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きよたつがうん
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1 日本産業機械工業会会長賞合流式下水道改善スクリーン株式会社日立プラントテクノロジー 1. 開発の経緯合流式下水道は雨水と汚水を同一管渠で排除する方式であり雨天時には雨水の流入により下水量が増大しし尿を含む未処理下水の一部が雨水吐き室などからそのまま公共用水域へ流出するこのため水質汚濁および公衆衛生面において憂慮すべき問題であり 2001 年 6 月に新聞報道された東京お台場海浜公園へのオイルボール漂着の記事をきっかけに社会的問題として顕在化したこれにより合流式下水道改善対策は重要かつ緊急的な課題となった雨水吐き口から夾雑物の流出を阻止するスクリーンには従来から動力式の装置があったが雨水吐き室には元来電源設備がないためイニシャルランニングコストの縮減工期短縮を目的とし越流水の落差を利用した無動力式のストームスクリーンを開発した一方前述のごとき背景に基づき 2002 年に国交省主導によるプロジェクト 1) SPIRIT21 注における最初の技術開発テーマとして合流改善対策技術が選定されたストームスクリーンは開発目標の1つである自然吐き口等からの流出水中に含まれる夾雑物の除去を行う技術として同プロジェクトに参加し 2004 年 6 月に技術評価を取得した以下にその経緯を列記する 1993 年雨水吐き室に設置する動力式スクリーンの特許取得 ( これはプロジェクト SPIRIT21 でストームスクリーンと合わせて技術評価を取得した円板回転式スクリーンディスクスクリーンの基本特許である ) 2001 年 6 月 ~2001 年 12 月雨水吐き室の実態調査と基礎資料の収集を実施し雨水吐き室に設置するスクリーンに必要とされる機能を下記のとおり把握した 1 雨水吐き室には電源がないため電力が不要な機構とし工事費を含めたイニシャルコストが安価であること 2 雨水吐き室への入口 ( マンホール ) の多くは道路上にあり吐き室へ入るには交通規制が必要となり容易に入ることができないため装置の運転性 -43-

2 能に関して信頼性が高いこと 3 維持管理が容易でランニングコストが安価であること 2002 年 1 月英国 MONO 社の Storm Screen に着目し当社工場内で性能確認実験を実施 2006 年 1 月同社と Storm Screen に関し正式に技術提携 2002 年 6 月プロジェクト SPIRIT21 にストームスクリーンとディスクスクリーンの2 技術で応募同年 10 月から 2004 年 3 月まで SPIRIT21 にて技術評価を実施 2003 年 5 月 ~2004 年 1 月下水ポンプ場内に設置した実証プラントで性能確認実験を実施 2004 年 6 月 SPIRIT21 にて技術評価を取得 2004 年 8 月 ~2006 年 1 月フィールドテストにより運転性能に関する信頼性を実証 2005 年 4 月東京都三鷹市に第 1 号機納入 2006 年 5 月産業機械 5 月号 ( 社 ) 日本産業機械工業会編に掲載 2005 年 4 月 ~2007 年 1 月受注実績 57 台 ( 既納 19 台 ) シェア 43%(2005 年度実績 ) 注 1) 下水道技術開発プロジェクト Sewage Project,Integrated and Revolutionary Technology for 21st Century の略称 2. 装置説明 (1) 概要本装置は合流式下水道における雨水吐き室内の越流堰上に設置し雨天時に遮集能力を超えた越流水中に含まれる景観上不快な夾雑物 ( トイレットペーパー人畜由来の糞塊等 ) が河川等の公共用水域に流出することを防止するためのスクリーンである本装置の特長は以下の3 点が挙げられる (1) 堰を越流する下水の落差を利用してブラシを駆動するため動力源としての電力などを外部から取り込む必要がない (2) 下水が越流を開始すると駆動パドルが回転しブラシも回転する越流が終わると同時に駆動パドルとブラシの回転が停止するしたがってブラシの起動停止の制御装置が不要である (3) マンホール (φ600) からの搬入が可能である -44-

越流水中に含まれる夾雑物がこのスクリーン上に捕捉され水流から分離されるスクリーンを通過した越流水は駆動パドル上へ落下するその水が受け形状のパドルに満ちると駆動パドルが回転

3 雨水吐き室内の水の流れを図 1 に運転状況を写真 1 に示す遮集管流入管処理場へ放流管主水路側流入放流 ( 河川等へ ) 放流側マンホールストームスクリーン写真 1 運転状況越流堰図 1 雨水吐き室内の水の流れ (2) 構造本装置は図 2に示すように主にφ4mm パンチングプレートの半円筒形スクリーンブラシ駆動パドル遮蔽板から構成されている越流水は主水路からスクリーンに入り越流水中に含まれる夾雑物がこのスクリーン上に捕捉され水流から分離されるスクリーンを通過した越流水は駆動パドル上へ落下するその水が受け形状のパドルに満ちると駆動パドルが回転伝達ベルトおよびタイミングギヤを介してスクリュー形状のブラシが回転するこのブラシの回転作用によりスクリーンに捕捉された夾雑物は掻き取られて主水路側に戻され遮集管を通って処理場へ移送されるまた遮蔽板はスクリーン前面に配置し浮遊している夾雑物を速やかに遮集側へ導くとともに大型の夾雑物からスクリーンを保護している -45-

4 本装置は図 3に示すように分割してφ600mm のマンホールから雨水吐き室への搬入が可能であるブラシスクリーンブラシの外観スクリーンの外観駆動パドル遮蔽図 2 装置概略図伝達ベルト, タイミングギヤ ( カバー内 ) 分割例 ( 一部 ) マンホールマンホールマンホールマンホールからの搬入例図 3 装置の分割例 -46-

5 (3) 動作原理動作原理を図 4を用いて以下に説明する 1 晴天時には越流水がないのでスクリーンは停止している 2 雨天時に越流を開始すると自動的に駆動パドルが回転しブラシの回転が始まる越流水がスクリーンを通過するときスクリーン上に夾雑物が捕捉される 3 スクリーンに捕捉された夾雑物はブラシの回転によりスクリーンから遮集側へと移送される 4 降雨終了後水位は低下しスクリーンは停止する遮蔽ブラシスクリーン夾雑駆動パドル晴天時水位遮集側 1 晴天時放流側 7/52 晴天時水位遮集側 2 雨天時越流開始越流水放流放流側 8/52 4 晴天時水位越流水放流晴天時水位越流水放流遮集側放流側 8/52 放流側 9/52 遮集側 8/40 3 雨天時越流水放流継続 4 降雨終了時図 4 動作原理 -47-

6 (4) 仕様 1 標準仕様本装置の標準仕様を表 1に示すスクリーン径は φ400mm とφ700mm の2 種類でありスクリーン幅は 1mから最大 2mまで 0.25mピッチでシリーズ化しているパンチングのメッシュ孔径 ( 目幅 ) はφ4mm を標準としているが φ6mm も製作可能である表 1 標準仕様スクリーン径 φ400mm φ700mm メッシュ孔径 φ4mm( 標準 ) φ6mm 最大処理水量 m 3 /s m 0.4 m 3 /s m スクリーン幅 1m 1.25m 1.5m 1.75m 2m 1m 1.25m 1.5m 1.75m 2m 重量 160kg 185kg 210kg 235kg 260kg 400kg 450kg 500kg 550kg 600kg 2 材質本装置の主要材質を表 2に示す本装置の材質 ( 金属部 ) は SUS304 を標準としているが海水等の混入により対象下水の塩素イオン濃度が高い場合には SUS316 での製作も可能である ( オプション ) 表 2 主要材質番号名称材質 1 スクリーン SUS304 2 駆動パドル SUS304 3 スクリュー型ブラシユニット SUS304+ナイロン ( ブラシ部 ) 4 遮蔽板 SUS304 5 フレーム SUS304 6 カバー SUS

7 (5) 設置例図 5~7に本装置の雨水吐き室への設置例を示す図 5 据付設置例 ( 直線堰への設置 ) 図 6 据付設置例 ( 短い曲線堰への設置 ) 図 7 据付設置例 ( 長い曲線堰への設置 ) -49-

8 3. 成果 (1) 性能 1 夾雑物除去性能注 2) 夾雑物除去性能については実証プラントにおいてスクリーンの夾雑物捕捉値 (SRV) を確認したその結果を表 3に示す SRVの平均値は約 92% となり SPIRIT21での必要性能目標 SRV30% 以上を十分に満足した表 3 SRV 算出結果流入水条 SRV 備考件測定値平均値晴天時雨天時 86.8 % 99.8 % 98.3 % 99.1 % 84.3 % 94.3 % 96.0 % 89.3 % 92.7 % 実験装置仕様スクリーン径 φ400mm スクリーン幅 1m メッシュ孔径 φ4mm 注 2) SRV(Screening Retention Value) とは SPRIT21で採用された指標であり雨水吐き室に設置したスクリーンが有する夾雑物除去性能 ( 大きさ5.6mm 以上の夾雑物を対象 ) を評価するものであるその算出式を以下に示す TSREwith - TSREwithout SRV(%)= 1 - TSREwithout 100 遮集下水夾雑物量 with+スクリーン設置時の捕捉夾雑物量 TSREwith= 遮集下水夾雑物量 with+ 越流夾雑物量 with+スクリーン設置時の捕捉夾雑物量 TSREwithout= 遮集下水夾雑物量 without 遮集下水夾雑物量 without+ 越流夾雑物量 without ここに遮集下水夾雑物量 with : スクリーン設置時に遮集される乾燥夾雑物重量スクリーン設置時の捕捉夾雑物量 : スクリーンに捕捉される乾燥夾雑物重量越流夾雑物量 with : スクリーン設置時の放流側に流出する乾燥夾雑物重量遮集下水夾雑物量 without : スクリーン未設置時に遮集される乾燥夾雑物重量越流夾雑物量 without : スクリーン未設置時に放流側に流出する乾燥夾雑物重量 -50-

2 フィールドテストでの実証結果不特定な物が流れる実施設において約 16ヶ月間にわたり実証実験を行い装置の運転性能に関する信頼性を確認した表 4に実証施設の概要写真 2に実証装置の外観を示す実証に使用した装置はスクリーン径 φ400mm メッシュ穴径 φ4mmでありスクリーン幅 1mのものが3 台 1.

9 2 フィールドテストでの実証結果不特定な物が流れる実施設において約 16ヶ月間にわたり実証実験を行い装置の運転性能に関する信頼性を確認した表 4に実証施設の概要写真 2に実証装置の外観を示す実証に使用した装置はスクリーン径 φ400mm メッシュ穴径 φ4mmでありスクリーン幅 1mのものが3 台 1.5mのものが4 台の合計 7 台である表 4 実証施設の概要項目内容施設の種類合流式下水道の雨水吐き室雨水吐き受持ち面積約 145ha 堰の仕堰高 0.9m 様堰長 10m 流入管鉄筋コンクリート材質, 径の種類 mm ( 2 系鉄筋コンクリート統 ) mm 遮集管鉄筋コンクリート材質, 径の種類 φ1500mm 放流管鉄筋コンクリート材質, 径の種類 mm 夾雑物のその他発生量や市街地からの排水特性に関するもの写真 2 実証装置外観実証期間中スクリーンは目詰まりを起こさずまた装置の損傷もなく運転を継続することができたスクリーンの月毎の運転時間は平均 3.1 時間最大 9.6 時間 (2005/7) 最小 0.37 時間 (2005/12) であり最長連続運転時間は3.9 時間 (2005/7/3 23:32~7/4 3:25) であったこのときのスクリーン流入側水位記録を図 8に示す流入側水位は最大約 520mmを記録したあと降水量の低下にともない低下した水位上昇が継続するなどの異常はなく良好な運転を行えることを確認したオーハーフロー水位 (0.5m) 2005/7/ 2005/7/4 Ts20 水位 Ts20 水位水位 (m) 越流開始水位 (0m) 降水量 (mm/h) 水位 (m) 降水量 (mm/h) :00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 時刻 :00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 時刻 20 1 時間降水量東部 -1 時間降雨量水位 1流入側水位 1 時間降水量東部 -1 時間降雨量水位 1流入側水位図 8 最長連続運転時のスクリーン流入側水位記録 -51-

10 また実験を行った約 8ヶ月間における1 時間降水量とスクリーン流入側水位との関係を図 9に示す 1 時間降水量が10mm 程度までは流入してくる水量に対してオーバーフローせずスクリーンによる夾雑物の流出阻止を行えていることを確認した 10mm/h オーハーフロー水位 (0.5m) 図 9 1 時間降水量と流入側水位 (2005/6~2006/1) (2) 特許出願済みの特許を表 5に示す表 5 取得特許 No. 公報番号発明の名称出願人特開特開特開越流雨水の除塵装置越流水除塵装置におけるスクリーンの稼動検知システム自己回転検知システム日立フラントテクノロシー日立フラントテクノロシー日立フラントテクノロシー審査権利状況審査請求審査請求審査請求備考日本国日本国日本国上記以外に複数の特許を申請 ( 審査請求 ) 中である -52-

11 (3) 維持管理 1 運転操作本装置は図 10に示すように雨天時に下水が越流を開始すると駆動パドルが回転しブラシも回転する越流が終わると同時に駆動パドルとブラシの回転は停止するこのように越流水による自動運転を行うのでブラシの起動停止の操作や制御装置は不要であるブラスクリーン遮蔽回転伝達ベルト駆動パドル堰回転遮集側放流側図 10 パドル回転原理 2 保守点検保守点検は, 表 6の保守点検内容に基づき行う表 6 保守点検内容一覧表通常点検と定期点検種別時期点検項目確認事項通常点検原則 3ヶ月ごと, 据付状態装置の据付状況にグラツキがないかまたは豪雨後パドル ( ブラシ ) の回転性手動により, 異常なく回転するか回転は重たくないか各部の変形, 絡み付きの有無定期点検年 1 回伝達ベルトのゆるみスクリーン, パドル, ブラシ, 遮へい板等に変形がないか夾雑物の絡み付きはないかベルトの張りは適正か破断はないかオーバーホール種別時期項目交換部品オーバーホー概ね5 年に1 回夾雑物捕捉装置ブラシルブラシユニットの軸受オイルシール駆動装置駆動パドルの軸受駆動伝達ユニットの伝達ベルトプーリオイルシール -53-

12 設費(百万円)中央値 90% 値建(4) 経済性 1 イニシャルコスト動力に水車を使用し電動機や電源を不要とすることで機器費および電気に関わる工事費を縮減した図 11に示す SPIRIT21での経済性試算結果によると電動機を有した動力式と比較して本装置では約 1,000 万円の縮減効果が得られた 2 ランニングコスト電気代および維持管理性の両面からランニングコストを縮減した図 12に示すように SPIRIT21での経済性試算結果によると動力式と比較して本装置では年間で約 4 万円の縮減効果が得られた 1) 電気代 : 無動力式であるので電気代が不要である 1 年間の運転時間を212 時間動力式の電動機容量を1.5kW 電気代を15 円 /kwhとすると年間で約 4,800 円の縮減を行うことができる ( 電気代には基本料金を含まない ) 2) オーバーホール所要費用 : 本装置ではスクリーンとパドルに関して 5 年に1 回軸受交換などを行う年 1 回のオイル交換など電動機や減速機に関するオーバーホールが不要である縮減額約 1,000 万円縮減額約 1,000 万円動力式無動力式 ( ストームスクリーン ) 建設費 ( 雨水吐き室に設置 ) ランニングコスト(万円 / 年)0 オーバーホールストームスクリーン縮減額約 4 万円 27.6 動力式 ( 雨水吐き室に適用する動力式 4 技術の平均 ) 通常点検定期点検 SPRIT21 委員会ストームスクリーンに係わる技術資料から抜図 11 イニシャルコスト比較注記 ) オーバーホール費用は 1 回に要する費用を実施する図 12 ランニングコスト比較 (5) 将来性合流式下水道改善対策は重要かつ緊急的な課題である 2003 年の下水道法施工例の改正により 2004 年度から原則 10 年間で合流式下水道の改善を完了することが義務付けられており本装置をはじめとした合流改善対策技術は継続的な普及が見込まれるまた今回未利用自然エネルギーを利用したスクリーン装置を実用化できたことによりこの技術を基に下水が持っているエネルギーを利用した省エネルギー装置の開発が更に推進すると期待される -54-

13 (6) 独創性 1 無動力雨水吐き室は元来機械設備の設置を想定した場所ではないためほとんどの箇所に電源はなく新たに電源を布設するのに費用が発生する雨水吐き口は全国に2,420 箇所存在し国や自治体の財政が逼迫する中緊急的に合流改善を推し進めるにはできる限りイニシャルコストを抑えた装置が要求されるストームスクリーンは越流水が持つ位置エネルギーを駆動源とした画期的な装置であり自治体の要求に十分応えられていることはシェア43% を確保していることから明らかである 2 スクリュー型ブラシユニット下水には不特定な物が流れてくることが考えられ動力式のスクリーンではそれらを排除する力を大きくすることにより装置の信頼性を高めている一方本装置は下水が持つエネルギーを利用しており動力式に比べて少ない力で夾雑物を確実に排除し運転を継続できることが重要であるところがフィールドテストにおいてブラシユニットの回転が停止するという問題が発生した ( 写真 3 参照 ) 図 13に示すとおり技術導入したMONO 社のブラシユニットは直線状のブラシを回転軸の上下に取り付けた形状であったため木片などの粗大な夾雑物がスクリーン内部に入り込むとブラシの回転によって夾雑物はブラシとスクリーンの間に挟まりブラシユニットの回転をロックさせてしまうことがわかったそこで当社は改めてブラシユニットの形状を見直し平行型からスクリュー型への変更を行ったスクリュー型ではブラシがらせん状のため木片などの夾雑物がブラシの形状に沿ってスクリュー端部へと移送されスクリーンとの間に挟まれることがなくなるそして移送された夾雑物はスクリュー端部に設置したスクレーパによりスクリーン外部へ排出されると考えたスクレーパには柔らかいゴム板を使用し平行型ブラシユニットのように夾雑物がスクリーンとの間に挟まらないよう改善を行った ( 写真 4 図 14 参照 ) 社内実験を経てフィールドテストの実証機をスクリュー型ブラシユニットに交換したところブラシユニットの回転が停止することはなくなり長期間の運転において高い信頼性を実証することができた -55-

14 ブラシスクリーンブラシ回転軸回転軸木片ブラシ流入回転を停止させた木片放流断面図木片回転が停止した状況 ( スクリーン流入側から撮影 ) 写真 3 平行型ブラシユニットの回転停止状況 ( フィールドテスト実証機 ) 回転ブラシ ( 直線状 ) ブラシ ( らせん状 ) 回転平行型ブラシユニットブラシ ( 直線状 ) スクリュー型ブラシユニットブラシスクリーンブラシスクリーン変更前変更後図 13 ブラシユニットの比較 -56-

回転軸スクリーン放流スクリーン夾雑物移送方向スクレーパ流入ブラシ木片写真 4 スクリュー型ブラシユニットによる夾雑物移送状況排出回転軸平面図図 14 スクリュー型ブラシユニットの夾雑物排出方法 (7) 今後の規制に対する対応策現段階では 2004 年度から原則 10 年間で合流式下水道の改善を完了することが義務付けられたほかに法規制等はない

運転停止記録水位記録 ) を収集できるようにしたシステムの概要は図 15に示すようにストームスクリーンの駆動パドルの回転を検出して雨水吐き室内に設置した無線ロガー送信機内にデータを記録し運転時または後日 ( 降雨後 ) にモバイル型のデータ収集機によりデータを収集する水位の監視を行う場合は水位計を設置し

15 回転軸スクリーン放流スクリーン夾雑物移送方向スクレーパ流入ブラシ木片写真 4 スクリュー型ブラシユニットによる夾雑物移送状況排出回転軸平面図図 14 スクリュー型ブラシユニットの夾雑物排出方法 (7) 今後の規制に対する対応策現段階では 2004 年度から原則 10 年間で合流式下水道の改善を完了することが義務付けられたほかに法規制等はないしかし合流式下水道の問題が新聞報道により突如顕在化したように今後も放流水や雨水吐き口周辺環境に対する要求は高まると想像するそれに対応するため本装置の信頼性維持管理性を向上させる手段として無線を利用した運転監視システムを開発している前述したが雨水吐き室へは容易に入れないためこのシステムではマンホールを開けることなく地上部から簡易に稼働記録 ( 運転停止記録水位記録 ) を収集できるようにしたシステムの概要は図 15に示すようにストームスクリーンの駆動パドルの回転を検出して雨水吐き室内に設置した無線ロガー送信機内にデータを記録し運転時または後日 ( 降雨後 ) にモバイル型のデータ収集機によりデータを収集する水位の監視を行う場合は水位計を設置しそのデータを同様に無線ロガー送信機内に記録するまた無線ロガー送信機の電源には電池 ( 寿命 ;2 年以上 ) を使用しておりこのシステムを採用した場合でも電源は不要である図 15 無線による運転監視システム 4. 応用分野 3) 本装置をポンプ場や処理場の3Q 堰注上に設置し降雨時に雨水用沈砂池へ流入する下水中の夾雑物を汚水用沈砂池へ遮集して吐き口から河川への夾雑物流出を阻止することが可能である -57-

16 5. 第 1 号分野 (1) 装置の仕様 1 スクリーン径 400mm 2 スクリーン幅 1m 3 台数 1 台 (2) 装置の納入先東京都三鷹市 (3) 納入時期 2005 年 4 月 (4) 稼動状況 2005 年 4 月から 2007 年 1 月現在に至るまで, 約 22 ケ月を経過するが, 順調に稼動している (5) トラブル発生の有無無し注 3) 合流式下水道のポンプ場や処理場では沈砂池は汚水用と雨水用に区分される流入管渠に設置された 3Q 堰により晴天時には流入する下水を汚水用沈砂池へ流入させ雨水用沈砂池への流入を阻止している降雨時に 3 Q 堰頂よりも流入水位が高くなると雨水用沈砂池へ下水が流入する雨水用沈砂池で除去できなかった夾雑物は吐き口から河川等へ流出し雨水吐き室と同様の問題が生じている -58-

( 様式 1) 1. 対象地区の概要 1 本市の地勢習志野市は, 千葉県北西部に位置し, 首都東京と県庁所在地の千葉市のほぼ中間付近に位置する対象区域内の高低差は 12m~30m あり, 比較的高低差の激しい区域である 2 対象地区習志野市の下水道計画区域は, 津田沼, 高瀬, 印旛の 3 処

( 様式 1) 1. 対象地区の概要 1 本市の地勢習志野市は, 千葉県北西部に位置し, 首都東京と県庁所在地の千葉市のほぼ中間付近に位置する対象区域内の高低差は 12m~30m あり, 比較的高低差の激しい区域である 2 対象地区習志野市の下水道計画区域は, 津田沼, 高瀬, 印旛の 3 処習志野市合流式下水道緊急改善計画 22 年 3 月習志野市 ( 様式 1) 1. 対象地区の概要 1 本市の地勢習志野市は, 千葉県北西部に位置し, 首都東京と県庁所在地の千葉市のほぼ中間付近に位置する対象区域内の高低差は 12m~30m あり, 比較的高低差の激しい区域である 2 対象地区習志野市の下水道計画区域は, 津田沼, 高瀬, 印旛の 3 処理区で, 全体計画面積は 2,035.5ha