JP2005169192A - 高粘度物質の配管搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】汚泥ケーキ等の高粘度物質を配管により搬送する場合に、配管の内周壁面と高粘度物質との間に生ずる摩擦抵抗を軽減し、圧力損失を低減する。
【解決手段】汚泥ケーキの配管搬送において、配管３にぺ一スト注入ノズル１３を設ける。そのノズル１３のスリット１３Ｄａを通じて、汚泥ケーキＰ１の一部を取り込んで軟化処理して生成したぺ一ストＰ２を生成する。このペーストＰ２を、汚泥ケーキＰ１と配管３の内周壁面との間に注入し、配管３を通じて汚泥ケーキＰ１を搬送する際に生ずる摩擦抵抗を軽減し、圧力損失を低減する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、下水汚泥を脱水した汚泥ケーキのように粘度が非常に高くて流動性に乏しい高粘度物質を、ポンプにより配管を通して搬送（圧送）する高粘度物質の配管搬送装置に関するものである。

下水汚泥を脱水した汚泥ケーキのように粘度が非常に高くて流動性に乏しい高粘度物質を、ポンプにより配管を通して搬送（圧送）する際には、搬送中の圧力損失（以下、圧損ともいう）を低減することが行われる。この種の圧力損失低減方法としては、従来より、液状滑材注入法、および圧縮空気圧送法が知られている。

液状滑材注入法としては、高粘度物質の搬送用配管の途中に、水、油、界面活性剤などの液状滑材を注入するための注入ノズルを設け、配管内を搬送される高粘度物質と配管の内周壁面との間に液状滑材を注入して、搬送時の摩擦抵抗を低減することによって圧力損失を低減する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

圧縮空気圧送法としては、高粘度物質の搬送用配管の途中に、大量の圧縮空気を間欠的に圧送するためのエジェクタ等を備えておき、高粘度物質をプラグ状にして圧縮空気層と交互に送り出し、圧送する方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

そのほか、配管の途中に、搬送方向に向けて漸次縮径される縮径部を形成し、その下流端側において拡径する拡径部を設け、配管内を搬送中の高粘度物質をいったん絞ることにより縮径することで、管内周壁面との間に隙間を生じさせ、摩擦抵抗を低減する方法が提案されている。この方法に加えて、拡径部から配管内に液状の滑材を注入し、さらに摩擦抵抗を低減する方法についても併せて提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
特公平６−１２１６０号公報（第３頁左欄中段〜第４頁左欄上段、第２図・第９図〜第１１図） 特開平３−２８８７２３号公報（明細書２頁・同４頁〜６頁、第１図・第２図） 特開平１０−２４６３９９号公報（第２頁右欄上段〜同第３頁左欄上段、図１〜図６）

しかしながら、上記した各圧力損失低減方法には、いずれも次のような不都合な点がある。すなわち、
(i) 液状滑材を配管内に注入する方法の場合、常時定量ずつ注入する作業を継続しなければならないために、液状滑材注入用ポンプや液状滑材貯留用タンクの維持・管理が必要であり、また圧損低減効果が限定的、つまり配管の内周壁面に沿った液膜の形成が不完全であり、かつ液膜が形成される長さが短いために圧損低減効果が十分とはいえない。さらに、搬送の停止期間が長い場合は、その効果がほとんどなくなることもある。

(ii)大量の圧縮空気を間欠的に圧入して高粘度物質をプラグ状にして圧送する方法の場合、高圧の空気を大量に必要とするとともに、搬送先において高粘度物質（例えば汚泥ケーキ）から発生する臭気が空気とともに発散されるおそれがあり、そのため配管出口での悪臭対策を施す必要がある。

(iii) 配管の内周壁面を搬送方向に沿って縮径したのち拡径させているが、拡径部からは液状滑材を注入するので、上記(i)と共通の問題点がある。

上記した問題を解決するために、本発明は、汚泥ケーキ等の高粘度物質を配管を通じて搬送する高粘度物質の配管搬送装置において、前記高粘度物質の一部を前記配管から取り込み、その高粘度物質に軟化処理を施してマヨネーズ状のペーストを生成する軟化手段と、前記配管の、前記高粘度物質の取り込み位置より下流側に設けられ前記高粘度物質と配管の内周壁面との間に前記ペーストを注入するぺースト注入ノズル部材と、前記軟化手段にて生成されたペーストを前記ペースト注入ノズル部材に高圧供給する高圧供給手段とを備えることを特徴とする。つまり、本発明は、滑材として機能するぺーストとして、配管にて搬送する高粘度物質を取り込み軟化処理（粘度を低下させる処理）したものを用い、配管搬送する高粘度物質と同一の物質を主成分とするペーストを滑材として利用するものである。

このようにすれば、配管の内周壁面と高粘度物質との間にペースト膜が形成されることから、配管内を高粘度物質が搬送される際に、高粘度物質が配管の内周壁面付近のペースト膜に接触しながら搬送される。これにより、高粘度物質が搬送される際の摩擦抵抗が、高粘度物質と配管の内周壁面（ペースト）との間の滑りが良くなって低減される。つまり、配管の内周壁面と高粘度物質との間にペースト膜の筒状の層が搬送方向に沿って形成され、両者間にペースト膜による一種の空間（隙間）が生じることから、搬送時の摩擦抵抗が低減される。

ペースト膜の層は配管内の搬送方向に沿って厚く安定的に形成され、高粘度物質が配管内周壁面に直接に接触している場合に比べて摩擦抵抗が軽減し、圧損が低減される。

請求項２に記載のように、前記高粘度物質は、下水または工場廃水汚泥を脱水した汚泥ケーキであり、前記軟化手段による軟化処理は、(i) 高粘度物質に少量の水を注入して混練することにより軟化させる処理、(ii)高粘度物質を加熱することにより軟化させる処理、あるいは(iii) 高粘度物質に含まれる微生物の細胞壁を強いせん断力で破壊することにより軟化させる処理のいずれかである。ここで、(iii)は、活性汚泥処理施設から発生する余剰汚泥は、その大部分が活性汚泥中のバクテリアであり、特に廃水の組成が有機物中心の化学工場や食品工場等の廃水を浄化する活性汚泥処理設備からの余剰汚泥では固形分中の９０％近くが微生物由来の有機成分となっていることに着目したものである。

請求項３に記載のように、前記ペースト注入ノズル部材は、前記配管の内周壁面付近に位置し前記ペーストを前記配管内に供給する環状のスリットを有するものであることが望ましい。

このようにすれば、高粘度物質と配管の内周壁面との間に環状のスリットを通じてペーストを一様に供給し、高粘度物質と配管の内周壁面との間に一様な滑材の層を形成することができる。

以上のように構成したから、本発明は、単に水を滑材として用いている従来の場合とは異なり、搬送を一定期間停止しても、水が汚泥ケーキなどの高粘度物質中にしみ込んで、配管と高粘度物質との間に滑材の層がなくなってしまい、搬送ポンプで搬送できなくなることがなくなるので、搬送を停止した場合に、摩擦抵抗低減効果を長期に亘って維持することができる。

高粘度物質の一部を利用しているので、水を利用した従来の場合に比べて、滑材の層が厚くなるのに加えて、高粘度物質を下水処理場で燃焼する場合にも、水を用いる場合のように余分なエネルギー（天然ガス、重油）が必要となることもない。

以下、本発明の実施の形態を図面に沿って詳細に説明する。

図１は本発明の一実施の形態である汚泥ケーキの配管搬送装置を示す概略図である。

図１に示すように、１は汚泥ケーキＰ１（高粘度物質）の配管搬送装置で、汚泥を脱水した汚泥ケーキＰ１を搬送ポンプ２により配管３を用いて搬送するものである。搬送ポンプ２としては一軸偏心ねじポンプを使用している。この搬送ポンプ２のケーシングの上部入口（吸込口）には、上端を開口したホッパー４の下端排出口が直結されている。搬送ポンプ２の吐出口には、汚泥ケーキＰ１を搬送する配管３の一端開口が接続されている。

配管３を通じて搬送される汚泥ケーキＰ１（高粘度物質）の一部が、搬送ポンプ２の吐出口近傍において取り込まれ、その取り込まれた汚泥ケーキＰ１を利用して、滑材となるマヨネーズ状のペーストＰ２を生成する構成とされている。具体的には、搬送ポンプ２の吐出口近傍の配管３から（吐出された）汚泥ケーキＰ１の一部を取り込み、配管３の上方に位置するホッパー５内に第１の通路６を通じて送給できるようになっている。第１の通路６の途中に第１の電磁開閉弁７が設けられている。そして、第１の電磁開閉弁７を開位置にすることで、配管３内を搬送される汚泥ケーキＰ１の一部が、それ自体の圧力（搬送ポンプ２によって加えられる吐出圧）で第１の通路６を通じてホッパー５内に取り込まれる。

ホッパー５内には、第１の通路６を通じての汚泥ケーキＰ１の一部のほか、第２の通路８を通じて水を供給できる構成とされている。第２の通路８には、第２の電磁開閉弁９が設けられ、この電磁開閉弁９が、必要時にのみ開放され、ホッパー５内の汚泥ケーキＰ１に少量の水を供給する構成とされている。

ホッパー５内には、混練装置１０のスクリュー部１０ａが位置するように構成され、スクリュー部１０ａを回転させて、汚泥ケーキＰ１と水とを一様に混練して、マヨネーズ状のペーストＰ２を生成するように構成されている。このようにして、高粘度物質の一部を配管３から取り込み、その高粘度物質に軟化処理を施して（汚泥ケーキＰ１に少量の水を注入し混練して）軟化させる軟化手段が構成される。

ホッパー５の下端排出口には、一軸偏心ねじポンプからなるペーストポンプ１１が設けられ、前記軟化手段にて生成されたペーストＰ２を、配管３の内周壁面と搬送されている汚泥ケーキＰ１との間に高圧にて供給する構成とされている。ペーストポンプ１１の吐出口は、第３の通路１２を通じてペースト注入ノズル部材１３に接続され、その第３通路１２の途中に第３の電磁開閉弁１４が設けられている。この第３の電磁開閉弁１４を開位置とすることで、ペーストポンプ１１にて第３の通路１２を通じてペーストＰ２が、ペースト注入ノズル部材１３に高圧供給される、このノズル部材１３に形成された環状のスリット１３Ｄａを通じて、汚泥ケーキＰ１と配管３の内周壁面との間に前記ペーストＰ２を注入し、それらの間に環状の滑材層を形成する構成とされている。

このペースト注入ノズル部材１３は、図２に詳細を示すように、下流側に向けて内径が徐々に直線的に小さくなる内筒部材１３Ａと、この内筒部材１３Ａの外側に一定間隔を存して設けられる円筒状の外筒部材１３Ｂと、これら両部材１３Ａ，１３Ｂの端部に設けられ環状の部屋Ｓを形成するドーナッツ形状のフランジ部材１３Ｃ，１３Ｄとを有する。外筒部材１３Ｂには、前記環状の部屋ＳにペーストＰ２を供給するための筒状のペースト供給口１３Ａａが形成されている。ペースト供給口１３Ａａには第３の通路１２が接続される。下流側のフランジ部材１３Ｄには、配管３内へのペーストＰ２の出口となる環状の一定幅のスリット１３Ｄａが形成されている。このスリット１３Ｄａの径は、配管３の内径より若干小さく形成され、汚泥ケーキＰ１と配管３の内周壁面との間に全周に亘ってほぼ一様に厚く安定的にペーストＰ２を供給できる構成とされている。

なお、フランジ部材１３Ｃ，１３Ｄの外周縁付近には、配管３の取付フランジ部に取り付けるための取付孔（１３Ｂａのみ図示）が周方向に一定間隔でもって設けられている。

続いて、上記装置の動作について説明する。

搬送ポンプ２の運転を開始すると、ホッパー４内に投入された汚泥ケーキＰ１が配管３を通じて搬送される。このとき、搬送ポンプ２から配管３内に吐出された汚泥ケーキＰ１は、配管３の内周壁面に接触し、摩擦抵抗が上昇しようとする。

しかし、ペースト注入ノズル１３の環状のスリット１３Ｄａを通じて汚泥ケーキＰ１が軟化されたペーストＰ２が配管３の内周壁面付近に高圧供給される。この配管３の内周壁面と汚泥ケーキＰ１との間にペーストＰ２による層が形成され、このペーストＰ２による層は配管３に沿ってほぼ全周に厚く生じ、下流側に延びて行くことになる。

したがって、滑材として水を用いる従来の場合に比べて、配管３を通じて汚泥ケーキＰ１を搬送する際における摩擦抵抗が大幅に軽減され、配管３内の圧力損失が低減される。この結果、搬送ポンプ２の動力（馬力）を下げて小型化したり、ランニングコストを下げたりすることができる。

このように、汚泥ケーキＰ１の一部を利用してペーストＰ２を生成し、それを滑材としているので、水を利用した従来の場合に比べて、滑材（ペースト）の層を厚くして安定させることができ、摩擦抵抗の低減に有利である。これに対し、水を滑材とする従来の場合は、汚泥ケーキを下水処理場で燃焼する際に、水を多量に用いて厚い層とするには、大量のエネルギー（天然ガス、重油）が必要となるので、水を大量に用いることができず、滑材（水）の層を厚くすることができないからである。具体的には、図３に示すように、配管３の内周壁面と汚泥ケーキＰ１との間に厚さ５ｍｍ程度のぺ一ストＰ２（滑材）による層が形成され、圧損が１／１０程度に軽減される。従来の液状滑材（例えば、水）の場合には、図４に示すように、配管３の内周壁面と汚泥ケーキＰ１との間に形成される滑材Ｐ３（水）による層は、１ｍｍ程度にしか過ぎず、安定性に劣る。

また、マヨネーズ状のペーストＰ２を滑材としているので、搬送を停止した場合にも、ペーストＰ２が汚泥ケーキＰ１中にしみ込んで行きにくく、（配管３を通じて汚泥ケーキＰ１を搬送する際における）摩擦抵抗低減効果を長期に亘って維持することができる。これに対し、水を滑材とする従来の場合には、一旦搬送を停止させた場合には、その停止している間に、水が汚泥ケーキ中にしみ込んで、配管の内周壁面と汚泥ケーキとの間に滑材の層がなくなってしまい、摩擦抵抗の低減効果が得られず、搬送ポンプ２で搬送することが困難となる。

前記実施の形態では、ペーストを高圧下で注入するためのポンプとしては、一軸偏心ねじポンプを使用しているが、汚泥ケーキ等の高粘度物質を配管搬送するためのポンプには、一軸偏心ねじポンプのほか、スクリューポンプ、ピストン式・プランジャー式・ダイヤフラム式の往復動型ポンプなどを使用できる。

前記実施の形態では、軟化手段による軟化処理は、汚泥ケーキ（高粘度物質）に少量の水を注入して混練することにより軟化させる処理（加水法）であるが、そのほか、汚泥ケーキをホッパーに収納された部位で、ヒータなどの加熱手段で加熱することにより、汚泥ケーキに含まれる微生物（汚泥処理のために添加される）の細胞中の水分を変質や膨張により外部に出させ、その水分により軟化させる処理（加熱法）がある。また、汚泥ケーキに含まれる微生物の細胞壁を、例えば微粉砕ミル等により強いせん断力で破壊することにより軟化させる処理（物理的破砕法）とすることも可能である。

本発明の一実施の形態である汚泥ケーキの配管搬送装置を示す概略図である。 （ａ）は本発明に係るペースト注入ノズル部材の正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 本発明に係る装置によって配管搬送している状態の説明図である。 従来の装置によって配管搬送している状態の説明図である。

符号の説明

Ｐ１ 汚泥ケーキ
Ｐ２ ペースト
Ｐ３ 水
１ 高粘度物質の配管搬送装置
２ 搬送ポンプ
３ 配管
１０ 混練装置
１１ ペーストポンプ
１３ ペースト注入ノズル部材
１３Ｄａ スリット
Ｓ 環状の部屋

Claims (3)

1. 汚泥ケーキ等の高粘度物質を配管を通じて搬送する高粘度物質の配管搬送装置において、
   前記高粘度物質の一部を前記配管から取り込み、その高粘度物質に軟化処理を施してマヨネーズ状のペーストを生成する軟化手段と、
   前記配管の、前記高粘度物質の取り込み位置より下流側に設けられ前記高粘度物質と配管の内周壁面との間に前記ペーストを注入するぺースト注入ノズル部材と、
   前記軟化手段にて生成されたペーストを前記ペースト注入ノズル部材に高圧供給する高圧供給手段と
   を備えることを特徴とする高粘度物質の配管搬送装置。
2. 前記高粘度物質は、下水または工場廃水汚泥を脱水した汚泥ケーキであり、
   前記軟化手段による軟化処理は、高粘度物質に少量の水を注入して混練することにより軟化させる処理、高粘度物質を加熱することにより軟化させる処理、あるいは高粘度物質に含まれる微生物の細胞壁を強いせん断力で破壊することにより軟化させる処理のいずれかである請求項１記載の高粘度物質の配管搬送装置。
3. 前記ペースト注入ノズル部材は、前記配管の内周壁面付近に位置し前記ペーストを前記配管内に供給する環状のスリットを有するものである請求項１または２に記載の高粘度物質の配管搬送装置。

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