JP6476404B2 - 沈砂池の除砂方法 - Google Patents

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本発明は、沈砂池に貯留した下水に含まれる土砂を沈殿させ、集めて取り除く沈砂池の除砂方法に関する。
下水処理設備においては、下水管により集められる下水を沈砂池に貯留し、その貯留した下水から土砂を沈殿させて、その沈殿した土砂を沈砂池から取り除くために除砂装置が用いられている。
沈砂池に沈殿した土砂を一か所に集めて取り除く方法として、低圧集砂方式の除砂方法が、特許文献1に記載されている。この低圧集砂方式の除砂方法においては、沈砂池の底部の中央に集砂ピットを形成し、沈砂池の底面をその集砂ピットの周辺が最深となるように傾斜させるとともに、その沈砂池の両側の側壁の間において沈砂池の底部に沈砂池内水流方向と平行に主トラフを集砂ピットと交差するように、かつ、集砂ピット側が深くなるように形成し、沈砂池の両側の側壁から集砂ピットの底面まで下り傾斜するやや幅広のトラフ(以下、副トラフという。)を、さらに、沈砂池の底面に沈砂池内水流方向と直交する方向に平行に延びる多数の小トラフを形成する。また、主トラフ及び副トラフの各上端部と、沈砂池の底面を主トラフの少なくとも片側において沈砂池内水流方向に複数に区分した各領域の上端部と、集砂ピット内とに、それぞれノズルを設置する。そして、沈砂池内の水を排水ポンプで排出した状態(排水状態)で、給水ポンプからそれぞれ切換弁を介して前記各ノズルに所定の順序で3kg/cm2未満の低圧力水を供給して噴射させて、沈砂池の底面に堆積した土砂を主トラフに流し、その流した土砂を集砂ピットに集め、その集めた土砂を集砂ピット内のノズルからの噴射水により撹拌しながら、集砂ピットに設置した揚砂ポンプにより水と共に汲み上げて汚水沈砂池に移送する。
特許第3315489号公報
上記低圧集砂方式を実施する従来の除砂装置においては、給水ポンプから供給される低圧力水は、沈砂池の底面からの集砂および集砂ピット内からの除砂に必ずしも有効に活用されていなかった。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、低圧集砂方式の除砂方法において、集砂開始時から沈砂池の全領域からの集砂・徐砂の終了時まで、揚砂ポンプの運転を停止させないことができるようにすることを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明に係る除砂方法は、沈砂池の底面を複数に区分した領域のそれぞれに低圧力水を吐水するノズルを設けるとともに、前記沈砂池の集砂ピット内の水面の高水位を検知したとき運転を開始され、低水位を検知したとき前記運転を停止される揚砂ポンプを備え、前記揚砂ポンプの運転に伴い前記高水位と前記低水位の間の中間水位を検知したとき、記揚砂ポンプの運転に伴い前記高水位と前記低水位の間の中間水位を検知したとき、前記領域に設けた全てのノズルの切換弁を前記領域ごとに順次交代的に開ける砂池の除砂方法において、前記中間水位を、前記領域ごとに順次交代的に開ける前記切換弁の切換動作の間に前記集砂ピット内の水面が所定の低水位まで低下しない高さ位置に設定したことを特徴とする。
本発明によれば、揚砂ポンプの運転に伴い高水位と低水位の間の中間水位を検知したとき、領域に設けた全てのノズルの切換弁を順次交代的に開ける沈砂池の除砂方法において、前記中間水位を、前記切換弁を順次交代的に開ける切換弁の切換動作の間に前記集砂ピット内の水面が所定の低水位まで低下しない高さ位置に設定したので、集砂開始時から沈砂池の全領域からの集砂・徐砂の終了時まで、揚砂ポンプの運転を停止させないことができる。
沈砂池を含む雨水処理設備の縦断面図である。 図1のX−X線の範囲の要部を示す概略平面図である。 図1のX−X線の範囲の給水管を省略した詳細な平面図である。 同じく給水管を含めた詳細な平面図である。 図3のY1−Y1線断面図である。 図3のY2−Y2線断面図である。 図4のZ−Z線断面図である。 給水系統図である。 徐砂装置の制御装置を説明する制御系統図である。 水位センサの機能を説明する図である。 揚砂ポンプ制御手段の制御フローチャート図である。 切換弁制御手段の制御フローチャート図である。 上流側の主トラフの設計案を示す平面図である。
続いて、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1において、1は雨水処理設備であり、側壁Wa,Wb(図2参照)の間に形成された沈砂池2とポンプ井3とを有する。沈砂池2は図外の下水管から雨水や汚水等の下水が集められる流入渠4に接続されている。流入渠4の下流側端部には、流入渠4から沈砂池2への下水の流入の許容又は阻止を行なうためのダム装置5が設置され、そのダム装置5の下流側で、沈砂池2の上流側端部にスクリーン6が設置されている。
スクリーン6は、図2,3に示されているように、左右二つのスクリーン6A,6Bであり、各スクリーン6A,6Bは、沈砂池2の上流側端部に沈砂池2の両側の側壁Wa、Wbの間に立設された、図示の例では、沈砂池2の幅方向中央に立設された支持壁SWと沈砂池2の両側の側壁Wa又はWbとで支持されている。
上述したように、低圧集砂を行うために、沈砂池2の底部中央には集砂ピット7が形成され、沈砂池2の底面2aは、集砂ピット7の周辺が最深となるように傾斜されているとともに、沈砂池の底部の幅方向中央には、集砂ピット7よりも上流側及び下流側に主トラフ8a1,8a2が集砂ピット7において交差するように、かつ、集砂ピット側が深くなるように形成され、沈砂池の底面には、側壁Wa,Wbの下端部から主トラフ8a1,8a2まで平行に延びる多数の小トラフ8c(図2では省略されている。)が形成されている。
主トラフ8a1,8a2のうち、集砂ピット7よりも下流側の主トラフ8a2は、従来と同様に、沈砂池の底部の幅方向中央において沈砂池の下流側端部から集砂ピット7まで直線状に形成されている。これに対して、集砂ピット7よりも上流側の主トラフ8a1は、Y字形に形成されて、そのY字形の二股部分イは、支持壁SWの下流側部分の両側面至近位置に形成され、Y字形の垂直部分ロは支持壁SWの下流側延長線上に、図示の例では、沈砂池の底部の幅方向中央において集砂ピット7まで連通するように直線状に形成されている。これにより、図13に示された支持壁SWの両側に上流側の主トラフt1a,t1bを2本平行に形成するときのような島iは、形成されない。
図1において、ポンプ井3には、後述される排水ポンプP1と、滞留水を排出するポンプを兼ねる給水ポンプP2とが設置され、集砂ピット7内に後述される揚砂ポンプP3が設置されている。図1のFは、沈砂池2の下流側端部に設置されているろ過機である。
主トラフ8a1,8a2及び集砂ピット傾斜面8bの上端部には、主トラフ8a1,8a2及び副トラフ8bに所定量の水を吐出するためのトラフノズルが設置されている。下流側の主トラフ8a2の上端部には従来と同様に所定の吐出量のノズル9aが設置されているが、上流側の主トラフ8a1には、Y字形の二股部分イの両端部に下流側の主トラフ8a2のノズル9aの約半分の吐出量を有するノズル9a’が設置されている。
支持壁SWが両側の側壁Wa,Wbの間に立設されることにより、支持壁両側の下水の流速が増すため、支持壁の両側の領域B3,B4への土砂の沈殿量が少なくなる。従って、上流側の主トラフ8a1のY字形の二股部分イに水を供給するノズルの流量は少なくて済む。従って、Y字形の二股部分イの両端部に設置されるノズル9a’の吐出量を下流側の主トラフ8a2のノズル9aの吐出量の半分にすることができる。つまり、上流側の主トラフ8a1の二股部分イの両端部に設置される2個のノズル9a’に対して、従来と同様に、同一性能の1個の切換弁を使用することができる。
また、沈砂池の底面を主トラフ8a1,8a2の両側において複数に区分(図示の例では8区分)した領域(B1〜B8)のそれぞれに対してノズル9bが設置されている。図示の実施例では、各領域に設置されるノズル9bは、各領域の上端部の上方であって、側壁Wa、Wbの至近位置にそれぞれ1個のノズルヘッダーNH1〜NH8が設置され、各ノズルヘッダーに複数個のノズル9bが等間隔に設置されている。図7には、複数個のノズル9bを所定の間隔で母管10に取り付けてなるノズルヘッダーNH1,NH2・・・を用いている例が示されている。さらに、集砂ピット7内には土砂撹拌用のノズル9cが設置されている。このノズル9cは、複数個(図3,4においては4個)が、揚砂ポンプP3の下部の周辺の接線に近い位置において揚砂ポンプP3の下部に相対する2方向から吐出するように設置されている。図面の簡明化のため、図2には土砂撹拌用のノズル9cが、図7には揚砂ポンプP3の図示が省略されている。
そして、図4及び図7に一部が示され、図8に詳細が示されているように、ポンプ井3の給水ポンプP2からの低圧力水を前記各ノズル9a,9a’,9b,9cに供給(通水)したり、その供給を止めたり(止水)するための電磁弁により構成されている切換弁群VG1,VG2、すなわち、トラフノズル用切換弁Va1〜Va3(特定のトラフノズル用切換弁を指さないときは総体的にVaという。)と、各ノズルヘッダー用切換弁Vb1〜Vb8(特定のノズルヘッダー用切換弁を指さないときは総体的にVbという。)と、撹拌ノズル用切換弁Vcとが備えられている。トラフノズル用切換弁Vaは、いずれも吐出量が等しい、上流側の主トラフ8a1のトラフノズル用切換弁Va1と下流側の主トラフ8a2のトラフノズル用切換弁Va2とが用いられている。上流側の主トラフ8a1のトラフノズル用切換弁Va1の吐出側に接続されている給水管wp1は、途中で2本に分岐され、それぞれが上流側の主トラフ8a1のY字形の二股部分イの上端部に設置されている二つのノズル9a’に結合されている。
図3および図8に例示するように、沈砂池の底面が8領域に区分されている場合は、ノズルヘッダー用切換弁Vbが8個(Vb1〜Vb8)用いられる。給水ポンプP2と切換弁群VG1,VG2とを結合する管路wp0には、切換弁Vdを介してリリーフ回路wp19が設けられ、切換弁(Va,Vb,Vc)の全てが閉められている場合の給水ポンプP2からの加圧水を沈砂池2に逃すように構成されている。
図9に例示するように、低圧集砂方法を実施する除砂装置に備えられる制御装置100には、除砂始動ボタン(図示せず)を有する操作盤101が付加され、排水ポンプ制御手段PCON1、給水ポンプ制御手段PCON2及び揚砂ポンプ制御手段PCON3が内蔵され、さらに、切換弁制御手段VCONが内蔵されている。切換弁制御手段VCONは、後述されるように、前記切換弁群Va,Vb,Vc,Vdに所定の順序で開(通水)動作又は閉(止水)動作を駆動させるための制御信号を与えるものである。
また、制御装置100には、集砂ピット7内に設置された水位センサ13(図9、10参照)が電気的に接続されている。この水位センサ13は、図10に示すように、集砂ピット7内の水面が所定の高水位HWL以上、中間水位MWL及び低水位LWLのいずれかに存在する場合に、それぞれ高水位以上検知信号、中間水位検知信号、低水位検知信号を出力するほか、集砂ピット7内の水面が所定の高水位HWLよりも高い位置に設定された異常水位HHWLに上昇したときにこれを検知して異常水位検知信号を出力するように構成されている。
そして、後述されるように、揚砂ポンプ制御手段PCON3は、除砂始動ボタンの操作により揚砂ポンプP3の自動運転モードを開始した後は、その自動運転モードを停止するまでの間、切換弁制御手段VCONがトラフノズル用切換弁Vaを通水状態に切換えたときに揚砂ポンプP3の運転を開始させ、その後は、低水位検知信号を入力したときに揚砂ポンプP3の運転を停止し、高水位以上検知信号を入力したときに揚砂ポンプP3の運転を開始させることは、従来と同様であるが、本実施の形態においては、異常水位検知信号を入力したときも、揚砂ポンプP3の運転を停止するように構成されている。
給水ポンプ制御手段PCON2は、除砂始動ボタンの操作により切換弁制御手段VCONがリリーフ回路wp19の切換弁(リリーフ回路用切換弁)Vdを通水状態に切り替えた後に、給水ポンプP2を始動させ、通常は、集砂動作・徐砂動作が終了した後、リリーフ回路用切換弁Vdを止水状態に切り替えた後に給水ポンプP2を停止させるが、本実施の形態においては、水位センサ13から異常水位検知信号を入力したときも、給水ポンプP2を停止させるように構成されている。
上記構成による作用を説明する。ダム装置5が開放されたときは、下水は沈砂池2に流入し、さらにポンプ井3まで流入して、その水位が所定の高さになると、除砂装置の制御装置100の排水ポンプ制御手段PCON1により、ポンプ井3に設けてある排水ポンプP1が運転されて、ポンプ井3内の水が汲み上げられ、図外の終末処理場などに移送される。
その移送の間に、沈砂池2に流入した土砂混じりの下水から土砂が沈殿し、沈砂池の底面2aに堆積する。その堆積量が所定値に達すると、ダム装置5が閉鎖されて沈砂池2への下水の流入が阻止される。そして、排水ポンプP1による排水により沈砂池2とポンプ井3の水面が下がり、所定の水位(図1のWL)になると、排水ポンプ制御手段PCON1により排水ポンプP1の運転が止められる。
ポンプ井3の水面が所定の水位(図1のWL)になったことを検知すると、制御装置100は給水ポンプ制御手段PCON2、揚砂ポンプ制御手段PCON3及び切換弁制御手段VCONを起動する。
揚砂ポンプ制御手段PCON3は、図11に示すように、揚砂ポンプP3の自動運転モードを開始させ(S11)、水位センサ13からの検知信号により集砂ピット7内の水面が所定の低水位LWLか否かを調べ(S12)、低水位LWLであるときは、切換弁制御手段VCONからの信号によりトラフノズル用切換弁Vaを通水状態に切換えたか否かを調べ(S13)、切換えたときは、揚砂ポンプP3の運転を開始する(S14)。
また、切換弁制御手段VCONは、図12に示すように、最初、リリーフ回路用切換弁Vdを開けて(通水状態にして)、給水ポンプP2の駆動の準備をする(図12のステップS21)。続いて、トラフノズル用切換弁Vaと撹拌ノズル用切換弁Vcを開けた(S22)後、リリーフ回路用切換弁Vdを閉める(S23)ので、給水ポンプP2からの水がノズル9a’,9aから主トラフ8a1,8a2及び副トラフ8bに吐出される。
ノズル9a’の吐出量は、ノズル9aの吐出量の約半分であるが、上流側の主トラフ8a1のY字形の二股部分イの片方には片方の領域からの土砂しか流れ込まないので、その土砂を排除するには十分な水量である。また、Y字形の二股部分イの約半分の吐水は、Y字形の垂直部分ロに合流するので、その水量は下流側の主トラフ8a2の水量とほぼ等しくなる。従って、上流側の主トラフ8a1から集砂ピット7に流れ込む土砂及び水の速度と、下流側の主トラフ8a2から集砂ピット7に流れ込む土砂及び水の速度とがほぼ拮抗し、流速も著しく大きくならないので、集砂効率が時間的に安定なため、揚砂ポンプP3に偏った負荷がかかることが防止される。
好ましい実施の形態においては、切換弁制御手段VCONは、トラフ用切換弁Vaを通水状態に切換えると同時に、撹拌ノズル用切換弁Vcをも通水状態に切換える。また、上記のように、これと同時に揚砂ポンプ制御手段PCON3が揚砂ポンプP3の運転を開始するように構成されている。
トラフノズル用切換弁Vaの通水により給水ポンプP2からの水が主トラフ8a1,8a2,集砂ピット傾斜面8bのノズル9a’,9aより吐水され、それらのトラフ8a1,8a2,副トラフ8bに堆積していた土砂が水とともに流され、集砂ピット7に向けて流される。また、撹拌ノズル用切換弁Vcの通水により集砂ピットの撹拌ノズル9cから吐水されるので、集砂ピットに既に存在している少量の土砂と水が撹拌され、流動化される。従って、その後、トラフから集砂ピットに流れ込む土砂は、その撹拌中の土砂に合流して、同様に流動化される。他方、揚砂ポンプP3は、撹拌ノズル9cからの吐水と略同時に運転を開始するので、集砂ピット内で撹拌される土砂混じりの下水が汲み上げられて、沈砂分離機11を経て汚水沈砂池12に移送される。
揚砂ポンプP3の吐出量は、給水ポンプP2の吐出量よりも多く設定されているので、やがて集砂ピット7内の水面は低下する。その水面が所定の中間水位になったことが水位センサ13により検知されると(S24においてYのとき)、切換弁制御手段VCONは、水位センサ13からの中間水位検知信号に基づき第1領域B1のノズルヘッダー用切換弁Vb1を開ける(S25)ため、そのノズルヘッダーの各ノズルから水が噴射され、第1領域B1に堆積していた土砂が主トラフ8a1,8a2に向けて流され、さらに集砂ピット7に流入する。こうして、集砂ピット7に集められ、撹拌される土砂混じりの下水は、水面が一時的に上昇するが、揚砂ポンプP3により汲み上げられて汚水沈砂池12に移送されるので、また、やがて低下する。
その水面が再び所定の中間水位になったことが水位センサ13により検知されると(S26においてYのとき)、切換弁制御手段VCONは、第1領域B1のノズルヘッダー用切換弁Vb1を閉めるとともに、第2領域B2のノズルヘッダー用切換弁Vb2を開ける(S27)ため、そのノズルヘッダーの各ノズルから水が噴射され、第2領域B2に堆積していた土砂が、主トラフ8aに向けて流され、さらに集砂ピット7に流入する。
従って、第1領域B1の場合と同様に、集砂ピット7内の水面は一時的に上昇するがやがて低下するので、その水面が所定の中間水位になったとき(S28においてYのとき)に、切換弁制御手段VCONは、第2領域B2のノズルヘッダー用切換弁Vb2を閉めるとともに、その次の第3領域B3のノズルヘッダー用切換弁Vb3を開ける(S29)ため、そのノズルヘッダーの各ノズルから水が噴射される。
従って、先の場合と同様に、集砂ピット7内の水面は一時的に上昇するがやがて低下するので、その水面が所定の中間水位になったときに(S210においてYのとき)、切換弁制御手段VCONは、第3領域B3のノズルヘッダー用切換弁Vb3を閉めるとともに、第4領域B4のノズルヘッダー用切換弁Vb4を開ける(S211)ため、そのノズルヘッダーの各ノズルから水が噴射される。
従って、先の場合と同様に、集砂ピット7内の水面は一時的に上昇するがやがて低下するので、その水面が所定の中間水位になったとき(S212においてYのとき)に、切換弁制御手段VCONは、第4領域B4、すなわち、最後の領域に対する吐水を終了したものと判断して、リリーフ回路用切換弁Vdを開けるとともに、第4領域B4のノズルヘッダー用切換弁Vb4を閉める制御を行なって(S213)、一連の切換弁制御を完了する。また、給水ポンプ制御手段PCON2も給水ポンプP2の運転を停止する。
他方、揚砂ポンプ制御手段PCON3は、揚砂ポンプP3の運転開始時から水位センサ13の検知状態を常に監視しており(S15)、集砂ピット7内の水面が低水位LWLまで低下しない場合は、低水位LWLまで低下するまで揚砂ポンプP3の運転を継続する(S16)。しかし、第4領域B4のノズルヘッダー用切換弁Vb4を閉めたことにより、集砂ピット7内の水面が低水位LWLまで低下するので(S15においてYのとき)、揚砂ポンプP3の運転を停止する(S17)。その後、揚砂ポンプ制御手段PCON3は、切換弁の制御を完了したか否かを調べ(S18)、完了していない場合はステップS16に戻るが、切換弁制御の完了を認識した(S18においてYのとき)後は、揚砂ポンプP3の自動運転モードを解除する(S19)。
上述のように、揚砂ポンプP3は、自動運転モードを開始すると、集砂ピット7内を排水状態に維持するために、集砂ピット内の水面が所定の高水位HWL以上にあるときは自動的に運転を開始し、その水面が所定の低水位LWLまで低下したときは自動的に運転を停止する。本実施の形態においては、集砂ピット内の水面が所定の高水位HWLと所定の低水位LWLの間の中間水位MWLまで低下した時に、先順の領域のノズルヘッダー用切換弁を閉めるとともに、後順の領域のノズルヘッダー用切換弁を開けるので、それらの切換弁の切換動作の間に、集砂ピット内の水面は、先順の領域のノズルヘッダー用切換弁の閉動作による水噴射の停止、揚砂ポンプの汲み上げ及び後順の領域のノズルヘッダー用切換弁の開動作による水噴射の開始により変動するが、切換弁の切換動作の時間的基準となる中間水位MWLを、切換弁の切換動作の間に集砂ピット内の水面が所定の低水位LWLまで低下しない高さ位置に設定すれば、集砂開始時から沈砂池の全領域からの集砂・徐砂の終了時まで、揚砂ポンプP3の運転を停止させないことができる。
切換弁の切換動作の時間的基準となる中間水位MWLは、給水ポンプP2の吐出量、沈砂池の断面積、揚砂ポンプP3の吐出量などから算出可能である。
1 雨水処理設備
2 沈砂池
2a 沈砂池の底面
SW 支持壁
6 スクリーン(夾雑物捕捉用スクリーン)
7 集砂ピット
8a1 上流側の主トラフ
イ 上流側の主トラフの二股部分
ロ 上流側の主トラフの垂直部分
8a2 下流側の主トラフ
8b 副トラフ
8c 小トラフ
9a,9a’,9b,9c ノズル
NH1〜NH4 ノズルヘッダー
P1 排水ポンプ
P2 給水ポンプ
P3 揚砂ポンプ
wp19 リリーフ回路
Va1〜Va3 トラフノズル用切換弁
Vb1〜Vb8 ノズルヘッダー用切換弁
Vc 撹拌ノズル用切換弁
Vd リリーフ回路用切換弁

Claims (1)

  1. 沈砂池の底面を複数に区分した領域のそれぞれに低圧力水を吐水するノズルを設けるとともに、前記沈砂池の集砂ピット内の水面の高水位を検知したとき運転を開始され、低水位を検知したとき前記運転を停止される揚砂ポンプを備え、
    記揚砂ポンプの運転に伴い前記高水位と前記低水位の間の中間水位を検知したとき、前記領域に設けた全てのノズルの切換弁を前記領域ごとに順次交代的に開ける砂池の除砂方法において、
    記中間水位を、前記領域ごとに順次交代的に開ける前記切換弁の切換動作の間に前記集砂ピット内の水面が所定の低水位まで低下しない高さ位置に設定したことを特徴とする沈砂池の除砂方法。
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