JP4534660B2 - 汚泥乾燥炉からの乾燥汚泥の含水率制御方法 - Google Patents

Description

この発明は汚泥乾燥炉からの乾燥汚泥の含水率制御方法に関し、特に有機物含有汚泥の炭化処理装置における汚泥乾燥炉からの乾燥汚泥の含水率制御に適用して好適な含水率制御方法に関する。

家庭等から排出される有機物含有の排水は、一般に下水処理施設で排水処理される。
この排水処理に伴って有機汚泥が発生するが、排水処理量の増加とともに有機汚泥の発生量も年々増加し、その処理・処分が大きな問題となっている。

有機汚泥を処分するに際し、有機汚泥には９９．９％程度の水が含まれていてそのままでは処分できず、そこで減量化のために濃縮及び脱水処理したり、或いは更に焼却したり溶融したりするなど様々な処理が現在施されている。
しかしながら汚泥を焼却或いは溶融処理すると多量のエネルギーを消費し、処理コストが高いものとなる。

そこでエネルギー消費の少ない有機汚泥の減量化処理の一つの方法として、汚泥を乾留処理により炭化することが提案されている。
この炭化処理は、汚泥が基質中に炭素分を４５質量％程度含んでいることから、焼却，溶融処理のように汚泥中の炭素分を消費してしまうのではなく、汚泥を無酸素或いは低酸素状態で熱分解（炭化）することにより炭素分を残留させ、新しい組成を持つ炭化物（炭化製品）として生成させるものである。

図６はそのための装置、即ち有機物含有汚泥の炭化処理装置の従来の一例を示したものである。
図中２００は受入ホッパであり、含水率８０％程度まで脱水された脱水汚泥（含水汚泥）が、この受入ホッパ２００に先ず受け入れられる。

ここに受け入れられた脱水汚泥は、定量供給装置２０２にて汚泥乾燥炉２０４へと送られ、そこで所定の含水率例えば４０％程度の含水率まで乾燥処理され含水率が減じられる。
ここで乾燥処理された乾燥汚泥は、続いてコンベヤ２０６により炭化炉２０８へと搬送され、そこで乾留処理により汚泥の炭化が行われる。

炭化炉２０８は、炉体２１０の内部に乾留容器としての回転ドラムから成るレトルト２１４と、レトルト２１４の加熱室から燃焼排ガスを導入して２次燃焼させる、外部の排気路２２０と連通した負圧状態の排ガス処理室２１６とを有しており、レトルト２１４の軸方向の一端側（図中左端側）の入口から内部に供給された上記の乾燥汚泥を、レトルト２１４を回転させながら軸方向に移動させて、移動の過程で汚泥を乾留処理により炭化させ、炭化物をレトルト２１４の他端側（図中右端側）の出口２１８から排出する。
このようにして得られた炭化物（炭化製品）は物性的には木炭に近い性状を有するものであり、土壌改良材その他として利用されている。

尚、２２２は熱風炉で、ここで発生した熱風が汚泥乾燥炉２０４へと送られ、さらに集塵機２２６を経て熱風循環路２２４を通じ、循環ファン２２８にて再び熱風炉２２２へと戻される。
この熱風循環路２２４上には熱風炉排ガス熱交換器２３０及び炭化炉排ガス熱交換器２３６が設けられている。
ここで熱風炉排ガス熱交換器２３０は、熱風炉２２２の下流部で熱風循環路２２４から分岐した分岐路２３２と熱風循環路２２４との間で熱交換を行い、また炭化炉排ガス熱交換器２３６は、炭化炉２０８からの排気路２２０と熱風循環路２２４との間で熱交換を行う。

分岐路２３２を通じて取り出された熱風炉排ガス及び排気路２２０を通じて取り出された炭化炉２０８からの排ガスは、それぞれ熱風炉排ガスファン２３４，排ガスファン２３８により煙突２４０を通じて大気に放出される。
この種の炭化処理装置は例えば下記特許文献１，特許文献２に開示されている。

ところでこの炭化処理装置においては、炭化炉２０８における炭化処理を安定的に行うために、炭化炉２０８に供給される前の乾燥汚泥の含水率を所定範囲、例えば３５〜４５％の範囲内に制御しておく必要がある。
炭化炉２０８に入る前の乾燥汚泥の含水率が低過ぎると、炭化炉２０８内での乾留ガスの発生量が過大となって温度が過度に上昇してしまったりし、また逆に含水率が高過ぎると炭化炉２０８での炭化処理が十分に行われないなど、炭化物を安定した品質で製造できないといった問題が生ずる。

従って炭化炉２０８で安定した炭化処理を行うためには、汚泥乾燥炉２０４からの乾燥汚泥の含水率を上記所定範囲内の含水率としておくことが必要で、そのためには汚泥乾燥炉２０４から排出される乾燥汚泥の含水率を測定して、その結果に応じ汚泥乾燥炉２０４での乾燥条件を強くしたり或いは弱くしたりするなど、汚泥乾燥炉２０４での乾燥条件をコントロールする必要がある。

汚泥乾燥炉２０４からの乾燥汚泥の含水率の測定方法として、従来、水分蒸発による乾燥汚泥の重量変化から乾燥汚泥の含水率を算出する加熱乾燥方式が用いられているが、この加熱乾燥方式の場合、作業者が所定時間毎に手作業で含水率測定を行わざるを得ず、しかもその測定には長時間（３０分〜１時間程度）を要するため、かかる乾燥汚泥の含水率測定を炭化処理装置全体の処理ラインにオンラインで組み入れることができず、或いはまた測定作業自体を自動化することができず、このことが炭化処理装置全体の自動化を阻む大きな障害となっていた。

そこで本発明者等は、近赤外線反射方式或いはマイクロ波式の水分計を用いて含水率測定を試みたが、これらの測定方式は瞬時に含水率測定することができるものの、測定器と測定対象物である乾燥汚泥との距離や乾燥汚泥の粒度，色等によって測定値が大きくばらつく問題があり、精度高く乾燥汚泥の含水率を測定することができない問題のあることが判明した。

以上有機物含有汚泥の炭化処理装置における問題点を述べたが、この問題は含水汚泥を汚泥乾燥炉で所定水分率に乾燥する必要のある場合に共通して生じ得る問題である。

特開平１１−３３５９９号公報 特開平１１−３７６４４号公報

本発明は以上のような事情を背景とし、汚泥乾燥炉からの乾燥汚泥の含水率を精度高く求め得て、これに応じ汚泥乾燥炉における乾燥条件を適正にコントロールし、乾燥汚泥の含水率を制御することのできる、汚泥乾燥炉からの乾燥汚泥の含水率制御方法を提供することを目的としてなされたものである。

而して請求項１のものは、供給された含水汚泥を乾燥処理して含水率を減じ、乾燥汚泥として排出する汚泥乾燥炉からの該乾燥汚泥の含水率を制御する方法であって、該汚泥乾燥炉からの該乾燥汚泥を貯溜槽に一旦貯溜して容積式のコンベヤにより切り出し搬送するようになし、該コンベヤによる該乾燥汚泥の切出し量の大小に応じ、切出し量の小のときには該汚泥乾燥炉の乾燥条件を強く、切出し量の大のときには該乾燥条件を弱くして、該汚泥乾燥炉からの該乾燥汚泥の含水率を制御することを特徴とする。

請求項２のものは、請求項１において、前記含水汚泥が有機物含有汚泥であることを特徴とする。

請求項３のものは、請求項１，２の何れかにおいて、前記汚泥乾燥炉が有機物含有汚泥の炭化処理装置における汚泥乾燥炉であることを特徴とする。

請求項４のものは、請求項１〜３の何れかにおいて、前記貯溜槽として第１及び第２の少なくとも２つの貯溜槽を用い、該２つの貯溜槽から交互に前記乾燥汚泥を前記コンベヤにて切り出し搬送することを特徴とする。

請求項５のものは、請求項１〜４の何れかにおいて、前記貯溜槽の重量を重量検出器で検出するようになし、前記乾燥汚泥の切出し量を該貯溜槽の重量変化により求めることを特徴とする。

発明の作用・効果

以上のように本発明は、汚泥乾燥炉からの乾燥汚泥を一旦貯溜槽に貯溜して容積式のコンベヤにより切り出し搬送するようになし、そのコンベヤによる乾燥汚泥の切出し量の小のときには汚泥乾燥炉の乾燥条件を強く、切出し量の大のときには乾燥条件を弱くして乾燥汚泥の含水率を制御するようになしたものである。

本発明者等は、各種の水分計を用いて乾燥汚泥の含水率測定を試みたが、何れのものも測定精度が悪かったり、或いは測定を自動化することのできないものであった。

そこで容積式のコンベヤによる乾燥汚泥の切出し量に着目し、その切出し量即ち搬送量と乾燥汚泥の含水率との関係を調べてみたところ、両者の間に良好な相関関係のあることが判明した。
具体的には、含水率の高い乾燥汚泥は汚泥粒子が大きく、これに伴って乾燥汚泥の嵩比重が小さくなって、容積式のコンベヤによる切出し量が減少し、また逆に含水率の低い乾燥汚泥は汚泥粒子が小さく、これに伴って乾燥汚泥の嵩比重が大きくなって容積式のコンベヤによる切出し量が多くなること、また乾燥汚泥の切出し量は乾燥汚泥の含水率の変化とともに変化することが判明した。

本発明はこのような知見に基づき、容積式のコンベヤによる乾燥汚泥の切出し量に基づいて汚泥乾燥炉での乾燥条件を調整し、乾燥汚泥の含水率を制御するようになしたもので、本発明によれば、乾燥汚泥の含水率測定を容易に自動化することができ、しかも高い精度で含水率測定を行うことができる。

本発明は、有機物含有汚泥の含水率制御に好適に適用可能なものであり（請求項２）、特に有機物含有汚泥の炭化処理装置における汚泥乾燥炉からの乾燥汚泥の含水率制御に好適に適用可能なものである（請求項３）。

本発明においては、上記貯溜槽として第１及び第２の少なくとも２つの貯溜槽を用い、それら２つの貯溜槽から交互に乾燥汚泥をコンベヤにて切出し搬送するようになしておくことができる（請求項４）。

このようにしておけば、汚泥乾燥炉からの乾燥汚泥を何れか一方の貯溜槽に受け入れながら、他方の貯溜槽から乾燥汚泥をコンベヤにて切り出し搬送するようになすことができ、その際切出し側の貯溜槽における乾燥汚泥の減少量を見ることで、容易にコンベヤによる乾燥汚泥の切出し量を知ることができる。

この場合においてその貯溜槽全体の重量を重量検出器にて検出し、そして貯溜槽の重量変化から乾燥汚泥の切出し量を求めるようにすることで容易に乾燥汚泥の切出し量を知ることができる（請求項５）。

次に本発明を下水汚泥で代表される有機物含有汚泥の炭化処理装置における汚泥乾燥炉からの乾燥汚泥の含水率制御方法に適用した場合の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１はその炭化処理装置を示したもので、図中１０は受入ホッパであり、含水率８０％程度まで脱水された脱水汚泥（含水汚泥）がこの受入ホッパ１０に先ず受け入れられる。

ここに受け入れられた脱水汚泥は、コンベヤ１２によって一旦脱水汚泥の貯溜槽１４に貯溜された後、定量供給装置１６にて汚泥乾燥炉１８に供給され、そこで乾燥処理されて含水率が例えば３５〜４５％の範囲内に含水率が減じられる。

汚泥乾燥炉１８で乾燥処理された後の乾燥汚泥はコンベヤ２０，２２にて搬送され、そして乾燥汚泥の貯溜槽２４-１，２４-２を経て炭化炉２６に供給されて、そこで乾留処理により乾燥汚泥の炭化が行われる。

炭化炉２６は炉体２７の内部に乾留容器としての回転ドラムから成るレトルトを有しており、そのレトルトの軸方向の一端側（図中左端側）の入口から内部に供給された上記の乾燥汚泥を、レトルトを回転させながら軸方向に移動させ、その移動の過程で乾燥汚泥を乾留処理により炭化させた上、炭化物（炭化製品）をレトルトの他端側（図中右端側）の出口から排出する。

尚、図中２８は炭化物の冷却器であり、３０は炭化物のコンベヤ、３２は炭化物の貯溜ホッパである。
３４は熱風炉で、ここで発生した熱風が汚泥乾燥炉１８へと送られ、更に集塵機３６を経て熱風循環路３８を通じ、循環ファン４０により再び熱風炉３４へと戻される。

この熱風循環路３８上には、熱風炉排ガス熱交換器４２と炭化炉排ガス熱交換器４４とが設けられている。
ここで熱風炉排ガス熱交換器４２は、熱風炉３４から分岐した分岐路４６の熱風炉排ガスと熱風循環路３８の熱風との間で熱交換を行い、また炭化炉排ガス熱交換器４４は、排気路４８の炭化炉２６からの排ガスと熱風循環路３８の熱風との間で熱交換を行う。

本実施形態では、上記のように汚泥乾燥炉１８からの乾燥汚泥を貯溜する貯溜槽として、図２にも示しているように第１の貯溜槽２４-１と第２の貯溜槽２４-２とが設けられており、それぞれに、内部に貯溜した乾燥汚泥を切り出し搬送するための容積式のスクリューコンベヤ５０-１，５０-２が設けられている。
これら貯溜槽２４-１，２４-２に貯溜された乾燥汚泥は、それぞれに設けられたスクリューコンベヤ５０-１，５０-２にて炭化炉２６側に切り出され搬送される。

また２つの貯溜槽２４-１，２４-２を設けたことに対応して、コンベヤ２２からの乾燥汚泥の供給をそれら貯溜槽２４-１，２４-２の一方、若しくはその逆に切り替えるための切替装置５２が設けられている。

これら貯溜槽２４-１，２４-２からの乾燥汚泥のスクリューコンベヤ５０-１，５０-２による切出し量と、乾燥汚泥の含水率との関係を本発明者等が調べたところ、それらの間には相関関係のあることが判明した。
表１は乾燥汚泥の含水率と乾燥汚泥の切出し量との具体的な測定値を表しており、また図３は横軸に乾燥汚泥の含水率を、縦軸に乾燥汚泥の切出し量をとってそれらの関係を表したものである。

これら表１及び図３から、乾燥汚泥の含水率と切出し量との間には明確な相関関係のあることが分る。
より具体的には、含水率の高いもの程切出し量が少なく、また逆に含水率の低いもの程切出し量が多く、しかも含水率が変化するのに連れて切出し量が変化していることが分る。

このように含水率が高くなると切出し量が減少し、また含水率が低くなると切出し量が多くなるのは以下のような理由に基づくものであると考えられる。
即ち、図４に模式的に表しているように含水率の高いものについて調べたところ乾燥汚泥の粒径が大きく、その結果乾燥汚泥全体の嵩比重が小さくなって、容積式のスクリューコンベヤ５０-１，５０-２を同じ回転数で回転させているにも拘らずその切出し量が少なくなり、また逆に含水率の低いものは乾燥汚泥の粒径が小さく、その結果として乾燥汚泥全体の嵩比重が大となって、スクリューコンベヤ５０-１，５０-２の回転による切出し量が多くなるものと考えられる。

図５は、含水率が高い場合に乾燥汚泥の粒径が大きく、また含水率が低い場合に乾燥汚泥の粒径が小さくなることを具体的に表したものである。
本実施形態では、これら乾燥汚泥の含水率と切出し量との間に明確な相関関係があることを利用し、貯溜槽２４-１，２４-２からの乾燥汚泥の切出し量を検出して、その切出し量の大小に応じて汚泥乾燥炉１８の乾燥条件を強くしたり或いは弱くしたりして、汚泥乾燥炉１８からの乾燥汚泥の含水率を所定範囲、具体的には３５〜４５％の範囲内に制御する。

そのため本実施形態では、図２に示しているように各貯溜槽２４-１，２４-２にロードセル等の重量検出器５４が設けてあり、それら重量検出器５４による貯溜槽２４-１，２４-２の重量変化を検出することによって、間接的にスクリューコンベヤ５０-１，５０-２による乾燥汚泥の切出し量を検出するようにしている。

尚本実施形態においては切替装置５２により一対の貯溜槽２４-１，２４-２の何れかに対して乾燥汚泥の供給が行われ、そして乾燥汚泥の切り出しは他方の貯溜槽からのみ行われる。

従って貯溜槽２４-１，２４-２への乾燥汚泥の供給を継続しつつ併行してスクリューコンベヤ５０-１，５０-２による切出しを行うことができる。

本実施形態では、これら重量検出器５４による検出の結果がコントローラ５６へと送られて、そこで切出し量に応じて乾燥汚泥の含水率が算出され、その結果が汚泥乾燥炉１８からの排ガス温度（熱風温度）の設定器５８にフィードバックされる。

ここで設定器５８は、汚泥乾燥炉１８からの排ガス（熱風）の温度を検出する機能と、その排ガス温度を目的とする温度に設定する機能を有する。
而して設定器５８は、汚泥乾燥炉１８からの排ガス温度が設定値よりも高ければ、熱風循環路３８上に設けた風量調整ダンパ６０の開度を絞って、熱風炉３４から汚泥乾燥炉１８への熱風の流入量を減少させ、汚泥乾燥炉１８の乾燥条件を弱くする。

一方汚泥乾燥炉１８からの排ガス温度が設定値よりも低ければ、風量調整ダンパ６０の開度を大として、熱風炉３４から汚泥乾燥炉１８への熱風の流入量を増大し、汚泥乾燥炉１８における乾燥条件を強くする。そして汚泥乾燥炉１８からの排ガス温度と設定値とが一致したところで、風量調整ダンパ６０の開度を一定化する。

而して乾燥汚泥の切出し量に基づいて換算された乾燥汚泥の含水率が上記の所定範囲よりも高いときには、設定器５８は排ガス温度を高く設定変更して、汚泥乾燥炉１８に多くの熱風を流入させ、汚泥乾燥炉１８の乾燥条件を強く調整する。

また逆に含水率が所定範囲よりも低ければ、設定器５８は排ガス温度を低く設定変更して汚泥乾燥炉１８への熱風の流入量を少なくし、これにより汚泥乾燥炉１８における乾燥条件を弱く調整する。

そしてこれにより、汚泥乾燥炉１８から排出される乾燥汚泥の含水率が３５〜４５％の範囲内になるように自動的に乾燥汚泥の含水率を制御する。

以上のような本実施形態によれば、乾燥汚泥の含水率測定を容易に自動化することができ、しかも所要の精度で含水率測定を行うことができる。

また本実施形態では、貯溜槽２４-１，２４-２全体の重量変化を重量検出器５４にて検出することで乾燥汚泥の切出し量を求めるようにしており、この場合容易に乾燥汚泥の切出し量を知ることができる。

以上本発明の実施形態を詳述したが、これはあくまで一例示である。
例えば上記実施形態では容積式のコンベヤとしてスクリューコンベヤを例示しているが、かかるスクリューコンベヤ以外の他のコンベヤを用いることも可能であるし、また貯溜槽２４-１，２４-２からの乾燥汚泥の切出し量を、貯溜槽２４-１，２４-２自体の重量変化によって検出するようにしているが、他の方法にて切出し量を検出するようになすことも可能である。

また本発明は上記実施形態の炭化処理装置以外の汚泥乾燥炉による乾燥汚泥の含水率制御の方法として適用することも可能であるなど、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた対応で実施可能である。

本発明の一実施形態の含水率制御方法の対象となる炭化処理装置の一例を示す図である。 図１における要部を拡大して示す図である。 乾燥汚泥含水率と切出し量との関係を表わす図である。 乾燥汚泥における含水率と嵩比重の大小との関係を模式的に表わす図である。 乾燥汚泥の含水率と粒径との関係を表わす図である。 従来の炭化処理装置を示す図である。

符号の説明

１８ 汚泥乾燥炉
２４-１，２４-２ 貯溜槽
５０-１，５０-２ スクリューコンベヤ（コンベヤ）
５４ 重量検出器

Claims (5)

1. 供給された含水汚泥を乾燥処理して含水率を減じ、乾燥汚泥として排出する汚泥乾燥炉からの該乾燥汚泥の含水率を制御する方法であって、
   該汚泥乾燥炉からの該乾燥汚泥を貯溜槽に一旦貯溜して容積式のコンベヤにより切り出し搬送するようになし、該コンベヤによる該乾燥汚泥の切出し量の大小に応じ、切出し量の小のときには該汚泥乾燥炉の乾燥条件を強く、切出し量の大のときには該乾燥条件を弱くして、該汚泥乾燥炉からの該乾燥汚泥の含水率を制御することを特徴とする汚泥乾燥炉からの乾燥汚泥の含水率制御方法。
2. 請求項１において、前記含水汚泥が有機物含有汚泥であることを特徴とする汚泥乾燥炉からの乾燥汚泥の含水率制御方法。
3. 請求項１，２の何れかにおいて、前記汚泥乾燥炉が有機物含有汚泥の炭化処理装置における汚泥乾燥炉であることを特徴とする汚泥乾燥炉からの乾燥汚泥の含水率制御方法。
4. 請求項１〜３の何れかにおいて、前記貯溜槽として第１及び第２の少なくとも２つの貯溜槽を用い、該２つの貯溜槽から交互に前記乾燥汚泥を前記コンベヤにて切り出し搬送することを特徴とする汚泥乾燥炉からの乾燥汚泥の含水率制御方法。
5. 請求項１〜４の何れかにおいて、前記貯溜槽の重量を重量検出器で検出するようになし、前記乾燥汚泥の切出し量を該貯溜槽の重量変化により求めることを特徴とする汚泥乾燥炉からの乾燥汚泥の含水率制御方法。

Images