汚泥濃縮システム
【課題】原動機からの排熱または燃料焚ボイラの熱源を有効活用して水処理設備または工場の汚泥処理設備で発生する汚泥を効率的に処理できる汚泥濃縮システムを提供する。
【解決手段】水処理設備または工場の汚泥処理設備で発生する汚泥ＳＷを処理する汚泥濃縮システムであって、動力を発生するガスタービン１と、ガスタービン１の排ガスＥＧを熱源として蒸気Ｓもしくはを発生する排熱ボイラ２と、蒸気Ｓもしくは温水を熱源として導入して汚泥ＳＷの蒸発濃縮を行う汚泥濃縮装置３と、排熱ボイラ２を出た排ガスＥＧを熱源として蒸発濃縮された汚泥ケーキＳＣを乾燥させる汚泥乾燥装置４とを備える。ガスタービン１および排熱ボイラ２に代えて、燃料焚ボイラ２０を用いることもできる。
【解決手段】水処理設備または工場の汚泥処理設備で発生する汚泥ＳＷを処理する汚泥濃縮システムであって、動力を発生するガスタービン１と、ガスタービン１の排ガスＥＧを熱源として蒸気Ｓもしくはを発生する排熱ボイラ２と、蒸気Ｓもしくは温水を熱源として導入して汚泥ＳＷの蒸発濃縮を行う汚泥濃縮装置３と、排熱ボイラ２を出た排ガスＥＧを熱源として蒸発濃縮された汚泥ケーキＳＣを乾燥させる汚泥乾燥装置４とを備える。ガスタービン１および排熱ボイラ２に代えて、燃料焚ボイラ２０を用いることもできる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原動機の排熱または燃料焚ボイラの熱源を有効利用して水処理設備または工場の汚泥処理設備から発生する汚泥を効率的に処理できる汚泥濃縮システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば浄水場などの水処理設備や工場の汚泥処理設備から大量に発生する汚泥は、通常、一定時間放置して重力濃縮した後、濃縮された汚泥を脱水機で脱水処理し、脱水処理した汚泥をさらに乾燥装置で乾燥して固形化・減量化し、園芸用土として利用するか、または、乾燥処理した乾燥汚泥を最終的に焼却炉で焼却している。
【０００３】
前記汚泥処理の場合、脱水機稼動にかかる電気代、乾燥装置や焼却炉の稼動にかかるガスや重油などの燃料代を考慮すると、きわめて割高な処理方法となる。また、汚泥の重力濃縮は、一定時間、汚泥を放置し、溶媒（水分）と溶質（実質的な汚泥分）の比重差を利用するものであるから、最終の焼却処理に至るまでの処理時間がかかり、処理効率が低い処理方法であった。
【０００４】
また、前記脱水機に代えて蒸発濃縮装置を用いる処理方法も知られている（例えば特許文献１参照）。この処理方法では、後工程のアンモニア除去工程や浄化工程に先立ち、尿および／または浄化槽汚泥からなる被処理物を前工程である濃縮工程において蒸発濃縮しておき、後工程での作業が効率的に行えるようにしている。この処理方法では、蒸発濃縮によって前記し尿および／または浄化槽汚泥を少ないエネルギで効率的に濃縮できるので、前記汚泥の汚泥処理に用いると、汚泥の脱水にかかる電気代、汚泥の乾燥や焼却にかかる燃料代を削減できると考えられる。
【特許文献１】特開２００１−３２７９９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが前記先行技術には、次のような不具合がある。すなわち、アンモニアを含むし尿およびし尿用の浄化槽汚泥の処理方法に限定されており、浄水場や工場での汚泥処理には直接適用できない。また、汚泥濃縮システム用の電源、濃縮装置用蒸気、焼却炉用燃料などが個別に必要となるなど、抜本的な省エネルギ化が図れておらず、エネルギを多く使用するシステムである。さらに、地震や停電時などの電力送給停止時には運転できないシステムであった。
【０００６】
そこで、本発明は、原動機の排熱または燃料焚ボイラの熱源を有効活用して水処理設備または工場の汚泥処理設備で発生する汚泥を省エネルギで効率的に処理できる汚泥濃縮システム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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の第１構成に係る汚泥濃縮システムは、動力を発生する原動機と、前記原動機の排ガスを熱源として蒸気もしくは温水を発生する排熱ボイラと、前記蒸気もしくは温水を熱源として導入して汚泥の蒸発濃縮を行う汚泥濃縮装置と、を備えている。ここで、前記汚泥とは、浄水場などの水処理設備から発生する汚泥や工場の生産工程から発生する汚泥などを含む。また、原動機とは、燃料を燃焼させて動力を発生し、排ガスを放出するものをいい、例えばガスタービンやディーゼルエンジンである。
【０００８】
この構成によれば、排熱ボイラからの蒸気もしくは温水を、汚泥を蒸発濃縮するための熱源として利用できる。また、汚泥を蒸発濃縮することで汚泥量を効率的に減少できるので、通常、汚泥の乾燥に先立って行われる脱水に用いる脱水機台数も削減できる。また、汚泥の蒸発濃縮により汚泥温度が上昇して汚泥の粘性が下がるので、脱水機のろ過速度が増し、脱水機台数をさらに削減することができる。このように、汚泥処理に伴う多くのエネルギを原動機の排熱によって賄えるので、環境汚染の少ない省エネルギの汚泥処理を実現できる。
【０００９】
本発明の好ましい実施形態では、さらに、前記排熱ボイラを出た排ガスを熱源として前記蒸発濃縮された汚泥を乾燥させる汚泥乾燥装置を備えている。
【００１０】
この構成によれば、従来、大気中へ排出していた排熱ボイラ出口からの排ガスも、汚泥乾燥装置において前記蒸発濃縮した汚泥を乾燥させるために有効利用される。その結果、原動機の排熱が一層効果的に利用される。
【００１１】
本発明の他の好ましい実施形態では、前記原動機、排熱ボイラおよび汚泥濃縮装置に加えて、前記排熱ボイラを出た排ガスを燃焼用空気として前記蒸発濃縮された汚泥を焼却する焼却炉を備えている。
【００１２】
この構成によれば、排熱ボイラからの蒸気もしくは温水を、汚泥を蒸発濃縮するための熱源として利用でき、従来、大気中へ排出していた排熱ボイラ出口からの排ガスも、焼却炉において前記蒸発濃縮した汚泥を焼却する燃焼用空気として有効に利用される。その結果、原動機の排熱が一層効果的に利用される。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態では、汚泥濃縮装置に、熱源として前記蒸気もしくは温水に代えて、または蒸気もしくは温水に加えて、前記原動機の排ガスが導入されている。
【００１４】
この構成によれば、汚泥の蒸発濃縮の一部分または全体が、排熱ボイラからの蒸気温度を大きく上回る原動機の排ガス（例えば約５００℃前後）の導入によっても行われるので、汚泥濃縮装置への前記蒸気もしくは温水の導入量が少ない場合、または蒸気もしくは温水が他の用途に使用されて汚泥濃縮装置に導入されない場合であっても、汚泥の蒸発濃縮が効果的に行われる。
【００１５】
本発明の他の好ましい実施形態では、汚泥濃縮装置に、熱源として前記蒸気もしくは温水に代えて、または蒸気もしくは温水に加えて、前記排熱ボイラを出た排ガスが導入されている。
【００１６】
この構成によれば、汚泥の蒸発濃縮の一部分または全体が、排熱ボイラを出た比較的低温（例えば約１５０℃前後）の排ガスによっても行われるので、汚泥濃縮装置への前記蒸気もしくは温水の導入量が少ない場合、または蒸気もしくは温水が他の用途に使用されて汚泥濃縮装置に導入されない場合であっても、汚泥の蒸発濃縮が効果的に行われる。
【００１７】
本発明のさらに他の好ましい実施形態では、前記汚泥濃縮装置が、前記蒸気もしくは温水に代えて、または蒸気もしくは温水に加えて、前記汚泥乾燥装置からの汚泥ガスを導入してこの汚泥ガス中の水蒸気潜熱を熱源として汚泥の蒸発濃縮を行うものである。
【００１８】
この構成によれば、汚泥の蒸発濃縮の一部分または全体が、汚泥乾燥装置からの乾燥排気である汚泥ガス中の水蒸気潜熱によって行われるので、汚泥濃縮装置への前記蒸気もしくは温水の導入量が少ない場合、または蒸気もしくは温水が他の用途に使用されて汚泥濃縮装置に導入されない場合であっても、特に水蒸気潜熱は大きいので、汚泥の蒸発濃縮が効果的に行われる。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態では、汚泥濃縮装置からの凝縮水が前記排熱ボイラのボイラ給水として導入されている。
【００２０】
この構成によれば、汚泥濃縮装置からの凝縮水が排熱ボイラへのボイラ給水として利用できる分だけ、水資源を節約できる。しかも、前記凝縮水は汚泥濃縮装置内の汚泥を蒸発濃縮させる際に発生したもので、異物やゴミのない清浄な水であるので、ボイラ給水としてそのまま用いることができる。
【００２１】
本発明の好ましい実施形態では、前記汚泥濃縮装置からの臭気成分を含んだ汚泥ガスが前記原動機の吸気に混入されている。
【００２２】
この構成によれば、前記汚泥乾燥装置から排出される臭気成分を含んだ乾燥排気である汚泥ガスは、かなりの残存空気を含んでいるので（少なくとも約１３〜１６％程度含む）、これを吸気として原動機で利用できる。これにより、臭気成分の熱分解によって周辺環境への臭気対策が図れるので、専用の脱臭設備が不要となり、脱臭設備などの付帯設備が不要になって、システムの簡略化およびコスト低減を実現できる。
【００２３】
本発明の第２構成に係る汚泥濃縮システムは、蒸気もしくは温水を発生する燃料焚ボイラと、前記蒸気もしくは温水を熱源として汚泥の蒸発濃縮を行う汚泥蒸発装置と、前記排熱ボイラを出た排ガスを熱源として前記蒸発濃縮された汚泥を乾燥させる汚泥乾燥装置と、前記燃料焚ボイラを出た排ガスを熱源として前記蒸発濃縮された汚泥を乾燥させる汚泥乾燥装置とを備えている。
【００２４】
この構成によれば、原動機の排ガスを熱源として蒸気もしくは温水を発生する排熱ボイラに代えて、燃料焚ボイラからの蒸気もしくは温水を、汚泥濃縮装置での蒸発濃縮を行う熱源として利用するのに加えて、燃料焚ボイラを出た排ガスを、汚泥乾燥装置の熱源として利用している。このように燃料焚ボイラからのボイラ出口排ガスの一部が、排ガス供給通路により汚泥乾燥装置に供給されて、その熱エネルギが有効利用される。また、汚泥を蒸発濃縮することで汚泥量を効率的に減少できるので、通常、汚泥の乾燥に先立って行われる脱水に用いる脱水機台数も削減できる。さらに、汚泥の蒸発濃縮により汚泥温度が上昇して汚泥の粘性が下がるので、脱水機のろ過速度が増し、脱水機台数をさらに削減することができる。このように、汚泥処理に伴う多くのエネルギを燃料焚ボイラからの蒸気もしくは温水、および排熱によって賄えるので、環境汚染の少ない省エネルギの汚泥処理を実現できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の汚泥濃縮システムによれば、汚泥処理に伴う多くのエネルギを原動機の排熱または燃料焚ボイラの熱源によって賄えるので、環境汚染の少ない省エネルギの汚泥処理が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面にしたがって説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る汚泥濃縮システムを示す系統図である。この実施形態で示される汚泥濃縮システムは、電気と蒸気を発生するコージェネレーション設備の排熱を、汚泥濃縮システムで有効に利用されるように両者を組み合わせた構成となっている。
【００２７】
図１に示す汚泥濃縮システムは、動力を発生するガスタービン（原動機）１と、このガスタービン１の排ガスを熱源とする排熱ボイラ２と、汚泥ＳＷの蒸発濃縮を行う汚泥濃縮装置３と、蒸発濃縮した濃縮汚泥ＣＳＷを乾燥する汚泥乾燥装置４とから基本的に構成されている。
【００２８】
前記ガスタービン１は、圧縮機Ｃと燃焼器ＦＣとタービンＴとを有し、その回転軸Ｘ１に負荷である発電機Ｇが連結されている。燃焼器ＦＣには、都市ガスのような燃料ｆ１が供給され、圧縮機Ｃには、吸気冷却器５を介して吸気が導入される。この吸気冷却器５は、外部から取り入れた空気Ａ１を、例えば地下水Ｗの循環により冷却する。
【００２９】
前記タービンＴと排熱ボイラ２の間は、タービン排気通路Ｐ２で連結され、タービンＴからの排ガスＥＧが排熱ボイラ２に供給される。
【００３０】
前記排熱ボイラ２と汚泥乾燥装置４との間の排ガス導入通路Ｐ３には、エコノマイザ６と、三方排気ダンパ７とが設けられ、前記三方排気ダンパ７には不要な排ガスＥＧを大気に放出する排気筒８が取り付けられている。この三方排気ダンパ７は、ダンパ角度調整の制御によって、排ガスＥＧを汚泥乾燥装置４側に供給したり、汚泥乾燥装置４の停止時には前記排ガスＥＧが排気筒８側に流して大気へ放出することができるようになっている。
【００３１】
前記排熱ボイラ２のドラム１０と排熱ボイラ２用の給水タンク９との間は、給水通路Ｐ４によって連結され、前記給水タンク９内の水は、給水ポンプにより加圧され、前記給水通路Ｐ４によりエコノマイザ６を経て排熱ボイラ２のドラム１０内に供給される。
【００３２】
前記汚泥乾燥装置４には、都市ガスのような燃料ｆ２の供給を受けて燃焼し、外部から取り入れた空気Ａ２を加熱して乾燥用加熱ガスＨＧとするガスバーナ４１を備えた乾燥用ガス通路Ｐ５が接続され、この乾燥用ガス通路Ｐ５の下流部に前記排ガス導入通路Ｐ３の下流部を合流させて接続することで、前記排熱ボイラ２からの排ガスＥＧと前記乾燥用加熱ガスＨＧとが、乾燥用熱源として汚泥乾燥装置4 内に導入される。
【００３３】
この汚泥乾燥装置４には乾燥ガス排出通路Ｐ６が接続され、前記乾燥用熱源である排ガスＥＧと乾燥用加熱ガスＨＧを汚泥乾燥装置４内に導入して後述する汚泥ケーキＳＣを乾燥処理したとき、前記汚泥ケーキＳＣに含まれていた臭気成分を含む乾燥排気である汚泥ガスＳＧを乾燥ガス排出通路Ｐ６を通して排出できるようになっている。
【００３４】
この排出用通路Ｐ６には、マルチサイクロン４２が取り付けられ、前記排ガスＥＧと乾燥用加熱ガスＨＧ中に含まれるゴミや異物を除去してから排風機４３で強制的に大気中に排出させることもできるが、この実施形態では、前記乾燥ガス排出通路Ｐ６の下流端と吸気冷却器５の間を汚泥ガス導入通路Ｐ７で連結して、汚泥ガスＳＧを原動機１の吸気に混入させて利用するようになっている。
【００３５】
上記構成よりなる諸設備に対して、浄水場のような水処理設備または工場の生産工程などで発生する汚泥ＳＷを溜める汚泥槽１１と、この汚泥槽１１からの汚泥ＳＷを蒸発濃縮する汚泥濃縮装置３と、汚泥濃縮装置３で蒸発濃縮した濃縮汚泥ＣＳＷ中から水分を除去する脱水機１２を含む汚泥処理設備が組み合わせられている。この脱水機１２は例えば遠心式または加圧式である。汚泥濃縮装置３は、蒸気Ｓもしくは温水（以下「蒸気Ｓ等」という。）により汚泥を加熱し、汚泥中の水分のみを蒸発させることで汚泥ＳＷの固形分濃度を高める。この蒸発した水分と蒸気の凝縮水は、合わせて凝縮水として回収され、ボイラ給水として再利用される。
【００３６】
汚泥槽１１と汚泥濃縮装置３の間は、汚泥供給通路Ｐ８で連結され、汚泥槽１１の汚泥ＳＷが、汚泥濃縮装置３側に連続的にあるいは断続的に供給される。前記汚泥濃縮装置３に供給される汚泥ＳＷは、汚泥濃縮装置３に供給される前に、つまり、浄水場や工場の汚泥処理設備から発生した汚泥ＳＷが汚泥槽１１に供給される前に、汚泥重力濃縮を行うか、あるいは汚泥槽１１内で汚泥重力濃縮を行ったものが汚泥濃縮装置３側に供給される。汚泥濃縮装置３には、蒸気導入通路Ｐ９により排熱ボイラ２からの蒸気Ｓ等が導入される。この汚泥濃縮装置３には、タービン排気通路Ｐ２から分岐させて設けた排ガス導入通路Ｐ１０が接続されており、前記蒸気Ｓ等に加え、排ガス導入通路Ｐ１０を経由してガスタービン１からの排ガスＥＧの一部が汚泥濃縮装置３に導入されている。但し、この通路Ｐ１０は割愛し、前記蒸気Ｓ等のみを汚泥濃縮装置３に導入して汚泥ＳＷの蒸発濃縮を行ってもよい。
【００３７】
前記汚泥濃縮装置３と脱水機１２の間は濃縮汚泥導入通路Ｐ１１で連結され、汚泥濃縮装置３で蒸発濃縮されて濃度が高くなった濃縮汚泥ＣＳＷが濃縮汚泥導入通路Ｐ１１を通って脱水機１２に送られる。前記脱水機１２と汚泥乾燥装置４とは、汚泥ケーキ供給通路Ｐ１２で連結され、脱水機１２で脱水処理されて固化された汚泥ケーキＳＣは汚泥乾燥装置４の中に投入され、乾燥処理に付される。また、前記汚泥濃縮装置３と給水タンク９との間は、凝縮水補給通路Ｐ１３で連結されており、この凝縮水補給通路Ｐ１３により前記汚泥濃縮装置３にて汚泥ＳＷを蒸発濃縮する際に発生した凝縮水ＣＷを給水タンク９に戻してボイラ用給水として利用する。これにより、水資源の有効利用を図っている。なお、前記汚泥濃縮装置３には、望ましくは冷却塔３１を付設して前記凝縮水ＣＷが速やかに得られるようにしているが、この冷却塔３１は必ずしも付設されなくてもよく、汚泥濃縮システムの運転に影響を及ぼさない。
【００３８】
上記構成において、ガスタービン１により発電機Ｇが駆動されて電力が得られる。ガスタービン１が通常運転を行っているとき、タービンＴからの排ガスＥＧはタービン排気通路Ｐ２を通って排熱ボイラ２に供給されて熱回収される。他方、給水タンク９から給水ポンプにて加圧された水は、給水通路Ｐ４によりエコノマイザ６を通って予熱されたのち、排熱ボイラ２の上部のドラム１０に入り、ここから排熱ボイラ２内の水管に入って、排ガスＥＧにより加熱されて蒸気化される。こうして得られた蒸気Ｓ等は、ドラム１０を経て、蒸気導入通路Ｐ９により汚泥濃縮装置３内に導入される。
【００３９】
汚泥濃縮装置３には、汚泥槽１１から汚泥ＳＷ（例えば固形分濃度２．５％）が連続的に供給されており、前記汚泥濃縮装置３内に蒸気Ｓ等が導入されると、これらの間の熱交換により、前記汚泥ＳＷの蒸発濃縮が行われる。これにより、汚泥濃縮装置の下流にある脱水機１２の設置台数を削減でき、脱水機１２を稼動するための電気エネルギーを節減できる。汚泥濃縮装置３での蒸発濃縮には蒸気Ｓ等のみならず、原動機１からの排ガスＥＧも利用されるので、前記蒸発濃縮がより促進される。蒸発濃縮が促進されることで、脱水機１２の設置台数をさらに削減できる。
【００４０】
続いて、汚泥濃縮装置３での蒸発濃縮により得られた濃縮汚泥ＣＳＷ（例えば固形分濃度６％）は濃縮汚泥導入通路Ｐ１１を経て脱水機１２に送られる。この脱水機１２での脱水処理により前記濃縮汚泥ＣＳＷは所定水分含量（例えば水分６５％）まで脱水され、汚泥ケーキＳＣ（例えば固形分濃度３５％）となる。その後、この汚泥ケーキＳＣは、汚泥ケーキ供給通路Ｐ１２を経て汚泥乾燥装置４内に投入される。
【００４１】
前記汚泥乾燥装置４には、排ガス導入通路Ｐ３を通って導かれた排熱ボイラ２からの排ガスＥＧ（例えば温度約１５０℃）が導入されており、この排ガスＥＧによって前記汚泥ケーキＳＣを乾燥処理する。この乾燥により、前記汚泥ケーキＳＣ中の水分を一定以下の水分量（例えば水分３５％以下）まで乾燥してのち、固形の乾燥ケーキＤＣとして回収する。このとき、この汚泥乾燥装置４には、乾燥用ガス通路Ｐ５から乾燥用ガスＨＧも導入されるが、前記排熱ボイラ２からの排ガスＥＧが導入されることで、ガスバーナ４１での都市ガス使用量を削減できる。前記、乾燥ケーキＤＣは、例えばそのまま園芸用土として用いるか、例えば型に入れて焼き、レンガ材として用いられる。
【００４２】
このように、この汚泥濃縮システムでは、コージェネレーション設備と組み合わせ、コージェネレーション設備の排熱を、汚泥濃縮装置３では汚泥ＳＷの蒸発濃縮用の蒸気Ｓ等として利用し、汚泥乾燥装置４では乾燥ケーキＤＣを造るための高温ガスとして利用することで、排熱を有効利用できる。また、汚泥濃縮装置３での蒸発濃縮時に発生する臭気成分を含んだ汚泥ガスＳＧは、吸気としてガスタービン１で処理されるので、脱臭設備も不要となる。
【００４３】
図２に示す第２実施形態は、前記第１実施形態（図１）の汚泥乾燥装置４の代わりに焼却炉１３を用いたものを示し、汚泥ケーキＳＣを汚泥乾燥装置４で乾燥処理に付するのではなく、焼却炉１３で焼却処理に付する場合を示している。この第２実施形態の基本的構成は、前記第１実施形態と同様であり、同一構成部分についてはその説明を省略し、相異点についてのみ説明する。図２に示すように、排熱ボイラ２出口から延びる排ガス導入通路Ｐ３の下流側に前記第１実施形態の汚泥乾燥装置４に代えて焼却炉１３を配置している。この焼却炉１３は、内部に投入される汚泥ケーキＳＣを単に乾燥ではなく、完全に焼却処理するのもので、ガスバーナ部１３１と排ガス排出部１３２とを備え、上方のホッパ１３３から内部に投入された汚泥ケーキＳＣは、排熱ボイラ２出口からの排ガスＥＧを燃焼用空気とする前記ガスバーナ部１３１からの高温ガスによって焼却される。汚泥ケーキＳＣが焼却されると、焼却灰ＢＡとして下部から取り出し、例えば埋め立て用材として用いる。なお、前記排ガス排出部１３２は、第１実施形態の乾燥ガス排出通路Ｐ６と同様、前記排気排出用通路１３２ａとマルチサイクロン１３２ｂおよび排風機１３２ｃが設けられており、異物やゴミを取り除いたガスが大気に排出されるようになっている。
【００４４】
図３に示す第３実施形態は、汚泥濃縮装置３で汚泥ＳＷを蒸発濃縮する熱源として前記第１実施形態（図１）の原動機１からの排ガスＥＧに代えて、排熱ボイラ２出口からの排ガスＥＧを利用したものを示している。この第３実施形態の基本的構成は、前記第１実施形態と同様であり、同一構成部分についてはその説明を省略し、相異点についてのみ説明する。図３において、排熱ボイラ２出口からの排ガスＥＧは、原動機１からの排ガスＥＧ（約５００℃前後）に比べ、比較的低温（約１５０℃）であるが、前記汚泥ＳＷを蒸発濃縮するに足りる熱量を保有している。そこで、前記排ガス導入通路Ｐ３の下流側から分岐させた排ガス導入通路Ｐ１４を汚泥濃縮装置３に接続し、排熱ボイラ２出口からの排ガスＥＧの一部を汚泥濃縮装置３に導入する。これにより、汚泥濃縮装置３での汚泥ＳＷの蒸発濃縮は、前記蒸気Ｓ等に加え、排熱ボイラ２出口からの排ガスＥＧによっても行われ、蒸発濃縮が促進される。
【００４５】
図４に示す第４実施形態は、第２実施形態（図２）の原動機１の排ガスに代えて、排熱ボイラ２出口からの排ガスＥＧを，排ガス導入通路Ｐ１４により汚泥濃縮装置３に導入して利用している。この第４実施形態による汚泥濃縮装置３での蒸発濃縮の促進効果は、前記第３実施形態（図３）の場合と同一である。
【００４６】
図５に示す第５実施形態は、汚泥乾燥装置４からの汚泥ガスを汚泥濃縮装置３での蒸発濃縮を行う熱源として利用できるように構成したものを示している。この第５実施形態の基本的構成は、前記第１実施形態（図１）と同様であり、同一構成部分についてはその説明を省略し、相異点についてのみ説明する。図５に示すように、汚泥乾燥装置４からの排ガス排出通路Ｐ６の下流端と汚泥濃縮装置３との間を汚泥ガス導入通路Ｐ１５で連結している。これにより、排熱ボイラ２からの蒸気Ｓ等に加え、汚泥乾燥装置４での乾燥処理時に発生する汚泥ガスＳＧを汚泥濃縮装置３に導入している。この汚泥ガスＳＧ中には多量の水蒸気が含まれているから、その水蒸気潜熱を汚泥ＳＷの蒸発濃縮を行う熱源とすることで、蒸発濃縮が一層促進される。
【００４７】
図６に示す第６実施形態は、前記第１〜５実施形態の原動機１の排ガスを熱源として蒸気Ｓ等を発生する排熱ボイラ２に代えて、図示した燃料焚ボイラ２０からの蒸気Ｓ等を、汚泥濃縮装置３での蒸発濃縮を行う熱源として利用し、さらに、前記燃料焚ボイラを出た排ガスを、汚泥乾燥装置４の熱源として利用している。この第６実施形態の基本的構成は、図１に示した第１実施形態と同様であり、同一構成部分についてはその説明を省略し、相異点についてのみ説明する。図６に示すように、燃料ｆ３の供給によって運転され、蒸気Ｓ等を発生する燃料焚ボイラ２０と、汚泥槽１１からの汚泥ＳＷを蒸発濃縮する汚泥濃縮装置３とが、熱源供給通路Ｐ２０で連結されている。これにより、汚泥濃縮装置３において汚泥ＳＷは、燃料焚ボイラ２０からの蒸気Ｓ等を熱源として蒸発濃縮され、濃縮汚泥ＣＳＷとなる。
【００４８】
つづいて、前記濃縮汚泥ＣＳＷは脱水機１２で脱水され、汚泥ケーキＳＣとしてガスバーナ４１を備えた汚泥乾燥装置４に供給され、固形の乾燥ケーキＤＣとされる。また、燃料焚ボイラ２０からのボイラ出口排ガスＥＧの一部が排ガス供給通路Ｐ２１により前記汚泥乾燥装置４に供給され、汚泥ケーキＳＣを乾燥させるようになっているので、前記ガスバーナ４１での燃料ｆ２の使用量を削減できる。さらに、汚泥乾燥装置４での乾燥時に発生する臭気成分を含んだ汚泥ガスＳＧは、汚泥ガス供給通路Ｐ２２により燃料焚ボイラ２０に戻されて燃焼処理されるので、脱臭設備も不要となる。また、汚泥濃縮装置３と燃料焚ボイラ２０との間は凝縮水補給通路Ｐ２３で連結されており、この凝縮水補給通路Ｐ２３により、汚泥濃縮装置３にて汚泥ＳＷを蒸発濃縮する際に発生した凝縮水ＣＷを、燃料焚ボイラ２０に戻してボイラ用給水として利用する。これにより、前記第１実施形態の場合と同様、水資源の有効利用を図っている。
【００４９】
この第６実施形態に係る汚泥濃縮システムによれば、燃料焚ボイラ２０からの蒸気Ｓ等を、汚泥濃縮装置３での蒸発濃縮を行う熱源として利用するのに加えて、燃料焚ボイラ２０からのボイラ出口排ガスＥＧの一部が、排ガス供給通路Ｐ２１により汚泥乾燥装置４に供給されるので、燃料焚ボイラ２０の排熱が有効利用される。また、汚泥ＳＷを蒸発濃縮することで汚泥（ＳＷ）量を効率的に減少できるので、汚泥ＳＷの汚泥乾燥装置４での乾燥に先立って脱水を行う脱水機１２の台数も削減できる。さらに、汚泥ＳＷの蒸発濃縮により汚泥温度が上昇して汚泥の粘性が下がるので、脱水機１２のろ過速度が増し、脱水機台数をさらに削減することができる。このように、汚泥処理に伴う多くのエネルギを燃料焚ボイラ２０からの蒸気Ｓ等、および排熱によって賄えるので、環境汚染の少ない省エネルギの汚泥処理を実現できる。
【００５０】
なお、図１、図３、図５および図６に示した第１，第３，第５，第６実施形態では、汚泥乾燥装置４と脱水機１２の一方を省略することができ、図２および図４に示した第２、第４実施形態では、脱水機１２を省略できる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の汚泥濃縮システムは、浄水場などの水処理設備から発生する汚泥や工場の生産工程から発生する汚泥の処理に対して、付帯設備に改良を加えることで比較的容易に適用でき、コージェネレーション設備からの排熱を有効利用するシステムとして幅広く利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る汚泥濃縮システムを示す系統図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る汚泥濃縮システムを示す系統図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る汚泥濃縮システムを示す系統図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る汚泥濃縮システムを示す系統図である。
【図５】本発明の第５実施形態に係る汚泥濃縮システムを示す系統図である。
【図６】本発明の第６実施形態に係る汚泥濃縮システムを示す系統図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ ガスタービン（原動機）
２ 排熱ボイラ
３ 汚泥濃縮装置
４ 汚泥乾燥装置
１３ 焼却炉
２０ 燃料焚ボイラ
ＣＳＷ 濃縮汚泥
ＤＣ 乾燥ケーキ
ＥＧ 排ガス
Ｓ 蒸気
ＳＷ 汚泥
ＳＣ 汚泥ケーキ
ＳＧ 汚泥ガス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原動機の排熱または燃料焚ボイラの熱源を有効利用して水処理設備または工場の汚泥処理設備から発生する汚泥を効率的に処理できる汚泥濃縮システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば浄水場などの水処理設備や工場の汚泥処理設備から大量に発生する汚泥は、通常、一定時間放置して重力濃縮した後、濃縮された汚泥を脱水機で脱水処理し、脱水処理した汚泥をさらに乾燥装置で乾燥して固形化・減量化し、園芸用土として利用するか、または、乾燥処理した乾燥汚泥を最終的に焼却炉で焼却している。
【０００３】
前記汚泥処理の場合、脱水機稼動にかかる電気代、乾燥装置や焼却炉の稼動にかかるガスや重油などの燃料代を考慮すると、きわめて割高な処理方法となる。また、汚泥の重力濃縮は、一定時間、汚泥を放置し、溶媒（水分）と溶質（実質的な汚泥分）の比重差を利用するものであるから、最終の焼却処理に至るまでの処理時間がかかり、処理効率が低い処理方法であった。
【０００４】
また、前記脱水機に代えて蒸発濃縮装置を用いる処理方法も知られている（例えば特許文献１参照）。この処理方法では、後工程のアンモニア除去工程や浄化工程に先立ち、尿および／または浄化槽汚泥からなる被処理物を前工程である濃縮工程において蒸発濃縮しておき、後工程での作業が効率的に行えるようにしている。この処理方法では、蒸発濃縮によって前記し尿および／または浄化槽汚泥を少ないエネルギで効率的に濃縮できるので、前記汚泥の汚泥処理に用いると、汚泥の脱水にかかる電気代、汚泥の乾燥や焼却にかかる燃料代を削減できると考えられる。
【特許文献１】特開２００１−３２７９９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが前記先行技術には、次のような不具合がある。すなわち、アンモニアを含むし尿およびし尿用の浄化槽汚泥の処理方法に限定されており、浄水場や工場での汚泥処理には直接適用できない。また、汚泥濃縮システム用の電源、濃縮装置用蒸気、焼却炉用燃料などが個別に必要となるなど、抜本的な省エネルギ化が図れておらず、エネルギを多く使用するシステムである。さらに、地震や停電時などの電力送給停止時には運転できないシステムであった。
【０００６】
そこで、本発明は、原動機の排熱または燃料焚ボイラの熱源を有効活用して水処理設備または工場の汚泥処理設備で発生する汚泥を省エネルギで効率的に処理できる汚泥濃縮システム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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の第１構成に係る汚泥濃縮システムは、動力を発生する原動機と、前記原動機の排ガスを熱源として蒸気もしくは温水を発生する排熱ボイラと、前記蒸気もしくは温水を熱源として導入して汚泥の蒸発濃縮を行う汚泥濃縮装置と、を備えている。ここで、前記汚泥とは、浄水場などの水処理設備から発生する汚泥や工場の生産工程から発生する汚泥などを含む。また、原動機とは、燃料を燃焼させて動力を発生し、排ガスを放出するものをいい、例えばガスタービンやディーゼルエンジンである。
【０００８】
この構成によれば、排熱ボイラからの蒸気もしくは温水を、汚泥を蒸発濃縮するための熱源として利用できる。また、汚泥を蒸発濃縮することで汚泥量を効率的に減少できるので、通常、汚泥の乾燥に先立って行われる脱水に用いる脱水機台数も削減できる。また、汚泥の蒸発濃縮により汚泥温度が上昇して汚泥の粘性が下がるので、脱水機のろ過速度が増し、脱水機台数をさらに削減することができる。このように、汚泥処理に伴う多くのエネルギを原動機の排熱によって賄えるので、環境汚染の少ない省エネルギの汚泥処理を実現できる。
【０００９】
本発明の好ましい実施形態では、さらに、前記排熱ボイラを出た排ガスを熱源として前記蒸発濃縮された汚泥を乾燥させる汚泥乾燥装置を備えている。
【００１０】
この構成によれば、従来、大気中へ排出していた排熱ボイラ出口からの排ガスも、汚泥乾燥装置において前記蒸発濃縮した汚泥を乾燥させるために有効利用される。その結果、原動機の排熱が一層効果的に利用される。
【００１１】
本発明の他の好ましい実施形態では、前記原動機、排熱ボイラおよび汚泥濃縮装置に加えて、前記排熱ボイラを出た排ガスを燃焼用空気として前記蒸発濃縮された汚泥を焼却する焼却炉を備えている。
【００１２】
この構成によれば、排熱ボイラからの蒸気もしくは温水を、汚泥を蒸発濃縮するための熱源として利用でき、従来、大気中へ排出していた排熱ボイラ出口からの排ガスも、焼却炉において前記蒸発濃縮した汚泥を焼却する燃焼用空気として有効に利用される。その結果、原動機の排熱が一層効果的に利用される。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態では、汚泥濃縮装置に、熱源として前記蒸気もしくは温水に代えて、または蒸気もしくは温水に加えて、前記原動機の排ガスが導入されている。
【００１４】
この構成によれば、汚泥の蒸発濃縮の一部分または全体が、排熱ボイラからの蒸気温度を大きく上回る原動機の排ガス（例えば約５００℃前後）の導入によっても行われるので、汚泥濃縮装置への前記蒸気もしくは温水の導入量が少ない場合、または蒸気もしくは温水が他の用途に使用されて汚泥濃縮装置に導入されない場合であっても、汚泥の蒸発濃縮が効果的に行われる。
【００１５】
本発明の他の好ましい実施形態では、汚泥濃縮装置に、熱源として前記蒸気もしくは温水に代えて、または蒸気もしくは温水に加えて、前記排熱ボイラを出た排ガスが導入されている。
【００１６】
この構成によれば、汚泥の蒸発濃縮の一部分または全体が、排熱ボイラを出た比較的低温（例えば約１５０℃前後）の排ガスによっても行われるので、汚泥濃縮装置への前記蒸気もしくは温水の導入量が少ない場合、または蒸気もしくは温水が他の用途に使用されて汚泥濃縮装置に導入されない場合であっても、汚泥の蒸発濃縮が効果的に行われる。
【００１７】
本発明のさらに他の好ましい実施形態では、前記汚泥濃縮装置が、前記蒸気もしくは温水に代えて、または蒸気もしくは温水に加えて、前記汚泥乾燥装置からの汚泥ガスを導入してこの汚泥ガス中の水蒸気潜熱を熱源として汚泥の蒸発濃縮を行うものである。
【００１８】
この構成によれば、汚泥の蒸発濃縮の一部分または全体が、汚泥乾燥装置からの乾燥排気である汚泥ガス中の水蒸気潜熱によって行われるので、汚泥濃縮装置への前記蒸気もしくは温水の導入量が少ない場合、または蒸気もしくは温水が他の用途に使用されて汚泥濃縮装置に導入されない場合であっても、特に水蒸気潜熱は大きいので、汚泥の蒸発濃縮が効果的に行われる。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態では、汚泥濃縮装置からの凝縮水が前記排熱ボイラのボイラ給水として導入されている。
【００２０】
この構成によれば、汚泥濃縮装置からの凝縮水が排熱ボイラへのボイラ給水として利用できる分だけ、水資源を節約できる。しかも、前記凝縮水は汚泥濃縮装置内の汚泥を蒸発濃縮させる際に発生したもので、異物やゴミのない清浄な水であるので、ボイラ給水としてそのまま用いることができる。
【００２１】
本発明の好ましい実施形態では、前記汚泥濃縮装置からの臭気成分を含んだ汚泥ガスが前記原動機の吸気に混入されている。
【００２２】
この構成によれば、前記汚泥乾燥装置から排出される臭気成分を含んだ乾燥排気である汚泥ガスは、かなりの残存空気を含んでいるので（少なくとも約１３〜１６％程度含む）、これを吸気として原動機で利用できる。これにより、臭気成分の熱分解によって周辺環境への臭気対策が図れるので、専用の脱臭設備が不要となり、脱臭設備などの付帯設備が不要になって、システムの簡略化およびコスト低減を実現できる。
【００２３】
本発明の第２構成に係る汚泥濃縮システムは、蒸気もしくは温水を発生する燃料焚ボイラと、前記蒸気もしくは温水を熱源として汚泥の蒸発濃縮を行う汚泥蒸発装置と、前記排熱ボイラを出た排ガスを熱源として前記蒸発濃縮された汚泥を乾燥させる汚泥乾燥装置と、前記燃料焚ボイラを出た排ガスを熱源として前記蒸発濃縮された汚泥を乾燥させる汚泥乾燥装置とを備えている。
【００２４】
この構成によれば、原動機の排ガスを熱源として蒸気もしくは温水を発生する排熱ボイラに代えて、燃料焚ボイラからの蒸気もしくは温水を、汚泥濃縮装置での蒸発濃縮を行う熱源として利用するのに加えて、燃料焚ボイラを出た排ガスを、汚泥乾燥装置の熱源として利用している。このように燃料焚ボイラからのボイラ出口排ガスの一部が、排ガス供給通路により汚泥乾燥装置に供給されて、その熱エネルギが有効利用される。また、汚泥を蒸発濃縮することで汚泥量を効率的に減少できるので、通常、汚泥の乾燥に先立って行われる脱水に用いる脱水機台数も削減できる。さらに、汚泥の蒸発濃縮により汚泥温度が上昇して汚泥の粘性が下がるので、脱水機のろ過速度が増し、脱水機台数をさらに削減することができる。このように、汚泥処理に伴う多くのエネルギを燃料焚ボイラからの蒸気もしくは温水、および排熱によって賄えるので、環境汚染の少ない省エネルギの汚泥処理を実現できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の汚泥濃縮システムによれば、汚泥処理に伴う多くのエネルギを原動機の排熱または燃料焚ボイラの熱源によって賄えるので、環境汚染の少ない省エネルギの汚泥処理が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面にしたがって説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る汚泥濃縮システムを示す系統図である。この実施形態で示される汚泥濃縮システムは、電気と蒸気を発生するコージェネレーション設備の排熱を、汚泥濃縮システムで有効に利用されるように両者を組み合わせた構成となっている。
【００２７】
図１に示す汚泥濃縮システムは、動力を発生するガスタービン（原動機）１と、このガスタービン１の排ガスを熱源とする排熱ボイラ２と、汚泥ＳＷの蒸発濃縮を行う汚泥濃縮装置３と、蒸発濃縮した濃縮汚泥ＣＳＷを乾燥する汚泥乾燥装置４とから基本的に構成されている。
【００２８】
前記ガスタービン１は、圧縮機Ｃと燃焼器ＦＣとタービンＴとを有し、その回転軸Ｘ１に負荷である発電機Ｇが連結されている。燃焼器ＦＣには、都市ガスのような燃料ｆ１が供給され、圧縮機Ｃには、吸気冷却器５を介して吸気が導入される。この吸気冷却器５は、外部から取り入れた空気Ａ１を、例えば地下水Ｗの循環により冷却する。
【００２９】
前記タービンＴと排熱ボイラ２の間は、タービン排気通路Ｐ２で連結され、タービンＴからの排ガスＥＧが排熱ボイラ２に供給される。
【００３０】
前記排熱ボイラ２と汚泥乾燥装置４との間の排ガス導入通路Ｐ３には、エコノマイザ６と、三方排気ダンパ７とが設けられ、前記三方排気ダンパ７には不要な排ガスＥＧを大気に放出する排気筒８が取り付けられている。この三方排気ダンパ７は、ダンパ角度調整の制御によって、排ガスＥＧを汚泥乾燥装置４側に供給したり、汚泥乾燥装置４の停止時には前記排ガスＥＧが排気筒８側に流して大気へ放出することができるようになっている。
【００３１】
前記排熱ボイラ２のドラム１０と排熱ボイラ２用の給水タンク９との間は、給水通路Ｐ４によって連結され、前記給水タンク９内の水は、給水ポンプにより加圧され、前記給水通路Ｐ４によりエコノマイザ６を経て排熱ボイラ２のドラム１０内に供給される。
【００３２】
前記汚泥乾燥装置４には、都市ガスのような燃料ｆ２の供給を受けて燃焼し、外部から取り入れた空気Ａ２を加熱して乾燥用加熱ガスＨＧとするガスバーナ４１を備えた乾燥用ガス通路Ｐ５が接続され、この乾燥用ガス通路Ｐ５の下流部に前記排ガス導入通路Ｐ３の下流部を合流させて接続することで、前記排熱ボイラ２からの排ガスＥＧと前記乾燥用加熱ガスＨＧとが、乾燥用熱源として汚泥乾燥装置4 内に導入される。
【００３３】
この汚泥乾燥装置４には乾燥ガス排出通路Ｐ６が接続され、前記乾燥用熱源である排ガスＥＧと乾燥用加熱ガスＨＧを汚泥乾燥装置４内に導入して後述する汚泥ケーキＳＣを乾燥処理したとき、前記汚泥ケーキＳＣに含まれていた臭気成分を含む乾燥排気である汚泥ガスＳＧを乾燥ガス排出通路Ｐ６を通して排出できるようになっている。
【００３４】
この排出用通路Ｐ６には、マルチサイクロン４２が取り付けられ、前記排ガスＥＧと乾燥用加熱ガスＨＧ中に含まれるゴミや異物を除去してから排風機４３で強制的に大気中に排出させることもできるが、この実施形態では、前記乾燥ガス排出通路Ｐ６の下流端と吸気冷却器５の間を汚泥ガス導入通路Ｐ７で連結して、汚泥ガスＳＧを原動機１の吸気に混入させて利用するようになっている。
【００３５】
上記構成よりなる諸設備に対して、浄水場のような水処理設備または工場の生産工程などで発生する汚泥ＳＷを溜める汚泥槽１１と、この汚泥槽１１からの汚泥ＳＷを蒸発濃縮する汚泥濃縮装置３と、汚泥濃縮装置３で蒸発濃縮した濃縮汚泥ＣＳＷ中から水分を除去する脱水機１２を含む汚泥処理設備が組み合わせられている。この脱水機１２は例えば遠心式または加圧式である。汚泥濃縮装置３は、蒸気Ｓもしくは温水（以下「蒸気Ｓ等」という。）により汚泥を加熱し、汚泥中の水分のみを蒸発させることで汚泥ＳＷの固形分濃度を高める。この蒸発した水分と蒸気の凝縮水は、合わせて凝縮水として回収され、ボイラ給水として再利用される。
【００３６】
汚泥槽１１と汚泥濃縮装置３の間は、汚泥供給通路Ｐ８で連結され、汚泥槽１１の汚泥ＳＷが、汚泥濃縮装置３側に連続的にあるいは断続的に供給される。前記汚泥濃縮装置３に供給される汚泥ＳＷは、汚泥濃縮装置３に供給される前に、つまり、浄水場や工場の汚泥処理設備から発生した汚泥ＳＷが汚泥槽１１に供給される前に、汚泥重力濃縮を行うか、あるいは汚泥槽１１内で汚泥重力濃縮を行ったものが汚泥濃縮装置３側に供給される。汚泥濃縮装置３には、蒸気導入通路Ｐ９により排熱ボイラ２からの蒸気Ｓ等が導入される。この汚泥濃縮装置３には、タービン排気通路Ｐ２から分岐させて設けた排ガス導入通路Ｐ１０が接続されており、前記蒸気Ｓ等に加え、排ガス導入通路Ｐ１０を経由してガスタービン１からの排ガスＥＧの一部が汚泥濃縮装置３に導入されている。但し、この通路Ｐ１０は割愛し、前記蒸気Ｓ等のみを汚泥濃縮装置３に導入して汚泥ＳＷの蒸発濃縮を行ってもよい。
【００３７】
前記汚泥濃縮装置３と脱水機１２の間は濃縮汚泥導入通路Ｐ１１で連結され、汚泥濃縮装置３で蒸発濃縮されて濃度が高くなった濃縮汚泥ＣＳＷが濃縮汚泥導入通路Ｐ１１を通って脱水機１２に送られる。前記脱水機１２と汚泥乾燥装置４とは、汚泥ケーキ供給通路Ｐ１２で連結され、脱水機１２で脱水処理されて固化された汚泥ケーキＳＣは汚泥乾燥装置４の中に投入され、乾燥処理に付される。また、前記汚泥濃縮装置３と給水タンク９との間は、凝縮水補給通路Ｐ１３で連結されており、この凝縮水補給通路Ｐ１３により前記汚泥濃縮装置３にて汚泥ＳＷを蒸発濃縮する際に発生した凝縮水ＣＷを給水タンク９に戻してボイラ用給水として利用する。これにより、水資源の有効利用を図っている。なお、前記汚泥濃縮装置３には、望ましくは冷却塔３１を付設して前記凝縮水ＣＷが速やかに得られるようにしているが、この冷却塔３１は必ずしも付設されなくてもよく、汚泥濃縮システムの運転に影響を及ぼさない。
【００３８】
上記構成において、ガスタービン１により発電機Ｇが駆動されて電力が得られる。ガスタービン１が通常運転を行っているとき、タービンＴからの排ガスＥＧはタービン排気通路Ｐ２を通って排熱ボイラ２に供給されて熱回収される。他方、給水タンク９から給水ポンプにて加圧された水は、給水通路Ｐ４によりエコノマイザ６を通って予熱されたのち、排熱ボイラ２の上部のドラム１０に入り、ここから排熱ボイラ２内の水管に入って、排ガスＥＧにより加熱されて蒸気化される。こうして得られた蒸気Ｓ等は、ドラム１０を経て、蒸気導入通路Ｐ９により汚泥濃縮装置３内に導入される。
【００３９】
汚泥濃縮装置３には、汚泥槽１１から汚泥ＳＷ（例えば固形分濃度２．５％）が連続的に供給されており、前記汚泥濃縮装置３内に蒸気Ｓ等が導入されると、これらの間の熱交換により、前記汚泥ＳＷの蒸発濃縮が行われる。これにより、汚泥濃縮装置の下流にある脱水機１２の設置台数を削減でき、脱水機１２を稼動するための電気エネルギーを節減できる。汚泥濃縮装置３での蒸発濃縮には蒸気Ｓ等のみならず、原動機１からの排ガスＥＧも利用されるので、前記蒸発濃縮がより促進される。蒸発濃縮が促進されることで、脱水機１２の設置台数をさらに削減できる。
【００４０】
続いて、汚泥濃縮装置３での蒸発濃縮により得られた濃縮汚泥ＣＳＷ（例えば固形分濃度６％）は濃縮汚泥導入通路Ｐ１１を経て脱水機１２に送られる。この脱水機１２での脱水処理により前記濃縮汚泥ＣＳＷは所定水分含量（例えば水分６５％）まで脱水され、汚泥ケーキＳＣ（例えば固形分濃度３５％）となる。その後、この汚泥ケーキＳＣは、汚泥ケーキ供給通路Ｐ１２を経て汚泥乾燥装置４内に投入される。
【００４１】
前記汚泥乾燥装置４には、排ガス導入通路Ｐ３を通って導かれた排熱ボイラ２からの排ガスＥＧ（例えば温度約１５０℃）が導入されており、この排ガスＥＧによって前記汚泥ケーキＳＣを乾燥処理する。この乾燥により、前記汚泥ケーキＳＣ中の水分を一定以下の水分量（例えば水分３５％以下）まで乾燥してのち、固形の乾燥ケーキＤＣとして回収する。このとき、この汚泥乾燥装置４には、乾燥用ガス通路Ｐ５から乾燥用ガスＨＧも導入されるが、前記排熱ボイラ２からの排ガスＥＧが導入されることで、ガスバーナ４１での都市ガス使用量を削減できる。前記、乾燥ケーキＤＣは、例えばそのまま園芸用土として用いるか、例えば型に入れて焼き、レンガ材として用いられる。
【００４２】
このように、この汚泥濃縮システムでは、コージェネレーション設備と組み合わせ、コージェネレーション設備の排熱を、汚泥濃縮装置３では汚泥ＳＷの蒸発濃縮用の蒸気Ｓ等として利用し、汚泥乾燥装置４では乾燥ケーキＤＣを造るための高温ガスとして利用することで、排熱を有効利用できる。また、汚泥濃縮装置３での蒸発濃縮時に発生する臭気成分を含んだ汚泥ガスＳＧは、吸気としてガスタービン１で処理されるので、脱臭設備も不要となる。
【００４３】
図２に示す第２実施形態は、前記第１実施形態（図１）の汚泥乾燥装置４の代わりに焼却炉１３を用いたものを示し、汚泥ケーキＳＣを汚泥乾燥装置４で乾燥処理に付するのではなく、焼却炉１３で焼却処理に付する場合を示している。この第２実施形態の基本的構成は、前記第１実施形態と同様であり、同一構成部分についてはその説明を省略し、相異点についてのみ説明する。図２に示すように、排熱ボイラ２出口から延びる排ガス導入通路Ｐ３の下流側に前記第１実施形態の汚泥乾燥装置４に代えて焼却炉１３を配置している。この焼却炉１３は、内部に投入される汚泥ケーキＳＣを単に乾燥ではなく、完全に焼却処理するのもので、ガスバーナ部１３１と排ガス排出部１３２とを備え、上方のホッパ１３３から内部に投入された汚泥ケーキＳＣは、排熱ボイラ２出口からの排ガスＥＧを燃焼用空気とする前記ガスバーナ部１３１からの高温ガスによって焼却される。汚泥ケーキＳＣが焼却されると、焼却灰ＢＡとして下部から取り出し、例えば埋め立て用材として用いる。なお、前記排ガス排出部１３２は、第１実施形態の乾燥ガス排出通路Ｐ６と同様、前記排気排出用通路１３２ａとマルチサイクロン１３２ｂおよび排風機１３２ｃが設けられており、異物やゴミを取り除いたガスが大気に排出されるようになっている。
【００４４】
図３に示す第３実施形態は、汚泥濃縮装置３で汚泥ＳＷを蒸発濃縮する熱源として前記第１実施形態（図１）の原動機１からの排ガスＥＧに代えて、排熱ボイラ２出口からの排ガスＥＧを利用したものを示している。この第３実施形態の基本的構成は、前記第１実施形態と同様であり、同一構成部分についてはその説明を省略し、相異点についてのみ説明する。図３において、排熱ボイラ２出口からの排ガスＥＧは、原動機１からの排ガスＥＧ（約５００℃前後）に比べ、比較的低温（約１５０℃）であるが、前記汚泥ＳＷを蒸発濃縮するに足りる熱量を保有している。そこで、前記排ガス導入通路Ｐ３の下流側から分岐させた排ガス導入通路Ｐ１４を汚泥濃縮装置３に接続し、排熱ボイラ２出口からの排ガスＥＧの一部を汚泥濃縮装置３に導入する。これにより、汚泥濃縮装置３での汚泥ＳＷの蒸発濃縮は、前記蒸気Ｓ等に加え、排熱ボイラ２出口からの排ガスＥＧによっても行われ、蒸発濃縮が促進される。
【００４５】
図４に示す第４実施形態は、第２実施形態（図２）の原動機１の排ガスに代えて、排熱ボイラ２出口からの排ガスＥＧを，排ガス導入通路Ｐ１４により汚泥濃縮装置３に導入して利用している。この第４実施形態による汚泥濃縮装置３での蒸発濃縮の促進効果は、前記第３実施形態（図３）の場合と同一である。
【００４６】
図５に示す第５実施形態は、汚泥乾燥装置４からの汚泥ガスを汚泥濃縮装置３での蒸発濃縮を行う熱源として利用できるように構成したものを示している。この第５実施形態の基本的構成は、前記第１実施形態（図１）と同様であり、同一構成部分についてはその説明を省略し、相異点についてのみ説明する。図５に示すように、汚泥乾燥装置４からの排ガス排出通路Ｐ６の下流端と汚泥濃縮装置３との間を汚泥ガス導入通路Ｐ１５で連結している。これにより、排熱ボイラ２からの蒸気Ｓ等に加え、汚泥乾燥装置４での乾燥処理時に発生する汚泥ガスＳＧを汚泥濃縮装置３に導入している。この汚泥ガスＳＧ中には多量の水蒸気が含まれているから、その水蒸気潜熱を汚泥ＳＷの蒸発濃縮を行う熱源とすることで、蒸発濃縮が一層促進される。
【００４７】
図６に示す第６実施形態は、前記第１〜５実施形態の原動機１の排ガスを熱源として蒸気Ｓ等を発生する排熱ボイラ２に代えて、図示した燃料焚ボイラ２０からの蒸気Ｓ等を、汚泥濃縮装置３での蒸発濃縮を行う熱源として利用し、さらに、前記燃料焚ボイラを出た排ガスを、汚泥乾燥装置４の熱源として利用している。この第６実施形態の基本的構成は、図１に示した第１実施形態と同様であり、同一構成部分についてはその説明を省略し、相異点についてのみ説明する。図６に示すように、燃料ｆ３の供給によって運転され、蒸気Ｓ等を発生する燃料焚ボイラ２０と、汚泥槽１１からの汚泥ＳＷを蒸発濃縮する汚泥濃縮装置３とが、熱源供給通路Ｐ２０で連結されている。これにより、汚泥濃縮装置３において汚泥ＳＷは、燃料焚ボイラ２０からの蒸気Ｓ等を熱源として蒸発濃縮され、濃縮汚泥ＣＳＷとなる。
【００４８】
つづいて、前記濃縮汚泥ＣＳＷは脱水機１２で脱水され、汚泥ケーキＳＣとしてガスバーナ４１を備えた汚泥乾燥装置４に供給され、固形の乾燥ケーキＤＣとされる。また、燃料焚ボイラ２０からのボイラ出口排ガスＥＧの一部が排ガス供給通路Ｐ２１により前記汚泥乾燥装置４に供給され、汚泥ケーキＳＣを乾燥させるようになっているので、前記ガスバーナ４１での燃料ｆ２の使用量を削減できる。さらに、汚泥乾燥装置４での乾燥時に発生する臭気成分を含んだ汚泥ガスＳＧは、汚泥ガス供給通路Ｐ２２により燃料焚ボイラ２０に戻されて燃焼処理されるので、脱臭設備も不要となる。また、汚泥濃縮装置３と燃料焚ボイラ２０との間は凝縮水補給通路Ｐ２３で連結されており、この凝縮水補給通路Ｐ２３により、汚泥濃縮装置３にて汚泥ＳＷを蒸発濃縮する際に発生した凝縮水ＣＷを、燃料焚ボイラ２０に戻してボイラ用給水として利用する。これにより、前記第１実施形態の場合と同様、水資源の有効利用を図っている。
【００４９】
この第６実施形態に係る汚泥濃縮システムによれば、燃料焚ボイラ２０からの蒸気Ｓ等を、汚泥濃縮装置３での蒸発濃縮を行う熱源として利用するのに加えて、燃料焚ボイラ２０からのボイラ出口排ガスＥＧの一部が、排ガス供給通路Ｐ２１により汚泥乾燥装置４に供給されるので、燃料焚ボイラ２０の排熱が有効利用される。また、汚泥ＳＷを蒸発濃縮することで汚泥（ＳＷ）量を効率的に減少できるので、汚泥ＳＷの汚泥乾燥装置４での乾燥に先立って脱水を行う脱水機１２の台数も削減できる。さらに、汚泥ＳＷの蒸発濃縮により汚泥温度が上昇して汚泥の粘性が下がるので、脱水機１２のろ過速度が増し、脱水機台数をさらに削減することができる。このように、汚泥処理に伴う多くのエネルギを燃料焚ボイラ２０からの蒸気Ｓ等、および排熱によって賄えるので、環境汚染の少ない省エネルギの汚泥処理を実現できる。
【００５０】
なお、図１、図３、図５および図６に示した第１，第３，第５，第６実施形態では、汚泥乾燥装置４と脱水機１２の一方を省略することができ、図２および図４に示した第２、第４実施形態では、脱水機１２を省略できる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の汚泥濃縮システムは、浄水場などの水処理設備から発生する汚泥や工場の生産工程から発生する汚泥の処理に対して、付帯設備に改良を加えることで比較的容易に適用でき、コージェネレーション設備からの排熱を有効利用するシステムとして幅広く利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る汚泥濃縮システムを示す系統図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る汚泥濃縮システムを示す系統図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る汚泥濃縮システムを示す系統図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る汚泥濃縮システムを示す系統図である。
【図５】本発明の第５実施形態に係る汚泥濃縮システムを示す系統図である。
【図６】本発明の第６実施形態に係る汚泥濃縮システムを示す系統図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ ガスタービン（原動機）
２ 排熱ボイラ
３ 汚泥濃縮装置
４ 汚泥乾燥装置
１３ 焼却炉
２０ 燃料焚ボイラ
ＣＳＷ 濃縮汚泥
ＤＣ 乾燥ケーキ
ＥＧ 排ガス
Ｓ 蒸気
ＳＷ 汚泥
ＳＣ 汚泥ケーキ
ＳＧ 汚泥ガス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力を発生する原動機と、
前記原動機の排ガスを熱源として蒸気もしくは温水を発生する排熱ボイラと、
前記蒸気もしくは温水を熱源として導入して汚泥の蒸発濃縮を行う汚泥濃縮装置と、
を備えた汚泥濃縮システム。
【請求項２】
請求項１において、さらに、前記排熱ボイラを出た排ガスを熱源として前記蒸発濃縮された汚泥を乾燥させる汚泥乾燥装置を備えた汚泥濃縮システム。
【請求項３】
請求項１において、さらに、前記排熱ボイラを出た排ガスを燃焼用空気として前記蒸発濃縮された汚泥を焼却する焼却炉を備えた汚泥濃縮システム。
【請求項４】
請求項１、２または３において、前記汚泥濃縮装置に、熱源として、前記蒸気もしくは温水に代えて、または蒸気もしくは温水に加えて、前記原動機の排ガスが導入されている汚泥濃縮システム。
【請求項５】
請求項１、２または３において、前記汚泥濃縮装置に、熱源として、前記蒸気もしくは温水に代えて、または蒸気もしくは温水に加えて、前記排熱ボイラを出た排ガスが導入されている汚泥濃縮システム。
【請求項６】
請求項２において、前記汚泥濃縮装置は、前記蒸気もしくは温水に代えて、または蒸気もしくは温水に加えて、前記汚泥乾燥装置からの汚泥ガスを導入してこの汚泥ガス中の水蒸気潜熱を熱源として汚泥の蒸発濃縮を行うものである汚泥濃縮システム。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項において、前記汚泥濃縮装置からの凝縮水が前記排熱ボイラのボイラ給水として導入されている汚泥濃縮システム。
【請求項８】
請求項２または６において、前記汚泥乾燥装置からの臭気成分を含んだ汚泥ガスが前記原動機の吸気に混入されている汚泥濃縮システム。
【請求項９】
蒸気もしくは温水を発生する燃料焚ボイラと、
前記蒸気もしくは温水を熱源として汚泥の蒸発濃縮を行う汚泥蒸発装置と、
前記燃料焚ボイラを出た排ガスを熱源として前記蒸発濃縮された汚泥を乾燥させる汚泥乾燥装置と、
を備えた汚泥濃縮システム。
【請求項１】
動力を発生する原動機と、
前記原動機の排ガスを熱源として蒸気もしくは温水を発生する排熱ボイラと、
前記蒸気もしくは温水を熱源として導入して汚泥の蒸発濃縮を行う汚泥濃縮装置と、
を備えた汚泥濃縮システム。
【請求項２】
請求項１において、さらに、前記排熱ボイラを出た排ガスを熱源として前記蒸発濃縮された汚泥を乾燥させる汚泥乾燥装置を備えた汚泥濃縮システム。
【請求項３】
請求項１において、さらに、前記排熱ボイラを出た排ガスを燃焼用空気として前記蒸発濃縮された汚泥を焼却する焼却炉を備えた汚泥濃縮システム。
【請求項４】
請求項１、２または３において、前記汚泥濃縮装置に、熱源として、前記蒸気もしくは温水に代えて、または蒸気もしくは温水に加えて、前記原動機の排ガスが導入されている汚泥濃縮システム。
【請求項５】
請求項１、２または３において、前記汚泥濃縮装置に、熱源として、前記蒸気もしくは温水に代えて、または蒸気もしくは温水に加えて、前記排熱ボイラを出た排ガスが導入されている汚泥濃縮システム。
【請求項６】
請求項２において、前記汚泥濃縮装置は、前記蒸気もしくは温水に代えて、または蒸気もしくは温水に加えて、前記汚泥乾燥装置からの汚泥ガスを導入してこの汚泥ガス中の水蒸気潜熱を熱源として汚泥の蒸発濃縮を行うものである汚泥濃縮システム。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項において、前記汚泥濃縮装置からの凝縮水が前記排熱ボイラのボイラ給水として導入されている汚泥濃縮システム。
【請求項８】
請求項２または６において、前記汚泥乾燥装置からの臭気成分を含んだ汚泥ガスが前記原動機の吸気に混入されている汚泥濃縮システム。
【請求項９】
蒸気もしくは温水を発生する燃料焚ボイラと、
前記蒸気もしくは温水を熱源として汚泥の蒸発濃縮を行う汚泥蒸発装置と、
前記燃料焚ボイラを出た排ガスを熱源として前記蒸発濃縮された汚泥を乾燥させる汚泥乾燥装置と、
を備えた汚泥濃縮システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−２１３３３（Ｐ２００７−２１３３３Ａ）
【公開日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２０５５５７（Ｐ２００５−２０５５５７）
【出願日】平成１７年７月１４日（２００５．７．１４）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【出願人】（５９０００２２０８）横浜市 (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月１４日（２００５．７．１４）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【出願人】（５９０００２２０８）横浜市 (13)
【Ｆターム（参考）】
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