JP4918397B2 - 破砕ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、破砕ポンプに関し、例えば、し渣に含まれる固形物や嫌気性汚泥消化槽等から抜き出した汚泥中の固形物を破砕しながら搬送することができる破砕ポンプに関する。

下水、産業排水、畜産排水等の水処理で発生する大量の余剰汚泥を処理する設備として、汚泥を嫌気消化処理するメタン発酵槽と、メタン発酵槽から抜き出した汚泥を濃縮する消化汚泥濃縮手段と、濃縮汚泥に超音波照射処理を行う超音波照射手段とを組み合わせ、濃縮汚泥を超音波照射処理した後にメタン発酵槽に循環して再処理することにより、メタンガス発生量の増大及び汚泥の減量化を図ることが提案されており、濃縮汚泥の循環には、一般に汚泥ポンプが用いられている（例えば、特許文献１参照。）。

一方、液体中に混入する固形物を切断、破砕してポンプ輸送を行う破砕ポンプが知られている。この破砕ポンプは、回転する破砕羽根車の一側面に破砕格子を設けたものであって、破砕羽根車と破砕格子の格子孔とのそれぞれの縁部の間で固形物を破砕するようにしている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００３−２００１９８号公報 特公平６−６３５０８号公報

しかし、系内に超音波照射手段を単に組み込んだだけでは、濃縮汚泥中に混入した比較的大きな固形物を十分に微細化することが困難であり、メタン発酵効率を十分に高めることができなくなることがあった。また、前記破砕ポンプは、液体中の比較的小さな固形物の破砕は十分に行うことができるが、生ごみ、食品残渣、剪定枝、古紙、敷き藁等の比較的大きな固形物の破砕には適していなかった。

そこで本発明は、し渣等の流体中に含まれる比較的大きな固形物の破砕にも適用可能で、汚泥中の比較的小さな固形物の破砕にも適用が可能な破砕ポンプを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の破砕ポンプは、搬送用のスクリューを回転可能に収容したケーシングの一端部又は側周面に吸引口を有し、他端側周面に吐出口を有する破砕ポンプにおいて、前記スクリューの送り出し側に、該スクリューと一体に回転する内刃を設け、該内刃の外周に、回転する前記内刃の外周縁との間で固形物を破砕する外刃を設けるとともに、該外刃の外周部分に前記ケーシングよりも大径の破砕物流出室を設け、該破砕物流出室に前記吐出口を連通させたことを特徴としている。

さらに、本発明の破砕ポンプは、前記内刃は、駆動軸の外周に放射状又は螺旋状に設けられた内刃支持部材と、該内刃支持部材の先端に着脱可能に設けられた内刃本体とを有していること、前記外刃は、前記内刃の外周に設けられた多孔体、格子体又は螺旋体であること、前記外刃の内周に回り止め突起を設けるとともに、前記内刃の外周に前記回り止め突起が通過可能な突起通過溝を形成したことを特徴としている。

また、前記スクリュー及び内刃を駆動する駆動軸を反吸引口側に設けられる軸受部材により回転可能に支持し、該軸受部材の外周に設けたフランジを前記破砕物流出室の反スクリュー側に設けたリング状の側板に着脱可能に取り付けるとともに、該側板に設けた軸受部材挿通孔の内径を前記スクリュー及び外刃の外径より大きくしたこと、前記ケーシングの周壁に、開閉可能なスクリュー点検口を設けたことを特徴としている。

本発明の破砕ポンプによれば、スクリューによって圧送される汚泥やし渣等の流体を搬送、移送する際に、これらの中に含まれる固形物を、回転する内刃と、その外周に配置した外刃とにより破砕するので、内刃と外刃とを適宜選択することにより、大きな固形物も小さな固形物も効率よく破砕することができる。

図１及び図２は、本発明の破砕ポンプを、汚泥中に含まれる比較的小さな固形物を破砕しながら汚泥を搬送する汚泥ポンプに適用した一形態例を示すもので、図１は断面正面図、図２は図１のII−II断面図である。

この汚泥ポンプ１０は、ポンプ本体１１と、該ポンプ本体１１を駆動する電動機１２とを着脱可能なカップリング１３で連結したものであって、これらをベース１４上に一体的に配置している。ポンプ本体１１は、一端に汚泥吸引口１５が開口した円筒形状のケーシング１６と、該ケーシング１６内に配置されたスクリュー１７と、ケーシング１６の他端に連設された円筒形状の外刃１８と、この外刃１８内に配置された内刃１９と、外刃１８の外周に設けられた破砕汚泥流出室２０と、破砕汚泥流出室２０の上部周面に開口した汚泥吐出口２１と、スクリュー１７及び内刃１９の駆動軸２２を回転可能に支持する軸受部材２３とを有している。また、ケーシング１６の周壁には、開閉可能なスクリュー点検口であるハンドホール２４が設けられ、カップリング１３の周囲にはカバー１３ａが設けられている。

内刃１９は、駆動軸２２によってスクリュー１７と一体に回転するものであって、駆動軸２２の外周に放射状に固設された内刃支持部材１９ａと、内刃支持部材１９ａの先端にボルト１９ｂによって着脱可能に設けられた内刃本体１９ｃとで形成されており、摩耗した内刃本体１９ｃをボルト１９ｂの着脱で簡単に交換できるように形成されている。

外刃１８は、ケーシング１６の内径と同一の内径を有する円筒形状の多孔体からなるもので、多孔体の通孔１８ａ内に一部が入り込んだ固形物を回転する内刃本体１９ｃで破砕するようにしている。また、外刃１８の内周面と、外刃１８の内周に面する軸受部材２３の先端面とには、複数の回り止め突起１８ｂが設けられるとともに、内刃本体１９ｃの外周及び内刃支持部材１９ａの軸受部材側には、各回り止め突起１８ｂが通過可能な突起通過溝１９ｄが形成されている。これらの回り止め突起１８ｂは、汚泥中の固形物が内刃１９と共回りすることを防止するだけでなく、回り止め突起１８ｂと突起通過溝１９ｄとで固形物を破砕する機能も有している。

外刃１８の一端（スクリュー側開口端）には、リング状の連結部材２５が接合されており、該連結部材２５は、ボルト２５ａによってケーシング１６の端部外周に設けられたリング状の端板２６に着脱可能に取り付けられている。端板２６の外周縁に、外刃１８の外周を囲み、外刃１８との間にリング状の前記破砕汚泥流出室２０を形成する円筒形状の外筒２７の一端が接合されるとともに、該外筒２７の他端には軸受部材挿通孔２８ａを有する側板２８が接合されている。また、外筒２７の下部には、破砕汚泥流出室２０の下部から汚泥を抜き取るためのドレン２９が設けられている。

軸受部材２３は、２個のベアリング３０を介して駆動軸２２を回転可能に保持する軸受本体３１と、該軸受本体３１のケーシング側に取り付けられたオイルシールケース３２と、軸受本体３１の電動機側に取り付けられたベアリング押さえ３３とを有しており、軸受本体３１のスクリュー側外周には厚肉部３４が設けられている。厚肉部３４のスクリュー側端面には、前記オイルシールケース３２が嵌合してボルト３２ａで固定される嵌合凹部３４ａが設けられ、この嵌合凹部３４ａに嵌入したオイルシールケース３２の外周縁部分にリング３４ｂを介して前記外刃１８の他端（電動機側開口端）が接合されている。また、厚肉部３４の電動機側外周には、前記側板２８にボルト３５ａにより着脱可能に取り付けられるフランジ３５が設けられている。

側板２８に設けられた前記軸受部材挿通孔２８ａの内径は、前記厚肉部３４、前記スクリュー１７、前記外刃１８及び前記連結部材２５の各外径よりも大きく形成されており、図１に示す組立状態から、カバー１３ａを取り除いてカップリング１３を分解し、電動機１２を移動させた後に前記ボルト２５ａ，３５ａをそれぞれ取り外すことにより、駆動軸２２に一体的に設けられたスクリュー１７及び内刃１９と、軸受本体３１に接合された外刃１８及び連結部材２５とを軸受部材２３と一体に抜き取れるように形成されている。

このように形成した汚泥ポンプ１０は、汚泥吸引口１５のフランジ１５ａを汚泥を吸引する配管、例えば、メタン発酵槽から汚泥を抜き取る配管や前述の汚泥濃縮手段から濃縮汚泥を導出する配管等にフランジ結合するとともに、汚泥吐出口２１のフランジ２１ａを汚泥を送り出す配管、例えば、濃縮汚泥をメタン発酵槽に循環させる配管や濃縮汚泥を超音波照射手段に送り込む配管等にフランジ結合した状態で使用され、汚泥吸引口１５から吸引した汚泥中に含まれる固形物、例えば、生ごみ、食品残渣、剪定枝、古紙、敷き藁等の比較的大きな固形物を回転する内刃１９と、その外周に固定された外刃１８とで破砕しながら、破砕汚泥流出室２０から汚泥吐出口２１を介して次工程に送り出す。したがって、他の機械的な破砕手段を必要とせずに汚泥ポンプ１０のみで汚泥の搬送と破砕とを行うことができ、設備費や運転費の削減を図ることができる。

さらに、前述のように、軸受部材２３と一体に外刃１８や内刃１９をポンプ本体１１から抜き取れるように形成することにより、汚泥吸引口１５や汚泥吐出口２１に接続した配管を固定したままの状態で外刃１８や内刃１９等の点検、補修を行うことができる。また、駆動軸２２を正逆回転可能としておくことにより、ポンプ内での汚泥の詰まりを容易に解消できる。

図３乃至図７は、本発明の破砕ポンプの他の形状例をそれぞれ示す説明図である。なお、以下の説明において、前記形態例に示した汚泥ポンプの構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

まず、図３に示す破砕ポンプ４１は、ケーシング４２の内部に、吸引口１５側が開口した有底円筒状の外刃部材４３を設けるとともに、内刃４４を、スクリュー部４４ａとブレード部４４ｂとで形成したものであって、スクリュー部４４ａは、汚泥の吸引及び吐出を行いながら、その外周縁と外刃部材４３の周壁に形成された複数の通孔４３ａとにより、前記同様にして固形物を破砕し、ブレード部４４ｂは、固形物を外刃部材４３の底壁に押し付けながら外刃部材４３の底壁に形成された複数の通孔４３ｂとによって固形物を破砕する。このように、ブレード部４４ｂで固形物を外刃部材４３の底壁に押し付けながら破砕することにより、底壁に設ける通孔４３ｂの大きさを適切に設定することで固形物をより効果的に破砕することができる。

図４に示す破砕ポンプ４５は、ケーシング４６の吸引口１５の反対側に設けた開口４６ａから円筒状外刃部材４７及びスクリュー型内刃部材４８を一体的に構成した破断刃ユニット４９をケーシング４６内に挿入し、破断刃ユニット４９のフランジ４９ａをケーシング４６に着脱可能にボルト結合したものである。このように、汚泥等を搬送するためのスクリューと内刃とを一体化させることもできる。

図５に示す破砕ポンプは、ケーシング５０の側周面に吸引口５１を設けるとともに、ケーシング５０の先端に駆動軸２２を軸支する軸受蓋５２を設けて駆動軸２２を両端部で支持するようにしている。このように形成することにより、スクリュー１７や内刃１９を長くしても安定した回転状態を得ることができる。また、吸引口５１から流入する固形物は、スクリュー１７の先端部（外周縁）と吸引口５１の付根開口部の縁とによって形成される切断部で効率よく破砕されるので、吸引口５１から吸入可能な大きさであれば、スクリュー１７を通過して、内刃１９と外刃１８とによって更に細かく破砕することができる。さらに、吸引口付根開口部を吸引口５１よりも大きく形成し、その縁枠に交換可能な外刃を取り付けると効果的である。また、吸引口付根開口部は円形でも良いが、四角形や長円形とすることもできる。

図６は外刃の各種形状を示すものであって、図６（Ａ）に示す外刃５３は、複数のリング部材５３ａを軸方向の連結部材５３ｂにより所定間隔で連結して格子状に形成したものであり、図６（Ｂ）に示す外刃５４は螺旋部材５４ａを軸方向の連結部材５４ｂ及び両端の支持リング５４ｃで支持して格子状に形成したものである。このように格子状に形成した外刃５３，５４を使用し、各部材の間隔を適当に設定することにより、処理対象となる各種流体中に含まれる各種固形物の大きさに応じて適切な破砕性能を得ることができる。

図７は外刃及び内刃の組み合わせ例を示すもので、外刃５５及び内刃５６は、両者の接触面を円錐面に形成するとともに、外刃５５をスプリング５７によって内刃５６との接触方向に付勢し、外刃５５と内刃５６とを一定の圧力で摺接させるようにしている。これにより、内刃５６が摩耗したときでも一定の破砕能力を維持することができる。

なお、外刃とケーシングとの連結には任意の構造を採用することができるが、外刃のメンテナンスや着脱交換を容易に行える構造とすることが好ましい。

図８は前記汚泥ポンプ１０を二段嫌気性汚泥消化設備に適用した例を示す系統図である。この汚泥消化設備は、汚泥の破砕、加水分解、酸発酵を行う前段の酸発酵槽６１と、メタン発酵を行う後段のメタン発酵槽６２と、酸発酵槽６１から汚泥ポンプ１０で引き抜いた汚泥を超音波処理する超音波汚泥処理手段６３とを備えている。

酸発酵槽６１に流入した汚泥は、酸発酵槽６１で破砕、加水分解、酸発酵といった処理が行われ、底部から破砕機能を有する前記汚泥ポンプ１０に引き抜かれ、汚泥中の固形物が前述のように機械的に破砕処理された後、超音波汚泥処理手段６３に流入する。超音波汚泥処理手段６３での超音波の照射で更に細かく破砕された汚泥は、経路６４に流出し、一部が経路６４ａに分岐してメタン発酵槽６２に送られ、残部が経路６４ｂを通って酸発酵槽６１に循環流入するとともに，その流れで酸発酵槽６１内の撹拌を行う。メタン発酵槽６２と酸発酵槽６１との破砕汚泥量は両経路６４ａ，６４ｂにそれぞれ設けた弁の開度を調整することによって適宜設定することができる。また、超音波の照射で破砕しなかった未破砕汚泥は、濃縮された状態となって経路６５から酸発酵槽６１に循環する。さらに、メタン発酵槽６２内の汚泥の一部は経路６６を通り、消化汚泥として酸発酵槽６１に戻され、消化汚泥を可溶化し、再び基質として利用可能な状態とすることで、消化率の向上と消化汚泥発生量の削減を図っている。

一般に、メタン発酵槽６２は滞留時間が長く、メタン細菌は絶対嫌気性細菌であることから、メタン発酵槽６２内の点検補修は、極めて困難である。生ごみ、食品残渣、剪定枝、古紙、敷き藁等を含む家畜糞尿、下水汚泥、浄化槽汚泥等のバイオマス資源をメタン発酵することでエネルギーを回収する試みが実施されているが、これらのバイオマス資源には、メタン発酵に適さない夾雑物も多く、かつ、比較的粗大な固形物として存在することから、メタン発酵に長い時間を必要としているのが実情であるが、本形態例に示すように、夾雑物や比較的粗大な固形物を汚泥ポンプ１０で破砕することにより、前述のようなバイオマス資源のメタン発酵を効率よく行うことができる。さらに、汚泥ポンプ１０の後段に超音波汚泥処理手段６３を設けることにより、固形物をより細かく破砕することができるのでメタン発酵効率を更に向上させることが可能となる。

図９は前記汚泥ポンプ１０を一段の嫌気性汚泥消化槽に適用した例を示す系統図である。本形態例においても、嫌気性汚泥消化槽７１から抜き出した汚泥中の固形物を前記汚泥ポンプ１０で破砕してから超音波汚泥処理手段７２に導入し。超音波処理によって固形物が細かく破砕された汚泥を経路７３に抜出し、その一部を経路７３ａに分岐して取り出し、液肥として利用したり、脱水処理して処分したりする。破砕汚泥の残部は経路７３ｂを通って嫌気性汚泥消化槽７１に循環する。また、超音波汚泥処理手段７２で十分に破砕できなかった固形物を含む濃縮汚泥は、その一部が経路７４ａに分岐してコンポストとして利用されたり、脱水処理されて処分され、残部の濃縮汚泥は経路７４ｂを通って嫌気性汚泥消化槽７１に循環する。このように、一段の嫌気性汚泥消化槽７１に破砕機能を備えた汚泥ポンプ１０を設置し、汚泥を循環させながら汚泥中の固形物を破砕することにより、前記同様に効率的な汚泥の破砕混合が可能となり、効率的なメタン発酵が可能となる。

本発明の破砕ポンプの一形態例を示す断面正面図である。 図１のII−II断面図である。 破砕ポンプの他の形態例を示す断面正面図である。 破砕ポンプの更に他の形態例を示す断面正面図である。 破砕ポンプの更に他の形態例を示す断面正面図である。 外刃の各種形状例を示す概略正面図である。 外刃及び内刃の組み合わせ例を示す概略断面正面図である。 本発明の汚泥ポンプを二段嫌気性汚泥消化設備に適用した例を示す系統図である。 本発明の汚泥ポンプを一段の嫌気性汚泥消化槽に適用した例を示す系統図である。

符号の説明

１０…汚泥ポンプ、１１…ポンプ本体、１２…電動機、１３…カップリング、１３ａ…カバー、１４…ベース、１５…汚泥吸引口、１５ａ…フランジ、１６…ケーシング、１７…スクリュー、１８…外刃、１８ａ…通孔、１８ｂ…回り止め突起、１９…内刃、１９ａ…内刃支持部材、１９ｂ…ボルト、１９ｃ…内刃本体、１９ｄ…突起通過溝、２０…破砕汚泥流出室、２１…汚泥吐出口、２１ａ…フランジ、２２…駆動軸、２３…軸受部材、２４…ハンドホール、２５…連結部材、２５ａ…ボルト、２６…端板、２７…外筒、２８…側板、２８ａ…軸受部材挿通孔、２９…ドレン、３０…ベアリング、３１…軸受本体、３２…オイルシールケース、３２ａ…ボルト、３３…ベアリング押さえ、３４…厚肉部、３４ａ…嵌合凹部、３４ｂ…リング、３５…フランジ、３５ａ…ボルト、４１…汚泥ポンプ、４２…ケーシング、４３…外刃部材、４３ａ，４３ｂ…通孔、４４…内刃、４４ａ…スクリュー部、４４ｂ…ブレード部、４５…汚泥ポンプ、４６…ケーシング、４６ａ…開口、４７…円筒状外刃部材、４８…スクリュー型内刃部材、４９…破断刃ユニット、４９ａ…フランジ、５０…ケーシング、５１…吸引口、５２…軸受蓋、５３…外刃、５３ａ…リング部材、５３ｂ…連結部材、５４…外刃、５４ａ…螺旋部材、５４ｂ…連結部材、５４ｃ…支持リング、５５…外刃、５６…内刃、５７…スプリング、６１…酸発酵槽、６２…メタン発酵槽、６３…超音波汚泥処理手段、６４，６４ａ，６４ｂ，６５，６６…経路、７１…嫌気性汚泥消化槽、７２…超音波汚泥処理手段

Claims (6)

1. 搬送用のスクリューを回転可能に収容したケーシングの一端部又は側周面に吸引口を有し、他端側周面に吐出口を有する破砕ポンプにおいて、前記スクリューの送り出し側に、該スクリューと一体に回転する内刃を設け、該内刃の外周に、回転する前記内刃の外周縁との間で固形物を破砕する外刃を設けるとともに、該外刃の外周部分に前記ケーシングよりも大径の破砕物流出室を設け、該破砕物流出室に前記吐出口を連通させたことを特徴とする破砕ポンプ。
2. 前記内刃は、駆動軸の外周に放射状又は螺旋状に設けられた内刃支持部材と、該内刃支持部材の先端に着脱可能に設けられた内刃本体とを有していることを特徴とする請求項１記載の破砕ポンプ。
3. 前記外刃は、前記内刃の外周に設けられた多孔体、格子体又は螺旋体であることを特徴とする請求項１又は２記載の破砕ポンプ。
4. 前記外刃の内周に回り止め突起を設けるとともに、前記内刃の外周に前記回り止め突起が通過可能な突起通過溝を形成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の破砕ポンプ。
5. 前記スクリュー及び内刃を駆動する駆動軸を反吸引口側に設けられる軸受部材により回転可能に支持し、該軸受部材の外周に設けたフランジを前記破砕物流出室の反スクリュー側に設けたリング状の側板に着脱可能に取り付けるとともに、該側板に設けた軸受部材挿通孔の内径を前記スクリュー及び外刃の外径より大きくしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の破砕ポンプ。
6. 前記ケーシングの周壁に、開閉可能なスクリュー点検口を設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の破砕ポンプ。

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