JP4315690B2 - 洗浄分級装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は洗浄分級装置に係り、特に、泥水、泥土、土砂、汚泥などの処理物から、資源として利用可能な砂利、砂、土などの粒状物を水中で洗浄して沈降分級し清浄な粒子として回収することができる洗浄分級装置に関するものである。
【０００２】
本発明の対象処理物には、砕砂、砂生産用の土砂、海中および海浜地域から産出する塩分の付着した海砂、シールド工法によるトンネル工事掘削や河川の護岸工事等の建設工事において発生する泥水・泥土、河川，港湾，湖などの浚渫泥水・泥土、下水処理場や各種の排水処理場から発生する汚泥、油汚染された土壌などの汚染土壌、および焼却炉から排出される残滓などが含まれる。
【０００３】
【従来の技術】
上述の処理物のうち、土砂および海砂は、従来から、湿式の分級機で洗浄分級により骨材資源として利用されてきた。しかしながら、それ以外の処理物は、そのまま埋立て、または焼却後に残滓埋め立てなどの処分が行なわれていた。汚染土壌に関しては、充分な処置がなされないまま放置されていることが通例であった。海砂を骨材として利用する場合、水洗浄の処理を施して利用されている。分級機等の装置で処理して回収物（処理物）を資源として利用する場合、不純物や有害物を含む処理物から有用物を取り出す費用が掛かるのに対し、他の天然原料が比較的安価に入手可能なため、回収物（処理物）の多くは埋め立て処分されていた。
【０００４】
しかし、最近では、骨材資源として高品質が要求されることや、廃棄物処理の面では新たな処理場の建設が困難となり、また埋め立て処分場の収容能力不足が予想されるため、砂利、砂の分離回収または粉粒体を洗浄して利用する技術開発が進展している。また、汚染土壌を修復する処理において、土壌を水洗浄する方法も行なわれ始めている。
【０００５】
このような処理対象物の、性質性状を整理すると、以下の通りである。
▲１▼砂の原料中には、除去が必要なシルト分や微粉が多く含まれている。
▲２▼砂の原料中には、地層が形成された時代の有機物が炭化した黒色物が含まれている。
▲３▼海砂の場合、塩分濃度が高い。
▲４▼建設工事から発生する泥水・泥土および浚渫汚泥は、土、粘土などの成分が多い。砂が粘着分と混合した状態で、容易に分離しにくい。
▲５▼汚染土壌では、掘り返した土は塊を形成していることが多い。汚染物質は、土粒子が凝集した状態の界面に浸透している場合が多い。
▲６▼焼却灰の場合、塩分等が灰の微粉と混ざっている。
【０００６】
処理物は、泥土、砂、土壌、微粉、塩分、汚染物、有機物などと呼称可能な物質のうち、２〜３の組合せによる混合物であるが、いずれの場合も、水中に浸漬するという単純な操作では、充分に解離しない状態である。そのため、これらの処理物から、不純物、汚染物を効果的に洗浄し、良質で有用な固形物資源を回収することが望まれている。この場合、目的とする固形物を回収するに際して、それぞれの処理物において、以下のような従来技術および課題がある。
図１１は、陸地および山などから掘削した原料砂を分級する場合に用いられる従来の砂分級装置を示す図であり、図１１（ａ）は砂分級装置の概略断面図、図１１（ｂ）は砂分級装置の側面図である。図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、砂分級装置は、水槽１０１と、水槽１０１内に配置されたスクリュー１０２と、スクリュー１０２の下流側に設けられたバケット式掻き上げ機構１０３と、バケット式掻き上げ機構１０３に隣接して設けられたシュート１０４とを備えている。スクリュー１０２およびバケット式掻き上げ機構１０３は、駆動源１０５および伝動機構１０６によって回転駆動されるようになっている。
【０００７】
上述の構成において、処理物（粉粒体と水）は、スクリュー１０２とバケット式掻き上げ機構１０３の間から水槽１０１に供給される。水槽１０１内で、処理物はオーバーフロー側に向かって流れ、この流れの移動の間に粗い粒子から次第に沈降していく。沈降しない微粒子は流れに同伴してオーバーフロー水に浮遊して流出する。沈降した粒子は、スクリュー１０２の輸送作用で、バケット式掻き上げ機構１０３の底部に移動する。バケット式掻き上げ機構１０３により、沈降粒子をすくい上げ、水中から引き上げる。バケット式掻き上げ機構１０３の各バケット１０３ａの底部は金網構造となっているので、バケット１０３ａが水面から上がるに従い大部分の水を流し落とし、バケット１０３ａは粒子だけを上方に運ぶ。バケット１０３ａは、回転による上昇に伴い傾きが増し、反転状態となって掻き上げた粒子をシュート１０４に排出する。
【０００８】
上述した砂分級装置においては、以下に記載するような欠点がある。
処理物は泥水の状態であるため、不純物(泥分・シルト分)の大部分は、水中で解離し浮遊流出して分離されるが、一部の付着力の強い夾雑物が表面に残り洗浄が不充分となる。この洗浄が不充分となる要因には以下に列挙するようなものがある。
▲１▼泥分・シルト分、黒色物がそれ自体で凝集粒子を形成し、沈降して産物に混入する。
図１２（ａ）に示すように、微細粒子１１１が集積するとともに、微細粒子間に結合物質１１２が介在し、１つの粒子の状態となった凝集粒子を形成し、砂と同等の沈降状態となり、解離させることができない。
▲２▼粒子の窪んだ部分に不純物が入りこんで除去できない。
図１２（ｂ）に示すように、窪みや溝のある粒子１２１の場合には、窪みに不純物１２２が入り込み、不純物１２２が粒子に付着し、この不純物が除去できない。
▲３▼泥分・シルト分、および黒色物が砂表面に強く付着し除去できない。
図１２（ｃ）に示すように、粒子１３１の表面に強い結合力で不純物１３２が付着し、除去できない。
【０００９】
図１３は、上述した処理物を処理する他の従来技術である砂磨鉱装置を示す図であり、図１３（ａ）は砂磨鉱装置の概略断面図、図１３（ｂ）は砂磨鉱装置の側面図である。図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、砂磨鉱装置は、外筒２０１と、外筒２０１内に配設された内筒２０２とを備え、外筒２０１の内面には多数の外筒突起２０３が設けられ、内筒２０２の外面には多数の内筒突起２０４が設けられている。外筒２０１は、外筒駆動源２０５および外筒伝動機構２０６によって回転駆動されるようになっている。また、内筒２０２は、内筒駆動源２０７および内筒伝動機構２０８によって回転駆動されるようになっている。
【００１０】
また、図１３（ｂ）に示すように、外筒２０１と内筒２０２との間には隙間ｇが形成されるとともに、外筒２０１と内筒２０２とは同心状ではなく、内筒２０２は外筒２０１に対して下方に偏心して配置され、前記隙間ｇは下方が狭くなっている。外筒２０１と内筒２０２との間には、回転速度の差が設けられており、外筒２０１と内筒２０２とは互いに異なった方向に回転するように設定されている。
【００１１】
上述の構成において、処理物（粉粒体と水）は、装置の一端側より、外筒２０１と内筒２０２の隙間ｇに流入する。隙間ｇに流入した処理物は、外筒２０１の外筒突起２０３と内筒２０２の内筒突起２０４により激しい撹拌が行なわれるとともに、処理物に剪断力が与えられる。この激しい剪断力により、水中の粒子同士または粒子と回転体（外筒２０１および内筒２０２）の表面との衝突が生じて、粒子表面のもみ洗い作用が働き、処理物の処理が行なわれる。処理後の粒子および水は、装置の他端側から排出される。
【００１２】
上述した砂磨鉱装置は、以下に列挙するような欠点がある。
▲１▼洗浄作用は大きいが、回転体表面の摩耗が著しく大きい。
▲２▼回転体を回転駆動するための大きな動力を必要とする。
【００１３】
また、海砂からコンクリート用骨材を生産する場合には、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示す砂分級装置が多く使用される。
図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示す砂分級装置により海砂を分級する場合には、以下に列挙するような欠点がある。
▲１▼塩分の除去が不充分な場合がある。
▲２▼沈降槽内に流入沈降するとき、砂が密集状態で底部に沈み、底部での運動が少ないため、洗浄が不充分な状態で掻き上げられる。
▲３▼多孔質（軽石状）の粒子内部に保持された塩分が充分に真水と置き換わらないで、掻き上げられて排出される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
以上をまとめると、上述した従来の砂分級装置および砂磨鉱装置は、以下に列挙するような欠点がある。
▲１▼図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示す砂分級装置
所要動力が小さく、装置摩耗の点でも問題はないが、固形粒子を水に浸漬沈降させ、底部に堆積した粒子をかき寄せる運動であるため、積極的に粒子をもみ洗いする作用が不足している。そのため、粒子の洗浄が不充分となる。
▲２▼図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示す砂磨鉱装置
粒子に与える洗浄力は大きいが、粒子が回転体表面を削り取る作用も大きく、装置摩耗が著しい。また、回転体の隙間に流入した水に高速の剪断作用を与えるため、水の抵抗に逆らって回転体を回転することによる動力の消費が著しく大きい。
【００１５】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、泥水、泥土、土砂、汚泥などの処理物から、資源として利用可能な砂利、砂、土などの粒子を水中で洗浄して沈降分級し、清浄な粒子として回収することができ、洗浄効果が高く、装置摩耗および所要動力が小さく、安定運転可能で保守が容易な洗浄分級装置を提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明は、水槽に汚れた粒子と水とを含む処理物を流入させて、粒子サイズの違いによる沈降速度の差を利用して粒子を洗浄し分級回収する分級装置において、水の流れ方向と直角方向の軸心を有した軸と該軸心の回わりに回転する回転羽根とを具備した回転体を一個または複数個配備し、該回転羽根の進行方向の前方に、沈降物を水中から引き上げる沈降物引き上げ機構を配備し、前記回転羽根と前記軸とは支持アームにより連結されており、前記回転羽根と支持アームの連結部には、前記軸とは異なる第２の軸を回転可能に支持する軸受部が設けられ、前記回転羽根は前記第２の軸に揺動可能に支持されており、前記回転体の回転中に羽根前面の角度が水槽の底面又は水槽の底面に堆積した粒子との接触により自在に変化することを特徴とするものである。
【００１７】
本発明によれば、回転羽根を具備した回転体は水中に没し、該回転体は水の流れ方向と直角に１個又は複数個配列されている。回転体に設けた回転羽根により、自然沈降して不純物を含んだ処理物をリフティング（上昇）させながら層厚の薄い状態から不純物を表面に浮かせる。回転体が水中下にあることから、水槽の表面層に流れる水の流れを乱すこともなく、一度、表面に浮き出た不純物をスムース（円滑）に機外に送り出すことができる。回転体を複数個配列することにより、上記動作の繰り返しを行なうことで、大半の不純物を表面に浮かせることができる。
【００１８】
また、本発明によれば、回転体の回転中に、回転羽根の羽根前面の角度が、水槽の底面又は水槽の底面に堆積した粒子との接触により、自在に変化するようになっている。このように、回転羽根の支持部をピンジョイント又は関節構造とすることにより、回転羽根の回転に伴い、水槽の底面に堆積した沈降物（粒子）に回転羽根の自重を負荷することが可能となる。そして、回転羽根により沈降物を押しのける作用が生ずるとともに回転羽根により沈降物を自重で加圧しつつ摺動する作用が生じ、沈降物の表面が回転羽根の羽根前面により擦られる。すなわち、回転羽根により沈降物に接触圧力を与えた状態で摺り揉み運動作用を与えることができ、粒子表面の付着物を効果的に離脱させることができる。また、回転羽根の運動により、粒子に付着した軽質物を舞い上がらせ、浮上促進させることができる。
【００１９】
本発明の一態様は、前記処理物の流れに対して、障害となる障害物または前記処理物の流れに衝突する衝突面を有する処理物投入流路または管路により、前記水槽に処理物を流入させる。
本発明によれば、処理物中の不純物を早期に表面に浮かせる目的、つまり、もみ洗い効果を目的に処理物投入流路または管路の底面近傍に処理物の流れに対し、直角に障害物または衝突面を配置させ、処理物を堰き止めながらオーバーフローさせ、水槽に入る前から不純物を表面に浮かせることができる。これにより、処理物（水＋砂＋不純物）が障害物または衝突面を乗り越える際、塊中の不純物が表面に浮き出る効果が期待できる。この障害物または衝突面の形状は、平板、Ｖ字板形状が好ましく、障害物または衝突面の配列を一定間隔で千鳥配列にしたり、障害物又は衝突面に切り込みを入れた形状にすることが好ましい。
【００２０】
本発明の一態様は、前記水槽の底面は、前記回転体の軸と平行な方向に延びた突起物を有する。
本発明によれば、回転体に設けた回転羽根により、自然沈降して不純物を含んだ処理物をリフティング（上昇）させ、水槽の底面に配置された突起物を乗り越えさせながら層厚の薄い状態から不純物を表面に浮かせる。処理物が突起物を乗り越える際に、堆積層に動きが発生し、置換作用で層中の不純物が表面に出やすくなる。突起物により、砂のもみ洗い効果が促進され、塊状の砂をほぐして砂中に存在する不純物を表面に出させることが可能となる。水槽の底面近傍に配置された突起物は、回転体の台数分だけ存在し、洗浄分級装置の中で、何回も、砂のもみ洗い効果が期待できる。突起物の形状は、逆Ｖ字状突起や逆Ｕ字状突起が好ましい。
【００２１】
本発明の一態様は、前記回転体の近傍で沈降物が堤状に堆積する箇処に、堤状に堆積する沈降物の底部から流体を噴出する機構を設けている。
本発明によれば、水槽の底面近傍に配置された突起物の中又はその近傍に、気体又は液体などの流体を噴出する機構を配置することにより、移送されてきた砂中の不純物を噴出する流体と共に表面に出させることができる。そして、一度、砂の中から出てきた不純物をこの流体と共に素早く確実に表面層の流れに送ることができる。
【００２２】
本発明の一態様は、前記沈降物引き上げ機構の排出部に振動式脱水機構を設けている。
本発明によれば、振動式脱水機構により、砂から水を切って機外に排出できる。
【００２３】
本発明の一態様は、前記水槽の表面に浮上した軽質物が溢流樋の方向への移動することを促進する、表層流を生じさせる流体を供給する機構を設けている。
本発明によれば、供給された流体により水槽内に表層流を形成することができ、液面に浮上した軽質物を溢流樋に向かって移動させ、機外に速やかに排出できる。
【００２４】
本発明の一態様は、前記沈降物引き上げ機構は、バケット式掻き上げ装置からなり、該バケット式掻き上げ装置により固液分離された粒子を第２槽に浸漬し、清浄な液体で再洗浄したのち、該粒子を第２のバケット式掻き上げ装置で掻き上げる。
本発明によれば、バケット式砂掻き上げ機構を２セット備え、第１のバケット式掻き上げ装置と第２のバケット式掻き上げ装置は濁水が戻らないように水槽側で仕切られており、第１のバケット式掻き上げ装置で掻き上げられた砂は清水を貯めてある水槽中に投入され、再洗浄された砂は第２のバケット式掻き上げ装置により掻き上げることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る洗浄分級装置の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
図１および図２は本発明の第１の実施形態の洗浄分級装置を示す図であり、図１は洗浄分級装置の全体的な構成を示す縦断面図、図２は洗浄分級装置の平面図である。
図１および図２に示すように、洗浄分級装置は、投入ボックス１ａを具備した処理物投入シュート１と、水槽を構成する分級プール３，４，５とを備えている。処理物投入シュート１は管状又は樋状に形成された流路または管路を構成しており、斜め下方に傾斜している。また、処理物投入シュート１はジグザグの流路または管路としてもよい。分級プール３は、並列された複数のパドルウィング６と、スクリュー羽根７と、砂掻き上げ機１０とを備えている。パドルウィング６は、回転羽根を具備する回転体を構成している。隣接するパドルウィング６の間および隣接するパドルウィング６とスクリュー羽根７の間には、それぞれ突起物８が配置されている。分級プール４には第１砂掻き上げ機９が配置されており、分級プール５には第２砂掻き上げ機１０が配置されている。そして、第１砂掻き上げ機９で掻き上げた砂は、清水とともにシュート１５を介して分級プール５に投入されるようになっている。
【００２６】
処理物（水と砂等の固形物と不純物が混じり合った濁水）は、投入ボックス１ａに投入され、斜めに傾斜した処理物投入シュート１を流れて開口部１ｂより分級プール３に供給されるようになっている。この処理物投入シュート１の道中には、処理物中の不純物を早期に表面に浮かせる目的で該シュート底面近傍に処理物の流れに対し、直角方向に延びる複数の堰２が配置されている。複数の堰２は、処理物の流れ方向に沿って所定間隔で配置されており、これら堰２は、シュートの全幅の略半分の幅を有しており、シュートの一端側から他端側に向かって延びる堰と、シュートの他端側から一端側に向かって延びる堰とが交互に配置されている。処理物は、堰２により堰き止められながら、堰２をオーバーフローして分級プール３に入る。この場合、ある程度もみ洗いされた処理物は該分級プール３の水中に配置されたスクリュー羽根７とパドルウィング６の近傍に投入される。投入された処理物が矢印Ｘの方向に進行する間に、処理物中の固形物（砂）は沈降する。そして、砂を沈降させたあとの上澄み液はオーバーフロー用樋（溢流樋）１４に排出される。
【００２７】
図２に示すように、処理物投入シュート１と、第１砂掻き上げ機９および第２砂掻き上げ機１０との間には、分級プール３内の処理物の液面（水面）に向かって空気等の気体又は水等の液体を噴出する複数のノズル２５が配列されている。これら複数のノズル２５は、ブロワーなどの流体供給源（図示せず）に接続されており、処理物の液面に対して、気体又は液体を４５゜以下の入射角度で入射させるようになっている。これにより、ノズル２５から噴出させる気体又は液体により、分級プール３内に表層流を生じさせ、液面に浮上した軽質物がオーバーフロー用樋１４に向かって移動することが促進され、軽質物が機外に速やかに排出される。なお、前記ノズル２５は水中に没していてもよい。また前記ノズルは、端面に開口を有したダクトや配管に代えることもできる。この場合にも、ダクトや配管の開口は、液面の上方にあってもよいし、水中に没していてもよい。
【００２８】
前記パドルウィング６は分級プール３内の水中下に２式以上配置されており、パドルウィング６は、自然沈降して不純物を含んだ固形物を回転羽根２１により、リフティング（上昇）させ、プール底面近傍に配置された突起物８を乗り越えながら不純物を表面に浮かせるようにしている。分級プールは基本的に３式（分級プール３、分級プール４および分級プール５）配置されている。分級プール３と分級プール４との間には仕切壁はなく、分級プール４と分級プール５との間には仕切壁Ｗ_１、分級プール３と分級プール５との間には仕切壁Ｗ_２が設置されている。仕切壁Ｗ_２の上端には高さ位置の調整可能な堰板が設けられている。水面レベルは分級プール５、分級プール４、分級プール３の順に低くなるように設定されている。スクリュー羽根７と２式以上のパドルウィング６とが配置された分級プール３で自然沈降した細かい砂は、該パドルウィング６によりスクリュー羽根７の方向に順次送られ、スクリュー羽根７によって分級プール４に送られる。分級プール４内に送られた砂は、第１砂掻き上げ機９により掻き上げられ、掻き上げられた砂は清水とともにシュート１５を介して分級プール５に投入される。分級プール５内に送られた砂は、第２砂掻き上げ機１０により掻き上げられて自然脱水しながら振動篩（脱水篩）１１に投入される。振動篩１１は振動モータ１２により振動し、この振動により砂は脱水され、脱水後の砂は機外に排出される。
【００２９】
次に、図１および図２に示す洗浄分級装置の各部の構造について、より詳細に説明する。
図３は処理物投入シュート１の底部に取り付けてある堰２の配置及び処理物の流れを表す模式図であり、図１のＡ−Ａ線矢視図である。
図３に示すように、処理物投入シュート１に投入された処理物（水と砂等の固形物と不純物が混じり合った濁水）は、シュート底部に設けられた堰２で堰き止められながら堰２を乗り越えて流れる。処理物の流れ方向に沿って設けられた複数の堰２により、処理物の攪乱状況を断続的に何回も作り、もみ洗い効果を上げている。
【００３０】
図４は処理物投入シュート１の底部に取り付けてある堰２の構造を表す概略図であり、図３のＢ−Ｂ線矢視図である。
図４に示すように、処理物投入シュート１の底部に取り付けてある堰２は、シュートの全幅の略半分の幅を有している場合（図４（ａ））、シュートの全幅にわたる幅を有している場合（図４（ｂ））、およびシュートの全幅にわたる幅を有しているが、中央部に切り欠き２ａがある場合（図４（ｃ））などの種々の構造が考えられる。なお、図１および図２に示す実施形態においては、図４（ａ）に示すシュートの全幅の略半分の幅を有した堰２を交互に配置している。また、図４（ａ）乃至図４（ｃ）に示す堰２をシュートの流れ方向に複数個組み合わせる場合もある。この堰の断面構造は、処理物中の不純物量や物性などにより使い分けられる。
【００３１】
図５はパドルウィング６とスクリュー羽根７と突起物８とエアー配管１３との関係を示す模式図であり、図６はパドルウィング６の要部を示す斜視図であり、図７は突起物８とエアー配管１３を示す側面図である。
図５に示すように、分級プール３の底面はフラット（平坦）で、パドルウィング６とスクリュー羽根７との間には、パドルウィング６の軸２０と平行な方向に延びた突起物８が配設されている。分級プール３中において、第１砂掻き上げ機９および第２砂掻き上げ機１０に近い場所にスクリュー羽根７が配置され、オーバーフロー用樋１４までの間にパドルウィング６がプール水中下に２式以上配置されている。パドルウィング６およびスクリュー羽根７はオーバーフローする水の流れと直角方向に配置されている。
【００３２】
前記パドルウィング６は、回転体を構成しており、図５に示すように、水の流れと直角方向に延びる軸心を有した軸２０と、この軸２０に固定された複数（図５に示す例においては４個）の回転羽根２１とを備えている。パドルウィング６は、反時計方向に回転するように設定されており、回転羽根２１の進行方向の前方にスクリュー羽根７、第１砂掻き上げ機９および第２砂掻き上げ機１０が配置されている（図１参照）。
図６はパドルウィング６の要部を示す斜視図であり、図６においては、軸２０と単一の回転羽根２１とが模式的に示されている。図６に示すように、軸心２０ａを有した軸２０と回転羽根２１とは、２本の支持アーム２２により連結されている。軸心２０ａは処理物中の水の流れ方向と直交する方向に延びており、回転羽根２１は軸２０の回転により軸心２０ａの回わりに回転するようになっている。回転羽根２１と支持アーム２２の連結部には、軸２３を回転可能に支持する軸受部２４が設けられており、この軸２３に回転羽根２１が揺動可能に支持されている。したがって、パドルウィング６の回転中に、回転羽根２１の羽根前面２１ａの角度が、分級プール３の底面又は分級プール３の底面に堆積した粒子との接触により、自在に変化するようになっている。このように、回転羽根２１の支持部をピンジョイント又は関節構造とすることにより、回転羽根２１の回転に伴い、分級プール３の底面に堆積した沈降物（粒子）に回転羽根２１の自重を負荷することが可能となる。そして、回転羽根２１により沈降物を押しのける作用が生ずるとともに回転羽根２１により沈降物を自重で加圧しつつ摺動する作用が生じ、沈降物の表面が回転羽根２１の羽根前面２１ａにより擦られる。すなわち、回転羽根２１により沈降物に接触圧力を与えた状態で摺り揉み運動作用を与えることができ、粒子表面の付着物を効果的に離脱させることができる。また、回転羽根２１の運動により、粒子に付着した軽質物を舞い上がらせ、浮上促進させることができる。
【００３３】
スクリュー羽根７は、図２および図５に示すように、水の流れ方向と直交して延びる軸７ａの周囲に螺旋状に形成されており、沈降物を図２において矢印Ｙ方向に進行させるようになっている。
並列して設置されたパドルウィング６およびスクリュー羽根７は、チェーンおよびスプロケット等を介して単一のモータに連結されており、複数のパドルウィング６およびスクリュー羽根７は同期して回転駆動されるようになっている。パドルウィング６の回転速度は、砂掻き上げ機に近い側は砂送り能力の関係で速く、オーバーフロー側から見ると砂掻き上げ機方向に行くにつれて順次、回転速度が速く設定してある。また、砂の粗さにより、分級プール３の底部にたまる砂の量が異なり、回転速度を変える必要が出てくるため、モータの回転速度を変えて、各パドルウィング６の回転速度を変更することができるようになっている。
【００３４】
また、図７に示すように、突起物８の中には、エアーを噴出するエアー配管１３が配置されている。突起物８には複数の孔８ａが形成されており、突起物８の外面からエアーが液中に噴出するように構成することにより、処理物中の不純物を早く水の表面に出やすくすることができる。なお、エアー配管１３は突起物８の中ではなく、突起物８の近傍に配置してもよい。なお、エアー配管１３に代えて、液体を液中に噴出する配管を設置してもよい。
突起物８の形状は、図５に示すように逆Ｖ字型でもよいし、図７に示すように逆Ｕ字型でもよく、あるいはＲ字状の板を重ね合わせた形状でもよい。また、突起物８の高さを変えて砂の層厚を薄くする効果を調整することもできる。
【００３５】
次に、砂掻き上げ機の構造を図１、図２および図８を参照して説明する。図８は図２のＣ−Ｃ線矢視図である。
図１および図２に示すように、パドルウィング６によりもみ洗いされ、スクリュー羽根７により更に洗浄されつつ移送されてきた砂は、分級プール４に送り込まれる。図８に示すように、分級プール４では、第１砂掻き上げ機９によりプールの下に堆積した砂を掻き上げる。第１砂掻き上げ機９は、図１に示すように、ケース９ｃと複数の砂バケット９ａとを有したバケット式砂掻き上げ機によって構成されている。このケース９ｃの外径寸法は一定で、その中に入る砂バケットの個数を納入時の能力仕様により変えることで所要の能力に対応することができるようになっている。砂バケット９ａは必要個数分、ユニットでケース９ｃに嵌め込むことができるようになっており、砂バケット９ａの交換が非常に簡単になっている。第２砂掻き上げ機１０の構成は、第１砂掻き上げ機９の構成と同様である。第１砂掻き上げ機９と第２砂掻き上げ機１０とは、単一の軸１８により回転駆動されるようになっており、軸１８の端部にはスプロケット１９が固定されている。スプロケット１９は、チェーン（図示せず）を介してモータ（図示せず）に連結されている。
【００３６】
図２および図８に示すように、分級プール４と分級プール５は途中で仕切られており、水は分級プール５から分級プール４には戻るが落差の関係で逆はない。一度、濁水中から水を切った砂を清水と共にシュート１５を介し、分級プール５に投入する。このことで、再洗浄された砂が分級プール５の下に堆積するが、この堆積した砂を第２砂掻き上げ機１０により掻き上げる。そして、掻き上げられた砂は、振動篩１１に投入される。
【００３７】
図９は振動篩１１の構成を示す概略断面図である。図９に示すように、振動篩１１は、ケース１１ｃにホッパー１１ｈを備え、第２砂掻き上げ機１０により掻き上げられた砂はホッパー１１ｈに投入される。ホッパー１１ｈの下方には、３段の傾斜したスクリーン１７ａ，１７ｂ，１７ｃが設置されており、振動篩１１の全体が振動モータ１２により振動するようになっている。スクリーン１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、多数の開口を備え、砂から脱水された水は開口を介して滴下し、分級プール５に蓄えられた水と合流する。各スクリーン１７ａ，１７ｂ，１７ｃの下端部には、堰１６が設置されており、この堰１６により振動で上方から下方へ移動する砂が堰き止められ、堰１６の幅方向に一様に広がり、脱水の効果が高められるようになっている。スクリーンとしては、一般に、ウェッジワイヤスクリーンが使用されるが、その他の型式のスクリーンを用いてもよい。
【００３８】
次に、図１乃至図９に示す洗浄分級装置の動作の概要について説明する。処理物投入シュート１の投入ボックス１ａに処理物（水と砂等の固形物と不純物が混じり合った濁水）が投入されると、処理物は処理物投入シュート１内を流れて分級プール３に投入される。この処理物投入シュート１の道中には、処理物中の不純物を早期に表面に浮かせる目的で該シュート底面近傍に処理物の流れに対し直角に複数の堰２が配置されており、処理物は堰２により堰き止められながら堰２をオーバーフローして、分級プール３に入る。この場合、ある程度もみ洗いされた処理物は、分級プール３の水中に配置されたスクリュー羽根７とパドルウィング６の近傍に投入される。投入された処理物が矢印Ｘの方向に進行する間に、処理物中の固形物（砂）は沈降する。
【００３９】
洗浄分級装置は、回収したい粒子の自然沈降する沈降速度に見合った分級プール面積を持つことが必要であり、分級プール３は、例えば４４μｍ程度以上の微粒子が自然沈降するような、沈降面積を有するように設定してある。そして、砂を沈降させたあとの上澄み液はオーバーフロー用樋１４に排出される。また、微粒子が自然沈降する際、プール表面は、できる限り静穏状態であることが理想であるため、機器類は水中に没していて、プール液面上には何も露出していない構成になっている。
【００４０】
パドルウィング６はプール水中下に２式以上配置されており、自然沈降して不純物を含んだ処理物は、パドルウィング６に設けられた回転羽根２１により、摺り揉み運動作用が加えられるとともにリフティング（上昇）され、プール底面近傍に配置された突起物８を乗り越えながら進行する。この際、層厚の薄い状態から不純物を表面に浮かせることができる。分級プール３の液面には水面を乱す物が出ておらず、全て水中下に没している。分級プールは基本的に３式（分級プール３、分級プール４および分級プール５）配置されている。パドルウィング６からスクリュー羽根７に送られて、スクリュー羽根７で集められた砂は、分級プール４に送られ、分級プール４中で第１砂掻き上げ機９により掻き上げられる。そして、掻き上げられた砂（一度、もみ洗い洗浄された砂）は、さらに清水と共にシュート１５で分級プール５に投入される。分級プール５中で、再洗浄された砂は、第２砂掻き上げ機１０により掻き上げられ、この掻き上げられている間に自然脱水された砂は、さらに、振動篩（脱水篩）１１により脱水された後に、機外に排出される。
【００４１】
図１０は、本発明の第２の実施形態の洗浄分級装置を示す平面図である。
第２の実施形態においては、バケット式砂掻き上げ機による洗浄を一段階としたものである。即ち、図１および図２に示す第１の実施形態の洗浄分級装置においては、第１および第２砂掻き上げ機９，１０の二段階で砂の洗浄を行っていたが、第２の実施形態においては、後段側の砂掻き上げ機１０のみとしたものである。バケット式砂掻き上げ機１０および振動篩１１の構成も、それぞれ図８および図９に示す構成と同様である。砂掻き上げ機を一段とすることで、よりコンパクトな構造とすることができる。
【００４２】
図１乃至図１０に示す実施形態においては、回転体としてパドルウィングを用いた例を説明したが、パドルウィングに代えて、水槽内に回転軸を複数配置して、その軸をチェーンで連結しチェーンに羽根を取り付ける構造にしてもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上、説明したように、砂用の原料土砂、塩分の付着した海砂、建設工事において発生する泥水・泥土、河川・湖および港湾などの浚渫泥水、下水処理場または各種の廃水処理設備から発生する汚泥、焼却炉から排出される残滓などから、資源として利用可能な砂利、砂、土などの微粒子を水中で洗浄して沈降分級し清浄な粒子として回収することができる。そして、本発明によれば、洗浄効果が高く、装置摩耗および所要動力が小さく、安定運転可能で保守が容易な装置を提供することができる。
【００４４】
また、本発明によれば、砂の表面に付着した泥などの微粒子を効果的に除去でき、例えば４４μｍ程度の微細な砂までも分級することができる分級機を比較的にコンパクトな構成で提供することができる。また、砂岩などに含まれるカ−ボン除去、汚染土壌中の不純物除去、油汚染された土壌など粒子表面に付着した汚染物の除去などが効果的にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の洗浄分級装置の全体的な構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の洗浄分級装置を示す平面図である。
【図３】処理物投入シュートの底部に取り付けてある堰の配置及び処理物の流れを表す模式図であり、図１のＡ−Ａ線矢視図である。
【図４】処理物投入シュートの底部に取り付けてある堰の構造を表す概略図であり、図３のＢ−Ｂ線矢視図である。図４（ａ）は堰がシュートの全幅の略半分の幅を有している場合を示し、図４（ｂ）は堰がシュートの全幅にわたる幅を有している場合を示し、図４（ｃ）は堰がシュートの全幅にわたる幅を有しているが、中央部に切り欠きがある場合を示す。
【図５】パドルウィングとスクリュー羽根と突起物とエアー配管との関係を示す模式図である。
【図６】パドルウィングの要部を示す斜視図である。
【図７】突起物とエアー配管を示す側面図である。
【図８】図２のＣ−Ｃ線矢視図である。
【図９】振動篩の構成を示す概略断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態の洗浄分級装置を示す平面図である。
【図１１】従来の砂分級装置を示す図であり、図１１（ａ）は砂分級装置の概略断面図、図１１（ｂ）は砂分級装置の側面図である。
【図１２】処理物の洗浄が不充分となる要因を説明する図である。
【図１３】他の従来技術である砂磨鉱装置を示す図であり、図１３（ａ）は砂磨鉱装置の概略断面図、図１３（ｂ）は砂磨鉱装置の側面図である。
【符号の説明】
１ 処理物投入シュート
１ａ 投入ボックス
１ｂ 開口部
２，１６ 堰
２ａ 切り欠き
３，４，５ 分級プール
６ パドルウィン
６ａ 先端羽根
７ スクリュー羽根
７ａ，１８，２０，２３ 軸
８ 突起物
８ａ 孔
９ 第１砂掻き上げ機
９ａ 砂バケット
９ｃ，１１ｃ ケース
１０ 第２砂掻き上げ機
１１ 振動篩
１１ｈ ホッパー
１２ 振動モータ
１３ エアー配管
１４ オーバーフロー用樋（溢流樋）
１５ シュート
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ スクリーン
１９ スプロケット
２０ａ 軸心
２１ 回転羽根
２１ａ 羽根前面
２２ 支持アーム
２４ 軸受部
２５ ノズル
Ｗ_１，Ｗ_２ 仕切壁

Claims (7)

1. 水槽に汚れた粒子と水を含む処理物を流入させて、粒子サイズの違いによる沈降速度の差を利用して粒子を洗浄し分級回収する分級装置において、水の流れ方向と直角方向の軸心を有した軸と該軸心の回わりに回転する回転羽根とを具備した回転体を一個または複数個配備し、該回転羽根の進行方向の前方に、沈降物を水中から引き上げる沈降物引き上げ機構を配備し、
   前記回転羽根と前記軸とは支持アームにより連結されており、前記回転羽根と支持アームの連結部には、前記軸とは異なる第２の軸を回転可能に支持する軸受部が設けられ、前記回転羽根は前記第２の軸に揺動可能に支持されており、前記回転体の回転中に羽根前面の角度が水槽の底面又は水槽の底面に堆積した粒子との接触により自在に変化することを特徴とする洗浄分級装置。
2. 前記処理物の流れに対して障害となる障害物または前記処理物の流れに衝突する衝突面を有する処理物投入流路または管路により、前記水槽に処理物を流入させることを特徴とする請求項１記載の洗浄分級装置。
3. 前記水槽の底面は、前記回転体の軸と平行な方向に延びた突起物を有することを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の洗浄分級装置。
4. 前記回転体の近傍で沈降物が堤状に堆積する箇処に、堤状に堆積する沈降物の底部から流体を噴出する機構を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の洗浄分級装置。
5. 前記沈降物引き上げ機構の排出部に振動式脱水機構を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の洗浄分級装置。
6. 前記水槽の表面に浮上した軽質物が溢流樋の方向へ移動することを促進する、表層流を生じさせる流体を供給する機構を設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の洗浄分級装置。
7. 前記沈降物引き上げ機構は、バケット式掻き上げ装置からなり、該バケット式掻き上げ装置により固液分離された粒子を第２槽に浸漬し、清浄な液体で再洗浄したのち、該粒子を第２のバケット式掻き上げ装置で掻き上げることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の洗浄分級装置。

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