JP2009136919A - 汚泥脱水機 - Google Patents

Abstract

【課題】脱水対象汚泥に対してろ過圧力を有効に作用させるものであり、スクリーン内部のろ過ゾーンと脱水ゾーンとにおいて加える力を異なる形態で作用させることを実現するものであり、脱水ケーキの含水率の低下を図ることができる汚泥脱水機を提供する。
【解決手段】複数のスクリュー軸５３、５４を概略平行に、かつ上下の関係位置に配置し、各スクリュー軸５３、５４にスクリュー羽根５５、５６を形成し、スクリュー羽根の周囲にスクリーン５２を配置し、本体ケーシング５１の汚泥投入口６２からスクリーン５２内へ脱水対象汚泥を供給する汚泥供給手段を備え、上方位置のスクリュー軸５３は下方位置のスクリュー軸５４を通る鉛直面を境として両側の所定幅領域内に配置した。
【選択図】図２

Description

本発明は汚泥脱水機に関し、下水汚泥や工業廃水汚泥等の有機性汚泥を脱水する技術に係るものである。

従来の汚泥脱水機としては、例えば図６〜図７に示すものがある。図６〜図７において、スクリュープレス型脱水機である多軸スクリュープレスでは、本体ケーシング１の外周部がスクリーン２をなし、本体ケーシング１を軸心方向に挿通して左右一対のスクリュー軸３、４を平行状態に配置し、各スクリュー軸３、４にスクリュー羽根５、６を形成している。

双方のスクリュー羽根５、６は相互に反対螺旋状に形成してなり、スクリュー羽根５、６は汚泥排出側ほどピッチが狭くなる形状をなす。そして、一方のスクリュー羽根５もしくは６の螺旋の間に形成した谷部に、他方のスクリュー羽根６もしくは５が位置して双方のスクリュー羽根５、６が係合している。

双方のスクリュー軸３、４の基端には噛合する歯車７、８を設けており、一方のスクリュー軸３に連結したモータ９の駆動により歯車７、８を介して双方のスクリュー軸３、４が相反する方向に回転する。

本体ケーシング１のケーキ排出側には開口に対向して背圧板１０を配置しており、背圧板１０はシリンダー装置１１によって開口に向けて出退自在であり、開口に対向して作用させる圧力を調整することにより脱水力（圧搾力）を制御する。

この構成において、本体ケーシング１に投入した脱水対象汚泥は、スクリーン２でろ過しながらスクリュー軸３、４およびスクリュー羽根５、６の回転によって排出側へ搬送される。この際に、スクリュー羽根５、６のピッチが汚泥排出側ほど狭くなり、本体ケーシング１におけるろ室容積（スクリュー羽根５、６の１ピッチ当たり）が減少して行く。このため、汚泥はろ室容積の減少による圧密力、両スクリュー羽根５、６の噛み合わせによる剪断力、および背圧板１０による背圧で脱水され、排出側の開口から本体ケーシング１の外部へ排出される。
特開２００７−２４５２２４号公報 特開２００３−２３０９８８号公報 特開平６−１９０５９４号公報 特開平２−２５５２９６号公報 特開昭６１−９５７９９号公報

ところで、一般的なスクリュープレス型脱水機において、スクリーン内での汚泥供給側のゾーンに必要な脱水力を「ろ過圧力」と定義し、「ろ過圧力」＝「基準水頭圧」＋「外部圧力」と定義する。

「基準水頭圧」とは、外部ケーシング高さ（スクリーン径）など構造的に決定されるろ過圧力であり、「外部圧力」とは汚泥投入ホッパの水位など、運転上、調整可能なろ過圧力を指す。

上記した構成の多軸スクリュープレスでは、スクリーンにおける断面積を同条件下とする場合には、同一の処理量の能力を有する通常の単軸スクリュープレスと比較して、一つのスクリューに対するスクリーン径が小さくなる。

このため、軸を水平方向に配置した多軸スクリュープレスでは、ろ過圧力を規定する一つの因子である基準水頭圧がスクリーンの小径化により小さくなる。よって、ろ過圧力を規定する他の因子である外部圧力を一定とした場合には、単軸スクリュープレスと比較して、ろ過圧力が低下することになり、所望の処理性能の向上を達成できないという課題があった。

また、スクリュープレス型脱水機は、スクリーンをスクリュー羽根の外周に沿って断面円形状に形成するので、多軸スクリュープレスではスクリーンの形状がスクリュー羽根の相互間において窪み、凹部を有する形態となる。

このため、多軸スクリュープレスにおいて複数のスクリュー軸を水平方向に並べて配列した場合に、スクリーンはスクリーン上部に凹部を有する形状となる。このスクリーンを透過してスクリーン上部の凹部へ流入するろ液（脱離液）は、両側のスクリーンの頂部を越えてオーバーフローするか、スクリーン両端から排水することになり、スクリーン上部の凹部にろ液が残留する傾向が生じる。

このスクリーン上部に残留するろ液の水頭圧は、スクリーンを介してスクリーン外側からスクリーン内部のろ室側へ作用し、脱水機のろ室内部において作用する「ろ過圧力」をうち消す方向に働くので、スクリーン上部の凹部でのろ過効率が低下する要因となる。

ところで、スクリーン内部のろ室において、汚泥供給部付近の上部ろ室内の汚泥は、その汚泥濃度（固形物濃度）が低く、自由水中に凝集フロックが漂っているような状態である。一方、下部ろ室内の汚泥は、脱水作用を受けて上部ろ室よりも汚泥濃度（固形物濃度）が高く、単位体積当たりに多くの凝集フロックが密集して存在する状態で、凝集フロック間にわずかな自由水が存在する状態である。

この自由水は液体で圧縮性が小さく、高い圧力を加えてもそれ自体が変性することはない。一方、凝集フロックは汚泥に凝集剤を加えて形成した半固形状の塊であり、その内部に内包水を有している。内包水を多く保持した状態の凝集フロックは軟弱で、高い圧力を加えるとそれ自体が崩壊（フロックの解体）する特性を持つが、一旦内部に保持している内包水を排出し圧縮された凝集フロックは、その強度を高め、高い圧力にも耐えられるようになる特性を持つ。

スクリュープレス型脱水機のスクリーン内部において、脱水工程の前半を担うろ過ゾーンでは、汚泥中の液相をなす自由水に効率良く「ろ過圧力」を加えてスクリーンを透過させて外部に排出して汚泥をろ過することが脱水効率を高めるうえで重要であり、凝集フロックそのものに機械的な圧搾力を与えることは第一義的な目的としていない。

一方、スクリーン内部において、脱水工程の後半を担う脱水ゾーンでは、汚泥中の凝集フロックを含む固相に対し、スクリューの回転によって生じる剪断力と圧密力を徐々に高めながら内包水の排出を促進させ、機械的に圧搾してゆくことが重要である。

このように、脱水機のスクリーン内部ではろ過ゾーンと脱水ゾーンとによって要求される力の形態とその加え方が異なる。
本発明は上記した課題を解決するもので、脱水対象汚泥に対してろ過圧力を有効に作用させるものであり、スクリーン内部のろ過ゾーンと脱水ゾーンとにおいて加える力を異なる形態で作用させることを実現するものであり、脱水ケーキの含水率の低下を図ることができる汚泥脱水機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の汚泥脱水機は、複数のスクリュー軸を概略平行に、かつ上下の関係位置に配置し、各スクリュー軸にスクリュー羽根を形成し、スクリュー羽根の周囲にスクリーンを配置し、汚泥投入口からスクリーン内へ脱水対象汚泥を供給する汚泥供給手段を備え、上方位置のスクリュー軸は下方位置のスクリュー軸を通る鉛直面を境として両側の所定幅領域内に配置したことを特徴とする。

上記した構成により、例えば二つのスクリュー軸を上下の関係位置に配置する場合にあっては、スクリーン内に形成するろ室の全高は、二つのスクリュー軸を水平方向に配列する場合に比べてほぼ倍増する。このため、従来に比して倍増する大きな基準水頭圧に起因する高いろ過圧力が下部スクリーン面に向けて脱水対象汚泥に作用するので、従来と同等の外部圧力、つまり汚泥供給圧力の下で脱水効率が向上する。

二つのスクリュー軸を水平方向に配列する場合と同等のろ過圧力で本発明の汚泥脱水機を運転する場合には、従来よりも低い外部圧力で運転することができ、省エネルギー化を図ることができる。

スクリーンに生じる凹部形状の部位が本体ケーシングの両側に位置するので、スクリーンを透過したろ液は凹部形状の部位に残留することなく円滑にスクリーン表面から離脱するので、スクリーン内のろ室におけるろ過圧力を低減する外部因子は存在せず、ろ過圧力を有効に作用させて効率の良い脱水が可能となる。

次に、本発明の汚泥脱水機において、汚泥供給手段は、スクリーン内へ脱水対象汚泥をポンプ圧送することを特徴とする。
上記した構成において、「ポンプ圧送」の定義は、圧力の働きにより脱水対象汚泥を送り出すものであり、機械的に加える圧力によって管路等の略密閉構造の経路を通して脱水対象汚泥をスクリーン内のろ室に供給するものであればポンプの形態には限定されない。

このポンプ圧送によって加える外部圧力に起因するろ過圧力が脱水対象汚泥に作用し、ポンプ圧送によって加える外部圧力は調整が出来るので、脱水対象汚泥の性状に合わせて最適値にろ過圧力の設定を変更することが容易となる。また、ポンプ圧送とすることで、従来のような投入ホッパを用いる場合のホッパの高さが不要となり、そのために機高を大幅に低く押さえることが出来、製作コストが低減し、スペース制限を受けずに機器の設置を行える。

次に、本発明の汚泥脱水機において、汚泥供給手段は、下方位置のスクリュー軸と上方位置のスクリュー軸との軸間距離の中間位置を境とする上方位置もしくは上方位置と下方位置からスクリーン内へ脱水対象汚泥を供給することを特徴とする。

上記したように、例えば二つのスクリュー軸を上下の関係位置に配置する場合にあっては、本体ケーシングのスクリーン内に形成するろ室の全高は、二つのスクリュー軸を水平方向に配列する場合に比べてほぼ倍増する。このため、従来に比して倍増する大きな基準水頭圧に起因する高いろ過圧力が下部スクリーン面に向けて脱水対象汚泥に作用する。

しかしながら、スクリーン内の上部ろ室では、下部ろ室よりも相対的に基準水頭圧が小さくなってろ過圧力も低くなる。そのために、上部ろ室内の自由水の排出効率が悪く、上下ろ室間での脱水状態のアンバランスを生じてしまう。

ろ過ゾーンで自由水が十分に排出されず、フロックが軟弱な状態の上部ろ室内の汚泥を、脱水ゾーンで機械的に圧搾することでフロックの崩壊を招き、結果的に、脱水機全体としての効率も低くなり、排出されるケーキ含水率も高くなる。

また、ろ過により濃度が上昇した凝集フロックはスクリーン内面に堆積して行き、この堆積した汚泥をスクリュー羽根の刃先で掻き取り、スクリーン内で排出側に汚泥を搬送して行く。しかしながら、上部ろ室で掻き取った濃度の高い汚泥が重力により下部ろ室に沈降することが、さらに上下部ろ室間の脱水状態のアンバランスを助長する。

ところで、上述したように、スクリーン内部のろ室において、汚泥供給部付近の上部ろ室内の汚泥は、その汚泥濃度（固形物濃度）が低く、自由水中に凝集フロックが漂っているような状態である。一方、下部ろ室内の汚泥は、脱水作用を受けて上部ろ室よりも汚泥濃度（固形物濃度）が高く、単位体積当たりに多くの凝集フロックが密集して存在する状態で、凝集フロック間にわずかな自由水が存在する状態である。

また、通常、液体に加えた圧力は同一相間（液体−液体）で最も効率よく伝わる。このため、下方位置のスクリュー軸と上方位置のスクリュー軸との軸間距離の中間位置、つまり上部ろ室と下部ろ室の境よりも上方位置もしくは上方位置と下方位置からスクリーン内へ圧力を加えながら脱水対象汚泥を供給することによって、加えた外部圧力はスクリーン内の汚泥供給部側における上部ろ室内の自由水に効率的に作用する。すなわち、上部ろ室内では脱水対象汚泥中に含まれる固形物が少なく、自由水中に固形物が拡散した状態であるのに対し、下部ろ室内では脱水対象汚泥中に含まれる固形物が多くなり、自由水は固形物間に含まれた状態となり圧力が伝わり難い。

上述した作用により、上部ろ室内の初期脱水効率が向上し、上下ろ室内の脱水効率のアンバランスを解消し、十分に自由水を排出した上下ろ室内の汚泥を脱水ゾーンに送ることで、脱水機全体の脱水効率も向上させることができる。

また、下部ろ室内は凝集フロック同士が密接して自由水が少なく、外部圧力の伝播効率が低いので、下部ろ室へのみ汚泥を供給した場合は、上部ろ室内に存在する自由水を効率的にろ過出来ず、無理に外部圧力を増加させると凝集フロックが破壊し、下部スクリーンから汚泥が漏出してしまう。

次に、本発明の汚泥脱水機においては、鉛直面をなす同一平面上にすべてのスクリュー軸心を配置したことを特徴とする。
また、汚泥投入口は、スクリュー軸の軸心方向でスクリュー羽根に対向する本体ケーシングの側壁に設けたことを特徴とする。

また、汚泥投入口は、スクリュー軸の軸心の周りに開口する形状をなし、スクリュー羽根が１回転する間において、常に開口の何れかの領域が汚泥供給可能な所定圧力下にあることを特徴とする。

また、隣接する双方のスクリュー羽根を各ピッチ間において軸心方向で重なるように設け、隣接する双方のスクリュー軸およびスクリュー羽根を軸心廻りで相反する方向に回転駆動して、スクリュー軸に直角な断面において、隣接する双方のスクリュー羽根を双方の軸心間へ送り込む側に高圧側領域を形成し、隣接する双方のスクリュー羽根を双方の軸心間から送り出す側に低圧側領域を形成し、汚泥投入口がスクリーン内の低圧側領域に連通することを特徴とする。

また、少なくとも上方位置のスクリュー軸は、汚泥供給手段に連通する中空部を有し、かつ中空部に連通する汚泥投入口が脱水対象汚泥の進行方向においてスクリュー羽根の裏面側の位置に開口し、汚泥投入口はスクリュー羽根が１回転する間において常に汚泥供給可能な所定圧力下にあることを特徴とする。

また、スクリュー羽根は羽根のピッチが汚泥排出側ほど狭くなることを特徴とする。

以上のように本発明によれば、脱水対象汚泥に対して基準水頭圧を有効に作用させることができ、スクリーン内部のろ過ゾーンと脱水ゾーンとにおいて加える力を異なる形態で作用させることを実現でき、脱水ケーキの含水率の低下を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１〜図２において、本体ケーシング５１で両側を支持するスクリーン５２を軸心方向に挿通して上下一対の回転軸をなすスクリュー軸５３、５４を概略平行状態（平行状態の場合を含む）に配置し、各スクリュー軸５３、５４にスクリュー羽根５５、５６を形成している。

本実施の形態では、上方位置のスクリュー軸５３と下方位置のスクリュー軸５４とを鉛直方向に沿った上下位置に配置し、鉛直面をなす同一平面上に全てのスクリュー軸心を配置している。しかしながら、本発明において、上方位置のスクリュー軸５３と下方位置のスクリュー軸５４との上下の関係位置は、本実施の形態に示す構成に限定するものではない。たとえば、上方位置のスクリュー軸５３は、下方位置のスクリュー軸５４の直上の位置、つまり下方位置のスクリュー軸５４を通る鉛直面に必ずしも配置する必要はなく、下方位置のスクリュー軸５４を通る鉛直面を境として両側の所定幅領域内に配置することも可能である。

この所定幅領域は、図４を参照して、以下に述べる表現で定義することも可能である。なお、図４では３軸の場合を例に説明するが、２軸以上において同様である。
スクリュー軸に直角な断面において、隣接する上下スクリュー軸心を結ぶ直線Ｌｌと、下方位置のスクリュー軸心と上下スクリーンの外周交点とを結ぶ直線Ｌ２とのなす角度をＸとした場合、上方位置のスクリュー軸心と下方位置のスクリュー軸心を結ぶ直線Ｌ１と、下方位置のスクリュー軸心から上方向の鉛直線Ｌ３とのなす角度をＹとすると、角度Ｙが角度Ｘ以下となる領域である。

このように、所定幅領域にスクリュー軸を配置することで、スクリュー軸を上下の関係位置に配置して得られる基準水頭圧増大効果と、スクリーン凹部でのろ液残留の防止効果とを同時に成し得ることができ、効率の良い脱水が可能となる。

隣接する双方のスクリュー羽根５５、５６は相互に反対螺旋状に形成してなり、スクリュー羽根５５、５６は汚泥排出側ほどピッチが狭くなる形状をなす。スクリュー羽根５５、５６の螺旋状は任意に設定することが可能であり、隣接する双方のスクリュー羽根５５、５６を同じ螺旋状に形成して同じ方向に回転させることも可能である。

そして、一方のスクリュー羽根５５もしくは５６の螺旋の間に形成した谷部に、他方のスクリュー羽根５６もしくは５５が位置して隣接する双方のスクリュー羽根５５、５６が各ピッチ間において軸心方向で重なっている。上方位置のスクリュー軸５３および下方位置のスクリュー軸５４には、回転手段をなすギヤ５７、およびモータ５８が連結している。

本体ケーシング５１のケーキ排出側には開口に対向して背圧板５９を配置しており、背圧板５９はシリンダー装置６０によって開口に向けて出退自在であり、開口に対向して作用させる圧力を調整することにより脱水力（圧搾力）を制御する。また、モータ５８とシリンダー装置６０の駆動を制御する制御装置（図示省略）を設けている。

図２（ａ）に示すように、スクリーン５２はスクリュー羽根５５、５６の外周に沿って曲面形状に形成してあり、その側面においてスクリュー羽根５５、５６の相互間に対応する部位が窪んで凹部５２ａをなしており、スクリーン５２の内部に上部ろ室と下部ろ室を形成している。

ところで、スクリュー羽根５５、５６を回転させてろ室内部の脱水対象汚泥を搬送する際、上部ろ室内の汚泥と下部ろ室内の汚泥は、軸心方向のみならず双方のスクリュー羽根５５、５６の回転方向にも搬送されてゆく。隣接する双方のスクリュー羽根５５、５６は相互に反対螺旋状に形成しているため、双方のろ室内の汚泥はスクリュー羽根５５、５６が重なり合う部分で互いに衝突し、高い圧密力を受ける。

そのため、スクリュー軸５３、５４に直角な断面において、隣接する双方のスクリュー羽根５５、５６を双方の軸心間へ送り込む側のろ室内圧が上昇して高圧側領域Ｈｉとなり、反対に、隣接する双方のスクリュー羽根５５、５６を双方の軸心間から送り出す側のろ室内圧が相対的に低下して低圧側領域Ｌｏとなる。

以下に、ろ室内部での圧力分布について説明する。図２（ａ）に示すように、スクリュー軸５３、５４に直角な断面において、上下のスクリュー軸心を結ぶ直線Ｌ４を基準とし、ろ室内の任意の位置（直線Ｌ５で示す）をスクリュー５５、５６の回転方向の角度（θ）とした場合に、ろ室内圧は図５に示すようになり、角度θが４５°付近の領域で最もろ室内圧が低く、２７０°≦θ≦３６０°の領域でろ室内圧が最も高くなる。

よって、本実施の形態では、上下のスクリュー軸心を結ぶ直線Ｌ４より一側を低圧側領域Ｌｏとし、他側を高圧側領域Ｈｉとして説明する。
図２（ｂ）に示すように、本体ケーシング５１の側壁６１は、双方のスクリュー軸５３、５４の軸心方向でスクリュー羽根５５、５６に対向しており、側壁６１に設けた汚泥投入口６２がスクリーン５２の内部のろ室の低圧側領域Ｌｏに連通しており、上述した角度θが４５°付近である領域を含んでいる。

汚泥投入口６２は、上方位置のスクリュー軸５３と下方位置のスクリュー軸５４との軸間距離の中間位置を境とする上方位置と下方位置で、双方のスクリュー軸５３、５４の軸心の周りに開口する形状をなし、スクリーン５２の内部の上部ろ室および下部ろ室に対応しており、スクリュー羽根５５、５６が１回転する間において、常に開口の何れかの領域が汚泥供給可能な所定圧力下にある。また、３軸以上の構成においては、汚泥投入口６２を最下方位置のスクリュー軸と最上方位置のスクリュー軸との中間位置を境とする上方位置と下方位置に形成しても良い。

スクリュー羽根５５、５６の前面に在る脱水対象汚泥にはスクリュー羽根５５、５６の回転に伴って押圧力（圧搾力）が作用し、スクリュー羽根５５、５６の前面に濃縮した汚泥が堆積し、この堆積する汚泥はスクリュー羽根５５、５６に近いほどに圧密層となって圧力が高まる。このため、汚泥投入口６２の全領域がスクリュー羽根５５、５６の前面の圧密層で塞がれると汚泥の供給が阻害される。スクリュー羽根５５、５６の裏面側は低圧であるので、スクリュー羽根５５、５６が通過した後に汚泥の供給が可能となる。

一方、スクリュー羽根５５、５６の前面から離れるほどに押圧力（圧搾力）は弱まって圧力が低くなるので、スクリュー羽根５５、５６の前面から所定距離だけ離れた位置で所定圧力下となる位置に、常に汚泥投入口６２の開口の何れかの領域が存在することで安定した汚泥供給が可能となる。

このため、汚泥投入口６２は双方のスクリュー軸５３、５４の軸心の周りに、その回転方向に沿って長く開口する形状が好ましく、開口の始端側にスクリュー羽根５５、５６が位置する状態で、少なくとも開口の終端側の領域が汚泥供給可能な所定圧力下となる形状が望ましい。スクリュー羽根５５、５６の進行によって開口の終端側の領域が汚泥の圧密層に塞がれても、スクリュー羽根５５、５６の裏面側は低圧となるので、常に汚泥投入口６２の開口の何れかの領域が所定圧力下となる。

上述したように、本実施の形態では、本体ケーシング５１の側壁６１に汚泥投入口６２を設けることで、汚泥投入口６２の構成が簡略なものとなり、スクリュー軸５３、５４を中空状に形成して脱水対象汚泥を供給する経路を形成する構成よりも、その製作が容易となり、スクリュー軸５３、５４の強度を確保し易くなる。

しかしながら、本発明において、汚泥投入口６２の形態は、本実施の形態に示す構成に限定するものではない。例えば、少なくとも上方位置のスクリュー軸５３に中空部を形成し、かつ中空部に連通する汚泥投入口をスクリュー軸５３の壁面に形成することも可能である。この場合に、汚泥投入口は脱水対象汚泥の進行方向においてスクリュー羽根５５の裏面側の位置に開口することで、汚泥投入口はスクリュー羽根５５が１回転する間において常に汚泥供給可能な所定圧力下にある。

汚泥投入口６２には汚泥供給手段をなす汚泥供給ポンプ６３が凝集装置（密閉式）６４を介して接続しており、汚泥供給ポンプ６３と凝集装置６４の間の管路の途中に凝集剤投入手段６５が接続している。汚泥供給ポンプ６３は本体ケーシング５１のスクリーン５２の内部へ脱水対象汚泥をポンプ圧送するものである。汚泥供給ポンプは汚泥投入口６２を通して、上方位置のスクリュー軸５３と下方位置のスクリュー軸５４との軸間距離の中間位置を境とする上方位置と下方位置からスクリーン５２の内部へ脱水対象汚泥を供給する。

本実施の形態では、汚泥投入口６２が上方位置のスクリュー軸５３と下方位置のスクリュー軸５４の双方の軸心の周りに開口する形状をなしているが、汚泥投入口６２は上方位置のスクリュー軸５３の軸心の周りにのみ開口する形状とすることも可能であり、この場合には上方位置のスクリュー軸５３と下方位置のスクリュー軸５４との軸間距離の中間位置を境とする上方位置からのみスクリーン５２の内部へ脱水対象汚泥を供給する。

汚泥供給ポンプ６３によるポンプ圧送とは、圧力の働きにより脱水対象汚泥を送り出すものであり、機械的に加える圧力によって管路等の概略密閉構造の経路を通して脱水対象汚泥をスクリーン５２の内部のろ室に供給するものであれば、汚泥供給ポンプ６３の形態は限定されず、各種のポンプ装置を適用可能である。

上記した構成における作用を以下に説明する。シリンダー装置６０により背圧板５９を所定位置に配置し、ギヤ５７およびモータ５８の駆動により双方のスクリュー軸５３、５４が相反する方向に同期回転する。

汚泥供給ポンプ６３により汚泥投入口６２を通して本体ケーシング５１のスクリーン５２の内部にポンプ圧送した脱水対象汚泥は、スクリーン５２でろ過しながらスクリュー軸５３、５４およびスクリュー羽根５５、５６の回転によって排出側へ搬送される。

本実施の形態では、二つのスクリュー軸５３、５４およびスクリュー羽根５５、５６を上下位置に配置しており、本体ケーシング５１のスクリーン５２の内部に形成するろ室の全高は、二つのスクリュー軸５３、５４を水平方向に配列する場合に比べてほぼ倍増する。このため、従来に比して倍増する大きな基準水頭圧に起因する高いろ過圧力がスクリーン５２の下部スクリーン面に向けて脱水対象汚泥に作用するので、従来と同等の外部圧力、つまり汚泥供給圧力の下で脱水効率が向上する。

二つのスクリュー軸５３、５４を水平方向に配列する場合と同等のろ過圧力で本発明の汚泥脱水機を運転する場合には、従来よりも低い外部圧力で運転することができ、省エネルギー化を図ることができる。

また、スクリーン５２に生じる凹部５２ａの部位が本体ケーシング５１の両側に位置するので、スクリーン５２を透過したろ液は凹部５２ａの部位に残留することなく円滑にスクリーン表面から離脱するので、スクリーン５２の内部のろ室におけるろ過圧力を低減する外部因子は存在せず、ろ過圧力を有効に作用させて効率の良い脱水が可能となる。

次に、先にも述べたが、改めて説明すると、スクリーン５２の内部のろ室において、汚泥投入口６２に近い汚泥供給部付近の上部ろ室内の汚泥は、その汚泥濃度（固形物濃度）が低く、図３（ａ）に示すように、自由水Ｗの中で凝集フロックＦが漂っているような状態である。一方、下部ろ室内の汚泥は、脱水作用を受けて上部ろ室よりも汚泥濃度（固形物濃度）が高く、単位体積当たりに多くの凝集フロックが密集して存在する状態で、図３（ｂ）に示すように、凝集フロックＦの間にわずかな自由水Ｗが存在する状態である。

この自由水Ｗは液体で圧縮性が小さく、高い圧力を加えてもそれ自体が変性することはない。一方、凝集フロックＦは汚泥に凝集剤を加えて形成した半固形状の塊であり、その内部に内包水Ｗ１を有している。内包水Ｗ１を多く保持した状態の凝集フロックＦは軟弱で、高い圧力を加えるとそれ自体が崩壊（フロックの解体）する特性を持つが、一旦内部に保持している内包水Ｗ１を排出し圧縮した凝集フロックＦは、その強度を高め、高い圧力にも耐えられるようになる特性を持つ。

このため、スクリュープレス型脱水機のスクリーン内部において、脱水工程の前半を担うろ過ゾーンでは、汚泥中の液相をなす自由水に効率良く「ろ過圧力」を加えてスクリーンを透過させて外部に排出して汚泥をろ過することが脱水効率を高めるうえで重要である。

また、二つのスクリュー軸５３、５４を上下の関係位置に配置することで、下部ろ室での基準水頭圧は従来に比べてほぼ倍増するが、スクリーン５２の上部ろ室では、下部ろ室よりも相対的に基準水頭圧が小さくなってろ過圧力も低くなる。そのために、上部ろ室内の自由水の排出効率が悪く、上下ろ室間での脱水状態のアンバランスを生じてしまう。ろ過ゾーンで自由水が十分に排出されず、フロックが軟弱な状態の上部ろ室内の汚泥を、脱水ゾーンで機械的に圧搾することでフロックの崩壊を招き、結果的に、脱水機全体としての効率も低くなり、排出されるケーキ含水率も高くなる。

また、ろ過により濃度が上昇した凝集フロックはスクリーン５２の内面に堆積して行き、この堆積した汚泥をスクリュー羽根５５、５６の刃先で掻き取り、上部ろ室で掻き取った濃度の高い汚泥が重力により下部ろ室に沈降することで、さらに上下部ろ室間の脱水状態のアンバランスを助長する。

上述の知見により、本実施の形態では、汚泥供給ポンプ６３により汚泥投入口６２を通して、上方位置のスクリュー軸５３と下方位置のスクリュー軸５４との軸間距離の中間位置を境とする上方位置と下方位置からスクリーン５２の内部へ脱水対象汚泥をポンプ圧送するが、上方位置からのみ供給してもよい。

このように、上部ろ室と下部ろ室へ圧力を加えながら脱水対象汚泥を供給することによって、加えた外部圧力はスクリーン５２の内部の汚泥供給部側における上部ろ室内の自由水に効率的に作用する。

すなわち、通常、液体に加えた圧力は同一相間（液体−液体）で最も効率よく伝わるので、脱水対象汚泥中に含まれる固形物が少なく自由水中に固形物が拡散した状態である上部ろ室内では、自由水に効率良く圧力が作用するのに対し、下部ろ室内では脱水対象汚泥中に含まれる固形物が多くなり、自由水は固形物間に含まれた状態となり圧力が伝わり難い。上述した作用により、上部ろ室内の初期脱水効率が向上し、上下ろ室内の脱水効率のアンバランスを解消し、十分に自由水を排出した上下ろ室内の汚泥を脱水ゾーンに送ることで、脱水機全体の脱水効率も向上させることができる。

ここで、汚泥供給ポンプによるポンプ圧送によって加える外部圧力は、汚泥供給ポンプの吐出圧力から実揚程と配管圧損を除いた圧力である。この汚泥供給ポンプによる外部圧力に起因するろ過圧力が脱水対象汚泥に作用する。このポンプ圧送によって加える外部圧力はポンプの回転数やバルブ等により調整が出来るので、脱水対象汚泥の性状に合わせて最適値にろ過圧力の設定を変更することが容易となる。

また、ポンプ圧送とすることで、従来のような投入ホッパを用いる場合のホッパの高さが不要となり、そのために機高を大幅に低く押さえることが出来、製作コストが低減し、スペース制限を受けずに機器の設置を行える。

さらに、同期回転するスクリュー羽根５５、５６のピッチが汚泥排出側ほど狭くなり、本体ケーシング５１におけるろ室容積（スクリュー羽根５５、５６の１ピッチ当たり）が減少して行くことで、脱水対象汚泥は、本体ケーシング５１の内部を移動する間に、双方のスクリュー羽根５５、５６のピッチ減少に起因するろ室容積の減少による圧密力を受け、さらに両スクリュー羽根５５、５６の噛み合わせによる剪断力、および背圧板５９による背圧で脱水され、排出側の開口から本体ケーシング５１の外部へ排出される。

本発明の実施の形態における汚泥脱水機を示す模式図 同実施の形態におけるスクリュー軸およびスクリュー羽根の回転方向を示す模式図 脱水対象汚泥の性状を示す模式図 スクリュー軸の上下の関係位置を示す説明図 ろ室内部の圧力分布を示す図表 従来の汚泥脱水機を示す模式図 従来の汚泥脱水機におけるスクリュー軸およびスクリュー羽根の回転方向を示す模式図

符号の説明

Ｈｉ 高圧側領域
Ｌｏ 低圧側領域
５１ 本体ケーシング
５２ スクリーン
５２ａ 凹部
５３、５４ スクリュー軸
５５、５６ スクリュー羽根
５７ ギヤ
５８ モータ
５９ 背圧板
６０ シリンダー装置
６１ 側壁
６２ 汚泥投入口
６３ 汚泥供給ポンプ
６４ 凝集装置
６５ 凝集剤投入手段

Claims (9)

1. 複数のスクリュー軸を概略平行に、かつ上下の関係位置に配置し、各スクリュー軸にスクリュー羽根を形成し、スクリュー羽根の周囲にスクリーンを配置し、汚泥投入口からスクリーン内へ脱水対象汚泥を供給する汚泥供給手段を備え、上方位置のスクリュー軸は下方位置のスクリュー軸を通る鉛直面を境として両側の所定幅領域内に配置したことを特徴とする汚泥脱水機。
2. 汚泥供給手段は、スクリーン内へ脱水対象汚泥をポンプ圧送することを特徴とする請求項１に記載の汚泥脱水機。
3. 汚泥供給手段は、下方位置のスクリュー軸と上方位置のスクリュー軸との軸間距離の中間位置を境とする上方位置もしくは上方位置と下方位置からスクリーン内へ脱水対象汚泥を供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の汚泥脱水機。
4. 鉛直面をなす同一平面上にすべてのスクリュー軸心を配置したことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の汚泥脱水機。
5. 汚泥投入口は、スクリュー軸の軸心方向でスクリュー羽根に対向する本体ケーシングの側壁に設けたことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の汚泥脱水機。
6. 汚泥投入口は、スクリュー軸の軸心の周りに開口する形状をなし、スクリュー羽根が１回転する間において、常に開口の何れかの領域が汚泥供給可能な所定圧力下にあることを特徴とする請求項５に記載の汚泥脱水機。
7. 隣接する双方のスクリュー羽根を各ピッチ間において軸心方向で重なるように設け、隣接する双方のスクリュー軸およびスクリュー羽根を軸心廻りで相反する方向に回転駆動して、スクリュー軸に直角な断面において、隣接する双方のスクリュー羽根を双方の軸心間へ送り込む側に高圧側領域を形成し、隣接する双方のスクリュー羽根を双方の軸心間から送り出す側に低圧側領域を形成し、汚泥投入口がスクリーン内の低圧側領域に連通することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の汚泥脱水機。
8. 少なくとも上方位置のスクリュー軸は、汚泥供給手段に連通する中空部を有し、かつ中空部に連通する汚泥投入口が脱水対象汚泥の進行方向においてスクリュー羽根の裏面側の位置に開口し、汚泥投入口はスクリュー羽根が１回転する間において常に汚泥供給可能な所定圧力下にあることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の汚泥脱水機。
9. スクリュー羽根は羽根のピッチが汚泥排出側ほど狭くなることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の汚泥脱水機。

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