有機性含水廃棄物の乾燥方法及びその設備
【課題】伝熱面への有機性含水廃棄物の付着、及び有機性含水廃棄物の塊状化を防止しつつ、より低い加熱媒体温度で経済的な運転を可能とする。
【解決手段】脂肪分及びタンパク質分の少なくとも一方を含む有機性含水廃棄物を、間接加熱部を有する乾燥機２に供給し、この乾燥機２で加熱媒体による間接熱交換により乾燥させ、乾燥物とする方法において、加熱媒体の温度を１００〜１５１℃とし、乾燥物の含水率が２５％以下となるように乾燥を行うとともに、有機性含水廃棄物を混合装置１を介して乾燥機２に供給するように構成し、乾燥機２で得られる乾燥物の一部を混合装置１に戻し、有機性含水廃棄物と混合した後、乾燥機２に供給するように構成する。
【解決手段】脂肪分及びタンパク質分の少なくとも一方を含む有機性含水廃棄物を、間接加熱部を有する乾燥機２に供給し、この乾燥機２で加熱媒体による間接熱交換により乾燥させ、乾燥物とする方法において、加熱媒体の温度を１００〜１５１℃とし、乾燥物の含水率が２５％以下となるように乾燥を行うとともに、有機性含水廃棄物を混合装置１を介して乾燥機２に供給するように構成し、乾燥機２で得られる乾燥物の一部を混合装置１に戻し、有機性含水廃棄物と混合した後、乾燥機２に供給するように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水汚泥やし尿汚泥、食品廃棄物のように、脂肪分やタンパク質分を含む有機性含水廃棄物を乾燥する方法及びその設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に下水や排水処理により発生する汚泥は、脱水処理により含水率を低下させた脱水汚泥として水処理施設から排出される。この脱水汚泥は、コンポスト化を行って、農地への利用を図るようにしたり、あるいは焼却処理することにより減量化したりして埋立等に利用し、あるいは海洋投棄できるようにする試みがなされている。このような脱水汚泥の処理においては、通常、脱水汚泥の乾燥が必要となる（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
従来、脱水汚泥の乾燥手段としては、汚泥に熱風や蒸気を直接接触させる直接加熱型乾燥機と、チューブやディスク等の伝熱面の内部に蒸気等の加熱媒体を流し、汚泥と伝熱面との接触により間接的に汚泥を加熱する間接加熱部を有する乾燥機とが知られている。前者は、排ガス量が多くなり、大型の排ガス処理設備が必要となるのに対して、後者は、そのような問題が無い点では好適なものである。後者の例としては、パドルドライヤー（撹拌溝型乾燥機）が代表的である。
【０００４】
しかしながら、下水汚泥やし尿汚泥、食品廃棄物のように、脂肪分やタンパク質分を含む有機性含水廃棄物を間接加熱部を有する乾燥機で乾燥する場合、伝熱面への有機性含水廃棄物（特に脂肪分やタンパク質分）の付着、及び有機性含水廃棄物の塊状化による乾燥性能の低下を防ぐためには、加熱媒体としての蒸気の温度を１７０℃〜１８０℃（圧力０．７〜０．９Ｍｐａ）程度の高温にする必要があり（非特許文献１参照）、経済的な運転が困難となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１２２７００号公報
【特許文献２】特開２００５−２７２２３３号公報
【特許文献３】特開２００３−１４６７８２号公報
【特許文献４】特開２００１−２４６４００号公報
【特許文献５】特開２００４−２８３８８号公報
【特許文献６】特開２００５−２３３４３９号公報
【特許文献７】特開２００５−２４１２３９号公報
【特許文献８】特許２８４３７６２号公報
【特許文献９】特許２８５６６５１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「下水道施設計画・設計指針と解説 後編 ― 2009年版」社団法人日本下水道協会 平成21年10月9日発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の主たる課題は、伝熱面への有機性含水廃棄物の付着、及び有機性含水廃棄物の塊状化を防止しつつ、より低い加熱媒体温度で経済的な運転が可能である、乾燥方法及びその設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決した本発明は次記のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
脂肪分及びタンパク質分の少なくとも一方を含む有機性含水廃棄物を、間接加熱部を有する乾燥機に供給し、この乾燥機で加熱媒体による間接熱交換により乾燥させ、乾燥物とする方法において、
前記加熱媒体の温度を１００〜１５１℃とし、前記乾燥物の含水率が２５％以下となるように前記乾燥を行うとともに、
前記乾燥機で得られる乾燥物の一部を戻し乾燥物として、新たな被乾燥物とともに、前記乾燥機に対して供給する、
ことを特徴とする、有機性含水廃棄物の乾燥方法。
【０００９】
（作用効果）
このように、含水率が２５％以下の乾燥物の一部を供給側に戻すことにより、被乾燥物は含水率の低下により付着性が低下するため、加熱媒体の温度を１００〜１５１℃という低い温度にしても、伝熱面への有機性含水廃棄物（特に脂肪分やタンパク質分）の付着、及び有機性含水廃棄物の塊状化による乾燥性能の低下を防ぐことができる。
【００１０】
ちなみに、前記非特許文献１の４０４頁には、下水の脱水汚泥の乾燥には間接加熱乾燥方式が汎用され、その代表例として「かくはん溝型乾燥機」（パドルドライヤー）があることが記載されている。「かくはん溝型乾燥機」（パドルドライヤー）で「使用上最も問題となるのは、伝熱面への脱水汚泥の付着である。」「熱媒体としては、圧力０．７〜０．９ＭｐａＧ（１７０℃〜１８０℃）の飽和水蒸気を利用するのが一般的である」（４０５頁）と記載されている。また、「熱媒体の乾燥機入口温度は、…次に示す温度を目安にする。…かくはん溝型乾燥機の蒸気温度は、効率、伝熱面での脱水汚泥の付着、焼付き及び急激な過剰乾燥を考慮し１７０〜１８０℃とする」（４０９〜４１０頁）とも記載されている。
このように、従来は、熱媒体の乾燥機入口温度は、下水汚泥について言えば、１７０〜１８０℃であることの技術常識とされていた。
【００１１】
しかるに、本発明では、加熱媒体の温度（乾燥機入口温度）を１００〜１５１℃とかなり低いものとした。また、本発明では、乾燥機で得られる乾燥物の一部を戻し乾燥物として、新たな被乾燥物とともに乾燥機に対して供給するようにした。乾燥機で得られる乾燥物の一部を乾燥機に戻すと、蒸発速度が高まるとともに、脱水汚泥のパドル、加熱管又は加熱板などの加熱部への付着が防止される。この理由は、戻し乾燥物粒子の外面に、新たに投入する有機性含水廃棄物が取り囲んで粒子状になり、この小さな粒子がほとんど造粒化することなく多数分散するようになる結果、従来のように、特に脂肪分やタンパク質分が加熱部と接触してもベタと張り付きのようになることがなく、加熱部に粒子状のまま接触することになることが加熱部への付着防止に寄与するのではないかと推測される。そして、たとえ回転式間接加熱乾燥機のように転動により造粒化力が作用してとしても、造粒が生じ粒子が巨大化することなく、小さくかつ多数の粒子のままで加熱部と接触する結果、伝熱効率が高いものとなる。
そして、低温側でも、加熱部への付着がなく、蒸発速度が高いことは、加熱媒体（たとえば水蒸気）の温度条件を１００〜１５１℃とすることにより、与える熱エネルギーに対して高い効率で乾燥を達成できることを約束する。
【００１２】
本発明の有機性含水廃棄物、とりわけ下水（脱水）汚泥の乾燥においては、本発明に係る１００〜１５１℃の温度条件をまったく想定しておらず、前記非特許文献１のように、１７０〜１８０℃の温度条件が常識であった。他方、乾燥操作で乾燥物の一部を戻す操作は知られているが、本発明の有機性含水廃棄物、とりわけ下水（脱水）汚泥の乾燥においては行われていないことを注記しておく。
【００１３】
＜請求項２記載の発明＞
前記乾燥機で得られる乾燥物の一部を戻し乾燥物として、前記新たな被乾燥物に混合して前記乾燥機に供給する、請求項１記載の有機性含水廃棄物の乾燥方法。
【００１４】
（作用効果）
このように、乾燥機で得られる乾燥物の一部を戻し乾燥物として、新たな被乾燥物とともに乾燥機に供給する場合、両者を混合してから乾燥機に供給することで戻し乾燥物の造粒化をより防止することができる。
【００１５】
＜請求項３記載の発明＞
前記乾燥機に対して供給される有機性含水廃棄物の重量をＷＷとし、前記有機性含水廃棄物に混合される戻し乾燥物の重量をＤＷとし、前記戻し乾燥物の比表面積をＳＳとしたとき、次の関係式
ＷＷ／（ＤＷ×ＳＳ）≦０．１ｇ／ｃｍ2 ・・・（１）
を満たすように、前記乾燥機に対して供給される有機性含水廃棄物量と戻し乾燥物量を定める請求項１又は２記載の有機性含水廃棄物の乾燥方法。
【００１６】
（作用効果）
有機性含水廃棄物と乾燥物との混合比を、上記関係式を満たす範囲とすることにより、有機性含水廃棄物が乾燥物の表面に薄く付着するようになるため、伝熱面への有機性含水廃棄物（特に脂肪分やタンパク質分）の付着及び有機性含水廃棄物の塊状化をより効果的に防止できるようになる。よって、乾燥性能の低下をより一層防止できるようになる。この点については、後に図３によっても説明する。
【００１７】
＜請求項４記載の発明＞
前記乾燥機で得られる乾燥物に対し、篩分け及び粉砕の少なくとも一方を行うことにより粒径１０ｍｍ以下の乾燥物を得て、この粒径１０ｍｍ以下の乾燥物を、前記有機性含水廃棄物に混合する前記戻し乾燥物とする、請求項３記載の有機性含水廃棄物の乾燥方法。
【００１８】
（作用効果）
このように、供給側に戻す乾燥物の粒径を１０ｍｍ以下に揃えることにより、乾燥物表面への有機性含水廃棄物の付着が均一化し、乾燥物の表面積も大きくなるため、乾燥効率が向上し、伝熱面への有機性含水廃棄物（特に脂肪分やタンパク質分）の付着及び有機性含水廃棄物の塊状化をより効果的に防止できるようになる。
なお、粒径とは、JIS Z 8801−1「試験用ふるい−第１部：金属製網ふるい」に規定されるふるいを用い、JIS Z 8815 「ふるい分け試験方法通則」の乾式ふるい分け試験に準じて測定される、ふるい分け法による粒径（ふるいの目開き）を意味する。
【００１９】
＜請求項５記載の発明＞
ヒートポンプを用いて前記乾燥機の乾燥排ガスの保有熱を吸収し前記加熱媒体に与えることにより、前記乾燥機へ供給する加熱媒体を加熱する、請求項４記載の有機性含水廃棄物の乾燥方法。
【００２０】
（作用効果）
ヒートポンプを用いて前記乾燥機の乾燥排ガスの保有熱を吸収し前記加熱媒体に与えることにより、より経済的な運転が可能となる。
【００２１】
＜請求項６記載の発明＞
前記加熱媒体が０．１〜０．４ＭＰａの水蒸気である、請求項５記載の有機性含水廃棄物の乾燥方法。
【００２２】
（作用効果）
乾燥機における加熱媒体としては、このような温度（ゲージ圧）の水蒸気が好適である。
【００２３】
＜請求項７記載の発明＞
前記乾燥機の乾燥排ガスを圧縮機で圧縮することにより昇温した気体を、前記乾燥機の加熱媒体として使用し、乾燥を行う、請求項４記載の有機性含水廃棄物の乾燥方法。
【００２４】
（作用効果）
このように、乾燥排ガスを圧縮機で昇温して加熱媒体とすることにより、より経済的な運転が可能となる。またこの場合、ヒートポンプを用いる場合よりも簡素・安価な機器構成で熱回収を行うことができる。
【００２５】
＜請求項８記載の発明＞
前記乾燥機での間接熱交換により降温した加熱媒体を用いて、前記乾燥機に対して供給される有機性含水廃棄物を予熱する、請求項４記載の有機性含水廃棄物の乾燥方法。
【００２６】
（作用効果）
このような予熱を行うことにより、運転の経済性を悪化させずに乾燥機における乾燥性能を向上させることができる。
【００２７】
＜請求項９記載の発明＞
脂肪分及びタンパク質分の少なくとも一方を含む有機性含水廃棄物を、間接加熱部を有する乾燥機に供給し、この乾燥機で加熱媒体による間接熱交換により乾燥させ、乾燥物とする設備において、
前記加熱媒体の温度を１００〜１５１℃とし、前記乾燥物の含水率が２５％以下となるように前記乾燥を行う手段と、
前記乾燥機で得られる乾燥物の一部を戻し乾燥物として、新たな被乾燥物とともに、前記乾燥機に対して供給する手段と、
を備えたことを特徴とする、有機性含水廃棄物の乾燥設備。
【００２８】
（作用効果）
請求項１記載の発明と同様の作用効果を奏する。
【発明の効果】
【００２９】
以上の通り、本発明によれば、伝熱面への有機性含水廃棄物の付着、及び有機性含水廃棄物の塊状化を防止しつつ、より低い加熱媒体温度で経済的な運転が可能となる、等の利点がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】乾燥設備のフロー図である。
【図２】回転式チューブドライヤの斜視図である。
【図３】有機性含水廃棄物・乾燥物の混合比と、乾燥機における蒸発速度との関係を示すグラフである。
【図４】乾燥設備のフロー図である。
【図５】乾燥設備のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しながら詳説する。
図１は本発明に係る乾燥設備の一例を示しており、この設備例は、有機性含水廃棄物Ｗと乾燥物とを混合するためのパドルミキサ等の混合装置１と、この混合装置１から排出される混合物を乾燥する間接加熱部を有する乾燥機２と、乾燥機２から排出される乾燥物を返送分と非返送分とにふるい分けする篩装置５と、ふるい分けされた乾燥物の返送分を混合装置１に戻す返送コンベヤ７とを備えている。
【００３２】
有機性含水廃棄物Ｗは図示しない原料ホッパに貯留しておき、これを図示しないスクリューフィーダ等の定量供給装置により、混合装置１に供給することができる。有機性含水廃棄物Ｗとしては、脂肪分やタンパク質分を含むものであれば特に限定されないが、下水汚泥やし尿汚泥、食品廃棄物が好適である。有機性含水廃棄物Ｗの含水率は特に限定されるものではなく、乾燥効率の観点からは低い程良い。しかし、含水率を低下させるためには、下水処理施設等の前処理施設において脱水する必要があり、その限度は、設備負荷が大きい等の問題から通常の場合８０重量％程度である。よって、本発明は含水率が７０重量％以上、特に７０〜８０重量％程度の場合に好適である。
【００３３】
混合装置１では、有機性含水廃棄物Ｗと乾燥物の返送分とが混合され、この混合物が乾燥機２に供給される。混合装置１における有機性含水廃棄物Ｗ及び乾燥物の返送分の供給順序は特に限定されるものではないが、図示例のように乾燥物の返送分を先に（上流側）供給し、これに対して有機性含水廃棄物Ｗを供給するのが好ましい。また、混合比率は適宜定めることができるが、乾燥機に対して供給される有機性含水廃棄物Ｗの重量をＷＷとし、戻し乾燥物の重量をＤＷとし、戻し乾燥物の質量あたりの比表面積をＳＳとしたとき、次の関係式
ＷＷ ／ （ＤＷ × ＳＳ） ≦ ０．１ｇ／ｃｍ2 ・・・（１）
を満たすようにするのが好ましい。特に、
ＷＷ ／ （ＤＷ × ＳＳ） ≦ ０．０５ｇ／ｃｍ2 ・・・（２）
を満たすようにすると、より好ましい。
【００３４】
尚、比表面積は、戻し乾燥物の粒度分布を測定し、Rosin Rammler線図より求められる。ここで粒度分布は、ＪＩＳＺ８８０１記載の篩を用いた篩い法によって測定することができる。有機性含水廃棄物と乾燥物との混合比を、上記関係式を満たす範囲とすることにより、有機性含水廃棄物が乾燥物の表面に薄く付着するようになり、混合物の付着性が十分に低いものとなる。なお、図示例では、混合手段として混合機を例示したが、機械的に混合させる必要はなく、例えば、有機性含水廃棄物の乾燥機への供給経路に乾燥物を供給するようにしてもよい。
【００３５】
乾燥機２では、混合装置１から供給される混合物を、加熱媒体による間接熱交換により乾燥させる。加熱媒体の温度は、運転の経済性の観点から１００〜１５１℃とされる。特に１１０〜１２７℃であるのが好ましい。また、本発明は乾燥物の一部を供給側に戻すものであるため、乾燥の程度は重要であり、乾燥物の含水率が２５％以下となるまで乾燥を行う。特に好ましいのは１０％以下である。このように、含水率が２５％以下の乾燥物の一部を供給側に戻すことにより、被乾燥物は含水率の低下により付着性が低下するため、加熱媒体の温度を１００〜１５１℃という低い温度にしても、乾燥機２における伝熱面への有機性含水廃棄物（特に脂肪分やタンパク質分）の付着、及び有機性含水廃棄物の塊状化による乾燥性能の低下を防ぐことができる。
【００３６】
乾燥機２としては、間接加熱部を有するものであれば特に限定されず、箱、ドラム等の内部に伝熱チューブ等を配した丸形、皿形、みぞ形等の攪拌式乾燥機や回転式チューブドライヤ等の回転式乾燥機や乾燥機内部に加熱用エレメントが設けられた流動層乾燥機などを挙げることができ、なかでも、図２に示す回転式チューブドライヤは取扱の極めて容易な乾燥物を得ることができるので好適である。この回転式チューブドライヤ２は、被乾燥物を収容し乾燥を行う容器としての円筒ドラム２８を有している。円筒ドラム２８は、軸方向に沿う多数の伝熱チューブ（加熱管）３０が内壁面近傍に配設され、中心部は中空とされている。円筒ドラム２８の一端側には、被乾燥物をドラム内に導入するためのスクリューフィーダ３が差込まれ、このフィーダ３に被乾燥物の供給口２６が設けられとともに、円筒ドラムの他端側には乾燥物の排出口４８が設けられている。また、円筒ドラム２８の一端側に、スチーム等の加熱媒体供給口３２及び加熱媒体排出口３９が設けられており、加熱媒体供給口３２から供給された加熱媒体が伝熱チューブ３０を通り、加熱媒体排出口３９から排出されるようになっている。符号３４は、加熱媒体を戻すスチームヘッダを示している。さらに、円筒ドラム２８の外周の複数箇所にタイヤ３６が巻装されるとともに、一部に回転駆動のためにリングギヤ３８が設けられ、床盤側にはタイヤ３６を支承する回転受けローラ４０と、リングギヤ３８に噛み合うピニオンギヤ４２および駆動モータ４４とが設置されており、これにより円筒ドラム２８は、排出口４８側が下となるように軸心が僅かに傾斜した状態で、軸心周りに回転駆動されるようになっている。
【００３７】
運転に際しては、被乾燥物はスクリューフィーダ３により円筒ドラム２８内に供給され、円筒ドラム２８内において円筒ドラム２８の回転により転動しつつ円筒ドラム２８の傾斜により排出口４８側へ移動していき、その過程で、加熱媒体が通る伝熱チューブとの接触により加熱乾燥され、乾燥の終了した乾燥物が排出口４８から排出される。
【００３８】
また、円筒ドラム２８の一端側及び他端側にはガス導入口３３及びガス排出口３５がそれぞれ設けられており、ガス導入口３３からはキャリアガスが導入され、ガス排出口３５からは乾燥によって発生する臭気や水分を含む乾燥排ガスが排出されるようになっている。図示例では、被乾燥物の移動方向に沿ってキャリアガスが流れるようガス導入口３３、ガス排出口３５を設けているが、これに限定するものではなく、被乾燥物の移動方向とは逆方向にキャリアガスを流すようキャリアガス導入口３３、ガス排出口３４を設置してもよい。
【００３９】
さらに、ガス排出口３５から排出される乾燥排ガスは湿式スクラバ８に導かれ、除湿、冷却がなされた後、循環ファン１０によりキャリアガスとしてガス導入口３３に供給されるようになっている。なお、図示例の湿式スクラバ８は上下２段タイプのものであり、下から上に排ガスを通すことにより２段階の除湿、冷却がなされるものであるが、これに限定されるものではない。
【００４０】
このような回転式チューブドライヤは、大型化が容易、間接加熱部を有するディスクドライヤと比べても安価、運転操作が容易でメンテナンス箇所が少ない、所要動力が少ない、低水分まで乾燥してもほとんど摩耗しない等の利点を有するものである。ただし、伝熱チューブに有機性含水廃棄物が付着することに変わりはなく、回転により有機性含水廃棄物が転動造粒され、粒径の増大により伝熱チューブと有機性含水廃棄物との接触効率が低下する（乾燥性能の低下）といった問題もある。しかし、これらの問題点は前述のとおり本発明によって解消されるため、回転式チューブドライヤは本発明において特に好適な乾燥機ということができる。
【００４１】
乾燥機２から排出される乾燥物は、混合装置１に戻される返送分と、乾燥製品として排出される非返送分Ｄとに分けられる。この分配手段は特に限定されないが、所定粒径以下（例えば粒径１０ｍｍ以下、特に好ましくは５ｍｍ以下）の乾燥物を返送分として戻すのが好ましい。このため図示例では、乾燥機２から排出される乾燥物を排出コンベア４を介して篩装置５に供給し、篩装置５において乾燥物を篩分けし、所定粒径以下の乾燥物の一部又は全部を返送分として返送コンベア７により混合装置１に戻すようになっている。これにより、供給側に戻す乾燥物の粒径を揃えることができ、乾燥物表面への有機性含水廃棄物の付着が均一化し、乾燥物の表面積も大きくなるため、乾燥効率が向上し、伝熱面への有機性含水廃棄物（特に脂肪分やタンパク質分）の付着及び有機性含水廃棄物の塊状化をより効果的に防止できるようになる。
【００４２】
さらに、図示例では、篩装置５において、所定粒径以下の小粒径の乾燥物、これによりも粒径が大きい中粒径（例えば粒径３〜５ｍｍ程度）の乾燥物、更に粒径の大きい大粒径の乾燥物（例えば粒径５ｍｍ超）の三種類にふるい分けし、中粒径の乾燥物の一部又は全部を非返送分とし、小粒径の一部又は全部を破砕せずに返送する直接返送分とし、大粒径の乾燥物の一部又は全部を破砕装置６により直接返送分と同程度の粒径まで破砕し、直接返送分とともに返送するように構成している。破砕装置６としては、ハンマーミルやロッドミル等を用いることができる。このようなふるい分け及び破砕を行うことにより、返送分及び非返送分における粒径が安定し、乾燥性能の安定化のみならず、乾燥製品の品質安定化も図られるようになる。
【００４３】
他方、乾燥機２に供給される加熱媒体は特に限定されるものではないが０．１〜０．４ＭＰａの蒸気が好適である。蒸気はボイラによって製造し、供給するように構成することもできるが、乾燥機２から排出される乾燥排ガス（キャリアガス）の保有熱を回収し、乾燥機２の加熱媒体の加熱に用いるのも好ましい形態である。
【００４４】
図示例では、乾燥機２から排出される８０〜１００℃程度の乾燥排ガスはスクラバ８に供給される。スクラバ８には冷却水が供給されており、スクラバ８に供給された乾燥排ガスはこの冷却水により冷却され、その際に乾燥排ガスに含有される水分（乾燥機２での乾燥により発生する）が凝縮し、その凝縮潜熱がスクラバ冷却水に移行する。スクラバ冷却水は、循環路８ｒ及び循環ポンプ８ｐにより、スクラバ底部の貯水部から排出され、間接熱交換器１１においてヒートポンプ９の低温側熱媒体との熱交換により冷却された後、再びスクラバ８に供給されるようになっている。
【００４５】
ヒートポンプ９は、特に限定されないが、図示例は、蒸発器（間接熱交換器）９ｖと、凝縮機（間接熱交換器）９ｃと、これらを繋ぐ圧縮機９ｐ及び減圧弁（膨張弁）９ｅとを備えた一般的なものを想定している。乾燥排ガスから移された低温側熱媒体の保有熱は、蒸発器９ｖにおいてヒートポンプの冷媒に吸収され、凝縮器９ｃに供給される乾燥機２の加熱媒体の加熱に利用される。このため、図示例では、乾燥機２から排出される加熱媒体（間接熱交換により降温している）が貯留タンク１２に供給されており、この貯留タンク１２内の加熱媒体が供給ポンプ１３により凝縮器９ｃに供給され、凝縮器９ｃにおいて冷媒との間接熱交換により加熱された後、貯留タンク１２を介して乾燥機２に対して供給されるようになっている。なお、凝縮器９で加熱した加熱媒体は必要に応じて図示しない圧縮機で圧縮し、より高温、高圧の加熱媒体とすることもできる。このように、ヒートポンプ９を用いて乾燥機２の乾燥排ガスの保有熱で加熱媒体を加熱することにより、より経済的な運転が可能となる。
【００４６】
ヒートポンプ９を用いる場合よりも簡素・安価な機器構成で熱回収を行うことができる形態として、乾燥機２の乾燥排ガスをそのまま圧縮機で圧縮し、これにより昇温した気体を乾燥機２の加熱媒体として供給することも提案される。なお、この形態は、上述のヒートポンプ９による加熱媒体の加熱を省略することが望ましいが、ヒートポンプ９と組み合わせて用い、排ガスの一部はヒートポンプ９に供給して加熱媒体の加熱に用い、残部はそのまま圧縮機で圧縮した後、加熱媒体として供給することもできる。
【００４７】
また、図示しないが、乾燥機２の有機性含水廃棄物供給側経路に図示しない熱交換器等を設け、乾燥機２での間接熱交換により降温した加熱媒体を用いて、乾燥機２に対して供給される有機性含水廃棄物を予熱すると、運転の経済性を悪化させずに乾燥機２における乾燥性能を向上させることができるため好ましい。この予熱は混合装置１よりも上流側の有機性含水廃棄物供給経路で行う他、混合装置１内、混合装置１と乾燥機２との間の混合物供給経路で行うこともできる。
【００４８】
他方、図４は、多数のプレート状間接加熱部２０１を有する流動乾燥機２００を用いた例を示しており、図５は、多数のチューブ状間接加熱部２１１を有する流動層乾燥機２１０を用いた例を示している。図５に示される例では、乾燥物は乾燥排ガスとともにバグフィルタ２２０に供給され、バグフィルタ２２０において乾燥物と乾燥排ガスとに分離される。分離された乾燥排ガスはスクラバ８に供給されるとともに、その一部がそのままキャリアガスとして流動層乾燥機２１０の下部に供給されるようになっている。このように、本発明の乾燥機は間接加熱部を有するものであれば特に限定されるものではなく、また乾燥機の種類に応じて他の構成を本発明の範囲内で適宜変更することができるものである。
【実施例】
【００４９】
図１に示す機器構成で、有機性含水廃棄物として水分７８％の未消化の下水汚泥を使用して運転試験を行った。乾燥機２に供給する加熱媒体は０．１ＭＰａの蒸気とし、乾燥機２から排出される加熱媒体のゲージ圧が０．１ＭＰａとなるようにした。乾燥機２に供給するキャリアガスの流量は乾燥機２の乾燥排ガスの露点が概略８０℃になる量とした。スクラバ８の一段目における排気温度が５０℃となるように一段目の冷却水循環流量を調整した。そして、乾燥物（返送分）の比表面積と、下水汚泥と乾燥物（返送分）との混合比率とを種々変化させて、恒率乾燥区間（水分が概略１５％まで）における乾燥機２の単位加熱面積当り且つ単位時間当りの水分蒸発量（ｋｇ−Ｈ2Ｏ／ｍ2・ｈ）を測定した。なお、乾燥物（返送分）の比表面積の変更は、乾燥物を篩装置５でふるい分けする際の網目の変更により、乾燥物（返送分）の粒径を変化させることにより行った。測定結果を図３に示した。乾燥機２の蒸発能力が高いほど経済的であるが、特に３ｋｇ−Ｈ2Ｏ／ｍ2・ｈ以上であることが望ましい。よって、前述の関係式（１）を満たすように、乾燥機２で得られる乾燥物の一部を乾燥機２に対して供給される有機性含水廃棄物に混合するのが望ましいことが判明した。なお、本実施例におけるヒートポンプのＣＯＰは概略３．２であった。
【００５０】
また、同様にして、乾燥機２に供給する加熱媒体のゲージ圧を０．１〜０．７ＭＰａまで変化させて、乾燥機２における伝熱面への有機性含水廃棄物（特に脂肪分やタンパク質分）の付着、及び有機性含水廃棄物の塊状化による乾燥性能の低下を観察した。その結果、０．１〜０．４ＭＰａの範囲の全てにおいて、伝熱面への有機性含水廃棄物の付着及び有機性含水廃棄物の塊状化による乾燥性能の低下は発生しなかった。さらに、比較として、乾燥物の戻しを全く行わずに同様の運転試験及び観察を行ったところ、乾燥機２に供給する加熱媒体のゲージ圧が０．４ＭＰａ以上であるときには、伝熱面への有機性含水廃棄物の付着及び有機性含水廃棄物の塊状化による乾燥性能の低下が殆ど発生しなかったが、乾燥機２に供給する加熱媒体のゲージ圧が０．４ＭＰａ未満では、伝熱面への有機性含水廃棄物の付着や有機性含水廃棄物の塊状化による乾燥性能の低下が発生した。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、下水汚泥やし尿汚泥、食品廃棄物のように、脂肪分やタンパク質分を含む有機性含水廃棄物を乾燥する方法及びその設備において利用可能なものである。
【符号の説明】
【００５２】
１…混合装置、２…間接加熱部を有する乾燥機、３…供給機、４…排出コンベア、５…篩装置、６…、７…返送コンベア、８…スクラバ、９…ヒートポンプ、１０…循環ファン、１１…熱交換器。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水汚泥やし尿汚泥、食品廃棄物のように、脂肪分やタンパク質分を含む有機性含水廃棄物を乾燥する方法及びその設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に下水や排水処理により発生する汚泥は、脱水処理により含水率を低下させた脱水汚泥として水処理施設から排出される。この脱水汚泥は、コンポスト化を行って、農地への利用を図るようにしたり、あるいは焼却処理することにより減量化したりして埋立等に利用し、あるいは海洋投棄できるようにする試みがなされている。このような脱水汚泥の処理においては、通常、脱水汚泥の乾燥が必要となる（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
従来、脱水汚泥の乾燥手段としては、汚泥に熱風や蒸気を直接接触させる直接加熱型乾燥機と、チューブやディスク等の伝熱面の内部に蒸気等の加熱媒体を流し、汚泥と伝熱面との接触により間接的に汚泥を加熱する間接加熱部を有する乾燥機とが知られている。前者は、排ガス量が多くなり、大型の排ガス処理設備が必要となるのに対して、後者は、そのような問題が無い点では好適なものである。後者の例としては、パドルドライヤー（撹拌溝型乾燥機）が代表的である。
【０００４】
しかしながら、下水汚泥やし尿汚泥、食品廃棄物のように、脂肪分やタンパク質分を含む有機性含水廃棄物を間接加熱部を有する乾燥機で乾燥する場合、伝熱面への有機性含水廃棄物（特に脂肪分やタンパク質分）の付着、及び有機性含水廃棄物の塊状化による乾燥性能の低下を防ぐためには、加熱媒体としての蒸気の温度を１７０℃〜１８０℃（圧力０．７〜０．９Ｍｐａ）程度の高温にする必要があり（非特許文献１参照）、経済的な運転が困難となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１２２７００号公報
【特許文献２】特開２００５−２７２２３３号公報
【特許文献３】特開２００３−１４６７８２号公報
【特許文献４】特開２００１−２４６４００号公報
【特許文献５】特開２００４−２８３８８号公報
【特許文献６】特開２００５−２３３４３９号公報
【特許文献７】特開２００５−２４１２３９号公報
【特許文献８】特許２８４３７６２号公報
【特許文献９】特許２８５６６５１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「下水道施設計画・設計指針と解説 後編 ― 2009年版」社団法人日本下水道協会 平成21年10月9日発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の主たる課題は、伝熱面への有機性含水廃棄物の付着、及び有機性含水廃棄物の塊状化を防止しつつ、より低い加熱媒体温度で経済的な運転が可能である、乾燥方法及びその設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決した本発明は次記のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
脂肪分及びタンパク質分の少なくとも一方を含む有機性含水廃棄物を、間接加熱部を有する乾燥機に供給し、この乾燥機で加熱媒体による間接熱交換により乾燥させ、乾燥物とする方法において、
前記加熱媒体の温度を１００〜１５１℃とし、前記乾燥物の含水率が２５％以下となるように前記乾燥を行うとともに、
前記乾燥機で得られる乾燥物の一部を戻し乾燥物として、新たな被乾燥物とともに、前記乾燥機に対して供給する、
ことを特徴とする、有機性含水廃棄物の乾燥方法。
【０００９】
（作用効果）
このように、含水率が２５％以下の乾燥物の一部を供給側に戻すことにより、被乾燥物は含水率の低下により付着性が低下するため、加熱媒体の温度を１００〜１５１℃という低い温度にしても、伝熱面への有機性含水廃棄物（特に脂肪分やタンパク質分）の付着、及び有機性含水廃棄物の塊状化による乾燥性能の低下を防ぐことができる。
【００１０】
ちなみに、前記非特許文献１の４０４頁には、下水の脱水汚泥の乾燥には間接加熱乾燥方式が汎用され、その代表例として「かくはん溝型乾燥機」（パドルドライヤー）があることが記載されている。「かくはん溝型乾燥機」（パドルドライヤー）で「使用上最も問題となるのは、伝熱面への脱水汚泥の付着である。」「熱媒体としては、圧力０．７〜０．９ＭｐａＧ（１７０℃〜１８０℃）の飽和水蒸気を利用するのが一般的である」（４０５頁）と記載されている。また、「熱媒体の乾燥機入口温度は、…次に示す温度を目安にする。…かくはん溝型乾燥機の蒸気温度は、効率、伝熱面での脱水汚泥の付着、焼付き及び急激な過剰乾燥を考慮し１７０〜１８０℃とする」（４０９〜４１０頁）とも記載されている。
このように、従来は、熱媒体の乾燥機入口温度は、下水汚泥について言えば、１７０〜１８０℃であることの技術常識とされていた。
【００１１】
しかるに、本発明では、加熱媒体の温度（乾燥機入口温度）を１００〜１５１℃とかなり低いものとした。また、本発明では、乾燥機で得られる乾燥物の一部を戻し乾燥物として、新たな被乾燥物とともに乾燥機に対して供給するようにした。乾燥機で得られる乾燥物の一部を乾燥機に戻すと、蒸発速度が高まるとともに、脱水汚泥のパドル、加熱管又は加熱板などの加熱部への付着が防止される。この理由は、戻し乾燥物粒子の外面に、新たに投入する有機性含水廃棄物が取り囲んで粒子状になり、この小さな粒子がほとんど造粒化することなく多数分散するようになる結果、従来のように、特に脂肪分やタンパク質分が加熱部と接触してもベタと張り付きのようになることがなく、加熱部に粒子状のまま接触することになることが加熱部への付着防止に寄与するのではないかと推測される。そして、たとえ回転式間接加熱乾燥機のように転動により造粒化力が作用してとしても、造粒が生じ粒子が巨大化することなく、小さくかつ多数の粒子のままで加熱部と接触する結果、伝熱効率が高いものとなる。
そして、低温側でも、加熱部への付着がなく、蒸発速度が高いことは、加熱媒体（たとえば水蒸気）の温度条件を１００〜１５１℃とすることにより、与える熱エネルギーに対して高い効率で乾燥を達成できることを約束する。
【００１２】
本発明の有機性含水廃棄物、とりわけ下水（脱水）汚泥の乾燥においては、本発明に係る１００〜１５１℃の温度条件をまったく想定しておらず、前記非特許文献１のように、１７０〜１８０℃の温度条件が常識であった。他方、乾燥操作で乾燥物の一部を戻す操作は知られているが、本発明の有機性含水廃棄物、とりわけ下水（脱水）汚泥の乾燥においては行われていないことを注記しておく。
【００１３】
＜請求項２記載の発明＞
前記乾燥機で得られる乾燥物の一部を戻し乾燥物として、前記新たな被乾燥物に混合して前記乾燥機に供給する、請求項１記載の有機性含水廃棄物の乾燥方法。
【００１４】
（作用効果）
このように、乾燥機で得られる乾燥物の一部を戻し乾燥物として、新たな被乾燥物とともに乾燥機に供給する場合、両者を混合してから乾燥機に供給することで戻し乾燥物の造粒化をより防止することができる。
【００１５】
＜請求項３記載の発明＞
前記乾燥機に対して供給される有機性含水廃棄物の重量をＷＷとし、前記有機性含水廃棄物に混合される戻し乾燥物の重量をＤＷとし、前記戻し乾燥物の比表面積をＳＳとしたとき、次の関係式
ＷＷ／（ＤＷ×ＳＳ）≦０．１ｇ／ｃｍ2 ・・・（１）
を満たすように、前記乾燥機に対して供給される有機性含水廃棄物量と戻し乾燥物量を定める請求項１又は２記載の有機性含水廃棄物の乾燥方法。
【００１６】
（作用効果）
有機性含水廃棄物と乾燥物との混合比を、上記関係式を満たす範囲とすることにより、有機性含水廃棄物が乾燥物の表面に薄く付着するようになるため、伝熱面への有機性含水廃棄物（特に脂肪分やタンパク質分）の付着及び有機性含水廃棄物の塊状化をより効果的に防止できるようになる。よって、乾燥性能の低下をより一層防止できるようになる。この点については、後に図３によっても説明する。
【００１７】
＜請求項４記載の発明＞
前記乾燥機で得られる乾燥物に対し、篩分け及び粉砕の少なくとも一方を行うことにより粒径１０ｍｍ以下の乾燥物を得て、この粒径１０ｍｍ以下の乾燥物を、前記有機性含水廃棄物に混合する前記戻し乾燥物とする、請求項３記載の有機性含水廃棄物の乾燥方法。
【００１８】
（作用効果）
このように、供給側に戻す乾燥物の粒径を１０ｍｍ以下に揃えることにより、乾燥物表面への有機性含水廃棄物の付着が均一化し、乾燥物の表面積も大きくなるため、乾燥効率が向上し、伝熱面への有機性含水廃棄物（特に脂肪分やタンパク質分）の付着及び有機性含水廃棄物の塊状化をより効果的に防止できるようになる。
なお、粒径とは、JIS Z 8801−1「試験用ふるい−第１部：金属製網ふるい」に規定されるふるいを用い、JIS Z 8815 「ふるい分け試験方法通則」の乾式ふるい分け試験に準じて測定される、ふるい分け法による粒径（ふるいの目開き）を意味する。
【００１９】
＜請求項５記載の発明＞
ヒートポンプを用いて前記乾燥機の乾燥排ガスの保有熱を吸収し前記加熱媒体に与えることにより、前記乾燥機へ供給する加熱媒体を加熱する、請求項４記載の有機性含水廃棄物の乾燥方法。
【００２０】
（作用効果）
ヒートポンプを用いて前記乾燥機の乾燥排ガスの保有熱を吸収し前記加熱媒体に与えることにより、より経済的な運転が可能となる。
【００２１】
＜請求項６記載の発明＞
前記加熱媒体が０．１〜０．４ＭＰａの水蒸気である、請求項５記載の有機性含水廃棄物の乾燥方法。
【００２２】
（作用効果）
乾燥機における加熱媒体としては、このような温度（ゲージ圧）の水蒸気が好適である。
【００２３】
＜請求項７記載の発明＞
前記乾燥機の乾燥排ガスを圧縮機で圧縮することにより昇温した気体を、前記乾燥機の加熱媒体として使用し、乾燥を行う、請求項４記載の有機性含水廃棄物の乾燥方法。
【００２４】
（作用効果）
このように、乾燥排ガスを圧縮機で昇温して加熱媒体とすることにより、より経済的な運転が可能となる。またこの場合、ヒートポンプを用いる場合よりも簡素・安価な機器構成で熱回収を行うことができる。
【００２５】
＜請求項８記載の発明＞
前記乾燥機での間接熱交換により降温した加熱媒体を用いて、前記乾燥機に対して供給される有機性含水廃棄物を予熱する、請求項４記載の有機性含水廃棄物の乾燥方法。
【００２６】
（作用効果）
このような予熱を行うことにより、運転の経済性を悪化させずに乾燥機における乾燥性能を向上させることができる。
【００２７】
＜請求項９記載の発明＞
脂肪分及びタンパク質分の少なくとも一方を含む有機性含水廃棄物を、間接加熱部を有する乾燥機に供給し、この乾燥機で加熱媒体による間接熱交換により乾燥させ、乾燥物とする設備において、
前記加熱媒体の温度を１００〜１５１℃とし、前記乾燥物の含水率が２５％以下となるように前記乾燥を行う手段と、
前記乾燥機で得られる乾燥物の一部を戻し乾燥物として、新たな被乾燥物とともに、前記乾燥機に対して供給する手段と、
を備えたことを特徴とする、有機性含水廃棄物の乾燥設備。
【００２８】
（作用効果）
請求項１記載の発明と同様の作用効果を奏する。
【発明の効果】
【００２９】
以上の通り、本発明によれば、伝熱面への有機性含水廃棄物の付着、及び有機性含水廃棄物の塊状化を防止しつつ、より低い加熱媒体温度で経済的な運転が可能となる、等の利点がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】乾燥設備のフロー図である。
【図２】回転式チューブドライヤの斜視図である。
【図３】有機性含水廃棄物・乾燥物の混合比と、乾燥機における蒸発速度との関係を示すグラフである。
【図４】乾燥設備のフロー図である。
【図５】乾燥設備のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しながら詳説する。
図１は本発明に係る乾燥設備の一例を示しており、この設備例は、有機性含水廃棄物Ｗと乾燥物とを混合するためのパドルミキサ等の混合装置１と、この混合装置１から排出される混合物を乾燥する間接加熱部を有する乾燥機２と、乾燥機２から排出される乾燥物を返送分と非返送分とにふるい分けする篩装置５と、ふるい分けされた乾燥物の返送分を混合装置１に戻す返送コンベヤ７とを備えている。
【００３２】
有機性含水廃棄物Ｗは図示しない原料ホッパに貯留しておき、これを図示しないスクリューフィーダ等の定量供給装置により、混合装置１に供給することができる。有機性含水廃棄物Ｗとしては、脂肪分やタンパク質分を含むものであれば特に限定されないが、下水汚泥やし尿汚泥、食品廃棄物が好適である。有機性含水廃棄物Ｗの含水率は特に限定されるものではなく、乾燥効率の観点からは低い程良い。しかし、含水率を低下させるためには、下水処理施設等の前処理施設において脱水する必要があり、その限度は、設備負荷が大きい等の問題から通常の場合８０重量％程度である。よって、本発明は含水率が７０重量％以上、特に７０〜８０重量％程度の場合に好適である。
【００３３】
混合装置１では、有機性含水廃棄物Ｗと乾燥物の返送分とが混合され、この混合物が乾燥機２に供給される。混合装置１における有機性含水廃棄物Ｗ及び乾燥物の返送分の供給順序は特に限定されるものではないが、図示例のように乾燥物の返送分を先に（上流側）供給し、これに対して有機性含水廃棄物Ｗを供給するのが好ましい。また、混合比率は適宜定めることができるが、乾燥機に対して供給される有機性含水廃棄物Ｗの重量をＷＷとし、戻し乾燥物の重量をＤＷとし、戻し乾燥物の質量あたりの比表面積をＳＳとしたとき、次の関係式
ＷＷ ／ （ＤＷ × ＳＳ） ≦ ０．１ｇ／ｃｍ2 ・・・（１）
を満たすようにするのが好ましい。特に、
ＷＷ ／ （ＤＷ × ＳＳ） ≦ ０．０５ｇ／ｃｍ2 ・・・（２）
を満たすようにすると、より好ましい。
【００３４】
尚、比表面積は、戻し乾燥物の粒度分布を測定し、Rosin Rammler線図より求められる。ここで粒度分布は、ＪＩＳＺ８８０１記載の篩を用いた篩い法によって測定することができる。有機性含水廃棄物と乾燥物との混合比を、上記関係式を満たす範囲とすることにより、有機性含水廃棄物が乾燥物の表面に薄く付着するようになり、混合物の付着性が十分に低いものとなる。なお、図示例では、混合手段として混合機を例示したが、機械的に混合させる必要はなく、例えば、有機性含水廃棄物の乾燥機への供給経路に乾燥物を供給するようにしてもよい。
【００３５】
乾燥機２では、混合装置１から供給される混合物を、加熱媒体による間接熱交換により乾燥させる。加熱媒体の温度は、運転の経済性の観点から１００〜１５１℃とされる。特に１１０〜１２７℃であるのが好ましい。また、本発明は乾燥物の一部を供給側に戻すものであるため、乾燥の程度は重要であり、乾燥物の含水率が２５％以下となるまで乾燥を行う。特に好ましいのは１０％以下である。このように、含水率が２５％以下の乾燥物の一部を供給側に戻すことにより、被乾燥物は含水率の低下により付着性が低下するため、加熱媒体の温度を１００〜１５１℃という低い温度にしても、乾燥機２における伝熱面への有機性含水廃棄物（特に脂肪分やタンパク質分）の付着、及び有機性含水廃棄物の塊状化による乾燥性能の低下を防ぐことができる。
【００３６】
乾燥機２としては、間接加熱部を有するものであれば特に限定されず、箱、ドラム等の内部に伝熱チューブ等を配した丸形、皿形、みぞ形等の攪拌式乾燥機や回転式チューブドライヤ等の回転式乾燥機や乾燥機内部に加熱用エレメントが設けられた流動層乾燥機などを挙げることができ、なかでも、図２に示す回転式チューブドライヤは取扱の極めて容易な乾燥物を得ることができるので好適である。この回転式チューブドライヤ２は、被乾燥物を収容し乾燥を行う容器としての円筒ドラム２８を有している。円筒ドラム２８は、軸方向に沿う多数の伝熱チューブ（加熱管）３０が内壁面近傍に配設され、中心部は中空とされている。円筒ドラム２８の一端側には、被乾燥物をドラム内に導入するためのスクリューフィーダ３が差込まれ、このフィーダ３に被乾燥物の供給口２６が設けられとともに、円筒ドラムの他端側には乾燥物の排出口４８が設けられている。また、円筒ドラム２８の一端側に、スチーム等の加熱媒体供給口３２及び加熱媒体排出口３９が設けられており、加熱媒体供給口３２から供給された加熱媒体が伝熱チューブ３０を通り、加熱媒体排出口３９から排出されるようになっている。符号３４は、加熱媒体を戻すスチームヘッダを示している。さらに、円筒ドラム２８の外周の複数箇所にタイヤ３６が巻装されるとともに、一部に回転駆動のためにリングギヤ３８が設けられ、床盤側にはタイヤ３６を支承する回転受けローラ４０と、リングギヤ３８に噛み合うピニオンギヤ４２および駆動モータ４４とが設置されており、これにより円筒ドラム２８は、排出口４８側が下となるように軸心が僅かに傾斜した状態で、軸心周りに回転駆動されるようになっている。
【００３７】
運転に際しては、被乾燥物はスクリューフィーダ３により円筒ドラム２８内に供給され、円筒ドラム２８内において円筒ドラム２８の回転により転動しつつ円筒ドラム２８の傾斜により排出口４８側へ移動していき、その過程で、加熱媒体が通る伝熱チューブとの接触により加熱乾燥され、乾燥の終了した乾燥物が排出口４８から排出される。
【００３８】
また、円筒ドラム２８の一端側及び他端側にはガス導入口３３及びガス排出口３５がそれぞれ設けられており、ガス導入口３３からはキャリアガスが導入され、ガス排出口３５からは乾燥によって発生する臭気や水分を含む乾燥排ガスが排出されるようになっている。図示例では、被乾燥物の移動方向に沿ってキャリアガスが流れるようガス導入口３３、ガス排出口３５を設けているが、これに限定するものではなく、被乾燥物の移動方向とは逆方向にキャリアガスを流すようキャリアガス導入口３３、ガス排出口３４を設置してもよい。
【００３９】
さらに、ガス排出口３５から排出される乾燥排ガスは湿式スクラバ８に導かれ、除湿、冷却がなされた後、循環ファン１０によりキャリアガスとしてガス導入口３３に供給されるようになっている。なお、図示例の湿式スクラバ８は上下２段タイプのものであり、下から上に排ガスを通すことにより２段階の除湿、冷却がなされるものであるが、これに限定されるものではない。
【００４０】
このような回転式チューブドライヤは、大型化が容易、間接加熱部を有するディスクドライヤと比べても安価、運転操作が容易でメンテナンス箇所が少ない、所要動力が少ない、低水分まで乾燥してもほとんど摩耗しない等の利点を有するものである。ただし、伝熱チューブに有機性含水廃棄物が付着することに変わりはなく、回転により有機性含水廃棄物が転動造粒され、粒径の増大により伝熱チューブと有機性含水廃棄物との接触効率が低下する（乾燥性能の低下）といった問題もある。しかし、これらの問題点は前述のとおり本発明によって解消されるため、回転式チューブドライヤは本発明において特に好適な乾燥機ということができる。
【００４１】
乾燥機２から排出される乾燥物は、混合装置１に戻される返送分と、乾燥製品として排出される非返送分Ｄとに分けられる。この分配手段は特に限定されないが、所定粒径以下（例えば粒径１０ｍｍ以下、特に好ましくは５ｍｍ以下）の乾燥物を返送分として戻すのが好ましい。このため図示例では、乾燥機２から排出される乾燥物を排出コンベア４を介して篩装置５に供給し、篩装置５において乾燥物を篩分けし、所定粒径以下の乾燥物の一部又は全部を返送分として返送コンベア７により混合装置１に戻すようになっている。これにより、供給側に戻す乾燥物の粒径を揃えることができ、乾燥物表面への有機性含水廃棄物の付着が均一化し、乾燥物の表面積も大きくなるため、乾燥効率が向上し、伝熱面への有機性含水廃棄物（特に脂肪分やタンパク質分）の付着及び有機性含水廃棄物の塊状化をより効果的に防止できるようになる。
【００４２】
さらに、図示例では、篩装置５において、所定粒径以下の小粒径の乾燥物、これによりも粒径が大きい中粒径（例えば粒径３〜５ｍｍ程度）の乾燥物、更に粒径の大きい大粒径の乾燥物（例えば粒径５ｍｍ超）の三種類にふるい分けし、中粒径の乾燥物の一部又は全部を非返送分とし、小粒径の一部又は全部を破砕せずに返送する直接返送分とし、大粒径の乾燥物の一部又は全部を破砕装置６により直接返送分と同程度の粒径まで破砕し、直接返送分とともに返送するように構成している。破砕装置６としては、ハンマーミルやロッドミル等を用いることができる。このようなふるい分け及び破砕を行うことにより、返送分及び非返送分における粒径が安定し、乾燥性能の安定化のみならず、乾燥製品の品質安定化も図られるようになる。
【００４３】
他方、乾燥機２に供給される加熱媒体は特に限定されるものではないが０．１〜０．４ＭＰａの蒸気が好適である。蒸気はボイラによって製造し、供給するように構成することもできるが、乾燥機２から排出される乾燥排ガス（キャリアガス）の保有熱を回収し、乾燥機２の加熱媒体の加熱に用いるのも好ましい形態である。
【００４４】
図示例では、乾燥機２から排出される８０〜１００℃程度の乾燥排ガスはスクラバ８に供給される。スクラバ８には冷却水が供給されており、スクラバ８に供給された乾燥排ガスはこの冷却水により冷却され、その際に乾燥排ガスに含有される水分（乾燥機２での乾燥により発生する）が凝縮し、その凝縮潜熱がスクラバ冷却水に移行する。スクラバ冷却水は、循環路８ｒ及び循環ポンプ８ｐにより、スクラバ底部の貯水部から排出され、間接熱交換器１１においてヒートポンプ９の低温側熱媒体との熱交換により冷却された後、再びスクラバ８に供給されるようになっている。
【００４５】
ヒートポンプ９は、特に限定されないが、図示例は、蒸発器（間接熱交換器）９ｖと、凝縮機（間接熱交換器）９ｃと、これらを繋ぐ圧縮機９ｐ及び減圧弁（膨張弁）９ｅとを備えた一般的なものを想定している。乾燥排ガスから移された低温側熱媒体の保有熱は、蒸発器９ｖにおいてヒートポンプの冷媒に吸収され、凝縮器９ｃに供給される乾燥機２の加熱媒体の加熱に利用される。このため、図示例では、乾燥機２から排出される加熱媒体（間接熱交換により降温している）が貯留タンク１２に供給されており、この貯留タンク１２内の加熱媒体が供給ポンプ１３により凝縮器９ｃに供給され、凝縮器９ｃにおいて冷媒との間接熱交換により加熱された後、貯留タンク１２を介して乾燥機２に対して供給されるようになっている。なお、凝縮器９で加熱した加熱媒体は必要に応じて図示しない圧縮機で圧縮し、より高温、高圧の加熱媒体とすることもできる。このように、ヒートポンプ９を用いて乾燥機２の乾燥排ガスの保有熱で加熱媒体を加熱することにより、より経済的な運転が可能となる。
【００４６】
ヒートポンプ９を用いる場合よりも簡素・安価な機器構成で熱回収を行うことができる形態として、乾燥機２の乾燥排ガスをそのまま圧縮機で圧縮し、これにより昇温した気体を乾燥機２の加熱媒体として供給することも提案される。なお、この形態は、上述のヒートポンプ９による加熱媒体の加熱を省略することが望ましいが、ヒートポンプ９と組み合わせて用い、排ガスの一部はヒートポンプ９に供給して加熱媒体の加熱に用い、残部はそのまま圧縮機で圧縮した後、加熱媒体として供給することもできる。
【００４７】
また、図示しないが、乾燥機２の有機性含水廃棄物供給側経路に図示しない熱交換器等を設け、乾燥機２での間接熱交換により降温した加熱媒体を用いて、乾燥機２に対して供給される有機性含水廃棄物を予熱すると、運転の経済性を悪化させずに乾燥機２における乾燥性能を向上させることができるため好ましい。この予熱は混合装置１よりも上流側の有機性含水廃棄物供給経路で行う他、混合装置１内、混合装置１と乾燥機２との間の混合物供給経路で行うこともできる。
【００４８】
他方、図４は、多数のプレート状間接加熱部２０１を有する流動乾燥機２００を用いた例を示しており、図５は、多数のチューブ状間接加熱部２１１を有する流動層乾燥機２１０を用いた例を示している。図５に示される例では、乾燥物は乾燥排ガスとともにバグフィルタ２２０に供給され、バグフィルタ２２０において乾燥物と乾燥排ガスとに分離される。分離された乾燥排ガスはスクラバ８に供給されるとともに、その一部がそのままキャリアガスとして流動層乾燥機２１０の下部に供給されるようになっている。このように、本発明の乾燥機は間接加熱部を有するものであれば特に限定されるものではなく、また乾燥機の種類に応じて他の構成を本発明の範囲内で適宜変更することができるものである。
【実施例】
【００４９】
図１に示す機器構成で、有機性含水廃棄物として水分７８％の未消化の下水汚泥を使用して運転試験を行った。乾燥機２に供給する加熱媒体は０．１ＭＰａの蒸気とし、乾燥機２から排出される加熱媒体のゲージ圧が０．１ＭＰａとなるようにした。乾燥機２に供給するキャリアガスの流量は乾燥機２の乾燥排ガスの露点が概略８０℃になる量とした。スクラバ８の一段目における排気温度が５０℃となるように一段目の冷却水循環流量を調整した。そして、乾燥物（返送分）の比表面積と、下水汚泥と乾燥物（返送分）との混合比率とを種々変化させて、恒率乾燥区間（水分が概略１５％まで）における乾燥機２の単位加熱面積当り且つ単位時間当りの水分蒸発量（ｋｇ−Ｈ2Ｏ／ｍ2・ｈ）を測定した。なお、乾燥物（返送分）の比表面積の変更は、乾燥物を篩装置５でふるい分けする際の網目の変更により、乾燥物（返送分）の粒径を変化させることにより行った。測定結果を図３に示した。乾燥機２の蒸発能力が高いほど経済的であるが、特に３ｋｇ−Ｈ2Ｏ／ｍ2・ｈ以上であることが望ましい。よって、前述の関係式（１）を満たすように、乾燥機２で得られる乾燥物の一部を乾燥機２に対して供給される有機性含水廃棄物に混合するのが望ましいことが判明した。なお、本実施例におけるヒートポンプのＣＯＰは概略３．２であった。
【００５０】
また、同様にして、乾燥機２に供給する加熱媒体のゲージ圧を０．１〜０．７ＭＰａまで変化させて、乾燥機２における伝熱面への有機性含水廃棄物（特に脂肪分やタンパク質分）の付着、及び有機性含水廃棄物の塊状化による乾燥性能の低下を観察した。その結果、０．１〜０．４ＭＰａの範囲の全てにおいて、伝熱面への有機性含水廃棄物の付着及び有機性含水廃棄物の塊状化による乾燥性能の低下は発生しなかった。さらに、比較として、乾燥物の戻しを全く行わずに同様の運転試験及び観察を行ったところ、乾燥機２に供給する加熱媒体のゲージ圧が０．４ＭＰａ以上であるときには、伝熱面への有機性含水廃棄物の付着及び有機性含水廃棄物の塊状化による乾燥性能の低下が殆ど発生しなかったが、乾燥機２に供給する加熱媒体のゲージ圧が０．４ＭＰａ未満では、伝熱面への有機性含水廃棄物の付着や有機性含水廃棄物の塊状化による乾燥性能の低下が発生した。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、下水汚泥やし尿汚泥、食品廃棄物のように、脂肪分やタンパク質分を含む有機性含水廃棄物を乾燥する方法及びその設備において利用可能なものである。
【符号の説明】
【００５２】
１…混合装置、２…間接加熱部を有する乾燥機、３…供給機、４…排出コンベア、５…篩装置、６…、７…返送コンベア、８…スクラバ、９…ヒートポンプ、１０…循環ファン、１１…熱交換器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脂肪分及びタンパク質分の少なくとも一方を含む有機性含水廃棄物を、間接加熱部を有する乾燥機に供給し、この乾燥機で加熱媒体による間接熱交換により乾燥させ、乾燥物とする方法において、
前記加熱媒体の温度を１００〜１５１℃とし、前記乾燥物の含水率が２５％以下となるように前記乾燥を行うとともに、
前記乾燥機で得られる乾燥物の一部を戻し乾燥物として、新たな被乾燥物とともに、前記乾燥機に対して供給する、
ことを特徴とする、有機性含水廃棄物の乾燥方法。
【請求項２】
前記乾燥機で得られる乾燥物の一部を戻し乾燥物として、前記新たな被乾燥物に混合して前記乾燥機に供給する、請求項１記載の有機性含水廃棄物の乾燥方法。
【請求項３】
前記乾燥機に対して供給される有機性含水廃棄物の重量をＷＷとし、前記有機性含水廃棄物に混合される戻し乾燥物の重量をＤＷとし、前記戻し乾燥物の比表面積をＳＳとしたとき、次の関係式
ＷＷ／（ＤＷ×ＳＳ）≦０．１ｇ／ｃｍ2 ・・・（１）
を満たすように、前記乾燥機に対して供給される有機性含水廃棄物量と戻し乾燥物量を定める請求項１又は２記載の有機性含水廃棄物の乾燥方法。
【請求項４】
前記乾燥機で得られる乾燥物に対し、篩分け及び粉砕の少なくとも一方を行うことにより粒径１０ｍｍ以下の乾燥物を得て、この粒径１０ｍｍ以下の乾燥物を、前記有機性含水廃棄物に混合する前記戻し乾燥物とする、請求項３記載の有機性含水廃棄物の乾燥方法。
【請求項５】
ヒートポンプを用いて前記乾燥機の乾燥排ガスの保有熱を吸収し前記加熱媒体に与えることにより、前記乾燥機へ供給する加熱媒体を加熱する、請求項４記載の有機性含水廃棄物の乾燥方法。
【請求項６】
前記加熱媒体が０．１〜０．４ＭＰａの水蒸気である、請求項５記載の有機性含水廃棄物の乾燥方法。
【請求項７】
前記乾燥機の乾燥排ガスを圧縮機で圧縮することにより昇温した気体を、前記乾燥機の加熱媒体として使用し、乾燥を行う、請求項４記載の有機性含水廃棄物の乾燥方法。
【請求項８】
前記乾燥機での間接熱交換により降温した加熱媒体を用いて、前記乾燥機に対して供給される有機性含水廃棄物を予熱する、請求項４記載の有機性含水廃棄物の乾燥方法。
【請求項９】
脂肪分及びタンパク質分の少なくとも一方を含む有機性含水廃棄物を、間接加熱部を有する乾燥機に供給し、この乾燥機で加熱媒体による間接熱交換により乾燥させ、乾燥物とする設備において、
前記加熱媒体の温度を１００〜１５１℃とし、前記乾燥物の含水率が２５％以下となるように前記乾燥を行う手段と、
前記乾燥機で得られる乾燥物の一部を戻しとして、新たな被乾燥物とともに、前記乾燥機に対して供給する手段と、
を備えたことを特徴とする、有機性含水廃棄物の乾燥設備。
【請求項１】
脂肪分及びタンパク質分の少なくとも一方を含む有機性含水廃棄物を、間接加熱部を有する乾燥機に供給し、この乾燥機で加熱媒体による間接熱交換により乾燥させ、乾燥物とする方法において、
前記加熱媒体の温度を１００〜１５１℃とし、前記乾燥物の含水率が２５％以下となるように前記乾燥を行うとともに、
前記乾燥機で得られる乾燥物の一部を戻し乾燥物として、新たな被乾燥物とともに、前記乾燥機に対して供給する、
ことを特徴とする、有機性含水廃棄物の乾燥方法。
【請求項２】
前記乾燥機で得られる乾燥物の一部を戻し乾燥物として、前記新たな被乾燥物に混合して前記乾燥機に供給する、請求項１記載の有機性含水廃棄物の乾燥方法。
【請求項３】
前記乾燥機に対して供給される有機性含水廃棄物の重量をＷＷとし、前記有機性含水廃棄物に混合される戻し乾燥物の重量をＤＷとし、前記戻し乾燥物の比表面積をＳＳとしたとき、次の関係式
ＷＷ／（ＤＷ×ＳＳ）≦０．１ｇ／ｃｍ2 ・・・（１）
を満たすように、前記乾燥機に対して供給される有機性含水廃棄物量と戻し乾燥物量を定める請求項１又は２記載の有機性含水廃棄物の乾燥方法。
【請求項４】
前記乾燥機で得られる乾燥物に対し、篩分け及び粉砕の少なくとも一方を行うことにより粒径１０ｍｍ以下の乾燥物を得て、この粒径１０ｍｍ以下の乾燥物を、前記有機性含水廃棄物に混合する前記戻し乾燥物とする、請求項３記載の有機性含水廃棄物の乾燥方法。
【請求項５】
ヒートポンプを用いて前記乾燥機の乾燥排ガスの保有熱を吸収し前記加熱媒体に与えることにより、前記乾燥機へ供給する加熱媒体を加熱する、請求項４記載の有機性含水廃棄物の乾燥方法。
【請求項６】
前記加熱媒体が０．１〜０．４ＭＰａの水蒸気である、請求項５記載の有機性含水廃棄物の乾燥方法。
【請求項７】
前記乾燥機の乾燥排ガスを圧縮機で圧縮することにより昇温した気体を、前記乾燥機の加熱媒体として使用し、乾燥を行う、請求項４記載の有機性含水廃棄物の乾燥方法。
【請求項８】
前記乾燥機での間接熱交換により降温した加熱媒体を用いて、前記乾燥機に対して供給される有機性含水廃棄物を予熱する、請求項４記載の有機性含水廃棄物の乾燥方法。
【請求項９】
脂肪分及びタンパク質分の少なくとも一方を含む有機性含水廃棄物を、間接加熱部を有する乾燥機に供給し、この乾燥機で加熱媒体による間接熱交換により乾燥させ、乾燥物とする設備において、
前記加熱媒体の温度を１００〜１５１℃とし、前記乾燥物の含水率が２５％以下となるように前記乾燥を行う手段と、
前記乾燥機で得られる乾燥物の一部を戻しとして、新たな被乾燥物とともに、前記乾燥機に対して供給する手段と、
を備えたことを特徴とする、有機性含水廃棄物の乾燥設備。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１６３６４８（Ｐ２０１１−１６３６４８Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６４７３（Ｐ２０１０−２６４７３）
【出願日】平成２２年２月９日（２０１０．２．９）
【出願人】（０００１６５２７３）月島機械株式会社 (253)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月９日（２０１０．２．９）
【出願人】（０００１６５２７３）月島機械株式会社 (253)
【Ｆターム（参考）】
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