(57)【要約】スラッジから水を除去する方法は、調合材料をスラッジに混合するステップと、この混合物を圧縮するステップとを有する。追加的な前圧縮及び後圧縮ステップを記載する。特別な調合材料の例及びこれら調合材料を使用する方法を開示する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラッジから水を除去する方法であって、
前記スラッジと少なくとも１種類の調合材料を混合するステップと、
スラッジ及び調合材料の混合物を圧縮して、水を放出させ、また結果物質を生ぜしめるステップと、
前記結果物質を乾燥して、前記スラッジと前記調合材料との間における接着性を減少させるステップと、
ほぼ前記スラッジと前記調合材料とに分離するステップと
を有する、方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、さらに、前記ほぼ分離した調合材料に第２スラッジを混合するステップを有する、方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、前記スラッジの前記調合材料に対する重量比を約１：１〜約１０：１となるようにする、方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、前記スラッジと前記少なくとも１種類の調合材料を混合するステップは、前記スラッジ全体にわたり前記調合材料がほぼ均一に分布させるステップを有する、方法。
【請求項５】
請求項１記載の方法において、前記調合材料はプラスチックを含む、方法。
【請求項６】
請求項５記載の方法において、前記調合材料はポリエチレンを含む、方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法において、前記調合材料は砂を含む、方法。
【請求項８】
請求項１記載の方法において、前記調合材料は金属材料を含む、方法。
【請求項９】
請求項１記載の方法において、さらに、調合材料を微細稠度に予調整するステップを有する、方法。
【請求項１０】
請求項１記載の方法において、前記予調整ステップは、前記調合材料を約５００μ以下の寸法に粉末化するステップを有する、方法。
【請求項１１】
請求項１記載の方法において、前記調合材料は圧縮可能な材料とする、方法。
【請求項１２】
スラッジから水を除去するシステムであって、
スラッジを調合材料に混合して混合物を形成する混合装置と、
スラッジ及び調合材料の混合物を圧縮して、水を放出させ、また結果物質を生ぜしめる圧縮装置と、
前記結果物質を乾燥するよう構成した乾燥装置と、
ほぼ前記調合材料と前記スラッジとに分離するよう構成した分離装置と
を備えた、システム。
【請求項１３】
請求項１２記載のシステムにおいて、前記スラッジの前記調合材料に対する重量比を約１：１〜約１０：１となるようにする、システム。
【請求項１４】
請求項１２記載のシステムにおいて、前記混合装置は、さらに、前記スラッジと前記少なくとも１種類の調合材料をほぼ均一に混合するよう構成した、システム。
【請求項１５】
請求項１２記載のシステムにおいて、前記調合材料はプラスチックを含む、システム。
【請求項１６】
請求項１５記載のシステムにおいて、前記調合材料はポリエチレンを含む、システム。
【請求項１７】
請求項１２記載のシステムにおいて、前記調合材料は砂を含む、システム。
【請求項１８】
請求項１２記載のシステムにおいて、前記調合材料は金属材料を含む、システム。
【請求項１９】
請求項１２記載のシステムにおいて、前記調合材料は、微細稠度に予調整された材料を含む、システム。
【請求項２０】
請求項１２記載のシステムにおいて、前記調合材料は約５００μ以下の寸法の粒子を含む、システム。
【請求項２１】
請求項１２記載のシステムにおいて、前記調合材料は圧縮可能な材料とする、システム。
【請求項２２】
請求項１２記載のシステムにおいて、前記分離した調合材料は第２スラッジに混合するのに適したものである、システム。
【請求項２３】
請求項１２記載のシステムにおいて、前記混合装置を前記圧縮装置に結合した、システム。
【請求項２４】
請求項２３記載のシステムにおいて、前記乾燥装置を前記圧縮装置に結合した、装置。
【請求項２５】
請求項２４記載のシステムにおいて、前記分離装置を前記乾燥装置に結合した、システム。
【請求項２６】
スラッジから水を除去する方法であって、
所定サイズのプラスチック粒子を含む調合材料を準備するステップと、
前記スラッジ及び前記調合材料を混合するステップと、
スラッジ及び調合材料の混合物を圧縮して、水を放出させ、また結果物質を生ぜしめるステップと、
を有する、方法。
【請求項２７】
請求項２６記載の方法において、さらに、
前記結果物質を乾燥して、前記スラッジと前記調合材料との間における接着性を減少させるステップと、
前記結果材料をほぼ前記調合材料と前記スラッジとに分離するステップと
を有する、方法。
【請求項２８】
請求項２６記載の方法において、前記プラスチック粒子はポリエチレンを含む、方法。
【請求項２９】
スラッジから水を除去する方法であって、
所定サイズの金属材料を含む調合材料を準備するステップと、
前記スラッジ及び前記調合材料を混合するステップと、
スラッジ及び調合材料の混合物を圧縮して、水を放出させ、また結果物質を生ぜしめるステップと、
を有する、方法。
【請求項３０】
請求項２９記載の方法において、さらに、
前記結果物質を乾燥して、前記スラッジと前記調合材料との間における接着性を減少させるステップと、
前記結果材料をほぼ前記調合材料と前記スラッジとに分離するステップと
を有する、方法。
【請求項３１】
請求項２９記載の方法において、前記金属材料は鉄を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して廃棄物を処理する方法及びシステムに関する。とくに、本発明はスラッジを脱水するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書で使用するスラッジは、共通した通常の意味を有する。すなわち、スラッジは、任意な固形物、半固形物、又は液状の廃棄する材料若しくは粒子である。スラッジは、必ずしもではないが、廃水処理で発生する。多くの場合、スラッジの水分量は大きい。スラッジの一例としては、公共自治体の水処理施設の産物がある。公共自治体の水処理施設のスラッジは、水に、完全に若しくは部分的混合した、又は溶解した固形物により構成される。スラッジの他の例としては、化学処理、製薬処理、半導体処理、食品処理、生体材料処理、アルミニウム若しくは鉄処理、他の産業的処理、石油−化学処理、電気的パルプ及び紙処理、繊維製品処理、バイオマス処理、バイオガス処理、発電に関連して生ずるスラッジ、及び泥炭処理から発生するスラッジがある。さらに、スラッジとしては、採鉱スラッジ、泥炭採掘スラッジ、オイルスラッジ、浄水スラッジ、動物スラリースラッジ、廃棄果物スラッジ、採れたて泥炭スラッジ、粉末化泥炭スラッジ、パルプ及び紙スラッジ、脱インキ処理スラッジ、紙繊維スラッジ、食品及び飲料スラッジ、焼却で発生するスラッジ、藻類スラッジ（バイオ燃料生産からの残滓を含む）、他のバイオ燃料生産方法からのスラッジ、及びリサイクルダイヤパーによる廃棄スラッジがある。
【０００３】
脱水は、スラッジから水を除去する処理である。多くの生スラッジは、水分量が９８重量％もある。実際上、公共自治体の水処理施設では、廃水を処理した水と廃棄物質とに分離する。廃棄物質を或る１つの場所から更なる処理を行う他の場所に移送する前に、できるだけ多くの水分量又は液体分をスラッジから取除き、スラッジの重量を少なくする。さらに、スラッジにおける水分量又は液体分の割合が少なければ少ないほど、スラッジからの滲出による地下水汚染の機会が減少する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
脱水は、凝固剤及び凝集剤をスラッジに混ぜ、またこの混合物を圧縮することを含む種々の手段によって行うことができる。このような方法は、一般的に部分的にしか有効ではない、すなわち、このような技術はスラッジの水分量が７５〜８５重量％になるまでしか減少しない。この処理したスラッジをさらに圧縮しようとする試みは一般的に有効ではなく、スラッジは、追加的に水を除去する更なる圧縮よりも液圧流体（結合及び滲出する流体）のような挙動をする傾向がある。沈殿又は乾燥技術もスラッジを脱水するのに使用することができる。「脱水」は、スラッジから純水（Ｈ２Ｏ）を除去することに限定されないことを理解されたい。脱水は、水並びに水に懸濁、溶解又は混合している他の物質、及び／又は他の液体よりなる廃棄物の液状成分を分離及び除去することを含む。
【０００５】
本明細書に記載のように、スラッジから水を除去するシステム及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の方法は、スラッジに多孔質構造を有する調合材料を添加するステップを有し、この添加は、廃棄物のタイプ及び廃棄物の含水量のような要因に基づいて、比較的湿ったスラッジの比較的乾いた調合材料に対する重量比が約２：１〜約１０：１となるように行う。調合材料は種々の材料を含むことができ、また若干の実施形態においては圧縮可能な材料を含むことができる。圧縮に関連する調合材料を使用することにより、多量の水分をスラッジから除去でき、場合によっては含水量を２０％未満にすることができる。これに比べると、凝固剤又は凝集剤及び圧縮による脱水では、約７５％〜８５％の含水量にしかならない。
【０００７】
適当な調合材料としては上述の種類とすることができ、一実施形態においては、セルロースベースの材料、木屑、新聞紙及び粉末化した泥炭とすることができる。さらに、トロンメル（回転篩）による微粒子、例えば、家庭ごみリサイクル中にトロンメルスクリーンから収集した粒子を調合材料として使用することができる。調合材料は、中密度繊維板（ＭＤＦ：Medium Density Fiberboard）、チップ板、粒子板、配向性ストランドボード等を機械加工することによって生ずるような木材粉塵により構成することができる。木材粉塵は、圧縮可能な材料、例えば、接着剤のような弾性調合材料、ホルムアルデヒドのような樹脂等の圧縮可能な材料を含むことができる。圧縮可能な材料は、スペーサ状の結晶構造であり、圧縮中に少なくとも若干又はほとんどがその構造をほぼ維持し、水が逃げ込める構造を有する。他の乾いた木屑も使用することができる。
【０００８】
他の調合材料、例えば、小麦、大麦、オーツ麦、米、わらを使用することができる。これら調合材料を粉砕し、また含浸又は処理することによって、良好な脱水結果を生ずることができる。好適な実施形態において、これら追加的な調合材料は、ハンマーミル又は同様の装置によって先ず処理し、スラッジケーキに混合して脱水効果を改善し得る粉末又は粗い材料にする場合に使用できる。
【０００９】
他の実施形態において、調合材料は、適当なサイズのプラスチック材料とすることができる。プラスチック材料は、合成、半合成、又はポリマーとすることができる。プラスチック材料としては、天然及び合成のゴム、バイオプラスチック、生分解性プラスチック、アクリル、ポリエステル、シリコーン、ポリウレタン、ハロゲン化プラスチック等がある。プラスチック材料は、さらに、熱塑性ポリマー、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等とすることができる。プラスチック材料は、リサイクルによって生じ、また以下に説明するように適切なサイズ及び形状に粉末化することができる。
【００１０】
調合材料は、金属又は合金材料（本明細書中、金属製材料と総称する）、例えば鉄、アルミニウム等とすることができる。金属製材料は、初期的には金属切削のような機械加工の副産物として生じたものとすることができる。つぎに、この金属製材料を適当なサイズ及び形状にすることができる。
【００１１】
調合材料は、さらに、岩石、及び鉱物粒子、例えばシリカ（二酸化ケイ素）を含む天然砂とすることもできる。
【００１２】
当業者には、本明細書に挙げたものがすべてのあり得る調合材料を排除するものではないことを理解できるであろう。本明細書に記載の発明から逸脱することなく、種々の調合材料を使用できる。したがって、調合材料のタイプを本明細書に
挙げたものに限定することなく、特定調合材料を使用する特定実施形態を以下にさらに説明する。さらに、以下の特定の説明は補足を意図するもので、以下の説明のものに限定しない。したがって、以下に調合材料の特定の組合せ及び比率を説明するが、各調合材料は、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、単独で、又は他の調合材料と、スラッジの調合材料に対する比率を任意にして組合せることによって使用することができる。
【００１３】
調合材料は、水を排除する能力を向上する所定のやり方で調整又は予調整することができる。例えば、調合材料は、粉末化し、例えば、約５００μ以下のサイズの極めて微細な稠度にすることができる。したがって、予調整した調合材料は、砂塵又は小麦粉に類似の稠度を有する。一次元寸法（μｍ、ｍｍ等）で粒子を測定するのが一般的であるが、このような粒子は３次元寸法であるということは理解できるであろう。本明細書において、粒子サイズは、「粒子サイズ」を記述する上で適当、かつ一般的で、「粒子サイズ」を記述する際に代替的に使用されているメートル法で記載する。一般的には、一次元寸法は、特定の粒子サイズを購入するときに使用され、市場での粒子として分類され（産業上の標準として一般的に容認されたことにより決定され）、及び／又は分別篩によって測定される（測定方法によって決まる）。
【００１４】
微細稠度により、予調整調合材料は大きな表面積を有し、また所定の短く激しい混合中ほぼ均一に湿潤材料に分散される。一実施形態において、良好な結果をもたらす調合材料は、微細に粉末化した米の殻、微細に粉末化したナッツの殻、微細に粉末化したウモロコシの穂軸、微細に粉末化したヤシの殻、微細に粉末化した竹、微細に粉末化したストランドボード、微細に粉末化した木材、微細に粉末化したポリエチレン又はポリプロピレン粉末、微細に粉末化した鉄、微細に粉末化した砂である。一実施形態において、ポリエチレン粉末は、ボレアリス（Borealis）社から入手可能なボレアリスｒｍ８３４３とする。１つの調合材料は、粉末化したポリエチレン及び／又はポリプロピレンの粉末とするとよく、なぜなら容易に分離でき、何度も再使用できるからである。
【００１５】
種々の調整又は予調整した調合材料は、所望の脱水効果を得るのに異なった比率を必要とする。例えば、一実施形態において、ストランドボードを使用するとき、スラッジケーキの調合材料に対する比率は、脱水すべき材料の含水量レベルに応じて約１０：１が最も効果的であることが分かった。この比率は多くの調合材料に対して当てはまる。一実施形態において、ポリエチレン粉末を調合材料として使用するとき、スラッジケーキの調合材料に対する比率を約１：１とすることが、最も効果的であることが分かった。概して、脱水すべきこれら材料における水分の約５０〜８０％をこのプロセスで除去することができる。
【００１６】
一実施形態において、調合材料は、圧縮中の脱水を改善するため、調合材料の約２５重量％以下の量で圧縮可能な材料を含み、好適には、圧縮中の脱水を改善するため、調合材料の約１０重量％〜約２０重量％の範囲における量で圧縮可能な材料を含むものとする。圧縮可能な材料は、スペーサ状の結晶構造であって、圧縮中に水が逃げ込めるその構造をほぼ維持する構造とする。初期圧縮中、スペーサ状の構造は、第１段階として逃げ込み経路をなし、また第１段階後には第２段階としてスペーサ状の構造が若干変形し、さらに水が逃げ込むことができるようになる。より詳細には、第１段階のスペーサ状結晶構造は水が逃げ込める第１直径を有する。第２段階においてスペーサ状結晶構造は第１直径よりも小さく、さらに水が逃げ込める第２直径を有する。
【００１７】
添付図面につき説明する以下の記載及び特許請求の範囲から、本発明による実施形態はより明確になるであろう。これら図面は単に代表的な実施形態のみを示すものであり、これら実施形態を添付図面を使用して他の特別な特徴及び詳細を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】廃棄物処理システムの一実施形態の線図的説明図である。
【図２】図１の簡単な圧縮装置の断面図である。
【図３】本発明システムによる実施形態のフローチャートである。
【００１９】
図１につき説明すると、これは本発明の一実施形態における廃棄物処理システムを示す。廃水処理施設又は他の適当な廃水生産業者からの出力としてのスラッジを、初期的に半固形スラッジケーキとなるよう脱水する。スラッジケーキをスラッジホッパ１０に収集する。スラッジケーキと混合すべき適当な調合材料をホッパ１２に収集する。
【００２０】
図１に示すように、スラッジケーキ及び調合材料は、それぞれのホッパ１０，１２から個別のコンベア１４に分配される。スラッジケーキ及び調合材料は、適当な混合装置１６内に堆積する。当業者には、この混合装置１６がパドルミキサ、スクリューミキサ、農業用飼料混合機、及び従来既知の任意の混合又は調合装置のうち少なくとも１つから選択することができることは理解できるであろう。
【００２１】
混合装置１６はスラッジケーキ及び調合材料を互いに混ぜ合わせて、複合混合物を生ずる。混合装置は、スラッジケーキ及び調合材料を一緒に、好適には、互いに打ち付けられるというよりも、互いに折り込まれるよう低速で混合するよう動作可能とする。
【００２２】
一実施形態において、混合プロセスは、順次のスラッジケーキの層が調合材料の層に対して折り込まれるように行われる。さらに、混合は、複合混合物の層の連続的な折り込みによって行い、複合混合物の濃度がほぼ均一に拡散するまで継続する。
【００２３】
複合混合物における調合材料のスラッジケーキに対する比率は、使用する調合材料のタイプに応じて調整することができる。例えば、木材切削屑を使用するとき、スラッジケーキの調合材料に対する重量比を約１０：１とするのが最も効果的であるとともに、粉末化した泥炭の場合には、約２.５：１の重量比が好適である。ＭＤＦ細粉材料の場合、スラッジケーキにおける乾いた物質の含有量に応じてスラッジケーキの調合材料に対する重量比を約５：１〜約２.５：１の範囲にわたるものとする
【００２４】
図１に示すように、複合混合物は混合装置１６からコンベア１８上に排出される。つぎに、この複合混合物は圧縮装置２０に送給される。圧縮装置２０は、ベルトプレス、スクリュープレス、プレートプレス、バッチプレス、フィルタプレス、液圧プレス、又は従来既知の任意の圧縮装置のうちいずれかから選択することができる。圧縮装置２０は、圧縮中に水分を含んだ混合物から水分を放出できるよう構成する。
【００２５】
例えば、圧縮装置２０は、圧縮装置内に配置したコンベアを有するプレートプレスとし、先ず複合混合物を圧縮装置内に搬送し、第２に圧縮後に圧縮装置から他の処理のために複合混合物を搬送する。コンベアは圧縮中に水分を含んだ混合物から水分を放出できるよう構成する。例えば、標準ベルトコンベアの場合、ベルトは孔付きとし、水分がコンベアベルトから排出できるようにする。プレートプレスに使用される１個又はそれ以上のプレートは孔付きとし、圧縮中に水分が逃げることができるようにする。
【００２６】
図２に示すように、例としての圧縮装置２０の断面図を示す。圧縮ピストン２３及び内部チャンバ２５を有する包囲したプレートプレス２２を示す。圧縮装置２０には一連の開孔２４を設け、装置２０から水分を排出できるようにする。図２に示すプレートプレス２２において、開孔２４は、プレートプレート２２の圧縮ピストン２３が作用する側とは反対側の表面に設ける。初期的にピストン２３は、プレートプレス２２の開孔２４とは反対側、例えばプレートプレス２２の頂部における「休止」位置に維持される。圧縮中に複合混合物自体が開孔から絞り出されるのを防止するため、フィルタ材料２６を、開孔２４及び複合混合物に作用するピストン２３の表面上に設ける。フィルタ材料２６は多孔質材料から形成し、液体を通過させ、固形物、例えばコットン（綿）の流出を抑制できるようにする。
【００２７】
動作にあたり、複合混合物をプレートプレス２２の内部チャンバ２５内に供給する。圧縮中、ピストン２３を下方の開孔２４に向けて駆動する。複合材料を圧縮するとき、水分は混合物から廃水の形式として強制的に押し出される。この押し出された廃水はフィルタ材料２６を通過し、また開孔２４経由でプレートプレスから流出する。図１に戻って説明すると、廃水は適当なドレイン２８に収集する。
【００２８】
プレートプレスの上述の構成は、上述した圧縮装置の他タイプに必要とされる構成とする、すなわち、圧縮中に廃水を逃がすとともに固形材料を保持できるよう構成することができる。
【００２９】
圧縮は、概して１３７９ｋＰａ（２００ｐｓｉ）〜１３７８９ｋＰａ（２０００ｐｓｉ）の範囲における圧力を発生する。多量の廃水が低圧で混合物から押し出されるが、圧縮をこれらのレベルに維持する場合、廃水の大部分が混合物からほとんど排除される。圧力は徐々に加え、或る期間にわたり圧力を維持し、複合混合物の最大脱水を確実にする。例えば、複合混合物における幅約１０１.６ｃｍ（４０インチ）及び深さ約１０１.６ｃｍ（４０インチ）の部分に対して、最大脱水をほぼ確実にする圧縮の期間を少なくとも３０秒とすべきである。複合混合物から押し出された廃水は廃水処理施設に戻して、更なる処理及び精製ができるようにする。
【００３０】
調合材料が複合材料内に存在することにより、より多くの割合の水分をスラッジケーキから絞り出すことができる。複合混合物からの水分押出しは、ほぼ脱水した結果物質を生じ、乾いた固形含有物が２０％にも及ぶ。
【００３１】
この結果物質を圧縮装置２０から除去し、コンベア３０により乾燥装置３２に搬送する。ほぼ脱水した結果物質は、存在する水分量レベルが減少しているため、より容易に乾燥できる。乾燥装置３２は、例えば、サイクロンドライヤ、熱的ドライヤ、空気ドライヤ、ドラム式ドライヤ、又は従来既知の任意な乾燥装置、例えば、ＧＲＲＯ社によって製造されたテンペスト・ドライング・システム（Tempest Drying System）のうち１つとすることができる。乾燥は、廃熱又は低位熱を使用する装置によって行い、費用を低減する。乾燥は、さらに、自然乾燥、機械的乾燥及び加熱乾燥によって行うこともできる。
【００３２】
乾燥後、結果物質はほぼ固形物となる。固形物質は部分３４で乾燥装置から退出し、用途に応じて処理システム又は装置３６でさらに処理することができる。例えば、この更なる処理装置３６はペレタイザとし、固形物質を燃料として燃焼させるペレットに転換する。
【００３３】
結果物質は、スラッジケーキと混合すべき調合材料の代用物としても利用できることを理解されたい。本発明プロセスで生じた結果物質は、脱水効果が低下し始める前に、約３回にわたり反復して調合材料として再使用することができることが分かった。
【００３４】
さらに以下に説明するように、追加的処理ステップとしては、調合材料及びスラッジケーキ材料を分離し、調合材料を再使用できるようにするステップがある。分離した調合材料は、結果物質よりも優れた調合材料として作用する。
【００３５】
他の実施形態において、混合及び圧縮ステップは廃棄物処理施設における或る場所で、そこから離れた場所での乾燥（及びできればペレット化）ステップとともに行うことができる。この場合、図１における乾燥装置３２は、圧縮装置２０から出力された結果物質を、乾燥及びペレット化段階を行う集中化した中央場所に輸送するトラック又は適当な輸送デバイスに置き換えることができる。
【００３６】
代案として、廃棄物処理装置自体は移動式廃棄物収集システムの一部として設けることができる。この場合、ホッパ１０，１２、混合装置１６、及び圧縮装置２０を車両の一部、例えばトラック後部又はトラックトレーラとして設ける。乾燥装置３２は、随意的に、車両の一部として設ける、又は上述したように、この方法の乾燥及び更なる処理段階を離れた場所で行うことができる。この移動式システムの利点は、システム構築ができない、又はシステムを継続的に利用することができない業種、例えば農業従事者に対して、例えば排出した廃棄物を処理する廃棄サービスプロバイダによる移動式装置での訪問を可能とすることである。
【００３７】
このプロセス又はシステムを使用することにより、水分レベルが減少した最終生成物を得ることができ、この最終生成物は、より扱い易い特性及び５０〜７０％にも達する乾燥した固形内容物を有する。最終物質は、従来の水分抽出技術に対して重量が相当軽量化され、より容易に輸送できる。
【００３８】
図３は、スラッジ１００から水を除去するシステムを示す。一実施形態において、システム１００は、廃水処理システムからの出力を含むスラッジを脱水して半固形のスラッジケーキを形成するステップ１０２と、スラッジをスラッジホッパに分配し、また調合材料を調合材料受容ホッパに分配するステップ１０４と、スラッジ及び調合材料を混合装置に堆積するステップ１０６と、スラッジ及び多孔質構造を有する調合材料を、スラッジの調合材料に対する重量比が約２：１〜１０：１となるようにして混合するステップ１０８と、スラッジ及び調合材料を圧縮して水分を放出させるステップ１１０とを有する。
【００３９】
システム１００は、処理、輸送、及びリサイクルを用途に応じてより効率的に行うスラッジ脱水方法を改善する。システム１００は、例えば、廃水の流れからのスラッジケーキを脱水し、さらにスラッジケーキを脱水し、このスラッジケーキはリサイクルし、再使用し又は廃棄することができる。このシステムは、例えば、リサイクル及び／又は廃棄が必要な材料をより少なくすることにより、環境に優しいものとすることができる。
【００４０】
一実施形態において、システム１００は、未消化状態の又は未消化用途双方における下水汚物スラッジの脱水を改善する。また一実施形態において、例えば、消化用途で、スラッジを嫌気性消化及び処理を生ずる容器内で前処理することができる。
【００４１】
システム１００は潜在的用途が広範囲にある。例えば、本発明システムは、人、動物等の排泄物、アルミニウム、鉄等の製品、製薬製品、化学製品、半導体製品、薬剤及び食料、例えば、肉及びミルク加工等での処理に関連するスラッジに使用することができる。
【００４２】
供給原料である調合材料が圧縮可能材料を含まない場合、圧縮可能な材料を調合材料に添加し、また混合することができる。例えば、図１において、スラッジホッパ１０、調合材料ホッパ１２及び圧縮可能材料用の付加的ホッパ（図１には示さない）を、ライン１４を介して送給し、混合装置１６で混合することができる。このことは、圧縮可能材料がない場合に比べると、圧縮中の脱水を相当改善することができる。当業者には、これら３種の構成成分を混合するのを他の方法によって行うことができることは理解できるであろう。
【００４３】
一実施形態において、混合ステップ１０８は、スラッジケーキの順次の層を調合材料に折り込んで複合混合物を形成し、スラッジ及び調合材料をほぼ均一に拡散させ、改善した脱水化が得られるようにするステップを有する。
【００４４】
一実施形態において、混合ステップ１０８は、ほぼ均一に混合し、この場合適正な比率を維持して改善した脱水を行うようにするステップを有することができる。高速又は低速混合を使用することができる。一実施形態において、混合は、全体的にほぼ均一に混合されたテクスチャ（風合い）となるようにすることができる。過度の混合により、本発明に係るプロセスにおける脱水に適さないペースト状物質になるという、不利な結果をもたらす虞がある。スラッジケーキの含水量に応じて、本発明システムに関連して使用する調合材料の量は変動し得る。例えば、一実施形態において、調合材料は、混合物が所望の稠度となるよう、約５重量％〜約６０重量％の量にすることができる。
【００４５】
さらに、一実施形態において、混合ステップ１０８に対して、調合材料が木材切削屑であるとき、スラッジケーキの調合材料に対する重量比率を約１０：１とし、調合材料が粉末化泥炭であるとき、スラッジケーキの調合材料に対する重量比率を約２.５：１とし、調合材料がセルロースベースの材料であり、尿素ホルムアルデヒドで処理した材料であるとき、スラッジケーキの調合材料に対する重量比率を約約５：１〜約２.５：１とし、スラッジの脱水を改善する。
【００４６】
圧縮ステップは変化し得る。一実施形態において、混合物を圧縮装置内に配置又は投入し、所望の脱水を行うための所定圧力を加える。混合物は、通気性が約３６０立方フィート／分（ＣＦＭ）、すなわち、１０．１９ｍ３ ／分である多孔質のベルト、例えば、ポリエステル、ポリアミド又は布のベルト上に配置し、１２５Ｐａの圧力を加える。より詳細には、ベルトは上昇した多孔質の剛性プレート上に配置又は位置決めすることができる。このプレートは、中心間隔が１５ｍｍとなるよう離して配置した５ｍｍの孔を有する。混合物はプッシュプレートによって圧力を受けることができる。混合物は圧縮又は絞り込まれ、水分及び水は多孔質ベルト及び孔から排除される。水を排除するのに必要な圧力は変化し得る。
【００４７】
システム１００は、さらに、圧縮ステップ１１０における圧縮された結果物質を乾燥するステップ、及び結果物質を燃料として使用する、調合材料等として再使用し得る固形物質にする変換ステップのうち、少なくとも一方のステップを有することができる。
【００４８】
一実施形態において、システム１００は、更なる処理ステップ、例えば、圧縮した結果物質を軟化及び／又は微粉化するステップを有する。このようにして、材料を圧縮した後、圧縮チャンバから取出し、激しく軟化させることができる。この軟化ステップは、より大きい脱水スラッジケーキ粒子からより小さい粒子を有する調合材料又は屑粒子に破砕及び分離しようとする。軟化は、種々のマシン、例えば、ハンマーミル、細断ナイフを有する高速ミキサ、又は類似のデバイスで行い、材料を粉末稠度になるよう粉末化することができる。
【００４９】
圧縮後の他の処理ステップとしては、圧縮した結果物質を調合材料及び脱水したスラッジケーキに分離するステップがある。調合材料の再生が有利なのは、回収率が十分高い場合である。したがって、調合材料を効率的に細分化できる場合、その後の脱水プロセスに再使用できる。
【００５０】
調合材料は、圧縮、乾燥及び分離プロセス中に、初期状態から変化することができる。調合材料は外観が変化し、又は特徴又は特性が１つ以上変化することができる。例えば、調合材料は、変形し、膨張し、温度変化し、粒子尖鋭度が変化し、細粒化し、破砕される等を生ずる。さらに、分離した調合材料は、或る量の脱水スラッジケーキを含むことができる。本明細書に使用する用語「調合材料」は、概して初期状態の調合材料、及び混合、圧縮及び再使用のための分離を行った調合材料に適用する。
【００５１】
分離前に、圧縮した結果物質を乾燥して、調合材料と脱水したスラッジケーキとの間の接着性を低下させる。乾燥ステップは、調合材料の容認できる回収率が得られる分離を可能にする。さもないと、再生効率は、分離のためのリソース費用にとってメリットがなくなる。したがって、乾燥プロセスは調合材料の高い回収率を得るのに十分なものでなければならない。回収率が高ければ高いほど、調合材料の補充コスト及び関連の調達コストが低くなる。
【００５２】
乾燥は、自然乾燥、又は任意の機械的デバイス、例えば、サイクロンドライヤ、熱的ドライヤ、エアドライヤ、ドラム式ドライヤ、又は従来既知の任意な乾燥デバイスで行うことができる。他の乾燥技術としては、「微粉砕装置及び微粉砕方法（Pulveriser and Method of Pulverising）」と題する米国特許第６，７２２，５９４号に記載の微粉砕装置を使用することが含まれる。上述したように、微粉砕を受ける材料も本発明によるプロセスで乾燥される。乾燥ステップ後に、圧縮された結果物質は分離する準備が整う。
【００５３】
分離は種々の方法で行うことができ、なぜなら脱水したスラッジケーキ及び調合材料の粒子はサイズ及び重量が異なるからである。例えば、振動スクリーン、エアセパレータ、重力セパレータ、サイクロンセパレータ、遠心分離器又は篩掛け装置を使用して、スラッジケーキ材料から微細に粉末化した調合材料を分離することができる。分離後に調合材料を再使用のために再生し、脱水したスラッジケーキの廃棄、リサイクル等を行うことができる。ポリエチレン及びポリプロピレンの粉末の場合、分離は静電気帯電により行うことができる。金属粉末の場合、分離は磁気デバイスにより行うことができる。完全な分離は効率的に行うことはできないが、それでも調合材料は相当量再使用のために分離することができる。
【００５４】
一実施形態において、より詳細には、スラッジから水を除去するシステムを図示し、また説明する。このシステムは、半固形のスラッジケーキ及び調合材料を混合装置内に堆積するステップと、スラッジ及び多孔質構造を有する調合材料を、スラッジの調合材料に対する重量比が約１：１の割合で混合するステップと、スラッジ及び調合材料を圧縮して水分を放出させるステップと、結果物質を乾燥するステップと、スラッジケーキから調合材料を分離するステップとを有するものとすることができる。改善された脱水は本明細書に記載のシステムにより得られる。
【００５５】
半固形のスラッジケーキは、泥炭採掘の処理、人の排泄物、動物排泄物、アルミニウム、鉄類の製品、製薬製品、化学製品、半導体製品、薬剤及び食料、下水汚物スラッジ、オイルスラッジ、浄水スラッジ、動物スラリースラッジ、果物廃棄物スラッジ、採れたて泥炭スラッジ、粉末化泥炭スラッジ、紙スラッジ、脱インキ処理スラッジ、紙繊維スラッジ及びリサイクルダイヤパーによる廃棄スラッジでの処理に関連するスラッジのうち、少なくとも１つとすることができる。このようにして、本発明システムは多くの用途がある。
【００５６】
他の実施形態において、図３に示すように、スラッジから水を除去する改善した廃棄物処理方法を図示しまた説明する。この方法は、廃水処理システムからの出力を含むスラッジを脱水して半固形のスラッジケーキを形成するステップ１０２と、半固形のスラッジケーキをホッパに分配し、また調合材料を調合材料受容ホッパに分配するステップ１０４と、半固形のスラッジケーキ及び調合材料を混合装置に堆積するステップ１０６と、半固形のスラッジケーキ及び多孔質構造を有する調合材料を、半固形のスラッジケーキの調合材料に対する重量比が約１：１からとなるようにして混合するステップ１０８と、半固形のスラッジケーキ及び調合材料を圧縮して水分を放出させるステップ１１０と、結果物質を乾燥して接着性を減少させるステップと、スラッジケーキから調合材料を分離するステップと、調合材料を再使用するステップとを有する。
【００５７】
本発明システム１００によれば、用途に応じてより効率的な処理、輸送及びリサイクルを行うための改善したスラッジ脱水方法を提供する。さらに、本発明システム１００は、例えば、廃水の流れからのスラッジケーキを脱水し、またさらにこのスラッジケーキを脱水してリサイクル、再使用又は廃棄することができるようにする。このシステムによれば、例えば、リサイクル及び／又は廃棄が必要な材料をより少なくすることにより、環境に優しいものとすることができる。
【００５８】
一実施形態において、調合材料は、上述したように、スペーサ状の結晶構造であり、圧縮中に少なくとも若干又はほとんどがその構造をほぼ維持し、水が逃げ込める構造を有する圧縮可能な材料とすることができる。
【００５９】
一実施形態において、混合ステップ１０８は、複合混合物を形成するステップを有し、この場合、半固形スラッジケーキ及び調合材料がほぼ均一に分散し、上述したように、圧縮中の脱水を改善できるようにする。
【００６０】
さらに他の実施形態において、スラッジから水を除去する改善した廃水処理方法は、廃水処理システムからの出力を含むスラッジを脱水して半固形のスラッジケーキを形成するステップ１０２と、半固形のスラッジケーキをホッパに分配し、また調合材料を調合材料受容ホッパに分配するステップ１０４と、半固形のスラッジケーキ及び調合材料を混合装置に堆積するステップ１０６と、半固形のスラッジケーキ及び多孔質構造を有する調合材料を、調合材料がポリエチレン粉末のような熱ポリマーであるとき、半固形のスラッジケーキの調合材料に対する重量比が約１：１からとなるようにし、また調合材料が粉末化した米の殻、粉末化したナッツの殻、粉末化したウモロコシの穂軸、粉末化したヤシの殻、粉末化した竹、粉末化したストランドボード、粉末化した木材及び粉末化したストランドボードであるとき、半固形のスラッジケーキの調合材料に対する重量比が約１０：１からとなるようにして混合するステップ１０８ステップ１０８と、半固形のスラッジケーキ及び調合材料を圧縮して水分を放出させるステップ１１０と、結果物質を乾燥して接着性を減少させるステップと、スラッジケーキから調合材料を分離するステップと、調合材料を再使用するステップとを有する。
【００６１】
本明細書に記載した機能を実施するシステムは、スラッジを調合材料に混合して混合物を形成するよう構成した混合装置と、上述したように、スラッジ及び調合材料の混合物を圧縮して、水を除去し、また圧縮した物質を生ずるよう構成した圧縮装置とを有する。システムは、さらに、圧縮した物質を乾燥するよう構成した乾燥装置と、ほぼ調合材料及びスラッジに分離するよう構成した分離装置とを有することができる。混合装置、圧縮装置、乾燥装置及び分離装置は、互いに物理的に連結し、一体化ユニットを形成することができる。代案として、上述した装置のうち１つ又はそれ以上は、他のものとは物理的に別個のものとすることができる。実際、各装置はそれぞれ個別のものとすることができる。一実施形態において、本発明システムは、材料を順次に装置から他の装置に移送する１つ又はそれ以上のコンベア装置を有することができる。
【００６２】
一実施形態において、本発明の方法は、効率及び結果を改善するため、分配ステップ前に調合材料を微細な稠度となるよう調整するステップと、圧縮ステップ後に圧縮した結果物質を細粉化するステップと、圧縮した結果物質を乾燥するステップと、圧縮した物質を構成する半固形スラッジケーキ及び調合材料を分離するステップを有する。分離した半固形スラッジケーキは、燃料として使用する、また調合材料として再使用し得る固形物質に変換することができる。
【００６３】
これ以上詳述することなく、当業者であれば、上述の説明から本発明を完全に利用できると信ずる。本明細書に記載の実施例及び実施形態は単なる例示的及び代表的なものであり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。当業者は、上述した実施形態の詳細に対して、本発明の根底にある原理から逸脱することなく、変更を加えることができることは明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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