JP5869375B2 - Seawater infiltration device - Google Patents
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Description
本発明は、海底の砂ろ過層内を浸透してくる海水を取水する海水浸透取水装置に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a seawater infiltration water intake device that takes in seawater that permeates through a sand filtration layer on the seabed.
海水取水を行う代表的なプラントである海水淡水化プラントにおいて、近年、蒸発型造水法に代わり、逆浸透膜による逆浸透法が主流になってきている。この逆浸透法の場合、不純物による逆浸透膜のファウリングによる性能劣化を抑制するために、淡水化の前処理として、不純物のより少ない清浄な海水が求められる。 In a seawater desalination plant, which is a representative plant for taking seawater, a reverse osmosis method using a reverse osmosis membrane has become the mainstream in recent years, instead of the evaporative fresh water generation method. In the case of this reverse osmosis method, in order to suppress performance deterioration due to fouling of the reverse osmosis membrane due to impurities, clean seawater with less impurities is required as a pretreatment for desalination.
海水を取水する方法として、現在は、図10に示すように、例えば海底に設けた取水口1から導水管2を介して海水を取水する直接取水法が多く採用されている。なお、図10中の3は海水を取水するためのポンプ、4は逆浸透膜装置である。
As a method for taking seawater, as shown in FIG. 10, for example, a direct water intake method in which seawater is taken from a
しかしながら、直接取水法は、海水と同時にごみ、懸濁物、生物等を全て取水するので、クラゲや赤潮の異常発生時、油の流出事故時、高波による濁度の増大時には、取水を停止しなければならない場合がある。また、取水口や導水管へのフジツボ、イガイ等の海洋生物の付着が激しいので、定期的な清掃、例えば塩素等の付着防止の薬品の添加、全管路における生物付着代を考慮した管径の増大等が必要である。また、海洋生物の付着防止のために海水中に塩素を投入した場合は、環境汚染や塩素を遠因とした逆浸透膜でのバイオファウリング発生の問題がある。さらに、取水した海水を逆浸透膜で処理する場合には、凝集剤を添加した海水をろ過する砂ろ過施設が必要となるので、砂ろ過施設に溜まった汚泥を処理する施設が必要になる。 However, the direct water intake method collects all waste, suspended matter, living organisms, etc. at the same time as seawater, so when the jellyfish or red tide is abnormal, when oil spills occur, or when turbidity increases due to high waves, the water intake is stopped. You may have to. In addition, since marine organisms such as barnacles and mussels are heavily attached to intakes and conduits, the pipe diameter should be taken into account for periodic cleaning, for example, addition of chemicals to prevent adhesion such as chlorine, and biological attachment charges in all pipes. Need to be increased. In addition, when chlorine is introduced into seawater to prevent the adhesion of marine organisms, there is a problem of biofouling in reverse osmosis membranes due to environmental pollution and chlorine. Furthermore, when processing the collected seawater with a reverse osmosis membrane, a sand filtration facility for filtering the seawater to which the flocculant has been added is necessary, and thus a facility for treating the sludge accumulated in the sand filtration facility is necessary.
そこで、近年、取水する海水の前処理として、凝集剤等の薬品を使用しないで、図11に示すように、海底の砂ろ過層5内を浸透してくる海水を取水する間接取水法が注目されている。
Therefore, in recent years, as a pretreatment of the seawater to be taken in, an indirect water intake method in which seawater permeating through the
この間接取水法は、汀線より数百m、水深十数mの沖合にて海底を掘削し、当該掘削部に、図12に示すように、支持砂利層5a及び5b、ろ過砂5cで構成された砂ろ過層5を形成しながら、再び同じ海底面まで埋め戻すことで、支持砂利層5a中に設置した取水配管6から、ろ過浸透して浄化された海水を取水する方法である。このような間接取水法の一例として、海底の砂ろ過層内に発現される海水浸透流速を1〜8m/日とし、前記砂ろ過層の水深は、当該砂ろ過層の表層部分の砂が50cm以上移動する完全移動限界水深よりも深く、かつ1cm以上移動する表層移動限界水深よりも浅くする浸透取水法が特許文献1で提案されている。
In this indirect water intake method, the seabed is excavated offshore several hundred meters from the shoreline and a depth of several tens of meters, and the excavation part is composed of supporting
しかし、この特許文献1で提案された浸透取水法は、直接取水法に見られる問題は発生しないが、海水の浸透取水速度が1〜8m/日という非常に緩速なろ過速度であるため、短期間で大量の海水を取水するには広大な面積を必要とし、工事規模が大きくなり、イニシャルコストが高くなる。
However, the osmotic water intake method proposed in
加えて、特許文献1で提案された浸透取水法は、砂ろ過層の表面に堆積し、ろ過砂の目詰まりの原因となる例えばシルトなどの懸濁物質(以下、単に「懸濁物質」という。)を自然の波や流れを利用して取り除くものであるため、浸透取水設備の設置場所が、潮流や波浪による海水の流動が活発な海域に限られていた。
In addition, the osmotic water intake method proposed in
そこで、出願人は、前者の課題を解決するために、海水浸透速度を400m/日以下のできるだけ大きい速度に高速化することで、短期間での取水量が大量になり、従来に比べて取水面積を大幅に削減し、工事規模を格段に減少させることが可能な海水の浸透ろ過方法を提案した。 Therefore, in order to solve the former problem, the applicant increased the seawater permeation rate to as high as possible at 400 m / day or less, thereby increasing the amount of water intake in a short period of time, and taking water in comparison with the conventional method. A seawater osmotic filtration method was proposed that can significantly reduce the area and significantly reduce the construction scale.
また、出願人は、後者の課題を解決するために、砂ろ過層の中間層に埋め込んだ洗浄管からエアーを噴出して砂ろ過層の表層又は中間層に取り込まれた懸濁物質を撹拌して人為的に取り除くことで、潮流や波浪の少ない静穏海域にも設置可能な浸透取水ユニットを提案した。 In addition, in order to solve the latter problem, the applicant stirs the suspended matter taken into the surface layer or the intermediate layer of the sand filtration layer by blowing air from the cleaning pipe embedded in the intermediate layer of the sand filtration layer. We proposed an infiltration unit that can be installed in calm waters where there are few tidal currents and waves.
しかしながら、上記のような洗浄管を備えた高速浸透取水システムでは、次のような新たな課題があった。 However, the high-speed osmotic water intake system provided with the above-described cleaning pipe has the following new problems.
海水浸透速度を400m/日以下のできるだけ大きい速度にまで高速化すると、砂ろ過層の内部にまで目詰まりが進行しやすくなり、目詰まりの頻度も高くなる。しかし、洗浄管からエアーを噴出して砂ろ過層を洗浄している間は海水を取水できないため、単に洗浄頻度を高くするなどの方法で目詰まりを防止するのでは、結果的に取水量の低下を招いてしまう。つまり、高速浸透取水システムでは、取水量の低下を招かないように、洗浄管による洗浄の頻度はできるだけ少なくしつつ、目詰まりを防止することが要求される。 When the seawater permeation speed is increased to as high as possible at 400 m / day or less, clogging easily proceeds to the inside of the sand filtration layer, and the frequency of clogging increases. However, seawater cannot be taken while air is blown from the washing pipe to wash the sand filtration layer.Therefore, if clogging is prevented by simply increasing the washing frequency, the water intake volume will eventually be reduced. It will cause a decline. That is, in the high-speed osmotic water intake system, it is required to prevent clogging while reducing the frequency of cleaning by the cleaning pipe as much as possible so as not to cause a decrease in the water intake amount.
また、洗浄管を備えた高速浸透取水システムでは、洗浄管からエアーを噴出することにより砂ろ過層に取り込まれた懸濁物質を洗浄する。しかし、この洗浄時に砂ろ過層の上方に巻き上げられた懸濁物質を速やかに捕集し、取水エリアの系外に排出できなければ、砂ろ過層の表面に目詰まりの原因となる懸濁物質が再び堆積し、高速の浸透速度を維持できなくなってしまう。よって、洗浄管を備えた高速浸透取水システムでは、砂ろ過層の上方に巻き上げた懸濁物質を捕集して系外に排出する手段が要求される。 Moreover, in the high-speed osmotic water intake system provided with the washing pipe, the suspended matter taken into the sand filtration layer is washed by ejecting air from the washing pipe. However, if the suspended matter rolled up above the sand filtration layer during this washing is quickly collected and discharged out of the system in the intake area, the suspended matter that causes clogging on the surface of the sand filtration layer Will accumulate again and will not be able to maintain a high penetration rate. Therefore, in the high-speed osmotic intake system provided with the washing pipe, a means for collecting the suspended matter rolled up above the sand filtration layer and discharging it out of the system is required.
本発明が解決しようとする問題点は、従来の洗浄管を備えた海水浸透取水装置は、洗浄管によるエアー洗浄の頻度を上げずに、取水時に砂ろ過層の洗浄効果を高めることはできない点、及び、エアー洗浄時に砂ろ過層の上方に巻き上げた懸濁物質を効率良く捕集して速やかに系外に排出する手段がない点である。 The problem to be solved by the present invention is that the seawater infiltration device equipped with a conventional cleaning pipe cannot increase the cleaning effect of the sand filtration layer at the time of water intake without increasing the frequency of air cleaning by the cleaning pipe. In addition, there is no means for efficiently collecting the suspended matter wound up above the sand filtration layer during air washing and quickly discharging it out of the system.
本発明は、ろ過面の上方に人工的な海水流動を発生させることが可能で、砂ろ過層の目詰まりが発生しにくく、また、エアー洗浄時にろ過面の上方に巻き上げられた懸濁物質を容易かつ効果的に取水エリアの系外に排出することが可能な海水浸透取水装置を提供することを目的としている。 The present invention is capable of generating an artificial seawater flow above the filtration surface, hardly causing clogging of the sand filtration layer, and suspended substances wound up above the filtration surface during air cleaning. An object of the present invention is to provide a seawater infiltration water intake device that can be easily and effectively discharged out of the system of the intake area.
本発明は、上記の目的を達成するためになされたものであって、
海底の砂ろ過層内を浸透してきた海水を取水する取水配管と、前記砂ろ過層内にエアーを噴出して前記砂ろ過層の目詰まりの原因となる懸濁物質を洗浄する洗浄管とを備えた海水浸透取水装置において、前記砂ろ過層の上方に、開口部を有した邪魔板を配置し、前記邪魔板に、前記砂ろ過層の表面に旋回流を生じさせるガイドベーンを取り付けたことを最も主要な特徴としている。
The present invention has been made to achieve the above object,
A water intake pipe that takes in seawater that has permeated through the sand filtration layer on the seabed, and a washing pipe that jets air into the sand filtration layer to wash suspended substances that cause clogging of the sand filtration layer. In the seawater infiltration device provided, a baffle plate having an opening is disposed above the sand filtration layer, and a guide vane that causes a swirl flow on the surface of the sand filtration layer is attached to the baffle plate. Is the most important feature.
上記本発明によれば、砂ろ過層の上方に開口部を有した邪魔板を配置することにより、取水時に、ろ過面に対し鉛直方向下向きの流れは邪魔板によって遮られるため、取水海水は大きく迂回した上で砂ろ過層の表面に供給される。このとき、砂ろ過層の表面に水平方向の剪断流が発生し、ろ過面を撹拌しながら取水されるので、邪魔板を設けない場合と比較すると目詰まり防止効果が高くなる。 According to the present invention, by arranging the baffle plate having an opening above the sand filtration layer, the flow downward in the vertical direction with respect to the filtration surface is blocked by the baffle plate at the time of water intake. After detouring, it is supplied to the surface of the sand filtration layer. At this time, since a shear flow in the horizontal direction is generated on the surface of the sand filtration layer and water is taken in while stirring the filtration surface, the effect of preventing clogging is enhanced as compared with the case where no baffle plate is provided.
すなわち、上記邪魔板は、海水の取水時、前記砂ろ過層の表面に海水の浸透方向と交差する方向に剪断流を生じさせるものである。 That is, the baffle plate generates a shear flow in the direction intersecting the seawater permeation direction on the surface of the sand filtration layer during intake of seawater.
また、上記本発明によれば、砂ろ過層の上方に開口部を有した邪魔板を配置することにより、エアー洗浄時に砂ろ過層の上方に巻き上げられた懸濁物質は、洗浄管から噴出されたエアーに同伴させて開口部の方向に強制的に上昇させることができる。このエアリフト効果によって懸濁物質を捕集し、開口部から系外に排出できる。 Further, according to the present invention, by disposing a baffle plate having an opening above the sand filtration layer, the suspended matter wound up above the sand filtration layer during air washing is ejected from the washing tube. The air can be forcibly raised in the direction of the opening with the air. Suspended substances can be collected by this air lift effect and discharged out of the system through the opening.
すなわち、上記邪魔板は、砂ろ過層の洗浄時、前記砂ろ過層の上方に巻き上げられた前記懸濁物質を、前記邪魔板の下方の面で受け止め、前記洗浄管から噴出されたエアーと共に前記開口部の方向に集合させ、前記開口部から上方に排出するものである。 That is, the baffle plate receives the suspended matter rolled up above the sand filtration layer at the time of washing the sand filtration layer on the lower surface of the baffle plate, and together with the air ejected from the washing pipe, Collecting in the direction of the opening and discharging upward from the opening.
本発明では、砂ろ過層の上方に配置した開口部を有した邪魔板が、取水時に、砂ろ過層の表面に海水の浸透方向と交差する方向に剪断流を生じさせるので、取水時においても砂ろ過層の表面を洗浄する効果が得られる。よって、洗浄管からのエアー洗浄の頻度を高くすることなく、海水浸透速度を高速に維持できる。 In the present invention, the baffle plate having the opening disposed above the sand filtration layer generates a shear flow in the direction intersecting the seawater infiltration direction on the surface of the sand filtration layer at the time of water intake. The effect of washing the surface of the sand filtration layer is obtained. Therefore, the seawater infiltration rate can be maintained at a high speed without increasing the frequency of air cleaning from the cleaning pipe.
また、本発明では、砂ろ過層の上方に配置した開口部を有した邪魔板が、砂ろ過層の洗浄時に、砂ろ過層の上方に巻き上げられた懸濁物質を捕捉し、洗浄管から噴出されたエアーに同伴させて開口部の方向に上昇させるので、開口部から系外に速やかに排出することができる。よって、砂ろ過層の上方に巻き上げられた懸濁物質が再び砂ろ過層の表面に堆積することがないので、海水浸透速度を高速に維持できる。 Further, in the present invention, a baffle plate having an opening disposed above the sand filtration layer captures suspended substances rolled up above the sand filtration layer and ejects them from the washing pipe when the sand filtration layer is washed. Since the air is raised in the direction of the opening by being accompanied by the air, it can be quickly discharged out of the system from the opening. Therefore, since the suspended matter wound up above the sand filtration layer does not accumulate again on the surface of the sand filtration layer, the seawater permeation rate can be maintained at a high speed.
本発明は、海水浸透速度を高速に維持できるため、高速浸透取水システムに適用した場合にその効果が顕著となる。具体的には、砂ろ過層の海水浸透速度は、400m/日以下の範囲で少なくとも8m/日よりも高速化することが好ましい。 Since the present invention can maintain the seawater permeation speed at a high speed, the effect becomes remarkable when applied to a high-speed permeation water intake system. Specifically, the seawater permeation rate of the sand filtration layer is preferably higher than at least 8 m / day in the range of 400 m / day or less.
本発明は、洗浄管を備えたエアー洗浄式の海水浸透取水装置において、海水浸透速度を例えば400m/日以下のできるだけ大きい速度で高速化する場合でも、砂ろ過層の目詰まりを防止し高速ろ過を維持するという目的を、砂ろ過層の上方に、開口部を有した邪魔板を配置することで実現した。 The present invention is an air-washing type seawater infiltration device equipped with a washing pipe, which prevents clogging of the sand filtration layer even when the seawater infiltration rate is increased as high as possible, for example, 400 m / day or less. The purpose of maintaining the above was realized by arranging a baffle plate having an opening above the sand filtration layer.
以下、本発明を実施するための形態を、図1〜図9を用いて詳細に説明する。
図1において、11は、海中から砂ろ過層31内を浸透してきた海水を取水するために砂ろ過層31の支持砂利層に埋め込まれた取水配管12と、砂ろ過層31のろ過砂層内にエアーを噴出して砂ろ過層31の目詰まりの原因となるシルト等の懸濁物質を洗浄する洗浄管13とを備えた本発明の海水浸透取水装置であり、砂ろ過層31の上方には、中央部に筒体14cによって上下方向に開口部14aが形成され、取水エリアの上方を覆う板部材14bを有した邪魔板14が配置されている。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
In FIG. 1,
取水配管12は、主管と取水孔が多数設けられた枝管で構成されており、主管を集水ポンプと接続することにより、海中から砂ろ過層31内を浸透してきた海水を取水するものである。
The
洗浄管13は、主管とエアー噴出孔が設けられた枝管で構成されており、主管をエアコンプレッサーと接続することにより定期的にエアー噴出孔からエアーを噴出して、砂ろ過層31の内部に取り込まれた懸濁物質を撹拌し、砂ろ過層31の表面に堆積した懸濁物質と共に砂ろ過層31の上方の海中に巻き上げて洗浄するものである。
The cleaning
砂ろ過層31の上方に配置された邪魔板14の板部材14bは、砂ろ過層31のろ過面と平行に配置するのではなく、図1(a)に示すように、開口部14aの位置が最も高くなるように傾斜がつけられている。板部材14bの水平面に対する傾斜角は、例えば1〜5°の範囲としている。
The
このように、邪魔板14は、四角錘の頂点を切除した形状(以下、四角錐に限らず角錐の頂点を切除した形状を「截頭角錐状」という。)の板部材14bを有するものであり、この板部材14bの截頭部分(角錐の頂点を切除した部分)に開口部14aが設けられている。
As described above, the
本発明は、かかる形状の邪魔板14を取水エリアの上方に設けたので、取水海水は、邪魔板14の板部材14bの先端部から回り込むように大きく迂回してろ過層31のろ過面に供給される。そのため、図1(a)に示すように、砂ろ過層31の上方に水平方向の流れが発生し、ろ過面に剪断流を与えて撹拌しながらろ過が行われる。
In the present invention, the
つまり、邪魔板14を設けない場合、取水海水は、ろ過面に対し鉛直方向下向きの流れとなり、海水中に含まれる目詰まりの原因となる成分をろ過面で全て捕捉するため、短期間で目詰まりが進行してしまうのに対し、本発明では、邪魔板14の作用によって砂ろ過層の上方に水平方向の海水の流れが生じるので、このクロスフローろ過を行うことによって取水時においてもろ過面の洗浄効果が高まる。
In other words, when the
そのため、本発明では、高速ろ過を行う場合でも、洗浄管13によるエアー洗浄の頻度を高くする必要がなく、洗浄インターバルを延長することができる。
Therefore, in the present invention, even when performing high-speed filtration, it is not necessary to increase the frequency of air cleaning by the cleaning
邪魔板14の高さ方向の位置は、取水時に、砂ろ過層31の表面に海水の浸透方向と交差する方向に剪断流が好適に生じるように、板部材14bの端部におけるろ過面との間の高さが例えば0.1〜1mの範囲となるように邪魔板14を配置する。
The position in the height direction of the
もっとも、ろ過面との間の距離は、取水エリアの面積や海水浸透速度の条件に応じて設計する必要がある。一例を挙げると、取水エリアが10m×10m、海水浸透速度が100m/日の場合で、剪断流入口流速を0.5m/秒となるように設計する場合は、板部材14bの端部におけるろ過面との間の高さは0.139mとなる。
But it is necessary to design the distance between filtration surfaces according to the conditions of a water intake area and the seawater penetration speed. As an example, when the intake area is 10 m × 10 m, the seawater infiltration rate is 100 m / day, and the shear inlet flow velocity is designed to be 0.5 m / second, filtration at the end of the
次に、邪魔板14のエアー洗浄時の作用について説明する。本実施例の邪魔板14は、既に説明したとおり、截頭角錐状の板部材14bを有すると共に、該板部材14bの截頭部分に開口部14aを設けたものである。
Next, the operation of the
本発明では、上記のような形状の邪魔板14を取水エリアの上方に配置させることにより、洗浄管13からエアーを噴出させて砂ろ過層31をエアー洗浄したときに、砂ろ過層31の上方に巻き上げられた懸濁物質Sは、取水エリアの周辺に拡散することはなく、図1(b)に示すように、板部材14bの下方の面14baで受け止めることができる。また、洗浄管13から噴出されたエアーAも、板部材14bの下方に存在している。
In the present invention, when the
邪魔板14は、開口部14aが存在する位置が最も高い形状となっているため、エアーAは、開口部14aの方向に浮上して集合する。このとき、懸濁物質Sも同伴して上昇するため、懸濁物質Sも開口部14aの方向に集合し、開口部14a通じてエアーAと共に邪魔板14の上方に排出することができる。
Since the
このようにして開口部14aの上方に排出した懸濁物質Sは、邪魔板14によって遮蔽されているので、再び砂ろ過層31の表面に堆積することはない。よって、本発明では、エアー洗浄時に砂ろ過層31の上方に巻き上げられた懸濁物質Sは、邪魔板14で効率良く捕集し、開口部14aから系外に速やかに排出することができる。
The suspended matter S discharged above the
開口部14aのサイズは、エアー洗浄時に懸濁物質Sが開口部14aから上方に円滑に排出されるように、取水エリアのサイズや洗浄管13から噴出するエアーの量に応じて設計する必要があるが、取水エリアが10m×10mの場合における一例を挙げると、φ100〜200cmの範囲とすることができる。
The size of the
なお、エアー洗浄時には目詰まりの原因となる懸濁物質のほか、目詰まりの原因とはならず、むしろ、砂ろ過層31のろ過効果を維持するのに必要な粒径が大きい物質も一部含まれている。しかし、かかる粒径の大きな物質は、エアーAに同伴して上昇することはなく、一定時間経過後に砂ろ過層31に堆積する。よって、本発明では、ろ過効果の維持に必要な粒径の大きな物質は、砂ろ過層31に残すことができる。
In addition to suspended substances that cause clogging during air cleaning, there are some substances that do not cause clogging, but rather have a large particle size necessary to maintain the filtration effect of the
図2は、邪魔板14の取水時の効果をCFD(Computational Fluid Dynamics)によるシミュレーションで確認したときの解析モデルの説明図である。解析モデルでは、図2(a)に示すように、取水エリア32の辺の長さをL1,L2を4m×4mのサイズとし、その上方に同サイズの邪魔板14を配置した。
FIG. 2 is an explanatory diagram of an analysis model when the effect at the time of water intake by the
邪魔板14と取水エリア32の表面との間の高さは、図2(b)に示すように、開口部14aの位置における高さH1が1.2m、板部材14bの端部における高さH2が1mとなるようにした。また、海水浸透速度は100m/日とした。
As shown in FIG. 2 (b), the height between the
この解析モデルを用いて、邪魔板14がある場合と無い場合で、ろ過面上方の海水の流れについてCFDでシミュレーションした結果を比較すると、邪魔板14を設けた場合はろ過面の上方で水平方向の流れが発生し、ろ過面を撹拌する作用が得られることが確認された。
Using this analysis model, the results of CFD simulations of the flow of seawater above the filtration surface with and without the
図3は、邪魔板14の開口部14aに逆止弁15を設けた実施例の説明図である。本発明では、取水海水は、邪魔板14の端部を回り込むように迂回してろ過面の上方に水平方向に流れる方が良いので、取水海水が開口部14aの上方から鉛直方向下向きに流入するのを防止する手段を設ける方がより好ましい。
FIG. 3 is an explanatory diagram of an embodiment in which a
そこで、図3の実施例では、開口部14aに、海水の浸透方向と逆向きの水の流れのみを許容する逆止弁15を設けている。逆止弁15は、例えば図1の実施例の筒体14cの上端に設ければ良い。
Therefore, in the embodiment of FIG. 3, a
よって、図3の実施例では、取水時に、開口部14aを通って下向きに逆流しようとする海水の流れが一時的に生じた場合でも、図3(a)に示すように、逆止弁15が閉じられることによって逆流を遮断するので、邪魔板14の下方において水平方向の剪断流が乱されることはない。また、邪魔板14の下方に水平方向の流れが良好に生じている間は、図3(b)に示すように、取水されなかった一部の海水は、逆止弁15を押し上げて開口部14aの上方に流れ、循環することになる。
Therefore, in the embodiment of FIG. 3, even when a flow of seawater that attempts to flow backward through the opening 14 a temporarily occurs during intake, as shown in FIG. Since the reverse flow is interrupted by closing, the horizontal shear flow is not disturbed below the
図4は、邪魔板14にガイドベーン16を取り付けた実施例の説明図である。本発明では、邪魔板14の端部から回り込んでろ過面の上方を水平方向に流れる海水は、互いに干渉し合わないように、左右何れかの方向に旋回させる方がろ過面の撹拌効果が高まる。
FIG. 4 is an explanatory diagram of an embodiment in which the
そこで、図4の実施例では、邪魔板14に、前記砂ろ過層31の表面に旋回流を生じさせるガイドベーン16を取り付けた。ガイドベーン16は、例えば截頭四角錐状の邪魔板14であれば、図4(a)に示すように、板部材14bの角部から内向きに、板部材14bの面と交差させるように取り付ける。また、図4(b)に示すように、板部材14bの4つの角部の全部に取り付ける。
Therefore, in the embodiment of FIG. 4, guide
このガイドベーン16を設けた場合の効果を、CFDによるシミュレーションで確認した。図4(b)と(d)は速度ベクトル図であるが、ガイドベーン16を設けた(b)では、ろ過面の中央部において剪断流が旋回し、ガイドベーン16を設けない(d)よりも撹拌効果が高まることが確認された。
The effect when this
図4(c)は邪魔板14の角部におけるガイドベーン16の取り付け角度を説明する図である。ガイドベーン16は、ろ過面において左右何れかの方向に旋回流を生じさせるものであるため、邪魔板14の辺とのなす角度θ1及びθ2は、等しい角度とするのではなく、差を設ける方が好ましい。
FIG. 4C is a view for explaining the mounting angle of the
具体的には、ろ過面の上方に海水の旋回流を生じさせるための条件としては、小さい方の角度θ1は0〜40°の範囲とする。また、θ1は、撹拌効果をより高めるために、20〜30°の範囲とすることがより好ましい。 Specifically, as a condition for generating a swirling flow of seawater above the filtration surface, the smaller angle θ1 is in the range of 0 to 40 °. In addition, θ1 is more preferably in the range of 20 to 30 ° in order to further enhance the stirring effect.
図5及び図6は、邪魔板14の下方の面14ba側にエアーを吹き込む空気供給管17を設けた実施例の説明図である。本実施例では、開口部14aにエアーを直接吹き込むことが可能なように、開口部14aの下方の位置に空気供給管17を設け、取水時にもエアーAを供給するようにした。なお、空気供給管17から供給するエアーは、洗浄管13から分岐させてエアーを供給するようにしている。
FIGS. 5 and 6 are explanatory views of an embodiment in which an
このような構成とした場合、図5(a)に示すように、空気供給管17から供給されたエアーAは、直ちに筒体17cの内部を上昇し、取水時においても開口部14aに気泡の上昇に伴う海水の上昇流が発生する。そのため、砂ろ過層31の上方の取水時における水平方向の海水の流れが円滑になると共に、剪断流によってろ過面が撹拌洗浄されたときに生じた懸濁物質の一部を開口部14aから排出することもできる。
In the case of such a configuration, as shown in FIG. 5A, the air A supplied from the
また、本発明は、洗浄時に洗浄管13から噴出されるエアーに同伴させて懸濁物質Sを上昇させるものであるが、図5(b)に示すように、洗浄時に空気供給管17からエアーAを供給することによりエアリフト効果が促進されるので、懸濁物質Sの排出能力がさらに向上する。
Further, according to the present invention, the suspended substance S is raised by being accompanied by the air ejected from the cleaning
また、空気供給管17を設ける場合は、海水の浸透方向に所要の長さを有した筒体14cで開口部14aを構成すると共に、図6に示すように、空気供給管17は、供給されたエアーが筒体14c内を旋回しながら上昇するように、筒体14cの内側面に沿わせるように設ける方が、気泡の上昇に伴う海水の上昇効果が増大するので好ましい。
When the
図7(a)は、砂ろ過層31を洗浄時、開口部14aから上方に排出される懸濁物質Sを取り込む集合管18を設けた実施例の説明図である。本発明では、エアー洗浄時、砂ろ過層31の上方に巻き上げられた懸濁物質Sは、エアリフト効果によって邪魔板14の開口部から上方に排出する。
FIG. 7A is an explanatory diagram of an embodiment in which a collecting
この開口部14aから排出される懸濁物質Sは、邪魔板14によって捕集され懸濁成分が濃縮されているので、取水エリアの周囲の環境に悪影響を及ぼすことがないように、筒体14cと接続された集合管18により回収し、海上面まで搬送して分離回収することが望ましい。また、このような集合管18を設ければ、潮流や波浪による懸濁物質Sの拡散が期待できない海水の流速が遅い海域にも、砂ろ過層31を設置しやすくなる。
Since the suspended matter S discharged from the
また、集合管18を用いる構成は、図7(b)に示すように、空気供給管17を用いる構成を組み合わせても良い。
Further, the configuration using the collecting
図8及び図9は、海水浸透取水装置11をユニット化した実施例の説明図である。図8(a)及び(b)において、12は、主管12aと、主管12aと交差する方向に分岐させた複数の枝管12bからなり、砂ろ過層の深層を形成するための支持砂利層34に埋め込まれた取水配管を示している。砂ろ過層の中間層及び表層を形成するためのろ過砂層33a〜33cには、主管13aと、主管13aと交差する方向に分岐させた複数の枝管13bからなる洗浄管13が埋め込まれている。
8 and 9 are explanatory views of an embodiment in which the seawater infiltration
この海水浸透取水装置11は、支持砂利層34に取水配管12を、ろ過砂層33に洗浄管13を、夫々埋め込んだユニット式海水浸透取水装置11をあらかじめ形成しておき、海底の設置場所で所要の数のユニット式海水浸透取水装置11を組み合わせて砂ろ過層を形成し、海中から砂ろ過層内を浸透してきた海水を取水配管12で取水するものである。中央部に筒体14cによって上下方向に開口部14aが形成され、截頭角錐状の板部材14bを有した邪魔板14は、ろ過砂層33の表層33aの上方に配置されるように、ユニット式海水浸透取水装置11の筐体の角部19a〜19dに支持されている。よって、筐体の側面の最上部と邪魔板14の間には、図8(a)及び(b)に示すように、隙間が存在している。
This
洗浄管13の枝管13bには、図9(a)に示すように、現地での設置時に天側となる位置に多数の噴出孔13baが列設されている。本実施例では、噴出孔13baの噴出角度は、水平面に対し90度の向きとなるようにしている。主管13の陸側は海水淡水化プラントのエアコンプレッサーと接続されている。主管13aから各枝管13bに供給されたエアーは、噴出孔13baから天側に垂直方向に噴出される。なお、本実施例では、一例として、現地での設置時に天側となる向きに噴出孔13baを設けているが、洗浄管13の噴出孔13baは、現地での設置時に例えば下向きとなるように構成しても良い。
In the
図9(b)は、取水配管12の平面図であり、枝管12bには表面全域に多数の取水孔が設けられている。主管12aの陸側は海水淡水化プラントの集水ポンプと接続されている。砂ろ過層内を自然浸透してきた海水は、取水孔から枝管12bに導入され、主管12aを通って海水淡水化プラントに取水される。
FIG. 9B is a plan view of the
本発明は、邪魔板14の作用によって目詰まりを防止し、海水浸透速度を高速に維持できるので、海水浸透速度が8m/日の従来の浸透取水システムよりも取水速度を高速化した高速浸透取水システムに適用した場合にその効果が顕著となる。
The present invention prevents clogging by the action of the
もっとも、海水よりも浸透性が高い地下水を使用した試験を発明者らが行った結果によれば、600m/日の浸透速度までは正常に連続運転することができたが、浸透速度を700m/日とした場合は、必要な浄化水量が取水量よりも多くなって、砂ろ過層で連続的に水が流れない状態となり、正常な取水ができなかった。従って、海水の浸透取水を対象とする本発明では、安全率を約1.5として、海水浸透速度の上限は400m/日を上限とする方が好ましい。 However, according to the results of the inventors conducting a test using groundwater having higher permeability than seawater, it was possible to continuously operate normally up to 600 m / day, but the penetration rate was 700 m / day. In the case of the day, the required amount of purified water was larger than the amount of water taken, and water could not flow continuously in the sand filtration layer, and normal water intake was not possible. Therefore, in the present invention intended for infiltration of seawater, it is preferable that the safety factor is about 1.5 and the upper limit of the seawater infiltration rate is 400 m / day.
本発明において、海水浸透速度を400m/日とした場合は、例えば海水浸透速度が8m/日の従来に比べて取水量が50倍となるので、取水エリアの面積を1/50にすることができる。加えて、本発明は、海水の流れが少ない海域にも砂ろ過層を設置できるため、海水淡水化プラントの近くに浸透取水施設を設置できる。そのため、工事規模や取水施設規模の小規模化が可能になり、周囲環境への工事時の影響も各段に緩和できる。 In the present invention, when the seawater infiltration rate is 400 m / day, for example, the amount of water intake is 50 times that of the conventional seawater infiltration rate of 8 m / day, so the area of the intake area can be reduced to 1/50. it can. In addition, since the sand filtration layer can be installed in the sea area where the flow of seawater is small, the present invention can install an infiltration water intake facility near the seawater desalination plant. As a result, the scale of construction and water intake facilities can be reduced, and the impact on the surrounding environment during construction can be alleviated.
具体的には、例えば海水浸透速度を100m/日とし、ユニット式の海水浸透取水装置11の1ユニットあたりの浸透面積を30m2(10m×3m)とした場合、1ユニットあたりの集水量は3000m3/日となる。このようなユニット式の海水浸透取水装置11を、例えば横方向に35個配置した場合、従来よりも格段にコンパクトな10m×105mのサイズの取水エリアで約10万t/日の取水量が得られる。
Specifically, for example, when the seawater permeation rate is 100 m / day and the permeation area per unit of the unit-type seawater
本発明は、前記の例に限るものではなく、各請求項に記載の技術的思想の範疇であれば適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。 The present invention is not limited to the above examples, and it is needless to say that the embodiments may be changed as appropriate within the scope of the technical idea described in each claim.
例えば、邪魔板の形状は、実施例で示したような截頭角錘状に限らず、必要に応じて截頭円錐状にしても良い。 For example, the shape of the baffle plate is not limited to the truncated pyramid shape as shown in the embodiment, but may be a truncated cone shape as necessary.
また、上記の実施例では、邪魔板の中央部に開口部を設ける例を開示したが、開口部を設ける位置はこれに限らない。また、上記の実施例では、邪魔板に開口部を1つ設ける例を開示したが、1つの邪魔板に複数の開口部を設けても良い。 Moreover, although the example which provides an opening part in the center part of a baffle plate was disclosed in said Example, the position which provides an opening part is not restricted to this. Moreover, although the example which provides one opening part in a baffle plate was disclosed in said Example, you may provide a some opening part in one baffle plate.
11 海水浸透取水装置
12 取水配管
13 洗浄管
14 邪魔板
14a 開口部
14b 板部材
14ba 下方の面
14c 筒体
15 逆止弁
16 ガイドベーン
17 空気供給管
18 集合管
31 砂ろ過層
A エアー
S 懸濁物質
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