JP5865465B1 - スラッジの乾燥処理方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各種スラッジから水，油等の液状成分を除去するためのスラッジの乾燥処理方法及びその装置に関する。【解決手段】スラッジＳを減圧処理槽１に供給し、凝縮槽２を介して減圧処理槽１に接続したエゼクタポンプ４によって減圧処理槽１内を減圧処理することによって、スラッジＳ中の液状成分の沸点を下げた状態で間接加熱することにより、液状成分を蒸気状態で取り出し、その後に蒸気を凝縮することによって、液状態に戻して凝縮槽２に貯留することによって、スラッジＳから液状成分を除去して乾燥させるスラッジの乾燥処理方法を基本として提供する。【選択図】図２

Description

本発明は、圧延スラッジ，切削スラッジその他の各種スラッジから水，油等の液状成分を除去するためのスラッジの乾燥処理方法及びその装置に関する。

製鉄所における熱間圧延工程や金属の切削加工時に使用された大量の冷却水には、潤滑油，グリース等の雑多な油分やスケール，ダスト等の固形物が混入している。そのため、使用済みの冷却水は、所定の工程を経て再生冷却水として再利用に供されるとともに、再生冷却水を得た残渣としての大量のスラッジを産出する。例えば、熱間圧延スラッジ（以下、「圧延スラッジ」という）は、酸化鉄，水，油等とからなり、鉄分４０％，水分２０％，油分５％，その他の成分３５％程度で構成され、粒径５０μｍ程度の固形物を含む泥状物である。また、圧延スラッジは硫化カルボニル（ＣＯＳ），二硫化炭素（ＣＳ_２），二酸化硫黄（ＳＯ_２ ）の発生源であって悪臭を放つため、再利用或いは廃棄処分をするには、その前提として固液を分離して乾燥させる必要がある。

そこで従来、圧延スラッジについては、天日乾燥やベルトプレス等で脱水して減容化した後に、産業廃棄物として廃棄したり、或いはセメント原料等として再利用することが多い。また、圧延スラッジを製鉄原料として再利用するためには、溶銑予備処理炉に投入する際の水蒸気爆発を防止するとともに配管ルートの閉塞を生じないようにするため、ほぼ絶乾状態（含水率１％未満）にまで乾燥させて粉末状にする必要がある。そのため、天日乾燥やベルトプレス等により脱水して前処理をした後に、更にロータリーキルンによる焼成や熱風乾燥装置による熱風乾燥によって乾燥させる手段が用いられている。

更には乾燥に代えて圧延スラッジに給水した上で加温し、粘度調整を行った上で高炉に供給することによって圧延スラッジを鉄源，熱源として利用する手段も提供されている（特許文献１）。

特開平０７−３１６６７４号公報

しかしながら、ロータリーキルンを使用した焼成手段は、スラッジの物性にかかわらず焼成可能であるが、燃料として重油やガス等を使用するため、排ガス処理装置が必要となる。また、熱風乾燥装置を使用した乾燥手段は、炉内に圧延スラッジを入れて、すり潰しながら３５０℃程度の熱風を当てて乾燥させるため、スラッジに油分等の可燃物が含まれる場合には発火の恐れがあるので、熱風の温度を下げる（処理量を減らす）必要がある。そのため、ロータリーキルンや熱風乾燥装置を使用した従来の乾燥手段では、スラッジが高含水の場合には前処理として脱水が必要であり、設備の規模が大きくなるとともに燃料消費量が増加する。そして、高温処理のため、油分等から発生する排ガスの処理が必要となり、更に臭気の問題を抱えるスラッジに対しては対策手段がない。また、高温処理の為、スラッジ中から除去する液状成分以外の変質を認めない工程では不向きである。

一方、特許文献１に示す手段は、スラッジを乾燥させる手段ではなく、給水することによってスラッジの粘度を調節するため、スラッジを廃棄するための処理手段としては採用することができず、又再利用の用途も特定されてしまう。

そこで、本発明は上記したスラッジの処理手段が有している課題を解決して、各種スラッジから水，油等の液状成分を除去して乾燥させることによって、処理を容易とするとともに再利用を可能とするためのスラッジの乾燥処理方法及びその装置を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するために、スラッジを減圧処理槽に供給し、液状体を貯留した凝縮槽を介して減圧処理槽に接続したエゼクタポンプによって減圧処理槽内を減圧処理することによって、スラッジ中の液状成分の沸点を下げた状態で間接加熱することにより、液状成分を蒸気状態で減圧処理槽から取り出し、前記蒸気に凝縮槽に貯留した液状体を冷却液として噴射するとともに、凝縮槽に供給して凝縮し、前記蒸気を液状態に戻して凝縮槽に貯留することによって、スラッジから液状成分を除去して乾燥させるスラッジの乾燥処理方法を基本として提供する。

また、減圧下に保持した減圧処理槽を撹拌する構成、凝縮槽に貯留した液状体の液温を４０℃以下に設定した構成、エゼクタポンプを装備したエゼクタ槽を凝縮槽に接続し、エゼクタ槽に貯留した液状体をエゼクタポンプに駆動流体として供給することによって、凝縮槽を介して減圧処理槽を減圧下に保持する構成、エゼクタ槽に貯留する液状体として水を使用する構成を提供する。

また、減圧処理槽を−０．０７ＭＰａＧ〜−０．０９６ＭＰａＧの減圧下に保持する構成、凝縮槽に貯留する液状体として水を使用する構成、スラッジから液状成分を除去して乾燥させた処理物を減圧処理槽から排出する構成、及びスラッジが圧延スラッジ，汚泥，油水混合物又は揮発性有機化合物（ＶＯＣ）汚染土壌であって、スラッジに含有する液状成分が水，油又は揮発性有機化合物（ＶＯＣ）である構成を提供する。

そして、前記したスラッジの乾燥処理方法を実施するためのスラッジの処理装置であって、スラッジを減圧下に保持する減圧処理槽と、減圧処理槽の間接加熱装置と、減圧処理槽に接続した凝縮槽と、凝縮槽に貯留された液状体と、減圧処理槽と凝縮槽を接続する配管に凝縮槽に向けて、凝縮槽内の液状体を冷却液として噴射する冷却液噴射手段と、凝縮槽に接続したエゼクタ槽と、エゼクタ槽に装備したエゼクタポンプと、エゼクタ槽に貯留され駆動流体としてエゼクタポンプに供給される液状体とからなるスラッジの乾燥処理装置を提供する。

また、減圧処理槽にスラッジの投入口と、スラッジから液状成分を除去して乾燥させた処理物を排出する排出口を装備した構成、間接加熱装置として、減圧処理槽の外周面を加熱ジャケットを装備した構成、間接加熱装置として、減圧処理槽内に中空の加熱軸を回転可能に装備した構成、加熱軸の外周面に一定間隔で複数の撹拌翼を回転可能に突設した構成、及び間接加熱装置に加熱した蒸気を供給する構成を提供する。

更に、凝縮槽内の液状体を減圧処理槽に投入前のスラッジに供給してスラッジを予熱する予熱手段を装備した構成を提供する。

以上記載した本発明によれば、スラッジを減圧処理し、スラッジ中の液状成分の沸点を下げた状態で、スラッジを間接加熱することによって、スラッジから液状成分を蒸気の状態で取り出し、取り出した後に蒸気を凝縮させて再び液状に戻すことによって、熱効率が高く、短時間で効率よく乾燥処理を行うことができる。

スラッジ中の液状成分が水の場合には、減圧して低温で蒸発させることができるため、油分の気化が少なく、そのため排ガスが発生することが少なくなる。仮に発生した場合でも、凝縮槽でトラップすることができるため、外部へ漏洩することがない。また、減圧下の処理のため、油分等の発火点未満の温度で処理することが可能であり、発火の恐れがない。減圧処理槽は密閉された減圧状態で間接加熱されるため、スラッジの性状はどのような状態であっても処理することが可能であるとともに、熱によるスラッジの変質がない。

スラッジに与えられた熱エネルギーの殆どを凝縮潜熱として凝縮槽で回収することができ、スラッジの予熱等に再利用することができる。減圧手段として、エゼクタポンプを使用しているため、蒸気や水分が混入しても故障することがなく、安定した乾燥処理が可能である。そして、減圧処理槽から取り出した蒸気は凝縮槽で凝縮して液化するため、気体容積はほぼゼロとなりエゼクタポンプの負荷が少ない。

更に、減圧処理槽から取り出した蒸気に冷却液を噴射して、蒸気を冷却液と強制的に接触させることによってその場で凝縮させ、容積を減らすことができるため、使用する配管径を小さくすることが可能であるとともに、凝縮によって発生する真空と冷却液の流速による圧力差によって、減圧能力が向上する。また、蒸気の発生量が少ない場合でも一定の流速が保たれることと、水によって洗い流す効果により、配管内の粉末堆積を解決することができる。そのため、圧延スラッジを短時間で効率よく、水分１％未満の絶乾状態まで乾燥させることができ、製鉄原料として再利用することができる。

本発明にかかるスラッジの乾燥処理方法及びその装置を概略的に示すシステム図。 本発明の工程説明図。 圧力と沸点・比容積の関係を示すグラフ。 圧力と温度・時間の関係を示すグラフ。 圧力と温度・時間の関係を示すグラフ。

以下、本発明にかかるスラッジの乾燥処理方法及びその装置の実施形態を説明する。本発明は、圧延スラッジその他のスラッジを減圧下に保持し、スラッジ中の液状成分の沸点を下げた状態でスラッジを間接加熱することによって、スラッジから水，油等の液状成分を蒸気の状態で取り出し、取り出した後に蒸気を再び液状に戻すことによって、スラッジから液状成分を除去して乾燥させるものである。

本発明は、酸化鉄，水，油等とからなる圧延スラッジを乾燥処理することを契機として開発したものであるが、対象とするスラッジには特に限定はなく、液状成分を含有して乾燥させる必要のあるスラッジであれば適用可能である。本発明でスラッジ（泥状物）とは、固液が混合した物質を指しており、発生原因や含有成分による制約は特にない。なお、スラッジの具体例としては、圧延スラッジ，汚泥，油水混合物又は揮発性有機化合物（ＶＯＣ）汚染土壌が挙げられ、スラッジに含有する液状成分としては、水，油又は揮発性有機化合物（ＶＯＣ）が挙げられる。液状成分の含液率にも制約はなく、含液率の高いスラッジでも全て処理可能である。また、乾燥の程度にも限定はなく、目的に応じて所定の乾燥状態迄処理を行えばよい。因みに製鉄原料として再利用することを目的として、圧延スラッジを乾燥させる場合は、水分１％未満の絶乾状態まで乾燥させることを目的とする。

図１は本発明にかかるスラッジＳの乾燥処理方法及びその装置を概略的に示すシステム図、図２は工程説明図である。図において、１は減圧処理槽であり、乾燥処理を行う各種のスラッジＳを内部に蓄える容積を有する中空竪型の筒状体であって、内部を減圧状態下に保持するため、密閉構造であって減圧に耐え得る強度を有している。減圧処理槽１の内部中央には、減圧処理槽１を加熱するための中空の加熱軸５が回転可能に装備されており、加熱軸５の外周面には熱伝導率を高めるために、一定間隔で複数の撹拌翼６が回転可能に突設されている。７はモータであって、加熱軸５を回転駆動するための動力源として、減圧処理槽１外に配備されている。

減圧処理槽１の外周面には、減圧処理槽１を被覆するように加熱ジャケット８が装備されており、加熱源９によって加熱ジャケット８及び加熱軸５が加熱され、減圧処理槽１に収納したスラッジＳを間接加熱する。図示例では、加熱源９として蒸気ボイラを使用して、加熱した蒸気を加熱源９から供給管１０を介して加熱軸５に供給し、加熱軸５に供給された加熱蒸気は加熱軸５からの排出管１１を介して加熱源９の蒸気ボイラに帰って再び加熱される。供給管１０は途中で供給管１０ａが分岐されて加熱蒸気を加熱ジャケット８にも供給する。加熱ジャケット８に供給された加熱蒸気は排出管１１ａを介して、排出管１１に合流して加熱源９の蒸気ボイラに帰って再び加熱される。なお、１２，１２ａはドレンを排出するためのスチームトラップであり、それぞれ排出管１１，１１ａに設置されており、スチームトラップ１２，１２ａから回収されたドレンは加熱源９の蒸気ボイラに供給して加熱蒸気の原料水として再利用することができる。

減圧処理槽１の上面には、スラッジＳを供給するための原料投入口１３が密閉可能に装備されており、底部には乾燥の終了したスラッジＳの処理物を排出する製品排出口１４が密閉可能に装備されている。よって、加熱軸５及び加熱ジャケット８に供給された加熱蒸気によって、減圧処理槽１内が減圧下に保持された状態でスラッジＳが撹拌されながら、間接加熱されることとなり、液状成分が気化する。

２は凝縮槽であり、減圧処理槽１から取り出したスラッジＳの液状成分の蒸気を凝縮するものであって、後述するエゼクタポンプ４の負荷を軽減するものである。そのために、凝縮槽２は密閉構造の一定体積を有する容器であって、内部に液状体１６を貯留している。液状体１６としては水を使用することが適当であるが、スラッジＳに含まれる液状成分が水と分離しない物質（例えば油）である場合は、液状成分と同じ物質（例えば油）を使用することが好ましい。

凝縮槽２は減圧処理槽１と配管を介して接続されており、減圧処理槽１内に接続された大径の蒸気管１７が管継手であるレジューサ１８に配管され、レジューサ１８から凝縮槽２内までは小径の凝縮管１９が配管されている。２０は蒸気管１７に設置された圧力開放弁であり、２１は凝縮管１９に設置された圧力維持弁である。また、凝縮槽２の底部には冷却液噴射手段としてシャワー用ポンプ２２が設置され、凝縮槽２内に貯留された水その他の液状体１６をシャワー管２３を介して、蒸気管１７内又はレジューサ１８内に冷却液として供給し、凝縮管１９方向に流水するように液状体１６を噴射するようにしている。２４は逆止弁であって液状体１６をレジューサ１８方向にのみ供給可能としている。

冷却液として、同じ負圧系内の凝縮槽２内に貯留された液状体１６を使用することにより、減圧処理槽１内の圧力を上げることがなく、又液状体１６の使用量が増加することもない。更に、液状体１６は後述のように所定温度以下に冷却されているため、冷却液として別途冷却する必要がない。液状体１６は、蒸気管１７内又はレジューサ１８内のどちらに噴射してもよいが、レジューサ１８内に噴射する場合は、大径の部分に噴射する。液状体１６の噴射方向や噴射ノズルは、噴射した液状体１６が凝縮管１９方向に流水することができれば、特に限定はない。好ましくは、蒸気管１７又はレジューサ１８の管断面に水壁を形成するように噴射する。蒸気管１７又はレジューサ１８に周壁から対面する周壁に向けて（例えば、下方から上壁に向けて）噴射すると蒸気が接触する面積が広くなり、凝縮を効果的に行うことができるとともに、蒸気管１７又はレジューサ１８の管内を広く洗浄することができる。なお、液状体１６の供給量は、小径の凝縮槽２内を流通できる量であれば特に制約はない。また、液状体１６の噴射は、その飛沫が減圧処理槽１内に入らないように留意する必要がある。

これにより減圧処理槽１から取り出した蒸気を強制的に冷却液と接触させることによって凝縮を促進し、蒸気の容積を減らして、蒸気が流通する蒸気管１７に比較して、凝縮管１９の管径を大幅に小さくすることできる。１度に１５００ｋｇのスラッジＳを処理可能な減圧処理槽１を使用した本実施形態では、管径３００ｍｍの蒸気管１７を使用する必要があるが、凝縮管１９としては管径１００ｍｍあれば十分である。さらに、冷却液の噴射によって発生する圧力差及び凝縮による圧力差により、減圧処理槽１の減圧能力を上げることが可能となる。更に冷却液によって、蒸気によって飛沫連行される粉塵をトラップして洗い流すことができるため、小径の凝縮管１９を使用しても閉塞を生じることがない。

凝縮を主目的とする凝縮槽２では、液状体１６の温度が凝縮率を左右するため、液状体１６の温度をできるだけ低く保つ必要がある。液状体１６は、スラッジＳから取り出した蒸気の顕熱・潜熱により温度が上昇するため、凝縮槽２の内部又は外部に液状体１６を冷却する手段を装備することが必要である。凝縮槽２の液温を概ね４０℃以下に設定することにより、減圧処理槽１で発生した水蒸気を凝縮し、エゼクタポンプ４を小規模とすることが可能となる。そのため、本実施形態では、凝縮槽２の底部には循環用ポンプ２５が設置され、凝縮槽２内に貯留された液状体１６を循環用配管２６を介して予熱装置２７に供給して、凝縮槽２の液状体１６の温度で原料としてのスラッジＳを予熱するようにしている。２８は逆止弁であって液状体１６を予熱装置２７方向にのみ供給可能としている。予熱装置２７に供給され、熱を放出した液状体１６は冷却管２９を介してクーリングタワー等の適宜の冷却装置３０に供給され、シャワーリング等の適宜の手段によって冷却され、戻り管３１を介して凝縮槽２に循環させる。予熱装置２７で予熱されたスラッジＳは原料供給管３２を介して、原料投入口１３から減圧処理槽１内に所定量だけ投入される。

３はエゼクタ槽であり、上方にエゼクタポンプ４を設置するとともに、内部にエゼクタポンプ４の駆動流体としての液状体３４を貯留している。液状体３４としては液状体１６と同一のものを使用する。エゼクタ槽３の底部には駆動用ポンプ３５が設置され駆動用配管３６を介して、液状体３４をエゼクタポンプ４に供給する。エゼクタポンプ４は、供給された駆動流体としての液状体３４をノズルからエゼクタ槽３に向けて噴射し、液状体３４の流れを絞って流速を増加させてベンチュリ効果により減圧状態を形成する。なお、液状体３４の温度が真空度に影響することから、液状体３４の温度をできるだけ低く保つ必要がある。そのため、内部もしくは外部に冷却機構を装備することが好ましい。

エゼクタポンプ４は一般的な真空ポンプに比較して安価であるとともに、構造がシンプルなため、メンテナンス頻度が極めて少なくて済み、かつ、故障に強い。何より蒸気そのものを吸引可能であり、蒸気や水分が混入しても故障することがなく、安定した乾燥処理が可能である。更に、１台のエゼクタポンプ４で複数の減圧処理槽１を減圧状態に保つことが可能であり、複数の減圧処理槽１を切り換えて乾燥処理を行うことが可能である。 エゼクタポンプ４は連通管３７を介して凝縮槽２内と連通するように接続されているため、凝縮槽２及び凝縮槽２と連通している減圧処理槽１は減圧状態に保持されることとなる。３８は逆止弁であって、連通管３７に設置されて、エゼクタポンプ４方向にのみ流体が通過可能とすることによって、凝縮槽２及び減圧処理槽１を減圧状態に保持するものである。

スラッジＳから取り出される液状成分が有害もしくは臭気を発する物質であって、かつ、１０００℃未満で分解する物質の場合は、凝縮槽２及びエゼクタ槽３を通過した液状成分を熱風炉（図示略）を用いて分解処理することも可能である。更に、凝縮槽２及びエゼクタ槽３がオーバーフローする場合に備えてそれぞれ排水貯留槽（図示略）を装備しておいてもよい。

上記したスラッジＳの乾燥処理装置を使用してスラッジＳを乾燥処理する方法を図１，図２に基づいて説明する。先ず、ステップＡに示すように、乾燥処理を行う原料としてのスラッジＳを原料投入口１３から減圧処理槽１内に１回当たりの処理量だけ投入する。本実施形態では製鉄原料として再利用するために含水率１％未満の絶乾状態まで乾燥させるために、１回当たり含水率１３．７重量％の１５００Ｋｇの圧延スラッジからなるスラッジＳを投入した。なお、スラッジＳは後述するように必要に応じて予熱その他の前処理を行っておくとよい。

次に、ステップＢに示すように、減圧処理槽１内を減圧することにより、スラッジＳを減圧下に保持する。減圧のためには、減圧処理槽１内を密閉状態とした上で、エゼクタ槽３内に貯留した水その他の液状体３４を駆動用ポンプ３５を駆動させてエゼクタポンプ４に供給してエゼクタ槽３内に噴射して減圧状態を形成する。エゼクタポンプ４は連通管３７を介して密閉状態に保持された凝縮槽２と連通しているため、凝縮槽２内も減圧状態に保持される。更に、凝縮槽２は凝縮管１９，レジューサ１８及び蒸気管１７を介して密閉状態に保持された減圧処理槽１内と連通している。そこで、蒸気管１７に設置された圧力開放弁２０を閉じ、凝縮管１９に設置された圧力維持弁２１を開いた状態でエゼクタポンプ４を駆動することによって、減圧処理槽１内は減圧状態となり、スラッジＳは減圧下で沸点が下がった状態に保持される。

減圧処理槽１の減圧状態の程度は特に制限はないが、−０．０７ＭＰａＧ〜−０．０９６ＭＰａＧの減圧下に保持することが乾燥処理のために効率的である。図３は圧力と沸点・比容積の関係を示すグラフであり、横軸に圧力（ＭＰａＧ）を、縦軸に沸点（℃）と比容積（ｍ^３／Ｋｇ）を示している。αは減圧条件の変化に伴う沸点の変化を示すグラフであり、βは減圧条件の変化に伴う比容積の変化を示すグラフである。図３に示すように、圧力が低下するにつれて沸点は低下しているが、逆に比容積は増大している。圧力が−０．０７ＭＰａＧ,−０．０８ＭＰａＧ,−０．０９ＭＰａＧ,−０．０９６ＭＰａＧの４つの時点におけるそれぞれの沸点（α１，α２，α３，α４）及び比容積（β１，β２，β３，β４）を表１に示す。図３及び表１に示すように、圧力が−０．０７ＭＰａＧの時の沸点（α１）は７０．１℃、比容積（β１）は５．０５ｍ^３/Kgであり、又圧力が−０．０８ＭＰａＧの時の沸点（α２）は６１．５℃、比容積（β２）は７．２ｍ^３/Kgであるが、圧力が−０．０８ＭＰａＧから下がると温度勾配が急となって沸点が急激に低下し、圧力が−０．０９６ＭＰａＧまで低下すると、沸点（α４）は３３．９℃、比容積（β４）は２６．７ｍ^３/Kgとなっている。そして、比容積は圧力が−０．０９６ＭＰａＧ付近から急激に増大している。

熱効率だけを考慮すれば、圧力は低いほど有利であるが、比容積が増大すると、同じ重量の蒸気であっても比容積が増大した分だけ大きな能力のエゼクタポンプ４が必要となるとともに、蒸気管１７等の管径を大きくする必要がある。これは、スラッジＳから発生する蒸気量がエゼクタポンプ４で吸引される蒸気量を超えると、減圧処理槽１内の圧力が上がることとなり、目標とする処理能力が得られなくなるためである。そこで、減圧状態としては、沸点が略７０℃以下で、比容積の増加が少ない−０．０７ＭＰａＧ〜−０．０９６ＭＰａＧの範囲が好ましく、−０．０８ＭＰａＧ〜−０．０９６ＭＰａＧの範囲がより好ましい。

次にステップＣに示すように、減圧処理槽１内のスラッジＳを間接加熱する。間接加熱の方法としては、加熱源９として蒸気ボイラを使用し、加熱した蒸気を加熱源９から供給管１０を介して加熱軸５に供給するとともに、供給管１０を途中で分岐した供給管１０ａから加熱蒸気を加熱ジャケット８にも供給することにより行う。なお、加熱軸５に供給された加熱蒸気は加熱軸５から排出管１１を介して、又加熱ジャケット８に供給された加熱蒸気は排出管１１ａを介して、排出管１１に合流して加熱源９の蒸気ボイラに帰って再び加熱される。

併せて、ステップＤに示すように、減圧処理槽１のスラッジＳを撹拌することによって、スラッジＳの加熱効率を向上させる。撹拌の方法としては、モータ７を駆動させて、加熱軸５を回転させることによって、加熱軸５の外周面に一定間隔で突設した撹拌翼６が回転してスラッジＳが撹拌される。

減圧処理槽１内のスラッジＳは、減圧下に保持されて沸点が低下した状態で間接加熱されるため、スラッジＳ中の液状成分は、ステップＥに示すように、減圧処理槽１から蒸気となって外部に取り出される。具体的には、減圧処理槽１でスラッジＳから蒸気として蒸発した液状成分は、減圧処理槽１から蒸気管１７によって、外部に取り出され、レジューサ１８を介して凝縮管１９から凝縮槽２内に供給される。

凝縮槽２に供給された蒸気は、ステップＦに示すように、凝縮槽２で凝縮されて再び液化して凝縮槽２内に貯留される。即ち、凝縮槽２に供給された蒸気は凝縮槽２内において温度が低下することによって再び液化する。

凝縮による蒸気の液化を促進するために、ステップＧに示すように、減圧処理槽１から取り出された蒸気に冷却液を噴射する。即ち、凝縮槽２内に設置したシャワー用ポンプ２２を駆動して凝縮槽２に貯留した液状体１６をシャワー管２３を介してレジューサ１８内に冷却液として供給し、凝縮管１９方向に液状体１６を噴射することによって、レジューサ１８に侵入した蒸気を急激に液化することができる。

また、凝縮槽２内の液状体１６の温度を有効利用するとともに、液状体１６の温度を適正に保つための冷却手段として、原材料としてのスラッジＳを減圧処理槽１に投入する前に、ステップＨに示す予熱を行うとよい。即ち、凝縮槽２の底部に設置された循環用ポンプ２５を駆動して、凝縮槽２内に貯留されて減圧処理槽１から取り出された蒸気の凝縮によって温度の向上した液状体１６を、循環用配管２６を介して予熱装置２７に供給して、スラッジＳを予熱してから減圧処理槽１に投入することによって、スラッジＳからの液状成分の蒸発による取り出しを効率的に行うことができる。

予熱装置２７に供給されて熱を放出した液状体１６は、ステップＩに示すよう冷却されて凝縮槽２内に返却される。即ち、液状体１６は予熱装置２７から冷却管２９を介してクーリングタワー等の冷却装置３０に供給され、シャワーリング等の適宜の手段によって冷却され、戻り管３１を介して凝縮槽２に循環させる。

これらの動作を減圧処理槽１に投入されたスラッジＳから液状成分が取り出され、絶乾状態になる迄、所定時間継続して行い、スラッジＳが絶乾状態になれば、ステップＪに示すように、減圧処理槽１の製品排出口１４から取り出して１回当たりバッチ処理を終了する。以後、この作業を繰り返して、スラッジＳの乾燥処理を行う。

図４は、前記と同一の含水率１３．７重量％の１５００Ｋｇの圧延スラッジからなるスラッジＳを絶乾状態（含水率１％未満）まで乾燥処理した場合の圧力と温度・時間の関係を示すグラフであり、横軸に時間を、右縦軸に圧力（ＭＰａＧ）を、左縦軸に温度（℃）を示している。Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１はそれぞれ減圧処理槽１の圧力（ＭＰａＧ）を示すグラフであり、Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２はそれぞれ減圧処理槽１の温度（℃）を示すグラフである。また、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３はそれぞれ乾燥終了の地点（処理時間）を表している。なお、加熱ジャケット８及び加熱軸５に加熱した蒸気を供給することによって減圧処理槽１内の温度が１３０℃前後となるように間接加熱し、凝縮槽２内の液状体１６の温度を４０℃未満に維持するようにした。

Ｘ１，Ｘ２によれば、減圧状態として−０．０７４ＭＰａＧに減圧処理槽１を保つと、沸点は３０分経過当たりから８０℃以下に下がり、Ｐ１に示すように乾燥処理（含水率０．８重量％）は５７分で終了した。絶乾状態に到ると減圧処理槽１内の温度は上昇を始めることとなる。また、Ｙ１，Ｙ２によれば、減圧状態として−０．０８０ＭＰａＧに減圧処理槽１を保つと、沸点は３０分経過当たりから７０℃以下に下がり、最終的には７０．１℃まで低下し、Ｐ２に示すように乾燥処理は４７分で終了した（含水率０．８重量％）。更に、Ｚ１，Ｚ２によれば、減圧状態として−０．０９１ＭＰａＧに減圧処理槽１を保つと、沸点は３０分経過当たりから６０℃近くまで下がり、Ｐ３に示すように乾燥処理は４１分で終了した（含水率０．８重量％）。乾燥終了時間であるＰ１，Ｐ２，Ｐ３を比較すると、Ｐ２はＰ１に比較して１８％乾燥終了時間が短縮され、Ｐ３はＰ２に比較して１３％、Ｐ１に比較して２８％それぞれ乾燥終了時間が短縮されている。

よって、前記した通り、減圧条件の範囲としては−０．０７ＭＰａＧ〜−０．０９６ＭＰａＧが好ましく、−０．０８ＭＰａＧ〜−０．０９６ＭＰａＧがより好ましい。なお、本実施形態では、ステップＧにおいて冷却液を蒸気に噴射して蒸気の凝縮を促進したが、冷却液の噴射を省略しても、乾燥処理時間は増加するが乾燥処理を行うことが可能であり、本発明の範囲に含まれている。

図５は、前記と同一の１５００Ｋｇの圧延スラッジからなるスラッジＳを絶乾状態（含水率１％未満）まで乾燥処理した場合の圧力と温度・時間の関係を示すグラフであり、横軸に時間を、右縦軸に圧力（ＭＰａＧ）を、左縦軸に温度（℃）を示している。Ａ１，Ｂ１，Ｚ１はそれぞれ減圧処理槽１の圧力（ＭＰａＧ）を示すグラフであり、Ａ２，Ｂ２，Ｚ２はそれぞれ減圧処理槽１の温度（℃）を示すグラフである。また、Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５はそれぞれ乾燥終了の地点（処理時間）を表している。なお、減圧処理槽１の加熱条件及び凝縮槽２内の液状体１６の温度は図３に示す乾燥処理方法と同一条件である。

Ｚ１，Ｚ２は、図４に示すＺ１，Ｚ２と同一の例であり、減圧状態として−０．０９１ＭＰａＧに減圧処理槽１を保つとともに、ステップＧにおいて冷却液を蒸気に噴射して蒸気の凝縮を促進している。一方、Ａ１，Ａ２は減圧状態として−０．０８８ＭＰａＧに減圧処理槽１を保つとともに、ステップＧにおける冷却液を蒸気に噴射する工程を行わなかったものである。Ｚ１，Ｚ２及びＡ１，Ａ２はともに、減圧処理槽１の間接加熱手段として、加熱ジャケット８と加熱軸５の双方に加熱した蒸気を供給している。また、Ｂ１，Ｂ２は減圧状態として−０．０８８ＭＰａＧに減圧処理槽１を保つとともに、ステップＧにおける冷却液を蒸気に噴射する工程を行わず、更に減圧処理槽１の間接加熱手段としては、加熱ジャケット８のみを使用し、加熱軸５には加熱した蒸気を供給しなかった。

Ｚ１，Ｚ２によれば、Ｐ３に示すように乾燥処理は４１分で終了した（含水率０．８重量％）のに対し、略同一の減圧条件であるが、ステップＧにおける冷却水の噴射を行わなかったＡ１，Ａ２では乾燥処理に５２分を要している（含水率０．７重量％）。更に、略同一の減圧条件であるが、ステップＧにおける冷却水の噴射を行わず、更に減圧処理槽１の間接加熱手段としては、加熱ジャケット８のみを使用し、加熱軸５には加熱した蒸気を供給しなかったＢ１，Ｂ２では、乾燥処理に１０２分を要している（含水率０．９重量％）。乾燥終了時間であるＰ３，Ｐ４，Ｐ５を比較すると、Ｐ３はＰ５に比較して６１分（６０％）乾燥終了時間が短縮され、Ｐ４はＰ５に比較して５０分（４９％）それぞれ乾燥終了時間が短縮されている。

よって、前記した通り、ステップＧにおける冷却水の噴射、及ステップＣにおいて加熱ジャケット８とともに加熱軸５への加熱した蒸気の供給が有効であることが示されているとともに、ステップＧにおける冷却液の噴射や加熱軸５への加熱した蒸気の供給がなくとも、減圧条件の範囲としては−０．０７ＭＰａＧ〜−０．０９６ＭＰａＧを維持すれば、各種のスラッジを絶乾状態まで乾燥させることが可能である。

以上記載した本発明によれば、スラッジを減圧処理し、スラッジ中の液状成分の沸点を下げた状態で、スラッジを間接加熱することによって、スラッジから液状成分を蒸気の状態で取り出し、取り出した後に蒸気を凝縮させて再び液状に戻すことによって、熱効率が高く、短時間で効率よく乾燥処理を行うことができる。

スラッジ中の液状成分が水の場合は、減圧して低温で蒸発させることができるため、油分の気化が少なく、そのため排ガスが発生することが少なくなる。仮に発生した場合でも、凝縮槽でトラップすることができるため、外部へ漏洩することがない。また、減圧下の処理のため、油分等の発火点未満の温度で処理することが可能であり、発火の恐れがない。減圧処理槽は密閉された減圧状態で間接加熱されるため、スラッジの性状はどのような状態であっても処理することが可能であるとともに、熱によるスラッジの変質がない。

スラッジに与えられた熱エネルギーの殆どを凝縮潜熱として凝縮槽で回収することができ、スラッジの予熱等に再利用することができる。減圧手段として、エゼクタポンプを使用しているため、蒸気や水分が混入しても故障することがなく、安定した乾燥処理が可能である。そして、減圧処理槽から取り出した蒸気は凝縮槽で凝縮して液化するため、気体容積はほぼゼロとなりエゼクタポンプの負荷が少ない。

更に、減圧処理槽から取り出した蒸気に冷却液を噴射して、蒸気を冷却液と強制的に接触させることによってその場で凝縮させ、容積を減らすことにより、使用する配管径を小さくすることが可能であるとともに、凝縮によって発生する真空と冷却液の流速による圧力差によって、減圧能力が向上する。また、蒸気の発生量が少ない場合でも一定の流速が保たれることと、水によって洗い流す効果により、配管内の粉末堆積を解決することができる。

Ｓ…スラッジ
１…減圧処理槽
２…凝縮槽
３…エゼクタ槽
４…エゼクタポンプ
５…加熱軸
６…撹拌翼
７…モータ
８…加熱ジャケット
９…加熱源
１０，１０ａ…供給管
１１，１１ａ…排出管
１２，１２ａ…スチームトラップ
１３…原料投入口
１４…製品排出口
１６，３４…液状体
１７…蒸気管
１８…レジューサ
１９…凝縮管
２０…圧力開放弁
２１…圧力維持弁
２２…シャワー用ポンプ
２３…シャワー管
２４，２８，３８…逆止弁
２５…循環用ポンプ
２６…循環用配管
２７…予熱装置
２９…冷却管
３０…冷却装置
３１…戻り管
３２…原料供給管
３５…駆動用ポンプ
３６…駆動用配管
３７…連通管

Claims (16)

1. スラッジを減圧処理槽に供給し、液状体を貯留した凝縮槽を介して減圧処理槽に接続したエゼクタポンプによって減圧処理槽内を減圧処理することによって、スラッジ中の液状成分の沸点を下げた状態で間接加熱することにより、液状成分を蒸気状態で減圧処理槽から取り出し、前記蒸気に凝縮槽に貯留した液状体を冷却液として噴射するとともに、凝縮槽に供給して凝縮し、前記蒸気を液状態に戻して凝縮槽に貯留することによって、スラッジから液状成分を除去して乾燥させることを特徴とするスラッジの乾燥処理方法。
2. 減圧下に保持した減圧処理槽を撹拌する請求項１記載のスラッジの乾燥処理方法。
3. 凝縮槽に貯留した液状体の液温を４０℃以下に設定した請求項１又は２記載のスラッジの乾燥処理方法。
4. エゼクタポンプを装備したエゼクタ槽を凝縮槽に接続し、エゼクタ槽に貯留した液状体をエゼクタポンプに駆動流体として供給することによって、凝縮槽を介して減圧処理槽を減圧下に保持する請求項１，２又は３記載のスラッジの乾燥処理方法。
5. エゼクタ槽に貯留する液状体として水を使用する請求項４記載のスラッジの乾燥処理方法。
6. 減圧処理槽を−０．０７ＭＰａＧ〜−０．０９６ＭＰａＧの減圧下に保持する請求項１，２，３，４又は５記載のスラッジの乾燥処理方法。
7. 凝縮槽に貯留する液状体として水を使用する請求項１，２，３，４，５又は６記載のスラッジの乾燥処理方法。
8. スラッジから液状成分を除去して乾燥させた処理物を減圧処理槽から排出する請求項１，２，３，４，５，６又は７記載のスラッジの乾燥処理方法。
9. スラッジが圧延スラッジ，汚泥，油水混合物又は揮発性有機化合物（ＶＯＣ）汚染土壌であって、スラッジに含有する液状成分が水，油又は揮発性有機化合物（ＶＯＣ）である請求項１，２，３，４，５，６，７又は８記載のスラッジの乾燥処理方法。
10. 請求項１〜請求項９に記載のいずれかのスラッジの乾燥処理方法を実施するためのスラッジの処理装置であって、
    スラッジを減圧下に保持する減圧処理槽と、減圧処理槽の間接加熱装置と、減圧処理槽に接続した凝縮槽と、凝縮槽に貯留された液状体と、減圧処理槽と凝縮槽を接続する配管に凝縮槽に向けて、凝縮槽内の液状体を冷却液として噴射する冷却液噴射手段と、凝縮槽に接続したエゼクタ槽と、エゼクタ槽に装備したエゼクタポンプと、エゼクタ槽に貯留され駆動流体としてエゼクタポンプに供給される液状体とからなることを特徴とするスラッジの乾燥処理装置。
11. 減圧処理槽にスラッジの投入口と、スラッジから液状成分を除去して乾燥させた処理物を排出する排出口を装備した請求項１０記載のスラッジの乾燥処理装置。
12. 間接加熱装置として、減圧処理槽の外周面に加熱ジャケットを装備した請求項１０又は１１記載のスラッジの乾燥処理装置。
13. 間接加熱装置として、減圧処理槽内に中空の加熱軸を回転可能に装備した請求項１０，１１又は１２記載のスラッジの乾燥処理装置。
14. 加熱軸の外周面に一定間隔で複数の撹拌翼を回転可能に突設した請求項１３記載のスラッジの乾燥処理装置。
15. 間接加熱装置に加熱した蒸気を供給する請求項１０，１１，１２，１３又は１４記載のスラッジの乾燥処理装置。
16. 凝縮槽内の液状体を減圧処理槽に投入前のスラッジに供給してスラッジを予熱する予熱手段を装備した請求項１０，１１，１２，１３，１４又は１５記載のスラッジの乾燥処理装置。

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