JP7022279B2 - フィルタープレスの運転方法及び圧力タンク一体型フィルタープレス - Google Patents

Description

本発明は、上水・工水スラッジ処理、及び化学工業、製紙パルプ工業等の各種生産プロセスにおいて、中・長時間圧搾脱水処理を必要とするダイアフラムろ板を有するフィルタープレスの運転方法及び圧力タンク一体型フィルタープレスに関する。

従来、フィルタープレスでは高圧搾脱水するために原液をろ過室に圧入してろ過脱水後、圧力流体をダイアフラムろ板に圧入して圧搾脱水をしており、中・長時間圧搾脱水処理では、圧搾圧力を維持するために圧搾中は継続して圧力ポンプを作動している。
圧搾脱水にはダイアフラムに圧縮空気を供給して一次圧搾を行い、さらに圧力水を供給して高圧の二次圧搾を行う圧搾脱水方法が、特許文献１に開示されている。

そして、圧力水の圧搾圧力を維持するために圧力タンクを利用すると共に、フィルタープレスに大容量のダイアフラムを設け、大容量のダイアフラムを圧力タンクの代わりとして利用する技術が、特許文献２に開示されている。

特公平０２－１２１２２号公報 特許第４９１１３６９号公報

特許文献１のフィルタープレスでは、圧搾時間が長くなると圧力水の圧搾圧力を一定に維持するため、圧力水ポンプを長時間稼働させる必要があった。
また、特許文献２のフィルタープレスでは圧力水ポンプの稼働時間を短くするため、圧力タンクとしてフィルタープレスの両端に大容量のダイアフラムを設けているが、フィルタープレスが大型になってしまう問題があった。

さらに、大容量のダイアフラムには、通常のダイアフラムと比べて圧縮空気と圧力水を大量に供給するため、空気と水が大量に必要となり、それらを供給するポンプの動力も大きなものとなっていた。

本発明は、大容量のダイアフラムを用いることなく、圧縮空気による圧搾脱水でダイアフラム室を圧力タンクとして利用するフィルタープレスの運転方法を提供する。

多数のろ板とダイアフラムろ板で形成されるろ過室に原液を圧入して脱水ケーキを生成する圧入工程と、ろ過室に形成されるダイアフラム室に圧縮空気を供給する空気圧搾工程と、空気圧搾工程後にダイアフラム室に圧力水を供給する水圧搾工程と、を備えるフィルタープレスの運転方法において、前記ダイアフラムろ板の何れか１つ以上を圧力ろ板とし、前記圧入工程で圧力ろ板で形成されるろ過室に原液を圧入せず、前記空気圧搾工程は、ダイアフラムの膨張によりろ過室で生成される脱水ケーキの厚みがろ過室の厚みの１／４～２／３幅になるまで継続することで、大量の圧縮空気をダイアフラム内に保持することができ、外部に圧力タンクを設ける必要がない。

前記圧力ろ板のダイアフラム室の容積は、他のダイアフラム室の合計容積の１／５０～１／２０であることで、水圧搾工程の圧力水ポンプの駆動回数が低減する。

多数のろ板とダイアフラムろ板で形成されるろ過室に原液を圧入して脱水ケーキを生成するフィルタープレスにおいて、ダイアフラムろ板の何れか１つ以上を圧力ろ板とし、ダイアフラムろ板と圧力ろ板に形成するダイアフラム室に圧縮空気を供給する圧縮空気管と、圧力水を供給する圧力水供給管を接続すると共に、ろ板とダイアフラムろ板間に形成されるろ過室のみに原液供給管２６を連通することで、大量の圧縮空気をダイアフラム内に保持することができ、外部に圧力タンクを設ける必要がない。

前記圧力ろ板のダイアフラム室の容積は、他のダイアフラムろ板のダイアフラム室の合計容積の１／５０～１／２０であることで、水圧搾工程の圧力水ポンプの駆動回数が低減する。

前記ろ過室からろ液を排出する排出管に流量計を備えると共に、流量計が測定したろ液流量を基にろ過室内の脱水ケーキの厚みを算出し、脱水ケーキの厚みがろ過室の厚みの１／４～２／３幅となった場合、圧縮空気管の圧縮空気弁と圧力水供給管の圧力水弁を切り替える制御盤と、を備えることで、圧縮空気を十分に保持した状態で水圧搾工程に移行する。

前記圧力ろ板はろ板とダイアフラムろ板の一端に配置し、圧力ろ板に張設するダイアフラムは薄膜のゴムであることで、圧力ろ板の製作コストを削減できる。

通常の大きさのダイアフラムを圧力タンクとして利用するため、大容量のダイアフラムが不要となりフィルタープレスを小型化できる。
また、脱水ケーキがろ過室の１／４～２／３幅となるまでダイアフラムに圧縮空気を供給することで、ろ過室の３／４～１／３幅分の大量の圧縮空気をダイアフラム内に保持することができる。
圧縮空気により圧力水の降圧が緩やかになるため、頻繁に圧力水ポンプを稼働させる必要が無く、稼働時間も短縮できる。

本発明に係るフィルタープレスのフロー図である。 同じく、並列するろ板とダイアフラムろ板の一部縦断斜視図である。 同じく、並列したろ板の一端に圧力ろ板を配置したフィルタープレスの概念図である。

図１は、本発明に係るフィルタープレスのフロー図である。
フィルタープレスは、フロントフレーム１とリアフレーム２に一対のガイドレール３を橋架してあり、ガイドレール３に多数のろ板４とダイアフラムろ板５を交互に支架して、並列したろ板４とダイアフラムろ板５の一端部に、圧縮空気溜りを大きくする圧力ろ板６を配設してある。
リアフレーム２に配設した締付シリンダー７がムーバブルヘッド８に連結してあり、締付シリンダー７で並列したろ板４とダイアフラムろ板５を開閉させる。

図２は、並列するろ板とダイアフラムろ板の一部縦断斜視図である。
ろ板４とダイアフラムろ板５で形成するろ過室９に一対のろ布１０が吊設してあり、ろ板４とダイアフラムろ板５を貫通する供給口１１からろ布１０間に原液を圧入する。
ダイアフラムろ板５には表面に膨張収縮可能なダイアフラム５ａを張設してある。ダイアフラム５ａを膨張することでろ過室９に供給した原液を圧搾し、ろ布１０で固液分離を行う。

図３は、並列したろ板の一端に圧力ろ板を配置したフィルタープレスの概念図である。
ダイアフラムろ板５は、表面にダイアフラム５ａを張設して内部にダイアフラム室１２を形成してある。また、並列したろ板４とダイアフラムろ板５の一端には圧力ろ板６が配設してある。圧力ろ板６の表面にはダイアフラム６ａが張設してあり、圧力ろ板６とダイアフラム５ａの間にダイアフラム室１２ａを形成する。

ダイアフラム室１２に圧力流体を供給することでダイアフラム５ａを膨張させる。本発明では全てのダイアフラム室１２を連通し、ダイアフラムろ板５のダイアフラム室１２と圧力ろ板６のダイアフラム室１２ａを圧力タンクとして利用する。圧力流体は、圧縮空気を供給した後、圧力水を供給してダイアフラム５ａを膨張させる。

ダイアフラム室１２は、脱水ケーキの厚みがろ過室９の厚みの１／４～２／３幅となるまで圧縮空気を供給し、膨張させることで、圧力タンクとして必要な空気量が充填される。なお、脱水ケーキの厚みがろ過室９の厚みの１／３幅となるまでダイアフラム室１２を膨張させることで、後述する水圧搾工程Ｓ３のエネルギー効率が最も高くなる。

圧力ろ板６のダイアフラム室１２ａの容積は、多数並列したダイアフラムろ板５のダイアフラム室１２の合計容積の１／５０～１／２０とする。前記容積のダイアフラム室１２ａを備えることで、圧縮空気を十分保持することができるため、水圧搾工程Ｓ３の圧力水ポンプ１７の駆動回数が低減する。
なお、圧力ろ板６とろ板４間に形成される空間を圧力室１３とし、圧力室１３は原液を供給せずに、ダイアフラム６ａを膨張させる空間として使用する。ダイアフラム６ａは脱水ケーキの圧搾に利用しないため、強度を必要とせず薄膜のゴムでよい。

本実施例では並列したろ板４とダイアフラムろ板５の一端に、一つの圧力ろ板６を配置しているが、複数の圧力ろ板６を配置することもできる。この際、複数の圧力ろ板６をろ板
４列の一端に集合させて配置する、又は複数の圧力ろ板６を分散させてろ板４間に配置する。

図３に示すように、ダイアフラムろ板５のダイアフラム室１２と、圧力ろ板６のダイアフラム室１２ａに圧力水供給管１４と圧縮空気管１５を接続してある。
図１に示すように、圧力水供給管１４に給水槽１６の水を圧送する圧力水ポンプ１７と圧力水を入切する圧力水弁１８が配設してある。圧縮空気管１５に連結した空気槽１９に圧縮空気を供給する空気圧縮機２０と、圧縮空気管１５に供給する圧縮空気を入切する圧縮空気弁２１が配設してある。

空気圧縮機２０と圧力水ポンプ１７でダイアフラム室１２に圧縮空気と圧力水を供給し、脱水ケーキの圧搾を行う。空気圧縮機２０は０．７～０．８５ＭＰａの圧縮空気をダイアフラム室１２に供給し、圧力水ポンプ１７は１．３～１．６ＭＰａの圧力水を供給する。

また、ろ板４に連通した排出管２２からろ液が排出され、排出管２２に設けた流量計２３でろ液の流量が検知される。

流量計２３で検知した流量からろ液量を制御盤２４で算出し、算出したろ液量を基に、圧力水ポンプ１７と圧力水弁１８、空気圧縮機２０と圧縮空気弁２１を制御盤２４で制御して、ダイアフラム室１２の圧縮空気圧を操作するようにしてある。

図１及び図２に示すように、原液圧入ポンプ２５を配設した原液供給管２６が、ろ板４とダイアフラムろ板５の間のろ過室９に連通させてある。
なお、図３にはろ過室９を形成するためにろ板４とダイアフラムろ板５を交互に並列しているが、ダイアフラムろ板５だけを並列してろ過室９を形成することで、ろ過室９の両面からダイアフラム５ａで圧搾することが可能となる。

本発明で使用するフィルタープレスは上記のように構成してあり、その圧搾ろ過方法を以下に示す。
予めろ過室９の厚み、原液の固形分濃度を計測しておく。
予め締付シリンダー７を駆動させ、並列するろ板４とダイアフラムろ板５を閉板し、ろ過室９を形成する。

圧入工程（Ｓ１）
原液圧入ポンプ２５から原液供給管２６を介して、フィルタープレスのろ過室９に原液を圧入してろ過を行う。この時、圧力室１３には原液を供給しない。また、ダイアフラム室１２には流体を供給しておらず、ろ過室９に原液が充満する。
ろ過室９に張設したろ布１０が原液から液体を分離し、脱水ケーキが生成されると共に、ろ液は排出管２２を介してろ過室９の外へ排出する。

空気圧搾工程（Ｓ２）
原液の圧入を停止した後、空気圧縮機２０を駆動して、圧縮空気弁２１を操作し、ダイアフラムろ板５のダイアフラム室１２と、圧力ろ板６のダイアフラム室１２ａに圧縮空気を供給し、０．８５ＭＰａまで昇圧する。昇圧後、空気圧縮機２０を停止する。
圧縮空気によりダイアフラム室１２、１２ａが膨張すると共に、ろ過室９に形成した脱水ケーキが圧縮され、脱水ケーキからはさらに液分が排出される。ろ液の排出に伴い、ダイアフラム室１２、１２ａの内圧が低下するため、０．７ＭＰａまで低下すると再び空気圧縮機２０を駆動する。空気圧縮機２０により、ダイアフラム室１２、１２ａに圧縮空気を供給し、内圧を０．８５ＭＰａまで昇圧する。

ろ液は排出管２２から排出され、排出管２２の流量計２３によりろ液の流量を検知する。
検知したろ液の流量、原液の固形分濃度、原液の供給量を基に、ろ過室９に形成された脱水ケーキの厚み（体積）を継続的に算出する。
空気圧搾を継続することによってろ液が排出されると共に、脱水ケーキの厚みが減少する。脱水ケーキの厚みが、ろ過室９の厚みの１／３になるのを算出すると、圧縮空気弁２１を閉じて空気圧縮機２０を停止する。

なお、予め定めた時間内に脱水ケーキの厚みがろ過室９の厚みの１／３にならない場合、空気圧搾工程Ｓ２を終了し、次の工程へ移行する。

水圧搾工程（Ｓ３）
圧縮空気弁２１を閉じた後、圧力水ポンプ１７を駆動する。圧力水弁１８を開放して圧力水をダイアフラム室１２、１２ａに圧入する。ダイアフラム室１２、１２ａの内圧を１．５ＭＰａまで昇圧し、圧力水弁１８を閉じ、圧力水ポンプ１７を停止する。

圧力水によりダイアフラム室１２、１２ａはさらに高圧となり、ろ過室９内の脱水ケーキからさらに水分がろ布１０により分離される。分離された水分はろ過室９から排出管２２を通り排出される。ダイアフラム室１２、１２ａには圧縮空気が供給されているため、水分がろ過室９から排出されることで、ダイアフラム室１２、１２ａの内圧が徐々に低下していく。

ダイアフラム室１２、１２ａの内圧が圧搾の進行に伴い１．４ＭＰａに低下したときに、再び圧力水ポンプ１７を駆動させ、圧力水弁１８を開くことで、ダイアフラム室１２、１２ａの内圧を１．５ＭＰａまで昇圧する。
この操作を複数回繰り返すことで水圧搾を行う。

ダイアフラム室１２、１２ａの内圧の変化に応じて、圧力水ポンプ１７のＯＮ／ＯＦＦ操作を繰り返した後、圧力水弁１８を閉じ、圧力水ポンプ１７を停止することで、ダイアフラム室１２、１２ａの内圧を一定幅以内になるように調整し、圧搾脱水時の圧力水ポンプ１７の運転時間を短縮する。
所定のろ液排出量を検知すると水圧搾工程Ｓ３を終了する。

圧力水排水工程（Ｓ４）
圧力水による水圧搾終了後、圧力水弁１８を開放することで、ダイアフラム室１２、１２ａの圧縮空気を利用して、ダイアフラム室１２、１２ａ内の圧力水を排出する。圧力水は圧力水供給管１４を通って給水槽１６へ排出される。その後、圧縮空気弁２１を開放してダイアフラム室１２、１２ａを常圧にする。

脱水ケーキ排出工程（Ｓ５）
締付シリンダー７収縮してろ板４とダイアフラムろ板５を開板し、ろ過室９に形成された脱水ケーキを機外に排出する。続けてフィルタープレスを運転する場合は、ろ板４とダイアフラムろ板５を閉板して再びろ過室９を形成し、圧入工程Ｓ１へ戻る。

本発明は空気圧搾工程Ｓ２において、多量の圧縮空気を圧力室１３のダイアフラム室１２、１２ａに供給することで、ダイアフラム室１２、１２ａを圧力タンクとして利用している。空気圧搾工程Ｓ２では、脱水ケーキの厚みが、例えばろ過室９の１／３幅となるまで空気圧搾を継続し、ろ過室９の２／３幅の容量の圧縮空気をダイアフラム室１２に供給している。従って、大容量の圧力タンクを別途備えなくとも、圧縮空気を保持できる。

よって、水圧搾工程Ｓ３では、ろ液の排出に応じてダイアフラム室１２、１２ａの内圧の低下が緩やかとなり、ダイアフラム室１２、１２ａの内圧を一定に維持するために圧力水ポンプ１７の起動頻度、起動時間を大幅に減少することができる。

４ ろ板
５ ダイアフラムろ板
５ａ ダイアフラム
６ 圧力ろ板
６ａ ダイアフラム
９ ろ過室
１２ ダイアフラム室
１２ａ ダイアフラム室
１４ 圧力水供給管
１５ 圧縮空気管
１８ 圧力水弁
２１ 圧縮空気弁
２２ 排出管
２３ 流量計
２４ 制御盤
２６ 原液供給管
Ｓ１ 圧入工程
Ｓ２ 空気圧搾工程
Ｓ３ 水圧搾工程

Claims (6)

1. 多数のろ板（４）とダイアフラムろ板（５）で形成されるろ過室（９）に原液を圧入して脱水ケーキを生成する圧入工程（Ｓ１）と、
   ろ過室（９）に形成されるダイアフラム室（１２）に圧縮空気を供給する空気圧搾工程（Ｓ２）と、
   空気圧搾工程（Ｓ２）後にダイアフラム室（１２）に圧力水を供給する水圧搾工程（Ｓ３）と、を備えるフィルタープレスの運転方法において、
   前記ダイアフラムろ板（５）の何れか１つ以上を圧力ろ板（６）とし、
   前記圧入工程（Ｓ１）で圧力ろ板（６）で形成されるろ過室（９）に原液を圧入せず、
   前記空気圧搾工程（Ｓ２）は、ダイアフラム（５ａ）の膨張によりろ過室（９）で生成される脱水ケーキの厚みがろ過室（９）の厚みの１／４～２／３幅になるまで継続する
   ことを特徴とするフィルタープレスの運転方法。
2. 前記圧力ろ板（６）のダイアフラム室（１２ａ）の容積は、他のダイアフラム室（１２）の合計容積の１／５０～１／２０である
   ことを特徴とする請求項１に記載のフィルタープレスの運転方法。
3. 多数のろ板（４）とダイアフラムろ板（５）で形成されるろ過室（９）に原液を圧入して脱水ケーキを生成するフィルタープレスにおいて、
   ダイアフラムろ板（５）の何れか１つ以上を圧力ろ板（６）とし、
   ダイアフラムろ板（５）と圧力ろ板（６）に形成するダイアフラム室（１２、１２ａ）に圧縮空気を供給する圧縮空気管（１５）と、圧力水を供給する圧力水供給管（１４）を接続すると共に、
   ろ板（４）とダイアフラムろ板（５）間に形成されるろ過室（９）のみに原液供給管（２６）を連通する
   ことを特徴とする圧力タンク一体型フィルタープレス。
4. 前記圧力ろ板（６）のダイアフラム室（１２ａ）の容積は、他のダイアフラムろ板（５）のダイアフラム室（１２）の合計容積の１／５０～１／２０である
   ことを特徴とする請求項３に記載の圧力タンク一体型フィルタープレス。
5. 前記ろ過室（９）からろ液を排出する排出管（２２）に流量計（２３）を備えると共に、
   流量計（２３）が測定したろ液流量を基にろ過室（９）内の脱水ケーキの厚みを算出し、
   脱水ケーキの厚みがろ過室（９）の厚みの１／４～２／３幅となった場合、
   圧縮空気管（１５）の圧縮空気弁（２１）と圧力水供給管（１４）の圧力水弁（２１）を切り替える制御盤（２４）と、
   を備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の圧力タンク一体型フィルタープレス。
6. 前記圧力ろ板（６）はろ板（４）とダイアフラムろ板（５）の一端に配置し、圧力ろ板（６）に張設するダイアフラム（６ａ）は薄膜のゴムである
   ことを特徴とする請求項３乃至請求項５の何れか一項に記載の圧力タンク一体型フィルタープレス。

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