JP2013138973A - 有機性汚泥スラリー化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】有機性汚泥を連続的に効率良く液状化することができる有機性汚泥スラリー化装置を提供する。
【解決手段】加圧下において加熱された有機性汚泥を脱圧して膨化処理された膨化汚泥が収容される膨化汚泥槽５を備える有機性汚泥スラリー化装置１ａにおいて、膨化汚泥槽５に収容されている膨化汚泥を圧送する膨化汚泥圧送ポンプ１０と、この膨化汚泥圧送ポンプ１０によって圧送される膨化汚泥を流通させながらその全量に対し剪断力を付与する膨化汚泥剪断機１３とを備えるものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機性汚泥を膨化処理して液状化する有機性汚泥スラリー化装置に関するものである。

工場排水や生活排水などのように有機物を溶存する有機性汚泥に対して、従来公知の沈殿、濃縮、加圧、脱水処理等を行っても、その含水率は、８０〜８５％程度が限界とされている。
有機性汚泥は、その含水率が例えば８５％から７５％に低下するだけで、その容積は約１／２に減少する。このことは、有機性汚泥の処理コストもまた約１／２に減少することを意味している。

一般的に有機性汚泥中の残存水分は、バクテリア細胞内に包含されている生体内細胞水や、バクテリア細胞間に入り込んでいる細胞間隙水、バクテリア細胞の表面に付着している細胞表面付着水などで構成されていると言われている。これらの中で、生体内細胞水は、強固な細胞膜によって保護されており、既存の脱水機、例えばローラプレス等による通常の脱水方法では、この細胞膜を破壊することは不可能である。このため、有機性汚泥の含水率を大幅に低減させることができなかったというのが実情である。したがって、細胞膜を破壊して生体内細胞水を抽出・除去することができれば、含水率を大幅に減少させ得ることは容易に想像することができる。

有機性汚泥中のバクテリア細胞膜を破壊する従来の技術として、有機性汚泥を加圧下において加熱し、その後に瞬時に脱圧して膨化処理し、膨化処理された有機性汚泥を反応槽に収容してその槽内に装備されたミキサーで剪断処理するというものが知られている（特許文献１参照）。

特開平１０−１１３７００号公報

しかしながら、特許文献１に係る技術では、反応槽内の有機性汚泥の全量に対し剪断力を付与しようとすれば、有機性汚泥を反応槽内に長時間に亘って留めてミキサーを稼働させ続けなければならず、液状化処理の効率が悪いという問題点がある。

本発明は、前述のような問題点に鑑みてなされたもので、有機性汚泥を連続的に効率良く液状化することができる有機性汚泥スラリー化装置を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、本発明による有機性汚泥スラリー化装置は、
加圧下において加熱された有機性汚泥を脱圧して膨化処理された膨化汚泥が収容される膨化汚泥槽を備える有機性汚泥スラリー化装置において、
前記膨化汚泥槽に収容されている膨化汚泥を圧送する膨化汚泥圧送ポンプと、
前記膨化汚泥圧送ポンプによって圧送される膨化汚泥を流通させながらその全量に対し剪断力を付与する膨化汚泥剪断機と、
を備えることを特徴とするものである（第１発明）。

本発明において、
前記膨化汚泥剪断機は、
ロータ軸線回りに回転駆動されるロータと、
ロータ軸線と一致するステータ軸線を有し、前記ロータを収容するステータと、
前記ロータの外周面と前記ステータの内周面との間に形成され、前記膨化汚泥圧送ポンプから圧送される膨化汚泥の全量が流通される膨化汚泥流通部と、
前記ステータの内周面に近接するように前記ロータの外周面から突設され、前記ロータの周方向およびロータ軸線方向にそれぞれ所定ピッチで配置される複数のロータ側突起と、
前記ロータの外周面に近接するとともに、前記ロータの回転時における前記ロータ側突起の回転軌跡に近接するように前記ステータの内周面から突設され、前記ステータの周方向およびステータ軸線方向にそれぞれ所定ピッチで配置される複数のステータ側突起と、
を備えてなるものであるのが好ましい（第２発明）。

本発明によれば、膨化汚泥槽に収容されている膨化汚泥が膨化汚泥圧送ポンプによって圧送され、この圧送される膨化汚泥の全量に対して剪断力が膨化汚泥剪断機によって付与されるので、有機性汚泥を連続的に効率良く液状化することができる。

ところで、特許文献１に係る技術において、反応槽内に装備されたミキサーは、反応槽の縦中心軸に多段に取り付けられた回転翼と、反応槽の内壁側に固定されて互いに隣接する回転翼の間に介在するように配置された多段の静止翼とから構成されている。
各段の回転翼は、反応槽の内壁面に近接するように放射状に延設された複数の翼刃からなり、各段の静止翼は、反応槽の縦中心軸との間に広い空間を設けた状態で放射状に延設された複数の翼刃からなるものである。
回転翼が反応槽の内壁面に近接状態で互いに隣接する静止翼の間を通過するようにされているので、それら静止翼と回転翼と反応槽の内壁面とに挟まれた有機性汚泥に対しては剪断力が確実に付与される。
しかしながら、反応槽の縦中心軸と静止翼との間には広い空間が設けられているため、互いに隣接する回転翼とそれら回転翼の間に位置する静止翼と反応槽の縦中心軸との間の有機性汚泥に対しては剪断力が付与されないことになり、有機性汚泥を構成しているバクテリア細胞膜を確実に破壊することができない。
仮に、反応槽内の有機性汚泥の全量に対し確実に剪断力を付与しようとすれば、有機性汚泥を反応槽内に長時間に亘って留めてミキサーを高速回転で稼働させ続けなければならず、動力損失が多大なものになる。

そこで、第２発明の構成を採用することにより、すなわち、膨化汚泥剪断機として、ロータ軸線回りに回転駆動されるロータと、ロータ軸線と一致するステータ軸線を有してロータを収容するステータとを備えるものとし、ステータの内周面に近接する複数のロータ側突起と、ロータの外周面に近接するとともに、ロータの回転時におけるロータ側突起の回転軌跡に近接する複数のステータ側突起とによって、ロータの外周面とステータの内周面とにおける膨化汚泥流通部に膨化汚泥を流通させながらその全量に対して剪断力を付与するものとすることにより、それらロータ側突起とステータ側突起とロータの外周面とステータの内周面とに挟まれた有機性汚泥に対して剪断力が確実に付与されるので、有機性汚泥を構成しているバクテリア細胞膜を省動力で確実に破壊することができ、有機性汚泥を連続的により効率良く液状化することができる。

本発明の一実施形態に係る有機性汚泥スラリー化装置を備える有機性汚泥処理施設の概略システム構成図 膨化汚泥剪断機の要部縦断面構造説明図 図２のＡ部拡大図（ａ）、Ｂ部拡大図（ｂ）およびＣ部拡大図（ｃ） ロータの横断面図（ａ）およびステータの横断面図（ｂ）

次に、本発明による有機性汚泥スラリー化装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

＜有機性汚泥処理施設の概略説明＞
図１に示される有機性汚泥処理施設１は、有機性汚泥スラリー化装置１ａによって有機性汚泥を連続的に液状化するとともに、有機性汚泥を減容化するための処理施設である。有機性汚泥は、その大部分がバクテリア細胞で構成され、その汚泥粒子は、水分を内包するバクテリア細胞膜で覆われている。

この有機性汚泥処理施設１において、図示されない有機性汚泥貯留槽に貯留されている処理前の含水率８０〜８５％程度の有機性汚泥（原料汚泥）は、その有機性汚泥貯留槽の下流に設置される例えばスクリュウポンプ等からなる汚泥送液ポンプ２によって下流の機器に圧送供給されるようになっている。
この汚泥送液ポンプ２による汚泥圧送ライン３には、汚泥加熱器４が設けられ、汚泥送液ポンプ２からの原料汚泥が汚泥加熱器４によって加圧状態で加熱される。このときの原料汚泥の温度は、好ましくは１３０℃以上である。

汚泥加熱器４とその下流側に設置される膨化汚泥槽５とは、汚泥送給ライン６によって接続されている。この汚泥送給ライン６には、汚泥加熱器４によって加熱・加圧された原料汚泥（加熱汚泥）の圧力を瞬時に大気圧まで開放してフラッシュさせるための背圧弁７が設けられている。こうして、汚泥加熱器４から加圧状態で送り出されてくる加熱汚泥は、背圧弁７を通過することにより、大気圧まで圧力が瞬時に開放され、この脱圧によって膨化処理された汚泥（膨化汚泥）が膨化汚泥槽５に送り込まれる。なお、この膨化汚泥槽５には、膨化汚泥が沈降するのを防ぐための攪拌機８が装備されている。

膨化汚泥槽５に収容されている膨化汚泥は、その膨化汚泥槽５の槽底に膨化汚泥抜出ライン９を介して接続される例えばスクリュウポンプ等からなる膨化汚泥圧送ポンプ１０によって下流の機器に圧送供給されるようになっている。
この膨化汚泥圧送ポンプ１０による汚泥圧送ライン１１には、上流側から下流側に向けて順に、固形分破砕ポンプ１２および膨化汚泥剪断機１３がそれぞれ設けられている。
固形分破砕ポンプ１２は、例えば、渦巻き形の多数の刃を持った遠心式多数刃スラリーポンプ等からなり、膨化汚泥圧送ポンプ１０から圧送される膨化汚泥中に含まれる比較的大きな固形分を破砕しながら膨化汚泥を膨化汚泥剪断機１３に向けて送り出す役目をする。
膨化汚泥剪断機１３は、膨化汚泥圧送ポンプ１０から圧送され、かつ固形分破砕ポンプ１２による破砕処理が施された膨化汚泥の全量に対し剪断力を付与する役目をする。

膨化汚泥剪断機１３によって剪断力が付与された膨化汚泥は、スラッジ貯留槽１４で一旦貯留される。なお、このスラッジ貯留槽１４には、膨化汚泥の沈降防止用の攪拌機１５が装備されている。
そして、このスラッジ貯留槽１４に貯留されている膨化汚泥は、例えばスクリュウポンプ等からなる送液ポンプ１６によって既存の脱水機、例えばフィルタプレス１７に送り込まれ、このフィルタプレス１７によって脱水処理される。この脱水処理によって汚泥の含水率は３０％以下にまで減少される。

次に、膨化汚泥剪断機１３の詳細構造の説明を図２〜図４を用いて以下に説明することとする。

＜膨化汚泥剪断機の概略説明＞
図２に示されるように、膨化汚泥剪断機１３は、ロータ軸線Ｏ_Ｒを有する円柱形状のロータ２１と、このロータ２１を収容するケーシング２２とを備えている。

＜ロータの説明＞
ロータ２１は、ロータ軸線Ｏ_Ｒと同軸線上で回転軸２３に結合され、この回転軸２３に電動モータ２４（図１参照）の回転動力が入力されることによってロータ軸線Ｏ_Ｒに回りに回転駆動されるようになっている。

＜ケーシングの説明＞
ケーシング２２は、ステータ２２ａと蓋体２２ｂとより構成されている。
ステータ２２ａは、ロータ軸線Ｏ_Ｒと一致するステータ軸線Ｏ_Ｓを有する円筒状部材である。このステータ２２ａの上部は開放され、その中心部には、ステータ軸線Ｏ_Ｓ回りにロータ２１を収容可能なロータ収容部２５（図４（ｂ）参照）が形成され、その下部中央には膨化汚泥を排出するための膨化汚泥排出口２６が形成されている。
蓋体２２ｂは、ステータ２２ａの上部の開放部分を塞ぐものである。この蓋体２２ｂには、回転軸２３が挿通される軸挿通孔２７が形成されている。この軸挿通孔２７には、すべり軸受２８が装着されており、回転軸２３は、このすべり軸受２８を介して蓋体２２ｂに回転可能に支持されている。また、この蓋体２２ｂには、膨化汚泥圧送ポンプ１０（図１参照）から圧送される膨化汚泥が導入される膨化汚泥導入口２９が形成されるとともに、この膨化汚泥導入口２９から導入された膨化汚泥をロータ２１の上面へと案内する膨化汚泥案内路３０が形成されている。

＜膨化汚泥流通部の説明＞
図３（ａ）に示されるように、ロータ２１の上面と蓋体２２ｂの下面との間には、膨化汚泥案内路３０から送り込まれた膨化汚泥をロータ２１の外周側へと流通させる第１膨化汚泥流通部３１が形成されている。
図３（ｂ）に示されるように、ロータ２１の外周面とステータ２２ａの内周面との間には、第１膨化汚泥流通部３１からの膨化汚泥をロータ２１の下面側へと流通させる第２膨化汚泥流通部３２が形成されている。
図３（ｃ）に示されるように、ロータ２１の下面とステータ２２ａの底面との間には、第２膨化汚泥流通部３２からの膨化汚泥を膨化汚泥排出口２６へと流通させる第３膨化汚泥流通部３３が形成されている。

＜膨化汚泥剪断機での膨化汚泥の流れ経路の説明＞
膨化汚泥圧送ポンプ１０（図１参照）から圧送される膨化汚泥は、その全量が膨化汚泥導入口２９を介して膨化汚泥剪断機１３内に導入され、膨化汚泥案内路３０、第１膨化汚泥流通部３１、第２膨化汚泥流通部３２および第３膨化汚泥流通部３３をそれぞれ通って膨化汚泥排出口２６からスラッジ貯留槽１４（図１参照）に向けて送り出される。

＜ロータ側突起、ステータ側突起の説明＞
図３（ｂ）に示されるように、ロータ２１の外周面には、ステータ２２ａの内周面に近接するように複数のロータ側突起３４が突設されている。これら複数のロータ側突起３４は、図３（ｂ）および図４（ａ）に示されるように、ロータ軸線Ｏ_Ｒ方向およびロータ２１の周方向にそれぞれ所定ピッチで配置されている。
図３（ｂ）に示されるように、ステータ２２ａの内周面には、ロータ２１の外周面に近接するとともに、互いに隣接するロータ側突起３４の間に位置されてロータ２１の回転時におけるロータ側突起３４の回転軌跡に近接するように複数のステータ側突起３５が突設されている。これらステータ側突起３５は、図３（ｂ）および図４（ｂ）に示されるように、ステータ軸線Ｏ_Ｓ方向およびステータ２２ａの周方向にそれぞれ所定ピッチで配置されている。

＜作用効果の説明＞
本実施形態によれば、膨化汚泥槽５に収容されている膨化汚泥が膨化汚泥圧送ポンプ１０によって圧送され、この膨化汚泥圧送ポンプ１０からの膨化汚泥の全量が固形分破砕ポンプ１２を介して膨化汚泥剪断機１３に送り込まれる。
膨化汚泥剪断機１３においては、電動モータ２４の作動によってロータ２１が回転駆動されることにより、固定状態で配置されている複数のステータ側突起３５の間を複数のロータ側突起３４が近接状態で通過される。この際、ロータ側突起３４とステータ側突起３５とロータ２１の外周面とステータ２２ａの内周面とに挟まれた膨化汚泥は、第２膨化汚泥流通部３２内でロータ側突起３４とステータ側突起３５とによって剪断される。これにより、膨化汚泥圧送ポンプ１０からの膨化汚泥を第２膨化汚泥流通部３２に流通させながらその全量に対して剪断力を確実に付与することができるので、有機性汚泥を連続的に効率良く液状化することができる。

以上、本発明の有機性汚泥スラリー化装置について、一実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

上記の実施形態においては、例えば、膨化汚泥槽５の槽底に膨化汚泥抜出ライン９を接続して、膨化汚泥槽５に収容されている膨化汚泥を抜き出すようにしたが、膨化汚泥槽５の槽底部よりも上側の槽中間部に膨化汚泥抜出ライン９´（図１中二点鎖線で示されるライン）を接続して、膨化汚泥槽５に収容されている膨化汚泥の上澄み液部分を抜き出すようにしてもよい。この場合、膨化汚泥圧送ポンプ１０から圧送される膨化汚泥中に比較的大きな固形分が混入されないので、固形分破砕ポンプ１２を省略することができ、有機性汚泥処理システムの簡素化と設備費用の低減を図ることができるという利点がある。

本発明の有機性汚泥スラリー化装置は、有機性汚泥を連続的に効率良く液状化することができるという特性を有していることから、工場排水や生活排水などの有機性汚泥の減容化の用途に好適に用いることができる。

１ 有機性汚泥処理施設
１ａ 有機性汚泥スラリー化装置
５ 膨化汚泥槽
１０ 膨化汚泥圧送ポンプ
１３ 膨化汚泥剪断機
２１ ロータ
２２ａ ステータ
３１ 第１膨化汚泥流通部
３２ 第２膨化汚泥流通部
３３ 第３膨化汚泥流通部
３４ ロータ側突起
３５ ステータ側突起

Claims (2)

1. 加圧下において加熱された有機性汚泥を脱圧して膨化処理された膨化汚泥が収容される膨化汚泥槽を備える有機性汚泥スラリー化装置において、
   前記膨化汚泥槽に収容されている膨化汚泥を圧送する膨化汚泥圧送ポンプと、
   前記膨化汚泥圧送ポンプによって圧送される膨化汚泥を流通させながらその全量に対し剪断力を付与する膨化汚泥剪断機と、
   を備えることを特徴とする有機性汚泥スラリー化装置。
2. 前記膨化汚泥剪断機は、
   ロータ軸線回りに回転駆動されるロータと、
   ロータ軸線と一致するステータ軸線を有し、前記ロータを収容するステータと、
   前記ロータの外周面と前記ステータの内周面との間に形成され、前記膨化汚泥圧送ポンプから圧送される膨化汚泥の全量が流通される膨化汚泥流通部と、
   前記ステータの内周面に近接するように前記ロータの外周面から突設され、前記ロータの周方向およびロータ軸線方向にそれぞれ所定ピッチで配置される複数のロータ側突起と、
   前記ロータの外周面に近接するとともに、前記ロータの回転時における前記ロータ側突起の回転軌跡に近接するように前記ステータの内周面から突設され、前記ステータの周方向およびステータ軸線方向にそれぞれ所定ピッチで配置される複数のステータ側突起と、
   を備えてなるものである請求項１に記載の有機性汚泥スラリー化装置。

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