(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
親水性溶媒と撹拌混合した処理対象物を加温式の脱水装置で脱水するのに際し、処理対象物を加温しつつ押圧手段で処理対象物を加圧して圧搾する圧搾工程と、押圧手段と処理対象物とを離間させた状態で処理対象物からの溶媒の揮発を促進する乾燥工程とを繰り返し、処理対象物の温度が上限設定温度に達したら乾燥工程を行い、処理対象物の温度が下限設定温度に達したら圧搾工程を行い、
上限設定温度は処理対象物を加温する熱源の温度によって定まる処理対象物の昇温限度以下に設定し、下限設定温度は溶媒の沸点以上の温度に設定することを特徴とする脱水方法。
【請求項２】
親水性溶媒と撹拌混合した処理対象物を加温式の脱水装置で脱水するのに際し、処理対象物を加温しつつ押圧手段で処理対象物を加圧して圧搾する圧搾工程と、押圧手段と処理対象物とを離間させた状態で処理対象物からの溶媒の揮発を促進する乾燥工程とを繰り返し、処理対象物の温度が下限設定温度から上限設定温度まで上昇するのに必要な加温必要時間にわたって圧搾工程を行い、処理対象物の温度が上限設定温度から下限設定温度まで降下するのに必要な乾燥必要時間にわたって乾燥工程を行い、
上限設定温度は処理対象物を加温する熱源の温度によって定まる処理対象物の昇温限度以下に設定し、下限設定温度は溶媒の沸点以上の温度に設定することを特徴とする脱水方法。
【請求項３】
上限設定温度は水の沸点以下に設定することを特徴とする請求項１または２に記載の脱水方法。
【請求項４】
加温式の脱水装置として加温フィルタープレスを使用し、加温フィルタープレスの加温に温水を使用することを特徴とする請求項３に記載の脱水方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚泥等の含水物を処理対象物とし、処理対象物中に含まれた水分を有機溶媒等の親水性溶媒を利用して脱水する技術に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水処理場、浄水場、工場排水処理施設、土木建設現場等から発生する汚泥を脱水する装置としては、遠心脱水機、フィルタープレス等種々のものがある。しかし、汚泥の性状によっては汚泥から水分が脱離することが困難なものがある。
【０００３】
このため、例えば、特許文献１に記載された発明では、凝集沈殿処理後に得られた濃縮泥水に揮発性を有する有機溶剤、例えばメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール系有機溶剤を添加し、その有機溶剤混合泥水を脱水し、添加された有機溶剤の揮発により、脱水された汚泥中に残存する水分の気化を促進させ、脱水された汚泥の含水率を低減して減容させている。
【０００４】
特許文献２に記載された発明は、濾布を介してスラリーを濾過し、濾過ケーキを形成する濾過工程と、濾過ケーキを濾布を介して圧搾し、圧搾ケーキを形成する圧搾工程と、濾布を介して圧搾ケーキを加温しつつ負圧下に保持し乾燥する真空加熱乾燥工程とを含むものであり、圧搾工程にて、所定の脱水レベルまで脱水時圧力で圧搾を行った後、圧搾終了にかけて圧搾の圧力を圧搾ケーキの圧密化が実質的に起こらない非圧搾圧力まで漸減させるものである。
【０００５】
特許文献３に記載された発明は、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と混合した有機汚泥を、加温手段を備えた脱水機で脱水するものであり、脱水機では、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、有機汚泥に混合されている有機溶媒を気化させて有機溶媒を脱水部から排出して回収する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２００８１１
【特許文献２】特開２００５−２７０８２８
【特許文献３】特開２０１４−１９３４３８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、下水汚泥等を例えば含水率６０％以下に脱水する場合には、ある程度の含水率まで脱水操作を行った後に、加熱などによる乾燥工程を行うことが、加温により処理対象物の粘性を下げて汚泥中の水分（液体）を搾り出すことよりも、時間的、機械強度的に合理性がある。
【０００８】
しかし、脱水機とは別途に乾燥機を設ける必要があり、装置が大掛かりとなり、処理対象物が脱水機から乾燥機へ乗り継ぐ工程が発生し、その間の放熱ロスが大きくなる。
また、圧搾ケーキを加温しつつ負圧下に保持し乾燥する真空加熱乾燥工程では、圧搾のためのダイヤフラムが濾布に張り付いた状態となり、処理対象物の乾燥効果を十分に得ることができない問題があった。
【０００９】
ダイヤフラムを処理対象物から離間させた状態では、加熱源から十分な熱量が処理対象物に伝わらず、処理対象物の温度が乾燥に効果的に寄与する温度以下に低下する問題があった。
【００１０】
本発明は上記した課題を解決するものであり、加温による乾燥効果を十分に発揮させることができる脱水方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の脱水方法は、親水性溶媒と撹拌混合した処理対象物を加温式の脱水装置で脱水するのに際し、処理対象物を加温しつつ押圧手段で処理対象物を加圧して圧搾する圧搾工程と、押圧手段と処理対象物とを離間させた状態で処理対象物からの溶媒の揮発を促進する乾燥工程とを繰り返し、処理対象物の温度が上限設定温度に達したら乾燥工程を行い、処理対象物の温度が下限設定温度に達したら圧搾工程を行い、上限設定温度は処理対象物を加温する熱源の温度によって定まる処理対象物の昇温限度以下に設定し、下限設定温度は溶媒の沸点以上の温度に設定することを特徴とする。
本発明の脱水方法は、親水性溶媒と撹拌混合した処理対象物を加温式の脱水装置で脱水するのに際し、処理対象物を加温しつつ押圧手段で処理対象物を加圧して圧搾する圧搾工程と、押圧手段と処理対象物とを離間させた状態で処理対象物からの溶媒の揮発を促進する乾燥工程とを繰り返し、処理対象物の温度が下限設定温度から上限設定温度まで上昇するのに必要な加温必要時間にわたって圧搾工程を行い、処理対象物の温度が上限設定温度から下限設定温度まで降下するのに必要な乾燥必要時間にわたって乾燥工程を行い、上限設定温度は処理対象物を加温する熱源の温度によって定まる処理対象物の昇温限度以下に設定し、下限設定温度は溶媒の沸点以上の温度に設定することを特徴とする。
【００１４】
本発明の脱水方法において、上限設定温度は水の沸点以下に設定することを特徴とする。
本発明の脱水方法において、加温式の脱水装置として加温フィルタープレスを使用し、加温フィルタープレスの加温に温水を使用することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように本発明によれば、圧搾工程において処理対象物を加温して溶媒および水分に顕熱を与え、乾燥工程において押圧手段と処理対象物とを離間させて空間を形成して、圧搾工程において加温された処理対象物からの溶媒の揮散と水分の蒸発を促進する。すなわち、圧搾工程と乾燥工程を所定の間隔で繰り返すことにより、処理対象物の乾燥に必要な熱量を与えつつ、処理対象物を押圧手段との間の空間に開放して周囲の雰囲気との接触させることで乾燥を促進し、乾燥時間の短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態における吸収脱水装置を示す模式図
【図２】本発明の実施の形態における処理対象物の温度変化を示すグラフ図
【図３】同実施の形態におけるフィルタープレスの動作を示す模式図
【図４】同実施の形態におけるフィルタープレスの動作を示す模式図
【図５】同実施の形態におけるフィルタープレスの動作を示す模式図
【図６】実験結果を示すグラフ図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、加温フィルタープレスにおける処理対象物１０１は、下水処理場、浄水場、工場排水処理施設等から発生する有機汚泥であり、ここでは脱水ケーキである。
【００１９】
吸収脱水装置１０２において使用する吸収液１０３は親水性溶媒であり、ここでは、親水性溶媒としてメタノール、エタノール等の常温、常圧で液体のアルコール系溶媒を使用している。
【００２０】
吸収脱水装置１０２は、吸収液貯溜槽１０４と撹拌槽１０５と脱水装置１０６と溶媒回収装置１０７と溶媒再生装置１０８とを巡る循環系を有しており、吸収液１０３が循環系内で循環する。
【００２１】
吸収液貯溜槽１０４は、吸収液１０３を貯溜し、必要に応じて新しい溶媒や希釈水の追加により溶媒の濃度を調整する。
撹拌槽１０５は、吸収液貯溜槽１０４から供給する吸収液１０３と有機汚泥１０１とを回転する撹拌翼によって撹拌混合する撹拌部をなし、有機汚泥１０１を固液混相の混合物となす撹拌工程を担うものであり、有機汚泥１０１に含まれた水分と吸収液１０３の溶媒との接触を促進する。
【００２２】
脱水装置１０６は、撹拌槽１０５の固液混合物を脱水する脱水工程を担うものであり、ここでは加温フィルタープレスを使用している。加温フィルタープレスは、ろ板を９０℃程度の温水で加温し、ろ板間のろ室に配置した濾布内の固液混合物を６５〜７８℃以上に昇温させ、固液混合物の粘度を下げた状態で加圧脱水するものであり、この脱水処理により有機汚泥１０１から脱水ろ液としてろ液含有吸収液１が脱離する。ろ液含有吸収液１は有機汚泥１０１の水分、吸収液１０３の液相および気相の有機溶媒を含む気液混合流体である。
【００２３】
溶媒再生装置１０８は、溶媒回収装置１０７のろ液含有吸収液から水分を分離して吸収液１０３を再生する再生工程を担うものである。
この脱水方法は、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、有機物中の細胞膜内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方法である。また、加温により水の粘性が低下するため、脱水の際の有機汚泥からの脱水速度および脱溶媒速度が高くなる。さらに、常温常圧で液体のアルコール系溶媒を用いているので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いため、第一種圧力容器に係る煩わしい安全管理が不要になる方法でもある。
【００２４】
図３〜図５に示すように、加温フィルタープレスの各ろ板１は、表裏の一方面に形成した凹部２と、他方面に形成した加温水通路３と、凹部２内に配置したダイヤフラム４と、ダイヤフラム４に囲まれた凹部２の空間に連通する加圧水通路５を有し、加温水通路３および加圧水通路５は温水６を供給する温水供給経路７と、温水６を排出する温水排出経路８とに接続している。
【００２５】
ろ板１とろ板１の間にはろ布９が二重に配置されており、ろ布９の間のろ室１０に処理対象１０１の有機汚泥１１を供給する汚泥注入通路（図示省略）が各ろ板１に形成されている。
【００２６】
図示しないが、加温フィルタープレスは、ろ板１の外側に固定フレームが設けられており、隣接するろ板１の汚泥注入通路に連通する汚泥注入口と、ろ液排出通路に連通するろ液排出口とが形成されている。ろ液回収通路には溶媒回収装置１０７が接続しており、溶媒回収装置１０７はろ室内や脱水により生じたろ液から気化した溶媒を回収するものであり、ろ室内を負圧にするファンや真空装置からなる。この溶媒回収装置１０７は気体のみならず脱水したろ液も合わせて回収できるようになっている。
【００２７】
さらに、加温フィルタープレスは、ろ板１には処理対象物１０１である有機汚泥１１の温度を測定する温度計１３が設けられており、温度計１３で測定された温度に基づいて加圧して脱水する圧搾工程と加圧をゆるめる乾燥工程とを切り替えるとともに加温フィルタープレスへの温水の供給を制御する制御装置を備えている。
フィルタープレスからの親水性溶媒を含むろ液は溶媒回収装置へ送られ溶媒を回収し蒸留塔で再生し、全体で脱水システムを構成している。
【００２８】
以下、上記構成における作用を説明する。
ろ過工程
図３に示すように、ろ過工程では、溶媒を伴った処理対象物の有機汚泥１１が、各ろ板１の汚泥注入通路（図示省略）を通り、各ろ室１０に注入され、ろ布９を通してろ過される。この状態で、ろ板１とダイヤフラム４とろ布９と有機汚泥１１は連続的に接触しており、温水供給経路７から加温水通路３に供給する温水６によってろ板１が所定温度に加温されるとともに、ろ室１０にある有機汚泥１１も所定温度に加温される。（図２のろ過工程参照）
圧搾工程（圧搾１）
ろ過工程を行った後の圧搾工程（圧搾１）では、図４に示すように、温水６を温水供給経路７から各ろ板１の加温水通路３および加圧水通路５に供給し、ダイヤフラム４を温水に接する内側から有機汚泥１１に接する外側に向けて膨張させて、ろ室１０内の有機汚泥１１を圧搾して脱水する。（図２の圧搾１の工程を参照）
この時、脱水された溶媒を含むろ液を排出するとともに、溶媒回収のためにろ室１０の内部を吸引して負圧としている。また、この時は有機汚泥の温度が常温であるので所定温度まで上昇するための時間が後述の圧搾工程（図２の圧搾２−５参照）よりも長くなる。
【００２９】
このような圧搾工程中においても、温水６がダイヤフラム４を介して有機汚泥１１を加温し続けている。
乾燥工程（乾燥１）
圧搾工程（圧搾１）を行って後に、スラリーブロー等を行いながら加温し、有機汚泥１１が上限設定温度に達した時に乾燥工程（乾燥１）を行う。上限設定温度は有機汚泥１１を加温する熱源である温水６の温度によって定まる有機汚泥１１の昇温限度以下に設定しており、ここでは上限設定温度を水の沸点以下に設定している。
【００３０】
図５に示すように、温水６を加温水通路３に通水する状態で、加圧水通路５への温水６の供給を停止し、ダイヤフラム４の内側空間の温水６を温水排出経路８へ排出し、温水６による加圧を解除してダイヤフラム４を収縮させてろ布９から離間させ、ダイヤフラム４とろ布９との間に乾燥用空間１２を形成する。（図２の乾燥１の工程を参照）
この際、加温された有機汚泥１１がろ布９を介して乾燥用空間１２に開放されて雰囲気と接触することで溶媒の揮散と水分の蒸発が促進される。
【００３１】
圧搾工程（圧搾２）
乾燥工程（乾燥１）を行って有機汚泥１１が下限設定温度に達した時に圧搾工程（圧搾２）を圧搾１と同様にして行う。下限設定温度は溶媒の沸点以上の温度に設定する。（図２の圧搾２の工程を参照）
以後、圧搾工程と乾燥工程を繰り返し（図２の圧搾３−５、乾燥２−５参照）行った後に、ダイヤフラム４の内側空間の温水６および加温水通路３の温水６を排出してろ板１を開板する。
【００３２】
このように、圧搾工程において処理対象物の有機汚泥１１を加温して溶媒および水分に顕熱を与え、乾燥工程においてダイヤフラム４と有機汚泥１１とを離間させて乾燥用空間１２を形成して、圧搾工程において加温された有機汚泥１１からの溶媒の揮散と水分の蒸発を促進し、圧搾工程と乾燥工程を所定の間隔で繰り返すことにより、有機汚泥１１の乾燥に必要な熱量を与えつつ、有機汚泥１１を乾燥用空間１２に空間に開放して周囲の雰囲気との接触させることで乾燥を促進し、目標とする含水率を達成するとともに、乾燥時間を短縮することができる。
【００３３】
また、ろ室１０の内部を負圧にすることで気体の流れを生じさせ、乾燥を促進させている。なお、空気はダイヤフラム４の端に当接するろ布９を通して侵入するので、別途に空気流入口を設ける必要はない。
（実験例）
加温フィルタープレスを利用して、温度を指標とした圧搾工程と乾燥工程を繰り返すことで含水率がどのように変わるか実験した。
【００３４】
８０％の含水率の下水汚泥にメタノールを下水汚泥に対して１対１の割合で加えて攪拌混合したものを処理対象物として実験した。比較例としては、ろ過後に１回の圧搾を行うもので、ろ過から圧搾開板までの時間を約５０分継続した実験を実施した。この時の脱水後の含水率は約４０％であった。
【００３５】
図２の運転は含水率を約３０％まで下げることを目標として行った実験の圧搾工程と乾燥工程の最適な運転状態の図である。
処理対象物１０１の温度は、正確に測定するため、熱電対をフィルタープレスのろ布９の間に差し込んで測定を行った。また圧搾工程（圧搾２−５）と乾燥工程（乾燥２−５）は図６の通りであり、再圧搾時は、加温に用いる温水（約９０度）から到達可能と考えた所定の温度（約８５度）になるまで行った。温度が所定温度まで上がらない場合は、温度勾配が小さくなると十分に加温されたと判断した。乾燥工程は処理対象物の温度勾配が小さくなるまでの期間を乾燥工程とした。これは、蒸発が活発に行われる間は蒸発で潜熱を奪うため温度が急激に下がるが、蒸発が収まってくると蒸発に伴う熱の吸収が少なくなることから判断した。この工程にかかる時間を短く最適化し、工程を繰り返し目標の含水率を得られた実験結果が図２である。この時、脱水率は約３０％を達成し、脱水にかかる時間はほぼ同じであるが、含水率を約１０％下がる結果となった。
【００３６】
本実施の形態では有機汚泥１１の温度を制御の指標としたが、有機汚泥１１の温度が下限設定温度から上限設定温度まで上昇するのに必要な加温必要時間と圧搾工程と乾燥工程の回数をあらかじめ実験等により求めておき、加温必要時間にわたって圧搾工程を行い、処理対象物の温度が上限設定温度から下限設定温度まで降下するのに必要な乾燥必要時間をあらかじめ実験等により求めておき、乾燥必要時間にわたって乾燥工程を行う。この制御でも圧搾工程と乾燥工程を繰り返し行うことで目標含水率を達成する。
【００３７】
本実施の形態では、温度の指標とは温度そのものを指標として制御するものとしたが、温度勾配を指標としても良い。加温時に温度勾配を見ると温度勾配が緩やかになったところで処理対象物１０１の加温がほぼ完了したことを判断できるので、加温に利用する温水の温度が変化した場合であっても加温終了の判断が出来る構成となる。
【００３８】
本実施の形態では、乾燥工程においてダイヤフラム４とろ布９との離間は温水の抜水で行っているが、確実に離間を図るため温水を抜いた後、さらに、負圧にして積極的に離間させることもできる。この負圧の手段としては溶媒回収装置１０７を利用することができる。
【００３９】
本実施の形態では、炉室内の有機汚泥１１の温度の測定はろ板１に設けられた温度計１３で行ったが、ダイヤフラム４の温水側の温度から間接的に測定することも出来る。例えば、加温時の温度の上昇を温水の入口側と出口側の温度を測定し、出口側の温度が入口側とほぼ同じになれば有機汚泥１１が設定温度に加温されたと判断できる。なお、上述の実験例のように処理対象物の温度を直接測定する方法が一番正確に温度を測定できる方法である。
【００４０】
本実施の形態では、温水で加温する加温フィルタープレスを例示したが、加温は温水に限らず蒸気や加熱油などどのような熱源でもよい。また、脱水機もフィルタープレスに限らず、シャフトやスクリュー羽根に過熱源を設けたスクリュープレスなど加熱しながら押圧と押圧を緩める機能を持つ脱水機であれば良い。
【符号の説明】
【００４１】
１    ろ板
２    凹部
３    加温水通路
４    ダイヤフラム
５    加圧水通路
６    温水
７    温水供給経路
８    温水排出経路
９    ろ布
１０    ろ室
１１    有機汚泥
１２    乾燥用空間
１３    温度計
１０１    処理対象物
１０２    吸収脱水装置
１０３    吸収液
１０４    吸収液貯溜槽
１０５    撹拌槽
１０６    脱水装置
１０７    溶媒回収装置
１０８    溶媒再生装置
【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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