特開 2023-13255 スクリュープレス型脱水装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023013255

(43)【公開日】2023-01-26

(54)【発明の名称】スクリュープレス型脱水装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 11/125 20190101AFI20230119BHJP

【ＦＩ】

C02F11/125 ZAB

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021117290

(22)【出願日】2021-07-15

(71)【出願人】

【識別番号】592059622

【氏名又は名称】株式会社エイブル

(74)【代理人】

【識別番号】100091384

【弁理士】

【氏名又は名称】伴 俊光

(74)【代理人】

【識別番号】100125760

【弁理士】

【氏名又は名称】細田 浩一

(72)【発明者】

【氏名】吉村 敏機

(72)【発明者】

【氏名】藤原 伸雄

【テーマコード（参考）】

4D059

【Ｆターム（参考）】

4D059AA03

4D059BE04

4D059BE15

4D059CB06

4D059CB07

(57)【要約】

【課題】含水率のムラを少なくすることにより、低含水率の脱水ケーキを得ることが可能となるスクリュープレス型脱水装置を提供する。
【解決手段】駆動手段により回転するスクリューシャフトと、該スクリューシャフトの外周にスパイラル状に付設したスクリュー羽根と、該スクリュー羽根を囲むろ過孔を有する外筒とからなり、外筒の一端に設けた入口部から投入した含水汚泥を圧搾してろ過孔からろ過液を排出するとともに、外筒の他端に設けた出口部から脱水ケーキを得るスクリュープレス型脱水装置において、スクリューシャフトとスクリュー羽根と外筒によって囲まれた空間部の容積が入口部から出口部に向けて減少しており、スクリュー羽根が貫通穴を有することを特徴とするスクリュープレス型脱水装置。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

駆動手段により回転するスクリューシャフトと、該スクリューシャフトの外周にスパイラル状に付設したスクリュー羽根と、該スクリュー羽根を囲むろ過孔を有する外筒とからなり、
前記外筒の一端に設けた入口部から投入した含水汚泥を圧搾して前記ろ過孔からろ過液を排出するとともに、前記外筒の他端に設けた出口部から脱水ケーキを得るスクリュープレス型脱水装置において、
前記スクリューシャフトと前記スクリュー羽根と前記外筒によって囲まれた空間部の容積が前記入口部から前記出口部に向けて減少しており、
前記スクリュー羽根が貫通穴を有することを特徴とするスクリュープレス型脱水装置。

【請求項2】

前記貫通穴が、前記出口部から前記外筒の全長の１／１０～１／５の位置に相当する出口部近傍に設けられている、請求項１に記載されたスクリュープレス型脱水装置。

【請求項3】

前記貫通穴の大きさが、前記スクリューシャフトの周りを旋回する一周分の前記スクリュー羽根の投影面積の３％以上かつ１５％未満である、請求項１または請求項２に記載されたスクリュープレス型脱水装置。

【請求項4】

前記貫通穴が、前記スクリューシャフトに接して設けられている、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載されたスクリュープレス型脱水装置。

【請求項5】

前記貫通穴が、前記スクリュー羽根の中央より内側に中心点が位置するように設けられている、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載されたスクリュープレス脱水装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、好気性微生物処理装置や嫌気性微生物処理装置から発生する汚泥やその他の種々の排水装置から発生する汚泥を脱水して脱水ケーキを得るためのスクリュープレス型脱水装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

スクリュープレス型脱水装置は、駆動手段により回転するスクリューシャフトと、スクリューシャフトの外周にスパイラル状に付設したスクリュー羽根と、スクリュー羽根を囲むろ過孔を有する外筒とからなり、外筒の両端部に入口部と出口部を設け、スクリューシャフトとスクリュー羽根と外筒によって囲んだ空間部を入口部から出口部に向けて減少させ、スクリューシャフトを回転させながら入口部から投入した含水汚泥を圧搾してろ過孔からろ過液を排出するとともに、出口部から脱水ケーキを得るものであり、各種の汚泥の脱水処理に用いられている。

【0003】

スクリュープレス型脱水装置は、スクリュー羽根とスクリュー羽根の間に含水汚泥を閉じ込めて水分を絞り出す構造を有するため、スクリュー羽根間の汚泥は、ベルトプレス処理した汚泥のような薄い厚みとすることができず、その構造上の特性から脱水処理の最終過程に近い部分の汚泥の厚みは１０ｃｍ前後となることが通常である。

【0004】

したがって、押圧力をかけているスクリュー羽根に接しているか、その近くに存在している汚泥には強い押圧力が加わるが、当該スクリュー羽根から離れれば離れるほど汚泥に加わる押圧力は減衰する。

【0005】

その結果、スクリュー羽根に挟まれている汚泥の含水率に差が生じ、押圧力をかけているスクリュー羽根に近接している汚泥の含水率は小さいが、押圧力を受けているスクリュー羽根に近接している汚泥の含水率は大きくなる。換言すれば、回転しながら前進するスクリュー羽根の押圧力が、２枚のスクリュー羽根に挟まれている汚泥全体に均等には及ばないのである。

【0006】

その結果、含水率が比較的大きい汚泥が、含水率の小さい汚泥に混合されて出口部から排出されることとなり、脱水ケーキ全体の含水率を上昇させる原因となり得る。

【0007】

特許文献１～２には、スクリュー羽根に切欠部を設け、この切欠部によって脱水過程の汚泥を混合し、この混合汚泥に押圧力を及ぼすことにより、脱水効果を上昇させようとすることが記載されている。

【0008】

しかしながら、両文献に記載されている切欠部は、スクリュー羽根の先端からスクリューシャフトに至るものであり、その切欠部の面積がかなり大きいものであるから、その切欠部によって汚泥の混合は果たされるかもしれないが、大量の脱水過程の汚泥が逆流するため切欠部を有するスクリュー羽根には押圧力が発生せず、よってこの部分では汚泥を脱水することが難しい。換言すれば、両公報に記載されているスクリュープレス型脱水装置では、効果的に汚泥を押圧して高い脱水効果を得ることが困難である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特公昭６１－９１１８号公報

【特許文献2】特開２００４－１４８３４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は、従来のスクリュープレス型脱水装置が有していた問題点、すなわち脱水過程の汚泥に生じていた含水率のムラを少なくすることにより、従来のスクリュープレス型脱水装置では得られないような低含水率の脱水ケーキを得ることが可能となるスクリュープレス型脱水装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するために、本発明に係るスクリュープレス型脱水装置は、
駆動手段により回転するスクリューシャフトと、該スクリューシャフトの外周にスパイラル状に付設したスクリュー羽根と、該スクリュー羽根を囲むろ過孔を有する外筒とからなり、
前記外筒の一端に設けた入口部から投入した含水汚泥を圧搾して前記ろ過孔からろ過液を排出するとともに、前記外筒の他端に設けた出口部から脱水ケーキを得るスクリュープレス型脱水装置において、
前記スクリューシャフトと前記スクリュー羽根と前記外筒によって囲まれた空間部の容積が前記入口部から前記出口部に向けて減少しており、
前記スクリュー羽根が貫通穴を有することを特徴とするものからなる。

【0012】

このような本発明のスクリュープレス型脱水装置によれば、脱水過程の汚泥を貫通穴を通してスクリュー羽根の裏側に戻すことができるので、脱水過程の汚泥を反転させて含水率のムラを少なくすることにより、低含水率の脱水ケーキを得ることが可能となる。

【0013】

本発明のスクリュープレス型脱水装置において、前記貫通穴が、前記出口部から前記外筒の全長の１／１０～１／５の位置に相当する出口部近傍に設けられていることが好ましい。貫通穴を出口部近傍に設けることにより、出口部近傍における含水率のムラを効果的に低減することが可能となる。

【0014】

本発明のスクリュープレス型脱水装置において、前記貫通穴の大きさが、前記スクリューシャフトの周りを旋回する一周分の前記スクリュー羽根の投影面積の３％以上かつ１５％未満であることが好ましい。このような大きさの貫通穴をスクリュー羽根に設けることにより、貫通穴を通してスクリュー羽根の裏側に逆流する汚泥量を適正な範囲に制御することができる。

【0015】

本発明のスクリュープレス型脱水装置において、前記貫通穴が、前記スクリューシャフトに接して設けられていることが好ましい。このように設けられた貫通穴によれば、汚泥の逆流効果を高めることができる。また、前記貫通穴が、前記スクリュー羽根の中央より内側に中心点が位置するように設けられていてもよい。貫通穴の重心がスクリュー羽根の先端からスクリューシャフトまでの幅の半分よりも内側に配置されることにより、汚泥の逆流を十分に達成することができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明のスクリュープレス型脱水装置は、スクリュー羽根に適切な貫通穴を設けたので、スクリュー羽根に囲まれた脱水過程の汚泥を、当該貫通穴を介して逆流させることにより、脱水処理中に次々と脱水過程の汚泥を反転させることができる。

【0017】

その結果、従来装置ではスクリュー羽根の押圧力が強く働かない脱水過程の汚泥を上記反転によりスクリュー羽根の押圧力が強く働く位置に移動させることができ、汚泥に含まれる水分をさらに絞り出すことができる。

【0018】

このような貫通穴を介して生じる脱水過程の汚泥の反転により、スクリュー羽根に囲まれた脱水過程の汚泥の含水率のムラを極力少なくすることができ、得られる脱水ケーキの含水率を従来装置より小さくすることができる。

【0019】

また得られる脱水汚泥の含水率を同一とした場合は、本発明装置は従来装置より多量の汚泥を処理することが可能となる。

【0020】

このように本発明装置が産業に与える利益は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の一実施態様に係るスクリュープレス型脱水装置を示す概略正面図である。

【図2】図１のＡ－Ａ線から入口部の方向に向かって見た概略断面図である。

【図3】スクリュー羽根に囲まれた各点の汚泥の含水率を示す模式説明図である。

【図4】貫通穴から汚泥が逆流する状態を示す模式説明図である。

【図5】本発明の他の実施態様に係る貫通穴を示す概略断面図である。

【図6】実施例におけるスクリューシャフトとスクリュー羽根と貫通穴の寸法を示す概略断面図である。

【図7】実施例における汚泥処理量と含水率の関係を示したグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下に本発明を、図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施態様に係るスクリュープレス型脱水装置１の説明図であり、駆動手段１１により回転可能となっているスクリューシャフト２の外周に、スパイラル状にスクリュー羽根３を付設し、スクリューシャフト２はパンチングメタル等のろ過孔４を有する外筒５内に設置されている。外筒５の一方には含水汚泥を投入するホッパー型の入口部６を有し、他方には脱水ケーキを排出するための出口部７を有している。

【0023】

スクリューシャフト２は入口部６から出口部７に向かって徐々にその外径が太くなっていて、スクリューシャフト２とスクリュー羽根３と外筒５で囲まれた空間部は次第に減少するように構成されている。

【0024】

なおスクリューシャフトの外径を変えずにスパイラル状に付設するスクリュー羽根のピッチを入口部６から出口部７に向かって徐々に狭くすることによっても、スクリューシャフトとスクリュー羽根３と外筒５で囲まれた空間部を次第に減少するように構成することができる。

【0025】

図１において、８は回転するスクリューシャフト２に背圧をかける押圧装置であり、９はろ過液の受け槽である。

【0026】

スクリュープレス型脱水装置１における最大の特徴は、出口部７近傍のスクリュー羽根３に貫通穴１０を設けた点にある。

【0027】

図２は、図１のＡ－Ａ線から入口部６の方向に向かって見た概略断面図である。図２左のハッチングを付した部分は切断面を示す。図２において、貫通穴１０はスクリューシャフト２に接する部分のスクリュー羽根３に設けられている。貫通穴１０の大きさは、スクリューシャフト２の周りを旋回する一周分のスクリュー羽根３の投影面積Ｓ（図２右の網掛け部分の面積）の３％以上かつ１５％未満とするとよい。

【0028】

なお、スクリューシャフト２の外径は入口部６から出口部７に向かって太くなっているので、投影面積Ｓを求めるにあたっては投影面を一義的に定める必要がある。具体的には、貫通穴１０の出口部７側の端部を通りスクリューシャフト２の軸と垂直な平面（投影面）に対しスクリュー羽根３を入口部６側から投影したドーナツ形状の投影面積Ｓを求める。当該ドーナツ形状の外径は、投影面から入口部６側に見える一周分のスクリュー羽根３の最外径に等しく、当該ドーナツ形状の内径は投影面におけるスクリューシャフト２の外径に等しい。

【0029】

なお、スクリューシャフトの外径を変えずにスパイラル状に付設するスクリュー羽根のピッチを入口部６から出口部７に向かって徐々に狭くした別の構成を採用する場合にも、同様にして投影面積Ｓを求めることができる。すなわち、投影面から入口部６側に見える一周分のスクリュー羽根３の最外径に等しい外径と、スクリューシャフトの外径に等しい内径を有するドーナツ形状の面積が投影面積Ｓである。

【0030】

次に本発明のスクリュープレス型脱水装置の操作を説明する。
押圧装置８によってスクリューシャフト２に背圧をかけ、駆動装置１によってスクリューシャフト２をゆっくり回転させながら、図に示されていない常用の凝集槽で高分子凝集剤等の凝集剤によって凝集された含水率が９９％程度の含水汚泥を入口部６から連続的に投入する。

【0031】

投入された含水汚泥は回転するスクリュー羽根３によって、スクリュー羽根３とスクリューシャフト２と外筒５との間を僅かに滑らせながら出口部７に向かって移動する。入口部６の直下部あるいはその近傍では、含水汚泥中の水分は主に重力によるろ過作用によってろ過孔４から排出される。

【0032】

その後スクリューシャフト２とスクリュー羽根３と外筒５によって囲まれた空間部は次第にその体積が減少していくため、その空間部に存在する含水汚泥は徐々に圧搾され、圧搾により絞り出されたろ過液はろ過孔４から排出される。なおろ過液は受け槽９によって受けられ、当該脱水装置外に排出される。

【0033】

発明者等は、外筒部の直径０．４ｍ、長さ１．６ｍの実験装置を用いて、脱水過程の汚泥の含水率を測定した。その結果、出口部から約０．２ｍの部分のスクリュー羽根に囲まれた脱水過程の汚泥（以下、単に汚泥という）の含水率を測定したところ下記のような結果を得た。

【0034】

すなわちスクリュー羽根に囲まれた各点の汚泥の含水率を示す図３に見られるように、押圧力をかけているスクリュー羽根３に接している汚泥の含水率は、スクリューシャフト２側から、それぞれ８４％、８６％、８７％であるが、その前方に行けば行くほどその含水率は大きくなり、押圧力を受け止めているスクリューシャフト３の近傍に存在する汚泥は、スクリューシャフト２側からそれぞれ８９％、８８％、９１％であった。なお図中の矢印は汚泥の進行方向を示している。

【0035】

スクリュープレス型脱水装置１では、出口部７近傍のスクリュー羽根３に貫通穴１０を設けたので、当該貫通穴１０によって図４に示すような汚泥の逆流が生じる。すなわち含水率の大きい汚泥群Ａは流動性が大きいので早く逆流して、押圧しているスクリュー羽根３近傍に達してＡＡ層を形成し、続いて含水率の中程度の汚泥群Ｂも逆流して、ＡＡ層の隣に達してＢＢ層を形成し、最後に含水率が小さい汚泥群Ｃが逆流してＢＢ層の隣に達してＣＣ層を形成する。

【0036】

要するに、貫通穴１０を設けたことによって当該貫通穴１０を介して汚泥が次々と逆流し、その含水率分布が逆転するのである。

【0037】

したがって、含水率が大きい汚泥群Ａが逆流することにより押圧力を及ぼしているスクリュー羽根３の近傍にその位置を変えて汚泥群ＡＡを形成するので、スクリュー羽根３の押圧力を受けて脱水されその含水率を低下させることができる。

【0038】

上述した現象が貫通穴１０を介して次々に生じるので、出口部７から得られる脱水ケーキの含水率を従来装置より小さくすることができる。

【0039】

次に本発明における貫通穴１０について詳しく説明する。
前述したごとく、貫通穴１０の大きさはスクリューシャフト２を旋回する一周分のスクリュー羽根３の投影面積Ｓの３％以上でかつ１５％未満とするとよく、好ましくは４％以上でかつ１０％未満とするとよい。

【0040】

なお貫通孔１０を投影面積Ｓの１５％以上の大きさにすると貫通穴１０を逆流する汚泥量が多くなり過ぎ、スクリュー羽根３の押圧力が低下し汚泥を効果的に押圧することができなくなり、脱水効果が減少する恐れがある。また３％未満とすると逆流する汚泥量が少な過ぎて本発明の効果を十分に発揮できなくなる恐れがある。

【0041】

さらに貫通穴１０は図２に示したようにスクリューシャフト２に接して設けることが好ましい。このように貫通穴１０をスクリューシャフト２に接して設けることにより、汚泥の逆流を最も効果的に達成できる。

【0042】

なお図５に示したように貫通穴１０の中心点がスクリュー羽根３の中央部より内側にあればスクリューシャフト２に接していなくても、汚泥の逆流が効果的に達成される。ただし、貫通穴１０をスクリュー羽根３の外周部に接するように設けたり、あるいは貫通穴１０の一部がスクリュー羽根３の外周部からはみ出すように設けると、汚泥の逆流効果が低下する恐れがある。

【0043】

また貫通穴１０は、外筒５の全長の１０分の１～５分の１の位置に相当する出口部７近傍に設けることが好ましい。また、出口部７から入口部６に向かって２周目または３周目に設けることが好ましい。

【0044】

なお、貫通穴はスクリュー羽根に１か所設ければ十分であるが、上述した出口部７近傍の位置であるならば、隣接するスクリュー羽根にそれぞれ１か所、合計２か所設けてもよい。

【実施例0045】

以下に、実験装置による本発明の実施例を説明する。
１．使用したスクリュープレス型脱水装置
外筒の直径 ： ４００ｍｍ
外筒の長さ ：１６００ｍｍ
スクリューシャフトの径： １６ｍｍ
（入口部と出口部までを同一の太さとしたもの）
スクリュー羽根の幅 ： １２ｍｍ
貫通穴の大きさ ：縦６ｍｍ×横７ｍｍ
（スクリューシャフトを旋回する一周分のスクリュー羽根の投影面積の約４％）
貫通穴の位置 ：出口部から２００ｍｍのスクリュー羽根にスクリューシャフトに接して、１か所
スクリューシャフトの回転数：０．０５～０．２ｒｐｍ

【0046】

なお、汚泥の処理量に応じて回転数を変更し、処理量が少ないときは回転数を遅くし、処理量が多いときは回転数を速くした。

【0047】

また、スクリュー羽根をスクリューシャフトにスパイラル状に付設するが、スパイラルの間隔を出口部に向かって徐々に狭くし、出口部の当該間隔は入口部の当該間隔の２分の１になるように付設した。

【0048】

スクリューシャフトとスクリュー羽根と貫通穴の寸法を図６に示した。図６にはその図示が省略されているが、スクリュー羽根の外周面には外筒が密着して設置されている。

【0049】

２．処理対象
汚泥の種類 ：菓子製造排水処理装置から排出された汚泥
濃度 ：１．０％（水分含有率９９％）
ＭＬＶＳＳ（強熱残量）：８１％

【0050】

３．処理結果
本発明の実験装置の処理結果を、従来装置（貫通穴を設けないもの）の処理結果と合わせて図７に示した。なお図７において、縦軸は脱水ケーキの含水率（％）であり、横軸は汚泥処理量（ｋｇ・ＤＳ（ドライソリッド）／ｈｒ）を示す。

【0051】

図７に見られるごとく、同一含水率（７９．８％）当たりで比較すると、従来装置では１０ｋｇ・ＤＳ／ｈｒの汚泥処理量に対して、本発明装置は１２．５ｋｇ・ＤＳ／ｈｒと汚泥処理量が増加した。同一処理量当たりで比較すると、その含水率は、従来装置より本発明装置の方が０．５～０．７％の分だけ小さくなった。特に、通常の利用範囲である脱水ケーキの含水率７８．５％の点で比較すると、従来装置は汚泥処理量が２．５ｋｇ・ＤＳ／ｈｒに対して、本発明装置の汚泥処理量は７．０ｋｇ・ＤＳ／ｈｒと大幅に増加した。

【産業上の利用可能性】

【0052】

本発明のスクリュープレス型脱水装置は、各種装置から発生する汚泥を脱水するために広く利用可能である。

【符号の説明】

【0053】

１ 脱水装置
２ スクリューシャフト
３ スクリュー羽根
４ ろ過孔
５ 外筒
６ 入口部
７ 出口部
８ 押圧装置
９ 受け槽
１０ 貫通穴
１１ 駆動手段
Ａ、ＡＡ、Ｂ、ＢＢ、Ｃ、ＣＣ 汚泥群

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】