沈殿槽の性能向上

この資料を提供してくださったアール・シャラー氏とジョン・リチャードソン博士に感謝いたします。

NEFCOのエンジニアたちは、密度電流バッフルシステムの設計に使用する手順を改良しようとした際、経験、現場調査の結果、そして最先端のモデリングコンピュータモデリングに基づいた包括的な分析手法を開発しました。

背景

円形活性汚泥二次沈殿槽は、重力によって固形物を沈殿させ、清澄な処理水を生成します。しかし、円形沈殿槽は、槽内で発生する密度流によって引き起こされる短絡現象の影響をほぼ例外なく受けます。沈殿槽内部に設置された密度流バッフルは、短絡現象の影響を最小限に抑え、処理水質を向上させる最も効果的な手段であることがわかっています。スタンフォード密度流バッフルは、現在最も一般的に使用されているバッフルです。NEFCO社は、水処理および廃水処理業界向けに設計されたグラスファイバー製品を製造しています。同社はスタンフォードバッフルの設計と開発のパイオニアであり、これらのバッフルシステムの世界的なリーディングサプライヤーです。

NEFCOのバッフル設計は、過去20年にわたり開発・改良を重ねてきたサイズ決定アルゴリズムと、広範な現場調査に基づいています。これらの取り組みにより、同社は様々な標準および非標準の沈殿槽構成に対応したバッフルを設計することが可能になりました。最近では、 FLOW-3D の計算モデリング機能を活用し、バッフルの動特性に関する理解をさらに深め、新たなバッフル設計戦略を開発しました。現在、土木・環境分野のお客様は、こうしたモデリングと解析に FLOW-3D HYDRO をご利用いただいています。

米国環境保護庁（EPA）などの研究によると、活性汚泥二次沈殿槽では、大きさや形状に関わらず、密度流が発生し、沈殿槽の性能に重大な悪影響を及ぼすことが示されています。これらの流れは、高密度の流入水が槽底に流れ込む際に発生し、比較的高い流速の乱れを生み出します。これらの乱れ、すなわち密度流は、汚泥層のすぐ上の水平面を移動し、軽い固形物を巻き上げ、沈殿槽の主沈殿容積を短絡させます。その後、密度流は槽壁を伝って上昇し、これらの軽い固形物を処理水へと運びます。その結果、全懸濁物質（TSS）が大幅に増加し、滞留時間が劇的に短縮されます。

一枚の写真は千の言葉に匹敵する

NEFCOは、 Blue Hill Hydraulicsと協力し、 FLOW-3D HYDRO を使用して、スタンフォード密度流バッフルシステムの性能を研究するために、直径70フィートの円形沈殿槽の3次元モデルを開発しました。沈殿槽の断面図と基本寸法を以下に示します。

沈殿槽内の流れパターンと固形物分布は、バッフル長さ、傾斜角、垂直位置など、さまざまな密度流バッフルパラメータに基づいて計算されました。

• タンクの直径 70フィート
• 側面の水深 10フィート
• 底面の斜面 1:12
• RAS井戸径 6フィート
• 入口パイプ径 2フィート
• 流入バッフル直径 23フィート
• 排水路のタイプ 船外機

効果的な解決策

NEFCO Stamford密度流バッフルシステムは、タンク内の密度流を遮断し、沈殿槽の主沈殿槽容積へと方向転換させるように特別に設計されています。このエンジニアリングされたシステムは、水力容量を増加させ、総懸濁物質量を最大50%削減します。 FLOW-3D HYDRO 解析は、NEFCOのバッフル設計アルゴリズムを裏付け、NEFCOが最新のバッフル設計戦略に組み込んでいるバッフル性能に関する独自の知見を提供します。

スタンフォード密度流バッフルがない場合の予測される流れパターン（速度に応じて色分け、赤色は高速）

スタンフォード密度流バッフルを用いた場合の予測される流れパターン（速度に応じて色分け、赤色は高速）

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