JP5728723B2 - 揚砂方法 - Google Patents

Description

本発明は、下水処理施設の沈砂池の底面に沈殿した砂（沈砂）を圧力水の噴射により集砂ピットに集砂し、その砂を揚砂装置により吸引して移送する揚砂方法に関する。

従来、下水処理施設における雨水ポンプ場の雨水沈砂池には、雨水沈砂池の底面に沈殿した砂を所定の場所まで移送するためのジェットポンプからなる揚砂装置が設けられている。この揚砂装置におけるジェットポンプの吸引口は雨水沈砂池の底面の最も低い位置に設けられた集砂ピットに設けられる。したがって、ジェットポンプが駆動されると、集砂ピット内の砂は吸引口から吸引され、配管を介して所定の場所まで移送される。

また、上記ジェットポンプを用いた揚砂装置は、高圧水を駆動源とするために動力費がかさむので、動力費の安価な渦巻羽根式の揚砂ポンプを用いる揚砂装置も存在する。

この揚砂ポンプを用いる揚砂装置においては、揚砂ポンプの吸引口を集砂ピットの底面付近に位置させて設けられる。したがって、揚砂ポンプが駆動されると、集砂ピット内の砂は吸引口から吸引され、配管を介して所定の場所まで移送される。

上記揚砂装置により集砂ピット内の砂を吸引し、所定の場所まで移送するときは、ジェットポンプ又は揚砂ポンプのいずれを用いる場合にも、沈砂池底面の沈砂を集砂ノズルからの圧力水の噴射により流下させ、集砂ピットに集砂する必要がある（先行技術文献は特にない。）。

（１）集砂開始時の水位の問題
集砂ノズルからの圧力水の噴射による集砂を開始する時の沈砂池内の水位が沈砂池とポンプ井の間に設けてある連設部の頂と等しい高いレベルである場合は、揚砂装置による揚水の移送量が増加するので不経済であるばかりでなく、水圧に打ち勝って沈砂を移動させて集砂しなければならないので、集砂ノズルからの圧力水を高圧で長時間噴出させる、高圧による集砂（以下、「高圧集砂」という。）を行う必要がある。高圧集砂は、高圧力を生むためにランニングコストがかかるばかりでなく、構成機器も多くなる。また、高圧集砂を行うと、圧力水の噴射量が多くなり、水中に沈砂の一部が舞い上がって浮遊し、その後に再度沈降して堆積するため集砂効率も低下する欠点がある。さらに、高圧水による下水ミストの発生も衛生的にみて大きな問題である。

（２）揚砂ポンプ駆動開始時の問題
また、上記従来の揚砂装置においては、集砂ピット内に砂が存在するにもかかわらず、ジェットポンプ又は揚砂ポンプが駆動を開始しても、砂を十分に吸引することができず、したがって、砂の移動を十分に行うことができないという不具合があった。

その原因としては、ジェットポンプ又は揚砂ポンプが駆動を開始したときに、集砂ピットに沈殿堆積している砂によってその吸引口が塞がれて、水も沈砂も吸引できないためである。

そこで、本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、集砂ノズルからの圧力水を低圧で噴射させて集砂を行う低圧集砂を行うことができるとともに、沈砂池の底面に堆積した砂を最少限の圧力水の噴射により高効率的に除砂できるようにした揚砂方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、下水処理施設の沈砂池の底面に沈殿した砂を圧力水の噴射によりトラフを経由して集砂ピットに集砂し、その砂を揚砂装置により吸引して移送する揚砂方法において、（ａ）沈砂池の水位が沈砂池とポンプ井の間に設けてある堰の上面と等しくなるまで排水されたとき、集砂ピット内の揚砂装置の吸引口の近くに圧力水を噴射してその吸引口の近くに堆積した砂を一定時間撹乱し、（ｂ）その後、揚砂装置を駆動させて攪乱されている砂と水を吸引して水面が集砂ピット内に位置する排水状態としつつ、（ｃ）集砂ピットにつながるトラフから集砂ピットに向かって圧力水を噴射して、トラフ内に堆積した砂を集砂ピット内へ導いた後、（ｄ）沈砂池の底面に沈殿した砂に圧力水を噴射してトラフへ流下させることを特徴とする。

本発明の揚砂方法は、まず、沈砂池の水面が沈砂池とポンプ井の間に設けてある堰の上面と等しくなるまで排水されたとき、下流側である集砂ピットの揚砂装置の吸引口の近くに堆積した砂を一定時間撹乱して流動状態とし、その流動状態の砂と水を揚砂装置により吸引するので、集砂ピットに沈殿堆積している砂によって揚砂装置の吸引口が塞がれることがなく、砂が下流側である集砂ピットから先に円滑に除砂される。そして、水面が集砂ピット内に位置する排水状態としつつ、集砂ピットにつながるトラフ内に堆積した砂を集砂ピット内へ導き、その後、上流側である沈砂池底面に沈殿した砂を圧力水の噴射によりトラフへ流下させるので、沈砂池の底面に堆積した土砂を効率よく集砂ピットへ集砂することができる。すなわち、砂が下流側である集砂ピットから先に除砂され、その除砂されたところに順次上流側の土砂が流されるので、上流側の土砂が下流側の土砂の上に堆積することなく、除砂することができる。したがって、沈砂池の底面に堆積した砂を最少限の圧力水の噴射により高効率的に除砂することができる。

本発明の揚砂方法が適用される沈砂池を示すものであって、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）は（ａ）の一部平面図である。 図１（ｂ）のイ−イ線断面図である。 制御動作を示すフローチャートである。 沈砂池及びポンプ井の概略断面図である。 図４の左側部分の平面図である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図４に示すように、沈砂池１は、周知の沈砂池と同様に、沈砂池１の一方側（図４の左側）から雨水が流入し、砂を沈降分離した雨水は沈砂池１の他方側から沈砂池１に連設するポンプ井３０に流出するように形成されている。図１（ｂ）を用いてさらに説明すると、図１（ｂ）の紙面上方側から雨水が流入したとすると、砂を沈降分離した雨水は、図１（ｂ）の紙面下方側から流出することとなる。

沈砂池１の底面１ａの形態は、底面１ａのほぼ中央位置に設けられたその底面１ａより一段と低い偏平な底を有する集砂ピット２に、底面１ａ上の砂（図示せず）を寄せ集めることができるように形成されている。すなわち、その底面１ａは、図１（ａ）に示されるように、雨水の流入方向の中央線が最も低くなるように傾斜しており、また、図２に示されるように、集砂ピット２の部分が最も低くなるように傾斜している。したがって、集砂ピット２に対して上流側である底面１ａ上の砂は、その底面１ａ上に後述される集砂ノズルから圧力水を噴射させると、図１（ｂ）に矢印で示されるように、底面１ａに対して下流側である集砂ピット２に流下して寄せ集められてくる。

揚砂ポンプ１０は、渦巻羽根を有する周知の水中ポンプからなり、下水処理施設で水中汚泥ポンプとして使用されていたものを用いることができる。この揚砂ポンプ１０は、吸引口１１を下向きに、すなわち、吸引口１１を集砂ピット２の底面に向けて、吐出管１２及びサポート１３を介して沈砂池１に設けられている。

揚砂ポンプ１０の吸引口１１と集砂ピット２の底面２ａとの間に、撹乱ノズル２０ａ，２０ｂが、吸引口１１の互いに反対側において、後記中央トラフ１ｂから集砂ピットに流入する砂の流れを妨げない位置に設置されている（図１の（ｂ）参照。)。また、撹乱ノズル２０ａ，２０ｂは、その噴射方向が揚砂ポンプ１０の吸引口１１を中心にしてほぼ対向するように配置されている。従って、噴射方向が吸引口１１の中心を中心とする円の互いに反対側の位置において互いに反対向きのベクトルを与えるので、撹乱ノズル２０ａ，２０ｂからの噴射により吸引口の近くに沈殿した砂が良く撹乱され、効率良く吸引口に吸引される。

図４に示すように、沈砂池１に連設するポンプ井３０には、排水ポンプ３１と、それとは別に滞留水ポンプ３２が設けられている。この滞留水ポンプ３２により汲み上げられた雨水等の下水は、図示されていない切換弁を介して沈砂池１の底面１ａに堆積した砂を集砂ピット２に向けて流出させるように圧力水を噴出させる集砂ノズル４０，４１，４２に供給される。
なお、図示しないが、揚砂ポンプ１０、撹乱ノズル２０ａ，２０ｂへ圧力水を供給する図示しないポンプ、及びそれら撹乱ノズル２０ａ，２０ｂに圧力水を供給する供給管２１ａ，２１ｂにそれぞれ設けられている弁等は、沈砂池１を統括的に制御するプログラマブルコントローラを中心に形成される図示しない制御器によって駆動制御されるように構成されている。

図３に基づいて、集砂及び揚砂の手順について詳述する。

まず、ゲート５０を閉めて沈砂池１への下水の流入を停止する（ステップ１。以下、ステップを「Ｓ」と記す。）。次に、滞留水ポンプ３２によって、前記切換弁を介して不図示の汚水沈殿池や流入渠等に排水する（Ｓ２）。

沈砂池１は連設部６０を介してポンプ井３０に連設されているため、図４を用いて説明すれば、連設部６０の頂レベルであるレベルＬａまで滞留水ポンプ３２で排水されるが、沈砂池１のレベルＬａ以下の滞留水は排水されない。換言すると、本発明では、滞留水ポンプ３２によりポンプ井３０と沈砂池１の滞留水をレベルＬａまで排水するようにした（Ｓ２〜Ｓ４）。

上記のように、沈砂池１への雨水の流入が停止され（Ｓ１)、沈砂池１の滞留水をレベルＬａまで排水する工程（Ｓ２〜Ｓ４）が終了すると、供給管２１ａ，２１ｂに設けられている図示しない弁がそれぞれ開かれて撹乱ノズル２０ａ，２０ｂから圧力水の噴射が開始されるとともに、図示しない第１のタイマＴ１のカウントが開始される（Ｓ５）。第１のタイマＴ１のタイムアップ後、揚砂ポンプ１０が駆動されるとともに、第２のタイマＴ２のカウントが開始される（Ｓ６，Ｓ７）。

撹乱ノズル２０ａ，２０ｂから圧力水が噴出されると、噴射方向が吸引口１１の中心を中心とする円の互いに反対側の位置において互いに反対向きのベクトルを与えるため、ノズルからの噴射力が相殺されることなく、有効に利用されるので、その吸引口１１付近に堆積していた砂が撹乱され、その撹乱は、集砂ピット２全体に徐々に広がる。したがって、吸引口１１からは、水に同伴されて砂が効率よく吸引されて吐出管１２を介して所定の場所へ移送される。

第２のタイマＴ２のタイムアップ後、例えば、第２のタイマＴ２が開始してから１分後に撹乱ノズル２０ａ，２０ｂの弁がそれぞれ閉じられる（Ｓ９）。すなわち、圧力水の噴射が停止される（Ｓ８のＹ、Ｓ９）。撹乱ノズル２０ａ，２０ｂが閉じられて撹乱ノズル２０ａ，２０ｂからの噴出水がなくなっても、揚砂ポンプ１０の駆動により吸引口１１の付近は流動化しているので、砂は、吸引される水に同伴されて効果的に排出される。

このように、撹乱ノズル２０ａ，２０ｂからの圧力水の噴射は、揚砂ポンプ１０の吸引口１１付近の堆積した砂を破壊して撹乱するだけで足りるので、撹乱時間は揚砂ポンプ１０の運転の開始前からの短い時間で足りる。したがって、揚砂ポンプ１０の運転中、常に撹乱ノズル２０ａ，２０ｂからの圧力水の噴射を継続する必要がないので、運転コストを低下させることができる。

揚砂ポンプ１０による集砂ピット２からの砂と水の排出が終了すると、すなわち、集砂ピット２内に設けられている図示しない水位計が所定の下限水位を検出すると（Ｓ１０のＹ）、揚砂ポンプ１０の駆動は停止される（Ｓ１１）。

次に、集砂ノズル４０，４１，４２の弁を順次開けて、集砂を行う（Ｓ１２）。さらに詳述すると、中央トラフ１ｂの上端部に設けた集砂ノズル４０から中央トラフ１ｂに圧力水を噴射して中央トラフ１ｂに堆積した沈砂を集砂ピット２内へ導き、中央トラフ１ｂを洗浄する。中央トラフ１ｂは、集砂ピット２につながる最終的かつ主なトラフであることから、雨水受入れ時の沈砂による埋没を防ぐためである。

そして、以降は、中央トラフ１ｂに連通し、かつ沈砂池底面に設けられて中央トラフ１ｂと直交する複数の小トラフ１ｃ間に設けられた集砂ノズル４１，４１…と、前記集砂ノズル４０，４０を交互に噴出させる。集砂ノズル４１，４１…は、中央トラフ１ｂの延在方向に直交する方向に圧力水を噴出させる。この集砂ノズル４１，４１…と、集砂ノズル４０，４０を交互に噴出させることによって、小トラフ１ｃ、中央トラフ１ｂを介して集砂ピット２への集砂が行われる。

なお、沈砂池の底面１ａの面積が大きい場合は、底面１ａが適宜複数個の領域に区分され、各領域の複数個の集砂ノズル４１，４１…を区分単位で集砂ノズル群としてまとめられ、各集砂ノズル群からの圧力水の噴出が集砂ピット２に近い方から順に行われる。

最後に、集砂ピット２に連なる横トラフ２ｂに設けられた集砂ノズル４２，４２によって集砂ピット２付近の沈砂池の池幅方向に堆積した砂を集砂ピット２に集砂する。上記集砂ノズル４０，４１，４２の弁の順次開放により集砂ピット２内の水位計が所定の上限水位を検知した時は、揚砂ポンプ１０は駆動を再開され、その駆動再開に伴い前記水位計が所定の下限水位を検出した時は、揚砂ポンプ１０は駆動を停止される。集砂ノズル４２，４２からの噴出が終了した後は、前記水位計が所定の下限水位を検出した時、揚砂ポンプ１０が駆動を停止される。これにより、揚砂ポンプ１０による揚砂が完了する。
すなわち、揚砂ポンプ１０は、駆動を開始してから揚砂完了時の駆動停止までの間は、集砂ピット２内の水位の変動に応じて、前記水位計の上限水位検知で駆動を再開し、下限水位検知で駆動を停止するように制御される。

上述の例では、揚砂ポンプ１０として渦巻羽根を有する周知の水中ポンプを示したが、ジェットポンプであっても良いことはもちろんである。また、集砂ピット２内のノズルは２本としたが、３本以上であってもよい。

また、上述の例では、撹乱ノズル２０ａ，２０ｂを２個のタイマＴ1 ，Ｔ2 を設けて揚砂ポンプ１０の駆動前後に亘って駆動させたが、タイマを１個とし、揚砂ポンプ１０の駆動開始前の所定時間、駆動させるようにしてもよい。しかし、上述のように、揚砂ポンプ１０の駆動前後に亘って撹乱ノズル２０ａ，２０ｂを駆動させるようにすると、揚砂ポンプ１０による流動化と撹乱ノズル２０ａ，２０ｂによる流動化との相乗効果により、より撹乱作用を高めることができる。

上述の、滞留水ポンプ３２による排水により沈砂池１のレベルＬａ以下の滞留水が排水されない状態においては、揚砂ポンプによる揚水の移送量が増加し不経済であるばかりか、水圧に打ち勝って沈砂を移動させて集砂しなければならず、集砂ノズル４０，４１，４２からの圧力水を高圧で噴出させる、高圧集砂を行う必要が生じるが、高圧集砂は、多量の高圧力水を必要とし、かつ高圧力を生むためにランニングコストがかかるばかりか、構成機器も多くなり、高圧集砂を行うと、水中に沈砂の一部が舞い上がって浮遊し、その後に再度沈降して堆積するため集砂効率も低下する欠点があり、さらに、高圧水による下水ミストの発生も衛生的にみて大きな問題であることは、既述したとおりである。

そこで、これらの問題点を解決するため、本発明においては、ドライ状態（排水状態）における集砂及び揚砂、さらには集砂ノズルからの圧力水を低圧で噴出させる集砂(低圧集砂)を行うこととした。
ここで、「ドライ状態」とは、沈砂池１内の水位が揚砂ポンプ１０の高負荷や高圧集砂が必要とならない範囲にある状態をいい、本発明の実施の形態では、中央トラフ１ｂの底部レベル（底部の上端部から下端部までの間）以下の水位としている。

上述のごとく、本発明の実施の形態においては、揚砂ポンプ１０の吸引口１１の近くに沈殿した砂に圧力水を撹乱ノズル２０ａ，２０ｂから噴射して一定時間撹乱させた後、揚砂ポンプ１０を駆動させてレベルＬａ以下の滞留水を排水する。このときの撹乱ノズル２０ａ，２０ｂには滞留水ポンプ３２によって汲み上げられた水を使用することが好ましい。そして、集砂ピット２内の所定の下限水位まで排水されたなら揚砂ポンプ１０の駆動を停止させる。
そして、上述のように、排水状態になった時に集砂すなわち集砂ノズルからの圧力水噴出が行われ、沈砂池の水位が所定の下限水位になったことによる揚砂ポンプ１０の駆動停止と、続く集砂とにより沈砂池の水位が所定の上限水位まで上がった時に揚砂ポンプの駆動が再開され、その駆動再開により水位が所定の下限水位に下がった時に、揚砂ポンプ１０の駆動が停止される。

１ 雨水沈砂池（沈砂池）
１ａ 雨水沈砂池の底面
１ｂ 中央トラフ
１ｃ 小トラフ
１ｄ 横トラフ
Ｌａ 連設部の頂のレベル
２ 集砂ピット
２ａ 集砂ピットの底
１０ 揚砂ポンプ
１１ 吸引口
１２ 吐出管
２０ａ，２０ｂ 撹乱ノズル
２１ａ，２１ｂ 供給管
４０，４１，４２ 集砂ノズル

Claims (1)

1. 下水処理施設の沈砂池の底面に沈殿した砂を圧力水の噴射によりトラフを経由して集砂ピットに集砂し、その砂を揚砂装置により吸引して移送する揚砂方法において、
   （ａ）前記沈砂池の水位が前記沈砂池とポンプ井の間に設けてある堰の上面と等しくなるまで排水されたとき、前記集砂ピット内の前記揚砂装置の吸引口の近くに圧力水を噴射してその吸引口の近くに堆積した砂を一定時間撹乱し、
   （ｂ）その後、前記揚砂装置を駆動させて攪乱されている砂と水を吸引して水面が前記集砂ピット内に位置する排水状態としつつ、
   （ｃ）前記集砂ピットにつながるトラフから前記集砂ピットに向かって圧力水を噴射して、前記トラフ内に堆積した砂を前記集砂ピット内へ導いた後、
   （ｄ）前記沈砂池の底面に沈殿した砂に圧力水を噴射して前記トラフへ流下させることを特徴とする揚砂方法。

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