JP2005230790A - 有機物含有汚泥の炭化処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】処理対象とする汚泥の種類の如何を問わず、炭化炉からの排ガス中のダスト濃度を低くでき、従って炭化炉からの排ガスに対する集塵のための集塵機を不要となし得て、装置コストを低廉となし得る有機物含有汚泥の炭化処理装置を提供する。
【解決手段】予め脱水ケーキとされた汚泥を内部に貯溜する汚泥貯槽としての受入ホッパ１０と、炉体２０内に乾留容器としての回転ドラムから成るレトルト２２を設けて成り、受入ホッパ１０からの汚泥をレトルト２２の軸方向一端側から入れて軸方向に移動させ、乾留処理により炭化させた上で炭化物をレトルト２２の軸方向他端側から排出する炭化炉１８とを備えた炭化処理装置において、受入ホッパ１０を、内部の貯溜汚泥に対し空気供給して発酵させる発酵装置として構成する。
【選択図】 図１

Description

この発明は有機物含有汚泥の炭化処理装置、特に屎尿汚泥を含んだ有機物含有汚泥の炭化処理用として好適な炭化処理装置に関する。

家庭等から排出される有機物含有の排水は一般に下水処理施設（下水処理場）で活性汚泥法等により排水処理される。
この排水処理に伴って有機汚泥（以下単に汚泥）が発生するが、排水処理量の増加とともに汚泥の発生量も年々増加し、その処理処分が大きな問題になっている。

汚泥を処分するに際し、その汚泥には９９％程度の水が含まれていてそのままでは処分できず、そこで減量化のために濃縮及び脱水処理したり、或いは更に焼却したり溶融したりするなど様々な処理が現在施されている。
しかしながら汚泥を焼却或いは溶融処理すると多量のエネルギーを消費し、処理コストが高いものとなる。
そこでエネルギー消費の少ない汚泥の減量化処理の１つの方法として、汚泥を乾留処理により炭化することが提案されている。

この炭化処理は、汚泥が基質中に炭素分を４５重量％程度含んでいることから、焼却，溶融処理のように汚泥中の炭素分を消費してしまうのではなく、汚泥を無酸素或いは低酸素状態で熱分解（炭化）することにより炭素分を残留させ、新しい組成を持つ炭化物（炭化製品）として生成させるものである。

下記特許文献１〜４にはそのための炭化処理装置が開示されている。
例えば特許文献４には、含水率８０％程度まで脱水された汚泥ケーキを受入ホッパに受け入れ、そしてこの汚泥ケーキを定量供給装置で乾燥炉に送ってそこで所定の含水率、例えば４０％程度の含水率まで乾燥処理した上、その乾燥後の汚泥をコンベヤで炭化炉に搬送して、そこで乾留処理により汚泥の炭化をなすようにした炭化処理装置が開示されている。

この炭化処理装置における炭化炉は、炉体内に乾留容器としての回転ドラムから成るレトルトが回転可能に設けてあり、そのレトルトの軸方向一端側から汚泥をレトルト内部に入れて軸方向に移動させ、汚泥を加熱下に乾留処理により炭化させた上で、炭化物をレトルトの軸方向他端側から排出するようになしてある。
このようにして得られた炭化物（炭化製品）は物性的には木炭に近い性状を有するものであり、現在園芸用土壌，融雪剤等の用途に利用されている。

ところでこれら特許文献１〜４に開示された処理対象物としての汚泥は、何れも下水処理場で排水処理された下水汚泥である。
有機物含有汚泥には上記の下水汚泥の他に屎尿汚泥、即ち家庭等の汲取式の便所から排泄物を汲取車（バキュームカー）で汲み取って直接屎尿処理場へと搬送し、そこで屎尿処理した後の汚泥があり、このような屎尿汚泥もまた下水汚泥と同様にその処理処分が問題となる。

本発明者等がこの屎尿汚泥について調べてみたところ、この屎尿汚泥も組成的には下水汚泥と基本的に同じものであり、従ってこの屎尿汚泥もまた、下水汚泥と同様に上記の炭化処理装置によって処理することが可能である。
しかしながら本発明者等が実際に屎尿汚泥を下水汚泥に混合して、その混合汚泥を上記炭化処理装置で炭化処理したところ、炭化炉からの排ガス中のダスト濃度が高くなる事実が判明した。

下水汚泥を単独で上記のようにして炭化処理した場合、炭化炉からの排ガス中のダスト濃度は規制値以下の低いものであり、従ってこの場合には炭化炉からの排ガス中のダストを集塵するための集塵機は特に必要としない。

しかしながら屎尿汚泥を下水汚泥に加えた混合汚泥を炭化処理した場合、炭化炉からの排ガス中のダスト濃度が高くなることから、そのダスト濃度の如何によっては排ガスに対して集塵を行うための集塵機が別途に必要となる。
しかしながら集塵機を別途に設けるとなると装置の機器点数が多くなり、装置コストが高くなってしまう。

特開平１１−３７６４４号公報 特開平１１−３３５９９号公報 特開平１１−３７６４５号公報 特開平１１−３７６５６号公報

本発明は以上のような事情を背景とし、処理対象とする汚泥の種類の如何を問わず、炭化炉からの排ガス中のダスト濃度を低くでき、従って炭化炉からの排ガスに対する集塵のための集塵機を不要となし得て、装置コストを低廉となし得る有機物含有汚泥の炭化処理装置を提供することを目的としてなされたものである。

而して請求項１のものは、（イ）有機物含有汚泥を内部に貯溜する汚泥貯槽と、（ロ）炉体内に乾留容器としての回転ドラムから成るレトルトを設けて成り、該汚泥貯槽からの該汚泥を該レトルトの軸方向一端側から内部に入れて軸方向に移動させ、該汚泥を加熱下に乾留処理により炭化させた上で、炭化物を該レトルトの軸方向他端側から排出する炭化炉とを有し、且つ該汚泥貯槽は内部の貯溜汚泥に対し空気供給して発酵させる発酵装置として構成してあることを特徴とする。

請求項２のものは、請求項１において、前記汚泥貯槽が、搬送されて来た前記汚泥を受け入れる受入ホッパであることを特徴とする。

請求項３のものは、請求項１，２の何れかにおいて、前記汚泥貯槽の内部に貯溜される前記汚泥が汚泥ケーキであることを特徴とする。

請求項４のものは、請求項１〜３の何れかにおいて、前記汚泥が屎尿汚泥を含んでいることを特徴とする。

発明の作用・効果

以上のように本発明は、炭化炉に供給される前の汚泥を内部に貯溜する汚泥貯槽を、貯溜汚泥に対し空気供給して発酵させる発酵装置として構成したものである。

本発明者等は、屎尿汚泥が下水汚泥と基本的に同じ組成を有するものであるにも拘わらず、かかる屎尿汚泥を下水汚泥に混合した混合汚泥を炭化処理したときに、炭化炉からの排ガス中のダスト濃度が高くなる原因について種々研究する中で、それぞれの各処理場における滞留期間の長短に着眼した。
即ち下水汚泥の場合には下水処理場での滞留期間が長いのに対して、屎尿汚泥の場合には屎尿処理場での滞留期間が短く、そのことが炭化炉からの排ガス中のダスト濃度の高低に関係しているのではないかと考えた。

そして次に、処理場での滞留期間が長ければ汚泥の腐敗がより進行しており、逆に処理場での滞留期間が短ければ腐敗があまり進行していないと考え、そこで下水汚泥，屎尿汚泥それぞれについて、その腐敗の程度を表す指標としての揮発性有機酸濃度を調べて見たところ、予期した通り下水汚泥の場合には揮発性有機酸濃度が高く、また屎尿汚泥の場合には揮発性有機酸濃度が約１オーダー低い事実が判明した。

この揮発性有機酸（主として酢酸）濃度は、腐敗度を表す指標として下水道試験法に規定されている。
高分子系の有機物である下水汚泥，屎尿汚泥は腐敗により分解されて最終的にCO_２とH_２Oとになるが、その分解の過程で揮発性有機酸を生成する。
揮発性有機酸濃度の高低は腐敗、分解の程度を表すもので、腐敗、分解が進んでいるほど揮発性有機酸の濃度は高く、また逆に腐敗、分解の程度が低いほど揮発性有機酸の濃度は低くなる。

下水汚泥の揮発性有機酸濃度が高いという事実は、下水汚泥では高分子系の有機物が十分に腐敗して分子が細かく分解した状態で炭化処理されることを意味し、また一方屎尿汚泥の揮発性有機酸濃度が低いという事実は、屎尿汚泥では高分子系の有機物が未だ十分に分解されないまま炭化処理されることを意味し、そしてこのことが炭化炉からの排ガス中のダスト（煤塵）が多くなったり少なくなったりすることと関係しているものと考えられる。

そこで本発明者等は、処理場から炭化処理装置まで搬送されて来た汚泥を炭化処理する前に一定期間放置し、且つその放置期間を様々に変えて炭化炉からの排ガス中のダスト濃度を測定したところ、実際にダスト濃度は放置期間が長くなるのに従って低くなる事実が判明した。

本発明はこのような知見に基づいてなされたものであって、従来処理場から搬送されて来た汚泥を単に受入ホッパ内部に受け入れていただけであったのを、本発明では受入ホッパから成る汚泥貯槽若しくは受入ホッパとは別途に設けた汚泥貯槽を、内部の貯溜汚泥に対して空気供給し発酵させる発酵装置として構成したものである。

かかる本発明によれば、処理場から搬送されて来た汚泥を、その汚泥貯槽において良好に発酵促進させ、そして発酵促進された後の汚泥を炭化炉で炭化処理できることから、炭化炉からの排ガス中のダスト濃度を効果的に低減することができる。

従って本発明によれば、炭化炉の排ガスに対して集塵を行うための集塵機を付加する必要をなくし、以って炭化処理装置そのものに要する機器点数を少なくし得て、装置コストを低減することができる。

本発明は、下水汚泥を単独で炭化処理するに際しても炭化炉からの排ガス中のダスト濃度を従来に増して低くできるものであり、従って下水汚泥を単独で炭化処理するに際しても適用可能なものであるが、特にダスト濃度が高くなる屎尿汚泥を含んだ汚泥を処理する際に適用して大なる効果を奏するものである（請求項４）。
特に本発明の装置は屎尿汚泥と下水汚泥との混合汚泥を炭化処理する装置として好適である。

本発明においては、受入ホッパとは別に汚泥貯槽を設けてこれを発酵装置として構成することも可能であるが、受入ホッパそのものを発酵装置として構成しておくことが望ましい（請求項２）。
また上記汚泥貯槽は、予め脱水処理された汚泥ケーキを貯溜するものとなしておくことができる（請求項３）。

次に本発明の実施形態を図面に基づいて以下に詳しく説明する。
図１は本発明の実施形態の炭化処理装置の全体構成を示したもので、図中１０は受入ホッパ（汚泥貯槽）であり、含水率８０％程度まで脱水された汚泥ケーキ（例えば下水汚泥と屎尿汚泥との混合汚泥の汚泥ケーキ）７２（図３参照）がこの受入ホッパ１０に先ず受け入れられ、貯溜される。
ここに受け入れられた汚泥ケーキ７２は、定量供給装置１２にて乾燥炉１４へと送られ、そこで所定の含水率、例えば４０％程度の含水率まで乾燥処理される。
尚この乾燥炉１４では、汚泥ケーキ７２の乾燥と併せてその粉砕が行われる。

乾燥炉１４で乾燥処理された汚泥は、続いてコンベヤ１６により炭化炉１８へと搬送され、そこで加熱下に乾留処理により汚泥の炭化が行われる。
この炭化炉１８には、図２にも示しているように炉体２０内に乾留容器としての円筒形状の回転ドラムから成るレトルト２２が回転可能に設けられており、前段の乾燥炉１４で乾燥処理された汚泥がコンベヤ１６により、更にはレトルト２２の前端部（図中左端部）位置に設けられたスクリューフィーダ（図示せず）により、レトルト２２内部に投入される。

レトルト２２内部に投入された汚泥は、先ず炉体２０内部に配設された助燃バーナ（外熱室用バーナ）２４による外熱室２６内部の雰囲気加熱によって加熱される。
すると汚泥中に含まれていた可燃ガスが、レトルト２２に設けられた吹出パイプ２８を通じて外熱室２６の雰囲気中に抜け出し、そしてこの可燃ガスが着火して、以後はその可燃ガスの燃焼によりレトルト２２内部の汚泥の加熱が行われる。
この段階では助燃バーナ２４は燃焼停止される。

図２に示しているように、炉体２０の内部には外熱室２６と仕切られた排ガス処理室３０が設けられており、外熱室２６からの排ガスはここに導かれる。
この排ガス処理室３０には排ガス処理室用バーナ３２が設けられており、排ガス処理室３０内に導かれた排ガス中の未燃ガスがこの排ガス処理室用バーナ３２にて燃焼される。

レトルト２２内部の汚泥は、図中左端からレトルト２２の回転とともに漸次図中右方向に移って行き（レトルト２２には若干の勾配が設けてある）、そして最終的に乾留残渣（炭化製品）がレトルト２２の図中右端の排出口２１、つまり炭化炉１８から排出される。

尚、排ガス処理室３０には排気口３１が設けられており、排ガス処理室３０で燃焼処理された後の排ガスは、この排気口３１を通じて後述の排気路５６へと排気され、その排気路５６上に設けられた排ガスファン６０によって、排気路５６を通じ煙突５２から大気中に放出される。

炭化炉１８は、この排ガスファン６０によって炉体２０内が減圧吸引されており、その減圧吸引によってレトルト２２内が還元雰囲気に保たれている。
レトルト２２内部での乾留処理による炭化はそのような減圧条件下で行われる。

図１において、３４は乾燥炉１４に供給する熱風を発生させるための熱風炉で、ここでは供給された燃料が燃焼空気の供給の下で燃焼させられて熱風を発生する。
尚ここではパイロットバーナ用にＬＰＧが用いられ、燃焼バーナ用に灯油が用いられている。

熱風炉３４で発生した熱風は乾燥炉１４に供給され、更にこれを通過して、その後段の集塵機３６を通ってそこで集塵され、再び熱風炉３４に戻されるようになっている。
即ち熱風炉３４で発生した熱風は、乾燥炉１４，集塵機３６を通る循環路３８を循環ファン４０により循環流通させられるようになっている。
この循環系では、乾燥炉１４においてリークエアが循環する熱風中に入り込む。

一方で熱風炉３４には燃焼空気が定量供給されており、そのためここでは熱風の一部を抜き取るべく、熱風炉３４の下流部において分岐路４２が設けられており、熱風炉３４から出た熱風の一部がこの分岐路４２を通じて外部に取り出されるようになっている。

この分岐路４２に取り出された熱風は高温状態（７００℃程度）にあり、そこで分岐路４２に取り出された熱風が、循環路３８上に設けられた熱風炉熱交換器４４で熱交換され、更に空気取入口４８から取り入れられた外気により希釈及び冷却された上で、排ガスファン４６により排気路５０，５１を通じて煙突５２から外部に放出される。
ここで分岐路４２に取り出された熱風の、熱風炉熱交換器４４で熱交換された後の温度は４００℃程度であり、そして空気取入口４８からの外気の取入れによる希釈・冷却により、排ガスファン４６の下流部で温度は２００〜２５０℃程度となる。

尚、空気取入口４８からの空気の取入量は調整弁５４によって調整される。
また循環路３８を循環流通する熱風は、熱風炉熱交換器４４で熱交換されることによりそこで温度上昇させられた上、熱風炉３４の入口に戻される。

上記炭化炉１８からは、具体的には炉体２０に設けた排気口３１からは炉体２０内の排ガスを排気するための排気路５６が延び出している。
この排気路５６に取り出された炭化炉１８からの排ガスは、温度が８００〜１０００℃程度の高温度であり、そこで先ず空気取入口６２からの外気の取入れによって希釈及び冷却された上で、循環路３８上に設けられた炭化炉熱交換器５８で熱交換され、そこで温度降下された後、更に炭化炉熱交換器５８の下流部において、空気取入口６３からの外気の取入れにより再び希釈・冷却された上で、排ガスファン６０により排気路６１，５１を通じて煙突５２から外部に放出される。

尚炭化炉１８から排気された排ガスは、空気取入口６２からの外気の取入れによる希釈・冷却により、その温度は７００℃程度となり、そして炭化炉熱交換器５８における熱交換、更に空気取入口６３からの外気の取入れによる希釈・冷却によって２００〜２５０℃程度の温度まで温度降下された上で、排ガスファン６０により排気路６１，５１を通じ煙突５２から外部に放出される。
この炭化炉１８にはＬＰＧ，灯油等の燃料が燃焼空気とともに供給される。ここでＬＰＧはパイロットバーナの燃焼用として用いられ、また灯油は燃焼バーナ用の燃料として用いられる。

本実施形態では、受入ホッパ１０が内部の貯溜汚泥に対し空気供給してこれを発酵させる発酵装置として構成してある。
図３はその発酵装置としての受入ホッパ１０の構成を示したものである。
同図において７０は受入ホッパ１０の槽本体で、内部に汚泥ケーキ７２が貯溜されるようになっている。

槽本体７０には、その上端に受入口７４が設けられており、処理場からトラック等にて搬送されて来た汚泥ケーキ７２をこの受入口７４を通じて内部に受け入れるようになっている。
受け入れられた汚泥ケーキ７２は、その受入口７４の下に設けてあるコンベヤ７６によって下方へと供給される。

槽本体７０の内部には複数の撹拌ピン７８が上下に多段に設けられており、これら撹拌ピン７８が図３の部分拡大図に示す矢印Ｐ方向に揺動することによって、内部の汚泥ケーキ７２が撹拌される。

この受入ホッパ１０はまた、槽本体７０の外部に給気ファン８０と、その給気ファン８０からの空気を送給する送給管８２とを有しており、給気ファン８０からの空気を送給管８２を通じて汚泥ケーキ７２（貯溜汚泥）内部に供給する。
この受入ホッパ１０は、撹拌ピン７８の撹拌作用と給気ファン８０及び送給管８２による汚泥ケーキ７２内部への空気の供給によって、槽本体７０内部に貯溜された汚泥ケーキ７２を良好に発酵促進する。
尚図３において、８４は汚泥ケーキ７２を排出する排出口である。

従来、炭化処理装置における受入ホッパは、搬送されて来た汚泥ケーキを単に一時的に内部に貯溜する容器としての役割を果すだけのものであり、従って受入ホッパ内部に収容された汚泥ケーキは、その表面のみが部分的に空気に触れるのみである。

前述したように屎尿汚泥は下水汚泥に対して揮発性有機酸濃度が低く、下水汚泥に比べて腐敗の進んでいないものである。そしてそのことが炭化炉からの排ガス中のダスト濃度が高くなる理由と考えられる。

そこで本発明者等は、受入ホッパ１０に受け入れた汚泥、ここでは汚泥ケーキ７２を長期間そこに放置しておくことで、そこで腐敗を進行させ、その上でこれを炭化炉１８に供給して炭化処理することを考えた。

図４（Ａ）は、屎尿汚泥と下水汚泥との混合汚泥（下水汚泥５５％に対し屎尿汚泥４５％を混合した混合汚泥）を、従来の単に容器状をなす受入ホッパ内部に貯溜して放置したときの、その放置期間（日数）と揮発性有機酸濃度との関係を調べてこれを表したものである。尚縦軸のＷＢとあるのはウェットベースを表す。
図４（Ａ）の結果に見られるように、受入ホッパにおける放置日数と揮発性有機酸濃度との間には一定の相関関係が認められた。

このことから、受入ホッパでの汚泥ケーキの放置日数と炭化炉からの排ガス中のダスト濃度との間にも一定の相関関係があるものと考えて、実際に受入ホッパにおける放置日数と炭化炉からの排ガス中のダスト濃度との関係を調べた。
その結果が図４（Ｂ）に示してある。

この図４（Ｂ）の結果から、放置日数とダスト濃度との間にも一定の相関関係があるものと認められる。即ち放置日数を長くすることでダスト濃度が低くなると認められる。
但し図４（Ｂ）の結果に表れているように、放置日数が長いものであってもダスト濃度がそれ程低くないものも測定されている。
その理由は、受入ホッパ内部で汚泥ケーキを長く貯溜しても、その汚泥ケーキは表面のみが部分的に空気と接触するに過ぎず、その内部については腐敗進行、即ち発酵が十分に進行していないことによるものと考えられる。

ここにおいて本実施形態は受入ホッパ１０を、内部に貯溜した、炭化炉１８に供給される前の汚泥ケーキ７２（貯溜汚泥）に対し空気供給して発酵させる発酵装置として構成したもので、かかる本実施形態の炭化処理装置にあっては、処理場から搬送されて来た汚泥ケーキ７２を受入ホッパ１０で十分に発酵促進させた後に、炭化炉１８において炭化処理することができ、これにより受入ホッパを単に処理場から搬送されて来た汚泥を内部に受け入れ、貯溜するだけのものとした場合に比べて、炭化炉１８からの排ガス中のダスト濃度を効果的に低くすることができる。

従って本実施形態によれば、炭化炉１８の排ガスに対して集塵を行うための集塵機を付加する必要をなくし、以って炭化処理装置そのものに要する機器点数を少なくし得て、装置コストを低減することができる。

上記発酵装置を兼ねた受入ホッパ１０は、他の様々な形態で構成することが可能である。
図５はその一例を示したもので、図５（Ａ）の例では給気ファン８０と送給管８２とにより、槽本体７０内部に貯溜した汚泥ケーキ７２に対し底部から空気供給し、その空気供給の下で汚泥ケーキ７２を発酵させる一方、取出コンベヤ８６にてこれを外部に取り出すようになしている。

また図５（Ｂ）は、受入ホッパ１０の槽本体７０を仕切り８８にて複数に区画し、そして各区画ごとに給気ファン８０と送給管８２とにより、槽本体７０内部に貯溜した汚泥ケーキ７２に対し空気供給して発酵させるようになした例である。
以上の他にも他の様々な形態で発酵装置を兼ねた受入ホッパ１０を構成することが可能である。

またこれらの実施形態では受入ホッパ１０そのものを発酵装置として構成しているが、受入ホッパ１０とは別に汚泥貯槽を設けて、これを発酵装置として構成するといったことも場合により可能である。
その他本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。

本発明の一実施形態の炭化処理装置の一例を示した図である。 図１における炭化炉の内部を示した図である。 図１における受入ホッパの構成を示した図である。 従来の受入ホッパにおける汚泥放置日数と、揮発性有機酸濃度及び炭化炉からの排ガス中のダスト濃度との関係を表した図である。 本発明の他の実施形態の要部を示した図である。

符号の説明

１０ 受入ホッパ（汚泥貯槽）
１８ 炭化炉
２０ 炉体
２２ レトルト
７２ 汚泥ケーキ（有機物含有汚泥）
８０ 給気ファン
８２ 送給管

Claims (4)

1. （イ）有機物含有汚泥を内部に貯溜する汚泥貯槽と、（ロ）炉体内に乾留容器としての回転ドラムから成るレトルトを設けて成り、該汚泥貯槽からの該汚泥を該レトルトの軸方向一端側から内部に入れて軸方向に移動させ、該汚泥を加熱下に乾留処理により炭化させた上で、炭化物を該レトルトの軸方向他端側から排出する炭化炉とを有し、且つ該汚泥貯槽は内部の貯溜汚泥に対し空気供給して発酵させる発酵装置として構成してあることを特徴とする有機物含有汚泥の炭化処理装置。
2. 請求項１において、前記汚泥貯槽が、搬送されて来た前記汚泥を受け入れる受入ホッパであることを特徴とする有機物含有汚泥の炭化処理装置。
3. 請求項１，２の何れかにおいて、前記汚泥貯槽の内部に貯溜される前記汚泥が汚泥ケーキであることを特徴とする有機物含有汚泥の炭化処理装置。
4. 請求項１〜３の何れかにおいて、前記汚泥が屎尿汚泥を含んでいることを特徴とする有機物含有汚泥の炭化処理装置。

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