(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に回転するボウルと、該ボウル内で該ボウルと同軸に、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、回転中の前記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、これを前記スクリューコンベアによって前記ボウルの一側に集積させ、前記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、
前記ボウルの内周壁が前記ボウルの回転軸に沿って延在する円筒形を形成し、
沈殿した重成分を前記ボウル外へ排出するための排出経路を前記ボウルの一端壁内に設け、
前記排出経路の前記ボウル内への開口が前記ボウル内周壁近傍に設けられるとともに、前記排出経路が排出量を制限する絞り通路となっており、これによって前記排出経路の開口近傍に圧密状態の重成分の堆積層を形成させ、前記絞り通路の排出抵抗によって形成される堆積層の厚さに応じて前記重成分の堆積層に作用する遠心水頭圧と、前記スクリューコンベアの搬送力とによって、前記排出経路を介し前記圧密状態の重成分の堆積層が直接排出されることを特徴とする遠心分離装置。
【請求項２】
前記排出経路からの重成分の堆積層のボウル外への排出口は、ボウル半径より小さな半径位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離装置。
【請求項３】
ボウル内壁近傍から回転軸方向に延びる部材と、これと実質上一定の間隔を置いて延び、前記部材との間に排出経路を形成する部材とを有することを特徴とする請求項１または２に記載の遠心分離装置。
【請求項４】
前記ボウル内壁近傍から回転軸方向に延びる部材と、これと一定の間隔を置いて延びる部材とは、交換可能にボウルに配設されていることを特徴とする請求項３に記載の遠心分離装置。
【請求項５】
前記ボウル内壁近傍から回転軸方向に延びる部材と、これと一定の間隔を置いて延びる部材とは、少なくともその一方がボウル軸方向に移動可能であることを特徴とする請求項３に記載の遠心分離装置。
【請求項６】
前記ボウル内壁近傍から回転軸方向に延びる部材は、円錐形内面を有する部材であり、これと一定の間隔を置いて延びる部材は、円錐形外面を有する部材であることを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載の遠心分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は下水汚泥や工業排水、および化学・食品工業用諸生産品の濃縮、脱水、沈殿重成分および分離水の回収を、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】
汚泥等の固液分離には、従来一般に、デカンタ型の遠心分離装置が使用されている。この分離装置は図７に示すように、横長の直胴部３０の先に円錐筒３１を接続して形成した、高速回転されるボウル（外側回転筒）１内に、内筒（内側回転筒）１１に螺旋翼１２を設けた、ボウル１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、内筒１１よりボウル１内に汚泥等の処理液ａを供給して、遠心力により固液分離を行うものである。そして、ボウル１内で遠心力により、沈降分離された重成分である脱水ケーキｂは、螺旋翼１２により前端部に向けて順次掻き寄せられて行き、円錐筒３１内でさらに圧密脱液作用を受け、前端の排泥口７より機外に排出され、分離液ｃの方は、反対側であるボウル１の後端壁３に設けた排出口３２からオーバーフローして流出されるようになっている。以下、本明細書においては、遠心力の作用する方向、すなわちボウルの半径の大きくなる方向を下、半径の小さくなる方向を上と呼ぶ。
【０００３】
このデカンタ型遠心分離装置は、ボウル１内にろ液を貯めこむため、ろ液が、ケーキを排出する排泥口７から出てしまわないようにするために、および、ビーチと呼ばれる円錐部によって、脱水ケーキをボウル内の水位以上に持ち上げ、脱水効果を高めようとするために、分離液の排出口３２と同程度以上のレベル（水位）まで前端を小径に絞った円錐筒３ｌを必要としているのが特徴である。
【０００４】
これら従来の遠心分離装置は、液相中の結晶などの濃縮や脱水のために発展してきたものであるが、これとはその性質を異にする汚泥のような被処理物の濃縮や脱水に使用しようとすると、汚泥の沈殿層はペースト状で親水性が強く、脱水率を高めるためにはいわば水を絞りだすために強い圧密効果を作用させることが必要となる。上記従来のデカンタ型遠心分離装置において処理液ａは、ボウル１の中央部に供給されたとき、供給直後のボウル直胴部３０においては、高い遠心力場（約２０００〜３０００Ｇ）により固液分離されるものの、脱水ケーキｂが排出されるボウル円錐部３１では、回転中心からの距離（径）が短かくなるために、遠心力が弱くなり、含水率が高まってしまう現象が見られる。事実、図７に示す装置においては、直胴部３０と円錐部３１の境界近くのｄ部分において含水率が最低となることが観測されている。さらに、沈殿層が排出されるためには強い遠心力に逆らって円錐部を上昇する必要があり、スクリューコンベアによって移送しようとしても、含水率が低い場合には摩擦抵抗による共廻りを生じてしまい、ケーキは滞留したまま排出されず、あるいは逆に、直胴部３０の回転中心に近い含水率の比較的に高いケーキのみが排出される傾向が見られる。
【０００５】
また、脱水ケーキｂは、ボウル内の水位を越えて排出させるための大きな傾斜の円錐筒を通過するので、この部分でのスリップをおこして排出が悪くなり、分離液と共に、汚泥が分離液排出口３２から排出されて分離液が汚くなる等の欠点がある。また、排出される脱水ケーキは、直胴部３１の回転中心に近い含水率の比較的高いものが排出されることから、排出される脱水ケーキの含水率を低くするために、ボウル１の回転数を必要以上に高め（約２，０００〜３，０００ｒｐｍ）で運転しているのが実情である。したがって大きな動力を要している。
【０００６】
汚泥のようなスクリューコンベアでの移送が難しいペースト状の沈殿層を排出するために、分離液の排出口の位置が沈殿層の排出口より高いいわゆる「負のダム」あるいは「上側溢流」とよばれる状態での運転が行われる。この１つ、例えばAmbler型（米国特許第３，１７２，８５１号，特開平６−１９０３０２号）においては、ボウル内の被処理液の水頭圧を利用して沈殿層の排出を助けている。しかし、ボウル内の液面が高いため、沈殿層はビーチ部分でも液面下にあり、そのまま遠心力による水頭圧の低いビーチを上昇するため、含水率が高まってしまうという問題があった。
【０００７】
ボウル内には強い遠心力が作用しており、ボウル内の或る層には、その上の液層あるいは沈殿層に作用する遠心力による強い押圧力を受ける。本明細書においては、この押圧力を水頭圧とよぶこととする。
【０００８】
また、Lee型遠心分離装置においては、直胴部と円錐部の境界近傍に、ボウル壁と僅かの間隙を設けた仕切り板を配置し、このボウル壁と仕切り板の間隙から沈殿層の最下部のみを取り出すことによって低い含水率を得ようとしている。しかし、上記のように、含水率の低いペースト状の沈殿層はスクリューコンベアによる移送は困難であり、利用できる水頭もボウル内の水位のみであるので、排出のために掻き揚げ装置（特開平４−５９０６５号）などの特殊構造を必要とする。このタイプのものの１つとして、ボウルの回転軸から処理液を供給し、回転軸から分離液、沈殿層を排出するものもあるが（特公昭６３−３１２６１号）、分離装置としては優れた性能を有するものの、脱水ケーキの含水率の低いものでは排出が困難になる場合が生じる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記の各種遠心分離装置は、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。
【００１０】
本発明は、上述のようなデカンタ型遠心分離装置における問題点を解決するためになされたもので、上記従来型の遠心分離装置において、最も含水率の低いｄ部分から直接に汚泥を排出することができる遠心分離装置を得ようとするものである。これにより、分離の促進によって分離効率の向上が図れるとともに、ボウル回転数の低減化が実現でき、動力の節減と円錐状のビーチ部分を持たないために装置の簡易、小型化が可能となる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の遠心分離装置においては、高速回転されるボウル内に、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を収容した遠心分離装置において、ボウルの一端壁内に脱水ケーキの排出経路を設け、該経路のボウル内への開口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、排出経路からの排出ケーキは、ボウル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を経て排出されることとなる。
【００１２】
排出経路の端壁外への排出口が、ボウル内への開口と同じ高さにあれば、遠心分離装置の始動時に、処理液がボウル内へ供給されると、固形分が濃縮・脱水されること無く、直ちに排出口から排出されることとなり好ましくない。さらに、固形分が十分に沈殿する（従って、分離液の清澄度を高める）には、ボウル内で一定時間、遠心力の作用を受ける必要がある。従って、少なくとも、始動初期の段階では、排出口はボウル内で所期の液面を保持できるだけの高さを有することが有利である。もっとも、運転中は、分離液の排出口が脱水ケーキの排出口よりも低い下側溢流と呼ばれる態様であっても、逆に高い上側溢流と呼ばれる態様であってもよい。上側溢流の場合、分離液の排出口の高さによって決定されるボウル内の水面は排出経路側に堆積した沈殿層によって保持される。
【００１３】
上記排出経路は、沈殿層からの脱水ケーキの排出量を制限する絞りとして作用する。本発明の遠心分離装置においては、排出経路中の脱水ケーキは、主としてその背面に作用する沈殿層の遠心力による水頭圧によって、また、これに加えるにスクリューの搬送力、場合によっては、ボウル内への処理液の供給圧によって押し出される。
【００１４】
排出量は、排出経路から受ける排出抵抗と、これを押し出す圧力によって定まるので、排出経路の開口近傍に沈殿する重成分の堆積層の厚さが小さい場合は、脱水ケーキに作用する水頭圧も小さく、排出量も少ない。従って、排出経路の開口近傍の堆積層の厚さは、スクリューコンベアによって掻き寄せられる沈殿重成分の堆積によって次第に増加することとなる。しかし、堆積層の厚さが増せば、押出し力が強くなり、排出抵抗に打ち勝って排出量を増大させ、沈殿重成分の堆積層の厚さが堆積量と排出量のバランスによって一定に保たれることとなる。
【００１５】
そして、沈殿層の比重は処理液の比重に比して大きいので、排出に利用できる水頭圧は、従来装置で利用している処理液の水頭圧に比して大きなものとなるが、特に絞り効果によって沈殿層が液面よりも高く盛り上がる状態では、水頭圧は極めて大きなものとなり、脱水ケーキの排出を容易にする。そして、この場合の堆積層による脱水ケーキに対する圧密効果は最大となり、排出固形分の低い含水率を達成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明装置の１実施例を示す側断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は同Ｂ−Ｂ断面図、図４は要部の拡大図である。
【００１７】
図１〜図４において、１は高速回転されるボウル（外側回転筒）で、横型円筒の直胴形をなし、その前端の排泥室壁６および後端壁３の中央部には中空軸４，５が突設され、図示を略した軸受に支承されて、駆動装置により高速回転されるようになっている。そして、ボウル１の前端部の排泥室の周壁には、周方向に沿って複数の排泥口７が隔設されている。
【００１８】
この排泥室壁６と排泥口７とは、本実施の態様においてはボウルと一体に構成されているが、遠心分離装置の基本構成ではなく、必要によってボウル１と別体に作成するなど、適宜の設計変更が可能である。また、ボウル１の後端壁３には、分離液の排出口８が設けられている。この排出口８は例えば複数の扇形のものを周方向に隔設したり、或は、図２のように後端壁３に多数の小孔を同心状に隔設するのがよい。
【００１９】
１０はボウル１内に収容されたスクリューコンベアで、横型円筒形の回転胴ｌｌの外周に螺旋翼１２が巻装されており、その両端部を、ボウル１の中空軸４，５のボウル内突出部に支承され、中空軸４に挿通された回転軸１３により、ボウル１と所要の速度差をもって回動されるようになっている。そして、回転胴１１内には、処理液ａの供給室１４が設けられ、その周壁には、ボウル１と回転胴１１との間の環状空間１７と通ずる供給口１５が開設されているとともに、ボウル１の後部中空軸５より挿通された処理液の供給管１６が供給室１４に開口して設けられている。
【００２０】
ボウル１の環状空間１７の前端には壁２が設けられ、この壁２内に脱水ケーキｂの排出経路２０が設けられている。排出経路２０のボウル内への開口部２０ａは、ボウル１の周壁内面に接して設けられ、一方、ボウル外への排出口となる開口部２０ｂは半径方向への高さを有している。従って、開口部２０ａから排出経路に侵入できる沈殿物は堆積層の最も下部の部分のみに限定されることとなる。一方、開口部２０ｂは、運転初期において、処理液がこの開口部２０ｂを溢流しない程度に供給されるもので、ボウル内の液面の初期の高さを定める。この開口部２０ｂが高過ぎると、排出経路２０内の脱水ケーキに作用する遠心力がボウル内の堆積層に作用する押圧力を相殺することによって、脱水ケーキの排出力を低減してしまうので、必要な範囲でなるべく低いことが望ましい。
【００２１】
一方、分離液の排出口８は、運転中の環状空間１７の液面を定め、排出口８の位置が開口部２０ｂよりも低いときはいわゆる「下側溢流」の状態での運転となり、高いときは「上側溢流」の状態での運転となる。そして、上側溢流の状態での運転の場合、処理液の排出経路２０からの流出は、開口部２０ａの近傍に堆積した沈殿層によって阻止される。その最も極端な場合は、分離液の排出は軸心からの排出とすることも可能である。
【００２２】
上記の装置において、脱水処理する処理液ａは、矢印のように供給管１６から供給室１４に入り、供給口１５から環状空間１７内に供給され、ボウル１及びスクリューコンベア１０の回転の遠心力で固液分離されながら螺旋翼１２により前端に向け搬送されるようになる。そして、分離された液体分である分離液ｃは、後端壁の排出口８から機外に排出される。一方、沈殿層は螺旋翼１２によってボウル１の前端方向へと掻き寄せられて行きながら、さらに遠心力による分離作用を受けて、残留液分の分離が進み、その分離液ｃも排出口８より排出される。
【００２３】
一方、ボウル１の前部に搬送された沈殿層は、環状空間１７の前端に、排出経路２０からの排出量との差分だけ堆積する。この堆積層は、沈殿した重成分が例えば砂であれば比重は約２．５〜３であり、水の１に比して格段に重いため、この堆積層に作用する遠心力による水頭圧も水の場合に比して２倍以上となる。さらに、分離液排出口８によって決定される液面の高さが、回転胴１１より低く、その間に空間が残っていれば、堆積層は液面を超えて盛り上がり、その比重の大きさと盛り上がりの高さによって、排出経路の開口２０ａ近傍には大きな遠心水頭圧が作用して堆積層に対する大きな圧密効果を生じ、この遠心水頭圧とスクリューの搬送力とにより排出経路への押出し作用が生じる。
【００２４】
図５は排出経路２０の他の実施の態様を示したものである。この態様においては、排出経路２０が先の実施の態様のように、その断面が端に傾斜した直線状をなすのではなく、開口２０ａ、２０ｂの間に、壁２と平行な部分を含んでいる。このような形状の排出経路は、壁２の厚さが比較的に薄い場合でも、開口２０ａ、２０ｂの間に必要な長さ（すなわち、排出抵抗）および高さの差を取ることが出来る。
【００２５】
上記の環状空間１７の前端壁２は、図４、図５に示すように、上記の排出経路２０を形成するように、僅かの間隔をおいて配設された２つの部材によって構成することが出来る。すなわち、ボウル内壁近傍から回転軸方向に突設された部材２１と、回転胴１１に突設され、上記部材２１と実質上一定の間隔を置いて延び、その間に排出経路を形成する部材２２とで構成することができる。
【００２６】
あるいは、図６に示すように、これらの排出経路２０を形成する部材はボウル１および回転胴１１とは別体とし、ボルト、その他の手段によって固定するようにしてもよい。この時、スペーサ２３を介して組み付けるようにし、スペーサの厚さを適宜選択することによって、その間に形成される排出経路２０の太さを変えることができる。なお、図６において、上半分は排出経路が細い場合、下半分は太い場合を示す。このように排出経路の太さを変えることによって排出抵抗を調節することが出来るが、部材２２先端のボウル内壁からの高さは一定であり、堆積層中の排出される部分は不変である。
【００２７】
また、このような部材２１と２２との間隔調節は、スペーサによらず、ねじなどで移動可能にすることによってなされてもよいことは云うまでもない。このような排出抵抗の調節により、排出量と含水率との調節が可能となる。さらに、必要に応じ、部材２２の高さを変えることにより、堆積層中の排出される部分を変えることもできる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の遠心脱水装置は、従来の遠心分離装置における常識とは異なる技術思想に基づき、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のみを直接に排出するので、脱水ケーキの含水率を従前の遠心分離装置に例を見ないほどに下げることができた。
【００２９】
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、本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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の遠心分離装置の１実施例の構造を示す側断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】同Ｂ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明装置の遠心分離装置における排出経路の構造を示す部分断面図である。
【図５】排出経路の他の実施の態様を示す部分断面図である。
【図６】排出経路の、さらに他の実施の態様を示す部分断面図である。
【図７】従来のデカンタ型遠心分離装置を示す側断面図である。
【符号の説明】
１ ボウル
２ ボウル前端壁
３ ボウル後端壁
４，５ 中空軸
６ 排泥室壁
７ 排泥口
８ 分離液の排出口
10 スクリューコンベア
11 回転胴
12 螺旋翼
13 回転軸
14 処理液供給室
15 供給口
16 処理液供給管
17 環状空間
20 沈殿層排出経路
20ａ 開口
20ｂ 排出口
21，22 排出経路形成部材
23 スペーサ
【図１】
0004153138.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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