(57)【要約】【課題】本発明の課題は、脱水効率の高い性能を維持しつつ低遠心力で稼働される新方式のスクリュー排出型デカンタを提供することにある。【解決手段】本発明の遠心脱水機は、一方向に回転する円筒形のボウルと、このボウル内でボウルと同軸に、かつ回転速度差を有して同方向に回転するスクリューコンベアとを有し、回転中のボウル内に供給される処理液から重成分を遠心力によって分離沈降させ、これをスクリューコンベアによってボウルの一側に集積させ、重成分と分離液とを分離排出する遠心分離装置において、遠心力により外側に押しつけられた固い固形物層の内側に層を成す柔らかい固形物を、開口部群もしくはスクリーンを介してコンベアハブ内に流出させ、再度遠心沈降部で分離処理にかける循環方式を採用する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に回転する円筒形のボウルと、このボウル内でボウルと同軸に、かつ回転速度差を有して同方向に回転するスクリューコンベアとを有し、回転中のボウル内に供給される処理液から重成分を遠心力によって分離沈降させ、これをスクリューコンベアによってボウルの一側に集積させ、重成分と分離液とを分離排出する遠心分離装置において、遠心力により外側に押しつけられた固い固形物層の内側に層を成す柔らかい固形物を、スクリューコンベア回転胴に設けた開口部群もしくはスクリーンを介してコンベアハブ内に流出させ、再度遠心沈降部で分離処理にかける上層固形物還流型スクリューコンベア遠心脱水機。
【請求項２】
スクリューコンベア遠心脱水機は沈殿した重成分の排出経路をボウルの一端壁内に設け、該排出経路のボウル内への開口がボウル内周壁近傍に設けられ、沈殿層は、主として該開口近傍の重成分の堆積層の遠心水頭圧によって遠心力のかからないボウル外へ排出される方式のものである請求項１に記載の上層固形物還流型スクリューコンベア遠心脱水機。
【請求項３】
スクリューコンベアの回転胴は円筒形ではなく脱水ケーキ排出口側に半径が短くなるテーパー形態が採られている請求項１または２に記載の上層固形物還流型スクリューコンベア遠心脱水機。
【請求項４】
コンベアハブ内には、スクリューコンベア回転胴に設けた開口部群もしくはスクリーンを介してコンベアハブ内に流出させられた柔らかい固形物を洗い流す洗浄液供給手段を備えたものである請求項１乃至３のいずれかに記載の上層固形物還流型スクリューコンベア遠心脱水機。
【請求項５】
駆動時の遠心力が１００〜３００Ｇの低遠心力である請求項１乃至４のいずれかに記載の上層固形物還流型スクリューコンベア遠心脱水機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は下水汚泥や固体成分を含む工業排水等の脱水処理、およびスラリー状物質の濃縮、脱水、固液分離成分の回収を、遠心力により行うようにした遠心分離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来汚泥等の固液分離には、一般にデカンタ型の遠心分離装置が使用されている。このデカンタ型の遠心分離装置の一種である上側溢流方式所謂ネガティブ方式の装置は基本的に、沈殿層の排出口はボウル内の液面と同等ないしはそれより高い位置にあり、排出にボウル内の水頭圧を利用するとしても、ボウル内の処理液の水頭圧は、重い沈殿層の水頭圧よりも小さく、水頭圧のみで排出することは原理的に不可能であり、なんらかの排出機構を必要とする。特許文献１にはデカンタ型遠心分離装置において、ボウル内の最も含水率の低い部分から直接に汚泥を排出し、含水率の低下と分離効率の向上を図ることを目的とした遠心分離装置が提示されている。この装置は図５に示すように、高速回転されるボウル１内に、これと相対速度差をもって回転されるスクリューコンベア１０を収容した遠心分離装置において、ボウル１の後端壁２内に脱水ケーキの排出経路２０を設け、該経路２０のボウル１内への開口２０ａはボウルの内周壁近傍に設け、排出経路の端壁外への排出口２０ｂはそれよりも高い位置、すなわち、ボウル内周壁半径よりも小さな半径位置に設けられる。これにより、排出経路２０からの排出ケーキｂは、ボウル１の一端に堆積した沈殿層中、堆積物に作用する遠心力の水頭圧による圧密効果の最も高い部分からのもののみが排出経路２０を経て遠心力のかからないボウル外へ排出される構成を採用している。これによって、ボウル内の沈殿物の堆積層のうち、最も高い圧密作用を受けている部分、すなわち、最も含水率の低い堅い部分のみを直接に排出するので、従前の遠心分離装置に例を見ないほどに脱水ケーキｂの含水率を下げることができた。そして、含水率の低い堆積層は、排出が困難となるのが常であったが、この発明の遠心分離装置においては、排出経路の排出抵抗によって高い堆積層を形成させることにより発生する高い水頭圧を利用して、特別の排出手段を設けること無く、排出することを可能にしている。このため、比較的に単純な構成で、比較的に小型の装置でありながら、高い脱水率と、高い分離効率を得ることができたものである。
【０００３】
上記の直胴型脱水機は、脱水効率の上で抜群の能力を有しており、特にＶＴＳ（有機物含有量）が高く、繊維分が少ない難脱水性汚泥に対して有効な装置であるが、ボウル１の回転数を約２，０００〜３，０００ｒｐｍといった高速回転で運転する必要があるため、大きな駆動エネルギーを要するという問題がある。日本の汚泥処理の６０％近くは、バクテリアによる活性汚泥化をはかる標準活性汚泥法を採用し、排出される活性汚泥を焼却するプロセスを採用している。この活性汚泥は繊維分を多く含み脱水性がよいため、焼却に適した含水量が比較的容易に得られるため、省エネ型脱水機が望まれる傾向にある。そのような事情の中で、低動力のベルトプレス型脱水機を採用している施設が多い。前述の特許文献１にかかる直胴型脱水機は、脱水性能の点では大いに勝っているが高速回転駆動を要するため電気設備を大型化したり、防音パッケージを備える必要が伴い、ランニングコストや初期投資の点に着目するとベルトプレス型脱水機と比べ条件が厳しい状況にある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２１９０９７号公報「遠心分離装置」平成１３年８月１４日公開  段落番号［０００９］〜［００１１］の記載と図１
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、脱水効率の高い性能を維持しつつ低遠心力で稼働される新方式のスクリュー排出型デカンタを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の遠心脱水機は、一方向に回転する円筒形のボウルと、このボウル内でボウルと同軸に、かつ回転速度差を有して同方向に回転するスクリューコンベアとを有し、回転中のボウル内に供給される処理液から重成分を遠心力によって分離沈降させ、これをスクリューコンベアによってボウルの一側に集積させ、重成分と分離液とを分離排出する遠心分離装置において、遠心力により外側に押しつけられた固い固形物層の内側に層を成す柔らかい固形物を、開口部群もしくはスクリーンを介してコンベアハブ内に流出させ、再度遠心沈降部で分離処理にかける循環方式を採用する。特に有効な態様として、沈殿した重成分の排出経路をボウルの一端壁内に設け、該排出経路のボウル内への開口がボウル内周壁近傍に設けられ、沈殿層は、主として該開口近傍の重成分の堆積層の遠心水頭圧によって遠心力のかからないボウル外へ排出される遠心分離装置にこの方式を取り入れる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図４に示すように高遠心力型デカンタによって処理液を分離するとボウル１内で外側には固く締まった固形物Ａが、内側には液Ｃが分離されるが、その中間に粒子状の浮遊しやすい固形物Ｂが液体と混合された柔らかくぬるぬるした層ができる。固く締まった固形物Ａは排出されにくく、柔らかい固液混合物Ｂが排出されやすい。固形物Ａを排出させようとスクリュー１２との回転差を大きくすると柔らかい固液混合物Ｂが液体Ｃ内に逃げ込み液分離機能が低下する。この柔らかい固液混合物Ｂを固形物排出口７から排出させようとスクリュー１２との回転差を小さくすると今度は固く締まった固形物Ａが排出されず、機内につまりを起こすことになる。そこで、本発明はその固液混合状態の中間層を液排出口８にも固形物排出口７にも逃がさずにコンベアハブ４に還流し、新たに搬入された処理液中の固形物Ａと合流させて再度遠心分離処理にかける方式に想到したものである。すなわち、この方式では還流された固形物Ｂの層の上に固形物Ａが積層され、共に遠心力を受けることで固形物Ｂがボウルの大径側に移送され易く、そこでより大きな遠心力を受け、沈殿及び圧密作用が進行されることになる。また固形物Ｂは還流中にも遠心力を受けているためその間も沈殿作用を受けることになる。
【０００８】
図１に本発明の上層固形物循環型スクリューコンベア遠心脱水機の全体構成図を示す。ここに示したものはスクリューコンベア遠心脱水機の構成としては先の特許文献１に提示されている直胴型高速遠心力脱水機の構成、すなわちボウル１の一端壁２内に脱水ケーキの排出経路２０を設け、該経路２０のボウル１内への開口２０ａはボウルの内周壁近傍に設け、排出経路の端壁外への排出口２０ｂはそれよりも高い位置、すなわち、ボウル内周壁半径よりも小さな半径位置に設けた構成を採用している。これにより、排出経路２０からの排出ケーキｂは、ボウル１の一端に堆積した沈殿層中、堆積物に作用する遠心力の水頭圧による圧密効果の最も高い部分からのもののみが排出経路２０を経て遠心力のかからないボウル外へ排出される機能を備えることになる。本発明に特有の主たる構成はスクリューコンベア１０の回転胴１１が密封壁ではなくスクリーン若しくは有孔壁である点と、この回転胴１１内の空間即ち、コンベアハブ４を洗浄する洗浄水が供給される構成が採用されている点である。
【０００９】
上記のような構成が採られている装置において、ボウル１の回転に対してスクリューコンベア１０の回転差を大きくして駆動すると、図２において固形物Ａは図中右側すなわち固形物排出口７側に加圧移送される。沈殿層排出経路２０の開口２０ａはボウル１の最大径近傍に設けられているため、最も固く締まった固形物Ａがそこから排出され、中間層をなす固液混合液Ｂが排出経路２０から排出されることはない。最も固く締まった固形物Ａと共に固形物排出口７側に加圧移送される固液混合液Ｂはスクリーン若しくは有孔壁となっているスクリューコンベア１０の回転胴１１の壁を介して、この回転胴１１内の空間であるコンベアハブ４内に流出する。この回転胴１１は回転動作をしているためコンベアハブ４内のものには遠心力が働いているわけであるが、その遠心力よりもスクリューコンベア１０による圧送力の方が勝るため固液混合液Ｂはコンベアハブ４内に流出される。コンベアハブ４内に流出された固液混合液Ｂは、洗浄液によって洗い流され、図中左側にある遠心沈降部５に還流され、新たな処理液と共に該遠心沈降部５で再度遠心分離にかけられる。コンベアハブ４を図３に示されるようにテーパー面とすることは必須ではないが、このような構成を採用した場合は遠心力の作用で固液混合液Ｂと洗浄液は半径の大きい図中左側にある遠心沈降部５に還流され易い。この洗浄液はサイクロン流となるように供給する形態を採用してもよく、そのときはコンベアハブ４内でサイクロン流が発生することにより遠心力は更に増大され、固形物の沈殿作用を促進できる。このように本発明では柔らかく浮遊しやすい固形物Ｂは沈殿層排出経路２０から排出されることはなく、還流されて比重の大きい固形物Ａと合流して積層され、再度遠心分離にかけられるため固形物としての回収率が高くなる。このとき使用される洗浄液は本システムにおいて処理された分離液を利用すればよく、特別な洗浄液を必要としない。
【００１０】
本発明における最も大きな長所は必要な遠心力が１００Ｇ乃至３００Ｇでよいという点である。構造的に分離能力が高いため、従来のような高遠心力を必要としないのである。因みに従来の高遠心力脱水機では２，０００〜３，０００ｒｐｍの回転、２ＫＷ／ｍ３の高動力が必要であるが、本発明装置では低遠心力で運転するため電力消費が０．４ＫＷ／ｍ３程度と大幅に低減される。また、低回転駆動であることから低騒音となるため、この種の装置には必需付帯設備であった防音用のパッケージが必要でないこと。更に低遠心力駆動に伴い回転体は従来に比べ機械的強度条件が低くなり、軽量化が可能となると共に処理物による部材の摩耗が低減し、スクリューコンベアフライト摩耗を防止するための特殊タイルを必要としない等々、多くのメリットが生じる。また、本発明は固液混合液Ｂをコンベアハブ内に流出させ新たな処理液と合流させて再度遠心分離にかけるのであるが、その還流路は従来空洞空間であったコンベアハブを利用するものであって、新たな構成部材を設置する必要がないため、装置が大型化することもなく空洞空間の有効利用という形態で実施できる。上記列記した事項はいずれもシステムのコストダウンに有効に作用する。
【００１１】
本発明は固液混合液Ｂがスクリーン若しくは有孔壁となっているスクリューコンベア１０の回転胴１１の壁を濾過して、この回転胴１１内の空間であるコンベアハブ内に流出するものである点で、従来のバースクリンタイプのデカンタ型遠心脱水機と構成が類似する。バースクリンタイプのデカンタの場合、処理液のすべてをボウル外周より濾過させるため、目詰まりを起こしやすいという欠点を有しているが、本発明の場合遠心分離された上層の固液混合物Ｂだけがスクリーンの外側から内側へ流出濾過されるため、その量は処理液の３０％程度であり、目詰まりを起こすような固形物はボウルの外側下層部に分離されて直接沈殿層排出経路から排出され、このスクリーンを通過することはない。したがって、従来のバースクリンタイプのデカンタ型遠心脱水機のようなスクリーンの目詰まりという心配はない。
【００１２】
【発明の効果】
本発明の上層固形物還流型スクリューコンベア遠心脱水機は、一方向に回転する円筒形のボウルと、このボウル内でボウルと同軸に、かつ回転速度差を有して同方向に回転するスクリューコンベアとを有し、回転中のボウル内に供給される処理液から重成分を遠心力によって分離沈降させ、これをスクリューコンベアによってボウルの一側に集積させ、重成分と分離液とを分離排出する遠心分離装置において、遠心力により外側に押しつけられた固い固形物層の内側に層を成す柔らかい固形物を、スクリューコンベア回転胴に設けた開口部群もしくはスクリーンを介してコンベアハブ内に流出させ、再度遠心沈降部で分離処理にかけるものであるから、柔らかい固形物Ｂの層の上には新たに供給された処理液中に存在する比重の大きい固形物Ａ積層し遠心分離を効果的に実行することができる。また、コンベアハブ内を還流される際にも遠心力を受けるので、その間も沈殿作用を受けることになり柔らかい固形物が固く締まった固形物へと推移する。また、本発明は固液混合液Ｂをコンベアハブ内に流出させ新たな処理液と合流させて再度遠心分離にかけるものであるが、その還流路は従来空洞空間であったコンベアハブを利用するものであって、新たな構成部材を設置する必要がないため、装置が大型化することもなく空洞空間の有効利用という形態で実施できる。
また、沈殿した重成分の排出経路をボウルの一端壁内に設け、該排出経路のボウル内への開口がボウル内周壁近傍に設けられ、沈殿層は、主として該開口近傍の重成分の堆積層の遠心水頭圧によって遠心力のかからないボウル外へ排出されるスクリューコンベア遠心脱水機にこの上層固形物還流方式を採用した本発明は、最も固く締まった固形物のみを沈殿物排出口から排出するので、更に固形物の遠心分離による脱水を効果的に実行することができる。
【００１３】
本発明の上層固形物還流型スクリューコンベア遠心脱水機において、スクリューコンベアの回転胴を円筒形ではなく脱水ケーキ排出口側に半径が短くなるテーパー形態を採用した場合は、還流される柔らかい固形物が該回転胴内周面を分離液排出側に流されて、新たな処理液と共に効果的に再度遠心分離にかけられる。
また、コンベアハブ内に、スクリューコンベア回転胴に設けた開口部群もしくはスクリーンを介してコンベアハブ内に流出させられた柔らかい固形物を洗い流す洗浄液供給手段を備えたものである本発明の上層固形物還流型スクリューコンベア遠心脱水機は、回転胴に設けた開口部群もしくはスクリーンにおける目詰まりを起こす心配が無く上層固形物還流を安定して行うことができる。
【００１４】
本発明の上層固形物還流型スクリューコンベア遠心脱水機の最大のメリットは、構造的に分離能力が高いため、必要な遠心力が１００Ｇ乃至３００Ｇでよいという点である。これによって、本発明装置では電力消費が大幅に低減されて運転コストも低くなり、受電設備も大型化する必要はなく初期投資のコストも低減される。また、低騒音となるため、この種の装置には必需付帯設備であった防音用のパッケージが必要でないこと。更に低遠心力駆動に伴い回転体は従来に比べ機械的強度条件が低くなり、軽量化が可能となると共に処理物による部材の摩耗が低減し、特殊タイルを必要としない等々、多くのメリットが生じる。また、上記列記した事項はいずれもシステムのコストダウンに有効に作用するので、従来省エネルギー型脱水機として低動力のベルトプレス型脱水機を採用している下水処理場などでもそれに代わる設備として採用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の上層固形物還流型スクリューコンベア遠心脱水機の全体構成を示す図である。
【図２】柔らかい固形物の中間層をコンベアハブ内に流出させる本発明のメカニズムを説明する図である。
【図３】還流された柔らかい固形物と新たな処理液とを合流させて遠心分離させる本発明の形態を説明する図である。
【図４】従来のスクリューコンベア遠心脱水機における固液分離の問題点を説明する図である。
【図５】先行技術にかかる直胴型スクリューコンベア遠心脱水機を説明する図である。
【符号の説明】
１  ボウル                    １２  スクリュー
２  後端壁                    ２０  沈殿層排出路
３  前端壁                    ２０ａ  開口
４  コンベアハブ              ２０ｂ  排出口
５  遠心沈降部                Ａ  固く締まった固形物層
７  固形物排出口              Ｂ  柔らかい中間固形物層
８  分離液排出口              Ｃ  分離液層
１０  スクリューコンベア
１１  回転胴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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