JP2008043862A - 静置式汚濁水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属製板状リング体に特殊な凹凸加工を形成することで、数ミクロンの水分と固形分の分離を容易にする共に、高度処置型で且つ静置式を可能とする技術を提案する。
【解決手段】 本発明の静置式汚濁水処理装置は、板状に形成した金属製リング体を２枚以上積層させて筒状の積層体を形成し、中空室と外周室のいずれか一方を負圧にする濾過体にあって、該板状のリング体の接合面に、（ａ）徐々に深くなる傾斜状のテーパ溝をキサゲ加工等によって表面に微細凹凸を刻設し、（ｂ）該テーパ溝が互いにジグザグ状に交差して接合境目を形成し、（ｃ）該テーパ溝を連続的に接続させて流路を形成した金属濾過構造体を形成する。該金属濾過構造体を中空室を密閉状態にし、外周側の汚濁物質の水分のみを負圧吸引して外部に排出すると共に、外周に蓄積された固形物を逆栓またはその外周を擦ることによって除去することを特徴とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、水分と固形分を分離する作用に優れた屎尿等汚濁水処理装置の金属濾過構造体に関し、更に詳細には、該金属濾過構造体が高度処理型で、水分は静置式金属濾過構造体の内周側に吸引させ、固形分は外周側に保持して、水分と固形分を分離する構造の汚濁水処理装置に関する。

屎尿処理装置において、水分と固形分を分離するためのフィルターは、従来より、繊維フィルターや不織布製フィルターが使用されている。該フィルターは網目構造を持っているので、使用頻度が多い場合や脱水汚物などの種類に由っては、この網目は目詰まりを起こし、あるいは屎尿の大部分を通過させるなど、フィルターとしての機能を果たすことができなくなり、フィルター交換が絶えず必要であった。更に、交換には人手が掛かり、悪臭もあるため、交換は容易でないという問題が指摘されている。
一方、濾紙等によらず、繰り返し使用の可能な金属濾過体として、特許文献１が存し、その概要は、揚げ油が収容される油槽内にコイルばね形濾過材を設け、該濾過材本体における径方向の内側と外側のうちの一方から流体を流入させ、他方から流出させて該流体を濾過する濾過材であって、前記濾過材本体に径方向へ横断する複数の流体流通溝を該本体の全長にわたって一定間隔毎に形成し、前記流体流通溝における上流側開口の断面積を下流側開口の断面積よりも大きく設定している。
しかし、上記の特許文献１の技術は、揚げ物等の滓を対象としたものであり、本発明の対象とする水分と固形分が混合された屎尿等汚濁物質に対しては、その殆どが該濾過材を通過してしまい、濾過機能を期待できないものである。

特開２００５−１８６０２０号公報

そこで本発明は、金属の剛性と溝寸法精度の高さに着目し、金属製板状リング体に特殊な凹凸加工を形成することで、上記繊維フィルターや不織布製フィルターに比べて大幅に使用回数を向上して、水分と固形分の分離を容易にする技術を提案すると共に、高度処置型で且つ静置式を可能とする技術を提案するものである。

上記目的を達成するために、本発明請求項１記載の静置式汚濁水処理装置にあっては、
板状に形成した金属製リング体を２枚以上積層させて筒状の積層体を形成し、該筒状積層体の内周側と外周側とで形成される中空室と外周室のいずれか一方を負圧または加圧することで汚水を流動させる濾過体にあって、
該板状のリング体の接合面に、（ａ）内周側又は外周側に向かって徐々に深く又は浅くなる傾斜状のテーパ溝を、キサゲ加工等によって表面に微細凹凸を刻設しつつ所定長さに形成し、（ｂ）該所定長さのテーパ溝が互いにジグザグ状に交差して前後方向に接合境目を形成しつつ、（ｃ）該テーパ溝を外周側から内周側又は内周側から外周側に向かって連続的に接続させて、流路を形成した金属濾過構造体を形成し、
該金属濾過構造体の内周側で形成される中空室を密閉状態にして、真空ポンプで当該室内を負圧にするに従って該金属濾過構造体の外周側に存する屎尿等汚濁物の水分のみを負圧吸引して外部に排出すると共に、該金属濾過構造体の外周に蓄積された固形物を逆栓またはその外周を擦ることによって除去することを特徴とする。

請求項２記載の静置式汚濁水処理装置は、該板状のリング体の接合面に流路を形成するにあたって、該所定長さのテーパ溝が互いにジグザグ状に交差して前後方向に接合境目を形成することに加えて、左右方向いずれか一方が深く又は浅くなる傾斜状のテーパ溝とし、該テーパ溝を左右方向にも接合境目を形成することを特徴とする。

請求項３記載の静置式汚濁水処理装置は、該金属濾過構造体の筒状積層体部と密閉室の接合部分を、該汚濁水処理装置の上タンクと下タンクの仕切り中壁で仕切られることを特徴とする。

請求項４記載の静置式汚濁水処理装置は、スラッジ押出しシャフトに平板を介してらせん細棒と溶接緊結して成るスクリューポンプ型押出し機を付設することを特徴とする。

本発明の懸かる静置式汚濁水処理装置は、内周側又は外周側に向かって徐々に深く又は浅くなる傾斜状のテーパ溝を施し、該金属製板状リング体を積層した構造体であるので、外周又は内周に存する大きな固形分は該テーパ溝の入口で堰き止められる。
もし、内部に侵入しても、所定長さのテーパ溝が互いにジグザグ状に交差して接合境目が形成されているので、その境目の高低差により、固形分が堰き止められ濾過効果が発揮され、この作用がジグザグ状の交差が存するたびに繰り返される。同時に、流路におけるキサゲ加工等によって刻設された微細な凹凸面によって、非常に微細な固形分も吸収されて濾過される。従って、水分と固形分が混合された屎尿等汚濁物質が該金属濾過構造体の中心に向かうに従って濾過が成され、水分のみを内周側に向かわせることができ、固形分は外周側に残留させることができる。
又、本発明処理装置は、金属濾過構造体を現場に据付けているので、大量に連続して屎尿等汚濁水の処理ができる。回転式の金属濾過構造体で水分と固形分を分離するので、設置面積が小さく、シンプルで故障が少ない。回転式であるので、該金属濾過構造体の外周面に残存した固形分は、逆栓で排出口に落とし込み、もしくはスクレーパーで容易に除去ができる。更に、ランニングコストは小さく、フィルター交換がない。
又、請求項２に記載の如く、内周側又は外周側に向かって徐々に深く又は浅くなると共に、左右方向にもいずれか一方が深く又は浅くなる傾斜状のテーパ溝とし、且つ、該所定長さのテーパ溝をジグザグ交差した接合境目を形成すると共に左右方向にも接合境目を形成すれば、接合境目による濾過作用は、ジグザグ交差部における境目に加えて、左右方向における境目においても発揮され、その効果が倍増する。
上記金属製板状リング体をステンレス製とすれば、アルカリ性、酸性いずれにも強く、錆び難い。剛性があるので変形し難く、真空ポンプで水分を吸引することに耐え、長期的に且つ連続的に水分と固形分の分離機能を付与することができる。
更に、請求項３に記載の如く、該金属濾過構造体の筒状積層体部が下タンクに位置しているので、水分と固形分の混合物の内、水分を濾過吸引することができ、上タンクにその水分だけを送ることができる。上下タンクは中壁で仕切られているので、上タンクに送られた水分は下タンクに戻ることはなく、水分と固形分が再び混合されることはない。高度な分離機能を維持することができる。
請求項４に記載の如く、該金属濾過構造体により形成された固形分は、スクリューポンプ型押出し機に落とし込まれるので、更に濃縮されながら該処理装置外に排出することができる。金属製平板をらせん状にして押出しシャフトに旋回させているので、該固形分を刻みながら小圧力で押し出すことができる。

そこで、以下、本発明の実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１〜図３は金属製板状リング体に関し、図４〜図５は該金属製板状リング体を含んだ屎尿処理装置に関して説明する。

図1は、金属製板状リング体１の（イ）全体平面図および（ロ）全体断面図を示す。（イ）全体平面図に現れている縞状の形体は、角棒刃具にて外周側から内周側に向かってキサゲ加工で刻設し、金属製板状リング体平面２全面に凹部を形成したものである。即ち、テーパ溝２ａは外周４に面し、濾過前の水分と固形分の混合物が一次濾過される開口部７を有すると共に、各テーパ溝２ａは互いに同じ長さの傾斜面を保持して並列を保っている。更にテーパ溝２ａと次に繋がるテーパ溝２ｂは直列に重なりながら連続的なジグザグ形状の溝として刻設されるものである。従って、その溝は金属製板状リング体１の外周４から内周６に向かって形成されることになり、該連続溝の流れに沿って濾過されることを示している。
ここでキサゲ加工とは、キサゲ工具を用い、局部的に削り、摺り合わせをしながら、微小な凹凸面を有する面に仕上げていくことをいう。
（ロ）全体断面図において、金属製板状リング体１の金属製板状リング体平面２には上記テーパ溝２ａとテーパ溝２ｂの加工が成され、その厚さを金属製板状リング体断面３で表した。その厚さは、金属濾過材として使用する空気圧に対して容易に変形が起こらない厚さとした。

図２は、上記図１の金属製板状リング体平面２の一部を拡大し、（イ）拡大平面図、（ロ）拡大前後方向断面図および（ハ）拡大左右方向断面図を示す。
図２（イ）は上記傾斜面テーパ溝２ａとテーパ溝２ｂの刻設状況を示し、上記図1に示す通り、テーパ溝２ａとテーパ溝２ｂはジグザグに折れ曲がりながら交差し、その接合部で境目を形成し、それがテーパ溝２ａ、テーパ溝２ｂ、テーパ溝２ｃ・・と直列に繋がりながら外周４から内周６に向かっていることを示している。
更に、図中の矢印は外周４から内周６に向かう濾液の流れを表し、その流れが濾過の途中で分岐や合流がある流路を模式的に表した。分岐や合流のある流路は、流路長さの増大を表し、濾過効率が良い。
このとき、テーパ溝２ａとテーパ溝２ｂがジグザグ状に直列に繋がるほか、左右方向のテーパ溝２ａとテーパ溝２ａ同士が並列に繋がって、その接合部で境目を形成させることができる。左右方向の接合を保持しつつ、前後方向へテーパ溝の接合境目が形成されると、繰り返しの濾過作用となって、その効率は倍増されることとなる。ここで前後方向とは、金属製板状リング体１の外周４側から内周６側に向かう方向をいう。
図２（ロ）は、上記図２（イ）のＡＢ断面を示し、上記キサゲ用角棒刃具にて形成される一次開口部７からテーパ溝２ａの傾斜面を形成すると共に、テーパ溝２ｂの同じに狭い二次開口部の刻設状況を示している。
テーパ溝２ａの詳細に、図中の傾斜面の右側が浅く、左の部分が深くなる形状とした。懸かる右の深さ部分が濾過をする固形分の開口部７となり、水分のみが通過できる深さを成す狭い開口部を形成している。この狭い開口部が、即ち、接合部で境目を形成し、濾過を形成することとなる。即ちこの濾過機構は、該フィルターの内周６側から空気圧にて減圧し、外周４に存在する固形分と水分は、テーパ溝２ａ部の狭い開口部から無理矢理引き込まれることになり、その一方で、該空気圧では引き込まれない大きな固形分は該狭い開口部の入口で堰き止められて通過が困難となり、水分と微細な固形分は該狭い開口部の入口を通過し、傾斜面を流路５としながら、傾斜奥のテーパ溝２ａ部の深い部分に流入して、第１次濾過を完了する。
次の段階で、上記滞溜した水分と微細な固形分８は、繋がっている次のテーパ溝２ｂの狭い開口部からテーパ溝２ｂ傾斜面の凹みに向かって引き込まれ、第２次濾過となる。この機構を順次、第３次濾過、第４次濾過と繰り返し、最終的に金属製板状リング体１の内周６側においては、水分のみが該流路５を通過することになり、その結果、上記混合物は固形分と水分に完全に分離することになる。
図２（ハ）は、上記図２（イ）のＣＤ断面を示し、テーパ溝２ａとテーパ溝２ａとを左右方向に並列に繋げて、その接合部で境目を形成させる状態を示した図である。
この図にある溝の左右方向の深さは、図中の傾斜面の左の深さ部分が浅く、右の深さ部分が深い形状とした。懸かる左手前部分が濾過をする固形分の開口部７となり、この開口部７が水分のみを通過させる深さを形成している。即ち、前後方向にある狭い開口部のテーパ溝２ｃから入った水分は、左右方向に方向変換された後、テーパ溝２ｄに流れ、テーパ溝２ｃとテーパ溝２ｄの接合部で境目を形成し、新たな濾過を形成することとなる。上記直列に繋がった前後方向のテーパ溝２ａとテーパ溝２ｂと同様に左右方向の境目においても濾過作用を発揮し、左右方向を保持しつつ、前後方向へテーパ溝の接合境目が形成されると、繰り返しの濾過作用となって、その効率は倍増されることとなる。

図３は、傾斜面テーパ溝２ａの流路５の拡大断面図を示す。図３（イ）は傾斜面流路を示し、図３（ロ）は傾斜面の流路横断面を示した。
外周４に存在する濾過前の粒子径の大きい固形分９と水分は、テーパ溝２ａ部の狭い開口部７から無理矢理引き込まれることになるが、該粒子径の大きい固形分９は外周４に取り残され、第１次濾過を完了する。テーパ溝２ａに吸入された水分と数ミクロンの微細な固形分８は、キサゲ加工を施した面粗度１〜５μｍを有している該流路５を通過する。この面粗さの谷間にも微細な固形分８は一時的に捕獲されながら、この流路中において水分と固形分の分離が行われて、その流速差が生まれながら傾斜奥の深い部分に流れ込んだ微細な固形分が溜まる。
続けて押し込まれてくる水分と微細な固形分は、次の傾斜面の流路へ押し出される。これを繰り返すことにより、固形分は徐々に流路中に残り、最終的には水分のみが該流路を通過する。その結果、固形分と水分は完全に分離することになる。
一方、図３（ロ）は傾斜面の流路横断面を表している。この断面波形は、紙面の上部から下部に向かってキサゲ加工が施されたことを示し、キサゲ工具の先端部分と上記リング体面との接点が掃引によって形成されたことを示している。
懸かる紙面の上部が濾過をする固形分の開口部７となり、この開口部７から水分と微細な固形分８が通過し、そのまま前後方向へ進行する。これ以降、上記図２（ハ）で説明したように前後方向から左右方向に流路が変更されると、該断面波形は微細な固形分８を捕獲する機能に変わり、水分のみが左右方向に進行することになって、テーパ溝の接合部で境目を形成し、新たな濾過を形成することとなる。

金属製板状リング体の材質は錆び難いステンレス鋼で、適度な硬度を有する材料が良い。

次に、上記金属濾過構造体を高度処理型で静置式屎尿処理装置とし、その実施の形態を図４および図５に基づいて説明する。
図４は、静置式屎尿処理装置２１の正面図である。当該屎尿処理装置２１は、本体中壁２２によって上タンク２３と下タンク２４に仕切られ、該本体中壁２２に本発明の金属濾過構造体２５をフランジで取り付け、溶接止めして固定した。分離処理前の屎尿物質は、下タンク２４の中央に位置する汚水吸入口２６から加圧吸入され、金属製板状リング体の多数枚を積層固定して成る該金属濾過構造体２５の位置にまで充填された後、真空吸引ポンプの吸引力により該金属製板状リング体の外周側から内周側へ清水として水分のみが吸引され、清水排出口２７より当該屎尿処理装置２１の外部へ排出される。
上記、屎尿物質が水分と固形分へ分離する原理は、該金属製板状リング体の平面部に形成されている数ミクロン程度の深さと、且つ該金属製板状リング体の外周側から内周側へジグザグに屈曲しながら連続するテーパ溝を保持していることにある。即ち、該屎尿物質は、金属製板状リング体の多数枚を積層固定して成る金属濾過構造体２５の外周側から内周側へ真空吸引ポンプを介して吸引される。その負圧力により、外周側に存する該屎尿物質中の大きな固形分は該テーパ溝の入口で堰き止められて、該金属濾過構造体内に進入することが困難となり、外周側に残留させることができる。粒子の小さい水分は該金属濾過構造体内に進入することができ、該金属濾過構造体を構成する金属製板状リング体が持つ平面部に形成されている数ミクロン程度の深さを有するテーパ溝を通過し、水分のみが該金属濾過構造体２５の内周側へ吸引される。
ここで、もし水分と数ミクロン程度の細かい固形分が混合された屎尿物質やゲル状物質であって、該金属濾過構造体２５の内周側へ吸引されても、内周側へ抜け出るまでには、ジグザグに屈曲した新たなテーパ溝をいくつも通るので、該金属濾過構造体の中心に向かうに従って濾過が成され、水分のみを内周側に向かわせることができる。内周側へ抜け出たときには、完全に固形分を含まない水分のみになっている。
該金属濾過構造体２５の内周側に水分が吸引されると、該金属濾過構造体２５の外周側に固形分が徐々に蓄積されることになる。この状態のままでは水分が吸引されなくなるので、その外周を洗浄するために、清水排出口２７からの逆栓により該金属濾過構造体２５の内周側から外周側に向けて清水を逆流させる。該固形分は下タンク２４の内壁で受け、固形分の比重の大きさを利用して自然落下させ、該下タンク２４の底に配設されたスクリューポンプ型押出し機２８にて水平に押出し、その先端部より屎尿スラッジとして当該屎尿処理装置２１の外部へ排出される。逆栓とは、金属濾過構造体２１の外側とは逆の内側から圧力をかけて、外周に付着した固形物を内側からの噴射圧で除去することをいう。

図５（イ）は、本発明のスクリューポンプ型押出し機２８の外観平面図を示す。押出し機２８のシリンダー２９に屎尿スラッジ落し口３０を設け、逆栓によって排出された屎尿スラッジをこの落し口３０から押出し機２８内に落とし込む構造とした。更にこの落し口３０は、４〜５個連続させた構造とし、シリンダー２９の強度を高め、開口のために押出し時に発生するシリンダーのねじれによる歪を押さえた。
図５（ロ）は、本発明のスクリューポンプ型押出し機２８のスクリュー部側面図を示す。スクリューの主軸であるスラッジ押出しシャフト３１は中空のパイプを使用し、軽量で且つねじれを押さえた。シャフト３１の外周には細い棒をらせん状に配設し、所々においてシャフト３１とらせん細棒３２を、金属製平板３３を介して溶接し、らせん細棒３２を緊結支持した。更に、該スラッジ押出しシャフト３１はピローブロック３４で保持し、シャフト３１の円滑な回転を得た。その結果、該シリンダー２９内の屎尿スラッジは、ほぐされながら送られるので、屎尿の水分でスラッジ状になり、負荷は小さく、スラッジ出口３５より容易に押出される。スクリューは一般的には押出す材料に圧力を掛けて進ませるが、本発明のらせん細棒３２が押出す材料に圧力を掛けないで屎尿物質をほぐしながら進ませている。
図５（ハ）は、本発明のスクリューポンプ型押出し機２８の正面図を示す。ボルト４個で押さえ板３６を固定し、屎尿スラッジを正面に押出さないで、下方へ落とし込む方法とした。

本発明では、スクリューポンプ型押出し機２８を逆栓後の屎尿スラッジの排出方法とした。本押出し機以外に、モーノポンプ型、プランジャーポンプ型、ギアポンプ型などのポンプ型種も押出し方法として使用でき、本屎尿処理装置に搭載が可能である。

本発明は、屎尿等汚濁水の水分と固形分を容易に分離し、環境汚染を抑え、少ないエネルギーで固形分を燃焼廃棄するために不可欠な方法であり、長期に使用でき、且つ小型化が可能である。
上記金属製板状リング体はステンレス製であるので、アルカリ性、酸性いずれにも強く、錆び難い。剛性があるので変形し難く、真空ポンプで水分を吸引することに耐え、長期的に且つ連続的に水分と固形分の分離機能を付与することができる。

本発明は、屎尿処理のみならず、濁水汚水処理などに広く利用され得る。

本発明の金属製板状リング体の全体平面図および全体断面図。 本発明の金属製板状リング体の拡大平面図、拡大前後方向断面図および拡大左右方向断面図。 本発明の金属製板状リング体の傾斜面流路および流路横断の拡大断面図。 本発明の静置式汚濁水処理装置の正面図。 （イ）は本発明のスクリューポンプ型押出し機の外観平面図、（ロ）は本発明のスクリューポンプ型押出し機のスクリュー部側面図、（ハ）は本発明のスクリューポンプ型押出し機の正面図。

符号の説明

１ 金属製板状リング体
２ 金属製板状リング体平面
２ａ テーパ溝
２ｂ テーパ溝
２ｃ テーパ溝
２ｄ テーパ溝
３ 金属製板状リング体断面
４ 外周
５ 流路
６ 内周
７ 開口部
８ 微細な固形分
９ 濾過前の粒子径の大きい固形分
１０ 密閉室
２１ 静置式屎尿処理装置
２２ 本体中壁
２３ 上タンク
２４ 下タンク
２５ 金属濾過構造体
２６ 汚水吸入口
２７ 清水排出口
２８ スクリューポンプ型押出し機
２９ シリンダー
３０ 屎尿スラッジ落し口
３１ スラッジ押出しシャフト
３２ らせん細棒
３３ 金属製平板
３４ ピローブロック
３５ スラッジ出口

Claims (4)

1. 板状に形成した金属製リング体を２枚以上積層させて筒状の積層体を形成し、該筒状積層体の内周側と外周側とで形成される中空室と外周室のいずれか一方を負圧または加圧することで汚水を流動させる濾過体にあって、
   該板状のリング体の接合面に、（ａ）内周側又は外周側に向かって徐々に深く又は浅くなる傾斜状のテーパ溝を、キサゲ加工等によって表面に微細凹凸を刻設しつつ所定長さに形成し、（ｂ）該所定長さのテーパ溝が互いにジグザグ状に交差して前後方向に接合境目を形成しつつ、（ｃ）該テーパ溝を外周側から内周側又は内周側から外周側に向かって連続的に接続させて、流路を形成した金属濾過構造体を形成し、
   該金属濾過構造体の内周側で形成される中空室を密閉状態にして、真空ポンプで当該室内を負圧にするに従って該金属濾過構造体の外周側に存する屎尿等汚濁物の水分のみを負圧吸引して外部に排出すると共に、該金属濾過構造体の外周に蓄積された固形物を逆栓またはその外周を擦ることによって除去することを特徴とする静置式汚濁水処理装置。
2. 該板状のリング体の接合面に流路を形成するにあたって、
   該所定長さのテーパ溝が互いにジグザグ状に交差して前後方向に接合境目を形成することに加えて、左右方向いずれか一方が深く又は浅くなる傾斜状のテーパ溝とし、該テーパ溝を左右方向にも接合境目を形成することを特徴とする請求項１記載の静置式汚濁水処理装置。
3. 該金属濾過構造体の筒状積層体部と密閉室の接合部分を、該汚濁水処理装置の上タンクと下タンクの仕切り中壁で仕切られることを特徴とする請求項１〜２記載の静置式汚濁水処理装置。
4. スラッジ押出しシャフトに平板を介してらせん細棒と溶接緊結して成るスクリューポンプ型押出し機を付設することを特徴とする請求項１〜３記載の静置式汚濁水処理装置。