JP2005279331A - 汚泥焼却設備および汚泥焼却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】焼却設備の性能を顕著に向上しうる、新規なスクラバ排水の廃熱利用技術を提供する。
【解決手段】脱水機１で凝集剤を用いて汚泥を脱水し、この脱水汚泥を乾燥機２で乾燥した後、この乾燥汚泥を焼却炉３で焼却処理するとともに、焼却に伴い発生する排ガスをスクラバ４で洗浄液と接触させて洗浄するにあたり、乾燥機２として、脱水汚泥と熱源との間接熱交換により加熱乾燥する間接加熱型乾燥機を用い、また、スクラバ４で排ガスとの接触により高温となった洗浄液の熱量を用いて温水を製造するようなし、乾燥機２内を真空ポンプ７により真空吸引し乾燥機２内の気圧を低下させた状態で、製造した温水を乾燥機の熱源として供給し、脱水汚泥を焼却炉で自燃する程度まで乾燥させるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、汚泥焼却設備におけるスクラバ排水の廃熱利用技術に関するものである。

下水処理場においては、脱水機で凝集剤を用いて汚泥を脱水し、この脱水汚泥を乾燥機で乾燥した後、この乾燥汚泥を焼却炉で焼却処理するとともに、焼却に伴い発生する排ガスをスクラバで水等の洗浄液と接触させて洗浄することが行われている。このスクラバの排液は、下水汚泥焼却処理システムの最終的な排熱量の半分以上を占めるため、その有効利用が求められている。

しかし、スクラバの洗浄液は焼却排ガスとの接触により高温となるものの、せいぜい６０〜８０℃までである。このため、廃熱の利用用途は限られてしまい、例えば脱水汚泥の予熱に用いる（特許文献１参照）こと等が提案されているものの、この程度の予熱では焼却炉の燃焼効率が僅かに向上するだけである。したがって、多くの現場ではスクラバの排水をそのまま棄てているのが現状である。
特許第２８４３７６２号公報

そこで、本発明の主たる課題は、焼却設備の性能を顕著に向上しうる、新規なスクラバ排水の廃熱利用技術を提供することにある。

上記課題を解決した本発明は次記のとおりである。
＜請求項１＞
汚泥を脱水機で凝集剤を用いて脱水し、この脱水汚泥を乾燥機で乾燥した後、この乾燥汚泥を焼却炉で焼却処理するとともに、焼却に伴い発生する排ガスをスクラバで洗浄液と接触させて洗浄するように構成した汚泥焼却設備であって、
前記スクラバで排ガスとの接触により高温となった洗浄液の廃熱を、前記乾燥機の熱源とすることを特徴とする汚泥焼却設備。

（作用効果）
このように、焼却炉の上流側に乾燥機を設置し、スクラバ洗浄液の廃熱を乾燥機の熱源として利用することにより、単に予熱するのと比較すれば、焼却炉の燃焼効率を飛躍的に向上させることができる。なお、本発明において焼却とは燃焼、溶融、炭化を含むものである。

＜請求項２＞
前記乾燥機にて、前記廃熱を用いた乾燥により、前記脱水汚泥を前記焼却炉で自燃する程度まで乾燥させることを特徴とする請求項１の汚泥焼却設備。

（作用効果）
本項記載の発明は、請求項１記載の発明と同様の作用効果を奏し、特に廃熱を利用して脱水汚泥を自燃レベルまで乾燥させることにより、廃焼却炉において燃焼継続のための燃料が不要となり、ランニングコストの顕著に低減させることができるものである。

＜請求項３＞
前記乾燥機として、脱水汚泥と熱源との間接熱交換による加熱乾燥ならびに真空乾燥を併用する間接加熱型乾燥機を設け、この熱源として前記廃熱を供給するように構成した、請求項１または２記載の汚泥焼却設備。

（作用効果）
本発明は、スクラバ洗浄液の廃熱の利用先として、焼却炉への投入に先立って脱水汚泥を乾燥する乾燥機を設けたものである。しかし、前述のとおり、スクラバ排水は、汚泥の乾燥熱源として用いるには温度が低く、自燃レベルまでの乾燥を行うのは困難である。この場合、仮にスクラバ排水の廃熱を汚泥の乾燥熱源として用いたとしても、乾燥が不十分な汚泥は焼却炉で自燃しないため、重油等の燃料の使用が必須になり、改善の余地がある。

そこで、本発明者らは発想を変えて、スクラバ洗浄液の廃熱という不十分な熱量利用を前提とし、それを何らかの形で補助することができれば脱水汚泥を自燃レベルまで乾燥させることも可能であると考えるに至った。しかしこの場合、乾燥のために更なる加熱を要するとなるとその熱量の調達は困難を極めた。そこで、さらに発想を転換し、熱量を要せずに乾燥を促進させ得る手段を用いれば良いとの考えに至り、本発明をなすに至ったものである。

すなわち、本発明では、スクラバにて排ガスとの接触により高温となった洗浄液の廃熱を用いて乾燥を行うことを基本とし、その補助として、真空乾燥を併用することにより、スクラバ洗浄液の廃熱という不十分な熱量であっても、自燃レベルまで乾燥できるようにしたものである。

本発明は、自燃レベルまでの乾燥を要求するものではないが、その乾燥能力を十分に発揮させることにより、自燃レベルまで乾燥させることもでき、従来の予熱と比較して、焼却炉における燃焼効率を顕著に向上させることができるものである。

＜請求項４＞
前記スクラバで排ガスとの接触により高温となった洗浄液を用いて温水を製造する温水製造手段を設け、この温水製造手段により製造される温水を前記乾燥機の熱源として供給するように構成した、請求項１〜３のいずれか１項に記載の汚泥焼却設備。

（作用効果）
間接加熱型乾燥機を用いる場合、スクラバ洗浄液の廃熱は、温水として回収して乾燥機に供給すると、効率的に且つ容易に再利用できるため好ましい。

＜請求項５＞
前記乾燥機に供給される脱水汚泥の含水率を８２重量％以上とし、前記乾燥機から焼却炉に供給される乾燥汚泥の含水率を７４重量％以下とした、請求項３または４記載の汚泥焼却設備。

（作用効果）
スクラバから排出される洗浄液の温度は現在のところ６０〜８０℃程度が上限であるが、その排出量は非常に多い。よって真空乾燥を併用する場合において、スクラバから回収される熱量を最大限有効再利用すると、自燃領域まで乾燥させたとしても、廃熱の利用量よりも回収量が多くなる、つまり廃熱が余ってしまう。そこで、本項記載の発明では、これを逆手に取り、脱水機における脱水を従来よりも弱く行い、脱水汚泥の水分含有量を従来よりも高くし、その分だけ乾燥機における廃熱利用量を増加し、乾燥機の処理可能量を高めることにより、脱水機における凝集剤使用量を低減させようとするものである。後述の実施例からも明らかなように、本発明に従って、乾燥機に供給される脱水汚泥の含水率を８２重量％以上とし、乾燥機から焼却炉に供給される乾燥汚泥の含水率を７４重量％以下にすると、凝集剤使用量は著しく少なくて済み、ランニングコストは顕著に低下する。しかも、このレベルの脱水汚泥であっても、真空乾燥の併用により自燃レベルまで乾燥させることが可能である。

＜請求項６＞
前記脱水機における脱水汚泥の含水率が最低となる最適凝集剤使用量に対し、その８０％以下の量の凝集剤を使用して前記脱水機による脱水を行う、請求項１〜５のいずれか１項に記載の汚泥焼却設備。

（作用効果）
このように、脱水機における脱水汚泥の含水率が最低となる最適凝集剤使用量に対し、その８０％以下の量の凝集剤を使用して脱水機による脱水を行うことによって、ランニングコストを顕著に低下させることができる。

なお、最適凝集剤使用量は、凝集剤使用量以外の脱水条件を一定にし、凝集剤使用量を変化させて脱水汚泥の含水率を多数測定し、凝集剤使用量に対する脱水汚泥含水率の変化曲線から求めることができる。具体的に凝集剤使用量を横軸、脱水汚泥含水率を縦軸にしてプロットすると、脱水汚泥含水率の変化曲線はＵ字状をなすようになるため、脱水汚泥含水率が最低となるときの凝集剤使用量により、最適凝集剤使用量を求めることができる。この曲線は、凝集剤使用量以外の脱水条件、例えば脱水機の相違や、凝集剤の種類、供給する汚泥の性状等により変化するが、どのような場合であっても、含水率が最低となる点を有するＵ字状曲線となるため、最適凝集剤使用量は求めることができる。

以上のとおり本発明によれば、スクラバ排水の廃熱を利用して、焼却設備の性能を顕著に向上させることができる。

以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しながら詳説する。
図１は、本発明に係る焼却設備例のフロー図を示している。脱水機１で凝集剤を用いて脱水された汚泥はホッパ１０内に一時的に貯留され、このホッパ１０内からポンプ等の圧送装置Ｐ１により乾燥機２に供給され、乾燥機２で乾燥された後、焼却炉３で焼却処理される構成となっている。また、焼却に伴い発生する排ガスは、焼却炉３から熱交換器、バグフィルタ、サイクロン等の集塵機９を経てスクラバ４に対して送られ、水等の洗浄液と接触されて洗浄された後、図示しない煙突から大気に放出されるようになっている。

乾燥機２としては、脱水汚泥と熱源との間接熱交換により加熱乾燥する間接加熱型乾燥機を好適に用いることができ、中でも、円筒もしくは溝型攪拌乾燥機が特に好適である。このタイプの乾燥機は、円筒または溝型容器２ａ中に、長手方向に沿って回転軸２ｂを設け、この回転軸２ｂに攪拌翼２ｃを設け、かつこの攪拌翼２ｃ中に乾燥熱媒を通して翼面を加熱面としたものであり、容器２ａの一端部から供給された対象物を回転する攪拌翼２ｃによって攪拌及び加熱乾燥しながら他端側の排出口へ移送し、排出させるものであり、汚泥の連続乾燥に適したものである。

スクラバ４としては、洗浄液を用いて洗浄を行うものであり、ガスと液との接触面積を大きくするための充填物を内蔵する充填式、多孔板上に水膜を形成し、そこにガスを通過させる多孔板式の他、スプレー塔式、ベンチュリ式等があり、いずれも用いることができるが、可能な限り洗浄液が高温になるものが好ましく、スプレー塔式スクラバが好適に用いられる。スクラバから排出される洗浄液（所謂スクラバ排水）の温度は特に限定されないが、６０℃〜８０℃であるのが好ましい。図示形態では、排出される洗浄液を間接熱交換器５に通し、次述するように温水製造に利用した後、再び洗浄液として循環利用するように構成されている。

本実施形態では、スクラバ４で排ガスとの接触により高温となった洗浄液は、乾燥機２の乾燥熱媒としての温水を製造するために用いられる。このため、本実施形態では、水貯留槽６を設け、その貯留水を間接熱交換器５に供給し、スクラバ４から排出される洗浄液との間接熱交換により加熱し温水とした後、乾燥機２に供給するようになっている。製造した温水の温度は洗浄液の温度に対して放熱分低下するが、その低下幅は２〜４℃となるように構成するのが好ましい。乾燥機２で乾燥に利用され低温となった水は、図示形態のように、水貯留槽６に返送し、循環利用するのが好ましい。

さらに、脱水汚泥を自燃レベルまで乾燥させるために、乾燥機２内の気圧を低下させるための真空吸引手段が設けられている。具体的に図示形態では、乾燥機２内で発生する排ガス（脱水汚泥から除去された水分を主体とする）を真空ポンプ７で吸引するように構成している。この場合、排ガスは除湿装置８を介して除湿した後焼却炉に供給し、燃焼空気とするのが好ましい。除湿装置８は特に限定されないが、スクラバやミストセパレータを好適に使用することができる。真空ポンプによる吸引の度合い（乾燥機内の気圧）は、温水による加熱条件や乾燥機２の処理量、脱水汚泥の水分量等を考慮して適宜設定すれば良いが、通常の場合、約１００００〜１５０００Ｐａ程度とするのが好ましい。

かくして構成された焼却設備では、乾燥機２内を真空吸引することにより乾燥機２内の気圧を低下させた状態で、製造した温水を乾燥機２の熱源として供給することにより、脱水汚泥を、例えば焼却炉３で自燃するレベルまで乾燥させることができ、スクラバ排水の廃熱利用が可能となるだけでなく、顕著な省エネルギー化を図ることができる。また、乾燥機２内を真空吸引するため、臭気が発生し難くなる、乾燥機２が圧力容器とならずボイラ技師が不要となる等の副次的メリットももたらされる。

上述のように真空乾燥を併用する場合、乾燥機２に供給される脱水汚泥の含水率を８２重量％以上とし、乾燥機２から焼却炉３に供給される乾燥汚泥の含水率を７４重量％以下とするのが好ましい。脱水汚泥の含水率が８２重量％未満の場合、乾燥汚泥の含水率を７４重量％以下とするのに必要となる乾燥機２での温水利用量は、通常の焼却設備におけるスクラバ廃熱を最大限有効利用した場合の温水製造量よりも多くなる。そこで、上記のように乾燥機における乾燥負荷を従来よりも高く設定し、乾燥機２の温水利用量を増加して乾燥機２の処理能力を高めるとともに、その分だけ、脱水機１の脱水負荷を少なく設定すると、脱水機１における凝集剤使用量を飛躍的に少なくすることができる。この凝集剤使用量の削減量は汚泥性状や凝集剤の種類にもよるが、通常の場合であれば２０％までは略確実に削減できる、換言すれば、凝集剤の使用量を従来の８０％以下にすることができる。しかも、この程度であれば、脱水性能が低下したとしても、乾燥機において真空乾燥の併用により自燃レベルまで乾燥させることができる。

図２に示すように乾燥機２、真空ポンプ７及び熱交換器５等の乾燥関連機器を有しない従来設備（従来例。符号は図１と共通。）と、図１に示すものと同様の本発明に係る設備（実施例）とで、ランニングコスト（２４時間連続運転、年間稼働日数：３００日間）を算出し比較した。なお、各設備の運転条件は下記のとおりである。比較結果を表１に示す。表１に示すように、本発明により約３０％のランニングコスト削減が可能である。

（従来例）
焼却炉処理量：１００ｔ／日
脱水ケーキ水分：７８％
固形分：２２％
補助燃料使用量（都市ガス）：９０ｍ³ _N／ｈ

（実施例）
焼却炉処理量：８１ｔ／日
脱水ケーキ水分：８３％
固形分：２７％
脱水ケーキ温度：２０℃
乾燥ケーキ水分：７３％
乾燥ケーキ温度：５０℃
スクラバ排水温度：７５℃
温水温度：７３℃
水貯留槽の貯留水温度：４３℃
乾燥機内圧：１１９９９Ｐａ

また、凝集剤および重油の使用量が削減されることによる、処理場からのＣＯ₂排出量の削減効果を算出した。なお、凝集剤のＣＯ₂排出係数（すなわち単位凝集剤使用量あたりの排出ＣＯ₂量）は６５３４ｋｇ／ｔとし、都市ガスのＣＯ₂排出係数（すなわち単位凝集剤使用量あたりの排出ＣＯ₂量）は１．９９ｋｇ／Ｎｍ³とした。また、凝集剤使用量は０．０８６４ｔ／日とし、都市ガス使用量は２１６０Ｎｍ³／日とした。その結果は下記のとおりとなり、本発明によって処理場からのＣＯ₂排出量を大幅に削減できることが判明した。

（本発明によるＣＯ₂排出量削減量）
凝集剤 ：５６２ｋｇ／日
都市ガス：４２９８．４ｋｇ／日

本発明は、下水汚泥の焼却設備に適用されるものである。

本発明に係る焼却設備のフロー図である。 従来の焼却設備のフロー図である。

符号の説明

１…脱水機、２…乾燥機、３…焼却炉、４…スクラバ、５…間接熱交換器、６…水貯留槽、７…真空ポンプ、８…除湿装置。

Claims (6)

1. 汚泥を脱水機で凝集剤を用いて脱水し、この脱水汚泥を乾燥機で乾燥した後、この乾燥汚泥を焼却炉で焼却処理するとともに、焼却に伴い発生する排ガスをスクラバで洗浄液と接触させて洗浄するように構成した汚泥焼却設備であって、
   前記スクラバで排ガスとの接触により高温となった洗浄液の廃熱を、前記乾燥機の熱源とすることを特徴とする汚泥焼却設備。
2. 前記乾燥機にて、前記廃熱を用いた乾燥により、前記脱水汚泥を前記焼却炉で自燃する程度まで乾燥させることを特徴とする請求項１の汚泥焼却設備。
3. 前記乾燥機として、脱水汚泥と熱源との間接熱交換による加熱乾燥ならびに真空乾燥を併用する間接加熱型乾燥機を設け、この熱源として前記廃熱を供給するように構成した、請求項１または２記載の汚泥焼却設備。
4. 前記スクラバで排ガスとの接触により高温となった洗浄液を用いて温水を製造する温水製造手段を設け、この温水製造手段により製造される温水を前記乾燥機の熱源として供給するように構成した、請求項１〜３のいずれか１項に記載の汚泥焼却設備。
5. 前記乾燥機に供給される脱水汚泥の含水率を８２重量％以上とし、前記乾燥機から焼却炉に供給される乾燥汚泥の含水率を７４重量％以下とした、請求項３または４記載の汚泥焼却設備。
6. 前記脱水機における脱水汚泥の含水率が最低となる最適凝集剤使用量に対し、その８０％以下の量の凝集剤を使用して前記脱水機による脱水を行う、請求項１〜５のいずれか１項に記載の汚泥焼却設備。

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