JP5866659B2

JP5866659B2 - 浸透取水設備

Info

Publication number: JP5866659B2
Application number: JP2011270848A
Authority: JP
Inventors: 等三村; 野林; 誠一郎田中; 貴大水内
Original assignee: Nagaoka Co Ltd
Current assignee: Nagaoka Co Ltd
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2016-02-17
Anticipated expiration: 2031-12-12
Also published as: JP2013122138A; CN103157307A

Description

本発明は、河川、湖、海などで取水する場合に、直接取水するのではなく、底面の砂層などを通じて浸透水として埋設集水管により取水するための浸透取水設備に関する。

河川敷や河床下等に埋設した巻線形スクリーン管や有孔管渠によって伏流水や自由地下水を取水する等、河川、湖、海等の底面の砂層等を通じて浸透水を埋設集水管により取水するために種々の浸透取水設備が用いられている。その代表的なものは、特許文献１の第１３図に示されるような集水埋渠の周囲を所定粒径の砂利とするとともに外側に向かってその粒径を段階的に小さくして埋設砂利層を形成し、その上に掘削した土砂を埋め戻して土砂層を形成する構造のものである。取水時にはこの土砂層は水中のごみ等を濾過する濾過層として機能する。日本水道協会発行の水道施設設計指針によれば、埋設砂利層は下から順に大砂利、中砂利、小砂利の３層からなり、大砂利層の砂利の粒径は４０〜５０ｍｍ、中砂利層の砂利の粒径は３０〜４０ｍｍ、小砂利層の砂利の粒径は２０〜３０ｍｍが適当とされている。

浸透取水設備において、取水時に集水埋管に求められるのは集水埋管の大開口率と低流入速度である。すなわち集水埋管の開口率が大きければ所定の取水量を得るための水の集水埋管への流入速度を遅くすることができ、集水埋管の目詰まりをその分低減することができる。

一方長期間取水を続けると透過取水設備の濾過層に河川中を流されてくる泥や細かい砂やゴミ等が詰まって水の流路を閉塞させ、取水量が減少するいわゆる目詰まり現象が生じる。また、これらの泥や砂のほか濾過層の土砂の一部が埋設砂利層にも侵入して埋設砂利層の目詰まりをも生じさせる。

このような濾過層や埋設砂利層の目詰まりを解消させるには、集水埋管に逆流洗浄水供給源からの逆流洗浄水を給水し、集水埋管を逆流洗浄水供給管として使用することにより、この逆流洗浄水供給管から上向流として噴射される洗浄水によって埋設砂利層および濾過層を洗浄することが可能である。

このように集水埋管を逆流洗浄水供給管として使用する場合は、目詰まりを解消するために管からの洗浄水が濾過層に向けて均一に供給されることが必要不可欠な要件であるが、管の開口率が大きいと、大量の洗浄水が埋設砂利層の下層の大砂利層の中で砂利間の隙間が比較的に大きい数箇所に集中して流れる傾向があり、逆流洗浄水に偏流が生じる結果、逆流洗浄水が濾過層に向けて均一に供給されず、濾過層や埋設砂利層の目詰まりが部分的にしか解消しないということがわかっている。

したがって、従来の浸透取水設備においては、集水埋管を逆洗時に逆流洗浄水供給管として使用することは行われておらず、濾過層および埋設砂利層の逆流水による洗浄時には、別途逆洗浄用の配管を用いて逆流洗浄水による洗浄を行うか、あるいは、上記特許文献１記載のように集水埋渠の上側の砂利層内に圧搾空気供給手段からの圧搾空気が供給される空気噴出管を配設し、該空気噴出管から噴出される圧搾空気によって生じた気泡によって埋設砂利層および濾過層の目詰まりを解消する。このように、従来の浸透取水設備においては、高い開口率を有する巻線形スクリーンを使用した集水埋管による最適集水を達成する場合は、濾過層や埋設砂利層の目詰まり解消のための洗浄を行うために別途逆洗浄用の配管や圧力空気または圧力水を供給するための設備が必要とされ、浸透取水設備のコスト高の原因となっていた。

特開平９−３２０４６号公報

本発明は、巻線形スクリーン等高開口率の集水埋管を逆流洗浄水供給管として使用する場合に生じる上記の問題点を解決し、高開口率の集水埋管をそのまま逆流洗浄水供給管として使用しても濾過層に逆流洗浄水を均一に供給することができる新規な浸透取水設備を提供しようとするものである。

上記本発明の課題を解決するため、本発明者らは鋭意研究と実験を重ねた結果、集水埋管の周囲および上側に粒状物の集合体からなる逆洗水分散用媒体を配置し、その上側に水濾過層を配置してなる浸透取水設備において、該逆洗水分散用媒体の粒径と層の高さを調節することにより、集水埋管を逆流洗浄水供給管として使用した場合に、該管から上向流として噴出する逆流洗浄水が水濾過層の下面に到達するときには均一な面状の上向流となって水濾過層内に流入することを発見して本発明に到達した。

上記本発明の課題を解決する本発明の第１の構成は、集水埋管の周囲および上側に集水用および逆洗水分散用媒体を配置し、その上側に水濾過層を配置してなる浸透取水設備であって、該集水埋管は開口率が５０％、スロット部面積が０．２９８ｍ ^２の巻線形スクリーンからなり逆流洗浄時に逆流洗浄水供給管として使用され、該集水用および逆洗水分散用媒体は、最上層と、該集水埋管が配置された最下層と、該最上層の直下の第２層と、該第２層の直下の第３層の４層からなり、該最上層は粒径２〜４ｍｍの粒状物の集合体で層厚が１００ｍｍであり、該最下層は粒径１２〜２０ｍｍの粒状物の集合体で層厚が２００ｍｍであり、該第２層は粒径３〜６ｍｍの粒状物の集合体で層厚が１００ｍｍであり、該第３層は粒径６〜１２ｍｍの粒状物の集合体で層厚が１００ｍｍであり、該最下層に配置され上方に向けて該巻線形スクリーンの中心軸を中心に放射状に分散されて噴射される逆流洗浄水が、該水濾過層の底面に隙間なく均一な面状に到達可能に該集水用および逆洗水分散用媒体の各層厚が設定されていることを特徴とする浸透取水設備である。

本発明によれば、集水埋管の周囲および上側に粒状物の集合体からなる１層〜５層の逆洗水分散用媒体を配置し、その上側に水濾過層を配置してなる浸透取水設備において、集水埋管は開口率が５０％、スロット部面積が０．２９８ｍ ^２の巻線形スクリーンからなり逆流洗浄時に逆流洗浄水供給管として使用され、集水用および逆洗水分散用媒体は、最上層と、集水埋管が配置された最下層と、最上層の直下の第２層と、第２層の直下の第３層の４層からなり、最上層は粒径２〜４ｍｍの粒状物の集合体で層厚が１００ｍｍであり、最下層は粒径１２〜２０ｍｍの粒状物の集合体で層厚が２００ｍｍであり、第２層は粒径３〜６ｍｍの粒状物の集合体で層厚が１００ｍｍであり、第３層は粒径６〜１２ｍｍの粒状物の集合体で層厚が１００ｍｍであり、最下層に配置され上方に向けて該巻線形スクリーンの中心軸を中心に放射状に分散されて噴射される逆流洗浄水が、水濾過層の底面に隙間なく均一な面状に到達可能に集水用および逆洗水分散用媒体の各層厚が設定されていることにより、巻線形スクリーンからなる集水埋管を逆流洗浄水供給管として使用した場合に、該管から上向流として噴出する逆流洗浄水が濾過層の下面に到達するときには均一な面状の上向流となって濾過層内に流入し、濾過層を均一に膨張させ攪拌洗浄することができ、濾過層および逆洗水分散用媒体の目詰まりを解消することができる。

また、本発明によれば、同一の管により集水埋管と逆流洗浄水供給管を兼用できるので、他に別途逆洗浄用の配管や圧力空気または圧力水を供給するための設備を必要とせず、浸透取水設備のコストを大幅に削減することができる。

さらに、浄水場において浄水を行う場合でも、本発明の浸透取水設備を使用して前処理を行うことにより、浄水場における凝集剤などの薬品使用量を大幅に削減することができる。また濁度のみを処理対象とする施設においては、本発明の浸透取水設備を使用することにより、後段の複雑な処理設備は不要となる。

本発明の浸透取水設備の１実施例を示す概略側面図である。集水埋管兼逆流洗浄水供給管の配置間隔と逆洗水分散用媒体層の高さの関係を示す概略説明図である。

以下添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
本発明の浸透取水設備は、集水埋管の周囲および上側に集水用および逆洗水分散用媒体を配置し、その上側に水濾過層を配置して構成される。集水埋管は逆流洗浄時には逆流洗浄水供給管として使用される。

集水埋管は集水時に大量の取水を可能とするために大開口率のものを使用することが好ましく、この目的から巻線形スクリーンを使用することが好ましい。
また、集水埋管兼逆洗浄水供給管と接する逆洗水分散用媒体の粒径が小さい場合、集水埋管の開口部（孔や隙間）を小さく設定する必要がある。旧来の有孔管を使用すると、逆洗水分散用媒体としては、水道施設設計指針に記載の粒径４０〜５０ｍｍのものを最下層とせねばならないが、本発明では、隙間（スリット）を任意に設定できる上、全周に均等な隙間を持ち、且つ高開口率である巻線形スクリーン管を使用することにより、集水埋管への流入速度を遅くすることができると同時に、水道施設設計指針に記載の粒径よりも小さい逆洗水分散用媒体の粒径に適したサイズの開口部を最適設定することができる。

集水用および逆洗水分散用媒体は、集水時には水濾過層を通って汚泥等が濾過され集水埋管に取水される浸透水を集水埋管に向けて通過させ、逆流洗浄時には逆流洗浄水供給管から噴出する逆流洗浄水を水濾過層に向けて放射状に拡散させる機能を有する。

集水用および逆洗水分散用媒体の材質としては、砂利のほか、樹脂、ガラス、金属、セラミック等特に限定はなく、逆流洗浄水によって浮き上がらない比重と粒径を有する材料であればよい。これらの材料の中で、砂利は通水性もよく、各種粒径のものが容易に採取できるので安価であり、もっとも好ましい媒体である。

集水用および逆洗水分散用媒体は集水埋管が配置される層を含めて１層〜５層からなるものである。図２の概略説明図は、集水埋管兼逆流洗浄水給水管が２本の場合を示し、同媒体の全体の高さは、最下層の媒体ａ１中に平行に配置される集水埋管Ｔ、Ｔ間のピッチ（間隔）Ｐおよび逆流洗浄時に逆流洗浄水が管Ｔ，Ｔから上方に向けて放射状に分散して噴射される時の最大分散角αを考慮して、水濾過層ｂの底面に到達する各管Ｔ，Ｔの逆流洗浄水によって形成される面Ｗ，Ｗの間に隙間が発生しないように媒体ａの高さＨを決定する。最大分散角αは管Ｔの径、スリット幅、逆流洗浄水の流速および周囲の媒体の粒径によって左右１０度〜６０度の範囲内で定まる。

本発明の第１の実施態様において、集水用および逆洗水分散用媒体は、上層と集水埋管が配置された下層の２層からなり、上層は粒径１〜８ｍｍの粒状物の集合体で層厚が５０〜５００ｍｍであり、下層は粒径２〜１５ｍｍの粒状物の集合体で層厚が５０〜３０００ｍｍである。集水用および逆洗水分散用媒体の全体の高さは１００〜３５００ｍｍである。

本発明の第２の実施態様において、集水用および逆洗水分散用媒体は、上層と、集水埋管が配置された下層と、上層と下層の間の中間層の３層からなり、上層は粒径１〜８ｍｍの粒状物の集合体で層厚が５０〜５００ｍｍであり、下層は粒径３〜２０ｍｍの粒状物の集合体で層厚が５０〜３０００ｍｍであり、中間層は粒径２〜１５ｍｍの粒状物の集合体で層厚が５０〜５００ｍｍである。集水用および逆洗水分散用媒体の全体の高さは１５０〜４０００ｍｍである。

本発明の第３の実施態様において、集水用および逆洗水分散用媒体は、最上層と、集水埋管が配置された最下層と、最上層の直下の第２層と、第２層の直下の第３層の４層からなり、最上層は粒径１〜８ｍｍの粒状物の集合体で層厚が５０〜５００ｍｍであり、最下層は粒径５〜３０ｍｍの粒状物の集合体で層厚が５０〜３０００ｍｍであり、第２層は粒径２〜１５ｍｍの粒状物の集合体で層厚が５０〜５００ｍｍであり、第３層は粒径３〜２０ｍｍの粒状物の集合体で層厚が５０〜５００ｍｍである。集水用および逆洗水分散用媒体の全体の高さは２００〜４５００ｍｍである。

本発明の第４の実施態様において、集水用および逆洗水分散用媒体は、最上層と、集水埋管が配置された最下層と、最上層の直下の第２層と、第２層の直下の第３層と、第３層の直下の第４層の５層からなり、最上層は粒径１〜８ｍｍの粒状物の集合体で層厚が５０〜５００ｍｍであり、最下層は粒径８〜５０ｍｍの粒状物の集合体で層厚が５０〜３０００ｍｍであり、第２層は粒径２〜１５ｍｍの粒状物の集合体で層厚が５０〜５００ｍｍであり、該第３層は粒径３〜２０ｍｍの粒状物の集合体で層厚が５０〜５００ｍｍであり、第４層は粒径５〜３０ｍｍの粒状物の集合体で層厚が５０〜５００ｍｍである。集水用および逆洗水分散用媒体の全体の高さは２５０〜５０００ｍｍである。
本発明の第５の実施態様において、集水用および逆洗水分散用媒体は、粒径１〜８ｍｍの粒状物の集合体で層厚が５０〜３０００ｍｍの１層からなるものである。

集水用および逆洗水分散用媒体の上側に配置される水濾過層は、逆流洗浄水による洗浄時に膨張し水濾過層を構成する濾材が攪拌洗浄された後濾材が元の位置に沈降することが必要であるので、濾材は比重が１以上の材質のものであることが必要であり、代表的な濾材としては粒径０．３〜２．０ｍｍの濾過砂を用いることができる。また濾過砂のかわりにゼオライトやアンスラサイト等公知の濾材も使用することができる。また、河川敷等の土砂を掘削して浸透取水設備を配置した場合は、この土砂を埋め戻すことによって水濾過層とすることもできる。

逆流洗浄水としては、浸透取水設備を稼動させて取水した水の一部を水槽に貯蔵しておいてこの貯蔵された水を逆流洗浄水として使用することができる。
また浸透取水設備に対し、逆洗浄水に必要な流速を与えることができる水頭差を確保できる場合、この水頭差を利用して逆流洗浄水供給管に逆流洗浄水を供給するようにしてもよい。

図１を参照して本発明の実施例について説明する。
浸透取水設備１の濾過水槽１２として、幅４００ｍｍ、長さ１９８０ｍｍ、高さ１４００ｍｍの鉄製水槽を使用した。集水埋管兼逆流洗浄水供給管８として巻線形スクリーン１本を使用した。このスクリーン８の径は１００ｍｍ、長さは１．９ｍ、スクリーン開口率は５０％、スロット部面積は０．２９８ｍ^２であった。このスクリーン８周囲および上側に集水用および逆洗水分散用媒体２を配置し、その上側に水濾過層７を配置した。集水用および逆洗水分散用媒体２は４層からなり、最上層３は粒径２〜４ｍｍの砂利の集合体で層厚が１００ｍｍであり、スクリーン８が埋設された最下層４は粒径１２〜２０ｍｍの砂利の集合体で層厚が２００ｍｍであり、第２層５は粒径３〜６ｍｍの砂利の集合体で層厚が１００ｍｍであり、第３層６は粒径６〜１２ｍｍの砂利の集合体で層厚が１００ｍｍであった。集水用および逆洗水分散用媒体２の全体の高さは５００ｍｍであった。水濾過層７としては、粒径０．６ｍｍの濾過砂を高さ６００ｍｍに敷き詰めた。

この濾過水槽１２に逆流洗浄水供給源としての貯水槽１１から逆流洗浄水を給水ポンプ（図示せず）を作動させることによって配管１３を介してスクリーン８に給水し、逆流洗浄水の流速を０．６ｍ/分〜０．９ｍ/分の範囲内で種々変更して水濾過層７の膨張率と圧力損失を測定した。この場合貯水槽１１の水頭Ｈ１と水濾過層７上の水のレベルＨ２の差ＰＬを圧力損失とした。逆流水洗浄によってあふれた逆流洗浄水はオーバーフロー孔９から管路１０により外部に排出した。

水濾過層７の膨張率と圧力損失を以下の表１に示す。

この測定結果から、逆流洗浄水の流速を０．８ｍ/分〜０．９ｍ/分とすれば２０％以上の膨張率が得られ水濾過層７の濾過砂は十分に攪拌洗浄されることがわかる。また、逆流洗浄時の水濾過層７の攪拌状態を動画撮影した結果、水濾過層７には偏流が生じることがなく、濾過砂は濾過槽内で均一に移動し、攪拌洗浄されていることが確認された。

Claims

集水埋管の周囲および上側に集水用および逆洗水分散用媒体を配置し、その上側に水濾過層を配置してなる浸透取水設備であって、該集水埋管は開口率が５０％、スロット部面積が０．２９８ｍ ^２の巻線形スクリーンからなり逆流洗浄時に逆流洗浄水供給管として使用され、該集水用および逆洗水分散用媒体は、最上層と、該集水埋管が配置された最下層と、該最上層の直下の第２層と、該第２層の直下の第３層の４層からなり、該最上層は粒径２〜４ｍｍの粒状物の集合体で層厚が１００ｍｍであり、該最下層は粒径１２〜２０ｍｍの粒状物の集合体で層厚が２００ｍｍであり、該第２層は粒径３〜６ｍｍの粒状物の集合体で層厚が１００ｍｍであり、該第３層は粒径６〜１２ｍｍの粒状物の集合体で層厚が１００ｍｍであり、該最下層に配置され上方に向けて該巻線形スクリーンの中心軸を中心に放射状に分散されて噴射される逆流洗浄水が、該水濾過層の底面に隙間なく均一な面状に到達可能に該集水用および逆洗水分散用媒体の各層厚が設定されていることを特徴とする浸透取水設備。