JP6924520B2 - 沈砂池の集砂装置 - Google Patents

Description

本発明は、下水処理設備の沈砂池に沈殿した土砂を低圧集砂方法により沈砂池に設けた集砂ピットに集める集砂装置に関する。

沈砂池に沈殿した土砂を低圧集砂方法により沈砂池に設けた集砂ピットに集める集砂装置は、特許文献１に開示されている。
この集砂装置は、沈砂池内の水を排出した状態（排水状態）で沈砂池の側壁に沿って設けた多数のノズルから３ｋｇ／ｃｍ^２未満の低圧力水を吐出して沈砂池の底面に堆積した土砂を集砂ピットに集めるものである。
集砂ピットに集められた土砂は、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される。

沈砂池の側壁に沿って設けたノズルに水を供給する給水ポンプと集砂ピットから土砂を汲み上げる揚砂ポンプの負荷を軽減して、給水ポンプと揚砂ポンプに小型ポンプの使用を可能にするため、沈砂池の底面を複数の領域に区分し、各領域において母管に多数のノズルを所定の間隔をもって取付けてなるノズルヘッダーを沈砂池の側壁に沿って設置し、給水ポンプからの水を集砂弁の制御を介して各ノズルヘッダーに順次所定時間ずつ供給するようにしている。集砂弁は、流量調整を手作業で行なう流量調整弁と、通水と止水を切り換える自動弁からなる切換弁とを直結して構成されている。

ノズルヘッダーの製造コスト及び取付コストの低減化のため、等数のノズルを有する等長のノズルヘッダーが、いずれも等面積の領域に設置されている。

給水ポンプには、吐出量が２ｍ^３／分のものが使用されている。そして、吐出量が０．１５ｍ^３／分のノズルを用いる場合は、一つのノズルヘッダーに取付け可能なノズル数は、最大１３個である。しかし、ノズルヘッダーに取付けた全てのノズルから均等に水を吐出させるためには、ノズルの数が偶数でなければならないので、取付け可能な最大数は１２である。一方、沈砂池の底面への吐出による土砂排除効率を高めるためには、ノズルヘッダーのノズルの取付間隔は５００ｍｍが適当である。従って、ノズルヘッダーの全長は最大で６ｍとなる。

例えば、全長が１８０００ｍｍの沈砂池の底面を複数の等面積の領域に区分し、各領域に６ｍ以内の可及的に長いノズルヘッダーを設置する場合は、図１０に示すように、沈砂池１の両側の側壁Ｗａ，Ｗｂから沈砂池１の底部中央に設けられている集砂ピット７の底面まで下り傾斜する面（以下、集砂ピット傾斜面という。）８ｂの幅寸法を１２００ｍｍとすると、集砂ピット傾斜面８ｂの上流側及び下流側の底面の残長はそれぞれ８４００ｍｍであるから、従来は、沈砂池の底面全体では、集砂ピット傾斜面８ｂの上流側及び下流側の両側においてそれぞれ２個ずつ、合計８個の等面積の領域Ｂ１〜Ｂ８に区分し、１領域の長さを４２００ｍｍとしていた。

従って、一つの領域に設置可能なノズルヘッダーＮＨの長さは４２００ｍｍで、そのノズルヘッダーの最大ノズル設置数が８個となる。つまり、従来は、全長１８ｍの沈砂池は８領域に区分され、長さ４２００ｍｍ、ノズル数８個のノズルヘッダーを８個（ＮＨ１〜ＮＨ８）設置していた。

特許第３３１５４８９号公報

上記のように、先行技術における沈砂池では、その底面を集砂ピット傾斜面８ｂの両側（すなわち、集砂ピット傾斜面８ｂを除いた部分）において全領域が等面積となるように区分していたので、ノズルヘッダーの設置数、従って、集砂弁の使用数も多くなるため、設備コスト及び保守コストが増大するという問題があった。また、一つのノズルヘッダーのノズル数が少ないため、給水ポンプの能力を十分に活用し切っていないという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、沈砂池に沈殿した土砂を低圧集砂方法により集砂ピットに集める集砂装置において、設備コスト及び保守コストの削減を可能にすることを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するため、沈砂池の底面の最も深い所に集砂ピットを有し、前記沈砂池の底面に、前記沈砂池内の水流方向と平行に延び前記集砂ピットに通ずるトラフを有するとともに、前記沈砂池の側壁から前記沈砂池内の水流方向と直交する方向に前記集砂ピットに通ずる集砂ピット傾斜面を有し、前記沈砂池の底面は前記沈砂池内の水流方向にほぼ同じ面積の領域を複数設け、前記領域に複数のノズルを有するノズルヘッダーが前記沈砂池の側壁に沿って設置され、前記沈砂池の排水状態で給水ポンプから低圧力水を前記ノズルヘッダーに供給して前記ノズルから噴射させることにより、前記領域に堆積した土砂を前記トラフに流し、そのトラフを経て前記集砂ピットに集める沈砂池の集砂装置において、前記領域の一つに、前記集砂ピット傾斜面を設けたことを特徴とする。

前記沈砂池の集砂装置において、前記ノズルヘッダーを前記集砂ピット傾斜面に跨らせるとともに、そのノズルヘッダーのノズルの一部を前記集砂ピット傾斜面に対向させて設置してあることが好ましい。

本発明によれば、領域の一つに集砂ピット傾斜面を設けたので、同じ面積の沈砂池における領域の数が従来よりも減るため、ノズルヘッダーの使用総数を従来よりも削減できる。したがって、製造コスト、設置コスト及び保守コストの低減が可能である。

集砂ピット傾斜面を設けた領域では、ノズルヘッダーのノズルの一部が集砂ピット傾斜面に対向するので、集砂効率が向上する。集砂ピット傾斜面専用のノズルを削減することも可能である。

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の範囲の一部省略平面図である。 図２のＹ１−Ｙ１線断面図である。 図２のＹ２−Ｙ２線断面図である。 図２の主として沈砂池の領域の分布とノズルヘッダーの設置状態を示す平面図ある。 図２の図２のＹ３−Ｙ３線断面図である。 ノズルヘッダーの一例を示す正面図である。 実施の形態に係る給水系統図である。 集砂弁制御の手順を説明するフローチャートである。 従来の沈砂池の領域の分布とノズルヘッダーの設置状態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は下水処理設備であり、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の上流側端部の直前に夾雑物捕捉用スクリーン６が設置されている。

沈砂池２の底面２ａは、低圧集砂を行うために上述したように、中央が最深となるように傾斜されているとともに、その中央に集砂ピット７が形成され、沈砂池の底部の幅方向中央には沈砂池の上流側端部及び下流側端部から集砂ピット７まで下り傾斜する主トラフ(本発明に言うトラフに相当する。)８ａが形成され、側壁Ｗａ，Ｗｂの下端部から集砂ピット７まで下り傾斜する面（以下、集砂ピット傾斜面という。）８ｂが形成され、さらに、沈砂池の底面に側壁Ｗａ，Ｗｂの近傍から主トラフ８ａまで沈砂池内の水流方向に直角な方向に平行に延びる多数の小トラフ８ｃ（図２参照）が形成されている。

また、沈砂池２の底面は、主トラフ８ａの両側のそれぞれにおいて沈砂池の全長を奇数等分して、ほぼ等しい面積の奇数の領域に区分され、沈砂池全体では偶数の領域に区分されている。図２及び図５の例では全長が３等分され、沈砂池全体では６つの領域Ｂ１〜Ｂ６に区分されている。
しかし、沈砂池２の規模、又は幅によっては、主トラフ８ａが一方の側壁に寄った位置に形成される場合もあり、その場合は、沈砂池全体では領域が奇数になる。いずれの場合も、沈砂池の長手方向中央の領域（Ｂ１，Ｂ２）は、沈砂池２の中央において集砂ピット傾斜面８ｂを跨いで存在する。

また、主トラフ８ａの上端部と集砂ピット傾斜面８ｂの上端部にノズル９ａ，９ａ’が設置され、各領域Ｂ１〜Ｂ６の側壁Ｗａ，Ｗｂに沿って多数のノズル９ｂ（図６参照）が設置されている。さらに、集砂ピット７内に集められた土砂を撹拌するためのノズル９ｃ（図２、６参照）が設置されている。

領域Ｂ１〜Ｂ６に設置されるノズル９ｂは、各領域Ｂ１〜Ｂ６の側壁Ｗａ，Ｗｂの近傍に設置されたノズルヘッダーＮＨ１〜ＮＨ６に複数個が設置されている。図２,５に示されたノズルヘッダーＮＨ１〜ＮＨ６は、図７に詳細に示すように、分岐管１０を有する母管１１に複数個のノズル９ｂを等間隔に取り付けて構成されている。沈砂池２の長さが１８ｍであり、１区分の領域の長さが６ｍであるので、ノズルヘッダーＮＨ１〜ＮＨ６は、いずれも長さ６ｍで、１２個（６０００ｍｍ／ノズル取付間隔５００ｍｍ）のノズル９ｂが等間隔で取り付けられている。好ましい実施の形態においては、図２および図８に示すように、各側壁に沿って並設される全てのノズルヘッダーＮＨ３，ＮＨ１，ＮＨ５；ＮＨ４，ＮＨ２，ＮＨ６の全てのノズル９ｂの間隔が等間隔である。

図５に示される例では、６領域Ｂ１〜Ｂ６のそれぞれの側壁近傍に等長のノズルヘッダーＮＨ１〜ＮＨ６が設置されている。中央の領域Ｂ１，Ｂ２は、集砂ピット傾斜面８ｂを挟んで両側に存在しているが、その長さは、他の領域Ｂ３〜Ｂ６と同じである。従って、全領域Ｂ１〜Ｂ６に、図６，７に例示されたノズルヘッダーＮＨと同じものが設置されている。

その場合、領域Ｂ１，Ｂ２のノズルヘッダーＮＨ１，ＮＨ２の中央に存在する何個かのノズル９ｂは、集砂ピット傾斜面８ｂに対向して設置されることになるが、沈砂池２の底面の土砂堆積量が特に多い場合は、領域Ｂ１，Ｂ２から多量の土砂が集砂ピット傾斜面８ｂに流れ込むことがあるので、前記中央の何個かのノズル９ｂからの噴射水は、ノズル９ａ’からの水により集砂ピット傾斜面８ｂを流れる土砂の集砂ピットへの集砂を促進するので、好ましい。

そして、ポンプ井３には、排水ポンプＰ１と、滞留水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。

図６に例示するように、給水ポンプＰ２からの低圧力水を前記各ノズル９ａ，９ａ’,９ｂ，９ｃに供給したり、その供給を止めたりするための集砂弁群ＶＧ１，ＶＧ２、すなわち、トラフ用集砂弁Ｖａ１，Ｖａ２，Ｖａ３と、各ノズルヘッダー用集砂弁Ｖｂ１〜Ｖｂ６と、土砂撹拌ノズル用集砂弁Ｖｃとが備えられている。沈砂池の底面が６領域(Ｂ１〜Ｂ６)に区分されている場合は、図６に例示するように、ノズルヘッダー用集砂弁Ｖｂが６個（Ｖｂ１〜Ｖｂ６）用いられる。各集砂弁は、従来の集砂弁と同様に、流量調整弁と切換弁を直結してなっている。

集砂弁群ＶＧ１，ＶＧ２、すなわち、トラフ用集砂弁Ｖａ１，Ｖａ２，Ｖａ３と、各ノズルヘッダー用集砂弁Ｖｂ１〜Ｖｂ６、土砂撹拌ノズル用集砂弁Ｖｃは、集砂装置の後述される制御装置の集砂弁制御回路により所定の順序で開動作又は閉動作を駆動されるように構成されている。

図８は、図６のノズル配置に対応する集砂弁群ＶＧ１，ＶＧ２の配置及び給水系統を示す図である。同図において、揚砂ポンプＰ３から汲み上げられる土砂交じりの水は、沈砂分離機１３において砂を分離された後、汚水沈砂池１４に移送される。給水ポンプＰ２に結合されたリリーフ回路１２は集砂弁Ｖｄを介して沈砂池２に接続されている。

この集砂装置の制御装置は、給水ポンプ制御回路と、揚砂ポンプ制御回路と、集砂弁制御回路とを含む。

集砂ピット７には、集砂ピット内の水面の高さが所定の高水位以上になったことを検知する高水位センサと、集砂ピット内の水面の高さが所定の低水位になったことを検知する低水位センサとが設けられている。

揚砂ポンプ制御回路は、起動されると、揚砂ポンプＰ３の自動運転モードを開始させ、高水位センサが高水位以上になったことを検知したときは揚砂ポンプＰ３の運転を開始させ、低水位センサが低水位になったことを検知したときは揚砂ポンプＰ３の運転を停止させ、前記集砂弁制御回路による一連の集砂弁制御を完了したときは、揚砂ポンプＰ３の自動運転モードを解除させるものである。

集砂弁制御回路は、集砂弁群ＶＧ１，ＶＧ２、すなわち、前記トラフ用集砂弁Ｖａ、ノズルヘッダー用集砂弁Ｖｂ、および土砂攪拌ノズル用集砂弁Ｖｃを、所定の順序で開動作又は閉動作させるものである。

次に、上記構成による作用を説明する。図１に示すように、ダム装置５が開放されたときは、下水Ｗ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Ｌ１になると、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、図外の終末処理場等に移送される。

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、沈砂池２とポンプ井３の間に設けてある堰の上面と等しい所定の水位Ｌ２になると、排水ポンプＰ１の運転が止められる。

前記制御装置は、ポンプ井３の水面が所定の水位Ｌ２になると、給水ポンプ制御回路、揚砂ポンプ制御回路及び集砂弁制御回路を起動させる。

起動された当初は、沈砂池の集砂ピット内の水面の高さは高水位以上になっているので、起動された揚砂ポンプ制御回路は、揚砂ポンプＰ３の自動運転モードを開始させるとともに、揚砂ポンプＰ３の運転を開始させる。したがって、集砂ピット内の土砂が揚砂ポンプＰ３により吸い上げられるので、集砂ピット内の水位は低下し始める。

他方、起動された集砂弁制御回路は、最初、リリーフ回路１２の集砂弁Ｖｄを開けて、給水ポンプＰ２の駆動を準備する（図９のステップＳ２１)。続いて、トラフ用集砂弁Ｖａ（Ｖａ１〜Ｖａ３）を開けた（Ｓ２２）後、リリーフ回路１２の集砂弁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８ａ及び集砂ピット傾斜面８ｂに噴出される。これにより、主トラフ内及び集砂ピット傾斜面の土砂が水とともに集砂ピット７に向けて流される。したがって、低下し始めた集砂ピット内の水位は一時的に上昇するが、揚砂ポンプＰ３の運転は継続されているので、再び低下し始める。

集砂ピット内の水面が所定水位まで低下したとき(Ｓ２４でＹのとき)、すなわち、前記所定の高水位と所定の低水位の間の水位まで低下したとき、集砂弁制御回路は、ノズルヘッダー用集砂弁Ｖｂのうち、開放すべきノズルヘッダー用集砂弁Ｖｂの順位ｘを“１”に設定し、先ず、沈砂池の底面の第１領域Ｂ１のノズルヘッダー用集砂弁Ｖｂ１を開ける(Ｓ２５)。

このとき、ノズル９ａ，９ａ’から主トラフ８ａ及び集砂ピット傾斜面８ｂへの噴出は続いている。したがって、この場合も、低下し始めた集砂ピット内の水位は一時的に上昇するが、揚砂ポンプＰ３の運転は継続されているので、再び低下し始める。

その時点から予め設定されている一定時間Ｔが経過したとき（Ｓ２６においてＹのとき）に、ノズルヘッダー用集砂弁Ｖｂｘ、すなわち、第１領域Ｂ１のノズルヘッダー用集砂弁Ｖｂ１を閉じるとともに、順位ｘを”ｘ＋１”に設定し、次の順位の領域のノズルヘッダー用集砂弁、すなわち、第２領域Ｂ１のノズルヘッダー用集砂弁Ｖｂ２を開ける（Ｓ２７）。

そのとき、”ｘ＋１”が領域の最後の順位、すなわち、６か否かを調べ（Ｓ２８）、最後の順位でない場合はステップＳ２６に戻り、そのときの順位の領域のノズルヘッダー用集砂弁を閉じるとともに、次順位の領域のノズルヘッダー用集砂弁を開ける（Ｓ２７）。
順次各領域のノズルヘッダー用集砂弁Ｖｂを開けるたびに、低下し始めた集砂ピット内の水位の一時的上昇及びその後の再低下が繰り返される。

そして、ステップＳ２７において最後の順位の領域のノズルヘッダー用集砂弁、すなわち、第６領域Ｂ６のノズルヘッダー用集砂弁Ｖｂ６を開けたとき（Ｓ２８においてＹのとき）は、一定時間Ｔが経過した時（Ｓ２９においてＹのとき）、リリーフ回路１３の集砂弁Ｖｄを開けるとともに、最後の順位の領域のノズルヘッダー用集砂弁、すなわち、第６領域Ｂ６のノズルヘッダー用集砂弁Ｖｂ６を閉め、かつ、ノズル用集砂弁Ｖａを閉める（Ｓ２１０）。

その後、集砂ピット内の水面が所定の低水位まで低下するので、揚砂ポンプが運転を停止する。これにより、一連の集砂動作及び除砂動作が終了する。この一連の集砂動作及び除砂動作が終了したとき、揚砂ポンプの自動運転モードが解除される。

図６及び図８に示された例では、沈砂池の長手方向中央に存在する領域、すなわち、集砂ピット傾斜面８ｂの両側に跨いで存在する第１領域Ｂ１及び第２領域Ｂ２に設置されたノズルヘッダーＮＨ１，ＮＨ２の中央部分に存在するノズル９ｂが集砂ピット傾斜面８ｂに対向している。集砂ピット傾斜面８ｂは、沈砂池の傾斜する底面の最も深い位置に隣接するので、その底面から集砂ピット傾斜面８ｂには比較的多くの土砂が流れ込む。従って、上記中央部分のノズルからの噴射水は、集砂ピット傾斜面８ｂの土砂のノズル９ａ’による集砂ピット側への流れを促進する。また、集砂ピット傾斜面８ｂに流れ込む土砂量が少ない沈砂池の場合は、集砂ピット傾斜面８ｂのノズル９ａ’を省略することができる。従って、その場合は、ノズル９ａ’用集砂弁を削減することができる。

１ 雨水処理設備
２ 沈砂池
２ａ 沈砂池の底面
３ ポンプ井
７ 集砂ピット
８ａ 主トラフ
８ｂ 集砂ピット傾斜面
８ｃ 小トラフ
Ｂ１〜Ｂ６ 領域
９ａ 主トラフのノズル
９ａ’ 集砂ピット傾斜面のノズル
９ｂ ノズルヘッダーのノズル
ＮＨ１〜ＮＨ６ 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

Claims (1)

1. 沈砂池の底面の最も深い所に集砂ピットを有し、前記沈砂池の底面に、前記沈砂池内の水流方向と平行に延び前記集砂ピットに通ずるトラフを有するとともに、前記沈砂池の側壁から前記沈砂池内の水流方向と直交する方向に前記集砂ピットに通ずる集砂ピット傾斜面を有し、前記沈砂池の底面は前記沈砂池内の水流方向にほぼ同じ面積の領域を複数設け、前記領域に複数のノズルを有するノズルヘッダーが前記沈砂池の側壁に沿って設置され、前記沈砂池の排水状態で給水ポンプから低圧力水を前記ノズルヘッダーに供給して前記ノズルから噴射させることにより、前記領域に堆積した土砂を前記トラフに流し、そのトラフを経て前記集砂ピットに集める沈砂池の集砂装置において、
   前記領域の一つに、前記集砂ピット傾斜面を設け、
   前記ノズルヘッダーを前記集砂ピット傾斜面に跨らせるとともに、そのノズルヘッダーのノズルの一部を前記集砂ピット傾斜面に対向させて設置してある、
   ことを特徴とする沈砂池の集砂装置。

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