JP4707850B2 - 回収装置および回収システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水底地盤付近の汚泥や水などの回収物を回収する回収装置および回収システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
水底地盤の汚泥を回収するには、例えば、特開平９−３０２７１２号公報に開示されているように、汚泥を回収する回収装置が取り付けられた吸引パイプを台船から水底に伸ばし、真空発生装置などにより吸引して回収する方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、水底地盤付近の汚泥を回収するときには、汚泥の捲き上がりを極力抑えることが望ましい。回収のときに汚泥が巻き上がると、これに伴って濁水が周辺海域に広がってしまう他、汚泥内の栄養塩が溶出して広がるために生じる悪影響が懸念される。
特に、きわめて軽量な浮遊状の汚泥である「浮泥」を回収する場合には、周囲に拡散し易く、環境を汚染しやすいという問題があった。
【０００４】
従来の回収装置および回収システムでは、水底地盤付近の水や汚泥などの回収物をある程度攪拌してしまい、これに伴って回収したい汚泥や水をその他のものと混合して回収していた。そこで、水底地盤付近の汚泥や水などの回収物だけを効率よく回収できる回収装置および回収システムが望まれていた。
【０００５】
本発明の課題は、水底地盤付近の汚泥や水などの回収物だけを効率よく回収できる回収装置および回収システムを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１記載の発明は、例えば、図１〜３に示すように、水底地盤Ｐ付近の汚泥や水などの回収物（例えば、浮泥）を回収する回収装置１０であって、
前記回収物を吸引する吸引部１１と、
該吸引部に前記回収物を吸引させる吸引力を付与する吸引手段（例えば、真空ポンプ３０）と、
空気圧を調整可能に空気を封入すると共に、前記水底地盤に接地して前記吸引部を移動させるタイヤ１２と、を備え、
前記タイヤが封入する空気圧を調整することにより前記タイヤが水中でうける浮力Ｃを調節し、前記タイヤが前記水底地盤に接地する圧力（例えば、接地圧Ｆ）を調節する接地圧調節手段（例えば、コンプレッサ４０）を備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、接地圧調節手段によりタイヤが水底地盤に接地する圧力が小さくなるように調節することで、回収のときにタイヤが水底地盤に接地する深さを調節できる。これにより、タイヤが水底地盤付近を掘り下げて汚泥を巻き上げたり、水底地盤付近の水を混合したりすることなく、水底地盤付近の水や汚泥などの回収物だけを効率よく回収できる。
さらに、吸引部が回収物を吸引する部分をタイヤに対して位置合わせしておくことで、特に水底地盤表面付近（厚さ１０ｃｍ程度）の浮遊状の汚泥である「浮泥」を効率よく回収できる。
また、タイヤにより水底地盤の起伏にあわせて吸引部を移動させることができ、水底地盤の広範囲にわたって回収することも容易である。
【０００８】
請求項２記載の発明は、例えば、図１、３に示すように、請求項１記載の回収装置において、前記回収物は、支持層Ｑのうえに該支持層よりも軟弱な汚泥からなる汚泥層Ｒが堆積する水底地盤の前記汚泥であり、前記接地圧調節手段は、前記タイヤに封入する空気圧を調整することにより回収装置本体が水中でうける浮力を調節し、前記タイヤが前記水底地盤に接地する圧力を、前記汚泥層の支持力Ｄよりも大きく、かつ、前記支持層の支持力Ｅよりも小さくなるように調節することを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明によれば、請求項１と同様の効果を奏することができるとともに、接地圧調節手段により、タイヤは汚泥層を貫通し、かつ、支持層を掘り下げることなく支持層上に接地するようになる。これにより支持層の泥を吸引することなく汚泥層の汚泥だけを効率よく回収できる。
なお、吸引部が汚泥層に埋没する配置となると汚泥を攪拌して巻き上げる畏れがあるので、吸引部が汚泥を回収する部分が汚泥層上面よりも上方に配置されることが好ましい。
【００１０】
請求項３記載の発明は、例えば、図１、３に示すように、請求項１または２記載の回収装置において、
前記吸引部は、吸引された回収物を回収するための回収パイプ１４を備え、
該回収パイプがフレキシブルな素材からなることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２と同様の効果を奏することができるとともに、回収装置が水底の起伏に沿って移動するにあわせて、回収パイプのフレキシブルさにより回収パイプの方向が自在に変わるようになり、さらに効率的よく回収できる。
【００１２】
請求項４記載の発明は、例えば、請求項１〜３のいずれか一つに記載の回収装置において、前記タイヤが着脱自在に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか一つと同様の効果を奏することができるとともに、水底地盤に応じて最適なタイヤを適宜選択できる。
例えば、タイヤ径が小さいために汚泥層に埋没すると、汚泥を攪拌して巻き上げる畏れがある。この場合には、タイヤが支持層に接地した状態でタイヤの上部が汚泥層から露出する程度に大径のタイヤを選択することが好ましい。
【００１４】
請求項５記載の発明は、例えば、図１、２に示すように、請求項１〜４のいずれか一つに記載の回収装置と、
前記回収物を回収する水域まで前記回収装置を運ぶための台船２０と、
前記回収装置により回収された回収物を回収場所（例えば、汚泥処理場６０）へ運ぶための搬送手段（例えば、空気圧送システム５０）と、
を備える回収システム１であることを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の発明によれば、請求項１〜４のいずれか一つと同様の効果を奏することができるとともに、台船により回収処理をおこなう水域まで回収装置を自在に運ぶことができ、回収された回収物は搬送手段により回収場所まで運ばれる。これにより、回収物を効率よく回収できる簡易なシステムが得られる。
【００１６】
請求項６記載の発明は、例えば、図１、２に示すように、請求項５記載の回収システムにおいて、
前記搬送手段は、空気圧送により前記回収物を前記回収場所へ運ぶ空気圧送システムであり、
該空気圧送システムは、コンプレッサを有する空気圧送システム本体５１と、該空気圧送システム本体から前記回収場所に至る搬送パイプ５２と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項６記載の発明によれば、請求項５と同様の効果を奏することができるとともに、空気圧送により回収物が回収場所へと迅速に運ばれ、回収の効率化にさらに寄与する。
【００１８】
請求項７記載の発明は、例えば、図１、２に示すように、請求項６記載の回収システムにおいて、
前記台船には、前記吸引手段と前記接地圧調節手段と前記空気圧送システム本体とが装備されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項７記載の発明によれば、請求項６と同様の効果を奏することができるとともに、必要な装置が台船にまとめて装備されてコンパクト化に寄与すると共に、所望の水域に移動させることも容易である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
〔第１の実施の形態〕
以下、図１〜３を参照して、本発明の第１の実施の形態の回収システム１を詳細に説明する。
回収システム１は、図１、２に示すように、砂質土などの安定した支持層Ｑと、支持層Ｑの表面付近（厚さが数ｃｍから数１０ｃｍ程度）にある浮遊状の汚泥（以下「浮泥」と称す）からなる汚泥層Ｒと、が堆積してなる水底地盤Ｐをもつ海域１００において「浮泥」を回収する。
【００２１】
図１、２に示すように、回収システム１は、水底地盤Ｐに着底して浮泥を回収する回収装置１０と、回収装置１０を曳航する台船２０と、空気圧送システム５０（搬送手段）とを主体に構成される。
空気圧送システム５０は、図示しないコンプレッサなどを有する空気圧送システム本体５１と、浮泥を陸上の汚泥処理場６０（回収場所）まで運ぶための搬送パイプ５２と、等から構成される。搬送パイプ５２は数カ所にフロート５２ａが取り付けられ水面に係留される。搬送パイプ５２を数１０ｋｍ程度の長さまで継ぎ足しても空気圧送システム５０により浮泥を好適に圧送できる。
【００２２】
図３に示すように、回収装置１０は、下方に向かって拡巾しかつ下面が開放される略半円錐状の外枠１１ａをもつ吸引部１１と、吸引部１１に浮泥を吸引させる吸引力を付与する真空ポンプ３０（吸引手段：図１参照）と、外枠１１ａのほぼ頂部から真空ポンプ３０まで接続される回収パイプ１４と、ほぼ水平に回転自在に配設されるシャフト１３と、シャフト１３の両端部に着脱自在に設けられると共に、吸引部１１の左右にほぼ平行に配設される左右１対のタイヤ１２と、タイヤ１２に空気を入れるためのコンプレッサ４０（接地圧調節手段：図１参照）とを主体に構成される。
図３に示すように、シャフト１３のほぼ中央に位置規制して設けられる軸受１３ａが外枠１１ａに固定される。外枠１１ａの背面から下方に傾斜してタイヤ１２の接地面に至る寸法の板材１１ｂが設けられる。板材１１ｂおよび回収パイプ１４は、周知の弾性材料（例えばゴム材料）などのフレキシブルな素材からなる。これにより、回収パイプ１４は、台船２０に曳航される回収装置１０にあわせて自在に向きを変えられると共に、板材１１ｂは水底地盤Ｐに穏やかに接触する。
タイヤ１２は図示しない空気供給部を備える。タイヤ１２は予め台船２０上でコンプレッサ４０により空気供給部から空気が封入され、所定の空気圧に保たれている。図示しない圧力センサによりタイヤ１２の空気圧が監視される。
【００２３】
以上の構成により、台船２０に曳航される回収装置１０は、回収パイプ１４が自在に向きを変えると共に、タイヤ１２接地面と吸引部１１下面とに間隔Ｌをあけた状態で、１対のタイヤ１２により水底地盤Ｐの起伏に沿いながらスムーズに移動する。
【００２４】
台船２０は、真空ポンプ３０と、コンプレッサ４０と、空気圧送システム本体５１と、海域１００における台船２０の位置を把握するためのＧＰＳアンテナ２１と等がまとめて装備されてコンパクト化が図られている。
【００２５】
以下、本発明の実施の形態の回収システム１による回収方法を説明する。
初めに、海域１００においてボーリング調査などによる事前調査を行う。支持層Ｑとそのうえの浮泥からなる汚泥層Ｒとでは含水比が大きく異なるため、支持力（圧縮強度）が大きく異なるが、ボーリング調査により支持層Ｑと汚泥層Ｒとの支持力を容易に把握できる。
【００２６】
事前調査により把握した支持力の差に基づいてタイヤ１２の空気圧を調節する。空気圧は以下の通りに設定する。図３（ａ）に示すように、回収装置１０には、吸引部１１が水もしくは汚泥を吸引するときに回収装置１０の水中にある部分を沈降させる方向に働く反力Ａと、回収装置１０の水中にある部分による自重Ｂと、タイヤ１２に封入される空気量に基づき回収装置１０の水中にある部分を上昇させる方向に働く浮力Ｃとが作用する。
ここで、タイヤ１２が水底地盤Ｐに接地する圧力（以下「接地圧Ｆ」と称す）は次の通りに定まる。
Ｆ＝Ａ＋Ｂ−Ｃ
予め台船２０上でコンプレッサ４０によりタイヤ１２に封入する空気圧を調整しておくことで、水中で回収装置１０に働く浮力Ｃを調整できる。これにより接地圧Ｆを自在に調整できる。すなわち、反力Ａと自重Ｂとの合力に対して浮力Ｃを調節することにより、タイヤ１２が水底地盤Ｐに接地する接地圧Ｆを調節する（接地圧調節手段）。
【００２７】
そして、接地圧Ｆは、汚泥層Ｒの支持力Ｄより大きく、かつ、その下の支持層Ｑの支持力Ｅより小さく設定しておく。
すなわち、Ｄ＜Ａ＋Ｂ−Ｃ（＝Ｆ）＜Ｅ
なお、支持力Ｄ、Ｅは事前調査により予め把握されている。
このように設定することで、図３（ａ）に示すように、タイヤ１２は汚泥層Ｒに入り込み、かつ、支持層Ｑの上面に僅かな圧力で接地する。これにより、タイヤ１２が支持層Ｑを掘り下げることを抑制できると共に、吸引部１１下方の浮泥が１対のタイヤ１２と板材１１ｂとからなる空間に仕切られる。従って、吸引部１１からは汚泥層Ｒの浮泥だけが吸引され、支持層Ｑの泥まで併せて吸引してしまうことが抑制される。また、真空ポンプ３０が生じる負圧が吸引部１１下方で仕切られた浮泥に効率よく作用する。こうして、回収装置１０が移動して巻き上げられる浮泥を最小限に防止でき、浮泥を効率よく回収できる。
【００２８】
さらに、図３に示すように、吸引部１１下面と汚泥層Ｒ上面とのあいだに間隔δがあくように接地させることが好ましい。
吸引部１１が汚泥層Ｒに入り込んだ状態で、回収装置１０を水底地盤Ｐに沿って移動させると浮泥が大きく巻き上げられる場合があるが、間隔δをあけることで、吸引部１１の浮泥を吸引する部分が汚泥層Ｒの上方に配置され、穏やかに浮泥を回収できる。なお、吸引部１１をシャフト１３に対する上下方向に昇降自在に構成すると共に、台船２０上から吸引部１１の昇降量を制御できるように構成しても良い。この場合には間隔δの調整がさらに容易である。
【００２９】
なお、タイヤ１２は汚泥層Ｒに埋没しない外径をもつタイヤ１２を選択する。本実施の形態では、タイヤ１２がシャフト１３の両端部に着脱自在に構成されており、外径を自在に選択できる。
この場合に、予めさまざまな外径をもつタイヤ１２を準備しておき、タイヤ１２に封入される空気圧と、この空気圧に基づいて回収装置１０の水中にある部分がうける浮力Ｃと、の関係をタイヤ１２ごとに把握しておく。また、タイヤ１２は接地圧Ｆを軽減できるように軽い素材から構成することが好ましい。これにより、浮力Ｃを調整して接地圧Ｆを調節できる自由度がより高まり、さらに広範な用途に応用できる。
【００３０】
次いで、回収装置１０を台船２０から水底地盤Ｐに着底させる。
タイヤ１２の空気圧が上述のように調整されているので、タイヤ１２は汚泥層Ｒに入り込み、かつ、支持層Ｑの上面に僅かな圧力で接地する。次いで、真空ポンプ３０により負圧を生じさせて吸引部１１から浮泥を回収する。浮泥は略半円錐状の外枠１１ａに沿って上方に吸い上げられて回収パイプ１４を介して台船２０上へと回収される。ここで必要に応じて、真空ポンプ３０による吸引力を微調整しても良い。その後、空気圧送システム５０により搬送パイプ５２を介して速やかに陸上の汚泥処理場６０へと運ばれ、汚泥処理場６０で適宜処理される。
【００３１】
なお、回収装置１０を台船２０から水底に着底させるには、真空ポンプ３０を作動させて回収装置１０を下降させる方向に働く反力Ａ（上述）を利用しても良い。この場合には、特別な構成を要さずとも真空ポンプ３０を作動させるだけで回収装置１０を容易に着底させられる。
【００３２】
こうして台船２０により回収装置１０を曳航しながら予定の領域の浮泥を回収していく。予定の領域の回収処理が完了したら、水底地盤Ｐから回収装置１０を引き上げる。
以上により、本実施の形態の回収システム１を用いて浮泥が効率よく回収される。
【００３３】
なお、台船２０上のコンプレッサ４０からタイヤ１２に至る空気供給路を設けても良い。この場合には、台船２０上からタイヤ１２への空気の出し入れを制御でき、回収装置１０を沈めたあとに空気圧を調節できる。
例えば、左右１対のタイヤに通じる中空部とこの中空部に空気を供給する供給口を有するシャフト１３と、シャフト１３の前記供給口とコンプレッサ４０とを繋ぐフレキシブルなホースと、ある大きさの空気圧がかかったときに開放してタイヤ１２に空気を供給する弁を有し、シャフト１３の端部から左右１対のタイヤ１２に至るスポーク状の供給路と、を備えて構成する。
【００３４】
また、タイヤ１２を駆動させるモータを設け、タイヤ１２を自走式に構成しても良い。さらに、ＣＣＤカメラ、光源などを設け、台船２０上で水底地盤Ｐの様子を監視できるように構成しても良い。
さらに、周知のセンサなどを用いてタイヤ１２の回転数を計測できるように構成しても良い。この場合には、回収装置１０の走行距離が簡易的に把握され、浮泥を回収した範囲を容易に把握できる。
【００３５】
さらに、吸引部１１下面の開放される部分の形状を小さくし、より穏やかに回収できるように構成しても良い。この場合には、浮泥の捲き上がりをより抑えられる。
【００３６】
なお、回収装置１０を台船２０から水底に着底させる便宜のために、回収装置１０を沈める自重をもつ錘（図示しない）を設けても良い。但しこの場合には、回収装置１０の水中にある部分の自重Ｂ（図３参照）を増加させ、タイヤ１２の接地圧Ｆを調節するためにより大きな浮力Ｃを作用させる必要がないように構成することが好ましい。例えば、着底するまでは回収装置１０と一体となり、着底したのちに回収装置１０から分離するように構成しても良い。さらに、回収装置１０を引き上げるときに錘を回収できるように、回収装置１０と錘とをロープなどで繋いでも良い。
【００３７】
以上の本発明の実施の形態の汚泥回収システム１によれば、コンプレッサ４０によりタイヤ１２の空気圧を調整することで接地圧Ｆを調節できる。これにより、タイヤ１２が支持層Ｑを掘り下げるなどして浮泥を巻き上げることが抑制され、浮泥だけを効率よく回収できる。さらに浮泥だけを選択的に回収できるので、汚泥処理場６０におけるその後の処理も容易である。
【００３８】
〔第２の実施の形態〕
以下、第２の実施の形態の回収システムを詳細に説明する。
第２の実施の形態の回収システムは、第１の実施の形態と同様の構成からなる回収システムであり、水底表面近傍にある酸素濃度が低い貧酸素水塊を採水する。水底付近の貧酸素水塊は魚などの水中生物が生活する障害となる場合があり除去する必要がある。なお、第１の実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
第２の実施の形態の回収システムによれば、第１の実施の形態と基本的に同様にして、タイヤ１２が水底地盤に接地する接地圧Ｆを調整することで、タイヤ１２が水底を大きく掘り下げることが抑制される。さらに、吸引部１１下面と水底表面との距離を容易にかつ高い精度で調節でき、吸引部１１が吸引する部分を貧酸素水塊の高さに位置合わせできる。これにより、貧酸素水塊とそれ以外の水とが混合されることなく、水底近傍の貧酸素水塊だけを効率よく採水して除去できる。
【００３９】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。すなわち、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、適宜に変更可能であることは勿論である。
回収システム１は上述のとおりに汚泥や貧酸素水塊を回収するにとどまらず、各種用途に転用できる。特に、水底近傍の水を攪拌したり表層付近の泥を巻き上げたりせず、水底表面近傍にある回収物だけを穏やかに回収する用途に適する。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、水底地盤付近の汚泥を巻き上げたり、水底地盤付近の水を混合したりすることなく、水底地盤付近の水や汚泥などの回収物だけを効率よく回収できる。特に、水底地盤表面付近の浮遊状の汚泥である「浮泥」を効率よく回収できる。
【００４１】
請求項２記載の発明によれば、請求項１と同様の効果を奏することができるとともに、支持層の泥を吸引することなく汚泥層の汚泥だけを効率よく回収できる。
【００４２】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２と同様の効果を奏することができるとともに、回収装置が水底の起伏に沿って移動するにあわせて回収パイプの方向が自在に変わりさらに効率的よく回収できる。
【００４３】
請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか一つと同様の効果を奏することができるとともに、水底地盤に応じて最適なタイヤを適宜選択できる。
【００４４】
請求項５記載の発明によれば、請求項１〜４のいずれか一つと同様の効果を奏することができるとともに、水底地盤付近の汚泥や水などの回収物を効率よく回収できる簡易なシステムが得られる。
【００４５】
請求項６記載の発明によれば、請求項５と同様の効果を奏することができるとともに、空気圧送により回収物が回収場所へと迅速に運ばれ、回収の効率化にさらに寄与する。
【００４６】
請求項７記載の発明によれば、請求項６と同様の効果を奏することができるとともに、必要な装置が台船にまとめて装備されてコンパクト化に寄与すると共に、所望の水域に移動させることも容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した一実施の形態の回収システム１を示す図である。
【図２】図１の回収システム１において台船２０から汚泥処理場６０の周辺を示す図である。
【図３】図１の回収装置１０を示す図である。
【符号の説明】
１ 回収システム
１０ 回収装置
１１ 吸引部
１２ タイヤ
１４ 回収パイプ
２０ 台船
３０ 真空ポンプ（吸引手段）
４０ コンプレッサ（接地圧調節手段）
５０ 空気圧送システム（搬送手段）
５１ 空気圧送システム本体
５２ 搬送パイプ
６０ 汚泥処理場（回収場所）
Ｃ 浮力
Ｄ 支持力
Ｅ 支持力
Ｆ 接地圧
Ｐ 水底地盤
Ｑ 支持層
Ｒ 汚泥層

Claims (7)

1. 水底地盤付近の汚泥や水などの回収物を回収する回収装置であって、
   前記回収物を吸引する吸引部と、該吸引部に前記回収物を吸引させる吸引力を付与する吸引手段と、空気圧を調整可能に空気を封入すると共に、前記水底地盤に接地して前記吸引部を移動させるタイヤと、を備え、
   前記タイヤに封入する空気圧を調整することにより前記タイヤが水中でうける浮力を調節し、前記タイヤが前記水底地盤に接地する圧力を調節する接地圧調節手段を備えることを特徴とする回収装置。
2. 請求項１記載の回収装置において、
   前記回収物は、支持層のうえに該支持層よりも軟弱な汚泥からなる汚泥層が堆積する水底地盤の前記汚泥であり、
   前記接地圧調節手段は、前記タイヤに封入する空気圧を調整することにより回収装置本体が水中でうける浮力を調節し、前記タイヤが前記水底地盤に接地する圧力を、前記汚泥層の支持力よりも大きく、かつ、前記支持層の支持力よりも小さくなるように調節することを特徴とする回収装置。
3. 請求項１または２記載の回収装置において、
   前記吸引部は、吸引された回収物を回収するための回収パイプを備え、該回収パイプがフレキシブルな素材からなることを特徴とする回収装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一つに記載の回収装置において、
   前記タイヤが着脱自在に設けられていることを特徴とする回収装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一つに記載の回収装置と、前記回収物を回収する水域まで前記回収装置を運ぶための台船と、前記回収装置により回収された回収物を回収場所へ運ぶための搬送手段と、を備えることを特徴とする回収システム。
6. 請求項５記載の回収システムにおいて、
   前記搬送手段は、空気圧送により前記回収物を前記回収場所へ運ぶ空気圧送システムであり、
   該空気圧送システムは、コンプレッサを有する空気圧送システム本体と、該空気圧送システム本体から前記回収場所に至る搬送パイプと、を備えることを特徴とする回収システム。
7. 請求項６記載の回収システムにおいて、
   前記台船には、前記吸引手段と前記接地圧調節手段と前記空気圧送システム本体とが装備されていることを特徴とする回収システム。

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