(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水からその中に混在する沈砂を分離する沈砂分離装置と、該沈砂分離装置によって分離された沈砂を貯留する沈砂貯留ホッパとを上部と下部に一体に設け、前記沈砂分離装置に、外部から導入した原水を流通させながらその間に原水中に混在する沈砂を分離させる沈砂流路と、沈砂を分離した後の原水を排水管へ向けてオーバーフローさせるオーバーフロー流出部とを設け、前記沈砂流路の底部に、前記沈砂貯留ホッパとの隔壁を兼ねる沈砂流路底板と、前記沈砂流路を原水が流通している間に分離された沈砂を下部の沈砂貯留ホッパ内へ落下させる沈砂落下用スリットとを設け、前記沈砂貯留ホッパに、該沈砂貯留ホッパ内に堆積した沈砂を外部に排出する沈砂排出機構と、沈砂貯留ホッパ内の上澄み水を排出する上澄み水排出機構とを設けたことを特徴とする沈砂分離貯留ホッパ装置。
【請求項２】
前記沈砂流路として螺旋流路を設けると共に、前記沈砂落下用スリットとして、前記螺旋流路の遠心方向外周に沿った壁面下方に渦巻き型スリットを形成し、更に、前記沈砂分離底板として、前記渦巻き型スリットを下降端とする傾斜底板を設けたことを特徴とする請求項１に記載の沈砂貯留ホッパ装置。
【請求項３】
前記上澄み水排出機構が、沈砂貯留ホッパ内への原水の充満によってサイホン作用を開始する上下首振り可能なドレン管と、そのドレン管の吸引口部に取り付けられたフロートとを備え、水位に追従しつつ上澄み水を排出するサイホンドレン構造をなしていることを特徴とする請求項１または２に記載の沈砂貯留ホッパ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の沈砂分離貯留ホッパ装置に対して更に、前記沈砂貯留ホッパの重量を検知する手段と、該手段が所定重量になったことを検知した信号に応じて前記沈砂排出機構を作動させる制御手段とを設けたことを特徴とする沈砂分離貯留ホッパ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、水処理設備の沈砂池等から揚砂装置によって汲み上げられた原水より、沈砂を分離して貯留する機能を果たす沈砂分離貯留ホッパ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般に、下水処理場や浄水場あるいは各種工場排水処理場等の水処理設備には、特開平８−２２９３１０号公報に示されるように、原水中に含まれる土砂分を沈降分離させる沈砂池と、沈砂池で沈降分離された沈砂（土砂）を原水と共に地上に搬送する揚砂装置と、地上に搬送された原水から沈砂を分離する沈砂分離装置と、沈砂分離装置によって分離された沈砂を貯留する沈砂貯留ホッパとが設けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来では、沈砂の分離と貯留は、別の機能をもった独立の装置（沈砂分離装置と沈砂貯留ホッパ）で行っていたため、ライン上に少なくとも２つの設備が必要であり、設備効率が悪かった。
【０００４】
本発明は、上記事情を考慮し、沈砂の分離と貯留を１つの装置で行えるようにすることで、設備効率の向上を図れるようにした沈砂分離貯留ホッパ装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の沈砂分離貯留ホッパ装置は、原水からその中に混在する沈砂を分離する沈砂分離装置と、沈砂分離装置によって分離された沈砂を貯留する沈砂貯留ホッパとを上部と下部に一体に設け、前記沈砂分離装置に、外部から導入した原水を流通させながらその間に原水中に混在する沈砂を分離させる沈砂流路と、沈砂を分離した後の原水を排水管へ向けてオーバーフローさせるオーバーフロー流出部とを設け、沈砂流路の底部に、沈砂貯留ホッパとの隔壁を兼ねる沈砂流路底板と、前記沈砂流路を原水が流通している間に分離された沈砂を下部の沈砂貯留ホッパ内へ落下させる沈砂落下用スリットとを設け、沈砂貯留ホッパに、沈砂貯留ホッパ内に堆積した沈砂を外部に排出する沈砂排出機構と、沈砂貯留ホッパ内の上澄み水を排出する上澄み水排出機構とを設けたことを特徴とする。
【０００６】
この装置では、沈砂分離装置に、原水の流通する沈砂流路を形成したことにより、低速で原水を流動させる領域を作り出して、この領域で混入砂の重力沈降を生じさせることができるようにしている。そして、その結果、沈砂分離装置の小型化を図ることが可能になることから、沈砂貯留ホッパの上部に直接、沈砂分離装置を一体的に設けている。このように沈砂分離装置と沈砂貯留ホッパを一体化したことにより、設備のコンパクト化ができて設備効率が向上する。また、沈砂貯留ホッパに、沈砂排出機構と上澄み水排出機構を設けたので、貯留ホッパ内の原水と沈砂とをそれぞれ分離した状態で適宜に外へ排出することができる。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１において、前記沈砂流路として螺旋流路を設けると共に、前記沈砂落下用スリットとして、前記螺旋流路の遠心方向外周に沿った壁面下方に渦巻き型スリットを形成し、更に、前記沈砂分離底板として、前記渦巻き型スリットを下降端とする傾斜底板を設けたことを特徴とする。
【０００８】
この装置では、沈砂流路を螺旋流路とすることによって、原水に混入する砂に遠心力を与えることができる。また、遠心方向外周に沿った壁面下方に渦巻き型スリットを形成すると共に、沈砂流路の底板を渦巻き型スリットに向けて傾斜する傾斜底板としたことにより、原水中に混在する沈砂を、渦巻き型スリットに集中させることができ、しかもこの渦巻き型スリットから下部の沈砂貯留ホッパ内に落下させることができる。従って、沈砂分離装置で分離され、渦巻き型スリットから落下する沈砂は、沈砂貯留ホッパ内の底部に分散しながら効率よく堆積してゆくことになる。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１または２において、前記上澄み水排出機構が、沈砂貯留ホッパ内への原水の充満によってサイホン作用を開始する上下首振り可能なドレン管と、そのドレン管の吸引口部に取り付けられたフロートとを備え、水位に追従しつつ上澄み水を排出するサイホンドレン構造をなしていることを特徴とする。
【００１０】
この装置では、沈砂貯留ホッパの上澄み水排出機構にサイホンドレン構造を採用したことにより、沈砂貯留ホッパ内の流体（上澄み水）を効果的に外部へ排出することが可能になる。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の沈砂分離貯留ホッパ装置に対して更に、前記沈砂貯留ホッパの重量を検知する手段と、該手段が所定重量になったことを検知した信号に応じて前記沈砂排出機構を作動させる制御手段とを設けたことを特徴とする。
【００１２】
この装置では、沈砂貯留ホッパ内の沈砂の貯留重量が所定値に達すると、自動的に内容物の排出が行われるので、人手がかからず操業性が向上する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施形態の沈砂分離貯留ホッパ装置の縦断面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図、図３は沈砂分離貯留ホッパ装置の平面図、図４は図３のＩＶ−ＩＶ矢視断面図、図５は図３のＶ−Ｖ矢視断面図である。
【００１４】
この沈砂分離貯留ホッパ装置１は、図１、図２に示すように、上部の沈砂分離装置２と下部の沈砂貯留ホッパ３を１つの装置に合体したものである。沈砂分離装置２は、原水からその中に混在する沈砂Ｐを分離するものであり、沈砂貯留ホッパ３は沈砂分離装置２によって分離された沈砂Ｐを貯留するものである。以下において、各要素について個別に説明する。
【００１５】
＜沈砂分離装置２＞
まず、沈砂分離装置２について説明する。沈砂分離装置２は、外部から導入した原水を水平面内でゆっくりと流通させながらその間に原水中に混在する沈砂Ｐを分離させる沈砂流路２１と、沈砂Ｐを分離した後の原水を排水ドレン管４１へ向けてオーバーフローさせるオーバーフロー流出部２２とを有している。沈砂流路２１としては、図３に示すように、外部から原水を導入する減速流路２３と、それにつながる螺旋流路２４とが設けられている。
【００１６】
図３〜図５に示すように、減速流路２３には、原水搬送管５１の先端が挿入されている。減速流路２３は、流路断面積が原水搬送管５１のそれよりもかなり大きく形成されることで、減速室機能を果たすようになっており、原水搬送管５１から減速流路２３に流入した原水はここで減速される。この減速流路２３は、螺旋流路２４の外周端に連絡している。螺旋流路２４は減速流路２３の下方に位置しており、減速流路２３に連絡した外周端から中心方向内側に向けて渦巻き状に形成されている。
【００１７】
螺旋流路２４の中心部には、下方が沈砂貯留ホッパ３に向けて開放し且つ上方に向かって延びる筒形のホッパ中央排出口２５が形成されており、このホッパ中央排出口２５の上部にオーバーフロー室２６が連絡している。オーバーフロー室２６は、螺旋流路２４の上方を乗り越えて螺旋流路２４の外側まで延びており、その先端が外部ドレン管（排水管）４１に連絡している。この場合、オーバーフロー排出部２２は、ホッパ中央排出口２５及びオーバーフロー室２６とによって構成されている。
【００１８】
オーバーフロー室２６は減速流路２３に対して低い位置にあり、減速流路２３とオーバーフロー室２６の水位差Ｈ（図２及び図４参照）によって、原水搬送管５１から減速通路２３に送られてきた原水は、螺旋流路２４に沿って緩やかに流れた後、ホッパ中央排出口２５を通ってオーバーフロー室２６に流入し、外部ドレン管４１を通って系外に排出されるようになっている。なお、図中の記号Ａ、Ｂは、螺旋流路２４における原水の流れ方向を示すもので、記号Ａは紙面の向こう側から手前側に向かって原水が流れることを示し、記号Ｂは紙面の手前側から向こう側に向かって原水が流れることを示している。
【００１９】
原水に混入する沈砂の分離は、螺旋流路２４内で行われる。螺旋流路２４の底部には、沈砂貯留ホッパ３との隔壁を兼ねる沈砂流路底板として、流路外側（遠心方向）に向けて下方傾斜する傾斜底板２４ａが備えられると共に、螺旋流路２４を流通している間に分離された沈砂Ｐを下部の沈砂貯留ホッパ３内へ落下させる沈砂落下用スリット２４ｂが設けられている。このスリット２４ｂは、螺旋流路２４の遠心方向外周に沿った壁面下方に形成されており、渦巻き型をなしているので、以下「渦巻き型スリット２４ｂ」と呼ぶ。
【００２０】
原水が螺旋流路２４を緩やかに流れることにより、その中に混入する沈砂Ｐは沈澱下降する。その際、原水は螺旋に沿った移動をするため、沈澱下降する沈砂に遠心力が作用する。従って、沈降する砂は、傾斜底板２４ａの傾斜面の作用と原水の流れによる遠心力の作用とにより、渦巻き型スリット２４ｂの位置に集まり、そこから下方へ抜け落ちることになる。なお、螺旋流路２４において沈降し切れなかった沈砂の多くは、最終的に、流れ方向の大きく変化するホッパ中央排出口２５にて沈砂貯留ホッパ３内に沈降する。
【００２１】
ここで、沈砂の分離作用をなす螺旋流路２４の傾斜底板２４ａは、沈砂貯留ホッパ３との間を画成する隔壁の作用をなすものであるから、沈砂貯留ホッパ３内を静状態に保つ作用も果たすことになる。なお、沈砂分離用の流路は、必ずしも螺旋形のものに限定されない。ただし、負圧ポンプ等による揚砂のために高速（２ｍ／ｓ）で汲み上げられた原水が減速流路２３にて十分に減速され、沈砂可能な状態となるように流路設計を行う必要がある。
【００２２】
＜沈砂貯留ホッパ３＞
次に沈砂貯留ホッパ３について説明する。沈砂貯留ホッパ３は、沈砂分離装置２の下部に配置されている。そのため、渦巻き型スリット２４ａ及びホッパ中央排出口２５にて分離された沈砂Ｐは、沈砂貯留ホッパ３の中に沈んでいき、その底部に徐々に堆積していく。
【００２３】
その堆積沈砂Ｐを外部へ搬出するため、沈砂貯留ホッパ３の下部には、スクリューコンベヤ搬出機（沈砂排出機構）３０が設けられている。本実施形態のスクリューコンベヤ搬出機３０では、二軸のスクリュー３１が並列に配されている。また、排出側の端部にはゲート３２が設けられており、スクリューコンベヤ搬出機３０によって送られてきた沈砂Ｐが、ゲート３２の開閉によって外部へ排出されるようになっている。なお、このゲート３２には、開状態で原水の一部を排出するゲート排水トイ３３が付設されている。また、符号３４はスクリューコンベヤ駆動部であり、符号３５はゲート駆動部である。
【００２４】
また、図１に示すように、沈砂貯留ホッパ３の側部には、沈砂貯留ホッパ３内の上澄み水を排出するための上澄み水排出機構４２が設けられている。上澄み水排出機構４２は、図２に示すように、沈砂貯留ホッパ３内への原水の充満によってサイホン作用を開始する上下首振り可能なサイホンドレン管４３と、そのサイホンドレン管４３の吸引口部４３ａに取り付けられたフロート４４とを備え、沈砂貯留ホッパ３内の水位に追従しつつ上澄み水を排出することのできるサイホンドレン構造をなしている。
【００２５】
具体的に述べると、サイホンドレン管４３の基端部は、沈砂貯留ホッパ３の壁部にフレキシブル管４５を介して固定されており、それにより、サイホンドレン管４３の先端部が上下動可能となっている。また、サイホンドレン管４３の吸引口部４３ａにはフロート４４が取り付けられており、原水の水面高さに応じてサイホンドレン管４３の吸引口部４３ａの高さが設定されるようになっている。つまり、フロート４４の作用によって、吸引口部４３ａは常に原水の上澄み部分に位置することになる。その結果、サイホンドレン管４３が、そのサイホン作用によって原水の上澄み水のみを吸い込み、該上澄み水を、外部に連結された連絡管５２を通して外部ドレン管４１に排出することができることになる。
【００２６】
なお、図１に示すように、本実施の形態に係るサイホンドレン管４３の備え付け位置には、下端に沈砂貯留ホッパ３内への連通口４６ａを有する隔壁４６を設けることによって、サイホンドレン用の部屋（以下、サイホン部屋）４７が確保されており、このサイホン部屋４７の中にサイホンドレン管４３が配置されている。このサイホン部屋４７には、原水のみが流入し、基本的に沈砂の流入を阻止することができる。そのため、サイホンドレン管４３の吸引口部４３ａは、堆積する沈砂に邪魔されずに、原水のみを効率良く排出することができる。
【００２７】
図２に示すように、サイホン部屋４７の天井面には、吸引口部４３ａの上昇限を定める上部ストッパ４８、床面には下降限を定める下部ストッパ４９が設けられている。上部ストッパ４８の高さは、オーバーフロー室２２内の水面高さよりも低い位置にあり、吸引口部４３ａが上部ストッパ４８の位置まで上昇した段階で、サイホンドレン管４３内に原水が充満した状態となって、サイホン作用が開始されるようになっている。
【００２８】
また、図２に示すように、沈砂分離装置２及び沈砂貯留ホッパ３は、架台６１に対して重量検出器６２を介して支持されており、沈砂貯留ホッパ３内に堆積する沈砂の重量を重量検出器６２によって検出できるようになっている。この重量検出器６２の信号は制御装置６５に入力されており、制御装置６５は、重量検出器６２によって検出した重量が所定値になったと判断した段階で、スクリューコンベヤ駆動部３４及びゲート駆動部３５に駆動信号を出力し、スクリューコンベヤ搬出機３０及びゲート３２を動かして、沈砂貯留ホッパ３内の堆積沈砂を外部へ排出する。
【００２９】
次に作用を説明する。
土砂が混入する原水は、原水搬送管５１によって搬送されて来て、沈砂分離装置２に送り込まれる（原水の流入を図１において矢印Ｅで示す）。沈砂貯留ホッパ３及び沈砂分離装置２内に原水が満たされると、オーバーフロー室２６から原水が流出する。この状態で原水を沈砂分離装置２に送り込むと、原水中の沈砂分離が行われる。
【００３０】
以下、具体的に説明する。
原水搬送管５１によって送り込まれた原水は、まず、減速流路２３に入る。この減速流路２３は、原水搬送管５１に比べて流路断面積が大きいため、流速が減少し、その後、原水は螺旋流路２４に流入する。この螺旋流路２４では、螺旋に沿って原水が流れることにより、原水に遠心力が働き、流体より重い固形分（土砂）は、外周方向に押し出される。また、沈降した砂も、螺旋流路２４の傾斜底板２４ａの傾斜に沿って外周方向に送られる。
【００３１】
この２つの作用（傾斜による沈降作用と遠心力作用）により、沈砂Ｐは、螺旋流路２４の外周方向の底部に形成された渦巻き型スリット２４ｂに集まり、渦巻き型スリット２４ｂから沈砂貯留ホッパ３内に沈んでいく。なお、螺旋流路２４での流速は非常に緩やかであり、実際に働く遠心力は、螺旋流路２４内の整流状態を乱すほどには大きくない。そのため、砂は静かに沈降していく。
【００３２】
原水中の流体分は、螺旋流路２４を通り抜け、ホッパ中央排水口２５からオーバーフロー室２６に入り、その上澄みのみがドレン管４１に排出される。ホッパ中央排水口２５は沈砂貯留ホッパ３に連通しているので、この段階まで流体と一緒に移動して来た砂分は、ホッパ中央排水口２５において流れの向きが大きく変わることにより、沈砂貯留ホッパ３内に沈降していく。
【００３３】
沈砂貯留ホッパ３内が原水で満たされているとき、沈砂貯留ホッパ３の側部に設けられたサイホンドレン管４３の吸引口部４３ａは、フロート４４の作用で上限位置まで持ち上がっており、サイホンドレン管４３内には原水が充満した状態となる。従って、サイホン作用により、沈砂貯留ホッパ３内の上澄み水が外部ドレン管４１に排出される。また、原水の流入が停止され、サイホンドレン管４３による上澄み水の排出によって沈砂貯留ホッパ３内の水位が低下していくと、その水位の低下に追従してサイホンドレン管４３の吸引口部４３ａも下降していくので、サイホン作用は継続し、上澄み水のみの排出が可能となる。ただし、吸引口部４３ａが下部ストッパ４９まで到達した段階、もしくは、堆積沈砂Ｐに下降を阻止された段階で、原水の排出は完了する。その後の排水は、ゲート排水トイ３３によって、配管接続されている外部ドレン管４１に対して行われる。
【００３４】
以上の「原水の流入」、「上澄み水の排出」を繰り返すことにより、沈砂貯留ホッパ３内には、沈砂が堆積していく。揚砂作業（原水の流入）の終了後、排水が完了すると、重量検出器６２によって適宜に重量を検出し、沈砂貯留ホッパ３内の堆積量を推定する。その結果、一定量（例えば、満杯）になったら、制御装置６５によりゲート３２を開く。そして、スクリューコンベヤ駆動部３４を運転し、スクリューコンベヤ搬出機３０によって貯留沈砂Ｐをトラックの荷台上へ排出する。そして、その作業が終了した後は、スクリューコンベヤ搬出機３０を停止し、ゲート３２を閉じて、一連のサイクルを終了する。
【００３５】
この沈砂分離貯留ホッパ装置１では、沈砂分離装置２に、減速流路２３と螺旋流路２４よりなる沈砂流路２１を形成し、沈砂を含む原水をその沈砂流路２１にゆっくりと流通させることで、原水中に混在する沈砂を遠心力を利用しながら沈降分離させるようにしているので、沈砂分離装置２の小型コンパクト化が可能となっている。そして、その沈砂分離装置２の小型コンパクト化が可能となったことにより、沈砂分離装置２を沈砂貯留ホッパ３の上部に一体的に組み合わせて、一つの装置化を実現し得ている。従って、ライン上に別々に沈砂分離装置と沈砂貯留ホッパを設備する必要がなく、設備効率が向上する。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、沈砂分離装置に、原水の流れる沈砂流路を確保して沈砂を重力沈降させるようにし、それにより、沈砂分離装置の小型コンパクト化を図って、これを沈砂貯留ホッパの上部に一体的に設けると共に、沈砂流路の底部に確保した沈砂落下用スリットから沈砂を下部の沈砂貯留ホッパ内に落下させるようにしたので、沈砂の分離と貯留とを１つの装置で行うことができ、設備効率の向上が図れる。
【００３７】
請求項２の発明によれば、沈砂流路として螺旋流路を設けると共に、螺旋流路の外周に渦巻き型スリットを確保し、螺旋流路の底面に渦巻き型スリットを下降端とする傾斜底板を設けたので、原水中に混在する沈砂を遠心力と傾斜面の作用で渦巻き型スリットに集中させることができ、そこから下部の沈砂貯留ホッパ内に落下させることができる。従って、沈砂分離装置にて分離された沈砂を、渦巻き型スリットを通して、沈砂貯留ホッパ内の底部に分散しながら効率よく堆積させることができる。
【００３８】
請求項３の発明によれば、沈砂貯留ホッパの上澄み水排出機構にサイホンドレン構造を採用したので、沈砂貯留ホッパ内の流体（上澄み水）を効果的に外部へ排出することができる。
【００３９】
請求項４の発明によれば、沈砂貯留ホッパ内の沈砂の貯留重量が所定値に達した段階で、自動的に堆積沈砂の排出を行えるようにしたので、操業性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の沈砂分離貯留ホッパ装置の縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。
【図３】実施形態の沈砂分離貯留ホッパ装置の平面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ矢視断面図である。
【符号の説明】
１  沈砂分離貯留ホッパ装置
２  沈砂分離装置
３  沈砂貯留ホッパ
２１  沈砂流路
２２  オーバーフロー流出部
２３  減速流路
２４  螺旋流路
２４ａ  傾斜底板
２４ｂ  スリット
３０  スクリューコンベヤ搬出機（沈砂排出機構）
４１  外部ドレン管
４２  上澄み水排出機構
４３  サイホンドレン管
４４  フロート
６２  重量検出器
６５  制御装置
【図１】
0003919510.tif 000002
【図２】
0003919510.tif 000003
【図３】
0003919510.tif 000004
【図４】
0003919510.tif 000005
【図５】
0003919510.tif 000006