JP3609351B2 - デカンタ型遠心脱水装置および該装置を用いた遠心脱水方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水汚泥等の被処理物を脱水するためのデカンタ型遠心脱水装置および該装置を用いた遠心脱水方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
デカンタ型遠心脱水装置は、円筒状をなして中心軸線回りに回転可能に支持される回転ボウルと、この回転ボウル内に同軸的に配置されて該回転ボウルと差速をもって同方向に回転可能に支持されるスクリュウコンベアとを備え、これらスクリュウコンベアと回転ボウルとの間の環状空間に供給された被処理物を上記回転ボウルの遠心力によって固液分離して、そのうち固形分を上記スクリュウコンベアによって上記軸線方向に搬送して排出し、またこの固形分から分離された分離液は別に分離液の排出路を通して排出するものである。そして、このようなデカンタ型遠心脱水装置としては、例えば特許第２７２０３７３号公報や特許第３０３２２８３号公報、あるいは実公平５−２０４４５号公報や特開平１−１２７０６３号公報に記載されたものが従来提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このうち特許第３０３２２８３号公報や特開平１−１２７０６３号公報記載の装置にあっては、分離液の排出路が上記軸線から径方向に離れた回転ボウルの外周側に開口させられていて、回転ボウルの回転による遠心力によって該分離液に与えられた運動エネルギーがこの分離液の排出とともに失われてしまうため、エネルギー損失が大きく、当該装置を駆動するための消費動力が大きくなってしまう。一方、特許第２７２０３７３号公報記載の装置は、被処理物を濃縮して濃縮液と分離液とに分離する装置であって、濃縮液の排出口がスクリュウコンベアのシャフトを通して上記軸線上に設けられるとともに、回転ボウルの内周からこの排出口への濃縮液の排出路が上記軸線に垂直な方向に延びており、液分の多い濃縮液は搬送可能であるものの、このような装置で比重の大きな下水汚泥を脱水して水分の少ない固形分を分離したとすると、これを遠心力に抗しながら上記排出路を通して軸線に垂直に内周側に搬送するのは困難となる上、排出口の内径を大きくしなければ詰まりを生じてしまうため、スクリュウコンベアのシャフトの径なども大きくしなければならず、これに伴いシャフトを回転可能に支持するためのベアリング等も大きくなるなど、装置の大型化を招いたり設計上無理が生じたりするおそれがある。また、実公平５−２０４４５号公報に記載のものも同様に濃縮装置であって、上記軸線方向の一端側から環状空間に被処理物を供給して他端側へ搬送するうちに固液分離を行い、こうして分離された濃縮液と分離液とを、他端側に軸線に沿って設けられた二重管構造の排出路を通してそれぞれ排出するものであるため、これを被処理物の脱水に適用しようとすると、固形分を排出するにはこの二重管の径が大きくなることが避けられないとともに、固形分と分離液とがそれぞれの排出路に至るまではこれらが混濁した状態であるため、十分な脱水を行うことができなくなってしまう。
【０００４】
本発明は、このような背景の下になされたもので、被処理物を脱水して固形分と分離液とに固液分離するデカンタ型遠心脱水装置において、消費動力の抑制を図ることは勿論、装置の大型化や無理な設計を強いることなく、しかも高い脱水効率を得ることを可能とし、またこのような装置を用いて、効率の良い被処理物の脱水を行うことが可能な脱水方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明のデカンタ型遠心脱水装置は、一端側内周部が先細り状に傾斜させられた外形略円筒状をなして中心軸線回りに回転可能に支持される回転ボウルと、この回転ボウル内に同軸的に配置されて該回転ボウルと差速をもって同方向に回転可能に支持されるスクリュウコンベアとを備え、上記回転ボウルがなす円筒の両端を、上記軸線を中心とした円環板状の端壁部によって閉塞するとともに、これらの端壁部の内周部からは、上記軸線を中心とした略円筒状の軸端部をそれぞれ該軸線方向外側に向けて延びるように設け、このうち上記一端側の端壁部において上記軸端部の外周側に固形分排出口を形成して、これらスクリュウコンベアと回転ボウルとの間の環状空間に上記軸線方向中央部から供給した被処理物を上記回転ボウルの遠心力によって固液分離しつつ、分離された固形分を上記スクリュウコンベアによって上記一端側に搬送し、上記スクリュウコンベアのスクリュウシャフト外周に位置することとなる上記回転ボウルの端壁部に形成されて上記環状空間の一端側に開口した上記固形分排出口から排出可能とするとともに、この固形分排出口には上記固形分の排出量を調整可能な弁体を設け、上記弁体を、上記回転ボウルの一端側の上記軸端部の外周に取り付けて上記固形分排出口の一端側に設けることにより上記回転ボウルの外部に配設し、この弁体を上記軸線方向一端側と他端側とに進退させることにより該弁体と上記回転ボウルの一端側の端壁部との間隔を調節して上記固形分の排出量を調整可能とする一方、上記被処理物から分離された分離液は上記軸線方向他端側において上記環状空間の内周側に開口した分離液流路から排出することを特徴とする。従って、このような構成のデカンタ型遠心脱水装置においては、まず被処理物が上記軸線方向中央部から環状空間に供給されて、分離された固形分は一端側へ搬送されて排出される一方、分離液は他端側から排出されるため、被処理物を効率よく固液分離することができるとともに、この一端側では回転ボウルの内周部が先細り状に傾斜させられているため、固形分を円滑に内周側に搬送して固形分排出口から排出することができ、しかもこの固形分排出口は上記環状空間の一端側に開口していて、すなわちスクリュウコンベアの外周側であるため、そのシャフトの径を大きくしたりする必要もない。一方、分離液が排出される流路は環状空間内周側に開口しているので、遠心力による大きな運動エネルギーをもったまま分離液が排出されるのも防ぐことができる。
【０００６】
さらに、上記固形分排出口には、固形分の排出量を調整可能な弁体が設けられているので、この弁体によって固形分排出量を調整することにより、例えば上記環状空間の一端側に固形分を滞留せしめて圧縮し、一層の脱水効率の向上を図ったりすることができる。また、本発明の遠心脱水方法は、このような構成のデカンタ型遠心脱水装置を用いたものであって、上記環状空間に上記被処理物を供給してから分離された固形分が上記一端側に蓄積されるまで上記弁体によって上記固形分排出口を閉塞し、しかる後にこの弁体によって排出量を調整しつつ上記固形分排出口を開口して固形分を排出するものであり、こうして環状空間の一端側に固形分を蓄積して上述のように圧縮することにより、当該装置の運転中は常に環状空間の一端側に固形物の滞留層が形成されるようにしておいて効率的な脱水を図ることができる。なお、メインテナンス時の分解整備などを考慮すると、上記弁体は回転ボウルの外部に設けられるのが望ましい。また、上記分離液流路にも、該流路から排出される分離液の排出量を調整可能な調整手段を付設して、脱水効率を制御するようにしてもよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態を示すものである。本実施形態において回転ボウル１は水平に配置される軸線Ｏを中心とした概略円筒状をなしており、ただしその一端側（図１において左側）の部分は、この一端側に向かうに従い漸次縮径するコニカル状（円錐状）をなしていて、これにより該回転ボウル１の一端側内周部は先細り状に傾斜させられた縮径部１ａとされている。なお、本実施形態では、この回転ボウル１一端側の縮径部１ａの軸線Ｏ方向の長さは、この回転ボウル１が円筒状をなす他端側の直胴部１ｂの長さに比べて短くされている。また、この回転ボウル１がなす円筒の両端は、軸線Ｏを中心とした円環板状の端壁部１ｃ，１ｄによって閉塞されているとともに、これらの端壁部１ｃ，１ｄの内周部からは、軸線Ｏを中心とした略円筒状の軸端部２，３がそれぞれ軸線Ｏ方向外側に向けて延びるように設けられており、このうち一端側の端壁部２において軸端部２の外周側に固形分排出口４が形成されている。そして、これらの軸端部２，３はベアリング等の軸受５，５に取り付けられるとともに、そのうち他端側（図１において右側）の軸端部３にはプーリ３ａが設けられていて、このプーリ３ａがモータ等の回転手段６にベルト６ａ等で連結されることにより、回転ボウル１はその上記軸線Ｏ回りに回転可能に支持されている。
【０００８】
また、この回転ボウル１内には、上記軸線Ｏと中心軸を同軸にしてスクリュウコンベア７が配置されている。このスクリュウコンベア７は、回転ボウル１の円筒状とされた上記軸端部２，３の内周にベアリング等の軸受８，８を介して液密かつ回転ボウル１に対して相対的に回転自在に貫挿されたスクリュウシャフト７ａと、このスクリュウシャフト７ａの外周部に上記軸線Ｏ回りに捩れる螺旋状に設けられたスクリュウ羽根７ｂとから構成されており、スクリュウシャフト７ａの両端部は上記軸端部２，３から軸線Ｏ方向外側に突出して、このうち他端側の端部がモータ等の回転手段９に連結されることにより、当該スクリュウコンベア７は、やはり軸線Ｏ回りに回転ボウル１と同じ回転方向へ、しかしながら僅かの差速をもって回転可能に支持されている。さらに、上記スクリュウ羽根７ｂの外径は、回転ボウル１の内周部との間に僅かな隙間が形成される程度とされていて、この回転ボウル１の内周部とスクリュウコンベア７との間に、上記スクリュウ羽根７ｂの部分を除いて概略肉厚の円筒状をなし、ただし上記一端側では縮径部１ａによって外径が縮径するようにされた環状空間Ｃが、軸線Ｏを中心として該軸線Ｏ方向に延びるように画成されることとなる。なお、上記スクリュウ羽根７ｂの捩れの方向は、スクリュウコンベア７を回転させた際に、この環状空間に供給された被処理物Ｐから固液分離された固形分Ｓが上記一端側に向かう方向とされている。また、本実施形態では、上記環状空間Ｃの内周部を画成する上記スクリュウシャフト７ａの回転ボウル１に配された部分の外径は、軸線Ｏ方向に沿って一定とされている。
【０００９】
さらにまた、このスクリュウコンベア７の上記スクリュウシャフト７ａはその他端側が中空状とされていて、この中空部が下水汚泥等の上記被処理物Ｐの供給路１０とされており、この供給路１０は上記環状空間Ｃの軸線Ｏ方向略中央部において外周側に曲折してスクリュウシャフト７ａ外周に開口させられている。また、このスクリュウシャフト７ａの他端側には、被処理物から分離された分離液Ｌを排出する分離液流路１１が設けられており、この流路１１は、スクリュウシャフト７ａの外周、すなわち当該環状空間Ｃの内周側に開口させられて内周側に延びた後、上記供給路１０に達しないところでＬ字状に曲折させられて軸線Ｏに平行に他端側に延び、該軸線Ｏ方向において回転ボウル１の上記軸端部３と回転手段９との間に形成されたスクリュウシャフト７の段部において他端側に向けて開口されている。なお、この流路１１の他端側の開口端の周りはカバー１２によって覆われているとともに、上記段部よりも他端側のスクリュウシャフト７ａ外周には、軸線Ｏに沿った断面が一端側に向けて先細りとなる三角形とされたリング状の弁体１３が、流路１１の開口端に対向して図示されない駆動手段により軸線Ｏ方向に進退可能に外装されており、本実施形態における分離液Ｌの排出量の調整手段とされている。
【００１０】
一方、上記回転ボウル１の一端側の軸端部２の外周には、この一端側の上記端壁部１ｃとの間に間隔をあけてフランジ部２ａが環状に突設されるとともに、このフランジ部２ａの周りには、軸線Ｏに沿った断面がフランジ部２ａを取り囲むように内周側に開口する「コ」字型をなすリング状の弁体１４が、その内周部を軸端部２の外周に液密に密着させ、かつ上記「コ」字型断面によってこの内周部に画成された凹部の内周面をフランジ部２ａの外周部にやはり液密に密着させて取り付けられている。従って、この弁体１４は回転ボウル１の外部に配設されることとなる。ここで、この弁体１４の上記凹部の軸線Ｏ方向の幅はフランジ部２ａの厚さよりも大きくされていて、これにより当該弁体１４は、軸端部２に液密に密着した状態を維持したまま軸線Ｏ方向に進退可能とされ、かつこのとき上記凹部内のフランジ部２ａを挟んで一端側と他端側とに液密な圧力室１４ａ，１４ａが画成される。
【００１１】
そして、上記フランジ部２ａには、これらの圧力室１４ａ，１４ａに臨んでその両端面に圧力流体路１５，１５が開口させられており、これらの圧力流体路１５，１５は、フランジ部２ａから軸端部２の内周側に延びてスクリュウシャフト７ａ内に達した後、該スクリュウシャフト７ａの一端側に延びて図示されない圧力流体供給源に接続されている。従って、この供給源から流体路１５，１５を通して一方の圧力室１４ａに作動油等の圧力流体を供給するとともに、他方の圧力室１４ａからは圧力流体を抜き出すことにより、上記弁体１４は軸線Ｏ方向一端側と他端側とに進退可能とされ、このうち他端側に前進させられた状態では当該弁体１４が回転ボウル１の上記端壁部１ｃに密着することにより、この端壁部１ｃに形成された上記固形分排出口４が閉塞可能とされる一方、これよりも弁体１４を他端側に後退させることによって上記排出口４が解放されて固形分Ｓが排出可能とされ、しかもその排出量は、上記供給源による圧力室１４ａ，１４ａへの圧力流体の供給量を調節することにより、調整可能とされる。なお、こうして進退可能とされた弁体１４のさらに一端側から他端側の上記端壁部１ｄの他端側までの間には、上記軸受５，５間に位置するようにカバー１６が設けられて、回転ボウル１の回転に干渉しないように該回転ボウル１を被覆している。
【００１２】
このように構成されたデカンタ型遠心脱水装置においては、まず上記供給路１０を通して供給された被処理物Ｐが、上記環状空間Ｃの軸線Ｏ方向略中央部から該環状空間Ｃに供給され、回転ボウル１の回転による遠心力によって固液分離されて、固形分Ｓはスクリュウコンベア７によって一端側へ搬送される一方、この固形分Ｓから分離された分離液Ｌは他端側へ追いやられることとなる。このため、環状空間Ｃにおいてこれら固形分Ｓと分離液Ｌとが混濁する部分が少なく、効率的な固液分離を図ることができる。また、こうして他端側へ追いやられた分離液Ｌは、スクリュウシャフト７ａの外周に設けられて環状空間Ｃの内周側に開口する分離液流路１１から排出されるため、この排出される分離液Ｌが有する遠心力による運動エネルギーは少なく、回転ボウル１の回転によってこの分離液Ｌに与えられた運動エネルギーはこの回転ボウル１やスクリュウコンベア７の回転エネルギーに還元されることとなるので、これらを回転駆動するための消費動力の軽減を図ることができる。
【００１３】
一方、スクリュウコンベア７によって一端側に搬送された固形分Ｓは、この一端側において先細り状に傾斜させられた縮径部１ａの内周部に沿って一端側に向かうに従い内周側へと送り込まれ、端壁部１ｃに形成された固形分排出口４から排出される。このため、この一端側においては、上記環状空間Ｃの軸線Ｏに直交する断面積が本実施形態では一端側に向かうに従い漸次小さくなり、これによって固形分Ｓを一端側に搬送するに従い圧縮して高い脱水効率を得ることができるとともに、この一端側で固形分Ｓを遠心力に抗して軸線Ｏに垂直に内周側に搬送して排出したりするのに比べてその排出が容易であり、しかも固形分排出口４は、スクリュウコンベア７のスクリュウシャフト７ａ外周に位置することとなる回転ボウル１の端壁部１ｃに形成されているので、スクリュウシャフト７ａ内を通して固形分Ｓを排出するのに比べても、このスクリュウシャフト７ａの径を大きくしたりする必要がなく、従ってこのスクリュウシャフト７ａを支持する軸受５が大きくなるのも防ぐことができ、装置の大型化を招いたり設計に無理を強いたりするすることもない。
【００１４】
さらに、この固形分排出口４の一端側には弁体１４が設けられており、本実施形態ではこの弁体１４が上述のように圧力流体の供給によって進退することにより、弁体１４と回転ボウル１の一方の端壁部１ｃとの間の間隔が調節され、これによってこの端壁部１ｃに形成された上記固形分排出口４からの固形分Ｓの排出量が調整可能とされている。従って、排出口４から排出される固形分Ｓの脱水率が低く、すなわち所望の含水率よりも高い含水率の固形分Ｓが排出されるような場合は、弁体１４を排出口４に向けて前進させて上記間隔を狭めることにより固形分Ｓの排出を抑え、回転ボウル１内の一端側で固形分Ｓを滞留させて圧縮することでより固液分離を促して固形分Ｓの含水率を低減することができる一方、逆に排出される固形分Ｓの含水率が所望の含水率よりも低い場合には、弁体１４を後退させて上記間隔を拡げることにより固形分Ｓの圧縮を緩めて含水率を高めることができ、所望の含水率の固形分Ｓを得ることができる。しかも、この弁体１４は、上述のように回転ボウル１の一端側の端壁部１ｃのさらに一端側に設けられていて、すなわち回転ボウル１の外部に配設されており、このためメインテナンスの際などに弁体１４を分解整備しようとするときでも、回転ボウル１をスクリュウコンベア７から取り外すなどして分解したりせずに容易に整備を行うことが可能となる。
【００１５】
また、本実施形態では、被処理物Ｐから分離された分離液Ｌを排出するための流路１１にも弁体１３が軸線Ｏ方向に進退可能に設けられていて、この弁体１３を進退させて流路１１の開口端との間隔を調節することにより流路１１からの分離液Ｌの排出量を調整する調整手段が備えられており、弁体１３を流路１１の開口端側に前進させて分離液Ｌの排出量を抑えることにより、回転ボウル１の一端側から排出される固形分Ｓの含水率は高められる一方、逆に弁体１３を開口端から後退させて分離液Ｌの排出量を増大させれば、固形分Ｓの含水率は低減させられることとなるので、上記弁体１４による調整とも相俟って一層所望の含水率にまで固形分Ｓを脱水することが可能となる。なお、この分離液Ｌの排出量の調整手段においては、このように軸線Ｏ方向に進退可能な弁体１３を設ける代わりに、例えば上記流路１１の開口端に臨んで該開口端に対向するように邪魔板等を固定的に設けるなどして、分離液Ｌの排出量を調整するようにしてもよい。
【００１６】
さらに、こうして固形分Ｓの排出量を調整する弁体１４が設けられた上記実施形態の遠心脱水装置によれば、例えば当該脱水装置の運転当初において、上記環状空間Ｃに被処理物Ｐを供給してから固液分離された固形分Ｓが回転ボウル１内の一端側に蓄積されるまでは、この弁体１４によって固形分排出口４を閉塞しておいて、こうして蓄積された固形分Ｓを十分に圧縮して所望の含水率にまで脱水させ、しかる後に弁体１４を後退させることによって排出量を調整しつつ固形分排出口４を開口して固形分Ｓを排出するようにすることができる。従って、このような遠心脱水方法によれば、このように脱水装置の運転当初において十分に脱水されない固形分Ｓが排出されるのを防ぐことができるとともに、それ以降の運転中でも上記環状空間Ｃの一端側に常に適当に脱水された固形分Ｓの滞留層を形成しておくことができ、一層確実かつ効率的な被処理物Ｐの脱水を図ることが可能となる。
【００１７】
次に、図２は、本発明の遠心脱水装置の第２の実施形態を示すものであり、図１に示した第１の実施形態と共通する部分には同一の符号を配してある。しかして、上記第１の実施形態では上記環状空間Ｃ内に配設された部分のスクリュウシャフト７ａの外径が軸線Ｏに沿って一定であったのに対し、この第２の実施形態は、この環状空間Ｃ内のスクリュウシャフト７ａの上記一端側の部分に、一端側に向かうに従い外径が漸次縮径する軸線Ｏを中心とした円錐台状のコーン状部７ｃが形成されていることを特徴とする。従って、このような構成の第２の実施形態の遠心脱水装置によれば、固形分Ｓが排出される上記一端側において環状空間Ｃの断面積をより小さくすることができるので、被処理物Ｐから固液分離された固形分Ｓを一層確実に圧縮してさらに効率的な脱水を図ることができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被処理物が環状空間の軸線方向略中央から供給されて、固形分はこの環状空間の一端側に、分離液は他端側にそれぞれ搬送されて排出されるので、効率的な固液分離を図ることができるとともに、分離液を排出するための流路がこの環状空間の内周側に開口させられているので、遠心力による運動エネルギーを失うことなく分離液を排出することができ、回転ボウルやスクリュウコンベアの回転駆動力の軽減を図ることもできる。さらに、固形分が搬送される回転ボウルの一端側内周部は先細り状に傾斜させられているので、搬送された固形分を円滑に内周側に導くことができ、しかも固形分排出口が環状空間の一端側に形成されていて、スクリュウコンベア内に固形分の排出路を設けたりする必要がなく、従って装置が大型化したり無理な設計を強いたりすることがなく、そしてこの固形分排出口には排出量を調整する弁体が設けられているため、環状空間内の一端側に固形分を滞留させて圧縮することにより効率的な脱水を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のデカンタ型遠心脱水装置の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明のデカンタ型遠心脱水装置の第２の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 回転ボウル
４ 固形分排出口
７ スクリュウコンベア
１０ 被処理物Ｐの供給路
１１ 分離液Ｌの流路
１３ 弁体（分離液Ｌの排出量の調整手段）
１４ 弁体
Ｏ 回転ボウル１の中心軸線
Ｃ 環状空間
Ｐ 被処理物
Ｓ 固形分
Ｌ 分離液

Claims (3)

1. 一端側内周部が先細り状に傾斜させられた外形略円筒状をなして中心軸線回りに回転可能に支持される回転ボウルと、この回転ボウル内に同軸的に配置されて該回転ボウルと差速をもって同方向に回転可能に支持されるスクリュウコンベアとを備え、上記回転ボウルがなす円筒の両端は、上記軸線を中心とした円環板状の端壁部によって閉塞されているとともに、これらの端壁部の内周部からは、上記軸線を中心とした略円筒状の軸端部がそれぞれ該軸線方向外側に向けて延びるように設けられており、このうち上記一端側の端壁部において上記軸端部の外周側に固形分排出口が形成されていて、これらスクリュウコンベアと回転ボウルとの間の環状空間に上記軸線方向中央部から供給された被処理物を上記回転ボウルの遠心力によって固液分離しつつ、分離された固形分は上記スクリュウコンベアによって上記一端側に搬送され、上記スクリュウコンベアのスクリュウシャフト外周に位置することとなる上記回転ボウルの端壁部に形成されて上記環状空間の一端側に開口した上記固形分排出口から排出可能とされるとともに、この固形分排出口には上記固形分の排出量を調整可能な弁体が設けられており、上記弁体は、上記回転ボウルの一端側の上記軸端部の外周に取り付けられて上記固形分排出口の一端側に設けられることにより上記回転ボウルの外部に配設され、この弁体が上記軸線方向一端側と他端側とに進退することにより該弁体と上記回転ボウルの一端側の端壁部との間隔が調節されて上記固形分の排出量が調整可能とされる一方、上記被処理物から分離された分離液は上記軸線方向他端側において上記環状空間の内周側に開口した分離液流路から排出されることを特徴とするデカンタ型遠心脱水装置。
2. 上記分離液流路には、該流路から排出される分離液の排出量を調整可能な調整手段が付設されていることを特徴とする請求項１に記載のデカンタ型遠心脱水装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のデカンタ型遠心脱水装置を用いた遠心脱水方法であって、上記環状空間に上記被処理物を供給してから分離された固形分が上記一端側に蓄積されるまで上記弁体によって上記固形分排出口を閉塞し、しかる後にこの弁体によって排出量を調整しつつ上記固形分排出口を開口して固形分を排出することを特徴とする遠心脱水方法。

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