JP2017213479A - 脱水システム及び脱水方法 - Google Patents

Abstract

【課題】脱水効果の高い脱水システムを提供する。
【解決手段】脱水システム１００は、汚泥を濃縮して濃縮汚泥を生成する濃縮機３と、濃縮機３にて生成された濃縮汚泥を脱水対象汚泥として受けて、その脱水対象汚泥を間接加熱方式で加熱しながら脱水する脱水機４と、濃縮汚泥に対して無機凝集剤を添加する薬品添加部７を備えている。脱水機４では、脱水対象汚泥の加熱に１００℃未満の熱媒を使用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、汚泥等の水分を含む対象物から水分を除去する脱水システム及び脱水方法に関するものである。

廃水汚泥を脱水して廃水汚泥の含水率を下げたり、固形物を混入した液体を脱水して固形物と液体に分離したり、植物を混入した液体を脱水して植物の搾り汁を取り出したりするのに、脱水機が用いられる。

特に、下水汚泥の脱水及び脱水汚泥の焼却等の処理を含む下水汚泥処理においては、省エネルギーや創エネルギーが可能な処理方法が求められるが、脱水処理における脱水効果が低く、脱水処理によって得られる脱水汚泥（脱水ケーキともいう。）の含水率が高いと、その後の脱水汚泥の乾燥や焼却処理等での脱水汚泥中の水分を蒸発させるために大きなエネルギーを要し、省エネルギーや創エネルギーが可能な処理方法とならない。

そこで、本願の発明者らは、汚泥を濃縮して濃縮汚泥を生成する濃縮部と、前記濃縮部にて生成された前記濃縮汚泥を脱水対象汚泥として受けて、前記脱水対象汚泥を間接加熱方式で加熱しながら脱水する脱水部とを備え、前記濃縮汚泥に対して無機凝集剤を添加する脱水システムを発明し、特許出願をしている（特願２０１５−２３４６８８号）。

この脱水システムによれば、脱水部において汚泥が加熱されながら脱水されるので、汚泥の粘性が低下し、かつ熱変性によって汚泥の保水力が低下して濾液が分離しやすくなり、脱水された汚泥（脱水汚泥）の含水率を低くすることができる。また、脱水による濾液（脱水濾液）の多くは加熱が完了しない段階で速やかに汚泥から分離できるため、脱水濾液に余計な熱エネルギーを使用することを防止できる。また、濃縮部にて汚泥の濃度を高くして、加熱する汚泥量を減少させてから、脱水部にて加熱しながら脱水を行うので、脱水部における汚泥の温度を所望の温度にまで加熱するための熱エネルギー（加熱エネルギー）を低く抑えることができる。さらに、脱水部にて汚泥を加熱するのに間接加熱方式を採用するので、温水等の熱媒を利用して汚泥を加熱ができる。

また、濃縮部では、例えば濃縮汚泥濃度を６％以上とかなり高くするために濃縮時に圧搾力が加えられるので、濃縮部の前段階の凝集槽で添加した薬品による汚泥凝集力は低下しており、この状態で脱水部内で加熱しながら脱水すると、凝集が不十分な柔らかい汚泥を脱水することになり、脱水対象汚泥の含水率が低下しにくい。特に余剰汚泥や消化汚泥のような柔らかい汚泥では、加熱により凝集が崩れやすいが、無機凝集剤を加えることで、脱水部内での汚泥凝集力を再度高めることができ、加熱による脱水対象汚泥の含水率の低下の効果を大きくできる。

特許第１２１１４１８号公報 特許第５０２７６９７号公報 特開２０１２−１８７４４９号公報

上述のように、上記の脱水システムでは、濃縮後に加熱しながら脱水することで、必要なエネルギーが小さくても高い脱水効果が得られ、濃縮汚泥に無機凝集剤を添加しているので、含水率がより低下するが、この無機凝集剤によって、加熱面でスケールが生成されるという問題がある。すなわち、熱媒として一般的に使用される蒸気など、温度が１００℃以上の熱媒を使用すると、加熱面温度が１００℃以上となり、脱水対象汚泥に水分蒸発が生じやすくなり、脱水中に発生する濾液中のスケール成分による加熱面へのスケール付着が生じやすくなる。加熱面にスケールが付着すると、加熱のための伝熱速度が低下し、加温効果が表れなかったり、スケールが成長することで汚泥の脱水機内での挙動に変化を与え、脱水性を低下させたりする。特に、濃縮汚泥に無機凝集剤を添加する場合には、濃縮汚泥が酸性となって汚泥中のスケール成分が脱水濾液中に溶け出しやすくなり、スケール生成量は顕著に増加する。

そして、加熱面にスケールが付着して伝熱速度や脱水性が低下すると、継続的に目標とする含水率まで低下できないことになり、甚だしい場合には、スケールに遮られて汚泥が流動できなくなる場合もある。その結果、小さなエネルギーで高い脱水効果が得られる脱水システムを提供できないことになる。

本発明は、汚泥に無機凝集剤を添加する場合にも小さなエネルギーで高い脱水効果が得られる脱水システム及び脱水方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様の脱水システムは、汚泥を濃縮して濃縮汚泥を生成する第１の濃縮部と、前記第１の濃縮部にて生成された前記濃縮汚泥を脱水対象汚泥として受けて、前記脱水対象汚泥を間接加熱方式で加熱しながら脱水する脱水部と、前記濃縮汚泥に対して無機凝集剤を添加する添加部と、を備え、前記脱水部にて前記脱水対象汚泥の加熱に使用する熱媒の温度は１００℃未満である構成を有している。

この構成により、脱水部において汚泥が加熱されながら脱水されるので、汚泥の粘性が低下し、かつ熱変性によって汚泥の保水力が低下して濾液が分離しやすくなり、脱水された汚泥（脱水汚泥）の含水率を低くすることができる。また、脱水による濾液（脱水濾液）の多くは加熱が完了しない段階で速やかに汚泥から分離できるため、脱水濾液に余計な熱エネルギーを使用することを防止できる。また、第１の濃縮部にて汚泥の濃度を高くして、加熱する汚泥量を減少させてから、脱水部にて加熱しながら脱水を行うので、脱水部における汚泥の温度を所望の温度にまで加熱するための熱エネルギー（加熱エネルギー）を低く抑えることができる。さらに、脱水部にて汚泥を加熱するのに間接加熱方式を採用するので、温水等の熱媒を利用して汚泥を加熱ができる。

また、余剰汚泥や消化汚泥のような柔らかい汚泥では、加熱により凝集が崩れやすいが、無機凝集剤を加えることで、脱水部内での汚泥凝集力を再度高めることができ、加熱による脱水対象汚泥の含水率の低下の効果を大きくできる。また、１００℃未満の熱媒を使用するので、加熱面での水分蒸発が生じにくくなり、脱水中に発生する濾液中のスケール成分による加熱面へのスケール付着が生じにくくなる。

前記第１の濃縮部は、前記汚泥をその濃度が６％以上となるように濃縮してよい。

この構成により、汚泥が十分に濃縮されるので、脱水部における上記の加熱エネルギーを低く抑えることができる。

上記の脱水システムは、前記脱水部で前記脱水対象汚泥を脱水して得られる脱水汚泥を熱処理する熱処理設備をさらに備えていてよく、前記脱水対象汚泥を間接加熱方式で加熱するための熱媒は、前記熱処理設備から得られる廃熱で加熱されてよい。

この構成により、熱処理設備から得られる廃熱を利用して熱媒を加熱できる。

前記汚泥は、有機汚泥であってよく、前記脱水システムは、前記有機汚泥に対して嫌気性消化処理を行う消化槽をさらに備えていてよく、前記脱水対象汚泥を間接加熱方式で加熱するための熱媒は、前記嫌気性消化処理によって発生した消化ガスの燃焼によって発生する熱で加熱されてよい。

この構成により、消化槽で発生する消化ガスを燃焼することで得られる熱を利用して熱媒を加熱できる。

前記脱水システムは、前記消化槽に投入される前の汚泥を濃縮する第２の濃縮部をさらに備えていてよい。

この構成により、消化槽には濃縮された汚泥が供給されるので、消化槽において嫌気性消化処理をすべき汚泥の量を減らすことができ、消化槽で要する熱量を低減できる。なお、第２の濃縮部では、汚泥濃度が６％以上、好ましくは８％以上になるように、汚泥を濃縮してよい。また、第２の濃縮部では、消化槽で要する熱量が、消化ガスを燃焼することで得られる熱の熱量から脱水部等の他の箇所で要する熱量の合計を差し引いた量より小さくなる濃度にまで汚泥を濃縮してよい。

前記第１の濃縮部は前記脱水部の上部に配置され、前記脱水部と一体的に構成され、前記濃縮部から排出された前記濃縮汚泥は重力又は機械搬送装置によって前記脱水部に導入されてよい。

濃縮部で汚泥を濃縮することにより生成された濃縮汚泥の搬送には比較的大きな力が必要となるが、上記の構成によれば、重力又は小規模な機械式搬送装置によって濃縮汚泥を濃縮部から脱水部に導入することができる。

前記脱水部で得られた脱水濾液を前記第１の濃縮部における濃縮が完了する前の前記汚泥に戻してよい。

この構成により、脱水部で得られた脱水濾液が保持する熱量を汚泥に供給することができる。

前記脱水部から排気するための排気口を前記脱水部における汚泥の投入口の付近に設置してもよい。

前記脱水システムは、前記汚泥に高分子凝集剤を混入して１０００ｒｐｍ以上の回転数で攪拌する高速攪拌部と、前記高速攪拌部にて攪拌された前記汚泥に高分子凝集剤を混入して１０〜５００ｒｐｍの回転数で攪拌する通常攪拌部とをさらに備えていてよい。

前記脱水対象汚泥を間接加熱方式で加熱するための熱媒は、ヒートポンプにより昇温された温水であってよい。

前記脱水システムは、前記熱処理設備で発生した排ガスを洗浄するスクラバを備えていてよく、前記脱水対象汚泥を間接加熱方式で加熱するための熱媒は、前記スクラバから排出されるスクラバ排水であってよい。

前記脱水システムは、前記熱処理設備で発生した排ガスを洗浄するスクラバを備えていてよく、前記脱水対象汚泥を間接加熱方式で加熱するための熱媒は、前記スクラバから排出されるスクラバ排水と熱交換することによって昇温されてよい。

本発明の一態様の脱水方法は、汚泥を濃縮して濃縮汚泥を生成する濃縮工程と、前記濃縮工程にて生成された前記濃縮汚泥を脱水対象汚泥として、前記脱水対象汚泥を間接加熱方式で加熱しながら脱水する脱水工程と前記濃縮汚泥に対して無機凝集剤を添加する添加工程とを含み、前記脱水工程にて前記脱水対象汚泥の加熱に使用する熱媒の温度は１００℃未満である構成を有している。

この構成によれば、脱水工程で汚泥が加熱されながら脱水されるので、汚泥の粘性が低下し、かつ熱変性によって汚泥の保水力が低下して濾液が分離しやすくなり、脱水された汚泥（脱水汚泥）の含水率を低くすることができる。また、脱水濾液の多くは加熱が完了しない段階で速やかに汚泥から分離できるため、脱水濾液に余計な熱エネルギーを使用することを防止できる。また、濃縮工程で汚泥の濃度を高くし、加熱する汚泥量を減少させてから加熱するので、脱水工程で加熱しながら脱水を行う際、脱水工程における汚泥の温度を所望の温度にまで加熱するための熱エネルギー（加熱エネルギー）を低く抑えることができる。さらに、脱水工程で汚泥を加熱するのに間接加熱方式を採用するので、温水等の熱媒を利用して汚泥を加熱できる。

また、余剰汚泥や消化汚泥のような柔らかい汚泥では、加熱により凝集が崩れやすいが、濃縮汚泥に無機凝集剤を加えることで、脱水部内での汚泥凝集力を再度高めることができ、加熱による脱水対象汚泥の含水率の低下の効果を大きくできる。また、１００℃未満の熱媒を使用することで、加熱面での水分蒸発が生じにくくなり、脱水中に発生する濾液中のスケール成分による加熱面へのスケール付着が生じにくくなる。

本発明によれば、濃縮汚泥に無機凝集剤を加えるので、脱水部内での汚泥凝集力を高めて、加熱による脱水対象汚泥の含水率の低下の効果を大きくできるとともに、１００℃未満の熱媒を使用するので、加熱面での水分蒸発が生じにくくなり、脱水中に発生する濾液中のスケール成分による加熱面へのスケール付着を抑えることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る脱水システムの構成を示すブロック図 本発明の第１の実施の形態に係る濃縮機と一体的に構成された脱水機の断面図 本発明の第１の実施の形態に係る濃縮機の構成を示す図 本発明の第２の実施の形態に係る脱水システムの構成を示すブロック図 本発明の第３の実施の形態に係る脱水システムの構成を示すブロック図 本発明の第４の実施の形態に係る脱水システムの構成を示すブロック図 本発明の第５の実施の形態に係る脱水システムの構成を示すブロック図 本発明の第６の実施の形態に係る脱水機の平面図 本発明の第６の実施の形態に係る脱水機の正面図 本発明の第６の実施の形態に係る脱水機のＡ−Ａ断面図 本発明の第７の実施の形態に係る脱水システムの構成を示すブロック図 本発明の第８の実施の形態に係る脱水システムの構成を示すブロック図

以下、本発明の実施の形態の脱水システムについて、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する場合の一例を示すものであって、本発明を以下に説明する具体的構成に限定するものではない。本発明の実施にあたっては、実施の形態に応じた具体的構成が適宜採用されてよい。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る脱水システムの構成を示すブロック図である。図中、実線の矢印は、複数の処理を経て汚泥から焼却灰とされる処理対象物の流れを示しており、点線の矢印は、他の気体や液体の流れを示している。

本実施の形態の脱水システム１００は、し尿、下水、工場廃液等の有機性汚水、浄化槽汚泥、生活雑廃水汚泥（生活排水ピットの汚泥、ビルピット汚泥等の濃厚なＳＳを含有するもの）、上水汚泥等の汚泥を脱水するシステムとして有効であるが、本発明の脱水システムが脱水を行う汚泥（脱水対象汚泥）はこれらに限られない。脱水システム１００は、機械的な脱水のみでは十分な脱水が困難な難脱水性の汚泥に対して有効に用いられる。以下の実施の形態では、脱水システム１００は、有機性廃棄物としての汚泥（有機汚泥）に対して脱水処理を行う。

脱水システム１００は、汚泥に対して嫌気性消化処理（メタン発酵処理）を行う消化槽１と、消化槽１で得られた消化汚泥に対して凝集剤等の薬品を添加して凝集汚泥を調製する凝集槽２と、凝集槽２で得られた凝集汚泥に対して、濃縮及び脱水を行う脱水装置８と、脱水処理により得られた脱水汚泥（脱水ケーキ）を燃焼させる熱処理設備としての焼却炉５と、脱水機４に供給する熱媒を加熱する熱媒加熱機６とを備えている。脱水装置８は、脱水処理の前に汚泥から水分を分離して流動性の低い濃縮汚泥とする濃縮機３と、濃縮機３で得られた濃縮汚泥に薬品を添加する薬品添加部７と、薬品が添加された濃縮汚泥を脱水対象汚泥として、この脱水対象汚泥に対して脱水処理を行う脱水機４を備えている。なお、熱処理設備としては、焼却炉（焼却設備）の他に、炭化設備、乾燥設備がある。また、図１の例では、凝集槽２は２段であるが、凝集槽２を１段として、ポリマ及び無機凝集剤を添加してもよいし、３段以上の複数段であってもよい。

消化槽１のメタン発酵で生成されたメタンガスを含む消化ガスは、熱媒加熱機６に供給される。また、焼却炉５の焼却によって発生した廃熱も熱媒加熱機６に供給される。熱媒加熱機６は、例えば水等の熱媒を加熱して脱水機４に供給する。脱水機４は、この熱媒から得られる熱を用いて汚泥を加熱しながら脱水する。なお、焼却炉５は、脱水機４から排出される脱水汚泥のみでなく、他の場内汚泥や外部から搬入された脱水汚泥を焼却してもよい。

濃縮機３と脱水機４と薬品添加部７とは脱水システム１００の濃縮部及び脱水部として一体的に構成され、脱水装置８を構成する。なお、濃縮機３と脱水機４と薬品添加部７は、図２に示すように一体的に構成されてもよいし、濃縮機３及び薬品添加部７を脱水機４の上部や横などに独立して設けてもよい。濃縮機３と薬品添加部７と脱水機４が別置で設けられる場合には、濃縮機３が脱水システム１００の濃縮部となり、脱水機４が脱水システム１００の脱水部となる。

図２は、濃縮機３及び薬品添加部７と一体的に構成された脱水機４の断面図である。本実施の形態の脱水機４は、いわゆるスクリュープレス型の脱水機である。脱水機４では、機台１１の上に円筒形状のスクリーン筒１２が水平に設置されている。スクリーン筒１２の内部には、スクリュー軸１３がスクリーン筒１２と同芯状に嵌合している。スクリュー軸１３は、スクリーン筒１２に対して、回転可能かつ軸芯方向に移動可能である。

スクリーン筒１２には、周壁に多数の小孔１４が設けられている。スクリュー軸１３の中央部にはスクリュー羽根１５が螺旋状に巻きつけられている。機台１１の上には、スクリュー軸１３の軸芯方向に沿って移動可能な可動台１６が設けられている。可動台１６の上には、前側軸受１７と後側軸受１８とが設立されている。前側軸受１７と後側軸受１８は、スクリーン筒１２の閉鎖端板から突出したスクリュー軸１３の小径端部を径方向と軸芯方向に軸受けている。

前側軸受１７及び後側軸受１８の上には、減速機付きの可変速電動機１９が設けられている。可変速電動機１９の回転軸とスクリュー軸１３の小径端部とは、連結ベルト２０によって回転連結される。可変速電動機１９の回転がスクリュー軸１３に伝達され、このようにして、可動台１６の上に回転駆動装置が構成される。

可動台１６は、図示しない駆動装置によってスクリュー軸１３の軸芯方向に平行移動（前進又は後退）する。この可動台１６の移動によって、前側軸受１７、後側軸受１８、可変速電動機１９、及び連結ベルト２０もスクリュー軸１３の軸芯方向に移動し、さらに、スクリュー軸１３もその軸芯方向に移動する。このスクリュー軸１３の軸芯方向への移動によって、スクリーン筒１２に対するスクリュー軸１３の軸芯方向位置が変更される。

スクリーン筒１２とスクリュー軸１３のスクリュー羽根１５ないし大径部分との間には、汚泥を搬送しつつ圧縮する螺旋状の移送圧縮通路２１が形成されている。移送圧縮通路２１の断面積は、入口側より出口側のほうが小さくなっている。

スクリーン筒１２の上部には、濃縮機３から排出される汚泥（濃縮汚泥）をスクリーン筒１２内に取り込むための投入口２２が設けられている。スクリーン筒１２とスクリュー軸１３のスクリュー羽根１５ないし大径部分の間には、移送圧縮通路２１を通過した汚泥をさらに圧縮する四角形断面の円環形状ないし円筒形状の圧縮室２３が形成されている。圧縮室２３は、移送圧縮通路２１の出口を入口としている。

スクリーン筒１２の下には汚泥から分離してスクリーン筒１２の小孔１４から流出する液体を集める受皿２４を設けている。基台１１の上には、軸受板２５を設立し、この軸受板２５に、スクリーン筒１２の開放端から突出したスクリュー軸１３の大径端部を径方向にのみ軸受している。

軸受板２５には、複数の油圧シリンダ２６を固定している。油圧シリンダ２６のピストンロッド２７は軸受板２５を貫通し、ピストンロッド２７の先端が排出テーパーコーン２９に連結している。ピストンロッド２７の前進、後退と所望位置での停止を制御する油圧回路が、排出テーパーコーン２９の位置をスクリュー軸１３の軸芯方向へ変更させる。

スクリュー軸１３の大径端部と圧縮室２３の出口の下には、圧縮室２３の出口から流出する脱水汚泥の落下路２８を設けている。

この脱水機４において、所望の脱水性能を得るため、圧縮室２３の入口から出口までの長さを調整する場合は、スクリュー軸１３の可動台１６を含む軸芯方向位置変更装置で、スクリュー軸１３を軸芯方向に移動してスクリーン筒１２に対するスクリュー軸１３の軸芯方向位置を変更し、これによって圧縮室２３の長さを増減させる。

可動台１６を図示しない駆動装置によって前進させて、その前進位置に停止させ、スクリュー軸１３の軸芯方向位置を圧縮室２３の出口側に変更すると、スクリーン筒１２とスクリュー軸１３のスクリュー羽根１５ないし大径部分の嵌合長さが減少し、圧縮室２３の長さが減少する。逆に、可動台１６を後退させてその後退位置に停止させ、スクリュー軸１３の軸芯方向位置を移送圧縮通路２１の入口側に変更すると、圧縮室２３の長さが増加する。

なお、脱水システム１００の脱水機４は、上記のようなスクリュープレス方式に限られず、例えば、フィルタプレス脱水機、遠心脱水機、真空脱水機等、どのようなタイプの脱水機であってもよい。

図３は濃縮機３の構造を示す図である。本実施の形態の濃縮機３は、汚泥圧搾機であり、汚泥投入用ホッパー３１と、汚泥移動手段３２と、汚泥移動手段３２の上方に設けられた加圧手段３３と、汚泥移動手段３２の下方に設けられた水捕集手段３４とを備えている。

汚泥移動手段３２は、濾布で形成されるベルト３６とベルト駆動装置３８とで構成される。ベルト駆動装置３８がベルト３６を駆動すると、ベルト３６の上面全体（搬送面）が水平移動し、凝集汚泥を水平方向汚泥排出口側に移動させる。凝集汚泥は、ベルト３６上を移動する間に濾過され、濾液は下方の水捕集手段３４に落下する。

加圧手段３３は、汚泥移動手段３２の汚泥排出口３７の手前に、ベルト３６との間に隙間を空けて斜めに設置された加圧板３３Ａを備えている。汚泥は、汚泥移動手段３２によって水平方向汚泥排出口側に移動されてくると、加圧板３３Ａとベルト３６との間の隙間を通過する際に上から加圧される。

加圧板３３Ａは一つ或いは二つ以上設けてもよいし、また、加圧板３３Ａは、設置角度が固定されるように設けることもできるし、設置角度を随時変更できるように設けることもできる、さらには、上下揺動可能に軸支することもできる。加圧板３３Ａの角度並びにベルト３６との隙間の大きさを変更することにより、凝集汚泥に掛かる圧力を調整することができ、濃縮効率を調整することができる。また、加圧板３３Ａの代わりに、例えばローラを設置することもできる。

水捕集手段３４は、汚泥移動手段３２に沿ってその下方に設けられており、汚泥移動手段３２から落下してくる水を捕集して、廃水口から排水できるようになっている。

次に、このような構成を備えた濃縮機３の動作について説明する。汚泥投入用ホッパー３１に凝集汚泥を投入すると、凝集汚泥は汚泥移動手段３２によって水平方向汚泥排出口側に移動させられ、ベルト３６の上面上を水平に搬送される。凝集汚泥は、この搬送過程で脱水されると共に、加圧板３３Ａで圧搾されることで、さらに濃縮濾液を分離させ、濃縮汚泥の濃度を所定の濃度に近づけられ、汚泥排出口３７から板状の脱水ケーキとして送り出される。汚泥から分離した水は、汚泥移動手段３２から落下して水捕集手段３４に捕集され、廃水口から排水される。

なお、濃縮機３としては、上記のような構成の汚泥圧搾機のほかにも、従来の汚泥脱水に使用される汚泥圧搾機、例えば遠心濃縮機、スクリュー濃縮機、楕円板型濃縮機などを採用することも可能である。また、平板で脱水ケーキを加圧する構成の機械を使用することもできる。また、濃縮濾液を分離するための構造は、ベルトに限定されず、隙間を空けたスリットバーを並べて、その隙間から濃縮濾液を排出し、スリットバー上の濃縮汚泥を機械的な移送手段で移送するような装置で代替してもよい。濃縮機３では、上記のような機械濃縮によって、汚泥濃度が６％以上、好ましくは８％以上になるように、汚泥を濃縮する。

薬品添加部７は、濃縮機３と脱水機４との間に配置される。薬品添加部７は、濃縮機３の汚泥排出口３７と脱水機４の投入口２２とを接続する通路として構成され、ここを通過する濃縮汚泥に対して薬品を添加する。濃縮機３から排出された濃縮汚泥は、その重力によって薬品添加部７内を通過する間に薬品を添加されて、脱水機４の投入口２２からケーシング筒１２内に投入される。

薬品添加部７は、濃縮機３にて濃縮された汚泥に対して、薬品として、ポリマ及び無機薬品（無機凝集剤）を添加する。薬品添加部７で濃縮汚泥に添加される汚泥処理凝集用の無機薬品（無機凝集剤）としては、アルミニウムや鉄などの金属塩（例えば、ポリ硫酸第二鉄、塩化第二鉄、硫酸バンド、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）等）を採用できる。ただし、塩素を多く含む金属塩であるＰＡＣや塩化第二鉄では、脱水後の脱水濾液に塩素イオンが多く含まれることになり、脱水機４の腐食が進行しやすく、脱水機４の耐久性が低下する。特に、本実施の形態のように脱水時に加熱をする場合には、脱水濾液が高温になり、塩素イオンによりスクリーンやケーシングの腐食が激しく進行する。このため、スクリーンやケーシングに耐久性のある高価な材料を選定しなければならず、脱水機４の製造コストが高くなってしまう。よって、本実施の形態において使用する無機薬品として好ましいのは、金属硫酸塩（例えば、ポリ硫酸第二鉄や硫酸バンド）である。

スクリーン筒１２内に投入された濃縮汚泥は、回転するスクリュー軸１３の周りに螺旋状に設けられたスクリュー羽根１５によって落下路２８に向けて搬送されつつ、圧縮され、この圧縮によって分離した水分がスクリーン筒１２の周壁に設けられた小孔１４から外部に排出される。また、脱水された汚泥（脱水汚泥）は、落下路２８から脱水機１４の外部に排出される。

本実施の形態の脱水機４では、スクリュー軸１３が中空に形成されており、その内部に熱媒加熱機６で加熱された熱媒が導入される。スクリュー軸１３内には熱媒の流路が形成されている。流路の一端が熱媒の導入口とされ、流路の他端が熱媒（熱媒ドレイン）の排出口とされ、熱媒は、導入口から排出口に向けてスクリュー軸１３の内部を流通する。また、流路の一端が熱媒の導入口と排出口を兼ねる場合がある。

このようにスクリュー軸１３の内部に熱媒を導入することにより、スクリュー軸１３の表面が伝熱面となって汚泥に接触し、これによって、脱水機４は、汚泥を加熱しながら脱水することになる。このとき、熱媒の温度は５５℃以上１００℃未満（好ましくは７０℃以上９０℃未満）とし、汚泥が沸騰しない温度に抑える。熱媒加熱機６は、熱媒が上記範囲内の所定の温度（ないしは範囲内）となるように、温度センサで熱媒の温度を監視しながら、熱媒を加熱する。あるいは、熱媒加熱機６は、１００℃以上の熱媒（水又は水蒸気）に冷水を加水することで熱媒の温度を目標とする温度（ないしは温度範囲内）となるように制御してもよい。熱媒は、温水、又は真空下の減圧蒸気であってよい。

このように、汚泥を加熱しながら脱水すると、汚泥の粘度が低下し、また、熱変性によって汚泥の保水力が低下するので、濾液が分離しやすくなる。このようにして、脱水汚泥の含水率を低減して、焼却炉５における汚泥の焼却に要するエネルギーを抑えることができる。分離できる濾液は加熱後速やかに分離し、それを分離しないことで熱処理設備で余計なエネルギーを使用することを防ぐことができる。

また、本実施の形態の脱水システム１００では、濃縮機３で汚泥の濃度を十分に高くし、加熱する脱水対象汚泥の量を減少させてから加熱するので、脱水機４で汚泥を加熱するのに必要なエネルギー（加熱エネルギー）を抑えることができ、加熱エネルギーを、焼却炉５で脱水汚泥を焼却する際に低減できるエネルギー（焼却エネルギーの低減分）より小さくできる。なお、脱水機４における汚泥の温度を高くしすぎて、加熱エネルギーが、乾燥や焼却処理における脱水汚泥中の水分を蒸発させるのに要する熱エネルギーのうちの脱水汚泥の含水率を低くしたことで低減できる分を上回ってしまい、エネルギー効率ないし省エネの観点からは不利になる。よって、脱水機４における汚泥の温度は、加熱エネルギーが乾燥や焼却処理における脱水汚泥中の水分を蒸発させるのに要する熱エネルギーの低減分を超えないように設定する必要がある。

即ち、本実施の形態の脱水システム１００では、脱水時に加熱するために熱量を必要とするが、その熱量が、乾燥処理や焼却処理に等の工程で水分蒸発に必要な量を超える場合には、せっかく含水率を低減しても脱水システム１００全体としては省エネルギーにはならない。そこで、濃縮しないで加熱脱水した場合（Ａ）と、濃縮してから加熱脱水した場合（Ｂ−１〜Ｂ−３）について、濃縮汚泥の濃度ごとに、（ａ）加熱脱水に必要な熱量と、（ｂ）加熱しない場合において乾燥処理や焼却処理で同量の水分蒸発に必要となる熱量とで、どちらが大きいかを比較した。その結果を下の表１に示す。

表１に示すとおり、濃縮しないで加熱した場合（Ａ）では、（ａ）＞（ｂ）となり、省エネルギーが実現できているとは言えず、濃縮した場合でもその程度が小さい（５％程度）と同様に（ａ）＞（ｂ）となり、省エネルギーが実現できているとは言えない。

さらに、本実施の形態の脱水機４では、上述のように熱媒をスクリュー軸１３の内部に導入して、熱媒によってスクリュー軸１３を加熱し、それによってスクリュー軸１３に接触する汚泥を加熱するという、間接加熱方式を採用して汚泥を加熱する。ここで、間接加熱方式とは、非加熱物と熱媒とが混合しない状態で加熱する方式をいい、板や布などの遮蔽物の一方側に被加熱物が存在し、他方側に熱媒が存在し、熱媒から被加熱物に遮蔽物を介して熱を移動させる加熱方式である。間接加熱方式では、熱媒が汚泥に直接接触することがなく、熱媒が汚泥に混入することで脱水性を低下させることがない。また、燃料や電気で直接汚泥を加熱するのではなく、低圧蒸気、温水、加熱した油脂等の熱媒を使用することで、焼却炉５における廃熱や消化ガスの燃焼によって発生する熱を利用することができ、脱水システム１００全体での省エネルギーを実現できる。

また、上記の実施の形態の脱水システム１００では、濃縮機３で生成された濃縮汚泥に対して、薬品添加部７でポリマ（高分子凝集剤）及び無機凝集剤（即ち、ポリ硫酸第二鉄、塩化第二鉄、硫酸バンド、ＰＡＣなどの金属塩）が添加され、このような汚泥に対して脱水機４で脱水が行われる。余剰汚泥や消化汚泥のような柔らかい汚泥では、加熱により凝集が崩れやすいが、ポリ硫酸第二鉄やポリマを添加することで、硬い凝集汚泥を作ることができ、加熱による低含水率効果を大きくできる。さらに、本実施の形態の濃縮機３では、濃縮前の汚泥に脱水補助剤を添加する。これによっても、上記と同様に、固い凝集汚泥を得ることができ、加熱による低含水率の効果を大きくできる。

また、上記の実施の形態の脱水システム１００では、薬品添加部７で濃縮汚泥に無機凝集剤を添加することで濃縮汚泥が酸性となり、この点では汚泥中のスケール成分が脱水濾液中に析出しやすくなっているが、間接加熱方式で利用する熱媒の温度を１００℃未満にしているので、脱水機４内で汚泥からの水分の蒸発が生じにくくなり、スケールの生成を抑えている。

なお、上記の脱水システム１００において、脱水機４の落下路２８の下部にシュート等で接続された乾燥機を設けてもよい。このように乾燥機を脱水機４の落下路２８の下部に設けることで、脱水汚泥を乾燥機に移送する機器などを省略することができ、また、熱を持っている脱水汚泥を冷却することなく乾燥できるので、乾燥機で使用する熱量が小さくて済む。

また、濃縮機３を脱水機４と一体化し、もしくは、濃縮機３を脱水機４の上部や横に独立して設けることで、濃縮後に加熱し、その後に脱水し、又は濃縮後に加熱しながら脱水することができる。このように、濃度を高くしてから脱水することで、汚泥を所望の温度まで昇温させるための加熱エネルギーを低減できる。また、濃縮機３を脱水機４とは独立にすることで、加熱エネルギーが濃縮前の汚泥に無駄に使用されることを防止できる。本実施の形態の脱水システム１００は、脱水の前に汚泥の濃度を高くすることで、加熱エネルギーを低減する一方で、高濃度の濃縮汚泥は移送に必要な力が大きくなるが、脱水機４の上部または横に濃縮機３を設置することで、濃縮汚泥の移送に要する力を小さくすることができる。

また、上記の脱水システム１００では、下水、し尿、生ごみ消化汚泥などの有機性汚泥を加熱しながら脱水し、加熱のための熱源に消化ガス、焼却廃熱（炭化・乾燥を含む）を利用しており、新たなエネルギー源を必要としないで、汚泥の含水率を低減し、汚泥処理の焼却との補助燃料（油やガス）を低減もしくはなくすことができるので、省エネルギーや創エネルギーを実現できる。

また、加熱熱源に消化ガス、焼却廃熱を利用しているので、発電機の廃熱を熱媒の加熱に利用することができ、このように発電廃熱を利用して汚泥を加熱するので、発電量を低減することなく、焼却炉における補助燃料を削減でき、さらに省エネルギーや創エネルギーを促進できる。

また、上記の脱水システム１００では、熱媒として消化ガス及び焼却廃熱から生成した温水を用いている。一般的に、温水は温度が低いために熱交換速度を大きくとれず、加熱するために必要な伝熱面積が大きくなり、エネルギーとしての有効利用先が限られる。しかし、汚泥を加熱しながら脱水する本実施の形態の脱水システム１００では、汚泥の温度を過剰に上昇させる必要がなく、加熱エネルギーが小さくてよいので、温水を用いることができる。従って、さらに省エネルギーや創エネルギーを促進できる。

なお、上記の実施の形態では、熱媒を加熱するのに消化ガスと焼却炉の廃熱をいずれも利用したが、それらのいずれか一方のみを利用してもよく、その他の熱源を利用してもよい。また、上記の実施の形態では、濃縮機３にて汚泥にポリマを添加したが、凝集槽２において汚泥にポリマを添加してもよい。また、凝集槽２において脱水補助剤を添加してもよい。

（実施例）
以下、本実施の形態の脱水システム１００の実施例を説飯うる。本実施例では、下水処理場で発生する消化汚泥を使用して、脱水システム１００で脱水試験を実施した。汚泥処理量は、固形物換算で８ｋｇ−ＤＳ／ｈとし、脱水機４はスクリュープレス方式を採用し、スクリュー軸１３の内部に熱媒を注入して脱水しながら加熱を行った。脱水機４に投入される前に、凝集槽２で汚泥にポリマを添加して凝集させた後に、濃縮機３で１０％程度まで汚泥を濃縮した。薬品添加部７では、濃縮汚泥にポリマと無機凝集剤（具体的には、ポリ硫酸第二鉄）を添加した。ポリマの添加率は、２．０〜２．５％とし、ポリ硫酸第二鉄の添加率は２０〜２５％とした。

熱媒加熱機６における熱媒温度条件を８０℃（温水）、１２０℃（蒸気）、および熱媒を使用しないの３条件とし、それぞれ濃縮汚泥への無機凝集剤の添加有無ごとに、脱水ケーキの含水率を測定した。結果を表２に示す。

表２に示すように、無機凝集剤の添加の有無にかかわらず、加熱（熱媒温度８０〜１２０℃）した方が、加熱しないより脱水ケーキの含水率が低下した。また、熱媒温度条件にかかわらず、無機凝集剤を添加した条件１〜３では、無機凝集剤を添加しなかった条件４〜６に比べて、脱水ケーキの含水率が低下した。これは無機凝集剤の凝集効果によるものである。さらに、無機凝集剤を添加した条件１〜３では、熱媒温度が８０℃の条件２の場合（７４％）よりも、１２０℃の条件３の場合（７６％）の方が、ケーキ含水率が上昇した。これは、１２０℃条件では、スクリュー軸の加熱面へスケール付着が多く、加熱のための伝熱速度が低下し加温効果が良好に表れなかったためである。

（第２の実施の形態）
上記の脱水システム１００とは消化ガス利用方法や焼却廃熱利用方法が異なる第２の実施の形態の脱水システム１０１を図４に示す。図４において、図１と同じ構成については同一の符号を付して、適宜説明を省略する。脱水システム１０１では、消化槽１で発生した消化ガスが消化ガス発電機５１で使用され、電気は場内で有効利用される。消化ガス発電機５１における発電廃熱は、消化槽１の加温に利用されるとともに、脱水時の加熱熱源として利用される。また、焼却炉５からの廃熱は、白煙防止用空気との熱交換により熱媒である水を昇温させ、昇温した温水（約８０℃）は熱媒として脱水機４に供給される。

脱水システム１０１において、汚泥を消化処理した上で、消化ガス発電廃熱と焼却廃熱を利用して脱水をした場合と、加熱することなく脱水する従来法によって脱水をした場合との物質収支及び熱収支を比較した。従来法の場合を下の表３に示し、脱水システム１０１による場合を下の表４に示す。なお、脱水システム１０１では、濃縮機３にて汚泥濃度を４％にまで濃縮した。

表３において、汚泥とは消化槽１に投入される汚泥であり、消化汚泥とは、消化槽１から排出される汚泥であり、ガス発電利用とは、消化槽１で生成されて消化ガス発電機５１で利用される消化ガスであり、ガス焼却利用とは、消化槽１で生成されて焼却炉５で利用される消化ガスであり、発電電力は、消化ガス発電機５１で生成される電力であり、発電廃熱（温水）とは、消化ガス発電機５１で発電と同時に発生する温水であり、余剰熱とは、消化ガス発電機５１から発生する温水の熱量から脱水に利用する熱量と消化槽１で利用される熱量を差し引いて余った熱量であり、消化槽加温熱は、消化ガス発電機５１で生成されて消化槽１で利用される熱量であり、その他は図４のとおりである。

従来法では、脱水ケーキの含水率が７８．２％（濃度２１．８％）であり、焼却時に補助燃料として消化ガス１６１５ｍ³／ｄが必要であり、残りの消化ガスで発電できる電力は６０００ｋｗｈ／ｄであった。それに対して、脱水システム１０１では、脱水ケーキの含水率は７２％にできた。そのため、焼却時に補助燃料が必要とならず、消化ガスを全量発電でき、１０８００ｋｗｈ／ｄの電力を有効利用できた。また、脱水時に必要な熱量も濃縮してから加熱しながら脱水できるため、少量の熱量で済み、かつ、温水を利用可能であり、これらは消化ガス発電発熱と焼却廃熱で賄うことができるので、新たなエネルギーは必要としない。このように、脱水システム１０１では、廃熱を利用して加熱しながら脱水するので、省エネルギーを実現できる。

（第３の実施の形態）
図５は、第３の実施の形態の脱水システムの構成を示すブロック図である。図５の脱水システム１０３において、図１の脱水システム１００と同一の構成については同一の符号を付して適宜説明を省略する。本実施の形態の脱水システム１０３では、熱処理設備として、乾燥機５´が採用されている。消化槽１では、第１の実施の形態と同様に投入された汚泥に対して嫌気性消化処理を行うことで、メタンガスを含む消化ガスと消化汚泥とを発生させる。熱媒加熱機６は、消化槽１で発生する消化ガスを燃焼することで熱量を発生して、熱媒を約８０℃に加熱する。

熱媒加熱機６にて加熱された熱媒は、第１の実施の形態と同様に脱水機４に供給されるだけでなく、さらに、消化槽１及び乾燥機５´にも供給される。よって、熱媒加熱機６にて消化ガスを燃焼することで発生する熱量で消化槽１、脱水機４、及び乾燥機５´で要する熱量を賄えない場合には、新たに化石燃料などの補助燃料が必要となる。逆に、熱媒加熱機６で発生する熱量が消化槽１、脱水機４、及び乾燥機５´で要する熱量より大きければ、外部からの熱量の供給を必要とせず、消化槽１で発生する消化ガスを燃料として、脱水システム１０３が自立した運転を行うことができる。

そこで、本実施の形態では、熱媒加熱機６で発生する熱量で、消化槽１、脱水機４、及び乾燥機５´で要する熱量を完全に賄うために、消化槽１で要する熱量を小さくする工夫をする。このために、本実施の形態の脱水システム１０３では、消化槽１の前段に濃縮機９が設けられている。汚泥は、消化槽１に投入される前に濃縮機９で濃縮され、消化槽１には濃縮機９から濃縮汚泥が投入される。濃縮機９では、汚泥ＴＳ（Total Solid）を６〜１２％濃度にする。

このように、消化槽１に投入する汚泥の濃度を高くすると、汚泥の体積が減少し、その結果、消化に必要な温度にまで汚泥を加温するのに必要な熱量を低減できる。よって、本実施の形態によれば、新たな熱量を必要とせずに省エネルギーを実現できる。

なお、濃縮機９で得られる濃縮汚泥についての上記のＴＳ濃度６〜１２％は、多くの種類の脱水システムで有効な濃度であるが、厳密には脱水システムの仕様に応じて有効な濃度は異なる。消化槽１に投入される濃縮汚泥の濃度は、それを消化槽１で消化する際に要する熱量が、それを消化槽１で消化した際に発生する消化ガスを燃焼して発生する熱量から脱水機４で加温脱水を行うのに必要な熱量と乾燥機５´で脱水汚泥を乾燥するのに要する熱量との和を引いた値よりも小さくなるように設定されればよい。

なお、熱処理設備が焼却炉のように熱媒を必要としないものである場合には、消化槽１に投入される濃縮汚泥の濃度は、それを消化槽１で消化する際に要する熱量が、それを消化槽１で消化した際に発生する消化ガスを燃焼して発生する熱量から脱水機４で加温脱水を行うのに必要な熱量を引いた値よりも小さくなるように設定されればよい。

（実施例）
表５は、消化槽１に投入する汚泥の濃度を４．０％とした場合（比較例：パターンＡ）の物質収支を示す表であり、表６はパターンＡの熱収支を示す表であり、表７は、消化槽１に投入する汚泥の濃度を８．０％とした場合（実施例：パターンＢ）の物質収支を示す表であり、表８はパターンＢの熱収支を示す表である。表５〜８のＦ１〜Ｆ９は、図５中のＦ１〜Ｆ９に対応している。

パターンＡ及びパターンＢのいずれでも、以下の脱水条件で実験を行った。処理量は、固形物換算で７．１ｔ−ＤＳ／日とし、濃縮汚泥量は８８．８ｔ／日とし、脱水方式はスクリュープレス方式とし、汚泥温度は消化汚泥温度２５℃、脱水ケーキ温度８０℃、濃縮汚泥加熱温度５２．５℃としたとき、含水率は７２．０％、加熱必要熱量１９，５４３ＭＪ／日（９２５Ｎｍ³／ｄ）となった。また、上述のように、パターンＡでは消化槽１に４％の汚泥を投入し、パターンＢでは本実施の形態に従って消化槽１の前に濃縮機９を設けて汚泥を８％まで濃縮したうえで消化槽１に投入した。

余剰熱（Ｆ９）は、消化ガスの熱量（Ｆ５）から乾燥利用（Ｆ６）、脱水利用（Ｆ６）、及び消化槽加温利用（Ｆ８）の合計を引いた残りであり（Ｆ９＝Ｆ５−（Ｆ６＋Ｆ７＋Ｆ８））、余剰熱（Ｆ９）がマイナスになることは、消化槽１で発生する消化ガスが不足していることを意味している。

表５と表７とを比較すると、パターンＡでは、消化槽１の前段で汚泥を濃縮していないので、消化槽１に投入される汚泥の量（Ｆ１）は３４４ｔ／ｄであって、パターンＢの場合は、消化槽１の前段で汚泥を濃縮しているので、消化槽１に投入される汚泥の量（Ｆ１）は１７２ｔ／ｄと少なくなっている。

表５〜８の例では、パターンＡ及びパターンＢのいずれにおいても脱水機４で汚泥の量（Ｆ３）が２１．９ｔ／ｄになるまで脱水して、乾燥機５´で汚泥の量（Ｆ４）が６．３ｔ／ｄになるまで乾燥させている。この場合に、加温脱水に要する熱量（Ｆ７）及び乾燥に要する熱量（Ｆ６）は、パターンＡ及びパターンＢのいずれにおいても同じであるが、消化槽１で加温するのに要する熱量は、消化槽１の前段で濃縮をしていないパターンＡでは、２４，５４９ＭＪ／ｄであり、その結果余剰熱はマイナスになっている。これに対して、消化槽１の前段で濃縮をしているパターンＢでは、１２，２７４ＭＪ／ｄと少なくなっており、その結果余剰熱がプラスになっている。すなわち、パターンＢでは、消化ガスを燃焼して発生する熱量で、乾燥、脱水、消化槽加温のすべての熱量を賄えている。

このように、本実施の形態では、消化槽１に投入する前に汚泥を濃縮するので、消化槽の加温に利用する熱量を抑えることができ、その結果、消化槽１で発生する消化ガスを燃焼して得られる熱エネルギーで脱水システム１０３にて利用するすべての熱量を賄うことができる。

（第４の実施の形態）
図６は、第４の実施の形態の脱水システムの構成を示すブロック図である。図６の脱水システム１０４において、第１の実施の形態の脱水システム１００と同一の構成については、同一の符号を用いて適宜説明を省略する。脱水機４では、脱水対象汚泥から分離された濾液が発生する。この濾液は、脱水機４で加熱された汚泥から分離したものであり、高温で多くの熱量を保持している。

そこで、本実施の形態の脱水システム１０４では、脱水機４で生成された濾液をそのまま排水するのではなく、いまだ加温されていない低温の汚泥がある濃縮機３の入口部に投入する。これにより、濾液が持っている保有熱を汚泥の加温に利用でき、その結果、脱水機４で汚泥を加熱するために必要な熱量を減少でき、省エネルギーを実現できる。

また、脱水機４の濾液は、濃縮機３でもある程度の水が分離された後の濃縮機３の中段以降に投入してもよいし、凝集槽２に投入してもよい。すなわち、脱水機４の濾液は、濃縮機３にて濃縮が完了する前の汚泥に戻せばよい。

（第５の実施の形態）
図７は、第５の実施の形態の脱水システムの構成を示すブロック図である。脱水システム１０５は、汚泥貯槽７１に高速撹拌槽７２１、通常速度撹拌槽７３１及び脱水装置７８が順次連通して配置され、高速撹拌槽７２１には第１の高分子凝集剤ポンプ７５を介して第１の高分子凝集剤溶解槽７６が連通して配置され、通常速度撹拌槽７３１には第２の高分子凝集剤ポンプ７７を介して第２の高分子凝集剤溶解槽７６が連通して配置されてなる構成を備えている。

この脱水システム１０５において、汚泥は汚泥貯槽７１に貯留され、貯留された汚泥は高速撹拌槽７２１に供給される。第１の高分子凝集剤の溶液は、第１の高分子凝集剤ポンプ７５により、第１の高分子凝集剤溶解槽７４から高速撹拌槽７２１に供給される。高速撹拌槽７２１において、高速撹拌機７２２により汚泥と第１の高分子凝集剤の溶液が混合され、混合汚泥が調製される。調製された混合汚泥は、高速撹拌槽７２１から通常速度撹拌槽７３１に供給される。第２の高分子凝集剤の溶液は、第２の高分子凝集剤ポンプ７７により、第２の高分子凝集剤溶解槽７６から通常速度撹拌槽７３１に供給される。通常速度撹拌槽７３１において、通常速度撹拌機７３２により混合汚泥と第２の高分子凝集剤の溶液が混合され、混合汚泥を凝集させ、凝集フロックを形成させる。

凝集フロックは脱水装置７８により脱水される。脱水装置７８は、上記の実施の形態で説明した脱水装置８と同様に、濃縮機と薬品添加部と脱水機を備え、脱水機では汚泥を加温しながら脱水する。

高速攪拌槽７２１における高速攪拌機７２２による攪拌（以下、「第１撹拌工程」という。）では、１０００ｒｐｍ以上の高速で撹拌することが好ましい。より好ましい回転速度は２０００ｒｐｍ以上である。さらにより好ましい回転速度は３０００ｒｐｍ以上である。回転速度を高めた場合には、撹拌時間をより短くすればよいので、回転速度の上限は特にないが、現状では１５０００ｒｐｍまで実験的に効果があることを確認している。

高分子凝集剤により汚泥を凝集させる場合、高分子凝集剤を汚泥に均一に分散させること、高分子凝集剤を汚泥の細部まで行き渡らせることが望まれる。高分子凝集剤を汚泥に均一に分散させることにより、無駄な高分子凝集剤を削減でき、高分子凝集剤の注入量を削減することができる。また、高分子凝集剤を汚泥の細部まで行き渡らせることにより、凝集汚泥が緻密になるため、脱水処理後の脱水ケーキの含水率を低減できる。高分子凝集剤の溶液は高粘度の液体であり、従来の凝集槽で使用される撹拌機の回転速度（１０〜５００ｒｐｍ程度）では、高分子凝集剤を汚泥に均一に分散させることが難しいうえ、高分子凝集剤を汚泥の細部まで行き渡らせることができなかった。このため、高分子凝集剤の注入量の増加や脱水ケーキ含水率の悪化が生じていた。一方、高速撹拌では、高分子凝集剤を均一に汚泥に分散させることができるうえ、高分子凝集剤を汚泥の細部まで行き渡らせることができる。このため、高分子凝集剤の注入量を削減でき、脱水ケーキ含水率を低減することができる。

なお、高速撹拌における撹拌する際の回転速度は、汚泥の種類、汚泥の性状（ＴＳなど）、高分子凝集剤の分子量、高分子凝集剤の溶解濃度などに合わせて、１０００ｒｐｍ以上において調整するのが好ましい。

第１撹拌工程における撹拌時間、すなわち第１の高分子凝集剤の溶液と汚泥を混合撹拌する時間は、２０秒以下、特に５秒〜２０秒とするのが好ましく、より好ましくは５〜１５秒、さらにより好ましくは５〜１０秒である。高速撹拌による撹拌時間が長すぎると、高分子凝集剤の凝集力が弱まる程度まで高分子凝集剤の分子鎖は切断されてしまう。このため、撹拌時間を２０秒以下に制御することにより、高分子凝集剤の凝集力を弱めることなく、高分子凝集剤を汚泥に均一に分散させ、高分子凝集剤を汚泥の細部まで行き渡らせることができる。

高速撹拌機７２２は、撹拌翼、シャフト、モーターから構成されてよく、ローター、ステーター、モーターから構成されてもよく、また、インラインミキサーによって高速撹拌をしてもよい。インラインミキサーとは、配管に組み込まれたミキサーである。インラインミキサーのメリットはミキサーが密封されているため、上流にある汚泥用ポンプ、高分子凝集剤用ポンプの２台があれば、下流に液を送ることができる。一方、容器に撹拌機が設置された場合、容器上部が開放されているので、上流にある汚泥用ポンプ、高分子凝集剤用ポンプの他に、もう１台ポンプ或いはポンプ相当のものがないと下流に液を送れない。そのため通常は、ポンプを設置せず、高低差で下流に液を送るのが一般的である。

また、第１の高分子凝集剤としては、アニオン性高分子凝集剤、ノニオン性高分子凝集剤、カチオン性高分子凝集剤および両性高分子凝集剤のいずれも用いることができる。有機性汚泥を処理する場合には、カチオン性高分子凝集剤又は両性高分子凝集剤を用いるのが特に好ましい。

通常攪拌槽７３１における通常攪拌機７３２による攪拌（以下、「第２撹拌工程」という。）における撹拌する際の回転速度は、従来の汚泥の凝集装置において一般的な回転速度、すなわち１０〜５００ｒｐｍであればよい。その理由は、第２撹拌工程では高分子凝集剤を第１撹拌工程において調製した混合汚泥に緩やかに接触させ、凝集フロックを成長させる必要があるからである。かかる観点から、第２撹拌工程における撹拌する際の回転速度は、中でも２０ｒｐｍ以上或いは４００ｒｐｍ以下、その中でも３０ｒｐｍ以上或いは３００ｒｐｍ以下であるのがさらに好ましい。

なお、第２撹拌工程における撹拌する際の回転速度は、汚泥の種類、汚泥の性状（ＴＳなど）、高分子凝集剤の分子量、高分子凝集剤の溶解濃度などに合わせて、１０〜５００ｒｐｍにおいて調整するのが好ましい。

第２撹拌工程における撹拌時間、すなわち第２の高分子凝集剤の溶液と汚泥を混合撹拌する時間は１分〜２０分であるのが好ましい。その理由は、第２撹拌工程では高分子凝集剤を第１撹拌工程において調製した混合汚泥に緩やかに接触させ、凝集フロックを成長させる必要があるからである。かかる観点から、第２撹拌工程における撹拌の撹拌時間は、中でも２分以上或いは１５分以下、その中でも３分以上或いは１０分以下であるのがさらに好ましい。

通常攪拌機７３２としては、撹拌翼、シャフト、モーターから構成される撹拌機などの通常の撹拌機を使用すればよく、特に種類を限定するものではない。

第２の高分子凝集剤は、上述した第１の高分子凝集剤と同様のものを用いることができる。この場合、第２の高分子凝集剤は、第１の高分子凝集剤と同一種類の高分子凝集剤を用いることもできるが、異なる種類の高分子凝集剤を用いることができる。高分子凝集剤溶解槽を共用できる観点からは、第２の高分子凝集剤は、第１の高分子凝集剤と同一種類の高分子凝集剤を用いるのが好ましい。

第２の高分子凝集剤の溶液における高分子凝集剤濃度は１〜３ｇ／Ｌであってもよいが、３ｇ／Ｌ以上であるのが好ましく、より好ましくは５ｇ／Ｌ以上、さらにより好ましくは１０ｇ／Ｌ以上である。

以上のように、本実施の形態の脱水システム１０５によれば、濃縮機による濃縮前の汚泥に対して、高分子凝集剤を注入して、１０００ｒｐｍ以上の高速攪拌をして、その後に通常の１０〜５００ｒｐｍの攪拌をするという二段階速度の攪拌を行うことで汚泥を凝集させて緻密な凝集フロックを形成させ、そのうえで脱水装置７８にて加温しながらの脱水を行うので、二段階速度の攪拌による凝集及び加温脱水のそれぞれでは十分な含水率低下が実現できない場合にも、これらを組み合わせることで、脱水装置７８での加温によって含水率を大幅に低下できる。

（実施例）
上記の脱水システム１０５において、消化汚泥をスクリュープレス方式の脱水装置７８で脱水する場合には、脱水汚泥の含水率は、脱水装置７８にて加熱しなかった場合には８０％、脱水装置７８にて加熱をした場合には７９％、二段階速度の攪拌を行って脱水装置７８にて加熱せずに脱水した場合には７８％、二段階速度の攪拌を行って脱水装置７８にて加熱しながら脱水した場合には７２％の保有熱を汚泥の加温に利用できる。その結果、脱水システム１０５で汚泥の過熱のために使用する熱量を減少し、より省エネルギーなシステムを構築できる。

（第６の実施の形態）
第１の実施の形態で説明したとおり、脱水機では内部で臭気が生じ、脱水機からは臭気が排気される。このために、脱水機８０には排気口が設けられる。この臭気は、加熱された汚泥から発生しており、高温で多くの熱量を保持している。そこで、本実施の形態では、熱量を保持した臭気をそのまま脱水機８０から排出するのではなく、まだ加熱されていない低温の汚泥がある脱水機の入り口付近に流通させて排出することで、臭気が保持している熱量を汚泥の加温に利用する。

図８は、第６の実施の形態の脱水機８０の平面図であり、図９は第６の実施の形態の脱水機８０の正面図であり、図１０は、第６の実施の形態の脱水機８０のＡ−Ａ断面図である。図８〜１０において第１の実施の形態の脱水機４に対応する部材には、第１の実施の形態の脱水機４と同一の符号を付して適宜説明を省略する。

脱水機８０では、ケーシング８１の内部に円筒状のスクリーン筒１２が設けられている。図８及び図９において、汚泥は右側から投入されて左側に搬送される。汚泥の移動方向の上流側には、汚泥を脱水機８０に投入するためのホッパー８３が設けられており、ホッパー８３の上端が汚泥の投入口２２とされている。ホッパー８３は、ケーシング８１の上面からスクリーン筒１２まで下方向に延びている。ホッパー８３の内部とスクリーン筒１２の内部とは連通しており、ホッパー８３から脱水機８０に投入された汚泥はスクリーン筒１２の内部に導入される。

ホッパー８３の下流側には、仕切り板８４が設けられている。仕切り板８４は、スクリーン筒１２の略中央の高さより高い部分で、ケーシング８１の内部空間を上流側と下流側に仕切っている。したがって、仕切り板８４は、スクリーン筒１２の上半分を避けるべく、下部中央でスクリーン筒１２の上半分に対応するように半円形に切り込まれている。

汚泥の移動方向から見て汚泥のホッパー８３の左右両側には、ケーシング８１の上面にそれぞれ排気口８２が設けられている。なお、従来の脱水機では、図８に破線で示すように、排気口８９は、汚泥の排出に近い下流側に排気口８５として設けられていたが、本実施の形態では、排気口８２を仕切り板８４より上流側に設けてある。

仕切り板８４を設けたことにより、仕切り板８４の上流側と下流側は、スクリーン筒１２の中央の高さより下の部分でのみ連通し、よって、図９に示すように、仕切り板８４の下流側で生じた臭気は、スクリーン筒１２の中央より下を通って、仕切り板８４の上流側に流通する。この臭気は、ケーシング８１の上面に設けた排気口８２から排出されるが、仕切り板８４が設けられているので、この臭気は排気口８２から排出されるまでに、ホッパー８３の側面を通過する。この過程で、臭気が保持する熱量がホッパー８３に伝達され、ホッパー８３内を流れる汚泥が加温される。

以上のように、本実施の形態の脱水機８０によれば、脱水機８０の上流側に排気口８２を設けて、脱水機８０内で発生して熱量を持った臭気を排気する際に、汚泥をスクリーン筒１２に導入するためのホッパーの周囲を通過するように臭気を流通させるので、この臭気の持つ熱量でもって、スクリーン筒１２に導入されようとしている汚泥を加温することができる。さらに、排気口８２より下流側に、下側を解放した仕切り板８４を設けているので、臭気はこの仕切り板８４の下をくぐって排気口８２まで流れることになり、その間にホッパー８３を十分に加温することができる。

（第７の実施の形態）
図１１は、第７の実施の形態の脱水システムの構成を示すブロック図である。なお、図１１では、気体の流れは破線で示し、流体ないし固体（脱水汚泥、スクラバ排水等）は実戦で示している。

脱水システム１０６は、脱水機９１、焼却炉９２、予熱器９３、白煙防止熱交換器９４、減温器９５、集塵機９６、スクラバ９７、及び煙突９８を備えている。脱水機９１は、第１の実施の形態の脱水機４と同様の構成を有しており、汚泥を１００℃未満の熱媒で間接加温しながら脱水する。脱水機９１で得られた脱水汚泥は、焼却炉９２に投入されて焼却され、焼却灰として焼却炉９２から排出される。

焼却炉９２で発生した排ガスは、予熱器９３に送られる。予熱器９３では、燃焼空気と排ガスとが熱交換を行い、燃焼空気は排ガスの熱量をもらって昇温する。昇温した燃焼空気は予熱器９３から焼却炉９２に供給される。

予熱器９３を経た排ガスは、白煙防止熱交換器９４に導入され、白煙防止空気と熱交換することによって冷却される。冷却された排ガスはさらに減温器９５で減温され、集塵機９６に送られる。集塵機９６では、排ガスに対して集塵処理を行う。排ガスはさらに、スクラバ９７に供給される。

スクラバ９７は、排ガスと水を気液接触させることで排ガスを洗浄する。洗浄に用いられた水はスクラバ排水として排出される。スクラバ９７によって洗浄された排ガスは、煙突９８から大気中に放出される。

脱水システム１０６では、脱水機９１とスクラバ９７との間にスクラバ排水循環ラインが設けられている。スクラバ排水循環ラインには、温水ポンプＰが設けられている。このスクラバ排水循環ライン及び温水ポンプＰによって、スクラバ９７からのスクラバ排水を汲み上げて、脱水機９１で汚泥を加温するための熱媒（温水）として脱水機９１に供給し、脱水機９１にて汚泥の加温に利用されて温度が低下したスクラバ排水を脱水機から再度スクラバ９７に返送する。

このように、本実施の形態の脱水システム１０６によれば、焼却炉９２の余剰排熱を有効に活用して、脱水機９１における汚泥の加温を行うことができるので、低コストを実現でき、かつ、用いる薬品も削減でき、よって、焼却炉９２での補助燃料を削減できる。なお、上記の実施の形態では、熱処理設備が焼却炉である例を説明したが、熱処理設備が炭化設備や乾燥設備である場合にもスクラバが用いられ得るので、これらの場合にも上記の実施の形態を適用可能である。

（第８の実施の形態）
図１２は、第８の実施の形態の脱水システムの構成を示すブロック図である。図１７においても、図１１と同様に、気体の流れは破線で示し、流体ないし固体の流れは実線で示している。また、図１２の脱水システム１０７において、図１１の脱水システム１０６と同じ構成については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。

第７の実施の形態では、スクラバ９７で生じたスクラバ排水を直接脱水機９１に戻すことで、スクラバ排水の熱量を脱水機９１における汚泥の加温に利用した。これに対して、本実施の形態の脱水システム１０７は、スクラバ排水と熱媒としての水との間で熱交換を行うための熱交換器９９をさらに備えている。

また、脱水システム１０７では、熱交換器９９と脱水機９１との間で熱媒を循環させるための熱媒循環ラインを備えている。熱媒循環ラインには、熱媒としての水が循環している。この水は、熱交換器９９でスクラバ排水との間で熱交換を行って昇温する。熱媒循環ラインには、熱交換器９９の下流にさらにヒートポンプＨＰを備えている。熱交換器９９で昇温された水は、さらにヒートポンプＨＰで昇温される。

熱交換器９９及びヒートポンプＨＰで昇温された熱媒（温水）は、脱水機９１に供給されて、脱水機９１にて汚泥の加温に利用される。脱水機９１で汚泥の加温に利用されて温度が下がった熱媒は、再び熱交換機９９に戻されて、再度熱交換器９９及びヒートポンプＨＰで昇温される。

本実施の形態の脱水システム１０７によれば、スクラバ排水をそのまま脱水機９１に供給することなく、スクラバ排水の保持する熱量で熱媒としての水に加温して、これを脱水機９１で汚泥の加温のために用いることができる。脱水システム１０７は、脱水機９１の前段にさらにヒートポンプＨＰを有しているので、熱媒としての水はこのヒートポンプＨＰでさらに昇温する。

よって、本実施の形態の脱水システム１０７においても、焼却炉９２の余剰排熱を有効に活用して、脱水機９１における汚泥の加温を行うことができるので、低コストを実現でき、かつ、用いる薬品も削減でき、よって、焼却炉９２での補助燃料を削減できる。さらに、ヒートポンプＨＰを利用して熱媒としての水を昇温させるので、より大きな熱量を脱水機９１に供給できる。

本発明は、濃縮汚泥に無機凝集剤を加えるので、脱水部内での汚泥凝集力を高めて、加熱による脱水対象汚泥の含水率の低下の効果を大きくできるとともに、１００℃未満の熱媒を使用するので、加熱面での水分蒸発が生じにくくなり、脱水中に発生する濾液中のスケール成分による加熱面へのスケール付着を抑えることができるという効果を有し、汚泥等の水分を含む対象物から水分を除去する脱水システム等として有用である。

１００〜１０７ 脱水システム
１ 消化槽
２ 凝集槽
３ 濃縮機
４ 脱水機
５ 焼却炉
５´ 乾燥機
６ 熱媒加熱機
７ 薬品添加部
９ 濃縮機
１２ スクリーン筒
１３ スクリュー軸
１４ 小孔
１５ スクリュー羽根
２１ 移送圧縮通路
２２ 投入口
２３ 圧縮室
２８ 落下路
３２ 固定スリットバー
３３ 回転楕円板
７１ 汚泥貯槽
７２１ 高速攪拌槽
７２２ 高速攪拌機
７３１ 通常攪拌槽
７３２ 通常攪拌機
７４ 第１の高分子凝集剤溶解槽
７５ 第１の高分子凝集剤ポンプ
７６ 第２の高分子凝集剤溶解槽
７７ 第２の高分子凝集剤ポンプ
７８ 脱水機
８０ 脱水機
８１ ケーシング
８２ 排気口
８３ ホッパー
８４ 仕切り板
９１ 脱水機
９２ 焼却炉
９３ 予熱器
９４ 白煙防止熱交換器
９５ 減温器
９６ 集塵機
９７ スクラバ
９８ 煙突
９９ 熱交換器

Claims (6)

1. 汚泥を濃縮して濃縮汚泥を生成する第１の濃縮部と、
   前記第１の濃縮部にて生成された前記濃縮汚泥を脱水対象汚泥として受けて、前記脱水対象汚泥を間接加熱方式で加熱しながら脱水する脱水部と、
   前記濃縮汚泥に対して無機凝集剤を添加する添加部と、
   を備え、
   前記脱水部にて前記脱水対象汚泥の加熱に使用する熱媒の温度は１００℃未満であることを特徴とする脱水システム。
2. 前記第１の濃縮部は、前記汚泥をその濃度が６％以上となるように濃縮することを特徴とする請求項１に記載の脱水システム。
3. 前記脱水部で脱水対象汚泥を脱水して得られる脱水汚泥を熱処理する熱処理設備をさらに備え、前記脱水対象汚泥を間接加熱方式で加熱するための熱媒は、前記熱処理設備から得られる廃熱で加熱されることを特徴とする請求項１又は２に記載の脱水システム。
4. 前記汚泥は、有機汚泥であり、
   前記脱水システムは、前記有機汚泥に対して嫌気性消化処理を行う消化槽をさらに備え、
   前記脱水対象汚泥を間接加熱方式で加熱するための熱媒は、前記嫌気性消化処理によって発生した消化ガスの燃焼によって発生する熱で加熱されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の脱水システム。
5. 前記消化槽に投入される前の汚泥を濃縮する第２の濃縮部をさらに備えたことを特徴とする請求項４に記載の脱水システム。
6. 汚泥を濃縮して濃縮汚泥を生成する濃縮工程と、
   前記濃縮工程にて生成された前記濃縮汚泥を脱水対象汚泥として、前記脱水対象汚泥を間接加熱方式で加熱しながらで脱水する脱水工程と、
   前記濃縮汚泥に対して無機凝集剤を添加する添加工程と、
   を含み、
   前記脱水工程にて前記脱水対象汚泥の加熱に使用する熱媒の温度は１００℃未満であることを特徴とする脱水方法。

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