JP3702302B2 - 汚泥除去装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は汚濁水を処理して上水や用水等を供給するためのろ過池や配水池、養殖池、養殖海域の増養殖場の底部に堆積した汚泥層を除去する汚泥除去装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、都市部における水需要の増大からろ過池等の底部に堆積した汚泥層の処理能力に対する拡大の要求が高まり、この汚泥層を機械的に除去するための汚泥除去装置の開発が進められている。また、他方水産業界において、増養殖漁場での水底や海底における魚糞や飼料残渣が堆積し、腐敗し溶存酸素が不足する酸欠状態を生起し養殖魚の大量死をまねくので、この解決のための種々の汚泥除去装置が研究されている。
【０００３】
この従来の汚泥除去装置として、例えば以下のようなものが知られている。
【０００４】
（イ）特開平６−５５００５号公報（以下イ号公報という）には、両端を閉じた水平集泥管内の上部付近まで上端が貫入された枝管を多数垂下させ、枝管の下端を沈澱池底部に近接させた状態で水平集泥管に空気を供給して水平集泥管内に滞留した汚泥を排出し、この汚泥の排出に伴って瞬間的に水平集泥管内の圧力が大気圧に低下するのを利用して水平集泥管に接続する枝管の下端から汚泥を吸い込むと共に、隣り合う枝管の間のゾーンに圧力水噴射管から圧力水を噴射するようにした沈澱池用汚泥集排装置が開示されている。
【０００５】
（ロ）特開平６−１５１１０号公報（以下ロ号公報という）には、池内にろ材層を形成したろ過池において、前記ろ材層表面の近傍に下向きに噴出口を設けた洗浄ノズルと、前記ろ材層内に上向き及び／又は横向きに噴出口を設けた洗浄ノズルとを有したろ過池の洗浄装置が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の技術は、以下のような課題を有していた。
（１）イ号公報に記載の沈澱池用汚泥集排装置は、水平集泥管への汚泥の吸引が汚泥の排出に伴って瞬間的に発生する水平集泥管内の圧力の低下を利用して行われるので、この圧力低下は大気圧までの限界があり、しかも、汚泥を吸引した後に排出するという間欠動作を繰り返して処理が行われるために、ろ過池に堆積した汚泥を連続的に除去することができないという問題があった。
（２）また、圧力水噴射管から圧力水を噴射して汚泥を浮上させるようにしているが、これにより浮上した汚泥が周囲に拡散するために、拡散した汚泥の数分の１しか回収することができず、回収効率が低下すると共に、また、大量の汚濁水でろ過池内が満たされるので、汚泥が再び沈澱するまでに長時間を要して、汚泥の処理効率を大幅に低下させ、処理コストが大きくなるという問題があった。
（３）ロ号公報に記載の洗浄装置では、多方向に噴出口を有する洗浄ノズルを用いて、池底に堆積した汚泥層を効率的に拡散させることができるものの、池中に拡散させた汚泥は、池中に設けた排水トラフに導入されて、汚泥の沈澱を待つてから除去されるだけなので、汚泥除去効率が小さいという問題があった。
（４）イ号及びロ号公報においては、汚泥層に対して位置付けられる汚泥を吸引するための枝管や洗浄ノズル口、及び圧力水の噴出口等の位置が汚泥層に対して固定されるので、広い面積を有するろ過池内に亘って堆積した汚泥層を機械的に処理することが困難であるという問題があった。
【０００７】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、ろ過池や増養殖漁場（以下ろ過池等という）等の底部に堆積した汚泥層を確実に掘削、洗浄でき、掘削により浮上したＳＳや汚泥を池中の広い範囲に拡散させることなく吸引除去すると共に、ろ過池等の底部に広い面積に亘って堆積した汚泥層を連続的に効率良く処理することのできる省エネルギー性や省力性に優れ、メンテナンスが容易で搬送性や収納性に優れた汚泥除去装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は以下の構成を有している。
【０００９】
本発明の請求項１に記載の汚泥除去装置は、底部に堆積した汚泥層に向けて空気を含む洗浄水を噴射する洗浄ノズル部と、前記洗浄ノズル部の洗浄水により掘削される汚泥層の周囲を覆うフード部と、前記フード部の上部開口部と連通して配設され、前記フード部内の汚泥を含む汚濁水を吸引して排出する汚泥搬送部と、前記フード部を支持する枠体と、を有し、前記洗浄ノズル部が、高圧水が一端部から供給される高圧水供給管と、前記高圧水供給管の水吐出側先端部に形成された水絞り部と、前記高圧水供給管の外側に同軸状に配置され空気が前記高圧水供給管の外側を通って供給される外管と、前記高圧水供給管の水絞り部に対して同軸状に前記外管の吐出側先端部に形成された混気水絞り部と、を有して構成されている。
【００１０】
これによって、以下の作用が得られる。
（ａ）洗浄ノズル部から噴射される空気の細径気泡を含む洗浄水の噴出水流によりろ過池底等の汚泥層を掘削して、汚泥を水中に分散させることができる。この分散された汚泥を含む汚濁水はフード部によって周囲に汚泥を拡散させることなく捕捉される。フード部に捕捉された汚濁水はフード上部に設けられた汚泥搬送部を用いて外部の処理装置等に排出して、除去することができる。
（ｂ）フード部が設けられているので、洗浄ノズル部からの洗浄水の噴射によって掘削された汚泥がフード部の外にまき散らされるようなことがなく、汚濁水のろ過池等の外部への流失による環境汚染や、汚泥の拡散による汚水処理効率の低下等を抑制することができる。
（ｃ）洗浄ノズル部から圧縮性を有した空気の微細気泡を含む洗浄水が噴射されるので、気泡による水流撹拌効果と気泡を汚泥粒子やＳＳ等の周囲に凝集させることによる浮力効果とが有効に発揮され、汚泥の捕集率を高める。
（ｄ）水だけを噴射する場合に比べて、混気水流の噴射の際の衝撃力を増大させることができるので、汚泥層の掘削効果を高めるともに深部まで微細気泡を注入できる。
（ｅ）また、混気水流を用いて汚泥層の掘削を行うので汚泥や砂層中に空気を含ませることができ、汚泥除去後の砂層や残留する汚泥層における生物膜生成を助長させ、以降の微生物などを利用した汚泥中の有機物成分等の分解処理を効果的に行うことができる。
（ｆ）洗浄水中の空気気泡を汚泥粒子の表面に吸着凝集させ、汚泥粒子に浮力を付与して、汚泥粒子を効果的に分散浮上させ、浮上した汚泥を汚泥搬送部による吸引力で洗浄域外へ排出することができる。
（ｇ）汚泥搬送部にエジェクターを用いた場合には、ろ過池等の現場の水を使用できると共に、洗浄水も現場の水を使用するので、手近なものを使用して、効率的に汚泥を除去すると共に、省エネルギー性に優れる。また、構造が簡単なので、メンテナンスを容易に行うことができる。
（ｈ）水絞り部で圧力が付加された高圧水をその吐出口から噴出させると共に、その周囲に高圧水供給管と外管との間に形成される空気流路を介して空気を供給して、水と空気とからなる高圧の混合流体を生成させることができる。この水と空気からなる混合流体を外管先端に設けた混気水絞り部を介して、圧縮した後、外部の水中に拡散させることにより、均一で微細な気泡を効果的に生成させることができる。
（ｉ）均一かつ微細な気泡を発生させることができるので、洗浄ノズル部から噴出させる洗浄水による撹拌力と掘削力を増大させ、汚泥層の洗浄処理を効率的に行うことができる。
【００１１】
ここで、底部は例えば、ろ過池や配水池等の上水設備、養殖池、増養殖魚場等の池底、海底をいう。ろ過池は、上水場の砂層等で底面が覆われた形式のもので、汚濁した生活排水等が供給され、水中の汚濁物を沈澱させておくものである。
【００１２】
汚泥層は、生活排水中の食品成分やその他の固形分、養殖池等における魚糞や飼料残渣などの汚濁物が砂や泥等と共に堆積したものを云う。
【００１３】
洗浄ノズル部は、洗浄水の吐出口の形状が狭く開口した扇状のものや、先端を絞った絞り型のもの、あるいは端部を封じた管状物の円周側面に所定大きさの開口部を多数形成したもの等を適用することができる。ろ過池等の大きさに応じてこの洗浄ノズル部を複数配設する場合は、洗浄水の噴射の際に互いにデッドスペースを生じないような間隔を持たせて、ろ過池底の汚泥層に対して、例えば格子状や、単数あるいは複数の列をなすように配置される。
【００１４】
フード部は、その開口した下端部が汚泥層の表面に対して密着させるか、あるいは汚泥層上に１〜１０ｃｍの間隔を有して配置され、内部に複数又は単数の洗浄ノズル部を収納して形成され、ステンレス等の鉄製や、ＰＶＣ、ＰＥ、ＰＰ、ＰＳ、ＰＥＴ、ＰＣ等の合成樹脂やこれらとＧＦ、無機フィラー等との複合材もしくはＦＲＰで構成される。
【００１５】
汚泥搬送部は、エジェクターを用いた真空ポンプ形式のものや、排水ポンプを用いる形式のもの等を適用することができる。
洗浄ノズル部の混気水絞り部の内径ｄａと水絞り部の内径ｄｗとの比（ｄａ／ｄｗ）は０．８〜２．５の範囲内とすることが以下の理由から好ましい。即ち、この比が０．８より少ないと、高い空気圧を必要とし、コンプレッサーなどへの負荷が増え省エネルギー性に欠け、逆に２．５を越えると気泡径が大きくなり、微細気泡の噴流による汚泥層の掘削、洗浄効果が損なわれるので好ましくない。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の汚泥除去装置において、前記汚泥搬送部が高圧水によって駆動されるエジェクターで形成されている。
【００１７】
この構成によって、請求項１で得られる作用の他に次の作用が得られる。
（ａ）エジェクターは構造が単純で流路に羽根車等の流れに対して障害となるものがないため、高圧水に藻、砂、ゴミといったものが含まれていても、支障なく作動させることができ、保守も容易である。
（ｂ）汚泥搬送部が高圧水を流すことにより作動するエジェクターで構成されるので、電動モータ等の重量物を装置本体に搭載する必要がなく、耐圧性のフレキシブルホース等を用いて装置本体から離れた場所から高圧水を供給して汚泥搬送部を作動させることができる。これにより装置本体を軽量化して、本体を汚泥層に沿って容易に移動させ、ろ過池の広い面積に亘って堆積した汚泥層の処理を効率的に行うことができる。なお、汚泥除去装置を大型にした場合には、水中モータを枠体に配設してもよい。
（ｃ）汚泥搬送部の駆動源が高圧水であるので、手近にあるろ過池の上澄み水や汚濁水あるいは複数の汚泥除去装置の間を循環する循環水等を用いて水処理システムを効率的に構成させることができる。
（ｄ）エジェクター部で適度にキャビテーションを発生させるとキャビテーションの衝撃作用によって、細菌や微生物、藻類等の有害物を破壊、分解させることができる。
【００１８】
ここでエジェクターは、高圧水で高速の流れをつくり、この高圧水の流路を狭めた絞り部に高圧水を通過させて、ここに流入する液体等に高圧水の流れ方向の運動量を与えることによって吸引する形式のものである。なお、高圧水に空気が含まれていると、高圧水の運動量が削がれて、汚濁水の吸引性能が落ちるので、空気混入量とエジェクター吸引性能との関係を把握しておくことが望ましい。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の汚泥除去装置において、前記洗浄ノズル部、前記フード部及び前記汚泥搬送部が配設された枠体と、前記枠体に固定又は上下動自在に配設された１以上のフロート部と、を有して構成されている。
【００２０】
この構成により請求項１又は２で得られる作用の他に次の作用が得られる。
（ａ）洗浄ノズル部、フード部及び汚泥搬送部を含む本体部分を支持するフロート部を有しているので、ろ過池に浮上させ、または沈降させた状態の本体部分を汚泥層に沿ってウインチ等で牽引して容易に移動させることができ、ろ過池等の広い面積に亘って堆積した汚泥層を連続的に処理することができる。
（ｂ）フロート部の重量等を調整することにより、洗浄ノズル部やフード部下端と汚泥層表面との間の距離を所定値に維持させることもできるので、洗浄水による掘削効率やフード部による汚濁水の吸引効率を適正範囲に維持させることができる。
（ｃ）フロート部を枠体に設置しているので、枠体のボルト等を外すことにより容易に分解でき、コンパクト化して収納や現場への搬送ができる。
（ｄ）フロート部の浮力を重りの付加や、フロート部への水の供給、排出によって調整して、また、枠体にフローと部をロープ等で係止して、汚泥除去装置本体の水中における深度を汚泥を効率的に除去できる適正位置に設定することができる。
【００２１】
ここでフロート部は、鉄やステンレス等の金属材料やＰＶＣ、ＰＥ、ＰＰ、ＰＳ、ＰＥＴ、ＰＣ等の合成樹脂やこれらとＧＦ、無機フィラー等との複合材もしくはＦＲＰで構成される。フロート部は、その内部に密閉された空気を保持して、装置本体を浮上させるのに必要な容積と重量を有するものである。フロート部にはその軸が水平配置される円筒形のものや、球形、直方体状のものが使用できる。なお、必要に応じて、フロート部等に重りを付加したり、フロート部に設けた配管を介して、フロート部のタンク内に水等を出し入れしたりすることにより、その重量を増減させて、その浮力を調節し、洗浄ノズル部の吐出口やフロート部下端の位置を汚泥層に対して所定深さに設定して、洗浄ノズル部からの洗浄水の噴射による掘削、洗浄効果が充分有効に得られるようにすることもできる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の汚泥除去装置において、前記枠体の下端部に前後にそり状の湾曲部を備えた走行安定板を有して構成されている。
【００２３】
この構成によって、請求項１乃至３のいずれか１項の作用の他に次の作用が得られる。
（ａ）汚泥除去装置の下部の汚泥層と接触する部分にそり状の湾曲部が設けられているので、汚泥層に大きな岩や、凹凸等があっても、これを湾曲部で乗り上げて、支障なく汚泥層上に沿って汚泥除去装置を移動させ、効率的に汚泥の除去処理を行うことができる。
（ｂ）そり状の湾曲部を広く板状に形成して、中央部に開口部を設け、ここにフード部を配置して、汚泥除去装置を汚泥層に沿って移動させた場合には、汚泥層の処理後のろ過池等の底部を後部の板状部で押し当て、平滑にならすことができ、これによって、汚泥層の連続処理を円滑に行うことができる。
【００２４】
ここで、走行安定板としては、前部用と後部用の大きな板状体で形成するか、両側部に前後に渡るそり状の板状物で形成し、中央部にフード部の開口部が配置される開口部を形成してもよい。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の汚泥除去装置において、前記洗浄ノズル部の先端が、絞られかつ扇状に開口して形成される構成を有している。
【００２６】
この構成によって、請求項１乃至４のいずれか１項の作用の他に次の作用が得られる。
（ａ）洗浄ノズル部の先端が、扇状に開口して形成されるので、汚泥除去装置を汚泥層に対して移動させる際の掃引面積を大きくして、汚泥除去の処理効率をさらに向上させることができる。
（ｂ）洗浄ノズル部の先端における開口面積が絞られているので、高速高圧の混気水流を汚泥層に当てることができ、汚泥層の洗浄能力を向上できる。
（ｃ）先端部が扇状に形成されるので、噴射される洗浄水中の気泡の分散性がよくなり、汚泥中に空気中に含める酸素を供給して、曝気処理水中の生物活性を高め、微生物等による汚濁物の分解を促進させ、水の浄化を行う場合の処理効率が高められる。
（ｄ）小気泡を均等に分散する扇状の先端を有するので、汚泥層の掘削、洗浄効果による曝気効果、耕運効果、及び汚泥の吸着効果、を最大限度に高めることができる。
【００２７】
ここで扇状に開口した洗浄ノズル部の先端は、１５〜１２０度、好ましくは２５〜６０度の範囲の開き角度とすることが以下の理由から好ましい。即ち、この扇状の開き角度が２５度より小さくなるにつれ、汚泥除去装置の移動に伴う掃引面積が小さくなり掃引効果に欠ける傾向にあり、また６０度を超えるにつれ洗浄水が分散しすぎて、汚泥層を掘削するのに必要な衝撃力を付与させるのが困難になる傾向になり、これらの傾向は１５度より少なくなるか、または１２０度を超えるとさらに顕著になるからである。
【００２８】
ここで、洗浄ノズル部の汚泥層に対する傾斜角度は垂直もしくは進行方向に対して４５度〜８０度、好ましくは５５度〜７５度の範囲で先端部を前向きに形成することが以下の理由から好ましい。即ち、ノズルによる攪拌性に着目するとノズルを斜めに立たせた状態で掘削を行う方が、攪拌性能が向上するが、５５度未満の角度で角度が小さくなるにつれ掘削深さが小さくなる傾向にあり、７５度を超えるにつれ砂をノズルの真上に浮き上がらせて噴射流と対向させる効果が薄れる傾向にあり、４５度より小さく、また８０度を超えるとこれらの傾向がさらに強まるからである。
【００２９】
５５度〜７５度にすることにより、吹き上げられた汚泥同士がお互いに衝突し細分化すると共に、ろ過池等の砂などが互いに衝突し、洗浄効果を上げることができる。尚、洗浄ノズル部を前後に角度を調整する手段を設けた場合は、ろ過池等で汚泥除去装置を前進させながら洗浄する際に角度を逆方向に変えるだけで効率よく汚泥を除去できる。
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の汚泥除去装置において、前記洗浄ノズル部が、供給される空気と水を所定比率で混合して気泡が微細分散された洗浄水を吐出させる気水混合部を有して構成されている。
【００３０】
この構成によって、請求項１乃至５のいずれか１項の作用の他に次の作用が得られる。
（ａ）洗浄水中の空気の気泡が微細分散されるので、洗浄水を汚泥層に噴射する際に、洗浄水による汚泥層に対する衝撃効果を発揮させることのできる範囲に維持され、汚泥除去の処理効率を更に向上させることができる。
【００３１】
ここで、空気（ａ）と水（ｂ）の比率（ａ／ｂ）を所定範囲に設定することが望ましい。例えばこの比率が少ないと、圧縮性の空気量が不足するために汚泥層に対する洗浄水の衝撃掘削効果が著しく減退し、逆に比率が高くなると、空気量が増え過ぎるために、大きな気泡ができ、エネルギー効率が低下する他、洗浄水を供給するポンプ系等の負荷変動が大きくなるので好ましくない。また、空気量が多すぎるとフード部が浮上する傾向にあり、かつ、キャビテーションによる微生物などの殺菌効果等が得にくくなる傾向にある。
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の汚泥除去装置において、前記汚泥搬送部により前記フード部から吸引される汚濁水の吸引流量（ｃ）と前記洗浄ノズル部により前記フード部に供給される洗浄水流量（ｄ）との流量比（ｃ／ｄ）が０．１〜１０好ましくは１〜５の範囲であるように構成されている。
【００３２】
この構成によって、請求項１乃至６のいずれか１項の作用の他に次の作用が得られる。
（ａ）汚濁水の吸引流量（ｃ）と洗浄水流量（ｄ）との流量比（ｃ／ｄ）を特定範囲にしているので、フード部内における流体の流入量と流出量とをバランスさせる条件の下で、汚濁水の周囲への拡散を抑制し、汚泥層の掘削効率を良好に維持させることができる。
（ｂ）フード部が底部に吸着するのを防止でき、、走行安定性を向上させ連続運転を行うことができる。
【００３３】
ここで、汚濁水の吸引流量（ｃ）と洗浄水流量（ｄ）との流量比（ｃ／ｄ）が１より少なくなるにつれ、フード部の外に流出する汚濁水が増加して、ろ過池等の作業環境を悪化させる原因になる。また、この流量比が５を超えると、汚泥除去装置により排除された汚濁水中の汚泥の濃度が低下する一方、その排除された水の処理量が増加して、処理コストが増えると共に、フード部が底部に密接する傾向があり、走行安定性を害する傾向にあり、これらの傾向は流量比（ｃ／ｄ）が０．１より少なくなり、また１０を越えるとさらに顕著になる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００３７】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１の汚泥除去装置の模式図である。
【００３８】
図１において、１０は実施の形態１の汚泥除去装置、１１はろ過池や増養殖場等の養殖池や海面区画の養魚場の底部の上面に汚泥が堆積して形成された汚泥層、１２は汚泥層１１に向けて空気と水からなる洗浄水を噴射する洗浄ノズル部、１３は洗浄ノズル部１２の洗浄水が噴射される部分の汚泥層１１を覆うフード部、１４は高圧水流路の絞り部側面近傍に設けられた開口部からフード部１３上部接続口に巻きあげられた汚濁水を吸引するための汚泥搬送部、１５は汚泥搬送部１４に高圧水を供給するための耐圧ホースである。
汚泥除去装置１０は、図示するようにその主要部が水中に浸漬され、外部から高圧水が汚泥搬送部１４に、水及び空気が洗浄ノズル部１２にそれぞれ供給されて、フード部１３内における汚泥層１１の掘削と掘削された汚泥を含む汚濁水がフード部１３上部からの吸引除去される。
【００３９】
汚泥搬送部１４の絞り部を除く高圧水流路の上流側及び下流側は可撓性の耐圧ホース１５等からなっていて、汚泥除去装置１０が汚泥層１１の処理に伴って汚泥層１１上を水平移動しても支障がないように充分な長さを有している。
【００４０】
洗浄ノズル部１２の先端は扇状に２５〜６０度の角度で開口して形成され、供給される空気及び水が適正な混気水流が得られる混合比率で、また洗浄水の供給流量が例えば、フード部１３内の水を例えば５〜３０秒の時間で置換できる流量の範囲に設定され、図示しない供給器により供給されるようになっている。
フード部１３は、比較的軽量のアルミ金属材やＰＶＣ、ＰＳ、ＰＰ、ＡＢＳ、ＡＳ、ＨＩＰＳ、ＰＳ、ＰＡ、ＰＥＴ、ＰＲＥ等の合成樹脂、又はこれらと無機フィラーやＧＦ等との複合材等で成形され、開口したその下端部が汚泥層１１上に接地又は所定の間隔を有した状態で配置される。
【００４１】
汚泥搬送部１４によりフード部１３から吸引される汚濁水の吸引流量（ｃ）と洗浄ノズル部１２によりフード部１３に供給される洗浄水流量（ｄ）との流量比（ｃ／ｄ）は所定の０．１〜１０の範囲にバランスさせている。
【００４２】
この流量比（ｃ／ｄ）が０．１より少ないと、フード部の外に流出する汚濁水が増加して、ろ過池の作業環境を悪化させる原因になり、逆にこの流量比が１０を超えると、汚泥除去装置により排除された汚濁水中の汚泥の濃度が低下する一方、その排除された水の処理量が増加して、処理コストが増えるので好ましくない。
【００４３】
こうして、汚泥搬送部１４には、前記洗浄ノズル部１２によりフロート部１３に供給される洗浄水の量に対応した流量の高圧水が供給され、これによって、フード部１３内上部の汚濁水が開口部から吸引される。こうして、フード部１３内の汚泥を含む汚濁水を除去するための水流を有効に形成することができる。
実施の形態１の汚泥除去装置１０は以上のように構成されているので、以下の作用を有する。
（ａ）洗浄ノズル部１２から噴射される空気を含む洗浄水によりろ過池等の底部に堆積した汚泥層１１を掘削して、この分散された汚泥や、ＳＳ等の汚濁物質を含む汚濁水をフード部１３で捕捉し、気泡の上昇流に同伴させながらフード部１３の上部に設けられた汚泥搬送部１４を用いて外部に効率的に排出、除去させることができる。
（ｂ）フード部１３が設けられているので、浮上した汚泥がフード部１３の外部へ流失することによる環境汚染や、汚濁水の発生による汚水処理効率の低下等を抑制することができる。
（ｃ）汚泥搬送部１４が高圧水で作動するエジェクターからなるので、フレキシブルホース等の配管を用いて装置本体から離れた場所から汚泥搬送部１４を作動させることができ、装置本体を軽量化して、ウインチや人力等で牽引して、汚泥層１１の面上に沿って水平方向に移動させ、上水のろ過池や増養魚場等の広い面積に亘って堆積した汚泥層１１の処理を容易に行うことができる。
（ｄ）汚泥搬送部１４の駆動源が高圧水であるので、現場の上澄み水や汚濁水あるいは複数の汚泥除去装置１０の間を循環する循環水等を用いて水処理システムを効率的に構成させることができる。
（ｅ）洗浄ノズル部１２から圧縮され微細化した気泡を含む洗浄水が噴射されるので、汚泥粒子やＳＳ等の汚濁物質の表面に気泡を吸着集積させ、これらに浮力を付与して、汚泥粒子等を分散浮上させ、汚泥層１１の掘削を効果的に行うことができる。
（ｆ）気泡を含む洗浄水を用いて汚泥層１１の掘削を行うので汚泥や砂層中に空気を含ませることができ、汚泥除去後の砂層や残留する汚泥層１１における生物膜生成を助長させ、微生物等による有機成分等の分解が促進される。
（実施の形態２）
図２はろ過池等に設置した状態における実施の形態２の汚泥除去装置の側面図であり、図３はその正面図であり、図４はその平面図である。
【００４４】
図２において、２０は実施の形態２の汚泥除去装置、２１はろ過池や増殖漁場の底部上に堆積された汚泥層、２２は汚泥層２１に向けて空気と水の混合した混気水からなる洗浄水を噴射する洗浄ノズル部、２６は上壁面から貫設された洗浄ノズル部２２から噴射された混気水流状の洗浄水で巻き上げられた汚泥層２１の汚濁物等や汚泥の拡散部分を覆うフード部、２６ａはフード部２６の底部位置を上下動可能に支持するフード部支持枠、２６ｂはフード部支持枠２６ａに固定された枠体３１等に固設された支持部材２６ｄの軸孔をスライドするスライド部材、２６ｃはスライド部材２６ｂを所定位置に固定するための位置固定部材、２６ｅはフード部２６からの汚泥の流出を防止するための逆止弁、２７は高圧水流路の絞り部側面近傍に設けられた開口部からフード部２６上部に巻きあげられた汚濁水を吸引して外部に搬送するための汚泥搬送部、２８は洗浄ノズル部２２に洗浄水を供給するための洗浄水供給用ポンプ、２９は汚泥搬送部２７に所定流量の高圧水を供給するための高圧水供給用ポンプ、３０は洗浄ノズル部２２、フード部２６、汚泥搬送部２７、洗浄水供給用ポンプ２８及び高圧水供給用ポンプ２９をそれぞれ支持する枠体３１の上部に固定配置され円筒状に形成された左右一対のフロート部、３２は汚泥搬送部２７からの排出される汚濁水を含む高圧水を外部に排出するためのダクトホース、３３はろ過池等の外に配置されたコンプレッサー、あるいは枠体３１に配置された図示しないコンプレッサー等に連結され洗浄ノズル部２２に空気を空気集合管３３ａに連結して供給するための空気供給ホース、３４は汚泥層２１上に置かれる枠体３１の下部に設けられた移動方向の前後にそり状の湾曲部を備えた平板状の走行安定板、３４ａは走行安定板３４のフード部２６の開口部を囲繞する走行安定板開口部、３４ｂは走行安定板３４に固定部材３４ｃを介して立設されたフード部支持部、３５は洗浄水供給用ポンプ２８及び高圧水供給用ポンプ２９に導入される水から砂や小石、藻類等を除くための多数の小孔を有するストレーナ、３６は洗浄ノズル部２２に洗浄水供給用ポンプ２８からの水を分配管３６ａを介して供給するための水供給ホースである。
図３の側面図において、２３、２４、２５は前記洗浄ノズル部２２に並べてそれぞれ所定間隔を有して配置され、その吐出口がフード部２６内に収容された洗浄ノズル部である。なお洗浄ノズル部２３〜２５にも前記洗浄ノズル部２２と同様に空気供給ホース３３と水供給ホース３６とを介して、空気と水とが供給されるようになっている。
【００４５】
図４の平面図においては、空気供給ホース３３と水供給ホース３６等の配管系を省略して示している。
汚泥除去装置２０は、図示するようにその主要部がろ過池等の水中に浸漬された状態で用いられる。
【００４６】
なお、汚泥層２１上部の水が高圧水供給用ポンプ２９の底部から取り入れられて、汚泥搬送部２７に駆動用の高圧水として供給される。また、汚泥層２１上部の水が洗浄水供給用ポンプ２８の底部から取り入れられて洗浄ノズル部２２〜２５に供給されるようになっている。洗浄水供給用ポンプ２８及び、高圧水供給用ポンプ２９にはそれぞれ取り入れられた水から汚泥等をろ過するためのろ過材３５等が配置されているので、これにより、外部から処理用の水を供給することなく汚泥層２１の掘削と掘削された汚泥の吸引除去が行われる。
汚泥搬送部２７により吸引された汚濁水を含む高圧水はダクトホース３２を介して別に設けた沈澱池等に送られて、必要な汚泥の沈澱やろ過処理等がなされるようになっている。
【００４７】
洗浄ノズル部２２〜２５の先端は扇状にそれぞれ所定角度、例えば、２５〜６０度の範囲で開口して形成され、所定比率、例えば１／３０００〜１／１００の重量比率の空気と水からなる洗浄水が噴射される。なお、洗浄ノズル部２２〜２５に供給される洗浄水中の空気及び水の重量比及び供給流量等が洗浄水供給用ポンプ２８や図示しないコンプレッサー等を用いて制御されている。
【００４８】
洗浄ノズル部２２〜２５の全体を覆うフード部２６は、ＰＶＣ、ＰＥ、ＰＰ、ＡＢＳ、ＨＩＰＳ、等で形成され、開口したその下端部が汚泥層２１上に接地又は１０〜１００ｍｍの間隔を有した状態で混気水流状の洗浄水が噴射され、微細気泡を含む洗浄水の衝撃効果と気泡の付着による汚泥の浮上促進と気泡の浮上による同伴効果とにより汚泥層２１が効果的に掘削され、掘削されたＳＳや汚濁物が系外に排出される。
汚泥搬送部２７には、洗浄ノズル部２２〜２５に供給される洗浄水の流量に対応した所定流量の高圧水が高圧水供給用ポンプ２９を介して供給され、フード部２６内の上部の汚濁水が開口部から吸引されて、フード部２６内の汚泥を効率的に除去するための水流が形成されるようになっている。
【００４９】
水平配置される左右一対のフロート部３０は、金属製又は塩化ビニル樹脂等のプラスチック製等の材料からなり、内部に所定容積の空間を備えていて、汚泥除去装置２０をろ過池内の所定深さに維持させるための浮力を有している。
【００５０】
汚泥搬送部２７は、高圧水を駆動源とするエジェクターを用いて、フード部２６上部に連通する開口部からフード部２６内の汚濁水を吸引する方式なので、供給される水中に砂や小石、藻類等が混入していても、支障なく作動させることができ、メンテナンスを容易にできる。
実施の形態２の汚泥除去装置２０は以上のように構成されているので、実施の形態１で得られる作用の他、以下の作用を有する。
（ａ）洗浄ノズル部２２〜２５から噴射される空気を含む洗浄水によりろ過池等の底部上の汚泥層２１を掘削して、この分散された汚泥を含む汚濁水をフード部２６で捕捉し、フード部２６の上部に設けられた汚泥搬送部２７を用いて外部の沈澱池や処理装置に送ることができる。
（ｂ）洗浄水や高圧水として、現場にある水を利用できるので、水処理システムを効率的に運用させることができる。
（ｃ）装置の本体部分を支持するフロート部３０を有しているので、ろ過池等の水中に浮上させた本体部分を、ウインチ等で牽引して汚泥層を順次処理しながら汚泥層２１上を容易に水平移動させることができる。これにより、ろ過池等の広い面積に亘って堆積した汚泥層２１を連続的に処理することができる。
（ｄ）フロート部３０の重量等の調整により、洗浄ノズル部２２〜２５の吐出口やフード部２６の下端と汚泥層２１の表面との間の距離を所定値に維持させることもできるので、常時、洗浄水による掘削効率やフード部２６による汚濁水の捕捉吸引効率を適正範囲に維持できる。
（実施の形態３）
図５は実施の形態３の汚泥除去装置に用いる洗浄ノズル部の断面図である。
【００５１】
図５において、４０は空気と水を噴射する混気水ノズルである洗浄ノズル部、４１はＰＶＣ、ＰＥ、ＰＰ、ＰＳ、ＰＥＴ、ＰＣ等の合成樹脂やこれらとＧＦ、無機フィラー等との複合材もしくはＦＲＰで形成された外管、４２は外管４１の中に同軸状に配置され、水が一端側から先端側に向けて供給される高圧水供給管、４３は外管４１先端の混気水絞り部、４４は高圧水供給管４２先端の水絞り部、４５は外管４１の側部に設けられた空気を外管４１と高圧水供給管４２との間に供給するための空気供給管、４６は供給される空気と水とが水絞り部４４と混気水絞り部４３の間で混合される気水混合部である。
【００５２】
なお、実施の形態３の汚泥除去装置の洗浄ノズル部以外の構成は前記実施の形態２のものと同様であるので、これらについての説明は省略する。
【００５３】
図６（ａ）は洗浄ノズル部に装着されるノズルキャップの正断面図であり、図６（ｂ）はその側断面図であり、図６（ｃ）はその平面図である。
【００５４】
図６において、４７は空気を含む洗浄水の吐出口を扇状に開口するための扇形状に拡開されるとともに先端が絞られて、くさび形状に形成されたノズルキャップである。
このようなノズルキャップ４７はＰＶＣ、ＰＥ、ＰＰ、ＰＳ、ＰＥＴ、ＰＣ等の合成樹脂製で、洗浄ノズル部４０の先端の混気水絞り部４３の外周面に嵌合もしくは螺合、接着されて洗浄ノズル部４０の先端に装着され、先端部の厚み方向の出口幅ｄｎが約２ｍｍ、開き幅が約４０〜５０ｍｍ、扇状の開き角度が約３０〜４５度で形成されている。
【００５５】
洗浄ノズル部４０は中心に配置される高圧水供給管４２内に水が流れ、その高圧水供給管４２の外側と外管４１の内側を空気が流れる二重円管式になっており、汚泥層の掘削幅を大きくするために、扇形のノズルキャップ４７が洗浄ノズル部４０の混気水絞り部４３の外周面に装着されている。
実施の形態３の汚泥除去装置は以上のように構成されているので、以下の作用を有する。
（ａ）高圧水供給管４２の先端部に形成される水絞り部４４で、加圧された高圧水をその吐出口から気水混合部４６に噴出させると共に、その気水混合部４６の周囲に空気を供給して、水と空気の微細気泡とからなる高圧の混合気水流体を生成させることができる。この水と微細気泡からなる混合気水流体を外管４１の先端に設けた混気水絞り部４３に通過させて圧縮した後、外部の水中に拡散させることにより、均一で微細な気泡を効果的に生成させることができる。
（ｂ）均一かつ微細な気泡を発生させることができるので、洗浄ノズル部４０から噴出させる洗浄水の掘削力と撹拌力とを増大させ、汚泥層の洗浄処理を効率的に行うことができる。
（ｃ）ノズルキャップ４７などを先端に装着することにより吐出口を扇状に形成して汚泥除去装置を移動させる際の掃引面積を大きくすると共に、微細で均一な気泡を効率的に発生させることができる。
【００５６】
【実施例】
以下、本発明の効果を検証するために行った各実施例について説明する。
【００５７】
（実施例１）
洗浄ノズル部から洗浄水を噴射させることによる汚泥層の掘削深さ、幅等は噴射条件、移動速度等により変化することが考えられ、ろ過池池や養殖池等の砂層保護の観点から過掘削しないよう事前に掘削深さ、幅等の基本性能を調べる必要がある。これを検証するために行った実験の結果について以下に説明する。
【００５８】
この実験に用いた洗浄ノズル部は、前記実施の形態３の洗浄ノズル部４０であって、中心に配置される高圧水供給管４２内に水が流れ、その高圧水供給管４２の外側と外管４１の内側を空気が流れる二重円管式になっており、汚泥層の掘削幅を大きくするために、扇形のノズルキャップ４７を洗浄ノズル部４０の混気水絞り部４３の外周面に装着したものを使用した。
このノズルキャップ４７の装着によって、小気泡が均等に水中に分散された状態の扇形気液二相噴流を気水混合部４６で形成して吐出口から噴出させることができる。このようにノズルキャップ４７を用いた洗浄ノズル部４０では、円形気液二相噴流を形成させるものに比べてその噴流幅を広くして、有効掘削幅（言い換えると掃引面積）を大きくできる。
【００５９】
ここで、上記の効果を最大限度に発揮させるためのノズルキャップ４７の幅ｄｎには最適値が存在する。
【００６０】
即ち、洗浄ノズル部４０の寸法（外管４１の混気水絞り部４３の径ｄａ、高圧水供給管４２の水絞り部４４の径ｄｗ）、ノズル噴射水圧力Ｐｎｗ、及び噴射空気流量ｑｎａによって、ノズルキャップ４７の出口幅ｄｎには最適値が存在している。
基礎実験では、出口幅がｄｎ＝１、２、４ｍｍの３種類のノズルキャップ４７を準備し、下記の実験条件の下で実験を行い、洗浄水の噴流及び汚泥層の掘削、洗浄の様相を観察した。
【００６１】
実験条件：（ｄｗ＝６ｍｍ、ｄａ＝１０ｍｍ、Ｐｎｗ＝０．１５〜０．２０ＭＰａ、ｑｎａ＝７．５〜３０リットル／ｍｉｎ、ノズル先端から汚泥層表面までの距離ｙ）
ノズル噴射水圧力Ｐｎｗ、噴射空気流量ｑｎａ及び出口幅ｄｎを変化させた場合において、適正な掘削、攪拌を行うことのできる噴射距離ｙの値はそれらの条件に応じて変化する。本実験では出口幅がｄｎ＝２ｍｍの場合は、他の出口幅の場合に比べてその噴射距離ｙが若干短くなる傾向になっている。
【００６２】
この噴射距離ｙは全ての条件で３５０ｍｍ程度であり、また、ノズル噴射圧力を一定として、混入させる空気流量を変化させた場合、洗浄水による噴流の様相にほとんど変化は見られなかった。
ノズルキャップ４７の幅をｄｎ＝２ｍｍとした場合に、汚泥層の有効掘削深さは１２ｃｍであり、有効掘削幅は約１５ｃｍであった。この場合、洗浄水による砂の撹拌に関しては、噴射される洗浄水中の気泡による浮力上昇効果が有効に働いていることが分かった。このように、出口幅が２ｍｍの場合に、ノズルからの距離によらずほぼ一定で広い噴流幅を確保できると考えられる。
【００６３】
上記の条件ではノズルキャップ４７の幅をｄｎ＝２ｍｍとした場合に吐出される洗浄水の噴流による汚泥層の掘削、洗浄の状態を良好に維持できることがわかった。
【００６４】
また、実験観察から、掘削、攪拌は洗浄水に混入させる混入空気が届く範囲で最も激しく起こっていることがわかった。これは、一度下方に向かって噴射された気泡の浮力による上昇と、噴射された混気水噴流とが対向混合することに起因すると考えられる。
ノズル噴射水圧力と噴射空気量が一定の状態で、ノズルと汚泥層との距離をｈｎ＝５０〜１５０ｍｍまで変化させた場合、距離が大きくなる程、掘削深さは小さくなっている。噴射空気流量のみをｑｎａ＝７．５リットル／ｍｉｎ〜３０リットル／ｍｉｎまで変化させ、残りの条件を一定にした場合、掘削深さにはあまり大きな変化がない。また、噴射水圧力のみをＰｎｗ＝０．１５ＭＰａから０．２０ＭＰａまで変化させた場合は、掘削深さは大きくなっている。
【００６５】
掘削幅においては、ノズル噴射水圧力と噴射空気流量が一定の状態で、掘削ノズルと汚泥層との距離をｈｎ＝５０から１５０ｍｍまで変化させた場合、掘削幅に大きな変化はない。噴射空気流量のみをｑｎａ＝７．５から３０リットル／ｍｉｎまで変化させ、残りの条件を一定にした場合、掘削幅はあまり大きな変化はない。また噴射水圧力のみをＰｎｗ＝０．１５ＭＰａから０．２０ＭＰａまで変化させた場合、掘削幅は大きくなっている。
【００６６】
以上のことから、掘削深さはノズル噴射水圧力が大きくなると拡大し、ノズルと汚泥層との距離が大きくなると縮小することがわかる。掘削幅はノズル噴射水圧力が大きくなると深さと同様大きくなるが、ノズルと汚泥層との距離による変化はあまり見られなかった。また、噴射空気流量による影響は掘削深さ、幅ともに顕著な変化はないことがわかった。実際の洗浄ノズルの設定値としては、ノズル噴射水圧力はＰｎｗ＝０．２０ＭＰａ程度、噴射空気流量はｑｎａ＝７．５リットル／ｍｉｎ程度、ノズルと汚泥層との距離はｈｎ＝５０ｍｍ程度が適していると思われる。
（実施例２）
汚泥層の掘削性能は洗浄ノズル部の移動速度によっても大きく変化する。そこで、ノズルを移動させた場合の掘削深さについて調べた。この場合、掘削後のくぼみに砂が流れ込み、水槽等を用いた可視化観察ではこの評価が難しいため、砂層を着色層（メチレンブルーにより染色した厚さ５ｃｍの層）と非着色層（厚さ１０ｃｍ）の２層に分けて敷き、実験を行った。
【００６７】
洗浄ノズル部の移動速度を▲１▼５ｃｍ／秒、▲２▼１０ｃｍ／秒として、それぞれ噴射水圧力０．１５０ＭＰａ、供給空気流量７．５リットル／ｍｉｎの条件の下で実験を行った。
【００６８】
▲１▼洗浄ノズル部の移動速度が５ｃｍ／秒の場合、掘削深さは７ｃｍ程度に達し、撹拌領域が大きく、撹拌状態も良いことが分かった。
【００６９】
▲２▼洗浄ノズル部の移動速度が１０ｃｍ／秒の場合では、▲１▼の場合に比べ掘削できる範囲は砂層の表層からわずか１ｃｍ程度であり、撹拌はほとんどされていない。
【００７０】
これらの場合、攪拌された砂はノズル移動方向と逆方向に流され、ノズルの後方に浮き上がっていることが観察された。
掘削深さはノズル噴射水圧力や噴射空気流量が一定の場合、ノズルの移動速度が速くなるにつれ小さくなっている。移動速度が一定で噴射条件が異なる場合、ノズル噴射水圧力や噴射空気流量が大きい方が深く掘削されている。このように移動速度は掘削、攪拌に強く影響を及ぼすことがわかった。掘削深さは移動速度Ｖ＝１０ｃｍ／ｓ以下の場合、どの噴射条件でもＤｄ＝５０ｍｍ以上が確保されているので、設定する移動速度としては、Ｖ＝５〜１０ｃｍ／ｓ程度が適していると思われる。
【００７１】
なお、実施例１では洗浄ノズルの汚泥層に対する噴射角度を垂直、即ち、９０度としているが、洗浄ノズルの噴射角度を６０〜７５度の角度範囲で斜めに立たせた状態で移動させた場合には、ノズルを垂直に立たせた場合とは異なり、攪拌された砂は移動するノズルの真上に浮き上がり、移動に伴って新たに噴射される流れと対向することにより攪拌がより盛んになっている。
【００７２】
この掘削深さのデータを表３に示している。以上のデータ及び実験観察などから、掘削性能のみを考えると、ノズルの角度により変化はないが、その後の攪拌性能に着目するとノズルを斜めに立たせた状態で掘削を行う方が、攪拌性能が向上すると考えられる。なお、汚泥層に対するノズルの噴射角度については、６０度未満の角度であれば掘削深さが小さくなってしまい、７５度を超えると砂をノズルの真上に浮き上がらせて噴射流と対向させる効果が薄れるので、６０〜７５度の範囲とすることが好ましい。
これら一連の実験から、洗浄ノズル部を移動させながらの汚泥層の掘削では、移動スピードにより掘削深さが大きく変化すること、掘削深さの最深部はノズル直下よりも後ろに存在することが分かった。
（実施例３）
図７はエジェクター型のポンプ（ジェットポンプ）における、駆動源となる高圧水に混入される混入空気流量（供給空気流量）と正味吸い込み流量の関係を示すグラフである。図７から、混入空気流量の増大に伴う正味吸い込み流量の減少傾向がわかり、特に、混入空気流量が１３０リットル／ｍｉｎになると正味吸い込み流量が極端に減少することがわかる。実用範囲から考えると本システムにおける混入空気流量は最大でも１２０リットル／ｍｉｎ程度に設定する必要があることが分かる。
（実施例４）
図８は汚泥除去装置を適用した場合のろ過池における濁度の時間変化のグラフであり、図９は色度の時間変化のグラフである。
【００７３】
この水質試験では目視検査のほか、汚泥除去装置のろ過機能の良否の判断基準として、ろ過池から採取したサンプル水について、その濁度、色度等の５項目を調査した。
【００７４】
図８に示すように、▲１▼本システムを適用した場合（実線）と▲２▼人力で汚泥を除去した場合（破線）とでは、両者ともにろ過を開始した当初の濁度は０．２５度と高い値を示していたが、試験終了後２日目には急激に濁度の値が下がり、１０日目にはクリプト暫定指針値の０．１０度以下となり、それ以降も漸次減少の傾向が見られた。
【００７５】
処理水の色度を緩速ろ過で低下させるのは難しいとされているが、図９に示すように▲１▼、▲２▼の場合共に、水質基準値５．０度を下回っていることが分かる。
（実施例５）
表１は汚泥除去装置によるろ過を行ってから１６日後における水質試験結果のデータを示している。▲１▼本システムで洗浄した１号池の場合、一般細菌が処理前の１４．６％に、大腸菌については１．６％に減少している。このように▲２▼人力で汚泥を削取した２号池の場合より良い結果となっていることが分かる。
【００７６】
【表１】
【００７７】
以上の実施例４、５の試験結果から総合的に判断すると、▲１▼及び▲２▼の双方とも水質的に差異は見られず、本システムを使用して洗浄作業を行っても生物ろ過機能は十分確保されているものと考えられた。
以上の実施例１〜５により得られた知見から明らかなように、汚泥層に向けて洗浄水を噴射する洗浄ノズル部と、掘削される汚泥層の周囲を覆うフード部と、フード部内の汚泥を含む汚濁水を吸引して排出する汚泥搬送部とを有する汚泥除去装置においては、洗浄ノズル部から洗浄水を噴射させることによる汚泥層の掘削条件（洗浄水の噴射幅、洗浄水の噴射圧力、供給空気量、洗浄水の汚泥層に対する噴射角度、汚泥層とノズル先端までの噴射距離、洗浄ノズル部の移動速度、汚泥搬送部における混入空気量、高圧水の供給量など）は、処理するろ過池等の広さや、水深、汚泥層の厚み、種類等によりそれぞれの最適値が変化することがわかった。
【００７８】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、これによって、以下の効果が得られる。
（ａ）洗浄ノズル部から噴射される空気の細径気泡を含む洗浄水の噴出水流によりろ過池底等の汚泥層を掘削して、汚泥を水中に分散させることができる。この分散された汚泥を含む汚濁水はフード部によって周囲に汚泥を拡散させることなく捕捉される。フード部に捕捉された汚濁水はフード上部に設けられた汚泥搬送部を用いて外部の処理装置等に排出して、除去することができる。
（ｂ）フード部が設けられているので、洗浄ノズル部からの洗浄水の噴射によって掘削された汚泥がフード部の外にまき散らされるようなことがなく、汚濁水のろ過池等の外部への流失による環境汚染や、汚泥の拡散による汚水処理効率の低下等を抑制することができる。
（ｃ）洗浄ノズル部から圧縮性を有した空気を含む洗浄水が噴射されるので、気泡による水流撹拌効果と気泡を汚泥粒子やＳＳ等の周囲に凝集させることによる浮力効果とが有効に発揮され、汚泥の捕集率を高める。
（ｄ）水だけを噴射する場合に比べて、混気水流の噴射の際の衝撃力を増大させて汚泥層の掘削効果を高めることができる。
（ｅ）また、混気水流を用いて汚泥層の掘削を行うので汚泥や砂層中に空気を含ませることができ、汚泥除去後の砂層や残留する汚泥層における生物膜生成を助長させ、以降の微生物などを利用した汚泥中の有機物成分等の分解処理を効果的に行うことができる。
（ｆ）洗浄水中の空気気泡を汚泥粒子の表面に吸着凝集させ、汚泥粒子に浮力を付与して、汚泥粒子を効果的に分散浮上させ、浮上した汚泥を汚泥搬送部による吸引力で洗浄域外へ排出することができる。
（ｇ）汚泥搬送部にエジェクターを用いた場合には、ろ過池等の現場の水を使用できると共に、洗浄水も現場の水を使用するので、手近なものを使用して、効率的に汚泥を除去すると共に、省エネルギー性に優れる。また、構造が簡単なので、メンテナンスを容易に行うことができる。
（ｈ）水絞り部で圧力が付加された高圧水をその吐出口から噴出させると共に、その周囲に高圧水供給管と外管との間に形成される空気流路を介して空気を供給して、水と空気とからなる高圧の混合流体を生成させることができる。この水と空気からなる混合流体を外管先端に設けた混気水絞り部を介して、圧縮した後、外部の水中に拡散させることにより、均一で微細な気泡を効果的に生成させることができる。
（ｉ）均一かつ微細な気泡を発生させることができるので、洗浄ノズル部から噴出させる洗浄水による撹拌力と掘削力を増大させ、汚泥層の洗浄処理を効率的に行うことができる。
請求項２に記載の発明によれば、これによって、請求項１で得られる効果の他に次の効果が得られる。
（ａ）エジェクターは構造が単純で流路に羽根車等の流れの障害となるものがないため、高圧水に藻、砂、ゴミといったものが含まれていても、支障なく作動させることができ、保守も容易である。
（ｂ）汚泥搬送部が高圧水を流すことにより作動するエジェクターで構成されるので、電動モータ等の重量物を装置本体に搭載する必要がなく、耐圧性のフレキシブルホース等を用いて装置本体から離れた場所から高圧水を供給して汚泥搬送部を作動させることができる。これにより装置本体を軽量化して移動させ、ろ過池の広い面積に亘って堆積した汚泥層の処理を容易に行うことができる。
（ｃ）汚泥搬送部の駆動源が高圧水であるので、手近にあるろ過池の上澄み水や汚濁水あるいは複数の汚泥除去装置の間を循環する循環水等を用いて水処理システムを効率的に構成させることができる。
請求項３に記載の発明によれば、この構成によって、請求項１又は２で得られる効果の他に次の効果が得られる。
（ａ）洗浄ノズル部、フード部及び汚泥搬送部を含む本体部分を支持するフロート部を有しているので、ろ過池に浮上させた本体部分を容易に移動させることができ、ろ過池等や養殖池等の広い面積に亘って堆積した汚泥層を連続的に効率良く処理することができる。
（ｂ）フロート部の重量等を調整することにより、洗浄ノズル部やフード部下端と汚泥層表面との間の距離を所定値に維持させることもできるので、常時、洗浄水による掘削効率やフード部による汚濁水の吸引効率を適正範囲に維持させることができる。
（ｃ）フロート部を枠体に設定しているので、枠体のボルト等を外すことにより容易に分解でき、コンパクト化して収納や現場への搬送ができる。
（ｄ）フロート部の浮力を重りの付加や、フロート部への水の供給、排出によって調整して、汚泥除去装置の水中における深度を汚泥を効率的に除去できる適正位置に設定することができる。
請求項４に記載の発明によれば、この構成によって、請求項１乃至３のいずれか１項の効果の他に次の効果が得られる。
（ａ）汚泥除去装置の下部の汚泥層と接触する部分にそり状の湾曲部が設けられているので、汚泥層に大きな岩や、凹凸等があっても、これを湾曲部で乗り上げて、支障なく汚泥層上に沿って汚泥除去装置を移動させ、効率的に汚泥の除去処理を行うことができる。
（ｂ）そり状の湾曲部を広く板状に形成して、中央部に開口部を設け、ここにフード部を配置して、汚泥除去装置を汚泥層に沿って移動させた場合には、汚泥層の処理後のろ過池等の底部を後部の板状部で押し当て、平滑にならすことができ、これによって、汚泥層の連続処理を円滑に行うことができる。
請求項５に記載の発明によれば、この構成によって、請求項１乃至４のいずれか１項の効果の他に次の効果が得られる。
（ａ）洗浄ノズル部の先端が、扇状に開口して形成されるので、汚泥除去装置を汚泥層に対して移動させる際のデッドスペースを少なくして、汚泥除去の処理効率をさらに向上させることができる。
（ｂ）洗浄ノズル部の先端における開口面積が絞られているので、高速高圧の混気水流を汚泥層に当てることができ、汚泥層の洗浄能力を向上できる。
（ｃ）先端部が扇状に形成されるので、噴射される洗浄水中の気泡の分散性がよくなり、汚泥中に空気中に含める酸素を供給して、処理水中の生物活性を高め、微生物等による汚濁物の分解を促進させ、水の浄化を行う場合の処理効率が高められる。
請求項６に記載の発明によれば、この構成によって、請求項１乃至５のいずれか１項の効果の他に次の効果が得られる。
（ａ）洗浄水中の空気と水が特定の重量比の範囲に設定されるので、洗浄水を汚泥層に噴射した際の、衝撃効果が所定の良好な範囲に維持され、汚泥除去の処理効率を更に向上させることができる。
請求項７に記載の発明によれば、この構成によって、請求項１乃至６のいずれか１項の効果の他に次の効果が得られる。
（ａ）汚濁水の吸引流量（ｃ）と洗浄水流量（ｄ）との流量比（ｃ／ｄ）を特定範囲にしているので、フード部内における流体の流入量と流出量とをバランスさせる条件の下で、汚濁水の周囲への拡散を抑制し、汚泥層の掘削効率を良好に維持させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の汚泥除去装置の模式図
【図２】実施の形態２の汚泥除去装置の側面図
【図３】実施の形態２の汚泥除去装置の正面図
【図４】実施の形態２の汚泥除去装置の平面図
【図５】実施の形態３の汚泥除去装置における洗浄ノズル部の断面図
【図６】（ａ）洗浄ノズル部に装着されるノズルキャップの正断面図
（ｂ）その側断面図
（ｃ）その平面図
【図７】ジェットポンプの供給空気流量と正味吸い込み流量の関係を示すグラフ
【図８】ろ過池における濁度の時間変化のグラフ
【図９】ろ過池における色度の時間変化のグラフ
【符号の説明】
１０ 汚泥除去装置
１１ 汚泥層
１２ 洗浄ノズル部
１３ フード部
１４ 汚泥搬送部
１５ 耐圧ホース
２０ 汚泥除去装置
２１ 汚泥層
２２ 洗浄ノズル部
２３ 洗浄ノズル部
２４ 洗浄ノズル部
２５ 洗浄ノズル部
２６ フード部
２６ａ フード部支持枠
２６ｂ スライド部材
２６ｃ 位置固定部材
２６ｄ 支持部材
２７ 汚泥搬送部
２８ 洗浄水供給用ポンプ
２９ 高圧水供給用ポンプ
３０ フロート部
３１ 枠体
３２ ダクトホース
３３ 空気供給ホース
３３ａ 空気供給管
３４ 走行安定板
３４ａ 走行安定板開口部
３４ｂ フード部支持部
３５ ろ過材
３６ 水供給ホース
３６ａ 分配管
４０ 洗浄ノズル部
４１ 外管
４２ 高圧水供給管
４３ 混気水絞り部
４４ 水絞り部
４５ 空気供給管
４６ 気水混合部
４７ ノズルキャップ
【発明の属する技術分野】
本発明は汚濁水を処理して上水や用水等を供給するためのろ過池や配水池、養殖池、養殖海域の増養殖場の底部に堆積した汚泥層を除去する汚泥除去装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、都市部における水需要の増大からろ過池等の底部に堆積した汚泥層の処理能力に対する拡大の要求が高まり、この汚泥層を機械的に除去するための汚泥除去装置の開発が進められている。また、他方水産業界において、増養殖漁場での水底や海底における魚糞や飼料残渣が堆積し、腐敗し溶存酸素が不足する酸欠状態を生起し養殖魚の大量死をまねくので、この解決のための種々の汚泥除去装置が研究されている。
【０００３】
この従来の汚泥除去装置として、例えば以下のようなものが知られている。
【０００４】
（イ）特開平６−５５００５号公報（以下イ号公報という）には、両端を閉じた水平集泥管内の上部付近まで上端が貫入された枝管を多数垂下させ、枝管の下端を沈澱池底部に近接させた状態で水平集泥管に空気を供給して水平集泥管内に滞留した汚泥を排出し、この汚泥の排出に伴って瞬間的に水平集泥管内の圧力が大気圧に低下するのを利用して水平集泥管に接続する枝管の下端から汚泥を吸い込むと共に、隣り合う枝管の間のゾーンに圧力水噴射管から圧力水を噴射するようにした沈澱池用汚泥集排装置が開示されている。
【０００５】
（ロ）特開平６−１５１１０号公報（以下ロ号公報という）には、池内にろ材層を形成したろ過池において、前記ろ材層表面の近傍に下向きに噴出口を設けた洗浄ノズルと、前記ろ材層内に上向き及び／又は横向きに噴出口を設けた洗浄ノズルとを有したろ過池の洗浄装置が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の技術は、以下のような課題を有していた。
（１）イ号公報に記載の沈澱池用汚泥集排装置は、水平集泥管への汚泥の吸引が汚泥の排出に伴って瞬間的に発生する水平集泥管内の圧力の低下を利用して行われるので、この圧力低下は大気圧までの限界があり、しかも、汚泥を吸引した後に排出するという間欠動作を繰り返して処理が行われるために、ろ過池に堆積した汚泥を連続的に除去することができないという問題があった。
（２）また、圧力水噴射管から圧力水を噴射して汚泥を浮上させるようにしているが、これにより浮上した汚泥が周囲に拡散するために、拡散した汚泥の数分の１しか回収することができず、回収効率が低下すると共に、また、大量の汚濁水でろ過池内が満たされるので、汚泥が再び沈澱するまでに長時間を要して、汚泥の処理効率を大幅に低下させ、処理コストが大きくなるという問題があった。
（３）ロ号公報に記載の洗浄装置では、多方向に噴出口を有する洗浄ノズルを用いて、池底に堆積した汚泥層を効率的に拡散させることができるものの、池中に拡散させた汚泥は、池中に設けた排水トラフに導入されて、汚泥の沈澱を待つてから除去されるだけなので、汚泥除去効率が小さいという問題があった。
（４）イ号及びロ号公報においては、汚泥層に対して位置付けられる汚泥を吸引するための枝管や洗浄ノズル口、及び圧力水の噴出口等の位置が汚泥層に対して固定されるので、広い面積を有するろ過池内に亘って堆積した汚泥層を機械的に処理することが困難であるという問題があった。
【０００７】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、ろ過池や増養殖漁場（以下ろ過池等という）等の底部に堆積した汚泥層を確実に掘削、洗浄でき、掘削により浮上したＳＳや汚泥を池中の広い範囲に拡散させることなく吸引除去すると共に、ろ過池等の底部に広い面積に亘って堆積した汚泥層を連続的に効率良く処理することのできる省エネルギー性や省力性に優れ、メンテナンスが容易で搬送性や収納性に優れた汚泥除去装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は以下の構成を有している。
【０００９】
本発明の請求項１に記載の汚泥除去装置は、底部に堆積した汚泥層に向けて空気を含む洗浄水を噴射する洗浄ノズル部と、前記洗浄ノズル部の洗浄水により掘削される汚泥層の周囲を覆うフード部と、前記フード部の上部開口部と連通して配設され、前記フード部内の汚泥を含む汚濁水を吸引して排出する汚泥搬送部と、前記フード部を支持する枠体と、を有し、前記洗浄ノズル部が、高圧水が一端部から供給される高圧水供給管と、前記高圧水供給管の水吐出側先端部に形成された水絞り部と、前記高圧水供給管の外側に同軸状に配置され空気が前記高圧水供給管の外側を通って供給される外管と、前記高圧水供給管の水絞り部に対して同軸状に前記外管の吐出側先端部に形成された混気水絞り部と、を有して構成されている。
【００１０】
これによって、以下の作用が得られる。
（ａ）洗浄ノズル部から噴射される空気の細径気泡を含む洗浄水の噴出水流によりろ過池底等の汚泥層を掘削して、汚泥を水中に分散させることができる。この分散された汚泥を含む汚濁水はフード部によって周囲に汚泥を拡散させることなく捕捉される。フード部に捕捉された汚濁水はフード上部に設けられた汚泥搬送部を用いて外部の処理装置等に排出して、除去することができる。
（ｂ）フード部が設けられているので、洗浄ノズル部からの洗浄水の噴射によって掘削された汚泥がフード部の外にまき散らされるようなことがなく、汚濁水のろ過池等の外部への流失による環境汚染や、汚泥の拡散による汚水処理効率の低下等を抑制することができる。
（ｃ）洗浄ノズル部から圧縮性を有した空気の微細気泡を含む洗浄水が噴射されるので、気泡による水流撹拌効果と気泡を汚泥粒子やＳＳ等の周囲に凝集させることによる浮力効果とが有効に発揮され、汚泥の捕集率を高める。
（ｄ）水だけを噴射する場合に比べて、混気水流の噴射の際の衝撃力を増大させることができるので、汚泥層の掘削効果を高めるともに深部まで微細気泡を注入できる。
（ｅ）また、混気水流を用いて汚泥層の掘削を行うので汚泥や砂層中に空気を含ませることができ、汚泥除去後の砂層や残留する汚泥層における生物膜生成を助長させ、以降の微生物などを利用した汚泥中の有機物成分等の分解処理を効果的に行うことができる。
（ｆ）洗浄水中の空気気泡を汚泥粒子の表面に吸着凝集させ、汚泥粒子に浮力を付与して、汚泥粒子を効果的に分散浮上させ、浮上した汚泥を汚泥搬送部による吸引力で洗浄域外へ排出することができる。
（ｇ）汚泥搬送部にエジェクターを用いた場合には、ろ過池等の現場の水を使用できると共に、洗浄水も現場の水を使用するので、手近なものを使用して、効率的に汚泥を除去すると共に、省エネルギー性に優れる。また、構造が簡単なので、メンテナンスを容易に行うことができる。
（ｈ）水絞り部で圧力が付加された高圧水をその吐出口から噴出させると共に、その周囲に高圧水供給管と外管との間に形成される空気流路を介して空気を供給して、水と空気とからなる高圧の混合流体を生成させることができる。この水と空気からなる混合流体を外管先端に設けた混気水絞り部を介して、圧縮した後、外部の水中に拡散させることにより、均一で微細な気泡を効果的に生成させることができる。
（ｉ）均一かつ微細な気泡を発生させることができるので、洗浄ノズル部から噴出させる洗浄水による撹拌力と掘削力を増大させ、汚泥層の洗浄処理を効率的に行うことができる。
【００１１】
ここで、底部は例えば、ろ過池や配水池等の上水設備、養殖池、増養殖魚場等の池底、海底をいう。ろ過池は、上水場の砂層等で底面が覆われた形式のもので、汚濁した生活排水等が供給され、水中の汚濁物を沈澱させておくものである。
【００１２】
汚泥層は、生活排水中の食品成分やその他の固形分、養殖池等における魚糞や飼料残渣などの汚濁物が砂や泥等と共に堆積したものを云う。
【００１３】
洗浄ノズル部は、洗浄水の吐出口の形状が狭く開口した扇状のものや、先端を絞った絞り型のもの、あるいは端部を封じた管状物の円周側面に所定大きさの開口部を多数形成したもの等を適用することができる。ろ過池等の大きさに応じてこの洗浄ノズル部を複数配設する場合は、洗浄水の噴射の際に互いにデッドスペースを生じないような間隔を持たせて、ろ過池底の汚泥層に対して、例えば格子状や、単数あるいは複数の列をなすように配置される。
【００１４】
フード部は、その開口した下端部が汚泥層の表面に対して密着させるか、あるいは汚泥層上に１〜１０ｃｍの間隔を有して配置され、内部に複数又は単数の洗浄ノズル部を収納して形成され、ステンレス等の鉄製や、ＰＶＣ、ＰＥ、ＰＰ、ＰＳ、ＰＥＴ、ＰＣ等の合成樹脂やこれらとＧＦ、無機フィラー等との複合材もしくはＦＲＰで構成される。
【００１５】
汚泥搬送部は、エジェクターを用いた真空ポンプ形式のものや、排水ポンプを用いる形式のもの等を適用することができる。
洗浄ノズル部の混気水絞り部の内径ｄａと水絞り部の内径ｄｗとの比（ｄａ／ｄｗ）は０．８〜２．５の範囲内とすることが以下の理由から好ましい。即ち、この比が０．８より少ないと、高い空気圧を必要とし、コンプレッサーなどへの負荷が増え省エネルギー性に欠け、逆に２．５を越えると気泡径が大きくなり、微細気泡の噴流による汚泥層の掘削、洗浄効果が損なわれるので好ましくない。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の汚泥除去装置において、前記汚泥搬送部が高圧水によって駆動されるエジェクターで形成されている。
【００１７】
この構成によって、請求項１で得られる作用の他に次の作用が得られる。
（ａ）エジェクターは構造が単純で流路に羽根車等の流れに対して障害となるものがないため、高圧水に藻、砂、ゴミといったものが含まれていても、支障なく作動させることができ、保守も容易である。
（ｂ）汚泥搬送部が高圧水を流すことにより作動するエジェクターで構成されるので、電動モータ等の重量物を装置本体に搭載する必要がなく、耐圧性のフレキシブルホース等を用いて装置本体から離れた場所から高圧水を供給して汚泥搬送部を作動させることができる。これにより装置本体を軽量化して、本体を汚泥層に沿って容易に移動させ、ろ過池の広い面積に亘って堆積した汚泥層の処理を効率的に行うことができる。なお、汚泥除去装置を大型にした場合には、水中モータを枠体に配設してもよい。
（ｃ）汚泥搬送部の駆動源が高圧水であるので、手近にあるろ過池の上澄み水や汚濁水あるいは複数の汚泥除去装置の間を循環する循環水等を用いて水処理システムを効率的に構成させることができる。
（ｄ）エジェクター部で適度にキャビテーションを発生させるとキャビテーションの衝撃作用によって、細菌や微生物、藻類等の有害物を破壊、分解させることができる。
【００１８】
ここでエジェクターは、高圧水で高速の流れをつくり、この高圧水の流路を狭めた絞り部に高圧水を通過させて、ここに流入する液体等に高圧水の流れ方向の運動量を与えることによって吸引する形式のものである。なお、高圧水に空気が含まれていると、高圧水の運動量が削がれて、汚濁水の吸引性能が落ちるので、空気混入量とエジェクター吸引性能との関係を把握しておくことが望ましい。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の汚泥除去装置において、前記洗浄ノズル部、前記フード部及び前記汚泥搬送部が配設された枠体と、前記枠体に固定又は上下動自在に配設された１以上のフロート部と、を有して構成されている。
【００２０】
この構成により請求項１又は２で得られる作用の他に次の作用が得られる。
（ａ）洗浄ノズル部、フード部及び汚泥搬送部を含む本体部分を支持するフロート部を有しているので、ろ過池に浮上させ、または沈降させた状態の本体部分を汚泥層に沿ってウインチ等で牽引して容易に移動させることができ、ろ過池等の広い面積に亘って堆積した汚泥層を連続的に処理することができる。
（ｂ）フロート部の重量等を調整することにより、洗浄ノズル部やフード部下端と汚泥層表面との間の距離を所定値に維持させることもできるので、洗浄水による掘削効率やフード部による汚濁水の吸引効率を適正範囲に維持させることができる。
（ｃ）フロート部を枠体に設置しているので、枠体のボルト等を外すことにより容易に分解でき、コンパクト化して収納や現場への搬送ができる。
（ｄ）フロート部の浮力を重りの付加や、フロート部への水の供給、排出によって調整して、また、枠体にフローと部をロープ等で係止して、汚泥除去装置本体の水中における深度を汚泥を効率的に除去できる適正位置に設定することができる。
【００２１】
ここでフロート部は、鉄やステンレス等の金属材料やＰＶＣ、ＰＥ、ＰＰ、ＰＳ、ＰＥＴ、ＰＣ等の合成樹脂やこれらとＧＦ、無機フィラー等との複合材もしくはＦＲＰで構成される。フロート部は、その内部に密閉された空気を保持して、装置本体を浮上させるのに必要な容積と重量を有するものである。フロート部にはその軸が水平配置される円筒形のものや、球形、直方体状のものが使用できる。なお、必要に応じて、フロート部等に重りを付加したり、フロート部に設けた配管を介して、フロート部のタンク内に水等を出し入れしたりすることにより、その重量を増減させて、その浮力を調節し、洗浄ノズル部の吐出口やフロート部下端の位置を汚泥層に対して所定深さに設定して、洗浄ノズル部からの洗浄水の噴射による掘削、洗浄効果が充分有効に得られるようにすることもできる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の汚泥除去装置において、前記枠体の下端部に前後にそり状の湾曲部を備えた走行安定板を有して構成されている。
【００２３】
この構成によって、請求項１乃至３のいずれか１項の作用の他に次の作用が得られる。
（ａ）汚泥除去装置の下部の汚泥層と接触する部分にそり状の湾曲部が設けられているので、汚泥層に大きな岩や、凹凸等があっても、これを湾曲部で乗り上げて、支障なく汚泥層上に沿って汚泥除去装置を移動させ、効率的に汚泥の除去処理を行うことができる。
（ｂ）そり状の湾曲部を広く板状に形成して、中央部に開口部を設け、ここにフード部を配置して、汚泥除去装置を汚泥層に沿って移動させた場合には、汚泥層の処理後のろ過池等の底部を後部の板状部で押し当て、平滑にならすことができ、これによって、汚泥層の連続処理を円滑に行うことができる。
【００２４】
ここで、走行安定板としては、前部用と後部用の大きな板状体で形成するか、両側部に前後に渡るそり状の板状物で形成し、中央部にフード部の開口部が配置される開口部を形成してもよい。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の汚泥除去装置において、前記洗浄ノズル部の先端が、絞られかつ扇状に開口して形成される構成を有している。
【００２６】
この構成によって、請求項１乃至４のいずれか１項の作用の他に次の作用が得られる。
（ａ）洗浄ノズル部の先端が、扇状に開口して形成されるので、汚泥除去装置を汚泥層に対して移動させる際の掃引面積を大きくして、汚泥除去の処理効率をさらに向上させることができる。
（ｂ）洗浄ノズル部の先端における開口面積が絞られているので、高速高圧の混気水流を汚泥層に当てることができ、汚泥層の洗浄能力を向上できる。
（ｃ）先端部が扇状に形成されるので、噴射される洗浄水中の気泡の分散性がよくなり、汚泥中に空気中に含める酸素を供給して、曝気処理水中の生物活性を高め、微生物等による汚濁物の分解を促進させ、水の浄化を行う場合の処理効率が高められる。
（ｄ）小気泡を均等に分散する扇状の先端を有するので、汚泥層の掘削、洗浄効果による曝気効果、耕運効果、及び汚泥の吸着効果、を最大限度に高めることができる。
【００２７】
ここで扇状に開口した洗浄ノズル部の先端は、１５〜１２０度、好ましくは２５〜６０度の範囲の開き角度とすることが以下の理由から好ましい。即ち、この扇状の開き角度が２５度より小さくなるにつれ、汚泥除去装置の移動に伴う掃引面積が小さくなり掃引効果に欠ける傾向にあり、また６０度を超えるにつれ洗浄水が分散しすぎて、汚泥層を掘削するのに必要な衝撃力を付与させるのが困難になる傾向になり、これらの傾向は１５度より少なくなるか、または１２０度を超えるとさらに顕著になるからである。
【００２８】
ここで、洗浄ノズル部の汚泥層に対する傾斜角度は垂直もしくは進行方向に対して４５度〜８０度、好ましくは５５度〜７５度の範囲で先端部を前向きに形成することが以下の理由から好ましい。即ち、ノズルによる攪拌性に着目するとノズルを斜めに立たせた状態で掘削を行う方が、攪拌性能が向上するが、５５度未満の角度で角度が小さくなるにつれ掘削深さが小さくなる傾向にあり、７５度を超えるにつれ砂をノズルの真上に浮き上がらせて噴射流と対向させる効果が薄れる傾向にあり、４５度より小さく、また８０度を超えるとこれらの傾向がさらに強まるからである。
【００２９】
５５度〜７５度にすることにより、吹き上げられた汚泥同士がお互いに衝突し細分化すると共に、ろ過池等の砂などが互いに衝突し、洗浄効果を上げることができる。尚、洗浄ノズル部を前後に角度を調整する手段を設けた場合は、ろ過池等で汚泥除去装置を前進させながら洗浄する際に角度を逆方向に変えるだけで効率よく汚泥を除去できる。
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の汚泥除去装置において、前記洗浄ノズル部が、供給される空気と水を所定比率で混合して気泡が微細分散された洗浄水を吐出させる気水混合部を有して構成されている。
【００３０】
この構成によって、請求項１乃至５のいずれか１項の作用の他に次の作用が得られる。
（ａ）洗浄水中の空気の気泡が微細分散されるので、洗浄水を汚泥層に噴射する際に、洗浄水による汚泥層に対する衝撃効果を発揮させることのできる範囲に維持され、汚泥除去の処理効率を更に向上させることができる。
【００３１】
ここで、空気（ａ）と水（ｂ）の比率（ａ／ｂ）を所定範囲に設定することが望ましい。例えばこの比率が少ないと、圧縮性の空気量が不足するために汚泥層に対する洗浄水の衝撃掘削効果が著しく減退し、逆に比率が高くなると、空気量が増え過ぎるために、大きな気泡ができ、エネルギー効率が低下する他、洗浄水を供給するポンプ系等の負荷変動が大きくなるので好ましくない。また、空気量が多すぎるとフード部が浮上する傾向にあり、かつ、キャビテーションによる微生物などの殺菌効果等が得にくくなる傾向にある。
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の汚泥除去装置において、前記汚泥搬送部により前記フード部から吸引される汚濁水の吸引流量（ｃ）と前記洗浄ノズル部により前記フード部に供給される洗浄水流量（ｄ）との流量比（ｃ／ｄ）が０．１〜１０好ましくは１〜５の範囲であるように構成されている。
【００３２】
この構成によって、請求項１乃至６のいずれか１項の作用の他に次の作用が得られる。
（ａ）汚濁水の吸引流量（ｃ）と洗浄水流量（ｄ）との流量比（ｃ／ｄ）を特定範囲にしているので、フード部内における流体の流入量と流出量とをバランスさせる条件の下で、汚濁水の周囲への拡散を抑制し、汚泥層の掘削効率を良好に維持させることができる。
（ｂ）フード部が底部に吸着するのを防止でき、、走行安定性を向上させ連続運転を行うことができる。
【００３３】
ここで、汚濁水の吸引流量（ｃ）と洗浄水流量（ｄ）との流量比（ｃ／ｄ）が１より少なくなるにつれ、フード部の外に流出する汚濁水が増加して、ろ過池等の作業環境を悪化させる原因になる。また、この流量比が５を超えると、汚泥除去装置により排除された汚濁水中の汚泥の濃度が低下する一方、その排除された水の処理量が増加して、処理コストが増えると共に、フード部が底部に密接する傾向があり、走行安定性を害する傾向にあり、これらの傾向は流量比（ｃ／ｄ）が０．１より少なくなり、また１０を越えるとさらに顕著になる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００３７】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１の汚泥除去装置の模式図である。
【００３８】
図１において、１０は実施の形態１の汚泥除去装置、１１はろ過池や増養殖場等の養殖池や海面区画の養魚場の底部の上面に汚泥が堆積して形成された汚泥層、１２は汚泥層１１に向けて空気と水からなる洗浄水を噴射する洗浄ノズル部、１３は洗浄ノズル部１２の洗浄水が噴射される部分の汚泥層１１を覆うフード部、１４は高圧水流路の絞り部側面近傍に設けられた開口部からフード部１３上部接続口に巻きあげられた汚濁水を吸引するための汚泥搬送部、１５は汚泥搬送部１４に高圧水を供給するための耐圧ホースである。
汚泥除去装置１０は、図示するようにその主要部が水中に浸漬され、外部から高圧水が汚泥搬送部１４に、水及び空気が洗浄ノズル部１２にそれぞれ供給されて、フード部１３内における汚泥層１１の掘削と掘削された汚泥を含む汚濁水がフード部１３上部からの吸引除去される。
【００３９】
汚泥搬送部１４の絞り部を除く高圧水流路の上流側及び下流側は可撓性の耐圧ホース１５等からなっていて、汚泥除去装置１０が汚泥層１１の処理に伴って汚泥層１１上を水平移動しても支障がないように充分な長さを有している。
【００４０】
洗浄ノズル部１２の先端は扇状に２５〜６０度の角度で開口して形成され、供給される空気及び水が適正な混気水流が得られる混合比率で、また洗浄水の供給流量が例えば、フード部１３内の水を例えば５〜３０秒の時間で置換できる流量の範囲に設定され、図示しない供給器により供給されるようになっている。
フード部１３は、比較的軽量のアルミ金属材やＰＶＣ、ＰＳ、ＰＰ、ＡＢＳ、ＡＳ、ＨＩＰＳ、ＰＳ、ＰＡ、ＰＥＴ、ＰＲＥ等の合成樹脂、又はこれらと無機フィラーやＧＦ等との複合材等で成形され、開口したその下端部が汚泥層１１上に接地又は所定の間隔を有した状態で配置される。
【００４１】
汚泥搬送部１４によりフード部１３から吸引される汚濁水の吸引流量（ｃ）と洗浄ノズル部１２によりフード部１３に供給される洗浄水流量（ｄ）との流量比（ｃ／ｄ）は所定の０．１〜１０の範囲にバランスさせている。
【００４２】
この流量比（ｃ／ｄ）が０．１より少ないと、フード部の外に流出する汚濁水が増加して、ろ過池の作業環境を悪化させる原因になり、逆にこの流量比が１０を超えると、汚泥除去装置により排除された汚濁水中の汚泥の濃度が低下する一方、その排除された水の処理量が増加して、処理コストが増えるので好ましくない。
【００４３】
こうして、汚泥搬送部１４には、前記洗浄ノズル部１２によりフロート部１３に供給される洗浄水の量に対応した流量の高圧水が供給され、これによって、フード部１３内上部の汚濁水が開口部から吸引される。こうして、フード部１３内の汚泥を含む汚濁水を除去するための水流を有効に形成することができる。
実施の形態１の汚泥除去装置１０は以上のように構成されているので、以下の作用を有する。
（ａ）洗浄ノズル部１２から噴射される空気を含む洗浄水によりろ過池等の底部に堆積した汚泥層１１を掘削して、この分散された汚泥や、ＳＳ等の汚濁物質を含む汚濁水をフード部１３で捕捉し、気泡の上昇流に同伴させながらフード部１３の上部に設けられた汚泥搬送部１４を用いて外部に効率的に排出、除去させることができる。
（ｂ）フード部１３が設けられているので、浮上した汚泥がフード部１３の外部へ流失することによる環境汚染や、汚濁水の発生による汚水処理効率の低下等を抑制することができる。
（ｃ）汚泥搬送部１４が高圧水で作動するエジェクターからなるので、フレキシブルホース等の配管を用いて装置本体から離れた場所から汚泥搬送部１４を作動させることができ、装置本体を軽量化して、ウインチや人力等で牽引して、汚泥層１１の面上に沿って水平方向に移動させ、上水のろ過池や増養魚場等の広い面積に亘って堆積した汚泥層１１の処理を容易に行うことができる。
（ｄ）汚泥搬送部１４の駆動源が高圧水であるので、現場の上澄み水や汚濁水あるいは複数の汚泥除去装置１０の間を循環する循環水等を用いて水処理システムを効率的に構成させることができる。
（ｅ）洗浄ノズル部１２から圧縮され微細化した気泡を含む洗浄水が噴射されるので、汚泥粒子やＳＳ等の汚濁物質の表面に気泡を吸着集積させ、これらに浮力を付与して、汚泥粒子等を分散浮上させ、汚泥層１１の掘削を効果的に行うことができる。
（ｆ）気泡を含む洗浄水を用いて汚泥層１１の掘削を行うので汚泥や砂層中に空気を含ませることができ、汚泥除去後の砂層や残留する汚泥層１１における生物膜生成を助長させ、微生物等による有機成分等の分解が促進される。
（実施の形態２）
図２はろ過池等に設置した状態における実施の形態２の汚泥除去装置の側面図であり、図３はその正面図であり、図４はその平面図である。
【００４４】
図２において、２０は実施の形態２の汚泥除去装置、２１はろ過池や増殖漁場の底部上に堆積された汚泥層、２２は汚泥層２１に向けて空気と水の混合した混気水からなる洗浄水を噴射する洗浄ノズル部、２６は上壁面から貫設された洗浄ノズル部２２から噴射された混気水流状の洗浄水で巻き上げられた汚泥層２１の汚濁物等や汚泥の拡散部分を覆うフード部、２６ａはフード部２６の底部位置を上下動可能に支持するフード部支持枠、２６ｂはフード部支持枠２６ａに固定された枠体３１等に固設された支持部材２６ｄの軸孔をスライドするスライド部材、２６ｃはスライド部材２６ｂを所定位置に固定するための位置固定部材、２６ｅはフード部２６からの汚泥の流出を防止するための逆止弁、２７は高圧水流路の絞り部側面近傍に設けられた開口部からフード部２６上部に巻きあげられた汚濁水を吸引して外部に搬送するための汚泥搬送部、２８は洗浄ノズル部２２に洗浄水を供給するための洗浄水供給用ポンプ、２９は汚泥搬送部２７に所定流量の高圧水を供給するための高圧水供給用ポンプ、３０は洗浄ノズル部２２、フード部２６、汚泥搬送部２７、洗浄水供給用ポンプ２８及び高圧水供給用ポンプ２９をそれぞれ支持する枠体３１の上部に固定配置され円筒状に形成された左右一対のフロート部、３２は汚泥搬送部２７からの排出される汚濁水を含む高圧水を外部に排出するためのダクトホース、３３はろ過池等の外に配置されたコンプレッサー、あるいは枠体３１に配置された図示しないコンプレッサー等に連結され洗浄ノズル部２２に空気を空気集合管３３ａに連結して供給するための空気供給ホース、３４は汚泥層２１上に置かれる枠体３１の下部に設けられた移動方向の前後にそり状の湾曲部を備えた平板状の走行安定板、３４ａは走行安定板３４のフード部２６の開口部を囲繞する走行安定板開口部、３４ｂは走行安定板３４に固定部材３４ｃを介して立設されたフード部支持部、３５は洗浄水供給用ポンプ２８及び高圧水供給用ポンプ２９に導入される水から砂や小石、藻類等を除くための多数の小孔を有するストレーナ、３６は洗浄ノズル部２２に洗浄水供給用ポンプ２８からの水を分配管３６ａを介して供給するための水供給ホースである。
図３の側面図において、２３、２４、２５は前記洗浄ノズル部２２に並べてそれぞれ所定間隔を有して配置され、その吐出口がフード部２６内に収容された洗浄ノズル部である。なお洗浄ノズル部２３〜２５にも前記洗浄ノズル部２２と同様に空気供給ホース３３と水供給ホース３６とを介して、空気と水とが供給されるようになっている。
【００４５】
図４の平面図においては、空気供給ホース３３と水供給ホース３６等の配管系を省略して示している。
汚泥除去装置２０は、図示するようにその主要部がろ過池等の水中に浸漬された状態で用いられる。
【００４６】
なお、汚泥層２１上部の水が高圧水供給用ポンプ２９の底部から取り入れられて、汚泥搬送部２７に駆動用の高圧水として供給される。また、汚泥層２１上部の水が洗浄水供給用ポンプ２８の底部から取り入れられて洗浄ノズル部２２〜２５に供給されるようになっている。洗浄水供給用ポンプ２８及び、高圧水供給用ポンプ２９にはそれぞれ取り入れられた水から汚泥等をろ過するためのろ過材３５等が配置されているので、これにより、外部から処理用の水を供給することなく汚泥層２１の掘削と掘削された汚泥の吸引除去が行われる。
汚泥搬送部２７により吸引された汚濁水を含む高圧水はダクトホース３２を介して別に設けた沈澱池等に送られて、必要な汚泥の沈澱やろ過処理等がなされるようになっている。
【００４７】
洗浄ノズル部２２〜２５の先端は扇状にそれぞれ所定角度、例えば、２５〜６０度の範囲で開口して形成され、所定比率、例えば１／３０００〜１／１００の重量比率の空気と水からなる洗浄水が噴射される。なお、洗浄ノズル部２２〜２５に供給される洗浄水中の空気及び水の重量比及び供給流量等が洗浄水供給用ポンプ２８や図示しないコンプレッサー等を用いて制御されている。
【００４８】
洗浄ノズル部２２〜２５の全体を覆うフード部２６は、ＰＶＣ、ＰＥ、ＰＰ、ＡＢＳ、ＨＩＰＳ、等で形成され、開口したその下端部が汚泥層２１上に接地又は１０〜１００ｍｍの間隔を有した状態で混気水流状の洗浄水が噴射され、微細気泡を含む洗浄水の衝撃効果と気泡の付着による汚泥の浮上促進と気泡の浮上による同伴効果とにより汚泥層２１が効果的に掘削され、掘削されたＳＳや汚濁物が系外に排出される。
汚泥搬送部２７には、洗浄ノズル部２２〜２５に供給される洗浄水の流量に対応した所定流量の高圧水が高圧水供給用ポンプ２９を介して供給され、フード部２６内の上部の汚濁水が開口部から吸引されて、フード部２６内の汚泥を効率的に除去するための水流が形成されるようになっている。
【００４９】
水平配置される左右一対のフロート部３０は、金属製又は塩化ビニル樹脂等のプラスチック製等の材料からなり、内部に所定容積の空間を備えていて、汚泥除去装置２０をろ過池内の所定深さに維持させるための浮力を有している。
【００５０】
汚泥搬送部２７は、高圧水を駆動源とするエジェクターを用いて、フード部２６上部に連通する開口部からフード部２６内の汚濁水を吸引する方式なので、供給される水中に砂や小石、藻類等が混入していても、支障なく作動させることができ、メンテナンスを容易にできる。
実施の形態２の汚泥除去装置２０は以上のように構成されているので、実施の形態１で得られる作用の他、以下の作用を有する。
（ａ）洗浄ノズル部２２〜２５から噴射される空気を含む洗浄水によりろ過池等の底部上の汚泥層２１を掘削して、この分散された汚泥を含む汚濁水をフード部２６で捕捉し、フード部２６の上部に設けられた汚泥搬送部２７を用いて外部の沈澱池や処理装置に送ることができる。
（ｂ）洗浄水や高圧水として、現場にある水を利用できるので、水処理システムを効率的に運用させることができる。
（ｃ）装置の本体部分を支持するフロート部３０を有しているので、ろ過池等の水中に浮上させた本体部分を、ウインチ等で牽引して汚泥層を順次処理しながら汚泥層２１上を容易に水平移動させることができる。これにより、ろ過池等の広い面積に亘って堆積した汚泥層２１を連続的に処理することができる。
（ｄ）フロート部３０の重量等の調整により、洗浄ノズル部２２〜２５の吐出口やフード部２６の下端と汚泥層２１の表面との間の距離を所定値に維持させることもできるので、常時、洗浄水による掘削効率やフード部２６による汚濁水の捕捉吸引効率を適正範囲に維持できる。
（実施の形態３）
図５は実施の形態３の汚泥除去装置に用いる洗浄ノズル部の断面図である。
【００５１】
図５において、４０は空気と水を噴射する混気水ノズルである洗浄ノズル部、４１はＰＶＣ、ＰＥ、ＰＰ、ＰＳ、ＰＥＴ、ＰＣ等の合成樹脂やこれらとＧＦ、無機フィラー等との複合材もしくはＦＲＰで形成された外管、４２は外管４１の中に同軸状に配置され、水が一端側から先端側に向けて供給される高圧水供給管、４３は外管４１先端の混気水絞り部、４４は高圧水供給管４２先端の水絞り部、４５は外管４１の側部に設けられた空気を外管４１と高圧水供給管４２との間に供給するための空気供給管、４６は供給される空気と水とが水絞り部４４と混気水絞り部４３の間で混合される気水混合部である。
【００５２】
なお、実施の形態３の汚泥除去装置の洗浄ノズル部以外の構成は前記実施の形態２のものと同様であるので、これらについての説明は省略する。
【００５３】
図６（ａ）は洗浄ノズル部に装着されるノズルキャップの正断面図であり、図６（ｂ）はその側断面図であり、図６（ｃ）はその平面図である。
【００５４】
図６において、４７は空気を含む洗浄水の吐出口を扇状に開口するための扇形状に拡開されるとともに先端が絞られて、くさび形状に形成されたノズルキャップである。
このようなノズルキャップ４７はＰＶＣ、ＰＥ、ＰＰ、ＰＳ、ＰＥＴ、ＰＣ等の合成樹脂製で、洗浄ノズル部４０の先端の混気水絞り部４３の外周面に嵌合もしくは螺合、接着されて洗浄ノズル部４０の先端に装着され、先端部の厚み方向の出口幅ｄｎが約２ｍｍ、開き幅が約４０〜５０ｍｍ、扇状の開き角度が約３０〜４５度で形成されている。
【００５５】
洗浄ノズル部４０は中心に配置される高圧水供給管４２内に水が流れ、その高圧水供給管４２の外側と外管４１の内側を空気が流れる二重円管式になっており、汚泥層の掘削幅を大きくするために、扇形のノズルキャップ４７が洗浄ノズル部４０の混気水絞り部４３の外周面に装着されている。
実施の形態３の汚泥除去装置は以上のように構成されているので、以下の作用を有する。
（ａ）高圧水供給管４２の先端部に形成される水絞り部４４で、加圧された高圧水をその吐出口から気水混合部４６に噴出させると共に、その気水混合部４６の周囲に空気を供給して、水と空気の微細気泡とからなる高圧の混合気水流体を生成させることができる。この水と微細気泡からなる混合気水流体を外管４１の先端に設けた混気水絞り部４３に通過させて圧縮した後、外部の水中に拡散させることにより、均一で微細な気泡を効果的に生成させることができる。
（ｂ）均一かつ微細な気泡を発生させることができるので、洗浄ノズル部４０から噴出させる洗浄水の掘削力と撹拌力とを増大させ、汚泥層の洗浄処理を効率的に行うことができる。
（ｃ）ノズルキャップ４７などを先端に装着することにより吐出口を扇状に形成して汚泥除去装置を移動させる際の掃引面積を大きくすると共に、微細で均一な気泡を効率的に発生させることができる。
【００５６】
【実施例】
以下、本発明の効果を検証するために行った各実施例について説明する。
【００５７】
（実施例１）
洗浄ノズル部から洗浄水を噴射させることによる汚泥層の掘削深さ、幅等は噴射条件、移動速度等により変化することが考えられ、ろ過池池や養殖池等の砂層保護の観点から過掘削しないよう事前に掘削深さ、幅等の基本性能を調べる必要がある。これを検証するために行った実験の結果について以下に説明する。
【００５８】
この実験に用いた洗浄ノズル部は、前記実施の形態３の洗浄ノズル部４０であって、中心に配置される高圧水供給管４２内に水が流れ、その高圧水供給管４２の外側と外管４１の内側を空気が流れる二重円管式になっており、汚泥層の掘削幅を大きくするために、扇形のノズルキャップ４７を洗浄ノズル部４０の混気水絞り部４３の外周面に装着したものを使用した。
このノズルキャップ４７の装着によって、小気泡が均等に水中に分散された状態の扇形気液二相噴流を気水混合部４６で形成して吐出口から噴出させることができる。このようにノズルキャップ４７を用いた洗浄ノズル部４０では、円形気液二相噴流を形成させるものに比べてその噴流幅を広くして、有効掘削幅（言い換えると掃引面積）を大きくできる。
【００５９】
ここで、上記の効果を最大限度に発揮させるためのノズルキャップ４７の幅ｄｎには最適値が存在する。
【００６０】
即ち、洗浄ノズル部４０の寸法（外管４１の混気水絞り部４３の径ｄａ、高圧水供給管４２の水絞り部４４の径ｄｗ）、ノズル噴射水圧力Ｐｎｗ、及び噴射空気流量ｑｎａによって、ノズルキャップ４７の出口幅ｄｎには最適値が存在している。
基礎実験では、出口幅がｄｎ＝１、２、４ｍｍの３種類のノズルキャップ４７を準備し、下記の実験条件の下で実験を行い、洗浄水の噴流及び汚泥層の掘削、洗浄の様相を観察した。
【００６１】
実験条件：（ｄｗ＝６ｍｍ、ｄａ＝１０ｍｍ、Ｐｎｗ＝０．１５〜０．２０ＭＰａ、ｑｎａ＝７．５〜３０リットル／ｍｉｎ、ノズル先端から汚泥層表面までの距離ｙ）
ノズル噴射水圧力Ｐｎｗ、噴射空気流量ｑｎａ及び出口幅ｄｎを変化させた場合において、適正な掘削、攪拌を行うことのできる噴射距離ｙの値はそれらの条件に応じて変化する。本実験では出口幅がｄｎ＝２ｍｍの場合は、他の出口幅の場合に比べてその噴射距離ｙが若干短くなる傾向になっている。
【００６２】
この噴射距離ｙは全ての条件で３５０ｍｍ程度であり、また、ノズル噴射圧力を一定として、混入させる空気流量を変化させた場合、洗浄水による噴流の様相にほとんど変化は見られなかった。
ノズルキャップ４７の幅をｄｎ＝２ｍｍとした場合に、汚泥層の有効掘削深さは１２ｃｍであり、有効掘削幅は約１５ｃｍであった。この場合、洗浄水による砂の撹拌に関しては、噴射される洗浄水中の気泡による浮力上昇効果が有効に働いていることが分かった。このように、出口幅が２ｍｍの場合に、ノズルからの距離によらずほぼ一定で広い噴流幅を確保できると考えられる。
【００６３】
上記の条件ではノズルキャップ４７の幅をｄｎ＝２ｍｍとした場合に吐出される洗浄水の噴流による汚泥層の掘削、洗浄の状態を良好に維持できることがわかった。
【００６４】
また、実験観察から、掘削、攪拌は洗浄水に混入させる混入空気が届く範囲で最も激しく起こっていることがわかった。これは、一度下方に向かって噴射された気泡の浮力による上昇と、噴射された混気水噴流とが対向混合することに起因すると考えられる。
ノズル噴射水圧力と噴射空気量が一定の状態で、ノズルと汚泥層との距離をｈｎ＝５０〜１５０ｍｍまで変化させた場合、距離が大きくなる程、掘削深さは小さくなっている。噴射空気流量のみをｑｎａ＝７．５リットル／ｍｉｎ〜３０リットル／ｍｉｎまで変化させ、残りの条件を一定にした場合、掘削深さにはあまり大きな変化がない。また、噴射水圧力のみをＰｎｗ＝０．１５ＭＰａから０．２０ＭＰａまで変化させた場合は、掘削深さは大きくなっている。
【００６５】
掘削幅においては、ノズル噴射水圧力と噴射空気流量が一定の状態で、掘削ノズルと汚泥層との距離をｈｎ＝５０から１５０ｍｍまで変化させた場合、掘削幅に大きな変化はない。噴射空気流量のみをｑｎａ＝７．５から３０リットル／ｍｉｎまで変化させ、残りの条件を一定にした場合、掘削幅はあまり大きな変化はない。また噴射水圧力のみをＰｎｗ＝０．１５ＭＰａから０．２０ＭＰａまで変化させた場合、掘削幅は大きくなっている。
【００６６】
以上のことから、掘削深さはノズル噴射水圧力が大きくなると拡大し、ノズルと汚泥層との距離が大きくなると縮小することがわかる。掘削幅はノズル噴射水圧力が大きくなると深さと同様大きくなるが、ノズルと汚泥層との距離による変化はあまり見られなかった。また、噴射空気流量による影響は掘削深さ、幅ともに顕著な変化はないことがわかった。実際の洗浄ノズルの設定値としては、ノズル噴射水圧力はＰｎｗ＝０．２０ＭＰａ程度、噴射空気流量はｑｎａ＝７．５リットル／ｍｉｎ程度、ノズルと汚泥層との距離はｈｎ＝５０ｍｍ程度が適していると思われる。
（実施例２）
汚泥層の掘削性能は洗浄ノズル部の移動速度によっても大きく変化する。そこで、ノズルを移動させた場合の掘削深さについて調べた。この場合、掘削後のくぼみに砂が流れ込み、水槽等を用いた可視化観察ではこの評価が難しいため、砂層を着色層（メチレンブルーにより染色した厚さ５ｃｍの層）と非着色層（厚さ１０ｃｍ）の２層に分けて敷き、実験を行った。
【００６７】
洗浄ノズル部の移動速度を▲１▼５ｃｍ／秒、▲２▼１０ｃｍ／秒として、それぞれ噴射水圧力０．１５０ＭＰａ、供給空気流量７．５リットル／ｍｉｎの条件の下で実験を行った。
【００６８】
▲１▼洗浄ノズル部の移動速度が５ｃｍ／秒の場合、掘削深さは７ｃｍ程度に達し、撹拌領域が大きく、撹拌状態も良いことが分かった。
【００６９】
▲２▼洗浄ノズル部の移動速度が１０ｃｍ／秒の場合では、▲１▼の場合に比べ掘削できる範囲は砂層の表層からわずか１ｃｍ程度であり、撹拌はほとんどされていない。
【００７０】
これらの場合、攪拌された砂はノズル移動方向と逆方向に流され、ノズルの後方に浮き上がっていることが観察された。
掘削深さはノズル噴射水圧力や噴射空気流量が一定の場合、ノズルの移動速度が速くなるにつれ小さくなっている。移動速度が一定で噴射条件が異なる場合、ノズル噴射水圧力や噴射空気流量が大きい方が深く掘削されている。このように移動速度は掘削、攪拌に強く影響を及ぼすことがわかった。掘削深さは移動速度Ｖ＝１０ｃｍ／ｓ以下の場合、どの噴射条件でもＤｄ＝５０ｍｍ以上が確保されているので、設定する移動速度としては、Ｖ＝５〜１０ｃｍ／ｓ程度が適していると思われる。
【００７１】
なお、実施例１では洗浄ノズルの汚泥層に対する噴射角度を垂直、即ち、９０度としているが、洗浄ノズルの噴射角度を６０〜７５度の角度範囲で斜めに立たせた状態で移動させた場合には、ノズルを垂直に立たせた場合とは異なり、攪拌された砂は移動するノズルの真上に浮き上がり、移動に伴って新たに噴射される流れと対向することにより攪拌がより盛んになっている。
【００７２】
この掘削深さのデータを表３に示している。以上のデータ及び実験観察などから、掘削性能のみを考えると、ノズルの角度により変化はないが、その後の攪拌性能に着目するとノズルを斜めに立たせた状態で掘削を行う方が、攪拌性能が向上すると考えられる。なお、汚泥層に対するノズルの噴射角度については、６０度未満の角度であれば掘削深さが小さくなってしまい、７５度を超えると砂をノズルの真上に浮き上がらせて噴射流と対向させる効果が薄れるので、６０〜７５度の範囲とすることが好ましい。
これら一連の実験から、洗浄ノズル部を移動させながらの汚泥層の掘削では、移動スピードにより掘削深さが大きく変化すること、掘削深さの最深部はノズル直下よりも後ろに存在することが分かった。
（実施例３）
図７はエジェクター型のポンプ（ジェットポンプ）における、駆動源となる高圧水に混入される混入空気流量（供給空気流量）と正味吸い込み流量の関係を示すグラフである。図７から、混入空気流量の増大に伴う正味吸い込み流量の減少傾向がわかり、特に、混入空気流量が１３０リットル／ｍｉｎになると正味吸い込み流量が極端に減少することがわかる。実用範囲から考えると本システムにおける混入空気流量は最大でも１２０リットル／ｍｉｎ程度に設定する必要があることが分かる。
（実施例４）
図８は汚泥除去装置を適用した場合のろ過池における濁度の時間変化のグラフであり、図９は色度の時間変化のグラフである。
【００７３】
この水質試験では目視検査のほか、汚泥除去装置のろ過機能の良否の判断基準として、ろ過池から採取したサンプル水について、その濁度、色度等の５項目を調査した。
【００７４】
図８に示すように、▲１▼本システムを適用した場合（実線）と▲２▼人力で汚泥を除去した場合（破線）とでは、両者ともにろ過を開始した当初の濁度は０．２５度と高い値を示していたが、試験終了後２日目には急激に濁度の値が下がり、１０日目にはクリプト暫定指針値の０．１０度以下となり、それ以降も漸次減少の傾向が見られた。
【００７５】
処理水の色度を緩速ろ過で低下させるのは難しいとされているが、図９に示すように▲１▼、▲２▼の場合共に、水質基準値５．０度を下回っていることが分かる。
（実施例５）
表１は汚泥除去装置によるろ過を行ってから１６日後における水質試験結果のデータを示している。▲１▼本システムで洗浄した１号池の場合、一般細菌が処理前の１４．６％に、大腸菌については１．６％に減少している。このように▲２▼人力で汚泥を削取した２号池の場合より良い結果となっていることが分かる。
【００７６】
【表１】
以上の実施例４、５の試験結果から総合的に判断すると、▲１▼及び▲２▼の双方とも水質的に差異は見られず、本システムを使用して洗浄作業を行っても生物ろ過機能は十分確保されているものと考えられた。
以上の実施例１〜５により得られた知見から明らかなように、汚泥層に向けて洗浄水を噴射する洗浄ノズル部と、掘削される汚泥層の周囲を覆うフード部と、フード部内の汚泥を含む汚濁水を吸引して排出する汚泥搬送部とを有する汚泥除去装置においては、洗浄ノズル部から洗浄水を噴射させることによる汚泥層の掘削条件（洗浄水の噴射幅、洗浄水の噴射圧力、供給空気量、洗浄水の汚泥層に対する噴射角度、汚泥層とノズル先端までの噴射距離、洗浄ノズル部の移動速度、汚泥搬送部における混入空気量、高圧水の供給量など）は、処理するろ過池等の広さや、水深、汚泥層の厚み、種類等によりそれぞれの最適値が変化することがわかった。
【００７８】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、これによって、以下の効果が得られる。
（ａ）洗浄ノズル部から噴射される空気の細径気泡を含む洗浄水の噴出水流によりろ過池底等の汚泥層を掘削して、汚泥を水中に分散させることができる。この分散された汚泥を含む汚濁水はフード部によって周囲に汚泥を拡散させることなく捕捉される。フード部に捕捉された汚濁水はフード上部に設けられた汚泥搬送部を用いて外部の処理装置等に排出して、除去することができる。
（ｂ）フード部が設けられているので、洗浄ノズル部からの洗浄水の噴射によって掘削された汚泥がフード部の外にまき散らされるようなことがなく、汚濁水のろ過池等の外部への流失による環境汚染や、汚泥の拡散による汚水処理効率の低下等を抑制することができる。
（ｃ）洗浄ノズル部から圧縮性を有した空気を含む洗浄水が噴射されるので、気泡による水流撹拌効果と気泡を汚泥粒子やＳＳ等の周囲に凝集させることによる浮力効果とが有効に発揮され、汚泥の捕集率を高める。
（ｄ）水だけを噴射する場合に比べて、混気水流の噴射の際の衝撃力を増大させて汚泥層の掘削効果を高めることができる。
（ｅ）また、混気水流を用いて汚泥層の掘削を行うので汚泥や砂層中に空気を含ませることができ、汚泥除去後の砂層や残留する汚泥層における生物膜生成を助長させ、以降の微生物などを利用した汚泥中の有機物成分等の分解処理を効果的に行うことができる。
（ｆ）洗浄水中の空気気泡を汚泥粒子の表面に吸着凝集させ、汚泥粒子に浮力を付与して、汚泥粒子を効果的に分散浮上させ、浮上した汚泥を汚泥搬送部による吸引力で洗浄域外へ排出することができる。
（ｇ）汚泥搬送部にエジェクターを用いた場合には、ろ過池等の現場の水を使用できると共に、洗浄水も現場の水を使用するので、手近なものを使用して、効率的に汚泥を除去すると共に、省エネルギー性に優れる。また、構造が簡単なので、メンテナンスを容易に行うことができる。
（ｈ）水絞り部で圧力が付加された高圧水をその吐出口から噴出させると共に、その周囲に高圧水供給管と外管との間に形成される空気流路を介して空気を供給して、水と空気とからなる高圧の混合流体を生成させることができる。この水と空気からなる混合流体を外管先端に設けた混気水絞り部を介して、圧縮した後、外部の水中に拡散させることにより、均一で微細な気泡を効果的に生成させることができる。
（ｉ）均一かつ微細な気泡を発生させることができるので、洗浄ノズル部から噴出させる洗浄水による撹拌力と掘削力を増大させ、汚泥層の洗浄処理を効率的に行うことができる。
請求項２に記載の発明によれば、これによって、請求項１で得られる効果の他に次の効果が得られる。
（ａ）エジェクターは構造が単純で流路に羽根車等の流れの障害となるものがないため、高圧水に藻、砂、ゴミといったものが含まれていても、支障なく作動させることができ、保守も容易である。
（ｂ）汚泥搬送部が高圧水を流すことにより作動するエジェクターで構成されるので、電動モータ等の重量物を装置本体に搭載する必要がなく、耐圧性のフレキシブルホース等を用いて装置本体から離れた場所から高圧水を供給して汚泥搬送部を作動させることができる。これにより装置本体を軽量化して移動させ、ろ過池の広い面積に亘って堆積した汚泥層の処理を容易に行うことができる。
（ｃ）汚泥搬送部の駆動源が高圧水であるので、手近にあるろ過池の上澄み水や汚濁水あるいは複数の汚泥除去装置の間を循環する循環水等を用いて水処理システムを効率的に構成させることができる。
請求項３に記載の発明によれば、この構成によって、請求項１又は２で得られる効果の他に次の効果が得られる。
（ａ）洗浄ノズル部、フード部及び汚泥搬送部を含む本体部分を支持するフロート部を有しているので、ろ過池に浮上させた本体部分を容易に移動させることができ、ろ過池等や養殖池等の広い面積に亘って堆積した汚泥層を連続的に効率良く処理することができる。
（ｂ）フロート部の重量等を調整することにより、洗浄ノズル部やフード部下端と汚泥層表面との間の距離を所定値に維持させることもできるので、常時、洗浄水による掘削効率やフード部による汚濁水の吸引効率を適正範囲に維持させることができる。
（ｃ）フロート部を枠体に設定しているので、枠体のボルト等を外すことにより容易に分解でき、コンパクト化して収納や現場への搬送ができる。
（ｄ）フロート部の浮力を重りの付加や、フロート部への水の供給、排出によって調整して、汚泥除去装置の水中における深度を汚泥を効率的に除去できる適正位置に設定することができる。
請求項４に記載の発明によれば、この構成によって、請求項１乃至３のいずれか１項の効果の他に次の効果が得られる。
（ａ）汚泥除去装置の下部の汚泥層と接触する部分にそり状の湾曲部が設けられているので、汚泥層に大きな岩や、凹凸等があっても、これを湾曲部で乗り上げて、支障なく汚泥層上に沿って汚泥除去装置を移動させ、効率的に汚泥の除去処理を行うことができる。
（ｂ）そり状の湾曲部を広く板状に形成して、中央部に開口部を設け、ここにフード部を配置して、汚泥除去装置を汚泥層に沿って移動させた場合には、汚泥層の処理後のろ過池等の底部を後部の板状部で押し当て、平滑にならすことができ、これによって、汚泥層の連続処理を円滑に行うことができる。
請求項５に記載の発明によれば、この構成によって、請求項１乃至４のいずれか１項の効果の他に次の効果が得られる。
（ａ）洗浄ノズル部の先端が、扇状に開口して形成されるので、汚泥除去装置を汚泥層に対して移動させる際のデッドスペースを少なくして、汚泥除去の処理効率をさらに向上させることができる。
（ｂ）洗浄ノズル部の先端における開口面積が絞られているので、高速高圧の混気水流を汚泥層に当てることができ、汚泥層の洗浄能力を向上できる。
（ｃ）先端部が扇状に形成されるので、噴射される洗浄水中の気泡の分散性がよくなり、汚泥中に空気中に含める酸素を供給して、処理水中の生物活性を高め、微生物等による汚濁物の分解を促進させ、水の浄化を行う場合の処理効率が高められる。
請求項６に記載の発明によれば、この構成によって、請求項１乃至５のいずれか１項の効果の他に次の効果が得られる。
（ａ）洗浄水中の空気と水が特定の重量比の範囲に設定されるので、洗浄水を汚泥層に噴射した際の、衝撃効果が所定の良好な範囲に維持され、汚泥除去の処理効率を更に向上させることができる。
請求項７に記載の発明によれば、この構成によって、請求項１乃至６のいずれか１項の効果の他に次の効果が得られる。
（ａ）汚濁水の吸引流量（ｃ）と洗浄水流量（ｄ）との流量比（ｃ／ｄ）を特定範囲にしているので、フード部内における流体の流入量と流出量とをバランスさせる条件の下で、汚濁水の周囲への拡散を抑制し、汚泥層の掘削効率を良好に維持させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の汚泥除去装置の模式図
【図２】実施の形態２の汚泥除去装置の側面図
【図３】実施の形態２の汚泥除去装置の正面図
【図４】実施の形態２の汚泥除去装置の平面図
【図５】実施の形態３の汚泥除去装置における洗浄ノズル部の断面図
【図６】（ａ）洗浄ノズル部に装着されるノズルキャップの正断面図
（ｂ）その側断面図
（ｃ）その平面図
【図７】ジェットポンプの供給空気流量と正味吸い込み流量の関係を示すグラフ
【図８】ろ過池における濁度の時間変化のグラフ
【図９】ろ過池における色度の時間変化のグラフ
【符号の説明】
１０ 汚泥除去装置
１１ 汚泥層
１２ 洗浄ノズル部
１３ フード部
１４ 汚泥搬送部
１５ 耐圧ホース
２０ 汚泥除去装置
２１ 汚泥層
２２ 洗浄ノズル部
２３ 洗浄ノズル部
２４ 洗浄ノズル部
２５ 洗浄ノズル部
２６ フード部
２６ａ フード部支持枠
２６ｂ スライド部材
２６ｃ 位置固定部材
２６ｄ 支持部材
２７ 汚泥搬送部
２８ 洗浄水供給用ポンプ
２９ 高圧水供給用ポンプ
３０ フロート部
３１ 枠体
３２ ダクトホース
３３ 空気供給ホース
３３ａ 空気供給管
３４ 走行安定板
３４ａ 走行安定板開口部
３４ｂ フード部支持部
３５ ろ過材
３６ 水供給ホース
３６ａ 分配管
４０ 洗浄ノズル部
４１ 外管
４２ 高圧水供給管
４３ 混気水絞り部
４４ 水絞り部
４５ 空気供給管
４６ 気水混合部
４７ ノズルキャップ
Claims (7)
- 底部に堆積した汚泥層に向けて空気を含む洗浄水を噴射する洗浄ノズル部と、
前記洗浄ノズル部の洗浄水により掘削される汚泥層の周囲を覆うフード部と、
前記フード部の上部開口部と連通して配設され、前記フード部内の汚泥を含む汚濁水を吸引して排出する汚泥搬送部と、
前記フード部を支持する枠体と、を有し、
前記洗浄ノズル部が、高圧水が一端部から供給される高圧水供給管と、前記高圧水供給管の水吐出側先端部に形成された水絞り部と、前記高圧水供給管の外側に同軸状に配置され空気が前記高圧水供給管の外側を通って供給される外管と、前記高圧水供給管の水絞り部に対して同軸状に前記外管の吐出側先端部に形成された混気水絞り部と、を有することを特徴とする汚泥除去装置。 - 前記汚泥搬送部が高圧水によって駆動されるエジェクターで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の汚泥除去装置。
- 前記洗浄ノズル部、前記フード部及び前記汚泥搬送部が配設された枠体と、前記枠体に固定又は上下動自在に配設された１以上のフロート部と、を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の汚泥除去装置。
- 前記枠体の下端部に前後にそり状の湾曲部を備えた走行安定板を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の汚泥除去装置。
- 前記洗浄ノズル部の先端が、絞られかつ扇状に開口して形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の汚泥除去装置。
- 前記洗浄ノズル部が、供給される空気と水を所定比率で混合して気泡が微細分散された洗浄水を吐出させる気水混合部を有していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の汚泥除去装置。
- 前記汚泥搬送部により前記フード部から吸引される汚濁水の吸引流量（ｃ）と前記洗浄ノズル部により前記フード部に供給される洗浄水流量（ｄ）との流量比（ｃ／ｄ）が０．１〜１０、好ましくは１〜５の範囲であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の汚泥除去装置。
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