JP2011088089A - 汚泥処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高含水率の汚泥を効率よく乾燥することを課題とする。
【解決手段】高含水率の汚泥１４を投入口から二重管構造の円筒体に供給して汚泥を薄膜状に形成した後、熱媒体により汚泥の水分を蒸発させて汚泥中の含水率を低下させる薄膜乾燥機１と、この薄膜乾燥機１の下流側に配置され、前記含水率を低下させた汚泥を熱媒体により更に乾燥する間接加熱乾燥機２とを具備することを特徴とする汚泥処理装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、高含水率の汚泥の水分を蒸発乾燥させる汚泥処理装置に関する。

従来、主に下水処理工程で発生する余剰汚泥は、海洋投棄や埋め立て処分されていた。しかしながら、環境保護のために海洋投棄が禁止されてきており、埋め立て地も限られてきており、処分が困難になってきている。そこで、埋め立て地の延命のために、汚泥を焼却して減容化し焼却灰を埋め立て処分したり、乾燥汚泥にして土壌改良用に有効利用されるようになってきている。

脱水された余剰汚泥等は含水率が８５％〜７５％と高く、取り扱いが不便なため乾燥処理して含水率を４０％以下にして処理するのが一般的になってきている。このような汚泥を乾燥する乾燥機は、高温空気を吹き込んで乾燥させる気流乾燥機や蒸気ジャケットに蒸気を充満し蒸気の潜熱を利用し被乾燥汚泥中の水を蒸発乾燥させる間接加熱乾燥機が一般的に使用されている。

これらの乾燥機は、当然ながら被乾燥汚泥が小さく造粒化されて表面積が大きいほど熱伝達が効率よく行われる。被乾燥汚泥の含水率が高い場合は、汚泥が大きな団子状のままで造粒されにくいため、汚泥の表面のみが乾燥して汚泥内部の水分が蒸発されず、乾燥機内部が汚泥で閉塞し乾燥機が運転できなくなる問題がある。

一般的に、下水処理で発生する余剰汚泥は含水率９９％程度であり、汚泥脱水機で機械的に水を搾り出して含水率８０％前後にしてから乾燥機に汚泥を投入して乾燥処理を行っている。しかしながら、一般家庭の食事が高カロリーになってきているため、下水処理で発生する余剰汚泥の有機物濃度が年々高くなってきており、汚泥の有機物濃度が高いため脱水性能が低下し脱水ケーキ含水率が高くなる傾向がある。そのため、上記理由により脱水ケーキを直接乾燥機に投入しても安定運転ができなくなるケースが発生している。

このような場合には、被乾燥物の表面を低含水率の焼却灰や乾燥汚泥で覆ったり、まぶしたりすることで被乾燥物が装置内部で付着することを防止している（特許文献１参照）。

また、排出された乾燥物の一部を、乾燥機の投入側で被乾燥物と混ぜることで被乾燥物の粘度を下げて分散性を良くしている（特許文献２参照）。しかし、乾燥機の処理能力が低下するだけでなく、乾燥物を投入側に戻すための設備が複雑になり設備コストが増大する問題がある。

特開２００７−１２７３８６号公報 特開２００６−１７３３５号公報

本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、高含水率の汚泥を効率よく乾燥することが可能な汚泥処理装置を提供することを目的とする。

本発明に係る汚泥処理装置は、高含水率の汚泥を投入口から二重管構造の円筒体に供給して汚泥を薄膜状に形成した後、熱媒体により汚泥の水分を蒸発させて汚泥中の含水率を低下させる薄膜乾燥機と、この薄膜乾燥機の下流側に配置され、前記含水率を低下させた汚泥を熱媒体により更に乾燥する間接加熱乾燥機とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、高含水率の汚泥を効率よく乾燥することが可能な汚泥処理装置を提供できる。

本発明の一実施形態に係る汚泥処理装置の概略的な全体図。 図１の汚泥処理装置の一部を切り欠いて示す説明図。 図１の汚泥処理装置の一構成である薄膜乾燥機の要部を示す断面図。

以下、本発明の汚泥処理装置について更に詳しく説明する。

一般的に、汚泥は含水率により性状が大きく異なる。構成成分により異なるが、一般的な下水汚泥の場合に含水率１００〜９０％程度までは液体状で流動性が高く粘性も低い。９０〜９０％程度の場合は、スラリー状で粘性が高く流動性も悪くなるが液体状である。８５〜７５％程度になると、ペースト状態で流動性は無くなるが温度を高めるとスラリー状態に近くなる。さらに含水率が７５％以下になると、固形物の様相を示すケーキ状態になり造粒されやすくなる。さらに含水率が３０％以下では粉体に近い形状になる。

間接加熱乾燥機で汚泥を加熱乾燥する場合、上記のように汚泥の状態が各含水率により異なるので、蒸発乾燥工程で最適な加熱方法が異なってくる。即ち、高含水率の領域では、スラリー状またはペースト状の汚泥を伝熱面（縦型円筒体の内壁面）に薄膜状に形成し加熱するのが最も熱伝達速度が高く効率が良く、単位面積あたりの蒸発量が大きい。しかし、汚泥の含水率が低下してくると、汚泥は団粒化される。そのため、容積あたりの伝熱面積が小さい薄膜乾燥機では、汚泥と伝熱面との接触面積が小さいため汚泥の蒸発効率は低下する。また、ケーキ状態の汚泥では、ケーキ内部に空気が混入するので直接伝熱面に接触させても熱伝達速度は向上しない。そのため、薄膜乾燥機の下流側に配置する間接加熱乾燥機では、汚泥を薄膜にするよりも団粒状にして汚泥の被表面積を大きくし、伝熱面との接触伝熱だけでなく、高温空気による気流乾燥を併用する構成にすることが好ましい。これにより、単位容積あたりの乾燥効率が向上する。

本発明の汚泥処理装置において、間接加熱乾燥機内をキャリアガスが通過し、このキャリアガスが薄膜乾燥機から排出される構成にすることが好ましい。これにより、間接加熱乾燥機内部で発生した蒸発蒸気をキャリアガスによりキャリーアウトできる。キャリアガスは、間接加熱乾燥機の被乾燥汚泥排出口近辺から入れ、多量の蒸発蒸気が発生する薄膜乾燥機の汚泥投入口付近から排出することにより、効率よく蒸発蒸気を排出することが可能となる。

本発明の汚泥処理装置において、間接加熱乾燥機に薄膜乾燥機を複数個配置した構成にすることが好ましい。これにより、被乾燥汚泥を複数の薄膜乾燥機で含水率を低下させて間接加熱乾燥機の内部に投入することになり、間接加熱乾燥機の内部の汚泥充填量が均等になり容積効率が向上する。

また、複数の薄膜乾燥機を設けて間接加熱乾燥機に被乾燥汚泥を分散投入することにより、投入される被乾燥汚泥は間接加熱乾燥機内部である程度乾燥が進んだ汚泥と混合される。従って、間接加熱乾燥機へ投入された被乾燥汚泥の表面が乾燥汚泥で覆われるため、被乾燥汚泥の粘性が下がり間接加熱乾燥機内の伝熱面への付着が防止できる。

本発明の汚泥処理装置において、薄膜乾燥機の投入口ごとにバルブを設け汚泥をサイクリック（間欠的）に供給することが好ましい。これにより、１台のポンプで汚泥を圧送して、薄膜乾燥機投入口の直前でバルブにより複数の投入口に汚泥をサイクリックに投入することができ、ポンプの設置台数を削減することが可能となり、コスト低減を図ることができる。ここで、汚泥の投入量は、バルブの開時間により調整することできる。

次に、本発明の一実施形態に係る汚泥処理装置について図面を参照して説明する。なお、本実施形態は下記に述べる構成に限定されない。
（実施形態）
図１、図２、図３（Ａ）、図３（Ｂ）を参照する。ここで、図１は、本発明の一実施形態に係る汚泥処理装置の概略的な全体図、図２は図１の汚泥処理装置の一部を切り欠いて示す説明図を示す。図３（Ａ）は図１の汚泥処理装置の一構成である薄膜乾燥機の要部を示す断面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図を示す。

汚泥処理装置は、熱媒体により高含水率（例えば、８５％）の汚泥の水分を蒸発させる乾燥機能を備えた３個の薄膜乾燥機１と、これらの薄膜乾燥機１の下流側に配置されて、水分が蒸発された汚泥を熱媒体としての加熱蒸気により更に乾燥するディスク式の間接加熱乾燥機２とを備えている。

薄膜乾燥機１は、具体的には図３（Ａ），（Ｂ）に示すような構成になっている。図中の符番３は、外筒４と内筒５より蒸気ジャケット６を形成する二重管構造の縦型円筒体（加熱胴）である。加熱胴３内の軸方向には符号ｂ方向に回転軸７が配置され、駆動装置としてのモータ８により回転するようになっている。回転軸７の上部側には、汚泥入口９にその外周面を対向させる配置でリング状の分散環１０が設けられている。スラリー状の汚泥１４は、分散環１０のリング状溝の外周面で反射させて加熱胴３内で遠心方向に分配させるようになっている。

前記分散環１０の下方部位、即ち蒸気ジャケット６で囲まれる部位には回転ブレード１１が放射状に、かつ軸方向に複数段、回転軸７と一体回転可能に取り付けられている。回転ブレード１１は、回転軸７の外周面に突出するブレード支持金具１２に固定ピン１３を介して取り付けられている。回転ブレード１１の先端部は、夫々加熱胴３の内周面に僅かな隙間をあけて対向している。

間接加熱乾燥機２は、図示しない外筒と内筒からなる二重管構造の横型円筒体２１と、この円筒体２１の内部に配置された内部が空洞の複数の回転ディスク２２とを備えている。回転ディスク２２は内部が空洞の回転軸２３に固定され、回転軸２３に連結された駆動装置としてのモータ２４によりゆっくり（例えば、３〜５回／分）回転するように構成されている。円筒体２１内には該円筒体２１の上部に設けたガス入口２５よりキャリアガス２６が供給され、回転ディスク２２の空洞部及び回転軸２３の空洞部に加熱媒体入口２７から熱媒体としての加熱蒸気２８が供給されるようになっている。キャリアガス２６は、乾燥機内部で発生した蒸発蒸気をキャリーアウトするために使用する。円筒体２１の外筒と内筒の間には、加熱媒体入口２９より熱媒体としての加熱蒸気３０が供給されるようになっている。

円筒体２１の下部及び側部には、熱媒体としての加熱蒸気を凝縮水３１として排出するための熱媒体出口３２が設けられている。また、円筒体２１の下流側には、水分が蒸発した被乾燥汚泥３３を排出するための被乾燥汚泥排出口３４が設けられている。回転ディスク２２の空洞部に熱媒体である加熱蒸気が充満されているとともに、円筒体２１の外筒と内筒との間に加熱蒸気が充満されているので、これらの蒸気により被乾燥汚泥３３の水分が蒸発し、乾燥されて被乾燥汚泥排出口３４より排出される。なお、図１中の符番３５は汚泥を薄膜乾燥機１に投入する配管であり、この配管３５に薄膜乾燥機１の数だけロータリーバルブ３６を介装した分岐管３７が設けられている。

こうした構成の汚泥処理装置の動作は次のとおりである。
まず、汚泥入口９から高含水率のスラリー状の汚泥を薄膜乾燥機１の加熱胴３の分散環１０部分に投入し、遠心力により汚泥を加熱胴３の内筒５の内壁に飛散、付着させる。内筒５の内壁に付着した汚泥は回転ブレード１１により薄膜状にされる。ここで、薄膜状の汚泥と上記ジャケット６内に供給される加熱蒸気３０が熱交換を行い、下方に移動する間に水分の蒸発が進行し、含水率が低くなり重力により下方の間接加熱乾燥機２に落下する。

間接加熱乾燥機２では、回転する回転ディスク２２内部に供給される加熱蒸気２８と、円筒体２１を構成する外筒と内筒との間に充満された加熱蒸気３０とにより、汚泥の水分が更に蒸発して乾燥され、被乾燥汚泥３３が被乾燥汚泥排出口３４より外部に排出される。また、回転ディスク２２内部に供給された加熱蒸気２８は凝縮されて回転軸２３を経て熱媒体出口３２より凝縮水３１として外部に排出される。なお、図１，２中の符番３８は、凝縮水を示す。

上記実施形態に係る汚泥処理装置によれば、以下に述べる効果を有する。
（１）間接加熱乾燥機２の上部に汚泥を薄膜状にするための薄膜乾燥機１を複数個設け、この薄膜乾燥機１の加熱胴３の蒸気ジャケット６に加熱蒸気３０を充満し、回転ブレード１１が回転軸７を中心として回転して、汚泥を薄膜状にする構成になっている。これにより、高含水率汚泥（例えば、含水率８５％）が薄膜状態で高速で乾燥され、含水率を概ね７０％程度まで下げてから間接加熱乾燥機２に投入できる。従って、間接加熱乾燥機２に投入される汚泥は低含水率のため投入汚泥は団粒化され効率よく蒸発乾燥される。即ち、薄膜乾燥機１で高含水率の汚泥を薄膜状に乾燥した後、薄膜乾燥機１で団粒しやすい含水率まで含水率を下げてから間接加熱乾燥機２でさらに乾燥することで、汚泥の含水率に最適な方法で乾燥することが可能となり、乾燥システムのスペースやエネルギー消費効率を向上させることが可能となる。

（２）また、間接加熱乾燥機２内をキャリアガス２６が通過し、このキャリアガス２６が薄膜乾燥機１から排出される構成になっている。これにより、間接加熱乾燥機内部で発生した蒸発蒸気をキャリアガスによりキャリーアウトできる。即ち、キャリアガス２６は、間接加熱乾燥機２の被乾燥汚泥排出口３４の近辺から入れ、多量の蒸発蒸気が発生する薄膜乾燥機１の内部を通過させてから排出することにより、蒸発蒸気が再び凝縮して汚泥の乾燥を妨げることなく効率よく蒸発蒸気を排出することが可能となる。
例えば、含水率８５％１０００ｋｇの汚泥を７０％まで水分を蒸発乾燥させる場合に除去される水分量は５００ｋｇとなる。さらに含水率を４０％まで蒸発乾燥させる場合に除去される水分量は２５０ｋｇである。これは、汚泥が高含水領域においては多量の蒸発蒸気が発生し、低含水率領域では蒸発蒸気の発生量は少ないことを意味する。こうした背景を踏まえ、本実施形態のようにキャリアガスを導入、排出することにより、効率よく蒸発蒸気を排出することが可能となる。

（３）ディスク式の間接加熱乾燥機では、被乾燥汚泥の投入口付近から乾燥汚泥排出口３４へ被乾燥汚泥が移動するに従い蒸発乾燥が進行し含水率が低下していく。従って、投入口付近は被乾燥汚泥が充満されていても、乾燥汚泥排出口付近では汚泥が減容されて間接加熱乾燥機下部にのみ汚泥が堆積することとなる。その結果、排出口付近では乾燥機内部の上部空間と上部空間内に位置する伝熱面が機能しなくなり単位容積あたりの乾燥効率が悪くなる。

そこで、本実施形態では、上記（１）で述べたように、間接加熱乾燥機２に３個の薄膜乾燥機１を配置した構成とした。これにより、被乾燥汚泥を複数の薄膜乾燥機１で含水率を低下させて間接加熱乾燥機２の内部に投入することになり、間接加熱乾燥機２の内部の汚泥充填量が均等になり容積効率が向上する。
また、複数の薄膜乾燥機１を設けて間接加熱乾燥機２に被乾燥汚泥を分散投入することにより、投入される被乾燥汚泥は乾燥機２内部である程度乾燥が進んだ汚泥と混合される。従って、間接加熱乾燥機２へ投入された被乾燥汚泥の表面がある程度乾燥が進んだ汚泥で覆われるため、被乾燥汚泥の粘性を下げて分散性が向上し、間接加熱乾燥機２内の伝熱面への付着が防止できる。

（４）一般に、薄膜乾燥機にポンプにより脱水ケーキを投入するが、汚泥の粘性が高い場合には均等に分配する場合が困難なことがあり、薄膜乾燥機の投入口の数だけポンプが必要となる場合がある。しかし、こうした構成にするのは経済的でない。そこで、本実施形態では、汚泥を薄膜乾燥機１に投入する配管３５に、薄膜乾燥機１の数だけローターリーバルブ３６を介装した分岐管３７を設けている。これにより、１台のポンプで汚泥を圧送して、薄膜乾燥機投入口の直前でローターリーバルブ３６により複数の投入口に汚泥をサイクリックに切り替えて投入することができ、ポンプの設置台数を削減でき、コスト低減を図ることができる。なお、汚泥の投入量は、ロータリーバルブ３６の開時間で調整できる。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。具体的な変形例は、次のとおりである。

１）上記実施形態では、薄膜乾燥機が間接加熱乾燥機の上部に３箇所配置された場合について述べたが、これに限らず、被乾燥汚泥の性状等により１箇所もしくは２箇所もしくは３箇所以上に配置してもよい。
２）上記実施形態では、間接加熱乾燥機としてディスク式の間接加熱乾燥機を用いた場合について述べたが、これに限らず、パドル式等の間接加熱乾燥機でもよい。
３）上記実施形態では、薄膜乾燥機を用いた場合について述べたが、これに限らず、スラリー状の汚泥に対して熱伝達速度が大きい乾燥機であればよい。

１…薄膜乾燥機、２…間接加熱乾燥機、３…縦型円筒体（加熱胴）、４…外筒、５…内筒、６…蒸気ジャケット、７，２３…回転軸、８，２４…モータ、９…汚泥入口、１０…分散環、１１…回転ブレード、１２…ブレード支持金具、１３…固定ピン、１４…スラリー状の汚泥、２１…横型円筒体、２２…回転ディスク、２６…キャリアガス、２８，３０…加熱蒸気、３１，３８…凝縮水、３５…配管、３６…ロータリーバルブ、３７…分岐管。

Claims (4)

1. 高含水率の汚泥を投入口から二重管構造の円筒体に供給して汚泥を薄膜状に形成した後、熱媒体により汚泥の水分を蒸発させて汚泥中の含水率を低下させる薄膜乾燥機と、この薄膜乾燥機の下流側に配置され、前記含水率を低下させた汚泥を熱媒体により更に乾燥する間接加熱乾燥機とを具備することを特徴とする汚泥処理装置。
2. 前記間接加熱乾燥機内をキャリアガスが通過し、このキャリアガスが前記薄膜乾燥機から排出されることを特徴とする請求項１記載の汚泥処理装置。
3. 前記間接加熱乾燥機に前記薄膜乾燥機が２つ以上設けられていることを特徴とする請求項１もしくは請求項２記載の汚泥処理装置。
4. 前記薄膜乾燥機の投入口からサイクリックに汚泥を供給することを特徴とする請求項３記載の汚泥処理装置。

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