WO2022044564A1 - 圧縮空気噴出機構及びそれを用いた導水渠並びに沈殿池 - Google Patents

Abstract

導水渠本体２の長手方向の内側の側壁５には、その導水渠本体２内に生成されるスカム層Ｓよりも少し下の位置で、かつ、その導水渠本体２の長手方向に沿って圧縮空気用噴出機構１０ａが設けられ、圧縮空気用噴出機構１０ａから噴出された気泡が上昇するとき、導水渠本体２の側壁５からスカムＳを剥離することができ、さらに、生成されたスカム層Ｓの上面に対して、そのスカム層Ｓがスカムピット３に向くように流れを助長する圧力水を噴射するノズル８ｂが設けられるため、スカム層Ｓをスカムピット３に速やかに排出することができる。

Description

圧縮空気噴出機構及びそれを用いた導水渠並びに沈殿池

　本発明は、圧縮空気噴出機構及びその圧縮空気噴出機構を用いた導水渠、並びにその圧縮空気噴出機構を用いた沈殿池に関する。

　本願は、２０２０年８月２７日に日本国に出願された特願２０２０－１４３５４６号及び２０２０年９月１１日に日本国に出願された特願２０２０－１５２８９７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　下水処理場には、最初沈殿池として複数の沈殿池が並設されており、各沈殿池には一つの導水渠から原水が分配供給されるように構成されている。この導水渠に供給される原水中には、原水が下水という性質上、沈殿池で処理対象とされる沈殿性物質の他に浮上性物質が含まれている。この浮上性物質がある程度の大きさの集合状態となってスカムが生成される。

　導水渠に原水が供給されて時間が経過すると、導水渠の水面上にはスカムが浮上し、その浮上したスカムが徐々に厚みを増してスカム層が生成される。生成されたスカム層の厚さが例えば１０ｃｍ程度に達したとき、スカムの除去が行われる。スカムの除去は、作業員が柄杓で汲み取ったり、あるいはバキュームカーのホースを手にして吸引したりして行われる。また、このような作業員の手作業によるスカム除去作業を改善するために、例えば、特許文献１に示されるような、スカムを自動的に除去するスカム除去装置も提案されている。この特許文献１のスカム除去装置は、立体物を上下動させる機構により水面上に生成されたスカムを破砕して導水渠の流れ方向の終端位置に設けられているスカム除去機構に移動させるようにしている。

　ところで、導水渠から沈殿池に供給された原水の中にも浮上性物質が含まれているので、沈殿池にも、生成されたスカムを除去するスカム除去装置が設けられている。すなわち、沈殿池に流入された原水中の浮上性物質は水面上に浮上してスカム層を生成させるが、その生成されたスカム層は、沈殿池の流れの下流側に設けられるスカム除去装置によって除去される。この沈殿池に設けられるスカム除去装置としては、特許文献２に示されるような、パイプ式スカム除去機構を備えたものが知られている。

　この特許文献２に示されるスカム除去装置には、スカム排出時に、パイプ本体に設けられている開口部の一部が水中に没する際、その開口部を形成する壁面のうちスカムが流れてくる壁面側に設けられ、かつ、その壁面に沿って、圧縮空気を上方に向けて噴出させる噴出手段が設けられている。

　なお、この特許文献２に示されるスカム除去装置は、スカムが開口部に円滑に流入できるとともに、スカム全体の移動が円滑に行えるので、スカムの排出を速やかに行うことができ、スカムの排出に伴う水の流出量を従来のパイプ式スカム除去機構を備えたスカム除去装置に比べて１／２０～１／３０に減らすことができる。このように、排出されるスカムに同伴される水の量が従来に比べて極端に少ないため、加圧浮上装置や脱水機等の後処理装置の設備費が少なくて済むとともに、揚水ポンプの消費電力が少なくて済み、省エネルギーに貢献することができるという特長を有していて、「週一君」（登録商標）の愛称が付されて実用化されている。

　また、特許文献３には、上記特許文献２に示されるスカム除去装置に設けられる噴出手段の改良型が提案されている。この特許文献３に示される噴出手段は、圧縮空気の供給源に連なるパイプ材と、そのパイプ材に開口部が下向きとなるように設けられたわん状体と、そのパイプ材とそのわん状体との接合部に設けられたそのパイプ材の内側とそのわん状体の内側とを連通する孔部とからなることを特徴としている。このため、孔部は、空気を噴出しない状態では汚水（下水）と接触せず、目詰まりを効果的に防止することができる。したがって、空気の噴出が良好に行なわれるから、スカムの開口部への流入が円滑に行なわれ、スカム排出を速やかに行うことができる特長がある。

特開１１-２９０８４７号公報 特許第３９４３５５１号公報 特許第５４４３１２２号公報

　しかしながら、従来の導水渠に発生するスカムの除去は、バキュームカーのホースを作業員が手に持つなどの手作業によるものなので、人手を掛けずに自動的にスカムを除去できるようにすることが望まれていた。このような要望を満たすために特許文献１に示されるような機械的にスカムを移動させることも提案されているが、設備が大掛かりでコスト高になるだけでなく、その設備が、下水を扱うという悪環境下に設置されるので、設備機器のメンテナンス等の問題があり実現を見ていない。

　また、上記特許文献２及び特許文献３に示される沈殿池のスカム除去装置は、従来のパイプ式スカム除去機構を備えたスカム除去装置に比べてスカムに同伴される水の量が極端に少なくできる等の優れた特長を有しているが、パイプ本体に付設される圧縮空気の噴出手段のより一層の簡略化が望まれていた。

　本発明は、上記要望に応えるためになされたものであって、その目的は、導水渠や沈殿池のスカム除去の自動化に資することのできる圧縮空気噴出機構及びそれを用いた導水渠、並びに、沈殿池を提供することにある。

　本発明に係る圧縮空気噴出機構は、周壁が弾性材により形成されるとともに、該周壁を貫通する１以上のスリットを有し、水中に設置されるパイプと、そのパイプに接続され、該パイプが設置される水中の圧力より高い圧力の圧縮空気を前記パイプ内に供給可能な圧縮空気供給系と、を備え、前記スリットは、前記パイプ内の圧力が水圧と同じか水圧より小さいときに閉じており、前記パイプに圧縮空気が供給されたときに開く。

　この圧縮空気噴出機構は、圧縮空気供給系からパイプ内に水圧を超える圧力で圧縮空気が供給されたときにスリットが開きパイプからスリットを通して水中に圧縮空気が噴出される。弾性材からなるパイプにスリットを形成した簡単な構成であり、また、圧縮空気による内圧がかかるので目詰まりし難い。

　本発明の圧縮空気噴出機構において、前記スリットは、そのスリットの長手方向が前記パイプの長手方向と平行で、かつ、長手方向に互いに所定の間隔をあけて複数個設けられているとよい。

　この圧縮空気噴出機構は、スリットがパイプの長手方向と平行して互いに所定の間隔を保って複数個設けられているので、パイプの強度を弱めることなく適切に圧縮空気を噴出することができる。

　本発明に係る導水渠は、下水処理場に設けられる沈殿池に原水を分配供給する導水渠であって、前記原水が流入する導水渠本体と、該導水渠本体の長手方向に沿う側壁の内側に、その導水渠本体内に生成されるスカム層よりも下方位置で、かつ、その導水渠本体の長手方向に沿って設けられた圧縮空気噴出機構と、を備え、前記圧縮空気噴出機構は、前記長手方向の複数個所から水中に圧縮空気を噴出可能である。

　この導水渠は、導水渠本体の側壁からのスカムの剥離を促してスカムの移動を円滑に行わせることができる。

　本発明の導水渠において、前記圧縮空気噴出機構は、周壁が弾性材により形成されるとともに、該周壁を貫通する１以上のスリットを有するパイプと、そのパイプに接続され、該パイプが設置される水中の圧力より高い圧力の圧縮空気を前記パイプ内に供給可能な圧縮空気供給系と、を備え、前記スリットは、前記パイプ内の圧力が水圧と同じか水圧より小さいときに閉じており、前記パイプに圧縮空気が供給されたときに開く。

　この導水渠において、弾性材からなるパイプにスリットを形成した圧縮空気噴出機構を採用したことにより、簡単な構成でありながら、目詰まりし難く、設備を簡素化することができる。

　本発明の導水渠において、前記圧縮空気噴出機構は、周壁が剛性材により形成されるとともに、該周壁を貫通する１以上の孔を有するパイプと、該パイプが設置される水中の圧力より高い圧力の圧縮空気を前記パイプ内に供給可能な圧縮空気供給系と、を備えているとよい。

　この導水渠は、剛性材からなるパイプに孔を設けた圧縮空気噴出機構を採用したことにより、耐久性に優れる。

　本発明の導水渠において、前記孔は前記パイプの長手方向に互いに所定の間隔をあけて複数設けられているとよい。

　本発明の導水渠において、前記孔には吐出口部材が設けられており、該吐出口部材は、カップ状に形成されるとともに、開口部が下向きに配置され、前記孔と前記吐出口部材の内側空間とを連通させた状態に設けられていてもよい。

　カップ状の吐出口部材であるので、目詰まりの発生を効果的に防止することができる。

　本発明の導水渠において、前記スカム層の上面に対して、そのスカム層がスカムピットに向くように流れを助長する圧力水を噴射する水上ノズル、又は、前記スカム層がスカムピットに向くように流れを助長する圧力水を水中から噴射する水中ノズルのいずれか一方、あるいは、これら両ノズルが共に設けられているとよい。

　これら水上ノズル等を用いることにより、スカムの排出を短時間で、かつ、効率よく行うことができる。

　本発明の沈殿池は、下水処理場に設けられるパイプ式スカム除去機構を備えた沈殿池であって、前記パイプ式スカム除去機構は、スカム排出時にパイプ本体に設けられている開口部の一部を水中に没するようにしてスカムを除去する際、その開口部を形成する壁面のうちのスカムが流れてくる側のパイプ本体の壁面に設けられ、かつ、その壁面に沿って空気を噴出させる圧縮空気噴出機構を有し、その圧縮空気噴出機構は、周壁が弾性材により形成されるとともに、該周壁を貫通する１以上のスリットを有するパイプと、そのパイプに接続され、該パイプが設置される水中の圧力より高い圧力の圧縮空気を前記パイプ内に供給可能な圧縮空気供給系と、を備え、前記スリットは、前記パイプ内の圧力が水圧と同じか水圧より小さいときに閉じており、前記パイプに圧縮空気が供給されたときに開く。

　パイプにスリットを形成した圧縮空気噴出機構であり、簡単に実現することができる。

　パイプを主体とした簡単な構成の圧縮空気噴出機構により、下水処理場に設けられる沈殿池に原水を分配供給する導水渠におけるスカム除去を円滑に行い、その自動化を図ることができる。

本発明の一実施の形態に係る圧縮空気噴出機構を備えた導水渠の平面図ある。 図１のＸ_１-Ｘ_１線断面図である。 本発明の一実施の形態に係る圧縮空気噴出機構を備えた導水渠のスカム除去時の説明図である。 本発明の一実施の形態に係る圧縮空気噴出機構の一部分の正面図である。 本発明の他の実施の形態に係る圧縮空気噴出機構の一部分の正面図である。 図４のＸ_２－Ｘ_２の断面図であって、圧縮空気が供給されていない状態を示す。 図４のＸ_２－Ｘ_２の断面図で、圧縮空気が供給されている状態を示している。 導水渠に適用される本発明の他の実施の形態に係る圧縮空気噴出機構の正面図である。 図８のＸ_３-Ｘ_３線断面図（わん状体は半断面とした）である。 本発明の一実施の形態に係る圧縮空気噴出機構を備えた沈殿池の平面図である。 図１０のＸ_４-Ｘ_４線断面図である。 沈殿池に設けられるパイプ本体の開口部が水面上に位置している状態の断面図である。 図１２のパイプ本体に設けられる圧縮空気噴出機構部分の拡大図である。 沈殿池に設けられるパイプ本体の開口部の一部が水面下に位置している状態の断面図である。 図１４のパイプ本体に設けられる圧縮空気噴出機構部分の拡大図である。

　本発明の一実施の形態に係る圧縮空気噴出機構（以下、「噴出機構」という。）を説明する前に、図１～図３を用いて、この噴出機構を備えた導水渠について説明する。

　導水渠１は、上部開放形の長水路を呈している導水渠本体２と、この導水渠本体２で浮上したスカムＳを受け入れるスカムピット３とを備えており、その導水渠本体２の長手方向の一端側（図示の例では右端側）からは、下水からなる原水が供給される（矢印ａ参照）。

　スカムピット３は、この導水渠本体２の原水の流れ方向の終端側（図示の例では左端側）に設けられており、このスカムピット３を形成する一部の壁は、導水渠本体２の終端側を形成する壁を兼ねている（この壁を符号Ｅで示す）。その壁Ｅの上面Ｅａの高さは、導水渠本体２内の水面よりも低い（図２参照）。そして、その壁Ｅの導水渠本体２側には、可動ゲート４が設けられている。可動ゲート４は、導水渠本体２からの原水がスカムピット３へ流入するのを制御できる。

　この可動ゲート４は、ゲート板４ａと駆動機構４ｂ（図２参照）とを備えており、導水渠本体２からスカムピット３内にスカムＳを排出しないときは、図２に示すようにゲート板４ａにより導水渠本体２内とスカムピット３との間が遮断され、導水渠本体２からスカムピット３内にスカムＳを排出するときは、図３に示すようにゲート板４ａによる遮断状態が解除される。したがって、可動ゲート４が図３に示されるように開けられたときは、導水渠本体２の表層水、すなわちスカムＳを含んだ原水をスカムピット３内に排出させることができる。

　ゲート板４ａの幅は、導水渠本体２の水路幅より少し小さく、その高さは、壁Ｅの上面Ｅａの位置と導水渠本体２内の水面位置との差分よりも十分に大きい。また、駆動機構４ｂは、ねじ棒と回転ナットとからなる方式やラックアンドピニオン方式等の周知の上下動移動機構が採用され、ゲート板４ａを上下動する。

したがって、スカムＳを排出しないとき、駆動機構４ｂは、図２に示されるように、ゲート板４ａの上端位置が導水渠本体２内の水面位置よりも十分に高くなるようにゲート板４ａを上昇させ（この状態でゲート板４ａの下端は壁Ｅの上面Ｅａより下方に配置される）、そして、スカムＳを排出するとき、駆動機構４ｂは、図３に示されるように、ゲート板４ａの上端位置が導水渠本体２内の水面位置よりも下方で、かつ、その導水渠本体２内に生成されるスカム層Ｓの底面位置よりも少し下方となるようにゲート板４ａを降下させる。これにより、導水渠本体２内のスカム層Ｓは、ゲート板４ａ及び壁Ｅの上方を通過してスカムピット３に流出する。

　導水渠本体２を形成する長水路の長手方向の両方の側壁５の外側には、図１に示すように、下水処理場の最初沈殿池に相当する複数の沈殿池６が並設されている。この沈殿池６の側壁の一部は、導水渠本体２の側壁５を兼ねている。そして、その側壁５のほぼ中間の高さ位置に開閉扉（図示せず）の付いた流入口７が設けられている。したがって、この流入口７を介して導水渠本体２内と沈殿池６内とが連通するように構成されている。このため、流入口７の開閉扉が開かれているとき、導水渠本体２内の原水は沈殿池６内に流入し、その流入した原水は、沈殿池６内を側壁５から離れる方向（図１の矢印ｂ参照）に向けて流れることができる。なお、図示の例では、沈殿池６は、導水渠本体２の両方の側壁５の外側に並設されているが、片方の側壁５の外側にのみ並設されていてもよい。

　導水渠本体２には、水供給管８ａとノズル８ｂとを備える複数の水上ノズル８が設けられている。この水上ノズル８は、導水渠本体２内の水面より少し上で、かつ、その導水渠本体２内の水の流れ方向に所定の間隔をあけて複数個設けられている。

　水上ノズル８の水供給管８ａは、導水渠本体２の相対する側壁５間に、その導水渠本体２の長手方向と直交するように設けられている。言い換えると、水供給管８ａは、導水渠本体２の流れ方向に直交する方向に沿って設けられている。これら水供給管８ａは、導水渠本体２の水面より上方のほぼ同じ高さ位置に、相互に平行に配置される。この水供給管８ａには、図示しないポンプを介して所定圧の水が供給される。なお、水供給管８ａに供給される水は、下水処理場の処理水を用いることができる。

　ノズル８ｂは、水供給管８ａの長手方向に所定の間隔をあけて設けられており、その先端開口が導水渠本体２内の水の流れの下流側で、かつ下方に向くように斜め下向きに設けられている。したがって、水供給管８ａに圧力水が供給されると、ノズル８ｂからは、導水渠本体２の水面上に積層されているスカムＳ上に対して噴出水が供給され、スカムピット３に向けて流れようとするスカムＳの流れを助長させることができる（図３参照）。なお、本発明では、説明の便宜上、水面上にある程度の厚さに成長したスカムＳを「スカム層Ｓ」というときもある。

　また、この導水渠本体２には、水中ノズル９が設けられている。この水中ノズル９は、導水渠本体２内の水面より少し下（スカム層Ｓの下方となる位置）の水中で、かつ、その導水渠本体２内の水の流れ方向に所定の間隔をあけて複数個設けられている。また、導水渠本体２内の水の流れ方向と直交する方向、つまり水路幅に対しても、互いに所定の間隔を保って複数個（図示の例では４個）の水中ノズル９が設けられている。つまり、水路幅方向（導水渠本体２の流れ方向と直交する方向）に沿って列をなすように並んだ複数の水中ノズル９の列が、導水渠本体２の流れ方向に所定間隔をあけて配置されている。各水中ノズル９の開口部は、スカムピット３側に向けて設けられている。

　この水中ノズル９は、図示しない圧力水供給管に支持されている。例えば、この水中ノズル９は、本出願人に係る特許第５４４３２６０号及び特願２０１９－１５００２２号で提案されているスカム除去装置用噴出ノズルを採用することができる。このため、この水中ノズル９は、これら提案のノズルと同様に、圧力水供給管から水中ノズル９に圧力水が供給されると、スカムピット３側に向けて開口している開口部から圧力水をほぼ水平に噴出して、スカムピット３に向けて流れようとするスカムＳの流れを助長させることができる（図３参照）。また、この水中ノズル９には、上記提案のノズルと同様に、圧力水の力で開き、その圧力水の供給が停止されたときに開口部を閉じる閉止部材が設けられており、これにより、水中ノズル９の内部の汚損を防止できる特長を有している。さらに、この水中ノズル９に供給される水は、下水処理場の処理水を用いることができる。

　次に、本発明の実施の形態に係る噴出機構１０ａについて、図４から図７も参照しながら詳細に説明する。

　この噴出機構１０ａは、その全体的形態が棒状を呈しており、導水渠本体２の両方の側壁５の内側に図示しない支持装置を介して設けられている（図１～図３参照）。この噴出機構１０ａの設置位置は、導水渠本体２内に生成されるスカム層Ｓの下方となるように決められている。例えば、導水渠１の運転によりスカムＳが滞留し、その厚さが１０ｃｍ近くに成長したときに、導水渠本体２からスカムピット３内にスカムＳを排出するようになっている場合、噴出機構１０ａは、水面から１０ｃｍよりも少し下となるように設置される。

　この噴出機構１０ａは、天然ゴム、合成ゴム等の弾性材からなるパイプ１１を有し、そのパイプ１１にスリット１２が形成されている。このような弾性材からなるパイプ１１としては、市販のゴムホースを利用することも可能である。また、スリット１２は、パイプ１１の周壁の内側と外側とを貫通させる切り込み加工によって形成されている。

　パイプ１１は、導水渠本体２の両方の側壁５の内側に、側壁５に沿って設けられており、その一端側は、図示しない閉止部材で閉止されている。そして、その他端側は、開閉弁Ｆａを介して圧縮空気供給系Ｆに接続されており、その開閉弁Ｆａが開かれたときには、パイプ１１内に所定圧の空気が供給される。

　スリット１２は、図４に示すように、そのスリット１２の長手方向がパイプ１１の長手方向と一致し、かつ、そのパイプ１１の長手方向に直線上に並ぶように互いに所定の間隔を保って設けられている。

　また、スリット１２の配置状態は、図５に示される噴出機構１０ｂのように、スリット１２の長手方向がパイプ１１の長手方向と一致し、かつ、そのパイプ１１の長手方向に沿って二列の列をなすように設けることもできる。この図５に示すように複数の列状にスリットを設ける場合、各列のスリット１２が図５に示すようにパイプ１１の周方向に重ならないように交互に配置されるとよい。なお、スリット１２の長さ、方向、間隔は、図４及び図５に示す例に限定されず、スリット１２を設けてもパイプ１１の強度が所定以上に保たれる長さ、方向、間隔を採用すればよい。

　なお、噴出機構１０ａ，１０ｂが導水渠本体２に取り付けられたときのスリット１２の水面に対する位置関係は、水面側（上側）に向いていても、水面と反対側（下側）に向いていても、あるいは、水面と平行する側（横側）に向いていてもよく、導水渠本体２に流入される原水の性情等によって適宜、選択される。パイプ１１のスリット１２から放出される圧縮空気は、気泡となって浮上するので、その浮上する気泡によって側壁５の内面に付着していたスカムを剥離できれば、スリット１２の向きは上記のいずれでもよい。

　図６は、噴出機構１０ａに圧縮空気が供給されていない状態、すなわち、開閉弁Ｆａが閉じられていてパイプ１１内に圧縮空気供給系Ｆから圧縮空気が供給されていない状態を示している。このときのスリット１２は、パイプ１１の弾性力によって閉じられた状態に保たれている。また、パイプ１１の周囲の水圧はスリット１２を押し広げるまでには至らない。したがって、この状態の場合、パイプ１１内にはスリット１２を介して原水が流入することはない。

　図７は、噴出機構１０ａに圧縮空気が供給されている状態、すなわち、開閉弁Ｆａが開かれて、パイプ１１内に圧縮空気供給系Ｆから圧縮空気が供給されている状態を示している。供給される圧縮空気の圧力は、同図の矢印で示すように弾性力を有するパイプ１１の内径を広げるように作用するので、スリット１２が開かれる。したがって、パイプ１１内の圧縮空気はスリット１２を介して原水中に気泡となって放出される（図３も参照）。

　次に、上記構成からなる噴出機構１０ａを備えた導水渠１のスカム排出動作について説明する。

　図１及び図２の矢印ａで示すように、導水渠1に原水(下水)が流入し、その原水は流入口7から沈殿池６に流入し、沈殿池６では所定の沈殿処理が行われている（図１参照）。このとき可動ゲート４は閉じられている（図２参照）。可動ゲート４の閉止により、導水渠本体２の水面上にはスカムＳが徐々に溜まり始める。

　可動ゲート４の閉止状態が所定時間経過すると、スカム層Ｓの厚さが所定の厚さ、例えば１０ｃｍ近くに達してくる。スカム層Ｓの厚さが所定の厚さに達したときは、圧縮空気供給系Ｆから噴出機構１０ａ（パイプ１１内）に圧縮空気が供給される。供給された圧縮空気の圧力により、パイプ１１に設けられているスリット１２が開かれる。その結果、パイプ１１内の圧縮空気はスリット１２を介して原水中に気泡となって放出される。そして、その放出された気泡は側壁５の面に沿って上昇し、側壁５に付着していたスカム層Ｓを側壁５の面から剥離させる。

　噴出機構１０ａ（パイプ１１内）に圧縮空気が供給されると同時に、又はこれと前後して、水上ノズル８の水供給管８ａに圧力水が供給される。このため、ノズル８ｂから導水渠本体２の水面上のスカム層Ｓ上に対して図３に示すように斜め下向きに噴出水が噴出されて、スカム層Ｓのスカムピット３側への移動が助長される。さらに、圧力水供給管から水中ノズル９に圧力水が供給されると、スカムピット３側に向けて開口している開口部から圧力水を噴出して、スカムピット３に向けて流れようとするスカム層Ｓの流れが助長される。また、水上ノズル８及び水中ノズル９からの圧力水噴出と同時、又は、これらの作動より若干遅れて可動ゲート４が開かれる。これにより、導水渠本体２の水面上のスカム層Ｓは、導水渠本体２からスカムピット３内に移動してスカム排出が進行される（図３参照）。なお、水上ノズル８及び水中ノズル９への圧力水供給と可動ゲート４の開きは、噴出機構１０ａによるスカム層Ｓの剥離（側壁５からの剥離）がある程度進んだ状態で開始することもできる。

　導水渠本体２の水面上から、スカム層Ｓのほとんどがスカムピット３内に移動したとき、噴出機構１０ａ（パイプ１１内）への圧縮空気の供給が停止されるとともに、水上ノズル８の水供給管８ａ及び水中ノズル９への圧力水の供給が停止され、また可動ゲート４も閉止されて、一連のスカム排出動作は終了する（図１参照）。なお、スカムピット３内に移動したスカムＳは、ポンプＰによりスカム処理施設に送出されて処理される。

　上述のスカム処理において、噴出機構１０ａへの圧縮空気の供給・停止、水上ノズル８（供給管８ａ）及び水中ノズル９への圧力水の供給・停止及び可動ゲート４の開閉を、作業員がスイッチのオン・オフで自動的に行うことができるが、タイマーを用いて、またはスカム層Ｓの厚さを検知して完全自動化することもできる。

　上述の例では、水上ノズル８及び水中ノズル９の両方から圧力水を噴射してスカムの流れを助長するようにしたが、いずれか一方のみとすることもできる。また、両方を設置しておいて適宜選択することもできる。どのノズルを設置するか、あるいは、両方のノズルを設置するかは、導水渠に流入してくる下水の性状によって決められる。いずれにしても、両方のノズルを設置したときは、強固に成長したスカムを排出できる効果を得ることができる。

　図８及び図９は、本発明の他の実施形態に係る噴出機構１０ｃを示している。図８及び図９に示す噴出機構１０ｃは、例えばＳＵＳ等の剛性材からなる鋼管１３と、吐出口部材１５とを備えている。この鋼管１３は、上述した噴出機構１０ａ，１０ｂと同様に、導水渠本体２の両方の側壁５の内側に図示しない支持装置を介して設けられる。また、この噴出機構１０ｃも、上述した噴出機構１０ａ，１０ｂと同様に、鋼管１３の一端側は閉じられ、他端側は圧縮空気供給系Ｆに連絡されている。

　鋼管１３には、長手方向の下部に雌ねじの切られた孔１４が周壁を貫通し、鋼管１３の長手方向に所定の間隔をあけて複数設けられている。吐出口部材１５は、全体としてカップ状（わん状、釣鐘状等）に形成され、その開口部が下向きとされ、その上部に、鋼管１３に設けられている孔１４の雌ねじに螺合できる雄ねじを有する取付部１６が設けられている。この吐出口部材１５には、取付部１６の軸心部分に貫通孔１７が設けられている。したがって、この吐出口部材１５が取付部１６を介して鋼管１３に取り付けられたときは、鋼管１３の内部と吐出口部材１５の内部とは貫通孔１７を介して連通状態になる。この吐出口部材１５の内側の空間は、貫通孔１７より十分に大きい断面積に形成される。

　この噴出機構１０ｃは、導水渠本体２の両方の側壁５の内側に取り付けられ、鋼管１３に圧縮空気が供給されると、図９に示すように、吐出口部材１５の下端の開口部から気泡が放出され、その放出された気泡は、側壁５の面に沿って上昇し、側壁５に付着していたスカム層Ｓを側壁５の面から剥離させることができる。しかも、鋼管１３に圧縮空気が供給されないときは、吐出口部材１５の開口部が下向きに配置され、かつ吐出口部材１５の内部空間の容積が大きいので、吐出口部材１５の内部に空気が充満された状態が維持され、貫通孔１７が原水(下水)にさらされることがない。したがって、貫通孔１７の目詰まりを効果的に防止することができる。

　なお、上記噴出機構１０ｃでは、鋼管１３に吐出口部材１５を取り付けたが、鋼管１３に孔１４のみを設けて、吐出口部材１５を有しない簡略化された低コスト化の噴出機構とすることもできる。なぜならば、この噴出機構の設置される水深は、１０ｃｍ程度のスカム層Ｓに対応したもので、孔１４に対する水圧が高くなく、また、その孔１４の直径も数ｍｍ程度とすることにより、鋼管１３に圧縮空気が供給されないときでも、圧縮空気供給系Ｆ側に設けられている開閉弁Ｆａが閉じられているので、鋼管１３内は密閉状態に保たれる。このため、孔１４から鋼管１３内に原水（下水）が侵入しにくく、孔１４の目詰まりが起きにくい状態にあるからである。したがって、吐出口部材１５を省略することも可能である。いずれにしても、鋼管１３を用いた噴出機構は、耐久性に優れた特長を有している。吐出口部材１５を設けたときは、この吐出口部材１５の内側の空間の断面積が貫通孔１７より十分に大きいので、目詰まりをより確実に防止することができる。

　次に、図１０～図１５を用いて、本発明の実施の形態に係る噴出機構１０ａを適用した沈殿池について説明する。この沈殿池は、図１に示される複数の沈殿池６の一つに相当し、ここでは、上述した導水渠１側と反対側の一部分が示されている。

　沈殿池６は、周知の沈殿池と同様に、導水渠１から供給された原水が貯留される沈殿池本体２０に、溢流トラフ２１と汚泥掻寄機構２２（図１１参照）が設置されている。溢流トラフ２１は、原水の流れ方向（矢印ｂ参照）の終端側、すなわち、導水渠1と反対側に設けられており、沈殿処理された原水を取り出して、図示しない次段の反応槽に送出する。また、汚泥掻寄機構２２は、チェーンコンベヤの往動により、沈殿池６の底部に堆積した汚泥（沈殿物）を、導水渠1側に設けられている図示しないピットへ排出できるように構成されている。

　この沈殿池６には、図４～図７を用いて詳述した噴出機構１０ａを備えたパイプ式スカム排出機構２３が備えられている。このパイプ式スカム排出機構２３は、沈殿池本体２０に設けられている溢流トラフ２１の設置位置よりも少し上流側（図１０及び図１１に示す例では左側）で、原水の流れ方向と直交し、かつ、一部が水面に没するように設けられている。

　このパイプ式スカム排出機構２３は、所定の太さのパイプ本体２４を有しており、そのパイプ本体２４の軸心が水面とほぼ一致するように水平に、かつ、沈殿池本体２０を横断するように設けられている。そしてこのパイプ本体２４の側部には、その軸心方向に沿った細長の開口部２５が設けられている。なお、この開口部２５の幅は、軸心を中心にパイプ本体２４を所定角度回転させることにより、スカム排出時以外は水面上に位置し、スカム排出時は一部分が水没できる大きさに形成されている（図１２及び図１４参照）。開口部２５の長さは、沈殿池本体２０の幅とほぼ同じに設定される。なお、パイプ本体２４は、通常、パイプスキマーと呼ばれている。

　このパイプ本体２４の長手方向の両端側は、沈殿池本体２０を形成する両側壁にそれぞれ回動自在に、かつ、水密状態に支持されている。そのパイプ本体２４の長手方向の一端側は開放されており、開口部２５を介してパイプ本体２４内に流入してきたスカムＳを高濃度に含む原水を、一端側から図示しない排水ピットに受け渡した後、脱水機等のスカム処理施設に送出できるように構成されている（矢印ｄ参照）。他方、そのパイプ本体２４の長手方向の他端側は閉止されており、図示しないモータ等を含んで構成される回転機構に接続され、パイプ本体２４を軸心を中心に所定の角度、往復回転できるように構成されている（図１２及び図１４参照）。

　噴出機構１０ａは、パイプ本体２４の外側で、かつ、原水が流れてくる方向に向けた側部に支持部材２６を介して設けられている。そしてその設置高さは、パイプ本体２４に設けられている開口部２５の位置よりも少し下で、図１２及び図１４に示すように、所定の角度の範囲で回転するパイプ本体２４の角度位置にかかわらず、生成されるスカム層Ｓの下側に、常時、位置できるように設定される。

　沈殿池６の沈殿池本体２０には、水面より上方位置に、圧力水供給管２７が設けられている。この圧力水供給管２７は、パイプ式スカム排出機構２３の設置位置よりも所定距離上流側の水面上で、その軸心方向がパイプ式スカム排出機構２３のパイプ本体２４の軸心方向と並行となるように、沈殿池本体２０を形成する両側壁間に設けられている。さらに、この圧力水供給管２７には、その圧力水供給管２７の長手方向に所定の間隔を保ち、かつ、先端開口の向きが下流側（パイプ本体２４側）で、少し下向きに設けられた複数のノズル２８が設けられている。この圧力水供給管２７及びノズル２８からなる水上ノズル２９は、図１～図３に示した水上ノズル８と同様の構成である。

　この水上ノズル２９の圧力水供給管２７には、図示しないポンプを介して所定圧の水が供給される。したがって、圧力水供給管２７に圧力水が供給されると、ノズル２８から、沈殿池本体２０の水面上に積層されているスカム層Ｓ上に対して斜め下向きに噴出水が供給され、これにより、パイプ本体２４に向けて流れようとするスカムＳの流れを助長することができる（図１４参照）。なお、圧力水供給管２７に供給される水は、下水処理場の処理水を用いることができる。

　次に、上記構成からなる沈殿池６のスカム排出動作について説明する。
　スカムＳを排出する時刻が到来すると、例えば、前回のスカム排出時から一週間程度経過すると、パイプ本体２４は、図１２に示すように開口部２５を水面より上方に配置した状態から、図１４に示すように回転され、開口部２５の一部が水中に没する。この水中に没する時間は、例えば１０分間である。またパイプ本体２４の回転と同時に、水上ノズル２９の圧力水供給管２７のノズル２８からスカム層Ｓ上に圧力水が噴出される。したがって、スカム層Ｓは、沈殿池６の原水の水流によるスカム移動の他にその圧力水によるスカム移動力が付与されてパイプ本体２４の開口部２５側への移動がより促進される。

　さらに、パイプ本体２４の開口部２５の一部が水中に没すると同時に、噴出機構１０ａのパイプ１１に圧縮空気が供給され、パイプ１１に設けられているスリット１２が開かれて空気が噴出される（図１４及び図１５参照）。この噴出された空気によりパイプ本体２４の開口部２５近辺のスカム層Ｓは、気泡により持ち上げられ、その持ち上げられたスカム層Ｓが開口部２５の端部を越えてパイプ本体２４内に導かれる。一旦、スカム層Ｓが開口部２５からパイプ本体２４内に入ると、それに続くスカム層Ｓの全体がパイプ本体２４内に引き込まれるように流れ、スカム層Ｓはパイプ本体２４内に円滑に導かれる。

　噴出機構１０ａの空気噴出によるスカム層Ｓの開口部２５への導入は、極めて短時間（３０秒前後）で十分であり、その後、スカム層Ｓは、流れの勢いによってパイプ本体２４内に連続して円滑に導かれる。

　なお、噴出機構１０ａからの空気噴出の時間を、パイプ本体２４の開口部２５の一部が水中に没している間（例えば１０分間）とすることもできる。しかし、空気噴出は、パイプ本体２４の開口部２５の一部が水中に没したときの当初の短時間で十分であることが実証されている。

　パイプ１１への圧縮空気の供給が絶たれると、パイプ１１に設けられているスリット１２が閉じる（図１２及び図１３参照）。したがって、パイプ１１内への原水（下水）の流入を防止することができる。

　スカムＳがパイプ本体２４内に取込まれて沈殿池６の水面から除去された後、パイプ本体２４は、元の位置、すなわちパイプ本体２４の開口部２５が水面より上方に位置するように回動させられるとともに（図１２及び図１３参照）、圧力水供給管２７への圧力水の供給が停止させられて、一連のスカム排出動作は終了となる。

　上記の構成からなる沈殿池６は、スカム全体を排出するためのパイプ本体２４に取込まれる水量を、従来の圧力水供給管２７からの圧力水の噴射のみを駆動させて排出したときの水量の１／２０～１／３０に減らすことができるという極めて優れた効果を得ることができる。また、パイプ本体２４内に取込まれたスカムＳは、脱水機等を備えた図示しないスカム処理装置に送出されて処理されるが、このスカム処理装置においてもスカムに含まれる水の量が極めて少ないので、処理コストを低減できる等の効果を有することができる。

　以上、本発明に係る噴出機構、導水渠及び沈殿池について図面を参照して説明したが、具体的な構成は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において設計変更等が可能である。また、本発明では、原水を下水としたが、原水に浮上性スカムを含むものであればその性状は問わない。したがって各種工場排水等であってもよい。

　噴出機構として１０ａ～１０ｃを図示し、他に鋼管に孔のみを形成した例も説明したが、これらの噴出機構は、設置される位置及びその周辺の状況に応じて、いずれかを選択すればよい。

　下水処理場に設けられる沈殿池に原水を分配供給する導水渠におけるスカム除去を円滑に行い、その自動化を図ることができる。

　１……導水渠
　２……導水渠本体
　３……スカムピット
　Ｅ……壁
　Ｅａ……上面
　４……可動ゲート
　４ａ……ゲート板
　４ｂ……駆動機構
　５……側壁
　６……沈殿池
　７……流入口
　８……水上ノズル
　８ａ……水供給管
　８ｂ……ノズル
　９……水中ノズル
　１０ａ～１０ｃ……圧縮空気噴出機構（噴出機構）
　Ｆ……圧縮空気供給系
　Ｆａ……開閉弁
　１１……パイプ
　１２……スリット
　１３……鋼管
　１４……孔
　１５……吐出口部材
　１６……取付部
　１７……貫通孔
　２０……沈殿池本体
　２１……溢流トラフ
　２２……汚泥掻寄機構
　２３……パイプ式スカム排出機構
　２４……パイプ本体
　２５……開口部
　２６……支持部材
　２７……圧力水供給管
　２８……ノズル
２９……水上ノズル
　Ｓ……スカム（スカム層）
　Ｐ……ポンプ

Claims (9)

1. 　周壁が弾性材により形成されるとともに、該周壁を貫通する１以上のスリットを有し、水中に配置されるパイプと、
   　前記パイプに接続され、該パイプが設置される水中の圧力より高い圧力の圧縮空気を前記パイプ内に供給可能な圧縮空気供給系と、を備え、
   　前記スリットは、前記パイプ内の圧力が水圧と同じか水圧より小さいときに閉じており、前記パイプに圧縮空気が供給されたときに開くことを特徴とする圧縮空気噴出機構。
2. 　前記スリットは、そのスリットの長手方向が前記パイプの長手方向に平行で、かつ、長手方向に互いに所定の間隔をあけて複数個設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮空気噴出機構。
3. 　下水処理場に設けられる沈殿池に原水を分配供給する導水渠であって、
   　前記原水が流入する導水渠本体と、該導水渠本体の長手方向に沿う側壁の内側に、その導水渠本体内に生成されるスカム層の下方位置で、かつ、その導水渠本体の長手方向に沿って設けられた圧縮空気噴出機構と、を備え、
   　前記圧縮空気噴出機構は、前記長手方向の複数個所から水中に圧縮空気を噴出可能であることを特徴とする導水渠。
4. 　前記圧縮空気噴出機構は、周壁が弾性材により形成されるとともに、該周壁を貫通する１以上のスリットを有するパイプと、そのパイプに接続され、該パイプが設置される水中の圧力より高い圧力の圧縮空気を前記パイプ内に供給可能な圧縮空気供給系と、を備え、
   　前記スリットは、前記パイプ内の圧力が水圧と同じか水圧より小さいときに閉じており、前記パイプに圧縮空気が供給されたときに開くことを特徴とする請求項３に記載の導水渠。
5. 　前記圧縮空気噴出機構は、周壁が剛性材により形成されるとともに、該周壁を貫通する１以上の孔を有するパイプと、該パイプが設置される水中の圧力より高い圧力の圧縮空気を前記パイプ内に供給可能な圧縮空気供給系と、を備えていることを特徴とする請求項３に記載の導水渠。
6. 　前記孔は前記パイプの長手方向に互いに所定の間隔をあけて複数設けられていることを特徴とする請求項５に記載の導水渠。
7. 　前記孔には、吐出口部材が設けられており、
   　該吐出口部材は、カップ状に形成されるとともに、開口部が下向きに配置され、前記孔と前記吐出口部材の内側空間とを連通させた状態に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の導水渠。
8. 　前記スカム層の上面に対して、そのスカム層がスカムピットに向くように流れを助長する圧力水を噴射する水上ノズル、又は、前記スカム層がスカムピットに向くように流れを助長する圧力水を水中から噴射する水中ノズルのいずれか一方、あるいは、これら両ノズルが共に設けられていることを特徴とする請求項３～６のいずれか１項に記載の導水渠。
9. 　下水処理場に設けられるパイプ式スカム除去機構を備えた沈殿池であって、
   　前記パイプ式スカム除去機構は、スカム排出時にパイプ本体に設けられている開口部の一部を水中に没するようにしてスカムを除去する際、その開口部を形成する壁面のうちのスカムが流れてくる側のパイプ本体の壁面に設けられ、かつ、その壁面に沿って空気を噴出させる圧縮空気噴出機構を有し、
   　前記圧縮空気噴出機構は、周壁が弾性材により形成されるとともに、該周壁を貫通する１以上のスリットを有するパイプと、前記パイプに接続され、該パイプが設置される水中の圧力より高い圧力の圧縮空気を前記パイプ内に供給可能な圧縮空気供給系と、を備え、
   　前記スリットは、前記パイプ内の圧力が水圧と同じか水圧より小さいときに閉じており、前記パイプに圧縮空気が供給されたときに開くことを特徴とする沈殿池。

Images