揚砂輸送装置および揚砂輸送方法、並びに中継ポット
【課題】沈砂池の沈砂を、高揚程であっても、小さな動力でより効率的に輸送することができるようにする。
【解決手段】沈砂池１０と、沈砂池１０より高所に設置され該沈砂池１０の沈砂を水と共に回収する固液回収タンク１２とを結ぶ輸送配管１６と、輸送配管１６の内部に沈砂池の沈砂を水に懸濁させた輸送用プラグ２０を形成するプラグ形成部２２と、輸送用プラグ２０を輸送配管１６に沿って真空輸送する真空輸送手段１４と、輸送配管１６の途中に設置され、輸送用プラグ２０を該輸送用プラグ２０の輸送の途中で再形成する中継ポット１８ａ〜１８ｃを有する。
【解決手段】沈砂池１０と、沈砂池１０より高所に設置され該沈砂池１０の沈砂を水と共に回収する固液回収タンク１２とを結ぶ輸送配管１６と、輸送配管１６の内部に沈砂池の沈砂を水に懸濁させた輸送用プラグ２０を形成するプラグ形成部２２と、輸送用プラグ２０を輸送配管１６に沿って真空輸送する真空輸送手段１４と、輸送配管１６の途中に設置され、輸送用プラグ２０を該輸送用プラグ２０の輸送の途中で再形成する中継ポット１８ａ〜１８ｃを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、砂を水と共に輸送する揚砂輸送装置および揚砂輸送方法に係り、特に下水処理施設やし尿処理施設の沈砂池の池底に堆積した沈砂を真空吸引により水と共に吸引して、沈砂池よりも高所に設置された固液回収タンクまで効率的に輸送できるようにした揚砂輸送装置および揚砂輸送方法、並びにこの揚砂輸送に使用される中継ポットに関する。
【背景技術】
【０００２】
下水処理施設やし尿処理施設などの沈砂池に堆積した沈砂は、し渣、砂利、金属類の沈降物などを含み、かつ、強い臭気を発生する。したがって、沈砂池の沈砂を、自動で、詰まりなどの問題もなく、高揚程にて輸送距離も長く、省エネルギーで効率的かつ安全に除去すること、つまり、沈砂池の沈砂を揚砂して固液回収タンクなどに輸送し、洗浄し、固液分離する技術の開発が求められている。
【０００３】
例えば、汚水升内の水を該汚水升の上位の真空本管に揚水する真空揚水設備として、汚水升と真空本管との間に中継槽を設け、真空本管からの負圧によって汚水升内の水を中継槽に揚水し、中継槽内の水を真空本管に更に揚水することで、１段ずつ確実に水の高さを上げていくようにしたものが提案されている（特許文献１参照）。また、配管を通して排泥を排出する際に、排泥をプラグ状に形成して真空輸送することで、排泥の輸送効率が高められることが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３１７１１８号公報
【特許文献２】特開２０００−１８６４９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、例えば特許文献１に記載の発明と同じ方法で、例えば沈砂池の池底に溜まった沈砂等の砂や共雑物を多く含む水を高所に揚水しようとすると、中継槽内に堆積する砂や共雑物により中継槽の流出管の入口で閉塞が起こりやすくなり、この閉塞を解除する為には、水や空気による洗浄装置の追加が必要となる。そのため、機器構成および制御方法が複雑化してしまうと考えられる。
【０００６】
沈砂池の沈砂を水に懸濁させた沈砂水により輸送用プラグ（水柱）を形成して真空輸送すること（以下、「プラグ輸送」という。）が考えられる。この場合、沈砂水を輸送する工程は、堆積した沈砂を水とともに輸送配管内へ取り込む吸引工程と、取り込んだ沈砂水により輸送用水柱を形成し輸送先まで輸送する輸送工程がセットとなり一回の水柱輸送が行われる。また、輸送用プラグ内の沈砂濃度を高くしすぎると輸送中にプラグ形状を維持する為の表面張力が得られなくなるため、初期の輸送用プラグの沈砂濃度には上限があり、適正な輸送用プラグの沈砂濃度は２０容積％（以下、沈砂の濃度は、断らない限り容積％とする）程度までである。しかし、輸送用プラグの中に含まれる沈砂は、比重が２．７程度と水に比べて重いことから、輸送用プラグがその進行方向、特に鉛直方向に延びる輸送配管を高速で上がって行く過程で、加速力や重力の影響を受けて徐々に輸送用プラグの後端部へ集まってその濃度が２０％を超えて分離し、輸送用プラグの長さが短くなってプラグ形状が維持できなくってしまう。
【０００７】
輸送用プラグから沈砂の分離が起こり、輸送用プラグの長さが減衰してプラグ形状を維持できない長さに達すると、沈砂水が分散して空気の流れに乗って運ばれる浮遊流状態となる。浮遊流状態でも沈砂の輸送は可能であるが、比重の重い沈砂を運ぶためには、輸送用プラグのプラグ形状を維持したまま輸送する場合と比べて大きな風量が必要であり、輸送装置に必要な動力がかなり大きくなってしまう。
【０００８】
このため、沈砂池の沈砂を効率よく輸送する為にはプラグ輸送が有効であり、プラグ輸送を効率よく行う為には適正濃度の沈砂を含んだ輸送用プラグ（水柱）を輸送先まで維持し続けることが重要であるが、そのような手段は今までなく、実際の運転では、輸送先まで初期の輸送用プラグ（水柱）長を維持することはできず、輸送配管の途中に沈砂水を残しながら輸送用プラグが輸送されていく状態となっているのが現状であった。
【０００９】
また、高揚程輸送において必要な鉛直配管部では、鉛直配管部で崩れて輸送用プラグから分離した沈砂水は、輸送工程後の吸引工程時に輸送配管内への空気の注入が止められ配管内の空気の流れが弱まると、垂直配管底部まで落下して位置エネルギーを大きく損失してしまい、高揚程での輸送効率を下げる最大の原因となっている。この傾向は、輸送揚程が高くなるほど顕著に表れ、このため、実質的な輸送揚程は４０ｍ程度であると考えられる。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、沈砂池の沈砂を、高揚程であっても、小さな動力でより効率的に輸送することができるようにした揚砂輸送装置および揚砂輸送方法、並びにこの揚砂輸送に使用される中継ポットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、沈砂池と、沈砂池より高所に設置され該沈砂池の沈砂を水と共に回収する固液回収タンクとを結ぶ輸送配管と、前記輸送配管の内部に前記沈砂池の沈砂を水に懸濁させた輸送用プラグを形成するプラグ形成部と、前記輸送用プラグを前記輸送配管に沿って真空輸送する真空輸送手段と、前記輸送配管の途中に設置され、前記輸送用プラグを輸送の途中で再形成する中継ポットを有することを特徴とする揚砂輸送装置である。
【００１２】
このように、沈砂池と該沈砂池よりも高所に設置された固液回収タンクとを結ぶ輸送配管の途中に中継ポットを設置し、この中継ポットで輸送用プラグを該輸送用プラグの輸送の途中で再形成することにより、高速かつ加速された輸送の途中で輸送用プラグから分離した沈砂水を中継ポット内に溜めて、揚砂された沈砂の持つ位置エネルギーを有効に利用し、しかも、この中継ポット内の沈砂水を取り込みながら、水と沈砂とが均一に混合された輸送用プラグを中継ポットで再形成して、以降のプラグ輸送の効率を上げることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、前記中継ポットは、揚程１０〜３０ｍ毎に前記輸送配管に設置されていることを特徴とする請求項１記載の揚砂輸送装置である。
これにより、揚砂された沈砂の位置エネルギーの損失を１０〜３０ｍ以内に抑えて、揚砂された沈砂の位置エネルギーが大きく損失してしまうことを防止することができる。中継ポットは、揚程１０〜２０ｍ毎に輸送配管に設置されていることが、揚砂された沈砂の位置エネルギーの損失を効果的に抑える上で好ましい。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、前記中継ポットの容積は、前記輸送配管の断面積に揚程２〜１０ｍ分を乗じた容積に設定されていることを特徴とする請求項１または２記載の揚砂輸送装置である。
中継ポットは、吸引工程と輸送工程を繰返す毎に、内部の圧力が真空圧と大気圧に変化し、その容量が大きすぎるとエネルギーの無駄となり、小さすぎると沈砂による閉塞などの問題が発生する。このため、中継ポットの適正な容量は、輸送配管の断面積に揚程２〜１０ｍ分を乗じた容積程度であり、しかも中継ポットから伸びる鉛直配管長等により、中継ポットの適正な容量を決めることが望ましい。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、前記プラグ形成部は、前記輸送配管に接続された大気開放管と、該大気開放管を開閉する大気開放弁を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の揚砂輸送装置である。
これにより、輸送配管内を真空引きして沈砂池の沈砂を水と共に所定の位置まで引き上げ、しかる後、大気開閉弁を開き、大気開放管を通して輸送配管内を大気に開放することで、輸送配管内に輸送用プラグを形成することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、前記プラグ形成部は、前記輸送配管に接続された空気供給管と該空気供給管から圧縮空気を注入する空気注入弁を更に有することを特徴とする請求項４記載の揚砂輸送装置である。
これにより、輸送配管内を真空引きして沈砂池の沈砂を水と共に所定の位置まで引き上げ、しかる後、空気注入弁を開き、輸送配管の空気供給管との接続部より上の沈砂水を押し上げた後、空気注入弁を閉じて大気開閉弁を開き、大気開放管を通して輸送配管内を大気に開放することで、輸送配管内に輸送用プラグを形成することができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、前記中継ポットは、底部に沈砂を溜める沈砂溜まり部を有し、この沈砂溜まり部内の沈砂と後に送られてくる輸送用プラグとを混合して輸送用プラグを再形成するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の揚砂輸送装置である。
【００１８】
このように、砂溜まり部内の沈砂と後に送られてくる輸送用プラグとを混合して輸送用プラグを再形成することにより、輸送に伴って崩れることで不足した沈砂水を中継ポットの沈砂溜まり部内の沈砂水で補って、水と沈砂とが適正濃度で混合された輸送用プラグを再形成することができる。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、沈砂池よりも高所に設置された固液回収タンクに、輸送配管を通して、沈砂池の沈砂を水と共に輸送して回収する揚砂輸送方法であって、前記輸送配管の内部に沈砂池の沈砂を水に懸濁させた輸送用プラグを形成し、前記輸送用プラグを、前記輸送配管を通して前記固液回収タンクに輸送する途中で再形成させながら真空輸送することを特徴とする揚砂輸送方法である。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、前記輸送配管の途中に中継ポットを設置し、該中継ポットの内部に溜まった沈砂を輸送用プラグに混合して輸送用プラグの再形成を行うことを特徴とする請求項７記載の揚砂輸送方法である。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、流入管と流出管が接続された密閉構造のポット本体を有し、該ポット本体の底部には、空気の流通を確保しつつ沈砂の自然流出を防止して沈砂を溜める沈砂溜まり部が形成され、該沈砂溜まり部内の沈砂を前記流入管から流入される流体で攪拌して、該流体と共に前記流出管から流出させることを特徴とする中継ポットである。
【００２２】
これにより、流出管を通してポット本体内に戻る沈砂を沈砂溜まり部内に確実に溜めて、この沈砂溜まり部に溜まった沈砂を流入管からポット本体内に流入される流体と共に流出管から流出させることができる。
【００２３】
請求項１０に記載の発明は、前記沈砂溜まり部は、前記流出管の入口近傍に位置していることを特徴とする請求項９記載の中継ポットである。
これによって、流入管から流入される流体によって攪拌された沈砂溜まり部内の沈砂を、該流体と共に攪拌直後に入口から流出管内にスムーズに流入させることができる。
【００２４】
請求項１１に記載の発明は、前記ポット本体の内部には、前記流入管から流入する流体を衝突させてその向き変えることで、該流体で前記沈砂溜まり部内の沈砂を攪拌する攪拌板が配置されていることを特徴とする請求項９または１０記載の中継ポットである。
これにより、流入管から流入する流体による沈砂溜まり部内の沈砂の拡散効果を高めることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、沈砂池と該沈砂池より高所に設置された固液回収タンクとを結ぶ輸送配管の途中に中継ポットを設置し、この中継ポットで輸送用プラグを該輸送用プラグの輸送の途中で再形成することにより、沈砂池の沈砂を、高揚程であっても、小さな動力でより効率的に輸送することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態の揚砂輸送装置の概要を示す。揚砂輸送装置には、池底に沈砂が堆積した沈砂池１０の水位ＨＷＬよりも高所に位置して、沈砂池１０の沈砂の輸送先に設置される密閉構造の固液回収タンク１２が備えられており、この固液回収タンク１２に、沈砂池１０の沈砂が水と共に輸送されて回収される。固液回収タンク１２には、真空輸送手段としての真空ポンプ１４が接続されている。なお、沈砂池１０の池底に堆積した沈砂には、砂以外に小石等の土砂やし渣等も含まれている。
【００２７】
沈砂池１０と固液回収タンク１２は、主に鉛直配管からなる輸送配管１６で結ばれており、この例では、輸送配管１６の途中に、第１中継ポット１８ａ、第２中継ポット１８ｂ、及び第３中継ポット１８ｃの３つの中継ポットが設置されている。これにより、輸送配管１６は、沈砂池１０と第１中継ポット１８ａを結ぶ第１輸送配管１６ａ、第１中継ポット１８ａと第２中継ポット１８ｂを結ぶ第２輸送配管１６ｂ、第２中継ポット１８ｂと第３中継ポット１８ｃを結ぶ第３輸送配管１６ｃ、及び第３中継ポット１８ｃと固液回収タンク１２を結ぶ第４輸送配管１６ｄの４本の輸送配管に分割されている。そして、これらの各輸送配管１６ａ〜１６ｄの間に、中継ポット１８ａ〜１８ｃが、輸送配管１６の一部を構成するが如くに配置されている。つまり、前記真空ポンプ１２を駆動することで、固液回収タンク１２、第１〜第４輸送配管１６ａ〜１６ｄ、及び第１〜第３中継ポット１８ａ〜１８ｃの全ての内部が減圧（真空引き）されるように構成されている。
【００２８】
この例では、下記のように、揚砂されて中継ポット１８ａ〜１８ｃ内に溜められた沈砂の位置エネルギーの損失を１０〜３０ｍ、好ましくは１０〜２０ｍ以内に抑えて、揚砂された沈砂の位置エネルギーが大きく損失してしまうことを防止するため、輸送配管１６における揚程Ｈ１〜Ｈ４が１０〜３０ｍ、好ましくは１０〜２０ｍとなる毎に中継ポットを設置するようにしている。
【００２９】
沈砂池１０と第１中継ポット１８ａを結ぶ第１輸送配管１６ａには、第１輸送配管１６ａの内部に輸送用プラグ（水柱）２０を形成するプラグ形成部２２の大気開放管２４が、沈砂池１０の水位ＨＷＬよりも若干（１００〜５００ｍｍ）上方に位置して接続されており、この大気開放管２４には、大気開閉弁２４を開閉する大気開放弁２６が設置されている。
【００３０】
これにより、真空ポンプ１４を介して、第１輸送配管１６ａ内を真空引きして、沈砂池１０の沈砂を水と共に所定の位置まで、つまり第１輸送配管１６ａ内の沈砂を含む水の水位が大気開放管２４との接続部より高くなるまで引き上げ、しかる後、大気開閉弁２６を開き、大気開放管２４を通して、第１輸送配管１６ａの大気開放管２４との接続部を大気開放することで、輸送配管１６ａ内の大気開放管２４との接続部の上方に、沈砂池１０の沈砂を水に懸濁させた、所定長さの輸送用プラグ（水柱）２０を形成することができる。この輸送用プラグ２０は、例えばその長さが５ｍ程度で、沈砂濃度は２０％程度である。そして、この第１輸送配管１６ａ内に形成された輸送用プラグ２０は、第１中継ポット１８ａ、第２輸送配管１６ｂ、第２中継ポット１８ｂ、第３輸送配管１６ｃ、第３中継ポット１８ｃ及び第４輸送配管１６ｄを通過して、固液回収タンク１２まで一気に輸送される。
【００３１】
更に、この例では、プラグ形成部２２にコンプレッサ２８が備えられ、このコンプレッサ２８から延びる空気供給管３０が、沈砂池１０の水位ＨＷＬよりも下方に位置して第１輸送配管１６ａに接続されている。空気供給管３０には、空気注入弁３２が設置されている。このコンプレッサ２８は、大気開放弁２４を開ける前に、第１輸送配管１６ａの内部に引き揚げられた沈砂水の大気開放管２４との接続部より下方に位置する空気供給管３０との接続部へ圧縮空気を注入して、引き揚げられた沈砂水を下方から押し上げるためのものであり、このように、コンプレッサ２８を備え、第１輸送配管１６ａの内部の水中に圧縮空気を注入した後、大気開放弁を開けることで長い輸送用プラグ２０を形成することが出来、輸送効率をあげることが出来る。
上記大気開放弁２６及び空気注入弁３２は、図示しない制御部によって制御される。
【００３２】
図２及び図３は、第１中継ポット１８ａを示す。なお、第２中継ポット１８ｂ及び第３中継ポット１８ｃも、第１中継ポット１８ａと同様の構成を備えているので、ここでは、主に第１中継ポット１８ａのみについて説明する。
【００３３】
第１中継ポット１８ａは、前述の第１輸送配管１６ａの内部に形成された、所定長さの輸送用プラグ２０を再形成しながら第２輸送配管１６ｂに送り込むためのものである。つまり、第２輸送配管１６ｂに沿って輸送される輸送用プラグ２０は、この輸送に伴って徐々に崩れ、輸送用プラグ２０から分離した沈砂を含む沈砂水は、第２輸送配管１６ｂの周壁に付着し該周壁に沿って下方に落下する。第１中継ポット１８ａは、図３に示すように、この第２輸送配管１６ｂの周壁に付着し該周壁に沿って下方する沈砂３４を含む沈砂水３６の該沈砂３４を内部に溜め、後に送られてくる輸送用プラグに第１中継ポット１８ａ内に溜められた沈砂３４を取り込ませ、水と沈砂とが混合された輸送用プラグを再形成しながら、第２輸送配管１６ｂに送り込むように構成されている。
【００３４】
このように、沈砂池１０と固液回収タンク１２とを結ぶ輸送配管１６の途中に第１中継ポット１８ａ（乃至第２，第３中継ポット１８ｂ，１８ｃ）を設置し、この第１中継ポット１８ａ（乃至第２，第３中継ポット１８ｂ，１８ｃ）で輸送用プラグ２０を該輸送用プラグ２０の輸送の途中で再形成することにより、輸送の途中で輸送用プラグ２０から分離した沈砂３４を第１中継ポット１８ａ（乃至第２，第３中継ポット１８ｂ，１８ｃ）内に溜めて、揚砂された沈砂３４の持つ位置エネルギーを有効に利用することができる。しかも、この第１中継ポット１８ａ（乃至第２，第３中継ポット１８ｂ，１８ｃ）内の沈砂３４を取り込みながら、つまり、輸送に伴って崩れることで不足した沈砂を第１中継ポット１８ａ（乃至第２，第３中継ポット１８ｂ，１８ｃ）内の沈砂３４で補いながら、水と沈砂とが適正濃度で混合された輸送用プラグ２０を再形成して、以降のプラグ輸送の効率を上げることができる。
【００３５】
ここに、第１中継ポット１８ａ（乃至第２，第３中継ポット１８ｂ，１８ｃ）の容積は、輸送配管１６の断面積に揚程２〜１０ｍ分を乗じた容積に設定されている。中継ポットは、下記のように、吸引工程と輸送工程を繰返す毎に、内部の圧力が真空圧と大気圧に変化し、その容量が大きすぎるとエネルギーの無駄となり、小さすぎると沈砂による閉塞などの問題が発生する。このため、中継ポットの適正な容量は、輸送配管の断面積に揚程２〜１０ｍ分を乗じた容積程度であり、しかも中継ポットから伸びる鉛直配管長等により、中継ポットの適正な容量を決めることが望ましい。
【００３６】
第１中継ポット１８ａは、この例では、水平方向の一端において、水平方向に延びる第１輸送配管１６ａに接続される流入管４０と、水平方向の他端近傍において、鉛直方向に延びる第２輸送配管１６ｂに接続される流出管４２と、密閉構造のポット本体４４とを有し、ポット本体４４に流入管４０及び流出管４２が接続されている。つまり、ポット本体４４は、底板４６、一対の側板４８、一対の端板５０及び天井板５２から密閉された略矩形ボックス状に形成され、一方の端板５０に流入管４０が接続され、他方の端板５０に近接した位置で、天井板５２に流出管４２が接続されており、これによって、水平方向の流れを第１中継ポット１８ａで鉛直方向の流れに変換するように構成されている。
【００３７】
底板４６は、図３に示すように、流れ方向に沿って、徐々に下方に傾斜した後、急速に上方に傾斜し、図２に示すように、一対の側板４８にあっては、流れ方向に沿って、徐々にその幅が拡がり、幅が一定になった後、徐々に減少するようになっている。これによって、ポット本体４４は、流れ方向に沿って断面積が徐々に増加した後に徐々に減少するように構成されているとともに、ポット本体４４の底部に、流入管４０の出口４０ａの下端より流れ方向に沿って徐々に深くなり、これによって、沈砂３４の自然流出を防止して該沈砂３４を溜める沈砂溜まり部５４が設けられている。ここで、沈砂溜まり部５４に、図３に示すように、沈砂３４を含む沈砂水３６が溜まった時に、流出管４２の下端の入口４２ａが沈砂水３６の水面より上方に位置することで、ポット本体４４内の空気の流通か確保されるように構成されている。また、この例では、流出管４２の下端の入口４２ａが沈砂溜まり部５４の最深部に略上方に位置するようになっている。
【００３８】
流入管４０の出口４０ａからポット本体４４の内部に流入した輸送用プラグ２０は、３〜１５ｍ／秒、通常は６〜７ｍ／秒と速度が早い状態で沈砂溜まり部５４に溜まった沈砂３４に当たり攪拌して該水に取り込まれる。すなわち、輸送用プラグ２０の運動エネルギーが、ポット本体４４の内部に溜まった沈砂３４の撹拌のエネルギーに有効に使われてその沈砂を含む輸送用プラグ（水柱）の再形成に利用される。
【００３９】
そして、流出管４２の入口４２ａが沈砂溜まり部５４の最深部に略上方に位置するため、攪拌によって再形成される輸送用プラグ（水柱）は、形成（攪拌）直後に入口４２ａから流出管４２内にスムーズに流入し、流出管４２に接続された第２輸送配管１６ｂに沿って輸送される。
【００４０】
この例では、天井板５２の下面に、流入管４２からポット本体４４の内部に流入する輸送用プラグ２０を衝突させてその向きを変えることで、輸送用プラグ２０で沈砂溜まり部５４内の沈砂３４を攪拌する攪拌板５６が、流れ方向に沿って徐々に下方に傾斜して配置されている。この攪拌板５６の両側部には、空気の流通を確保するための空気流通部５８が設けられている。これにより、輸送用プラグ２０による沈砂溜まり部５４内の沈砂３４の攪拌効果を高め、しかも沈砂溜まり部５４内の沈砂３４を、再形成される輸送用プラグに特に前端部へ取り込むことができる。
【００４１】
このように、第１中継ポット１８ａ内に流入した輸送用プラグ２０は、第１中継ポット１８ａ内で０．５〜２秒程度の滞留時間を持ち、輸送用プラグを再形成しながら中継ポット１８ａから出て行き、第２輸送配管１８ｂに沿って輸送される。そして輸送工程後の吸引工程で、第２輸送配管１６ｂの壁面についていた沈砂水が落ちた時に、この沈砂水の沈砂は、第１中継ポット１８ａの内部に閉塞を起こすことなく溜められる。しかも、第２輸送管１８ｂから戻ってきた沈砂水は、第１中継ポット１８ａ内に一定量溜められるが、第１中継ポット１８ａの流出管４２の入口を完全に塞ぐ水位になる前に、第１中継ポット１８ａの流入管より下方に向けて流出し、これによって、工程において、第１中継ポット１８ａが吸引および輸送圧力の伝達を阻害することはない。
【００４２】
次に、この揚砂装置を用いて沈砂池１０の沈砂を引き上げる揚砂動作について説明する。
先ず、大気開放弁２６及び空気注入弁３２を閉じた状態で真空ポンプ１２及びコンプレッサ２８を起動して運転を開始する。これにより、真空ポンプ１２が接続された固液回収タンク１２、第１〜第４輸送配管１６ａ〜１６ｄ、及び第１〜第３中継ポット１８ａ〜１８ｃの内部が所定の真空度、例えば−４９．０ｋＰａ（−５ｍＡｑ）まで減圧されて、沈砂池１０中の沈砂を含んだ水が固液混合体として第１輸送配管１６ａ内に吸引される。
【００４３】
そして、第１輸送配管１６ａ内の固液混合体の水位が大気開放管２４の接続部よりも上方に上昇したときに、空気注入弁３２を開いて水柱を押し上げた後、空気注入弁３２を閉じ、大気開放弁２６を開いて第１輸送配管１６ａの大気開放管２６との接続部を大気開放する。このように大気開放弁２６を開くことにより、図１に示すように、大気開放管２４の接続部よりも上方に位置していた第１輸送配管１６ａの固液混合体は、所定の長さの輸送用プラグ（水柱）２０となる。そして、プラグ輸送を行う。
【００４４】
このように、プラグ輸送を行うと、輸送用プラグ２０は、その形を崩しながら第１輸送配管１６ａに沿って流れて第１中継ポット１８ａ内に流入する。第１中継ポット１８ａ内に流入した輸送用プラグ２０は、プラグ形状を一旦崩した後、輸送用プラグを再形成しながら第２輸送配管１６ｂに送り込まれ、プラグを崩しながら第２輸送配管１６ｂに沿って流れる。同様にして、輸送用プラグ２０は、第２中継ポット１８ｂ、第３中継ポット１８ｃで再形成されてながら、固定回収タンク１２まで一気に輸送される。この例において、輸送用プラグ２０の吸引輸送管１６内の輸送流速は、例えば３〜１５ｍ／秒、通常は６〜７ｍ／秒である。そして、輸送終了後に、大気開放弁２６を閉じる。
【００４５】
大気開放弁２６が閉じられると、第１輸送配管１６ａ内への空気の流入が止まり、この結果、第１〜第４輸送配管１６ａ〜１６ｄ内の空気の流れが弱まる。このため、第２輸送配管１６ｂの周壁に付着していた沈砂水の大部分は第１中継ポット１８ａ内に、第３輸送配管１６ｃの周壁に付着していた沈砂水の大部分は第２中継ポット１８ｂ内に、第４輸送配管１６ｄの周壁に付着していた沈砂水の大部分は第３中継ポット１８ｃにそれぞれ重力で落下する。そして、第１中継ポット１８ａ、第２中継ポット１８ｂ及び第３中継ポット１８ｃ内に溜められた沈砂は、次に輸送用プラグの通過の際に該輸送用プラグに取込まれる。
【００４６】
このように、沈砂池１０と該沈砂池１０よりも高所に設置された固液回収タンク１２とを結ぶ輸送配管１６の途中に中継ポット１８ａ〜１８ｃを設置し、この中継ポット１８ａ〜１８ｃで輸送用プラグ２０を該輸送用プラグ２０の輸送の途中で再形成することにより、輸送の途中で輸送用プラグ２０から分離した沈砂を中継ポット１８ａ〜１８ｃ内に溜めて、揚砂された沈砂の持つ位置エネルギーを有効に利用することができる。しかも、中継ポット１８ａ〜１８ｃの沈砂溜まり部５４内の沈砂３４と後に送られてくる輸送用プラグ２０とを混合して輸送用プラグを再形成することにより、輸送に伴って崩れることで不足した沈砂を中継ポット１８ａ〜１８ｃの沈砂溜まり部５４内の沈砂３４で補って、水と沈砂とが混合された輸送用プラグを再形成することができる。
【００４７】
図４乃至図６は、第１中継ポット１８の他の例を示す。この例の中継ポット１８は、鉛直方向に沿った輸送用プラグ（水柱）の流れを、その向きを変えることなく、鉛直方向に輸送するようにしたもので、鉛直方向に延びて、例えば図１に示す第１輸送配管１６ａの上端に接続される流入管６０と、鉛直方向に延びて、例えば例えば図１に示す第２輸送配管１６ｂの下端に接続される流出管６０と、略横向き円筒状のポット本体６４を有し、このポット本体６４に流出管６０の上端及び流出管６２の下端が接続されている。
【００４８】
ポット本体６４は、円形の一対の側板６６，６８を有し、この一対の側板６６，６８を所定間隔離間させつつ、水平方向に沿った端部が近接するように互いに対峙させて配置するとともに、一方の側板６６の下半分に内方に傾斜するテーパ部６６ａを設け、更に両側板６６，６８の周囲の開口部を一枚の略円筒状の端板７０で気密的に覆って構成されている。そして、一方の側板６６のテーパ部６６ａに、該側板６６の略接線方向延びるように流入管６０が下向きで取付けられ、更に、端板６８の他方の側板６８に近接した位置に、流入管６０とほぼ直線状に延びる如く、流出管６２が取付けられている。これらの流入管６０及び流出管６２は、互いに対峙して配置される側板６６，６８の幅広側に接続されている。
【００４９】
これにより、流入管６０から輸送用プラグ（水柱）がポット本体６４の内部に流入すると、ポット本体６４の内部に、端板７０に沿った縦方向の渦巻き流が形成され、この渦巻き流が側板６６のテーパ部６６ａに沿って流出管６２側に横移動して、流入管６２内にスムーズに流入する。これによって、上述の別タイプの中継ポットと同様にエネルギーの変換がなされて下記の沈砂溜まり部７２に溜まった沈砂３４を確実に攪拌し、しかも、位置エネルギーの損失をより少なくすることができる。
【００５０】
また、流入管６０の出口６０ａをポット本体６４内所定の位置まで延出させることで、ポット本体６４の底部に、沈砂を含む沈砂水の該沈砂の自然流出を防止して該沈砂を溜める沈砂溜まり部７２が設けられている。そして、沈砂溜まり部７２に、図６に示すように、沈砂３４を含む沈砂水３６が溜まった時に、流出管６２の下端の入口６２ａが沈砂水３６の水面より上方に位置することで、ポット本体６４内の空気の流通か確保されるように構成されている。
【００５１】
このように、鉛直方向に沿った輸送用プラグ（水柱）の流れを、その向きを変えることなく、鉛直方向に輸送することによって、中継ポットを設けることによるエネルギー損失を少なくすることができる。
【００５２】
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態の揚砂輸送装置を示す概要図である。
【図２】図１に示す揚砂輸送装置の中継ポットを拡大して示す平面図である。
【図３】図１に示す揚砂輸送装置の中継ポットを拡大して示す正面図である。
【図４】他の中継ポットを示す平面図である。
【図５】図４の正面図である。
【図６】図５の右側面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 沈砂池
１２ 固液回収タンク
１４ 真空ポンプ（真空輸送輸送手段）
１６，１６ａ〜１６ｄ 輸送配管
１８，１８ａ〜１８ｃ 中継ポット
２０ 輸送用プラグ
２２ プラグ形成部
２４ 大気開放管
２６ 大気開放弁
２８ コンプレッサ
３０ 空気供給管
３２ 空気注入弁
３４ 沈砂
３６ 沈砂水
４０，６０ 流入管
４０ａ，６０ａ 出口
４２，６２ 流出管
４２ａ，６２ａ 入口
４４，６４ ポット本体
４６ 底板
４８，６６，６８ 側板
５０，７０ 端板
５２ 天井板
５４，７４ 沈砂溜まり部
５６ 攪拌板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、砂を水と共に輸送する揚砂輸送装置および揚砂輸送方法に係り、特に下水処理施設やし尿処理施設の沈砂池の池底に堆積した沈砂を真空吸引により水と共に吸引して、沈砂池よりも高所に設置された固液回収タンクまで効率的に輸送できるようにした揚砂輸送装置および揚砂輸送方法、並びにこの揚砂輸送に使用される中継ポットに関する。
【背景技術】
【０００２】
下水処理施設やし尿処理施設などの沈砂池に堆積した沈砂は、し渣、砂利、金属類の沈降物などを含み、かつ、強い臭気を発生する。したがって、沈砂池の沈砂を、自動で、詰まりなどの問題もなく、高揚程にて輸送距離も長く、省エネルギーで効率的かつ安全に除去すること、つまり、沈砂池の沈砂を揚砂して固液回収タンクなどに輸送し、洗浄し、固液分離する技術の開発が求められている。
【０００３】
例えば、汚水升内の水を該汚水升の上位の真空本管に揚水する真空揚水設備として、汚水升と真空本管との間に中継槽を設け、真空本管からの負圧によって汚水升内の水を中継槽に揚水し、中継槽内の水を真空本管に更に揚水することで、１段ずつ確実に水の高さを上げていくようにしたものが提案されている（特許文献１参照）。また、配管を通して排泥を排出する際に、排泥をプラグ状に形成して真空輸送することで、排泥の輸送効率が高められることが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３１７１１８号公報
【特許文献２】特開２０００−１８６４９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、例えば特許文献１に記載の発明と同じ方法で、例えば沈砂池の池底に溜まった沈砂等の砂や共雑物を多く含む水を高所に揚水しようとすると、中継槽内に堆積する砂や共雑物により中継槽の流出管の入口で閉塞が起こりやすくなり、この閉塞を解除する為には、水や空気による洗浄装置の追加が必要となる。そのため、機器構成および制御方法が複雑化してしまうと考えられる。
【０００６】
沈砂池の沈砂を水に懸濁させた沈砂水により輸送用プラグ（水柱）を形成して真空輸送すること（以下、「プラグ輸送」という。）が考えられる。この場合、沈砂水を輸送する工程は、堆積した沈砂を水とともに輸送配管内へ取り込む吸引工程と、取り込んだ沈砂水により輸送用水柱を形成し輸送先まで輸送する輸送工程がセットとなり一回の水柱輸送が行われる。また、輸送用プラグ内の沈砂濃度を高くしすぎると輸送中にプラグ形状を維持する為の表面張力が得られなくなるため、初期の輸送用プラグの沈砂濃度には上限があり、適正な輸送用プラグの沈砂濃度は２０容積％（以下、沈砂の濃度は、断らない限り容積％とする）程度までである。しかし、輸送用プラグの中に含まれる沈砂は、比重が２．７程度と水に比べて重いことから、輸送用プラグがその進行方向、特に鉛直方向に延びる輸送配管を高速で上がって行く過程で、加速力や重力の影響を受けて徐々に輸送用プラグの後端部へ集まってその濃度が２０％を超えて分離し、輸送用プラグの長さが短くなってプラグ形状が維持できなくってしまう。
【０００７】
輸送用プラグから沈砂の分離が起こり、輸送用プラグの長さが減衰してプラグ形状を維持できない長さに達すると、沈砂水が分散して空気の流れに乗って運ばれる浮遊流状態となる。浮遊流状態でも沈砂の輸送は可能であるが、比重の重い沈砂を運ぶためには、輸送用プラグのプラグ形状を維持したまま輸送する場合と比べて大きな風量が必要であり、輸送装置に必要な動力がかなり大きくなってしまう。
【０００８】
このため、沈砂池の沈砂を効率よく輸送する為にはプラグ輸送が有効であり、プラグ輸送を効率よく行う為には適正濃度の沈砂を含んだ輸送用プラグ（水柱）を輸送先まで維持し続けることが重要であるが、そのような手段は今までなく、実際の運転では、輸送先まで初期の輸送用プラグ（水柱）長を維持することはできず、輸送配管の途中に沈砂水を残しながら輸送用プラグが輸送されていく状態となっているのが現状であった。
【０００９】
また、高揚程輸送において必要な鉛直配管部では、鉛直配管部で崩れて輸送用プラグから分離した沈砂水は、輸送工程後の吸引工程時に輸送配管内への空気の注入が止められ配管内の空気の流れが弱まると、垂直配管底部まで落下して位置エネルギーを大きく損失してしまい、高揚程での輸送効率を下げる最大の原因となっている。この傾向は、輸送揚程が高くなるほど顕著に表れ、このため、実質的な輸送揚程は４０ｍ程度であると考えられる。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、沈砂池の沈砂を、高揚程であっても、小さな動力でより効率的に輸送することができるようにした揚砂輸送装置および揚砂輸送方法、並びにこの揚砂輸送に使用される中継ポットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、沈砂池と、沈砂池より高所に設置され該沈砂池の沈砂を水と共に回収する固液回収タンクとを結ぶ輸送配管と、前記輸送配管の内部に前記沈砂池の沈砂を水に懸濁させた輸送用プラグを形成するプラグ形成部と、前記輸送用プラグを前記輸送配管に沿って真空輸送する真空輸送手段と、前記輸送配管の途中に設置され、前記輸送用プラグを輸送の途中で再形成する中継ポットを有することを特徴とする揚砂輸送装置である。
【００１２】
このように、沈砂池と該沈砂池よりも高所に設置された固液回収タンクとを結ぶ輸送配管の途中に中継ポットを設置し、この中継ポットで輸送用プラグを該輸送用プラグの輸送の途中で再形成することにより、高速かつ加速された輸送の途中で輸送用プラグから分離した沈砂水を中継ポット内に溜めて、揚砂された沈砂の持つ位置エネルギーを有効に利用し、しかも、この中継ポット内の沈砂水を取り込みながら、水と沈砂とが均一に混合された輸送用プラグを中継ポットで再形成して、以降のプラグ輸送の効率を上げることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、前記中継ポットは、揚程１０〜３０ｍ毎に前記輸送配管に設置されていることを特徴とする請求項１記載の揚砂輸送装置である。
これにより、揚砂された沈砂の位置エネルギーの損失を１０〜３０ｍ以内に抑えて、揚砂された沈砂の位置エネルギーが大きく損失してしまうことを防止することができる。中継ポットは、揚程１０〜２０ｍ毎に輸送配管に設置されていることが、揚砂された沈砂の位置エネルギーの損失を効果的に抑える上で好ましい。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、前記中継ポットの容積は、前記輸送配管の断面積に揚程２〜１０ｍ分を乗じた容積に設定されていることを特徴とする請求項１または２記載の揚砂輸送装置である。
中継ポットは、吸引工程と輸送工程を繰返す毎に、内部の圧力が真空圧と大気圧に変化し、その容量が大きすぎるとエネルギーの無駄となり、小さすぎると沈砂による閉塞などの問題が発生する。このため、中継ポットの適正な容量は、輸送配管の断面積に揚程２〜１０ｍ分を乗じた容積程度であり、しかも中継ポットから伸びる鉛直配管長等により、中継ポットの適正な容量を決めることが望ましい。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、前記プラグ形成部は、前記輸送配管に接続された大気開放管と、該大気開放管を開閉する大気開放弁を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の揚砂輸送装置である。
これにより、輸送配管内を真空引きして沈砂池の沈砂を水と共に所定の位置まで引き上げ、しかる後、大気開閉弁を開き、大気開放管を通して輸送配管内を大気に開放することで、輸送配管内に輸送用プラグを形成することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、前記プラグ形成部は、前記輸送配管に接続された空気供給管と該空気供給管から圧縮空気を注入する空気注入弁を更に有することを特徴とする請求項４記載の揚砂輸送装置である。
これにより、輸送配管内を真空引きして沈砂池の沈砂を水と共に所定の位置まで引き上げ、しかる後、空気注入弁を開き、輸送配管の空気供給管との接続部より上の沈砂水を押し上げた後、空気注入弁を閉じて大気開閉弁を開き、大気開放管を通して輸送配管内を大気に開放することで、輸送配管内に輸送用プラグを形成することができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、前記中継ポットは、底部に沈砂を溜める沈砂溜まり部を有し、この沈砂溜まり部内の沈砂と後に送られてくる輸送用プラグとを混合して輸送用プラグを再形成するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の揚砂輸送装置である。
【００１８】
このように、砂溜まり部内の沈砂と後に送られてくる輸送用プラグとを混合して輸送用プラグを再形成することにより、輸送に伴って崩れることで不足した沈砂水を中継ポットの沈砂溜まり部内の沈砂水で補って、水と沈砂とが適正濃度で混合された輸送用プラグを再形成することができる。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、沈砂池よりも高所に設置された固液回収タンクに、輸送配管を通して、沈砂池の沈砂を水と共に輸送して回収する揚砂輸送方法であって、前記輸送配管の内部に沈砂池の沈砂を水に懸濁させた輸送用プラグを形成し、前記輸送用プラグを、前記輸送配管を通して前記固液回収タンクに輸送する途中で再形成させながら真空輸送することを特徴とする揚砂輸送方法である。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、前記輸送配管の途中に中継ポットを設置し、該中継ポットの内部に溜まった沈砂を輸送用プラグに混合して輸送用プラグの再形成を行うことを特徴とする請求項７記載の揚砂輸送方法である。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、流入管と流出管が接続された密閉構造のポット本体を有し、該ポット本体の底部には、空気の流通を確保しつつ沈砂の自然流出を防止して沈砂を溜める沈砂溜まり部が形成され、該沈砂溜まり部内の沈砂を前記流入管から流入される流体で攪拌して、該流体と共に前記流出管から流出させることを特徴とする中継ポットである。
【００２２】
これにより、流出管を通してポット本体内に戻る沈砂を沈砂溜まり部内に確実に溜めて、この沈砂溜まり部に溜まった沈砂を流入管からポット本体内に流入される流体と共に流出管から流出させることができる。
【００２３】
請求項１０に記載の発明は、前記沈砂溜まり部は、前記流出管の入口近傍に位置していることを特徴とする請求項９記載の中継ポットである。
これによって、流入管から流入される流体によって攪拌された沈砂溜まり部内の沈砂を、該流体と共に攪拌直後に入口から流出管内にスムーズに流入させることができる。
【００２４】
請求項１１に記載の発明は、前記ポット本体の内部には、前記流入管から流入する流体を衝突させてその向き変えることで、該流体で前記沈砂溜まり部内の沈砂を攪拌する攪拌板が配置されていることを特徴とする請求項９または１０記載の中継ポットである。
これにより、流入管から流入する流体による沈砂溜まり部内の沈砂の拡散効果を高めることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、沈砂池と該沈砂池より高所に設置された固液回収タンクとを結ぶ輸送配管の途中に中継ポットを設置し、この中継ポットで輸送用プラグを該輸送用プラグの輸送の途中で再形成することにより、沈砂池の沈砂を、高揚程であっても、小さな動力でより効率的に輸送することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態の揚砂輸送装置の概要を示す。揚砂輸送装置には、池底に沈砂が堆積した沈砂池１０の水位ＨＷＬよりも高所に位置して、沈砂池１０の沈砂の輸送先に設置される密閉構造の固液回収タンク１２が備えられており、この固液回収タンク１２に、沈砂池１０の沈砂が水と共に輸送されて回収される。固液回収タンク１２には、真空輸送手段としての真空ポンプ１４が接続されている。なお、沈砂池１０の池底に堆積した沈砂には、砂以外に小石等の土砂やし渣等も含まれている。
【００２７】
沈砂池１０と固液回収タンク１２は、主に鉛直配管からなる輸送配管１６で結ばれており、この例では、輸送配管１６の途中に、第１中継ポット１８ａ、第２中継ポット１８ｂ、及び第３中継ポット１８ｃの３つの中継ポットが設置されている。これにより、輸送配管１６は、沈砂池１０と第１中継ポット１８ａを結ぶ第１輸送配管１６ａ、第１中継ポット１８ａと第２中継ポット１８ｂを結ぶ第２輸送配管１６ｂ、第２中継ポット１８ｂと第３中継ポット１８ｃを結ぶ第３輸送配管１６ｃ、及び第３中継ポット１８ｃと固液回収タンク１２を結ぶ第４輸送配管１６ｄの４本の輸送配管に分割されている。そして、これらの各輸送配管１６ａ〜１６ｄの間に、中継ポット１８ａ〜１８ｃが、輸送配管１６の一部を構成するが如くに配置されている。つまり、前記真空ポンプ１２を駆動することで、固液回収タンク１２、第１〜第４輸送配管１６ａ〜１６ｄ、及び第１〜第３中継ポット１８ａ〜１８ｃの全ての内部が減圧（真空引き）されるように構成されている。
【００２８】
この例では、下記のように、揚砂されて中継ポット１８ａ〜１８ｃ内に溜められた沈砂の位置エネルギーの損失を１０〜３０ｍ、好ましくは１０〜２０ｍ以内に抑えて、揚砂された沈砂の位置エネルギーが大きく損失してしまうことを防止するため、輸送配管１６における揚程Ｈ１〜Ｈ４が１０〜３０ｍ、好ましくは１０〜２０ｍとなる毎に中継ポットを設置するようにしている。
【００２９】
沈砂池１０と第１中継ポット１８ａを結ぶ第１輸送配管１６ａには、第１輸送配管１６ａの内部に輸送用プラグ（水柱）２０を形成するプラグ形成部２２の大気開放管２４が、沈砂池１０の水位ＨＷＬよりも若干（１００〜５００ｍｍ）上方に位置して接続されており、この大気開放管２４には、大気開閉弁２４を開閉する大気開放弁２６が設置されている。
【００３０】
これにより、真空ポンプ１４を介して、第１輸送配管１６ａ内を真空引きして、沈砂池１０の沈砂を水と共に所定の位置まで、つまり第１輸送配管１６ａ内の沈砂を含む水の水位が大気開放管２４との接続部より高くなるまで引き上げ、しかる後、大気開閉弁２６を開き、大気開放管２４を通して、第１輸送配管１６ａの大気開放管２４との接続部を大気開放することで、輸送配管１６ａ内の大気開放管２４との接続部の上方に、沈砂池１０の沈砂を水に懸濁させた、所定長さの輸送用プラグ（水柱）２０を形成することができる。この輸送用プラグ２０は、例えばその長さが５ｍ程度で、沈砂濃度は２０％程度である。そして、この第１輸送配管１６ａ内に形成された輸送用プラグ２０は、第１中継ポット１８ａ、第２輸送配管１６ｂ、第２中継ポット１８ｂ、第３輸送配管１６ｃ、第３中継ポット１８ｃ及び第４輸送配管１６ｄを通過して、固液回収タンク１２まで一気に輸送される。
【００３１】
更に、この例では、プラグ形成部２２にコンプレッサ２８が備えられ、このコンプレッサ２８から延びる空気供給管３０が、沈砂池１０の水位ＨＷＬよりも下方に位置して第１輸送配管１６ａに接続されている。空気供給管３０には、空気注入弁３２が設置されている。このコンプレッサ２８は、大気開放弁２４を開ける前に、第１輸送配管１６ａの内部に引き揚げられた沈砂水の大気開放管２４との接続部より下方に位置する空気供給管３０との接続部へ圧縮空気を注入して、引き揚げられた沈砂水を下方から押し上げるためのものであり、このように、コンプレッサ２８を備え、第１輸送配管１６ａの内部の水中に圧縮空気を注入した後、大気開放弁を開けることで長い輸送用プラグ２０を形成することが出来、輸送効率をあげることが出来る。
上記大気開放弁２６及び空気注入弁３２は、図示しない制御部によって制御される。
【００３２】
図２及び図３は、第１中継ポット１８ａを示す。なお、第２中継ポット１８ｂ及び第３中継ポット１８ｃも、第１中継ポット１８ａと同様の構成を備えているので、ここでは、主に第１中継ポット１８ａのみについて説明する。
【００３３】
第１中継ポット１８ａは、前述の第１輸送配管１６ａの内部に形成された、所定長さの輸送用プラグ２０を再形成しながら第２輸送配管１６ｂに送り込むためのものである。つまり、第２輸送配管１６ｂに沿って輸送される輸送用プラグ２０は、この輸送に伴って徐々に崩れ、輸送用プラグ２０から分離した沈砂を含む沈砂水は、第２輸送配管１６ｂの周壁に付着し該周壁に沿って下方に落下する。第１中継ポット１８ａは、図３に示すように、この第２輸送配管１６ｂの周壁に付着し該周壁に沿って下方する沈砂３４を含む沈砂水３６の該沈砂３４を内部に溜め、後に送られてくる輸送用プラグに第１中継ポット１８ａ内に溜められた沈砂３４を取り込ませ、水と沈砂とが混合された輸送用プラグを再形成しながら、第２輸送配管１６ｂに送り込むように構成されている。
【００３４】
このように、沈砂池１０と固液回収タンク１２とを結ぶ輸送配管１６の途中に第１中継ポット１８ａ（乃至第２，第３中継ポット１８ｂ，１８ｃ）を設置し、この第１中継ポット１８ａ（乃至第２，第３中継ポット１８ｂ，１８ｃ）で輸送用プラグ２０を該輸送用プラグ２０の輸送の途中で再形成することにより、輸送の途中で輸送用プラグ２０から分離した沈砂３４を第１中継ポット１８ａ（乃至第２，第３中継ポット１８ｂ，１８ｃ）内に溜めて、揚砂された沈砂３４の持つ位置エネルギーを有効に利用することができる。しかも、この第１中継ポット１８ａ（乃至第２，第３中継ポット１８ｂ，１８ｃ）内の沈砂３４を取り込みながら、つまり、輸送に伴って崩れることで不足した沈砂を第１中継ポット１８ａ（乃至第２，第３中継ポット１８ｂ，１８ｃ）内の沈砂３４で補いながら、水と沈砂とが適正濃度で混合された輸送用プラグ２０を再形成して、以降のプラグ輸送の効率を上げることができる。
【００３５】
ここに、第１中継ポット１８ａ（乃至第２，第３中継ポット１８ｂ，１８ｃ）の容積は、輸送配管１６の断面積に揚程２〜１０ｍ分を乗じた容積に設定されている。中継ポットは、下記のように、吸引工程と輸送工程を繰返す毎に、内部の圧力が真空圧と大気圧に変化し、その容量が大きすぎるとエネルギーの無駄となり、小さすぎると沈砂による閉塞などの問題が発生する。このため、中継ポットの適正な容量は、輸送配管の断面積に揚程２〜１０ｍ分を乗じた容積程度であり、しかも中継ポットから伸びる鉛直配管長等により、中継ポットの適正な容量を決めることが望ましい。
【００３６】
第１中継ポット１８ａは、この例では、水平方向の一端において、水平方向に延びる第１輸送配管１６ａに接続される流入管４０と、水平方向の他端近傍において、鉛直方向に延びる第２輸送配管１６ｂに接続される流出管４２と、密閉構造のポット本体４４とを有し、ポット本体４４に流入管４０及び流出管４２が接続されている。つまり、ポット本体４４は、底板４６、一対の側板４８、一対の端板５０及び天井板５２から密閉された略矩形ボックス状に形成され、一方の端板５０に流入管４０が接続され、他方の端板５０に近接した位置で、天井板５２に流出管４２が接続されており、これによって、水平方向の流れを第１中継ポット１８ａで鉛直方向の流れに変換するように構成されている。
【００３７】
底板４６は、図３に示すように、流れ方向に沿って、徐々に下方に傾斜した後、急速に上方に傾斜し、図２に示すように、一対の側板４８にあっては、流れ方向に沿って、徐々にその幅が拡がり、幅が一定になった後、徐々に減少するようになっている。これによって、ポット本体４４は、流れ方向に沿って断面積が徐々に増加した後に徐々に減少するように構成されているとともに、ポット本体４４の底部に、流入管４０の出口４０ａの下端より流れ方向に沿って徐々に深くなり、これによって、沈砂３４の自然流出を防止して該沈砂３４を溜める沈砂溜まり部５４が設けられている。ここで、沈砂溜まり部５４に、図３に示すように、沈砂３４を含む沈砂水３６が溜まった時に、流出管４２の下端の入口４２ａが沈砂水３６の水面より上方に位置することで、ポット本体４４内の空気の流通か確保されるように構成されている。また、この例では、流出管４２の下端の入口４２ａが沈砂溜まり部５４の最深部に略上方に位置するようになっている。
【００３８】
流入管４０の出口４０ａからポット本体４４の内部に流入した輸送用プラグ２０は、３〜１５ｍ／秒、通常は６〜７ｍ／秒と速度が早い状態で沈砂溜まり部５４に溜まった沈砂３４に当たり攪拌して該水に取り込まれる。すなわち、輸送用プラグ２０の運動エネルギーが、ポット本体４４の内部に溜まった沈砂３４の撹拌のエネルギーに有効に使われてその沈砂を含む輸送用プラグ（水柱）の再形成に利用される。
【００３９】
そして、流出管４２の入口４２ａが沈砂溜まり部５４の最深部に略上方に位置するため、攪拌によって再形成される輸送用プラグ（水柱）は、形成（攪拌）直後に入口４２ａから流出管４２内にスムーズに流入し、流出管４２に接続された第２輸送配管１６ｂに沿って輸送される。
【００４０】
この例では、天井板５２の下面に、流入管４２からポット本体４４の内部に流入する輸送用プラグ２０を衝突させてその向きを変えることで、輸送用プラグ２０で沈砂溜まり部５４内の沈砂３４を攪拌する攪拌板５６が、流れ方向に沿って徐々に下方に傾斜して配置されている。この攪拌板５６の両側部には、空気の流通を確保するための空気流通部５８が設けられている。これにより、輸送用プラグ２０による沈砂溜まり部５４内の沈砂３４の攪拌効果を高め、しかも沈砂溜まり部５４内の沈砂３４を、再形成される輸送用プラグに特に前端部へ取り込むことができる。
【００４１】
このように、第１中継ポット１８ａ内に流入した輸送用プラグ２０は、第１中継ポット１８ａ内で０．５〜２秒程度の滞留時間を持ち、輸送用プラグを再形成しながら中継ポット１８ａから出て行き、第２輸送配管１８ｂに沿って輸送される。そして輸送工程後の吸引工程で、第２輸送配管１６ｂの壁面についていた沈砂水が落ちた時に、この沈砂水の沈砂は、第１中継ポット１８ａの内部に閉塞を起こすことなく溜められる。しかも、第２輸送管１８ｂから戻ってきた沈砂水は、第１中継ポット１８ａ内に一定量溜められるが、第１中継ポット１８ａの流出管４２の入口を完全に塞ぐ水位になる前に、第１中継ポット１８ａの流入管より下方に向けて流出し、これによって、工程において、第１中継ポット１８ａが吸引および輸送圧力の伝達を阻害することはない。
【００４２】
次に、この揚砂装置を用いて沈砂池１０の沈砂を引き上げる揚砂動作について説明する。
先ず、大気開放弁２６及び空気注入弁３２を閉じた状態で真空ポンプ１２及びコンプレッサ２８を起動して運転を開始する。これにより、真空ポンプ１２が接続された固液回収タンク１２、第１〜第４輸送配管１６ａ〜１６ｄ、及び第１〜第３中継ポット１８ａ〜１８ｃの内部が所定の真空度、例えば−４９．０ｋＰａ（−５ｍＡｑ）まで減圧されて、沈砂池１０中の沈砂を含んだ水が固液混合体として第１輸送配管１６ａ内に吸引される。
【００４３】
そして、第１輸送配管１６ａ内の固液混合体の水位が大気開放管２４の接続部よりも上方に上昇したときに、空気注入弁３２を開いて水柱を押し上げた後、空気注入弁３２を閉じ、大気開放弁２６を開いて第１輸送配管１６ａの大気開放管２６との接続部を大気開放する。このように大気開放弁２６を開くことにより、図１に示すように、大気開放管２４の接続部よりも上方に位置していた第１輸送配管１６ａの固液混合体は、所定の長さの輸送用プラグ（水柱）２０となる。そして、プラグ輸送を行う。
【００４４】
このように、プラグ輸送を行うと、輸送用プラグ２０は、その形を崩しながら第１輸送配管１６ａに沿って流れて第１中継ポット１８ａ内に流入する。第１中継ポット１８ａ内に流入した輸送用プラグ２０は、プラグ形状を一旦崩した後、輸送用プラグを再形成しながら第２輸送配管１６ｂに送り込まれ、プラグを崩しながら第２輸送配管１６ｂに沿って流れる。同様にして、輸送用プラグ２０は、第２中継ポット１８ｂ、第３中継ポット１８ｃで再形成されてながら、固定回収タンク１２まで一気に輸送される。この例において、輸送用プラグ２０の吸引輸送管１６内の輸送流速は、例えば３〜１５ｍ／秒、通常は６〜７ｍ／秒である。そして、輸送終了後に、大気開放弁２６を閉じる。
【００４５】
大気開放弁２６が閉じられると、第１輸送配管１６ａ内への空気の流入が止まり、この結果、第１〜第４輸送配管１６ａ〜１６ｄ内の空気の流れが弱まる。このため、第２輸送配管１６ｂの周壁に付着していた沈砂水の大部分は第１中継ポット１８ａ内に、第３輸送配管１６ｃの周壁に付着していた沈砂水の大部分は第２中継ポット１８ｂ内に、第４輸送配管１６ｄの周壁に付着していた沈砂水の大部分は第３中継ポット１８ｃにそれぞれ重力で落下する。そして、第１中継ポット１８ａ、第２中継ポット１８ｂ及び第３中継ポット１８ｃ内に溜められた沈砂は、次に輸送用プラグの通過の際に該輸送用プラグに取込まれる。
【００４６】
このように、沈砂池１０と該沈砂池１０よりも高所に設置された固液回収タンク１２とを結ぶ輸送配管１６の途中に中継ポット１８ａ〜１８ｃを設置し、この中継ポット１８ａ〜１８ｃで輸送用プラグ２０を該輸送用プラグ２０の輸送の途中で再形成することにより、輸送の途中で輸送用プラグ２０から分離した沈砂を中継ポット１８ａ〜１８ｃ内に溜めて、揚砂された沈砂の持つ位置エネルギーを有効に利用することができる。しかも、中継ポット１８ａ〜１８ｃの沈砂溜まり部５４内の沈砂３４と後に送られてくる輸送用プラグ２０とを混合して輸送用プラグを再形成することにより、輸送に伴って崩れることで不足した沈砂を中継ポット１８ａ〜１８ｃの沈砂溜まり部５４内の沈砂３４で補って、水と沈砂とが混合された輸送用プラグを再形成することができる。
【００４７】
図４乃至図６は、第１中継ポット１８の他の例を示す。この例の中継ポット１８は、鉛直方向に沿った輸送用プラグ（水柱）の流れを、その向きを変えることなく、鉛直方向に輸送するようにしたもので、鉛直方向に延びて、例えば図１に示す第１輸送配管１６ａの上端に接続される流入管６０と、鉛直方向に延びて、例えば例えば図１に示す第２輸送配管１６ｂの下端に接続される流出管６０と、略横向き円筒状のポット本体６４を有し、このポット本体６４に流出管６０の上端及び流出管６２の下端が接続されている。
【００４８】
ポット本体６４は、円形の一対の側板６６，６８を有し、この一対の側板６６，６８を所定間隔離間させつつ、水平方向に沿った端部が近接するように互いに対峙させて配置するとともに、一方の側板６６の下半分に内方に傾斜するテーパ部６６ａを設け、更に両側板６６，６８の周囲の開口部を一枚の略円筒状の端板７０で気密的に覆って構成されている。そして、一方の側板６６のテーパ部６６ａに、該側板６６の略接線方向延びるように流入管６０が下向きで取付けられ、更に、端板６８の他方の側板６８に近接した位置に、流入管６０とほぼ直線状に延びる如く、流出管６２が取付けられている。これらの流入管６０及び流出管６２は、互いに対峙して配置される側板６６，６８の幅広側に接続されている。
【００４９】
これにより、流入管６０から輸送用プラグ（水柱）がポット本体６４の内部に流入すると、ポット本体６４の内部に、端板７０に沿った縦方向の渦巻き流が形成され、この渦巻き流が側板６６のテーパ部６６ａに沿って流出管６２側に横移動して、流入管６２内にスムーズに流入する。これによって、上述の別タイプの中継ポットと同様にエネルギーの変換がなされて下記の沈砂溜まり部７２に溜まった沈砂３４を確実に攪拌し、しかも、位置エネルギーの損失をより少なくすることができる。
【００５０】
また、流入管６０の出口６０ａをポット本体６４内所定の位置まで延出させることで、ポット本体６４の底部に、沈砂を含む沈砂水の該沈砂の自然流出を防止して該沈砂を溜める沈砂溜まり部７２が設けられている。そして、沈砂溜まり部７２に、図６に示すように、沈砂３４を含む沈砂水３６が溜まった時に、流出管６２の下端の入口６２ａが沈砂水３６の水面より上方に位置することで、ポット本体６４内の空気の流通か確保されるように構成されている。
【００５１】
このように、鉛直方向に沿った輸送用プラグ（水柱）の流れを、その向きを変えることなく、鉛直方向に輸送することによって、中継ポットを設けることによるエネルギー損失を少なくすることができる。
【００５２】
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態の揚砂輸送装置を示す概要図である。
【図２】図１に示す揚砂輸送装置の中継ポットを拡大して示す平面図である。
【図３】図１に示す揚砂輸送装置の中継ポットを拡大して示す正面図である。
【図４】他の中継ポットを示す平面図である。
【図５】図４の正面図である。
【図６】図５の右側面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 沈砂池
１２ 固液回収タンク
１４ 真空ポンプ（真空輸送輸送手段）
１６，１６ａ〜１６ｄ 輸送配管
１８，１８ａ〜１８ｃ 中継ポット
２０ 輸送用プラグ
２２ プラグ形成部
２４ 大気開放管
２６ 大気開放弁
２８ コンプレッサ
３０ 空気供給管
３２ 空気注入弁
３４ 沈砂
３６ 沈砂水
４０，６０ 流入管
４０ａ，６０ａ 出口
４２，６２ 流出管
４２ａ，６２ａ 入口
４４，６４ ポット本体
４６ 底板
４８，６６，６８ 側板
５０，７０ 端板
５２ 天井板
５４，７４ 沈砂溜まり部
５６ 攪拌板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
沈砂池と、沈砂池より高所に設置され該沈砂池の沈砂を水と共に回収する固液回収タンクとを結ぶ輸送配管と、
前記輸送配管の内部に前記沈砂池の沈砂を水に懸濁させた輸送用プラグを形成するプラグ形成部と、
前記輸送用プラグを前記輸送配管に沿って真空輸送する真空輸送手段と、
前記輸送配管の途中に設置され、前記輸送用プラグを輸送の途中で再形成する中継ポットを有することを特徴とする揚砂輸送装置。
【請求項２】
前記中継ポットは、揚程１０〜３０ｍ毎に前記輸送配管に設置されていることを特徴とする請求項１記載の揚砂輸送装置。
【請求項３】
前記中継ポットの容積は、前記輸送配管の断面積に揚程２〜１０ｍ分を乗じた容積に設定されていることを特徴とする請求項１または２記載の揚砂輸送装置。
【請求項４】
前記プラグ形成部は、前記輸送配管に接続された大気開放管と、該大気開放管を開閉する大気開放弁を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の揚砂輸送装置。
【請求項５】
前記プラグ形成部は、前記輸送配管に接続された空気供給管と該空気供給管から圧縮空気を注入する空気注入弁を更に有することを特徴とする請求項４記載の揚砂輸送装置。
【請求項６】
前記中継ポットは、底部に沈砂を溜める沈砂溜まり部を有し、この沈砂溜まり部内の沈砂と後に送られてくる輸送用プラグとを混合して輸送用プラグを再形成するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の揚砂輸送装置。
【請求項７】
沈砂池よりも高所に設置された固液回収タンクに、輸送配管を通して、沈砂池の沈砂を水と共に輸送して回収する揚砂輸送方法であって、
前記輸送配管の内部に沈砂池の沈砂を水に懸濁させた輸送用プラグを形成し、
前記輸送用プラグを、前記輸送配管を通して前記固液回収タンクに輸送する途中で再形成させながら真空輸送することを特徴とする揚砂輸送方法。
【請求項８】
前記輸送配管の途中に中継ポットを設置し、該中継ポットの内部に溜まった沈砂を輸送用プラグに混合して輸送用プラグの再形成を行うことを特徴とする請求項７記載の揚砂輸送方法。
【請求項９】
流入管と流出管が接続された密閉構造のポット本体を有し、該ポット本体の底部には、空気の流通を確保しつつ沈砂の自然流出を防止して沈砂を溜める沈砂溜まり部が形成され、該沈砂溜まり部内の沈砂を前記流入管から流入される流体で攪拌して、該流体と共に前記流出管から流出させることを特徴とする中継ポット。
【請求項１０】
前記沈砂溜まり部は、前記流出管の入口近傍に位置していることを特徴とする請求項９記載の中継ポット。
【請求項１１】
前記ポット本体の内部には、前記流入管から流入する流体を衝突させてその向き変えることで、該流体で前記沈砂溜まり部内の沈砂を攪拌する攪拌板が配置されていることを特徴とする請求項９または１０記載の中継ポット。
【請求項１】
沈砂池と、沈砂池より高所に設置され該沈砂池の沈砂を水と共に回収する固液回収タンクとを結ぶ輸送配管と、
前記輸送配管の内部に前記沈砂池の沈砂を水に懸濁させた輸送用プラグを形成するプラグ形成部と、
前記輸送用プラグを前記輸送配管に沿って真空輸送する真空輸送手段と、
前記輸送配管の途中に設置され、前記輸送用プラグを輸送の途中で再形成する中継ポットを有することを特徴とする揚砂輸送装置。
【請求項２】
前記中継ポットは、揚程１０〜３０ｍ毎に前記輸送配管に設置されていることを特徴とする請求項１記載の揚砂輸送装置。
【請求項３】
前記中継ポットの容積は、前記輸送配管の断面積に揚程２〜１０ｍ分を乗じた容積に設定されていることを特徴とする請求項１または２記載の揚砂輸送装置。
【請求項４】
前記プラグ形成部は、前記輸送配管に接続された大気開放管と、該大気開放管を開閉する大気開放弁を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の揚砂輸送装置。
【請求項５】
前記プラグ形成部は、前記輸送配管に接続された空気供給管と該空気供給管から圧縮空気を注入する空気注入弁を更に有することを特徴とする請求項４記載の揚砂輸送装置。
【請求項６】
前記中継ポットは、底部に沈砂を溜める沈砂溜まり部を有し、この沈砂溜まり部内の沈砂と後に送られてくる輸送用プラグとを混合して輸送用プラグを再形成するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の揚砂輸送装置。
【請求項７】
沈砂池よりも高所に設置された固液回収タンクに、輸送配管を通して、沈砂池の沈砂を水と共に輸送して回収する揚砂輸送方法であって、
前記輸送配管の内部に沈砂池の沈砂を水に懸濁させた輸送用プラグを形成し、
前記輸送用プラグを、前記輸送配管を通して前記固液回収タンクに輸送する途中で再形成させながら真空輸送することを特徴とする揚砂輸送方法。
【請求項８】
前記輸送配管の途中に中継ポットを設置し、該中継ポットの内部に溜まった沈砂を輸送用プラグに混合して輸送用プラグの再形成を行うことを特徴とする請求項７記載の揚砂輸送方法。
【請求項９】
流入管と流出管が接続された密閉構造のポット本体を有し、該ポット本体の底部には、空気の流通を確保しつつ沈砂の自然流出を防止して沈砂を溜める沈砂溜まり部が形成され、該沈砂溜まり部内の沈砂を前記流入管から流入される流体で攪拌して、該流体と共に前記流出管から流出させることを特徴とする中継ポット。
【請求項１０】
前記沈砂溜まり部は、前記流出管の入口近傍に位置していることを特徴とする請求項９記載の中継ポット。
【請求項１１】
前記ポット本体の内部には、前記流入管から流入する流体を衝突させてその向き変えることで、該流体で前記沈砂溜まり部内の沈砂を攪拌する攪拌板が配置されていることを特徴とする請求項９または１０記載の中継ポット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−１６１９４６（Ｐ２００９−１６１９４６Ａ）
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３４０５９９（Ｐ２００７−３４０５９９）
【出願日】平成１９年１２月２８日（２００７．１２．２８）
【出願人】（３０８０２４３９５）荏原環境エンジニアリング株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２８日（２００７．１２．２８）
【出願人】（３０８０２４３９５）荏原環境エンジニアリング株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
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