JP2013248565A - 汚泥凝集装置及び汚泥調質方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 攪拌効率の良好な汚泥凝集装置を提供する。
【解決手段】 汚泥を調質する汚泥凝集装置１０は、汚泥と凝集剤の混合物を収容する調質槽１１と、調質槽１１内で回転軸１８１周りに回転駆動される複数段の攪拌羽根１８３〜１８５とを備え、攪拌羽根１８３〜１８５は、回転軸１８１の方向を高さ方向としたときの最大高さを３等分して回転軸１８１に垂直な仮想面で上部、中央部、及び下部に分けて、上部、中央部、及び下部のそれぞれの吐出量をＱｕ、Ｑｍ、及びＱｄとしたときに、Ｑｕ＜Ｑｍ、又はＱｄ＜Ｑｍの少なくともいずれかを満たす。
【選択図】 図２

Description

本発明は、上水処理設備、下水処理設備、及び産業排水処理設備等から発生する汚泥の処理技術に関し、特に、汚泥に対して脱水処理をする際の脱水性を改善するための前処理技術に関するものである。

従来、各種の汚泥に対して脱水処理を行う際には、一般的には、汚泥の脱水性を改善するための前処理として汚泥の調質が行なわれる。汚泥調質処理では、汚泥がもつ電荷を中和するために、汚泥と凝集剤とを汚泥凝集装置（汚泥調質装置とも呼ばれる）の内部で混合して攪拌することで、汚泥の凝集物（フロック）を生成する。汚泥に対して複数種類の凝集剤を用いる場合には、複数の汚泥凝集装置を用意して、それぞれの汚泥凝集装置で異なる凝集剤を用いて汚泥の調質を行なう。

図１０は、従来の汚泥凝集装置の斜視図である。図１０に示す汚泥凝集装置１００では、円筒の調質槽１０１の一部を切開して調質槽１０１の内部を示している。調質槽１０１の槽底部の側面には、汚泥供給管１０２と凝集剤供給管１０３が接続されており、調質槽１０１の上部の側面には、凝集汚泥排出管１０４が接続されている。調質槽１０１内には、ドラフトチューブ１０７及び攪拌翼１０８が設けられている。

攪拌翼１０８は、攪拌軸１０９及び複数の攪拌羽根１１０とからなる。複数の攪拌羽根１１０は、攪拌軸１０９の下方に設けられている。各攪拌羽根１１０は、長方形の平板形状であり、１つの短辺が攪拌軸１０９に取り付けられている。各攪拌羽根１１０の攪拌軸１０９に取り付けられる短辺は、攪拌軸１０９と平行であり、よって、各攪拌羽根１１０の平面の法線方向は、攪拌軸１０９と垂直である。図１０に示すように、複数の攪拌羽根１１０は、攪拌軸１０９の下方に３段に設けられている。各段には、攪拌軸１０９を挟んで互いに対向する２枚の攪拌羽根１１０が設けられている。

攪拌翼１０８は、攪拌軸１０９が円筒形状の調質槽１０１の中央に位置するように、調質槽１０１内に設けられる。攪拌翼１０８の各段における２つの攪拌羽根１１０の幅は、調質槽１１０の直径より小さい。ドライチューブ１０７は、攪拌翼１０８の３段の攪拌羽根１１０の上部であって、調質槽１０１の高さ方向の略中央に設けられる。ドラフトチューブ１０７は、調質槽１０１の直径よりも小さく、各段の２枚の攪拌羽根１１０の幅と同じ直径を有する円筒形状であり、攪拌軸１０９を中心として、調質槽１０１の内部に設けられる。

攪拌軸１０９は、調質槽１０１の外部に設けられた駆動装置１１１に接続されて、駆動装置１１１によって回転駆動する。駆動装置１１１の回転速度は、汚泥の状態や凝集剤の種類等の種々の要素を考慮して決定される。

図１１は、調質槽１０１内の流れを示す図である。調質槽１０１の下部の汚泥と凝集剤の混合物は、回転する攪拌羽根１１０によって外周方向に流れて、攪拌羽根１１０の外側及びドラフトチューブ１０７の外側を調質槽１０１の内面に沿って上昇して、上昇の勢いがなくなった汚泥と凝集剤の混合物は、ドラフトチューブ１０７の内側を通って再び回転する攪拌羽根１１０に戻る。即ち、調質槽１０１の縁を内面に沿って上昇する上昇流と、調質槽１０１内の中央を下降する下降流とをドラフトチューブ１０７が仕切ることで、そのような上昇流及び下降流を促進する。このような流れの中で汚泥と凝集剤とが攪拌される。

脱水処理において、汚泥調質は非常に重要な処理であり、十分な汚泥の調質を行なうことで、後段の脱水処理の効果の優劣が大きく左右される。ここで、汚泥の調質を効率的に行なうためには、汚泥と凝集剤との攪拌を十分に行なうことが重要である。特に、汚泥凝集装置が大型化するに伴い攪拌効率が悪化する傾向がある。従来、攪拌効率を向上させるための種々の汚泥凝集装置が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。

特許文献１に記載された二段式凝集混和槽では、槽の上部及び下部に各々羽根形状の異なる２台の攪拌機を設けて、槽の下部の直径を槽の上部より小径として、槽の下部で急攪拌するとともに槽の上部の大容量部で、緩速攪拌をする。また、特許文献２に記載された攪拌槽では、槽体内に仕切板を設けて、この仕切板の汚泥流路の近傍に板体を設けることで短絡流（供給された汚泥が十分に凝集剤と反応しないまま排出される流れ）を抑制し、攪拌槽の上部及び下部に設けた攪拌羽根はいずれも下降流を形成する形状となっている。

特開２００８−１６８２１５号公報 特開２００８−２０７０６９号公報

しかしながら、上記の特許文献１の二段凝集混和槽では、攪拌力によって汚泥と凝集剤との攪拌効果を高めているので、エネルギー消費量が多く、エネルギー消費量に対する攪拌効率が良好でない。また、上記の特許文献２の攪拌槽では、汚泥流路を妨げることで攪拌効果を高めているが、攪拌力を調整できないという欠点がある。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、攪拌効率の良好な汚泥凝集装置を提供することを目的とする。

本発明の汚泥凝集装置は、汚泥を調質する汚泥凝集装置であって、汚泥と凝集剤の混合物を収容する調質槽と、前記調質槽内で回転軸周りに回転駆動される複数段の攪拌羽根と、を備え、前記攪拌羽根は、前記回転軸の方向を高さ方向としたときの最大高さを３等分して前記回転軸に垂直な仮想面で上部、中央部、及び下部に分けて、上部、中央部、及び下部のそれぞれの吐出量をＱｕ、Ｑｍ、及びＱｄとしたときに、Ｑｕ＜Ｑｍ、又はＱｄ＜Ｑｍの少なくともいずれかを満たす。この構成により、攪拌羽根の上方に上昇流が生じ、及び／又は攪拌羽根の下方に下降流が生じて、汚泥と凝集剤の混合物が攪拌される。

上記の汚泥凝集装置において、前記攪拌羽根は、前記上部、前記中央部、前記下部の面積をそれぞれＳｕ、Ｓｍ、Ｓｄとしたときに、Ｓｕ＜Ｓｍ、又はＳｄ＜Ｓｍの少なくともいずれかを満たしてよい。この構成により、攪拌羽根を回転駆動させることで、上記の吐出量の条件を満足できる。

上記の汚泥凝集装置において、一の段の攪拌羽根が、Ｑｕ＜Ｑｍを満たし、前記一の段の上段の攪拌羽根が、Ｑｄ＜Ｑｍを満たしてよい。この構成により、一の段の攪拌羽根の上方に上昇流が生じ、その一の段の上段の攪拌羽根の下方に下降流が生じるので、これらの上昇流と下降流とが衝突して渦流が生じ、汚泥と凝集剤の混合物が攪拌される。

上記の汚泥凝集装置において、各段の前記攪拌羽根は、前記回転軸に対する取り付け角度が互いにずれていてよい。この構成により、上記の上昇流と下降流との衝突による渦流を生じさせることができる。

上記の汚泥凝集装置において、前記攪拌羽根が、前記回転駆動の周方向に曲がっていてよい。この構成により、調質槽の径に対して攪拌羽根の面積を大きくすることができ、汚泥と凝集剤の混合物をより好適に攪拌できる。

上記の汚泥凝集装置において、前記調質槽は、下部の径が上部の径より小さく、前記攪拌羽根は前記調質槽の下部で回転駆動されてよい。この構成により、調質槽の下部で急攪拌部が形成されて、汚泥と凝集剤の混合物がより好適に攪拌される。

上記の汚泥凝集装置において、前記調質槽の下部に、前記汚泥を前記調質槽内に供給する汚泥供給管と、前記凝集剤を前記調質槽内に供給する凝集剤供給管とが接続されていてよい。この構成により、調質槽の下部から汚泥及び凝集剤を供給できる。

上記の汚泥凝集装置において、前記攪拌羽根は、前記汚泥供給管と前記凝集剤供給管との間に設けられてよい。この構成により、汚泥が供給される箇所と凝集剤が供給される箇所との間で攪拌羽根が回転駆動されるので、ショートパスを防いで汚泥と凝集剤とが良好に攪拌される。

上記の汚泥凝集装置において、前記調質槽の上部に凝集汚泥排出管が接続されていてよい。この構成により、調質槽の上部から調質された汚泥を取り出すことができる。

上記の汚泥凝集装置において、前記調質槽内の上部に、前記回転軸周りに駆動される旋回羽根が設けられていてよい。この構成により、攪拌羽根によって十分に攪拌された汚泥と凝集剤が旋回することで、凝集物が生成される。

上記の汚泥凝集装置において、前記調質槽の下部に、回転駆動される前記攪拌羽根と干渉しないようにバッファプレートが設けられていてよい。この構成により、攪拌羽根が回転駆動されてバッファプレートの近くを通り過ぎることで乱流が生じて、汚泥と凝集剤の混合物が攪拌される。

上記の汚泥凝集装置において、前記攪拌羽根の最大高さをＨとし、前記攪拌羽根の段数をＮとすると、前記バッファプレートの高さは、（Ｎ−１）×Ｈ以下であってよい。この構成により、少なくとも最上段の攪拌羽根の周囲に上向きの流れを生じさせることができる。

本発明の別の態様は、調質槽に汚泥及び凝集剤を調質槽に供給し、前記調質槽内で、複数段に設けられた攪拌羽根を回転軸周りに回転駆動させることで、前記調質槽内に供給された前記汚泥及び前記凝集剤の混合物を攪拌する汚泥調質方法であって、前記回転軸の方向を上下方向として、前記攪拌羽根を回転駆動することによって、前記攪拌羽根の上方に前記混合物の上昇流を生じさせ、前記攪拌羽根の下方に前記混合物の下降流を生じさせる。この構成により、上昇流と下降流とが衝突して渦流が生じ、汚泥と凝集剤の混合物が攪拌される。

上記の汚泥調質方法において、前記汚泥及び凝集剤を前記調質槽の下部に供給し、前記攪拌羽根を前記調質槽の下部の内部で回転駆動し、前記調質槽の上部で前記混合物の旋回流を生じさせて、前記調質槽の上部から調質された汚泥を前記調質槽の外に排出してよい。この構成により、攪拌羽根によって十分に攪拌された汚泥と凝集剤が旋回することで、凝集物が生成される。

本発明によれば、攪拌羽根の上方の上昇流及び攪拌羽根の下方の下降流によって汚泥と凝集剤の混合物が十分に攪拌されるので、効率よく汚泥と凝集剤の混合物を攪拌できる。

本発明の実施の形態における汚泥凝集装置の斜視図 本発明の実施の形態における汚泥凝集装置の調質槽の一部を切開して内部の構造を示した斜視図 本発明の実施の形態における攪拌翼の側面図 図３のＡ−Ａ’断面図 本発明の実施の形態における屈曲させていない状態の攪拌羽根を示す図 本発明の実施の形態における汚泥凝集装置の調質槽内の流れを示す図 本発明の実施の形態における攪拌羽根の他の例を示す図 本発明の実施の形態における攪拌羽根の他の例を示す図 本発明の実施の形態における攪拌羽根の他の例を示す図 従来の汚泥凝集装置の調質槽の一部を切開して内部の構造を示した斜視図 従来の汚泥凝集装置の調質槽内の流れを示す図

以下、本発明の実施の形態の汚泥凝集装置を説明する。図１は、本発明の実施の形態の汚泥凝集装置１０の斜視図である。汚泥凝集装置１０の調質槽１１は、下部の強攪拌部１１１と、上部の大容量部１１２と、強攪拌部１１１と大容量部１１２とを連結する連結部１１３とからなる。強攪拌部１１１及び大容量部１１２はいずれも円筒形状であり、強攪拌部１１１は大容量部１１２より直径が小さい。連結部１１３は、上部の大径の大容量部１１２と下部の小径の強攪拌部１１１と連結する逆円錐台形状を有する。強攪拌部１１１の直径は、大容量部１１２の直径の１／２〜２／３程度とするのが望ましい。また、連結部１１３の法面は、水平方向に対して４５度以上の角度で立ち上がっていることが望ましい。

調質槽１１の下部の側面には、汚泥供給管１２が接続されており、その反対側の側面には凝集剤供給管１３が接続されている。大容量部１１２の上部の側面には凝集汚泥排出管１４が接続されている。また、大容量部１１２の上面には、駆動装置１５が設けられている。

図２は、汚泥凝集装置１０の調質槽１１の一部を切開して内部の構造を示した斜視図である。調質槽１１内には、攪拌翼１８が設けられる。攪拌翼１８は、棒状の攪拌軸１８１と、攪拌軸１８１に取り付けられた複数の旋回羽根１８２ａ〜１８２ｄ（総称を「攪拌羽根１８２」と記す）と、攪拌軸１８１に取り付けられた複数の第３段の攪拌羽根１８３ａ〜１８３ｄ（総称を「攪拌羽根１８３」と記す）、第３段の攪拌羽根１８３の下に設けられた複数の第２段の攪拌羽根１８４ａ〜１８４ｄ（総称を「攪拌羽根１８４」と記す）、及び第２段の攪拌羽根１８４の下に設けられた複数の第１段の攪拌羽根１８５ａ〜１８５ｄ（総称を「攪拌羽根１８５」と記す）とを備えている。

図３は、攪拌翼１８の側面図であり、図４は、図３のＡ−Ａ’断面図である。第３段の４つの攪拌羽根１８３ａ〜１８３ｄは、攪拌軸１８１の周方向にそれぞれ９０度の間隔で設けられる。攪拌羽根１８３ａ〜１８３ｄは、いずれも同一の構成を有している。攪拌羽根１８３ａ〜１８３ｄは、それぞれ平板を攪拌軸１８１と平行な２箇所の折れ線でそれぞれ、攪拌軸１８１及び調質槽１１１の周方向に屈曲させた形状をしている。攪拌羽根１８３ａ〜１８３ｄの各々は、攪拌軸１８１に近いほうから順に（根元から先端に向けて）、攪拌軸１８１の直径方向に向いた状態で攪拌軸１８１に取り付けられる第１部、第１部から周方向に２０度屈曲した第２部、及び第２部から周方向に５０度屈曲した第３部を備えている。攪拌軸１８１の中心と第３部の先端、即ち攪拌羽根１８３の先端とを結ぶ方向と、第１部の平面方向とは、３０度の角度をなしている。第１部は、根元から先端に向けて高さ方向の幅は一定であるが、第２部及び第３部は、根元側から先端側に向けて高さ方向の幅が狭くなるテーパ形状を有している。

第２段の攪拌羽根１８４及び第１段の攪拌羽根１８５も第３段の攪拌羽根１８３と同じ構成を有するが、第２段の攪拌羽根１８４は、第３段の攪拌羽根１８３とは攪拌軸１８１周りに３０度ずらして攪拌軸１８１に固定され、第１段の攪拌羽根１８３は、第２段の攪拌羽根１８４から更に攪拌軸１８１周りに３０度ずらして攪拌軸１８１に固定される。

旋回羽根１８２は、第３段の攪拌羽根１８３から一定の距離を隔てた上方に設けられる。旋回羽根１８２は、大容量部１１２の下部に位置するように設けられ、その一部が連結部１１３にかかっている。旋回羽根１８２ａ〜１８２ｄは、それぞれ、根元（攪拌軸１８１に取り付けられる部分）から先端に向けて高さ方向の幅が狭くなるテーパ形状を有する平板として形成される。また、旋回羽根１８２ａ〜１８２ｄは、互いに攪拌軸１８１周りに９０度の角度をなして、攪拌軸１８１直径方向と平行な方向に向くように、攪拌軸１８１に固定される。

図２に示されるように、第１ないし第３の攪拌羽根１８３〜１８５はすべて強攪拌部１１１内に収容される。上述のように、強攪拌部１１１の下部の側面には、強攪拌部１１１に汚泥を供給するための汚泥供給管１２が接続され、その反対側には強攪拌部１１１に凝集剤を供給するための凝集剤供給管１３が接続される。よって、汚泥供給管１２と凝集剤供給管１３とは、攪拌羽根１８３〜１８５を挟んで対向して設けられる。攪拌軸１８１は、駆動装置１５に接続されて、駆動装置１５によって回転駆動する。強攪拌部１１１では、合計１２枚の攪拌羽根１８３〜１８５が攪拌軸１８１の回転によって回転することで、汚泥と凝集剤とが強く攪拌される。

強攪拌部１１１の内周面には、４枚の長方形のバッフルプレート２０が設けられる。バッフルプレート２０は、その面が強攪拌部１１１の半径方向に平行になるように設けられる。バッフルプレート２０の高さは、第２段の攪拌羽根１８４の上端と一致している。なお、バッフルプレート２０は、一般的には、攪拌羽根の最大高さをＨとし、攪拌羽根の段数をＮ（Ｎ＞１）とした場合に、Ｈ以上（Ｎ−１）×Ｈ以下とする。換言すれば、バッファプレート２０の高さは、強攪拌部１１１の最上段の攪拌羽根１８３までには達しないように設計される。また、上述のように、複数段の攪拌羽根１８３〜１８５は、すべてが強攪拌部１１１内に収まるので、バッフルプレート２０も強攪拌部１１１内に収まる。

攪拌羽根１８３〜１８５の先端は、バッフルプレート２０と干渉しないように、バッフルプレート２０から僅かに内側に位置している。攪拌羽根１８３〜１８５の先端とバッフルプレート２０の内側端との間の距離は、例えば３〜５ｍｍ程度とすることができる。

攪拌羽根１８３〜１８５について更に詳しく説明する。図５は、屈曲させていない状態の攪拌羽根１８３〜１８５を示す図である。攪拌羽根１８３〜１８５は、その最大高さＨを３等分する回転軸１８１に垂直な仮想面によって上部、中央部、下部に分けると、上部の面積Ｓｕ、中央部の面積Ｓｍ、及び下部の面積Ｓｄは、Ｓｕ＜Ｓｍ、Ｓｄ＜Ｓｍの関係を満たす。本実施の形態では、上述のように、第２部分及び第３部分において攪拌軸１８１から遠のくにつれてその高さが低くなるテーパ形状をしているので、特に第２部分及び第３部分において、上部の面積Ｓｕ及び下部の面積Ｓｄが中央部の面積Ｓｍよりも小さくなっている。また、本実施の形態では、テーパ形状は上下対称であるので、Ｓｕ＝Ｓｄとなっている。

以上のように構成された汚泥凝集装置１０の動作を説明する。図５で説明した攪拌羽根１８３〜１８５による吐出量Ｑは、Ｓ（＝Ｓｕ＋Ｓｍ＋Ｓｄ）×回転速度ωに比例する。ここで、吐出量Ｑとは、羽根の回転によって羽根が時間当たりに通過する空間（押しのける汚泥）の体積であり、上述のように、羽根の面積Ｓ及び羽根の回転速度ωに比例する。攪拌羽根１８３〜１８５上部の吐出量Ｑｕ、中央部の吐出量Ｑｍ、及び下部の吐出量Ｑｄをそれぞれ独立にみると、回転速度ωはすべてにつき同一であるので、吐出量は面積に比例して、Ｑｕ＜Ｑｍ、Ｑｄ＜Ｑｍの関係を満たす。また、Ｓｕ＝Ｓｄであるので、Ｑｕ＝Ｑｄである。

このような上下方向での吐出量の差によって、攪拌羽根の上部では上昇流が生じ、攪拌羽根の下部では下降流が生じる。この上昇流と下降流の調整は、攪拌羽根の上部及び下部の面積を調整することで行なうことができる。例えば、Ｓｕ＞Ｓｄとすることで、Ｑｕ＞Ｑｄとすれば、主に下降流が生じ、逆にＳｕ＜Ｓｄとすることで、Ｑｕ＜Ｑｄとすれば、主に上昇流が生じる。さらに、上昇流のみを生じさせたい場合には、攪拌羽根の形状をＳｄ＝Ｓｍ＞Ｓｕとし、即ち、攪拌羽根の下部の面積と中央部の面積を同一とすることで、Ｑｄ＝Ｑｍ＞Ｑｕとすればよい。同様に、下降流のみを生じさせたい場合には、攪拌羽根の形状をＳｕ＝Ｓｍ＞Ｓｄとし、即ち、攪拌羽根の下部の面積と中央部の面積を同一とすることで、Ｑｕ＝Ｑｍ＞Ｑｄとすればよい。

ある攪拌羽根において、上部にて上昇流が生じると、この上昇流は、当該攪拌羽根の上段の攪拌羽根の下部からの下降流と衝突し渦流が生じる。特に攪拌羽根の先端部分で比較的強い上昇流及び下降流が生じて、強い渦流が発生する。このような上昇流と下降流との衝突による渦流は、第１段と第２段との間、及び第２段と第３段との間の各々において生じる。この渦流によって、汚泥と凝集剤とが十分に攪拌され、汚泥と凝集剤との混合物のショートパスを防ぐことができる。また、攪拌羽根の先端とバッファプレート２０の内側端との隙間が小さいので、この部分で強い乱流が生じ、これによっても十分な攪拌が行われて、ショートパスを防ぐことができる。

上述のように、バッファプレート２０は、最上段の攪拌羽根１８３にまでは達していないので、最上段の攪拌羽根１８３は、下段の攪拌羽根１８４、１８５によって十分に攪拌された汚泥と凝集剤との混合物の調質槽１１の内周面に沿う上昇流を生じさせて、調質槽１１の内周面に沿って上方の大容量部１１２に送り出す機能を有する。汚泥と凝集剤との混合物の上昇流は、上方に行くにつれて径が拡大する連結部１１３を通過する際に、徐々に減速される。

大容量部１１１では、旋回羽根１８２によって汚泥と凝集剤の混合物が大容量部１１１の内周面の周方向に沿って回転する。汚泥と凝集剤の混合物は、大容量部１１１の内周面（槽壁）を転動する間に凝集、造粒して凝集汚泥となる。この凝集汚泥は、大容量部１１１の上部の凝集汚泥排出管１４から調質槽１１の外部に排出される。

図６は、調質槽１１内の流れを示す図である。図６に示すように、強攪拌部１１１及び連結部１１３の複数の箇所で渦流が生じている。従来の汚泥凝集装置１００の調質槽１０１内の流れを示す図１１と比較すると、従来例では、槽下部のドラフトチューブ１０７の下に渦流が認められるものの、その数は明らかにっ本発明の実施の形態よりも少ない。

以上のように、本実施の形態の汚泥凝集装置１０は、下部の強攪拌部１１２で汚泥と凝集剤とを十分に攪拌し、上部の大容量部１１２にて緩やかな旋回流を生じさせることで、汚泥の凝集及び凝集汚泥の造粒を促すので、汚泥が強攪拌部１１２の下部の汚泥供給管１２から注入されて凝集汚泥排出管１４から排出されるまでに、効率よく汚泥凝集を生成できる。

なお、駆動装置１５による攪拌軸１８１の回転駆動の回転速度は可変であってよく、汚泥の種類や凝集剤の種類に応じて最適な回転速度が設定されてよい。

以下に、図７乃至図９を用いて、攪拌羽根の他の例を説明する。

図７は、攪拌羽根の他の例を示す図である。図７の左側が攪拌軸１８１に取り付けられる部分（根元）であり、図７の右側が攪拌羽根の先端である（以下、図８及び図９においても同様とする）。攪拌羽根１８６は、根元から先端にかけて一定の割合で高さが減少する台形形状を有している。この攪拌羽根１８６の最大高さは、根元の高さである。その最大高さＨを３等分する水平の仮想線で攪拌羽根１８６を３つの部分に分けたときの上部、中央部、下部のそれぞれの面積をＳｕ、Ｓｍ、Ｓｄとすると、Ｓｍ＞Ｓｕ、かつ、Ｓｍ＞Ｓｄとなり、上部、中央部、下部のそれぞれの吐出量Ｑｕ、Ｑｍ、Ｑｄは、Ｑｍ＞Ｑｕ、かつ、Ｑｍ＞Ｑｄとなる。なお、攪拌羽根１８６は上下対称の形状であるので、Ｓｕ＝Ｓｄとなり、Ｑｕ＝Ｑｄとなる。

図８は、さらに別の攪拌羽根の例を示す図である。攪拌羽根１８７は、根元から先端にかけて高さが高くなり、根元から先端への約１／３の最大高さ位置から、先端に向けて徐々に高さが低くなる形状を有している。最大高さ位置の高さＨを３等分する水平の仮想線で攪拌羽根１８７を３つの部分に分けたときの上部、中央部、下部のそれぞれの面積をＳｕ、Ｓｍ、Ｓｄとすると、Ｓｍ＞Ｓｕ、かつ、Ｓｍ＞Ｓｄとなり、上部、中央部、下部のそれぞれの吐出量Ｑｕ、Ｑｍ、Ｑｄは、Ｑｍ＞Ｑｕ、かつ、Ｑｍ＞Ｑｄとなる。なお、攪拌羽根１８７は上下対称の形状であるので、Ｓｕ＝Ｓｄとなり、Ｑｕ＝Ｑｄとなる。

図９は、さらに別の攪拌羽根の例を示す図である。攪拌羽根１８８は、根元の高さが最も高く、根元から先端にかけて高さが減少する形状を有している。攪拌羽根１８８の上側は根元から先端に向けて一定高さを保った後に、徐々に高さが減少し、攪拌羽根１８８の下側は根元から先端に向けて一定の割合で高さが減少する。最大高さＨを有する根元を３等分する水平の仮想線で攪拌羽根１８８を３つの部分に分けたときの上部、中央部、下部のそれぞれの面積をＳｕ、Ｓｍ、Ｓｄとすると、Ｓｍ＞Ｓｕ、かつ、Ｓｍ＞Ｓｄとなり、上部、中央部、下部のそれぞれの吐出量Ｑｕ、Ｑｍ、Ｑｄは、Ｑｍ＞Ｑｕ、かつ、Ｑｍ＞Ｑｄとなる。なお、攪拌羽根１８８は上下対称ではなく、Ｓｕ＞Ｓｄなので、Ｑｕ＞Ｑｄとなる。

以下、図１０に示す従来の汚泥凝集装置１００と図２に示す本発明の実施の形態の汚泥凝集装置１０によって、同一の汚泥をそれぞれ処理して比較をした結果を示す。汚泥凝集装置１００、１０の調質槽は、いずれも０．３ｍ³であり、脱水機は有効ろ布幅０．５ｍのベルトプレスを用いた。本発明の実施の形態の汚泥凝集装置１０には、図２乃至図５に示した攪拌羽根１８３〜１８５を用いた。また、汚泥として、汚泥濃度１．７％の下水消化汚泥を用いた。汚泥の供給量を３ｍ³／ｈとした。使用する凝集剤は、カチオンポリマーとした。なお、凝集試験による机上での最適薬注率は１．８％であった。効果の有無を判定する指標は、双方の適切な薬注率と液側の残留コロイド荷電量、脱水ケーキ含水率の３項目とした。なお、コロイド荷電量とは、液中に分散している微細なコロイド状物質の荷電濃度（ｅｑ／ｍ³）をいい、コロイド滴定法によって定量される。コロイド荷電量は、ポリマーの最適添加率を把握する場合の指標として用いられ、コロイド荷電量がゼロとなる点が最適添加率となる。

従来の汚泥凝集装置１００では、薬注率１．８％から運転を開始して徐々に薬注率を上げていった。ベルトプレスの重力脱水部液位が上昇することなく運転可能となった条件は、薬注率が２．４％、攪拌羽根の周速度が２．８ｍ／ｓ（最大３ｍ／ｓ）であった。即ち、薬注率は、机上薬注率より０．６％高くなった。そのときの残留コロイド荷電量はプラス０．１３ｍｅｑ／Ｌであり、ポリマーが残留した状態であった。一方、ベルトプレスのケーキ含有率は８１．４％であり、処理速度は１００ｋｇ／ｍｈであった。

これに対して、本発明の実施の形態の汚泥凝集装置１０では、薬注率１．９％、攪拌羽根周速度１．７ｍ／ｓで安定運転が可能であった。そのときの残留コロイド荷電量は、−０．０３ｍｅｑ／Ｌであり、液中にほとんど凝集剤が残留することなく有効に使用され、ベルとプレスケーキのケーキ含水率は同一処理で７７．７％まで低下した。

以上の比較試験の通り、本発明の実施の形態の汚泥凝集装置１０によれば、従来の汚泥凝集装置１００と比較して、薬注率を約２割削減でき、攪拌羽根周速度も約４割減速できている。よって、本実施の形態によれば、従来と比較して、低コスト及び低動力で処理可能である。また、ケーキ含水率も３．７％低下しており、十分な脱水ができている。

以上の通り、本発明の実施の形態の汚泥凝集装置１０によれば、多数の渦流を発せ逸させることで、汚泥のショートパスを防ぐことができるとともに、汚泥と凝集剤との攪拌効果が向上する。その結果、凝集剤の節約が可能となり、かつ、攪拌のための駆動エネルギーの節約を図ることができる。即ち、本発明の実施の形態の汚泥凝集装置によれば、従来例と比較して、より少ない凝集剤及びより少ない駆動エネルギーで汚泥を凝集させることができるので、汚泥凝集の効率が高くなる。そして、その効果は汚泥凝集装置の調質槽が大型化するほど大きくなる。

また、攪拌羽根の形状が先端にいくほど高さが低くなる（細くなる）形状であるので、汚泥中に含まれる繊維の絡みつきを防止することができ、メンテナンス負担軽減の効果も付随的に得られる。さらに、従来例と比較すると、ドラフトチューブが不要であり、この点でもコスト削減及びメンテナンス負担軽減の利点が得られる。

本発明は、より少ない凝集剤及びより少ない駆動エネルギーで汚泥を凝集させることができるという効果を有し、汚泥凝集装置等として有用である。

１０ 汚泥凝集装置
１１ 調質槽
１１１ 強攪拌部
１１２ 大容量部
１１３ 連結部
１２ 汚泥供給管
１３ 凝集剤供給管
１４ 凝集汚泥排出管
１５ 駆動装置
１８ 攪拌翼
１８１ 攪拌軸
１８２ 旋回羽根
１８３ 攪拌羽根（第３段）
１８４ 攪拌羽根（第２段）
１８５ 攪拌羽根（第１段）
１８６ 攪拌羽根
１８７ 攪拌羽根
１８８ 攪拌羽根
２０ バッフルプレート

Claims (14)

1. 汚泥を調質する汚泥凝集装置であって、
   汚泥と凝集剤の混合物を収容する調質槽と、
   前記調質槽内で回転軸周りに回転駆動される複数段の攪拌羽根と、
   を備え、
   前記攪拌羽根は、前記回転軸の方向を高さ方向としたときの最大高さを３等分して前記回転軸に垂直な仮想面で上部、中央部、及び下部に分けて、上部、中央部、及び下部のそれぞれの吐出量をＱｕ、Ｑｍ、及びＱｄとしたときに、Ｑｕ＜Ｑｍ、又はＱｄ＜Ｑｍの少なくともいずれかを満たす
   ことを特徴とする汚泥凝集装置。
2. 前記攪拌羽根は、前記上部、前記中央部、前記下部の面積をそれぞれＳｕ、Ｓｍ、Ｓｄとしたときに、Ｓｕ＜Ｓｍ、又はＳｄ＜Ｓｍの少なくともいずれかを満たすことを特徴とする請求項１に記載の汚泥凝集装置。
3. 一の段の攪拌羽根が、Ｑｕ＜Ｑｍを満たし、前記一の段の上段の攪拌羽根が、Ｑｄ＜Ｑｍを満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の汚泥凝集装置。
4. 各段の前記攪拌羽根は、前記回転軸に対する取り付け角度が互いにずれていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の汚泥凝集装置。
5. 前記攪拌羽根が、前記回転駆動の周方向に曲がっていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の汚泥凝集装置。
6. 前記調質槽は、下部の径が上部の径より小さく、
   前記攪拌羽根は前記調質槽の下部で回転駆動されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の汚泥凝集装置。
7. 前記調質槽の下部に、前記汚泥を前記調質槽内に供給する汚泥供給管と、前記凝集剤を前記調質槽内に供給する凝集剤供給管とが接続されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の汚泥凝集装置。
8. 前記攪拌羽根は、前記汚泥供給管と前記凝集剤供給管との間に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の汚泥凝集装置。
9. 前記調質槽の上部に凝集汚泥排出管が接続されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の汚泥凝集装置。
10. 前記調質槽内の上部に、前記回転軸周りに駆動される旋回羽根が設けられていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の汚泥凝集装置。
11. 前記調質槽の下部に、回転駆動される前記攪拌羽根と干渉しないようにバッファプレートが設けられていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の汚泥凝集装置。
12. 前記攪拌羽根の最大高さをＨとし、前記攪拌羽根の段数をＮとすると、前記バッファプレートの高さは、（Ｎ−１）×Ｈ以下であることを特徴とする請求項１１に記載の汚泥凝集装置。
13. 調質槽に汚泥及び凝集剤を調質槽に供給し、前記調質槽内で、複数段に設けられた攪拌羽根を回転軸周りに回転駆動させることで、前記調質槽内に供給された前記汚泥及び前記凝集剤の混合物を攪拌する汚泥調質方法であって、
    前記回転軸の方向を上下方向として、前記攪拌羽根を回転駆動することによって、前記攪拌羽根の上方に前記混合物の上昇流を生じさせ、前記攪拌羽根の下方に前記混合物の下降流を生じさせることを特徴とする汚泥調質方法。
14. 前記汚泥及び凝集剤を前記調質槽の下部に供給し、前記攪拌羽根を前記調質槽の下部の内部で回転駆動し、前記調質槽の上部で前記混合物の旋回流を生じさせて、前記調質槽の上部から調質された汚泥を前記調質槽の外に排出することを特徴とする請求項１３に記載の汚泥調質方法。