JP2018167947A - 揚砂装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、高濃度の固形物を移送し、効率よく揚砂することが可能な揚砂装置を提供することである。【解決手段】上記課題を解決するために、固形物を移送するための揚砂部を備えた揚砂装置であって、前記揚砂部は、固形物を投入する固形物流入口と、前記固形物流入口を密閉する密閉手段と、前記固形物流入口から投入された固形物を堆積するための空間を形成する空間形成部と、前記空間に堆積した固形物を移送するための加圧水の流路を形成する流路形成部と、を有することを特徴とする、揚砂装置を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、砂等の固形物を揚砂するための揚砂装置に関する。また、本発明は、沈砂池等の沈砂等を揚砂する一次揚砂装置と、一次揚砂装置で揚砂した固形物混合液を固液分離し、分離された固形物を揚砂する二次揚砂装置と備えた揚砂システムに関する。

下水処理場やポンプ場等の沈砂池に堆積した沈砂は、固液分離装置等に揚砂することが必要になるが、その揚砂方法としては、沈砂掻揚機とコンベヤを組み合わせた揚砂搬送方式やサンドポンプ等を用いた配管輸送方式が利用されている。近年、維持管理や衛生の観点から、配管輸送方式が主流になり、さらにサンドポンプを用いたものは、ポンプの消耗や配管の閉塞等が問題になることから、エジェクタの原理を利用した噴射式（ジェットポンプ式）の揚砂装置が多く採用されている。

噴射式の揚砂装置については、動力の小規模化や使用水量の低減を目的として、沈砂池から汲み上げられた沈砂を閉空間形成可能な槽に投入し、正圧の加圧流体をこの槽内に供給して、沈砂を移送する装置が提案されている（特許文献１参照。）。

特開２０１２−８６９８７号公報

従来の揚砂装置において、沈砂等の固形物を移送するための閉空間を形成した槽では、水分が多く含まれているため、固形物と共に多量の水分も移送する。そのため、固形物の移送に、大量の加圧水を使用している。
そこで、本発明の課題は、高濃度の固形物を移送し、効率よく揚砂することが可能な揚砂装置を提供することである。

本発明者は、上記の課題について鋭意検討した結果、固形物を移送するための揚砂部において、固形物を堆積するための空間と、加圧水が通過するための流路を形成し、この空間に堆積した固形物を巻き込みながら加圧水が通過することにより、高濃度の固形物を移送できることを見出し、本発明を完成させた。
具体的には、以下の揚砂装置及び揚砂システムである。

上記課題を解決するための本発明の揚砂装置は、固形物を移送するための揚砂部を備えた揚砂装置であって、前記揚砂部は、固形物を投入する固形物流入口と、前記固形物流入口を密閉する密閉手段と、前記固形物流入口から投入された固形物を堆積するための空間を形成する空間形成部と、前記空間に堆積した固形物を移送するための加圧水の流路を形成する流路形成部と、を有することを特徴とする。

この揚砂装置によれば、流路形成部により加圧水の流路が形成され、堆積した固形物が加圧水の流路に巻き込まれて移送するため、高濃度の固形物を移送することができる。よって、高濃度の固形物を効率よく揚砂するという効果を奏する。

更に本発明の揚砂装置の一実施態様としては、固形物混合液を固液分離する固液分離部と、を備え、前記固液分離部で分離された固形物を前記揚砂部に投入するという特徴を有する。
この特徴によれば、固液分離部で分離された固形物を揚砂部に投入するため、さらに高濃度化された固形物を移送することができる。

更に本発明の揚砂装置の一実施態様としては、空間形成部が円筒形であるという特徴を有する。
この特徴によれば、空間形成部内において堆積した固形物を加圧水の流路に巻き込まれ易くなり、固形物をより効率良く移送することができる。

更に本発明の揚砂装置の一実施態様としては、流路形成部がスリットを有した円筒形であるという特徴を有する。
この特徴によれば、加圧水の流路が円筒形であるため、加圧水の圧力損失が小さくなり、加圧水の圧力の低下を抑制することができる。

上記課題を解決するための本発明の揚砂システムは、一次揚砂装置、及び、二次揚砂装置を備えた揚砂システムであって、前記二次揚砂装置は、上記の本発明の揚砂装置であることを特徴とする。

この揚砂システムによれば、揚砂におけるエネルギー効率を改善することができる。沈砂等の固形物を一つの揚砂装置で揚砂すると、揚程が高くなるため、大量のエネルギーを消費する。特に揚砂装置が噴射式の揚砂装置の場合、ポンプ効率が悪く高揚程になる程、作動流体として高圧大水量の加圧水が必要となるため、消費エネルギー削減のためには揚程を低くする必要がある。本発明の揚砂システムでは、二次揚砂装置を設けることにより、一次揚砂装置の噴射式の揚砂装置における揚程が低くなるため、揚砂のための消費エネルギー量を削減することができる。さらに、二次揚砂装置の本発明の揚砂装置では、固形分を濃縮して移送するため、揚砂のための消費エネルギーをさらに抑制することができる。また、一次揚砂装置と二次揚砂装置を用いることにより、揚砂が段階的に行われることになるため、低動力の加圧水ポンプで揚砂することが可能になる。

更に本発明の揚砂システムの一実施態様としては、前記一次揚砂装置は、噴射式の揚砂装置であり、一次揚砂装置と二次揚砂装置は、共通の加圧水源を使用するという特徴を有する。
この特徴によれば、揚砂システムを簡素化することができるとともに、低動力の加圧水ポンプ１つで揚砂することができる。

本発明によると、高濃度の固形物を移送し、効率よく揚砂することが可能な揚砂装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態である揚砂装置を含む揚砂システムを示す概略説明図である。 本発明の第１の実施形態である揚砂装置の固液分離部を示す説明概略図である。 本発明の第１の実施形態である揚砂装置の揚砂部を示す説明概略図である。（ａ）は揚砂部の側面断面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。 本発明の揚砂装置の揚砂部の断面を示す説明概略図である。断面形状が、（ａ）山型状である空間形成部の例であり、（ｂ）下方が開口した矩形状の空間形成部の例である。 本発明の第２の実施形態である揚砂装置の固液分離部を示す説明概略図である。 本発明の第３の実施形態である揚砂装置の揚砂部を示す説明概略図である。（ａ）は揚砂部の側面断面図であり、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。 本発明の第４の実施形態である揚砂装置の揚砂部を示す説明概略図である。（ａ）は揚砂部の側面断面図であり、（ｂ）はＣ−Ｃ断面図である。 本発明の第５の実施形態である揚砂装置の揚砂部を示す説明概略図である。（ａ）は揚砂部の側面断面図であり、（ｂ）はＤ−Ｄ断面図である。

本発明の揚砂装置は、固形物を移送するための揚砂部を備えた揚砂装置であって、前記揚砂部は、固形物を投入する固形物流入口と、前記固形物流入口を密閉する密閉手段と、前記固形物流入口から投入された固形物を堆積するための空間を形成する空間形成部と、前記空間に堆積した固形物を移送するための加圧水の流路を形成する流路形成部と、を有すことを特徴とするものである。
また、本発明の揚砂システムは、一次揚砂装置、及び、二次揚砂装置を備えた揚砂システムであって、前記一次揚砂装置は、噴射式の揚砂装置であり、前記二次揚砂装置は、上記の本発明の揚砂装置であることを特徴とするものである。
以下、図面を参照しつつ、本発明の揚砂装置および揚砂システムの実施形態を詳細に説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の揚砂システムを示す説明概略図であり、二次揚砂装置として本発明の第１の実施形態である揚砂装置を含む構成である。
揚砂システムは、沈砂池等の水処理設備の沈砂、し渣等の固形物を水上まで揚砂するためのシステムである。
図１の揚砂システムは、一次揚砂装置として水を作動流体とする噴射式（ジェットポンプ式）の揚砂装置２（以下、「一次揚砂装置２」という。）を備えており、二次揚砂装置として本発明の揚砂装置３（以下、「二次揚砂装置３」という。）を備えている。

（一次揚砂装置）
一次揚砂装置２は、沈砂池１から二次揚砂装置３まで、沈砂等の固形物を揚砂するための構成である。第１の実施形態の揚水システムでは、水を作動流体とする噴射式（ジェットポンプ式）の揚砂装置２を使用している。一次揚砂装置２に利用する加圧水の水源は、貯水槽８に蓄えられており、加圧水ポンプ９を使用して加圧水を調整する。加圧水は、管路Ｐ１を介して一次揚砂装置２に送られ、噴射流として管路Ｐ２に流入する。その際、噴射流によるエジェクタ作用により、固形分が吸い上げられる。沈砂池１から一次揚砂装置２に吸入された固形物混合液は、管路Ｐ２を介して二次揚砂装置３に移送（揚砂）する。

なお、本発明の揚砂システムにおいて、一次揚砂装置としては、どのようなものを使用してもよい。例えば、サンドポンプ、タービンポンプ、水中モータポンプ等を利用した揚砂装置が挙げられる。また、本発明の二次揚砂装置３の実施においては、一次揚砂装置を使用しなくてもよい。

（二次揚砂装置）
二次揚砂装置３は、固液分離部５と揚砂部６を備えており、固液分離部５と揚砂部６は、管路Ｐ３により連結されている。また、管路Ｐ３には揚砂部６を圧力的に密閉な空間とするための密閉手段７を備えている。

図２に、本発明の第１の実施形態である二次揚砂装置３の固液分離部５を示す。固液分離部５は、比重分離方式の固液分離槽である。固形物混合液は、管路Ｐ２を介して固液分離部５に流入し、水よりも比重が大きい固形物が固液分離槽の下部に沈降し、管路Ｐ３を介して揚砂部６に移送される。一方、分離水は水面付近から回収され、管路Ｐ４を介して排出される。

なお、本発明において、固液分離部は、固形物が分離できるものであれば、特に制限されず、例えば、比重分離方式の他、サイクロン等の遠心分離方式を利用してもよい。また、固液分離部は、必須の構成ではなく、揚砂部６の内部において固形物を沈降濃縮してもよい。

図３に、本発明の第１の実施形態である二次揚砂装置３の揚砂部６を示す。揚砂部６は、投入された固形物を移送するための構成であり、管路Ｐ３に連結され固形物を投入する固形物流入口１３、加圧水を導入する加圧水流入口１４、固形物が排出される排出口１５を備えている。さらに、固形物を堆積するための空間を形成する空間形成部１１及び加圧水の流路を形成する流路形成部１２を備え、固形物が堆積するための空間Ｒ１と、加圧水が通過する流路Ｒ２を有する。

図３に示すように、空間形成部１１は、横向きに設置された円筒状の管により構成され、その内部には、流路形成部１２として、下側にスリットＣが形成された円筒状の管が設置されている。また、空間形成部１１の一端側に加圧水流入口１４、他端側に排出口１５が設けられ、空間形成部１１の一端側から加圧水が流入し、流路形成部１２の内部を通過して、他端側の排出口１５から流出するように構成されている。

次に、固形物の移送について説明する。二次揚砂装置３に移送された固形物混合液は、固液分離部５において、固形物混合液から固形物が分離され、分離された固形物は管路Ｐ３を介して揚砂部６に移送される。揚砂部６に移送された固形物は、固形物流入口１３より揚砂部６に流入し、空間Ｒ１に堆積する。

空間Ｒ１に固形物が堆積すると、密閉手段７により固形物流入口１３が閉じ、揚砂部６は、圧力的に密閉な空間を形成する。なお、圧力的に密閉な空間とは、加圧水の流入に対して該排出口以外に水の出入りがない構成を示す。

加圧水流入口１４から加圧水が流入すると、加圧水が流路を通って、排出口１５から排出する（図６（ａ）の太い矢印）。このとき、流路形成部１２は、下部にスリットＣが形成されていることから、堆積していた固形物は加圧水に巻き込まれて（図６（ａ）、（ｂ）の細い矢印）、加圧水と共に排出口１５から排出される。

なお、加圧水は、管路Ｐ１、Ｐ２、Ｐ５におけるバルブＶ１、Ｖ２、Ｖ４の開閉を制御することにより一次揚砂装置２と共通の加圧水源を使用する。一次揚砂装置２により揚砂を行う場合には、バルブＶ４を閉口し、バルブＶ１及びＶ２を開口する。一方、二次揚砂装置３により揚砂を行う場合には、バルブＶ１及びＶ２を閉口し、バルブＶ４を開口する。なお、バルブは、電動弁や電磁弁を使用してもよいし、手動で開閉してもよい。
一次揚砂装置２と二次揚砂装置３について、共通の加圧水源を使用することにより、揚砂システムを簡素化することができるとともに、低動力の一つの加圧水ポンプ９で揚砂することができる。

次に、揚砂部６から排出された固形物は、図１に示すように、管路Ｐ６を通過して揚砂され、固液分離装置４に供給される。そして、固液分離装置４で分離された固形物は、沈砂ホッパー１０に回収される。

流路形成部１２の断面形状は、下方に加圧水が流入するための流路Ｒ２が形成されればどのような形状でもよい。図３の流路形成部１２ではスリットＣを下方に形成した略円弧状であるが、例えば、図４の（ａ）のような断面山型状のものや、図４の（ｂ）のような下方が開口した断面矩形状のものであってもよい。その他、断面直線状（平板）のもの等が挙げられる。流路形成部１２がスリットＣを下方に形成した断面略円弧状の場合には、圧力損失が低下するため、加圧水の圧力を高く維持することができる。断面山型状や、下方が開口した断面矩形状のものでは、加圧水の流路を確保しつつ、簡素な構造物とすることができる。断面直線状のものでは、構造が極めて単純であり、生産性に優れる。

空間形成部１１は、流路形成部１２と揚砂部６の底部との間に固形物を堆積するための空間Ｒ１が形成されればどのような構成としてもよい。例えば、第１の実施形態のように、揚砂部６を円筒形としてその中心に集砂する構成や、揚砂部６の底面に、トラフを設けて集砂する構成としてもよい。なお、トラフの断面形状は、逆三角形状や矩形状や円弧状等とすればよい。

［第２の実施形態］
図５は、本発明の第２の実施形態である二次揚砂装置の固液分離部を示す説明概略図である。この固液分離部は、遠心分離方式、より具体的にはサイクロン式の固液分離器である。固形物混合液は、管路Ｐ２を介して固液分離部５に流入し、固液分離部５内で回転することによって、遠心力で水よりも比重が大きい固形物の沈降が促され、管路Ｐ３を介して揚砂部６に移送される。水は固液分離部５の上部から回収されて、管路Ｐ４を介して排出される。

［第３の実施形態］
図６は、本発明の第３の実施形態である揚砂装置の揚砂部を示す概略説明図である。図６の揚砂部６は、図３の揚砂部と同様に、空間形成部１１と流路形成部１２が円筒形の形状を有した二重管構造の揚砂部であるが、排出口１５の底面と固形物が堆積する空間Ｒ１の底面とが直線上に位置し、揚砂部６の上部の屈曲によって、狭小部１６が形成される構造となっている。流路形成部１２は、空間形成部１１と接触しない空間Ｒ１の中心よりも下部に位置している。また、図６の揚砂部の流路形成部１２も、底面側にスリットＣを有した円筒形の形状を有しており、加圧水によってより直接的に固形物Ｓを排出口１５方向に移送することができる。

［第４の実施形態］
図７は、本発明の第４の実施形態である揚砂装置の揚砂部を示す概略説明図である。図７の揚砂部６は、図３の揚砂部と同様に空間形成部１１が円筒形の形状を有しているが、流路形成部１２が空間形成部１１の上部から突出しており、空間形成部１１と流路形成部１２が一体となった構造物により形成されている。流路Ｒ２は、空間形成部１１と流路形成部１２によって囲まれる空間に形成され、流路Ｒ２の下部は開口している。そのため、図３や図６の揚砂部と同様に、加圧水が流入して流路Ｒ２を通過する際に、固形物Ｓが巻き込まれて排出口１５方向に移送される。

［第５の実施形態］
図８は、本発明の第５の実施形態である揚砂装置の揚砂部を示す概略説明図である。この揚砂部は、固液分離部を有さず、揚砂部６の内部で固形分を沈降濃縮するものである。揚砂部の底部は、図８（ｂ）に示すように、幅径が縮小して逆三角形状に形成されている。これにより、固形物が底部の略中心に集砂する空間Ｒ１を形成する。空間Ｒ１の上部には、断面略山型状の流路形成部１２が設置され、加圧水の流路Ｒ２が形成されている。

本発明の揚砂装置及び揚砂システムは、下水処理場やポンプ場等の沈砂池に堆積した沈砂を揚砂する揚砂設備として利用することができる。

１ 沈砂池、２ 揚砂装置、３ 二次揚砂装置、４ 固液分離装置、５ 固液分離部、６ 揚砂部、７ 密閉手段、８ 貯水槽、９ 加圧水ポンプ、１０ 沈砂ホッパー、１１ 空間形成部、１２ 流路形成部、１３ 固形物流入口、１４ 加圧水流入口、１５ 排出口、１６ 狭小部、Ｐ１〜Ｐ６ 管路、Ｖ１〜Ｖ６ 電動弁、Ｓ 固形物、Ｒ１ 固形物が堆積するための空間、Ｒ２ 加圧水の流路

Claims (6)

1. 固形物を移送するための揚砂部を備えた揚砂装置であって、
   前記揚砂部は、固形物を投入する固形物流入口と、
   前記固形物流入口を密閉する密閉手段と、
   前記固形物流入口から投入された固形物を堆積するための空間を形成する空間形成部と、
   前記空間に堆積した固形物を移送するための加圧水の流路を形成する流路形成部と、
   を有することを特徴とする、揚砂装置。
2. 固形物混合液を固液分離する固液分離部と、を備え、
   前記固液分離部で分離された固形物を前記揚砂部に投入することを特徴とする、請求項１に記載の揚砂装置。
3. 前記空間形成部は、円筒形であることを特徴とする、請求項２に記載の揚砂装置。
4. 前記流路形成部は、スリットを有する円筒形であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の揚砂装置。
5. 一次揚砂装置、及び、二次揚砂装置を備えた揚砂システムであって、
   前記二次揚砂装置は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の揚砂装置であることを特徴とする、揚砂システム。
6. 前記一次揚砂装置は、噴射式の揚砂装置であり、
   前記一次揚砂装置と前記二次揚砂装置は、共通の加圧水源を使用することを特徴とする、請求項５に記載の揚砂システム。
   
   

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