JP4869908B2 - 沈砂洗浄設備と沈砂洗浄方法 - Google Patents

Description

本発明は、沈砂洗浄設備と沈砂洗浄方法に関し、詳しくは、被処理物を受け入れた沈砂槽から堆積物を吸い上げ洗浄タンクに送り込む真空ポンプと、前記沈砂槽から吸い上げられ送り込まれた前記堆積物を洗浄する洗浄タンクと、この洗浄タンクに洗浄水を導入する洗浄水供給機構と、前記洗浄タンクに空気を導入する空気供給機構とを有する沈砂洗浄設備とこれを用いた沈砂洗浄方法に関する。

し尿処理施設は、送られてきたし尿を処理して清浄な水として排水するが、し尿中には、砂等が含まれており、予め砂などの沈殿性固形物を除去する沈砂槽などからなる沈砂処理設備を設けている。沈砂槽によって固形物を除去した後のし尿を、更に受入槽に送給して処理する。その場合、沈砂槽を用いて沈降沈殿した堆積物は、沈砂槽外に配置したタンクに吸い上げて、これを別途処理する方式が一般的に採用されている（例えば、特許文献１）。

例えば、図２に示すように、搬入し尿などを投入する投入口（図示略）を上部に有する沈砂槽１に沈降・沈殿した堆積物（図示略）を槽外の洗浄タンク３０に吸い上げる場合、沈砂槽１に投入した揚砂管２から、真空ポンプＰを用いて吸引する方法がある。揚砂管２と真空ポンプＰとの間には、洗浄タンク３０、気液分離器４などを配置して、揚砂管２から吸引した沈砂を洗浄するため、洗浄タンク３０に沈砂槽１の固形物（沈砂）を送り込む。このような沈砂槽設備は、通常、１回／毎日〜毎週の割合で、定期的にバッチ運転されており、一定量の堆積した沈砂汚物を沈砂槽１の底部から吸い上げて、洗浄タンク３０に送給し、洗浄タンクが満杯になると、吸い上げ工程を完了する。沈砂槽１には、これに隣接して受入槽１０が設けられていて、固形物を除去した後のし尿を沈砂槽１から送給されて処理するようになっている。真空ポンプＰから排出される気体は高濃度脱臭ダクトを経て脱臭装置へ、液体は雑排水槽へと送られる。

また、堆積物を吸引除去する際、揚砂管２の先端周辺からは効率良く吸引できるものの、揚砂管２の先端から離れた位置にある堆積物に対しては、効率よく吸引することができず、吸引されずに沈砂槽の底部に堆積物が残存することは避けられない。

そこで、沈砂槽１内に、圧力水源２１から圧力水管５を通して圧力水を噴出させたり、コンプレッサあるいはブロワ装置２２から空気導入管６を通して空気を導入・噴出させたりして、堆積物を揚砂管２の周辺に集める試みがなされている。

一方、沈砂槽１の底部から吸い上げられた沈砂汚物を送給されて、上部の受入口３０ａから沈砂汚物を投入される洗浄タンク３０では、沈砂汚物を洗浄すべく洗浄水や空気を導入してバッチ式に洗浄し、洗浄した固形物を洗浄タンク下部の固形物排出口３０ｃから排出するようにしている。

洗浄タンク３０には、沈砂吸込ノズル、洗浄水を吹き込むノズル、空気を吹き込むノズル、洗浄排水をドレンする排水ノズル、洗浄後の固形物を排出するノズル、臭気吸引用ノズルなど、目的に応じた各種ノズル（管台）が取り付けられている。

洗浄水を吹き込むノズル、空気を吹き込むノズルは、洗浄タンク３０下部の断面略円錐状をしたコーン部３０ｂや固形物排出口３０ｃの近傍に１又は複数個設けられていて、圧力水源２３、圧縮空気発生源であるコンプレッサ２４と接続する、開閉弁などが設けられた配管１３，１４に接続している。そして、１又は複数個設けられた洗浄水を吹き込むノズル、空気を吹き込む空気洗浄ノズルから洗浄タンク３０の円周内壁に沿って水あるいは空気に旋回流を生じさせて、洗浄タンク内の洗浄効果を高める工夫がなされている。また、配管１３，１４に設けられている開閉弁は電動機Ｍが接続された自動弁になっていて、タイミングよく洗浄を自動的に行うようになっている。

このような洗浄タンクでは、沈砂槽１から固形物の送給が完了すると、コンプレッサ２４から送られてくる空気により空気撹拌を十分に行った後、静置し、液体部分である分離液を、排水配管２５を通して沈砂槽１に戻す。更に、圧力水源２３から水を洗浄タンク内に注水し、洗浄タンク内の汚水・し渣を洗浄タンク外に排出させ、再度空気撹拌し、ついで静置し、分離液を、排水配管２５を通して沈砂槽１に戻す動作を複数回繰り返して、洗浄タンク内の固形物を洗浄する。洗浄された固形物は、固形物排出口３０ｃから沈砂コンテナ３１に排出されて、フォークリフトなどにより所定場所に搬出される。図２において、図番８は洗浄タンク内の満水位を検知するレベルセンサであり、図番９は洗浄タンク内の圧力を検知する圧力計である。

特開平８−３８８１１号公報

このように、し尿などの原液に含まれる固形物は、汚染物の付着が強固であり、十分な洗浄を行うためには、強撹拌を必要としており、多量の空気や洗浄水を必要とする。しかも、静置したり排水したりする場合、空気撹拌を停止する必要があるので、細かい砂などが空気洗浄ノズル内に入り易く、しばしばノズルを閉塞させるという問題が生じる。コンプレッサによる圧縮空気の代わりにブロワによる空気の送給では、圧力が低いため、ノズルの閉塞を解消できないため、コンプレッサによる圧縮された高圧空気を使用せざるを得ないが、この場合は、空気使用量が多く、大動力を必要とするため、設備コスト、ランニングコスト共に大きくなり、洗浄処理に少なくないコストがかかるという問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑みて、洗浄タンクでの洗浄処理に格別大動力や大掛かりな設備を必要とせず、それでいて確実に洗浄タンクでの洗浄処理を実施可能な沈砂洗浄設備とこれを用いた沈砂洗浄方法を提供することにある。

上記課題は、各請求項記載の発明により達成される。すなわち、本発明に係る沈砂洗浄設備の特徴構成は、被処理物を受け入れた沈砂槽から堆積物を吸い上げ洗浄タンクに送り込む真空ポンプと、前記沈砂槽から吸い上げられ送り込まれた前記堆積物を洗浄する洗浄タンクと、この洗浄タンクに洗浄水を導入する洗浄水供給機構と、前記洗浄タンクに空気を導入する空気供給機構とを有していて、前記洗浄タンクの下部に、先窄まり状をしたコーン部、および該コーン部の先端に洗浄した固形物を排出する排出口を有し、
前記コーン部には、その周囲に前記洗浄水供給機構が接続され、該洗浄水供給機構から圧力水が供給され、旋回流を生じさせて固形物を洗浄するとともに、
前記排出口には、前記コーン部に沈積された固形物の排出を担う開閉機構Ａと、開閉機構Ｂを介して大気を導入する大気導入口を有する洗浄空気導入配管が接続された前記空気供給機構が備えられ、前記真空ポンプを起動させて前記洗浄タンク内の真空度が上昇したところで、前記開閉機構Ｂを開放して前記洗浄空気導入配管を通して前記大気を前記洗浄タンク内に導入し、前記洗浄タンク内部を撹拌・洗浄することにある。

この構成によれば、コーン部に接続された洗浄水供給機構からの洗浄水によって、コーン部に沈積した固形物を一層効果的かつ確実に洗浄可能にする。また、圧力水を供給し、旋回流を生じさせることによって、固形物の洗浄を促進できるようになっている。さらに、洗浄タンクに送り込まれた固形物を洗浄する際、洗浄タンクと接続されている真空ポンプを利用して洗浄タンク内を減圧しておき、洗浄タンク内の真空度が上昇したところで、開閉機構Ｂを開放すると常圧の空気が、洗浄タンク内に勢い良く導入されるので、コンプレッサやブロワなどのような強制的空気送給手段を用いることなく、洗浄タンク内の固形物の洗浄を効果的なものにできる。この真空ポンプは、沈砂槽の堆積物を吸引するものであり、その排気容量は十分に大きいため、強力に空気を導入して撹拌・洗浄することができる。従って、従来技術でのブロワを用いたときのような、細かい砂などが空気洗浄ノズル内に侵入して、ノズルを閉塞させるといったことがない。
また、空気撹拌と同時に洗浄水の注水による洗浄を行うことも可能となるので、洗浄タンク内の沈降した沈砂の洗浄に極めて効果的となる。この場合、注水された洗浄タンクに取り込まれた空気は、洗浄タンク内の減圧のため、大きな気泡に膨張し、撹拌効果は一層大きくなる。

その結果、洗浄タンクでの洗浄処理に格別大動力や大掛かりな設備を必要とせず、それでいて確実に洗浄タンクでの洗浄処理を実施可能な沈砂洗浄設備を提供することができた。

前記洗浄タンクの下部が、先窄まり状をしたコーン部を有していて、このコーン部に前記洗浄水供給機構および空気供給機構が接続されていることが好ましい。

この構成によれば、コーン部に沈積した固形物を一層効果的かつ確実に洗浄可能にする。また、前記洗浄空気導入配管には、更に、ブロワ空気導入機構が設けられ、前記洗浄完了後に空気を導入して排出口付近に残存した固形物を排出することが好ましい。
この構成によれば、固形物の排出を促進させることができる。また、この場合、ブロワから送る空気は少量でよいため、沈砂洗浄設備やこれに附帯する施設から排出される雑用空気などから分岐する程度でよい。

また、本発明に係る沈砂洗浄方法の特徴構成は、被処理物を受け入れた沈砂槽から堆積物を、下部に先窄まり状をしたコーン部、および該コーン部の先端に洗浄した固形物を排出する排出口を有する洗浄タンクに送給した後、前記コーン部の周囲に接続された前記洗浄水供給機構から圧力水を供給し、旋回流を生じさせて固形物を洗浄し、前記排出口と接続する開閉機構Ａを開放して前記コーン部に沈積された固形物を排出するとともに、洗浄タンク内を密閉状態にし、前記沈砂槽から洗浄タンクに堆積物を吸い上げた真空ポンプを起動させて前記洗浄タンク内を減圧し、前記排出口と接続する配管に設けられた開閉機構Ｂを開放して前記洗浄タンク内に大気を導入し、前記洗浄タンク内部を撹拌・洗浄することにある。

この構成によれば、コーン部周囲からの圧力水の旋回流による固形物の洗浄を促進させるとともに、および排出口から減圧状態の洗浄タンク内へ導入される空気による攪拌・洗浄によって、洗浄タンクでの洗浄処理に格別大動力や大掛かりな設備を必要とせず、それでいて確実に洗浄タンクでの洗浄処理を実施可能な沈砂洗浄方法を提供することができる。

前記空気を導入すると共に洗浄水を前記洗浄タンク内に注水することが好ましい。

この構成によれば、一層効果的に洗浄タンクでの洗浄処理を実施可能な沈砂洗浄方法を提供することができる。

本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る沈砂洗浄設備の概略全体断面構成を示す。図２に示した従来技術の沈砂洗浄設備と同様な機能を有する部材については、図２における部材と同一の番号を付してある。

この沈砂洗浄設備は、図１に示すように、被処理物であるし尿などに含まれる固形物（沈砂）を沈砂槽１から送給された後、この固形物を水洗浄および空気洗浄する洗浄タンク３を有している点などは従来技術と同様である。更に、この洗浄タンク３の下流側に配置されている真空ポンプＰの吸引力により、沈砂槽１に投入されている揚砂管（図示略）を介して固形物を洗浄タンク３に送給し、洗浄された固形物は沈砂コンテナ３１に搬出する点についても、従来技術と同様である。

洗浄タンク３は、上部に沈砂槽１に堆積した堆積物である固形物を受け入れる受入口３ａを有すると共に、下部に先窄まりとなったコーン部３ｂを有していて、コーン部３ｂの先端には洗浄した固形物を排出する排出口３ｃが設けられている。

洗浄タンク３の上部には、内部に溜まった高濃度の臭気を排出する臭気排出口３ｄが設けられており、この臭気排出口３ｄには、臭気弁Ｖ２を有する臭気配管１５が接続されている。臭気配管１５を通して洗浄タンク３内から発生した臭気は、脱臭装置１９に送られ脱臭処理される。臭気弁Ｖ２には、電動機Ｍが取り付けられて、図外の制御器からの指示により臭気弁Ｖ２を自動開閉させるようになっていることが好ましい。なお、図示はしないが、従来技術と同様に、洗浄タンク３の上部には圧力計、レベルセンサなどが取り付けられている。

洗浄タンク３には、沈砂槽１から固形物と共に汚水も送給されてくるため、底部に固形物が沈積した洗浄タンク３には汚水が満たされる。この汚水は洗浄タンク３内に静置され固形物を沈降した後、分離した上澄み液を洗浄タンク３の比較的上部に設けられた上部排水口３ｅから、電動機Ｍが取り付けられた自動開閉可能な上澄み液排水弁Ｖ４を介して受入槽１０に排水されるようになっている。

すなわち、沈砂槽１から固形物を吸い上げて洗浄タンクを満水位にしても、洗浄タンク３は一般に沈砂槽１より容量が小さいため、沈砂槽１内には未だ汚水や固形物（以下、固形物等ということがある）が残存している。そこで、一旦吸い込みが完了した固形物等を洗浄タンク３内で静置・沈降させ、分離した上澄み液のみを、上澄み液排出配管７を通して受入槽１０に排出する。

上澄み液を排出すると、洗浄タンク３内の満水位から上澄み液排出口３ｅの位置にまで水位が低下し、再度、沈砂槽１から堆積物を受け入れる余地が生じる。引き続き沈砂槽１からの吸い上げを開始する。沈砂槽１の内部が空になるまで、かかる作業を繰り返す。ここに、上澄み液排出口３ｅと、上澄み液排出口３ｅに設けられた排出弁Ｖ４と、この排出弁Ｖ４を開閉させる電動機Ｍと、上澄み液排出配管７などとは、上澄み液排出手段を構成する。

この場合、洗浄タンク３内に送給された固形物は、先窄まり状のコーン形をしたタンク底部のコーン部３ｂに順次沈積するが、コーン部３ｂは沈砂槽１の沈砂発生量に見合った容量（砂溜まり容量）が確保されている。コーン部３ｂに沈積された固形物は、コーン部３ｂの先端部に設けられた固形物排出口３ｃから適宜、固形物排出口３ｃに設けられた開閉弁Ｖ５の操作により排出される。コーン部３ｂには、圧力水源２３から圧力水配管１３を通して圧力水（洗浄水）を供給し、旋回流を生じさせて固形物の洗浄を促進できるようになっている。

図１では、コーン部３ｂに対して、その周囲４個所から洗浄水を、４個の仕切弁Ｖを介して供給するようになっているが、その数、位置などは洗浄効果の高い条件になるよう適宜選定される。圧力水源２３、圧力水配管１３などは、洗浄水供給機構を構成する。

更に、洗浄タンク３内に送給された汚水の一部を排除して洗浄タンク内を適量に維持するためドレン管１６が設けられていてもよく、この汚水は沈砂槽１に戻される。すなわち、上部排水口３ｅより下部にあって、洗浄タンク３内の汚水を排水する下部排水口３ｆが設けられており、この下部排水口３ｆは、沈砂槽１から送給された固形物と共に送られてくる汚水を、ドレン管１６を通して排除し、洗浄タンク内の内容物を適量にしたり、固形物を洗浄した後の排水を沈砂槽１に送給したりする。

コーン部３ｂ先端の排出口３ｃには、洗浄空気導入配管２０が接続されている。この洗浄空気導入配管２０は、図外の制御器からの指示により自動開閉可能にする電動機Ｍが取り付けられた、開閉機構である洗浄空気弁Ｖ３を介して大気を導入する大気導入口２０ａを有する。もっとも、洗浄空気弁Ｖ３の開閉を手動で行ってもよい。この洗浄空気導入配管２０をコーン部３ｂ先端の排出口３ｃに接続して大気を導入可能にすることにより、コンプレッサやブロワなどのような強制的空気送給手段を用いることなく、洗浄タンク３内の固形物の洗浄を効果的なものにする（後述）。また、大気導入口２０ａの先端には、消音用のサイレンサ１７を取り付けていることが好ましい。

洗浄空気導入配管２０には、更に、排出口３ｃから固形物排出時に空気を導入して固形物の排出を促進させるブロワ空気導入機構が設けられていて、空気送給配管１２が接続されていることが好ましい。このブロワ１１は、洗浄タンク３内の曝気・洗浄に使用するものではなく、洗浄完了後に排出口３ｃ付近に残存した固形物を排出する場合などに使用する。空気送給配管１２の途中には、ブロワ空気弁Ｖ１、流量計Ｆ、仕切弁Ｖなどが取り付けられている。この場合、ブロワ１１から送る空気は少量でよいため、沈砂洗浄設備やこれに附帯する施設から排出される雑用空気などから分岐する程度でよい。

次に、洗浄タンク３における固形物の洗浄方法について説明する。まず、沈砂槽１からの固形物等の送給を停止し、洗浄タンク３内を密閉状態にした後、真空ポンプＰを起動させて、洗浄タンク３内を減圧する。洗浄タンク３内の真空度が上昇したところで、洗浄空気弁Ｖ３を開放する。常圧の空気が、洗浄空気導入配管２０を通して洗浄タンク内に勢い良く導入される。この場合、洗浄タンク３内が減圧されているので、洗浄タンク３内に開口する洗浄空気導入配管２０の先端あるいは先端に取り付けられたノズル（図示略）内あるいはその周辺に、細かい沈砂や汚水が溜まっている場合でも、これらを吸引して洗浄タンク３内に放出させることができる。その結果、洗浄タンク３の底部から曝気することができ、洗浄タンク３内部を効果的に撹拌・洗浄できることになる。

真空ポンプＰは、沈砂槽の堆積物を吸引するものであり、真空ポンプＰの排気容量は十分に大きく、空気を導入して撹拌・洗浄する際には、洗浄タンク内が十分に減圧されているので、洗浄空気弁Ｖ３を開放すると、従来のブロワによる圧力差以上となり、従来技術でのブロワを用いたときのような、細かい砂などが空気洗浄ノズル内に侵入して、しばしばノズルを閉塞させるといったことがない。

そして、真空ポンプＰを連続運転することにより、洗浄タンク内を連続的に曝気・撹拌させることができるだけでなく、空気撹拌と同時に洗浄水の注水による洗浄を行うことも可能となるので、洗浄タンク内の沈降した沈砂の洗浄に極めて効果的となる。この場合、注水された洗浄タンクに取り込まれた空気は、洗浄タンク内の減圧のため、大きな気泡に膨張し、撹拌効果は一層大きくなる。上記洗浄工程を適当回数繰り返して適宜排水し、洗浄完了後は排出口３ｃより固形物排出を行う。

本実施形態の沈砂洗浄設備による沈砂洗浄方法による洗浄（実施例）と、従来の沈砂洗浄設備を用いた沈砂洗浄方法（比較例）とを比較して表１に示す。表１では、同等の洗浄効果が得られる洗浄条件で実施した結果を比較したものであるが、実施例では、洗浄回数、洗浄時間共に比較例に比べて少なくて済み、しかも洗浄用のコンプレッサが不要であり、設備全体を簡素化できると共に、省エネルギーを達成でき、洗浄コストの低減を図ることができた。

以上、本実施形態では、従来技術のように、空気撹拌するためのコンプレッサやブロワを必要とすることなく、それでいて洗浄タンク内の空気撹拌を従来技術以上に効果的に行うことが可能となる。また、洗浄タンク内での洗浄は、沈砂槽１から送られてきた固形物等を洗浄することを目的としているので、洗浄タンク３による洗浄工程は、専ら沈砂槽１から固形物等を送給された後の時間帯に行う。

本実施形態の沈砂処理設備および沈砂処理方法は、し尿処理施設のみならず、農業集落排水処理施設や小規模下水処理施設などに適用してもよい。

本発明の一実施形態に係る沈砂洗浄設備の概略正面断面構成図。 従来技術の沈砂洗浄設備の概略正面断面構成図。

符号の説明

１ 沈砂槽
３ 洗浄タンク
３ｂ コーン部
２０ 配管
Ｐ 真空ポンプ
Ｖ３ 開閉機構

Claims (4)

1. 被処理物を受け入れた沈砂槽から堆積物を吸い上げ洗浄タンクに送り込む真空ポンプと、前記沈砂槽から吸い上げられ送り込まれた前記堆積物を洗浄する洗浄タンクと、この洗浄タンクに洗浄水を導入する洗浄水供給機構と、前記洗浄タンクに空気を導入する空気供給機構とを有する沈砂洗浄設備において、
   前記洗浄タンクの下部に、先窄まり状をしたコーン部、および該コーン部の先端に洗浄した固形物を排出する排出口を有し、
   前記コーン部には、その周囲に前記洗浄水供給機構が接続され、該洗浄水供給機構から圧力水が供給され、旋回流を生じさせて固形物を洗浄するとともに、
   前記排出口には、前記コーン部に沈積された固形物の排出を担う開閉機構Ａと、開閉機構Ｂを介して大気を導入する大気導入口を有する洗浄空気導入配管が接続された前記空気供給機構が備えられ、前記真空ポンプを起動させて前記洗浄タンク内の真空度が上昇したところで、前記開閉機構Ｂを開放して前記洗浄空気導入配管を通して前記大気を前記洗浄タンク内に導入し、前記洗浄タンク内部を撹拌・洗浄することを特徴とする沈砂洗浄設備。
2. 前記洗浄空気導入配管には、更に、ブロワ空気導入機構が設けられ、前記洗浄完了後に空気を導入して排出口付近に残存した固形物を排出することを特徴とする
   請求項１記載の沈砂洗浄設備。
3. 被処理物を受け入れた沈砂槽から堆積物を、下部に先窄まり状をしたコーン部、および該コーン部の先端に洗浄した固形物を排出する排出口を有する洗浄タンクに送給した後、前記コーン部の周囲に接続された前記洗浄水供給機構から圧力水を供給し、旋回流を生じさせて固形物を洗浄し、前記排出口と接続する開閉機構Ａを開放して前記コーン部に沈積された固形物を排出するとともに、洗浄タンク内を密閉状態にし、前記沈砂槽から洗浄タンクに堆積物を吸い上げた真空ポンプを起動させて前記洗浄タンク内を減圧し、前記排出口と接続する配管に設けられた開閉機構Ｂを開放して前記洗浄タンク内に大気を導入し、前記洗浄タンク内部を撹拌・洗浄する沈砂洗浄方法。
4. 前記空気を導入すると共に洗浄水を前記洗浄タンク内に注水する請求項３記載の沈砂洗浄方法。

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