〈NO.3〉ＣＳＯスクリーン日立プラント建設(株)，ＪＦＥエンジニアリング（株）新日本製鐵(株)，三機工業(株)，日本インカ（株）１技術概要２技術のしくみ本技術は，トラフ状にしたパンチングプレートを本技術は，流入下水が堰から越流を始めるときのスクリーンとし，流入水中の夾雑物を水中より捕捉水位を水位計で探知し，無軸スパイラルが，稼動（回する。捕捉された夾雑物は，無軸スパイラルにより転）を開始する構造である。越流水中の夾雑物は，搬送され，搬出トラフで水切りされた後系外へ排出スクリーンによって捕捉されそのまま無軸スパイラする。またこのときに無軸スパイラル外周部に取付ルによってかき上げられる。捕捉された夾雑物は，けられた樹脂ブラシによりパンチングプレートの開排出トラフの排出シュート口から遮集管上部へ直接，孔に捕捉された夾雑物も除去される。技術の主な特落下投入され遮集管内を流下する。長としては，以下の 4 点があげられる。降雨後水位が下がり越流が終了しても，一定時間・約φ6mm のパンチングプレートをスクリーンとスクリーン上に残留した夾雑物を搬送した後停止すして用いるため，紙片など扁平な夾雑物を除去るしくみである。できる。晴天時越流堰・ブラシ付無軸スパイラルが回転することでスクリーン洗浄とろ過を同時に行えるため，スクリ水位計が越流水位を検知するまでは装置は停止状態。ーンの目詰まりがなく効率的なろ過が可能であ越流水位を検知すると装置が駆動する。る。流入水路 CSOスクリーン・無軸のスパイラルで夾雑物を搬送するため，スクリューコンベア等で問題となる軸への絡みつきや閉塞がない。・雨水吐き室及びポンプ場に設置可能である。雨天時（越流時）堰を越えた越流水は自然流下でスクリーンへ流入する。スクリーン内で、処理夾雑物は遮集管へ越流水と夾雑物に分けられ、処理水は放流管へ、夾雑物は遮集管へ送られる。処理水は放流管へ雨天時（水位低下後）水位が低下した直後に停止せず、スクリーン上に残留した夾雑物を一定時間搬送した後、停止する。夾雑物は遮集管へ図−２ＣＳＯスクリーンのしくみ３開発目標（１）募集要領に記載された開発目標「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」図−１ＣＳＯスクリーンの概要 1 合流式下水道において，雨天時に自然吐き口，２）雨天時下水排除に対する影響ポンプ場から排出される下水中の景観上不快な物 ①スクリーン設置時の損失水頭公称能力の 50,100％にあたる流量を目安にス質（トイレットペーパー，人畜由来の糞塊，各種衛生用品，食品残渣等の物質，容器包装等の廃棄クリーン設置時の損失水頭を確認した。物）の流出を防止できること。 ②スクリーン機能停止時の損失水頭（２）必要性能目標前述①の流量条件のもと，スクリーンの機能停最低限達成すべき必要性能目標は，5.6mm 以上止時（閉塞時，停止時）の損失水頭を確認した。の大きさの夾雑物を対象としてＳＲＶで 30％と設定した。 ③スクリーンの処理限界能力ＳＲＶ（Screening Retention 公称能力の 150％にあたる流量を目安に処理限 Value）とは，スクリーンによる夾雑物の除去率を表す指標であ界能力を確認した。る。以下に算出式を示す。本式中の TEREwith は，スクリーン設置時の夾雑物３）合流改善対象施設への設置可能性に関する検討合流式下水道を採用している全国 191 都市を対の除去率を，TEREwithout は，スクリーン未設置時の堰による夾雑物の除去率をそれぞれ表す。 TSRE with − TSRE without SRV(%) = ×100 1 − TSRE without TSREwith＝象に既存施設（雨水吐き室，ポンプ場）の実態調査を行い，平均的な雨水吐き室及びポンプ場を設定し，これに対してモデル設計を行った。遮集下水夾雑物量 with＋ｽｸﾘｰﾝ設置時の捕捉夾雑物量遮集下水夾雑物量 with＋越流夾雑物量 with＋ｽｸﾘｰﾝ設置時の捕捉夾雑物量 TSREwithout＝表−１モデル設計の対象とした雨水吐き室の諸元遮集下水夾雑物量 without 項目排水区面積設計流入量遮集下水夾雑物量 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流重要な確認項目として，以下の条件を基本として実験を行った。雨水吐き室構造 ①連続運転実験 6 時間連続 5 日間の連続運転による能力・動作の確認を行った。実験対象は晴天時汚水とし，流量は，スクリーンの公称能力流量とした。堰 ②機能阻害実験スクリーンの機能阻害の恐れがある夾雑物の除去状況を確認した。機能阻害の恐れがある夾雑物は，角材，空缶，ペットボトル，割り箸，レジ袋，発泡トレイ，ウエス，毛髪類，繊維類，その他とした。 2 設計放流量 0.74 (m3/s) 計画流入量計画放流量遮集量遮集倍率長さ（内空寸法）幅（内空寸法）高さ（内空寸法）流入管径 1.87 1.77 0.10 3.00 3.10 2.30 1.56 1.35 (m3/s) (m3/s) (m3/s) (倍) (m) (m) (m) (m) 放流管径遮集管径マンホール蓋開口部の直径人孔の深さ（地盤∼ 流入側人孔底面）堰長堰高（流入）堰高（流出）堰頂−天端堰幅 1.35 0.30 (m) (m) 0.60 (m) 量（３）重要確認項目と実験の基本条件１）スクリーンの運転性能数値 37.86 (ha) 0.84 (m3/s) 構造 2.84 (m) 2.60 0.31 0.87 1.25 0.15 (m) (m) (m) (m) (m) 表−２モデル設計の対象としたポンプ場の諸元流入量対流象量放流量遮集量雨水沈砂池採取した。サンプリング時間は，最大 12 分間とした。またスクリーンで捕捉した夾雑物は，2mm 目 608,976m3/日 → 7.05m3/s 552,960m3/日 → 6.40m3/s 56,016m3/日 → 0.65m3/s 長さ（内空寸法） 22.0m 幅（内空寸法） 4.0m 高さ（内空寸法） 4.2m 水面∼沈砂池底面の高さ 2.2m 水面∼沈砂池天井の高さ 2.0m 角のネットにより採取した。 M 夾雑物沈砂池より流入沈砂池へ放流 FI 2mm目角の金網かご沈砂池へ放流図−４夾雑物の採取方法 3,600 m3/m2･d 水面積負荷粗目スクリーンの目幅 5.0 ㎝細目スクリーンの目幅 3.0 ㎝（４）分析方法 2mm 目角の金網で採取した夾雑物は，図−５に示す要領で水をかけ流しながら 2.0，5.6，9.5mm ４開発研究方法のふるいで分級した。5.6mm 以上の夾雑物につい（１）実験場所，期間ては，厨芥類，糞塊，紙類，毛髪類，ビニール・１）場内実験プラントにおける調査プラスチック類，草木類，オイルボール，金属類，設置場所：仙台市郡山ポンプ場その他（砂礫等）の 9 項目に分類した。なおふる実験期間：平成 14 年 12 月∼平成 16 年 3 月いは全て JIS 規格のものを用いた。採取した夾雑物は，105∼110℃で 2∼5 時間加熱（２）実験装置仕様乾燥した後，デシケーターで放冷して乾燥重量を表−３にスクリーン及び実験設備の仕様を示す。測定した。表−３スクリーン及び実験設備の仕様機器名称原水ポンプ越流堰 CSO スクリーン仕様 φ250mm、7.8m /min−8m、37.5kW 1.1m 孔径φ6mm 有効面積 0.5m2 無軸型 φ230mm 1.5kW、200V、50Hz、1500r/min 400mm×400mm×300mmH 金網(2mm 目角) 3 パンチングプレート無軸スパイラル駆動装置夾雑物採取器捕捉した夾雑物台数 1台 1基 1台 1台 1台１式 9.5mm 5.6mm 水位計 A 2.0mm 越流堰図−５篩い分けの方法 L2 オーバーフロー板ホース L1 基準点（５）必要性能目標の実験方法 Uトラフ晴天時汚水では，流量を公称能力 100%で 24 回，無軸スパイラルパンチングプレート A L1：スクリーン水位 L2：越流水位処理水流入水路 50%で 4 回測定した。雨天時合流下水についても 16 回測定した。ＳＲＶは下式より算出した。 A−A 断面本実験では，遮集管を全閉としスクリーンで全図−３実験装置の構造量処理を行った。これより遮集下水量は 0 となるため a1with=0，a1without=0 と置き換えて計算した。（３）夾雑物の採取方法夾雑物は，流入水および処理水の一部をサンプ SRV (%) = リング用配管から引抜き，2mm 目角の金網かごで 3 TSRE with − TSRE without a2 × 100 = 1 − TSRE without a 2 + a 3with TSRE with = a1with + a 2 a2 = a1with + a 2 + a 3 with a 2 + a 3 with TSRE without = なることの確認を行った。３）合流改善対象施設への設置可能性に関する検討 a1without =0 a1without + a 3 without ３（３）に示す基本条件により検討を行った。遮集下水夾雑物量 with ：ｽｸﾘｰﾝ設置時の単位遮集下水に含まれる遮集下水夾雑物量 without ：ｽｸﾘｰﾝ未設置時の単位遮集下水に含まれる５開発研究結果 5.6 ㎜以上の夾雑物量 a1with（mg/L） 5.6 ㎜以上の夾雑物量 a1without（mg/L）ｽｸﾘｰﾝ設置時の捕捉夾雑物量：ｽｸﾘｰﾝで捕捉した 5.6 ㎜以上の越流夾雑物量 with ：ｽｸﾘｰﾝ設置時の処理水中に含まれる越流夾雑物量 without ：ｽｸﾘｰﾝ未設置時の越流水に含まれる（１）必要性能目標１）場内実験プラントにおける調査対象下水および公称能力によらずＳＲＶは，概夾雑物量 a2（mg/L）ね 8 割となり，公称能力 100%実験における全体平 5.6 ㎜以上の夾雑物量 a3with（mg/L）均値は 81.3%であった。最小値，最大値については，公称能力 100%運転 5.6 ㎜以上の夾雑物量 a3without（mg/L）時に差異が見られる。これは，夾雑物を採取している時間帯に水位調整が上手く行かず，スクリースクリーン設置時のンから未処理水がオーバーフローしており，処理捕捉夾雑物量（ａ2）水側に未処理水が流出していたためであると考え越流夾雑物量 with（ａ3with）られる。流入量＝ a1with + a 2 + a 3 with 100 遮集下水夾雑物量 with（ａ1with） 90 図−６ SRV の算出の模式図 80 70 １）スクリーンの運転性能 60 SRV（%) （６）重要確認項目の実験方法 ①連続運転実験汚水 50 雨水 40 1 日 6 時間の連続運転を 5 日間行い，連続運転 30 20 の前後におけるパンチングプレートの状況につい 10 て確認を行った。 0 0 ②機能阻害実験３（３）に示す基本条件の夾雑物にウエス，毛 20 40 60 公称能力(%) 80 100 120 図−７ SRV 測定結果髪類，繊維類を除き，雑巾を加えて実験を行った。（２）重要確認項目１）スクリーンの運転性能２）雨天時下水排除に対する影響 ①連続運転実験 ①スクリーン設置時の損失水頭実験後のパンチングプレートには，一部に付着公称能力 100%運転時における越流水位とスク物が見られる。この付着物は，流入水中に含まれリーンの水位を測定し，スクリーン内の運転が，るひも等に夾雑物が付着し，成長したものである越流水位へ影響を及ぼさないことの確認を行った。と考えられ，繊維状物質はφ6mm のパンチングプ ②スクリーン機能停止時の損失水頭レート開孔の外周に付着している。スクリーンへの流入水量を公称能力 100%に調ＣＳＯスクリーンは，無軸スパイラルの外周に整後，駆動装置を 5 分間停止させ，駆動装置を停ブラシが備え付けてあり，かき上げと同時にパン止する前後の越流水位とスクリーン内の水位のチングプレートの洗浄も行っていることから，パ時間変動について実験を行った。ンチングプレートが閉塞するとは考えにくく，本 ③スクリーンの処理限界能力実験からも開孔面の完全閉塞は見られなかった。揚水ポンプの最大揚水量に相当する公称能力しかしスクリーンの処理性能を常に最適な状態 140%流量まで越流水位とスクリーン内の水位を測に保つためには，スクリーンへの流入が無い時間定し，本装置の処理限界能力が，公称能力 100%と帯に無負荷運転を行い，定期的にパンチングプレ 4 ートの洗浄を行うことが有効であると考えられた。２）雨天時下水排除に対する影響 ②機能阻害実験 ①スクリーン設置時の損失水頭水流を伴う通常運転時に，搬送できなかった夾スクリーン水位（L1）と越流水位（L2）の関係雑物は，ペットボトル，300mm 以上の角材であっは，常に L1＜L2 であった。また期間を通じて L2 た。これらは，越流水の水圧によりスクリーン上はほぼ一定であることから越流水位に変化は無に圧迫されて搬送することができなかったものかったと言える。従って装置設置時はもとより公である。しかし水流を伴わない空引き運転でペッ称能力 100%で運転した場合も，流入側の水位に影トボトルは，問題なくかき上がり搬送できた。ま響を及ぼさないことを確認した。 200 た 300mm 以上の角材については，スクリーンで破スクリーン水位(L1) 断された後，ペットボトルと同様にかき上がり搬越流水位(L2) 100 送できた。水位(mm) 従って水流を伴う通常運転時にスクリーン上に残留してしまう夾雑物でも，その後の空引き運転によって搬送できることが実験により確認できた。また夾雑物をかき上げる際は，負荷電流値 0 堰頂ｵｰﾊﾞｰﾌﾛｰ板 -100 -200 に変動は見られず 1.7A 程度を維持していた。角材の破断時は，負荷電流値が一時的に最大 5.3A -300 0 まで上昇したが，破断後は速やかに通常状態 10 かき上げ後 40 50 60 ②機能停止時の損失水頭表―４機能阻害実験の結果投入前 30 経過時間(min）図−８ｽｸﾘｰﾝ設置時の損失水頭（1.7A）に戻ることを確認した。名称 20 公称能力 100%運転期間および駆動装置停止期判定間中の水位の経時変化を図−９に示す。 ○ 駆動装置を停止すると，パンチングプレートが空き缶容易にかき上がる閉塞してオーバーフローが生じた。その結果，連続的にスクリーン水位（L1）＞オーバーフロー板ペットボトル △ となったが，この様な状況においても越流水位浮遊してかき上がらない（L2）は，ほぼ一定の水位を維持しており流入側の水位に変動は無いと言える。発泡ト ○ 公称能力100%運転レイ皿駆動装置停止公称能力100%運転 300 容易にかき上がるスクリーン水位(L1) 200 越流水位(L2) 100 ○ 堰頂 0 水位(mm) 雑巾容易にかき上がるｵｰﾊﾞｰﾌﾛｰ板 -100 -200 -300 ○ レジ袋 -400 容易にかき上がる -500 0 ○ 1 2 3 4 5 6 経過時間(min） 7 8 9 10 11 図−９駆動装置停止時の損失水頭割り箸 ③スクリーンの処理限界能力時間が掛かるがかき上がるスクリーン水位(L1)は，約 100mm であり堰頂よりも高い位置で推移した。越流水位(L2)は，150mm∼ 5 実験条件及び装置仕様から Q＝0.163m3/s（公称能 200mm の範囲で推移し平均値は 181mm であった。ここでスクリーン水位(L1)が，堰頂よりも高い位力の 140%運転時の水量） B＝1.1m， W＝0.13m である。置で推移しているため，公称能力の 140%運転時におこれより式を h について解くと h/W＝1.4 であるこける理論越流水位と実験時の越流水位の比較検討とから h＝0.18m＝180mm となる。を行った。理論越流水位は，以下の式で表される。ここで実験時の越流水位の平均値は，181mm であったことから理論値と実験結果は，ほぼ一致してい 3 Q = CBh 2 ると言える。 Q：放流量（m3/s） C： 0.1＜h/W≦0.4 のとき 250 C=1.552＋0.083×(h/W) 0.4≦h/W≦(1.5∼1.9)のとき C=1.444＋0.352×(h/W) (1.5∼1.9)≦h/W のとき C=1.785＋0.237×(h/W) ｽｸﾘｰﾝ水位(L1) 越流水位(L2) 200 150 B：堰長さ(m) 100 水位(mm) h：越流水位(m) W：堰幅(m) 50 堰頂 0 ３）合流改善対象施設への設置可能性に関する検討 -50 モデル設計の検討結果を表−５，６および図− -150 表−５雨水吐き室のモデル設計の検討結果項目雨水吐き室幅（内空寸法）構造堰構造堰高(流出) 設定値(m) 0 1 2 3 4 5 6 経過時刻（min) 7 8 9 6.5 0.87 1.89 図−１０公称能力の 140％時の損失水頭今回、所定の越流水量を最小寸法で処理することを考慮し、①②を組合せた条件で設計を行ったため、上記の変更が必要となった。 A 標準図からの変更部流入管（想定）（想定）（想定）排出シュート点検口流入側越流堰 10 変更値(m) 2.3 スクリーンは夾雑物をかき上げる構造上、傾斜が必要となり、かき上げた夾雑物は遮集管へ排出することが望ましく、この場合、排出口を遮集管よりも高い位置に設置する必要がある。モデル設計においても上記を満足するための方法としては大きく 2 通りに分けられる。 ①設置角度を緩やかにし、機長を長くする。この場合、流出側の堰高さの変更は必要無いが、雨水吐き室の長さ、幅の変更が必要となる。 ②設置角度を急にし、機長を短くする。この場合、雨水吐き室の長さ、幅の変更は必要無いが、流出側の堰高さの変更が必要となる。流出側放流管流入側水位計遮集管 ▽+439 (1.77m3/s)設置後、全閉塞 ▽+300 (0.74m3/s)設置前、設置後、全閉塞遮集側 ▽±0（堰頂）ｵｰﾊﾞｰﾌﾛｰ板 A （想定）変更理由オーバーフロー板 -100 １１，１２に示す。 A-A 断面図平面図図−１１モデル設計の検討結果（雨水吐き室） 6 表−６ポンプ場のモデル設計における設置箇所の検討結果評価項目粗めスクリーン代替既存設備の撤去施工性処理性能維持管理性総合評価 △ ○ △ ○ △ 設置検討箇所沈砂池内細めスクリーン代替 ○ ○ ○ ○ ○ △ ○ ○ ○ △ 吐出槽 ○ ○ ◎ ○ ◎ 図−１２モデル設計の検討結果（ポンプ場）６技術の評価・放流側水位が上昇しスクリーンが全水没した場合評価結果を表−７に示す。は，スクリーンとしての機能は失われる。ただし表−7 評価結果放流側水位がオーバーフロー板よりも低い状況であれば，スクリーンとしての機能は確保される。適用範囲雨水吐き室・ポンプ場とする。評価結果・トラフ径の最小寸法が 240mm であるため，放流側ＳＲＶは，公称能力 100%の流量管底と堰高さの差が 240mm 以下でありかつ放流側で，平均 81％となり，必要性能を管底高を下げられない場合は，設置することがで有すると認められる。（評価手法：晴天時 24 回ときない。雨天時 16 回ﾃﾞｰﾀの平均）・雨水吐き室への設置に関して人孔寸法の変更や既設のマンホールの他に，別途排出シュート口の点７留意事項検口を設ける場合も考えられる。周辺環境の調査本技術の設置にあたり留意すべき事項は，以と近隣はじめ関係機関との連携が必要である。下の通りである。・スクリーンの閉塞を抑制するためには，実負荷運・本装置は，故障やスクリーン全閉塞状態におい転の直後に駆動装置を停止させず，パンチングプても，上流側水位に影響を与えないように設置レート上に捕捉された夾雑物をかき上げるためのが可能なことから緊急時の対応は不要である。無負荷運転を併用する必要がある。 7