JP6727100B2 - 沈砂池の除砂装置 - Google Patents

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Description

本発明は、沈砂池の除砂装置に関し、低圧式の集砂装置を用いた雨水又は汚水のポンプ井、貯留槽等を給水源とする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、雨水滞留池等(本明細書において、総称して「沈砂池」という。)においては、当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留ピットに集めて揚砂ポンプに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留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、そのノズル孔を砂留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留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等、複雑な土木形状とする必要があり、工事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。このため、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り、これを防止するために保護カバーを設ける必要がある。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。これらによって、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、このため、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。
また、ポンプ場においては上水、処理水等を大量に使用できない場合があり、雨水若しくは汚水又はその混合水の循環利用に適用したノズルを用いた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、目開きを大きくしたノズル噴射形状を有する集砂ノズルを水面上方に位置するように設置し、該集砂ノズルから噴射水を沈砂池の壁面に衝突させることで、噴射角度を大きくし、砂の残留を少なくすることを特徴とする。
この場合において、集砂エリアブロック毎に、1個の集砂自動弁と複数の目開きを大きくしたノズル噴出形状とすることができる。
また、矩形ループ状の集砂管の直管部に目開きを大きくしたノズルを取り付け、各ノズル部に位置調整機構を設けることができる。
また、矩形ループ状の集砂管の池中央の集砂トラフ上に、目開きを大きくした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、池底部に仕切り板からなる整流機構を具備することができる。
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、目開きを大きくしたノズル噴射形状を有する集砂ノズルを水面上方に位置するように設置し、該集砂ノズルから噴射水を沈砂池の壁面に衝突させることで、噴射角度を大きくし、砂の残留を少なくすることができる。また、ノズルを水面上方に設置することで、ノズルの目詰まりを防止することができる。
また、集砂エリアブロック毎に、1個の集砂自動弁と複数の目開きを大きくしたノズル噴出形状とすることにより、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、矩形ループ状の集砂管の直管部に目開きを大きくしたノズルを取り付け、各ノズル部に位置調整機構を設けることにより、集砂ノズルの噴射位置を容易に最適位置に変更することができる。
また、矩形ループ状の集砂管の池中央の集砂トラフ上に、目開きを大きくした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台又は少ない台数の揚砂ポンプ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、運転時間が長くなるため現実的でない。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。
なお、揚砂ポンプに、水中ポンプを使用することもでき、これを排除するものではない。
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、池底部に仕切り板からなる整流機構を具備することにより、揚砂ピットまで効率よく集砂することができる。
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の説明図である。 図1の平面図である。 図2のA−A矢視縦断面である。 図2のB−B矢視横断面である。 図2のC−C矢視横断面である。 同沈砂池の除砂装置を適用した沈砂池の池底を示す平面図である。 図6のa−a矢視縦断面である。 図6のb−b矢視横断面である。 図6のc−c矢視横断面である。 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位置調整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。 同沈砂池の除砂装置の集砂ノズルの例を示す説明図である。 同沈砂池の除砂装置の集砂ノズルの例を示す説明図である。
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。
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、1/30〜1/200、好ましくは、1/50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。斜面の勾配α11は、1/3〜1/15、好ましくは、1/4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の池底11は、無筋コンクリート打設、モルタル仕上げに付帯して仕切り板7を設けることができる。
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。
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の各ノズル部に、位置調整機構、本実施例では、回転ジョイント24cが設けられている。回転ジョイント24cは、図11に示すような配置とする。
このように、直管部24aの各ノズル部に、位置調整機構として回転ジョイント24cを設けることにより、集砂ノズル24dの噴射位置を容易に各ノズルに応じた最適位置に変更することができる。
ここで、集砂ノズル24dには、目開きを大きくしたノズル噴射形状を有するノズルを用いるようにする。
具体的には、図13に示すように、除塵機の目幅(通常、25mm。)を通過した夾雑物G(通常、25mm以下。)に対して、目詰まりが生じにくい一辺が25mm以上の断面を持つ円形状(φ40mm程度)や偏平形状(長軸方向50〜60mm程度、短軸方向3〜40mm程度の長円形状)のノズルを用いることができる。なお、集砂ノズル24dの基部は、目詰まりが生じにくい一辺が25mm以上の断面を持つ円形状(φ40mm程度)に形成するようにしている。
この場合、集砂水に除塵機を通った雨水や汚水をそのまま用いる場合は、円形状又は円形状に近い偏平形状のノズルを、砂濾過した処理水を用いる場合は、それより偏平な形状のノズルを用いることが好ましい。
また、図14に示すように、集砂ノズル24dの噴射角度αは、集砂水の水質、ノズルの配置、池深さ等によって、例えば、0°(ストレート管)〜10°の範囲で任意に設定する、具体的には、噴射角度αが異なるノズルを使い分けるようにする。
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、壁面の中間部から壁と傾斜底面が接する隅角部近傍間の壁面最適部に到達するように噴射する。運転転後の集砂状況を確認して集砂管24の直管部24aに設けられた位置調整機構、本実施例では、回転ジョイント24cを介して、各集砂ノズル24dを直管部24aを回転することによって、各集砂ノズル24dの噴射位置を最適位置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については、回転ジョイント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、集砂ノズルを水面上部に設置することで、ノズルの目詰まりを防止し、噴射位置の可変機能及び集砂に適した池底形状や整流機能を備え、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、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、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。また、目開きを大きくしたノズルを用いることにより、汚水循環利用に適したシステム構成も可能である。
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 回転ジョイント(位置調整機構)
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 自吸式揚砂ポンプ(渦巻きポンプ)
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
7 仕切り板

Claims (9)

  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、
    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、
    前記揚砂ピットに集砂するための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)以下に設置し、前記集砂トラフに集砂するための矩形ループ状の集砂管の設置位置を雨水流入後水位以上に設置し、
    目開きを大きくしたノズル噴射形状を有する集砂ノズルを水面上方に位置するように設置し、
    前記集砂ノズルから噴射水を沈砂池の壁面に衝突させ、前記噴射水の噴射角度を大きくすることで砂の残留を少なくすることを特徴とする沈砂池の除砂装置。
  2. 集砂エリアブロック毎に、1個の集砂自動弁と複数の目開きを大きくしたノズル噴出形状を取り付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. 前記矩形ループ状の集砂管の直管部に目開きを大きくしたノズルを取り付け、各ノズル部に位置調整機構を設け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. 前記矩形ループ状の集砂管の池中央の集砂トラフ上に、目開きを大きくした集砂ノズルを設け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. 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、2、3又は4に記載の沈砂池の除砂装置。
  6. 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、3、4又は5に記載の沈砂池の除砂装置。
  7. 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、4、5、又は6に記載の沈砂池の除砂装置。
  8. 池底部に仕切り板からなる整流機構を具備したことを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、又は7に記載の沈砂池の除砂装置。
  9. 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、5、6、7、又は8に記載の沈砂池の除砂装置。
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