JP2005279732A - スクリュープレス運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 脱水効率を向上するスクリュープレス運転方法を提供する。
【解決手段】 周面にろ過孔が形成され、回転自在に設置された円筒状の外筒スクリーン２０と、前記外筒スクリーン２０の内部に回転自在に設置され、投入側から投入された被処理物を排出側に送るスクリュー１３と、前記スクリュー１３の排出側の端部２９に前記被処理物の排出に対抗する背圧Ｑを伴って位置規制されたプレッサ３０と、を備えるスクリュープレスを用いた脱水方法において、前記外筒スクリーン２０の回転速度Ａと前記スクリュー１３の回転速度Ｎを、同一回転方向で所定の範囲の速度比Ｃ＝Ａ／（Ｎ−Ａ）により回転させる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、スクリュープレスに関し、プレスウォームまたはスクリューを、透過性容器またはろ過器と協働することによって、スラリー状の被処理物を脱水濃縮し、分離液と固形分に効率良く分別するためのスクリュープレス運転方法に関する。

固定式のドラムによるスクリュープレスは、一般に図６（ａ）に示すコーン型や図６（ｂ）に示す平行管型といった形状のドラム１００，２００内に被処理物の投入口１０１，２０１から被処理物（例えばスラリー）を投入し、固形分の出口側に背圧をかけることのできるプレッサ１０２，２０２等を設けて、ドラム内部に設けたスクリュー１０３，２０３による搬送・押し出し力により被処理物に強制的な容積変化を創出する圧搾ろ過機である。投入された被処理物は圧搾され、液分を搾汁される固定式ドラムを備えたスクリュープレスが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
この場合、ドラム１００，２００内で分離された分離液はドラム１００，２００の周壁に設けた間隙から排出され、脱液された固形分は固形分排出口１０４，２０４から排出される。

このような固定式ドラム１００，２００によるスクリュープレスには、必ず処理物を出口側から押し出し、ドラム１００，２００内の内部圧力を維持しておくのに必要なプレッサ１０２，２０２が設置されている。このプレッサ１０２，２０２の方式としては、（１）プレッサ位置を固定した方式（２）ドラム１００，２００からの処理物の排出圧力とプレッサ位置とを検出し、エアまたは油圧シリンダによるプレッサの位置制御を行う方式（３）ドラム１００，２００からの処理物の出口をエアまたは油圧シリンダで塞ぎ定期的に処理物の出口を開く方式（４）ドラム１００，２００からの処理物の排出圧力に対応したプレッサ加圧方式等がある。これらの方式は、どれも一長一短があり、被処理物の性状の変動に対する追従性や制御性に基づいて適宜選択され実施されている。

また、図６に示した固定式ドラムによるスクリュープレス運転方法の場合は、スクリュー回転を低速に抑制しておかないと、ドラム内に、前記被処理物を滞留させて、脱水するための、十分な滞留時間が確保できず、能率が悪いという欠点があった。

そこで、ドラムが回動自在に構成され、前記被処理物を図示せぬポンプで加圧してドラムの軸心方向へ供給し、ドラムとスクリューとが同一方向の速度差を持って回転する（以下、差動回転という）ように構成したスクリュープレスを用いての脱水方法が採用されることもある。

そうすると、後ほど説明するように、図１〜３に示した回転式ドラムによるスクリュープレス運転方法の場合は、スクリューを高速で回わしてもドラムと同方向の差速を小さくすれば、滞留時間が十分取れるので、固定式ドラムによるスクリュープレスより高い脱水率が得られる。
特開２００３−１３６２９１号公報（段落［０００７］〜［００１６］

しかし、差動回転式のスクリュープレスにおいて、ドラム回転速度とスクリュー回転速度との差であるスクリュー差速と脱水ケーキの含水率との相関関係から導かれる高効率な脱水方法は明らかでなかった。

また、別の観点からは、「ドラムの目詰まり」を防ぎながら、有効ろ過面積を確保することでもある。ここでいう「ドラムの目詰まり」とは、ケーキの含水率を悪くする不透水層のことであり、以下、「マッドケーキ」ともいう。これは、後ほど図３に沿って説明するウェッジワイヤ２０ｄの隙間α，β，δに噛み込んで目詰まりし、ろ過面積を減少させるように、ろ過を阻害する障害物となるため、当然に脱水処理の能力を低下させる原因になる。

本発明は、前記課題を解決する方法を開示したものであり、特に、被処理物が下水消化汚泥、下水混合生汚泥または生物処理汚泥である場合に、そのケーキ含水率を数％でも減少するように確実な脱水効率改善をはかり、処理後の固形物の重量を減少し、その固形物を、後工程として焼却処分するまでの搬送費用および燃料費を削減させることを目的としている。そして、確実な再現性をもって高い脱水効率を維持することのできるスクリュープレス運転方法を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、ドラム２０とスクリュー１３とが同一方向の速度差を持って回転するスクリュープレスにおいて、前記ドラム２０の回転速度Ａと前記スクリュー１３の回転速度Ｎを、同一回転方向で所定の範囲の速度比Ｃ＝Ａ／（Ｎ−Ａ）により運転することを特徴とするスクリュープレス運転方法である。

請求項１に係る発明によれば、被処理物の種類、性状の変動、すなわち空隙率、水分浸透性の違い、または変動に応じて最適なスクリュープレス運転方法に制御することが可能となる。詳しくは、横に長い円筒状のドラム２０内部のろ過室９８において、比重の重い成分がドラム２０の低いところに淀んで均等性に欠けた状態を、ドラム２０の回転により、均等化できる。

そして、ドラム２０の回転速度Ａと前記スクリュー１３の回転速度Ｎを、同一回転方向で所定の範囲の速度比Ｃ＝Ａ／（Ｎ−Ａ）により運転することにより、最高の脱水効率が得られることが実験によって検証された。

請求項２の発明は、前記ドラム２０の回転速度Nと前記ドラム２０の回転速度Ａとの差であるスクリュー差速Ｂ＝Ｎ−Ａを一定に保ちながら、前記スクリュー１３の回転速度Ｎと前記スクリュー差速Ｂ＝Ｎ−Ａとの速度比Ｃ＝Ａ／（Ｎ−Ａ）を変化させ、被処理物を脱水することにより、脱水ケーキの含水率と前記速度比Ｃの相関関係を求める工程（Ｓ１）と、前記工程（Ｓ１）により求めた脱水ケーキの含水率と前記速度比Ｃとの相関関係に基づいて、脱水ケーキの含水率が目標値以下となるように前記速度比Ｃを設定する工程（Ｓ２）とを備えることを特徴とする請求項１に記載のスクリュープレス運転方法である。

請求項２に係る発明によれば、脱水ケーキの含水率と前記速度比Ｃとの相関関係に基づいて、脱水ケーキの含水率が目標値以下となるように前記速度比Ｃを設定できる。そのため、被処理物に合わせて、最適な脱水効率で、スクリュープレスを運転することができる。

請求項３に記載の発明は、前記被処理物が下水消化汚泥、下水混合生汚泥または生物処理汚泥である場合、前記ドラム２０の回転速度（Ａ）を０．０５ｍｉｎ^-1以上１０．０ｍｉｎ^-1以下に設定し、前記速度比Ｃを０．１以上８．０以下に設定して回転させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスクリュープレス運転方法である。

請求項３に係る発明によれば、下水消化汚泥、下水混合生汚泥または生物処理汚泥に対して最高の脱水効率を得るスクリュープレス運転方法が確立された。

請求項１ないし請求項３に係る本発明によれば、ドラム回転速度とスクリュー回転速度とこれらの差であるスクリュー速度比との相関関係から導かれる高度な脱水方法を実現することにより確実な脱水効率の改善ができる。その結果、処理後の固形物の重量が減少できるので、その後の焼却に至るまでの搬送費用および燃料費の削減が可能である。

特に、請求項３に記載の発明によれば、被処理物が下水消化汚泥、下水混合生汚泥または生物処理汚泥である場合、最高の脱水効率を得るスクリュープレス運転方法が確立された。

以下、本発明の実施の形態に関し、図面を参照しながら説明する。なお、全図にわたり、同一効果を奏する部分には同一符号を付して、重複する説明は省略する。

なお、本発明に係るスクリュープレス運転方法はドラムとスクリューが共に回転するタイプのスクリュープレスであれば、どのようなものにでも適用することができる。実施例１では、ドラムの両端が、スクリュー軸を共通回転軸として、一対のベアリングを介して、相互に回転自在に軸支されているタイプのスクリューコンベアに本発明を適用した場合について説明する。

はじめに、スクリュープレスの構成について説明する。
図１は、本発明に用いた一例として示すスクリュープレス１０の平面断面図である。図１に示すように、スクリュー１３が、基台５の長手方向に軸支されている。
スクリュー１３は、テーパ形状のスクリュー軸１３ａの外周を巻回するスクリュー羽根１３ｂが配設されて一体に形成され、回転する構成になっている。

なお、このスクリュー１３のスクリュー軸１３ａの両端近傍にベアリングがそれぞれ嵌入されて構成された第３軸受３と第４軸受４との間に、ドラム２０が軸支されている。

さらに、第１駆動装置１４の動力は第１軸受１の近傍でスクリュー軸１３ａに伝達されている。また、第２駆動装置２２の動力は第２軸受２の近傍でドラム２０に伝達されている。したがって、前記スクリュー１３とドラム２０を別の回転速度で回すことができる。

なお、このように独立回転が自在の同心二重軸受で構成されているので、軸偏心やガタツキを少なくできる。したがって、相対運動するスクリュー１３の外径とドラム２０の内径を略一致させた両者間には、適度の摺接を円滑に維持できる。そして、スクリュー１３の外径とドラム２０の内径を略一致させれば、マッドケーキが固着する余地はなくなるので、ろ過効率を低下させる原因も解消される。

プレッサ３０は、ドラム２０の排出側の端部２９において、排出される固形分に背圧を付勢するプレッサリング３０ａとの隙間に形成された開口部３９からの前記固形分の排出量を規制する。また、被処理物の性質と、その処理目的に応じて開口部３９の開き具合を加減することにより、所望の絞り加減に調整できる。
そして、飛沫防止のために、軸方向からみてＵ字型の排出カバー３８が、基台５に固定されている。

また、ドラム２０は、その周面がスクリーンを構成しており、例えば三角形の断面形状のウェッジワイヤをリング状にし、そのリング間に、ろ過孔である僅かな隙間をあけて並設するように、つなぎ合わせた構造である。

このドラム２０のろ過孔は、入り口から出口に向かって順次その目幅を細かく設定されており、入り口近傍の隙間α、中程の隙間β、出口近傍の隙間δにすると、ろ過効率が良い。それは、まずドラム２０の入り口近傍では、水分の含有率が高い被処理物が、広い隙間αを低い透過圧でも容易に透過できるようにして大量の分離液Ｊを軽く絞り取ってしまう。

つぎに、中程の隙間βから出口に近づくにつれて狭められ隙間δに対し、順次、高い透過圧を加えて無理にでも透過させることにより少量でも最後まで分離液Ｊを強く絞り取る。
なお、被処理物の成分または処理目的に応じて、隙間α，β，δの寸法をα＞β＞δの関係で適宜に設定してスクリュープレスを運転すれば、ケーキの含水率を低減し脱水効率を向上させることになる。

ここで、スクリュー１３が１回転する間に、ウォームプレス運動により送り出される被処理物の体積は、ドラム２０の入り口近傍では、脱水前で高含水率のため多く、出口近傍では脱水後で低含水率のため少ないが、ろ過室９８が狭くなり、しかもドラム２０の出口に近づくにつれて微細に隙間δが設定されているために、脱水の進捗により容積が減少した被処理物に対しても高い透過圧を加えることができる。

また、脱水ケーキの含水率と速度比Ｃの相関関係を求める工程Ｓ１にて求めた速度比Ｃを設定する工程Ｓ２では、ドラム２０の回転と、スクリュー１３の回転に「所定の範囲の差」をつけるような差速回転制御手段として、インバータ電動機制御方式を採用しており、ドラム２０の回転と、スクリュー１３の回転に「所定の範囲の差」をつけるように、各電動機への供給電力の周波数を制御すれば実現できるが、ここでの詳細な説明は省略する。

そして、前記「所定の範囲の差」に関し、ドラム２０の回転速度Ａと、ドラム２０とスクリュー１３の差速（Ｎ−Ａ）との比をある範囲に設定すれば、最高の処理効率を実現することが実験により検証できた。その結果、後ほど説明する図４（ｃ）に示すようにドラムを固定した場合と比較して、４％以上の効率アップ、すなわち固形分の含水率を低下させて重量および体積を減少できた。

図２は、本発明のスクリュープレス１０の縦断面図である。図２に示すように、基台５の上に、複数の軸受を配設したブラケット６およびブラケット７が、所定の間隔を保持して直立し、ブラケット６には第１軸受１、ブラケット７には第２軸受２がそれぞれ配設され、これら第１軸受１と第２軸受２にスクリュー１３が、さらに第３軸受と第４軸受を介してドラム２０を同軸で軸支している。

スクリュー軸１３ａの円錐部は必ずしも中空でなくともよいが、中空軸１３ｅは中空であり、その軸端が被処理物である汚泥・スラリー、または練り食品等を注入するための注入口１８となり、注入口１８から注入された被処理物は、中空軸１３ｅを経由し、ドラム２０の内部で入り口に近い所に開口した開口部１９を通ってドラム２０内に圧入される。

ドラム２０内部の被処理物は、スクリュー１３で、図の左から右へとろ過室９８の容積減少に伴って搬送される間に固形分と分離液Ｊとに分離される。分離された分離液Ｊは、基台５の中央よりに設けられた排出口２４を通して排出される。

図２に示すように、被処理物は注入口１８から矢印Ｘ、矢印Ｙ１、矢印Ｙ２〜矢印Ｙ１２、矢印Ｚに示す順に搬送される。特に開口部１９（図１参照）を通じてドラム２０に注入されると、矢印Ｙ１２の方向に押し出された固形分がプレッサリング３０ａ（２点鎖線で示す）により排出を制限され圧搾される間に、ドラム２０からろ過された分離液Ｊは、漏斗部２７で一本の分離液排出管２８集積され、所定の搬出工程に収液される。

図３は、本発明によるスクリュープレス運転方法の模式説明図であり、被処理物は、その位置をＤ〜Ｆまで移動する途中、すなわちドラム２０内部でスクリュー１３により搬送される間にろ過室９８の容積減少に伴って固液分離され、分離液Ｊは排出される。

なお、プレッサリング３０ａは、図１に詳細を示した位置規制手段３０ｅにより適宜に背圧Ｑを付勢しながら位置規制することにより端部２９を所定の幅で開口し、位置Ｄ，Ｅから位置Ｆまで押し出された被処理物を排出する。

図１〜図３からもわかるように、スクリュー羽根１３ｂの外周とドラム２０の内周面が摺接するように、スクリュー羽根１３ｂの外周ｄとドラム２０の内径ｄ´を設定している。すなわち、ドラム２０の内径ｄは、スクリュー１３の外径ｄと略一致した寸法である。本実施形態において用いたスクリュープレス１０のドラム２０は、そのなかで回転するスクリュー１３を覆いながら、スクリュー１３とは異なる速度で回転する。

脱水ケーキの含水率と速度比Ｃの相関関係を求める工程Ｓ１で得られた相関関係に基づいて、脱水ケーキの含水率が目標値以下となるように速度比Ｃを設定する工程Ｓ２では、ドラム２０の回転速度Ａとスクリュー軸１３ａの回転速度Ｎは、同一回転方向で所定の範囲の速度比Ｃ＝Ａ／（Ｎ−Ａ）により運転する。具体的には、ドラム２０の回転速度Ａを０．０５ｍｉｎ^-1以上１０．０ｍｉｎ^-1以下、速度比Ｃ＝Ａ／（Ｎ−Ａ）を０．１以上８．０以下に設定して運転すれば、図４に沿って後記するように、ケーキ含水率を低減する目的を達成できることが確認できた。

以下、図４に沿って、本発明の方法を実証試験により検証する。
なお、図４における表記は正確さを失わない範囲で略記している。

図４は、下水処理場における下水消化汚泥の処理に関し、本発明の方法による実証試験データであり、ドラム速度とケーキ含水率の関係を（ａ）「ドラム回転速度Ａ（ｍｉｎ^-1）」「スクリュー回転速度Ｎ（ｍｉｎ^-1）」「スクリュー差速Ｂ＝Ｎ−Ａ（ｍｉｎ^-1）」「（ドラム）速度比Ｃ＝Ａ／Ｂ＝Ａ／（Ｎ−Ａ）」「ケーキ含水率（％）」の数値表示、（ｂ）ドラム速度とケーキ含水率のグラフ、（ｃ）ドラムとスクリュー差速の速度比とケーキ含水率の相関関係を示すグラフである。

一般に、スクリュー差速Ｂ＝Ｎ−Ａを小さくすると、ケーキ含水率は低下するものの、搬送速度低下により処理量も減少する。

なお、本発明の実施形態における特例として、ドラム回転速度Ａ＝０の状態、すなわちドラム２０を固定した状態もある。

前記実証試験データより、以下の相関関係が求められ、これに基づいて、脱水ケーキの含水率が目標値以下となるように速度比Ｃを設定する工程Ｓ２により、次ぎの結果が確認された。
１．図４（ｂ）により、ドラム２０の回転速度を０．１〜１．１（ｍｉｎ^-1）に設定すれば、ケーキ含水率を概ね８０．０％以下にすることができる。特に、０．５（ｍｉｎ^-1）の場合、ケーキ含水率を７７．３％にできた。ただし、スクリュー差速Ｂ＝Ｎ−Ａ＝０．３３（ｍｉｎ^-1）に一律設定している。
２．図４（ｃ）により、一定のスクリュー差速Ｂ＝Ｎ−Ａ＝０．３３とするスクリュープレス運転方法では、ドラム２０をスクリュー差速（Ｂ＝Ｎ−Ａ）に対し、速度比Ｃ＝Ａ／Ｂ＝Ａ／（Ｎ−Ａ）＝１．５〜２．３倍で回転することにより、ケーキ含水率が７８％以下となる。

図５は、本発明の実施例２に用いるスクリュープレスの縦断面図である。
実施例２では、ドラムの片方が、ドラムローラで軸支されているタイプのスクリューコンベアに本発明を適用した場合について説明する。
図５に示すスクリュープレス４０には、ケーシング５３内に設けられ回動自在に軸支される濃縮ろ過孔を有するドラム４２と、そのドラム４２内で被処理物を軸方向に搬送する圧縮搬送手段としてのスクリュー４３と、ドラム４２の端部４２ａに対向して設けられるプレッサ４５と、を備えている。

スクリュー４３の主軸を構成するスクリュー軸４３ａの一方の端部にはスクリュー４３を回転させるためのスプロケット４７が嵌着されている。
ドラム４２は、ドラムローラ４１によって軸支され、一方の端部には、ドラム４２を回転させるためのスプロケット４６が嵌着されている。
プレッサ４５は、スプリング４５ａで弾性付与されたプレッサリング４５ｂの付勢力により被処理物のうち固形分の出口である開口部４９に背圧をかける。

スクリュー軸４３ａの一端側（図中左）に形成された中空部から構成された被処理物供給配管４８は、ドラム４２内へ被処理物が供給できるように、軸端に注入口５１が開口し、一方の開口部５２がろ過室９９に接続されている。
被処理物は、軸端の注入口５１より注入され、開口部５２を通じてドラム４２に圧入され、ドラム４２の内部のスクリュー４３で搬送される間に徐々に圧搾脱水され、固液分離される。
分離液はドラム４２によりろ過され、排出口５９から排出される。一方、脱液された固形分はドラム４２の端部４２ａとプレッサリング４５ｂとの間に形成された開口部４９から排出される。

このように、ドラム４２の片方が、ドラムローラ４１によって軸支された形態のスクリュープレス４０であっても、図１ないし図３に示したベアリングにより両端を軸支されたドラム２０を用いた場合と同様に、本発明に係るスクリュープレス運転方法を実施できる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されることはなく、適宜変更して実施することが可能である。例えば、ドラムの支持構造や固形分排出口に設けられたプレッサリングの構造や位置規制手段などが異なるものであっても構わない。

本発明の実施に用いるスクリュープレスの平面断面図である。 本発明の実施に用いるスクリュープレスの縦断面図である。 本発明によるスクリュープレス運転方法の模式説明図である。 ドラム速度とケーキ含水率の関係を示す（ａ）数値と、（ｂ）そのグラフと、（ｃ）ドラムとスクリュー差速の速度比とケーキ含水率の相関関係を示すグラフである。 本発明の実施に用いる他のスクリュープレスの形態の縦断面図である。 従来の固定式ドラムによるスクリュープレスの縦断面図であり、図６（ａ）はコーン型、図６（ｂ）は平行管型である。

符号の説明

５ 基台
６，７ ブラケット
１０，４０，１００，２００ スクリュープレス
１３，４３，１０３，２０３ スクリュー
１３ａ，４３ａ スクリュー軸
１３ｂ スクリュー羽根
１３ｅ 中空軸
１４ 第１駆動装置
１８ 注入口
１９，３９，４９，５２ 開口部
２０，４０，４２ ドラム
２２ 第２駆動装置
２３，５３ ケーシング
２４ 排出口
２７ 漏斗部
２８ 分離排出管
２９ ドラム２０の端部
３０，４５，１０２，２０２ プレッサ
３０ａ，４５ｂ プレッサリング
３０ｅ 位置規制手段
３８ 排出カバー
４１ ドラムローラ
４２ａ ドラム４２の端部
４５ａ スプリング
４６，４７ スプロケット
４８ 被処理物供給配管
５１ 注入口
５９ 排出口
９８，９９ ろ過室
１０１，２０１ 被処理物の投入口
１０４，２０４ 固形分排出口
Ａ ドラム２０の回転速度（ｍｉｎ^-1）
Ｂ＝Ｎ−Ａ＝ スクリュー差速（ｍｉｎ^-1）
Ｃ＝Ａ／Ｂ＝Ａ／（Ｎ−Ａ） 速度比
Ｄ〜Ｆ 被処理物の位置
ｄ スクリュー羽根１３ｂの外径
ｄ´ ドラム２０の内径
Ｊ 分離液
Ｎ スクリュー軸１３ａの回転速度（ｍｉｎ^-1）
Ｑ 背圧
Ｓ１ 脱水ケーキの含水率と速度比Ｃの相関関係を求める工程
Ｓ２ 工程Ｓ１により求めた脱水ケーキの含水率と速度比Ｃとの相関関係に基づいて、脱水ケーキの含水率が目標値以下となるように速度比Ｃを設定する工程
α，β，δ 隙間

Claims (3)

1. ドラム（２０）とスクリュー（１３）とが同一方向の速度差を持って回転するスクリュープレスにおいて、前記ドラム（２０）の回転速度（Ａ）と前記スクリュー（１３）の回転速度（Ｎ）を、同一回転方向で所定の範囲の速度比（Ｃ＝Ａ／（Ｎ−Ａ））により運転することを特徴とするスクリュープレス運転方法。
2. 前記ドラム（２０）の回転速度（Ａ）と前記スクリュー（１３）の回転速度（N）との差であるスクリュー差速（Ｂ＝Ｎ−Ａ）を一定に保ちながら、前記スクリュー（１３）の回転速度（Ｎ）と前記スクリュー差速（Ｂ＝Ｎ−Ａ）との速度比（Ｃ＝Ａ／（Ｎ−Ａ））を変化させ、被処理物を脱水することにより、脱水ケーキの含水率と前記速度比（Ｃ）の相関関係を求める工程（Ｓ１）と、前記工程（Ｓ１）により求めた脱水ケーキの含水率と前記速度比（Ｃ）との相関関係に基づいて、脱水ケーキの含水率が目標値以下となるように前記速度比（Ｃ）を設定する工程（Ｓ２）とを備えることを特徴とする請求項１に記載のスクリュープレス運転方法。
3. 前記被処理物が下水消化汚泥、下水混合生汚泥または生物処理汚泥である場合、前記ドラム（２０）の回転速度（Ａ）を０．０５ｍｉｎ^-1以上１０．０ｍｉｎ^-1以下に設定し、前記速度比（Ｃ）を０．１以上８．０以下に設定して回転させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスクリュープレス運転方法。
   

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