JP2003138283A - 用水処理汚泥を原料とする固形燃料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】紙パルプ工場で発生する木質あるいはパルプ繊
維を主成分とする可燃性廃棄物と、紙パルプ工場の用水
処理設備で発生する有機質の溶存腐植物質を含有する用
水処理汚泥との新たな有効利用技術を提供すること、及
び廃棄物のみから成る低コストの固形燃料を提供するこ
とにある。 【解決手段】紙パルプ工場で発生する木質あるいはパル
プ繊維を主成分とする可燃性廃棄物と、紙パルプ工場の
用水処理設備で発生する有機質の溶存腐植物質を含有す
る用水処理汚泥とを原料とした固形燃料を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固形燃料の製造に
係わり、固形燃料製造時に紙パルプ工場から発生する可
燃性廃棄物と、紙パルプ工場の用水処理設備で発生する
用水処理汚泥とを原料とした固形燃料に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】紙パルプ工場においては、木材や古紙と
いった木材繊維を成分とする物質を取り扱っている関係
上、多量の可燃性廃棄物が発生している。この例として
は、木材丸太から樹皮を取り除くドラムバーカー設備で
発生するバーク、腐朽チップ、木材チップ篩別工程で発
生するチップダスト、パルプ漂白工程の排水処理汚泥、
紙製造工程の排水処理設備で発生するペーパースラッ
ジ、古紙溶解工程から排出される廃プラスチック、浮選
式脱墨工程のフロス、各種の除塵工程の排出物、各種の
古紙、損紙、木片、板製の廃パレットなどがある。

【０００３】これらの可燃性廃棄物は焼却炉で単に燃焼
されるか、埋め立て処分されるか、あるいは産業廃棄物
として廃棄物処理業者へ委託処理に出されている。しか
し、焼却炉での焼却の場合、焼却炉からのダイオキシン
などの有害物質発生の問題があり、焼却炉による廃棄物
の燃焼が極めて難しい状況となっている。また埋め立て
処分の場合、処分場の用地確保が困難な状況になってい
る。また廃棄物処理業者への委託処理の場合は処理費用
を支払わなければならず、その経費負担は大きい。この
ように、紙パルプ工場で発生する可燃性廃棄物を有用物
質として再利用する技術の開発が望まれている。

【０００４】また、紙パルプ工場ではパルプや紙の製造
及びボイラー用に多量の工場用水を使用している関係
上、大規模な用水処理設備を有しており、この設備から
多量の汚泥が発生している。用水処理設備で処理する河
川水、湖沼水、地下水中には、鉱物質を主体とする懸濁
物質と、植物由来のフミン酸塩などの溶存腐植物質が含
まれている。

【０００５】鉱物質のような懸濁物質が用水中に存在す
ると、パルプや紙の製造時に懸濁物質が異物となりパル
プや紙の品質を低下させてしまう。また、抄紙した原紙
の表面に塗料組成物を塗工する塗工紙の製造時に異物が
原因となってスクラッチやストリークなどの塗工紙表面
の欠陥を引き起こす。

【０００６】また、パルプや紙に要求される品質の一つ
に高白色度があるが、腐植物質を含有する用水は褐色を
帯びており、この用水をパルプや紙製造に使用すると、
パルプや紙製品の白色度を低下させてしまう。紙パルプ
工場が多く立地している北海道地方では気温が低いため
植物が枯れても腐りにくく、これが長年堆積した泥炭層
が広く分布している関係で、河川水、湖沼水、地下水中
の腐植物質含有量が特に多い。この白色度低下の問題を
避けるため、河川水、湖沼水、地下水を用水処理設備で
処理し、腐植物質を除去している。

【０００７】一方、ボイラー内部でのスケーリングを避
けるため、ボイラーに供給される水は極力純粋であるこ
とが要求され、河川水、湖沼水、地下水は用水処理設備
で処理された後、更にイオン交換樹脂にかけられ純粋化
される。

【０００８】このように用水処理設備で河川水、湖沼
水、地下水から懸濁物質や溶存腐植物質を除去する必要
がある。用水処理設備では、薬剤を添加せずにそのまま
砂濾過したり、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウ
ム、硫酸第一鉄、塩化第二鉄などの凝結剤や、ポリアク
リルアミド、ポリオキシエチレン、ポリアクリル酸ナト
リウム、マレイン酸共重合体塩、ポリアクリルアミド部
分加水分解物塩、ポリビニルピリジン塩酸塩、ビニルピ
リジン共重合体塩、ポリアクリルアミド陽イオン変性物
などの合成高分子物質あるいはカルボキシメチルセルロ
ース、アルギン酸ナトリウムなどの天然高分子物質を凝
集剤として添加し懸濁物質や溶存物質を凝集させた後、
砂濾過する。

【０００９】砂濾過装置では懸濁物質や溶存物質による
砂やアンスラサイト、ガーネットなどの濾過層の目詰ま
りに起因する濾過速度の低下を防ぐ目的で、定期的に逆
洗を実施する。この逆洗水中に多量の懸濁物質や溶存物
質が含まれている。この懸濁物質や溶存物質を含む逆洗
水は排水のＣＯＤあるいはＢＯＤの規制値に入るように
希釈されて排出されるか、逆洗水を一旦沈殿池に導き、
ここで懸濁物質や溶存物質の凝集物を沈降させ、圧密に
より濃縮された汚泥を埋め立て処分するか産業廃棄物と
して委託処理業者へ処理を委託している。しかし、希釈
排出は環境保全上好ましいことではなく、埋め立て処分
の場合には埋め立て処分場の確保が困難な状況となって
おり、委託処理の場合には処理費の経費負担が大きいと
いう問題がある。このように、紙パルプ工場の用水処理
設備で発生する用水処理汚泥を有用物質として再利用す
る技術の開発が望まれている。

【００１０】特許第１６８６０９号では、含水率９０％
以上の低発熱量の有機質含有汚泥等の廃棄物に、該汚泥
等の廃棄物の燃焼処理時の発生する燃焼灰あるいは木粉
等の脱水助剤を混合した後、更に脱水し含水分６５％以
下にし、該汚泥等の廃棄物の燃焼処理時の燃焼排ガスの
持つ熱エネルギーを使用して自然燃焼限界まで乾燥して
固形燃料を製造する技術が開示されている。この技術に
より高含水率、低発熱量の有機質汚泥等を固形燃料化で
きるが、この方法では該汚泥廃棄物の燃焼灰を脱水助剤
に使用したり、該汚泥廃棄物の燃焼排ガスを固形燃料化
設備に導くことが必要であり、設備が複雑となる。ま
た、含水率６５％まで脱水するのに脱水機が必要であ
る。従って、設備の投資額は必然的に多額となる問題が
ある。有機質汚泥を原料とした低コストの固形燃料化技
術の確立が望まれている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】紙パルプ工場で発生す
る可燃性廃棄物と紙パルプ工場の用水処理設備で発生す
る用水処理汚泥の新たな有効利用技術を提供すること、
及び低コストの固形燃料を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】紙パルプ工場で発生する
可燃性廃棄物と紙パルプ工場の用水処理設備で発生する
用水処理汚泥とを原料とした固形燃料を製造する。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明に係わる固形燃料について
以下説明する。本発明の固形燃料は、紙パルプ工場で発
生する可燃性廃棄物と、紙パルプ工場の用水処理設備で
発生する用水処理汚泥とを主原料とする。

【００１４】可燃性廃棄物としては、木材丸太から樹皮
を取り除くドラムバーカー設備で発生するバーク、腐朽
チップ、木材チップ篩別工程で発生するチップダスト、
パルプ漂白工程の排水処理汚泥、紙製造工程の排水処理
設備で発生するペーパースラッジ、古紙溶解工程から排
出される廃プラスチック、浮選式脱墨工程のフロス、各
種の除塵工程の排出物、各種の古紙、損紙、木片、板製
の廃パレットなどがあげられる。

【００１５】紙パルプ工場の用水処理設備で発生する用
水処理汚泥は、河川水や湖沼水あるいは地下水中に含ま
れている鉱物質を主体とする懸濁物質と、植物由来の有
機質である溶存腐植物質とを主成分とする汚泥である。
有機分は40重量%(対、固形分重量)以上が好ましい。50
〜95重量%が特に好ましい。有機分が40重量%未満では用
水処理汚泥の発熱量が低いため、これを配合した固形燃
料の発熱量が低下するという問題がある。本発明の固形
燃料の発熱量は1,500kcal/kg以上であることが望まし
い。用水処理汚泥は、沈殿池での汚泥の沈降圧密による
濃縮やこれに続く天日乾燥などの手法により、固形分濃
度を15%以上にすることが望ましい。用水処理汚泥の固
形分濃度が15%未満の場合、可燃性廃棄物と用水処理汚
泥との混合原料の水分が高くなり、固形燃料の成形が困
難になる関係上、用水処理汚泥の配合量が少なくなって
しまうという問題がある。

【００１６】この条件を満足する汚泥であれば、水平流
型凝集沈殿、垂直流型凝集沈殿、重力式あるいは加圧式
の急速砂濾過、緩速砂濾過などの用水処理設備の種類に
関係なく、その汚泥を使用できる。また、硫酸アルミニ
ウム、ポリ塩化アルミニウム、硫酸第一鉄、塩化第二鉄
などの凝結剤、ポリアクリルアミド、ポリオキシエチレ
ン、ポリアクリル酸ナトリウム、マレイン酸共重合体
塩、ポリアクリルアミド部分加水分解物塩、ポリビニル
ピリジン塩酸塩、ビニルピリジン共重合体塩、ポリアク
リルアミド陽イオン変性物などの合成高分子物質あるい
はカルボキシメチルセルロース、アルギン酸ナトリウム
などの天然高分子物質などの凝集剤の使用の有無に関係
なく、用水処理汚泥を使用することができる。

【００１７】固形燃料製造設備は粉砕工程、混合工程、
成形工程、乾燥工程で構成される。可燃性廃棄物中に混
入している金属類を除去する目的で粉砕工程の前及び/
又は後に磁力選別機を設置しても構わない。粉砕、混
合、成形、乾燥の各工程機械の方式は特に制約はない
が、原料を極力均一に混合したいこと、固形燃料を連続
して製造したいこと、及び成形した固形燃料の強度が高
く壊れにくい状態としたいこと、などの観点から各工程
の機械を選定するのが良い。

【００１８】この観点から、粉砕機は衝撃式粉砕機が望
ましく、混合機は多軸ニーダー方式が望ましく、成形機
はスクリュー、回転多孔ダイス、などの押し出し成形が
望ましく、乾燥機は並行流バンド（トンネル乾燥機）、
通気バンド乾燥機、噴出流（ノズルジェット）乾燥機な
どの材料移送型乾燥機が望ましい。成形機が押し出し成
形の場合、成形工程出口のノズル又はダイの形状に特に
限定はなく、廃棄物原料に適した形状のものを選定する
ことができる。また成形物の長さの調整は自然重力によ
る破断方式でも良いし、ノズル又はダイの出口に切断器
を設置し成形物を一定の長さに切断する方式でも良い。
乾燥工程では蒸気ヒーター、電気ヒーター、各種のバー
ナーなどで乾燥できるし、例えば、石炭ボイラー廃熱な
どを利用して乾燥することも出来る。

【００１９】粉砕工程では、可燃性廃棄物の内、粗大な
ものを粉砕し、15mm以下の大きさに粉砕することが好ま
しい。15mmを超えると可燃性廃棄物と用水処理汚泥との
混合が不均一となるし、成形工程で成形機の内部や出口
部分で原料詰まりを起こす原因となる。また、成形後の
固形燃料の強度が弱く壊れやすい。粉砕前の可燃性廃棄
物の大きさが15mm以下の場合、粉砕工程を省略すること
が出来る。

【００２０】混合工程において、可燃性廃棄物と用水処
理汚泥とを混合する。可燃性廃棄物と用水処理汚泥の混
合比は、固形燃料の成形性が良好となる次の水分値範囲
に入るように決定される。混合後の成形機入口の原料水
分は45〜60%とすることが好ましい。この水分値の範囲
で固形燃料の成形性が良好となる。水分が45％未満では
水量が不足で成形が難しくなり、水分が60％を超えると
成形後の強度が弱く乾燥工程で壊れやすい。

【００２１】固形燃料の最終水分は40％以下が好まし
い。40％を超えた場合、固形燃料の固さが不十分とな
り、固形燃料の移送、運搬などの作業時に固形燃料が壊
れてしまい、移送、運搬が困難となる。また、固形燃料
の水分が高い場合、固形燃料の燃焼が不良となる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明を実施例に従って詳細に説明す
るが、本発明はこれらに限定されるものではない。固形
燃料の製造方法を以下に示した。固形燃料の製造方法：
次の粉砕、混合、成形、乾燥の処理を行い固形燃料を製
造した。 粉砕：衝撃式粉砕機であるインパクトクラッシャーを用
い15mm以下に粉砕した。混合：二軸式ニーダーを用い
た。 成形：エクストルーダー成形機を用い、直径30mm、長さ
30〜60mmに成形した。 乾燥：石炭ボイラーの排気を乾燥機に導き、成形した固
形燃料を間接的に加熱し、水分35%まで乾燥した。 有機分及び無機分：JIS M 8812に準拠して無機分を求
め、固形分重量との差を有機分とした。 水分：JIS M 8811に準拠した。 固形燃料の発熱量：JIS M 8814のボンブ熱量計で求め
た。 用水処理汚泥：日本製紙株式会社勇払工場の用水処理汚
泥を使用した。河川水に硫酸アルミニウムを添加し懸濁
物質と腐植物質を凝集させ、これを砂濾過装置で除去し
ている。この砂濾過層の逆洗水中の凝集物を沈殿池で沈
降させて濃縮した汚泥である。固形分濃度は18重量%、
組成は無機分/有機分=35重量%/65重量%である。実施例
１から実施例１０では、この汚泥の天日乾燥品を使用し
た。

【００２３】

【実施例１】 可燃性廃棄物として木材丸太から樹皮を
取り除くドラムバーカー設備で発生するバークの粉砕品
を使用し、これに用水処理汚泥の天日乾燥品を加えた。
バーク粉砕品の水分は20重量%であった。用水処理汚泥
天日乾燥品の固形分濃度は30重量%であった。混合機で
バーク粉砕品と用水処理汚泥天日乾燥品を混合した。固
形分重量比は、バーク粉砕品/用水処理汚泥=64/36とし
た。水分は50重量%であった。この混合物を成形後、水
分35重量%まで乾燥し固形燃料を得た。固形燃料の発熱
量は3,280kcal/kgであった。

【００２４】

【実施例２】 可燃性廃棄物として腐朽チップの粉砕品
を使用し、これに用水処理汚泥の天日乾燥品を加えた。
腐朽チップ粉砕品の水分は30重量%であった。用水処理
汚泥天日乾燥品の固形分濃度は30重量%であった。混合
機で腐朽チップ粉砕品と用水処理汚泥天日乾燥品を混合
した。固形分重量比は、腐朽チップ粉砕品/用水処理汚
泥=70/30とした。水分は50重量%であった。この混合物
を成形後、水分35重量%まで乾燥し固形燃料を得た。固
形燃料の発熱量は4,100kcal/kgであった。

【００２５】

【実施例３】 可燃性廃棄物として木材チップ篩別工程
で発生するチップダストを使用し、これに用水処理汚泥
の天日乾燥品を加えた。チップダストの水分は20重量%
であった。用水処理汚泥天日乾燥品の固形分濃度は25重
量%であった。混合機でチップダストと用水処理汚泥天
日乾燥品を混合した。固形分重量比は、チップダスト/
用水処理汚泥=72/28とした。水分は50重量%であった。
この混合物を成形後、水分35重量%まで乾燥し固形燃料
を得た。固形燃料の発熱量は4,160kcal/kgであった。

【００２６】

【実施例４】 可燃性廃棄物としてパルプ漂白工程の廃
水処理汚泥を使用し、これに用水処理汚泥の天日乾燥品
を加えた。廃水処理汚泥の水分は60重量%であった。用
水処理汚泥天日乾燥品の固形分濃度は73重量%であっ
た。混合機で廃水処理汚泥と用水処理汚泥天日乾燥品を
混合した。固形分重量比は、廃水処理汚泥/用水処理汚
泥=56/44とした。水分は50重量%であった。この混合物
を成形後、水分35重量%まで乾燥し固形燃料を得た。固
形燃料の発熱量は3,120kcal/kgであった。

【００２７】

【実施例５】 可燃性廃棄物として紙製造工程の排水処
理設備で発生するペーパースラッジを使用し、これに用
水処理汚泥の天日乾燥品を加えた。ペーパースラッジの
水分は50重量%であった。用水処理汚泥天日乾燥品の固
形分濃度は50重量%であった。混合機でペーパースラッ
ジと用水処理汚泥天日乾燥品を混合した。固形分重量比
は、ペーパースラッジ/用水処理汚泥=50/50とした。水
分は50重量%であった。この混合物を成形後、水分35重
量%まで乾燥し固形燃料を得た。固形燃料の発熱量は2,2
00kcal/kgであった。

【００２８】

【実施例６】 可燃性廃棄物として古紙溶解工程から排
出される廃プラスチックの粉砕品を使用し、これに用水
処理汚泥の天日乾燥品を加えた。廃プラスチック粉砕品
の水分は2重量%であった。用水処理汚泥天日乾燥品の固
形分濃度は29重量%であった。混合機で廃プラスチック
粉砕品と用水処理汚泥天日乾燥品を混合した。固形分重
量比は、廃プラスチック粉砕品/用水処理汚泥=59/41と
した。水分は50重量%であった。この混合物を成形後、
水分35重量%まで乾燥し固形燃料を得た。固形燃料の発
熱量は6,130kcal/kgであった。

【００２９】

【実施例７】 可燃性廃棄物として浮選式脱墨工程のフ
ロスを使用し、これに用水処理汚泥の天日乾燥品を加え
た。フロスの水分は60重量%であった。用水処理汚泥天
日乾燥品の固形分濃度は73重量%であった。混合機でフ
ロスと用水処理汚泥天日乾燥品を混合した。固形分重量
比は、フロス/用水処理汚泥=56/44とした。水分は50重
量%であった。この混合物を成形後、水分35重量%まで乾
燥し固形燃料を得た。固形燃料の発熱量は2,560kcal/kg
であった。

【００３０】

【実施例８】 可燃性廃棄物として除塵工程の排出物を
使用し、これに用水処理汚泥の天日乾燥品を加えた。除
塵工程排出物の水分は50重量%であった。用水処理汚泥
天日乾燥品の固形分濃度は50重量%であった。混合機で
除塵工程排出物と用水処理汚泥天日乾燥品を混合した。
固形分重量比は、除塵工程排出物/用水処理汚泥=50/50
とした。水分は50重量%であった。この混合物を成形
後、水分35重量%まで乾燥し固形燃料を得た。固形燃料
の発熱量は2,000kcal/kgであった。

【００３１】

【実施例９】 可燃性廃棄物として古紙の粉砕品を使用
し、これに用水処理汚泥の天日乾燥品を加えた。古紙粉
砕品の水分は12重量%であった。用水処理汚泥天日乾燥
品の固形分濃度は34重量%であった。混合機で古紙粉砕
品と用水処理汚泥天日乾燥品を混合した。固形分重量比
は、古紙粉砕品/用水処理汚泥=53/47とした。水分は50
重量%であった。この混合物を成形後、水分35重量%まで
乾燥し固形燃料を得た。固形燃料の発熱量は3,060kcal/
kgであった。

【００３２】

【実施例１０】 可燃性廃棄物として損紙の粉砕品を使
用し、これに用水処理汚泥の天日乾燥品を加えた。損紙
粉砕品の水分は10重量%であった。用水処理汚泥天日乾
燥品の固形分濃度は23重量%であった。混合機で損紙粉
砕品と用水処理汚泥天日乾燥品を混合した。固形分重量
比は、損紙粉砕品/用水処理汚泥=72/28とした。水分は5
0重量%であった。この混合物を成形後、水分35重量%ま
で乾燥し固形燃料を得た。固形燃料の発熱量は3,440kca
l/kgであった。

【００３３】

【実施例１１】 可燃性廃棄物として木片の粉砕品を使
用し、これに用水処理汚泥を加えた。木片粉砕品の水分
は18重量%であった。用水処理汚泥の固形分濃度は18重
量%であった。混合機で木片粉砕品と用水処理汚泥を混
合した。固形分重量比は、木片粉砕品/用水処理汚泥=82
/18とした。水分は50重量%であった。この混合物を成形
後、水分35重量%まで乾燥し固形燃料を得た。固形燃料
の発熱量は4,460kcal/kgであった。

【００３４】

【実施例１２】 可燃性廃棄物として板製の廃パレット
の粉砕品を使用し、これに用水処理汚泥を加えた。廃パ
レット粉砕品の水分は18重量%であった。用水処理汚泥
の固形分濃度は18重量%であった。混合機で廃パレット
粉砕品と用水処理汚泥を混合した。固形分重量比は、廃
パレット粉砕品/用水処理汚泥=82/18とした。水分は50
重量%であった。この混合物を成形後、水分35重量%まで
乾燥し固形燃料を得た。固形燃料の発熱量は4,460kcal/
kgであった。

【００３５】実施例の結果を表１に示した。

【００３６】

【発明の効果】紙パルプ工場で発生する可燃性廃棄物と
紙パルプ工場の用水処理設備で発生する用水処理汚泥と
を原料とした固形燃料を製造することにより、次の効果
を得ることができる。紙パルプ工場で発生する可燃性廃
棄物及び紙パルプ工場の用水処理設備で発生する用水処
理汚泥の有効利用の用途が拓けた。該両廃棄物を原料と
することにより、低コストで固形燃料を製造できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 東館 哲雄 北海道苫小牧市勇払143 日本製紙株式会 社勇払工場内 (72)発明者 長谷川 博明 北海道苫小牧市勇払143 日本製紙株式会 社勇払工場内 Ｆターム(参考） 4D059 AA30 BD05 BD21 BD22 BK08 BK10 BK11 CC03 DB33 DB34 DB40 4H015 AA02 AA04 AA12 AA13 AA17 AB01 CB01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 紙パルプ工場で発生する可燃性廃棄物と
   紙パルプ工場の用水処理設備で発生する用水処理汚泥と
   を原料としたことを特徴とする固形燃料。
2. 【請求項２】 紙パルプ工場の用水処理設備で発生する
   用水処理汚泥の有機分が40重量%(対、固形分重量)以上
   である請求項１に記載の固形燃料。
3. 【請求項３】 紙パルプ工場で発生する可燃性廃棄物が
   バーク、腐朽チップ、チップダスト、パルプ漂白工程の
   排水処理汚泥、紙製造工程の排水処理設備で発生するペ
   ーパースラッジ、古紙溶解工程から排出される廃プラス
   チック、浮選式脱墨工程のフロス、除塵工程の排出物、
   古紙、損紙、木片、板製の廃パレットのうち、少なくと
   も１種類以上を含有する請求項１に記載の固形燃料。