JP2007075748A - 固液分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実効稼働率が高い、ピストンとシリンダーによる圧搾プレス方式による固液分離装置の提供。
【解決手段】内部に左右に移動可能なフリーピストン４をもち、長手方向の両端に固液混合物を挿入する通路とこれに連結する弁および脱液された固体成分を排出する通路とこれに連結する弁をもつ内筒ケーシング２と、この内筒ケーシング２の両端部の一部に各々独立したろ過部５と、それぞれのろ過部の外周にろ過部覆う形で閉空間を構成する外筒ケーシング３と、それぞれの閉空間に通じる通路とこれに連結する弁と、固液混合物を搬送、圧入するポンプ６を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、豆乳、ジュース等の搾汁、ならびに製紙スラッジ、汚泥水、生ごみの脱液減容など搾液、脱液を目的とする固液分離装置に関する。

従来から固液分離装置はいくつかの方式が実用化されている。代表的な方式として外周に網目等液体を通す間隙持つ筒状ケーシングの内側にスクリューコンベアを配置し、このスクリューコンベアにて固液混合物に圧力をかけ液体を筒状ケーシング外に排出し内側に残る固体の液体比率を減じる方法がある。特公平０７−０１０４４０、特公平０６−０４２９２８は、この方式の課題のひとつである間隙部のめずまりを防止することを目的としている。

他の方式として、ピストンと筒状ケーシングによる圧搾プレス方式がある。外周に網目等液体を通す間隙持つ筒状ケーシングとその内側にピストンを配置し、このピストンにより固液混合物に圧力をかけ液体を筒状ケーシング外に排出し内側に残る固体の液体比率を減じる。特開平８−１９８９７は、この方式の課題点の一つである固体の取り出しに関する。
特公平０７−０１０４４０ 特公平０６−０４２９２８ 特開平８−１９８９７

従来汚泥の脱水等に広く使われているスクリュープレス式固液分離装置の原理は、網目等ろ過機能を持つ筒状ケーシングと内蔵するスクリューにより構成される。スクリューのピッチは搬送方向に向かって減少している。又、排出口には受圧板が設けられている。このためスクリューによる固液混合物の前進力は圧力に変換され、ろ過部から脱液される。このときスクリュー羽根と固液混合物のすべり抵抗が筒状ケーシングと固液混合物とのすべり抵抗を上回ると、固液混合物はスクリューと一緒に回転し前進不能となる。この圧力を高めるためには筒状ケーシングの同一区間において、固液混合物が接する筒状ケーシングの表面積を固液混合物が接するスクリューの表面積とくらべて十分大きくする必要がある。具体的にはスクリュー軸を徐々に太くし、スクリューの表面積を徐々に減じる方法等がある。この場合固液混合物の搬送量は大幅に減少する。即ち、スクリュープレス式の固液分離装置において、処理量と脱液能力とは原理的に相反する課題であり、例えば汚水を大量に処理する用途では脱水汚泥の水分率は８２−８３%が限度である。更に脱液率をあげる、言い換えれば脱水汚泥の水分率を下げるためには、固液混合物の内部圧力を高める必要があるため処理量は激減する。

ピストンによる圧搾プレス方式は、内部圧力を高めることが容易である。この方式の課題として、ピストンの往復運動のため実効稼働率が５０%と低い、ピストンを駆動させる油圧シリンダーが筒状ケーシングと同軸上に突き出し、処理量あたりの寸法が大きくなる等があげられる。

更に上記の両方式の共通の課題としてフィルターの目詰まりによる脱液率の低下がある。

上記課題は以下の手段により解決される．
請求項１は、固液混合物から固体と液体を分離させる固液分離装置にあって、内部に左右に移動可能なフリーピストンをもち、長手方向の両端に固液混合物を挿入する通路とこれに連結する弁および脱液された固体成分を排出する通路とこれに連結する弁をもつ内筒ケーシングと、この内筒ケーシングの両端部の一部に各々独立したろ過部と、それぞれのろ過部の外周にろ過部覆う形で閉空間を構成する外筒ケーシングと、それぞれの閉空間に通じる通路とこれに連結する弁と、固液混合物を搬送、圧入するポンプを具備することを特徴としている。これにより一台のスラリーポンプ又は汚泥ポンプとシステムのバルブ制御により、往復圧搾プレス方式のコンパクトかつ高効率な高圧脱液が可能となる。

請求項２は、前記内筒ケーシングのろ過部と外筒ケーシングにて形成される閉空間に、ろ過部の網目またはスリットを逆洗浄するための第２の通路および第２の弁を具備すること特徴とする請求項１に記載する固液分離装置である。 これにより網目、スリットの目詰まりの解除が可能となる。

請求項３は、請求項１に記載される脱液された固体成分を排出する弁が、固体成分を排出する通路を横切る断面に沿ってスライド可能な受圧兼排出ブロックとこの受圧兼排出ブロックをスライドさせるアクチュエーターにて構成されることを特徴とする請求項１、請求項２に記載する固液分離装置である。これにより、高脱液され流動性を失った固体成分の安定的な排出が可能となる。

本発明によれば以下に記す顕著な効果を奏する。
直線状に圧縮するため高圧圧縮が容易であり、圧力に依存する高脱液が可能となる。
ピストンの両側から交互に固液混合物が挿入できかつ相対する排出口から固体成分が交互に排出されるため装置がコンパクトになる。
１台のスラリーポンプ等を同じ方向に連続的に作動させるため効率的である。
又、上記スラリーポンプは完成度高い実用的な製品が容易に入手できる。
脱液の排出部が閉空間であり、バルブ操作で逆洗浄が可能である。このため目詰まりが解除でき、安定した脱液が可能となる。
高圧力の脱液により固体成分が流動性を失い、排出が困難な場合でも請求項３により安定した排出が可能となる。

本発明を実施するための形態を図１〜３を参照にしながら以下に詳述する。
図１は本実施の形態にかかわる固液分離装置の縦断面概略図であり、本体１は、内筒ケーシング２と外筒ケーシング３により構成され、内筒ケーシングには左右に移動可能なフリーピストン４が内蔵されている。内筒ケーシング２の両端の一部にはその外周に固液を分離するろ過部（網目）５が設けられ、この部位を覆う形で外筒ケーシング３による閉空間が設けられている。軸方向のろ過部（網目）の長さはフリーピストンの長さの１／２以下となっている。左右の閉空間にはそれぞれ排水自動弁（左）Ｖ１、排水自動弁（右）Ｖ２が連結されている。また内筒ケーシング２の両端には、左右それぞれに汚水自動注入弁（左）Ｖ３と脱水汚泥自動排出弁（左）Ｖ５と逆洗浄弁（左）Ｖ７、汚水自動注入弁（右）Ｖ４と脱水汚泥自動排出弁（右）Ｖ６と逆洗浄弁（右）Ｖ８が設けられている。更に左右の汚水自動注入弁（左）Ｖ３と汚水自動注入弁（右）Ｖ４には汚水を注入するポンプ６が配管にて接続されている。

図２は本実施の形態に係わる固液分離装置の動作を示す説明図である。以下この図を参照して汚泥脱水を例として、動作について詳述する。

ステージ１はこの固液分離装置が稼動中のあるタイミングの状態を示している。この状態では、フリーピストン４が右側にあり、Ｖ４とＶ１が開、かつその他のバルブは閉である。汚水は、ポンプ６によりＶ４をとおしてフリーピストン４の右側に圧入される。フリーピストンは左側に移動を開始する。フリーピストン４の左側には前工程にて汚水が充満している。

ステージ２に示すようにフリーピストン４は左側に移動する。このときフリーピストン４の左側の汚泥に含まれる水分等の液体は内筒ケーシングに設けられた網等の間隙をとおして内筒ケーシングと外筒ケーシングで形成されるドーナツ状の排水空間へ押し出され、Ｖ１を通って排出される。この過程で内筒ケーシングには網目を通らない固形分比率が上昇する。ステージ２の動作を継続するとフリーピストンの左側の圧力は徐々に上昇し、右側のポンプの能力に起因する最大挿入圧力に近いずいてくる。

ステージ３は脱水汚泥の押し出し工程を示している。フリーピストンの左側の圧力が規定の圧力に達したときＶ５を開として脱水汚泥を左側に排出する。フリーピストンの先端形状と内筒ケーシングの形状はできるだけ固形分を内筒ケーシングに残さずかつスムースに排出できるよう先端を円錐台形とした。又、排出口は円筒ケーシング軸線に対して横向きでも成り立つが好ましくは本例に示すよう軸線の方向へ排出するほうが排出抵抗が少なくてよい。

ステージ４はフリーピストンの動きが左から右に切り替わった状態を示している。Ｖ３とＶ２は開、その他のバルブは閉である。以下の工程はフリーピストン４の動きが右から左であったステージ１からステージ３の動作と全く裏返しの動作となり脱水汚泥は右側のＶ６から排出される。

以下に排水について詳述する。排水自動弁（左）Ｖ１と排水自動弁（右）Ｖ２は、説明図では排水空間の上方につけてあるが横、下方でもよい。しかしながら排水空間は常に排水で満たしておいた方が目詰まりが少ないため上方につけることが望ましい。固液分離装置の共通の課題のひとつであるろ過部のめずまりを解除するため排水空間に逆洗浄弁（左）Ｖ７と逆洗浄弁（右）Ｖ８を設けた。ポンプ６を停止し、かつ汚水自動注入弁（左）Ｖ３と汚水自動注入弁（右）Ｖ４を開とし、排水自動弁（左）Ｖ１と排水自動弁（右）Ｖ２を閉、かつ逆洗浄弁（左）Ｖ７と逆洗浄弁（右）Ｖ８を開とし注水することによってメッシュまたは網目は逆洗浄される。洗浄水はポンプを通して汚水槽へ逆流する。尚、汚水自動注入弁（左）Ｖ３と汚水自動注入弁（右）Ｖ４は、三方弁として汚水自動注入の他にろ過部清掃時のドレーン弁を兼ねさせることができる。

本発明に係わる固液分離装置において、脱水率に直接関係する内圧の最大値は、使用するポンプにより異なる。本実施例では最大８ｋｇ／ｃｍ２の２軸スクリューポンプにて下水汚泥を脱水した。

このとき、内筒ケーシング内の圧力はセンサーにより検出しあらかじめ設定した圧力にて脱水汚泥自動排出弁を開け、汚泥を排出した。結果として２ｋｇ／ｃｍ２にて水分率約８０％を得ることができた。

しかしながら、更に圧力を上げ、水分率を下げると汚泥の流動性がなくなり脱水汚泥自動排出弁が閉塞する場合が生じた。このため以下に説明するプランジャー方式の脱水汚泥自動排出弁を考案した。

図３は、プランジャー式脱水汚泥自動排出弁（左）Ｖ５−Ｐとプランジャー式脱水汚泥自動排出弁（右）Ｖ６−Ｐを具備した固液分離装置の縦断面概略図を示している。この弁は内筒ケーシングの両端にある脱液された固体成分の排出する通路を横切る断面に沿ってスライド可能な受圧兼排出ブロック（左）７と受圧兼排出ブロック（右）８ならびにそれぞれの受圧兼排出ブロックをスライドさせるアクチュエーター（左）９とアクチュエーター（右）１０にて構成される。圧縮工程では左右とも閉であり、汚水注入側と脱水汚泥排出側とも機密を保っている。脱水汚泥排出側がセンサー（図示せず）により所定の圧力に到達した時、該当する受圧兼排出ブロックはアクチュエーターにより引き上げられ開となる。脱水汚泥は該当する受圧兼排出ブロックのあった空間に押し出される。この汚泥は該当する受圧兼排出ブロックを押し下げることにより外部へ排出される。

この動作は、汚泥が排出されるまで繰り返し行うこともできるが、該当する受圧兼排出ブロックが格納される空間を排出される脱水汚泥のボリュームより大きくすることにより１回で排出できる。このプランジャー式脱水汚泥自動排出弁により最大圧７ｋｇ／ｃｍ２までかけることができた。この場合水分率は７０％以下であった。

尚、ポンプの最大圧８ｋｇ／ｃｍ２に対して、汚水注入配管とフリーピストンの摩擦による圧力低下分は約１ｋｇ／ｃｍ２であった。

本発明に係わる固液分離装置は、豆乳、ジュース等の製造に係わる搾汁、汚泥水の処理、生ごみの処理に係わる脱水等、固体と液体の混合物から液体を搾り出す工程に用いられる。ただし固液分離は、例えば製紙スラッジの脱水等工業上広く用いられている技術であり用途は上記に限定されない。即ちポンプで搬送される流動性を有する固液混合物の固体と液体の分離に利用できる。

本実施の形態に係わる固液分離装置の縦断面概略図 本実施の形態に係わる固液分離装置の動作を示す説明図 プランジャー式脱水汚泥自動排出弁を具備した固液分離装置の縦断面概略図

符号の説明

１・・・本体、２・・・内筒ケーシング、３・・・外筒ケーシング、４・・・フリーピストン、５・・・ろ過部（網目）、６・・・ポンプ、Ｖ１・・・排水自動弁（左）、Ｖ２・・・排水自動弁（右）、Ｖ３・・・汚水自動注入弁（左）、Ｖ４・・・汚水自動注入弁（右）、Ｖ５・・・脱水汚泥自動排出弁（左）、Ｖ５−Ｐ・・・・プランジャー式脱水汚泥自動排出弁（左）、Ｖ６・・・脱水汚泥自動排出弁（右）、Ｖ６−Ｐ・・・・プランジャー式脱水汚泥自動排出弁（右）、Ｖ７・・・逆洗浄弁（左）、Ｖ８・・・逆洗浄弁（右）、７・・・受圧兼排出ブロック（左）、８・・・受圧兼排出ブロック（右）、９・・・アクチュエーター（左）、１０・・・アクチュエーター（右）

Claims (3)

1. 固液混合物から固体と液体を分離させる固液分離装置にあって、内部に左右に移動可能なフリーピストンをもち、長手方向の両端に固液混合物を挿入する通路とこれに連結する弁および脱液された固体成分を排出する通路とこれに連結する弁をもつ内筒ケーシングと、この内筒ケーシングの両端部の一部に各々独立したろ過部と、それぞれのろ過部の外周にろ過部覆う形で閉空間を構成する外筒ケーシングと、それぞれの閉空間に通じる通路とこれに連結する弁と、固液混合物を搬送、圧入するポンプを具備することを特徴とする固液分離装置。
2. 前記内筒ケーシングのろ過部と外筒ケーシングにて形成される閉空間に、ろ過部の網目またはスリットを逆洗浄するための第２の通路および第２の弁を具備すること特徴とする請求項１に記載する固液分離装置。
3. 請求項１に記載される脱液された固体成分を排出する弁が、固体成分を排出する通路を横切る断面に沿ってスライド可能な受圧兼排出ブロックとこの受圧兼排出ブロックをスライドさせるアクチュエーターにて構成されることを特徴とする請求項１、請求項２に記載する固液分離装置。
   

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