JP3576269B2 - 電気浸透脱水方法とその装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、余剰汚泥,上水汚泥等のスラッジを圧搾等により脱水しながら通電して電気浸透作用により脱水度の向上を図る電気浸透脱水方法と、その脱水装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、余剰汚泥,上水汚泥等のスラッジの脱水を行うに際し、電気浸透作用を利用した電気浸透脱水装置が普及しつつある。
【0003】
すなわち、この電気浸透脱水装置は、フィルタープレス等の脱水装置の濾室内に電極板を設置し、その電極板間のスラッジに通電してそのスラッジに電気浸透作用を生じさせ、それによって圧搾脱水時における脱水効率を高めるものである。
【0004】
従って、一般のフィルタープレス型の脱水装置に比べると、脱水効率が良好でスラッジの含水率を低減させうるとともに脱水時間も短縮されるという利点を有するものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、脱水の対象物であるスラッジ自体が本質的に電気抵抗を有するものであり、特に脱水が進んで水分が減少すると、その分電気抵抗も増加し、その結果、濾過性能を向上させるには電極板に印加される電圧も大きくする必要があり、ひいては消費電力が増大することとなる。
【0006】
また、スラッジの粘度が高いとスラッジの濾過性能も低下し、ひいては濾過速度が減少し消費電力が増大する要因にもなる。
【0007】
よって、この種の電気浸透脱水装置では、効率的な脱水を実施し濾過速度を向上させる一方で、電気浸透を行うに際しての消費電力をいかに低減させるかはきわめて重要な課題である。
【0008】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、汚泥の粘度を低下させるとともにスラッジに対する電気伝導率を上昇させ、それによって濾過速度を向上させ、ひいては電気浸透に伴う消費電力を低減させることを課題とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような課題を解決するために、電気浸透脱水方法とその装置としてなされたもので、電気浸透脱水方法としての特徴は、スラッジに通電して電気浸透作用によりスラッジの脱水効率を高める電気浸透脱水方法において、前記スラッジに通電する前に、予めスラッジを加温することにある。
【0010】
また、電気浸透脱水装置としての特徴は、スラッジに通電して電気浸透作用によりスラッジの脱水効率を高める脱水装置本体1と、該脱水装置本体1内に供給されるスラッジを加温する加温手段とを具備したことにある。
【0011】
スラッジを加温する加温手段としては、たとえばスラッジを貯留した状態で加温する加温装置3が使用される。
【0012】
【作用】
すなわち、予めスラッジを加温することによって、スラッジの粘度が低下するとともに、スラッジに対する電気伝導率が上昇し、この電気伝導率の上昇によって電流値が大きくなり、電気浸透効果が増大する。その結果、濾過速度が著しく増大することとなる。
【0013】
また電気伝導率が上昇することによって、所定の脱水効果を得るに際して印加する電圧が少なくてすみ、ひいては消費電力も低減されることとなるのである。
【0014】
さらに、電気浸透により電気エネルギーの一部が熱エネルギーに変換されることとなり、従って予め加温されたスラッジ温度が脱水装置本体1内で低下するのもある程度防止されることとなる。
【0015】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面に従って説明する。
【0016】
本実施例の電気浸透脱水装置は、図1に示すように、脱水装置本体1と、その脱水装置本体1内の汚泥を加圧するためのシリンダー2と、前記脱水装置本体1に供給するスラッジを加温するための加温装置3とからなる。
【0017】
4は、前記加温装置3で加温されるスラッジを、打込口5を介して前記脱水装置本体1内に圧送するためのポンプを示す。
【0018】
また、脱水装置本体1内の構造を図2に基づいて説明すると、図2において、6a,6b は濾板で、その内側には、電極板7a,7b が設けられている。
【0019】
8は、一方の濾板6aと電極板7a間に介装されたダイヤフラムで、背面側(濾板1a側)に圧搾空気が導入されて、他方の濾板6b側に膨張可能に構成されている。
【0020】
9a,9b は1対の濾布で、濾布吊り棒10に吊り下げられている。
【0021】
11は前記濾布吊り棒10を介して濾布9a,9b を巻き取るための巻取りドラムで、回転軸12に回転自在に取付けられている。
【0022】
13,…は、脱水ケーキを濾布から剥離させるための剥離ローラ、13b は濾布を下方に引っ張って巻き取るための巻取りローラ、14は、濾板6a,6b 間に形成される濾室内の濾液を外部に排出するための排出用孔、15は濾室内にスラッジを流入するための流入用孔を示す。
【0023】
さらに、前記加温装置3は、図1に示すように加温すべきスラッジを貯留するためのスラッジ貯留槽16と、該スラッジ貯留槽16内のスラッジを加温するためのヒーター17と、該スラッジ貯留槽16内のスラッジを攪拌するための攪拌機18とからなる。
【0024】
次に、上記のような電気浸透脱水装置によってスラッジを脱水する方法について説明する。
【0025】
先ず、スラッジを脱水する前に、その脱水すべきスラッジを予め上記加温装置3で加温する。
【0026】
すなわち、スラッジ貯留槽16内にスラッジ19を貯留し、ヒーター17を作動してスラッジ貯留槽16内の温度を上昇するとともに、攪拌機18でスラッジ貯留槽16内のスラッジ19を攪拌する。
【0027】
結果として、スラッジ貯留槽16内のスラッジ19は加温されることとなる。
【0028】
次に、上記加温装置3で加温されたスラッジ19を、ポンプ4で圧送しつつ打込口5を介して前記脱水装置本体1内に供給する。
【0029】
電気浸透脱水装置の脱水装置本体1を作動させる場合には、図3に示すように濾板6a,6b 間を閉塞して濾室を形成し、その濾室内に同図のようにスラッジを打ち込む。
【0030】
次に、濾室内にスラッジを打ち込んだ後、一方の濾板6aとダイヤフラム8との間に圧力空気を導入して、一方の電極板2aと他方の電極板2bとの間の濾布4a,4b 内のスラッジを図4に示すように圧搾圧力により挟圧する。
【0031】
さらに、上記のような圧搾工程前であって、スラッジの打込工程の途中で上記電極板2a,2b に直流電圧を加えると、電気泳動作用により、濾室内で新たな脱水作用が開始されることとなる。
【0032】
そして、所定の含水率まで脱水されると、その脱水工程が終了する。
【0033】
このようにして1回分の脱水が終了すれば、図2のように濾板6a,6b 間を開き、濾布9a,9b を引き下げて脱水ケーキを取り出し、処分する。
【0034】
このような一連の操作を行う場合において、電気浸透による脱水の工程においては、スラッジが上記加温装置3で予め加温されているため、スラッジの粘度が低下するとともに、スラッジに対する電気伝導率も向上することとなるのである。
【0035】
試験例1
加温装置3で加温されるスラッジの温度を変化させて、電気浸透脱水装置の脱水装置本体1に電圧を印加した場合、脱水性能がどの程度向上するかを確認した。
【0036】
具体的には、スラッジの温度が、濾過速度,スラッジの含水率,電気浸透に要する消費電力量に及ぼす影響について検討した。
【0037】
使用したスラッジの分析項目と分析方法は次のとおりである。
【0038】
【0039】
【0040】
分析結果は、次表1及び表2のとおりであった。
【表1】
【表2】
【0041】
表1は性状分析結果、表2は成分分析結果を示す。
【0042】
上記分析結果より、濃度は2.97%と低濃度である。また、強熱減量は24.00%と高い数値を示し、SiO2 /Al2O3 の比率は、1.33と平均的な数値を示している。
【0043】
以上の分析結果から判断して、やや難濾過性の浄水スラッジであった。
【0044】
このようなスラッジ脱水試験の結果を表3,表4に示す。
【0045】
【表3】
【表4】
【0046】
脱水の1サイクルにおける所要時間は、打込時間25分、圧搾時間65分、通電時間85分、総計93分で行った。
この所要時間の各工程は、下図のような運転パターンとなる。
【0047】
印加電圧は40〜100 Vの範囲で変化させ、さらにスラッジの温度は7〜40℃の範囲で変化させた。また、脱水装置本体1内の圧力は、打込時、圧搾時とも5kgf/cm2 で行った。
【0048】
尚、表3,4において、( )内で示している数値は、試験時のケーキ含水量よりも低含水率の場合を推定したものである。
【0049】
また、消費電力量は、電気浸透に要するものだけである。
【0050】
さらに、脱水ケーキの剥離性評価は、次のことを意味する。
A:剥離が良好である。
B:濾布に少々ケーキが付着する。
C:濾布にケーキが付着し、剥離が困難である。
【0051】
〔試験例1についての考察〕
上記試験例1の結果について以下のとおりの考察を行った。
【0052】
(1) スラッジの温度変化による電気浸透脱水性能について
▲1▼ 印加電圧と打込スラッジ量について
打込時間と打込スラッジ量の関係を図5及び図6に示す。図5,6中に示したデータは、NO1、3、5、7、9、11、13、15である。
【0053】
電気浸透脱水においては、打込中から通電することにより、打込中から通電しない場合と比較して、スラッジ打込量の増加を図ることができる。
試験結果より、打込を開始してから25分後の設定スラッジ温度におけるスラッジ打込量の、常温で打込中に通電しない場合(印加電圧0V)のスラッジ打込量に対する増加率を表5に示す。
【0054】
【表5】
表5からも明らかなように、打込中に通電しない場合(印加電圧0V)、スラッジ温度を40℃まで上昇させても、常温時と比較して、1.4倍程度しか増加しなかった。しかし、打込中から通電することにより、常温時の打込中に通電しない場合(印加電圧0V)と比較して、スラッジ温度40℃においては、1.7〜2.1倍程度まで増加することが確認できた。
【0055】
電気浸透脱水法においては、その打込工程中に電気泳動現象を利用し脱水効率を向上させるなど、柔軟に対応できることが1つの特徴である。この試験結果は、その効果が、スラッジ温度上昇に対しても、有効であることを示すものと考えられる。
【0056】
▲2▼ 脱水所要時間とケーキ含水率について
最終的に得られたケーキの重量と到達含水率をもとに、濾液量の変化から、各所要時間(打込・圧搾時間)でのケーキ含水率を図7及び図8に示す。
【0057】
図7,8中に使用したデータは、テストNO.1,3,5,7,9,11,13,15である。
【0058】
図7,8において、脱水所要時間には、雑時間3分を含まない。
【0059】
図7,8に示すように、ケーキ含水率を55%まで低下させるのに必要な時間は、スラッジ温度7℃(常温)において、通電なしの場合では123分、印加電圧70V(打込中から通電)では88分であり、脱水所要時間の差は35分であった。そして、この差が、スラッジ温度40℃においては、43分とさらに広がった。
【0060】
この結果から、スラッジ温度上昇に伴う脱水効率の向上度が、圧搾のみの場合と比較し、電気浸透脱水法の方が高いことを示していると考えられる。
【0061】
(2) スラッジの温度変化による濾過速度について
ケーキ含水率を一定としたときのスラッジ温度と濾過速度の関係を図9に示す。
【0062】
図9中に使用したデータは、テストNO.1〜16である。
【0063】
試験結果より、ケーキ含水率55%時の設定温度における常温時の通電なしの場合(印加電圧0V)に対する濾過速度の上昇率を試算した結果を表6に示す。
【0064】
【表6】
表6に示すように、スラッジ温度40℃における通電なし(印加電圧0V)の場合、常温時の通電なしの場合と比較して、1.4倍程度しか濾過速度は上昇しなかった。
【0065】
しかし、スラッジ温度40℃として電圧を印加した場合では、常温時の通電なしの場合と比較して2.2〜4.2倍の濾過速度の上昇が確認された。
【0066】
以上のことから、スラッジ温度を上げることで、通電なしの場合と電圧を印加した場合との濾過速度の差が、常温時よりもさらに広がる傾向が確認された。
【0067】
(3) スラッジの温度変化による消費電力量について
ケーキ含水率を一定としたときのスラッジ温度と消費電力量の関係を図10に示す。
【0068】
図10中に使用したデータは、テストNO.2〜4、6〜8、10〜12、14〜16である。
【0069】
試験結果より、ケーキ含水率55%時の設定温度における消費電力量の減少率を試算した結果を表7に示す。
【表7】
【0070】
表7に示されるように、スラッジ温度の上昇に伴う脱水効率の向上に従って、印加電圧70V以上の場合、スラッジ温度40℃において、消費電力量は30%以上の低減が認められた。
【0071】
尚、消費電力量は、電気浸透に要するものだけである。
【0072】
(3) スラッジの温度変化によるケーキ剥離性ついて
今回使用した濾布の仕様を表8に示す。
【表8】
【0073】
全ての試験において、同じ仕様の濾布を使用した。そして、ケーキの剥離性はすべて良好な結果を得た。
【0074】
ケーキの厚みは5.5 〜5.8mm であった(印加電圧は40〜100Vである)。
【0075】
また、脱水ケーキ表面には全面に濾布の織り目がはっきりと形成され、ケーキ剥離性の良好なことが、濾布表面と脱水ケーキ表面の双方から確認できた。
【0076】
このことは、濾布材質等に起因するだけでなく、電気浸透脱水の効果によるところが大きいと考えられる。
【0077】
電気浸透脱水法では、低圧圧搾力(4〜5kgf/cm2)であること、及び電気的反発により、濾布へのスラッジの食い込みが少なくなり、目詰まりが発生しにくくなること等から、良好な剥離性を実現すると考えられる。
【0078】
以上のように、電気浸透脱水法の効果は、スラッジ温度の変化に対して低下することなく、良好なケーキ剥離性を実現させることが確認された。
【0079】
試験例2
スラッジの温度変化によって、脱水性能にどのように影響を及ぼすかを確認した。
【0080】
スラッジの性状は次表9のとおりである。
【表9】
【0081】
試験は、スラッジ温度を変化させての脱水性能、電気伝導率を確認した。すべての試験において、打込2分、圧搾45分、通電45分で実験を行った。
【0082】
試験結果を表10に示す。
【表10】
【0083】
表10において、濾過速度等の欄で( )内に示している数値は、試験時のケーキ含水率よりも低含水率の場合を推定したものである。また、所要時間には雑時間3分を含んでいる。
【0084】
〔試験例2についての考察〕
上記試験例2の結果について以下のとおり考察した。
【0085】
(1) スラッジの電気伝導率について
スラッジ温度と電気伝導率の関係を図11に示す。スラッジの温度を上昇させると、電気伝導率は増加した。
【0086】
(2) 水の粘度について
水の温度と粘度との関係を図12に示す。スラッジの温度を上昇させると、水の粘度は低下した。
【0087】
(3) スラッジ温度の上昇による脱水性能について
スラッジ温度を20℃から40℃まで上昇させた場合の脱水性能(濾過速度,ケーキ含水率)について図13,図14に示す。また、スラッジ温度による濾過速度の上昇率を表11に示す。
【0088】
【表11】
スラッジ温度の上昇に伴って濾過速度は増加している。また、印加電圧40Vの場合の方が印加電圧なしの場合よりも、その増加傾向は大きくなっている。
【0089】
スラッジ温度の上昇に伴って通電した場合及び通電なしの場合ともに、ケーキ含水率は低下している。
【0090】
その他の実施例
尚、本発明で使用する電気浸透脱水装置の種類も、上記実施例のような濾布走行式のものに限らず、濾布固定式のものであってもよい。
【0091】
また、該実施例では、フィルタープレス型の電気浸透脱水装置を用いる場合について説明したが、これに限らずベルトプレス型の電気浸透脱水装置に本発明を適用することも可能である。
【0092】
従って、シリンダー2等は本発明に必須のものではない。
【0093】
さらに、上記実施例では、脱水装置本体1とは別に設けられたスラッジ貯留槽16を有する加温装置3でスラッジが加温されたが、スラッジを加温する手段は必ずしもこれに限定されるものではない。
【0094】
たとえばスラッジ貯留槽16から脱水装置本体1に至る配管中にスラッジを加温するように構成することも可能であり、従ってスラッジを加温する場所も問うものではない。
【0095】
要は、通電前にスラッジが予め加温されればよいのである。
【0096】
尚、上記のようなスラッジ貯留槽16で加温する場合、上記実施例のように攪拌機18でスラッジを攪拌することにより、スラッジを均一に加温できるという効果が得られるが、このように攪拌することも本発明に必須の条件ではない。
【0097】
また、加温は、上記実施例のようなヒーター17以外のもので行うことも可能である。
【0098】
【発明の効果】
叙上のように、本発明においては、予めスラッジを加温することによって、スラッジの粘度を低下させることができるとともに、スラッジに対する電気伝導率を向上させることを可能とした。
【0099】
特に、スラッジに対する電気伝導率を向上させうる結果、電流値が大きくなり、電気浸透効果が増大し、その結果、濾過速度の著しい増大が認められ、脱水効率が著しく向上するに至った。
【0100】
また、電気伝導率が向上するために所定の脱水効果を得るに際して印加する電圧値も少なくてすみ、ひいては消費電力を低減させることができるという顕著な効果を得た。
【0101】
この結果、電気浸透脱水装置を使用するに際して従来より要望されていた消費電力面でのコスト低減を図れ、しかも濾過速度を高めて脱水効率のさらなる向上を図れるという実益がある。
【0102】
また、電気浸透により電気エネルギーの一部が熱エネルギーに変換されることとなるため、予め加温されたスラッジ温度が脱水装置本体1内で低下するのもある程度防止でき、スラッジの加温状態をある程度維持できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例としての電気浸透脱水装置の全体を示す概略側面図。
【図2】脱水装置本体の内部の要部断面図。
【図3】スラッジ打込工程の脱水装置本体内部の要部断面図。
【図4】スラッジ圧搾工程の脱水装置本体内部の要部断面図。
【図5】通電しない場合の打込スラッジ量と打込時間との相関関係を示すグラフ。
【図6】通電する場合の打込スラッジ量と打込時間との相関関係を示すグラフ。
【図7】通電しない場合の脱水所要時間とケーキ含水率との相関関係を示すグラフ。
【図8】通電する場合の脱水所要時間とケーキ含水率との相関関係を示すグラフ。
【図9】スラッジ温度と濾過速度との相関関係を示すグラフ。
【図10】スラッジ温度と消費電力量との相関関係を示すグラフ。
【図11】スラッジ温度と電気伝導率との相関関係を示すグラフ。
【図12】水の温度と粘度との相関関係を示すグラフ。
【図13】スラッジ温度と濾過速度との相関関係を示すグラフ。
【図14】スラッジ温度とケーキ含水率との相関関係を示すグラフ。
【符号の説明】
1…脱水装置本体 3…加温装置
Claims (3)
- スラッジに通電して電気浸透作用によりスラッジの脱水効率を高める電気浸透脱水方法において、前記スラッジに通電する前に、予めスラッジを加温することを特徴とする電気浸透脱水方法。
- スラッジに通電して電気浸透作用によりスラッジの脱水効率を高める脱水装置本体1と、該脱水装置本体1内に供給されるスラッジを加温する加温手段とを具備することを特徴とする電気浸透脱水装置。
- 前記スラッジを加温する加温手段が、スラッジを貯留した状態で加温する加温装置3である請求項2記載の電気浸透脱水装置。
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