水理学的滞留時間とは？水面積負荷との関係と沈殿池の除去率を整理

汚水処理特論の問1から問3では、沈殿池の計算が定番です。沈降速度そのものは別の式で決まりますが、それを池の大きさと結びつけるのが水理学的滞留時間と水面積負荷です。2つの割り算だけで解けます。

水理学的滞留時間とは

流入水量に対して、反応槽の容積がどれだけあるかを時間で表した値です。流入水量と容積が分かれば、容積を流入水量で割って求まります。

反応槽をいくつ並べるかで合計値が変わるため、フロー図を見て各槽の滞留時間を足す形でも問われます。汚泥滞留時間が汚泥の居座る時間なのに対し、こちらは水そのものの居座る時間です。

水面積負荷との関係

沈殿池では、もう1つの指標が使われます。水面積負荷（表面積負荷）は、流入汚水量を沈殿池の水面積で割った値です。

容積は水面積に水深を掛けたものなので、沈殿池の滞留時間は水深を水面積負荷で割っても出せます。水深3メートル、水面積負荷が1日1平方メートル当たり30立方メートルなら、0.1日つまり2.4時間です。

普通沈殿の除去率

粒子が沈みきるかどうかは、沈降速度と水面積負荷の大小で決まります。普通沈殿における固形物の除去率は、装置内の水の流れが理想状態にあると仮定して、表面積負荷と固形物の沈降速度分布によって決まります。

沈降速度が水面積負荷以上の粒子はすべて沈み、それより遅い粒子は沈降速度を水面積負荷で割った割合だけ除去されます。

滞留時間4時間、容積200立方メートル、深さ4メートルの横流式沈殿池なら、水面積は50平方メートル、流量は1時間当たり50立方メートルなので、水面積負荷は1時間当たり1メートルです。毎分1センチメートルで沈む粒子の除去率は60パーセントになります。

沈降分離の分け方と装置

沈降分離は大別すると、普通沈殿と凝集沈殿に分けられます。

「凝集沈殿装置の代表的なものは、都市下水や有機性工場排水を活性汚泥法で処理する場合の最初沈殿池である」という記述は誤りです。最初沈殿池は薬品を使わずに沈める側にあたります。

装置の工夫も問われます。敷地に十分な余裕がないときは、沈降槽内に多数の傾斜板を挿入して有効分離面積を増大させます。汚泥の濃縮だけを目的とした沈殿装置はシックナーと呼ばれます。

汚水処理特論での問われ方

水理学的滞留時間と水面積負荷は、汚水処理特論と水質関係技術特論で、平成29年度から令和6年度までに5回出ています。

5回のうち4回が計算で、いずれも容積と流量、または水深と水面積負荷が条件として与えられます。割り算の向きを間違えなければ取れます。

理解度チェック

まとめ

沈殿池の計算は、2つの割り算でつながります。

水理学的滞留時間は容積を流入水量で割った値、水面積負荷は流入汚水量を水面積で割った値です。

沈殿池なら水深を水面積負荷で割っても滞留時間が出る、普通沈殿の除去率は沈降速度を水面積負荷で割る、という2点もあわせて押さえます。

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