JP6770949B2

JP6770949B2 - 急速撹拌機の制御方法および急速撹拌機

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Publication number: JP6770949B2
Application number: JP2017509176A
Authority: JP
Inventors: 田村　崇; 崇田村; 東　隆司; 隆司東
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2020-10-21
Anticipated expiration: 2035-12-18
Also published as: US10654015B2; JPWO2016157646A1; US20180117551A1; CA2978398A1; WO2016157646A1

Description

本発明は水処理施設等において使用する凝集混和槽の急速撹拌機を制御する技術に関するものである。

従来、例えば特許文献１には、原液中のフロックの凝集状態を撮影して、凝集剤の添加量及び凝集剤撹拌機の回転数を調整する技術が記載されている。これは、凝集フロックを撮像する撮像部と、凝集フロックの画像の輝度信号を電気信号に変換し、電気信号から画像を２値化し、２値画像を生成する変換部と、２値画像に表示された凝集フロック面積を算出する算出部と、凝集フロック測定面積と凝集フロック基準面積とを比較する比較部と、比較結果に応じて、凝集剤供給ポンプ及び凝集剤撹拌機の回転数を制御する制御部と、比較結果に応じて、警報を発する出力部とを備え、算出部は、予め同一の凝集剤添加率において複数回分の凝集フロック面積を算出し、複数回分の凝集フロック面積の平均値である凝集フロック平均面積を算出し、凝集フロック平均面積に基づいて凝集フロック基準面積を算出するものである。

ここでは、凝集混和槽から送り出す凝集フロックの凝集フロック面積を指標として、凝集混和槽へ供給する汚泥に投入する凝集剤添加率を制御し、緩速撹拌を行う凝集剤撹拌機の回転数を制御している。

また、特許文献２には、汚泥の凝集状態を自動的に判別する技術が記載されている。これは、汚泥に対して、所定量の凝集剤を注入する段階と、汚泥の凝集状態を画像撮影する段階と、画像撮影した汚泥の凝集状態のデジタル画像データを圧縮する段階と、圧縮したデジタル画像データ量を所定閾値と比較する段階とを有し、比較段階において、圧縮したデジタル画像データ量が所定閾値未満であるとき、凝集剤の注入量を増減させるものである。

特開２０１１−４５８３９特開２０１０−２４７１５１

汚泥は凝集混和槽に連続的に送り出され、凝集混和槽から脱水装置もしくは濃縮機などへ連続的に供給され、例えば脱水装置における処理の進捗に応じて汚泥投入量が変化する。脱水装置の処理の進捗が早いと、単位時間当たりの凝集混和槽に対する汚泥投入量が増加することで汚泥が凝集混和槽に滞留する時間が減少することになり、凝集混和槽に対する汚泥投入量が減少することで汚泥が凝集混和槽に滞留する時間が増加することになる。

また、凝集混和槽においては急速撹拌と緩速撹拌を行っている。急速撹拌では凝集剤を被処理水中に分散させることで凝集フロックを形成するための核としての凝集フロック形成核を生成し、この凝集フロック形成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。緩速撹拌では微細なフロックおよび汚泥を凝集させる。

急速撹拌においては、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。

このため、特許文献１に記載するように凝集剤注入率を制御し、緩速撹拌を行う凝集剤撹拌機の回転数を制御するだけでは、汚泥が凝集混和槽に滞留する時間内において必要な撹拌を行うことができずに撹拌不足となり、結果として凝集剤の過剰投入を招いたり、あるいは撹拌過剰を招くことがある。汚泥投入量および凝集剤が増加する場合には、急速撹拌における撹拌不足により凝集剤を急速に、かつ十分に汚泥中に分散させることができず、凝集フロックの形成を十分に行えず、その結果、さらなる凝集剤の増加を招くことになる。

特許文献２の技術においても、凝集剤投入量の増減だけでは上記と同様に凝集剤の過剰投入や緩速撹拌における撹拌不足や撹拌過剰を招く可能性がある。

本発明は上記した課題を解決するものであり、汚泥投入量、凝集剤投入量の増減に応じて急速撹拌における撹拌翼の回転数を適切に制御して脱水性能の安定に寄与する凝集混和装置の制御方法および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の制御方法は、急速撹拌機の上方に緩速撹拌機を配置し、急速攪拌機は、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、駆動軸に装着した撹拌翼を備え、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、急速攪拌機の槽体天井部が環状をなし、攪拌翼が回転板と、回転板の半径方向外周縁に配置される複数のタービンブレードを有する凝集混和装置の制御方法であって、
汚泥と凝集剤を槽体内で撹拌翼により撹拌する急速撹拌機において、汚泥投入量の増加に応じて撹拌翼の回転数を増加させ、汚泥投入量の減少に応じて撹拌翼の回転数を減少させ、汚泥投入量が増減する運転条件の変化時にあっても一定のフロック径の凝集フロックを安定的に生成することを特徴とする。

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、急速攪拌機は、汚泥と凝集剤を撹拌するための急速撹拌槽体と、急速撹拌槽体の内部に配置した駆動軸の軸心廻りに回転する撹拌翼を有する撹拌機と、急速撹拌槽体に汚泥を供給する汚泥供給系と、急速撹拌槽体に供給する汚泥に凝集剤を投入する凝集剤供給系と、撹拌機の回転数を制御する撹拌機制御装置を備え、
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、急速攪拌機の槽体天井部が環状をなし攪拌翼が回転板と、回転板の半径方向外周縁に配置される複数のタービンブレードを有する凝集混和装置であって、
撹拌機制御装置は、汚泥供給系による汚泥投入量の増加に応じて撹拌翼の回転数を増加させ、汚泥供給系による汚泥投入量の減少に応じて撹拌翼の回転数を減少させることを特徴とする。

本発明の凝集混和装置において、汚泥供給系はポンプおよび流量計を備え、撹拌機制御装置は、流量計で計測する流量もしくはポンプの回転数を指標として撹拌翼の回転数を制御することを特徴とする。

本発明の汚泥処理システムは、上記の何れかの急速撹拌機と、急速撹拌機に連通する緩速撹拌機とで凝集混和装置を形成し、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、上記の何れかの急速撹拌機と、急速撹拌機に連通する緩速撹拌機とで凝集混和装置を形成し、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、汚泥投入量の増減もしくは凝集剤投入量の増減に応じて撹拌翼の回転数を設定比率で増減させることにより、凝集剤と汚泥が槽内に滞留する所定時間内における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過剰となることなく、適切に、かつ十分に確保される。この結果、微細なフロックが多量に生成できるので、汚泥投入量が増減する運転条件の変化時にあっても一定のフロック径の凝集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汚泥処理システムを示す模式図同実施の形態における凝集混和装置の急速撹拌機におけるエッジドタービン翼を示す斜視図急速回転数と汚泥投入量との関係を示すグラフ図急速回転数と凝集剤投入量である薬品流量との関係を示すグラフ図

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。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、ここでは汚泥が下水汚泥等のスラリー状物質であり、凝集剤が高分子凝集剤等である。急速撹拌槽体１３は、側壁の一側に汚泥を供給するための汚泥供給系１４が接続し、汚泥供給系１４の途中に凝集剤を供給するための凝集剤供給系１５が接続している。

汚泥供給系１４は、上流側から下流側に向けて順次に、汚泥貯溜槽１４１、汚泥供給ポンプ１４２、汚泥流量計１４３、汚泥濃度計１４４を備えている。凝集剤供給系１５は、上流側から下流側に向けて順次に、高分子凝集剤溶解槽１５１、凝集剤供給ポンプ１５２、凝集剤流量計１５３を備えるとともに、凝集剤供給ポンプ１５２の運転を制御する凝集剤流量制御装置１５４を備えている。凝集剤流量制御装置１５４は、汚泥流量計１４３、汚泥濃度計１４４、凝集剤流量計１５３の各計測値を指標として凝集剤供給ポンプ１５２の回転数を増減制御する。

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。本実施の形態ではエッジドタービン翼１７を例示しているが、エッジドタービン翼１７に替えて通常のタービン翼またはパドル翼を採用することもできる。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を設けており、モータ１８の運転を制御する急速撹拌機制御装置１９を備えている。急速撹拌機制御装置１９は、汚泥投入量すなわち汚泥流量計１４３の計測値を指標として、エッジドタービン翼１７を回転駆動するモータ１８の回転数を制御する。汚泥流量に代えて固形物の量を指標とすることも可能である。

本実施の形態においてモータ１８の回転数の制御は、汚泥流量計１４３の計測値を指標として行うが、汚泥供給ポンプ１４２の回転数、凝集剤供給ポンプ１５２の回転数、凝集剤流量計１５３の計測値である凝集剤投入量の増減に応じてエッジドタービン翼１７を回転駆動するモータ１８の回転数を制御することも可能である。

図２に示すように、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１７１を有し、回転板１７１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１７２を有している。タービンブレード１７２は駆動軸１６の軸心方向における回転板１７１の表面側と裏面側の双方に設けても良く、何れか一方面側にのみ設けても良く、回転板１７１の板面上に配置することも可能である。複数のタービンブレード１７２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、剪断作用に特化した形状をなしている。

緩速撹拌機５０は緩速撹拌槽体５２の内部にパドル翼５３を配置しており、パドル翼５３は槽体軸心に沿って上下方向に配置した駆動軸５４と、駆動軸５４の軸心から放射状に配置した複数のパドル５５からなる。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系５７が設けられており、凝集混和装置１００の凝集汚泥流出系５７に続く後工程には脱水機５８が配置されている。この脱水機５８に替えて濃縮機を配置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に汚泥供給系１４から汚泥を供給し、凝集剤供給系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、汚泥と凝集剤を急速撹拌混合する。

この際に、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、凝集剤を剪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。

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を回転駆動させてパドル翼５３を汚泥中で緩速で回転させ、微細なフロックを汚泥中に混和して凝集ブロックを形成し、凝集汚泥となす。この凝集汚泥を凝集汚泥流出口５７から後工程の脱水機５８に供給して脱水する。

急速撹拌機制御装置１９は、汚泥供給系１４による汚泥投入量を計測する汚泥流量計１４３の計測値に基づいて、エッジドタービン翼１７を回転駆動するモータ１８の回転数を制御する。すなわち、汚泥供給系１４による汚泥投入量の増加に応じてエッジドタービン翼１７の回転数を設定比率で増加させ、汚泥供給系１４による汚泥投入量の減少に応じてエッジドタービン翼１７の回転数を設定比率で減少させる。

設定比率は、例えば図３に示すようなものであり、汚泥流量計１４３で計測する汚泥流量が約１３００Ｌ／ｈｒから約２６００Ｌ／ｈｒに増加する間に、エッジドタービン翼１７の回転数である急速回転数を、基本回転数の１．３倍から２．１倍にへ直線的に増加させる。汚泥流量は汚泥供給ポンプ１４２の回転数を指標として計算により得ることができる。

ここでは、汚泥流量に対して回転数が直線的に増加する例を示したが、設定比率は汚泥の性状等の処理条件に応じて設定することが可能であり、二次曲線的に増加させることも可能であり、基本的に汚泥流量の増加に対して回転数が増加し、汚泥流量の減少に対して回転数が減少することが必要である。

また、本実施の形態では汚泥投入量（汚泥流量）を指標としてエッジドタービン翼１７の回転数を増減制御するが、凝集剤投入量の増減に応じてエッジドタービン翼１７の回転数を増減制御することも可能である。この場合には、凝集剤流量計１５３で計測する凝集剤投入量（薬品流量）もしくは凝集剤供給ポンプ１５２の回転数を指標とし、凝集剤供給系１５による凝集剤投入量の増加に応じてエッジドタービン翼１７の回転数を設定比率で増加させ、凝集剤供給系１５による凝集剤投入量の減少に応じてエッジドタービン翼１７の回転数を設定比率で減少させる。この場合に凝集剤供給ポンプ１５２は汚泥投入量に応じて制御しても良い。

設定比率は、例えば図４に示すようなものであり、凝集剤流量計１５３で計測する薬品流量が約２００Ｌ／ｈｒから約４３０Ｌ／ｈｒに増加する間に、エッジドタービン翼１７の回転数である急速回転数を基本回転数の１．１倍から２．１倍へ直線的に増加させる。
設定比率は汚泥の性状等の処理条件に応じて設定することが可能であり、二次曲線的に増加させることも可能であることは上記と同じである。

このように、汚泥投入量の増減もしくは凝集剤投入量の増減に応じてエッジドタービン翼１７の回転数を設定比率で増減させることにより、凝集剤と汚泥とが急速撹拌槽体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過剰となることなく、適切に、かつ十分に確保される。この結果、微細なフロックが多量に生成できるので、汚泥投入量が増減する運転条件の変化時にあっても緩速撹拌機５０において一定のフロック径の凝集フロックを安定的に生成することができ、脱水機５８における脱水性能が安定する。

脱水機５８では、凝集フロックの凝集状態の良否によって汚泥の水捌けが変化し、水捌けが良いと汚泥投入口の圧力が低下し、処理の進捗が早くなるので、汚泥投入量を増加させるために汚泥供給ポンプ１４２の回転数を増加させる。あるいは、水捌けが悪いと汚泥投入口の圧力が上昇し、処理の進捗が遅くなるので、汚泥投入量を減少させるために汚泥供給ポンプ１４２の回転数を低下させる。

このため、脱水機５８の汚泥投入口における圧力を指標として急速撹拌機１０のエッジドタービン翼１７の回転数を制御することでも本発明を実現できる。

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

急速撹拌機の上方に緩速撹拌機を配置し、
急速攪拌機は、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、駆動軸に装着した撹拌翼を備え、
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、急速攪拌機の槽体天井部が環状をなし、攪拌翼が回転板と、回転板の半径方向外周縁に配置される複数のタービンブレードを有する凝集混和装置の制御方法であって、
急速撹拌機において、汚泥投入量の増加に応じて撹拌翼の回転数を増加させ、汚泥投入量の減少に応じて撹拌翼の回転数を減少させ、汚泥投入量が増減する運転条件の変化時にあっても一定のフロック径の凝集フロックを安定的に生成することを特徴とする凝集混和装置の制御方法。
急速撹拌機の上方に緩速撹拌機を配置し、
急速攪拌機は、汚泥と凝集剤を撹拌するための急速撹拌槽体と、急速撹拌槽体の内部に配置した駆動軸の軸心廻りに回転する撹拌翼を有する撹拌機と、急速撹拌槽体に汚泥を供給する汚泥供給系と、急速撹拌槽体に供給する汚泥に凝集剤を投入する凝集剤供給系と、撹拌機の回転数を制御する撹拌機制御装置を備え、
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、急速攪拌機の槽体天井部が環状をなし、攪拌翼が回転板と、回転板の半径方向外周縁に配置される複数のタービンブレードを有する凝集混和装置であって、
撹拌機制御装置は、汚泥供給系による汚泥投入量の増加に応じて撹拌翼の回転数を増加させ、汚泥供給系による汚泥投入量の減少に応じて撹拌翼の回転数を減少させることを特徴とする凝集混和装置。
汚泥供給系はポンプおよび流量計を備え、撹拌機制御装置は、流量計で計測する流量もしくはポンプの回転数を指標として撹拌翼の回転数を制御することを特徴とする請求項２に記載の凝集混和装置。
請求項２または３に記載の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。
請求項２または３に記載の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。