汚泥スクリュープレス：スクリュープレス脱水のしくみ・種類・選び方

とは何ですか スラッジスクリュープレス ?

A スラッジスクリュープレス は、円筒形フィルタースクリーンに囲まれた徐々に狭くなる螺旋スクリューを通してスラッジを運ぶことによってスラッジから水を除去する連続機械式脱水機です。スクリューが回転すると、スラッジが排出端に向かって前進し、同時に圧縮圧力が増加します。つまり、自由水と間隙水をスクリーン開口部から押し出し、残りの固体を半乾燥ケーキに圧縮して排出します。

バッチ操作の装置とは異なり、スクリュー プレスは連続的に動作するため、供給条件が確立されるとオペレーターの介入は最小限で済みます。濾液（プレス水）は重力によってスクリーンを通ってユニットの下の収集トラフに排出され、脱水ケーキは調整可能な排出コーンまたはチョークプレートによって設定された制御された背圧でスクリューの端から排出されます。

スクリュープレス脱水機は現在、都市廃水処理、食品加工、紙パルプ、家畜糞尿管理、産業廃水処理など、廃棄、堆肥化、またはエネルギー回収の前に大量の汚泥を減容して安定化する必要がある場合には、標準装備となっています。

スクリュープレス脱水の仕組み：動作原理

スクリュー プレスの脱水メカニズムは、次の 3 つの物理的な力を組み合わせています。 重力、機械的圧縮、せん断による排水 。これらの力がどのように相互作用するかを理解することは、エンジニアが正しいプレス構成を選択し、動作パラメータを最適化するのに役立ちます。

飼料および調整ゾーン

調整されたスラッジ（通常、微粒子を凝集させてより大きな濾過可能なフロックにするためにポリマー凝集剤で前処理されます）は、供給入口でプレスに流入します。スクリューの最初のセクション (排水または重力ゾーン) により、最小限の圧力で自由水がスクリーンを介して迅速に排出され、スラッジが圧縮ゾーンに入る前に大幅な体積削減が達成されます。

圧縮脱水ゾーン

スラッジが進行するにつれて、スクリューのピッチが減少したり、スクリューシャフトの直径が増加したりして、各スクリューフライトの体積容量が減少し、圧縮圧力が徐々に高まります。この設計により、スクリーンが見えなくなったり、脆弱なフロック構造に損傷を与えたりする突然の圧縮スパイクが回避されます。 工業用スクリュープレスのピーク圧縮圧力は通常、0.3 MPa ～ 1.5 MPa の範囲です。 、スラッジの種類とターゲットケーキの乾燥度に応じて異なります。

吐出量と背圧の制御

排出端では、円錐形のプラグ、バネ仕掛けのコーン、または油圧制御されたチョーク プレートがケーキに背圧を加え、スラッジが排出される前に完全に圧縮されるようにします。背圧を増加すると、一般にケーキの乾燥度が上昇しますが、スループット能力は低下します。このトレードオフは、試運転時にスラッジの種類ごとに調整する必要があります。

汚泥脱水機の種類：スクリュープレスとフィルタープレスなどの技術

汚泥脱水機市場には、いくつかの競合技術が含まれています。適切な機械を選択するには、装置の特性をスラッジの特性、必要なケーキ乾燥度、利用可能な設置面積、エネルギー予算、および運用スタッフのレベルに適合させる必要があります。

の 汚泥脱水用フィルタープレス あらゆる機械的脱水方法の中で最高のケーキ乾燥度（多くの場合 35 ～ 50% DS）を達成し、埋め立て（重量/体積料金が適用される場合）または焼却（水分が発熱量に直接影響する場合）向けの汚泥ストリームに適しています。ただし、バッチ操作、設置面積が大きく、労働需要が高いため、継続的なスループットと自動化が優先されるアプリケーションでは競争力が制限されます。

の スクリュープレス汚泥脱水 このアプローチは、低エネルギー消費、低洗浄水使用量、密閉運転、自動化された連続運転の最適なバランスを提供し、24 時間の無人運転が必要な都市下水処理場、食品加工施設、畜産業のデフォルトの選択肢となっています。

スクリュープレス脱水の主要な性能パラメータ

を評価する スクリュー脱水機 いくつかの測定可能なパフォーマンス出力間の相互作用を理解する必要があります。これらのパラメータは、機器の調達時に指定され、契約上保証される必要があります。

ケーキの乾燥度 (DS%)

ケーキ乾燥固形分含有量は、汚泥脱水機の主な生産量の測定値です。都市廃棄物活性汚泥 (WAS) で稼働するスクリュー プレスの場合、典型的なケーキ乾燥度は次の範囲です。 18% ～ 30% DS ポリマーの投与量、スクリュー速度、背圧設定、およびスラッジの脱水性（毛細管吸引時間、CST によって測定）によって異なります。消化された混合汚泥は通常、22 ～ 35% の DS を達成します。食品廃棄物スラッジは有機物含有量が高く、DS 20 ～ 28% まで脱水されることがよくあります。

固形物捕捉率

固形物捕捉率 (固形分回収とも呼ばれる) は、濾液ではなくケーキ中に出てくる流入乾燥固形分のパーセンテージを測定します。適切に最適化されたスクリュープレス汚泥脱水システムは通常、次のことを達成します。 95 ～ 99% の固形物を捕捉 適切なポリマーコンディショニングを使用します。固形物の回収量が少ないと、液体処理トレインに戻される浮遊物質の負荷が増加し、プラント全体の運転コストが上昇します。

スループット容量

スクリュープレス能力の定格は kg DS/時 供給汚泥の濃度は大きく異なるため（通常、DS 0.5 ～ 6%）、体積流量ではなく（1 時間あたりの乾燥固体キログラム）を使用します。スクリーン直径 200 mm の 1 本のスクリューは 30 ～ 80 kg DS/hr を処理できます。大口径ユニット (350 ～ 500 mm) は 200 ～ 600 kg DS/hr を処理できます。マルチシャフトまたはマルチユニット構成は、1,000 kg DS/hr を超える大容量設備の標準です。

ポリマーの消費量

ポリマー (凝集剤) のコンディショニングは、スクリュー プレスの性能に不可欠です。都市汚泥の脱水における一般的なポリマーの投与量は、 乾燥固体 1 トンあたり 3 ～ 10 kg の活性ポリマー 。ポリマーのコストは、多くの場合、スクリュー プレス脱水における単一の操業費用の最大値を表すため、パイロット テスト中に競合する機械およびポリマー製品間でポリマー g/DS/kg DS を比較することは、生涯コスト分析にとって重要です。

スクリュープレス脱水に適した汚泥の種類

すべてのスラッジの種類がスクリュー プレス脱水に同じように反応するわけではありません。以下のスラッジ カテゴリには、スクリュー プレス技術の性能履歴が十分に文書化されています。

• 都市下水汚泥 - 廃棄物活性汚泥（WAS）、一次汚泥、および混合または消化された混合汚泥。世界中で最も一般的なアプリケーション
• 食品・飲料加工汚泥 - 果物と野菜の加工廃棄物、酪農排水スラッジ、醸造所と蒸留所のバイオソリッド。有機含有量が高く、スクリュープレスによく反応します
• 家畜および動物の糞尿 — 豚のスラリー、牛の糞尿、鶏舎からの流出物。スクリュープレスは農業バイオガスプラントの前処理における主要な脱水技術です
• パルプ・製紙工場スラッジ - 製紙工場の廃液からの主繊維スラッジおよび生物処理スラッジ。繊維質の内容物がケーキの形成と排水を促進します
• 養殖汚泥 — 養殖場からの流出固形物、RAS（循環水産養殖システム）汚泥。コンパクトなスクリュープレスユニットは、小規模な養殖や遠隔地での養殖によく適しています。
• 藻類とバイオリアクターのバイオマス — バイオ燃料、動物飼料、または肥料用途のための微細藻類の収穫。下流工程で無傷のバイオマスが必要な場合でも、穏やかな圧縮により細胞構造の完全性が維持されます。

砂、砂、または研磨性鉱物の含有量が多いスラッジは、一般にスクリュー プレスの脱水にはあまり適していません。研磨粒子によりスクリーンの摩耗が促進され、メンテナンスの頻度が大幅に増加します。通常、フィルター プレスまたは遠心デカンターは、採石、採掘、またはセラミック加工作業からの鉱物を多く含むスラッジの流れに適しています。

評価すべきスクリュープレス機の設計機能

メーカー間で大幅な設計の違いが存在します。 スラッジプレス機 。次の設計要素は、長期的なパフォーマンス、メンテナンス コスト、および運用の信頼性に最も大きな影響を与えます。

スクリーンの材質と開口部の設計

の filter screen is the highest-wear component in any screw press dewatering machine. Screens are available in wedge wire (profiled wire), perforated stainless steel plate, and woven wire cloth configurations. ウェッジワイヤースクリーン — 狭いスロット開口部を形成するように配向された V プロファイル ワイヤを備えた — は、繊維状または粘着性のスラッジ タイプに対して多孔板よりも目詰まりに対する優れた耐性と長い耐用年数を提供します。スクリーンの開口サイズ (通常、スロット幅 0.2 ～ 1.0 mm) は、ポリマーのコンディショニングによって生成されるフロックのサイズと一致する必要があります。

可変速ドライブとスクリュー速度制御

最新のスクリュー脱水プレスユニットには、スクリューの回転速度を約 1 ～ 5 RPM の間で調整できる可変周波数ドライブ (VFD) が装備されています。スクリュー速度が低いと滞留時間と圧縮が増加し、スループットを犠牲にしてケーキの乾燥度が向上します。 トルクフィードバックに連動した自動VFD制御 これにより、プレスは飼料スラッジ濃度の変化に応じてスクリュー速度を自己最適化できます。これは、飼料の変動が大きいプラントにとって重要な機能です。

自動洗浄スクリーン機構

スクリーンの目詰まり（微粒子や粘着性有機物によるスクリーンの開口部の進行性の詰まり）は、濾液の排水を減少させ、時間の経過とともに脱水性能を低下させます。リーディング スクリュー プレスの設計は、次のような方法でこの問題に対処します。 断続的または連続的なスクリーン洗浄システム : スプレー ノズル ウォッシュ バー、回転ブラシ クリーナー、または生産サイクルの間に表面に蓄積したケーキを除去する振動スプレー ヘッド。セルフクリーニング機能により、手作業での洗浄作業が直接軽減され、連続運転間隔が延長されます。

臭気とエアロゾルを封じ込める密閉型ハウジング

汚泥の脱水では硫化水素、アンモニア、バイオエアロゾルが生成され、都市の処理施設で労働上の健康被害や臭気の苦情が生じます。負圧換気接続を備えた完全に密閉されたスクリュー プレス ハウジングにより、臭気を含んだ空気を捕捉してバイオフィルターまたは化学スクラバーに送ることができます。これは、新しい都市脱水設備ではますます必須の設計要件です。

運用の最適化とトラブルシューティング

きちんと指定されていても、 汚泥脱水スクリュープレス コンディショニング、背圧、および速度の設定が、処理される実際のスラッジに対して最適化されていない場合、パフォーマンスが低下します。次の動作パラメータは、現場での設置で観察されるパフォーマンスの問題の大部分の原因となります。

1. ポリマーの種類と投与量 — カチオン性ポリアクリルアミド (PAM) は生物汚泥の標準です。分子量と電荷密度はスラッジの特性に適合させる必要があります。過剰摂取は滑りやすく、水切りが不十分なケーキを引き起こします。投与量が不足すると、固体の捕捉が不十分になり、ケーキが湿った状態になります。
2. ポリマーの希釈と接触時間 — ポリマーは正しい使用濃度 (0.05 ～ 0.2%) に希釈し、プレスに入れる前にスラッジと十分な混合時間を与える必要があります。定義された水圧滞留時間を備えたインラインスタティックミキサーまたは凝集タンクにより、一貫したコンディショニングが保証されます。
3. 飼料濃度 — ほとんどのスクリュープレスは、DS 0.5 ～ 4% の範囲の供給スラッジで最高の性能を発揮します。プレス前に飼料スラッジを濃縮する（重力濃縮装置または溶解空気浮選装置を使用）ことで、プレス負荷が軽減され、ケーキの乾燥が改善されます。
4. 背圧調整 — 固体が利用可能な場合は、背圧を上げてケーキの乾燥度を上げます。スクリュートルクが安全限界を超えた場合、またはピークフロー期間中にスループットを最大化する必要がある場合に背圧を低減します。
5. 画面検査頻度 — 画面の状態を毎週目視検査するようにスケジュールを設定します。局所的なゾーンの部分的な目詰まりは、多くの場合、ポリマーの添加量不足または微粒子の割合が増加したスラッジの最初の兆候です