遠心分離装置及び汚泥脱水方法
【課題】高分子凝集剤と無機凝集剤を脱水助剤として添加して汚泥を脱水するにおいて、汚泥中に無機凝集剤を均一に分散させて脱水効率を高める
【解決手段】中空の円筒部を有し、遠心力の作用により汚泥を脱水汚泥と分離液とに分離する回転ボウルと、回転ボウル内に配置され、回転ボウルと相対的な差速をもって回転するスクリューコンベアと、回転ボウル内に汚泥を供給する手段と、回転ボウル内に供給される汚泥に第１の凝集剤を添加する第１の凝集剤添加手段と、前記回転ボウルに形成されている脱水汚泥の排出口に向けてスクリューコンベアが移送している汚泥に第２の凝集剤を添加する第２の凝集剤添加手段と、を含む遠心分離装置であって、前記第２の凝集剤添加手段は、一部又は全部が回転ボウル内の汚泥中に浸漬される添加用部材を含んでおり、汚泥中に浸漬された位置に第２の凝集剤の吐出口を配置する。
【解決手段】中空の円筒部を有し、遠心力の作用により汚泥を脱水汚泥と分離液とに分離する回転ボウルと、回転ボウル内に配置され、回転ボウルと相対的な差速をもって回転するスクリューコンベアと、回転ボウル内に汚泥を供給する手段と、回転ボウル内に供給される汚泥に第１の凝集剤を添加する第１の凝集剤添加手段と、前記回転ボウルに形成されている脱水汚泥の排出口に向けてスクリューコンベアが移送している汚泥に第２の凝集剤を添加する第２の凝集剤添加手段と、を含む遠心分離装置であって、前記第２の凝集剤添加手段は、一部又は全部が回転ボウル内の汚泥中に浸漬される添加用部材を含んでおり、汚泥中に浸漬された位置に第２の凝集剤の吐出口を配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心分離装置及び汚泥脱水方法に関し、特に、凝集剤を脱水助剤として添加して汚泥を脱水する遠心分離装置及び汚泥脱水方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば上下水、産業排水、し尿などの水処理過程で発生する汚泥は、デカンタと称される遠心分離装置によって脱水処理される。
【０００３】
デカンタは、ケーシングと、ケーシング内で水平軸回りに回転するボウルと、ボウル内に収容されたスクリューコンベアと、ケーシング外に配置された駆動モータを備えている。そして、回転するボウル内に汚泥を供給し、遠心力の作用を利用して汚泥から水分を分離する。このとき、ギアボックス等の差速発生装置を用いてスクリューコンベアを回転させることにより、脱水汚泥をボウルの円錐部に形成されている排出口まで移送して排出する。一方、汚泥から分離された水分（分離液）は、ボウルの他端に形成されている分離液排出口から排出される（例えば、特許文献１−３参照）。
【０００４】
特許文献１−３は、高分子凝集剤と無機凝集剤の２種類を添加することによって脱水率を高める方法（いわゆる２液薬注方式）を開示している。従来における脱水汚泥の含水率は８０％程度であったのに比べ、この２液薬注方式によれば７０％程度にまで含水率を低くすることが可能である。しかしながら、特許文献１−３に開示されている汚泥脱水方法及びデカンタは、円錐部（すなわち、ビーチ部）にある濃縮汚泥（すなわち、脱水途中の汚泥）の上面に無機凝集剤を噴射供給しているので、濃縮汚泥中に無機凝集剤が均一に分散されず、濃縮汚泥と無機凝集剤とが十分に反応しない場合がある。特許文献１のデカンタは、無機凝集剤の分散性を高めるための撹拌羽根を設けてはいるが、特に、汚泥の深層部にまで無機凝集剤を均一に分散させることはできない。特許文献１の撹拌羽根は、濃縮汚泥と無機凝集剤の反応性を高めるための対策として十分でない。
【０００５】
デカンタの脱水能力を高めることは、結果としてデカンタの小型化及び省電力化につながる。特に、省電力化を実現できればＣＯ２排出量の低減に寄与することとなるので、ユーザーの期待は大きい。さらに、脱水汚泥の含水率を数パーセントでも低くできれば、その後に行われる汚泥最終処分の費用や労力を大幅削減できることにもなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２５４０１９８号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６４４１７号公報
【特許文献３】特開２０１０−２６４４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、第１の凝集剤と第２の凝集剤を脱水助剤として添加して汚泥を脱水する２液薬注方式の遠心分離装置及び汚泥脱水方法において、汚泥中に第２の凝集剤を均一に分散させて脱水効率を高めることのできる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の遠心分離装置は、中空の円筒部を有し、遠心力の作用により汚泥を脱水汚泥と分離液とに分離する回転ボウルと、回転ボウル内に配置され、回転ボウルと相対的な差速をもって回転するスクリューコンベアと、回転ボウル内に汚泥を供給する手段と、回転ボウル内に供給される汚泥に第１の凝集剤を添加する第１の凝集剤添加手段と、前記回転ボウルに形成された脱水汚泥の排出口に向けてスクリューコンベアが移送している汚泥に第２の凝集剤を添加する第２の凝集剤添加手段と、を含む遠心分離装置であって、前記第２の凝集剤添加手段は、一部又は全部が回転ボウル内の汚泥中に浸漬される添加用部材を含んでおり、汚泥中に浸漬された位置に第２の凝集剤の吐出口を配置していることを特徴とする。
【０００９】
前記添加用部材は、例えばスクリューコンベアの螺旋状のスクリュー羽根が兼用することができる。このようにスクリュー羽根を利用すれば、添加用部材としての新たな部材の追加を省略し、部品点数の増加を抑えることができる利点がある。或いは、前記添加用部材は、スクリューコンベアに固定配置され、スクリューコンベアと一体的に回転するディスク部材，ノズル部材，ブリッジ部材とすることもできる。ディスク部材とブリッジ部材には、汚泥の移送を妨げることによって汚泥の流れを不連続とする作用があるので、第２の凝集剤の分散効果が高まるという利点がある。
【００１０】
さらに、第２の凝集剤は、スクリューコンベアの汚泥搬送方向，汚泥搬送方向とは反対の方向，又はスクリューコンベアの円周方向の中から選択される１以上の方向に向けて添加することができる。いずれの方向及び組み合わせた方向とするかは、例えば処理する汚泥と第２の凝集剤との反応性に応じて決定することができる。
【００１１】
さらに、第２の凝集剤の分散を促進させて脱水効率を高めるために、添加用部材よりも脱水汚泥の排出口側に位置するスクリュー羽根のピッチを狭くしたり、羽根の先端と回転ボウル内周面との間のクリアランスを部分的に大きくしたりすることができる。さらに、第１の凝集剤を添加する前に、第３の凝集剤を汚泥に添加するようにしてもよい。なお、第２の凝集剤は、添加用部材の汚泥中に浸漬した吐出口から添加するだけでなく、添加用部材の汚泥に浸漬していない部分にも吐出口を形成して添加するようにしてもよく、及び／又は、従来のスクリューコンベアの胴部から添加することも併せて行うようにしてもよい。
【００１２】
また、本発明の汚泥脱水方法は、中空の円筒部を有する回転ボウル内に汚泥を供給すると共に、回転ボウルを回転させて遠心力の作用により汚泥を脱水汚泥と分離液とに分離し、回転ボウル内に配置されたスクリューコンベアを回転ボウルとは相対的な差速をもって回転させることによって脱水汚泥を回転ボウルに形成されている脱水汚泥の排出口から排出する汚泥脱水方法において、回転ボウル内に供給される汚泥に第１の凝集剤を添加した後、前記回転ボウルに形成された脱水汚泥の排出口に向けてスクリューコンベアが移送している汚泥に第２の凝集剤を添加するにあたり、第２の凝集剤は、汚泥中に浸漬された添加用部材の吐出口から供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、遠心分離装置を用いて２液薬注方式で汚泥を脱水するにあたり、汚泥に第１の凝集剤を添加した後、回転ボウルに形成された脱水汚泥の排出口に向けてスクリューコンベアが移送している汚泥に第２の凝集剤を添加する。このとき第２の凝集剤は、汚泥中に浸漬された添加用部材の吐出口から供給することにより、回転ボウル内にある濃縮された汚泥に第２の凝集剤を均一に分散させることができる。その結果、濃縮汚泥と第２の凝集剤を十分に反応させることができ、低含水率の脱水汚泥を安定して得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に従う遠心分離装置を示す。
【図２】上記遠心分離装置の部分断面図である。
【図３】上記遠心分離装置のスクリュー羽根の変形例である。
【図４】上記遠心分離装置に第３の凝集剤を添加する変形例である。
【図５】本発明の第２実施形態に従う遠心分離装置の部分断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に従う遠心分離装置の部分断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態に従う遠心分離装置の部分断面図である。
【図８】本発明の第５実施形態に従う遠心分離装置の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施形態による遠心分離装置について、添付図面を参照しながら詳しく説明する。但し、以下に説明する実施形態によって本発明の技術的範囲は何ら限定解釈されることはない。
【００１６】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に従う遠心分離装置について、横型のデカンタを一例に挙げて説明する。本実施形態に従うデカンタ１は、図１に示すように、脱水汚泥出口２１と分離液出口２２のそれぞれが下方に形成されているケーシング２と、ケーシング２内に配置された回転筒状体をなすボウル３と、ボウル３内で分離された汚泥の搬送手段であるスクリューコンベア４を備えている。ボウル３は、ケーシング２に取付けられたベアリング等の軸受機構２３によって支持され、さらにスクリューコンベア４はコンベアベアリング（不図示）によって支持され、ボウル３とスクリューコンベア４のそれぞれが独立して水平軸周りに回転可能となっている。
【００１７】
そして、駆動機構である駆動モータ２４の動力が回転ベルト２４ａを介してボウル３側のプーリー２４ｂに伝達されることによって、ボウル３が所定の回転速度で回転し、さらに差速発生機構であるギアボックス２５及びスプラインシャフト２６を通じてスクリューコンベア４に動力が伝達され、ボウル３とスクリューコンベア４が相対的な差速をもって回転するように構成されている。
【００１８】
ギアボックス２５には、バックドライブモータ２７と称される駆動モータが回転ベルト２７ａ及びプーリー２７ｂを介して連結されている。バックドライブモータ２７は、モータの回転シャフトを回転ベルト２７ａが回転するときのトルクを利用して、スクリューコンベア４がボウル３よりも遅く回転するようにブレーキをかけるためのものである。ブレーキをかけることによってモータ２７に発生する回生電力は、駆動モータ２４に供給し、これにより装置全体の消費電力を抑えるようにしている。但し、バックドライブモータ２７は必ずしも設けなくともよい。
【００１９】
デカンタ１は、汚泥及び凝集剤をボウル３内に供給するための供給ノズル５をさらに備えている。供給ノズル５は、例えば３重管構造であり、内側から順に汚泥，第１の凝集剤としての高分子凝集剤，及び第２の凝集剤としての無機凝集剤の流路が割り当てられている。供給ノズル５から吐出される汚泥，高分子凝集剤及び無機凝集剤をボウル３内に供給する構成については後述する。なお、好ましい一例として、第１の凝集剤に高分子凝集剤，第２の凝集剤に無機凝集剤を用いる構成を以下に説明するが、第１の凝集剤に無機凝集剤，第２の凝集剤に高分子凝集剤を用いる構成であってもよい。さらに、第２の凝集剤も、無機に限定されることはない。
【００２０】
汚泥は、ポンプ６１等の移送手段を通じて汚泥タンク６から供給される。ポンプ６の吐出側の配管は、３重管構造を有する供給ノズル５の汚泥用流路に接続されている。処理する汚泥は、上下水、産業排水、し尿などの水処理過程で発生する汚泥であり、９５〜９９．５％程度の含水率である。
【００２１】
高分子凝集剤は、ポンプ６２等の移送手段を通じてタンク６３から供給される。ポンプ６２の吐出側の配管は、３重管構造を有する供給ノズル５の高分子凝集剤用の流路に接続されている。高分子凝集剤は、供給ノズル５から吐出されて汚泥に添加される。従って、本実施形態においては、ポンプ６２等の移送手段及び供給ノズルが第１の凝集剤添加手段を構成する。高分子凝集剤は、両性ポリマー，アニオン性ポリマー又はカチオン性ポリマーのいずれか、或いはそれらの組み合わせを用いることができる。高分子凝集剤の一例としては、ジメチルアミノエチルメタクリレート，ジメチルアミノエチルアクリレート，ポリビニルアミジンなどを挙げることができる。
【００２２】
また、無機凝集剤は、ポンプ６４等の移送手段を通じてタンク６５から供給される。ポンプ６４の吐出側の配管は、３重管構造を有する供給ノズル５の無機凝集剤用の流路に接続されている。無機凝集剤は、供給ノズル５から吐出され、そして一部又は全部が汚泥中に浸漬されている添加用部材（後述する）を通じて汚泥に添加される。従って、本実施形態においては、ポンプ６４等の移送手段，供給ノズル５及び添加用部材が第２の凝集剤添加手段を構成する。無機凝集剤としては、例えばポリ硫酸第二鉄（ポリ鉄）、ＰＡＣなど選択される凝集剤の１種以上を用いることができる。その中でも、ポリ鉄が好ましい。無機凝集剤以外にも、例えば多孔質性の天然鉱物や灰などを利用した凝集剤を用いることができ、無機に限定されることがない。
【００２３】
ボウル３の胴部は、一端側が円錐部３１に形成され、他端側が円筒部３２に形成されている。そして、他端側の開口部は、フロントハブ３３と称される平面が円形の部材によって塞がれている。フロントハブ３３と円筒部３２は、ボウル３内に供給される汚泥が滞留するプール部を形成する。フロントハブ３３には分離液排出口３４が形成されており、汚泥を連続的にボウル３内に供給することによって分離液を排出口３４からオーバーフローさせる。
【００２４】
一方、ボウル３の円錐部３１は、スクリューコンベア４によって移送される濃縮汚泥（すなわち、脱水途中の汚泥）がプール部から離脱するビーチ部を形成しており、ビーチ部の先端側に脱水汚泥の排出口３５が形成されている。ビーチ部は、その傾斜面で濃縮汚泥をスリップさせスクリュー羽根４１の圧搾力を大きく汚泥に作用させる役割と、プール部の有効容積を大きくして汚泥滞留時間を増加させる機能がある。低動力や高脱水型のデカンタ１においては、中央付近で傾斜角度が変わる２段構造のビーチ部となっている。図１のビーチ部のように先端側の傾斜角の方を急にすることには、スクリュー羽根４１の圧搾力と汚泥滞留時間を更に増加させる作用がある。但し、先端側の傾斜角の方を緩やかにすることもでき、必ずしも２段構造としなくともよい。さらに、本実施形態は、円錐部３１を有さず、円筒部３２のみで構成されるボウル３にも適用可能である。
【００２５】
汚泥を搬送・圧搾するスクリュー羽根４１は、スクリューコンベア４の胴部４２の外周面に螺旋状に形成されている。スクリューコンベア４の胴部４２は、内部に不図示の空洞（バッファ部）を有し、バッファ部内まで供給ノズル５の先端が延設されている。そして、供給ノズル５からの汚泥がバッファ部に供給されると、胴部４２の中央部付近に形成されているショートコーン４３を介して遠心力の作用によってボウル３内に汚泥が供給されるようになっている。高分子凝集剤と無機凝集剤も、汚泥とは別経路でスクリューコンベア４のバッファ部内に供給され、遠心力の作用によってボウル３内に供給される。
【００２６】
続いて、高分子凝集剤と無機凝集剤をボウル３内の汚泥に添加する構成について、図２を参照しながら後述する。図２は、ボウル３とスクリューコンベア４の部分断面図を示している。前述したように、供給ノズル５は３重管構造となっており、汚泥は中央の配管の先端から吐出される。そして、スクリューコンベア４の空洞（バッファ部）には、有底筒状の汚泥受け部４４が、供給ノズル５の先端にある汚泥吐出口と対向する位置に配置されている。汚泥受け部４４の側面には、スクリューコンベア４の外周面まで連通する汚泥流通口４４ａが形成されている。ショートコーン４３は、分離液の排出口３４側に向かって拡径する台形状の断面を有し、汚泥受け部４４の全周を囲うように配置されている。ショートコーン４３は、遠心力の作用によって汚泥流通口４４ａから排出される汚泥をその内周面に沿って排出口３４側に向かう流れとし、プール部にある汚泥に撹乱が発生するのを抑えながら新たな汚泥をボウル３内へ供給する。
【００２７】
さらに汚泥受け部４４の開口部側には、断面Ｌ字状の環状部材４５が離間して配置されており、この環状部材４５と汚泥受け部４４との隙間によって高分子凝集剤の流通路４５ａが形成されている。流通路４５の入口は、供給ノズル５から吐出される高分子凝集剤の進行経路上に配置されている。一方、流通路４５ａの出口は、ショートコーン４３の内側領域に連通しており、ここで高分子凝集剤が汚泥に添加される。すなわち、ショートコーン４３を通じて新たにボウル３内に供給される汚泥に高分子凝集剤を添加する構成である。但し、高分子凝集剤については、ショートコーン４３の部分で添加する構成に限定されることはなく、汚泥の流路に直接添加するライン添加方式としてもよく、或いは装置外に設置した混合槽で添加する混合槽方式としてもよい。ライン添加方式の場合、ラインミキサーを追加することもできる。
【００２８】
本実施形態のスクリューコンベア４は、無機凝集剤を汚泥に添加するための添加用部材を兼ねており、ビーチ部に位置するスクリュー羽根４１の一部が空洞となっている。この空洞は無機凝集剤の流通路４６であり、スクリュー羽根４１の表面に複数形成されている排出孔４６ａと連通している。無機凝集剤の排出孔４６ａは、ビーチ部にある濃縮汚泥に浸漬しているスクリュー羽根４１に形成されている。排出孔４６ａは、図２に示すようにスクリュー羽根４１の両面に形成することができる。但し、必ずしも両面に形成しなくともよく、汚泥の搬送方向側、又はその反対側のどちらか一面に形成するようにしてもよい。どちら側に形成するか、或いは両面に形成するかについては、汚泥と高分子凝集剤の反応性などを考慮して決めることができる。さらに、排出孔４６ａは、図２に示すようにスクリュー羽根４６ａの０°と１８０°の２つの位相に配列する構成のみならず、一つの位相にのみ配列するようにしてもよい。或いは、スクリュー羽根４１の径方向に沿って放射線状（例えば、９０°間隔）に配置するようにしてもよい。
【００２９】
スクリュー羽根４１内に形成されている流通路４６は、スクリューコンベア４の内洞にまで連通しており、流通路４６の入口を挟んで左右に起立壁４６ｂが設けられている。起立壁４６ｂは、スクリューコンベア４の内胴に全周に亘って形成され、供給ノズル５からの無機凝集剤を流通路４６内に供給するためのチャンバーを構成している。さらに、供給ノズル５からの無機凝集剤がチャンバー内に供給されるように、流通路４６を含むチャンバーの内側領域は、供給ノズル５から吐出される無機凝集剤の進行経路上に配置されている。従って、供給ノズル５から吐出された無機凝集剤は、添加用部材であるスクリュー羽根４１の流通路４６に供給され、回転するスクリューコンベア４の遠心力の作用によって表面の排出孔４６ａから汚泥に添加される。すなわち、本実施形態においては、スクリュー羽根４１、供給ノズル５及びポンプ６４等の移送手段が第２の凝集剤添加手段を構成している。
【００３０】
（作用）
続いて、本実施形態に従うデカンタ１を用いて汚泥を脱水処理する動作について説明する。上述した構成のデカンタ１においては、ボウル３とスクリューコンベア４をそれぞれ所定の回転速度で回転させながら、汚泥をボウル３内に供給する。一例として、１０００〜２１００Ｇの遠心力が汚泥に付与されるようにボウル３を回転させ、数ｍｉｎ−１〜数十ｍｉｎ−１の差速をもってスクリューコンベア４を回転させるようにする。汚泥の供給量は、一例として２〜２２ｍ３／ｈとすることができる。
【００３１】
汚泥を供給する一方で、各移送手段を稼働させて高分子凝集剤と無機凝集剤をボウル３内に供給する。高分子凝集剤と無機凝集剤の添加量は、添加する凝集剤の種類、汚泥の性状や反応性などに基づいて調整することができる。
【００３２】
高分子凝集剤は、前述したように、ショートコーン４３の部分で汚泥に添加される。汚泥に高分子凝集剤を添加すると、荷電中和と架橋作用によって汚泥粒子がフロック化される。高分子凝集剤が添加された汚泥は、回転するボウル３によって遠心力が付与され、ボウル３のプール部に全周に亘って貯留された状態となり、さらには汚泥粒子と水分の比重差によって汚泥粒子がボウル３の内周面に沈降した状態となる。そして、沈降した汚泥粒子は、回転するスクリューコンベア４のスクリュー羽根４１によって脱水汚泥の排出口３５に向かって移送されていき、ビーチ部に上陸することによって脱水される。
【００３３】
無機凝集剤は、スクリュー羽根４１によって移送されている濃縮汚泥（脱水途中の汚泥）に分散供給される。高分子凝集剤の後に無機凝集剤を添加すると、汚泥粒子のフロックに内包された水分を出す疎水作用が得られる。そして、ビーチ部の傾斜によって増加するスクリュー羽根４１の圧搾力と相まって高い脱水作用が得られる。その結果、ボウル３から排出される脱水汚泥は、含水率が約７０％にまで脱水される。一方、分離された水分は、他端側の分離液排出口３５を介してボウル３から排出される。
【００３４】
以上のように、本実施形態によれば、汚泥に浸漬しているスクリュー羽根４１に無機凝集剤の排出孔４６ａを複数配置し、これら排出孔４６ａを通じて汚泥に無機凝集剤を添加する構成としたことにより、ビーチ部にある濃縮汚泥に対して無機凝集剤を均一に分散供給することが可能となる。すなわち、含水率がある程度低下した濃縮汚泥に対して液状の無機凝集剤を局部的に添加しても、全体には分散しない。そのため、無機凝集剤を汚泥上面に添加する従来方法は、ボウル３の内周面側にある深層汚泥にまで無機凝集剤が行き渡らないという不具合が生じる。しかしながら、本実施形態のように構成すれば、深層汚泥にまで無機凝集剤を行き渡らせることが可能であり、無機凝集剤の疎水作用とスクリュー羽根の圧搾作用とが相まって高い脱水作用が実現できるのである。なお、無機凝集剤は、添加用部材の汚泥中に浸漬した排出孔４６ａから添加するだけでなく、添加用部材の汚泥に浸漬していない部分にも排出孔４６ａを形成して添加するようにしてもよく、及び／又は、従来のスクリューコンベア４の胴部４２から添加することも併せて行うようにしてもよい。
【００３５】
さらに本実施形態によれば、添加用部材をスクリュー羽根が兼用する構成としたことにより、添加用部材としての新たな部材の追加を省略し、部品点数の増加を抑えることができる利点がある。
【００３６】
本実施形態においては、無機凝集剤の分散をさらに促進させて脱水効率を高めるために、スクリュー羽根４１を変形させることができる。図３に一例を示すように、ビーチ部にあるスクリュー羽根４１のピッチ（Ｌ１）をプール部のピッチよりも狭くしたり、スクリュー羽根４１の先端とボウル３の内周面との間のクリアランス（Ｌ２）を部分的に大きくしたりすることができる。ビーチ部の羽根４１のピッチ（Ｌ１）を狭く設定することによって、ビーチ部にある濃縮汚泥の搬送が不連続となり、無機凝集剤の分散をさらに促進させることが可能となる。
【００３７】
また、スクリュー羽根４１の先端とボウル３の内周面との間のクリアランス（Ｌ２）を部分的に大きくすると、その部分における汚泥の搬送速度が遅くなる。その結果、ビーチ部の長さ方向における汚泥搬送速度が不連続なものとなり、これによりビーチ部にある濃縮汚泥への無機凝集剤の分散をさらに促進させることが可能となる。なお、ピッチ（Ｌ１）とクリアランス（Ｌ２）の両方を変えなくともよく、どちらか一方を変えることもできる。
【００３８】
図１のデカンタ１は、高分子凝集剤の後に無機凝集剤を添加する構成であるが、さらに脱水効率を高めるために、高分子凝集剤を添加する前にも無機凝集剤を添加するようにしてもよい。一例として図４に示すように、供給ノズル５に無機凝集剤の供給路５１を接続することによって、高分子凝集剤を添加する前に、第３の凝集剤として無機凝集剤を添加する構成とすることができる。既述したように、ビーチ部にある濃縮汚泥に添加する無機凝集剤は、高分子凝集剤によってフロックとなった汚泥に内包されている水分を排出する疎水作用を発揮する。一方、高分子凝集剤よりも前に無機凝集剤を添加すると、汚泥中のアニオン物質を荷電中和する中和作用を発揮し、その後に添加される高分子凝集剤の凝集効果を高めることができる。無機凝集剤の前添加を併用することで、無機凝集剤による燐や硫化水素中の硫黄の固定化も促進する。
【００３９】
なお、供給ノズル５は、三重管構造でなくともよく、汚泥用のノズル，高分子凝集剤用のノズル及び無機凝集剤用のノズルを別々に設けるようにしてもよい。また、高分子凝集剤の供給方法として必ずしもショートコーン４３を利用しなくともよく、混合槽方式，ライン添加方式、フィードゾーン注入方式、フロックチューブ方式といった公知の方法で添加するようにしてもよい。
【００４０】
（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態に従う遠心分離装置について、横型のデカンタを一例に挙げて説明する。本実施形態のデカンタ１は、図５に示すように、無機凝集剤の添加用部材として新たにディスク部材７を設けたことが、スクリュー羽根４１が添加用部材を兼用する第１実施形態とは異なる。その他の構成については、第１実施形態と同じにすることができる。そのため、同一の構成については、同じ符号を付すことによって詳しい説明を省略する。
【００４１】
添加用部材であるディスク部材７は、円盤状の部材であり、スクリューコンベア４の胴部４２の外周に、回転軸と同心円上となるように配置されている。ディスク部材７も、第１実施形態のスクリュー羽根４１と同様に内部が空洞となっており、無機凝集剤の流通路７ａを形成している。そして、ディスク部材７の表面のうち、ビーチ部にある濃縮汚泥に浸漬している部分に複数の排出孔７ｂが形成されている。排出孔７ｂは、図５に示すようにディスク部材７の先端及び両面に形成することができる。但し、必ずしも先端及び両面に形成しなくともよく、汚泥と高分子凝集剤の反応性などを考慮して排出孔７ｂの位置を決めることができる。さらに、排出孔７ｂは、図５に示すようにディスク部材７の０°と１８０°の２つの位相に配列する構成のみならず、一つの位相にのみ配列するようにしてもよい。或いは、ディスク部材７の径方向に沿って放射線状（例えば、９０°間隔）に配置するようにしてもよい。
【００４２】
上記構成を有する第２実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態のディスク部材７は、スクリューコンベア４の胴部４２に全周に亘って形成されているので、汚泥はディスク部材７の先端とボウル３の内周面との間のクリアランスの部分を通過せざるを得ない。このように、ディスク部材７には、汚泥の流れを規制して撹乱を生じさせ、汚泥と無機凝集剤との撹拌作用を高めることができる利点がある。
【００４３】
（第３実施形態）
続いて、本発明の第３実施形態に従う遠心分離装置について、横型のデカンタを一例に挙げて説明する。本実施形態のデカンタ１は、図６に示すように、ディスク部材７に代えてノズル部材８を設けたことが第２実施形態とは異なる。その他の構成については、第１，第２実施形態と同じにすることができる。そのため、同一の構成については、同じ符号を付すことによって詳しい説明を省略する。
【００４４】
添加用部材であるノズル部材８は、例えば断面が円形の配管であり（断面図参照）、スクリューコンベア４の胴部４２から径方向に延びるように配置されている。ノズル部材８は、０°と１８０°の２つの位相に配列する構成のみならず、一つの位相にのみ配列するようにしてもよい。或いは、スクリューコンベア４の径方向に沿って放射線状（例えば、９０°間隔）に配置するようにしてもよい。このノズル部材８も、第２実施形態のディスク部材７と同様に、その内部の空洞が無機凝集剤の流通路８ａを形成している。そして、濃縮汚泥に浸漬している部分に複数の排出孔８ｂが形成されている。排出孔８ｂは、図６に示すようにノズル部材８の先端及び両面に形成することができる。但し、必ずしも先端及び両面に形成しなくともよく、汚泥と高分子凝集剤の反応性などを考慮して排出孔の位置を決めることができる。このような構成を有する第３実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
（第４実施形態）
続いて、本発明の第４実施形態に従う遠心分離装置について、横型のデカンタを一例に挙げて説明する。本実施形態のデカンタ１は、図７に示すように、ディスク部材７に代えてブリッジ部材９を設けたことが第２実施形態とは異なる。その他の構成については、第１，第２実施形態と同じにすることができる。そのため、同一の構成については、同じ符号を付すことによって詳しい説明を省略する。
【００４６】
添加用部材であるブリッジ部材９は、板状の部材であり、スクリュー羽根４１の間に跨るようにスクリューコンベア４の長さ方向に配置されている。ブリッジ部材９は、一枚に限らず、複数枚のブリッジ部材９を胴部４２から放射線状（例えば、９０°間隔）に配置することもできる。このブリッジ部材９も、第２実施形態のディスク部材７と同様に、その内部の空洞が無機凝集剤の流通路９ａを形成している。そして、濃縮汚泥に浸漬している部分に複数の排出孔９ｂが形成されている。排出孔９ｂは、図７に示すようにブリッジ部材９の先端及び両面に形成することができる。従って、本実施形態のブリッジ部材９は、第１及び第２実施形態とは異なり、無機凝集剤を周方向と径方向に向けて排出する構成である。但し、必ずしも先端及び両面に形成しなくともよく、汚泥と高分子凝集剤の反応性などを考慮して排出孔の位置を決めることができる。
【００４７】
上記の構成を有する第４実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態のブリッジ部材９も、ディスク部材７と同様に汚泥の流れを規制して撹乱を生じさせる作用があり、これにより汚泥と無機凝集剤との撹拌作用を高めることができる。
【００４８】
以上の通り、第１〜第４実施形態に従うデカンタ１は、濃縮汚泥に浸漬している添加用部材の表面に形成された排出孔を通じて無機凝集剤を添加する構成を採用したことにより、含水率がある程度低下している濃縮汚泥に対しても無機凝集剤を均一に添加することが可能である。添加用部材はビーチ部に配置するのが好ましいが、必ずしもビーチ部に配置しなくともよく、例えばショートコーン４３から脱水汚泥の排出口３５までの間の任意の位置に配置するようにしてもよい。さらに、ボウル３の長手方向に複数の添加用部材を配置してもよい。さらにまた、第１〜第４実施形態に示した添加用部材を組み合わせるようにしてもよい。
【００４９】
（第５実施形態）
最後に、本発明の第５実施形態に従う遠心分離装置について、横型のデカンタを一例に挙げて説明する。本実施形態のデカンタ１は、図８に示すように、供給ノズル５から吐出される無機凝集剤を、高分子凝集剤と同様の流通路を介してショートコーン４３に供給する構成である。その他の第１実施形態と同一の構成については、同じ符号を付すことによって詳しい説明を省略する。
【００５０】
本実施形態の構成によれば、ショートコーン４３を通じて新たにボウル３内に供給される汚泥に対して高分子凝集剤と無機凝集剤を添加する構成である。このように構成すれば、添加用部材を新たに設置しなくともよく、簡易な構成で２液薬注方式の脱水処理を実現することが可能となる。なお、図８には、高分子凝集剤と無機凝集剤の流通路を別々にした構成を示しているが、高分子凝集剤と無機凝集剤の流通路を共通にしてもよい。
【００５１】
以上、本発明を具体的な実施形態に則して詳細に説明したが、形式や細部についての種々の置換、変形、変更等が、特許請求の範囲の記載により規定されるような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行われることが可能であることは、当該技術分野における通常の知識を有する者には明らかである。従って、本発明の範囲は、前述の実施形態及び添付図面に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。
【符号の説明】
【００５２】
１ デカンタ
２ ケーシング
３ ボウル
３１ ビーチ部
３２ プール部
４ スクリューコンベア
４３ ショ−トコーン
４５ａ 高分子凝集剤の流通路
４６ 無機凝集剤の流通路
４６ａ 排出孔
５ 供給ノズル
７ ディスク部材
８ ノズル部材
９ ブリッジ部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心分離装置及び汚泥脱水方法に関し、特に、凝集剤を脱水助剤として添加して汚泥を脱水する遠心分離装置及び汚泥脱水方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば上下水、産業排水、し尿などの水処理過程で発生する汚泥は、デカンタと称される遠心分離装置によって脱水処理される。
【０００３】
デカンタは、ケーシングと、ケーシング内で水平軸回りに回転するボウルと、ボウル内に収容されたスクリューコンベアと、ケーシング外に配置された駆動モータを備えている。そして、回転するボウル内に汚泥を供給し、遠心力の作用を利用して汚泥から水分を分離する。このとき、ギアボックス等の差速発生装置を用いてスクリューコンベアを回転させることにより、脱水汚泥をボウルの円錐部に形成されている排出口まで移送して排出する。一方、汚泥から分離された水分（分離液）は、ボウルの他端に形成されている分離液排出口から排出される（例えば、特許文献１−３参照）。
【０００４】
特許文献１−３は、高分子凝集剤と無機凝集剤の２種類を添加することによって脱水率を高める方法（いわゆる２液薬注方式）を開示している。従来における脱水汚泥の含水率は８０％程度であったのに比べ、この２液薬注方式によれば７０％程度にまで含水率を低くすることが可能である。しかしながら、特許文献１−３に開示されている汚泥脱水方法及びデカンタは、円錐部（すなわち、ビーチ部）にある濃縮汚泥（すなわち、脱水途中の汚泥）の上面に無機凝集剤を噴射供給しているので、濃縮汚泥中に無機凝集剤が均一に分散されず、濃縮汚泥と無機凝集剤とが十分に反応しない場合がある。特許文献１のデカンタは、無機凝集剤の分散性を高めるための撹拌羽根を設けてはいるが、特に、汚泥の深層部にまで無機凝集剤を均一に分散させることはできない。特許文献１の撹拌羽根は、濃縮汚泥と無機凝集剤の反応性を高めるための対策として十分でない。
【０００５】
デカンタの脱水能力を高めることは、結果としてデカンタの小型化及び省電力化につながる。特に、省電力化を実現できればＣＯ２排出量の低減に寄与することとなるので、ユーザーの期待は大きい。さらに、脱水汚泥の含水率を数パーセントでも低くできれば、その後に行われる汚泥最終処分の費用や労力を大幅削減できることにもなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２５４０１９８号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６４４１７号公報
【特許文献３】特開２０１０−２６４４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、第１の凝集剤と第２の凝集剤を脱水助剤として添加して汚泥を脱水する２液薬注方式の遠心分離装置及び汚泥脱水方法において、汚泥中に第２の凝集剤を均一に分散させて脱水効率を高めることのできる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の遠心分離装置は、中空の円筒部を有し、遠心力の作用により汚泥を脱水汚泥と分離液とに分離する回転ボウルと、回転ボウル内に配置され、回転ボウルと相対的な差速をもって回転するスクリューコンベアと、回転ボウル内に汚泥を供給する手段と、回転ボウル内に供給される汚泥に第１の凝集剤を添加する第１の凝集剤添加手段と、前記回転ボウルに形成された脱水汚泥の排出口に向けてスクリューコンベアが移送している汚泥に第２の凝集剤を添加する第２の凝集剤添加手段と、を含む遠心分離装置であって、前記第２の凝集剤添加手段は、一部又は全部が回転ボウル内の汚泥中に浸漬される添加用部材を含んでおり、汚泥中に浸漬された位置に第２の凝集剤の吐出口を配置していることを特徴とする。
【０００９】
前記添加用部材は、例えばスクリューコンベアの螺旋状のスクリュー羽根が兼用することができる。このようにスクリュー羽根を利用すれば、添加用部材としての新たな部材の追加を省略し、部品点数の増加を抑えることができる利点がある。或いは、前記添加用部材は、スクリューコンベアに固定配置され、スクリューコンベアと一体的に回転するディスク部材，ノズル部材，ブリッジ部材とすることもできる。ディスク部材とブリッジ部材には、汚泥の移送を妨げることによって汚泥の流れを不連続とする作用があるので、第２の凝集剤の分散効果が高まるという利点がある。
【００１０】
さらに、第２の凝集剤は、スクリューコンベアの汚泥搬送方向，汚泥搬送方向とは反対の方向，又はスクリューコンベアの円周方向の中から選択される１以上の方向に向けて添加することができる。いずれの方向及び組み合わせた方向とするかは、例えば処理する汚泥と第２の凝集剤との反応性に応じて決定することができる。
【００１１】
さらに、第２の凝集剤の分散を促進させて脱水効率を高めるために、添加用部材よりも脱水汚泥の排出口側に位置するスクリュー羽根のピッチを狭くしたり、羽根の先端と回転ボウル内周面との間のクリアランスを部分的に大きくしたりすることができる。さらに、第１の凝集剤を添加する前に、第３の凝集剤を汚泥に添加するようにしてもよい。なお、第２の凝集剤は、添加用部材の汚泥中に浸漬した吐出口から添加するだけでなく、添加用部材の汚泥に浸漬していない部分にも吐出口を形成して添加するようにしてもよく、及び／又は、従来のスクリューコンベアの胴部から添加することも併せて行うようにしてもよい。
【００１２】
また、本発明の汚泥脱水方法は、中空の円筒部を有する回転ボウル内に汚泥を供給すると共に、回転ボウルを回転させて遠心力の作用により汚泥を脱水汚泥と分離液とに分離し、回転ボウル内に配置されたスクリューコンベアを回転ボウルとは相対的な差速をもって回転させることによって脱水汚泥を回転ボウルに形成されている脱水汚泥の排出口から排出する汚泥脱水方法において、回転ボウル内に供給される汚泥に第１の凝集剤を添加した後、前記回転ボウルに形成された脱水汚泥の排出口に向けてスクリューコンベアが移送している汚泥に第２の凝集剤を添加するにあたり、第２の凝集剤は、汚泥中に浸漬された添加用部材の吐出口から供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、遠心分離装置を用いて２液薬注方式で汚泥を脱水するにあたり、汚泥に第１の凝集剤を添加した後、回転ボウルに形成された脱水汚泥の排出口に向けてスクリューコンベアが移送している汚泥に第２の凝集剤を添加する。このとき第２の凝集剤は、汚泥中に浸漬された添加用部材の吐出口から供給することにより、回転ボウル内にある濃縮された汚泥に第２の凝集剤を均一に分散させることができる。その結果、濃縮汚泥と第２の凝集剤を十分に反応させることができ、低含水率の脱水汚泥を安定して得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に従う遠心分離装置を示す。
【図２】上記遠心分離装置の部分断面図である。
【図３】上記遠心分離装置のスクリュー羽根の変形例である。
【図４】上記遠心分離装置に第３の凝集剤を添加する変形例である。
【図５】本発明の第２実施形態に従う遠心分離装置の部分断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に従う遠心分離装置の部分断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態に従う遠心分離装置の部分断面図である。
【図８】本発明の第５実施形態に従う遠心分離装置の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施形態による遠心分離装置について、添付図面を参照しながら詳しく説明する。但し、以下に説明する実施形態によって本発明の技術的範囲は何ら限定解釈されることはない。
【００１６】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に従う遠心分離装置について、横型のデカンタを一例に挙げて説明する。本実施形態に従うデカンタ１は、図１に示すように、脱水汚泥出口２１と分離液出口２２のそれぞれが下方に形成されているケーシング２と、ケーシング２内に配置された回転筒状体をなすボウル３と、ボウル３内で分離された汚泥の搬送手段であるスクリューコンベア４を備えている。ボウル３は、ケーシング２に取付けられたベアリング等の軸受機構２３によって支持され、さらにスクリューコンベア４はコンベアベアリング（不図示）によって支持され、ボウル３とスクリューコンベア４のそれぞれが独立して水平軸周りに回転可能となっている。
【００１７】
そして、駆動機構である駆動モータ２４の動力が回転ベルト２４ａを介してボウル３側のプーリー２４ｂに伝達されることによって、ボウル３が所定の回転速度で回転し、さらに差速発生機構であるギアボックス２５及びスプラインシャフト２６を通じてスクリューコンベア４に動力が伝達され、ボウル３とスクリューコンベア４が相対的な差速をもって回転するように構成されている。
【００１８】
ギアボックス２５には、バックドライブモータ２７と称される駆動モータが回転ベルト２７ａ及びプーリー２７ｂを介して連結されている。バックドライブモータ２７は、モータの回転シャフトを回転ベルト２７ａが回転するときのトルクを利用して、スクリューコンベア４がボウル３よりも遅く回転するようにブレーキをかけるためのものである。ブレーキをかけることによってモータ２７に発生する回生電力は、駆動モータ２４に供給し、これにより装置全体の消費電力を抑えるようにしている。但し、バックドライブモータ２７は必ずしも設けなくともよい。
【００１９】
デカンタ１は、汚泥及び凝集剤をボウル３内に供給するための供給ノズル５をさらに備えている。供給ノズル５は、例えば３重管構造であり、内側から順に汚泥，第１の凝集剤としての高分子凝集剤，及び第２の凝集剤としての無機凝集剤の流路が割り当てられている。供給ノズル５から吐出される汚泥，高分子凝集剤及び無機凝集剤をボウル３内に供給する構成については後述する。なお、好ましい一例として、第１の凝集剤に高分子凝集剤，第２の凝集剤に無機凝集剤を用いる構成を以下に説明するが、第１の凝集剤に無機凝集剤，第２の凝集剤に高分子凝集剤を用いる構成であってもよい。さらに、第２の凝集剤も、無機に限定されることはない。
【００２０】
汚泥は、ポンプ６１等の移送手段を通じて汚泥タンク６から供給される。ポンプ６の吐出側の配管は、３重管構造を有する供給ノズル５の汚泥用流路に接続されている。処理する汚泥は、上下水、産業排水、し尿などの水処理過程で発生する汚泥であり、９５〜９９．５％程度の含水率である。
【００２１】
高分子凝集剤は、ポンプ６２等の移送手段を通じてタンク６３から供給される。ポンプ６２の吐出側の配管は、３重管構造を有する供給ノズル５の高分子凝集剤用の流路に接続されている。高分子凝集剤は、供給ノズル５から吐出されて汚泥に添加される。従って、本実施形態においては、ポンプ６２等の移送手段及び供給ノズルが第１の凝集剤添加手段を構成する。高分子凝集剤は、両性ポリマー，アニオン性ポリマー又はカチオン性ポリマーのいずれか、或いはそれらの組み合わせを用いることができる。高分子凝集剤の一例としては、ジメチルアミノエチルメタクリレート，ジメチルアミノエチルアクリレート，ポリビニルアミジンなどを挙げることができる。
【００２２】
また、無機凝集剤は、ポンプ６４等の移送手段を通じてタンク６５から供給される。ポンプ６４の吐出側の配管は、３重管構造を有する供給ノズル５の無機凝集剤用の流路に接続されている。無機凝集剤は、供給ノズル５から吐出され、そして一部又は全部が汚泥中に浸漬されている添加用部材（後述する）を通じて汚泥に添加される。従って、本実施形態においては、ポンプ６４等の移送手段，供給ノズル５及び添加用部材が第２の凝集剤添加手段を構成する。無機凝集剤としては、例えばポリ硫酸第二鉄（ポリ鉄）、ＰＡＣなど選択される凝集剤の１種以上を用いることができる。その中でも、ポリ鉄が好ましい。無機凝集剤以外にも、例えば多孔質性の天然鉱物や灰などを利用した凝集剤を用いることができ、無機に限定されることがない。
【００２３】
ボウル３の胴部は、一端側が円錐部３１に形成され、他端側が円筒部３２に形成されている。そして、他端側の開口部は、フロントハブ３３と称される平面が円形の部材によって塞がれている。フロントハブ３３と円筒部３２は、ボウル３内に供給される汚泥が滞留するプール部を形成する。フロントハブ３３には分離液排出口３４が形成されており、汚泥を連続的にボウル３内に供給することによって分離液を排出口３４からオーバーフローさせる。
【００２４】
一方、ボウル３の円錐部３１は、スクリューコンベア４によって移送される濃縮汚泥（すなわち、脱水途中の汚泥）がプール部から離脱するビーチ部を形成しており、ビーチ部の先端側に脱水汚泥の排出口３５が形成されている。ビーチ部は、その傾斜面で濃縮汚泥をスリップさせスクリュー羽根４１の圧搾力を大きく汚泥に作用させる役割と、プール部の有効容積を大きくして汚泥滞留時間を増加させる機能がある。低動力や高脱水型のデカンタ１においては、中央付近で傾斜角度が変わる２段構造のビーチ部となっている。図１のビーチ部のように先端側の傾斜角の方を急にすることには、スクリュー羽根４１の圧搾力と汚泥滞留時間を更に増加させる作用がある。但し、先端側の傾斜角の方を緩やかにすることもでき、必ずしも２段構造としなくともよい。さらに、本実施形態は、円錐部３１を有さず、円筒部３２のみで構成されるボウル３にも適用可能である。
【００２５】
汚泥を搬送・圧搾するスクリュー羽根４１は、スクリューコンベア４の胴部４２の外周面に螺旋状に形成されている。スクリューコンベア４の胴部４２は、内部に不図示の空洞（バッファ部）を有し、バッファ部内まで供給ノズル５の先端が延設されている。そして、供給ノズル５からの汚泥がバッファ部に供給されると、胴部４２の中央部付近に形成されているショートコーン４３を介して遠心力の作用によってボウル３内に汚泥が供給されるようになっている。高分子凝集剤と無機凝集剤も、汚泥とは別経路でスクリューコンベア４のバッファ部内に供給され、遠心力の作用によってボウル３内に供給される。
【００２６】
続いて、高分子凝集剤と無機凝集剤をボウル３内の汚泥に添加する構成について、図２を参照しながら後述する。図２は、ボウル３とスクリューコンベア４の部分断面図を示している。前述したように、供給ノズル５は３重管構造となっており、汚泥は中央の配管の先端から吐出される。そして、スクリューコンベア４の空洞（バッファ部）には、有底筒状の汚泥受け部４４が、供給ノズル５の先端にある汚泥吐出口と対向する位置に配置されている。汚泥受け部４４の側面には、スクリューコンベア４の外周面まで連通する汚泥流通口４４ａが形成されている。ショートコーン４３は、分離液の排出口３４側に向かって拡径する台形状の断面を有し、汚泥受け部４４の全周を囲うように配置されている。ショートコーン４３は、遠心力の作用によって汚泥流通口４４ａから排出される汚泥をその内周面に沿って排出口３４側に向かう流れとし、プール部にある汚泥に撹乱が発生するのを抑えながら新たな汚泥をボウル３内へ供給する。
【００２７】
さらに汚泥受け部４４の開口部側には、断面Ｌ字状の環状部材４５が離間して配置されており、この環状部材４５と汚泥受け部４４との隙間によって高分子凝集剤の流通路４５ａが形成されている。流通路４５の入口は、供給ノズル５から吐出される高分子凝集剤の進行経路上に配置されている。一方、流通路４５ａの出口は、ショートコーン４３の内側領域に連通しており、ここで高分子凝集剤が汚泥に添加される。すなわち、ショートコーン４３を通じて新たにボウル３内に供給される汚泥に高分子凝集剤を添加する構成である。但し、高分子凝集剤については、ショートコーン４３の部分で添加する構成に限定されることはなく、汚泥の流路に直接添加するライン添加方式としてもよく、或いは装置外に設置した混合槽で添加する混合槽方式としてもよい。ライン添加方式の場合、ラインミキサーを追加することもできる。
【００２８】
本実施形態のスクリューコンベア４は、無機凝集剤を汚泥に添加するための添加用部材を兼ねており、ビーチ部に位置するスクリュー羽根４１の一部が空洞となっている。この空洞は無機凝集剤の流通路４６であり、スクリュー羽根４１の表面に複数形成されている排出孔４６ａと連通している。無機凝集剤の排出孔４６ａは、ビーチ部にある濃縮汚泥に浸漬しているスクリュー羽根４１に形成されている。排出孔４６ａは、図２に示すようにスクリュー羽根４１の両面に形成することができる。但し、必ずしも両面に形成しなくともよく、汚泥の搬送方向側、又はその反対側のどちらか一面に形成するようにしてもよい。どちら側に形成するか、或いは両面に形成するかについては、汚泥と高分子凝集剤の反応性などを考慮して決めることができる。さらに、排出孔４６ａは、図２に示すようにスクリュー羽根４６ａの０°と１８０°の２つの位相に配列する構成のみならず、一つの位相にのみ配列するようにしてもよい。或いは、スクリュー羽根４１の径方向に沿って放射線状（例えば、９０°間隔）に配置するようにしてもよい。
【００２９】
スクリュー羽根４１内に形成されている流通路４６は、スクリューコンベア４の内洞にまで連通しており、流通路４６の入口を挟んで左右に起立壁４６ｂが設けられている。起立壁４６ｂは、スクリューコンベア４の内胴に全周に亘って形成され、供給ノズル５からの無機凝集剤を流通路４６内に供給するためのチャンバーを構成している。さらに、供給ノズル５からの無機凝集剤がチャンバー内に供給されるように、流通路４６を含むチャンバーの内側領域は、供給ノズル５から吐出される無機凝集剤の進行経路上に配置されている。従って、供給ノズル５から吐出された無機凝集剤は、添加用部材であるスクリュー羽根４１の流通路４６に供給され、回転するスクリューコンベア４の遠心力の作用によって表面の排出孔４６ａから汚泥に添加される。すなわち、本実施形態においては、スクリュー羽根４１、供給ノズル５及びポンプ６４等の移送手段が第２の凝集剤添加手段を構成している。
【００３０】
（作用）
続いて、本実施形態に従うデカンタ１を用いて汚泥を脱水処理する動作について説明する。上述した構成のデカンタ１においては、ボウル３とスクリューコンベア４をそれぞれ所定の回転速度で回転させながら、汚泥をボウル３内に供給する。一例として、１０００〜２１００Ｇの遠心力が汚泥に付与されるようにボウル３を回転させ、数ｍｉｎ−１〜数十ｍｉｎ−１の差速をもってスクリューコンベア４を回転させるようにする。汚泥の供給量は、一例として２〜２２ｍ３／ｈとすることができる。
【００３１】
汚泥を供給する一方で、各移送手段を稼働させて高分子凝集剤と無機凝集剤をボウル３内に供給する。高分子凝集剤と無機凝集剤の添加量は、添加する凝集剤の種類、汚泥の性状や反応性などに基づいて調整することができる。
【００３２】
高分子凝集剤は、前述したように、ショートコーン４３の部分で汚泥に添加される。汚泥に高分子凝集剤を添加すると、荷電中和と架橋作用によって汚泥粒子がフロック化される。高分子凝集剤が添加された汚泥は、回転するボウル３によって遠心力が付与され、ボウル３のプール部に全周に亘って貯留された状態となり、さらには汚泥粒子と水分の比重差によって汚泥粒子がボウル３の内周面に沈降した状態となる。そして、沈降した汚泥粒子は、回転するスクリューコンベア４のスクリュー羽根４１によって脱水汚泥の排出口３５に向かって移送されていき、ビーチ部に上陸することによって脱水される。
【００３３】
無機凝集剤は、スクリュー羽根４１によって移送されている濃縮汚泥（脱水途中の汚泥）に分散供給される。高分子凝集剤の後に無機凝集剤を添加すると、汚泥粒子のフロックに内包された水分を出す疎水作用が得られる。そして、ビーチ部の傾斜によって増加するスクリュー羽根４１の圧搾力と相まって高い脱水作用が得られる。その結果、ボウル３から排出される脱水汚泥は、含水率が約７０％にまで脱水される。一方、分離された水分は、他端側の分離液排出口３５を介してボウル３から排出される。
【００３４】
以上のように、本実施形態によれば、汚泥に浸漬しているスクリュー羽根４１に無機凝集剤の排出孔４６ａを複数配置し、これら排出孔４６ａを通じて汚泥に無機凝集剤を添加する構成としたことにより、ビーチ部にある濃縮汚泥に対して無機凝集剤を均一に分散供給することが可能となる。すなわち、含水率がある程度低下した濃縮汚泥に対して液状の無機凝集剤を局部的に添加しても、全体には分散しない。そのため、無機凝集剤を汚泥上面に添加する従来方法は、ボウル３の内周面側にある深層汚泥にまで無機凝集剤が行き渡らないという不具合が生じる。しかしながら、本実施形態のように構成すれば、深層汚泥にまで無機凝集剤を行き渡らせることが可能であり、無機凝集剤の疎水作用とスクリュー羽根の圧搾作用とが相まって高い脱水作用が実現できるのである。なお、無機凝集剤は、添加用部材の汚泥中に浸漬した排出孔４６ａから添加するだけでなく、添加用部材の汚泥に浸漬していない部分にも排出孔４６ａを形成して添加するようにしてもよく、及び／又は、従来のスクリューコンベア４の胴部４２から添加することも併せて行うようにしてもよい。
【００３５】
さらに本実施形態によれば、添加用部材をスクリュー羽根が兼用する構成としたことにより、添加用部材としての新たな部材の追加を省略し、部品点数の増加を抑えることができる利点がある。
【００３６】
本実施形態においては、無機凝集剤の分散をさらに促進させて脱水効率を高めるために、スクリュー羽根４１を変形させることができる。図３に一例を示すように、ビーチ部にあるスクリュー羽根４１のピッチ（Ｌ１）をプール部のピッチよりも狭くしたり、スクリュー羽根４１の先端とボウル３の内周面との間のクリアランス（Ｌ２）を部分的に大きくしたりすることができる。ビーチ部の羽根４１のピッチ（Ｌ１）を狭く設定することによって、ビーチ部にある濃縮汚泥の搬送が不連続となり、無機凝集剤の分散をさらに促進させることが可能となる。
【００３７】
また、スクリュー羽根４１の先端とボウル３の内周面との間のクリアランス（Ｌ２）を部分的に大きくすると、その部分における汚泥の搬送速度が遅くなる。その結果、ビーチ部の長さ方向における汚泥搬送速度が不連続なものとなり、これによりビーチ部にある濃縮汚泥への無機凝集剤の分散をさらに促進させることが可能となる。なお、ピッチ（Ｌ１）とクリアランス（Ｌ２）の両方を変えなくともよく、どちらか一方を変えることもできる。
【００３８】
図１のデカンタ１は、高分子凝集剤の後に無機凝集剤を添加する構成であるが、さらに脱水効率を高めるために、高分子凝集剤を添加する前にも無機凝集剤を添加するようにしてもよい。一例として図４に示すように、供給ノズル５に無機凝集剤の供給路５１を接続することによって、高分子凝集剤を添加する前に、第３の凝集剤として無機凝集剤を添加する構成とすることができる。既述したように、ビーチ部にある濃縮汚泥に添加する無機凝集剤は、高分子凝集剤によってフロックとなった汚泥に内包されている水分を排出する疎水作用を発揮する。一方、高分子凝集剤よりも前に無機凝集剤を添加すると、汚泥中のアニオン物質を荷電中和する中和作用を発揮し、その後に添加される高分子凝集剤の凝集効果を高めることができる。無機凝集剤の前添加を併用することで、無機凝集剤による燐や硫化水素中の硫黄の固定化も促進する。
【００３９】
なお、供給ノズル５は、三重管構造でなくともよく、汚泥用のノズル，高分子凝集剤用のノズル及び無機凝集剤用のノズルを別々に設けるようにしてもよい。また、高分子凝集剤の供給方法として必ずしもショートコーン４３を利用しなくともよく、混合槽方式，ライン添加方式、フィードゾーン注入方式、フロックチューブ方式といった公知の方法で添加するようにしてもよい。
【００４０】
（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態に従う遠心分離装置について、横型のデカンタを一例に挙げて説明する。本実施形態のデカンタ１は、図５に示すように、無機凝集剤の添加用部材として新たにディスク部材７を設けたことが、スクリュー羽根４１が添加用部材を兼用する第１実施形態とは異なる。その他の構成については、第１実施形態と同じにすることができる。そのため、同一の構成については、同じ符号を付すことによって詳しい説明を省略する。
【００４１】
添加用部材であるディスク部材７は、円盤状の部材であり、スクリューコンベア４の胴部４２の外周に、回転軸と同心円上となるように配置されている。ディスク部材７も、第１実施形態のスクリュー羽根４１と同様に内部が空洞となっており、無機凝集剤の流通路７ａを形成している。そして、ディスク部材７の表面のうち、ビーチ部にある濃縮汚泥に浸漬している部分に複数の排出孔７ｂが形成されている。排出孔７ｂは、図５に示すようにディスク部材７の先端及び両面に形成することができる。但し、必ずしも先端及び両面に形成しなくともよく、汚泥と高分子凝集剤の反応性などを考慮して排出孔７ｂの位置を決めることができる。さらに、排出孔７ｂは、図５に示すようにディスク部材７の０°と１８０°の２つの位相に配列する構成のみならず、一つの位相にのみ配列するようにしてもよい。或いは、ディスク部材７の径方向に沿って放射線状（例えば、９０°間隔）に配置するようにしてもよい。
【００４２】
上記構成を有する第２実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態のディスク部材７は、スクリューコンベア４の胴部４２に全周に亘って形成されているので、汚泥はディスク部材７の先端とボウル３の内周面との間のクリアランスの部分を通過せざるを得ない。このように、ディスク部材７には、汚泥の流れを規制して撹乱を生じさせ、汚泥と無機凝集剤との撹拌作用を高めることができる利点がある。
【００４３】
（第３実施形態）
続いて、本発明の第３実施形態に従う遠心分離装置について、横型のデカンタを一例に挙げて説明する。本実施形態のデカンタ１は、図６に示すように、ディスク部材７に代えてノズル部材８を設けたことが第２実施形態とは異なる。その他の構成については、第１，第２実施形態と同じにすることができる。そのため、同一の構成については、同じ符号を付すことによって詳しい説明を省略する。
【００４４】
添加用部材であるノズル部材８は、例えば断面が円形の配管であり（断面図参照）、スクリューコンベア４の胴部４２から径方向に延びるように配置されている。ノズル部材８は、０°と１８０°の２つの位相に配列する構成のみならず、一つの位相にのみ配列するようにしてもよい。或いは、スクリューコンベア４の径方向に沿って放射線状（例えば、９０°間隔）に配置するようにしてもよい。このノズル部材８も、第２実施形態のディスク部材７と同様に、その内部の空洞が無機凝集剤の流通路８ａを形成している。そして、濃縮汚泥に浸漬している部分に複数の排出孔８ｂが形成されている。排出孔８ｂは、図６に示すようにノズル部材８の先端及び両面に形成することができる。但し、必ずしも先端及び両面に形成しなくともよく、汚泥と高分子凝集剤の反応性などを考慮して排出孔の位置を決めることができる。このような構成を有する第３実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
（第４実施形態）
続いて、本発明の第４実施形態に従う遠心分離装置について、横型のデカンタを一例に挙げて説明する。本実施形態のデカンタ１は、図７に示すように、ディスク部材７に代えてブリッジ部材９を設けたことが第２実施形態とは異なる。その他の構成については、第１，第２実施形態と同じにすることができる。そのため、同一の構成については、同じ符号を付すことによって詳しい説明を省略する。
【００４６】
添加用部材であるブリッジ部材９は、板状の部材であり、スクリュー羽根４１の間に跨るようにスクリューコンベア４の長さ方向に配置されている。ブリッジ部材９は、一枚に限らず、複数枚のブリッジ部材９を胴部４２から放射線状（例えば、９０°間隔）に配置することもできる。このブリッジ部材９も、第２実施形態のディスク部材７と同様に、その内部の空洞が無機凝集剤の流通路９ａを形成している。そして、濃縮汚泥に浸漬している部分に複数の排出孔９ｂが形成されている。排出孔９ｂは、図７に示すようにブリッジ部材９の先端及び両面に形成することができる。従って、本実施形態のブリッジ部材９は、第１及び第２実施形態とは異なり、無機凝集剤を周方向と径方向に向けて排出する構成である。但し、必ずしも先端及び両面に形成しなくともよく、汚泥と高分子凝集剤の反応性などを考慮して排出孔の位置を決めることができる。
【００４７】
上記の構成を有する第４実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態のブリッジ部材９も、ディスク部材７と同様に汚泥の流れを規制して撹乱を生じさせる作用があり、これにより汚泥と無機凝集剤との撹拌作用を高めることができる。
【００４８】
以上の通り、第１〜第４実施形態に従うデカンタ１は、濃縮汚泥に浸漬している添加用部材の表面に形成された排出孔を通じて無機凝集剤を添加する構成を採用したことにより、含水率がある程度低下している濃縮汚泥に対しても無機凝集剤を均一に添加することが可能である。添加用部材はビーチ部に配置するのが好ましいが、必ずしもビーチ部に配置しなくともよく、例えばショートコーン４３から脱水汚泥の排出口３５までの間の任意の位置に配置するようにしてもよい。さらに、ボウル３の長手方向に複数の添加用部材を配置してもよい。さらにまた、第１〜第４実施形態に示した添加用部材を組み合わせるようにしてもよい。
【００４９】
（第５実施形態）
最後に、本発明の第５実施形態に従う遠心分離装置について、横型のデカンタを一例に挙げて説明する。本実施形態のデカンタ１は、図８に示すように、供給ノズル５から吐出される無機凝集剤を、高分子凝集剤と同様の流通路を介してショートコーン４３に供給する構成である。その他の第１実施形態と同一の構成については、同じ符号を付すことによって詳しい説明を省略する。
【００５０】
本実施形態の構成によれば、ショートコーン４３を通じて新たにボウル３内に供給される汚泥に対して高分子凝集剤と無機凝集剤を添加する構成である。このように構成すれば、添加用部材を新たに設置しなくともよく、簡易な構成で２液薬注方式の脱水処理を実現することが可能となる。なお、図８には、高分子凝集剤と無機凝集剤の流通路を別々にした構成を示しているが、高分子凝集剤と無機凝集剤の流通路を共通にしてもよい。
【００５１】
以上、本発明を具体的な実施形態に則して詳細に説明したが、形式や細部についての種々の置換、変形、変更等が、特許請求の範囲の記載により規定されるような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行われることが可能であることは、当該技術分野における通常の知識を有する者には明らかである。従って、本発明の範囲は、前述の実施形態及び添付図面に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。
【符号の説明】
【００５２】
１ デカンタ
２ ケーシング
３ ボウル
３１ ビーチ部
３２ プール部
４ スクリューコンベア
４３ ショ−トコーン
４５ａ 高分子凝集剤の流通路
４６ 無機凝集剤の流通路
４６ａ 排出孔
５ 供給ノズル
７ ディスク部材
８ ノズル部材
９ ブリッジ部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空の円筒部を有し、遠心力の作用により汚泥を脱水汚泥と分離液とに分離する回転ボウルと、回転ボウル内に配置され、回転ボウルと相対的な差速をもって回転するスクリューコンベアと、回転ボウル内に汚泥を供給する手段と、回転ボウル内に供給される汚泥に第１の凝集剤を添加する第１の凝集剤添加手段と、前記回転ボウルに形成されている脱水汚泥の排出口に向けてスクリューコンベアが移送している汚泥に第２の凝集剤を添加する第２の凝集剤添加手段と、を含む遠心分離装置であって、
前記第２の凝集剤添加手段は、一部又は全部が回転ボウル内の汚泥中に浸漬される添加用部材を含んでおり、汚泥中に浸漬された位置に第２の凝集剤の吐出口を配置していることを特徴とする遠心分離装置。
【請求項２】
前記添加用部材は、前記スクリューコンベアの螺旋状のスクリュー羽根が兼用しており、スクリュー羽根の表面に第２の凝集剤の吐出口が形成さ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】
前記添加用部材は、スクリューコンベアの胴部に固定配置されると共に前記胴部と同心円上にあるディスク部材であり、このディスク部材の表面に第２の凝集剤の吐出口が形成さ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４】
前記添加用部材は、スクリューコンベアの胴部に固定配置されると共に前記胴部から延びるノズル部材であり、このノズル部材の表面に第２の凝集剤の吐出口が形成さ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５】
前記添加用部材は、スクリューコンベアの胴部に固定配置されると共に、一方の両辺がスクリューコンベアの長さ方向に延び、且つ、他方の両辺が径方向に延びる板状のブリッジ部材であり、このブリッジ部材の表面に第２の凝集剤の吐出口が形成さ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６】
前記添加用部材の吐出口は、スクリューコンベアの汚泥搬送方向，汚泥搬送方向とは反対の方向，又はスクリューコンベアの円周方向の中から選択される１以上の方向に第２の凝集剤を吐出するように配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の遠心分離装置。
【請求項７】
少なくとも添加用部材よりも脱水汚泥の排出口側に位置するスクリュー羽根のピッチを、他の領域のピッチよりも狭くしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の遠心分離装置。
【請求項８】
添加用部材よりも脱水汚泥の排出口側に位置するスクリュー羽根について、羽根の先端と回転ボウルとの間のクリアランスを部分的に大きくしていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の遠心分離装置。
【請求項９】
前記第１の凝集剤を添加する前に、汚泥に第３の凝集剤を添加する第３の凝集剤添加手段を設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の遠心分離装置。
【請求項１０】
中空の円筒部を有する回転ボウル内に汚泥を供給すると共に、回転ボウルを回転させて遠心力の作用により汚泥を脱水汚泥と分離液とに分離し、回転ボウル内に配置されたスクリューコンベアを回転ボウルとは相対的な差速をもって回転させることによって脱水汚泥を回転ボウルに形成されている脱水汚泥の排出口から排出する汚泥脱水方法において、
回転ボウル内に供給される汚泥に第１の凝集剤を添加した後、前記回転ボウルに形成された脱水汚泥の排出口に向けてスクリューコンベアが移送している汚泥に第２の凝集剤を添加するにあたり、第２の凝集剤は、汚泥中に浸漬された添加用部材の吐出口から供給することを特徴とする汚泥脱水方法。
【請求項１】
中空の円筒部を有し、遠心力の作用により汚泥を脱水汚泥と分離液とに分離する回転ボウルと、回転ボウル内に配置され、回転ボウルと相対的な差速をもって回転するスクリューコンベアと、回転ボウル内に汚泥を供給する手段と、回転ボウル内に供給される汚泥に第１の凝集剤を添加する第１の凝集剤添加手段と、前記回転ボウルに形成されている脱水汚泥の排出口に向けてスクリューコンベアが移送している汚泥に第２の凝集剤を添加する第２の凝集剤添加手段と、を含む遠心分離装置であって、
前記第２の凝集剤添加手段は、一部又は全部が回転ボウル内の汚泥中に浸漬される添加用部材を含んでおり、汚泥中に浸漬された位置に第２の凝集剤の吐出口を配置していることを特徴とする遠心分離装置。
【請求項２】
前記添加用部材は、前記スクリューコンベアの螺旋状のスクリュー羽根が兼用しており、スクリュー羽根の表面に第２の凝集剤の吐出口が形成さ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】
前記添加用部材は、スクリューコンベアの胴部に固定配置されると共に前記胴部と同心円上にあるディスク部材であり、このディスク部材の表面に第２の凝集剤の吐出口が形成さ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４】
前記添加用部材は、スクリューコンベアの胴部に固定配置されると共に前記胴部から延びるノズル部材であり、このノズル部材の表面に第２の凝集剤の吐出口が形成さ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５】
前記添加用部材は、スクリューコンベアの胴部に固定配置されると共に、一方の両辺がスクリューコンベアの長さ方向に延び、且つ、他方の両辺が径方向に延びる板状のブリッジ部材であり、このブリッジ部材の表面に第２の凝集剤の吐出口が形成さ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６】
前記添加用部材の吐出口は、スクリューコンベアの汚泥搬送方向，汚泥搬送方向とは反対の方向，又はスクリューコンベアの円周方向の中から選択される１以上の方向に第２の凝集剤を吐出するように配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の遠心分離装置。
【請求項７】
少なくとも添加用部材よりも脱水汚泥の排出口側に位置するスクリュー羽根のピッチを、他の領域のピッチよりも狭くしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の遠心分離装置。
【請求項８】
添加用部材よりも脱水汚泥の排出口側に位置するスクリュー羽根について、羽根の先端と回転ボウルとの間のクリアランスを部分的に大きくしていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の遠心分離装置。
【請求項９】
前記第１の凝集剤を添加する前に、汚泥に第３の凝集剤を添加する第３の凝集剤添加手段を設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の遠心分離装置。
【請求項１０】
中空の円筒部を有する回転ボウル内に汚泥を供給すると共に、回転ボウルを回転させて遠心力の作用により汚泥を脱水汚泥と分離液とに分離し、回転ボウル内に配置されたスクリューコンベアを回転ボウルとは相対的な差速をもって回転させることによって脱水汚泥を回転ボウルに形成されている脱水汚泥の排出口から排出する汚泥脱水方法において、
回転ボウル内に供給される汚泥に第１の凝集剤を添加した後、前記回転ボウルに形成された脱水汚泥の排出口に向けてスクリューコンベアが移送している汚泥に第２の凝集剤を添加するにあたり、第２の凝集剤は、汚泥中に浸漬された添加用部材の吐出口から供給することを特徴とする汚泥脱水方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１１５８１４（Ｐ２０１２−１１５８１４Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７０６４１（Ｐ２０１０−２７０６４１）
【出願日】平成２２年１２月３日（２０１０．１２．３）
【出願人】（５９１１６２０２２）巴工業株式会社 (32)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月３日（２０１０．１２．３）
【出願人】（５９１１６２０２２）巴工業株式会社 (32)
【Ｆターム（参考）】
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