JP2007038068A

JP2007038068A - 固液分離装置

Info

Publication number: JP2007038068A
Application number: JP2005222913A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kitada; 浩北田
Original assignee: CMS KK
Current assignee: CMS KK
Priority date: 2005-08-01
Filing date: 2005-08-01
Publication date: 2007-02-15
Anticipated expiration: 2025-08-01
Also published as: JP4704145B2

Abstract

【課題】装置自体を分解することなく、スクリュー外筒およびスクリューに付着した固形物を容易に除去することができ、しかも、長時間にわたる稼働過程においても、固形物排出口が固形物によって閉塞されてしまう事態の発生を未然に阻止できるようにした固液分離装置を提供する。
【解決手段】原液の固体と液体とを比重差によって遠心分離するよう互いに差動回転するスクリュー外筒７と、該スクリュー外筒７内に配されたスクリュー８のそれぞれを備え、原液をスクリュー８からスクリュー外筒７内に導出するように当該スクリュー８の回転軸を筒状に形成し且つその側面に拡散開口部２３を備えた固液分離装置１であって、スクリュー８の筒状回転軸９の周面には、洗浄液導入路２２に連通する複数の噴出口２１を設けている。
【選択図】図３

Description

本発明は、土木建築業におけるシールド汚泥、シートパイル掘削汚泥、ベントナイト等の固液分離処理や減容化、或るいは、用水における湖沼ヘドロ等の除去、各種工場排水の処理等に使用され、各種汚泥の固体と液体とを遠心分離により分けるための固液分離装置に関するものである。

従来において、各種汚泥の固体と液体とを分離するために、スクリュー外筒およびスクリューから成る遠心分離機を利用した種々の固液分離装置が提案されている。

また、従来の固液分離装置は、脱水装置とは独立した構成となっているのが殆どである。すなわち、この遠心分離機は、原液の比重の差で分離するものであって、従来では、濾過材によって形成されたスクリュー外筒内に所謂フロックと称する汚泥固形物が含まれた排水を流し、このスクリュー外筒を回転させることで水だけが濾過材を通過し、濾過材を通過しない固形物はスクリュー外筒内に溜まり、この固形物をスクリューによって掻き出して固形物排出口から排出することにより、汚泥の固液の分離が行なわれるのである。
特になし

しかしながら、従来における固液分離装置においては、運転中に、スクリュー外筒およびスクリューに汚泥の固形物が次第に付着し、長時間にわたる稼働過程において残留固形物によって固形物排出口が閉塞されてしまうため、その都度、固液分離装置を分解して付着固形物を除去するという非常に面倒な作業を要するものであった。

そこで、本発明は如上のような従来存した諸事情に鑑み創出されたもので、装置自体を分解することなく、スクリュー外筒およびスクリューに付着した固形物を容易に除去することができ、しかも、長時間にわたる稼働過程においても、固形物排出口が固形物によって閉塞されてしまう事態の発生を未然に阻止できるようにした固液分離装置を提供することを目的とする。

本発明は、原液の固体と液体とを比重差によって遠心分離するよう互いに差動回転するスクリュー外筒と、該スクリュー外筒内に配されたスクリューのそれぞれを備え、原液をスクリューからスクリュー外筒内に導出するように当該スクリューの回転軸を筒状に形成し且つその側面に拡散開口部を備えた固液分離装置であって、スクリューの筒状回転軸の周面には、洗浄液導入路に連通する複数の噴出口を設けたことによって、上述した課題を解決した。

また、噴出口は、スクリュー外筒およびスクリューに付着した固形物や汚液を洗浄するために、水もしくはリンス液等の洗浄液を噴出することで、同じく上述した課題を解決した。

さらに、噴出口は、空気等の気体を噴出することにより、スクリュー外筒およびスクリューに付着した固形物の含水率を低下させることで、同じく上述した課題を解決した。

また、スクリューは、上部側に配した中空状の太陽歯車軸に連通するように連結され、スクリュー外筒は、中央の太陽歯車軸に沿って複数段に形成した太陽歯車にそれぞれ噛合する複数の遊星歯車を介して連繋する複数段の内周歯部を備えた筒状の筐体回転軸の下部に連結されていることで、同じく上述した課題を解決した。

加えて、太陽歯車軸、筐体回転軸のそれぞれに個別に入力部を有し、筐体回転軸を独立して回転可能にしたことで、同じく上述した課題を解決した。

また、遊星歯車は、太陽歯車軸と筐体回転軸との間で筐体状に配されていることで、同じく上述した課題を解決した。

この他、遊星歯車を非金属材料によって形成し、太陽歯車軸および筐体回転軸をオイルレス化したことで、同じく上述した課題を解決した。

以上のように構成された本発明に係る固液分離装置において、スクリューの筒状回転軸に形成された噴出口から、水またはリンス液等の洗浄液を噴出させることにより、スクリュー外筒およびスクリューに付着した固形物を洗浄除去させる。また、噴出口から空気等の気体を噴出させることにより、固形物の含水率を低下させる。

さらに、中空状の太陽歯車軸に連通するように下部側に連結されたスクリュー、また、筒状の筐体回転軸の下部に連結されたスクリュー外筒は、遠心分離の極小回転数の制御を可能にすると共に、固形物排出口の残留固形物による閉塞を防止している。

本発明によれば、装置自体を分解することなく、スクリュー外筒およびスクリューに付着した固形物を容易に除去することができ、しかも、長時間にわたる稼働過程においても、固形物排出口が固形物によって閉塞されてしまう事態の発生を未然に阻止することができる。

すなわち、スクリューの筒状回転軸に形成された噴出口から水を噴出させることにより、装置自体を分解することなく残留固形物の除去が行える。また、この噴出口からリンス液等の洗浄液を噴出させることにより、スクリュー外筒およびスクリューに付着した固形物の洗浄がワンパスで効率的に行える。さらに、この噴出口から空気等の気体を噴出させることにより、固形物の含水率の低下が容易に実現できる。

この他、中空状の太陽歯車軸に連通するように下部側に連結されたスクリュー、また、筒状の筐体回転軸の下部に連結されたスクリュー外筒を備えているので、遠心分離の極小回転数の制御が可能となり、また、固形物排出口をスクリュー外筒の下部に設けることが可能となるため、残留固形物による固形物排出口の閉塞を防止することができる。

しかも、スクリュー外筒およびスクリューを駆動させるための電動機を、当該スクリュー外筒およびスクリューの上部に設けることができ、従来のように電動機をスクリュー外筒およびスクリューの下部に設置した場合に生じる駆動ベルトによって横持ちされる固形物による閉塞を防止することができる。

具体的な効果としては、従来の固液分離・脱水装置と比較した場合、無機質における固液分離・脱水処理の場合、従来の横型遠心分離機よりもスラッジ含水率において確実に５％〜２０％以上低下させることができる。

また、従来の横型遠心分離機によるフィルタープレスでは、無機質の回収は困難であったが、本発明においては、比重差のある固体および凝集効果のある固体であれば、約０．１ミクロン〜２ミクロン程度の微細粒子も回収することができる。

さらに、従来では清澄性の高い分離液を回収した場合には、スラッジは殆ど脱水されず、しかも、低含水率のスラッジを回収した場合には、分離液もドロドロな粘性状態で排出されるのに比して、本発明によれば、低含水率のスラッジと清澄性の高い分離液を同時に回収することができる。

また、保守においては、従来の横型遠心分離機では装置を停止した場合、本体底部に固形物が凝固してしまい、再起動が困難となるのに対し、本発明では立型構造のため、固形物は自然落下して本体内底部に溜まることが少なく、清掃も水を流すだけで簡単に行える。

加えて、本発明によれば、設置面積が従来の横型遠心分離機に比べて約３分の１で済み、省スペース化が図れる。しかも、高濃度な原液を殆ど希釈せずにこのまま固液分離が行える。特に、無機質の分離・脱水においては薬剤等を必要としない。

その他の効果としては、振動が少なく低騒音型である。スラッジ排出部が開放型であるため、閉塞等のトラブルも無く、２４時間連続して運転することができる。スクリューとスクリュー外筒との回転数の差が少ないため、摩耗が発生し難い。１年に約１回〜２回の点検のみで、連続運転が可能である。スクリュー外筒内に洗浄水、薬液、空気等のいずれかを噴出させることで、内部洗浄が容易に行える。回転数の差を制御することで脱水から濃縮まで幅広く対応することができる。予防保守を基本としたリモートメンテナンスシステムを採用すれば、インターンネット上でどこからでもモニターによる保守管理が行える。高度な制御技術による無人化運転による年間連続運転が可能である。従来は産業廃棄物であったものが、脱水性能が優れていることで、容易に有価物に変換させることができる等の多大なるメリットが見込める。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。本発明に係る固液分離装置１は、原液として、例えば、各種汚泥を固体と液体とに遠心分離して分けるための装置である。この固液分離装置１は、図１乃至図３に示すように、互いに差動回転する円錐のついたスクリュー外筒７と、該スクリュー外筒７内に配された、例えば、二重螺旋状の羽根等によって形成された円錐のついたスクリュー８のそれぞれを装備して、中央遠心分離筒２を備えるように構成されている。また、スクリュー８の二重螺旋状の羽根は、下部になる程、ピッチを小さくしてある。このようにスクリュー外筒７とスクリュー８とに回転差を付与して、例えば、反時計方向に回転させるようにしてある。

例えば、図１に示すように、４段式遊星装置３を駆動させるためのインバータ制御可能な主電動機４と、スクリュー外筒７とスクリュー８とに回転数の差を設けるための差速電動機５とを台座６上に備えている。このとき、主電動機４と差速電動機５とを駆動させるに際し、回生電力が発生するエネルギーを利用することで、消費電力は１台分の駆動系で運転を可能としてある。この場合、主電動機４、差速電動機５自体は低振動で駆動されるため、固液分離装置１の設置基礎工事は自重に耐えられるようにするだけで設置が可能である。

また、金網・メッシュ・ろ布等を使用せず、且つ固液分離装置１の下部はオープンとなっており、このため、スラッジ等の落下を容易なものとしている。また、固液分離装置１を構成する各部品同士のバランスを取り、円錐型の中心に重量が掛かろうとする原理を応用し、且つ３点支持で均等に重量配分をさせて安定構造となっているため、振動は非常に小さく安定したものとしてある。

４段式遊星装置３の上側には、図１に示すように、中央遠心分離筒２内のスクリュー８の筒状回転軸９に通じる原液供給口１０を設け、原液を連続的に投入できるようにしてある。このとき、凝集剤を使用する場合は、原液供給口１０に設けた原液投入フィード口より投入を行なうことで、遠心力による凝集破壊を無くすようにしてある。また、中央遠心分離筒２の側面には、分離水排出口１１を設けている。さらに、中央遠心分離筒２のスクリュー外筒７に通じる台座６下部には、分離固形物を排出するためのスラッジガイドによる固形物排出口１２を設けている。また、差速電動機５には、中継端子箱１３が付設されている。

４段式遊星装置３は、図２に示すように、オイルレス化して成る中空筒状の太陽歯車軸１４の一端に形成した入力ギア１５に、主電動機４の不図示の出力ギアがエンドレスベルト１６を介して連繋している。そして、太陽歯車軸１４に沿ってその下側には、外周に歯部が形成されている、例えば、４段に分割された筒状の太陽歯車１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄが互いに回転できるようにして積み重ねられた状態となって形成されている。これらの太陽歯車１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄのそれぞれには、非金属材料によって形成された複数の遊星歯車１８が回転可能となるように噛合され、しかも、これらの遊星歯車１８自体は４段の各太陽歯車１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄに対して軸受を介して連繋されている。

すなわち、１段目の遊星歯車１８は太陽歯車軸１４に対して回転可能であり、２段目の遊星歯車１８は１段目の太陽歯車１７ａに対して回転可能であり、３段目の遊星歯車１８は２段目の太陽歯車１７ｂに対して回転可能であり、４段目の遊星歯車１８は３段目の太陽歯車１７ｃに対して回転可能である。従って、太陽歯車軸１４の回転数は、４段式遊星装置３によって１段目で１／４、２段目で１／１６、三段目で１／６４、４段目で１／２５６というようにして減速され、４段目の太陽歯車１７ｄの下側に連結されているスクリュー８の回転数を制御している。

遊星歯車１８は、オイルレス化して成る筒状の筐体回転軸１９の内周に４段となって形成された内周歯部２０に、それぞれ噛合されている。そして、筐体回転軸１９の一端に形成した入力ギア１５に、差速電動機５の不図示の出力ギアがエンドレスベルト１６を介して連繋されている。このように太陽歯車軸１４、筐体回転軸１９のそれぞれに個別に入力部を有することで、筐体回転軸１９自体を独立して回転できるようにしてある。

中空状の太陽歯車軸１４の下部には、中央遠心分離筒２における筒状回転軸９を有するスクリュー８が互いに連通して接続されており、これに並行して筐体回転軸１９の下部には、中央遠心分離筒２におけるスクリュー外筒７が接続されている。そして、図３に示すように、筒状回転軸９の略中間には、原液をスクリュー８の筒状回転軸９からスクリュー外筒７内に拡散させるための拡散開口部２３が形成されている。この拡散開口部２３には、分流リブ板構造の均等拡散装置を設けることで、供給された原液をスクリュー外筒７内に角度３６０°に均等に拡散させられるようにしてある。

また、図４に示すように、スクリュー８とスクリュー外筒７との間の上側は開放され、前記分離水排出口１１に連通している。さらに、筒状回転軸９には微妙な角度をつけることで、分離液を集水路に導入する際の上昇圧を付与するようにしてある。

従って、４段式遊星装置３上側の原液供給口１０から投入された原液は、スクリュー８の筒状回転軸９を通って拡散開口部２３からスクリュー外筒７内に導入され、そこで原液は比重の差により固体と液体とに遠心分離された後、液体は分離水排出口１１から分離水として排出され、同時に固体はスクリュー外筒７下部のスラッジガイドによる固形物排出口１２から分離固形物として排出される。このとき、微細な軽い固体を含む比重の小さな液体は、スクリュー外筒７内を上昇して分離水排出口１１から排出され、比重の大きな固体は固形物排出口１２から排出される。

また、スクリュー８の筒状回転軸９の側面には複数の噴出口２１を設け、筒状回転軸９の筒孔と並行して下面側から複数本となって穿設された細管状の洗浄液導入路２２に連通させている。そして、スクリュー外筒７およびスクリュー８に付着した固形物や汚液を洗浄するに際し、噴出口２１から水もしくはリンス液等の洗浄液を噴出させる。

一方、スクリュー外筒７およびスクリュー８に付着した固形物の含水率を低下させる場合には、噴出口２１から空気等の気体を噴出させる。

また、４段式遊星装置３によりスクリュー８とスクリュー外筒７との回転速度差、すなわち、スクリュー８とスクリュー外筒７との回転数の差を適宜設定することで、遠心分離の極小回転数の制御が可能となるようにしている。例えば、主電動機４の駆動回転数を３０００ｒｐｍとし且つ差速電動機５の駆動回転数を２８００ｒｐｍとすることで、減速比が１／２００となり、スクリュー８の回転数が２９９９ｒｐｍ、スクリュー外筒７の回転数が３０００ｒｐｍとなるように極めて僅かな速度差に設定できる。

このとき、スクリュー８とスクリュー外筒７とが同位相になるまでの時間を長くすると、スクリュー８の掻き落とし時間が長くなり、脱水時間も長くなると同時に比重差分離による分離効率が高められる。具体的には、スクリュー外筒７が１分間に４０００回転、スクリュー８が１分間に３９９９．８回転とすると、両者は１分間に約２回転というように僅かな差が生じ、この相対回転数の僅かな差によってスクリュー外筒７内でのスクリュー８による固形物の掻き落とし時間が長くなるのである。

このように、スクリュー８とスクリュー外筒７との回転バランスを１桁台の精度を保つことで、いったん回転が始まればコマの原理と同じように間欠的に駆動を掛けた状態で回転維持するため、極めてエネルギーが省力化されるものとなる。

次に、以上のように構成された本発明の最良の形態について、使用・動作の一例を説明する。

まず、図３に示すように、４段式遊星装置３の主電動機４および差速電動機５を作動させて、中央遠心分離筒２のスクリュー外筒７およびスクリュー８を互いに差動回転させる。このとき筐体回転軸１９を独立して回転させ、スクリュー外筒７のみを回転させても良い。

そして、４段式遊星装置３上側の原液供給口１０から原液を投入し、該原液は中央遠心分離筒２のスクリュー８の筒状回転軸９を通って拡散開口部２３からスクリュー外筒７内に導入される。

そこで、図４に示すように、原液は、固体と液体との比重の差により互いに遠心分離された後、微細な軽い固体を含む比重の小さな液体は推力によりスクリュー外筒７内を上昇して分離水排出口１１から分離水として外部へ排出され、同時にスクリュー外筒７内壁に付着された比重の大きな固体であるスラッジは、スクリュー８によるコンベア状の掻き出しによってスクリュー外筒７下部のスラッジガイドによる固形物排出口１２から分離固形物として排出されて回収される。

中央遠心分離筒２のスクリュー外筒７およびスクリュー８に付着した固形物や汚液を洗浄するに際しては、洗浄液導入路２２を介して噴出口２１から水もしくはリンス液等の洗浄液を噴出する。

また、スクリュー外筒７およびスクリュー８に付着した固形物の含水率を低下させる場合には、洗浄液導入路２２を介して噴出口２１から空気等の気体を噴出させる。

こうすることでスクリュー外筒７およびスクリュー８に付着した固形物を洗浄除去することができると同時に、固形物の含水率を低下させることができ、固形物排出口１２の残留固形物による閉塞を確実に防止している。

本発明は、装置自体を分解することなく、スクリュー外筒およびスクリューに付着した固形物を容易に除去することができ、しかも、長時間にわたる稼働過程においても、固形物排出口が固形物によって閉塞されてしまう事態の発生を未然に阻止できるようにした固液分離装置として、種々の分野において広く利用することができる。また、本装置の用途は主に製造ラインで使用されるが、本装置の性能からして、例えば、工場、下水処理場、河川、湖沼、ダム、農産、観光施設等での有機質系の排水処理関係、あるいは、鉱山、トンネル工事、杭打ち工事、船舶、電力企業、ベントナイト等の無機質係の排水処理関係においても幅広く使用することができる。

固液分離装置の構成例を示すもので、（ａ）は固液分離装置の正面図、（ｂ）は固液分離装置の側面図、（ｃ）は固液分離装置の平面図である。４段式遊星装置の組付状態の一例を示す縦断面図である。スクリューの構成を示す縦断面図である。固液分離の作動原理を説明する断面図である。

符号の説明

１…固液分離装置２…中央遠心分離筒
３…４段式遊星装置４…主電動機
５…差速電動機６…台座
７…スクリュー外筒８…スクリュー
９…筒状回転軸１０…原液供給口
１１…分離水排出口１２…固形物排出口
１３…中継端子箱１４…太陽歯車軸
１５…入力ギア１６…エンドレスベルト
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ…太陽歯車
１８…遊星歯車１９…筐体回転軸
２０…内周歯部２１…噴出口
２２…洗浄液導入路２３…拡散開口部

Claims

原液の固体と液体とを比重差によって遠心分離するよう互いに差動回転するスクリュー外筒と、該スクリュー外筒内に配されたスクリューのそれぞれを備え、原液をスクリューからスクリュー外筒内に導出するように当該スクリューの回転軸を筒状に形成し且つその側面に拡散開口部を備えた固液分離装置であって、スクリューの筒状回転軸の周面には、洗浄液導入路に連通する複数の噴出口を設けたことを特徴とする固液分離装置。
噴出口は、スクリュー外筒およびスクリューに付着した固形物や汚液を洗浄するために、水もしくはリンス液等の洗浄液を噴出する請求項１に記載の固液分離装置。
噴出口は、空気等の気体を噴出することにより、スクリュー外筒およびスクリューに付着した固形物の含水率を低下させる請求項１または２に記載の固液分離装置。
スクリューは、上部側に配した中空状の太陽歯車軸に連通するように連結され、スクリュー外筒は、中央の太陽歯車軸に沿って複数段に形成した太陽歯車にそれぞれ噛合する複数の遊星歯車を介して連繋する複数段の内周歯部を備えた筒状の筐体回転軸の下部に連結されている請求項１乃至３のいずれかに記載の固液分離装置。
太陽歯車軸、筐体回転軸のそれぞれに個別に入力部を有し、筐体回転軸を独立して回転可能にした請求項４に記載の固液分離装置。
遊星歯車は、太陽歯車軸と筐体回転軸との間で筐体状に配されている請求項４または５に記載の固液分離装置。
遊星歯車を非金属材料によって形成し、太陽歯車軸および筐体回転軸をオイルレス化した請求項４乃至６のいずれかに記載の固液分離装置。