汚泥脱水機の種類と動作原理と選び方

なんてことだ 汚泥脱水機 それが重要であることとその理由

汚泥脱水機は、廃水処理、産業プロセス、都市システムによって生成される汚泥の水分含有量を減らし、ポンプ輸送可能なスラリーを、液体汚泥の処理コストの数分の一で輸送、埋め立て、堆肥化、または焼却できる半固体ケーキに変換します。中心的な目的は、一般に水分含有量が汚泥の総量をできるだけ積極的に減らすことです。 生汚泥の重量の 95 ～ 99% 脱水前。

汚泥の量を減らすと、下流の処理コストが直接削減されます。都市の下水処理場では、水分 97% で年間 10,000 トンの汚泥が生成されますが、その量を水分 75% のケーキ 1,500 トン未満に減らすことができ、輸送量、埋立地廃棄料金、および焼却燃料消費量を 80% 以上削減できます。この経済的原動力が、脱水装置が汚泥管理インフラストラクチャにおいて最も ROI の高い資本投資の 1 つである理由です。

この機械は、都市下水処理、食品および飲料の製造、製紙・パルプ工場、鉱滓管理、医薬品製造、化学処理など、大規模な固液分離が必要なあらゆる場所で稼働します。

汚泥脱水機の主な種類

いくつかの脱水技術が積極的に使用されており、それぞれが異なる物理原理に基づいて動作し、異なる汚泥の種類、処理量の要件、および最終的なケーキの乾燥目標に適しています。

ベルトフィルタープレス

ベルト フィルター プレスは、連続的に移動する 2 つの多孔質ベルトを使用して調整済みスラッジを挟み、直径が減少する一連のローラーを通して徐々にスラッジを絞ります。このプロセスには 3 つのゾーンがあります。1 つは重力排水で、自由水が下部ベルトを通って落下します。ベルトが収束して圧力を加え始めるウェッジゾーン。圧力ゾーンでは、スラッジがせん断と圧縮を同時に加える S 字型ローラー構成を通過します。 ケーキの乾燥度は通常、乾燥固形分 18 ～ 25% に達します。 都市バイオソリッド向け。ベルト プレスは連続大量稼働に適しており、エネルギー消費量は比較的低いですが、ベルトを清潔に保つために大量の洗浄水を必要とし、ベルトの摩耗を促進する繊維状または研磨スラッジに敏感です。

遠心デカンタ

遠心デカンタは高い回転速度を使用します - 通常 2,000 ～ 4,000 RPM 、1,500 ～ 3,000 × g の遠心力を発生させ、沈降を促進します。汚泥は水平回転ボウルに供給されます。より重い固体はボウルの壁に移動し、わずかに異なる速度（差動速度）で回転する内部スクリューコンベアによって排出ポートに連続的に搬送されます。清澄化された濃縮物は反対側の端から出ます。遠心分離機は、多くのスラッジタイプにおいてベルトプレスよりも高いケーキ乾燥度（消化されたバイオソリッドの乾燥固形分が 22 ～ 30%）を達成し、さまざまな供給濃度に適切に対応します。これらは処理量に比べてコンパクトで、完全に密閉されており (臭気制御にとって重要)、オペレータの注意は最小限で済みますが、ベルトベースのシステムよりもエネルギー消費が高く、メンテナンスがより複雑です。

スクリュープレス

スクリュープレスはスラッジを円筒形のスクリーンバスケットに送り込み、その中を螺旋スクリューがゆっくりと回転します。 2 ～ 5 RPM 。スラッジがスクリューに沿って進むと、ピッチが減少し、背圧が増加し、スラッジを円錐形の端部抵抗プレートに押し付けます。濾液は連続的にスクリーンを通って排出されます。スクリュー プレスは非常に低い回転速度で動作するため、騒音、エネルギー消費が低く、摩耗が最小限に抑えられます。特に食品加工、製紙工場、パッケージ処理プラントなど、小規模から中規模の設備で遠心分離機に比べてケーキの適度な乾燥度 (通常は 15 ～ 22% の乾燥固形分) が得られることよりも、シンプルさと低い運用コストの方が好まれる傾向にあります。

フィルタープレス（プレート＆フレーム）

フィルター プレスは、濾布を取り付けた一連の凹型ポリプロピレン プレートで構成されるバッチ操作の機械です。スラッジは、プレート間のチャンバーに徐々に高圧でポンプで送り込まれます。 15～16バール 高圧膜バージョンでは、濾液を布に押し込み、固形物がケーキとして蓄積します。チャンバーがいっぱいになると、プレスが自動的に開き、ケーキがプレートから落ちます。フィルター プレスは、あらゆる脱水技術の中で最高のケーキ乾燥度を達成します。膜プレート設計では 35 ～ 50% の乾燥固形分が達成可能です。そのため、下流の熱乾燥または焼却で最小限の水分含有量が必要な場合に推奨されます。バッチサイクルと布の洗浄とメンテナンスの必要性は、運用上の主なトレードオフです。

脱水性能における化学的コンディショニングの役割

実質的にすべての機械式脱水機は、スラッジが事前に化学的に調整されている場合、パフォーマンスが大幅に向上します。生汚泥、特に生物処理による活性汚泥は、強い負の表面電荷を持つ微細なコロイド粒子で構成されており、これらの粒子は互いに反発し、安定したゲル状マトリックス内に水を閉じ込めます。コンディショニングを行わないと、粒子はフィルター媒体を通過し、結合水を機械的に除去することができません。

ポリマー凝集剤 (最も一般的にはカチオン性ポリアクリルアミド) は、脱水機の上流の汚泥供給ラインに投入されます。ポリマーは汚泥粒子の表面電荷を中和し、汚泥粒子がより大きなフロックに凝集できるようにし、結合水を放出してフィルター媒体に保持されます。 ポリマーの投与量は通常、乾燥固体 1 トンあたり活性ポリマー 4 ～ 12 kg の範囲です。 、汚泥の起源、揮発性固体含有量、および使用される脱水技術によって異なります。

コンディショニングの最適化は、プラントのオペレーターが利用できる最もコスト効率の高い手段の 1 つです。投与量が不足すると、ケーキの乾燥度が潜在的なレベルを下回ります。過剰に投与するとポリマーが無駄になり、ベルトやスクリューの排出を損なう粘着性のケーキが生成される可能性があります。処理される特定の汚泥に対する最適な用量反応曲線を確立するために、本格的な設備を設置する前に、候補ポリマーを使用したジャーテストとパイロット脱水試験を行う必要があります。

指定および測定する主要なパフォーマンス パラメータ

汚泥脱水機の選択と評価には、一連の性能指標を明確にする必要があります。これらのパラメータは、機械がそのプロセス義務を満たしているかどうかを定義し、資本調達の際に契約で指定する必要があります。

• ケーキ乾燥固形分含有量 (%DS): 脱水ケーキ中の固形分の質量パーセント。 %DS が高いほど、ケーキの重量と廃棄体積が少なくなります。目標値は下流のプロセスによって異なります。埋め立てでは通常 20% 以上の DS が必要で、混焼には 25% 以上の DS が必要な場合が多く、一部の堆肥化作業では 18 ～ 22% の DS が許容されます。
• 固形物捕捉率 (%): 入ってくる固体のうち、最終的に濃縮液や濾液ではなくケーキに入る固形分の割合。 90 ～ 95% 未満の値は、戻りストリームへの固体損失が過剰であることを示しており、上流の処理プロセスの負荷が増加します。適切に操作された遠心分離機で良好に調整されたスラッジは、95 ～ 98% の捕集率を達成するはずです。
• 処理量 (kg DS/hr): 指定されたケーキ乾燥度と捕捉速度で同時に処理された、1 時間あたりに処理された乾燥固体の質量。これは装置のサイジングの設計基準であり、平均負荷ではなく、ピーク時のスラッジ生成を反映する必要があります。
• ポリマー消費量 (ポリマー kg/DS トン): 営業コストの直接的な要因。実験室の好ましい条件下ではなく、定格スループットの定常状態条件下で測定する必要があります。
• エネルギー消費量 (kWh/トン DS): 遠心分離機や高圧フィルタープレスにとって特に重要です。ライフサイクルのエネルギーコストは、15 ～ 20 年の機械寿命にわたる資本コストを超える可能性があります。

用途に適した脱水機の選び方

すべての汚泥の種類と運用状況に最適な単一の脱水技術はありません。選択は、次の要素の構造化された評価によって行われる必要があります。

汚泥の性状

汚泥の起源が脱水性を決定します。一次汚泥（沈降した生の固形物）は活性（生物）汚泥よりも脱水しやすく、また、活性（生物）汚泥は揮発性の高い固形物を含む混合消化汚泥よりも脱水しやすくなります。産業スラッジは非常に多様です。石油化学プロセスからの油性スラッジ、製紙工場からの繊維状スラッジ、鉱山の尾鉱からの無機スラッジはすべて、機械的圧力と遠心力の下で異なる挙動を示します。装置の選択を最終的に行う前に、代表的な汚泥サンプルに対するベンチスケール脱水テストが不可欠です。

必要なケーキの乾燥度

下流での熱乾燥または同時焼却が計画されている場合、ケーキの乾燥を最大限に高めることにより、燃料コストに直接的なメリットがもたらされます。 ケーキ DS が 1% 増加するごとに、乾燥エネルギーが約 2 ～ 3% 削減されます。 。このシナリオでは、メンブレンフィルタープレスの資本コストと運用コストが高くつくことは十分に正当化される可能性があります。汚泥が農地に散布されたり、より低い乾燥目標で堆肥化される場合、スクリュープレスやベルトプレスは低コストで十分な性能を発揮する可能性があります。

利用可能な設置面積と設置上の制約

遠心分離機とスクリュープレスは設置面積がコンパクトで、コンテナ化またはモジュール式の設置に適しています。ベルト フィルター プレスでは、ベルト トラッキングおよび洗浄システムのために、より多くの床面積と頭上クリアランスが必要です。プレート数が多いフィルタープレスは長さがかなり大きくなり (大容量ユニットの場合は最大 15 ～ 20 メートル)、建物の床にかなりの構造耐荷重が必要になります。

オペレーターのスキルとメンテナンス能力

遠心分離機とフィルター プレスには、スクリュー プレスやベルト プレスよりも複雑なメンテナンス要件があります。メンテナンス スタッフが限られている現場や遠隔地では、低速スクリュー プレス技術のシンプルさと堅牢性の恩恵を受けることができます。この技術により、摩耗部品が少なく、精密なバランス調整や高速ベアリングのメンテナンスが必要ありません。