JP2008049318A - 汚泥の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタプレス機のフィルタや乾燥機の内壁の清掃頻度を減らすと共に、臭気発生の低減を図る。
【解決手段】濃縮汚泥１に、その乾燥重量の０．２５倍以上の重量の炭化物２を加え、さらに、高分子凝集剤３を加えて混合撹拌槽で均一に混ざるまで撹拌する。前記混合撹拌槽内に沈殿したフロック４を回収し、これを脱水して脱水ケーキ５とする。この脱水ケーキ５の表面は炭化物２で被覆されているので、脱水機のフィルタに脱水ケーキ５が直接接触せず、フィルタが目詰まりしない。また、脱水ケーキ５を乾燥する際に、回転パドル、乾燥機の内壁に付着した汚泥が、添加した炭化物２によって除去されるので、これらの清掃頻度を減らすことができる。また、炭化物２によって汚泥が被覆されているので、汚泥の表面露出面積が小さく、工程中において、炭化物２の脱臭作用により、臭気発生が大幅に低減できる。
【選択図】図１

Description

この発明は、下水等の汚泥に脱水及び乾燥処理を施し、得られた乾燥汚泥に熱処理を施して汚泥炭化物とする汚泥の処理方法に関する。

下水等の処理施設において発生する汚泥に関しては、従来は、その汚泥を脱水した後に、その大部分が埋め立て又は焼却処分されていた。しかしながら、埋め立て用地の不足や、焼却処分による環境破壊が社会問題となり、特に最近になって、二酸化炭素の総排出量抑制のために、その汚泥をバイオマス燃料として有効活用しようという気運が高まり、その実用化のための研究開発が盛んに行われている。

上記バイオマス燃料は、火力発電所等で石炭燃料の代替として用いられ、その製造方法が数多く提案されている。例えば、特許文献１に示す方法は、原料となる汚泥をフィルタプレス機等で脱水して脱水汚泥とし、この脱水汚泥をミキサーに投入して撹拌しながら粒状とし、粒状となった汚泥を乾燥機に移し、乾燥機の回転ドラム内で徐々に乾燥し、粒状の乾燥汚泥とする。

上記乾燥汚泥はこのままバイオマス燃料として使用できるが、安定した燃焼特性を確保するために、この乾燥汚泥を分級機にかけて、所定サイズ範囲内の乾燥汚泥のみをバイオマス燃料として選別する。それ以外のサイズ範囲のものは再度ミキサーに戻し（循環返送乾燥汚泥）、上記脱水汚泥と混合して撹拌する。循環返送乾燥汚泥は脱水汚泥が粒状化する際の核として作用し、脱水汚泥の量が同じ条件下であれば、この核の数が多くなると、乾燥後に得られる粒状汚泥の個々の粒径は全体的に小さくなる。
特開２００５−２２０１９４号公報

上記汚泥には多くの水分が含まれているため、その乾燥には一般的に長時間を要する。そのため、乾燥時間を短縮するための方法も多く提案されている。例えば、特許文献２に示す方法においては、脱水した汚泥に顆粒状又は塊状の多孔質添加材を添加し、さらに、発酵を促進させるための有用微生物を添加する。
特開平９−３１４１９９号公報

上記汚泥の粒子は数μｍから数百μｍ程度で非常に細かいため、特許文献１に示す方法で、フィルタプレス機で汚泥の脱水を行うと、そのフィルタの目詰まりを生じやすい。そのため、頻繁にフィルタの清掃を行う必要があり、非常に手間を要する。

また、乾燥機内の汚泥は粘土状で粘度が高いために、乾燥機の内壁に付着しやすい。汚泥が乾燥機の内壁に付着すると、この汚泥の熱伝導率は、通常は鋼からなる乾燥機の熱伝導率よりも小さいため、乾燥機壁面における熱伝導が汚泥によって阻害される。熱伝導が阻害されると、乾燥機外部からの加熱が乾燥機内の汚泥に十分伝達されず、汚泥の乾燥が遅れるという問題が生じる。そのため、乾燥機の内壁に付着した粘土状の汚泥を一定時間ごとに除去する必要があり、これにも非常に手間を要する。

さらに、特許文献１及び２に示す方法は、汚泥粒子が表面に露出しているので、脱水、乾燥の各工程において大量の臭気が発生し、公害の原因となる恐れがある。

そこで、この発明は、フィルタプレス機のフィルタや乾燥機の内壁の清掃頻度を減らすことを第１の課題、処理工程における臭気の発生を低減することを第２の課題とする。

上記の課題を解決するため、この発明は、脱水機で汚泥の水分を圧搾する脱水工程の前に、この汚泥に炭化物を加えることとしたのである。

この発明によると、上記炭化物が汚泥を包み込んで被覆するので汚泥の粒子が拡散せず、その汚泥の脱水工程においてフィルタの目詰まりが生じにくく、フィルタを通して排出される濾過液の臭気は低下し、濁度は向上する。

また、炭化物は粘着性を有しないので、汚泥を包み込んだ炭化物は、この汚泥が乾燥機の内壁等に付着するのを防止し得る。したがって、フィルタや乾燥機の内壁等の清掃頻度を大幅に少なくすることができる。

上記添加物は均一に汚泥中に分散し、乾燥工程において、分散した炭化物を起点として汚泥内に亀裂が発生し汚泥をほぐすので、ほぐれて粒状となった汚泥の粒径は、ほぼ均等となる。

さらに、この汚泥は炭化物によって包み込まれているので表面露出面積が小さく、脱水、乾燥、及び、熱処理の各工程において、炭化物の脱臭作用により、臭気の発生を大幅に抑制することができる。

この発明の実施形態としては、濃縮汚泥に脱水及び乾燥処理を施して乾燥汚泥とし、その乾燥汚泥に熱処理を施して汚泥炭化物とする汚泥の処理方法において、前記濃縮汚泥に炭化物を加え、その濃縮汚泥の水分を脱水機で圧搾し、それを乾燥して乾燥汚泥とし、この乾燥汚泥及び炭化物の混合物に熱処理を施して汚泥炭化物とする構成を採用する。

この処理工程を図１に示して説明すると、混合撹拌槽に投入された濃縮汚泥１（含水率９６％）に炭化物２と高分子凝集剤３を加え、この混合撹拌槽の底に凝集沈殿した汚泥（フロック４）を回収し、このフロック４の水分を脱水機で圧搾して塊状の汚泥（脱水ケーキ５）（含水率７０％）とし、その脱水ケーキ５を原料受入ホッパーに一旦貯蔵し、この原料受入ホッパーから、加熱式の乾燥機に脱水ケーキ５を供給して乾燥させ、その脱水ケーキ５を粒状にほぐし、粒状となった乾燥汚泥６（含水率１０〜１５％）を乾燥汚泥ホッパーに一旦貯蔵し、この乾燥汚泥ホッパーから炭化炉に乾燥汚泥６を供給して、炭化炉で加熱して、はじめに投入した濃縮汚泥の全量を所望の大きさの範囲に含まれる汚泥炭化物７とする。

上記混合撹拌槽に加える上記炭化物２として、木炭破砕物、活性炭、ごみ炭化物、あるいは、図１に示す工程で最終的に得られた、汚泥炭化物７を用いることができる。

上記炭化物２の添加量は、混合撹拌槽に投入された濃縮汚泥１の乾燥重量の０．２５倍以上とすることが好ましい。これ以下の添加量では、脱水及び乾燥の各工程において、炭化物２でフロック４及び脱水ケーキ５の表面を炭化物２で被覆することができなくなるので、脱水ケーキ５が直接フィルタに接触して脱水機のフィルタに目詰まりを生じたり、乾燥機での乾燥中に、乾燥機内で汚泥を回転撹拌する回転パドルや乾燥機の内壁に汚泥が付着したり、あるいは、炭化物２の添加量が不十分なために十分な脱臭効果が得られなかったりする恐れがある。

また、上記被覆が不十分となると、表面に露出した汚泥からの臭気発生の恐れもある。

上記炭化物２の粒径は、フィルタプレス機のフィルタを目詰まりさせないために、そのフィルタの網目より十分大きいこと、具体的には１〜２０ｍｍの範囲であることが好ましい。

また、上記高分子凝集剤３として、主にカチオン系ポリマーが有効であるが、汚泥の種類によっては、これにノニオン系ポリマーを併用すると、濃縮汚泥１からのフロック生成をより効果的に行なうことができる。

上記フロック４は、フィルタプレス機やベルトプレス機等の脱水機で脱水され、フィルタプレス機では２枚のフィルタの間にフロック４を挟み、そのフロック４に圧力を負荷して押し潰し、フロック４中の水分を圧搾する。一方、ベルトプレス機では対向して回転する２本のベルトの間にフロック４を挟み、フロック４が２本のベルトの間を搬送されて通過する間にフロック４中の水分を圧搾する。

上記フィルタプレス機は、粒径の細かい汚泥を脱水すると目詰まりを生じやすいが、汚泥に炭化物２を加えると、その炭化物２が汚泥の表面を被覆し、汚泥が直接フィルタの表面に接触するのを抑制するため、目詰まりが生じにくくなる。そのため、フィルタの清掃頻度を大幅に減らすことができ、清掃コストの削減に寄与する。

また、炭化物２が汚泥の表面を被覆することで、工程中の臭気の発生が大幅に抑制でき、フィルタを通して排出される濾過液の臭気は低下し、濁度は向上するので、作業環境の改善を図ることができる。

上記脱水ケーキ５の内部には炭化物２が分散し、脱水ケーキ５が粘着性を有するのに対して、炭化物２は粘着性を有しない。そのため、図２に示すように、この脱水ケーキ５を乾燥機で乾燥すると、脱水ケーキ５の内部に分散した炭化物２が脱水ケーキ５から部分的に剥離し、その剥離を起点として亀裂８が発生し、この亀裂８が脱水ケーキ５の全体に広がり、最終的に、この脱水ケーキ５が亀裂８によりほぐれて粒状の乾燥汚泥となる。

しかも、上記炭化物２は脱水ケーキ５の中に熱の伝播、水分蒸発に適した小さな粒径となって均一に分散しているので、上記亀裂８によって、脱水ケーキ５はほぼ同サイズの乾燥汚泥６となる。そのため、この乾燥汚泥６をサイズによって分級する必要がなく、そのほぼ全量を乾燥汚泥として回収することができるので非常に効率がよい。

また、ほぐれて粒状となった乾燥汚泥６の表面に炭化物２が露出し、この炭化物２は乾燥汚泥６が回転パドルや乾燥機の内壁に接触するのを阻止し、乾燥汚泥６が回転パドル等に付着しても、乾燥汚泥６の表面に露出した炭化物２が付着した乾燥汚泥６を削り落として除去するので、回転パドル等の清掃頻度を大幅に減らすことができ、清掃コストの削減に寄与する。また、乾燥工程においても、脱水工程と同様に臭気の発生が大幅に抑制される。

ここで得られた粒状の乾燥汚泥６の含水率は１０〜１５％と低く、しかも粒径が均一なので、良質なバイオマス燃料として利用できる。

また、炭化炉における乾燥汚泥６の炭化処理では、汚泥が粉末状態の場合、炭化炉が高温となるためこの粉末が自然着火しやすく、それにより炉体を傷めることがあるが、この乾燥汚泥６は粒状なので自然着火することがほとんどない。そのため、炉体を傷めることなく炭化処理を行うことができる。

上記炭化処理によって得られた汚泥炭化物７は、濃縮汚泥１に添加する炭化物２として再利用することもできる。そのため、新たに炭化物２を購入する必要がなく、処理コストの低減に寄与する。

上記図１の工程に従って、下水処理によって生じた濃縮汚泥１を処理した。まず、濃縮汚泥１に、その乾燥重量の０．５倍に相当する重量の破砕した木炭２（サイズ範囲が約１〜２０ｍｍ、平均サイズが約１０ｍｍ）を加え、混合撹拌槽で均一に混ざるまで撹拌した。

さらに、その混合撹拌槽に、前記濃縮汚泥１の乾燥重量の１．３％に相当する重量のカチオン系高分子凝集剤３を加えて均一に混ざるまで撹拌した。

上記混合撹拌槽で撹拌を続けると、混合撹拌槽の底にフロック４が沈殿するので、そのフロック４を回収して、それをスネークポンプでフィルタプレス機に一定量供給し、２枚のフィルタでそのフロック４を挟み込み、フィルタに１ＭＰａの圧力を印加してそのまま３０分間保持し、フロック４に含有される水分を搾り出し脱水して脱水ケーキ５を得た。この脱水ケーキ５の表面は木炭２で被覆され、個々の粒径が小さい脱水ケーキ５がフィルタに直接接するのを阻止するので、脱水ケーキ５によるフィルタの目詰まりは生じにくい。

上記フィルタプレス機の代わりにベルトプレス機を用いてもよく、その場合、ベルトの送り速度を毎分４５０ｍｍとすれば、フィルタプレス機を用いた場合と比較して、含水率が５〜１０％程度高い脱水ケーキ５しか得られないが、連続処理が可能なので生産性が向上する。

上記脱水ケーキ５を原料受入ホッパーに一旦貯蔵し、この原料受入ホッパーから乾燥機に脱水ケーキ５を移した。乾燥機での処理による脱水ケーキ５の乾燥と亀裂８の導入を促進するために、乾燥機内で脱水ケーキ５を撹拌する回転パドルを加熱し、その回転パドルで脱水ケーキ５を加熱しながら撹拌した。回転パドルを加熱するために、回転パドルの回転軸の軸内に熱媒体の流路を設け、その流路に１５０℃に加熱した熱媒油を流動させた。この流路に流動させる熱媒体は油に限定されず、高温水蒸気等を用いることもできる。この実施例では、回転パドルの回転速度は毎分６０回、乾燥時間は６０分間とした。

次に、粒状となった上記乾燥汚泥６を乾燥汚泥ホッパーに一旦貯蔵し、この乾燥汚泥ホッパーから炭化炉に乾燥汚泥６を供給し、６００℃で６０分間の加熱処理を行い、汚泥炭化物７を得た。この汚泥炭化物７は、上記バイオマス燃料として用いることもでき、また、炭化炉での処理により有機物成分の大部分が燃焼し、乾燥汚泥６と比較して大幅に減容しているので、埋め立てに際して、広い埋め立て用地を確保する必要がないというメリットがある。

この発明の処理の流れを示すフローチャート 炭化物による脱水ケーキの粒状化を示す作用図

符号の説明

１ 濃縮汚泥
２ 炭化物
４ フロック
５ 脱水ケーキ
６ 乾燥汚泥
７ 汚泥炭化物

Claims (4)

1. 濃縮汚泥（１）に脱水及び乾燥処理を施して乾燥汚泥（６）とし、その乾燥汚泥（６）に熱処理を施して汚泥炭化物（７）とする汚泥の処理方法において、
   前記濃縮汚泥（１）に、汚泥の粒状化を促進する炭化物（２）を加え、前記濃縮汚泥中に沈殿した汚泥沈殿物（４）の水分を脱水機で圧搾して塊状の汚泥（５）とし、その塊状の汚泥（５）を加熱式乾燥機で撹拌しながら乾燥し、その乾燥とともに塊状の汚泥（５）をほぐして所望の大きさの範囲に含まれる粒状の乾燥汚泥（６）とし、その乾燥汚泥（６）に熱処理を施して汚泥炭化物（７）としたことを特徴とする汚泥の処理方法。
2. 上記汚泥沈殿物（４）、塊状の汚泥（５）、及び、乾燥汚泥（６）の表面を上記炭化物（２）で被覆して上記汚泥の表面露出面積を小さくし、上記脱水、乾燥、及び、熱処理の各工程において、炭化物（２）の脱臭作用により、臭気の発生を低減したことを特徴とする請求項１に記載の汚泥の処理方法。
3. 上記濃縮汚泥（１）に加える上記炭化物（２）として、木炭破砕物、活性炭、ごみ炭化物、上記汚泥炭化物（７）から選択される単一の又は複数の炭化物（２）を用いたことを特徴とする請求項１又は２に記載の汚泥の処理方法。
4. 上記炭化物（２）の添加量が、上記濃縮汚泥（１）中の汚泥乾燥重量の０．２５倍以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の汚泥の処理方法。

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