JPS6159164B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はスラツジの連続式電気浸透脱水装置、
特にベルトコンベヤを用いて電気浸透を応用して
スラツジを連続的に脱水する装置に関するもので
ある。

従来、スラツジの脱水は、重力の他、遠心力、
真空若しくは加圧による通気、振動又は圧搾など
の機械的脱水操作が大部分であり、これらの機械
的操作による脱水装置は実際に工業的規模で実用
化され運転されている。然しながら、ゲル状又は
微細なコロイド状粒子のスラツジなどに対して
は、これらの機械的操作による脱水は極めて困難
である。

電気浸透脱水法は、固液界面に生ずる電気浸透
現象をスラツジの脱水に応用するものであり、従
来の一般的な機械的脱水方法とは作用機構が異な
り、ゲル状スラツジ等のいわゆる難脱水性スラツ
ジに対して特に有効であることが知られている。
また、従来の機械的脱水操作と併用することによ
り、スラツジの含水率をさらに減少できることか
ら、乾燥工程の前処理操作としても応用の可能性
が大きいものである。

電気浸透脱水法を応用して大量のスラツジを工
業的規模で連続的に脱水処理する装置はほとんど
実用化されていない。

その理由は、従来の電気浸透脱水装置は、電気
浸透脱水の有用性と電気浸透脱水機構が明確にさ
れないまま、装置構造や方法を考案したものであ
るためと考えられる。

本発明は電気浸透作用を応用して、高含水率の
スラツジをベルトコンベヤを用いて連続的に且つ
工業的規模で脱水し、低含水率のスラツジとして
連続的に回収する効果的な電気浸透脱水装置を提
供することを目的とする。

本発明の連続式電気浸透脱水装置は、スラツジ
移送用ポンプと、ポンプによつて送られてくるス
ラツジを間に受取る横長の上下二つのベルトから
成り、上部ベルトには導電性の板状ベルトを用
い、下部ベルトには濾布とその下側に導電性の網
若しくは多孔板とを重ねて一体にした構造のもの
又はベルトに使用し得る適当な導電性濾材を用
い、脱水が進行してもスラツジの移送をスムーズ
に行うためにベルトからの剪断力がスラツジに作
用しないように該上下部ベルトがスラツジ移送方
向と同一方向に且つスラツジ移送速度と同一走行
速度で循環走行するベルトコンベヤと、これらの
上下部ベルトを電極としてベルト状の上下両電極
間のスラツジにスラツジ移送方向において一様な
電位差を与えるように直流電場を印加することに
よつて生ずる電気浸透作用により、連続的に上下
のベルト間に送入したスラツジから脱水区間で水
分を下部ベルトから下方に脱水する直流電圧印加
装置と、ベルトコンベヤの脱水区間の出口部で脱
水スラツジをベルトコンベヤから自動的に剥離す
る剥離装置とを具える。

本発明においては、下部ベルト下側に真空室を
設置することにより、真空吸引脱水を行なうこと
ができる。さらに、上部ベルトと下部ベルトとの
間隔をスラツジ移送方向に向つて漸次に小とし、
脱水区間の切断面の高さがスラツジ送入口より出
口部方向に小さくなるように上部ベルトを緩やか
な傾斜をつけることによつて、スラツジが脱水区
間の出口部に向つて進行するにつれて漸次に大き
な加圧圧搾力がスラツジに加わるようにすれば、
脱水効果を一だんと向上させることができる。こ
のように本発明は電気浸透脱水操作に真空脱水操
作及び圧搾脱水操作を併用することによつて、真
空脱水効果および圧搾脱水効果を付加すると同時
に、離脱水性のスラツジの効果的な電気浸透脱水
を連続的に実施できる。

次に図面について本発明の脱水装置を詳細に説
明する。

第１図において、スラツジは撹拌機１を取付け
た貯槽２で濃度を均一にされ、スラツジ移送ポン
プ３によつて流量調節弁４とスラツジの流動を調
整するスラツジ導入部５とを経てベルトコンベヤ
を設置した脱水区間６に送入される。脱水区間６
の形状は、図示するように縦断面が横長の長方形
で、スラツジ移送方向に対して直角な面上で矩形
の切断面を有し、上面には支持板７で押えられる
横長の上部ベルト８が設けられ、底面には適当数
の絶縁性ローラー９（滑りの良い支持板でもよ
い）で支持される横長の下部ベルト１０が設けら
れている。この上部ベルト８には金属などの導電
性の板状ベルトを使用し、下部ベルト１０は脱水
液を通過させる為に固液分離用の濾布とその下側
に接して金属などの導電性の網もしくは多孔板と
を重ねて一体にした構造のベルトである。なお、
下部ベルト１０は、ベルトとして使用され得る適
当な導電性濾材例えば炭素繊維濾材を用いれば構
造上簡単化される。これらの上下部ベルト８及び
１０を電極として、脱水区間６を連続的に移送さ
れるスラツジに直流電場を印加する。

電極の極性は固体微粒子が分散媒（液体）に対
してもつ界面動電位が正であるか負であるかによ
つて定める。例えば、製紙用白色粘土スラツジの
場合についていえば、粒子の界面動電位が負であ
り、水は正に帯電するので、上部電極を正、下部
電極を負とすると、下部ベルト１０の下方の受水
器１１に脱水液が流出する。

脱水区間６の入口部と出口部には、図示するよ
うに上下部ベルト８及び１０の両端に回転ドラム
１２，１３，１４及び１５をそれぞれ設置し、無
段変速機１６の回転をＶベルト車１７，１８及び
Ｖベルト１９等を用いて、脱水区間６の出口部に
設置された回転ドラム１４および１５に伝達し、
これらを駆動装置として上下部ベルト８および１
０を摩擦または噛み合わせによつてスリツプしな
いように走行させる。電気浸透脱水の場合は脱水
が進行するとともに上部電極近傍のスラツジの含
水率が減少し、電解生成ガスの影響もあつて不飽
和状態を呈する為、上部ベルト８の電極とスラツ
ジとの間の接触不良や上部ベルト８の近傍のスラ
ツジの流動性が悪くなり、スラツジのスムーズな
移送が困難になる。従つて、上下部ベルト８及び
１０はベルトからの剪断力がスラツジに作用しな
いように、スラツジの移送方向と同一方向に且つ
スラツジ移送速度と同一速度で循環走行させる。
ベルトの走行速度はスラツジの特性及び印加され
る電場強度によつて定めるが、脱水に必要な滞留
時間を与えるものでなければならない。なお、図
中の２０，２１及び２２は上下部ベルト８及び１
０に適度の緊張度を与えるための絶縁性ローラー
であり、２３は受水器１１に取付けた排水弁であ
る。

前述のベルトコンベヤを設置した脱水区間６の
入口部に連続的に送入されるスラツジが、脱水区
間６の出口部に向つて進行する間に電気浸透作用
と重力作用とによつて下部ベルト１０の下方に脱
水され、脱水区間６の出口部外側で脱水されたス
ラツジはかき取り器２４及び２５によつてベルト
コンベヤから自動連続的に剥離され、排出され
る。また、濾材としても用いる下部ベルト１０
は、脱水区間６の出口部で反転した後に洗浄器２
６によつて水洗する。

第２図はベルトコンベヤ部分の断水区間６にお
ける電気回路説明図であり、直流電源２７によつ
て脱水区間６を走行する導電性の上下部ベルト８
及び１０に導線２８を接触させて、脱水区間６を
移送されるスラツジに直流電場を印加する。ここ
で導線２８は上下部ベルト８及び１０の両電極間
に与える電位差を一様とする為、図示するように
スラツジ移送方向に適当な間隔で、また、スラツ
ジ移送方向に対して直角方向即ち奥行き方向にも
適当な間隔で、それぞれのベルトに接触させる。
また、電極の極性は、例えば製紙用白色粘土スラ
ツジの場合には、図示するように、上部ベルト８
側が正、下部ベルト１０側が負である。なお、図
中の２９及び３０は直流電圧計及び直流電流計を
示す。

次に第３図に示した装置は第１図の装置に多少
の改良を施したもので、脱水区間６におけるベル
トコンベヤ部分の詳細説明図である。即ち、第１
図の装置では、受水器１１は脱水区間６の全体に
わたつて設けられていて、排水弁２３を閉じるこ
とによつてこれを真空室とし、電気浸透脱水に真
空脱水を併用することができる。電気浸透脱水で
は、下部ベルト１０の電極近傍のスラツジ層にお
いて電解の影響によつてスラツジ等価電導度がし
だいに増加し、局所的電場強度が減少する。電気
浸透脱水度は電場強度に比例するので、下部ベル
ト１０近傍のスラツジは脱水の進行が妨げられ、
含水率が増加するようになる。従つて、電気浸透
脱水に真空脱水を併用することによつて、下部ベ
ルト１０近傍の脱水を促進し、スラツジ移送方向
に対して垂直方向の電場強度が一様となるように
することによつて効果的な電気浸透脱水を実施で
きる。なお、スラツジの平均含水率はスラツジ移
送方向すなわち脱水区間６の出口部に近づくにつ
れて減少するので、第３図に示すように脱水区間
６の横長方向に適当数に分割した真空室３１を設
置し、これを受水器として各分割区域ごとに異な
る真空度即ち脱水区間６の出口部方向に行くにつ
れて大きい真空度を与えるようにするならば、よ
り効果的な真空脱水を併用でき、一層電気浸透脱
水効果を増強できる。また、同図に示されている
ように、脱水区間６を進行するスラツジにしだい
に増加する加圧圧搾力が加わるようにする為、水
平に設置された下部ベルト１０に対して上部ベル
ト８をスラツジ移送方向に向つて僅かに小さくな
るように角度をもたせ、脱水区間６の切断面の高
さがスラツジ送入口より出口部方向に小さくなる
ように緩やかな傾斜をつけることによつて、電気
浸透脱水に圧搾脱水を併用できるようにし、脱水
にともなう上部ベルト８近傍の不飽和スラツジ層
の生成を抑制することによつて上部ベルト８とス
ラツジとの接触不良を防止すると同時に、印加電
圧の上部電極近傍における極端な降下を防ぎ、効
果的な電気浸透脱水を実施できるようにしたもの
である。なお、このような装置の定電圧条件の下
での操作では、スラツジ移送方向に漸次に電極間
距離が小さくなる為、加圧圧搾力と同時に漸次に
増加する電場強度を与えることができ、電気浸透
脱水速度は電場強度に比例するので、一だんと効
率の良い電気浸透脱水を行なうことができる。

第３図のように改良された装置を用いることに
よつて、真空脱水及び圧搾脱水を電気浸透脱水に
併用でき、さらに脱水効果が高められる。

本発明による脱水装置の特色は、電気浸透によ
つてスラツジの脱水をベルトコンベヤ方式で連続
的に行ない得ること、また装置に多少の改良を加
えることによつて電気浸透脱水操作と真空脱水及
び圧搾脱水の機械的脱水操作をそれぞれ別個にあ
るいは両方を同一装置で併用でき、それぞれの機
械的脱水効果を付加すると同時に電気浸透脱水効
果をさらに高められる点にある。

本発明による装置を用いた操業例を次に示す。

操業例 密度2.35ｇ/cm³平均粒径9.7μｍ、界面動電位が
負の製紙用白色粘土の微粒子を水に混合撹拌して
得たスラツジを、第１図および第２図に示した脱
水装置を用いて脱水した。脱水区間は長さ1350
mm、高さ30mm、幅（奥行き）100mmであつた。ス
ラツジの固体濃度は重力（自然）沈降で槽底に堆
積して得られる濃度を目安として、これより若干
高濃度で均一にできる程度のものとした。

スラツジ初濃度を70重量％とし、このスラツジ
を9.06cm³／秒の流量で、連続的にベルトコンベヤ
部の脱水区間に供給した。この場合スラツジの脱
水区間滞留時間は10.3分であつた。

ベルトコンベヤの走行速度をスラツジ移送速度
と同じ0.302／秒として、ベルト状の上部電極と
下部電極間に定電圧条件の下で、直流電圧10及び
20Vを印加して（電場強度はそれぞれ3.33、6.67
V/cmとなる）、電気浸透脱水を行なつた。

第４図に示すように、脱水区間全体の脱水流量
は印加電圧が０の場合即ち重力（自然）脱水だけ
の場合に比べて、印加電圧が10Vの場合は約５
倍、20Vの場合は約20倍となり、印加電圧の増加
とともに著しく増大した。また、スラツジ移送方
向における脱水流量は、脱水区間入口部において
大きく、出口部に近づくにつれて漸次に減少し
た。

第５図は上記と同じ条件で操業した場合の排出
スラツジ濃度と印加電圧との関係を示したもので
あるが、電気浸透脱水を実施した場合、上部ベル
ト近傍の排出スラツジは下部ベルト近傍のスラツ
ジに比べて著しく脱水されていて、スラツジ濃度
が大きくなつていることが観察されたが、本図に
おいてはその平均値をとつてグラフにした。図に
示されるように、排出スラツジ濃度は印加電圧が
増加するとともに大きくなり、（本図ではほぼ直
線関係で示されている）印加電圧20Vの場合では
82.5重量％にまで脱水され、脱水率（注．脱水率
とはスラツジの初期含水量に対する排出スラツジ
の含水量の百分率をいう）は約58％であつた。因
みに、この場合の上部ベルト近傍のスラツジ濃度
は約85重量％となつた。

以上、本発明を特定の例及び数値につき説明し
たが、本発明の広汎な精神と視野を逸脱すること
なく種々な変更と修正が可能なこと勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一例を示す線図的縦断面
図、第２図はその電気回路説明図、第３図は本発
明装置の他の例を示す線図的縦断面図、第４図お
よび第５図は本発明装置を用いて得た操業成績の
一例をそれぞれ示す特性線図である。 １…撹拌機、２…貯槽、３…スラツジ移送ポン
プ、４…流量調節弁、５…スラツジ導入部、６…
脱水区間、７…支持板、８…上部ベルト、９…絶
縁性支持ローラー、１０…下部ベルト、１１…受
水器、１２，１３，１４，１５…回転ドラム、１
６…無段変速機、１７，１８…Ｖベルト車、１９
…Ｖベルト、２０，２１，２２…絶縁性緊張用ロ
ーラー、２３…排水弁、２４，２５…かき取り
器、２６…洗浄器、２７…直流電源、２８…導
線、２９…直流電圧計、３０…直流電流計、３１
…真空室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ スラツジ移送用ポンプと、 ポンプによつて送られてくるスラツジを間に受
   取る横長の上下二つのベルトから成り、上部ベル
   トには導電性の板状ベルトを用い、下部ベルトに
   は濾布とその下側に導電性の網若しくは多孔板と
   を重ねて一体にした構造のもの又はベルトに使用
   し得る適当な導電性濾材を用い、脱水が進行して
   もスラツジの移送をスムーズに行うためにベルト
   からの剪断力がスラツジに作用しないように該上
   下部ベルトがスラツジ移送方向と同一方向に且つ
   スラツジ移送速度と同一走行速度で循環走行する
   ベルトコンベヤと、 これらの上下部ベルトを電極としてベルト状の
   両電極間のスラツジにスラツジ移送方向において
   一様な電位差を与えるように直流電場を印加する
   ことによつて生ずる電気浸透作用により、連続的
   に上下のベルト間を進行するスラツジから脱水区
   間で水分を下部ベルトから下方に脱水する直流電
   圧印加装置と、 ベルトコンベヤの脱水区間の出口部で脱水スラ
   ツジをベルトコンベヤから自動連続的に剥離する
   剥離装置と を具えることを特徴とするベルトコンベヤ方式に
   よるスラツジの連続式電気浸透脱水装置。 ２ 特許請求の範囲１記載の電気浸透脱水装置に
   おいて、脱水区間を進行するスラツジに漸次に大
   きな加圧圧搾力が加わるように上部ベルトと下部
   ベルトとの間隔をスラツジ移送方向に向つて漸次
   に小とし、脱水区間の切断面の高さがスラツジ送
   入口より出口部方向に小さくなるように上部ベル
   トを緩やかな傾斜をつけて設置することによつて
   スラツジと上部ベルトの電極との接触を良好なら
   しめ且つスラツジ含水率が減少するスラツジ移送
   方向に漸次に増加する電場強度を与え、これによ
   り電気浸透脱水を行なうと同時に圧搾脱水を行な
   うようにした電気浸透脱水装置。 ３ スラツジ移送用ポンプと、 ポンプによつて送られてくるスラツジを間に受
   取る横長の上下二つのベルトから成り、上部ベル
   トには導電性の板状ベルトを用い、下部ベルトに
   は濾布とその下側に導電性の網若しくは多孔板と
   を重ねて一体にした構造のもの又はベルトに使用
   し得る適当な導電性濾材を用い、脱水が進行して
   もスラツジの移送をスムーズに行うためにベルト
   からの剪断力がスラツジに作用しないように該上
   下部ベルトがスラツジ移送方向と同一方向に且つ
   スラツジ移送速度と同一走行速度で循環走行する
   ベルトコンベヤと、 これらの上下部ベルトを電極としてベルト状の
   両電極間のスラツジにスラツジ移送方向において
   一様な電位差を与えるように直流電場を印加する
   ことによつて生ずる電気浸透作用により、連続的
   に上下のベルト間に送入したスラツジから脱水区
   間で水分を下部ベルトから下方に脱水する直流電
   圧印加装置と、 スラツジの脱水を圧力差により促進し且つ上下
   部ベルト状電極間の電場強度を一様にすることに
   よつて効果的な電気浸透脱水を行うために下部ベ
   ルトの下方に設けた真空室と、 ベルトコンベヤの脱水区間の出口部で脱水スラ
   ツジをベルトコンベヤから自動連続的に剥離する
   剥離装置と を具えることを特徴とするベルトコンベヤ方式に
   よるスラツジの連続式電気浸透脱水装置。 ４ 特許請求の範囲３記載の電気浸透脱水装置に
   おいて、下部ベルト下側に１個の又は複数個の区
   域に分割した真空室を設け、複数個の区域に分割
   した真空室の真空度をベルトコンベヤの出口部に
   接近するにつれて大とし、これにより真空脱水の
   併用効果を高め、一層効果的な電気浸透脱水と同
   時に真空脱水を行なうようにした電気浸透脱水装
   置。 ５ 特許請求の範囲４記載の電気浸透脱水装置に
   おいて、脱水区間を進行するスラツジに漸次に大
   きな加圧圧搾力が加わるように上部ベルトと下部
   ベルトとの間隔をスラツジ移送方向に向つて漸次
   に小とし、脱水区間の切断面の高さがスラツジ送
   入口より出口部方向に小さくなるように上部ベル
   トを緩やかな傾斜をつけて設置することによつ
   て、スラツジと上部ベルトの電極との接触を良好
   ならしめ且つスラツジ含水率が減少するスラツジ
   移送方向に漸次に増加する電場強度を与え、これ
   により効果的な電気浸透脱水を行なうと同時に圧
   搾脱水をも行なうようにした電気浸透脱水装置。