JP5578552B2 - 集砂装置 - Google Patents

Description

本発明は、下水処理設備の沈砂池において用いられる集砂装置に関するものであり、とくに、沈砂池の底面に堆積した土砂（以下、単に砂という。）を流すためのノズルへの流量調整及び通水・止水を行なう集砂弁群の取付構造の改良に関する。

下水処理設備においては、下水管により流入渠に集められる雨水や汚水等の下水を、ダム装置の開放により沈砂池に流入させ、その沈砂池の最上流側においてまずスクリーンにより夾雑物を取り除き、緩速流の間に砂を沈砂池に沈殿させた後、ダム装置を閉鎖して沈砂池への下水の流入を止めるとともに、砂を分離された下水を沈砂池の下流側にあるポンプ井に設置した排水ポンプにより排出して終末処理場等に移送して沈砂池内を排水状態にする一方、ノズル群から沈砂池の傾斜する底面に向けて低圧力水を噴射して、沈砂池の底面に堆積した砂を流し、その流した砂をさらに沈砂池の集砂ピットに集める低圧集砂方式の集砂装置が用いられている。

その集砂装置は、ダム装置による閉鎖後、排水ポンプにより沈砂池内の水を汲み出して排水し、沈砂池内の水面が所定高さまで下がったときに排水ポンプを止め、沈砂池の底部に沈砂池内の水流方向と平行に集砂ピット側が最も深くなるように形成してある主トラフの上端部に設けたノズルから低圧力水を吐出し、続いて、沈砂池の両側の側壁に沿って設けたノズル群から水を沈砂池の傾斜する底面に向けて噴射させることにより、沈砂池の底面に堆積した砂を主トラフに流し、さらにその主トラフから集砂ピットに流し込んで集めるように構成されている。集砂ピットに集められた砂は、集砂ピット内に設置した揚砂ポンプにより水とともに汲み上げて排除するように構成されている。
揚砂ポンプは、集砂ピット設置位置における水面が所定の高水位になったときに自動的に運転を開始し、その運転により水面が集砂ピット内の所定の低水位になると自動的に運転を停止して、沈砂池を排水状態に維持する機能をも有する。

排水状態でノズルから低圧力水を沈砂池の底面に噴射させて集砂を行なう低圧集砂方式の集砂方法及び装置は、特許文献１に開示されている。この低圧集砂方式は、非排水状態でノズルから高圧力水を水中に噴射させる高圧集砂方式の吐出圧よりも約２００分の１程度の格段に低い圧力で足りる利点がある。

上記集砂装置においては、ノズルに給水する給水ポンプに吐出圧の小さいものを使用できるようにするため、また、揚砂ポンプの負担を小さくするため、沈砂池の底面を主トラフの少なくとも片側において複数の領域に区分し、集砂ピットに近い領域から遠い領域の順に、順次一定時間ずつ噴射するようにしている。

そして、各領域における集砂を効率的に行なうために、複数のノズルを所定の間隔を持って取付けたノズルヘッダーを用いている。これは、部材コスト及び取付け施工コストの低減を可能にするので好ましい。一方、ノズルヘッダーを各領域に一つずつ設置したことに応じて、１個の給水ポンプから各ノズルヘッダーへの給水の開始・停止を行うための集砂弁を備えている。集砂弁は、各ノズルヘッダーのノズルからの噴射量を均一化するための流量調整弁とノズルヘッダーへの通水・止水を行う自動弁からなる切換弁とを直結してなっている。また、主トラフに集められた砂を集砂ピットに流すためにトラフの上端部に設けたノズルに対しても同様の集砂弁が備えられている。

流量調整弁は、一つの領域に必要な水又は主トラフに必要な水の供給量（一例として、２．０m³／min）を制御するので、かなり大型になるため、自動弁ではなく手動弁を用い、所定の工具を用いて手作業により流量調整を行なう必要がある。そのため、集砂弁は沈砂池の上面を覆う天井壁よりも上側に設置されるが、その天井壁には一定間隔で梁等の補強材が配置されているので、従来は、給水ポンプと一つの沈砂池の主トラフのノズル及び全領域のノズルヘッダーとを繋ぐ管路を上記天井壁に補強材の間において形成された長孔に整列させた状態で貫通し、その整列させた管路の天井壁よりも上側の部分にノズル及び各ノズルヘッダーの数に対応する数の集砂弁を取り付けていた。

特許第３３１５４８９号公報

図１１は従来の集砂装置における集砂弁の取付構造を示す沈砂池の断面図、図１２は図１１の集砂弁群の一部の拡大正面図、図１３は図１２のＸ５−Ｘ５線断面図、図１４は一つの集砂弁の断面図である。
図１１に示すように、沈砂池１０１の底面１０１ａを主トラフ１０６の両側において複数に分割した場合の各領域（ブロック）Ｂ２,Ｂ４，Ｂ６，Ｂ８に対して設置されたノズルヘッダーＨ２,Ｈ４，Ｈ６，Ｈ８のそれぞれを図外の共通の給水ポンプに結合する管路Ｐ２,Ｐ４,Ｐ６,Ｐ８に集砂弁Ｖ２,Ｖ４,Ｖ６,Ｖ８を取り付けている。図１１において、Ｗ１は沈砂池１０１の側壁、Ｗ２は沈砂池１０１の天井壁、１１１は補強材、１１２は天井壁Ｗ２に形成された長孔である。

各集砂弁は、図１４に示すように、流量調整弁Ｖａと切換弁Ｖｂとを直列に接続してなっている。流量調整弁Ｖａ及び切換弁Ｖｂは、流量調整弁Ｖａの流量調整時及び切換弁Ｖｂの故障時には、それぞれの弁体に接続されている被回転部材、例えば、流量調整弁及び切換弁がボール弁である場合は弁体であるボールｂ１,ｂ２に接続されているステムＳ１,Ｓ２を、例えばレンチなどで強制的に回転する必要があるが、従来の集砂弁群は、図１３に示すように、回転力を加える被回転部材（Ｓ１,Ｓ２）を、管路の整列方向Ｌに対して直角(θ１）方向に向けて(図１２及び図１３を参照)、しかも、全ての集砂弁を共通の高さに取り付けていた。図１２〜１４において、Ｍは切換弁Ｖｂを通水状態又は止水状態にするモータである。

図１１には示されていないが、紙面手前側に存在する沈砂池の底面の領域(Ｂ1, Ｂ３，Ｂ５，Ｂ７)に対して設置されたノズルヘッダー(Ｈ１， Ｈ３，Ｈ５，Ｈ７)のそれぞれを図外の共通の給水ポンプに結合する管路（Ｐ１,Ｐ３,Ｐ５,Ｐ７）にも、流量調整弁Ｖａと切換弁Ｖｂを直列に接続してなる集砂弁Ｖ１,Ｖ３,Ｖ５,Ｖ７が取り付けられている。

従って、図１２に例示するように、いずれかの流量調整弁Ｖａの流量調整を行うために調整工具Ｔ、例えばレンチを流量調整弁Ｖａの被回転部材、例えばボール弁のステムＳ１に装着すると（図１４のＴを参照）、通常のレンチの長さは一例として７５０ｍｍであるため、そのレンチの回動範囲内に隣の流量調整弁Ｖａが存在してその流量調整作業が妨害されるという問題があった。切換弁Ｖｂの故障発生時にその被回転部材に修理工具を装着する場合も同様の問題があった。

上記問題を解決するためには、各集砂弁を取付ける管路を屈曲して、隣り合う集砂弁の間隔（図１３のＤ）を広めるとか、各集砂弁の取付高さを交互に変えるとかが考えられるが、このような管路の屈曲や取付高さの交互変更などは、部材コスト又は加工コスト及び施工コストの増加を招き、施工も煩雑になる難点がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、部材コスト又は加工コスト及び施工コストの増加を招くことなく、従来と同様の施工により集砂弁群の取り付けが可能で、しかも、隣の集砂弁に妨害されることなく、円滑に流量調整弁の調整作業又は切換弁の修理作業を行うことができる集砂弁取付構造を備えた集砂装置を提供することにある。

本発明は、上記の目的を達成するため、底部に集砂ピットを備えた沈砂池と、複数個のノズルを等間隔をもって有し、前記沈砂池の底面を複数に区分した各領域のそれぞれに設置されたノズルヘッダーと、それらのノズルヘッダーに水を供給する給水ポンプと、前記ノズルヘッダーのそれぞれと前記給水ポンプとを結合する管路であって、整列させた状態で前記沈砂池の上方を覆う天井壁に設けた孔に貫通されたものと、前記管路のそれぞれに略同じ高さにおいて取付けられた、前記ノズルヘッダーへの給水量を調整する流量調整弁と通水・止水を行なう切換弁とを結合してなる集砂弁群とを備え、前記沈砂池の底面に堆積した砂を前記ノズルヘッダーのノズルより噴射される水により流して前記集砂ピットに集める沈砂池の集砂装置において、集砂弁群の各集砂弁の流量調整弁の弁体及び切換弁の弁体に接続された被回転部材の軸線を前記管路の整列方向に対して所定角度傾斜させて取付けたことを特徴としている。
前記所定の傾斜角度は、３０〜６０度であることが望ましく、とくに４５度が最も好ましい。

本発明によれば、各集砂弁の流量調整弁及び切換弁の弁体に接続された被回転部材の軸線を管路の整列方向に対して所定角度傾斜させて取付けたので、一つの流量調整弁又は切換弁の被回転部材を流量調整用工具により回転して流量調整作業を行なう場合、又は修理工具により修理作業を行なう場合に、隣りの流量調整弁又は切換弁により妨害されることなく、円滑に流量調整作業又は修理作業を行なうことができる。また、集砂弁間距離を従来よりも狭くすることができるから、沈砂池の天井壁に設ける孔の大きさを小さくすることができる。さらに、流量調整作業又は修理作業を容易にするために管路の曲げ加工等を必要としないので、部材コスト又は製造コスト及び施工コストの低減が可能である。
傾斜角度を３０〜６０度とした場合は、汎用性のある安価な集砂弁を用いることができる。

本発明の実施の形態に係る雨水処理設備の概略縦断面図である。 図１の沈砂池をその天井壁を取り除いて示す平面図である。 図２のＸ１−Ｘ１線断面図である。 図２のＸ２−Ｘ２線断面図である。 図２のＸ３−Ｘ３線断面図である。 沈砂池の底面を複数の領域に区分した例を示す概念図である。 ノズルの展開図である。 図２の沈砂池の給水系統を示す図である。 図５の集砂弁群の一部の拡大正面図である。 図９のＸ４−Ｘ４線断面図である。 従来の集砂装置の図７に対応する給水系統を示す図である。 図１１の集砂弁群の一部の拡大正面図である。 図１２のＸ５−Ｘ５線断面図である。 従来の集砂装置で用いていた集砂弁の断面図である。

次に、本発明を終末処理場のポンプ場における雨水処理設備に適用した場合の実施の形態について、図面を用いて説明する。

図１に示すように、雨水処理設備１００は、沈砂池１０１とポンプ井１０２とを有する。図１の左側にある流入渠(不図示)の下流側にゲート１０４Ａを介して沈砂池１０１が接続され、その沈砂池の下流側にポンプ井１０２が接続されている。前記ゲート１０４Ａは、沈砂池１０１の上流側に設置されて、沈砂池への雨水の流入を許容したり、阻止したりするものである。ポンプ井１０２には排水ポンプ１０３Ａが備えてある。

沈砂池１０１の底部１０１ｂの中央には最深位置に集砂ピット１０５が形成され、沈砂池１０1の底面は沈砂池１０1を画成する側壁Ｗ１の下端部から集砂ピット１０５側が深くなるように傾斜して形成されており、その沈砂池１０1の底部の幅方向（水流方向に直角な方向）中央部に沈砂池１０１の上流側端部から集砂ピット１０５までと、沈砂池１０1の下流側端部から集砂ピット１０５までそれぞれ集砂ピット１０５側が深くなるように傾斜する主トラフ１０６が形成されている。また、両側の側壁Ｗ１から集砂ピット１０５まで下り傾斜する斜面（以下、集砂ピット斜面という。）１０７が形成されている。

そして、主トラフ１０６及び集砂ピット斜面１０７によって、沈砂池１０１の底面１０１ｂは４つの領域に区分されている。各領域の底部の表面には、側壁Ｗ１側から主トラフ１０６に向けて等間隔をもって平行に延びる多数の小トラフ１０８が形成されている。

図示の実施の形態においては、底面１０１ｂの各領域は、さらにそれぞれ２つずつの領域に分割されて、図６及び図８に示すように、全部で８つの領域Ｂ１〜Ｂ８を有している。領域数は、後述される給水ポンプ１０３Ｂ及び揚砂ポンプ１０３Ｃの能力に応じて任意に設定することができる。

そして、図２及び図5に示すように、沈砂池１０１の底面１０１ｂの各領域Ｂ１〜Ｂ８の上方には、側壁Ｗ１の近傍においてノズルヘッダーＨ１〜Ｈ８が設置されている。各ノズルヘッダーＨ１〜Ｈ８は、いずれも同様に構成されていて、母管１０９に複数のノズル１１０を等間隔に取付けてなっている。

ノズル１１０は、いずれも同一の種類と形状のものが使用され、図７に示すように、その噴射口１１０ａは小トラフ１０８の間の底面に均等に散水されるように所定寸法の長円形に形成されている。また、個々のノズル１１０から噴射される水が隣接するノズルからの水と衝突して互いに干渉することにより、底部の洗浄機能を損なわないように、各ノズル１１０がそれぞれ小トラフ１０８の間の底面の直近上方に所定間隔を持って配設されている。

各ノズルヘッダーＨ１〜Ｈ８には、これをポンプ井１０２に設置されている給水ポンプ１０３Ｂに結合するための管Ｐ1〜Ｐ8の一端が接続され、その管Ｐ1〜Ｐ8は側壁Ｗ１の近傍を経て、沈砂池１０１の上面を覆う天井壁Ｗ２の隣り合う補強材１１１の間においてその天井壁Ｗ２に形成した細長い孔１１２の直前に集合され、その集合された管Ｐ１〜Ｐ８を整列させた状態で前記孔１１２に貫通して天井壁Ｗ２の上方まで延長され、その管Ｐ１〜Ｐ８の他端部は給水ポンプ１０３Ｂに接続されている給水管Ｐ１３に結合されている。そして、天井壁Ｗ２の上方まで延長して整列されている管Ｐ１〜Ｐ８のそれぞれに集砂弁Ｖ１〜Ｖ８が同じ高さに取付けられている。

図５及び図８の上側の左には、図６の領域Ｂ２,Ｂ４のノズルヘッダーＨ2，Ｈ4と領域Ｂ１,Ｂ３のノズルヘッダーＨ1，Ｈ3に対応する集砂弁Ｖ１,Ｖ２,Ｖ３,Ｖ４により構成された第１の集砂弁群ＶＧ１が示され、図５及び図８の上側の右には、図６の領域Ｂ６,Ｂ８のノズルヘッダーＨ6，Ｈ8と領域Ｂ５,Ｂ７のノズルヘッダーＨ5，Ｈ7に対応する集砂弁Ｖ５,Ｖ６,Ｖ７,Ｖ８により構成された第２の集砂弁群ＶＧ２が示されている。

いずれの集砂弁Ｖ１〜Ｖ８も同じ構成を有する。すなわち、給水ポンプ１０３Ｂからの圧力水の個々のノズルヘッダーＨ１〜Ｈ８への流量を調整するための流量調整弁Ｖａと個々のノズルヘッダーＨ１〜Ｈ８への通水・止水を行なう切換弁Ｖｂとを直結して構成されている。流量調整弁Ｖａには、流量が多いので、流量調整を手作業で行なう手動弁、例えば、ボール弁が用いられている。そして、いずれの流量調整弁Ｖａ及び切換弁Ｖｂも、弁体に流量調整工具、例えばレンチ等により回転力を加えるための被回転部材（例えば、ボール弁の場合はステムＳ１,Ｓ２）の回転軸線を、図９ないし図１１に示すように、管Ｐ1〜Ｐ8の整列方向Ｌに対して所定角度(θ２)傾けて取付けられている。

上記管の整列方向Ｌに対して傾斜させる角度θ２は、一つの流量調整弁Ｖａの流量調整作業及び切換弁Ｖｂの修理作業が隣りの流量調整弁Ｖａ又は切換弁Ｖｂにより妨害されない角度に設定される。流量調整弁Ｖａの種類により多少の変動はあるが、汎用の手動弁の場合は、その固定用フランジに設けられるボルト貫通孔の数が８個であるので、前記傾斜角度は４５度となる。

このように、各流量調整弁Ｖａを管路Ｐ1〜Ｐ8の整列方向Ｌに対して所定角度傾けて取り付けた場合は、図１０に一点鎖線で示すように、流量調整工具Ｔ、例えばレンチ等を被回転部材（Ｓ１）に嵌合又は係合して回転して流量調整作業を行なうときに、隣りの流量調整弁Ｖａ又は切換弁Ｖｂによりその流量調整作業が妨害されることがないという格別の効果が得られる。切換弁Ｖｂの修理作業を行なうときも、同様に隣りの流量調整弁Ｖａ又は切換弁Ｖｂによりその流量調整作業が妨害されることがない。

従って、管Ｐ1〜Ｐ8の設置間隔を従来よりも狭めることができ、これに伴い、天井壁W２に設ける長孔の長さを短くすることができるから、補強材１１１間の距離を気にすることなく管Ｐ1〜Ｐ8の設置ができる。また、天井壁の加工数を減らすことができる。

主トラフ１０６の最も高い位置、すなわち、主トラフの上流側端部及び下流側端部にも、それぞれノズル１１０ａ，１１０ｂが設けられ、それぞれのノズルに一端が接続されている管Ｐ９,Ｐ１０は、天井壁W2の孔１１２の下側でノズルヘッダーＨ１〜Ｈ４,Ｈ５〜Ｈ８の管Ｐ１〜Ｐ４,Ｐ５〜Ｐ８とそれぞれ集合され、同様に孔１１２の上方に貫通され、その管Ｐ９,Ｐ１０に集砂弁Ｖ９,Ｖ１０が他の集砂弁Ｖ１〜Ｖ4, Ｖ5〜Ｖ８と同様に取付けられて、第１及び第２の集砂弁群ＶＧ１，ＶＧ2にそれぞれ並設されている。

横トラフ１０７の両端部にもノズル１１０ｃが設けられ、そのノズルに一端が接続されている管Ｐ１１は、天井壁W2の孔１１２の下側で管Ｐ５〜Ｐ８,Ｐ１０と集合され、同様に孔１１２の上方に貫通され、その管Ｐ１１に集砂弁Ｖ１１が他の集砂弁Ｖ５〜Ｖ８,Ｖ１０と同様に管の整列方向に対して所定角度(θ２)傾けて取付けられて、第２の集砂弁群ＶＧ2に並設されている。

図５及び図８の１１０ｄは、集砂ピット１０５内の砂を撹拌して流動化させるためのノズルであり、他のノズルの場合と同様に一端が接続された管Ｐ１２がＷ２の孔１１２から上方に貫通され、その管Ｐ１２に集砂弁Ｖ１２が同様に管の整列方向Ｌに対して所定角度(θ２)傾けて取付けられて、第２の集砂弁群ＶＧ2に並設されている。

主トラフ用ノズルの管Ｐ１１及び集砂ピット撹拌用ノズルの管Ｐ１２は、第１群ＶＧ１と第２群ＶＧ2のいずれに並設されても良い。

上記各ノズルヘッダーの集砂弁については、試運転の際に、順次切換弁Ｖｂを通水側に駆動するとともに、流量調整弁Ｖａの被回転部材を流量調整工具により回転して、各ノズルからの各領域での噴射水量が均等になるように流量調整が行なわれる。このような流量調整は、運転後も各ノズルヘッダーのノズルの噴射状態を監視して必要な時にも行うことができる。

なお、沈砂池１０１の上流側直前には、夾雑物排除のための自動スクリーン１１３が設けられており、この自動スクリーン１１３により、例えば浮上物、水中浮遊物、小石や礫等の夾雑物が捕捉され、コンベアなどにより自動的に取り除かれる。また、沈砂池１０１の下流側端部には図１に示すように、濾過機１１４が設けられている。

図１及び図８の１０３Ｂは、ポンプ井１０２に設けられた給水ポンプであり、この実施の形態においては、この給水ポンプ１０３Ｂを稼動することにより、ポンプ井１０２内の水を集砂装置の前記ノズルヘッダーＨ１〜Ｈ８に供給する。

給水ポンプ１０３Ｂには、図８に示すように、リリーフ回路Ｐ１４が設けられ、そのリリーフ回路Ｐ１４に取付けられた切換弁１１６を開けることにより、給水ポンプ１０３Ｂからの水を沈砂池１０１に移送することができる。

給水ポンプ１０３Bからの水は、給水管Ｐ１３を経て各集砂弁群ＶＧ１,ＶＧ２に供給され、図示されていないマイクロコンピュータによる制御により各集砂弁Ｖ１〜Ｖ１２が所定の順序で駆動されて、所定のノズルヘッダーＨ１〜Ｈ８へ順次給水され、かつ、各トラフのノズル１１０ａ，１１０ｂ及び撹拌用ノズル１１０ｃに給水されて、沈砂池１０１での集砂動作が行なわれる。

揚砂ポンプ１０３Ｃは、沈砂池内に滞留する水の水面が集砂ピット１０５内に位置する排水状態を維持するように稼動するものであって、集砂ピット内の水面が所定の高水位以上のときは自動的に運転を開始し、集砂ピット内の水面が所定の低水位よりも低くなると、運転が自動的に止まるものである。

上記構成による集砂動作は、上記特許文献１に記載されているものと同一であり、また、本発明の要部と直接関係が無いので、ここでは詳述しない。

１００ 雨水処理設備
１０１ 沈砂池
１０１ａ 沈砂池の底部
１０３Ａ 排水ポンプ
１０３Ｂ 滞留水ポンプ
１０３Ｃ 揚砂ポンプ
１０５ 集砂ピット
Ｐ１〜Ｐ８ 管路
Ｈ１〜Ｈ８ ノズルヘッダー
１１０，１１０ａ〜１１０ｄ ノズル
ＶＧ１,ＶＧ２ 集砂弁群
Ｖ1〜Ｖ８ 集砂弁
Ｖａ 流量調整弁
Ｖｂ 切換弁
Ｍ 被回転部材
Ｗ１ 沈砂池の側壁
Ｗ２ 沈砂池の天井壁
１１２ 天井壁に設けた長孔

Claims (2)

1. 底部に集砂ピットを備えた沈砂池と、複数個のノズルを有し、前記沈砂池の底面を複数に区分した領域のそれぞれに設置されたノズルヘッダーと、それらのノズルヘッダーに水を供給する給水ポンプと、前記ノズルヘッダーのそれぞれと前記給水ポンプとを結合する管路であって、整列させた状態で前記沈砂池の上方を覆う天井壁に設けた孔に貫通されたものと、前記管路のそれぞれに前記天井壁の上方における略同じ高さにおいて取付けられた、前記ノズルヘッダーへの給水量を調整する流量調整弁と、前記ノズルヘッダーへの通水・止水を行なう切換弁とを直結してなる集砂弁群とを備え、前記沈砂池の底面に堆積した砂を前記ノズルヘッダーのノズルより噴射される水により流して前記集砂ピットに集める沈砂池の集砂装置において、
   前記集砂弁群の各集砂弁を、その流量調整弁及び切換弁の弁体に接続された被回転部材の軸線を前記管路の整列方向に対して所定角度傾けて取付けたことを特徴とする沈砂池の集砂装置。
2. 前記所定の傾斜角度は、３０〜６０度であることを特徴とする請求項１に記載の沈砂池の集砂装置。

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