JP2005089915A - 古紙解砕装置およびこれを備えた汚泥処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】小規模な構成で古紙の解砕を効率よく行えるようにする。
【解決手段】圧縮成型された古紙のブロックＫを汚泥に混合するために細かく解砕する解砕装置であって、周面に解砕刃２ｃを設けた複数の回転軸２ｂを軸方向に見て略Ｖ字をなすよう配置し、駆動機構により各回転軸２ｂを回転させることで、Ｖ字を形成する一対の軸列Ｒ，Ｌの間に投入された古紙のブロックＫを双方から解砕するよう構成する。Ｖ字を構成する一方の軸列Ｒ（Ｌ）の各軸２ｂの回転方向を、解砕すべき古紙のブロックＫを他方の軸列Ｌ（Ｒ）に押し付ける方向とし、他方の軸列Ｌ（Ｒ）の回転方向を、古紙のブロックＫを一方の軸列Ｒ（Ｌ）に押し付ける方向とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、汚泥処理システムに用いて好適な古紙解砕装置およびその解砕装置を備えた汚泥処理システムに関する。

縦穴掘削機等による基礎工事、管推進機による推進工事、シールド工事、浚渫工事のような建設工事等で発生する高含水比の汚泥に対し、改質処理を施すことによって強度の高い一般建設残土と同等の土砂に改質して再利用するための技術開発が進められている。その技術開発のひとつとして、特に含水比の高い汚泥に吸水材と凝集材とを添加攪拌することで、汚泥を団粒、造粒化する汚泥造粒処理装置の開発が試みられている。造粒化された土砂生成物は、植生用土砂や、建設現場の埋め戻し材として再利用することができる他、粒状土砂生成物の強度を高めることで路盤材としても再利用でき、処理した汚泥の付加価値を高め、かつその用途を拡大することができる。

例えば特許文献１，２には、含水比の高い汚泥に古紙などの吸水材を添加し、汚泥の自由水を吸水するとともに、吸水後の汚泥に凝集材を添加攪拌して汚泥を改質する処理方法が記載されている。特許文献１の処理方法では、高含水比の汚泥を鋼鉄製角タンクに入れるとともに、新聞紙等を細かく裁断した古紙（吸水材）を同タンクにばらまいた後、バックホウ等の重機でよく攪拌し、次いで水溶性高分子粉末の添加材を凝集材として加えて更に重機で攪拌する。上記作業によって汚泥が団粒化したら、重機でダンプに移し、搬出する。重機による攪拌に代えて、ミキサーによるバッチ処理あるいは連続処理でもよい旨が記載されている。
また特許文献２の装置では、多軸攪拌機と、攪拌機に汚泥や吸水材，凝集材などを供給する手段とを有し、攪拌機でこれらを攪拌、混合して汚泥を改質する。

ところで、汚泥に投入した古紙が原型を留めたまま残っていると、処理後の土砂を再利用する際に古紙が土砂表面に表出し、あたかも紙片が散在したような様相を呈し好ましくない。このため、古紙は汚泥中において原型を留めないほどに繊維状に分解されることが望ましい。しかしながら、古紙の多くは、輸送の便宜を図るため当初は圧縮成型された塊状となっており、これを塊のまま汚泥中に投入するとほぐれにくく、繊維状に分解するまでに多大な時間を要する。そこで、効率を上げるためには、古紙を圧縮塊のままではなく、細かく解砕してから汚泥中に投入する必要がある。

このような事情に鑑みて、古紙の解砕装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。これは、圧縮された古紙の塊を水平方向に移動させる水平コンベアと、垂直方向に配置された解砕コンベアとを有し、水平コンベアにて古紙の塊を解砕コンベアに押し付けて解砕するというものである。また、古紙の塊を上記水平コンベアに案内する案内用コンベアをも有している。

特開２０００−２８８５８９号公報 特開２００２−３３６６７１号公報 特開２００２−２６３５１９号公報

特許文献３の解砕装置は、上述したように古紙移動用の水平コンベア、解砕コンベア、案内用コンベアなどを備えた大がかりなものであり、かかる装置を汚泥処理システムに組み入れる場合、設置スペースに余裕があれば問題はないが、限られた設置スペースしか確保できないときには採用し難い。また大がかりな解砕装置は価格も高く、システム全体のコストアップを招来する。

請求項１の発明に係る古紙解砕装置は、圧縮成型された古紙のブロックを汚泥に混合するために細かく解砕する解砕装置であって、周面に解砕刃を設けた複数の回転軸を軸方向に見て略Ｖ字をなすよう配置し、駆動機構により各回転軸を回転させることで、Ｖ字を形成する一対の軸列の間に投入された古紙のブロックを双方から解砕するよう構成して成る。
特に請求項２の発明は、Ｖ字を構成する一方の軸列の各回転軸の回転方向を、解砕すべき古紙のブロックを他方の軸列に押し付ける方向とし、他方の軸列の各回転軸の回転方向を、古紙のブロックを一方の軸列に押し付ける方向としたものである。
請求項３の発明は、各々の軸列を構成する特定の回転軸に回転駆動力をそれぞれ付与する駆動装置と、特定の回転軸の回転を各々の軸列を構成する他の回転軸にそれぞれ伝達する動力伝達機構とを備えた駆動機構を有するものである。
請求項４の発明は、Ｖ字の頂角を略直角としたものである。
請求項５の発明に係る汚泥処理システムは、上述した古紙解砕装置と、解砕された古紙と処理すべき汚泥とを攪拌、混合し、古紙にて汚泥の自由水を吸収せしめる混合機と、混合機で混合されてなる混合汚泥に凝集材を添加して団粒、造粒化する造粒装置とを具備する。
請求項６の発明に係る汚泥処理システムは、上述した古紙解砕装置と、解砕された古紙と処理すべき汚泥とを攪拌、混合し、古紙にて汚泥の自由水を吸収せしめてなる混合汚泥を連続的に排出する混合機と、混合機から連続的に排出される混合汚泥に凝集材を添加して団粒、造粒化し、造粒化された土砂を連続的に排出する造粒装置とを具備する。
請求項８の発明は、団粒化された混合汚泥に固化材を添加する固化材供給装置を更に備えるものである。

本発明に係る古紙解砕装置によれば、周面に解砕刃を設けた複数の回転軸を軸方向に見て略Ｖ字をなすよう配置し、駆動機構により各回転軸を回転させることで、Ｖ字を形成する一対の軸列の間に投入された古紙のブロックを双方から解砕するよう構成したので、従来の古紙解砕装置と比べて小規模化が図れ、コストも低減できる。また古紙のブロックを同時に２方向から解砕できるので、解砕効率がアップする。
本発明に係る汚泥処理システムによれば、上記古紙解砕装置を備えることでシステム全体を小規模化でき、比較的狭い敷地においても使用可能となる。また、古紙を解砕してから汚泥に混合することにより攪拌時間を短縮でき、汚泥の投入から改質土砂の排出までを連続処理で行うことが可能となる。

図１〜図６により本発明の一実施の形態を説明する。
図１は本実施形態における汚泥処理システムの全体構成図、図２はそのII−II線断面図である。本システムの基本的な動作を説明すると、まず処理すべき汚泥ＳＬを汚泥供給装置４によって原泥槽８から混合機１に供給するとともに、古紙解砕装置２から吸水材としての古紙を混合機１に投入する。混合機１において汚泥と古紙とを攪拌、混合すると、古紙が汚泥の自由水を吸収することで、汚泥の見かけ上の含水比が低下する。

次に、含水比が低下した混合汚泥（古紙が混合された汚泥）に対し、凝集材投入配管５から第１の凝集材Ｐ１が、また凝集材投入配管１０から第２の凝集材Ｐ２がそれぞれ添加され、これにより汚泥が造粒化する。さらに必要に応じて固化材投入配管１１から固化材Ｃが添加される。このようにして改質された土砂Ｍは、処理土砂保管槽７に一時保管され、後に搬送トラック等で搬送される。

以下、各部の詳細を説明する。
混合機１は、例えばパドル式の多軸混合機であり、ケーシング１ａと、ケーシング１ａ内を回転する複数の回転軸１ｂと、各回転軸１ｂに取り付けられた複数の攪拌羽根１ｃと、回転軸１ｂを駆動する駆動装置１ｄとを有する。また混合機１には、ケーシング１ａに汚泥を投入するための汚泥取込口１ｇ、古紙を投入するための古紙取込口１ｉ、第１，第２の凝集材Ｐ１，Ｐ２をそれぞれ投入するための凝集材投入口１ｆ，１ｊ、固化材Ｃを投入するための固化材投入口１ｋが順に設けられている。投入口１ｇから投入された汚泥は、攪拌羽根１ｃによって図１の左方に搬送され、最終的に排出口１ｅから土砂Ｍとして排出される。
なお、第１，第２の凝集材Ｐ１，Ｐ２および固化材Ｃは、それぞれ不図示のホッパ等に貯留されており、配管５，１０，１１を介して投入口１ｆ，１ｊ，１ｋから混合機１に供給される。

汚泥供給装置４は、例えばチューブポンプなどの容積型定量吐出ポンプが用いられる。その吸込配管４ａは原泥槽８に挿入され、吐出配管４ｂは混合機１の汚泥取込管１ｈに接続される。ロータの回転数を制御することで、その回転数に応じた吐出量で汚泥を混合機１に定量供給できる。

混合機１に供給された汚泥には吸水材としての古紙が混合されるが、古紙は、例えば特開２０００−２８８５８９号公報に記載されているように、新聞紙等を２０ｍｍ四方以下に細かく裁断したものが望ましい。細かく裁断した古紙を、輸送のために一辺８０ｃｍ〜１００ｃｍ程度の立方体ブロックに圧縮成型し梱包したものが市販されており、これが用いられる。しかし、背景技術でも述べたように、古紙をブロック状のまま汚泥に投入するとほぐれにくいため、これを細かく解砕してから投入する必要があり、本実施形態では古紙解砕装置２を設けている。

図３〜図６も参照して古紙解砕装置２について詳述する。
古紙解砕装置２は、混合機１の古紙取り込み口１ｉの上に設置され、複数の解砕刃２ｃが取り付けられた複数の回転軸２ｂと、古紙のブロックＫを解砕位置に案内するガイドローラ２ｉ（図２）と、これらを覆うカバー２ａとから成る。複数の回転軸２ｂは、軸方向に見たときに断面略Ｖ字をなすように配置され、各軸２ｂの両端が軸受２ｄを介してカバー２ａの両側板２ａ１に回転可能に軸支される。軸２ｂの延在方向は混合機１の回転軸１ｂと平行とされ、またＶ字の頂角はほぼ直角とされる。さらに、回転軸２ｂのうちＶ字の一方の辺をなす軸列をＲ軸列（符号Ｒで図示）、他方の辺をなす軸列をＬ軸列（符号Ｌで図示）とし、Ｖ字の頂部をＸとすると、Ｘは図２の断面において混合ケーシング１ａのほぼ中央に位置し、かつＸとケーシング１ａの中心を結ぶ線に対してＲ軸列とＬ軸列とがほぼ線対称となるように配置される。

図３に示すように、各回転軸２ｂには解砕刃２ｃが軸方向に複数取り付けられている。各解砕刃２ｃは、回転軸２ｂの周方向に配置された複数のカッター状の刃２ｃ１（図６）から成る。各回転軸２ｂの２つの解砕刃２ｃの間に、隣接する回転軸２ｂの解砕刃２ｃが入り込むようにし、解砕刃間にＨの隙間を設ける。Ｂは軸間隔を示している。こうすることにより、隣接する軸２ｂと解砕刃２ｃとで囲まれたＨ×Ｂの空間Ｅが複数形成され、この空間Ｅを解砕された古紙が落下することになる。Ｗは刃２ｃ１の幅を示している。
なお、カッター状の刃２ｃ１に代えて、例えば図７，図８に示すような針状の刃２ｃ２を用いてもよい。

各軸２ｂの両端にはスプロケット２ｅが取り付けられ、Ｒ軸列の各スプロケット２ｅにはＲ軸列用チェーン２ｆＲが、Ｌ軸列側の各スプロケット２ｅにはＬ軸列用チェーン２ｆＬが掛け回されている。Ｒ軸列、Ｌ軸列のそれぞれ最も外側の回転軸（以下、外側回転軸）２ｂは、その両端にそれぞれ設けた駆動装置２ｇＲ，２ｇＬから直接動力を受けて回転する。駆動装置２ｇＲ，２ｇＬは、ブラケット２ａ３（図５）を介してカバー２ａの側板２ａ１に支持される。外側回転軸２ｂの回転は、それぞれスプロケット２ｅ，チェーン２ｆＲ，２ｆＬを介して各々の軸列の他の回転軸２ｂに伝達され、全回転軸２ｂが外側回転軸２ｂと同方向に回転する。ここでは、Ｒ軸列の各軸２ｂの回転方向は図４のＳＲ方向となり、Ｌ軸列側ではＳＬ方向となる。
このように軸２ｂの駆動機構としてスプロケット２ｅおよびチェーン２ｆＲ，２ｆＬを用いたので、駆動装置２ｇＲ，２ｇＬの数を最小限に減らすことができる。

図２において、３は古紙解砕装置２に古紙のブロックＫを送る古紙フィーダーである。フィーダー３上に載置された古紙のブロックＫは、フィーダー３の駆動により図示Ｆｗ方向に送られ、古紙投入口２ｊからガイドローラ２ｉを介して解砕位置、すなわちＲ，Ｌ軸列の間に落とされる。

以上のように構成された汚泥処理システムによる汚泥処理手順を説明する。
建設現場などでで発生した高含水比の汚泥ＳＬは、何らかの方法によって原泥槽８にいったん貯留され、その後、汚泥供給装置４によって混合機１に供給される。また、古紙フィーダー３の駆動により古紙ブロックＫが古紙解砕装置２に搬送される。フィーダー３の端部に達した古紙のブロックＫは、自重により落下し、ガイドローラ２ｉに案内されてＶ字をなすＲ，Ｌ軸列間に投下される。Ｖ字の頂角は直角であるから、自然とブロックＫの１角部がＶ字の頂部Ｘと一致する状態となり、その両側の被解砕面が各軸列の解砕刃２ｃと接する。

このとき解砕装置２の全回転軸２ｂは回転しており、古紙ブロックＫは回転する複数の解砕刃２ｃにより両側から細かく解砕されてゆく。ここで、解砕を効率よく行うには、古紙ブロックＫの被解砕面を解砕刃２ｃにある程度の力で押し付ける必要がある。当初、古紙ブロックＫは自身の重さによって被解砕面（２面）がそれぞれＲ軸列，Ｌ軸列に押し付けられると同時に、次のような力も作用する。

図６に示すように、Ｒ軸列の解砕刃２ｃはＳＲ方向に回転するため、古紙ブロックＫには力ＦＲが発生し、これは古紙ブロックＫをＬ軸列側の解砕刃２ｃに押し付ける力として作用する。一方、Ｌ軸列の解砕刃２ｃはＳＬ方向に回転するため、古紙ブロックＫには力ＦＬが発生し、これは古紙ブロックＫをＲ軸列側の解砕刃２ｃに押し付ける力として作用する。このように、双方の軸列は、それぞれ解砕を行うと同時に互いに相手方の軸列に古紙ブロックを押し付ける力を発揮するので、Ｌ軸列とＲ軸列のいずれにおいても解砕が効率よく行われる。

古紙ブロックは、解砕が進むにつれて図６に二点鎖線で示すように徐々に小さく、軽くなってゆくが、軽くなっても上記力ＦＲ，ＦＬにより両面が常に両軸列に押し付けられるため、最後まで解砕効率が衰えることはなく、短い時間で完全に解砕することが可能となる。したがって、古紙を解砕刃に押し付けるための駆動装置を別に設ける必要はない。なお、古紙の解砕速度は、解砕刃２ｃの回転数に比例するので、駆動装置２ｇＲ，２ｇＬによる回転軸２ｂの回転数を管理することで古紙の解砕量を制御できる。

解砕装置２で細かくされた古紙は、上述した空間Ｅ（図３）を通って落下し、古紙取り込み口２ｉから混合機１に投入される。古紙の投入量は、処理すべき汚泥の量や含水比によって異なる。また古紙の投入タイミングは、汚泥を投入した後でもよいが、汚泥処理の全行程を連続処理で行うには汚泥の投入と同時がよい。

投入された古紙は、混合機１の攪拌羽根１ｃで攪拌されて汚泥と混ざり合い、解きほぐされた古紙は、汚泥の自由水を吸水し、汚泥の見かけ上の含水比を低下させるとともに、繊維状に解きほぐされる。古紙が混ざり合った混合汚泥は、攪拌羽根１ｃによってケーシング１ａ内を図１の左方に搬送される。ここで、古紙は細かく解砕されているためほぐれ易く、古紙をブロック状のまま投入した場合と比べて攪拌時間を大幅に短くできる。したがって、混合機１をさほど長くしなくても混合汚泥を次の工程（凝集材添加）に連続的に送ることができる。また図２において、Ｖ字に配置した軸列Ｘの頂部が混合機１の中央に位置するよう配置することで、解砕された古紙は混合機１の特定の位置に集中的に落ちるのではなく、幅方向に均一に撒かれるように落ちるので、汚泥と古紙との混合比率を全体的に均一とすることができる。

次に、含水比が低下した混合汚泥に対し、凝集材投入配管５から第１の凝集材Ｐ１が添加される。第１の凝集材Ｐ１が混ざり合うことで、混合汚泥の汚泥粒子が架橋吸着などによって結合されて凝集され、団塊状となる。団塊状となった混合汚泥に対し、凝集材投入配管１０から第２の凝集材Ｐ２が添加される。第２の凝集材Ｐ２が混ざり合うことで、団塊状の混合汚泥は更に細粒化され、見かけ上パサパサした土砂となる。このようにして改質された土砂は、例えば植生用土砂として用いるならばこのままで問題なく、固化材Ｃを添加することなく排出口１ｅから連続的に排出される。一方、土砂を路盤材として用いるような場合はそのままでは強度が足らないので、排出直前の工程で固化材投入配管１１から固化材Ｃを添加する。固化材Ｃが土砂に混ざり合うことで、土砂の強度を増すことができる。排出された土砂Ｍは、いったん処理土砂保管槽７に保管され、後に搬送トラック等に積載され搬送される。

なお、図２に示す古紙フィーダー３は発明の必須要件ではなく、例えば作業者が解砕位置に古紙ブロックを投下するようにしてもよい。また古紙ブロックを解砕装置の真上から投下するようにしてもよい。さらに、古紙のブロックが立方体ではなく直方体の場合には、Ｒ軸列とＬ軸列とで回転軸２ｂの数を変えて対応させるようにしてもよい。回転軸２ｂの駆動方式も上述のものに限定されず、例えば、各軸独立駆動として回転軸によって回転数を変えるようにしてもよい。

本実施形態における汚泥処理システムの全体構成を示す図。 図１のII−II線断面図。 図２のIII−III線から見た解砕装置の平面断面図。 図３のIV−IV線断面図。 図３のＶ−Ｖ線断面図。 解砕装置による古紙解砕の様子を示す図。 回転軸に針状の解砕刃を取り付けた例を示す図。 図７のVIII−VIII線断面図。

符号の説明

１ 混合機
１ｂ 回転軸
１ｃ 攪拌羽根
１ｄ 駆動装置
１ｆ，１ｊ 凝集材投入口
１ｇ 汚泥取込口
１ｉ 古紙取込口
１ｋ 固化材取込口
２ 古紙解砕装置
２ａ カバー
２ｂ 回転軸
２ｃ 解砕刃
２ｅ スプロケット
２ｆＲ，２ｆＬ チェーン
２ｇＲ，２ｇＬ 駆動装置
２ｉ ガイドローラ
３ 古紙フィーダー
４ 汚泥供給装置
５，１０ 凝集材投入配管
７ 処理土砂保管槽
８ 原泥槽
１１ 固化材投入配管
Ｃ 固化材
Ｋ 古紙のブロック
Ｌ，Ｒ 軸列
Ｍ 土砂
Ｐ１，Ｐ２ 第１，第２の凝集材
ＳＬ 汚泥

Claims (7)

1. 圧縮成型された古紙のブロックを汚泥に混合するために細かく解砕する古紙解砕装置であって、
   周面に解砕刃を設けた複数の回転軸を軸方向に見て略Ｖ字をなすよう配置し、駆動機構により各回転軸を回転させることで、Ｖ字を形成する一対の軸列の間に投入された古紙のブロックを双方から解砕するよう構成したことを特徴とする古紙解砕装置。
2. 前記Ｖ字を構成する一方の軸列の各回転軸の回転方向は、解砕すべき古紙のブロックを他方の軸列に押し付ける方向であり、該他方の軸列の各回転軸の回転方向は、前記古紙のブロックを前記一方の軸列に押し付ける方向であることを特徴とする請求項１に記載の古紙解砕装置。
3. 前記駆動機構は、各々の軸列を構成する特定の回転軸に回転駆動力をそれぞれ付与する駆動装置と、前記特定の回転軸の回転を各々の軸列を構成する他の回転軸にそれぞれ伝達する動力伝達機構とを備えて成ることを特徴とする請求項１または２に記載の古紙解砕装置。
4. 前記Ｖ字の頂角は略直角であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の古紙解砕装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の古紙解砕装置と、
   前記解砕された古紙と処理すべき汚泥とを攪拌、混合し、古紙にて汚泥の自由水を吸収せしめる混合機と、
   前記混合機で混合されてなる混合汚泥に凝集材を添加して団粒、造粒化する造粒装置とを具備することを特徴とする汚泥処理システム。
6. 請求項１〜４のいずれかに記載の古紙解砕装置と、
   前記解砕された古紙と処理すべき汚泥とを攪拌、混合し、古紙にて汚泥の自由水を吸収せしめてなる混合汚泥を連続的に排出する混合機と、
   前記混合機から連続的に排出される混合汚泥に凝集材を添加して団粒、造粒化し、造粒化された土砂を連続的に排出する造粒装置とを具備することを特徴とする汚泥処理システム。
7. 前記団粒化された混合汚泥に固化材を添加する固化材供給装置を更に備えることを特徴とする請求項５または６に記載の汚泥処理システム。

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