を配置して案内板とスクリーンとの間に下向流路を形成し、この下向流路の流入側に、下向流路をスクリーンに沿って下向流で流れる水流を加勢する水流加勢手段を備えたことを特徴とする担体分離スクリーン。
【請求項３】
スクリーンで隔てた上流側領域と下流側領域との水位差を検出する水位差検出手段と、水位差検出手段で検出する水位差を指標として水流加勢手段を制御して下向流の水勢を調整する制御手段とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の担体分離スクリーン。
【請求項４】
制御手段は、水位差検出手段で検出する水位差を指標として水流加勢手段をＯＮ−ＯＦＦ制御し、あるいは水位差検出手段で検出する水位差を指標として水流加勢手段により加える水勢を連続的、もしくは段階的に増減調整することを特徴とする請求項３に記載の担体分離スクリーン。
【請求項５】
制御手段は、スクリーンに沿って流れる下向流の鉛直方向の流速ベクトルがスクリーンを通過する流出水の水平方向の流速ベクトルの少なくとも１０倍となるように水流加勢手段を制御することを特徴とする請求項３または４に記載の担体分離スクリーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は担体分離スクリーンに関し、下水や産業廃水の浄化に使用される担体投入型窒素除去装置などにおいて微生物固定化担体を処理槽内に保持する担体分離装置の技術に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術としては、例えば特許文献１に記載するものがある。これは、処理槽において微生物固定化担体を散気により流動状態に保持し、槽内に設けた下向流路部と下向流路の周囲の散気領域とを合わせてなる循環流路において循環流を生じさせ、下向流路部の流出口を覆って設けた担体分離スクリーンで微生物固定化担体を分離するものである。
【０００３】
また、特許文献２に記載するものは、微生物固定化担体を散気装置からの散気により流動状態に保持する処理槽において、スクリーンを介して槽内領域に連通する流出水路部を設け、スクリーンの前面を覆って下向流路部を設けるものであり、スクリーンに対向する下向流路部のガイド壁面を鉛直方向に対して傾斜配置し、下向流路部の流路断面積を上部の流入口から下部の還流口に向けて漸減させたものである。
【０００４】
また、特許文献３に記載するものは、微生物の固定化担体が浮遊する被処理水に散気手段で散気し、スクリーン部材によって固定化担体を被処理水から分離するものであり、スクリーン部材と平行な水流として被処理水を流してスクリーン部材に固定化担体が付着することを抑制し、スクリーン部材を通過した被処理水の一部をスクリーン部材の下流領域に逆流させるものである。
【０００５】
また、特許文献４に記載するものは、処理槽内で微生物を固定化した担体と廃水とを接触させて廃水を生物学的に処理し、処理槽の排出口に設けたスクリーンで担体の流出を防止するものであり、処理槽内のスクリーン内側にスクリーン面と略平行なガイド板を設けてスクリーンとガイド板との間に流路を形成し、流路内にエアリフト作用を動力とする水流を発生させるものである。
【０００６】
また、特許文献５に記載するものは、担体分離用スクリーンの近傍にスクリーン面の閉塞物質を剥離させるように液体を噴射する液噴射装置を設けたものであり、担体分離スクリーン面と平行な整流体を設けたものである。
【特許文献１】特開２００１−１７９８７号公報
【特許文献２】特開２００４−８２０１１号公報
【特許文献３】特開２００３−７１４８１号公報
【特許文献４】特開平９−１１７７８５号公報
【特許文献５】特開平１０−１２８３６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したような微生物固定化担体を用いた生物処理槽では、その基本的な構成として散気装置から散気する空気のエアリフト作用を動力として循環流を生じさせており、この循環流の一部をなす下向流がスクリーン面に沿って流れ、微生物固定化担体をスクリーン面に沿って押し流すことで微生物固定化担体の目詰まりを防止している。
【０００８】
ところで、処理槽に流入する流入水量は必ずしも一定ではなく経時的に変化し、特に雨天時には急増する場合がある。また、流入水量によって槽内の汚泥濃度も変化する。
このため、散気装置から散気する空気量を一定とする運転条件下にあっても、槽内の流入水量、汚泥濃度の増減等に起因して循環流の流動が変化し、循環流の水勢が弱まるとスクリーン面に沿って流れる下向流が微生物固定化担体をスクリーン面に沿って押し流す力が弱くなり、スクリーン面に担体が付着して閉塞状態となる場合があり、上述した従来の微生物固定化担体を用いた生物処理槽は外的要因の影響を受け易いものであった。
【０００９】
この問題を解決する一つの方法として、特許文献３ではスクリーン部材を通過した被処理水の一部をスクリーン部材の下流領域に逆流させることで、微生物固定化担体をスクリーン面から離間させている。
【００１０】
しかしながら、一般的なスクリーンでは、スクリーン面を境とする上流側と下流側との水位差に起因して水流がスクリーン面を上流側から下流側へ通過する。このため、スクリーン面を下流側から上流側へ逆流させることは消費エネルギーの観点において無駄が多くなる。
【００１１】
他の解決方法として、特許文献５では、水中ポンプから噴出す噴射液をスクリーン面に沿って常時、一定の流量で流してスクリーンから閉塞物質を剥離させている。
上述したように、例えば散気装置から散気する空気量を一定とする運転条件下にあっても、反応槽内の貯溜量の増減、汚泥濃度の増減等に起因して循環流の流動が変化するので、場合によっては下向流が微生物固定化担体をスクリーン面に沿って押し流す十分な力を備えることになり、特許文献５の構成のように水中ポンプから噴出する噴射液をスクリーン面に沿って常時、一定の流量で噴射する場合には消費エネルギーの観点において無駄が多くなる。
【００１２】
本発明は上記した課題を解決するものであり、系内に流入する流入水量の増減や汚泥濃度の増減等の変動要因の変化を捉えて、スクリーン面に沿って流れる水流の水勢を増減調整する担体分離スクリーンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の担体分離スクリーンは、流入水系に連通する上流側領域と流出水系に連通する下流側領域とを隔てるスクリーンと、前記上流側領域に滞留する微生物固定化担体と、前記上流側領域に配置する散気装置を有した生物処理槽において、スクリーンに沿って流れる下向流の水流を加勢する水流加勢手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明の担体分離スクリーンは、流入水系に連通する上流側領域と流出水系に連通する下流側領域とを隔てるスクリーンと、前記上流側領域に滞留する微生物固定化担体と、前記上流側領域に配置する散気装置を有した生物処理槽において、スクリーンの上流側位置に案内板を配置して案内板とスクリーンとの間に下向流路を形成し、この下向流路の流入側に、下向流路をスクリーンに沿って下向流で流れる水流を加勢する水流加勢手段を備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、スクリーンで隔てた上流側領域と下流側領域との水位差を検出する水位差検出手段と、水位差検出手段で検出する水位差を指標として水流加勢手段を制御して下向流の水勢を調整する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１６】
また、制御手段は、水位差検出手段で検出する水位差を指標として水流加勢手段をＯＮ−ＯＦＦ制御し、あるいは水位差検出手段で検出する水位差を指標として水流加勢手段により加える水勢を連続的、もしくは段階的に増減調整することを特徴とする。
【００１７】
また、制御手段は、スクリーンに沿って流れる下向流の鉛直方向の流速ベクトルがスクリーンを通過する流出水の水平方向の流速ベクトルの少なくとも１０倍となるように水流加勢手段を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように本発明によれば、散気装置から散気する空気のエアリフト作用によって生物処理槽内に上昇流が生じ、この上昇流に起因して生物処理槽内に循環流が生じ、微生物固定化担体を伴った循環流がスクリーンに沿って下向流となって流れ、案内板によってスクリーンとの間の下向流路を形成する場合には下向流路を下向流となって流れる。スクリーンを通過する流出水は下流側領域へ流出し、スクリーンを通過しない微生物固定化担体はスクリーンに沿って流れて上流側領域へ循環する。
【００１９】
ところで、散気装置から散気する空気量を一定とする運転条件下にあっては、生物処理槽内の流入水量および流出水量の増減によって循環流の流動が変化する。生物処理槽から流出水系へ流出する流出水量に比べて流入水系から生物処理槽へ流入する流入水量が増加するほどに、スクリーンで隔てた上流側領域と下流側領域との水位差は大きくなり、水位差が大きくなるほどにスクリーンを通過する流出水の水勢が強まり、水平方向の流速ベクトルが大きくなる傾向を示す。
【００２０】
また、微生物固定化担体でスクリーンが目詰まりし始めると、生物処理槽から流出水系へ流出する流出水量が減少することで、スクリーンで隔てた上流側領域と下流側領域との水位差が大きくなる要因となり、水位差が大きくなるほどにスクリーンを通過する流出水の水勢が強まり、水平方向の流速ベクトルが大きくなる傾向を示す。
【００２１】
つまり、スクリーンで隔てた上流側領域と下流側領域との水位差は、流入水量および流出水量の変動、および散気空気量の変動等の外部要因の影響を全て反映する指標となり得るものであり、水位差が大きくなるほどに水平方向の流速ベクトルが微生物固定化担体をスクリーンに押圧する力が大きくなって、微生物固定化担体でスクリーンが目詰まりし易くなる。
【００２２】
一方、スクリーンと案内板との間の下向流路を流れる下向流の水勢は、上流側領域の水位の増減にはあまり影響を受けず、上流側領域と下流側領域との水位差が増加してもスクリーンに沿った鉛直方向の流速ベクトルは安定した傾向を示す。この結果、微生物固定化担体をスクリーンに沿って押し流す力が、微生物固定化担体をスクリーンに押圧する力に比して不足し、微生物固定化担体でスクリーンが目詰まりし易くなる。
【００２３】
このため、制御手段が水位差検出手段で検出する水位差を指標として水流加勢手段を制御し、水位差が大きくなると水流加勢手段で加勢して下向流の水勢を強め、スクリーンに沿った鉛直方向の流速ベクトルを大きくして微生物固定化担体をスクリーンに沿って押し流し、微生物固定化担体によるスクリーンの目詰まりを防止する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１〜図２において、担体分離スクリーンは、生物処理槽１に滞留する微生物固定化担体２をスクリーン３によって流出水から分離するものであり、スクリーン３は流出水の通過を許容し、微生物固定化担体２を捕捉して通過を阻止するものであれば、如何なる構造のものも適用可能である。
【００２５】
スクリーン３は、生物処理槽１の槽内領域を上流側領域４と下流側領域５とに隔てる位置に設けており、生物処理槽１の上流側領域４は流入水系６に連通し、上流側領域４は流出水系７に連通している。
【００２６】
スクリーン３の上流側位置には案内板８を設けており、案内板８がスクリーン３との間に下向流路９を形成している。案内板８は下端側ほどスクリーン３に接近するように前傾姿勢に配設しており、下向流路９は上端開口１０が上流側領域４の槽上部域に連通し、下端開口１１が上流側領域４の槽下部域に連通し、上端開口１０から下端開口１１に向かうほど流路断面積が漸次に減少している。
【００２７】
本実施の形態では案内板８によってスクリーン３の前面に下向流路９を形成する構成において本発明を説明するが、案内板８を設けない構成として本発明を実施することは可能である。
【００２８】
生物処理槽１の上流側領域４の底部には散気装置１２を配置しており、散気装置１２は槽外のブロア（図示省略）に接続している。
下向流路９の流入側である上端開口１０の付近に水中ミキサー（攪拌機）１３を設置している。水中ミキサー（攪拌機）１３は、モータを水中に一体的に配置する水中タイプものでも、モータを水上に別置きする水上タイプのものでも適用可能である。この水中ミキサー（攪拌機）１３は周囲の水を吸い込み、下方へ水流を噴出することで、下向流路９をスクリーン３に沿って下向流で流れる水流を加勢する水流加勢手段として機能を果たすものであり、ポンプによって代替することも可能である。
【００２９】
水位差検出手段はスクリーン３で隔てた上流側領域４と下流側領域５にそれぞれ配置した水位計１５からなり、各水位計１５は制御手段をなす制御装置１６に接続し、制御装置１６が双方の水位計１５で測定する水位に基いて上流側領域４と下流側領域５との水位差を検出する。制御装置１６は検出した水位差を指標として水中ミキサー（攪拌機）１３の運転を制御して下向流の水勢の強弱を調整する。水位差検出手段は、下流側領域５における水位が常に一定である場合には、上流側領域４に配置する水位計１５のみで実現することも可能である。
【００３０】
制御装置１６による水中ミキサー（攪拌機）１３の制御は種々のものが可能である。例えば、検出した水位差を指標として水中ミキサー（攪拌機）１３の運転を起動もしくは停止するＯＮ−ＯＦＦ制御である。あるいは検出した水位差を指標として水中ミキサー（攪拌機）１３の回転数を制御して加える水勢を連続的、もしくは段階的に増減調整するものである。何れの制御においても、制御装置１６は、スクリーン３に沿って流れる下向流の鉛直方向の流速ベクトルがスクリーン３を通過する流出水の水平方向の流速ベクトルの少なくとも１０倍となるように水中ミキサー（攪拌機）１３を制御する。このことは後に詳述する。
【００３１】
以下、上記した構成における作用を説明する。生物処理槽１では散気装置１２から空気を散気する状態で、流入水系６から槽内に流入した有機性廃水等の被処理水を微生物固定化担体２に担持する微生物によって生物処理する。
【００３２】
本実施の形態では水より比重の大きい微生物固定化担体２を採用しており、微生物固定化担体２は基本的に沈降する挙動を示すので、下向流による分離が容易となる。生物処理槽１の槽内では散気装置１２から散気する空気のエアリフト作用によって固気液混相の上昇流が生じ、この上昇流に起因して生物処理槽１の槽内に循環流が生じる。循環流は微生物固定化担体２を伴って槽内を循環し、槽上部域からスクリーン３と案内板８との間の下向流路９へその上端開口１０から流入し、下向流路９を下向流となって流れる。
【００３３】
下向流路９を流れる間に、生物処理水の一部がスクリーン３を通過して下流側領域５へ流出し、下流側領域５から流出水系７を通して槽外へ流れ出る。スクリーン３を通過しない微生物固定化担体２は循環流ともにスクリーン３に沿って流れて下端開口１１から上流側領域４の槽下部域へ循環する。
【００３４】
このとき、案内板８が下端側ほどスクリーン３に接近することで下向流の流速を一定にし、担体を押し流す力を安定させることが可能となる。
ところで、流入水系６から生物処理槽１へ流入する流入水量は一定ではなく、降雨時、特に豪雨の時には、生物処理槽１から流出水系７へ流出する流出水量に比べて、流入水系６から生物処理槽１へ流入する流入水量が短時間の内に急激に増加し、散気装置１２から散気する空気量を一定とする運転条件下にあっては、生物処理槽１への流入水量および流出水量の増減によって循環流の流動が変化する。
【００３５】
図４に示すように、スクリーン３を通過するスクリーン通過水（流出水）は水平方向の流速ベクトルＸを有し、この水平方向の流速ベクトルＸが微生物固定化担体２をスクリーン３に押圧する力として作用し、水平方向の流速ベクトルＸが大きくなるほどにスクリーン３が微生物固定化担体２で目詰まりし易くなる。
【００３６】
この水平方向の流速ベクトルＸはスクリーン３で隔てた上流側領域４と下流側領域５との水位差ｈに依拠しており、水位差ｈが大きくなるほどにスクリーン３を通過する流出水の水勢が強まり、水平方向の流速ベクトルＸが大きくなる傾向を示す。このため、短時間の内に水位差ｈが急激に増加して水平方向の流速ベクトルＸが大きくなると、微生物固定化担体２でスクリーン３が目詰まりし易くなる。
【００３７】
また、微生物固定化担体２でスクリーン３が目詰まりし始めると、生物処理槽１から流出水系へ流出する流出水量が減少することで、スクリーン３で隔てた上流側領域４と下流側領域５との水位差ｈが大きくなる要因となり、水位差ｈが大きくなるほどにスクリーン３を通過する流出水の水勢が強まり、水平方向の流速ベクトルが大きくなる傾向を示す。
【００３８】
つまり、スクリーン３で隔てた上流側領域４と下流側領域５との水位差は、流入水量および流出水量の変動、および散気空気量の変動等の外部要因の影響を全て反映する指標となり得るものであり、水位差ｈが大きくなるほどに水平方向の流速ベクトルが微生物固定化担体２をスクリーン３に押圧する力が大きくなって、微生物固定化担体２でスクリーン３が目詰まりし易くなる。
【００３９】
一方、スクリーン３と案内板８との間の下向流路９を流れる下向流の水勢は、上流側領域４の水位の増減にはあまり影響を受けず、上流側領域４と下流側領域５との水位差ｈが増加してもスクリーン３に沿った鉛直方向の流速ベクトルＹは安定した傾向を示す。この結果、微生物固定化担体２をスクリーン３に沿って押し流す力が、微生物固定化担体２をスクリーン３に押圧する力に比して不足し、微生物固定化担体２でスクリーン３が目詰まりし易くなる。
【００４０】
ここで、水平方向の流速ベクトルＸは水位差ｈとの相関を経験則で求めることができ、鉛直方向の流速ベクトルＹは散気量との相関を経験則で求めることができる。また、微生物固定化担体２によるスクリーン３の目詰まりを防止するためには、スクリーン３を通過する流出水の水平方向の流速ベクトルＸが例えば３ｃｍ／ｓである場合には、スクリーン３に沿って流れる下向流の鉛直方向の流速ベクトルＹは少なくとも１０倍の３０ｃｍ／ｓが必要であることが実験により判明している。
【００４１】
このため、制御装置１６は双方の水位計１５の測定値から水位差ｈを検出し、水位差ｈを指標として水中ミキサー（攪拌機）１３の運転を制御する。本実施の形態では、図３に示すように、水位差ｈが例えば上位設定値１００ｍｍ以上となると、制御装置１６は水中ミキサー（攪拌機）１３の運転を起動して下向流の水勢を強め、スクリーン３に沿った鉛直方向の流速ベクトルＹを大きくして微生物固定化担体２をスクリーン３に沿って押し流し、微生物固定化担体２によるスクリーン３の目詰まりを防止する。水位差ｈが例えば下位設定値１０ｍｍ以下になると、制御装置１６は水中ミキサー（攪拌機）１３の運転を停止し、循環流に因る鉛直方向の流速ベクトルＹで微生物固定化担体２をスクリーン３に沿って押し流し、微生物固定化担体２によるスクリーン３の目詰まりを防止する。
【００４２】
上述の操作において、制御装置１６は、スクリーン３に沿って流れる下向流の鉛直方向の流速ベクトルＹがスクリーン３を通過する流出水の水平方向の流速ベクトルＸの少なくとも１０倍となるように水中ミキサー（攪拌機）１３を制御する。
【００４３】
つまり、水平方向の流速ベクトルＸと水位差ｈとの相関において、水位差ｈが上位設定値Ｈｍｍであるときの水平方向の流速ベクトルＸの対応する上位値および水位差ｈが下位設定値Ｌｍｍであるときの水平方向の流速ベクトルＸの対応する下位値は事前に判明している。さらに、鉛直方向の流速ベクトルＹと散気量との相関において、散気装置１２から散気する空気量を一定とする運転条件下での鉛直方向の流速ベクトルＹの対応する設定値は事前に判明している。
【００４４】
このため、水平方向の流速ベクトルＸの上位値の１０倍の値と鉛直方向の流速ベクトルＹの設定値との比較において不足する流速を求め、この不足する流速を水中ミキサー（攪拌機）１３の運転により加勢する。
【００４５】
このように、水位差ｈが上位設定値Ｈｍｍ以上となるときを開始点とし、水位差ｈが下位設定値Ｌｍｍ以下となるときを終了点として、スクリーン３の目詰まりを防止するのに必要なときにのみ水中ミキサー（攪拌機）１３を運転することで、エネルギーの無駄な消費を抑制できる。
【００４６】
水中ミキサー（攪拌機）１３の運転は、上述した水位差ｈの上位設定値Ｈｍｍと下位設定値Ｌｍｍを指標とするＯＮ−ＯＦＦ制御に替えて、他の制御方法として、検出した水位差ｈを指標として水中ミキサー（攪拌機）１３の回転数を制御し、加える水勢を連続的、もしくは段階的に増減調整することも可能である。
【００４７】
この場合には、水平方向の流速ベクトルＸと水位差ｈとの相関において、水位差測定時の水位差ｈに対応する水平方向の流速ベクトルＸの現在値を求め、この水平方向の流速ベクトルＸの現在値の１０倍の値と鉛直方向の流速ベクトルＹの設定値との比較において不足する流速を求め、この不足する流速を水中ミキサー（攪拌機）１３の運転により加勢する。
【００４８】
このように、様々な外的要因に対し、水位差ｈを指標として水中ミキサー（攪拌機）１３を運転することで、スクリーン３の閉塞を未然に防止し、スクリーン３の維持管理作業の容易化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態における担体分離スクリーンを示す模式図
【図２】同担体分離スクリーンの水中ミキサー（攪拌機）を示す模式図
【図３】同担体分離スクリーンの制御装置の制御フローチャート
【図４】同担体分離スクリーンの作用を示す模式図
【符号の説明】
【００５０】
１    生物処理槽
２    微生物固定化担体
３    スクリーン
４    上流側領域
５    下流側領域
６    流入水系
７    流出水系
８    案内板
９    下向流路
１０    上端開口
１１    下端開口
１２    散気装置
１３    水中ミキサー（攪拌機）
１４    ガイドパイプ
１５    水位計
１６    制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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