CN103702732A - 海水渗透取水中过滤层的清洗设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适于去除在砂过滤层表层捕捉的筛眼堵塞物质的清洗设备。作为用于在砂过滤层表面移动的移动装置,清洗设备(11)具备驱动车轮(12)。作为搅拌装置具备泵(13)和喷嘴(14),所述搅拌装置其仅以所需深度搅拌砂过滤层的表层部,使筛眼堵塞物质与过滤砂一同在浑浊水吸水槽(20)内的海水中卷起。作为吸引排出装置,具备用于悬浊水吸水的有孔管(15)、泵(16)、喷射器(17)、稀释悬浊水排出管(18),所述吸引排出装置吸引通过搅拌装置在浑浊水吸水槽(20)内的海水中卷起的浑浊水,向浑浊水吸水槽(20)的外部排出。通过及时清洗砂过滤层来防止筛眼堵塞,能够维持高速的海水渗透速度。由于吸引含有在浑浊水吸水槽内卷起的筛眼堵塞物质的浑浊水,向系统外排出,因此对周边环境的影响也变小。
Description
技术领域
本发明涉及一种清洗设备,其为了持续地实施对渗透进海底的砂过滤层内的海水进行取水的渗透取水法,去除堆积或引入所述砂过滤层表层部的成为筛眼堵塞原因的物质,防止筛眼堵塞。
背景技术
在作为进行海水取水的代表性工厂的海水淡水化工厂中,近年来,通过反渗透膜的反渗透法逐渐成为主流,来取代蒸发式造水法。在该反渗透法的情况下,为了抑制杂质导致的反渗透膜的污垢(筛眼堵塞)导致的性能劣化,作为淡水化的前处理,要求杂质更少的清洁的海水。
作为海水的取水方法,现在,如图7所示,大多采用例如从设置在海底的取水口1经过导水管2对海水进行取水的直接取水法。另外,图7中的3是用于对海水进行取水的泵,4是反渗透膜装置。
但是,直接取水法的情况是,在对海水取水的同时,还会取到所有垃圾、悬浮物、生物等,因此在水母或赤潮异常产生时、油的流出事故时,大浪导致浑浊度增大时,必须停止取水。此外,由于藤壶、贻贝等海洋生物向取水口、导水管附着严重,直接取水法需要定期地清扫,添加例如氯等防止附着的药品,增大考虑了全管路上的生物附着费用的管径等。并且,直接取水法中,为了防止海洋生物附着而向海水中投入氯的情况下,存在以环境污染、氯为间接原因的在反渗透膜中产生生物污垢的问题。此外,在通过反渗透膜对取得的海水进行处理的情况下,需要对添加了凝结剂的海水进行过滤的砂过滤设备,因此,需要处理积存在砂过滤设备中的泥沙的设备。
于是,近年来,作为取水得到的海水的前处理,不使用凝结剂等药品,而如图8所示,对渗透至海底的砂过滤层5内的海水进行取水的间接取水法受到关注。
所述间接取水法,是在距海岸线数百米、水深十几米的海上挖掘海底,如图9所示,边在所述挖掘部形成由支撑砂砾层5a和支撑砂砾层5b、过滤砂5c构成的砂过滤层5,边通过再次回填至相同海底面,从设置在支撑砂砾层5a中的取水管道6对过滤渗透而净化的海水进行取水的方法。该间接取水法不发生直接取水法中存在的问题,但由于初始成本高,并且因筛眼堵塞物质(泥沙等)在砂过滤层表层捕捉而导致发生筛眼堵塞、取水量降低的问题,普及扩大缓慢。
具体来说,作为间接取水法的一例,已提出一种渗透取水法(专利文献1),在海底的砂过滤层内表现出的海水渗透流速为1~8m/日,所述砂过滤层的水深比该砂过滤层的表层部分的砂移动50cm以上的完全移动临界水深要深,且比移动1cm以上的表层移动临界水深要浅。但是,在所述专利文献1中提出的渗透取水法,海水渗透取水速度为1~8m/日,过滤速度非常缓慢,因此为了短时间对大量的海水进行取水,需要广大的面积,工程规模变大,初始成本变高。
并且,在专利文献1中提出的渗透取水法,利用自然的波浪、水流去除堆积在砂过滤层表面的筛眼堵塞物质(泥沙等),因此,渗透取水设备的设置场所限制为海水因潮流、波浪而流动活跃的海域。
因此,申请人首先为解决前者的技术问题,提出一种海水渗透过滤方法,通过将海水渗透速度高速化至400m/日以下的尽可能大的速度,由此短时间的取水量变大,与以往相比取水面积大幅削减,能够显著地减小工程规模。
此外,关于后者的技术问题,将砂过滤层设置在海水因波浪或潮流而流动少的海域的情况下,必需人为地去除砂过滤层表层捕捉的筛眼堵塞物质(泥沙等)进行清洗。关于该人工清洗设备,以往,在河川中,如图10所示,为了防止在河川7a的河床下回填砂砾层7c及集水管8和砂层7b而构成的渗渠的筛眼堵塞,存在在砂砾层7c中埋设具有可以喷出空气的孔9a的用于清洗管道9的情况。
但是,在图10所示的空气方式的用于清洗管道适用在海水因波浪或潮流而流动少的海域的砂过滤层的情况下,含有在砂过滤层上方的海中卷起的筛眼堵塞物质(泥沙等)和过滤砂的高浓度浑浊水直接漂流到砂过滤层的周边,有可能成为环境上的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第3899788号公报
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的问题点在于,由于以往没有适合防止进行海水渗透取水的砂过滤层的筛眼堵塞的清洗设备,因此砂过滤层的设置场限制在海水因波浪或潮流而流动活跃的场所。此外,以往在河川的渗渠利用的清洗设备是从用于清洗的管道喷出空气的方式,因此在将其适用在海水因波浪或潮流而流动少的海域的情况下,含有在砂过滤层上方的海中卷起的筛眼堵塞物质(泥沙等)和含过滤砂的高浓度浑浊水漂流在砂过滤层的周边,存在成为环境上问题的情况。
特别是,如申请人提出的渗透取水法,例如使海水渗透速度达到高速化至400m/日以下的尽可能大的速度的情况下,在砂过滤层的内部也容易筛眼堵塞,发生频度变高。因此,为了维持该高速渗透性,需要及时适当地去除成为砂过滤层筛眼堵塞原因的筛眼堵塞物质(泥沙等)。
(二)技术方案
本发明的目的在于提供一种砂过滤层的清洗设备,解决上述问题,砂过滤层也能够设置在海水因波浪或潮流而流动少的海域,能够减少污染砂过滤层周边环境的恐惧。此外,其目的在于,提供一种清洗设备,针对砂过滤层的渗透面,通过及时地根据筛眼堵塞的状况进行适当地清洗,能够维持海水渗透取水法的高速渗透性。
本发明的清洗设备去除堆积或引入进行海水渗透取水的砂过滤层表层部上的筛眼堵塞物质,防止筛眼堵塞,其最主要的特征在于,具备移动装置、搅拌装置和吸引排出装置,所述移动装置用于沿所述砂过滤层表面移动,所述搅拌装置仅以所需深度搅拌所述表层部,使所述筛眼堵塞物质与所述表层部的过滤砂一同在浑浊水吸水槽内的海水中卷起,所述吸引排出装置吸引通过所述搅拌装置在所述浑浊水吸水槽内的海水中卷起的浑浊水,向所述浑浊水吸水槽的外部排出。
根据上述的本发明,通过由搅拌装置仅以所需深度搅拌砂过滤层表层部,堆积或引入表层部的筛眼堵塞物质(泥沙等)与过滤砂一同在浑浊水吸水槽内卷起的海水中。此时,筛眼堵塞物质(泥沙等)与过滤砂混合的状态的浑浊水在浑浊水吸水槽内卷起,因此高浓度的浑浊水不会在砂过滤层周边漂流。
(三)有益效果
本发明通过在浑浊水吸水槽内实施的搅拌装置和吸引排出装置吸引在砂过滤层表层捕捉的筛眼堵塞物质,向系统外排出,因此能够减小对周边环境的影响。此外,及时适当地去除筛眼堵塞物质,能够防止筛眼堵塞,因此砂过滤层也能够设置在海水流动少的海域。由此,即使在使海水渗透速度达到高速化至400m/日以下的尽可能大的速度的情况下,也能够维持该渗透速度,因此能够稳定地实施取水面积比以往大幅减少的渗透取水法。
附图说明
图1为表示本发明的砂过滤层的清洗设备的外观的示意图。
图2为本发明的砂过滤层的清洗设备的内部结构的说明图,省略移动装置、电动机等动力部,仅表示与清洗功能相关的机构的图。
图3为对在海水中的沉淀速度与粒径进行比较的坐标图。
图4为说明本发明的第二实施例的清洗设备的结构的图。
图5为说明本发明的第三实施例的清洗设备的结构的图。
图6为表示本发明的清洗设备的外观形状的其他例的图。
图7为现有的直接取水法的说明示意图。
图8为现有的间接取水法的说明示意图。
图9为海底渗透部的结构示意图。
图10为河川中利用的用于清洗的管道说明图。
具体实施方式
在本发明中,通过吸引排出装置向浑浊水吸水槽的外部排出的含有筛眼堵塞物质(泥沙等)的浑浊水,理想的是在系统外回收,以免对砂过滤层周围环境带来恶劣影响。
不过,从自然环境内的物料平衡的观点出发,虽说是含有筛眼堵塞物质的浑浊水,在回到原来的自然环境的意义上,也有应将吸水的浑浊水直接放到周边海域的见解。
另一方面,关于放掉含有筛眼堵塞物质的浑浊水,强烈要求对近邻的视觉上的考虑和环境上的考虑的情况很多。因此,在通过吸引排出装置排出的浑浊水不在系统外回收而放掉的情况下,希望稀释以及向多个地点扩散放出。
也就是说,吸引排出装置的结构为,利用筛眼堵塞物质与过滤砂的沉淀速度差,从在浑浊水吸水槽内的海水中卷起的筛眼堵塞物质与过滤砂混合的状态的浑浊水中,选择性地吸引筛眼堵塞物质。如果这样做,能够尽可能地不吸引维持过滤性能所必要的过滤砂而直接留在砂过滤层的表面,同时选择性地仅吸引成为筛眼堵塞原因的筛眼堵塞物质,向外部放出,因此,对周边环境的影响变小。
并且,所述吸引排出装置的结构为,还对选择性地吸引了筛眼堵塞物质的状态的浑浊水进行稀释,分散至多处,向浑浊水吸水槽的外部排出。如果这样做,放掉的废水被稀释、分散,因此对周边环境的影响进一步变小,并且视觉上也不明显。
实施例
下面,利用图1~图6,对本发明的实施方式进行详细说明。
图1为表示第一实施例的砂过滤层的清洗设备11的外观的示意图。
第一实施例的清洗设备11使用具备履带的驱动车轮12作为用于在砂过滤层表面移动的移动装置。清洗设备11是一种自动自行式清洗设备,按照预先设定的行走程序,到达设定时刻时,以预定速度沿水平方向在特定砂过滤层表面移动,同时,以预定条件对所通过的装置下的渗透面进行清洗。
清洗的计时和时间根据砂过滤层设置的海域的水质、水温、季节等条件,以不发生筛眼堵塞物质导致的筛眼堵塞的方式做最适的设定。此外,基本上按照设定的程序,在按规定期间反复进行规定时间的清洗,但可以随时改变计时、时间。
21表示用于将海水从外部取入装置内的海水流入口,18表示在与清洗设备11的行进方向交叉的方向上延伸设置的稀释悬浊水排出管,33表示从稀释悬浊水排出管18的排出口18a分别放掉的废水。在稀释悬浊水排出管18上,如图1所示,设置有多个排出口18a,因此稀释的废水被分散而变得更不明显,对环境的影响也变小。
图2是清洗设备11的内部结构的说明图,省略驱动车轮12、电动机等动力部,仅表示与清洗功能有关的机构。这里,在图2中,箭头A表示清洗设备11的行进方向。
41表示过滤砂层,42表示埋设了取水管道43的支撑砂砾层。通过所述过滤砂层41和支撑砂砾层42,形成使海水渗透速度高速化至400m/日以下的尽可能大的速度的过滤层。
第一实施例的清洗设备11使用泵13和喷嘴14作为搅拌装置,所述搅拌装置仅以所需深度搅拌砂过滤层表层部,使筛眼堵塞物质与所述表层部的过滤砂共同在浑浊水吸水槽20内的海水中卷起。
也就是说,海水通过泵13从海水流入口21引入清洗设备11的内部,通过泵13的作用,带有压力的水通过连接管13a,作为高水压的喷水流31从喷嘴14喷出。
喷嘴14的喷出角度设定为喷水流31与过滤砂层41的表面41a以大约直角方向接触。此外,所述喷水流31的水压设定为,在过滤砂层41整体的深度D中,能够仅在筛眼堵塞物质有可能引入的深度d搅拌过滤砂。通过这样调整水压,从喷嘴14喷出的水的清洗深度能够定为搅拌所需最小限度的过滤砂深度。
通过接触高水压的喷水流31,堆积或引入过滤砂层41表层部的筛眼堵塞物质与过滤砂共同由喷水流31搅拌。接下来,由喷水流31搅拌的过滤砂和在该过滤砂上捕捉的筛眼堵塞物质在浑浊水吸水槽20内的海水中卷起。
如图2所示,在本发明中,筛眼堵塞物质与过滤砂混合的状态的浑浊混合水32卷起,停留在浑浊水吸水槽20的内部。因此,在本发明中,在搅拌装置实施的阶段,高浓度的浑浊水不会在砂过滤层的周围漂流。
在第一实施例的清洗设备11中,作为吸引通过搅拌装置吸引的在浑浊水吸水槽20内的海水中卷起的浑浊水,向浑浊水吸水槽20的外部排出的吸引排出装置,使用用于悬浊水吸水的有孔管15、泵16、喷射器17、稀释悬浊水排出管18。
在浑浊水吸水槽20内卷起的浑浊混合水32中,除了含有成为筛眼堵塞原因的筛眼堵塞物质以外,还含有不会成为筛眼堵塞原因的,不如说是对维持海水的过滤性能所需的过滤砂。
因此,第一实施例的吸引排出装置构成为,利用筛眼堵塞物质与过滤砂的沉淀速度差,从在浑浊水吸水槽20内的海水中卷起的筛眼堵塞物质与过滤砂混合的状态的浑浊水中,选择性地吸引筛眼堵塞物质。
具体来说,如图3的图表所示,过滤砂的粒径例如在0.4~0.6mm的范围,沉淀速度快,因此例如在15秒后沉淀60cm以上,但筛眼堵塞物质的粒径例如小于等于0.04mm,沉淀速度慢,因此即使例如在15秒后也是悬浮状态。因此,通过调整排列设置多个孔的用于悬浊水吸水的有孔管15的设置高度位置和驱动泵16吸引浑浊混合水32的计时,如果在筛眼堵塞物质在海水中大量存在的位置和计时实施吸引排出装置,则能够选择性地仅吸引筛眼堵塞物质,尽可能不吸引过滤砂而使其留在过滤砂层41的表面41a。
浑浊混合水32如上所述,在选择性地吸引筛眼堵塞物质的计时,经过用于浑浊水吸水的有孔管15由泵16吸引。接下来,通过泵16的作用,具有压力的悬浊水经过连接管16a送至喷射器17。
送至喷射器17的悬浊水通过喷射器17的作用与从流入口17a吸引的自然海水混合,由此悬浊水被进一步稀释。接下来,稀释的悬浊水向图1所示形状的稀释悬浊水排出管18送出,从多个排出口18a分散放掉。33表示稀释的同时分散放掉的废水。在考虑海洋的环境保护的情况下,希望尽可能设置多个排出口18a并间隔设置。
另外,在图2中,19表示面向砂过滤层的下端侧开口而形成清洗设备11外廓的机箱,22表示安装在机箱19下端外周的隔壁。在本发明中,在通过喷水流31搅拌时卷起的浑浊混合水32中所含的砂成分和筛眼堵塞物质的沉淀和分离处理,均在浑浊水吸水槽20内的密闭空间内进行。隔壁22是为了确保浑浊水吸水槽20的密闭性,用于密封机箱19的下端外周与砂过滤层的表面之间的间隙的部件,例如由橡胶、树脂等具有柔软性的材料构成。
如上所述,本发明的浑浊水吸水槽20显著地抑制在海水中卷起的筛眼堵塞物质与过滤砂混合的状态的浑浊度高的浑浊水在附近直接扩散而造成污染,是考虑到周边环境的结构。此外,第一实施例的吸引排出装置出于海洋环境保护的目的,尽可能在浑浊水吸水槽20内处理刚搅拌后产生的浑浊成分(浑浊水),因此能够抑制向周围的扩散。此外,在直接向附近放掉筛眼堵塞物质的情况下,通过喷射器17与自然海水混合稀释,并通过悬浊水排出管18进行多处分散放出,因此能够减小对周边环境的影响。
接下来,参照图4,以与第一实施例不同的方面为中心,对本发明的第二实施例的清洗设备11的结构进行说明。
第一实施例在清洗设备自身具备用于驱动使驱动车轮12转动的电动机的电池等电源。相反,图4所示的第二实施例的清洗设备11从海上的浮体24通过电缆25确保电源,所述海上的浮体具备太阳电池板24a、蓄电池24b和浮子24c,由此也能够对应大范围且长时间的清洗。
这里,作为发电机,不仅能够使用太阳电池板24a这种太阳能发电,还能够使用能够配置在浮体上的风力发电机、波浪发电机、海洋温差发电机、潮汐发电机等可再生自然能源。
此外,在第一实施例中,仅通过从喷嘴14喷出的水流搅拌清洗含有筛眼堵塞物质的过滤砂层41。相反,第二实施例的清洗设备11为了进一步加深清洗深度,使用通过空气混流式喷嘴的喷水流。在该情况下,混流的空气,例如,如图4所示,通过浮子26b的作用,前端的吸气口26a经过漂浮在海上的空气流入管26,供给清洗设备11内的空气混流式喷嘴。
此外,在第一实施例中,向稀释悬浊水排出管18送出的浑浊水,在稀释后从排出口18a分散放出。相反,在第二实施例的清洗设备11中,稀释悬浊水排出管18的排出口18a与排水管23连接,稀释后的废水回收到海上的浮体24。在该情况下,在浮体24上设置吸引泵。
此外,24d表示接收GPS数据的接收机。通过从GPS数据确定现在位置,能够判断清洗设备11是否在正确的区域行走。另外,浮体24与清洗设备11之间的信号的收发能够通过电缆25进行。
如上所述,本发明不需要清洗设备自身同时具备清洗机构和移动机构,其结构可以为,例如发动机、马达、电池、泵、太阳电池板等发电机、GPS等机器如第二实施例那样设置在驳船上,仅具备所必需最低限度的清洗用机构的清洗设备在海底移动。
在第二实施例中,出于海洋环境保护的目的,刚搅拌后产生的浑浊成分(浑浊水)尽可能地在浑浊水吸水槽20内处理,因此能够抑制向周围的扩散。此外,由于废水一旦回收至浮体24之后,可再向其他专用废水处理设备送水,因此也不用担心对周边环境带来影响。
下面,参照图5,对本发明的第三实施例的清洗设备11的结构进行说明。
在第一实施例中,通过从喷嘴14喷出水流,在浑浊水吸水槽20内对含有筛眼堵塞物质的过滤砂进行搅拌清洗,相反,图5所示的第三实施例的清洗设备11在浮体27上设置过滤用材料清洗机27a,通过该过滤用材料清洗机27进行清洗。
也就是说,在第三实施例的清洗设备11中,将捕捉了筛眼堵塞物质的过滤砂连同过滤砂经过吸引管28吸引至过滤用材料清洗机27a。因此,将吸引管28的吸引口28a位于浑浊水吸水槽20内的过滤砂层41的表面41a附近。此外,在过滤用材料清洗机27a内去除了筛眼堵塞物质清洗的过滤砂,通过送出管29送至清洗设备11,回填至砂过滤层41。因此,将送出管29的送出口29a位于过滤砂层41的表面41a附近。
如上所述,第三实施例的清洗设备11与浮体27共同向箭头A的方向移动,同时,反复地进行过滤砂的吸引和回填。
通过这种结构,即使在进行过滤砂自身的清洗的情况下,过滤砂的吸引和回填在浑浊水吸水槽20内进行,因此不会因随着过滤砂的吸引和回填而产生的浑浊水32导致砂过滤层周边污染。此外,由于废水用浮体27上的过滤用材料清洗机27a回收之后,再向其他的专用废水处理设备送水,因此也不用担心对周边环境带来影响。
通过利用以上的本发明的清洗设备,通过去除堆积或引入砂过滤层表层的筛眼堵塞物质,能够准确地防止筛眼堵塞,因此,即使在使海水渗透速度达到高速化至400m/日以下的尽可能大的速度的情况下,也能够维持所述渗透速度。
例如需要10万t/日的取水量的设备的情况下,如果是渗透速度为5m/日的以往的渗透取水法,所需的取水区域的面积为20,000m2,但如果通过组合申请人提出的渗透取水法和本发明的清洗设备,能够维持渗透速度为100m/日的渗透取水,则所需的取水区域的面积能够显著地削减至1/20的1,000m2。由此,设置时的工程也能够小规模化,施工时对周围环境的影响也能够显著地缓和。
本发明不限于上述的例子,当然,只要在各权利要求所述的技术思想的范畴内,可以适当地变更实施方式。
例如,在第一实施例中,公开了图1所示形状的清洗设备,但外观形状不限于此。例如,如图6所示,也可以构成为,包含浑浊水吸水槽20的清洗机构部比具备驱动车轮12的驱动机构部更宽泛,而能够有效率地清洗。
此外,在第一实施例中,公开了从喷嘴14喷出的喷水流31以大约直角方向接触砂过滤层的渗透面的例子,但喷水流31的喷出方向也可以与清洗设备11的行进方向相反而具有若干角度,使得含有卷起的过滤砂的浑浊混合水32向浑浊水吸水槽20的方向平滑地流动。
此外,在第一实施例中,公开了自行式的清洗设备11,本发明的清洗设备的结构也可以是由在海上移动的驳船牵引而移动。
此外,在第一实施例中,作为搅拌装置,公开了使用通过泵13和喷嘴14的水流搅拌的情况的例子,但本发明不限于此。作为搅拌装置,也能够通过具备旋翼、螺旋翼等的机械性耕耘式的搅拌。
附图标记说明
11 清洗设备
12 驱动车轮
13 泵
14 喷嘴
15 用于悬浊水吸水的有孔管
16 泵
17 喷射器
17a 流入口
18 稀释悬浊水排出管
18a 排出口
19 机箱
20 浑浊水吸水槽
21 海水流入口
22 隔壁
Claims (4)
1.一种清洗设备,其特征在于,去除堆积或引入进行海水渗透取水的砂过滤层表层部的筛眼堵塞物质,防止筛眼堵塞;
具备移动装置、搅拌装置和吸引排出装置,
所述移动装置用于沿所述砂过滤层表面移动,
所述搅拌装置仅以所需深度搅拌所述表层部,使所述筛眼堵塞物质与所述表层部的过滤砂一同在浑浊水吸水槽内的海水中卷起,
所述吸引排出装置吸引通过所述搅拌装置在所述浑浊水吸水槽内的海水中卷起的浑浊水,向所述浑浊水吸水槽的外部排出。
2.根据权利要求1所述的清洗设备,其特征在于,所述吸引排出装置利用筛眼堵塞物质与过滤砂的沉淀速度差,从在所述浑浊水吸水槽内的海水中卷起的筛眼堵塞物质与过滤砂混合的状态的浑浊水中,选择性地吸引筛眼堵塞物质。
3.根据权利要求1所述的清洗设备,其特征在于,所述浑浊水吸水槽的结构为,抑制在海水中卷起的筛眼堵塞物质与过滤砂混合的状态的浑浊度高的浑浊水直接扩散到砂过滤层的附近。
4.根据权利要求2所述的清洗设备,其特征在于,所述吸引排出装置对选择性地吸引了筛眼堵塞物质的状态的浑浊水再进行稀释,分散至多处,向所述浑浊水吸水槽的外部排出。
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