JP6609624B2 - 凝集混和装置 - Google Patents

Description

本発明は水処理施設等において使用する凝集混和装置に関する。

従来の凝集混和槽としては、例えば特許文献１に記載するものがある。この凝集混和槽は、撹拌羽根を上下二段に配設し、凝集剤を添加したスラリーを上向流で供給して撹拌混合するものである。凝集混和槽は、下半部の急速撹拌部と上半部の緩速撹拌部に分割し、急速撹拌部の胴内径を緩速撹拌部の胴内径より小径としている。

急速撹拌部は急速撹拌翼および急速撹拌翼を駆動する駆動軸を有している。急速撹拌翼はタービン片翼からなり、タービン片翼は回転板の表面に複数枚の羽根板を駆動軸を中心として放射状に配設したものである。

緩速撹拌部は緩速撹拌翼および緩速撹拌翼を駆動する駆動軸を有しており、緩速撹拌翼は平板状のパドル翼からなる。

急速撹拌部では、凝集剤を被処理水中に分散させて凝集フロックを形成するための核となし、この核のまわりに被処理水中の濁質を凝集させて微細なフロックを形成する。この際に、凝集剤を急速に、かつ十分に分散させないと微細なフロックの形成が不十分となり、緩速撹拌における凝集フロックの形成を阻害し、結果として脱水機や濃縮機などの後工程における脱水性能が低下する要因となる。

特許第４７６１２１６号

上記の構成においては、タービン片翼の回転によって羽根板が流体を塊状に送り出すので、凝集剤を分散させる作用が弱く、凝集剤を被処理水中に確実に分散させるためには槽内に凝集剤および被処理水が滞留する十分な時間を確保する必要がある。このため、槽内で凝集剤および被処理水を循環させる液循環作用に費やす動力ロスが多くなり、消費動力が大きくなる問題があった。

また、タービン片翼が急速撹拌部の槽底部付近に配置されており、タービン片翼の回転によって流体のすべてが上方に強い上向流となって押し出されることになり、ショートパスが生じて被処理水および凝集剤が槽内に滞留する滞留時間にばらつきが生じ、微細なフロックの形成を阻害する。

本発明は上記した課題を解決するものであり、槽体内において凝集剤を速やかに分散させることができ、消費動力の低減を図ることができる凝集混和装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の凝集混和装置は、急速撹拌機の上方に緩速撹拌機を配置し、急速攪拌機が、汚泥と凝集剤を撹拌するための槽体と、槽体の内部に配置した駆動軸と、駆動軸に装着したせん断型撹拌翼を備える凝集混和装置において、急速攪拌機の槽体は、その内径が緩速攪拌機の槽体の内径より小さい円筒状をなし、急速撹拌機の槽体天井部と緩速撹拌機の槽体底部とを急速攪拌機の槽体の内径より小さい開口部で連通し、せん断型撹拌翼が、駆動軸の軸心廻りに回転するタービンブレードを有し、タービンブレードは、急速攪拌機の環状の槽体天井部の下方領域に対応する位置に、駆動軸の軸心を中心点とする仮想円に沿って配列し、かつ駆動軸の軸心方向に起ち上がることを特徴とする。

本発明の凝集混和装置において、タービンブレードは、駆動軸の軸心を中心点とする仮想円の接線方向に沿って配置することを特徴とする。

本発明の凝集混和装置において、せん断型撹拌翼は、駆動軸と一体に回転する回転板を有し、回転板の半径方向外周縁にタービンブレードを有することを特徴とする。

本発明の凝集混和装置において、せん断型撹拌翼はエッジドタービン翼であることを特徴とする。

本発明の凝集混和装置において、せん断型撹拌翼は、槽体の底部から所定距離だけ隔てた位置に配置し、せん断型撹拌翼と槽体の底部との間にスペースが存在することを特徴とする。

本発明の凝集混和装置において、せん断型撹拌翼は汚泥流入口に対向する位置にあることを特徴とする。

本発明の凝集混和装置において、せん断型撹拌翼に外接する外接円の直径ｄ１と槽体の内径Ｄ１との比ｄ１／Ｄ１が０．６以上であることを特徴とする。

本発明の凝集混和装置において、急速攪拌機の槽体に設けた汚泥流入口が急速攪拌機の槽体の内面から内方へ突出してタービンブレードに対向することを特徴とする。

本発明の凝集混和装置において、緩速撹拌機は複数段に配置したパドル翼を備え、急速撹拌機側のパドル翼は、パドル翼に外接する外接円の直径ｄ２と槽体の内径Ｄ２との比ｄ２／Ｄ２が０．６以上であり、次段のパドル翼はパドル翼に外接する外接円の直径ｄ３と槽体の内径Ｄ３との比ｄ３／Ｄ３が０．８以上であることを特徴とする。

本発明の汚泥処理システムは、上記の何れかの凝集混和装置を備え、凝集混和装置の後工程に脱水機を配置したことを特徴とする。

本発明の汚泥処理システムは、上記の何れかの凝集混和装置を備え、凝集混和装置の後工程に濃縮機を配置したことを特徴とする。

以上のように本発明によれば、駆動軸の回転により槽体内でエッジドタービン翼が回転し、槽体内で汚泥と凝集剤が撹拌される。この際に、槽体内に供給された凝集剤は汚泥中で塊状に滞留しているが、タービンブレードが凝集剤の塊の中に刃状に切り込んで凝集剤をせん断作用により微粒化して分散させるので、凝集フロックを形成するための核である凝集フロック形成核が汚泥中に多量に、かつ急速に生じる。

このため、凝集剤と汚泥とが槽内に滞留する所定時間において、汚泥中の固形微粒子と凝集フロック形成核との接触頻度が十分に確保され、微細なフロックが多量に生成する。

また、急速撹拌機において微細で均一なフロックが安定して生成され、それが緩速撹拌機で凝集されることにより、脱水に適した所定の大きさのフロックを安定的に生成することができる。

本発明の実施の形態における凝集混和装置を示す断面図 同実施の形態におけるエッジドタービン翼を示す模式図 実験に使用する急速撹拌機の諸元を示す図表 実施例１の軸動力測定結果を示すグラフ図 実施例２の軸動力測定結果を示すグラフ図 実施例２におけるパドル翼とエッジドタービン翼とでの含水率低減結果を示すグラフ図 本発明の他の実施の形態におけるエッジドタービン翼を示す平面図 同エッジドタービン翼の断面図 本発明の他の実施の形態におけるエッジドタービン翼を示す平面図 同エッジドタービン翼の断面図 本発明の他の実施の形態におけるエッジドタービン翼を示す平面図 同エッジドタービン翼の断面図 本発明の他の実施の形態におけるエッジドタービン翼を示す平面図 同エッジドタービン翼の断面図

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施の形態は本発明の一例を示すものであり、本発明を限定するものではない。図１、２において、凝集混和装置１００は、急速撹拌機１０と緩速撹拌機５０を備えており、急速撹拌機１０の上方に緩速撹拌機５０を配置し、急速撹拌機１０の槽体天井部１１と緩速撹拌機５０の槽体底部５１とが開口部１２において連通している。

急速撹拌機１０は、汚泥と凝集剤を撹拌するための急速撹拌槽体１３を有しており、急速撹拌機１０と緩速撹拌機５０を連通する開口部１２は口径が急速撹拌槽体１３の内径より小さくなっており、開口部１２の周囲に槽体天井部１１が円環状に存在する。

本実施の形態において汚泥は下水汚泥等のスラリー状物質であり、凝集剤は高分子凝集剤等である。急速撹拌槽体１３は、例えばφ３００ｍｍ程度の円筒状をなし、急速撹拌槽体１３の側壁の一側に汚泥を供給するための汚泥流入口１４を有し、他側に凝集剤を供給するための凝集剤供給口１５を有しており、汚泥流入口１４と凝集剤供給口１５は急速撹拌槽体１３の槽体軸心方向（高さ方向）で同レベルに位置している。

急速撹拌槽体１３の内部には槽体軸心に沿って上下方向に駆動軸１６が配置してあり、駆動軸１６にエッジドタービン翼１７を装着している。急速撹拌槽体１３の底部外側には駆動軸１６を回転駆動するモータ１８を設けている。

エッジドタービン翼１７は、駆動軸１６と一体に回転する回転板１９を有し、回転板１９の半径方向外周縁に、駆動軸１６の軸心方向に起ち上がった複数のタービンブレード２０を有している。タービンブレード２０はせん断作用に特化した羽根形状をなし、回転方向前面縁が後退角を有している。

本実施の形態において、タービンブレード２０は回転板１９の駆動軸１６の軸心方向における表面側と裏面側の双方に設けているが、何れか一方面側にのみ設けることも可能であり、回転板１９の板面上に配置することも可能である。

例えば、図７および図８に示すように、放射状に配置したスポーク１９１のそれぞれにタービンブレード２０を配置することも可能であり、図９および図１０に示すように、上方に向くタービンブレード２０を回転板１９の半径方向外周縁と回転板１９の上面とに二重円状に配置することも可能であり、図１１および図１２に示すように、回転板１９の半径方向外周縁に上方に向くタービンブレード２０を配置し、回転板１９の下面に下方に向くタービンブレード２０を配置することも可能であり、図１３および図１４に示すように、回転板１９の半径方向外周縁に下方に向くタービンブレード２０を配置し、タービンブレード２０の回転方向後端を半径方向内側に向けて曲げる形状とすることも可能である。

複数のタービンブレード２０は駆動軸１６の軸心を中心点とする仮想円に沿って配列しており、同仮想円の接線方向に沿って配置し、せん断作用に特化した形状をなしている。しかし、タービンブレード２０は接線方向に対して多少の傾斜角度を有していてもよい。

急速撹拌槽体１３の槽体軸心方向（高さ方向）におけるエッジドタービン翼１７の位置は限定的なものではなく、エッジドタービン翼１７が急速撹拌槽体１３の槽体底部２１から所定距離だけ隔てた位置に配置され、エッジドタービン翼１７と槽体底部２１との間にスペースが存在すればよい。このスペースは汚泥と凝集剤の旋回流が生じるのに必要な空間容量である。

本実施の形態では、エッジドタービン翼１７の回転板１９が汚泥流入口１４と凝集剤供給口１５に対向する位置、すなわち急速撹拌槽体１３の槽体軸心方向（高さ方向）の中間位置にある。

この位置に配置することで、急速撹拌槽体１３に流入した汚泥および凝集剤を直ちにせん断し、かつ撹拌できるので効率良く、槽体底部２１との間のスペースも十分に確保できる。

エッジドタービン翼１７の大きさは、エッジドタービン翼１７に外接する外接円の直径Ｄ１と急速撹拌槽体１３の内径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が０．６以上、好ましくは０．８−０．９である条件を満たすものである。

エッジドタービン翼１７がこの構成を有することで汚泥および凝集剤を上方へ押し出す力が弱まり、急速撹拌槽体１３の内部に汚泥および凝集剤を留まらせてせん断と撹拌の作用を十分に与えることができる。

緩速撹拌機５０は緩速撹拌槽体５２の内部に複数段にパドル翼５３１、５３２、５３３を配置しており、各パドル翼５３１、５３２、５３３は複数のパドル５５からなり、複数のパドル５５は槽体軸心に沿って上下方向に配置した駆動軸５４に、駆動軸５４の軸心から放射状に配置している。

急速撹拌機１０に近い側のパドル翼５３１は、パドル翼５３１に外接する外接円の直径ｄ２と槽体の内径Ｄ２との比ｄ２／Ｄ２が０．６以上であり、次段のパドル翼はパドル翼に外接する外接円の直径ｄ３と槽体の内径Ｄ３との比ｄ３／Ｄ３が０．８以上である。

緩速撹拌槽体５２の上部外側には駆動軸５４を回転駆動するモータ５６を設けている。
緩速撹拌槽体５２の側壁の上部位置には凝集汚泥流出口５７が設けられており、凝集混和装置１００の凝集汚泥流出口５７に続く後工程には脱水機（図示省略）が配置されて汚泥処理システムを構成している。この脱水機（図示省略）に替えて濃縮機を配置して汚泥処理システムを構成することも可能である。

以下、上記構成における作用を説明する。急速撹拌機１０の急速撹拌槽体１３に汚泥流入口１４から汚泥を供給し、凝集剤供給口１５から凝集剤を連続的に供給する。

そして、モータ１８で駆動軸１６を回転駆動し、急速撹拌槽体１３の内部でエッジドタービン翼１７を回転させ、汚泥と凝集剤を撹拌混合する。

この際に、エッジドタービン翼１７と槽体底部２１との間にスペースが存在し、このスペースにおいて汚泥と凝集剤の旋回流が生じる。また、開口部１２の口径が急速撹拌槽体１３の内径より小さく、開口部１２の周囲に槽体天井部１１が円環状に存在することで、急速撹拌槽体１３のエッジドタービン翼１７より上方の領域においても汚泥と凝集剤の旋回流が生じる。

これらの旋回流が生じることにより、急速撹拌槽体１３から緩速撹拌槽体５２へのショートパスを防止することができ、凝集剤と汚泥が槽内に滞留する時間を確保することができる。

急速撹拌槽体１３の内部に供給された凝集剤は汚泥中で塊状に滞留しているが、タービンブレード２０が凝集剤の塊の中に刃状に切り込み、凝集剤をせん断作用により微粒化して分散させるので、凝集フロックを形成するための核となる凝集フロック形成核が汚泥中に多量に、かつ急速に生じる。

このため、凝集剤と汚泥が急速撹拌槽体１３の内部に滞留する所定時間において、汚泥中の固形微粒子と凝集フロック形成核との接触頻度が十分に確保され、微細なフロックが多量に生成する。

また、タービンブレード２０が凝集剤中を刃状に切り進み、エッジドタービン翼１７と急速撹拌槽体１３の槽体底部との間のスペースに、汚泥が旋回流となってまわり込むことで、槽内での上向流の発生が抑制される。この結果、ショートパスに起因する汚泥および凝集剤の滞留時間のばらつきが低減され、脱水機における凝集フロックの脱水性能の安定化を図ることができる。タービンブレード２０が汚泥中において刃状に回転することにより液循環作用を抑制して動力ロスを低減し、消費動力を小さくすることができる。

急速撹拌槽体１３で微細なフロックが形成された汚泥は開口部１２から緩速撹拌機５０の緩速撹拌槽体５２に流入する。緩速撹拌機５０ではモータ５６により駆動軸５４を回転駆動させ、パドル翼５３を汚泥中で緩速で回転させる。微細なフロックを含む汚泥は緩速撹拌機５０の１段目のパドル翼５３で緩やかに撹拌されて粒状化する。造粒されたフロックは次段のパドル翼５３で１段目のパドル翼５３より強く撹拌され、過剰に造粒されたフロックが分解されて緻密化し、粒径が小さくて壊れにくい凝集フロックとなる。結果として脱水ケーキの含水率が低下する。

以下に、パドル翼を使用する急速撹拌機とエッジドタービン翼を使用する急速撹拌機の比較実験について説明する。

図３は、実施例１および実施例２の急速撹拌機の諸元を示している。図４は実施例１の軸動力測定結果を示すグラフ図である。図５は実施例２の軸動力測定結果を示すグラフ図である。図６は実施例２におけるパドル翼とエッジドタービン翼とでの含水率低減結果を示すグラフ図である。

図４より、実施例１の急速撹拌機においてパドル翼を使用した場合には、回転数が７１１回／分に達すると軸動力が０．１４３ｋＷとなるが、同撹拌機にエッジドタービン翼を使用した場合には、回転数が７１１回／分に達しても軸動力は０．０２１６ｋＷであり、エッジドタービン翼の駆動に要する軸動力が従来のパドル翼に比べて遥かに小さいことが明らかである。

図５より、実施例２の急速撹拌機においてパドル翼を使用した場合には、回転数が６１８回／分に達すると軸動力が１．２７３ｋＷとなるが、同撹拌機にエッジドタービン翼を使用した場合には、回転数が７０５回／分に達しても軸動力は０．３５５４ｋＷであり、エッジドタービン翼の駆動に要する軸動力が従来のパドル翼に比べて遥かに小さいことが明らかである。

図６より、エッジドタービン翼を使用した場合には、パドル翼を使用した場合に比べて軸動力が小さくて含水率低減効果が良い。これはエッジドタービン翼を使用した場合にフロックの形成が良好で、その結果、スクリュープレス等の脱水機における脱水汚泥の含水率が低下することを示している。よって、脱水効率においてパドル翼に対するエッジドタービン翼の優位性が明らかである。

なお、本実施の形態では、脱水機または濃縮機を用いる汚泥処理システムに、本発明を適用する例を示したが、本発明は凝集作用を伴う処理システムであれば適用可能であり、例えば凝集沈殿槽を用いる凝集沈殿処理システムや他の処理システム等にも適用可能である。

Claims (11)

1. 急速撹拌機の上方に緩速撹拌機を配置し、
   急速攪拌機が、汚泥と凝集剤を撹拌するための槽体と、槽体の内部に配置した駆動軸と、駆動軸に装着したせん断型撹拌翼を備える凝集混和装置において、
   急速攪拌機の槽体は、その内径が緩速攪拌機の槽体の内径より小さい円筒状をなし、
   急速撹拌機の槽体天井部と緩速撹拌機の槽体底部とを急速攪拌機の槽体の内径より小さい開口部で連通し、
   せん断型撹拌翼が、駆動軸の軸心廻りに回転するタービンブレードを有し、
   タービンブレードは、急速攪拌機の環状の槽体天井部の下方領域に対応する位置に、駆動軸の軸心を中心点とする仮想円に沿って配列し、かつ駆動軸の軸心方向に起ち上がる
   ことを特徴とする凝集混和装置。
2. タービンブレードは、駆動軸の軸心を中心点とする仮想円の接線方向に沿って配置することを特徴とする請求項１に記載の凝集混和装置。
3. せん断型撹拌翼は、駆動軸と一体に回転する回転板を有し、回転板の半径方向外周縁にタービンブレードを有することを特徴とする請求項１または２に記載の凝集混和装置。
4. せん断型撹拌翼はエッジドタービン翼であることを特徴とする請求項３項に記載の凝集混和装置。
5. せん断型撹拌翼は、槽体の底部から所定距離だけ隔てた位置に配置し、せん断型撹拌翼と槽体の底部との間にスペースが存在することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の凝集混和装置。
6. せん断型撹拌翼は汚泥流入口に対向する位置にあることを特徴とする請求項５に記載の凝集混和装置。
7. せん断型撹拌翼に外接する外接円の直径ｄ１と槽体の内径Ｄ１との比ｄ１／Ｄ１が０．６以上であることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の凝集混和装置。
8. 急速攪拌機の槽体に設けた汚泥流入口が急速攪拌機の槽体の内面から内方へ突出してタービンブレードに対向することを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の凝集混和装置。
9. 緩速撹拌機は複数段に配置したパドル翼を備え、急速撹拌機側のパドル翼は、パドル翼に外接する外接円の直径ｄ２と槽体の内径Ｄ２との比ｄ２／Ｄ２が０．６以上であり、次段のパドル翼はパドル翼に外接する外接円の直径ｄ３と槽体の内径Ｄ３との比ｄ３／Ｄ３が０．８以上であることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の凝集混和装置。
10. 請求項１から９の何れか１項に記載の凝集混和装置を備え、凝集混和装置の後工程に脱水機を配置したことを特徴とする汚泥処理システム。
11. 請求項１から９の何れか１項に記載の凝集混和装置を備え、凝集混和装置の後工程に濃縮機を配置したことを特徴とする汚泥処理システム。

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