JP4573508B2 - 土砂スラリーの分級方法及び装置 - Google Patents

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Description

本発明は土砂スラリーの分級方法及び装置、特に沈殿槽により土砂スラリーから砂を分離せしめる方法及び装置に関するものである。
ポンプ浚渫船などにより得られたスラリー状の土砂を分級する方法としては、従来、図10に示すように、スラリー状の土砂を圧送管1などを通じて、上部が開口した開水路型沈殿槽2に送り、土粒子径の差によって、細粒分のみを上水とともに排水口3から排出するようにし、上記沈殿槽2内に堆積した粒子径の大きい砂4をバックホウ5などで取り上げるようにしていた。
このような分級方法としては特許文献1に示すものがある。
また、従来、図11に示すように、スラリー状の土砂を圧送管1などを通じて、サイクロン6に送り、遠心分離の原理によって、粒子径の大きい砂をサイクロン6の下部に沈殿せしめ排出口7から排出できるようにし、細粒分混じりの余剰水を上部の排水口3から排出せしめていた。
このような分級方法としては特許文献2に示すものがある。
特開2001−73402号公報(図2) 特開2001−323498号公報(図4)
然しながら、上記従来の開水路型沈殿槽を利用した分級方法では、開水路であるため、上記沈殿槽の排水口から排出された排水の処理施設が上記沈殿槽から離れている場合には排水処理施設まで圧送するための再圧送用のポンプ施設が必要となる。
また、土砂の分級点は沈殿槽内の流速により定まるが、開水路型沈殿槽であるため、圧送管1からのポンプ流量を変化させても、水位が変動してしまい上記沈殿槽内の流速の調整が困難で、分級の精度を上げることができないという欠点があった。
また、上記従来のサイクロンを利用した分級方法では、サイクロンによる圧力損失が大きいため、排水処理施設が離れている場合には、圧送ポンプ能力を増大させるか、或いは再圧送用のポンプ設備が必要であった。
本発明は上記のような欠点を除くようにしたものである。
本発明の土砂スラリーの分級装置は、密閉された沈殿槽と、上記沈殿槽の上部または上側面部に設けた土砂スラリー注入口と、上記沈殿槽の上部または上側面部に設けた排水口と、上記沈殿槽の底面に設けた開閉自在な沈殿物排出口とよりなり、上記沈殿槽が閉水路となり、上記沈殿槽内で、上記土砂スラリー注入口から上記沈殿槽内に注入された土砂スラリー中、浮遊限界速度以下となった粒径の大きい土砂が上記沈殿槽底部に沈降し、粒径の小さいものが余剰水として上記排水口から排出されることを特徴とする。
また、本発明の土砂スラリーの分級装置は、2以上の密閉された沈殿槽と、上記各沈殿槽の上部または上側面部に設けた土砂スラリー注入口と、上記各沈殿槽の上部または上側面部に設けた排水口と、上記各沈殿槽の底面に設けた開閉自在な沈殿物排出口と、上記各沈殿槽内に順次土砂スラリーを注入する手段と、上記各沈殿槽内の余剰水を順次に排水する手段と、上記各沈殿槽の各沈殿物排出口を順次に開閉する手段とよりなり、上記各沈殿槽が閉水路となり、上記各沈殿槽内で、上記土砂スラリー注入口から上記沈殿槽内に注入された土砂スラリー中、浮遊限界速度以下となった粒径の大きい土砂が上記沈殿槽底部に沈降し、粒径の小さいものが余剰水として上記排水口から排出されることを特徴とする。
また、本発明の土砂スラリーの分級装置は、上記沈殿槽内に設けた上記沈殿槽のスラリー通過断面積を変更せしめる装置と、堆積量を検知する検知装置とを更に有し、堆積量に応じて上記スラリー通過断面積を変更せしめ上記沈殿槽内のスラリー通過速度を所定値ならしめることを特徴とする。
また、本発明の土砂スラリーの分級方法は、2個の密閉された第1、第2の沈殿槽の一方の沈殿槽に土砂スラリーを注入し、上記一方の沈殿槽内で上記土砂スラリーを分級しながら上記一方の沈殿槽の余剰水を排水する第1の工程と、上記一方の沈殿槽内に所望量の沈殿物が堆積されたとき、土砂スラリーの注入と余剰水の排水を他方の沈殿槽に切り替えると共に、上記一方の沈殿槽に沈殿した沈殿物を排出する第2の工程と、上記他方の沈殿槽内に所望量の沈殿物が堆積されたとき、土砂スラリーの注入と余剰水の排水を上記一方の沈殿槽に切り替えると共に、上記他方の沈殿槽に沈殿した沈殿物を排出する第3の工程と、以下上記第2及び第3の工程を繰り返すことより成り、上記各沈殿槽が閉水路となり、上記各沈殿槽内で、上記沈殿槽内に注入された土砂スラリー中、浮遊限界速度以下となった粒径の大きい土砂が上記沈殿槽底部に沈降し、粒径の小さいものが余剰水として上記排水口から排出されることを特徴とする。
本発明の土砂スラリーの分級方法及び装置によれば、密閉された沈殿槽であるから排水処理設備が遠くても再圧送用のポンプを必要としない。
沈殿槽を複数設けたものでは、土砂の連続した分級が可能となる。
また、沈殿槽内を通過するスラリー通過速度を極めて容易に所定値となし得るので土砂の分級の精度を上げることができる。
以下図面によって本発明の実施例を説明する。
本発明の土砂スラリーの分級装置は図1及び図2に示すように、例えば縦5m、横2m、高さ3mの大きさの密閉された沈殿槽8と、上記沈殿槽8の上流側に設けた土砂スラリー注入口10と、上記沈殿槽8の下流側上部に設けた排水口3と、上記沈殿槽8の底面に設けた開閉自在な沈殿物排出口9とよりなり、上記注入口10を圧送管1に接続せしめ、上記排水口3を圧送管1に接続せしめる。
本発明の土砂スラリーの分級装置は上記のような構成であるから、ポンプ(図示せず)により上記圧送管1から沈殿槽8内に圧送されたスラリー状の土砂は、土粒子の真比重が略一定とすると上記沈殿槽8内で流速が低下し浮遊限界速度以下になった粒径大きい砂4が上記沈殿槽8底部に沈降して堆積し、粒径小さいものは余剰水として排水口3から排出され排水処理設備(図示せず)へ排水されるようになる。
また、図3に示すように、所定量の砂4が上記沈殿槽8内に堆積した後に、スラリー状の土砂の圧送を停止し、図2及び図4に示すように、上記沈殿槽8の沈殿物排出口9を開口して、上記沈殿槽8より下側に設けたベルトコンベア(図示せず)上に上記砂4を投下し、所定の場所まで上記砂4を運搬する。
この第一の実施例においては、沈殿槽8は密閉されているから閉水路となり、排水処理設備が遠くても、再圧送用のポンプ設備を必要としない。また、ポンプ流量を変化させて沈殿槽内の流速の調整をすることが容易となる。
図5は本発明の第2の実施例を示し、この実施例においては、第一の実施例の沈殿槽8を2個設け、この各沈殿槽8の注入口10を切り替えバルブ12を介して圧送管1に夫々切り換え接続可能ならしめるとともに、上記各沈殿槽8の排水口3を切り替えバルブ13を介して圧送管1に夫々切り換え接続可能ならしめる。
本発明の第2の実施例においては、上記バルブ12,13を切り替えて、始めは一方の沈殿槽8のみにスラリー状の土砂を圧送し、また上記一方の沈殿槽8から排水されるようにし、上記一方の沈殿槽8内に所定量の砂が堆積した後に、上記バルブ12,13を切り替えて、他方の沈殿槽8のみにスラリー状の土砂を圧送し、また上記他方の沈殿槽8から排水されるようにし、その間に上記一方の沈殿槽8に堆積した砂を上記一方の沈殿槽8の沈殿物排出口9を開口して、その下側のベルトコンベア上に投下せしめ、その後上記沈殿物排出口9を閉めるようにする。
また、上記他方の沈殿槽8内に所定の砂が堆積した後は上記バルブ12,13を切り替えて、上記一方の沈殿槽8にスラリー状の土砂を圧送し、また上記一方の沈殿槽8から排水されるようにし、その間に上記他方の沈殿槽8に堆積した砂を上記他方の沈殿槽8の沈殿物排出口9を開口して、その下側のベルトコンベア上に砂を投下せしめ、その後上記沈殿物排出口9を閉め、以下これを順次繰り返す。
この第2の実施例によれば沈殿槽8に堆積した砂を排出する際であっても、土砂スラリーの圧送をとめることがないので、連続的に分級することができる。
なお、上記沈殿槽を3個以上設けて連続的に分級するようにしてもよい。
本発明の第3の実施例においては、沈殿槽8内に上記沈殿槽8内のスラリー通過断面積の大きさを調整せしめるための断面積調整装置14を設ける。
上記断面積調整装置14は、例えば図6に示すように上記沈殿槽8内で上下動自在とした水平板15と、上記水平板15を上下動せしめるシリンダやウインチ等の伸縮装置16と、上記水平板15の周縁部と上記沈殿槽8の天井間を気密に区劃するためのベローズ17等と、上記沈殿槽8内に設けたドップラー流速計等の流速センサー18とよりなる。
本発明の第3の実施例においては、上記水平板15の上下位置を変えれば上記沈殿槽8内の断面積が変り、スラリーの流速が変るようになるのでこれにより流速を上記沈殿槽8内を通過するスラリーの流速が所定の値となるように調整できるようになる。
この第3の実施例によれば、沈殿槽内に堆積した土砂の量にかかわらず沈殿槽内の流速を任意の値にできるので堆積せしめる砂粒子の分級点をコントロールすることができ、土砂の分級の精度を上げることができるようになる。
なお、流速センサー18を用いずに、沈殿槽8内の土砂の堆積量を検知する検知装置(図示せず)を設け、検出した堆積量に応じて上記断面調整装置14を調節し、上記沈殿槽内のスラリー通過速度が所定値になるようにしてもよい。
本発明の第4の実施例においては、図7に示すように、第1の実施例の沈殿槽8の注入口10及び排水口3に流量調整バルブ19を設け、また上記沈殿槽8内に流速センサー18を設ける。
本発明の第4の実施例においては、上記沈殿槽8内を通過するスラリーの流速が所定値となるように上記流速調整バルブ19を調整せしめる。
この第4の実施例によれば、沈殿槽内に堆積した土砂の量にかかわらず沈殿槽内の流速を所定値にできるので土砂の分級の精度を上げることができるようになる。
なお、上記調整バルブ19は注入口10または排水口3のいずれか一方にのみ設けてもよい。
(実験例)
沈殿槽の模型装置(縦0.5m、横0.5m、高さ0.1m)を用い、直径0.4mmの砂と直径0.013mmの粘土を重量比1対1で混練し、約15重量%の濃度に調整した模擬スラリーを作成し、分級せしめた。この分級した上記模型装置内に沈殿した残留土の粒径加積曲線を調べた結果、図8に示す曲線20を得た。なお、図8において縦軸は通過質量百分率(%)、横軸は粒径(mm)である。
なお、砂と、粘土と、上記砂と上記粘土の混合物の粒径加積曲線は夫々図9に示す曲線21,曲線22,曲線23となることが既に試験の結果知られているが、図8の上記曲線20と図9の曲線21が略一致していることから、模型装置内に沈殿した残留土は砂であることがわかり、高精度の分級がなされたことが確認できた。
本発明の土砂スラリーの分級装置の説明用縦断側面図である。 本発明の土砂スラリーの分級装置の正面図である。 本発明の土砂スラリーの分級装置の説明用縦断側面図である。 本発明の土砂スラリーの分級装置の説明用縦断側面図である。 本発明の土砂スラリーの分級装置の他の実施例の説明用斜視図である。 本発明の土砂スラリーの分級装置の更に他の実施例の説明用縦断側面図である。 本発明の土砂スラリーの分級装置の更に他の説明用縦断側面図である。 本発明の土砂スラリーの分級装置の分級結果を示すグラフである。 一般的土砂スラリーの分級結果を説明するグラフである。 従来の土砂スラリーの分級装置の説明用縦断側面図である。 従来の土砂スラリーの分級装置の他の説明用縦断側面図である。
符号の説明
1 圧送管
2 開水路型沈殿槽
3 排水口
4 砂
5 バックホウ
6 サイクロン
7 排出口
8 沈殿槽
9 沈殿物排出口
10 注入口
12 切り替えバルブ
13 切り替えバルブ
14 断面積調整装置
15 水平板
16 伸縮装置
17 ベローズ
18 流速センサー
19 流速調整バルブ
20 曲線
21 曲線
22 曲線
23 曲線

Claims (4)

  1. 密閉された沈殿槽と、上記沈殿槽の上部または上側面部に設けた土砂スラリー注入口と、上記沈殿槽の上部または上側面部に設けた排水口と、上記沈殿槽の底面に設けた開閉自在な沈殿物排出口とよりなり、上記沈殿槽が閉水路となり、上記沈殿槽内で、上記土砂スラリー注入口から上記沈殿槽内に注入された土砂スラリー中、浮遊限界速度以下となった粒径の大きい土砂が上記沈殿槽底部に沈降し、粒径の小さいものが余剰水として上記排水口から排出されることを特徴とする土砂スラリーの分級装置。
  2. 2以上の密閉された沈殿槽と、上記各沈殿槽の上部または上側面部に設けた土砂スラリー注入口と、上記各沈殿槽の上部または上側面部に設けた排水口と、上記各沈殿槽の底面に設けた開閉自在な沈殿物排出口と、上記各沈殿槽内に順次土砂スラリーを注入する手段と、上記各沈殿槽内の余剰水を順次に排水する手段と、上記各沈殿槽の各沈殿物排出口を順次に開閉する手段とよりなり、上記各沈殿槽が閉水路となり、上記各沈殿槽内で、上記土砂スラリー注入口から上記沈殿槽内に注入された土砂スラリー中、浮遊限界速度以下となった粒径の大きい土砂が上記沈殿槽底部に沈降し、粒径の小さいものが余剰水として上記排水口から排出されることを特徴とする土砂スラリーの分級装置。
  3. 上記沈殿槽内に設けた上記沈殿槽のスラリー通過断面積を変更せしめる装置と、堆積量を検知する検知装置とを更に有し、堆積量に応じて上記スラリー通過断面積を変更せしめ上記沈殿槽内のスラリー通過速度を所定値ならしめることを特徴とする請求項1または2記載の土砂スラリーの分級装置。
  4. 2個の密閉された第1、第2の沈殿槽の一方の沈殿槽に土砂スラリーを注入し、上記一方の沈殿槽内で上記土砂スラリーを分級しながら上記一方の沈殿槽の余剰水を排水する第1の工程と、
    上記一方の沈殿槽内に所望量の沈殿物が堆積されたとき、土砂スラリーの注入と余剰水の排水を他方の沈殿槽に切り替えると共に、
    上記一方の沈殿槽に沈殿した沈殿物を排出する第2の工程と、
    上記他方の沈殿槽内に所望量の沈殿物が堆積されたとき、土砂スラリーの注入と余剰水の排水を上記一方の沈殿槽に切り替えると共に、
    上記他方の沈殿槽に沈殿した沈殿物を排出する第3の工程と、
    以下上記第2及び第3の工程を繰り返すことより成り、
    上記各沈殿槽が閉水路となり、上記各沈殿槽内で、上記沈殿槽内に注入された土砂スラリー中、浮遊限界速度以下となった粒径の大きい土砂が上記沈殿槽底部に沈降し、粒径の小さいものが余剰水として上記排水口から排出されることを特徴とする土砂スラリーの分級方法。
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