JP3698194B2

JP3698194B2 - スラッジ処理方法及びその装置

Info

Publication number: JP3698194B2
Application number: JP18976099A
Authority: JP
Inventors: 尚人増田; 忠洋柄田; 眞三柘植; 幹男小林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-07-02
Filing date: 1999-07-02
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2019-07-02
Also published as: JP2001021268A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両ボディの塗装工程などにおいて生ずるスラッジの処理方法及びその装置に関し、更に具体的には、その乾燥処理に好適なスラッジ処理方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
スラッジは相当の水分を含んでおり、重量も重く、満足し得る適切な処理方法が求められている。従来のスラッジ処理手法としては、例えば図４に示すものがある。この例は、自動車ボディの塗装工程などで生ずる化成スラッジの処理例である。同図において、化成スラッジ９００は、まずタンク９０２に収納される。タンク９０２の底からポンプ９０４によって取り出されたスラッジ９００は、乾燥ドラム９０６に供給される。この乾燥ドラム９０６の周囲には蒸気９０８が導入されており、これによって乾燥ドラム９０６全体が加熱されている。また、乾燥ドラム９０６の底には、モータ９１０によって駆動される撹拌羽根９１２が設けられている。
【０００３】
乾燥ドラム９０６に導入された化成スラッジ９００は、撹拌羽根９１２によって撹拌されつつ、蒸気９０８によって間接的に加熱される。これにより、化成スラッジ９００中の水分が蒸発するようになる。蒸発した水分は、排出口９１３からコンデンサ９１４に蓄積され、ここで水に戻されてドレーン９１６から排出される。一方、乾燥ドラム９０６中で水分が蒸発した乾燥スラッジ９２０は、排出路９２２からドラム缶９２４に排出される。
【０００４】
図５には、他のスラッジ処理手法が示されている。この例は、蒸気９５０を導入した乾燥テーブル９５２上に貯留槽９５４を載せ、この貯留槽９５４に化成スラッジ９６０を貯留する。乾燥テーブル９５２の端部には、乾燥用の温風ファン９６２がそれぞれ設けられている。化成スラッジ９６０の乾燥は、乾燥テーブル９５２中の蒸気９５０による間接的な加熱と、温風ファン９６２による温風加熱によって行なわれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のような背景技術では、次のような不都合がある。
（１）図４に示した背景技術は、まず水蒸気で乾燥ドラムを加熱し、その熱でドラム内部の空気を加熱し、この加熱した空気によってスラッジを加熱して水分を蒸発し乾燥するという間接的な方法である。この方法では、空気が熱を伝えにくく断熱材としての性質を持つため、熱効率が悪い。このため、エネルギ効率が低く乾燥時間も長くなってしまう。また、乾燥ドラムに対するスラッジの投入と乾燥後の取り出しに時間がかかるとともに、連続処理ができないなどの不都合もある。
（２）図５に示した背景技術は、構成は簡単であるが、連続した処理を行なうことができず、処理効率が悪い。また、スラッジの乾燥の度合いも低い。
【０００６】
本発明は、これらの点に着目したもので、簡便な構成でありながら、短時間で効率的に連続してスラッジの乾燥を行うことができるスラッジ処理方法及びその装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明のスラッジ処理方法は、スラッジに含まれた水分を低減する際に、前記スラッジを容器に収容する第一のステップ；過熱蒸気を生成する第二のステップ，前記第一のステップによって容器に収容されたスラッジに含まれる水分を、前記第二のステップによって生成された過熱蒸気によって低減する第三のステップ；前記第三のステップでスラッジの水分低減に使用された過熱蒸気を、少なくとも一部回収し、液化したのちに油水分離を行う第四のステップ；を含むことを特徴とする。本発明のスラッジ処理装置は、水分を含むスラッジを収容するための収容手段；過熱蒸気を生成する過熱蒸気発生手段；前記収容手段のスラッジに含まれる水分を、前記過熱蒸気発生手段によって生成された過熱蒸気によって低減する乾燥手段；該乾燥手段での使用後に回収された過熱蒸気を、液化したのちに油水分離する油水分離手段；を備えたことを特徴とする。
【０００８】
主要な形態の一つによれば、前記収容手段は、コンベア手段上に置かれており、該コンベア手段によってスラッジを前記乾燥手段に搬送するトレーであり、前記乾燥手段によってスラッジとともに加熱されることを特徴とする。他の形態によれば、前記過熱蒸気発生手段は、熱伝導性の管をつずら折り状に折り曲げて形成した加熱管に水を供給するとともに、加熱手段によって前記加熱管を加熱して過熱蒸気を生成することを特徴とする。更に他の形態によれば、前記加熱管の管径を、水の供給側から過熱蒸気の排出側に行くに従って拡大したことを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
最初に、本発明の理解を容易にするため、基本的な前提について説明する。一般に、空気中には、飽和蒸気圧を限度とする水蒸気が浮遊することが可能であるが、逆に、その限度以上に水蒸気を蒸発させることは困難である。これは、雨天のときに洗濯物が乾きにくいことなどからも、容易に理解できる。一方、水を沸騰させて水蒸気を発生させ、この水蒸気を更に加熱すると、温度とともに蒸発速度が直線的に大きくなる。これは、洗濯物の現象とは相反する現象である。
【００１０】
通常であれば、空気中の水蒸気が増加すると水の蒸発速度は低下し飽和状態を呈するのであるが、１００℃を越えた逆転点と呼ばれる温度以上になると、蒸発速度が直線的に増加し、いわゆる飽和状態を呈することなく、容器内に充満するようになる。
【００１１】
その結果、容器内の気体においては、全体として高い熱容量と熱伝導性を有する水蒸気の性質が、熱容量が低く断熱性を有する空気を凌駕する性質を帯びるようになる。この過熱蒸気は、多量の熱を蓄積しており、これが対流のみならず放射によっても伝達されるようになる。本発明は、このような過熱蒸気がもつ熱容量が非常に大きいという特徴を利用して、スラッジの乾燥を行うようにしたものである。
【００１２】
図１には、本発明の一実施形態のスラッジ乾燥装置が示されている。同図において、化成スラッジ１００は、フロアコンベア１０２によって移動するトレー１０４（収容手段）内に収容される。フロアコンベア１０２の適宜個所には、フロアコンベア１０２を包むようにスラッジ乾燥室１２０（乾燥手段）が設けられている。このスラッジ乾燥室１２０には、過熱蒸気発生装置（過熱蒸気発生手段）１３０が取り付けられている。
【００１３】
以上の各部のうち、スラッジ乾燥室１２０は、フロアコンベア１０２を挟んで上下に蒸気吐出バー１２２，１２４がそれぞれ設けられている。なお、これらの蒸気吐出バー１２２，１２４は、上下のいずれか一方に設けるのみでもよいし、上下左右など更に多数設けるようにしてもよい。このような蒸気吐出バー１２２，１２４は、過熱蒸気発生装置１３０の蒸気供給側の配管１２１に接続されており、これから過熱蒸気が供給される構成となっている。また、スラッジ乾燥室１２０は、フロアコンベア１０２の入り口と出口を除いて密閉されており、この密閉空間は、排気扉１２３を介して上述した過熱蒸気発生装置１３０の蒸気回収側の配管１２５に接続されている。配管１２５は、排気された蒸気の一部を外部に排出し、一部を循環する構成となっている。
【００１４】
次に、過熱蒸気発生装置１３０は、例えば図２に示すような構成となっている。同図において、外部から水が供給される給水管１０は、給水バルブ１２を介して油水分離槽１４に接続している。この油水分離槽１４には、スケール除去点滴１５がバルブ１７を介して接続されている。油水分離槽１４は、隔壁１６によって分離されている分離室１８，送水室２０を備えている。各室１８，２０は、その底部で連通しており、水位がフロースイッチ２２で検出されている。このフロースイッチ２２の検出状況に応じて前記給水バルブ１２の開閉が制御され、油水分離槽１４内の水位レベルが所定に保たれるようになっている。分離室１８は、油成分を比重により分離するためのもので、上層の油成分は排出管２４から排出される。
【００１５】
送水室２０の出口には、モータ２６によって駆動される送水ポンプ２８が設けられており、その吐出側には逆止弁３０を介して加熱室３２が設けられている。加熱室３２の底部には、熱源としてガスバーナ３４が設けられている。また、加熱室３２内には、熱伝導性の管（以下「細管」という）３６がつずら折り状に設けられている。細管３６は、例えばＵ字管を接続することによって得られる。細管３６の一部には、管内のスケールを排出してその堆積を防止するためのドレーン３８が設けられている。加熱室３２の上部には、ヒータ３９が細管３６に沿って設けられている。このヒータ３９は、細管中の蒸気を更に加熱するためのもので、ガスバーナ部分とヒータ部分の間には、過熱蒸気の温度制御を良好に行うための仕切板３３が設けられている。
【００１６】
加熱室３２の細管出口には、バイパス弁４０が設けられている。このバイパス弁４０は、スラッジ乾燥室１２０及びバイパス４４に接続している。過熱，乾燥などの処理を行うときは、バイパス弁４０によって、加熱室３２で生成した過熱蒸気をスラッジ乾燥室１２０に送る。しかし、過熱蒸気のスラッジ乾燥室１２０への供給を一時停止するような場合には、バイパス弁４０によって、加熱室３２で生成した過熱蒸気をバイパス４４に送る。なお、スラッジ乾燥室１２０のトレー出し入れ用のドアないし扉（図示せず）の開閉状態を検出し、これに応じてバイパス弁４０を駆動するようにしてもよい。すなわち、スラッジ乾燥室１２０のドアが「閉」のときは細管出口が処理室側に接続するように、スラッジ乾燥室１２０のドアが「開」のときは細管出口がバイパス側となるように、バイパス弁４０を制御する。
【００１７】
スラッジ乾燥室１２０の蒸気排出側には、モータ４６によって駆動される排気ポンプ４８が設けられており、その排出側は熱交換器５０を介して油水分離槽１４に接続されている。熱交換器５０は、送水室２０内に収納されており、送水室２０内の水を予備過熱するためのものである。前記バイパス４４は、逆止弁５４を介して熱交換器４２に接続されており、熱交換器４２にはクーリングタワー４３が設けられている。これによって、バイパスされた過熱蒸気の熱交換が行なわれ、冷却された蒸気は油水分離槽１４に供給される。また、逆止弁５４は循環パイプ５２によって細管３６に接続しており、これによって蒸気の一部が循環するようになっている。
【００１８】
ここで、以上のように構成された過熱蒸気発生装置１３０の動作を説明すると、油水分離槽１４の分離室１８には、給水管１０側から水が供給される。また、スケール除去点滴１５から必要量のスケール除去剤，例えば炭酸ナトリウムが注入される。これにより、管壁などに対するスケールの付着が良好に低減される。本形態の場合、過熱蒸気の生成に細管３６を使用しているが、スケールが良好に除去されるため、長期間に亘って良好に過熱蒸気を生成することができる。
【００１９】
油水分離槽１４の水位はフロースイッチ２２で検出されており、その検出結果に基づいて給水バルブ１２を開閉することで、適量の水が供給される。分離室１８の水は、隔壁１６を介して送水室２０に送られ、更に送水ポンプ２８によって加熱室３２の細管３６に送られる。
【００２０】
加熱室３２では、ガスバーナ３４によって細管３６が加熱される。これにより、細管３６内の水は温度が上昇し、やがて水蒸気になる。なお、細管３６内の泥などは、ドレーン３８から排出される。更に、蒸発して細管３６内を上昇する水蒸気は、ヒータ３９によって更に加熱され、例えば数１００℃の高温，低圧の過熱蒸気となる。
【００２１】
加熱室３２で得られた過熱蒸気は、処理時は、バイパス弁４０を介してスラッジ乾燥室１２０に供給される。スラッジ乾燥室１２０では、充満した過熱蒸気によって、化成スラッジ１００の過熱，乾燥処理が行われる。処理後の蒸気は、排気ポンプ４８によって排気され、熱交換器５０に送られる。熱交換器５０では、蒸気と、送水室２０に滞留している水との間で熱交換が行われ、蒸気の液化と周囲の水の予備加熱が行われる。これによって液化した水は、油水分離槽１４の分離室１８に送られる。油水分離槽１４では、上層部の油成分が排出管２４から排出される。油成分が除去された水は、再び送水室２０から加熱室３２に送られ、循環使用される。このような油水分離により、再利用による水質の劣化が低減される。
【００２２】
一方、バイパス弁４０によってバイパス４４側に送られた過熱蒸気は、一部が循環パイプ５２によって細管３６に戻され、ここで循環する。このように、生成した過熱蒸気の一部を細管３６に還流することによって、過熱蒸気の供給が安定化する。他の蒸気は、熱交換器４２に供給され、クーリングタワー４３によって熱交換が行なわれ、その後油水分離槽１４に戻される。
【００２３】
次に、本形態の全体の動作を説明する。水分を含んだ化成スラッジ１００は、フロアコンベア１０２上を移動するトレー１０４に投入される。そして、フロアコンベア１０２によってスラッジ乾燥室１２０に搬入される。一方、スラッジ乾燥室１２０では、過熱蒸気発生装置１３０から供給された高温，低圧の過熱蒸気が蒸気吐出バー１２２，１２４からそれぞれトレー１０４に向けて吹き付けられている。
【００２４】
このため、化成スラッジ１００がトレー１０４とともに急激に加熱され、化成スラッジ１００に含まれている水分は瞬時に蒸発するようになる。なお、加熱蒸気は、化成スラッジ１００を加熱することによって温度が下がるが、それでも高温であるために液化することなく水蒸気の状態を保つ。これにより、トレー１０４内の化成スラッジ１００の乾燥が行なわれ、化成スラッジ１００はパウダー状の乾燥スラッジ１０１となる。乾燥処理後のトレー１０４は、フロアコンベア１０２によってスラッジ乾燥室１２０から外部に搬出される。一方、スラッジ乾燥室１２０内の蒸気は、上述したように過熱蒸気発生装置１３０に回収され、油成分が除去されて再利用される。
【００２５】
このように、本形態によれば、過熱蒸気を利用して化成スラッジの乾燥が行なわれる。このため、熱効率が極めて良好であり、生産性もよい。水分を除去することでスラッジの重量や体積が大幅に減少し、その運送や廃棄にかかる手数を大幅に低減することができる。スラッジ中の固形分を固化して処理する際にも好都合である。
【００２６】
前記図４に示した背景技術によれば、化成スラッジの含水率（水分率）８５％を６０％に乾燥する場合は９５分，含水率６０％を１５％に乾燥する場合は５５分の時間が必要である。この図４の方法では、技術的に含水率１５％がほぼ限度である。また、図５に示した背景技術では、化成スラッジの含水率６０％を３０％に乾燥する場合に必要な時間は８時間である。この図５の方法では、技術的に含水率３０％がほぼ限界である。なお、含水率は、含水率＝水分の重量／（スラッジの固形分及び水分の重量）で表される。
【００２７】
これに対し、本形態によれば、温度３５０〜４５０℃の過熱水蒸気を使用した場合、化成スラッジの含水率８５％を１５％に乾燥する場合に必要な時間は３０分であり、大幅な時間短縮が可能となった。また、使用する水蒸気量もほぼ半分となり、相当のコストダウンが可能となる。本形態によれば、技術的には、水分率５〜１０％まで乾燥可能である。更に、本形態によれば、過熱水蒸気による殺菌作用もある。このため、スラッジに有害な菌類が存在する場合でも、安全に作業を行なうことが可能となる。
【００２８】
次に、図３を参照しながら他の実施形態について説明する。なお、上述した実施形態と対応する構成要素には同一の符号を用いる。この実施形態は、加熱室の改良である。図３に示すように、本形態では、細管６０の管内径が、水の流入側から過熱蒸気の流出側に行くに従って大きくなっている。このように、管径を徐々に太くすることで、加熱による気化に伴う体積膨張に基づく水蒸気の圧力上昇を抑制することができる。過熱蒸気の圧力を抑制することで、スラッジ乾燥室１２０内に過熱蒸気が一気に噴出すといった不都合を防止することができる。
【００２９】
なお、管径の拡大は、段階的に行ってもよいし、連続的に行ってもよい。図示の例では、水の流入側の細管６０Ａが最も管径が小さく、これに管径を大きくした細管６０Ｂが接続されている。そして、この細管６０Ｂに、更に管径を大きくした細管６０Ｃが接続されており、これが過熱蒸気の流出側となっている。すなわち、管径は、３段階で拡大している。
【００３０】
本発明には数多くの実施形態があり、以上の開示に基づいて多様に改変することが可能である。例えば、次のようなものも含まれる。
（１）前記形態では、自動車の塗装工程において生ずる化成スラッジの場合を主として説明したが、各種のスラッジの処理に適用可能である。また、使用する過熱蒸気の温度などの各種条件も、必要に応じて適宜設定してよい。また、スラッジを収容するトレーの形状、スラッジ乾燥室における蒸気吐出バーの数，配置，構造など、必要に応じて適宜変更してよい。
【００３１】
（２）前記形態に示した過熱蒸気発生装置は一例であり、各種のものを用いてよい。また、前記形態では、スラッジ乾燥処理後の蒸気を回収したが、この回収処理は必要に応じて行なえばよい。また、回収した蒸気中に含まれる油成分を除去したが、油水分離も必要に応じて行なえばよい。更に、前記形態では、スケール除去剤として炭酸ナトリウムを用いたが、どのような薬剤をどの程度用いるかは、使用する水質に応じて決定する。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、過熱蒸気を直接吹き付けてスラッジ中に含まれる水分を低減することとしたので、簡便な構成でありながら、短時間で効率的にスラッジの乾燥を行うことができる。また、回収蒸気の油水分離によって再利用による水質の劣化を低減するほか、連続した乾燥処理も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の全体構成を示す図である。
【図２】前記実施形態の過熱蒸気発生装置を示す図である。
【図３】本発明の他の実施形態の主要部を示す図である。
【図４】スラッジ乾燥装置の背景技術の一例を示す図である。
【図５】スラッジ乾燥装置の他の背景技術を示す図である。
【符号の説明】
１０…給水管
１２…給水バルブ
１４…油水分離槽
１５…スケール除去点滴
１６…隔壁
１７…バルブ
１８…各室
１８…分離室
２０…送水室
２２…フロースイッチ
２４…排出管
２６…モータ
２８…送水ポンプ
３０…逆止弁
３２…加熱室
３３…仕切板
３４…ガスバーナ
３６…細管
３８…ドレーン
３９…ヒータ
４０…バイパス弁
４２…熱交換器
４３…クーリングタワー
４４…バイパス
４６…モータ
４８…排気ポンプ
５０…熱交換器
５２…循環パイプ
５４…逆止弁
６０，６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ…細管
１００…化成スラッジ
１０１…乾燥スラッジ
１０２…フロアコンベア
１０４…トレー
１２０…スラッジ乾燥室
１２１，１２５…配管
１２２…蒸気吐出バー
１２３…排気扉
１３０…過熱蒸気発生装置

Claims

スラッジに含まれた水分を低減するスラッジ処理方法において、
前記スラッジを容器に収容する第一のステップ；
過熱蒸気を生成する第二のステップ；
前記第一のステップによって容器に収容されたスラッジに含まれる水分を、前記第二のステップによって生成された過熱蒸気によって低減する第三のステップ；
前記第三のステップでスラッジの水分低減に使用された過熱蒸気を、少なくとも一部回収し、液化したのちに油水分離を行う第四のステップ；
を含むことを特徴とするスラッジ処理方法。
スラッジに含まれた水分を低減するスラッジ処理装置において、
前記スラッジを収容するための収容手段；
過熱蒸気を生成する過熱蒸気発生手段；
前記容器に収容されたスラッジに含まれる水分を、前記過熱蒸気発生手段によって生成された過熱蒸気によって低減する乾燥手段；
該乾燥手段での使用後に回収された過熱蒸気を、液化したのちに油水分離する油水分離手段；
を備えたことを特徴とするスラッジ処理装置。
前記収容手段は、コンベア手段上に置かれており、該コンベア手段によってスラッジを前記乾燥手段に搬送するトレーであり、前記乾燥手段によってスラッジとともに加熱されることを特徴とする請求項２記載のスラッジ処理装置。
前記過熱蒸気発生手段は、熱伝導性の管をつずら折り状に折り曲げて形成した加熱管に水を供給するとともに、加熱手段によって前記加熱管を加熱して過熱蒸気を生成することを特徴とする請求項２又は３のいずれかに記載のスラッジ処理装置。
前記加熱管の管径を、水の供給側から過熱蒸気の排出側に行くに従って拡大したことを特徴とする請求項４記載のスラッジ処理装置。