JP2007167782A

JP2007167782A - 廃棄物処理方法

Info

Publication number: JP2007167782A
Application number: JP2005370219A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Katou; 也寸彦加藤; Takafumi Kiuchi; 崇文木内
Original assignee: Nippon Steel Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Engineering Co Ltd
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2007-07-05

Abstract

【課題】下水汚泥等の有機性廃棄物の消化処理により生成する生成物、特に消化処理した後の残渣をエネルギーとして有効利用することができる廃棄物処理方法を提供すること。
【解決手段】廃棄物をガス化溶融するガス化溶融炉１とガス化溶融炉１で生成した可燃性ガスを燃焼させる燃焼炉３と燃焼炉３の燃焼排ガスの熱回収を行うボイラ４とを備えた廃棄物ガス化溶融設備と、下水汚泥、食品廃棄物、厨芥等の有機性廃棄物を消化処理する消化槽１６を備えた消化設備とを用いた廃棄物処理方法である。消化設備の消化槽１６で有機性廃棄物を消化処理した後の残渣を、汚泥乾燥器１９にてボイラ４で生成した蒸気やボイラ４で熱回収された後の燃焼排ガスを用いて乾燥させ、ガス化溶融炉１に投入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃棄物ガス化溶融設備と有機性廃棄物の消化設備とを用いた廃棄物処理方法に関する。

近年、京都議定書への批准を始め、ＣＯ_２に対する削減要求は高く、バイオマス等の再生可能エネルギーの利用に関する要求が高まっていている。

その観点から、下水汚泥、食品廃棄物、厨芥等の有機性廃棄物の消化処理（発酵処理）が行われ、生成した可燃性ガスをエネルギーとして利用することが試みられている。

この消化処理で生成した可燃性ガスは、従来、一般的には、消化処理用のエネルギーやガスエンジン等による発電用のエネルギーとして利用されていた。しかし、消化処理用のエネルギーとして利用して消化処理を促進させても、処理装置内の消費動力の一部をまかなうだけで、何ら新たなエネルギーを生み出すことにはならない。また、消化処理で生成した可燃性ガス中には水蒸気が多量に含まれており、発電用のエネルギーとして利用するためには、その水蒸気を除去する必要がある。このためガスの精製プラントが必要となり、設備コストがかさむ。さらに、その精製プラントを動かすために、ポンプ等の動力が必要であり、消化処理で生成した可燃性ガスを有効利用しようとするものであったが、必ずしも新たなエネルギーを生み出すものとはなっていなかった。

一方、消化処理後の残渣は、堆肥としての利用が考えられるが、化学肥料に比べ製造コストが高く、また、品質の安定性や安全性の問題から、その利用は進んでいない。この残渣は海洋投棄も規制されているため、結局のところ、最終処分場で処分されるのが現状である。

このように、消化処理で生成する可燃性ガスや残渣は、有効利用されているとは言えない状況にある。

これに対して、特許文献１には、下水汚泥を消化処理する消化槽で生成した可燃性ガスを廃棄物のガス化溶融炉の羽口に供給して溶融の助燃剤として用いると共に、下水汚泥を消化槽で消化処理した後の残渣を廃棄物と共にガス化溶融炉に投入し、残渣の持つエネルギーを回収可能とする技術が提案されている。

しかしながら、下水汚泥を消化槽で消化処理した後の残渣は絶乾ベースで３０００ｋｃａｌ／ｋｇ程度のエネルギーを有するものの、実際は８０質量％以上の水分を含有しており、そのままガス化溶融炉に投入すると乾燥のためにエネルギーが消費されてしまうので、実質的には残渣の持つエネルギーは有効利用されていなかった。また、消化処理で得られる可燃性ガスの利用も、ガス化溶融炉における溶融の助燃剤としての利用に限られていた。
特開昭５６−６１５１３号公報

本発明が解決しようとする課題は、下水汚泥等の有機性廃棄物の消化処理により生成する生成物、特に消化処理した後の残渣をエネルギーとして有効利用することができる廃棄物処理方法を提供することにある。

本発明の廃棄物処理方法は、廃棄物をガス化溶融するガス化溶融炉とガス化溶融炉で生成した可燃性ガスを燃焼させる燃焼炉と燃焼炉の燃焼排ガスの熱回収を行うボイラとを備えた廃棄物ガス化溶融設備と、下水汚泥、食品廃棄物、厨芥等の有機性廃棄物を消化処理する消化槽を備えた消化設備とを用いた廃棄物処理方法であって、消化設備の消化槽で有機性廃棄物を消化処理した後の残渣を、廃棄物ガス化溶融設備のボイラで生成した蒸気及び／又はボイラで熱回収された後の燃焼排ガスを用いて乾燥させた後に、ガス化溶融炉に投入することを特徴とするものである。

このように、本発明では、廃棄物ガス化溶融設備の未利用廃熱を利用して残渣を乾燥させた後に、ガス化溶融炉に投入することで、残渣の持つ３０００ｋｃａｌ／ｋｇ程度のエネルギーを有効に取り出すことができる。

残渣を乾燥した後の排ガスについては、この排ガスに消化槽で前記残渣と共に得られた余剰水を噴霧して排ガス中の水分を凝縮させ、その後、燃焼炉に導入して処理することが好ましい。また、排ガス中の水分を凝縮させた後の凝縮水については消化設備用の水として使用し、その熱を有効利用することができる。

また、本発明では、廃棄物ガス化溶融設備の未利用廃熱のさらなる有効利用を図るため、廃棄物ガス化溶融設備のボイラで生成した蒸気及び／又はボイラで熱回収された後の燃焼排ガスを消化処理の熱源として利用することもできる。

消化槽で生成した可燃性ガスについては、ガス化溶融炉の溶融熱源及び／又は燃焼炉のパイロットバーナのガス源、あるいは廃棄物ガス化溶融設備のボイラで生成した蒸気の加熱源として使用することができる。

また、本発明では、有機性廃棄物を消化設備に投入する前に有機性廃棄物から金属、プラスチック等の異物を除去し、除去した異物を乾燥させた残渣と共にガス化溶融炉に投入することもできる。食品廃棄物等の有機性廃棄物から金属、プラスチック等の異物を除去する方法としては、有機性廃棄物を破砕し、その後、磁選及び／又は比重分離により金属、プラスチック等の異物を除去するという方法がある。

また、本発明では、ガス化溶融炉と燃焼炉との間に設けられた集塵装置によって、ガス化溶融炉で生成した可燃性ガス中のダストを捕集し、捕集したダストをガス化溶融炉の溶融帯に投入することもできる。

また、本発明では、消化槽にガス化溶融炉から排出された灰を投入することもできる。

また、本発明では、消化槽で前記残渣と共に得られた余剰水を排水処理し、余剰水中の窒素分及びりん分を濃縮して抽出し、この窒素分及びりん分をガス化溶融炉で燃焼させることもできる。

本発明によれば、下水汚泥等の有機性廃棄物を消化処理した後の残渣等をエネルギーとして有効利用することができ、廃棄物処理系全体のエネルギー効率を向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の廃棄物処理方法を実施する廃棄物処理設備の全体構成を示す。同図に示す廃棄物処理設備は、廃棄物をガス化溶融する廃棄物ガス化溶融設備と、下水汚泥、食品廃棄物、厨芥等の有機性廃棄物を消化処理する消化設備とを組み合わせたものである。

まず、各設備の概要を説明すると、廃棄物ガス化溶融設備では、廃棄物がガス化溶融炉１に投入され、乾燥、熱分解ガス化、溶融されて、生成したスラグはガス化溶融炉１の炉底から排出される。一方、生成した可燃性ガスはガス化溶融炉１の上部から排出され、サイクロン等の集塵装置２でダストが捕集された後に、燃焼炉３に導入され燃焼される。燃焼炉３の燃焼排ガスはボイラ４で熱交換され、さらに冷却塔５で散水冷却され、バグフィルター６で除塵された後に、ブロア７を介して煙突８から大気に放出される。また、ボイラ４で生成した蒸気は、必要に応じて蒸気加熱炉９で加熱された後に、蒸気タービン１０に導入され発電利用される。蒸気タービン１０通過後の蒸気は間接熱交換器（ボイラ）１１で熱交換された後、蒸気復水器１２で水となり、循環ポンプ１３によってボイラ４のボイラ水として循環使用される。

消化設備では、下水汚泥、食品廃棄物、厨芥等の有機性廃棄物がこれらを加水混合する混合層１５に投入される。このうち、食品廃棄物や厨芥には金属、プラスチック等の異物が混入していることが多いので、前処理装置１４で粉砕され異物が除去された後に混合槽１５に投入される。加水混合された有機性廃棄物は、消化槽１６に移送され、消化処理（発酵処理）が行われ、可燃性ガス（以下「消化ガス」という。）が生成する。消化槽１６における処理温度は、中温発酵の場合は３０〜４０℃、高温発酵の場合は５０〜６０℃である。消化処理後の有機性廃棄物はフィルタープレス等の脱水器１７にかけられ、残渣と余剰水に分離される。余剰水は排水処理装置１８で排水処理され放流される。一方、残渣は汚泥乾燥器１９で乾燥された後に、ガス化溶融炉１に投入される。

本発明では、上述の廃棄物ガス化溶融設備と消化設備で生成するエネルギー源を有効利用することにより、全体としてのエネルギー効率を最大限に向上させると共に、廃棄物の減容化、すなわち最終処分量の低減を図っている。以下、具体的に説明する。

まず、本発明では、脱水器１７で得られた残渣を乾燥させる汚泥乾燥器１９の熱源として廃棄物ガス化溶融設備の未利用廃熱を利用する。具体的には、ボイラ４で生成した蒸気やボイラ４で熱回収された後の燃焼排ガスを汚泥乾燥器１９に導入して熱源とする。汚泥乾燥器１９としては、乾燥効率を上げるために、ロータリーキルンを使用して残渣を攪拌しながら、直接熱風を内部に導入することが好ましい。なお、ボイラ４で熱回収された後の燃焼排ガスの温度は１５０〜２００℃程度であり、乾燥効率を上げるために消化槽１６で生成した消化ガスあるいは外部燃料を加熱源として３５０〜５００℃に昇温させるようにしてもよい。

このように本発明では、ボイラ４で生成した蒸気やボイラ４で熱回収された後の燃焼排ガスを汚泥乾燥器１９の熱源とすることで、残渣を乾燥するために外部燃料を使用しないか、使用するとしても使用量を大幅に削減できエネルギー効率が向上する。また、残渣を乾燥後、ガス化溶融炉１に投入することで、残渣の持つ３０００ｋｃａｌ／ｋｇ程度のエネルギーを有効に取り出すことができる。

残渣を乾燥した後の排ガスは臭気を含むため脱臭処理が必要である。そこで、本発明では、この脱臭処理を廃棄物ガス化溶融設備の燃焼炉３で行い、新たな外部エネルギーの投入なしに脱臭処理を行うようにしている。残渣を乾燥した後の排ガスは、燃焼炉３に導入される前にスクラバー２０に導入される。スクラバー２０では、脱水器１７からの余剰水（温度５０℃程度）が噴霧される。これにより、排ガスは飽和温度以下まで冷却され、排ガス中の水分が凝縮し、その凝縮熱が余剰水側に取り込まれる。スクラバー２０から排出された余剰水は混合槽１５に投入される。このようにして、余剰水の持つエネルギー及び排ガス中の水分の凝縮熱も消化設備で有効利用するようにしている。

また、本発明では、廃棄物ガス化溶融設備の未利用廃熱のさらなる有効利用を図るため、廃棄物ガス化溶融設備のボイラ４で生成した蒸気やボイラ４で熱回収された後の燃焼排ガスを消化処理の熱源として利用する。図１の実施例では、ボイラ４で生成した蒸気の一部を消化槽１６に導入して消化処理の熱源としている。また、蒸気タービン１０後の間接熱交換器１１の廃水（ボイラ水）を消化槽１６の添加水として使用し廃熱を有効利用している。なお、図示していないが、ボイラ４で熱回収された後の燃焼排ガスを消化処理の熱源として利用する方法としては、燃焼排ガスで消化槽１６あるいは消化槽１６への添加水を間接加熱する方法が考えられる。

また、本発明では、消化槽１６で生成した消化ガスを、ガス化溶融炉１の溶融熱源や燃焼炉３のパイロットバーナのガス源として利用する。また、この消化ガスをボイラ４で生成した蒸気を加熱する蒸気加熱炉９の熱源としても利用する。廃棄物ガス化溶融設備では廃棄物中に含まれるＣｌ、Ｎａ、Ｋ等の腐食性物質のために、ボイラ４に導入するガスの温度を高くすることができず、結果としてボイラ４で生成する蒸気の温度が３００℃程度と低くなり、この蒸気を蒸気タービン１０に導入して発電しようとしても、発電効率が約１５％と低くなる。発電効率を上げるためには、ボイラ４で生成した蒸気の加熱が必要となるが、この加熱に消化ガスを利用すれば、廃棄物処理系全体でのエネルギー効率を上げることができ、発電効率も上げることができる。例えば、蒸気を４００〜５００℃程度に加熱すれば、発電効率は２０〜２５％程度まで上がる。

また、本発明では、前処理装置１４で有機性廃棄物から除去した金属、プラスチック等の異物を乾燥させた残渣と共にガス化溶融炉１に投入する。有機性廃棄物のうち特に食品廃棄物には金属、プラスチック等の異物が混入しており、それが消化設備の機器を損傷するため、事前に前処理装置１４で有機性廃棄物から異物を除去する必要がある。この異物を残渣と共にガス化溶融炉１で処理することにより、廃棄物の最終処分量を低減でき、積み出し、運送のコスト等のトータルコストを低減できる。また、運送時のトラック等によるＣＯ_２排出量も低減できる。なお、前処理装置１４における異物の除去方法としては、金属については磁力を用いた磁選方式が、プラスチックについては気流を用いて比重の大小により分離する比重分離方式が好ましい。

また、本発明では、ガス化溶融炉１と燃焼炉３との間に設けられた集塵装置２によって捕集されたダストをガス化溶融炉１の溶融帯に投入する。ガス化溶融炉に投入される残渣は、主にカーボン及び灰分からなり、いわゆる揮発分が少ない。このような残渣をガス化溶融炉１に投入しても、残渣は炉内で乾燥及び熱分解の段階で微粉化し、炉下部の溶融帯に到達せずダストとして飛散するものが多い。したがって、これを集塵装置２で捕集し、ガス化溶融炉１の溶融帯に投入することで、ダスト中の灰分は溶解しスラグとしてマテリアルリサイクルができ、カーボン分は溶融エネルギーの一部を代替することができ、コークス等の外部エネルギーの使用量を削減できる。なお、捕集したダストはガス化溶融炉１下部の羽口１ａより定量供給することが好ましい。この場合、ダストを羽口１ａより燃料ガス、酸素と共に供給することが好ましいが、ダストのみを酸素濃度３０〜５０％程度の酸素富化空気と共に供給してもよい。また、設備簡略化のためにダストをガス化溶融炉１上部から投入する廃棄物を保管する廃棄物ピット（図示せず）に混合、攪拌後、ガス化溶融炉１上部から投入するようにしてもよい。

また、本発明では、消化槽１６にガス化溶融炉１から排出された灰を投入する。消化槽１６において良好な消化処理を維持するには、ｐＨ６．５〜８．２が最適であり、さらに消化（発酵）を担う微生物にとっては微量のミネラル分（重金属）が必要である。これに対して、ガス化溶融炉１から排出された灰には、微生物にとって必要な鉄、ニッケル、コバルト、銅、マンガン、ホウ素、亜鉛等のミネラル分が豊富に含まれているので、灰を消化槽に投入することで、新たにミネラル分を補充することなく良好な消化処理を維持できる。また、灰はアルカリ性であるので、これを消化槽１６に投入することで、ｐＨを上記のアルカリ領域に維持することも容易となる。投入された灰の一部は、消化槽１６で溶融するので、最終処分量の低減にも寄与する。

また、本発明では、脱水器１７からの余剰水を排水処理装置１８で排水処理し、余剰水中の窒素分及びりん分を濃縮して抽出し、この窒素分及びりん分をガス化溶融炉１で燃焼させる。余剰水には、窒素分、りん分等が濃縮して含まれており、そのまま下水道に放流すると富栄養化及び海水汚染が懸念される。そこで、余剰水を排水処理し膜分離等を行って余剰水中の窒素分及びりん分を濃縮して抽出し、さらにこれをガス化溶融炉で燃焼させることにより、りん分は安定した酸化物の形で灰に閉じ込められ、窒素分は排ガス処理で分解し、Ｎ_２として放出することができる。なお、燃焼炉３のノズル位置を工夫することにより、排ガス中のＮＯｘを脱硝することができる。

本発明の廃棄物処理方法を実施する廃棄物処理設備の全体構成を示す。

符号の説明

１ガス化溶融炉
２集塵装置
３燃焼炉
４ボイラ
５冷却塔
６バグフィルター
７ブロア
８煙突
９蒸気加熱炉
１０蒸気タービン
１１間接熱交換器
１２蒸気復水器
１３循環ポンプ
１４前処理装置
１５混合槽
１６消化槽
１７脱水器
１８排水処理装置
１９汚泥乾燥器
２０スクラバー

Claims

廃棄物をガス化溶融するガス化溶融炉とガス化溶融炉で生成した可燃性ガスを燃焼させる燃焼炉と燃焼炉の燃焼排ガスの熱回収を行うボイラとを備えた廃棄物ガス化溶融設備と、下水汚泥、食品廃棄物、厨芥等の有機性廃棄物を消化処理する消化槽を備えた消化設備とを用いた廃棄物処理方法であって、
消化設備の消化槽で有機性廃棄物を消化処理した後の残渣を、廃棄物ガス化溶融設備のボイラで生成した蒸気及び／又はボイラで熱回収された後の燃焼排ガスを用いて乾燥させた後に、ガス化溶融炉に投入することを特徴とする廃棄物処理方法。
前記残渣を乾燥した後の排ガスに、消化槽で前記残渣と共に得られた余剰水を噴霧して排ガス中の水分を凝縮させ、その後、前記排ガスを燃焼炉に導入すると共に前記凝縮水を消化設備用の水として利用する請求項１に記載の廃棄物処理方法。
廃棄物ガス化溶融設備のボイラで生成した蒸気及び／又はボイラで熱回収された後の燃焼排ガスを消化処理の熱源として利用する請求項１又は２に記載の廃棄物処理方法。
消化槽で生成した可燃性ガスを、ガス化溶融炉の溶融熱源及び／又は燃焼炉のパイロットバーナのガス源として利用する請求項１〜３のいずれかに記載の廃棄物処理方法。
消化槽で生成した可燃性ガスを、廃棄物ガス化溶融設備のボイラで生成した蒸気の加熱に利用する請求項１〜３のいずれかに記載の廃棄物処理方法。
消化設備に投入する前に有機性廃棄物から金属、プラスチック等の異物を除去し、除去した異物を前記乾燥させた残渣と共にガス化溶融炉に投入する請求項１〜５のいずれかに記載の廃棄物処理方法。
消化設備に投入する前に有機性廃棄物を破砕し、磁選及び／又は比重分離により金属、プラスチック等の異物を除去する請求項６に記載の廃棄物処理方法。
ガス化溶融炉と燃焼炉との間に設けられた集塵装置によって、ガス化溶融炉で生成した可燃性ガス中のダストを捕集し、捕集したダストをガス化溶融炉の溶融帯に投入する請求項１〜７のいずれかに記載の廃棄物処理方法。
消化槽にガス化溶融炉から排出された灰を投入する請求項１〜８のいずれかに記載の廃棄物処理方法。
消化槽で前記残渣と共に得られた余剰水を排水処理し、余剰水中の窒素分及びりん分を濃縮して抽出し、この窒素分及びりん分をガス化溶融炉で燃焼させる請求項１〜９のいずれかに記載の廃棄物処理方法。