(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥が投入される伝熱胴と、汚泥を伝熱胴内に引延ばすブレードを有し伝熱胴内に回転自在に配置された主軸とを有する遠心薄膜乾燥機と、
遠心薄膜乾燥機の下流側に配置され、汚泥が投入される回転ドラムと、回転ドラムの内面に設けられた伝熱管とを有する回転乾燥機と、
遠心薄膜乾燥機に供給管を介して接続され、回転乾燥機に戻り管を介して接続されたボイラユニットとを備え、
遠心薄膜乾燥機と回転乾燥機とは連結管により接続されており、
ボイラユニットから供給管を介して送られる蒸気により遠心薄膜乾燥機の伝熱胴を加熱するとともに、遠心薄膜乾燥機からの蒸気を連結管により回転乾燥機へ導き、回転乾燥機からの蒸気を戻り管によりボイラユニットに戻すことを特徴とする汚泥乾燥処理装置。
【請求項２】
遠心薄膜乾燥機の上流側に配置され、汚泥を遠心濃縮する遠心濃縮機を更に備え、
遠心薄膜乾燥機により汚泥を脱水乾燥させて、汚泥の含水率を３５〜６５重量％とし、遠心薄膜乾燥機からの汚泥を更に回転乾燥機により脱水乾燥させることを特徴とする請求項１記載の汚泥乾燥処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水汚泥、ヘドロ、産業廃棄物汚泥等の有機および無機汚泥を乾燥処理する汚泥乾燥処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に下水や排水処理により発生する汚泥は、脱水処理により含水率を低下させた脱水ケーキとして排出される。このような脱水ケーキはコンポスト化あるいは焼却処分して減容化して埋め立て処分、海洋投棄処分がなされている。さらに最近では、再資源化が進み、汚泥を溶融化しスラブ化して建設用材として有効利用できるように試みられている。
【０００３】
これら汚泥の最終処分の前工程として、脱水ケーキの乾燥処理が必要となる。汚泥の乾燥処理方法としては、乾燥機内に汚泥を直接投入すると共に、熱風を送り込み乾燥処理する方法（直接乾燥方法）と、乾燥機内にジャケット、チューブ、ディスク等の伝熱面を配設し、その内部に加圧蒸気等の熱媒体を流すとともに、ドラムやディスクを回転させながら乾燥機内部に脱水ケーキを投入して乾燥処理する方法（間接乾燥方法）がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の乾燥方法のうち、直接乾燥方法は排ガス量が多く大型の排ガス処理設備が必要となる。一方、間接乾燥方法では、脱水ケーキは非常に付着性が強いため、伝熱面へ汚泥が付着し乾燥効率が悪くなることがある。さらに、直接乾燥方法および間接乾燥方法両者において、粘着性の高い汚泥を扱うため汚泥が塊状になって乾燥効率が悪くなり、そのため乾燥機が大型になったり、複雑な構造になり設備費が高くなる問題がある。
【０００５】
【発明の属する技術分野】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、付着性が高く、かつ臭気のある汚泥を容易に乾燥処理ができる汚泥乾燥処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、汚泥が投入される伝熱胴と、汚泥を伝熱胴内に引延ばすブレードを有し伝熱胴内に回転自在に配置された主軸とを有する遠心薄膜乾燥機と、遠心薄膜乾燥機の下流側に配置され、汚泥が投入される回転ドラムと、回転ドラムの内面に設けられた伝熱管とを有する回転乾燥機と、遠心薄膜乾燥機に供給管を介して接続され、回転乾燥機に戻り管を介して接続されたボイラユニットとを備え、遠心薄膜乾燥機と回転乾燥機とは連結管により接続されており、ボイラユニットから供給管を介して送られる蒸気により遠心薄膜乾燥機の伝熱胴を加熱するとともに、遠心薄膜乾燥機からの蒸気を連結管により回転乾燥機へ導き、回転乾燥機からの蒸気を戻り管によりボイラユニットに戻すことを特徴とする汚泥乾燥処理装置である。
【０００７】
本発明によれば、汚泥を遠心薄膜乾燥機により、脱水乾燥して付着性の低い汚泥とし、この汚泥を回転乾燥機により脱水乾燥することにより、取扱いが容易な粒状汚泥を得ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
第１の実施の形態
以下、図面により本発明の実施の形態について説明する。図１乃至図４は、本発明の第１の実施の形態を示す図である。
【０００９】
図１に示すように、汚泥乾燥処理装置は、約９９〜９８％の原汚泥１を収容する汚水タンク２と、凝集剤３を収容する凝集剤タンク４と、原汚泥１と凝集剤３をそれぞれ混合し含水率８５％程度に遠心濃縮して汚泥の脱水ケーキを得る遠心濃縮機５と、汚泥の脱水ケーキを一次乾燥する遠心薄膜乾燥機６と、遠心薄膜乾燥機６から排出された汚泥を二次乾燥する伝熱受熱型の回転乾燥機７とを備えている。
【００１０】
遠心薄膜乾燥機６および回転乾燥機７の機内の汚泥から蒸発する臭気を含む蒸気は、取り出されて、冷却洗浄器８に導かれる。そして冷却洗浄器８からのガスは、ガス管５０を経て一部が回転乾燥機７に環流し、残りは脱臭装置９およびフィルタ１０を介して大気に放出される。また遠心薄膜乾燥機６および回転乾燥機７へは、ボイラユニット１１で発生した加圧蒸気（熱媒体）が供給管４８から送られ、遠心薄膜乾燥機６および回転乾燥機７からの蒸気は戻り管４９により戻される。回転乾燥機７で乾燥した乾燥汚泥１２はベルトコンベア１３により搬送され、製品ホッパ１４内に一次的に保管され、焼却・溶融化あるいはガス化溶融化する焼却・溶融炉（再資源化処理）１５に送られて焼却・溶融化あるいはガス化溶融される。
【００１１】
また、焼却・溶融炉１５で発生する熱は排熱回収ボイラ１６で回収され、加圧蒸気ライン１７を介して遠心薄膜乾燥機６および回転乾燥機７を加熱する熱媒体に加えられる。また、冷却洗浄器８からのガスを分岐管５０ａにより焼却・溶融炉１５へ送って焼却脱臭してもよい。
【００１２】
次に遠心薄膜乾燥機６について説明する。遠心薄膜乾燥機６は図２及び図３に示すように、薄肉の伝熱胴２１と、伝熱胴２１の内部に伝熱胴２１と同軸に設けられた主軸２２とを有し、この主軸２２は駆動モータ２３およびＶベルト２３ａによって回転駆動されるようになっている。
【００１３】
ここで図２（Ａ）は遠心薄膜乾燥機６の全体図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ部拡大図、図２（Ｃ）は図２（Ａ）のＣ部拡大図、図２（Ｄ）は図２（Ａ）のＤ部拡大図、図３は図２（Ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。
【００１４】
また、主軸２２の上部には分配リング２５が設けられ、被処理物投入口としての汚泥投入口２４から供給された汚泥３６は、分配リング２５を通って伝熱胴２１の内面に均一に投入される。さらに、主軸２２には伝熱胴２１内に分散された汚泥３６を薄膜状にするためのブレード２６が、軸方向および円周方向に複数段・複数枚取付けられている。このブレード２６はヒンジ２７を介して主軸２２に取付けられている。
【００１５】
ところで、主軸２２は伝熱胴２１の両端部に設けられた軸受２８、２９により支持され、下部軸受２９はスポーク３０により伝熱胴２１の下端に保持されるとともに、スポーク３０の下部には排出口３１が形成されている。さらに、伝熱胴２１の上部には、汚泥３６から発生する蒸発蒸気を排気するための排気口３２が設けられ、排出口３２からの蒸気は冷却洗浄器８へ送られる。さらに、伝熱胴２１の外側には、汚泥３６の脱水・乾燥を行うための熱源となる蒸気を通す蒸気ジャケット３３が設けられ、この蒸気ジャケット３３にはボイラユニット１１で生じた蒸気が加圧蒸気入り口３４から流入するとともに、蒸気ジャケット３３内の蒸気は加圧蒸気出口３５から流出してボイラユニット１１へ戻される。
【００１６】
次に回転乾燥機７について説明する。回転乾燥機７はドラム７ａと、ドラム７ａの内面に設けられた多数の伝熱チューブ７ｂとを有し、ドラム７ａを回転させることにより伝熱チューブ７ｂと汚泥との接触が行われて、乾燥し、臭気のない低含水率の乾燥汚泥が得られる構造になっている。
【００１７】
次に汚泥処理方法について説明する。図１に示すように、汚水タンク２から原汚泥１が遠心濃縮機５へ送られ、同時に凝集剤タンク４内の凝集剤３が遠心濃縮機５へ送られる。遠心濃縮機５において、原汚泥１と凝集剤３とが混合され、原汚泥は所定含水率を有するまで汚水乾燥される。
【００１８】
遠心濃縮機５により脱水された汚泥は、汚泥３６となって遠心薄膜乾燥機６へ送られる。
【００１９】
遠心薄膜乾燥機６において、汚泥投入口２４から伝熱胴２１内に供給された汚泥３６は、主軸２２とともに回転するブレード２６によって掻き取られ、伝熱胴２１内面に薄膜状に引き延ばされる。そして、薄膜状になった汚泥３６は重力と次々に供給される新しい汚泥の圧力によって、少しづつ下方に進む。その際、伝熱胴２１外側の蒸気ジャケット３３に供給されている加熱蒸気によって、汚泥３６は伝熱胴２１により加熱される。その後、汚泥３６はその水分が徐々に脱水され、乾燥汚泥となり、伝熱胴２１の下端に設けられた排出口３１より排出される。一方、汚泥から蒸発した蒸気は排気口３２から抽気し排気される。
【００２０】
遠心薄膜乾燥機６における、汚泥３６の処理において、汚泥３６が乾燥するに従い、粘性が増加し、図４（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように汚泥３６の形状が変化する。
【００２１】
図４（Ａ）は、伝熱胴２１の上方の加熱ゾーンから中央の蒸発ゾーンにおいて、汚泥３６が薄膜状に形成され、効率良く蒸発が進む領域（定率乾燥領域）を示している。この場合、汚泥が薄膜状に形成されている領域の含水率は６５重量％以上である。
【００２２】
さらに汚泥３６が伝熱胴２１内部を下方に移動し、乾燥が進行すると、図４（Ｂ）に示すような汚泥３６の造粒領域となる。この造粒領域の含水率は３５〜６５重量％である。さらに、乾燥が進むと図４（Ｃ）に示すように、造粒した汚泥３６がブレード２６前面に堆積しながら乾燥する領域（減率乾燥領域）に入る。この減率乾燥領域では、乾燥速度が著しく低下し、若干の含水率を下げるのに広い範囲の伝熱胴が必要になる。
【００２３】
本実施の形態では遠心薄膜乾燥機６から排出される汚泥の含水率は３５〜６５重量％となり、粒状の汚泥を短時間に効率良く乾燥できる。この粒状の乾燥汚泥は脱粋ケーキに比べて付着性が格段に低下している。
【００２４】
遠心薄膜乾燥機６から排出した汚泥３６は粒状化するとともに、付着性が低下しているため、汚泥３６を回転乾燥機７に投入しても、回転乾燥機７のドラム７ａ内の伝熱チューブ７ｂあるいはドラム７ａの内壁面に汚泥３６が付着せず、粒状を保ちながら１０％程度まで安定して粒状を保ちながら乾燥する。
【００２５】
回転乾燥機７からの脱水汚泥３６は、ベルトコンベア１３を経て乾燥汚泥１２として製品ホッパ１４内に保管され、焼却・溶融炉１５で焼却される。
【００２６】
また、遠心薄膜乾燥機６および回転乾燥機７からの蒸気は冷却洗浄器８へ送られ、冷却洗浄器８からのガスは脱臭装置９およびフィルタ１０を経て外部へ放出される。
【００２７】
図１乃至図４において、遠心薄膜乾燥機６および回転乾燥機７により、含水率が極めて低く、粒状で扱いが容易な乾燥汚泥１２を得ることができ、この乾燥汚泥１２を焼却・溶融炉１５において一定の温度で焼却することができる。また焼却・溶融炉１５において発生するエネルギを排熱回収ボイラ１６で回収して遠心薄膜乾燥機６および回転乾燥機７の熱媒体（加圧蒸気）として利用することができ、汚泥処理にかかる燃料を大幅に節約できる。
【００２８】
また、遠心薄膜乾燥機６および回転乾燥機７から発生する臭気を含む蒸発蒸気を冷却洗浄器８、脱臭装置９およびフィルタ１０において処理する構成になっているため、装置がコンパクトで臭気を外部に漏らすことなく、ガス処理が可能である。
【００２９】
本実施の形態によれば、汚泥を蒸発量が多く乾燥速度が高い遠心薄膜乾燥機６で乾燥させ、次に汚泥を減率乾燥に優れた伝熱受熱型の回転式乾燥機７で乾燥させたので、両者の優れた乾燥特性が発揮でき、粘着性の高い汚泥を効率良く取り扱い容易な乾燥汚泥とすることができる。また発生ガス量が少なく脱臭装置９がコンパクトになる。さらに焼却・溶融炉１５におる汚泥焼却あるいはガス化で発生するエネルギを排熱回収ボイラ１６で回収して熱媒体（加圧蒸気）としているので、汚泥処理にかかる燃料が大幅に節約できる。
【００３０】
第２の実施の形態
次に本発明の第２の実施例について図５により説明する。図５に示す第２の実施の形態は、遠心濃縮機５と遠心薄膜乾燥機６との間に石灰混入装置（ミキサ）４３を設けたものであり、他は図１乃至図４に示す第１の実施の形態と略同一である。図５において、図１乃至図４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３１】
図５において、遠心濃縮機５の下流側にミキサ４３が設けられ、遠心濃縮機５で得られた脱水汚泥と石灰タンク４１に貯留した石灰４２がミキサ４３に送られ、このミキサ４３で混練される。ミキサ４３で混練した汚泥は遠心薄膜乾燥機６で脱水乾燥する。
【００３２】
ミキサ４３内で汚泥に混ぜ合わせる石灰は、消石灰でも生石灰でもそれぞれの混合物でもよく、これらの量は適当に調整できる。
【００３３】
本実施の形態によれば、遠心濃縮機５で発生した汚泥と少量の石灰をミキサ４３で混合することによって予備的に汚泥と石灰との化学反応乾燥を行うことができる。脱水ケーキに例えば生石灰を混合すると、表面付着水や内部水と水和反応し、消石灰を生じる。消石灰は疎水性があり、遠心薄膜乾燥機６での乾燥が促進される。またミキサ４３で消石灰を添加した場合は、化学反応乾燥はないが、その後の乾燥工程で乾燥性が向上する。
【００３４】
第３の実施の形態
次に本発明の第３の実施の形態について図６により説明する。図６に示す第３の実施の形態は、遠心薄膜乾燥機５と回転乾燥機７との間に石灰混入装置（ミキサ）４６を設けたものであり、他は図１乃至図４に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００３５】
図６において、図１乃至図４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３６】
図６において、遠心薄膜乾燥機６の下流側にミキサ４６が設けられ、遠心薄膜乾燥機６で得られた含水率６０％程度の脱水汚泥と石灰タンク４４に貯留した石灰４５がミキサ４６に送られる。汚泥と石灰４５はミキサ４６で混練され、混練した汚泥は伝熱受熱型の回転乾燥機７内で脱水乾燥される。
【００３７】
ミキサ４６内で汚泥に混ぜ合わせる石灰は、消石灰でも生石灰でもそれぞれの混合物でもよく、これらの量は適当に調整できる。
【００３８】
本実施の形態によれば、遠心薄膜乾燥機６で発生した汚泥と少量の生石灰あるいは消石灰を混合することによって、含水率の調整ができる。また汚泥の付着性が低下し、回転乾燥機７内で汚泥がチューブ７ｂへ付着することがなくなり、取り扱いが容易な乾燥汚泥を回収することができる。
【００３９】
第４の実施の形態
次に本発明の第４の実施の形態について図７により説明する。図７に示す第４の実施の形態は、ボイラユニット１１からの供給管４８を遠心薄膜乾燥機６へ接続してボイラユニット１１からの蒸気により遠心薄膜乾燥機６の伝熱胴２１を加熱するとともに、遠心薄膜乾燥機６からの蒸気を回転乾燥機７へ連結管５０で導いたものである。回転乾燥機７からの蒸気は戻り管４９によりボイラユニット１１へ戻される。
【００４０】
他の構成は図１乃至図４に示す第１の実施の形態と略同一である。図７において、図１乃至図４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４１】
本実施の形態によれば、汚泥を最初に脱水乾燥させるとともに脱水のために大きな熱エネルギが必要な遠心薄膜乾燥機６へボイラユニット１１からの蒸気を供給し、その後遠心薄膜乾燥機６からの蒸気を熱エネルギをあまり必要としない回転乾燥機７へ供給するので、蒸気の熱エネルギを効率的に利用することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、付着性が低く取扱いが容易な粒状の脱水汚泥を容易かつ確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態を示す全体系統図。
【図２】遠心薄膜乾燥機の構造図。
【図３】図２のＥ−Ｅ線断面図。
【図４】乾燥機内部の乾燥汚泥の形状変化を示す説明図。
【図５】本発明の第２実施の形態を示す全体系統図。
【図６】本発明の第３実施の形態を示す全体系統図。
【図７】本発明の第４実施の形態を示す全体系統図。
【符号の説明】
１  原汚泥
５  遠心濃縮機
６  遠心薄膜乾燥機
７  伝熱受熱型回転乾燥機
８  冷却洗浄器
９  脱臭装置
１１  ボイラユニット
１２  乾燥汚泥
１５  焼却・溶融炉
１６  排熱回収ボイラ
４２  石灰
４３  ミキサ
４５  石灰
４６  ミキサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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