JP2020099906A - 脱水装置、及び脱水方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 廃熱等の利用による低温加熱であっても十分に加熱脱水できる脱水装置、及び脱水方法を提供する。【解決手段】 脱水装置８は、外筒スクリーン１２の一部に取り付けられた、内部に熱媒を流通させる構成を有する加熱用ジャケット５１を備え、加熱用ジャケット５１が取り付けられた外筒スクリーン１２の部分が加熱面とされる。熱媒の温度は７０℃以上９０℃未満で、加熱用ジャケット５１は、スクリュー軸１３の軸心方向に間隔をあけて配置されており、加熱面と濾過面とがスクリュー軸１３の軸芯方向に交互に複数回繰り返して配置されており、脱水対象物に対して、搬送過程で加熱面で加熱して粘度を低下させかつ熱変性によって保水力が低下した状態で濾過面で濾過する加熱脱水を複数回繰り返す。【選択図】 図１

Description

本発明は、汚泥等の水分を含む脱水対象物から水分を除去する脱水装置、及び脱水方法に関するものである。

汚泥処理では、汚泥を脱水装置で脱水し、脱水汚泥（脱水ケーキともいう。）を乾燥機で乾燥し、さらに焼却炉で焼却するという処理が行われる。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に不利となる。

そこで、従来、スクリュープレス方式の脱水装置であって、スクリュー軸に熱媒を流通させて汚泥を加熱しながら脱水することで脱水汚泥の低含水率化を図った脱水装置が提案されている（例えば、特許第１２１１４１８号公報）。また、同様にスクリュープレス方式の脱水装置において、加熱のための伝熱面積を増大させるためにスクリュー羽根を中空にして、スクリュー羽根にも熱媒を供給することで伝熱面の増大を図った脱水装置も知られている（例えば、特許第１２１１４１８号公報）。

しかしながら、特許文献１の脱水装置では、加熱のために使用する熱媒が蒸気などの高温の熱媒でないと、十分に加熱効果を得られず、脱水汚泥を十分に低含水率化できないという問題があった。

本発明は、廃熱等の利用による低温加熱であっても十分に加熱脱水できる脱水装置、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装置は、周壁に小孔が形成された外筒スクリーンと、前記外筒スクリーンの内部に設けられたスクリュー軸と、前記スクリュー軸の周囲に螺旋状に設けられたスクリュー羽根とを備え、前記スクリュー羽根と共にスクリュー軸を回転させることで、前記外筒スクリーンに投入された脱水対象物を前記スクリュー軸の軸芯方向に搬送しながら圧縮し、前記脱水対象物から分離した水分を前記外筒スクリーンの前記小孔から排出する脱水装置であって、前記外筒スクリーンが、加熱される加熱面と、前記小孔が露出する濾過面とを有する構成を有している。この構成により、外筒スクリーンに加熱面と濾過面を設けて脱水対象物を外筒スクリーンで加熱しながら脱水するので、加熱面の加熱が低温であっても加熱脱水を行うことができる。

上記の脱水装置は、前記外筒スクリーンの一部に取り付けられた、内部に熱媒を流通させる構成を有する加熱用ジャケットをさらに備えて、前記加熱用ジャケットが取り付けられた前記外筒スクリーンの部分が前記加熱面とされてよい。この構成により、加熱用ジャケットを用いて外筒スクリーンの加熱面を構成できる。

上記の脱水装置において、前記加熱用ジャケットは、内部に熱媒を流通させる構成を有していてよい。この構成により、熱媒を用いて加熱用ジャケットを加熱できる。

上記の脱水装置において、前記熱媒の温度は１００℃未満であってよい。この構成により、熱媒として温水を用いることができ、熱処理設備から得られる廃熱等を利用して熱媒を生成できる。従って、利用先が限られていて捨てられてしまうこともある温水を利用することで、さらに省エネルギーや創エネルギーを促進できる。

上記の脱水装置において、前記濃縮汚泥に対して無機凝集剤を添加する添加部をさらに備えていてよい。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。

上記の脱水装置において、前記加熱面と前記濾過面とが前記スクリュー軸の軸芯方向に交互に繰り返して配置されていてよい。この構成により、脱水対象物は、搬送される過程で、加熱面で加熱されて粘度が低下し、かつ、熱変性によって保水力が低下して、脱水されやすい状態となり、その状態で濾過面で濾過されるという加熱脱水を繰り返すので、脱水効果を向上できる。

上記の脱水装置において、前記加熱面は、帯状に形成され、前記スクリュー軸の軸芯方向に平行に配置されていてよく、又は、前記外筒スクリーンを周方向に囲む環状に形成されていてもよい。また、前記加熱面が複数あって、各加熱面が、前記外筒スクリーンの周方向の一部のみに形成されていてもよい。また、前記加熱面は、前記外筒スクリーンの周方向の一部を覆う半円筒形状に形成されていてよい。

上記の脱水装置において、前記スクリュー軸及び／又は前記スクリュー羽根は、内部に熱媒を流通させる中空形状を有するものであってよい。この構成により、脱水対象物を十分に加熱することができ、脱水効果を向上できる。

上記の脱水装置は、前記外筒スクリーンに投入される前の前記脱水対象物を濃縮する濃縮機をさらに備えていてよい。この構成により、脱水対象物は濃縮機で濃縮されてから外筒スクリーンに投入されるので、脱水された脱水対象物の含水率を低くすることができる。

本発明の他の態様の脱水装置は、周壁に小孔が形成された外筒スクリーンと、前記外筒スクリーンの内部に設けられたスクリュー軸と、前記スクリュー軸の周囲に螺旋状に設けられたスクリュー羽根とを備え、前記スクリュー羽根と共にスクリュー軸を回転させることで、前記外筒スクリーンに投入された脱水対象物を前記スクリュー軸の軸芯方向に搬送しながら圧縮し、前記脱水対象物から分離した水分を前記外筒スクリーンの前記小孔から排出する脱水装置であって、前記スクリュー軸及び／又は前記スクリュー羽根は、内部に熱媒を流通させる中空形状を有する構成を有している。この構成により、スクリュー軸及び／又はスクリュー羽根の内部に熱媒を流通させることで、脱水対象物を十分に加熱することができ、脱水効果を向上できる。

本発明の一態様の脱水システムは、周壁に小孔が形成された外筒スクリーンと、前記外筒スクリーンの内部に設けられたスクリュー軸と、前記スクリュー軸の周囲に螺旋状に設けられたスクリュー羽根とを備え、前記スクリュー羽根と共にスクリュー軸を回転させることで、前記外筒スクリーンに投入された脱水対象物を前記スクリュー軸の軸芯方向に搬送しながら圧縮し、前記脱水対象物から分離した水分を前記外筒スクリーンの前記小孔から排出する脱水システムであって、さらに、内部に熱媒を流通させる構成を有し、前記外筒スクリーンの一部に取り付けられた加熱用ジャケットと、廃熱を利用して前記熱媒を加熱する熱媒加熱機とを備えた構成を有している。この構成により、外筒スクリーンに加熱用ジャケットを取り付けて脱水対象物を加熱しながら脱水するので、熱媒が低温であっても加熱脱水を行うことができる。

上記の脱水システムは、水分が離脱した前記脱水対象物を焼却し、乾燥し、又は炭化する熱処理設備をさらに備えていてよく、前記熱媒加熱機は、前記熱処理設備の廃熱を利用して前記熱媒を加熱してよい。この構成により、熱処理設備の廃熱を利用して脱水効果を向上させることができ、省エネルギーを実現できる。

上記の脱水システムは、前記外筒スクリーンに投入される前の前記脱水対象物に対して消化処理を行う消化槽をさらに備えていてよく、前記熱媒加熱機は、前記消化槽で発生する消化ガスを利用して前記熱媒を加熱してよい。この構成により、脱水対象物の消化処理をした際に発生した消化ガスを利用して熱媒を加熱するので、省エネルギーを実現できる。

本発明の一態様の脱水方法は、周壁に小孔が形成された外筒スクリーンと、前記外筒スクリーンの内部に設けられたスクリュー軸と、前記スクリュー軸の周囲に螺旋状に設けられたスクリュー羽根とを備えた脱水装置における脱水方法であって、前記スクリュー羽根と共にスクリュー軸を回転させることで、前記外筒スクリーンに投入された脱水対象物を前記スクリュー軸の軸芯方向に搬送しながら圧縮し、前記外筒スクリーンの加熱面で前記外筒スクリーン内を搬送される前記脱水対象物を加熱し、前記脱水対象物から分離した水分を前記外筒スクリーンの前記小孔が露出した濾過面から排出する構成を有している。この構成により、外筒スクリーンに加熱面と濾過面を設けて脱水対象物を外筒スクリーンで加熱しながら脱水するので、熱媒が低温であっても加熱脱水を行うことができる。

本発明によれば、外筒スクリーンに加熱面と濾過面を設けて脱水対象物を外筒スクリーンで加熱しながら脱水するので、低温加熱であっても加熱脱水を行うことができる。

図１は、本発明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２は、本発明の実施の形態に係る脱水装置の断面図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る濃縮機の構造を示す図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る脱水装置の熱媒の流路を示す図である。 図５は、本発明の実施の形態に係る脱水装置の熱媒の流路を示す図である。 図６は、本発明の実施の形態に係る加熱用ジャケットの変形例を示す図である。 図７は、本発明の実施の形態に係る加熱用ジャケットの変形例を示す図である。 図８は、本発明の実施の形態に係る加熱用ジャケットの変形例を示す図である。 図９は、本発明の実施の形態に係る加熱用ジャケットの変形例を示す図である。 図１０は、本発明の実施の形態に係る加熱用ジャケットの変形例を示す図である。 図１１は、本発明の実施の形態に係る加熱用ジャケットの変形例を示す図である。 図１２は、本発明の実施の形態に係る脱水システムの変形例の構成を示すブロック図である。

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。

図１は、本発明の実施の形態に係る脱水装置を含む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、気体、液体、電気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、有機性廃棄物としての汚泥（有機汚泥）に脱水システム１００が用いられる。

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、濃縮処理及び脱水処理を行う脱水装置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、焼却炉５の廃熱を利用して発電を行う発電機７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９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を２段とし、無機凝集剤とポリマを添加できるようしているが、凝集槽２は、１段としても、３段以上の複数段としてもよく、また、凝集剤としてポリマだけを添加してもよい。

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。焼却炉５の焼却によって発生した廃熱は熱媒加熱機６及び発電機７に供給される
。発電機７における廃熱は、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温水にして脱水機４に供給する。熱媒加熱機６は、例えば、消化ガスを燃焼して温水を発生させる温水ボイラや、焼却炉排ガスと水の熱交換器であってよい。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汚泥を焼却してもよい。

図２は、濃縮機３と脱水機４と薬品添加部９とが一体になって構成された脱水装置８の断面図である。なお、濃縮機３と脱水機４薬品添加部９とは、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と薬品添加部９を脱水機４とは独立させて脱水機４の上部や横などに設けてもよい。

本実施の形態の脱水機４は、いわゆるスクリュープレス方式の脱水機である。脱水機４では、機台１１の上に円筒形状の外筒スクリーン１２が水平に設置されている。外筒スクリーン１２は、サポート部材に支持されている。外筒スクリーン１２の内部には、スクリュー軸１３が外筒スクリーン１２と同芯状に設けられている。スクリュー軸１３は、汚泥の搬送方向（図２の左方向）に向かって径が次第に大きくなるテーパ形状を有しており、汚泥の排出側に大径端部を有し、汚泥の供給側に小径端部を有する。スクリュー軸１３は、外筒スクリーン１２に対して、回転可能かつ軸芯方向に移動可能である。

外筒スクリーン１２には、周壁に多数の小孔１４が設けられている。小孔１４は、外筒スクリーン１２の内部と外部とを連通する。スクリュー軸１３の周囲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とが設けられている。前側軸受１７と後側軸受１８は、外筒スクリーン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している。

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ている。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、外筒スクリーン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。

スクリュー軸１３のスクリュー羽根１５の間には螺旋状の搬送圧縮通路２１が形成されている。搬送圧縮通路２１は外筒スクリーン１２で覆われている。移送圧縮通路２１の断面積は、汚泥の供給側（入口側）より排出側（出口側）のほうが小さくなっており、搬送圧縮通路２１では、汚泥は、外筒スクリーン１２の内周面とスクリュー羽根１５とで圧縮されつつ搬送される。

外筒スクリーン１２の上部には、濃縮機３から排出される汚泥（濃縮汚泥）を外筒スクリーン１２内に取り込むための投入口２２が設けられている。外筒スクリーン１２とスクリュー軸１３のスクリュー羽根１５及び大径部分の間には、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を形成している。圧縮室２３は、移送圧縮通路２１の出口を入口としている。

外筒スクリーン１２の下には、外筒スクリーン１２内の圧搾によって汚泥から分離して小孔１４から流出する液体を集める受皿２４が設けてられている。基台１１の上には、軸受板２５が立設されている。この軸受板２５は、外筒スクリーン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けしている。

軸受板２５には、複数の油圧シリンダ２６を固定し、油圧シリンダ２６のピストンロッド２７を軸受板２５に貫通し、ピストンロッド２７の先端を排出テーパーコーン２９に連結して、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を設けて、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。

上記のように構成された脱水機４において、可変速電動機１９によって一体となったスクリュー軸１３とスクリュー羽根１５を回転させ、投入口２２から外筒スクリーン１２に汚泥を投入すると、汚泥は、スクリュー軸１３の軸芯方向に搬送されつつ圧縮されて、汚泥から水分が離脱する。汚泥から分離した水分は外筒スクリーン１２の小孔１４から外筒スクリーンの外に排出されて、受皿２４に受け入れられる。この脱水処理にて生成された脱水汚泥は、落下路２８から脱水機４の外に排出される。

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外筒スクリーン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１１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、外筒スクリーン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１１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。

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、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、凝集汚泥にか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から板状の濃縮汚泥として送り出される。脱水された水は、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、平板で汚泥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。

このように、濃縮機３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、濃縮機３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、この状態で脱水機４に投入して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。

そこで、本実施の形態では、薬品添加部９が濃縮機３と脱水機４との間に配置される。薬品添加部９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９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から外筒スクリーン１２内に投入される。

薬品添加部９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９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。

外筒スクリーン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外筒スクリーン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４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及びスクリュー羽根１５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（温水）が導入される。スクリュー軸１３の内部空間とスクリュー羽根１５の内部空間とは、スクリュー羽根１５の汚泥供給側端部で互いに連通している（スクリュー軸１３の内部空間とスクリュー羽根１５の内部空間とがシリーズになっている）。

図４は、熱媒の流路の例を示す図である。図４に示すように、熱媒入口からスクリュー軸１３の内部に流入された熱媒は、スクリュー軸１３内部を汚泥の排出側（図４の左側）から汚泥の供給側（図４の右側）に向かって、汚泥の搬送方向と逆方向に流れる。スクリュー軸１３の右端（汚泥の供給側端）に到達した熱媒は、そこからスクリュー羽根１５の内部に流入する。

スクリュー軸１３からスクリュー羽根１５に流入した熱媒は、スクリュー羽根１５の内部空間を、汚泥の搬送方向に向かって螺旋状に流れる。スクリュー軸１３の汚泥排出側（図４の左側）端部は、二重管構造となっており、熱媒入口から導入された熱媒が内管を通ってスクリュー軸１３の内部空間に流入し、スクリュー羽根１５の内部空間を流れて汚泥供給側から汚泥排出側に戻ってきた熱媒は、外管を通って排出される。

スクリュー軸１３とスクリュー羽根１５は回転しているため、熱媒をスクリュー羽根１５に流入させるには、熱媒を回転継手（ロータリージョイント）を介して回転の中心にあるスクリュー軸１３に注入し、スクリュー軸１３を経由してスクリュー羽根１５に流す必要がある。本実施の形態のように、スクリュー軸１３の内部空間とスクリュー羽根１５の内部空間とをシリーズにすることで、スクリュー軸１３内で、熱媒を、スクリュー軸１３内部に流す熱媒とスクリュー羽根１５に流す熱媒とに定量に分配する必要がなく、複雑な構造を必要としない。

上記のように、本実施の形態では、脱水機４で加熱しながら脱水する前に、濃縮機３において汚泥を濃縮する。このように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、また、薬品添加部９において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。

そこで、本実施の形態では、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。

また、スクリュー軸１３及びスクリュー羽根１５の内部に熱媒を導入することにより、スクリュー軸１３及びスクリュー羽根１５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。このように伝熱面を広く確保することで、上記のように低温の熱媒（例えば温水、すなわち１００℃未満の水）であっても十分に汚泥を加熱させて、脱水汚泥の低含水率化を達成できる。

図５は、熱媒の流路の他の例を説明する図である。この例では、スクリュー軸１３の外管１３１の内部には、投入口２２に対応する位置に、軸心方向に内部空間を仕切る仕切板１３２が設けられており、スクリュー軸１３の外管１３１の内部の空間は、この仕切板１３２によって軸芯方向に二分されている。

仕切板１３２の一方側（図５の左側）には、端部から仕切板１３２の手前まで、軸芯方向に平行な内管１３３が設けられている。また、仕切り板１３２の他方側（図５の右側）にも、端部から仕切板１３２の手前まで、軸芯方向に平行な内管１３４が設けられている。即ち、スクリュー軸１３の外管１３１の内部は、仕切板１３２の両側で、内管１３３、１３４と外管１３１とからなる二重管構造になっている。外管１３１と内管１３３との間の外側流路１３５は、仕切板１３２の手前で、内管１３３内の内側流路１３７と連通している。

スクリュー羽根１５は中空構造を有する。スクリュー羽根１５の内部空間は、往路（外側）と復路（内側）に分かれている。往路と復路は、スクリュー羽根１５の螺旋形状に沿って螺旋状に形成されており、スクリュー羽根１５の左端が折り返し箇所となって往路から復路につながっている。スクリュー羽根１５の往路は、仕切板１３２の右側で、外管１３１と内管１３４との間の外側流路１３６と連通しており、復路は仕切板１３２の右側で内管１３４内の内側流路１３８と連通している。

熱媒は、スクリュー軸１３の両側からそれぞれスクリュー軸１３の内部に供給される。仕切板１３２の左側では、熱媒は、外側流路１３５に供給されて、外側流路１３５を汚泥の搬送方向と逆方向に流れ、仕切板１３２で止められて、内側流路１３７を通って汚泥の搬送方向と同方向に流れ、排出される。

仕切板１３２の右側では、熱媒は、外側流路１３６に供給されて、スクリュー羽根１５の往路を通ってスクリュー羽根１５の内部を汚泥の搬送方向に向かって流れ、端部で折り返して復路を通って戻ってきて、内側流路１３８を通って排出される。即ち、スクリュー軸１３の一方側から供給された熱媒は一方側から排出され、スクリュー軸１３の他方側から供給された熱媒は他方側から排出される。

熱媒加熱機６とスクリュー軸１３との間は、回転継手（ロータリージョイント）を介して接続されている。熱媒加熱機６から移送された熱媒は、回転継手を介してスクリュー軸１３の内部に注入される。

この例においても、仕切板１３２の左側でスクリュー軸１３に供給する熱媒と、仕切り板１３２の右側からスクリュー羽根１５に供給する熱媒とを、スクリュー軸１３の内部で所定の量に分配する必要がなく、複雑な構造を必要としない。

本実施の形態の脱水機４では、さらに、外筒スクリーン１２にも、加熱用ジャケット５１が設置されて、その内部に熱媒が供給される。図２の例の加熱用ジャケット５１は、外筒スクリーン１２の外周を囲む環状の中空部材である。熱媒を内部に流通させて加熱用ジャケット５１を加熱することで、外筒スクリーン１２内の汚泥を加熱する。加熱用ジャケット５１は、外筒スクリーン１２の外周面の一部に沿って、外筒スクリーン１２に接触するように設けることができる。

上述のように、外筒スクリーン１２には、圧搾された汚泥から分離した水分を外筒スクリーン１２の外部に排出するための小孔１４が複数設けられている。加熱用ジャケット５１が被せられた外筒スクリーン１２の外周面では、この小孔１４が塞がれて汚泥から分離した水分を排出することができず、濾過面積が減少することになるが、脱水処理に影響はない。その理由は以下のとおりである。

脱水処理には、汚泥から水分を分離する（汚泥から濾液を絞り出す）分離工程と、濾液を外筒スクリーン１２外に排出する排出工程とがあり、それぞれの工程における濾液の量は同じである。しかしながら、濾液が処理する（絞り出す／排出する）時間はそれぞれの工程で異なり、分離工程の方が長くなる。よって、排出工程では時間に余裕ができるため、外筒スクリーン１２に形成されている小孔１４による濾過面積を減少しても、脱水工程には影響しない。換言すれば、排出工程では、その濾過面積が小さくても、分離工程で汚泥から分離された水分を十分に排出できる。

一方、スクリュー軸１３及びスクリュー羽根１５の内部に熱媒を供給してスクリュー軸１３及びスクリュー羽根１５から汚泥を加熱するのだけでなく、加熱用ジャケット５１内にも熱媒を供給して加熱用ジャケット５１から外筒スクリーン１２を介して汚泥を加熱することで、従来の脱水機に比べて伝熱面が広くなり、より低温の熱媒であっても十分に汚泥を加熱することが可能となる。

図２に示すように、本実施の形態の脱水機４では、汚泥の搬送方向（スクリュー軸１３の軸芯方向）に間隔をあけて３つの加熱用ジャケット５１が設けられている。このように、複数の加熱用ジャケット５１が汚泥の搬送方向に間隔をあけて設置されるので、外筒スクリーン１２の外周面は、搬送方向に濾過面（小孔１４が露出している面）と加熱面（加熱用ジャケット５１が取り付けられた面）とが交互に繰り返し配置され、汚泥は加熱と濾過を繰り返しながら搬送される。

このような加熱と濾過の繰り返すことで脱水効果が向上することが、実験で確認されている。すなわち、搬送方向の長さＬの加熱用ジャケット５１を１つだけ設置するよりも、搬送方向の長さＬ／ｎのｎ枚の加熱用ジャケット５１を搬送方向に離間して設置したほうが脱水効果が高いことが分かっている。これは、汚泥は、加熱面で加熱されることで粘度が低下し、また、熱変性によって保水力が低下するので、脱水されやすい状態となり、汚泥がそのような状態で濾過面に達すると十分に濾過されるとともに、水分が離脱したことで汚泥量が減少し、加熱に必要な熱量が減少するため次の加熱用ジャケット面で加熱されやすくなり、さらに脱水されやすい状態となるからである。

複数の加熱用ジャケット５１には、いずれも同一の熱媒加熱機６から熱媒が供給される。複数の加熱用ジャケット５１は、それぞれ配管で熱媒加熱機６に接続されており、熱媒加熱機６から複数の加熱用ジャケット５１に並列に熱媒が供給されてもよいし、熱媒加熱機６と複数の加熱用ジャケット５１とが配管で一連に（直列に）接続されて、熱媒が複数の加熱用ジャケット５１に順に供給されるようにしてもよい。

複数の加熱用ジャケット５１を直列に熱媒加熱機６に接続する場合には、複数の加熱用ジャケット５１を並列に熱媒加熱機６に接続する場合と比較して、配管を少なくすることができる。複数の加熱用ジャケット５１を直列に接続する場合には、加熱用ジャケット５１には、脱水汚泥の排出側から供給側に向けて、熱媒加熱機６からの熱媒を流通させることが望ましい。この場合には、排出側で熱媒と汚泥の温度差をより大きくとることができるため、汚泥の温度をより高くすることができ、より低含水率化を達成できる。

加熱用ジャケット５１内には、図示しない迂流板を設けて、加熱用ジャケット５１の内部に熱媒の流路を形成してもよい。このようにすることで、熱媒の短絡流や滞留を防止して、均一な熱伝導を達成でき、さらに、加熱用ジャケット５１の内部の熱媒を乱流状態にして熱伝達効率を向上できる。

このように、スクリュー軸１３及びスクリュー羽根１５の内部に熱媒を供給するとともに加熱用ジャケット５１内にも熱媒を供給することで、汚泥を加熱するための伝熱面を十分に確保できるので、廃熱を利用して得られる温水のような低温熱媒を用いた場合にも、十分に汚泥を加熱して加熱脱水を行うことができる。

また、スクリュー軸１３、スクリュー羽根１５、及び加熱用ジャケット１５によって汚泥を加熱しながら脱水すると、上述のように、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余計なエネルギーを使用することを防ぐことができる。

さらに、本実施の形態の脱水装置８では、濃縮機３で汚泥の濃度を十分に高くし、加熱する汚泥量を減少させてから脱水機４で加熱をするので、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るとともに、脱水機４では濾過面積を小さくすることができ、その分、加熱用ジャケット５１の面積を広くすることができる。

また、加熱用ジャケット５１の面積を広くとることで、熱媒の温度が低くても（低温熱媒であっても）十分な加熱ができる。低温熱媒としては、温水を用いることができ、温水は、図１に示したように、焼却炉５や発電機７の廃熱を用いて生成できる。脱水機４では、汚泥の温度は、平均で４５℃以上１００℃未満とし、好ましくは５５℃以上１００℃未満とし、汚泥に含まれる水分が沸騰しない温度に抑える。

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。

以下、加熱用ジャケット５１の変形例を説明する。図６〜１１は、加熱用ジャケット５１の変形例を示す図である。図６〜１１では、外筒スクリーン１２と加熱用ジャケット５１との関係を模式的に示している。図６の例は、加熱用ジャケット５１が格子状に外筒スクリーン１２の外周に設けられる例を示している。この例によれば、外筒スクリーン１２では、濾過部を確保できるとともに加熱用ジャケット５１によって万遍なく加熱することができる。外筒スクリーン１２のサポートを加熱用ジャケット５１としてもよい。

図７の例では、加熱用ジャケット５１は、外筒スクリーン１２の搬送方向の中段に設けられる。加熱用ジャケット５１は、外筒スクリーン１２の外周を囲む円筒形状を有している。汚泥は、加熱ジャケット５１が設けられた加熱部に到達する前にある程度水分が除去され、加熱部で十分に加熱され、その後の水分が離脱しやすくなった汚泥に対して再度濾過が行われる。

図８の例では、加熱用ジャケット５１は、上下で分割されている。外筒スクリーン１２の上側には、円弧形状の複数の加熱用ジャケット５１が互いに離間して配置され、外筒スクリーン１２の下側にも、円弧形状の複数の加熱用ジャケット５１が互いに離間して配置されている。各加熱用ジャケット５１は、外筒スクリーン１２の周方向の一部のみを覆う半円形状を有している。

また、上側の複数の加熱用ジャケット５１と下側の複数の加熱用ジャケット５１とは互いに搬送方向にずれており、搬送方向に上側の加熱用ジャケット５１と下側の加熱用ジャケット５１とが交互に配置される。なお、上下に分割する位置は、外筒スクリーン１２の高さの中央でなくてもよい。

図９の例では、図２の例と同様に、複数の環状の加熱用ジャケット５１が搬送方向に互いに離間して配置される。図９の例では、図２の例と比較して、各加熱用ジャケット５１の搬送方向の幅が狭く、互いの間隔も狭く、より多くの加熱用ジャケット５１が配置されている。

図１０の例では、加熱用ジャケット５１は、外筒スクリーン１２の搬送方向に亘って、外筒スクリーン１２の外周の高さ方向の中段の一部のみを覆うように設けられる。加熱用ジャケット５１は帯状であり、搬送方向に平行に、外筒スクリーン１２に取り付けられる。図１０に示す加熱用ジャケット５１は、外筒スクリーン１２の反対側の面にも設けられる。

図１１の例では、加熱用ジャケット５１は、外筒スクリーン１２の搬送方向に亘って、外筒スクリーン１２の上側の部分を覆うように設けられる。加熱用ジャケット５１は、半円筒形状を有している。この例では、外筒スクリーン１２の上側に加熱面が形成され、下側に濾過面が形成される。

図１０、図１１の例では、ジャケットの分割数を少なくできるとともに、熱媒の制御も容易であり、製造コストを低減できる。スクリュープレス方式では、汚泥は外筒スクリーン１２内を回転しながら排出方向に向けて搬送されるので、搬送方向に平行な加熱用ジャケットであっても、汚泥に均一に熱を与えることができる。

また、図示はしないが、外筒スクリーン１２の搬送方向の後方にのみ、図２及び図６〜１１のいずれかの例に示すような加熱用ジャケット５１を設けてもよい。加熱の効果はある程度脱水が進んだスクリュープレスの後段で顕著となるため、搬送方向の後方に加熱用ジャケット５１を集中させることで、効果的な加熱脱水効果を得ることができる。また、前段で水分を出した後、後段で加熱するので、必要な熱量を低減でき、省エネルギーを実現できる。

（実施例）
下水処理場で発生する消化汚泥を使用して、本実施の形態の脱水システム１００を用いて脱水試験を実施した。汚泥処理量は、固形物換算で１０ｋｇ−ＤＳ／ｈとし、脱水方式はスクリュープレス方式を採用し、スクリュー軸１３の内部と加熱用ジャケット５１の内部に熱媒として温水を注入して脱水しながら汚泥を加熱した。脱水機４に投入する汚泥の温度は２０℃とし、その量は１００ｋｇ／ｈとし、熱媒としての温水の流量は１．５ｍ^３／ｈとした。

脱水機４に汚泥を投入する前に、凝集槽２でポリ硫酸第二鉄とポリマを添加し、凝集させた後、濃縮機３で１０％程度まで濃縮した。濃縮汚泥にはポリマを再度添加した。ポリマ添加率は１．２〜１．５％とし、ポリ硫酸第二鉄の添加率は１０〜１５％とした。

外筒スクリーン１２加熱面の配置方法は、以下の条件（１）及び（２）とした。条件（１）では、図７に示すように、外筒スクリーン１２に対して、汚泥の搬送方向に、加熱面（加熱用ジャケット５１）を１つ配置した。条件（２）では、図２に示すように、外筒スクリーン１２における汚泥の搬送方向に、濾過面と加熱面（加熱用ジャケット５１）を交互に複数回配置した。なお、条件（１）と条件（２）とで加熱面の総面積は同じになるようにした。

脱水汚泥の到達温度及び含水率を測定し、脱水機４にて必要な熱量は、それらの測定結果から計算して求めた。具体的には、必要熱量Ｅは、熱媒としての温水の流量Ｑと、その温水を脱水機４に注入する際の温度Ｔ１と、温水が脱水機４から出てくる際の温度Ｔ２を測定して、Ｅ＝α×Ｑ×（Ｔ１−Ｔ２）として求めた（αは単位換算のための係数である）。

実験結果を表１に示す。

条件（１）では、汚泥は十分に加熱され、脱水汚泥の含水率も７２％となった。その時に必要な熱量は６．３ＭＪ／ｈであった。条件（２）では、汚泥をさらに十分に加熱でき、脱水汚泥の含水率も７０％まで下げることができた。その時に必要な熱量は５．０ＭＪ／ｈであり、小さく抑えることができた。このように、条件（２）では、加熱面と濾過面を複数回配置することで、加熱しながら脱水する効果を高くすることができ、必要熱量は条件（１）より小さくできた。

以上のように、上記の脱水システム１００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するシステムであるが、この加熱のための熱源として消化ガス、焼却廃熱（炭化・乾燥を含む）、発電廃熱を利用しているので、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、焼却処理のための補助燃料（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、上記の脱水システム１００では、消化ガス、焼却廃熱、発電廃熱を利用して加熱された温水を熱媒として用いている。一般的に、温水は、温度が低いために熱交換速度が低く、利用先が限られるが、本実施の形態の脱水システム１００では、脱水機４にてスクリュー軸１３内だけでなく、スクリュー羽根１５の内部、外筒スクリーン１２に取り付けた加熱用ジャケット５１の内部にも熱媒を供給するので、熱媒の温度は比較的低くてよく（４５℃以上１００℃未満）、温水を用いることができる。従って、利用先が限られていて捨てられてしまうこともある温水を利用することで、さらに省エネルギーや創エネルギーを促進できる。

また、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。

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。

（実施例）
以下、本実施の形態の脱水システム１００の実施例を説明する。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９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）、および熱媒不使用の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。

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、焼却廃熱、発電廃熱をいずれも利用したが、それらの一部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において脱水助剤を添加してもよい。

上記の脱水システム１００の脱水機４は、１つのスクリュー軸１３を備えたスクリュープレス方式の脱水機であったが、脱水システム１００に用いられる脱水機は、２つのスクリュー軸を備えたスクリュープレス方式の脱水機であってもよい。

スクリュー軸を２軸とすることで、軸と汚泥とが接触する面積が増大するので、低温熱媒であっても十分に汚泥を加熱することが可能となる。また、２軸の羽根同士が重なり合う部分で汚泥の攪拌及び混合が進み、汚泥をむらなく加熱することができ、脱水汚泥の含水率を安定して低減できる。なお、２つのスクリュー軸は、上下に並べられても横に並べられてもよい。また、脱水機が３つ以上のスクリュー軸を備えていてもよい。

なお、上記の実施の形態では、外筒スクリーン１２に対して加熱用ジャケット５１を取り付けて、外筒スクリーン１２を介して汚泥を加熱したが、加熱用ジャケット５１は、外筒スクリーン１２の内周面に設けられてもよい。この場合には、外筒スクリーン１２の内部での汚泥の流通を妨げることがないように加熱用ジャケット５１を設定することが望ましい。加熱用ジャケット５１によって汚泥が外筒スクリーン１２内で滞留すると、滞留した汚泥が伝熱を妨げて、加熱効率が低下してしまうからである。なお、上記の実施の形態のように加熱用ジャケット５１を外筒スクリーン１２の外周面に設置すれば、このような懸念は不要である。

また、外筒スクリーン１２自体を中空としてそこに熱媒を流通させてもよく、この場合には外筒スクリーン１２に取り付けられる加熱用ジャケット５１は不要であり、外筒スクリーン１２において加熱される部分は加熱面にも濾過面にもなる。この場合において、外筒スクリーン１２は、その一部が加熱面とされてもよいし、全面が加熱面とされてもよい。

また、上記の実施の形態では、加熱用ジャケット５１を中空としてその内部に熱媒を流通させたが、これに加えて、又はこれに代えて、加熱用ジャケット５１を電熱ヒータとして、加熱用ジャケット５１自体が発熱するようにしてもよい。

さらに、加熱用ジャケット５１には、その外側、即ち外筒スクリーンに接する面と反対側の面に、断熱材又は断熱板を設置してもよい。これにより、加熱用ジャケット５１から外側に放出される熱の量を低減でき、省エネルギーを実現できる。

上記の脱水システム１００の消化ガス利用方法や焼却廃熱利用方法が異なる脱水システム１０１を図１２に示す。図１２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７１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７１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、熱媒加熱機６にて白煙防止用空気との熱交換により温水を昇温するのに利用される。また、熱媒加熱機６で生成された温水は脱水機４だけでなく消化槽１にも供給され、消化槽１の加温に用いられる。

本発明は、外筒スクリーンに加熱面と濾過面を設けて脱水対象物を外筒スクリーンで加熱しながら脱水するので、熱媒が低温であっても加熱脱水を行うことができるという効果を有し、汚泥等の水分を含む脱水対象物から水分を除去する脱水装置等として有用である。

１：消化槽、２：凝集槽、３：濃縮機、４：脱水機、５：焼却炉、６：熱媒加熱機、
７：発電機、８：脱水装置、９：薬品添加部、１１：機台、１２：外筒スクリーン、
１３：スクリュー軸、１４：小孔、１５：スクリュー羽根、１６：可動台、
１７：前側軸受、１８：後側軸受、１９：可変速電動機、２０：連結ベルト、
２１：移送圧縮通路、２２：投入口、２３：圧縮室、２４：受皿、２５：軸受板、
２６：油圧シリンダ、２７：ピストンロッド、２８：落下路、２９：テーパーコーン、
３１：汚泥投入用ホッパー、３２：汚泥移動手段、３３：加圧手段、３３Ａ：加圧板、
３４：水捕集手段、３６：ベルト、３７：汚泥排出口、３８：ベルト駆動装置、
５１：加熱用ジャケット、７１：消化ガス発電機、１００、１０１：脱水システム、
１３１：外管、１３２：仕切板、１３３、１３４：内管、１３５、１３６：外側流路、
１３７、１３８：内側流路

Claims (6)

1. 周壁に小孔が形成された外筒スクリーンと、
   前記外筒スクリーンの内部に設けられたスクリュー軸と、
   前記スクリュー軸の周囲に螺旋状に設けられたスクリュー羽根と、
   を備え、
   前記スクリュー羽根と共に前記スクリュー軸を回転させることで、前記外筒スクリーンに投入された脱水対象物を前記スクリュー軸の軸芯方向に搬送しながら圧縮し、前記脱水対象物から分離した水分を前記外筒スクリーンの前記小孔から排出する脱水装置であって、
   前記外筒スクリーンは、加熱される加熱面と、前記小孔が露出する濾過面と、を有し、
   前記外筒スクリーンの一部に取り付けられた、内部に熱媒を流通させる構成を有する加熱用ジャケットをさらに備え、
   前記加熱用ジャケットが取り付けられた前記外筒スクリーンの部分が前記加熱面とされ、
   前記熱媒の温度は７０℃以上９０℃未満で、
   前記加熱用ジャケットが、前記スクリュー軸の軸心方向に間隔をあけて配置されており、前記加熱面と前記濾過面とが前記スクリュー軸の軸芯方向に交互に複数回繰り返して配置されており、
   前記脱水対象物に対して、搬送過程で前記加熱面で加熱して粘度を低下させかつ熱変性によって保水力が低下した状態で前記濾過面で濾過する加熱脱水を複数回繰り返すこと
   を特徴とする脱水装置。
2. 前記外筒スクリーン内の前記脱水対象物の温度を４５℃以上９０℃未満とすることを特徴とする請求項１に記載の脱水装置。
3. 前記外筒スクリーンに投入される前の前記脱水対象物に対して、酸性になるまで無機凝集剤として金属硫酸塩を添加する添加部を備える請求項１又は請求項２記載の脱水装置。
4. 周壁に小孔が形成された外筒スクリーンと、前記外筒スクリーンの内部に設けられたスクリュー軸と、前記スクリュー軸の周囲に螺旋状に設けられたスクリュー羽根と、を備えた脱水装置における脱水方法であって、
   前記スクリュー羽根と共に前記スクリュー軸を回転させることで、前記外筒スクリーンに投入された脱水対象物を前記スクリュー軸の軸芯方向に搬送しながら圧縮し、
   前記外筒スクリーンに間隔あけて取り付けられた加熱用ジャケットの内部に７０℃以上９０℃未満の温度の熱媒を流通させて前記外筒スクリーンの一部を加熱面とし、
   前記脱水対象物に対して、搬送過程で前記加熱面で加熱して粘度を低下させかつ熱変性によって保水力が低下した状態で前記小孔が露出する濾過面で濾過する加熱脱水を複数回繰り返すことを特徴とする脱水方法。
5. 前記外筒スクリーン内の前記脱水対象物の温度を４５℃以上９０℃未満とすることを特徴とする請求項３に記載の脱水方法。
6. 前記外筒スクリーンに投入される前の前記脱水対象物に対して、酸性になるまで無機凝集剤として金属硫酸塩を添加する請求項４又は請求項５記載の脱水装置。
   

Images