JP2012012898A - 夾雑物除去装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
加圧脱水部における脱水性能を適正な範囲に設定自在である夾雑物除去装置を提供することにある。
【解決手段】
夾雑物を含む排水を導入してスクリーンバーで夾雑物を捕捉し、捕捉した夾雑物をレーキで掻き寄せる環状スクリーンおよび該環状スクリーンで捕捉した夾雑物をスクリューコンベアで搬送し、加圧脱水し、加圧脱水された夾雑物を排出する夾雑物搬送管を備えた夾雑物除去装置において、前記夾雑物搬送管には、夾雑物の搬送を調整する調整部材が設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、下水処理場などで処理する汚水中の夾雑物を、衛生的に且つ取り扱い易い状態で分離する夾雑物除去装置に関し、特に夾雑物の脱水効率の向上、維持管理効率の向上、および装置の長寿命化に関するものである。

下水中には大きさ、性質の異なる様々な夾雑物が混入しており、下水処理においては、これら夾雑物を取り除くための前処理工程が必ず設けられる。夾雑物の内、比較的細かなものを取り除くことを目的とした装置として細目スクリーンがあげられる。細目スクリーンの基本的な機能は、水路に櫛状のスクリーンバーを設置し、上流より流れてくる下水中の夾雑物のみをスクリーンバーに捕捉してその場にとどめることである。捕捉された夾雑物はレーキと呼ばれる爪状の掻き上げ機でスクリーンバーより定期的に取り除かれ、スクリーンバーへの夾雑物の堆積を防止する。

細目のスクリーンバーに捕捉された夾雑物はレーキで取り除かれる際に大量の下水を含んだままの状態であり、これをそのまま掻き上げ、処分するまで集積しておくことは大変に不衛生である。このため、用水による洗浄、機械的な水切り（脱水）等の機能を備えた装置も提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

また、下水は、時間によって量の変動はあるものの、処理施設に常に流入するため、スクリーン装置は、恒常的に稼動しており、特に夾雑物の脱水機能を備えた装置では、駆動部分に対して負荷が相当掛かっている。前述したように夾雑物の性状は偏りがあるため、この駆動部分に対しての負荷の掛り方にも時間変動があり、主に駆動部から動力を脱水部に伝える減速機の軸受け部の劣化が生じやすい条件の下、使用される状況にある。このため、軸受け部分のメンテナンス（具体的には適切な潤滑剤の注入）を確実に行うことが装置の機能を適切に保つ要因であり、潤滑剤供給パイプを備えた装置や自動供給機構を備えた装置が提案されている。

特開平３−２５０１１０号公報

本願発明者は、本願発明に想到するに際して、少なくとも以下に記載する課題を認識していた。
（１）下水夾雑物の性状は、処理施設が受け入れる下水の排出源となる区域（処理区域）の種別（市街地、工業区域等）や人々の生活様式に起因して時間的、季節的にその組成や物理的性状について偏りを生じるために、同じ脱水機能を備えた装置であっても、洗浄後や脱水後の性状に偏りが生じてしまうという問題がある。スクリューコンベアによって行われる脱水の能力は、主にコンベア長と加圧脱水部の形状で決まってしまうため、装置が実稼働してから判明した脱水に関する不具合や夾雑物性状の季節変動に対応できない。このため、装置本体の仕様に依存せず、脱水後の夾雑物品質を任意に調整する機能が望まれている。

（２）温度変化に伴う潤滑剤の粘性、流動性の変化やスクリーン装置の設置環境（多くの場合、高湿度）などにより潤滑剤供給管内の流れ抵抗が変化し、同じ注入作業（自動注入を含む）を実施しても適正量の潤滑剤が供給されず、また作業員がこれに気がつかずに運転を継続することで、潤滑不足による軸受け部の固着が発生し、運転時の異音、振動、過負荷現象を起こすという問題がある。このため、スクリーン装置の設置場所や環境変化に影響を受けない軸受け（潤滑剤供給機能）が望まれている。

（３）夾雑物の脱水は、スクリューコンベア終端部分の加圧脱水部にて行われる。搬送中にスクリューコンベアは、一方向にのみ回転するため、夾雑物の圧密がいったん始まると排出されるまで圧力は、上昇を続ける。この場合、圧密された夾雑物の間隙に水分が閉じ込められていると、水分は脱水されないまま排出され、結果として通常より高い含水率の低品質な夾雑物が回収されるという問題がある。このため、夾雑物の搬送を行いながら圧密された夾雑物の中にある間隙に閉じ込められた水分を取り除く（脱水する）機能が望まれている。

（４）スクリーンは、据え付け当初の機能を維持する目的で、捕捉した夾雑物を定期的に掻き取って排除するレーキを備えている。レーキは、設定された運転間隔で一定時間掻き取り動作を反復（例えば１０分間隔で２分間の掻き取りを行う）するが、運転間隔と掻き取り時間の設定は、下水中の夾雑物の混入量を勘案して行うため、掻き取り休止期間中のレーキ停止位置は一定とならない。レーキが水没した部分の環状スクリーン上で停止した場合、夾雑物を掻き取るレーキに夾雑物が絡みつき、結果として環状スクリーン上の夾雑物を適切に排除することが出来なくなったり、レーキに絡みついた夾雑物のために環状スクリーンを破損することがある。また、レーキ自体も欠損する場合がある。環状スクリーン上の夾雑物が適切に排除されなかった場合、環状スクリーンに残った夾雑物は、新たな夾雑物の絡みつきを増長させ、実際に排水をろ過するスクリーン面の減少や、堆積した夾雑物によるスクリーンバーとレーキのクリアランス不良に起因するスクリーンバーの破損、この破損による夾雑物の取りこぼしなどのスクリーン機能の低下を起こす原因となることがある。このため、運転間隔および掻き取り時間を変化させてもレーキの休止期間中の停止位置を夾雑物の絡みつきが起こらない位置に保つことが望まれる。

（５）レーキにより掻き寄せられた夾雑物は、夾雑物搬送管内のスクリューコンベアの一方の端が露出し、夾雑物を受け入れる形状をしたトラフ部分に集められ、スクリューコンベアの回転に伴い夾雑物搬送管のもう一方の端にある夾雑物排出口より排出される。このトラフ部分は、夾雑物の水切りを行う構造となっている。さらに、環状スクリーンには、トラフ上の夾雑物を洗浄する機構を設け、スクリューコンベアにより搬送される夾雑物を用水によって洗浄することで夾雑物を衛生的にする機能を備えている場合もある。しかし、トラフ上に夾雑物が露出している時間（洗浄時間）は、スクリューコンベアの（予め設定されている）回転速度により制限されるため、夾雑物の性状によっては十分な洗浄が行われずに加圧脱水部へ搬送されてしまい、排出された夾雑物が衛生的に扱えないという問題がある。このため、夾雑物の洗浄品質がスクリューコンベアの回転速度に影響を受けないような洗浄方法が望まれる。

上記課題を解決するために、本発明に係る夾雑物除去装置は、夾雑物を含む排水を導入してスクリーンバーで夾雑物を捕捉し、捕捉した夾雑物をレーキで掻き寄せる環状スクリーンおよび該環状スクリーンで捕捉した夾雑物をスクリューコンベアで搬送し、加圧脱水された夾雑物を排出する夾雑物搬送管を備えた夾雑物除去装置において、前記夾雑物搬送管には、夾雑物の搬送を調整する調整部材が設けられていることを特徴とする。
本発明に係る夾雑物除去装置の前記スクリューコンベアは、一つまたは二つ以上の無給油式軸受を備えていることを特徴とする。
本発明に係る夾雑物除去装置の前記スクリューコンベアは、正逆回転可能であることを特徴とする。
本発明に係る夾雑物除去装置は、前記レーキの停止位置を制御する制御器を備えたことを特徴とする。
本発明に係る夾雑物除去装置の前記夾雑物搬送管には、搬送する夾雑物に水を供給する給水管が設けられていることを特徴とする。

（I）従来の脱水機構付き夾雑物搬送装置では、その製作段階で加圧脱水部の形状が固定されて脱水能力が決まる、すなわち、加圧脱水部が圧力調整機能を持っていなかったのに対して、本発明では、調整部材を備えるために、夾雑物性状の変動に対して加圧脱水部の調整を行うことが可能になる。したがって、夾雑物排出口より排出される夾雑物の含水率が安定して適正な範囲に保つことができ、排出された夾雑物の取り扱いが容易となり、処理量が減少し、処理作業時間の短縮と共に処理費用を削減することができる。更に、従来では、夾雑物の性状によっては脱水の容易な場合もあり、通常の運転において過度に脱水され、圧密されることでスクリューコンベアが過負荷となり、駆動装置やコンベア本体の破損を招くという事態が起き得たが、本発明では、調整部材の調整（取り外し）を行うことで、夾雑物の絞り過ぎを回避できる、すなわち、加圧脱水部の脱水圧力を低減でき、装置を過負荷運転から保護することができる。

（II）本発明では、スクリューコンベアが無給油式軸受を備えるために、軸受への潤滑剤の要求に応じた供給を行うことができ、潤滑剤不足による軸受けの固着を回避でき、スクリューコンベアの駆動部の過負荷運転を防止できる。

（III）本発明では、スクリューコンベアの正逆運転を採用するために、正転運転のみを行う場合と比較して、夾雑物脱水効率を相当改善でき、排出される夾雑物の減容化と取扱性の向上、処理に要する作業時間および費用の削減を果たすことができる。

（IV）本発明では、レーキの停止位置を制御する制御器を採用するために、装置停止時におけるレーキの退避位置（下水に浸からない位置）を任意に定めることができ、レーキ（かき寄せ部）への下水中の夾雑物付着を防止でき、このため、従来では起き得た付着夾雑物による環状スクリーンの破損やレーキ回転時の負荷増大という不都合を回避でき、環状スクリーン、レーキ、スクリューコンベアおよび駆動部の長寿命化を果たすことができる。

（V）本発明では、搬送する夾雑物に水を供給する給水管を設けるために、加圧脱水部に到達するまでの間に夾雑物の洗浄を継続できるので洗浄効率を改善できる、すなわち、夾雑物を確実に搬送して安定して脱水できる。このため、脱水された夾雑物の発生量を低減でき、その後の作業時間の短縮、費用の低減が可能であり、更に、夾雑物の洗浄が不十分であった際に起き得た脱水夾雑物由来の臭気を低減することができる。

図１は、本発明の一実施の形態に係る夾雑物除去装置１の全体を示す概略構成図である。
図示した本実施の形態の夾雑物除去装置１は、夾雑物を収集する環状スクリーン３と、夾雑物を搬送し、加圧脱水して排出する夾雑物搬送管５と、レーキ２１およびスクリューコンベア３５を駆動する駆動装置７と、から基本的に構成される。

（１）環状スクリーン
環状スクリーン３は、夾雑物を捕捉するための円筒ドラム９から構成される。
図１に示すように、円筒ドラム９は、複数（典型的には、数１０枚）の環状（典型的には、内径約５０ｃｍ〜約３ｍ、厚さ数ｍｍ）のスクリーンバー１１を互いに所定間隔すなわちクリアランス（典型的には、約２ｍｍ〜約５０ｍｍ）だけ離隔して、スクリーンバー外周の要所を橋渡しするようにフレームバー１３で相互固定することにより構成される。

環状スクリーン３の円筒ドラム９の中央軸心上には、（後述する）夾雑物搬送管５の先端に取り付けられて、夾雑物の収容受け部を構成するトラフ１９が配置される。
円筒ドラム９内には、中央軸心の周りを双方向に回転して、円筒ドラム９内周部分（スクリーンバー１１間のクリアランス）に溜まる夾雑物を掻き取るためのレーキ２１が配置される。円筒ドラム９外部上方側には、レーキ２１に付着した夾雑物をはぎ取る（掻き落とす）ためのスクレーパー２３が配置される。
スクレーパ２３を挟んで両側には、洗浄水ヘッダ管２５が互いに平行に配設され、各ヘッダ管２５の下面側には、固定タイプの洗浄ノズル２７が複数個設けられる。

（２）夾雑物搬送管
図１を参照すると、夾雑物搬送管５は、環状スクリーン内に配置されるトラフ１９と、トラフ１９内に先端部分が配置されて、トラフ１９内に収集された夾雑物を後端部に搬送するためのスクリューコンベア３５と、から基本的に構成され、スクリューコンベア３５は、スクリュー羽根３７と、スクリュー軸３７ａと、それを囲うハウジング３９と、から基本的に構成される。
スクリューコンベア３５の後端側には、詳細を後述する駆動装置７（加圧脱水部および夾雑物の排出部）が接続される。

（３）駆動装置
スクリューコンベア３５の後端側には、駆動装置７が接続される。駆動装置７は、スクリューコンベア３５（夾雑物除去装置１）の駆動源である駆動部５１と、夾雑物を外部に排出するための排出部５３と、排出する際に夾雑物を脱水するための加圧脱水部５５と、から基本的に構成される。
駆動部５１は、減速機付きの電動モータ５７と、スクリューコンベア３５の主軸に作動連結された主軸ギヤ５９と、主軸ギヤ５９に噛み合って電動モータ５７側からの動力を伝達する小ギヤ（図示せず）と、両ギヤを収容するギヤボックス６１と、から基本的に構成される。

排出部５３は、下方に配置されたコンテナ（夾雑物収容容器）６５の中に夾雑物を自然落下させるためのシュート６７を有する。
加圧脱水部５５は、スクリューコンベア３５と排出部５３のシュート６７とを内部連結する箱体（容器）から構成され、搬送されている夾雑物が箱体内面に擦れることによる摩擦力（内圧）を利用して、夾雑物を加圧・脱水（水分除去）する。

（３−１）調整部材
先ず、加圧脱水部５５の断面を示す図２および排出部５３のシュート６７を取り外して内部を下側から見た図３を参照する。
加圧脱水部５５は、スクリューコンベア３５の後端側のスクリュー羽根３７の存在しない部分と外周を覆うハウジング３９とのドーナツ状空間を利用して構成される。すなわち、該空間において、夾雑物がハウジング３９内壁に擦れて停滞して次から次に溜まり、夾雑物相互が押圧し合う結果、夾雑物が加圧・脱水（水分除去）される。そして、尚も押圧される夾雑物は、加圧脱水部５５の境界縁から排出部５３（シュート６７）を経て下部（外部）に落下してコンテナ６５（図１）に収容される。

加圧脱水部５５における脱水性能は、夾雑物搬送方向に沿ったスクリュー羽根不存在領域の、たとえば、長さ（摩擦抵抗）の影響を受ける。すなわち、この長さが伸びる（換言すると、加圧脱水部の境界縁がせり出す）と、溜まった夾雑物の相互間の押圧程度が高まるために脱水傾向（状態）が強まり、他方、当該長さが縮まると、脱水傾向（状態）が弱まる。
図２および３に示す加圧脱水部５５では、この長さの伸縮のために調整部材８１が取付け自在に構成されており、例示的に２つの調整部材８１が取付けられ、せり出し長さが長くなった分、脱水性能が改善される。

以上の構成により、夾雑物の性状に適合するように調整部材８１の数の増減により、脱水部長さ（境界縁のせり出し長さ）を変えることができ、これにより、最適な脱水状態（脱水圧力を適正な範囲に設定）を容易かつ迅速に形成・維持することができる。
加圧脱水部５５における脱水性能は、上記長さに加えて、夾雑物が接触する調整部材８１の面（曲面）の粗密状態の影響も受ける。図４に例示した他の調整部材８３は、夾雑物が接触する半球凹面の粗度を他とは異なるようにしたものである。

上記脱水性能は、別の要因、すなわち、夾雑物が受ける抵抗の強弱の影響も受ける。図５ に示す別の調整部材８５は、後端にプレート８５ａを備えており、該プレート８５ａの突出長が可変である。これを図６のように加圧脱水部に取り付けることにより、突出量に応じて脱水性能を変化させることができる。なお、図５に示すプレート８５ａの突出側の形状（凹状）は、固定される本体部分の断面凹状と略同じであるが、異ならせることもできる。

あるいは、図７に例示するように、スクリュー羽根不存在領域を構成するハウジング３９に押圧ねじ様の突起部材８７（調整部材）を突出量自在に突出するように設けて、夾雑物に抵抗を可変式に付与することにより、脱水性能を変化させることができる。なお、突起部材８７の形状および構造等は、図示のものに限られず、例えばボルト状のもの、プレート状のものを採用できる。

（３−２）無給油式軸受
図８を参照すると、駆動部５１は、スクリューコンベア３５の主軸のラジアル軸受け個所およびスラスト軸受け個所の潤滑のために、通常の（グリス補充式）給油装置を備えていない。すなわち、駆動部５１に使用されている、図９に示す大型リング状のラジアル軸受け９１ａと図１０に示す小型リング状のスラスト軸受け９１ｂとは、（従来であれば潤滑油を必要とする個所に特殊な潤滑剤を埋設・含有させた）無給油式軸受けであって、潤滑油を使用しているのと同じ状態を形成・維持（自己潤滑機能）できるように構成されている。

この駆動部構成によれば、一定周期で潤滑油の補充が必要であった従来構造と比較して、そのような補充（供給）作業が全く必要なくなると共に、補充忘れ等に起因して起き得た物理的損傷や軸受け固着等の問題を解消することができる。

表１は、給油を必要とする従来の軸受けと、本実施形態で使用したタイプの無給油式軸受けとの実験的な比較（６０００時間実負荷運転）の結果を示す。

表１から理解され得るように、無給油式軸受は、潤滑剤供給不足による軸の固着を起こさなかったばかりか、仕様上想定した摩耗の許容値に対して低い値を示し、長寿命化を実現可能である。

（３−３）正逆運転
スクリューコンベア３５の通常運転時（スクリュー軸３７ａの通常回転（正転）時）に加圧脱水部５５において加圧され圧密された夾雑物の間隙に残った水を効果的に脱水するために、夾雑物の搬送を一定の間隔で逆方向に搬送する（戻す）。具体的には、スクリューコンベア３５（のスクリュー羽根３７）を一定時間逆回転させる。すなわち、連続正回転で搬送するのではなく、スクリューコンベア３５の運転に逆回転工程を組み込む。

この運転方法によれば、スクリューコンベア３５の通常運転中において、図１１に示すように加圧脱水部５５で夾雑物が圧密状態にされて、図１２に示すように夾雑物中の間隙に水Ｗが封じ込められて逃げ道が無くなってしまったような場合でも、スクリュー軸３７ａの逆転（およびその継続）により、図１３に示すように「水みち」が形成されて水Ｗが排除可能になる。
すなわち、夾雑物への圧力が一旦緩まり、夾雑物内に保持される水分を排除するための「水みち」を形成することができる。
このように、夾雑物の加圧および減圧を繰り返すこと（緩急をつけること）で、夾雑物中に留まっている水分を排除する機会を増大させ、夾雑物含水率を飛躍的に低減することができる。

（３−４）制御器
主としてレーキ２１への夾雑物の絡みつきを防止するべく、レーキ停止時にレーキ２１を所定の位置に停止および保持することを目的として、環状スクリーン３内のレーキ２１の位置を検出する検出手段と、検出したレーキ２１の位置から任意のレーキ停止位置までレーキ２１を回転させる手段を備える、レーキ２１の停止位置を制御する制御器が設けられる。
具体的には、たとえば発光部７１ａおよび受光部７１ｂを備えた非接触式の（近接）センサーユニット（制御器）７１がギヤボックス６１内に設けられると共に、センサーユニット７１からの光を反射してセンサーユニット７１に戻すための反射板７３が設けられる。

図１４に示すように、反射板７３は、主軸ギヤ５９の対向する側面部分に取付けられ、主軸ギヤ５９（スクリューコンベア３５の主軸）が回転中に、センサーユニット７１の発光部７１ａから発せられた光を、たとえば略垂直に反射し、これをセンサーユニット７１の受光部７１ｂが検知するように設定される。これにより、スクリューコンベア３５の主軸がどの位置に位置しているかを検知（したがって、レーキ２１の位置を検知）できる。換言すると、反射板７３の取り付け位置をレーキ退避位置に対応させることで、スクリューコンベア３５の主軸と動きが１対１にまたは或る相関関係を有して対応しているレーキ２１を下水に浸漬した状態から退避している任意位置に容易に停止させることができる。

上記センサーユニット７１は、光学式であるが、スクリューコンベア３５（の主軸）の回転状況を検知できれば、機械式、電磁式など様々なものを採用することができる。また、反射板７３を主軸ギヤ５９の側面に取り付けているが、これに限定されず、要は、レーキ２１の位置を検出できる場所であれば良い。

以上の構成により、装置停止時におけるレーキ２１の退避位置（下水に浸からない位置）を任意に定めることができるため、下水中の夾雑物がレーキ２１（かき寄せ部）に付着するのを防止でき、日常の維持管理のための清掃作業を軽減することができ、従来装置に見られた付着夾雑物による環状スクリーンの破損、レーキ回転時の負荷増大等々を回避でき、スクリーンバー、レーキ、および駆動装置の長寿命化を実現することができる。また、定期修繕時の交換部品の数を低減でき、費用の縮減および作業の軽減を行うことができる。

（３−５）給水管
図１５に示すように、夾雑物搬送管５あるいはスクリューコンベア３５の中間の位置の上側には、たとえば給水管４１が配設される。この給水管４１を通じて用水を供給することにより、搬送中の夾雑物に直接降り掛かることで、あるいは夾雑物搬送管の底部を流下する用水と搬送されてくる夾雑物の一部が浸漬することで、夾雑物を効果的に洗浄することができる。すなわち、スクリューコンベア３５の回転速度の影響を実質上受けることなく、夾雑物の洗浄度合を安定的に高く維持できる。図示した給水管４１は、駆動装置７（加圧脱水部５５）よりも環状スクリーン側に１ヶ所設けられるが、単に環状スクリーン側の任意位置に設けられればよく、その数量は問わない。用水の供給は、連続あるいは間欠のいずれでも良いが、用水供給量が多いほど夾雑物は良好に洗浄することができる。

以上説明した本実施の形態によれば、夾雑物を除去する機能に加えて洗浄、搬送、脱水することが可能なコンパクトで取扱いの容易なスクリーンシステムを提供することが可能である。しかも、清潔な作業環境で、容易かつ迅速にメンテナンス作業を実施することが可能である。

本発明の一実施の形態に係る夾雑物除去装置の全体を示す概略構成図である。 加圧脱水部の断面図である。 排出部のシュートを取り外して下側から加圧脱水部内を見た図である。 他の調整部材の斜視図である。 別の調整部材の斜視図である。 図５の調整部材を取り付けた加圧脱水部の断面図である。 突起部材を取り付けた加圧脱水部の断面図である。 駆動部の断面図である。 ラジアル軸受けの斜視図である。 スラスト軸受けの斜視図である。 加圧脱水部における夾雑物の圧密状態を示す図である。 夾雑物中に封じ込められた水を示す図である。 水みちが形成された夾雑物を示す図である。 センサーユニット、主軸ギヤ、およびレーキの関係を示す図である。 夾雑物除去装置の全体側面図である。

１ 夾雑物除去装置
３ 環状スクリーン
５ 夾雑物搬送管
７ 駆動装置
９ 円筒ドラム
１１ スクリーンバー
１９ トラフ
２１ レーキ
２３ スクレーパー
３５ スクリューコンベア
５３ 排出部
５５ 加圧脱水部
６５ コンテナ
７１ センサーユニット
８１、８３、８５、８７ 調整部材

Claims (5)

1. 夾雑物を含む排水を導入してスクリーンバーで夾雑物を捕捉し、
   捕捉した夾雑物をレーキで掻き寄せる環状スクリーン
   および
   該環状スクリーンで捕捉した夾雑物をスクリューコンベアで搬送し、
   加圧脱水された夾雑物を排出する夾雑物搬送管
   を備えた夾雑物除去装置において、
   前記夾雑物搬送管には、
   夾雑物の搬送を調整する調整部材が設けられている
   ことを特徴とする夾雑物除去装置。
2. 前記スクリューコンベアは、
   一つまたは二つ以上の無給油式軸受を備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載の夾雑物除去装置。
3. 前記スクリューコンベアは、正逆回転可能である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の夾雑物除去装置。
4. 前記レーキの停止位置を制御する制御器を備えた
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の夾雑物除去装置。
5. 前記夾雑物搬送管には、
   搬送する夾雑物に水を供給する給水管が設けられている
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の夾雑物除去装置。

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