JP3905549B1 - 固液分離装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】長ボルト19に開口部を有する固定プレート21が挿通されて固定部材としての外胴17が構成され、モータ13で回転駆動される断面多角形のシャフト25に開口部を有する搬送プレート29及びスペーサ28が挿通されて可動部材18が構成されている。各搬送プレート29及びスペーサ28は周方向に位置をずらして挿通されており、搬送プレート29の一部とスペーサ28によって螺旋階段状の搬送羽根が構成されている。流入ボックス12から投入されたフロック化汚泥は螺旋階段状の搬送羽根で圧縮されながら搬送され、出口側から排出される。搬送プレート29とスペーサ28はシャフト25に対して偏芯しており、搬送プレート29の上下変位を伴う回転運動により目詰まりが防止される。
【選択図】図1
Description
汚泥(処理対象物)を脱水する方法としては、従来より種々の方式が提案されている。例えば、スクリュープレスタイプの方式が知られている。これは、パンチングプレートなどの水抜けの良い板を円筒形に加工した固定部材(ステータ)の中に、シャフトに螺旋状の羽根を固定したスクリューコンベアを設けて濾過体を構成し、この濾過体の一端側から処理対象物を投入してスクリューコンベアを低速で回転させ、固形物を軸方向に搬送しながら固定部材の穴から水分を流下させる仕組みになっている。
濾過体の他端側(出口側)に向かってスクリューピッチを小さくすることと、出口から排出される固形物の量を規制する板を設けることにより十分な内圧を得ることができ、固形物の含水率が約80%という高い脱水率を得ることができる。
しかしながら、パンチングプレートが目詰まりを起こしやすいために、外胴としてのパンチングプレートを頻繁に洗浄する必要があり、大量の洗浄水を要するとともに洗浄作業が面倒であるという問題があった。
可動リングの内径はスクリューコンベアの外径よりも僅かに小さく設定されており、スクリューコンベアが回転すると汚泥は軸方向に搬送され、水分は可動リングと固定リング間の微小ギャップから外部に排出される。
スクリューコンベアの回転によって可動リングは軸方向と直交する方向に押し上げられて揺動し、これにより固定リングと可動リング間の隙間に固形分が詰まることが防止される。
すなわち、スクリューコンベアの回転動作を利用して、同時に目詰まり防止動作も行うようになっている。
しかしながら、スクリューコンベアの螺旋羽根の外縁(エッジ)は常に可動リングの内周面と金属接触を繰り返すため、経時的に可動リングの内径は摩耗により大きくなり、固定リングの内径と同等になった時点で可動リングの揺動が無くなり、目詰まり防止機能が消失するという問題があった。
この問題を解消するには、定期的に可動リングとスクリューコンベアの摩耗状態をチェックし、摩耗が大きい場合には交換をしなければならず、維持管理コストが増大するという問題があった。
しかしながら、従来の装置では、ピッチを変える場合には新たなスクリューコンベアを購入しなければならず、規格が合わない場合には装置ごと買い換える必要があった。
濾過体の内部に十分な内圧が生じるほど、すなわち脱水機能が高まるほどシャフトに絡み付いた繊維層内に固形物が圧縮され、固形物が固着して実質的にシャフト径は大きくなる。
シャフト径が大きくなると、濾過体内の搬送路の容積が必然的に小さくなるため、仕様容量の汚泥を投入できなくなり、処理効率が低下するという問題があった。
この場合、処理効率を回復させるためには、シャフトを取り外してシャフトから繊維層とこれに付着した固形物を除去する必要があるが、シャフトには螺旋状の羽根が一体に設けられているので、除去作業が面倒であった。
また、この種の固液分離装置では、総じてオーバーホールやメンテナンス、清掃等の観点から分解・組み立ての容易性が求められていた。
請求項3記載の発明では、請求項2記載の固液分離装置において、上記回転軸と上記突縁の挿通穴とが相対的な係合構造を有し、上記回転軸に挿通した時点で上記搬送プレートの上記回転軸に対する周方向の位置固定がなされることを特徴とする。
請求項5記載の発明では、請求項2〜4のいずれかに記載の固液分離装置において、上記各搬送プレート間に、上記突縁と共に上記螺旋階段状の搬送羽根を形成するスペーサが配置されていることを特徴とする。
請求項6記載の発明では、請求項5に記載の固液分離装置において、上記スペーサが上記搬送プレートの上記突縁部位に一体に形成されていることを特徴とする。
請求項8記載の発明では、請求項5〜7のいずれかに記載の固液分離装置において、上記各固定プレートは上記スペーサの回転軌跡の外周を覆うように配置されていることを特徴とする。
請求項9記載の発明では、請求項8に記載の固液分離装置において、上記回転軸の軸方向における、上記スペーサの厚みをSt、上記固定プレートの厚みをKt、上記搬送プレートの厚みをFtとするとき、St>Kt>Ftの関係を満足することを特徴とする。
可動部材の回転動作において金属接触等の部材接触が無いので、維持管理費を大幅に低減できる。
繊維が絡み付いてもスクリューコンベア状の構成を細かく分解できるので、除去作業が容易となる。
スペーサの存在により搬送力を向上させることができる。
回転軸に搬送プレート、スペーサを挿通するだけで略全体の組付がなされるので、1部品毎に固定する場合に比べて組み立て・分解性が大幅に向上する。
搬送プレート、スペーサの周方向の位置を変えて挿通するだけで螺旋階段状の羽根のピッチを変えることができるので、ピッチ変更が容易となる。
スペーサを一体成形した場合には、部品点数の低減を図れるとともに、組み立て・分解が一層容易となる。
図1に示すように、本実施形態に係る固液分離装置10は、汚泥を脱水する濾過体11と、この濾過体11の一端側(入口側)に設けられ、フロック化された汚泥が投入される流入ボックス12と、濾過体11の他端側(出口側又は排出側)に設けられ、濾過体11の内部に設けられた後述する可動部材を回転駆動する駆動手段としてのモータ13と、同じく濾過体11の他端側に設けられ、出口側の排出容量を制限して濾過体11の内部の圧力を調整する圧力調整手段14と、濾過体11を支持するL字状のプレートからなる3つの支持体15と、モータ13が固定されるモータ固定板16等を有している。
ここでの固液分離装置10は、床面に略平行となる水平設置タイプである。
外胴17は、図2に示すように、支持体15に支持される3本の長ボルト19に、軸方向に固定プレート21を多数枚積層状態に配置し、両側と中央部を支持体15で補強した構成となっている。
したがって、外胴17は、固定プレート21間に確保される隙間(後述)により、全体として、軸方向と直交する方向への水分の抜けが可能な角筒体となっている。
長ボルト19の一端側は図中右側の支持体15の外側でナット部材22により固定されている。長ボルト19の他端側はモータ固定板16に固定された図中左側の支持体15の外側でナット部材22により固定されている。
固定プレート21には、中央部に汚泥の搬送路の一部を構成する円形の穴21aが形成されており、3箇所に長ボルト19の挿通穴21bが形成されている。固定プレート21の穴21aと支持体15の穴23aは略同径となっている。
図4に示すように、固定プレート21は、径方向の幅w1を有する周縁部21cが連なったリング状に形成されており、周縁部21cに略120°間隔で連設された各突片21dに挿通穴21bが形成されている。固定プレート21の厚みKtは約2mmに設定されている。
可動部材18は、スペーサ28によって確保される隙間(後述)により、軸方向と直交する方向への水分の抜けが可能な円筒状となっている。
挿通穴29cはシャフト25の外形(12角形)に合わせて12角形に形成されている。
挿通穴29cの中心h1は、円板としての搬送プレート29の中心h0よりも寸法δ(ここでは2mm)偏芯している。搬送プレート29の厚みFtは約1mmに設定されている。
挿通穴28aも同様に、シャフト25の外形に合わせて12角形に形成されている。挿通穴28aの中心h2も、円板としての搬送プレート29の中心h0よりも寸法δ(ここでは2mm)偏芯している。スペーサ28の厚みStは約3mmに設定されている。
したがって、図8に示すように、搬送プレート29とスペーサ28を対応する頂角が一致した状態で順にシャフト25に挿通して重ねた場合、スペーサ28の扇形部28cと搬送プレート29の突縁29dの扇形部29d−2はずれた状態となる。
組み立てにおいては、図3に示すように、最初にスペーサ28を挿通して左側の支持体15の穴23aに位置させ、次いで順に搬送プレート29、スペーサ28、固定プレート21(スペーサ28と固定プレート21間では順序はいずれでもよい)、搬送プレート29、スペーサ28・・・と軸方向に積層状態に配置していく。
ここで、図8で示した搬送プレート29とスペーサ28の1組を、図9に示すように、軸方向と直交する方向に略一定の間隔でずらしながら配置する。ここでは、シャフト25が12角形であるので、例えば多角形の頂角位置を1つずつずらした場合、30°ずつずれることになる。
搬送プレート29とスペーサ28の挿通穴29c、28aの周辺に1、2、3・・の数字や符号等の角度位置が区別できるマークを付けておけば組み立てが容易となる。この場合、シャフト25にマークを付け、挿通穴29c、28aの基準位置に印を1つ付けるようにしてもよい。
図9に示すずらし位置(a)〜(h)は図5の(a)〜(h)に対応している。
このように搬送プレート29及びスペーサ28を周方向の位置をずらしながら配置することにより、可動部材18の内部には、搬送プレート29の突縁29dとスペーサ28とが軸方向に連続的に連なった螺旋階段状の搬送羽根が構成される。
モータ13により可動部材18が回転すると、螺旋階段状の搬送羽根が回転し、スクリューコンベアと同様の搬送機能を有することになる。
図1、図5では搬送プレート29の上下方向の位置は全て同じように表示しているが、上述のように偏芯しているので、実際には偏芯量の範囲内で波打ち状態にずれる。
また、本実施形態ではスペーサ28を搬送プレート29とは別部材としたが、モールド成形や射出成形等により搬送プレート29の突縁29d部位に一体に形成してもよい。
シャフト25の汚泥入口側には、流入ボックス12に投入されたフロック化された汚泥の可動部材18への送り込みを促進させる汚泥押し込み手段37が設けられている。
汚泥押し込み手段37は、シャフト25に挿通固定される軸部38と、この軸部38に溶接等の手段により固定された螺旋羽根(送り羽根)39を有している。
シャフト25の汚泥出口側には、図示しないがモータ連結用のマシンキー溝加工がなされている。シャフト25に挿通されるスペーサ28と搬送プレート29の軸方向の位置固定は、C型止め輪50によってなされている。
図13に示すように、シャフト25の汚泥入口側端部と軸部38の対応部位にはボルト挿通孔25a、38aが形成されており、シャフト25を軸部38に挿入して両者を図示しない貫通ボルトで一体に固定するようになっている。
このように予め螺旋羽根39が固定された軸部38に挿入して一体化する方式とすれば、シャフト25の両端部のどちらの側にでも螺旋羽根39を形成することができ、組み付けでの自由度が大きい。シャフト25に螺旋羽根39を直接固定してもよい。
背圧板31の外径は、支持体15の穴23aの径よりもやや大きく設定されている。
すなわち、スペーサ28の回転奇跡の外周を覆うように固定プレート21が配置されている。固定プレート21の内周面は、いわゆるスクリューコンベアのケースの役割を担っており、この内周面でスペーサ28が回転することにより搬送機能が得られる。よってスペーサ28と固定プレート21の双方の厚みが増すほど搬送能力を高めることができる。
濾過体11の出口側では、上述のように、支持体15の内周面にスペーサ28が配置されており、最終段階でも搬送力が低下しないようになっている。
搬送機能をより大きく得るためには、固定プレート21の厚みKtは搬送プレート29の厚みFtより大きくする方が有利である。
すなわち、搬送プレート29の厚みFtが固定プレート21の厚みKtより大きいと、スペーサ28と固定プレート21の内周面との摩擦力が小さくなるとともに、搬送プレート29の厚みFt内に汚泥が留まろうとする作用が大きくなり、結果として搬送力が低下する。
固定プレート21はスペーサ28によってできた搬送プレート29間の隙間に配置されており、また、固定プレート21間には間隔保持部材としてのスペーサが存在しないため、隙間の範囲内で軸方向に摺動(移動)可能となっている。
この固定プレート21の軸方向のフリー構成によって、搬送プレート29とスペーサ28を百数十枚積層した場合においても、積層によって生じる誤差を吸収することができ、回転をよりスムーズに行うことができる。
勿論、固定プレート21間に、固定プレート21と別体のあるいは固定プレート21と一体に形成されたスペーサを配置する構成としてもよい。しかしながら、この場合には精密性が要求されるため、コスト高を避けられない。
本実施形態では、搬送プレート29の外径は固定プレート21の外径よりも僅かに大きく設定されており(搬送プレート29の外径=100mm、固定プレート21の外径=98mm)、図6に示す搬送プレート29の周縁部29aの幅w2は、図4に示す固定プレート21の周縁部21cの幅w1よりも大きく設定されている(w2=10mm、w1=6mm)。
上述のように、搬送プレート29の偏芯量は2mmである。したがって、搬送プレート29と固定プレート21の重なり量は偏芯量よりも大きい。すなわち、どの回転位置でも搬送プレート29の周縁部29aと、固定プレート21の周縁部21cとの間に重なり部分が存在するように設定されている。
図16(a)に示す状態では、下部において重なり量が大きいため水抜け作用が減少傾向にあり、上部では重なり量が少ないために目詰まりが解消されやすい。
図16(b)に示す状態では、下部において重なり量が小さいため水抜け作用が大きいとともに目詰まりも解消されやすい。図16(c)は搬送プレート29が最も左側に偏芯した状態を、図16(d)は搬送プレート29が最も右側に偏芯した状態をそれぞれ示している。
搬送プレート29及びスペーサ28の偏芯量が大きいほど、また搬送プレート29と固定プレート21の重なり量が小さいほど液分の流出を促す効果が期待できる。
搬送プレート29の外径は60mm〜300mm程度がよく、螺旋階段状の搬送羽根のピッチを設定するときに大きく影響する突縁29dの面積比率は、1/16〜1/4程度がよい。
畜産排水など有機系活性汚泥の余剰汚泥の脱水を目的とする場合には、多分に液分を含む(例えば含水率99%)ため、濾過体11の入口側ではより多くの濾過面を使用して自重で離水する濃縮効果を高めるためにも、汚泥を素早く出口方向に搬送する必要がある。
このため、搬送プレート29の内径と同程度のピッチで搬送することを重視してずらし角度を考慮するとよい。
本実施形態では、濾過体11の入口側では自重で離水する濃縮効果を高めることができるようにピッチを大きくし、出口側に向かって次第にそのピッチが小さくなるように、搬送プレート29及びスペーサ28のずらし角度が調整されている。したがって、出口側に近づくにつれて内圧は高くなる。
従来のように、幾つかのスクリューピッチの物の中から選択するのではなく、その汚泥特性に合ったピッチを自在に構成することができるために、多くの部品点数を必要とせず、安価な構成とすることができる。
図示しないフロック化装置から流入ボックス12にフロック化汚泥が投入される。投入された汚泥では流入ボックス12内で汚泥押し込み手段37により濾過体11の一端側(入口側)に送り込まれる。
汚泥は可動部材18の上述した螺旋階段状の搬送羽根により軸方向に搬送される。上述のように、濾過体11の入口側(前段)においては螺旋階段状の搬送羽根のピッチは大きく設定されているため、汚泥は素早く搬送され、この時点で多くの水分が濾過体11から下方へ流下する。
投入直後の汚泥は、固形分:水分=1:99の比率であるために、できるだけ多くの濾過面を円筒状で利用するには軸方向に素早く搬送する必要があるからである。
この重力作用を利用して濾過される部分では、濾過体11の内圧が小さいために、落下する水分に含まれる固形物は極めて少ないといえる。
この部分(濾過体11の前段)から得られる水分の全量を処理水として装置外部に排出する。
搬送プレート29の開口部29bの径をd、螺旋階段状の搬送羽根のピッチをLとした場合、出口方向に向かってd:L=1:0.5程度まで小さくすることで、濾過体11の内部に汚泥が充満して内圧が生じることになる。
この間、固定プレート21と搬送プレート29間のギャップgに入り込んだ汚泥は、搬送プレート29の上記偏芯運動(擦り合わせ揺動)により掻き落とされる。
固定プレート21と搬送プレート29は、重なり量>偏芯量の関係を満足するように設定されているので、常に目詰まりが防止される。
脱水された固形物(脱水ケーキ)は、濾過体11の出口側から排出されるが、出口側に設けられた圧力調整手段14の背圧板35により排出量を制限され、これにより濾過体11の内圧が高められる。
十分に脱水されたケーキは、出口側支持体15と背圧板35との間から排出される。
本実施形態における固液分離装置10Aでは、濾過体11の脱水性能をその傾斜配置によっても高めることを特徴としている。上記実施形態では水平配置方式を例示したが、本実施形態では濾過体11の出口側が高くなるように傾斜角θを有するように設置されている。
濾過体11の起動時、すなわち、可動部材18を回転駆動して脱水を開始した初期には、濾過体11の内部には汚泥が十分に充填されてはいない。この状態では十分な内圧が得られず、脱水機能も低い。
濾過体11が傾斜していると、汚泥は自重で入口側に戻ろうとしながら搬送されるので、内圧も速やかに高くなり、出口側から十分な脱水ケーキとならない状態の汚泥が排出されるのを防止することができる。
回収トレー44は、重力濃縮部Aに対応するトレー部45と、加圧脱水部Bに対応するトレー部46からなる2分割構成を有している。
重力濃縮部Aより排出される水分には固形物の含まれる量が少ないため、トレー部45に回収された全量を処理水として排出させることができる。このため、トレー部45の水分は水処理施設に回されるべくタンク47に直接溜められる。
沈殿槽48でポンプ49が稼動しないときには上澄水は装置外に処理水として排出すべくタンク47に入れられる。
スペーサ28の厚み(St)を変えて固定プレート21と搬送プレート29間のギャップgを、加圧脱水部Bの方が重力濃縮部Aよりも小さくなるようにすれば、加圧脱水部Bにおける固形物の落下を少なくでき、同時に濾過体11の内圧も高めることができる。
また、濾過体の周辺をタイマーによって定期的に且つ自動的に洗浄する洗浄装置を備えた構成としてもよい。
13 駆動手段としてのモータ
17 固定部材
18 可動部材
21 固定プレート
25 回転軸
28 スペーサ
29 搬送プレート
29b 開口部
29d 突縁
Claims (9)
- 筒状をなす固定部材の内部にスクリューコンベア機能を呈する可動部材を設けた濾過体と、上記可動部材を回転駆動する駆動手段を有し、上記濾過体の一端側から送り込まれる汚泥を脱水しながら他端側へ搬送して排出する固液分離装置において、
上記可動部材は、回転軸と、該回転軸に軸方向に間隔をおいて配置されて支持された複数の搬送プレートを備え、上記固定部材は、開口部を有し上記回転軸の軸方向に間隔をおいて上記搬送プレートと交互に配置された複数の固定プレートを備え、上記搬送プレートは、各搬送プレートをそれぞれ上記回転軸の軸方向と略直交する面内で周方向に略一定の間隔でずらして位置固定することにより搬送路及び上記軸方向に連続的に連なる螺旋階段状の搬送羽根を形成可能な形状を有しているとともにリング状の部位を含む形状を有し且つ上記固定プレートの周縁部と上記リング状の部位の一部が重なるように上記回転軸に偏芯して設けられていることを特徴とする固液分離装置。 - 請求項1記載の固液分離装置において、
上記搬送プレートは、搬送路を構成する開口部と、外側から回転中心部へ向かって延び該中心部に上記回転軸に対する挿通穴を有する突縁を有し、該突縁が連続的に連なって上記螺旋階段状の搬送羽根を形成することを特徴とする固液分離装置。 - 請求項2記載の固液分離装置において、
上記回転軸と上記突縁の挿通穴とが相対的な係合構造を有し、上記回転軸に挿通した時点で上記搬送プレートの上記回転軸に対する周方向の位置固定がなされることを特徴とする固液分離装置。 - 請求項3記載の固液分離装置において、
周方向の位置固定箇所が所定の角度間隔で複数設けられ、上記螺旋階段状の搬送羽根のピッチを変更可能であることを特徴とする固液分離装置。 - 請求項2〜4のいずれかに記載の固液分離装置において、
上記各搬送プレート間に、上記突縁と共に上記螺旋階段状の搬送羽根を形成するスペーサが配置されていることを特徴とする固液分離装置。 - 請求項5記載の固液分離装置において、
上記スペーサが上記搬送プレートの上記突縁部位に一体に形成されていることを特徴とする固液分離装置。 - 請求項5記載の固液分離装置において、
上記スペーサが上記突縁と同等の形状を有し、上記回転軸に上記搬送プレートと交互に挿通して配置されることを特徴とする固液分離装置。 - 請求項5〜7のいずれかに記載の固液分離装置において、
上記各固定プレートは上記スペーサの回転軌跡の外周を覆うように配置されていることを特徴とする固液分離装置。 - 請求項8記載の固液分離装置において、
上記回転軸の軸方向における、上記スペーサの厚みをSt、上記固定プレートの厚みをKt、上記搬送プレートの厚みをFtとするとき、
St>Kt>Ft
の関係を満足することを特徴とする固液分離装置。
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