(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯留用サイロに一時的に貯留された、高分子凝集剤を使用して脱水した下水汚泥の脱水ケーキの排出装置であって、
前記サイロの底部に配設された底板の直下に上部が開放したケーシングが設けられ、このケーシングに排出用のスクリューが収容されると共に、
貯留された脱水ケーキが前記スクリューに落下しないように、前記ケーシングの排出側の排出端から前記サイロ内に延設されて前記ケーシングの上部を閉塞する閉塞部が形成され、
前記ケーシングの開放された上部の開口部の面積が０．６ｍ２以下に形成される一方、
前記閉塞部が、前記サイロ内における脱水ケーキの通常操業時の最大貯留高さｈ（ｍ）およびスクリュー径Ｄ（ｍｍ）に応じて、式（１）および式（２）により算出されるスクリューピッチ数Ｎに対応する長さＳを少なくとも有することを特徴とする脱水ケーキの排出装置。
Ｎ＝１０×ｈ／ΔＰ                                      （１）
Ｓ＝ｐs×Ｎ                                             （２）
ここで、ΔＰ（ｋＰａ）はスクリュー１ピッチあたりの脱水ケーキの圧力低下を示し、スクリュー径Ｄ（ｍｍ）に対応して式（３）〜式（５）で表される。また、ｈ＜１４ｍ、ｐs（ｍｍ）はスクリューピッチを示し、ｐs≦Ｄである。
ΔＰ＝１５ｋＰａ      （φ２５０≦Ｄ≦φ３００）        （３）
ΔＰ＝１２ｋＰａ      （φ３００＜Ｄ≦φ３５０）        （４）
ΔＰ＝９ｋＰａ        （φ３５０＜Ｄ≦φ４００）        （５）
【請求項２】
高分子凝集剤を使用して脱水した下水汚泥の脱水ケーキを一時的に貯留し、底部に配設された底
板の直下に上部が開放したケーシングを設け、このケーシングに排出用のスクリューを収容し、
貯留した脱水ケーキが前記スクリューに落下しないように、前記ケーシングの排出側の排出端から前記サイロ内に延設されて前記ケーシングの上部を閉塞する閉塞部を設けた脱水ケーキ貯留用サイロであって、
前記ケーシングの開放された上部の開口部の面積が０．６ｍ２以下に形成されると共に、
前記閉塞部が、前記サイロ内における脱水ケーキの通常操業時の最大貯留高さｈ（ｍ）およびスクリュー径Ｄ（ｍｍ）に応じて、式（１）および式（２）により算出されるスクリューピッチ数Ｎに対応する長さＳを少なくとも有することを特徴とする脱水ケーキ貯留用サイロ。
Ｎ＝１０×ｈ／ΔＰ                                      （１）
Ｓ＝ｐs×Ｎ                                             （２）
ここで、ΔＰ（ｋＰａ）はスクリュー１ピッチあたりの脱水ケーキの圧力低下を示し、スクリュー径Ｄ（ｍｍ）に対応して式（３）〜式（５）で表される。また、ｈ＜１４ｍ、ｐs（ｍｍ）はスクリューピッチを示し、ｐs≦Ｄである。
ΔＰ＝１５ｋＰａ      （φ２５０≦Ｄ≦φ３００）        （３）
ΔＰ＝１２ｋＰａ      （φ３００＜Ｄ≦φ３５０）        （４）
ΔＰ＝９ｋＰａ        （φ３５０＜Ｄ≦φ４００）        （５）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、下水汚泥の脱水ケーキを貯留・排出する脱水ケーキ貯留用サイロの排出装置に係り、具体的には、脱水ケーキの自然流出を防止して確実に定量排出できるスクリュー排出装置とこの排出装置を用いた脱水ケーキ貯留用サイロに関する。
【背景技術】
【０００２】
下水汚泥処理では、下水汚泥は、前処理として脱水しやすい状態に調質するために凝集剤が添加され、スクリュープレス、ベルトプレスやフィルタープレス等の脱水機により、通常８０％以下の水分量になるまで脱水して固形状の脱水ケーキにされる。この脱水ケーキは、通常、脱水ケーキ貯留用装置のサイロに一時的に貯留され、次工程、例えば、焼却設備に送るために定量排出される。脱水ケーキ貯留用サイロからの脱水ケーキの定量排出手段として、例えば、一軸型のスクリュー（スクリューコンベア）が用いられる（例えば、特許文献１参照）。このスクリュー１は、図５（a） 〜（c）に一例を示すように、
図６に外観形状を示すサイロ２の周壁２ａの底部に配設された円形の底板３の中心線ＣＬに対称に取り付けた、上部が開放したケーシング、即ち、断面形状が矩形の細長い一対のスクリュートラフ４にその内壁と所要の間隙を設けてそれぞれ収容されている。スクリュートラフ４の、スクリュー１の先端側の下部には排出口５が設けられ、この排出口５に排出管６が接続され、その端部には排出ゲート７が取り付けられている。スクリュー１を収容したスクリュートラフ４の上部には、脱水ケーキの投入側、即ち取り込み側で開放されて開口部８が形成され、排出側で蓋９により閉鎖されて閉塞部１０が形成されている。スクリュー１には、その排出側の端部にスプロケット１１ａが接続され、駆動装置１１によりチェーン駆動される。前記底板３には、その中心Ｃを回転中心として、脱水ケーキ、即ち汚泥の排出時に底板３上を低速で回転し、スクリュー１上を繰り返し通過する、脱水ケーキのブリッジングを破壊するための攪拌翼Ｗが取り付けられている。
【０００３】
前記サイロ２からの脱水ケーキの排出指令により、排出ゲート７が開状態になり、スクリュー１が所要の排出能力を満たす速度で回転し、また、ブリッジ減少防止のため、攪拌翼Ｗも回転する。汚泥は開口部８からスクリュー１に落下移動し、このスクリューの回転運動により順次排出側に移送され、排出口５から排出ゲート７を通過して排出される。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１１６８２号公報（［０００２］〜［０００７］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記脱水機としては、最近では、前記スクリュープレスやベルトプレスのように高分子凝集剤を使用する脱水機が増加している。このような高分子凝集剤を使用して脱水した下水汚泥は、従来、真空脱水機やフィルタータプレスで石灰系凝集剤を使用して脱水した下水汚泥に比べて含水率が８０％前後と高い。また、近年のサイロの大型化により、脱水ケーキの貯留高さが高くなり、前記開口部８、即ちスクリュー１に落下する位置での圧力が従来よりも大きくなっている。このため、排出ゲート７を開状態としただけでは、脱水ケーキ、即ち汚泥は前記開口部８から落下移動せず、スクリュー１が回転運動し始めて排出口５から排出されるのが正常であるが、排出ゲート７を開状態にしただけで汚泥が排出口５から流れ出して、所要の排出能力となるようにスクリュー１の回転速度を設定しても過剰排出となって排出量をコントロールできず、定量排出を行なえない場合がある。
【０００６】
そこで、この発明の課題は、下水汚泥の脱水ケーキ貯留用サイロで、その貯留高さに拘わらず、スクリュー排出装置の排出口から汚泥が自然流出せず、スクリュー回転による排出中の過剰排出を防止して定量排出を確保できる排出装置およびこの排出装置を使用した脱水ケーキ貯留用サイロを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。
【０００８】
即ち、請求項１に係る脱水ケーキの排出装置は、貯留用サイロに一時的に貯留された、高分子凝集剤を使用して脱水した下水汚泥の脱水ケーキの排出装置であって、前記サイロの底部に配設された底板の直下に上部が開放したケーシングが設けられ、このケーシングに排出用のスクリューが収容されると共に、貯留された脱水ケーキが前記スクリューに落下しないように、前記ケーシングの排出側の排出端から前記サイロ内に延設されて前記ケーシングの上部を閉塞する閉塞部が形成され、前記ケーシングの開放された上部の開口部の面積が０．６ｍ２以下に形成される一方、前記閉塞部が、前記サイロ内における脱水ケーキの通常操業時の最大貯留高さｈ（ｍ）およびスクリュー径Ｄ（ｍｍ）に応じて、式（１）および式（２）により算出されるスクリューピッチ数Ｎに対応する長さＳを少なくとも有することを特徴とする。
Ｎ＝１０×ｈ／ΔＰ                                      （１）
Ｓ＝ｐs×Ｎ                                             （２）
ここで、ΔＰ（ｋＰａ）はスクリュー１ピッチあたりの脱水ケーキの圧力低下を示し、スクリュー径Ｄ（ｍｍ）に対応して式（３）〜式（５）で表される。また、ｈ＜１４ｍ、ｐs（ｍｍ）はスクリューピッチを示し、ｐs≦Ｄである。
ΔＰ＝１５ｋＰａ      （φ２５０≦Ｄ≦φ３００）        （３）
ΔＰ＝１２ｋＰａ      （φ３００＜Ｄ≦φ３５０）        （４）
ΔＰ＝９ｋＰａ        （φ３５０＜Ｄ≦φ４００）        （５）
【０００９】
前記上部が開放したケーシング、即ちスクリュートラフに前記閉塞部を設けてスクリューに脱水ケーキが落下しないようにすれば、この閉塞部内部のスクリューを通過するにつれて、脱水ケーキの圧力が順次低下する。実験により検討した結果、後述するように、この圧力低下（ΔＰ）はスクリューピッチの影響を殆んど受けず、上記式（３）〜式（５）に示したように、スクリュー径Ｄによって変化することが判明した。従って、脱水ケーキの貯留高さがｈ（ｍ）の場合、前記閉塞部入側ではスクリュー圧力（スクリューに作用する圧力）は、およそ（ｈ／１０）×１００（ｋＰａ）、即ち１０×ｈ（ｋＰａ）となり、スクリュー径Ｄに対するスクリュー１ピッチあたりの圧力低下ΔＰは式（３）〜式（５）により既知であるため、前記閉塞部入側でのスクリュー圧力（１０ｈ（ｋＰａ））を吸収してスクリュー排出端での脱水ケーキ圧力をほぼ大気圧と等しくして、脱水ケーキの自然流出を防止するために必要なスクリューピッチ数Ｎを求めることができる。従って、前記閉塞部の長さＳとして、少なくとも、ｐs（スクリューピッチ）×Ｎ（スクリューピッチ数）の長さを確保しておけば、スクリュー排出端からの自然流出を防止することができる。
【００１０】
【００１１】
上記開口部の面積が大きくなるほど、前記閉塞部の長さが同じであれば、即ち閉塞部に収まるスクリューピッチ数が同じであれば、スクリュー端部の排出口での汚泥の圧力は増加する。前記開口部の面積を０．６ｍ2以下にすれば、スクリュー排出端での脱水ケーキ圧力がほぼ大気圧と等しくなる前記スクリューピッチ数Ｎとスクリューピッチｐsとから算出される閉塞部長さＳを確保しておけば、貯留された脱水ケーキの圧力は、スクリュー排出端には及ばず、脱水ケーキの貯留高さ、およびスクリューの回転または停止に拘わらず、自然流出を確実に防止することができる。
【００１２】
請求項２に係る脱水ケーキ貯留用サイロは、高分子凝集剤を使用して脱水した下水汚泥の脱水ケーキを一時的に貯留し、底部に配設された底板に上部が開放したケーシングが直付けされ、このケーシングに排出用のスクリューを収容し、貯留した脱水ケーキが前記スクリューに落下しないように、前記ケーシングの排出側の排出端から前記サイロ内方向に延設され前記ケーシングの上部を閉塞する閉塞部を設けた脱水ケーキ貯留用サイロであって、前記ケーシングの開放された上部の開口部の面積が０．６ｍ２以下に形成されると共に、前記閉塞部が、前記サイロ内における脱水ケーキの通常操業時の最大貯留高さｈ（ｍ）およびスクリュー径Ｄ（ｍｍ）に応じて、式（１）および式（２）により算出されるスクリューピッチ数Ｎに対応する長さＳを少なくとも有することを特徴とする。
Ｎ＝１０×ｈ／ΔＰ                                      （１）
Ｓ＝ｐs×Ｎ                                             （２）
ここで、ΔＰ（ｋＰａ）はスクリュー１ピッチあたりの脱水ケーキの圧力低下を示し、スクリュー径Ｄ（ｍｍ）に対応して式（３）〜式（５）で表される。また、ｈ＜１４ｍ、ｐs（ｍｍ）はスクリューピッチを示し、ｐs≦Ｄである。
ΔＰ＝１５ｋＰａ      （φ２５０≦Ｄ≦φ３００）        （３）
ΔＰ＝１２ｋＰａ      （φ３００＜Ｄ≦φ３５０）        （４）
ΔＰ＝９ｋＰａ        （φ３５０＜Ｄ≦φ４００）        （５）
【発明の効果】
【００１３】
この発明では、排出スクリューの排出側に、脱水ケーキ（汚泥）がスクリューに落下しないように設ける閉塞部の長さを、脱水ケーキの貯留高さとスクリュー１ピッチあたりの圧力低下とから、スクリュー排出端での圧力をほぼ大気圧に等しくするために必要なスクリューピッチ数を求めて算出したので、高分子凝集剤を使用した含水率の高い脱水ケーキを大型サイロで貯留した場合でも、汚泥の自然流出を防止することができる。また、汚泥をスクリューへ落下させる開口部面積を規定したので、スクリューの停止時のみならず、回転・排出時でも前記自然流出を確実に防止でき、即ち自然流出を伴う過剰排出を防止でき、定量排出が可能となって、焼却等の次工程への処理が円滑に行われる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、この発明の実施形態を添付の図１から図４に基づいて説明する。
【００１５】
図１（a）および（ｂ）は、下水汚泥の脱水ケーキの貯留用サイロ２のスクリュー排出装置を拡大して示したもので、貯留された脱水ケーキの排出装置の構成および排出挙動については、段落番号［０００２］で、図５（a）および（ｂ）を用いて説明した内容と同様である。前記スクリュー（切出スクリュー）１は、スクリュー径Ｄがφ２５０ｍｍ、スクリューピッチｐsが２００ｍｍであり、脱水ケーキの排出溝を形成するスクリュートラフ４内に収容され、サイロの底板３の中心線ＣＬに対して対称に設けられている。前記サイロ２の通常操業時の最大の貯留高さｈは約６ｍである。スクリュートラフ４のスクリュー排出端側には、脱水ケーキがスクリュー１内に落下させず、スクリュー１内で所要の圧力降下を発生させて排出口５での圧力をほぼ大気圧に等しくして、前述の自然流出を防止ために、排出端１２から長さＳにわたって蓋９を設けて閉塞部１０が形成されている。そして、前記閉塞部１０を除くスクリュートラフ４の上部は開放されて開口部８が形成され、前述のように、この開口部８に貯留された脱水ケーキが落下して、スクリュー１により移送されて排出口５から排出される。
【００１６】
前記閉塞部１０の長さＳは、以下のようにして求めた長さである。即ち、スクリュー径Ｄが２５０ｍｍであるので、式（３）から、スクリュー１ピッチあたりの脱水ケーキの圧力低下ΔＰは１５ｋＰａである。前記サイロ２での通常最大の貯留高さｈは６ｍであるので、この水頭圧分を降下させて排出口５でのスクリュー１の圧力（脱水ケーキ、即ち汚泥の圧力）を大気圧にほぼ等しくするために必要なスクリューピッチ数Ｎは、式（１）にｈ＝６（ｍ）、ΔＰ＝１５（ｋＰａ）を代入して、Ｎ＝４となる。スクリューピッチｐsは２００ｍｍであるので、必要な閉塞部の長さＳは、式（２）にｐs＝２００（ｍｍ）、Ｎ＝４を代入して、Ｓ＝８００ｍｍとなる。このようにして算出した長さＳだけ、スクリュー１の排出口５から上流側に向かって閉塞部１０を設けると、前記通常最大の貯留高さの場合でも自然流出の発生を防止することができ、定量排出が可能になる。
【００１７】
次に、前記式（３）から式（５）の根拠について説明する。式（３）から式（５）は、
図２に模式的に示した実験装置を用いて実施した実験結果に基づいて導出したものである。この実験装置は、サイロの貯留部を模擬したシュート部１３と、スクリュー排出装置を模擬した排出部１４とを備え、この排出部１４内にはスクリュー（図示省略）が収容されている。シュート１３には仕切り弁１５が設けられ、シュート部１３およびスクリューの、Ｐ１〜Ｐ８で示した各位置に圧力ポートが設けられ、内部圧力が測定される。シュート部１３の断面積は０．２４ｍ2（０．４ｍ×０．６ｍ）であり、その上部から荷重Ｌが付加される。そして、含水率８０．１％の汚泥をシュート部１３および排出部１４内に充填し、仕切り弁１５の開度を４水準（１００％、５０％、２０％、１０％）変化させて、荷重Ｌを増加させて脱水ケーキ（汚泥）が流動し始めたときの各位置（Ｐ１〜Ｐ８）の圧力（上位圧力）、および荷重Ｌを減少させて一旦流動した脱水ケーキが停止したときの各位置（Ｐ１〜Ｐ８）の圧力（下位圧力）を、スクリューピッチｐs（ｍｍ）×スクリュー径Ｄ（ｍｍ）がそれぞれ、ｐs１５０×Ｄφ３００、ｐs２５０×Ｄφ３００、ｐs３００×Ｄφ３００、ｐs３００×Ｄφ４００、の４種類のスクリューについて測定した。
図３は各位置（Ｐ１〜Ｐ８）での測定結果を示したもので、測定圧力（縦軸）は、前記上位圧力と下位圧力の平均値である。また、前記排出装置の開口部８（図１（a）、（ｂ）参照）の面積に相当するシュート部１３の断面積は０．２４ｍ2と比較的小さく、仕切り弁１５の開度の影響が小さかったため、上位圧力および下位圧力ともに、各位置の圧力は、仕切り弁１の前記４水準の各開度の圧力を平均した値を用いた。なお、ｐs１５０×Ｄφ３００のスクリューを用いた場合では、圧力測定値の変動が大きく、正常測定値とは見なせなかったため、荷重Ｌから算出される加圧面の圧力からの前記各位置での推定圧力の推移を破線で示した。
【００１８】
図３から、いずれのスクリューの場合でも、Ｐ0―Ｐ4間の圧力は、ほぼ同じ圧力であり、Ｐ4―Ｐ8間、即ちスクリューピッチ間で圧力が低下し、排出口１ａに最も近いＰ8の位置では、圧力は０．１ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇ以下とかなり小さくなっている。各スクリューについて、Ｐ4―Ｐ8間の１スクリューピッチあたりの圧力低下を表１に示す。表１から、スクリュー径Ｄが同一であれば、スクリューピッチｐsが異なっても１スクリューピッチあたりの圧力低下ΔＰは、ほぼ等しいことがわかる。
【００１９】
【表１】
0004704700.tif 000002
【００２０】
表１のスクリュー径Ｄがφ３００ｍｍのときの１スクリューピッチｐsあたりの圧力低下ΔＰは、スクリューピッチｐsが１５０〜３００ｍｍの範囲で変化しても、高々０．２ｋｇｆ／ｃｍ2程度の変動しかないため、スクリューピッチｐsの影響は無視して、スクリュー径Ｄがφ３００ｍｍのときの圧力低下ΔＰを１５ｋＰａと見なす。この値と、スクリュー径Ｄがφ４００ｍｍのときの圧力低下ΔＰ（９ｋＰａ）の値とから、スクリュー径Ｄがφ３５０ｍｍの場合の圧力低下ΔＰを内挿により求めると、ΔＰ＝１２ｋＰａとなる。また、スクリュー径Ｄがφ２５０ｍｍの場合の圧力降下を外挿により求めると、ΔＰ＝２１ｋＰａとなるが、外挿により求めたΔＰは信頼性に欠けるため、スクリュー径Ｄがφ２５０ｍｍの場合には、圧力低下ΔＰは、安全側の値である１５ｋＰａとした。これらのスクリュー径Ｄごとの圧力低下ΔＰの値を表２に示す。なお、式（３）から式（５）では、表２に示した各スクリュー径Ｄ間のΔＰについては、安全側の値、即ちスクリュー径Ｄの大きい方のΔＰを用いた。
【００２１】
【表２】
0004704700.tif 000003
【００２２】
このように、脱水ケーキ貯留用サイロの排出装置として実用されるスクリュー径Ｄの範囲であるφ２５０ｍｍ〜φ４００ｍｍでの、１スクリューピッチあたりの圧力低下ΔＰを、実験結果に基づいて明確にしたので、前記式（１）および式（２）を用いて、脱水ケーキの貯留高さｈ（ｍ）であるときに、スクリュー排出口での圧力を大気圧に略等しくして、自然流出を防止するために必要な閉塞部の長さＳを算出することができる。
【００２３】
図４は、実機での脱水ケーキ貯留用サイロの高さ（最大貯留高さ）に対して前記開口部８の面積（図１（a）、（ｂ）参照）をプロットし、汚泥の自然流出の有無を示したものである。この実機での自然流出についてのデータから、開口部８の面積がおよそ０．６ｍ2以下の場合には（○印で表示）、汚泥の自然流出が発生していないことがわかる。
【００２４】
なお、前記スクリュー排出装置は、必ずしもサイロ２の底板３の中心線ＣＬに対して対称に設ける必要はなく、後段側機器のレイアウトに合わせた配置となる。従って、ブリッジ現象防止のためにスライディングフレームを用いる場合には、中心線ＣＬに沿って設けることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
この発明は、下水汚泥等の廃棄物処理設備の中で、脱水ケーキ貯留用サイロの定量排出装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（ａ）この発明の実施形態のスクリュー排出装置の拡大平面図である。（ｂ）同上の拡大側面図である。
【図２】スクリュー排出端の汚泥圧力に及ぼすスクリュー形状の影響を示す実験装置の模式図である。
【図３】各スクリュー形状についての排出装置内の各位置での平均圧力を示す説明図である。
【図４】実機でのスクリュー開口部面積と汚泥の自然流出との関係を示す説明図である。
【図５】（ａ）従来の脱水ケーキ貯留用のサイロの要部を示す平面図である。（ｂ）同上の側面図である。（ｃ）同上の正面図である。
【図６】サイロの外観図である。
【符号の説明】
【００２７】
１・・・スクリュー
１ａ・・・スクリュー羽根
２・・・サイロ
２ａ・・・周壁
３・・・底板
４・・・スクリュートラフ
５・・・排出口
６・・・排出管
７・・・排出ゲート
８・・・開口部
９・・・蓋
１０・・・閉塞部
１１・・・スプロケット
１２・・・排出端
１３・・・シュート部
１４・・・排出部
１５・・・仕切り弁
【図１】
0004704700.tif 000004
【図２】
0004704700.tif 000005
【図３】
0004704700.tif 000006
【図４】
0004704700.tif 000007
【図５】
0004704700.tif 000008
【図６】
0004704700.tif 000009