特特集
集優秀環境装置／経済産業大臣賞

脱水乾燥システム
月島JFEアクアソリューション株式会社
技術本部 下水事業部 下水計画部部長

日本下水道事業団
技術開発室

高尾 大

島田 正夫

１．装置のコンセプト
脱水乾燥システムの概要を図１に示す。
本システムは、機内二液調質型遠心脱水機と円環式気流乾燥機を組み脱水機に高分子凝集剤と無機凝集剤を別々に添加する合わせることにより、下水汚泥の脱水・乾燥処理を一体的脱水方法を用いた機内二液調質型遠心脱水機を採用してに行うことで、システムの簡素化によるコストの削減にいる。機内二液調質型遠心脱水機から排出される脱水加え、乾燥効率の改善により省エネルギー化（従来技術汚泥は、従来の高分子凝集剤のみを添加する脱水方法にに比べ 45 ％低減）が可能である。

比べて、低水分かつ細粒状で付着性が低いという特徴がまた、本システムでは、熱風温度を調整することによりある。そのため、解砕機や搬送機器を省略した円環式10 ％から50 ％までの乾燥汚泥の水分調整ができ、様々な気流乾燥機と組み合わせることが可能である。

用途での有効利用が可能である。

機内二液調質型脱水機から排出された細粒、低付着性汚泥を直接乾燥機へ導入

緑農地
発電事業者
コンポスト工場

脱水機

乾燥機

幅広い水分調整による多様な有効利用への対応
汚泥の性状を利用し、構造やシステムの簡素化による低コスト化を実現
図１ 脱水乾燥システム概要

産業機械 2023.1007２．全体フロー
設備フローを図２に示す。脱水乾燥システムは大きく

円環式気流乾燥機に供給された脱水汚泥は、熱風炉から分けて、脱水設備と乾燥設備から構成されている。脱水供給された 250 ℃～500 ℃ 程度の熱風と直接接触し、設備は、機内二液調質型遠心脱水機、供給ポンプ（汚泥・空気輸送にて円環内を循環しながら乾燥される。乾燥された高分子凝集剤・無機凝集剤）、振分コンベヤ及び排水槽

汚泥は排気とともに空送され、サイクロンにて固気分離されから構成されている。乾燥設備は、円環式気流乾燥機、た後、コンベヤを介して乾燥汚泥貯留槽に貯留される。

サイクロン、熱風炉、燃焼空気ブロワ、循環ブロワ、以上のように、脱水設備と乾燥設備をダイレクトにスクラバ、循環ポンプ、排気ブロワから構成されている。

組み合わせることにより、機器点数が少ない低コストかつ処理対象となる汚泥は高分子凝集剤、無機凝集剤とシンプルなプロセスを実現した。

ともに遠心脱水機に供給され、機内の遠心場において固液分離作用を受け、脱水汚泥として排出される。脱水汚泥は乾燥機へ直接投入される。

機内二液調質型
遠心脱水機

無機凝集剤
Special feature

濃縮・消化汚泥

原汚泥

排水

スクラバ

排ガス

高分子凝集剤

脱水汚泥
熱風炉

補助燃料

排ガス
排気プロワ

熱風

サイクロン

スクラバ循環ポンプ

円環式気流乾燥機
乾燥汚泥

臭気

循環ガス
原汚泥
（濃度 1.7％）

燃焼空気
プロワ

脱水汚泥
（含水率 78％）

図２ 設備フロー08

INDUSTRIAL MACHINERY 2023.10

循環プロワ

乾燥汚泥
（含水率 20％）

特集：優秀環境装置／経済産業大臣賞

３．各技術の解説⑴機内二液調質型遠心脱水機
図３に機内二液調質型遠心脱水機の基本構造を示す。

本技術は、機内二液調質型遠心脱水機から排出され従来の遠心脱水技術では、汚泥と高分子凝集剤をる脱水汚泥が低含水であることに加え、脱水汚泥の汚泥配管にて混合し、脱水機に供給するが、本技術では、形状が細粒状かつ低付着性であることに着目しており、これに加えて無機凝集剤を機内の汚泥層に直接注入後述する円環式気流乾燥機において気流に乗って空気する。この無機凝集剤に含まれる鉄イオン（Ⅲ価）が搬送されやすい性状を有している。また、後述する汚泥粒子表面のマイナス荷電を中和することで、含水率がベルトプレス脱水機と円環式気流乾燥機との組み合わせ低減できると考えられている。また、鉄イオン（Ⅲ価）は試験について記載した。ベルトプレス脱水機の脱水

pH３～４以上においては水酸化第二鉄を形成するが、汚泥は、板状の汚泥が脱水機より排出され、スパイラル

この水酸化物は細かい粒子などを取り込み沈殿する

コンベヤなどで運ばれていくうちに細かくなっていく作用（共沈作用）があり、汚泥粒子の固液分離性や圧密ので、円環式気流乾燥機での乾燥が可能である。

Special feature性の向上に寄与する。

脱水汚泥

分離液
スクリューコンベヤ
無機凝集剤注入口

減速機

汚泥投入管
ボウル
分離液排水面

遠心場

脱水汚泥

図３ 機内二液調質型遠心脱水機の基本構造

産業機械 2023.1009

⑵円環式気流乾燥機
下水汚泥の乾燥処理に用いられてきた乾燥方式は、の排出される流れに二分される。この状態で図中の汚泥への伝熱方法によって分類されており、気流式や円環部の下側に供給された汚泥は気流と接触し、そこで撹拌羽式等の熱風と汚泥を直接接触させる「直接加熱表面が乾燥されることでより付着しにくい状態となり、式」と、蒸気などを熱源として間接的に汚泥に伝熱気流とともに円環状の配管で循環する。投入当初のする「間接加熱式」がある。本技術で採用した円環式気流

汚泥は水分も多く比重が高いため遠心力により円環の乾燥機は、食品分野等で粉粒体の乾燥機として使用されて外側を循環するが、循環している間に熱風と接触するきたものであり、前者の直接加熱式に分類される。

ことで乾燥が進み、乾燥により比重が低くなった汚泥や円環式気流乾燥機は、図４に示すように配管が鉛直

粒径の小さい汚泥は円環の内側を循環するようになり、方向に円環状に組み合わせられ、円環部の下側横に汚泥滞留時間が数秒～数分程度で円環の内側に設けら気流の入口、円環の途中の内側に気流の出口が設置れた排気口から排気と共に排出され、サイクロンにてされている。まず、この円環に気流を供給した場合、固気分離される。

気流は円環に沿って循環しようとする流れと出口からSpecial feature

含水率が低い（= 比重の軽い）
汚泥は管の内側を流れる含水率が高い（= 比重の重い）
汚泥は管の外側を流れる

炉

熱風

乾燥汚泥
循環
熱風と共に管内を空送

250〜500℃
熱風

排ガス

循環汚泥

図４ 円環式気流乾燥機の構造及び原理10INDUSTRIAL MACHINERY 2023.10

特集：優秀環境装置／経済産業大臣賞

４．特徴
本システムの特徴は有効利用の用途に応じた幅広い（低付着性及び細粒状）を維持したまま乾燥機に直接投入含水率の調整機能を実現している点にある。表１に従来のし、汚泥表面を熱風で瞬時に乾燥させることで、付着性の乾燥技術における適用含水率とその問題点について示す。

問題を解消している。

また、図５に各種有効利用における適用範囲を示す。

このため、含水率 50 ％ 程度の高含水率の領域につい従来の技術では乾燥機の機構や原理上の制約から適用でても安定的に運転することが可能である。また、円環式きる含水率領域が限定されていた。

気流乾燥機の特性として、熱風の温度を上げることで一方、有効利用の用途によっては、含水率 10 ％～乾燥汚泥含水率 10 ％ 程度に調整することが可能であり、50 ％ 程度の幅広い範囲で要求される。このため、乾燥機内構 造 物がないことから他の乾 燥 機では 解 決でき設備導入後に社会情勢などの影響により有効利用の用途をなかった摩耗の問題も改善している。

変更することが難しく、結果的に乾燥設備導入の大きな汚 泥による摩 耗 の問題を解 消し、乾 燥 汚 泥 含 水 率を

図６に円環式気流乾燥機における適用含水率とその特徴を示す。脱水機から排出される脱水汚泥の性状10～50 ％ 程度に調整することで、様々な有効利用に対応できる。

Special feature

障壁となっていた。

以上より、高含水率汚泥による付着の問題及び低含水率

表１ 従来の乾燥技術の適用可能な乾燥汚泥含水率とその問題点

気流乾燥機

機種

低含水率かつ低比重な汚泥のみ回収

汚泥
排ガス

風速
4〜5m/s
熱風

乾燥管汚泥
サイクロン

ミキサ

問題点

高含水率汚泥は塊状になり不適用汚泥

排ガス

熱風

サイクロン
乾燥品

低含水率の汚泥はディスク摩耗の原因となる

撹拌羽根付
熱風乾燥機
乾燥品

ディスク

高含水率汚泥は塊状になり撹拌羽根の強度不足や摩耗が激しい

高含水率な
汚泥は沈降

解砕機

適用
含水率

排ガス

撹拌羽根付熱風乾燥機

ジャケット乾燥品

概要

間接加熱式乾燥機

10～20 ％

20～40 ％

10～30 ％

高水分では乾燥管内や解砕高水分では塊状となりかつ撹拌羽根の強度不足のため、機への汚泥の付着があり付着の問題により排出でき

運 転 で き な い。 排 出 可 能

低水分では解砕機の摩耗がない。排出可能だが、ディだ が、 撹 拌 羽 根 の 摩 耗 が激しい。

スクの摩耗が激しい。

激しい。

産業機械 2023.10

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10

有効利用
ニーズ

燃料化

従来技術
適用

本技術
適用

203040506070

コンポスト原料化
肥料化
気流乾燥機・炭化脱水機

撹拌機付熱風回転乾燥機
間接加熱乾燥機
脱水乾燥（円環式気流乾燥）
図５ 各種有効利用への適用範囲

Special feature

乾燥機に供給され、熱風により即座に表面が乾燥されるため、付着リスクが少ない脱水機から直接投入する
ため、細粒状を維持機内構造物がないため摩擦のリスクが少ない乾燥物

乾燥汚泥 含水率 10〜50％

機内構造物がないため付着リスクが少ない

低含水率まで調整可能な原理

脱水機から排出汚泥は低付着性で細粒状高含水率まで調整可能な原理

図６ 円環式気流乾燥機の特徴

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INDUSTRIAL MACHINERY 2023.10

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５．今後の展開について
脱水乾燥システムを導入した下水処理場をバイオマス

最後に乾燥された汚泥は地域社会で燃料化物や肥料と集約拠点としたエネルギー循環型のモデルを図７に示す。

しての活用に加え、現在 B−DASH 実証研究中のバイオ

本モデルは、中核となる下水処理場を周辺処理場のマスボイラを拠点施設に導入することで、場内で汚泥の汚泥やWET系バイオマスの集約拠点施設として位置エネルギーを活用することが可能となる。
これはあくまで一例ではあるが、各市町村の財政、づけることが出発点といえる。
まず、小規模の下水処理場においてはその規模や立地に立地、状勢に合わせて、これらの技術を組み合わせること合わせ、濃縮汚泥や脱水汚泥の形態で集約し、拠点施設で、全国の自治体が抱える広域化の推進、バイオマスのにおいて消化、乾燥処理を行うことで、エネルギー化が利活用等の課題解決と経済合理性を両立することができる図れる。

画期的なモデルが確立できる。

同様に、従来は他部局で管理されていたし尿や生ごみといったWET系バイオマスについても集約することで、エネルギー化が可能となる。

消化ガス

グリーン電力として処理場もしくは地域社会で活用する

電気発電機
水処理

Special feature

集約対象

小規模処理場の汚泥を集約化し、エネルギー化を促進する

開発完了

成型機

B-DASH 実証研究中
水処理

拠点施設

燃料化物

水処理

消化槽

脱水

円環式気流乾燥燃料灰
セメント

バイオマスボイラ
燃料化物

し尿
水処理
生ごみ

中核都市の処理場を
WET 系バイオマスの集約拠点とする

セメントパルプ
発電所
肥料

一般家庭
農地
図７ 脱水乾燥システムを活用したエネルギー循環型バイオマス集約モデル

産業機械 2023.10

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