特許 6351039 汚泥乾燥方法、汚泥減容化方法、汚泥乾燥装置および汚泥減容化システム

(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】6351039

(24)【登録日】2018年6月15日

(45)【発行日】2018年7月4日

(54)【発明の名称】汚泥乾燥方法、汚泥減容化方法、汚泥乾燥装置および汚泥減容化システム

(51)【国際特許分類】

   C02F 11/12 20060101AFI20180625BHJP

   F23G 5/04 20060101ALI20180625BHJP

【ＦＩ】

   C02F11/12 AZAB

   C02F11/12 B

   F23G5/04 A

   F23G5/04 C

【請求項の数】8

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2014-225921(P2014-225921)

(22)【出願日】2014年11月6日

(65)【公開番号】特開2016-87552(P2016-87552A)

(43)【公開日】2016年5月23日

【審査請求日】2017年9月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】512002932

【氏名又は名称】稲田 修司

(74)【代理人】

【識別番号】100097755

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 勉

(72)【発明者】

【氏名】稲田 修司

【審査官】 富永 正史

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５４−０２４２７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−１５５７０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−００７７９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−１９６８９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１６８８００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０３９４００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５１８８７４１（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１６５１９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１８９２９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ １１／００−１１／２０

Ｆ２３Ｇ ５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

有機物を含有する脱水汚泥を加圧下で加熱した後に減圧することで破砕し、この破砕処理後の脱水汚泥を、伝熱管を通して下流側へと送る際に加熱媒体によりその伝熱管を介して間接加熱して乾燥する汚泥乾燥方法であって、
前記破砕処理後で前記伝熱管を通す前の脱水汚泥に対しガス体を注入し、前記伝熱管で脱水汚泥と共にそのガス体を間接加熱して該ガス体を膨張させることを特徴とする汚泥乾燥方法。

【請求項2】

前記破砕処理後で前記伝熱管を通す前の脱水汚泥と、この脱水汚泥に注入された前記ガス体とを混合して、該脱水汚泥中に前記ガス体を分散させることを特徴とする請求項１に記載の汚泥乾燥方法。

【請求項3】

前記伝熱管内を流れる脱水汚泥を撹拌することを特徴とする請求項１または２に記載の汚泥乾燥方法。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれかに記載の汚泥乾燥方法により得られた乾燥汚泥を燃焼させて燃焼残渣灰分とすることで減容化するようにした汚泥減容化方法であって、
前記乾燥汚泥の燃焼に伴い発生する燃焼排ガスとの熱交換で前記加熱媒体を加熱し、この加熱された加熱媒体により、前記伝熱管を介して脱水汚泥を間接加熱するようにしたことを特徴とする汚泥減容化方法。

【請求項5】

脱水汚泥を加熱する加熱器と、この加熱器によって加熱される脱水汚泥の圧力を制御する制御弁と、この制御弁を通して開放される脱水汚泥を受け入れるフラッシュタンクと、このフラッシュタンクからの脱水汚泥が流通可能で加熱媒体と接触される伝熱管を有する乾燥機とを備え、前記加熱器および前記制御弁によって加圧下で加熱された脱水汚泥を、前記制御弁を通して前記フラッシュタンク内に開放することで減圧して破砕し、この破砕処理後の脱水汚泥を、前記伝熱管を通して下流側へと送る際に加熱媒体によりその伝熱管を介して間接加熱して乾燥するようにした汚泥乾燥装置であって、
前記フラッシュタンクから送り出されて前記伝熱管に至る前の脱水汚泥に対しガス体を注入するガス体注入器を設け、前記伝熱管で脱水汚泥と共にそのガス体を間接加熱して該ガス体を膨張させるようにしたことを特徴とする汚泥乾燥装置。

【請求項6】

前記フラッシュタンクから送り出されて前記伝熱管に至る前の脱水汚泥と、この脱水汚泥に注入された前記ガス体とを混合する混合器を設け、該脱水汚泥中に前記ガス体を分散させるようにしたことを特徴とする請求項５に記載の汚泥乾燥装置。

【請求項7】

前記伝熱管内にスタティックミキサーを組み込み、該スタティックミキサーによる脱水汚泥への分割・転換・反転の作用により、前記伝熱管内を流れる脱水汚泥を撹拌するようにしたことを特徴とする請求項５または６に記載の汚泥乾燥装置。

【請求項8】

請求項５〜７のいずれかに記載の汚泥乾燥装置により得られた乾燥汚泥を燃焼する燃焼装置を備え、この燃焼装置で前記乾燥汚泥を燃焼させて燃焼残渣灰分とすることで減容化するようにした汚泥減容化システムであって、
前記乾燥汚泥の燃焼に伴い発生する燃焼排ガスとの熱交換で前記加熱媒体を加熱する排ガスボイラーを備え、この排ガスボイラーによって加熱された前記加熱媒体により、前記伝熱管を介して脱水汚泥を間接加熱するようにしたことを特徴とする脱水汚泥の減容化システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、有機物を含有する所定含水率（例えば８５％）以下の脱水汚泥を乾燥する乾燥方法および乾燥装置、並びに該脱水汚泥の減容化方法および減容化システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

下水道の普及に伴って家庭から排出される大量の下水汚泥や、工場・事業場排水、農業・畜産業排水といった下水、排水、廃水などの汚水（原水）の処理には、活性汚泥法による生物学的処理が広く行われている。
この生物学的処理工程において、原水中の浮遊物を沈殿させてなる「生汚泥」や、活性汚泥処理により発生する「余剰汚泥」の如き廃水汚泥は、固体と多量の水との混合物であり、そのままではリサイクルできないし、廃棄物処理することもできない代物である。そのため、地方自治体等の下水処理工場においては、ベルトプレス脱水機等によってこれら廃水汚泥中からある程度の水分を取り除き、一般的に８０〜８５％の水分を残存含有するスラッジ状の脱水汚泥としてその殆どを焼却・埋立等の方法で廃棄物処理している。

【0003】

しかし、上記のような焼却・埋立等による脱水汚泥の廃棄物処理には、多大な費用が必要であり、更には既設の埋立処分場の処理能力が限界に近づきつつあることから、廃棄物処理費用を削減することができ、しかも環境に優しい脱水汚泥の効果的な減容化方法が種々検討されて今日に至っている。

【0004】

脱水汚泥の減容化方法として、今なお最も多く実施されている方法は、８０％程度の多くの水分を含んだ脱水汚泥を直接焼却炉において焼却し、焼却残渣灰分を減容廃棄物として埋立処理もしくは何らかの再利用をするというものであるが、この方法には多量の化石燃料を必要とするので、多大な費用が必要で、かつＣＯ_２等による環境影響負荷が問題となる。

【0005】

このような問題を抜本的に解決するものとして、脱水汚泥を、図２に示されるようなクローズドループ式の汚泥減容化システムを用いて減容化する方法が提案されている（例えば、特許文献１（第１頁、第２図）参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平７−３５３２３号公報

【0007】

図２に示される汚泥減容化システム１０１は、汚泥送出ポンプ１０２によって送り込まれる脱水汚泥を乾燥する乾燥機１０３と、排ガスボイラー１０４が付設されてなる燃焼装置１０５とを備えている。
ここで、乾燥機１０３は、加熱空間を形成するケーシング内でパドル翼やディスク翼により脱水汚泥を撹拌しながら水蒸気等の加熱媒体によりケーシング等を介して脱水汚泥を間接加熱することで乾燥するようにした構造のものである。
また、乾燥機１０３と排ガスボイラー１０４との間には、加熱媒体供給流路１０６と、加熱媒体還流路１０７とが設けられており、燃焼装置１０５での燃焼に伴い発生する燃焼排ガスとの熱交換によって排ガスボイラー１０４で加熱された加熱媒体が加熱媒体供給流路１０６を介して乾燥機１０３へと供給され、この乾燥機１０３において脱水汚泥の間接加熱に供された加熱媒体が加熱媒体還流路１０７を介して排ガスボイラー１０４に還流されるようになっている。

【0008】

この汚泥減容化システム１０１においては、加熱媒体供給流路１０６を介して乾燥機１０３に供給される加熱媒体を用いて脱水汚泥を間接加熱により乾燥し、得られた乾燥汚泥を燃料として燃焼装置１０５で燃焼させ、この乾燥汚泥の燃焼に伴い発生する燃焼排ガスとの熱交換で排ガスボイラー１０４により加熱媒体を加熱し、加熱された加熱媒体を乾燥機１０３での脱水汚泥の乾燥に再利用するようにされている。

【0009】

一方、近年では、脱水汚泥の廃棄物処理方法として、図３に示されるような汚泥減容化システム１１１を用いるようにしたものであって、脱水汚泥が保有する発熱（燃焼）エネルギーを他の活用し易いエネルギー燃料に転換して再利用するというエネルギー資源化利用による汚泥減容化方法が主流になりつつある。
なお、図３に示される汚泥減容化システム１１１において、先に述べた図２に示される汚泥減容化システム１０１と同一または同様のものについては、図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略し、以下においては、先に述べた汚泥減容化システム１０１と異なる点を中心に説明することとする。

【0010】

図３に示されるエネルギー資源化利用による汚泥減容化システム１１１は、汚泥乾燥システム１１１Ａと、電気エネルギー化システム１１１Ｂとにより構成されている。

【0011】

汚泥乾燥システム１１１Ａにおいては、重油を燃料とする重油ボイラー１１２で加熱された加熱媒体を、加熱媒体供給流路１０６を介して乾燥機１０３へと供給し、供給された加熱媒体を用いて脱水汚泥を間接加熱により乾燥して乾燥汚泥（石炭に類似したエネルギー燃料）を生成するようにされている。
一方、電気エネルギー化システム１１１Ｂにおいては、汚泥乾燥システム１１１Ａで生成された乾燥汚泥と石炭との混合物を燃料とする石炭ボイラー１１３で水蒸気を発生させ、該水蒸気で蒸気発電タービン１１４を作動させることにより、電力を生成するようにされている。
なお、汚泥乾燥システム１１１Ａと電気エネルギー化システム１１１Ｂとは異なる事業体で実施されることがあり、この場合、電気エネルギー化システム１１１Ｂを実施する事業体は、汚泥乾燥システム１１１Ａを実施する事業体から乾燥汚泥を購入して使用することになる。

【0012】

ところで、上記のいずれの汚泥減容化システム１０１，１１１においても、脱水汚泥に対し何らの前処理もすることなくそのままの状態の脱水汚泥、つまり微生物の生体内細胞水が細胞壁・細胞膜内に内包されたままの状態の脱水汚泥をいきなり乾燥機１０３内に導入して乾燥するようにされている。このため、脱水汚泥を効率良く乾燥することができないという問題点がある。
また、これらの汚泥減容化システム１０１，１１１で使用される乾燥機１０３は、加熱空間を形成するケーシング内でパドル翼やディスク翼により脱水汚泥を撹拌しながら乾燥するようにしたものであり、構造上、脱水汚泥と加熱媒体との熱交換時の総括伝熱係数が約１００Ｋｃａｌ／ｍ^２・ｈｒ・℃程度と小さくなる。このため、乾燥機１０３の外形寸法が大きくならざるを得ず、脱水汚泥の乾燥工程での放熱等による熱量損失が大きいという問題点がある。
さらに、パドル翼型やディスク翼型の乾燥機１０３の過大な熱量損失が原因で、より多くの加熱媒体をより速やかに加熱して所期の乾燥能力を保たなければならなくなり、燃焼装置１０５や重油ボイラー１１２において化石燃料の追加使用が必要となる。このため、化石燃料の使用量が増大するという問題点がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

本発明は、前述のような問題点に鑑みてなされたもので、脱水汚泥を効率良く乾燥することができるとともに、脱水汚泥の乾燥工程での放熱等による熱量損失を低く抑えることができ、これよって化石燃料の使用量を大幅に削減することができる汚泥乾燥方法、汚泥減容化方法、汚泥乾燥装置および汚泥減容化システムを提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0014】

前記目的を達成するために、第１発明による汚泥乾燥方法は、
有機物を含有する脱水汚泥を加圧下で加熱した後に減圧することで破砕し、この破砕処理後の脱水汚泥を、伝熱管を通して下流側へと送る際に加熱媒体によりその伝熱管を介して間接加熱して乾燥する汚泥乾燥方法であって、
前記破砕処理後で前記伝熱管を通す前の脱水汚泥に対しガス体を注入し、前記伝熱管で脱水汚泥と共にそのガス体を間接加熱して該ガス体を膨張させることを特徴とするものである。

【0016】

また、第２発明による汚泥乾燥方法は、第１発明の汚泥乾燥方法において、前記破砕処理後で前記伝熱管を通す前の脱水汚泥と、この脱水汚泥に注入された前記ガス体とを混合して、該脱水汚泥中に前記ガス体を分散させることを特徴とするものである。

【0017】

また、第３発明による汚泥乾燥方法は、第１発明または第２発明に係る汚泥乾燥方法において、前記伝熱管内を流れる脱水汚泥を撹拌することを特徴とするものである。

【0018】

次に、第４発明による汚泥減容化方法は、
第１発明〜第３発明のいずれかの発明に係る汚泥乾燥方法により得られた乾燥汚泥を燃焼させて燃焼残渣灰分とすることで減容化するようにした汚泥減容化方法であって、
前記乾燥汚泥の燃焼に伴い発生する燃焼排ガスとの熱交換で前記加熱媒体を加熱し、この加熱された加熱媒体により、前記伝熱管を介して脱水汚泥を間接加熱するようにしたことを特徴とするものである。

【0019】

次に、第５発明による汚泥乾燥装置は、
脱水汚泥を加熱する加熱器と、この加熱器によって加熱される脱水汚泥の圧力を制御する制御弁と、この制御弁を通して開放される脱水汚泥を受け入れるフラッシュタンクと、このフラッシュタンクからの脱水汚泥が流通可能で加熱媒体と接触される伝熱管を有する乾燥機とを備え、前記加熱器および前記制御弁によって加圧下で加熱された脱水汚泥を、前記制御弁を通して前記フラッシュタンク内に開放することで減圧して破砕し、この破砕処理後の脱水汚泥を、前記伝熱管を通して下流側へと送る際に加熱媒体によりその伝熱管を介して間接加熱して乾燥するようにした汚泥乾燥装置であって、
前記フラッシュタンクから送り出されて前記伝熱管に至る前の脱水汚泥に対しガス体を注入するガス体注入器を設け、前記伝熱管で脱水汚泥と共にそのガス体を間接加熱して該ガス体を膨張させるようにしたことを特徴とするものである。

【0021】

また、第６発明による汚泥乾燥装置は、第５発明の汚泥乾燥装置において、前記フラッシュタンクから送り出されて前記伝熱管に至る前の脱水汚泥と、この脱水汚泥に注入された前記ガス体とを混合する混合器を設け、該脱水汚泥中に前記ガス体を分散させるようにしたことを特徴とするものである。

【0022】

また、第７発明による汚泥乾燥装置は、第５発明または第６発明に係る汚泥乾燥装置において、前記伝熱管内にスタティックミキサーを組み込み、該スタティックミキサーによる脱水汚泥への分割・転換・反転の作用により、前記伝熱管内を流れる脱水汚泥を撹拌するようにしたことを特徴とするものである。

【0023】

次に、第８発明による汚泥減容化システムは、
第５発明〜第７発明のいずれかの発明に係る汚泥乾燥装置により得られた乾燥汚泥を燃焼する燃焼装置を備え、この燃焼装置で前記乾燥汚泥を燃焼させて燃焼残渣灰分とすることで減容化するようにした汚泥減容化システムであって、
前記乾燥汚泥の燃焼に伴い発生する燃焼排ガスとの熱交換で前記加熱媒体を加熱する排ガスボイラーを備え、この排ガスボイラーによって加熱された前記加熱媒体により、前記伝熱管を介して脱水汚泥を間接加熱するようにしたことを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0024】

第１発明の汚泥乾燥方法および第５発明の汚泥乾燥装置によれば、有機物を含有する脱水汚泥を加圧下で加熱した後に減圧して破砕することで微生物の生体内細胞水を暴露し、この生体内細胞水が暴露された状態の脱水汚泥を乾燥するようにされているので、脱水汚泥を効率良く乾燥することができる。
また、生体内細胞水が暴露された状態の脱水汚泥を、伝熱管を通して下流側へと送る際に加熱媒体によりその伝熱管を介して間接加熱して乾燥するようにされているので、生体内細胞水が暴露されずに細胞壁・細胞膜内に内包されたままの状態の脱水汚泥を、加熱空間を形成するケーシング内でパドル翼やディスク翼により撹拌しながら脱水汚泥を乾燥するようにした従来技術のものよりも、脱水汚泥と加熱媒体との熱交換時の総括伝熱係数を大きくすることができ、結果的に乾燥機を小さくすることが可能となり、脱水汚泥の乾燥工程での放熱等による熱量損失を低く抑えることができる。
したがって、パドル翼やディスク翼により撹拌しながら脱水汚泥を乾燥するようにした従来技術では過大な熱量損失を補うために必要とされていた化石燃料の使用量を大幅に削減することができる。

【0025】

さらに、破砕処理後で伝熱管を通す前の脱水汚泥に対しガス体を注入し、伝熱管で脱水汚泥と共にそのガス体を間接加熱して該ガス体を膨張させるようにされているので、伝熱管を流れる脱水汚泥をばらけた状態とすることができ、伝熱管内の脱水汚泥に対する伝熱効果を飛躍的に向上させることができるとともに、乾燥処理が施された脱水汚泥を伝熱管から下流側へとスムーズに送り出すことができる。

【0026】

第２発明の汚泥乾燥方法および第６発明の汚泥乾燥装置によれば、破砕処理後で伝熱管を通す前の脱水汚泥と、この脱水汚泥に注入されたガス体とを混合して、脱水汚泥中にガス体を分散させるようにされているので、脱水汚泥中にガス体が均一に含まれることになり、伝熱管での間接加熱によるガス体の膨張で伝熱管を流れる脱水汚泥をより細かく均一にばらけさせることができる。

【0027】

第３発明の汚泥乾燥方法および第７発明の汚泥乾燥装置によれば、伝熱管内を流れる脱水汚泥を撹拌するようにされているので、伝熱管内を流れる脱水汚泥をより均一に加熱することができ、脱水汚泥と加熱媒体との熱交換時の総括伝熱係数をより大きくすることができる。

【0028】

第４発明の汚泥減容化方法および第８発明の汚泥減容化システムによれば、脱水汚泥の減容化に際して脱水汚泥の燃焼処理の前段にて実施される脱水汚泥の乾燥工程において、有機物を含有する脱水汚泥を加圧下で加熱した後に減圧して破砕することで微生物の生体内細胞水を暴露し、この生体内細胞水が暴露された状態の脱水汚泥を、伝熱管を通して下流側へと送る際に加熱媒体によりその伝熱管を介して間接加熱して乾燥するようにされているので、脱水汚泥を効率良く乾燥することができるとともに、脱水汚泥の乾燥工程での放熱等による熱量損失を低く抑えることができ、これによって化石燃料の使用量を大幅に削減することができる。
また、こうして得られた乾燥汚泥を燃焼させるに伴い発生する燃焼排ガスと、脱水汚泥の間接加熱に供される加熱媒体との熱交換によって該加熱媒体を加熱するようにされているので、化石燃料の使用量を更に削減することができる。
なお、脱水汚泥の乾燥に必要な乾燥熱量や脱水汚泥の乾燥工程での放熱等による熱量損失を含む全工程の消費熱量が、乾燥汚泥を燃焼させて得られる総発生熱量以下の範囲内であるならば、化石燃料を全く使用することなく、熱エネルギーを循環させて、継続的に脱水汚泥の乾燥、燃焼、減容化を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本発明の一実施形態に係る汚泥減容化システムを示すブロック図である。

【図2】従来のクローズドループ式の汚泥減容化システムを示すブロック図である。

【図3】従来のエネルギー資源化利用による汚泥減容化システムを示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

次に、本発明による汚泥乾燥方法、汚泥減容化方法、汚泥乾燥装置および汚泥減容化システムの具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

【0031】

＜汚泥減容化システムの概略説明＞
図１に示される汚泥減容化システム１は、有機物を含有する所定含水率以下の脱水汚泥を減容化処理するに際して、この脱水汚泥を効率的に乾燥して汚泥の発熱量を高めた後に、この乾燥汚泥を燃料として燃焼させ、このときの燃焼熱と、例えば蒸気（水蒸気）や熱媒油等の高温熱媒体（以下、「加熱媒体」という。）との間の熱交換によって高温の加熱媒体を発生させ、発生した高温の加熱媒体を脱水汚泥の乾燥に再使用し、乾燥汚泥の燃焼後に残る残渣灰分を脱水汚泥の最終減容化物とするものである。
なお、加熱媒体としては、蒸気であっても熱媒油等の熱媒体であってもよいが、後述する加熱装置９や乾燥機１５において、熱交換部の温度差を大きくとることができ、設計圧力を低くすることができるので、熱媒油等の熱媒体の使用が好ましい。

【0032】

ここで、本実施形態の汚泥減容化システム１の処理対象である脱水汚泥は、見かけはぱさぱさで水分が少ないように見受けられるが、７５％〜８５％程度の水分が含まれている。脱水汚泥の構成内訳は、（ａ）微生物間の間隙水および表面付着水（以下、「間隙・付着水」という。）が２５％〜３０％、（ｂ）微生物の細胞壁・細胞膜内に内包された細胞水（以下、「生体内細胞水」という。）が５０％〜５５％、（ｃ）微生物細胞固形成分（蛋白質成分等々、以下、「細胞固形分」という。）が２０％程度である。脱水汚泥を効率良く乾燥するには、汚泥中の微生物細胞壁・細胞膜を効率良く破壊して生体内細胞水を可及的速やかに暴露することが重要である。
そして、脱水汚泥中の含有水分を一定含有量以下にまで乾燥すると、乾燥汚泥は自燃することが可能になり、石炭の５０％〜７０％の発熱量を有するものとなる。

【0033】

図１に示される汚泥減容化システム１において、脱水汚泥は、該脱水汚泥に圧力をかけて次工程に送出する汚泥送出ポンプ３により、汚泥送出配管５を介して汚泥乾燥装置７へと送られる。

【0034】

ここで、汚泥送出ポンプ３としては、汚泥のような性状の物質を摩耗することなく移送が可能であり、１．０〜２．０ＭＰａ程度の送出圧力を確保することができるポンプであればどのような形式のものでもよいが、例えばモーノポンプの使用が好ましい。
また、汚泥送出配管５には、最大２．０ＭＰａ程度の圧力がかかるので、汚泥送出配管５として金属管の使用が望ましい。この汚泥送出配管５の構造としては、単管でもよいが、ジャケットを有する二重管方式にして、内管内を通して脱水汚泥を下流側へと送りながら内管と外管との間に加熱媒体を流通させるようにするのが好ましい。こうして、内管内を流れる脱水汚泥を蒸気等の加熱媒体により間接加熱することで脱水汚泥の粘度を下げることができ、その結果、汚泥輸送時の圧力損失が下がり、汚泥送出ポンプ３の運転動力が小さくなり、省電力化を図ることができる。なお、内管と外管との間に流す加熱媒体として、蒸気等に代えて、後述する燃焼装置３５から空気予熱器３９を経て送られる低温排ガスを用いることによっても同様の作用効果を得ることができる。

【0035】

＜汚泥乾燥装置の説明＞
汚泥乾燥装置７は、主に、加熱器９、圧力制御装置１１、フラッシュタンク１３および乾燥機１５により構成されている。

【0036】

＜加熱器の説明＞
加熱器９は、汚泥送出ポンプ３から汚泥送出配管５を介して送り込まれる脱水汚泥を加熱媒体により間接的に加熱するものである。
加熱器９としては、脱水汚泥と加熱媒体との熱交換時の総括伝熱係数が大きく、装置の外形寸法が小さく、放熱等による熱量損失が最大限小さくなるような構造のものが好ましく、例えば多管式熱交換器を用いて脱水汚泥を間接加熱するものが好適である。
ここで、多管式熱交換器は、加熱媒体を導入する加熱媒体導入口および加熱媒体を導出する加熱媒体導出口をそれぞれ有して加熱空間を形成するケーシング９ａを備え、このケーシング９ａの内部に、脱水汚泥が流通可能で加熱媒体と接触される多数の伝熱管よりなる熱交換部９ｂが組み込まれて構成されるものである。

【0037】

なお、上記の多管式熱交換器を用いる方式のものに代えて、二重管式熱交換器を用いる方式のものを採用してもよい。
図示による詳細な説明は省略するが、二重管式熱交換器は、加熱媒体を導入する加熱媒体導入口および加熱媒体を導出する加熱媒体導出口をそれぞれ有して加熱空間を形成する外管を備え、この外管の内部に、脱水汚泥が流通可能で加熱媒体と接触される伝熱管としての役目をする内管が組み込まれてなるものである。

【0038】

加熱器９において、脱水汚泥と加熱媒体との熱交換時の総括伝熱係数をより大きくするために、熱交換部９ｂにおける伝熱管の内部、および二重管式熱交換器における内管の内部に、それぞれスタティックミキサーを組み込むようにするのが好ましい。
ここで、スタティックミキサーは、駆動部のない静止型混合器（ラインミキサー）であって脱水汚泥をエレメントにより撹拌・混合する役目をする。エレメントは、長方形状の板を１８０°捻じったような形で、捻れの方向により、右捻りエレメントと、左捻りエレメントとがあり、これらのエレメントを管軸方向に交互に数珠繋ぎに連結したものを、伝熱管または内管の内部に組み込むことにより、脱水汚泥に対する分割・転換・反転の作用によって脱水汚泥を効果的に撹拌・混合し、伝熱時の総括伝熱係数を高め、効率的な熱交換に寄与することになる。

【0039】

加熱器９においては、放熱等による熱量損失を最大限に抑えつつ、加熱媒体による脱水汚泥の間接加熱により、脱水汚泥の温度を１７０℃、好ましくは２００℃にまで顕熱昇温させ、脱水汚泥中の微生物の細胞壁・細胞膜の破壊操作を集中的に行うようにされている。

【0040】

＜圧力制御装置の説明＞
加熱器９とフラッシュタンク１３とは、汚泥送出配管１７によって接続されており、加熱器９から送り出された脱水汚泥が汚泥送出配管１７を介してフラッシュタンク１３内に導入されるようになっている。
汚泥送出配管１７には、加熱器９から送り出される脱水汚泥の圧力等を制御する圧力制御装置１１が付設されている。
この圧力制御装置１１は、汚泥送出配管１７を流れる脱水汚泥の圧力および温度をそれぞれ計測する圧力計および温度計を含む計測器１１ａと、汚泥送出配管１７の途中に介設される制御弁（背圧弁）１１ｂと、制御弁１１ｂの弁動作を制御する制御器１１ｃとを備えて構成され、計測器１１ａの計測値に基づいて制御器１１ｃが制御弁１１ｂの弁動作を制御することにより、脱水汚泥の圧力および温度を所定値で一定となるようにするとともに、制御弁１１ｂを通して一定流量の脱水汚泥を大気圧もしくは真空状態に置かれたフラッシュタンク１３内に噴出・フラッシュさせることができるようになっている。

【0041】

脱水汚泥が加熱器９によって例えば１７０℃以上にまで顕熱昇温された場合には、汚泥中の間隙・付着水と同時に微生物の生体内細胞水の温度も１７０℃以上に達することになり、従って、汚泥圧力だけでなく生体内細胞水の圧力も水の飽和蒸気圧（１７０℃であれば０．７９２ＭＰａ（ａｂｓ））となり加圧状態となる。
圧力制御装置１１中における制御弁１１ｂを通して高温・高圧の脱水汚泥を瞬間的に大気圧もしくは真空下に放出すれば、微生物の生体内細胞水の圧力と、大気圧もしくは真空との過大な圧力差により、微生物の細胞壁・細胞膜が爆発的に瞬間破砕され、生体内細胞水が効率良く暴露される。

【0042】

＜フラッシュタンクの説明＞
フラッシュタンク１３は、制御弁１１ｂを通して開放・噴出する高温・高圧の脱水汚泥を受け入れる受槽タンクであり、材質的には炭素鋼であっても、ステンレス鋼であってもよいが、腐食等を考慮すればステンレス鋼が好ましい。
フラッシュタンク１３においては、制御弁１１ｂを通して該タンク内に噴出された高温・高圧の脱水汚泥を、汚泥固形分（破砕処理後の脱水汚泥）とフラッシュ水蒸気とに分離する処理が行われる。すなわち、制御弁１１ｂを通して高温・高圧の脱水汚泥を大気圧もしくは真空下のフラッシュタンク１３内に噴出すれば、微生物の間隙・付着水、並びに微生物の破砕により暴露した生体内細胞水の一部が保有エンタルピー差の分だけ瞬間的にフラッシュしフラッシュ水蒸気として汚泥固形分と分離して系外に留出する。これにより、汚泥の含有水分率が、フラッシュ水蒸気として留出する水分量に相当する分だけ減少することになる。
因みに、含水率８０％の脱水汚泥を１７０℃に加熱した後、大気圧下のフラッシュタンク１３内に噴出させた場合には、水分フラッシュ後の脱水汚泥の含水率は約７７％になる。

【0043】

フラッシュタンク１３において脱水汚泥をフラッシュさせる条件としては、大気圧以下、更には６６５００Ｐａ（５００Ｔｏｒｒ）〜９３１００Ｐａ（７００Ｔｏｒｒ）の範囲であるのが好ましい。フラッシュ圧力（真空度）が低すぎると、瞬間的な水の蒸発によって脱水汚泥中の微生物の細胞固形分が大量に飛沫同伴し、フラッシュ水蒸気の留出系のトラブルに繋がるので好ましくない。

【0044】

フラッシュタンク１３における上記分離処理により、脱水汚泥中の臭気成分の大半がフラッシュ水蒸気と同伴留去され、フラッシュタンク１３内に残存される破砕処理後の脱水汚泥（汚泥固形分）中の臭気が激減するという効果を奏する。なお、フラッシュタンク１３中のフラッシュ水蒸気は、吸引ブロワー１４（公知のブロワー、ファン等を使用可能）により、フラッシュタンク１３内から引き抜かれる。

【0045】

フラッシュタンク１３と乾燥機１５との間には、上流側から下流側に向けて順に汚泥送出ポンプ１９および混合器２１がそれぞれ配設され、これらフラッシュタンク１３、汚泥送出ポンプ１９、混合器２１および乾燥機１５の各機器の間が汚泥送出配管２３，２５，２７によって接続されている。そして、汚泥送出ポンプ１９の作動により、フラッシュタンク１３内における破砕処理後の脱水汚泥が、汚泥送出配管２３を介して抜き出され、汚泥送出ポンプ１９で昇圧された状態で汚泥送出配管２５、混合器２１および汚泥送出配管２７を介して乾燥機１５へと送り込まれるようになっている。

【0046】

ここで、汚泥送出ポンプ１９としては、汚泥のような性状の物質を摩耗することなく移送が可能であり、１．０〜２．０ＭＰａ程度の送出圧力を確保することができるポンプであればどのような形式のものでもよいが、例えばモーノポンプの使用が好ましい。

【0047】

＜ガス体注入器の説明＞
フラッシュタンク１３と汚泥送出ポンプ１９とを接続する汚泥送出配管２３には、フラッシュタンク１３から抜き出される破砕処理後の脱水汚泥に対し、例えば空気、窒素ガス、炭酸ガス等のガス体を注入するガス体注入器２９が付設されている。以下、本例では、ガス体として空気を用いた例を説明するが、これに限定されるものではない。
また、破砕処理後の脱水汚泥に対し注入するものとして、上記のガス体に代えて、例えばアルコール等の揮発性液体を注入することも可能である。

【0048】

このガス体注入器２９は、例えばエアコンプレッサ等の圧縮空気発生機を用いて発生させた圧縮空気を貯留するガスタンク２９ａと、このガスタンク２９ａからの圧縮空気を汚泥送出配管２３へと送り出すエア送出配管２９ｂと、エア送出配管２９ｂを流れる圧縮空気の圧力および流量を計測する圧力計および流量計を含む計測器２９ｃと、エア送出配管２９ｂの途中に介設される制御弁２９ｄと、制御弁２９ｄの弁動作を制御する制御器２９ｅとを備えて構成され、計測器２９ｃの計測値に基づいて制御器２９ｅが制御弁２９ｄの弁動作を制御することにより、所定圧力、所定流量の圧縮空気をエア送出配管２９ｂから例えばエア吹込ノズル（図示省略）を介して、汚泥送出配管２３中を流れる破砕処理後の脱水汚泥に対して吹き込むことで空気を注入することができるようになっている。

【0049】

脱水汚泥に注入する空気量は、質量％で言えば、汚泥量の１／１００〜１／５００であるのが好ましく、より好ましくは１／２００〜１／３００である。なお、破砕処理後の脱水汚泥に対し空気を多量に注入しすぎると、乾燥機１５での汚泥乾燥工程の際に空気が膨張し過ぎて汚泥が十分に乾燥されない恐れがある。
また、脱水汚泥に対する空気の注入位置としては、汚泥送出ポンプ１９の上流側（吸込側）と、汚泥送出ポンプ１９の下流側（吐出側）とが挙げられるが、汚泥送出ポンプ１９の上流側（吸込側）の方が低圧であるので、空気を容易に注入することができ、上記で例示したように、汚泥送出ポンプ１９の上流側（吸込側）の汚泥送出配管２３内に空気を注入するのが好ましい。

【0050】

＜混合器の説明＞
上記のガス体注入器２９によって空気が注入された破砕処理後の脱水汚泥は、汚泥送出ポンプ１９の作動により、汚泥送出配管２５を介して混合器２１へと送り込まれる。
混合器２１は、送り込まれた破砕処理後の脱水汚泥と、この脱水汚泥に注入された空気とを混合して、該脱水汚泥中に空気を均一に分散させる役目をする。
混合器２１としては、破砕処理後の脱水汚泥と空気とを密閉容器中で撹拌翼等により混ぜ合わせる密閉型の動的ミキサーも用いることができるが、例えば単管もしくは二重管内に前述したスタティックミキサーを組み込んでなるものが好適に用いられる。なお、内蔵されるスタティックミキサーのエレメントの構成数としては、６以上が好ましく、より好ましくは１０以上である。

【0051】

＜乾燥機の説明＞
上記の混合器２１によって空気が均一に混合・分散された破砕処理後の脱水汚泥は、汚泥送出配管２７を介して乾燥機１５へと送り込まれ、乾燥機１５は、送り込まれた脱水汚泥を加熱媒体により間接的に加熱して乾燥する。
乾燥機１５としては、脱水汚泥と加熱媒体との熱交換時の総括伝熱係数が大きく、装置の外形寸法が小さく、放熱等による熱量損失が最大限小さく、蒸発水分を取り去るためのキャリア空気が不要な構造のものが好ましく、例えば多管式熱交換器を用いて脱水汚泥を間接加熱して乾燥するタイプのものが好適である。
多管式熱交換器タイプのものでは、パドル翼型あるいはディスク翼型のものと比べて乾燥エネルギーを１０％〜１５％程度低減することができる。
ここで、多管式熱交換器は、加熱媒体を導入する加熱媒体導入口および加熱媒体を導出する加熱媒体導出口をそれぞれ有して加熱空間を形成するケーシング１５ａを備え、このケーシング１５ａの内部に、脱水汚泥が流通可能で加熱媒体と接触される多数の伝熱管よりなる熱交換部１５ｂが組み込まれて構成されるものである。

【0052】

なお、上記の多管式熱交換器を用いる方式の乾燥機１５に代えて、二重管式熱交換器を用いる方式のものを採用してもよい。
図示による詳細な説明は省略するが、二重管式熱交換器は、加熱媒体を導入する加熱媒体導入口および加熱媒体を導出する加熱媒体導出口をそれぞれ有して加熱空間を形成する外管を備え、この外管の内部に、脱水汚泥が流通可能で加熱媒体と接触される伝熱管としての役目をする内管が組み込まれてなるものである。

【0053】

乾燥機１５において、脱水汚泥と加熱媒体との熱交換時の総括伝熱係数をより大きくするために、熱交換部１５ｂにおける伝熱管の内部（二重管式熱交換器における内管の内部）に、前述したスタティックミキサーを組み込むようにするのが好ましい。

【0054】

多管式熱交換器を用いた乾燥機１５は、機械強度および構造上、常圧乾燥、加圧乾燥、真空乾燥のいずれでも容易に選択できる利点を有しており、汚泥を１０％以下の低含水率にまで効率良く乾燥することが可能である。
後述する汚泥の燃焼装置３５を安定的に運転するためには、乾燥汚泥の含水率が４０％以下、好ましくは２０％以下であることが重要であり、後述する燃焼装置３５の燃料となる乾燥汚泥の低位発熱量としては、具体的には、１４７００ＫＪ／ｋｇ（３５００Ｋｃａｌ／ｋｇ）以上であることが望ましい。

【0055】

乾燥機１５の総括伝熱係数については、熱交換部１５ｂにおける伝熱管の内部（二重管式熱交換器における内管の内部）に、スタティックミキサーを組み込むことにより、従来のパドル翼型もしくはディスク翼型のものに比べて２倍を超える値の総括伝熱係数を得ることができ、結果的に乾燥機１５を小型化することが可能となった。
乾燥機１５の伝熱面積については、従来のパドル翼型もしくはディスク翼型のものでは、構造上、全伝熱面積の約７０％程度しか有効に利用されていないが、多管式熱交換器を用いる方式の乾燥機１５の場合は、全伝熱面積の１００％を有効に利用することができる。

【0056】

なお、多管式熱交換器を用いる方式の乾燥機１５の設置方法は、横型設置のものであっても、縦型設置のものであってもよいが、乾燥機１５からの汚泥の取り出し易さを考えれば、縦型設置のものが好ましい。
また、縦型設置の場合、汚泥の流れ方向は、上から下へ、下から上へのいずれでもよいが、汚泥の確実な取り出し、汚泥の水分率コントロール等を考えれば、上から下への方が好ましい。

【0057】

上記の乾燥機１５の汚泥吐出口からは、脱水汚泥の乾燥によって得られる乾燥汚泥と、乾燥によって蒸発した水分（少量の注入空気を含む。以下、単に「排気水蒸気」という。）とが同時に吐出され、これらは汚泥分離装置３１へと導入される。導入された乾燥汚泥と排気水蒸気とは、汚泥分離装置３１での分離作用によって分離される。
汚泥分離装置３１としては、例えば、濾布による濾過作用を利用したバグフィルタ方式のものや、遠心力を利用したサイクロン方式のものなどが挙げられる。バグフィルタ方式のもの方がサイクロン方式のものよりも高価であるが、破砕、微細化した乾燥汚泥粉を確実に補足して、次工程での微細乾燥汚泥粉の詰まり等によるトラブルを確実に回避するためには、バグフィルタ方式のものを使用するのが好ましい。
なお、汚泥分離装置３１における分離作用によって分離された排気水蒸気は、吸引ブロワー３３（公知のブロワー、ファン等を使用可能）により、汚泥分離装置３１内から引き抜かれる。

【0058】

＜燃焼装置の説明＞
上記の汚泥分離装置３１での分離工程によって得られた乾燥汚泥は、燃焼装置３５へと送られる。
燃焼装置３５は、汚泥分離装置３１からの乾燥汚泥を燃料として炉内に導入し、導入された乾燥汚泥に対して燃焼用空気を供給し、該乾燥汚泥を完全燃焼させて燃焼残渣灰分とするものである。この燃焼残渣灰分が脱水汚泥の最終減容物となる。
なお、燃焼装置３５での燃料として乾燥汚泥を１００％使用する場合には、乾燥汚泥が完全なバイオマス燃料であることから、燃焼によって発生するＣＯ_２が環境負荷にカウントされないので、地球環境への悪影響を懸念する必要がない。
また、燃焼用空気は、送風機３７によって炉内に供給する前に、燃焼装置３５での燃焼に伴い発生する燃焼排ガスとの熱交換により空気予熱器３９で予め加熱することで燃焼を安定した状態に維持することができる。

【0059】

燃焼装置３５としては、乾燥汚泥の含水率が２０〜４０％の間であれば、例えば公知のバイオマス燃焼炉やバイオマス焼却炉が適当であり、乾燥汚泥中の含水率が２０％よりも少なければ公知のバイオマスボイラー等が費用対効果の点から好適であり、木質チップやＲＤＦ（廃棄物固形燃料）等のバイオマス燃料と乾燥汚泥とを混焼する場合には、炉内の循環熱量が大きく、熱量変動に強い流動層型燃焼炉が好ましい。
なお、燃焼装置３５として、公知の燃焼炉、焼却炉、ボイラーのいずれを使用する場合でも、燃焼時の炉内温度を高くして（好ましくは９００℃以上）、ＮＯｘ成分を外部に排出しないような機種を選定することが重要である。

【0060】

＜排ガスボイラーの説明＞
燃焼装置３５には、排ガスボイラー４１が付設されている。
この排ガスボイラー４１は、乾燥汚泥（あるいは乾燥汚泥とバイオマス燃料との混合燃料の場合もある。）の燃焼に伴い発生する燃焼排ガスから熱回収を行うものであって、加熱媒体を導入する加熱媒体導入口および加熱媒体を導出する加熱媒体導出口をそれぞれ有し、加熱媒体導入口から導入された加熱媒体を、燃焼排ガスとの熱交換によって加熱し、加熱された加熱媒体を加熱媒体導出口から導出するように構成されている。

【0061】

＜加熱媒体供給流路、加熱媒体還流路の説明＞
排ガスボイラー４１の加熱媒体導出口は、加熱器９のケーシング９ａに設けられた加熱媒体導入口および乾燥機１５のケーシング１５ａに設けられた加熱媒体導入口に、それぞれ所要の配管等により形成される加熱媒体供給流路４３によって接続されている。
一方、排ガスボイラー４１の加熱媒体導入口は、加熱器９のケーシング９ａに設けられた加熱媒体導出口および乾燥機１５のケーシング１５ａに設けられた加熱媒体導出口に、それぞれ所要の配管等により形成される加熱媒体還流路４５によって接続されている。
そして、燃焼装置３５での燃焼に伴い発生される燃焼排ガスとの熱交換によって排ガスボイラー４１で加熱された加熱媒体が加熱媒体供給流路４３を介して加熱器９および乾燥機１５にそれぞれ供給され、これら加熱器９および乾燥機１５のそれぞれにおいて脱水汚泥の間接加熱に供された加熱媒体が加熱媒体還流路４５を介して排ガスボイラー４１に還流されるようになっている。

【0062】

＜加熱媒体流量・熱量制御装置の説明＞
加熱媒体供給流路４３と加熱媒体還流路４５との間には、加熱媒体流量・熱量制御装置４７が配設されている。この加熱媒体流量・熱量制御装置４７は、燃焼装置３５での過剰燃焼により排ガスボイラー４１で加熱媒体が超過的に発生したとしても、加熱装置９および乾燥機１５に送られる加熱媒体の流量と熱量とが常に一定となるように、超過的に発生した加熱媒体の流量と熱量とを同時に制御する。

【0063】

より具体的には、この加熱媒体流量・熱量制御装置４７は、加熱媒体供給流路４３から該装置内に導入される加熱媒体の圧力（または熱量）を計測する圧力計（または熱量計）を含む計測器４７ａと、加熱媒体を冷却する冷却器４７ｂと、冷却器４７ｂでの冷却の後に加熱媒体還流路４５へと送り出す加熱媒体の流量を制御する制御弁４７ｃと、冷却器４７ｂの冷却能力や制御弁４７ｃの弁動作を制御する制御器４７ｄとを備えて構成され、加熱媒体供給流路４３から抜き出された超過分の加熱媒体を冷却器４７ｂで冷却した後に加熱器９や乾燥機１５を通すことなく直接的に加熱媒体還流路４５へと送り込む際の加熱媒体の流量と熱量とを精度良く制御することにより、加熱媒体供給流路４３を流れる加熱媒体の圧力（加熱媒体が蒸気の場合）または熱量（加熱媒体が熱媒油等の場合）が一定となるようにする。
こうして、燃焼装置３５での燃料となる乾燥汚泥の発熱量が上昇する側に変動しても、燃焼装置３５の燃焼制御系に直接干渉することなく、燃焼装置３５を安定的に運転することができる。

【0064】

なお、冷却器４７ｂの形態としては、加熱媒体が蒸気の場合には、空冷式が、加熱媒体が熱媒油等の液体である場合には、水冷式が好ましい。
また、加熱媒体流量・熱量制御装置４７からの加熱媒体を加熱媒体還流路４５に送り込む際には、公知のポンプ装置からなる返送ポンプ４９が使用される。

【0065】

ところで、燃焼装置３５で燃焼される乾燥汚泥の発熱量不足が原因で排ガスボイラー４１での加熱媒体に対する加熱が不足する場合がある。
そこで、加熱媒体流量・熱量制御装置４７からの駆動制御信号により駆動制御され、燃焼装置３５に対する乾燥汚泥の供給路にバイオマス燃料を送り込むバイオマス燃料フィーダ５１を燃焼装置３５に添設する。そして、加熱媒体に対する加熱が不足していることを、加熱媒体の圧力（加熱媒体が蒸気の場合）または熱量（加熱媒体が熱媒油等の場合）の計測値に基づいて加熱媒体流量・熱量制御装置４７が検知すると、この加熱媒体流量・熱量制御装置４７からバイオマス燃料フィーダ５１に対し駆動制御信号を送信するようにする。この駆動制御信号によってバイオマス燃料フィーダ５１によるバイオマス燃料の供給量を制御することにより、加熱媒体の圧力（加熱媒体が蒸気の場合）または熱量（加熱媒体が熱媒油等の場合）が一定となるようにする。
こうして、燃焼装置３５での燃料となる乾燥汚泥の発熱量が下降する側に変動しても、燃焼制御系に直接干渉することなく、燃焼装置３５を安定的に運転することができる。

【0066】

＜脱臭装置の説明＞
本実施形態において、（ａ）フラッシュタンク１３内から引き抜かれたフラッシュ水蒸気、（ｂ）汚泥分離装置３１内から引き抜かれた排気水蒸気、（ｃ）空気予熱器３９での燃焼用空気の間接加熱に供された後の低温排ガスおよび（ｄ）汚泥送出配管５での脱水汚泥の間接加熱に供された後の低温排ガスは、それぞれ脱臭装置５３に送り込まれる。なお、（ａ）のフラッシュ水蒸気および（ｂ）の排気水蒸気については、それぞれの蒸気が結露しないように一定量の外気を混入した後に脱臭装置５３に送り込むようにするのがよい。
脱臭装置５３の形態としては、公知のものを使用することができるが、燃焼式の場合には、低温排ガスを再燃焼させる熱量が追加的に必要になり、好ましくなく、湿式の場合には、脱臭処理に伴う廃水処理の問題が残り、エネルギー的にも、設備費用的にも好ましくない。
したがって、乾式のものが最適であり、例えば活性炭等による吸着式の脱臭装置５３が好適に用いられる。

【0067】

＜汚泥減容化システムで実施される処理工程の説明＞
以上に述べたように構成される汚泥減容化システム１によって実施される処理工程の内容について以下に説明することとする。

【0068】

（脱水汚泥のスラリー化工程）
汚泥減容化システム１においては、汚泥送出ポンプ３により送り出される脱水汚泥を汚泥送出配管５で予熱し、予熱後の脱水汚泥を加熱器９で高温状態に加熱し、汚泥中の微生物細胞壁・細胞膜（蛋白質成分）を熱破壊し、熱破壊された細胞壁・細胞膜から生体内細胞水を外部へと染み出させて粘度の低いスラリー状態とする。

【0069】

（脱水汚泥の破砕工程）
上記スラリー化工程によって高温・高圧のスラリー状態とされた脱水汚泥を、制御弁１１ｂを通して大気圧もしくは真空状態にあるフラッシュタンク１３内に瞬時に噴出させることにより、汚泥中の微生物細胞壁・細胞膜を破砕する。

【0070】

（ガス体注入工程、ガス体混合工程）
上記破砕工程によって破砕処理された後の脱水汚泥に対しガス体注入器２９を用いてガス体（本例では空気）を注入し、その後、混合器２１を用いて脱水汚泥とガス体とを混合し、汚泥中にガス体を均一に分散させる。

【0071】

（脱水汚泥の乾燥工程）
上記ガス体注入・混合工程によって汚泥中にガス体が均一に分散された脱水汚泥を、乾燥機１５を用いて乾燥させて含水率が４０％以下、好ましくは２０％以下の乾燥汚泥を得る。

【0072】

（乾燥汚泥の燃焼工程）
上記乾燥工程によって得られた乾燥汚泥を燃焼装置３５での燃料として燃焼させて燃焼残渣灰分とすることで減容化する。

【0073】

＜作用効果＞
本実施形態の汚泥乾燥装置７によれば、加熱器９、制御弁１１ｂおよびフラッシュタンク１３により、脱水汚泥を加圧下で加熱した後に減圧して破砕することで微生物の生体内細胞水を暴露し、この生体内細胞水が暴露された状態の脱水汚泥を乾燥機１５で乾燥するようにされているので、脱水汚泥を効率良く乾燥することができる。
また、生体内細胞水が暴露された状態の脱水汚泥を、乾燥機１５の熱交換部１５ｂにおける伝熱管を通して下流側へと送る際に加熱媒体によりその伝熱管を介して間接加熱して乾燥するようにされているので、生体内細胞水が暴露されずに細胞壁・細胞膜内に内包されたままの状態の脱水汚泥を、加熱空間を形成するケーシング内でパドル翼やディスク翼により撹拌しながら脱水汚泥を乾燥する従来の乾燥機１０３よりも、脱水汚泥と加熱媒体との熱交換時の総括伝熱係数を大きくすることができ、結果的に乾燥機１５を小さくすることが可能となり、脱水汚泥の乾燥工程での放熱等による熱量損失を低く抑えることができる。
したがって、パドル翼やディスク翼により撹拌しながら脱水汚泥を乾燥する従来の乾燥機１０３では過大な熱量損失を補うために必要とされていた化石燃料の使用量を大幅に削減することができる。

【0074】

さらに、本実施形態の汚泥乾燥装置７によれば、以下の（１），（２）のような作用効果を得ることができる。
（１）破砕処理後で乾燥機１５の熱交換部１５ｂにおける伝熱管を通す前の脱水汚泥に対しガス体注入器２９によってガス体を注入するとともに、混合器２１によって脱水汚泥中にガス体を分散させるようにされているので、乾燥機１５で脱水汚泥と共にそのガス体を間接加熱して該ガス体を膨張させることにより、伝熱管を流れる脱水汚泥をより細かく均一にばらけた状態とすることができ、伝熱管内の脱水汚泥に対する伝熱効果を飛躍的に向上させることができるとともに、乾燥処理が施された脱水汚泥を伝熱管から下流側へとスムーズに送り出すことができる。
（２）加熱器９および乾燥機１５のそれぞれの熱交換部９ｂ，１５ｂにおける伝熱管内にスタティックミキサーを組み込んで伝熱管内を流れる脱水汚泥を撹拌するようにされているので、伝熱管内を流れる脱水汚泥をより均一に加熱することができ、脱水汚泥と加熱媒体との熱交換時の総括伝熱係数をより大きくすることができる。

【0075】

また、本実施形態の汚泥減容化システム１によれば、上記の汚泥乾燥装置７の採用によって化石燃料の使用量を大幅に削減することができるのは勿論のこと、乾燥汚泥を燃焼させるに伴い発生する燃焼排ガスと、脱水汚泥の間接加熱に供される加熱媒体とを排ガスボイラー４１による熱交換によって加熱媒体を加熱するようにされているので、化石燃料の使用量を更に削減することができる。
なお、脱水汚泥の乾燥に必要な乾燥熱量や脱水汚泥の乾燥工程での放熱等による熱量損失を含む全工程の消費熱量が、乾燥汚泥を燃焼させて得られる総発生熱量以下の範囲内であるならば、化石燃料を全く使用することなく、熱エネルギーを循環させて、継続的に脱水汚泥の乾燥、燃焼、減容化を行うことができる。
すなわち、有機物を含有する含水率８５％以下の脱水汚泥を乾燥して乾燥汚泥となし、この乾燥汚泥のみを燃料として、化石燃料を使うことなく、加熱媒体を加熱して、脱水汚泥の乾燥に再使用し、乾燥汚泥の燃焼後に残る燃焼残渣灰分を脱水汚泥の最終減容化物として、化石燃料の使用を必要としない循環型の脱水汚泥の減容化方法を実現することができる。

【0076】

一般的に、有機物を含有する脱水汚泥中の灰分は３５％〜５０％と言われている。
言い換えれば、水分８０％の脱水汚泥１０００ｋｇの残渣灰分量は概略
１０００ｋｇ×（１−８０％）×（３５％〜５０％）＝７０ｋｇ〜１００ｋｇ
となり、化石燃料を使用せず、環境負荷を増加させる事なく、７．５％〜１０％の重量にまで脱水汚泥が減容化されたことになる。
この汚泥の最終減容化物が廃棄物として埋立処理されるか、もしくは種々の加工を加えて、例えばセメントに混ぜる等々のリサイクル処理をされる。

【0077】

ところで、図２に示される従来のクローズドループ式の汚泥減容化システム１０１においては、脱水汚泥の乾燥操作が１台の乾燥機１０３で同一温度条件下で行われており、乾燥操作の効率が悪く、熱量ロスが大きいという問題があった。
すなわち、脱水汚泥の乾燥には、
（ａ）まず脱水汚泥の表面に付着している水分を１００℃近辺の温度で蒸発除去し、
（ｂ）次いで汚泥を所定の温度にまで顕熱昇温して汚泥の微生物細胞内に存在する水分の圧力を高め、この圧力によって微生物細胞壁・細胞膜の破壊を行い、
（ｃ）次いで破壊によって外部に暴露された水分の蒸発・乾燥を行う、
という３条件の操作が必要となるが、従来のクローズドループ式の汚泥減容化システム１０１では１台の乾燥機１０３内で、同一温度条件下で上記の（ａ）と（ｂ）と（ｃ）の操作を行っているために、これら（ａ）〜（ｃ）のそれぞれの操作に最適な条件を別個に設定することができず、無駄な熱量ロスが発生している。

【0078】

これに対し本実施形態においては、脱水汚泥の乾燥として、
（Ａ）加熱器９を用いて脱水汚泥の表面に付着している水分を蒸発除去するとともに、微生物細胞壁・細胞膜の破壊を行い（脱水汚泥のスラリー化工程：上記の（ａ）と（ｂ）の操作）、
（Ｂ）次いで高温・高圧のスラリー状態とされた脱水汚泥を、制御弁を通して大気圧もしくは真空状態にあるフラッシュタンク１３内に瞬時に噴出させることにより、汚泥中の微生物細胞壁・細胞膜を破砕し（脱水汚泥の破砕工程）、
（Ｃ）次いで破砕によって外部に暴露された水分を、乾燥機１５を用いて蒸発・乾燥させる（脱水汚泥の乾燥工程）、
という３つの操作を独立に順次に行うようにすることにより、それぞれの操作に最適な運転条件を個別に選択することができ、無駄な熱量ロスを低減することができる。

【0079】

また、従来のクローズドループ式の汚泥減容化システム１０１において使用されるパドル翼型あるいはディスク翼型の乾燥機１０３では、蒸発水分を取り去るためのキャリア空気が必要であり、このキャリア空気は加熱された後に放出されるので、放散による熱量ロスが大きいという問題点がある。
そこで、本実施形態においては、乾燥機１５として、多管式熱交換器または二重管式熱交換器を用いる方式のものを採用することにより、キャリア空気を不要として、キャリア空気の放散による熱量ロスをなくすようにしている。

【0080】

また、従来のクローズドループ式の汚泥減容化システム１０１においては、脱水汚泥の発熱量が上下に大きく変動するために、乾燥汚泥だけで燃焼装置３５の安定運転を図る事が難しく、燃焼装置３５の安定運転化のためには一定量の化石燃料を継続的に補充せざるを得ないという問題点があった。
そこで、本実施形態においては、設定値よりも発熱量の高い乾燥汚泥が燃焼装置３５に多く供給される場合には、燃焼排ガスで超過的に加熱される加熱媒体の超過流量と超過熱量を、加熱媒体流量・熱量制御装置４７によって制御し、燃焼装置３５には乾燥汚泥が持ち込む発熱量に相当する仕事をフルにさせて、燃焼装置３５には汚泥発熱量の変動を制御する役目を負わせない。また、消化汚泥等の如くに発熱量の低い乾燥汚泥が多量に、且つ、変動的に燃焼装置３５に供給されるような場合には、加熱媒体流量・熱量制御装置４７からバイオマス燃料フィーダ５１への駆動制御信号により、例えば木質チップやＲＤＦ等のバイオマス燃料を燃焼装置３５に対する乾燥汚泥の供給路に送り込み、乾燥汚泥と混焼するようにしている。
こうして、脱水汚泥の発熱量の変動を吸収することができ、燃焼装置３５の安定運転を図ることができる。
なお、近年は食生活の変化と相まって脱水汚泥の発熱量が以前よりも高くなってきており、脱水汚泥の発熱量が下側に振れることは殆どなくなってきつつある。

【0081】

また、図２に示される従来のクローズドループ式の汚泥減容化システム１０１においては、乾燥機１０３での乾燥工程によって脱水汚泥から蒸発した水蒸気や、空気予熱器１０８での燃焼用空気の間接加熱に供された後の低温排ガスの脱臭に、燃焼式の脱臭装置１０９が用いられているため、この燃焼式の脱臭装置１０９での脱臭処理の際に化石燃料が使用されるという問題点があった。
そこで、本実施形態においては、例えば活性炭等による乾式の脱臭装置５３を用いることにより、化石燃料を使用することなく脱臭することができ、脱臭のために使用されていた化石燃料をなくすようにしている。

【0082】

以上、本発明の汚泥乾燥方法、汚泥減容化方法、汚泥乾燥装置および汚泥減容化システムについて、一実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

【産業上の利用可能性】

【0083】

本発明の汚泥乾燥方法、汚泥減容化方法、汚泥乾燥装置および汚泥減容化システムは、脱水汚泥を効率良く乾燥することができるとともに、脱水汚泥の乾燥工程での放熱等による熱量損失を低く抑えることができ、これよって化石燃料の使用量を大幅に削減することができるという特性を有していることから、脱水汚泥を、最小の環境負荷で、最小の費用で、可能な限り少量の減容化物に変える廃棄物処理の用途に好適に用いることができる。

【符号の説明】

【0084】

１ 汚泥減容化システム
７ 汚泥乾燥装置
９ 加熱器
１１ｂ 制御弁
１３ フラッシュタンク
１５ 乾燥機
２１ 混合器
２９ ガス体注入器
３５ 燃焼装置
４１ 排ガスボイラー

【図1】

【図2】

【図3】