汚泥濃縮・脱水製品用デカンター型遠心分離機 | 神州

デカンタ型遠心分離機の説明

デカンター遠心分離機は、水平ボウル遠心分離機、ソリッドボウル遠心分離機、スクロール遠心分離機とも呼ばれ、高速かつ連続的に回転するプロセスを用いて液体から固体物質を分離する機械です。バイオソリッドの廃水処理が主な用途ですが、スラリー中の固体物質と液体物質の分離（二相脱水）も、化学、食品、石油、鉱業など、多くの産業において重要です。

仕組み

デカンター型遠心分離システムにおける固体と液体の分離は、重力の原理に基づいて行われます。静的容器、清澄装置、層状分離機などの1×G分離に基づく分離技術では、泥状混合物（底に沈む）と水（上部に上昇する）の重力分離にかなりの時間がかかりますが、遠心分離機の高速回転により、この重力原理が大幅に加速されます。

実際、デカンター型遠心分離機によって発生する重力加速度は、重力の3,000倍をはるかに超えるため、分離プロセスは数時間からわずか数秒に短縮されます。今日の遠心分離機は向流式技術を採用しています。2相式デカンター型遠心分離機における分離プロセスでは、密度の高い固体粒子が圧縮され、内部ドラム内で沈殿した後、デカンターの固形物排出口から排出されます。遠心分離液は遠心分離機の反対側に送られ、遠心分離液排出口から排出されます。3相式遠心分離機では、遠心分離機内部にバッフルシステムが組み込まれています。バッフルシステムは、油が水とともに排出されるのを防ぎます。油（軽質相の流体）は2枚のバッフルの間に集められ、上部からすくい取られます。

デカンター遠心分離機の動作図:

基本的な操作には、次の遠心分離機部品とその機能が含まれます。

供給材料は遠心分離機の一方の端にある供給パイプ入口から遠心分離機に入ります。

遠心力により、重い粒子は液体を押し通してボウルの内壁に集められ、ボウルの高速回転により固体と液体が分離されます。

ボウルの連続回転はVFD（可変周波数ドライブ）によって実現できます。

ボウル内のスクロールコンベア（スクロール）は、ボウルとはわずかに異なる速度で回転します（差動速度）。

スクロールコンベアは、ボウルの内壁から固形物を連続的に削り取り、遠心分離機の円錐形の固形物排出領域の方向に固形物を移動させます。

パスカルの法則（または複合配管システム）により、液体（濃縮液）は固体とは反対方向に移動することになり、固体排出端は固体によって密閉されている。

遠心分離機の速度差によって固形物の保持時間が制御されます。固形物が重力の影響を受ける時間が長いほど、脱水プロセスで固形物はより乾燥します。

汚泥濃縮・脱水用デカンタ型遠心分離機

バイオソリッドの保管、輸送、そして最終使用または廃棄にかかるコストは、濃縮または脱水機能を果たすデカンター型遠心分離機の選定に大きな影響を与える可能性があります。一般的に、脱水前に汚泥を濃縮すると、水分が除去されるため、保管に必要なタンク容量が削減されます。一方、脱水によりより多くの水分が除去され、より乾燥したケーキ状物質が生成されます（出典：EPA - バイオソリッドの遠心分離機による濃縮および脱水）。

ScienceDirectによると、汚泥濃縮では一般的に汚泥固形分濃度が3～7%の範囲となり、容積は80%削減されます。汚泥濃縮システムがバイオソリッドの処理に十分であるかどうかは、いくつかの要因によって決まります。具体的には、以下の要因が挙げられます。

汚泥の種類

廃活性汚泥（WAS）/二次汚泥 – （0.8-1.3% TS）

自由水（フロック）が自然に分離し、簡単に固まります

ポリマーはほとんど必要ありません。(*)(**)

* 従来のデカンター型遠心分離機は、ポリマーをほとんど、あるいは全く使用せずに汚泥濃縮を行うことができますが、エネルギー消費量が多くなるか、装置の容量が制限されます。他の濃縮技術（回転ドラム、重力ベルト、DAF）では、固形分濃度を4～5%にするためにポリマーが必要です。**SHENZHOUスラッジ濃縮機は、ポリマーを使用せずに固形分濃度4～5%を達成し、従来のデカンター型遠心分離機と比較してエネルギー消費量を50%削減し、容量を増加させます。

一次汚泥 - (1.5-5% TS)

固体は重く固まりやすいが、コロイド状物質（曇り）を多く含んでいる

微粒子を除去するのが難しい

ポリマーは通常必要

消化汚泥（1.5～3% TS）

簡単に設定できません。

ポリマーは通常必要

トン数に基づく輸送費

埋立固形物濃度要件の割合

汚泥を汚泥ラグーンに処分できるかどうか

消化処理プロセスの前にデカンター型遠心分離機を用いて汚泥を濃縮することで、消化槽の容積を縮小し、汚泥貯留や液体土壌散布の前に使用することができます。汚泥製品の利用方法（埋立、土壌散布、乾燥）によって異なりますが、製品の乾燥度が高いほど、保管、輸送、処分の費用対効果が高くなります。

汚泥脱水

デカンター型遠心分離機を用いた機械脱水では、汚泥濃縮のみの運転では容積が80%減少し、固形分濃度は3%～7%に留まるのに対し、デカンター型遠心分離機を用いた機械脱水では容積が95%減少し、固形分濃度は15%～35%に留まります。より多くの水分を除去し、より乾燥したケーキ状製品を生成することで、脱水処理、取り扱い、廃棄コストを大幅に削減できます。

脱水の利点は次のとおりです (出典: EPA - 遠心分離機による濃縮および脱水に関するバイオソリッド技術ファクトシート):

容積を減らし、保管と輸送にかかる費用を節約します

埋め立て処分前に遊離液体を除去

残留物を焼却または加熱乾燥する場合の燃料要件を削減します

溜まりや流出をなくす

空気乾燥と多くの安定化プロセスを最適化

Centrisys 脱水遠心分離機では、装置の稼働が増えるほど、セットアップがより細かく調整されます。遠心分離機コントローラが遠心分離機システムを自動的に起動するだけでなく、制御パッケージを使用して、オペレータが遠心分離機の動作モードを事前に選択することもできます。Centrisys デカンタ遠心分離機は、通常、起動後 45 分以内に 95% 最適化されます。Rotodiff® 油圧バックドライブは、目視による観察よりも正確なケーキ固形分レベルのフィードバック (圧力相関経由) を即座に提供します。目的の圧力が達成されると、Rotodiff 油圧バックドライブは、一体型比例コントローラを介して供給濃度が変化しても、ケーキ固形分レベルを維持します。プラントのオペレータは、時折遠心分離液を観察し、それに応じてポリマーを調整する必要がありますが、オペレータがほとんど注意を払うことなく、システムは最適化された状態を維持します。

処理性能。都市下水汚泥とその性能に関する期待値は、様々な処理方法による幅広いバリエーションに加え、バイオマスへの家庭および産業からの寄与も大きいため、完全に分類することが困難です。

次のことが必要です:

汚泥特性の定義

機器に期待される最適なパフォーマンスレベルを特徴付ける

汚泥の定義。性能をより正確に定量化するために、限界値を設定し、用語をより適切に定義する必要があります。以下に定義するすべての汚泥の種類は、産業由来成分が最終脱水固形分濃度の20%未満であり、従来の排水処理プロセスが採用されていることを前提としています。化学添加剤（臭気制御に使用される過マンガン酸カリウムなど）は、汚泥の状態に大きな影響を与えないと想定されています。

生のプライマリ:

原料固形物は一次沈殿槽の底部から排出されると想定されるため、濃度は2～7%tです。嫌気性消化またはタンカー輸送前の濃縮には、回収率95%以上で5～10%tのケーキが規定されており、容易に得られます。

廃活性汚泥：

投入固形分は、通常0.4～2.0% tssの範囲です。ポリマーを使用しない濃縮では、回収率85～90%でケーキ状固形分4～6%が得られます。回収率が高い場合、または濃縮率が7～10%の場合はポリマーが必要となります。脱水および高固形分脱水は通常、回収率が90～95%の段階で行われます。

生混合一次・二次汚泥：

一次汚泥と二次汚泥の混合は、通常、3～6% tssの濃度で様々な組み合わせで見られます。この分析では、汚泥の種類が50:50の混合であることを前提としています。ポリマーを用いた場合、すべての分離モードで95%以上の回収率が達成されます。

混合嫌気性消化汚泥：

消化槽への一次汚泥と二次汚泥の 50:50 の混合を想定すると、通常、2～4% tss の固形物を供給すると、ポリマーによる回収率が +95% の仕様になります。

好気性消化汚泥：

好気性消化汚泥の場合、通常、固形分濃度は1～2.5%（全固形分濃度）となります。ポリマーを用いて分離を行い、回収率は90～95%です。

このセクションで使用される用語集

遠心分離機の差速度とは何ですか?

遠心分離機の差速とは、ボウルの速度とスクロールの速度の差のことです。

ボウルの速度が3000 RPMであると仮定

スクロールが1RPMの差動速度で進んでいる場合、スクロール速度は3001です。

スクロールが1RPMの差動速度で遅れている場合 - スクロール速度は2999

Centrisysデカンタ型遠心分離機は、リーディングスクロールとラギングスクロールの両方で動作可能です。リーディングスクロールはボウルよりも高速で回転し、ラギングスクロールはボウルよりも低速で回転します。この革新的なスクロール設計により、ボウルとスクロールの両方の排出ノズルの寿命が延びます。スクロールがリーディングスクロールとラギングスクロールの両方で動作するため、メンテナンスの負担が軽減されるというメリットがあります。

汚泥の脱水に遠心分離機の差速がなぜ必要なのか？

スクロールに15組の羽根があり、差速が1であると仮定すると、遠心分離機（供給入口から固形物排出口まで）を通過した固形物は、重力加速度（G）を受けながら最大15分間遠心分離機内に留まります。固形物の滞留時間は差速によって決まります。固形物が遠心分離機内に長く留まるほど、乾燥度は高くなります。差速が低いほど、ケーキは乾燥します。

差速を1 RPMから2 RPMに上げることで、固形物の保持時間が半分になります。つまり、遠心分離機内で重力の影響下で固形物が15分間滞留する代わりに、7.5分に短縮され、理論的にはケーキの水分量は増加しますが、濃縮液はよりクリーンになります。差速を2倍にすることで、遠心分離機内の固形物量は半分になり、清澄化のためのスペースが確保され、よりクリーンな濃縮液が得られます。

遠心分離機の差速は、ケーキの望ましい乾燥度と重要な操作全体の処理量を計算する際に、脱水処理において非常に重要です。繰り返しますが、差速が低いほど遠心分離機での滞留時間が長くなり、ケーキはより乾燥します。一方、差速が高いほど遠心分離機での滞留時間は短くなり、固形物はより湿潤になりますが、濃縮液はよりクリーンになり、毎分ガロン（gpm）の容量は増加します。

デカンター遠心分離機の差動速度が適切に設定されているかどうかを確認する最も簡単な方法は何ですか?

差速調整が適切かどうかの最も手っ取り早い指標は、遠心分離液の清浄度です。遠心分離液が清浄であれば、差速を下げることでケーキ固形分の乾燥度を最適化できます。

ケーキ固形物の乾燥度は目視では確認できませんが、遠心分離液の透明度は視覚的にすぐに確認でき、最適化の過程で遠心分離液がどの程度きれいになったか、あるいは汚れているかに基づいて調整することができます。差速調整時に遠心分離液が汚れたり濁ったりする場合は、実際の差速が低すぎることを示しています。遠心分離機内に固形物が多すぎると、遠心分離液が濁って汚れてしまいます。

遠心分離機が期待通りに動作していない、固形物が水分を含みすぎている、遠心分離液が濁りすぎている、といったことにお気づきかもしれません。ビデオ「差速キャリブレーションの検証」で説明したように、以下の手順に従うことで、プロセスを停止することなく、一時的な変更を加えて差速を検証することができます。

遠心分離機を起動し、供給システムを手動にします

BAR圧力が低い（20 BAR未満）ことを確認してください

コントロールパネルのカーブコントロールページに移動します

Delta Nを選択し、より高い値を入力してEnterキーを押します

実際に入力した値が受け入れられることを確認してください

実際の差は30秒以内に設定値に変わるはずです。

値を1RPMに戻します

差動速度が設定値に変化することを確認します（0.5 RPMのような小さな変化は問題ありません）

これは、制御弁と油圧システムが応答していることを確認するものである。

実際の回転速度が反応しない場合は、遠心分離機を再調整する必要がある。

Delta Nの値を元の設定にリセットします

遠心分離機の速度の再調整に関するご質問は、Centrisys までお問い合わせください。

デカンタ型遠心分離機の運転速度におけるバランス調整の重要性

遠心分離機の差速は、通常の運転パラメータから外れて運転している場合に再調整する必要があるのと同様に、遠心分離機のボウルとスクロールも、特定の条件下では再バランス調整が必要になります。このセクションでは、遠心分離機のバランス調整の詳細と、運転速度でのバランス調整がなぜ重要であるかについて説明します。

デカンター遠心分離機のバランスをとる理由は何ですか?

デカンター型遠心分離機のバランスが崩れると、車のタイヤのバランスが崩れているようなものです。タイヤのバランスが崩れると路面に跳ね返り、操縦性、速度、安全性、部品の早期摩耗など、様々な性能上の問題を引き起こします。遠心分離機の正確なバランス調整の力を過小評価するのは大きな間違いです。高い振動は遠心分離機の部品や構造部品に早期の損傷や摩耗を引き起こし、高額な修理費用と不要なプロセスダウンタイムを生み出します。

デカンター遠心分離機のバランスはいつ取るべきですか?

デカンター遠心分離機のバランス調整は、大規模な修理の後、または 15,000 ～ 20,000 時間経過後の再構築の後、あるいは動作中に過度の騒音や振動が生じた場合はいつでも実行する必要があります。

デカンター遠心分離機のどの部分のバランスを取る必要がありますか?

通常、遠心分離ボウルとスクロールはバランス調整されます。それぞれ個別にバランス調整されますが、その後、一緒にバランス調整と試験を行い、スムーズに動作し、必要な動作仕様を満たしていることを確認します。

デカンター遠心分離機のバランスはどこでどのように調整すればよいですか?

遠心分離機は運転速度でバランスをとることが重要です。遠心分離機は非常に高速で動作し、重力速度（いわゆるGフォース）の2000～4000倍の速度で動作します。遠心分離機のボウルとスクロールを正確にバランスさせる唯一の方法は、通常の運転速度でバランスをとることです。

ご想像のとおり、適切な保護とプロトコルなしに高速で機器のバランス調整を行うことは推奨されません。そのため、Centrisysでは、最先端のバランス調整バンカーを用いた革新的なアプローチを開発しました。

Centrisys社に修理または改造のために送られ、その後バランス調整が必要となる遠心分離機は、当社の遠心分離機バランス調整バンカーで行われます。この専用の作業場は、作業員と作業現場を見学に来られるお客様の安全と保護を確保します。高速バランス調整時の騒音を低減するだけでなく、オペレーターとサービス技術者にとって非常に必要な安全対策も提供します。

チームの安全確保に加え、遠心分離機バランシング用のバンカーピットは、深さ13フィート、幅20フィート、長さ40フィートです。バンカーの基礎を可能な限り強固にするため、トラック16台分のコンクリートが投入されました。2台の15トンクレーンが、遠心分離機のボウルとスクロールをピット内外に移動させます。バランサー稼働中は、鋼鉄とコンクリートでできた開閉式の屋根がバンカーを覆います。

Schenck HM7Uバランシングマシンは、直径44インチ以上の遠心分離機の運転速度に関わらずバランス調整が可能で、より大型で重いローターにも対応できます。この最先端のバランシングバンカーの開発は、次世代の遠心分離機の製造とサービス提供に向けた自然な流れです。

弊社のサービス施設でバランス調整を行うために立ち会うことを希望しないお客様は、Web インターフェイスにアクセスして、バランス調整の測定値を直接送信してもらうことができます。

遠心分離機を運転速度以上で正確にバランス調整することは、綿密に計画された予防保守プログラムを実行するための最初の重要なステップです。これにより、デカンター型遠心分離機のスムーズな運転を維持し、修理や不要なダウンタイムを最小限に抑えることができます。