JP6521409B2 - 沈砂池における集砂装置 - Google Patents

Description

本発明は、沈砂池における集砂装置に関する。

下水処理設備においては、下水管により流入渠に集められる雨水や汚水等の下水を、ダム装置の開放により沈砂池に流入させる。その沈砂池の最上流側においてまずスクリーンにより夾雑物を取り除き、緩速流の間に砂を沈砂池に沈殿させた後、ダム装置を閉鎖して沈砂池への下水の流入を止める。そして、砂を分離された下水を沈砂池の下流側にあるポンプ井に設置した排水ポンプにより排出して終末処理場等に移送して沈砂池内を排水状態にする。一方、ノズル群から沈砂池の傾斜する底面に向けて低圧力水を噴射して、沈砂池の底面に堆積した砂を流し、その流した砂をさらに沈砂池の集砂ピットに集める低圧集砂方式の集砂装置が用いられている。

その集砂装置は、ダム装置による閉鎖後、排水ポンプにより沈砂池内の水を汲み出して排水し、沈砂池内の水面が所定高さまで下がったときに排水ポンプを止め、沈砂池の底部に沈砂池内の水流方向と平行に集砂ピット側が最も深くなるように形成してある主トラフの上端部に設けたノズルから低圧力水を吐出する。続いて、沈砂池の両側の側壁に沿って設けたノズル群から水を沈砂池の傾斜する底面に向けて噴射させる。これにより、沈砂池の底面に堆積した砂を主トラフに流し、さらにその主トラフから集砂ピットに流し込んで集める。集砂ピットに集められた砂は、集砂ピット内に設置した揚砂ポンプにより水とともに汲み上げて排除される。

揚砂ポンプは、集砂ピット設置位置における水面が所定の高水位になったときに自動的に運転を開始し、その運転により水面が集砂ピット内の所定の低水位になると自動的に運転を停止して、沈砂池を排水状態に維持する機能をも有する。

排水状態でノズルから低圧力水を沈砂池の底面に噴射させて集砂を行なう低圧集砂方式の集砂方法及び装置は、特許文献１に開示されている。この低圧集砂方式は、非排水状態でノズルから高圧力水を水中に噴射させる高圧集砂方式の吐出圧よりも約２００分の１程度の格段に低い圧力で足りる利点がある。

上記集砂装置においては、ノズルに給水する給水ポンプに吐出圧の小さいものを使用できるようにするため、また、揚砂ポンプの負担を小さくするため、沈砂池の底面を主トラフの少なくとも片側において複数の領域に区分し、集砂ピットに近い領域から遠い領域の順に、順次一定時間ずつ噴射するようにしている。

そして、各領域における集砂を効率的に行なうために、複数のノズルを所定の間隔を持って取付けたノズルヘッダーを用いている。これは、部材コスト及び取付け施工コストの低減を可能にするので好ましい。一方、ノズルヘッダーを各領域に一つずつ設置したことに応じて、１個の給水ポンプから各ノズルヘッダーへの給水の開始・停止及び給水量調整を行うための集砂弁を備えている。集砂弁は、各ノズルヘッダーのノズルからの噴射量を均一化するための流量調整弁とノズルヘッダーへの通水・止水を行う自動弁からなる切換弁とを直結してなっている。また、主トラフに集められた砂を集砂ピットに流すために主トラフの上端部に設けたノズルに対しても同様の集砂弁が備えられている。

流量調整弁は、一つの領域に必要な水又は主トラフに必要な水の供給量（一例として、２．０ｍ^３／ｍｉｎ）を制御するので、かなり大型になるため、自動弁ではなく手動弁を用い、所定の工具を用いて手作業により流量調整を行なう必要がある。そのため、集砂弁は沈砂池の上面を覆う天井壁よりも上側に設置されるが、その天井壁には一定間隔で梁等の補強材が配置されているので、従来は、給水ポンプと一つの沈砂池の主トラフのノズル及び全領域のノズルヘッダーとを繋ぐ管路をそれぞれ上記天井壁に補強材の間において形成された孔に貫通し、各管路の天井壁よりも上側の部分にノズル及び各ノズルヘッダーの数に対応する数の集砂弁を取り付けていた。

特許第３３１５４８９号公報

したがって、従来は、天井壁に各管路に対応する孔を設けるので、穿孔工事および配管工事に多くの手間とコストがかかる。また、各管路に取付けられる集砂弁が離れるため、全集砂弁の通水・止水作業、流量調整作業に多くの時間がかかるという問題がある。

本発明は、集砂効率の向上が可能な集砂装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するため、排水状態の沈砂池の底面にノズルヘッダーのノズルから低圧力水を噴射させて集砂を行なう低圧集砂方式の集砂装置において、前記ノズルヘッダーに、前記沈砂池の底面に前記沈砂池の側壁下端部から主トラフまで沈砂池内水流方向に直角な方向に延び、かつ、前記水流方向に隔てて形成された複数の小トラフ間の距離よりも長い長さを有するものを用い、前記ノズルヘッダーは、給水ポンプから圧力水を供給される分岐管の両端部を前記ノズルが複数個等間隔で設けられた母管に接続してなり、前記分岐管の両端部は、前記母管の両端部からその中央側に等距離隔てた二つの位置において前記母管に接続され、前記ノズルは、長円形で先端が拡開された噴射口を有し、前記噴射口から前記沈砂池の底面の小トラフの間の底面に均等に散水されるように前記ノズルヘッダーに取付けられていることを特徴とする。

本発明によれば、全てのノズルから均等な圧力水が小トラフ間に噴射されるので、集砂効率が向上する。

本発明の実施の形態に係る雨水処理設備の概略縦断面図である。 図１の沈砂池をその天井壁を取り除いて示す平面図である。 図２のＸ１−Ｘ１線断面図である。 図２のＸ２−Ｘ２線断面図である。 図２のＸ３−Ｘ３線断面図である。 沈砂池の底面を複数の領域に区分した例を示す概念図である。 ノズルの展開図である。 図２の沈砂池の給水系統を示す図である。 図５の集砂弁群の一部の拡大正面図である。 図９のＸ４−Ｘ４線断面図である。

次に、本発明を終末処理場のポンプ場における雨水処理設備に適用した場合の実施の形態について、図面を用いて説明する。

図１に示すように、雨水処理設備１００は、沈砂池１０１とポンプ井１０２とを有する。図１の左側にある流入渠(不図示)の下流側にゲート（ダム装置）１０４を介して沈砂池１０１が接続され、その沈砂池の下流側にポンプ井１０２が接続されている。前記ゲート１０４は、沈砂池１０１の上流側に設置されて、沈砂池への雨水の流入を許容したり、阻止したりするものである。ポンプ井１０２には排水ポンプ１０３Ａが備えてある。

沈砂池１０１の底部１０１ａの中央には最深位置に集砂ピット１０５が形成され、沈砂池１０１の底面は沈砂池１０１を画成する側壁Ｗ１の下端部から集砂ピット１０５側が深くなるように傾斜して形成されており、その沈砂池１０１の底部の幅方向（水流方向に直角な方向）中央部に沈砂池１０１の上流側端部から集砂ピット１０５までと、沈砂池１０１の下流側端部から集砂ピット１０５までそれぞれ集砂ピット１０５側が深くなるように傾斜する主トラフ１０６が形成されている。また、両側の側壁Ｗ１から集砂ピット１０５まで下り傾斜する斜面（以下、横トラフという。）１０７が形成されている。

そして、主トラフ１０６及び横トラフ１０７によって、沈砂池１０１の底面１０１ｂは４つの領域に区分されている。各領域の底部の表面には、側壁Ｗ１側から主トラフ１０６に向けて等間隔をもって平行に延びる多数の小トラフ１０８が形成されている。

図示の実施の形態においては、底面１０１ｂの各領域は、さらにそれぞれ２つずつの領域に分割されて、図６及び図８に示すように、全部で８つの領域Ｂ１〜Ｂ８を有している。領域数は、後述される給水ポンプ１０３Ｂ及び揚砂ポンプ１０３Ｃの能力に応じて任意に設定することができる。

そして、図２及び図５に示すように、沈砂池１０１の底面１０１ｂの各領域Ｂ１〜Ｂ８の上方には、側壁Ｗ１の近傍においてノズルヘッダーＨ１〜Ｈ８が設置されている。各ノズルヘッダーＨ１〜Ｈ８は、いずれも同様に構成されていて、分岐管１０９ａを有する母管１０９ｂに複数のノズル１１０を等間隔に取付けてなっている。
各ノズルヘッダーＨ１〜Ｈ８には、沈砂池の底面に沈砂池の側壁下端部から主トラフ１０８まで沈砂池内水流方向に直角な方向に延び、かつ、水流方向に隔てて形成された複数の小トラフ１０８間の距離よりも長い長さを有するものを用いている。また、ノズルヘッダーは、給水ポンプから圧力水を供給される分岐管１０９ａの両端部をノズル１１０が複数個等間隔で設けられた母管１０９ｂに接続してなっている。分岐管１０９ａの両端部は、母管１０９ｂの両端部からその中央側に等距離隔てた二つの位置において母管１０９ｂに接続され、母管１０９ｂの前記各接続位置から母管１０９ｂの各端部までの部分に設けられたノズル１１０の数は等しい。そして、母管１０９ｂの前記二つの接続位置の間の部分に設けられたノズル１１０の数は母管の各接続位置から母管の各端部までの部分に設けられたノズル１１０の数の３倍である。(図５参照)

ノズル１１０は、いずれも同一の種類と形状のものが使用され、図７に示すように、その噴射口１１０ａは小トラフ１０８の間の底面に均等に散水されるように所定寸法の長円形に形成されている。また、個々のノズル１１０から噴射される水が隣接するノズルからの水と衝突して互いに干渉することにより、底部の洗浄機能を損なわないように、各ノズル１１０がそれぞれ小トラフ１０８の間の底面の直近上方に所定間隔を持って配設されている。したがって、沈砂池の底面の土砂が小トラフ１０８に円滑に流入するので、集砂効率が向上する。

各ノズルヘッダーＨ１〜Ｈ８には、これをポンプ井１０２に設置されている給水ポンプ１０３Ｂに結合するための管Ｐ１〜Ｐ８の一端が接続され、その管Ｐ１〜Ｐ８は側壁Ｗ１の近傍を経て、沈砂池１０１の上面を覆う天井壁Ｗ２の隣り合う補強材１１１の間においてその天井壁Ｗ２に形成した細長い孔１１２の直前に集合され、その集合された管Ｐ１〜Ｐ８を整列させた状態で前記孔１１２に貫通して天井壁Ｗ２の上方まで延長され、その管Ｐ１〜Ｐ８の他端部は給水ポンプ１０３Ｂに接続されている給水管Ｐ１３に結合されている。そして、天井壁Ｗ２の上方まで延長して整列されている管Ｐ１〜Ｐ８のそれぞれに集砂弁Ｖ１〜Ｖ８が同じ高さに取付けられている。給水ポンプ１０３Ｂは流体供給源に相当し、管Ｐ１〜Ｐ８は管路に相当する。また、ノズルヘッダーＨ１〜Ｈ８は複数の流体供給先に相当する。そして、集砂弁Ｖ１〜Ｖ８は管路の整列されている部分に取付けられている。

図５に示されるように、図６の領域Ｂ２，Ｂ４のノズルヘッダーＨ２，Ｈ４と領域Ｂ１，Ｂ３のノズルヘッダーＨ１，Ｈ３に対応する集砂弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４により構成された第１の集砂弁群ＶＧ１が、そして、図６の領域Ｂ６，Ｂ８のノズルヘッダーＨ６，Ｈ８と領域Ｂ５，Ｂ７のノズルヘッダーＨ５，Ｈ７に対応する集砂弁Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８により構成された第２の集砂弁群ＶＧ２が、沈砂池１０１の流入側と流出側に分けられ、沈砂池１０１の天井壁Ｗ２の上部に設けられている。また、図８に示されるように、これらの第１及び第２の集砂弁群ＶＧ１，ＶＧ２は沈砂池１０１の流入側から流出側へ向かって左側に集められているもので、特に流量調整弁等を手作業で行うときの作業性を高めることができる。

いずれの集砂弁Ｖ１〜Ｖ８も同じ構成を有する。すなわち、給水ポンプ１０３Ｂからの圧力水の個々のノズルヘッダーＨ１〜Ｈ８への流量を調整するための流量調整弁Ｖａと個々のノズルヘッダーＨ１〜Ｈ８への通水・止水を行なう切換弁Ｖｂとを直結して構成されている。流量調整弁Ｖａには、流量が多いので、流量調整を手作業で行なう手動弁、例えば、ボール弁が用いられている。そして、いずれの流量調整弁Ｖａ及び切換弁Ｖｂも、弁体に流量調整工具、例えばレンチ等により回転力を加えるための被回転部材（例えば、ボール弁の場合はステムＳ１，Ｓ２）の回転軸線を、図９、図１０に示すように、管Ｐ１〜Ｐ８の整列方向Ｌに対して所定角度(θ２)傾けて取付けられている。

上記管の整列方向Ｌに対して傾斜させる角度θ２は、一つの流量調整弁Ｖａの流量調整作業及び切換弁Ｖｂの修理作業が隣りの流量調整弁Ｖａ又は切換弁Ｖｂにより妨害されない角度に設定される。流量調整弁Ｖａの種類により多少の変動はあるが、汎用の手動弁の場合は、その固定用フランジに設けられるボルト貫通孔の数が８個であるので、前記傾斜角度は４５度となる。

このように、各流量調整弁Ｖａを管路Ｐ１〜Ｐ８の整列方向Ｌに対して所定角度傾けて取り付けた場合は、図１０に一点鎖線で示すように、流量調整工具Ｔ、例えばレンチ等を被回転部材（Ｓ１）に嵌合又は係合して回転して流量調整作業を行なうときに、隣りの流量調整弁Ｖａ又は切換弁Ｖｂによりその流量調整作業が妨害されることがないという格別の効果が得られる。切換弁Ｖｂの修理作業を行なうときも、同様に隣りの流量調整弁Ｖａ又は切換弁Ｖｂによりその修理作業が妨害されることがない。

従って、管Ｐ１〜Ｐ８の設置間隔を従来よりも狭めることができ、これに伴い、天井壁Ｗ２に設ける長孔の長さも短くすることができるから、補強材１１１間の距離を気にすることなく管Ｐ１〜Ｐ８の設置ができる。また、天井壁の加工数を減らすことができる。

主トラフ１０６の最も高い位置、すなわち、主トラフの上流側端部及び下流側端部にも、それぞれノズル１１０ａ，１１０ｂが設けられ、それぞれのノズルに一端が接続されている管Ｐ９，Ｐ１０は、天井壁Ｗ２の孔１１２の下側でノズルヘッダーＨ１〜Ｈ４，Ｈ５〜Ｈ８の管Ｐ１〜Ｐ４，Ｐ５〜Ｐ８とそれぞれ集合され、同様に孔１１２の上方に貫通され、その管Ｐ９，Ｐ１０に集砂弁Ｖ９，Ｖ１０が他の集砂弁Ｖ１〜Ｖ４，Ｖ５〜Ｖ８と同様に取付けられて、第１及び第２の集砂弁群ＶＧ１，ＶＧ２にそれぞれ並設されている。

横トラフ１０７の両端部にもノズル１１０ｃが設けられ、そのノズルに一端が接続されている管Ｐ１１は、天井壁Ｗ２の孔１１２の下側で管Ｐ５〜Ｐ８，Ｐ１０と集合され、同様に孔１１２の上方に貫通され、その管Ｐ１１に集砂弁Ｖ１１が他の集砂弁Ｖ５〜Ｖ８，Ｖ１０と同様に管の整列方向に対して所定角度（θ２）傾けて取付けられて、第２の集砂弁群ＶＧ２に並設されている。

図５及び図８の１１０ｄは、集砂ピット１０５内の砂を撹拌して流動化させるためのノズルであり、他のノズルの場合と同様に一端が接続された管Ｐ１２が天井壁Ｗ２の孔１１２から上方に貫通され、その管Ｐ１２に集砂弁Ｖ１２が同様に管の整列方向Ｌに対して所定角度（θ２）傾けて取付けられて、第２の集砂弁群ＶＧ２に並設されている。

横トラフ１０７のノズル１１０ｃの管Ｐ１１及び集砂ピット撹拌用ノズル１１０ｄの管Ｐ１２は、第１群ＶＧ１と第２群ＶＧ２のいずれに並設されても良い。

上記各ノズルヘッダーの集砂弁については、試運転の際に、順次切換弁Ｖｂを通水側に駆動するとともに、流量調整弁Ｖａの被回転部材を流量調整工具により回転して、各ノズルからの各領域での噴射水量が均等になるように流量調整が行なわれる。このような流量調整は、運転後も各ノズルヘッダーのノズルの噴射状態を監視して必要な時にも行うことができる。

なお、沈砂池１０１の上流側直前には、夾雑物排除のための自動スクリーン１１３が設けられており、この自動スクリーン１１３により、例えば浮上物、水中浮遊物、小石や礫等の夾雑物が捕捉され、コンベアなどにより自動的に取り除かれる。また、沈砂池１０１の下流側端部には図１に示すように、濾過機１１４が設けられている。

図１及び図８の１０３Ｂは、ポンプ井１０２に設けられた給水ポンプであり、この実施の形態においては、この給水ポンプ１０３Ｂを稼動することにより、ポンプ井１０２内の水を集砂装置の前記ノズルヘッダーＨ１〜Ｈ８に供給する。

給水ポンプ１０３Ｂには、図８に示すように、リリーフ回路Ｐ１４が設けられ、そのリリーフ回路Ｐ１４に取付けられた切換弁１１６を開けることにより、給水ポンプ１０３Ｂからの水を沈砂池１０１に移送することができる。

給水ポンプ１０３Ｂからの水は、給水管Ｐ１３を経て各集砂弁群ＶＧ１，ＶＧ２に供給され、図示されていないマイクロコンピュータによる制御により各集砂弁Ｖ１〜Ｖ１２が所定の順序で駆動されて、所定のノズルヘッダーＨ１〜Ｈ８へ順次給水され、かつ、各トラフのノズル１１０ａ，１１０ｂ及び１１０ｃ並びに撹拌用ノズル１１０ｄに給水されて、沈砂池１０１での集砂動作が行なわれる。

揚砂ポンプ１０３Ｃは、沈砂池内に滞留する水の水面が集砂ピット１０５内に位置する排水状態を維持するように稼動するものであって、集砂ピット内の水面が所定の高水位以上のときは自動的に運転を開始し、集砂ピット内の水面が所定の低水位よりも低くなると、運転が自動的に止まるものである。

上記構成による集砂動作は、上記特許文献１に記載されているものと同一であり、また、本発明の要部と直接関係が無いので、ここでは詳述しない。

上述のように、管Ｐ１〜Ｐ１２は、沈砂池の上面を覆う天井壁Ｗ２に形成した細長い孔１１２の下側に集合され、その集合された位置から整列させた状態で前記孔１１２に貫通されて天井壁Ｗ２の上方まで延長される直管部ＳＰ，・・・を有し、その直管部ＳＰ，・・・の上端部にそれぞれ集砂弁Ｖ１〜Ｖ１２が取付けられている。そして、直管部ＳＰ，・・・はそれぞれ前記孔１１２の下側と上側においてフランジとボルト・ナットなどの周知の結合手段により分離可能な繋ぎ管ＣＰ，・・・を有する。これらの繋ぎ管ＣＰ，・・・はいずれも長さ、太さにおいて同じものが使用されている。したがって、配管工事の手間とコストの削減が可能であり、繋ぎ管ＣＰの取付け・交換が容易にできるから、直管部ＳＰの増減または交換も容易にできる。

１００ 雨水処理設備
１０１ 沈砂池
１０２ ポンプ井
１０３Ｂ 給水ポンプ
Ｐ１〜Ｐ８ 管路
Ｈ１〜Ｈ８ ノズルヘッダー
１１０，１１０ａ〜１１０ｄ ノズル
ＶＧ１，ＶＧ２ 集砂弁群
Ｖ1〜Ｖ８ 集砂弁
Ｖａ 流量調整弁
Ｖｂ 切換弁
Ｗ１ 沈砂池の側壁
Ｗ２ 沈砂池の天井壁
１１２ 天井壁に設けた長孔
ＳＰ 直管部
ＣＰ 繋ぎ管

Claims (1)

1. 排水状態の沈砂池の底面にノズルヘッダーのノズルから低圧力水を噴射させて集砂を行なう低圧集砂方式の集砂装置において、
   前記ノズルヘッダーに、前記沈砂池の底面に前記沈砂池の側壁下端部から主トラフまで沈砂池内水流方向に直角な方向に延び、かつ、前記水流方向に隔てて形成された複数の小トラフ間の距離よりも長い長さを有するものを用い、
   前記ノズルヘッダーは、給水ポンプから圧力水を供給される分岐管の両端部を前記ノズルが複数個等間隔で設けられた母管に接続してなり、
   前記分岐管の両端部は、前記母管の両端部からその中央側に等距離隔てた二つの位置において前記母管に接続され、
   前記ノズルは、長円形で先端が拡開された噴射口を有し、前記噴射口から前記沈砂池の底面の小トラフの間の底面に均等に散水されるように前記ノズルヘッダーに取付けられていること、
   を特徴とする集砂装置。

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