JP2006051461A

JP2006051461A - 汚泥を粒状物へ処理する方法及びその方法を実施する処理プラント

Info

Publication number: JP2006051461A
Application number: JP2004235976A
Authority: JP
Inventors: Peter Knoer; ノエルペーター
Original assignee: Innoplana Umwelttechnik AG
Current assignee: Innoplana Umwelttechnik AG
Priority date: 2004-08-13
Filing date: 2004-08-13
Publication date: 2006-02-23

Abstract

【課題】繊維状成分を含む汚泥の処理に適した方法であって、比較的低いエネルギコストで小さい粒子サイズの粒状物を生成することが可能な方法を提供する。
【解決手段】ペースト状の材料物質を処理するに際し、同材料物質が４０から７５％の比較的高い乾燥分率を有している状態で製粒機の穴あき板（４２）の穴（６２）を通して搬送される。この場合、上記穴あき板（４２）と共に楔形状間隙空間（６１）を形成する供給要素（５０）が、その後縁（５３）で上記穴あき板（４２）を撫でつけるようにされる。上記穴（６２）から押し出される材料物質繊維（６３）は、上記穴あき板（４２）の吐出側表面を撫でつけるナイフ状の分離デバイス（６４）によって切断される。その結果、製粒機が、例えば汚泥に含まれる毛等の繊維によって閉塞されてしまうことなく、特に小さいサイズの粒子が汚泥から比較的低いエネルギコストで生成され得る。
【選択図】図７

Description

本発明は、汚泥、特に公共の下水道からの下水汚泥を同一粒子サイズの粒状物へ処理する方法であって、汚泥を加熱して予備蒸発を行い、予備蒸発を行なった材料物質(pre-evaporated material)から粒状物を生成し、同粒状物を後乾燥(afterdrying)することが含まれていて、上記材料物質は４０％以上の乾燥分率(dry fraction)へと予備蒸発せしめられ、粒状化の際、穴あき板の穴を通って供給される方法に関する。

本発明はまた、上記方法を実施する処理プラントに関する。

特許文献１は、上述したタイプの方法を開示しており、そこでは下水汚泥が薄膜式蒸発器(thin film evaporator)において４０から６０％の乾燥分率へと予備蒸発せしめられ、次いで、詳細には記載されていない製粒機(granulator)のスクリーン状に構成された穴を通り、多数の糸状体(strand)の形態で押し出される。実のところ、上記文献では、穴の幅もしくは直径が３から１０ｍｍ、好ましくは５から６ｍｍとされているが、４０から６０％の比較的高い乾燥粒分で穴の幅が５ｍｍ未満では、穴での流動抵抗が非常に高く、したがって製粒機の駆動抵抗(drive resistance)が非常に高くなる。更に、穴の間の領域においてペースト状の汚泥を押し潰すことから生じる相当の駆動抵抗がある。しかしながら、このような公知の方法は、５ｍｍ未満の粒子サイズ(particle size)の粒状物が生成されるべきである場合には、公共の下水汚泥を処理するのにより一層不適当である。この場合、公共の下水に含まれる毛(hair)の部分のために、製粒機の穴あき板上にフェルト状のバリア層が形成され、更なる汚泥の運搬が妨げられるのである。

かなりの物質圧搾を伴う製粒機の具現化の例及び毛による穴の閉塞のリスクについては、特許文献２によって公知である。

燃料や草地の肥料として使用するために要求されるように、５ｍｍ未満の小さな粒子サイズを有する粒状物を生成するためには、公知の方法では、粒状物の乾燥に続いて、粉塵の生成を伴って、粒状物を後に粉砕することが必要とされる。均一の粒子サイズは得られないので、物質は後に分類されなければならず、対応する追加装置のコストが伴うことになり、且つ、物質は製粒機の上流の処理段階のプロセスへ相当程度が戻されることになる。

欧州特許第７８１７４１号明細書(EP-B-781741) 西独国特許公報第９２８６８６号(DE 928686)

本発明の課題は、例えば、共有の下水システムからの下水汚泥等のような繊維状成分を含む汚泥の処理にも適している上述したタイプの、作動上信頼性のある方法であって、装置コストが比較的抑えられ且つ運転コストが低く、５ｍｍ未満の粒子サイズを有する高密度で高耐摩耗性の特に微粒子化された粒状物を生成することが可能な方法を提供することである。

上述したタイプの方法の場合において、本発明は上記課題を、穴あき板の穴を通した供給が、穴あき板の供給側表面を撫でつけ(stroke)、穴あき板と共に楔形状間隙空間(wedge-shaped gap space)を形成する少なくとも１つの供給要素によって行なわれ、穴あき板を通る供給のための圧力が楔形状間隙空間において撫でつけ動作(stroking movement)によって生成され、穴から出るように強いられる材料物質繊維(material strands)は、穴あき板の吐出側を撫でつけるナイフ状の分離デバイスによって切断されるようにすることによって解決する。

本発明は、以下において、添付の図面と関連させてより詳細に説明される。

図１に示されているように、本処理プラントは本質的に、薄膜式蒸発器(thin film evaporator)１と、スクリューコンベヤ２と、製粒機３と、ベルトドライヤー４と、熱回収しつつ気体流を搬送するダクトシステム５ａとを具備している。

例えば、図示されていない穴あきベルトプレス(perforated belt press)において１８から３０％の乾燥分率に予備濃化(pre-thickened)された汚泥は、接続部分５によって薄膜式蒸発器１に供給され、そこで駆動装置７に接続されている大面積供給部材(large-area feed members)８によって、その加熱されたドラム表面６上に分散される。蒸発された水分は、ライン９を介してコンデンサとして作用する熱交換器１０に蒸気流で供給され、凝縮物タンク１１に収集される。

このように予備蒸発された汚泥は、汚泥を製粒機３内へ搬送するスクリューコンベヤ２へと繋がる出口接続１２を介して、４０から７５％の乾燥分率に対応するペースト状のコンシステンシーを有した状態で薄膜式蒸発器１から出て行く。汚泥の製粒機３内への搬送の結果として、製粒機３内でせき止め現象(damming up)が起こる場合があり、その結果として製粒機３内で圧力が上昇する。しかしながら、製粒機３内の圧力は、過剰圧力での薄膜式蒸発器１の運転の結果でもあり、あるいは、追加的な結果でもあり得る。汚泥から形成され、均一サイズの粒子として製粒機３から出て行く材料物質は、本発明の結果として、５ｍｍよりも相当に小さい、例えば、３ｍｍの粒子サイズを有し得る。

材料物質がベルトドライヤー４の第１ベルト１３上へ落ちる前に、材料物質を更に乾燥させる目的で高温の空気流に曝すことができるが、この空気流は、例えば、ベルトドライヤー４の乾燥空気流入ライン２５´からライン１４によって分岐され、その後粒子流と共にベルトドライヤー４内へと進むようにされる。

上記ベルトドライヤー４は、層をなした通気性の搬送ベルト１３、１５、１６、１７を有している。通気性の搬送ベルト１３、１５、１６、１７のうち最も下側にあるベルト１７は、パーティション１８及び図示しないロック(lock)１９によって分離された冷却領域２０内に位置せしめられており、同冷却領域には、ライン２１を通って循環する冷却空気が流れている。

上記ベルトドライヤー４を出て行く生産物の乾燥分率は約９０％である。その粒子は、例えば２ｍｍほどの小さくて均一な大きさを有することができるので、例えば、ゴルフコース用の肥料として、もしくは空気の作用によって供給が可能な燃料物質(pneumatically feedable fuel material)としての使用等、下水汚泥の乾燥生産物の使用法の新しい可能性を提案する。上記粒子は望ましくない粉塵の発生を防止するように充分に固められる。

７５％までの乾燥分率を有した比較的高い汚泥コンシステンシーまで汚泥を予備蒸発させることは、この後より詳細に説明する製粒機にとって好ましい。このことは、ライン９を介して蒸気と共に取り出される熱エネルギが、熱交換器１０によってベルトドライヤー４へと供給される（この場合、冷却器２６で冷却されたベルトドライヤー４の乾燥ガス流と熱交換が行なわれる）ので、比較的限られたエネルギ消費で行なうことができる。

上記ベルトドライヤー４の高温の上方部分において乾燥のために使用される空気は、ライン２５を通ってブロワー２４により循環されており、薄膜式蒸発器１からのガス流に対するコンデンサとして機能する熱交換器１０と共に、冷却器２６と、ヒーター２７とを通る。ライン２１を通る冷却空気流の循環は空気冷却器２９を介してブロワーによって起こされる。

粒状化のための最適な乾燥物含有量(dryness content)は材料物質の性質に依存するので、その場合毎に決定されるべきである。高い乾燥物含有量はまた、製粒機を通って出る際に繊維または毛を切断する際の製粒機３の動作を援助する。たとえ６０から７５％の特に低い水分含有量でも、２から４ｍｍの穴幅(hole width)で穴が閉塞されることなく粒状化することが可能であるということが驚愕をもって判明した。これは、楔形間隙６１において移動される汚泥の揺変的性質(thixotropic behaviour)によるものである。

製粒機３は、予備蒸発器１から供給される汚泥のための外側に位置せしめられた上方入口接続部３１を備えたベル形状ケーシング３０を有している。ケーシング３０の中央から上方に延在する接続部分３２は、ケーシング３０に入れられているロータ３５を駆動するための図１に概略的に示されている回転駆動装置３４のエンドフランジ３３での接続のために、且つ、ベアリング３７、３８によって駆動シャフト３６を案内するために用いられる。

下方においては、ベル形状ケーシング３０はフランジ４０で終わっている。フランジ４０とフランジリング４１との間には円形の穴あき板もしくはディスク４２が保持されており、それは、ベル形状ロータ３５によって限定される汚泥チャンバ４３の下側への方向においての境界となる。穴あき板４２の内側リム４４は、一対のフランジ４５、４５´間に保持される。それらの１つは、アーム４６をハブ４７へ半径方向に向けて支持することによって接続されるが、上記ハブは中央駆動シャフト３６を包囲するテンションスリーブ４９上にラジアルベアリング４８、４８´によって支持される。しかしながら、穴あき板４２の内側支持は、その曲げ剛性構造(flexurally rigid construction)によって、例えば、上記穴あき板がシャフト３６の方向において上方に向かって僅かに円錐形に変形することによって避けられ得る。

汚泥チャンバ４３の内側の境界となるロータ３５は、例えば、３つのロータブレード状供給要素５０、５１、５２をベル形状ハブ本体６０の周囲上に担持するが、同供給要素のナイフエッジ状後縁５３、５４、５５は、例えばカップバネ(cup spring)として構成されているバネ機構５６による張力(tension)のもとで、穴あき板４２の供給側表面上に係合する。上記後縁５３〜５５は、汚泥チャンバ４３に面する穴あき板４２の表面の穴６２が設けられた全幅に渡って延在する。ロータ３５のベル形状ハブ本体６０の下方周囲エッジ５７は、穴あきディスク４２及びフランジ４５に係合し、その結果、汚泥チャンバ４３は半径方向内側についてシールされる。リングシール５８によって汚泥チャンバ４３の更なるシーリングが提供されるが、同リングシールは、例えばパッキン箱(packing box)のように、ロータ３５のベル形状ハブ本体６０がそこへと延在する円筒状ハブ部分５９の周囲を包囲する。

ロータブレード状供給要素５０、５１、５２は、それらの特に小さいピッチ角の結果として、特に、楔形間隙領域の最狭部付近において、穴あきディスク４２の供給側表面と鋭角を形成し、その結果、それらはディスク４２と楔形間隙状の狭幅供給チャンバ６１を形成する。ペースト状の汚泥は、上記供給要素５０、５１、５２と穴あき板４２との間の相対移動によって間隙が狭くなる方向へ移動され、その結果として、穴あき板４２の比較的小さな穴６２を強制的に通されるのに適切な圧力を受けることになる。供給チャンバ６１内において汚泥に作用する攪拌動作は、その揺変的性質(thixotropic behaviour)の結果として、その流れ特性(flow behaviour)を改善し、その結果狭い穴を通して供給(feeding)することを容易にし、好ましくは６０から７０％である乾燥分率に対応する高い汚泥コンシステンシーにもかかわらず、上記のような狭い穴を通しての供給が比較的低い圧力勾配で生じる。穴６２から出た材料物質繊維６３は、７５％までの乾燥分率への徹底的な予備蒸発の結果として、含まれている繊維の切断を含め、分離デバイス(separating device)６４による穴あき板４２からのそれらの粒状物を形成するための分離(granulate-forming separation)を促進するような強度を有している。

穴あき板４２の放出側表面(delivery-side surface)にドクターブレード(doctor blade)のようにして係合する少なくとも１つの分離デバイス６４は、それぞれが、分離アーム６５、６６、６７によってハブ部分６８へ接続されるが、それは駆動シャフト３６と変位可能な伝動的係合(displaceable drive engagement)の状態にあると共にテンションスリーブ４９を包囲している。例えば、そのネジ山がテンションスリーブ４９と係合するネジフェルール(screw ferrule)７０に係合するカップバネを含むバネ機構５６は、穴あき板４２の放出側表面に対してナイフ状の分離デバイス６４を弾力的に押圧する。バネ機構５６の力はテンションスリーブ４９及びその上方フランジ６９も介してロータ３５のハブへ伝達され、その結果、穴あき板４２は、バネ機構５６の張力のもとで、ロータブレード状供給要素５０、５１、５２と分離デバイス６４との間で把持される。

汚泥チャンバ４３を満たすペースト状汚泥が、複数の供給要素５０、５１、５２に渡ってこれらに沿って運ばれてしまうのを防止するために、バッフル状案内要素７２が汚泥チャンバに固定されており、同案内要素の傾斜された位置が流入する汚泥を穴あき板４２の方向へ逸らせ、汚泥が供給要素５０、５１、５２と穴あきディスク４２との間の間隙空間６１内に進むようにする。

上述した実施形態とは異なり、運動学的に逆にして、供給要素を図示しない方法で製粒機３のケーシング３０に固定し、その代わりに、穴あきディスク４２を駆動シャフト３６に接続することが出来る。この場合にはまた、分離デバイス６４がケーシング３０に堅固に接続され得る。

また、供給要素とは無関係に、穴あきディスク４２から出て来るように供給される粒状物繊維６３を切断するために分離デバイスを駆動することも可能である。それは、例えば、半径方向に向けられた１２個のナイフ要素を含み、それらは共通のナイフ支持部上に設けられ、外部に位置するリフティング駆動装置によって穴あきディスクの円周方向にそれぞれ３０°まで前後に移動される。

なお、以上の説明において上記材料物質繊維６３は２から４ｍｍの長さで切断されるようにしてもよい。

また、上記楔形状間隙空間６１内の供給圧力(feed pressure)は、少なくとも１つの供給要素５０、５１、５２へ上記材料物質が送給される圧力に加えて発生せしめられ、上記穴あき板４２の供給側表面と吐出側表面との間には送給圧力(supply pressure)が加えられる圧力差が存在するようにされ得る。

更に、上記ドクターブレード状の係合している分離デバイス６４の切断エッジは、上記供給要素５０、５１、５２の後縁に対して、後を追うようにして変位され、その結果、切断によって形成される粒子の切片の長さは、後追い距離(trailing distance)の大きさによって決定されるようにしても良い。

この場合、上記後追い距離が、５ｍｍ未満の切片の長さに対応するようにしても良い。

また、上記穴あき板４２の上記穴６２は、５ｍｍ未満の均一幅(uniform width)を有していてもよく、例えば、３ｍｍの均一幅を有していてもよい。

本発明の方法を実施するプラントの実施形態を表す概略図である。図１の処理プラントの製粒機の半径方向断面(radial section)の図である。供給要素を担持しているロータの斜視図である。各部品が互いから部分的に分離されている本発明に係る製粒機の斜視図である。図３のロータの斜視平面図である。製粒機ケーシングの斜視図である。供給要素と分離デバイスとの間の関係を示す概略図であって円形経路における上記構成の動作に応じた関係を示す概略図である。

符号の説明

４２穴あき板
５０、５１、５２供給要素
６１楔形状間隙空間
６２穴
６４分離デバイス

Claims

汚泥、特に公共の下水プラントからの下水汚泥を同一粒子サイズの粒状物へ処理する方法であって、汚泥を加熱して予備蒸発を行い、予備蒸発を行なった材料物質から粒状物を生成し、該粒状物を後乾燥することが含まれていて、上記材料物質は４０％以上の乾燥分率へと予備蒸発せしめられ、粒状化の際、穴あき板の穴を通って供給される方法において、
上記穴あき板（４２）の穴（６２）を通した上記供給が、上記穴あき板（４２）の供給側表面を撫でつけ、上記穴あき板と共に楔形状間隙空間（６１）を形成する少なくとも１つの供給要素（５０、５１、５２）によって行なわれ、上記穴あき板（４２）を通る上記供給のための圧力は上記楔形状間隙空間（６１）において撫でつけ動作によって生成され、上記穴（６２）から出るように強いられる材料物質繊維（６３）は、上記穴あき板（４２）の吐出側表面を撫でつけるナイフ状の分離デバイス（６４）によって切断される、方法。
上記材料物質が４０から７５％の乾燥分率で粒状化される、請求項１に記載の方法。
上記材料物質が６０から７０％の乾燥分率で粒状化される、請求項２に記載の方法。
上記穴あき板（４２）の上記穴（６２）を通した上記供給が、２から４ｍｍの範囲の同一の穴幅で行なわれる、請求項１に記載の方法。
上記材料物質繊維（６３）は２から４ｍｍの長さで切断される、請求項４に記載の方法。
上記楔形状間隙空間（６１）内の供給圧力(feed pressure)は、少なくとも１つの供給要素（５０、５１、５２）へ上記材料物質が送給される圧力に加えて発生せしめられ、上記穴あき板（４２）の供給側表面と吐出側表面との間には送給圧力(supply pressure)が加えられる圧力差が存在する、請求項１に記載の方法。
上記の切断された粒状物粒子は、アフタードライヤー（４）へと導く降下経路を通って進む際に加熱されたガス流に曝される、請求項１に記載の方法。
請求項１に記載の方法を実施する処理プラントであって、
入口ダクト（５）と出口ダクト（１２）とを有する予備蒸発器（１）と、
上記予備蒸発器（１）へコンベヤ（１２、２）によって接続される製粒機（３）と、
上記製粒機（３）の下方に位置せしめられるアフタードライヤー（４）と、を有し、
上記製粒機は、そのケーシング（３０）内に入れられた少なくとも１つの供給要素（５０、５１、５２）と、供給側及び吐出側表面を備える穴あき板（４２）と、を有していて、
上記の少なくとも１つの供給要素（５０、５１、５２）は、それが上記穴あき板（４２）の表面と共に供給圧力生成楔形間隙(feed pressure-producing wedge gap)（６１）を構成するように、浅い角度（６０）で上記穴あき板（４２）の上記供給側表面上に係合する後縁（５３、５４、５５）から延在し、
ドクターブレード状の分離デバイスが、上記穴あき板（４２）からの粒状物繊維（６３）の分離ために上記穴あき板（４２）の吐出側表面上に係合し、
上記供給要素と穴あき板との間の相対移動のために駆動装置がそれらの一方に接続されている、処理プラント。
上記の少なくとも１つの供給要素（５０、５１、５２）は、ロータ（３５）のハブ本体（６０）上にロータブレードのようにして提供されると共に、上記ロータ（３５）の駆動シャフト（３６）を、距離をもって包囲する円形の穴あき板（４２）上にその半径方向に延在する後縁（５３、５４、５５）で係合し、案内要素（７２）がバッフルのような固定的な方法で、上記ロータ（３５）を包囲する製粒機のケーシング（３０）に配設される、請求項８に記載の処理プラント。
上記穴あき板（４２）の上記吐出側表面に係合する少なくとも１つのドクターブレード状の分離デバイス（６４）は、ハブ部分（６８）へ接続され、該ハブ部分は上記駆動シャフト（３６）と伝動的接続(driving connection)の状態にある、請求項９に記載の処理プラント。
上記供給要素（５０、５１、５２）を担持するロータ（３５）の円筒状ハブ要素（５９）と上記分離デバイス（６４）のハブ部分（６８）とは、上記駆動シャフト（３６）上で、該駆動シャフトを包囲するバネ機構（５６）の圧力に抗して軸方向に変位可能であり、その結果として、上記供給要素（５０、５１、５２）と上記分離デバイス（６４）とは、上記バネ機構（５６）の圧力のもとで上記穴あき板（４２）の両側面に係合する、請求項１０に記載の処理プラント。
上記ロータ（３５）の上記円筒状ハブ要素（５９）と上記分離デバイス（６４）の上記ハブ部分（６８）とは、共通のテンションスリーブ（４９）によって支持されると共に、上記テンションスリーブ（４９）のエンドフランジ（６９）とバネ機構（５６）との間に挟掴される、請求項１１に記載の処理プラント。
上記ドクターブレード状の係合している分離デバイス（６４）の切断エッジは、上記供給要素（５０、５１、５２）の後縁に対して、後を追うようにして変位され、その結果、切断によって形成される粒子の切片の長さは、後追い距離(trailing distance)の大きさによって決定される、請求項１０に記載の処理プラント。
上記後追い距離が、５ｍｍ未満の切片の長さに対応する、請求項８に記載の処理プラント。
上記穴あき板（４２）の上記穴（６２）は、５ｍｍ未満の均一幅(uniform width)を有している、請求項８に記載の処理プラント。
上記穴あき板（４２）の上記穴（６２）は、３ｍｍの均一幅(uniform width)を有している、請求項８に記載の処理プラント。