(57)【要約】【課題】ケーキに乾燥むらが生ぜず且つ乾燥時間を短くすることができるとともに、経済的で且つ耐久性に優れたスラリの脱水乾燥装置及び方法を提供する。【解決手段】ろ枠５４とダイアフラム５２とろ布５１とにより取り囲まれるろ室５５を備えたフィルタプレスにおいて、ダイアフラム５２にはダイアフラム５２を貫通する金属突起５２ａを表裏に有する。フィルタプレスは、ろ枠５４とダイアフラム５２の間に熱媒体を供給すると共に、ろ布５１とダイアフラム５２との間のろ液排出路５２ｂ側を減圧することにより、ダイアフラム５２でスラリを圧搾し、かつ、減圧加熱乾燥することが好ましい。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろ枠とダイアフラムとろ布とにより取り囲まれるろ室を備えたフィルタプレスにおいて、
前記ダイアフラムには該ダイアフラムを貫通する金属突起を表裏に有することを特徴とする脱水乾燥装置。
【請求項２】
前記フィルタプレスは、ろ枠とダイアフラムの間に熱媒体を供給する手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の脱水乾燥装置。
【請求項３】
前記ろ布とダイアフラムとの間のろ液排出側を減圧する手段を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の脱水乾燥装置。
【請求項４】
前記ダイアフラムを貫通する金属突起に、金属棒または金属板が連結されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の脱水乾燥装置。
【請求項５】
前記ダイアフラムを貫通する金属突起と、前記金属棒または金属板は一体的に構成されていることを特徴とする請求項４記載の脱水乾燥装置。
【請求項６】
前記金属突起は、つば部を有し、該つば部が前記ダイアフラムに埋め込まれていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の脱水乾燥装置。
【請求項７】
ろ枠とダイアフラムとろ布とにより取り囲まれるろ室を備え、前記ダイアフラムでスラリを圧搾し、かつ、脱水乾燥するスラリの脱水乾燥方法において、
前記ダイアフラムに該ダイアフラムを貫通する金属突起を配置し、熱媒体からの熱を前記金属突起を介して前記ろ室に充填したスラリに伝達し、前記スラリを脱水乾燥することを特徴とする脱水乾燥方法。
【請求項８】
前記脱水乾燥は、ろ枠とダイアフラムの間に熱媒体を供給しつつ行うことを特徴とする請求項７記載の脱水乾燥方法。
【請求項９】
前記脱水乾燥は、前記ろ布とダイアフラムとの間のろ液排出側を減圧にしつつ行うことを特徴とする請求項７または８記載の脱水乾燥方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上下水道，農村集落排水処理設備，し尿処理設備等から排出される汚泥、または例えば食品やパルプ等の各種産業に用いられる懸濁液（以下、これらをまとめてスラリと言う）の脱水乾燥装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スラリを脱水乾燥するためには、脱水装置と乾燥装置とをそれぞれに設置する必要があり、イニシャルコストが大きく、維持管理に多大な労力がかかるのが実情であった。
【０００３】
また、加圧圧搾脱水機の圧搾媒体として温水を使用し、ダイアフラムを介してスラリを加熱すると共に、ろ布外部を減圧することにより、スラリを加温及び圧搾すると同時に減圧乾燥するものが知られている（特許文献１参照）。しかしながら、この装置においては、ダイアフラム（圧搾膜）の熱伝導率が低く、ろ枠とダイアフラムの間の温水流量分布やダイアフラムとろ布の間の減圧度が場所により不均一なため、ケーキの乾燥時間が長く、乾燥むらが生じやすい等の問題点があった。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２３２１０９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、ケーキに乾燥むらが生ぜず且つ乾燥時間を短くすることができるとともに、経済的で且つ耐久性に優れたスラリの脱水乾燥装置及び方法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】
本発明の脱水乾燥装置は、ろ枠とダイアフラムとろ布とにより取り囲まれるろ室を備えたフィルタプレスにおいて、前記ダイアフラムには該ダイアフラムを貫通する金属突起を表裏に有することを特徴とするものである。ここで、前記フィルタプレスは、ろ枠とダイアフラムの間に熱媒体を供給すると共に、前記ろ布とダイアフラムとの間のろ液排出側を減圧することにより、前記ダイアフラムでスラリを圧搾し、かつ、減圧加熱乾燥するものであることが好ましい。これにより、熱伝導率の良好な金属突起を介して、熱媒体の熱がろ室内のスラリに速やかに供給されるため、スラリの乾燥時間を短縮し乾燥むらを低減することができる。
【０００７】
また、前記ダイアフラムを貫通する金属突起に、金属棒または金属板が連結されているようにしてもよく、前記ダイアフラムを貫通する金属突起と、前記金属棒または金属板は一体的に構成されているようにしてもよい。これにより、ろ枠とダイアフラムの間に循環供給された熱媒体の熱が、比較的広い面積を有する金属板を通じてろ室内のスラリに速やかに供給されるため、スラリの乾燥時間を短縮することができる。また、比較的広い面積を有する金属板または金属棒を用いることで、ダイアフラムを貫通する金属突起の数を減らすことができ、これによりダイアフラムの加工量を低減し、耐久性を保持するうえで好ましい。
【０００８】
また、本発明の脱水乾燥方法は、ろ枠とダイアフラムとろ布とにより取り囲まれるろ室を備え、前記ダイアフラムでスラリを圧搾し、かつ、脱水乾燥するスラリの脱水乾燥方法において、前記ダイアフラムに該ダイアフラムを貫通する金属突起を配置し、熱媒体からの熱を前記金属突起を介して前記ろ室に充填したスラリに伝達し、前記スラリを脱水乾燥することを特徴とするものである。ここで、前記脱水乾燥は、ろ枠とダイアフラムの間に熱媒体を供給すると共に、前記ろ布とダイアフラムとの間のろ液排出側を減圧することにより行うことが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明の脱水乾燥装置を含むスラリの処理システムの概略を示す。
【００１０】
脱水乾燥機１１は、スラリの脱水乾燥を行うフィルタプレス装置である。その内部に、隣接する一対のろ枠の間に一対のダイアフラムとろ布とを設け、ろ布により囲まれたろ室が形成されている。そして、ろ室内にスラリが充填され、ろ枠とダイアフラムの間に熱媒体を供給すると共に、前記ろ布とダイアフラムとの間のろ液排出側を減圧することにより、前記ダイアフラムでスラリを圧搾し、スラリの減圧下での加熱・加圧による脱水乾燥が行われる。
【００１１】
この脱水乾燥機１１には、スラリ供給ポンプ１２によりスラリ供給ライン１３から供給弁１５を介して脱水乾燥対象のスラリが供給される。そして、スラリは脱水乾燥機１１により脱水圧搾乾燥されて所要の含水率のケーキとなり、脱水乾燥機１１より取り出される。
【００１２】
脱水乾燥機１１には温水が熱媒体として供給され、この熱媒体によりスラリの脱水乾燥が促進される。温水ユニット３１にて温水が作られ、温水循環ポンプ３２により温水循環ライン３５から脱水乾燥機１１のヘッダ管１７に導入される。脱水乾燥機１１でスラリの脱水乾燥に使用された温水はヘッダ管１８から温水循環ライン３５により温水ユニット３１に戻される。このように、温水ユニット３１と脱水乾燥機１１との間で温水が循環するようになっていて、脱水乾燥機１１の出口側に背圧弁３３が配置されている。従って、背圧弁３３の調整により、循環する温水の流量及び脱水乾燥機内の温水の圧力をすみやかに調整することが可能である。
【００１３】
また、脱水乾燥機１１におけるスラリの脱水乾燥には真空吸引が用いられる。したがって、真空ポンプ３７と凝縮槽３８とを備え、ろ布とダイアフラムとの間を減圧雰囲気とすることで、ろ室内部のスラリの脱水乾燥を促進する。また、圧搾工程と同時に真空ポンプ３７を起動するようにして、ダイアフラムとろ布との間隙を減圧することによりろ布に囲まれたろ室内のスラリを加圧脱水すると共に加温減圧乾燥する。
【００１４】
センターブローライン２１には空気弁２２が、センターブロー排泥ライン２３には排泥弁２４がそれぞれ配置され、センターブロー用空気は、センターブローライン２１により脱水乾燥機１１に供給され、センターブロー排泥ライン２３から脱水されていないスラリと共に排出される。
【００１５】
温水ユニット３１は、加温・加圧媒体としての温水を供給するものであり、温水の水温を７０℃〜９５℃に保つことが好ましい。この温水ユニット３１としては、電力や石油等の燃料、または燃焼排ガス等を用いた温水ボイラ、水蒸気ドレン、燃料電池排水などの各種の熱源を用いることができる。温水循環ポンプ３２は、脱水乾燥機１１内のダイアフラムに０．５ＭＰａ以上の圧力を加えられるものであることが好ましい。脱水乾燥機１１に接続されるろ液ライン１９と真空ライン２０は弁２５，２６により切り替えられ、真空ラインには上述したように凝縮槽３８、真空ポンプ３７が接続されている。凝縮槽３８には冷却水が循環するようになっている。ここで真空ポンプ３７の到達真空度は７ｋＰａ以下が好ましい。
【００１６】
図２は、スラリの脱水乾燥機における要部の構成例を示す。図２に示すように、互いに隣接するろ枠５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄの間に、それぞれダイアフラム５２，５２とろ布５１，５１とが配置されて、ろ布５１により囲まれたろ室５５ａ，５５ｂ，５５ｃが形成されている。本例で示す全体構成は、ろ室が３室（５５ａ，５５ｂ，５５ｃ）の構成となっているが、室数は必要に応じて増やすことができる。それぞれのダイアフラム５２には、そのダイアフラムを貫通する金属突起５２ａが多数配置されている。
【００１７】
このフィルタプレス（脱水乾燥機）では、両側にプレート５７，５８を備え、図示しない開閉装置によりろ枠５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄを開閉するようになっている。即ち、スラリの脱水乾燥時には図示しない開閉装置によりプレート５７，５８が両側から締付けられ、各ろ枠５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄが両側から締付けられ、ろ布５１，５１に取り囲まれたろ室５５ａ，５５ｂ，５５ｃが形成される。そして、ろ室の内部に脱水乾燥対象のスラリが導入され、スラリの脱水乾燥が行われる。スラリの脱水乾燥後は、図示しない開閉装置によりプレート５７，５８が開かれ、各ろ枠５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄがそれぞれ離反するように開かれ、脱水乾燥されたケーキが下方に落下して取り出される。
【００１８】
図３（ａ）（ｂ）に示すように、ろ枠５４とダイアフラム５２との間には、厚さ１ｍｍ以上の網目状物５３が配置され、ろ枠５４とダイアフラム５２との間に温水が均一に流れる流路５３ａが確保されている。網目状物５３は、耐熱性、耐腐食性の材質からなる線径０．５ｍｍ以上の網などを用いることができ、材質としてはポリエチレン、ポリプロピレン、テフロン（登録商標）、ステンレスなどが好適である。
【００１９】
ダイアフラム５２は、これを貫通する多数の金属突起５２ａを有するゴム等の膜体であり、ろ枠との間に温水（熱媒体）の流路５３ａを備え、この流路に温水を循環ポンプ３２（図１参照）で押し込むことで、ダイアフラムの弾性によりろ布を介してろ室内のスラリを圧搾するとともに加熱する。即ち、流路５３ａに温水が流れダイアフラムの弾性によりろ室内のスラリを圧搾する時には、金属突起５２ａの頂部がろ布５１に当接し、ろ室内のスラリを加熱・圧搾する。
【００２０】
ろ布５１とダイアフラム５２との間には、ろ布５１によりろ過されたろ液の流路５２ｂが設けられ、この流路５２ｂは真空ポンプ３７（図１参照）に接続され、真空排気される。このため、ろ室は減圧雰囲気下で加熱・加圧され、ろ布を介して抽出されたろ液が流路５２ｂを通って排出される。
【００２１】
ここで、ダイアフラム５２は、ポリプロピレン樹脂または架橋ポリエチレン樹脂によるものが好適であり、これにより高い耐久性と経済性が得られる。また、金属突起５２ａの高さは３ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましく、幅２〜６ｍｍの円柱形または角形が好ましい。これにより、ダイアフラム５２とろ布５１との間隙の真空吸引路（ろ液流路）５２ｂを均一なスペースに確保することが可能になる。
【００２２】
図４は、金属突起のダイアフラムへの固定例を示す。参考迄に、従来型のダイアフラム５２は、図４（ａ）に示すように、突起５２ａを含めてその全体が樹脂またはゴムで構成されている。これに対して、本発明のダイアフラムに設けた突起は、図４（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すように樹脂またはゴムで構成されるダイアフラム５２を貫通し、上面側に流れるろ液と下面側に流れる熱媒体とが互いに混合しないような密閉構造を有する、複数の金属突起５２ａにより構成されている。金属突起は熱伝導率が通常のダイアフラムの材質に較べて１桁以上高い。このため、ダイアフラムの裏面側に流れる熱媒体の熱をろ布を介してスラリに効率的に伝熱することができる。また、金属突起５２ａは従来例と同様に、ろ液の排出流路を確保している。金属突起の材質は特に規定するものではないが、アルミニウム，ステンレス，銅などを用いることができる。
【００２３】
ダイアフラムに金属突起を取り付ける態様としては、各種の固定方法がある。図４（ｂ）に示すように、金属突起のつば部５２ｃをダイアフラム５２に埋込む方法を用いることができる。また、図４（ｃ）に示すように、頂部をリベット状にしてダイアフラムに設けられた孔部に固定するようにしてもよい。また、図４（ｄ）に示すように頂部と底部をボルトおよびナットを用いてネジ止めにより固定するようにしてもよい。また、接着剤を用いて金属突起をダイアフラムの孔部に固定するようにしてもよい。
【００２４】
図５は、本発明の他の実施形態のダイアフラムの構成例を示す。この実施形態においてはダイアフラムの表面側（ろ布５１側）に金属板５２ｍ，５２ｎを備え、この金属板をダイアフラムを貫通する金属突起５２ａで固定している。この金属板は、図５（ａ）に示すように例えば渦巻状の金属板体５２ｍであってもよく、また図５（ｂ）に示すように矩形状の金属板体５２ｎを多数枚例えばマトリクス状に配置したものであってもよい。これらの金属板体は、金属突起５２ａと接続してダイアフラム５２に固定される。このように金属板５２ｍ，５２ｎをダイアフラムを貫通する金属突起５２ａに接続することで、ダイアフラムの裏面側に流れる熱媒体の熱を熱伝導率が良好な金属突起及び金属板を介してろ布５１側に伝導することができる。なお、金属板に代えて金属棒を用いてもよい。
【００２５】
これにより、熱媒体の熱を有効にろ室に充填されたスラリに伝達することができ、乾燥時間の短縮および乾燥むらの低減を図ることができる。また、金属板または金属棒で比較的広い面積で熱伝達が行えるので、ダイアフラムを貫通する金属突起の数を低減することができる。このため、ダイアフラムに設ける貫通孔の数を低減し、ダイアフラムの耐久性を良好に保つことができる。また、図示の例では金属板は平板状に記述してあるが、この金属板自体に多数の凹凸を設け、ろ液の排出を妨げないようにして、且つ熱媒体の熱を有効にろ室内のスラリ（ケーキ）に伝達することができることは勿論である。
【００２６】
ここで、金属板と金属突起とは一体に構成してもよく、また別体としてリベットまたはねじ止めにより固定するようにしてもよい。一体構造とすることで加工の簡素化を図ることができるが、別体構造とすることで、加工のフレキシビリティを増大させることができる。
【００２７】
次に、上記フィルタプレスを用いたスラリの脱水乾燥工程について説明する。スラリの脱水乾燥の工程は大きく、ろ過工程，圧搾工程，センターブロー，乾燥工程に分けることができる。
【００２８】
ろ過工程では、スラリはスラリ供給ポンプによりスラリ供給ライン，供給弁を介して脱水乾燥機に供給され、ろ室に充填される。さらにスラリがスラリ供給ポンプにより加圧供給されると、ろ室内のスラリ中の水分がろ液として排出される。
【００２９】
圧搾工程では、温水ユニットで加熱された熱媒体は温水循環ポンプにより温水循環ラインを介して脱水乾燥機に供給され、ろ枠とダイアフラムの間の流路５３ａを通り、さらに背圧弁を介して温水ユニットに戻り、循環使用される。前記ろ枠とダイアフラムの間の流路５３ａに熱媒体が供給され、背圧弁が設けられていることにより、ダイアフラム５２が膨張し、前記ろ室の体積が減少することにより、ろ室５５ａ，５５ｂ，５５ｃ内のスラリが圧搾される。さらに、切換弁を動作させ、真空ポンプにより真空ラインを介して凝縮槽を減圧し、凝縮槽に冷却水を供給することにより、脱水乾燥機内のろ室５５ａ，５５ｂ，５５ｃは減圧され、スラリは圧搾されると同時に加熱され減圧乾燥される。圧搾工程の開始時は一時的に開放弁を開き、温水循環ライン内に溜まった気体を排出することもできる。
【００３０】
センターブローでは空気弁と排泥弁を開放し、センターブローラインを介して空気を脱水乾燥機に供給し、センターブロー排泥ラインを介してケーキ化していないスラリが排出される。
【００３１】
乾燥工程では、圧搾工程と同様に熱媒体を循環させるが、背圧弁は背圧をかけても背圧がかからないように開放しても良い。温水循環と同時に、切換弁を動作させ、真空ポンプにより真空ラインを介して凝縮槽を減圧し、凝縮槽に冷却水を供給することにより、ろ室内は減圧され、スラリは加熱されるとともに減圧乾燥される。ここで、熱伝導率の高い金属突起がダイアフラムに設けられ、主として金属突起からの伝熱によりスラリを加熱するので、スラリの加熱・加圧脱水を効率的に行うことができる。これにより、スラリが固形化したケーキの内部まで十分に均一に乾燥することができ、乾燥時間を短縮し乾燥むらを低減することができる。
【００３２】
表１は、本発明のスラリの脱水乾燥装置の効果を説明するためのものであり、従来例と本発明例とを比較した実験結果である。図４（ａ）に示す従来型のダイアフラムと図４（ｄ）に示す本発明のダイアフラムについて、上記構成の脱水乾燥機を用い、実験した結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
従来例は熱伝導率０．２３Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１の樹脂製ダイアフラムを使用した。これに対して、本発明例では熱伝導率０．２３Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１の樹脂製の基板に熱伝導率１５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１の金属突起を取り付けたダイアフラムを使用した。なお、金属突起の熱伝導率は樹脂製ダイアフラムに対して約６５倍高い。そして、従来例、本発明例ともに、ダイアフラムの突起部分は直径１０ｍｍ、高さ５ｍｍ、ピッチ１５ｍｍである。
【００３５】
最終的なケーキ含水率を３５％として実験した結果、従来例では乾燥時間が２．５０ｈ（時間）でもケーキ含水率が５５％に留まったのに対して、本発明例では乾燥時間が０．５０ｈ（時間）、ろ過速度が０．５３ｋｇ・ｍ−２・ｈ−１となった。上記実験結果から、ダイアフラムに配置した金属突起の有無が乾燥時間の長短に大きく影響していることが判る。
【００３６】
尚、上記実施形態は本発明の実施例の一態様を述べたもので、本発明の趣旨を逸脱することなく種々の変形実施例が可能なことは勿論である。
【００３７】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、脱水乾燥対象のスラリの加温に十分な熱伝導率を有するダイアフラムを用いることで、ケーキ乾燥時間を短縮し、ケーキの乾燥むらを低減することができる。また、金属製の突起をダイアフラムに貫通するように装着するという簡単な手法で、製造コストを余り上昇させることなく、耐久性を損なうことなく、処理能力が向上したフィルタプレス（断水乾燥機）を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のスラリの脱水乾燥装置を示すブロック図である。
【図２】図１に示す脱水乾燥装置の要部の断面図である。
【図３】ろ枠とダイアフラムとろ布との配置関係を示す（ａ）は断面図であり、（ｂ）は一部透過平面図である。
【図４】（ａ）は従来例のダイアフラムの構成例を示し、（ｂ），（ｃ），（ｄ）は金属突起を用いたダイアフラムの構成例を示す。各図において上段はろ布側から見た平面図であり、下段はその中央部の断面図である。
【図５】ダイアフラムに金属突起と接続した金属板を設けた例を示す平面図であり、（ａ）は渦巻状の金属板の例であり、（ｂ）は短形状の金属板をマトリクス状に配置した例である。
【符号の説明】
１１    脱水乾燥機
１２    スラリ供給ポンプ
１３    スラリ供給ライン
２１    センターブローライン
２３    センターブロー排泥ライン
３１    温水ユニット
３２    温水循環ポンプ
３３    背圧弁
３５    温水循環ライン
３７    真空ポンプ
３８    凝縮槽
５１    ろ布
５２    ダイアフラム
５２ａ    （金属）突起
５２ｂ    真空吸引路（ろ液流路）
５３    網目状物
５３ａ    温水流路
５４    ろ枠
５５ａ，５５ｂ，５５ｃ    ろ室
５７，５８    プレート
【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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