JPS6349211A

JPS6349211A - 脱水方法

Info

Publication number: JPS6349211A
Application number: JP61190475A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Ishikawa; 龍一石川; Takahiro Oshita; 孝裕大下; Tetsuhisa Hirose; 広勢　哲久; Kiyoshi Asai; 清浅井
Original assignee: Ebara Corp; Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ebara Corp; Ibiden Co Ltd
Priority date: 1986-08-15
Filing date: 1986-08-15
Publication date: 1988-03-02

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、泥状物の２段脱水方法に関するものである。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕泥状
物の高率脱水は、発生ケーキ量を低減し、輸送及び処分
コストを低下させるため、あるいは脱水ケーキを乾燥、
焼却する場合に燃料消費を低減又は不要にするために、
必要不可欠のものである。

また、堆肥等の原料としても、含水率を５０〜６０％程
度に脱水することが水分調整を不要とし、設備規模を縮
小するために極めて重要な課題となっている。

一般に、下水汚泥等のように粒子が細かく難脱水性の泥
状物の脱水機には、真空脱水機、遠心脱水四、フィルタ
ープレス、ベルトプレス等があるが、遠心脱水機等では
脱水性能に限界があり（含水率約８０％）、現在主流は
フィルタープレス、ベルトプレスその他の圧搾脱水機に
移行している。

しかしながら、圧搾脱水では得られるケーキの表面にｔ
ｌＨ濾過層が形成され、たとえ強圧搾による脱水を繰り
返しても、表面のＩ濾過層によってケーキ内部に含まれ
る水分の移動が妨げられ、十分な効率の良い脱水を行う
ことができなかった。

このために、透水性微粉末（例えば焼却灰）を添加して
造粒調整を行い、透水性微粉末による連通水路をケーキ
内に形成しつつ圧搾脱水する方法が提案されているが、
この方法は透水性微粉末添加による脱水ケーキの増量や
運転費の増加につながっている。

また、特公昭６１−６７５６号公報、特公昭６１−２１
７６０号公報等のように、複数段にせん断力を加えなが
ら圧搾してケーキ表面に形成される難濾過層を破壊しな
がら脱水したり、１次脱水後に１次脱水ケーキを破砕し
てから２次脱水する方法も提案されているが、その圧搾
力と脱水性能には限界（含水率７０〜７５％）があった
。

本発明は、これら従来の問題点を解決し、ケーキ内部の
水分までを効率良（脱水する２段脱水方法を提供しよう
とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、泥状物を１次脱水し、得られた１次脱水ケー
キを混練したのち、さらに２次脱水する脱水方法におい
て、前記２次脱水として一対の対向圧搾ロールの少なく
とも一方を毛細管作用による吸水性能を有する硬質多孔
質体を表面とした中空円筒状の脱水ロールとし、これら
のロールを接近して回転させながら前記混練された１次
脱水ケーキを圧搾しつつ硬質多孔質体の毛細管作用によ
り水分を吸水保持して２次脱水ケーキを得、さらに硬質
多孔質体の毛細管作用の再生を行うことを特徴とする脱
水方法を提供するものである。

〔作　用〕

本発明の詳細な説明すれば、まず泥状物を１次脱水する
が、１次脱水としては、従来用いられている真空脱水、
遠心脱水、フィルタプレス、ベルトプレス等の何れでも
よく、含水率８０〜９０％程度の１次脱水ケーキを得る
。

一般に難脱水性泥状物の１次蜆水ケーキは不規則な粒子
配列で、堆積した粘土に相当し、粒子配列が形成する間
隙中に水分が保持され高い含水率を示す、したがりて、
この１次脱水ケーキを混練、例えば攪拌槽による攪拌、
ニーダミキサ、パドルスクリューその他の機械的混練に
よって破壊又はペースト状とし、１次脱水ケーキの構造
をこわし、粒子間隙中に閉じこめられている水分が移動
自由になって水分移動のポテンシャルが増加する。この
ために、１次脱水ケーキ自身が水分を吸収し保持する能
力が低下し、その後行われる２次脱水の効果を高める。

ところで、本発明の２次脱水では圧搾と毛細管作用を利
用した脱水を行う、即ち、一対の対向圧搾ロールの少な
くとも一方を毛細管作用による吸水性能を有する硬質多
孔質体を表面とした中空円筒状の脱水ロールとし、これ
らのロールを接近して回転させながら混練された１次脱
水ケーキを圧搾し、水分を絞り出しながらその水分を硬
質多孔質体の毛細管作用によって速やかに吸収する。こ
のようにして１次脱水ケーキ中の水分が効果的に吸収さ
れて橿めて低含水率の２次脱水ケーキを得るが、吸水保
持されている水分はその後の吸水性能を妨げるところか
ら、この水分を除去して毛細管作用を再生する必要があ
る。毛細管作用の再生には、前記脱水ロールの中空部に
加圧空気を導入して硬質多孔質体に噴出させて水分を排
除する加圧空気方式が好ましいが、脱水ロールの中空部
を吸気し負圧にして硬質多孔質体内の水分を吸引除去す
る方式、脱水ロールの中空部に熱媒を導入してその加熱
による空気の膨張、液の蒸気圧などにより硬質多孔質体
内の水分を押し出す加熱方式等を採用することもできる
。

本発明で使用する硬質多孔質体は圧縮強度が強いため高
圧圧搾が可能で、又気孔率が大きく、毛細管作用による
吸水力が速いため泥状物の水分が硬質多孔質体の気孔中
に速やかに吸水される。次に平均気孔径が小さいため圧
搾され絞り出された液分は硬質多孔質体の気孔中に毛細
管作用で保持され、圧力開放後の戻り液がほとんどない
。

そのため、従来のスポンジ製ロールでは毛細管作用によ
る吸水作用を得るためにもスポンジの特性上高い圧搾力
が得られず、破砕された１次脱水ケーキを２次脱水して
も、２次脱水後の含水率は約７０〜７５％が限界であっ
たが、本発明により含水率５０〜５５％（汚泥の種類に
よっては５０％以下）とすることが可能となった。

下水汚泥（混合生汚泥）の二次脱水テスト例では含水率
約８０％の汚泥を５０％近くまで脱水でき、しかも約４
０％にまで減容することができる。これは省エネルギー
を超えた創エネルギーとすることができ、超高濃度脱水
は最も経済的な手段であると言える。

本発明の硬質多孔質体は、泥状物から分離される水分を
通過させるフィルターとしての役割ではなく、平均気孔
径０．５〜３５０μｍの硬質多孔質体の毛細管作用によ
る吸水性能を利用するものであり、更に泥状物を圧搾に
より脱水、吸水した後の毛細管作用の再生を、圧力空気
の給気、吸引、加熱等で行い、毛細管作用による吸水と
該吸水の毛細管内での保持および毛細管内の吸水を排出
する毛細管作用の再生とを交互に繰り返しながら脱水を
行うものである。

硬質多孔質体としては、セラミックス、焼結金属、多孔
質プラスチックあるいは複合材料例えばプラスチック結
合セラミックス、プラスチック結合金属、金属結合セラ
ミックス、ガラス結合金属等が使用できるが、硬質であ
って圧搾時に変形が小さく吸水及び保水力の大きなもの
が好ましく、高い剛性を有する多孔質セラミックスがさ
らに好適である。

圧縮強度を大きくするためには気孔率を小さくする必要
があり、保水力を大きくするためには気孔率を大きくす
る必要がある。また圧縮強度は高圧圧搾に十分耐えるた
め１００　ｋｇ／（ｍ以上が好ましく、この条件を満足
しかつ大きな保水力を兼ねＯｆｆえるための気孔率は２
０〜７０％が好ましく３０〜６０％がさらに好適である
。

更に、本発明の基本的な作用を説明するために、硬質多
孔質体の毛細管作用による吸水作用（吸、水速度）及び
空気圧と水抜き作用（水抜速度）との関係を多孔質セラ
ミックスを例にとって説明する。

第１図は、実験によって得られた平均気孔径の大小によ
る多孔質セラミックスへの吸水速度を示すもので、各種
平均気孔径として、Ａ：２６０μｍＢ　：　１４０μｍＣ：２６μｍＤ：８μｍＥ：母体１４０μｍ十表面薄膜４．ｃ＋ｍを、また多孔
質セラミックスとしては、何れも多孔質炭化珪素（β−
５ｉＣ）板を使用した。

第１図かられかるように、吸水速度は平均気孔径にほぼ
比例し、平均気孔径が大きい程吸水速度が大きいが、Ｅ
では平均気孔径が４μｍと小さいにもかかわらず、４０
μｍの平均気孔径に相当する吸水速度が得られ、薄膜で
あれば吸水速度をある程度保ったまま表面の平均気孔径
を小さくすることができる。

なお、吸水速度の数値の測定は、第２図に示すように、
各種平均気孔径を持つ多孔質板１をシートパツキン２を
介して透明アクリルバイブ３と密着させ、パイプ３の上
部から最大吸水量の水を投入し、完全に水が多孔板１に
吸収されるまでの所要時間を測定したものである。

また、吸水時間については、例えば吸水速度０．１　ｃ
ｄ／ｅＩｌｌ　−ｓで気孔率４０％の時の必要吸水時間
ｔは、多孔質板１の板厚１０重−として、０．１　ｃＩ
ＩＩ／ｃａｌ　・ｓで、吸水保水量を５０％とすれば約２秒となる。すなわ
ち、極めて短時間で吸水可能である。

次に、空気圧による多孔質仮に保水されている水の水抜
き、すなわち空気圧による毛細管の再生について述べる
。

第３図は、第１図に示した各種平均気孔径の多孔質仮に
２〜４秒間空気圧をかけて保水されている水を抜いた時
の水抜率と空気圧力との関係を示し、平均気孔径の大き
い程水抜率は良く、約３０μ僧以下のＣ，Ｄでは水抜率
は悪い。ただし、Ｅは表面の平均気孔径が小さいにもか
かわらす水抜率は良い。

以上の結果によりＡ、Ｂ、Ｅのものであれば、空気圧力
０．５ｋｇ／ｃｊｃ；程度で瞬時に８０％以上の水抜き
が可能となる　。

この水抜きに関する理論的な考察は、毛細管現象によっ
ても説明することができる。

いま、毛細管内外の液面の高さの差：ｈ毛細管の半径：ｒ液体の密度：ρ 液体の表面張カニＴ接触角：θ 重力加速度−ｇとすれば、２ＴＣｏｓ　θ　　　　　２ＴＣＯ３θｈρｇ＝　−ｈ
＝　− ｒ　　　　　　　　　　　　　　　　ｒ　　ρ　ｇで、
水の場合にはＴ　＝　７２．６ｄｙｎ／ａｍ　、　　θ
−８″であるから、上式によりｒＣｍ　Ｘ１０−３ｋｇ／ｃ＋ａＸ９．８Ｎ／に＋を従
って、気孔径２　ｒ　＝１００μｍ　＝０．０１ｃｍの時、ｈ
　＝２９ｃ＋ｏ　”＝０．０３ｋｇ／ｃｍ気孔径２　ｒ
　＝１０μｍ　＝０．００１　ａｍの時、ｈ　＝２９０
ｃｎ　＃０．３ｋｇ／ａ（であり、平均気孔径８μｍの
Ｄは、空気圧力０．３ｋｇ／ｃｏ！ではほとんど水が抜
けないことがわかる。

更に、汚泥の剥離性については、 ■　平均気孔径が大きい程、吸水性能が良く汚泥の保持
力があるため、圧搾しても汚泥の流出はほとんどない。

しかしながら、平均気孔径２００μ曙以上では汚泥の種
類によっては剥離が困難になるものがある。

■　汚泥の剥離性は当然平均気孔径の小さい方が良いが
、空気圧による再生（水抜き）を１回毎に行えば多少平
均気孔径が大きくても良い。

■　吸水速度、毛細管の再生、汚泥の剥離性及び汚泥の
流出を考慮すると、汚泥の種類によって異なるが、０．
５〜３５０μｍ、好ましくは１〜２００μｍ程度が良い
。

ただし、硬質多孔質体が一層体の時には約３０〜２００
　μｍで、表面薄膜を持つ二層体では膜部で１〜３０μ
ｍとするのが好ましい。

■　汚泥の剥離性は硬質多孔質体を構成する粒子の形状
によって異なる。硬質多孔質体は通常、例えば粒状、針
状、板状あるいは繊維状のものあるいはそれらの混合物
で構成される。これらのうち板状粒子で構成された多孔
質体では、その板状粒子平面によって汚泥が剥離し易い
。板状粒子の平均アスペクト比（板状粒子の長軸方向の
長さ／短軸方向の長さ）は２〜５０であることが望まし
い。

■　一対の硬質多孔質体の圧搾脱水において、各硬質多
孔質体の平均気孔径を異なったものとすると、離れる時
に平均気孔径の大きい方に汚泥が付着する。また、再生
の度合によっても付着側を決めることができる。

また、本発明に使用する硬質多孔質体を平均気孔径の異
なる（０．５〜３５０μｍ）二層又は連続する多層一体
物の多孔質板とし、平均気孔径の小さな面を外面側とし
て用いると、多孔質板の表面は目詰まりがあったとして
も内部側は目詰まりのおそれはなく、吸水側の反対側か
ら加圧空気により多孔質板を再生するのが好ましい。

なお、多層体の各層材質は同一である必要なく、セラミ
ックス−金属、セラミックスープラスチンク、プラスチ
ック−金属等での組合せを用いてもよい。

この硬質多孔質体の多層一体物は、表層から連続的に気
孔径が外表面より中心部に向って大きくなる多層構成を
含む。

硬質多孔質体は脱水ロールの表面に対しては接着剤等で
取りつけるもので、硬質多孔質体の製造上及び破損取換
時の配慮から厚さ１０〜１５鶴程変の硬質多孔質体板の
１０〜３０１角程度に分割されたものを表面にはりつけ
ると好適である。

この分割された硬質多孔質体はその辺が脱水ロールの周
方向と同方向に一致させ該軸方向に対しては５〜１５ｃ
ｍ程度ずれして千鳥状で且つ辺々を密接して配置接着す
るのが好ましい。

さらに本発明の２次脱水について、図面を参照しながら
説明する。

第４〜８図において、軸１１を有する脱水ロールＲは、
円周方向の多数の溝１２及びこれらの溝１２に連通して
貫通する放射状の多数の小孔１３を持つ外方ケーシング
１４と、その外周を被覆した硬質多孔質体Ｃとからなり
、この脱水ロールＲ１Ｒが対向して軸方向に平行して互
に逆回転可能に並設されている。

各軸１１にはリング１５が固定され、このリング１５に
よって中空軸１６が形成され、外方ケーシング１４は中
空軸１６に放射状に配置された軸方向に延びるリブ１７
の外周に固定される。リブ１７は、中空軸１６と外方ケ
ーシング１４の間を等配分に仕切ってあり、その両側面
は側板１８゜１８′にて閉鎖されて各仕切部が加圧空気
の給気室１９となっている。また、一方の側板１８には
リブ１７で仕切られた各給気室１９に加圧空気を給気す
る給気孔２０を覆って摺動しかつ連通孔を開口したプレ
ッシャプレート２１を介して保持された加圧空気導入管
２２が連絡されており、脱水ロールＲの回転に伴って、
順次リプ１７で仕切られた給気室１９に給気孔２０から
加圧空気を給気するようになっている。

なお、これらの給気室１９は、軸方向にリブ１７で４等
分以上に仕切るのが好ましく、第４図示例では１６等配
としている。

更に、脱水ロールＲ，Ｒのニップ部２３の上部には、汚
泥が圧入される汚泥供給部２４が設けられ、ニップ部２
３の下流側には脱水ケーキ剥離用として脱水ロール表面
の硬質多孔質体Ｃに接するドクターブレード２５が設け
られている。第４図示例では、左側の脱水ロール表面の
硬質多孔質体Ｃとして、右側のそれよりも平均気孔径の
大きいものを使用しているので、ニップ部２３を出る脱
水ケーキは左側の脱水ロールＲに付着するから、ドクタ
ーブレード２５を左側にのみ設ければよい。

また、外方ケーシング１４に周方向に設けられた／＃１
２は、第７図に示すように給気室１９を仕切るリブ１７
が取り付けられる位置でシール材等によって周方向の連
通を断たれており、後述する硬質多孔質体Ｃの毛細管再
生は、加圧空気が供給された給気室１９の外面でのみ行
われる。

さらに、ケーキ剥離用のドクターブレード２５に続く下
流側で加圧空気による毛細管の再生が行われる再生領域
では、硬質多孔質体Ｃの表面に付着する水分をかき取り
、排出管２６を備えた排水槽２７に集合させるためのド
クターブレード２８が付設されている。

しかして、第４図示例では、汚泥供給部２４に圧入され
た汚泥等は、脱水ロールＲ，Ｒの硬質多孔質体Ｃ面に押
圧され保有水の一部が吸水される。

脱水ロールＲの回転に伴い、ニップ部２３に来るとここ
で圧搾により汚泥内部の水分が絞り出され、絞り出され
た水分は硬質多孔質体Ｃの毛細管作用により速やかに吸
収される。

このようにして、汚泥中の水分は、硬質多孔質体Ｃの毛
細管作用によって吸収され脱水ケーキは二、ブ部２３を
離れ、平均気孔径の大きい硬質多孔質体Ｃの脱水ロール
Ｒ（左側）に１寸着するから、これをドクターブレード
２５でかき落し、コンベヤ等（図示せず）により搬出す
る。更に脱水ロールＲ，Ｒが回転すると、その側板１８
に摺動するプレッシャプレート２１を介して加圧空気導
入管２２から給気孔２０を経て給気室１９内に加圧空気
が給気され、外方ケーシング１４の小孔Ｉ３及び溝１２
を経て吸水側と反対側から硬質多孔質体Ｃ内に加圧空気
が噴出し、硬質多孔質体Ｃが吸収した水分を排水槽２７
に排出し、毛細管は再生さる。

また、ドクターブレード２８によって硬質多孔質体Ｃか
ら排出される水分のうち硬質多孔質体Ｃの表面に付着す
る水分をかき取り、排水槽２７に集合させる。ドクター
ブレード２８による水切りは加圧空気が噴出する毛細管
再生領域において行われるため、ドクターブレード２８
によりかき取る水分が硬質多孔質体Ｃの毛細管に吸収さ
れて毛細管の再生が阻害されることはない。

排水槽２７に集合された水分は、排出管２６から排出さ
れる。

更に脱水ロールＲ，Ｒが回転すると再び前記毛細管作用
を伴った圧搾脱水が行われ、脱水ロールＲ，Ｒの回転に
より毛細管作用を伴った圧搾脱水、脱水ケーキの剥離・
及び毛細管再生と排水の工程を繰り返すことにより、汚
泥等の連続脱水が行われる。

このような例における吸水、脱水ケーキ剥離、毛細管再
生（加圧空気噴出）の各工程を示せば第８回の通りであ
る。

一般に、圧搾脱水では、被脱水物（ここでは１次脱水ケ
ーキ）の水分保持力と圧搾圧が等しくなる時の含水率が
、脱水ケーキの理想状態における到達含水率であり、毛
細管吸水による脱水では、毛細管の吸水力と被脱水物の
吸水力がバランスする点が脱水ケーキの到達含水率であ
る。換言すれば、被脱水物が水分を保持しようとする力
に対し外力が打ち勝った分だけ脱水が可能となる。した
がって、被脱水物の水分保持力をいかに低減するかが、
高効率脱水のかぎとなる。

第９図は１次脱水ケーキの水分特性曲線の一例で、１次
脱水ケーキのサクションＰｙ　　（ｃａ＋単位の水柱で
表わされるケーキのサクションの対数）といる。

破線は１次脱水ケーキの、実線は機械的に混練した１次
脱水ケーキのサクションＰ、である。第９図のように、
同一含水率では、機械的に混練する方が脱水ケーキのサ
クションが低くなっており、水分保持力が小さいために
、脱水に必要な圧搾力も小さくてすむことがわかる。

本発明では、１次脱水ケーキを混練することにより、１
次脱水ケーキの水分保持力を低減し、毛細管吸水を容易
にすると共に、高圧搾を加えることによって従来ではみ
られない高い脱水効率を得ることができる。

なお、混練によって１次脱水ケーキの粘着性が高まるが
、２次脱水の脱水ロール表面の緻密な微細気孔径をもっ
た硬質多孔質体では２次脱水ケーキの剥離は容易である
。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、１次脱水ケーキを混
練したのち２次脱水し、しかも２次脱水においては硬質
多孔質体の毛細管作用と圧搾による水分の絞り出しを併
用することによって、何ら添加物を用いることなく得ら
れる２次脱水ケーキの到達含水率を著しく低減し、種々
の条件の１次脱水ケーキにあわせて混練及び２次脱水の
能力を設定することができ、極めて広範囲に合理的対応
ができると共に既設の脱水設備に付加することで大幅に
脱水効率を向上させることができる。

しかも、最終脱水ケーキの輸送及び処分コストも著しく
低減され、自然限界以下の低含水率となるから、焼却処
分その他の設備容量の縮小、重油等の助燃材消費量の大
幅な低減、ひいてはケーキ焼却によるエネルギー創出も
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で使用する硬質多孔質体の各ｆ１平均気
孔径と吸水速度の関係図、第２図は第１図の吸水速度測
定装置の断面図、第３図は各種平均気孔径の硬質多孔質
体の水抜率と空気圧力の関係図、第４図は本発明の一実
施態様を示す側面図、第５図は第４図の給気室の連結状
態を示す断面図、第６図は第５図の左側面の一部、第７
図は第５図のＡ−ＡＮＩＡ断面図の一部、第８図は第４
図示例の工程説明図、第９図は１次脱水ケーキの水分特
性曲線図である。１・・・多孔質板、２・・・シートパツキン、３・・・
透明アク・＋１ルパイプ、Ｒ・・・脱水ロール、Ｃ・・
・硬質多孔質体、１１・・・軸、１２・・・溝、１３・
・・小孔、１４・・・外方ケーシング、１５・・・リン
グ、１６・・・中空軸、１７・・・リブ、１８．１８’
・・・側板、１９・・・給気室、２０・・・給気孔、２
１・・・プレッシャプレート、２２・・・加圧空気導入
管、２３・・・ニップ部、２４・・・汚泥供給部、２５
・・・ドクターブレード、２６・・・排出管、２７・・
・排水槽、２８・・・ドクターブレード。口００■〉１１水Ｊ度にｒｒｆｃｍ２−ｓ）第６図第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）泥状物を１次脱水し、得られた１次脱水ケーキを
混練したのち、さらに２次脱水する脱水方法において、
前記２次脱水として一対の対向圧搾ロールの少なくとも
一方を毛細管作用による吸水性能を有する硬質多孔質体
を表面とした中空円筒状の脱水ロールとし、これらのロ
ールを接近して回転させながら前記混練された１次脱水
ケーキを圧搾しつつ硬質多孔質体の毛細管作用により水
分を吸水保持して２次脱水ケーキを得、さらに硬質多孔
質体の毛細管作用の再生を行うことを特徴とする脱水方
法。
（２）前記毛細管作用の再生が、ニップ部通過後の前記
脱水ロールの硬質多孔質体に内部から加圧空気を噴出し
て行うものである特許請求の範囲第１項記載の脱水方法
。