TWI542552B - Centrifugal dewatering and centrifugal dewatering - Google Patents

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TWI542552B
TWI542552B TW101105991A TW101105991A TWI542552B TW I542552 B TWI542552 B TW I542552B TW 101105991 A TW101105991 A TW 101105991A TW 101105991 A TW101105991 A TW 101105991A TW I542552 B TWI542552 B TW I542552B
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Kaoru Yamaguchi
Toshiya Kitakaze
Masashi UEHANE
Katsuya Hirano
Tetsuo Ohinata
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Kotobuki Ind Co Ltd
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Description

離心脫水方法及離心脫水裝置
本發明係關於一種於汙水處理或工業排水處理、或化學/食品工業用各產品中，藉由離心力將處理液固液分離而進行固形物及分離液回收之離心脫水方法及離心脫水裝置者。
習知，為了藉由離心力使污泥等(以下稱作處理液)固液分離而廣泛使用傾析式(decanter)離心脫水裝置。由於習知之傾析式離心脫水裝置係於轉筒圓錐部距離旋轉中心之距離(半徑)變短，因此存在有離心力變弱而使含水率提高之現象等缺點，本案申請人等先前已提供滾筒式離心脫水裝置作為解決如上述習知之傾析式離心脫水裝置之缺點者(專利文獻1)。該滾筒式離心脫水裝置，其特徵在於：其形成轉筒之內周壁沿著其旋轉軸延伸之圓筒形，於上述轉筒之一端壁內設置用以將沈澱之重成分向轉筒外排出之排出路徑，可於轉筒內周壁附近設置排出路徑之轉筒之開口，並且使排出路徑成為限制排出量之節流通路，藉此於排出路徑之開口附近形成壓密狀態之脫水塊之沈積層，並根據因節流通路之排出阻力所形成之沈積層之厚度而作用於脫水塊之離心水頭壓、與螺旋輸送機之搬送力，藉此經由排出路徑將上述壓密狀態之脫水塊直接排出。藉此，由於僅將轉筒內脫水塊之沈積層中受到最高之壓密作用之部分直接排出，因此可使脫水塊之含水 率下降至習知之離心脫水裝置所未能達到之程度。
另一方面，為了提高脫水效果，而將脫水裝置進行如上所述構造/功能性之改良，並且對處理液添加高分子凝聚劑或無機凝聚劑、或添加其二者形成絮凝體(flock)以進行分離、脫水處理。此等凝聚劑之添加方法係根據脫水機之類型或處理液之種類而有所不同，作為於傾析式離心脫水機所進行固液分離時凝聚劑之具體之添加方法，雖然通常為藉由複合管將污泥與高分子凝聚劑一併供給至內筒之污泥供給室之方法(例如參照專利文獻2、3)，但提出有如下方法：將預先在外部之攪拌槽內將高分子凝聚劑添加至污泥並進行攪拌而生成凝聚絮凝體者供給至內筒之污泥供給室，且自內筒內一邊對被脫水一邊使外筒內周之錐部一邊向小徑側移動之污泥沈積物添加無機凝聚劑即所謂二液法(專利文獻4)、或對使供給有無機凝聚劑與高分子凝聚劑之污泥在離心脫水裝置內進行固液分離所得之分離污泥再次注入無機凝聚劑之方法(專利文獻5)等。
於此等傾析式離心脫水機中，專利文獻3之方法係記載有發現可使脫水污泥之含水率降低至82%之內容。又，於專利文獻4之方法中，揭示有在實驗室使用桌上離心脫水機使污水消化污泥之脫水塊含水率降低至72.7%，於專利文獻5之方法中，揭示有同樣在污水消化污泥(污泥濃度1.5%)、處理量1.5 m3/h、離心效果2500 G之狀態下所進行之結果，其 脫水塊含水率成為75.0%。
如上所述，習知之傾析式離心脫水機之脫水塊含水率係於小型機例如在消化污泥之情況時，實際上最大只能降低至75%左右。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利第4153138號公報
專利文獻2：日本專利特開2000-254549號公報
專利文獻3：日本專利特開2006-192403號公報
專利文獻4：日本專利特公平6-41000號公報
專利文獻5：日本專利特開2010-264417號公報
上述提案之滾筒式離心脫水裝置係僅將裝置內脫水塊之沈積層中受到最高之壓密作用之部分直接排出，因此與習知之離心脫水裝置相比雖然可大幅度降低脫水塊之含水率，但由於轉筒之壁自螺旋輸送機之內筒前端朝半徑方向外側立起並延伸至排出路徑入口，因此脫水塊之沈積層係抵接於轉筒之前端部分之壁，並且藉由成為節流通路之排出路徑之排出阻力，於此部分形成較大之沈積層，此部分之裝置內脫水塊不易自高離心場朝向排出路徑移動而有運轉負荷增大之傾向，並且存在有難以脫去螺旋輸送機之內筒側之低離心力 部之水分之問題點。
另一方面，為了進一步提高脫水效果，雖然可考慮利用與專利文獻4、5所示之傾析式離心脫水機同樣地除了添加高分子凝聚劑以外亦添加無機凝聚劑之二液法來進一步提高脫水效果，但無機凝聚劑例如聚合硫酸鐵係在水中時凝聚效果較弱且若非處於某程度脫水之狀態即若未於裝置內添加時則效果較小。然而，於習知之滾筒式離心脫水裝置中，如上述轉筒之前端部分為垂直壁，由於在上述部位形成有脫水塊之沈積層，因此若於裝置內添加無機凝聚劑就會於此沈積層凝固而無法排出，從而引起裝置內堵塞而無法運轉，因此存在有於習知之滾筒式離心脫水機中無法採用利用無機凝聚劑之後添加之二液添加法之問題點。
因此，本發明係欲解決滾筒式離心脫水裝置之上述問題點者，其第1目的在於提供一種可容易地自轉筒內之脫水塊脫去水分而進一步提高脫水效果，並且提高壓榨效率而實現裝置內負荷之減輕之離心脫水方法及滾筒式離心脫水機，且其第2目的在於提供一種可採用利用無機凝聚劑之後添加之二液添加法進一步提高脫水效果之離心脫水方法及滾筒式離心脫水機。
解決上述問題點之本發明之滾筒式離心脫水方法係藉由具有朝一方向旋轉之滾筒式之轉筒、及在該轉筒內於與該轉 筒在同軸上具有旋轉速度差且朝同方向旋轉之旋轉圓筒之外周捲裝螺旋葉片而成之螺旋輸送機的滾筒式離心脫水裝置使處理液固液分離而進行固形物及分離液之回收之利用滾筒式離心脫水裝置之離心脫水方法，其特徵在於：上述離心脫水裝置係形成上述轉筒之內周壁沿著上述轉筒之旋轉軸延伸之圓筒形，且上述螺旋輸送機之上述旋轉圓筒之外周面係由上游側為由平直之圓周面構成之平直部、及下游側為自上述平直部朝直徑較大方向傾斜之錐(taper，推拔)部所構成，上述處理液係經由形成於上述旋轉圓筒內部之處理液供給室供給至上述轉筒與上述螺旋輸送機之間之環狀空間，一面利用上述轉筒及上述螺旋輸送機旋轉之離心力進行固液分離一面將分離液自分離液排出口排出，脫水塊係藉由離心水頭壓與上述螺旋輸送機之搬送力向脫水塊排出路徑所推壓而成，上述脫水塊係朝向上述脫水塊排出路徑側，藉由上述錐部緩慢地移動至高離心力場，且朝向脫水塊排出路側使脫水塊之通過面積逐漸減小而進行脫水。
於本發明之滾筒式離心脫水方法中，較佳為藉由將自上述旋轉圓筒之處理液供給口至上述錐部之起點為止之平直部之軸向長度L1與上述旋轉圓筒之錐部之軸向長度L2之比L1/L2設在1.2~5.0之範圍內，使來自平直部之壓入力增大，可進一步降低含水率。
藉由具備以下步驟，可達成上述第2目的：將處理液與高 分子凝聚劑供給至上述處理液供給室之處理液供給步驟；自上述處理液供給室經由形成於旋轉圓筒之供給口將添加有上述高分子凝聚劑之處理液供給至轉筒內周之環狀空間，自上述螺旋輸送機之旋轉圓筒內側對一面藉由離心力進行脫水一面由上述螺旋輸送機所搬送之上述脫水塊添加無機凝聚劑之無機凝聚劑添加步驟。
於本發明之滾筒式離心脫水方法中，上述無機凝聚劑之供給步驟較佳為在自上述螺旋輸送機之平直部之上述供給口於下游側與上述錐部上游端之間，對上述脫水塊進行添加用以在錐部中防止脫水塊之裝置內堵塞。又，上述無機凝聚劑之添加較佳為藉由朝向脫水塊表面與脫水塊內部之添加之組合而進行用以進一步提高脫水效率。
實施上述滾筒式離心脫水方法之本發明之滾筒式離心脫水裝置係具有朝一方向旋轉之滾筒式之轉筒、及在該轉筒內於與該轉筒在同軸上具有旋轉速度差且朝同方向旋轉之旋轉圓筒之外周捲裝螺旋葉片而成之螺旋輸送機者，其特徵在於：其形成上述轉筒之內周壁沿著上述轉筒之旋轉軸延伸之圓筒形，且上述螺旋輸送機之上述旋轉圓筒之外周面係由上述上游側為由平直之圓周面構成之平直部、及上述下游側為自上述平直部朝直徑較大方向傾斜之錐部所構成，上述錐部之錐開始部之傾斜角在5至30°之範圍內。
於本發明之上述滾筒式離心脫水裝置中，較佳為自上述旋 轉圓筒之處理液供給口至上述錐部之起點為止之平直部之軸向長度L1與上述旋轉圓筒之錐部之軸向長度L2之比L1/L2在1.2~5.0之範圍內用以提高壓榨效率。
而且，本發明之滾筒式離心脫水裝置具有將無機凝聚劑供給至上述旋轉圓筒之平直部之內周面之無機凝聚劑供給路徑，且於上述平直部設置有與上述無機凝聚劑供給路徑連通並貫通上述旋轉圓筒且突出至無機凝聚劑添加用之孔口與轉筒之環狀空間內之無機凝聚劑添加用噴嘴，藉由具有以上之構成，可達成上述第2目的。
又，具有將無機凝聚劑供給至上述旋轉圓筒之平直部之內周面之無機凝聚劑供給路徑，且於上述平直部設置有與上述無機凝聚劑供給路徑連通並貫通上述旋轉圓筒且突出至無機凝聚劑添加用之孔口與轉筒之環狀空間內之無機凝聚劑添加用噴嘴。
又，上述錐部較佳為形成傾斜角不同之2段構造，將第1段之傾斜角設為平緩之傾斜角，而將連接於第1段之第2段設為大於上述第1段之傾斜角之急坡度之傾斜角，藉此有效地阻止高含水率脫水塊向排出側走短路徑(short path)。又，作為短路徑阻止手段，可有效地採用於上述平直部與上述錐部之邊界部及/或錐部之中途形成有成為階差面之堰、及在配置於上述錐部之上述螺旋葉片之旋轉圓筒之根部之一部分設置缺口等。
根據本發明之技術方案1所記載利用滾筒式離心脫水裝置之離心脫水方法及技術方案6所記載之滾筒式離心脫水裝置，存在有以下(1)~(5)所記載特別之效果。
(1)由於藉由使旋轉圓筒之外周面朝向脫水塊之排出側設為朝直徑較大方向在5~30°之範圍內傾斜之錐形狀，可使所排出之脫水塊緩慢地移動至高離心力場，因此脫去水分變得容易，而可實現脫水塊之含水率降低。
(2)藉由使旋轉圓筒之外周面朝向脫水塊之排出側朝直徑較大方向設為錐形狀，使在如習知之滾筒式離心脫水裝置之排出側端部之壓密狀態之脫水塊不會沈積而使脫水塊之排出變得容易。
(3)由於螺旋輸送機具有朝直徑較大方向傾斜之錐部，因此朝向脫水塊排出側使脫水塊之體積緩慢減少，藉此可有效地使用壓入壓力，使壓榨力增大而可使脫水塊含水率降低且容易地排出。其結果，可減輕負荷壓力，使裝置負荷減少而可實現消耗電力之降低。
(4)藉由錐部使高脫水塊保持容量增加，可期待在負阻尼時防止漏水至脫水塊側之效果。
(5)由於可有效地利用脫水塊搬送力與水頭壓作為壓入之壓力，因此可大幅減輕在運轉中因脫水塊所引起裝置內之堵塞。
根據本發明之技術方案3所記載利用滾筒式離心脫水裝置之離心脫水方法及技術方案8所記載之滾筒式離心脫水裝置，除上述(1)~(5)所記載之效果以外，亦發揮以下之效果。
(6)藉由具有上述錐部，使在如習知之滾筒式離心脫水裝置之排出側端部之壓密狀態之脫水塊不會沈積而使脫水塊之排出變得容易，於習知之滾筒式離心脫水裝置中使無法進行之無機凝聚劑之裝置內添加成為可能，可獲得含水率更低之脫水塊。
(7)於裝置內添加至處理液之無機凝聚劑係於錐部有效地與處理液進行混合，使脫水塊之含水率進一步降低。
(8)無機凝聚劑由於在裝置內添加至含水率逐漸降低之脫水塊，因此凝集效果較高而可提高脫水效果。
(9)由於可有效地利用脫水塊搬送力與水頭壓作為壓入壓力，因此可大幅減輕在運轉中因脫水塊所引起裝置內之堵塞。
根據技術方案4之發明，除上述效果(1)~(9)以外，由於無機凝聚劑進一步在平直部添加，並於裝置內添加至含水率逐漸降低之脫水塊，因此凝集效果較高而提高脫水效果，且由於未在壓榨力增大至最大之錐部進行無機凝聚劑之添加，因此有效地防止在錐部之脫水塊之凝固而容易排出。
而且，根據技術方案5及技術方案8之發明，將無機凝聚 劑添加至脫水塊由於係藉由朝向脫水塊表面與脫水塊內部之組合而進行，因此無機凝聚劑可與脫水塊有效率地且均勻地混合。
根據技術方案7之發明，即便具有錐部，由於平直部之搬送力亦成為朝向錐部之壓入力而有效地作用，因此不會產生搬送不良。
根據技術方案9之發明，於第1段之平緩之錐部脫水塊被緩慢壓榨而脫水，藉由第2段之急斜坡部使低離心力部之高含水率脫水塊不會移動至轉筒底部(塊狀物排出口)而使平緩之錐部移動至分離液側。於此情況下，即便於第1段錐部存在有走短路徑，亦於第2段錐部被壓回，因此塊狀物之含水率係與習知之滾筒式相比降低約3~4%之水分。
根據技術方案10之發明，於錐部之入口及、或錐部之中途形成階差而設置堰，藉此可有效地防止高含水率之脫水塊走短路徑至錐部。
根據技術方案11之發明，藉由於螺旋葉片設置缺口，可防止高含水率脫水塊由螺旋葉片被推上至錐部而移動，而可有效地阻止高含水率脫水塊走短路徑至排出側。
以下，根據圖式詳細說明本發明之離心脫水裝置之實施形態。
圖1係表示本實施形態之滾筒式離心脫水裝置1，圖2係 其主要部分之放大概略圖。本實施形態之滾筒式離心脫水裝置1具備有直體圓筒型之轉筒10與配置於該轉筒內且具有相對速度差並朝同方向旋轉之螺旋輸送機20、朝轉筒10及螺旋輸送機20之兩端部突出而形成之中空軸35、40、設置於螺旋輸送機之前端之脫水塊排出室50、設置於後端部之分離液排出室60。而且，轉筒10、裝設於其內部之螺旋輸送機20、脫水塊排出室50、及分離液排出室60係收納於罩殼19內。
轉筒10形成橫型圓筒之滾筒形，轉筒前端形成脫水塊排出室壁11，轉筒後端形成形成有分離液之排出口13之轉筒後端壁12。分離液之排出口13雖然較佳為於轉筒後端壁12呈同心狀地隔設多數之小孔，但不限定於此而可適當地形成。
自轉筒後端壁12之中央部朝外側突出而形成之上游側之中空軸401係旋轉自如地軸承於設置在基座框架80之軸承95，且自作為轉筒前端壁之脫水塊排出室壁11之中央部朝外側突出而形成之下游側之中空軸402係可旋轉地軸承於軸承部90。於中空軸401之外周設置有滑輪71，並由未圖示之作為驅動源之馬達傳動而旋轉驅動轉筒10。中空軸402之前端部係連結於變速裝置70，並且貫通中空軸402之內部使旋轉自如地設置之螺旋輸送機驅動軸23連結於變速裝置70，中空軸402之旋轉力係經由變速裝置70而傳遞至螺旋 輸送機驅動軸23，螺旋輸送機20係與轉筒10同方向地具有相對速度差而旋轉驅動。
而且，貫通上游側之中空軸401之中心部，使外周部成為下述之凝聚劑供給管之雙管構造之處理液供給管41貫通，成為可將處理液與凝聚劑供給至螺旋輸送機之旋轉圓筒21之內部為止。
配設於轉筒內之螺旋輸送機20係使其內部於中空之旋轉圓筒21之外周捲裝螺旋葉片22而成，如上述藉由驅動裝置而與轉筒10具有所需之速度差朝同方向轉動。旋轉圓筒21係如圖1及圖2所示，外周面由圓筒之平直部24與錐部25所形成。如圖2所示，平直部24係自旋轉圓筒之上游側端部延伸，並進一步自脫水塊供給口27延伸至靠近旋轉圓筒之下游側之距離L1之位置為止，錐部25係於靠近旋轉圓筒之下游側直至脫水塊14之排出通路之入口為止以傾斜角α朝向轉筒之內周壁傾斜，而形成於軸向距離L2之範圍。上述錐部25係著眼於如下情況而形成者：藉由使習知之平直構造之旋轉圓筒朝向脫水塊排出側而設為朝較大直徑傾斜之錐構造，隨著朝脫水塊排出方向搬送脫水塊使壓榨力增大，從而使所排出之脫水塊之含水率降低。
然而，若將旋轉圓筒之錐部之錐角度設為30°以上之急斜坡，就會產生搬送不良而造成脫水塊自分離液側流出之殘留(carry-out)，從而無法使搬送負荷上升而無法確認到脫水塊 含水率之改善。進行多種實驗所得結果之錐角度α為未達30°，尤其較佳為10~15°。再者，雖然此處之錐角度係指錐部之錐開始部之角度，但亦有較佳為如下述使錐部形成為多段而於下游側將錐角度設定為超過上述範圍之傾斜角之情況，於形成為多段之情況時係指以連結錐部之起始端與末端部之直線與中心線所成之角度。因此，如下述之實施形態之情況，即便於下游端部附近錐角度超過上述範圍時，連結錐部之起始端與末端部之直線之角度較佳亦為設為未達30°之範圍。又，自處理液供給口至旋轉圓筒平直部之距離L1與錐部距離L2之比，由於平直部24之搬送力會成為朝向錐部之壓入力，因此若縮短L1則壓入力會不足而產生搬送不良，從而引起殘留。因此，L1與L2之比較佳為L1/L2=1.2~5。更佳為L1/L2=1.2~1.5。若L1/L2<1.2，則來自直線部之壓入力會變弱而使脫水率降低，若L1/L2>5以上則裝置之軸向長度會變得過長，因此不適於實現裝置之小型化。另一方面，若L2過度短小，則錐角度變大，如上述產生搬送不良而使脫水塊之含水率降低之效果變小。
於上述錐部25之下游端即與轉筒內周壁最接近且高離心力作用之位置，形成有自該位置朝向內側傾斜之倒錐面28，於與下述之轉筒側倒錐面之間形成成為脫水塊之排出路徑之節流通路52。於圖示之實施形態中，雖然利用與旋轉圓筒21不同構件之圓板構件形成形成倒錐面28之構件，但 亦可與旋轉圓筒21一體地形成。藉由利用與旋轉圓筒不同之構件形成，存在有可根據處理液之性質與狀態等調整節流通路之形狀或截面積之優點。
另一方面，於轉筒10之內周面之下游端部附近，與上述旋轉圓筒側之倒錐面28為對向，可調整地安裝有轉筒側節流通路構件18。雖然該轉筒側節流通路構件18亦於本實施形態中與轉筒分開地形成，但亦可與轉筒一體地形成。藉由旋轉圓筒側節流通路構件28與轉筒側節流通路構件18，形成成為朝向下游側截面積逐漸減少之剖面圓錐環狀之節流通路之脫水塊排出路徑52。
因此，脫水塊之排出路徑52之入口53、即排出路徑之轉筒之開口部係接觸於轉筒10之周壁內面15而設置，另一方面，成為朝向轉筒外之排出口之脫水塊排出路徑之出口54具有朝向半徑方向之高度。因此，可自入口53侵入至排出路徑52內之脫水塊僅限定於沈積層之最下層部之部分。另一方面，出口54係於運轉初期，以不使此出口54溢流之程度供給處理液者，規定轉筒內液面之初期高度。若此排出路徑之出口54過高，則作用於排出路徑52內之脫水塊之離心力會與作用於轉筒內之脫水塊層之推壓力相抵，藉此降低脫水塊之排出力，因此較佳為在所需之範圍內使出口54之高度儘可能地低。
另一方面，分離液排出口13係規定運轉中之環狀空間17 之液面，於分離液排出口13之位置低於出口54時成為在「下側溢流」之狀態下之運轉，而於高於出口54時成為在「上側溢流」之狀態下之運轉。而且，於上側溢流之狀態下運轉之情況時，處理液自脫水塊排出路徑52之流出係由沈積於脫水塊排出路徑之入口53之附近之脫水塊阻止。於最極端之情況下，分離液之排出亦可設為自軸心排出，因此分離液不會自脫水塊之出口54溢流。
接著，對在上述裝置中，凝聚劑之添加手段及方法進行說明。
於旋轉圓筒21內，設置有處理液之供給室26，於其周壁，開設有通至轉筒10與旋轉圓筒21之間之環狀空間17之多數個供給口27，並且自轉筒10之中空軸40插通之處理液之供給管41係於供給室26開口而設置。成為雙重構造之處理液供給管係將圖1中之Z-Z剖面、X-X剖面如圖3、4所示，使內管100成為處理液通路，包圍其外側之外管101係劃分成高分子凝聚劑供給路101a、無機凝聚劑供給路101b、洗淨水供給路101c之3個供給路，於其上游端分別設置有供給口102a、102b、102c，並可連接各自之供給配管。
高分子凝聚劑供給路101a係直接沿著內管100延伸，並於處理液供給室26開口，自處理液之周圍供給至供給室內而與處理液攪拌混合。另一方面，無機凝聚劑供給路101b 係構成為：於處理液供給管41到達處理液供給室26之上游側，如圖5所示，開口連通於通至開口並沿著內周面形成於旋轉圓筒21之無機凝聚劑之軸向流路(圖中之實施形態為4條)105的半徑方向流路104，如下述將無機凝聚劑添加至轉筒內被離心脫水之脫水塊之表面及內部。
於旋轉圓筒21之內部，如上述處理液供給室26劃分形成於靠近上游側，其下游側之平直部之內部區間成為無機凝聚劑添加區域107，以無機凝聚劑無法到達錐部之方式構成。於本發明中，為了使無機凝聚劑有效率地與處理液混合，且有效地提高凝聚效果而有助於脫水率之提高，並且即便為高脫水率時亦不阻礙脫水塊自轉筒排出，從而可進行良好之排出，而實施如下之設計。
無機凝聚劑由於在處理液之水分較多之狀態下效果較小，因此於本實施形態中於自較藉由離心力之作用與螺旋輸送機之推壓力而開始對處理液產生脫水效果之上述供給室靠下游側至錐部為止之平直部之旋轉圓筒21之體壁，如圖6所示，設置通至上述無機凝聚劑之軸向流路105之多數個孔口108及自體壁朝轉筒內延伸並突出之噴嘴109，自旋轉圓筒壁之孔口108將無機凝聚劑後添加至在離心場進行脫水處理中之脫水塊14之表面，並且藉由利用噴嘴109後添加至脫水塊14之內部，將無機凝聚劑均勻地且有效地添加至脫水塊。由於無機凝聚劑之後添加位置較佳為自處理液供 給口27朝向塊狀物排出側距離螺旋輸送機之螺旋葉片22之1間距~2間距之區間，因此上述孔口及噴嘴較佳為設置於平直部之上述區間。
根據本發明者之實驗，可知無機凝聚劑之添加，與利用孔口自旋轉圓筒之內周面僅添加至脫水塊表面、或藉由噴嘴而僅添加至內部之情況相比，可藉由如上述組合孔口與噴嘴提高添加之效果，並於本實施形態中在上述位置配置孔口與噴嘴。又，若於壓榨力增大之錐部添加凝聚劑，則脫水塊會凝固而難以利用螺旋推壓，因此不於錐部添加無機凝聚劑，而僅於平直部添加無機凝聚劑。
於上述裝置中，進行脫水處理之處理液係自處理液供給管41進入至處理液供給室26，而自供給口27供給至環狀空間17內，一面利用轉筒10及螺旋輸送機20旋轉之離心力進行固液分離一面由螺旋葉片22朝向前端搬送。然後，作為已分離之液體部分之分離液係自後端壁之分離液排出口13排出至裝置外。另一方面，脫水塊係由螺旋葉片22一面向轉筒10之前端方向聚集，一面進一步受到因離心力所導致之分離作用，而使殘留液部分之分離持續進行，該分離液係自分離液排出口13排出。
而且，於本發明中，由於螺旋輸送機20之外周面係朝向脫水塊排出側成為錐構造，因此脫水塊係緩慢地移動至高離心力場，且由於朝向脫水塊排出路徑側脫水塊之通過面積會 逐漸減少，因此排出阻力及體積減少力增加，使脫水塊之含水率可進一步降低。更詳細而言，由於錐部之脫水塊之體積會緩慢減少，因此壓榨效率會提高，可有效地使用壓入壓力。其結果，可減輕負荷壓力而實現消耗電力之降低。而且，脫水分離液自旋轉圓筒之脫水塊排出側朝向分離液排出側之移動會變得容易，可使分離液不混入脫水塊而僅排出低含水率之脫水塊。而且，高脫水塊保持容量會增加，可期待在上側溢流時防止漏水至固形側之效果。而且，由於可有效地利用脫水塊搬送力與液壓作為壓入壓力，而可大幅減輕運轉中在裝置內之堵塞。
如上述，於本實施形態之滾筒式離心脫水裝置中，若錐角度未達30°，且為10°以上，自脫水塊供給口至平直部之距離L1與錐部之距離L2之比為L1/L2=1.2倍以上，則與習知之滾筒式離心脫水裝置相比，可降低2%以上之含水率(即脫水率之提高)，且藉由高分子凝聚劑與在裝置內之平直部添加無機凝聚劑之二液添加法，可進一步降低2%以上之含水率。
而且，為了進一步提高脫水率，對上述實施形態進一步研究，結果發現：由於在上述實施形態之錐形狀之情況下，內半徑側之高水分之脫水塊會在錐部進行移動，並與轉筒底部之低含水率脫水塊混合而排出，因此存在有難以降低塊狀物含水率之脫水塊之種類。例如，於混合生污泥之情況下，雖 然固態部分之脫水可充分脫水至極限值為止，但到達錐面之分離液會附著於固態部分之表面而於該狀態下排出，因此就結果而言會阻礙脫水率之降低。
即，朝向錐部前端會造成高含水率脫水塊更短路徑。因此，藉由阻止此高含水率脫水塊走短路徑，可期待進一步提高脫水率。進一步對防止短路徑之方法進行研究，結果確認到如下所述之方法為有效。
圖7係已防止走短路徑之本發明之另一實施形態，於以下之實施形態中，對與上述實施形態相同之部分標註相同之符號，僅對不同之主要部分進行說明。
於本實施形態中，具有將旋轉圓筒21之錐部25設為2段構造之特徵。即，第1段係設為平緩之錐部25a(傾斜角α1=5~15°)，第2段係設為較第1段急斜坡之錐部25b(傾斜角α2=20~60°)。藉由如此將錐部25設為2段構造，可於第1段之平緩之錐部25a將脫水塊壓榨。然後，藉由第2段之急斜坡之錐部25b使內半徑之高含水率脫水塊不會移動至轉筒底部之塊狀物排出口而使平緩之錐部25移動至分離液側。其結果，可確認到與習知之滾筒式相比可使自排出路所排出之裝置外脫水塊之含水率降低約3~4%。
圖8係已防止走短路徑之本發明之又一實施形態。
於本實施形態中，藉由於錐部25之入口(旋轉圓筒外周面之形狀轉換點)設置由高度為10 mm左右之環等構成之堰29 而防止走短路徑。藉由如此於錐部25之入口形成階差而設置堰29，可有效地防止高含水率脫水塊走短路徑至錐部。再者，堰並不限定於本實施形態之情況，亦可形成於錐部之中途。
圖9係已防止走短路徑之本發明之又一實施形態。
於本實施形態之離心脫水裝置中，於旋轉圓筒21之錐部25之螺旋葉片22之錐部表面與螺旋葉片22之連接部，如圖10中示意性地表示，在一部分設置缺口30，藉此防止因螺旋葉片22而使高含水率脫水塊將錐部25推昇而移動。藉此，可以不搬送錐區域之內周側脫水塊之方式有效地阻止高含水率脫水塊向排出側之短路徑。
以上之圖7~10所示之各實施形態雖然可有效地防止高含水率脫水塊走短路徑，但進一步藉由複合地具有此等手段，可更有效地防止走短路徑。
圖11係將圖8所示之實施形態之走短路徑防止手段附加於圖7所示之實施形態者，對與上述實施形態相同之部位標註相同之符號並省略詳細之說明。圖12係同樣地將圖9所示之實施形態之短路徑防止手段附加於圖7所示之實施形態者，對與上述實施形態相同之部位標註相同之符號並省略詳細之說明。
[實施例]
使用圖1所示之實施形態之離心脫水裝置，調查在改變無 機凝聚劑與高分子凝聚劑之添加方法之情況下對塊狀物含水率所造成之影響。再者，以下所示之實施例及比較例均在回收率為96~98%之範圍內所進行。
[實施例1]
處理液：消化污泥
無機凝聚劑：聚合硫酸鐵
高分子凝聚劑：兩性高分子凝聚劑
添加方法：如表1所示，使高分子凝聚劑在添加率0.92~1.80 DS%之間變化而供給至處理液供給室與處理液攪拌混合，自上述孔口及噴嘴每次均添加固定量(添加量為19.0 L/h)之聚合硫酸鐵，調查當時之塊狀物含水率之變化。其結果，可獲得表1及圖13之圖表所示之線圖a之結果。根據該結果確認到：於本實施例中，塊狀物含水率係當高分子凝聚劑添加率為0.92 DS%時約為73.4%，當高分子凝聚劑添加率為1.55%時約為71.6%，當高分子凝聚劑添加率為1.80%時成為71.1%之極低之含水率，脫水效果極高。
[比較例1]
對與實施例1相同之處理液，僅添加實施例1中之高分子凝聚劑，調查其添加率與塊狀物含水率之變化。將其結果以線圖c與實施例1一併表示於圖13中。
[比較例2]
對與實施例相同之處理液，如表1所示，與習知之2液法 同樣地先添加(對於處理液預先通過攪拌槽或配管，與離心脫水前之處理液攪拌混合)相同之兩性高分子凝聚劑與聚合硫酸鐵，無機凝聚劑係與實施例1同樣地設為固定量，與實施例1同樣地改變高分子凝聚劑之添加率。將其結果與實施例1一併表示於表1並以線圖b表示於圖13中。
根據實施例1、比較例1、2之結果可清楚得知：於實施例1之情況時，相對於高分子凝聚劑之大致相同之添加率，塊狀物含水率會降低。而且，可獲得如下結果：於先添加無 機凝聚劑而進行之比較例2之情況時，無機凝聚劑、高分子凝聚劑即便均添加與實施例1大致相同之量，實施例亦使含水率降低約2~3%。又，可獲得如下結果：若與僅添加高分子凝聚劑之比較例1相比，則實施例降低約6%以上。
根據以上之實施例，確認到本實施形態之裝置及藥劑添加方法係與習知技術相比有特別之脫水效果。又，確認到如下情況：無論實施例及比較例之任一情況均不會產生脫水塊之排出不良，於高脫水率之情況下亦可良好地排出，因此本實施形態之離心脫水裝置之離心脫水功能優異。
接著，為了與習知之滾筒式離心脫水裝置進行比較而確認藉由本發明之滾筒式離心裝置之旋轉圓筒朝直徑較大方向具有錐部而使脫水塊之含水率降低，因此進行實施例2及比較例3所示如下之驗證試驗。
[實施例2及比較例3]
作為實施例2-1~2-3，於圖1所示之實施形態之離心脫水裝置中，分別製作α=10°、L1/L2=1.5/1(實施例2-1)、L1/L2=1.2/1(實施例2-2)、L1/L2=1/1(實施例2-3)之試驗機，藉由該裝置於僅先添加高分子凝聚劑時進行作為處理液之混合生污泥之脫水處理，對各者調查裝置內脫水率分佈狀態。
又，作為比較例3使用習知之滾筒式離心脫水裝置，同樣地進行相同之混合生污泥之脫水處理之驗證試驗並調查裝置內脫水率之分佈狀態。
裝置內脫水率之分佈狀態之測定係藉由分別於離心脫水裝置穩定運轉時使運轉緊急停止並在完全停止後，分解裝置並採集沈積於螺旋輸送機之軸向剖面中之螺旋間之裝置內沈積塊，測定各者之單位螺旋間距之外周側、正中及內周側之3點之塊狀物含水率而進行。將其結果表示於圖14。
圖14之圖表係表示如上述進行測定之實施例2-1~2-3及比較例3之裝置內脫水率之分佈狀態，並表示每單位間距之3點之平均值。其結果，於習知之滾筒式離心脫水裝置即比較例之情況下，如圖示裝置內含水率係朝向排出側端部大致直線地降低，排出側端部之含水率降低至大致80.3%為止。相對於此，實施例之裝置內含水率雖然任一者均朝向錐起點以高於比較例之下降斜率減少，於錐部含水率之下降斜率略微減少，但含水率持續減少至排出部為止。發現在實施例中L1/L2=1.5/1即實施例2-1係含水率最低，降低至78.0%為止，與習知之滾筒式離心脫水機相比觀測到含水率降低約2%以上。因此認為其原因在於：藉由將旋轉圓筒之外周面下游側設為錐形狀，可使排出阻力及體積減少力增加，藉此於平直部朝向錐起點，含水率之降低率以高於比較例之斜率增大。因此，確認到藉由將旋轉圓筒之下游部設為錐形狀，可使脫水塊之含水率進一步降低。又，確認到如下情況：關於實施例2之L1/L2對含水率之影響，實施例2-1較實施例2-2、2-3可充分地確保壓入壓力，而對含水率降低更有效。 再者，於圖14之圖表中所謂「供給部」係指圖1所示於實施形態之滾筒式離心脫水裝置中相當於供給口27之位置，所謂「排出部」係表示相當於脫水塊之排出路徑之入口53之位置。
[實施例3、比較例4]
於實施例2-1所採用之離心脫水裝置中，調查與實施例2之情況同樣地進行作為處理液之混合生污泥之脫水處理之情況下離心效果之影響。將其結果表示於圖15。圖15係表示在使實施例3-1及比較例4之離心效果均為2000 G之狀態下以回收率98%以上進行2 m3/h之處理之情況下脫水塊含水率、及於實施例3-2中在2500 G之離心效果之狀態下處理2~5 m3/h之情況下脫水塊含水率與處理量之關係，圖16係表示離心效果與脫水塊含水率之關係。再者，於圖15、圖16之各圖表中，亦一併表示有當時之回收率。又，於圖15中，亦一併表示有下述之實施例5之結果。
於實施例3-1之裝置中在處理處理量為2 m3/h之混合生污泥之情況下脫水塊之含水率係於離心效果為2000 G之狀態下為69.0%。相對於此，於比較例1之裝置中同樣地在離心效果為2000 G之狀態下處理處理量為2 m3/h之混合生污泥之情況下脫水塊之含水率為71.8%(實施例3-1、比較例4)。
即，實施例3-1較比較例4可使含水率降低約2%，可確認到本發明之有效性。而且，雖然實施例3-2係表示在離心 效果為2500 G之狀態下進行之情況下處理量與脫水塊含水率之關係，但根據處理量之增大脫水塊含水率係相關性地增大，由於此傾向於離心效果為2000 G之情況下亦可預期，因此相反地若於實施例2-1之裝置中與比較例2之裝置同樣地以含水率71.8%之含水率進行脫水處理，則如圖15之圖表所示，表示可於實施例之裝置中進行5 m3/h之處理，而於實施例3-1中可預期比較例4之2~2.5倍之處理量。又，如圖16之圖表所示，在同等含水率之狀態下確認到離心效果降低1/2左右，可相應地降低裝置之負荷。根據此等情況，實施例係與比較例相比可實現小型大容量化，與比較例相比可實現大幅度之成本降低及省電化。
[實施例4及比較例5]
於與實施例2-1相同之裝置(L1/L2=1.5/1)中，測試性地製作將錐角度變更為10°(實施例4-1)、30°(實施例4-2)、40°(實施例4-3)之裝置，進行作為處理液之厭氧性消化污泥之脫水處理。作為供驗證試驗之處理液之厭氧性消化污泥之脫水塊濃度(TS)為1.82%，有機物濃度(VTS)為73.8%。驗證試驗係在離心效果2500 G、回收率99%以上之基礎上進行，對處理量分別在2.0~5.0 m3/h內每次增加1.0 m3/h而以4個階段進行。當時之脫水塊之含水率分別如圖17所示。
根據圖17可清楚得知：藉由在同一離心效果之狀態下增大處理量雖然可使脫水塊之含水率增大，但確認到無論處理 量多寡實施例與比較例相比塊狀物含水率均降低。尤其，於錐角度為10°即實施例4-1之情況下，與比較例相比確認到降低2.0~2.7%左右，而確認到顯著之效果。再者，確認到旋轉圓筒之錐角度係於實施例中越小則脫水塊含水率有降低之傾向。如上述，根據本發明之滾筒式離心脫水裝置，即便為厭氧性消化污泥亦確認到與混合生污泥之情況相同之效果，確認到無論處理液之種類為何均對脫水有效。
[實施例5]
為了確認如圖7所示在將旋轉圓筒之錐部設為2段錐之情況下之效果，製作第1段之錐角度為10°、第2段之錐角度為30°之滾筒式離心脫水裝置，調查在該裝置之離心效果為2500 G之狀態下之處理量-脫水塊含水率之關係。其結果，可獲得表2及圖15所示之結果。再者，處理液(污泥種類)係與實施例3-1及比較例4之情況同樣地，為混合生污泥。
根據上表可清楚得知：藉由設為2段錐，實施例5較1段錐之實施例3-1可使含水率多降低約1%左右。
(產業上之可利用性)
本發明之滾筒式離心脫水裝置可利用於汙水處理或工業排水處理、化學/食品工業用各產品之脫水處理等。
1‧‧‧滾筒式離心脫水裝置
10‧‧‧轉筒
11‧‧‧脫水塊排出室壁
12‧‧‧轉筒後端壁
13‧‧‧分離液排出口
14‧‧‧脫水塊
15‧‧‧周壁內面
17‧‧‧環狀空間
18‧‧‧轉筒側節流通路構件
19‧‧‧罩殼
20‧‧‧螺旋輸送機
21‧‧‧旋轉圓筒
22‧‧‧螺旋葉片
23‧‧‧旋轉軸
24‧‧‧平直部
25、25a、25b‧‧‧錐部
26‧‧‧供給室
27、102a~102c‧‧‧供給口
28‧‧‧倒錐面
29‧‧‧堰
30‧‧‧缺口
35、402‧‧‧下游側之中空軸
401‧‧‧上游側之中空軸
41‧‧‧處理液供給管
50‧‧‧脫水塊排出室
52‧‧‧脫水塊排出路徑
53‧‧‧入口
54‧‧‧出口
60‧‧‧分離液排出室
70‧‧‧驅動裝置
71‧‧‧滑輪
80‧‧‧基座框架
90、95‧‧‧軸承部
100‧‧‧內管
101‧‧‧外管
101a‧‧‧高分子凝聚劑供給路
101b‧‧‧無機凝聚劑供給路
101c‧‧‧洗淨水供給路
104‧‧‧半徑方向流路
105‧‧‧軸向流路
107‧‧‧無機凝聚劑添加區域
108‧‧‧孔口
109‧‧‧噴嘴
L1、L2‧‧‧軸向長度
α、α1、α2‧‧‧傾斜角
圖1係本發明之實施形態之離心脫水裝置的前視剖面圖。
圖2係其主要部分之放大剖面概略圖。
圖3係圖1中之Z-Z剖面圖。
圖4係圖1中之X-X剖面圖。
圖5係圖1中之Y-Y剖面圖。
圖6係圖1中之U-U剖面圖。
圖7係本發明之另一實施形態之離心脫水裝置之主要部分前視剖面的放大剖面概略圖。
圖8係本發明之又一實施形態之離心脫水裝置之主要部分前視剖面的放大剖面概略圖。
圖9係本發明之又一實施形態之離心脫水裝置之主要部分前視剖面的放大剖面概略圖。
圖10係圖9之螺旋葉片之A-A箭視圖。
圖11係將圖8所示之實施形態附加於本發明之圖7所示之實施形態所得之又一實施形態之離心脫水裝置之主要部分前視剖面的放大剖面概略圖。
圖12係將圖9所示之實施形態附加於本發明之圖7所示之實施形態所得之又一實施形態之離心脫水裝置之主要部分前視剖面的放大剖面概略圖。
圖13係表示實施例及比較例中相對於高分子凝聚劑添加率之脫水塊含水率之變化的圖表。
圖14係表示實施例2與比較例3中裝置內脫水塊之含水率分布的圖表。
圖15係表示實施例3與比較例4中脫水塊含水率與處理量之關係的圖表。
圖16係表示實施例3與比較例4中脫水塊含水率與離心效果之關係的圖表。
圖17係表示實施例4與比較例5中脫水塊含水率與處理量之關係的圖表。
(一)本案指定代表圖為：第(1)圖。
1‧‧‧滾筒式離心脫水裝置
10‧‧‧轉筒
11‧‧‧脫水塊排出室壁
12‧‧‧轉筒後端壁
13‧‧‧分離液排出口
15‧‧‧周壁內面
17‧‧‧環狀空間
18‧‧‧轉筒側節流通路構件
19‧‧‧罩殼
20‧‧‧螺旋輸送機
21‧‧‧旋轉圓筒
22‧‧‧螺旋葉片
23‧‧‧旋轉軸
24‧‧‧平直部
25‧‧‧錐部
26‧‧‧供給室
27‧‧‧供給口
28‧‧‧倒錐面
401‧‧‧上游側之中空軸
402‧‧‧下游側之中空軸
41‧‧‧處理液供給管
50‧‧‧脫水塊排出室
54‧‧‧出口
60‧‧‧分離液排出室
70‧‧‧驅動裝置
71‧‧‧滑輪
80‧‧‧基座框架
90‧‧‧軸承部
95‧‧‧軸承部

Claims (9)

  1. 一種利用滾筒式離心脫水裝置之離心脫水方法，其係藉由具有朝一方向旋轉之滾筒式之轉筒、及在該轉筒內於與該轉筒在同軸上具有旋轉速度差且朝同方向旋轉之旋轉圓筒之外周捲裝螺旋葉片而成之螺旋輸送機的滾筒式離心脫水裝置，使處理液固液分離而進行固形物及分離液之回收者，其特徵在於：上述滾筒式離心脫水裝置係形成上述轉筒之內周壁沿著上述轉筒之旋轉軸延伸之圓筒形，且上述螺旋輸送機之上述旋轉圓筒之外周面係由上游側為由平直之圓周面構成之平直部及下游側為自上述平直部朝直徑較大方向傾斜之錐(taper，推拔)部所構成，自上述旋轉圓筒之處理液供給口至上述錐部起點為止之平直部之軸向長度L1、與上述旋轉圓筒之錐部之軸向長度L2之比L1/L2，係在1.2~5.0之範圍內，上述處理液係經由形成於上述旋轉圓筒內部之處理液供給室供給至上述轉筒與上述螺旋輸送機之間之環狀空間，一面利用上述轉筒及上述螺旋輸送機旋轉之離心力進行固液分離，一面將分離液自分離液排出口排出，脫水塊係藉由離心水頭壓與上述螺旋輸送機之搬送力向脫水塊排出路徑所推壓而成，上述脫水塊係朝向上述脫水塊排出路徑側，藉由上述錐部 緩慢地移動至高離心力場，且朝向脫水塊排出路側使脫水塊之通過面積逐漸減小而進行脫水。
  2. 如申請專利範圍第1項之利用滾筒式離心脫水裝置之離心脫水方法，其中，具備有：將處理液與高分子凝聚劑供給至上述處理液供給室之處理液供給步驟；自上述處理液供給室經由形成於旋轉圓筒之供給口將添加有上述高分子凝聚劑之處理液供給至轉筒內周之環狀空間，自上述螺旋輸送機之旋轉圓筒內側對一面藉由離心力進行脫水一面由上述螺旋輸送機所搬送之上述脫水塊添加無機凝聚劑之無機凝聚劑添加步驟。
  3. 如申請專利範圍第2項之離心脫水方法，其中，上述無機凝聚劑之供給步驟係自上述螺旋輸送機之平直部之上述供給口，於下游側與上述錐部上游端之間，對上述脫水塊進行添加。
  4. 如申請專利範圍第3項之離心脫水方法，其中，上述無機凝聚劑之添加係藉由對脫水塊表面與脫水塊內部之添加之組合而進行。
  5. 一種滾筒式離心脫水裝置，其係具有朝一方向旋轉之滾筒式之轉筒、及在該轉筒內於與該轉筒在同軸上具有旋轉速度差且朝同方向旋轉之旋轉圓筒之外周捲裝螺旋葉片而成之螺旋輸送機者，其特徵在於：其形成上述轉筒之內周壁沿著上述轉筒之旋轉軸延伸之 圓筒形，且上述螺旋輸送機之上述旋轉圓筒之外周面係由上述上游側為由平直之圓周面構成之平直部、及上述下游側為自上述平直部朝直徑較大方向傾斜之錐部所構成，上述錐部之錐開始部之傾斜角在5至30°之範圍內，自上述旋轉圓筒之處理液供給口至上述錐部起點為止之平直部之軸向長度L1、與上述旋轉圓筒之錐部之軸向長度L2之比L1/L2，係在1.2~5.0之範圍內。
  6. 如申請專利範圍第5項之滾筒式離心脫水裝置，其中，具有將無機凝聚劑供給至上述旋轉圓筒之平直部之內周面之無機凝聚劑供給路徑，且於上述平直部設置有與上述無機凝聚劑供給路徑連通並貫通上述旋轉圓筒且突出至無機凝聚劑添加用之孔口與轉筒之環狀空間內之無機凝聚劑添加用噴嘴。
  7. 如申請專利範圍第5或6項之滾筒式離心脫水裝置，其中，上述錐部係形成傾斜角不同之2段構造，第1段之傾斜角為平緩之傾斜角，而連接於第1段之第2段為大於上述第1段之傾斜角之急坡度之傾斜角。
  8. 如申請專利範圍第5或6項之滾筒式離心脫水裝置，其中，於上述平直部與上述錐部之邊界部及/或錐部之中途形成有成為階差面之堰。
  9. 如申請專利範圍第5或6項之滾筒式離心脫水裝置，其中，在配置於上述錐部之上述螺旋葉片之旋轉圓筒之根部之一部分設置缺口。
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