JP6727027B2 - 沈砂池の除砂装置 - Google Patents

Description

本発明は、沈砂池の除砂装置に関し、特に、低圧の噴射水によって集砂を行う低圧式の集砂装置を用いた沈砂池の除砂装置に関するものである。

従来、下水処理場、ポンプ場等に設置される汚水池、雨水沈砂池等（本明細書において、総称して「沈砂池」という。）においては、該沈砂池内に導入される汚水に含まれる固形物、例えば、汚砂は自然重力を利用して池底に沈殿、沈積させ、この沈砂を池底に設置した砂溜ピットに集めて揚砂ポンプにて吸い上げ排出するようにしている。
また、ほぼ水平に近い池底に沈殿する汚砂を砂溜ピット内に流動集砂するために、池底あるいは池底近傍に多数のジェットノズルを、そのノズル孔を砂溜ピットに向かうようにして配設し、このジェットノズルを順次切り替えて高圧ポンプから供給されるジェット水を噴射するようにしている。

しかしながら、このジェットノズルより高圧のジェット水を噴射することで沈殿した汚砂は、そのジェット水の噴射水圧にて砂溜ピット側に向かって移動するも、比較的に軽い沈砂は再び舞い上がるようになり、集砂率が低下するとともに、ジェットノズルが特殊なものとなり高価であり、さらには池底形状も段や畝を設けるなど複雑な土木形状とする必要があり、工事費も嵩むという問題があった。

また、ジェットノズルを池底あるいは池底近傍に配設することから、このジェットノズル本体及びこれにジェット水を供給する給水管を池底あるいは池底近傍に配設する必要があるので、汚水に含まれるごみ等がこれらのノズルや配管に引っかかったり、汚水中の石の衝突等にて破損したりすることがあるので、これを防止するために保護カバーを設ける必要があり、さらにはジェットノズルへのジェット水の供給を高圧にて行う必要があるので、給水ポンプは必然的に高圧となる。このため、イニシャルコスト、ランニングコストが多大となるという問題があった。

また、下水処理場、ポンプ場等に沈砂池が複数配備される場合、各沈砂池毎にそれぞれ１台の集砂装置を必要とし、イニシャルコストが大きくなり、また定期的に各沈砂池毎にメンテナンスが必要になるという問題があった。

ところで、従来の沈砂池の集砂装置の有する問題点に鑑み、近年、沈砂池を排水、ドライ化した状態で低圧の噴射水によって集砂を行う低圧式の集砂装置が提案され、実用化されるようになってきている。

しかしながら、この低圧式の集砂装置は、低圧の噴射水によって集砂を行う関係上、集砂には、適切な集砂ノズルの配置、噴射方向の設定、池底形状等を考慮する必要があったが、従来の低圧式の集砂装置には、以下の問題があった。
１．集砂ノズルの配置は、水路両壁側及び水路底中央の集砂トラフの上流側の池底近くに設置され、集砂運転時以外は水面下にあり水没していた。水没中に異物の侵入による閉塞、腐食の進行、ノズルの状態が池上から確認できないという問題があった。
２．集砂ノズルは固定されており、噴射方向の変更ができなかった。
３．揚砂ポンプは、水中ポンプが使用されていた。１池に１台設置が必要であり、池数が多い場合は台数、電動機負荷が多くなり、設備費、補修費、電力料が大きくなる問題があった。
４．水中ポンプを使用する揚砂ピットは、概ね四角錐台を逆にした形状であった。池底に向け集砂ノズルを設ける対策をしても、沈砂が残る問題があった。
５．池底は、池中央に中央トラフ（ＳＵＳ製）を設け、その中央トラフに向かって両側から流れ込むように小トラフ（ＳＵＳ製）が多数設けられ、トラフ間に無筋コンクリートを打設して仕上げていた。このため、構造が複雑で、施工期間が長く、施工コストも高いという問題があった。
６．自吸ポンプは、揚砂吸込管が閉塞した場合、自動逆洗する方法がなかった。

なお、本件出願人は、先に、低コストな構造で、かつ低動力にて集砂できるようにした沈砂池の集砂装置を提案している（特許文献１参照。）が、上記の問題点のすべてを完全に解消するものではなかった。

特開２００８−１２６１４５号公報

本発明は、従来の低圧式の集砂装置を用いた沈砂池の除砂装置の有する問題点を解消し、適切な集砂ノズルの配置、噴射方向の設定及び池底形状を備え、低圧の噴射水によって集砂を行った場合でも沈砂の残留がなく、効率よく集砂を行うことができる沈砂池の除砂装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の沈砂池の除砂装置は、沈砂池を排水、ドライ化後、集砂、揚砂する低圧式の集砂装置を用いた沈砂池の除砂装置において、集砂エリアブロック毎に、１個の集砂自動弁と複数の集砂ノズルを取り付けた概ね矩形ループ状の集砂管を、沈砂池の水面上位置に設けたことを特徴とする。

この場合において、概ね矩形ループ状の集砂管の直管部に集砂ノズルを取り付け、該直管部を挟んで両側に回転機構を設けることができる。

また、概ね矩形ループ状の集砂管の池中央の集砂トラフ上に、集砂ノズルを設けることができる。

また、揚砂ポンプに、抽気ポンプと渦巻きポンプを組み合せた自吸式揚砂ポンプを使用することができる。

また、揚砂ピットを円筒形とし、揚砂ピットの側面と底面の交線部をハンチ状又は円弧状に仕上げることができる。

また、揚砂ピットに流入するように勾配を付けた集砂トラフを池幅方向中央に設けるとともに、水路両壁側から集砂トラフに流入するように斜面を設けることができる。

また、池底部を、無筋コンクリートとモルタル打設で形成することができる。

また、揚砂吸込管の吸込口と揚砂自動弁間に、逆洗自動弁を介して逆洗管を接続し、給水可能とすることができる。

本発明の沈砂池の除砂装置によれば、沈砂池を排水、ドライ化後、集砂、揚砂する低圧式の集砂装置を用いた沈砂池の除砂装置において、集砂エリアブロック毎に、１個の集砂自動弁と複数の集砂ノズルを取り付けた概ね矩形ループ状の集砂管を、沈砂池の水面上位置に設けることにより、池長が長い沈砂池においても集砂自動弁を切り替え順次噴射することにより、揚砂ピットまで効率よく集砂することができる。また、水面上に設置することにより、異物の侵入による閉塞、腐食の進行等を防ぐことができる。

また、概ね矩形ループ状の集砂管の直管部に集砂ノズルを取り付け、該直管部を挟んで両側に回転機構を設けることにより、集砂ノズルの噴射方向を容易に最適方向に変更することができる。

また、概ね矩形ループ状の集砂管の池中央の集砂トラフ上に、集砂ノズルを設けることにより、集砂トラフの移送力を高め、沈砂の残留をなくして揚砂ピットまで集砂することができる。

また、揚砂ポンプに、抽気ポンプと渦巻きポンプを組み合せた自吸式揚砂ポンプを使用することにより、沈砂池数が多い場合でも１台で揚砂することができる。水中ポンプを使用した場合よりも台数、電動機負荷が少なく、設備費、補修費、電力料を小さくすることができる。また、ポンプ本体が床上にあることから点検が容易で、修理する場合も、水中ポンプのように池内から引き上げる必要がなく、簡単に行うことができる。自吸ポンプには、ケーシング内に水を残すか、呼水を注水して自吸する方式のポンプがあるが、自吸力が弱く、揚砂吸込管はポンプ１台に対し１本である。揚砂吸込管を複数本分岐させ、揚砂自動弁を切り替えて自吸することはできない。また、本発明の用途から、対象が砂を含んだ下水であり、ケーシング内に長期滞留させることはできない。清水を注入するには配管等の設備が必要である。本発明で使用する抽気ポンプと組み合せた自吸ポンプは、自吸ポンプに比べ自吸性能が高く、沈砂池が深い場合でも使用可能である。また、吸込管を複数本分岐させ、揚砂自動弁を切り替えて自吸することができる。

また、揚砂ピットを円筒形とし、揚砂ピットの側面と底面の交線部をハンチ状又は円弧状に仕上げることにより、沈砂が特に残留し易い揚砂ピットの隅角部に、沈砂が残留することを防ぐことができる。

また、揚砂ピットに流入するように勾配を付けた集砂トラフを池幅方向中央に設けるとともに、水路両壁側から集砂トラフに流入するように斜面を設けることにより、沈砂の残留がなく、効率よく集砂を行うことができる。

また、池底部を、無筋コンクリートとモルタル打設で形成することにより、池底構造が簡単で、施工期間が短く、施工コストも低廉にできる。

また、揚砂吸込管の吸込口と揚砂自動弁間に、逆洗自動弁を介して逆洗管を接続し、給水可能とすることにより、揚砂吸込管が閉塞した場合、自動逆洗することができる。

本発明の沈砂池の除砂装置の一実施例を示す説明図である。 図１の平面図である。 図２のＢ−Ｂ矢視縦断面図である。 図２のＣ−Ｃ矢視横断面図である。 図２のＤ−Ｄ矢視横断面図である。 同沈砂池の除砂装置の沈砂池の池底を示す平面図である。 図６のＡ−Ａ矢視縦断面図である。 図６のＢ−Ｂ矢視横断面図である。 図６のＣ−Ｃ矢視横断面図である。 同沈砂池の除砂装置の揚砂ピットの側面と底面交線部の仕上げ図である。 同沈砂池の除砂装置の集砂ノズルの回転機構の詳細図である。 同沈砂池の除砂装置の集砂ノズルの逆洗機構のスケルトン図である。

以下、本発明の沈砂池の除砂装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１〜図１２に、本発明の沈砂池の除砂装置を、雨水沈砂池に適用した例を示す。

この沈砂池の除砂装置は、沈砂池１を排水、ドライ化後、集砂、揚砂する低圧式の集砂装置を用いたものである。

沈砂池１には、流入側に、流入ゲート１２及び細目スクリーン１３（目幅２５ｍｍ以下のものが望ましい。）を、排出側に、流出ゲート１４及び雨水ポンプ１５を、それぞれ配設するようにしている。

沈砂池１の流れ方向の中央から流入側寄りに、揚砂ピット４を形成する。
揚砂ピット４は、円筒形をし、その直径Ｄ４は、φ８００〜２０００ｍｍ、好ましくは、φ１０００ｍｍ程度とする。

揚砂ピット４の側面と底面の交線部は、図１０（ａ）に示すようにハンチ状４１（Ｃ５０〜２００ｍｍ、好ましくは、Ｃ１００ｍｍ程度とする。）又は図１０（ｂ）に示すように円弧状４２（Ｒ５０〜２００ｍｍ、好ましくは、Ｒ１００ｍｍ程度とする。）に仕上げるようにする。
これにより、沈砂が特に残留し易い揚砂ピット４の隅角部に、沈砂が残留することを防ぐことができる。

また、揚砂ピット４へ砂を導く傾斜面と垂直面が交わる交線部についても、断面の角をなくし、ハンチ状又は円弧状に仕上げることが望ましい。

揚砂ピット４に流入するように、勾配α５として、１／５０〜１／２００、好ましくは、１／１００程度の底傾斜を取った集砂トラフ５を流入側、流出側の池幅方向中央に形成する。

池幅方向中央の集砂トラフ５に両側から流入するように斜面を形成する。斜面の角度α１１は、１０〜２０、好ましくは、約１３°程度とする。

沈砂池１の池底１１は、すべて無筋コンクリート打設、モルタル仕上げで形成する。

沈砂池１の流れ方向を、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５ブロックに分け（ブロック数は、これに限定されるものではなく、池長さにより決定する。）、各ブロックに概ね矩形ループ状の集砂管２Ａ〜２Ｅ（矩形ループ状の集砂管を総称して、集砂管２４という。）を設ける。

集砂管のうち、Ｎｏ．２ブロックに配設する集砂管２Ｂを除く、集砂管２Ａ、２Ｃ〜２Ｅは、高水位（Ｈ．Ｗ．Ｌ）以上に設置されており、両池壁側と集砂トラフ５上に必要個数の集砂ノズル２４ｄが取り付けられている。

Ｎｏ．２ブロックに配設する集砂管２Ｂは、集砂運転の水位（Ｗ．Ｌ）（揚砂ピット４の上端よりやや高いレベル）以上に設置されており、両池壁側と揚砂ピット４上に必要個数の集砂ノズル２４ｄが取り付けられている。

各ブロックの集砂管２Ａ〜２Ｅ（２４）には、集砂ノズル２４ｄから低圧の噴射水を噴射することによって集砂を行うために、集砂水ポンプ２１から、集砂水管２２及び１個の集砂自動弁２３ａが設けられている分岐集砂水管２３を介して、集砂水が選択的に供給されるようにする。

各ブロックの集砂管２Ａ〜２Ｅ（２４）は、直管部２４ａと、エルボ形状の曲管部２４ｂとで、概ね矩形ループ状を形成してなり、直管部２４ａには、集砂ノズル２４ｄが取り付けられ、さらに、集砂ノズル２４ｄを取り付けた直管部２４ａを挟んで両側に、回転機構、本実施例では、ルーズフランジ２４ｃが設けられている。
ルーズフランジ２４ｃは、図１１に示すように、パッキン２４ｆを介在させた状態で、締め付けボルト２４ｅで、ルーズフランジ２４ｃのフランジ部を締め付けるようにしている。
このように、直管部２４ａを挟んで両側に、回転機構としてルーズフランジ２４ｃを設けることにより、集砂ノズル２４ｄの噴射方向を容易に最適方向に変更することができる。

揚砂ピット４の中央に揚砂吸込管３１を設ける。
揚砂吸込管３１には、揚砂自動弁３１ａが設けられ、集合揚砂管３２に接続されている。
集合揚砂管３２には、複数の他の沈砂池１の揚砂吸込管３１が接続されるとともに、自吸式揚砂ポンプ３３が設けられている。

各沈砂池１の揚砂吸込管３１には、揚砂自動弁３１ａの吸込口側に逆洗管２５が接続されている。
逆洗管２５は、逆洗自動弁２５ａを介して、集砂水管２２に接続されている。
これにより、図１２に示すように、揚砂自動弁３１ａを閉じた状態で、逆洗自動弁２５ａを開いて、逆洗管２５から逆洗水（集砂水管２２から供給される水）を、揚砂吸込管３１に供給することにより、揚砂吸込管３１の閉塞を自動で解消することができる。

揚砂ポンプには、抽気ポンプ３４と渦巻きポンプ３３を組み合せた、具体的には、抽気ポンプ３４を接続した渦巻きポンプからなる自吸式揚砂ポンプ３３を使用し、沈砂池１の床上に設置する。
これにより、沈砂池１の数が多い場合でも１台で揚砂することができる。

集合揚砂管３２の下流側、すなわち、自吸式揚砂ポンプ３３の吐出側は、沈砂分離機構６が接続されている。
本実施例においては、沈砂分離機構６は、沈砂分離機６１、沈砂ホッパ６２及び汚水沈砂池６３から構成されているが、これに限定されるものではなく、沈砂洗浄機等からなる沈砂洗浄設備を備えることもできる。

次に、この沈砂池の除砂装置の揚砂運転について説明する。
揚砂運転は、降雨終了後雨水の流入が終了した後に１つの沈砂池１毎に順次行う。
まず、雨水ポンプ１５で、低水位（Ｌ．Ｗ．Ｌ）まで排水するとともに、沈砂池１の流入ゲート１２及び流出ゲート１４を閉じ、沈砂池１の揚砂自動弁３１ａを開き、自吸式揚砂ポンプ３３を運転して、揚砂運転水位まで排水する。

Ｎｏ．２ブロックに配設した集砂管２Ｂの集砂自動弁２３ａを開き、揚砂ピット４内の揚砂を行う。
沈砂分離機構６は事前に起動され、以降の集砂運転中は連続運転する。
運転タイマーの設定時間で揚砂ピット４の運転が終了すると、Ｎｏ．２ブロックに配設した集砂管２Ｂの集砂自動弁２３ａを閉じる。

次に、Ｎｏ．１ブロックに配設した集砂管２Ａの集砂自動弁２３ａを開き、流入側のＮｏ．１ブロックの集砂を行う。自吸式揚砂ポンプ３３の運転は継続する。運転タイマーの設定時間で、Ｎｏ．１ブロックの集砂が終了すると、Ｎｏ．１ブロックに配設した集砂管２Ａの集砂自動弁２３ａを閉じる。

以下、同様の手順で、Ｎｏ．３ブロック→Ｎｏ．４ブロック→Ｎｏ．５ブロックの集砂を行う。

その後、もう一度、揚砂ピット４の集砂を行う。
Ｎｏ．２ブロックに配設した集砂管２Ｂの集砂自動弁２３ａを閉じた後、自吸式揚砂ポンプ３３で揚砂ピット４の最低水位まで排水し、水位計の設定水位で自吸式揚砂ポンプ３３を停止した後、揚砂自動弁３１ａを閉じ、沈砂分離機構６を停止する。
これにより、この沈砂池１の集砂、揚砂運転を終了する。
以下、同様の手順で、他の沈砂池１の除砂装置の揚砂運転を行う。

ここで、壁側の集砂ノズル２４ｄの噴射は、壁と傾斜底面が接する隅角部の近傍に到達するように噴射するが（このとき、少なくとも一部の噴射水を、壁面を噴射水によって洗浄するように噴射させることもできる。）、運転後の集砂状況を確認して集砂管２４の直管部２４ａに設けられた回転機構、本実施例では、ルーズフランジ２４ｃを介して、集砂ノズル２４ｄを取り付けた直管部２４ａを回転することによって、集砂ノズル２４ｄの角度を最適角度に設定することができる。
揚砂ピット４及び集砂トラフ５上に設けた集砂ノズル２４ｄについても、同様に、ルーズフランジ２４ｃを介して、集砂ノズル２４ｄを取り付けた直管部２４ａを回転することによって、集砂ノズル２４ｄの角度を最適角度に設定することができる。

また、揚砂吸込管３１には、揚砂自動弁３１ａの吸込口側に逆洗管２５が接続されているが、揚砂吸込管３１が閉塞して揚砂不能となった場合、揚砂吸込管３１内の流れがないことを検知して、自動逆洗を行う。
この自動逆洗は、該当する揚砂吸込管３１の揚砂自動弁３１ａを閉じ、逆洗自動弁２５ａを開いて、逆洗管２５から逆洗水（集砂水管２２から供給される水）を、揚砂吸込管３１に供給することにより、揚砂吸込管３１の閉塞解除を図る。一定時間経過後（タイマー設定による。）、逆洗自動弁２５ａを閉じ、揚砂自動弁３１ａを開いて揚砂を再開する。閉塞が解除されない場合、自動逆洗操作を何回か繰り返した（回数は設定による。）後、それでも閉塞が解除されない場合は故障信号を発し、自吸式揚砂ポンプ３３以降の機器を停止させる。

以上、本発明の沈砂池の除砂装置について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明の沈砂池の除砂装置は、適切な集砂ノズルの配置、噴射方向の設定及び池底形状を備え、低圧の噴射水によって集砂を行った場合でも沈砂の残留がなく、効率よく集砂を行うことができる特性を有していることから、沈砂池を排水、ドライ化後、集砂、揚砂する低圧式の集砂装置を用いた沈砂池の除砂装置の用途に好適に用いることができる。

１ 沈砂池
１１ 池底
１２ 流入ゲート
１３ 細目スクリーン
１４ 流出ゲート
１５ 雨水ポンプ
２１ 集砂水ポンプ
２２ 集砂水管
２３ 分岐集砂水管
２３ａ 集砂自動弁
２４（２Ａ〜２Ｅ） 集砂管
２４ａ 直管部
２４ｂ 曲管部
２４ｃ ルーズフランジ（回転機構）
２４ｄ 集砂ノズル
２５ 逆洗管
２５ａ 逆洗自動弁
３１ 揚砂吸込管
３１ａ 揚砂自動弁
３２ 集合揚砂管
３３ 渦巻きポンプ（自吸式揚砂ポンプ）
３４ 抽気ポンプ
４ 揚砂ピット
５ 集砂トラフ
６ 沈砂分離機構
６１ 沈砂分離機
６２ 沈砂ホッパ
６３ 汚水沈砂池

Claims (6)

1. 沈砂池を排水、ドライ化後、集砂、揚砂する低圧式の集砂装置を用いた沈砂池の除砂装置において、
   集砂エリアブロック毎に、１個の集砂自動弁と複数の集砂ノズルを取り付けた概ね矩形ループ状の集砂管を、沈砂池の水面上位置に設け、
   揚砂ピットに流入するように勾配を付けた集砂トラフを池幅方向中央に設けるとともに、水路両壁側から前記集砂トラフに流入するように斜面を設け、
   前記集砂管の池中央の前記集砂トラフの上に、前記集砂ノズルを設け、
   前記揚砂ピットに集砂するための前記集砂管の設置位置を集砂運転時の水位以上低水位（Ｌ．Ｗ．Ｌ）以下とし、前記集砂トラフに集砂するための前記集砂管の設置位置を雨水流入後水位以上としたことを特徴とする沈砂池の除砂装置。
2. 概ね矩形ループ状の集砂管の直管部に集砂ノズルを取り付け、該直管部を挟んで両側に回転機構を設けたことを特徴とする請求項１に記載の沈砂池の除砂装置。
3. 揚砂ポンプに、抽気ポンプと渦巻きポンプを組み合せた自吸式揚砂ポンプを使用したことを特徴とする請求項１又は２に記載の沈砂池の除砂装置。
4. 揚砂ピットを円筒形とし、揚砂ピットの側面と底面の交線部をハンチ状又は円弧状に仕上げたことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の沈砂池の除砂装置。
5. 池底部を、無筋コンクリートとモルタル打設で形成したことを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の沈砂池の除砂装置。
6. 揚砂吸込管の吸込口と揚砂自動弁間に、逆洗自動弁を介して逆洗管を接続し、給水可能としたことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載の沈砂池の除砂装置。

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