JP5327000B2 - 加圧脱水装置および加圧脱水方法 - Google Patents

Description

本発明は、加圧されたダイヤフラムにより脱水ケーキを圧搾脱水して原液をろ過脱水する加圧脱水装置および加圧脱水方法に関する。

従来、多数並列したろ板間に形成されたろ過室内に汚泥等を圧入脱水した後、その脱水ケーキをろ過室の一方側に設けられたダイヤフラムで圧搾脱水するようにしたフィルタープレスにおいて、ダイヤフラムは圧搾水または圧搾空気により膨張し、この膨張により汚泥等の原液が注入されたろ過室の容積を狭めていた。このときに、ダイヤフラムには、１．５〜２．０ＭＰａ程度の高圧の圧搾圧力が２０〜６０分程度の時間与えられていた。

このように、ダイヤフラムを用いて圧搾脱水するフィルタープレスにおいて、小型のものでは、ダイヤフラムに与える圧搾圧力として圧搾空気を供給しているものがある。一方、中型〜大型のものでは、ダイヤフラムに与える圧搾圧力が小型のものに比べて高圧となるため、圧縮性流体の空気の安全性や圧搾空気を供給するエアーコンプレッサが大型化する等を考慮して、圧搾空気に代えて圧搾水を採用していた。

例えば、以下に示す特許文献１に記載されたフィルタープレスにおいては、ダイヤフラムに３〜５ｋｇ／ｃｍ^２ （０．３〜０．５ＭＰａ）程度の圧搾空気を注入し、次いで１０〜２０ｋｇ／ｃｍ^２ （１〜２ＭＰａ）程度の圧搾水を注入してケーキを圧搾する技術が採用されている。このような技術では、ダイヤフラムに圧搾水を注入する際の圧搾圧力が高圧であるため、大容量の圧搾ポンプが必要になり、装置が大型化していた。また、大容量の圧搾ポンプを用いることで、多くの消費電力が費やされることになる。

一方、以下に示す特許文献２に記載されたフィルタープレスでは、ろ過室に原液を注入する前に予めダイヤフラムに空気や水の圧力流体を注入し、次いでろ過室に原液を注入した後、ダイヤフラムにさらに高圧の圧力流体をポンプで注入する技術が採用されている。このような技術でも、ダイヤフラムに高圧の空気や水といった圧力流体をポンプで供給しているため、上述したと同様に、大容量の圧搾ポンプが必要になり、装置が大型化していた。また、大容量の圧搾ポンプを用いることで、多くの消費電力が費やされることになる。

また、以下に示す特許文献３に記載されたフィルタープレスでは、ダイヤフラムに与える圧搾圧力として加圧空気を採用している。このような技術では、上述したように、空気は圧縮性流体であるためその安全性を考慮して、加圧空気の圧力は比較的低圧に設定されていた。このため、短時間で圧搾処理を行う比較的小型のフィルタープレスにしか適用できなかった。一方、長時間の圧搾処理を要する比較的大型のフィルタープレスで低圧の圧搾空気をダイヤフラムに供給して圧搾を行おうとすると、圧搾処理に多大な時間が必要になっていた。さらに、加圧空気を高圧にした場合には、加圧空気を供給するエアーコンプレッサが大型化することに加えて、多くの消費電力が費やされることになる。

特公平２−１２１２２号公報 特開昭６１−８２８１５号公報 特開２００１−５４７０４号公報

以上説明したように、ダイヤフラムを採用した従来のフィルタープレスにおいては、ダイヤフラムを膨張させる圧搾圧力として気体や液体の圧力流体を使用し、この圧力流体をポンプにより直接所定の圧力まで加圧してダイヤフラムに供給していた。

このため、ダイヤフラムに供給する高圧の圧搾圧力を短時間で得るためには、大型のポンプが必要となり、装置の大型化を招いていた。さらに、ポンプの大型化により消費電力が増大するといった不具合も招くことになる。

そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、装置の小型化ならびに低消費電力化を図った加圧脱水装置および加圧脱水方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、複数並列したろ板間に形成されたろ過室内にろ過しようとする原液を圧入して脱水した後、ろ過室の一方側に設けられたダイヤフラムに圧搾圧力を与えてダイヤフラムを膨張させ前記ろ過室に残留する脱水ケーキを圧搾脱水するフィルタープレスを備えた加圧脱水装置において、ダイヤフラムに液体を供給するポンプと、ポンプによりダイヤフラムに供給された液体を、圧力気体により加圧された液体により加圧して、ダイヤフラムに圧搾圧力を与える圧搾圧力供給手段とを有することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、圧搾圧力供給手段は、ダイヤフラムに供給されると同等の液体を貯留する圧搾タンクと、圧力気体により圧搾タンク内の気体の圧力を高めて貯留された液体を加圧する気体圧縮機と、圧搾タンクとダイヤフラムとを選択的に連通制御し、圧縮タンク内の液体を加圧することでダイヤフラムに供給された液体を選択的に加圧制御する制御バルブとを有することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、圧搾タンクは、ポンプによりダイヤフラムに供給される液体を貯留する受水槽からポンプにより液体が供給されて貯留されることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、液体は水であり、圧力気体は空気であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、複数並列したろ板間に形成されたろ過室内にろ過しようとする原液を圧入して脱水した後、ろ過室の一方側に設けられたダイヤフラムに圧搾圧力を与えてダイヤフラムを膨張させろ過室に残留する脱水ケーキを圧搾脱水する加圧脱水方法において、ダイヤフラムに液体を供給した後、ダイヤフラムに供給された液体を、圧力気体により加圧された液体により加圧して、ダイヤフラムに圧搾圧力を与えることを特徴とする。

本発明によれば、ダイヤフラムに供給された液体を圧搾気体により加圧することで、ダイヤフラムに圧搾圧力を与えるようにしたので、ダイヤフラムに圧搾圧力を与える際の消費電力を低減することが可能になることに加えて、構成を小型化することができる。

本発明の第１の実施形態に係る加圧脱水装置の構成を示す図である。 脱水ユニットの構成を示す斜視図である。 脱水工程における閉板工程ならびに圧入工程を示す工程図である。 脱水工程における圧搾工程ならびに開板工程を示す工程図である。 脱水工程におけるケーキ剥離工程ならびにろ布洗浄工程を示す工程図である。

以下、図面を用いて本発明を実施するための実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る加圧脱水装置の構成を示す図である。図１に示す加圧脱水装置は、原液を脱水する脱水機として機能するフィルタープレス１と、ポンプ２、圧搾タンク３ならびに空気圧縮機（エアーコンプレッサ）４を備えて構成されている。

フィルタープレス１は、フロントフレーム１０とリアフレーム１１に支架されたガイドレール１２上に複数の脱水ユニット１３が水平方向に並列に配置されている。複数の脱水ユニット１３は、ガイドレール１２上を移動自在に支持され、ガイドレール１２に沿って例えば電動シリンダー１４や油圧シリンダーの駆動力により往復移動する押圧部材１５により締め付けられる。このようなフィルタープレス１としては、従来公知であるが例えば特開２００１−１０４７１４号公報や特開２００４−１７４３０４号公報に記載されたものが知られている。

脱水ユニット１３は、例えば図２の斜視図に示すように構成されている。図２において、脱水ユニット１３は、ろ板１３０とダイヤフラム１３１が内側に設けられたダイヤフラム付ろ板１３２とが対向して配置され、ろ板１３０とダイヤフラム付ろ板１３２とが対向する側にろ過室１３４が形成される。ろ過室１３４の内側のろ板１３０ならびにダイヤフラム付ろ板１３２にはそれぞれのろ布１３３が配設され、ろ板１３０とろ布１３３との間、ならびにダイヤフラム付ろ板１３２とろ布１３３との間にろ過床１３５が形成される。

ろ過室１３４の上部には、脱水しようとするスラリー等の原液をろ過室１３４に注入する際の原液供給路１３６が設けられている。ダイヤフラム付ろ板１３２には、ダイヤフラム付ろ板１３２を貫通してダイヤフラム１３１に至る圧搾水注入路１３７が形成されている。ろ板１３０ならびにダイヤフラム付ろ板１３２の下部には、ろ過床１３５に連通して、ろ布１３３を介してろ過室１３４からしみ出したろ液を外部に排出するろ液排出路１３８が設けられている。このような脱水ユニットとしては、従来公知であるが例えば特開２００２−２９２２１１号公報に記載されたものが知られている。

図１に戻って、ポンプ２は、脱水ユニット１３のダイヤフラム付ろ板１３２に形成された圧搾水注入路１３７に連通した圧搾水供給路５ａを介して受水槽６に貯留された水をダイヤフラム１３１に供給する。また、ポンプ２は、圧搾水供給路５ｂを介して受水槽６に貯留された水を圧搾タンク３に供給する。

ポンプ２と脱水ユニット１３の圧搾水注入路１３７とを連通する圧搾水供給路５ａには、脱水ユニット１３側ならびに圧搾タンク３側からポンプ２側への圧搾水の逆流を防止する逆止バルブ７、ならびに圧搾水の流路を開閉制御する第１バルブＶ１、第２バルブＶ２が設けられている。

圧搾タンク３は、ダイヤフラム１３１に圧搾圧力を与える圧搾水を貯留する。この貯留される圧搾水は、ポンプ２によって受水槽６から圧搾水供給路５ａならびに圧搾水供給路５ｂを介して供給される。圧搾水供給路５ｂは、第１バルブＶ１と第２バルブＶ２との間の圧搾水供給路５ａと圧搾タンク３とを連通し、圧搾水の流路を開閉制御する第３バルブＶ３が設けられている。圧搾タンク３には、１〜２ＭＰａ程度、例えば１．５ＭＰａ程度の圧力の圧搾空気が供給される。圧搾タンク３に貯留された水はこの圧搾空気により加圧される。圧搾タンク３は、上記２ＭＰａ程度の圧力に耐えられる例えば鋼板製円筒漕の第二種圧力容器で構成される。圧搾タンク３には、圧搾タンク３内の圧力を大気に開放制御する第４バルブＶ４が連結されている。

空気圧縮機４は、圧搾タンク３に連結されて圧搾タンク３に高圧の圧搾空気を供給して、圧搾タンク３に貯留された水を圧搾し、ダイヤフラム１３１を加圧する圧搾水を生成する。空気圧縮機４と圧搾タンク３との間には、圧搾空気の流路を開閉制御する第５バルブＶ５が設けられている。なお、第１バルブＶ１〜第５バルブＶ５は、外部からの開閉指令に基づいて空気や電気的に開閉制御され制御弁で構成される。

次に、図３〜図５のフィルタープレス１における脱水工程図を参照して、上記加圧脱水装置における脱水工程を説明する。

先ずはじめに実施する閉板工程（図３（ａ））では、電動シリンダー１４を駆動して押圧部材１５をフロントフレーム１０側に移動させて複数の各脱水ユニット１３のろ板１３０とダイヤフラム付ろ板１３２を締め付けろ過室１３４を形成する。

次に実施する圧入工程（図３（ｂ））では、原液供給路１３６を介して脱水しようとするスラリー等の原液をろ過室１３４に圧入する。ろ過室１３４に圧入された原液の水分はろ布１３３を介してろ板１３０ならびにダイヤフラム付ろ板１３２側のろ過床１３５にしみだしてろ液排出路１３８から外部に排出される。これにより、ろ過室１３４に圧入された原液はろ過され、原液中の固形成分は脱水ケーキとしてろ過室１３４に残留する一方、原液の水分はろ液として外部に取り出される。

続いて実施する圧搾工程（図４（ａ））では、先ず第１バルブＶ１を開状態、第２バルブＶ２を閉状態、第３バルブＶ３を開状態、第４バルブＶ４を開状態、第５バルブＶ５を閉状態に制御した後、ポンプ２を駆動する。これにより、受水槽６に貯留された貯留水を圧搾タンク３に給水して圧搾タンク３に圧搾水を貯留し、貯留後ポンプ２の駆動を停止する。なお、この貯留処理は、この圧搾工程の前に予め実施してもよい。

続いて、第２バルブＶ２を閉状態から開状態、第３バルブＶ３を開状態から閉状態、第４バルブＶ４を開状態から閉状態、第５バルブＶ５を閉状態から開状態に制御した後、ポンプ２を駆動して各脱水ユニット１３のダイヤフラム１３１内に受水槽６に貯留された水を供給して充填する。このとき、ダイヤフラム１３１に受水槽６に貯留された水を圧入する必要はなく、単に水が供給されて充填される程度の圧力が水に加えられればよい。このため、ポンプ２の駆動能力は、ダイヤフラム１３１に１ＭＰａ以上の圧搾水を圧入する場合に比べて格段に小さいもので構成することが可能である。さらに、ダイヤフラム１３１への水の供給と同時に、空気圧縮機４を駆動して圧搾タンク３内の空気を加圧して圧搾タンク内の圧力を増圧する。

続いて、ポンプ２の駆動を停止し、第１バルブＶ１を開状態から閉状態、第３バルブＶ３を閉状態から開状態に制御した後、圧搾タンク３に貯留されて引き続き駆動されている空気圧縮機４により生成されている圧搾空気により圧搾されている圧搾水でダイヤフラム１３１内に充填された水に圧力を加える。このとき、圧搾水の圧力は、１〜２ＭＰａの間の例えば１．５ＭＰａ程度に設定される。したがって、圧搾タンク３内の高圧の圧搾水でダイヤフラム１３１が加圧される。これにより、加圧されたダイヤフラム１３１は膨張してろ過室１３４の容積を狭め、圧入工程後にろ過室１３４に残留している脱水ケーキはさらに圧搾脱水されて、脱水ケーキの固形分濃度が高められ含水率の極めて低い脱水ケーキが生成される。このようにして、脱水ケーキの水分が限りなく少なくなった後、空気圧縮機４の駆動を停止し、第２バルブＶ２を開状態から閉状態、第３バルブＶ３を開状態から閉状態、第４バルブＶ４を閉状態から開状態、第５バルブＶ５を開状態から閉状態に制御した後、圧搾タンク３内の圧力を大気に開放して、圧搾工程を終了する。

次に実施する開板工程（図４（ｂ））では、電動シリンダー１４を駆動して、押圧部材１５をリアフレーム１１側に移動させすべての脱水ユニット１３の締め付けを解除する。これにより、すべての脱水ユニット１３のろ板１３０とダイヤフラム付ろ板１３２とを開く。

続いて実施するケーキ剥離工程（図５（ａ））では、すべての脱水ユニット１３のろ板１３０とダイヤフラム付ろ板１３２とが所定の距離だけ離間して開くと、脱水ケーキ３０を保持していたすべての脱水ユニット１３のろ布１３３は一斉に下方へ走行を始める一方、脱水ケーキはろ布１３３から剥離される。

最後に実施されるろ布洗浄工程（図５（ｂ））では、脱水ケーキがろ布１３３から剥離されると、ろ布１３３は一斉に上方に走行を始めて再度元の位置に復帰する。その復帰途中において、ろ布洗浄用のポンプ（図示せず）で脱水ユニット１３の下方に設けられた洗浄水管３１から供給された洗浄水が噴出してろ布１３３を洗浄し、ろ布１３３の目詰まりを防止する。これにより、上記一連の脱水工程が完了する。

このように、上記実施形態においては、ダイヤフラム１３１を膨張させて原液を圧搾脱水する際に、先ずダイヤフラム１３１に水を供給注入した後、供給注入した水を圧搾空気で加圧するようにしている。このため、ダイヤフラム１３１に水を供給注入するときには、水に加える圧力はダイヤフラム１３１に水が供給される程度の圧力でよいので、ダイヤフラム１３１に水を供給するポンプ２は長時間高圧の圧力を確保できる駆動能力を必要としない。したがって、ポンプによりダイヤフラムに圧搾水を供給する従来技術に比べてポンプ２の容量を格段に小さくすることができ、構成を小型化することが可能となる。また、圧搾工程を行っている長時間の間中ポンプ２を駆動し続ける必要はなく、ダイヤフラム１３１に水が行き渡る短時間だけ駆動すればよいので、ポンプ２の使用電力量を削減することが可能となる。

なお、空気圧縮機４を設けることで、従来に比べて空気圧縮機４を運転する際の電力は必要となるが、空気圧縮機４は圧搾タンク３内の空気を加圧するだけでよいので、消費電力が例えば１１ｋＷ程度のポンプ２を必要となるような仕様の加圧脱水装置では、空気圧縮機４の消費電力は例えば３．７ｋＷ程度となり、ポンプ２の消費電力に比べて大幅に少なくて済む。したがって、圧搾処理工程において、ダイヤフラム１３１に水を供給した後ポンプ２の駆動を停止し、ポンプ２の駆動に代えて空気圧縮機４を駆動することで、圧搾処理中ポンプを駆動していた従来に比べて、消費電力を概ね７５％程度削減することが可能となり、低消費電力化が図られ省エネルギーを達成することができる。特に、長い圧搾時間が必要とする大型の加圧脱水装置に対しては削減効果が大きくなる。

また、ダイヤフラム１３１を直接圧搾空気で加圧する場合に比べて、ダイヤフラム１３１内は水で満たされているので、高圧の圧搾空気により危険性は回避される。さらに、圧搾タンク３に与えられる圧搾空気の圧力は５ＭＰａ以下に設定されるので、５ＭＰａ以上の圧搾空気に関して定められた高圧ガス保安法の法的規制を受けないため、加圧脱水装置全体の設備（仕様）を簡便にすることができる。

また、ポンプ２は上述したように大容量を必要としないので、ろ布１３３を洗浄する洗浄水を供給するろ布洗浄用ポンプよりも小型な構成となり、ろ布洗浄用ポンプと兼用することが可能となる。これにより、装置を小型化するかことができることに加えて、設備費用を削減することが可能となる。

本実施例はろ布走行式のフィルタープレスについて説明しているが、ろ布固定式のフィルタープレスにも適用可能である。

１…フィルタープレス
２…ポンプ
３…圧搾タンク
４…空気圧縮機
５ａ，５ｂ…圧搾水供給路
６…受水槽
７…逆止バルブ
１０…フロントフレーム
１１…リアフレーム
１２…ガイドレール
１３…脱水ユニット
１４…電動シリンダー
１５…押圧部材
３０…脱水ケーキ
３１…洗浄水管
１３０…ろ板
１３１…ダイヤフラム
１３２…ダイヤフラム付ろ板
１３３…ろ布
１３４…ろ過室
１３５…ろ過床
１３６…原液供給路
１３７…圧搾水注入路
１３８…ろ液排出路
Ｖ１…第１バルブ
Ｖ２…第２バルブ
Ｖ３…第３バルブ
Ｖ４…第４バルブ
Ｖ５…第５バルブ

Claims (5)

1. 複数並列したろ板間に形成されたろ過室内にろ過しようとする原液を圧入して脱水した後、前記ろ過室の一方側に設けられたダイヤフラムに圧搾圧力を与えて前記ダイヤフラムを膨張させ前記ろ過室に残留する脱水ケーキを圧搾脱水するフィルタープレスを備えた加圧脱水装置において、
   前記ダイヤフラムに液体を供給するポンプと、
   前記ポンプにより前記ダイヤフラムに供給された液体を、圧力気体により加圧された液体により加圧して、前記ダイヤフラムに圧搾圧力を与える圧搾圧力供給手段と
   を有することを特徴とする加圧脱水装置。
2. 前記圧搾圧力供給手段は、
   前記ダイヤフラムに供給されると同等の液体を貯留する圧搾タンクと、
   圧力気体により前記圧搾タンク内の気体の圧力を高めて貯留された液体を加圧する気体圧縮機と、
   前記圧搾タンクと前記ダイヤフラムとを選択的に連通制御し、前記圧搾タンク内の液体を加圧することで前記ダイヤフラムに供給された液体を選択的に加圧制御する制御バルブと
   を有することを特徴とする請求項１に記載の加圧脱水装置。
3. 前記圧搾タンクは、前記ポンプにより前記ダイヤフラムに供給される液体を貯留する受水槽から前記ポンプにより液体が供給されて貯留される
   ことを特徴とする請求項２に記載の加圧脱水装置。
4. 前記液体は水であり、前記圧力気体は空気である
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の加圧脱水装置。
5. 複数並列したろ板間に形成されたろ過室内にろ過しようとする原液を圧入して脱水した後、前記ろ過室の一方側に設けられたダイヤフラムに圧搾圧力を与えて前記ダイヤフラムを膨張させ前記ろ過室に残留する脱水ケーキを圧搾脱水する加圧脱水方法において、
   前記ダイヤフラムに液体を供給した後、前記ダイヤフラムに供給された液体を、圧力気体により加圧された液体により加圧して、前記ダイヤフラムに圧搾圧力を与える
   ことを特徴とする加圧脱水方法。

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