(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の濾板間に濾布を張設したフィルタープレスの濾布間の空隙に、圧縮性スラリーを圧送して脱水する方法であって、該圧縮性スラリーを前記フィルタープレスに充填する際および脱水前期においては、該圧縮性スラリーを容積式ポンプにて圧送し、ひき続き低圧大容量型ポンプにて圧送して、該圧縮性スラリーをフィルタープレスに供給して脱水し、その後の工程である脱水後期においては、該圧縮性スラリーを容積式ポンプにて圧送し、ひき続き、高圧小容量型ポンプに切換えて圧送して、該圧縮性スラリーをフィルタープレスに供給して脱水することを特徴とする圧縮性スラリーの脱水方法。
【請求項２】
低圧大容量型ポンプから高圧小容量型ポンプへの圧送切換えを、フィルタープレスでの脱水圧力が0.8ＭＰａ以上１ＭＰａ以下の間に実施することを特徴とする請求項１に記載の圧縮性スラリーの脱水方法。
【請求項３】
圧縮性スラリーを予め攪拌した後に圧送することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧縮性スラリーの脱水方法。
【請求項４】
圧縮性スラリーを圧送する容積式ポンプ、低圧大容量型ポンプおよび高圧小容量型ポンプと、複数の濾板間に張設した濾布にて圧縮性スラリーを脱水するフィルタープレスと、前記低圧大容量型ポンプと高圧小容量型ポンプとの圧送を切換える切換え手段とを有することを特徴とする圧縮性スラリーの脱水設備。
【請求項５】
容積式ポンプを、ヒドロスタルポンプ、チューブポンプ、ギヤポンプのいずれか１種とし、低圧大容量型ポンプを渦巻きポンプとすることを特徴とする請求項４に記載の圧縮性スラリーの脱水設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば製紙工業界におけるパルプ処理物、化学工業界における炭酸カルシウム処理物、更には、食品工業界における澱粉、オカラ処理物等、処理物の中に気泡が存在するいわゆる圧縮性スラリーの脱水を行うフィルタープレスを使用した脱水方法および脱水設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、各種の産業界において、発生する種々の汚泥、残土等を分離・減容化し、例えば埋立て材としての利用、土壌改良材への各種用材化等として活用する装置として、フィルタープレスが各種の産業界に幅広く利用されている。 このフィルタープレスの濾過工程において、濾過時間を短縮し、濾過効率の向上を目的として、まず原液を低圧大容量型ポンプである渦巻きポンプで圧送して濾室を急速に充填し、その後、高圧小容量型ポンプに運転を切換えて原液を圧送して濾過を実施している。
【０００３】
かかる濾過工程における両ポンプでの運転切換え時期を適正化し、それにより濾過効率の向上をはかる技術として、例えば特開２０００−６１２１３号公報に開示されている。
この技術の概要は、低圧大容量型ポンプ運転時における濾水の単位時間あたりの流量を検出し、該流量が、予め設定している設定流量より小さくなった時期に低圧大容量型から高圧小容量型ポンプへと運転を自動的に替える。
また、低圧大容量型ポンプ運転時における濾水の積算流量を検出し、該積算流量が、予め設定している設定積算流量に達した時期に前記両ポンプの運転を自動的に切換える。
【０００４】
さらに、原液の圧送圧力を検出し、該検出圧力が予め設定している設定圧力に達した時期に前記両ポンプの運転を自動的に切換える。
これにより、フィルタープレスの処理能力や原液の性状等に関係なく、ポンプの切換え時期を適切に制御でき、その結果濾過効率を高めることが可能と開示されている。
しかしながら、前記特開２０００−６１２１３号公報に開示されている技術のものは、以下の課題を有しており、実用技術としては、まだまだ改良の余地を有していた。
【０００５】
即ち産業界において、フィルタープレスで処理が可能な処理対象物とは、各種の汚泥・残土等の非圧縮性物の他に、例えば、前記のとおり、製紙工業界におけるパルプ処理物、化学工業界における炭酸カルシウム処理物、更には、食品工業界における澱粉、オカラ処理物等があり、これらの処理物の中には、気泡が存在するいわゆる圧縮性スラリーがある。
このような圧縮性スラリーであるパルプ、炭酸カルシウム、澱粉、オカラ等の処理物を前記特開２０００−６１２１３号公報に開示されている低圧大容量型ポンプである渦巻きポンプで圧送すると、該処理物の中に気泡が存在しているため圧送することが非常に難しい。
【０００６】
従って、このような処理部をフィルタープレスにて、実際に脱水するためには、渦巻きポンプで圧送する前に、対象とする処理物に多量の注水を行うと共に、攪拌・混合し、該処理物の中に存在している気泡を完全に除去し、その後前記渦巻きポンプで圧送している。
このため、注水による処理対象物の容量・重量が大きくなり、その分、後工程である該スラリーの圧送、脱水における設備が大きくなると共に、全体の脱水時間が長くなり、該工程でのランニングコストも大きくなり実用上、大きな問題となっていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、フィルタープレスによって脱水を行う処理対象物が、圧縮性スラリーであっても、注水、攪拌・混合等の前処理を不要とし、かつ、脱水効率の良い脱水方法および脱水設備を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、圧縮性スラリーを圧送するポンプの組み合わせを最適化することにより、処理対象物が圧縮性のスラリーであっても、該スラリーへの注水・攪拌・混合等の前処理が一切不要となり、極めて脱水効率の良い脱水方法および脱水装置を提供するものであり、その要旨とするところは、特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
【０００９】
（１）複数の濾板間に濾布を張設したフィルタープレスの濾布間の空隙に、圧縮性スラリーを圧送して脱水する方法であって、該圧縮性スラリーを前記フィルタープレスに充填する際および脱水前期においては、該圧縮性スラリーを容積式ポンプにて圧送し、ひき続き低圧大容量型ポンプにて圧送して、該圧縮性スラリーをフィルタープレスに供給して脱水し、その後の工程である脱水後期においては、該圧縮性スラリーを容積式ポンプにて圧送し、ひき続き、高圧小容量型ポンプに切換えて圧送して、該圧縮性スラリーをフィルタープレスに供給して脱水することを特徴とする圧縮性スラリーの脱水方法。
（２）低圧大容量型ポンプから高圧小容量型ポンプへの圧送切換えを、フィルタープレスでの脱水圧力が0.8ＭＰａ以上１ＭＰａ以下の間に実施することを特徴とする（１）に記載の圧縮性スラリーの脱水方法。
（３）圧縮性スラリーを予め攪拌した後に圧送することを特徴とする（１）または（２）に記載の圧縮性スラリーの脱水方法。
【００１０】
（４）圧縮性スラリーを圧送する容積式ポンプ、低圧大容量型ポンプおよび高圧小容量型ポンプと、複数の濾板間に張設した濾布にて圧縮性スラリーを脱水するフィルタープレスと、前記低圧大容量型ポンプと高圧小容量型ポンプとの圧送を切換える切換え手段とを有することを特徴とする圧縮性スラリーの脱水設備。
（５）容積式ポンプを、ヒドロスタルポンプ、チューブポンプ、ギヤポンプのいずれか１種とし、低圧大容量型ポンプを渦巻きポンプとすることを特徴とする（４）に記載の圧縮性スラリーの脱水設備。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の内容を図面に基づいて説明する。まず、本発明における脱水設備の構成について、図１乃至図３を用いて説明する。図１および図２は、共に本発明における脱水設備の全体該要図および脱水フローを示す。同図において、１は、複数の濾板間に濾布を張設したフィルタープレスである。脱水を対象とする圧縮性スラリー１９は図示していない前工程から搬送され、スラリー槽６に搬入される。該スラリー槽６には先端に攪拌羽根１０を有し、電動機７により該攪拌羽根１０を回転させる機構の攪拌機８が設けられている。この攪拌機８により前記スラリー槽６へ搬入された圧縮性スラリー１９は、該スラリー槽６での上下方向に均一な濃度となり、これにより以降の工程において、脱水を常時・安定的に行うことができる。
【００１２】
２、３、４は前記スラリー槽６に貯留されている圧縮性スラリー１９を前記フィルタープレス１へ圧送するポンプであって、夫々定容量型ポンプ２、低圧大容量型ポンプ３、高圧小容量型ポンプ４から構成されている。５は管路９に配設されている切換弁であり、該切換弁５により一連の脱水工程の途中で、前記低圧大容量型ポンプ３から高圧小容量型ポンプ４へのスラリーの圧送切換えを行うことができる。２０は、フィルタープレス１での脱水時の脱水圧力を検出する圧力計を示す。
尚、前記定容量型ポンプ２としては、一般的に従来から工業界において、高濃度な流体の輸送に使用されている容積式ポンプであるヒドロスタルポンプ、チューブポンプ、ギヤポンプから選ばれる一つが望ましく、また低圧大容量型ポンプ３としては、渦巻きポンプを使用することが望ましい。
本発明において、従来用いられていたポンプの前段に、容積式ポンプを配置することにより、圧縮性スラリーを前処理せずにフィルタープレスへ圧送することが可能な理由は定かではないが、以下のような現象が発生し効率のよい脱水が可能となるものと考えられるので、発明の技術上の意義を理解するために参考情報として記載する。
１）圧縮性スラリーをまず容積式ポンプで圧送することにより、ポンプ内の滑り等の吐出 ロスがなく、ポンプ内に入った量と同じ量を後段の低圧大容量型ポンプへ圧送するこ とができる。
２）低圧大容量ポンプはそれ自身、圧縮性スラリーの圧送は困難であるが、容積式ポンプ は、圧縮性スラリーに圧力を与え、スラリー中の気泡を潰し、見かけ上、非圧縮性ス ラリーに変換してしまう。
３）低圧大容量ポンプの入口ではスラリーの性状が圧縮性から非圧縮性に変換されている ので、通常のスラリーの圧送のごとく、インペラーとケーシング内で圧力が発生し、 吐出口からの圧送が可能となる。
４）よって、これら異なる機構の２種類の直列したポンプにより圧縮性スラリーの圧送が 可能となり、脱水機で脱水が可能となるものと考えられる。
５）その結果、圧縮性スラリーにわざわざ前処理をすることなく、非圧縮性スラリーの圧 送のごとく、脱水機への圧送が可能となり、効率よく脱水が可能となるものと考えら れる。
【００１３】
つづいて、本発明に使用する高圧小容量型ポンプ４の主要部を構成する圧送装置１１について、図３を用いて説明する。圧送装置１１としては特許第2762011号公報に開示されているものであって、その概要を簡単に説明すると、外筒の１２内部には、一対の可撓性弾性体膜１３が取付けられており、該可撓性弾性体膜１３により、図示していない定量シリンダーからの油が入出する１４の被駆動流体室と、圧縮性スラリー１９が入出する被圧送流体室１５と、中間流体室１６が、形成されている。１７．１８は圧縮性スラリー１９が被圧送流体室１５へ入出する場合の吸入弁および吐出弁である。
つづいて、本発明の脱水方法における作用・効果を確証するため、種々の圧縮性スラリー１９を用いて１からの予備テストを実施した。以下にその内容と結果について説明する。
【００１４】
＜テスト１：従来法での脱水データー＞
まず、テスト１として、従来の方法における脱水データーを以下の方法で取得した。
設備としては、図６および図７に示している実際の汚泥処理用として現存する脱水設備、即ち複数の濾板間に濾布を張設したフィルタープレス１を、低圧大容量型ポンプ３としては、渦巻きポンプを、高圧小容量型４ポンプとしては、前記図３で説明したものからなる高圧ポンプにより構成されている脱水設備を使用した。スラリー槽６としては、攪拌機８付きの既存の設備を流用した。
【００１５】
また、圧縮性スラリー１９の種類としては、パルプ処理工程で発生した圧縮性スラリー濃度：約７％、比重約1.2のものを使用した。
＜テストの要領＞
まず前記の濃度が約７％、比重が約1.2のパルプ処理圧縮性スラリー中には気泡が多く存在し、前記のとおり現有の渦巻きポンプではフィルタープレス１への圧送が困難である。従って、スラリー槽６において、系外から水を加えると共に攪拌機８にて、充分に攪拌・混合し、濃度が約４％、比重が約2.2である非圧縮性に近いスラリーになるように調整した。
【００１６】
次に、前記調整後のスラリーを用いて、脱水の前期、即ち、フィルタープレス１の濾布間の空隙への該スラリーの充填とその後の一部脱水には、図６の太線に示すように、前記スラリー槽６から低圧大容量型ポンプ３によりフィルタープレス１に圧送して脱水し、圧力計２０で検出される脱水時の圧力が、約0.6ＭＰａに到達した時点で、切換弁５を切換え、以降のスラリーの圧送は、図７の太線に示すように、低圧大容量型ポンプ３に引き続き高圧ポンプ４により直接フィルタープレス１へ圧送を続け、前記圧力計２０で検出される脱水時の圧力が約４ＭＰａに到達した時点で、前記低圧大容量型ポンプ３および高圧ポンプ４の運転を停止し、フィルタープレスでの脱水を完了した。この時の各々の経過時間と脱水圧力との相関を図４の曲線Ｄに示す。尚、この場合、得られた脱水ケーキの含水率は、約４８％であった。
【００１７】
＜テスト２：本願発明法での脱水データー＞
次に、本発明の脱水方法によるデーターを得るために、図１および図２に示すように、前記現存の設備のスラリー槽６の近傍にある管路９の途中に、定容量型ポンプ２として選定したヒドロスタルポンプを新規に設け、該設備を本テスト２用として使用した。
次に、本テストに使用した圧縮性スラリー１９としては、下記の３種類の物を使用した。１つは、前記テスト１で使用したスラリーと全く同じものであって、パルプ処理工程で、発生した圧縮性スラリー濃度：約７％、比重約1.2のものを使用した。
【００１８】
残りの２つのスラリーとしては、本願発明がその適用対象とする各種の圧縮性スラリーの中より選定した澱粉処理物スラリーで、濃度：約9％、比重約1.3のものと、オカラ処理物スラリーで、濃度：約11％、比重約1.4のものを使用した。尚、以下に説明するテストにおいて、前記３種のスラリーは、いずれもスラリー槽６において、前記テスト１で実施したように、水の添加による希釈は全く行わず、スラリー槽６においては、攪拌機８での攪拌のみを行った。
【００１９】
次に、前記の各種のスラリーを用いて、脱水の前期、即ち、フィルタープレス１の濾布間の空隙への該スラリーの充填とその後の一部脱水には、図１の太線に示すように、前記各種のスラリーを前記スラリー槽６から定容量型ポンプ２に引き続き、低圧大容量ポンプ３である渦巻きポンプにてフィルタープレス１に圧送して脱水し、圧力計２０で検出される脱水時の圧力が、約0.8〜1.0ＭＰａに到達した時点で、切換弁５を切換え、以降のスラリーの圧送は、図２の太線に示すように、定容量ポンプ２に引き続き、高圧ポンプ４により圧送を続け、前記圧力計２０で検出される脱水時の圧力が約４ＭＰａに到達した時点で、前記高圧ポンプ４の運転を停止し、フィルタープレス１での脱水を完了した。この時の各々の経過時間と脱水圧力との相関を図４の曲線Ｃ、Ｂ、Ａにそれぞれ示す。尚、この場合得られた脱水ケーキの含水率は、約45〜49％であった。
【００２０】
図４において、横軸は本脱水テストにおける経過時間（分）を示し、縦軸は、テスト時の脱水圧力（Ｍｐａ）を示す。Ｔ1、ｔ1、ｔ2、ｔ3は、前記脱水初期迄の経過時間を夫々示し、同様にＴ、ｔa、ｔb、ｔc、は脱水完了までの経過時間（分）を夫々示す。
【００２１】
尚、前記脱水前期から、脱水後期へのポンプの切換えの基本的な判断としては、継続して圧送・脱水しているフィルタープレス１における濾過水が殆ど発生しなく、即ち、飽和した段階でその切換えを行うことが、望ましい。その時の脱水圧力としては、フィルタープレスでの脱水圧力が0.8ＭＰａ以上１ＭＰａ以下の間に行う事が望ましい。0.8ＭＰａ以下で切換えを行うと次工程での高圧ポンプでのスラリーの圧送量が少ないために、結果的に、脱水が完了するためのトータル脱水時間が長くなり、逆に脱水圧力が１ＭＰａ以上になると、空運転のような脱水状態となり、脱水が完了するまでのトータル脱水時間が長くなると共に、両ポンプでの電気エネルギーが、ロスになりその分ランニングコストが上昇する。次に、 前記テスト１およびテスト２のテスト結果データーを総括して表１に示す。
【００２２】
【表１】
0003796164.tif 000002
【００２３】
以上の種々のテスト１およびテスト２の結果を示す図４および表１から、明らかなように、本発明の方法によると同じ含水率の脱水ケーキを得る、即ち同じ脱水を実施しようとした場合、本発明法においは、必要な脱水完了までの時間は、従来法に比較した場合、約１／３程度と大幅に短縮され、従って、本発明の作用・効果が大なることであると確証された。
【００２４】
＜テスト３：本願発明法での脱水データ＞
以上のように本発明法での作用・効果が明確に確証できたため、本発明が適用対象とする圧縮性の別のスラリーとして、化学工場で発生する結晶粒を有する圧縮性の他のスラリーを使用して、前記のテストに使用した設備で、同様なテストを実施した。その結果を図５および表２に示す。
【００２５】
【表２】
0003796164.tif 000003
【００２６】
従来この種の結晶粒を有する圧縮性流体の脱水時間は、前記の理由、即ち、該結晶粒を有する圧縮性流体に存在する気泡を除くため注水を行うこと等により、約3.5〜４時間程度所有していたが、 前記の図５および表２から、明らかなように、上記のテスト結果においても、今回の脱水時間は、約１時間程度の極めて短時間での脱水が可能となっていることが明らかである。
【００２７】
なお以上の実施例において、使用するフィルタープレス１の型式としては、特許第2889092に開示されている圧入式のもので説明したが本発明の適用はこれに限られることは、なく例えば、特開昭61-82815号公報に開示されているよな圧搾式の型式のフィルタープレスを用いてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の効果は次のとおりである。
フィルタープレスによって脱水を行うスラリーの処理対象物が、圧縮性のスラリーであっても、該スラリへの注水・攪拌・混合等の前処理が一切不要となり、極めて脱水効率の良い脱水方法が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における脱水設備の全体該要図および脱水フローを示す図である。
【図２】本発明の実施例における脱水設備の全体該要図および脱水フローを示す図である。
【図３】本発明の実施例における高圧ポンプを構成する圧送装置の概要を示す図である。
【図４】本発明のテスト１およびテスト２の結果を示すグラフである。
【図５】本発明のテスト３の結果を示すグラフである。
【図６】従来の脱水設備の全体該要図および脱水フローを示す図である。
【図７】従来の脱水設備の全体該要図および脱水フローを示す図である。
【符号の説明】
１    フィルタープレス
２    定容量型ポンプ
３    低圧大容量型ポンプ
４    高圧小容量型ポンプ
５    切換え弁
６    スラリー槽
７    電動機
８    攪拌機
９    管路
１０  攪拌羽根
１１  圧送装置
１２  外筒
１３  可撓性弾性体膜
１４  被駆動流体室
１５  被圧送流体室
１６  中間流体室
１７  吸入弁
１８  吐出弁
１９  圧縮性スラリー
２０  圧力計
【図１】
0003796164.tif 000004
【図２】
0003796164.tif 000005
【図３】
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【図４】
0003796164.tif 000007
【図５】
0003796164.tif 000008
【図６】
0003796164.tif 000009
【図７】
0003796164.tif 000010