JP2014188503A

JP2014188503A - 電気浸透脱水装置及びその洗浄方法

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Publication number: JP2014188503A
Application number: JP2013069465A
Authority: JP
Inventors: Seiya Hina; 清也日名
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2014-10-06
Also published as: WO2014157501A1

Abstract

【課題】陰極の全体を十分に洗浄することができる電気浸透脱水装置及びその洗浄方法を提供する。
【解決手段】濾布よりなるコンベヤベルト１がメインローラ２，３間にエンドレスに架け渡されており、陰極４の上面に沿って無端回動可能とされている。コンベヤベルト１の搬送方向に陽極ユニット２１〜２５が配列されている。コンベヤベルト１の下側に多数の陰極ローラ１０が設置されている。陰極ローラ１０に向ってスプレー管１５から水を噴出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、排水の生物処理汚泥、上水汚泥などの含水物を脱水するための電気浸透脱水装置と、その電極を洗浄する方法に関する。

排水の生物処理過程で発生する汚泥などの含水物を脱水処理する方法として、電気浸透脱水が知られている。（特許文献１，２）。この電気浸透脱水処理では、被処理含水物に通電して、マイナスに荷電した汚泥を陽極側に引き寄せ、一方、汚泥の間隙水を陰極側に移動させて分離させながら加圧力をかけて脱水するため、機械的脱水処理の場合に比べて、脱水効率が高く、汚泥の含水率を更に低減することが可能である。

特許文献１，２の電気浸透脱水装置は、無端回動するコンベヤベルトの上に汚泥を供給し、コンベヤベルトの下側の陰極板とコンベヤベルトの上方の陽極ユニットとの間で含水物を挟圧すると共に電流を通電して電気浸透脱水するように構成したものである。陽極ユニットはコンベヤ移動方向に複数個配設されている。各陽極ユニットの底面部には水平な陽極板が設置されている。この陽極板はエアシリンダによって押し下げ可能とされると共に、スプリングによって引き上げ可能とされている。コンベヤは、陽極板を上昇させた状態で、１スパン（陽極ユニットの設置間隔）分だけ含水物を移動させる。

図３，４は、特許文献１，２の電気浸透脱水装置を示す断面図である。

濾布よりなるコンベヤベルト１がメインローラ２，３間にエンドレスに架け渡されており、無端回動可能とされている。

このコンベヤベルト１の上面側が搬送側となっており、下面側が戻り側となっている。コンベヤベルト１の搬送側の下面に板状の陰極４が配置されている。この陰極４は金属などの導電材よりなる板状部材であり、上下方向に貫通する多数の孔を有している。陰極４はメインローラ２の直近からメインローラ３の直近まで延在している。このコンベヤベルト１の上面（搬送部）の搬送方向上流部に被処理含水物（汚泥Ｓ）を供給するようにホッパー５が設けられている。

陰極４の下側に、陰極４の前記孔を通って落下してくる濾液を受けとめるトレー６が設けられている。トレー６で集められた濾液は、配管７を介して水処理設備へ送られる。

コンベヤベルト１の搬送部の上方に陽極ユニット２１，２２，２３，２４，２５が設置されている。なお、図３（ｂ）の通り、コンベヤベルト１の搬送部の両サイドに非導電性の側壁板２０が立設されており、コンベヤベルト１上の汚泥が側方へはみ出ないように構成されている。陽極ユニット２１〜２５は側壁板２０，２０間に配置されている。陽極ユニットは、コンベヤベルト搬送方向に通常は２〜５個程度配置されている。各陽極ユニット２１〜２５は、下面に固着された陽極板３３と、エアシリンダ（図示略）を有している。

汚泥の脱水処理を行うには、ホッパー５内に供給された汚泥Ｓをコンベヤベルト１上に送り出し、各陽極ユニット２１〜２５に直流電流を通電すると共に、各陽極ユニット２１〜２５のエアシリンダにエアを供給し、この汚泥を陽極ユニット２１〜２５の陽極板３３で上方から押圧する。そして、陽極ユニット２１〜２５が正、陰極板４が負となるように電圧を印加して陽極ユニット２１〜２５と陰極板４との間に通電すると共に陽極ユニット２１〜２５の陽極板３３で汚泥をプレスすることにより、汚泥が電気浸透脱水される。そして、脱水濾液がコンベヤベルト１を透過し、陰極板４の孔を通過してトレー６上に落下し、配管７を介して水処理設備に送られる。

図３のように各陽極ユニット２１〜２５に通電すると共に、陽極ユニット２１〜２５によって汚泥をプレスするときには、コンベヤベルト１は停止している。陽極ユニット２１〜２５によって所定時間プレス及び通電を行った後、各陽極ユニット２１〜２５のエアシリンダからエアを排出し、図４の通り、陽極板３３を上昇させる。そして、コンベヤベルト１を陽極ユニット２１〜２５の配列ピッチの１ピッチ分だけ移動させる。これにより、陽極ユニット２５の下側に位置していた汚泥は、脱水汚泥として送り出され、各陽極ユニット２１〜２４の下側に位置していた汚泥はそれぞれ１段だけ下流側の陽極ユニット２２〜２５の下側に移動する。コンベヤベルト１の搬送面の末端側の脱水汚泥は、ローラ３を通り過ぎた位置でコンベヤベルト１から送り出される。また、ホッパー５から未脱水処理汚泥が陽極ユニット２１の下側に導入される。次いで、各陽極ユニット２１〜２５の陽極板３３を押し下げると共に各陽極ユニット２１〜２５と陰極４との間に通電し、汚泥の電気浸透脱水処理を行う。以下、この工程を繰り返すことにより、汚泥を電気浸透脱水処理する。

電気浸透脱水部では陽極と陰極の間に汚泥を挟み込み直流電流を印加するが、この時、電極にスケール等の汚れが付着することがある。たとえば陽極にシリカスケールが付着し、陰極にカルシウムスケールが付着する。

このスケールを除去するために、特許文献１には、洗浄液を含浸させたスポンジを陽極ユニット２１〜２５と陰極４との間で挟圧することが記載されている。

特許文献２には、スケールが付着した場合に電極（陽極板３３及び陰極４４）を洗浄液で洗浄することが記載されている。洗浄液としては、アルカリと酸とが示されている。洗浄態様として、洗浄液を電極に注ぎかけることが記載されている。

特開２０１１−７２８６５特開２０１２−１７６３５８

上記文献１，２の方法で陰極４を洗浄する場合、陰極４の上面を洗浄することはできるが、陰極４の下面を洗浄することはできない。

本発明は、陰極の全体を十分に洗浄することができる電気浸透脱水装置及びその洗浄方法を提供することを目的とする。

本発明の電気浸透脱水装置は、対向配置された陽極及び陰極と、該陽極と陰極との間に配置された濾材よりなるコンベヤベルトとを備え、該コンベヤベルトと前記陽極との間の電気浸透脱水処理部で被処理含水物を挟圧して電気浸透脱水する電気浸透脱水装置において、該陰極として、前記コンベヤベルトの搬送方向と直交方向に延在し、該搬送方向に間隔をあけて配列された複数の陰極ローラが設置され、該陰極ローラに向けて液体を噴出するための噴出手段を備えたことを特徴とするものである。

本発明では、前記陰極ローラを回転駆動させるための回転駆動手段を備えることが好ましい。

本発明の電気浸透脱水装置の洗浄方法は、かかる本発明の電気浸透脱水装置の陰極ローラを洗浄する方法である。

この洗浄方法の一態様では、噴出手段から水を間欠的に噴出する。別の一態様では、陰極ローラに水を噴出した後、酸溶液を噴出し、その後水を噴出して酸を洗い流す。

本発明の電気浸透脱水装置では、濾材よりなるコンベヤベルトと陽極との間で汚泥（被脱水処理物）を挟圧して電気浸透脱水する。陰極として多数の陰極ローラが配列されており、陽極と該陰極ローラとの間で通電が行われる。

この陰極ローラに対し、噴出手段から水を噴出することにより、陰極ローラへのスケール付着を予防的に防止ないし抑制することができる。陰極ローラへのスケール付着量が所定量より多くなったときには陰極ローラに対し酸などの洗浄液を噴出し、スケールを除去する。また、この液の噴出時に陰極ローラを回転させることにより、陰極ローラに万遍なく液を掛けることができる。

本発明者が種々研究を重ねた結果、陰極ローラにスケールが付着する前の段階で陰極ローラに水を噴出すると、ＳＳ性カルシウム成分が陰極ローラに固着する前に流去されるようになり、陰極ローラへのスケール付着が防止されることが認められた。この理由については次のように推察される。

電気浸透脱水における濾液へのカルシウム（以下、Ｃａと記載することがある。）の移行は、ＳＳ性のＣａと溶解性Ｃａに大別される。

ただし、陰極に付着するＣａの主体は、ＳＳ性のＣａである。また、脱水濾液の性状（通常はｐＨ１２以上、水温９０℃以上）では、ＳＳ性カルシウムとしてＣａ（ＯＨ）_２、ＣａＣＯ_３の両方が存在する。ＳＳ性ＣａによるカソードへのＣａ付着を防止するには、ＳＳ性Ｃａがカソードに到着後、固着する前にできるだけ速やかに水洗浄して、カソードから除去することが重要である。

本発明では、陰極ローラを間欠的に水洗浄することにより、付着前のカルシウムを洗い流して、カルシウムの付着を防止することができる。これにより、カルシウムスケールの付着速度を大幅に低減できる。ただし、それでもカソード表面には徐々にスケール特にカルシウムスケールが成長する。このスケールは、酸洗浄により除去される。

（ａ）図は実施の形態に係る電気浸透脱水装置の概略的な縦断面図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。別の実施の形態に用いられる電気浸透脱水装置の概略的な縦断面図である。（ａ）図は従来例に係る電気浸透脱水装置の概略的な縦断面図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図３の電気浸透脱水装置のコンベヤベルト搬送時の概略的な縦断面図である。実施例１における洗浄タイミングチャートである。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る電気浸透脱水装置の長手方向（ベルト回動方向）に沿う縦断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。なお、図１において図３と同一符号は同一部分を示している。

この実施の形態においても、図３，４の電気浸透脱水装置と同じく、濾布よりなるコンベヤベルト１がメインローラ２，３間にエンドレスに架け渡されており、無端回動可能とされている。

このコンベヤベルト１の上面側が搬送側となっており、下面側が戻り側となっている。コンベヤベルト１の搬送側の下面に、多数の陰極ローラ１０が配置されている。この陰極ローラ１０は金属などの導電材よりなる中空パイプ又は中実棒状部材であり、コンベヤベルト１の幅方向長さと略同一長さを有している。

陰極ローラ１０は、軸心方向をコンベヤベルト１の搬送方向を直交方向としている。陰極ローラ１０はステンレス（ＳＵＳ３０４又はＳＵＳ３１６）製であることが好ましい。

陰極ローラ１０からは、それと同軸の支軸１１が両方向に延出しており、該支軸１１の端部が軸受１２ａを介してマシンフレーム１２に枢支されている。支軸１１にはスプロケットホイール１３が固着されており、該スプロケットホイール１３に噛合するチェーン（図示略）を介して陰極ローラ１０が回転駆動可能とされている。

陰極ローラ１０は、メインローラ２の直近からメインローラ３の直近まで、所定間隔をあけて配列されている。陰極ローラ１０の直径は１５〜３０ｍｍ程度が好ましい。陰極ローラ１０同士の間の隙間間隔は１〜１０ｍｍ、特に２〜８ｍｍ程度が好適である。陰極ローラ１０は、水や洗浄液で洗浄されるときに回転される。陰極ローラ１０の回転数は５〜３０ｒｐｍ程度が好適である。

陰極ローラ１０よりも下方かつトレー６よりも上位に、上方に向って水や洗浄液を噴出させるようにスプレー管１５が設置されている。スプレー管１５は、この実施の形態ではコンベヤベルト１の幅員方向に延在し、該幅員と略同一長さを有している。スプレー管１５の上面には水噴出口１５ａが長手方向に間隔をおいて多数設けられている。スプレー管１５は、コンベヤベルト１の搬送方向に間隔をおいて複数個設置されている。スプレー管１５の設置間隔は、各スプレー管１０に満遍なく水又は洗浄液を吹き付けることができるように選定される。

前記図３，４の場合と同じく、このコンベヤベルト１の上面（搬送部）の搬送方向上流部に被処理含水物（この実施の形態では汚泥Ｓ）を供給するようにホッパー５が設けられている。トレー６で集められた濾液は、配管７を介して水処理設備へ送られる。なお、一部の濾液をホッパー５に返送して汚泥に添加してもよい。

コンベヤベルト１の搬送部の上方に陽極ユニット２１，２２，２３，２４，２５が設置されている。この実施の形態では陽極ユニットがコンベヤベルト搬送方向に５個配置されているが、これに限定されない。陽極ユニットは、コンベヤベルト搬送方向に通常は２〜５個程度配置されていればよい。

各陽極ユニット２１〜２５は、下面に固着された陽極板３３と、エアシリンダ（図示略）を有している。エアシリンダは、シリンダ部の上端が電気浸透脱水装置のマシンフレーム（図示略）に連結されており、ピストンロッドの下端が陽極ユニットに連結されている。エアシリンダ内にエアを供給すると、陽極板３３が下方に移動する。エアシリンダからエアを排出すると、陽極板３３が引き上げられて、上昇する。各陽極ユニット２１〜２５の陽極板３３と陰極ローラ１０との間には、直流電源装置（図示略）から直流電流がマシンフレームを介して通電される。

その他の構成は図３，４と同一であり、同一符号は同一部分を示している。

このように構成された電気浸透脱水装置によって汚泥の脱水処理を行うには、陰極ローラ１０を停止させた状態で、図３，４の場合と同じく、ホッパー５内に供給された生物処理汚泥などの汚泥Ｓをコンベヤベルト１上に送り出し、各陽極ユニット２１〜２５に直流電流を通電すると共に、各陽極ユニット２１〜２５のエアシリンダにエアを供給し、この汚泥を陽極ユニット２１〜２５の陽極板３３で上方から押圧する。

電圧は、陽極ユニット２１〜２５が正、陰極ローラ１０が負となるように印加される。各陽極ユニット２１〜２５に対し同一の電圧を印加するのが装置の運転管理を容易とする点からして好適であるが、搬送方向下流側ほど電圧を高くしたり、逆に低くしたりしてもよい。また、各陽極ユニットの電流値が同一となるように通電制御してもよい。

各陽極ユニット２１〜２５のエアシリンダに対し同一の圧力のエアを供給してもよく、下流側の陽極ユニットほど供給エア圧を大きく又は小さくするようにしてもよい。

このように陽極ユニット２１〜２５と陰極ローラ１０との間に通電すると共に陽極ユニット２１〜２５の陽極板３３で汚泥をプレスすることにより、汚泥が電気浸透脱水される。そして、脱水濾液がコンベヤベルト１を透過し、陰極ローラ１０間を通過してトレー６上に落下する。トレー６上に落下した濾液は、水処理設備に送られて処理する。なお、このトレー６からの電気伝導率の高い濾液をホッパー５内に供給するようにした場合には、被処理汚泥の電気伝導率が高くなり、陽極ユニット２１〜２５と陰極板４との間の汚泥の電気伝導率が高くなり、脱水性が向上する。これにより、得られる脱水汚泥の含水率が低いものとなる。

図１のように各陽極ユニット２１〜２５に通電すると共に、陽極ユニット２１〜２５によって汚泥をプレスするときには、コンベヤベルト１は停止している。陽極ユニット２１〜２５によって所定時間プレス及び通電を行った後、各陽極ユニット２１〜２５のエアシリンダからエアを排出し、前記図４の通り、陽極板３３を上昇させる。そして、コンベヤベルト１を陽極ユニット２１〜２５の配列ピッチの１ピッチ分だけ移動させる。これにより、陽極ユニット２５の下側に位置していた汚泥は、脱水汚泥として送り出され、各陽極ユニット２１〜２４の下側に位置していた汚泥はそれぞれ１段だけ下流側の陽極ユニット２２〜２５の下側に移動する。コンベヤベルト１の搬送面の末端側の脱水汚泥は、メインローラ３を通り過ぎた位置でコンベヤベルト１から送り出される。また、ホッパー５から未脱水処理汚泥が陽極ユニット２１の下側に導入される。次いで、各陽極ユニット２１〜２５の陽極板３３を押し下げると共に各陽極ユニット２１〜２５と陰極ローラ１０との間に通電し、汚泥の電気浸透脱水処理を行う。以下、この工程を繰り返すことにより、汚泥を電気浸透脱水処理する。コンベヤベルト１を移動させるときに、陰極ローラ１０をコンベヤベルト１の送り速度と同一周速度にてコンベヤベルト送り方向に回転駆動してもよい。

［陰極ローラ１０の水洗い］
本発明では、間欠的又は連続的（好ましくは、間欠的かつ定期的）にスプレー管１５から水を噴出し、陰極ローラ１０を水洗いし、陰極ローラ１０に付着したＳＳ性カルシウムを洗い落とすことにより、陰極ローラ１０へのカルシウムスケールの付着を大幅に抑制することができる。この水洗いに際し、陰極ローラ１０を回転させ、水が万遍なく掛かるようにする。

水の吐出圧は特に限定されない。陰極ローラ１０の表面にできるだけ均一に満遍なく水をかけることができるだけの吐出圧があればよい。

水の洗浄強度は陰極ローラ１０の投影面積に対して、１０〜１００Ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２程度が好ましい。

水洗浄時間は５秒〜９０秒／回程度が好適である。また、水洗浄は、電気浸透脱水終了より前に開始、または電気浸透脱水終了後直ちに開始し、脱水ケーキを移送している間、電気浸透開始後、またはその後しばらく継続するのが好ましい。

［陰極ローラ１０の薬液洗浄方法］
電気浸透脱水装置の運転を継続していると、上記の水洗浄を適時に行っても、陰極ローラ１０に次第にスケール特にカルシウムスケールが付着してくるので、それまでと同一条件（同一処理速度、同一電圧、同一電流）と脱水運転を行っても、脱水汚泥の含水率が低下してくる。そこで、この含水率が所定値以下となったときには、スケール付着量が多くなったものと判断し、電極を薬液洗浄する。

陰極ローラ１０の薬液洗浄を行うには、上記スプレー管１５から洗浄液を噴出する。洗浄薬液としては、酸性溶液（メタンスルホン酸、スルファミン酸、乳酸、塩酸など）が好適であり、その濃度は２〜２０ｗｔ％程度が好ましいが、それ以上であってもよい。この薬液洗浄時に陰極ローラ１０を回転させ、薬液が万遍なく掛かるようにする。

洗浄液の噴出の前にスプレー管１５から水を噴出してもよい。水で予備洗浄するのが好ましい。これにより、濾液に含まれていたアルカリ成分が洗い流されると共に、その他の付着物もある程度洗い落とされるので、その後の洗浄薬液量を減少させることができる。また洗浄液の噴出後にスプレー管１５から水を噴出して付着洗浄液を洗い流すのが好ましい。

上記実施の形態では、スプレー管１５から水を噴出したり洗浄液を噴出するようにしているが、水噴出専用のスプレー管と、洗浄液噴出専用のスプレー管とを設置してもよい。また、上記実施の形態ではスプレー管１５を設置しているが、上方に向って散水できるものであればよく、散水ノズルなど他のものを用いてもよい。

上記実施の形態では、陽極ユニット２１〜２５とコンベヤベルト１によって汚泥を電気浸透脱水する電気浸透脱水装置に本発明方法を適用しているが、本発明は別型式の電気浸透脱水装置にも適用可能である。例えば、図２のように陽極ドラム６１と、コンベヤベルト６２との間で汚泥Ｓを挟圧する電気浸透脱水装置６０にも本発明を適用できる。コンベヤベルト６２の陽極ドラム６１と反対側には多数の陰極ローラ６３が配列されている。これらの陰極ローラ６３に向って水又は洗浄液を噴出するようにスプレー管６４が設置されている。

［実施例１］
図１に示す電気浸透脱水装置において、諸元及び主な運転条件を次の通りとした。

コンベヤベルト１の幅：９００ｍｍ
陽極ユニット数：３個
１個の陽極ユニットの搬送方向長さ：４５０ｍｍ
印加電圧：６０Ｖ
陰極ローラ１０の直径：２１．４ｍｍ
陰極ローラ１０の材料：ＳＵＳ３０４
陰極ローラ１０のピッチ：２６ｍｍ
汚泥：含水率８１％
スプレー管１５の設置本数：４本
スプレー管１５の給水元圧：０．１ＭＰａ
陰極ローラの水洗浄時間：２０秒
陰極ローラの洗浄水量：２０Ｌ／ｍ^２
作動タイミングチャート：図５の通り
２４時間の運転の結果、陰極ローラ１０へのカルシウムスケールの付着量は、陰極ローラ１本当り５００ｍｇであった。

［比較例１］
陰極ローラ１０の水洗浄を行わなかったこと以外は実施例１と同一条件にて運転を行った。２４時間の運転の結果、陰極ローラ１０へのカルシウムスケールの付着量は、陰極ローラ１本当り５ｍｇであった。

なお、この比較例１でカルシウムスケールが付着した陰極ローラを取り外し、酸で洗浄を行ったところ、次の事項が認められた。

使用する酸の種類は、スルファミン酸、メタンスルホン酸、乳酸、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸などが良い。陰極ローラ１０をステンレス鋼（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６）で作成した場合、塩酸（ＨＣｌ）溶液はカソードを腐食させる。また、硫酸はカルシウムと反応して、硫酸カルシウム（石膏）を生成するので適当ではない。その他、硝酸、クエン酸、リンゴ酸、酢酸などの酸も使用可能であるが、ＳＵＳ腐食性があり、カルシウムスケール除去性能が低い。カルシウム除去効果が高い酸性溶液としては、スルファミン酸、メタンスルホン酸、乳酸が適しており、特にメタンスルホン酸が有効であった。

１コンベヤベルト
２，３メインローラ
４陰極
５ホッパー
６トレー
１０陰極ローラ
１５スプレー管
２１〜２５陽極ユニット
３３陽極板

Claims

対向配置された陽極及び陰極と、
該陽極と陰極との間に配置された濾材よりなるコンベヤベルトと
を備え、該コンベヤベルトと前記陽極との間の電気浸透脱水処理部で被処理含水物を挟圧して電気浸透脱水する電気浸透脱水装置において、
該陰極として、前記コンベヤベルトの搬送方向と直交方向に延在し、該搬送方向に間隔をあけて配列された複数の陰極ローラが設置され、
該陰極ローラに向けて液体を噴出するための噴出手段を備えたことを特徴とする電気浸透脱水装置。
請求項１において、前記陰極ローラを回転駆動させるための回転駆動手段を備えたことを特徴とする電気浸透脱水装置。
請求項１又は２の電気浸透脱水装置の陰極ローラを洗浄する方法であって、
前記噴出手段から水を間欠的に噴出することを特徴とする電気浸透脱水装置の洗浄方法。
請求項１又は２の電気浸透脱水装置の陰極ローラを洗浄する方法であって、
前記陰極ローラに水を噴出した後、酸溶液を噴出し、その後水を噴出して酸を洗い流すことを特徴とする電気浸透脱水装置の洗浄方法。