JP7074630B2 - 汚泥処理システム及び汚泥処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、汚泥を処理する汚泥処理システム及び汚泥処理方法に関するものである。

従来、汚泥処理システムは、水分を含んだ汚泥を脱水機にて機械的に脱水して脱水汚泥とし、乾燥機で脱水汚泥に熱を加えて乾燥させて乾燥汚泥とする。乾燥汚泥はさらに、焼却炉で焼却する場合もある。脱水機としては、汚泥を加温しながら脱水するものが知られている（例えば、特許文献１）。

このような加温脱水を行う脱水機を採用した汚泥処理システムでは、脱水機で脱水汚泥の含水率を低くできるので、後段の乾燥機や焼却炉に必要な熱エネルギを低く抑えることができる。しかしながら、このような汚泥処理システムでは、脱水機にて汚泥に加温するための熱エネルギが必要になる。

一方、乾燥機では、例えば、脱水汚泥に熱風を直接接触させて脱水汚泥から水分を蒸発させることで、脱水汚泥を乾燥させるが、この熱風には、乾燥機において乾燥した汚泥の粉塵が混ざり、悪臭を帯びるため、大気中に排気をする前に排気処理（浄化処理）を行うことが必要となる。また、この熱風は高温で多量の水分を保持しているため、排気をする前に冷却して除湿する必要がある。

本発明に関連する先行技術として、以下の先行技術がある。

特開２０１６－１０７２６５号公報 特開平１－２４９７０号公報 特開平３－２０７４９９号公報 特開２０１７－９４２６７号公報

本発明は、汚泥処理システム全体で消費する熱エネルギを低く抑えながら、乾燥機からの排気を処理するための負荷を軽減することを目的とする。

本発明の一態様の汚泥処理システムは、有機性汚泥を処理する汚泥処理システムであって、前記有機性汚泥を温水、蒸気の少なくともいずれか一つで間接加熱しながら脱水して脱水汚泥を排出する脱水機と、前記脱水汚泥を蒸気で間接加熱しながら乾燥汚泥を排出し、蒸発させた水分を熱風で押し出す乾燥機と、を備えた構成を有している。

この構成により、脱水機で加温脱水を行うので脱水汚泥の含水率を低くすることができるため、乾燥機ではより少ない蒸気を用いた間接加熱によって汚泥を乾燥でき、汚泥処理システム全体で消費する熱エネルギを低く抑えることができる。また、乾燥機における加熱を間接加熱とするので、直接加熱に比べて風量を抑えることができ、熱風の排気に対する排気処理の負荷を軽減できる。

上記の汚泥処理システムにおいて、前記乾燥機の前記間接加熱に用いた前記蒸気のドレイン水を前記脱水機の前記間接加熱のための前記温水として用いてよい。

この構成により、脱水機における加温脱水に必要な熱エネルギを乾燥機の廃熱を利用して確保できるので、汚泥処理システム全体で消費する熱エネルギをより低く抑えることができる。

上記の汚泥処理システムにおいて、前記乾燥機からの前記熱風の排気を前記脱水機に導入して、前記脱水機にて前記有機性汚泥と接触させてよい。

この構成により、乾燥機からの熱風の排気は、脱水機内で流速が落ちるため粉塵が回収されるとともに、冷却される。よって、熱風の排気に対する排気処理の負荷を軽減できる。

本発明によれば、汚泥処理システム全体で消費する熱エネルギを低く抑えることができるとともに、熱風の排気に対する排気処理の負荷を軽減できる。

図１は、本発明の実施の形態の汚泥処理システムの全体構成を示す概略図である。 図２は、本発明の実施の形態の脱水機と乾燥機との関係を模式的に示した図である。 図３は、本発明の実施の形態の変形例の脱水機と乾燥機との関係を模式的に示した図である。

以下、本発明の実施の形態の乾燥装置及びそれを含む乾燥システムについて、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する場合の一例を示すものであって、本発明を以下に説明する具体的構成に限定するものではない。本発明の実施にあたっては、実施の形態に応じた具体的構成が適宜採用されてよい。

図１は、本発明の実施の形態の汚泥処理システムの全体構成を示す概略図である。汚泥処理システム１００は、水処理設備１０から出た汚泥や廃棄物処理設備から出た廃棄物を処理する。本実施の形態の汚泥処理システム１００が処理対象とするのは有機廃棄物の汚泥（以下、「有機汚泥」という。）である。汚泥処理システム１００は、消化槽２０と、ボイラ３０や発電機９０と、濃縮器４０と、脱水機５０と、乾燥機６０と、焼却炉７０と、排気処理機８０とを備えている。

図１において、斜線格子縞でハッチングされた矢印は汚泥の流れを示しており、右上がり斜線のハッチングで示された矢印は熱風の流れを示しており、ドット柄のハッチングで示された矢印は蒸気の流れを示している。

汚泥は、各工程を経ることで状態が変化し、以下の説明では状態が変化した汚泥にそれぞれの名称を付して呼ぶが（消化汚泥、濃縮汚泥、脱水汚泥、乾燥汚泥）、状態にかかわらず「汚泥」ないし「有機汚泥」とも呼ぶこともある。また、熱風についても、状態が変化する（温度が下がる）ことでその呼び名が変わるが、状態にかかわらず「熱風」とも呼ぶこともある。蒸気についても同様に、各工程を経てその状態が変化する（温度が下がる）ことで呼び名が変わるが、状態にかかわらず「蒸気」と呼ぶこともある。

（汚泥の処理工程）
水処理設備１０から排出された有機汚泥は、まず、消化槽２０に投入される。消化槽２０は、有機汚泥に対してメタン発酵による消化処理を行う。消化槽２０にはボイラ３０や発電機９０から熱が供給される。消化槽２０の消化処理で発生したメタンガスはボイラ３０に送られる。ボイラ３０や発電機９０は消化槽２０から送られてきたメタンガスを燃焼して熱を発生する。

消化槽２０における消化処理を経た消化汚泥は、濃縮器４０に投入される。濃縮器４０は、消化汚泥を濃縮して濃縮汚泥とする。この濃縮器４０では、濃縮汚泥に対してポリマを添加する。

濃縮汚泥は脱水機５０に導入される。脱水機５０は、円筒形状のスクリーン５１と、その内部で回転するスクリュー５２とを備えたスクリュープレス方式の脱水機である。スクリーン５１には、下流側のスクリーン５１の一部を覆う加温ジャケット５３が設けられる。スクリュー５２は、円筒形のスクリュー本体とその周囲に設けられた螺旋形状の羽根（螺旋羽根）とからなる。

スクリュー５２及び加温ジャケット５３は、内部を流通する温水によって温められる。スクリュー５２については、温水はスクリュー本体から螺旋羽根の内部にまで流れて、スクリュー本体及び螺旋羽根を加温する。汚泥は、スクリュー５２のスクリュー本体及び螺旋羽根の表面（伝熱面）と接触することで加温され、加温ジャケット５３が設けられた位置では、加温ジャケット５３からスクリーン５１を介して伝熱されて加温される。

また、脱水機５０内部には、温風が吹き入れられる。温風の温度は８０℃程度である。温風は、脱水機５０内で汚泥と接触して脱水機５０外に排気される。このように、汚泥は、スクリュー５２及び加温ジャケット５３によって間接的に加温され、かつ温風によって直接的に加温されながら、スクリーン５１とスクリュー５２とによるスクリュープレスによって圧縮される。これにより、汚泥からは容易に水分が分離し、汚泥の含水率は低下する。脱水工程を経た脱水汚泥の含水率は、６５％～８５％程度である。

脱水汚泥は、乾燥機６０に投入される。乾燥機６０は、２つのパドル付きシャフト６１が、互いのパドルが軸方向に重なり合うように、軸方向にずらして設けられている。パドル付きシャフト６１は、円筒形のシャフト本体とその周囲に設けられたパドルとからなる。このパドル及びシャフトの内部には蒸気が導入されて、パドル付きシャフト６１はこの蒸気によって加熱される。汚泥は、パドル付きシャフト６１のパドル及びシャフトの表面（伝熱面）と接触することで加熱される。乾燥機６０に供給される蒸気の温度は、１６９℃（０．７ＭＰａ）～１５１℃（０．４ＭＰａ）程度である。

また、乾燥機６０内部には熱風が吹き入れられる。熱風の温度は、１００℃程度である。乾燥機６０内部の汚泥は、パドル付きシャフト６１からの間接的な加熱を受けて加熱されて、水分が蒸発する。蒸発した水分は、熱風で押し出される。乾燥工程を経た乾燥汚泥の含水率は、例えば、３０％程度であってよく、乾燥汚泥の温度は１００℃程度である。

乾燥汚泥は、焼却炉７０に投入される。焼却炉７０は、乾燥汚泥を焼却する。

（熱風の流れ）
上述のように、乾燥機６０には、熱風が供給される。熱風は、乾燥機６０内で汚泥と接触して汚泥から蒸発した水分を吸収して、乾燥機６０から排気されることで、汚泥を乾燥させる。乾燥機６０での乾燥に用いられた熱風は、乾燥機６０内で汚泥に直接接触することで、悪臭を帯び、乾燥した汚泥の粉塵が混入する。また、この熱風は汚泥に接触することである程度冷却されるが、排気段階でまだ８０℃程度であり、高温である。

したがって、通常は、乾燥機６０からの排気は、排気を脱臭、除塵する機能を有するウェットスクラバ等の排気処理機を通して大気に排出される。これに対して、本実施の形態の汚泥処理システム１００では、乾燥機６０からの排気を脱水機５０に送気して汚泥に積極的に接触させた後に排気処理機８０に送気する。

排気処理機８０は、ウェットスクラバであり、脱水機５０からの排気に対して、脱臭、除塵の処理を行う。排気は、脱臭及び除塵の処理過程で冷却される。排気処理機８０で排気処理を受けた排気は、大気に放出される。

乾燥機６０にて水分の排出に用いられた熱風は、ある程度温度が下がって温風となった状態で脱水機５０内部に導入される。脱水機５０に供給された温風は、脱水機５０内で汚泥と接触する。これにより、脱水機５０内の汚泥は加温され、温風は冷却される。また、温風に含まれる粉塵は、汚泥に捕捉される。

このように、脱水機５０は、乾燥機６０から排出された温風に対して、除塵及び冷却を行って排気処理機８０に排出する。したがって、排気処理機８０の前段で脱水機５０が乾燥機６０からの排気に対してある程度除塵、冷却を行うので、排気処理機８０による排気処理のための負荷を軽減できる。また、乾燥機６０から排出される温風を脱水機５０に導入して汚泥の加温に用いるので、省エネルギとなる。

なお、脱水機５０にて除塵、冷却の処理が行われるので、排気処理機８０は、脱臭機能のみを有するものであってもよい。

（蒸気の流れ）
上述のように、乾燥機６０のパドル付きシャフト６１の内部には、蒸気が供給される。パドル付きシャフト６１は蒸気によって加熱される。汚泥は、パドル付きシャフト６１の伝熱面に接触することで、加熱されて乾燥する。このように、パドル付きシャフト６１の内部を流通して汚泥の間接加熱に用いられた蒸気は、温水となってドレイン水として乾燥機６０から排出される。以下では、上記がドレイン水としての温水として排出される例を説明する。乾燥機６０から排出される温水の温度は、１６９℃（０．７ＭＰａ)～１５１℃（０．４ＭＰａ）程度である。ドレイン水はそのまま脱水機の内部に供給する場合もあれば、大気圧（０．１ＭＰａ以下）まで圧力を低下させ、１００℃以下として脱水機５０の内部へ供給する場合がある。ドレイン水の温度は、希釈して１００℃以下に調整してもよい。

乾燥機６０から排出された蒸気のドレイン水は、脱水機５０のスクリュー５２の内部に供給される。スクリュー５２は、このドレイン水（温水）によって加温される。汚泥は、スクリュー５２の伝熱面に接触することで加温され、脱水が促される。このように、汚泥の間接加温に用いられた温水は、脱水機５０から排出される。

図２は、本発明の実施の形態の脱水機５０と乾燥機６０との関係を模式的に示した図である。汚泥は、脱水機５０に投入されて、脱水工程を経て脱水汚泥として排出される。脱水汚泥は乾燥機６０に投入され、乾燥工程を経て乾燥汚泥として乾燥機６０から排出される。乾燥機６０のパドル付きシャフト６１には蒸気が供給されて、パドル付きシャフト６１を加熱し、乾燥機６０からドレイン水として排出される。乾燥機６０から排出されたドレイン水（温水）は、脱水機５０のスクリュー５２に供給されて、スクリュー５２を加温して脱水機５０から排出される。

乾燥機６０には熱風が供給される。乾燥機６０にて汚泥の直接加熱に用いられた熱風は温風となって乾燥機６０から排気されて脱水機５０に供給される。脱水機５０では、温風と汚泥とを積極的に接触させて、汚泥を直接加温する。温風に含まれる粉塵は、脱水機５０内で汚泥と接触することで汚泥に捕捉される。脱水機５０から排出された温風は排気処理機８０に送気される。排気処理機８０は、脱水機５０からの排気に対して排気処理を行って、大気中に排出する。

このように、本実施の形態の汚泥処理システム１００では、乾燥機６０で間接加熱に用いた蒸気の排水を脱水機５０での間接加温にも用い、かつ、乾燥機６０で直接加熱に用いた温風を脱水機５０で直接加温にも用いる。よって、乾燥機６０にて排出される熱エネルギを有効に活用にして脱水機５０における加温脱水を行うことができる。また、乾燥機６０での直接加熱に用いられた汚泥の粉塵を含む温風を脱水機５０にて汚泥と接触させるので、脱水機５０でこの温風の除塵及び冷却を行うことができ、排気処理機８０の排気処理の負荷を軽減できる。

なお、乾燥機６０で用いた熱風を脱水機５０で再利用すること、及び乾燥機６０で用いた蒸気を脱水機５０で再利用すること（即ち、乾燥機６０の廃熱を脱水機５０で利用すること）は必須ではなく、この場合、脱水機５０の間接加熱に（温水の代わりに）蒸気を用いてもよい。

図３は、このような変形例の汚泥処理システム１００における脱水機５０と乾燥機６０との関係を模式的に示した図である。この例では、乾燥機６０に供給された熱風は、乾燥機６０から排出されてそのまま排気処理機８０に送気される。排気処理機８０では、排気に対して脱臭、除塵、及び冷却を行って、大気中に放出する。

乾燥機６０のパドル付きシャフト６１には、蒸気が供給される。脱水機５０のスクリュー５２及び加温ジャケット５３にも蒸気が供給される。この例では脱水機５０における汚泥の加温に乾燥機６０のドレイン水を利用しない。この変形例は、脱水機５０に供給する蒸気の温度及び量を任意に調整して、脱水機５０における汚泥の加温の程度を任意に調整することができる点で、上記の実施の形態より有利である。

以上のように、本実施の形態及びその変形例の汚泥処理システム１００では、脱水機５０及び乾燥機６０のいずれにおいても汚泥を間接的に加温ないし加熱する。乾燥機６０において、熱風による直接加熱のみで乾燥を行おうとすると、熱風の風量を大きくする必要がある。上述のように、乾燥に用いた熱風には乾燥汚泥の粉塵が含まれ、悪臭もするため、これを排気処理機で浄化してから大気に放出する必要があるが、熱風の風量を大きくすると、この排気処理の負荷が増加する。そこで、乾燥機６０において間接加熱を用いることで、熱風の風量の増大を抑えることができる。

また、有機性廃棄物の消化汚泥は粘性が高く凝集性が悪いため、ポリマを多く添加する傾向にある。乾燥機６０に供給する汚泥（脱水汚泥）の含水率が高いと、汚泥は乾燥機６０の間接加熱を行うシャフトやパドルの伝熱面に付着しやすくなる。本実施の形態及びその変形例では、脱水機５０において加温脱水を行って脱水汚泥の含水率を低くするので、乾燥機６０での伝熱面への付着を軽減できる。

本発明は、汚泥処理システム全体で消費する熱エネルギを低く抑えることができるとともに、熱風の排気に対する排気処理の負荷を軽減できるという効果を有し、汚泥を処理する汚泥処理システム等として有用である。

１００…汚泥処理システム、１０…水処理設備、２０…消化槽、３０…ボイラ、４０…濃縮器、５０…脱水機、５１…スクリーン、５２…スクリュー、５３…加温ジャケット、６０…乾燥機、６１…パドル付きシャフト、７０…焼却炉、８０…排気処理機、９０…発電機

Claims (3)

1. 有機性汚泥を処理する汚泥処理システムであって、
   前記有機性汚泥を温水、蒸気の少なくともいずれか一つで間接加熱しながら脱水して脱水汚泥を排出する脱水機と、
   前記脱水汚泥を蒸気で間接加熱しながら乾燥汚泥を排出し、蒸発させた水分を熱風で押し出す乾燥機と、
   を備え、
   前記乾燥機からの前記熱風の排気を前記脱水機に導入して、前記脱水機にて前記有機性汚泥と接触させる、汚泥処理システム。
2. 前記乾燥機の前記間接加熱に用いた前記蒸気のドレイン水を前記脱水機の前記間接加熱のための前記温水として用いる、請求項１に記載の汚泥処理システム。
3. 有機性汚泥を処理する汚泥処理方法であって、
   前記有機性汚泥を温水、蒸気の少なくともいずれか一つで間接加熱しながら脱水して脱水汚泥を排出する脱水工程と、
   前記脱水汚泥を蒸気で間接加熱しながら乾燥汚泥を排出し、蒸発させた水分を熱風で押し出す乾燥工程と、
   を含み、
   前記乾燥工程における前記熱風の排気を前記脱水工程に導入して、前記脱水工程において前記有機性汚泥と接触させる、汚泥処理方法。
   

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