JP5193284B2

JP5193284B2 - 有機汚泥の資源化装置

Info

Publication number: JP5193284B2
Application number: JP2010503726A
Authority: JP
Inventors: 泰行清水; 良三若宮
Original assignee: M & W CO., LTD.
Current assignee: M & W CO., LTD.
Priority date: 2008-03-21
Filing date: 2008-03-21
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2028-03-21
Also published as: JPWO2009116170A1; WO2009116170A1

Description

本発明は、下水汚泥や食品加工工場から排出される有機汚泥を、燃料や肥料など有効な資源に変える技術に係り、特に乾燥したペレットを製造する装置に関するものである。

例えば、下水汚泥は、一部は肥料などに再利用されているが、ほとんどは、脱水して脱水汚泥にして焼却処分されている。焼却処分は無害な灰になるので後の問題がない点で優れた処理方法といえるが、脱水汚泥は含水率が８０〜８５％もあり、重油などの化石燃料を必要とし焼却費用が嵩むばかりでなく、炭酸ガスを多量に発生するという難点がある。

そこで、脱水汚泥を乾燥機で自己熱燃焼可能な含水率まで乾燥してから焼却し、この焼却熱を利用してボイラを稼働させ、発生した蒸気を乾燥機へ供給するようにしたシステムが開発されている（例えば、特許文献１）。このシステムでは、焼却炉は階段式のストーカ炉または流動層炉であり、乾燥機はディスク式ドライヤーで脱水汚泥を３５〜４０％の含水率に乾燥している。
また、脱水汚泥を加熱ドラムへ付着させて含水率を４０〜２０％に乾燥するドラム乾燥機と、この乾燥汚泥を炉内に熱交換器を備え酸素不足の状態で無火炎燃焼させる熱分解炉を設け、熱交換器で得た蒸気をドラム乾燥機の熱源としたものもある（特許文献２）。

特開２００４−２７８９５０実用新案登録第３１２８７８４号

特許文献の汚泥処理システムは、汚泥を焼却するための補助燃料が不要で、特に、特許文献２のシステムは、有害物質が排出されず設置スペースが小さく、建設費も安価であるという特徴がある。
しかし、脱水汚泥をドラム乾燥機で乾燥して所定の範囲の含水率にするのは、簡単ではなく、ムラの多い乾燥汚泥しか得られないという問題がある。
また、焼却熱は加熱ドラムの熱源としてのみの使用ではもの足りず、エネルギとしての有効利用が難しいという問題もある。例えば、電力に変換して汚泥処理システムの電力をまかなうことも考えられるが、設備費用が嵩み実用的とはいえない。

発明者等は、上記の問題点について種々の検討を行い、前者の点については、処理場からの脱水汚泥は、均質なものではなく、含水率も種々のものが混ざった状態であり、団塊の状態に成りやすいことが原因であることをつきとめた。
なお、供給ホッパーの下部には、多数の羽根を水平軸に突設した送り装置を設けているが、汚泥を投入口へ誘導するためのもので、塊状の汚泥を崩壊できるものではない。
一方、後者については、汚泥を乾燥しただけでは、燃料にするにしてもかさばり、扱い易いものとはいえず、積極的に利用し難いものであることが原因であると思われる。

そこで、本発明は、有機汚泥をほぼ均質な含水率に効率よく乾燥し、かつ、乾燥した汚泥の体積を圧縮して扱いやすいものとした有機汚泥の資源化装置を提供することを目的としている。

本発明のドラム乾燥機の汚泥供給装置は、上記の目的を達成するため、次の手段を採った。すなわち、請求項１の発明では、汚泥供給装置とドラム乾燥機とペレット化装置とを備えた有機汚泥の資源化装置であって、該汚泥供給装置はドラム乾燥機へ有機汚泥を供給する供給ホッパー内の下部に有機汚泥の団塊を空気圧で崩壊する塊砕手段と、その下部に複数個の板状の固定刃それぞれの間に、略星型状の回転刃を回動可能に配置した破砕定量供給手段とからなり、該ドラム乾燥機は、平行に設けた回転する２個の加熱ドラムの上面から有機汚泥を供給して該加熱ドラム面にシート状に付着させ、乾燥した汚泥を掻き取るものであり、該ペレット化装置は、乾燥汚泥を型に押し込んで０．２〜１０立方センチメートルのペレットに成型するものであることを特徴としている。

有機汚泥は、下水汚泥のほか、食品加工工場で排出される廃棄汚泥などが含まれる。
また、資源化にあたり要求される性状にするために、例えば、高火力の燃料が要求される場合に粉炭を添加したり、適宜な肥料とするために必要な成分を添加するなど、必要な成分を適宜添加してもよい。なお、添加は、ドラム乾燥機で乾燥した汚泥に混合するのがよい。ペレットの大きさは使用する用途によって０．２〜１０立方センチメートルのものとすればよいが、例えば、燃料の場合は０．５〜３立方センチメートルにするのが望ましい。また、ペレットの形状については、円柱、角柱など特に問わない。

汚泥供給装置とドラム乾燥機とペレット化装置とは、それぞれ、投入口と排出口を直接連結して構成すれば、最も装置を簡素にできるが、装置全体が高くなり、建屋の建設コストがかかり、有機汚泥の投入口も高くなってしまう。
このような場合、供給ホッパーとドラム乾燥機とペレット化装置とを横に並べて、コンベアで連結するとよい。

ドラム乾燥機は、脱水して含水率を７５〜８５％にした有機汚泥を、加熱ドラムへシート状に付着させて含水率を２０〜１０％に乾燥するもので、互いに内側へ回転する加熱ドラムを平行に設けたものを使用する。なお、加熱源は、蒸気、加熱した油、電気ヒータなど特に限定しないが、この資源化装置で得たペレットを燃料とする焼却炉を近傍に設けてこの焼却熱を用いてボイラで蒸気をつくり加熱する（請求項３）のが望ましい。

塊砕手段は、団塊状の汚泥を空気圧で砕くものであれば、その構成は特に問わないが、エア源に接続され外周に多数の孔が穿設された筒状のものとするのが簡便である。また、設置場所は、供給ホッパーの下部がよいが、供給ホッパーの中程にも設けるなど汚泥の性状により決めればよい。
破砕定量供給手段は、汚泥を細かく砕くとともに一定量を送り出すもので、固定刃を一定間隔で複数個平行して設け、この固定刃間に略星型の回転刃を回動可能に多数設けたものとするとよい。

また、請求項２の発明では、汚泥供給装置とドラム乾燥機とペレット化装置とを備えた有機汚泥の資源化装置であって、該汚泥供給装置はドラム乾燥機へ有機汚泥を供給する供給ホッパー内の下部に有機汚泥の団塊を空気圧で崩壊する塊砕手段と、その下部に多孔部材を先端に固着した筒体にスクリューを回動可能に内装し、該多孔部材の近傍に押し出された有機汚泥をチップ状にする回転刃を設けた破砕定量供給手段とからなり、該ドラム乾燥機は、平行に設けた回転する２個の加熱ドラムの上面から有機汚泥を供給して該加熱ドラム面にシート状に付着させ、乾燥した汚泥を掻き取るものであり、該ペレット化装置は、乾燥汚泥を型に押し込んで０．２〜１０立方センチメートルのペレットに成型するものであることを特徴としている。

この有機汚泥の資源化装置は、請求項１とは、破砕定量供給手段の構成が異なるほかは、同じである。破砕定量供給手段のスクリューを内装した筒体は、汚泥を圧送し、先端に固着した多孔部材の孔から線状に押出すものである。なお、多孔部材は、網でもよい。

上記のように、本発明の有機汚泥の資源化装置は、有機汚泥の団塊を空気圧で崩壊する塊砕手段と、破砕定量供給手段からなる汚泥供給装置を設けたので、塊砕手段で大きな塊は崩され、破砕定量供給手段で細かくされて定量づつ加熱ドラムへ送られる。このため、汚泥は均一なシート状で加熱ドラムに付着し、ほぼ均質に乾燥できる。

請求項１の破砕定量供給手段は、複数個の板状の固定刃それぞれの間に、略星型状の回転刃を回動可能に配置したので、細かく破砕された汚泥が定量づつ確実に送られる。
なお、粒子の大きさは、固定刃の間隔を適宜変えることによって調整できる。
また、請求項２の破砕定量供給手段は、多孔部材を先端に固着した筒体にスクリューを回動可能に内装し、多孔部材の近傍に押し出された有機汚泥をチップ状にする回転刃を設けたので、上記と同様、細かく破砕された汚泥が定量づつ確実に送られる。粒子の大きさは、多孔部材の孔の大きさを変えることによって調整できる。

さらに、乾燥した汚泥は、ペレット化装置によって、型に押し込んで０．２〜１０立方センチメートルのペレットに成型されるので、体積が圧縮され使用や運搬について取り扱い易いものとなり、固形化燃料や肥料などの有効な資源として利用できる。

請求項１の発明の有機汚泥の資源化装置の実施の形態を、図面に基づいて以下に具体的に説明する。
図１は、有機汚泥の資源化装置の全体を示す説明図であり、汚泥供給装置とドラム乾燥機２とペレット化装置５０とから構成されている。なお、有機汚泥は、ここでは下水汚泥としている。

汚泥供給装置は、図２に示すように、汚泥が投入される供給ホッパー１と、その内下部に設けた塊砕手段１０と、さらにその下部に設けた破砕定量供給手段２０とから構成されている。
供給ホッパー１は、上方が開放され、脱水して含水率が８０〜８５％の下水汚泥が投入される。なお、汚泥はドラム乾燥機２の処理能力に合わせて連続して供給されるように別途コンベア（図示してない）が付設されている。

塊砕手段１０は、空気圧が導入される有孔筒１１と有孔筒１２とからなり、供給ホッパー１内の下部側面に対向させて互いに斜め上方へ向けて固設されている。有孔筒１１、１２の先端は塞ぎ板１１ａ、１２ａで塞がれ、有孔筒１１は約４０ｍｍ径のパイプで長さが約５０ｃｍ、有孔筒１２は同径のパイプで長さが４０ｃｍとしている。そして、それぞれの外周面には約１０ｍｍの孔１３が多数設けられている。なお、ここでは、空気圧は、７キログラム毎平方センチメートルとしている。

破砕定量供給手段２０は、供給ホッパー１の排出口とドラム乾燥機２の投入口４の間に設けられており、枠体２０ａ内に、複数個の固定刃２２と回転刃２１とから構成されている。固定刃２２と回転刃２１の詳細は、図３に示すように、板状の多数の固定刃２２が所定の間隔（ここでは、１２ｍｍとしている）で、連結板２４に固設され、この間隔に軸２３に固設された多数の回転刃２１が嵌合するするようにして設けられている。
回転刃２１は、厚さが約１０ｍｍ、外径が約１３０ｍｍの略星型状であり、各回転刃２１は、刃を少しずつ回転方向にズラして１６個、軸２３に固設されている。そして、軸２３は、回動可能に支持され、枠体２０ａ上に設けたモータ２４にチェーンを介して連結されている。また、固定刃２２は、厚さが約１０ｍｍ、高さが約８０ｍｍ、幅が約１３０ｍｍの板状である。

ドラム乾燥機２は、枠体２ａの上部に投入口４を備え、ボイラからの蒸気を内部に取り入れて表面が摂氏１００〜１２０度に加熱されて回転する２本の加熱ドラム３と、この表面に付着して乾燥した乾燥汚泥を掻き取る掻取刃５を備えている。
図４は、上部のカバーを外した汚泥乾燥機２の全体を示す斜視図であり、６は加熱ドラム３，３を互いに内側（図１において矢印方向）へ回転させるためのモータで、減速機を介して加熱ドラム３，３へ連結されている。７は減速軸の軸受け、８はボイラからの蒸気配管である。また、９は汚泥の溢れ止めであり、２６は乾燥汚泥の排出口である（図１参照）。

ペレット化装置５０は、ドラム乾燥機２の排出口２６から搬送コンベア４０によって連結され、ケース５１内に垂直軸５６で回転するローラ５４と型５２が収納されている。
ケース５１は供給室５１ａ、排出室５１ｂ、動力室５１ｃに分割され、供給室５１ａには連結軸５３で連結された２個のローラ５４が設けられている。なお、ローラ５４は連結軸５３に対して軸受けを介して回転自在に取付けられている。
また、連結軸５３は、垂直軸５６と連結され、垂直軸５６には動力室５１ｃ内で大傘歯車５６が固設されており、モータ５８に連結された小傘歯車５７に噛み合っている。したがって、ローラ５４は垂直軸５６の回転によって転動する。

供給室５１ａと排出室５１ｂの境には型孔５２ａを多数有する型５２が固設され、ローラ５４は型５２上（型孔５２ａ部）を転動するように設けられている。
型孔５２ａは、ローラ５４が転動する周上に多数設けられ、直径１０ｍｍ、深さ２０ｍｍで、上端は直径１２ｍｍ、深さ４ｍｍの一段大きな孔になっている。

次に、上記のように構成された有機汚泥の資源化装置の作用について説明する。
供給ホッパー１に供給される汚泥は、種々の大きさの塊状となったものが混ざった状態であり、供給ホッパー１内では空隙がいたるところに生じている。
塊状の汚泥は、塊砕手段１０によって壊される。すなわち、有孔筒１１および有孔筒１２へ空気圧を間欠的に供給し、孔１３から供給ホッパー１内へ空気を吹出すことによって、塊状の汚泥を壊してバラバラにし空隙をなくす。塊砕された汚泥は、破砕定量供給手段２０へ順次送られる。

破砕定量供給手段２０では、モータ２５に駆動された回転刃２１が連続して回転しており、回転刃２１の刃間に載っている汚泥を順次下方へ送る。各回転刃２１は、刃を少しずつ回転方向へズラして設けられているので、１個の回転刃２１においては、汚泥は間欠的に排出されるが、トータルとしては常に一定量の汚泥が排出される。
そして、塊砕手段１０によっては砕かれなかった小型の塊状の汚泥も、固定刃２２間を通り抜ける際に細かく砕かれる。細かくなった汚泥は、ドラム乾燥機２の加熱ドラム３，３へ一定の量で供給される。

摂氏約１００〜１２０度の加熱ドラム３，３に落下する汚泥は、上記のように、細かく常に一定量であるので、加熱ドラム３，３が互いに内側へ回転していることによって、順次加熱ドラム３，３面に引き延ばされてシート状に付着する。そして、半回転以上したところで、掻取刃５によって掻き取られる。この汚泥は、含水率が２０〜１０％に乾燥されたものである。そして、排出口２６から搬送コンベア４０によってペレット化装置５０へほぼ定量づつ送られる。
なお、乾燥程度は、汚泥の加熱ドラム３，３への供給量および加熱ドラム３，３の表面温度と回転速度を調整することによって適宜所望のものとすることができる。

ペレット化装置５０の供給室５１ａへ送られた乾燥汚泥は、まず、型孔５２ａの上端側の径の大きな所へ押し込められ、続いて、その上に載った乾燥汚泥をローラ５４で踏みつけることにより、下の細い型孔５２ａへ送り込まれ、締め固められてペレットの状態で排出室５１ｂへ送出される。このペレットは、排出口５９から出される。なお、排出口５９には、袋詰めするための装置が別途設けられている。

図７は、請求項１の発明の別の実施の形態を示すものである。なお、乾燥機２の後の搬送コンベア４０からペレット化装置５０は図１と同じであるので、省略してある。
図１と相違する点は、下部に破砕定量供給手段２０を取付けた供給ホッパー１と、ドラム乾燥機２を切り離し、コンベア４０で両者を連結したことである。これにより、低い建屋の場合にも設置が容易である。

次に、請求項２の発明の有機汚泥の資源化装置の実施の形態を、図５および図６に基づいて説明する。
図５は、有機汚泥の資源化装置を示す説明図で、上記実施の形態の図１に対応するものである。
供給ホッパー１と塊砕手段１０とドラム乾燥機２とペレット化装置５０は、上記の実施例と同じものであり、破砕定量供給手段３０が上記のものと相違する。なお、図５では、ドラム乾燥機２以降の装置である搬送コンベア４０およびペレット化装置５０は省略している。

破砕定量供給手段３０は、供給ホッパー１の排出口に設けられた送り羽根３１と、スクリュー３３が内挿され先端に多孔部材３２ａが固着された筒体３２と、多孔部材３２ａの近傍で回転する回転刃３５とから構成されている。筒体３２の後端上部は供給ホッパー１の排出口に連結されており、また、後方にはスクリュー３３を駆動するためのモータ３４が連結されている。
回転刃３５は、ケース３７内に設けられており、モータ３６で駆動する略十字状の形状をしている。これは、図６に示すように円板３５ａに４個のカッター３５ｂが固設され、筒体３２の多孔部材３２ａに近接して配置されている。

このように、構成されているので、供給ホッパー１内の汚泥は、塊砕手段１０によって塊が細かくされ、空隙がなくなった状態で送り羽根３１によって順次筒体３２内へ送られる。そして、汚泥はスクリュー３３によって圧送され、より密な状態となり多孔部材３２ａから紐状の状態で順次押し出される。そして、回転刃３５によって裁断され細かい粒子状になる。したがって、上記の実施の態様と同様、汚泥は、加熱ドラム３，３面に引き延ばされてシート状に付着するので、高品質の乾燥汚泥を得ることができる。

請求項１の発明の有機汚泥の資源化装置における実施の形態を示す全体説明図である。同、汚泥供給装置の全体を示す正面図である。同、破砕定量供給手段２０の内部を示す斜視図である。同、ドラム乾燥機２を示す斜視図である。同、請求項２の発明の有機汚泥の資源化装置における実施の形態を示す全体説明図である。同、破砕定量供給手段３０を示す斜視図である。同、請求項１の発明の有機汚泥の資源化装置における別の配置を示す全体説明図である。

符号の説明

１供給ホッパー
２ドラム乾燥機
２ａ枠体
２ｂ移送手段
３加熱ドラム
４投入口
５掻取刃
６モータ
７軸受け
８蒸気配管
９溢れ止め
１０塊砕手段
１１有孔筒
１１ａ塞ぎ板
１２有孔筒
１２ａ塞ぎ板
１３孔
２０破砕定量供給手段
２０ａ枠体
２１回転刃
２２固定刃
２３軸
２４連結板
２５モータ
２６排出口
３０破砕定量供給手段
３１送り羽根
３２筒体
３２ａ多孔部材
３３スクリュー
３４モータ
３５回転刃
３６モータ
３７ケース
４０搬送コンベア
５０ペレット化装置
５１ケース
５１ａ供給室
５１ｂ排出室
５１ｃ動力室
５２型
５２ａ型孔
５３連結軸
５４ローラ
５５垂直軸
５６大傘歯車
５７小傘歯車
５８モータ
５９排出口
６０搬送コンベア

Claims

汚泥供給装置とドラム乾燥機とペレット化装置とを備えた有機汚泥の資源化装置であって、該汚泥供給装置はドラム乾燥機へ有機汚泥を供給する供給ホッパー内の下部に有機汚泥の団塊を空気圧で崩壊する塊砕手段と、その下部に複数個の板状の固定刃それぞれの間に、略星型状の回転刃を回動可能に配置した破砕定量供給手段とからなり、該ドラム乾燥機は、平行に設けた回転する２個の加熱ドラムの上面から有機汚泥を供給して該加熱ドラム面にシート状に付着させ、乾燥した汚泥を掻き取るものであり、該ペレット化装置は、乾燥汚泥を型に押し込んで０．２〜１０立方センチメートルのペレットに成型するものであることを特徴とする有機汚泥の資源化装置。
汚泥供給装置とドラム乾燥機とペレット化装置とを備えた有機汚泥の資源化装置であって、該汚泥供給装置はドラム乾燥機へ有機汚泥を供給する供給ホッパー内の下部に有機汚泥の団塊を空気圧で崩壊する塊砕手段と、その下部に多孔部材を先端に固着した筒体にスクリューを回動可能に内装し、該多孔部材の近傍に押し出された有機汚泥をチップ状にする回転刃を設けた破砕定量供給手段とからなり、該ドラム乾燥機は、平行に設けた回転する２個の加熱ドラムの上面から有機汚泥を供給して該加熱ドラム面にシート状に付着させ、乾燥した汚泥を掻き取るものであり、該ペレット化装置は、乾燥汚泥を型に押し込んで０．２〜１０立方センチメートルのペレットに成型するものであることを特徴とする有機汚泥の資源化装置。
前記ドラム乾燥機の加熱ドラムは、前記有機汚泥の資源化装置で得た有機汚泥のペレットを燃料とする焼却炉で得た熱によるボイラの蒸気で加熱することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機汚泥の資源化装置。