(57)【要約】【課題】簡易な構成で、土砂から、砂と、固形有機物と、シルトとをそれぞれ分離する分級装置を提供する。【解決手段】分級装置１００は、砂と、固形有機物と、シルトと、水とを含有する固液混合物ＭＬを収容可能な収容槽１１０と、収容槽１１０において、旋回流を形成する旋回流形成手段１３０と、旋回流の流れ方向と交差して設けられ、固形有機物を捕捉し、砂が通過可能な孔２１６を複数有する篩部１６０と、を備える。これにより、簡易な構成で、土砂から、砂と、固形有機物と、シルトとをそれぞれ分離することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
砂と、固形有機物と、シルトと、水とを含有する固液混合物を収容可能な収容槽と、
前記収容槽において、旋回流を形成する旋回流形成手段と、
前記旋回流の流れ方向と交差して設けられ、前記固形有機物を捕捉し、前記砂が通過可能な孔を複数有する篩部と、
を備えたことを特徴とする分級装置。
【請求項２】
前記旋回流形成手段は、水平方向に延伸した回転軸を中心に旋回する旋回流を形成することを特徴とする請求項１に記載の分級装置。
【請求項３】
前記篩部は、前記旋回流における下降流の流れ方向と交差して設けられることを特徴とする請求項２に記載の分級装置。
【請求項４】
前記篩部は、前記収容槽において前記下降流が形成される領域であって、最も鉛直上方の位置に設けられることを特徴とする請求項３に記載の分級装置。
【請求項５】
前記収容槽内の固液混合物が、予め定められた水位になったときに、当該収容槽内の固液混合物を外部に越流させる越流部と、
前記収容槽のうち、前記越流部が設けられる側面と、当該側面と対向する対向面との間であって、当該側面に対向して設けられた邪魔板と、
を備え、
前記旋回流形成手段は、前記対向面と前記邪魔板との間にガスを供給して前記固液混合物を曝気し、
前記邪魔板は、前記旋回流形成手段によって導入された前記ガスによって形成される気泡の前記越流部への移動を抑制することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の分級装置。
【請求項６】
前記収容槽における前記側面と前記邪魔板との間の水平断面積は、鉛直下方に向かうに従って漸減することを特徴とする請求項５に記載の分級装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固形有機物、砂、シルトを分離する分級装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
浚渫した土壌には、土砂のみならず、木皮、木片、葉等の固形有機物が含まれていることがある。土壌を建設材料として利用する場合等、固形有機物の混入が問題となることがあるため、この場合、土壌から固形有機物を分離する必要がある。
【０００３】
そこで、筒体の水平面全面に亘って回収網を設けておき、当該筒体に、土壌および水の固液混合物を導入して、回収網で、土砂と、固形有機物とを分離する分級装置が開示されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２０２５０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
また、土壌の利用目的によっては、砂のみを分離したいという要望があるが、土壌を構成する土砂には、砂のみならず、砂より粒径が小さいシルトが含まれているため、土砂から、砂またはシルトを分離する必要がある。
【０００６】
しかし、特許文献１の技術では、土砂のうち、相対的に粒径が大きい砂と、相対的に粒径が小さいシルトとを分離することができない。
【０００７】
そこで、本発明は、簡易な構成で、土砂から、砂と、固形有機物と、シルトとをそれぞれ分離することが可能な分級装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の分級装置は、砂と、固形有機物と、シルトと、水とを含有する固液混合物を収容可能な収容槽と、収容槽において、旋回流を形成する旋回流形成手段と、旋回流の流れ方向と交差して設けられ、固形有機物を捕捉し、砂が通過可能な孔を複数有する篩部と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、旋回流形成手段は、水平方向に延伸した回転軸を中心に旋回する旋回流を形成するとしてもよい。
【００１０】
また、篩部は、旋回流における下降流の流れ方向と交差して設けられるとしてもよい。
【００１１】
また、篩部は、収容槽において下降流が形成される領域であって、最も鉛直上方の位置に設けられるとしてもよい。
【００１２】
また、収容槽内の固液混合物が、予め定められた水位になったときに、当該収容槽内の固液混合物を外部に越流させる越流部と、収容槽のうち、越流部が設けられる側面と、当該側面と対向する対向面との間であって、当該側面に対向して設けられた邪魔板と、を備え、旋回流形成手段は、対向面と邪魔板との間にガスを供給して固液混合物を曝気し、邪魔板は、旋回流形成手段によって導入されたガスによって形成される気泡の越流部への移動を抑制するとしてもよい。
【００１３】
また、収容槽における側面と邪魔板との間の水平断面積は、鉛直下方に向かうに従って漸減するとしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、簡易な構成で、土砂から、砂と、固形有機物と、シルトとをそれぞれ分離することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】分級装置の具体的な構成を説明するための図である。
【図２】篩部の具体的な構成を説明するための図である。
【図３】変形例の構成例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１７】
近年、土壌が広範囲に亘って放射性物質で汚染される事態が発生したため、土壌の除染が行われている。土壌の除染として、例えば、汚染された土壌（以下、「汚染土壌」と称する）を取り除いて貯蔵施設で貯蔵し、取り除いた汚染土壌に代えて汚染されていない土壌を設置する技術がある。しかし、土壌の汚染が広範囲に亘る場合、莫大な量の汚染土壌の貯蔵が必要となり、莫大な敷地を確保して貯蔵施設を建設しなければならず、現実的ではなかった。
【００１８】
本願発明者は、土壌に混入した、木皮、木片、葉等の固形有機物に多くの放射性物質が吸着されることを見出した。また、土壌を構成する土砂のうち相対的に粒径が小さいシルト（ＪＩＳでは７５μｍ以下と規定されている）に、比較的多くの放射性物質が付着していることが分かった。そこで、汚染された固形有機物やシルトを汚染土壌から分離することで、放射性物質に汚染された物の減容化を図ることができる。本実施形態では、土壌から、砂と、固形有機物と、シルトとをそれぞれ分離することができる分級装置１００について説明する。
【００１９】
（分級装置１００）
図１は、分級装置１００の具体的な構成を説明するための図である。図１に示すように、分級装置１００は、収容槽１１０と、仕切板１２０と、旋回流形成手段１３０と、越流部１４０と、邪魔板１５０と、篩部１６０と、固形物除去手段１７０とを含んで構成される。図１中、固液混合物ＭＬ、シルト含有液Ｌ０の流れを実線の矢印で、旋回流を破線の矢印で示す。また、本実施形態の図１では、垂直に交わるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図示の通り定義している。
【００２０】
収容槽１１０は、砂と、固形有機物と、シルトと、液体（ここでは、水）を含有する固液混合物ＭＬを収容する槽であって、鉛直下方（図１中、Ｚ軸の正の方向）に向かうに従って内部領域の水平断面積が漸減する槽である。詳細に説明すると、収容槽１１０は、少なくとも収容槽１１０における後述する側面１１０ａと邪魔板１５０との間の水平断面積が、鉛直下方に向かうに従って漸減するように構成されている。収容槽１１０には、導入部１０２によって、固液混合物ＭＬが導入される。導入部１０２は、例えば、ポンプで構成され、固液混合物ＭＬを収容槽１１０に導入する。なお、導入部１０２は、砂と、固形有機物と、シルトとで構成される固形物（土壌）と、液体とを別々に収容槽１１０に導入してもよく、この場合、導入部１０２を、混合物を収容槽１１０に導入する浚渫装置と、液体を導入するポンプで構成するとよい。
【００２１】
また、収容槽１１０内には、収容槽１１０の内部領域を上下方向（図３中、Ｚ軸方向）に仕切る仕切板１２０が設けられている。また、仕切板１２０には、孔１２０ａが複数設けられている。孔１２０ａの直径は、５ｍｍ〜１５ｍｍであり、好ましくは、１０ｍｍである。孔１２０ａの直径が５ｍｍ未満であると、旋回流形成手段１３０から仕切板１２０の上方へのガスの流れを阻害するおそれがある。また、孔１２０ａの直径が１５ｍｍ以上であると、仕切板１２０を通過して上昇する空気の流速が遅すぎて、砂が仕切板１２０の上方から仕切板１２０の下方へ落下してしまう。そこで、孔１２０ａの直径を上記５ｍｍ〜１５ｍｍとすることで、旋回流形成手段１３０から仕切板１２０の上方へのガスの流れを阻害する事態を回避して、後述する旋回流の流速（勢い）を維持するとともに、砂が仕切板１２０の下方に落下してしまう事態を防止することが可能となる。収容槽１１０に仕切板１２０を設ける構成により、後述する旋回流形成手段１３０の散気部１３０ａの孔（ガスの送出口）が固形物（砂、固形有機物等）によって塞がれ、曝気の効率が低下してしまう事態を回避することが可能となる。以下、収容槽１１０の内部領域のうち、仕切板１２０の上方の領域を上部領域と称し、仕切板１２０の下方の領域を下部領域と称する。
【００２２】
収容槽１１０における仕切板１２０の下方（下部領域）には、旋回流形成手段１３０を構成する散気部１３０ａが配される。旋回流形成手段１３０は、例えば孔径が３００μｍ以上の散気管や散気板、単なる管で構成される散気部１３０ａと、散気部１３０ａにガス（例えば、空気）を送出するブロワ１３０ｂとを含んで構成され、収容槽１１０における底面側から固液混合物ＭＬにガスを供給して固液混合物ＭＬを曝気する。
【００２３】
こうすることで、収容槽１１０において水平方向（図１中、Ｙ軸方向）に延伸した回転軸を中心に旋回する旋回流（図３中、破線の矢印で示す）が形成されるとともに、曝気によって砂や固形有機物に吸着（付着）したシルトが水中に分散されることとなる。
【００２４】
越流部１４０は、収容槽１１０の側面１１０ａに形成された管であり、収容槽１１０内の固液混合物ＭＬが、予め定められた水位になったときに、収容槽１１０内のシルト含有液Ｌ０を外部に越流させる。
【００２５】
邪魔板１５０は、収容槽１１０のうち、越流部１４０が設けられる側面１１０ａと、側面１１０ａと対向する対向面１１０ｂとの間であって、側面１１０ａに対向して設けられた板である。また、邪魔板１５０は、収容槽１１０における固液混合物ＭＬの液面を跨いで設けられる。さらに、邪魔板１５０の水平方向（図１中、Ｘ軸方向）の位置は越流部１４０側に偏っている。本実施形態において、邪魔板１５０は、水平方向において、仕切板１２０における越流部１４０（側面１１０ａ）側の端部１２０ｂと、越流部１４０との間に位置する。つまり、旋回流形成手段１３０は、対向面１１０ｂと邪魔板１５０との間にガスを供給して固液混合物ＭＬを曝気することとなる。そうすると、邪魔板１５０は、旋回流形成手段１３０によって導入されたガスによって形成される気泡の越流部１４０への移動を抑制することとなる。
【００２６】
したがって、収容槽１１０の底面側から曝気された気泡の、邪魔板１５０と越流部１４０との間に形成される沈降領域（図１中、一点鎖線で囲った領域）への混入を防止することができる。これにより、邪魔板１５０と対向面１１０ｂとの間に形成される領域（以下、「旋回領域」と称する）においては、旋回流形成手段１３０による曝気によって、固液混合物ＭＬが攪拌されて、砂や固形有機物からシルトが脱離（脱着）し、沈降領域においては、砂や固形有機物とシルトとの沈降速度（落下速度）の相違を利用して、砂および固形有機物を沈降させて、固液混合物ＭＬから砂および固形有機物が分離される。
【００２７】
具体的に説明すると、質量密度（比重）は、砂、シルト、固形有機物の順で小さくなり、体積は、固形有機物、砂、シルトの順で小さくなる。沈降速度は、質量密度と大きさとの兼ね合いで決定され（ストークスの式）、砂、固形有機物、シルトの順で、小さくなる。したがって、砂および固形有機物は、越流部１４０によって収容槽１１０から外部へ流出される速度より沈降速度が大きいため収容槽１１０内に残留し、シルトは、越流部１４０によって収容槽１１０から外部へ流出される速度より沈降速度が小さいため、懸濁物となって越流部１４０から外部へ流出することとなる。
【００２８】
また、上述したように、本実施形態にかかる収容槽１１０は、側面１１０ａと邪魔板１５０との間の水平断面積が、鉛直下方に向かうに従って漸減する形状であるため、沈降領域で沈降分離された砂および固形有機物を旋回領域に戻すことが可能となる。
【００２９】
こうして、砂および固形有機物が収容槽１１０に残留するとともに、砂および固形有機物が分離されたシルトを含むシルト含有液Ｌ０が、越流部１４０から外部へ排出されることとなる。また、収容槽１１０においては、砂および固形有機物が旋回流となって収容槽１１０内を旋回することとなる。また、旋回を継続することにより、砂と固形有機物との沈降速度（落下速度）の相違を利用して、砂を沈降させて、砂と固形有機物とを分離する。
【００３０】
篩部１６０は、旋回流の流れ方向と交差（本実施形態では、直交）して設けられ、固形有機物を捕捉し、かつ、砂が通過可能（通過容易）な孔を複数有する篩（網、ネット）である。篩部１６０は、例えば、目開きが０．５ｍｍ〜５ｍｍの網で構成される。
【００３１】
図２は、篩部１６０の具体的な構成を説明するための図である。図２（ａ）に示すように、本実施形態において篩部１６０は、開口部２１０と、側面部２１２と、底面部２１４とを含んで構成される。篩部１６０は、開口部２１０が旋回流の流れ方向（図２中、白抜き矢印で示す）と直交して設けられる。また、本実施形態において、篩部１６０の側面部２１２および底面部２１４に複数の孔２１６（例えば、孔径は、０．５ｍｍ〜５ｍｍ）が設けられている。
【００３２】
上述したように、固形有機物は旋回流となって流れているので、当該旋回流に交差する方向に篩部１６０を設けることで、篩部１６０で固形有機物を捕捉することができる。また、旋回流に直交する方向に篩部１６０（具体的には、底面部２１４）を設けることで、固形有機物を効率よく捕捉することが可能となる。そして、固形有機物を捕捉した篩部１６０を収容槽１１０から引き上げることで、固液混合物ＭＬから、放射性物質が多く付着された固形有機物を効率よく除去することが可能となる。
【００３３】
また、篩部１６０は、旋回流における下降流ＤＦの流れ方向と交差して設けられる。本実施形態において、篩部１６０は、下降流ＤＦの流れ方向と直交して、すなわち、水平面（図１中ＸＹ平面）に沿って設けられる。
【００３４】
このように篩部１６０を下降流ＤＦの流れ方向と交差して設けることにより、旋回流の流れを停止しても、固形有機物を篩部１６０の上に保持できる。したがって、篩部１６０を鉛直上方に引き上げるだけで、固形有機物を固液混合物ＭＬから除去することが可能となる。
【００３５】
さらに、本実施形態において、篩部１６０は、収容槽１１０において下降流ＤＦが形成される領域であって、最も鉛直上方の位置に設けられる。固形有機物は、砂と比較して質量密度が小さいので、鉛直上方に浮き易い。したがって、下降流ＤＦが形成される領域のうち、最も鉛直上方の位置に篩部１６０を設けることで、固形有機物の濃度（密度）が最も高いところで、固形有機物を捕捉することができ、固形有機物を固液混合物ＭＬから効率よく除去することが可能となる。
【００３６】
また、砂は、固形有機物と比較して質量密度が大きいので、鉛直上方に浮き難い。換言すれば、砂は、鉛直下方に沈降し易い。したがって、下降流ＤＦが形成される領域のうち、最も鉛直上方の位置に篩部１６０を設けることで、篩部１６０に砂が通過する頻度を低減することができ、砂による篩部１６０の閉塞を抑制することが可能となる。
【００３７】
また、図２（ｂ）に示すように、篩部１６０を、支持枠２２０と、支持枠２２０に係止された可撓性を有する網２２２とで構成してもよい。この場合、支持枠２２０が網２２２の開口を維持し、当該開口が旋回流の流れ方向と交差して設けられる。このように、篩部１６０を支持枠２２０と、網２２２とで構成することにより、網２２２を収容槽１１０から引き上げるだけで、固液混合物ＭＬから、放射性物質が多く付着された固形有機物を効率よく除去することが可能となる。また、固形有機物を捕捉した網２２２と新規の網２２２との交換が容易であるため、網２２２ごと固形有機物を廃棄することができ、使い勝手を向上することが可能となる。
【００３８】
図１に戻って説明すると、固形物除去手段１７０は、グラブ式揚砂機、バケットコンベヤ等で構成され、収容槽１１０において固液混合物ＭＬから沈降分離された砂を収容槽１１０から外方に取り出す。上述したように、固形有機物やシルトと比較して砂に吸着する放射性物質の量は極めて少ない。したがって、固形物除去手段１７０を備える構成により、砂に吸着した放射性物質の量が、原位置に戻しても影響がない程度である場合に、砂のみを原位置に戻し、固形有機物およびシルトのみを分離することができる。
【００３９】
また、本実施形態の分級装置１００は、固形有機物と比較して砂やシルトに吸着する放射性物質の量が極めて少なく、原位置に戻しても影響がない程度である場合に、砂およびシルトを原位置に戻し、固形有機物のみを分離することもできる。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態にかかる分級装置１００によれば、簡易な構成で、土砂から、砂と、固形有機物と、シルトとをそれぞれ分離することが可能となる。
【００４１】
（実施例）
図１に示した形状の収容槽１１０であって容積が３Ｌの分級装置１００を作製した。また、篩部１６０は目開き１ｍｍの網で形成した。そして、収容槽１１０に砂と、固形有機物と、シルトとで構成される固形物（土壌）と水とを投入して、旋回流形成手段１３０によって旋回流を形成させ、篩部１６０で固形有機物を捕捉した。
【００４２】
続いて、収容槽１１０に投入する前の土壌、収容槽１１０に沈降した残留物、篩部１６０による捕捉物、越流部１４０から越流した越流物のＶＳ（Volatile Solids：有機物量）／ＴＳ（Total Solids：全固形物量）を測定した。ＶＳ／ＴＳは、有機物の含有率の指標となる値であり、ＶＳ／ＴＳが大きいと有機物の含有率が高く、ＶＳ／ＴＳが小さいと有機物の含有率が低いということになる。実施例では、ＴＳを、１１０℃で恒量になるまで乾燥させた後の重量（乾燥重量）とし、ＶＳを５５０℃で３０分加熱したときの減少重量とした。下記表１に結果を示す。
【表１】
2014151288.tif 000003
【００４３】
表１を参照すると、土壌、残留物、捕捉物、越流物のうち、捕捉物のＶＳ／ＴＳが最も高く、篩部１６０によって固形有機物が捕捉できることが確認できた。また、残留物のＶＳ／ＴＳが最も低く、分級装置１００によって砂が分離できる（収容槽１１０に砂が残留する）ことが確認された。
【００４４】
また、土壌、残留物、捕捉物、越流物それぞれの乾燥重量当たりの放射性セシウム（Ｃｓ１３７）の濃度を測定した。その結果を上記表１に示す。なお、ここでは、残留物の乾燥重量当たりの放射性セシウムの濃度を「１」としたときの比を示す。表１を参照すると、捕捉物の放射性セシウムの濃度は、残留物の３８倍であることが分かった。したがって、篩部１６０を用いて土壌から捕捉物（固形有機物）を除去すれば、土壌を効率よく除染できることが確認できた。また、越流物の放射性セシウム濃度についても、残留物の９倍であるため、分級装置１００を利用して越流物（シルト）を分離することで、土壌を効率よく除染できることが確認された。
【００４５】
（変形例）
上述した実施形態では、篩部１６０が、旋回流における下降流ＤＦの流れ方向と交差して設けられる構成について説明した。しかし、篩部１６０は、旋回流の流れ方向と交差して設けられれば、位置に限定はない。
【００４６】
図３は、変形例の構成例を説明するための図である。図３（ａ）においては、理解を容易にするために、収容槽１１０および篩部１６０のみを抽出して示している。また、図３（ｂ）〜（ｄ）中、旋回流の流れの方向を白抜き矢印で示す。図３（ａ）に示すように、篩部１６０（図３中、１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃで示す）は、旋回流の流れ方向と交差して設けられればよく、例えば、水平流の流れ方向と直交して設けられても、上昇流ＵＦの流れ方向と直交して設けられてもよい。
【００４７】
水平流の流れ方向と直交して、篩部１６０ａ、１６０ｂを設ける場合、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、鉛直上方に配される面２３０より、鉛直下方に配される面２３２を大きく構成するとよい。かかる構成により、水平流の流れ方向と直交する面２３４で捕捉された固形有機物を回収するために、篩部１６０ａ、１６０ｂを引き上げる際、固形有機物を収容槽１１０に落下させることなく回収することができる。
【００４８】
また、上昇流ＵＦの流れ方向と直交して、篩部１６０ｃを設ける場合、図３（ｄ）に示すように、鉛直上方に配される面２３０と鉛直下方に配される面２３２とを接続する面２３６を傾斜させるとともに、面２３２における面２３６と対向する係止面２３８を形成するとよい。かかる構成により、上昇流ＵＦの流れ方向と直交する面２３０で捕捉された固形有機物を回収するために、篩部１６０を引き上げる際、固形有機物を、面２３６を伝わらせて面２３２に導くことができる。また、係止面２３８を設けることで、面２３２から収容槽１１０への固形有機物の落下を防止することが可能となる。
【００４９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５０】
例えば、上記実施形態において、旋回流形成手段１３０を散気部１３０ａと、ブロワ１３０ｂとで構成する例について説明したが、旋回流形成手段１３０は旋回流を形成できればよく、例えば、回転羽根と、当該回転羽根とを回転駆動するモータで構成してもよい。また、旋回流形成手段１３０が形成する旋回流は、水平方向に延伸した回転軸を中心に旋回する旋回流に限定されず、鉛直方向に延伸した回転軸を中心に旋回する旋回流であってもよい。この場合であっても、篩部１６０は、旋回流の流れ方向と交差して設けられるとよい。
【００５１】
また、上記実施形態において、篩部１６０は、旋回流の流れ方向と直交して設けられる構成を例に挙げて説明したが、旋回流の流れ方向に交差していれば、角度に限定はない。
【００５２】
また、上記実施形態において、収容槽１１０における側面１１０ａと邪魔板１５０との間の水平断面積は、鉛直下方に向かうに従って漸減しているが、収容槽１１０の形状に限定はない。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、固形有機物、砂、シルトを分離する分級装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１００  …分級装置
１１０  …収容槽
１３０  …旋回流形成手段
１４０  …越流部
１５０  …邪魔板
１６０  …篩部
【図１】
2014151288.tif 000004
【図２】
2014151288.tif 000005
【図３】
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