JP2005220228A - 有機性汚泥を原料とする助燃材の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 含水率が低減された助燃材を、低減化された設備費、コストで得ることができる有機性汚泥を原料とする助燃材の製造方法を提供する。
【解決手段】 屎尿又は浄化槽汚泥を含む有機性汚泥の前処理で分離した篩渣３０と、篩渣が分離された屎尿又は浄化槽汚泥を含む有機性汚泥２４と、前記有機性汚泥を生物学的処理して得られる余剰汚泥２８とを混合して篩渣混合率１５〜６０質量％の混合汚泥３６を得た後、前記混合汚泥３６に凝集剤４６を添加して汚泥を凝集させ凝集汚泥５２を得、次いで前記凝集汚泥５２を回転加圧脱水機５０で脱水して、有機性汚泥を原料とする助燃材を得る。
【選択図】 図２

Description

本発明は、屎尿又は浄化槽汚泥を含む有機性汚泥を原料とし、含水率が低減された助燃材の製造方法及び製造装置に関する。本製造装置は、既在の汚泥処理装置に併設して利用する場合に好適である。

近年、有機性廃棄物の資源化、エネルギーの再利用が促進されている。その中で、汚泥再生処理センターの整備促進が図られている。そのため、環境省は、汚泥の含水率を７０質量％以下、好ましくは６５質量％以下にすることによる助燃材化を、有機性廃棄物の資源化技術の一つとして設定している。

屎尿又は浄化槽汚泥等の処理設備、下水処理設備などより発生する汚泥は、脱水効率を高めるため汚泥調質装置にて調質した後、脱水する。従来の脱水機の場合、得られる脱水汚泥の含水率は通常で８０〜８５質量％程度である(例えば、非特許文献１参照)。この含水率の脱水汚泥を焼却処分する際は、水分を蒸発させるために多くの熱量を必要とする。

これに対し、加圧型脱水機(フィルタプレス)等を利用し、高い圧力と時間をかけて低含水率化する高効率脱水の場合、含水率は７０質量％程度に低減する。高効率脱水機による脱水汚泥は、付着水を更に減少させて助燃材としての価値を高められる。その後、ゴミと混焼することにより補助燃料を使用せずに燃焼させることが可能である(例えば、非特許文献２参照)。

具体的には、７０質量％の低含水率汚泥を焼却処分する際は、１０〜３０質量％の混焼比率でゴミと混焼した場合、補助燃料を殆ど使用せずに炉温度を８５０℃以上に維持できる。

他方、含水率８５質量％の脱水汚泥を焼却処分する際は、２０〜３０質量％の混焼比率でゴミと混焼した場合、炉温度を８５０℃以上に維持するためには多くの補助燃料を必要とする。

以上のように、高効率脱水機による脱水汚泥を焼却処分する際は、ゴミと混焼することにより地域の廃棄物処理施設(ゴミ焼却施設等)における補助燃料の使用量を削減することが可能である。

非特許文献１、２以外の、屎尿又は浄化槽汚泥等の処理過程で発生する有機性汚泥等の汚泥の処理方法として、汚泥にカチオンポリマーを添加した後ベルトプレス又は遠心脱水機で脱水する方法(例えば、特許文献１参照)、汚泥に無機凝集剤を添加した後両性ポリマーを添加して凝集又は濃縮した後脱水機で脱水する方法(例えば、特許文献２参照)、汚泥に無機凝集剤を添加して遠心脱水機に供給し両性ポリマーを機内注入して脱水する方法(例えば、特許文献３参照)等がある。

非特許文献２に開示された加圧脱水機等を用いる場合以外は、従来の脱水機による脱水後の汚泥含水率は８０〜８５質量％である。この含水率程度の脱水汚泥では目的とする助燃材にはならない。後工程の処理方法によっては更に脱水や乾燥工程を必要とする場合がある。なお、加圧型脱水機を用いる場合は設備費が高くコスト低減化が図りにくい。

凝集剤としてカチオンポリマーを用いる特許文献１に開示された汚泥脱水方法は、脱水効率が悪い。そのため、処理量及び脱水汚泥含水率において良好な結果が得られない。

無機凝集剤と両性ポリマーとを併用する特許文献２に開示された汚泥脱水方法は、比較的脱水効率に優れた方法である。しかし、濃縮汚泥を遠心脱水機で脱水する場合、遠心脱水機内で汚泥フロックが破壊され充分な脱水が行えない不具合がある。また、両性ポリマーの必要添加量が多いという欠点もある。

汚泥に無機凝集剤を添加して遠心脱水機に供給し両性ポリマーを機内注入して脱水する特許文献３に開示された汚泥脱水方法では、余剰汚泥等の低濃度で脱水性の悪い汚泥を対象とした場合、低含水率の脱水汚泥が得られない。そのため、この汚泥脱水方法では目的とする助燃材とすることは困難である。
特公平６−４９１９６号公報 （第２頁右欄１０〜１２行目、第４頁右欄２０〜２３行目） 特開平６−２２６２９０号公報 （段落番号［００４６］） 特開平６−７６０００号公報 （段落番号［００１２］） 社団法人日本環境衛生施設工業会 機関誌「ＪＥＦＭＡ Ｎｏ．４７」２００２．８月発行 第３２〜３３頁 社団法人日本環境衛生施設工業会 機関誌「ＪＥＦＭＡ Ｎｏ．４８」２００３．１月発行 第２０〜２１頁

本発明者等は、上記問題を解決するために種々検討しているうちに、屎尿又は浄化槽汚泥を含む有機性汚泥の前処理で分離した篩渣と、篩渣が分離された屎尿又は浄化槽汚泥を含む有機性汚泥と、汚泥処理して得られる余剰汚泥とを混合し、更に凝集剤を添加して得た凝集汚泥を、凝集状態を保った状態で回転加圧脱水機に供給し、回転加圧脱水機で脱水することにより、屎尿又は浄化槽汚泥を含む有機性汚泥を原料とし、含水率が低減された助燃材を、低減化された設備費、コストで得ることができることを知得し、本発明を完成するに到った。

従って、本発明の目的とするところは、上記問題を解決した、有機性汚泥を原料とする助燃材の製造方法及び製造装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明は、以下に記載するものである。

〔１〕 屎尿又は浄化槽汚泥を含む有機性汚泥の前処理で分離した篩渣と、篩渣が分離された屎尿又は浄化槽汚泥を含む有機性汚泥と、前記有機性汚泥を生物学的処理して得られる余剰汚泥とを混合して篩渣混合率１５〜６０質量％の混合汚泥を得た後、前記混合汚泥に凝集剤を添加して汚泥を凝集させ凝集汚泥を得、次いで前記凝集汚泥を回転加圧脱水機で脱水して助燃材を得る、有機性汚泥を原料とする助燃材の製造方法。

〔２〕 混合汚泥に添加する凝集剤が、高分子凝集剤である〔１〕に記載の有機性汚泥を原料とする助燃材の製造方法。

〔３〕 混合汚泥に添加する凝集剤が、無機凝集剤及び高分子凝集剤である〔１〕に記載の有機性汚泥を原料とする助燃材の製造方法。

〔４〕 屎尿又は浄化槽汚泥を含む有機性汚泥の前処理で分離した篩渣と、篩渣が分離された屎尿又は浄化槽汚泥を含む有機性汚泥と、前記有機性汚泥を生物学的処理して得られる余剰汚泥とを混合して混合汚泥を得る混合設備と、前記混合汚泥に凝集剤を添加して混合汚泥の凝集を行う流通型密閉式凝集混和槽と、前記流通型密閉式凝集混和槽で得られた混合汚泥の凝集物を脱水処理して助燃材と分離液とに分離する回転加圧脱水機と、前記混合汚泥を流通型密閉式凝集混和槽を介して回転加圧脱水機に圧入する汚泥圧入ポンプとが備えられてなる、有機性汚泥を原料とする助燃材の製造装置。

本発明によれば、汚泥処理設備で処理した有機性汚泥に、前処理で分離した篩渣を混合して篩渣混合率が所定量の混合汚泥を得、この汚泥を脱水する手段として回転加圧脱水機を用いているので、効率よく脱水が可能となり、加熱等の熱処理を行わずに、低コストで脱水できる。

本発明は、予め篩渣を分離した汚泥を処理する既存の汚泥処理設備に併設する場合に好都合である。

また、汚泥処理設備の建設コストの縮減、エネルギーコストの低減、補修費等の維持管理コストの低減、既存設置スペースでの処理能力増加、運転保守管理の簡素化、作業環境の改善、脱臭風量の低減、洗浄水量の低減、並びに、返流水負荷の低減が可能である。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明において汚泥処理設備で処理した有機性汚泥を脱水するのに用いる脱水手段は、回転加圧脱水機(ロータリープレスフィルタ)である。ロータリープレスフィルタは、脱水汚泥含水率の大幅低減が可能な高い脱水性能を有する。図１は、本発明に用いるロータリープレスフィルタの一例を示す概略断面図であり、(ａ)は側面図を示し、(ｂ)は正面図を示す。図２は、本発明の助燃材製造装置の一例を示す概略フロー図である。ロータリープレスフィルタの脱水原理は次の(１)〜(７)に示す通りである。

(脱水原理)
(１)２枚の金属製円盤フィルター２ａ、２ｂと、外輪スペーサ４と間に構成される濾室６が０．３〜１．５ｒｐｍ(濾室６における外輪スペーサ４との壁８の直径１２００ｍｍ)の低速で回転する。
(２)濾過ゾーンＡにおいて、高分子凝集剤で調質された汚泥が、汚泥圧入ポンプ２２(図２)により汚泥入口１０から濾室６内に、最大８０ｋＰａ(約０．８ｋｇｆ／ｃｍ²)の圧力で連続供給され、初期濾過が行われ、濾液１２が得られる。
(３)初期濾過が進行してくると、金属製円盤フィルター２ａ、２ｂの面１４ａ、１４ｂ及び外輪スペーサ４との壁８にケーキ層１６が徐々に形成される。そのケーキ層１４を形成する濾滓の濾過・脱水により濾滓中の固形物の補捉が向上して、濾液１２が更に清澄になる。
(４)濾過ゾーンＡから圧搾脱水ゾーンＢに移行する過程で汚泥は流動性を失い、円盤フィルター２ａ、２ｂの回転力により排出口１８方向へ押し出される。
(５)一方、排出口１８では空気バネで支持される出口背圧板２０により、濾室６内の背圧が最大６００ｋＰａ(約６．０ｋｇｆ／ｃｍ²)の一定圧力で保持され、その背圧により汚泥が圧搾脱水される。なお、最大背圧の設定は濾過条件の変更に応じて適宜変えることができる。
(６)更に、圧搾脱水ゾーンＢでは、金属製円盤フィルター２ａ、２ｂの面１４ａ、１４ｂの水分の低下した汚泥は回転速度に見合って排出口１８へ移動する。なお、濾室６中央部側の比較的水分の多い部分の汚泥は、金属製円盤フィルター２ａ、２ｂの面１４ａ、１４ｂの汚泥とのスリップが生じ、その速度差で発生する剪断力により脱水が促進される。
(７)一連の脱水工程を経たケーキ層１６の固形物は、出口背圧板２０を押しのけて系外へ助燃材として排出される。

助燃材化技術として、ロータリープレス型の脱水機を使用することにより、含水率７０質量％以下の脱水汚泥を高効率で得ることが可能となる。

図２に例示する助燃材製造装置のフローにおいて、前処理で篩渣等を除いた屎尿又は浄化槽汚泥を含む有機性汚泥(以下「有機性汚泥等」と言う。)は、ライン２４により混合槽２６へ供給される。

また、混合槽２６にはライン２８により生物学的処理により発生した余剰汚泥が供給される。更に、有機性汚泥等の前処理として除去されていた篩渣はライン３０により混合槽２６へ供給され、攪拌機３２により攪拌混合が行われる。

混合後の汚泥の篩渣混合率[質量％(ＤＳ／ＤＳ)]は、１５〜６０質量％(ＤＳ／ＤＳ)が好ましい。篩渣混合率が１５質量％未満では助燃材３４の含水率が高くなるので好ましくない。また、篩渣混合率が６０質量％を超えると脱水機の運転が不安定になる虞がある。

篩渣混合率は、以下の方法で算出できる。
有機性汚泥等と余剰汚泥を混合した汚泥(原混合汚泥)の固形物濃度をａ質量％、篩渣の固形物濃度をｂ質量％とすると、原混合汚泥乾燥質量Ｗ１、篩渣乾燥質量Ｗ２は、それぞれ
原混合汚泥乾燥質量Ｗ１(ｋｇ・ＤＳ)＝ｗ１×ａ／１００
[ｗ１(ｋｇ)：水分を含んだ実際の原混合汚泥質量]
篩渣乾燥質量Ｗ２(ｋｇ・ＤＳ)＝ｗ２×ｂ／１００
[ｗ２(ｋｇ)：水分を含んだ実際の篩渣質量]
となる。よって、篩渣混合率は、下式
篩渣混合率[質量％(ＤＳ／ＤＳ)]
＝[Ｗ２／(Ｗ１＋Ｗ２)]×１００
＝[ｗ２×ｂ／[(ｗ１×ａ)＋(ｗ２×ｂ)]]×１００
で算出できる。

なお、混合汚泥の篩渣混合率が不足する場合は、新聞紙等の篩渣に相当する成分を汚泥に添加することにより、篩渣混合率を上記範囲に調節することができる。

混合槽２６で混合された混合汚泥は、汚泥圧入ポンプ２２によりライン３６を経て凝集混和槽３８に供給される。高分子凝集剤は凝集剤溶解タンク４０に投入され、攪拌機４２により攪拌溶解された後、高分子凝集剤がライン４６を経て薬液供給ポンプ４４により凝集混和槽３８に添加される。凝集混和槽３８では、供給された混合汚泥と前記高分子凝集剤とが攪拌機４８により混合される。

ここで、混合汚泥に含まれる篩渣には、有機性繊維が多く含まれており、この有機性繊維と高分子凝集剤により凝集効果が高まる。高い凝集効果は、ロータリプレスフィルタ５０における脱水効率を高める。ここで使用される高分子凝集剤はアクリレート系の強カチオン凝集剤であることが好ましい。

また、有機性リン成分を除去する必要が有る場合は、無機凝集剤を併用しても良い。凝集混和槽３８における攪拌機４８の回転速度は、高すぎると凝集フロックを壊してしまうことから、３００ｒｐｍ以下が好ましく、２００〜２５０ｒｐｍが更に好ましい。また、高分子凝集剤の添加量は、１．６〜２．４質量％(ＴＳ)が好ましい。

凝集混和槽３８は密閉式の混合槽(流通型密閉式凝集混和槽)で、汚泥圧入ポンプ２２により発生した汚泥圧送圧力は、そのまま凝集混和槽３８の出口に伝達され、出口圧力となる。凝集混和槽３８内の汚泥は、ライン５２を経てロータリプレスフィルタ５０へ前記汚泥圧入ポンプ２２により送られる。汚泥圧入ポンプ２２が凝集混和槽３８の一次側に設置されているので、凝集混和槽３８で作られる凝集汚泥は壊されず、このため脱水率が高くなる。

ライン５２を経てロータリプレスフィルタ５０へ圧入された凝集混和槽３８の凝集汚泥は、濾液と助燃材３４に分離される。前記濾液はライン５４を経て濾液貯留槽５６に移送される。その後、図１及び２には示されていないが水処理設備等により後処理される。

助燃材３４は、ロータリプレスフィルタ５０の排出口１８より排出され、ゴミ焼却施設等の助燃材として活用される。ここでロータリプレスフィルタ５０における濾過速度[ｋｇ(ＤＳ)／ｍ²・ｈ]は２０〜５１の範囲が好ましい。また、ロータリプレスフィルタ５０本体の回転速度[ｒｐｍ]は、０．６〜１．４の範囲が好ましい。

以下、本発明を実施例により、具体的に説明する。なお、本発明は実施例により限定されるものではない。

図２に示す、実施例１〜５、比較例１において使用した機器仕様を下記(１)〜(７)に示す。
(１)攪拌機３２：出力０．２ｋｗ、竪型二段プロペラ式
(２)汚泥圧入ポンプ２２：出力０．４ｋｗ、一軸ネジ式、流量１．０〜８．０リットル／分、揚程１５ｍ
(３)凝集混和槽３８：出力０．３７ｋｗ、容量２０リットル、回転数６６〜２４０ｒｐｍ
(４)ロータリプレスフィルタ５０：型式１−３００／０１１０Ａ(φ３００ｍｍ×１ｃｈ)、濾過面積０．１１ｍ²
(５)凝集剤溶解タンク４０：樹脂性円形槽、容量３００リットル
(６)攪拌機４２：出力０．１ｋｗ、竪型二段プロペラ式
(７)薬液供給ポンプ４４：出力０．４ｋｗ、一軸ネジ式、流量２．０リットル／分、揚程１５ｍ
供給汚泥の分析値を表１に示す。

表１において、汚泥Ａは、屎尿及び有機性汚泥等と余剰汚泥を混合した原汚泥における分析値である。屎尿及び有機性汚泥等は、篩渣が前処理で除去されているため、汚泥Ａの篩渣混合率[質量％(ＤＳ／ＤＳ)]は０％である。汚泥Ｂ、Ｃ、Ｄは、原汚泥に篩渣混合率[質量％(ＤＳ／ＤＳ)]を２３％、３２％、４６％とした場合における分析値である。本実施の原汚泥は、繊維状物が非常に少なく、篩渣混合率に比例して汚泥濃度(ＴＳ)、アルカリ度及び繊維状物が増加する傾向になった。

使用凝集剤の特性を表２に示す。

アロンフロックＣＶ−３００はロータリプレスフィルタ提供会社選定の凝集剤である。ＭＭ−フロックＣ−９９−１ＨＲＬは、本発明の実施を行ったＡ汚泥再生センターの遠心脱水機で使用していた凝集剤である。

実施例１〜３、比較例１
表３に示す条件下で、ロータリプレスフィルタの運転を行い、その結果を表３に示す。

比較例１は屎尿及び有機性汚泥等と余剰汚泥を混合した原汚泥に篩渣を混入しない汚泥(表１に示す汚泥Ａ)で、凝集剤はロータリプレスフィルタ提供会社選定のアロンフロックＣＶ−３００を使用し、図２の装置により運転を行った。

実施例１〜３は前記原汚泥に、篩渣混合率[質量％(ＤＳ／ＤＳ)]を２１％、３２％、４２％とした実施例である。

実施例４
表４に示すように、篩渣混合率[質量％(ＤＳ／ＤＳ)]を３２％とした以外は比較例１と同様の条件で脱水を行い、その結果を表４に示す。

比較例２
表４に示すように、汚泥脱水手段に遠心脱水機[巴工業(株)製、型式ＴＳＭ−２０Ｍ]、供給汚泥に表１に示す汚泥Ａを用いた以外は実施例１〜３と同様の条件で脱水を行い、その結果を表４に示す。

運転結果において以下の知見が得られた。
(１)原汚泥に対して、ロータリプレスフィルタ(回転加圧脱水機)は、目標性能値(助燃材含水率７０％以下)を充分に満たすことが確認された。
(２)実施例１〜４において、凝集剤にポリアミジン系高分子凝集剤であるアロンフロック／ＣＶ−３００(実施例４)、遠心脱水機用凝集剤のＭＭ−フロック／Ｃ−９９−１ＨＲＬ(実施例１〜３)の二種類を使用した。その結果、篩渣投入時にはＣ−９９−１ＨＲＬが適していることが確認された。
(３)原汚泥に対して、濾過速度２２．５[ｋｇ(ＤＳ)／ｍ²・ｈ]、薬注率３．８８[％／ＴＳ]の条件において助燃材含水率６９．１％の結果が得られた。またＳＳ回収率は６２．２％であった。
(４)原汚泥に篩渣を混入することにより、汚泥中の繊維分が増加し、脱水性能が大幅に向上すること(薬注率や助燃材含水率の低減、ＳＳ回収率の向上)が確認された。
(５)原汚泥に対する篩渣混合率増加に伴い、薬注率を低減できること、助燃材含水率７０質量％以下、ＳＳ回収率９５質量％以上での安定した運転を行うには原汚泥のみでは困難であり、篩渣混合率が２０質量％以上必要であることが確認された。
(６)最適運転条件は、篩渣混合率４０質量％、濾過速度５０．１ｋｇ(ＤＳ)／ｍ²・ｈ、薬注率２．０６質量％／ＴＳ、の条件において助燃材含水率６６．０質量％、ＳＳ回収率は９６．６質量％であった。
(７)篩渣混合率４０質量％条件における６時間無洗浄運転では、濾過速度４２．４〜４４．９ｋｇ(ＤＳ)／ｍ²・ｈにおいて助燃材含水率７０質量％以下、ＳＳ回収率は９５質量％以上での安定した運転ができることを確認した。
(８)助燃材における発熱量は、低位発熱量で１５７００〜１４８００ｋＪ／ｋｇ乾であった。固定炭素は７．７〜８．６質量％／乾、揮発分６３．１〜６６．４質量％／乾、灰分は２５．３〜２９．２質量％／乾、水素は５．５８〜５．８４質量％／乾であった。

加熱等の熱処理を行わずに、助燃材含水率７０質量％以下で助燃材化が可能となることが確認できた。また、屎尿及び有機性汚泥等の助燃材化が可能となることを確認したことにより、汚泥処理設備の省スペース化、汚泥乾燥設備の削減等による建設コストの縮減・エネルギーコストの低減・補修費等の維持管理コストの低減・既存設置スペースでの処理能力増加・運転保守管理の簡素化・作業環境の改善・脱臭風量の低減・洗浄水量の低減・返流水負荷の低減が実現できた。

本発明に用いるロータリープレスフィルタの一例を示す概略断面図であり、(ａ)は側面図を示し、(ｂ)は正面図を示す。 本発明に用いる助燃材製造装置の一例を示す概略フロー図である。

符号の説明

２ａ、２ｂ 金属製円盤フィルター
４ 外輪スペーサ
６ 濾室
８ 濾室における外輪スペーサとの壁
１０ 汚泥入口
１２ 濾液
１４ａ、１４ｂ 金属製円盤フィルターの面
１６ ケーキ層
１８ 助燃材排出口
２０ 出口背圧板
Ａ 濾過ゾーン
Ｂ 圧搾脱水ゾーン
２２ 汚泥圧入ポンプ
２４、２８、３０、３６、４６、５２、５４ ライン
２６ 混合槽
３２、４２、４８ 攪拌機
３４ 助燃材
３８ 凝集混和槽
４０ 凝集剤溶解タンク
４４ 薬液供給ポンプ
５０ ロータリプレスフィルタ
５６ 濾液貯留槽

Claims (4)

1. 屎尿又は浄化槽汚泥を含む有機性汚泥の前処理で分離した篩渣と、篩渣が分離された屎尿又は浄化槽汚泥を含む有機性汚泥と、前記有機性汚泥を生物学的処理して得られる余剰汚泥とを混合して篩渣混合率１５〜６０質量％の混合汚泥を得た後、前記混合汚泥に凝集剤を添加して汚泥を凝集させ凝集汚泥を得、次いで前記凝集汚泥を回転加圧脱水機で脱水して助燃材を得る、有機性汚泥を原料とする助燃材の製造方法。
2. 混合汚泥に添加する凝集剤が、高分子凝集剤である請求項１に記載の有機性汚泥を原料とする助燃材の製造方法。
3. 混合汚泥に添加する凝集剤が、無機凝集剤及び高分子凝集剤である請求項１に記載の有機性汚泥を原料とする助燃材の製造方法。
4. 屎尿又は浄化槽汚泥を含む有機性汚泥の前処理で分離した篩渣と、篩渣が分離された屎尿又は浄化槽汚泥を含む有機性汚泥と、前記有機性汚泥を生物学的処理して得られる余剰汚泥とを混合して混合汚泥を得る混合設備と、前記混合汚泥に凝集剤を添加して混合汚泥の凝集を行う流通型密閉式凝集混和槽と、前記流通型密閉式凝集混和槽で得られた混合汚泥の凝集物を脱水処理して助燃材と分離液とに分離する回転加圧脱水機と、前記混合汚泥を流通型密閉式凝集混和槽を介して回転加圧脱水機に圧入する汚泥圧入ポンプとが備えられてなる、有機性汚泥を原料とする助燃材の製造装置。

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