(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラッジの連続脱水方法であり、この方法においては、脱水に先立ち、スラッジから水が機械的に排出され、かくして得られたカッティングコンシステンシーをもつスラッジに加熱された複数の球体を混合するもので、前記脱水が減圧下で行われ、水を機械的に排出したスラッジを加熱された前記複数の球体に密に混ぜ合わせ、脱水プロセスの間、それらの熱をスラッジに放出させ、ついで、脱水されたスラッジと冷却した前記複数の球体とを互いに分離し、脱水されたスラッジを取り除く一方冷却した前記複数の球体を前記スラッジから蒸発した水の復水により或る程度再加熱し、続いて脱水すべきスラッジに再加熱された前記複数の球体を添加することを特徴とするものである前記方法。
【請求項２】
前記複数の球体は、スチームにより１２５〜１５０℃に加熱されることを特徴とする請求項１による方法。
【請求項３】
前記複数の球体は、前記脱水プロセスからの水蒸気を凝縮することにより加熱されることを特徴とする請求項１または請求項２による方法。
【請求項４】
前記複数の球体が前記水蒸気と接触する間に形成される水の層を脱水すべきスラッジに前記複数の球体を混合する前に除去することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項の方法。
【請求項５】
前記複数の球体をスポンジ状のマテリアルから作られた二つのコンベヤベルトの間に通して前記複数の球体から前記水の層を除去することを特徴とする請求項４による方法。
【請求項６】
前記複数の球体がスチールから作られていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項の方法。
【請求項７】
前記複数の球体の直径が８〜１６ｍｍであることを特徴とする請求項６による方法。
【請求項８】
前記システムにおける圧力は、開始時約２バールであり、最終時約０．０５バールであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項の方法。
【請求項９】
スラッジ／球体（複数）のマスレシオが約１：１０から１：３０であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項の方法。
【請求項１０】
スラッジ／球体（複数）のマスレシオが約１：２５であることを特徴とする請求項９による方法。
【請求項１１】
前記脱水プロセスが約１〜５分要することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項の方法。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか１項の方法を実施する装置であって、この装置（１）には、スラッジと加熱された複数の球体とを密に混合し、搬送するスクリュウコンベヤ（３）とシャフト（４）を備える第１のチューブ（２）及び加熱すべき複数の球体（８）を搬送するシャフト（７）をもつスクリュウコンベヤ（６）を備える第２のチューブ（５）であって、少なくとも１本のパイプ（１５）により相互に連結された前記チューブ、前記脱水されたスラッジから前記複数の球体を分離する分離デバイス（９）、スラッジアウトレット（１２）、スラッジインレット（１０）、前記複数の球体の放出部（１３）及び前記第１のチューブ（２）への前記複数の球体のインレット（１４）が設けられていることを特徴とする前記装置。
【請求項１３】
前記第１のチューブ（２）には、ヴァキュウムポンプ（１６）が設けられていることを特徴とする請求項１２による装置。
【請求項１４】
前記第２のチューブ（５）には、熱供給パイプ（１７）が設けられていることを特徴とする請求項１２または請求項１３による装置。
【請求項１５】
装置（２０）には、機械的に水を排除されたスラッジを複数のホットな球体（２２）に混合するドラム（２１）、コンパートメント（３２）を備えた第１のタレット（２３）および反対の方向へ回転するコンパートメント（３２）を備えた第２のタレット（２４）、加熱された複数の球体のための放出部（２５）、脱水されたスラッジと前記複数の球体の分離のためのドラム（２６）及び脱水されたスラッジのためのアウトレット（３１）が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項の方法を実施する装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、脱水する前に、スラッジから水を機械的に排水し、かくして得られたカッティングコンシステンシー（切断粘稠度）をもつスラッジに加熱された複数の球体を混入するものであるスラッジの連続脱水方法ならびにそのような方法を実施する装置に関するものである。
従来の技術を論議する前に、スラッジの処理は、迫り来たっている大きな問題の一つである。この理由は、スラッジから水を排除する（機械的に）ことが困難なことにある。スラッジは、サイズが大まかにいって１μｍから５０μｍの範囲の（極めて）小さな粒子からなる。水が排除されるとき、これらの小さな粒子は、多くのポアをもつ粘土状の構造になる。前記ポア内の水を機械処理手段（例えば、プレス処理）で排出することは困難である。有機物質のコンテントも水排除特性にかなり影響する。スラッジのソースによりスラッジの組成が決まり、したがってまた、その水排出特性も決まる。例えば、スラッジが汚染された土壌の処理からのもの、建築及び解体瓦礫処理からのもの、（下水）水浄化設備からのもの、河床からのもの又は産業廃水処理設備からのものであることを識別できる。
以前には種々の種類のスラッジが農業用肥料として使用されていた。環境規制の強化と肥料余剰とにより、このプラクティスは、事実上完全に使用されなくなった。現在では、発生するスラッジ流は、押し固められたり、又は、スラッジが甚だしく汚染されていれば、焼却される。現在での押し固め（ダンピング）の通常の費用は、トン当たりDfl.80〜120の費用になり、焼却費用は、トン当たり約Dfl.500である。スラッジ処理の費用を制限内に抑えるためには、広範囲な水排出が望ましい。建設及び解体からのスラッジには、有機物が殆ど含まれておらず、機械的に水を排出させて、概ね乾燥したもののコンテントを６５％にすることは概して容易なことである。土壌汚染除去剤からのスラッジは、約２０％に達する有機物を含み、乾燥ものコンテント４０〜５０％までの機械的水排出が可能である。廃水浄化からのスラッジは、場合により５０％以上の有機物を含み、その結果、概ね乾燥したもののコンテントが２０％において機械的水排出が最高の結果になる。
このように、スラッジ処理コストは、大部分が水コンテントにより決定されてしまう。より低い湿度コンテントは、実際上は水を蒸発させることによって実現できる。しかしながら、水を蒸発させるには、多大のエネルギー、即ち水ｋｇ当たり２２６０ｋＪが必要である。比較のためではあるが、この値は、水１０ｋｇの温度を５３℃だけ昇温させるのに必要なエネルギーに等しい。
殆どの脱水設備においては、大量の温風を用いて前記マテリアルから水を排出している。スラッジ脱水のためのコストは、トン当たり約Dfl.200.-である。多くの場合、スラッジを脱水後にダンプ（押し固め）する必要はないもので、これは、脱水されたスラッジは、別の用途に使用できるからである。
プリアンブルに述べた前記方法と装置は、ＷＯ  ９１／００１９４５で知られている。
この既知の方法は、大気圧下で実施されるものである。広い熱伝達面を得るために、複数の金属球体がスラッジの添加される。スラッジに前記球体を添加するのに先立ち、前記球体は、ホットガスにより約１５０℃に加熱される。脱水プロセスは、スクリュウコンベヤーをもつ回転ドラム内で行われるから、前記球体とスラッジとの混合により、熱が良好に伝わることが確実になる。最終的には、前記球体は、スラッジから分離される。この既知の方法によれば、乾燥物コンテントが１５５のスラッジ流を毎時５．２トンで処理し、４分間で９５％乾燥物にすることが可能である。この既知の重大な欠点は、大量のホトエアー／ホットガスが必要で、これは、かなりのエネルギー消費を明らかに意味する。
発明の目的は、上記した不要なエネルギー損失が効果的になくなる方法と装置とを提供することである。
この目的のために、発明は、スラッジの連続脱水方法を提供するものであって、この方法においては、脱水に先立ち、スラッジから水が機械的に排出され、かくして得られたカッティングコンシステンシーをもつスラッジに加熱された複数の球体を混合するもので、前記脱水が減圧下で行われ、水を機械的に排出したスラッジを加熱された複数の球体に密に混ぜ合わせ、脱水プロセスの間、それらの熱をスラッジに放出させ、ついで、脱水されたスラッジと冷却した球体とを互いに分離し、脱水されたスラッジを取り除く一方冷却した球体を前記スラッジから蒸発した水の復水により或る程度再加熱し、続いて脱水すべきスラッジに再加熱された球体を添加することを特徴とするものである。
前記複数の球体の添加は、前記混合物の熱容量を改善するために必要なことであり、これは、スラッジだけの熱容量では、不十分であるからである。
本方法によれば、脱水設備の規模によるが、毎時０．５トンから１０トンのスラッジを処理することができる。エネルギーインプットは、必要な気化熱の約１０〜２５％である。
この発明による方法は、スラッジの脱水のための見積り価格がトン当たりDfl.50.-以下になる（1996年プライスレベル）点で商業的に極めて有利である。
本方法によれば、脱水に先立ち、例えば引張したベルトによりスラッジがカッティングコンシステンシーをもつまで該スラッジから水を機械的に排出させる。摩擦抵抗により、大型の圧力容器なしでは、そのようなマテリアルをポンピングすることはできない。
注目すべき点は、前記複数の球体は、水蒸気により加熱される点である。熱い球体らが湿ったスラッジに接触する間水蒸気が発生する。これらの球体は、三つの目的を有している：
ａ）スラッジ混合物の熱容量を高めること；
ｂ）スラッジの搬送を改善すること；
ｃ）熱伝導と熱回復とを改善すること；
前記球体らは、スチームにより１２５〜１５０℃に加熱されることが有利である。スラッジからの水蒸気は、前記球体らに再凝縮し、その熱を該球体に放出し、これによって前記球体らを加熱する。
これによって前記球体に水の層が形成されるが、この層は、新たなスラッジへそれらを添加する前に除去することが好ましい。このようにして形成された水の層は、厚さが約４０μｍである。前記水の層を除去すると、脱水設備のキャパシティが増大されることが示されている。
この水の除去プロセスは、例えば、スポンジ状マテリアルで作られている二本のコンベヤベルトを介して前記球体らを送ることによって行われる。これで前記球体らから水の層を除去する。
前記球体は、スチールで作られていることが好ましいが、適当なセラミックマテリアルのような他のマテリアルからも作ることができる。
前記球体の直径は、通常、８〜１６ｍｍである。加熱作用に加えて、前記球体は、スラッジの混合作用をも有する。
代表的には、前記コンベヤにおける圧力は、スタート時約２バールであり、最終時約０．０５バールである。
スラッジ／球体のマスレシオは、通常、１：１０から１：３０、好ましくは１：２５である。
本発明によれば、スラッジは、脱水装置内に約１〜５分留まる。
最後ではあるが、この発明は、本発明による方法を実施する装置に関する。
この目的のため、この発明の好ましい実施例による装置は、該装置にスクリュウコンベヤとスラッジ及び加熱された球体らとを緊密に混ぜ、搬送するシャフトとを備える第１のチューブ及び加熱すべき球体らを搬送するシャフトをもつスクリュウコンベヤを備える第２のチューブで、少なくとも１本のパイプで相互に接続されているこれらチューブ、脱水されたスラッジから前記球体らを分離する分離デバイス、スラッジ排出口、スラッジ供給口、前記球体のための水除去ベルト、前記球体と水のらの放出口及び前記第１のチューブへの前記球体の入り口が設けられていることを特徴とする。
注目すべきことは、前記第１のチューブには、ヴァキュウムポンプが設けられており、第２のチューブには、熱供給パイプが設けられていることである。
他の実施例によれば、この発明による装置は、該装置に機械的に水が排除されたスラッジをホットな球体らに混ぜるドラム、第１のタレットと逆回転する第２のタレット、加熱された球体らを放出する箇所、前記スラッジを分離するドラム及び脱水されたスラッジの出口が設けてあることを特徴とする。
前記装置と方法とを添付の図面を参照しながら、さらに詳しく説明する。
図１は、この発明による好ましい実施例を示すもので、該装置は、クリュウタイプの装置である。
図１ａは、前記スクリュウタイプの装置の平面図で、図１ａは、側面図である。
図２は、タレット方式に基づく、この発明の別の実施例を示す。
図１における好ましい装置（１）には、シャフト（４）をもつスクリュウコンベヤ（３）を囲む第１のチューブ（２）が設けられている。このチューブ内で、すでに機械的に水を排除されたスラッジが加熱された球体らと緊密に混合され、このようにして得られた混合物が分離装置（９）へ搬送され、この装置において、一旦冷却された球体らが脱水されたスラッジから分離される。前記装置には、さらに、シャフト（７）をもつスクリュウコンベヤ（６）を囲む第２のチューブ（５）が設けられており、第１のチューブ内で冷却された球体（８）らが前記チューブで搬送される。
スチールで作られているのが普通である前記チューブ（２）及び前記チューブ（５）は、少なくとも１本のパイプ（１５）で相互に連結されている。チューブ（２）には、脱水されたスラッジを放出するスラッジ出口（１２）が設けられている。さらに、図１による装置には、スラッジ入り口（１０）並びに球体（８）の水排除ベルト（１１）が設けられている。チューブ（５）には、さらに球体らの出口（１３）が設けられている一方、チューブ（２）には、第１のリューブ（２）への入り口（１４）が前記球体らのために設けられている。通常、第１のチューブ（２）には、前記チューブシステム内の圧力を減圧するためにヴァキュウムポンプ（１６）が設けられている。
さらに、第２のチューブ（５）には、前記球体らに熱をさらに付与するための熱供給パイプ（１７）が設けられる。前記球体らは、スチールから作られるのが通常であるが、例えば、セラミック球体も具合良く使用できる。
前記装置には、エクストルーダー（１８）が設けられ、このエクストルーダーにおいて、水を排除すべきスラッジをスチーム又は他の熱源により予熱する。チューブ（２）へ送る前に前記エクストルーダーで前記スラッジを圧縮し、薄いストランドにする。さらに、前記エクストルーダーは、前記スラッジに含まれている空気をうまく減らすものである。
この発明の他の好ましい実施例を図２に示すもので、この実施例は、所謂タレット方式に基づくものである。
図２において、装置（２０）には、機械的に水を排除されたスラッジを複数のホットな球体（２２）に混合するドラム（２１）が設けられている。ドラム（２１）には、前記スラッジを、例えばスチームにより加熱する加熱ユニット（２９）および前記スラッジを薄い複数の層に圧縮するエクストルーダー（３０）とが設けられている。この装置には、コンパートメント（３２）を備える第１のタレット（２３）および第２のタレット（２４）がさらに設けられており、これらタレットは、互いに反対の方向へ回転し、第１のタレットのコンパートメントは、加熱された複数の球体が納めてある第２のタレットのコンパートメントに常時連通している。さらに、第２のタレット（２４）には、加熱された複数の球体を放出する放出部（２５）が設けられている。第１のタレットのコンパートメント（３２）から、複数の球体と脱水されたスラッジとの混合物が重力の作用で放出される。ドラム（２６）において、脱水されたスラッジと球体らが分離され、続いて、スラッジが取り除かれた球体らが前記第２のタレットのコンパートメントへ送られる。ドラム（２６）には、脱水されたスラッジを放出する出口（３１）が設けられている。第２のタレット（２４）においては、冷却された球体が凝縮熱を吸収して再加熱される。加熱後、付着している水が引張ベルト（２８）で前記球体から排除される。
この発明をここに含まれる実験例を参照してさらに詳しく説明する。
実験例１，２，３
土壌汚染除去装置から図１に示した発明によるタレットタイプの連続脱水装置へ送る前に、引張ベルトプレスにより前記スラッジから水を排除してドライマターコンテントをDS1にした。該スラッジを温度（T1）に予熱し、その後ホットな複数の球体（温度T2，直径9mm）を前記スラッジに添加し、図１による装置の第１のチューブ内で完全に混合した。混合後、温度は、Taであった。球体ら／スラッジのレシオ（マスレシオ）は、２５：１であった。圧力を１０段階で徐々に下げ、４５ミリバールにした。この圧力の減圧の結果、水が徐々に蒸発して温度をT4に下げた。１から９の段階の間に発生した水蒸気を比較的冷えた球体らが納まっている図１による装置のチューブ５へそれぞれ分けて送った。水蒸気の凝縮により、前記球体ら（温度３０℃）は、９段階（T5まで）で加熱された。ヴァキュウムポンプにより、段階１０で水蒸気をコンデンサーを経て除去した。この結果、ドタイマターコンテントは、DS2であった。この発明による装置内にスラッジは、約たったの５分であった。
ツーバッチのスラッジで実験を行った三つの実験例の結果は、以下のとおりである。
0004069960.tif 000002
前記表は、この発明によりスラッジを処理した後、脱水されたスラッジのソリッドコンテントがそれぞれ８０，９３及び９０重量％であったことを示している。
前記球体らを所望の温度（T5からT2へ）にするには、エネルギーインプット（Q1）が必要である。このエネルギーインプットは、除去した水のｋｇ当たりで計算される。スラッジを加熱するにもエネルギー（Q2）が必要になる。トータルのエネルギーインプットは、これら二つの和である。
0004069960.tif 000003
本発明は、上記した実施例に限定されるものではない。
【図１】
0004069960.tif 000004
【図２】
0004069960.tif 000005