JP2002273495A - 汚泥脱水装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 焼却炉での焼却に際して補助燃料を供給しな
いでも焼却が可能な自燃条件で燃焼する脱水ケーキを得
る汚泥脱水装置を提供する。 【解決手段】 焼却炉毎に異なる自燃条件を満たす燃焼
曲線を予め記憶しておき、汚泥脱水装置の出口で脱水ケ
ーキの含水率及び有機物含有率を測定し、燃焼曲線と測
定された有機物含有率とに基づいて自燃条件を満たす含
水率を算出し、これを測定された含水率と比較して、汚
泥脱水装置の脱水率を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下水、し尿又は産
業排水処理施設などから発生する汚泥を脱水して焼却用
の脱水ケーキとする汚泥脱水装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】下水、し尿又は産業排水処理施設などか
ら発生する汚泥は、ベルトプレス型脱水機や、遠心分離
型脱水機、或いはフィルタプレス等の汚泥脱水装置を利
用して脱水処理されて脱水ケーキとなる。脱水ケーキ
は、一旦所定場所に貯留された後に移送されて、焼却炉
において焼却処分され、或いは、埋立て処分などによっ
て処理される。

【０００３】脱水ケーキを焼却や埋立てによって処分す
るためには、出来るだけその体積を縮小することが強く
求められる。脱水ケーキの体積は、その水分量（含水
率）によって大きく異なり、体積を縮小することによっ
てその取扱いが容易になるからである。このため、汚泥
脱水装置では、その脱水率を高めることで、脱水ケーキ
の含水率を出来るだけ小さくする努力が払われている。

【０００４】ところで、脱水ケーキを焼却する焼却炉の
性能は、その定格焼却量の焼却の際に最大の焼却効果を
発揮するように設計されている。例えば、１日の焼却能
力が３００トンの焼却炉の場合には、１日に３００トン
の脱水ケーキを焼却したときに最大の焼却効率が得られ
る。しかし、この焼却効率は、実際に焼却される脱水ケ
ーキの成分や含水率によって左右される。従来は、脱水
ケーキにおける成分測定の困難性のため、脱水ケーキの
含水率を測定し、その含水率に従って焼却炉の燃焼制御
が行われていた。

【０００５】脱水ケーキの成分は元の汚泥の成分に依存
し、その汚泥の成分は発生源によって区々に異なる。従
って、焼却用の脱水ケーキでは、その含水率のみを制御
しても、焼却炉の定格焼却量を安定して焼却することが
できない。ここで、脱水ケーキは、同じ含水率であって
も、脱水ケーキの有機物含有率が高い場合には発熱量が
高く、有機物含有率が低い場合には発熱量が低くなるこ
とが知られている。

【０００６】特開平１０−４８１２７号公報には、波長
が異なる複数の赤外光を脱水ケーキに照射し、脱水ケー
キを透過又は反射した各波長の光量を測定し、その光量
スペクトルに基づいて脱水ケーキ中の有機物含有率を測
定する方法が記載されている。該公報は、このように測
定した有機物含有率と、これと同時に測定した脱水ケー
キの含水率とに基づいて、焼却炉における脱水ケーキの
発熱量を演算し、その発熱量に基づいて焼却炉に供給す
る補助燃料の量をリアルタイムに制御する旨を開示して
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記公報の記載に基づ
いて焼却炉の補助燃料の使用量を実際に制御すると、下
記の問題が生じた。つまり、脱水ケーキの有機物含有率
が低い場合には、所望量の補助燃料を供給し炉内温度を
上昇させることによって燃焼を制御できるものの、逆
に、脱水ケーキの有機物含有率が著しく高い場合には、
補助燃料を添加しなくても、焼却炉内の温度（炉内温
度）が過度に上昇する事態が発生した。

【０００８】そのような過度の温度上昇は、炉壁の損傷
を発生させ、或いは、炉壁の耐火構造物の寿命を著しく
縮める。ここで、炉内温度を所定温度以下に下げるため
には、脱水ケーキの投入量を減らして、脱水ケーキの燃
焼による熱量を低下させる必要がある。しかし、この場
合には、焼却炉の定格焼却量の燃焼ができず、焼却炉の
性能に従った効率的な燃焼が得られないこととなり、ま
た、燃焼計画に狂いが発生する。

【０００９】上記に鑑み、本発明は、脱水ケーキの有機
物含有率が変動しても、焼却炉での焼却に際して炉内温
度が過度に上昇することがない脱水ケーキを得ることが
出来る汚泥脱水装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の汚泥脱水装置は、汚泥を脱水して焼却用の
脱水ケーキとする汚泥脱水装置において、焼却炉で脱水
ケーキを燃焼する際に所望の補助燃料使用条件を満た
す、脱水ケーキの含水率と有機物含有率との関係を示す
燃焼曲線を記憶する記憶部と、脱水ケーキの有機物含有
率を測定する有機物含有率センサと、前記有機物含有率
センサの測定値と、前記燃焼曲線とに基づいて汚泥脱水
装置の脱水率を制御する脱水率制御部とを備えることを
特徴とする。

【００１１】また、本発明の汚泥脱水方法は、汚泥を脱
水して焼却用の脱水ケーキとする汚泥脱水方法におい
て、焼却炉で所望の補助燃料使用条件を満たす、脱水ケ
ーキの含水率と有機物含有率との関係を示す燃焼曲線を
記憶し、脱水ケーキの有機物含有率を測定し、測定され
た有機物含有率及び前記燃焼曲線に基づいて脱水ケーキ
の含水率を制御することを特徴とする。

【００１２】本発明の汚泥脱水装置又は汚泥脱水方法
は、焼却炉で所望の補助燃料使用条件が得られるよう
に、予め規定された燃焼曲線及び測定された有機物含有
率に基づいて、汚泥脱水装置の脱水率又は脱水ケーキの
含水率を制御することにより、補助燃料の使用量を制御
しなくとも、焼却炉内での安定な燃焼が可能となる。

【００１３】ここで、所望の補助燃料使用条件とは、一
定の補助燃料使用量の他に、補助燃料を使用しないでも
脱水ケーキが燃焼を継続する自燃条件が含まれる。例え
ば、脱水ケーキが比較的に低い有機物含有率を有するこ
とが予め判っている場合、或いは、焼却炉の許容温度条
件が高い場合には、一定量の補助燃料を使用する燃焼条
件を規定する燃焼曲線を採用することにより、高い燃焼
温度及び燃焼速度を利用して脱水ケーキ焼却のスループ
ットを向上させる。

【００１４】また、脱水ケーキが比較的に高い有機物含
有率を有することが予め判っている場合、或いは、焼却
炉の許容温度条件が低い場合には、補助燃料を使用しな
い燃焼条件（自燃条件）を規定する燃焼曲線を採用する
ことにより、低い燃焼温度及び燃焼速度を利用して、焼
却炉の損傷を防止すると共に補助燃料を節約する。

【００１５】ここで、本発明の汚泥脱水装置及び方法で
は、脱水ケーキの含水率を測定する含水率センサによっ
て、汚泥脱水装置出口の脱水ケーキの含水率を測定し、
この測定値をフィードバックして所望の脱水率となるよ
うに汚泥脱水装置を制御することが出来る。又は、脱水
ケーキの含水率と、脱水ケーキの硬さ等の性状との関係
を予め測定しておき、測定された有機物含有率に基づい
て、所定の性状の脱水ケーキが得られるように汚泥脱水
装置の脱水率を制御してもよい。

【００１６】本発明において「汚泥脱水装置の脱水率を
制御する」とは、所望の含水率の脱水ケーキが得られる
ように脱水装置の脱水条件（運転条件）を制御すること
をいう。例えば、脱水装置としてベルトプレス型脱水機
を用いる場合には、瀘布の緊張圧力や瀘布の走行速度を
制御することにより、また、脱水装置として遠心分離型
脱水機を用いる場合には、脱水機の遠心力（Ｇ）や脱水
機本体（ボール）と押出しスクリューの間の回転速度差
等を制御することにより、得られる脱水ケーキの含水率
を所望の値に制御することが出来る。

【００１７】脱水ケーキの有機物含有率測定センサとし
ては、特に限定はされないが、前記公報に記載の赤外光
式センサが好適に使用できる。また、含水率センサを使
用する場合には、汚泥脱水装置で従来から使用されてい
る公知の水分計が使用できる。例えば特開平６−２２９
９１８号公報に記載の赤外光式水分計が使用できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し本発明の実施
形態例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図１
は、本発明の一実施形態例に係る汚泥脱水装置を有する
下水処理場における濃縮、脱水及び焼却設備の系統図で
ある。

【００１９】下水処理場には、下水処理により発生した
汚泥を移送管２１を経由して受け取り、これを濃縮して
濃縮汚泥とする濃縮装置１１、濃縮装置１１から汚泥引
抜き管２２を経由して濃縮汚泥を受け取り、これを一旦
貯留する汚泥貯留設備１２、汚泥貯留設備１２から移送
管２３を経由して汚泥を受け取り、これを脱水して脱水
ケーキとする汚泥脱水装置１３、汚泥脱水装置１３から
コンベア２４を経由して脱水ケーキを受け取り、これを
一旦貯留する脱水ケーキ貯留設備１４、及び、脱水ケー
キ貯留設備１４からコンベア２５を経由して脱水ケーキ
を受け取り、これを焼却する焼却炉１５が配設される。

【００２０】汚泥脱水装置１３と脱水ケーキ貯留設備１
４との間のコンベア２４上には、脱水ケーキの含水率を
測定する赤外光式水分センサ（Ｓｗ）１６、及び、脱水
ケーキの有機物含有率を測定する赤外光式有機物含有率
センサ（Ｓｏ）１７が配設される。双方のセンサ１６、
１７の信号ＲＷ、ＲＯは制御部１８に入力され、制御部
１８の出力信号は、脱水装置１３における脱水率を設定
する。

【００２１】図２は、制御部１８の動作を示すフローチ
ャートである。汚泥脱水装置１３の運転が開始される
と、制御部１８は、以前の脱水率を記憶しており、その
脱水率で脱水装置１３を起動する（ステップＳ１）。含
水率センサ１６及び有機物含有率センサ１７は、脱水装
置１３からコンベア２４によって送られてくる脱水ケー
キについて、夫々、含水率ＲＷ及び有機物含有率ＲＯを
測定する（ステップＳ２）。制御部１８は、記憶してい
る自燃条件の燃焼曲線と、測定された有機物含有率ＲＯ
とから、自燃条件を満足する下限含水率ＲＷ１及び上限
含水率ＲＷ２を算出し（ステップＳ３）、これら下限及
び上限含水率ＲＷ１、ＲＷ２と測定された含水率ＲＷと
を比較する（ステップＳ４）。

【００２２】ステップＳ４の比較結果がＲＷ１≦ＲＷ≦
ＲＷ２であり、その結果、現在の脱水ケーキの含水率Ｒ
Ｗが、測定された有機物含有率ＲＯとの間で自燃条件を
満足していると判定されると、ステップＳ５に進み、所
定の時間間隔を開けてステップＳ２に戻る。ステップＳ
２で、含水率及び有機物含有率を再度測定して、ステッ
プＳ２〜ステップＳ５を繰り返す。ステップＳ４で現在
の含水率ＲＷが下限含水率ＲＷ１と上限含水率ＲＷ２と
の間にないため、自燃条件を満足しないと判定された場
合には、ステップＳ１に戻り、汚泥脱水装置における脱
水率の設定を変更する。これによって、脱水ケーキの含
水率ＲＷが、ＲＷ１とＲＷ２の間に納まるように制御す
る。

【００２３】本実施形態例の汚泥脱水装置では、上記の
ように、脱水ケーキの含水率と有機物含有率との関係
が、焼却炉の自燃条件を満たすように設定されるので、
これを焼却する焼却炉では、補助燃料を必要としない自
燃条件下で脱水ケーキが焼却される。ここで、上記自燃
条件を規定する燃焼曲線に代えて、一定の補助燃料の使
用量を規定する燃焼曲線を採用してもよく、この場合、
補助燃料のリアルタイム制御が実質的に不要となる。

【００２４】以下、制御部１８で記憶される、自燃条件
を規定する燃焼曲線について説明する。

【００２５】汚泥焼却炉は、様々な制御装置を有してお
り、その制御装置の働きによって、含水率が多少変化し
ても含水率と発熱量との関係が自燃範囲内ならば、補助
燃料を使用しないで燃焼が可能である。つまり、図３に
示すような、脱水ケーキの発熱量と含水率との関係に対
応した自燃範囲が存在する。この自燃範囲では、汚泥焼
却炉は、一旦燃焼が発生した後は、補助燃料を供給しな
いでもその燃焼を継続する。同図に示すように、一定の
発熱量Ｑに対して脱水ケーキの含水率ＲＷがＲＷ１≦Ｒ
Ｗ≦ＲＷ２ならば、汚泥焼却炉は自燃条件を満足する。

【００２６】一方、図４に示すように、有機物含有率
（強熱減量（％））と発熱量との間には、高い相関関係
がある。そのため、発熱量を直接に測定しなくても、有
機物含有率を測定すれば足り、測定した有機物含有率に
対応して含水率を制御すれば、自燃が可能となる。

【００２７】図５は、脱水ケーキの含水率と補助燃料を
成すガスの使用量との関係を示すグラフであり、○印は
実測値である。このグラフによると、パラメータを成す
脱水ケーキの強熱減量（有機物含有率）が６５〜９０％
の範囲では、脱水ケーキの含水率と補助燃料の使用量と
の間にはほぼ一次元の関係があることが判る。

【００２８】図５のグラフを、有機物含有率が６５〜９
０％の範囲で、含水率と有機物含有率（強熱減量）との
間の自燃条件の関係に直すと、図６のようなほぼ直線の
燃焼曲線が得られる。ここで、図６は、図５の各直線
が、ガス使用量ゼロを示す横軸と交差する点をプロット
して得られたものである。上記実施形態例では、このよ
うな燃焼曲線を各焼却炉毎に予め決めておき、その燃焼
曲線と実測された有機物含有率とに基づいて脱水ケーキ
の含水率の範囲を求め、実測された含水率との差に基づ
いて汚泥脱水装置の脱水率を設定する。

【００２９】上記自燃条件に代えて、所定量の補助燃料
を使用するように規定する燃焼曲線を上記と同様に作成
できる。この場合、補助燃料を必要とするものの、高い
燃焼速度で焼却できる利点がある。また、複数の燃焼曲
線を用意し、汚泥の発生源に基づいてそれから１つを選
択することも出来る。

【００３０】なお、上記実施形態例では、下水処理場で
発生する汚泥の例を挙げたが、この例に限るものではな
く、有機物を含有する汚泥である限り、本発明の汚泥脱
水装置に適用可能である。

【００３１】また、上記実施形態例では、赤外光を利用
して脱水ケーキの含水率及び有機物含有率を測定する例
を挙げたが、本発明の汚泥脱水装置及び方法では、測定
するセンサの形式の如何を問わない。更に、有機物含有
率センサを汚泥脱水装置の出口に設けた例を挙げて説明
したが、脱水ケーキの有機物含有率が測定できればよ
く、この例に限らない。

【００３２】以上、本発明をその実施形態例に基づいて
説明したが、本発明は、上記実施形態例の構成にのみ限
定されるものではない。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の汚泥脱水
装置及び方法によると、焼却炉で所望の補助燃料使用条
件が得られるように、予め規定された燃焼曲線及び測定
された有機物含有率に基づいて脱水ケーキの含水率を制
御することにより、補助燃料の使用量をリアルタイムで
制御しなくとも、焼却炉の性能に従った効率的な燃焼が
得られ、また、焼却炉の燃焼計画に狂いが発生する事態
も防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態例に係る汚泥脱水装置を含
む下水処理場の設備構成を示すブロック図。

【図２】図１の制御部による処理を示すフローチャー
ト。

【図３】脱水ケーキの自燃範囲を示すグラフ。

【図４】脱水ケーキの強熱減量（％）と発熱量との関係
を示すグラフ。

【図５】脱水ケーキの含水率と補助燃料の使用量を示す
グラフ。

【図６】自燃条件を満足する脱水ケーキの含水率と有機
物含有率との関係を示すグラフ。

【符号の説明】

１１：濃縮装置 １２：汚泥貯留設備 １３：汚泥脱水装置 １４：脱水ケーキ貯留設備 １５：焼却炉 ２１、２３：移送管 ２２：汚泥引抜き管 ２４、２５：コンベア

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 知幸 東京都江東区新砂１丁目２番８号 オルガ ノ株式会社内 Ｆターム(参考） 3K065 AA24 AB01 AC02 BA01 CA10 4D059 AA03 BE08 CB19 EA01 EB01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 汚泥を脱水して焼却用の脱水ケーキとす
   る汚泥脱水装置において、 焼却炉で脱水ケーキを燃焼する際に所望の補助燃料使用
   条件を満たす、脱水ケーキの含水率と有機物含有率との
   関係を示す燃焼曲線を記憶する記憶部と、 脱水ケーキの有機物含有率を測定する有機物含有率セン
   サと、 前記有機物含有率センサの測定値と、前記燃焼曲線とに
   基づいて汚泥脱水装置の脱水率を制御する脱水率制御部
   とを備えることを特徴とする汚泥脱水装置。
2. 【請求項２】 前記所望の補助燃料使用条件が、補助燃
   料を供給しないで脱水ケーキの燃焼を継続させる自燃条
   件である、請求項１に記載の汚泥脱水装置。
3. 【請求項３】 前記脱水率制御部は、脱水ケーキの含水
   率を測定する含水率センサを備え、脱水ケーキの含水率
   に基づいて汚泥脱水装置の脱水率をフィードバック制御
   する、請求項１又は２に記載の汚泥脱水装置。
4. 【請求項４】 汚泥を脱水して焼却用の脱水ケーキとす
   る汚泥脱水方法において、 焼却炉で所望の補助燃料使用条件を満たす、脱水ケーキ
   の含水率と有機物含有率との関係を示す燃焼曲線を記憶
   し、 脱水ケーキの有機物含有率を測定し、 測定された有機物含有率及び前記燃焼曲線に基づいて、
   脱水ケーキの含水率を制御することを特徴とする汚泥脱
   水方法。