JP6804366B2 - 散水装置及び散水式浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、散水装置及び散水式浄化装置に関するものである。

中空の装置本体に充填した微生物保持担体に汚水（処理水）を散水し、微生物保持担体が保持する微生物の分解機能により汚水を好気的に浄化するＤＨＳ（Downflow Hanging Sponge）法を用いた浄化装置（ＤＨＳリアクター）が開発されている。ＤＨＳリアクターにおいて汚水を広範囲に且つ均一に供給する方法として、例えば水平方向に延出される管体を該管体の一端側を中心として一定速度で回動させながら、管体が有する多数の孔から汚水を流下させる方法が挙げられる（特許文献１参照）。また、この他に、供給される汚水を、皿状部材の底面に設けた多数の孔から滴下させる方法が挙げられる（特許文献２参照）。

特開２０１６−１２３９５７号公報 特開２０１２−１７９５１７号公報

例えば特許文献１の浄化装置は、管体を一定速度で回動させながら、管体が有する多数の孔から汚水を流下させることから、管体を一定速度で回動させる駆動源の他、管体の回動速度が一定速度に到達するまでに使用する補助駆動源が必要である。したがって、動力源（補助駆動源を含む）のランニングコストや可動部分のメンテナンスが必要となる。また、管体を一定速度で回動させる場合、タンクの断面形状は円形状が適している。しかしながら、浄化装置の設置場所の形状を考慮した場合には、タンクの断面形状を円形状ではなく矩形状にすることが適している場合がある。矩形状のタンクで管体を一定速度で回動させる場合、管体の回動軌跡から外れ、散水時に汚水が供給されない領域が存在することになり、微生物保持担体が保持する微生物の分解機能を有効に利用することができない。また、特許文献１の浄化装置では、管体を一定速度で回動させることから、供給される汚水の流量を制御する必要もある。

一方、特許文献２の浄化装置は、供給される汚水を、皿状部材の底面に設けた多数の孔から滴下させることから、皿状部材に供給される汚水の流量を制限、言い換えれば供給される汚水の流量を少なくした場合には、汚水が皿状部材の全体に汚水が拡散されない。その結果、皿状部材の底部に設けた孔の一部からしか汚水が滴下されず、微生物保持担体が保持する微生物の分解機能を有効に利用することができない。したがって、特許文献２の浄化装置の場合には、皿状部材の全体に汚水が拡散されるように、汚水の流量を制御する必要がある。

本発明は、装置に供給する汚水の流量を少なくした場合でも、タンク全体に汚水を均一に供給することができるようにした散水式浄化装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の散水装置は、多数の微生物を保持する微生物保持担体が充填された装置本体の上方から、給水管により供給される汚水を散水する散水装置において、前記給水管に設けた流出孔から落水する前記汚水を受容する受容部材と、前記装置本体の上面視における中心に配置され、前記受容部材から下方に向けて延出され
る導入部と、前記導入部の下端部から放射状に延出される複数の排出部とを有し、前記導入部から流入する前記汚水を前記複数の排出部の各々から排出する排水管と、前記排水管の内部に着脱自在に設けられ、前記受容部材から前記排水管に流入した前記汚水を前記排水管の内周面に沿って流下させる螺旋構造体と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の散水式浄化装置は、上述した散水装置と、多数の微生物を保持する微生物保持担体が充填された装置本体と、前記装置本体に充填された前記微生物保持担体が浄化した処理水を集水する集水部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、供給する汚水の流量を少なくした場合でも、タンク全体に汚水を均一に供給することができる。その結果、タンクに充填された微生物保持担体が保持する微生物の分解機能を有効に利用でき、汚水を好気的に浄化することが可能となる。

本実施形態の散水式浄化装置の模式図である。 図１に示す散水式浄化装置における装置本体の上面図である。 （ａ）螺旋構造体を挿入する前の散水部の構造を示すＡ−Ａ断面図、（ｂ）螺旋構造体を挿入した後の散水部の状態を示すＡ−Ａ断面図である。 （ａ）螺旋構造体の斜視図、（ｂ）螺旋構造体の上面図、（ｃ）螺旋構造体の下面図である。 （ａ）コイルばねを用いない散水部で清水を散水した時の散水率、（ｂ）３８ｍｍのコイルばねを用いた散水部で清水を散水した時の散水率、（ｃ）６９ｍｍのコイルばねを用いた散水部で清水を散水した時の散水率を示す図である。 散水量分布測定装置の模式図である。 散水量分布測定装置の散水位置を示す上面図である。 測定枡の上面図である。 （ａ）Ｒ＝１００ｍｍとしたときの散水率、（ｂ）Ｒ＝１５０ｍｍとしたときの散水率、（ｃ）Ｒ＝１７０ｍｍとしたときの散水率の結果を示す図である。 （ａ）装置本体の中心に近い位置で散水を行ったときに、清水が充填部に拡散される範囲、（ｂ）装置本体の中心から離れた位置で散水を行ったときに、清水が充填部に拡散される範囲を模式的に示す図である。 螺旋構造体を用いた散水部で汚水を散水したときの散水率及び螺旋構造体を用いていない散水部で汚水を散水したときの散水率を示す図である。

以下、本実施形態の散水式浄化装置について図面を用いて説明する。本実施形態の散水式浄化装置は、例えば有機性廃水処理装置の一部として用いられ、例えばＵＡＳＢ（Up-flow Anaerobic Sludge Blanket）リアクター等により嫌気性処理された汚水を、好気性生物処理により浄化する散水式浄化装置である。散水式浄化装置は、汚水給水管から供給された汚水を、装置本体に充填された多数の微生物保持担体に散水し、微生物保持担体が保持する微生物の分解機能を利用して、汚水を好気的に浄化する装置である。

図１から図３に示すように、散水式浄化装置１０は、装置本体１５、散水部（散水装置）１６等を有する。装置本体１５は、長手方向に直交する断面の形状、言い換えれば装置本体１５の上面視における外形形状が正方形状又は矩形状である。本実施形態の散水部１６は、装置本体１５の大きさや形状に合わせてマトリクス状（格子状）に複数配置される。装置本体１５の上面視における大きさは、例えば１０ｍ×２０ｍに代表されるように、数ｍ〜数十ｍ×数ｍ〜数十ｍの正方形状又は矩形状であることが一般的であるので、散水部１６は、装置本体１５の上面視において、例えば幅Ｌ_１及び奥行きＬ_２が５０ｃｍ〜１ｍである正方形の領域Ａに１個の割合で配置される。ここで、装置本体１５は、内部に有する領域をＬ_１＝Ｌ_２＝５０ｃｍ〜１ｍの正方形状となるように仕切板を用いて仕切られてもよいし、仕切られていなくともよい。

装置本体１５は、図示を省略した架台に設置される。装置本体１５は、内部空間の下端側に有孔底板１８を有する。装置本体１５は、有孔底板１８の上方に押さえ部材１９を有する。装置本体１５の内部で有孔底板１８と押さえ部材１９との間の空間は、多数の微生物保持担体２０が充填される。以下、多数の微生物保持担体２０が充填される空間を充填部２１と称する。装置本体１５は、有孔底板１８の下方に、装置本体１５の内部を大気開放状態に維持する排気管２２を有する。本実施形態では、装置本体１５の内部に押さえ部材１９を有する構成としているが、押さえ部材１９の構成を省略してもよい。

装置本体１５は、下端部に、装置本体１５が有する有孔底板１８の孔１８ａを通過して滴下する処理水を集める集水部２６を有する。排水管２７は集水部２６に設けられ、集水部２６により集められた処理水を外部に排出する。なお、図１においては、図の煩雑さを解消するために、有孔底板１８が有する孔１８ａの一部にのみ符号を付している。

散水部１６は、汚水給水管（ヘッダー管）２８が有する流出孔２８ａから供給される汚水を充填部２１の上方から散水する。散水部１６は、受容部材３１と、排水管３２と、分岐管３３とを有する。なお、排水管３２と分岐管３３とを別体としているが、１つの部材としてもよい。

受容部材３１は、上面が開口された樋状の部材である。受容部材３１は、汚水給水管２８が有する流出孔２８ａから流下する汚水を受容し、受容した汚水を排水管３２に排出する。受容部材３１は、受容した汚水を排水管３２に排出する挿通孔３５を底面に有する。図２に示すように、受容部材３１の底面における挿通孔３５の位置は、受容部材３１の中心Ｃから図２中−ｙ方向に所定量ずれた位置となる。なお、受容部材３１の図２中ｙ方向における長さをＷとした場合、受容部材３１の中心Ｃは受容部材３１の端部からＷ／２の位置である。
挿通孔３５は、受容部材３１の底面側において座繰り加工を施している。したがって、挿通孔３５は、受容部材３１の底面側が大径部３５ａ、受容部材３１の下面側が小径部３５ｂとなる段付き孔である。

散水式浄化装置１０の上面視において、汚水給水管２８が有する流出孔２８ａに対応する位置をＰ１とすると、汚水給水管２８が有する流出孔２８ａは、受容部材３１の中心Ｃに対して図２中ｙ方向にずれた位置となる。上述したように、受容部材３１の底面における挿通孔３５は、受容部材３１の中心Ｃから図２中−ｙ方向に所定量ずれた位置にある。したがって、汚水給水管２８が有する流出孔２８ａから流出される汚水は、受容部材３１の挿通孔３５からずれた位置に落水した後、受容部材３１の挿通孔３５の周縁部に向けて流れる。そして、排水管３２の周縁部から排水管３２の内部に流入する。上述したように、散水部１６は、装置本体１５の上面視において、幅Ｌ_１及び奥行きＬ_２がＬ_１＝Ｌ_２＝５０ｃｍ〜１ｍとなる正方形状の領域（図２中符号Ａ）に１個配置される。受容部材３１は、挿通孔３５の中心が、該正方形状の領域Ａの図中左上隅にある頂点から、ｘ方向に長さＬ_３（＝Ｌ_１／２）、−ｙ方向に長さＬ_４（＝Ｌ_２／２）の位置、言い換えれば、該正方形状の領域Ａの中心と挿通孔３５の中心が一致するように配置される。

排水管３２は、受容部材３１の下面側から挿通孔３５に挿通された状態で受容部材３１に固定される。受容部材３１に排水管３２が固定された状態では、排水管３２の上端部が挿通孔３５に設けられた段差面３５ｃと同一平面となる。排水管３２は、例えば鋼製の円管が用いられる。

分岐管３３は、下方に延出される導入部３３ａと、導入部３３ａの下端側から導入部３３ａに対して放射状に延出され、且つ、先端に向けて下り傾斜する４つの排出部３３ｂとを有する。なお、放射状に設けられる４つの排出部３３ｂは、導入部３３ａの周方向に例えば９０°間隔で延出される。分岐管３３は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等の合成樹脂製である。導入部３３ａ及び４つの排出部３３ｂは円管である。４つの排出部３３ｂは、排出する汚水の流れを変化させるノズル４２を先端に各々有する。排出部３３ｂを先端部分を下方に屈曲した円管とする場合には、ノズル４２を用いる必要はない。なお、図１に示すように、ノズル４２の先端を下り傾斜する形状とする場合、受容部材３１から分岐管３３の内部に流下する汚水の流量が少ないと、汚水はノズル４２の最下点以外の領域からコアンダ効果により領域Ａに設けられた散水プレート６１の間に落下することもあり、散水プレート６１ではなく、充填部２１に直接落下することもある。したがって、ノズル４２の先端形状は、下り傾斜する形状ではなく、垂直方向（例えば図１中−ｚ方向）に延出される形状としてもよい。

上述したように、散水部１６は、装置本体１５の上面視において、幅Ｌ_１及び奥行きＬ_２がＬ_１＝Ｌ_２＝５０ｃｍ〜１ｍの正方形状の領域Ａに１個配置される。したがって、分岐管３３の各排出部３３ｂは、装置本体１５の上面視における正方形状の領域Ａの各頂点に対峙する位置に配置される。なお、分岐管３３に設けられる排出部３３ｂの数を、装置本体１５の上面視における正方形状の領域Ａの頂点の数と同一数、つまり４個としているが、分岐管３３に設けられる排出部３３ｂの数を装置本体１５の上面視における正方形状の領域Ａの頂点の数と一致させる必要はない。また、散水部１６を配置する領域が多角形状の場合には、排出部３３ｂの数を装置本体１５の上面視における頂点の数に合わせた数の排出部を有する分岐管を用いてもよいし、本実施形態の分岐管３３を用いてもよい。

螺旋構造体５０は、散水部１６に対して着脱自在である。図３（ｂ）に示すように、螺旋構造体５０は、受容部材３１の挿通孔３５を介して、排水管３２及び分岐管３３の導入部３３ａに跨って挿入されてもよい。図４（ａ）に示すように、螺旋構造体５０は、例えばコイルばね５１と、コイルばね５１の上端部が固定される上部プレート５２と、コイルばね５１の下端部が固定される下部プレート５３とを有する。

コイルばね５１は、排水管３２に流入する汚水をコイルばね５１の巻き線方向に沿って流下させる働きがある。コイルばね５１の外径Ｄ１は、排水管３２の内径Ｄ２や分岐管３３の導入部３３ａの内径Ｄ３未満に設定される。詳細には、コイルばねの外径Ｄ１は、コイルばね５１を排水管３２及び分岐管３３の導入部３３ａに跨って挿入したときに、コイルばね５１が排水管３２の内周面又は分岐管３３の導入部３３ａの内周面に近接して、排水管３２に流入した汚水の流れを、排水管３２の内周面又は分岐管３３の導入部３３ａの内周面に沿った流れにすることができるように設定される。

図４（ｂ）に示すように、上部プレート５２は、中央に円形状の開口５４を有する円板状の部材である。開口５４の内径Ｄ４は、コイルばね５１の内径Ｄ５と略同一である。上部プレート５２は、開口５４に連なって円弧状に切り欠かれた切欠き部５５を４カ所に有する。切欠き部５５は、一例として円周方向に９０°間隔で設けられる。切欠き部５５の半径方向の長さＨ１は、例えばコイルばね５１の線径と略同一である。上部プレート５２が、上部プレート５２自身が有する開口５４に連なった切欠き部５５を有することで、排水管３２に流入する汚水をコイルばね５１に直接流下させることが可能となる。なお、切欠き部５５は分岐管３３の排出部３３ｂの数に合わせて設けてもよいし、切欠き部５５を設けなくともよい。

上部プレート５２は、螺旋構造体５０を受容部材３１の挿通孔３５から排水管３２及び分岐管３３の導入部３３ａに挿入したときに、受容部材３１の挿通孔３５の大径部３５ａに収納される。上部プレート５２が受容部材３１の挿通孔３５の大径部３５ａに収納された状態では、上部プレート５２の下面の外周縁部が受容部材３１の挿通孔３５の段差面３５ｃに当接される。上部プレート５２が受容部材３１の挿通孔３５の大径部３５ａに収納されることで、汚水給水管２８から受容部材３１に汚水を供給する過程で、上部プレート５２の外周面に汚物が付着することを防止する。また、上部プレート５２は、螺旋構造体５０の清掃時に作業者に把持され、螺旋構造体５０を散水部１６から取り外すことを容易にする。

図４（ｃ）に示すように、下部プレート５３は、中央に円形状の開口５７を有する円板形状の部材である。下部プレート５３の外径Ｄ６は、排水管３２の内径Ｄ２及び分岐管３３の導入部３３ａの内径Ｄ３未満に設定される。下部プレート５３が有する開口５７の内径Ｄ７は、コイルばね５１の内径Ｄ５と略同一に設定される。下部プレート５３は、開口５７に連なって円弧状に切り欠かれた切欠き部５８を４カ所に有する。なお、切欠き部５８は、一例として９０°間隔で設けられる。なお、切欠き部５８の半径方向の長さＨ２は、例えばコイルばね５１の線径と略同一である。

下部プレート５３が下部プレート５３が有する開口に連なった切欠き部５８を有することで、コイルばね５１の巻線方向に沿って流下する汚水が下部プレート５３に到達したときに、汚水を切欠き部５８の各々から落水させることができる。したがって、螺旋構造体５０が受容部材３１の挿通孔３５から排水管３２及び分岐管３３の導入部３３ａに挿入したときには、下部プレート５３は、切欠き部５８が、分岐管３３の排出部３３ｂの各々に対応する位置に配置されることが好ましい。なお、切欠き部５８は分岐管３３の排出部３３ｂの数に合わせて設けてもよいし、切欠き部５８を設けなくともよい。

図１及び図２に戻って、散水プレート６１は、分岐管３３が有する４つの排出部３３ｂが有するノズル４２の先端から流下する汚水を受け止める位置で、押さえ部材１９の上面に保持される。散水プレート６１は、上面が正方形状の本体部６１ａと、本体部６１ａの４辺の中央部分から下り傾斜する支持部６１ｂとを有する。散水プレート６１は、ノズル４２から落水する汚水を本体部６１ａの上面で衝突させることで分散させる。分散した汚水は充填部２１に落水する。

上述した装置本体１５の充填部２１に充填される微生物保持担体２０は、例えばポリウレタンなどの樹脂製のスポンジ塊等から構成される。微生物保持担体２０は、微生物保持密度を高くし、また、水理学的滞留時間を確保するために、多孔質で保水性のあるものが望ましい。なお、微生物保持担体２０に保持される微生物としては、例えば溶存性物質を好気的に酸化する従属栄養菌や、アンモニア、硫黄系臭気（硫化水素、硫化メチル等）、メタンを好気的に酸化する独立栄養菌が挙げられる。

上述した散水式浄化装置１０において、装置本体１５の高さは、例えばＬ_５＝１ｍ程度である。しかしながら、散水式浄化装置の構造は、図１に示す散水式浄化装置１０の構造の他、複数層の充填部を設けた反応槽を有する構造の浄化装置（特許文献１の図６参照）や、１層の充填部に対して１つの散水装置を有する構造の浄化装置（特許文献２参照）もある。したがって、装置本体１５の高さはＬ_５＝１ｍに限定される必要はない。また、本実施形態の散水式浄化装置１０は、１つの充填部２１に対して複数の散水部１６を配置した構成としているが、上述した複数層の充填部を設けた反応槽を有する構造の浄化装置や１層の充填部に対して１つの散水装置を有する構造の散水式浄化装置であってもよい。

また、排水管３２は、２５Ａの鋼製の円管（外径３４．０ｍｍ、内径２７．６ｍｍ）が用いられる。また、分岐管３３が有する導入部３３ａ及び排出部３３ｂは、ＰＶＣの２５Ａの円管（外径３２．０ｍｍ、内径２５．０ｍｍ）に相当する円管である。螺旋構造体５０が有するコイルばね５１の線径は２．３ｍｍ、螺旋径は１９ｍｍである。また、受容部材３１の下面から押さえ部材２５までの距離Ｌ_６は、例えば３０ｃｍ以下である。

一方、散水式浄化装置１０に汚水を供給する汚水給水管２８に設けた流出孔２８ａの直径は８ｍｍである。例えば、流出孔２８ａの直径を５ｍｍ以下に設定すると、散水部１６に供給する汚水の水量を抑えることができるが、汚水に含まれる汚物により流出孔２８ａが詰まる恐れがある。また、流出孔の直径を１０ｍｍ以上に設定すると、汚水に含まれる汚物により流出孔２８ａが詰まる恐れがなくなるが、散水部１６に供給する汚水の水量が多くなり、散水部１６に対して汚水が過剰に供給され、散水部１６から充填部に汚水を均一に供給することができなくなる。したがって、流出孔２８ａの直径は８ｍｍに設定される。なお、汚水給水管２８の最下点から受容部材３１の底面までの距離Ｌ_７は例えば１０ｃｍ程度に設定される。

汚水給水管２８から散水部１６に供給される汚水の流量は以下に設定される。

微生物保持担体２０のスポンジ容積あたりの除去ＢＯＤ量をＦ（単位：ｋｇ／ｍ^３・日）、汚水の流量をＧ（単位：ｍ^３／日）、汚水中の除去ＢＯＤ濃度をＨ（単位：ｋｇ／ｍ^３）とすると、浄化装置で必要となる微生物保持担体の容積Ｉ（単位：ｍ^３）は、以下の（１）式で表される。

Ｉ＝（Ｈ×Ｇ）／Ｆ・・・（１）
微生物保持担体の密度をＪ（単位：％）とすると、微生物保持担体を投入するために必要な容積Ｋ（単位：ｍ^３）は、以下の（２）式で表される。

Ｋ＝Ｉ／Ｊ
微生物保持担体を充填する充填部の高さＬ（単位：ｍ）とすると、充填部の面積Ｍ（単位：ｍ^２）は、以下の（３）式で表される。

Ｍ＝Ｋ／Ｌ・・・（３）
上述したように、浄化装置の幅Ｌ１及び奥行きＬ２は、Ｌ１＝Ｌ２＝５０ｃｍであることから、散水部１台あたりの汚水の流量Ｎ（単位：Ｌ／分）は、以下の（４）式で求められる。

Ｎ＝Ｇ／｛Ｍ／（５０ｃｍ×５０ｃｍ）｝・・・（４）
ここで、微生物保持担体のスポンジ容積あたりの除去ＢＯＤ量ＦはＦ＝０．７０ｋｇ／ｍ^３・日、汚水の流量ＧはＧ＝６００ｍ^３／日、汚水中の除去ＢＯＤ濃度ＨはＨ＝０．０９９ｋｇ／ｍ^３、微生物保持担体の密度ＪはＪ＝６５％、充填部２１の高さＬはＬ＝３．１２ｍである。したがって、これら値を用いると、散水部１６に供給される汚水の流量Ｎは、おおよそ３Ｌ／ｍｉｎとなる。

装置本体１５の大きさ及び供給する清水の流量を設定した後、上述した螺旋構造体５０が有するコイルばね５１の長さについての検証を行った。上述したように、排水管３２として２５Ａの鋼製の円管を用いる場合、内径は２７．６ｍｍである。また、分岐管３３をＰＶＣ製とする場合、分岐管３３の導入部３３ａ及び排出部３３ｂは、内径２５ｍｍである。ここで、排水管３２の上端部から分岐管３３の導入部３３ａの下端部までの距離Ｌ_８を約６９ｍｍに設定したときに、分岐管３３の各排出部３３ｂから散水される清水の単位時間当たりの散水量を測定した。

供給される清水の量を２．７Ｌ／ｍｉｎに設定した。なお、単位時間当たりの散水量の測定は、散水部１６に螺旋構造体５０を用いない場合、長さ３８ｍｍのコイルばね５１を用いた螺旋構造体５０を散水部１６に用いた場合、長さ６９ｍｍのコイルばね５１を用いた螺旋構造体５０を散水部１６に用いた場合について行った。図５（ａ）は、散水部１６に螺旋構造体５０を用いない場合の各排出部における散水率の結果を示す。図５（ｂ）は、長さ３８ｍｍのコイルばねを散水部１６に用いた場合の各排出部における散水率の結果を示す。図５（ｃ）は、長さ６９ｍｍのコイルばねを散水部１６に用いた場合の各排出部における散水率の結果を示す。なお、図５（ａ）から図５（ｃ）において、「アーム１」、「アーム２」、「アーム３」及び「アーム４」は、各排出部３３ｂに対応する。以下では、供給される清水が４個の排出部から均等に算出される場合、各排出部における散水率を２５％とする。

図５（ａ）に示すように、散水部１６にコイルばねを用いない場合、各排出部３３ｂにおける散水率は２６，３２，１６，２６％である。その結果、各排出部３３ｂにおける散水率は、均等に排出される場合の散水率２５％からの最大振れ幅が９％であることから、２５％±９％の範囲と見積もることができる。

図５（ｂ）に示すように、長さ３８ｍｍのコイルばねを散水部１６に用いた場合、各排出部３３ｂにおける散水率は、３０，２４，２２，２７％である。その結果、各排出部３３ｂにおける散水率は、均等に排出される場合の散水率２５％からの最大振れ幅が５％であることから、２５％±５％の範囲と見積もることができる。

図５（ｃ）に示すように、長さ６９ｍｍのコイルばねを散水部１６に用いた場合、各排出部３３ｂにおける散水率は、２８，２４，２６，２４％である。その結果、各排出部３３ｂにおける散水率は、均等に排出される場合の散水率２５％からの最大振れ幅が３％であることから、２５％±３％の範囲と見積もることができる。
なお、散水率は、以下の（５）式で求められる。

散水率＝（１つの排出部あたりの散水量）／供給水量×１００・・・（５）
図５（ａ）から図５（ｃ）の結果を踏まえると、コイルばねを散水部１６に用いることで、各排出部３３ｂから散水される清水の散水率が均一化されることがわかった。また、コイルばね５１の長さが、排水管３２の上端部から分岐管３３の排出部３３ｂの分岐部分までの距離Ｌ６と同一の長さに近づくにつれ、各排出部３３ｂから散水される清水の散水率が均一化されることがわかった。

次に、散水位置（分岐管３３の排出部３３ｂの長さ）についての検証を行った。図６に示すように、散水量分布測定装置８０は、上面視における外形形状が正方形状である筒状のケース８１と、１個の散水部１６と、ケース８１が載置される設置台８２と、設置台８２の下部に配置される測定枡８３とを有する。ケース８１の内部は、下端部に有孔底板８４が設置され、その上部に多数の微生物保持担体２０が充填される。なお、ケース８１の内部において、多数の微生物保持担体２０が充填される空間を充填部８５と称する。

図７に示すように、ケース８１の上面視における内周面の幅Ｌ_１１及び奥行きＬ_１２は、例えば、散水式浄化装置１０における装置本体１５の上面視において、１個の散水部１６が配置される正方形状の領域Ａと同一の大きさに設定した。一例として、Ｌ_１１＝Ｌ_１２＝５０ｃｍとした場合について説明する。

散水位置についての検証は、図７に示すように、ケース８１の中心からの半径Ｒを、Ｒ＝１００ｍｍ、１５０ｍｍ、１７０ｍｍとしたときに、ケース８１の下部に配置した測定枡８３の各枡部８３ａに貯留される水量を測定した。

図８に示すように、測定枡８３の幅Ｌ_１５及び奥行きＬ_１６は、Ｌ_１５＝Ｌ_１６＝５０ｃｍである。また、測定枡８３は幅方向１０個、奥行き方向１０個の計１００個の枡部８３ａを有している。

なお、散水部１６に清水を供給して散水位置の検証試験を行った。ここで、供給される清水の流量は２．７Ｌ／ｍｉｎに設定した。また、図６に示すように、充填部８５の高さＬ_１７は、６００ｍｍに設定した。

図９（ａ）に示すように、Ｒ＝１００ｍｍとした場合、各枡部８３ａにおける散水率は５％以内であるが、周縁部に対する散水率は小さいことがわかった。図９（ｂ）に示すように、Ｒ＝１５０ｍｍとした場合、各枡部８３ａにおける散水率は５％以内であるが、装置本体１５の中心部分における散水率のばらつきが小さくなることがわかった。さらに、図９（ｃ）に示すように、Ｒ＝１７０ｍｍとした場合、装置本体１５の周縁部に対する散水率が上昇するが、散水率は５％を超える枡部８３ａもあり、散水率のばらつきが大きくなることがわかった。

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、散水部１６の分岐管３３の各排出部３３ｂから散水された清水は、充填部８５において他の排出部３３ｂから散水される水と重複される。例えば、ケース８１の中心に近い位置で散水を行う場合と、ケース８１の中心から離れた位置で散水を行う場合とでは、各排出部３３ｂから散水される水が他の排出部３３ｂから散水される水と重複される高さ（保水高さ）が異なる。例えば排出部３３ｂの長さが短い場合の保水高さＬ_１８は、排出部３３ｂの長さが長い分岐管３３を用いて散水を行う場合の保水高さＬ_１９よりも高くなる。例えばケース８１の中心に近い位置で散水を行う場合には、他の排出部３３ｂから散水される清水の流量の影響が大きく、また、微生物保持担体２０における保水性能により、各枡部８３ａの流動変動が緩和され、流下する清水の流量の均等化が生じていること考えられる。一方、ケース８１の中心から離れた位置で散水を行う場合には、散水分布は面的に広がるが、他の排出部３３ｂから散水される清水の流量の影響が小さくなり、微生物保持担体２０における保水性能による、流下する清水の流量の均等化が生じにくい。

したがって、ケース８１の中心から離れた位置で散水を行う場合には、各排出部３３ｂから排出される清水の流量変動が緩和されず、散水率がばらつくものと考えられる。したがって、ケース８１の幅Ｌ_１１及び奥行きＬ_１２をＬ_１１＝Ｌ_１２＝５０ｃｍとする場合には、散水位置は、ケース８１の中心から１７０ｍｍ未満の範囲に設定されることが好ましいことがわかった。

最後に、下水処理場に流入する汚水で、螺旋構造体５０を散水部１６に用いた場合の分岐管３３の各排出部３３ｂの単位時間当たりの散水量と、螺旋構造体５０を散水部１６に用いない場合の分岐管３３の各排出部３３ｂの単位時間当たりの散水量とを測定した。散水量の測定は、分岐管３３の各排出部３３ｂから散水される汚水を、２０秒間、メスシリンダーに貯留することで実施した。

供給される汚水の量を１．７４Ｌ／ｍｉｎに設定した。図１１に示すように、螺旋構造体５０を散水部１６に用いない場合には、各排出部３３ｂにおける散水率は、２４，４５，１３，１８％であり、均等に排出される場合の散水率２５％からの最大振れ幅が２０％であることから、２５±２０％の範囲と見積もることができる。

一方、螺旋構造体５０を散水部１６に用いた場合、各排出部３３ｂにおける散水率は、１９，２７，２６，２８％であり、均等に排出される場合の散水率２５％からの最大振れ幅が６％であることから、２５±６％の範囲と見積もることができる。つまり、螺旋構造体５０を散水部１６に用いることで、分岐管３３の各排出部３３ｂから排出される汚水の散水率が均一化されることがわかった。

このように、本実施形態の散水式浄化装置１０では、排水管３２及び分岐管３３の導入部３３ａの内部に螺旋構造体５０を設けることで、汚水の流量が少ない場合であっても、装置本体１５に充填される微生物保持担体２０に均一に汚水を供給することができる。その結果、装置本体１５に充填された微生物保持担体２０が保持する微生物の分解機能を有効に利用でき、汚水を好気的に浄化することが可能となる。また、散水部１６をマトリクス状（格子状）に配置して使用することで、装置本体１５の上面視の形状に合わせたレイアウトを確保し、散水負荷を均一にできる、言い換えれば冗長性を有するという格別の効果を得ることができる。つまり、本実施形態の散水部１６は、設置場所の大きさや形状に合わせてレイアウトすることが可能となるという格別の効果を得ることができる。

さらに、螺旋構造体５０を着脱可能とすることで、螺旋構造体５０の清掃や点検に配慮しているので、メンテナンス性が良好であるという格別の効果を得ることができる。

本実施形態では、螺旋構造体５０は、コイルばね５１、コイルばね５１の上端部に設けられる上部プレート５２及びコイルばね５１の下端部に設けられる下部プレート５３を有するとしているが、下部プレート５３を有していない螺旋構造体５０であってもよい。

本実施形態では、分岐管３３の内部については詳細を省略しているが、導入部３３ａと排出部３３ｂとの分岐部分の内壁面に、汚水の分散性を向上させるためのしきい壁を設けることも可能である。しきい壁を設けることで、汚水が分岐管３３の導入部３３ａの管の内壁に沿って周回して均等分散しているところを、各排出部３３ｂに流れ込む汚水の戻り流を阻止することができ、均等分散を妨げないようにする効果を持たせることができる。

１０…散水式浄化装置、１５…装置本体、１６…散水部、２０…微生物保持担体、２１…充填部、５０…螺旋構造体、６１…散水プレート

Claims (10)

1. 多数の微生物を保持する微生物保持担体が充填された装置本体の上方から、給水管により供給される汚水を散水する散水装置において、
   前記給水管に設けた流出孔から落水する前記汚水を受容する受容部材と、
   前記装置本体の上面視における中心に配置され、前記受容部材から下方に向けて延出される導入部と、前記導入部の下端部から放射状に延出される複数の排出部とを有し、前記導入部から流入する前記汚水を前記複数の排出部の各々から排出する排水管と、
   前記排水管の内部に着脱自在に設けられ、前記受容部材から前記排水管に流入した前記汚水を前記排水管の内周面に沿って流下させる螺旋構造体と、
   を備えたことを特徴とする散水装置。
2. 請求項１に記載の散水装置において、
   前記螺旋構造体は、前記排水管への取り付け時に、前記排水管の内周面近傍に位置する、又は前記排水管の内周面に当接するコイルを有することを特徴とする散水装置。
3. 請求項２に記載の散水装置において、
   前記螺旋構造体は、中央に開口を有する円板形状の第１プレートを、前記コイルの上端部に有することを特徴とする散水装置。
4. 請求項３に記載の散水装置において、
   前記第１プレートは、前記開口の円周方向に所定間隔を空けて配置された切欠き部を複数有することを特徴とする散水装置。
5. 請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の散水装置において、
   前記螺旋構造体は、中央に開口を有する円板形状の第２プレートを、前記コイルの下端部に有することを特徴とする散水装置。
6. 請求項５に記載の散水装置において、
   前記第２プレートは、前記開口の円周方向に所定間隔を空けて配置された切欠き部を複数有することを特徴とする散水装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の散水装置において、
   前記排水管が有する複数の排出部は、下り傾斜する４つの配管の交差を持つ構造であることを特徴とする散水装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の散水装置において、
   前記装置本体は、前記装置本体の上面視における外形形状が多角形状であり、
   前記複数の排出部は、前記装置本体の上面視における外形の各頂点に対峙する位置に設けられることを特徴とする散水装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の散水装置において、
   前記排水管の各排出部から落水する前記汚水が衝突して、該汚水を分散して前記微生物保持担体に供給する散水プレートをさらに有することを特徴とする散水装置。
10. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の散水装置と、
    多数の微生物を保持する微生物保持担体が充填された装置本体と、
    前記装置本体に充填された前記微生物保持担体が浄化した処理水を集水する集水部と、を有する
    ことを特徴とする散水式浄化装置。