JP2005111382A - 集砂装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 噴射ノズルを容易に交換することができる集砂装置を得る。
【解決手段】 水を導く水導管４１と、水に空気を混ぜる混合管４３と、空気を導く空気導入管４３ｂと、水を噴射する噴射ノズル４２と、中間フランジ４２ａとからなる集砂装置において、噴射ノズル４２と中間フランジ４２ａを一体としたことにより、点検や修理が容易で、砂を効率的に集める。
【選択図】 図１

Description

この発明は、浄水、下水、廃水などを処理する水処理プラントに設置され、水槽の内部に堆積した砂を集める集砂装置に関する。

従来のこの種の集砂装置の一つとして、沈砂池における沈砂の集砂装置（移送装置）がある。この装置において、水処理プラントに複数設けられた沈砂池は、その上部をスラブにて覆われており、該スラブと沈砂池の底部の中間位置には沈砂池の壁部と連続する台座が形成され、該台座上には、ポンプ等の流体送給装置を接続した管路が固定配置されている。そして、該管路からは分岐管路が分岐され、該分岐管路は沈砂池の壁部に沿って垂下され、底部近傍で折曲されて底部上に水流方向と略直交する方向に複数配列されている。この複数配列された分岐管路の各々には、複数の噴射ノズルが水流方向に向けて所定間隔をおいて配設されており、ポンプから送られ、管路、分岐管路を通って送給される圧力水を水流方向に略平行に下流側に向けて噴射可能としてある（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６３−６２５０８号公報（第２頁上右欄最下行〜同下右欄第１行、ならびに第１図および第２図）

上記の集砂装置では、堆積した砂をまんべんなく集めるためには、多数の噴射ノズルを密に設置する必要がある。したがって、噴射ノズルの目詰まりなどが多くなり、点検や修理が容易でないうえに、砂を効率的に集めることができない。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、噴射ノズルを容易に交換することができる集砂装置を得るものである。
また、第２の目的は、砂を効率的に集めることができる集砂装置を得るものである。

この発明に係る集砂装置は、水を導く水導管と、水に空気を混ぜる混合管と、空気を導く空気導入管と、水を噴射する噴射ノズルと、中間フランジとからなる集砂装置において、噴射ノズルと中間フランジを一体としたことを特徴とする。

また、この発明に係る集砂装置は、上記噴射ノズルの先端が上記空気導入管と混合管との接合部近傍に位置していることを特徴とする。
さらに、上記混合管と空気導入管との成す角度θが９０度以下になっていることを特徴とする。

この発明は、水を導く水導管と、水に空気を混ぜる混合管と、空気を導く空気導入管と、水を噴射する噴射ノズルと、中間フランジとからなる集砂装置において、噴射ノズルと中間フランジを一体としただけの簡単な構造で、分解可能に組み立てて成るので、噴射ノズルを容易に交換することができる。したがって、噴射ノズルを容易に点検したり修理したりすることができ、管理維持費の削減が可能となる。
また、噴射ノズルの先端が空気導入管と混合管との接合部近傍に位置し、および／または混合管と空気導入管との成す角度θが９０度以下になっていれば、砂を効率的に集めることができる。

図１は水槽１に設けた集砂装置２の平面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。集砂装置２は分解が可能としてあるうえに、支持機構３４によって高さを調節できるようにしてある。集砂装置２は、下部分岐管路３２ｃからの水を導く水導管４１、この水導管４１からの水を噴射する噴射ノズル４２、およびこの噴射ノズル４２からの水に空気を混ぜる混合管４３、噴射ノズル４２と一体に設けられた中間フランジ４２ａから構成してある。そして、集砂装置２には、水導管４１、噴射ノズル４２および混合管４３の間をシールするパッキン４４、および水導管４１、噴射ノズル４２、混合管４３およびパッキン４４を連結する複数のボルト４５とナット４６も含めてある。限定するわけではないが、水導管４１、噴射ノズル４２および混合管４３の材料にはＳＵＳ３０４を用いることができる。

集砂装置２について更に説明すると、水導管４１の基端部には、下部分岐管路３２ｃと連結するためのフランジ４１ａを設けてある。水導管４１の末端部には、噴射ノズル４２と混合管４３を連結するためのフランジ４１ｂを設けてある。噴射ノズル４２に一体に中間フランジ４２ａを設けてある。混合管４３は、噴射ノズル４２から噴射した水の進行方向に延びる管本体４３ａ、およびこの管本体４３ａに横方向から連結した空気導入管４３ｂによって構成してある。管本体４３ａの基端部には、水導管４１と混合管４３を連結するためのフランジ４３ｃを設けてある。そして、空気導入管４３ｂの上端にはソケット４３ｄを設けてある。したがって、集砂装置２を組み立てる際には、フランジ４１ｂ、中間フランジ４２ａ、フランジ４３ｃの間にパッキン４４を配置し、それらのフランジ４１ｂ、中間フランジ４２ａ、フランジ４３ｃをボルト４５とナット４６によって締め付ければよい。フランジ４１ｂとフランジ４３ｃについては、それぞれ水導管４１と、混合管４３と一体に作られても良い。

一方、支持機構３４は、槽本体１の底壁１１に固定可能なベースプレート５１、このベースプレート５１に立設した下部パイプ５２、および下部パイプ５２の内部に上方から嵌合した上部パイプ５３によって構成してある。上部パイプ５３の上端は水導管４１の外周面に固定してある。したがって、集砂装置２の高さを調節する際には、上部パイプ５３を下部パイプ５２に嵌合したまま上下方向へ移動し、下部パイプ５２の上端面と上部パイプ５３の外周面を溶接部５４によって溶着すればよい。なお、上部パイプ５３は中が空洞の管でなくてもよい。

噴射ノズル４２について更に説明すると、図３に示すように、噴射ノズル４２の噴射口４２ｂの径は例えば１３ｍｍ×１５ｍｍの楕円形とし、噴射ノズル４２の前端面にはＵ字形状の切込４２ｃを設けてある。噴射ノズル４２と中間フランジ４２ａは予め一体に形成することができるが、既存の噴射ノズル４２に中間フランジ４２ａを後付けすることができる。すなわち、噴射ノズル４２がネジ接続可能なものである場合には、その噴射ノズル４２に中間フランジ４２ａと同等なものを螺合することができる。また、ネジ接続可能でない噴射ノズル４２の場合には、中間フランジ４２ａと同等なものを噴射ノズル４２の基端部に溶着などによって取り付けることができる。

ここで、図２において最も明らかなように、噴射ノズル４２と混合管４３との位置関係において、噴射ノズル４２の前端面は混合管４３の管本体４３ａと空気導入管４３ｂとの接合部近傍４７に位置させてある。また、混合管４３の管本体４３ａと空気導入管４３ｂとの角度関係において、上記管本体４３ａと空気導入管４３ｂとの成す角度θを８０度としてある。この角度θは８０度とするのが最も好ましいが、９０度以下であれば支障はない。なお、管本体４３ａは噴射ノズル４２の噴流によって発生する負圧によって空気を空気導入管４３ｂから自然吸入するようになっているが、空気導入管４３ｂへの管路に風量調整弁を設け、空気を空気導入管４３ｂから均一に噴射させるようにすることができる。

このように構成した集砂装置においては、水導管４１、噴射ノズル４２および混合管４３によって分解可能に構成したので、ナット４６を取り外すだけで中間フランジ４２ａと一体の噴射ノズル４２を容易に交換することが可能となる。したがって、ノズル組立体３１の点検や修理を容易に実施することができ、維持管理費を削減することができる。また、噴射ノズル４２の先端を混合管４３の空気導入管４３ｂの接合部近傍に位置させ、上記管本体４３ａと空気導入管４３ｂとの成す角度θを８０度としたので、噴射ノズル４２からの水の噴流の中に空気を効率良く混ぜることができ、砂を効率良く集めることができる。さらに、集砂装置２の位置を流入口１７側から流出口１９側へ、底部からの距離を順次増加させたので、集砂装置２が砂に埋まることはなく、砂の移動を邪魔することがなく、堆積した砂を効率良く集めることができる。

図４はこの発明を実施するための実施の形態における水槽１と集砂装置２の部分水平断面図、図５はそれらの部分垂直断面図、そして図６はそれらの横断面図である。この実施の形態における水槽１は沈殿池、集泥槽、沈砂池と呼ぶこともあり、砂が溜まり易い槽や溝を指している。水槽１は浄水、下水、廃水などの原水を収容し、原水中の砂を沈殿させるようになっている。限定するわけではないが、この実施の形態では水槽１の外形を略長方体とし、その横断面は水流方向に向かって左右に対称な形状としてある。したがって、以下の説明では対称な位置の部分または部材を同一の符号で示してある。

水槽１は、水平に設置した底１１、この底１１の両側縁にそれぞれ立設した左右の両側壁１２、これらの底１１と両側壁１２の前端を接続した前壁１３、および底１１と両側壁１２の後端を接続した後壁１４から構成してある。槽本体１の内部には幅方向の中間に隔壁１５を設け、水槽１の内部を２つの室１６に分けてある。前壁１３には原水の流入口１７を設けてある。隔壁１５の後端部に壁開口１８を設け、双方の室１６を連通させてある。そして、水流方向に向かって左側の室１６に対する後壁１４には、水と砂の流出口１９を設けてある。なお、集砂装置２を支持するための図示しない支持手段を水槽１に設けてあることは言うまでもない。

図６において最も明らかなように、各室１６の左右のほぼ中間には、底１１の上面１１ａから上方へ突出する境界構造物２０を設けてある。この境界構造物２０の横断面は左右に対称な低い山の形状とし、左右の傾斜面２０ａと中央の水平面２０ｂとによって形成してある。底１１と側壁１２の交差部に傾斜面１１ｂを設け、底１１と隔壁１５の交差部には傾斜面１１ｃを設けてある。したがって、各室１６には上面１１ａ、傾斜面１１ｂおよび傾斜面２０ａ、または上面１１ａ、傾斜面１１ｃおよび傾斜面２０ａから成る２本ずつの溝２１を設けてある。これらの溝２１は、図１から明らかなように後壁１４に到る前で終端させてある。その理由は、後で詳細に説明するように、各溝２１に堆積した砂を流出口１９へ向けて流すためである。

図５および図６において最も明らかなように、集砂装置２を各溝２１に複数設置し、これらの集砂装置２に洗浄水を導く管路３２、および管路３２に水を圧送する洗浄水ポンプ３３から構成してある。管路３２は、各室１６の上部においてほぼ水平に延びる２本の本管路３２ａ、各本管路３２ａから分岐して下方に延びる複数の上部分岐管路３２ｂ、これらの上部分岐管路３２ｂから更に分岐して溝２１内に延びる複数の下部分岐管路３２ｃなどから構成し、集砂装置２は下部分岐回路３２ｃの下端部に設けてある。そして、管路３２には洗浄水ポンプ３３に加えて図示しない洗浄水弁、流量計などを設けてあるとともに、集砂装置２には洗浄水ポンプ３３、洗浄水弁などを制御する図示しない制御手段を備えてある。

ここで、図４において最も明らかなように、４つの溝２１には例えば１０個の集砂装置２をそれぞれ配置してある。また、壁開口１８の前後には、例えば７個の集砂装置２を配置してある。溝２１内の１０個の集砂装置２は直線的にほぼ等間隔で配置し、残りの７個の集砂装置２は各溝２１からの砂を流出口１９に向けて流すように適当な間隔と方位で配置してある。そして、図５において最も明らかなように、集砂装置２の噴射ノズル４２と水槽１の底１１との距離は、水流方向へ向かって例えば２５ｍｍずつ順次上部へ増加させてある。

槽本体１の内部に堆積した砂を集める際、つまり槽本体１を洗浄する際に、制御手段は図７に示すようなフローチャートに基づいて洗浄水ポンプ３３および洗浄水弁を制御する。制御手段はＣＲＴによる制御が可能としてある。制御手段によって洗浄水ポンプ３３を作動させて洗浄水弁を開くと、水が噴射ノズル４２の先端から噴射する。これにより、噴射した水の周囲に負圧が発生し、混合管４３の空気導入管４３ｂから空気が水に混合し、水と空気の混合水が混合管４３の先端から噴射する。このようにして混合水が噴射すると、混合水の周囲に負圧が発生し、混合水は堆積した砂を吸引混合しながら水流となって移動し、溝２１内に堆積した砂を流出口１９から排出する。

すなわち、制御手段は次のように処理する。ステップＳＴ１では４つの室１６のうちの１つの室１６を選択する。ステップＳＴ２では手動運転または自動運転を選択する。手動運転を選択した場合は、ステップＳＴ３でスタートスイッチをオンにする。自動運転を選択したときは、サイクルタイマが作動を開始する。ステップＳＴ４では、起動条件が合っているか否かを判断する。起動条件が合っていない場合にはステップＳＴ５´へ移行し、洗浄水ポンプ３３は作動させず、洗浄水弁は閉じておく。起動条件が合っているときはステップＳＴ５へ移行し、洗浄水ポンプ３３の運転を開始させるとともに、最上流のノズル組立体３１に対する第１−１番の洗浄水弁を開き、サイクルタイマの作動を開始させる。例えば３０秒が経過すると、ステップＳＴ６において第１−１番の洗浄水弁を閉じるとともに、上流側から２番目の集砂装置２に対する第１−２番の洗浄水弁を開き、同時にサイクルタイマの作動を開始させる。同様にして、ステップＳＴ７〜ステップＳＴ１４における処理を完了し、ステップＳＴ１５において洗浄水ポンプ３３の作動を停止し、最後のノズル組立体３１に対する第１−１０番の洗浄水弁を閉じる。

上述の起動条件には、洗浄水ポンプ３３が正常であること、洗浄水弁が正常であること、選択した室１６の水位が所定以上であることなどを含めることができる。何れかの洗浄水弁が故障した場合には、そのステップを省いて次のステップに移行させる。洗浄水弁を単独運転する場合には、最初に洗浄水弁を全開位置に設定し、その後に洗浄水ポンプ３３を作動させる。洗浄水ポンプ３３が故障した場合には、全ての洗浄水弁を閉じて洗浄行程を終了する。サイクルタイマは処理状況、投入量などに基づいて設定することができ、例えば１日に数回から１週に１回の割合で設定することができる。風量調整弁は、空気導入管４３ｂから空気が均一に噴射するように調整するのが好ましい。

また、この集砂装置は次のような効果を達成することができる。すなわち、集砂装置２は全てを配管によって構成してあるので、消耗するものがなく、維持管理費を削減することができる。集砂装置２の支持機構３４を下部パイプ５２と上部パイプ５３で構成したので、集砂装置２の高さを容易に変化させることができる。混合管４３内の水に空気を自然吸入するようにしたので、ブロワを用意する必要がなく、設備費を削減することができる。制御手段によって自動運転可能としたので、維持管理が容易となる。集砂装置２の列と列の間に境界構造物２０を設けたので、集砂装置２の列と列の間に砂が堆積することを防止できるうえに、砂を順次に流すことができる。集砂装置２は上流側で直線的に配置し、流出口１９側では緩やかな曲線で配置したので、砂を流出口１９から円滑に排出することができる。そして、底１１の底面１１ａを傾斜させたり集砂装置２を密に配置したりする必要がないので、建設費を削減することができる。

以上、この発明を１つの実施の形態に基づいて説明したが、当業者であれば次のような態様も容易に考えることができる。すなわち、２つの室１６と４つの溝２１をもった槽本体１は複数の槽本体１とすることができる。境界構造物２０の横断面形状を山形としたが、矩形としても支障はなく、砂溜まりを防止できるのであれば必ずしも設ける必要はない。底１１の上面１１ａを平坦にしたが、階段状やトラフ（Ｖ字）状としても同様な効果を得ることができる。底壁１１の上面１１ａは水平にしたが、流入口１７から流出口１９側に向かって低下するように傾斜させれば、集砂装置２の数を削減することができる。噴射ノズル４２と中間フランジ４２ａは、一体化することができる。導水管４１、噴射ノズル４２および混合管４３を連結するボルト４５とナット４６は、両ナットボルトとすることができる。噴射ノズル４２にはスプレーノズルの形状も用いることができる。そして、制御手段のフローチャートは現場の状況に応じて変化させることができ、そのサイクルタイマは原水の処理状況および投入量に応じて設定することができる。

噴射ノズル４２の噴射口４２ｂの径を１３ｍｍ×１５ｍｍとし、その周囲の切込４２ｃをＵ字形状とした。そして、噴射ノズル４２の前端面は混合管４３と空気導入管４３ｂの接合部近傍４７に位置させ、管本体４３ａと空気導入管４３ｂとの成す角度θを８０度とした。噴射ノズル４２の噴射圧力は６ｋｇ／ｃｍ^２、噴射水量は０．２５〜０．３ｍ^３／分・個とした。なお、噴射圧力や噴射水量は槽の形状や、大きさ、除砂量などにより変更可能である。集砂装置２を図７に示したフローチャートに基づいて作動させたところ、砂の運搬範囲は１ｍ（幅方向）×２．５ｍ〜３ｍ（集砂方向）となり、堆積した砂を効率良く排出することができた。

管本体４３ａと空気導入管４３ｂとの成す角度θを６０度とし、それ以外は実施例１と同様とした。砂の運搬範囲は実施例１と同様に１ｍ（幅方向）×２．５ｍ〜３ｍ（集砂方向）となり、堆積した砂を効率良く排出することができた。

２つの槽本体１を設け、各槽本体１の幅を４．７ｍ（２つで９．４ｍ）、その長さを３０ｍ、その深さを４ｍとした。底壁１１の上面１１ａは水平とし、境界構造物２０は山の形とした。各溝２１の底面の幅は０．８ｍとした。各溝２１に１０個の集砂装置２の列（２つの槽本体１では８列）を直線的に配置し、下流側では集砂装置２を緩やかな曲線状に配置した。集砂装置２は水流方向へ向かって２５ｍｍずつ順次、集砂装置２の底面からの設置距離を上部へ高くした。なお、集砂装置２の底面からの設置距離を上部へ高く２５ｍｍずつ変化させたが、２５ｍｍに限らず、砂の排除量や砂の堆積量などの状況により設置距離を変更することができる。集砂装置２を図７に示したフローチャートに基づいて作動させたところ、堆積した砂を効率良く排出することができた。この際に、雪解けの時期を除いて、集砂装置２を１週間に１回程度稼動させることによって砂の堆積を防止することができた。また、底１１の上面１１ａをトラフ状としても同様な結果を得ることができた。このように、境界構造物２０を設け、集砂装置２の底面からの設置距離を順次高くし、下流側では集砂装置２を緩やかな曲線状に配置したことで、堆積した砂を効率良く排出することができた。

図８および図９に示すように、集砂ピット６０の幅を２ｍ、その長さを５．５ｍとしてある。集砂ピット６０は、水流方向に向かって低下するように傾斜する傾斜底６１、この傾斜底６１の末端から水平に延在する水平底６２、および傾斜底６１と異なる傾斜角度の脇傾斜底６３から構成し、水平底６２の平面形状はほぼ正方形としてある。水平底６２には揚砂装置６５のノズル６６と吸入管６７を下方から順次に設け、吸入管６７の上部には砂を吸い込むための図示しない吸入ポンプを設けてある。そして、傾斜底６１には、例えば４個の集砂装置２を配置してある。これらの４個の集砂装置２のうち、上流側の２個の集砂装置２は側壁６４に寄せて、方位を所定の角度（例えば５度）だけ内側に向けて配置してある。また、下流側の２個の集砂装置２は中心線側に寄せて、方位を中心線に沿わせて配置してある。この実施例４においても、砂を効率良く排出することができた。また、底壁６１を階段状としても同様な結果を得ることができた。

集砂装置の平面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 噴射ノズルの斜視図である。 この発明の実施の形態を示す水槽と集砂装置の部分水平断面図である。 水槽の部分垂直断面図である。 水槽の横断面図である。 制御手段の処理行程を示すフローチャートである。 実施例４において用いた集砂ピットを示す部分水平断面図である。 集砂ピットの部分垂直断面図である。

符号の説明

１ 水槽
２ 集砂装置
１７ 流入口
１９ 流出口
２０ 境界構造物
４１ 水導管
４１ｂ フランジ
４２ 噴射ノズル
４２ａ 中間フランジ
４３ 混合管
４３ａ 管本体
４３ｂ 空気導入管
４３ｃ フランジ
４７ 接合部近傍

Claims (3)

1. 水を導く水導管と、水に空気を混ぜる混合管と、空気を導く空気導入管と、水を噴射する噴射ノズルと、中間フランジとからなる集砂装置において、噴射ノズルと中間フランジを一体としたことを特徴とする集砂装置。
2. 上記噴射ノズルの先端が上記空気導入管と混合管との接合部近傍に位置していることを特徴とする請求項１記載の集砂装置。
3. 上記混合管と空気導入管との成す角度θが９０度以下になっていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のいずれかに記載の集砂装置。

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