JP2009148650A - 活性余剰汚泥の処理方法、固形燃料の製造方法および固形燃料 - Google Patents

Abstract

【課題】活性余剰汚泥中に存在する微生物細胞を破壊して細胞内部の水を外部に引き出すことにより、含水率を大幅に低下させることができる活性余剰汚泥の処理方法、並びにそれを用いた固形燃料の製造方法および固形燃料を提供する。
【解決手段】含水率が９４重量％以上の状態の活性余剰汚泥の中に、水蒸気を直接噴きこんで加熱処理を行う。水蒸気の噴きこみにより活性余剰汚泥を対流させて活性余剰汚泥と蒸気とを接触させ、微生物細胞を破壊する。また、水蒸気による加熱により、微生物集団およびそれを構成する微生物細胞から流出したタンパク質や核酸などの生体高分子が熱変性し、それが凝集剤として機能する。
【選択図】図１

Description

本願発明は、下水処理場、し尿処理場、又は各種生産工場などから生物処理によって排出される活性余剰汚泥の処理方法、並びに、それを用いた固形燃料の製造方法および固形燃料に関する。

各種排水処理工程において排出される活性余剰汚泥は、生物処理により排出された有機性廃水に含まれる有機性の余剰汚泥であり、一般には、脱水により含水率を低下させて肥料として再資源化したり、又は焼却により減量化した後、産業廃棄物として埋立て処理がされている。

しかし、活性余剰汚泥は含水率が８０重量％程度と高く、固形分の割合が小さいので、全体容量が嵩んでしまう。このため、処理地への輸送費、または焼却のための燃料費などが高額となっていた。よって、活性余剰汚泥の含水率を低下させることにより処理費用を削減し、又は減少しつつある廃棄用地を有効利用することが強く望まれていた。

活性余剰汚泥の減量化を目的とした技術としては、例えば、下記に示すものがある。
特許文献１は、生物酸化槽から余剰汚泥を抜き出して液化容器に移し、ｐＨを８から１４に調整すると共に、１１０℃から２５０℃で１０秒から３時間加熱して微生物による分解が可能な状態に液化した後、処理した汚泥を中和装置でｐＨを５から８に調整して再び生物酸化槽に返送し、再び生物分解を行わせるものである。

特許文献２は、余剰汚泥を生物処理する前に、まず、汚泥に酸を添加して加熱処理により粘度を低下させ、次に、タンパク質分解酵素又は細胞壁分解酵素の何れか又は両方を加水分解処理酵素として添加して余剰汚泥を可溶化した後に、生物処理槽に返流し、生物処理するものである。

特許文献３は、廃水の生物処理で生じる活性余剰汚泥を、超音波処理槽で超音波処理することにより物理的に可溶化して分散性を高め、酸発酵し易くした後、汚泥を酸発酵槽で効率良く酸発酵させて生物反応的による可溶化を行ない、この可溶化された処理物を、酸発酵処理物返送ラインで活性余剰汚泥処理槽に返送するものである。
特開２００３−２４５６９３号公報 特開２００４−４１９２５号公報 特開２００４−３２１８８３号公報

しかしながら、これらに開示された技術は、減量化を目的とするものではあるが、実際には工程が煩雑であることに加え、処理の効率性に欠け、かつ、処理コストを低減することが難しかった。

例えば、特許文献１では、余剰汚泥を加熱して微生物による分解が可能な状態に液化させる工程を行った後、再び生物酸化槽に戻して微生物処理により減量を行うので、結局、減量化は活性汚泥の生物処理反応に依存する。よって、加熱処理のために余剰汚泥を一旦別容器に移すという工程が必要となり煩雑であると共に、微生物による活性処理に必要な時間は微生物の活性力に支配されるので、処理時間を直接制御することが難しいという問題があった。

特許文献２でも、前処理として、余剰汚泥に酸を添加して加熱処理を行い汚泥の粘度を低下させた後に、加水処理分解酵素を添加して可溶化しているので、特許文献１と同様に、余剰汚泥を移して処理しなければならず煩雑であるという問題があった。

特許文献３は、特許文献１，２とは超音波を用いている点で異なるが、やはり活性余剰汚泥を移して処理しなければならない点は同様であり、煩雑であるという問題があった。

また、特許文献１から３では、これらの工程の後に脱水により汚泥の減量化を図っており、脱水の一般的方法として加熱により水分を蒸発させている。しかし、生物処理後の活性余剰汚泥の中には大量の微生物が活性の状態で残っており、細胞内に大量の水分を含んでいるので、加熱エネルギーの大部分は細胞内の水分を除去するための潜熱として消費されてしまう。よって、活性余剰汚泥の温度が上昇しにくく、エネルギー効率が非常に悪い。

その結果、乾燥した汚泥が有する熱量（一般に５，０００ｋｃａｌ／ｋｇから６，０００ｋｃａｌ／ｋｇ）よりも、活性余剰汚泥から水分を蒸発させるのに必要な熱量の方が大きくなってしまう。従って、乾燥した汚泥の利用度は低く、僅かに、セメント原料に利用したり、焼却残さを土壌改良剤に利用したり、または溶融加工して土木あるいは建設資材として利用するのみであった。一方、焼却処分する場合も、焼却場への運搬費用が高額となり、また、焼却時の燃焼温度が低いとダイオキシンの発生により環境への影響が強く懸念されるので、燃焼温度を高くするために燃料費用が高額となっていた。

本願発明は、このような問題に基づきなされたものであり、活性余剰汚泥中に存在する微生物細胞を破壊して細胞内部の水を外部に引き出すことにより、含水率を大幅に低下させることができる活性余剰汚泥の処理方法、並びにそれを用いた固形燃料の製造方法および固形燃料を提供することを目的とする。

本発明の活性余剰汚泥の処理方法は、生物処理によって排出された有機性廃水に含まれる活性余剰汚泥を減量化するものであって、含水率が９４重量％以上の状態の活性余剰汚泥に、水蒸気を直接噴きこんで加熱処理を行う水蒸気噴きこみ工程を含むものである。

本発明の固形燃料の製造方法は、生物処理によって排出された有機性廃水に含まれる活性余剰汚泥を用いたものであって、含水率が９４重量％以上の状態の活性余剰汚泥に、水蒸気を直接噴きこんで加熱処理を行う水蒸気噴きこみ工程を含むものである。

本発明の固形燃料は、生物処理によって排出された有機性廃水に含まれる活性余剰汚泥を用いたものであって、含水率が９４重量％以上の状態の活性余剰汚泥に、水蒸気を直接噴きこんで加熱処理を行った後、水分を除去することにより得られたものである。

本発明の活性余剰汚泥の処理方法および固形燃料の製造方法によれば、含水率が９４重量％以上の状態の活性余剰汚泥に、水蒸気を直接噴きこんで加熱処理を行うようにしたので、水蒸気の噴きこみにより活性余剰汚泥を対流させて活性余剰汚泥と蒸気とをより多く接触させ、活性余剰汚泥に含まれる微生物細胞を破壊して、細胞内の水分を外部に取り出すことができる。また、水蒸気による加熱により、微生物集団およびそれを構成する微生物細胞から流出したタンパク質や核酸などの生体高分子が熱変性し、それが凝集剤として機能することによって、活性余剰汚泥を容易に固液分離することができる。よって、活性余剰汚泥の固形分を効率的に集めつつ、含水率を容易に低下させることができる。

従って、本発明の固形燃料によれば、本発明の固形燃料の製造方法により容易に得ることができるので、活性余剰汚泥を容易に燃料化することができ、産業廃棄物の再利用を図ることができる。

特に、水蒸気噴きこみ工程において、活性余剰汚泥の平均温度を芽胞形成微生物が芽胞を形成する芽胞形成温度よりも低くするようにすれば、芽胞の形成を防止することができ、微生物細胞をより効果的に破壊することができる。

また、水蒸気噴きこみ工程において、活性余剰汚泥１ｍ^３に対して２０ｋｇ以上の水蒸気を噴きこむようにすれば、または、活性余剰汚泥に噴きこむ水蒸気圧を９．８Ｎ／ｃｍ^２以上とするようにすれば、活性余剰汚泥と水蒸気とをより接触させて、微生物細胞をより効果的に破壊することができる。

更にまた、水蒸気噴きこみ工程において、活性余剰汚泥の平均温度を３０℃以上８５℃以下とするようにすれば、含水率をより低下させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態に係る活性余剰汚泥の処理方法は固形燃料の製造方法としても用いることができるので、以下においてあわせて説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る活性余剰汚泥の処理方法および固形燃料の製造方法の工程を表すものであり、図２は、本発明の一実施の形態に係る活性余剰汚泥の処理方法および固形燃料の製造方法に用いる装置の構成を表すものである。

この活性余剰汚泥の処理方法および固形燃料の製造方法では、まず、例えば、下水処理場、し尿処理場、化学工場または食品工場などの各種工場において微生物活性処理されて排出されて来た有機性廃水Wを生物処理槽１に一旦集積貯留させる（集積貯留工程；ステップＳ１１０）。生物処理槽１の内部では、なお生物処理が進行している状態にある。

次いで、必要に応じて、生物処理槽１から所定量の有機性廃水Ｗを沈殿槽２に移送し、所定時間の静置によって沈殿分離による固液分離を行う（固液分離工程；ステップＳ１２０）。これにより有機性廃水Ｗに含まれる活性余剰汚泥Ｓを沈殿させる。なお、ここでの沈殿は自然沈殿によっているが、必要により適宜の凝集剤を用いて沈殿を促進させるようにしても良い。

続いて、沈殿槽２の槽下部に沈殿した活性余剰汚泥Ｓを加熱処理槽３に移送する。このときの活性余剰汚泥Ｓの含水率は通常９０重量％以上であり、かつ活性微生物が８０重量％以上を占める。なお、本明細書における活性余剰汚泥Ｓの含水率は、乾燥減量法により求めたものである。具体的には、赤外線照射により試料を乾燥固化させて、含まれていた水分の蒸発による質量変化から水分率を求める水分率計により求めることができる。

加熱処理槽３は、これに限定するものではないが、例えば容量１００ｔ程度を有する円筒形状であり、沈殿槽２からその処理能力に合わせて間欠的に又は連続的に移送された５０ｔから６０ｔの活性余剰汚泥Ｓを貯留している。この活性余剰汚泥Ｓの移送は、例えば、加熱処理槽３の上部よりバッチ式（回分式）で行う。加熱処理槽３の底部には、水蒸気Ｍを活性余剰汚泥Ｓの中に直接噴出すための噴出管路４が配設されている。

噴出管路４には、水蒸気Ｍを噴出すための多数の噴出口４１が形成されている。また、噴出管路４には、図示しない貫流ボイラなどの外部の供給源から水蒸気Ｍを供給する蒸気供給管５が開閉弁５１を介して連結されている。加熱処理槽３の内部には液温センサ３１が配設されており、液温センサ３１からの情報に基づいて開閉弁５１を調節して供給する水蒸気Ｍを調整できるようになっていることが好ましい。また、必要に応じて、加熱処理槽３の内部に図示しない攪拌機を設け、活性余剰汚泥Ｓの対流を促進させるようにしてもよい。

このような加熱処理槽３を用い、加熱処理槽３の内部に貯留させた活性余剰汚泥Ｓの中に、噴出管路４の噴出口４１を介して水蒸気Ｍを直接噴きこみ、活性余剰汚泥Ｓを加熱処理する（水蒸気噴きこみ工程；ステップＳ１３０）。その際、活性余剰汚泥Ｓの含水率を９４重量％以上とする。例えば、加熱処理槽３に貯留させた活性余剰汚泥Ｓの含水率が９４重量％以上である場合にはそのまま水蒸気Ｍを噴きこむ。活性余剰汚泥Ｓの含水率が９４重量％よりも低い場合には、例えば、水を添加して含水率を９４重量％以上とした後に水蒸気Ｍを噴きこむか、または、水蒸気Ｍを噴きこんで含水率を９４重量％以上とすることが好ましい。水蒸気Ｍの噴きこみにより活性余剰汚泥Ｓを対流させて活性余剰汚泥Ｓを水蒸気Ｍとより多く接触させるためである。なお、活性余剰汚泥Ｓの含水率は高くてもよく、すなわち１００重量％未満であればよい。

この水蒸気Ｍによる衝撃により、活性余剰汚泥Ｓに含まれる微生物細胞は破壊され、細胞内の水分は外部に流出する。また、水蒸気Ｍによる加熱により、微生物集団およびそれを構成する微生物細胞から流出したタンパク質や核酸などの生体高分子が熱変性し、凝集剤として機能して、活性余剰汚泥Ｓの固形分を凝集させる。

なお、活性余剰汚泥Ｓが芽胞を形成する芽胞形成微生物を含む場合には、芽胞形成微生物が芽胞を形成する芽胞形成温度よりも活性余剰汚泥Ｓの平均温度が低くなるように水蒸気Ｍの量を調整することが好ましい。芽胞が形成されると微生物細胞が破壊されにくくなるからである。芽胞形成微生物としては、例えば、バシラス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）属細菌がある。

活性余剰汚泥Ｓに噴きこむ水蒸気量は、活性余剰汚泥１ｍ^３に対して２０ｋｇ以上とすることが好ましい。すなわち、活性余剰汚泥１ｍ^３に対して２０ｋｇの水を水蒸気として噴きこむことが好ましい。活性余剰汚泥Ｓと水蒸気Ｍとをより接触させて、微生物細胞をより効果的に破壊することができるからである。水蒸気量は多くてもよいが、あまり多いと活性余剰汚泥Ｓの温度制御が難しくなり、また、時間もかかるので、活性余剰汚泥１ｍ^３に対して９０ｋｇ以下が好ましく、４０ｋｇ以上５０ｋｇ以下であればより好ましい。

活性余剰汚泥Ｓに噴きこむ水蒸気圧は、９．８Ｎ／ｃｍ^２（９．８×１０^４Ｐａ）以上とすることが好ましく、２４．５Ｎ／ｃｍ^２（２４．５×１０^４Ｐａ）以上とすればより好ましい。活性余剰汚泥Ｓと水蒸気Ｍとをより接触させて、微生物細胞をより効果的に破壊することができるからである。水蒸気圧は高くてもよいが、あまり高くすると活性余剰汚泥Ｓの温度が速く上昇してしまい、温度の制御が難しくなるので、例えば４９Ｎ／ｃｍ^２（４９×１０^４Ｐａ）以下とすることが好ましい。

活性余剰汚泥Ｓの平均温度は３０℃以上８５℃以下とすることが好ましい。微生物集団およびそれを構成する微生物細胞から流出したタンパク質や核酸などの生体高分子は、水蒸気Ｍとの接触により部分的に加熱され、熱変性するので、平均温度は高くする必要はないが、水蒸気Ｍと十分に接触させるには、この程度の温度上昇は見られるからである活性余剰汚泥Ｓの平均温度は３０℃以上７０℃以下、更には３０℃以上６０℃以下、更には３０℃以上５０℃未満となるようにすればより好ましい。含水率をより低下させることができるからである。

加えて、活性余剰汚泥Ｓに水蒸気Ｍを噴きこむ加熱処理時間は、例えば数秒から２０時間程度とすることが好ましい。活性余剰汚泥Ｓに水蒸気Ｍを十分に接触させることができれば、短時間でも効果を得ることができ、また、長時間にわたって行っても特に問題はないからである。

この水蒸気噴きこみ工程を行った後、活性余剰汚泥Ｓから水分を除去し含水率を低下させる（水分除去工程；ステップＳ１４０）。例えば、まず、活性余剰汚泥Ｓを圧縮濾過手段を備えたベルトプレス式などの脱水装置６ａに移送し、固液分離により脱水する（脱水工程；ステップＳ１４１）。活性余剰汚泥Ｓは、脱水装置６ａにより圧縮濾過されるが、必要により無機または高分子の凝集剤を添加して固液分離の効率化を図るようにしても良い。また、必要に応じて、圧縮濾過した活性余剰汚泥Ｓを、対向当接型のローラ式などの脱水装置６ｂに移送し、更に脱水するようにしてもよい。

次いで、例えば、脱水した活性余剰汚泥Ｓを乾燥させる（乾燥工程；ステップＳ１４２）。乾燥工程では、例えば、活性余剰汚泥Ｓをそのまま積極的に加熱せずに常温で放置（自然放置）して乾燥させるようにしてもよい。その際、活性余剰汚泥Ｓを小粒状あるいは紐状などの種々の断面小口で細分化して、体積当たりの表面積が大きくなるようにしてもよい。細分化すれば空気との接触面積が増えてより自然放散の効率が高まるので好ましい。

また、活性余剰汚泥Ｓを単に放置するのではなく、空気を積極的に流通させながら乾燥させるようにしてもよい。空気を積極的に流通させるようにすれば、より効率的に乾燥させることができるので好ましい。

更に、含水率を限りなく“ゼロ”に近づけるために、活性余剰汚泥Ｓをドラム回転型乾燥機７などの乾燥機を用いて乾燥させるようにしてもよい。ドラム回転型乾燥機７のドラム内には空気を強制流通させても良く、その他にも乾燥空気や温風を用いるようにしても良い。加熱する場合には、１０℃以上１２０℃以下の温度雰囲気とすることが好ましく、２０℃以上４０℃以下の温度雰囲気とすればより好ましい。これにより、本実施の形態に係る固形燃料が得られる。

このように本実施の形態によれば、含水率が９４重量％以上の状態の活性余剰汚泥Ｓに、水蒸気Ｍを直接噴きこんで加熱処理を行うようにしたので、水蒸気Ｍの噴きこみにより活性余剰汚泥Ｓを対流させて活性余剰汚泥と水蒸気とをより多く接触させ、微生物細胞を破壊して、細胞内の水分を外部に取り出すことができる。また、水蒸気による加熱により、微生物集団およびそれを構成する微生物細胞から流出したタンパク質や核酸などの生体高分子が熱変性し、それが凝集剤として機能することによって、活性余剰汚泥Ｓを容易に固液分離することができる。よって、活性余剰汚泥Ｓの固形分を効率的に集めつつ、含水率を容易に低下させることができる。

従って、活性余剰汚泥Ｓを容易に燃料化することができ、固形燃料として産業廃棄物の再利用を図ることができる。

特に、水蒸気噴きこみ工程（ステップＳ１３０）において、活性余剰汚泥Ｓの平均温度を芽胞形成微生物が芽胞を形成する芽胞形成温度よりも低くするようにすれば、芽胞の形成を防止することができ、微生物細胞をより効果的に破壊することができる。

また、水蒸気噴きこみ工程（ステップＳ１３０）において、活性余剰汚泥１ｍ^３に対して２０ｋｇ以上の水蒸気を噴きこむようにすれば、または、活性余剰汚泥Ｓに噴きこむ水蒸気圧を９．８Ｎ／ｃｍ^２以上とするようにすれば、活性余剰汚泥Ｓと水蒸気Ｍとをより接触させて、微生物細胞をより効果的に破壊することができる。

更にまた、水蒸気噴きこみ工程（ステップＳ１３０）において、活性余剰汚泥Ｓの平均温度を３０℃以上８５℃以下、更には３０℃以上７０℃以下、更には３０℃以上６０℃以下、更には３０℃以上５０℃未満とするようにすれば、含水率をより低下させることができる。

さらに、実施例に基づいて具体的に説明する。

（実施例１）
上記実施の形態において説明したようにして有機性廃水Ｗから沈殿により分離した含水率９８重量％以上の活性余剰汚泥Ｓに、水蒸気Ｍを直接噴きこんで加熱処理を行った。その際、水蒸気Ｍは、設定ゲージ圧９．８Ｎ／ｃｍ^２で、蒸気量は余剰汚泥１ｔ当たり５０ｋｇに設定し、活性余剰汚泥Ｓの平均温度は６０℃程度となるようにした。

次いで、水蒸気噴きこみ工程を行った活性余剰汚泥Ｓをベルトプレス式の脱水装置６ａにより脱水した。用いた脱水装置６ａは、毎時７．５ｔ、濾布幅１．５ｍで投入される活性余剰汚泥Ｓを、毎分０．４５ｍのベルト速度で圧縮濾過する能力を有するものである。これにより活性余剰汚泥Ｓは、毎分５０ｃｍの速度で圧縮濾過されて厚さ約２２ｍｍ厚の板状に成形された。脱水処理直後における活性余剰汚泥Ｓの含水率は、８０重量％程度であった。続いて、脱水した活性余剰汚泥Ｓを板状のまま自然放置して乾燥させたところ、活性余剰汚泥Ｓの含水率は、約６時間後には６３重量％から６８重量％まで低下し、約４０時間経過後には２０重量％から２５重量％まで低下していた。

また、脱水装置６ａにより脱水した活性余剰汚泥Ｓを対向当接型のローラ式の脱水装置６ｂに移送し、周速度１０ｍ／分のローラで１ｍｍから３ｍｍの薄板状に加工した。そののち、約３０分間程度自然放置をしたところ、活性余剰汚泥Ｓの含水率は１５重量％以下まで低下していた。

更にまた、脱水装置６ｂにより脱水した活性余剰汚泥Ｓを回転ドラム型乾燥機７を用いて１０分間乾燥させた。用いた回転ドラム型乾燥機７の仕様は、ドラム口径φ：０．３８ｍ、ドラム長さ：２．４２ｍ、回転ドラム回転数：１０ｒｐｍ、吹き込み空気温度：２５℃、通気風量：３０（ｍ^３／分）である。乾燥後の活性余剰汚泥Ｓの含水率は５重量％以下であった。

これに対して、有機性廃水Ｗから沈殿により分離した活性余剰汚泥Ｓを水蒸気噴きこみ工程を行わずに脱水装置６ａで脱水を行ったところ、活性余剰汚泥Ｓの含水率は８２重量％であった。また、脱水装置６ａにより脱水した活性余剰汚泥Ｓを脱水装置６ｂで脱水したのち回転ドラム型乾燥機７により乾燥させても、活性余剰汚泥Ｓの含水率は８１．５重量％であった。

すなわち、水蒸気噴きこみ工程を行えば、活性余剰汚泥Ｓの含水率を大幅に低下させることができることがわかった。また、活性余剰汚泥Ｓを脱水したのちは自然乾燥により含水率を低下させることができることもわかった。

（実施例２−１，２−２）
底部近傍に水蒸気Ｍの噴出口を設けた加熱処理槽の中に活性余剰汚泥Ｓを入れ、水蒸気Ｍを活性余剰汚泥Ｓの中に直接噴きこんで加熱処理を行った。実施例２−１では、水蒸気Ｍを噴きこむ前の含水率が９６．０２重量％の活性余剰汚泥Ｓを用い、水蒸気圧は９．８Ｎ／ｃｍ^２、水蒸気Ｍの噴きこみ量は活性余剰汚泥１ｍ^３に対して７３ｋｇとし、活性余剰汚泥Ｓの平均温度は５０℃まで上昇した。また、実施例２−２では、水蒸気Ｍを噴きこむ前の含水率が９８．５２重量％の活性余剰汚泥Ｓを用い、水蒸気圧は２４．５Ｎ／ｃｍ^２、水蒸気Ｍの噴きこみ量は活性余剰汚泥１ｍ^３に対して８６ｋｇとし、活性余剰汚泥Ｓの平均温度は６０℃まで上昇した。

次いで、水蒸気噴きこみ工程を行った活性余剰汚泥Ｓをスクリュープレス式の脱水装置により脱水した。脱水処理直後の活性余剰汚泥Ｓについて含水率をそれぞれ調べたところ、実施例２−１は８１．１７重量％であり、実施例２−２は８０．９１重量％であった。

続いて、実施例２−１について、脱水した活性余剰汚泥Ｓを気温３０℃で３時間にわたって天日干しをしたところ、含水率は４６．８７重量％まで低下した。更に、実施例２−１について、天日干しした活性余剰汚泥Ｓを細かく砕いて粒状としたのち、気温３０℃で３時間にわたって天日干しをしたところ、含水率は１２．６４重量％まで低下した。また、実施例２−２について、脱水した活性余剰汚泥Ｓを気温３０℃で４時間にわたって天日干しをしたところ、含水率は６３．００重量％まで低下した。次いで、実施例２−２について、天日干しした活性余剰汚泥Ｓを細かく砕いて粒状としたのち、気温３０℃で３時間にわたって天日干しをしたところ、含水率は１３．８３重量％まで低下した。更に、実施例２−２について、脱水した活性余剰汚泥Ｓを気温２８℃、湿度３５％の室内において１４時間放置して乾燥させたところ、含水率は３３．３０％まで低下した。得られた結果を表１に示す。なお、含水率を１２．６４重量％まで低下させた実施例２−１の活性余剰汚泥Ｓおよび含水率を１３．８３重量％まで低下させた実施例２−２の活性余剰汚泥Ｓについて、着火試験を行ったところ、容易に着火し燃焼することが確認された。

すなわち、水蒸気噴きこみ工程を行えば、自然乾燥により活性余剰汚泥Ｓの含水率を十分低下させることができると共に、乾燥させたものは燃料として利用できることがわかった。

また、水蒸気噴きこみ前後の活性余剰汚泥Ｓについて顕微鏡による観察を行った。図３Ａは水蒸気噴きこみ前の活性余剰汚泥Ｓの顕微鏡写真であり、図３Ｂは水蒸気噴きこみ後の活性余剰汚泥Ｓの顕微鏡写真である。図３Ａの水蒸気噴きこみ前には糸状性微生物および大型微生物などの微生物の塊が見られるのに対して、図３Ｂの水蒸気噴きこみ後には微生物の塊が概ね消失していた。すなわち、水蒸気噴きこみにより微生物細胞が破壊されることがわかった。また、図３Ｂの水蒸気噴きこみ後の活性余剰汚泥Ｓでは、破壊された微生物細胞が熱により変性したタンパク質と核酸に絡みとられて凝集している様子が見られた。すなわち、加熱により微生物細胞から流出した内容物が変性し、凝集剤として機能することがわかった。

（実施例３−１，３−２，４−１，４−２）
底部近傍に水蒸気Ｍの噴出口を設けた加熱処理槽の中に活性余剰汚泥Ｓを入れ、水蒸気Ｍを活性余剰汚泥Ｓの中に直接噴きこんで加熱処理を行った。実施例３−１，３−２では、水蒸気Ｍを噴きこむ前の含水率が９９．６２重量％の活性余剰汚泥Ｓを用い、実施例４−１，４−２では、水蒸気Ｍを噴きこむ前の含水率が９９重量％以上の活性余剰汚泥Ｓを用いた。水蒸気圧はいずれも９．８Ｎ／ｃｍ^２とし、水蒸気の噴きこみは活性余剰汚泥Ｓの平均温度が実施例３−１では４０℃、実施例３−２では５０℃、実施例４−１では６０℃、実施例４−２では７０℃となるまで行った。

次いで、水蒸気噴きこみ工程を行った活性余剰汚泥Ｓを静置したのち、ろ布で重力ろ過した。実施例３−１，３−２では静置時間を６０分、ろ過時間を４０分とし、実施例４−１，４−２では静置時間を１８時間、ろ過時間を３０分とした。ろ過直後に、ろ布の上に分離された活性余剰汚泥Ｓの含水率を調べたところ、実施例３−１は９５．５２重量％、実施例３−２は９５．８７重量％、実施例４−１は９４．８０重量％、実施例４−２は９５．３１重量％であった。

続いて、各実施例について、ろ過により分離した活性余剰汚泥Ｓを室内でそのまま放置して自然乾燥させ、含水率の変化を調べた。実施例３−１では、２４時間後には６０．２２重量％、４８時間後には５９．５８重量％まで低下し、実施例３−２では、２４時間後には７５．６９重量％、４８時間後には６２．０６重量％まで低下した。実施例４−１では、２時間後には８７．２４重量％まで低下し、実施例４−２では、２時間後には８７．８０重量％まで低下した。得られた結果を表２および表３に示す。

また、実施例３−１，３−２に対する比較例３−１として、加熱処理を行わないことを除き、他は実施例３−１，３−２と同様にして実験を行い、活性余剰汚泥Ｓの含水率を調べた。比較例３−２，３−３として、水蒸気噴きこみに変えて熱交換により活性余剰汚泥Ｓを加熱したことを除き、他は実施例３−１，３−２と同様にして実験を行い、活性余剰汚泥Ｓの含水率を調べた。その際、比較例３−２では活性余剰汚泥Ｓの平均温度が４０℃になるまで加熱を行い、比較例３−３では活性余剰汚泥Ｓの平均温度が５０℃になるまで加熱を行った。得られた結果を表２に合わせて示す。

更に、実施例４−１，４−２に対する比較例４−１として、加熱処理を行わないことを除き、他は実施例４−１，４−２と同様にして実験を行い、活性余剰汚泥Ｓの含水率を調べた。比較例４−２として、水蒸気噴きこみに変えて熱交換により活性余剰汚泥Ｓの平均温度が６０℃になるまで加熱したことを除き、他は実施例４−１，４−２と同様にして実験を行い、活性余剰汚泥Ｓの含水率を調べた。得られた結果を表３に合わせて示す。

表２および表３に示したように、水蒸気噴きこみを行った実施例３−１，３−２，４−１，４−２によれば、加熱処理を行わない比較例３−１，４−１に比べて、自然乾燥により大幅に含水率が低下することがわかった。これに対して、熱交換により加熱した比較例３−２，４−２では、加熱処理を行わない比較例３−１，４−１に比べて含水率は低下したものの、本実施例に比べるとその程度は小さかった。また、熱交換により加熱した比較例３−２では、加熱処理を行わない比較例３−１よりも、２４時間後の含水率は低かったものの、４８時間後は高かった。

すなわち、水蒸気噴きこみによる加熱処理を行うようにすれば、微生物細胞を破壊して細胞内の水分を取り出すことができ、含水率をより低下させることができることがわかった。

（実施例５）
含水率９４．１０重量％の活性余剰汚泥Ｓを底部近傍に水蒸気Ｍの噴出口を設けた加熱処理槽の中に入れ、水蒸気Ｍを活性余剰汚泥Ｓの中に直接噴きこんで加熱処理を行った。水蒸気圧は９．８Ｎ／ｃｍ^２とし、水蒸気の噴きこみは活性余剰汚泥Ｓの平均温度が５０℃となるまで行った。そののち、そのまま室内で放置して自然乾燥させ、含水率の変化を調べた。

実施例５に対する比較例５−１として、実施例５と同一の活性余剰汚泥Ｓについて、水蒸気噴きこみによる加熱処理を行わずに実施例５と同様にして自然乾燥させ、含水率の変化を調べた。

比較例５−２として、含水率が８７．１７重量％の活性余剰汚泥Ｓについて、水蒸気噴きこみによる加熱処理を行わずに実施例５と同様にして自然乾燥させ、含水率の変化を調べた。

比較例５−３として、比較例５−２と同一の活性余剰汚泥Ｓについて、実施例５と同様にして活性余剰汚泥Ｓの中に水蒸気Ｍを直接噴きこんで加熱処理を行った後、同様にして自然乾燥させ、含水率の変化を調べた。比較例５−４として、比較例５−２と同一の活性余剰汚泥Ｓについて、表面に水蒸気Ｍを直接吹きかけて加熱処理を行った後、実施例５と同様にして自然乾燥させ、含水率の変化を調べた。比較例５−３，５−４において、水蒸気圧は９．８Ｎ／ｃｍ^２とし、活性余剰汚泥Ｓの平均温度は５０℃となるように加熱した。

また、比較例５−５として、比較例５−３よりも水蒸気Ｍの噴きこみを長時間行ったことを除き、比較例５−３と同様にして実験を行い、含水率の変化を調べた。比較例５−６として、比較例５−４よりも水蒸気Ｍの表面への吹きかけを長時間行ったことを除き、比較例５−４と同様にして実験を行い、含水率の変化を調べた。比較例５−５，５−６において、水蒸気圧は９．８Ｎ／ｃｍ^２とし、活性余剰汚泥Ｓの平均温度は６０℃となるように加熱した。得られた結果を表４に示す。なお、表４において、処理直後の欄に記載した数値は、実施例５および比較例５−３〜５−６は加熱処理直後、自然乾燥前の含水率であり、比較例５−１，５−２は自然乾燥前の含水率である。

表４に示したように、含水率が９４重量％以上の活性余剰汚泥Ｓに水蒸気Ｍの噴きこみを行った実施例５によれば、加熱処理を行わない比較例５−１に比べて、自然乾燥により大幅に含水率が低下することがわかった。これに対して、含水率が９４重量パーセント未満の活性余剰汚泥Ｓに水蒸気Ｍの噴きこみを行った比較例５−３，５−５では、含水率の低下が小さく、加熱処理を行わない比較例５−２と比べても、水蒸気Ｍの噴きこみによる効果は見られなかった。また、含水率が９４重量パーセント未満の活性余剰汚泥Ｓに水蒸気Ｍの吹きかけを行った比較例５−４，５−６でも、同様に含水率の低下は小さかった。

これは、活性余剰汚泥Ｓの含水率が低いと、水蒸気Ｍを活性余剰汚泥Ｓの中に噴きこんでも、水蒸気Ｍの噴きこみによる撹拌および対流が十分に起こらず、微生物細胞を十分に破壊できなかったためであると思われる。すなわち、水蒸気Ｍの噴きこみ時における活性余剰汚泥Ｓの含水率は、９４重量％以上とすることが好ましいことがわかった。

（実施例６−１〜６−４）
実施例６−１として、含水率９８．６１重量％の活性余剰汚泥Ｓを底部近傍に水蒸気Ｍの噴出口を設けた加熱処理槽の中に入れ、水蒸気Ｍを活性余剰汚泥Ｓの中に直接噴きこんで加熱処理を行った。水蒸気圧は２４．５Ｎ／ｃｍ^２、水蒸気Ｍの噴きこみ量は活性余剰汚泥１ｍ^３に対して２１ｋｇとし、活性余剰汚泥Ｓの平均温度は３０℃まで上昇した。

次いで、水蒸気噴きこみ工程を行った活性余剰汚泥Ｓをベルトプレス式の脱水装置により脱水し、厚み約８ｍｍの脱水ケーキ状とした。脱水処理直後の活性余剰汚泥Ｓについて含水率を調べたところ、７８．２０重量％であった。脱水処理直後における活性余剰汚泥Ｓの総重量は１４００ｋｇ、活性余剰汚泥１ｍ^３当たりの重量は１８．７ｋｇであった。続いて、脱水した活性余剰汚泥Ｓを気温１８．６℃から２３．５℃、湿度３８％から６４％の風通しのよい環境において５時間にわたって天日干しをしたところ、含水率は５９．０１重量％まで低下した。更に、天日干しした活性余剰汚泥Ｓを室内において自然乾燥したところ、室内乾燥を開始してから２４時間後には５２．０４重量％まで低下し、７２時間後には１５．８９重量％まで低下した。得られた結果を表５に示す。

実施例６−１に対する比較例６−１として、水蒸気噴きこみを行わないことを除き、他は実施例６−１と同様にして実験を行った。脱水処理直後における活性余剰汚泥Ｓの含水率は８０．３０重量％であり、脱水処理直後における活性余剰汚泥Ｓの総重量は３０００ｋｇ、活性余剰汚泥１ｍ^３当たりの重量は４０ｋｇであった。天日干し後の含水率は６８．６４重量％、室内乾燥を開始してから２４時間後の含水率は６８．９９重量％、７２時間後の含水率は３６．６７重量％であった。得られた結果を表５に合わせて示す。

表５に示したように、水蒸気噴きこみによる加熱処理を行うようにすれば、活性余剰汚泥Ｓの平均温度が３０℃と高くなくても、含水率を低下させることができることがわかった。

また、実施例６−２として、実施例６−１と同様にして水蒸気噴きこみ工程を行った活性余剰汚泥Ｓを手で絞って脱水し、厚み約２ｍｍから３ｍｍの脱水ケーキ状としたのち、室内において２４時間放置して乾燥させた。脱水直後における活性余剰汚泥Ｓの含水率は７２．５０重量％であり、２４時間後の含水率は１６．８６重量％であった。

実施例６−３として、水蒸気Ｍを噴きこむ時間を短くして水蒸気Ｍの噴きこみ量を活性余剰汚泥１ｍ^３に対して１９ｋｇとしたことを除き、他は実施例６−１と同様にして実験を行った。活性余剰汚泥Ｓの平均温度は２９℃まで上昇した。脱水直後における活性余剰汚泥Ｓの含水率は７７．６１重量％であり、２４時間後の含水率は５５．３１重量％であった。

実施例６−４として、水蒸気Ｍを噴きこむ時間を短くして水蒸気Ｍの噴きこみ量を活性余剰汚泥１ｍ^３に対して９．５ｋｇとしたことを除き、他は実施例６−１と同様にして実験を行った。活性余剰汚泥Ｓの平均温度は２５℃まで上昇した。脱水直後における活性余剰汚泥Ｓの含水率は８０．５８重量％であり、２４時間後の含水率は６０．８７重量％であった。得られた結果を表６に示す。

表６に示したように、実施例６−２では、実施例６−３，６−４に比べて、含水率の著しい低下が見られた。また、実施例６−２および実施例６−３について、水蒸気噴きこみ後の活性余剰汚泥Ｓを顕微鏡により観察した。図４Ａは実施例６−２の活性余剰汚泥Ｓの顕微鏡写真であり、図４Ｂは実施例６−３の活性余剰汚泥Ｓの顕微鏡写真である。図４Ｂでは、糸状性微生物および大型微生物などの微生物の塊がまだ見られるのに対して、図４Ａでは、概ね消失していることが分かる。すなわち、水蒸気Ｍの噴きこみ量を活性余剰汚泥１ｍ^３に対して２０ｋｇ以上とするようにすれば、より高い効果を得られることが分かった。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、本発明の活性余剰汚泥の処理方法および固形燃料の製造方法は、上記実施の形態において説明した全ての工程を備えていなくてもよく、また、他の工程を備えていてもよい。例えば、水分除去工程においては、脱水工程または乾燥工程のいずれか一方のみを行うようにしてもよい。また、脱水工程は上述した脱水装置を用いずに、ろ過などにより行うようにしてもよい。

各種工場から排出される活性余剰汚泥の処理に用いることができる。また、本発明の固形燃料はカーボンニュートラルなボイラ燃料として使用できる。従って、重油や都市ガスなどの化石燃料と異なり、地球温暖化ガスの排出を懸念することのない新燃料になる。

本発明の一実施の形態に係る活性余剰汚泥の処理方法および固形燃料の製造方法の工程を表す流れ図である。 本発明の一実施の形態に係る活性余剰汚泥の処理方法および固形燃料の製造方法において用いる装置の構成図である。 水蒸気噴きこみ前における活性余剰汚泥の状態を表す顕微鏡写真である。 水蒸気噴きこみ後における活性余剰汚泥の状態を表す顕微鏡写真である。 活性余剰汚泥１ｍ^３に対して２１ｋｇの水蒸気を噴きこんだ活性余剰汚泥の状態を表す顕微鏡写真である。 活性余剰汚泥１ｍ^３に対して１９ｋｇの水蒸気を噴きこんだ活性余剰汚泥の状態を表す顕微鏡写真である。

符号の説明

１…生物処理槽、２…沈殿槽、３…加熱処理槽、３１…液温センサ、４…噴出管路、４１…噴出口、５…蒸気供給管、５１…開閉弁、６ａ，６ｂ…脱水装置、７…ドラム回転型乾燥機、Ｗ…有機性廃水、Ｓ…活性余剰汚泥、Ｍ…水蒸気

Claims (13)

1. 生物処理によって排出された有機性廃水に含まれる活性余剰汚泥を減量化する活性余剰汚泥の処理方法であって、
   含水率が９４重量％以上の状態の活性余剰汚泥に、水蒸気を直接噴きこんで加熱処理を行う水蒸気噴きこみ工程を含む
   ことを特徴とする活性余剰汚泥の処理方法。
2. 前記活性余剰汚泥は、芽胞を形成する芽胞形成微生物を含み、
   前記水蒸気噴きこみ工程では、活性余剰汚泥の平均温度を芽胞形成微生物が芽胞を形成する芽胞形成温度よりも低くする
   ことを特徴とする請求項１記載の活性余剰汚泥の処理方法。
3. 前記水蒸気噴きこみ工程では、活性余剰汚泥１ｍ^３に対して２０ｋｇ以上の水蒸気を噴きこむ
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の活性余剰汚泥の処理方法。
4. 前記水蒸気噴きこみ工程では、活性余剰汚泥に噴きこむ水蒸気圧を９．８Ｎ／ｃｍ^２以上とする
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１に記載の活性余剰汚泥の処理方法。
5. 前記水蒸気噴きこみ工程では、活性余剰汚泥の平均温度を３０℃以上８５℃以下とする
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１に記載の活性余剰汚泥の処理方法。
6. 前記水蒸気噴きこみ工程を行った後、水分を除去する水分除去工程を含む
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１に記載の活性余剰汚泥の処理方法。
7. 生物処理によって排出された有機性廃水に含まれる活性余剰汚泥を用いた固形燃料の製造方法であって、
   含水率が９４重量％以上の状態の活性余剰汚泥に、水蒸気を直接噴きこんで加熱処理を行う水蒸気噴きこみ工程を含む
   ことを特徴とする固形燃料の製造方法。
8. 前記活性余剰汚泥は、芽胞を形成する芽胞形成微生物を含み、
   前記水蒸気噴きこみ工程では、活性余剰汚泥の平均温度を芽胞形成微生物が芽胞を形成する芽胞形成温度よりも低くする
   ことを特徴とする請求項７記載の固形燃料の製造方法。
9. 前記水蒸気噴きこみ工程では、活性余剰汚泥１ｍ^３に対して２０ｋｇ以上の水蒸気を噴きこむ
   ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の固形燃料の製造方法。
10. 前記水蒸気噴きこみ工程では、活性余剰汚泥に噴きこむ水蒸気圧を９．８Ｎ／ｃｍ^２以上とする
    ことを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１に記載の固形燃料の製造方法。
11. 前記水蒸気噴きこみ工程では、活性余剰汚泥の平均温度を３０℃以上８５℃以下とする
    ことを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれか１に記載の固形燃料の製造方法。
12. 前記水蒸気噴きこみ工程を行った後、水分を除去する水分除去工程を含む
    ことを特徴とする請求項７から請求項１１のいずれか１に記載の固形燃料の製造方法。
13. 生物処理によって排出された有機性廃水に含まれる活性余剰汚泥を用いた固形燃料であって、
    含水率が９４重量％以上の状態の活性余剰汚泥に、水蒸気を直接噴きこんで加熱処理を行った後、水分を除去することにより得られた
    ことを特徴とする固形燃料。