JP4487242B2 - 回転濃縮機の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、下水混合生汚泥、下水初沈汚泥、活性余剰汚泥等に高分子凝集剤を添加して、汚泥を濃縮する回転濃縮機に関し、特に、濃度検出器を利用した回転濃縮機の制御装置の改良に関する。

従来の回転濃縮機の制御装置としては、濃縮した汚泥中に円板状の検出体を水没させ、検出体に連結した駆動装置にトルク検出装置を配設して汚泥濃度を測定し、汚泥供給量や外筒ボールの回転速度を調整する遠心濃縮機は、例えば特許文献１に記載してあるように公知である。また、濃縮した汚泥中に回転翼を水没させ、回転翼の回転トルクから検出した検出濃度値を出力する粘度検出器と自動制御手段を設け、回転差を制御して濃縮汚泥濃度を一定とする遠心濃縮機も、例えば、特許文献２に記載してあるように公知である。

実開平６−２５７４７号公報（請求項１、図１） 特公平１−３９８４０号公報（特許請求の範囲，第５図）

従来の濃度計としてレーザー光式汚泥濃度計やマイクロ波式濃度計がある。この濃度計は、低濃度の原液に対しては精度も高く有効であるが、濃縮された汚泥のように濃縮率が高くなると、固形分の密度が高くなり測定が困難となる。汚泥中の固形分の形状や大きさに左右され、測定のための付帯設備が複雑となる、濃度汚泥の濃度計である。上記従来の円板状の検出体や回転翼を汚泥中に水没した汚泥濃度を測定する装置にあっては、コストが安く濃縮汚泥に対しても効果を発揮するものであるが、水平状の円板に汚泥が堆積して回転トルクに誤差が生じる。流量増加変動により板面を下部から押上げる作用が働き、電気信号を不安定にする要素がある。また、汚泥中に水没させた回転翼にあっても、回転翼を押し戻す作用が働き、電気信号を不安定にする欠点がある。この発明は、濃縮汚泥中に配設する濃度検出器の検出体を、流量変動の影響を受けにくい円筒状として、得られる汚泥濃度のデータのバラツキを少なくし、そのデータに基づき回転濃縮機の回転数と、凝集剤の添加率を設定して、濃度変動の少ない回転濃縮機の制御装置を提供する。

この発明に係る回転濃縮機の制御装置は、周部にろ過面を有する回転自在な外筒スクリーンにスクリュー軸を内設し、外筒スクリーンの始端部に供給した原液を、スクリュー軸を差速回転させながらろ液を分離して、外筒スクリーンの終端部から濃縮汚泥を汚泥受槽に排出する回転濃縮機において、下端部に開口と上端部に空気穴を設けた円筒状の検出体を、溢流堰を設けた汚泥受槽の濃縮汚泥中に上部を残して垂下し、この検出体を回転させ、流量変動しても空気穴から内部の空気を排出すると共に、検出体の垂直外周面の変動する摩擦抵抗を駆動モーターの電流値により電流検出器で検出して、この変化する電流値を検出モニターで計測し、検出モニターから出力した連続電気信号を回転濃縮機の制御盤に送信するもので、回転抵抗を計測する検出体を円筒状として、垂直外周面の摩擦抵抗を検知するので、検出体に汚泥が堆積することもなく、流量変動の影響を受けることがない。そして、濃縮汚泥が流量変動しても、検出体の天板の空気穴から内部の空気が排出され、検出体が下方から押上げる作用が解除され、電気信号が不安定になることがない。そして、バラツキの少ないデータが得られ、安定した濃縮汚泥濃度の制御が行える。

連続電気信号を受信した制御盤は、電気信号の電流の平均値を算出し、この平均電流値と予め設定してある安定電流値と比較演算し、連続して平均電流値が安定電流値の下限率よりも低下すればスクリュー軸の回転数を減少させ、平均電流値が安定電流値の上限率よりも上昇すればスクリュー軸の回転数を増加させるもので、所定の濃縮汚泥濃度に維持することができる。

継続して検出した平均電流値が、スクリュー軸の回転数を制御しても、安定電流値の上限・下限率を外れる時には、制御盤から凝集剤注入ポンプに指令信号を発信し、平均電流値が安定電流値の下限率よりも低下していれば、薬注率を増加させ、平均電流値が安定電流値の上限率よりも上昇していれば、薬注率を減少させるもので、最小限の凝集剤の添加が可能となり、汚泥の性状変化に応じて薬注率の自動調整が行える。

この発明に係る濃度検出器を使用した回転濃縮機の制御装置は、濃度検出器の回転抵抗の計測手段が、濃縮汚泥に垂下した検出体を円筒状として、垂直外周面の摩擦抵抗で回転抵抗を検知するので、流量増加変動の影響を受けにくく、濃縮率のバラツキの少ないデータが得られる。コストの安い検出体となり、濃縮汚泥に対しても効果を発揮することができる。そのため、回転濃縮機の制御装置の精度の良い結果が得られ、安定した所定濃度の濃縮汚泥の制御が行える。

この発明に係る濃度検出器と回転濃縮機の制御装置を図面に基づき詳述すると、図１は回転濃縮機の制御装置の構成図であって、回転濃縮機１は外筒スクリーン２とスクリュー軸３で構成してあり、周部にろ過面を有する外筒スクリーン２にスクリューを巻き掛けたスクリュー軸３が内設してある。外筒スクリーン２とスクリュー軸３に外筒駆動モーター４とスクリュー駆動モーター５が個別に連動連結してあり、外筒スクリーン２とスクリュー軸３を逆または同方向に差速回転させる。外筒スクリーン２の上方にろ材面を再生する洗浄管６と、外筒スクリーン２の下方に集水トラフ７と、外筒スクリーン２の終端部に集泥トラフ８が配設してある。

図１に示すように、回転濃縮機１の前段に凝集混和槽９が配設してあり、汚泥を供給する汚泥ポンプ１０の給泥回路ａが凝集混和槽９の槽底に連結してある。汚泥ポンプ１０の給泥回路ａに凝集剤溶解槽１１の凝集剤を供給する凝集剤注入ポンプ１２の薬注回路ｂが連結してある。凝集混和槽９に汚泥ポンプ１０で供給された汚泥に凝集剤注入ポンプ１２で凝集剤を添加し、撹拌機１３で撹拌混合して凝集フロックを生成させて、回転濃縮機１に供給する。回転濃縮機１の外筒スクリーン２の始端部に供給した汚泥は、外筒スクリーン２とスクリュー軸３を差速回転させながらろ液を分離して集水トラフ７に排水する。外筒スクリーン２の終端部から集泥トラフ８に排出した濃縮汚泥は、汚泥受槽１４に貯留する。なお、符号１５は、高分子凝集剤と希釈液を撹拌する凝集剤溶解槽１１に配設した撹拌機である。

図２は濃度検出器の回路図であって、駆動モーター１６の回転軸１７に連結した円筒状の検出体１８が濃縮汚泥を貯留する汚泥受槽１４に垂下してある。検出体１８は、上部を残して汚泥受槽１４の汚泥中に水没してあり、検出体１８の上部に汚泥が堆積するのを防止する。図３は検出体の縦断面図であって、検出体１８の上端部の天板１８ａに固着した固定金具１９に駆動モーター１６の回転軸１７の下端部を螺着してロックナット２０で固定してある。汚泥受槽１４に垂下した検出体１８は下端部を開口１８ｂして、検出体１８の天板１８ａに空気穴１８ｃが設けてある。汚泥受槽１４に流下する濃縮汚泥が流動増加変動しても、検出体１８の内部の空気が天板１８ａの空気穴１８ｃから排出されて、下方から押上げる作用が解除され、検出体１８の上部に汚泥が堆積することもなく、電気信号を不安定にすることがなく、安定した濃縮汚泥濃度の制御が行える。

図２に示すように、検出体１８の駆動モーター１６は可変速式モーターを使用しており、駆動モーター１６に連結した一対の電源ケーブル２１、２２に１００Ｖ単相の電源２３を接続してある。駆動モーター１６を駆動して、汚泥受槽１４の濃縮汚泥中に垂下した円筒状の検出体１８を同一軌跡で周回させて、円筒周壁に濃縮汚泥を摺接させる。検出体１８の濃縮汚泥の抵抗が、回転軸１７を通して駆動モーター１６に伝えられる。変動する汚泥の摺接抵抗で回転軸１７への力が変化して、駆動モーター１６の電流値が変化する。回転抵抗を計測する検出体１８を円筒状として、垂直外周面の摩擦抵抗を検知するため、流量変動の影響を受けにくく、バラツキの少ないデータが得られる。検出体１８の内部の空気が天板１８ａの空気穴１８ｃから排出され、流量増加変動による検出体１８が下方から押上げる作用が解除され、電気信号を不安定にすることがない。そして、円筒状の検出体１８の上部が汚泥面の上方にあるので、汚泥が堆積して回転トルクに誤差が生じることがない。なお、汚泥受槽１４に溢流堰２４が設けてあり、濃縮汚泥の水位を一定としてある。

図２に示すように、出力側の電源ケーブル２２に電流検出器２５が接続してあり、駆動モーター１６で検出体１８を回転させ、濃縮汚泥から受ける抵抗による駆動モーター１６の電流値を電流検出器２５で検出する。汚泥濃度の変動による検出体１８の摺接抵抗で回転軸１７への力が変化して、駆動モーター１６の電流値が変化する。この変化する電流値を計測する検出モニター２６が電流検出器２５に接続してあり、電流検出器２５から変動する電気信号を４〜２０ｍＡで発信させる。検出体１８の空気が天板１８ａの空気穴１８ｃから排出されて、検出体１８を押上げる作用が解除され、電気信号を不安定にすることがない。回転抵抗を計測する検出体１８は、垂直外周面の摩擦抵抗を検知するため、流動変動の影響を受けにくく、バラツキの少ないデータが得られる。

図１に示すように、検出モニター２６から出力した４〜２０ｍＡの連続電気信号を回転濃縮機１の制御盤２８に送信するようにしてある。予め、回転濃縮機１で濃縮した所望の濃縮汚泥に対する検出体１８の摺接抵抗を、駆動モーター１６の標準電流値として算出し、許容範囲の上限・下限率を設定して、この標準電流値を制御盤２８に入力してある。制御盤２８に入力する検出モニター２６からの連続電気信号を、所定時間ごとに電流の平均値を算出する。この平均値をさらに数回繰り返して平均し、この平均電流値と予め設定してある運転時の安定電流値の上限・下限率と比較演算する。連続して平均電流値が安定電流値の下限率よりも低下すれば、スクリュー軸３の回転数を所定の回転数だけ減少させる。この操作を繰り返し、標準電流値の許容範囲となった時、回転濃縮機１のスクリュー軸３の回転数を維持する。また、連続して平均電流値が安定電流値の上限率よりも上昇すれば、スクリュー軸３の回転数を所定の回転数だけ増加させる。この操作を繰り返し、標準電流値の許容範囲となった時、回転濃縮機１のスクリュー軸３の回転数を維持する。

回転濃縮機１のスクリュー軸３の回転数を制御しても、継続して検出した平均電流値が安定電流値の上限・下限率を外れる時には、制御盤２８から凝集剤注入ポンプ１２に指令信号を発信し、平均電流値が安定電流値の下限率よりも低下していれば、薬注率を増加させ、平均電流値が安定電流値の上限率よりも上昇していれば、薬注率を減少させて、汚泥の性状変化に応じて薬注率の自動調整が行える。

本願発明は、汚泥供給量を一定として、上記のようにスクリュー軸３の回転制御を行うものであるが、汚泥処理量が変動する場合には、初期設定として、外筒スクリーン２とスクリュー軸３の回転数を汚泥の処理量に比例して増減させれば、最適運転とすることができる。そして、汚泥性状が大きく変わり、汚泥流量も変動させる必要が生じた場合には、汚泥流量に比例して外筒スクリーン２の回転数を変動させて回転数制御を行えばよいものである。この発明において、最初にスクリュー軸３の回転数を制御する理由は、濃縮する汚泥濃度の応答が直接表れるからである。薬注率は汚泥と高分子凝集剤の反応時間を要し、適切な対応に時間が掛かるためである。この手順により、薬注率を減少させて、最小限の凝集剤の添加が可能となる。

表１はスクリュー軸の回転数と濃縮汚泥濃度の関係を示す表であって、横軸にスクリュー軸３の回転数ｒｐｍ、縦軸に濃縮汚泥濃度％を表している。回転濃縮機１の運転条件として、外筒スクリーン２の回転数を一定として、所定の汚泥量を処理する。この実験例では、汚泥に対するスクリュー軸３の回転数が５、１０、１５ｒｐｍと増加すると、濃縮汚泥濃度は概略４．７、４．０、３．５％であった。即ち、スクリュー軸３の回転による汚泥濃度の影響は、回転数が多くなると汚泥の外筒スクリーン２の内部での滞留時間が短くなり、濃縮した汚泥濃度が低下する。逆にスクリュー軸３の回転数を下げると、外筒スクリーン２の内部での滞留時間が長くなることを表している。

表２は薬注率と濃縮汚泥濃度の関係を示す表であって、横軸に薬注率％、縦軸に濃縮汚泥濃度％を表している。回転濃縮機１の運転条件として、外筒スクリーン２の回転数を一定として、所定の汚泥量を処理する。この実験例では、汚泥に対する薬注率が０．２％、０．３％、０．４％と添加率を増加すると、濃縮汚泥濃度は概略３％、４％、５％であった。薬注率の変化による汚泥濃度の影響は、薬注率が高くなると、濃縮した汚泥濃度も高くなる。逆に薬注率が低くなると、濃縮した汚泥濃度も低くなる。この実験では、安定電流値となる汚泥濃度を４％とすると、標準の薬注率は０．３％に設定した。この発明の実験では、高分子凝集剤の薬注率の増減を０．０１％づつ増減させることとした。

図４は回転濃縮機１の制御方法のフローチャートであって、制御盤２８に検出モニター２６から送信された平均電流値と設定してある安定電流値を比較演算し、５分ごとの平均濃度の値が設定回数（３回程度）連続して減少したか否かを計算し、濃縮汚泥濃度が標準濃度４％より０．１％以上低ければ、スクリュー回転数を１０ｒｐｍから１ｒｐｍ減少させる。常に変化する汚泥性状は自己回復の場合もあり、検出モニター２６からの連続する電気信号は、５分ごとに計測することにした。５分後に再測定を行って、まだ濃度が標準濃度４％より０．１％以上低ければ、スクリュー回転数を更に１ｒｐｍ減少させる。濃度が３．５％以上になるまで数回繰り返す。スクリュー軸３の回転数を制御しても、濃度が３．５％以下になるときは、薬注率を０．３％から０．３１％に増加して、５分後に再測定を行う。この操作を繰り返し、測定した平均汚泥濃度が、許容範囲となった時、回転濃縮機１のスクリュー軸３の回転数を維持する。

制御盤２８で５分ごとの平均濃度の値が設定回数連続して減少したか否かを計算し、濃縮汚泥濃度が標準濃度４％より０．１％以上高ければ、スクリュー回転数を１０ｒｐｍから１ｒｐｍ増加させて、５分後に再測定を行う。まだ、濃度が標準濃度４％より０．１％以上高ければ、スクリュー回転数を更に１ｒｐｍ増加させて、濃度が４．５％以下になるまで数回繰り返す。スクリュー軸３の回転数を制御しても、濃度が４．５％以下に低下しないときは、薬注率を０．３％から０．２９％に減少して、５分後に再測定を行う。この操作を繰り返し、測定した平均汚泥濃度が、許容範囲となった時、回転濃縮機１のスクリュー軸３の回転数を維持する。
なお、この実施例では、標準汚泥濃度を４％、スクリュー軸の標準回転数を１０ｒｐｍに設定し、検出モニター２６が計測する電流値を安定電流値としてある。濃縮した汚泥濃度の変動に対して、５分ごとに計測し、スクリュー軸３の回転数の増減を１ｒｐｍ、薬注率の増減を０．０１％としたが、この数値は、汚泥性状、汚泥処理量、及び外筒スクリーン２の回転数に基づき、スクリュー軸３の回転数と、薬注率を適宜設定できるものである。

この発明は、高分子凝集剤を添加して、汚泥を濃縮する回転濃縮機に関し、濃縮汚泥中に配設する濃度検出器の検出体を、流量変動の影響を受けにくい円筒状としたので、汚泥濃度のデータのバラツキが少なくなり、そのデータに基づき回転濃縮機の回転数と、凝集剤の添加率を制御して、濃度変動の少ない回転濃縮機の制御装置となる。従って、比較的ろ過性のよい下水混合生汚泥、下水初沈汚泥に加えて、活性余剰汚泥等の難ろ過性の汚泥処理にも適した回転濃縮機となる。

この発明に係る回転濃縮機の制御装置の構成図である。 同じく、制御装置に用いる濃度検出器の回路図である。 同じく、濃度検出器の検出体の縦断面図である。 同じく、回転濃縮機の制御方法のフローチャートである。

１ 回転濃縮機
２ 外筒スクリーン
３ スクリュー軸
１２ 凝集剤注入ポンプ
１６ 駆動モーター
１７ 回転軸
１８ 検出体
１８ｂ 開口
１８ｃ 空気穴
２５ 電流検出器
２６ 検出モニター
２８ 制御盤

Claims (3)

1. 周部にろ過面を有する回転自在な外筒スクリーン（２）にスクリュー軸（３）を内設し、外筒スクリーン（２）の始端部に供給した原液を、スクリュー軸（３）を差速回転させながらろ液を分離して、外筒スクリーン（２）の終端部から濃縮汚泥を汚泥受槽（１４）に排出する回転濃縮機において、下端部に開口（１８ｂ）と上端部に空気穴（１８ｃ）を設けた円筒状の検出体（１８）を、溢流堰（２４）を設けた汚泥受槽（１４）の濃縮汚泥中に上部を残して垂下し、この検出体（１８）を回転させ、流量変動しても空気穴（１８ｃ）から内部の空気を排出すると共に、検出体（１８）の垂直外周面の変動する摩擦抵抗を駆動モーター（１６）の電流値により電流検出器（２５）で検出して、この変化する電流値を検出モニター（２６）で計測し、検出モニター（２６）から出力した連続電気信号を回転濃縮機（１）の制御盤（２８）に送信することを特徴とする回転濃縮機の制御装置。
2. 連続電気信号を受信した制御盤（２８）は、電気信号の電流の平均値を算出し、この平均電流値と予め設定してある安定電流値と比較演算し、連続して平均電流値が安定電流値の下限率よりも低下すればスクリュー軸（３）の回転数を減少させ、平均電流値が安定電流値の上限率よりも上昇すればスクリュー軸（３）の回転数を増加させることを特徴とする請求項１に記載の回転濃縮機の制御装置。
3. 上記スクリュー軸（３）の回転数を制御しても、継続して検出した平均電流値が安定電流値の上限・下限率を外れる時には、制御盤（２８）から凝集剤注入ポンプ（１２）に指令信号を発信し、平均電流値が安定電流値の下限率よりも低下していれば、薬注率を増加させ、平均電流値が安定電流値の上限率よりも上昇していれば、薬注率を減少させることを特徴とする請求項２に記載の回転濃縮機の制御装置。