JP2017131847A - 遠心分離機 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化を図るとともに、脱水性能を向上させることができる遠心分離機を提供する。【解決手段】回転軸心廻りに回転して処理対象汚泥を遠心力で分離液Ｗと脱水ケーキＫに固液分離するボウル１０６と、回転軸心方向でボウル１０６の一端側に設けた分離液排出口１１２Ａと、回転軸心方向でボウルの他端側に設けた脱水ケーキ排出口１１３と、ボウル１０６と同回転軸心廻りに回転してボウル１０６の内周面上で脱水ケーキＫを脱水ケーキ排出口１１３に向けて移送するスクリューコンベア１０９Ａを備え、スクリューコンベア１０９Ａは、回転軸心方向に沿って延びる内胴１０７Ａと、内胴外周に螺旋状に設けられて脱水ケーキＫを掻き寄せる羽根１０８Ａを有し、内胴１０７Ａがボウル１０６の他端側に向けてテーパ状に拡径する拡径部２０１を有し、ボウル１０６と内胴１０７Ａと羽根１０８Ａの少なくとも何れかが炭素繊維強化プラスチック（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）からなる。【選択図】図１

Description

本発明は遠心分離機に関し、スクリューコンベアの軽量化と脱水性能を向上させる技術に係るものである。

従来、例えば下水処理過程で発生する汚泥を処理する装置として、遠心脱水機や遠心濃縮機等の遠心分離機がある。
遠心脱水機は、汚泥を高速回転させることで、汚泥分と水分を比重差によって分離し、脱水するものであり、例えば特許文献１に記載するものがある。

これは図５に示すものであり、遠心脱水機１００は、主構造部材１０１の上に配置する脱水本体部１０４を軸受け部１０５ａ、１０５ｂで支持している。
脱水本体部１０４は、円筒直胴状のボウル１０６とボウル１０６の内部に配置する内胴１０７とを同心状に有し、軸受け部１０５ａ、１０５ｂがボウル１０６の回転軸心方向の両端の回転軸部１０６ａ、１０６ｂを回転可能に支持し、ボウル１０６が内胴１０７の回転軸心方向の両端の回転軸部１０７ａ、１０７ｂを回転可能に支持しており、同心状に配置されたボウル１０６と内胴１０７は同じ回転軸心廻りに回転可能である。

内胴１０７は内胴外周に回転軸心の周りに螺旋状に設けた羽根１０８を有してスクリューコンベア１０９を構成している。
ボウル１０６は回転軸心方向の一端側が主として分離した水分の分離液Ｗが滞留する分離液領域部１１０を形成しており、回転軸心方向の他端側が主として分離した汚泥分の脱水ケーキＫを移送する脱水ケーキ領域部１１１を形成している。ボウル１０６の回転軸心方向の一端側の端部壁１１０ａには複数の分離液排出口１１２が回転軸心から等距離の位置に、かつ回転軸心廻りに所定間隔で配置されている。

各分離液排出口１１２にはダムプレート（堰板）１１２ａが各分離液排出口の開口の一部を覆って装着されている。ダムプレート１１２ａは、ボウル１０６のボウル径方向における位置を調整することにより、ボウル１０６における分離液Ｗの上限水位となる分離液排出口１１２での堰高さを設定する。ボウル１０６の回転軸心方向の他端側の周壁には複数の脱水ケーキ排出口１１３が回転軸心を中心とする放射状の位置に、かつ回転軸心廻りに所定間隔で配置されている。

内胴１０７はボウル１０６の他端側に対応する部位がボウル１０６の他端に近づくほどに内胴外径がテーパ状に拡大する拡径部をなし、内胴１０７とボウル１０６の間の脱水ケーキ領域部１１１がボウル１０６の他端に近づくほどに狭くなり、内胴１０７の他端外周面とボウル１０６の他端内周面との間の隘路１０６ｃが脱水ケーキ領域部１１１と脱水ケーキ排出口１１３を連通している。

脱水本体部１０４は、内胴１０７がボウル１０６に対して所定の差速で回転し、スクリューコンベア１０９がボウル１０６の内周面上で脱水ケーキＫをボウル１０６の他端側に向けて移送し、脱水ケーキＫが脱水ケーキ領域部１１１から隘路１０６ｃを通して脱水ケーキ排出口１１３に押し出される。

脱水本体部１０４を覆って配置するハウジング１１４は主構造部材１０１に固定してあり、分離液領域部１１０の分離液排出口１１２を囲む部位に下方に向けて開口する分離液放出口１１５を有し、脱水ケーキ領域部１１１の脱水ケーキ排出口１１３を囲む部位に下方に向けて開口する脱水ケーキ放出口１１６を有している。

軸受け部１０５ｂで支持された脱水ケーキ領域部１１１の側の回転軸部１０６ｂおよび回転軸部１０６ｂを貫通する内胴１０７の回転軸１０７ｂには差速装置として油圧モータ１１８を接続し、油圧モータ１１８に駆動源の駆動モータや油圧ポンプ（図示せず）が連結されている。

汚泥供給管１２０は、軸受け部１０５ａで支持された分離液領域部１１０の側の回転軸部１０６ａを貫通して内胴１０７の内部に挿入されており、先端開口１２０ａが内胴１０７の汚泥投入部１２１の壁面に対向している。薬剤供給管１２２は、汚泥供給管１２０の内部に挿入されており、先端開口１２２ａが内胴１０７の汚泥投入部１２１の壁面に対向している。

内胴１０７の汚泥投入部１２１の周壁には分離液領域部１１０の内部に向けて開口する複数の汚泥投入口１２１ａが回転軸心を中心とする放射状の位置に、かつ回転軸心廻りに所定間隔で配置されている。

この構成では、原汚泥Ｓを汚泥供給管１２０を通して高速回転する内胴１０７の汚泥投入部１２１に供給するとともに、高分子凝集剤Ｃを薬剤供給管１２２を通して高速回転する内胴１０７の汚泥投入部１２１に供給して混合し、原汚泥Ｓと高分子凝集剤Ｃの混合汚泥を汚泥投入部１２１の汚泥投入口１２１ａから高速回転するボウル１０６の内部に投入する。

ボウル１０６の内部で凝集した汚泥フロックＦを含む混合汚泥は、遠心力により分離液Ｗと脱水ケーキＫとに固液分離される。ボウル１０６と回転数差（差速）をもつスクリューコンベア１０９が脱水ケーキＫを脱水ケーキ領域部１１１に移送し、脱水ケーキＫは脱水ケーキ領域部１１１を移動する間に含水率がさらに低下し、脱水ケーキ排出口１１３からハウジング１１４の内部に排出され、脱水ケーキ放出口１１６から機外へ放出される。

ボウル１０６の分離液排出口１１２からダムプレート１１２ａを越流してハウジング１１４の内部に排出される分離液Ｗが遠心力を受けて回転軸心廻りに放散されて、分離液放出口１１５から機外へ放出される。

特開２０１４−１５５８９４号

上記の遠心脱水機において、脱水性能に寄与する要素としては汚泥がボウル内で遠心効果を受ける時間、すなわちボウル内滞留時間がある。このボウル内滞留時間はボウル内周面と内胴外周面との間の空間容積と汚泥投入量との関係で定まり、空間容積が大きいほどにボウル内滞留時間が長くなって脱水性能が向上する。

一方、スクリューコンベアは、脱水ケーキの含水率が低下するほどに負荷が大きくなるので、より大きな軸強度が要求されている。スクリューコンベアは、ボウル内径が大きくなるほどに羽根外径が大きくなり、必要な軸強度を確保するために内胴外径が大きくなる。結果として、空間容積が減少する要因となる。

また、遠心脱水機は高速回転機器であるために、他の下水汚泥の汚泥脱水機であるろ過式の脱水機と比較して消費エネルギーが多くて動力費用が高くなる傾向がある。
遠心脱水機の全消費動力のうち、分離液を排出するのに要する消費エネルギーは回転軸心から分離液排出口までの距離である分離液排出径によって定まり、この径が大きいほどに大きな動力を必要とする。分離液排出径が大きい場合には、ボウル内周面と分離液排出口との距離が短くなるので、この短い距離において分離液を所定の清澄度とするのに必要な固形分の濃度勾配を実現するためには、より大きな遠心力が必要でボウルの回転数および動力が増加する要因となる。しかし、分離液排出口の位置は内胴外径（スクリュー軸径）に規制されており、内胴外径が大きいと分離液排出口を回転軸心側に近づけて配置することができず、分離液排出径を小さくすることができない。

さらに、ボウルは、機内に下水汚泥を入れて高速回転させるので強度、剛性を十分に確保する必要があり、一般的に板厚の大きいステンレス製であり、重量が大きくて消費エネルギーも多くなるとともに、振動も大きくなる問題があった。また、重量が大きいために、高速回転により生じる軸受損失によるエネルギーロスも多かった。

本発明は上記した課題を解決するものであり、軽量化を図るとともに、脱水性能を向上させることができる遠心分離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、本発明の遠心分離機は、処理対象汚泥を遠心力で分離水と脱水ケーキに固液分離する遠心分離機であって、回転軸心廻りに回転するボウルと、回転軸心方向でボウルの一端側に設けた分離液排出口と、回転軸心方向でボウルの他端側に設けた脱水ケーキ排出口と、ボウルと同回転軸心廻りに回転してボウルの内周面上で脱水ケーキを脱水ケーキ排出口に向けて移送するスクリューコンベアを備え、スクリューコンベアは、回転軸心方向に沿って延びる内胴と、内胴外周に螺旋状に設けられて脱水ケーキを掻き寄せる羽根を有し、内胴がボウルの他端側に向けてテーパ状に拡径する拡径部を有し、ボウルと内胴と羽根の少なくとも何れかが炭素繊維強化プラスチック（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）からなることを特徴とする。

本発明の遠心分離機において、内胴は、分離液排出口側の内胴一側端部から拡径部に向けて内胴外径が同径状の直胴部をなすことを特徴とする。
本発明の遠心分離機において、直胴部は、内胴外径が多段状に拡大する多段状直胴部をなすことを特徴とする。

本発明の遠心分離機において、拡径部は、テーパ角が多段状に拡大する多段テーパ状拡径部をなすことを特徴とする。
本発明の遠心分離機において、ボウルは、回転軸心方向の両端に設けた回転軸部が軸受に支承されて回転軸部の回転軸心廻りに回転し、分離液排出口は、ボウル径方向で回転軸部の直近に位置し、内胴は、分離液排出口側の内胴一側端部における内胴外周が内胴径方向で分離液排出口より内側に位置することを特徴とする。

以上のように本発明によれば、ボウルと内胴と羽根の少なくとも何れかが炭素繊維強化プラスチックからなることで、軽量化を図りながらも十分な強度および剛性を確保することができる。この軽量化により消費エネルギーを抑制して動力費用を低減することができる。このため、従来に比して消費エネルギーを抑制しつつ、ボウル内の空間容積を多くしてボウル内滞留時間を長くすることで、脱水性能の向上を図ることができる。

また、羽根の重量の軽量化により内胴に加わる負荷が軽減されるので、スクリュー軸である内胴の小径化を図ってボウル内の空間容積を多くしてボウル内滞留時間を長くすることで、脱水性能の向上を図ることができる。

ボウル内径の増大もしくは内胴外径の小径化によるボウル内の空間容積の増加は、下水汚泥の投入量および滞留量の増加を可能にする。しかし、遠心分離機では径方向において分離液と脱水ケーキを分離させるとともに、回転軸心方向においても分離液と脱水ケーキを分離させる必要があり、分離液排出口側の内胴一側端部における内胴外径と脱水ケーキ排出口側の拡径部の内胴他側端部における内胴外径との差が大きくなるボウル内において、回転軸心方向における分離液と脱水ケーキの分離を確実に行う必要がある。

このため、本発明では、内胴が分離液排出口側の内胴一側端部から拡径部に向けて内胴外径が同径状の直胴部をなし、さらには内胴外径が多段状に拡大する多段状直胴部をなし、あるいは拡径部がテーパ角を多段状に拡大させて多段テーパ状拡径部をなすことで、ボウル内の空間容積の増加を確保しつつ、回転軸心方向での固形分の濃度勾配を適切に形成して多量の脱水ケーキを円滑に排出することができる。

また、少なくとも分離液排出口側の内胴一側端部における内胴外径を小径化することで、内胴外径に規制される分離液排出口の位置を、ボウル径方向で回転軸部の直近に配置することができ、分離液排出径を小さくしてボウル径方向における濃度勾配を長い距離において形成することができ、消費エネルギーの増加を伴う遠心力の増強に因らずして、分離液の清澄度を高めて、脱水性能を向上させることができる。

本発明の実施の形態における遠心分離機を示す断面図 本発明の他の実施の形態における遠心分離機を示す断面図 本発明の他の実施の形態における遠心分離機を示す断面図 本発明の他の実施の形態における遠心分離機を示す断面図 従来の遠心分離機を示す断面図

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、先に図５で説明した構成部材と同作用のものは同符号を付して説明を省略する。
本実施の形態の遠心分離機１００Ａは、ボウル１０６が、回転軸心方向の両端に設けた回転軸部１０６ａ、１０６ｂが軸受け部１０５ａ、１０５ｂに支承されて回転軸部１０６ａ、１０６ｂの回転軸心廻りに回転する。スクリューコンベア１０９Ａは、回転軸心方向に沿って延びる内胴１０７Ａと、内胴外周に螺旋状に設けられて脱水ケーキを掻き寄せる羽根１０８Ａを有している。

回転軸心方向でボウル１０６の一端側にある分離液排出口１１２Ａは、ボウル径方向で回転軸部１０６ａの直近に位置し、内胴１０７Ａは、分離液排出口１１２Ａの側の内胴一側端部における内胴外周が内胴径方向で分離液排出口１１２Ａより内側に位置する。この分離液排出口１１２Ａの位置は、ボウル径方向の任意の位置に配置できるが回転軸部１０６ａの直近に配置することで、分離液の清澄度および脱水性能の最適化を図れる。

内胴１０７Ａは、脱水ケーキ領域部１１１の側が回転軸心方向でボウル１０６の他端側に向けてテーパ状に拡径する拡径部２０１をなし、分離液領域部１１０の側が分離液排出口１１２Ａの側の内胴一側端部から拡径部に向けて内胴外径が同径状の直胴部２０２をなす。拡径部２０１は、図２に示すように、拡径部２０１がテーパ角α、βを多段状に拡大させて多段テーパ状拡径部２０１ａとすることも可能である。

本実施の形態においては、ボウル１０６と内胴１０７Ａと羽根１０８Ａが炭素繊維強化プラスチック（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）からなるが、ボウル１０６と内胴１０７Ａと羽根１０８Ａの何れかを炭素繊維強化プラスチックで形成することも可能である。また、羽根１０８Ａの外周先端縁には摩耗対策のために耐摩耗性のあるチップ材をボルト固定あるいは埋め込みにより取り付けることも可能である。

この構成により、原汚泥Ｓを汚泥供給管１２０を通して高速回転する内胴１０７Ａの汚泥投入部１２１に供給するとともに、高分子凝集剤Ｃを薬剤供給管１２２を通して高速回転する内胴１０７Ａの汚泥投入部１２１に供給して混合し、原汚泥Ｓと高分子凝集剤Ｃの混合汚泥を汚泥投入部１２１の汚泥投入口１２１ａから高速回転するボウル１０６の内部に投入する。

ボウル１０６の内部で凝集した汚泥フロックＦを含む混合汚泥は、遠心力により分離液Ｗと脱水ケーキＫとに固液分離される。
スクリューコンベア１０９Ａは、実負荷運転中に汚泥と共回りする傾向があって搬送性が低下する要因をなし、遠心分離機１００Ａの処理能力の低下、分離液の水質の悪化などの問題が生じる。このため、本実施の形態では、羽根１０７Ａを炭素繊維強化プラスチックで形成することで、従来の素材がＳＵＳであった場合に困難であった表面粗さの調整を容易に行うことができ、摩擦係数の変更により実負荷運転中に汚泥と共回りすることを抑制して処理能力および分離液の水質の向上を図ることができる。

また、従来のＳＵＳで形成した遠心分離機では、内胴（スクリュー軸）の外径とボウルの内径との比は、一般的に０．５５から０．６５である。しかし、本実施の形態では、ボウル１０６と内胴１０７Ａと羽根１０８Ａが炭素繊維強化プラスチックからなることで、軽量化を図りながらも十分な強度および剛性を確保することができるので、羽根１０８Ａの重量の軽量化により内胴１０７Ａに加わる負荷が軽減される。このため、スクリューコンベア１０９Ａの直胴部２０２を、その外径を回転軸部１０６ａの径に近づけて小径化でき、ボウル１０６の内周面と内胴１０７Ａの外周面との間の空間容積を多くして下水汚泥のボウル内滞留時間を長くして脱水性能の向上を図ることができる。

さらに、内胴１０７Ａを小径化することで、内胴外径に規制される分離液排出口１１２Ａの位置を、ボウル径方向で回転軸部１０６ａの直近に配置することができ、分離液排出径を小さくしてボウル径方向における濃度勾配を長い距離において形成することができる。このため、消費エネルギーの増加を伴う遠心力の増強に因らずして、分離液の清澄度を高めて、脱水性能を向上させることができる。また、軽量化により消費エネルギーを抑制して動力費用を低減することができる。

次に、下水汚泥の投入量および滞留量の増加を可能にするためには、ボウル内径の増大もしくは内胴外径の小径化によるボウル１０６内の空間容積の増加させることが考えられる。

しかし、遠心分離機では径方向において分離液Ｗと脱水ケーキＫを分離させるとともに、回転軸心方向においても分離液Ｗと脱水ケーキＫを分離させる必要があり、分離液排出口１１２の側の内胴一側端部における内胴外径と脱水ケーキ排出口１１３の側の拡径部２０１の内胴他側端部における内胴外径との差が大きくなるボウル内において、回転軸心方向における分離液と脱水ケーキの分離を確実に行う必要がある。

このため、図３に示すように、スクリューコンベア１０９Ｂの内胴１０７Ｂが分離液排出口Ａ１１２の側の内胴一側端部から内胴外径が多段状に拡大する多段状直胴部２０２ａをなし、多段状直胴部２０２ａの各段がそれぞれ外径の異なる直胴状をなし、かつテーパ角α、βを多段状に拡大させた多段テーパ状拡径部２０１ａを有し、この内胴１０７Ｂの外周に羽根１０８Ｂを配置することで、ボウル１０６内の空間容積の増加を確保しつつ、回転軸心方向での固形分の濃度勾配を適切に形成して多量の脱水ケーキを円滑に排出することができる。

また、図４に示すように、スクリューコンベア１０９Ｃの内胴１０７Ｃが分離液排出口１１２Ａの側の内胴一側端部から内胴外径が多段状に拡大する多段テーパ状拡径部２０１ｂをなし、この内胴１０７Ｃの外周に羽根１０８Ｃを配置することで、ボウル１０６内の空間容積の増加を確保しつつ、回転軸心方向での固形分の濃度勾配を適切に形成して多量の脱水ケーキを円滑に排出することができる。

１００Ａ 遠心脱水機
１０１ 主構造部材
１０２ 設置床面
１０３ 防振ゴム
１０４ 脱水本体部
１０５ａ、１０５ｂ 軸受け部
１０６ ボウル
１０６ａ、１０６ｂ 回転軸部
１０６ｃ 隘路
１０７Ａ、１０７Ｂ、１０７Ｃ 内胴
１０７ａ、１０７ｂ 回転軸部
１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ 羽根
１０９Ａ、１０９Ｂ、１０９Ｃ スクリューコンベア
１１０ 分離液領域部
１１０ａ 端部壁
１１１ 脱水ケーキ領域部
１１２Ａ 分離液排出口
１１２ａ ダムプレート
１１２ｂ 鍔部
１１３ 脱水ケーキ排出口
１１４ ハウジング
１１４ａ カバー部材
１１５ 分離液放出口
１１６ 脱水ケーキ放出口
１１８ 油圧モータ
１２０ 汚泥供給管
１２０ａ 先端開口
１２１ 汚泥投入部
１２１ａ 汚泥投入口
１２２ 薬剤供給管
１２２ａ 先端開口
２０１ 拡径部
２０１ａ、２０１ｂ 多段テーパ状拡径部
２０２ 直胴部
２０２ａ 多段状直胴部
Ｃ 高分子凝集剤
Ｓ 原汚泥
Ｗ 分離液
Ｋ 脱水ケーキ
α、β テーパ角

Claims (5)

1. 処理対象汚泥を遠心力で分離水と脱水ケーキに固液分離する遠心分離機であって、回転軸心廻りに回転するボウルと、回転軸心方向でボウルの一端側に設けた分離水排出口と、回転軸心方向でボウルの他端側に設けた脱水ケーキ排出口と、ボウルと同回転軸心廻りに回転してボウルの内周面上で脱水ケーキを脱水ケーキ排出口に向けて移送するスクリューコンベアを備え、
   スクリューコンベアは、回転軸心方向に沿って延びる内胴と、内胴外周に螺旋状に設けられて脱水ケーキを掻き寄せる羽根を有し、内胴がボウルの他端側に向けてテーパ状に拡径する拡径部を有し、
   ボウルと内胴と羽根の少なくとも何れかが炭素繊維強化プラスチックからなることを特徴とする遠心分離機。
2. 内胴は、分離液排出口側の内胴一側端部から拡径部に向けて内胴外径が同径状の直胴部をなすことを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機。
3. 直胴部は、内胴外径が多段状に拡大する多段状直胴部をなすことを特徴とする請求項２に記載の遠心分離機。
4. 拡径部は、テーパ角が多段状に拡大する多段テーパ状拡径部をなすことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の遠心分離機。
5. ボウルは、回転軸心方向の両端に設けた回転軸部が軸受に支承されて回転軸部の回転軸心廻りに回転し、
   分離水排出口は、ボウル径方向で回転軸部の直近に位置し、
   内胴は、分離液排出口側の内胴一側端部における内胴外周が内胴径方向で分離液排出口より内側に位置することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の遠心分離機。