JP6041237B2 - 土砂分離装置及びそれを使用した水中土砂分離方法 - Google Patents

Description

本発明は、木皮等の異物が混在した浚渫土砂を水中にて土砂と異物とに分離するための土砂分離装置及びそれを使用した水中土砂分離方法に関する。

水底部にゴミや木皮等の異物が多く堆積した水域で浚渫を行った場合、その浚渫土砂にはゴミや木皮等の異物が多く混在するため、このような浚渫土砂の再利用を図るには、当該浚渫土砂を土砂と異物とに分離する必要がある。

従来、このような土砂と異物との分離方法としては、陸上ヤードや大型台船上において、木皮等の異物が混在した浚渫土砂を振動篩に投入し、振動篩の振動、又は場合によって振動とジェット水流による圧力を併用して土砂のみを振い落し、振動篩上に残存した異物を除去する方法や、トロンメル等の回転式分離機を使用し、筒型篩内に異物が混在した浚渫土砂を投入し、当該筒型篩を回転させることにより木皮等の異物と土砂とを遠心分離させる方法等が一般に広く知られている。

また、水中に設置された筒体内に水流を生じさせ、その水流を利用して筒体に投入された浚渫土砂を土砂と木皮等の異物とに分離する方法も提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１１−２０２５０２号公報

しかしながら、上述の如き従来の振動篩を使用した分離方法は、比較的大きな異物に対しては有効であるが、小さな異物に対しては分離に長い時間を要し、効率が悪いという問題があり、また、振動篩が繊維状の異物によって目詰まりを起こし、その除去に多大な労力を必要としていた。

上述の如き従来のトロンメル等の回転式分離装置では、効率よく分離作業を行うために、大型の装置を使用せざるを得ず、その分費用が嵩むとともに装置の設置スペースの確保に多大な労力を必要としていた。

また、筒型篩の網目に繊維状の異物が詰まったり、筒型篩を回転させるためのモータの回転軸に異物が絡まったりする場合があり、その異物の除去等の整備に時間を費やさなければならず、場合によっては異物が装置故障の原因となるおそれもあった。

一方、上述の如き水中での土砂分離方法においては、更なる作業性や安全性の向上が望まれている。

そこで、本発明は、このような従来の問題に鑑み、木皮等の異物が混在した浚渫土砂を土砂と異物とに安全で効率よく且つ安価に分離することができる土砂分離装置及びそれを使用した水中土砂分離方法の提供を目的としてなされたものである。

上述の如き従来の問題を解決し、所期の目的を達成するための請求項1に記載の発明の特徴は、上端開口を水上に突出させた状態で水中に設置される整流用筒体と、上端を水面より突出させ、且つ下端を水底部より浮かせた状態で該整流用筒体内に着脱可能に設置される土砂分離用籠と、前記整流用筒体内の前記土砂分離用籠より外側に配置され、該土砂分離用籠内に水流を生じさせる水流発生手段と、前記土砂分離用籠上に配置された前処理手段とを備え、前記土砂分離用籠は、上端に土砂投入口が開口した有底筒状に形成されるとともに、底面部及び周壁部に網状材からなる透過部が形成され、前記前処理手段は、前記土砂分離用籠の透過部より網目の粗い網状の粗分離部を有し、異前記土砂投入口より異物が混在した土砂を前記土砂分離用籠内に投入し、前記水流発生手段による水流を利用して前記土砂分離用籠内で前記異物が混在した土砂を土砂と異物とに分離させ、且つ分離された土砂のみを前記透過部を通して前記水底部に落下させるようにした土砂分離装置にある。

請求項２に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、前記土砂分離用籠は、底面部に開閉可能に支持させた開閉蓋体と、該開閉蓋体を開閉する開閉手段とを備えたことにある。

請求項３に記載の発明の特徴は、請求項１又は２の何れかの構成に加え、前記整流用筒体の内周部に整流板を備えることにある。

請求項５に記載の発明の特徴は、上下に開口した筒状の整流用筒体と、上端に土砂投入口が開口した有底筒状に形成され、且つ底面部及び周壁部に網状材からなる透過部が形成された土砂分離用籠と、前記整流用筒体内の前記土砂分離用籠より外側に配置され、該土砂分離用籠内に水流を生じさせる水流発生手段とを備えてなる土砂分離装置を使用し、上端開口を水上に突出させた状態に前記整流用筒体を水中に設置し、該整流用筒体内に前記土砂投入口を水上に突出させ、且つ底面部を水底部より浮かせた状態で前記土砂分離用籠を着脱可能に設置するとともに、前記土砂投入口上に前記土砂分離用籠の透過部より網目の粗い網状の粗分離部を有する前処理手段を設置しておき、異物が混在した土砂を前記前処理手段に通してほぐした後、前記土砂投入口より土砂分離用籠内に投入し、前記水流発生手段による水流を利用して前記土砂分離用籠内で前記異物が混在した土砂を土砂と異物とに分離させ、該分離された土砂のみを前記透過部を通して前記水底部に落下させ、然る後、前記土砂分離用籠を吊り上げて前記土砂分離用籠内に残存した異物を撤去する土砂分離装置を使用した水中土砂分離方法にある。

本発明に係る土砂分離装置は、上述したように、上端開口を水上に突出させた状態で水中に設置される整流用筒体と、上端を水面より突出させ、且つ下端を水底部より浮かせた状態で該整流用筒体内に着脱可能に設置される土砂分離用籠と、前記整流用筒体内の前記土砂分離用籠より外側に配置され、該土砂分離用籠内に水流を生じさせる水流発生手段とを備え、前記土砂分離用籠は、上端に土砂投入口が開口した有底筒状に形成されるとともに、底面部及び周壁部に網状材からなる透過部が形成され、前記土砂投入口より異物が混在した土砂を前記土砂分離用籠内に投入し、前記水流発生手段による水流を利用して前記
土砂分離用籠内で前記異物が混在した土砂を土砂と異物とに分離させ、且つ分離された土砂のみを前記透過部を通して前記水底部に落下させるようにしたことにより、水中にて効率よく異物が混在した土砂を土砂と木皮等の異物とに分離させることができ、透過部に遮蔽されて木皮等の異物が籠の外側に配置された水流発生手段を構成する水中ミキサ等の装置に悪影響を及ぼすことがない。

また、本発明において、前記土砂投入口上に前記土砂分離用籠の透過部より網目の粗い網状の粗分離部を有する前処理手段を備えたことにより、効率よく土砂と異物とに分離させることができる。

更に本発明において、前記土砂分離用籠は、底面部に開閉可能に支持させた開閉蓋体と、該開閉蓋体を開閉する開閉手段とを備えたことにより、効率よく木皮等の異物を撤去できるとともに、メンテナンス等を容易に行うことができる。

更にまた本発明において、前記整流用筒体の内周部に整流板を備えたことにより、整流用筒体内及び土砂分離用籠内で水流が相互に干渉するのを抑制し、分離に適した水流を発生させることができる。

本発明に係る土砂分離装置の一例を示す平面図である。 同上の縦断面図である。 （ａ）は図１中の土砂分離用籠を示す平面図、（ｂ）は同正面図である。 同上の土砂分離装置であって前処理手段を使用する場合の状態を示す縦断面図である。 本発明に係る土砂分離装置を使用した水中土砂分離方法の手順の概略を示すチャート図である。 水中土砂分離作業の状態を説明するための簡略化した土砂分離装置を示す平面図である。 同上の簡略化した縦断面図である。

次に、本発明に係る土砂分離装置の実施の態様を図１〜図４に示した実施例に基づいて説明する。尚、図中符号Ｂは水底部、符号Ｈは水面、符号１は土砂分離装置である。

この土砂分離装置１は、上端開口を水上に突出させた状態で水中に設置される整流用筒体２と、上端を水面Ｈより突出させ、且つ下端を水底部Ｂより浮かせた状態で整流用筒体２内に着脱可能に設置される土砂分離用籠３と、土砂分離用籠３内に水流を生じさせる水流発生手段４とを備え、水流発生手段４によって発生させた水流を利用して土砂分離用籠３内に投入された異物が混在した土砂を土砂５と木皮等の異物６とに分離するようになっている。

整流用筒体２は、鋼材をもって上下に開口した円筒状等の筒状に形成され、浮力調整手段１０により、上端開口を水上に突出させた状態で水中に浮かせた状態で設置できるようになっている。

この整流用筒体２は、上端開口を水上に突出させた状態で水中に設置することにより、整流用筒体２の内側と外側とを遮断し、整流用筒体２内外の水流を互いに干渉させないようにするとともに、水流発生手段４による水流を筒内のみに生じさせるようになっている。また、整流用筒体２を円筒形状又は多角形筒状のように筒周方向の流れに対する抵抗が小さい形状とすることにより水流の損失を抑制している。

浮力調整手段１０は、例えば、上下に開口した筒状の浮力調整用筒状体１１を備え、この浮力調整用筒状体１１の内側に支持部材１２，１２...を介して整流用筒体２を支持させ、浮力調整用筒状体１１の浮力を調整することにより整流用筒体２を所望の水深位置に設置できるようにしている。

この浮力調整用筒状体１１は、筒状を構成する各周壁の内部に密閉可能な空洞部１３を備え、この空洞部１３内に注排水することにより浮力調整用筒状体１１の浮力が調整できるようになっている。

尚、浮力調整手段１０は、上述の如き浮力調整用筒状体１１に支持させる構造の他、台船やフロートに支持させるようにしてもよく、また、整流用筒体２の周壁内に密閉可能な空洞部を設け、この空洞部に注排水することにより整流用筒体２自身の浮力を調整できるようにしたものであってもよい。

また、この整流用筒体２の上端部内側には、枠状の籠支持部材１４が枠支持部材１５，１５...を介して固定され、この籠支持部材１４に土砂分離用籠３の上端部を支持させることにより、土砂分離用籠３が整流用筒体２内に設置できるようになっている。

土砂分離用籠３は、図３に示すように、上端に土砂投入口２０が開口した有底の八角筒状に形成され、その周壁部及び底面部には網状材からなる透過部２１，２２が形成されている。

この土砂分離用籠３は、上下に開口した八角筒状の籠本体２３と、籠本体２３の底面部に配置された一対の開閉蓋体２４，２４とを備え、籠本体２３の下端開口部が開閉蓋体２４，２４により開閉可能に閉じられている。

籠本体２３は、互いに上下方向に間隔を置いて配置された八角枠状の上枠２５及び下枠２６と、上下枠２５，２６間を連結する複数の縦梁材２７，２７...と、隣り合う縦梁材２７，２７間を連結する複数の横梁材２８，２８...とを組み合わせることにより骨組が形成され、当該骨組に鋼製の周壁用網状材２１ａを支持させることにより八角筒状の周壁部全周に亘って透過部２１が形成されている。

尚、周壁用網状材２１ａは、木皮等の異物が透過不能で、且つ水流発生手段４によって生じた水流が網目を通過する際の損失が小さくなるように網目が形成されている。

上枠２５の外周部には、周方向に間隔を置いて複数の被支持突片２９，２９...が外向きに突出した形状に備えられ、この被支持突片２９，２９...を籠支持部材１４上に支持させることにより、土砂分離用籠３が整流用筒体２内に挿入された状態で支持されるようになっている。

また、上枠２５の上面部には、複数の吊り具３０，３０...が固定されており、この吊り具３０，３０...にクレーンのジブ先端より繰り出された吊り持ちワイヤーの先端を連結することにより、土砂分離用籠３をクレーンにより吊り上げることができるようになっている。

開閉蓋体２４，２４は、八角形状の底面部を２分割した形状の枠体３１，３１を備え、この枠体３１，３１内に鋼製の底面部用網状材２２ａを支持させることにより籠底面部に透過部２２が形成されている。

底面部用網状材２２ａは、木皮等の異物が透過不能で、且つ、土砂５のみが透過できるように網目が形成されている。尚、底面部用網状体材２２ａの網目は、混在する異物の大きさや土砂の透過性等を考慮して設定し、状況に応じて周壁用網状材２１ａの網目に比して網目を細かくしてもよい。

各枠体３１，３１は、互いに突き合わされる中心線部分と平行な外側縁部が籠本体２３の下端面部、即ち下枠２６の下面部に枢支され、図３（ｂ）中に一点鎖線で示すように下向きに開くようになっており、図示しない開閉手段により開閉動作がされるようになっている。

開閉手段は、例えば、各枠体３１，３１に連結されたワイヤーをもって構成し、そのワイヤーを繰り出し・巻き取り操作することにより開閉するようになっている。

一方、水流発生手段４は、整流用筒体２内の土砂分離用籠３より外側に配置され、周壁透過部２１を通して土砂分離用籠３内に水流を発生させるようになっている。

この水流発生手段４は、複数の水中ミキサ４０，４０...を備え、各水中ミキサ４０，４０...のスクリューを回転させることにより整流用筒体２内に水流を発生させ、当該水流が透過部２１を通して土砂分離用籠３内に水流を発生させるようになっている。

各水中ミキサ４０，４０...は、整流用筒体２内周部にスクリューを周方向に向けた状態で上下に間隔を置いて固定され、多段状に周方向に向けた旋回流を発生させるようになっている。

尚、各水中ミキサ４０，４０...は、取付け向きが調整可能であって、土砂分離用籠３内に透過部２１を通して発生させた水流が土砂５と異物６との分離に最適な水流となるように調整することができる。

また、水流発生手段４は、整流用筒体２の内周部に上下で隣り合う各水中ミキサ４０，４０...間を隔てるように内向きに張り出した形状の整流板４１，４１...を備え、各水中ミキサ４０，４０...によって生じる水流相互の干渉を抑制することが好ましい。

また、水流発生手段４は、水中ミキサ４０，４０...のスクリューの前方側に角度調整可能な水流調整板４２，４２...を備え、水中ミキサ４０，４０...により生じた水流を角度調整した水流調整板４２，４２...に当ててその向きを調整するようにしてもよい。

尚、本発明に係る土砂分離装置１は、図４に示すように、土砂投入口２０上に土砂分離用籠３の透過部２１，２２より粗い網状の粗分離部５１を有する前処理手段５０を備えるようにしてもよい。

この前処理手段５０は、網目の粗いスクリーンや振動篩をもって構成し、この前処理手段５０の粗分離部５１に異物が混在した土砂の塊を通すことにより、当該塊をある程度ほぐし、それを土砂分離用籠３に投入するようになっている。尚、前処理手段には、ジェット水流を噴射する噴射装置を併用するようにしてもよい。

次に、上述の如き土砂分離装置１を使用した水中土砂分離方法を図５〜図７に示す実施例に基づいて説明する。尚、上述の実施例と同様の構成には同一符号を付して説明する。

まず、浮力調整用筒状体１１の空洞部１３内に注排水することにより浮力を調整し、土砂分離装置１を所定の水域に区画された分離処理区域内に浮かべ、それを曳航して分離処理区域の所望の位置に土砂分離装置１を移動させる。

移動に際しては、整流用筒体２内に土砂分離用籠３を組み込んだ状態で移動させてもよく、土砂分離用籠３を浮力調整用筒状体１１及び整流用筒体２とは別に台船等で運搬し、設置位置において、上方よりクレーン等で吊り下ろして整流用筒体２内に組み込むようにしてもよい。

移動が完了したら、浮力調整用筒状体１１の空洞部１３内に注排水することにより浮力を調整し、土砂分離装置１を所望の水深高さ位置、即ち、整流用筒体２が上端開口を水上に突出させた状態に水中に設置し、且つ土砂分離用籠３が土砂投入口２０を水上に突出させ、且つ底面部を水底部Ｂより浮かせた状態で整流用筒体２内に設置される位置に設置する。

そして、設置作業が完了した後、水流発生手段４、即ち各水中ミキサ４０，４０...を動作させ、整流用筒体２内に周方向に旋回する多段状の水流（旋回流）を生じさせるとともに、透過部２１を通して土砂分離用籠３内に周方向に旋回する多段状の水流（旋回流）を発生させる。

この状態で、土砂運搬船で運搬されてきた木皮等の異物が混在した浚渫土砂を土砂投入口２０より土砂分離用籠３内に投入する。

尚、土砂投入に際しては、投入される浚渫土砂の粘着性が高い場合、土砂が塊となって水流での分離が困難なことから、土砂投入口２０上に土砂分離用籠３の透過部２１，２２より網目の粗い粗分離部５１を有する前処理手段５０を設置しておき、異物が混在した土砂を前処理手段５０に通して、異物が混在した土砂をある程度ほぐした後、土砂投入口２０より土砂分離用籠３内に投入する。

そして、投入された異物が混在した土砂を水流発生手段４による水流を利用して土砂５と異物６とに土砂分離用籠３内で分離させ、分離された土砂５のみを底部の透過部２２を通して水底部Ｂに落下させる。

即ち、土砂分離用籠３内に投入された異物が混在した土砂は、図６、図７に示すように、旋回流６０，６０に乗って土砂分離用籠３内を旋回することにより透過部２１の内周面と摺接し、その衝撃や摩擦により土砂５と異物６とに分離される。

また、土砂５と異物６との比重、大きさ（面積）、沈降速度等の特性が互いに異なること、異物が混在した土砂同士間に生ずる摩擦、更には旋回流６０の特性等が作用し、土砂５と異物６とに分離される。

これにより、比重が大きく外形の小さい土砂５は、管中央側に移動しつつ沈降し、更に、透過部２２を通して水底部Ｂに落下する。一方、比重が小さく外形の大きい木皮等の異物６，６...は、透過部２１，２２を通過できずに、土砂分離用籠３内に滞留若しくは内底部に堆積して残存する。

この分離作業においては、土砂分離用籠３の周壁部に透過部２１を形成したことにより、この透過部２１を通して水流発生手段４による水流（旋回流）を土砂分離用籠３内に効率よく発生させることができる一方、異物混入土砂が土砂分離用籠３内に投入され、透過部２１に遮蔽されるので、木皮等の異物６が籠の外側に配置された水中ミキサ４０，４０...に絡まる等の悪影響を及ぼすことがない。

その為、上述した従来の水流を使用した分離方法に比べ、機械の故障や能力低下を抑制でき、また、メンテナンスの頻度を減らすことができるので、安全で効率がよく工費の低減も図ることができる。

そして、異物が混在した土砂の投入を一定回数繰り返した後、土砂分離用籠３をクレーン等により吊り上げて整流用筒体２より取り出す。その際、透過部２１，２２を通して水切りができ、土砂分離用籠３内には、木皮等の異物のみが残存した状態となる。

その土砂分離用籠３をクレーン操作により異物回収用の台船上に移動させ、台船上で開閉手段を動作させて開閉蓋体２４，２４を開き、内部の木皮等の異物を台船上に積み替えて分離作業が完了する。

１ 土砂分離装置
２ 整流用筒体
３ 土砂分離用籠
４ 水流発生手段
５ 土砂
６ 異物（木皮等）
１０ 浮力調整手段
１１ 浮力調整用筒状体
１２ 支持部材
１３ 空洞部
１４ 籠支持部材
１５ 枠支持部材
２０ 土砂投入口
２１ 透過部
２２ 透過部
２３ 籠本体
２４ 開閉蓋体
２５ 上枠
２６ 下枠
２７ 縦梁材
２８ 横梁材
２９ 被支持突片
３０ 吊り具
３１ 枠体
４０ 水中ミキサ
４１ 整流板
４２ 水流調整板
５０ 前処理手段

Claims (4)

1. 上端開口を水上に突出させた状態で水中に設置される整流用筒体と、上端を水面より突出させ、且つ下端を水底部より浮かせた状態で該整流用筒体内に着脱可能に設置される土砂分離用籠と、前記整流用筒体内の前記土砂分離用籠より外側に配置され、該土砂分離用籠内に水流を生じさせる水流発生手段と、前記土砂分離用籠上に配置された前処理手段とを備え、
   前記土砂分離用籠は、上端に土砂投入口が開口した有底筒状に形成されるとともに、底面部及び周壁部に網状材からなる透過部が形成され、
   前記前処理手段は、前記土砂分離用籠の透過部より網目の粗い網状の粗分離部を有し、
   前記土砂投入口より異物が混在した土砂を前記土砂分離用籠内に投入し、前記水流発生手段による水流を利用して前記土砂分離用籠内で前記異物が混在した土砂を土砂と異物とに分離させ、且つ分離された土砂のみを前記透過部を通して前記水底部に落下させるようにしたことを特徴としてなる土砂分離装置。
2. 前記土砂分離用籠は、底面部に開閉可能に支持させた開閉蓋体と、該開閉蓋体を開閉する開閉手段とを備えた請求項１に記載の土砂分離装置。
3. 前記整流用筒体の内周部に整流板を備える請求項１又は２に記載の土砂分離装置。
4. 上下に開口した筒状の整流用筒体と、上端に土砂投入口が開口した有底筒状に形成され、且つ底面部及び周壁部に網状材からなる透過部が形成された土砂分離用籠と、前記整流用筒体内の前記土砂分離用籠より外側に配置され、該土砂分離用籠内に水流を生じさせる水流発生手段とを備えてなる土砂分離装置を使用し、
   上端開口を水上に突出させた状態に前記整流用筒体を水中に設置し、
   該整流用筒体内に前記土砂投入口を水上に突出させ、且つ底面部を水底部より浮かせた状態で前記土砂分離用籠を着脱可能に設置するとともに、前記土砂投入口上に前記土砂分離用籠の透過部より網目の粗い網状の粗分離部を有する前処理手段を設置しておき、
   異物が混在した土砂を前記前処理手段に通してほぐした後、前記土砂投入口より土砂分離用籠内に投入し、前記水流発生手段による水流を利用して前記土砂分離用籠内で前記異物が混在した土砂を土砂と異物とに分離させ、該分離された土砂のみを前記透過部を通して前記水底部に落下させ、然る後、前記土砂分離用籠を吊り上げて前記土砂分離用籠内に残存した異物を撤去することを特徴としてなる土砂分離装置を使用した水中土砂分離方法。

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