JP2005238236A - 汚泥の脱水乾燥装置 - Google Patents

Abstract

【課題】汚泥の加温に十分な熱伝導率の圧搾膜を有し、ケーキの乾燥時間が短く乾燥むらが生じない汚泥の脱水乾燥装置を提供する。
【解決手段】本発明は、ろ板５４，５４の間に圧搾膜５２，５２およびろ布５１，５１からなるろ室を形成し、ろ室内の汚泥を圧搾および乾燥する汚泥の脱水乾燥装置である。この脱水乾燥装置は、ろ室内の汚泥を加温するための温水を発生させる温水発生装置３１を備え、圧搾膜５２，５２として、ポリウレタン樹脂にカーボングラファイトを混練した圧搾膜が用いられている。
【選択図】図２

Description

本発明は汚泥の脱水乾燥装置に係り、特に上下水道設備、農村集落排水設備、し尿処理設備、産業排水処理設備等から排出される汚泥を加温・加圧して脱水すると共に、減圧乾燥する汚泥の脱水乾燥装置に関する。

従来、汚泥を脱水乾燥するためには、脱水装置と乾燥装置とをそれぞれに設置する必要があり、イニシャルコストが大きく、維持管理に多大な労力がかかるのが実情であった。
また、加圧圧搾脱水機の圧搾媒体として温水を使用し、ろ布外部を減圧することにより、汚泥を加温および圧搾すると同時に減圧乾燥するものが知られている。しかしながら、この装置においては、圧搾膜の熱伝導率が低く、ろ板と圧搾膜の間の温水流量分布や圧搾膜とろ布の間の減圧度が場所により不均一なため、ケーキの乾燥時間が長く、乾燥むらが生じやすい等の問題点があった。

本発明は上記問題点を解決し、汚泥の加温に十分な熱伝導率の圧搾膜を有し、ケーキの乾燥時間が短く乾燥むらが生じない汚泥の脱水乾燥装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、ろ板の間に圧搾膜およびろ布からなるろ室を形成し、前記ろ室内の汚泥を圧搾および乾燥する汚泥の脱水乾燥装置において、前記ろ室内の汚泥を加温するための温水を発生させる温水発生装置を備え、前記圧搾膜として、ポリウレタン樹脂にカーボングラファイトを混練した圧搾膜が用いられていることを特徴とする。
このように、脱水乾燥対象の汚泥の加温に十分な熱伝導率を有する圧搾膜を用いることで、ケーキの乾燥時間が短く且つ乾燥ムラが生じない汚泥の脱水乾燥装置が得られる。

本発明の好ましい態様は、前記圧搾膜として、ポリウレタン樹脂に５v/v％〜１５v/v％のカーボングラファイトを混練した圧搾膜が用いられていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記圧搾膜の熱伝導率は、０．３５Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以上で１．００Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以下であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ろ布と前記圧搾膜との間隙を減圧する真空発生装置を備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記真空発生装置の到達真空度は７ｋＰａ以下であることを特徴とする。

なお、隣接する一対のろ板の間に一対の圧搾膜とろ布とを設け、締付装置で前記ろ板を締付けることで圧搾膜およびろ布からなるろ室を形成し、前記ろ室内の汚泥を両面から圧搾する汚泥の脱水乾燥装置において、前記ろ板と圧搾膜との間に温水の通路を形成すると共に、前記圧搾膜として熱伝導率が０．３５Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以上で１．００Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以下の高い熱伝導率を有する膜を用いることが好ましい。

また、前記ろ板と前記圧搾膜との間の温水の通路には、厚さ１ｍｍ以上の網目状物を配置し、温水をろ板と圧搾膜との間の温水通路の全面に均一に分散させるようにすることが好ましい。また、前記温水の通路には、温水発生装置で発生した温水を循環させ、その温水の循環経路のろ室の出口側に背圧弁およびバイパス弁を配置することが好ましい。

これにより、ろ板と圧搾膜との間のろ室に面した温水の通路には、温水が均一に分散して存在する。そして、汚泥を加温圧搾するに際して、高い熱伝導率を有する圧搾膜により圧搾対象の汚泥に均一に良好な効率で熱を加えることができる。したがって、汚泥の加温圧搾乾燥が促進され、短時間で所要の含水率を有するケーキを作ることが可能となる。ここで、ろ板と圧搾膜との間の温水の通路に配置された１ｍｍ以上で５ｍｍ以下の網目状物により上記温水の通路に均一に温水を分散させることができる。また、温水の循環経路に背圧弁およびバイパス弁を配置することで、温水の圧力を調整し、これにより汚泥の加温圧搾及び加温乾燥条件をすみやかに調整することができる。

また、前記圧搾膜には、前記ろ布との間に、溝深さまたは突起高さが３ｍｍ以上で１０ｍｍ以下であるろ液排出用の溝または突起が設けられていることが好ましい。さらに、前記温水による圧搾と同時に真空発生装置が起動するようにし、圧搾膜とろ布との間隙を減圧雰囲気にすることにより、汚泥を加温圧搾脱水すると共に減圧乾燥することが好ましい。

本発明によれば、脱水乾燥対象の汚泥の加温に十分な熱伝導率を有する圧搾膜を用いることで、ケーキの乾燥時間が短く且つ乾燥ムラが生じない汚泥の脱水乾燥装置が得られる。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の汚泥の脱水乾燥装置を含む汚泥処理システムの概略を示す。脱水乾燥機１１は、汚泥の脱水乾燥を行う装置である。その内部に、隣接する一対のろ板の間に一対の圧搾膜とろ布とを設け、締付装置でそのろ板を締付けることで圧搾膜及びろ布からなるろ室内の汚泥を両面から圧搾することで、汚泥の脱水乾燥を行う装置である。この脱水乾燥機１１には、スラリー供給ポンプ１２によりスラリー供給ライン１３から供給弁１５を介して脱水乾燥対象の汚泥（スラリー）が供給される。そして、汚泥は脱水乾燥機１１により脱水圧搾乾燥されて所要の含水率のケーキとなり、脱水乾燥機より取り出される。

汚泥乾燥機１１には温水が供給され、この温水により汚泥の脱水乾燥が促進される。温水ユニット３１にて温水が作られ、温水循環ポンプ３２により温水循環ライン３５から脱水乾燥機１１のヘッダ管１７に導入される。脱水乾燥機１１で汚泥の脱水乾燥に使用された温水はヘッダ管１８から温水循環ライン３５により温水ユニット３１に戻される。このように、温水ユニット３１と脱水乾燥機１１との間で温水が循環するようになっていて、脱水乾燥機１１の出口側に背圧弁３３とバイパス弁３４とが配置されている。従って、背圧弁３３の調整およびバイパス弁３４との切換により、循環する温水の流量及び脱水乾燥機内の温水の圧力をすみやかに調整することが可能である。

また、脱水乾燥機１１における汚泥の脱水乾燥には真空吸引が用いられる。したがって、真空ポンプ３７と凝縮槽３８とを備え、ろ布と圧搾膜との間を減圧雰囲気とすることで、ろ布内部の汚泥の脱水乾燥を促進する。また、圧搾工程と同時に真空ポンプ３７が起動するようにして、圧搾膜とろ布との間隙を減圧することによりろ布内の汚泥を加温圧搾脱水すると共に減圧乾燥する。

センターブロー用空気は、センターブローライン２１により脱水乾燥機１１に供給され、センターブロー排泥ライン２３から脱水されていない汚泥と共に排出される。センターブローライン２１には空気弁２２が、センターブロー排泥ライン２３には排泥弁２４がそれぞれ接続されている。

温水ユニット３１は圧搾媒体及び加温媒体としての温水を供給するものであり、温水の水温を７０℃〜９５℃に保つ。この温水ユニット３１としては、電力や石油等の燃料、または燃焼排ガス等を用いた温水ボイラ、水蒸気ドレン、燃料電池排水などの各種の熱源を用いることができる。温水循環ポンプ３２は、脱水乾燥機１１内の圧搾膜に０．５ＭＰａ以上の圧力を加えられるものであることが好ましい。脱水乾燥機１１に接続されるろ液ラインと真空ラインは切替弁１・２により切り替えられ、真空ラインには上述したように凝縮槽３８、真空ポンプ３７が接続されている。凝縮槽３８には冷却水が循環するようになっている。ここで真空ポンプ３７の到達真空度は７ｋＰａ以下が好ましい。

図２は、汚泥の脱水乾燥機における要部の構成例を示す。図２（ｃ）の全体構成例で示すように、隣接する一対のろ板５４，５４の間に、一対の圧搾膜５２，５２とろ布５１，５１とが配置されている。ろ布５１，５１の内部に脱水乾燥対象の汚泥が導入され、図示しない締付装置によりプレート５６，５７が両側から締付けられ、一対のろ板５４，５４が両側から締付けられ、ろ布５１，５１内にろ室が形成される。図２（ａ）（ｂ）に示すように、ろ板５４と圧搾膜５２との間には、厚さ１ｍｍ以上の網目状物５３が配置され、ろ板５４と圧搾膜５２との間に温水が均一に流れる通路５３ａが確保される。

網目状物５３は、耐熱性、耐腐食性の材質からなる線径０．５ｍｍ以上の網などを用いることができ、材質としてはポリエチレン、ポリプロピレン、テフロン（登録商標）、ステンレスなどが好適である。網目状物５３の厚さは１ｍｍ以上が好ましく、５ｍｍ以上である場合には、ろ室容積が減少するという問題がある。

ここで、圧搾膜５２は、熱伝導率が０．３５Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以上の高い熱伝導率を有する膜が用いられている。このような圧搾膜としては、ポリウレタン樹脂に５v/v％〜１５v/v％のカーボングラファイトを混練したものなどを用いることができる。これにより、温水通路に流れる温水の熱を速やかにろ室内の汚泥に供給することができると共にろ室内の汚泥への熱供給を均一に行うことができる。但し、１．００Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以上は強度が低く、実用的ではない。なお、通常のポリプロピレン樹脂によるものの熱伝導率は０．１Ｗ・ｍ^−１・ｋ^−１程度であり、架橋ポリエチレン樹脂によるものは、０．３８Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１程度である。

また、圧搾膜５２のろ布５１側には、ろ液排出用の溝または突起５２ａが設けられ、この溝の深さまたは突起の高さは３ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましく、幅２〜６ｍｍの円柱状または角形であり、角形の場合、長さが長くなった場合、凹部が溝となる。ここで、溝の深さまたは突起の高さが１０ｍｍ以上だと熱伝導量が低下し、熱伝導率の低い樹脂を用いた場合と同じ効果になってしまう。
これにより、圧搾膜５２とろ布５１との間隙の真空吸引路５２ｂを均一に確保することが可能になる。なお、ろ板、網目状物、ろ布の材質は、７０℃〜９５℃の温室に耐えられる材料であれば、一般に使用されている材料を用いることができる。

次に、この汚泥の脱水乾燥装置による脱水乾燥工程の概要について説明する。基本的な汚泥の脱水乾燥工程は、図３に示すように、ろ過工程、圧搾工程、センターブロー、乾燥工程からなる。

ろ過工程は、無加温ろ過及び加温ろ過から構成され、圧搾工程は加温圧搾及び加温圧搾と減圧乾燥とから構成され、乾燥工程は加温乾燥と減圧乾燥とから構成される。脱水乾燥対象の汚泥の性状に応じた構成要素を選択することにより、最適な脱水乾燥を実行することができる。

無加温ろ過は、給泥系統のみを稼働させるろ過工程であり、導入された汚泥がろ布５４により自然にろ過される工程である。加温ろ過は給泥系統及び温水系統を稼働するろ過工程であり、この場合には温水が温水循環ラインにより圧搾膜５２とろ板５４との間の温水通路に供給される。この脱水乾燥機１１においては、ろ板５４と圧搾膜５２との間に設置された網目状物５３により、温水が均一に流れる通路５３ａが確保される。そして、圧搾膜５２が熱伝導率が高い材料により構成されていて、温水通路が網目状物５３により確保されているので、これにより効率的に且つむらがなく、温水の熱がろ布５１，５１内の乾燥対象の汚泥に伝達される。

加温圧搾は、温水系統を動作させつつ、汚泥を加温しつつ圧搾する圧搾工程である。また、減圧乾燥は真空系統を動作させつつ減圧雰囲気下で圧搾を行う圧搾工程である。これらの圧搾工程では、温水は背圧弁３３を通り温水循環ライン３５を循環し、背圧弁３３によりろ室近傍における温水圧力を低圧から所定の圧力に次第に上昇させることが好ましい。これにより、良好な加温圧搾ができる。

乾燥工程は、温水による加温と真空装置の動作による減圧乾燥を行う工程であり、温水系統と真空系統とを共に動作させる。この時、温水はバイパス弁３４を通して循環させることが好ましい。

上述したように本発明の汚泥の脱水乾燥装置は、圧搾膜に熱伝導率が高い材料を用い、温水の通路に網目状物を配置し温水がろ室近傍の通路内を均一に流れるようになっている。そして、温水の循環経路に背圧弁を備え、圧搾膜の裏側に流れる温水の圧力の調整が可能である。これにより、温水の有する熱を効率的に且つ均一にむらなく脱水乾燥対象の汚泥（ケーキ）に伝達することができる。

表１は、本発明の汚泥の脱水乾燥装置の効果を説明するためのもので、従来の脱水乾燥工程と本発明の脱水乾燥工程とを比較した実験結果である。

ろ過工程は無加温ろ過を採用し、圧搾工程は加温圧搾と減圧乾燥とを採用し、乾燥工程は加温しつつ減圧する乾燥工程に統一している。原料の汚泥濃度は２０ｇ／Ｌと、同条件の汚泥を使用している。ここで、圧搾膜の熱伝導率は、従来例１においては０．２３Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１であるのに対して、本発明の例１及び例２では圧搾膜の熱伝導率が０．６８Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１と高いものを用いている。また、圧搾工程における圧搾圧力は、従来例１及び本発明の例１では、０．５ＭＰａを採用し、本発明の例２では１．５ＭＰａを採用している。

そして、最終的なケーキ含水率をいずれも３５％として実験した結果、従来例１では乾燥時間が２．１７ｈ（時間）であり、ろ過速度が０．２５ｋｇ・ｍ^−２・ｈ^−１となるのに対して、本発明の例１では乾燥時間が０．８３ｈ（時間）と大幅に短縮され、ろ過速度が０．３９ｋｇ・ｍ^−２・ｈ^−１となった。また、本発明の例２では、上述したように圧搾圧力を１．５ＭＰａとした結果、乾燥時間が０．５０ｈ（時間）と更に短縮され、ろ過速度が０．４５ｋｇ・ｍ^−２・ｈ^−１となった。

上記実験結果から、圧搾膜熱伝導率が乾燥時間の長短に大きく影響していることが分かる。図４は、この脱水乾燥装置に熱伝導率の異なる圧搾膜を取り付け、本発明の例２と同様な条件で実験した結果である。横軸には圧搾膜の熱伝導率を示し、縦軸にはケーキ含水率が３５％になるろ過速度を示している。この実験結果から、熱伝導率が０．３５Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以上で、大きなろ過速度が得られることが示されている。

表２は、従来の加圧圧搾脱水工程（従来例２）と、本発明の脱水乾燥工程（例３）とを比較した実験結果である。

従来例２では、ろ過工程、圧搾工程共に無加温の状態で行い、本発明の例３では、ろ過工程を加温ろ過、圧搾工程を加温圧搾で実施した。原料としては、濃度２０ｇ／Ｌの同条件の汚泥を使用している。また、従来例２では、ろ過及び圧搾時の温度を２０℃として、圧搾時間０．８０ｈ（時間）でケーキ含水率６０％となり、ろ過速度０．４６ｋｇ・ｍ^−２・ｈ^−１となった。これに対して、本発明の例３では、ろ過及び圧搾時の温度を８０℃とした結果、圧搾時間０．５０ｈ（時間）でケーキ含水率６０％が得られ、ろ過速度０．５３ｋｇ・ｍ^−２・ｈ^−１となった。この表２に示す実験結果においても、本発明の脱水乾燥装置による工程においては、圧搾時間が大幅に低減し、全体としての全工程時間が低減し、これにより全体としてのろ過速度が向上していることが分かる。

また、従来例１と従来例２の脱水乾燥処理後のケーキを観察すると、ろ室周辺部と中心部とでは乾燥度合いに差が見られた。これに対し、本発明の例１〜例３では、得られたケーキの乾燥度合いに差が見られなかった。この効果の差は、ろ板と圧搾膜との間の温水通路に網目状物を配置して、これにより温水通路の均一性を確保すると共に、ろ布と圧搾膜との間に溝または突起を設け、これにより真空通路を確保して減圧処理の均一性を確保したことに基因していると考えられる。

尚、上記実施例は、本発明の好ましい実施例の一形態を述べたに過ぎず、本発明の趣旨を逸脱することなく、種々の実施例をとることが可能なことは勿論である。

本発明の実施形態の汚泥の脱水乾燥装置を示すブロック図である。 図１に示す脱水乾燥装置の要部を示す図であり、図２（ａ）は断面図、図２（ｂ）は平面図、図２（ｃ）は全体構成を示す断面図である。 汚泥の脱水乾燥処理を示すフロー図である。 圧搾膜の熱伝導率とろ過速度との関係を示す実験結果のグラフである。

符号の説明

１１ 脱水乾燥機
１２ 汚泥供給ポンプ
１３ 汚泥供給ライン
２１ センターブローライン
２３ センターブロー排泥ライン
３１ 温水ユニット
３２ 温水循環ポンプ
３３ 背圧弁
３５ 温水循環ライン
３７ 真空ポンプ
３８ 凝縮槽
５１ ろ布
５２ 圧搾膜
５２ａ 突起または溝
５２ｂ 真空吸引路
５３ 網目状物
５３ａ 温水通路
５４ ろ板

Claims (5)

1. ろ板の間に圧搾膜およびろ布からなるろ室を形成し、前記ろ室内の汚泥を圧搾および乾燥する汚泥の脱水乾燥装置において、
   前記ろ室内の汚泥を加温するための温水を発生させる温水発生装置を備え、
   前記圧搾膜として、ポリウレタン樹脂にカーボングラファイトを混練した圧搾膜が用いられていることを特徴とする汚泥の脱水乾燥装置。
2. 前記圧搾膜として、ポリウレタン樹脂に５v/v％〜１５v/v％のカーボングラファイトを混練した圧搾膜が用いられていることを特徴とする請求項１に記載の汚泥の脱水乾燥装置。
3. 前記圧搾膜の熱伝導率は、０．３５Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以上で１．００Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の汚泥の脱水乾燥装置。
4. 前記ろ布と前記圧搾膜との間隙を減圧する真空発生装置を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の汚泥の脱水乾燥装置。
5. 前記真空発生装置の到達真空度は７ｋＰａ以下であることを特徴とする請求項４に記載の汚泥の脱水乾燥装置。
   
   
   

Images