特許 6308933 汚泥脱水方法および汚泥脱水装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6308933

(24)【登録日】2018年3月23日

(45)【発行日】2018年4月11日

(54)【発明の名称】汚泥脱水方法および汚泥脱水装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 11/12 20060101AFI20180402BHJP

   B30B 9/02 20060101ALI20180402BHJP

   F26B 5/04 20060101ALI20180402BHJP

   F26B 17/20 20060101ALI20180402BHJP

【ＦＩ】

   C02F11/12 A

   C02F11/12 ZZAB

   C02F11/12 C

   C02F11/12 B

   C02F11/12 D

   B30B9/02 A

   F26B5/04

   F26B17/20 A

【請求項の数】7

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2014-249019(P2014-249019)

(22)【出願日】2014年12月9日

(65)【公開番号】特開2016-107227(P2016-107227A)

(43)【公開日】2016年6月20日

【審査請求日】2017年4月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】591030651

【氏名又は名称】水ｉｎｇ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091498

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 勇

(74)【代理人】

【識別番号】100118500

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 哲也

(72)【発明者】

【氏名】築井 良治

(72)【発明者】

【氏名】大久保 榮一

(72)【発明者】

【氏名】板山 倫也

(72)【発明者】

【氏名】加藤 宏行

(72)【発明者】

【氏名】小宮山 賢

(72)【発明者】

【氏名】入山 守生

(72)【発明者】

【氏名】萩野 隆生

【審査官】 菊地 寛

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−１７０１５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０１８３９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５３７９３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２４５５０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５０−１０２９７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−１５２３９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ １１／１２

Ｂ３０Ｂ ９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

汚泥を加熱しながら脱水して脱水汚泥を形成する加熱脱水工程を行い、
前記加熱脱水工程で形成された前記脱水汚泥を真空チャンバー内に移送し、
前記真空チャンバー内にある前記脱水汚泥に含まれる水分を真空下で蒸発させる真空蒸発工程を行い、
前記加熱脱水工程および前記真空蒸発工程は、汚泥脱水装置内で行われ、
前記真空チャンバーの脱水汚泥出口は、該真空チャンバーから排出された前記脱水汚泥によりシールされることを特徴とする汚泥脱水方法。

【請求項2】

前記真空チャンバーの脱水汚泥入口は、該真空チャンバーに移送される前記脱水汚泥によりシールされることを特徴とする請求項１に記載の汚泥脱水方法。

【請求項3】

前記加熱脱水工程は、前記汚泥脱水装置に組み込まれたスクリュープレス式脱水機で行われることを特徴とする請求項１または２に記載の汚泥脱水方法。

【請求項4】

前記加熱脱水工程の前に、汚泥を濃縮する汚泥濃縮工程を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の汚泥脱水方法。

【請求項5】

汚泥を加熱しながら脱水することで脱水汚泥を形成する加熱脱水機と、
前記加熱脱水機に接続され、前記脱水汚泥が移送される真空チャンバーと、
前記真空チャンバー内に真空を形成する真空源と、
前記真空チャンバーの脱水汚泥出口に接続された搬送装置と、を備え、
前記搬送装置は、前記真空チャンバーから排出された前記脱水汚泥を圧縮して前記真空チャンバーの脱水汚泥出口をシールするシールプラグを形成することを特徴とする汚泥脱水装置。

【請求項6】

前記加熱脱水機は、前記脱水汚泥を圧縮して前記真空チャンバーの脱水汚泥入口をシールするシールプラグを形成することを特徴とする請求項５に記載の汚泥脱水装置。

【請求項7】

前記加熱脱水機は、スクリュープレス式脱水機であり、
前記スクリュープレス式脱水機は、前記真空チャンバーの脱水汚泥入口に接続された脱水汚泥通過管と、前記真空チャンバーの脱水汚泥入口に対向して配置された背圧板と、前記脱水汚泥を前記背圧板に押し付けて前記脱水汚泥入口をシールするシールプラグを前記脱水汚泥通過管内に形成するスクリュー羽根とを備えることを特徴とする請求項６に記載の汚泥脱水装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、汚泥脱水方法および汚泥脱水装置に関し、特に、上水、下水、し尿処理時に発生する汚泥、および工業製品の製造時に発生する汚泥の汚泥脱水方法および汚泥脱水装置に関する。

【背景技術】

【0002】

汚泥を脱水するために、スクリュープレス式、ベルトプレス式、あるいはフィルタプレス式といった様々な方式の汚泥脱水機が用いられている。汚泥脱水機で処理される汚泥には、上水、下水、またはし尿の処理時に発生する汚泥のみならず、食料品、化粧品、紙などの工業製品の製造時に発生する産業廃棄物としての汚泥が含まれる。

【0003】

上記した方式の汚泥脱水機で汚泥を脱水すると、汚泥脱水機から脱水汚泥（脱水ケーキとも称される）が排出される。汚泥脱水機から排出された脱水汚泥は、焼却されるか、または埋立地に廃棄されるのが一般的である。

【0004】

脱水汚泥を焼却するためには、脱水汚泥に含まれる水分を蒸発させる必要がある。したがって、脱水汚泥の含水率が高い場合、焼却処理に使用される補助燃料の量が増えてしまうので、処分コストが高くなると共に、多くのエネルギーが消費される。また、脱水汚泥の含水率が高いと、脱水汚泥の体積が増えてしまうので、処分コストが高くなると共に、広い埋立地を確保しなければならない。したがって、脱水汚泥の含水率を低下させて、脱水汚泥を減容化する技術が望まれている。

【0005】

上記した問題を解消するために、汚泥を加熱して脱水する方式や、汚泥を真空状態で加熱乾燥する方式などが従来から検討されている。汚泥を加熱するこれらの方式を用いれば、脱水汚泥の含水率を低下させることは可能である。しかしながら、汚泥を加熱するために必要なエネルギー量が、これらの方式を用いたことによって低減される水分量を焼却処理で蒸発させるために必要なエネルギー量を上回ると、汚泥を加熱する意義が小さくなってしまう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００３−８８７１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、汚泥の加熱に必要なエネルギーが小さくても、脱水汚泥の含水率を著しく低下させて、脱水汚泥の減容化を達成することができる汚泥脱水方法および汚泥脱水装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、汚泥を加熱しながら脱水して脱水汚泥を形成する加熱脱水工程を行い、前記加熱脱水工程で形成された前記脱水汚泥を真空チャンバー内に移送し、前記真空チャンバー内にある前記脱水汚泥に含まれる水分を真空下で蒸発させる真空蒸発工程を行い、前記加熱脱水工程および前記真空蒸発工程は、汚泥脱水装置内で行われ、前記真空チャンバーの脱水汚泥出口は、該真空チャンバーから排出された前記脱水汚泥によりシールされることを特徴とする汚泥脱水方法である。

【0009】

本発明の好ましい態様は、前記真空チャンバーの脱水汚泥入口は、該真空チャンバーに移送される前記脱水汚泥によりシールされることを特徴とする。

【0010】

本発明の好ましい態様は、前記加熱脱水工程は、前記汚泥脱水装置に組み込まれたスクリュープレス式脱水機で行われることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記加熱脱水工程の前に、汚泥を濃縮する汚泥濃縮工程を行うことを特徴とする。

【0011】

本発明の他の態様は、汚泥を加熱しながら脱水することで脱水汚泥を形成する加熱脱水機と、前記加熱脱水機に接続され、前記脱水汚泥が移送される真空チャンバーと、前記真空チャンバー内に真空を形成する真空源と、前記真空チャンバーの脱水汚泥出口に接続された搬送装置と、を備え、前記搬送装置は、前記真空チャンバーから排出された前記脱水汚泥を圧縮して前記真空チャンバーの脱水汚泥出口をシールするシールプラグを形成することを特徴とする汚泥脱水装置である。

【0012】

本発明の好ましい態様は、前記加熱脱水機は、前記脱水汚泥を圧縮して前記真空チャンバーの脱水汚泥入口をシールするシールプラグを形成することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記加熱脱水機は、スクリュープレス式脱水機であり、前記スクリュープレス式脱水機は、前記真空チャンバーの脱水汚泥入口に接続された脱水汚泥通過管と、前記真空チャンバーの脱水汚泥入口に対向して配置された背圧板と、前記脱水汚泥を前記背圧板に押し付けて前記脱水汚泥入口をシールするシールプラグを前記脱水汚泥通過管内に形成するスクリュー羽根とを備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、汚泥は、最初に、加熱されながら脱水される。汚泥を加熱すると、汚泥の粘性が低下して汚泥からろ液が分離しやすくなると共に、汚泥の熱変性が起こって汚泥の保水力が低下するので、生成される脱水汚泥の含水率を効率良く低下させることができる。さらに、汚泥を加熱しながら脱水することにより、汚泥に含まれる水は、汚泥の加熱が完了する前から速やかにろ液として汚泥から分離する。したがって、ろ液の分離に、余計なエネルギーが消費されることを防止することができる。さらに、真空蒸発工程では、加熱脱水工程で加熱された脱水汚泥を真空下に置くことにより、脱水汚泥からの水の蒸発が促進されるので、脱水汚泥の含水率を著しく低下させることができる。この真空蒸発工程は、加熱脱水工程で十分脱水された汚泥から水分を蒸発させる。したがって、水分の蒸発過程で消費されるエネルギー（蒸発潜熱）を最小限にすることができる。また、本発明では、汚泥を加熱しながら脱水する加熱脱水工程、および加熱脱水工程後に行われる真空蒸発工程は、１台の汚泥脱水装置で行われる。したがって、含水率が著しく低下した脱水汚泥を１台の汚泥脱水装置で生成することができる。特に、真空チャンバーのシール状態が維持された状態で、加熱脱水工程を経た脱水汚泥は真空チャンバー内に送られる。このような方法によれば、脱水汚泥を連続して処理することができる。

【0014】

加熱脱水工程で加熱された脱水汚泥の温度が高いまま搬送装置を用いて該脱水汚泥を搬送すると、搬送装置内で脱水汚泥が冷やされて結露水が生成され、この結露水が搬送装置の腐食の原因となることがある。また、高温の脱水汚泥をそのまま貯留すると、脱水汚泥が発酵してしまうことがある。本発明によれば、加熱脱水工程で加熱された脱水汚泥内の水分を真空蒸発工程で蒸発させるので、蒸発潜熱としてのエネルギーが脱水汚泥から奪われ、脱水汚泥の温度を低下させることができる。その結果、搬送装置の腐食および脱水汚泥の発酵を防止することがさらにできる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態に係る汚泥脱水装置が配置された汚泥処理装置の概略図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る汚泥脱水装置を示す模式図である。

【図3】図２のＡ−Ａ線断面図である。

【図4】図２に示す汚泥脱水装置の動作を説明する図である。

【図5】背圧板の変形例を示す正面図である。

【図6】図６（ａ）は、図５に示すカッターの側面図であり、図６（ｂ）は、図５に示すカッターの斜視図である。

【図7】真空源として水駆動のエゼクタ装置が用いられた汚泥脱水装置の変形例を示す模式図である。

【図8】別の実施形態に係る汚泥脱水装置を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る汚泥脱水装置を備えた汚泥処理装置の概略図である。図１に示される汚泥処理装置で処理される汚泥には、上水、下水、またはし尿の処理時に発生する汚泥のみならず、食料品、化粧品、紙などの工業製品の製造時に発生する産業廃棄物としての汚泥も含まれる。

【0017】

図１に示されるように、この汚泥処理装置では、汚泥は、まず凝集槽３０に供給される。凝集槽３０には、凝集剤などの薬品が投入され、モータなどの駆動源３２により回転される攪拌羽根３１によって薬品と汚泥とが攪拌される。凝集槽３０内で薬品と汚泥を攪拌することにより、汚泥内の懸濁物質が集合した凝集フロックが形成される。図１に示される凝集槽３０は２段であるが、凝集槽３０は、１段であってもよいし、３段以上の複数段であってもよい。

【0018】

凝集フロックが形成された汚泥は、次に、濃縮装置３５に供給される。濃縮装置３５は、汚泥内の水分量を減少させることにより、汚泥を濃縮する装置である。濃縮装置３５として、ベルト型濃縮機のような公知の濃縮装置を用いることができる。濃縮装置３５は、省略されてもよい。

【0019】

濃縮装置３５で濃縮された汚泥は、汚泥脱水装置４０に搬送される。図２は、本発明の一実施形態に係る汚泥脱水装置４０を示す模式図である。以下、図２を参照して、汚泥脱水装置４０を説明する。

【0020】

図２に示す汚泥脱水装置４０は、汚泥を加熱しながら脱水するスクリュープレス式脱水機（加熱脱水機）４１と、スクリュープレス式脱水機４１で形成された脱水汚泥が移送される真空チャンバー４２と、真空チャンバー４２に配管４５を介して接続される真空源４４と、脱水汚泥を真空チャンバー４２から排出するためのスクリュー式搬送コンベア（搬送装置）２０とを備える。真空源４４は、例えば真空ポンプである。真空源４４を駆動することにより、真空チャンバー４２内の空気が排気され、真空チャンバー４２内に真空が形成される。真空源４４により達成される真空チャンバー４２内の真空圧力は、例えば、−９０ｋＰａである。なお、以下では、加熱脱水機としてスクリュープレス式脱水機４１が説明される。しかしながら、加熱脱水機として、スクリュープレス式脱水機４１に代えて、ベルトプレス式脱水機を用いてもよい。

【0021】

図２に示すように、スクリュープレス式脱水機４１は、円筒状のスクリーンケーシング（ろ過筒）１と、スクリーンケーシング１内に同心状に配置されたスクリュー軸３と、スクリュー軸３の外面に固定されたスクリュー羽根４と、スクリュー羽根４を回転させて汚泥を真空チャンバー４２に向かって送る回転機構７とを有している。スクリーンケーシング１は、スクリュー羽根４を囲む円筒スクリーン１Ａと、円筒スクリーン１Ａの下流側端部に接続された脱水汚泥通過管１Ｂとを備えている。円筒スクリーン１Ａは、パンチングメタルなどの多孔板から構成されているが、脱水汚泥通過管１Ｂは孔のない板から構成されている。脱水汚泥通過管１Ｂは、真空チャンバー４２に接続されており、脱水汚泥通過管１Ｂは円筒スクリーン１Ａと真空チャンバー４２との間に位置している。

【0022】

スクリュー軸３は、スクリーンケーシング１（円筒スクリーン１Ａおよび脱水汚泥通過管１Ｂ）、および真空チャンバー４２内を貫通して延びている。円筒スクリーン１Ａ内のスクリュー軸３は、下流側に向かってその径が徐々に大きくなる円錐台形状を有している。円筒スクリーン１Ａの上流側の端部は閉塞壁８によって密封されている。スクリュー軸３はこの閉塞壁８を貫通して延びており、スクリュー軸３の端部は回転機構７に連結されている。回転機構７は、モータおよび減速機構などから構成されている。なお、回転機構７として、ディーゼルエンジンなどの他の駆動源を用いてもよい。

【0023】

閉塞壁８には、スクリュー軸３を回転自在に支持し、かつシール機能を有する軸受１０が設置されている。スクリュー軸３の他方の端部は、真空チャンバー４２の側壁４２ａに設置された軸受１１により回転自在に支持されている。この軸受１１もシール機能を有しており、スクリュー軸３と側壁４２ａとの隙間は軸受１１によりシールされている。

【0024】

スクリュー羽根４は、スクリュー軸３の長手方向に沿って螺旋状に延びる一枚羽根であり、スクリュー羽根４の軸方向の長さは、多孔板から構成された円筒スクリーン１Ａの軸方向の長さとほぼ同じである。円筒スクリーン１Ａの内面とスクリュー羽根４との間には微小な隙間が形成されており、スクリュー羽根４は円筒スクリーン１Ａに接触することなく回転することができる。スクリーンケーシング１の上流側端部には、汚泥投入口２が形成されている。汚泥投入口２に投入された汚泥は、回転するスクリュー羽根４により円筒スクリーン１Ａ内を脱水汚泥通過管１Ｂおよび真空チャンバー４２に向かって移送される。

【0025】

汚泥が円筒スクリーン１Ａ内で移送される空間は、円筒スクリーン１Ａの内面と、スクリュー羽根４と、スクリュー軸３とによって形成される。この移送空間の容積は、図２に示すように、汚泥の進行方向に沿って漸次減少する。したがって、この空間をスクリュー羽根４によって移動されるに従って、汚泥は圧搾され、脱水される。円筒スクリーン１Ａを通過したろ液は、円筒スクリーン１Ａの下方に配置されたろ液受け１４によって回収される。

【0026】

スクリュー軸３は中空に構成され、スクリュー軸３の内部空間に蒸気、加温水、または加熱された油脂などの加熱媒体を供給するための供給配管３ａが該スクリュー軸３の下流側端部に接続される。供給配管３ａを介して供給された加熱媒体により、スクリュー軸３が加熱されるので、該スクリュー軸３に接触している汚泥を加熱することができる。スクリュー軸３の内部空間に供給された加熱媒体は、スクリュー軸３の上流側端部に接続された排出配管３ｂを介して、スクリュー軸３の外部に排出される。

【0027】

スクリュー軸３の上流側端部に接続された排出配管３ｂの代わりに、スクリュー軸３の下流側端部に接続された排出配管３ｃを設けてもよい。この場合、スクリュー軸３の内部には、スクリュー軸３の上流側で互いに連通する外側流路と内側流路とで構成される２重管構造が設けられる。供給配管３ａは、外側流路に接続される一方で、排出配管３ｃは、内側流路に接続される。供給配管３ａを介して外側流路に供給された加熱媒体は、内側流路を通って、スクリュー軸３の下流側端部に接続される排出配管３ｃからスクリュー軸３の外部に排出される。

【0028】

スクリュー軸３の内部空間を満たした加熱媒体は、スクリュー軸３に接触している汚泥を間接的に加熱し、汚泥に含まれる水分を蒸発させることができる。また、汚泥を加熱すると、汚泥の粘性が低下して汚泥からろ液が分離しやすくなると共に、汚泥の熱変性が起こって汚泥の保水力が低下するので、汚泥の含水率を効率良く低下させることができる。円筒スクリーン１Ａに投入された汚泥は、スクリュー軸３を介して加熱媒体により加熱されながら、スクリュー羽根４により圧搾され、脱水されて、脱水汚泥を形成する。

【0029】

円筒スクリーン１Ａは脱水汚泥通過管１Ｂに接続され、脱水汚泥通過管１Ｂは真空チャンバー４２に接続される。脱水汚泥通過管１Ｂは、円筒状の形状を有しており、脱水汚泥通過管１Ｂの内径は、円筒スクリーン１Ａの内径と等しい。スクリュー軸３は、脱水汚泥通過管１Ｂ内を貫通して延びているが、脱水汚泥通過管１Ｂ内にスクリュー羽根４は設けられていない。脱水汚泥は、スクリュー軸３の外面と脱水汚泥通過管１Ｂの内面で形成される空間を通過して真空チャンバー４２に移送される。

【0030】

脱水汚泥通過管１Ｂの下流側端部は、真空チャンバー４２の脱水汚泥入口４２ｃに接続されている。この脱水汚泥入口４２ｃに対向して環状の背圧板１６が配置されている。この背圧板１６は、ステンレスや真鍮などの金属または樹脂から形成されており、脱水汚泥通過管１Ｂ内を移送される脱水汚泥を受けるためのテーパ面１６ａを有する円錐台の形状を有している。背圧板１６の中央部には、スクリュー軸３が貫通する貫通孔が形成されており、背圧板１６はスクリュー軸３と同心状に配置されている。背圧板１６はスクリュー軸３に固定されておらず、背圧板１６は回転しない。

【0031】

背圧板１６は、背圧板駆動装置１８に連結されている。この背圧板駆動装置１８は、背圧板１６を、スクリュー軸３の軸方向に移動させるように構成されている。したがって、背圧板１６と真空チャンバー４２の脱水汚泥入口４２ｃとの間の隙間は、背圧板駆動装置１８によって調整される。背圧板駆動装置１８は、例えば油圧シリンダーまたは電動シリンダーなどから構成されている。背圧板１６は、スクリュー羽根４に接触しない範囲内で軸方向に移動するように構成されている。なお、図に示す例では、背圧板１６の外径はスクリーンケーシング１の内径よりも大きく、背圧板１６がスクリーンケーシング１内に進入できないようになっているが、本発明はこの例に限られず、背圧板１６が、スクリュー羽根４に接触しない範囲内でスクリーンケーシング１内に進入可能としてもよい。

【0032】

真空源４４と真空チャンバー４２の間には、凝集装置４９が配置される。真空チャンバー４２は、配管４５に配置された凝集装置４９を介して真空源４４に接続されている。凝集装置４９には冷却水が流通している。この冷却水は、真空源４４により排気される空気と熱交換を行い、該空気中に含まれる水蒸気を凝集させて水を生成する。生成された水は、凝集装置４９からドレインを通じて排出される。

【0033】

真空チャンバー４２は、脱水汚泥を真空チャンバー４２から排出するためのスクリュー式搬送コンベア（搬送装置）２０に接続されている。より具体的には、スクリュー式搬送コンベア２０の脱水汚泥排出管２１は、真空チャンバー４２の下端に接続されている。真空チャンバー４２は、スクリュープレス式脱水機４１とスクリュー式搬送コンベア２０との間に配置されている。脱水汚泥排出管２１には、脱水汚泥が投入される脱水汚泥投入口２２が形成されている。この脱水汚泥投入口２２は、真空チャンバー４２の脱水汚泥出口４２ｄに接続されている。脱水汚泥出口４２ｄは、真空チャンバー４２の下端に位置している。本実施形態の脱水汚泥排出管２１は、水平方向に対して傾斜して配置されている。具体的には、脱水汚泥排出管２１は、脱水汚泥の搬送方向に沿って上向きの勾配を有している。脱水汚泥排出管２１は、水平に配置されてもよい。

【0034】

図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。図３に示されるように、脱水汚泥排出管２１は、１対の平行な直線部と、外側に凸となって対向する１対の円弧部とからなる楕円形状の断面を有する。脱水汚泥排出管２１内には、２本のスクリュー軸２３が配置されており、各スクリュー軸２３の外面には、スクリュー羽根２４が固定されている。スクリュー軸２３およびスクリュー羽根２４は、脱水汚泥排出管２１と同様に、脱水汚泥の搬送方向に沿って上向きの勾配を有している。脱水汚泥排出管２１が水平に配置される場合、スクリュー羽根２４は、脱水汚泥排出管２１と同様に、水平方向に延びる。

【0035】

図２に示されるように、脱水汚泥排出管２１の上流側の端部は閉塞壁２５によって密封されている。スクリュー軸２３はこの閉塞壁２５を貫通して延びており、スクリュー軸２３の端部は回転機構２７に連結されている。閉塞壁２５には、スクリュー軸２３を回転自在に支持し、かつシール機能を有する軸受２６が設置されている。脱水汚泥排出管２１の下流側の端部は閉塞壁２８によって密封されており、スクリュー軸２３の他方の端部は閉塞壁２８に設置された軸受２９により回転自在に支持されている。回転機構２７は、モータおよび減速機構などから構成されている。なお、回転機構２７として、ディーゼルエンジンなどの他の駆動源を用いてもよい。

【0036】

脱水汚泥排出管２１は、脱水汚泥投入口２２を有する上流部２１ａと、断面積が漸次減少していく縮小部２１ｂと、縮小部２１ｂで減少した断面積を有する下流部２１ｃとを有する。真空チャンバー４２は上流部２１ａに接続され、上流部２１ａは縮小部２１ｂに接続され、縮小部２１ｂは下流部２１ｃに接続されている。下流部２１ｃは、脱水汚泥が排出される脱水汚泥排出口２１ｄが備えられている。スクリュー軸２３は、上流部２１ａ、縮小部２１ｂ、および下流部２１ｃを貫通して延びている。スクリュー羽根２４は、上流部２１ａ内にのみ設けられており、縮小部２１ｂおよび下流部２１ｃ内には設けられていない。

【0037】

スクリュー羽根２４は、スクリュー軸２３の長手方向に沿って螺旋状に延びる一枚羽根である。脱水汚泥排出管２１の内面とスクリュー羽根２４との間には微小な隙間が形成されており、スクリュー羽根２４は脱水汚泥排出管２１に接触することなく回転することができる。

【0038】

スクリュー軸２３の上流側部位は中空に構成される。すなわち、脱水汚泥排出管２１の上流部２１ａ内に位置する、スクリュー軸２３の上流側部位は中空に形成されている。図２に示されるように、スクリュー軸２３の上流側部位の内部空間には、蒸気、加温水、または加熱された油脂などの加熱媒体を供給するための供給配管３７と、加熱媒体を排出する排出配管３８が接続されている。

【0039】

次に、汚泥の加熱脱水工程および真空蒸発工程について説明する。図４は、図２に示す汚泥脱水装置４０の動作を説明する図である。汚泥は、汚泥投入口２からスクリーンケーシング１の円筒スクリーン１Ａ内に投入される。汚泥は、スクリーン軸３内を流れる加熱媒体によって加熱されながら、回転するスクリュー羽根４により円筒スクリーン１Ａ内を脱水汚泥通過管１Ｂに向かって移送される。円筒スクリーン１Ａ内を移動されるに従って、汚泥は圧搾され、脱水される。円筒スクリーン１Ａを通過したろ液は、円筒スクリーン１Ａの下方に配置されたろ液受け１４によって回収される。汚泥は、円筒スクリーン１Ａ内で加熱脱水されて、脱水汚泥を形成する（加熱脱水工程）。

【0040】

円筒スクリーン１Ａ内を移動してきた脱水汚泥は、スクリュー羽根４が設けられていない脱水汚泥通過管１Ｂに達する。この脱水汚泥通過管１Ｂ内では、脱水汚泥はスクリュー羽根４により移送される後続の脱水汚泥によって脱水汚泥通過管１Ｂ内を移動され、さらに背圧板１６に押し付けられる。脱水汚泥は、背圧板１６によって移動を妨げられることで圧縮される。この圧縮された脱水汚泥は、真空チャンバー４２の脱水汚泥入口４２ｃをシールするシールプラグを脱水汚泥通過管１Ｂ内に形成する。脱水汚泥通過管１Ｂ内に存在する脱水汚泥は、スクリュー軸３の外周面に接触しているので、このスクリュー軸３内を流れる加熱媒体により加熱される。

【0041】

真空源４４を駆動すると、真空チャンバー４２内に真空が形成される。真空チャンバー４２の脱水汚泥入口４２ｃは、背圧板１６に押し付けられた脱水汚泥通過管１Ｂ内の脱水汚泥によりシールされる。脱水汚泥は、脱水汚泥通過管１Ｂ内でシールプラグを形成しながら、背圧板１６と脱水汚泥入口４２ｃとの間の隙間を通過して、真空チャンバー４２内に導入される。真空チャンバー４２内の脱水汚泥は、真空下に置かれ、脱水汚泥に含まれる水分が蒸発する（真空蒸発工程）。

【0042】

脱水汚泥は、脱水汚泥投入口２２を通ってスクリュー式搬送コンベア２０の脱水汚泥排出管２１に投入される。脱水汚泥は、回転するスクリュー羽根２４により脱水汚泥排出管２１内を排出口２１ｄに向かって移送される。加熱媒体は、供給配管３７を通ってスクリュー軸２３の上流側部位内に供給され、スクリュー軸２３に接触している脱水汚泥を加熱する。スクリュー軸２３内に供給された加熱媒体は、スクリュー軸２３に接続された排出配管３８を介して、スクリュー軸２３の外部に排出される。

【0043】

脱水汚泥が脱水汚泥排出管２１内で移送される空間の断面積は、縮小部２１ｂで漸次減少する。したがって、縮小部２１ｂでは、脱水汚泥に作用する抵抗が増加する。この縮小部２１ｂ内では、脱水汚泥は、スクリュー羽根２４によって移送される後続の脱水汚泥によって圧縮されて下流部２１ｃ内でシールプラグを形成する。真空源４４を動作させたとき、真空チャンバー４２の脱水汚泥出口４２ｄは、このシールプラグとなった脱水汚泥によりシールされる。脱水汚泥は、スクリュー式搬送コンベア２０内でシールプラグを形成しながら、後続の脱水汚泥により押されて少しずつ排出口２１ｄから排出される。このように、真空チャンバー４２の脱水汚泥入口４２ｃおよび脱水汚泥出口４２ｄが脱水汚泥によって連続的にシールされるので、真空チャンバー４２のシール状態を維持しながら、脱水汚泥を連続的に真空チャンバー４２に移送し、かつ真空チャンバー４２から連続的に排出することができる。

【0044】

加熱脱水工程で加熱された脱水汚泥を真空チャンバー４２内で真空下に置くことにより、脱水汚泥からの水の蒸発が促進される。さらに、真空チャンバー４２に連通する脱水汚泥排出管２１の上流部２１ａ内の脱水汚泥からも水分が蒸発する。蒸発した水分は、真空源４４により排気され、その結果、脱水汚泥の含水率を大きく低下させることができる。

【0045】

図４に示されるスクリュー式搬送コンベア２０の代わりに、搬送装置として、一軸ねじ式ポンプまたはピストン式ポンプなどの容積式ポンプを用いてもよい。このような容積式ポンプに供給された脱水汚泥は、スクリュープレス式脱水機４１で形成されたシールプラグが有する脱水汚泥の圧密状態を維持しながら圧縮および搬送される。したがって、これら容積式ポンプを用いても、真空チャンバー４２の脱水汚泥出口４２ｄをシールするシールプラグを形成することができる。

【0046】

本実施形態では、汚泥は、最初に、スクリュープレス式脱水機４１で加熱されながら脱水される（加熱脱水工程）。汚泥を加熱すると、汚泥の粘性が低下して汚泥からろ液が分離しやすくなると共に、汚泥の熱変性が起こって汚泥の保水力が低下するので、生成される脱水汚泥の含水率を効率良く低下させることができる。さらに、汚泥を加熱しながら脱水すると、汚泥に含まれる水は、汚泥の加熱が完了する前から速やかにろ液として汚泥から分離する。したがって、ろ液の分離に、余計なエネルギーが消費されることを防止することができる。さらに、真空チャンバー４２では、スクリュープレス式脱水機４１で形成された脱水汚泥の水分を真空下で蒸発させる真空蒸発工程を実施する。真空蒸発工程では、加熱脱水工程で加熱された脱水汚泥を真空下に置くことにより、脱水汚泥からの水の蒸発が促進されるので、脱水汚泥の含水率を著しく低下させることができる。この真空蒸発工程は、加熱脱水工程で十分脱水された汚泥から水分を蒸発させる。したがって、水分の蒸発過程で消費されるエネルギー（蒸発潜熱）を最小限にすることができる。また、汚泥を加熱しながら脱水する加熱脱水工程を実施するスクリュープレス式脱水機４１と、スクリュープレス式脱水機４１で形成された脱水汚泥の水分を真空下で蒸発させる真空蒸発工程を実施する真空チャンバー４２とが１台の汚泥脱水装置４０に設けられる。特に、真空チャンバー４２の脱水汚泥入口４２ｃおよび脱水汚泥出口４２ｄが脱水汚泥によって連続的にシールされながら、真空チャンバー４２内に脱水汚泥が連続的に移送される。したがって、含水率が低下した脱水汚泥を連続処理で生成することができる。

【0047】

加熱脱水工程で加熱された脱水汚泥の温度が高いまま搬送装置（例えば、スクリュー式搬送コンベア２０）を用いて該脱水汚泥を搬送すると、搬送装置内で脱水汚泥が冷やされて結露水が生成され、この結露水が搬送装置の腐食の原因となることがある。また、高温の脱水汚泥をそのまま貯留すると、脱水汚泥が発酵してしまうことがある。本発明によれば、加熱脱水工程で加熱された脱水汚泥内の水分を真空蒸発工程で蒸発させるので、蒸発潜熱としてのエネルギーが脱水汚泥から奪われ、脱水汚泥の温度を低下させることができる。その結果、低温の脱水汚泥が生成され、搬送装置の腐食および脱水汚泥の発酵を防止することができる。

【0048】

し尿処理場で発生する余剰汚泥を使用して、汚泥脱水方法の比較実験を行った。実験では、汚泥を加熱しながら脱水する加熱脱水工程で脱水汚泥を生成した後、この脱水汚泥に対して真空蒸発工程を実施して、真空蒸発工程後の脱水汚泥の含水率を測定した（実験１：本実施形態の汚泥脱水方法）。実験１における真空蒸発工程の真空圧は、−９７ｋＰａであった。さらに、汚泥を加熱しないで脱水した脱水汚泥を真空蒸発させない場合（比較例１）の脱水汚泥の含水率と、汚泥を加熱しながら脱水する加熱脱水工程を実施した脱水汚泥に対して、真空蒸発工程を行わない場合（比較例２）の脱水汚泥の含水率を測定した。実験１、比較例１、および比較例２の脱水汚泥は、図２に示されるようなスクリュープレス式脱水機４１および真空チャンバー４２を用いて生成された。汚泥の固形物乾物重量（処理固形物量）は、７ｋｇ−ＤＳ／ｈであり、スクリュープレス式脱水機４１に汚泥を投入する前に、濃縮機で汚泥を１０％まで濃縮している。また、濃縮汚泥には、ポリマと無機凝集剤（ポリ鉄）が添加されている。

【0049】

比較例１の脱水汚泥の含水率は８０％であり、比較例２の脱水汚泥の含水率は７３％であった。比較例１と比較例２の結果から、汚泥を加熱しながら脱水すると、脱水汚泥の含水率を大幅に低減できることが分かる。

【0050】

実験１の脱水汚泥の含水率は７１％であった。実験１と比較例２の結果から、加熱脱水工程を実施した後に、真空蒸発工程を実施した脱水汚泥は、さらに含水率を低減できることが分かる。

【0051】

このように、汚泥を加熱しながら脱水して脱水汚泥を形成する加熱脱水工程を行い、この加熱脱水工程後に、脱水汚泥に含まれる水分を真空下で蒸発させる真空蒸発工程を行うと、脱水汚泥の含水率を著しく低減できる。しかしながら、低含水率の脱水汚泥を得るための汚泥脱水方法で必要なエネルギー量が多ければ、その汚泥脱水方法は、省エネルギーの観点から不利益である。そこで、加熱脱水工程および真空蒸発工程を行う本実施形態の汚泥脱水方法で得られた脱水汚泥の含水率を基準として、この汚泥脱水方法で必要とされる熱エネルギーと、以下の比較汚泥脱水方法で必要とされる熱エネルギーとを比較する。

【0052】

比較汚泥脱水方法１は、汚泥を加熱しないで脱水した後に、脱水汚泥を加熱しながら該脱水汚泥に含まれる水分を真空蒸発させる汚泥脱水方法である。比較汚泥脱水方法２は、汚泥を所望の温度まで昇温させた後に汚泥を脱水して脱水汚泥を生成し、この脱水汚泥を真空蒸発させる汚泥脱水方法である。

【0053】

最初に、本実施形態の汚泥脱水方法で必要な熱エネルギーを検討する。固形物乾物重量（処理固形物量）が５０ｋｇ−ＤＳ／ｈで、汚泥濃度が２．５％の汚泥を想定する。この場合、処理されるべき汚泥量は、４０００ｋｇ／ｈとなる。４０００ｋｇ／ｈの汚泥をスクリュープレス式脱水機４１で２０℃から６０℃まで加熱しながら脱水する場合、必要な熱エネルギーは５０３ＭＪ／ｈである。４０００ｋｇ／ｈの汚泥を加熱しながら脱水する場合に必要とされる熱量は、４０００ｋｇ／ｈの汚泥全量を加熱するのに必要な熱量の５０％程度である。放熱により消費される熱エネルギーの割合は、５０％と仮定している。汚泥を加熱しないでスクリュープレス式脱水機４１で汚泥を脱水したときの脱水汚泥の含水率は８０％であり、汚泥を６０℃まで加熱してスクリュープレス式脱水機４１で汚泥を脱水したときの脱水汚泥の含水率は７２％である。汚泥を加熱しながら脱水することで低減できる水分量は、１４２．９ｋｇ／ｈとなる。さらに、６０℃まで加熱された脱水汚泥が−９７ｋＰａの真空下に置かれる。脱水汚泥の温度が−９７ｋＰａの水の飽和温度である３０℃まで低下すると仮定すると、脱水汚泥から奪われる熱量は４４．８９ＭＪ／ｈである。蒸発潜熱は、２．３５ＭＪ／ｋｇとした。この熱量によって、蒸発させることのできる水分量は、１９．１ｋｇ／ｈである。したがって、真空蒸発工程を実施することにより、脱水汚泥の含水率を、７２％から７０．４％に低下させることができる。また、本実施形態の汚泥脱水方法で必要とされる熱エネルギーは、上記したように、５０３ＭＪ／ｈである。

【0054】

次に、汚泥を加熱しないで脱水した後に、脱水汚泥を加熱しながら該脱水汚泥に含まれる水分を真空蒸発させる比較汚泥脱水方法１を検討する。汚泥を加熱しないでスクリュープレス式脱水機４１で汚泥を脱水したときの脱水汚泥の含水率は８０％である。脱水汚泥の含水率を、８０％から７０．４％まで低減させるには、１６２ｋｇ／ｈの水分量を蒸発させる必要がある。脱水汚泥を加熱しながら該脱水汚泥に含まれる水分を真空蒸発させて、１６２ｋｇ／ｈの水分を蒸発させるには、５８５．５ＭＪ／ｈの熱エネルギーが必要となる。熱効率は、間接蒸気乾燥機の一般的な値である０．６５を使用した。したがって、比較汚泥脱水方法１で必要とされる熱エネルギーは、５８５．５ＭＪ／ｈである。

【0055】

次に、汚泥を６０℃まで昇温させた後に汚泥を脱水して脱水汚泥を生成し、この脱水汚泥を真空蒸発させる比較汚泥脱水方法２を検討する。この比較汚泥脱水方法２の場合、４０００ｋｇ／ｈの汚泥全量を６０℃まで加熱する必要がある。４０００ｋｇ／ｈの汚泥を６０℃まで昇温するのに必要な熱量は、１００６ＭＪ／ｈである。放熱により消費される熱エネルギーの割合は、５０％と仮定している。この昇温された汚泥をスクリュープレス式脱水機４１を用いて脱水すると、得られる脱水汚泥の含水率は７２％である。この脱水汚泥が−９７ｋＰａの真空下に置かれると、脱水汚泥の含水率を、７２％から７０．４％に低下させることができる。したがって、比較汚泥脱水方法２で必要とされる熱エネルギーは、１００６ＭＪ／ｈである。

【0056】

本実施形態の汚泥脱水方法で必要とされる熱エネルギー（５０３ＭＪ／ｈ）を、比較汚泥脱水方法１で必要とされる熱エネルギー（５８５．５ＭＪ／ｈ）、および比較汚泥脱水方法２で必要とされる熱エネルギー（１００６ＭＪ／ｈ）と比較すると、本実施形態の汚泥脱水方法で必要とされる熱エネルギーが最も少ない。したがって、本実施形態の汚泥脱水方法は、省エネルギーの観点から最も有効であることが分かる。このように、本実施形態の汚泥脱水方法では、加熱脱水工程で十分脱水された汚泥から、真空蒸発工程で水分を蒸発させる。したがって、水分の蒸発過程で消費されるエネルギー（蒸発潜熱）を最小限にすることができる。

【0057】

図２および図４に示されるように、脱水汚泥通過管１Ｂの外面を覆う加温ジャケット４６を設けてもよい。加温ジャケット４６は、蒸気、加温水、または加熱された油脂などの加熱媒体を加温ジャケット４６に供給するための供給配管４７と、加温ジャケット４６から加熱媒体を排出するための排出配管４８とに接続される。加熱媒体は供給配管４７を通じて加温ジャケット４６内に供給されて該加温ジャケット４６を満たし、排出配管４８を通じて加温ジャケット４６から排出される。加温ジャケット４６の内部を通過する加熱媒体は、真空チャンバー４２に導入される前の脱水汚泥に熱エネルギーを与えることができる。

【0058】

図２に示されるように、背圧板１６は中空に構成されてもよい。背圧板１６の内部空間は、蒸気、加温水、または加熱された油脂などの加熱媒体を背圧板１６に供給するための供給配管１７ａと、背圧板１６から加熱媒体を排出するための排出配管１７ｂとに接続される。加熱媒体は供給配管１７ａを通じて背圧板１６内に供給されて該背圧板１６の内部空間を満たし、排出配管１７ｂを通じて背圧板１６から排出される。背圧板１６の内部を通過する加熱媒体は、背圧板１６に接触している脱水汚泥に熱エネルギーを与えることができる。

【0059】

スクリュー軸３、加温ジャケット４６、および背圧板１６を介して加熱媒体から脱水汚泥に与えられた熱エネルギーは、真空チャンバー４２内に移送された脱水汚泥中の水の蒸発に使用される。その結果、含水率が極めて低下した脱水汚泥を生成することができる。脱水汚泥から水が蒸発するとき、蒸発潜熱として熱エネルギーが脱水汚泥から奪われるので、真空チャンバー４２内では、温度の低下した脱水汚泥が形成される。

【0060】

脱水汚泥排出管２１内を搬送される脱水汚泥は、脱水汚泥排出管２１の下流部２１ｃ内でシールプラグを形成する。したがって、真空チャンバー４２に連通する脱水汚泥排出管２１の上流部２１ａ内には真空が形成される。スクリュー軸２３の上流側部位に供給された加熱媒体は、該スクリュー軸２３の上流側部位に接触する脱水汚泥に熱エネルギーを与える。この熱エネルギーは、脱水汚泥排出管２１の上流部２１ａ内を搬送される脱水汚泥中の水の蒸発に使用される。脱水汚泥排出管２１内で脱水汚泥に与えられた熱エネルギーは、蒸発潜熱として脱水汚泥から奪われるので、脱水汚泥排出管２１内の脱水汚泥の温度はほとんど上昇しない。したがって、低温の脱水汚泥をスクリュー式搬送コンベア２０から排出することができる。

【0061】

スクリュー軸３、加温ジャケット４６、背圧板１６、およびスクリュー軸２３の内部に供給される加熱媒体として、消化槽から取り出した消化ガスを燃焼させる燃焼炉から発生する蒸気や温水を使用することができる。また、消化ガスを用いて発電する発電機から発生する廃熱の蒸気や温水を使用してもよい。この消化槽は、汚泥を発酵させるための設備である。加熱媒体として、汚泥脱水装置４０から排出された脱水汚泥を焼却する焼却炉から発生する蒸気を使用してもよい。

【0062】

図５は、背圧板１６の変形例を示す正面図である。図５に示されるように、背圧板１６のテーパ面１６ａ上に、複数のカッター１９が設けられる。これらカッター１９は、環状の背圧板１６の円周方向に沿って等間隔で配置され、背圧板１６の半径方向に延びている。

【0063】

図６（ａ）は、図５に示すカッター１９の側面図であり、図６（ｂ）は、図５に示すカッター１９の斜視図である。図６（ａ）および図６（ｂ）に示されるように、本実施形態のカッター１９は、三角柱の形状を有し、三角柱を構成する３つの四角面（三角柱の側面）のうちの１つの四角面１９ａが背圧板１６のテーパ面１６ａに固定される。他の２つの四角面１９ｂ，１９ｃは、辺１９ｄで互いに接し、これら四角面１９ｂ，１９ｃは、刃面を構成する。辺１９ｄは、背圧板１６の半径方向に延びる。三角柱を構成する２つの三角面（三角柱の頂面および底面）１９ｅ，１９ｆは、辺１９ｄと垂直に接続される。背圧板１６のテーパ面１６ａは水平方向に対して傾斜しているので、四角形１９ｂ，１９ｃは、台形となる。

【0064】

背圧板１６に押し付けられた脱水汚泥は、これらカッター１９により細かく分断される。その結果、脱水汚泥内の水分がより真空圧力に近づきやすくなり、脱水汚泥から蒸発する水分量を増加させることができる。本実施形態のカッター１９は１６個設けられている（図５参照）。しかしながら、カッター１９の個数は、１６個よりも少なくてもよく、または１６個よりも多くてもよい。

【0065】

図７は、真空チャンバー４２を真空排気する真空源４４として水駆動のエゼクタ装置が用いられた汚泥脱水装置４０の変形例を示す模式図である。図７に示されるように、真空源４４として使用されるエゼクタ装置は、エゼクタ５０と、該エゼクタ５０の駆動流体としての水（以下、駆動水という）を貯留する駆動水タンク５１と、駆動水を昇圧するための駆動ポンプ５２と、を有する。エゼクタ５０は、配管４５に配置された凝集装置４９を介して真空チャンバー４２に接続される。駆動水タンク５１内の駆動水は、駆動ポンプ５２により昇圧されて、エゼクタ５０に供給される。高圧の駆動水がエゼクタ５０を通過する過程で、真空チャンバー４２内の空気が吸い込まれる。エゼクタ５０から排出される駆動水と真空チャンバー４２内の空気は、駆動水タンク５１に戻され、該駆動水タンク５１で水と空気とに分離される。分離された空気は、駆動水タンク５１から排気され、分離された水は、駆動水タンク５１に貯留されて、駆動水として再度使用される。

【0066】

本実施形態では、汚泥は、スクリュープレス式脱水機４１で加熱されながら脱水される。汚泥を加熱すると、揮発性臭気成分が増大する。真空チャンバー４２を減圧するための真空源４４として、水駆動のエゼクタ装置を用いた場合、真空チャンバー４２から排気される空気に含まれる揮発性臭気成分を、駆動水に溶解させることができる。その結果、駆動水タンク５１から排気される空気に含まれる臭気成分を低減させることができるので、汚泥から発生する臭気成分を処理する脱臭装置の負荷が低減される。駆動水に溶解した臭気成分は、使用済み駆動水が移送される排水処理設備で処理される。

【0067】

図８は、別の実施形態に係る汚泥脱水装置４０を示す模式図である。図８に示される汚泥脱水装置４０では、真空源４４は、脱水汚泥通過管１Ｂに連通し、脱水汚泥通過管１Ｂを減圧する。本実施形態では、スクリュープレス式脱水機４１に接続された図２に示す真空チャンバー４２の代わりに、スクリュープレス式脱水機４１とスクリュー式搬送コンベア２０とを連通する連通チャンバー６０が設けられる。連通チャンバー６０の側壁６０ａには、上記した軸受１１が設置されており、スクリュー軸３の端部が該軸受１１に回転自在に支持される。上記した脱水汚泥通過管１Ｂは、連通チャンバー６０の脱水汚泥入口６０ｃに接続される。また、スクリュー式搬送コンベア２０の脱水汚泥投入口２２は、連通チャンバー６０の脱水汚泥出口６０ｄに接続される。脱水汚泥は、脱水汚泥通過管１Ｂから脱水汚泥入口６０ｃを通って連通チャンバー６０に供給される。連通チャンバー６０に供給された脱水汚泥は、脱水汚泥出口６０ｄを通って、脱水汚泥投入口２２からスクリュー式搬送コンベア２０に供給される。連通チャンバー６０に真空源４４は接続されていないので、連通チャンバー６０内の圧力は、大気圧である。また、上述の実施形態とは異なり、スクリュー式搬送コンベア２０の脱水汚泥排出管２１の断面積は一定である。それ以外の構成は、図２に示した汚泥脱水装置４０と同じである。

【0068】

脱水汚泥通過管１Ｂの外面には、環状の真空チャンバー５５が設けられる。真空チャンバー５５は、配管４５の一方の端部に接続され、真空源４４は、配管４５の他方の端部に接続されている。配管４５には、凝集装置４９が配置される。脱水汚泥通過管１Ｂの外面には、真空チャンバー５５に連通する多数の開口（図示せず）が設けられている。真空源４４を作動させると、真空チャンバー５５内に真空が形成され、真空チャンバー５５に連通する脱水汚泥通過管１Ｂの内部が真空排気される。真空源４４として、真空ポンプを用いてもよいし、図７に示すエゼクタ装置を用いてもよい。

【0069】

上述したように、脱水汚泥通過管１Ｂの内部には、シールプラグとなった脱水汚泥が存在している。したがって、真空チャンバー５５の上流側と下流側に存在する脱水汚泥によって、脱水汚泥通過管１Ｂの内部空間はシールされ、脱水汚泥通過管１Ｂ内に真空を形成することができる。

【0070】

加熱脱水工程で加熱された脱水汚泥を真空下に置くことにより、脱水汚泥からの水の蒸発が促進される。蒸発した水分は、真空源４４により排気される。その結果、脱水汚泥の含水率をさらに低下させることが可能となり、著しく含水率が低下した脱水汚泥を得ることができる。さらに、本実施形態では、汚泥を加熱しながら脱水する加熱脱水工程と、脱水汚泥の水分を真空蒸発させる真空蒸発工程は、スクリュープレス式脱水機４１のスクリーンケーシング１内で連続して行われる。したがって、含水率が著しく低下した脱水汚泥を連続処理で生成することができる。

【0071】

図８に示した実施形態において、脱水汚泥通過管１Ｂは、蒸気、加温水または加熱された油脂などの加熱媒体が供給される加温ジャケット４６により加熱される。加温ジャケット４６は、真空チャンバー５５の上流側に配置される上流側加温ジャケット４６ａと、真空チャンバー５５の下流側に配置される下流側加温ジャケット４６ｂとから構成され、上流側加温ジャケット４６ａと下流側加温ジャケット４６ｂにそれぞれ加熱媒体が供給される。

【0072】

上述した図１に示す実施形態では、汚泥脱水装置４０で汚泥を脱水する前に、濃縮装置３５で汚泥を濃縮している。汚泥を濃縮することで、汚泥に含まれる水分量が減少するので、汚泥脱水装置４０に含まれる加熱脱水機４１で加熱される汚泥量を低減することができる。したがって、加熱脱水機４１で消費される熱エネルギーを低減することができる。一方で、間接蒸気乾燥機を用いて汚泥をそのまま加熱し、汚泥内の水分を蒸発させる汚泥乾燥方法が従来から知られている。以下では、間接蒸気乾燥機を用いた汚泥乾燥方法により消費される熱エネルギーと、濃縮されていない汚泥および濃縮装置３５によって濃縮された汚泥を加熱脱水機４１で加熱することにより消費される熱エネルギーとを比較する。

【0073】

まず、濃縮されていない汚泥を検討する。固形物乾物重量（処理固形物量）が１００ｋｇ−ＤＳ／ｈの汚泥を想定する。一般的な下水消化汚泥の場合、汚泥濃度は２％である。この場合、処理されるべき汚泥量は、５０００ｋｇ／ｈとなる。５０００ｋｇ／ｈの汚泥を汚泥脱水装置４０で２０℃から８０℃まで加熱しながら脱水する場合、必要な熱エネルギーは９４３ＭＪ／ｈである。５０００ｋｇ／ｈの汚泥を加熱しながら脱水する場合に必要とされる熱量は、５０００ｋｇ／ｈの汚泥全量を加熱するのに必要な熱量の５０％程度である。放熱により消費される熱エネルギーの割合は、５０％と仮定している。汚泥を加熱しないで加熱脱水機４１で汚泥を脱水したときの脱水汚泥の含水率は８０％であり、汚泥を８０℃まで加熱して加熱脱水機４１で汚泥を脱水したときの脱水汚泥の含水率は７０％である。汚泥を加熱しながら脱水することで低減できる水分量は、１６６．７ｋｇ／ｈとなる。これに対して、１６６．７ｋｇ／ｈの水分量を間接蒸気乾燥機で蒸発させた場合、乾燥に必要な熱エネルギーは、５７９．５ＭＪ／ｈである。熱効率は、間接蒸気乾燥機の一般的な値である０．６５を使用した。これらの熱エネルギーを比較すると、間接蒸気乾燥機で汚泥を乾燥させた方が消費される熱エネルギーが少ない。したがって、省エネルギーの観点からは、間接蒸気乾燥機の方が優位であることが分かる。

【0074】

濃縮装置３５で汚泥濃度を６％まで濃縮した場合、処理されるべき汚泥量は、１６６７ｋｇ／ｈとなる。１６６７ｋｇ／ｈの汚泥を加熱脱水機４１で２０℃から８０℃まで加熱しながら脱水する場合、必要な熱エネルギーは、３１４ＭＪ／ｈである。１６６７ｋｇ／ｈの汚泥を加熱しながら脱水する場合に必要とされる熱量は、１６６７ｋｇ／ｈの汚泥全量を加熱するのに必要な熱量の５０％程度である。汚泥を加熱しないで加熱脱水機４１で汚泥を脱水したときの脱水汚泥の含水率は８０％であり、汚泥を８０℃まで加熱して加熱脱水機４１で汚泥を脱水したときの脱水汚泥の含水率は７０％である。汚泥を加熱しながら脱水することで低減できる水分量は、１６６．７ｋｇ／ｈとなる。これに対して、１６６．７ｋｇ／ｈの水分量を間接蒸気乾燥機で蒸発させた場合、乾燥に必要な熱エネルギーは、５７９．５ＭＪ／ｈである。熱効率は、間接蒸気乾燥機の一般的な値である０．６５を使用した。これらの熱エネルギーを比較すると、濃縮装置３５によって６％まで濃縮された汚泥を汚泥脱水装置４０で加熱しながら脱水する方が消費される熱エネルギーが少ない。したがって、省エネルギーの観点からは、濃縮装置３５によって６％まで濃縮された汚泥を加熱脱水機４１で加熱しながら脱水する方が優位であることが分かる。

【0075】

濃縮装置３５で汚泥濃度を８％まで濃縮した場合、処理されるべき汚泥量は、１２５０ｋｇ／ｈとなる。１２５０ｋｇ／ｈの汚泥を加熱脱水機４１で２０℃から８０℃まで加熱しながら脱水する場合、必要な熱エネルギーは、２３６ＭＪ／ｈである。１２５０ｋｇ／ｈの汚泥を加熱しながら脱水する場合に必要とされる熱量は、１２５０ｋｇ／ｈの汚泥全量を加熱するのに必要な熱量の５０％程度である。汚泥を加熱しないで加熱脱水機４１で汚泥を脱水したときの脱水汚泥の含水率は８０％であり、汚泥を８０℃まで加熱して加熱脱水機４１で汚泥を脱水したときの脱水汚泥の含水率は７０％である。汚泥を加熱しながら脱水することで低減できる水分量は、１６６．７ｋｇ／ｈとなる。これに対して、１６６．７ｋｇ／ｈの水分量を間接蒸気乾燥機で蒸発させた場合、乾燥に必要な熱エネルギーは、５７９．５ＭＪ／ｈである。熱効率は、間接蒸気乾燥機の一般的な値である０．６５を使用した。これらの熱エネルギーを比較すると、濃縮装置３５によって８％まで濃縮された汚泥を加熱脱水機４１で加熱しながら脱水する方が消費される熱エネルギーが少ない。したがって、省エネルギーの観点からは、濃縮装置３５によって８％まで濃縮された汚泥を加熱脱水機４１で加熱しながら脱水する方が優位であることが分かる。

【0076】

以上の結果から、汚泥脱水装置４０で加熱しながら脱水する汚泥は、濃縮装置３５で６％以上に濃縮されているのが好ましいことが分かる。濃縮装置３５で濃縮される汚泥の、さらに好ましい濃度は、８〜１４％である。

【0077】

以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。

【符号の説明】

【0078】

１ スクリーンケーシング（ろ過筒）
１Ａ 円筒スクリーン
１Ｂ 脱水汚泥通過管
２ 汚泥投入口
３ スクリュー軸
３ａ 供給配管
３ｂ 排出配管
３ｃ 排出配管
４ スクリュー羽根
７ 回転機構
１０ 軸受
１１ 軸受
１４ ろ液受け
１６ 背圧板
１６ａ テーパ面
１８ 背圧板移動装置
１７ａ 供給配管
１７ｂ 排出配管
１９ カッター
２０ スクリュー式搬送コンベア
２１ 脱水汚泥排出管
２１ａ 上流部
２１ｂ 縮小部
２１ｃ 下流部
２２ 脱水汚泥投入口
２３ スクリュー軸
２４ スクリュー羽根
２５ 閉塞壁
２６ 軸受
２７ 回転機構
２８ 閉塞壁
２９ 軸受
３０ 凝集槽
３１ 攪拌羽根
３２ モータ
３５ 濃縮装置
３７ 供給配管
３８ 排出配管
４０ 汚泥脱水装置
４１ 加熱脱水機（スクリュープレス式脱水機）
４２ 真空チャンバー
４２ａ 側壁
４２ｃ 脱水汚泥入口
４２ｄ 脱水汚泥出口
４４ 真空源
４５ 配管
４６ 加温ジャケット
４６ａ 上流側加温ジャケット
４６ｂ 下流側加温ジャケット
４７ 供給配管
４８ 排出配管
４９ 凝集装置
５０ エゼクタ
５１ 駆動水タンク
５２ 駆動ポンプ
５５ 真空チャンバー
６０ 連通チャンバー
６０ａ 側壁
６０ｃ 脱水汚泥入口
６０ｄ 脱水汚泥出口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】