JP3659473B2

JP3659473B2 - 汚泥の乾燥方法

Info

Publication number: JP3659473B2
Application number: JP25305999A
Authority: JP
Inventors: 清宇山
Original assignee: Ｊｆｅプラント＆サービス株式会社
Priority date: 1999-09-07
Filing date: 1999-09-07
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2019-09-07
Also published as: JP2001070995A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚泥を乾燥処理する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市下水または産業排水処理場での残査物として生じる汚泥の処理は、関係当事者にとっては重要な問題となっており、また、生活水準の向上と工業生産の増加とにより汚泥量はさらに著しく増加するという傾向にある。
【０００３】
従来は、汚泥を単に堆積させ、埋め立てて、あるいは汚泥を農作上有効に利用して土壌の肥沃化、改良化などに役立てることにより、処理・処分の方法としてきた。小規模の下水処理場や廃水処理場等では、これらの自然的な処理方法は現在でも有効であるが、大規模な処理場、または人口の密集する地帯では問題を生じており、その“臭い”については特に問題となっている。
【０００４】
近年、臭いの問題を解決する方法として汚泥を嫌気性、または好気性消化する方法が用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、嫌気性、または好気性消化しただけでは、その臭いを十分に消すことは不可能であり、また非衛生的な汚泥を衛生的な最終物とするには、嫌気性、または好気性消化した後の汚泥を乾燥する必要がある。
【０００６】
ここで、汚泥を乾燥する場合、汚泥に熱を加えて乾燥する方法は、最も単純であり、よく用いられる方法の１つである。
【０００７】
しかし、汚泥を直接加熱した場合、汚泥の温度が約７０℃を超えると、アンモニアガス等が発生することがあり、汚泥自体の臭い以上の悪臭を放つことがある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、アンモニアガス等の悪臭を放つガスを発生させることなく汚泥を乾燥し、衛生的な最終物とすることができる汚泥の乾燥方法を提供することを主目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために請求項１において、ヒートポンプを用いて、汚泥の乾燥に用いる空気を、２０℃以下に冷却・除湿する冷却工程と、前記冷却工程により冷却された空気を、前記冷却工程において用いたヒートポンプで加熱して、乾燥用空気とする加熱工程と、前記乾燥用空気を、前記ヒートポンプとは別の加熱手段にて４０℃以上に加熱する再加熱工程と、この乾燥用空気と乾燥する汚泥とを直接接触させて、乾燥直後の汚泥の温度が２５℃〜６０℃になる範囲で、前記汚泥の乾燥を行うための乾燥工程と、を有し、前記乾燥工程により温度が低下し増湿した空気を、前記冷却工程へと送入することにより循環使用することを特徴とする汚泥の乾燥方法を提供する。
【００１０】
本発明においては、上述のような方法つまり汚泥を直接加熱することなく乾燥した空気を利用して乾燥させ、しかも乾燥直後の汚泥の温度が２５℃〜６０℃の範囲内の低い温度で乾燥させることにより、アンモニア等の悪臭を放つガスの発生を防止しつつ汚泥を乾燥させることができ、衛生的な最終物とすることができる。
【００１１】
また、請求項２に記載するように、請求項１に記載する発明において前記汚泥が、下水処理で発生する汚泥に嫌気性又は好気性消化を施し脱水した汚泥、し尿処理の際に嫌気性消化を施し脱水した汚泥、またはし尿に破砕した生ゴミを混合して嫌気性消化を施し脱水した汚泥、のいずれか、もしくはこれらの汚泥の混合物であることが好ましい。
【００１２】
汚泥の中でも、前記に挙げたような汚泥が特にアンモニア等の悪臭ガスを発生するからである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の汚泥の乾燥方法は以下の各工程により構成されている。
（１）汚泥の乾燥に用いる空気を、乾燥直後の汚泥の温度より５℃低い温度以下に冷却・除湿する冷却工程。
（２）前記冷却工程により冷却された空気を４０℃以上に加熱して、乾燥用空気とする加熱工程。
（３）この乾燥用空気と乾燥する汚泥とを直接接触させて、乾燥直後の汚泥の温度が２５℃〜６０℃になる範囲で、前記汚泥の乾燥を行うための乾燥工程。
【００１４】
なお、乾燥工程により温度が低下し増湿した空気は、前記冷却工程へと送入され循環使用される。
【００１５】
まず、上記（１）の冷却工程について説明する。冷却工程の目的は、乾燥に用いる空気は循環使用されているため（後で詳しく説明する。）、一度乾燥に使用されて水分を多く含んだ状態の空気を乾燥直後の汚泥の温度（以下、品温とする。）より５℃低い温度以下に冷却することにより、循環使用される空気（以下、循環空気とする。）中の水分を除去するためである。
【００１６】
ここで品温とは、上述したように乾燥工程により乾燥されて排出される際の乾燥直後の汚泥の温度である。本発明の方法では、この品温をアンモニアガス等の悪臭ガスが発生しないように２５℃〜６０℃の間となるように乾燥を行うところに特徴を有するものである。
【００１７】
一般に汚泥等を乾燥する場合の基準として、水分１ｋｇを乾燥するのに使用する空気量は２００Ｎｍ³以下であることが好ましく、水分１ｋｇを乾燥するのに２００Ｎｍ³より多い空気を使用することはあまり効率的ではないとされている。
【００１８】
本発明の方法において循環空気を品温より５℃低い温度以下に冷却するのは、乾燥装置計算における水分量の計算を行った結果、水分１ｋｇを乾燥するのに２００Ｎｍ³以下の空気量で足りるようにするためには、循環空気温度を品温より５℃以上低い温度とする必要があるとの結果を得たためである。
【００１９】
また、本発明の方法で乾燥する汚泥の種類は、特に限定されるものではなくいかなる種類であってもよい。しかしながら、下水処理で発生する汚泥に嫌気性又は好気性消化を施し脱水した汚泥、し尿処理の際に嫌気性消化を施し脱水した汚泥、またはし尿に破砕した生ゴミを混合して嫌気性消化を施し脱水した汚泥、のいずれか、もしくはこれらの汚泥の混合物であることが好ましい。前記汚泥は従来から乾燥時にアンモニアガス等による悪臭を放つことが問題となることが多いことからであり、このような場合に、嫌気性消化を前処理として行うことにより悪臭の原因の一つであるタンパク質等を分解できるからである。さらに、乾燥の前処理として、汚泥を大まかに脱水しておくことが好ましい。
【００２０】
また、本発明の方法は、循環空気を冷却する方法について特に限定するものではなく、いかなる冷却方法でもよい。例えば、ヒートポンプを使用することも可能であり、また冷媒として冷却水を利用して循環空気を冷却することも可能である。
【００２１】
次に、（２）の加熱工程について説明する。
【００２２】
加熱工程は、前記冷却工程により冷却された循環空気を４０℃以上に加熱して、乾燥用の空気とするための工程である。ここで、循環空気を４０℃以上としたのは、上述した汚泥の乾燥に際しての一般的基準である２００Ｎｍ³の循環空気を用いて１ｋｇ以上の水分を除去するという基準を満たすためには、乾燥装置計算における熱量の計算から、循環空気を４０℃以上に加熱する必要があるとの結果を得たためである。
【００２３】
また、本発明は循環空気を加熱する方法について特に限定するものではなく、４０℃以上に加熱することができる方法であればいかなる方法でもよい。例えば、前記冷却工程でも使用可能なヒートポンプを用いることもでき、また加熱ヒータ等を使用することもできる。
【００２４】
次に、（３）乾燥工程について説明する。
【００２５】
乾燥工程は、前記加熱工程により４０℃以上に加熱された乾燥用空気と、汚泥とを直接接触させて、品温が２５℃〜６０℃になる範囲で汚泥の乾燥を行う工程である。
【００２６】
ここで、品温を２５℃〜６０℃になる範囲とするのは、汚泥からアンモニアガス等の悪臭ガスが発生することを防ぐためである。前述したように汚泥を乾燥する目的の一つは、汚泥から発生する悪臭をなくすことであり、本目的を達成するための乾燥中に汚泥からアンモニア等のガスが発生したのでは乾燥させる意味がないため、汚泥の温度を２５〜６０℃の範囲と定めた。
【００２７】
また、本発明の方法において汚泥を乾燥する方法は、乾燥空気と汚泥とを直接接触させる方法であればいかなる方法であってもよい。
【００２８】
更に、本発明においては、前記乾燥工程により温度が低下し増湿した空気は、前記冷却工程へと送入されることにより循環使用される。
【００２９】
これは、循環空気には、アンモニア等の悪臭ガスが含まれており外気に放出するには脱臭処理等が必要になるからであり、また循環使用することにより外気の条件の変動による影響を受けずに安定して汚泥の乾燥を行うことができるからである。
【００３０】
次に本発明を実施するための装置の一例を図面を用いて説明する。
【００３１】
図１は、本発明の汚泥の乾燥方法を実施するための汚泥の乾燥装置の一例を示す概略図である。汚泥乾燥装置１は、汚泥を実際に乾燥するための乾燥装置２と、乾燥装置２へ乾燥した循環空気を送入し、循環させるための循環ファン３と、乾燥した循環空気を作り出すためのヒートポンプ式除湿乾燥装置４とから概略構成されたものである。
【００３２】
上記乾燥装置２上部には、汚泥５を装置内へ供給するための、汚泥供給ホッパー６が設置されている。汚泥供給ホッパー６から供給された汚泥５は、乾燥装置２内部に設置されている数段のコンベア７により、乾燥装置内を下方へ向かって進んでいく。汚泥５は、ヒートポンプ式除湿乾燥装置４内で作り出され、乾燥空気送入口８より送入される乾燥した循環空気に直接接触し、ここで汚泥５内の水分が乾燥した循環空気内へ奪われることにより乾燥する。乾燥された汚泥５は、最下段のコンベア７から落下し、乾燥装置２下部に設置されている汚泥排出口９から排出される。
【００３３】
乾燥した循環空気を乾燥装置送入口８から乾燥装置２へ送入すると、前記乾燥空気は上述したように乾燥装置２内のコンベア７上にある汚泥５から水分を奪うことにより汚泥５を乾燥させる。その後、前記空気は乾燥装置２下方に設置されている空気排出口１０から排出される。この場合、排出された循環空気は、汚泥５から水分を吸収したため低温・多湿となっており、またこの時乾燥されて汚泥排出口９から排出される汚泥５の品温は２５〜６０℃の範囲である。前記低温・多湿となった循環空気は、配管１１を通り、ヒートポンプ式除湿乾燥装置４内へ送られる。
【００３４】
ヒートポンプ式除湿乾燥装置４内は、空気冷却部１２と空気加熱部１３とに分かれている。配管１１を通った低温・多湿状態の循環空気は、始めにヒートポンプ式除湿乾燥装置４内の空気冷却部１２内へ送入される。ここで、前記低温・多湿状態の循環空気は品温より５℃低い温度以下まで冷却され、その相対湿度は１００％となり、空気内の水分が除去される。
【００３５】
ヒートポンプの冷媒は、冷媒循環回路１７を循環している。冷媒は、冷媒膨張弁１４を介して、ヒートポンプ式除湿乾燥装置４内の空気冷却部１２に供給され、その後冷媒圧縮機１５で加圧されて、一部は空気加熱部１３で空気の再加熱に使用され、残りは冷媒熱交換機１６で冷却される。
【００３６】
前記ヒートポンプ式除湿乾燥装置４内の空気冷却部１２において水分が除去された循環空気は、空気加熱部１３で所定の温度まで加熱され乾燥した循環空気となり、循環ファン３により再加熱ヒーター１８を経て再び乾燥装置２へ送入される。
【００３７】
再加熱ヒーター１８は、ヒートポンプ式除湿乾燥装置４内の空気加熱部１３で所定の温度まで加熱された循環空気を乾燥装置２へ送入する前に再加熱するための装置であり、本装置を使用することにより乾燥した循環空気をさらに高温とすることができ、効率よく汚泥を乾燥することができる。
【００３８】
以上のような汚泥の乾燥装置１により汚泥を乾燥させた場合に品温は、上述したように２５〜６０℃であり、アンモニア等のガスを発生することはなく、本発明の目的を十分に達成できる。
【００３９】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものはいかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００４０】
【実施例】
以下に本発明の実施例を図面を用いて具体的に説明する。
（実施例１−１）
上述した図１に示す装置を用いて実施例１−１を行った。
【００４１】
図１に示すように、４３℃・相対湿度２７％の乾燥した循環空気を乾燥装置送入口８から、乾燥装置２内へ送入した。乾燥装置２内で汚泥５を乾燥させ、乾燥装置２下方に設置されている空気排出口１０から排出された循環空気は、約３２．５℃・相対湿度６０％となっており、またこの時乾燥されて汚泥排出口９から排出される汚泥５の品温は２５℃であった。前記３２．５℃・相対湿度６０％の循環空気は、配管１１を通り、ヒートポンプ式除湿乾燥装置４内の空気冷却部１２内へ送入され、品温より５℃低い温度つまり２０℃まで冷却された。この際、循環空気の相対湿度は１００％となっており、循環空気内の水分が除去されたことがわかった。
【００４２】
前記ヒートポンプ式除湿乾燥装置４内の空気冷却部１２において水分が除去された循環空気は、空気加熱部１３で３３℃・相対湿度４５．８％まで加熱され乾燥空気となり、循環ファン３により再加熱ヒーター１８を経て再び乾燥装置２へ送入された。
【００４３】
再加熱ヒーター１８を使用することにより乾燥した循環空気を４３℃・相対湿度２７％とすることができ、効率よく汚泥を乾燥することができた。
【００４４】
以上のような汚泥の乾燥装置１により汚泥を乾燥させた場合に品温は、上述したように２５℃であり、アンモニア等のガスを発生することはなく、本発明の目的を十分に達成できた。
【００４５】
上記のような方法・装置を使用し汚泥を乾燥させた場合、水分１ｋｇを乾燥するのに必要な空気量は２００Ｎｍ³であり、一般的な乾燥の基準（水分１ｋｇ当たり空気量２００Ｎｍ³を使用）内であることから所定の乾燥効率を有することがわかった。
（実施例１−２）
さらに、本発明の方法の実施例１−２について図２を用いて説明する。実施例１−２においては、上記実施例１−１と同じ装置を用い、温度条件を変化させて行った。
【００４６】
実施例１−２では、７３℃・相対湿度４．８％の乾燥空気を乾燥装置送入口８から乾燥装置２へ送入し、汚泥５を乾燥させ、乾燥装置２下方に設置されている空気排出口１０から排出させた。この場合、排出された循環空気は、約３７℃・相対湿度６０％となっており、またこの時乾燥されて汚泥排出口９から排出される汚泥５の品温は３０℃であった。前記３７℃・相対湿度６０％の循環空気は、配管１１を通りヒートポンプ式除湿乾燥装置４内へ送られた。
【００４７】
次いで循環空気は、ヒートポンプ式除湿乾燥装置４内の空気冷却部１２内へ入り、ここで１５℃、すなわち品温より５℃低い温度以下に冷却された。１５℃まで冷却した場合その循環空気の相対湿度は１００％となっており、空気内の水分が除去されていることがわかった。
【００４８】
前記ヒートポンプ式除湿乾燥装置４内の空気冷却部１２において水分が除去された循環空気は、空気加熱部１３で、３３℃・相対湿度３４％まで加熱され乾燥空気となり、さらに再加熱ヒーター１８により、７３℃・相対湿度４．８％まで加熱され再度乾燥装置２内へ送入された。
【００４９】
以上のような条件で汚泥を乾燥させた場合に、最終的に品温は、上述したように３０℃であり、アンモニア等のガスを発生することはなく、本発明の目的を十分に達成できた。
【００５０】
上記のような方法により汚泥を乾燥させた場合、水分１ｋｇを乾燥するのに必要な空気量は５８Ｎｍ³であり、一般的な乾燥の基準（水分１ｋｇ当たり空気量２００Ｎｍ³を使用）と比べてはるかに乾燥効率がよいことがわかった。
（比較例）
次に比較例について図３を用いて説明する。
【００５１】
図３に示す比較例は、再加熱ヒーター１８が設けられていない点を除いて、上述した図１に示す装置と同じ装置を用いて行い、上記実施例１−２と同様に空気加熱部１３排出時の温度及び湿度が３３℃・相対湿度３４％である循環空気を再加熱せずにそのまま乾燥装置２内に送入して行った。
【００５２】
空気排出口から排出された循環空気は２５℃・相対湿度６０％であり、乾燥され汚泥排出口９から排出された汚泥の温度、すなわち品温は１９．６℃であった。
【００５３】
この約２５℃・相対湿度６０％となった循環空気を品温より約５℃低い温度以下である１５℃・相対湿度１００％まで冷却除湿した。この際必要とされた空気量は、水分１Ｋｇに対して６３２Ｎｍ³であり、乾燥効率が非常に悪いことがわかった。
【００５４】
前記実施例１−２と比較例を比較すると明らかなように、再加熱ヒーターを設置して、乾燥空気を４０℃以上にすることが乾燥効率上好ましいことがわかった。
【００５５】
また、上記の乾燥方法により乾燥された汚泥は、肥料として特に問題なく利用された。
（実施例２）
次に、本発明の方法により、汚泥を乾燥する際にアンモニアガス等の発生を防止することができているか否かをテストした結果を以下に示す。
【００５６】
図４は、上記テスト（以下ピーピングテスト）用の流路図である。図４を見れば分かるように、基本的には図１、２に示した汚泥乾燥装置１と同じ構造であるが、テスト用であるため、簡略化されており、更に乾燥用の空気は循環しないようになっている。汚泥を乾燥させ、乾燥部から排出された空気は、そのまま、恒温槽２０に浸かっているガス収集瓶２１内へ送られ、ガス収集瓶２１内にある水中へと送入される。
【００５７】
ここで、汚泥が乾燥する際にアンモニアガスを発生していれば、発生したアンモニアガスは、乾燥用空気と共に乾燥部から排出されガス収集瓶２１内の水の中へ溶け出るはずである。つまり、収集瓶２１内の水中に溶けているアンモニウムイオン（ＮＨ₄ ⁺）を測定することにより、汚泥が乾燥する際にアンモニアガスを発生しているか否かが、分かるのである。
【００５８】
表１は上記ピーピングテストの結果を示したものである。
【００５９】
【表１】

【００６０】
表１より、汚泥の温度が７５℃では、アンモニアが大量に発生していることが分かるが、４５℃においては、ほとんど発生していなかった。このように、本発明では、比較的低温の乾燥した空気で汚泥の乾燥を行うため、汚泥の温度が２５℃〜６０℃の範囲で乾燥することができ、これによりアンモニアガスの発生を防止することができるのである。
【００６１】
【発明の効果】
上述のような方法、つまり汚泥を直接加熱することなく、所定の条件で乾燥した空気を利用して汚泥を２５℃〜６０℃の温度で乾燥することにより、アンモニア等の悪臭ガスの発生を防止すると共に、効率的に汚泥の乾燥を行うことが可能となり、汚泥を衛生的な最終物とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の汚泥の乾燥を実施するための装置の一例、及び実施例（１−１）の乾燥条件を示す説明図である。
【図２】図１に示す装置を用いて行った実施例（１−２）の乾燥条件を示す説明図である。
【図３】比較例の乾燥条件を示す説明図である。
【図４】アンモニアガスのピーピングテスト用の流路図である。
【符号の説明】
１…汚泥の乾燥装置、
２…乾燥装置、
３…循環ファン、
４…ヒートポンプ式除湿乾燥装置、
５…汚泥、
６…汚泥供給ホッパー、
７…コンベア、
８…乾燥空気送入口、
９…汚泥排出口、
１０…空気排出口、
１１…配管、
１２…空気冷却部、
１３…空気加熱部、
１４…冷媒膨張弁、
１５…冷媒圧縮機、
１６…冷媒熱交換器、
１７…冷媒循環回路、
１８…再加熱ヒーター、
２０…恒温槽、
２１…ガス収集瓶。

Claims

ヒートポンプを用いて、汚泥の乾燥に用いる空気を、２０℃以下に冷却・除湿する冷却工程と、
前記冷却工程により冷却された空気を、前記冷却工程において用いたヒートポンプで加熱して、乾燥用空気とする加熱工程と、
前記乾燥用空気を、前記ヒートポンプとは別の加熱手段にて４０℃以上に加熱する再加熱工程と、
この乾燥用空気と乾燥する汚泥とを直接接触させて、乾燥直後の汚泥の温度が２５℃〜６０℃になる範囲で、前記汚泥の乾燥を行うための乾燥工程と、
を有し、
前記乾燥工程により温度が低下し増湿した空気を、前記冷却工程へと送入することにより循環使用することを特徴とする汚泥の乾燥方法。
前記汚泥が、
下水処理で発生する汚泥に嫌気性又は好気性消化を施し脱水した汚泥、
し尿処理の際に嫌気性消化を施し脱水した汚泥、または
し尿に破砕した生ゴミを混合して嫌気性消化を施し脱水した汚泥、
のいずれか、もしくはこれらの汚泥の混合物であることを特徴とする請求項１に記載の汚泥の乾燥方法。