JP4310142B2

JP4310142B2 - 媒体撹拌型粉砕機及び媒体撹拌型粉砕機を使用する汚泥処理装置

Info

Publication number: JP4310142B2
Application number: JP2003197806A
Authority: JP
Inventors: 真澄楠
Original assignee: Unitika Ltd; Ashizawa Finetech Ltd
Current assignee: Unitika Ltd; Ashizawa Finetech Ltd
Priority date: 2003-07-16
Filing date: 2003-07-16
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2023-07-16
Also published as: JP2005034698A

Description

【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、媒体撹拌型粉砕機を使用する汚泥処理装置及び汚泥処理装置に使用するのに適した媒体撹拌型粉砕機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内部に粉砕室が形成された筒型のベッセル有し、該ベッセル内に撹拌部材を備える撹拌軸が配置され、粉砕室内にガラスビーズやスチールビーズのような粉砕用媒体を充填して撹拌軸を回転させながら固形分を含むスラリーを粉砕室に流通させて該固形分の微粉砕を行う媒体撹拌型粉砕機は、既に多くの構造のものが知られている。この種の粉砕機は、ベッセルの一端にスラリー導入口を有し、スラリーはこの導入口から粉砕室に導入され、撹拌部材により撹拌されて回転運動する粉砕媒体の間を通って、ベッセルの反対端に形成されたスラリー排出口から排出される。スラリーに含まれる固形粒子は、スラリーが粉砕媒体の間を通る間に媒体同士の接触による強い剪断作用を受け、微細粒子に粉砕される。
【０００３】
粉砕室のスラリー排出口側端部に到達したスラリーを粉砕媒体から分離して、スラリーのみを排出口から排出するために、スラリー排出口には分離用スクリーンが設けられるか（例えば、特許文献１及び２を参照）、又は粉砕媒体を通さない大きさの分離用スリットが形成される（例えば、特許文献３を参照）。
【０００４】
このように構成された媒体撹拌型粉砕機は、インクや塗料の顔料、磁性粉末、セラミック材料などの粉砕に使用されている。この種の粉砕機を下水処理施設における汚泥処理に使用する試みがある。すなわち、下水処理においては、下水処理施設から排出された汚泥を調整槽において濃縮処理し、次いで消化槽において嫌気性菌により消化させ、発生したメタンガスをガス貯蔵槽に導いて各種の熱源として再生利用する。そして、残りの余剰汚泥が最終処理に回される。ここで、余剰汚泥をポンプにより媒体撹拌型粉砕機に導いて粉砕処理を施すと、汚泥に含まれる菌体細胞膜が粉砕により破壊され、嫌気性菌による消化処理において発生するメタンガスの量が数十％増加し、同時に、最終処理に回される汚泥の量が桁違いに少なくなる（例えば、非特許文献１及び２）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２１９０８７
【特許文献２】
ドイツ特許第１１０９９８８号明細書
【特許文献３】
ドイツ特許第２３１２１０９号明細書
【非特許文献１】
社団法人日本農業集落排水協会「平成１３年度農業集落排水技術研究発表会」講演資料「ミル破砕式汚泥減量化システムの農業集落排水処理施設への適応」ユニチカ（株）エンジニアリング技術部名和慶東及び井出幹夫、平成１３年１１月２９日
【非特許文献２】
社団法人日本下水道協会主催第２５回下水道研究発表会講演集「汚泥の前処理−−嫌気性消化法のための湿式ミル前処理の効果−−」フジタ工業（株）中川輝雄ほか。昭和６３年5月9日〜１１日。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、媒体撹拌型粉砕機を下水処理施設において生じる余剰汚泥の処理に使用すると多大の効果を達成できることが期待される。しかしながら、下水処理において生じる余剰汚泥は高濃度であり、菌体や未消化の有機物、消化され難い毛髪、パルプ繊維などを含んでいる。これらの含有物のうち、毛髪やパルプ繊維は媒体撹拌型粉砕機では粉砕され難く、殆どがそのままスラリー排出口に向うことになる。しかし、従来の媒体撹拌型粉砕機においては、スラリー排出口にスラリーと粉砕用媒体とを分離するためのスクリーン又は分離ギャップが設けられているため、これら未粉砕の含有物がスクリーンや分離ギャップに詰まり、運転ができなくなる、という問題を生じる。
【０００７】
そこで、スラリー排出口のスクリーン又は分離ギャップをなくし、排出口に大きな開口を設けると、詰まりの問題は解消するが、粉砕室に充填された粉砕用媒体が粉砕機からスラリーと共に排出されてしまうことになる。
【０００８】
本発明は、従来技術のこのような問題に対処するために得られたもので、下水処理において生じる余剰汚泥の粉砕に使用しても目詰まりを生じることがなく、しかも粉砕用媒体がスラリーと共に排出されるのを実質的に防止できる媒体撹拌型粉砕機を提供することを課題とする。
【０００９】
本発明は又、このような粉砕機を使用する汚泥処理装置を提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明による媒体撹拌型粉砕機は、内部に粉砕室を有する筒型のベッセルと、該粉砕室の一端に設けられたスラリー導入口と、該粉砕室の他端を塞ぐ蓋板に設けられたスラリー排出口と、ベッセル内に回転自在に配置された撹拌軸と、該撹拌軸の軸方向に間隔をもった位置において該撹拌軸から半径方向外方に延びるように設けられた複数の撹拌部材とを備え、粉砕室内に粉砕用媒体を充填して、撹拌軸を回転させながらスラリー導入口からスラリーを導入し、スラリー排出口からスラリーを排出することによりスラリー内に含まれる固形分の粉砕を行うような構成を有する。さらに、本発明の特徴として、スラリー排出口は、粉砕用媒体や、毛髪、パルプ繊維などが通過できる大きさの蓋板に形成された開口であり、蓋板には、スラリー排出口を囲み撹拌軸のほぼ軸方向に延びるように筒状のスリーブが設けられる。粉砕室のスラリー排出口側のベッセル端部近傍に到達したスラリーは、スリーブによりスラリー導入口方向に方向を反転され、撹拌部材の撹拌作用による回転運動のもとで粉砕媒体から分離され、スラリー部分がスリーブの内部を通って排出口付近のスラリー通路を経て前記スラリー排出口を構成する開口から排出される。
【００１１】
本発明の好ましい一態様においては、スラリー排出口に最も近接する撹拌部材に、スリーブの半径方向外側の位置で前記撹拌軸のほぼ軸方向に延びるように撹拌バーが設けられ、該撹拌バーによりスリーブまわりのスラリーに回転運動が与えられる。この撹拌バーは、スラリー及び粉砕媒体に半径方向外向きの運動を与える断面形状を有することが好ましい。さらに、この撹拌バーは翼型断面形状を有することが好ましい。
【００１２】
本発明の好ましい別の態様においては、スラリー排出口に最も近接する撹拌部材は円板型部材であり、該円板型部材と該部材に近接するスリーブの端部との間に前記スラリー排出口に通じるスラリー通路が形成される。
【００１３】
さらに、本発明は、汚泥処理装置を提供するものであり、この装置は、下水処理場から排出された汚泥を受けて固形物を沈殿させて分離する沈殿槽と、上述した構成のいずれかを備える媒体撹拌型粉砕機と、沈殿槽の下部に設けた余剰汚泥スラリーを取り出すためのスラリー取出し口と前記媒体撹拌型粉砕機のスラリー導入口とを接続する導管と、該導管内に配置された汚泥ポンプと、上記した媒体撹拌型粉砕機のスラリー排出口からのスラリーを沈殿槽に戻すスラリー戻り回路とを備え、スラリーを沈殿槽と媒体撹拌型粉砕機との間で循環させることによりスラリー内の余剰汚泥固形分を粉砕するように構成される。この場合、汚泥処理装置には、スラリー戻り回路に嫌気性菌によって汚泥を消化する消化槽を設け、下水処理場からの汚泥をこの消化槽に導入する構成とすることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図について説明する。
【００１５】
図１は、下水処理施設から排出される余剰汚泥を処理するための本発明の媒体撹拌型粉砕機を使用する汚泥処理装置の一例を示す概略系統図である。この汚泥処理装置は、下水処理施設からの汚泥を受ける調整槽１と、調整槽１に接続された消化槽２、及び該消化槽２に接続された沈殿槽３を備える。
【００１６】
調整槽１が受け取る汚泥は水分を多量に含むものであるが、調整槽１は、この汚泥を濃縮して濃縮汚泥にする。調整槽１には消化槽２が接続される。消化槽２は密閉された構造であり、内部に撹拌羽根２ａを有する。この消化槽２は、嫌気性菌により汚泥を消化させるための槽であり、消化の結果として大量のメタンガスが発生する。メタンガスは、図示しないガス貯槽に送られて熱源として利用される。
【００１７】
消化槽２内のスラリー部分は、該消化槽２から沈殿槽３に送られる。沈殿槽３においては、消化槽２から送られたスラリーの余剰汚泥部分が沈殿させられ、上澄み部分が図示しない殺菌槽に送られ、殺菌処理を経て外部に放流される。
【００１８】
沈殿槽３の底部には、汚泥ポンプ４を有する導管５の一端が接続される。導管５の他端は、本発明の一実施態様による媒体撹拌型粉砕機６のスラリー導入口に接続される。粉砕機６のスラリー排出口は戻り回路７を介して消化槽２に接続される。
【００１９】
図２は、本発明を実施した媒体撹拌型粉砕機６の構造を示す縦断面図である。この粉砕機６は、円筒形の中空ベッセル１０を備える。ベッセル１０の内部には粉砕室１１が形成される。図示実施形態では、粉砕機６は縦型であり、ベッセル１０はほぼ垂直に保持される。ベッセル１０の一端、すなわち図示例における下端には下側蓋板１２が取り付けられている。この蓋板１２には、スラリー導入口１３が形成され、このスラリー導入口１３に前述の導管５が接続される。ベッセル１０の他端、すなわち図示例における上端には、上側蓋板１４が取り付けられる。上側蓋板１４の中央部には円形開口の形状のスラリー排出口１５が形成されている。
【００２０】
ベッセル10内には、上側蓋板１４の中央に形成されたスラリー排出口１５を通してベッセル１０の軸方向に、撹拌軸１６が挿入される。上側蓋板１４の外側には、スラリー排出口１５を囲むように箱型の出口カバー１７が設けられ、図示されていないが、該カバー１７と撹拌軸１６の間は適当なシール部材によりシールされている。箱型の出口カバー１７の内部には、スラリー出口室１８が形成される。
【００２１】
撹拌軸１６には、軸方向に間隔をもって複数の撹拌部材１９が設けられる。撹拌部材１９は、図示実施形態では円板型であるが、他の形状のものでもよい。媒体撹拌型粉砕機の技術分野において周知のように、粉砕室１１内には、ガラスビーズ、スチールビーズなどの粉砕媒体２０が充填される。下側蓋板１２のスラリー導入口１３は沈殿槽３からの導管５に接続され、スラリー出口室１８は消化槽２に戻る戻り回路７に接続される。撹拌軸１６は、図示しない動力駆動装置により回転駆動される。
【００２２】
沈殿槽３から汚泥ポンプ４により圧送される余剰汚泥のスラリーは、下側蓋板１２のスラリー導入口１３から粉砕室１１内に導入される。粉砕室11内において、回転駆動される撹拌軸１６の撹拌部材１９により粉砕媒体２０が撹拌され、スラリーはこの粉砕媒体２０の間を通る間に強い剪断作用を受けて、該スラリー内に含まれる菌体の細胞膜が破壊される。しかし、下水の余剰汚泥に含まれる毛髪やパルプ繊維などは破壊されず、そのままスラリー排出口１５に向かうことになる。したがって、従来の媒体撹拌型粉砕機におけるようにスラリー排出口に媒体分離用のスクリーンや分離スリットを設けると、このスクリーン又はスリットが毛髪やパルプ繊維により目詰まりを起すことになる。
【００２３】
本発明の図示実施例においては、この問題に対処するため、スラリー排出口１５にスクリーンや媒体分離用のスリットを設けず、スラリー排出口１５は、上側蓋板１４に形成された開口のままとする。この開口は、粉砕媒体２０が通過できる大きさであり、かつ、毛髪やパルプ繊維も目詰まりを起さずに通過できる。具体的には、撹拌軸１６と蓋板１４の開口縁との間に形成されるスラリー排出口１５の半径方向寸法は、１０ｍｍ以上の幅である。この寸法は、余剰汚泥スラリーに含まれる毛髪やパルプ繊維が目詰まりを起こさずに通過できる大きさとする必要があり、この実施形態では、スラリー排出口１５は撹拌軸１６まわりの環形の形状であるが、この形状に限ることはなく、撹拌軸１６から離れて蓋板１４に形成した任意の形状の開口とすることができる。しかし、スラリーに含まれる毛髪やパルプ繊維の目詰まりを防止する観点からは、図示実施形態の構造のように、撹拌軸１６を取り巻くように十分な幅の環状開口を形成することが最も好ましい。
【００２４】
粉砕機の作動中に粉砕媒体２０が粉砕機外に出るのを抑制するために、上側蓋板１４には、スラリー排出口１５を囲み粉砕室１１の内部に延びるように、筒状のスリーブ２１が設けられる。撹拌軸１６に設けられる撹拌部材１９のうち、最もスラリー排出口１５に近い円板型の撹拌部材１９ａには、撹拌軸１６にほぼ平行に、上側蓋板１４の方向に延びるように、複数の撹拌バー２２が周方向に間隔をもって取り付けられている。スリーブ２１の軸方向内端部と撹拌部材１９aとの間には、スラリー排出口１５に向うスラリーを通すスラリー通路２３が形成される。このスラリー通路２３も、毛髪やパルプ繊維も目詰まりを起さずに通過できる大きさとする。
【００２５】
図３は、粉砕機のスラリー排出口１５の近傍を拡大して示す断面図である。スラリー導入口１３からベッセル１０内の粉砕室１１に導入された余剰汚泥を含むスラリーは、汚泥ポンプ４の圧送圧力によりベッセル１０内を上方に移動する。この間に、スラリーは撹拌部材１９により撹拌されている粉砕媒体２０の間で剪断作用を受け、汚泥に含まれる菌体の細胞膜が破壊される。スラリー排出口１５のある上側蓋板１４の近傍に達したスラリーは、粉砕媒体２０と共に端部の撹拌部材１９aと撹拌バー２２により強い撹拌作用を受け、高速で旋回する。粉砕媒体２０の比重は、ガラスビーズの場合にはスラリーの約2.5倍であり、スチールビーズの場合にはスラリーの約８倍である。旋回運動により生じる遠心力は１００G程度であるので、スラリーよりも粉砕媒体の方が遥かに大きな半径方向外向きの力を受けることになる。したがって、粉砕媒体２０は、矢印Aで示すように半径方向外向きに流動する循環動作を行う。これに伴って、スラリーは、矢印Bで示すように、円筒形スリーブ２１の外側に沿って入口方向に流動し、端部の撹拌部材１９aとスリーブ２１の軸方向内端との間に形成されたスラリー通路２３を経て、軸方向に流れの向きを反転させて円筒形スリーブ２１の中に入り、スラリー排出口１５を経て出口室１８から戻り回路７に入り、汚泥処理装置を再度循環する。
【００２６】
このスラリーの流動経路には毛髪やパルプ繊維により目詰まりを生じるような部分がないので、従来の媒体撹拌型粉砕機におけるような目詰まりの問題は発生しない。また、粉砕媒体２０は、撹拌による旋回作用に基づく高い遠心力を受けるため、半径方向外向きに押されることになり、円筒形スリーブ２１内に入り込む可能性は極めて低くなる。また、この媒体撹拌型粉砕機が下水の余剰汚泥処理に使用される場合には、粉砕機を出るスラリーに僅かな量の粉砕媒体が混入しても悪影響はない。
【００２７】
図４は、ベッセルのスラリー排出口付近で粉砕媒体とスラリーの混合物に作用する半径方向外向きの力を高める構成の一例を示す断面図である。図に示すように、端部の撹拌部材１９ａに設けられる複数の撹拌バー２２は、翼型の断面形状を有する。この撹拌バー２２は、翼型の曲率の大きな負圧側がベッセル１０の半径方向外側に向くように配置される。回転方向は、図４に矢印Ｃで示す方向である。この配置により、スラリーと粉砕媒体の混合物は半径方向外向きの強い力を受けることになる。したがって、この配置では、粉砕媒体２２が円筒形スリーブ２１の内部に入り込む可能性は一層低くなる。
【００２８】
媒体撹拌型粉砕機６により処理されたスラリーは、図１に示す戻り回路７により処理装置の消化槽２に戻されて、再度消化処理され、沈殿槽３に送られる、という循環処理が行われる。このような循環を必要な回数行って、沈殿槽３の底に溜まった余剰汚泥を取出し導管９のバルブ８を開くことによって取り出し、焼却炉２４などによって焼却処理する。本発明によれば、このように最終処理される余剰汚泥の量は大幅に減少する。また、消化槽２において発生するメタンガスの量は飛躍的に増大する。
【００２９】
以上、本発明の実施形態を特定の構造について説明したが、本発明は、図示された実施形態とは異なる形態でも実施することができる。例えば、図示実施形態では粉砕機は縦型であるが、本発明は横型の粉砕機でも支障なく実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による余剰汚泥処理装置の配列を示す系統図である。
【図２】図１の余剰汚泥処理装置に使用される媒体撹拌型粉砕機の一例を示す断面図である。
【図３】図２に示す粉砕機のスラリー排出口近傍の構造を示す拡大断面図である。
【図４】図３のIV−IV線に沿ってとった断面図である。
【符号の説明】
１・・・調整槽、２・・・消化槽、３・・・沈殿槽、４・・・汚泥ポンプ、
５・・・導管、６・・・媒体撹拌型粉砕機、１０・・・ベッセル、
１１・・・粉砕室、１３・・・スラリー導入口、１５・・・スラリー排出口、
１６・・・撹拌軸、１８・・・出口室、１９・・・撹拌部材、
２０・・・粉砕媒体、２１・・・円筒形スリーブ、２２・・・撹拌バー、
２３・・・スラリー通路

Claims

内部に粉砕室を有する筒型のベッセルと、
前記粉砕室の一端に設けられたスラリー導入口と、
前記粉砕室の他端を塞ぐ蓋板に設けられたスラリー排出口と、
前記ベッセル内に回転自在に配置された撹拌軸と、
前記撹拌軸の軸方向に間隔をもった位置において該撹拌軸から半径方向外方に延びるように設けられた複数の撹拌部材と、
を備え、
前記粉砕室内に粉砕用媒体を充填して、前記撹拌軸を回転させながら前記スラリー導入口からスラリーを導入し、前記スラリー排出口からスラリーを排出することによりスラリー内に含まれる固形分の粉砕を行うようになった媒体撹拌型粉砕機であって、
前記スラリー排出口は前記蓋板に形成された、前記粉砕媒体が通過できる大きさの開口であり、
前記蓋板には前記スラリー排出口を囲み撹拌軸のほぼ軸方向に延びるように筒状のスリーブが設けられ、該スリーブの側壁は、スラリーが通過できるような孔がなく、スラリーが該スリーブの外側に沿って流動するようになる構成であり、前記蓋板とは反対側の端部が開口しており、粉砕室の前記スラリー排出口側のベッセル端部近傍に到達したスラリーが前記スリーブにより前記スラリー導入口方向に向かって方向を反転され、該スリーブに沿って流れるようになり、その間に前記撹拌部材の撹拌作用による回転運動のもとで粉砕媒体から分離され、スラリー部分が前記スリーブの開口した前記端部から該スリーブ内に入り、該スリーブの内部を通って前記スラリー排出口を構成する前記開口から排出されるようになった、
ことを特徴とする媒体撹拌型粉砕機。
請求項１に記載した媒体撹拌型粉砕機であって、前記スラリー排出口を形成する前記開口は、少なくとも１０ｍｍの幅を有することを特徴とする媒体撹拌型粉砕機。
請求項１又は請求項２に記載した媒体撹拌型粉砕機であって、前記スラリー排出口に最も近接する撹拌部材に、前記スリーブの半径方向外側の位置で前記撹拌軸のほぼ軸方向に延びるように撹拌バーを設け、該撹拌バーにより前記スリーブまわりのスラリーに回転運動を与えるようになったことを特徴とする媒体撹拌型粉砕機。
請求項３に記載した媒体撹拌型粉砕機であって、前記撹拌バーは、スラリー及び粉砕媒体に半径方向外向きの運動を与える断面形状を有することを特徴とする媒体撹拌型粉砕機。
請求項４に記載した媒体撹拌型粉砕機であって、前記撹拌バーは翼型断面形状を有することを特徴とする媒体撹拌型粉砕機。
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載した媒体撹拌型粉砕機であって、前記スラリー排出口に最も近接する撹拌部材は円板型部材であり、前記円板型部材と該部材に近接する前記スリーブの端部との間に前記スリーブの内部を介して前記スラリー排出口に通じるスラリー通路が形成されたことを特徴とする媒体撹拌型粉砕機。
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載した媒体撹拌型粉砕機であって、前記スラリー排出口は、前記蓋板の中央部材に形成された開口の縁と該開口を通り抜ける前記撹拌軸との間に形成された環状の通路であることを特徴とする媒体撹拌型粉砕機。
下水処理場から排出された汚泥を受けて固形物を沈殿させて分離する沈殿槽と、
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載された媒体撹拌型粉砕機と、
前記沈殿槽の下部に設けた余剰汚泥スラリーを取り出すためのスラリー取出し口と前記媒体撹拌型粉砕機のスラリー導入口とを接続する導管と、
前記導管内に配置された汚泥ポンプと、
前記媒体撹拌型粉砕機のスラリー排出口からのスラリーを前記沈殿槽に戻すスラリー戻り回路と、
を備え、スラリーを前記沈殿槽と前記媒体撹拌型粉砕機との間で循環させることによりスラリー内の余剰汚泥固形分を粉砕するようになった、
ことを特徴とする汚泥処理装置。
請求項８に記載された汚泥処理装置であって、前記スラリー戻り回路に嫌気性菌によって汚泥を消化する消化槽が設けられ、下水処理場からの汚泥はこの消化槽に導入されることを特徴とする汚泥処理装置。