JP2002302679A - 汚泥等の炭化処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課 題】 下水汚泥のような含水率が高く不定形で
粘性も高い対象を連続的に炭化処理できるのみならず、
その処理における燃料消費を著しく抑制した汚泥等の処
理方法を提供する。 【解決手段】 (イ)水分を含有する不定形の汚泥に鉱石
紛末を混練して含水率を低下せしめこの状態で成形機を
通し断面形状を定形化し、定形化された各汚泥をそれら
同士が接着乃至は粘着しない表面状態にしてから、当該
定形化された汚泥を、内周面に螺旋状の搬送壁２と該搬
送壁２の一部に当該搬送壁２を横断する攪拌壁３を形成
した円筒状のロータリキルン１の上方に、連続的に供給
する、(ロ)前記ロータリキルンの下方から内部に火炎を
吹込み、前記汚泥が着火したら火炎の吹込みを止める、
(ハ)前記ロータリキルンの上方から内部の気体を吸引し
無害化処理して排気する、(ニ)前記(イ)〜(ハ)の操作を
行うことによりロータリキリンの下部から前記汚泥の炭
化物を排出させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はロータリキリンを利
用して、汚泥を始めとしあらゆる可燃性の廃棄物を、き
わめて省エネルギ的にしかも連続的に炭化処理する方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ロータリキルンは、内面を耐火
性に仕上げた円筒体を水平よりわずかに傾斜させてゆる
い速度で回転させるとき、その下部側から円筒体の内部
に火炎を吹込む一方、上部側からセメント原料等の原料
を送入して当該原料を焼成するためのものとして公知で
ある。

【０００３】近時、上記ロータリキリンを利用して可燃
性の廃棄物を処理する手法が提案されているが、提案さ
れている方法では下水汚泥のような含水率が高くしかも
不定形で粘性も高い処理対象を効率よく炭化処理するこ
とは殆どできないでいる。また、下水汚泥等の不定形の
処理物の場合は勿論、定形の廃棄物の処理においても、
ロータリキルンの下部側から内部に吹込む火炎は、処理
中に吹込みっぱなしであるため、その燃料コストが著し
く嵩むという難点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明では、下
水汚泥のような含水率が高く不定形で粘性も高い対象を
連続的に炭化処理できるのみならず、その処理における
燃料消費を著しく抑制した汚泥等の処理方法を提供する
ことを、その課題とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
を目的としてなされた本発明方法の構成は、(イ)水分を
含有する不定形の汚泥に鉱石紛末を混練して含水率を低
下せしめこの状態で成形機を通し断面形状を定形化し、
定形化された各汚泥をそれら同士が接着乃至は粘着しな
い表面状態にしてから、当該定形化された汚泥を、内周
面に螺旋状の搬送壁と該搬送壁の一部に当該搬送壁を横
断する攪拌壁を形成した円筒状のロータリキルンの上方
に、当該ロータリキルンを回転させつつ所定の単位量で
連続的に供給する、(ロ)前記(イ)の状態におかれている
ロータリキルンの下方からこのロータリキルンの内部に
火炎を吹込み、該ロータリキルン内で前記汚泥が着火し
たら火炎の吹込みを止める、(ハ)前記(イ)，(ロ)の状態
におかれるロータリキルンの上方から該ロータリキルン
の内部の気体を吸引し無害化処理して排気する、(ニ)前
記(イ)〜(ハ)の操作を行うことによりロータリキリンの
下部から前記汚泥の炭化物を排出させることを特徴とす
るものである。

【０００６】本発明では、定形化された各汚泥同士が接
着乃至は粘着しない表面状態にするため、適宜の加熱手
段又は送風手段若しくは加熱送風手段を用いることによ
り、例えば、表面をほぼ乾燥状態にすることもできる。

【０００７】また、本発明では、汚泥以外の固形状、或
は、定形状の可燃性廃棄物を炭化処理する場合には、廃
棄物の表面に花こう斑石や石英斑石のような鉱石の粉末
を塗して前処理したものを、上記(イ)〜(ニ)の操作を加
えて炭化処理することもできる。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に本発明方法の実施の形態例に
ついて、図に拠り説明する。図１は本発明方法を実施す
るための炭化処理装置を模式的に示した一部を断面にし
た側面図、図２は図１に示した炭化処理装置における搬
送壁に、図１のものとは異なる攪拌壁を設けた搬送壁の
一部拡大斜視図、図３は図２に示した搬送壁を用い、図
１に示した装置で炭化処理をしている状態を示す筒体１
の断面図、図４は図３に示した状態から筒体１を回転さ
せた状態を示す筒体１の断面図である。

【０００９】図において、１は長さ約10ｍ程度、内径40
〜50cm程度の鋼管製の筒体で、ここでは所要の単位長さ
筒体の複数を、互に外フランジ状の継手において接続す
ることにより、一本の筒体１に形成している。

【００１０】２は前記筒体１の内面に、この筒体１の全
長に亘って螺旋をなすように設けた搬送壁で、筒体１の
全長における手前側（図の左方）の部分には、前記螺旋
状の搬送壁２による搬送路に、それを横断する方向で攪
拌壁３が設けられている。

【００１１】４は前記筒体１の全長外面に設けた断熱層
であり、上記の筒体１〜断熱層４までの構成により、ロ
ータリキルン本体Kbを形成する。

【００１２】上記のロータリキルン本体Kbは、その長さ
方向の３箇所、具体的には、前後両端部と中央部分に、
それぞれ帯状環５を取付け、各環５の下部を回転自在の
支持ローラ６，７，８で支持すると共に、少なくともい
ずれか一つのローラを駆動ローラとしてモータ等により
回転させると、このロータリキルン本体Kbは、前記ロー
ラ６〜８の上で定位置回転する。なお、6a，7a，8aはロ
ーラ架台、ＢＦはローラ架台6a〜8aを定置したベースフ
レームである。図示した例では、ロータリキルン本体Kb
は略水平姿勢に設けているが、下り勾配（図の右側が下
方）を付けて配置してもよい。

【００１３】９は前記ロータリキルン本体Kbの下方側
（図の右方）に配置した火炎用のガスバーナで、バーナ
９の火炎噴射口9aを前記本体Kbの内部側に向けて設けて
いる。なお、ガスバーナ９の手前には炭化処理物を収容
する容器20を配置するピットＰに形成されている。

【００１４】10は前記ロータリキルン本体Kbの上方側に
配置した処理対象の投入手段で、具体的にはコンベアや
シャッタ付きのホッパなどにより形成され、ロータリキ
ルン本体Kbの上方内部に処理すべき下水汚泥等の廃棄物
を、単位量／時間で連続的に供給できるように形成され
ている。

【００１５】11は前記投入手段10の手前側に配置した前
処理部であり、この前処理部11は成形部11aと表面乾燥
部11bとから構成されている。この成形部11aにおいて
は、処理対象が下水汚泥の場合には、図示しないが、当
該汚泥に鉱石粉末を混練するミキサーと、ミキサーで混
練したものを吐出ノズルから連続的に排出する機能を具
備した、例えばペレット成形機により形成する。なお、
ペレット成形機以外に、これと同様の機能を有する成形
機を使用することができる。また、この成形部11aは、
処理対象がモミ殻や木片などの固形物の場合には、その
外面に鉱石粉末を塗す機能を有する、例えばリボンミキ
サーなどにより形成される。これらの機能に違いを持た
せた前処理部11は、処理対象の違いによって、ロータリ
キルン本体Kbの上方側に選択的に、又は、並列的に配置
される。前処理部11のうち表面乾燥部11bにおいては、
成形部11aで成形され定形化された汚泥を受け入れ、加
熱手段又は送風手段により又は加熱送風手段によりそれ
ら汚泥の表面を乾燥状態にする。そのような手段として
は、例えばドラム式乾燥機が用いられるが、同様の機能
を有するものであれば他の加熱，送風機器を使用するこ
ともできる。この表面乾燥部11bにおいて表面が乾燥さ
れた汚泥はベルトコンベアで投入手段10へ搬送される。
このように定形化された各汚泥の表面を乾燥状態にする
のは、汚泥が投入手段10に投入されたとき、或は、ロー
タリキルン本体Kbの内部において搬送されるとき互いに
接着したり粘着したりしないようにするためであるが、
表面を乾燥させる以外に、各汚泥が接着したり粘着した
りしない方法があれば、当然、その方法を使用すること
ができる。

【００１６】12はロータリキルン本体Kbの上方の開口端
において、処理工程中にキルン内部に存在する気体を吸
引して無害化処理する排気処理手段であり、図には模式
的にブロック化して示している。このうち12aは、処理
対象によって生じることがある黒煙や異臭，悪臭を燃焼
処理するためのアフターバーナと燃焼室による燃焼ブロ
ック、12bはこの燃焼ブロック12aから出る排気を冷却す
る冷却ブロック、12cは、冷却された排気中のCl成分な
どを中和するための消石灰と、次のフィルタブロック内
の濾布の集塵効率を上げるための活性炭を充填した中和
ブロックで、この活性炭はロータリキルンで炭化処理し
た汚泥炭を粉砕したものを使用することができる。12d
は、排気中の灰や塵を濾過するフィルタブロックと冷却
手段としてのサイクロンなどによる吸引ブロックとから
なる濾過吸引ブロックである。

【００１７】以上により本発明方法を実施するロータリ
キルンを利用した炭化処理装置の一例を構成するので、
次にこの装置を使用した汚泥の炭化処理について説明す
る。

【００１８】まず、前処理部11において、脱水した処理
すべき下水汚泥に鉱石粉末を３〜８体積％程度の比率で
混ぜ、全体を混練して汚泥の含水率を低げたものを練物
状のものと同様に、成形機から押出すことにより投入手
段10に供給する。

【００１９】一方、ロータリキルン本体Kbに対しては、
前記処理対象の投入手段10による投入に先立ち、ローラ
６，７，８の中の駆動ローラを回転させることにより、
このキルン本体Kbに、搬送壁２による送り方向の回転を
与えつつ、バーナ９から火炎を吹込んで内部を予熱す
る。この予熱は20分間程度実行し、火炎の吹込みを行っ
ている状態のまま上記処理対象（汚泥）を前記投入手段
10からロータリキルン本体Kbの上方に連続的に投入す
る。

【００２０】投入される汚泥は、ロータリキルン本体Kb
の回転によって、この内部の搬送壁２の作用でキルン本
体Kbの下方側へ順次送り込まれる。この送り込みにおい
ては、攪拌壁３が設けられている部分で、この壁３の作
用により汚泥がキルン本体Kbの天井側に持上げられて落
下する挙動を繰返し、乾燥が促進される。また、送り込
みの際には、バーナ９から火炎がキルン本体Kbの内部に
吹込まれているので、汚泥中の水分は忽ち蒸発し、ロー
タリキルン本体Kbの下流側に行くに従って汚泥自体の含
水率はほとんど無くなる。更に、排気処理手段12も、こ
の段階では既に駆動され、ロータリキルン本体Kbの内部
を吸引している。

【００２１】この結果、ロータリキルン本体Kbの内部に
投入され、当該本体Kbの回転によってその下部側に搬送
され下端部に到達した乾燥汚泥はその内部から放出され
る可燃性ガス成分が、前記バーナ９の火炎によって着火
する。本発明では、汚泥がこのようにしてそのガス成分
に着火したらバーナ９からの火炎の吹込みを停止する。
火炎の吹込みが停止されても前記ガス成分の燃焼状態は
変らないが、その着火部分はロータリキルン本体Kbの内
部を徐々に上方（処理物の投入側）に遡上し、例えば上
方の端部から２ｍ〜３ｍくらいの箇所に定位（燃焼位置
Ｆ）して、そこで汚泥から放出される可燃性ガス成分の
燃焼が続く。このときのロータリキルン本体Kbの内部温
度は800℃〜830℃程度になる。

【００２２】上記のようにしてロータリキルン本体Kbの
内部においては汚泥内部から放出される可燃ガス成分が
燃焼するが、この燃焼による当該汚泥の炭化機構につい
て説明する。ロータリキルン本体Kbの内部における定位
置Ｆで、処理物Ｍ（汚泥）が燃焼しているように見える
のは、その処理物Ｍの内部から放出される可燃性ガスの
燃焼である。そして、この燃焼が定位置Ｆで持続される
のは、ロータリキルン本体Kbの内部においては、ロータ
リキルン本体Kbの回転によって前記定位置Ｆに順次上方
から送られて来る処理物たる汚泥が、丁度その位置Ｆで
汚泥内部から放出されている可燃ガスの燃焼条件が整う
からである。即ち、その可燃性ガスの燃焼に必要な酸素
はロータリキルン本体Kbの下方（下流）から常時供給
（排気処理手段12の吸引作用）されるが、供給される酸
素は殆んどこの定位置Ｆでの燃焼で消費されてしまい、
ロータリキリン本体Kb内では汚泥自体が燃焼するための
酸素が欠乏するからである。

【００２３】この結果、ロータリキルン本体Kbの内部に
おいては、可燃性ガスが定位置Ｆで燃焼を持続すること
と、キルン本体Kbの内部は排気処理手段12の吸引作用を
受けていることによって、燃焼位置Ｆよりも上流側はほ
とんど無酸素乃至は酸欠状態となり、また、下流側にお
いても吸引される酸素は定位置Ｆでの燃焼に消費され
て、酸素欠乏乃至はその近似状態となる。その一方で、
前記定位置Ｆで持続される燃焼を熱源としてロータリキ
ルン本体Kbの内部は下方の端部（外気流入端）を除いて
は、800℃〜830℃程度に保持される。このような酸素環
境，温度環境におかれるロータリキルン本体Kbの内部を
搬送される処理物Ｍ（汚泥）は、それ自体が燃焼される
ことなく熱分解されてその炭化が進行するのである。回
転しているロータリキルン本体Kbの下端からは、炭化し
た汚泥がピットＰの容器20に落下するので、そこで炭化
物が回収される。

【００２４】なお、下水汚泥の場合は、含水率が季節に
より10％程度の変動があるため、前処理部11において定
形化され、表面が乾燥された汚泥であっても、それらの
内部の含水率は季節によって異なっている。しかしなが
ら、お互いに接着、粘着しない条件が整えられているの
で、含水率が変わっても、上記のロータリキルン本体Kb
内において同様に炭化処理される。即ち、含水率が少な
い場合はロータリキルン本体Kb内における燃焼条件が整
う定位置Ｆが上流側に移動（火炎が上流側に移動）し、
含水率が大きい場合は、乾燥時間が掛かるので、燃焼条
件が整う定位置Ｆが下流側に移動（火炎が下流側に移
動）する。このことは、汚泥が乾燥されて内部から放出
される可燃ガス成分の放出位置が含水率によりロータリ
キルン本体Kb内において上流側或は下流側に自動的に移
動することを意味している。

【００２５】上記のロータリキルン本体Kbの内部でのガ
ス燃焼、並びに、炭化現象により生じる当該本体Kb内の
気体の排気は、排気処理手段12に吸引されて、黒煙や臭
気は、その燃焼ブロック12aで処理され、またCl成分等
は冷却ブロック12bを通ってから次の中和ブロック12cで
浄化された上で濾過吸引ブロック12dから系外に放出さ
れる。

【００２６】次に、図１に示した炭化処理装置のロータ
リキルン本体Kbの筒体１内における搬送壁２に、上記例
のものとは形状が異なる図２に示したような攪拌壁31を
設けた別例について説明する。この攪拌壁31は搬送壁２
の外周縁から内側に膨出形成した断面略半円弧状のもの
で、この攪拌壁31によれば、処理物Ｍが搬送壁２の内周
縁より内側に入り込むことがなく、前後の搬送壁２，２
の間で、処理物Ｍの表裏が反転し転がるように攪拌され
るので、燃えることなく好適に炭化される。即ち、加熱
された熱風は筒体１内における搬送壁２の内周縁の内側
を通るが、この内周縁より内側に処理物Ｍが入り込む
と、直接火炎が当たるため、予め処理物Ｍに鉱石を混合
させておかないと燃えてしまい、相当量が灰化されてし
まう。そこで、上記のように処理物Ｍが前後の搬送壁
２，２の間にあって、搬送壁２の内周縁より内側に入り
込むことがないように攪拌（図３、図４参照）すれば、
燃えることはなく、しかも前後の搬送壁２，２の間にお
ける酸素は処理物Ｍから排出される可燃性ガスの燃焼に
消費されるので、この搬送壁２，２の間は極めて酸素が
少ない状態になり、この状態において搬送壁２の内周縁
より内側を通る加熱された熱風により高温度に加熱され
ると、処理物Ｍから更に可燃性ガスが発生し、いわゆる
蒸し焼き状態となって炭化が促進される。従って、この
攪拌壁31を用いた場合は、処理物Ｍに予め鉱石を混合さ
せておく必要がないので、純度の高い炭化物が得られ
る。上記の攪拌壁31の形状は断面略半円形であるが、こ
れ以外に、上記と同様に処理物Ｍを攪拌できるのであれ
ば、断面略三角形状，断面略台形状，断面略山形状であ
ってもよく、また、上記断面略半円弧状の攪拌壁を含め
これらの攪拌壁の外面は、波形などによる凹凸面に形成
してもよい。なお、この例の炭化処理装置は勿論、図１
に示した炭化処理装置においても、均一な炭が得られる
ようにするためには、汚泥などの処理物Ｍの形状が整っ
ている必要がある。

【００２７】本発明においては、処理物が汚泥以外の含
水率が高く不定形の鶏糞や家畜糞であっても、上記例と
同様の炭化処理ができ、また、モミ殻、オカラ、コーヒ
ー豆など主として穀類や野菜、魚介類の固形乃至は定形
の可燃性の処理物の場合には、処理対象に予め鉱石粉末
を塗した上で、上記例と同様の操作によって炭化処理を
行うことができる。なお、上記のオカラは含水率が73％
もあるためそのまま汚泥として炭化処理してもよく、ま
た、都市ゴミなどの生ゴミは含水率が多いため、一旦細
かく破砕をして汚泥状にし、汚泥として炭化処理するこ
とができる。

【００２８】

【発明の効果】本発明は以上の通りであって、汚泥のよ
うな含水率が高く、また不定形で粘性も高い汚泥のよう
な従来では炭化処理など考えられなかった廃棄物を、そ
れに鉱石紛末を混練して含水率を低下せしめこの状態で
成形機を通し断面形状を定形化し、内周面に螺旋状の搬
送壁と搬送壁を横断する攪拌壁を一部に形成した円筒状
のロータリキルンの上方に、当該ロータリキルンを回転
させつつ所定の単位量で連続的に供給するとき、ロータ
リキルンの下方からこのロータリキルンの内部に火炎を
吹込み、該ロータリキルン内で前記汚泥が着火したら火
炎の吹込みを止めると共に、ロータリキルンの上方から
該ロータリキルンの内部の気体を吸引し無害化処理して
排気することにより、ロータリキリンの下部から前記汚
泥の炭化物が連続的に取出されるようにしたので、至っ
て省エネルギ的に汚泥のような廃棄物を、効率よく連続
的に炭化処理することができるのである。従って、本発
明は特に最終処理に困窮している下水汚泥の処理方法と
してきわめて有用である。

【００２９】また、本発明の炭化処理方法によれば、従
来の汚泥などを含水率が約70〜80％の脱水ケーキにして
焼却炉において焼却処理する方法と比べ、自燃式ゆえに
酸素の消費量が少なく、従って、CO₂の大気中への排出
を35％も削減することができるという効果が得られる。
このことは燃焼のための空気の使用量を少なくできると
いうことになり、それ故、燃焼のための燃焼ブロックを
小型化できると共に、冷却ブロックや中和ブロック，濾
過吸引ブロックも同じく小型化することができるという
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施するための炭化処理装置を模
式的に示した一部を断面にした側面図。

【図２】図１に示した炭化処理装置における搬送壁に、
図１のものとは異なる攪拌壁を設けた搬送壁の一部拡大
斜視図。

【図３】図２に示した搬送壁を用い、図１に示した装置
で炭化処理をしている状態を示す筒体１の断面図。

【図４】図３に示した状態から筒体１を回転させた状態
を示す筒体１の断面図。

【符号の説明】

１ 筒体 ２ 搬送壁 ３，31 攪拌壁 ４ 断熱層 ５ 帯状環 ６，７，８ 支持ローラ ９ ガスバーナ 9a 火炎噴射口 10 投入手段 11 前処理部 11a 成形部 11b 表面乾燥部 12 排気処理手段 12a 燃焼ブロック 12b 冷却ブロック 12c 中和ブロック 12d 濾過吸引ブロック Kb ロータリキルン本体 Ｍ 炭化処理物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２３Ｇ 7/00 １０４ Ｆ２３Ｇ 7/00 １０４Ａ Ｆターム(参考） 3K061 AA08 AB01 AC02 BA05 CA01 DA03 DA04 DA17 DB06 DB14 GA05 GA10 KA02 KA05 KA13 KA16 KA28 3K065 AA07 AB02 AC02 BA06 BA10 CA04 CA11 3K078 AA05 BA09 BA21 BA26 CA01 4D059 AA03 BB05 BB14 BE53 BJ01 BK08 BK09 CC03 DA51 4H012 HA06

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 (イ) 水分を含有する不定形の汚泥に鉱
   石紛末を混練して含水率を低下せしめこの状態で成形機
   を通し断面形状を定形化し、定形化された各汚泥をそれ
   ら同士が接着乃至は粘着しない表面状態にしてから、当
   該定形化された汚泥を、内周面に螺旋状の搬送壁と該搬
   送壁の一部に当該搬送壁を横断する攪拌壁を形成した円
   筒状のロータリキルンの上方に、当該ロータリキルンを
   回転させつつ所定の単位量で連続的に供給する、 (ロ) 前記(イ)の状態におかれているロータリキルンの
   下方からこのロータリキルンの内部に火炎を吹込み、該
   ロータリキルン内で前記汚泥が着火したら火炎の吹込み
   を止める、 (ハ) 前記(イ)，(ロ)の状態におかれるロータリキルン
   の上方から該ロータリキルンの内部の気体を吸引し無害
   化処理して排気する、 (ニ) 前記(イ)〜(ハ)の操作を行うことによりロータリ
   キリンの下部から前記汚泥の炭化物を排出させることを
   特徴とする汚泥の炭化処理方法。
2. 【請求項２】 定形化された汚泥は、加熱手段又は送風
   手段若しくは加熱送風手段を用いて各汚泥同士が接着乃
   至は粘着しない表面状態にする請求項１の汚泥の炭化処
   理方法。
3. 【請求項３】 攪拌壁は断面略半円弧状で、搬送壁の外
   周縁から内側に膨出形成したものである請求項１又は２
   の汚泥の炭化処理方法。
4. 【請求項４】 (イ) 鉱物紛末をまぶした固形状乃至は
   定形状の可燃性廃棄物を、内周面に螺旋状搬送壁と該搬
   送壁の一部に当該搬送壁を横断する攪拌壁を形成した円
   筒状のロータリキルンの上方に、当該ロータリキルンを
   回転させつつ所定の単位量で連続的に供給する、 (ロ) 前記(イ)の状態におかれているロータリキルンの
   下方からこのロータリキルンの内部に火炎を吹込み、該
   ロータリキルン内で前記汚泥が着火したら火炎の吹込み
   を止める、 (ハ) 前記(イ)，(ロ)の状態におかれるロータリキルン
   の上方から該ロータリキルンの内部の気体を吸引し無害
   化処理して排気する、 (ニ) 前記(イ)〜(ハ)の操作を行うことによりロータリ
   キリンの下部か前記可燃性排気物の炭化物を排出させる
   ことを特徴とする可燃性廃棄物の炭化処理方法。
5. 【請求項５】 攪拌壁は断面略半円弧状で、搬送壁の外
   周縁から内側に膨出形成したものである請求項４の可燃
   性廃棄物の炭化処理方法。