JP6413146B2 - 汚泥搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は、脱水汚泥を搬送供給するための汚泥搬送装置に関する。

従来、下水汚泥などを脱水処理した後の汚泥（脱水汚泥）を搬送して設備等に供給するために汚泥搬送装置が用いられている。また、この種の汚泥搬送装置は、例えば、脱水汚泥を一時的に貯留する汚泥ホッパと、汚泥ホッパに配管で繋がり、汚泥を搬送先まで圧送するための汚泥ポンプとを備えて構成されている。また、汚泥ポンプには、コンクリート移送用などの高圧仕様のピストン型や軸ネジ式、ロータリー式等の一定のポンプ容積を繰り返し吐出する容積型のポンプが用いられている。

ここで、例えば下水汚泥などの脱水汚泥は、重量比で７０〜８５％程度が水分で極めて流動性が小さく、ニュートン流体として流動するのではなく、固形のまま配管内面を摺るように低速で移動する（いわゆる「ずり」）ビンガム流体となり、極めて大きな移送抵抗を示す。また、この移送抵抗は水分が少ないほど増大する。

また、ピストン型や軸ネジ式などの容量型ポンプのポンプ効率は、ポンプの実容積に対する汚泥の吸込流入量（充填量）の比率（吸込効率）によって決まる。また、ポンプ自身の吸引圧力でポンプ内に汚泥を吸い込む場合には、流動性が低い汚泥ほど、負圧が生じて空気を吸い込んでしまい、吸込効率が著しく小さくなる。

このため、一般に、汚泥ポンプの吸込側、すなわち汚泥ホッパと汚泥ポンプの間にスクリューやアーム型のパドルなどを回転させて汚泥を練りながら加圧し、汚泥を汚泥ポンプに向けて押し込む押込装置を設けるようにしている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。このような押込装置を設けることによって負圧による空気吸込みを軽減することができ、また、汚泥を練る効果によって移送抵抗の低減を図ることができる。

一方、近年、脱水汚泥の水分をさらに低減する技術開発が進み、水分が７０％以下の汚泥にも対応することが求められている。しかしながら、このような水分が７０％以下の汚泥に対しては吸込効率が６０％を下回る状況まで汚泥ポンプの圧送能力が低下したり、また、汚泥流路の配管抵抗（移送抵抗）が増大し搬送できなくなる状況が発生してしまう。

これに対し、脱水汚泥の吸込効率の向上や移送抵抗の低減を図る手法の研究が多数行われている。例えば、混練装置で脱水汚泥を混練してから移送する手法、脱水汚泥を加温して汚泥中の水分子を動きやすくする手法、脱水汚泥に油を添加（滴下）し、汚泥表面の抵抗を低減する手法、脱水汚泥に水を添加（滴下）し、汚泥表面に水膜を形成して表面抵抗を低減する手法などが提案、実用化されている（例えば、特許文献３、特許文献４、特許文献５参照）。

特許第４３２８８３３号公報 特許第４９３７２１６号公報 特許第４４５０５２８号公報 特許第２７２９７４４号公報 特開平０１−１０５１００号公報

しかしながら、混練装置を用いる手法は、非常に大きな動力が必要になったり、汚泥を混練することによってさらに空気を巻き込むなどの悪循環に陥るおそれがある。

汚泥を加温する手法は、汚泥の全量を加温するため、膨大な熱量、熱交換の設備が必要になる。

油を添加（滴下）する手法は、ポンプ吐出側の抵抗を低減することが可能であるが、ポンプの吸込効率を改善することはできない。また、燃料を過剰に使用する欠点がある。さらに、油は揮発性があるため、添加部分や移送先での引火等に対する措置も必要になる。また、例えば堆肥化など、処理後の汚泥を焼却以外に利用する場合には油分の混入が問題になってその適用自体が困難になってしまう。

水を添加（滴下）する手法は、脱水汚泥に再度水を加えることになり、移送先の処理（例えば焼却の燃料消費量が増えるなど）に影響してしまう。

本発明の汚泥搬送装置は、汚泥を給送するスクリューと、前記スクリューを通じて熱媒体から前記汚泥に熱を伝搬させることで該汚泥を加温する加温手段と、を有する押込装置と、一端が前記スクリューの先端に対向するように設けられて前記スクリューから前記汚泥が押し込まれる第一の汚泥流路と、該第一の汚泥流路を外周側から冷却する第一の冷却手段と、を有する汚泥供給管と、前記第一の汚泥流路の他端から汚泥を吸引して吐出するポンプと、を備えて構成されていることを特徴とする。
また、上記汚泥搬送装置において、一端が前記ポンプに接続されて前記ポンプから前記汚泥が吐出される第二の汚泥流路と、該第二の汚泥流路を外周側から冷却する第二の冷却手段と、を有する汚泥移送管をさらに備えることを特徴とする。

この発明においては、脱水汚泥などの汚泥を加温手段で加温（加熱）することによって、汚泥中の水分子の流動性が高まり、ポンプの吸込側での移送抵抗を低減することができる。また、このように加温手段で加温した汚泥を汚泥流路の外周側から冷却手段で冷却することによって水分を凝縮・結露させ、汚泥流路を形成する配管の内面と汚泥の外周面との間に水膜を形成することができる。これにより、汚泥に対して水を添加（滴下）した場合と同様に移送抵抗を低減することが可能になる。

また、本発明の汚泥搬送装置においては、前記冷却手段が前記汚泥流路の外周側に冷媒流路を備えた二重管構造の冷却管を備えて構成されていることが望ましい。

この発明においては、二重管構造の冷却管の汚泥流路に汚泥を移送させつつ汚泥流路の外周側に形成された冷媒流路に冷却水等の冷媒を流通させるだけで汚泥を冷却することができ、この汚泥の外周面と汚泥流路を形成する配管（内管）の内面との間に水膜を形成することができる。これにより、簡易な構成で効果的に移送抵抗を低減することが可能になる。

さらに、本発明の汚泥搬送装置においては、前記冷却手段が前記汚泥流路の外周側に冷却風又は冷却水を吹き付けるように構成されていてもよい。

この発明においては、汚泥流路（汚泥流路を形成する配管）の外周側に冷却風や冷却水を吹き付けることによって汚泥を冷却することができる。これにより、汚泥の外周面と汚泥流路を形成する配管の内面との間に水膜を形成することができ、移送抵抗を低減することが可能になる。

また、本発明の汚泥搬送装置においては、前記冷却手段が汚泥の圧力が高くなる高圧領域に配設されていることが望ましい。

この発明においては、例えば、ポンプの吐出口近傍やエルボ部（屈曲部）など、汚泥流路で移送される汚泥の圧力が他の部分よりも高くなる高圧領域に冷却手段を設けることによって、効果的に移送抵抗を低減することができ、汚泥の搬送効率を効果的に向上させることができる。

本発明の汚泥搬送装置においては、移送経路内で汚泥を加温、冷却することで、汚泥を移送しつつ、汚泥流路を形成する配管の内面と汚泥の外周の間に水膜を形成し、移送抵抗を低減させることが可能になる。

これにより、従来の混練装置を用いる手法、汚泥を加温する手法、油を添加（滴下）する手法、水を添加（滴下）する手法の不都合を解消することができ、効率的且つ効果的に移送抵抗の低減を実現することが可能になる。

本発明の一実施形態に係る汚泥搬送装置を示す図である。

以下、図１を参照し、本発明の一実施形態に係る汚泥搬送装置について説明する。

本実施形態は、例えば下水汚泥などを脱水処理した後の脱水汚泥（以下、汚泥という）を焼却炉などの所望の設備に搬送供給するための汚泥搬送装置に関するものである。

具体的に、本実施形態の汚泥搬送装置Ａは、図１に示すように、汚泥Ｓを一時的に貯留する汚泥ホッパ１と、汚泥ホッパ１に繋がり、汚泥Ｓを搬送先まで圧送するための汚泥ポンプ（ポンプ）２とを備えて構成されている。

また、本実施形態の汚泥搬送装置Ａは、汚泥ホッパ１と汚泥ポンプ２の間に、汚泥ホッパ１から汚泥Ｓを受けるとともに汚泥ポンプ２側に押し込むための押込装置３が設けられている。さらに、押込装置３と汚泥ポンプ２の吸込口２ａとが汚泥供給管（配管）４で接続され、汚泥ポンプ２の吐出口２ｂと搬送先の設備等が汚泥移送管（配管）５で接続されている。

汚泥ホッパ１は、上端側に汚泥投入口１ａ、下端側に汚泥排出口１ｂを備えて形成されている。また、レベル検出器１ｃが設けられ、内部に貯留された汚泥Ｓを検知し、汚泥ホッパ１内への汚泥Ｓの投入量等を制御できるように構成されている。

押込装置３は、汚泥ホッパ１の汚泥排出口１ｂの下方に、且つ駆動軸６ａを横方向に配して設けられたスクリュー６と、スクリュー６を駆動軸６ａの軸線Ｏ１周りに回転させるための駆動機７とを備えている。これにより、駆動機７を駆動してスクリュー６を回転させることにより、汚泥排出口１ｂを通じて汚泥ホッパ１から汚泥Ｓを受けつつ順次汚泥供給管４を通じて汚泥Ｓを汚泥ポンプ２に押し込むことができるように構成されている。

また、本実施形態の押込装置３には、汚泥Ｓを加温する加温手段１２が具備されており、本実施形態では、スクリュー６の駆動軸６ａを熱媒体Ｐが通る中空部を備えた中空構造で形成し、スクリュー６を通じて熱媒体Ｐから汚泥Ｓに熱を伝搬させ、汚泥Ｓを加温するように加温手段１２が構成されている。すなわち、本実施形態のスクリュー６は、熱媒体供給口と熱媒体排出口を備え、中空部に蒸気や温水、温油などの熱媒体Ｐを供給・循環させることで加温され、軸線Ｏ１周りに回転して汚泥Ｓを混練りしつつ加温できるように構成されている。

なお、駆動軸６ａだけでなく翼も中空構造で形成し、翼にも蒸気や温水などの熱媒体Ｐを供給・循環できるように構成してもよい。
また、スクリュー６から蒸気などの熱媒体Ｐを外側に噴出させ、汚泥Ｓ内に熱媒体Ｐを供給して汚泥Ｓを混練りしつつ加温するように構成してもよい。

また、本実施形態では、汚泥ホッパ１の汚泥排出口の一部に重なるように、且つスクリュー６の軸線Ｏ１方向中央側から先端側を囲繞するようにして、一部または全面に孔や隙間を備えた有孔部材８が設けられている。この有孔部材８は、例えばパンチングプレートやウェッジワイヤなどを用いて構成されている。

汚泥供給管４は、一端を汚泥ホッパ１の汚泥排出口１ｂ側に接続し、スクリュー６の先端と対向するように設けられている。また、本実施形態の汚泥供給管４は、加温手段１２によって加温された汚泥Ｓを汚泥流路Ｒの外周側から冷却する冷却手段１３を構成している。

具体的に、本実施形態の汚泥供給管４は、内管と外管を備えた二重管構造で形成した冷却管であり、内管の空間によって汚泥Ｓを搬送する汚泥流路Ｒ、内管と外管の間の空間によって冷媒流路が形成されている。そして、冷媒流路に冷却水などの冷却媒体Ｍを流通させることで汚泥流路Ｒを流動（移送）する汚泥Ｓを汚泥流路Ｒの外周側から冷却できるように構成されている。
言い換えれば、この汚泥供給管４は、外周側に水冷ジャケットなどの冷却機構を備え、汚泥Ｓを搬送させつつ冷却できるように構成されている。

汚泥ポンプ２は、汚泥供給管４の他端、汚泥移送管５の一端にそれぞれ接続して配設されている。また、本実施形態の汚泥ポンプ２は、汚泥圧送用シリンダ９ａ及び汚泥圧送用ピストン９ｂからなる汚泥圧送機構９を備え、汚泥圧送用ピストン９ｂの進退駆動によって汚泥供給管４の他端から汚泥Ｓを吸引、押圧し、汚泥移送管５に圧送できるように構成されている。

さらに、本実施形態の汚泥ポンプ２は、吸込バルブシリンダ１０ａ及び吸込ピストンバルブ１０ｂからなる汚泥吸込機構１０を備え、吸込ピストンバルブ１０ｂの進退駆動によって汚泥供給管４の他端を開閉し、汚泥供給管４内の汚泥Ｓを他端から吸引できるように構成されている。

さらに、本実施形態の汚泥ポンプ２は、吐出バルブシリンダ１１ａ及び吐出ピストンバルブ１１ｂからなる汚泥吐出機構１１を備え、吐出ピストンバルブ１１ｂの進退駆動によって汚泥移送管５の一端を開閉し、１０ｂ汚泥圧送用ピストンの進退駆動と連動して汚泥移送管５内に汚泥Ｓを吐出させるように構成されている。

汚泥移送管５は、汚泥供給管４と同様に、二重管構造の冷却管であり、内管の空間によって汚泥Ｓを搬送する汚泥流路Ｒ、内管と外管の間の空間によって冷媒流路が形成されている。そして、冷媒流路に冷却水などの冷却媒体Ｍを流通させることで汚泥流路Ｒを流動（移送）する汚泥Ｓを汚泥流路Ｒの外周側から冷却できるように構成されている。

そして、上記構成からなる本実施形態の汚泥搬送装置Ａにおいては、汚泥ホッパ１に供給した汚泥Ｓが汚泥排出口１ｂを通じて加圧・加温スクリュー６に順次供給され、駆動機７の駆動によって軸線Ｏ１周りにスクリュー６が回転することにより汚泥供給管４に汚泥Ｓが押込まれて搬送される。

このとき、スクリュー６によって加圧・加温されることで、汚泥Ｓ中の水分子の流動性が高まる。また、スクリュー６から蒸気（熱媒体Ｐ）を噴出させて汚泥Ｓ内に供給すると、効果的に汚泥Ｓの流動性が高まる。

さらに、スクリュー６を囲繞するように管状に形成された有孔部材８の内部に汚泥Ｓが供給されると、この有孔部材８によって圧搾され、且つ一部の水分が温度上昇によって蒸気に替わる。そして、このようにスクリュー６による加圧力（及び汚泥ポンプ２の背圧力）が作用して有孔部材８で圧搾されると、汚泥Ｓ中に包含された空気、流動化した汚泥Ｓが有孔部材８の孔やスリットから流出して汚泥ホッパ１に返送される。

これにより、汚泥供給管４、汚泥ポンプ２に送られる汚泥Ｓが脱気・脱水されて濃縮する。また、この汚泥Ｓは加温と練り込みの繰り返し作用によって流動性が増す。

そして、スクリュー６によって汚泥供給管４に汚泥Ｓが押し込まれ、汚泥流路Ｒに移送されると、汚泥供給管４の冷媒流路に流通した冷却媒体Ｍによって外周側から冷却される。これにより、汚泥Ｓ中の水分が凝縮・結露し、汚泥供給管４の内管の内面と汚泥Ｓの外周との間に水膜が形成される。この水膜が潤滑層となって移送抵抗が低減し、汚泥ポンプ２による吸込効率が向上することになる。

また、従来、汚泥Ｓの移送抵抗が大きいと、汚泥Ｓが汚泥ポンプ２に吸入されにくくなって空気を巻き込みながら吸入されてしまうケースがあるが、本実施形態のように水膜が潤滑層となって移送抵抗が低減することにより、空気の吸い込みが抑止される。これにより、汚泥ポンプ２の吸込効率が向上し、汚泥ポンプ２の所要動力を低減することが可能になる。

さらに、汚泥ポンプ２の駆動によって汚泥移送管５に汚泥Ｓが移送されると、汚泥移送管５の冷媒流路に流通した冷却媒体Ｍによって外周側から再度冷却される。これにより、汚泥ポンプ２の駆動によって撹乱した汚泥Ｓ中の水分がさらに凝縮・結露し、汚泥移送管５の内管の内面と汚泥Ｓの外周との間に水膜が形成される。この水膜によって移送抵抗が低減し、汚泥ポンプ２による吐出効率が向上することになる。

したがって、本実施形態の汚泥搬送装置Ａにおいては、脱水汚泥などの汚泥Ｓを加温手段１２で加温（加熱）することによって、汚泥Ｓ中の水分子の流動性が高まり、汚泥ポンプ２の吸込側での移送抵抗を低減することができる。また、このように加温手段１２で加温した汚泥Ｓを汚泥流路Ｒの外周側から冷却手段１３で冷却することによって水分を凝縮・結露させ、汚泥流路Ｒを形成する配管の内面と汚泥Ｓの外周面との間に水膜を形成することができる。これにより、汚泥Ｓに対して水を添加（滴下）した場合と同様に移送抵抗を低減することが可能になる。

よって、本実施形態の汚泥搬送装置Ａによれば、汚泥Ｓを加温する加温手段１２とともに、汚泥ポンプ２の吸込口２ａよりも汚泥Ｓの移送方向上流側や汚泥ポンプ２の吐出口２ｂよりの移送方向下流側に冷却手段１３を備えて構成することにより、従来の混練装置を用いる手法、汚泥Ｓを加温する手法、油を添加（滴下）する手法、水を添加（滴下）する手法の前述の不都合を解消することができ、効率的且つ効果的に移送抵抗の低減を実現することが可能になる。

また、本実施形態の汚泥搬送装置Ａにおいては、冷却手段１３が汚泥流路Ｒの外周側に冷媒流路を備えた二重管構造の冷却管（汚泥供給管４、汚泥移送管５）として構成されていることにより、この二重管構造の冷却管の汚泥流路Ｒに汚泥Ｓを移送させつつ汚泥流路Ｒの外周側に形成された冷媒流路に冷却水等の冷却媒体Ｍを流通させるだけで汚泥Ｓを冷却することができる。これにより、この汚泥Ｓの外周面と汚泥流路Ｒを形成する配管（内管）の内面との間に水膜を形成することができ、簡易な構成で効果的に移送抵抗を低減することが可能になる。

さらに、本実施形態の汚泥搬送装置Ａにおいては、スクリュー６で汚泥Ｓをポンプ２に給送することによって、このスクリュー６の回転駆動とともに汚泥Ｓを混練りすることができ、混練り効果による移送抵抗の低減を図ることができる。

また、汚泥ポンプ２に汚泥Ｓを給送するスクリュー６を備え、例えばこのスクリュー６を熱媒体Ｐで加温したり、スクリュー６から蒸気（熱媒体Ｐ）を汚泥Ｓ内に供給するようにして加温手段１２を構成すると、スクリュー６で汚泥Ｓを給送するとともに、このスクリュー６から蒸気を汚泥Ｓ内に供給するなどして汚泥Ｓを加温することができる。これにより、混練りしつつ汚泥Ｓ中の水分子の流動性を高め、効果的且つ効率的に移送抵抗の低減を図ることが可能になる。

以上、本発明に係る汚泥搬送装置の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施形態では、二重管構造の冷却管として冷却手段１３を備えるようにしたが、冷却手段１３が汚泥流路Ｒの外周側に冷却風又は冷却水を吹き付けるように構成されていてもよい。
この場合には、汚泥流路Ｒ（汚泥流路を形成する配管）の外周側に冷却風や冷却水（冷却媒体）を吹き付けることによって汚泥Ｓを冷却することができる。これにより、この場合においても、汚泥Ｓの外周面と汚泥流路Ｒを形成する配管の内面との間に水膜を形成することができ、移送抵抗を低減することが可能になる。
また、配管に伝熱フィンを設けて冷却媒体と汚泥Ｓとの熱交換効率を向上させるようにしてもよい。

また、本実施形態では、汚泥供給管４と汚泥移送管５で汚泥Ｓを冷却するようにしたが、汚泥ポンプ２の吸込口２ａよりも汚泥Ｓの移送方向上流側と、汚泥ポンプ２の吐出口２ｂよりの移送方向下流側のいずれか一方に冷却手段１３を設けて汚泥Ｓを冷却するようにしてもよい。
この場合においても、移送抵抗を低減させることができる。

さらに、汚泥供給管４や汚泥移送管５の全体的に冷却手段１３を設けなくてもよい。
例えば、ポンプ２の吐出口２ｂ近傍やエルボ部（屈曲部）など、汚泥流路Ｒで移送される汚泥Ｓの圧力が他の部分よりも高くなる高圧領域、圧力が最高になる高圧領域に、局部的に冷却手段１３を設けてもよい。この場合には、効果的に移送抵抗を低減することができ、汚泥Ｓの搬送効率を効果的に向上させることができる。

１ 汚泥ホッパ
１ａ 汚泥投入口
１ｂ 汚泥排出口
１ｃ レベル検出器
２ 汚泥ポンプ（ポンプ）
２ａ 吸込口
２ｂ 吐出口
３ 押込装置
４ 汚泥供給管（配管）
５ 汚泥移送管（配管）
６ スクリュー
６ａ 駆動軸
７ 駆動機
８ 有孔部材
９ 汚泥圧送機構
９ａ 汚泥圧送用シリンダ
９ｂ 汚泥圧送用ピストン
１０ 汚泥吸込機構
１０ａ 吸込バルブシリンダ
１０ｂ 吸込ピストンバルブ
１１ 汚泥吐出機構
１１ａ 吐出バルブシリンダ
１１ｂ 吐出ピストンバルブ
１２ 加温手段
１３ 冷却手段
Ａ 汚泥搬送装置
Ｍ 冷却媒体
Ｏ１ 軸線
Ｐ 熱媒体
Ｒ 汚泥流路
Ｓ 汚泥

Claims (5)

1. 汚泥を給送するスクリューと、前記スクリューを通じて熱媒体から前記汚泥に熱を伝搬させることで該汚泥を加温する加温手段と、を有する押込装置と、
   一端が前記スクリューの先端に対向するように設けられて前記スクリューから前記汚泥が押し込まれる第一の汚泥流路と、該第一の汚泥流路を外周側から冷却する第一の冷却手段と、を有する汚泥供給管と、
   前記第一の汚泥流路の他端から汚泥を吸引して吐出するポンプと、を備えて構成されていることを特徴とする汚泥搬送装置。
2. 請求項１記載の汚泥搬送装置において、
   一端が前記ポンプに接続されて前記ポンプから前記汚泥が吐出される第二の汚泥流路と、該第二の汚泥流路を外周側から冷却する第二の冷却手段と、を有する汚泥移送管をさらに備えることを特徴とする汚泥搬送装置。
3. 請求項１又は２に記載の汚泥搬送装置において、
   前記冷却手段が前記汚泥流路の外周側に冷媒流路を備えた二重管構造の冷却管を備えて構成されていることを特徴とする汚泥搬送装置。
4. 請求項１又は２に記載の汚泥搬送装置において、
   前記冷却手段が前記汚泥流路の外周側に冷却風又は冷却水を吹き付けるように構成されていることを特徴とする汚泥搬送装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の汚泥搬送装置において、
   前記冷却手段が汚泥の圧力が高くなる高圧領域に配設されていることを特徴とする汚泥搬送装置。

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