JP6619247B2 - 遠心分離機 - Google Patents

Description

本発明は遠心分離機に関し、搬送性および脱水性能を向上させる技術に係るものである。

従来、例えば下水処理過程で発生する汚泥を処理する装置として、遠心脱水機や遠心濃縮機等の遠心分離機がある。
遠心脱水機は、汚泥を高速回転させることで、汚泥分と水分を比重差によって分離し、脱水するものであり、例えば特許文献１に記載するものがある。

これは図２に示すものであり、遠心脱水機１００は、主構造部材１０１の上に配置する脱水本体部１０４を軸受け部１０５ａ、１０５ｂで支持している。
脱水本体部１０４は、円筒直胴状のボウル１０６とボウル１０６の内部に配置する内胴１０７とを同心状に有し、軸受け部１０５ａ、１０５ｂがボウル１０６の回転軸心方向の両端の回転軸部１０６ａ、１０６ｂを回転可能に支持し、ボウル１０６が内胴１０７の回転軸心方向の両端の回転軸部１０７ａ、１０７ｂを回転可能に支持しており、同心状に配置されたボウル１０６と内胴１０７は同じ回転軸心廻りに回転可能である。

内胴１０７は内胴外周に回転軸心の周りに螺旋状に設けた羽根１０８を有してスクリューコンベア１０９を構成している。
ボウル１０６は回転軸心方向の一端側が主として分離した水分の分離液Ｗが滞留する分離液領域部１１０を形成しており、回転軸心方向の他端側が主として分離した汚泥分の脱水ケーキＫを移送する脱水ケーキ領域部１１１を形成している。ボウル１０６の回転軸心方向の一端側の端部壁１１０ａには複数の分離液排出口１１２が回転軸心から等距離の位置に、かつ回転軸心廻りに所定間隔で配置されている。

各分離液排出口１１２にはダムプレート（堰板）１１２ａが各分離液排出口の開口の一部を覆って装着されている。ダムプレート１１２ａは、ボウル１０６のボウル径方向における位置を調整することにより、ボウル１０６における分離液Ｗの上限水位となる分離液排出口１１２での堰高さを設定する。ボウル１０６の回転軸心方向の他端側の周壁には複数の脱水ケーキ排出口１１３が回転軸心を中心とする放射状の位置に、かつ回転軸心廻りに所定間隔で配置されている。

内胴１０７はボウル１０６の他端側に対応する部位がボウル１０６の他端に近づくほどに内胴外径がテーパ状に拡大する拡径部をなし、内胴１０７とボウル１０６の間の脱水ケーキ領域部１１１がボウル１０６の他端に近づくほどに狭くなり、内胴１０７の他端外周面とボウル１０６の他端内周面との間の隘路１０６ｃが脱水ケーキ領域部１１１と脱水ケーキ排出口１１３を連通している。

脱水本体部１０４は、内胴１０７がボウル１０６に対して所定の差速で回転し、スクリューコンベア１０９がボウル１０６の内周面上で脱水ケーキＫをボウル１０６の他端側に向けて移送し、脱水ケーキＫが脱水ケーキ領域部１１１から隘路１０６ｃを通して脱水ケーキ排出口１１３に押し出される。

脱水本体部１０４を覆って配置するハウジング１１４は主構造部材１０１に固定してあり、分離液領域部１１０の分離液排出口１１２を囲む部位に下方に向けて開口する分離液放出口１１５を有し、脱水ケーキ領域部１１１の脱水ケーキ排出口１１３を囲む部位に下方に向けて開口する脱水ケーキ放出口１１６を有している。

軸受け部１０５ｂで支持された脱水ケーキ領域部１１１の側の回転軸部１０６ｂおよび回転軸部１０６ｂを貫通する内胴１０７の回転軸１０７ｂには差速装置として油圧モータ１１８を接続し、油圧モータ１１８に駆動源の駆動モータや油圧ポンプ（図示せず）が連結されている。

汚泥供給管１２０は、軸受け部１０５ａで支持された分離液領域部１１０の側の回転軸部１０６ａを貫通して内胴１０７の内部に挿入されており、先端開口１２０ａが内胴１０７の汚泥投入部１２１の壁面に対向している。薬剤供給管１２２は、汚泥供給管１２０の内部に挿入されており、先端開口１２２ａが内胴１０７の汚泥投入部１２１の壁面に対向している。

内胴１０７の汚泥投入部１２１の周壁には分離液領域部１１０の内部に向けて開口する複数の汚泥投入口１２１ａが回転軸心を中心とする放射状の位置に、かつ回転軸心廻りに所定間隔で配置されている。

この構成では、原汚泥Ｓを汚泥供給管１２０を通して高速回転する内胴１０７の汚泥投入部１２１に供給するとともに、高分子凝集剤Ｃを薬剤供給管１２２を通して高速回転する内胴１０７の汚泥投入部１２１に供給して混合し、原汚泥Ｓと高分子凝集剤Ｃの混合汚泥を汚泥投入部１２１の汚泥投入口１２１ａから高速回転するボウル１０６の内部に投入する。

ボウル１０６の内部で凝集した汚泥フロックＦを含む混合汚泥は、遠心力により分離液Ｗと脱水ケーキＫとに固液分離される。ボウル１０６と回転数差（差速）をもつスクリューコンベア１０９が脱水ケーキＫを脱水ケーキ領域部１１１に移送し、脱水ケーキＫは脱水ケーキ領域部１１１を移動する間に含水率がさらに低下し、脱水ケーキ排出口１１３からハウジング１１４の内部に排出され、脱水ケーキ放出口１１６から機外へ放出される。

ボウル１０６の分離液排出口１１２からダムプレート１１２ａを越流してハウジング１１４の内部に排出される分離液Ｗが遠心力を受けて回転軸心廻りに放散されて、分離液放出口１１５から機外へ放出される。

特開２０１４−１５５８９４号

上記の遠心脱水機において、スクリューコンベアは、実負荷運転中に脱水ケーキと共回りする傾向が搬送性能を低下させる要因をなし、遠心分離機の処理能力の低下、分離液の水質の悪化などの問題が生じる場合がある。特に、低含水化した脱水ケーキはスクリューコンベアの羽根との摩擦力が大きくなり、脱水ケーキが羽根と共回りし易くなる。共回りの事象の下では、羽根の回転による回転軸心方向への脱水ケーキの送り速度が大きく減少して脱水ケーキがボウル内に停滞し、実際の送り速度と定格送り速度との差が大きくなる。このため、脱水ケーキを排出するために、スクリューコンベアの回転速度（ボウルとの差速）を上げて実際の送り速度を増速する必要がある。しかし、スクリューコンベアの回転速度の増加は遠心分離中の下水汚泥（混合汚泥）を撹拌する要因として作用し、固液分離を阻害して脱水性能に悪影響を与える。また、スクリューコンベアの回転速度の増加は下水汚泥のボウル内滞留時間の減少を招く。このボウル内滞留時間は、脱水性能に寄与する要素であり、下水汚泥がボウル内で遠心効果を受ける時間であり、ボウル内滞留時間が長いほど脱水性能が向上する。

このボウル内滞留時間はボウル内周面と内胴外周面との間の空間容積と汚泥投入量との関係によっても影響を受け、汚泥投入量に対して空間容積が大きいほどにボウル内滞留時間が長くなって脱水性能が向上する。一方、スクリューコンベアは、脱水ケーキの含水率が低下するほどに負荷が大きくなるので、より大きな軸強度が要求されている。スクリューコンベアは、ボウル内径が大きくなるほどに羽根外径が大きくなり、必要な軸強度を確保するために内胴外径が大きくなる。結果として、空間容積が減少する要因となる。

本発明は上記した課題を解決するものであり、搬送性能および脱水性能を向上させることができる遠心分離機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、本発明の遠心分離機は、処理対象汚泥を遠心力で分離水と脱水ケーキに固液分離する遠心分離機であって、回転軸心廻りに回転するボウルと、回転軸心方向でボウルの一端側に設けた分離水排出口と、回転軸心方向でボウルの他端側に設けた脱水ケーキ排出口と、ボウルと同回転軸心廻りに回転してボウルの内周面上で脱水ケーキを脱水ケーキ排出口に向けて移送するスクリューコンベアを備え、スクリューコンベアは、回転軸心方向に沿って延びる内胴と、内胴外周に螺旋状に設けられて脱水ケーキを掻き寄せる羽根を有し、ボウルおよび内胴が回転軸心方向で他端側に向けてテーパ状に拡径するボウル拡径部および内胴拡径部を有し、内胴拡径部のテーパ角に対してボウル拡径部が小さいテーパ角をなすことを特徴とする。

本発明の遠心分離機において、ボウルとスクリューコンベアが炭素繊維強化プラスチックからなり、羽根が処理対象汚泥に接する汚泥摺接面に共回りを防止する摩擦軽減手段を有し、
摩擦軽減手段は、汚泥摺接面に形成された潤滑剤層であることを特徴とする。

本発明の遠心分離機において、内胴は、分離液排出口の側の内胴一側端部から内胴拡径部に向けて内胴外径が同径状の内胴直胴部をなすことを特徴とする。
本発明の遠心分離機において、ボウルは、分離液排出口の側のボウル一側端部からボウル拡径部に向けてボウル内径が同径状のボウル直胴部をなすことを特徴とする。

以上のように本発明によれば、ボウルおよび内胴が回転軸心方向で他端側に向けてテーパ状に拡径するボウル拡径部および内胴拡径部を有し、内胴拡径部のテーパ角に対してボウル拡径部が小さいテーパ角をなすことで、ボウルの脱水ケーキ排出口側における搬送性能の低下を抑制する。すなわち、ボウル内では他端側に近づくほどに内胴拡径部の外径が漸増して、ボウル拡径部の内周面と内胴拡径部の外周面との間における空間容積が径方向に漸減することで下水汚泥を圧密化し、羽根の摺接面と脱水ケーキとの摩擦力が増加する。しかし、ボウルの他端側に近づくほどにボウル拡径部のボウル内径が径方向外側へ漸増して空間容積の減少を緩和し、圧密化を抑制して羽根の摺接面と脱水ケーキとの摩擦力を抑制し、共回りの発生を防止する。一方で他端側に近づくほどにボウル内径が径方向外側へ漸増することでボウル内周面側における遠心力作用が増加し、遠心力による脱水ケーキに対する圧搾力が高まり、必要な脱水性能を確保できる。よって、容積減少による圧密化を抑制しつつ遠心力の増加による圧搾力を強化し、搬送性能の低下の抑制と脱水性能の向上を実現できる。

さらに、ボウルの他端側に近づくほどにボウル拡径部のボウル内径が径方向外側へ漸増することで、内胴拡径部の他端側におけるボウル内周面と内胴外周面との離間距離を、所定の脱水効果を確保しつつ脱水ケーキを容易に排出できる大きさに設定できる。

また、ボウルと内胴と羽根が炭素繊維強化プラスチックからなることで、軽量化を図りながらも十分な強度および剛性を確保しつつ羽根形状の加工の自由度が増し、羽根の汚泥摺接面にバフ加工などの摩擦軽減手段を容易に施すことができる。

本発明の実施の形態における遠心分離機を示す断面図 従来の遠心分離機を示す断面図

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、先に図２で説明した構成部材と同作用のものは同符号を付して説明を省略する。
本実施の形態の遠心分離機１００Ａは、ボウル１０６Ａが、回転軸心方向の両端に設けた回転軸部１０６ａ、１０６ｂが軸受け部１０５ａ、１０５ｂに支承されて回転軸部１０６ａ、１０６ｂの回転軸心廻りに回転し、処理対象汚泥を遠心力で分離水と脱水ケーキに固液分離する
ボウル１０６Ａは、回転軸心方向でボウル１０６Ａの一端側に分離液排出口１１２Ａを有し、他端側に脱水ケーキ排出口１１３Ａを有しており、ボウル内周面の脱水ケーキ領域部１１１の側が回転軸心方向でボウル１０６Ａの他端側に向けてテーパ状に拡径するボウル拡径部２１１をなし、分離液領域部１１０の側が分離液排出口１１２Ａの側のボウル一側端部からボウル拡径部２１１に向けてボウル内径が同径状のボウル直胴部２１２をなす。ボウル拡径部２１１はテーパ角αを有している。

スクリューコンベア１０９Ａは、回転軸心方向に沿って延びる内胴１０７Ａと、内胴外周に螺旋状に設けられて脱水ケーキを掻き寄せる羽根１０８Ａを有している。内胴１０７Ａは、脱水ケーキ領域部１１１の側が回転軸心方向でボウル１０６Ａの他端側に向けてテーパ状に拡径する内胴拡径部２０１をなし、分離液領域部１１０の側が分離液排出口１１２Ａの側の内胴一側端部から内胴拡径部２０１に向けて内胴外径が同径状の内胴直胴部２０２をなす。内胴拡径部２０１はテーパ角βを有しており、内胴拡径部２０１のテーパ角βに対してボウル拡径部２１１のテーパ角αは小さく、ボウル内周面と内胴外周面との離間距離が内胴拡径部２０１の他端側において最小間隙となる。ボウル１０６Ａは回転軸心方向の他端側にボウル拡径部２１１のボウル最大内径部２１１ａを有し、ボウル最大内径部２１１ａより他端側にボウル内径が漸減するボウル縮径部２１１ｂを有し、ボウル縮径部２１１ｂと内胴拡径部２０１の端部との間隙が脱水ケーキ排出口１１３Ａに連通している。

ボウル１０６Ａとスクリューコンベア１０９Ａの内胴１０７Ａおよび羽根１０８Ａは炭素繊維強化プラスチック（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）からなり、羽根１０８Ａは処理対象汚泥に接する汚泥摺接面３０１に処理対象汚泥が共回りすることを防止する摩擦軽減手段が施されている。摩擦軽減手段としては、汚泥摺接面３０１をバフ仕上げして摩擦係数を軽減することや、汚泥摺接面３０１にコーティング層を形成することや、潤滑剤層、例えば水膜や油膜などを形成することも可能である。

この構成により、原汚泥Ｓを汚泥供給管１２０を通して高速回転する内胴１０７Ａの汚泥投入部１２１に供給するとともに、高分子凝集剤Ｃを薬剤供給管１２２を通して高速回転する内胴１０７Ａの汚泥投入部１２１に供給して混合し、原汚泥Ｓと高分子凝集剤Ｃの混合汚泥を汚泥投入部１２１の汚泥投入口１２１ａから高速回転するボウル１０６の内部に投入する。

ボウル１０６Ａの内部で凝集した汚泥フロックＦを含む混合汚泥は、遠心力により分離液Ｗと脱水ケーキＫとに固液分離され、スクリューコンベア１０９Ａの回転により脱水ケーキＫが脱水ケーキ領域部に掻き寄せられ、脱水ケーキＫがボウル最大内径部２１１ａおよびボウル縮径部２１１ｂを通って脱水ケーキ排出口１１３Ａから排出される。

脱水ケーキＫの搬送において、ボウル１０６Ａおよび内胴１０７Ａが回転軸心方向で他端側に向けてテーパ状に拡径するボウル拡径部２１１および内胴拡径部２０１を有し、内胴拡径部２０１のテーパ角βに対してボウル拡径部２１１のテーパ角αが小さいので、ボウル１０６Ａの内部では他端側に近づくほどに内胴拡径部２０１の外径が漸増して、ボウル拡径部２１１の内周面と内胴拡径部２０１の外周面との間における空間容積が径方向に漸減する。この空間容積の漸減により処理対象汚泥の下水汚泥が圧密化され、羽根１０８Ａの汚泥摺接面３０１と脱水ケーキＫとの摩擦力が増加する。

しかし、ボウル１０６Ａの他端側に近づくほどにボウル拡径部２１１のボウル内径が径方向外側へ漸増して空間容積の減少を緩和し、圧密化を抑制して羽根１０８Ａの汚泥摺接面３０１と脱水ケーキＫとの摩擦力を抑制し、共回りの発生を防止する。

一方で他端側に近づくほどにボウル内径が径方向外側へ漸増することでボウル内周面側における遠心力作用が増加し、遠心力による脱水ケーキＫに対する圧搾力が高まり、必要な脱水性能を確保できる。よって、容積減少による圧密化を抑制してボウル１０６Ａの他端側における搬送性能の低下を抑制しつつ遠心力の増加による圧搾力を強化し、搬送性能の低下の抑制と脱水性能の向上を実現できる。

さらに、ボウル１０６Ａの他端側に近づくほどにボウル拡径部２１１のボウル内径が径方向外側へ漸増することで、内胴拡径部２０１の他端側におけるボウル内周面と内胴外周面との離間距離の設定の自由度が増し、所定の脱水効果を確保しつつボウル最大内径部２１１ａおよびボウル縮径部２１１ｂと内胴拡径部２０１の端部との間隙を、脱水ケーキＫを容易に排出できる大きさに設定できる。

１００Ａ 遠心脱水機
１０１ 主構造部材
１０２ 設置床面
１０３ 防振ゴム
１０４ 脱水本体部
１０５ａ、１０５ｂ 軸受け部
１０６Ａ ボウル
１０６ａ、１０６ｂ 回転軸部
１０６ｃ 隘路
１０７Ａ 内胴
１０７ａ、１０７ｂ 回転軸部
１０８Ａ 羽根
１０９Ａ スクリューコンベア
１１０ 分離液領域部
１１０ａ 端部壁
１１１ 脱水ケーキ領域部
１１２Ａ 分離液排出口
１１２ａ ダムプレート
１１２ｂ 鍔部
１１３Ａ 脱水ケーキ排出口
１１４ ハウジング
１１４ａ カバー部材
１１５ 分離液放出口
１１６ 脱水ケーキ放出口
１１８ 油圧モータ
１２０ 汚泥供給管
１２０ａ 先端開口
１２１ 汚泥投入部
１２１ａ 汚泥投入口
１２２ 薬剤供給管
１２２ａ 先端開口
２０１ 内胴拡径部
２０２ 内胴直胴部
２１１ ボウル拡径部
２１１ａ ボウル最大内径部
２１１ｂ ボウル縮径部
２１２ ボウル直胴部
３０１ 汚泥摺接面
Ｃ 高分子凝集剤
Ｓ 原汚泥
Ｗ 分離液
Ｋ 脱水ケーキ
α、β テーパ角

Claims (4)

1. 処理対象汚泥を遠心力で分離水と脱水ケーキに固液分離する遠心分離機であって、回転軸心廻りに回転するボウルと、回転軸心方向でボウルの一端側に設けた分離水排出口と、回転軸心方向でボウルの他端側に設けた脱水ケーキ排出口と、ボウルと同回転軸心廻りに回転してボウルの内周面上で脱水ケーキを脱水ケーキ排出口に向けて移送するスクリューコンベアを備え、
   スクリューコンベアは、回転軸心方向に沿って延びる内胴と、内胴外周に螺旋状に設けられて脱水ケーキを掻き寄せる羽根を有し、ボウルおよび内胴が回転軸心方向で他端側に向けてテーパ状に拡径するボウル拡径部および内胴拡径部を有し、内胴拡径部のテーパ角に対してボウル拡径部が小さいテーパ角をなすことを特徴とする遠心分離機。
2. ボウルとスクリューコンベアが炭素繊維強化プラスチックからなり、羽根が処理対象汚泥に接する汚泥摺接面に共回りを防止する摩擦軽減手段を有し、
   摩擦軽減手段は、汚泥摺接面に形成された潤滑剤層であることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機。
3. 内胴は、分離液排出口の側の内胴一側端部から内胴拡径部に向けて内胴外径が同径状の内胴直胴部をなすことを特徴とする請求項１または２に記載の遠心分離機。
4. ボウルは、分離液排出口の側のボウル一側端部からボウル拡径部に向けてボウル内径が同径状のボウル直胴部をなすことを特徴とする請求項１または２に記載の遠

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