JP2016113845A - エアリフトポンプ装置および水中汚濁成分の除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エアリフトポンプ装置のライザー管内に噴射した噴射ノズル１本あたりのエアをより細分化することにより、水中汚濁成分を効率的に除去することができるエアリフトポンプ装置および水中汚濁成分の除去方法を提供する。【解決手段】水中に立設状態に配置されるライザー管２の下端部に、噴射ノズル７から高圧のエアＡを噴射し、このエアＡをライザー管２の内部に配置された多孔フィルタ６を通じて、ライザー管２の内部に形成された上下に連通する排出路５に供給して、エアＡを細分化させ、この細分化によって生じる微小なエアバブルＢの膨張を伴う浮力により、ライザー管２の下端部から排出路５を通じて水中の汚濁成分Ｄを上方移動させて除去する。【選択図】図２

Description

本発明は、エアリフトポンプ装置および水中汚濁成分の除去方法に関し、さらに詳しくは、エアリフトポンプ装置のライザー管内に噴射した噴射ノズル１本あたりのエアをより細分化することにより、水中汚濁成分を効率的に除去することができるエアリフトポンプ装置および水中汚濁成分の除去方法に関するものである。

水中地盤を掘削する等の工事を行うと、これに伴って周辺水域が汚濁する。或いは、陸上で地盤を掘削した場合に、掘削孔には地下水に土砂等が混合した汚濁水が溜まることがある。このような工事で、発生した水中汚濁成分を除去する必要がある場合には、例えば、ポンプ等を用いて汚濁水と水上に吸引して水中汚濁成分を除去する。また、水底に堆積した土砂や汚泥等を除去するために、エアリフトポンプ装置が使用されることがある（例えば、特許文献１、２参照）。

エアリフトポンプ装置では、噴射ノズルからライザー管の下端部に高圧のエアが噴射される。噴射されたエアにより水底土砂が掘削されて、掘削された土砂はエアバブルの膨張を伴う浮力によってライザー管の内部を上方移動して水上に回収される。例えば、エアリフトポンプ装置を用いて、水中に浮遊している汚濁成分を除去する場合、ライザー管の下端部に噴射されたエアが、ライザー管の内部で広範囲に分散して細分化されているほど汚濁成分を上方移動させ易く、効率的に除去することができる。

従来のエアリフトポンプ装置は、噴射ノズルから噴射されたエアを細分化させることが十分に考慮されていなかった。そのため、汚濁成分の除去効率を向上させるには、噴射ノズルの数を増やす等の対策が必要であった。ところが、噴射ノズルを多数設けると、装置が複雑になるとともに、装置コストが増大する等の問題がある。

特開２００４−１１０８３９号公報 特開２００５−３０６５４９号公報

本発明の目的は、エアリフトポンプ装置のライザー管内に噴射した噴射ノズル１本あたりのエアをより細分化することにより、水中汚濁成分を効率的に除去することができるエアリフトポンプ装置および水中汚濁成分の除去方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のエアリフトポンプ装置は、水中に立設状態に配置されるライザー管と、このライザー管の下端部にエアを噴射する噴射ノズルとを備えたエアリフトポンプ装置において、前記ライザー管の内部に形成された上下に連通する排出路と、前記ライザー管の内部に配置される多孔フィルタとを設け、前記噴射ノズルから噴射したエアを前記多孔フィルタを通じて前記排出路に供給する構成にしたことを特徴とする。

本発明の別のエアリフトポンプ装置は、水中に立設状態に配置されるライザー管と、このライザー管の下端部にエアを噴射する噴射ノズルとを備えたエアリフトポンプ装置において、前記ライザー管の内部に形成された上下に連通する排出路と、前記排出路にある収容物を上方に吸引するポンプとを設け、前記ライザー管の周壁に、このライザー管の外部と前記排出路とを連通させる孔が多数形成された多孔部を設けたことを特徴とする。

本発明の水中汚濁成分の除去方法は、水中に立設状態に配置されるライザー管の下端部にエアを噴射して、この噴射したエアによって生じたエアバブルの膨張を伴う浮力により、前記ライザー管の下端部からこのライザー管を通じて水中汚濁成分を上方移動させて除去する水中汚濁成分の除去方法において、前記ライザー管の内部に上下に連通する排出路を形成するとともに、前記ライザー管の内部に配置される多孔フィルタを設け、前記噴射ノズルから噴射したエアを前記多孔フィルタを通じて前記排出路に供給して前記排出路を通じて前記水中汚濁成分を上方移動させることを特徴とする。

本発明の別の水中汚濁成分の除去方法は、水中に立設状態に配置されるライザー管の下端部にエアを噴射して、この噴射したエアによって生じたエアバブルの膨張を伴う浮力により、前記ライザー管の下端部からこのライザー管を通じて水中汚濁成分を上方移動させて除去する水中汚濁成分の除去方法において、前記ライザー管の内部に上下に連通する排出路を形成するとともに、前記ライザー管の周壁にこのライザー管の外部と前記排出路とを連通させる孔が多数形成された多孔部を設け、前記排出路にある収容物をポンプにより上方に吸引して、前記多孔部を通じて前記ライザー管の外部から前記排出路に水を吸入しつつ前記排出路を通じて前記水中汚濁成分を上方移動させることを特徴とする。

本発明の前者のエアリフトポンプ装置および前者の水中汚濁成分の除去方法によれば、前記ライザー管の内部に配置される多孔フィルタを設けて、前記噴射ノズルから噴射したエアを前記多孔フィルタを通じて前記排出路に供給することで、前記多孔フィルタを通過するエアが細分化される。これにより、前記排出路の内部に、一段と微細なエアバブルをより広範囲に発生させることができるので、汚濁成分を効率的に上方移動させて除去することができる。

本発明の後者のエアリフトポンプ装置および後者の水中汚濁成分の除去方法によれば、前記ライザー管の周壁にこのライザー管の外部と前記排出路とを連通させる孔が多数形成された多孔部を設け、前記排出路にある収容物をポンプにより上方に吸引して、前記多孔部を通じて前記ライザー管の外部から前記排出路に水を吸入することで、前記排出路の内部では、噴射ノズルから噴射したエアが、多孔部を通じて吸入された水と合流してエアが細分化される。これにより、前記排出路の内部に、一段と微細なエアバブルをより広範囲に発生させることができるので、汚濁成分を効率的に上方移動させて除去することができる。

本発明のエアリフトポンプ装置を例示する説明図である。 図１のライザー管の下端部の内部構造を例示する説明図である。 図２のライザー管の下端部の部品を分解して例示する説明図である。 図２の噴射ノズルの配置を平面視で例示する説明図である。 エアリフトポンプ装置の別の実施形態を例示する説明図である。 図５のライザー管の下端部の内部構造を例示する説明図である。 図５のライザー管の下端部を側面視で例示する説明図である。

以下、本発明のエアリフトポンプ装置および水中汚濁成分の除去方法を、図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１〜図４に例示する本発明のエアリフトポンプ装置１（以下、ポンプ装置１という）は、水中に立設状態に配置されるライザー管２と、エアＡを噴射する噴射ノズル７と、ライザー管２の内部に配置される多孔フィルタ６とを備えていて、ライザー管２の内部には上下に連通する排出路５が形成されている。ライザー管２は、クレーン等によって水中に吊り下げられている。

ライザー管２は例えば、複数本の円管体２Ａ、２Ｂ、２Ｃを長手方向に接続することにより必要な長さに設定される。この実施形態ではライザー管２が３本の円管体２Ａ、２Ｂ、２Ｃを接続して形成されている。最下段の円管体２Ａは、外管３と、外管３の下端部の内部に長手方向中途まで埋入された内管４とで構成されている。円管体２Ａを構成する外管３は、下側部分３Ａと、下側部分３Ａが内嵌される上側部分３Ｂとで構成されている。

噴射ノズル７は、エア供給ライン８を介して地上に設置されたコンプレッサ９に接続されている。噴射ノズル７の噴射口７ａは、外管３の周壁に開口している。この噴射ノズル７は、エア供給ライン８を通じてコンプレッサ９から圧送される高圧のエアＡを噴射口７ａからライザー管２の下端部内側に噴射する。

噴射口７ａは単数でもよいが複数設けられることが好ましく、複数の場合は、周方向に間隔をあけて配置されるとよい。複数の噴射口７ａは、周方向に等間隔で配置されることがより好ましい。この実施形態では図４に例示するように、噴射口７ａからのエアＡの噴射方向が、ライザー管２の内部でライザー管２の管軸中心に対して旋回流を生じさせる向きに設定されている。

多孔フィルタ６は、噴射口７ａの上方位置に配置されていて、噴射口７ａと排出路５との間に介在している。この実施形態では、多孔フィルタ６が筒状体になっている。この多孔フィルタ６の下端部が、外管３の内周面と内管４の外周面との間に嵌められた状態で多孔フィルタ６が外管３の内周面に沿って配置されている。

詳述すると、外管３の下側部分３Ａの内周面から内周側に突出する環状の支持突起３ｃの上に、多孔フィルタ６の下端面の外周部が当接して多孔フィルタ６が載置されている。この多孔フィルタ６の上端面は、外管３の上側部分３Ｂの内周面から内周側の突出する環状の押え蓋３ｄによって押さえられている。

多孔フィルタ６は、微小な孔６ａが多数形成された部材であり、例えば、多孔質セラミックスや金属等を用いることができる。或いは、孔６ａとして連続気泡が多数形成された硬質樹脂等を用いることができる。孔６ａの大きさは例えば、０．０１ｍｍ〜５ｍｍである。多孔フィルタ６の大きさ（内径、外径、長さ）は、後述するエアバブルＢの必要量等に基づいて決定される。

内管４の内側空間と、筒状の多孔フィルタ６の内側空間と、この上側に繋がる円管体２Ａ、２Ｂ、２Ｃの内側空間とが上下に連通して排出路５を形成している。

以下に、このポンプ装置１を用いた本発明の水中汚濁成分の除去方法を説明する。

図１に例示するように、ポンプ装置１のライザー管２を水中に立設状態で設置して、その下端開口を水底地盤から離した上方位置に配置する。そして、その下端開口を、除去対象となる汚濁成分Ｄ（土砂、シルト分等）が浮遊している範囲またはその近傍にセットする。

次いで、ライザー管２の下端部に噴射ノズル７によりエアＡを噴射する。エアＡの噴射圧力は従来のエアリフトポンプ装置の場合と同様である。噴射口７ａから噴射されたエアＡは、まず、多孔フィルタ６の下方に形成されている外管３の内周面と内管４の外周面とのすき間に注入される。その後、多孔フィルタ６を通じて排出路５に供給される。

図２に例示するように、エアＡは多孔フィルタ６を通過することにより細分化されて、排出路５の内部にはより微小なエアバブルＢが発生する。このエアバブルＢは上方移動するに連れて、作用する水圧の低下に伴って膨張して大きくなる。エアバルブＢが過大であると汚濁水に含まれる汚濁成分Ｄが、エアバブルＢとエアバルブＢとのすき間から落下するので上方移動させ難くなる。ところが本発明では、エアＡが多孔フィルタ６を通過しない従来装置に比してエアバブルＢが微小になり、その数も増加する。

そのため本発明では、エアバブルＢとエアバブルＢとのすき間が極めて小さくなる。それ故、この微小のエアバブルＢの膨張を伴う浮力によって、ライザー管２の下端部から排出路５を通じて汚濁成分Ｄを効率的に上方移動させて除去することが可能になっている。即ち、本発明では従来に比して、噴射ノズル７の１本あたりから噴射するエアＡをより細分化することができる。したがって、本発明では噴射ノズル７を多数設けなくてもエアＡを細分化でき、ポンプ装置１の複雑化を回避することができる。上方移動させた汚濁成分Ｄは、搬送装置によって水上の別の場所に移送される。

さらに、この実施形態では筒状体の多孔フィルタ６を用いているので、微小なエアバブルＢが多孔フィルタ６の内周面全体（即ち、排出路５の外周面全体）から排出路５の内部に供給される。そのため、排出路５の内部の広範囲に微小なエアバブルＢが高密度で発生し、汚濁成分Ｄを効率よく上昇移動させるには益々有利になっている。

噴射口７ａからのエアＡの噴射方向は任意に設定できるが、ライザー管２の内部にライザー管２の管軸中心に対して旋回流を生じさせる向きに設定するとよい。この設定にすると、排出路５の内部の広範囲に微小なエアバブルＢを発生させ易くなり、一段と効率よく汚濁成分Ｄを上方移動させて除去できる。

上述した実施形態では、噴射ノズル７および多孔フィルタ６を、ライザー管２の下端部のみに設けているが、ライザー管２の上下方向に間隔をあけた複数位置にそれぞれ噴射ノズル７および多孔フィルタ６を同様に設置することもできる。例えば、ライザー管２が長い場合（例えば、２０ｍ以上の場合）に、このような構成にすると、円滑に汚濁成分Ｄを水上に移動させ易くなる。

図５〜図７に例示するポンプ装置１の別の実施形態は、先の実施形態に対してポンプ１０が備わるとともに、ライザー管２の仕様が異なっていて、その他の構成は同じである。ポンプ１０は地上に設置されて、ライザー管２の上端部が接続されている。ポンプ１０は、排出路５に存在している汚濁成分Ｄを含む汚濁水などの収容物を上方に吸引するように機能する。

ライザー管２（外管３）の下端部の周壁には、ライザー管２（外管３）の外部と排出路５とを連通させる孔３ｂが多数形成された多孔部３ａが設けられている。孔３ｂの大きさは例えば、０．１ｍｍ〜５ｍｍである。孔３ｂは外管３の周方向に満遍なく形成されることが好ましい。外管３の一部をメッシュ材によって構成して、メッシュの目を孔３ｂとして多孔部３ａを設けた構成にすることもできる。尚、この実施形態ではポンプ１０が必須になるが、多孔フィルタ６は必要に応じて任意で設けることができる。

以下に、このポンプ装置１を用いた本発明の水中汚濁成分の除去方法を説明する。

ポンプ装置１のセッティングは先の実施形態と同じである。次いで、ライザー管２の下端部に噴射ノズル７によりエアＡを噴射する。エアＡの噴射圧力は従来のエアリフトポンプ装置の場合と同様である。噴射口７ａから噴射されたエアＡは、多孔フィルタ６を通じて排出路５に供給される。また、ポンプ１０を作動させることにより、ポンプ１０によって排出路５の内部を上方に吸引する。

図６に例示するように、エアＡは多孔フィルタ６を通過することにより細分化されて、排出路５の内部には微小なエアバブルＢが多数発生する。さらに、この実施形態では、排出路５の内部をポンプ１０により上方に吸引するので、多孔部３ａを通じて外管３の外部から排出路５に水Ｗが吸入される。排出路５の内部では、噴射ノズル７から噴射したエアＡが、多孔部３ａを通じて吸入された水Ｗと合流する。

微小な多孔部３ａを通過した水Ｗは、周囲の水Ｗに比して相対的に流速が速いので、この水Ｗとの合流（衝突）によってエアＡ（エアバブルＢ）がさらに細分化される。そのため、排出路５の内部には一段と微小なエアバブルＢをより広範囲に発生させることができる。したがって、汚濁成分Ｄを効率的に上方移動させて除去するには益々有利になる。

上述したように、噴射ノズル７から噴射したエアＡが、多孔部３ａを通じて吸入された水Ｗと合流、衝突してさらに細分化される。そのため、噴射ノズル７から噴射したエアＡを多孔フィルタ６を通過させて細分化させなくても、従来装置に比して微小なエアバルブＢを発生させることができる。そのため、施工現場の状況によっては、多孔フィルタ６を省略することができる。

先の実施形態で説明した種々の構成を、この実施形態でも採用することができる。例えば、ライザー管２の上下方向に間隔をあけた複数位置に多孔部３ａを設けることもできる。尚、先の実施形態においても、ライザー管２の周壁に上述した孔３ｂが多数形成された多孔部３ａを設けることもできる。

本発明は、例えば、地盤を掘削して地中連壁を構築する施工に用いることができる。この施工の場合、掘削孔には地下水に土砂等が混合して汚濁水が溜まる。この掘削孔には鉄筋かごを建て込んだ後にコンクリートを打設してコンクリート壁を形成する。この時、掘削孔に汚濁水が残留していると、汚濁成分がコンクリートの品質に悪影響を与える。そのため、いわゆるスライム処理を行って汚濁水を除去する。このスライム処理に本発明を適用することができる。

本発明は上述したスライム処理に限らず、その他、海等の水中の汚濁水、土砂等を除去する場合に適用することができる。海中の汚濁成分Ｄを除去する場合は、ポンプ装置１を作業船等に搭載し、ライザー管２を作業船等から水中に吊り下げて設置する。

１ エアリフトポンプ装置
２ ライザー管
２Ａ、２Ｂ、２Ｃ 円管体
３（３Ａ、３Ｂ） 外管
３ａ 多孔部
３ｂ 孔
３ｃ 支持突起
３ｄ 押え蓋
４ 内管
５ 排出路
６ 多孔フィルタ
６ａ 孔
７ 噴射ノズル
７ａ 噴射口
８ エア供給ライン
９ コンプレッサ
１０ ポンプ
Ａ エア
Ｂ エアバブル
Ｄ 汚濁成分
Ｗ 水

Claims (9)

1. 水中に立設状態に配置されるライザー管と、このライザー管の下端部にエアを噴射する噴射ノズルとを備えたエアリフトポンプ装置において、
   前記ライザー管の内部に形成された上下に連通する排出路と、前記ライザー管の内部に配置される多孔フィルタとを設け、前記噴射ノズルから噴射したエアを前記多孔フィルタを通じて前記排出路に供給する構成にしたことを特徴とするエアリフトポンプ装置。
2. 水中に立設状態に配置されるライザー管と、このライザー管の下端部にエアを噴射する噴射ノズルとを備えたエアリフトポンプ装置において、
   前記ライザー管の内部に形成された上下に連通する排出路と、前記排出路にある収容物を上方に吸引するポンプとを設け、前記ライザー管の周壁に、このライザー管の外部と前記排出路とを連通させる孔が多数形成された多孔部を設けたことを特徴とするエアリフトポンプ装置。
3. 前記ライザー管の内部に配置される多孔フィルタを設け、前記噴射ノズルから噴射したエアを前記多孔フィルタを通じて前記排出路に供給する構成にした請求項２に記載のエアリフトポンプ装置。
4. 前記多孔フィルタが、前記噴射ノズルの噴射口の上方位置で、前記ライザー管の内周面に沿って配置される筒状体である請求項１または３に記載のエアリフトポンプ装置。
5. 前記ライザー管が、外管と、この外管の下端部の内部に長手方向中途まで埋入された内管とで構成され、前記多孔フィルタの下端部が前記外管の内周面と内管の外周面との間に嵌められて、前記多孔フィルタが前記外管の内周面に沿って配置されて、前記噴射ノズルの噴射口が前記外管の周壁に開口する請求項４に記載のエアリフトポンプ装置。
6. 前記噴射ノズルの噴射口が前記ライザー管に対して周方向に間隔をあけて複数配置される請求項１〜５のいずれかに記載のエアリフトポンプ装置。
7. 水中に立設状態に配置されるライザー管の下端部にエアを噴射して、この噴射したエアによって生じたエアバブルの膨張を伴う浮力により、前記ライザー管の下端部からこのライザー管を通じて水中汚濁成分を上方移動させて除去する水中汚濁成分の除去方法において、
   前記ライザー管の内部に上下に連通する排出路を形成するとともに、前記ライザー管の内部に配置される多孔フィルタを設け、前記噴射ノズルから噴射したエアを前記多孔フィルタを通じて前記排出路に供給して前記排出路を通じて前記水中汚濁成分を上方移動させることを特徴とする水中汚濁成分の除去方法。
8. 水中に立設状態に配置されるライザー管の下端部にエアを噴射して、この噴射したエアによって生じたエアバブルの膨張を伴う浮力により、前記ライザー管の下端部からこのライザー管を通じて水中汚濁成分を上方移動させて除去する水中汚濁成分の除去方法において、
   前記ライザー管の内部に上下に連通する排出路を形成するとともに、前記ライザー管の周壁にこのライザー管の外部と前記排出路とを連通させる孔が多数形成された多孔部を設け、前記排出路にある収容物をポンプにより上方に吸引して、前記多孔部を通じて前記ライザー管の外部から前記排出路に水を吸入しつつ前記排出路を通じて前記水中汚濁成分を上方移動させることを特徴とする水中汚濁成分の除去方法。
9. 前記ライザー管の内部に配置される多孔フィルタを設け、前記噴射ノズルから噴射したエアを前記多孔フィルタを通じて前記排出路に供給する請求項８に記載の水中汚濁成分の除去方法。

Images