JPS60900A - 泥状物の乾燥方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は下水汚泥、し原汚泥、その他各種産業で生ずる
泥状含水材料、特に、粘着性の強い材料の乾燥を省エネ
ルギー的かつ高能率に行なうための乾燥機の運転制御方
法に関す′るものである。

一般に下水やし尿処理場、廃水処理場などから発生する
汚泥はａ当な脱水機例えばベルトプレス、フィルタプレ
ス、遠心脱水機などで機械的（脱水されてケーキ状とな
る。その含水率は約６０〜９ｏｑＩＤでア夛、このよう
なものを未処理のまま処分することは公害防止の面から
見て大いに問題でおる。

汚泥の処分手段としては減容効果、臭気、衛生面からし
ても乾燥φ焼却処理が最も有効な゛方法であシ今後更に
進められていくであろう。このほか有害物質が規制限度
以下と認められたもの一ついては乾燥物として、あるい
は含水率を乾燥によって調節した上でコンポスト化した
ものを農地還元する方法も有力である。

しかし、以上の方法も現在の乾燥技術では充分とは言え
ず、汚泥の乾燥゛や焼却には常に燃費、臭気の発生、粉
塵の発生といった問題がつきまとう。

一般に、汚泥ケーキは含水率が高いので都市ごみと違っ
て多くの場合助燃剤として重油を消費する。比較的含水
率の低いものでは炉内で発生する高温の燃焼ガスを利用
して炉の投入側を乾燥帯として有効に利用し自燃を可能
にした例もある。しかし乾燥帯はあくまで炉の一部を形
成している性質上構造的、機能的にさまざまな制約を受
ける。

その結果必ずしも乾燥プロセスの管理が万全でなくなシ
乾燥効率の低下や臭気、粉塵の発生を避けることができ
ない。

多゛段炉や四−タリーキルンでは燃焼帯で発生する７０
０〜９００℃の高温ガスと汚泥ケーキが直接接触し乾燥
が行なわれる。そのとき発生するガス成分に゛は蒸発し
た水分のほかに、汚泥が含んでいた悪臭成分、加えて高
温にさらされた汚泥中の有機物の分解による悪臭成分や
除去しにくいコゲ臭などが含まれる。また、このように
して乾燥帯を通過した燃焼ガスは温度降下して３００℃
程度となり、悪臭成分の燃焼分解効果は全く望めない。

つまシ悪臭の発生点と高温ガスの発生点が逆に位置して
いるためにこのような結果となるのである。従って排ガ
スは再び重油を用いて直火燃焼脱臭を行なうか、不充分
な点を我慢して薬液洗浄を行なうかしなければならず結
局は運転費増大につながる。

流動炉は排ガスの臭気濃度が比較的低いといわれている
が、これは排ガスの温度が７００℃前後と高いので、一
種の直火燃焼脱臭の効果を持つためである。しかし熱収
支的にみても排ガス温度が高い分多くの燃料を使９てい
るので、燃費が増大することは明らかでおる。

そこで必要となるのが、燃焼排ガスの持つエネルギーを
有効に回収できかつ二次公害の少ない乾燥機である。

従来排ガスのエネルギーを回収して乾燥をするために多
く用いられてきた機種の主なものを示すと次の二種類で
ある。

一つは回転攪拌乾燥機と呼ばれるもので、本体は横型回
転円筒体で内面にリフターを持ち、これによって掻き上
げられた材料を、本体く貫通した軸にアームを持つ回転
解砕機によって打撃小粒化し、熱風と直接接触するタイ
プである。

この装置の運転制御方法は、乾燥排ガス温度を２００℃
前後に維持するよう供給する熱風の温度を調節するとい
うものであるが、その構造は第１図に示すようなもので
、回転円筒体は直径に比して長さはその３〜５倍であシ
、材料の軸方向の混合は殆どなく、いわゆる押出し流れ
によ多材料が移動する。

すなわち、第１図におい°て２１は回転円筒体、２２は
回転解砕機、２６はケーキ投入口、２４は熱風導入口、
２５は排ガス排出口、２６は乾燥物排出口をそれぞれ示
しているが、材料の含水率、粘着性、流動性及び温度が
回転円筒体２１の軸方向に沿って大きな分布を持つ、と
いう重大な問題点がある。

この回転攪拌乾燥機では排ガス温度を制御指標としてい
るので、機内１に存在する材料の乾燥状態を忠実にかつ
即時的に知ることができず、装置の安全な運転を維持す
るためには乾燥製品の含水率は付着性のない粉末となる
くらいに低く保たなければならない。冷風のリークによ
る排ガス温度降下も、乾燥効率向上による温度降下も、
熱風温度低下による温度降下も温度降下という点では、
原因が異なっていてもすべて結果は同じである。

また、通常の制御は経験的に得られた熱風温度や材料供
給量などの運転条件で行なうが、径に比べて軸長が長い
ので外乱に対応して熱風温度を変化させてもその応答は
遅く、制御結果は脈動となって現われる。

しかして、乾燥理論によれば熱風温度は高い程、材料含
水率は高い程乾燥速度は大きくなる。回転攪拌乾燥機は
入口部では含水率が高く熱風温度も高いのに対し、出口
側ではいずれ本低い。にもかかわらず安定に運転するに
は効率の悪い出口側に余裕を持たせなければならないが
、これは装置規模の増大という無駄につながる。

排ガス温度もそれ程下げて運転することはできず当然品
温も上昇し熱分屏、炭化、着火、粉塵の発生が起シ、熱
効率にも限界がある。

このような諸欠点は回転攪拌乾燥機の構造上宿命的な性
質、つま導入口から出口へかけて材料の含水率に大きな
分布を持ち、また排ガス温度という材料の状態に直接関
係のない量を制御指標としている性質のために生じるの
である。

回転攪拌乾燥機以外のもう一つの機種としては中空スク
リエー内部に熱媒やスチームを通し、材料をスクリ、−
によって攪拌移送しつつ加熱乾燥するとい゛う間接加熱
型乾燥機と呼ばれるものがある。

この屋式の乾燥機では発生する乾燥排ガスが少ないので
脱臭等の排ガス処理が大変有利である。

しかしボイラーや熱交換器を必要としたシ、温度差の小
さい伝導伝熱凰であるので広い伝熱面積を必要とし、装
置が大型化するなどの欠点を持っている。また材料の流
れも回転攪拌乾燥機と同じように押出し流れであり材料
′含水率の分布も大きい問題点もある。さらに、スクリ
ューの回転数は遅く攪拌、解砕効果は弱いのでいきなり
入口部に高含水率の材料を投入することができない。従
って乾燥製品の一部を戻して含水率を４０〜５０チに調
整して付着性を弱めなくてはならない。なお、特殊なも
のではスクリ、−に特別の工夫をして付着物をけずり落
すようにしたものもある。

上記従来の２種類の乾燥機はいずれも、付着などの心配
が伴わないで得られる乾燥製品の含水率は１０〜３０％
であシ、３０〜６０％のものを安定かつ連続的に排出す
ることは不可能である。これは前にも述べたように乾燥
機内部の材料の状態を忠実に把握できる計測制御を行な
っていないし、できない構造だ控・らである。

含水率が３０〜６０チの乾燥物が必要な場合は多く−あ
る。例えば焼却において含水率が低くて固形物の発熱量
が高い場合には、炉温が高くなシすぎ炉壁の損傷や灰の
溶融付着などの問題を起すので二次空気を入れて冷却す
る必要がある。これによシ排ガス量は増大し、炉の運転
にとっては不利である。それよシ含水率が、したがって
発熱量が適当な材料を焼却すれば炉温も適当なものとな
シ、水の潜熱で冷却されるので排ガス量の増加量は少な
くてすむ。

一般に汚泥は含水率が低い程付着性は減少し、ある含水
率以下では攪拌装置の作用で細かい粉塵を発生する。し
かし含水率を３０％以上とすると発生する粉塵は急激に
少なくなる。

含水率の高い材料は表面で蒸発が盛んに起るのでその温
度は低く保たれる。従って熱分解や炭化が起らず、薬液
洗浄程度では除去しにくいコゲ臭の発生もないのである
。

無添加で汚泥のコンポスト化をする場合には含水率を乾
燥によって調節する必要がある。この場合６０％くらい
が望ましいが、全量を６０チまで乾燥する場合と、一部
を低含水率に乾燥して未乾燥汚泥と混合するという場合
がある。

一般に水処理汚泥はタンパク質を多く含む。低含水率に
まで乾燥することによって品温か上昇し、タンパク質は
熱変成して微生物分解性は劣シ、炭化物やタール等の抗
生物性の物質も生成するのでコンポストには向かない。

このような場合には含水率をあまり低くせず、品温を上
げないで生物分解性を保たなければならない。

乾燥効率という面からみても、含水率がある程度高く、
乾燥速度の大きいうちに排出した方が有利である。例え
ば含水率が８５ｑ６の汚泥を４０俤にした場合と２０％
にした場合では乾燥によって揮散する水の量は固形物１
ｋｇ当シ前者で５ｋｇ後者で５．４である。つまシ含水
率では４０％と２０％という大きな差があるように見え
ても、飛ばす水の量は殆ど変わらないのである。

しかし含水率４０％から２０　％へ乾燥するには、乾燥
理論からいってどんどん乾燥速度が低くなる方向へ変化
していくために、はんのわずかな水の量を飛ばすだけな
のに大きな装置容積と高い熱風温度を必要とするのであ
る。しかし含水率を４０％で安定排出できるなら装置規
模は大きく減少する。

以上のように乾燥物の含水率をあｔ、ｂ低くせずに排出
することは多くの利点を持っている。

本発明は、以上のような従来装置の持つ多くの欠点を排
除し省エネルギー的で高能率な乾燥を行なうことができ
る、乾燥機の運転制御方法を提供するものである。

すなわち本発明は、乾燥装置として第２図に示すような
竪型円筒状の乾燥室１内に水平方向に回転する攪拌羽根
２１を有する攪拌機構２を配備すると共に、前記乾燥室
１底部もしくは乾燥室１側壁下部に泥状物ａの供給口及
び熱風すの導入口を配備し、前記乾燥室１上方に排ガス
量の排気口及び、乾燥物ａ′の排出口に連なる溢流堰１
６を設けた熱風乾燥装置を使用し、特定の条件下で乾燥
処理を行なうものであって、泥状物ａを竪型円筒状の乾
燥室１内に導入し、該乾燥室１内部に配備され鉛直方向
に設けた回転軸２２に連結された攪拌羽根２１の回転に
よって旋回流動せしめて熱風乾燥するに際し、前記回転
軸２２の軸トルクを検出し、これが設定トルク値を超え
たときに前記泥状物ａの導入を停正し、設定トルク値を
下回ったときに前記泥状物ａの導入を開始することを特
徴とする泥状物の乾燥方法である。

以下、本発明の実施に使用する乾燥装置について第３図
に従って詳細に説明する。

竪型円筒状の乾燥室１内に鉛直回転軸２２に水平方向に
回転可能な撹拌羽根２１を上、中、下３段にかつ互いに
直交するように取付けて構成した攪拌機構２が配設され
ている。乾燥室１の底板には、ピストンポンプまたはス
ネークポンプなどの圧送装置５に連なる泥状物の供給管
６が該底板の中心点に関して対称的に２本分岐して（３
本以上としてもよい）かつ鉛直方向に接続されているが
、供給管６は乾燥室フの側壁下部に接続してもよい。

乾燥室１の側壁下部にはプロワ７に連なる熱風導入管８
が該側壁に対して接線方向かつ水平方向に接続されてい
るが、乾燥室１の底板に接続してもよい。さらに、前記
側壁上方には乾燥物排出管１４が下方に傾斜して接続さ
れている。上記攪拌羽根２１は駆動機３によシギャボッ
クス４を介して回転される。

図中９はロータリダンパなどの気密型の排出装置、１０
は乾燥物の排出口、１１は乾燥排ガスの排気管、１２は
熱風炉（又は熱交換器）、１３は乾燥物を乾燥物排出管
１４に導出するための溢流堰、１５はトルク変換器、１
６は増幅器、１７は計測制御装置である。

なお、供給管６は図のように乾燥室１の底板に、かつそ
の中心部に関して対称的に複数設けると共に、熱風導入
管８は乾燥室１の側壁下部に、上記底板の中心部に関し
て対称的にかつ上記側壁に対して接線方向に複数設ける
のが特に望ましい。

上記攪拌羽根２１は、図のように羽根板上面の傾斜角度
を水平方向に対して５〜３０’とすることが望ましく、
２枚の羽根板をその回転軸について互いに反対側に組み
合わせた２枚羽根型のものが最適である。羽根板の形状
については図示例では平板としであるが、曲面板；、も
よい。攪拌羽根２１は上下方向に多段に４０ｍｍ以上の
間隔をあけて設けること、羽根板の長手方向先端部の周
速は０．５〜５町戸となるように設計・運転することが
好ましい。

乾燥室１の形状は、竪型円筒状で溢流堰１３上端の高さ
が直径の２倍以下であるものが良い。これは、内部の材
料が攪拌羽根２１によって上下にも良く混合されるため
である。良い混合によって従来型のような入口部、出口
部での含水率の大きなへだたｂｔなくシ、なるべく均一
な含水率とすることによって粘着性の強い高含水率域と
粉末化する低含水率域をなくし、最も望ましい領域で運
転することができる。

これを第１図によって具体的に説明すると、従来の回転
攪拌乾燥機では大きく分けると材料の移動方向に沿って
、材料の粘着性が犬で流動性がある領域Ａ、材料の粘着
性が小で塑性を示す領域Ｂ及び材料に粘着性がなく粉末
化する領域Ｃの３つの領域が存在するのに対し、本発明
では領域Ｂ内のみにおいて乾燥処理を行なうようにしで
ある。

しかして、泥状物は圧送装置５によシ供給管６を経て乾
燥室１に供給され、熱風はブロワ７により熱風導入管８
を経て乾燥室１に導入される。

乾燥室１内に入った泥状物は乾燥されつつ攪拌羽根２１
の作用によって一種の強制転勤造粒作用を受け、丸味の
ある直径３〜１５ｍくらいの粒状物になる。乾燥室１に
入ったばかりの含水率の高い泥状物は、攪拌羽根２１の
作用によりすでに粒状となった乾燥物の表面に薄く平均
的に付着すると洪に粒子表面はある程度湿潤し、これＫ
よシダストの発生及び品温の上昇も抑制され、水分蒸発
速度は常に最高の状態に保たれる。表面に乾燥物が付着
・成長して大粒径となった粒子は、ある時点で２分割あ
るいは３分割され、乾燥物の粒径範囲は泥状物の性質と
攪拌羽根２１の周速によって定まる値で平衡状態となる
。

上記粒子群は、攪拌羽根２１によって乾燥室側壁に沿っ
た円運動をするとともに、外周側が最も周速が速いため
側壁側で上昇、中心部で下降という対流運動を行なう。

このため、乾燥室１内での混合性は良好で含水率むらは
極めて少ない。

しかして、泥状物の供給量に見合った量の乾燥造粒物は
、溢流堰１３をこえ乾燥物排出管１４を経て、連続的に
あるいはロータリダンパによって断続的に排出される。

このように、泥状物を乾燥室１内下方に供給し上方から
溢流排出することによって、乾燥室１内の泥状物・乾燥
物の充填密度を高くとることができ、したがって乾燥装
置を小型化することができる。

前述のように熱風は側壁下部に接線方向に設けたダクト
から導入することが望ましいが、これは、乾燥室１内で
の熱風と泥状物の接触時間を最大限にとることができ、
攪拌羽根２１と同じ方向の熱風旋回流とすることによっ
て、熱風導入部の泥状物による閉塞を防ぎ、熱風のショ
ートパスを防ぐことができるからである。

まだ、泥状物の供給は乾燥室１の底部から何本かの分岐
管によって行なうようにするのがよいことを述べたが、
これは、底部から供給することによって乾燥物排出管１
４への未乾燥物のショートパスを防ぐことができ、供給
管６から出た泥状物は、最下段の攪拌羽根の剪断力によ
って小さく切シとられ、供給管６を多数本に分岐したの
と同じように、泥状物の乾燥室１内での速やか外均−分
散を可能にすることができるからである。このような操
作は泥状物をパイプ輸送することによって容易なものと
なる。

しかして、回転軸２２のトルクばトルク変換器１５によ
って電気信号となシ増幅器１６、計測制御装置１７を経
て制御出力となる。

本発明では材料の供給は間欠的に行なわれるので、回転
軸２２のトルクは材料の供給→含水率上昇→トルク増大
、材料供給停止→乾燥物の含水率低下→トルク減少とい
う挙動を示すことになる。

計測制御装置１７０機能は、図示例のように任意に設定
したトルク値と実測値を比較し、設定値を超えると圧送
装置５−を停止し、下回ると再び圧送　〜を開始すると
いうものが簡単で良い。このほかト′ルク値の増大、減
少の曲線の傾きを設定値とすることもできる。また、更
に良い制御を望むなら任意の値に設定したトルク値を維
持するよう供給装置駆動機の回転数を連続的に制御すれ
ば良い。

前記オン・オフ制御の場合、供給量がＯか１かという極
端な制御となシトルク値が大きく脈動する場合には、常
にある所定量は供給しておきオンの時更にこれに上乗せ
する方法もよい。例えばオフのとき０．５、オンのとき
１というようにである。

乾燥機の熱的なバランスを常に良好な状態に維持するこ
とは、材料の含水率変動、熱風の温度変動などもあって
難しく、本発明の場合にも導入される熱風によって揮散
される水とまったく同量の水に相当する材料を供給する
ことは実際上不可能である。むしろ供給する材料は少し
多い目になるよう供給装置を設定しておき、供給によっ
て少しづつ機内材料の含水率を故意に増やしてトルクを
増大させてオフ信号を出させて供給を停止し、再び乾燥
によってトルクを下げて供給を開始するという運転の方
が、条件の変動に強く安定な制御結果が得られる。すな
わち、本発明においては前記圧送装置５の供給能力は、
入口熱風条件と熱収支的に平衡する量を超えたものとす
るのが好ましい。

トルクの設定値は材料の種類によシ実験的に決定される
ものである。設定値を高くすると得られる乾燥物の含水
率は高００低くすれば含水率は低くなるので、適宜のト
ルク値に設定することによって粉塵の発生を大幅に抑制
することができる。

次に、第３図に示した竪型熱風乾燥装置を用いて行なっ
た本発明の実施例を示す。なお、運転条件及び結果など
ならびに従来の回転攪拌乾燥機に関する一般的データを
下表Ｋｔとめて示した。使用した泥状物試料は、し尿低
希釈活性汚泥法の余剰汚泥を有機高分子凝集剤を添加し
てベルトプレスで脱水して得たケーキである。

上表のうち本発明法によるデータは、回転軸のトルクを
１０　ｋｇ・ｍに設定し、設定値を超えたら試料の供給
を停止し、設定値を下回ったら供給を開始するという゛
オンφオフ制御をした場合のものであるが、このような
軸トルクに基づく制御法を用いず運転する場合には排ガ
ス温度と乾燥室内の材料層内状況の目視（ダストの発生
や団塊の発生）によるととになる。しかし、排ガス温度
は第３図に示す装置の乾燥機構の特徴により、熱風温度
と湿度からまる湿球温度になっているため、殆ど変化が
ない（変化幅は２〜３°程度）。従って、このような微
少な変化を制御指標とすることは困難である。また、ダ
ストの発生等も良い情報とはなるが、計測制御の指標と
するにはこれにふされしい計測器がなく、現状では採用
できない。

排ガス温度と前記層内の状況を監視しながら操作員がつ
きつきシで運転したところ、製品含水率は４５〜６３％
とばらつき、製品の粒径も３０ｍを超えるほどの大きい
ものから粉末まで含まれダストも多く発生した。これは
人の目視という不正確さからきたもので、回転軸トルク
と違って即時性を持たない指標では望ましい運転は困難
であった。

しかして、第４図は上記運転例における軸トルクの経時
変化を示したものであり、軸トルクが１０１１０１ｃを
超えると供給装置はオフとなるが、その後しばらくトル
クは上昇する。これは層内で材料が分散しているためと
考えられる。再びトルクは低下してきて１０ｋｇ−ｍを
下回ると供給が開始される。

このときもトルクは更に低下をする。以上がトルクの制
御結果である。

上表によれば、第３図に示すような構造の熱風乾燥装置
を回転軸のトルクを制御指標として用いて自動運転する
ことによシ、従来装置に比べて装置容積、重油使用量が
大幅に節減され、排ガス臭気濃度も低減できることがわ
かる。そして、得られた乾燥製品は転勤造粒によって緻
密で丸味のある平均４ＷＩＩの粒状であシ、とれを直ち
にドラム缶を改造した通気可能な容器に入れ通気したと
ころ約２０時間後に７３℃に達し、容易にコンポスト化
できることが実証された。

３以上のように本発明によれば、従来方法・装置の欠点
を排除し、簡単な構造の装置で効率良く、省エネルギー
的に粘着性泥状物の乾燥を行なうことができ、粉塵の発
生ならびに悪臭の発生も抑制されるなど極めて効果的で
、その後の処理の負担を大幅に軽減し得るなど多大の実
益が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の回転攪拌乾燥機の縦断面図、第２図は本
発明の実施に使用する竪型熱風乾燥装置の概略断面図、
第３図は本発明の実施例に使用した竪型熱風乾燥装置の
部分断面図、第４図はこの実施例における軸トルクの経
時変化を示すグラフである。 １・・・乾燥室、２・・・攪拌機構、２１・・・攪拌羽
根、２２・・・回転軸、３・・・駆動機、４・・ギヤボ
ックス、５・・・圧送装置、６・・・供給管、７・・・
プロワ、８・・・熱風導入管、？・・・排出装置、１０
・・・排出口、１１・・・排気管、１２・・・熱風炉（
又は熱交換器）、１３・・・溢流堰、１４・・・乾燥物
排出管、１５・・・トルク変換器、１６・・・増幅器、
１７・・・計測制御装置。 特許出願人　荏原インフィルコ株式会社代理人弁理士　
千　１）　捻 回　丸　山　隆　夫 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、泥状物を竪形円筒状乾燥室内に導入し、該乾燥室内
   部に配備され鉛直回転軸に連結された攪拌羽根゛の回転
   によって旋回流動せしめて熱風乾燥するに際し、前記鉛
   直回転軸の軸トルクを検出し、これが設定トルク値を超
   えたときに前記泥状物の導入を停止し、設定トルク値を
   下回ったときに前記泥状物の導入を開始することを特徴
   とする泥状物の乾燥方法。