JP6846920B2 - 有機性廃棄物の処理方法および処理装置 - Google Patents

有機性廃棄物の処理方法および処理装置 Download PDF

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Description

本発明は、有機性廃棄物の処理方法および処理装置に関する。
有機性廃棄物は、まず脱水機によって脱水され、次に乾燥機によって乾燥する。乾燥した有機性廃棄物は、産業廃棄物として処理されたり、埋め立て処理されたりすることが多いが、近年では燃料資源や肥料として利用されることもある。
しかし、前記乾燥した有機性廃棄物は臭いため、農家が肥料として用いることを敬遠することが多いという問題がある。
また、乾燥した有機性廃棄物を運搬する際においても、トラックの荷台から落下すると、その落下物が臭うという問題もある。
そこで本発明の主たる課題は、悪臭が少ない乾燥した有機性廃棄物を得ることを目的とする。
上記課題を解決した本発明は次記のとおりである。
(1)有機性廃棄物を乾燥させて、乾燥物を回収する有機性廃棄物の処理方法であって、
熱風を生成する熱風生成工程と、
連続式熱風乾燥機内で有機性廃棄物と前記熱風を接触させ、有機性廃棄物を乾燥させる乾燥工程と、
前記連続式熱風乾燥機からの排ガスに含まれる乾燥物を分離する固気分離工程と、を有する有機性廃棄物の処理方法であって、
前記乾燥工程における下記式1で定められる平均滞留時間Tが0.05〜10分であることを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
T=Y/X ・・・式1
ここで、Tは有機性廃棄物が前記連続式熱風乾燥機内に滞留する平均滞留時間(分)であり、Xは前記連続式熱風乾燥機への有機性廃棄物の供給量(kg-ds/分)であり、Yは前記連続式熱風乾燥機内の有機性廃棄物の保有量(kg-ds)である。
(作用効果)
従来の有機性廃棄物処理装置の運転においては、有機性廃棄物が連続式熱風乾燥機に供給されてから排出されるまでの平均滞留時間Tが約30分であった。最終製品の悪臭の発生原因は長い間不明であったが、本発明者は有機性廃棄物の乾燥が過度に進行することで、たんぱく質に変性が生じ、焦げによる臭気が生じていることを突き止めた。そして、悪臭が発生しない平均滞留時間について鋭意検討を行い、平均滞留時間を10分以下にして悪臭の発生を防ぐ方法を生みだした。悪臭の発生を防ぐためには、有機性廃棄物が連続式熱風乾燥機内に滞留する平均滞留時間Tが0.05分〜10分の範囲内にすることがより好ましく、2分〜5分にすることがさらに好ましい。
前記平均滞留時間Tが0.05分〜10分の範囲内となるように有機性廃棄物を連続式熱風乾燥機へ供給すると、有機性廃棄物が連続式熱風乾燥機内に滞留する時間が短いため、高温下において有機性廃棄物が熱変性して悪臭が発生することを防ぐことができる。このように本発明においては、連続式熱風乾燥機に供給する有機性廃棄物の量を制御することで、有機性廃棄物が乾燥機内に滞留する時間をコントロールし、乾燥物から悪臭が発生することを防いでいる。
なお、前記平均滞留時間とは、有機性廃棄物が連続式熱風乾燥機に供給されてから排出されるまでの時間の平均値である。この平均滞留時間T(分)は、Y(連続式熱風乾燥機の有機性廃棄物の保有量(kg-ds))をX(連続式熱風乾燥機への有機性廃棄物の供給量(kg-ds/分))で除することによって算出できる。
(2)前記連続式熱風乾燥機に有機性廃棄物を供給する前に有機性廃棄物の性状を測定し、前記連続式熱風乾燥機の乾燥に適さない有機性廃棄物は供給しない前記(1)記載の有機性廃棄物の処理方法。
(作用効果)
乾燥に適さない性状の有機性廃棄物を連続式熱風乾燥機に供給すると、乾燥不良によって悪臭が生じる。具体的には、粒径(最大粒径、平均粒径)が大きい有機性廃棄物や含水率が高い有機性廃棄物を提供すると、硫黄系(硫化水素、二硫化メチルなど)の臭い(悪臭)がきつくなる傾向がある。そこで本発明においては、前記連続式熱風乾燥機に有機性廃棄物を供給する前に有機性廃棄物の性状を測定し、このような悪臭の発生を未然に防止することが好ましい。
(3)前記連続式熱風乾燥機に供給される有機性廃棄物の最大粒径が60mm以下である前記(1)または(2)記載の有機性廃棄物の処理方法。
(作用効果)
連続式熱風乾燥機に供給する有機性廃棄物の最大粒径が60mmより大きいと、有機性廃棄物が連続式熱風乾燥機内に留まる時間が極端に短くなり、有機性廃棄物が十分に乾燥されていない状態で連続式熱風乾燥機から排出されてしまう。そのため、最終製品(固気分離後の有機性廃棄物)の含水率が所望する値(10〜50%)よりも高くなってしまうという不具合がある。最終製品の含水率が高いと、硫黄系(硫化水素、二硫化メチルなど)の臭い(悪臭)がきつくなる不具合がある。
また、最大粒径が60mmより大きい有機性廃棄物の粒状物の中心部付近まで乾燥しようとすると、高温の熱風を用いる必要が生じる。この高温の熱風を用いると、有機性廃棄物の表面が乾燥しすぎて、焦げ臭(アセトアルデヒド系の臭い)が生じてしまうという不具合がある。
そこで、連続式熱風乾燥機に供給する有機性廃棄物の最大粒径を60mm以下にして、これらの不具合を防ぐことが好ましい。
なお、最終製品は産業廃棄物、燃料資源、肥料などに用いられるが、これらの用途で要求される含水率は概ね10〜50%である。
連続式熱風乾燥機に供給される有機性廃棄物は脱水物に限られるものではなく、脱水していない有機性廃棄物を連続式熱風乾燥機に供給しても良い。なお、連続式熱風乾燥機に供給する有機性廃棄物は含水率81%以下のものが適している。
(4)前記連続式熱風乾燥機に供給される有機性廃棄物の平均粒径が1mm〜30mmである前記(1)または(2)記載の有機性廃棄物の処理方法。
(作用効果)
連続式熱風乾燥機に供給する有機性廃棄物の平均粒径が30mmより大きいと、有機性廃棄物が十分に乾燥されていない状態で連続式熱風乾燥機から排出されるため、最終製品の含水率が所望する値(10〜50%)よりも高くなってしまい、品質が悪くなってしまう。
連続式熱風乾燥機に供給される有機性廃棄物は脱水物に限られるものではなく、脱水していない有機性廃棄物を連続式熱風乾燥機に供給しても良い。なお、連続式熱風乾燥機に供給する有機性廃棄物は含水率81%以下のものが適している。
(5)前記乾燥工程の前に、脱水機で有機性廃棄物を脱水する工程をさらに有し、
脱水工程で脱水した有機性廃棄物を前記連続式熱風乾燥機に供給する前記(1)記載の有機性廃棄物の処理方法。
(作用効果)
乾燥工程の前に有機性廃棄物を脱水することで、連続式熱風乾燥機に供給する有機性廃棄物の含水率を低くすることができる。有機性廃棄物の含水率が低くなると、有機性廃棄物の粒状物を構成する複数の粒子間の表面付着水や遊離水が減少するため、有機性廃棄物の最大粒径を望ましい値(60mm以下)にすることができるとともに、平均粒径も望ましい値(1mm〜30mm)にすることができる。
(6)前記脱水工程において、前記脱水機内で有機性廃棄物を重力加速度2000〜3000Gで脱水した後、脱水した有機性廃棄物を大気中へ排出する前記(5)記載の有機性廃棄物の処理方法。
(作用効果)
脱水した有機性廃棄物が脱水機から排出される際に有機性廃棄物が分散するため、脱水物の含水率を低下させることができる。また、有機性廃棄物の最大粒径を乾燥機への提供に適した値(60mm以下)にすることができるとともに、平均粒径も望ましい値(1mm〜30mm)にすることができる。
(7)前記脱水工程における前記脱水機として機内二液調質型遠心脱水機を用いる前記(5)記載の有機性廃棄物の処理方法。
(作用効果)
他の脱水機を用いる場合と比べて、機内二液調質型遠心脱水機を用いることにより、有機性廃棄物の含水率を一層低くできるため、連続式熱風乾燥機に供給する有機性廃棄物の最大粒径が低い値(60mm以下)になりやすいとともに、平均粒径も低い値(30mm以下)になりやすい。
(8)前記脱水工程において、脱水過程の有機性廃棄物に対して、高分子凝集剤および無機凝集剤の少なくともいずれか一方を添加する前記(5)記載の有機性廃棄物の処理方法。
(作用効果)
高分子凝集剤および無機凝集剤の少なくともいずれか一方を添加することで、有機性廃棄物の含水率を一層低くすることができるので好ましい。
(9)有機性廃棄物を乾燥させて、乾燥物を回収する有機性廃棄物の処理装置であって、
前記有機性廃棄物の処理装置は、
熱風を生成する熱風発生器と、
前記熱風発生器からの熱風と有機性廃棄物を接触させて、有機性廃棄物を乾燥させる連続式熱風乾燥機と、
前記連続式熱風乾燥機から排出される排ガスに含まれる乾燥物を分離して回収する固気分離機と、を有する有機性廃棄物の処理装置であって、
下記式1で定められる平均滞留時間Tが0.05〜10分となる範囲で、前記連続式熱風乾燥機に有機性廃棄物を供給する供給手段を有することを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
T=Y/X ・・・式1
ここで、Tは有機性廃棄物が前記連続式熱風乾燥機内に滞留する平均滞留時間(分)であり、Xは前記連続式熱風乾燥機への有機性廃棄物の供給量(kg-ds/分)であり、Yは前記連続式熱風乾燥機内の有機性廃棄物の保有量(kg-ds)である。
(作用効果)
前記(1)と同様の作用効果を奏する。
(10)有機性廃棄物を脱水する脱水機をさらに有し、
前記脱水機で脱水した有機性廃棄物を前記連続式熱風乾燥機に供給する構成とした前記(9)記載の有機性廃棄物の処理装置。
(作用効果)
前記(5)と同様の作用効果を奏する。
(11)前記脱水機は機内二液調質型遠心脱水機である前記(10)記載の有機性廃棄物の処理装置。
(作用効果)
前記(7)と同様の作用効果を奏する。
(12)前記連続式熱風乾燥機は円管式気流乾燥機または直管式気流乾燥機である前記(9)記載の有機性廃棄物の処理装置。
(作用効果)
前記平均滞留時間Tが0.05〜10分の範囲内となるように有機性廃棄物を連続式熱風乾燥機に供給する際に、その連続式熱風乾燥機として円管式気流乾燥機または直管式気流乾燥機を用いると悪臭発生の抑制効果が高くなる。
(13)前記連続式熱風乾燥機の周囲に、前記連続式熱風乾燥機内の温度を露点よりも高く保つ保温手段を設けた前記(9)記載の有機性廃棄物の処理装置。
(作用効果)
保温手段を設けることで、連続式熱風乾燥機内での結露を防ぐことができる。そのため、有機性廃棄物が連続式熱風乾燥機の内壁に付着することを防止できる。
本発明によれば、悪臭が少ない乾燥した有機性廃棄物を得ることができる。
本発明に係る有機性廃棄物処理装置の処理フロー図である。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の説明及び図面は、本発明の一実施形態を示したものにすぎず、本発明の内容をこの実施形態に限定して解釈すべきでない。
図1は、有機性廃棄物の処理装置1の処理フロー図である。この処理装置1は、熱風発生器4、連続式熱風乾燥機5、固気分離機6などを備えている。以下に、この処理装置1の構成と処理の流れについて詳述する。
(有機性廃棄物W)
本発明に係る処理装置1は、有機性廃棄物Wを処理するものである。この有機性廃棄物Wの具体例としては、汚泥を挙げることができる。より詳しくは、下水汚泥(余剰汚泥、初沈汚泥、混合生汚泥、混合汚泥、消化汚泥、バイオマスを混合消化した汚泥等を含む)、排水処理汚泥、製紙汚泥、活性汚泥、ビルピット汚泥、農業集落排水汚泥、その他の有機性汚泥を挙げることができる。これらの汚泥のうち、特に下水汚泥の処理に好適である。また、有機性廃棄物Wには、無機物が混入しているものも含まれる。この有機性廃棄物Wは、有機性廃棄物貯留槽2に貯留されており、供給ポンプ21によって脱水機3に供給される。
(脱水機3)
本発明に係る処理装置1は、有機性廃棄物Wを脱水する脱水機3を有することが好ましい。図1の形態において、有機性廃棄物Wは、脱水機3によって脱水された後、連続式熱風乾燥機5へ送られる。
この脱水機3の例としては、遠心脱水機、ベルトプレス脱水機、スクリュープレス脱水機、回転加圧脱水機、多重円板型脱水機および多重板型スクリュープレス脱水機等を挙げることができる。
前記遠心脱水機には、一液調質法、二液調質法および機内二液調質法に用いる異なる形態の脱水機がある。このうちの機内二液調質型遠心脱水機は、脱水物の最大粒径や平均粒径を小さく、含水率を低くすることができるため、本発明に係る処理装置1の脱水機3として適している。
前記機内二液調質型遠心脱水機は、外側に回転ボウルが配され、この回転ボウル内にスクリューコンベアが設けられている。また、この回転ボウルの一端側には供給口が、他端側には排出口が設けられている。供給口から回転ボウル内に供給された有機性廃棄物Wは、スクリューコンベアによって撹拌されながら他端側へと運ばれ、脱水物として排出口から排出される。また、有機性廃棄物Wは、回転ボウル内を移動する過程で、遠心力により脱水される。
また、回転ボウル内において、有機性廃棄物Wに対して、高分子凝集剤HCおよび無機凝集剤ICが添加される。高分子凝集剤HCとしては、例えばポリアクリルアミド系、ポリアクリル酸エステル系のものを用いることができ、無機凝集剤ICとしては、例えば塩化第二鉄、ポリ塩化アルミニウム(PAC)、ポリ硫酸第2鉄(ポリ鉄)などを用いることができる。これらの二種類の凝集剤を用いることで、脱水物の最大粒径や平均粒径を小さくするとともに、含水率を低くすることができる。具体的には、平均粒径を10mm以下、含水率を74%以下にすることができる。
また、前記ポリ硫酸第2鉄(ポリ鉄)の供給量は、5〜30%(汚泥DSあたり)にすることが好ましい。このポリ鉄の供給量を多くすることにより、最終製品たる粉粒体に硫化物を固定し、揮発しにくい状況を作ることができるため、悪臭の発生を抑えることができる。
前記機内二液調質型遠心脱水機としては、例えば、2015年4月20日付けの地方共同法人日本下水道事業団ホームページの「技術情報・研究」「133号 2012/12/13 技術情報<技術の紹介>「機内二液調質型遠心脱水機」‐低含水率脱水汚泥の実現」の欄に記載されたものを用いることができる。
なお、機内二液調質型遠心脱水機3を用いた場合、その脱水機3の排出口から排出される際に、重力加速度が2000〜3000Gである脱水機内から、大気中、すなわち1Gの雰囲気に放たれるため、脱水物が分散することになる。
(脱水物搬送機7)
前記脱水機3から排出された有機性廃棄物(脱水物)は、脱水物搬送機7に供給される。なお、脱水物の含水率は81%以下が好ましく、78%以下がさらに好ましい。図1においては、配管30によって脱水機3と脱水物搬送機7が接続され、脱水物はその配管30の内部を通って脱水物搬送機7へと移動する。また、配管30には水分計AMが取り付けられており、脱水物に含まれる水分の量を計測している。
前記脱水物搬送機7には、機械的な動力によって搬送を行うスクリューコンベアやベルトコンベアなどを用いることができる。図1では、脱水物搬送機7としてスクリューコンベアが用いられている。また、図1のスクリューコンベア7の長手方向中間部(中央付近)には供給口が設けられており、この供給口からスクリューコンベア7内に脱水物を供給するようになっている。
スクリューコンベア7は、正回転と逆回転が切り替えられるようになっている。そして、配管30に取り付けた水分計AMで脱水物の水分率を計測し、その結果が基準値よりも高い場合は、スクリューコンベア7を逆回転して、脱水物を消化タンク20へ送るようにしている。反対に、その結果が基準値以下の場合は、スクリューコンベア7を正回転して、脱水物を乾燥機5へ送るようにしている。なお、前記基準値は任意に決定することができるが、水分率が82%よりも高い場合は、乾燥機5の内面に脱水物が付着して過乾燥になる可能性があるため、消化タンク20へ送り、水分率が82%以下の場合は乾燥機5へ送るようにすることが好ましい。なお、水分率が81%〜82%である場合は、燃料費がかかるが、乾燥機5内の熱風温度を上げれば乾燥可能である。また、一般的に運転立ち上げ時の有機性廃棄物の性状が良くないため、立ち上げ時はスクリューコンベア7を逆回転して脱水物を消化タンク20へ送り、運転が安定した段階でスクリューコンベア7を正回転して脱水物を連続式熱風乾燥機5に送るようにすると良い。
(脱水物の供給方法)
コンテナ15に貯留された粉粒体からの悪臭を抑制するためには、脱水物(有機性廃棄物)の形状が均一な状態で連続式熱風乾燥機5に平均的に供給することが重要となる。具体的には、連続式熱風乾燥機5への脱水物の供給量(kg-ds/分)をXとし、連続式熱風乾燥機の脱水物の保有量(kg-ds)をYとしたとき、下記式1で定められる脱水物が連続式乾燥機内に滞留する平均滞留時間Tが0.05〜10分の範囲内となるように、連続式熱風乾燥機5に供給することが好ましい。
T=Y/X ・・・式1
なお、前記滞留時間Tは、0.1〜7分の範囲内にすることが好ましく、0.2〜5分の範囲内にすることがさらに好ましい。
後段の連続式熱風乾燥機5(特に円管式気流乾燥機)では、連続式熱風乾燥機5のサイズごとに、乾燥機5内に留めることができる脱水物の量が決まっている。また、定常運転時(処理装置1の運転立ち上げ時以外の時)においては、乾燥機5に供給する脱水物の量と、乾燥機5から排出される乾燥物の量が同量となる。すなわち、乾燥機5に供給する脱水物の量と同じ量の乾燥物が乾燥機5から排出されることになる。本発明者は、このような前提条件を基に鋭意研究を進め、X(連続式熱風乾燥機5への脱水物の供給量(kg-ds/分))とY(連続式熱風乾燥機の脱水物の保有量(kg-ds))から求める平均滞留時間Tが0.05〜10(分)となるように運転し、最終製品である粉粒体から悪臭を抑制するようにした。
連続式熱風乾燥機5への脱水物の供給量を前記範囲内にすることで、連続式熱風乾燥機5内で脱水物が滞留する時間が適切な値となり、悪臭を抑制することができる。
具体的には、連続式熱風乾燥機5に脱水物を供給してから、乾燥機5から乾燥物を排出するまでの平均滞留時間を10分以下にすることが好ましい。従来の運転方法では、乾燥機5内での有機性廃棄物の平均滞留時間が30分以上になることが多く、このような長い滞留時間が主原因となって悪臭が生じていたが、本発明のように平均滞留時間を極めて短時間にすることで、有機性廃棄物の変性を防ぐことができるため、悪臭の発生を防ぐことができる。
連続式熱風乾燥機5の脱水物の保有量(Y)については、乾燥機5に供給する脱水物の量(kg-ds)と、乾燥機5から排出される乾燥物の量(kg-ds)が同量となる定常運転時に、処理装置1の運転を一時的に停止すると同時に、乾燥機5の供給口と排出口を遮断し、乾燥機5内に溜まっている有機性廃棄物を集めてその重量を測定することで、その値を保有量(Y)とすることができる。
また、立ち上げ運転から定常運転に変わったか否かの判断については、乾燥機5に供給する脱水物の量と、乾燥機5から排出される乾燥物の量が同量となったか否かで行うことができる。すなわち、立ち上げ運転を始めた段階においては乾燥機5内に脱水物が存在しないため、乾燥機5に脱水物を供給しても、それが乾燥機5内に留まるだけで乾燥機5から排出されない。そして、乾燥機5内に一定量の脱水物が溜まった後に、乾燥機5から乾燥物が排出され始め、供給量と排出量のバランスが次第に取れるようになる。本発明においては、このようにして供給量と排出量が同量となったときを定常運転に変わったとしている。
(最大粒径)
また、脱水物搬送機7に有機性廃棄物(脱水物)の粒径を測定することが好ましい。そして、脱水物の粒径を測定した結果、脱水物の最大粒径が基準値よりも高い場合は、脱水物を消化タンク20へ送り、基準値以下の場合は、脱水物を乾燥機5へ送るようにしている。なお、前記基準値は任意に決定することができるが、脱水物の最大粒径が60mmよりも大きい場合は消化タンク20へ送り、反対に脱水物の最大粒径60mm以下の場合は乾燥機5へ送るようにすることが好ましい。
前記の通り、乾燥機5内に貯留できる脱水物量が決まっているから、最大粒径が60mmより大きい脱水物の乾燥機5に供給すると、乾燥機5で十分に乾燥できないまま、乾燥機5から排出される可能性がある。乾燥機5で十分な乾燥ができないときは、貯留時の腐敗により最終製品である粉粒体から悪臭が発生してしまう。そこで、このような悪臭の発生を防ぐために、最大粒径が60mmより大きい脱水物は供給しないようにしている。
なお、悪臭を抑制するためには、最大粒径を60mm以下にすることが好ましいが、45mm以下にすることがより好ましく、30mm以下にすることがさらに好ましい。
請求項に記載した有機性廃棄物の最大粒径は、人為的に脱水物の一部をサンプリングとして抜き出し、ノギス等を用いて目視で実測する。具体的には、脱水物の各径をノギス等で測定し、測定値の最大径を最大粒径とする。
なお、前記機内二液調質型遠心脱水機を用いると脱水物が均質な粒状(粒状物)になりやすいため、最大粒径や平均粒径の計測に適している。例えば、この粒状物の最大粒径が60mm以上の場合に、その脱水物を連続式熱風乾燥機へ供給しないように制御することが好ましい。また、この粒状物が水分等によって塊となっている場合は、その塊となった粒状物(塊状物)の最大粒径が60mm以上の場合に、その脱水物を連続式熱風乾燥機へ供給しないように制御すれば良い。
また、脱水物が粒状になるように脱水することで、連続式熱風乾燥機に脱水物を安定供給しやすくなるとともに、連続式熱風乾燥機内を流れる熱風に対する抵抗を小さくし、熱風と脱水物との接触機会を増やすことができるという利点がある。
(平均粒径)
また、脱水物の平均粒径を計測し、その平均粒径が1mm〜30mmの範囲にある場合は乾燥機5へ送り、それらの範囲外にある場合は消化タンク20へ送るようにしても良い。平均粒径が30mmよりも大きいと、乾燥機5で十分に乾燥が行われていない状態で乾燥機から排出されるため、最終製品たる乾燥物の品質が悪くなってしまうからである。
なお、悪臭を抑制するためには、平均粒径を1mm〜30mmの範囲にすることが好ましいが、1mm〜20mmの範囲にすることがより好ましく、1mm〜10mmの範囲にすることがさらに好ましい。
請求項に記載した平均粒径は、以下の方法を用いて測定する。詳しくは、脱水物の粒径が500ミクロン以上の場合は、JIS M 8801 石炭試験方法に記載された方法でふるい分けをし、ふるい分け結果をロジンラムラー分布で表し、積算質量(ふるい上)が50%に相当する時の粒子径を平均粒径として定める。また、脱水物の粒径が500ミクロン未満の場合は、レーザー回折式粒度分布測定装置(例えば、商品名SALD−3100、島津製作所社製)を用いて粒度分布を測定し、累積体積が50%に相当する時の粒子径を平均粒径として定める。
(粒度分布)
連続式熱風乾燥機5の運転を安定させるために、単位時間当たりに供給する有機性廃棄物の粒度分布の変動は少ない方が好ましい。乾燥機5内に滞留可能な有機性廃棄物量が決まっているため、この粒度分布の値が大きく変動すると不具合が生じるからである。すなわち、有機性廃棄物の粒度分布の値が大きくなると、乾燥機5から排出される乾燥物の水分が上がり、粒度分布の値が小さくなると、乾燥物が過度に乾燥されてしまうという不具合が生じる。
(その他)
なお、脱水物搬送機7と連続式熱風乾燥機5の間に脱水物の貯留施設(図示しない)を設け、その貯留施設から脱水物を定期的に連続式熱風乾燥機5に送る方法も考えることができる。しかし、処理装置1の設備全体が大型化してしまうとともに、脱水物を貯めることによって、脱水物が圧密されて団子状になってしまう不具合があるため、貯留施設を設ける形態はあまり好ましくない。
(熱風発生器4)
脱水機3から排出された脱水物は、連続式熱風乾燥機5へ送られ、乾燥機5内で熱風と接触して乾燥する。この乾燥機5に用いる熱風は、熱風発生器4によって生成する。詳しくは、燃料タンク(図示しない)から燃料F(LPG等)を供給されたバーナー4Aが、空気圧縮機17で生成した圧縮空気を貯留する貯留タンク18から送られた圧縮空気を加熱して、熱風を生成する。なお、有機性廃棄物Wが下水汚泥である場合、下水汚泥を消化処理した際に発生する消化ガスを燃料Fとして用いるようにしても良い。この熱風発生器4の制御は、熱風発生器4の出口温度を計測し、目的の温度となるように、熱風発生器4へ供給される燃料Fと空気Aの量を制御する。
(連続式熱風乾燥機5)
連続式熱風乾燥機5は、前記脱水機3からの脱水物と、前記熱風発生器4からの熱風とを接触させ、前記脱水物を乾燥して粉粒体にする。なお、連続式熱風乾燥機5には、脱水していない有機性廃棄物を供給しても良い。その場合は、連続式熱風乾燥機5の内部(例えばパイプの内壁)に有機性廃棄物が付着することを防ぐため、含水率が81%以下の有機性廃棄物を提供することが好ましい。本明細書においては脱水物を例に挙げて説明しているが、脱水機によって脱水していない有機性廃棄物を連続式熱風乾燥機5に供給する場合においても、同様のことをいうことができる。
この連続式熱風乾燥機5としては、(1)噴霧乾燥機、気流乾燥機、流動層乾燥機、回転乾燥機などのように、熱風中に脱水物を分散させて乾燥させる形態のもの、(2)通気バンド乾燥機、トンネル乾燥機(並行流バンド乾燥機)、噴出流乾燥機などのように、脱水物を静置した状態のまま移送し、その移送過程で脱水物に熱風を接触させて乾燥させる形態のもの、(3)撹拌乾燥機などのように、脱水物を機械的に攪拌しながら、その脱水物に熱風を接触させて乾燥させる形態のものを例示することができる。なお、連続式熱風乾燥機5の「連続式」とは、バッチ式ではないことを指す。
なお、前述のとおり、機内二液調質型遠心脱水機を用いて脱水した場合は、脱水物の平均粒径を10mm以下、含水率を74%以下にすることができる。この平均粒径や含水率は、ベルトプレス脱水機等の他の脱水機を用いて脱水した場合よりも低い値である。そのため、多用されている間接加熱式乾燥機(攪拌伝熱式装置)を用いずに、より安価でメンテナンス性に優れた気流乾燥機5を用いることができる。
前記気流乾燥機5にも様々な種類があるが、機内二液調質型遠心脱水機3を用いることで脱水物の付着性が弱くなっていることから、脱水物を解砕せずに投入する解砕機無しの気流乾燥機5を採用することができる。
図1に気流乾燥機5の一例を示した。この気流乾燥機5は、熱気流が通る配管(以下、「パイプ」ともいう。)を環状に配置した円管式気流乾燥機5である。図示した気流乾燥機5は、熱風発生器4から送られてきた熱風が最初に到達すパイプ5aと、前記パイプ5aから上方へ延在するパイプ5bと、前記パイプ5bから引き返す方向へ水平に延在するパイプ5cと、前記パイプ5cから下方へ延在するパイプ5dとからなる。隣り合う各パイプの間(例えば、パイプ5aとパイプ5bの間)には、R状に湾曲したパイプが位置している。また、パイプ5dの下端部は、パイプ5aの左側端部と接合されており、この接合部分においてパイプの内部が相互に繋がっている。また、パイプ5aの中間部分には脱水物の供給口5Xが設けられ、パイプ5dの中間部分には乾燥物の排出口5Yが設けられている。
前記熱風発生器4で生成した熱風は、パイプ5aに供給される。それとともに、前記搬送手段7によって搬送された脱水物は、供給口5Xからパイプ5aの熱風(熱気流)中へ落下する。落下した脱水物は、熱風中で粉粒状に分散する。そして、その粉粒体は、熱気流と並流に送られながら(熱風により気流搬送されながら)、瞬間的に乾燥する。詳しくは、粉粒体を伴う熱風は、パイプ5a、パイプ5b、パイプ5c、パイプ5dという順に流れ、その一部が排出口5Yから器外へ排気される。他方、排出口5Yから排気されなかった脱水物は、熱風発生器4から新しく送られてきた熱風と合流し、再びパイプ5a、パイプ5b、パイプ5c、パイプ5dと流れ、その一部が排出口5Yから器外へ排気される。以上のように、熱風の一部は排出口5Yから排気され、その他の熱風はパイプ5a〜5d内を循環することになる。このように、新しく投入された脱水物と管内を循環する脱水物は、管内で混合し、それによって付着性や含水量が調整される。すなわち、気流乾燥機5においては、脱水物は熱風中の熱を吸い取ることによって乾燥され、加熱されたパイプに脱水物が接触することによって乾燥する間接加熱型乾燥機などとは異なるものである。
この円管式気流乾燥機5に供給したばかりの脱水物は、遠心力の影響によって、各パイプ5a〜5dの外周側を流れることが多い。そして、脱水物の乾燥が進むにつれて脱水物の凝集状態が解けて平均粒径が小さくなるため、各パイプ5a〜5dの内周側を流れるようになり、パイプ5dの内側に設けた排出口5Yから排出されることになる。
気流乾燥機5の運転においては、各パイプ5a〜5d内の熱風の風速を10m/s以上にすることが好ましい。より好ましくは、熱風によって脱水物を円滑に搬送するため、15m/s以上にすると良い。さらに好ましくは、供給口5Xから供給された脱水物を循環している熱風と高速で衝突させることにより、脱水物を熱風中に分散させることができるため、20m/s以上にすると良い。
また、気流温度は、特に限定されない。しかし、好ましくは350℃〜450℃、より好ましくは390℃〜410℃、さらに好ましくは400℃にすると良い。気流温度が低い場合は、被処理物を十分に乾燥させることができず、乾燥物の含水率が高くなるからである。また、気流温度が高い場合は、熱風発生器4の燃料費が嵩み、経済性が悪くなるとともに、乾燥しすぎて乾燥物から焦げ臭が発生する可能性があるからである。以上のように、乾燥物の含水率と燃料費という経済性のバランスをとると、400℃前後の温度にすることが最も適当である。
なお、臭気を抑制するためには、気流乾燥機5から排出される乾燥物の含水率は10〜50%となるよう乾燥させることが好適である。
図1においては、パイプ5a〜5dを環状に構成した円管式気流乾燥機5を示した。しかし、連続式気流乾燥機5は環状のものに限られず、すべてのパイプを直線状または略直線状に配置した直管式気流乾燥機にしても良い。
なお、この円管式気流乾燥機5のサイズを大きくしたとしても、小さくしたとしても、乾燥機5内に脱水物が滞留する滞留時間にほとんど変化は生じない。
また、製造コストや補修コストが高くなるが、連続式熱風乾燥機5の代わりに前記攪拌伝熱式乾燥機を設け、固気分離機6からの分離ガスの一部を熱風発生器4に返送し、分離ガスの有効利用を図るようにしても良い。同様に、補機類の容量が大きくなるとともに、定期的なメンテナンスや解砕機の交換が必要になるが、連続式熱風乾燥機5として解砕機付きの気流乾燥機を設け、固気分離機6からの分離ガスの一部を熱風発生器4に返送し、分離ガスの有効利用を図るようにしても良い。
なお、弊社が製造販売しているインクラインドディスク型ドライヤなどの間接加熱式乾燥機では、有機性廃棄物を供給してから排出されるまでに数十分〜1時間程度かかってしまい、有機性廃棄物の変性によって悪臭が発生する可能性が高いため、本発明の乾燥機5としては向いていない。
すなわち、本発明における連続式気流乾燥機5として、乾燥機5の大きさと、供給される熱風ガスの温度と量から求められる熱容量係数が2000〜4000kcal/m3h℃の範囲となる乾燥機5を用いることが好ましい。この熱容量係数が高いほどより多くの熱エネルギーを有機性廃棄物に伝えることができ、そのエネルギーを有機性廃棄物の水分の蒸発に使うことができる。前記円管式気流乾燥機5は、インクラインドディスク型ドライヤなどと比べて熱容量係数が極めて高いため、少ない滞留時間で十分な乾燥を行うことができ、この滞留時間の減少によって、最終製品からの悪臭を抑えることが可能となる。
(保温手段)
なお、連続式気流乾燥機5には、各パイプ5a〜5dの周りに保温手段(図示しない)を設けることが好ましい。この保温手段を設けることにより、乾燥機5内での結露の発生を防止することができ、安定的に乾燥物を排出することができる。この保温手段の例としては、断熱シート、加熱管などを挙げることができる。また、結露を防止するために、連続式気流乾燥機5と固気分離機6の間の配管においても、同様の保温手段を設けることが好ましい。
(固気分離機6)
粉粒体を乾燥させることで湿度が増した熱風は、排ガスとして前記連続式熱風乾燥機5から排気され、固気分離機6へ送られる。この排ガスには粉粒体が含まれているため、固気分離機6を用いて、粉粒体と分離ガス(粉粒体と分離したガス)に分離する。
この固気分離機6の例としては、遠心力により集塵を行うサイクロン、重力により集塵を行う重力沈降室、慣性により集塵を行うミストセパレーター、濾布により集塵を行うバグフィルター、充てん層により集塵を行う移動粒子層エアフィルター、電気により集塵を行う電気集塵機等を挙げることができる。
また、この固気分離機6にヒーターを設け、立ち上がり時にヒーターを稼働させて結露を防止することが好ましい。
(排気処理)
前記固気分離機6によって粉粒体と分離した分離ガスは、洗浄により集塵を行うベンチュリースクラバー11によって除塵された後、排気ファン12によって吸引されてミストセパレーター13へ運ばれる。そして、ミストセパレーター13でさらに除塵された後、プラズマ脱臭機14で脱臭され、大気中Eに放散される。なお、固気分離機6から排出される分離ガスの処理方法は、前記の内容に限られるものではなく、各設備を適宜変更しても良い。
(粉粒体の貯留)
固気分離機6の下端部に溜まった粉粒体は、ロータリーバルブ19で切り出された後、配管31を通って粉粒体上流搬送機9へ供給される。固気分離機6の下端部にある粉粒体の水分が高い場合、粉粒体がバルブに付着して排出が上手くいかないことがあるため、回転羽根によって掻き出すロータリーバルブ19を用いることが好ましい。また、図示形態では、配管31に水分計AWを設け、配管31を通る粉粒体の含水率を計測している。そして、含水率が定められた値になるように、熱風発生器4から連続式熱風乾燥機5へ供給する熱風の温度を上げるなどの制御を行っている。
粉粒体上流搬送機9としては、機械的な動力によって搬送を行うスクリューコンベアやベルトコンベアなどを用いることができる。図示形態では、二軸のスクリューからなるスクリューコンベアを用いている。二軸のスクリューコンベアを用いることで、一方のシャフトに付着した粉粒体を他方の回転羽根で掻き出すことができる。
前記スクリューコンベア9は、粉粒体の供給口がスクリューコンベア9の長手方向の中間部分に設けられ、粉粒体の排出口がスクリューコンベア9の長手方向の一端側端部(図面右側)と他端側端部(図面左側)に設けられている。供給口から供給された粉粒体は、スクリューコンベア9が正回転することによって一端側端部へ運ばれ、一端側端部の排出口から排出される。反対に、スクリューコンベア9が逆回転すると、粉粒体が他端側端部へ運ばれ、他端側端部の排出口から排出される。下流に配置した複数のコンテナ15に粉粒体をバランス良く貯留するため、スクリューコンベア9を一定時間正回転した後、同様の時間逆回転するという様に、正回転と逆回転を交互に均等に行い、一端側端部から排出される粉粒体の量と、他端側端部から排出される粉粒体の量を同量にすることが好ましい。
また、スクリューコンベア9に供給される粉粒体の温度は約65℃〜90℃という高温である。そこで、粉粒体の粗熱を取って65℃程度まで下げるため、スクリューコンベア9を水冷式にすることが好ましい。具体的には、スクリューコンベア9のジャケットの外に冷却用の水を流すとともに、シャフトの内部にも水を流すことで、外側と内側の両方から粉粒体を冷却する構造である。
そして、スクリューコンベア9の各排出口(一端側排出口および他端側排出口)から排出された粉粒体は、配管32内を通って、別々の粉粒体下流搬送機10に供給される。図示した各粉粒体下流搬送機10は一軸のスクリューコンベア10であり、冷却機能を有さない点と一軸のスクリューである点以外は、粉粒体上流搬送機9と同様の機構となっている。
このスクリューコンベア10が正回転または逆回転することにより、粉粒体がスクリューコンベア10の一端側と他端側に振り分けられる。そして、一端側排出口または他端側排出口から排出された粉粒体は、配管33を通って、各コンテナ15(図示形態では、四個のコンテナ)に貯留される。このように、スクリューコンベア10を用いて粉粒体を複数のコンテナ15に振り分けることで、コンテナ15が直ぐに満杯になってしまうことを防ぐことができる。
また、コンテナ15内に貯留された粉粒体は、コンテナ15内の酸素や一酸化炭素によって温度が上昇するおそれがあるため、コンテナ15に温度計を取り付けて外部から温度を監視するとともに、窒素タンク(図示しない)からコンテナ15内に窒素を供給するようにすると良い。また、温度が急上昇した場合に備えて、コンテナ15内に水を降らせる機構を備えるようにしても良い。
(その他)
最大粒径や平均粒径の計測方法は、他の方法を用いても良い。例えば、図示した形態のように、測定装置8(例えば、画像寸法測定装置 キーエンス社製の照明一体型画像センサVIシリーズ)を用いて、ベルトコンベアに載って移動する有機性廃棄物(脱水物)を撮像し、撮影画像から求めることができる。この形態では、コンベアで運ばれる脱水物の凹凸形状から粒径を算出している。それとともに、脱水物のエッジの数や色を計測し、前記粒径の算出値を修正しても良い。
また、脱水機の種類によっては、脱水物が粒状体とならない場合もある。例えば、脱水機にベルトプレスを用いた場合などは、脱水物がシート状になっていることが多い。そのほか、脱水物の形状が板状や柱状になることもある。そこで、このような場合は連続式熱風乾燥機に供給する前に破砕機等によって破砕する。本発明においては、この破砕後の粒状物の粒径を計測し、最大粒径や平均粒径が望ましい値か否かを判断し、連続式熱風乾燥機に供給するか否かを決めればよい。
また、脱水機によって脱水していない有機性廃棄物を連続式熱風乾燥機に供給することもある。この場合においても、粒径の計測方法は、前記と同様に考えることができる。
(実施例1)
有機性廃棄物として下水汚泥(消化汚泥)を用いた。この消化汚泥の汚泥濃度は1.6%(含水率98.4%)であった。
まずは、消化汚泥を機内二液調質型遠心脱水機で10〜20分間脱水した。この機内二液調質型遠心脱水機では、高分子凝集剤と無機凝集剤(ポリ硫酸第2鉄)を用いた。その後、配管を通じて脱水物を二軸式スクリューコンベアへ送った。また、この配管に取り付けた水分計を用いて脱水物の水分率を計測したところ、75〜76%であった。
次に、スクリューコンベアを用いて、円管式気流乾燥機に脱水物を供給した。この供給は、前記式1で求める平均滞留時間Tが5〜7分となるように行った。具体的には、円管式気流乾燥機へ供給する消化汚泥の脱水物の量が25〜35kg-ds/hであった。また、円管式気流乾燥機内に貯留できる消化汚泥の量(保有量)が3kg-dsであった。
また、脱水物を一部サンプリングし、粒径測定を行った。そして、最大粒径が60mm以上の場合や、平均粒径が1〜10mmの範囲にない場合は、スクリューコンベアを逆回転して、脱水物を消化タンクへ送り、それ以外の脱水物を円管式気流乾燥機へ供給するようにした。
次に、円管式気流乾燥機において、400℃の熱風を用いて、脱水物を乾燥させた。そして、円管式気流乾燥機から排出された乾燥物をサイクロンへ供給し、遠心力によって固気分離を行った。その後、サイクロンの下端部に溜まった粉粒体をロータリーバルブによって切り出し、その排出物を最終製品とみなし、臭気指数を計測したところ30〜34であった。
(実施例2)
有機性廃棄物として下水汚泥(混合生汚泥)を用いた。実施例1と同じ円式気流乾燥機(保有量3kg-ds)に、有機性廃棄物(脱水物)を30〜40kg-ds/hで供給した。その結果、供給した有機性廃棄物(複数の粒子から構成される)が円管式気流乾燥機内に留まる時間(平均滞留時間)は4〜6であった。それ以外は、実施例1と同様である。そして、臭気指数を計測したところ38〜40であった。
(比較例1)
有機性廃棄物として下水汚泥を用いた。
まず、遠心脱水機で下水汚泥を脱水し、含水率83.5%の脱水物を得た。次に、連続式熱風乾燥機としてインクラインドディスク型ドライヤを用いて、脱水物を乾燥させた。このインクラインドディスク型ドライヤでは熱媒として蒸気圧0.7MPa、温度165℃のスチームを用いた。また、このインクラインドディスク型ドライヤが内部に保有できる有機性廃棄物(脱水物)の量は32.5kg-dsである。そして、このインクラインドディスク型ドライヤに有機性廃棄物(脱水物)を60〜70kg-ds/hで供給した。その結果、供給した有機性廃棄物(複数の粒子から構成される)が円管式気流乾燥機内に留まる時間(平均滞留時間)は27〜33分であった。それ以外は、実施例1と同様の条件である。そして、臭気指数を計測したところ40〜50であった。
(比較例2)
有機性廃棄物として下水汚泥を用いた。
比較例1と同様の脱水機及び乾燥機(インクラインドディスク型ドライヤ)を用いた。なお、この乾燥機が内部に保有できる有機性廃棄物(脱水物)の量は35kg-dsである。そして、この乾燥機に有機性廃棄物に、有機性廃棄物(脱水物)を65〜75kg-ds/hで供給した。その結果、供給した有機性廃棄物(脱水物)が円管式気流乾燥機内に留まる時間(平均滞留時間)は28〜33分であった。それ以外は、実施例1と同様の条件である。そして、臭気指数を計測したところ40〜50であった。
Figure 0006846920
(考察)
前記式1で求める平均滞留時間Tが約25〜35(分)となるように供給すると、乾燥によって有機性廃棄物が変性することによって臭気が強くなる傾向にある。一方、本発明では、前記式1で求める平均滞留時間Tが4〜7(分)となるように供給することで、臭気が抑えられていることが分かる。
1:処理装置、2:有機性廃棄物貯留槽、3:脱水機、4:熱風発生器、5:連続式熱風乾燥機、5a〜5d:パイプ、5X:供給口、5Y:排出口、6:固気分離機、7:脱水物搬送機、8:測定装置、9:粉粒体上流搬送機、10:粉粒体下流搬送機、11:ベンチュリースクラバー、12:排気ファン、13:ミストセパレーター、14:プラズマ脱臭機、15:コンテナ、17:空気圧縮機、18:貯留タンク、19:ロータリーバルブ、20:消化タンク、21:供給ポンプ、31〜33:配管、AM:水分計、E:大気、F:燃料、M:モーター、W:有機性廃棄物

Claims (13)

  1. 有機性廃棄物を乾燥させて、乾燥物を回収する有機性廃棄物の処理方法であって、
    熱風発生器で熱風を生成する熱風生成工程と、
    円環式気流乾燥機内で有機性廃棄物と前記熱風を接触させ、有機性廃棄物を乾燥させる乾燥工程と、
    前記円環式気流乾燥機からの排ガスに含まれる乾燥物を分離する固気分離工程と、を有する有機性廃棄物の処理方法であって、
    前記円環式気流乾燥機は、
    前記熱風発生器で生成した前記熱風が供給され、その熱風が内部を流れる環状に配置したパイプと、前記有機性廃棄物の供給口と、前記乾燥物の排出口と、を有し、
    前記供給口から供給された前記有機性廃棄物が前記熱風によって搬送されながら前記環状のパイプの内部を循環し、前記供給口から新たに供給された前記有機性廃棄物が前記環状のパイプの内部を循環する前記有機性廃棄物と前記パイプの内部で混合する構成とされ、
    前記乾燥工程における下記式1で定められる平均滞留時間Tが0.05〜10分であることを特徴とする有機性廃棄物の処理方法。
    T=Y/X ・・・式1
    ここで、Tは有機性廃棄物が前記円環式気流乾燥機内に滞留する平均滞留時間(分)であり、Xは前記円環式気流乾燥機への有機性廃棄物の供給量(kg-ds/分)であり、Yは前記円環式気流乾燥機内の有機性廃棄物の保有量(kg-ds)である。
  2. 前記平均滞留時間Tが5〜7分である請求項1記載の有機性廃棄物の処理方法。
  3. 前記円環式気流乾燥機に供給される有機性廃棄物の最大粒径が60mm以下である請求項1または2記載の有機性廃棄物の処理方法。
  4. 前記円環式気流乾燥機に供給される有機性廃棄物の平均粒径が1mm〜30mmである請求項1または2記載の有機性廃棄物の処理方法。
  5. 前記乾燥工程の前に、脱水機で有機性廃棄物を脱水する工程をさらに有し、
    脱水工程で脱水した有機性廃棄物を前記円環式気流乾燥機に供給する請求項1記載の有機性廃棄物の処理方法。
  6. 前記脱水工程において、前記脱水機内で有機性廃棄物を重力加速度2000〜3000Gで脱水した後、脱水した有機性廃棄物を大気中へ排出する請求項5記載の有機性廃棄物の処理方法。
  7. 前記脱水工程における前記脱水機として機内二液調質型遠心脱水機を用いる請求項5記載の有機性廃棄物の処理方法。
  8. 前記脱水工程において、脱水過程の有機性廃棄物に対して、高分子凝集剤および無機凝集剤の少なくともいずれか一方を添加する請求項5記載の有機性廃棄物の処理方法。
  9. 有機性廃棄物を乾燥させて、乾燥物を回収する有機性廃棄物の処理装置であって、
    前記有機性廃棄物の処理装置は、
    熱風を生成する熱風発生器と、
    前記熱風発生器からの熱風と有機性廃棄物を接触させて、有機性廃棄物を乾燥させる円環式気流乾燥機と、
    前記円環式気流乾燥機から排出される排ガスに含まれる乾燥物を分離して回収する固気分離機と、を有する有機性廃棄物の処理装置であって、
    前記円環式気流乾燥機は、
    前記熱風発生器で生成した前記熱風が供給され、その熱風が内部を流れる環状に配置したパイプと、前記有機性廃棄物の供給口と、前記乾燥物の排出口と、を有し、
    前記供給口から供給された前記有機性廃棄物が前記熱風によって搬送されながら前記環状のパイプの内部を循環し、前記供給口から新たに供給された前記有機性廃棄物が前記環状のパイプの内部を循環する前記有機性廃棄物と前記パイプの内部で混合する構成とされ、
    下記式1で定められる平均滞留時間Tが0.05〜10分となる範囲で、前記円環式気流乾燥機に有機性廃棄物を供給する供給手段を有することを特徴とする有機性廃棄物の処理装置。
    T=Y/X ・・・式1
    ここで、Tは有機性廃棄物が前記円環式気流乾燥機内に滞留する平均滞留時間(分)であり、Xは前記円環式気流乾燥機への有機性廃棄物の供給量(kg-ds/分)であり、Yは前記円環式気流乾燥機内の有機性廃棄物の保有量(kg-ds)である。
  10. 前記平均滞留時間Tが5〜7分である請求項9記載の有機性廃棄物の処理装置。
  11. 有機性廃棄物を脱水する脱水機をさらに有し、
    前記脱水機で脱水した有機性廃棄物を前記円環式気流乾燥機に供給する構成とした請求項9記載の有機性廃棄物の処理装置。
  12. 前記脱水機は機内二液調質型遠心脱水機である請求項10記載の有機性廃棄物の処理装置。
  13. 前記円環式気流乾燥機の周囲に、前記円環式気流乾燥機内の温度を露点よりも高く保つ保温手段を設けた請求項9記載の有機性廃棄物の処理装置。
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