WO2014157263A1

WO2014157263A1 - 有機汚泥の脱水方法および脱水設備

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Publication number: WO2014157263A1
Application number: PCT/JP2014/058394
Authority: WO
Inventors: 佐藤　淳; 充彦鎌田; 立道　隆幸
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2014-03-26
Publication date: 2014-10-02
Anticipated expiration: 2015-09-29

Abstract

常温常圧下において液体であり揮発性を有する有機溶媒Ａを有機汚泥と混合し、有機溶媒Ａを混合した有機汚泥Ｂを、加温手段が備えられた脱水機５の脱水部に供給して、有機汚泥Ｂを脱水する脱水工程を行い、前記脱水工程において、脱水部の有機汚泥Ｂを有機溶媒Ａの沸点以上の第１所定温度に加温して、有機汚泥Ｂに混合されている有機溶媒Ａを気化させ、気化した有機溶媒Ａを脱水部から排出して回収する。

Description

有機汚泥の脱水方法および脱水設備

　本発明は、例えば、下水、食品工業などから発生する有機物を含んだ有機汚泥の脱水方法および脱水設備に関する。

　従来、有機汚泥を機械的に圧搾等して脱水する場合、有機汚泥中の有機物の細胞膜内の水（内包水と言う）を脱水することは困難であり、このため、有機汚泥の含水率を６０～８０％以下にすることは一般的に難しかった。

　これに対して、有機汚泥の脱水方法として、例えば、図１６（ａ）に示すように、常温常圧において気体であるジメチルエーテルを有機汚泥に混合して、この有機汚泥を加圧容器１０１内に供給し、加圧容器１０１内を０．７８ＭＰａに加圧してジメチルエーテルを液化し、液化したジメチルエーテルと有機汚泥中の有機物の内包水とを置換して、細胞膜内の水を外部に取り出すとともに、液化したジメチルエーテルを細胞膜内に取り入れる。

　その後、図１６（ｂ）に示すように、加圧容器１０１内の圧力を開放して常温常圧に戻すことにより、ジメチルエーテルを気化させ、気化したジメチルエーテルを回収し、図１６（ｃ）に示すように、加圧容器１０１内から有機汚泥と水とを取り出して固液分離装置１０２で固液分離する方法がある。このような方法によって、細胞膜内の水（内包水）を脱水することができ、有機汚泥の含水率を低下させることができる。
　尚、前記のような脱水方法は例えば下記特許文献１に記載されている。

特許第４２９１７７２号

　しかしながら前記の従来形式では、加圧してジメチルエーテルを液化し、液体のジメチルエーテルと内包水とを置換しているため、加圧容器１０１は第一種圧力容器となり、製造や取り扱いに安全上の注意を要し、第一種圧力容器に係る安全管理が煩わしいといった問題がある。
　本発明は、圧力容器を用いずに有機汚泥の含水率を容易に低下させることができる有機汚泥の脱水方法および脱水設備を提供することを目的とする。

　前記目的を達成するために、本第１発明は、細胞膜を有する有機物を含む有機汚泥の脱水方法であって、
常温常圧下において液体であり揮発性を有する有機溶媒を、有機汚泥と混合する混合工程を行い、
有機溶媒を混合した有機汚泥を、加温手段が備えられた脱水機の脱水部に供給して脱水する脱水工程を行い、
前記脱水工程において、脱水部の有機汚泥を有機溶媒の沸点以上の第１所定温度に加温して、有機汚泥に混合されている有機溶媒を気化させ、
気化した有機溶媒を脱水部から排出して回収するものである。

　これによると、有機汚泥中の有機物の細胞膜が有機溶媒によって溶解されて傷付くため、脱水機を用いて内包水を脱水することが可能になり、有機汚泥の含水率を容易に低下させることができる。また、加温により液体の粘性が低下するため、有機汚泥の脱水速度および脱溶媒速度が高くなる。さらに、有機溶媒は常温常圧下において液体であるため、有機溶媒を混合した有機汚泥を加圧容器内で加圧する必要は無く、第一種圧力容器に係る煩わしい安全管理が不要になる。

　本第２発明における有機汚泥の脱水方法は、有機溶媒は水の沸点よりも低い沸点を有し、
第１所定温度は有機溶媒の沸点以上で且つ水の沸点未満であるものである。
　これによると、脱水工程において、脱水部の有機汚泥を第１所定温度に加温することにより、有機汚泥に混合されている有機溶媒は気化するが、有機汚泥中の水は気化せずに液体のままの状態に保たれる。このため、水を蒸発させることなく、水を液体のままで有機汚泥から分離することができ、分離に要するエネルギーを低減することができる。

　本第３発明における有機汚泥の脱水方法は、脱水部を有機溶媒の沸点未満の第２所定温度にした状態で、脱水部へ有機汚泥の供給を開始し、
供給開始後、脱水部の有機汚泥を第１所定温度に加温するものである。
　これによると、脱水機の脱水部へ有機汚泥の供給が開始されたときは、脱水部は第２所定温度であるため、有機汚泥の供給開始の際に、有機汚泥に混合されている有機溶媒が突沸するのを防止することができる。これにより、有機溶媒が急激に気化するのを抑制して、気化した有機溶媒が一時的に大量発生するのを防止することができる。従って、気化した有機溶媒を確実且つ十分に回収することが可能であり、気化した有機溶媒が回収し切れずに放散して脱水部から脱水機の外部に漏出するのを防止することができる。

　本第４発明における有機汚泥の脱水方法は、気化した有機溶媒を、脱水部から吸引して排出し、気体から液体に戻して回収するものである。
　これによると、有機溶媒を気体から液体に戻して回収するため、回収された液体の有機溶媒をそのまま繰り返し再利用することができる。

　本第５発明における有機汚泥の脱水方法は、混合工程において、有機物の細胞膜を構成する粗脂肪を溶解し、
脱水工程において、細胞膜を構成する粗脂肪が溶解したろ液を排出するものである。
　これによると、有機汚泥中の有機物の細胞膜を構成する粗脂肪が有機溶媒によって溶解されて、細胞膜が傷付くため、脱水機を用いて内包水を脱水することが可能になり、有機汚泥の含水率を容易に低下させることができる。この際、有機溶媒は常温常圧下において液体であるため、有機溶媒を混合した有機汚泥を加圧容器内で加圧する必要は無く、第一種圧力容器に係る煩わしい安全管理が不要になる。

　本第６発明における有機汚泥の脱水方法は、細胞膜の溶解により発生する粗脂肪が有機汚泥からろ液に移行する移行率を指標にして、有機溶媒の混合割合を設定するものである。
　これによると、粗脂肪の移行率を指標にして、有機溶媒の混合割合を設定することにより、適切な量の有機溶媒を用いて有機汚泥を脱水することが可能であり、有機溶媒を過剰に混合して無駄にするのを防止することができる。さらに、ろ液のＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）を過度に上げることなく脱水効率を向上させることができるため、ろ液を処理する際の負荷が軽減される。

　本第７発明における有機汚泥の脱水方法は、粗脂肪の移行率が４重量％以上から６０重量％以下の所定範囲になるように、有機溶媒の混合割合を設定するものである。

　これによると、前記４重量％以上から６０重量％以下の所定範囲において、粗脂肪の移行率が増えるほど、脱水工程後の有機汚泥の含水率が低下する関係が保たれる。従って、前記４重量％以上から６０重量％以下の所定範囲においては、有機溶媒の混合割合を増やすことにより、有機汚泥からろ液への粗脂肪の移行率が増加し、脱水工程後の有機汚泥の含水率が低下する。従って、移行率を前記４重量％以上から６０重量％以下の所定範囲にすることにより、適切な量の有機溶媒を用いて有機汚泥を脱水することが可能であり、有機溶媒を過剰に混合して無駄にするのを防止することができる。

　これに対して、移行率が６０重量％より大きい範囲においては、有機溶媒の混合割合を増やしても、脱水工程後の有機汚泥の含水率が低下せず、有機溶媒を過剰に混合して有機溶媒を無駄にすることになる。

　また、移行率が４重量％未満の範囲においては、有機溶媒の混合割合を増やしても、脱水工程後の有機汚泥の含水率に変化が無く、有機溶媒を混合しても脱水効果はほとんど無いため、有機溶媒が無駄になる。

　本第８発明における有機汚泥の脱水方法は、有機溶媒の混合割合を、有機汚泥の含水量と有機溶媒の量との和に対して、３０重量％以上から７５重量％以下の所定範囲に設定するものである。
　これによると、有機溶媒の混合割合を３０重量％以上から７５重量％以下の所定範囲に設定することにより、移行率が４重量％以上から６０重量％以下の所定範囲になる。このため、適切な量の有機溶媒を用いて有機汚泥を脱水することが可能となり、有機溶媒を過剰に混合して無駄にするのを防止することができる。さらに、ろ液のＢＯＤを一定範囲に抑えることができるため、ろ液を外部へ排水できるように処理する際の負荷の増加を抑えることができる。

　本第９発明における有機汚泥の脱水方法は、有機溶媒はエタノールであり、
エタノールの混合割合を、有機汚泥の含水量とエタノールの量との和に対して、３０重量％以上から７０重量％以下の所定範囲に設定するものである。
　これによると、エタノールの混合割合を３０重量％以上から７０重量％以下の所定範囲に設定することにより、移行率が４重量％以上から６０重量％以下の所定範囲になり、適切な量のエタノールを用いて有機汚泥を脱水することが可能となる。

　本第１０発明における有機汚泥の脱水方法は、有機溶媒はメタノールであり、
メタノールの混合割合を、有機汚泥の含水量とメタノールの量との和に対して、３０重量％以上から７５重量％以下の所定範囲に設定するものである。
　これによると、メタノールの混合割合を３０重量％以上から７５重量％以下の所定範囲に設定することにより、移行率が４重量％以上から６０重量％以下の所定範囲になり、適切な量のメタノールを用いて有機汚泥を脱水することが可能となる。

　本第１１発明は、第１発明から第１０発明のいずれか１項に記載の有機汚泥の脱水方法に用いられる脱水設備であって、
有機溶媒と有機汚泥とを混合する混合部と、有機溶媒を混合した有機汚泥を脱水する脱水機とが備えられ、
脱水機は、脱水部と、脱水部に供給された有機汚泥を加温する加温手段とを有し、
混合工程が混合部において行われ、
脱水工程が脱水機において行われるものである。

　以上のように本発明によると、有機汚泥を脱水する際、圧力容器を用いずに有機汚泥の含水率を低下させることができるため、第一種圧力容器に係る安全管理が不要になる。

本発明の第１の実施の形態における有機汚泥の脱水設備を模式的に示す図である。同、脱水設備で使用されるフィルタープレスの側面図である。同、フィルタープレスの構成を示す分解斜視図である。同、フィルタープレスの一部拡大側面図である。同、フィルタープレスのろ板の断面図であって、ろ過工程を行っている状態を示す。同、フィルタープレスのろ板の断面図であって、圧搾工程を行っている状態を示す。同、フィルタープレスのろ板の断面図であって、乾燥工程を行っている状態を示す。同、フィルタープレスのろ板の汚泥注入通路部分の拡大断面図であり、各ろ板間を開いた状態を示す。同、フィルタープレスのろ板の汚泥注入通路部分の拡大断面図であり、各ろ板間を閉じた状態を示す。同、有機汚泥の脱水設備を用いた脱水方法で使用されるエタノール等の比誘電率を示すグラフである。同、脱水方法におけるエタノール濃度と粗脂肪の移行率との関係を示す図である。同、脱水方法における粗脂肪の移行率と汚泥の含水率との関係を示す図である。グラフのデータ採取に用いた試験用脱水機の概略構成図である。本発明の第５の実施の形態の脱水方法におけるメタノール濃度と粗脂肪の移行率との関係を示す図である。同、脱水方法における粗脂肪の移行率と汚泥の含水率との関係を示す図である。従来の有機汚泥の脱水方法を示す図である。

　以下、本発明における実施の形態を、図面を参照して説明する。
　（第１の実施の形態）

　第１の実施の形態において、図１は、下水処理における有機汚泥の脱水設備１を模式的に示す図である。これによると、脱窒槽２において脱窒された有機汚泥を濃縮する濃縮機３と、濃縮された有機汚泥にアルコール系溶媒Ａを混合する混合槽４（混合部の一例）と、アルコール系溶媒Ａが混合された有機汚泥Ｂを脱水する無端ろ布走行式のフィルタープレス５（脱水機の一例）と、気化されたアルコール系溶媒Ａを液体に戻す凝縮器６と、フィルタープレス５から排出されたろ液から液体のアルコール系溶媒Ａを分離して回収する加熱蒸留器７とを有している。尚、有機汚泥には、細胞膜を有する有機物が含まれている。

　アルコール系溶媒Ａは、常温常圧（２５℃，１気圧）下において液体であり揮発性を有する有機溶媒の一例であって、具体例として、エタノールＡが用いられる。エタノールＡの沸点は、７８℃であり、水の沸点（１００℃）よりも低い。尚、ここで、沸点とは、１気圧における標準沸点を意味する。
　濃縮機３には例えばベルト濃縮機等が用いられる。混合槽４には、有機汚泥とエタノールＡとを攪拌して混合する攪拌機等が備えられている。

　図２に示すように、フィルタープレス５は、固定フレーム１５と、固定フレーム１５に対して接近したり離間することが可能な可動フレーム１６と、これら両フレーム１５，１６間に互いに接近離間自在に配列された複数のろ板１７と、無端状のろ布１８と、ろ板１７を互いに接近離間させてろ板１７間を開閉する開閉装置１９と、ろ布１８を一方向Ｄへ走行させるろ布駆動装置２９と、加温手段２０とを有している。図３に示すように、ろ布１８は、ローラ２１に掛け渡されて、ろ板１７間において逆Ｕ字状に配置されている。各ろ板１７間において、相対向する一対のろ布１８間にろ室２２（脱水部の一例）が形成されている。また、開閉装置１９は、可動フレーム１６を移動させるシリンダ２３を有している。

　図４に示すように、固定フレーム１５と一端部のろ板１７とがリンク２４で連結され、同様に、可動フレーム１６と他端部のろ板１７とがリンク２５で連結されている。さらに、各ろ板１７同士がリンク機構２６で連結されている。

　図５～図７に示すように、各ろ板１７には、表裏のいずれか片面に開口する凹部２７が形成され、凹部２７内にはダイヤフラム２８が設けられている。また、各ろ板１７には、温水１０を供給してダイヤフラム２８を膨張させる第１の温水供給経路３０と、温水１０を排出してダイヤフラム２８を収縮させる第１の温水排出経路３１とが接続されている。

　さらに、各ろ板１７には、温水１１が流れる加温通路３２が形成されており、温水１１を加温通路３２に供給する第２の温水供給経路３３と、温水１１を加温通路３２から排出する第２の温水排出経路３４とが接続されている。尚、加温手段２０は第１および第２の温水供給経路３０，３３と第１および第２の温水排出経路３１，３４と加温通路３２とによって構成されている。

　尚、第１，第２の温水供給経路３０，３３および第１，第２の温水排出経路３１，３４は個別の経路として説明したが、第１，第２の温水供給経路３０，３３を一つの経路にまとめ、第１，第２の温水排出経路３１，３４を一つの経路にまとめてもよい。

　図３，図４，図８，図９に示すように、各ろ板１７には、有機汚泥Ｂをろ室２２に注入する汚泥注入通路３６が形成されている。また、各ろ板１７間には、口金部材３７（フィードピース）がリンク機構２６に支持されて配設されている。各口金部材３７には、汚泥注入通路３６から分岐してろ室２２に通じる分岐通路３８が形成されている。

　また、各ろ板１７には、ろ室２２において圧搾された有機汚泥Ｂから出てくるろ液Ｃを排出するろ液排出通路４０（図３参照）が形成されている。図８，図９に示すように、固定フレーム１５には、隣接するろ板１７の汚泥注入通路３６に連通する汚泥注入口４１と、ろ液排出通路４０に連通するろ液排出口（図示省略）とが形成されている。また、可動フレーム１６には、隣接するろ板１７の汚泥注入通路３６に連通する回収用流体注入口４３が形成されている。

　図１，図２，図４，図９に示すように、混合槽４とフィルタープレス５の汚泥注入口４１との間には、混合槽４内の有機汚泥Ｂをフィルタープレス５へ供給する汚泥供給経路４５が接続されている。汚泥供給経路４５は、配管等からなり、途中に汚泥供給用ポンプ４６と汚泥供給用弁４７とが設けられている。また、汚泥供給経路４５には、汚泥供給経路４５から分岐して混合槽４へ連通する第１返送経路４８と、汚泥供給経路４５から分岐して脱窒槽２へ連通する第２返送経路４９とが接続されている。尚、第１および第２返送経路４８，４９には第１および第２返送用弁５０，５１が設けられている。

　フィルタープレス５の回収用流体注入口４３には、圧縮空気１２（回収用流体の一例）を供給する回収用流体供給経路４４が接続されている。回収用流体供給経路４４には、回収用流体供給用弁５２と、コンプレッサー等からなる回収用流体供給源５３とが設けられている。

　図１に示すように、フィルタープレス５のろ液排出口と加熱蒸留器７との間には、フィルタープレス５から排出されたろ液Ｃを加熱蒸留器７へ送るろ液回収経路５４が接続されている。ろ液回収経路５４にはろ液回収用弁５５が設けられている。また、ろ液回収経路５４には、ろ液回収経路５４から分岐して凝縮器６の入口に連通する第１溶媒回収経路５６ａと、凝縮器６の出口からろ液回収経路５４に合流する第２溶媒回収経路５６ｂとが接続されている。尚、第１溶媒回収経路５６ａには溶媒回収用弁５７が設けられている。

　混合槽４と加熱蒸留器７との間には、加熱蒸留器７においてろ液Ｃから分離回収された液体のエタノールＡを混合槽４へ返送する第１溶媒返送経路５８が設けられている。また、脱窒槽２と加熱蒸留器７との間には、前記液体のエタノールＡを脱窒槽２へ返送する第２溶媒返送経路５９が設けられている。第２溶媒返送経路５９は第１溶媒返送経路５８から分岐して設けられ、第１および第２溶媒返送経路５８，５９には第１および第２返送用弁６０，６１が設けられている。

　尚、微生物等の有機物の細胞膜は一般に脂質二重層で構成されている。本発明者らは、脂質を溶解する作用を持つ有機溶媒を使用して、脂質である脂質二重層の一部を溶解し、有機汚泥を脱水して得られるろ液中の粗脂肪に着目した。この粗脂肪は脂質二重層を起源としており、細胞膜が溶解した指標として、ろ液中の粗脂肪と脱水後の有機汚泥の含水率との間に関係性を見い出した。この関係性を利用した有機汚泥の脱水方法を、本実施の形態に基づいて、以下に説明する。

　前以て、フィルタープレス５の開閉装置１９のシリンダ２３を作動し、可動フレーム１６を固定フレーム１５に向って接近させ、図５，図９に示すように、各ろ板１７間を閉じておく。また、温水１１を、第２の温水供給経路３３から各ろ板１７の加温通路３２に供給し、加温通路３２から第２の温水排出経路３４へ排出する。加温通路３２に温水１１を通水した状態に保ち、加温通路３２の温水１１によってろ室２２内を第１所定温度に加温しておく。
　尚、第１所定温度とは、エタノールＡの沸点以上で且つ水の沸点未満の温度であり、すなわち７８℃以上で且つ１００℃未満の温度である。

　そして、図１に示すように、汚泥供給用弁４７とろ液回収用弁５５と第１返送用弁６０とを開き、第１および第２返送用弁５０，５１と回収用流体供給用弁５２と溶媒回収用弁５７と第２返送用弁６１とを閉じ、脱窒槽２で脱窒された有機汚泥を濃縮機３により濃縮し、混合槽４において、濃縮された有機汚泥に液体のエタノールＡを混合する混合工程を行う。この時、回収したエタノールＡが必要な量よりも不足する場合には、新たなエタノールＡを追加して使用する。その後、汚泥供給用ポンプ４６を駆動することにより、エタノールＡを混合した有機汚泥Ｂは、混合槽４から汚泥供給経路４５を通ってフィルタープレス５に供給され、脱水工程により脱水される。脱水工程は、以下のようなろ過工程と圧搾工程と乾燥工程とからなる。

　すなわち、ろ過工程では、図９に示すように、有機汚泥Ｂは、汚泥供給経路４５を経て、フィルタープレス５の汚泥注入口４１から各ろ板１７の汚泥注入通路３６を通り、汚泥注入通路３６から各口金部材３７の分岐通路３８を経て、各ろ室２２に注入される。これにより、図５に示すように、有機汚泥Ｂが各ろ室２２においてろ過される。この際、ろ室２２は、加温通路３２を通る温水１１により、第１所定温度に加温されるため、ろ室２２内に注入された有機汚泥Ｂも第１所定温度に加温される。

　ろ過工程を行った後、図６に示すように、温水１０を、第１の温水供給経路３０から各ろ板１７に供給し、ダイヤフラム２８の内側空間１３に通水する。これにより、ダイヤフラム２８が膨張して、ろ室２２内の有機汚泥Ｂが圧搾されて脱水される。この圧搾工程を行っている際にも、引き続き温水１１を加温通路３２に通水することにより、ろ室２２内の有機汚泥Ｂが第１所定温度に加温されている。つまり、有機汚泥Ｂは、ろ室２２内に留まっている間、第１所定温度に加温され続けている。

　前記ろ過工程と圧搾工程とにおいて発生したろ液Ｃは、各ろ板１７のろ液排出通路４０を通り、ろ液排出口から排出され、図１に示すように、ろ液回収経路５４を経て加熱蒸留器７へ送られる。尚、ろ液Ｃには水と液体のエタノールＡとが含まれている。

　さらに、前記圧搾工程を行った後、図７に示すように、引き続き温水１１を加温通路３２に通水した状態で、第１の温水供給経路３０からダイヤフラム２８の内側空間１３への温水１０の供給を停止し、ダイヤフラム２８の内側空間１３の温水１０を第１の温水排出経路３１へ排出して、内側空間１３を空にする。これにより、ダイヤフラム２８は収縮してろ布１８から離間し、ダイヤフラム２８とろ布１８との間に乾燥用空間１４が形成される。この際、ろ室２２内の有機汚泥Ｂが加温通路３２の温水１１により第１所定温度に加温されているため、有機汚泥Ｂに混合されているエタノールＡが気化して乾燥用空間１４に取り出される。

　尚、気化したエタノールＡは主に前記のような乾燥工程で回収されるが、ろ過工程や圧搾工程においても、吸引することによって回収することが可能であり、回収効率がさらに向上する。

　このような乾燥工程を行う際、図１に示すように、ろ液回収用弁５５を閉じるとともに溶媒回収用弁５７を開いておき、気化したエタノールＡを排気用ポンプ（図示省略）等で吸引してろ室２２内から排出する。これにより、気化したエタノールＡは、各ろ板１７の乾燥用空間１４からろ液排出通路４０を通り、フィルタープレス５のろ液排出口から排出され、ろ液回収経路５４から分岐して第１溶媒回収経路５６ａを通り、凝縮器６に供給される。このようにして凝縮器６に供給されたエタノールＡは、気体から液体に凝縮された後、第２溶媒回収経路５６ｂを通ってろ液回収経路５４に合流し、加熱蒸留器７へ送られる。

　前記ろ過工程と圧搾工程とにおいてフィルタープレス５から排出されたろ液Ｃと、乾燥工程においてフィルタープレス５から排出された後に凝縮器６で凝縮されて得られた液体のエタノールＡとは、加熱蒸留器７に集められ、纏めて蒸留される。これにより、ろ液Ｃが水とエタノールＡとに分離され、液体のエタノールＡが、回収されて、加熱蒸留器７から第１溶媒返送経路５８を通って混合槽４に返送される。

　また、図６で示したようにフィルタープレス５で乾燥工程を行った後、引き続き各ろ板１７間を閉じた状態で、図１に示すように、汚泥供給用弁４７と第２返送用弁５１とろ液回収用弁５５と溶媒回収用弁５７とを閉じ、第１返送用弁５０と回収用流体供給用弁５２とを開き、圧縮空気１２を回収用流体供給源５３からフィルタープレス５に供給する。この際、図１，図９に示すように、圧縮空気１２は、回収用流体供給源５３から回収用流体供給経路４４を通り、回収用流体注入口４３から各ろ板１７の汚泥注入通路３６を経て汚泥注入口４１に達し、汚泥注入口４１から汚泥供給経路４５を逆流し、汚泥供給経路４５から第１返送経路４８に分岐して流れ、混合槽４へ排出される。

　その後、フィルタープレス５の開閉装置１９のシリンダ２３を作動し、可動フレーム１６を固定フレーム１５から離間させ、図２，図４，図８に示すように、各ろ板１７間を開く。そして、ろ布駆動装置２９でろ布１８を一方向Ｄへ走行させて、脱水ケーキ６３をろ布１８間のろ室２２から下方へ排出する。

　前記のような有機汚泥の脱水方法では、エタノールＡは、図１０のグラフに示すように比誘電率が低く、細胞膜を構成する脂質を溶解する作用を有する。これにより、混合槽４において、有機汚泥に液体のエタノールＡを混合する混合工程を行うことによって、有機汚泥中の有機物の細胞膜の一部がエタノールＡによって溶解されて傷付く。このため、その後の脱水工程において、細胞膜が破損して内包水が細胞膜の外部に排出され、これにより、フィルタープレス５を用いて有機汚泥中の有機物の内包水を脱水することが可能になり、有機汚泥の含水率を容易に低下させることができる。

　また、図５～図７に示すように、フィルタープレス５のろ室２２内の有機汚泥Ｂを第１所定温度に加温することにより、水の粘性およびエタノールＡの粘性が低下するため、有機汚泥Ｂの脱水速度および脱溶媒速度が高くなる。さらに、エタノールＡは常温で液体のため、エタノールＡを混合した有機汚泥Ｂを加圧容器内で加圧する必要は無く、これにより、加圧のための第一種圧力容器に係る煩わしい安全管理が不要になる。

　また、図７に示すように、フィルタープレス５の乾燥工程において、ろ室２２内の有機汚泥Ｂが第１所定温度に加温されている。第１所定温度はエタノールＡの沸点以上で且つ水の沸点未満であるため、ろ室２２内の有機汚泥Ｂに混合されているエタノールＡは気化するが、有機汚泥Ｂ中の水は気化せずに液体のままの状態に保たれる。つまり、水は、蒸発することなく、液体のままで有機汚泥Ｂから分離することができ、有機汚泥Ｂからの水の分離に要するエネルギーを低減することができる。

　また、フィルタープレス５から取り出された気化したエタノールＡは、液体に戻された後、混合槽４に返送される。つまり、エタノールＡは繰り返し再利用することができる。

　さらに、図１に示すように、圧縮空気１２を、フィルタープレス５から汚泥供給経路４５と第１返送経路４８とを通して、混合槽４へ流すことにより、汚泥供給経路４５に残留している有機汚泥Ｂが、圧縮空気１２の流れに伴って、第１返送経路４８を通り混合槽４へ返送される。これにより、返送された有機汚泥Ｂ中に混合されているエタノールＡも混合槽４へ戻されるため、汚泥供給経路４５に残留していたエタノールＡを回収して再利用することができる。このことから、混合槽４へ新たに追加して使用するエタノールＡの量を減らすことができる。さらに、汚泥供給経路４５を洗浄する効果もあり、汚泥供給経路４５が閉塞するのを防止することができる。

　前記のような脱水方法では、フィルタープレス５を用いた脱水工程において、フィルタープレス５から排出されるろ液は、細胞膜の一部が溶解した粗脂肪を含んでいる。このように細胞膜の溶解により発生する粗脂肪が有機汚泥からろ液に移行する移行率を指標にして、有機汚泥へのエタノールＡの混合割合を以下のように設定している。

　すなわち、図１２のグラフに基づいて、脱水工程後の有機汚泥の含水率から必要な粗脂肪の移行率を求め、この移行率から図１１のグラフに基づいてエタノール濃度を求める。図１１のグラフは、系内エタノール濃度と原汚泥中の粗脂肪のろ液への移行率との関係を示すものである。ここで、系内エタノール濃度とは、有機汚泥の含水量とエタノールの量との和に対するエタノールＡの混合割合であって、混合槽４に供給される有機汚泥（原汚泥）の含水量をＷ１［ｇ］とし、混合槽４に供給されるエタノールＡの量をＷ２［ｇ］とすると、下記の関係式（１）で示される。
系内のエタノール濃度＝１００×Ｗ２／（Ｗ１＋Ｗ２）　　　　　式（１）

　また、前記原汚泥中の粗脂肪のろ液への移行率とは、粗脂肪が原汚泥からろ液へ移行する比率である。混合槽４に供給される有機汚泥（原汚泥）の量をＥ［ｇ］とし、この原汚泥中に含まれている粗脂肪の濃度をｅ［ｍｇ／ｇ］とし、前記Ｅ［ｇ］の有機汚泥をフィルタープレス５で脱水して得られるろ液の量をＦ［ｇ］とし、ろ液中に含まれている粗脂肪の濃度をｆ［ｍｇ／ｇ］とすると、下記の関係式（２）で示される。
移行率＝（１００×Ｆ×ｆ）／（Ｅ×ｅ）　　　　　　　式（２）
　尚、前記粗脂肪の濃度ｅ，ｆは測定により求められる。

　図１１のグラフにおいて、移行率が４重量％の場合、エタノールＡの混合割合である系内エタノール濃度が３０重量％となり、移行率が６０重量％の場合、系内エタノール濃度が７０重量％となる。つまり、図１１のグラフに示すように、移行率が４％から６０％の範囲は、系内エタノール濃度が３０重量％以上から７０重量％以下の所定範囲Ｓに対応している。

　また、図１２に示すグラフは、原汚泥中の粗脂肪のろ液への移行率と脱水工程後の汚泥の含水率との関係を示すものである。このグラフによると、前記移行率が４重量％以上から６０重量％以下の所定範囲Ｔにおいて、粗脂肪のろ液への移行率が増えるほど、脱水工程後の有機汚泥の含水率が低下する関係が保たれる。従って、図１１と図１２から、前記移行率が４重量％以上から６０重量％以下の所定範囲Ｔにおいては、エタノールの混合割合すなわち系内エタノール濃度の増加に応じて、粗脂肪のろ液への移行率が増加し、脱水工程後の有機汚泥の含水率が低下することは明らかである。従って、移行率を前記所定範囲Ｔにすることにより、適切な量のエタノールを用いて有機汚泥を脱水することが可能となり、エタノールＡを過剰に有機汚泥に混合して無駄に使用するのを防止することができる。

　また、ＢＯＤの一つの原因である粗脂肪のろ液への移行率を前記所定範囲Ｔとすることで、ろ液のＢＯＤを一定範囲に抑えることができる。つまり、粗脂肪をはじめとするろ液のＢＯＤの増加を抑制し、ろ液を外部へ排水するために処理する際の排水処理の負荷の増加を抑えることもできる。

　これに対して、図１１のグラフに示すように、仮に、エタノール濃度が７０重量％より高いと、移行率が６０重量％より大きくなる。図１２のグラフに示すように、移行率が６０重量％より大きい範囲においては、エタノールＡの混合割合を増やしても、脱水工程後の有機汚泥の含水率は低下しない。つまり、エタノールＡを７０重量％より多く混合しても、多く混合されたエタノールＡは、脱水に寄与せず、無駄になる。さらに、エタノールＡを多く混合することにより、粗脂肪のろ液への移行が増加し、ろ液のＢＯＤも増加し、排水処理の負荷も増加し、エネルギーの無駄が生じる。

　また、図１１のグラフに示すように、エタノール濃度が３０重量％より低いと、粗脂肪のろ液への移行率は４重量％より小さくなる。図１２のグラフに示すように、移行率が４重量％未満の範囲においては、脱水しても有機汚泥の含水率がほとんど変化せずに一定に保たれる。従って、移行率が４重量％以上となるように、エタノールＡの混合割合を３０重量％以上とすることで、エタノールＡを混合しないときと比べて、脱水工程後の有機汚泥の含水率を約５重量％以上低下させることになる。

　つまり、粗脂肪の移行率を指標にして、エタノールＡの混合割合を設定することにより、適切な量のエタノールＡを用いて有機汚泥を脱水することが可能となり、エタノールＡを有機汚泥に過剰に混合して無駄に使用するのを防止することができる。また、ろ液のＢＯＤの増加を抑制して脱水効率を向上させることができるため、ろ液を処理する際の排水処理の負荷が軽減される。

　さらに、過剰なエタノールＡを有機汚泥に混合すると、過剰に混合されたエタノールＡを回収するのに要するエネルギーが余分にかかり、エネルギーが無駄になる。また、エタノールＡが気化して損失される量も増加するため、使用されるエタノールＡの無駄が大きくなる。

　尚、前記図１１および図１２のグラフのデータは、含水率が８０重量％の原汚泥２０ｇを試料とし、この原汚泥とエタノールＡとを３０分間混合した後、試験用脱水機で次第に圧力を上げ、最終的に汚泥を２ＭＰａの圧力で１５分間脱水して得られたものである。図１３に示すように、試験用脱水機７１は、エタノールＡを混合した汚泥７２をフィルター７３上に載せ、上方からピストン７４で汚泥７２を押圧し、フィルター７３を透過したろ液７５を採取するものである。

　前記第１の実施の形態では、図１１のグラフに示すように、系内のエタノール濃度を３０重量％以上から７０重量％以下の所定範囲Ｓに設定しているが、グラフの傾きが急増する４５重量％以上から７０重量％以下の範囲に設定すると、より好適である。

　第１の実施の形態では、第１所定温度をエタノールＡの沸点より僅かに高い値に設定することにより、第１所定温度を水の沸点に近い値に設定する場合に比べて、エタノールＡの突沸や水の蒸発量を抑制することができるので、好適である。

　第１の実施の形態では、図１に示すように、返送経路として第１，第２返送経路４８，４９を設け、溶媒返送経路として第１，第２溶媒返送経路５８，５９を設けているが、これらの経路４８，４９，５８，５９を全て設ける必要はなく、第１，第２返送経路４８，４９のうちのいずれか１つの返送経路又は第１，第２溶媒返送経路５８，５９のうちのいずれか１つの溶媒返送経路があればよい。
　また、第１の実施の形態では、温水１１を用いてろ室２２を第１所定温度に加温することにより、有機汚泥Ｂを第１所定温度に加温しているが、ろ室２２からの放熱を見込んでろ室２２を第１所定温度以上に加温することにより、有機汚泥Ｂを第１所定温度に加温してもよい。
　また、第１の実施の形態では、温水１１の温度を制御対象とし、放熱を考慮して温水１１をエタノールＡの沸点以上の温度に適宜調節することにより、有機汚泥Ｂの温度がエタノールＡの沸点以上で且つ水の沸点未満の温度（すなわち第１所定温度）になるように制御することができる。この際、外気温又は温水１１の温度を計測する温度計の取付箇所等に応じて、温水１１の温度を第１所定温度よりどの程度高温に設定するかが決定される。
　（第２の実施の形態）

　前記第１の実施の形態では、フィルタープレス５のろ室２２を予め第１所定温度（すなわち、エタノールＡの沸点以上で且つ水の沸点未満の温度）に加温した状態で、有機汚泥Ｂをろ室２２に注入しているが、以下に説明する第２の実施の形態では、ろ室２２をエタノールＡの沸点未満の第２所定温度に加温した状態で、有機汚泥Ｂをろ室２２に注入し始め、注入開始後、ろ室２２を第２所定温度から第１所定温度に加温する。

　すなわち、前以て、第２所定温度の温水１１を、フィルタープレス５の加温通路３２（図５参照）に通水した状態に保ち、加温通路３２の温水１１によってろ室２２内を第２所定温度に加温しておく。この状態で、有機汚泥Ｂをろ室２２に注入し始め、注入開始後、温水１１を第２所定温度から昇温させながら引き続き加温通路３２に通水して、ろ室２２を第２所定温度から第１所定温度に加温する。これにより、ろ室２２内に注入された有機汚泥Ｂは第２所定温度から第１所定温度に加温に加温される。

　尚、前記のようにろ室２２を第２所定温度から第１所定温度に昇温させるタイミングは、図５で示したフィルタープレス５のろ過工程の途中で行うが、図６で示した圧搾工程中又は図７で示した乾燥工程中に行ってもよい。尚、第２所定温度としては、エタノールＡの場合、７３℃に設定されているが、沸点未満であればこの温度に限定されるものではない。
　以下、前記構成における作用を説明する。

　ろ室２２へ有機汚泥Ｂの注入が開始されたときは、ろ室２２は第２所定温度であるため、有機汚泥Ｂの注入開始の際に、有機汚泥Ｂに混合されているエタノールＡが突沸するのを防止することができる。これにより、エタノールＡが急激に気化するのを抑制して、気化したエタノールＡが一時的且つ過剰に大量発生するのを防止することができる。従って、気化したエタノールＡを確実且つ十分に凝縮器６で凝縮し液体に戻して回収することが可能であり、気化したエタノールＡが回収し切れずに放散してろ室２２からフィルタープレス５の外部に漏出するのを防止することができる。
　（第３の実施の形態）

　前記第１の実施の形態では、フィルタープレス５で脱水工程を行った後、回収用流体供給源５３から圧縮空気１２をフィルタープレス５に供給して混合槽４へ排出しているが、以下に説明する第３の実施の形態では、フィルタープレス５で脱水工程を行った後、回収用流体供給源５３から圧縮空気１２をフィルタープレス５に供給して脱窒槽２へ排出する。

　すなわち、図１に示すように、フィルタープレス５の各ろ板１７間を閉じた状態で、汚泥供給用弁４７と第１返送用弁５０とろ液回収用弁５５と溶媒回収用弁５７とを閉じ、第２返送用弁５１と回収用流体供給用弁５２とを開き、圧縮空気１２を回収用流体供給源５３からフィルタープレス５に供給する。この際、圧縮空気１２は、回収用流体供給源５３から回収用流体供給経路４４を通り、回収用流体注入口４３から各ろ板１７の汚泥注入通路３６を経て汚泥注入口４１に達する（図９参照）。さらに、圧縮空気１２は、汚泥注入口４１から汚泥供給経路４５を逆流し、汚泥供給経路４５から第２返送経路４９に分岐して流れ、脱窒槽２へ排出される。

　これにより、汚泥供給経路４５に残留している有機汚泥Ｂが、圧縮空気１２の流れに伴って、第２返送経路４９を通り脱窒槽２へ返送される。従って、返送された有機汚泥Ｂ中に混合されているエタノールＡも脱窒槽２へ供給され、エタノールＡが脱窒槽２内の脱窒菌の栄養源になる。このため、エタノールＡを有効利用することができる。
　（第４の実施の形態）

　前記各実施の形態では、液体のエタノールＡを、加熱蒸留器７から第１溶媒返送経路５８を通じて混合槽４に返送しているが、以下に説明する第４の実施の形態では、液体のエタノールＡを、加熱蒸留器７から第２溶媒返送経路５９を通じて脱窒槽２に供給する。

　すなわち、図１に示すように、第１返送用弁６０を閉じ、第２返送用弁６１を開くことにより、液体のエタノールＡが、加熱蒸留器７から第２溶媒返送経路５９を通って脱窒槽２に供給される。これにより、エタノールＡが脱窒槽２内の脱窒菌の栄養源になり、エタノールＡを有効利用することができる。
　（第５の実施の形態）

　前記第１～第４の実施の形態では、有機溶媒の一例としてエタノールＡを用いたが、以下に説明する第５の実施の形態では、有機溶媒の別の例としてメタノールを用いている。尚、メタノールの沸点は、６５℃であり、水の沸点（１００℃）よりも低い。

　従って、メタノールを用いた場合、第１所定温度は、メタノールの沸点以上で且つ水の沸点未満の温度となり、すなわち６５℃以上で且つ１００℃未満の温度となる。また、第２所定温度は、６０℃に設定されるが、沸点未満であればこの温度に限定されるものではない。

　また、メタノールを用いた場合、系内メタノール濃度と原汚泥中の粗脂肪のろ液への移行率との関係は図１４のグラフで示され、原汚泥中の粗脂肪のろ液への移行率と脱水工程後の汚泥の含水率との関係は図１５のグラフで示される。

　図１５のグラフに示すように、粗脂肪のろ液への移行率が４重量％以上から６０重量％以下の所定範囲Ｔにおいて、粗脂肪のろ液への移行率が増えるほど、脱水工程後の有機汚泥の含水率が低下する関係が保たれる。また、図１４のグラフに示すように、移行率が４重量％以上から６０重量％以下の所定範囲Ｔは、系内メタノール濃度が３０重量％以上から７５重量％以下の所定範囲Ｓに対応している。

　従って、系内メタノール濃度が３０重量％以上から７５重量％以下の所定範囲Ｓになるようにメタノールを有機汚泥に混合することにより、粗脂肪のろ液への移行率が４重量％以上から６０重量％以下の所定範囲Ｔになり、適切な量のメタノールを用いて有機汚泥を脱水することが可能となり、メタノールを過剰に有機汚泥に混合して無駄に使用するのを防止することができる。

　また、メタノールを７５重量％より多く混合しても、多く混合されたメタノールは、脱水に寄与せず、無駄になる。さらに、粗脂肪のろ液への移行率が４重量％未満の範囲においては、脱水しても有機汚泥の含水率がほとんど変化せずに一定に保たれる。つまり、移行率が４重量％以上となるように、メタノールの混合割合を３０重量％以上とすることで、メタノールを混合しないときと比べて、脱水工程後の有機汚泥の含水率を約５重量％以上低下させることになる。

　尚、図１０のグラフは、エタノール、メタノールおよび他の溶媒の比誘電率を示しており、溶媒は、比誘電率が低いほど、脂質を溶かす能力が高い。従って、エタノールは、メタノールと比べて、細胞膜を溶解する能力が優れている。但し、メタノールは、エタノールよりも分子量が低いので、細胞膜の表面を溶解するだけではなく、細胞膜を透過しながら細胞膜の内部を溶解する能力が高いと考えられる。このため、エタノールよりもメタノールを使用した方が、細胞膜が弱くなり、脱水工程において細胞膜が破損し易くなる。このため、メタノールを使用した方が、エタノールを使用したときの移行率よりも低い移行率で、同じ含水率まで脱水することができる。
　前記各実施の形態では、脱水機の一例としてフィルタープレス５を用いたが、別の例として、スクリュープレスやベルトプレス等を用いてもよい。
　前記各実施の形態では、有機溶媒の一例として、エタノールＡ又はメタノールといったアルコール系溶媒を用いたが、アセトンやヘキサンなどの、常温常圧下において液体であり、揮発性を有し、水との親和性がある有機溶媒を用いてもよい。また、このような複数種類の有機溶媒を混合したものであってもよい。

　前記各実施の形態では、図６に示すように、温水１０，１１を用いて加温する加温手段２０を挙げたが、温水１０，１１の代わりに、加温した油や空気等の他の流体を用いてもよい。また、流体を使用しない他形式の加温手段、例えば電気ヒーター等を用いてもよい。

　前記各実施の形態では、図１に示すように、圧縮空気１２は、フィルタープレス５を経由して汚泥供給経路４５に供給したが、フィルタープレス５を経由せず、フィルタープレス５の汚泥注入口４１側から汚泥供給経路４５に直接供給し、汚泥供給経路４５のみを洗浄し、汚泥供給経路４５に残留した有機汚泥Ｂを回収してもよい。
　前記各実施の形態では、回収用流体の一例として、圧縮空気１２を用いたが、水や有機溶媒等を用いてもよい。

　前記各実施の形態では、汚泥供給経路４５等に残留する溶媒含有有機汚泥Ｂを逆流させる作業は、フィルタープレス５による乾燥工程の後に行っているが、別工程として、フィルタープレス５の各ろ板１７の間を閉じて行ってもよい。

　前記各実施の形態では、気化したエタノールＡを凝縮器６で液体に戻しているが、エタノールＡを気体のままで混合槽４や脱窒槽２に戻してもよい。但し、液体の状態で戻す方がエタノールＡの添加量を制御し易く、より好適である。

　前記各実施の形態では、加熱蒸留器７を用いて、ろ液から液体のエタノールＡを分離しているが、減圧蒸留器など、水とアルコールとを分離できる他の形式の機器を用いてもよい。

　前記各実施の形態では、有機汚泥は、し尿処理場や下水処理場等から発生する生の汚泥でも良いし、脱水汚泥でも良い。また、有機汚泥に含まれる有機物は植物性および動物性のどちらでも良い。
　また、第１の実施の形態は、細胞膜を有する有機物を含む有機汚泥の脱水方法であって、有機汚泥と常温常圧下において液体である有機溶媒とを混合して、細胞膜を構成する粗脂肪を溶解する混合工程と、有機溶媒を混合した有機汚泥を、脱水機に供給して脱水し、細胞膜を構成する粗脂肪が溶解したろ液を排出する脱水工程とを有するものであってもよい。

Claims

細胞膜を有する有機物を含む有機汚泥の脱水方法であって、
常温常圧下において液体であり揮発性を有する有機溶媒を、有機汚泥と混合する混合工程と、
有機溶媒を混合した有機汚泥を、加温手段が備えられた脱水部に供給して脱水する脱水工程とを有し、
前記脱水工程において、脱水部の有機汚泥を有機溶媒の沸点以上の第１所定温度に加温して、有機汚泥に混合されている有機溶媒を気化させ、
気化した有機溶媒を脱水部から排出して回収することを特徴とする有機汚泥の脱水方法。
有機溶媒は水の沸点よりも低い沸点を有し、
第１所定温度は有機溶媒の沸点以上で且つ水の沸点未満であることを特徴とする請求項１記載の有機汚泥の脱水方法。
脱水部を有機溶媒の沸点未満の第２所定温度にした状態で、脱水部へ有機汚泥の供給を開始し、
供給開始後、脱水部の有機汚泥を第１所定温度に加温することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の有機汚泥の脱水方法。
気化した有機溶媒を、脱水部から吸引して排出し、気体から液体に戻して回収することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の有機汚泥の脱水方法。
混合工程において、有機物の細胞膜を構成する粗脂肪を溶解し、
脱水工程において、細胞膜を構成する粗脂肪が溶解したろ液を排出することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の有機汚泥の脱水方法。
細胞膜の溶解により発生する粗脂肪が有機汚泥からろ液に移行する移行率を指標にして、有機溶媒の混合割合を設定することを特徴とする請求項５記載の有機汚泥の脱水方法。
粗脂肪の移行率が４重量％以上から６０重量％以下の所定範囲になるように、有機溶媒の混合割合を設定することを特徴とする請求項６記載の有機汚泥の脱水方法。
有機溶媒の混合割合を、有機汚泥の含水量と有機溶媒の量との和に対して、３０重量％以上から７５重量％以下の所定範囲に設定することを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の有機汚泥の脱水方法。
有機溶媒はエタノールであり、
エタノールの混合割合を、有機汚泥の含水量とエタノールの量との和に対して、３０重量％以上から７０重量％以下の所定範囲に設定することを特徴とする請求項８記載の有機汚泥の脱水方法。
有機溶媒はメタノールであり、
メタノールの混合割合を、有機汚泥の含水量とメタノールの量との和に対して、３０重量％以上から７５重量％以下の所定範囲に設定することを特徴とする請求項８記載の有機汚泥の脱水方法。
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の有機汚泥の脱水方法に用いられる脱水設備であって、
有機溶媒と有機汚泥とを混合する混合部と、有機溶媒を混合した有機汚泥を脱水する脱水機とが備えられ、
脱水機は、脱水部と、脱水部に供給された有機汚泥を加温する加温手段とを有し、
混合工程が混合部において行われ、
脱水工程が脱水機において行われることを特徴とする有機汚泥の脱水設備。