海水渗透过滤方法及渗透取水单元的制作方法

海水渗透过滤方法及渗透取水单元的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种海水渗透过滤方法和渗透取水单元，其对在砂过滤层的表层，以及引入中间层的悬浮物质等进行清洗，本发明的海水渗透过滤方法，预先形成渗透取水单元（11），该渗透取水单元在用于形成砂过滤层的深层的砂砾层（13）埋入取水管道（12），在用于形成砂过滤层的中间层和表层的砂层（15）埋入反清洗管（14），在砂层（15）的上方设置了吸水管（16）。在海底的设置场所组合所需数量的渗透取水单元（11）来形成砂过滤层，将从海中沿砂过滤层内自然渗透过来的海水导入取水管道（12）内对海水进行取水。海水渗透速度设为小于等于400m/日。从反清洗管（14）喷出水或空气对引入砂过滤层中间层的悬浮物质等进行搅拌，使其在砂过滤层的表层的上部卷起，从吸水管（16）吸入搅拌水进行回收。本发明能够将海水渗透速度维持在小于等于400m/日的尽可能大的速度。
【专利说明】海水渗透过滤方法及渗透取水单元
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种过滤方法及渗透取水单元，所述过滤方法是在对沿海底的砂层内渗透过来的海水进行取水时的过滤方法，所述渗透取水单元为实施该过滤方法，具有反清洗管等，该反清洗管去除堆积在砂层表层，且引入中间层的生物或悬浮物质，来防止筛眼堵塞。
【背景技术】
[0002]作为海水的取水方法，现在大多采用如图14所示的，例如从设置在海底的取水口I经过导水管2对海水进行取水的直接取水法。此外，图14中的3是用于对海水进行取水的泵，4是反渗透膜装置。
[0003]但是，直接取水法在对海水进行取水的同时，还会取到所有垃圾、悬浮物、生物等，因此情况是在水母或赤潮异常产生时、油的流出事故时、大浪导致浑浊度增大时，必须停止取水。此外，由于藤壶、贻贝等海洋生物急剧地向取水口、导水管附着，直接取水法需要定期地清扫，添加防止附着的药品(例如氯等)，增大考虑了全管路上的生物附着费用的管径等。并且，直接取水法中，在通过反渗透膜对取得的海水进行处理的情况下，需要对添加了凝结剂的海水进行过滤的砂过滤设备，因此，需要对积存在砂过滤设备中的泥沙进行处理的设备。
[0004]于是，近年来，作为取水得到的海水的前处理，不使用凝结剂等药品，而如图15所示，对沿海底的砂层5内(下面，称为砂过滤层)渗透过来的海水进行取水的间接取水法受到关注。
[0005]所述间接取水法，是在距海岸线数百米、水深十几米的海上挖掘海底，如图16所示，一边在该挖掘部形成由支持砂砾层5a和支持砂砾层5b、过滤砂5c构成的砂过滤层5，一边通过再次回填至相同海底面，从设置在支持砂砾层5a中的取水管道6对过滤渗透而净化的海水进行取水的方法。该间接取水法虽然直接取水法的问题一概不发生，但由于初始费用高，并且因渗透面上的筛眼堵塞而导致取水量降低的问题，普及扩大缓慢。
[0006]因此，在专利文献I中提出了一种方法，在这种渗透取水方法中，能够尽可能地降低对海水进行取水的海底的砂过滤层的筛眼堵塞，且能够不费事地去除堆积在砂过滤层表面的悬浮物等，能确保稳定地取水。
[0007]在所述专利文献I中提出的渗透取水法的特征在于，在海底的砂过滤层内表现出的海水渗透流速设为I?Sm/日，所述砂过滤层的水深比该砂过滤层的表层部分的砂移动50cm以上的完全移动临界水深要深，且比移动Icm以上的表层移动临界水深要浅。
[0008]但是，在所述专利文献I中提出的渗透取水法，海水渗透取水速度为I?8m/日，是非常慢速的过滤速度，因此为了短时间对大量的海水进行取水，需要广阔的面积，工程规模变大(技术问题I)。
[0009]并且，在专利文献I中提出的渗透取水法，为了防止因堆积在表面的泥沙(泥成分)导致砂过滤层筛眼堵塞，需要设置在最适的海水流动促进的海域，限定于具有海水因波浪流动的场所(技术问题2)。
[0010]因此， 申请人:为解决上述技术问题1，提出一种海水渗透过滤方法，通过海水渗透速度高速化可大幅削减所需渗透面积，显著地减小工程规模。但是，作为现实的可采用的速度，上限定为小于等于400m/日。
[0011]此外， 申请人:为解决上述技术问题2，提出一种海水渗透过滤方法，通过人工去除引入砂过滤层表层的生物或悬浮物质来防止筛眼堵塞。进而， 申请人:为了去除引入砂过滤层表层的所述悬浮物质等，提出了将例如机械式、空气式、喷水式的某种装置设置在砂过滤层表面的防止筛眼堵塞装置。由此，可将砂过滤层设置在例如没有潮流或波浪的水粒子速度的平静海域。
[0012]也就是说，根据本 申请人:提出的海水渗透过滤方法，通过将海水渗透速度定设为大于等于400m/日的尽可能大的速度，短时间的取水量变大，与以往相比，取水面积能够变小。此外，在砂过滤层表面设置防止筛眼堵塞装置的情况下，无需设置在最适的海水流动促进的海域，能够在海水淡水化成套设备的附近进行取水。因此，工程规模、取水设备规模能够显著地小规模化，与此相应，施工时在各阶段对周围环境的影响也能够显著地减少。
[0013]但是，通过利用海水流动的方法，或由设置在砂过滤层表面的防止筛眼堵塞装置喷出水等的方法，仅能够去除堆积在砂过滤层表层的悬浮物质等，不能去除引入比砂过滤层表层深的中间层的生物或悬浮物质。尤其是在海水渗透速度设为小于等于400m/日的尽可能大的速度的情况下，砂过滤层的中间层也容易筛眼堵塞，筛眼堵塞的频度也变高。因此，仅去除堆积在砂过滤层表层的悬浮物质等，有可能降低海水渗透速度。
[0014]此外，例如专利文献I的渗透取水法，在挖掘海底的挖掘部形成支持砂砾层5a，埋设取水管道6，在该支持砂砾层5a的上部形成支持砂砾层5b、过滤砂5c，与此同时，再次回填至所述海底面，上述工程全部在海底现场进行，因此设置工程规模大。此外，在运转开始后，取水管道6的一部分发生问题时，需要再次挖掘海底面修复取水管道6的故障部位。
[0015]现有技术文献
[0016]专利文献
[0017]专利文献1:日本专利第3899788号公报
【发明内容】

[0018](一)要解决的技术问题
[0019]本发明要解决的问题点在于，以往的渗透取水法通过海水流动或设置在砂过滤层表面的防止筛眼堵塞装置进行清洗，因此不能去除引入砂过滤层中间层的生物或悬浮物质，海水渗透速度有可能降低。并且，以往的渗透取水法，不仅设置时的工程规模大，如果运转开始后取水管道的一部分发生问题，还需要挖掘海底面修复故障部位，维护性差。
[0020](二)技术方案
[0021]本发明是以解决上述问题，提供一种海水渗透过滤方法及渗透取水单元为目的而完成的，其不仅能够去除堆积在砂过滤层表层的生物或悬浮物质，对于引入中间层的生物或悬浮物质也能够去除，在海底设置时的工程规模缩小，能够容易维护。
[0022]本发明的海水渗透过滤方法，预先形成渗透取水单元，该渗透取水单元在用于形成砂过滤层的深层的砂砾层埋入取水管道，在用于形成砂过滤层的中间层和表层的砂层埋入反清洗管，在海底的设置场所组合所需数量的所述渗透取水单元来形成所述砂过滤层，把从海中沿所述砂过滤层内自然渗透过来的海水导入所述取水管道内来对海水进行取水，其最主要的特征在于，海水渗透速度设为小于等于400m/日；通过从所述反清洗管喷出水或空气来对引入所述中间层的生物或悬浮物质进行搅拌，与堆积在所述表层的生物或悬浮物质一起在所述表层的上方卷起，来防止所述砂过滤层筛眼堵塞。
[0023]根据上述的本发明，引入砂过滤层的中间层的生物或悬浮物质通过从反清洗管喷出的水或空气搅拌，与存在于表层的悬浮物质等一起在砂过滤层的上方卷起。接下来，在砂过滤层上方的海中卷起的悬浮物质等，通过海水因潮流、波浪而流动来向砂过滤层外部扩散。
[0024]此外，在上述的本发明中，通过在海底的设置场所组合预先形成的渗透取水单元，能够容易形成砂过滤层。并且，在运转开始后取水管道的一部分发生问题的情况下，无需挖掘海底修复故障部位，能够以单元为单位分离包括管道等故障部位的渗透取水单元来进行更换。
[0025]在上述本发明中，将砂过滤层设置海水因潮流、波浪的流动少的平静海域的情况下，可预先形成在所述砂层的上方还设置了吸水管的渗透取水单元，在海底的设置场所组合所需数量的所述渗透取水单元来形成所述砂过滤层，同时，通过从所述反清洗管喷出水或空气对引入所述中间层的生物或悬浮物质进行搅拌，与堆积在所述表层的生物或悬浮物质一起在所述表层的上方卷起后，通过从所述吸水管吸入含有生物或悬浮物质的搅拌水，来防止所述砂过滤层筛眼堵塞。
[0026](三)有益效果
[0027]本发明中，通过去除堆积在砂过滤层表层且引入中间层的生物或悬浮物质防止筛眼堵塞，以小于等于400m/日的尽可能大的速度维持海水渗透速度，能够持续地实施高速过滤。此外，在组合本发明的渗透取水单元来形成砂过滤层的情况下，设置时的工程规模显著变小，并且在运转开始后，能够以单元为单位分离含有故障部位的渗透取水单元进行更换，因此维护变得容易。
【专利附图】

【附图说明】
[0028]图1为表示本发明的海水渗透过滤方法中所使用的渗透取水单元为可以装载在卡车上的尺寸的情况的一例的图，(a)为表示沿平面图的A-A’线的截面的图；(b)为表示沿平面图的B-B’线的截面的图；(c)为从平面方向观看的图。
[0029]图2为从平面方向观看的本发明的渗透取水单元的各管道的图，Ca)为吸水管的平面图；(b)为反清洗管的平面图；(C)为取水管道的平面图。
[0030]图3为表示本发明的渗透取水单元的取水管道的配置例的图，Ca)为表示5块取水管道连接到总线型的情况的配置例的图；(b)为表示5块取水管道分别连接至集水泵坑的情况的配置例的图。
[0031]图4为表示本发明的渗透取水单元的反清洗管的连接例的图，Ca)为表示使用喷出水的结构的情况下与泵的连接例的图；(b)为表示使用喷出空气的结构的情况下与空气压缩机的连接例的图。
[0032]图5为表示本发明的渗透取水单元的尺寸和配置的例子的图，Ca)为表示取水量为10万t/日的情况的一例的图；(b)和(C)为表示取水量为40万t/日的情况的一例和其他的一例的图。
[0033]图6为表示使用了排水管的本发明的渗透取水单元的实施例的图，Ca)为表示沿平面图的A-A’线的截面的图；(b)为表示沿平面图的B-B’线的截面的图；(c)为表示从平面方向观看的图。
[0034]图7为表示使用了排水管的本发明的渗透取水单元的其他实施例的图，Ca)为从平面方向观看的反清洗管的图；(b)为从横截面方向观看的排水管的分枝管的示意图，是说明从排水管喷出的水的喷出角度的图。
[0035]图8为表示本发明的渗透取水单元的单元内的取水管道和反清洗管在高度方向上的配置的一例的图。
[0036]图9为表示不设置吸水管、排水管的本发明的渗透取水单元的实施例的图，Ca)为表示沿平面图的A-A’线的截面的图；(b)为表示沿平面图的B-B’线的截面的图；(c)为从平面方向观看的图。
[0037]图10为海水渗透过滤方法的实验流程图。
[0038]图11为表示实验结果的一例的图，Ca)为表示浑浊度的数据的图；(b)为表示泥沙密度指数(SDI)的数据的图。
[0039]图12为表示完全阻塞和标准阻塞的经过时间与压力损耗的关系的图。
[0040]图13为本发明的海水渗透过滤方法的图解。
[0041]图14为以往的直接取水法的说明示意图。
[0042]图15为以往的间接取水法的说明示意图。
[0043]图16为海底渗透部的结构示意图。
【具体实施方式】
[0044]本发明为了持续地实施将海水渗透速度维持在小于等于400m/日的尽可能大的速度的高速过滤，通过以下方法实现防止砂过滤层筛眼堵塞的目的:通过从反清洗管喷出的水或空气对引入砂过滤层中间层的生物或悬浮物质进行搅拌，与堆积在砂过滤层表层的生物或悬浮物质一起在砂过滤层上方的海中卷起。
[0045]在砂过滤层上方卷起的生物或悬浮物质中含有的成为筛眼堵塞原因的物质，优选通过设置在砂层上方的吸水管进行回收，以免对砂过滤层周围的环境带来恶劣影响。
[0046]不过，在环境保护的必要性较低的海域中，情况是允许将向砂过滤层周围排出在砂过滤层上方卷起的生物或悬浮物质中含有的成为筛眼堵塞原因的物质。在所述海域设置砂过滤层的情况下，根据海水的流速，也可选择下面任一结构。
[0047]S卩，设置在海水流速慢的海域的情况下，采用通过设置在砂层上方的排水管人工排出成为筛眼堵塞原因的物质的结构。另一方面，设置在海水流速快的海域的情况下，能够通过海水因潮流、波浪的流动扩散成为筛眼堵塞原因的物质，因此也可以采用不设置吸水管、排水管的结构。
[0048]实施例
[0049]下面，使用图1?图13，对本发明的实施方式进行详细说明。
[0050]图1为表示本发明的海水渗透过滤方法中所使用的渗透取水单元11的一例的图。[0051]在图1 (a)和(b)中，12表示由主管12a和在与主管12a交叉的方向上分支的多个分枝管12b构成，埋入用于形成海底的砂过滤层的深层的砂砾层13中的取水管道。在用于形成砂过滤层中间层15b、15c和表层15a的砂层15中，埋入由主管14a和在与主管14a交叉的方向上分开的多个分枝管14b构成的反清洗管14。
[0052]在图1 (c)中，16表示由主管16a和多个分枝管16b构成的吸水管。主管16a如图1 (a)所示，架设在机箱17的对置的侧面17a、17c之间。并且，在与主管16a交叉的方向上分开的多个分枝管16b的端部，如图1 (b)所示，由机箱17的侧面17b、17d支持。由此，吸水管16在与砂层15的表面之间隔开一定间隔的状态下设置在砂层15的上方。
[0053]本实施例的渗透取水单元11在例如尺寸为长IOmX宽2.5mX高2.5m的机箱17的内部容纳有取水管道12、反清洗管14、吸水管16取水管道在高0.5m的砂砾层13的高度方向的中间位置埋入，反清洗管14在高2.0m的砂层15的高度方向的上部埋入，吸水管16以与砂层15的表面之间隔开一定间隔的状态设置在砂层15上方。由此，该渗透取水单元11能够由具有可以装载上述尺寸货物的装货台面的卡车运送，陆路运输变得容易。另外，机箱17根据设置砂过滤层的海域的水质或海水中含有物质的成分等，可以从例如FRP、混凝土、金属等中选定最适材料。
[0054]图2表示渗透取水单元11的各管道的一例，是从平面方向观看各管道的图。纸面下侧表示设置了海水淡水化成套设备的陆地侧，纸面上侧表示海洋侧。
[0055]在吸水管16的分枝管16b上，如图2 Ca)所示，陆地侧和海洋侧排列设置有多个喷出孔16ba、16bb。在本实施例中，陆地侧的吸入孔16ba和海洋侧的吸入孔16bb均与主管16a的长度方向平行开口，在现地设置时，喷出孔的喷出角度与水平面方向平行。主管16a的陆地侧与海水淡水化成套设备的集水泵连接。从吸入孔16ba、16bb吸入的浑浊水从各分枝管16b聚集至主管16，回收到海水淡水化成套设备。
[0056]在反清洗管14的分枝管14b上，如图2 (b)所示，在现地设置时，在天空侧的位置排列设置多个喷出孔14ba。在本实施例中，喷出孔14ba的喷出角度与水平面方向呈90度。主管14a的陆地侧与海水淡水化成套设备的给水泵或空气压缩机连接。从主管14a供给各分枝管14b的水或空气，从喷出孔14ba向天空侧以垂直方向喷出。另外，在本实施例中，作为一个例子，在现地设置时在天空侧的方向设置喷出孔14ba，但反清洗管14的喷出孔14ba在现地设置时，也可以构成为例如向下。
[0057]在取水管道12的分枝管12b上，在整个表面设置多个取水孔(图2(c)中未图示)。主管12a的陆地侧与海水淡水化成套设备的集水泵连接。自然渗透进砂过滤层内的海水从取水孔导入分枝管12b，通过主管12a取水至海水淡水化成套设备。
[0058]本发明的海水渗透过滤方法中，在陆地上预先形成如上述的渗透取水单元11，在海底的设置场所组合所需数量的渗透取水单元11来形成砂过滤层，把从海中沿所述砂过滤层内自然渗透过来的海水导入取水管道12内，来对海水进行取水，其中，海水渗透速度设为小于等于400m/日。而且，在砂过滤层的中间层15b、15c中，引入反清洗管14上部的中间层15b的生物或悬浮物质，通过从反清洗管14的喷出孔14ba以相对水平面例如呈+90度的角度向上、或呈-90度的角度向下喷出水或空气进行搅拌，与堆积在砂过滤层表层的生物或悬浮物质一起在砂过滤层上方的海中卷起后，通过设置在砂过滤层表层上方的吸水管16，对含有生物或悬浮物质的搅拌水进行吸水。由此，在砂过滤层上方卷起的生物或悬浮物质不会再次堆积在砂过滤层表面而被回收，因此能够切实地防止砂过滤层筛眼堵塞。
[0059]另外，在砂过滤层上方卷起的生物或悬浮物质中，除了含有成为筛眼堵塞原因的泥沙等成分以外，还含有不会成为筛眼堵塞原因的，倒不如说适于维持砂过滤层中的海水过滤效果的粒径的物质。
[0060]因此，在本实施例中，构成为利用通过反清洗管14喷出的水或空气而在砂过滤层上方的海中卷起的生物或悬浮物质的沉淀速度差，在应吸入的成为筛眼堵塞原因的物质沉淀至所述砂过滤层的计时中，从吸水管16吸入搅拌水。由此，在本实施例中，能够只吸引成为筛眼堵塞原因的物质，而对维持过滤效果有益的物质能够留在砂过滤层。
[0061]接下来，对本发明的渗透取水单元11的配置、连接方法、组合渗透取水块110构成的取水区域的尺寸，通过具体例进行说明。
[0062]图3为表示渗透取水单元11的取水管道12的配置例的图。该例子中，横向排列配置7个取水管道12来构成取水管道块120。在这种结构的情况下，例如，如图3 (a)所示，取水管道块120可以使用共通管道18将5个取水管道块120集中成一个连接至集水泵，或者如图3 (b)所示，取水管道块120也可以分别与集水泵坑19个别连接。
[0063]图4为表示渗透取水单元11的反清洗管14的连接例的图。在该例子中，横向排列配置7个反清洗管14来构成反清洗管块140。在本发明中，为了搅拌堆积在砂过滤层表层，且引入中间层的生物或悬浮物质，使其在砂过滤层上方的海中卷起，可以从反清洗管14喷出水，也可以喷出空气。在使用喷出水的结构的情况下，如图4 (a)所示，反清洗管块140与给水泵20连接。另一方面，在使用喷出空气的结构的情况下，如图4 (b)所示，反清洗管块140与空气压缩机21连接。
[0064]图5为表示渗透取水单元11的尺寸和配置的例子的图。在图5 (a)的例中，横向排列配置8个或9个主管12a、14a、16a的长度方向的长度为IOm的渗透取水单元11来构成渗透取水块110，还横向排列配置4个该渗透取水块110，形成尺寸为IOmX 105m(不含机箱的板厚)的取水区域1100。
[0065]在本发明中，海水渗透速度设为小于等于400m/日，但假设海水速度为IOOm/日，渗透取水单元11的每一个单元的渗透面积为30m2的情况下，渗透取水单元11的每一个单元的集水量为3000m3/日。如图5 Ca)的例子，在由约35个渗透取水单元11构成的取水区域1100的情况下，整体集水量约为10万t/日。其为与现在设置在福冈县的“ t f ^7，海中道奈多海水淡化中心”同等程度的取水规模。
[0066]此外，进一步需要将一天的取水量增加至例如40万t/日的情况下，将图5 (a)的取水区域1100配置为例如图5 (b)或(C)所示分设4个区域即可。该情况下，以图5 (b)的例子为25mX约270m、图5 (c)的例子为210mX约25m的，与以往的渗透取水方法相比明显小的取水区域，获得每日40万t的取水量。
[0067]此外，在本发明中，由于形成砂过滤层的取水管道12、砂砾层13、反清洗管14、砂层15、吸水管16单元化，能够根据设置海域的地形选择最合适的配置。此外，通过改变如上述组合的单元数量，能够对应每日所需的取水量。
[0068]此外，根据本发明，即使一部分渗透取水单元11发生故障，只要更换故障的渗透取水单元11即可，因此能够减小给系统整体带来的影响。此外，在更换渗透取水单元11时不需要挖掘海底面，因此维护工程规模变小，能够减少保养费用。[0069]图6为表示使用排水管作为去除在海中卷起的生物或悬浮物质的方法的情况下的本发明的渗透取水单元的一例的图。在下面的说明中，仅对与使用吸水管16的图1的实施例的结构不同的方面进行说明。
[0070]在图6中，22表示由主管22a和多个分枝管22b构成的排水管。主管22a如图6(a)所示，架设在机箱17的对置的侧面17a、17c之间。此外，在与主管22a交叉的方向上分开的多个分枝管22b的端部，如图6 (b)所示，由机箱17的侧面17b、17d支持。由此，排水管22在与砂层15的表面之间隔开一定间隔的状态下设置在砂层15的上方。
[0071]在分枝管22b上，海洋侧排列设置有多个喷出孔(图2 (b)是从陆地侧观看的图，因此未图示)。喷出孔与主管22a的长度方向平行开口，在现场设置时，喷出孔的喷出角度与水平面方向平行。主管22a的陆地侧与海水淡水化成套设备的给水泵连接，从主管22a供给各分枝管22b的水从喷出孔向海洋侧向水平方向喷出。
[0072]如上所述，本实施例通过从反清洗管14喷出的水或空气对引入砂过滤层中间层的生物或悬浮物质进行搅拌，与堆积在砂过滤层表层的生物或悬浮物质一起在所述表层上方卷起后，通过从排水管22喷出的水向砂过滤层外部排出。
[0073]图7 Ca)是使用排水管的本发明的渗透取水单元的其他实施例的说明图，表示从平面方向观看排水管23的状态。面向纸面的右侧表示设置有海水淡水化成套设备的陆地侦牝面向纸面的左侧(箭头方向)表示海洋侧。另外，在该实施例中，设定在海洋侧没有邻接其他渗透取水单元。
[0074]在排水管23的分枝管23b中，如图7 Ca)所示，仅在海洋侧排列设置有多个喷出孔23bb。图7 (b)是从横截面方向观看排水管23的分枝管23b的示意图，是说明从喷出孔23bb喷出的水的喷出角度Θ的图。在本实施例中，通过在喷出孔23bb上安装喷嘴，将喷出角度Θ设定在相对水平面呈30?60度的范围。主管23a的陆地侧与海水淡水化成套设备的给水泵连接。例如，在喷出孔23bb的喷出角度为45度的情况下，由主管23a供给各分枝管23b的水由喷出孔23bb向海洋侧以相对水平面向上呈45度的角度喷出。
[0075]如上所述，在本实施例中构成为，排水管23向与其他渗透取水单元不相邻的方向喷出水，同时所述水的喷出角度为相对水平面呈30?60度的范围。
[0076]由此，在本实施例中，通过排水管23排出的成为筛眼堵塞原因的悬浮物质等不会沉淀至其他渗透取水单元的砂过滤层的上部。此外，在本实施例中，从喷出孔23bb喷出的水呈抛物线状，能够将成为筛眼堵塞原因的悬浮物质等排出至更远的地方。
[0077]但是，如果将堆积在海底的生物或悬浮物质不必要地向周围排出，有可能对周边的自然环境带来某些影响。
[0078]因此，在本实施例中构成为，利用由反清洗管14喷出的水或空气而在砂过滤层上方的海中卷起的生物或悬浮物质的沉淀速度差，在应排出至外部的成为筛眼堵塞原因的物质沉淀至所述砂过滤层的计时中，从排水管23喷出水。因此，在本实施例中，仅将成为筛眼堵塞原因的物质排出至外部，能够尽可能减小对周边自然环境的影响。
[0079]图8为表示本发明的渗透取水单元11的单元内的取水管道12和反清洗管14的高度方向的配置的一例的图。在本发明中，最好不要与渗透取水单元11的机箱17的底面17e过于分离，以免取水管道12的过滤能力下降。具体来说，将取水管道12的管外径设为D时，取水管道12的COP (管中心)的高度为在底面17e的上方0.75D?1.25D的范围即可。[0080]此外，反清洗管14为了对堆积在砂过滤层表层且引入中间层的悬浮物质等大范围地清洗，设置在尽可能深的位置是有利的，但如果设置位置过深，则需要升高水压，因此需要考虑两者的平衡。具体来说，将反清洗管14的管外径设为d时，反清洗管14的COP(管中心)的高度为在砂过滤层的砂层15的表面15d的下方1.0d?5.0d的范围即可。
[0081]图9为表示利用海水流动作为去除在海中卷起的生物或悬浮物质的方法的情况下的本发明的渗透取水单元的一例的图。图9的结构除了不具有吸水管16或排水管22以夕卜，与图1的实施例相同。该实施例中，引入砂过滤层中间层的生物或悬浮物质，通过从反清洗管14喷出的水或空气，与堆积在砂过滤层表层的生物或悬浮物质一起在所述表层的上方卷起，通过海水因潮流或波浪的流动而扩散至砂过滤层的外部。
[0082]接下来，对本发明的海水渗透过滤方法中海水渗透速度设为小于等于400m/日的理由进行说明。
[0083]图10为表示本发明的海水渗透过滤方法的实验流程图。在图10中，31为沉入距离海底50cm、距离水面3.3m位置的取水泵，32为贮存由该取水泵31抽出的海水的原水水箱。贮存在原水水箱32中的海水通过原水泵33抽出，供给柱形装置34。在柱形装置34中设置有由砂层34a和砂砾层34b构成的过滤层，通过该过滤层的过滤水引导至处理水箱35。
[0084]在图10所示的实验流程中，设置有反送管道37和溢流管38，所述反送管道37中设置有将处理水箱35的过滤水反送至柱形装置34的反送泵36，所述溢流管38将供给柱形装置34的海水引导至处理水箱35，以免其溢出。
[0085]使通过图10所示流程的实验装置的取水泵取得的海水通过柱形装置过滤层，对过滤水的浑浊度和泥沙密度指数SDI进行测定。该测定使用的过滤层从上方开始为0丨0.45mm的砂层(厚度900mm)、0: 2?4mm的砂石乐层(厚度75mm)、0 4?8mm的砂碌(厚度75mm)> 0' 6?12mm的砂石乐(厚度150mm)。
[0086]测定结果表示在图11中。这里，在获得浑浊度数据的原水中预先添加一定量的泥沙，使得浑浊度成为图11 Ca)的渗透取水速度以Om/日表示的浑浊度。通过图11的结果可以确认，即使渗透取水速度为50?400m/日，浑浊度或泥沙密度指数SDI与渗透取水速度为以往的I?Sm/日的情况没有不同，显示出同等的处理性能。
[0087]但是，在所述专利文献I的发明中，在海底的砂过滤层内表现出的海水渗透流速为I?Sm/日，砂过滤层的水深比该砂过滤层的表层部分的砂移动50cm以上的完全移动临界水深要深，且比移动Icm以上的表层移动临界水深要浅。
[0088]在所述专利文献I的发明中，作为实现海水的所述渗透取水速度的条件，砂过滤层的水深比该砂过滤层的表层部分的砂移动50cm以上的完全移动临界水深要深，且比移动Icm以上的表层移动临界水深要浅的理由如下。
[0089]因为在确认因波浪导致海底面的砂粒某种程度移动的最大水深的表层移动临界水深，砂过滤层表层的砂移动Icm以上为海底的砂被冲刷的程度，如果比该水深更深，砂过滤层表层的砂粒基本不移动。
[0090]另一方面，因为在确认因波浪的作用导致海底的砂过滤层被侵蚀的最大水深的完全移动临界水深，砂过滤层表层的砂移动50cm以上认定为海底的砂过滤层的侵蚀。
[0091]此外，在专利文献I中，设泥沙粒子的粒径通常大约为0.005_?0.074_，求出泥沙未开始移动的海水的流速，即移动临界流速。该移动临界流速为泥沙粒子的临界实际流速乘面积空隙率(=0.35)的值。使用显示粒径与临界实际流速的关系的图表求出的泥沙粒子的临界实际流速在粒径为0.08mm的泥沙粒子的情况下为0.026cm/s。
[0092]因此，泥沙的移动临界流速的上限为0.026X0.35X24X3600=786.24cm/日，约Sm/日。根据该结果，为了不产生卷入砂过滤层内的泥沙导致的筛眼堵塞，海水渗透流速即使最大也应设定为小于等于Sm/日。
[0093]此外，为了向砂过滤层供给足够的氧使得生物膜不至于灭亡，必需至少Im/日的海水渗透流速。
[0094]由此，在专利文献I的发明中，通过在所述条件下将海水渗透取水速度设为I?Sm/日，由此砂过滤层表层通过海中表现出的波浪或水流等来进行适度搅拌，能够去除堆积在砂过滤层表面的垃圾、泥沙等悬浮物，能够确保稳定的取水。
[0095]如上所述，专利文献I的发明规定的海水渗透取水速度的上限是为了泥沙不引入或不混入海底表层的砂过滤层的条件。如果沿用该专利文献I中求出泥沙吸收抑制临界的Sm/日的方法，发明人等确认到显示出与I?Sm/日的渗透取水速度的情况同等的处理性能，例如在400m/日的渗透取水速度的情况下，呈吸收泥沙的倾向。
[0096]也就是说，假设没有搅拌或搬运泥沙的流动场所，在渗透取水速度为400m/日的情况下，泥沙向砂过滤层的吸收速度能够推测为(海水渗透取水速度cm/s) X (砂粒径导致的空隙率)。因此，在400m/日的渗透取水速度的情况下，泥沙向砂过滤层的吸收速度为{40000cm/ (24X3600) } X0.35=0.16cm/s。此外，为了实现为供氧的临界流速大于等于1.0m/ 日，为{100cm/ (24X3600) } Χ0.35=0.0004cm/s。
[0097]根据计算，在海水渗透取水速度为400m/日的情况下，成为筛眼堵塞原因的泥沙粒子每小时引入砂过滤层约6m (N 0.16X3600/100)，实现性清洗有些困难。
[0098]但是，由于泥沙粒子与过滤砂的空隙相比非常小，取所谓标准阻塞的形式，在泥沙与水一起移动时，通过与过滤砂的分子间作用力(物理吸附、静电)捕捉而堆积，附着滞留在表层附近。
[0099]如前面说明的图11 (a)所示，在添加了泥沙成分的实验中，确认了在400m/日的条件下，两小时后泥沙大体堆积至表层，仅侵入砂过滤层内部约1cm。
[0100]此外，标准阻塞与相对于比空隙大的粒子产生的完全阻塞不同，粒子为了完全密封空隙孔，如图12所示，通过泥沙粒子的吸附，空隙孔随着时间而变狭小。其意味着，到空隙的保持阈值为止缓慢地产生压力损耗，因此即使在持续地去除泥沙的情况下，长时间的渗透也是可能的。该经过时间根据过滤材料的条件、海水条件(泥沙密度)而不同，该时间成为强制清洗的间隔的重要因素。
[0101]本发明基于发明人们的实验结果和上述见解，通过实现以以往的常识所禁忌的过滤材料的海水渗透速度的高速化，实现了工程规模、取水设施规模的显著的小规模化。
[0102]根据发明人们进行使用了渗透性比海水高的地下水的试验的结果，到600m/日的渗透速度为止，能够正常地连续运转。但是，在渗透速度为700m/日的情况下，必要的净化水量多于取水量，砂过滤层变成水不连续地流动的状态，不能正常取水。因此，在以海水渗透取水时的过滤方法为对象的本发明中，安全率设为约1.5，400m/日的海水渗透速度作为上限。
[0103]根据以上理由，在本发明的海水渗透过滤方法中，将从海中沿砂过滤层内自然渗透过来的海水导入取水管道内对海水进行渗透取水时，海水渗透速度为小于等于400m/曰。
[0104]在本发明中，在海水渗透速度为400m/日的情况下，例如与以往的海水渗透速度为8m/日相比，取水量为50倍，因此取水区域的面积能够设为1/50。此外，不需要设置在最合适的海水流动促进的海域，如图13所示，能够在海水淡水化成套设备41的附近设置渗透取水设施42，工程规模、取水设施规模的显著的小规模化成为可能，能够显著地减少各阶段施工时对周围环境的影响。
[0105]而且，在本发明的海水渗透过滤方法中，通过去除不仅在砂过滤层的表层，还引入中间层的生物或悬浮物质而更切实地防止筛眼堵塞，因此，能够以小于等于400m/日的尽可能大的速度维持海水渗透速度，持续地实施高速过滤。
[0106]本发明不限于上述的例子，当然，只要在各权利要求所述的技术思想的范畴内，可以适当地改变实施方式。
[0107]例如，在上述的实施例中，公开了预先形成渗透取水单元11的情况的例子，但本发明的海水渗透过滤方法也可以不使用渗透取水单元11，而在海底的设置场所埋入取水管道12或反清洗管14来形成砂过滤层。
[0108]具体来说，是一种海水渗透过滤方法，在海底的砂过滤层内的深层埋入取水管道，在所述砂过滤层的中间层埋入喷出水或空气的反清洗管，将从海中沿所述砂过滤层内自然渗透过来的海水导入所述取水管道内，来对海水进行取水，该方法的海水渗透速度为小于等于400m/日；通过从所述反清洗管喷出水或空气对引入所述中间层的生物或悬浮物质进行搅拌，与堆积在所述砂过滤层表层的生物或悬浮物质一起在所述表层的上方卷起，来防止所述砂过滤层筛眼堵塞。
[0109]此外，即使在如上所述不使用渗透取水单元的情况下，在砂过滤层表层的上方还设置吸水管，通过从反清洗管喷出水或空气对引入砂过滤层中间层的生物或悬浮物质进行搅拌，与堆积在所述砂过滤层表层的生物或悬浮物质一起在所述表层的上方卷起后，从所述吸水管吸入含有生物或悬浮物质的搅拌水，这样也能不给周边环境带来恶劣影响，防止砂过滤层筛眼堵塞。
[0110]或者，在砂过滤层表层的上方还设置排水管，通过从反清洗管喷出水或空气对引入砂过滤层中间层的生物或悬浮物质进行搅拌，与堆积在所述砂过滤层表层的生物或悬浮物质一起在所述表层的上方卷起后，从所述排水管喷出水，这样即便在海水流动少的平静海域也能够防止砂过滤层筛眼堵塞。
[0111]此外，在上述的实施例中公开了从反清洗管14喷出水或空气对砂过滤层的中间层进行清洗的结构，但也可以构成如下，在通过反清洗管14对中间层(砂层)进行清洗的基础上，在所需的计时中使水相对取水管道12倒流，通过从分枝管12b的取水孔喷出水对砂过滤层的深层(砂砾层)进行清洗。
[0112]此外，在上述的实施例中对使用吸水管16的实施例和使用排水管22、23的实施例分别进行了说明，但例如通过对设置在海水淡水化成套设备的泵切换集水与给水，也可以构成用一个装置兼备吸水管的功能和排水管的功能。
[0113]此外，用于本发明的渗透取水单元的砂砾层和砂层的过滤材料不限于自然的砂砾和砂，材质不限。例如，也可以将对环境影响小的人工颗粒陶瓷或人工玻璃用作砂砾层或砂层的过滤材料。如果使用这种人工过滤材料，通常存在费用增加的问题，但本发明的海水渗透过滤方法与以往的方法不同，取水区域的面积能够显著地变小，因此也容易采用如上述的人工过滤材料。
[0114]附图标记说明
[0115]11 渗透取水单元
[0116]12 取水管道
[0117]13 砂砾层
[0118]14 反清洗管
[0119]15 砂层
[0120]16 吸水管
[0121]22 排水管
[0122]23 排水管
【权利要求】
1.一种海水渗透过滤方法，其特征在于， 预先形成渗透取水单元，该渗透取水单元在用于形成砂过滤层的深层的砂砾层埋入取水管道，在用于形成砂过滤层的中间层和表层的砂层埋入反清洗管；在海底的设置场所组合所需数量的所述渗透取水单元来形成所述砂过滤层，将从海中沿所述砂过滤层内自然渗透过来的海水导入所述取水管道内，对海水进行取水， 把海水渗透速度设为小于等于400m/日， 通过从所述反清洗管喷出水或空气对引入所述中间层的生物或悬浮物质进行搅拌，与堆积在所述表层的生物或悬浮物质一起在所述表层的上方卷起，来防止所述砂过滤层筛眼堵塞。
2.根据权利要求1所述的海水渗透过滤方法，其特征在于，预先形成渗透取水单元，该渗透取水单元在所述砂层的上方还设置吸水管，在海底的设置场所组合所需数量的所述渗透取水单元来形成所述砂过滤层， 通过从所述反清洗管喷出水或空气对引入所述中间层的生物或悬浮物质进行搅拌，与堆积在所述表层的生物或悬浮物质一起在所述表层的上方卷起后，从所述吸水管吸入含有生物或悬浮物质的搅拌水，来防止所述砂过滤层筛眼堵塞。
3.根据权利要求2所述的海水渗透过滤方法，其特征在于，利用在所述砂过滤层上方卷起的生物或悬浮物质的沉淀速度差，在应吸入物质沉淀至所述砂过滤层的计时中，从所述吸水管吸入所述搅拌 水。
4.根据权利要求1所述的海水渗透过滤方法，其特征在于，预先形成渗透取水单元，该渗透取水单元在所述砂层的上方还设置了排水管，在海底的设置场所组合所需数量的所述渗透取水单元来形成所述砂过滤层，通过从反清洗管喷出水或空气对引入所述中间层的生物或悬浮物质进行搅拌，与堆积在所述表层的生物或悬浮物质一起在所述表层的上方卷起后，从所述排水管喷出水向所述砂过滤层的外部排出，来防止所述砂过滤层筛眼堵塞。
5.根据权利要求4所述的海水渗透过滤方法，其特征在于，利用在所述砂过滤层上方卷起的生物或悬浮物质的沉淀速度差，在应向外部排出物质沉淀至所述砂过滤层的计时中，从所述排水管喷出水。
6.一种用于权利要求4或5所述的海水渗透过滤方法的渗透取水单元，其特征在于，所述排水管向与其他渗透取水单元不相邻的方向喷出水，同时所述水的喷出角度相对水平面在30~60度的范围。
7.—种海水渗透过滤方法，其特征在于，在海底的砂过滤层内的深层埋入取水管道，在所述砂过滤层的中间层埋入喷出水或空气的反清洗管，将从海中沿所述砂过滤层内自然渗透过来的海水导入所述取水管道内对海水进行取水， 海水渗透速度设为小于等于400m/日， 通过从所述反清洗管喷出水或空气对引入所述中间层的生物或悬浮物质进行搅拌，与堆积在所述表层的生物或悬浮物质一起在所述表层的上方卷起，来防止所述砂过滤层筛眼堵塞。
8.根据权利要求7所述的海水渗透过滤方法，其特征在于，在所述砂过滤层的表层的上方还设置吸水管， 通过从所述反清洗管喷出水或空气对引入所述中间层的生物或悬浮物质进行搅拌，与堆积在所述砂过滤层的表层的生物或悬浮物质一起在所述表层的上方卷起后，从所述吸水管吸入含有生物或悬浮物质的搅拌水，来防止所述砂过滤层筛眼堵塞。
9.根据权利要求7所述的海水渗透过滤方法，其特征在于，在所述砂过滤层的表层的上方还设置排水管， 通过从所述反清洗管喷出水或空气对引入所述中间层的生物或悬浮物质进行搅拌，与堆积在所述砂过滤层的表层的生物或悬浮物质一起在所述表层的上方卷起后，从所述排水管喷出水向所述砂过滤层的外部排出，来防止所述砂过滤层筛眼堵塞。
【文档编号】B01D29/60GK103702731SQ201280036424
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2012年8月6日 优先权日:2011年9月30日
【发明者】新里英幸, 井上隆之, 荒井浩成, 向井清和, 三村等 申请人:日立造船株式会社, 日本那贺株式会社