JP4240388B2 - 沈砂池における揚砂搬送システム - Google Patents

Description

本発明は、沈砂池における揚砂搬送システムに関し、特に、複数の沈砂池の沈砂を効率的に揚砂、搬送し、処理するようにした沈砂池における揚砂搬送システムに関するものである。

従来、下水処理場等においては、汚水を沈砂池に導入して、汚水に含まれる土砂を沈降させ、上澄水を処理して河川等に放流等するようにしている。
そして、沈砂池の底部に沈降した沈砂は、サンドポンプ、ジェットポンプ等からなる揚砂装置にて吸い上げ、吸い上げた揚砂を、搬送シュート、コンベア等の搬送手段を用いて沈砂池から固液分離装置へ搬送し、固液分離装置により所要の含水率まで低下させるようにしている。
このため、特に、複数の沈砂池を有する大規模な下水処理場等においては、各沈砂池に対応して、サンドポンプ、ジェットポンプ等からなる揚砂装置に加えて、さらに、搬送シュート、コンベア等の搬送手段や固液分離装置を要し、また、揚砂ポンプの埋没を避けるために、揚砂、搬送に多量の水が必要となり、装置が大規模化し、設備費が高くなるという問題があった。

本発明は、上記従来の沈砂池における揚砂及びその搬送に係る問題点に鑑み、複数の沈砂池の沈砂を効率的に揚砂、搬送し、処理することができるようにした沈砂池における揚砂搬送システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の沈砂池における揚砂搬送システムは、複数の沈砂池ごとに沈砂を揚砂するようにした揚砂ポンプと、各沈砂池の揚砂ポンプからの揚砂を集めて固形物と水とを分離する固液分離装置まで搬送する揚砂ポンプの容量より大容量の揚砂搬送ポンプとを備え、固液分離装置で分離した水を、受水槽を介して揚砂ポンプに給水するようにした揚砂搬送システムにおいて、前記揚砂ポンプが、トラフ内に回転可能に挿通された揚砂用スクリューと、トラフ上端部に配設された、給水された水と前記揚砂用スクリューによって揚砂された砂とが混合されるようにした給水・混合用ケーシングと、該給水・混合用ケーシングに隣接され、内部にインペラーを配設した排出用ケーシングとを備えていることを特徴とする。

この場合において、インペラーの回転数を４００〜６００ｒｐｍに、インペラーの外径を４００〜６００ｍｍに設定することができる。

また、沈砂池内の残留水を揚水する吸水管を揚砂ポンプに配設することができる。

本発明の沈砂池における揚砂搬送システムは、複数の沈砂池ごとに沈砂を揚砂するようにした揚砂ポンプと、各沈砂池の揚砂ポンプからの揚砂を集めて固形物と水とを分離する固液分離装置まで搬送する揚砂ポンプの容量より大容量の揚砂搬送ポンプとより構成しているので、沈砂池から固液分離装置までの沈砂の搬送距離が長く、かつ高揚程であっても、揚砂搬送の総動力を低減することができるとともに、沈砂池に一時的に多量の土砂が流入するような場合でも、沈砂池ごとに設置した揚砂ポンプで揚砂を継続して行うことができる、揚砂ポンプが埋没等することなく、安定した揚砂搬送を行うことができ、また、揚砂ポンプからの揚砂を固液分離装置へ搬送するための揚砂搬送ポンプを各揚砂ポンプで共用して、設備費を低廉化することができる。

また、固液分離装置で分離した水を、受水槽を介して揚砂ポンプに給水するようにすることにより、水をシステム内で再利用することができる。

また、揚砂ポンプに、トラフ内に回転可能に挿通された揚砂用スクリューを備えることにより、揚砂ポンプが砂に埋没しても揚砂を継続して行うことができることから、揚砂ポンプの吐出量を低減でき、これにより、揚砂ポンプの動力を抑制することができる。

また、揚砂ポンプに、トラフ上端部に配設された給水した水と前記揚砂用スクリューによって揚砂された砂とが混合されるようにした給水・混合用ケーシングと、該給水・混合用ケーシングに隣接され、内部にインペラーを配設した排出用ケーシングとを備えることにより、スクリューによる揚砂と給水・混合用ケーシングへの給水を、定量ずつ供給することが可能となり、管路が砂により閉塞されることがなく、また、一時的に多量の土砂が流入しても揚砂不能に陥ることなく安定した揚砂作業が行うことができる。

そして、インペラーの回転数を４００〜６００ｒｐｍに下げることにより、インペラーの摩耗を低減するとともに、インペラーの外径を４００〜６００ｍｍと大きくすることにより、揚水量、吐出圧力を確保することができる。

また、沈砂池内の残留水を揚水する吸水管を揚砂ポンプに配設することにより、沈砂池内の残留水を揚砂ポンプを用いて排水することができ、沈砂池のドライ化を簡易に行うことができる。

以下、本発明の沈砂池における揚砂搬送システムの実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１〜図４に、本発明の沈砂池における揚砂搬送システムの第１実施例を示す。
この沈砂池における揚砂搬送システムは、下水処理場等に複数設置された沈砂池Ｓ（本実施例においては、４列に並列して設置された沈砂池Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）に、それぞれ小容量で比較的低揚程の揚砂ポンプＰ１を備え、この各沈砂池Ｓの揚砂ポンプＰ１からの揚砂を分岐揚砂管８１、８２、８３、８４及び揚砂管８、さらに、揚砂ポンプの容量より大容量の１台の揚砂搬送ポンプＰ２を介して、固液分離装置９まで搬送するようにしている。
そして、固液分離装置９で固液分離された水を、揚砂ポンプＰ１の揚砂用水として給水できるようにしている。

沈砂池Ｓは、図１〜図２に示すように、沈砂池Ｓの池底面Ｓｂの一部を深くなるように窪ませて集砂槽Ｓｐを一体に形成するとともに、この集砂槽Ｓｐに向かって低くなるように池底面Ｓｂを傾斜させ、これにより、沈降した沈砂が円滑に集砂槽Ｓｐ内に集砂されるようにする。
また、沈砂池Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の一端側にゲートＧをそれぞれ設け、ゲートＧを介して沈砂池Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４内に汚水が導入されるようにする。
さらに、より確実に集砂槽Ｓｐ内への集砂が行われるように、池底面Ｓｂに沿って複数の集砂ノズルＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎｎを配設し、各集砂ノズルＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎｎへ集砂用給水を行うように構成することもできる。なお、この集砂ノズルＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎｎへの給水は、沈砂池Ｓ内に別設した集砂水ポンプＰ３にて、各集砂ノズルＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎｎへ配管した集砂管Ｐ４を介して行うようにする。

揚砂ポンプＰ１は、図３に示すように、円筒形のトラフ１内に回転可能に挿通された揚砂用スクリュー２と、トラフ１の上端部に配設され、接線方向から給水することで旋回する水と揚砂用スクリュー２により移送された揚砂とが混合されるようにした給水・混合用ケーシング３と、給水・混合用ケーシング３に隣接され、内部にインペラー５を配設した排出用ケーシング４と、インペラー５を比較的高速（ただし、従来の揚砂ポンプに比べて低速）で、揚砂用スクリュー２を低速でそれぞれ駆動するようにした駆動装置６とより構成するようにしている。

また、揚砂ポンプＰ１には、沈砂池Ｓ内の水をすべて排水する必要が生じた場合、直接沈砂池Ｓ内、特に限定されるものではないが、集砂槽Ｓｐ内の水を吸水し、排出する吸水管１５を配設するようにする。

給水・混合用ケーシング３には、給水・混合用ケーシング３の円形状外周面に接線方向に給水口３ｈを形成する。
これにより、給水口３ｈからの給水は、自然と旋回流となり、揚砂用スクリュー２によって揚砂された砂との混合が促進されるとともに、排出用ケーシング４内で発生させる渦流をインペラー５の回転力のみで発生させるよりも効率が良く、その分インペラー５の動力を低減することができる。

また、給水・混合用ケーシング３内の一側面側に、かつ互いに導通するようにして接続する排出用ケーシング４内には、従来の揚砂ポンプのインペラーの外径（約２００ｍｍ）の２〜３倍の４００〜６００ｍｍ、より具体的には、５００ｍｍ程度の外径を有するインペラー５を配設し、駆動機構６にて駆動するようにする。
これにより、インペラー５の回転数を、従来の揚砂ポンプの回転数（約１８００ｒｐｍ）の１／４程度の４００〜６００ｒｐｍ、より具体的には、５００ｒｐｍ程度に下げることができ、インペラー５の摩耗を著しく低減することができる。
なお、このインペラー５は、円筒形の排出用ケーシング４内において、その一側面側、特に限定されるものではないが、例えば、図３に示すように、給水・混合用ケーシング３との接続側と反対側内側面に添うようにして配設するのが望ましい。
これにより、排出用ケーシング４内にて回転するインペラー５により発生する旋回流に乗って揚砂と水との混合体が、排出用ケーシング４の外周面に突設した吐出口４２からの吐出をより円滑に行えるようになる。

このインペラー５の軸５１は、図２に示すように、中空状とし、中空状インペラー軸５１内に、かつ同心的にスクリュー２の軸２１を挿通するようにする。

駆動機構６は、図４に示すように、ギアボックス６０内にベベルギア等にて構成する動力伝達用のギア類を配設し、かつスクリュー軸２１及びインペラー軸５１を回転可能にして支持して構成するものである。
このスクリュー軸２１の先端は、スラストベアリング或いはコロ軸受などの軸受６ａにて回転可能に支持するとともに、スクリュー軸先端部分でそれぞれその取付位置を異なるようにして歯数の異なる２つのベベルギア６１、６２を同心的に取り付ける。

この一方のベベルギア６２は、スクリュー軸２１に固定し、また、他方のベベルギア６１はインペラー軸５１に、ブッシュ６５を介して固定する。
なお、このインペラー軸５１は、スクリュー軸２１と同様に、スラストベアリング或いはコロ軸受等の軸受６ａ及びメカニカルシール６ｃを介して回転可能に支持するとともに、中空状のインペラー軸５１内に挿通するスクリュー軸２１との間にもメカニカルシール６ｃを配設する。
これにより、スクリュー軸２１は、スラストベアリング或いはコロ軸受などの軸受６ａとメカニカルシール６ｃにて片持ち式に支持されるようにする。
このインペラー軸５１の先端は、インペラー５の中央部に一体に形成したボス部５２にビス止め等にて固定し、これによりインペラー軸５１とインペラー５は一体なって回転するようにする。

ギアボックス６０の外側には、駆動用のモータ６３を配設し、このモータ軸にカップリングを介して高速軸６４を接続するとともに、高速軸６４の先端にベベルギア６６をキー止め等にて固定し、ベベルギア６６をベベルギア６１と噛合するようにする。
また、この高速軸６４を貫通するようにして多段式の遊星歯車ユニット６７を配設し、この遊星歯車ユニット６７の低速軸６８にベベルギア６９を固定し、このベベルギア６９をベベルギア６２と噛合する。
また、ベベルギア６９内を貫通する高速軸６４とベベルギア６９間にはブッシュ６ｂを配設し、このブッシュ６ｂを介して高速軸６４とベベルギア６９とは同心的に支持するもそれぞれ異速で回転可能とする。

そして、ベベルギア６１、６２、６６、６９の歯数を適宜設定することにより、インペラー軸５１を駆動するベベルギア６１側をインペラー５による給水・混合を円滑に行えるように比較的高速（ただし、従来の揚砂ポンプに比べて低速）で駆動し、また、スクリュー２を駆動するベベルギア６２側をスクリュー２を低速で回転するようにベベルギア６１側より低速で駆動するようにしている。
なお、モータ６３にて駆動される２つのベベルギア６６、６９及びこれらと互いに噛合するベベルギア６１、６２をハイポイドギアで構成することも可能である。

そして、この揚砂ポンプＰ１は、全体が水中に没するようにした水中型として、沈砂池Ｓ内の所定の位置に設置し、給水・混合用ケーシング３の吸水口３ｈに給水管７を配管して、給水・混合用ケーシング３へ給水するようにする。
各揚砂ポンプＰ１に配管する給水管７の各分岐管７ｃにはそれぞれ給水弁７ｂを配設し、給水弁７ｂの開閉操作にて給水、給水停止を行えるようにする。

また、揚砂管８を接続した大容量の揚砂搬送ポンプＰ２は、揚砂搬送管１０を介して固液分離装置９に接続する。
この場合、揚砂搬送ポンプＰ２が揚砂等にて詰まりが生じたり、他の故障が発生しても、支障なく揚砂搬送を行えるよう、揚砂搬送ポンプＰ２と同じ能力を有する予備の揚砂搬送ポンプ及び揚砂搬送管よりなる予備配管ルートを並列的に設置しておき、いずれか一方の揚砂搬送ポンプＰ２を使用するようにすることが望ましい。なお、この双方の揚砂搬送管１０には弁１０ｂを配設し、いずれか一方の配管ルートを選択的に使用できるようにする。

固液分離装置９には、固形分の砂を分離除去した後の水を受水槽１１へ排水できるように排水管１２を配管する。受水槽１１へ排水された水の一部は、給水管７を介して揚砂ポンプＰ１へ供給する。受水槽１１を空にするときは、配管１３を介して沈砂池或いは汚水池へ排水するようにする。
なお、受水槽１１内にはボールタップ等を介して一定水位に給水可能なように給水管１４を配管することができる。

次に、この実施例の作用について説明する。
汚水を導入する前に、一旦ゲートＧを閉めて、揚砂ポンプＰ１の吸水管１５により、各沈砂池Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の水を排出し、各沈砂池Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を空にしておく。
ゲートＧを開いて、給水口（図示省略）より各沈砂池Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４に汚水を導入する。この場合、汚水の導入はバッチ方式、連続方式のいずれにても行うことができる。汚水の導入を停止するには、ゲートＧを閉じることにより行う。
沈砂池Ｓ内に導入された汚水中の固形分である土砂は、その重力分離により沈降する。この沈砂を集砂ノズルＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎｎより集砂水を噴射することにより集砂槽Ｓｐ内に集砂し、この集砂量が設定以上に達すると、揚砂ポンプＰ１に給水しながら駆動することにより、集砂槽Ｓｐ内に集砂された沈砂は、トラフ１内にて回転可能される揚砂用スクリュー２にてトラフ１内へ掻き揚げられ、搬送されるとともに、給水・混合用ケーシング３内にて回転するインペラー５と給水管７より給水される水とによって混合され、かつ、インペラー５の作用にて、各揚砂ポンプＰ１よりそれぞれ分岐揚砂管８１、８２、８３、８４より吐出され、揚砂管８にて集められて揚砂搬送ポンプＰ２に供給される。

この大容量の揚砂搬送ポンプＰ２も駆動されているので、揚砂搬送ポンプＰ２へ供給された砂含有水は、揚砂搬送管１０を介して固液分離装置９に供給され、ここで固形分としての砂と液体の水とが分離されて、砂分は排出され、水は排水管１２を介して受水槽１１へ導入され、受水槽１１から揚砂ポンプＰ１へ給水される。

このようにして、各沈砂池に沈降した沈砂は、小容量で低揚程の揚砂ポンプＰ１にて揚砂された後、一緒にされて揚砂搬送ポンプＰ２より固液分離装置へ送られるもので、降雨時等にて短時間に多量の土砂が流入するような場合でも、複数の沈砂池に分散されて流入し、揚砂ポンプは埋設することなく、安定して揚砂することができ、また、揚砂搬送用の総動力を低減することができる。
そして、特に、揚砂ポンプＰ１に、埋没防止機構として、トラフ１内に回転可能に挿通された揚砂用スクリュー２を備えることにより、揚砂ポンプＰ１が砂に埋没しても揚砂を継続して行うことができることから、揚砂ポンプＰ１の吐出量を低減でき、これにより、揚砂ポンプＰ１の動力を抑制することができる。
すなわち、従来の揚砂ポンプは、閉塞しやすく、埋没することによって動作不能となるため、沈砂池の池底に沈降した沈砂を短時間で処理する必要があり、このため、揚砂ポンプＰ１の吐出量（動力）を多めに設計する必要があった。
これに対して、本実施例においては、揚砂ポンプＰ１に、揚砂ポンプＰ１が砂に埋没しても揚砂を継続して行うことができることから、沈砂を短時間で処理する必要がなく（沈砂量がある瞬間ピークを迎え、多量の沈砂により揚砂ポンプＰ１が砂に埋没しても、揚砂を継続して行うことにより、沈砂量の次のピークを迎えるまでに揚砂できればよい。）、このため、揚砂ポンプＰ１の吐出量を従来の１／２〜１／３に低減でき、これにより、揚砂ポンプＰ１の動力を従来の１／２〜１／３に抑制することができる。

また、揚砂ポンプＰ１等のメンテナンス時、沈砂池をドライ化するとき等において、沈砂池Ｓを空にする必要がある。
このような場合、ゲートＧを閉じ、集砂槽内に沈降した沈砂を、揚砂ポンプＰ１及び揚砂搬送ポンプＰ２の駆動により順次揚砂するとともに、排水も揚砂ポンプＰ１による吸水により同時に行われる。
そして、集砂槽Ｓｐ内の沈砂量及び残留水が少なくなって、揚砂ポンプＰ１による揚砂、排水が行われなくなると、給水弁７ｂを閉じ給水管７からの吸水を停止するとともに、吸水管１５から直接集砂槽Ｓｐ内の水を分岐揚砂管８１、８２、８３、８４及び揚砂管８、さらに、揚砂搬送ポンプＰ２を介して吸水し、これにより、集砂槽Ｓｐ内を含めて沈砂池Ｓ内の水抜きを確実に行うことができる。
なお、この揚砂作業時或いは沈砂池内の水抜き時等に、１つの揚砂搬送ポンプＰ２及び揚砂搬送管１０が沈砂等にて詰まると、予備用の配管ルートを利用して継続的に揚砂排出を行うことができる。

図５〜図８に、本発明の沈砂池における揚砂搬送システムの第２実施例を示す。
この沈砂池における揚砂搬送システムは、揚砂搬送ポンプＰ２を地上設置型とし、かつ沈砂池を空にする場合において、水抜きを別設の排水ポンプＰ３を利用して行うようにしている。

この実施例における揚砂ポンプＰ１は、トラフ１及びスクリュー２が、第１実施例のものよりも延長し、陸上に設置された駆動装置６より集砂槽Ｓｐ内に達するようにしている。
駆動装置６のギアボックス６０内の基本構成は、第１実施例に示す構成と同じようにするが、排出用ケーシング４とギアボックス６０間に中空状のシールボックス６ｓを取り付け、このシールボックス６ｓ内にインペラー軸５１を挿通するとともに、インペラー軸５１の外周面とシールボックス６ｓの内周面間にグランドパッキン６ｆを配設し、これをパッキン押さえ６ｔにて押圧するように構成する。なお、このシールボックス６ｓにはドレン抜き６ｄとオイルシール６ｅを備える。

なお、本実施例のその他の構成及び作用が、上記第１実施例と同じであるが、本実施例においては、沈砂池Ｓ内の水抜きを行う場合は、別設の排水ポンプＰ３を利用するようにしている。
この排水ポンプＰ５は、各沈砂池Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４間で移動可能にしたもので、具体的には、排水ポンプＰ３を吊上装置１６にて吊垂し、並列する沈砂池Ｓの１つに吊り降ろし、沈砂地Ｓの水抜きを行った後、隣或いは他の沈砂池Ｓに移動して排水し、以下、同様にして、順次沈砂池Ｓの排水を行うようにしたものである。

以上、本発明の沈砂池における揚砂搬送システムについて、複数の実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、各実施例に記載した構成を適宜組み合わせる等、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明の沈砂池における揚砂搬送システムは、複数の沈砂池の沈砂を効率的に揚砂、搬送し、処理することができることから、汚水の処理を行う下水処理場等の沈砂池における揚砂搬送システムのほか、浄水場等の沈砂池における揚砂搬送システムにも適用することができる。

本発明の沈砂池における揚砂搬送システムの第１実施例を示す正面図である。 同平面図である。 揚砂ポンプを示す正面図である。 揚砂ポンプの駆動部の説明図である。 本発明の沈砂池における揚砂搬送システムの第２実施例を示す正面図である。 同平面図である。 揚砂ポンプを示す正面図である。 揚砂ポンプの駆動部の一部を示す説明図である。

符号の説明

Ｓ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４ 沈砂池
Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎｎ 集砂ノズル
Ｓｐ 集砂槽
Ｐ１ 揚砂ポンプ
Ｐ２ 揚砂搬送ポンプ
Ｐ３ 集砂水ポンプ
Ｐ４ 集砂管
Ｐ５ 排水ポンプ
１ 円筒形のトラフ
２ 揚砂用スクリュー
３ 給水・混合用ケーシング
４ 排出用ケーシング
５ インペラー
６ 駆動装置
７ 給水管
８ 揚砂管
８１、８２、８３、８４ 分岐揚砂管
９ 固液分離装置
１０ 揚砂搬送管
１１ 受水槽
１２ 排水管
１３ 配管
１４ 給水管
１５ 吸水管
１６ 吊上装置

Claims (3)

1. 複数の沈砂池ごとに沈砂を揚砂するようにした揚砂ポンプと、各沈砂池の揚砂ポンプからの揚砂を集めて固形物と水とを分離する固液分離装置まで搬送する揚砂ポンプの容量より大容量の揚砂搬送ポンプとを備え、固液分離装置で分離した水を、受水槽を介して揚砂ポンプに給水するようにした揚砂搬送システムにおいて、前記揚砂ポンプが、トラフ内に回転可能に挿通された揚砂用スクリューと、トラフ上端部に配設された、給水された水と前記揚砂用スクリューによって揚砂された砂とが混合されるようにした給水・混合用ケーシングと、該給水・混合用ケーシングに隣接され、内部にインペラーを配設した排出用ケーシングとを備えていることを特徴とする沈砂池における揚砂搬送システム。
2. インペラーの回転数を４００〜６００ｒｐｍに、インペラーの外径を４００〜６００ｍｍに設定したことを特徴とする請求項１記載の沈砂池における揚砂搬送システム。
3. 沈砂池内の残留水を揚水する吸水管を揚砂ポンプに配設したことを特徴とする請求項１又は２記載の沈砂池における揚砂搬送システム。

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