JP2015001082A - 海底浸透取水設備の逆洗装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コストダウンを図りつつ省エネルギー化を図ることができる海水処理設備の逆洗装置及びその方法を提供する。
【解決手段】海洋から砂ろ過層２内を自然浸透して取水管１１内に取水された海水を導水管１３から導入する海底浸透取水設備１において、導水管１３から取水管１１に定期的に海水を逆流させて砂ろ過層２を逆洗する逆洗装置３を前提とする。海洋に対し上げ潮時に連通する一方下げ潮時に隔離され、その隔離された海水を貯留する海水貯留部３１と、導水管１３と海水貯留部３１との間に連結され、許容位置と遮断位置とに切り換わる開度調整弁３５を有する連結管３２とを備える。そして、下げ潮により下降する海洋の潮位Ｗと海水貯留部３１の水位Ｓとの間に砂ろ過層２の逆洗可能な水頭差Δｈが生じたときに開度調整弁３５を許容位置に切り換え、海水貯留部３１の海水を連結管３２を介して逆流させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、海底の砂ろ過層内を浸透して取水された海水を導入する海底浸透取水設備において導入した海水を定期的に逆流させて砂ろ過層を逆洗する逆洗装置及びその方法に関するものである。

従来より、この種の海底浸透取水設備においては、例えば特許文献１に示すように、海底に設置した砂ろ過層内に集水管の一端側を埋め込み、海洋から砂ろ過層内を自然浸透して集水管内に取水された海水を導水管に導入している。集水管の他端は、海洋の潮位よりも高所に設置された貯水槽の底部に第２仕切弁を介して接続されている。導水管は、その一端が集水管の途中（第２仕切弁よりも一端側）に接続され、他端が第１仕切弁及び圧力スイッチを介してポンプの吸入口に接続されている。また、ポンプの吐出口には、海水処理設備に海水を送水する送水管が接続されている。この送水管には、貯水槽に海水の一部を給水する給水管の一端が接続されている。ポンプの作動によって取水管から導水管に導入された海水は、導水管及び送水管から給水管を介して貯水槽に給水されて貯留される。そして、送水管からの海水の集水量が減少したことが圧力スイッチによって検出されると、第１仕切弁を閉じかつ第２仕切弁を開けて、貯水槽に貯留された海水を集水管に逆流させ、この逆流する海水によって砂ろ過層を逆洗するようにしている。

特公平６−３６８４８号公報

ところが、前記従来の逆洗装置では、高所の貯水槽から海水を逆流させるに当たり、逆洗に必要な海水を高所まで送給するポンプが必要となる。しかも、砂ろ過層を自動的に逆洗する際には、送水管からの海水の集水量の減少を検知するための圧力スイッチなどの検出手段が必要となる。このため、逆洗装置のコストが嵩んで省エネルギー化を図ることができない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、コストダウンを図りつつ省エネルギー化を図ることができる海水処理設備の逆洗装置及びその方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明では、海底に設置した砂ろ過層内に取水管を埋め込み、海洋から前記砂ろ過層内を自然浸透して前記取水管内に取水された海水を導水管から導入するようにした海底浸透取水設備において、前記導水管から前記取水管に定期的に海水を逆流させて前記砂ろ過層を逆洗する逆洗装置を前提とする。更に、海洋に対し上げ潮時に連通する一方、下げ潮時に隔離され、その隔離された海水を貯留する海水貯留部と、前記導水管と前記海水貯留部との間に連結され、当該両者間での海水の流通を許容する許容位置と遮断する遮断位置とに切り換わる切換手段を有する連結管と、を備える。また、前記海水貯留部に、下げ潮時の海洋の潮位に対して前記砂ろ過層の逆洗可能な水頭差を生じさせるに十分な水位の海水を貯留可能とする。そして、前記切換手段を、下げ潮により下降する海洋の潮位と前記海水貯留部の水位との間に前記砂ろ過層の逆洗可能な水頭差が生じたときに前記海水貯留部の海水を前記連結管を介して逆流させるように、許容位置に切り換えることを特徴としている。

また、前記切換手段を、下げ潮から上げ潮となった際に前記取水管から取水された海水によって、前記取水管から前記連結管までの間において逆洗により残留している逆洗残留海水が前記海水貯留部まで全て押し戻されたときに、遮断位置に切り換えてもよい。

更に、前記海水貯留部と海洋との間に、当該海水貯留部と海洋との間での海水の流通を許容する許容位置と遮断する遮断位置とに切り換わる連通切換手段を有する連通管を設ける。そして、前記連通切換手段を、下げ潮から上げ潮となって前記切換手段が遮断位置に切り換えられたときに、許容位置に切り換えてもよい。

これに対し、前記海水貯留部を、前記取水管及び前記導水管並びに前記連結管を介して海洋に対し連通させる。そして、前記切換手段を、下げ潮から上げ潮となって下げ潮時の海洋の潮位に対して前記砂ろ過層の逆洗可能な水頭差を生じさせるに十分な水位の海水が前記海水貯留部に貯留されるまでの間、許容位置に切り換えてもよい。

また、下げ潮により下降する海洋の潮位と前記海水貯留部の水位との間の水頭差が前記砂ろ過層の逆洗可能な水頭差未満であるときに前記海水貯留部に対し海水を補充する補充手段を備えていてもよい。

また、前記砂ろ過層の逆洗可能な水頭差を、６００ｍｍ以上に設定することが好ましい。

更に、前記海水貯留部に、干潮時の海洋の干潮位位置に対して前記水頭差に前記砂ろ過層の逆洗に要する時間分の逆洗水量を加えた水嵩の海水を貯留している。そして、前記切換手段を、前記砂ろ過層を逆洗する際に、その砂ろ過層の逆洗可能な水頭差を保持した状態で、許容位置に切り換えることが好ましい。

また、前記目的を達成するため、本発明では、海底に設置した砂ろ過層内に取水管を埋め込み、海洋から前記砂ろ過層内を自然浸透して前記取水管内に取水された海水を導水管から導入する海底浸透取水設備において、前記導水管から前記取水管に定期的に海水を逆流させて前記砂ろ過層を逆洗する逆洗方法を前提とする。そして、海洋に対し上げ潮時に連通して海水を貯留する海水貯留部を下げ潮時に海洋に対し隔離する。その後、下げ潮により下降する海洋の潮位と前記海水貯留部の水位との間に前記砂ろ過層の逆洗可能な水頭差が生じたときに、前記導水管と前記海水貯留部との間に連結される連結管を介した海水の逆流を許容することを特徴としている。

以上、要するに、下げ潮により下降する海洋の潮位と海水貯留部の水位との間に砂ろ過層の逆洗可能な水頭差が生じたときに、海水貯留部の海水を導水管から取水管に逆流させることで、砂ろ過層が下げ潮に合わせて定期的に逆洗される。このため、逆洗に必要な海水を高所まで送給するポンプや、海水の集水量の減少を検出する検出手段が不要となる。これにより、逆洗装置のコストダウンを図りつつ省エネルギー化を図ることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る逆洗装置を備えた海底浸透取水設備の概略構成を示す平面図である。 （ａ）は図１の海底浸透取水設備の概略構成を示す断面図、（ｂ）は砂ろ過層の断面図をそれぞれ示している。 砂ろ過層内に埋め込んだ取水管からの水頭差に基づいて逆洗を行った逆洗実験のモデルを示す説明図である。 日本国内での潮汐データの取得ポイントを示す日本地図である。 図４の各取得ポイントでの潮汐データを示す特性図である。 アジア・オセアニア地区の各国での潮汐データの取得ポイントを示すアジア・オセアニア地区の地図である。 図６の各取得ポイントでの潮汐データを示す特性図である。 アフリカ・ヨーロッパ・アメリカ地区の各国での潮汐データの取得ポイントを示すアフリカ・ヨーロッパ・アメリカ地区の地図である。 図８の各取得ポイントでの潮汐データを示す特性図である。 図２の海底浸透取水設備による浸透取水工程を示す断面図である。 図１０の海底浸透取水設備の逆洗装置による逆洗工程の準備開始時点を示す断面図である。 図１１の逆洗装置による逆洗工程の開始時点を示す断面図である。 図１２の逆洗装置による逆洗工程の経過状態を示す断面図である。 図１３の逆洗装置による逆洗工程の終了時点を示す断面図である。 図１４の逆洗装置による逆洗残留海水の押し戻し工程の開始時点を示す断面図である。 図１５の逆洗装置による逆洗残留海水の押し戻し工程の経過状態を示す断面図である。 図１６の逆洗装置による逆洗残留海水の押し戻し工程の終了時点を示す断面図である。 図１７の逆洗装置による逆洗残留海水の押し戻し工程を終えて海底浸透取水設備による浸透取水工程に移行した状態を示す断面図である。 第１の実施の形態の変形例に係る逆洗装置を備えた海底浸透取水設備の概略構成を示す平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る逆洗装置を備えた海底浸透取水設備の概略構成を示す断面図である。 図２０の海底浸透取水設備の浸透取水工程を示す断面図である。 図２１の海底浸透取水設備の逆洗装置による逆洗工程の準備開始時点を示す縦断側面図である。 図２２の逆洗装置による逆洗工程の開始時点を示す断面図である。 図２３の逆洗装置による逆洗工程の経過状態を示す断面図である。 図２４の逆洗装置による逆洗工程の終了時点を示す断面図である。 図２５の逆洗装置による逆洗工程を終えて海底浸透取水設備による浸透取水工程に移行した状態を示す断面図である。 第２の実施の形態の変形例に係る逆洗装置を備えた海底浸透取水設備の概略構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態に係る逆洗装置を備えた海底浸透取水設備の概略構成を示す平面図、図２の（ａ）は図１の海底浸透取水設備の概略構成を示す断面図、（ｂ）は砂ろ過層の断面図をそれぞれ示している。

図１及び図２の（ａ）において、１は海底浸透取水設備であって、この海底浸透取水設備１は、海水を処理する処理プラントＸに対し、取水された海水を提供している。海底浸透取水設備１は、海底２０の略矩形状の領域２９を掘削して設置した砂ろ過層２内に埋め込まれ、かつ短手方向に互いに等間隔置きに並設された巻線形スクリーンからなる複数の取水管１１と、各取水管１１の開放端がそれぞれ接続された集水管１２と、この集水管１２の軸方向略中間位置に一端が接続され、海洋から砂ろ過層２内を自然浸透して取水管１１内に取水された海水を集水管１２を介して導入する導水管１３と、この導水管１３の他端に下端が接続されて略鉛直方向へ延びる取水塔１４と、この取水塔１４内の下端部に設けられた取水ポンプ１５と、この取水ポンプ１５の吐出口に一端が接続され、取水塔１４まで導かれた海水を処理プラントＸまで送給する送給管１６とを備えている。この場合、処理プラントＸとしては、海水を淡水化する処理プラントの他、海水を製塩、養殖用、水産物流通施設用、又は船舶バラスト水用などに浄化する処理プラント等、あらゆる処理プラントに適用可能である。

また、図２の（ｂ）に示すように、各取水管１１を埋め込む砂ろ過層２は、上から順に第１層２１〜第５層２５で構成されている。最下層となる第５層２５は、直径１２〜２０ｍｍの砂利によって略２００ｍｍの層厚に形成され、この第５層２５内に各取水管１１が埋め込まれている。第４層２４は、直径６〜１２ｍｍの砂利によって略１００ｍｍの層厚に形成されている。第３層２３は、直径３〜６ｍｍの砂利によって略１００ｍｍの層厚に形成されている。第２層２２は、直径２〜４ｍｍの砂利によって略１００ｍｍの層厚に形成されている。第１層２１は、直径０．６ｍｍ以下のろ過砂によって略６００ｍｍの層厚に形成されている。そして、海洋から砂ろ過層２内を自然浸透して各取水管１１内に取水された海水は、集水管１２に集められ、導水管１３から取水塔１４に導入されて取水ポンプ１５の吐出口より送給管１６を介して処理プラントＸに送給される。

また、海底浸透取水設備１は、導水管１３から各取水管１１に定期的に海水を逆流させて砂ろ過層２を逆洗する逆洗装置３を備えている。この逆洗装置３は、海水を貯留する海水貯留部３１と、一端が取水塔１４を介して導水管１３に接続され、他端が海水貯留部３１に開口する連結管３２と、一端が海洋に開口し、他端が海水貯留部３１に開口する連通管３３とを備えている。

海水貯留部３１は、海岸の凹部に設けられ、満潮時の満潮位位置ＨＷよりも若干低い堤防３４によって海洋から堤防３４を越えた海水の侵入を遮蔽している。この海水貯留部３１は、海洋に対し堤防３４の高さを上回る上げ潮時に連通する一方、堤防３４の高さを下回る下げ潮時に隔離され、その隔離された海水が貯留される。そして、海水貯留部３１には、下げ潮時の海洋の潮位に対して砂ろ過層２の逆洗可能な水頭差Δｈを生じさせるに十分な水位Ｓの海水が貯留可能とされる。また、海水貯留部３１の水位Ｓは、逆洗に要する時間（例えば２０分程度）が経過するまで連続して逆洗を行い得る逆洗水量を確保する上で、この逆洗水量に応じた逆洗水量高さＶｂｗと水頭差Δｈとを加えた水嵩（Δｈ＋Ｖｂｗ）の海水が干潮時の干潮位位置ＬＷに対して必要となる。なお、図２中のＨＨＷは大潮での満潮時の最大満潮位位置を示し、ＬＬＷは大潮での干潮時の最小干潮位位置を示している。

連結管３２は、取水塔１４を介した導水管１３と海水貯留部３１との間での海水の流通を許容する許容位置と遮断する遮断位置との間で開度調整可能に切り換わる切換手段としての開度調整弁３５を備えている。また、連通管３３は、海洋と海水貯留部３１との間での海水の流通を許容する許容位置と遮断する遮断位置とに切り換わる連通切換手段としての連通開閉弁３６を備えている。この開度調整弁３５及び連通開閉弁３６は、図示しないコントローラに接続され、気象庁や日本水路協会などから入力された潮見表に基づく海洋の潮汐による潮位に応じて自動的に切り換えられる。

ここで、海洋の潮位と海水貯留部３１の水位Ｓとの間での砂ろ過層２の逆洗可能な水頭差Δｈを図３に基づいて説明する。図３は、砂ろ過層２内に埋め込んだ取水管１１からの水頭差Δｈに基づいて逆洗を行った逆洗実験のモデルを示す説明図を示している。

図３において、水槽Ｐには、上から順に第１層２１〜第５層２５によって同様に構成された砂ろ過層２が設けられ、最下層（第５層２５）に取水管１１が埋め込まれている。この水槽Ｐに逆流洗浄水供給源としての貯水槽１７から逆流洗浄水を給水ポンプ（図示せず）を作動させることによって配管１８を介して取水管１１に給水し、逆流洗浄水の流速を３６ｍ／ｈ〜５４ｍ／ｈの範囲内で種々変更して第１層２１の逆洗時の膨張率及び圧力損失を測定した。この場合、貯水槽１７の水頭Ｈ１と砂ろ過層２上の水のレベルＨ２の水頭差Δｈを圧力損失とした。逆洗時に逆流洗浄水によって溢れた水槽Ｐの水は、オーバーフロー孔１９ａから管路１９を介して外部に排出した。

砂ろ過層２の逆洗時における第１層２１の膨張率及び圧力損失を以下の表１に示す。なお、第１層２１の膨張率とは、逆洗時に逆流洗浄水によって浮き上がって見える、見かけ上の膨張率のことである。

この測定結果から、第１層２１の逆洗による見かけ上の膨張率が２０％程度あれば十分であるとの知見（水道施設設計指針２０１２：ｐ．２２２）に基づいて、貯水槽１７の水頭Ｈ１と砂ろ過層２上の水のレベルＨ２の水頭差Δｈが６００ｍｍ以上であればよいことが分かる。よって、本実施の形態では、上げ潮から下げ潮となったときの海洋の潮位Ｗと海水貯留部３１の水位Ｓとの砂ろ過層２の逆洗可能な水頭差Δｈを６００ｍｍに設定している。

次に、日本国内での潮汐データの取得ポイント及び世界各地での潮汐データの取得ポイントについて説明する。

図４は日本国内での潮汐データの取得ポイントを示す日本地図、図５は図４の各取得ポイントでの潮汐データを示す特性図をそれぞれ示している。また、図６はアジア・オセアニア地区の各国での潮汐データの取得ポイントを示すアジア・オセアニア地区の地図、図７は図６の各取得ポイントでの潮汐データを示す特性図をそれぞれ示している。更に、図８はアフリカ・ヨーロッパ・アメリカ地区の各国での潮汐データの取得ポイントを示すアフリカ・ヨーロッパ・アメリカ地区の地図、図９は図８の各取得ポイントでの潮汐データを示す特性図をそれぞれ示している。

図４及び図５において、日本国内での潮汐データの取得ポイントａ１〜ａ４７のうち、日本海側の各ポイントａ１、ａ３、ａ９、ａ１２、ａ１４、ａ１５、ａ２１、ａ２４では、海洋の潮位Ｗの最大高低差Ｍａｘ（ＨＷ−ＬＷ）及び最小高低差Ｍｉｎ（ＨＷ−ＬＷ）が共に６００ｍｍに満たないため、判定としては×印で示されている。また、△印で示すポイントａ２、ａ４〜ａ８、ａ１０、ａ１１、ａ１３、ａ２０、ａ２５、ａ２８、ａ４０、ａ４７では、海洋の潮位の最小高低差Ｍｉｎ（ＨＷ−ＬＷ）が６００ｍｍ（６０ｃｍ）に満たないものの最大高低差Ｍａｘ（ＨＷ−ＬＷ）が６００ｍｍを越えるために判定に△が付与されている。更に、○印で示すポイントａ１６〜ａ１９、ａ２２、ａ２３、ａ２６、ａ２７、ａ２９〜ａ３９、ａ４１〜ａ４６では、海洋の潮位の最大高低差Ｍａｘ（ＨＷ−ＬＷ）及び最小高低差Ｍｉｎ（ＨＷ−ＬＷ）が共に６００ｍｍを越えるために判定に◎が付与されている。

図６及び図７において、アジア・オセアニア地区の各国での潮汐データの取得ポイントｂ１〜ｂ３６のうち、ｂ３６では、海洋の潮位Ｗの最大高低差Ｍａｘ（ＨＷ−ＬＷ）及び最小高低差Ｍｉｎ（ＨＷ−ＬＷ）が共に６００ｍｍ（６０ｃｍ）に満たないため、判定としては×印で示されている。また、△印で示すポイントｂ７〜ｂ１２、ｂ１８〜ｂ２２、ｂ２５、ｂ２６、ｂ２９、ｂ３１、ｂ３２、ｂ３４、ｂ３５では、海洋の潮位の最小高低差Ｍｉｎ（ＨＷ−ＬＷ）が６００ｍｍに満たないものの最大高低差Ｍａｘ（ＨＷ−ＬＷ）が６００ｍｍを越えるために判定に△が付与されている。更に、○印で示すポイントｂ１〜ｂ６、ｂ１３〜ｂ１７、ｂ２３、ｂ２４、ｂ２７、ｂ２８、ｂ３０、ｂ３３では、海洋の潮位の最大高低差Ｍａｘ（ＨＷ−ＬＷ）及び最小高低差Ｍｉｎ（ＨＷ−ＬＷ）が共に６００ｍｍを越えるために判定に◎が付与されている。

図８及び図９において、アフリカ・ヨーロッパ・アメリカ地区の各国での潮汐データの取得ポイントｃ１〜ｃ４４のうち、ｃ９、ｃ１１、ｃ２５、ｃ３２では、海洋の潮位Ｗの最大高低差Ｍａｘ（ＨＷ−ＬＷ）及び最小高低差Ｍｉｎ（ＨＷ−ＬＷ）が共に６００ｍｍ（６０ｃｍ）に満たないため、判定としては×印で示されている。また、△印で示すポイントｃ３、ｃ８、ｃ１０、ｃ１２、ｃ２４、ｃ２６〜ｃ３１、ｃ３３、ｃ３６、ｃ３７、ｃ４１、Ｃ４２では、海洋の潮位の最小高低差Ｍｉｎ（ＨＷ−ＬＷ）が６００ｍｍに満たないものの最大高低差Ｍａｘ（ＨＷ−ＬＷ）が６００ｍｍを越えるために判定に△が付与されている。更に、○印で示すポイントｃ１、ｃ２、ｃ４〜ｃ７、ｃ１３〜ｃ２３、ｃ３４、ｃ３５、ｃ３８〜ｃ４０、ｃ４３、ｃ４４では、海洋の潮位の最大高低差Ｍａｘ（ＨＷ−ＬＷ）及び最小高低差Ｍｉｎ（ＨＷ−ＬＷ）が共に６００ｍｍを越えるために判定に◎が付与されている。

次に、逆洗装置３による逆洗方法の一例を海底浸透取水設備１による浸透取水方法と併せて図１０〜図１８に基づいて説明する。

図１０は海底浸透取水設備１による浸透取水工程を示す断面図、図１１は海底浸透取水設備１の逆洗装置３による逆洗工程の準備開始時点を示す断面図、図１２は逆洗装置３による逆洗工程の開始時点を示す断面図をそれぞれ示している。また、図１３は逆洗装置３による逆洗工程の経過状態を示す断面図、図１４は逆洗装置３による逆洗工程の終了時点を示す断面図、図１５は逆洗装置３による逆洗残留海水の押し戻し工程の開始時点を示す断面図をそれぞれ示している。更に、図１６は逆洗装置３による逆洗残留海水の押し戻し工程の経過状態を示す断面図、図１７は逆洗装置３による逆洗残留海水の押し戻し工程の終了時点を示す断面図、図１８は逆洗装置３による逆洗残留海水の押し戻し工程を終えて海底浸透取水設備１による浸透取水工程に移行した状態を示す断面図をそれぞれ示している。

図１０において、海洋の潮位Ｗは平常時の満潮位位置ＨＷにあり、この満潮位位置ＨＷから下げ潮に移行し始めている。このとき、連結管３２は、開度調整弁３５が遮断位置に切り換えられて導水管１３と海水貯留部３１との間での海水の流通が遮断されている。一方、連通管３３は、連通開閉弁３６が許容位置に切り換えられて海洋と海水貯留部３１との間での海水の流通が許容されている。そして、海底浸透取水設備１による浸透取水工程を行っており、海洋から砂ろ過層２内を自然浸透して各取水管１１内に取水された海水は、集水管１２に集められ、導水管１３から取水塔１４に導入されて取水ポンプ１５の吐出口より送給管１６を介して処理プラントＸに送給されている。

次いで、図１１に示すように、下げ潮による海洋の潮位に伴って下降する海水貯留部３１の水位Ｓが、干潮位位置ＬＷに対して水頭差Δｈと逆洗水量高さＶｂｗとを加えた水嵩（Δｈ＋Ｖｂｗ）となったときに、逆洗工程の準備を開始する。つまり、連通開閉弁３６を遮断位置に切り換え、連通管３３を介した海洋と海水貯留部３１との間での海水の流通を遮断する。
このとき、海洋から砂ろ過層２内を自然浸透して各取水管１１内に取水された海水は集水管１２、導水管１３及び取水塔１４に導入され、取水ポンプ１５の吐出口より送給管１６を介して処理プラントＸに海水を送給する浸透取水工程を継続して行う。

その後、図１２に示すように、下げ潮によって海洋の潮位が下降し、海洋の潮位Ｗと海洋貯留部３１の水位Ｓとの間に砂ろ過層２の逆洗可能な水頭差Δｈ（６００ｍｍ）が生じたときに、逆洗工程を開始する。つまり、開度調整弁３５を許容位置側に切り換え、連結管３２を介した導水管１３と海水貯留部３１との間での海水の流通を許容する。
また、開度調整弁３５を許容位置側に切り換えたときに、取水ポンプ１５を停止させて海底浸透取水設備１による浸透取水工程を中断する。つまり、海水貯留部３１から連結管３２を介して取水塔１４に流通する海水（砂ろ過層２による未ろ過の海水）の送給管１６を介した処理プラントＸへの送給を禁止している。

このとき、開度調整弁３５を、図１３に示すように、下げ潮による海洋の潮位Ｗの下降よりも海洋貯留部３１の水位Ｓの下降が若干遅れるように開度調整し、海洋の潮位Ｗと海洋貯留部３１の水位Ｓとの間に砂ろ過層２の逆洗可能な水頭差Δｈを常に保持しておく。これにより、海洋の潮位Ｗと海洋貯留部３１の水位Ｓとの間に常時６００ｍｍＨ₂Ｏの圧力損失が見込まれ、砂ろ過層２の逆洗を円滑に行うことができる。

しかる後、図１４に示すように、海洋の潮位Ｗが干潮位位置ＬＷに到達し、この干潮位位置ＬＷに対して海洋貯留部３１の水位Ｓが両者間での砂ろ過層２の逆洗可能な水頭差Δｈとなったときに、開度調整弁３５を開度調整せずに全開放（許容位置）に切り換え、海洋貯留部３１の水位Ｓが干潮位位置ＬＷと均衡した時点で、逆洗工程を終了する。これにより、砂ろ過層２が下げ潮に合わせて定期的に逆洗される。このため、逆洗に必要な海水を高所まで送給するポンプや、海水の集水量の減少を検出する圧力スイッチが不要となり、逆洗装置３のコストダウンを図りつつ省エネルギー化を図ることができる。

その後、図１５及び図１６に示すように、上げ潮となって海洋の潮位Ｗが上昇し始めると、逆洗工程の際に取水管１１、集水管１２、導水管１３及び取水塔１４に残留している逆洗残留海水を海水貯留部３１に押し戻す押し戻し工程を開始する。つまり、取水管１１、集水管１２、導水管１３及び取水塔１４に残留している逆洗残留海水は、海洋の潮位Ｗの上昇に伴って海洋から砂ろ過層２内を自然浸透して各取水管１１内に取水される海水によって、集水管１２、導水管１３及び取水塔１４の順に連結管３２を介して海水貯留部３１に押し戻される。

そして、図１７に示すように、逆洗残留海水が全て連結管３２を介して海水貯留部３１に押し戻されて押し戻し工程を完了すると、開度調整弁３５を遮断位置に切り換え、導水管１３と海水貯留部３１との間での連結管３２を介した海水の流通を遮断する。この逆洗残留海水の押し戻し工程の完了は、海水貯留部３１に取り付けた水位センサや、開度調整弁３５に取り付けた海水の流通量を検出する流量センサなどによって、連結管３２を介して海水貯留部３１に押し戻された逆洗残留海水の総量を検出する。これにより、取水管１１、集水管１２、導水管１３及び取水塔１４には、海洋から砂ろ過層２内を自然浸透した海水が満たされる。

また、押し戻し工程を完了して開度調整弁３５を遮断位置に切り換えると、取水ポンプ１５を作動させ、海底浸透取水設備１による浸透取水工程を再開する。これにより、海洋から砂ろ過層２内を自然浸透した海水を処理プラントＸに送給することができる。

更に、開度調整弁３５の遮断位置への切り換えと同時に、連通開閉弁３６を許容位置に切り換え、海洋と海水貯留部３１との間での連通管３３を介した海水の流通を許容する。これにより、海水貯留部３１に海洋の海水を連通管３３を介して流通し、海水貯留部３１の潮位に均衡させつつ海水貯留部３１に海水を貯留できる。

それ以後も、図１８に示すように、上げ潮により上昇する海洋の潮位Ｗと均衡して海水貯留部３１の水位Ｓが上昇し、海洋から砂ろ過層２内を自然浸透した海水を処理プラントＸに送給する浸透取水工程を継続して行う。

なお、本実施の形態では、海岸の凹部を堤防３４によって遮蔽した海水貯留部３１を設けたが、図１９に示すように、下げ潮時の海洋の干潮位位置ＬＷに対し、砂ろ過層２の逆洗可能な水頭差Δｈに逆洗水量高さＶｂｗを加えた水嵩（Δｈ＋Ｖｂｗ）の水位Ｓの海水を貯留可能とする海水貯留部としての海水貯留タンク３７を海洋から隔離して設け、この海水貯留タンク３７と海洋との間に連通開閉弁３６を有する連通管３３が設けられていてもよい。

次に、本発明の第２の実施の形態を図２０〜図２６に基づいて説明する。

この実施の形態では、堤防の高さを変更している。なお、堤防を除くその他の構成は前記第１の実施の形態と同じであり、同じ部分については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

図２０は本発明の第２の実施の形態に係る逆洗装置を備えた海底浸透取水設備１の概略構成を示す断面図を示している。
図２０において、海水貯留部５１は、海岸の凹部に設けられ、大潮での最大満潮位位置ＨＨＷよりも高い堤防５２によって海洋から隔離され、海洋からの海水の侵入を確実に遮蔽している。

次に、逆洗装置３による逆洗方法の一例を海底浸透取水設備１による浸透取水方法と合わせて図２１〜図２６に基づいて説明する。

図２１は海底浸透取水設備１の浸透取水工程を示す断面図、図２２は海底浸透取水設備１の逆洗装置３による逆洗工程の準備開始時点を示す断面図、図２３は逆洗装置３による逆洗工程の開始時点を示す断面図をそれぞれ示している。更に、図２４は逆洗装置３による逆洗工程の経過状態を示す断面図、図２５は逆洗装置３による逆洗工程の終了時点を示す断面図、図２６は逆洗装置３による逆洗工程を終えて海底浸透取水設備１による浸透取水工程に移行した状態を示す断面図をそれぞれ示している。

図２１において、海洋の潮位は平常時の満潮位位置ＨＷにあり、この満潮位位置ＨＷから下げ潮に移行し始めている。このとき、連結管３２は、開度調整弁３５が許容位置に切り換えられて導水管１３と海水貯留部５１との間での海水の流通が許容されている。一方、連通管３３は、連通開閉弁３６が遮断位置に切り換えられて海洋と海水貯留部５１との間での海水の流通が遮断されている。そして、海底浸透取水設備１による浸透取水工程を行っており、海洋から砂ろ過層２内を自然浸透して各取水管１１内に取水された海水は、集水管１２に集められて導水管１３から取水塔１４に導入され、連結管３２を介して海水貯留部５１に流通していると共に、取水ポンプ１５の吐出口より送給管１６を介して処理プラントＸに送給されている。

次いで、図２２に示すように、下げ潮による海洋の潮位に伴って下降する海水貯留部５１の水位Ｓが、干潮位位置ＬＷに対して水頭差Δｈと逆洗水量高さＶｂｗとを加えた水嵩（Δｈ＋Ｖｂｗ）となったときに、逆洗工程の準備を開始する。つまり、連通開閉弁３６を遮断位置に切り換える。
このとき、海洋から砂ろ過層２内を自然浸透して各取水管１１内に取水された海水は集水管１２、導水管１３及び取水塔１４に導入され、取水ポンプ１５の吐出口より送給管１６を介して処理プラントＸに海水を送給する浸透取水工程を継続して行う。

その後、図２３に示すように、下げ潮によって海洋の潮位が下降し、海洋の潮位と海洋貯留部５１の水位Ｓとの間に砂ろ過層２の逆洗可能な水頭差Δｈ（６００ｍｍ）が生じたときに、逆洗工程を開始する。つまり、開度調整弁３５を許容位置側に切り換え、連結管３２を介した導水管１３と海水貯留部３１との間での海水の流通を許容する。
また、開度調整弁３５を許容位置側に切り換えたときに、取水ポンプ１５を停止させて海底浸透取水設備１による浸透取水工程を中断する。

このとき、開度調整弁３５を、図２４に示すように、下げ潮による海洋の潮位の下降よりも海洋貯留部５１の水位Ｓの下降が若干遅れるように開度調整し、海洋の潮位と海洋貯留部５１の水位Ｓとの間に砂ろ過層２の逆洗可能な水頭差Δｈを常に保持しておく。これにより、海洋の潮位と海洋貯留部５１の水位Ｓとの間に常時６００ｍｍＨ₂Ｏの圧力損失が見込まれ、砂ろ過層２の逆洗を円滑に行うことができる。

しかる後、図２５に示すように、海洋の潮位Ｗが干潮位位置ＬＷに到達し、この干潮位位置ＬＷに対して海洋貯留部３１の水位Ｓが両者間での砂ろ過層２の逆洗可能な水頭差Δｈとなったときに、開度調整弁３５を開度調整せずに全開放（許容位置）に切り換え、海洋貯留部３１の水位Ｓが干潮位位置ＬＷと均衡した時点で、逆洗工程を終了する。これにより、砂ろ過層２が下げ潮に合わせて定期的に逆洗される。このため、逆洗に必要な海水を高所まで送給するポンプや、海水の集水量の減少を検出する圧力スイッチが不要となり、逆洗装置３のコストダウンを図りつつ省エネルギー化を図ることができる。

その後、図２６に示すように、上げ潮となって海洋の潮位が上昇し始めると、海洋から砂ろ過層２内を自然浸透して各取水管１１内に取水された海水が、集水管１２、導水管１３及び取水塔１４の順に導入され、連結管３２を介して海水貯留部５１に流通させる。このとき、取水ポンプ１５を作動させ、吐出口より送給管１６を介して処理プラントＸに海水を送給する。
これにより、海洋から砂ろ過層２内を自然浸透して各取水管１１内に取水された海水のみが海水貯留部５１に貯留され、逆洗残留海水の押し戻し工程を不要にして海洋から砂ろ過層２内を自然浸透した海水を処理プラントＸに迅速に送給することができる。

なお、本実施の形態では、連通開閉弁３６が常時遮断位置に切り換えられているので、連通管３３を廃止してもよい。

また、本実施の形態では、海岸の凹部を最大満潮位位置ＨＨＷよりも高い堤防５２によって海洋から隔離する海水貯留部５１を設けたが、図２７に示すように、下げ潮時の海洋の潮位Ｗに対して砂ろ過層２の逆洗可能な水頭差Δｈを生じさせるに十分な水位Ｓの海水を貯留可能とする海水貯留部としての海水貯留タンク５３を海水貯留部５１と共に海洋から隔離して設けていてもよい。この海水貯留タンク５３と取水塔１４との間には連結補助管５４が設けられ、この連結補助管５４は、取水塔１４と海水貯留タンク５３との間での海水の流通を許容する許容位置と遮断する遮断位置との間で開度調整可能に切り換わる開度調整弁５５を備えている。また、海水貯留タンク５３には、大潮での満潮時に開度調整弁５５を許容位置に切り換えて連結補助管５４を介した海水を海水貯留タンク５３に流入し、当該海水貯留タンク５３内に最大満潮位位置ＨＨＷと同じ水位Ｓの海水を貯留しておく。
そして、下げ潮により下降する海洋の潮位Ｗと海水貯留部５１の水位Ｓとの間の水頭差が砂ろ過層２の逆洗可能な水頭差Δｈ未満であるとき、たとえば小潮のときなどに、開度調整弁３５を遮断位置に切り換えて連結管３２を介した導水管１３と海水貯留部３１との間での海水の逆流を遮断し、開度調整弁５５を許容位置側に切り換えて連結補助管５４を介した取水塔１４と海水貯留タンク５３との間での海水の逆流を許容する。これにより、小潮のときなどであっても、海洋の潮位Ｗと海洋貯留タンク５３の水位Ｓとの間に常時６００ｍｍＨ₂Ｏの圧力損失を見込んだ状態で、砂ろ過層２の逆洗を円滑に行うことができる。

また、下げ潮により下降する海洋の潮位Ｗと海水貯留部５１の水位Ｓとの間の水頭差が砂ろ過層２の逆洗可能な水頭差Δｈ未満であるときに、海水貯留部５１に対し海水を補充する補充手段が設けられていてもよい。この補充手段を、前記変形例において海水貯留タンク５３と海水貯留部５１との間に開度調整弁５５を有する連結補助管５４により構成してもよい。そして、小潮のときなどに、開度調整弁５５を許容位置側に切り換えて連結補助管５４を介した海水貯留部５１と海水貯留タンク５３との間での海水の流通を許容することで、海洋の潮位Ｗと海水貯留部５１の水位Ｓとの間の水頭差が砂ろ過層２の逆洗可能な水頭差Δｈとなるまで海水貯留タンク５３からの海水を海水貯留部５１に補充すればよい。

更に、補充手段が、取水塔に設けられた取水ポンプと、この取水ポンプの吐出口に一端が連結される一方他端が海水貯留部に連結され、取水塔と海水貯留部との間での海水の流通を許容する許容位置と遮断する遮断位置とに切り換わる開閉弁を有する連結管とで構成されていてもよい。そして、小潮のときなどに、取水ポンプを作動させると共に開閉弁を許容位置側に切り換え、連結管を介した取水塔と海水貯留部との間での海水の流通を許容することで、海洋の潮位Ｗと海水貯留部の水位Ｓとの間の水頭差が砂ろ過層の逆洗可能な水頭差Δｈとなるまで海水貯留部に対し海水を補充すればよい。この場合には、海洋の潮汐による干満差が殆ど生じない地域であっても、海底浸透取水設備の逆洗装置を適用することができる。

１ 海底浸透取水設備
１１ 取水管
１２ 導水管
２ 砂ろ過層
２０ 海底
３ 逆洗装置
３１ 海水貯留部
３２ 連結管
３３ 連通管
３５ 開度調整弁（切換手段）
３６ 連通開閉弁（連通切換手段）
Δｈ 逆洗可能な水頭差
Ｗ 海洋の潮位
Ｓ 海水貯留部の水位

Claims (8)

1. 海底に設置した砂ろ過層内に取水管を埋め込み、海洋から前記砂ろ過層内を自然浸透して前記取水管内に取水された海水を導水管から導入するようにした海底浸透取水設備において、前記導水管から前記取水管に定期的に海水を逆流させて前記砂ろ過層を逆洗する逆洗装置であって、
   海洋に対し上げ潮時に連通する一方下げ潮時に隔離され、その隔離された海水を貯留する海水貯留部と、
   前記導水管と前記海水貯留部との間に連結され、当該両者間での海水の流通を許容する許容位置と遮断する遮断位置とに切り換わる切換手段を有する連結管と、
   を備えており、
   前記海水貯留部には、下げ潮時の海洋の潮位に対して前記砂ろ過層の逆洗可能な水頭差を生じさせるに十分な水位の海水が貯留可能とされ、
   前記切換手段は、下げ潮により下降する海洋の潮位と前記海水貯留部の水位との間に前記砂ろ過層の逆洗可能な水頭差が生じたときに前記海水貯留部の海水を前記連結管を介して逆流させるように、許容位置に切り換えられることを特徴とする海底浸透取水設備の逆洗装置。
2. 前記切換手段は、下げ潮から上げ潮となった際に前記取水管から取水された海水によって、前記取水管から前記連結管までの間において逆洗により残留している逆洗残留海水が前記海水貯留部まで全て押し戻されたときに、遮断位置に切り換えられる請求項１に記載の海底浸透取水設備の逆洗装置。
3. 前記海水貯留部と海洋との間には、当該海水貯留部と海洋との間での海水の流通を許容する許容位置と遮断する遮断位置とに切り換わる連通切換手段を有する連通管が設けられ、
   前記連通切換手段は、下げ潮から上げ潮となって前記切換手段が遮断位置に切り換えられたときに、許容位置に切り換えられる請求項２に記載の海底浸透取水設備の逆洗装置。
4. 前記海水貯留部は、前記取水管及び前記導水管並びに前記連結管を介して海洋に対し連通しており、
   前記切換手段は、下げ潮から上げ潮となって下げ潮時の海洋の潮位に対して前記砂ろ過層の逆洗可能な水頭差を生じさせるに十分な水位の海水が前記海水貯留部に貯留されるまでの間、許容位置に切り換えられる請求項１に記載の海底浸透取水設備の逆洗装置。
5. 下げ潮により下降する海洋の潮位と前記海水貯留部の水位との間の水頭差が前記砂ろ過層の逆洗可能な水頭差未満であるときに前記海水貯留部に対し海水を補充する補充手段を備えている請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の海底浸透取水設備の逆洗装置。
6. 前記砂ろ過層の逆洗可能な水頭差は、６００ｍｍ以上に設定されている請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の海底浸透取水設備の逆洗装置。
7. 前記海水貯留部には、干潮時の海洋の干潮位位置に対して前記水頭差に前記砂ろ過層の逆洗に要する時間分の逆洗水量を加えた水嵩の海水が貯留されており、
   前記切換手段は、前記砂ろ過層を逆洗する際に、その砂ろ過層の逆洗可能な水頭差を保持した状態で、許容位置に切り換えられる請求項１〜６のいずれか１つに記載の海底浸透取水設備の逆洗装置。
8. 海底に設置した砂ろ過層内に取水管を埋め込み、海洋から前記砂ろ過層内を自然浸透して前記取水管内に取水された海水を導水管から導入する海底浸透取水設備において、前記導水管から前記取水管に定期的に海水を逆流させて前記砂ろ過層を逆洗する逆洗方法であって、
   海洋に対し上げ潮時に連通して海水を貯留する海水貯留部を下げ潮時に海洋に対し隔離し、
   その後、下げ潮により下降する海洋の潮位と前記海水貯留部の水位との間に前記砂ろ過層の逆洗可能な水頭差が生じたときに、前記導水管と前記海水貯留部との間に連結される連結管を介した海水の逆流を許容することを特徴とする海底浸透取水設備の逆洗方法。

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