以下、雨水ポンプ設備を例に本発明による揚砂方法及び沈砂設備を説明する。
図1(a),(b)に示すように、雨水ポンプ設備1は、雨水流入渠から流入する雨水を設備内に流入或いは遮断する流入ゲート2と、雨水に同伴して流入する土砂を沈殿させる沈砂池3と、河川等に排水するために一旦雨水を貯留するポンプ井4を備えている。
流入ゲート2から流入した雨水は、粗目のバースクリーン装置5によって流木や樹脂容器等の大きな固形異物等が除去され、沈砂池3で土砂が沈殿され、更に除塵機6で細かな異物が除塵された後にポンプ井4に貯水される。
ポンプ井4には、軸流または斜流方式の排水ポンプP1が配置され、降雨時にポンプ井4に流入した雨水は、当該排水ポンプP1によって河川等に排水される。
沈砂池3やポンプ井4は、底板7と床スラブ8の間に構築され、床スラブには流入ゲート2の開閉装置、バースクリーン装置5や除塵機6等が固定され、更に排水ポンプP1の動力装置9等が設置されている。
沈砂池3には、沈降した砂を揚砂するべく、土砂が混入した雨水を吸引可能な水中サンドポンプである揚砂機10が設置されるとともに、揚砂機10に向けて砂を集砂する集砂装置20が設置された沈砂設備が構築されている。
図1(a)には、降雨時に流入ゲート2が開放され、ポンプ井4に流入した雨水が排水ポンプP1によって河川等に排水されている状態が示されている。
また、図1(b)には、その後、流入ゲート2が閉塞され、ポンプ井4の水位が低下して、沈砂池3に沈殿した土砂を除去する除砂処理に移行する状態が示されている。
図2(a),(b)には、沈砂池3の詳細な構成が示されている。沈砂池3の底面3Aのうち水の流下方向中央部であって、横幅方向に帯状に形成された最深部に揚砂機10が設置され、底面3Aが当該揚砂機10の設置領域10A、つまり最深部に向けて下方に滑らかに傾斜するように形成されている。底面3Aの勾配を3度〜20度の範囲に設定するのが好ましい。
沈砂池3の底面3Aに沈降した砂を底面3Aの傾斜方向に流すように、揚砂機10に向けて水を噴射する複数の集砂ノズル群N1〜N10と、ポンプ井4に設置され、集砂ノズル群N1〜N10に集砂用の水を供給する取水ポンプP2と、取水ポンプP2と各集砂ノズル群N1〜N10とを接続する送水管WPに介装され、各集砂ノズル群N1〜N10に個別に水を供給するバルブ機構V1〜V10により集砂装置20が構成されている。
少なくとも、揚砂機10の稼動、停止と、バルブ機構V1〜V10の開閉を組み合わせることで、底面に沈降した砂を揚砂する揚砂工程とを繰り返し切り替える手段が構成され、集砂工程の繰り返しに伴って、沈砂池3に貯留する水の水位を次第に低下させる手段が構成され、水を噴射する集砂ノズル群を底面3Aの最高位置側に配置された集砂ノズル群N1,N2から最低位置側に配置された集砂ノズル群N9,N10に順次切り替える手段が構成される。ここで、最高位置側に配置された集砂ノズル群N1,N2から最低位置側に配置された集砂ノズル群N9,N10に順次切り替えるとは、必ずしも最高位置側の集砂ノズル群から最低位置側の集砂ノズル群に一段ずつ切り替える場合に限らず、底面3Aに残留する土砂の程度に応じて、最高位置側の集砂ノズル群から最低位置側の集砂ノズル群に段を飛ばして切り替える構成であってもよい。尚、揚砂機10、取水ポンプP2の稼動、停止やバルブ機構V1〜V10の開閉は作業員が手動によるものであってもよく、別に備えられた制御装置によりシーケンサ制御される構成であってもよい。
尚、集砂ノズル群N1〜N10は、底面3Aの傾斜方向に流すように水が噴射されればよく、底面3Aに沈降した砂を底面3Aの傾斜方向に押し流し揚砂機10が設置された領域に集砂可能であれば、必ずしも揚砂機10に向けて水を噴射するような姿勢である必要なない。
集砂ノズル群N1〜N10は、それぞれ底面3Aの横幅方向に沿って配置された送水管に取り付けられた複数のノズルで構成され、揚砂機10の設置領域10Aに向けて底面3Aの傾斜方向に沿って複数段(図中、揚砂機10を中心に左右対称にそれぞれ5段)に配列されている。
更に、底面3Aに高さが数〜数十cmの樹脂製または金属製の仕切板21が設置され、各仕切板21により揚砂機10の設置領域10Aに向けて砂を流す複数の流路3Bが形成され、各流路3Bにノズルが同数(一つまたは複数)配置されるように集砂ノズル群N1〜N10が配列されている。
仕切板21の最下流端側には、高さが仕切板21より高く設定された樹脂製、金属製またはコンクリート製の案内壁22が配置され、案内壁22により、揚砂工程及び集砂工程で底面3Aを流下してきた水及び砂は、揚砂機10の設置領域10Aに向けて案内される。尚、図中、符号40は、沈砂池3を水の流れ方向に沿って領域を2等分する中央壁を示す。仕切板21は底面3Aに埋設されたアンカーボルト等に締着されている。案内壁22は設置領域10Aに埋設されたアンカーボルト等に締着されている。
各集砂ノズル群Nからの噴射水が流下方向に交差する方向に分散されることなく、また、近接する集砂ノズル群Nからの噴射水が互いに干渉することなく、仕切板21によって形成される流路3Bに沿って流れるため、土砂を効率的に傾斜底面3Aに沿って流すことができ、揚砂工程及び集砂工程で傾斜底面3Aを流下する土砂を仕切板21の最下流端側に配置された案内壁22によって揚砂機または揚砂機の設置領域に向けて案内することができるので、集砂効率が向上する。
尚、本実施形態では、案内壁22は、揚砂機10の設置領域10Aのうち、最外側の流路3Bのみに配置しているが、各仕切板21の最下流端側に夫々案内壁22を配置する構成であってもよい。
揚砂機10の設置領域10Aに集砂された砂を攪拌して水中に浮遊させる攪拌ノズルNdが、揚砂機10の周囲及び設置領域10Aの横幅方向両端部に配置され、取水ポンプP2からの水が送水管WPを介して当該攪拌ノズルNdに供給される。送水管WPには、攪拌ノズルNdからの水の噴射、停止を切り替える切替バルブ(図示せず)が備えられ、当該切替バルブは、揚砂機10を稼動、停止と同期して制御され、揚砂工程では、攪拌ノズルNdから水を噴射し、集砂工程では、攪拌ノズルNdからの水の噴射を停止するように構成されている。
揚砂機10の周囲に集砂された土砂は、攪拌ノズルNdから噴出される水流によって攪拌され、揚砂機10周囲で水中に浮遊するため、揚砂機10によって土砂と水が円滑に吸い揚げられるようになり、沈砂池3の中央部の砂を確実に排出できるので、次の揚砂工程の際に沈砂池3の中央部に砂を集めやすくなる。
ポンプ井4での排水が進み、ポンプ井4と沈砂池3とが分離され、沈砂池3に水が貯留された状態、つまり、沈砂池3のうち揚砂機10の設置領域とは離隔した領域に沈降した砂が水没した状態で揚砂機10を稼動させて揚砂し、沈砂池3の水位に応じて変動する底面3Aと水面WSとの境界領域対応するに何れかの集砂ノズル群、好ましくは直近の集砂ノズル群から噴射された水が供給されるように、各集砂ノズル群N1〜N10からの水の噴射を配列毎に切り替えるようにバルブ機構V1〜V10が開閉される。
以下、図3に基づいて具体的に説明する。流入ゲート2が閉塞され、ポンプ井4に溜まった雨水が排水ポンプP1により河川に排水されて水位が低下し、雨水が沈砂池3とポンプ井4で分離される状態になると、沈砂池3の除砂、つまり沈降した土砂の除去が開始される。
図3(a)に示すように、まず、沈砂池3は満水の水位WL1となっている。この状態で、攪拌ノズルNdから水を噴射しながら揚砂機10を稼動させ、揚砂するとともに沈砂池3の水面を低下させる揚砂工程が実行される。
沈砂池3に水が貯留された状態で揚砂機10を稼動させて揚砂すると沈砂池3の水面高さが次第に低下し、その際に底面3Aに堆積している土砂が水とともに底面3Aに沿って下流側の揚砂機10に向けて引き込み搬送される。このとき、沈砂池3の底面3Aと水面WSとが交わる境界領域では、沈砂池3に残留した貯留水が流下するのに伴って、土砂も流下する。
このように、沈砂池3の底面3Aのうち水位WL1のときの沈砂池3の底面3Aと水面WSとが交わる境界領域より下の底面3Aに沈降した土砂が、流路3B毎に揚砂機10の設置領域10Aに集砂される。設置領域10Aに流下して沈降した土砂は、攪拌ノズルNdから噴射される水により攪拌され水中に浮遊し、揚砂機10によって沈砂池3から除去される。揚砂機10で吸い上げられた水は、固液分離機構で土砂が除去された後にポンプ井4に送水されて、河川に放流される。
図3(b)に示すように、水位が、例えば揚砂機10による吸込みの限界レベルである最低水位LWLになると、攪拌ノズルNdからの水の噴射と揚砂機10を停止して揚砂工程を終了する。次に、バルブ機構V1,V2を開放して、集砂ノズル群N1,N2から水を噴射して沈砂池3の底面3Aに堆積した砂を傾斜方向に集砂するとともに、沈砂池3に水を貯留する集砂工程を実行する。
この集砂工程では、図3(a)に示した、揚砂工程の開始時に沈砂池3の底面3Aと、水位WL1のときの平面視で沈砂池3の底面3Aと水面WSとが交わる境界領域であった箇所の近傍である、底面3Aの最高位置側、つまり、揚砂機10から最遠側に位置した集砂ノズル群N1,N2から水を噴射することで、揚砂工程で完全に流下されずに沈砂池3の底面3Aに残留した砂を傾斜方向に集砂するとともに、取水ポンプP2からの水を沈砂池3に充填して水位を回復させる。
沈砂池3に貯留される水の水位が最低水位LWLから次第に上昇し、平面視で沈砂池3の底面3Aと水面WSとが交わる境界領域に集砂ノズル群N3,N4が位置する水位WL2になると、バルブV1,V2を閉塞し、集砂ノズル群N1,N2からの噴射を終了して集砂工程を終了する。
図3(c)に示すように、次の揚砂工程は、沈砂池が水位WL2の状態から開始されることになる。攪拌ノズルNdからの水の噴射を開始するとともに、揚砂機10を稼動させ、揚砂するとともに沈砂池3の水面を低下させる。すると、沈砂池3の水面高さが次第に低下し、その際に底面3Aに堆積している土砂が水とともに底面3Aに沿って下流側の揚砂機10に向けて引き込み搬送される。このとき、沈砂池3の底面3Aと水面WSとが交わる境界領域では、沈砂池3に残留した貯留水が流下するのに伴って、土砂も流下する。
このように、沈砂池3の底面3Aのうち水位WL2のときの沈砂池3の底面3Aと水面WSとが交わる境界領域より下の底面3Aに沈降した土砂が、流路3B毎に揚砂機10の設置領域10Aに集砂される。設置領域10Aに流下して沈降した土砂は、攪拌ノズルNdから噴射される水により攪拌され水中に浮遊し、揚砂機10によって沈砂池3から除去される。揚砂機10で吸い上げられた水は、固液分離機構で土砂が除去された後にポンプ井4に送水されて、河川に放流される。
図3(d)に示すように、水位が最低水位LWLになると、攪拌ノズルNdからの水の噴射と揚砂機10を停止して揚砂工程を終了する。次に、バルブ機構V3,V4を開放して、集砂ノズル群N3,N4から水を噴射して沈砂池3の底面3Aに堆積した砂を傾斜方向に集砂するとともに、沈砂池3に水を貯留する集砂工程を実行する。
この集砂工程では、図3(c)に示した、揚砂工程の開始時に沈砂池3の底面3Aと、水位WL2のときの平面視で沈砂池3の底面3Aと水面WSとが交わる境界領域であった箇所の近傍である、底面3Aの最高位置側から一段低い位置、つまり、揚砂機10から最遠側から一段近い位置した集砂ノズル群N3,N4から水を噴射することで、揚砂工程で完全に流下されずに沈砂池3の底面3Aに残留した砂を傾斜方向に集砂するとともに、取水ポンプP2からの水を沈砂池3に充填して水位を回復させる。
沈砂池3に貯留される水の水位が最低水位LWLから次第に上昇し、平面視で沈砂池3の底面3Aと水面WSとが交わる境界領域に集砂ノズル群N5,N6が位置する水位WL3になると、バルブV3,V4を閉塞し、集砂ノズル群N3,N4からの噴射を終了して集砂工程を終了する。
以下同様に、揚砂工程と集砂工程が繰り返される。
つまり、図3(e)に示すように、攪拌ノズルNdから水を噴射するとともに揚砂機10を稼動して、水位がWL3から最低水位LWLとなるまで水が吸い上げられると、攪拌ノズルNdからの水の噴射と揚砂機10を停止して揚砂工程を終了し、図3(f)に示すように、バルブ機構V5,V6を開放して、集砂ノズル群N5,N6から水を噴射し底面に堆積する土砂を集砂し、貯留された水の水位がWL4となるとバルブ機構V5,V6を閉じて集砂工程を終了する。
図3(g)に示すように、攪拌ノズルNdから水を噴射するとともに揚砂機10を稼動して、水位がWL4から最低水位LWLとなるまで水が吸い上げられると、攪拌ノズルNdからの水の噴射と揚砂機10を停止して揚砂工程を終了し、図3(h)に示すように、バルブ機構V7,V8を開放して、集砂ノズル群N7,N8から水を噴射し底面に堆積する土砂を集砂し、貯留された水の水位がWL5となるとバルブ機構V7,V8を閉じて集砂工程を終了する
図3(i)に示すように、攪拌ノズルNdから水を噴射するとともに揚砂機10を稼動して、水位がWL5から最低水位LWLとなるまで水が吸い上げられると、攪拌ノズルNdからの水の噴射と揚砂機10を停止して揚砂工程を終了し、図3(j)に示すように、バルブ機構V9,V10を開放して、集砂ノズル群N9,N10から水を噴射し底面に堆積する土砂を集砂し、貯留された水の水位がWL5となるとバルブ機構V9,V10を閉じて集砂工程を終了する。その後、再度揚砂工程を実行して、最低水位LWLとなるまで水が吸い上げられると、攪拌ノズルNdからの水の噴射と揚砂機10を停止して揚砂工程を終了する。
このように、集砂工程の度に水が噴射される集砂ノズル群が、集砂ノズル群N5,N6の組、集砂ノズル郡N7,N8の組、集砂ノズル群N9,N10の組へと、次第に低い位置に設置されたものになるように、バルブ機構V5,V6の組、バルブ機構V7,V8の組、バルブ機構V9,V10の組へと開閉状態が順次切り替えられる。揚砂工程と集砂工程を繰り返す中で、集砂工程で貯留する水の水位をWL3→WL4→WL5→LWLへと段階的に低下させる。
尚、上述の説明では、最低位置側の集砂ノズル群N9,N10を使用する集砂工程では、水位がWL5となるまで水を貯留する場合について説明したが、底面3Aに堆積する土砂を十分に集砂するために、貯留される水位がWL4程度となるまで水を噴射するように構成してもよい。
このように、揚砂工程で、沈砂池3に堆積している土砂が水とともに沈砂池3の外部に排砂され、沈砂池3の水面WSの高さが次第に低下する。その際に傾斜底面3Aに堆積している土砂が水とともに下流側に設置された揚砂機10に向けて傾斜底面3Aに沿って引き込まれる。集砂工程では、揚砂工程で完全に流下されずに傾斜底面3Aに残留した砂を、集砂ノズル群N1〜N10からの噴射水によって傾斜方向に集砂させながら、次の揚砂工程のための水を貯留する。このように、揚砂工程と集砂工程を繰り返すことで、より確実に集砂することができるようになる。
集砂工程では、揚砂機10の設置領域10Aに向けて底面3Aの傾斜方向に沿って複数段に配列した集砂ノズル群N1〜N10のうち、直前の揚砂工程の開始時に底面3Aと水面WSの境界領域近傍の集砂ノズル群から水を噴射することで、該集砂ノズル群の近傍の傾斜底面3Aに堆積する土砂を傾斜底面に沿って流すとともに、貯留される水の水面と底面の境界領域が、傾斜方向の下流側に位置する集砂ノズル群の近傍となる水位まで貯留する。
集砂工程を繰り返すごとに、沈砂池3の貯留水の水位を段階的に低下させ、底面の傾斜方向に沿って段階的に配置された集砂ノズル群のうち、水の噴射箇所を傾斜方向の上流側から下流側へと段階的に切り替えるので、直前の揚砂工程の開始時に底面と水面の境界領域であった場所へ水を噴射することができる。従って、土砂が効率的に集砂される。
即ち、本発明による揚砂方法は、底面3Aが揚砂機10または揚砂機10の設置領域10Aに向けて下方に傾斜するように形成されている沈砂池3に沈降した砂の揚砂方法であって、沈砂池3に水が貯留された状態で、揚砂機10を稼動させて揚砂するとともに沈砂池3の水面を低下させる揚砂工程と、揚砂機10を停止した状態で集砂ノズル群N1〜N10から水を噴射して沈砂池3の底面3Aに残留した砂を傾斜方向に集砂するとともに、沈砂池3に水を貯留する集砂工程とを含み、揚砂工程と集砂工程とが繰り返される。
さらに、集砂ノズル群N1〜N10が底面3Aの傾斜方向に沿って複数段に配列され、集砂工程の繰り返しに伴って、水を噴射する集砂ノズル群を底面3Aの最高位置側に配列された集砂ノズル群N1,N2から最低位置側に配列された集砂ノズル群N9,N10に順次切り替えるとともに、沈砂池3に貯留する水の水位が次第に低下するように水を噴射する。
取水ポンプP2の性能や送水管WPの構成により、集砂ノズル群から一度に噴射する水量に制限があり、水量を少なくする必要がある場合には、以下に説明する態様で集砂することも可能である。
図4(a)に示すように、水位WL1で攪拌ノズルNdから水を噴射するとともに揚砂機10を稼動させ、攪拌ノズルNdから水を噴射しながら揚砂する。水位がWL1から最低水位LWLに低下すると、攪拌ノズルNdからの水の噴射と揚砂機10を停止して揚砂工程を終了する。
次に、図4(b)に示すように、バルブ機構V1のみを開放して、集砂ノズル群N1のみから水を噴射して、沈砂池3の底面3Aに堆積した砂を傾斜方向に集砂するとともに、沈砂池3に水を貯留する集砂工程を実行し、水位が最低水位LWLから、図4(a)に示したWL1となるまで水が貯留されるとバルブ機構V1を閉じて、集砂工程を終了する。
次の揚砂工程では、再度図4(a)に示すように、水位WL1で攪拌ノズルNdから水を噴射するとともに揚砂機10を稼動させ、攪拌ノズルNdから水を噴射しながら揚砂する。水位がWL1から最低水位LWLに低下すると、攪拌ノズルNdからの水の噴射と揚砂機10を停止して揚砂工程を終了する。
次に、図4(c)に示すように、バルブ機構V2のみを開放して、集砂ノズル群N2のみから水を噴射して、沈砂池3の底面3Aに堆積した砂を傾斜方向に集砂するとともに、沈砂池3に水を貯留する集砂工程を実行し、水位が最低水位LWLから、図4(d)に示すWL2となるまで水が貯留されるとバルブ機構V2を閉じて、集砂工程を終了する。尚、この集砂工程でも、図4(b)に示す集砂工程と同様に、水位がWL1となるまで水を貯留してもよい。
次に、図4(d)に示すように、水位WL2で攪拌ノズルNdから水を噴射するとともに揚砂機10を稼動させ、攪拌ノズルNdから水を噴射しながら揚砂する。水位がWL2から最低水位LWLに低下すると、攪拌ノズルNdからの水の噴射と揚砂機10を停止して揚砂工程を終了する。
次に、図4(e)に示すように、バルブ機構V3のみを開放して、集砂ノズル群N3のみから水を噴射して、沈砂池3の底面3Aに堆積した砂を傾斜方向に集砂するとともに、沈砂池3に水を貯留する集砂工程を実行し、水位が最低水位LWLから、図4(d)に示したWL2となるまで水が貯留されるとバルブ機構V3を閉じて、集砂工程を終了する。
次の揚砂工程では、再度図4(d)に示すように、水位WL2で攪拌ノズルNdから水を噴射するとともに揚砂機10を稼動させ、攪拌ノズルNdから水を噴射しながら揚砂する。水位がWL2から最低水位LWLに低下すると、攪拌ノズルNdからの水の噴射と揚砂機10を停止して揚砂工程を終了する。
次に、図4(f)に示すように、バルブ機構V4のみを開放して、集砂ノズル群N4のみから水を噴射して、沈砂池3の底面3Aに堆積した砂を傾斜方向に集砂するとともに、沈砂池3に水を貯留する集砂工程を実行し、水位が最低水位LWLから、図4(g)に示すWL3となるまで水が貯留されるとバルブ機構V4を閉じて、集砂工程を終了する。尚、この集砂工程でも、図4(e)に示す集砂工程と同様に、水位がWL2となるまで水を貯留してもよい。
次に、図4(g)に示すように、水位WL3で攪拌ノズルNdから水を噴射するとともに揚砂機10を稼動させ、攪拌ノズルNdから水を噴射しながら揚砂する。水位がWL3から最低水位LWLに低下すると、攪拌ノズルNdからの水の噴射と揚砂機10を停止して揚砂工程を終了する。
次に、図4(h)に示すように、バルブ機構V5のみを開放して、集砂ノズル群N5のみから水を噴射して、沈砂池3の底面3Aに堆積した砂を傾斜方向に集砂するとともに、沈砂池3に水を貯留する集砂工程を実行し、水位が最低水位LWLから、図4(g)に示したWL3となるまで水が貯留されるとバルブ機構V5を閉じて、集砂工程を終了する。
次の揚砂工程では、再度図4(g)に示すように、水位WL3で攪拌ノズルNdから水を噴射するとともに揚砂機10を稼動させ、攪拌ノズルNdから水を噴射しながら揚砂する。水位がWL3から最低水位LWLに低下すると、攪拌ノズルNdからの水の噴射と揚砂機10を停止して揚砂工程を終了する。
次に、図4(i)に示すように、バルブ機構V6のみを開放して、集砂ノズル群N6のみから水を噴射して、沈砂池3の底面3Aに堆積した砂を傾斜方向に集砂するとともに、沈砂池3に水を貯留する集砂工程を実行し、水位が最低水位LWLから、図4(j)に示すWL4となるまで水が貯留されるとバルブ機構V6を閉じて、集砂工程を終了する。尚、この集砂工程でも、図4(g)に示す集砂工程と同様に、水位がWL3となるまで水を貯留してもよい。
次に、図4(j)に示すように、水位WL4で攪拌ノズルNdから水を噴射するとともに揚砂機10を稼動させ、攪拌ノズルNdから水を噴射しながら揚砂する。水位がWL4から最低水位LWLに低下すると、攪拌ノズルNdからの水の噴射と揚砂機10を停止して揚砂工程を終了する。
次に、図4(k)に示すように、バルブ機構V7のみを開放して、集砂ノズル群N7のみから水を噴射して、沈砂池3の底面3Aに堆積した砂を傾斜方向に集砂するとともに、沈砂池3に水を貯留する集砂工程を実行し、水位が最低水位LWLから、図4(j)に示したWL4となるまで水が貯留されるとバルブ機構V7を閉じて、集砂工程を終了する。
次の揚砂工程では、再度図4(k)に示すように、水位WL4で攪拌ノズルNdから水を噴射するとともに揚砂機10を稼動させ、攪拌ノズルNdから水を噴射しながら揚砂する。水位がWL4から最低水位LWLに低下すると、攪拌ノズルNdからの水の噴射と揚砂機10を停止して揚砂工程を終了する。
次に、図4(l)に示すように、バルブ機構V8のみを開放して、集砂ノズル群N8のみから水を噴射して、沈砂池3の底面3Aに堆積した砂を傾斜方向に集砂するとともに、沈砂池3に水を貯留する集砂工程を実行し、水位が最低水位LWLから、図4(m)に示すWL5となるまで水が貯留されるとバルブ機構V8を閉じて、集砂工程を終了する。尚、この集砂工程でも、図4(j)に示す集砂工程と同様に、水位がWL4となるまで水を貯留してもよい。
次に、図4(m)に示すように、水位WL5で攪拌ノズルNdから水を噴射するとともに揚砂機10を稼動させ、攪拌ノズルNdから水を噴射しながら揚砂する。水位がWL5から最低水位LWLに低下すると、攪拌ノズルNdからの水の噴射と揚砂機10を停止して揚砂工程を終了する。
次に、図4(n)に示すように、バルブ機構V9のみを開放して、集砂ノズル群N9のみから水を噴射して、沈砂池3の底面3Aに堆積した砂を傾斜方向に集砂するとともに、沈砂池3に水を貯留する集砂工程を実行し、水位が最低水位LWLから、図4(m)に示したWL5となるまで水が貯留されるとバルブ機構V9を閉じて、集砂工程を終了する。
次の揚砂工程では、再度図4(m)に示すように、水位WL5で攪拌ノズルNdから水を噴射するとともに揚砂機10を稼動させ、攪拌ノズルNdから水を噴射しながら揚砂する。水位がWL5から最低水位LWLに低下すると、攪拌ノズルNdからの水の噴射と揚砂機10を停止して揚砂工程を終了する。
次に、図4(o)に示すように、バルブ機構V10のみを開放して、集砂ノズル群N10のみから水を噴射して、沈砂池3の底面3Aに堆積した砂を傾斜方向に集砂するとともに、沈砂池3に水を貯留する集砂工程を実行し、水位が最低水位LWLから、図4(m)に示すWL5となるまで水が貯留されるとバルブ機構V10を閉じて、集砂工程を終了する。その後揚砂工程を実行して、水位がLWLとなると揚砂工程を終了する。尚、図4(o)に示す揚砂工程では、水位がWL4となるまで水を貯留してもよい。
以上のように、沈砂池3に対して同じ高さに設置された集砂ノズル群のうち上流側(流入ゲート2側)に設置された集砂ノズル群N1,N3,N5,N7,N9と、下流側(ポンプ井4側)に設置された集砂ノズル群N2,N4,N6,N8,N10とを交互に稼動させ、集砂工程の繰り返しに伴って、水を噴射する集砂ノズル群を底面3Aの最高位置側に配列された集砂ノズル群N1,N2から最低位置側に配列された集砂ノズル群N9,N10に順次切り替える、つまり、集砂ノズル群をN1,N2,N3,N4,N5,N6,N7,N8,N9,N10の順番に使用することで、一度の集砂工程で、噴射する水量を少なくしながらも確実に集砂を行うことができる。
ここで、最高位置側に配置された集砂ノズル群N1,N2から最低位置側に配置された集砂ノズル群N9,N10に順次切り替えるとは、必ずしも集砂ノズル群をN1,N2,N3,N4,N5,N6,N7,N8,N9,N10の順番に使用する場合に限らず、底面3Aに残留する土砂の程度に応じて、集砂ノズル群N1,N2,N3,N4,N5,N6,N7,N8,N9,N10のいずれかを順を飛ばして切り替える構成であってもよい。
図4(a)から(o)に示す態様では、送水管WPに備えた攪拌ノズルNdからの水の噴射、停止を切り替える切替バルブを制御することによって、上流側に設置された集砂ノズル群N1,N3,N5,N7,N9を使用する揚砂工程の後の集砂工程で、下流側に設置された集砂ノズル群N2,N4,N6,N8,N10を使用する場合について説明したが、下流側の集砂ノズル群N2,N4,N6,N8,N10を使用した集砂工程の後の集砂工程で、上流側の集砂ノズル群N1,N3,N5,N7,N9を使用する構成であってもよい。
さらに、集砂工程を繰り返し実行するなかで上流側に設置された集砂ノズル群N1,N3,N5,N7,N9と、下流側に設置された集砂ノズル群N2,N4,N6,N8,N10を交互に使用する場合に限らず、集砂工程を繰り返し実行するなかで、まず上流側に設置された集砂ノズル群N1,N3,N5,N7,N9の順で使用し、その後、集砂工程を繰り返し実行する中で下流側に設置された集砂ノズル群N2,N4,N6,N8,N10の順で使用してもよい。尚、底面3Aに残留する土砂の程度に応じて、集砂ノズル群の順を飛ばして使用してもよい。
尚、揚砂機10の上流側の集砂ノズル群N1,N3,N5,N7,N9の配置に対して、揚砂機10の下流側の集砂ノズル群N2,N4,N6,N8,N10の配置が相対的に揚砂機10側に偏位するように配置してもよい。
また、同じ高さに設置された集砂ノズル群N1,N2のうち上流側に設置された集砂ノズル群N1と下流側に設置された集砂ノズル群N2が同一の集砂工程内で切り替わるように運転してもよい。つまり、集砂工程で水を目標水位、つまり、一段低い位置に設置された集砂ノズル群が設置された箇所までの底面に堆積した土砂を集砂できるように、当該目標水位に達するまでの中間水位で、使用する集砂ノズル群N1,N2を切り替えて運転する。
図5(a)には、底面3Aに設置された仕切板21の別実施形態が示されている。仕切板21は揚砂機10に向けて連続して設置されている必要はなく、各集砂ノズル群Nから噴射された水によって揚砂機10に向けて案内するように構成されていれば、揚砂機10に向けて間歇的に設置されていてもよい。
図5(b)に示すように、集砂工程を繰り返すたびに、各集砂ノズル群から噴射される水が貯留される水位の段階的な低下に伴って移動する水際に向けて直接に到達するように、ノズルが揚砂機10の方向に移動する移動機構を介して取り付けられていてもよい。この場合、ノズル先端と水面との間隔が一定間隔となるように移動機構が構成されているとさらによい。油圧機構或いは電動モータを介したリンク機構によって移動機構を構成することができる。
図5(c)に示すように、集砂工程を繰り返すたびに、各集砂ノズル群から噴射される水が貯留される水位の段階的な低下に伴って移動する水際に向けて直接に到達するように、ノズルが傾斜するように取り付けられていてもよい。油圧機構或いは電動モータを介した回動機構に各集砂ノズル群が取り付けられていればよい。
図6(a),(b)に示すように、底面3Aの最高位置側のみ集砂ノズル群N1,N2を備え、集砂工程の繰り返しに伴って、沈砂池3に貯留する水の水位が次第に低下するように水を噴射する構成であってもよい。
何れの場合であっても、水位計等を設置して沈砂池3の水位の変化を検出し、水位が、予め設定した所定の水位になると、各集砂ノズル群からの水の噴射を停止した後に、揚砂工程を実行し、その後、水位に基づいて各集砂ノズル群Nを切り替え、或いは、各集砂ノズル群Nを移動機構によって移動させ、更には、各集砂ノズル群Nを回動機構によって回動させて、また、水の噴射量を変えて再度集砂工程を実行すればよい。そのために、水位計の出力信号を入力し、水位に応じて集砂ノズル群を切り替え、或いは、各集砂ノズル群を移動機構によって移動させ、更には、各集砂ノズル群を回動機構によって回動させる制御盤を設置すればよい。
水位計の設置に替えて、水の噴射時間を計測する時計機能を制御盤に備え、集砂工程では、予め設定した水位となるような時間が経過すると各集砂ノズル群からの水の噴射を停止する。その後、揚砂工程で、揚砂した後に、各集砂ノズル群Nを切り替え、或いは、各集砂ノズル群Nを移動機構によって移動させ、更には、各集砂ノズル群Nを回動機構によって回動させて、再度集砂工程を実行するようにしてもよい。
図7(a),(b)には、本発明による沈砂設備の更に別の態様が示されている。沈砂池3の中心部に揚砂機が設置される最深部10Aが形成され、周囲の四辺から最深部に向けて傾斜するように底面3Aが形成されている。
そして、沈砂池3の周囲の四辺の内側にそれぞれに平行に配置された給水管50に複数のノズルNが接続された集砂ノズル群が構成されている。各集砂ノズル群Nの傾斜角度が沈砂池3の水面の低下に応じて可変に駆動する駆動機構を介して取り付けられ、各集砂ノズル群Nは底面3Aの傾斜方向に土砂を流す向きに取り付けられている。
沈砂池3の底面3Aを、揚砂機10の設置領域10Aに向けて下方に傾斜形成するとともに、集砂装置20に、底面3Aに沈降した砂を底面3Aの傾斜方向に流すように水を噴射する集砂ノズル群Nを備えている。
沈砂池3に水が貯留された状態で、揚砂機10を稼動させて貯留水の排水が完了すると揚砂機10を停止する揚砂工程が実行される。その後、集砂ノズル群Nから水を、直前の揚砂工程の開始時に底面と水面との境界領域であった箇所に向けて噴射し、底面と水面の境界位置が前回の境界位置より下流側に位置するところで集砂ノズル群Nを止水する集砂工程が実行される。この揚砂工程と集砂工程を繰り返すことで、より確実な集砂が行われる。
図8には、本発明による沈砂設備の更に別の態様が示されている。図7(a),(b)に示した基本的構成に加えて、給水管50の内側に更に第二の給水管51、第三の給水管52、第四の給水管53が設けられ、給水管51,52,53にも複数のノズルNが接続されて集砂ノズル群が構成されている。水面の低下に応じて、給水管50の集砂ノズル群から給水管51の集砂ノズル群、給水管52の集砂ノズル群、給水管53の集砂ノズル群へと順次切り替えられるように構成されている。また、底面3Aに残留する土砂に応じて、例えば給水管51の集砂ノズル群を飛ばして、給水管50の集砂ノズル群から給水管52の集砂ノズル群へと切り替える構成であってもよい。尚、給水管の段数は4段に限るものではなく適宜設定される。
上述した実施形態では、沈砂池3の底面3Aのうち水の流下方向中央部であって、横幅方向に帯状に形成された最深部10Aに揚砂機10が設置される場合を説明したが、揚砂機10の設置領域10Aは、沈砂池3の底面3Aのうち水の流下方向中央部に限るものではなく、沈砂池3の最上流側に最深部10Aを形成して揚砂機10を設置する態様であってもよく、沈砂池3の最下流側に最深部10Aを形成して揚砂機10を設置する態様であってもよい。
更に、横幅方向に帯状に形成された最深部10Aの中央部に揚砂機10が設置される場合を説明したが、横幅方向に帯状に形成された最深部10Aであって、その横幅方向の端部に揚砂機10が設置される態様であってもよい。
上述した実施形態では、底面3Aに仕切板21が設置され、仕切板21の最下流端側に案内壁22が配置されている構成について説明したが、仕切板21及び案内壁22は必ずしも備える必要はない。
上述した実施形態では、雨水ポンプ設備を例に本発明による沈砂設備、及び沈砂設備に対する揚砂方法を説明したが、本発明は他に汚水ポンプ設備、下水処理設備等、沈砂池を必要とする任意の水処理設備に適用できる。
上述した実施形態では、沈砂池3の底面3Aの勾配を3度〜20度の範囲に設定し、滑らかな傾斜面に形成される例を説明したが、勾配はこの範囲に限るものではなく、また、滑らかな傾斜面に形成される例に限るものではない。例えば、傾斜方向に複数の段差が形成され、ステップ的に傾斜する構成であってもよい。段差と段差の間の面は傾斜面であることが特に好ましい。
上述の何れの実施形態でも、攪拌ノズルNdは、送水管WPに備えられた切替バルブを開閉制御することで、揚砂工程での揚砂機10の稼動に同期して水を噴射し、集砂工程では水の噴射を停止するように構成される場合について説明したが、これに限らない。揚砂工程及び集砂工程の何れの場合であっても常に取水ポンプP2からの水が攪拌ノズルNdから噴射されるように切替バルブが開放される構成であってもよい。この場合、送水管WPに切替バルブを備える必要はない。また、設置領域10A内の土砂が十分に揚砂機10によって吸い揚げられる場合は、必ずしも攪拌ノズルNdを備える必要はない。
以上、説明したように、本発明による揚砂方法は、底面が揚砂機または揚砂機の設置領域に向けて下方に傾斜するように形成されている沈砂池に沈降した砂の揚砂方法であって、前記沈砂池に水が貯留された状態で、前記揚砂機を稼動させて揚砂するとともに前記沈砂池の水面を低下させる揚砂工程と、前記揚砂機を停止した状態で集砂ノズル群から水を噴射して前記沈砂池の底面に堆積した砂を傾斜方向に集砂するとともに、前記沈砂池に水を貯留する集砂工程とを含み、前記揚砂工程と集砂工程とを繰り返す。
また、本発明による沈砂設備は、沈砂池に沈降した砂を揚砂する揚砂機と、前記揚砂機に向けて砂を集砂する集砂装置とを備えている沈砂設備であって、前記沈砂池の底面を、前記揚砂機の設置領域に向けて下方に傾斜形成するとともに、前記集砂装置に、前記底面に沈降した砂を前記揚砂機または前記揚砂機の設置領域に向けて集めるために水を噴射する集砂ノズル群を備え、前記集砂装置は、前記揚砂機により前記沈砂池から水が吸い上げられ前記揚砂機が停止した状態で、前記集砂ノズル群から水を噴射して集砂するとともに前記沈砂池に水を貯留するように構成され、前記揚砂機は、前記沈砂池に水が貯留し前記集砂ノズル群からの水の噴射が停止した状態で、前記底面に沈降した砂を揚砂するように構成されている。
上述した実施形態は本発明の一態様であり、該記載により本発明が限定されるものではなく、各部の具体的構成や制御態様は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。