JP4501220B2 - 多重円板型汚泥脱水装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水（廃水）処理系等から発生する汚泥液の脱水濃縮技術に関し、詳細には、多数枚の円板が所定間隔を保って回転軸方向に配列された回転濾過体が交接列をなして複数並設されている脱水処理室に供給されて来る汚泥液（原液）を、前記回転濾過体の回転により濾過脱水しながら、汚泥液中の懸濁固形物（以下「ＳＳ」という。）を濃縮・搬送し、脱水処理室外へ脱水ケーキとして排出する多重円板型の汚泥脱水装置の改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
活性汚泥法を利用した排水（廃水）処理系等から発生する（分離）汚泥液は、最終的には、真空脱水、遠心脱水、加圧脱水、ロール脱水（ベルトプレスなど）などの技術により物理的に脱水濃縮され、得られた脱水ケーキは、炭化処理等されて肥料等に再利用されている。
【０００３】
この汚泥液の脱水濃縮処理技術の一つとして、特開平１０−１３７７９５号報等に開示された「多重円板型汚泥脱水装置（濾体回転型汚泥脱水装置）」を利用した公知の方法がある。以下、従来の多重円板型汚泥脱水装置５０の構成を簡略に示す図９、回転濾過体の交接列及び円板列の様子を平面視して示す図１０、同様子の部分外観斜視図である図１１に基づいて、従来の多重円板型汚泥脱水装置５０の構成について、簡潔に説明する。
【０００４】
まず、本装置５０には、所定の厚みと口径を備えたリング状の大円板６０とスペーサとして機能する小円板６１が、回転軸６２に交互に固定配列された略法輪状の回転濾過体６３ａ，６３ｂ，６３ｃ…が設けられる。
【０００５】
隣接する回転濾過体６３ａ，６３ｂ，６３ｃ…は、互いに円板６０の外周縁の一部領域を、相手の円板６０間の間隙６５に嵌入させて、交接列６４を形成して噛み合うことにより、濾体列６６を形成している。
【０００６】
このような交接列６４をもって係わり合う濾体列６６，６６が、汚泥供給口５２側から排出口５３側に向かって徐々に互いの間隔が狭まるように、前記脱水処理室５１内部に上下２段に配列される。濾体列６６，６６間に形成される領域５９は、汚泥通路となる。
【０００７】
そして、汚泥供給口５２から脱水処理室５１内に供給されてきた汚泥液５４は、各回転濾過体６３ａ，６３ｂ，６３ｃ…を一斉に回転させることによって、上記汚泥通路５９を通って、排出口５３側に向かって移動する（矢印６８方向）。
【０００８】
濾体列６６を上記回転軸６２と直交する方向で観察したときに、互いの外周面６０ａと６１ａ同士を対向させて、一列に連なっている円板列ｃが軸方向に多数列形成されているが、上記移動の過程では、この円板列ｃを構成する各円板６０間に形成される隙間６９に流入する汚泥から、円板６０の回転に伴う圧縮力又は毛細管現象によって水分が濾し取られる。
【０００９】
濾し取られた水分（濾過液）５８は、槽底部に設けられた濾液取出口５７ａ、５７ｂから排出され、脱水処理室５１の後端部に設けられた排出口５３からは、濃縮された懸濁固形物（以下、「ＳＳ」という。）成分からなる、含水率８０％程度のいわゆる脱水ケーキ５６が吐出される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の多重円板型汚泥脱水装置５０では、汚泥液５４の脱水濃縮作業を行う場合において、次の技術的課題を有していた。
【００１１】
即ち、処理対象となる汚泥液５４の種類は、有機汚泥、無機汚泥、油泥など多種多様であるため、固形分や油分などの性状も異なる。とくに、固形物の多い無機汚泥や油分を多量に含む高含油スカム等の場合は、搬送過程で汚泥が固化しやすいため、搬送力の大きい円板配列構成、即ち口径差の大きな大円板６０と小円板６１を交互に配列させた構成の回転濾過体６３では、回転トルクが過剰となって、駆動系に支障を来たすおそれがあった。
【００１２】
また、回転トルクを軽減させるために、回転濾過体６３の回転を調整しながら運転を行うと、汚泥液５４の安定した脱水、濃縮が達成し難くなるという問題があった。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、交接列をなす回転濾過体によって構成される濾体列の汚泥搬送力を緩和する円板列を濾体列中に介在させることによって、汚泥液の性状に適合する搬送力を確保することができ、安定した汚泥処理を行うことができる多重円板型汚泥脱水装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
まず、多重円板型脱水装置における汚泥搬送力は、基本的には、複数の回転濾過体から構成されている濾体列に、多数形成されている円板列の汚泥搬送力の総和によって、定まると考えられる。
ここで、上記円板列は、隣接する回転軸の軸方向同一位置にある円板同士が互いにその外周面同士を対向させて、回転軸と直交する方向に一列に連なることにより形成される。
この円板列は、（外周縁部分の）円弧状の凸部分（山部分）と凹部分（谷部分）を交互に形作る。この円板列の凸凹度合いがより大きいと、汚泥への食い込みがより大きくなって、汚泥搬送力が増すと考えられる。
そこで、本発明では、上記目的を達成するために、以下の手段を採用することとした。
【００１５】
まず、請求項１に係る多重円板型汚泥脱水装置では、まず、多数枚の円板が所定間隔を保って回転軸方向に配列された回転濾過体を、交接列をなすように脱水処理室内に複数並設することによって濾体列を形成し、前記脱水処理室に供給される汚泥液を、前記濾体列の回転により濾過脱水しながら搬送して、脱水ケーキを排出する構成とする。
そして、前記濾体列には、前記円板が互いの外周面同士を対向させて一列に連なる円板列を、前記回転軸と直行する方向に多数列形成し、前記円板列には、汚泥搬送力を緩和するための緩衝円板列を介在させるようにした。
この手段では、複数の回転濾過体からなる濾体列を構成している円板列を、汚泥搬送力のより強い円板列の中に、汚泥搬送力のより弱い円板列、即ち緩衝円板列を介在させる構成とすることによって、装置全体の汚泥搬送力（単位時間当たりの汚泥搬送量）を緩和するという作用を発揮せしめる。
尚、この緩和作用の程度は、緩衝円板列の出現頻度（全円板列中の割合）や円板列の幅（円板の厚み）を適宜変えることによって、調整することができる。
この作用によって、回転トルクが過剰となって駆動系に支障を来たしてしまうという心配をすることがなく、無機汚泥や高含油スカムなどの固化し易い性状の汚泥の脱水処理を、安定かつ円滑に行うことができるようになる。
【００１６】
請求項２に係る多重円板型汚泥脱水装置では、前記緩衝円板列を、濾体列を構成している他の円板列の円板の口径差と比較して、口径差がより少ないか又は全く同一口径の円板によって形成することとした。
この手段では、口径差がより少ないか又は同一口径の円板のみで円板列を形成することによって、外周面を対向させて並べた円板と円板の間に形成される凹部（谷部）の容積をより小さくすることができる。
このため、汚泥に対する円板列の食い込みが少なく、汚泥搬送力が弱い緩衝円板列を形成することができる。かかる緩衝円板列を濾体列の中に介在させることによって、汚泥搬送力を効果的に緩和することができる。
【００１７】
以上のように、本発明に係る多重円板型脱水装置は、同装置の汚泥搬送力を処理対象となる汚泥の性状に合わせて調整でき、過剰な回転トルクを発生させないので、安定かつ円滑な汚泥脱水処理を行うことができるようになる、という技術的意義を有する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る汚泥脱水処理装置の好適な実施形態について、添付図面に基づいて説明する。
＜汚泥脱水処理装置の全体構成＞
まず、本発明に係る汚泥脱水処理装置の主に脱水処理室内部の構成を示す簡略図である図１に基づいて、同装置１の全体構成を説明する。
本発明に係る汚泥脱水処理装置１（以下、「装置１」という。）は、四方を壁面で囲まれた、略箱型の脱水処理室２を備えている。この脱水処理室２の前方壁面２０１には、所定の調質工程を経て移送されてくる汚泥液（原液）５を脱水処理室２に供給（導入）するための汚泥供給口３が設けられている。相対する後方壁面２０２には、脱水濃縮された脱水ケーキ２２を排出するための排出口４が設けられている。
【００１９】
この排出口４には、やや下方に傾斜するシュート２１が取り付けられており、このシュート２１の上方には、重錘板１８の加重作用によって前記排出口４を閉塞するように構成された抵抗板１９が、軸１７に、上方側に付勢されて、回動可能に支持されている。この抵抗板１９は、脱水処理室２における汚泥の圧力（加圧脱水）を調節する作用を発揮し、圧力を大きくする程、汚泥の脱水率を高めることができる。
【００２０】
脱水処理室２内部には、処理室２の左右側壁２０４，２０５方向に横架され、該左右側壁２０４，２０５に軸端部が回転可能に軸支されている回転軸８、８、８…が、大別すると、上下２段に配列されている。
【００２１】
これらの回転軸８は、図示しないモータの駆動により、側壁２０４，２０５外壁領域に配設された歯車等を介し、一斉に回転するようにされており、回転数を全体的に調整又は制御できる構成とされている。
【００２２】
回転軸８には、それぞれ、所定の厚み及び口径を有するリング状の円板が、所定の間隔を保って回転軸８に交互に固定配列され、略法輪状の回転濾過体６ａ，６ｂ，６ｃ…、７ａ，７ｂ，７ｃ…が形成されている。
【００２３】
隣接する回転濾過体６ａ，６ｂ，６ｃ…、７ａ，７ｂ，７ｃ…は、互いに、円板１０等の外周縁の一部領域が、相手の円板間の間隙Ｔ（図２参照）に嵌入されて交接列をなして噛み合い、濾体列６，７を形成している。
【００２４】
かかる濾体列６，７が、前記脱水処理室２内部に汚泥供給口３側から排出口４側に向かって徐々に間隔が狭まるように上下２段に配列されている。汚泥供給口３から脱水処理室２内に供給されてきた汚泥液５は、各回転濾過体６ａ，６ｂ，６ｃ…、７ａ，７ｂ，７ｃ…を一斉に回転させることによって、脱水濃縮されながら徐々に狭まる汚泥通路２０を通って濃縮促進され、排出口４側に向かって移動し、排出口４からは脱水ケーキ２２となって吐出される。なお、図１の符号９ａ，９ｂは、主に濾体列７によって濾し取られた水分１５を排出するための、濾液取出口である。
【００２５】
＜回転濾過体を構成する円板の配列構成＞
ここで、脱水処理室の回転濾過体を上方から見た部分省略平面図である図２、回転軸に挿着される円板の配列構成を示す図３、同配列構成の平面図である図４、同配列構成の外観斜視図である図５、濾体列を構成する円板列を抜き出して示す図である図６に基づいて、回転濾過体６ａ，６ｂ…、７ａ，７ｂ…を構成する円板の配列構成（配列順序）について説明する。
【００２６】
まず、各回転軸８，８，…には、口径を異にする３種のリング状の円板１０，１１，１２が、所定の配列になるように挿着されて、回転濾過体６ａ，６ｂ…、７ａ，７ｂ…が形成される。
【００２７】
具体的に説明すると、大口径（例、φ１２０ｍｍ、厚み１．２ｍｍ）の大円板１０、中口径（例、φ１１１．６ｍｍ、厚み１．２ｍｍ）の中円板１１、小口径（例、φ１０３ｍｍ、厚み１．５ｍｍ）の小円板１２を用いて、大円板１０→中円板１１→小円板１２→中円板１１→大円板１０→中円板１１→小円板１２…の順に、回転軸８方向に配列する（「配列例１」とする。）（図３参照）。
【００２８】
従来、回転濾過体における円板の配列構成は、大円板１０→小円板１２→大円板１０→小円板１２…という大小円板の交互配列構成（図１０、図１１参照）が採用されてきたが、本発明に係る好適な実施形態の一つにおいては、上記配列例１のように、大円板１０と小円板１２の間に、中円板１１を介装させた構成を採用している。
【００２９】
その結果、濾体列６，７には、回転軸８と直交する方向に、隣接する回転軸８、８の同位置にある大円板１０と小円板１２が、互いの外周面１０ａ，１２ａを対向させて一列に並ぶ円板列Ｃと、隣接する回転軸８，８の同位置にある中円板１１同士が、互いの外周面１１ａ，１１ａを対向させて一列に並ぶ円板列Ｒ₁が、交互に形成される（図４、５参照）。
【００３０】
ここで、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、円板列Ｃ、円板列Ｒ₁には、円弧状の凸部分（山部分）と凹部分（谷部分）が交互に形作られる。この円板列の凸凹度合いが大きい程、汚泥Ｓへの食い込みが大きくなるため、汚泥搬送力が強くなる。
【００３１】
口径差が大きい大円板１０と小円板１２によって形成される円板列Ｃでは、この凸凹度合いが大きく、円板間に図６に示すような、容積の大きい大汚泥ポケットＸが形成されることなる。この円板列Ｃは、前記大汚泥ポケットＸに入り込んでくる汚泥Ｓを、周速度の大きい大円板１０によって順次掻き出して、排出口４側へ送り込む作用を発揮するため、汚泥Ｓの搬送に大きく寄与する（以下、円板列Ｃを「搬送円板列Ｃ」という。）。
【００３２】
一方、同口径の中円板１１と中円板１１によって形成される円板列Ｒ₁は、円板間に形成される凹部（谷部）の容積としては、理論上極小となる小汚泥ポケットＹを形成する。従って、円板列Ｒ₁の汚泥Ｓへの食い込みは少なく、小汚泥ポケットＹから掻き出される汚泥Ｓの量も少ないから、汚泥搬送力が弱い。
【００３３】
このように、濾体列６，７では、搬送円板列Ｃによって発揮される汚泥Ｓの搬送が、介在する円板列Ｒ₁によって緩和される（以下、円板列Ｒ₁を「緩衝円板列Ｒ₁」という。）
【００３４】
＜他の円板配列構成＞
まず、図７は、回転濾過体の円板配列構成の他の実施例の外観斜視図である。図７に示される配列構成では、上記「配列例１」同様に、大円板１０、中円板１１、小円板１２からなる、口径の異なる３種類の円板が使用されている。そして、各回転軸８に、小円板１２→中円板１１→大円板１０→小円板１２→中円板１１→大円板１０…のパターンで、円板１０，１１，１２が挿着されている（「配列例２」とする。）。
【００３５】
ここで、上記配列例１では、搬送円板列Ｃと緩衝円板列Ｒ₁の構成割合は１：１であったが、この配列例２では、図７に示すように、搬送円板列Ｃと緩衝円板列Ｒ₁の構成割合は２：１である。
【００３６】
即ち、配列例２は、配列例１と比較して、緩衝円板列Ｒ₁によって発揮される汚泥搬送力の緩和作用は少ない。従って、配列例２は、配列例１よりも汚泥Ｓの搬送力は、大きくなる。このように、搬送円板列Ｃと緩衝円板列Ｒ₁の構成比（割合）を変えることによって、汚泥Ｓの搬送力を自在に調整することができる。
【００３７】
また、搬送円板列Ｃ、緩衝円板列Ｒ₁の円板の厚みを変える方法によっても、汚泥Ｓの搬送力を調整することができる。例えば、搬送円板列Ｃの幅を大きくすれば汚泥搬送力は強くなり、緩衝円板列Ｒ₁の幅を大きくすれば汚泥搬送力は弱くなる。
【００３８】
次に、図８は、回転濾過体の円板配列構成の更に他の実施例を示す平面図である。図８に示される実施例は、上記大円板１０、小円板１２に加えて、口径の異なる２種類の中円板１３、１４の計４種類の円板が使用されている。なお、各円板の口径の大小関係をまとめると、大円板１０＞中円板１３＞中円板１４＞小円板１２となる。
【００３９】
回転軸８ａには、大円板１０→中円板１３→小円板１２→中円板１３→大円板１０からなるパターンで配列され、回転軸８ａと隣接する回転軸８ｂには、小円板１２→中円板１４→大円板１０→中円板１４→小円板１２からなるパターンで配列されている（「配列例３」という。）。
【００４０】
この配列例３で形成される濾体列を、回転軸８と直交する方向で観察すれば、大円板１０と小円板１２、中円板１３と中円板１４が、それぞれ必ず対向し、大円板１０→小円板１２→大円板１０→小円板１２…から構成される搬送円板列Ｃと、中円板１３→中円板１４→中円板１３→中円板１４…から構成される円板列Ｒ₂が、交互に軸方向に形成されている。
【００４１】
ここで、大円板１０と小円板１２の口径差と比較して、中円板１３と中円板１４の口径差は小さいので、搬送円板列Ｃに形成される上記大汚泥ポケットＸの容積よりも、円板列Ｒ₂に形成される汚泥ポケット（図示せず）の容積の方が小さくなる。
【００４２】
従って、搬送円板列Ｃの汚泥搬送力と比較すると、円板列Ｒ_２の汚泥搬送力は弱くなるから、搬送円板列Ｃの中に円板列Ｒ_２を介在させることによって、汚泥Ｓの搬送力を緩和することができる。即ち、円板列Ｒ_２は、円板列Ｒ_１と同様に、緩衝円板列として機能する。
【００４３】
尚、上記緩衝円板列Ｒ_１と緩衝円板列Ｒ_２を比較すると、緩衝円板列Ｒ_１の方が、汚泥ポケットの容積が小さく、また、円板列を構成する円板１１の周速度は一律同じであるから、汚泥搬送力はより小さくなる。即ち、汚泥搬送力の緩和作用は、緩衝円板列Ｒ_１の方が、緩衝円板列Ｒ_２よりも大きい。
以上、各円板列の汚泥搬送力の強さをまとめると、搬送円板列Ｃ＞緩衝円板列Ｒ_２＞緩衝円板列Ｒ_１となる。
【００４４】
尚、本発明において採用し得る円板の配列は、上記した配列例１〜３に限定するものではなく、汚泥搬送力に差異がある円板列を適宜組み合わせ、汚泥搬送力のより弱い円板列を緩衝円板列として利用することによって、所望の汚泥搬送力を得ることができる。
【００４５】
＜実験例＞
本願発明者らは、本願発明に係る多重円板型汚泥脱水装置の回転トルク低減効果を検証するために、次の実験を行った。
まず、φ１２０ｍｍ・厚み１．２ｍｍの大円板１０、φ１１１．６ｍｍ・厚み１．２ｍｍの中円板１１、φ１０３ｍｍ・厚み１．５ｍｍの小円板１２を、上記配列例１同様に大円板１０→中円板１１→小円板１２→中円板１１→大円板１０→中円板１１→小円板１２…の順序で配列させた回転濾過体からなる濾体列を実験例とした。
【００４６】
次に、比較例として、φ１２０ｍｍ・厚み１．２ｍｍの大円板１０とφ１０３ｍｍ・厚み１．５ｍｍの小円板１２を交互に配列させた回転濾過体からなる濾体列を用いた。
【００４７】
尚、実験例、比較例ともに全く同性状のスカム（固形分７．３％、油分６．５％）を使用し、搬送幅や濾体列の配置構成その他の条件を同じくして，脱水・濃縮及び搬送実験を行った。
【００４８】
その結果、上記実験例においては回転トルクが１０００〜２０００Ｎ・ｍ、比較例においては回転トルクが４０００Ｎ・ｍ以上であった。
以上から、本願発明に係る多重円板型汚泥脱水装置１では、回転トルクを効果的に低減することができることが検証できた。
【００４９】
このように、本願発明に係る多重円板型汚泥脱水装置１は、汚泥液（原液）５の性状に応じて、汚泥搬送力（搬送速度）を調整又は制御し、当該汚泥液５に適した脱水濃縮を確実に行うことができる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によって奏される主な効果は、以下の通りである。
（１）複数の回転濾過体からなる濾体列に形成される多数の円板列において、汚泥搬送力のより強い円板列の中に、汚泥搬送力のより弱い円板列、即ち緩衝円板列を介在させることによって、装置全体の汚泥搬送力を効果的に緩和することができる。
（２）回転トルクが過剰となって駆動系に支障を来たしてしまうという心配がないので、無機汚泥や高含油スカムなどの固化し易い性状の汚泥の搬送を、円滑かつ安定して行うことができる。
（３）汚泥搬送力を、処理対象となる汚泥の性状に合わせて、木目細かく調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る汚泥脱水処理装置の主に脱水処理室内部の構成を示す簡略図
【図２】同脱水処理室の回転濾過体を上方から見た部分省略平面図
【図３】回転軸に挿着される円板の配列構成（配列例１）を示す図
【図４】同配列構成（配列例１）の平面図
【図５】同配列構成（配列例１）の外観斜視図
【図６】（Ａ）濾体列を構成する搬送円板列Ｃを一列抜き出して真横から見た図（Ｂ）濾体列を構成する緩衝円板列Ｒ₁を一列抜き出して真横から見た図
【図７】円板配列構成の他の実施例（配列例２）の外観斜視図
【図８】円板配列構成のさらに他の実施例（配列例３）を表す平面図
【図９】従来の多重円板型汚泥脱水装置の構成を簡略に示す
【図１０】回転濾過体の交接列及び円板列の様子を平面視して示す図
【図１１】同様子の部分外観斜視図
【符号の説明】
１ 多重円板型脱水装置
２ 脱水処理室
５ 汚泥液
６ 濾体列（上段）
７ 濾体列（下段）
６ａ〜６ｅ （上段）回転濾過体
７ａ〜７ｊ （下段）回転濾過体
８ 回転軸
１０ 大円板
１０ａ （大円板の）外周面
１１ 中円板
１１ａ （中円板の）外周面
１２ 小円板
１２ａ （中円板の）外周面
２２ 脱水ケーキ
Ｃ 搬送円板列
Ｒ₁，Ｒ₂ 緩衝円板列
Ｓ 汚泥

Claims (2)

1. 多数枚の円板が所定間隔を保って回転軸方向に配列された回転濾過体が、交接列をなすように脱水処理室内に複数並設されることによって濾体列を形成し、前記脱水処理室に供給される汚泥液を、前記濾体列の回転により濾過脱水しながら搬送して、脱水ケーキを排出する構成であって、
   前記回転濾過体は、前記回転軸に、口径を異にする３種のリング状の円板が、小口径の小円板、該小円板よりも大口径の中円板、該中円板よりも大口径の大円板の順に複数回繰り返し配列されており、
   隣接する回転軸の同位置にある大円板と小円板とが互いの外周面を対向させて一列に並ぶ搬送円板列Ｃと、隣接する回転軸の同位置にある中円板同士が互いの外周面を対向させて一列に並ぶ緩衝円板列Ｒ _１ とが、軸方向に２：１の構成比率で形成されていることを特徴とする多重円板型汚泥脱水装置。
2. 多数枚の円板が所定間隔を保って回転軸方向に配列された２種類の回転濾過体が、交接列をなすように脱水処理室内に交互に複数並設されることによって濾体列を形成し、前記脱水処理室に供給される汚泥液を、前記濾体列の回転により濾過脱水しながら搬送して、脱水ケーキを排出する構成であって、
   第１の回転濾過体は、回転軸に、口径を異にする３種のリング状の円板が、大口径の大円板、該大円板よりも小口径の第１中円板、該第１中円板よりも小口径の小円板、前記第１中円板の順に複数回繰り返し配列され、
   第２の回転濾過体は、回転軸に、口径を異にする３種のリング状の円板が、前記小円板、該小円板及び前記第１中円板よりも大口径で前記大円板よりも小口径の第２中円板、前記大円板、前記第２中円板の順に複数回繰り返し配列され、
   前記第１の回転濾過体と前記第２の回転濾過体とが隣接するように配置されており、
   隣接する回転軸の同位置にある大円板と小円板とが互いの外周面を対向させて一列に並ぶ搬送円板列Ｃと、隣接する回転軸の同位置にある第１中円板と第２中円板とが互いの外周面を対向させて一列に並ぶ緩衝円板列Ｒ _２ とが、軸方向に交互に形成されていることを特徴とする多重円板型汚泥脱水装置。

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