(57)【要約】本発明は、実質的な湿スラッジを乾燥ペレットに転換するための、湿スラッジを少なくとも一つの加熱プレート上で転動させながら接触させることと、加熱プレートからスラッジへの熱伝導によって前記転動させた湿スラッジを間接乾燥させることと、同時に、加熱されるスラッジをペレット成形することとを含む方法であって、爆発及び／又は燃焼の危険を最小限にするために不活性雰囲気下で実施される方法に関する。本発明はさらに、スラッジを処理してペレットにするための装置に関する。
2004508930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的な湿スラッジを乾燥ペレットに転換するための、
湿スラッジを少なくとも一つの加熱プレート上で転動させながら接触させることと、
加熱プレートからスラッジへの熱伝導によって前記転動させた湿スラッジを間接乾燥させることと、
同時に、加熱されるスラッジをペレット成形することと、
を含む方法であって、爆発及び／又は燃焼の危険を最小限にするために不活性雰囲気下で実施される方法。
【請求項２】
スラッジ中に存在する液体の蒸発から発生する悪臭ガスの排気及び場合によっては処理を促進して、周囲空気の汚染を回避するため、前記雰囲気が周囲空気に対して減圧状態に維持される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
雰囲気を不活性に維持するため、湿スラッジに含まれる液体の蒸発から発生する蒸気の少なくとも一部を再循環させる工程をさらに含む、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
プロセス下で不活性蒸気として蒸発することができる水をプロセスに導入する工程又は不活性ガスをプロセスに直接導入する工程をさらに含む、請求項１〜３のいずれか記載の方法。
【請求項５】
ペレットの形成を促進するため、核の周囲に湿スラッジをコーティングする工程をさらに含む、請求項１〜４のいずれか記載の方法。
【請求項６】
乾燥したペレットの少なくとも一部を再循環させる工程をさらに含み、前記一部を好ましくは湿スラッジによってコーティングし、さらに乾燥させる、請求項１〜５のいずれか記載の方法。
【請求項７】
乾燥したペレットを極めて微細なペレット画分と適切なサイズのペレット画分とに分離する工程をさらに含み、適切なサイズのペレット画分がプロセスの所望の最終産物であり、かつ、極めて微細な画分を再循環させ、好ましくは湿スラッジによってさらにコーティングし、さらに乾燥させる、請求項１〜６のいずれか記載の方法。
【請求項８】
加熱プレート上のコーティングされたスラッジペレットの滞留時間が移送手段の調節によって制御可能である、請求項１〜７のいずれか記載の方法。
【請求項９】
乾燥させるスラッジの滞留時間と、その層厚さと、コーティングされたスラッジペレットの強制移送の量及び衝撃と、が移送手段の調節によって制御可能である、請求項１〜８のいずれか記載の方法。
【請求項１０】
スラッジ原料供給が、プロセスを離れる乾燥したペレットの温度によって制御される、請求項１〜９のいずれか記載の方法。
【請求項１１】
プロセスを離れるペレットの乾燥固形分がペレットの温度によって制御され、熱入力が、プレート中を循環する熱媒油によって制御されて、それにより、２００℃〜２８０℃の温度をモニタする、請求項１〜１０のいずれか記載の方法。
【請求項１２】
これらの蒸気をペレット再循環系に注入してペレット再循環系を不活性化する蒸気再循環系をさらに含む、請求項１〜１１のいずれか記載の方法。
【請求項１３】
プレートが、プレートの内側を循環する、１５０〜３００℃、好ましくは２３０〜２６０℃の温度を有する熱媒によって加熱される、請求項１〜１２のいずれか記載の方法。
【請求項１４】
好ましくは振動する流動床の中の所望の最終産物としての適切なサイズのペレットの冷却をさらに含む、請求項６〜１３のいずれか記載の方法。
【請求項１５】
微細なペレットが適切なサイズペレットになってプロセスを出るまでの微粉の平均再循環が４〜２０回である、請求項６〜１４のいずれか記載の方法。
【請求項１６】
スラッジを処理してペレットにするための装置であって、
装置の上部にある、スラッジの入力手段と、
装置の底板にある、ペレット出口手段と、
垂直方向に離間した複数の水平な環状プレートであって、それぞれが、加熱プレートの内側で循環する熱媒の入力及び出力を有し、熱媒が管によって一つのプレートから別のプレートまで流れることができる水平な環状プレートと、
各プレート上でスラッジペレットの内又は外への移動を可能にして、これらのコーティングされたペレットが次のより低いプレートに渡ってプレート上でカスケード式に処理されるようにする多数のスクレーパを運ぶための、プレートの上方に配置された少なくとも一つのラジアルアームを備えた直立軸と、
加熱される環状プレート上でのスラッジ又はペレットの加熱によって発生する蒸気の出口と、
実施態様の内側に不活性で火災及び爆発に安全な雰囲気を維持するため、５容量％未満の低い酸素条件下で処理される気密ハウジングと、
を含む装置。
【請求項１７】
発生した蒸気を再循環させるためのさらなる再循環手段が設けられている、請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
乾燥核の周囲に湿スラッジをコーティングするための、そのようにコーティングされたスラッジを装置に供給するための供給手段をさらに含むコータを装置の上部に含み、前記コータが、乾燥核ペレット入力及びスラッジ入力の上側に、混合アーム、核とスラッジとを混合することができる、混合アームを駆動するための駆動手段を含み、かつ、下流側に、コーティングされたスラッジの装置への出口を有する、請求項１６又は１７記載の装置を含む装置。
【請求項１９】
静的ペレット分離ホッパをさらに含み、この分離ホッパが、最終産物として適切なサイズの所望のペレットを得るために適切な寸法及び投入速度を選択することにより、分離ホッパの入力におけるペレットの水平速度とホッパ中のペレットスロープの寸法との結果として適切なサイズのペレットを微細なペレットから分離することができる、請求項１６〜１８のいずれか記載の装置。
【請求項２０】
微細なペレットを再循環させるための再循環手段をさらに含む、請求項１６〜１９のいずれか記載の装置。
【請求項２１】
再循環手段が、断熱され、トレースされるディスクチェーンコンベヤ又はバケットエレベータからなる、請求項１６〜２０のいずれか記載の装置。
【請求項２２】
乾燥・ペレット成形機の軸駆動手段がその上側に設けられ、かつ、コーティングされたスラッジの入力が乾燥・ペレット成形機の屋根に偏心的に配置され、らせんスラッジ割出し板を使用して、コーティングされたスラッジを上加熱プレート上に均一に延展させ、乾燥・ペレット成形機の上側のらせんプレート及び駆動装置を使用して、より小さく、より経済的な実施態様を得る請求項１６〜２１のいずれか記載の装置。
【請求項２３】
軸駆動手段が乾燥・ペレット成形機の下に設けられ、コーティングされたスラッジの入力が乾燥・ペレット成形機の屋根の中心に配置され、かつ、円錐形のペレット割出し板を使用して、コーティングされたペレットを上加熱プレート上に均一に延展させる、請求項１６〜２１のいずれか記載の装置。
【請求項２４】
装置の屋根が平坦にできている、請求項１６〜２３のいずれか記載の装置。
【請求項２５】
スクレーパアーム又はスクレーパアームの一部が、乾燥・ペレット成形機の外側から、磨耗しやすい部品である、請求項１６〜２４のいずれか記載の装置。
【請求項２６】
底が平坦であり、かつ、底スクレーパが、乾燥したペレットを乾燥・ペレット成形機の出口に誘導するような方法で適合されている、請求項１６〜２５のいずれか記載の装置。
【請求項２７】
上流側プッシングスクレーパの角度が調節可能である、請求項１６〜２６のいずれか記載の装置。
【請求項２８】
スクレーパが、下流プッシングスクレーパ及び上流プッシングスクレーパを含み、上流プッシングスクレーパに対する下流プッシングスクレーパの相対位置が、完全な乾燥・ペレット成形機中のプレート及びスクレーパの量から独立して、滞留時間と層厚さとコーティングされたスラッジペレットの強制移送の量及び衝撃とに対して全制御を有するように適合されている、請求項１６〜２７のいずれか記載の装置。
【請求項２９】
スクレーパの角度が、下流プッシングスクレーパと上流プッシングスクレーパとの組み合わせを、ペレットに対してゼロ移送及び全排除までの全正移送を得るように配置することができるような方法で調節可能である、請求項１６〜２８のいずれか記載の装置。
【請求項３０】
プレートの内側円のスクレーパがプレートの外側円のスクレーパよりも小さくて両円のペレットで同じ相対移送を得る、請求項１６〜２９のいずれか記載の装置。
【請求項３１】
乾燥・ペレット成形機の下出口から出る乾燥したペレットを、十分なサイズの乾燥したスラッジペレット画分と、十分ではないサイズの乾燥したスラッジペレット画分とに分ける分離手段が設けられ、前記分離手段が、一つの入口及び二つの出口を有するホッパから本質的になり、このホッパの中に、二つの出口を分ける隔壁が設けられている、請求項１６〜３０のいずれか記載の装置。
【請求項３２】
隔壁が、分離される最終産物のサイズを制御するために調節可能である、請求項３１記載の装置。
【請求項３３】
ホッパの側壁が、分離される最終産物のサイズを制御するために調節可能である、請求項３１又は３２記載の装置。
【請求項３４】
乾燥させるスラッジを投与してコータに送り込むための、コータの入口の近くに配置された投与ホッパをさらに含む、請求項１６〜３３のいずれか記載の装置。
【請求項３５】
コーティングされるペレットを投与してコータに送り込むための、ペレット分離ホッパの微粉の出口の下に配置されたペレット投与スクリューをさらに含む、請求項１６〜３４のいずれか記載の装置。
【請求項３６】
乾燥したペレットを冷却するための冷却手段をさらに含む、請求項１６〜３５のいずれか記載の装置。
【請求項３７】
冷却手段が振動流動床冷却器から本質的になる、請求項３６記載の装置。
【請求項３８】
環状加熱プレートの直径が１５００ｍｍ〜７５００ｍｍである、請求項１６〜３７のいずれか記載の装置。
【請求項３９】
装置を支持しかつ包囲するフレームをさらに含む、請求項１６〜３８のいずれか記載の装置。
【請求項４０】
装置の支持フレームの外寸が、公共輸送に適するよう、２０、３０又は４０フィート（略６、９又は１２メートル）の標準輸送コンテナの外寸に等しい、請求項１６〜３９のいずれか記載の装置。
【請求項４１】
コンテナサイズのフレームに対する乾燥・ペレット成形機の支持構造が、乾燥・ペレット成形機を垂直作動位置及び水平輸送位置に固定するように適合され、作動位置での熱膨張を許す、請求項１６〜４０のいずれか記載の装置。
【請求項４２】
プレートの誘導支持構造が、輸送手段の場合には固定することができ、通常の作動中には、プレートの熱膨張を許すために解放することができる、請求項１６〜４１のいずれか記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、たとえば廃水処理プロセスから得られる間接加熱乾燥及び同時ペレット成形のための装置及び方法に関する。一般に、スラッジを熱的に乾燥させ、処理して、実質的に粒度が均一であり、水分含量が均一である、実質的に病原体を含まない低粉塵含有ペレットを得る。その後、ペレットは、肥料、肥料への添加物、燃料などとして適当である。
【０００２】
発明の背景
廃水処理は、下水スラッジを多量に生み出す。廃水処理施設に受け入れられる未処理の下水は、スラッジを生成する種々の公知の方法によって処理される。その後、環境的に安全でエネルギー効率がよく経済的な方法でスラッジを処理しかつ処分する方法に問題が残る。スラッジは現在、多くの方法、たとえばスラッジを直接土壌に施用する方法、スラッジで土壌の養分を増やす方法、スラッジで埋め立てする方法、スラッジを海洋投棄する方法、スラッジを乾燥させ、焼却する方法によって処分されている。
【０００３】
たとえば市町村のスラッジは、主に、全固形分２〜６％を含有する液体である。この液体は通常、無機物及び有機物、栄養素、たとえば窒素、リン及びカリウムならびに極微量の各種金属を含有する。また、処理された未処理の下水の出所に依存して、病原体ならびに場合によっては重金属及び危険な有機肥料のような成分を含有することもある。
【０００４】
公知のスラッジ処理方法では、スラッジを処理するとその固形分は増す。スラッジは、重力、機械的脱水及び熱処理によって脱水することができる。スラッジの含水率は、細胞内水、毛管水、コロイド水及び遊離水を含む。遊離水は一般に、重力によってスラッジから分離することができる。毛管水及びコロイド水は、通常は化学的コンディショニングののち、機械的手段、たとえば遠心分離、ベルトプレス、真空フィルタなどにより、スラッジから除去することができる。他方、細胞内水は一般に、熱処理によって細胞構造を破壊することによって除去しなければならない。液状スラッジを重力によって脱水又は濃縮すると、得られるスラッジ産物は、全固形分２〜６％である。固形分は、スラッジの機械的脱水によって全固形分１５〜３０％まで増える。液状スラッジを熱的に乾燥させると、全固形分８０〜９８％の産物が得られる。同じく重要なことに、スラッジが処理されてその固形分が増すにつれ、スラッジの体積は減る。
【０００５】
特定の廃棄物処理プラントのために選択される脱水プロセスのタイプはいくつかの考慮すべき要素に基づく。スラッジの熱処理は、スラッジ体積が最大に減少（９８％まで）する利点を有し、また、病原性有機体を駆除し又は不活性化させてスラッジを無菌にする。他方、スラッジの熱処理は、特別な乾燥器具及びスラッジを乾燥させるのに必要な熱を発するためのエネルギー源を要する。
【０００６】
液状スラッジは、脱水され、土壌に施用され又は海洋投棄されるだけでは、処理プロセスで駆除又は不活性化されなかった病原体で土壌又は海洋を汚染するおそれがある。さらに、スラッジが十分に脱水されないならば、トラック、バージ船、列車などによるスラッジの輸送において、増量した材料を取り扱う問題が生じる。したがって、スラッジの熱処理は、脱水するだけ又は液状スラッジ状態で土壌に施用するだけのスラッジの処分に比べ、環境的利点及び材料取り扱いの利点を有する。
【０００７】
スラッジとは、一部の工業スラッジの場合には乾燥固形分１０％から５０％を超える範囲であることができる全固体濃度を有する固液廃棄物混合物である。一般に、スラッジは流動できポンプで送ることができる。
【０００８】
スラッジの取り扱い及び処分は、長らく、下水及び工業廃棄物処理のもっともやっかいな段階であると考えられてきた。効率的な廃水処理プラントを増やす方向に進化するに伴い、より取り扱いにくいスラッジが生じる。したがって、過去の環境制御段階がますます困難な問題になった。
【０００９】
この問題のもう一つの側面は、家庭及び工場からのスラッジの量が増すにつれ、そのようなスラッジの処分に利用できる土地及び環境汚染の公衆の寛容が減少することである。この状況は、許容しうる処分実施方法の選択をきびしく制限している。
【００１０】
主に有機のスラッジの場合、以前は、スラッジを直接ペレットに成形することを試みていたが、これは、その塊が、その高い含水率（７０〜８０％）のせいで緩すぎる構造を有するため、不可能であることがわかった。スラッジ中の水の大部分が細胞結合しているため、スラッジ取り扱いプロセスでこの含水率未満になることは不可能であることがわかった。加えて、非常に粘着質であり、成形されるペレットがすぐに付着し合い、大きな凝集体を形成する結果を招く。これら大きな塊を貯蔵に十分に低い含水率まで乾燥させることはほとんど不可能である。これらの塊はまた、感染性の有機体及び有機質、たとえばサルモネラ菌、種々のウィルス及び寄生体卵を常に含有するため、感染危険物質である。
【００１１】
米国特許第５，６２８，９１３号は、凝集体の形成を防止しながらペレットを直接成形することができる方法及び装置を開示している。しかし、後者の文献は、乾燥したスラッジを付勢して孔のあるノズルに通す押し出し機の使用を開示している。前記ペレットを得るために別個のペレット成形手段が用意されていることは明らかである。
【００１２】
記載した装置は、たとえば別個のペレット成形手段を用意しなければならないということにより、やっかいである。
【００１３】
発明の目的
本発明の目的は、機械的に脱水されたスラッジのために乾燥・ペレット成形機を使用して、スラッジを伝導間接乾燥によって乾燥させると同時に乾燥した産物を乾燥・ペレット成形機の中でペレット成形して、ペレット形態での肥料としての使用に許容しうるようにすることにより、公知のスラッジ処理システムの欠点を解消することである。ペレットは生物、ウィルス又は病原体を含有せず、熱処理されていないスラッジの直接施用に存在する土壌汚染の危険が回避されるようになる。さらには、乾燥した産物を同時にペレット成形して既存の肥料ペレットと同様に取り扱うことができるサイズのペレットを成形する結果として、システムの費用を増すであろうさらなるペレット成形装置が要らなくなる。
【００１４】
本発明のさらなる目的は、多段乾燥・ペレット成形機におけるスラッジのペレット成形と同時の間接加熱法によって、汚染を起こさない無臭のスラッジのプロセスを提供することである。
【００１５】
さらに、本発明のさらなる目的は、安全であり、無視しうる量の有臭非凝縮性物質しか生成されないスラッジ熱処理法及び装置を提供することである。プロセスの安全性を保証し、非凝縮性物質の量を減らすため、スイープエアは許されず、装置は気密であり、乾燥・ペレット成形機及びペレット再循環系の内部は、乾燥プロセスによって発生する水蒸気による不活性化により、乾燥したスラッジの発火限界よりもはるかに低い酸素含量で処理される。運転開始時、水の注入及び蒸発によって空気を不活性水蒸気で押し退けることにより、実施態様の内側のガス状媒体の不活性化が実施される。
【００１６】
本発明のさらに別の目的は、乾燥プロセスからの水蒸気によってＯ２を押し退けることにより、ペレット再循環系を不活性化して、ペレットの成長及び燃焼、ＣＯ及び粉塵の爆発の危険を除くことである。この不活性化を達成するため、乾燥・ペレット成形機中で発生する水蒸気流の一部を凝縮器の正面で抽出し、最遠端でペレット再循環系に再び注入して、乾燥・ペレット成形機中に戻す。
【００１７】
さらに、本発明のさらなる目的は、コータを乾燥・ペレット成形機の真正面かつ上に配置して、全体で固形分６０〜７０％の水分含量を有する、湿スラッジの薄層でコーティングされた微粉の均質で非粘着性の混合物を達成することである。
【００１８】
乾燥・ペレット成形の供給原料は、乾燥・ペレット成形機の内側で取り扱いにくい糊状のスラッジ相が避けられるよう、好ましくは固形分６０〜７０％の水分含量に維持される。脱水済みスラッジの間接加熱乾燥のプロセスにより、乾燥した微粉を脱水済みスラッジと混合して、脱水済みスラッジによってコーティングされた乾燥した中心核を得、乾燥させて核層を一層ずつ積層して所望のサイズ、好ましくは２〜４ミリメートルのペレットを形成する。ペレットは、一層ずつ積層され、したがって、内から外へと乾燥する。さらに、間接加熱乾燥機がある期間だけ停止されたのち、プロセスの運転開始のために乾燥した微粉の供給が維持されることが好ましい。
【００１９】
本発明のさらに別の目的は、乾燥したスラッジペレットの基礎に湿スラッジを一層ずつ加え、それを、乾燥固形分が９０％を超えるまで乾燥させ、感染性の有機体を殺しながら、加熱プレート上で緩やかに転動させるパールプロセスを保証することである。ただし、スラッジを緩やかに転動させ、ペレット成形するためのスクレーパ及びスクレーパアームの数は、小さな実施態様と大きな実施態様との間で１〜１００倍異なることができる。大きな実施態様と小さな実施態様とで同じ乾燥及び同時ペレット成形挙動を達成するため、スクレーパの一部を取り付けて、乾燥するペレットを、他のスクレーパのように下流ではなく、上流に押しやる。スクレーパの角度は調節可能であり、実施態様中の滞留時間、スクレーパと乾燥するペレットとの衝突エネルギー及び乾燥するペレットとスクレーパとの衝突の回数が、実施態様のサイズ及び乾燥能力から独立して、また、実施態様のスクレーパの数から独立して、同じに維持されることができるような方法で調節される。
【００２０】
本発明のさらに別の目的は、ペレット分離ホッパによってペレットサイズを制御することである。ペレット分離ホッパでは、大きめのペレット画分が微粉から分離される。ホッパは、ペレット入力及び二つのペレット出力を有する。入力で、ペレットは、一定の水平速度で投入される。水平方向の第一の出口は、乾燥・ペレット成形機の正面でコータ中に再循環される微粉で満たされる。水平方向の第二の出口は常に空に維持され、十分な大きさのペレットだけがこの出口に達し、システムの最終産物を表す。より大きなペレットは、そのより高い運動エネルギー及び大きめの破片がペレットのスロープをより容易に転がり落ちるという事実のせいで、分離される。ペレットのサイジングは、この水平速度及びペレットスロープの寸法の結果である。寸法と分離ホッパの投入速度との正しい組み合わせを選択することにより、適切なサイズの所望のペレットサイズを最終産物として得ることができる。顧客がペレットサイズを市場に適応させることを望むならば、調節可能なプレートを有する分離ホッパを製造して、ホッパの寸法を変える、すなわち、形、長さ及び／又はペレットスロープの角度を変えることができる。このホッパは、乾燥・ペレット成形機の底に配置することもできるし、その上に配置することもできる。乾燥・ペレット成形機の底に設置されると、乾燥・ペレット成形機の底スクレーパは、ペレット分離ホッパに入る水平速度の要因である。ペレット成形機の上に設置されると、水平速度は、ペレット輸送装置、好ましくはバケットエレベータ又はディスクチェーンコンベヤによって与えることができる。
【００２１】
本発明のさらに別の目的は、粉塵が出ず、最低限の温度での運転が可能であって、丸い形の粉塵のない高品質ペレットが得られる、運用しやすい方法を提供することである。乾燥・ペレット成形機の中でこの最小限の粉塵発生を達成するためには、スクレーパの速度を最大値に制限し、ペレット分離ホッパを、わずかな量の粉塵を普通より小さいペレットとともに誘導してコータに戻すようなサイズにする。
【００２２】
本発明の目的は、脱水済みスラッジの間接乾燥及びその同時ペレット成形のための、適切なサイズのペレットを空気で冷却したのち、その空気を処理してその中に含まれる発臭物質を分解することを含む無臭方法を達成することである。さらに、適切なサイズのペレットを冷却するのに使用した空気を布フィルタによって粉塵から分けて、その粉塵を微粉に加え、その微粉を再循環させ、脱水済みスラッジと混合したのち、乾燥・ペレット成形機に入力するようにすることが好ましい。
【００２３】
本発明のさらに別の目的は、小容量の実施態様のために、公道で取り扱うことができるような寸法の装置を提供することである。このために、小さな実施態様は、実施態様の蒸発能力に依存して２０フィート（略６メートル）、３０フィート（略９メートル）又は４０フィート（略１２メートル）のコンテナサイズのフレームの中で構築される。
【００２４】
非汚染性で全自動化された無臭の液状スラッジ処理システムを提供する本発明の目的の達成にしたがって完全な一体化システムに関して本発明を説明したが、本発明の本質及び範囲を逸することなく、開示したものに代わる装置を代用して同じ目的を達成することができる。
【００２５】
定義
本明細書で使用する「スラッジ」とは、固形物及び液状物の両方を含有し、加熱によって液状物質を蒸発させることができる産物をいう。
【００２６】
本明細書で使用する「ペレット」とは、平均直径０．５ｍｍ〜１５ｍｍの丸いビー玉様の粒をいう。
【００２７】
本明細書で使用する「乾燥・ペレット成形機」とは、湿スラッジを乾燥させると同時にペレット成形する装置をいう。
【００２８】
本明細書で使用する「不活性雰囲気、不活性ガス」とは、本発明の分野では、有意な発熱反応を起こさない、スラッジ、ペレット及び粉塵のない気体又は雰囲気をいう。
【００２９】
本明細書で使用する「スクレーパ」とは、コーティングされたスラッジ及びペレットを乾燥・ペレット成形機の水平なホットプレート上で下流又は上流に転動させる下向きに位置する要素をいう。
【００３０】
発明の概要
本発明は、乾燥固形分４０％未満、通常は約２５％のスラッジを、方法の安全性及び最終産物の質に関して一工程で乾燥させかつペレット成形するための「パールプロセス」とも呼ばれる方法及び装置に関する。スラッジは、スラッジを乾燥させると同時にペレット成形するための伝導間接加熱装置で乾燥させる。乾燥させた産物を等級分けして普通より小さい画分をペレットから分ける。最終産物は、乾燥固形分８０％超、好ましくは約９３％のペレットであり、これを冷まし、後で肥料、燃料などとして使用するために貯蔵する。微細すぎるペレット画分は、液状スラッジに加え、再び混合したのち、乾燥・ペレット成形装置に入力する。火災又は爆発の危険を防ぐため、装置及びペレット再循環系は、気密であり、乾燥プロセスからの水蒸気ブランケット下に維持される。悪臭ガスの脱出は、乾燥・ペレット再循環系内部を大気圧未満に維持することによって防止する。スラッジの乾燥中に発生する水蒸気は、好ましくは、直接凝縮器で凝縮し、非凝縮性物質は、好ましくは、高温燃焼区域、バイオフィルタ又は活性炭フィルタで脱臭する。
【００３１】
一般に、本発明は、実質的な湿スラッジを乾燥ペレットに転換するための、
湿スラッジを少なくとも一つの加熱プレート上で転動させながら接触させることと、
加熱プレートからスラッジへの熱伝導によって前記転動させた湿スラッジを間接乾燥させることと、
同時に、加熱されるスラッジをペレット成形することと
を含む方法であって、爆発及び／又は燃焼の危険を最小限にするために不活性雰囲気下で実施される方法に関する。
【００３２】
本発明の方法の他の好ましい実施態様は、請求項２〜１５に開示された一以上の特徴を含む。
【００３３】
本発明はさらに、スラッジを処理してペレットにするための装置であって、
装置の上部にある、スラッジの入力手段と、
装置の底板にある、ペレット出口手段と、
垂直方向に離間した複数の水平な環状プレートであって、それぞれが、加熱プレートの内側で循環する熱媒の入力及び出力を有し、熱媒が管によって一つのプレートから別のプレートまで流れることができる水平な環状プレートと、
各プレート上でスラッジペレットの内又は外への移動を可能にして、これらのコーティングされたペレットが次のより低いプレートに渡ってプレート上でカスケード式に処理されるようにする多数のスクレーパを運ぶための、プレートの上方に配置された少なくとも一つのラジアルアームを備えた直立軸と、
加熱される環状プレート上でのスラッジ又はペレットの加熱によって発生する蒸気の出口と、
実施態様の内側に不活性で火災及び爆発に安全な雰囲気を維持するため、１０容量％未満の低い酸素条件下で処理される気密ハウジングと
を含む装置に関する。
【００３４】
本発明の装置の他の好ましい実施態様は、請求項１７〜４２に開示された一以上の特徴を含む。
【００３５】
発明の詳細な概要
本発明は、スラッジを乾燥ペレットに転換することによって処理するプロセス及び方法であって、プロセスを不活性、ペレット、粉塵及びスラッジの爆発及び燃焼にとって不活性な雰囲気下に維持しながら湿スラッジを一以上のホットプレート上で転動させてスラッジを伝導間接乾燥と同時にペレット成形することを含むプロセス及び方法に関する。この不活性雰囲気は、乾燥・ペレット成形機及びペレット再循環系の内側で蒸発した蒸気を不活性低酸素含有ブランケットとして使用することによって達成される。
【００３６】
非常に一般的には、スラッジをまず、乾燥・ペレット成形機中で乾燥させながら、コータ中で、好ましくは再循環する乾燥した極めて微細なペレットを存在させて乾燥核の周りにコーティングして、ペレットの成形を促進する。このプロセスにより、乾燥したスラッジを分離ホッパ中で分離した微粉として数回再循環させて、ペレットを所定のサイズまで一層ずつ積層したのち、分離ホッパ中で適切なサイズのペレットとして分別する。
【００３７】
したがって、本発明は、スラッジの連続乾燥の方法であって、乾燥固形分約８０〜９９％の再循環スラッジペレットを、乾燥させるスラッジでコーティングすることと、前記コーティングされたスラッジペレットを、乾燥機中の酸素含量が５容量％未満になるようなわずかな負圧で空気を排除しながら乾燥・ペレット成形機に導入することと、前記コーティングされたペレットを、複数の中空の加熱環状プレートの外面と接触させることと、コーティングされたペレットを各プレート上で内又は外に向流的に移送して、これらのコーティングされたペレットが、プレート上でカスケード式に処理されるために次により低いプレートに渡りながら、乾燥・ペレット成形機中で乾燥し、緩やかに丸いペレット形状を形成するのに十分な滞留時間を得るのに適したペレット層厚さで十分に長くプレート上に滞留するようにすることと、前記コーティングされたペレットに含まれる液体を蒸発させることと、分離ホッパ中で十分なサイズではない乾燥したスラッジペレット画分から十分なサイズの乾燥したスラッジペレット画分を分離することと、スラッジ乾燥によって発生した水蒸気の再循環によって低酸素含有水蒸気ブランケットをペレット再循環系中に維持しながら、十分な大きさではない乾燥したスラッジペレット画分をさらに上に輸送することによってそれらを再循環させて、乾燥させるスラッジで再びコーティングすることとを含む方法を提供する。
【００３８】
コーティング及び乾燥及び再循環の組み合わせが、スラッジが効率的に乾燥され、高品質ペレットがそれから得られる優れた作動モードを提供する。
【００３９】
本発明にしたがって製造されたペレットは、貯蔵することができるため、農業又は他の用途に適した時期に納入することができる。
【００４０】
本発明はさらに、スラッジを処理するための装置であって、乾燥固形分約８０〜９９％の再循環されたスラッジペレットを、乾燥させるスラッジでコーティングするためのコータと、コーティングされたスラッジペレットを乾燥させるため乾燥手段であって、垂直方向に離間した複数の水平な環状プレートと、直立軸と、上入口手段と、下出口手段とを含み、前記軸が、多数のスクレーパを運んで、コーティングされたペレットが各プレート上で内又は外に移動することを可能にして、これらのコーティングされたペレットが、プレート上でカスケード式に処理されるために次により低いプレートに渡るようにするための、各プレートの上方に配置された少なくとも一つのラジアルアームを有する乾燥手段と、プレートを加熱するための加熱手段とを含み、コータが乾燥手段と上入口の近くに位置している装置に関する。爆発及び火炎を避けるため、すべてが乾燥工程から低酸素含有蒸気のブランケット下に維持される。
【００４１】
液体廃棄物スラッジの間接加熱乾燥及び同時ペレット成形のための装置及び方法が図１に示され、乾燥・ペレット成形機そのものが図２ａ及び図２ｂに示されている。システムは完全に統合されて、悪臭ガスの脱気ならびにペレットの自己発火及び粉塵爆発の危険が最小限になり、無菌の乾燥ペレットが肥料、燃料などとして製造される、液状スラッジを処理するための無臭でエネルギー効率の高い方法を提供する。
【００４２】
乾燥・ペレット成形セクションは、サイロ１０に貯蔵された脱水済みスラッジがサイロ１０からコータ２に輸送される（６）とき、それをコータ２に受ける。コータ２中、脱水済みスラッジは、乾燥物等級分け分離ホッパ１４から得られた微粉と混合され、その混合物が乾燥・ペレット成形機３に入力される。好ましくは、乾燥・ペレット成形機３に入る（Ｓ２）混合物の水分含量は、乾燥・ペレット成形機３の内側で取り扱いにくい糊状のスラッジ相を避けるため、固形分６０〜７０％である。
【００４３】
脱水済みのスラッジと混合される微粉は、同時乾燥及びペレット成形法で重要な役割を演じる。微粉の各粒子は、脱水済みスラッジ３４で一層ずつ積層され、乾燥すると種々のサイズのペレット及び他の乾燥物質を形成する乾燥中心核３８を表す。スラッジと微粉との混合物が乾燥・ペレット成形機３中を移動するとき、産物が乾燥・ペレット成形機３を出る（Ｐ２）まで積層工程は繰り返される。したがって、乾燥・ペレット成形機３を出る乾燥した産物は種々の形及びサイズであり、プロセスの所望の最終産物であるペレットを含む。ペレットそれぞれは乾燥コアから形成されるため、得られるペレットは、崩壊することなくその後の材料取り扱い工程に耐える構造安定性を有する。微粉が再循環される（１５）間、十分な大きさのペレットは、ペレット分離ホッパ１４中の微粉から分離され、流動床冷却装置２２中で冷やされる。
【００４４】
本発明にしたがって、今、本発明の目的を優れたやり方で満たすプロセス、方法及び装置が提供された。
【００４５】
以下、好ましい実施態様を利用し、添付図面を参照して本発明をより詳細に記載する。
【００４６】
図面の詳細な説明
図１は、本発明の方法及び装置の好ましい実施態様を開示する。前記装置１は、四つの主要部品、スラッジコータ２、乾燥・ペレット成形手段３、ペレット再循環手段４及びペレット分離手段１４を含む。乾燥させるスラッジは、場合によっては、機械的に脱水する（５）こともでき、それにより、乾燥固形分１５〜５０％のスラッジが得られる。たとえば廃水処理プラントから発生するスラッジは、スラッジ輸送系６、好ましくはスラッジポンプ又は水平及び垂直スクリューコンベヤによってさらにコータ２に輸送される。
【００４７】
場合によっては、脱水済みのスラッジをバッファサイロ１０に短期間貯蔵することもできる。コータ２中では、再循環された乾燥スラッジペレット微粉の画分（Ｐ１）が、入ってくる脱水済みスラッジの画分（Ｓ１）と混合される。湿スラッジでコーティングされたペレット３５は、乾燥手段３に送り込まれる（Ｓ２）。
【００４８】
場合によっては、脱水済みスラッジ画分（Ｓ１）をコータ２に投与するための投与ホッパ１１が設けられる。コーティングされたペレット画分は乾燥手段３のらせん割出し板４９に投入される（Ｓ２）か、割出し円錐体４７に中心的に投入される。乾燥・ペレット成形手段３は、連続的なエネルギー効率のよい乾燥及び同時ペレット成形動作で乾燥した丸い形のペレットを製造する。
【００４９】
得られるペレットの特徴は、再循環サイクルの回数に依存して、一層ずつのペレット成形により、約１〜４ｍｍの平均直径であり、かなり硬い。得られるペレットは、農業用途、補助燃料などとして適当である。可能な農業用途は、徐放性肥料又は土壌コンディショナとしての使用である。
【００５０】
熱媒油系１２の熱があるため、乾燥手段３のためのエネルギーは、好ましくは、熱媒３７によって供給される。乾燥手段３を約８０〜１１０℃の温度で出る（Ｐ２）乾燥したペレットは、輸送手段４及び／又は１５、好ましくはバケットエレベータ又はディスクチェーンエレベータで上に輸送される。乾燥したペレットの十分なサイズではない画分は、分離ホッパ１４を介してコータ２に再循環される（１５）。分離ホッパ１４（図４を参照）は、一般には、入口１６及び二つの別個の出口１７、１８を有するホッパである。分離ホッパ１４の第一の部分１９は実質的に満杯であり、第二の部分２０は実質的に空である。ペレットの水平運動エネルギー、重力、斜面２１、分離ホッパ１４内の長さ及び幅の正しい組み合わせにより、十分なサイズのペレット画分（Ｐ３）が出口１８から乾燥系の外に落ちる。ペレット分離ホッパ１４の物理特性を変化させることにより、ペレットのサイズを、０．５ｍｍよりも大きいならば十分なサイズから１０ｍｍよりも大きいならば十分なサイズまで変えることができる。出口１７から分離ホッパ１４を出る微粉画分（Ｐ１）は、再循環され、コータ２及び乾燥手段３に送り返される。分離ホッパ１４は、適切なサイズの乾燥産物画分を等級分けすることができる。実際に、大きめの粒子はシステムを出る傾向を示し、小さめの粒はとどまる。ペレット投与手段１５が後に続くペレット分離ホッパ１４は、乾燥・ペレット成形手段３の出口に配置することもできるし、ペレットコータ２の真正面に配置することもできる。
【００５１】
乾燥及び同時ペレット成形の最終産物、十分なサイズのペレット画分（Ｐ３）は、場合によっては、好ましくは振動流動床冷却装置２２中で、約３０〜５０℃の温度まで冷却され、ペレット貯蔵場所５０に移される。乾燥・ペレット成形機３から抽出された蒸気の一部は、ペレット再循環系４及び／又は１５に再循環される（５２）。蒸気の残りからのエネルギーは、凝縮器５１に回収され、好ましくは、消化の前に液状スラッジを加熱するために使用される。非凝縮性物質（Ｖ３）は、好ましくは、完全な熱分解のためにバーナに注入され、廃水処理プラントの脱臭ユニット又は、小さめの実施態様に場合には、バイオフィルタもしくは活性炭フィルタで処理される。この好ましい実施態様の装置は、連続運転（１日２４時間、週７日）のために設計され、すべてのデータが中央データバンクに記憶されている中央ディスパッチ（図示せず）から自動的に制御される。しかし、小さめの実施態様はまた、１日１６時間、週５日間運転することもできる。
【００５２】
好ましくは機械的に脱水されたスラッジは、乾燥固形分約１５％〜５０％から乾燥固形分９０％超までさらに乾燥させなければならない。乾燥系は、本質的には、１〜２５のプレートを有する伝導間接接触乾燥・ペレット成形機３である。プレート３１及び３３の直径は、好ましくは２ｍ〜７．５ｍ超、たとえば２０００ｍｍ、３８００ｍｍ、５２００ｍｍ、６２００ｍｍ又は７２００ｍｍである。コンテナサイズの装置の図５を想定するならば、２０００ｍｍの小さめの直径が好ましい。好ましくは、熱媒として熱媒油を使用して熱伝導率を最適化する。好ましくは機械的に脱水されたスラッジは、コータ２に移され（６）、その中に投与され、そこで、徹底的に混合されて、微粉（Ｐ１）の再循環された乾燥スラッジペレット画分の周囲にコーティングされる。コーティングされたペレットは、スラッジ入口２５を介して乾燥手段３の上部に落とされ、らせん仕分け板４９によって、ランク分け機構２８によって又は上プレート２７上の上部円錐体４７及びレーキング機構２８によって均等に延展される。
【００５３】
中央の回転軸２９に接続された、外側から取外し可能なランク分け機構２８及び３２を使用して、スラッジを上プレート２７及び３３の上で動かし、縁３０の外に押すと、そこから第二のプレート３１に落ちる。すると、連続的に回転するスクレーパアーム３２がスラッジをその上のプレートとは反対の方向に戻し、そこで、スラッジは、次により低いプレート３３又は３１の上に落ちる。スラッジペレット３５の濡れた外側層３４は、内側に熱媒３７を有するホットプレート３１及び３３との接触によって乾燥する。このようにして、球形のスラッジペレット３５は加熱プレート３１及び３３と連続的でスムーズな方法で接触し、それが、効率的な熱伝導を保証し、粉塵形成を回避させる。
【００５４】
多数のスクレーパ４８は、ラジアルアーム３２上のスクレーパ４８の角度及び位置に依存して、各プレート３１及び３３上のコーティングされたペレット３５の内又は外への移動を可能にする。この係合を通じて、ペレット３５は、さらなる乾燥のため、次のプレート３１又は３３に移動する。回転速度、スクレーパ４８の位置（高さ及び作動角）は、乾燥・ペレット成形機３中のコーティングされたペレット３５の滞留時間と、プレート３１及び３３上のペレット層厚さと、乾燥の速度及び効率とを制御することができる重要な特徴である。
【００５５】
好ましくは、乾燥プロセスに必要なエネルギーは、中空のプレート３１及び３３の中を約１５０〜３００℃、より好ましくは２３０〜２６０℃の温度範囲で循環する熱媒油３７によって伝導される。熱媒油は、バーナ、好ましくは生物学的及び天然ガスバーナによって加熱されるか、又は焼却プロセスの煙道ガスによって加熱される。エネルギーの必要を減らすため、実質的な量のエネルギーを乾燥・ペレット成形機の排気から回収することができる。約１００〜１６０℃、より好ましくは約１１５〜１３０℃の温度で乾燥・ペレット成形機３を出る蒸気は、好ましくは、直接凝縮器５１で凝縮される。気化した液体は、ＩＤファン（Ｖ３）を介してハウジングから回収され、中空の熱交換手段に誘導され、凝縮されてその潜熱エネルギーを放出し、湿材料中の液体を気化させる。前記凝縮によって放出される熱が水を５０〜６０℃に加熱する。一般に、コーティングされた各ペレット３５は、平均で４〜２０回再循環され、９０％を超える乾燥固形分を提供する。ペレット成形機手段３中では、酸素含量が５容量％未満、好ましくは２％未満になるように注意すべきである。この側面が火災及び爆発の危険を最小限にする。
【００５６】
湿スラッジ３４の新たな層がペレット３８の内側コアにコーティングされるたび、ペレットは一層ずつ成長して、乾燥後、乾燥プロセスの最後に硬くて取り扱いやすい顆粒を生じさせる。得られる粉塵を含まない顆粒は、９０％を超える乾燥固形分及び０．５〜１０ｍｍの選択された平均直径を有する。
【００５７】
コンテナサイズのタイプの装置に関して、本発明の好ましい実施態様が図５に示され、図中、公道輸送に適した外寸を有する完全な装置の周囲にフレーム３９が設けられている。この実施態様のペレット分離ホッパ１４は、乾燥手段３の底に統合されており、これが、より簡単な構造及び熱いペレットの貯蔵のための安全な雰囲気を提供するさらなる保証を提供する。前記実施態様では、好ましくは、軸２９駆動手段が乾燥・ペレット成形機３の上に統合され、それが構造をさらに簡素化する。乾燥・ペレット成形機手段３中、調節可能なブレード又はスクレーパ４８が滞留時間を制御するのに好ましい。フレーム３９は、本質的に、標準コンテナコーナを含むコンテナサイズの相互連結された水平ビーム及び垂直ビームからなる。四つのスタンプ４３が床要素４４に取り付けられている。必要ならば、たとえばバーナユニット及び制御パネルを収容するために、別個のコンテナ４５を設けることもできる。
【００５８】
乾燥したペレット微粉が湿スラッジでコーティングされて前記ペレットの外側層３４を形成するようにスラッジＳ１とペレット微粉Ｐ２とが水平軸４１によって混合されるコータ２が、ブレード又はスクレーパ４２を担持する。水平軸４１に沿って、それぞれが別個の斧４３を有するいくつかの材料係合ブレード４２が設けられている。軸４１の回転がペレット３５の効率的なコーティングを提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明のプロセス及び方法を実施するための装置を示す。
【図２ａ】
本発明に使用される伝導間接加熱プレートタイプ乾燥・ペレット成形機手段の好ましい実施態様を示す。
【図２ｂ】
本発明に使用される伝導間接加熱プレートタイプ乾燥・ペレット成形機手段の好ましい実施態様を示す。
【図３】
本発明で使用されるコータの好ましい実施態様を示す。
【図４】
本発明の方法及び装置で使用される分離ホッパの好ましい実施態様を示す。
【図５】
本発明の装置を収容するための付属フレームに関する好ましい寸法を示す。
【図６】
コーティングされたスラッジペレットを例示する。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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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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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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