JP3576269B2 - 電気浸透脱水方法とその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、余剰汚泥，上水汚泥等のスラッジを圧搾等により脱水しながら通電して電気浸透作用により脱水度の向上を図る電気浸透脱水方法と、その脱水装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、余剰汚泥，上水汚泥等のスラッジの脱水を行うに際し、電気浸透作用を利用した電気浸透脱水装置が普及しつつある。
【０００３】
すなわち、この電気浸透脱水装置は、フィルタープレス等の脱水装置の濾室内に電極板を設置し、その電極板間のスラッジに通電してそのスラッジに電気浸透作用を生じさせ、それによって圧搾脱水時における脱水効率を高めるものである。
【０００４】
従って、一般のフィルタープレス型の脱水装置に比べると、脱水効率が良好でスラッジの含水率を低減させうるとともに脱水時間も短縮されるという利点を有するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、脱水の対象物であるスラッジ自体が本質的に電気抵抗を有するものであり、特に脱水が進んで水分が減少すると、その分電気抵抗も増加し、その結果、濾過性能を向上させるには電極板に印加される電圧も大きくする必要があり、ひいては消費電力が増大することとなる。
【０００６】
また、スラッジの粘度が高いとスラッジの濾過性能も低下し、ひいては濾過速度が減少し消費電力が増大する要因にもなる。
【０００７】
よって、この種の電気浸透脱水装置では、効率的な脱水を実施し濾過速度を向上させる一方で、電気浸透を行うに際しての消費電力をいかに低減させるかはきわめて重要な課題である。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、汚泥の粘度を低下させるとともにスラッジに対する電気伝導率を上昇させ、それによって濾過速度を向上させ、ひいては電気浸透に伴う消費電力を低減させることを課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような課題を解決するために、電気浸透脱水方法とその装置としてなされたもので、電気浸透脱水方法としての特徴は、スラッジに通電して電気浸透作用によりスラッジの脱水効率を高める電気浸透脱水方法において、前記スラッジに通電する前に、予めスラッジを加温することにある。
【００１０】
また、電気浸透脱水装置としての特徴は、スラッジに通電して電気浸透作用によりスラッジの脱水効率を高める脱水装置本体１と、該脱水装置本体１内に供給されるスラッジを加温する加温手段とを具備したことにある。
【００１１】
スラッジを加温する加温手段としては、たとえばスラッジを貯留した状態で加温する加温装置３が使用される。
【００１２】
【作用】
すなわち、予めスラッジを加温することによって、スラッジの粘度が低下するとともに、スラッジに対する電気伝導率が上昇し、この電気伝導率の上昇によって電流値が大きくなり、電気浸透効果が増大する。その結果、濾過速度が著しく増大することとなる。
【００１３】
また電気伝導率が上昇することによって、所定の脱水効果を得るに際して印加する電圧が少なくてすみ、ひいては消費電力も低減されることとなるのである。
【００１４】
さらに、電気浸透により電気エネルギーの一部が熱エネルギーに変換されることとなり、従って予め加温されたスラッジ温度が脱水装置本体１内で低下するのもある程度防止されることとなる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面に従って説明する。
【００１６】
本実施例の電気浸透脱水装置は、図１に示すように、脱水装置本体１と、その脱水装置本体１内の汚泥を加圧するためのシリンダー２と、前記脱水装置本体１に供給するスラッジを加温するための加温装置３とからなる。
【００１７】
４は、前記加温装置３で加温されるスラッジを、打込口５を介して前記脱水装置本体１内に圧送するためのポンプを示す。
【００１８】
また、脱水装置本体１内の構造を図２に基づいて説明すると、図２において、６ａ，６ｂ は濾板で、その内側には、電極板７ａ，７ｂ が設けられている。
【００１９】
８は、一方の濾板６ａと電極板７ａ間に介装されたダイヤフラムで、背面側（濾板１ａ側）に圧搾空気が導入されて、他方の濾板６ｂ側に膨張可能に構成されている。
【００２０】
９ａ，９ｂ は１対の濾布で、濾布吊り棒１０に吊り下げられている。
【００２１】
１１は前記濾布吊り棒１０を介して濾布９ａ，９ｂ を巻き取るための巻取りドラムで、回転軸１２に回転自在に取付けられている。
【００２２】
１３，…は、脱水ケーキを濾布から剥離させるための剥離ローラ、１３ｂ は濾布を下方に引っ張って巻き取るための巻取りローラ、１４は、濾板６ａ，６ｂ 間に形成される濾室内の濾液を外部に排出するための排出用孔、１５は濾室内にスラッジを流入するための流入用孔を示す。
【００２３】
さらに、前記加温装置３は、図１に示すように加温すべきスラッジを貯留するためのスラッジ貯留槽１６と、該スラッジ貯留槽１６内のスラッジを加温するためのヒーター１７と、該スラッジ貯留槽１６内のスラッジを攪拌するための攪拌機１８とからなる。
【００２４】
次に、上記のような電気浸透脱水装置によってスラッジを脱水する方法について説明する。
【００２５】
先ず、スラッジを脱水する前に、その脱水すべきスラッジを予め上記加温装置３で加温する。
【００２６】
すなわち、スラッジ貯留槽１６内にスラッジ１９を貯留し、ヒーター１７を作動してスラッジ貯留槽１６内の温度を上昇するとともに、攪拌機１８でスラッジ貯留槽１６内のスラッジ１９を攪拌する。
【００２７】
結果として、スラッジ貯留槽１６内のスラッジ１９は加温されることとなる。
【００２８】
次に、上記加温装置３で加温されたスラッジ１９を、ポンプ４で圧送しつつ打込口５を介して前記脱水装置本体１内に供給する。
【００２９】
電気浸透脱水装置の脱水装置本体１を作動させる場合には、図３に示すように濾板６ａ，６ｂ 間を閉塞して濾室を形成し、その濾室内に同図のようにスラッジを打ち込む。
【００３０】
次に、濾室内にスラッジを打ち込んだ後、一方の濾板６ａとダイヤフラム８との間に圧力空気を導入して、一方の電極板２ａと他方の電極板２ｂとの間の濾布４ａ，４ｂ 内のスラッジを図４に示すように圧搾圧力により挟圧する。
【００３１】
さらに、上記のような圧搾工程前であって、スラッジの打込工程の途中で上記電極板２ａ，２ｂ に直流電圧を加えると、電気泳動作用により、濾室内で新たな脱水作用が開始されることとなる。
【００３２】
そして、所定の含水率まで脱水されると、その脱水工程が終了する。
【００３３】
このようにして１回分の脱水が終了すれば、図２のように濾板６ａ，６ｂ 間を開き、濾布９ａ，９ｂ を引き下げて脱水ケーキを取り出し、処分する。
【００３４】
このような一連の操作を行う場合において、電気浸透による脱水の工程においては、スラッジが上記加温装置３で予め加温されているため、スラッジの粘度が低下するとともに、スラッジに対する電気伝導率も向上することとなるのである。
【００３５】
試験例１
加温装置３で加温されるスラッジの温度を変化させて、電気浸透脱水装置の脱水装置本体１に電圧を印加した場合、脱水性能がどの程度向上するかを確認した。
【００３６】
具体的には、スラッジの温度が、濾過速度，スラッジの含水率，電気浸透に要する消費電力量に及ぼす影響について検討した。
【００３７】
使用したスラッジの分析項目と分析方法は次のとおりである。
【００３８】

【００３９】

【００４０】
分析結果は、次表１及び表２のとおりであった。
【表１】

【表２】

【００４１】
表１は性状分析結果、表２は成分分析結果を示す。
【００４２】
上記分析結果より、濃度は２．９７％と低濃度である。また、強熱減量は２４．００％と高い数値を示し、ＳｉＯ_２ ／Ａｌ_２Ｏ_３ の比率は、１．３３と平均的な数値を示している。
【００４３】
以上の分析結果から判断して、やや難濾過性の浄水スラッジであった。
【００４４】
このようなスラッジ脱水試験の結果を表３，表４に示す。
【００４５】
【表３】

【表４】

【００４６】
脱水の１サイクルにおける所要時間は、打込時間２５分、圧搾時間６５分、通電時間８５分、総計９３分で行った。
この所要時間の各工程は、下図のような運転パターンとなる。

【００４７】
印加電圧は４０〜１００ Ｖの範囲で変化させ、さらにスラッジの温度は７〜４０℃の範囲で変化させた。また、脱水装置本体１内の圧力は、打込時、圧搾時とも５ｋｇｆ／ｃｍ^２ で行った。
【００４８】
尚、表３，４において、（ ）内で示している数値は、試験時のケーキ含水量よりも低含水率の場合を推定したものである。
【００４９】
また、消費電力量は、電気浸透に要するものだけである。
【００５０】
さらに、脱水ケーキの剥離性評価は、次のことを意味する。
Ａ：剥離が良好である。
Ｂ：濾布に少々ケーキが付着する。
Ｃ：濾布にケーキが付着し、剥離が困難である。
【００５１】
〔試験例１についての考察〕
上記試験例１の結果について以下のとおりの考察を行った。
【００５２】
（１） スラッジの温度変化による電気浸透脱水性能について
▲１▼ 印加電圧と打込スラッジ量について
打込時間と打込スラッジ量の関係を図５及び図６に示す。図５，６中に示したデータは、ＮＯ１、３、５、７、９、１１、１３、１５である。
【００５３】
電気浸透脱水においては、打込中から通電することにより、打込中から通電しない場合と比較して、スラッジ打込量の増加を図ることができる。
試験結果より、打込を開始してから２５分後の設定スラッジ温度におけるスラッジ打込量の、常温で打込中に通電しない場合（印加電圧０Ｖ）のスラッジ打込量に対する増加率を表５に示す。
【００５４】
【表５】

表５からも明らかなように、打込中に通電しない場合（印加電圧０Ｖ）、スラッジ温度を４０℃まで上昇させても、常温時と比較して、１．４倍程度しか増加しなかった。しかし、打込中から通電することにより、常温時の打込中に通電しない場合（印加電圧０Ｖ）と比較して、スラッジ温度４０℃においては、１．７〜２．１倍程度まで増加することが確認できた。
【００５５】
電気浸透脱水法においては、その打込工程中に電気泳動現象を利用し脱水効率を向上させるなど、柔軟に対応できることが１つの特徴である。この試験結果は、その効果が、スラッジ温度上昇に対しても、有効であることを示すものと考えられる。
【００５６】
▲２▼ 脱水所要時間とケーキ含水率について
最終的に得られたケーキの重量と到達含水率をもとに、濾液量の変化から、各所要時間（打込・圧搾時間）でのケーキ含水率を図７及び図８に示す。
【００５７】
図７，８中に使用したデータは、テストＮＯ．１，３，５，７，９，１１，１３，１５である。
【００５８】
図７，８において、脱水所要時間には、雑時間３分を含まない。
【００５９】
図７，８に示すように、ケーキ含水率を５５％まで低下させるのに必要な時間は、スラッジ温度７℃（常温）において、通電なしの場合では１２３分、印加電圧７０Ｖ（打込中から通電）では８８分であり、脱水所要時間の差は３５分であった。そして、この差が、スラッジ温度４０℃においては、４３分とさらに広がった。
【００６０】
この結果から、スラッジ温度上昇に伴う脱水効率の向上度が、圧搾のみの場合と比較し、電気浸透脱水法の方が高いことを示していると考えられる。
【００６１】
（２） スラッジの温度変化による濾過速度について
ケーキ含水率を一定としたときのスラッジ温度と濾過速度の関係を図９に示す。
【００６２】
図９中に使用したデータは、テストＮＯ．１〜１６である。
【００６３】
試験結果より、ケーキ含水率５５％時の設定温度における常温時の通電なしの場合（印加電圧０Ｖ）に対する濾過速度の上昇率を試算した結果を表６に示す。
【００６４】
【表６】

表６に示すように、スラッジ温度４０℃における通電なし（印加電圧０Ｖ）の場合、常温時の通電なしの場合と比較して、１．４倍程度しか濾過速度は上昇しなかった。
【００６５】
しかし、スラッジ温度４０℃として電圧を印加した場合では、常温時の通電なしの場合と比較して２．２〜４．２倍の濾過速度の上昇が確認された。
【００６６】
以上のことから、スラッジ温度を上げることで、通電なしの場合と電圧を印加した場合との濾過速度の差が、常温時よりもさらに広がる傾向が確認された。
【００６７】
（３） スラッジの温度変化による消費電力量について
ケーキ含水率を一定としたときのスラッジ温度と消費電力量の関係を図１０に示す。
【００６８】
図１０中に使用したデータは、テストＮＯ．２〜４、６〜８、１０〜１２、１４〜１６である。
【００６９】
試験結果より、ケーキ含水率５５％時の設定温度における消費電力量の減少率を試算した結果を表７に示す。
【表７】

【００７０】
表７に示されるように、スラッジ温度の上昇に伴う脱水効率の向上に従って、印加電圧７０Ｖ以上の場合、スラッジ温度４０℃において、消費電力量は３０％以上の低減が認められた。
【００７１】
尚、消費電力量は、電気浸透に要するものだけである。
【００７２】
（３） スラッジの温度変化によるケーキ剥離性ついて
今回使用した濾布の仕様を表８に示す。
【表８】

【００７３】
全ての試験において、同じ仕様の濾布を使用した。そして、ケーキの剥離性はすべて良好な結果を得た。
【００７４】
ケーキの厚みは５．５ 〜５．８ｍｍ であった（印加電圧は４０〜１００Ｖである）。
【００７５】
また、脱水ケーキ表面には全面に濾布の織り目がはっきりと形成され、ケーキ剥離性の良好なことが、濾布表面と脱水ケーキ表面の双方から確認できた。
【００７６】
このことは、濾布材質等に起因するだけでなく、電気浸透脱水の効果によるところが大きいと考えられる。
【００７７】
電気浸透脱水法では、低圧圧搾力（４〜５ｋｇｆ／ｃｍ^２）であること、及び電気的反発により、濾布へのスラッジの食い込みが少なくなり、目詰まりが発生しにくくなること等から、良好な剥離性を実現すると考えられる。
【００７８】
以上のように、電気浸透脱水法の効果は、スラッジ温度の変化に対して低下することなく、良好なケーキ剥離性を実現させることが確認された。
【００７９】
試験例２
スラッジの温度変化によって、脱水性能にどのように影響を及ぼすかを確認した。
【００８０】
スラッジの性状は次表９のとおりである。
【表９】

【００８１】
試験は、スラッジ温度を変化させての脱水性能、電気伝導率を確認した。すべての試験において、打込２分、圧搾４５分、通電４５分で実験を行った。
【００８２】
試験結果を表１０に示す。
【表１０】

【００８３】
表１０において、濾過速度等の欄で（ ）内に示している数値は、試験時のケーキ含水率よりも低含水率の場合を推定したものである。また、所要時間には雑時間３分を含んでいる。
【００８４】
〔試験例２についての考察〕
上記試験例２の結果について以下のとおり考察した。
【００８５】
（１） スラッジの電気伝導率について
スラッジ温度と電気伝導率の関係を図１１に示す。スラッジの温度を上昇させると、電気伝導率は増加した。
【００８６】
（２） 水の粘度について
水の温度と粘度との関係を図１２に示す。スラッジの温度を上昇させると、水の粘度は低下した。
【００８７】
（３） スラッジ温度の上昇による脱水性能について
スラッジ温度を２０℃から４０℃まで上昇させた場合の脱水性能（濾過速度，ケーキ含水率）について図１３，図１４に示す。また、スラッジ温度による濾過速度の上昇率を表１１に示す。
【００８８】
【表１１】

スラッジ温度の上昇に伴って濾過速度は増加している。また、印加電圧４０Ｖの場合の方が印加電圧なしの場合よりも、その増加傾向は大きくなっている。
【００８９】
スラッジ温度の上昇に伴って通電した場合及び通電なしの場合ともに、ケーキ含水率は低下している。
【００９０】
その他の実施例
尚、本発明で使用する電気浸透脱水装置の種類も、上記実施例のような濾布走行式のものに限らず、濾布固定式のものであってもよい。
【００９１】
また、該実施例では、フィルタープレス型の電気浸透脱水装置を用いる場合について説明したが、これに限らずベルトプレス型の電気浸透脱水装置に本発明を適用することも可能である。
【００９２】
従って、シリンダー２等は本発明に必須のものではない。
【００９３】
さらに、上記実施例では、脱水装置本体１とは別に設けられたスラッジ貯留槽１６を有する加温装置３でスラッジが加温されたが、スラッジを加温する手段は必ずしもこれに限定されるものではない。
【００９４】
たとえばスラッジ貯留槽１６から脱水装置本体１に至る配管中にスラッジを加温するように構成することも可能であり、従ってスラッジを加温する場所も問うものではない。
【００９５】
要は、通電前にスラッジが予め加温されればよいのである。
【００９６】
尚、上記のようなスラッジ貯留槽１６で加温する場合、上記実施例のように攪拌機１８でスラッジを攪拌することにより、スラッジを均一に加温できるという効果が得られるが、このように攪拌することも本発明に必須の条件ではない。
【００９７】
また、加温は、上記実施例のようなヒーター１７以外のもので行うことも可能である。
【００９８】
【発明の効果】
叙上のように、本発明においては、予めスラッジを加温することによって、スラッジの粘度を低下させることができるとともに、スラッジに対する電気伝導率を向上させることを可能とした。
【００９９】
特に、スラッジに対する電気伝導率を向上させうる結果、電流値が大きくなり、電気浸透効果が増大し、その結果、濾過速度の著しい増大が認められ、脱水効率が著しく向上するに至った。
【０１００】
また、電気伝導率が向上するために所定の脱水効果を得るに際して印加する電圧値も少なくてすみ、ひいては消費電力を低減させることができるという顕著な効果を得た。
【０１０１】
この結果、電気浸透脱水装置を使用するに際して従来より要望されていた消費電力面でのコスト低減を図れ、しかも濾過速度を高めて脱水効率のさらなる向上を図れるという実益がある。
【０１０２】
また、電気浸透により電気エネルギーの一部が熱エネルギーに変換されることとなるため、予め加温されたスラッジ温度が脱水装置本体１内で低下するのもある程度防止でき、スラッジの加温状態をある程度維持できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例としての電気浸透脱水装置の全体を示す概略側面図。
【図２】脱水装置本体の内部の要部断面図。
【図３】スラッジ打込工程の脱水装置本体内部の要部断面図。
【図４】スラッジ圧搾工程の脱水装置本体内部の要部断面図。
【図５】通電しない場合の打込スラッジ量と打込時間との相関関係を示すグラフ。
【図６】通電する場合の打込スラッジ量と打込時間との相関関係を示すグラフ。
【図７】通電しない場合の脱水所要時間とケーキ含水率との相関関係を示すグラフ。
【図８】通電する場合の脱水所要時間とケーキ含水率との相関関係を示すグラフ。
【図９】スラッジ温度と濾過速度との相関関係を示すグラフ。
【図１０】スラッジ温度と消費電力量との相関関係を示すグラフ。
【図１１】スラッジ温度と電気伝導率との相関関係を示すグラフ。
【図１２】水の温度と粘度との相関関係を示すグラフ。
【図１３】スラッジ温度と濾過速度との相関関係を示すグラフ。
【図１４】スラッジ温度とケーキ含水率との相関関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１…脱水装置本体 ３…加温装置

Claims (3)

1. スラッジに通電して電気浸透作用によりスラッジの脱水効率を高める電気浸透脱水方法において、前記スラッジに通電する前に、予めスラッジを加温することを特徴とする電気浸透脱水方法。
2. スラッジに通電して電気浸透作用によりスラッジの脱水効率を高める脱水装置本体１と、該脱水装置本体１内に供給されるスラッジを加温する加温手段とを具備することを特徴とする電気浸透脱水装置。
3. 前記スラッジを加温する加温手段が、スラッジを貯留した状態で加温する加温装置３である請求項２記載の電気浸透脱水装置。

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