JP4849380B2 - スクリュープレスのケーキ含水率一定制御方法 - Google Patents

スクリュープレスのケーキ含水率一定制御方法 Download PDF

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Description

この発明は、スクリュープレスの運転制御方法に関し、特に外筒スクリーンの終端側から排出されるケーキの含水率を一定に制御するために、スクリュー軸を回転制御すると共に、汚泥を凝集させる高分子凝集剤の薬注率を調整するスクリュープレスの運転制御方法に関する。
従来、多くの処理場における下水汚泥の脱水処理は、ベルトプレス、遠心脱水機、スクリュープレスなど、汚泥を高分子凝集剤で調質して脱水する脱水機を使用している。これらの脱水機を運転するにあたって、汚泥処理量とともに、高分子凝集剤の注入率、ケーキの含水率が主要管理項目となるが、ケーキ含水率は汚泥性状の変動や高分子凝集剤の調質状態により影響を受ける。また、脱水ケーキは焼却やコンポストとして処理されるが、これらの設備の運転管理上、脱水ケーキの含水率を一定にすることが望まれる。焼却処分においては、燃料の使用量、埋立て処分では運搬費や埋立地の容量に影響する。そのために、脱水ケーキはできる限り低い含水率で、均一な所定の含水率で排出されることが望まれる。
この種のスクリュープレスの運転制御方法としては、例えば特許文献1に示されているように、排出された脱水ケーキの一部を平板状の測定用ダイスに圧送し、測定用ダイスを通過する脱水ケーキの含水率をマイクロ波透過型水分計で計測し、あらかじめ設定しているデータと比較演算して、汚泥の凝集剤添加率の調整や、スクリュー軸の回転制御を行うケーキ含水率を一定とする脱水機の運転制御方法が記載されている。
特開2003−177105号公報
特許文献1に記載されているマイクロ波を用いた脱水ケーキの含水率測定方法として、マイクロ波は自由に空間を直進するが、金属面では反射し、誘電体中ではそのエネルギーが減衰しながら伝播するという特性を利用したものである。そして、誘電体中でも水は特に高い誘電率を示す物質であり、脱水ケーキ中の水分量によってマイクロ波の送信と受信の位相差が明確に示されるという原理を利用したものであり、リアルタイムで脱水ケーキの含水率が測定できるものである。
しかし、特許文献1に記載の構成においては、脱水機から排出される脱水ケーキの一部をサンプリングして、圧送ポンプで測定装置に移送する必要がある。このため、別途圧送ポンプが必要であり、余分なランニングコストが必要である。また、開口面積が小さい測定装置では、長時間停止時には脱水ケーキが詰まる恐れがあり、脱水ケーキの除去作業が必要であるという課題がある。
この発明に係るケーキ含水率一定制御方法は、周部にろ過面を有する外筒スクリーンにスクリュー羽根を巻き掛けたスクリュー軸を内設し、外筒スクリーンの始端部に供給した汚泥を、スクリュー軸を回転させながら外筒スクリーンからろ液を分離して、外筒スクリーンの終端部から脱水ケーキを取出す際に、前記外筒スクリーンの始端部に供給される汚泥の圧入圧力を一定に制御するスクリュープレスにおいて、ケーキ排出部に配設したマイクロ波含水率計に対向して備えた一対の送受信アンテナの間を、ケーキ排出部内の圧密されたケーキの一部を連続的に通過させて、直接的かつ連続的に脱水ケーキの含水率を測定し、この測定された脱水ケーキの含水率が予め設定した基準含水率より大きい場合、スクリュー軸の回転数を減少させ、脱水ケーキの含水率が基準含水率より小さい場合、凝集剤の薬注率を減少させて脱水ケーキの含水率を基準含水率の範囲に戻すように制御するものである。リアルタイムに汚泥性状の変動に対応して、薬品使用量を減らすことを優先に脱水ケーキの含水率を一定に保つことができる。また、別途脱水ケーキを抜き出して測定するための配管、設備、動力等が不要になると共に、リアルタイムに脱水状況に応じたケーキ含水率の制御ができる。


また、前記スクリュー軸の回転数の下限値を予め設定し、スクリュー軸の回転数の制御でケーキ含水率が基準含水率まで回復せず下限値に達した場合、凝集剤の薬注率を増加させて脱水ケーキの含水率を基準含水率の範囲に戻すように制御するので、通常運転に支障が出るスクリュー軸の回転数で運転することがない。また、前記薬注率の上限値を予め設定し、薬注率の制御でケーキ含水率が基準含水率まで回復せず上限値に達した場合、警報を出すとともに、凝集剤の薬注率の再設定を行い、脱水ケーキの含水率を基準含水率の範囲に戻すように制御するので、汚泥性状が大きく変動しても異常を検知でき、適正な薬品使用量で、脱水ケーキ含水率を一定に保持する運転を行うことができる。
また、前記凝集剤の薬注率の下限値を予め設定し、凝集剤の薬注率の制御でケーキ含水率が基準含水率まで回復せず下限値に達した場合、スクリュー軸の回転数を増加させて脱水ケーキの含水率を基準含水率の範囲に戻すように制御するので、薬品使用量を減らすことを優先に、2つのパラメータの組み合わせ制御で脱水ケーキの含水率を一定に保つことができる。また、前記スクリュー軸の回転数の上限値を予め設定し、スクリュー軸の回転数の制御でケーキ含水率が基準含水率まで回復せず上限値に達した場合、警報を出すとともに、スクリュー軸の回転数の再設定を行い、脱水ケーキの含水率を基準含水率の範囲に戻すように制御するので、汚泥性状が大きく変動しても異常を検知でき、適正な薬品使用量で、脱水ケーキ含水率を一定に保持する運転を行うことができる。
上記のケーキ含水率の一定制御を実施する装置は、周部にろ過面を有する外筒スクリーンにスクリュー羽根を巻き掛けたスクリュー軸を内設し、外筒スクリーンの始端部に供給した汚泥を、スクリュー軸を回転させながら外筒スクリーンからろ液を分離して、外筒スクリーンの終端部から脱水ケーキを取出す際に、前記外筒スクリーンの始端部に供給される汚泥の圧入圧力を一定に制御するスクリュープレスにおいて、スクリュープレスのケーキ排出部に脱水ケーキの含水率を測定する含水率計と、含水率計が検出したデータを受信して予め設定した脱水ケーキの基準含水率と比較演算して判別する判別器と、判別器の指令信号を受信してスクリュー軸の回転数を増減させる回転指示器と、判別器の指令信号を受信して凝集剤の薬注率を増減させる薬液注入制御器と、判別器の指令信号を受信して警報を出す警報指示器を配設したものであって、ケーキ含水率を常時基準含水率の範囲内にさせるものであり、脱水ケーキが安定して脱水後の処理工程の管理が容易となる。
この発明は上記のように構成してあり、脱水ケーキの含水率の変動に対し、スクリュー軸回転数と薬注率の2つのパラメータについて、薬注率を減少させることを優先に制御するので、脱水ケーキの含水率を一定に保つことができるとともに、汚泥性状の変動に対応して薬品使用量も減らすことができる。そして、脱水後の焼却やコンポストとして処理を行う際に、焼却燃料の使用量の削減や管理、又はコンポスト時間や製品の品質管理が容易となる。また、マイクロ波含水率計をスクリュープレスの排出部に配設して、スクリュープレス内を排出側に移送される脱水ケーキの含水率を直接的かつ連続的に測定しているので、別途脱水ケーキを抜き出して測定するための配管、設備、動力等が不要になるだけでなく、リアルタイムに脱水状況に応じたケーキ含水率の制御ができるものである。
この発明の実施例を図面に基づき詳述すると、先ず、図1において、符号1はスクリュープレスであって、架台2の前後のフレーム3、4に設置されている。このスクリュープレス1は、周部にろ過面を有する外筒スクリーン5にスクリュー羽根6を巻き掛けたスクリュー軸7が内設してある。外筒スクリーン5の内部に配設したスクリュー軸7は始端側から終端側に向かってテーパー状にその径を増大させ、外筒スクリーン5とスクリュー軸7を延伸方向に向かって相対的な間隔を減少させるようにしてある。そして、スクリュー軸7の前端部には汚泥の供給管8が連結してあり、供給管8は外筒スクリーン5の始端側に開孔したスクリュー軸7の供給孔9に連通させてある。スクリュー軸7の後端部にはスクリュー駆動軸10が連結してあり、スクリュー駆動軸10には駆動用のスプロケット11が嵌着してある。このスプロケット11をスクリュー駆動機38(図示せず)で駆動させ、スクリュー軸7を回転させる。供給孔9から供給された汚泥は、スクリュー羽根6によって始端側から終端側に向かって移送され、外筒スクリーン5からろ液を分離させながら濃縮・脱水するようになっている。必要に応じて外筒スクリーン5は回動自在としても良い。
そして、上記スクリュープレス1において脱水処理を行った直後の汚泥(脱水ケーキ)を外部へ排出する脱水ケーキ排出部12には、排出される脱水ケーキに背圧を作用させるためのテーパーコーン状のプレッサー(押圧板)13が備えられている。このプレッサー13は、エアーシリンダあるいは油圧シリンダ等のごとき流体圧シリンダ14によって軸方向(図1において左右方向)へ往復動自在に設けられている。したがって、前記流体圧シリンダ14によって前記プレッサー13を押圧し、前記脱水ケーキ排出部12から排出される脱水ケーキに作用する背圧を調整することにより、脱水ケーキの脱水性に応じた加圧圧力に調整することができる。
上記スクリュープレス1において、脱水ケーキ排出部12には、外筒スクリーン5の端部に着脱可能な接続管15が設けられている。そして、この接続管15には、脱水ケーキ排出部12から排出される脱水ケーキの含水率を測定するための含水率測定手段としてのマイクロ波含水率計16が備えられている。より詳細には、前記接続管15は、前記外筒スクリーン5とはフランジを介して着脱可能に接続してあり、この接続管15に対する前記マイクロ波含水率計16の取付部には、図2のように当該接続管15の軸心に対して直交する放射方向に長い円筒形状の取付管17が一体的に取付けてある。
上記マイクロ波含水率計16は、発信器から発信されたマイクロ波が受信器で受信されるとき、前記発信器と受信器との間に水分が存在すると、マイクロ波の送信と受信との間に位相差が生じ、この位相差と含水率とが相関関係にあることを利用して脱水ケーキの含水率を測定するものである。
図2に示すように、上記マイクロ波含水率計16は、取付管17内へ挿入自在な円柱形状の本体18を備えており、この本体18の先端部には、一対の送受信アンテナ19A,19Bを対向して備えたアンテナ支持部20A,20Bが突出して備えられている。アンテナ支持部20A,20Bは、本体18を前記取付管17内へ取付けたときに、接続管15内へ突出するように設けられている。そして、送受信アンテナ19A,19Bの対向方向は、接続管15内を移動(流動)する脱水ケーキの移動方向に対してほぼ直交する方向となるように設けられている。換言すれば、対向した一対の送受信アンテナ19A,19Bの間を、この一対の送受信アンテナ19A,19Bの対向面に沿う方向へ脱水ケーキが移動するように設けられている。
上記マイクロ波含水率計16における本体18の上部には、取付管17の先端部に備えた取付フランジ21と接合自在なフランジ22が一体的に備えられており、このフランジ22の上部には、測定部23が備えられている。取付フランジ21とフランジ22は、ボルト、ナット等のごとき複数の取付固定具24によって一体的に固定可能である。
図3はスクリュープレスのケーキ含水率一定制御装置の概略構成図であって、汚泥貯留槽25の汚泥を抜出す原液供給管26に定流量の原液供給ポンプSPと濃度計D及び原液流量計Fsが配設してあり、汚泥の濃度と原汚泥流量Qsを測定するようにしてある。汚泥貯留槽25に併設した高分子溶解槽27に薬液供給管28が連結してあり、薬液供給管28には汚泥に凝集剤を供給する流量調整可能な高分子供給ポンプPPと凝集剤の添加量を測定する薬液流量計Fpを配設してある。薬液供給管28は原液流量計Fsを配設した原液供給管26の後方に接続してある。原液供給管26に配設した濃度計D及び原液流量計Fsと、薬液供給管28に配設した薬液流量計Fpが薬液注入制御器29に接続してあり、検出した汚泥の原液濃度と原汚泥流量Qsの検知信号を薬液注入制御器29に送信して、汚泥貯留槽25から定流量で抜出す原汚泥流量Qsの固形物量を算出し、高分子凝集剤の添加量の検知信号を薬液注入制御器29に送信して、予め設定してある汚泥の固形物量に応じて添加する高分子凝集剤の供給量と比較演算し、所定の凝集剤の添加率になるように高分子供給ポンプPPの回転数を制御して、原液供給管26の原汚泥流量Qsに適切な添加率αの高分子流量Qpを供給する。
図3に示すように、原液供給管26の後端が密閉状の凝集混和槽30の槽底に連結してあり、高分子凝集剤を添加した汚泥を凝集混和槽30に底部から圧入し、撹拌機31で撹拌混合して凝集スラリーを生成させる。凝集混和槽30にタンク圧で凝集スラリーを抜出すスラリー供給管32がスクリュープレス1に接続してあり、図1に示すスクリュープレス1の供給管8に凝集スラリーを供給する。
上記凝集混和槽30から凝集スラリーを抜出すスラリー供給管32に圧力計PSoが配設してあり、供給圧力の検知信号を送信する圧力制御器35が圧力計PSoに接続してある。圧力制御器35で受信した凝集スラリーの供給圧PSと予め設定してある基準圧POと比較演算して、修正する回転数の指令信号を原液供給ポンプSPに伝達し、汚泥の性状変化に対応して変動する供給圧PSが基準圧POとなるように、原液供給ポンプSPの回転数を制御し、原液流量Qを調整する。
上記スクリュープレス1のケーキ排出部12に配設した接続管15に備えたマイクロ波含水率計16で測定された含水率Wの電気信号は判別器36に送信され、判別器36でそのデータと予め設定した基準含水率WOを演算して判別する。基準含水率WOは設定基準値WO’に許容値δを加味した値(WO=WO’±δ)であり、上限値と下限値を定めて幅を持たせている。測定された含水率Wが基準含水率WOを外れた場合、含水率Wが基準含水率WOより大きい時は、判別器36の判別結果の指令信号を回転指示器37に送信し、スクリュー駆動機38を介してスクリュー軸7の回転数Nを減速制御してケーキ含水率Wが基準含水率WOの範囲内に収まるように調整する。また、含水率Wが基準含水率WOより小さい時は、判別器36の判別結果の指令信号を薬液注入制御器29に送信し、凝集剤の薬注率αを減少させるように高分子供給ポンプPPの回転数を制御してケーキ含水率Wが基準含水率WOの範囲内に収まるように調整する。
上記スクリュー軸7の回転数Nの減速制御のみでケーキ含水率Wが目標値内に達しない場合は、判別器36から凝集剤の薬注率αを制御する薬液注入制御器29に信号を送信して、薬注率αを増加させるように高分子供給ポンプPPの回転数を制御してケーキ含水率Wが基準含水率WOの範囲内に収まるように調整する。また、上記薬注率αの減少制御のみでケーキ含水率Wが目標値内に達しない場合は、判別器36からスクリュー軸7の回転数Nを制御する回転指示器37に信号を送信して、スクリュー軸7の回転数Nを増加させるようにスクリュー駆動機38の回転数を制御してケーキ含水率Wが基準含水率WOの範囲内に収まるように調整する。
図4はスクリュープレスのケーキ含水率一定制御方法のフローチャートであって、先ず、
1:スクリュープレス1の運転を開始する。
2:基準含水率WO、スクリュー軸7の回転数Nの上限値Nmaxと下限値Nmin、凝集剤の薬注率αの上限値αmaxと下限値αminを設定し、定量の原汚泥流量Qsに、所定の高分子流量Qpを添加して(Q=Qs+Qp)、凝集混和槽30で撹拌混合し、凝集スラリーをスクリュープレス1に基準圧POで供給する。
3:設定時間ごとに、マイクロ波含水率計16でケーキ排出部12の脱水ケーキの含水率Wを計測し、その検知信号を判別器36に送信する。
4:判別器36で脱水ケーキの含水率Wと予め設定してある基準含水率WOと比較演算する。
5:含水率Wが基準含水率WOの上限値{WO’+δ}より大きい(W−WO’>δ)時は、スクリュー軸7の回転数Nと予め設定してある下限値Nminを比較する。
6:スクリュー軸7の回転数Nが下限値Nminより大きい時(N>Nmin)は、スクリュー軸7の回転数Nを減少させる指令信号をスクリュー駆動機38に送信し、設定時間ごとに、マイクロ波含水率計16でケーキ排出部12の脱水ケーキの含水率Wを計測する。
7:スクリュー軸7の回転数Nが下限値Nmin以下の時(N≦Nmin)は、薬注率αと予め設定してある上限値αmaxを比較する。
8:薬注率αが上限値αmaxより小さい時(α<αmax)は、薬注率αを増加させる指令信号を高分子供給ポンプPPに送信し、設定時間ごとに、マイクロ波含水率計16でケーキ排出部12の脱水ケーキの含水率Wを計測する。
9:含水率Wが基準含水率WOの下限値{WO’−δ}より小さい(WO’−W>δ)時は、薬注率αと予め設定してある下限値αminを比較する。
10:薬注率αが下限値αminより大きい時(α>αmin)は、薬注率αを減少させる指令信号を高分子供給ポンプPPに送信し、設定時間ごとに、マイクロ波含水率計16でケーキ排出部12の脱水ケーキの含水率Wを計測する。
11:薬注率αが下限値αmin以下の時(α≦αmin)は、スクリュー軸7の回転数Nと予め設定してある上限値Nmaxを比較する。
12:スクリュー軸7の回転数Nが上限値Nmaxより小さい(N<Nmax)時は、スクリュー軸7の回転数Nを増加させる指令信号をスクリュー駆動機38に送信し、設定時間ごとに、マイクロ波含水率計16でケーキ排出部12の脱水ケーキの含水率Wを計測する。
常時設定基準値内(−δ≦W−WO’≦δ)になるように、スクリュープレス1のスクリュー軸7の回転数N及び高分子供給ポンプPPの回転数を制御する。薬注率αが上限値αmaxあるいはスクリュー軸7の回転数Nが上限値Nmaxに達しても脱水ケーキの含水率Wが基準含水率WOの範囲に戻らない時は、警報指示器39に指令信号を送信して音あるいは光(ランプやパネル上の表示)で確認できる警報を発生させ、運転管理者が汚泥性状の大きな変動を検知できる。そして、予め設定した初期設定の各パラメータ値を見直して、手動でも警報指示器からの指令信号による自動でも再設定して、適正な薬品使用量で、脱水ケーキ含水率を一定に保持する運転を行うことができる。
この発明に係わるスクリュープレスのケーキ含水率一定制御方法は、脱水ケーキの含水率変動に対応して、スクリュー軸の回転数及び薬注率の2つのパラメータを組み合わせて制御するので、スクリュープレスの脱水ケーキの含水率を均一にすることができる。即ち、汚泥の性状変化により、脱水ケーキの含水率に差異が生じることを防止し、連続で供給される原液の汚泥性状の変動に対応して、脱水ケーキの含水率を一定に保つことができ、薬品使用量も減らすことができる。脱水ケーキが安定するので、脱水後の焼却やコンポストとして処理を行う際に、焼却燃料の使用量の削減や管理、又はコンポスト時間や製品の品質管理が容易となる。
この発明に係るケーキ含水率一定制御装置に使用するスクリュープレスの縦断側面図である。 同じく、マイクロ波含水率計の取付状態を示す断面説明図である。 スクリュープレスのケーキ含水率一定制御装置の概略構成図である。 同じく、ケーキ含水率一定制御方法のフローチャートである。
1 スクリュープレス
5 外筒スクリーン
6 スクリュー羽根
7 スクリュー軸
12 ケーキ排出部
16 マイクロ波含水率計
19A 送信アンテナ
19B 受信アンテナ
29 薬液注入制御器
36 判別器
37 回転指示器
39 警報指示器
SP 原液供給ポンプ
PP 高分子供給ポンプ
W ケーキ含水率
WO 基準含水率
N スクリュー軸の回転数
Nmax スクリュー軸の回転数の上限値
Nmin スクリュー軸の回転数の下限値
α 薬注率
αmax 薬注率の上限値
αmin 薬注率の下限値

Claims (5)

  1. 周部にろ過面を有する外筒スクリーン(5)にスクリュー羽根(6)を巻き掛けたスクリュー軸(7)を内設し、外筒スクリーン(5)の始端部に供給した汚泥を、スクリュー軸(7)を回転させながら外筒スクリーン(5)からろ液を分離して、外筒スクリーン(5)の終端部から脱水ケーキを取出す際に、前記外筒スクリーン(5)の始端部に供給される汚泥の圧入圧力を一定に制御するスクリュープレス(1)において、ケーキ排出部(12)に配設したマイクロ波含水率計(16)に対向して備えた一対の送受信アンテナ(19A、19B)の間を、ケーキ排出部(12)内の圧密されたケーキの一部を連続的に通過させて、直接的かつ連続的に脱水ケーキの含水率(W)を測定し、この測定された脱水ケーキの含水率(W)が予め設定した基準含水率(WO)より大きい場合、スクリュー軸(7)の回転数(N)を減少させ、脱水ケーキの含水率(W)が基準含水率(WO)より小さい場合、凝集剤の薬注率(α)を減少させて脱水ケーキの含水率(W)を基準含水率(WO)の範囲に戻すように制御することを特徴とするケーキ含水率一定制御方法。
  2. 前記スクリュー軸(7)の回転数(N)の下限値(Nmin)を予め設定し、スクリュー軸(7)の回転数(N)の制御でケーキ含水率(W)が基準含水率(WO)まで回復せず下限値(Nmin)に達した場合、凝集剤の薬注率(α)を増加させて脱水ケーキの含水率(W)を基準含水率(WO)の範囲に戻すように制御することを特徴とする請求項記載のケーキ含水率一定制御方法。
  3. 前記凝集剤の薬注率(α)の下限値(αmin)を予め設定し、凝集剤の薬注率(α)の制御でケーキ含水率(W)が基準含水率(WO)まで回復せず下限値(αmin)に達した場合、スクリュー軸(7)の回転数(N)を増加させて脱水ケーキの含水率(W)を基準含水率(WO)の範囲に戻すように制御することを特徴とする請求項記載のケーキ含水率一定制御方法。
  4. 前記薬注率(α)の上限値(αmax)を予め設定し、薬注率(α)の制御でケーキ含水率(W)が基準含水率(WO)まで回復せず上限値(αmax)に達した場合、警報を出すとともに、凝集剤の薬注率(α)の再設定を行い、脱水ケーキの含水率(W)を基準含水率(WO)の範囲に戻すように制御することを特徴とする請求項記載のケーキ含水率一定制御方法。
  5. 前記スクリュー軸(7)の回転数(N)の上限値(Nmax)を予め設定し、スクリュー軸(7)の回転数(N)の制御でケーキ含水率(W)が基準含水率(WO)まで回復せず上限値(Nmax)に達した場合、警報を出すとともに、スクリュー軸(7)の回転数(N)の再設定を行い、脱水ケーキの含水率(W)を基準含水率(WO)の範囲に戻すように制御することを特徴とする請求項記載のケーキ含水率一定制御方法。
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