(57)【要約】【課題】ろ過、脱水に使用する処理コストの低い汚泥の凍結・融解槽。【解決手段】中心軸を通る一平面Ａ内において曲げられた蛇管からなる伝熱管１と、前記平面内に取り付けたフィン２とによって構成されたフィン付伝熱管が、槽内において平行又は同一の平面内に配列されている汚泥の凍結・融解槽。伝熱管は直管部を縦方向に、フィンはシンプルな形状の平板とし、伝熱管の直径方向の両側を軸方向に沿って、他の伝熱管のフィンと相互に平行又は同一平面上になるように取り付ける。蛇管は、その曲げ方向に同一又は相互に平行な方向Ａに配列し、フィンもまた、当該（取り付けられる）伝熱管の中心を通り曲げ方向と同じ平面内に取付ける。【選択図】　図１
2004049993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥のろ過・脱水に先だって施される凍結・融解処理のために使用する凍結・融解槽であって、槽内にフィンを取り付けた伝熱管を設けたことを特徴とする汚泥の凍結・融解槽。
【請求項２】
前記のフィンが、平板であって当該伝熱管の中心軸を通る一平面内に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の汚泥の凍結・融解槽。
【請求項３】
中心軸を通る一平面内において曲げられた蛇管又はＵ字管と、前記平面内に取り付けたフィンとによって構成されたフィン付伝熱管が、槽内において平行又は同一の平面内に配列されていることを特徴とする請求項１または２に記載の汚泥の凍結・融解槽。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
最近、浄水場排泥、下水汚泥、浄化槽汚泥、し尿、あるいは産業排水や埋立地排水の処理において排出される汚泥に対し、ろ過・脱水する前に施す凍結・融解の効果が注目されるようになった。本発明は、前記汚泥の凍結・融解処理に使用する汚泥の凍結・融解槽に関する。
【０００２】
【従来の技術】
前記の汚泥類は、通常、多量の水の中に固体成分が含まれているので、沈降、ろ過、脱水などの幾つかの固液分離方法を適宜に選択して組み合わせ、固体成分から大量の水を順次に除去して濃縮し脱水して、最終的に得られた固体分をコンポスト化し、あるいは埋立、焼却などの最終処分を行っている。多くの場合、濃縮された汚泥は加圧ろ過器などを用い、ろ過・脱水処理されている。ところが、これらの汚泥はろ過・脱水性が極めて悪く、ろ過・脱水処理に長い時間を要していた。
【０００３】
前記の問題を解決する１つの手段として、事前に汚泥を凍結し融解してからろ過、脱水する凍結・融解処理法が提案され、その効果が認められるようになってきた。ろ過・脱水しようとする汚泥は、凍結・融解処理を施されることにより、汚泥粒子が凝集して粒子が粗大化し、かつ汚泥内部に保留されている水が脱水されて、その後のろ過・脱水操作が容易になる。凍結・融解処理には、通常、凍結・融解槽を用い、処理を迅速に実施するため凍結・融解槽内に伝熱管を設け、槽内に導入した汚泥を冷却ならびに加熱するための熱媒体として、例えば塩化カルシウム、塩化ナトリウム、エチレングリコール等の水溶液をブラインと称して用いる。汚泥を凍結する際、冷凍機で冷却されたブラインを冷ブラインと称して槽内の伝熱管内に流す。反対に凍結したブラインを解凍する際には温水で加熱されたブラインを温ブラインと称して槽内の伝熱管内に交互に流して槽内の汚泥を凍結、融解させ、バッチ処理している。
【０００４】
凍結・融解処理を利用した汚泥の脱水システムの基本的な一例を図３にフローシートで示した。本例示によると、汚泥を含む原水３１を沈殿池３２に導いて汚泥を沈降分離し、ついで沈降した汚泥を濃縮槽３３に送入し分離・濃縮する。濃縮された汚泥を凍結・融解槽３４に導いて槽内の伝熱管３６に冷ブラインを流して凍結させ、ついで温ブラインに切り替えて融解し、上澄水３７を分離して濃縮し、脱水性を向上させた汚泥を加圧ろ過器３５に送り加圧、脱水する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
汚泥のろ過・脱水操作における凍結・融解処理効果は大きいが、汚泥の凍結・融解処理に要する時間が長いので、設備費用、運転費用がかさむという問題が生じる。汚泥の凍結を短時間で終了するには伝熱管のピッチを狭くし伝熱管の本数を増やす必要がある。その結果、設備コスト、ブラインの使用量、熱損失や循環のための所要動力が増大する。本発明は、凍結・融解処理を効果的に実行するために、操作が短時間で終了し、かつ設備コスト及び運転コストを低減する手段を課題に鋭意研究した結果、完成されたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決する手段として本発明は、汚泥のろ過・脱水に先だって施される凍結・融解処理のために使用する凍結・融解槽であって、槽内にフィンを取り付けた伝熱管を設けたことを特徴とする汚泥の凍結・融解槽を提供する。前記のフィンは、好ましくは平板であって、当該伝熱管の中心軸を通る一平面内に取付ける。とくに好ましくは、中心軸を通る一平面内において曲げられた蛇管又はＵ字管と、前記平面内に取り付けたフィンとによって構成されたフィン付伝熱管が、槽内において平行又は同一の平面内に配列されている、汚泥の凍結・融解槽を用いる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明について図面を参照しながら具体的に説明する。図１は、本発明に係る汚泥の凍結・融解槽内伝熱管の形状及び配列の実施形態の一例を示す横方向断面図であり、図２はその縦方向断面図である。
【０００８】
本発明において凍結・融解して脱水しようとする汚泥は、有機質でも無機質でもよく、濃縮処理されていない生の汚泥、あるいは前記の方法などにより濃縮されている汚泥であってもよい。凍結・融解槽の上部形状は円筒状であっても角筒状であってもよいが、凍結・融解槽汚泥を排出しやすいように底部は谷状又はコーン状にする。汚泥の排出、伝熱管の配置、製作コストを考慮すれば、上部が角筒、底部を谷状にするとよい。槽内には汚泥を凍結し融解するために冷ブラインや温ブラインを流すフィン２付きの伝熱管１を取り付ける。凍結汚泥の性状や含有成分にもよるが、通常、槽本体の構成には炭素鋼を用い表面に腐食防止ならびに保冷断熱、汚泥が凍結する際の体積膨張による槽の破損防止のクッション材として独立気泡のスポンジゴムなどを槽内面に貼り付ける。伝熱管１は、凍結による汚泥の体積膨張によって大きな外圧が加わるので円管が望ましく、ステンレス鋼管や溶融アルミメッキ管などを用いる。
【０００９】
伝熱管１は、効率的に槽内に収納し、かつ管内流速を高くして熱伝達率を大きくするためにジグザグに曲げた蛇管又はＵ字管（ヘリボーン型熱交換器）を用いる。汚泥の排出を容易にするため、伝熱管は直管部を縦方向に、フィン２はシンプルな形状の平板とし、伝熱管１の直径方向の両側を軸方向に沿って、他の伝熱管のフィン２と相互に平行又は同一平面上になるように取り付ける。
【００１０】
凍結・融解される汚泥には粘着性があるので、僅かの水平突起物が原因になり汚泥排出時にブリッジが形成されて汚泥を完全に排出できなくなり、あるいは汚泥を投入する際に空気が混入したり槽内に均一に汚泥が充填されないなどの問題を生じる恐れがある。従って、伝熱管１が蛇管又はＵ字管の場合、伝熱管１は、その曲げ方向に同一又は相互に平行な方向Ａに配列し、フィン２もまた、当該（取り付けられる）伝熱管１の中心を通り曲げ方向と同じ平面Ａ内に取付けることが望まれる。１本の蛇管で構成される伝熱管を上記に準じて平行な複数列にわたり配列してもよい。フィンと伝熱管軸方向とが交叉する方向や、フィンを含む平面が相互に交叉する方向には取り付けない方がよい。汚泥の付着を防止し、送入、排出や清掃を容易にする観点から好ましくない。
【００１１】
冷却時のブライン温度は一般に−１０〜−２０℃、ブライン温度にもよるがフィン表面を含む冷却表面積は、汚泥１トンあたり４０〜５０ｍ２が好ましい。
【００１２】
【実施例】
本発明を具体的に理解するため、従来の凍結・融解槽を、本発明に係る凍結・融解槽に改造した実施例をあげながら具体的に説明するが、本実施例は本発明の範囲を限定するものではない。
【００１３】
従来例及び実施例
従来の凍結・融解槽は、内辺の長さが約１２０ｃｍ、内部高さが約１５０ｃｍ、底がＶ字形の炭素鋼製角槽内に、外径が２７．６ｍｍのＳＵＳ３０４ＴＰ管を用い、端部をＵ字形にしてピッチ約５．５ｃｍで同一平面内にジグザグに１５回曲げて１６本の蛇管状伝熱管とし、この１６本を約４．７ｃｍ間隔で平行に取り付けていた。伝熱面積は約２６ｍ２であった。
【００１４】
上記の従来の凍結・融解槽の伝熱管を、図１及び図２に例示したのと同様な形状のフィン付伝熱管を製作して交換、取り付け、本発明に係る凍結・融解槽とした。具体的に説明すると、伝熱管には外径が２７．６ｍｍのＳＵＳ３０４ＴＰ管を用い、端部をＵ字形にしてピッチ約１１ｃｍで同一平面内にジグザグに７回曲げ、これに厚さ０．６ｃｍ、幅３．６ｃｍのＳＵＳ３０４板をフィンとして、伝熱管の直管部中心線上の両側、曲げ方向と同じ方向に溶接した。この伝熱管１８本を約４．７ｃｍ間隔で平行に並べた。フィンの表面を含む伝熱面積は約３０ｍ２であった。
【００１５】
前記の２形式の凍結・融解槽にともに０．６トンの汚泥を供給し、−１５℃のブラインで凍結させた。この結果、従来の凍結・融解槽に較べて所要ブライン量は約１／２、ブラインの循環動力も約１／２となり、同一条件での凍結に要する時間は前記従来槽に較べて約１０％短縮され、また、汚泥の投入、排出および清掃が容易になり、作業効率が向上した。
【００１６】
【発明の効果】
本発明を利用して伝熱管にフィンを効果的に取り付けるすることにより、従来の汚泥の凍結・融解槽に較べて伝熱管の本数が約１／２に削減され、これにともなって使用するブライン量も減少し、逆に槽内に充填できる処理汚泥の供給量を約５容量％増加することができる。伝熱管の所要総延長を短縮することができるので管内のブライン流速を早くして熱伝達率を向上させ、さらに凍結・溶解操作の所要時間を短縮できる。また、Ｕベントの曲率を大きくすることができるので製作上の制限が緩和される。また、フィンに平板を用い取付を一方向に、伝熱管がＵ字管又は蛇管の場合には曲げ方向に合わせて取り付けることにより、汚泥の充填・排出や清掃を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る汚泥の凍結・融解槽内伝熱管の形状及び配列の実施形態
の一例を示す横方向断面図
【図２】同上縦方向断面図
【図３】凍結・融解処理法を利用した従来の汚泥処理を例示する概略フローシ
ート
【符号の説明】
１：伝熱管　　　　　　　　　　　　　２：フィン
Ａ：伝熱管の中心を通り曲げ方向と同じ平面
３１：汚泥を含む原水　　　　　　　　３２：沈殿池
３３：濃縮槽　　　　　　　　　　　　３４：凍結・融解槽
３５：ろ過・脱水器（加圧ろ過器）　　３６：伝熱管
３７：上澄水
【図１】
2004049993.tif 000003
【図２】
2004049993.tif 000004
【図３】
2004049993.tif 000005