JP2022066971A - 洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被洗浄物の流出を抑制しつつ高い洗浄効果を備えた小型の洗浄装置を提供する。【解決手段】液体が流入する流入口と、流入した液体に旋回流を生じさせ、液体の一部を放出する放出口３３１とを有する容器３と、夾雑物と被洗浄物を含んだ貯留液を放出口３３１に対面して貯留する貯留槽４と、貯留槽４内に貯留されている貯留液に含まれた被洗浄物を排出する搬出装置５とを備え、容器３は、流入口と放出口３３１の間に、容器３の内周面によって画定された内部空間の断面積が流入口側よりも放出口３３１側の方が減少した絞り部３２を有するものであり、放出口３３１は、貯留槽４内に貯留されている貯留液に接続した状態になるものである。【選択図】図３

Description

本発明は、被洗浄物を洗浄する洗浄装置に関する。

下水処理施設には、汚水から砂を除去するための沈砂池が設けられている。沈砂池では、受け入れた汚水に含まれている砂を池底の集砂ピットに集めた後、集めた砂を汚水とともに揚砂ポンプで移送している。揚砂ポンプで移送される砂と汚水には、し渣や有機物等の夾雑物が混入している。この夾雑物の殆どは、砂よりも比重が小さい。移送された砂は埋め立て処分地などで埋め立てされることがある。しかし、砂に混入している夾雑物が多いとメタンガス等が発生することがあるため、埋め立て処分地で受け入れてもらえないことがある。また、他にも土砂を洗浄して夾雑物である粘土分を除去したいという要求もある。以下、洗浄が必要な砂や土砂等を総称して被洗浄物と称する。このため、夾雑物と被洗浄物が混入した液体から夾雑物を取り除くことで被洗浄物を洗浄する洗浄装置が下水処理施設などに設けられることがある（例えば、特許文献１等参照）。特許文献１に開示された洗浄装置は、洗浄槽の壁面に設けられた攪拌装置によって汚水を攪拌するものの、主には比重が大きい砂を沈降させることで分離する、いわゆる沈降分離によって夾雑物と砂を分離する構成である。このため、夾雑物を浮上させつつ砂を沈降させるための大量の水を貯留する洗浄槽が必要になり、洗浄装置が大型化してしまうという問題がある。また、水の比重に近いまたは水の比重より大きい夾雑物は砂と分離しにくいという問題もある。これに対し、夾雑物と砂が混入した汚水を洗砂サイクロンによって洗浄する洗浄装置が開発されている（例えば、特許文献２等参照）。特許文献２の洗浄装置では、洗砂サイクロンの上部に堰と環状樋とが設けられている。この洗浄装置では、洗砂サイクロンに流入した汚水に混入している夾雑物を、汚水とともに洗砂サイクロン内に生じた上昇流に引き込んで洗砂サイクロンの上部に送り、環状樋を通して洗浄装置の外部に送り出そうとしている。この特許文献２の洗浄装置によれば、洗砂サイクロンを用ることで、洗浄装置を小型化できる。また、洗砂サイクロンを用いているので、水の比重に近いまたは水の比重より大きい夾雑物も上昇流に引き込んで環状樋を通して洗浄装置の外部に送り出せる可能性がある。

実開昭５４－７２８６６号公報 特開２０１３－５９７５５号公報

しかしながら、特許文献２に開示された洗浄装置は、揚砂ポンプから移送されてきた夾雑物と砂が混入した汚水を洗砂サイクロンに流入させて砂を洗砂サイクロンの下部に沈降させ、その洗砂サイクロン下端の開口に連結された回収コンベアに投入する構成である。このため、回収コンベアに投入される前の砂が洗砂サイクロンの下部に溜り、洗砂サイクロン内の上昇流に引き込まれて洗砂サイクロンの上部に送られやすく、相当程度の量の砂が堰を超えて洗浄装置の外部に流出してしまう虞がある。この対策として、砂が洗浄装置の外部に送り出されない程度に上昇流を弱めようとすると夾雑物が上昇流に引き込まれ難くなり、洗浄効果が低くなってしまうという問題がある。

本発明は上記事情に鑑み、被洗浄物の流出を抑制しつつ高い洗浄効果を備えた小型の洗浄装置を提供することを目的とする。

上記目的を解決する本発明の洗浄装置は、液体が流入する流入口と、流入した該液体に旋回流を生じさせ、該液体の一部を放出する放出口とを有する容器と、
夾雑物と被洗浄物を含んだ貯留液を前記放出口に対面して貯留する貯留槽と、
前記貯留槽内に貯留されている貯留液に含まれた被洗浄物を排出する排出部とを備え、
前記容器は、前記流入口と前記放出口の間に、該容器の内周面によって画定された内部空間の断面積が該流入口側よりも該放出口側の方が減少した絞り部を有するものであり、
前記放出口は、前記貯留槽内に貯留されている貯留液に接続した状態になるものであることを特徴とする。

前記旋回流によって前記容器の中心部分には上昇流が発生し、前記放出口の中心部分には負圧が生じる。このため、前記貯留槽内に貯留されている貯留液が該放出口に接続した状態では、該放出口近傍にある貯留液は、負圧が生じている前記放出口の中心部分から該容器内に吸い込まれる。このとき、貯留液に含まれている被洗浄物も前記容器内に吸い込まれることもあるが、夾雑物や貯留液の液体成分と比較して被洗浄物は比重が大きいので該容器内に吸い込まれた被洗浄物は、前記上昇流からはじき出されて前記貯留槽に再度放出されやすい。反対に、前記貯留槽内にある夾雑物は比重が小さいので該貯留槽内で舞い上がり前記放出口から吸い込まれやすく、前記容器内に吸い込まれた夾雑物は容器内の上昇流に乗って上昇しやすい。これらにより、この貯留液の液体成分や夾雑物とともに被洗浄物が流出することを抑制しつつ、前記貯留槽にある夾雑物を洗浄装置の外部に送り出し、夾雑物が取り除かれた被洗浄物を得ることができる。

ここで、前記容器は、液体が流入するサイクロンであってもよい。前記放出口は、前記貯留槽内に配置されたものであってもよい。また、前記放出口は、前記貯留槽内に貯留されている貯留液に接続した状態では、該放出口が該貯留液に覆われるものであってもよい。また、前記放出口は、前記貯留槽内に貯留されている貯留液の液面に接続した状態になるものであってもよい。前記放出口が前記貯留槽内に貯留されている貯留液の液面に接続した状態では、該放出口と該液面が僅かに離間し、該放出口から放出された前記液体の一部と該液面によって該放出口の周囲が覆われていてもよく、該液面と該放出口が接していてもよい。さらに、前記放出口は、前記貯留槽内に貯留されている貯留液の液中に没した状態になるものであってもよい。前記放出口が前記貯留槽内に貯留されている貯留液の液中に没した状態では、該放出口を覆う部分にある貯留液が該放出口に対面していることになる。加えて、前記容器内に流入する液体は、夾雑物と被洗浄物が混入した汚水であってもよい。前記排出部は、被洗浄物を搬送するコンベアであってもよいし、前記貯留槽の底部側部分を開閉可能なゲートまたは弁であってもよい。また、前記排出部は、前記貯留槽の下端に接続されたものであってもよい。なお、夾雑物は貯留液の液体成分より比重が小さいものであってもよく、被洗浄物は該液体成分より比重が大きいものであってもよい。

この洗浄装置において、前記貯留槽内に貯留されている貯留液に液流を発生させる流体を吐出する吐出口を前記放出口よりも下方となる位置に備えていてもよい。

前記液流により、前記貯留槽の底部側に沈降していく夾雑物や該貯留槽の底部に堆積した夾雑物を舞い上がらせて、前記放出口から前記容器内に吸い込ませることができる。なお、前記液流によって前記貯留槽内に貯留されている貯留液が激しく攪拌された場合、被洗浄物が上方に舞い上がって前記放出口から前記容器内に吸い込まれやすくなるが、この洗浄装置では、上述したように該容器内に吸い込まれた被洗浄物は再度前記貯留槽に放出されやすい。このため、この洗浄装置では、貯留液の液体成分や夾雑物とともに被洗浄物が流出することを抑制しつつ高い洗浄効果を得ることができる。

ここで、前記吐出口は、水平方向または上向きに流体を吐出するものであってもよい。また、前記吐出口は、前記排出部に配置されたものであってもよい。加えて、前記吐出口は、前記排出部内に堆積した被洗浄物に向かって流体を吐出するものであってもよい。

また、この洗浄装置において、前記容器は、前記放出口の開口面積よりも大きい開口面積を有する送出口が接続されたものであってもよい。

前記送出口の開口面積が大きいので、前記放出口から吸い込まれる夾雑物と貯留液の液体成分の多くを該送出口から送り出せる。その結果、前記放出口から夾雑物と貯留液の液体成分を吸い込みやすくなる。

本発明によれば、被洗浄物の流出を抑制しつつ高い洗浄効果を備えた小型の洗浄装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に相当する洗浄装置が配置された沈砂池を示す概略構成図である。 （ａ）は、図１に示した容器の平面図であり、（ｂ）は、同図（ａ）におけるＡ－Ａ断面図である。 図１に示した容器と貯留槽と搬出装置の下側部分とを示す正面図である。 図１に示した容器と貯留槽と搬出装置の下側部分とを示す右側面図である。 図１に示した洗浄装置の動作を示すフローチャートである。 図１に示した洗浄装置の第１変形例を示す、図３と同様の正面図である。 図１に示した洗浄装置の第２変形例を示す、図３と同様の正面図である。 図１に示した洗浄装置の第３変形例を示す、図４と同様の右側面図である。 洗浄装置の第２実施形態を示す、図１と同様の概略構成図である。 図９に示した洗浄装置の動作を示すフローチャートである。 洗浄装置の第３実施形態を示す、図３と同様の正面図である。 図１１に示した洗浄装置の動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。本実施形態の説明では、沈砂池から移送された、夾雑物と砂を含んだ汚水から夾雑物と汚水を取り除くことで砂を洗浄し、洗浄された砂を排出する洗浄装置に本発明を適用した例を用いる。この実施形態における砂は、被洗浄物の一例に相当する。なお、沈砂池は、下水処理施設の上流側に配置され、下水または雨水などの汚水から砂を取り除くためのものである。沈砂池において砂が取り除かれた汚水は、下流にある沈殿池などに送られる。また、夾雑物は、夾雑物除去スクリーン装置などによって汚水と分離されて処理される。

図１は、本発明の一実施形態に相当する洗浄装置が配置された沈砂池を示す概略構成図である。

図１に示すように、本実施形態の洗浄装置１が配置された沈砂池９は、ポンプ井９１と、トラフ９２と、集砂ノズル９３と、集砂ピット９４とを備えた池である。この沈砂池９には、図の右側から汚水が流れ込んでくる。流れ込んだ汚水は図の左側に向かってゆっくりと流れていく。沈砂池９では、汚水が流れていく間に、汚水に含まれている砂が池底に向かって沈降していく。ポンプ井９１は、沈砂池９の最も下流側に配置されている。ポンプ井９１は、砂が取り除かれた汚水が貯留される部分である。ポンプ井９１の内部には、揚水ポンプ９１１が設けられている。この揚水ポンプ９１１は、ポンプ井９１に貯留された汚水を沈砂池９の外部に送るものである。揚水ポンプ９１１には揚水管９１２が接続されている。揚水ポンプ９１１によって吸引された汚水は、この揚水管９１２を通して不図示の沈殿池に送られる。なお、図１には汚水の池水面ＷＬ１も示されている。この池水面ＷＬ１の位置は、沈砂池９へ流れ込む汚水の量によって、トラフ９２の底からの高さが例えば１ｍ以上５ｍ以下の範囲で変化する。

トラフ９２は、ポンプ井９１よりも上流の池底であって池幅方向の中央に形成されている。このトラフ９２は、沈砂池９における汚水の流れ方向に沿って延在している。トラフ９２の池幅方向両側の池底には、トラフ９２に向かうに従って下方に傾斜した池底傾斜面９５が形成されている。沈砂池９に流れ込んだ汚水に含まれる砂は、池底に向かって沈降し、池底傾斜面９５を滑り落ちて或いは直接トラフ９２内に堆積する。

集砂ノズル９３は、トラフ９２の上流端に配置されている。集砂ノズル９３には、上述した不図示の沈殿池から汲み上げられた汚水が供給される。集砂ノズル９３に供給された汚水は集砂ノズル９３の先端から沈砂池９の下流側に向かって吐出される。トラフ９２の下流端は集砂ピット９４に接続されている。トラフ９２内に堆積した砂は、集砂ノズル９３から吐出される水の流れによって集砂ピット９４に集められる。

集砂ピット９４は、ポンプ井９１とトラフ９２の間に形成されている。集砂ピット９４に集められた砂は、揚砂ポンプ９４１によって洗浄装置１に送られる。揚砂ポンプ９４１は、集砂ピット９４の内部であって、集砂ピット９４の底近傍に配置されている。この揚砂ポンプ９４１には、揚砂管９４２が接続されている。揚砂ポンプ９４１は、集砂ピット９４の内部に集められた砂を汚水とともに吸引し、砂が混入した汚水を揚砂管９４２を通して容器３内に移送する。この揚砂ポンプ９４１によって移送する砂や汚水には、し渣や有機物等の夾雑物が混入している。この夾雑物の殆どは、砂よりも比重が小さい。以下、この揚砂ポンプ９４１によって容器３内に移送される、夾雑物と砂が混入した汚水を、混入水と称する。そして、この混入水は、液体の一例に相当する。なお、揚砂ポンプ９４１によって容器３内に移送される混入水に含まれる砂の割合は、集砂ピット９４の内部に集められた砂の量等によって変動するが、平均すると５％程度である。また、揚砂ポンプ９４１によって容器３内に移送される混入水は、約２．０ｍ^３／分である。容器３内に流入する混入水の量は、揚砂ポンプ９４１の能力によって定まる。このため、揚砂ポンプ９４１は、容器３や貯留槽４の大きさに応じて適宜選択される。ただし、後述する貯留槽４から吸い上げられる夾雑物および液体成分の量と、容器３の下端部分に設けられた放出口３３１から放出される後述する濃縮水とがバランスするためには容器３内に流入する混入水の量が２．０ｍ^３／分以上になる揚砂ポンプ９４１を用いることが好ましい。一方、むやみに能力の高い揚砂ポンプ９４１を用いても、揚砂ポンプ９４１の価格および消費電力が高くなるだけなので、揚砂ポンプ９４１は、容器３内に流入する混入水の量が４ｍ^３／分以下になるものを用いることが好ましい。

洗浄装置１は、容器３と、貯留槽４と、搬出装置５と、送出管６とを備えている。容器３と貯留槽４と搬出装置５は、地上であって沈砂池９の近傍に配置されている。本実施形態の洗浄装置１は、混入水から砂を分離する砂分離装置の一例にも相当する。容器３の下側部分は貯留槽４の槽内に配置され、容器３の上側部分は貯留槽４よりも上部に突出している。容器３は、所謂液体サイクロンであり、流入した混入水から、汚水と夾雑物をある程度取り除いて送出管６に送り出すものである。また、容器３は、ある程度の汚水と夾雑物が取り除かれることで砂の濃度が高まった濃縮水を貯留槽４内に放出する。この放出される濃縮水は、液体の一部の一例に相当する。容器３内から直接送出管６に送出される汚水と夾雑物は、後述する貯留槽４内から吸い上げられる夾雑物および液体成分とともに送出管６を通して沈砂池９に戻される。以下、容器３内から直接送出管６に送出される汚水と夾雑物および貯留槽４内から吸い上げられて送出管６に送出される夾雑物および液体成分を総称して送出水と称する。また、以下、貯留槽４内に貯留されている砂と夾雑物と液体成分を総称して貯留液と称する。送出管６は、容器３の容器蓋３１２に接続された一端部分６１と、容器３よりも上方で水平に延びた水平部分と、水平部分から折れ曲がって下方に延びた垂直部分とを有している。そして、その垂直部分の下端である他端６ａは容器３よりも下方であって貯留槽４の外部である沈砂池９の上流側部分に配置されている。他端６ａを沈砂池９の集砂ピット９４よりも上流側に配置することで、万一送出管６を通して洗浄装置１から砂が送出されてしまったとしても、沈砂池９において下流側に流れる間に砂は池底に沈降するので、再度容器３内に移送することができる。なお、送出管６の他端６ａ側を沈砂池９の池水面ＷＬ１よりも下方まで延在させて他端６ａが水中に没するようにしてもよい。さらに、他端６ａを沈砂池９の池底近傍に配置してもよい。容器３と貯留槽４については後に詳述する。

搬出装置５は、貯留槽４の下端に接続され、斜め上方に向かって延在している。この搬出装置５は、排出部の一例に相当する。搬出装置５は、スクリューコンベア５１と投下口５２とを有する。スクリューコンベア５１は、搬出装置５内に配置されている。スクリューコンベア５１の軸方向は、搬出装置５の延在方向に一致している。搬出装置５の上端部分には、モータ５３と駆動伝達機構５４が固定されている。このモータ５３を駆動することで、駆動伝達機構５４を介してスクリューコンベア５１が回転する。なお、駆動伝達機構５４は、モータ５３の駆動軸とスクリューコンベア５１それぞれに固定されたスプロケットと、各スプロケットに巻き掛けられたチェーンとから構成されているが、歯車などの他の伝動用機械要素で構成されていてもよい。また、駆動伝達機構５４を設けずに、モータ５３とスクリューコンベア５１を直接連結してもよい。貯留槽４内に放出された濃縮水に含まれていた砂は、貯留槽４内を沈降して貯留槽４に接続された搬出装置５内に流れ込み、スクリューコンベア５１が回転することで、水切りされながら斜め上方に搬送される。投下口５２は、スクリューコンベア５１の上端近傍に配置されている。スクリューコンベア５１によって水切りされた砂は、投下口５２から下方に向けて投下される。すなわち、搬出装置５は、貯留槽４内に貯留されている貯留液に含まれている砂を貯留槽４の外部に排出するものである。なお、スクリューコンベア５１の代わりに、ベルトコンベアなどの他の搬出機構を用いてもよい。その場合、ベルトコンベアなどの他の搬出機構が、排出部の一例に相当する。

図２（ａ）は、図１に示した容器の平面図であり、図２（ｂ）は、同図（ａ）におけるＡ－Ａ断面図である。図２（ａ）および図２（ｂ）には、送出管６の一端部分６１と揚砂管９４２の一部も示されている。

図２（ｂ）に示すように、容器３は、液体導入部３１と、絞り部３２と、放出部３３と、液体流入管３４とを備えている。液体導入部３１は、容器３の上側部分に設けられている。絞り部３２は、その上端が液体導入部３１の下端に結合している。また、絞り部３２の下端には、放出部３３の上端が結合されている。容器３の内周面３ａは、液体導入部３１の内周面３１ａと絞り部３２の内周面３２ａと放出部３３の内周面３３ａによって構成されている。この容器３の内周面３ａによって内部空間Ｘ１が画定されている。すなわち、これらの液体導入部３１、絞り部３２、および放出部３３によって、内部空間Ｘ１を有する中空状のタンクが構成されている。

液体導入部３１は、内周面３１ａが円筒状をした円筒部３１１と、円筒部３１１の上端を閉塞する容器蓋３１２とを備えている。円筒部３１１は、板厚３．２ｍｍの鋼板を内径５００ｍｍの円筒状に加工したものである。また、容器蓋３１２は、板厚６．０ｍｍの鋼板を外径が５８６ｍｍで内径が２１６ｍｍの環状に加工したものである。容器蓋３１２には、不図示の点検扉が設けれらており、その点検扉から容器３内への空気の流入および容器３内からの空気の流出が可能になっている。なお、円筒部３１１および容器蓋３１２の形状、材質、および厚みは、内部空間Ｘ１の大きさ等に応じて適宜選択すればよい。

円筒部３１１の上側部分には、液体流入管３４が連結されている。図１に示した揚砂ポンプ９４１と液体流入管３４とは揚砂管９４２を介して接続されている。揚砂管９４２と液体流入管３４とは、接続端に設けられたフランジどうしがボルトで締結されることで着脱可能に結合されている。液体流入管３４は内径１００ｍｍの管である。図２（ｂ）に示すように、この液体流入管３４と円筒部３１１との連結部には、流入口３４１が形成されている。図２（ａ）および図２（ｂ）に右向きの直線の矢印で示すように、揚砂ポンプ９４１が吸い上げた混入水は、円筒部３１１の内周面３１ａの接線方向から流入口３４１を通って内部空間Ｘ１に導入される。これにより、内部空間Ｘ１には混入水の旋回流が形成される。

絞り部３２は、流入口３４１と放出部３３の間に配置されている。この絞り部３２では、内部空間Ｘ１の断面積が放出部３３に向かうに従って減少する。換言すれば、絞り部３２は、円筒部３１１から離れるにつれて漸次縮径する逆円錐状の内周面３２ａを有している。この絞り部３２は、板厚３．２ｍｍの鋼板を円錐状に加工したものであり、上端は内径５００ｍｍ、下端は内径１００ｍｍに形成されている。なお、絞り部３２の材質や厚みは、内部空間Ｘ１の大きさや絞り量等に応じて適宜選択すればよい。また、絞り部３２は、円筒部３１１から離れるにつれて段階的に内部空間Ｘ１の断面積が減少するように形成されていてもよい。すなわち、絞り部３２は、内部空間Ｘ１の断面積が流入口３４１側よりも放出口３３１側の方が小さいものであればよい。絞り部３２の下端の断面積は、放出口３３１の開口面積と等しい。この実施形態では、絞り部３２の下端の断面積、すなわち放出口３３１の開口面積（断面積）を流入口３４１の開口面積（断面積）と一致させているが、放出口３３１の開口面積は、流入口３４１の開口面積以上であってもよく、流入口３４１の開口面積以下であってもよい。ただし、放出口３３１の開口面積を小さくしすぎると、容器３における圧力損失が増大するので、放出口３３１の開口面積は、流入口３４１の開口面積以上であることが好ましい。加えて、放出口３３１の開口面積は、小さくしすぎても大きくしすぎても後述する貯留槽４から容器３への吸込み作用が低下するため、流入口３４１の開口面積の５０％以上１５０％以下にすることが望ましい。絞り部３２の上端には、容器３の外側に向かって突出した容器フランジ３２１が形成されている。

放出部３３は、絞り部３２の、液体導入部３１が結合された側とは反対側に結合している。すなわち、放出部３３は、絞り部３２の下端に結合している。放出部３３は、下端にフランジ３３２が形成された円筒状をしている。この放出部３３の下端の開口が放出口３３１になる。なお、放出部３３は省略してもよい。省略した場合、絞り部３２の下端の開口部が放出口になる。フランジ３３２は、外径が２００ｍｍの環状をしている。

送出管６は、内径２００ｍｍの管である。送出管６の一端部分６１は、溶接によって容器蓋３１２に水密状態で結合している。なお、一端部分６１は、内部空間Ｘ１内に突出していてもよい。この一端部分６１下端が、送出管６の一端になり、その一端の開口が送出口６１１になる。従って、一端部分６１および送出口６１１は、容器３に接続されている。送出口６１１は、容器３の、平面視における中央部分に配置されている。送出水は、送出口６１１から容器３の外部に送り出される。この送出口６１１から送り出された送出水は、送出管６を通して沈砂池９に戻される。図２（ａ）および図２（ｂ）には、送出水の流れる方向が左向きの直線の矢印で示されている。送出口６１１の開口面積は、放出口３３１の開口面積以上であることが好ましい。こうすることで、送出口６１１から送り出される送出水の量を増加させ、容器３における圧力損失を低減することができる。また、送出口６１１の開口面積は、流入口３４１の開口面積以上の面積にすることが好ましい。こうすることで、流入口３４１から流入する混入水よりも多くの量の流動体を送出口６１１から送り出すことができる。この実施形態における送出口６１１の開口面積は、放出口３３１および流入口３４１の開口面積の４倍である。

図３は、図１に示した容器と貯留槽と搬出装置の下側部分とを示す正面図である。また、図４は、図１に示した容器と貯留槽と搬出装置の下側部分とを示す右側面図である。

図３に示すように、貯留槽４は、容器３よりも外側に配置されて放出口３３１よりも上方に延在した側壁４１と、側壁４１の上端を閉塞する槽蓋４２と、貯留槽を支える脚４３とを備えている。この実施形態では、側壁４１は、放出口３３１よりも下方から、絞り部３２と液体導入部３１との結合部分の高さまで延在している。槽蓋４２の平面視における中央部には、容器３の液体導入部３１の外周と同一径の孔が形成されている。容器３は、絞り部３２の上端部分がその孔に挿入された状態で、容器フランジ３２１が槽蓋４２に溶接されることで貯留槽４に結合している。槽蓋４２には、脱臭管４２１が設けられている。脚４３は、平面視で貯留槽４の四隅にそれぞれ配置されている。図３では、脚４３は中間部か省略されて上端部分と下端部分のみが示されている。この脚４３の下端部分が接地されることで、貯留槽４は地上に配置されている。なお、搬出装置５の延在方向の中間部分にも搬出装置５を支持する支持部材が設けられているが、その支持部材は図示省略している。

貯留槽４は、上側部分が平面視で略正方形の角筒に形成されている。図４に示すように、貯留槽４の下側部分には、槽傾斜面４１ａが形成されている。この槽傾斜面４１ａの下端は、搬出装置５に接続されている。また、図３に示すように、貯留槽４の下端は、搬出装置５の傾斜角度と同じ角度で斜め上方に向かって切り欠かれた形状をしている。容器３の放出口３３１から放出された濃縮水に含まれていた砂は、槽傾斜面４１ａを滑り落ちて或いは直接貯留槽４の下端に接続された搬出装置５の下側部分に堆積する。上述したように、搬出装置５に堆積した砂は、スクリューコンベア５１によって洗浄装置１の外部に搬出される。搬出装置５の下端には、点検時などに貯留槽４内および搬出装置５内に残っている液体や砂を排出するための排出管５５が連結されている。この排出管５５には点検時など液体や砂を排出するときに開放され通常は閉塞された不図示の弁が設けられている。図３および図４には、放出口３３１から放出された貯留液によって、放出口３３１に対面した高さ位置に形成された槽液面ＷＬ２も示されている。

次に、この洗浄装置１の駆動方法と作用について説明する。図５は、図１に示した洗浄装置の動作を示すフローチャートである。

沈砂池９および洗浄装置１の動作は、不図示の制御装置によって集中制御されている。なお、沈砂池９と洗浄装置１それぞれに制御装置を設け、互いに情報または指令を送受信可能な構成にしてもよい。図１に示した沈砂池９の底面に堆積した砂がある程度の量になった所定の時期に、沈砂池９は、集砂ノズル９３から汚水を吐出させてトラフ９２に堆積した砂を集砂ピット９４に集める集砂動作を行う。その集砂動作の後、洗浄装置１は洗浄動作を開始する。ここで所定の時期は、例えば月に一回など定期的でもよく、沈砂池９に流入した汚水の合計流量または沈砂池９から排出された汚水の合計流量が一定量になったときでもよい。なお、集砂ピット９４に砂を集めている途中で洗浄動作を開始してもよい。本実施形態の洗浄装置１は、砂分離装置も兼ねているので、洗浄動作において砂の排出も行われる。

洗浄動作では、まず搬出装置５の駆動を開始する（ステップＳ１０）。搬出装置５を駆動している間、搬出装置５の下側部分に堆積している砂は搬出装置５の搬出経路に沿って斜め上方に搬送されていく。スクリューコンベア５１によって搬送されている砂は、搬出経路のうち槽液面ＷＬ２よりも高い後半部分で水切りされながら搬送される。そして、搬出装置５の搬出経路の上端部分に達した砂は、投下口５２から下方に向けて投下されることで排出される。搬出装置５の駆動を開始したら、次に揚砂ポンプ９４１の駆動が開始される。この駆動開始により、容器３内への混入水の流入が開始される（ステップＳ１１）。混入水は円筒部３１１の内周面３１ａの接線方向から流入するので、内部空間Ｘ１において、容器３の内周面３ａ近傍には混入水の旋回流が形成される。混入水に含まれている砂は、夾雑物や汚水よりも比重が大きいため遠心力により容器３の内周面３ａに押し付けられつつ、その内周面３ａに沿って旋回しながら徐々に下方に落下していく。一方、容器３の径方向の中心部分には、混入水から砂が取り除かれた夾雑物および汚水が集まり上昇流が発生する。この上昇流により、中心部分に集まった夾雑物および汚水は容器３の上端にある送出口６１１から送出される。送出された夾雑物および汚水は、送出管６を通って送出管６の他端６ａから沈砂池９内に放出される。この送出管６の他端６ａは、送出管６の一端に形成された送出口６１１よりも下方に配置されているので、送出管６内が液体で満たされるとサイフォンの原理により送出口６１１から内部空間Ｘ１にある混入水等を吸い上げて沈砂池９に流れ出そうとする力が生じる。これにより、送出水の量が増加し、後述する放出口３３１における吸込み作用がより高まる。

内部空間Ｘ１において、内周面３ａに沿って旋回しながら徐々に下方に落下した砂は、ある程度の夾雑物および汚水とともに放出口３３１から濃縮水として放出され始める(ステップＳ１２)。濃縮水は、旋回流の遠心力によって放出口３３１から放出口３３１の接線方向に向かって放出される。図３および図４には、濃縮水の放出方向が曲線の矢印で示されている。濃縮水の放出が開始されたときに貯留槽４内が空の状態であった場合、貯留槽４内の槽液面ＷＬ２は徐々に上昇していく。また、貯留槽４内に貯留された貯留液に含まれる砂は、自重により貯留槽４の底部に向かって沈降し、搬出装置５の下側部分に堆積していく。なお、堆積した砂の量が増加すると、搬出装置５の下側部分に入りきらない砂が貯留槽４内の下側部分にも堆積していく。貯留液に含まれる夾雑物のうち比重が小さいものは、貯留液の上澄み液である汚水の中を浮遊し、比重が大きいものは汚水の中をゆっくり沈降していく。

槽液面ＷＬ２が上昇し、図３および図４に示すように、槽液面ＷＬ２が放出口３３１に対面する高さ位置に達すると（ステップＳ１３でＹＥＳ）、放出口３３１に対面した部分にある貯留液の上澄み液である汚水が、浮遊している夾雑物とともに放出口３３１に吸い込まれていく（ステップＳ１４）。この放出口３３１に吸い込まれる汚水は液体成分の一例に相当する。以下、放出口３３１に吸い込まれる夾雑物と汚水とをあわせて、夾雑物含有液体成分と称する。図４には、円で囲った拡大図において、放出口３３１から放出されている濃縮水の様子がクロスハッチングを付して示されている。この拡大図では、容器３、槽液面ＷＬ２および濃縮水を実線で示している。この拡大図に示すように、濃縮水は、旋回流の運動エネルギーによって、放出口３３１の外周側に向かって放出される。槽液面ＷＬ２が放出口３３１と僅かに離間して対面する高さ位置では、放出口３３１は、放出している濃縮液が貯留液に連なることで槽液面ＷＬ２に接続した状態になる。この状態では、放出口３３１は、放出している濃縮水と槽液面ＷＬ２によって覆われている。放出口３３１の径方向の中心部分には、容器３内に発生している上昇流によって負圧が生じている。この負圧により、放出口３３１の径方向の中心部分の近傍にある貯留液の上澄み液とその近傍に浮遊している夾雑物は、夾雑物含有液体成分として放出口３３１に吸い込まれていく。換言すれば、上述の負圧によって放出口３３１から容器３内に夾雑物含有液体成分を吸い込んでいる状態が、放出口３３１が貯留液に接続した状態の一態様であるといえる。図３および図４には、夾雑物含有液体成分の吸込み方向が直線の矢印で示されている。この夾雑物含有液体成分が放出口３３１に吸い込まれる際に、放出口３３１の周囲の空気も放出口３３１に吸い込まれている。すなわち、放出口３３１には、放出される濃縮水の量以上の量の夾雑物含有液体成分および空気が吸い込まれる。本実施形態では、放出口３３１よりも大きい開口面積を有する送出口６１１が形成されているので、送出口６１１から大量の流動体を送り出すことが可能に構成されている。その結果、放出口３３１から夾雑物含有液体成分および空気を吸い込みやすくなっている。また、放出される濃縮水の量以上の量の夾雑物含有液体成分および空気を放出口３３１から吸い込んでも、送出口６１１から送り出すことができる。放出口３３１から夾雑物含有液体成分と空気を吸い込んでいる状態では、放出口３３１から貯留槽４内に放出される濃縮水の液量と、放出口３３１から内部空間Ｘ１に吸い込んでいる夾雑物含有液体成分の量とがほぼ一致したバランス状態が形成されている。放出口３３１に吸い込まれる空気の体積は、夾雑物含有液体成分の体積の１／５以下である。この実施形態では、放出口３３１の周囲に水平方向に向かって拡がるフランジ３３２が形成されているので、放出口３３１よりも上方にある空気は放出口３３１に吸い込まれにくくなっている。また、放出口３３１近傍の槽液面ＷＬ２の波うちがフランジ３３２によって抑制されている。これらにより、空気が放出口３３１に吸い込まれにくく、空気に対して夾雑物含有液体成分が放出口３３１に吸い込まれる比率が高められている。さらに、放出口３３１から放出される濃縮水は、フランジ３３２によって整然と放出されやすくなる。その結果、放出口３３１から放出された濃縮水に含まれていた砂が、放出口３３１の径方向の中心部分から吸い込まれる夾雑物含有液体成分に混じってしまうことが抑制されている。なお、槽液面ＷＬ２が放出口３３１に対面する高さ位置では、槽液面ＷＬ２と放出口３３１との平均距離は０ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。ここで、上述したように濃縮水は放出口３３１から放出口３３１の外周側に向かって放出されるので、濃縮水に含まれている砂が、放出口３３１の中心部分から吸い込まれてしまう可能性は低い。加えて、砂は比重が大きく貯留槽４の下方に早期に沈降しやすい。このため、容器３内に強い上昇流が形成されて放出口３３１に生じている吸込み力が強くても、容器３内に吸い込まれる砂の量は極僅かな量に限定される。その極僅かな量の砂も、夾雑物含有液体成分と比較して比重が大きいので殆どが容器３内で上昇流から外周側に向かってはじきだされて旋回流にのみこまれ、再度放出口３３１から貯留槽４内に放出される。上述したように放出口３３１からは空気も吸い込まれているので、容器３内の中央部分に生じている上昇流は、吸い込まれた空気が混ざった比重が小さい流動体の流れになっている。従って、上昇流を主に構成している流動体と砂との比重差がより大きくなり、比重の大きい砂はより外周側に向かってはじき出されやすい。また、貯留槽４内に貯留されている貯留液は、放出された濃縮水によって攪拌される。この攪拌によって、貯留液に含まれている夾雑物のうち貯留液の液体成分よりも比重が大きいものも貯留液中を舞い上がって浮遊しやすくなっている。

なお、容器３内に流入する混入水の量が２．０ｍ^３／分よりも少ない場合、放出口３３１に吸い込まれる夾雑物含有液体成分の量が放出口３３１から放出される濃縮水よりも少なくなり、放出口３３１を超えて槽液面ＷＬ２が上昇することがある。しかし、槽液面ＷＬ２が放出口３３１に達すると放出口３３１が貯留液で閉塞されるため、放出口３３１から放出される濃縮水の量は減少する。すなわち、絞り部３２における内部空間Ｘ１の断面積の減少による抵抗と放出口３３１に加わる貯留液の水圧が相まって、放出口３３１から濃縮水が放出されにくくなる。そして、槽液面ＷＬ２が上昇するにつれ、放出口３３１に加わる貯留液の水圧が高まるため、放出口３３１から放出される濃縮水の量は減少し、送出口６１１から送出される送出水の量は増加する。また、上述したように送出管６内を液体が満たすとサイフォンの原理により送出口６１１から沈砂池９に流れ出ようとする作用が送出水に生じるので、送出口６１１から送出される送出水の量はさらに増加する。これらにより放出口３３１に吸い込まれる夾雑物含有液体成分の量が増加して槽液面ＷＬ２は放出口３３１に対面する位置まで低下する。すなわち、槽液面ＷＬ２が低下している期間は、放出口３３１から放出される濃縮水の量以上の量の夾雑物含有液体成分が吸い込まれている。このように、容器３内に流入する混入水を減らした場合、また安価な揚砂ポンプ９４１が使用でき、揚砂ポンプ９４１で使用される電力量を削減できる。なお、槽液面ＷＬ２が放出口３３１を超えて上方にある状態では、放出口３３１は、前記貯留槽内に貯留されている貯留液の液中に没した状態になるがこの状態においても、貯留液は、放出口３３１に対面して貯留されている。すなわち、放出口３３１が貯留槽４内に貯留されている貯留液の液中に没した状態では、放出口３３１を覆う部分にある貯留液が放出口３３１に対面していることになる。なお、容器３内に流入する混入水の量や容器３内の旋回流の強さによっては、放出口３３１に加わる上述の貯留液の水圧や上述のサイフォンの原理による作用が生じても、槽液面ＷＬ２が放出口３３１よりも上方で停滞することがある。

揚砂ポンプ９４１の駆動開始から第１所定時間経過したら（ステップＳ１５でＹＥＳ）、揚砂ポンプ９４１の駆動を停止する（ステップＳ１６）。この第１所定時間は、集砂ピット９４に集められた砂の多くを揚砂ポンプ９４１で吸い上げることができる時間であり、揚砂ポンプ９４１の能力や集砂ピット９４に集めることができる砂の量などに応じて適宜設定された時間である。揚砂ポンプ９４１を停止することで、容器３内への混入水の流入、貯留槽４内への濃縮水の放出、夾雑物含有液体成分の吸込み、および送出水の送出も停止する。以上説明したステップＳ１１からステップＳ１６が流入工程の一例に相当する。また、ステップＳ１４からステップＳ１６が放出吸込工程の一例に相当する。

揚砂ポンプ９４１の駆動が停止してから第２所定時間経過したら（ステップＳ１７でＹＥＳ）、搬出装置５の駆動を停止する（ステップＳ１８）。以上説明したステップＳ１０からステップＳ１８は排出工程の一例に相当する。この第２所定時間は、放出口３３１から放出された濃縮液に含まれていた砂が搬出装置５の下側部分に沈降する時間と搬出装置５の下側部分から投下口５２まで砂を搬送する時間の合計時間である。なお、第２所定時間が経過したか否か判断することに代えて、搬出装置５の下側部分の砂の有無を検出する砂有無センサを搬出装置５に設け、その部分の砂が無くなったか否かを判断してもよい。以上で洗浄装置１の動作を修了する。搬出装置５の駆動中、槽液面ＷＬ２は、放出口３３１とほぼ一致する位置にあるので、搬出経路が短くても、水切りしつつ砂を搬送することができる。搬出経路は斜め上方に向かって延在しているので、搬出経路を短くすることで搬出装置５の横幅と高さが短くなる。その結果、洗浄装置１を小型化できる。この実施形態の洗浄装置１によれば、容器３において流入した混入水から汚水と夾雑物を砂と分離し、夾雑物と汚水を送出口６１１から送り出すだけでなく、夾雑物と汚水を送出口６１１から送り出しながら貯留槽４内に貯留されている貯留液から夾雑物と液体成分を吸い上げて送出口６１１から送り出しているので貯留槽４内に夾雑物のないきれいな砂を残すことができる。また、容器３内にある砂は、送出口６１１に達することが阻止されるので、その砂が送出口６１１から送り出されてしまうことも防止できる。これらにより、砂の流出を抑制しつつ高い洗浄効果を得ることができる。

続いて、本実施形態の変形例について説明する。以下の説明では、これまで説明した構成要素の名称と同じ構成要素の名称には、これまで用いた符号と同じ符号を付すことがあり、重複する説明は省略することがある。

図６は、図１に示した洗浄装置の第１変形例を示す、図３と同様の正面図である。

図６に示すように、この第１変形例の洗浄装置１は、貯留槽４に洗浄水供給管４５が接続されている点が図１に示した洗浄装置１と異なる。洗浄水供給管４５は、貯留槽４の側壁４１を水密状態で貫通している。洗浄水供給管４５の先端には吐出口４５１が形成されている。吐出口４５１は、貯留槽４内であって貯留槽４の下端部分に配置されている。また、吐出口４５１は、放出口３３１よりも下方に配置されている。この吐出口４５１は、貯留槽４内に貯留されている貯留液に液流を発生させるためのものである。洗浄水供給管４５には、弁４５２が設けられている。弁４５２を開放することで吐出口４５１から浄水が吐出される。これによって貯留槽４内に、約０．２ｍ^３／分の浄水が注入される。この浄水は、流体の一例に相当する。この第１変形例では、送出口６１１から約２．２ｍ^３／分の送出水が送り出される。弁４５２は、この第１変形例では手動弁であるが、電動弁であってもよい。吐出口４５１は、貯留槽４の下端部分において堆積している砂に向かって浄水を吐出する。このように構成することで、貯留液に液流を発生させるだけでなく、堆積している砂と夾雑物を舞い上がらせて砂の中に埋もれた夾雑物を浮上させることができる。これにより、夾雑物が放出口３３１に吸い込まれやすくなるので高い洗浄効果を得ることができる。送出口６１１から吐出する浄水の量を増加させた場合または吐出圧力を高めた場合、放出口３３１近傍まで砂も舞い上がって放出口３３１に吸い込まれやすくなる。しかし、この洗浄装置１では、容器３内に吸い込まれた砂は、殆どが容器３内で上昇流から外周側に向かってはじきだされて旋回流にのみこまれ、放出口３３１から貯留槽４内に再度放出される。このため、この洗浄装置１では、送出口６１１から吐出する浄水の量を増加させ又は吐出圧力を高めることで、砂が送出管６から送り出されて沈砂池９に流出してしまうことを抑制しつつ高い洗浄効果を得ることができる。なお、吐出口４５１を水中に没する位置に配置した場合と比較して洗浄効果は低下するものの、吐出口４５１を貯留槽４の上端部分に設けて、槽液面ＷＬ２よりも上方から浄水を注入してもよい。また、吐出口４５１は複数であってもよく、放出口３３１よりも下方と上方それぞれに吐出口４５１を設けてもよい。特に、放出口３３１から容器３内に夾雑物含有液体成分を吸い込む能力に余力があり空気を多く放出口３３１から吸い込んでいる場合は、吐出口４５１の数を増やすか、吐出口４５１から吐出する浄水の量を増加させて、貯留槽４への浄水の供給量を増加させることが好ましい。こうすることで、より多くの夾雑物を舞い上がらせることができるとともに、放出口３３１から容器３内に吸い込まれる夾雑物含有液体成分の量を増加させて洗浄装置１の洗浄能力を高めることができる。

貯留槽４内への浄水の注入は、図５に示したステップＳ１１（揚砂ポンプ９４１の駆動開始）からステップＳ１６（揚砂ポンプ９４１の駆動停止）の間、すなわち流入工程の間実行される。ただし、ステップＳ１１よりも前に注入を開始しておき、あらかじめ槽液面ＷＬ２を放出口３３１に対面させておいてもよい。この場合、濃縮水の放出と同時に夾雑物含有液体成分の吸込みが開始される。ステップＳ１４以降、槽液面ＷＬ２の高さ位置と放出口３３１の高さ位置はほぼ一致した位置になる。貯留槽４内への浄水の注入は、ステップＳ１１よりも後、例えばステップＳ１４（夾雑物含有液体成分の吸込み開示）からステップＳ１６（揚砂ポンプ９４１の駆動停止）の間、すなわち放出吸込工程の間実行してもよい。この貯留槽４内へ浄水を注入する工程が注入工程の一例に相当する。浄水を注入することで、洗浄装置１における洗浄効果を高めることができる。

また、不図示のファインバブル水発生装置を設けて、浄水の代わりにファインバブル水を貯留槽４内に注入してもよい。なお、ファインバブル水とは、１００μｍ以下の微細気泡を含有した微細気泡含有液である。ファインバブル水は、直径が１μｍよりも大きく１００μｍ以下の気泡であるマイクロバブルを含有した液体であってもよく、直径が１μｍ以下の気泡であるウルトラファインバブルを含有した液体であってもよい。さらに、ファインバブル水は、マイクロバブルとウルトラファインバブルの両方を含有した液体であってもよい。ファインバブル水を用いることで洗浄装置１における洗浄効果をより高めることができる。このファインバブル水は、流体の一例に相当する。

図７は、図１に示した洗浄装置の第２変形例を示す、図３と同様の正面図である。第２変形例の説明では、図６に示した第１変形例との相違点を中心に説明する。

図７に示すように、この第２変形例の洗浄装置１は、搬出装置５に洗浄水供給管４５が接続されている点が図６に示した洗浄装置１と異なる。洗浄水供給管４５は、搬出装置５の搬出方向における上流側の壁を水密状態で貫通している。吐出口４５１は、搬出装置５内であって搬出装置５の下端部分に配置されている。また、吐出口４５１は、放出口３３１よりも下方に配置されている。吐出口４５１は上方に向かって浄水を吐出する。この第２変形例では、吐出口４５１が、搬出装置５内に堆積した砂の下方から上方に向かって浄水を吐出するので多くの砂と夾雑物を舞い上がらせることができる。なお、上述したように、浄水の代わりに吐出口４５１からファインバブル水を吐出してもよ。また、浄水の代わりに吐出口４５１から気体を吐出してもよい。この場合、気体が流体の一例に相当する。また、搬出装置５に設けられた吐出口４５１に加えて、貯留槽４の下端部分または上端部分にも吐出口４５１を設けてもよい。

図８は、図１に示した洗浄装置の第３変形例を示す、図４と同様の右側面図である。第３変形例の説明では、図６に示した第１変形例との相違点を中心に説明する。

図８に示すように、この第３変形例の洗浄装置１は、排出管５５に洗浄水供給管４５が接続されている点が図６に示した洗浄装置１と異なる。洗浄水供給管４５は、排出管５５に設けられた弁よりもスクリューコンベア５１側において排出管５５に連結している。洗浄水供給管４５は、排出管５５に設けられた弁が閉塞された状態で浄水を排出管５５に供給する。排出管５５は、砂が堆積している搬出装置５内のスクリューコンベア５１の下端部分において搬出装置５の側方から連結されている。このため、供給された浄水は、排出管５５と搬出装置５との連結部から排出装置５内に向かって側方から吐出される。つまり、この第３変形例では、排出管５５と搬出装置５の連結部が吐出口４５１になる。図８では、理解しやすいように、吐出口４５１を搬出装置５内に少し突出させて示している。吐出口４５１は、放出口３３１よりも下方に配置されている。この第３変形例では、吐出口４５１が、搬出装置５内に堆積した砂の側方から、その砂に向かって水平方向に浄水を吐出するので多くの砂と夾雑物を舞い上がらせることができる。なお、この第３変形例でも、浄水の代わりに吐出口４５１からファインバブル水を吐出してもよ。また、浄水の代わりに吐出口４５１から気体を吐出してもよい。また、排出管５５と搬出装置５の連結部の吐出口４５１に加えて、貯留槽４の下端部分または上端部分にも吐出口４５１を設けてもよい。

次に第２実施形態について説明する。図９は、洗浄装置の第２実施形態を示す、図１と同様の概略構成図である。

図９に示すように、この第２実施形態の沈砂池９では、トラフ９２、集砂ノズル９３、集砂ピット９４、池底傾斜面９５、揚砂ポンプ９４１、揚砂管９４２が存在しない代わりにグラブバケット式揚砂装置９６が設けられている点と、容器３内に処理水を流入させる点とが図１に示した洗浄装置１および沈砂池９とは異なる。沈砂池９には、グラブバケット式揚砂装置９６が設置されている。グラブバケット式揚砂装置９６は、レール９６１と移動式ウインチ９６２とグラブバケット９６３とを備えている。レール９６１は、沈砂池９の地上部分に建てられた支柱９６１１に支持されている。このレール９６１は、沈砂池９の長手方向全長にわたって掛け渡されている。移動式ウインチ９６２は、レール９６１に沿って移動可能に構成されている。グラブバケット９６３は、移動式ウインチ９６２に吊り下げられている。このグラブバケット９６３は、沈砂池９の底に堆積した砂をつかんで移動式ウインチ９６２によって地上まで持ち上げる。この砂には夾雑物が混入している。地上まで持ち上げられた砂は、槽蓋４２が開放された貯留槽４内に投入される。容器３の液体流入管３４には、後述する処理水を供給する処理水管９７が接続されている。

図１０は、図９に示した洗浄装置の動作を示すフローチャートである。

図９に示した沈砂池９の底面に堆積した砂がある程度の量になった所定の時期に、グラブバケット式揚砂装置９６を動作させて、沈砂池の底に堆積した、夾雑物が混入した砂を貯留槽４内に投入する。その投入の後、槽蓋４２を閉じてから洗浄装置１は洗浄動作を開始する。なお、容器３を図３や図４に示した位置に配置する設置器具を設けて容器３を設置した場合は、槽蓋４２を閉じるタイミングはいつでも構わない。またその場合、槽蓋４２を省略してもよい。洗浄動作では、まず容器３内への処理水の供給を開始する。処理水は、下水処理施設で処理された水であり、ポンプによって処理水管９７に圧送されることで容器３内に供給される。なお、処理水の代わりに沈殿池などから処理完了前の汚水を供給してもよく、水道水や天然水を供給してもよい。要するに沈砂池以外で得た水を供給してもよい。この第２実施形態では、容器３内に供給される処理水等が液体の一例に相当する。この容器３内への処理水の供給が開始されることで、容器３内への処理水の流入が開始される（ステップＳ２１）。処理水は円筒部３１１の内周面３１ａの接線方向から流入するので、内部空間Ｘ１において、容器３の内周面３ａ近傍には処理水の旋回流が形成される。この旋回流によって、流入した処理水は内周面３ａに沿って旋回しながら徐々に下方に移動していく。一方、容器３の径方向の中心部分には、上昇流が発生する。この上昇流により、流入した処理水のうちのある程度の量の処理水は、容器３の上端にある送出口６１１からそのまま送出される。図９に示すように、送出された処理水は、送出管６を通って送出管６の他端６ａから沈砂池９に向かって放出される。

内部空間Ｘ１において、内周面３ａに沿って旋回しながら徐々に下方に移動した処理水の一部は、放出口３３１に達して放出口３３１から放出され始める(ステップＳ２２)。処理水の一部は、旋回流の遠心力によって放出口３３１から放出口３３１の接線方向に向かって放出される。貯留槽４内には、夾雑物が混入した砂が堆積しているので、放出された処理水の一部はその上に降り注ぎ、貯留槽４内に槽液面ＷＬ２を形成する。処理水の一部が放出されることで槽液面ＷＬ２は徐々に上昇していく。この第２実施形態では、もともと貯留槽４内に投入されていた夾雑物が混入した砂と貯留槽４内に放出された処理水の一部が貯留液になる。槽液面ＷＬ２が上昇し、槽液面ＷＬ２が放出口３３１に対面する高さ位置に達すると（ステップＳ２３でＹＥＳ）、放出口３３１に対面した部分にある貯留液の上澄み液が、放出口３３１の中心部分から吸い込まれていく（ステップＳ２４）。また、貯留槽４内に貯留されている貯留液は、放出された処理水によって攪拌されるので、堆積していた夾雑物が舞い上がってきて、貯留液の上澄み液とともに放出口３３１に吸い込まれる。この放出口３３１に吸い込まれる上澄み液は液体成分の一例に相当する。また、放出口３３１に吸い込まれる夾雑物と上澄み液とが、夾雑物含有液体成分になる。夾雑物含有液体成分が放出口３３１に吸い込まれる際に、放出口３３１の周囲の空気も放出口３３１に吸い込まれる。すなわち、放出される処理水の一部の量以上の量の夾雑物含有液体成分と空気が放出口３３１から吸い込まれる。放出口３３１から夾雑物含有液体成分と空気を吸い込んでいる状態では、放出口３３１から貯留槽４内に放出される処理水の液量と、放出口３３１から内部空間Ｘ１に吸い込んでいる夾雑物含有液体成分の量とがほぼ一致したバランス状態が形成されている。ここで、貯留液に含まれる砂は貯留液が攪拌されることである程度舞い上がるが、処理水と比較して比重が大きいので槽液面ＷＬ２付近まで舞い上がることは少ない。このため、放出口３３１に生じている吸込み力が強くても、容器３内に吸い込まれる砂は少量である。また、吸い込まれたとしても、夾雑物含有液体成分と比較して砂は比重が大きいので殆どが容器３内で上昇流から外周側に向かってはじきだされて旋回流にのみこまれ、再度放出口３３１から貯留槽４内に放出される。

なお、先の実施形態と同様に、容器３内に流入する処理水の量が２．０ｍ^３／分よりも少ない場合、放出口３３１を超えて槽液面ＷＬ２が上昇することがある。しかし、一旦上昇した槽液面ＷＬ２は、放出口３３１に加わる水圧やサイフォンの原理による効果により放出口３３１に対面する位置まで低下する。

処理水の供給開始から第３所定時間経過したら（ステップＳ２５でＹＥＳ）、処理水の供給を停止する（ステップＳ２６）。この第３所定時間は、貯留槽４にある砂に混入している夾雑物を貯留液の液体成分とともに吸い上げることが可能な時間であり、実験結果などに基づいてあらかじめ設定された時間であってもよく、貯留槽４内に投入された砂の量や夾雑物の混入具合に応じてオペレータが入力した時間であってもよい。処理水の供給を停止することで、容器３内への処理水の流入、貯留槽４内への処理水の一部の放出、夾雑物含有液体成分の吸込み、および送出水の送出も停止する。以上説明したステップＳ２１からステップＳ２６が流入工程の一例に相当する。また、ステップＳ２４からステップＳ２６が放出吸込工程の一例に相当する。処理水の供給を停止したら、搬出装置５の駆動を開始する（ステップＳ２７）。搬出装置５の駆動を開始してから第４所定時間が経過したら（ステップＳ２８でＹＥＳ）、搬出装置５の駆動を停止する（ステップＳ２９）。この第４所定時間は、搬出装置５の下側部分に堆積した全ての砂を投下口５２まで搬送して排出できる時間であり、想定される砂の堆積量を考慮してあらかじめ設定された時間であってもよく、貯留槽４内に投入された砂の量に応じてオペレータが入力した時間であってもよい。なお、第４所定時間が経過したか否か判断することに代えて、搬出装置５の下側部分の砂の有無を検出する砂有無センサを搬出装置５に設け、その部分の砂が無くなったか否かを判断してもよい。以上説明したステップＳ２７からステップＳ２９は排出工程の一例に相当する。なお、処理水の供給停止（ステップＳ２６）前に搬出装置５の駆動を開始しても構わないが、洗浄前の夾雑物が混入した砂が投下口５２から排出されてしまう虞があるので、この第２実施形態では処理水の供給停止後（洗浄完了後）に搬出装置５を駆動することが好ましい。この第２実施形態においても、貯留槽４に貯留されている貯留液から夾雑物と液体成分を吸い上げているので貯留槽４に夾雑物のないきれいな砂を残すことができる。また、砂は、送出口６１１に達することが阻止されるので、砂が送出口６１１から送り出されてしまうことも防止できる。これらにより、砂の流出を抑制しつつ高い洗浄効果を得ることができる。

次に第３実施形態について説明する。図１１は、洗浄装置の第３実施形態を示す、図３と同様の正面図である。この第３実施形態の説明では、図６に示した洗浄装置１との相違点を中心に説明する。

図１１に示すように、この第３実施形態の洗浄装置１は、貯留槽４底部の構造と、搬出装置５の代わりにベルトゲート７が設けられている点が図６に示した洗浄装置１とは異なる。このベルトゲート７は、排出部の一例に相当する。貯留槽４底部には開口４ａが形成されている。図１１では、この開口４ａは、実線で示されたベルトゲート７によって閉塞されている。貯留槽４の開口４ａは、図の右側から左側に向けて、３°上側に傾斜した姿勢で開口している。ベルトゲート７は、開口４ａと同様に３°上側に傾斜した姿勢で、貯留槽４の下端部分に配置されている。ただし、開口４ａおよびベルトゲート７は、水平に配置されていてもよい。開口４ａがベルトゲート７によって閉塞された状態では、貯留槽４内に貯留された貯留液は、開口４ａからの排出が阻止されている。以下、図１１に示す、開口４ａがベルトゲート７によって閉塞された状態を、閉塞状態と称する。ベルトゲート７は、図１１の紙面と直交する方向に延在した複数のローラ７１と、これら複数のローラ７１に巻き掛けられたベルト７２を有している。複数のローラ７１のうち、図１１における左右両端に配置されたローラ７１は駆動用であり、これら駆動用のローラ７１を駆動することによって、ベルトゲート７は、閉塞状態の位置から左側に移動する。以下、ベルトゲート７が、閉塞状態の位置から移動する方向を開放方向と称する。なお、ベルトゲート７は公知であるため、詳細な説明は省略し、図面においてもベルトゲート７を簡略化して示し駆動装置やフレーム等は省略している。ベルトゲート７が閉鎖状態の位置から開放方向に移動することで、図１１に一点鎖線で示すように、開口４ａが全て開放された状態になる。ベルトゲート７が開放方向に移動することで、ベルトゲート７の上に堆積した砂は貯留液の液体成分とともに貯留槽４の開口４ａから貯留槽４の外部に排出される。ベルトゲート７が開放方向に移動することで、砂の濃度が極めて高い貯留液が貯留槽４の外部に排出されることになる。以下、開口４ａが全て開放されたベルトゲート７の状態を開放状態と称する。ベルトゲート７は、一点鎖線で示した開放状態から、駆動用のローラ７１の駆動によって右側に移動する。以下、ベルトゲート７が、開放状態の位置から移動する方向を閉塞方向と称する。すなわち、ベルトゲート７は、洗浄装置１を閉塞状態と開放状態の間で状態変化させるものであり、開放状態に変化させることで貯留槽４内にある、砂の濃度が極めて高い貯留液を貯留槽４の外部に排出するものである。

また、この第３実施形態では、洗浄水供給管４５は、貯留槽４の側壁４１を水密状態で貫通している。そして、吐出口４５１は、放出口３３１よりも下方であって、貯留槽４の下端部分に水平方向に向かって浄水を吐出するように配置されている。すなわち、吐出口４５１は、貯留槽４の底部を閉塞するベルトゲート７に堆積した砂に向かって浄水を吐出する。

図１２は、図１１に示した洗浄装置の動作を示すフローチャートである。

洗浄動作では、まず揚砂ポンプ９４１の駆動が開始される。この駆動開始により、容器３内への混入水の流入が開始される（ステップＳ３１）。このステップＳ３１からＳ３６は、搬出装置５が駆動されていない点を除いて、図５に示したステップＳ１１からＳ１６と同様であるため説明を省略する。なお、ステップＳ３１からステップＳ３６が流入工程の一例に相当する。また、ステップＳ３４からステップＳ３６が放出吸込工程の一例に相当する。さらに、この第３実施形態では、図６に示した洗浄装置１と同様、ステップＳ３１からステップＳ３６の間、すなわち流入工程の間、吐出口４５１から浄水を吐出することで、貯留槽４内へ浄水を注入している。吐出口４５１が、搬出装置５内に堆積した砂の側方から、その砂に向かって水平方向に浄水を吐出するので多くの砂と夾雑物を舞い上がらせることができる。また、貯留槽４内に貯留されている貯留液に液流を発生させることができる。この貯留槽４内へ浄水を注入する工程が注入工程の一例に相当する。浄水を注入することで、洗浄装置１における洗浄効果を高めることができる。なお、この第３変形例でも、浄水の代わりに吐出口４５１からファインバブル水を吐出してもよい。また、浄水の代わりに吐出口４５１から気体を吐出してもよい。

ステップＳ３６で、揚砂ポンプ９４１の駆動が停止したら、ベルトゲート７を開放方向に移動させて開放状態にする（ステップＳ３７）。ベルトゲート７の移動によって、ベルトゲート７の上に堆積していた砂は、貯留槽４の外部に排出される。このステップＳ３７が排出工程の一例に相当する。なお、貯留槽４を開放状態にする前には、トラックを貯留槽４の下に待機させておく。貯留槽４から排出された砂は、トラックの荷台或いはその荷台に設けられた容器内に落下してトラックによって運ばれる。貯留槽４内の砂が排出されたら、ベルトゲート７を閉塞方向に移動させて閉塞状態にし（ステップＳ３８）、洗浄動作を終了する。この第３実施形態の洗浄装置１でも、図６に示した洗浄装置１と同様の効果を得ることができる。

本発明は上述の実施形態に限られることなく特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形を行うことが出来る。たとえば、本実施形態では、沈砂池９に洗浄装置１を設置する例を用いて説明したが、洗浄装置１は沈砂池以外に設置してもよい。また、洗浄装置１を用いて砂を洗浄する例を用いて説明したが、洗浄装置１は土砂等の他の被洗浄物を洗浄するものであってもよい。さらに、スクリューコンベア５１およびベルトゲート７以外の排出機構を排出部として用いてもよい。

以上説明した実施形態や変形例によれば、砂の流出を抑制しつつ高い洗浄効果を備えた小型の洗浄装置を得ることができる。

なお、以上説明した実施形態や各変形例の記載それぞれにのみ含まれている構成要件であっても、その構成要件を、他の実施形態や他の変形例に適用してもよい。

１ 洗浄装置
３ 容器
４ 貯留槽
５ 搬出装置
３２ 絞り部
３３１ 放出口
３４１ 流入口
Ｘ１ 内部空間

Claims (3)

1. 液体が流入する流入口と、流入した該液体に旋回流を生じさせ、該液体の一部を放出する放出口とを有する容器と、
   夾雑物と被洗浄物を含んだ貯留液を前記放出口に対面して貯留する貯留槽と、
   前記貯留槽内に貯留されている貯留液に含まれた被洗浄物を排出する排出部とを備え、
   前記容器は、前記流入口と前記放出口の間に、該容器の内周面によって画定された内部空間の断面積が該流入口側よりも該放出口側の方が減少した絞り部を有するものであり、
   前記放出口は、前記貯留槽内に貯留されている貯留液に接続した状態になるものであることを特徴とする洗浄装置。
2. 前記貯留槽内に貯留されている貯留液に液流を発生させる流体を吐出する吐出口を前記放出口よりも下方となる位置に備えていることを特徴とする請求項１記載の洗浄装置。
3. 前記容器は、前記放出口の開口面積よりも大きい開口面積を有する送出口が接続されたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の洗浄装置。

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