JP3815944B2 - 汚泥の脱水乾燥方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚泥の脱水乾燥方法に係り、特に上下水道設備及び産業排水設備から排出される汚泥を加圧して脱水するとともに、熱保有流体（例えば温水や水蒸気）により加温して乾燥する汚泥の脱水乾燥方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、上下水道設備や産業排水設備から大量の汚泥が排出されているが、生活様式の変化及び環境変化に伴い排出される汚泥の濃縮・脱水性は年々悪化しつつある。汚泥の凝縮及び脱水は、主に脱水機により行なっているが、上述したように汚泥の濃縮及び脱水性の悪化に伴ない脱水機への負荷が増大し、処理速度が低下したり、排出されるケーキの含水率が上昇するなどの問題が生じている。一方、埋め立て処分地の減少に伴い、排出汚泥の減容化、有効利用化への要求が強まっている。
【０００３】
汚泥を機械的に脱水することにより得られる脱水ケーキの含水率には限界があり、限界値よりさらに脱水するためには、混ぜものをしたり、乾燥等の熱操作が必要である。混ぜものをすれば汚泥量が増加し、乾燥するためには別途、乾燥機が必要で、プロセスが複雑になる上、イニシャルコストが増大するとともに、維持管理に多大の労力がかかるのが実情であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、新たに乾燥機等の設備を付加することなく、一つの装置で、簡便に汚泥の減容化を図ることができる汚泥の脱水乾燥方法を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明の第１の態様は、フィルタープレス型濾過装置のプレートの間に各々一対の溝付きダイヤフラムと、該ダイヤフラム間に濾布を設け、該濾布内に形成される濾室に汚泥を供給し、前記濾布を締め付けることで、前記濾布を通して前記ダイヤフラムに配設された溝に沿って濾過水を排出するダイヤフラムプレス型の脱水乾燥装置を用い、一方で、前記濾室内の汚泥を加圧すると共に加温して圧搾し、他方で、前記濾室外を減圧するプロセスを実行することを特徴とするものである。
【０００６】
本発明の第２の態様は、一又は複数対のプレートと該プレート対の間に配置された汚泥を収容する濾布とを有するフィルタープレス型濾過機構と、該濾布に当接し前記濾布の濾過水を排出する溝を備えたダイヤフラム型圧搾機構と、前記濾布内に汚泥を供給する機構と、前記ダイヤフラム部に加熱媒体を供給し、濾布内に収容した汚泥を加圧及び加温して圧搾する機構と、前記濾布外部を減圧する機構とを備えたことを特徴とする汚泥の脱水乾燥装置である。
なお、本発明は好ましくは前記加圧用ダイヤフラムに０．５ＭＰａ以上の圧力が加わるようにすること、また、前記加圧用ダイヤフラムは、ポリエチレン等の熱伝導性のよい物質を混合した耐熱及び伸縮性に富んだ素材を使用すること、更に、前記加温は、加熱媒体の温度を７０乃至９０℃程度の温度に保つことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明によれば、隣接する濾板の間に一対のダイヤフラムと濾布を設け、濾布内に収容された汚泥の圧搾が片面、好ましくは両面からできるような圧搾機構を備えている。そして、加圧及び加熱媒体として熱保有流体を用い、ダイヤフラムと濾布を介して汚泥を加圧及び加熱可能とし、汚泥の濾過及び圧搾ができるようにしている。そして、フィルタプレスによる濾過工程中に、濾液排出ラインを減圧下にするとともにダイヤフラムに熱保有流体を供給し、濾室内の汚泥を圧搾しながらダイヤフラムを介して汚泥に乾燥熱量を供給する。即ち、汚泥を濾室内で加圧加温圧搾しつつ、濾布の外側の空間である濾室外を減圧することで濾室内の汚泥を脱水するとともに乾燥する。従って、濾室（濾布）内の汚泥が加圧・加温により圧搾されると共に、濾室（濾布）外が減圧された状態となるので、これにより汚泥の脱水・乾燥が促進され、従来の方法と比較して効率的な脱水・乾燥が行われる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る汚泥の脱水乾燥装置及び方法の一実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の汚泥の脱水乾燥装置を備えた汚泥処理システムを示すフロー図である。図１に示すように、汚泥処理システムは、脱水乾燥装置１、温水ボイラ２及び真空ポンプ３とを備えている。汚泥は汚泥供給ライン４に設けられた汚泥供給ポンプ５によって脱水乾燥装置１に供給される。汚泥供給ライン４には開閉弁Ｖ１が設置されている。また汚泥供給ライン４は開閉弁Ｖ４を具備したセンターブローライン６に接続されている。
【０００９】
前記脱水乾燥装置１と温水ボイラ２とは、温水循環ライン７によって相互に接続されている。温水循環ライン７には温水循環ポンプ８及び背圧弁９が設置されている。温水ボイラ２は、加圧媒体としての熱保有流体を供給するための熱保有流体供給装置を構成している。また脱水乾燥装置１には、開閉弁Ｖ２を具備した濾液排出ライン１０が接続されている。そして、濾液排出ライン１０には真空排気ライン１１が接続されている。真空排気ライン１１には、開閉弁Ｖ３、ドレンポット１２及び真空ポンプ３が設置されている。さらに脱水乾燥装置１には、開閉弁Ｖ５を具備した排泥ライン１４が接続されている。
【００１０】
図２は、脱水乾燥装置の構成を示す概略正面図である。図２に示すように、脱水乾燥装置１は、複数の濾枠１５と、両端部に設置され濾枠１５を締め付けるための濾枠締め付け装置１６とを備えている。濾枠締め付け装置１６により濾枠１５を締め付けることにより、隣接する濾枠１５間に汚泥を脱水するための濾布により囲まれた（後述する）濾室を形成するようになっている。脱水乾燥装置１は、温水の供給側及び戻り側にそれぞれ温水ヘッダ１７Ａ，１７Ｂを備えている。温水ヘッダ１７Ａは温水循環ポンプ８に接続され、温水ヘッダ１７Ｂは背圧弁９に接続されている（図１参照）。また脱水乾燥装置１は、上述したように、汚泥供給ライン４、センターブローライン６、温水循環ライン７、濾液排出ライン１０及び真空排気ライン１１に接続されている。
【００１１】
図３は、脱水乾燥装置における濾枠の斜視図である。図３に示すように、プレート１５はその前後面に張設されたダイヤフラム（弾性膜）１８とを備えている。プレート１５とダイヤフラム１８は一体に構成され、プレート自体がダイヤフラムの機能を有していてもかまわない。なお図３においては、プレート１５の前面に張設されたダイヤフラム１８のみを示す。ダイヤフラム１８には濾液をその排出ラインに流すための複数の排水溝１８ａが形成されている。濾枠１５は汚泥が注入される汚泥注入孔１９と、プレート１５の四隅に形成された濾液排出孔２０と、プレート１５の上下端部に形成された温水循環孔２１とを備えている。
【００１２】
図４は、脱水乾燥装置の内部構造を示す図であり、（ａ）は汚泥の濾過工程を示し、（ｂ）は汚泥の加圧脱水工程を示す。相隣接して設置された複数の濾枠１５等によってその間に濾室２２が形成され、各濾室２２は対向する１対のダイヤフラム１８（１８ａ）に支持された濾布２３の内部空間として配置されている。なお、濾布２３は汚泥注入孔１９に対応した箇所に孔が形成されており、この孔によって汚泥が通過でき、各濾室２２に汚泥が供給できるようになっている。
【００１３】
各ダイヤフラム１８は排水溝１８ａを有して（図３参照）濾布２３に当接しており、図４に示すように、隣接する濾枠１５の濾液排出孔２０は、この排水溝１８ａ内を流下する濾過水を排出するようになっている。即ち、排水溝１８ａは各ダイヤフラム１８と濾布２３との間の濾液排出ラインを構成し、濾液排出口２０に接続され、更に図示しない外部の真空ポンプに接続されている。これにより、濾布２３で濾過された濾液が濾液排出孔２０により脱水乾燥装置１の外部に吸引排出されるようになっている。更に、真空ポンプを動作させることで、濾布２３の外側のダイヤフラム１８の溝１８ａ内は、例えば−０．０８ＭＰａ程度の減圧雰囲気下に保たれる。
【００１４】
また、図５に示すように、温水循環孔２１はダイヤフラム１８の背面とプレート１５との間に連通しており、この隙間に温水ＨＷをプレート１５の下部側の温水循環孔２１から供給することによりダイヤフラム１８をプレート１５から離間する方向に膨張させることができる。そして、温水ＨＷは前記部屋からプレート１５の上部側の温水循環孔２１を経て外部へ排出される。前記部屋に流通する温水ＨＷは、ダイヤフラム１８及び濾布２３を介して濾室２２内の汚泥を加温する。尚、この場合は温水ＨＷは下側から上側に流れる場合を示しているが、上側から下側に流れるようにしてもよい。濾布２３の外側はダイヤフラム１８に当接し、その排水溝１８ａを真空・排気することで濾室２２内の水分を濾布２３を通して脱水する。
【００１５】
次に、図１乃至図５に示すように構成された装置を使用した汚泥の脱水乾燥方法について説明する。
ここでは、濾過面積（伝熱面積）２ｍ^２ の両面圧搾可能なフィルタプレスを使用した。熱保有流体として温水を使用した。熱保有流体としては、この他に、蒸気、高温ガス等があるが、ダイヤフラム、濾布等の材質から、その温度は１２０℃以下が好ましい。ダイヤフラムは、伝熱性を高めるため塩化ポリエチレンを主成分とした架橋ゴムを使用した。その他、クロロスルホン化ポリエチレン等の架橋ゴム生成可能なポリエチレン素材を使用することができる。
【００１６】
まず、濾枠締め付け装置１６で濾枠１５を所定位置に調整し、濾布２３，２３間に汚泥を注入して濾室２２を形成する。汚泥貯槽（図示せず）に貯留されている上水汚泥（濃度３.５％）を汚泥供給ライン４に設けられた汚泥供給ポンプ５により、最大濾過圧０.５ＭＰａ程度にて開閉弁Ｖ１を経由して脱水乾燥装置１の中央部から濾室２２に、薬注することなく所定時間（例えば６０分）打ち込み、濾過工程を行なう。この状態を図４（ａ）に示す。この汚泥供給位置は上部あるいは下部から打ち込んでもよく、特に限定するものではない。濾過圧力は０.５ＭＰａ以上（最大１.５ＭＰａ）に設定してもよいが、好ましくは０.５ＭＰａ以下とした方がよく、もちろん、汚泥を調質して処理してもよい。濾布２３で固液分離された濾過水はダイヤフラム１８に刻まれた溝１８ａ及び濾液排出孔２０により濾液排出ライン１０に導かれ、開閉バルブＶ２を経由して系外に排出される。
【００１７】
次に、背圧弁９で圧搾圧力を設定した後、温水循環ポンプ８を稼働して濾枠１５とダイヤフラム１８で仕切られた部屋に、温水ボイラ２で８０℃に加温された温水を１５分間圧送し、ダイヤフラム１８を膨張させて汚泥の圧搾工程を行なう。この圧搾工程は、汚泥の予備加熱と濾室内汚泥をセンターブロー可能な状態、即ち、センターブロー時に各濾室内の汚泥が系外にでないような状態にすることを目的にしている。従って、圧搾時間は汚泥の種類によって変化させることができ、場合によっては省略してもよい。この時、温水温度は７０〜９０℃であればよいが、この工程では温水の代わりに水を使用してもよく、又、温水の戻りにバルブを設け、このバルブを閉にすることで循環を停止してもよい。
【００１８】
次に、開閉弁Ｖ１を閉じ、開閉弁Ｖ４，Ｖ５を開け、圧力０.５ＭＰａの圧搾空気を汚泥注入孔１９に吹き込み、センターブロー工程を行ない、各室の汚泥注入孔１９に残留する軟弱な汚泥を排出する。排出された汚泥は汚泥貯槽に回収する。
【００１９】
センターブロー工程終了後、再び温水循環ポンプ８を稼働し、背圧弁９の設定圧力を好ましくは０．５ＭＰａ〜１．５ＭＰａとして濾室内の汚泥を加圧及び加温する。脱水乾燥工程では、上記圧搾工程やセンターブロー工程の加圧圧力よりも更に圧力を高めることが好ましい。この時の温水温度も上記と同様に７０〜９０℃であることが好ましい。一方、開閉弁Ｖ２を閉じ、開閉弁Ｖ３を開け、真空排気ライン１１を開いて、真空ポンプ３を稼働し、図４（ｂ）に示すように、脱水乾燥工程を行なう。即ち、真空ポンプ３を稼働し、濾液排出ライン１０を経由して、濾布外面（濃縮汚泥と非接触側）を減圧雰囲気下におくと、濾室内では圧搾脱水が進行し、同時に濾布内面（汚泥と接触側）に接触する汚泥の乾燥が加圧及び加温により進むことになる。この時の濾室外の減圧圧力は低ければ低いほどよく、−０.０８ＭＰａ以下が好ましい。
【００２０】
即ち、この脱水乾燥工程に到り濃縮汚泥中の水分は力学的な圧搾力による脱水と、加熱による蒸発と、濾布の外側を減圧雰囲気とすることによる脱水との三重の水分除去機能により、濾室２２内から除去される。除去された水はドレンポット１２で冷却水と熱交換して凝縮する。本実施例では、目標含水率を３５％と設定しているが、圧搾・乾燥時間は、汚泥の種類、目標含水率によって異なり、打ち込み汚泥量と各工程で排出される排水量とから演算して決定される。
【００２１】
次に、濾枠締め付け装置１６を弛め、開枠してケーキ排出工程を行ないケーキを排出する。ケーキは乾燥状態であるため、剥離性は良好であり、粒子状となって剥離し濾布に残留するケーキはほとんどなく、清掃工程は不要である。
【００２２】
次に、この装置の別の動作例について説明する。対象汚泥としては、濃度５０．５ｇ／Ｌの上水汚泥を用い、この汚泥は無薬注処理である。図４（ａ）に示す濾過工程は、汚泥供給ライン４に設けた汚泥供給ポンプ５により濾過圧力０．５ＭＰａで１時間程度の濾過を行う。これにより半ケーキ状（スラリ状）の濃縮汚泥が得られる。そして、この実施例においては加温圧縮工程を省略し、センターブロー工程を行い、各濾室の汚泥注入孔１９に残留する軟弱な汚泥を排出する。なお、以上の工程は従来の一般的な汚泥の脱水乾燥工程と変わらない。
【００２３】
本発明の工程では、次に図４（ｂ）に示すように、汚泥を濾室２２内で加圧・加温しつつ、濾室外を減圧雰囲気とし、これにより汚泥の脱水乾燥を促進することが特徴である。即ち、ダイヤフラム１８（１８ａ）の外側に温水ＨＷを加圧注入することで、濾室２２内に例えば０．８ＭＰａの圧力を加えると共に、温水により濾室内の汚泥を７０〜９０℃に維持する。そして、真空ポンプ３を用いて真空排気することで、濾布の外側のダイヤフラムに設けられた溝１８ａ内の圧力を−０．０９ＭＰａ以下の減圧雰囲気に保つ。そして、このような状態を約１．３時間かけて汚泥の圧縮及び脱水乾燥を行う。これにより製造されたケーキの含水率は３２．５％という値が得られ、目標の３５％以下になる。この場合の濾過工程と脱水乾燥工程の合計時間は２．３時間であり、濾過速度は０．５７ｋｇ／ｍ^２ｈが得られる。
【００２４】
これを従来の一般的な汚泥の脱水乾燥工程と比較すると、前半の図４（ａ）に示す濾過工程は本発明の工程も従来の工程も同様であり、０．５ＭＰａで１時間程度の濾過を行い、これにより半ケーキ状（スラリ状）の濃縮汚泥を生成する。従来の工程では、センターブロー工程の後に、圧力１．５ＭＰａで１時間程度圧搾する。そして、次に濾室内の圧力を真空ポンプを用いて減圧することで真空脱水を行う。この脱水乾燥時間は、濾室内圧力を−０．０９ＭＰａ以下に保ち、温水加温しつつ通常約２時間程度の時間で乾燥する。従って、従来工程では、濾過工程に１時間、圧搾工程に１時間、真空脱水乾燥工程に２時間と、合計４時間程度が必要である。これにより製品含水率３５％程度のケーキが得られる。濾過速度は０．３２ｋｇ／ｍ^２ｈである。
【００２５】
本発明の工程では、同様の含水率が得られる製品を製作するのに要する時間は、上述したように、濾過工程に１時間、加温・加圧・脱水工程に１時間であり、合計２時間程度である。従って、濾過速度は上述したように０．５７ｋｇ／ｍ^２ｈが得られ、その向上率は１７４％程度となる。このように、汚泥の脱水乾燥の速度が向上することは、設備能力がそれだけ向上することになる。従って、同一の設備を用い本発明の脱水乾燥を行うことで汚泥の処理能力を格段に向上させることができる。
【００２６】
なお、上述の実施形態例においては、濾室内の汚泥を加圧・加温するのに７０〜９０℃の温水を用いる例について説明したが、これは使用する濾布の材料等の制約により決まってくるもので、材料の改良等によりより高温の蒸気等を用いることも可能である。これにより、さらなる脱水乾燥速度の向上が計れる。このように上述した実施例に関わらず、本発明の趣旨を逸脱することなく種々の変形実施例が可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、新たに乾燥機等の大がかりな装置を付加することなく、一つの装置で汚泥を短時間で乾燥領域にまで脱水乾燥することができ、イニシャルコストの低減が図れるとともに、簡便に汚泥の減容化を図ることができ、維持管理を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の汚泥の脱水乾燥装置を備えた汚泥処理システムを示すフロー図である。
【図２】本発明の汚泥の脱水乾燥装置の構成を示す概略正面図である。
【図３】本発明の汚泥の脱水乾燥装置における濾枠の斜視図である。
【図４】図１の要部断面図であり、本発明の脱水乾燥装置の内部構造を示す図であり、（ａ）は濾過工程を示し、（ｂ）は加圧脱水乾燥工程を示す。
【図５】図４（ｂ）の濾枠の水平部分断面図である。
【符号の説明】
１ 脱水乾燥装置
２ 温水ボイラ
３ 真空ポンプ
４ 汚泥供給ライン
５ 汚泥供給ポンプ
６ センターブローライン
７ 温水循環ライン
８ 温水循環ポンプ
９ 背圧弁
１０ 濾液排出ライン
１１ 真空排気ライン
１２ ドレンポット
１４ 排泥ライン
１５ プレート（濾枠）
１６ 濾枠締め付け装置
１７Ａ，１７Ｂ 温水ヘッダ
１８ ダイヤフラム
１８ａ 排水溝
１９ 汚泥注入孔
２０ 濾液排出孔
２１ 温水循環孔
２２ 濾室
２３ 濾布
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５ 開閉弁

Claims (2)

1. 濾布内に汚泥を収容し、前記濾布内の汚泥を複数の排水溝を備えたダイヤフラムを介して加圧しつつ加温して圧搾すると共に、前記濾布外を減圧する汚泥の脱水乾燥方法であって、
   前記ダイヤフラムの背面とプレートとの間に加熱媒体の流路を備え、該流路入口側にボイラと循環ポンプとを備え、該流路出口側に背圧弁を備えた前記加熱媒体を循環させる循環流路を接続し、前記ボイラにより前記加熱媒体の温度を調整し、前記背圧弁により前記ダイヤフラムにおける前記加熱媒体の圧力を調整しつつ、前記加熱媒体により前記ダイヤフラムを介して前記汚泥を加圧するとともに乾燥熱量を供給し、前記濾布の濾過水を排出する濾液排出孔に濾液排出ラインを接続し、
   前記濾布内の汚泥を、ダイヤフラムを介して加圧しつつ加温して圧搾した後に、圧搾空気を吹き込むセンターブロー工程を行い、各室の汚泥注入孔に残留する軟弱な汚泥を排出し、
   前記センターブロー工程終了後、前記濾液排出孔を前記濾液排出ラインから真空排気ラインに接続し、該真空排気ラインには、ドレンポットと、該ドレンポットに接続した真空ポンプとを備え、前記濾布内の汚泥をダイヤフラムを介して加圧しつつ加温すると共に、前記濾布外を減圧することで、前記濾布から真空排気された水分を前記ドレンポットにて冷却水と熱交換して凝縮し、凝縮水として排出することを特徴とする汚泥の脱水乾燥方法。
2. 前記ダイヤフラムに、熱伝導性のよい物質を混合した耐熱及び伸縮性に富んだ素材を使用することを特徴とする請求項１記載の汚泥の脱水乾燥方法。

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