(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が固形物排出口を有する截頭円錐部とされ且つ他端が分離液口を有する大径端部とされた回転ボウルと、前記回転ボウルの内部に同軸に配置され且つ当該回転ボウルと異なる速度で回転するスクリュウコンベアと、前記回転ボウルの前記大径端部に隣接して設けられ且つ前記分離液口を溢流した分離液が滞留する分離液室と、前記分離液室に装着され且つその外周部が分離液に浸漬される求心型インペラーと、前記求心型インペラーの吐出側流路に設けられた制御弁と、前記制御弁を作動させる制御手段とを含み、前記制御手段は、前記固形物排出口から液体が流出する最小の圧力として予め求められた前記求心型インペラーの吐出圧力を基準圧力として、前記求心型インペラーの吐出圧力が前記基準圧力よりも高くなる様に前記制御弁を所定の調整領域で調節する機能と、連続測定して得られる原液の流量、原液中の固形物濃度、分離液中の固形物濃度および物質収支に基づき、固形物排出口から排出される濃縮液の濃度が所定の濃度となる分離液の流量を演算し、演算した分離液の流量を基準流量として、求心型インペラーの吐出流量を前記基準流量に近付ける様に前記調整領域において制御弁を調節する機能とを備えていることを特徴とするスクリュウ型デカンタ。
【請求項２】
一端が固形物排出口を有する截頭円錐部とされ且つ他端が分離液口を有する大径端部とされた回転ボウルと、前記回転ボウルの内部に同軸に配置され且つ当該回転ボウルと異なる速度で回転するスクリュウコンベアと、前記回転ボウルの前記大径端部に隣接して設けられ且つ前記分離液口を溢流した分離液が滞留する分離液室と、前記分離液室に装着され且つその外周部が分離液に浸漬される求心型インペラーと、前記求心型インペラーの吐出側流路に設けられた制御弁と、前記制御弁を作動させる制御手段とを含むスクリュウ型デカンタを運転するに際し、前記固形物排出口から液体が流出する最小の圧力として予め求められた前記求心型インペラーの吐出圧力を基準圧力として、前記求心型インペラーの吐出圧力が前記基準圧力よりも高くなる様に前記制御弁を所定の調整領域で調節するとともに、連続測定して得られる原液の流量、原液中の固形物濃度、分離液中の固形物濃度および物質収支に基づき、前記固形物排出口から排出される濃縮液の濃度が所定の濃度となる分離液の流量を演算し、演算した分離液の流量を基準流量として、前記求心型インペラーの吐出流量を前記基準流量に近付ける様に前記調整領域において前記制御弁を調節することを特徴とするスクリュウ型デカンタの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、スクリュウ型デカンタ及びその制御方法に関するものであり、詳しくは、汚泥などを濃縮処理するスクリュウ型デカンタであって、所定の濃度で且つ安定した流量で濃縮液を排出することが出来るスクリュウ型デカンタ及びその制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
下水処理場で発生する生汚泥、余剰汚泥等の濃縮処理においては、減容効率、浮遊固形分の回収率、設置面積および環境問題などの観点から、遠心濃縮法を利用したスクリュウ型デカンタが使用される。スクリュウ型デカンタは、高速回転する回転ボウルと、回転ボウル内に同軸的に装着され且つ回転ボウルと一定の差速をもって回転するスクリュウコンベアとを備え、回転ボウル内に供給された汚泥などを遠心力で分離し、回転ボウルの外径側（内壁側）に濃縮した比重の重い固形分をスクリュウコンベアで移動させて回転ボウルの截頭円錐部側から濃縮液として排出し、汚泥の除去された水を他端側から分離液として排出する装置である。
【０００３】
スクリュウ型デカンタにおいて重要なことは濃縮液の濃度と排出量の制御である。本発明者等は、先に、下水汚泥に対して上記のスクリュウ型デカンタを使用し、濃縮液の濃度を安定させることを目的として、回転ボウルから排出される分離液の流量を調節することを主眼とした下水汚泥の濃縮方法を提案している（特開平６−３２０１９８号参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平６−３２０１９８号に開示した方法においては、分離液の流量を単に流量調節弁を用いてＰＩＤ制御しているため、濃縮液を所定の濃度で且つ安定して排出できないことがある。具体的には、予期しない高濃度の汚泥が断続的かつ纏まって排出される場合があり、後続する工程に支障を来たすといった問題がある。従って、スクリュウ型デカンタにおいて、濃縮液を一層安定した濃度および流量で排出し得る改良された手段が望まれる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記の問題を解決すべく種々検討を重ねた結果、次の様な知見を得た。すなわち、従来は、濃縮液の濃度に着目して分離液の排出流量を調整していたため、時々刻々変化する原液の流量に十分追従できず、スクリュウ型デカンタの回転ボウル内では、原液の短時間における流量変化によってその液面（自由表面）が変動する。特に、原液の供給量が一時的に減少した場合には、濃縮液の排出が停止し、極めて濃度の高い汚泥をスクリュウコンベアによって掻き上げて断続的に塊状で排出する結果となる。
【０００６】
本発明者等は、上記の知見に基づいて更に検討を重ねた結果、スクリュウ型デカンタにおいては、原液の不規則な流量変化に対応させて分離液の吐出圧力を適宜に調整することにより、原液の流量変動を緩衝し且つ回転ボウル内の液面を常にオーバーフロー状態に維持し、そして、回転ボウルから溢れる液の流れを利用して濃縮成分を排出するならば、高濃度の濃縮液を断続的に掻き出すことがなく、その結果、濃縮液において極端な濃度変化を来たすことのない連続的で安定した排出が可能となることを知得し、本発明の完成に至った。
【０００７】
すなわち、本発明は２つの要旨からなり、その第１の要旨は、一端が固形物排出口を有する截頭円錐部とされ且つ他端が分離液口を有する大径端部とされた回転ボウルと、前記回転ボウルの内部に同軸に配置され且つ当該回転ボウルと異なる速度で回転するスクリュウコンベアと、前記回転ボウルの前記大径端部に隣接して設けられ且つ前記分離液口を溢流した分離液が滞留する分離液室と、前記分離液室に装着され且つその外周部が分離液に浸漬される求心型インペラーと、前記求心型インペラーの吐出側流路に設けられた制御弁と、前記制御弁を作動させる制御手段とを含み、前記制御手段は、前記固形物排出口から液体が流出する最小の圧力として予め求められた前記求心型インペラーの吐出圧力を基準圧力として、前記求心型インペラーの吐出圧力が前記基準圧力よりも高くなる様に前記制御弁を所定の調整領域で調節する機能と、連続測定して得られる原液の流量、原液中の固形物濃度、分離液中の固形物濃度および物質収支に基づき、固形物排出口から排出される濃縮液の濃度が所定の濃度となる分離液の流量を演算し、演算した分離液の流量を基準流量として、求心型インペラーの吐出流量を前記基準流量に近付ける様に前記調整領域において制御弁を調節する機能とを備えていることを特徴とするスクリュウ型デカンタに存する。
【０００９】
また、本発明の第２の要旨は、一端が固形物排出口を有する截頭円錐部とされ且つ他端が分離液口を有する大径端部とされた回転ボウルと、前記回転ボウルの内部に同軸に配置され且つ当該回転ボウルと異なる速度で回転するスクリュウコンベアと、前記回転ボウルの前記大径端部に隣接して設けられ且つ前記分離液口を溢流した分離液が滞留する分離液室と、前記分離液室に装着され且つその外周部が分離液に浸漬される求心型インペラーと、前記求心型インペラーの吐出側流路に設けられた制御弁と、前記制御弁を作動させる制御手段とを含むスクリュウ型デカンタを運転するに際し、前記固形物排出口から液体が流出する最小の圧力として予め求められた前記求心型インペラーの吐出圧力を基準圧力として、前記求心型インペラーの吐出圧力が前記基準圧力よりも高くなる様に前記制御弁を所定の調整領域で調節するとともに、連続測定して得られる原液の流量、原液中の固形物濃度、分離液中の固形物濃度および物質収支に基づき、前記固形物排出口から排出される濃縮液の濃度が所定の濃度となる分離液の流量を演算し、演算した分離液の流量を基準流量として、前記求心型インペラーの吐出流量を前記基準流量に近付ける様に前記調整領域において前記制御弁を調節することを特徴とするスクリュウ型デカンタの制御方法に存する。
【００１０】
以下、本発明を図２に基づいて更に詳しく説明する。図２は、スクリュウ型デカンタの要部を模式的に示した説明図である。すなわち、図示した回転ボウル（１）内において、分離液室（５）に装着された固定インペラーからなる求心型ポンプ（６）で分離液を汲みだした場合には次式の様な関係が成立する。（産業図書社編「化学機械の理論と計算」１９７０年版第４２７頁参照。）
【００１１】
【数１】
回転ボウル（１）内の液がリングダムを溢流している状態：ノーマル状態（図２中の点線で示すレベルに液面が位置する状態）
Ｐｎ＝（γ／２ｇ）ω2 （Ｒｐ2 −Ｒｎ2 ）  …（１）
Ｐｎ：インペラの吐出圧
ω  ：分離液室内の液の角速度
Ｒｐ：インペラの外半径
Ｒｎ：回転ボウル内の液の自由表面半径
γ  ：液の比重
ｇ  ：重力加速度
【００１２】
回転ボウル（１）内の液面は、制御弁（１６）を絞ることによって当該弁の背圧を上げた場合、内径側（図２において上方）に移動する。そして、回転ボウル（１）内の液が固形物排出口（４）から流出する場合には、次の様に示される。
【００１３】
【数２】
回転ボウル（１）内の液が固形物排出口（４）から流出している状態：オーバーフロー状態（図２中の二点鎖線で示すレベルに液面が位置する状態）
Ｐｏ＝（γ／２ｇ）ω2 （Ｒｐ2 −Ｒｏ2 ）  …（２）
Ｐｏ：インペラの吐出圧
Ｒｏ：回転体内の液の自由表面半径
【００１４】
式（１）及び（２）の比較からＰｏ＞Ｐｎであることが分かる。そして、固形物排出口（４）から濃縮したスラッジを安定して流出させるためには、回転ボウル（１）内の液面をオーバーフロー状態にし、液の流れを利用して排出することが必要である。従って、先ず、求心インペラの吐出側流路（１１）であって、制御弁（１６）の上流側に圧力計（１４）を設置し、回転ボウル（１）内の液面が前記の式（２）のＰｏで表されるオーバーフロー状態における圧力計（１４）の圧力を予め測定しておく。そして、実際の運転に際しては、圧力計（１４）の圧力を所定範囲に維持する様に、制御弁（１６）を作動させて分離液を排出する。その結果、原液の流量その他の変動を緩衝して回転ボウル内の液面を常にオーバーフロー状態に維持することが出来るため、回転ボウル内の液の流れを利用して濃縮成分を円滑に排出することが出来、濃縮液を安定して排出することが出来る。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は、本発明のスクリュウ型デカンタの構造および制御系統を示す説明図である。なお、本実施例においてはスクリュウ型デカンタを「デカンタ」と略記する。
【００１６】
先ず、本発明のデカンタを説明する。本発明のデカンタは、図１に示す様に、一端が固形物排出口（４）を有する截頭円錐部とされ且つ他端が分離液口（３）を有する大径端部とされた回転ボウル（１）と、回転ボウル（１）の内部に同軸に配置され且つ当該回転ボウルと若干異なる速度で回転するスクリュウコンベア（２）と、回転ボウル（１）の大径端部に隣接して設けられ且つ分離液口（３）を介して分離液が供給される分離液室（５）と、分離液室（５）に装着され且つその外周部が分離液に浸漬される求心型インペラー（６）と、求心型インペラー（６）の吐出側流路（１１）に設けられた制御弁（１６）と、制御弁（１６）を作動させる制御手段（１７）とを備えてなる。
【００１７】
回転ボウル（１）の截頭円錐部は、回転ボウル（１）の内周面側に遠心分離された比重の重たい汚泥などの固形成分がスクリュウコンベア（２）によって固形物排出口（４）側に移動させられる際、スクリュウコンベア（２）による掻き上げ作用と協働して固形成分を一層濃縮する様に機能する。また、回転ボウル（１）の大径端部には、当該回転ボウルの軸線と直交する状態で隔壁が配置され、斯かる隔壁に分離液口（３）が複数設けられる。そして、上記の隔壁の外側には、分離液室（５）が形成され、当該分離液室には回転ボウル（１）に対して相対的に回転する求心型インペラー（６）が装着される。
【００１８】
また、スクリュウコンベア（２）の軸は中空軸とされ、斯かる中空部分には、回転ボウル（１）の他端側から同軸状に挿通された給液管（７）の開放端部が挿入される。そして、スクリュウコンベア（２）の軸の周面には、上記の中空部分に通じる開口が複数設けられる。
【００１９】
一方、上記の給液管（７）には原液管路（１３）が接続され、当該原液管路には濃度計（９）及び流量計（１０）が付設される。また、上記の求心型インペラー（６）の吐出口には吐出側流路としての分離液管路（１１）が接続され、当該分離液管路には圧力計（１４）、流量計（１５）、制御弁（１６）及び濃度計（１２）が上流側から順に付設される。なお、固形物排出口（４）下方の濃縮汚泥貯槽には、濃縮液の汚泥濃度を確認するための濃度計（８）が配置される。
【００２０】
本発明においては、マイクロコンピュータ等の演算処理装置を含む制御手段（１７）が設けられており、斯かる制御手段（１７）が特定の機能を備えている。すなわち、制御手段（１７）は、固形物排出口（４）から清澄液体が流出する最小の圧力として試運転時に求められた求心型インペラー（６）の吐出圧力を基準圧力として、求心型インペラー（６）の吐出圧力が前記基準圧力よりも高くなる様に制御弁（１６）を所定の調整領域で調節する機能を備えている。これにより、回転ボウル（１）内に供給される原液の流量が不規則に変化した場合でも、回転ボウル（１）内の液面を一定に維持することが出来、安定した濃縮液の排出が可能となる。
【００２１】
更に、本発明においては、制御手段（１７）が、連続測定して得られる原液の流量、原液中の固形物濃度、分離液中の固形物濃度および物質収支に基づき、固形物排出口（４）から排出される濃縮液の濃度が所定の濃度となる分離液の流量を演算し、演算した分離液の流量を基準流量として、求心型インペラー（６）の吐出流量を前記基準流量に近付ける様に制御弁（１６）を調節する機能をも含む。従って、本発明のデカンタにおいては、排出される濃縮液の濃度を一層安定させることが出来る。
【００２２】
本発明のデカンタにおいて、原液管路（１３）を通じて給液管（７）に導入された汚泥を含む原液は、スクリュウコンベア（２）の軸を介して回転ボウル（１）内に供給される。供給された原液は、回転ボウル（１）の高速回転により、外径側、すなわち、回転ボウル（１）の内周壁側に移動させられ、遠心力によって固形分と水分に分離される。そして、分離された固形分、すなわち、汚泥は、スクリュウコンベア（２）の回転により、固形物排出口（４）側へ移動させられる。その際、回転ボウル（１）の一端側は截頭円錐部とされており、斯かる傾斜面において、固形物は、スクリュウコンベア（２）によって掻き上げられながら脱水される。その結果、固形物排出口（４）からは、濃縮されたスラリー状の濃縮液が排出される。
【００２３】
次に、本発明のデカンタの制御方法について、上記の制御手段（１７）の機能と共に説明する。本発明の制御方法は、上記デカンタにおいて、固形物排出口（４）から清澄液体が流出し始める最小の圧力として試運転時に求められた求心型インペラー（６）の吐出圧力を基準圧力として、求心型インペラー（６）の吐出圧力が前記基準圧力よりも高くなる様に制御弁（１６）を所定の調整領域で調節するとともに、連続測定して得られる原液の流量、原液中の固形物濃度、分離液中の固形物濃度および物質収支に基づき、固形物排出口（４）から排出される濃縮液の濃度が所定の濃度となる分離液の流量を演算し、演算した分離液の流量を基準流量として、求心型インペラー（６）の吐出流量を前記基準流量に近付ける様に前記調整領域において制御弁（１６）を調節する。
【００２４】
ところで、上記デカンタにおいては、回転ボウル（１）への原液供給量（Ｑ）、原液中の固形物濃度（Ｃｉ）、分離液管路から排出される分離液流量（Ｑｌ）、分離液中の固形物濃度（Ｃｌ）、固形物排出口（４）から排出される濃縮液流量（Ｑｓ）、濃縮液中の固形物濃度（Ｃｓ）等の間には次の関係式が成立する。
【００２５】
【数３】
マテリアルバランスから
原液供給量：Ｑ＝Ｑｌ＋Ｑｓ
固形物の量：Ｑ・Ｃｉ＝Ｑｌ・Ｃｌ＋Ｑｓ・Ｃｓ
Ｑ，Ｑｌ，Ｃｉ，Ｃｌが計測された場合
濃縮液流量：Ｑｓ＝Ｑ−Ｑｌ
固形物の量：Ｑｓ・Ｃｓ＝Ｑ・Ｃｉ−Ｑｌ・Ｃｌ
濃縮液中の固形物濃度：
Ｃｓ＝（Ｑ・Ｃｉ−Ｑｌ・Ｃｌ）／（Ｑ−Ｑｌ）…（３）
【００２６】
上記の式（３）は、分離液流量（Ｑｌ）を制御することにより、濃縮液中の固形物濃度（Ｃｓ）を所定の値に設定し得ることを意味する。
【００２７】
上記のデカンタにおいて、原液管路（１３）にて供給される汚泥を含む原液の流量は、流量計（１０）で測定され、信号（Ｑ）として制御手段（１７）に入力される。原液中の汚泥濃度が変動する場合は、原液濃度が濃度計（９）で連続的に測定され、信号（Ｃi ）として制御手段（１７）に入力される。一方、汚泥が分離されて分離液管路（１１）に送出された分離液の圧力は、制御弁（１６）の背圧として圧力計（１４）で測定され、また、分離液の流量は、流量計（１５）で測定されて信号（Ｑｌ）として制御手段（１７）に入力される。分離液中の汚泥濃度、すなわち、固形物濃度は、濃度計（１２）で連続測定され、信号（Ｃｌ）として制御手段（１７）に入力される。
【００２８】
上記の制御手段（１７）に入力された諸データを用い、前記の式（３）により濃縮液の固形物濃度（ＣS ）を演算する。また、固形物濃度（ＣS ）が所定濃度になる分離液流量（Ｑｌ）も式（３）から求められる。濃縮液の固形物濃度（ＣS ）については、原液中の固形物濃度（Ｃｉ）、分離液中の固形物濃度（Ｃｌ）等を正確に測定できる場合、分離液流量（Ｑｌ）を制御することにより、比較的正確に所望値に設定可能であり、常時連続測定の必要はない。しかしながら、濃縮液の濃度が非常に重要な場合、あるいは、原液中の固形物濃度（Ｃｉ）、分離液中の固形物濃度（Ｃｌ）等を正確に測定できない場合は、濃度計を設置し、そのデータを制御手段（１７）に入力して分離液流量（Ｑｌ）の設定に利用する。そして、制御弁（１６）の調節は、演算した分離液流量（Ｑｌ）を基準流量とし、流量計（１５）の値、すなわち、求心型インペラー（６）の吐出流量を前記の基準流量に近付ける様に行われる。なお、制御弁（１６）の調節は、上記の所定の調整領域において行われる。
【００２９】
上記の様に、本発明においては、固形物排出口（４）から液体が流出する最小の圧力として予め求められた求心型インペラー（６）の吐出圧力を基準圧力として、求心型インペラー（６）の吐出圧力が前記基準圧力よりも高くなる様に制御弁（１６）を所定の調整領域で調節するため、回転ボウル（１）内に供給される原液の流量が不規則に変化した場合でも、回転ボウル（１）内の液面を一定に維持することが出来、安定した濃縮液の排出が可能となる。そして、連続測定して得られる原液の流量、原液中の固形物濃度、分離液中の固形物濃度および物質収支に基づき、排出される濃縮液の濃度が所定の濃度となる分離液の流量を演算し、演算した分離液の流量を基準流量として、求心型インペラー（６）の吐出流量を前記基準流量に近付ける様に制御弁（１６）を上記の調整領域において調節するため、排出される濃縮液の濃度を一層安定させることが出来る。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明によれば、汚泥などを濃縮処理するスクリュウ型デカンタにおいて、回転ボウル内の液面を常にオーバーフロー状態に維持し、回転ボウルから溢れる液の流れを利用して濃縮成分を排出するため、高濃度の濃縮液を所定の濃度で安定して排出することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスクリュウ型デカンタの構造および制御系統を示す説明図である。
【図２】スクリュウ型デカンタの要部を模式的に示した説明図である。
【符号の説明】
１  ：回転ボウル
２  ：スクリュウコンベア
３  ：分離液口
４  ：固形物排出口
５  ：分離液室
６  ：求心型インペラー
１１：吐出側流路
１６：制御弁
１７：制御手段
Ｑ  ：原液供給量（原液の流量）
Ｃｉ：原液中の固形物濃度
Ｑｌ：分離液流量
Ｃｌ：分離液中の固形物濃度
Ｑｓ：濃縮液流量
Ｃｓ：濃縮液中の固形物濃度（濃縮液の濃度）
【図１】
0003672605.tif 000002
【図２】
0003672605.tif 000003