JP6894127B2 - 固液分離装置及び処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、畜産糞尿、食品工場などの排水処理から発生する含油汚泥、下水処理から発生する余剰汚泥、金属加工、メッキ、建設系、食肉加工場、弁当製造などの食品加工等の現場から発生する汚泥等の処理対象物を固形物と水分とに分離する固液分離装置と処理装置に関する。
汚泥等の処理対象物を固形物と水分とに分離する固液分離装置では、処理対象物を投入口側から排出口側へ向けて脱水しながら搬送する脱水搬送部を備えている。脱水搬送部の構成としては、固定側プレート群と稼働側プレート群とで構成されていて、稼働側プレート群を搬送方向の前後・上下に変位する平行運動をさせることにより汚泥を重力作用で脱水しながら搬送している。
稼働側プレート群を平行運動させる機構としては、駆動源となるモータに繋がれた駆動シャフトと従動シャフトを備え、これら駆動シャフトと従動シャフトを同期させるために、それぞれのシャフトにスプロケットを取り付け、スプロケットにチェーンを巻き掛けて同期を図るとともに、駆動シャフトと従動シャフトに偏芯カムをそれぞれ取り付けて稼働側プレート群を平行運動させて固形物の搬送と目詰まり防止を可能としている。このような構成の固液分離装置としては、例えば本出願人からすでに出願されている特許文献1が挙げられる。
特許3894366号公報
従来構成では、駆動部品が多く、大型化の傾向となるとともに、組立が複雑となり稼働側プレート群を駆動するのに高価な駆動手段となってしまう。
本発明は、小型で組立性が良くコストを抑制しつつも良好な処理対象物の脱水と搬送を可能とすることを、その目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の固液分離装置は、複数のプレートがプレート厚み方向に一定の隙間で配置されて一体的に構成された固定側プレート群と、固定側プレート群を構成するプレートとは異なる複数のプレートがプレート厚み方向に一定の隙間で配置されて一体的に構成された稼働側プレート群とを備え、固定側プレート群のプレートと稼働側プレート群のプレートとが互いの間隔に入り込んで固定側プレート群のプレートと稼働側プレート群のプレートとの間に僅かなギャップを形成する固液分離装置であって、稼働側プレート群を平行運動させる駆動手段を備え、駆動手段は、1つの駆動モータと、偏芯カムを備え、駆動モータによって回転駆動される駆動シャフトと、駆動シャフトの回転方向の上流側と下流側とに配置され、稼働側プレート群に設けられた複数のガイドパイプとを具備し、駆動手段で駆動シャフトを回転駆動することで偏芯カムを回転させて、稼働側プレート群を偏芯カムで作動して平行運動を行わせ、固定側プレート群と稼働側プレート群との間に位相差を生み出すことを特徴としている。
本発明によれば、小型で組立性が良くコストを抑制しつつも良好な処理対象物の脱水と搬送を可能とすることができる。
本発明の一実施形態に係る固液分離装置の構成を説明する背面図。 固液分離装置の構成を説明する側面図。 固液分離装置の構成を説明する平面図。 (a)、(b)は固定側プレート群の構成を説明する図。 (a)、(b)は稼働側プレート群の構成を説明する図。 (a)〜(d)は偏芯カムとガイドパイプの位置関係を説明し、(e)〜(h)は(a)〜(d)における稼働側のプレートの位置を説明する図。 (a)はガイドパイプが1つの場合の稼働側プレート群の動作を説明し、(b)、(c)はガイドパイプがない場合の稼働側プレート群の動作を説明する図。 固液分離装置を濃縮部として利用した処理装置の実施形態を説明する図。 (a)、(b)は、図8に示す処理装置の脱水部の構成を説明する図。 固液分離装置を濃縮部として利用した処理装置の実施形態を説明する図。
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。実施形態中、同一部材や同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、重複説明は省略する。
本実施形態に係る固液分離装置1は、図1、図2、図3に示すように、第1のプレート群と第2のプレート群を備え、これらのうち、一方を固定側プレート群2とし、他方を稼働側プレート群3とするとともに、稼働側プレート群3を平行運動させる駆動手段10を備えている。
固定側プレート群2は、複数のプレート20がプレート厚み方向Wに一定の隙間で配置されて一体的に構成されている。具体的には複数のプレート20が、固液分離装置1の本体ケース5に固定された固定プレート支持板21に支持されている。複数のプレート20は同一形状であって、図2、図4(b)に示すように、プレート厚み方向Wと直交する長手方向Xに長さを有している。複数のプレート20のそれぞれの長さは、本体ケース5内に収まる長さとされている。固定側プレート群2は、図4(a)に示すように、固定プレート支持板21に装着される長ボルト23に一定間隔にプレート20とワッシャー24と交互に組み合わせて構成されている。つまり、各プレート20には、図4(b)に示すように長ボルト23を挿通するための孔20aが形成されている。
稼働側プレート群3は、固定側プレート群2を構成する複数のプレート20とは異なる複数のプレート30がプレート厚み方向Wに一定の隙間で配置されて一体的に構成されている。具体的には複数のプレート30が、固液分離装置1の本体ケース5に設けられた稼働側支持板31に支持されている。複数のプレート30は同一形状であって、図2、図5(b)に示すように、長手方向Xに長さを有している。複数のプレート30のそれぞれの長さは、本体ケース5内に収まる長さとされている。稼働側プレート群3は、図5(a)に示すように、稼働側支持板31に装着される長ボルト33に一定間隔にプレート30とワッシャー34と交互に組み合わせて構成されている。つまり、各プレート30には、図5(b)に示すように長ボルト33を挿通するための孔30aが形成されている。
固定側プレート群2のプレート20と稼働側プレート群3のプレート30とは、互いの櫛歯状に形成された間隔に入り込んで固定側プレート群2のプレート20と稼働側プレート群3のプレート30との間に僅かなギャップを形成している。
図1〜図3に示すように、稼働側支持板31は、本体ケース5の上下方向Yに延びていて、一方の端部となる上部31aにカム軸受け固定部材40がねじ等の締結部材によって固定されている。稼働側支持板31の他方の端部となる下端31bには、複数のプレート30が支持されて、稼働側支持板31と一体に移動可能に設けられている。
次に駆動手段10の構成について説明する。
駆動手段10は、図1、図2に示すように、プレート20及びプレート30よりも上方に配置されている。駆動手段10は、1つの駆動モータ11と、駆動モータ11によって回転駆動される駆動シャフト13と、稼働側プレート群3に設けられた複数のガイドパイプ14、15とを具備している。
駆動シャフト13は、図2、図3にように、プレート厚み方向Wに延在していて、その一端は、本体ケース5に設けられた軸受6によって支持され、その他端は、駆動モータ11の出力軸に、例えば歯車やカップリングなどを介して連結されている
駆動シャフト13には、偏芯カム12が駆動シャフト13と一体回転可能に設けられている。カム軸受け固定部材40には、偏芯カム12と対向する位置にカム軸受け41が固定されている。偏芯カム12とカム軸受け41とは当接するように設けられている。このため、偏芯カム12が回転すると、この回転はカム軸受け41、カム軸受け固定部材40を介して稼働側支持板31へと伝えられ、偏芯カム12の偏芯分だけ稼働側プレート群3を作動させる。
ガイドパイプ14、15は、同一径であって、図1、図3に示すように、プレート厚み方向Wに延在していて、稼働側支持板31を厚み方向(軸線方向)Wに貫通し、その両端が本体ケース5に設けられたガイドパイプ用軸受7、8で支持されている。ガイドパイプ14、15は、駆動シャフト13を挟んで長手方向Xにそれぞれ配置されている。図2、図3において、ガイドパイプ14、15は、駆動シャフト13を挟んで左右に配置されている。すなわち、ガイドパイプ14、15は、駆動シャフト13(偏芯カム12)の回転方向の上流側と下流側とに配置されていて、かつ、駆動シャフト13、同一線A上に配置されている。
稼働側支持板31の上部31aには、ガイドパイプ14、15を挿通するためのガイド穴51、52がそれぞれ形成されている。ガイド穴51、52はガイドパイプ14、15の外径よりも大径の穴として形成されている。
このような構成によると、偏芯カム12と稼働側プレート群3とは、一体的に構成されるので、駆動モータ11で駆動シャフト13を回転駆動することで偏芯カム12を回転させると、一体的な稼働側プレート群3が、偏芯カム12の回転に応じて回転運動を行うと同時に、ガイドパイプ14、15とガイド穴51、52によってその動きを制限されるようになる。制限される量は、偏芯量と等しいために結果的に平行運動となる。つまり、本実施形態において、駆動手段10は、駆動モータ11で駆動シャフト13を回転駆動することで偏芯カム12を回転させて、稼働側プレート群3を偏芯カム12で作動して平行運動を行わせ、固定側プレート群2と稼働側プレート群3との間に位相差を生み出すように構成されている。
図6(a)〜図6(d)は、偏芯カム12とガイドパイプ14、15の位置関係を時系列的に示し、図6(e)〜図6(h)は、図6(a)〜図6(d)における偏芯カム12回転運動に沿って、固定側のプレート20に対して稼働側のプレート30の軌道を示した図である。
図6(a)は、偏芯カム12の大径部が時計の3時の位置でガイドパイプ14、15が時計の9時の位置にある状態を示す。この状態から偏芯カム12が時計周りに90度回転した状態が図6(b)である。つまり、偏芯カム12の大径部が時計の6時の位置でガイドパイプ14、15が時計の12時の位置にある状態を示す。
この状態から偏芯カム12が時計周りに90度回転した状態が図6(c)である。つまり、偏芯カム12の大径部が時計の9時の位置でガイドパイプ14、15が時計の3時の位置にある状態を示す。この状態から偏芯カム12が時計周りに90度回転した状態が図6(d)である。つまり、偏芯カム12の大径部が時計の6時の位置でガイドパイプ14、15が時計の12時の位置にある状態を示す。
このように偏芯カム12の回転に伴い稼働側プレート群3がガイドパイプ14、15とガイド穴51、52によってその運動が規制されて平行運動すると、稼働側のプレート30は、図6(e)に示す最も前(左側)に位置する位置から図6(f)に示す最も上に位置する位置へと移動し、さらに図6(g)に示す最も後ろ(右側)に位置する位置を経て、図6(h)に示す最も下に位置する位置へと移動される。すなわち、偏芯カム12(駆動シャフト13)と、一直線上に配置されたガイドパイプ14、15が連なって稼働することにより、上記の稼働側のプレート30の軌道が実現される。
図7(a)、図7(b)は、ガイドパイプ14、15の機能を説明する図である。図7(a)は、ガイドパイプを例えばガイドパイプ14の1本とした場合である。ガイドパイプ14が1本では、ガイドパイプ14がガイド穴51内を自由に移動することができるため、平行運動として成立しない。また、図7(b)は、ガイドパイプがない場合を示す。この場合、偏芯カム12の回転による稼働側プレート群3の動作に規制が与えられないため、上下左右に自由に揺れることとなり平行運動とならない。このため、稼働側プレート群3に平行運動をさせるためには、駆動シャフト13(偏芯カム12)の回転方向に対して上流側と下流側の双方にガイドパイプ14、15を配置するのが好ましい。
図8は、図1−図7で説明した固液分離装置1を備えた処理装置100を示す。処理装置100は、処理対象物として汚泥110を液体と固体とに分離して処理する脱水機である。図8に示す処理装置100では、汚泥110を排出口側105へ向けて脱水しながら搬送する脱水部101と、脱水部101の投入口側104に配置され、脱水部101へ送る汚泥110を濃縮する前処理部となる濃縮部102を備えている。そして、本実施形態では、固液分離装置1を濃縮部102として利用している。
脱水部101は、図9(a)、図9(b)に示すように、複数のプレート121がプレート厚み方向Wに一定の隙間で配置されて一体的に構成された脱水用固定側プレート群120と、複数のプレート131がプレート厚み方向Wに一定の隙間で配置されて一体的に構成された脱水用稼働側プレート群130とを備えている。そして固定側プレート群2及び稼働側プレート群3同様、脱水用固定側プレート群120のプレート121と脱水用稼働側プレート群130のプレート131とが互いの櫛歯状に形成された間隔に入り込むことで、脱水用固定側プレート群120のプレート121と脱水用稼働側プレート群130のプレート131との間に僅かなギャップを形成している。
脱水部101には、従来構成と同様、駆動シャフト140と従動シャフト141にスプロケット142、143が固定されていて、スプロケット142、143にチェーン144が巻きかけられている。駆動シャフト140の端部は駆動モータ145と連結されていて、駆動モータ145が起動することで駆動シャフト140と従動シャフト141とが同期して回転するように構成されている。
駆動シャフト140には、脱水用稼働側プレート群130の支持板135に下方から当接する偏芯カム136が設けられていて、駆動モータ145が起動して駆動シャフト140が回転すると一体回転し、脱水用稼働側プレート群130を作動して平行運動を行わせ、脱水用固定側プレート群120と脱水用稼働側プレート群130との間に位相差を生み出し、汚泥110を液体と固体とに搬送しながら分離する機能を備えている。
脱水部101には、脱水用固定側プレート群120と脱水用稼働側プレート群130よりも上方に加圧部160を備えている。加圧部160は、加圧用駆動モータ161によって脱水用固定側プレート群120と脱水用稼働側プレート群130に対して進退する方向(上下方向)に移動する加圧板162と、加圧板162の進退する方向への位置を調整する高さ調整部163を備えている。本実施形態において、脱水部101は、脱水用固定側プレート群120と脱水用稼働側プレート群130が投入口側104から排出口側105に向かって登り傾斜するように配置されている。
排出口側105には、脱水された汚泥である脱水ケーキ110Aを下方に案内するためのシュータ103が配置されている。
このような濃縮部102を用いてフロック化した汚泥110を処理する場合、例えば、汚泥濃度1%(含水率99%)を、汚泥濃度2〜3%(含水率98〜97%)にして排出する事ができる。つまり、1000リットルの汚泥が、500リットル〜333リットル程度まで、減容化されることで、次工程の脱水部101へ係る水量負荷が軽減され、脱水部101への厚密度が増加することにつながる。このことは、特許文献1に記載された2分割の固定側プレート群と稼働側プレート群からなるろ過プレートと同じ作用効果と言える。
また、従来構成の駆動手段は、駆動シャフトに対して従動シャフトが必要であり、さらに、これをつなぐチェーンが必要となる。また、これは固定側プレート群2と稼働側プレート群3の下部に配置する構造となり、液分が軸受けやカムへかかるために、耐久性が短く、更に交換の場合には付着物が有るなどして交換作業が大変となる。
これに対し、本実施形態では、フロック化した汚泥110の水を分離する際に、この影響を受けずに行うことができる。つまり、本実施形態では、稼働側プレート群3を平行運動させる駆動手段10が、1つの駆動モータ11と、偏芯カム12を備え、駆動モータによって回転駆動される駆動シャフト13と、駆動シャフト13の回転方向の上流側と下流側とに配置され、稼働側プレート群3に設けられた複数のガイドパイプ14、15とを具備し、駆動手段10で駆動シャフト13を回転駆動することで偏芯カム12を回転させて、稼働側プレート群3を偏芯カム12で作動して平行運動を行わせ、固定側プレート群2と前記稼働側プレート群3との間に位相差を生み出す。このため、従来の駆動手段に対して部品点数が少なく、簡素な構成となるため、小型で組立性が良くコストを抑制しつつも良好な処理対象物としての汚泥の脱水と搬送を可能とすることができる。
また部品点数が少なく、簡素な構成となることは、軽量化にもつながるため、駆動手段10を固定側プレート群2と前記稼働側プレート群3の上方に配置することができ、常時液分に触れてしまうことがなく、耐久性の向上、交換作業を容易にすることにつながる。
本発明を食品工場などの有機系排水処理施設から発生する余剰汚泥処理に関わる汚泥脱水に利用した場合について説明する。このときの対象汚泥の含水率は98〜99%程度(濃度1〜2%)である。
図8に示した処理装置100は、食品工場などから発生する汚泥処理に適した汚泥脱水装置である。処理対象汚泥を図示しない混和槽内に移送する。同時に高分子凝集剤を混和槽内に移送する。そして、混和槽内で適正な汚泥110のフロックを形成させ、十分な大きさ(5〜10mm)のフロックが得られた後にフロック化した汚泥110が混和槽から濃縮部102へオーバーフローされる。濃縮部102で採用されるプレート21とプレート31の隙間は0.5〜1.0mmであるので、濃縮部102へ導入された汚泥110の水分は、隙間から重力によって落下する。
また、固定側プレート群2と稼働側プレート群3は平行運動を行うように設定されているのであるから、上下運動とともに偏芯カム12の偏芯量だけは固形物(フロック化した汚泥110)が前方へ移動することになる。
1回転あたりの固形物の移動量の面積となる部分は常に新しいろ過面が現れることになる。固定側プレート群2のプレートと稼働側プレート群3のプレートの高低差が最も大きい時に水分は重力によって落下し、プレート同士の高低差が最も小さくなった時に固形物が互いのプレートへの乗り移りとなる。このときが最も水抜けが行われないことになる。この時の含水率は95〜96%程度である。汚泥脱水機の最終的な含水率は好ましくは85%以下とすることである。
加圧部160を備えた脱水部101では、プレート121,131の位置する角度と、その上部からの加圧板162が合わさって、排出口側105に向かってプレート121,131と加圧板162の間の空間容積が小さくなるように設定することで内圧が高まり脱水される。つまり、汚泥110が排出口側105に進んで圧力が高まるに伴い、プレート121とプレート131の隙間から水分が除去されていく。このとき、より圧力を掛けると同時に、汚泥回収率を高めるために、濃縮部102のプレート20とプレート30の隙間より小さな隙間である0.2〜0.5mmにプレート121とプレート131の隙間を設定するのが好ましい。
さらに、図8に示すように、脱水部101よりも上流に濃縮部102を配置することで、脱水部101に導入される前段において汚泥110を濃縮することができ、脱水部101で効率よく圧密することから含水率の低減が望める。また、調整によっては処理量を増加させることもできる。
図10は、図1〜図7で説明した固液分離装置1を、別な処理装置200として用いたものである。
処理装置200は、処理対象物となる固形物210を投入口側201Aから排出口側201Bへ向けて脱水しながら搬送する脱水搬送部201を備え、この脱水搬送部201として固液分離装置1を用いている。本実施例の場合、処理装置200は、脱水搬送部201(固液分離装置1)、整流箱202、原水オーバーフロー菅203及びシュータ204が、本体ケース205に設けられている。整流箱202と原水オーバーフロー菅203は、脱水搬送部201(固液分離装置1)よりも上流側に配置され、シュータ204は脱水搬送部201(固液分離装置1)よりも下流側に配置されている。本体ケース205の下部には処理水トレイ206が配置されている。脱水搬送部201(固液分離装置1)は、導入口側201Aが整流箱202側に位置し、排出口側201Bがシュータ204側に位置するように配置されている。また、脱水搬送部201(固液分離装置1)は、導入口側201Aから排出口側201Bに向かってプレート20,30が登り傾斜となるように本体ケース205に傾斜して装着されている。
整流箱202には、図示しない原水槽に接続された原水供給口207から固形物210を含む原水が供給され、固形物210は整流箱202内に発生する水流によって脱水搬送部201(固液分離装置1)へと導入される。原水の液体は、原水オーバーフロー菅203から整流箱202の外部へと溢れ、戻し管208を介して原水槽へと戻される。
一方、脱水搬送部201(固液分離装置1)に導入された水分を含んだ固形物210は、脱水搬送部201(固液分離装置1)を通過することで、水分はプレート20とプレート30の間から下方の処理水トレイ206に落下し、含水率が低減された固形物210は排出口側201Bへと搬送され、シュータ204を介して例えばスクリーンし渣などの次工程へと搬送されて、液体と固体とに分離される。
このように固液分離装置1としては、図8示した濃縮部102だけではなく、脱水搬送部として用いることもできる。
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定しない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を例示したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
1 固液分離装置
2 固定側プレート群
3 稼働側プレート群
10 駆動手段
11 駆動モータ
12 偏芯カム
13 駆動シャフト
14、15 複数のガイドパイプ
20 複数のプレート
30 異なる複数のプレート
100、200 処理装置
101 脱水搬送部
102 濃縮部
110 処理対象物
201 脱水搬送部
201A 投入口側
201B 排出口側
210 処理対象物
W プレート厚み方向

Claims (7)

  1. 複数のプレートがプレート厚み方向に一定の隙間で配置されて一体的に構成された固定側プレート群と、
    前記固定側プレート群を構成するプレートとは異なる複数のプレートがプレート厚み方向に一定の隙間で配置されて一体的に構成された稼働側プレート群とを備え、
    前記固定側プレート群のプレートと前記稼働側プレート群のプレートとが互いの間隔に入り込んで前記固定側プレート群のプレートと前記稼働側プレート群のプレートとの間に僅かなギャップを形成する固液分離装置であって、
    前記稼働側プレート群を平行運動させる駆動手段を備え、
    前記駆動手段は、
    1つの駆動モータと、
    偏芯カムを備え、前記駆動モータによって回転駆動される駆動シャフトと、
    前記駆動シャフトの回転方向の上流側と下流側とに配置され、前記稼働側プレート群に設けられた複数のガイドパイプとを具備し、
    前記駆動手段で前記駆動シャフトを回転駆動することで前記偏芯カムを回転させて、前記稼働側プレート群を前記偏芯カムで作動して平行運動を行わせ、前記固定側プレート群と前記稼働側プレート群との間に位相差を生み出すことを特徴とする固液分離装置。
  2. 複数のプレートがプレート厚み方向に一定の隙間で配置されて一体的に構成された固定側プレート群と、
    前記固定側プレート群を構成するプレートとは異なる複数のプレートがプレート厚み方向に一定の隙間で配置されて一体的に構成された稼働側プレート群とを備え、
    前記固定側プレート群のプレートと前記稼働側プレート群のプレートとが互いの前記隙間に入り込んで前記固定側プレート群のプレートと前記稼働側プレート群のプレートとの間に僅かなギャップを形成する固液分離装置であって、
    前記稼働側プレート群を平行運動させる駆動手段を備え、
    前記駆動手段は、
    1つの駆動モータと、
    偏芯カムを備え、前記駆動モータによって回転駆動される駆動シャフトと、
    前記駆動シャフトの回転方向の上流側と下流側とに配置され、前記稼働側プレート群の動きを制限する複数のガイドパイプとを具備し、
    前記駆動モータで前記駆動シャフトを回転駆動することで前記偏芯カムを回転させて、前記稼働側プレート群を前記偏芯カムで移動させて平行運動を行わせ、前記固定側プレート群と前記稼働側プレート群との間に位相差を生み出すことを特徴とする固液分離装置。
  3. 請求項1または2記載の固液分離装置において、
    前記偏芯カムを含む前記駆動シャフト及び前記各ガイドパイプは前記稼働側プレート群の上方に配置されていることを特徴とする固液分離装置。
  4. 処理対象物を脱水しながら搬送する脱水搬送部と、前記脱水搬送部よりも前記処理対象物の搬送方向上流側に配置された濃縮部とを備え、
    前記濃縮部として請求項1ないし3の何れか一つに記載の固液分離装置を用いたことを特徴とする処理装置。
  5. 請求項4記載の処理装置において、
    前記処理対象物をフロック化させる混和槽と前記脱水搬送部との間に前記濃縮部が配置されていることを特徴とする処理装置。
  6. 処理対象物を投入口側から排出口側へ向けて脱水しながら搬送する脱水搬送部として請求項1ないし3の何れか一つに記載の固液分離装置を用いたことを特徴とする処理装置。
  7. 請求項6記載の処理装置において、
    前記固定側プレート群と前記稼働側プレート群とが、前記排出口側に対して上り傾斜して設けられていることを特徴とする処理装置。
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