JP2015147212A - 沈砂池の集砂装置 - Google Patents

Abstract

【課題】沈砂池の底面に低圧力水を噴射して、底面に堆積した土砂をトラフに流すためのノズルを備えた沈砂池の集砂装置において、沈砂池の底面に堆積した土砂を沈砂池の側壁近傍に残留させることなく効率良くトラフに流すことができるばかりでなく、側壁面を洗浄することもできる沈砂池の集砂装置を提供する。
【解決手段】沈砂池内の水を排出した状態で沈砂池に設置したノズルから沈砂池の底面に低圧力水を噴射して沈砂池の底面に堆積した土砂を流し、沈砂池の底部中央に設けた集砂ピットに集める低圧集砂方式の集砂装置において、沈砂池の底面を複数に区分してなる各領域に対して沈砂池の側壁の近傍に設置されるノズルから水が沈砂池の側壁面の上部に噴射され、その壁面を流下するようにした。
【選択図】図８

Description

本発明は、下水処理設備の沈砂池に沈殿した土砂を集砂ピットに集める集砂方法および集砂装置に関する。

沈砂池内の水を排出した状態（排水状態）で沈砂池に設置したノズルから沈砂池の底面に３kg/cm²未満の低圧力水を噴射して沈砂池の底面に堆積した土砂を流し、沈砂池の底部中央に設けた集砂ピットに集める低圧集砂方式の集砂装置及びその集砂ピットに集められた土砂を集砂ピットに設置した揚砂ポンプにより水と共に汲み上げて汚水沈砂池に移送する除砂装置は、特許文献１に開示されている。

上記低圧集砂方式の集砂装置における沈砂池の側壁近傍のノズルは、沈砂池の底面を沈砂池内水流方向に複数に区分してなる各領域に対して沈砂池の側壁近傍に設置されたノズルヘッダーに、複数個が等間隔で取り付けられたものである。

ところで、沈砂池の底面は、沈砂池の底部の中央に向かって水平面に対して５−７度の傾斜角度を有する。そして、従来のノズルヘッダーのノズルは、図１５に示されているように、そのノズルの吐水の沈砂池底面に対する入射角度θが４５未満となるように取付け
られている。

特許第３３１５４８９号公報

沈砂池の底面に沈殿する土砂の量は、底面２ａの側壁Ｗに近い領域が最も多い。しかし、上記のように、従来のノズルヘッダーのノズルは、その吐水の沈砂池底面に対する入射角度が４５度未満に設定されているため、ノズルから噴射され沈砂池の底面に着地する水の全てがトラフ８ａ側に流れるので、ノズルからの吐水により有効に流れる土砂は、そのノズルからの吐水の沈砂池の底面―の着地位置からトラフ８ａ側の範囲に限られ、その着地位置から側壁までの間の堆積量が最も多い土砂Ｓが流されずに残留することがあるという問題があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、沈砂池の底面に低圧力水を噴射して、底面に堆積した土砂を流すためのノズルを備えた沈砂池の集砂装置において、沈砂池の底面に堆積した土砂を沈砂池の側壁近傍に残留させることなく効率良くトラフに流すことができる沈砂池の集砂方法および集砂装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するため、ノズルから沈砂池の底面に低圧力水を噴射してその底面に堆積している土砂を主トラフに流し、その主トラフの土砂を沈砂池の底部に設けた集砂ピットに集める低圧集砂方式の集砂方法において、前記ノズルを沈砂池内の側壁の上部近傍に設置し、沈砂池を排水状態として前記ノズルを沈砂池の水面から上方に位置させた後、前記ノズルから水を前記側壁の壁面の上部に噴射させて、その壁面を洗浄するとともに、その壁面を流下する水により沈砂池の底面に堆積している土砂を主トラフに向けて流すことを特徴としている。
本発明の他の特徴は、ノズルの吐出量を０．１５〜０．３ｍ³／分としたことである。

本発明は、上記目的を達成するため、ノズルから排水状態の沈砂池の底面に低圧力水を噴射してその底面に堆積している土砂を主トラフに流し、その主トラフの土砂を沈砂池の底部に設けた集砂ピットに集める低圧集砂方式の集砂装置において、沈砂池の底面を沈砂池内水流方向に複数に区分してなる各領域の側壁の近傍に設置したノズルヘッダーに等間隔で取付けられたノズルを、そのノズルからの噴射水が前記側壁の上部の壁面に対して１５−６０度の入射角度をもって噴射されるように取り付けたことを特徴とする。

本発明によれば、壁面に付着した汚れを除去することができる。ノズルからの噴射水が位置エネルギーを利用して勢い良く側壁の壁面に沿って流下するため、壁面の汚れを洗浄できるばかりでなく、底面の側壁至近位置から土砂を流し去ることができる。沈砂池の非排水状態のときも、ノズルを下水中に浸漬させないことができるので、ノズルの特にヘッド内に汚れが付着することを避けることができる。また、ノズルから噴射される水が沈砂池の側壁の壁面の上部から下端部まで流下し、さらに、沈砂池の底面を流れるので、沈砂池の底面の側壁側部分に土砂を残留させることなく沈砂池の底面に堆積している全ての土砂の集砂を行なうことができる。噴射水が前記側壁の上部の壁面に対して１５−６０度の入射角度をもって噴射させると、ノズルから噴射される水を側壁から離れる方向に跳ね返らせずに、壁面に沿って流下させることができるので、壁面洗浄効果が向上する。

沈砂池を含む雨水処理設備の縦断面図である。 図１のＸ−Ｘ線の範囲の一部省略平面図である。 図２のＹ１−Ｙ１線断面図である。 図２のＹ２−Ｙ２線断面図である。 図２のＹ３−Ｙ３線断面図である。 給水系統図である。 ノズルヘッダーの正面図である。 ノズルヘッダーの沈砂池に対する取付状態を示す断面図である。 ノズルヘッダーのノズルの構造例を示す拡大図である。 集砂装置の制御装置を説明する図である。 水位センサの説明図である。 揚砂ポンプ制御手段のフローチャート図である。 切換弁制御手段のフローチャート図である。 本発明の他の実施の形態を示す断面図である。 従来の集砂装置におけるノズルの取付状態を示す図である。

続いて、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１において、１は雨水処理設備であり、側壁Ｗａ，Ｗｂ（図２参照）の間に形成された沈砂池２とポンプ井３とを有する。沈砂池２は図外の下水管から雨水や汚水等の下水が集められる流入渠４に接続されている。流入渠４の下流側端部には、流入渠４から沈砂池２への下水の流入を許容し又は阻止するためのダム装置５が設置され、そのダム装置５の下流側で、沈砂池２の上流側端部の直前に夾雑物捕捉用スクリーン６が設置されている。

沈砂池２の底面２ａは、低圧集砂を行うために上述したように、中央が最深となるように傾斜されているとともに、その中央に集砂ピット７が形成され、沈砂池の底部には側壁Ｗａ，Ｗｂの間において主トラフ８ａが沈砂池内水流方向と平行に集砂ピット側が深くなるように形成され、その側壁Ｗａ，Ｗｂの下端部から集砂ピット７まで下り傾斜する面（以下、集砂ピット傾斜面という。）８ｂが形成され、さらに、沈砂池の底面に側壁Ｗａ，Ｗｂの近傍から主トラフ８ａまで沈砂池内水流方向と直角方向に平行に延びる多数の小トラフ８ｃが形成されている。

また、後述される給水ポンプＰ２と揚砂ポンプＰ３の負担を軽減するため、沈砂池の底面は、主トラフ８ａの両側のそれぞれにおいて沈砂池内水流方向に複数の領域に区分されている。図２及び図８の例では８領域Ｂ１〜Ｂ８に区分されている。沈砂池の規模又は幅により、主トラフ８ａは一方の側壁に寄った位置に形成される場合がある。

また、主トラフ８ａの上端部と集砂ピット傾斜面８ｂの上端部にノズル９ａが設置され、各領域Ｂ１〜Ｂ８の側壁Ｗａ，Ｗｂに沿って多数のノズル９ｂが設置されている。さらに、集砂ピット７内に、集められた土砂を撹拌するためのノズル９ｃが設置されている。

領域Ｂ１〜Ｂ８に設置されるノズル９ｂは、各領域Ｂ１〜Ｂ８の側壁Ｗａ，Ｗｂの近傍に設置されたノズルヘッダーＮＨに複数個が等間隔に取り付けられている。図７は、分岐管１０を有する長さ４２００ｍｍの母管１１にノズル９ｂを５００ｍｍの等間隔で８個取り付けて構成されているノズルヘッダーＮＨの例を示す。

そして、図８に示すように、ノズルヘッダーＮＨのノズル９ｂは、沈砂池に下水が貯留されているときの通常の水面よりも上側に、一例として、沈砂池の底面の最高位置から１５００ｍｍ程度の高さに、側壁Ｗに水を下向きに噴射するように取り付けられている。ノズル９ｂの先端心から側壁Ｗまでの距離Ｄは、１５０〜４００ｍｍである。一例として、１個のノズルから噴射される水の圧力は０．００５ＭＰａ、吐出量は１５０リットル/分である。ノズルヘッダーＮＨのノズル９ｂが通常の水面よりも上側に設けてある場合は、その噴射水により、側壁Ｗに付着した汚れを除去できる利点がある。

本発明の好ましい実施の形態においては、ノズルヘッダーＮＨの取付が容易にできるようにノズルヘッダーＮＨの側壁Ｗからの距離を確保しながら、ノズル９ｂの有効噴射力が得られるようにするため、図９に示されているような特定の構造を備えたノズル９ｂを使用している。

すなわち、ノズル９ｂは、直線状の基管(イ)と、４５度エルボ(ロ)と、ノズルヘッド(ハ)とから構成されていて、４５度エルボ(ロ)はその一端が基管(イ)の先端に螺合により結合され、他端がノズルヘッド(ハ)の基端に螺合により結合されている。

螺合により結合される４５度エルボ(ロ)とノズルヘッド(ハ)を用いる理由は、本発明で用いるノズルヘッド(ハ)は、給水ポンプの吐出圧力又はノズルヘッドに求められる吐出速度により、口径又は口形の異なるものに交換することが必要になる場合があるので、その交換を可能にするためである。従って、この実施の形態によれば、噴射条件が種々異なる場合でも、ノズルヘッド(ハ)を交換するだけで、沈砂池の底面の側壁側に土砂を残留させること無く、効率的な集砂を実現することができる。

そして、ポンプ井３には、排水ポンプＰ１と、滞留水ポンプを兼ねる給水ポンプＰ２とが設置され、集砂ピット７内に揚砂ポンプＰ３が設置されている。図１のＦは、沈砂池２の下流側端部に設置されているろ過機である。

図５,６に例示するように、ポンプ井３の給水ポンプＰ２からの水を前記各ノズル９ａ，９ｂ，９ｃに供給（通水）したり、その供給を止めたり（止水)するための電磁弁により構成されている切換弁群ＶＧ１,ＶＧ２、すなわち、トラフ用切換弁Ｖaと、各ノズルヘッダー用切換弁Ｖｂと、土砂撹拌ノズル用切換弁Ｖｃとが備えられている。これらの切換弁Ｖa、Ｖｂ１〜Ｖｂ８、撹拌ノズル用切換弁Ｖｃは、後述される切換弁制御手段により所定の順序で通水状態又は止水状態に切換えられるように構成されている。

給水ポンプＰ２と切換弁群ＶＧ１,ＶＧ２とを結合する管路には、切換弁Ｖｄを介してリリーフ手段１２が設けられ、切換弁の全てが閉められている場合の給水ポンプＰ２からの水を沈砂池２に逃すように構成されている。

上記の実施の形態に係る集砂装置に備えられる制御装置１００には、図１０に例示するように、除砂始動ボタン（図示せず）を有する操作盤１０１が付加され、排水ポンプ制御手段ＰＣＯＮ１、給水ポンプ制御手段ＰＣＯＮ２及び揚砂ポンプ制御手段ＰＣＯＮ３が内蔵され、さらに、切換弁制御手段ＶＣＯＮが内蔵されている。切換弁制御手段ＶＣＯＮは、後述されるように、前記一群の切換弁Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄに所定の順序で開動作又は閉動作を駆動させるための制御信号を与えるものである。

また、制御装置１００には、集砂ピット７内に設置されて、その集砂ピット７内の水面が図１１に概念的に示す所定の高水位ＨＷＬ以上、中間水位ＭＷＬ及び低水位ＬＷＬのいずれにあるかを検知して出力する水位センサ１５が電気的に接続されている。

進んで、上記構成による作用を、沈砂池の領域が４個である場合について説明する。ダム装置５が開放されたときは、下水は沈砂池２に流入し、さらにポンプ井３まで流入して、その水位が所定の高さになると、除砂装置の制御装置１００の排水ポンプ制御手段ＰＣＯＮ１により、ポンプ井３に設けてある排水ポンプＰ１が運転されて、ポンプ井３内の水が汲み上げられ、図外の終末処理場等に移送される。

その移送の間に、沈砂池２に流入した土砂混じりの下水から土砂が沈殿し、沈砂池の底面２ａに堆積する。その堆積量が所定値に達すると、ダム装置５が閉鎖されて沈砂池２への下水の流入が阻止される。そして、排水ポンプＰ１による排水により沈砂池２とポンプ井３の水面が下がり、沈砂池２とポンプ井３の間に設けてある堰の上面と等しい所定の水位（図１のＷＬ）になると、排水ポンプ制御手段ＰＣＯＮ１により排水ポンプＰ１の運転が止められる。

ポンプ井３の水面が所定の水位(図１のＷＬ)になったことを検知すると、制御装置１００は給水ポンプ制御手段ＰＣＯＮ２、揚砂ポンプ制御手段ＰＣＯＮ３及び切換弁制御手段ＶＣＯＮを起動する。

揚砂ポンプ制御手段ＰＣＯＮ３は、図１２に示すように、揚砂ポンプＰ３の自動運転モードを開始させ(Ｓ１１)、水位センサ１５からの検知信号により集砂ピット７内の水面が所定の高水位ＨＷＬ以上か否かを調べ（Ｓ１２）、高水位ＨＷＬ以上であるときは、揚砂ポンプＰ３の運転を開始する（Ｓ１３）。

また、切換弁制御手段ＶＣＯＮは、図１３に示すように、最初、リリーフ手段１２の切換弁Ｖｄを開けて、給水ポンプＰ２の駆動の準備をする（図１３のステップＳ２１）。続いて、ノズル用切換弁Ｖａを開けた（Ｓ２２）後、リリーフ手段１２の切換弁Ｖｄを閉める(Ｓ２３)ので、給水ポンプＰ２からの水がノズル９aから主トラフ８a及び集砂ピット傾斜面８ｂに噴出される。これにより、各トラフ内の土砂が水とともに集砂ピット７に向けて流される。

給水ポンプＰ２の吐出量よりも揚砂ポンプＰ３の吐出量が多いので、集砂ピット７内の水面は低下する。その水面が所定の中間水位になったことが水位センサ１５により検知されると（Ｓ２４においてＹのとき）、切換弁制御手段ＶＣＯＮは、第１領域Ｂ１のノズルヘッダー用切換弁Ｖｂ１を開ける(Ｓ２５)ため、そのノズルヘッダーの各ノズルから水が噴射され、第１領域Ｂ１に堆積していた土砂が主トラフに向けて流され、さらに集砂ピット７に流入する。こうして、集砂ピット７に集められ、撹拌された土砂混じりの下水は、揚砂ポンプＰ３により汲み上げられ、土砂沈砂池に移送される。これにより集砂ピット７内の水面は一時的に上昇するが、やがて低下する。

その水面が再び所定の中間水位になったことが水位センサ１５により検知されると（Ｓ２６においてＹのとき）、切換弁制御手段ＶＣＯＮは、第１領域Ｂ１のノズルヘッダー用切換弁Ｖｂ１を閉めるとともに、第２領域Ｂ２のノズルヘッダー用切換弁Ｖｂ２を開ける（Ｓ２７）ため、そのノズルヘッダーの各ノズルから水が噴射され、第２領域Ｂ２に堆積していた土砂が、主トラフに向けて流され、さらに集砂ピット７に流入する。

従って、第1領域の場合と同様に、集砂ピット７内の水面は一時的に上昇するがやがて低下するので、その水面が所定の中間水位になったとき(Ｓ２８においてＹのとき）に、切換弁制御手段ＶＣＯＮは、次の第２領域Ｂ２のノズルヘッダー用切換弁Ｖｂ２を閉めるとともに、さらにその次の第３領域Ｂ３のノズルヘッダー用切換弁Ｖｂ３を開ける（Ｓ２９）ため、そのノズルヘッダーの各ノズルから水が噴射される。

従って、第1領域の場合と同様に、集砂ピット７内の水面は一時的に上昇するがやがて低下するので、その水面が所定の中間水位になったときに(Ｓ２１０においてＹのとき）、切換弁制御手段ＶＣＯＮは、第３領域Ｂ３のノズルヘッダー用切換弁Ｖｂ３を閉めるとともに、第４領域Ｂ４のノズルヘッダー用切換弁Ｖｂ４を開ける（Ｓ２１１）ため、そのノズルヘッダーの各ノズルから水が噴射される。

従って、第1領域の場合と同様に、集砂ピット７内の水面は一時的に上昇するがやがて低下するので、その水面が所定の中間水位になったとき（Ｓ２１２においてＹのとき）に、切換弁制御手段ＶＣＯＮは、第４領域Ｂ４、すなわち、最後の領域に対する水噴射を終了したものと判断して、リリーフ手段の切換弁Ｖｄを開けるとともに、第４領域Ｂ４のノズルヘッダー用切換弁Ｖｂ４を閉める制御を行なって、一連の切換弁制御を完了する。また、給水ポンプ制御手段ＰＣＯＮ２も給水ポンプＰ２の運転を停止する。

他方、揚砂ポンプ制御手段ＰＣＯＮ３は、揚砂ポンプＰ３の運転開始時から水位センサ１５の検知状態を常に監視しており、第４領域Ｂ４のノズルヘッダー用切換弁Ｖｂ４を閉じたことにより、集砂ピット７内の水面が低水位ＬＷＬまで低下するので（Ｓ１４においてＹのとき）、揚砂ポンプＰ３の運転を停止する（Ｓ１５）。その後、揚砂ポンプ制御手段ＰＣＯＮ３は、切換弁の制御を完了したか否かを調べ（Ｓ１６）、完了していない場合はステップＳ１２に戻り、高水位になった場合（Ｓ１２においてＹのとき）は、再び揚砂ポンプＰ３の運転を開始するが、切換弁制御の完了を確認した（Ｓ１６においてＹのとき）後は、揚砂ポンプの自動運転モードを解除する（Ｓ１６）。

上述のように、揚砂ポンプＰ３は、自動運転モードを開始すると、集砂ピット７内を排水状態に維持するために、集砂ピット内の水面が所定の高水位ＨＷＬ以上にあるときは自動的に運転を開始し、その水面が所定の低水位ＬＷＬまで低下したときは自動的に運転を停止するが、本実施の形態においては、集砂ピット内の水面が所定の高水位ＨＷＬと所定の低水位ＬＷＬの間の中間水位ＭＷＬまで低下した時に、先順の領域のノズルヘッダー用切換弁を閉めるとともに、後順の領域のノズルヘッダー用切換弁を開けるので、それらの切換弁の切換動作の間に、集砂ピット内の水面は、先順の領域のノズルヘッダー用切換弁の閉動作による水噴射の停止、揚砂ポンプの汲み上げ及び後順の領域のノズルヘッダー用切換弁の開動作による水噴射の開始により変動するが、切換弁の切換動作の時間的基準となる中間水位を切換弁の切換動作の間に集砂ピット内の水面が所定の低水位まで低下しない高さ位置に設定すればよい。その高さ位置は、各ノズル及び各ノズルヘッダーの噴射量、集砂池の断面積、揚砂ポンプの吐出量などから算出可能である。

上記いずれの領域におけるノズルヘッダーのノズル９ｂも、上述のように、沈砂池の排水状態において、圧力０．００５ＭＰａの水をノズル１個当たり０．１５ｍ³／分の水量で側壁Ｗに向けて噴射するが、低圧で噴射するため、壁面の上部に着地した水はその壁面に広がり、続いて壁面の下端部まで流下する。このとき、水が壁面の上部に噴射されることで、水は位置エネルギーを利用して勢い良く流下する。従って、側壁の付着物を流して、壁面を洗浄することができる。沈砂池の底面の端部に達した汚水は、その底面に堆積している土砂をトラフに流す。従って、各ノズルヘッダーの全てのノズル９ｂからの水は、側壁と底面全体の土砂を、残留させることなく、効率良く集砂ピットに集砂することができる。

一つのノズルから低圧で噴射される水は、側壁Ｗの壁面に広がるので、ノズルヘッダーのノズルの取付けピッチを、従来の４００〜５００ｍｍよりも大きい、例えば７５０ｍｍとすることができる。従って、１領域当たりのノズル数の削減を図ることができる。

ノズル９ｂから噴射される水を側壁Ｗから離れる方向に跳ね返らせずに、壁面に沿って流下させるため、ノズルからの噴射中心線の側壁の内面に対する入射角度（図８のθ１）を、１５〜６０度の範囲に設定することが望ましい。ノズル９ｂからの吐出量は、０．１５〜０．３ｍ³／分、好ましくは０．１５〜０．２ｍ³／分とすることができる。なお、沈砂池の底面２ａの水平面に対する傾斜角度（図８のθ２）の有効範囲は５〜３３度、好適範囲は７〜１５度である。

図９に示す実施の形態の場合は、ノズル９ｂが高い位置に設置してあるので、ノズルからの噴射水が位置エネルギーを利用して勢い良く側壁Ｗの壁面に沿って流下するため、壁面の汚れを洗浄できるばかりでなく、底面２ａの側壁至近位置から土砂を流し去ることができる利点と、沈砂池の非排水状態のときも、ノズル９ｂを下水中に浸漬させないことができるので、ノズルの特にヘッド内に汚れが付着することを避けることができる。

しかし、ノズル９ｂの設置位置を高所に限定する必要は無く、図１４に例示するように、側壁Ｗの低い位置に設置し、側壁Ｗと底面の接続部のわずか上側に向けて水を噴射させるようにしてもよい。この場合は、噴射水は側壁Ｗから勢いよく底面２ａに跳ね返るので、底面のどこにも土砂を残留させずに流し切ることができる。

１ 雨水処理施設
２ 沈砂池
３ ポンプ井
５ ダム装置
７ 集砂ピット
８ａ 主トラフ
８ｂ 集砂ピット傾斜面
８ｃ 小トラフ
９ａ トラフ用ノズル
ＮＨ ノズルヘッダー
９ｂ ノズルヘッダーのノズル
９ｃ 撹拌ノズル
Ｐ１ 排水ポンプ
Ｐ２ 給水ポンプ
Ｐ３ 揚砂ポンプ

本発明は、沈砂池の低圧集砂方法に関する。

沈砂池内の水を排出した状態（排水状態）で沈砂池に設置したノズルから３kg/cm²未満の低圧力水を噴射して沈砂池の底面に堆積した土砂を流し、沈砂池の底部中央に設けた集砂ピットに集める低圧集砂方式の集砂装置及びその集砂ピットに集められた土砂を集砂ピットに設置した揚砂ポンプにより水と共に汲み上げて汚水沈砂池に移送する除砂装置は、特許文献１に開示されている。

上記低圧集砂方式の集砂装置における沈砂池の側壁近傍のノズルは、沈砂池の底面を沈砂池内水流方向に複数に区分してなる各領域に対して沈砂池の側壁近傍に設置されたノズルヘッダーに、複数個が等間隔で取り付けられたものである。

ところで、沈砂池の底面は、沈砂池の底部の中央に向かって水平面に対して５−７度の傾斜角度を有する。そして、従来のノズルヘッダーのノズルは、図１５に示されているように、そのノズルの吐水の沈砂池底面に対する入射角度θが４５度未満となるように取付けられている。

特許第３３１５４８９号公報

沈砂池の底面に沈殿する土砂の量は、底面２ａの側壁Ｗに近い領域が最も多い。しかし、上記のように、従来のノズルヘッダーのノズルは、その吐水の沈砂池底面に対する入射角度が４５度未満に設定されているため、ノズルから噴射され沈砂池の底面に着地する水の全てがトラフ８ａ側に流れるので、ノズルからの吐水により有効に流れる土砂は、そのノズルからの吐水の沈砂池の底面２aの着地位置からトラフ８ａ側の範囲に限られ、その着地位置から側壁までの間の堆積量が最も多い土砂Ｓが流されずに残留することがあるという問題があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、低圧力水を噴射して、沈砂池の底面に堆積した土砂を流すためのノズルを備えた沈砂池の集砂装置において、沈砂池の底面に堆積した土砂を沈砂池の側壁近傍に残留させることなく効率良くトラフに流すことができる沈砂池の低圧集砂方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するため、ノズルから低圧力水を噴射して排水状態の沈砂池の底面に堆積している土砂を主トラフに流し、その主トラフの土砂を沈砂池の底部に設けた集砂ピットに集める沈砂池の低圧集砂方法において、ノズルから噴射水を沈砂池内の側壁の壁面に対して１５−６０度の入射角度をもって噴射させることを特徴としている。
＊「ノズルから沈砂池の底面に低圧力水を噴射してその底面に堆積している土砂を主トラフに流し、その主トラフの土砂を沈砂池の底部に設けた集砂ピットに集める低圧集砂方式の集砂方法において、前記ノズルを沈砂池内の側壁の上部近傍に設置し、沈砂池を排水状態として前記ノズルを沈砂池の水面から上方に位置させた後、前記ノズルから水を前記側壁の壁面の上部に噴射させて、その壁面を洗浄するとともに、その壁面を流下する水により沈砂池の底面に堆積している土砂を主トラフに向けて流すことを特徴」から上記のように補正。

上記沈砂池の低圧集砂方法においては、ノズルの吐出量を０．１５〜０．３ｍ³／分とすることが好ましい。

本発明によれば、ノズルから水が側壁の壁面に対して１５−６０度の入射角度をもって噴射されるので、噴射された水が位置エネルギーを利用して勢い良く側壁の壁面に当り、側壁から跳ね返ることなくその壁面に沿って流下するため、壁面に付着した汚れが除去され、優れた壁面洗浄効果が得られるばかりでなく、沈砂池の底面の側壁至近位置から土砂を流し去ることができる。したがって、沈砂池の底面に堆積した土砂を沈砂池の側壁近傍に残留させることなく効率良くトラフに流すことができる。

沈砂池を含む雨水処理設備の縦断面図である。 図１のＸ−Ｘ線の範囲の一部省略平面図である。 図２のＹ１−Ｙ１線断面図である。 図２のＹ２−Ｙ２線断面図である。 図２のＹ３−Ｙ３線断面図である。 給水系統図である。 ノズルヘッダーの正面図である。 ノズルヘッダーの沈砂池に対する取付状態を示す断面図である。 ノズルヘッダーのノズルの構造例を示す拡大図である。 集砂装置の制御装置を説明する図である。 水位センサの説明図である。 揚砂ポンプ制御手段のフローチャート図である。 切換弁制御手段のフローチャート図である。 本発明の他の実施の形態を示す断面図である。 従来の集砂装置におけるノズルの取付状態を示す図である。

続いて、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１において、１は雨水処理設備であり、側壁Ｗａ，Ｗｂ（図２参照）の間に形成された沈砂池２とポンプ井３とを有する。沈砂池２は図外の下水管から雨水や汚水等の下水が集められる流入渠４に接続されている。流入渠４の下流側端部には、流入渠４から沈砂池２への下水の流入を許容し又は阻止するためのダム装置５が設置され、そのダム装置５の下流側で、沈砂池２の上流側端部の直前に夾雑物捕捉用スクリーン６が設置されている。

沈砂池２の底面２ａは、低圧集砂を行うために上述したように、中央が最深となるように傾斜されているとともに、その中央に集砂ピット７が形成され、沈砂池の底部には側壁Ｗａ，Ｗｂの間において主トラフ８ａが沈砂池内水流方向と平行に集砂ピット側が深くなるように形成され、その側壁Ｗａ，Ｗｂの下端部から集砂ピット７まで下り傾斜する面（以下、集砂ピット傾斜面という。）８ｂが形成され、さらに、沈砂池の底面に側壁Ｗａ，Ｗｂの近傍から主トラフ８ａまで沈砂池内水流方向と直角方向に平行に延びる多数の小トラフ８ｃが形成されている。

また、後述される給水ポンプＰ２と揚砂ポンプＰ３の負担を軽減するため、沈砂池の底面は、主トラフ８ａの両側のそれぞれにおいて沈砂池内水流方向に複数の領域に区分されている。図２及び図８の例では８領域Ｂ１〜Ｂ８に区分されている。沈砂池の規模又は幅により、主トラフ８ａは一方の側壁に寄った位置に形成される場合がある。

また、主トラフ８ａの上端部と集砂ピット傾斜面８ｂの上端部にノズル９ａが設置され、各領域Ｂ１〜Ｂ８の側壁Ｗａ，Ｗｂに沿って多数のノズル９ｂが設置されている。さらに、集砂ピット７内に、集められた土砂を撹拌するためのノズル９ｃが設置されている。

領域Ｂ１〜Ｂ８に設置されるノズル９ｂは、各領域Ｂ１〜Ｂ８の側壁Ｗａ，Ｗｂの近傍に設置されたノズルヘッダーＮＨに複数個が等間隔に取り付けられている。図７は、分岐管１０を有する長さ４２００ｍｍの母管１１にノズル９ｂを５００ｍｍの等間隔で８個取り付けて構成されているノズルヘッダーＮＨの例を示す。

そして、図８に示すように、ノズルヘッダーＮＨのノズル９ｂは、沈砂池に下水が貯留されているときの通常の水面よりも上側に、一例として、沈砂池の底面の最高位置から１５００ｍｍ程度の高さに、側壁Ｗに水を下向きに噴射するように取り付けられている。ノズル９ｂの先端心から側壁Ｗまでの距離Ｄは、１５０〜４００ｍｍである。一例として、１個のノズルから噴射される水の圧力は０．００５ＭＰａ、吐出量は１５０リットル/分である。ノズルヘッダーＮＨのノズル９ｂが通常の水面よりも上側に設けてある場合は、その噴射水により、側壁Ｗに付着した汚れを除去できる利点がある。

本発明の好ましい実施の形態においては、ノズルヘッダーＮＨの取付が容易にできるようにノズルヘッダーＮＨの側壁Ｗからの距離を確保しながら、ノズル９ｂの有効噴射力が得られるようにするため、図９に示されているような特定の構造を備えたノズル９ｂを使用している。

すなわち、ノズル９ｂは、直線状の基管（イ）と、４５度エルボ（ロ）と、ノズルヘッド（ハ）とから構成されていて、４５度エルボ（ロ）はその一端が基管（イ）の先端に螺合により結合され、他端がノズルヘッド（ハ）の基端に螺合により結合されている。

螺合により結合される４５度エルボ（ロ）とノズルヘッド（ハ）を用いる理由は、本発明で用いるノズルヘッド（ハ）は、給水ポンプの吐出圧力又はノズルヘッドに求められる吐出速度により、口径又は口形の異なるものに交換することが必要になる場合があるので、その交換を可能にするためである。従って、この実施の形態によれば、噴射条件が種々異なる場合でも、ノズルヘッド（ハ）を交換するだけで、沈砂池の底面の側壁側に土砂を残留させること無く、効率的な集砂を実現することができる。

そして、ポンプ井３には、排水ポンプＰ１と、滞留水ポンプを兼ねる給水ポンプＰ２とが設置され、集砂ピット７内に揚砂ポンプＰ３が設置されている。図１のＦは、沈砂池２の下流側端部に設置されているろ過機である。

図５，６に例示するように、ポンプ井３の給水ポンプＰ２からの水を前記各ノズル９ａ，９ｂ，９ｃに供給（通水）したり、その供給を止めたり（止水）するための電磁弁により構成されている切換弁群ＶＧ１，ＶＧ２、すなわち、トラフ用切換弁Ｖａと、各ノズルヘッダー用切換弁Ｖｂと、土砂撹拌ノズル用切換弁Ｖｃとが備えられている。これらの切換弁Ｖａ、Ｖｂ１〜Ｖｂ８、撹拌ノズル用切換弁Ｖｃは、後述される切換弁制御手段により所定の順序で通水状態又は止水状態に切換えられるように構成されている。

給水ポンプＰ２と切換弁群ＶＧ１，ＶＧ２とを結合する管路には、切換弁Ｖｄを介してリリーフ手段１２が設けられ、切換弁の全てが閉められている場合の給水ポンプＰ２からの水を沈砂池２に逃すように構成されている。

上記の実施の形態に係る集砂装置に備えられる制御装置１００には、図１０に例示するように、除砂始動ボタン（図示せず）を有する操作盤１０１が付加され、排水ポンプ制御手段ＰＣＯＮ１、給水ポンプ制御手段ＰＣＯＮ２及び揚砂ポンプ制御手段ＰＣＯＮ３が内蔵され、さらに、切換弁制御手段ＶＣＯＮが内蔵されている。切換弁制御手段ＶＣＯＮは、後述されるように、前記一群の切換弁Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄに所定の順序で開動作又は閉動作を駆動させるための制御信号を与えるものである。

また、制御装置１００には、集砂ピット７内に設置されて、その集砂ピット７内の水面が図１１に概念的に示す所定の高水位ＨＷＬ以上、中間水位ＭＷＬ及び低水位ＬＷＬのいずれにあるかを検知して出力する水位センサ１５が電気的に接続されている。

進んで、上記構成による作用を、沈砂池の領域が４個である場合について説明する。ダム装置５が開放されたときは、下水は沈砂池２に流入し、さらにポンプ井３まで流入して、その水位が所定の高さになると、除砂装置の制御装置１００の排水ポンプ制御手段ＰＣＯＮ１により、ポンプ井３に設けてある排水ポンプＰ１が運転されて、ポンプ井３内の水が汲み上げられ、図外の終末処理場等に移送される。

その移送の間に、沈砂池２に流入した土砂混じりの下水から土砂が沈殿し、沈砂池の底面２ａに堆積する。その堆積量が所定値に達すると、ダム装置５が閉鎖されて沈砂池２への下水の流入が阻止される。そして、排水ポンプＰ１による排水により沈砂池２とポンプ井３の水面が下がり、沈砂池２とポンプ井３の間に設けてある堰の上面と等しい所定の水位（図１のＷＬ）になると、排水ポンプ制御手段ＰＣＯＮ１により排水ポンプＰ１の運転が止められる。

ポンプ井３の水面が所定の水位（図１のＷＬ）になったことを検知すると、制御装置１００は給水ポンプ制御手段ＰＣＯＮ２、揚砂ポンプ制御手段ＰＣＯＮ３及び切換弁制御手段ＶＣＯＮを起動する。

揚砂ポンプ制御手段ＰＣＯＮ３は、図１２に示すように、揚砂ポンプＰ３の自動運転モードを開始させ（Ｓ１１）、水位センサ１５からの検知信号により集砂ピット７内の水面が所定の高水位ＨＷＬ以上か否かを調べ（Ｓ１２）、高水位ＨＷＬ以上であるときは、揚砂ポンプＰ３の運転を開始する（Ｓ１３）。

また、切換弁制御手段ＶＣＯＮは、図１３に示すように、最初、リリーフ手段１２の切換弁Ｖｄを開けて、給水ポンプＰ２の駆動の準備をする（図１３のステップＳ２１）。続いて、ノズル用切換弁Ｖａを開けた（Ｓ２２）後、リリーフ手段１２の切換弁Ｖｄを閉める（Ｓ２３）ので、給水ポンプＰ２からの水がノズル９ａから主トラフ８ａ及び集砂ピット傾斜面８ｂに噴出される。これにより、各トラフ内の土砂が水とともに集砂ピット７に向けて流される。

給水ポンプＰ２の吐出量よりも揚砂ポンプＰ３の吐出量が多いので、集砂ピット７内の水面は低下する。その水面が所定の中間水位になったことが水位センサ１５により検知されると（Ｓ２４においてＹのとき）、切換弁制御手段ＶＣＯＮは、第１領域Ｂ１のノズルヘッダー用切換弁Ｖｂ１を開ける（Ｓ２５）ため、そのノズルヘッダーの各ノズルから水が噴射され、第１領域Ｂ１に堆積していた土砂が主トラフに向けて流され、さらに集砂ピット７に流入する。こうして、集砂ピット７に集められ、撹拌された土砂混じりの下水は、揚砂ポンプＰ３により汲み上げられ、土砂沈砂池に移送される。これにより集砂ピット７内の水面は一時的に上昇するが、やがて低下する。

その水面が再び所定の中間水位になったことが水位センサ１５により検知されると（Ｓ２６においてＹのとき）、切換弁制御手段ＶＣＯＮは、第１領域Ｂ１のノズルヘッダー用切換弁Ｖｂ１を閉めるとともに、第２領域Ｂ２のノズルヘッダー用切換弁Ｖｂ２を開ける（Ｓ２７）ため、そのノズルヘッダーの各ノズルから水が噴射され、第２領域Ｂ２に堆積していた土砂が、主トラフに向けて流され、さらに集砂ピット７に流入する。

従って、第1領域の場合と同様に、集砂ピット７内の水面は一時的に上昇するがやがて低下するので、その水面が所定の中間水位になったとき（Ｓ２８においてＹのとき）に、切換弁制御手段ＶＣＯＮは、次の第２領域Ｂ２のノズルヘッダー用切換弁Ｖｂ２を閉めるとともに、さらにその次の第３領域Ｂ３のノズルヘッダー用切換弁Ｖｂ３を開ける（Ｓ２９）ため、そのノズルヘッダーの各ノズルから水が噴射される。

従って、第1領域の場合と同様に、集砂ピット７内の水面は一時的に上昇するがやがて低下するので、その水面が所定の中間水位になったときに（Ｓ２１０においてＹのとき）、切換弁制御手段ＶＣＯＮは、第３領域Ｂ３のノズルヘッダー用切換弁Ｖｂ３を閉めるとともに、第４領域Ｂ４のノズルヘッダー用切換弁Ｖｂ４を開ける（Ｓ２１１）ため、そのノズルヘッダーの各ノズルから水が噴射される。

従って、第1領域の場合と同様に、集砂ピット７内の水面は一時的に上昇するがやがて低下するので、その水面が所定の中間水位になったとき（Ｓ２１２においてＹのとき）に、切換弁制御手段ＶＣＯＮは、第４領域Ｂ４、すなわち、最後の領域に対する水噴射を終了したものと判断して、リリーフ手段の切換弁Ｖｄを開けるとともに、第４領域Ｂ４のノズルヘッダー用切換弁Ｖｂ４を閉める制御を行なって、一連の切換弁制御を完了する。また、給水ポンプ制御手段ＰＣＯＮ２も給水ポンプＰ２の運転を停止する。

他方、揚砂ポンプ制御手段ＰＣＯＮ３は、揚砂ポンプＰ３の運転開始時から水位センサ１５の検知状態を常に監視しており、第４領域Ｂ４のノズルヘッダー用切換弁Ｖｂ４を閉じたことにより、集砂ピット７内の水面が低水位ＬＷＬまで低下するので（Ｓ１４においてＹのとき）、揚砂ポンプＰ３の運転を停止する（Ｓ１５）。その後、揚砂ポンプ制御手段ＰＣＯＮ３は、切換弁の制御を完了したか否かを調べ（Ｓ１６）、完了していない場合はステップＳ１２に戻り、高水位になった場合（Ｓ１２においてＹのとき）は、再び揚砂ポンプＰ３の運転を開始するが、切換弁制御の完了を確認した（Ｓ１６においてＹのとき）後は、揚砂ポンプの自動運転モードを解除する（Ｓ１６）。

上述のように、揚砂ポンプＰ３は、自動運転モードを開始すると、集砂ピット７内を排水状態に維持するために、集砂ピット内の水面が所定の高水位ＨＷＬ以上にあるときは自動的に運転を開始し、その水面が所定の低水位ＬＷＬまで低下したときは自動的に運転を停止するが、本実施の形態においては、集砂ピット内の水面が所定の高水位ＨＷＬと所定の低水位ＬＷＬの間の中間水位ＭＷＬまで低下した時に、先順の領域のノズルヘッダー用切換弁を閉めるとともに、後順の領域のノズルヘッダー用切換弁を開けるので、それらの切換弁の切換動作の間に、集砂ピット内の水面は、先順の領域のノズルヘッダー用切換弁の閉動作による水噴射の停止、揚砂ポンプの汲み上げ及び後順の領域のノズルヘッダー用切換弁の開動作による水噴射の開始により変動するが、切換弁の切換動作の時間的基準となる中間水位を切換弁の切換動作の間に集砂ピット内の水面が所定の低水位まで低下しない高さ位置に設定すればよい。その高さ位置は、各ノズル及び各ノズルヘッダーの噴射量、集砂池の断面積、揚砂ポンプの吐出量などから算出可能である。

上記いずれの領域におけるノズルヘッダーのノズル９ｂも、上述のように、沈砂池の排水状態において、圧力０．００５ＭＰａの水をノズル１個当たり０．１５ｍ³／分の水量で側壁Ｗに向けて噴射するが、低圧で噴射するため、壁面の上部に着地した水はその壁面に広がり、続いて壁面の下端部まで流下する。このとき、水が壁面の上部に噴射されることで、水は位置エネルギーを利用して勢い良く流下する。従って、側壁の付着物を流して、壁面を洗浄することができる。沈砂池の底面の端部に達した汚水は、その底面に堆積している土砂をトラフに流す。従って、各ノズルヘッダーの全てのノズル９ｂからの水は、側壁と底面全体の土砂を、残留させることなく、効率良く集砂ピットに集砂することができる。

一つのノズルから低圧で噴射される水は、側壁Ｗの壁面に広がるので、ノズルヘッダーのノズルの取付けピッチを、従来の４００〜５００ｍｍよりも大きい、例えば７５０ｍｍとすることができる。従って、１領域当たりのノズル数の削減を図ることができる。

ノズル９ｂから噴射される水を側壁Ｗから離れる方向に跳ね返らせずに、壁面に沿って流下させるため、ノズルからの噴射中心線の側壁の内面に対する入射角度（図８のθ１）を、１５〜６０度の範囲に設定することが望ましい。ノズル９ｂからの吐出量は、０．１５〜０．３ｍ³／分、好ましくは０．１５〜０．２ｍ³／分とすることができる。なお、沈砂池の底面２ａの水平面に対する傾斜角度（図８のθ２）の有効範囲は５〜３３度、好適範囲は７〜１５度である。

図９に示す実施の形態の場合は、ノズル９ｂが高い位置に設置してあるので、ノズルからの噴射水が位置エネルギーを利用して勢い良く側壁Ｗの壁面に沿って流下するため、壁面の汚れを洗浄できるばかりでなく、底面２ａの側壁至近位置から土砂を流し去ることができる利点と、沈砂池の非排水状態のときも、ノズル９ｂを下水中に浸漬させないことができるので、ノズルの特にヘッド内に汚れが付着することを避けることができる。

しかし、ノズル９ｂの設置位置を高所に限定する必要は無く、図１４に例示するように、側壁Ｗの低い位置に設置し、側壁Ｗと底面の接続部のわずか上側に向けて水を噴射させるようにしてもよい。この場合は、噴射水は側壁Ｗから勢いよく底面２ａに跳ね返るので、底面のどこにも土砂を残留させずに流し切ることができる。

１ 雨水処理施設
２ 沈砂池
３ ポンプ井
５ ダム装置
７ 集砂ピット
８ａ 主トラフ
８ｂ 集砂ピット傾斜面
８ｃ 小トラフ
９ａ トラフ用ノズル
ＮＨ ノズルヘッダー
９ｂ ノズルヘッダーのノズル
９ｃ 撹拌ノズル
Ｐ１ 排水ポンプ
Ｐ２ 給水ポンプ
Ｐ３ 揚砂ポンプ

Claims (3)

1. ノズルから沈砂池の底面に低圧力水を噴射してその底面に堆積している土砂を主トラフに流し、その主トラフの土砂を前記沈砂池の底部に設けた集砂ピットに集める低圧集砂方式の集砂方法において、
   前記ノズルを前記沈砂池内の側壁の上部近傍に設置し、前記沈砂池を沈砂池の水面が集砂ピット内にある排水状態として前記ノズルを前記沈砂池の水面から上方に位置させた後、前記ノズルから水を前記側壁の壁面の上部に噴射させて、その壁面を洗浄するとともに、その壁面を流下する水により前記沈砂池の底面に堆積している土砂を前記主トラフに向けて流すことを特徴とする集砂方法。
2. 請求項１に記載の集砂方法において、前記ノズルの吐出量を０．１５〜０．３ｍ³／分としたことを特徴とする集砂方法。
3. ノズルから排水状態の沈砂池の底面に低圧力水を噴射してその底面に堆積している土砂を主トラフに流し、その主トラフの土砂を前記沈砂池の底部に設けた集砂ピットに集める低圧集砂方式の集砂装置において、
   前記沈砂池の底面を沈砂池内水流方向に複数に区分してなる各領域の側壁の近傍に設置したノズルヘッダーに等間隔で取付けられたノズルを、そのノズルからの噴射水が前記側壁の上部の壁面に対して１５−６０度の入射角度をもって噴射されるように取り付けたことを特徴とする集砂装置。
   

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