JP2010131501A

JP2010131501A - 汚泥造粒品の焼成方法及びその使用方法

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Publication number: JP2010131501A
Application number: JP2008308765A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Ando; 進一安藤
Original assignee: NIHONKAI GIJUTSU CONSULTANTS K; NIHONKAI GIJUTSU CONSULTANTS KK
Current assignee: NIHONKAI GIJUTSU CONSULTANTS K; NIHONKAI GIJUTSU CONSULTANTS KK
Priority date: 2008-12-03
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2010-06-17
Anticipated expiration: 2028-12-03
Also published as: JP5319254B2

Abstract

【課題】下水処理場等で発生する生汚泥や消化汚泥、或いは底質汚泥や焼酎粕汚泥などの汚泥類を、石粉体と混合造粒し、ダイオキシンが発生しない温度で焼成して安価、安全且つ簡便な方法で処理技術を提供する。
【解決手段】汚泥類とともに、処理が問題になっている来待石や安山岩、安山岩質凝灰岩、花崗岩の粉体を、共にミキシング装置で攪拌混合して含水率を低下させるとともに造粒し、３００℃以下の低温で焼成して乾燥することにより、汚泥造粒焼成品を得る。得られた汚泥造粒焼成品は、赤玉土の代替品として使用できるとともに、石粉体の代替え品として、汚泥類と混合して繰り返し造粒焼成できるものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、下水処理場や屎尿処理場、農村集落排水処理施設等で大量に発生する下水汚泥や屎尿処理汚泥（以下、下水汚泥と言う）、沼湖やダム湖から浚渫される底質汚泥更には焼酎粕汚泥などの汚泥、或いはこれらの脱水汚泥や消化汚泥（以下、汚泥類と言う）を、ダイオキシンが発生しない温度帯で焼成して、安全、簡便且つ低コストで処理することが可能な新規な処理方法及び該方法により得られる汚泥造粒焼成品に関する。

現在、平成１９年度末時点で全国の汚水処理施設整備人口が１億６３４万人（総人口に対する割合で整備率は８3.７％）に達した。そのうち、公共下水道による整備人口は、９１１万人に達している。そして、下水や屎尿等の殆どは生物活性汚泥法により処理されており、その結果大量の下水汚泥や屎尿汚泥が発生する。

一般的に汚水処理で生じた汚泥は、まず重力や遠心力を利用して濃縮を行い、その後脱水工程を経て酒粕状の脱水汚泥になる。多くの処理場では、この脱水汚泥に加工した後、その状態のまま焼却・溶融処理してから有効利用などを行っている。

下水汚泥や屎尿汚泥は、有機物の含有量が高く（５割〜８割前後と言われている）、焼却した場合焼却温度が低いとダイオキシンが発生する。そこで、１０００℃前後或いは１５００℃前後の温度で焼却されるが、この１０００℃は重金属に対して灰が焼結する温度、１５００℃は溶融する温度であり、重金属は灰中に閉じ込められて無害化される。そして、１０００℃或いは１５００℃ならばダイオキシンも分解されるので、これら以上の温度で汚泥を焼却する必要がある。更に、３００〜５００℃の温度でダイオキシンが再結合するので、この温度帯を急速に通過させる必要があり、冷却装置にも金がかかる。このような高温処理できる焼却炉は新設すると１基が５００億円や８００億円もかかり、市町村によっては、とても手がでないものである。

汚泥量を減らすために消化処理も行われているが、量が数分の１になるだけで、消化設備に金がかかる上に消化汚泥も同様に焼却しなければならず、結局は同じことである。

そこで、焼却以外の方法が模索されているが、大量に発生する下水汚泥を効率良く処理する技術は焼却以外になかなか見当たらない。

また、下水汚泥以外に、有機物は少ないが沼湖やダム湖などの底質汚泥や、生産が増大の一途をたどっている焼酎粕汚泥などもその処理に困っているのが現状である。

このような観点から、本発明者は、底質汚泥などの汚泥類と来待石粉体などを混合造粒して乾燥し、次いで焼成する技術を開発した（特許文献１、特許文献２）。しかし、これらも、高温で焼成する（１０００℃以上の温度で１０時間以上）ことからエネルギ−を大量に消費する難点がある。また、冷却途中で３００〜５００℃の温度帯を通過するのでダイオキシンの再結合の問題もある。更に、３価のクロムは無害であるが、これを１０００℃前後で焼成すると有害な６価クロムに変化することも問題である。

特願２００６−２４５９５２号公報特願２００７−３０９６８１号公報

本発明は、従来処理に様々な問題がある汚泥類を、ダイオキシンが発生しない３００℃以下特に２５０℃前後の温度で焼成すると言う、安価、安全且つ簡便な方法で処理する技術を提供する。

即ち、本発明は、下水処理場等で発生する生汚泥や消化汚泥、底質汚泥或いは焼酎粕汚泥などの汚泥類を、来待石や安山岩、安山岩質凝灰岩、花崗岩の粉体とともに、ミキシング装置で攪拌混合して含水率を低下させるとともに造粒し、次いで２５０℃前後の温度で焼成して汚泥造粒焼成品に仕上げるものである。

得られた汚泥造粒焼成品は、焼成時間によっては例えば、園芸用や農業用土で使用されている赤玉土の代用品として十分に使用可能なものである。また、焼成温度が低かったり焼成時間が短ければ、造粒焼成品は固化度が小さく、外力により簡単に粉末化するので石粉体の代替品として、吸水材や吸油材として使用できるものである。

まず、前者の場合について説明する。本発明で使用される来待石などの鉱物粉体は、それ自体が廃棄物、余剰物質である。そして、来待石粉体などの吸水性を利用して汚泥類の含水率を低下させ、同時にミキシング装置（攪拌型造粒機など）で造粒する。次いで、２５０℃前後の温度で焼成することにより、汚泥造粒焼成品を得る。この温度帯であれば、得られた焼成品は鉱物が焼結しているわけではないが、水や外力で崩壊しない程度には耐力がある上、ダイオキシンが発生することもないと言う、言わば理想的な状態に焼成されるものである。そして、この汚泥造粒焼成品は、乾燥レキ状土であり、これを水に２４時間浸して水を切った時にレキ状土として残る割合が１０〜５０％もあり、十分に赤玉土の代用品として使用できるものである。

生の下水汚泥や引き上げてすぐの底質汚泥などの水分は９０〜９８％（重量％）程度であるが、脱水汚泥の含水率は７０〜８０％程度である。一方、来待石や安山岩などの石粉の含水率は２〜３％、多くても５％以下である。未乾燥のマサ土では含水率が８％程度になることもある。そこで、この両者を脱水汚泥の場合重量比で１対２〜３（来待石粉等が２〜３）、生汚泥の場合重量比で１対３〜４（来待石粉等が３〜４）の割合で混合して、ミキシングすると、大凡含水率２０〜３０％の造粒物となる。

これを２５０℃前後で焼成すれば、固結度が著しく大きい乾燥レキ状土を作ることができる。この乾燥レキ状土のｐＨは８前後であり、弱アルカリ製性を示す。粉状体が山砂（花崗岩の粉体）の場合、ｐＨはより低くなる（７位）。そして、この乾燥レキ状土は、園芸用土、農業用土として使用されている「赤玉土」の代替え品として十分に使用できる。

いま、「赤玉土」の代替品として用いることを目的とすれば、その焼成パターンは表１のようになる。そして、最適とした理由は、乾燥レキ状土を水中に浸して２４時間放置した後、水を切ったときにレキ状土として残る割合が大きいことを言う。赤玉土の品質は、含水した後に細粒に砕けるものを低品質としていることからである。

表１において、（１）〜（５）はバッチ式還元状態で焼成したもの、（６）は（４）と同じ条件でバッチ式酸化状態で焼成したものである。そして、レキ状土残有る率が５０％ある還元、酸化ともに（４）、（６）のパターンが最適である。図１はこの（１）〜（６）の温度と時間の関係を示すグラフである。

尚、還元焼成とは、造粒物の固化度を挙げるためと有機物の炭化を目的とする。また酸化焼成とは、造粒物の固化度を挙げるためであり、通常、有機物は灰化し、炭化は望めないのが一般的である。しかし、本発明の場合、石粉体で閉じ込められた有機物は、燃焼条件が酸化であっても、石粉体が酸素供給に対する遮断層を形成するため、貧酸素状態で炭化されている。

従って、石粉体を吸水・造粒材として用いる下水汚泥処理は、処理時のＣＯ₂ 発生量が殆どない。焼成温度が２５０度前後と非常に低いことから、焼成痔のエネルギー消費を極力抑えることができる。更に、メタンガス発生過程の併用で、低温焼成の熱源として用いるならば、処理場無いでのＣＯ₂ 発生を殆ど抑制することができる。

次に、後者の場合、焼成品を石粉体の代替品として吸水材に使用する場合、吸水・ミキシング後の造粒物の固化度は大きくなくてもよいので、脱水・乾燥工程だけでよい。従って、２５０度前後のロータリーキルン焼成であれば、１時間程度で乾燥するし、バッチ式焼成でも２時間で乾燥する。また、１００℃〜１５０℃程度の温度の場合、６時間〜４時間程度で乾燥する。そして、乾燥・造粒物を吸水材の代替品として採用するのであれば、下水汚泥初期脱水工程で必要な石粉体があれば、下水処理場無いでリサイクルされるものとなり、必要な資材は彫琢しなくても、ゼロエミッション構造で下水汚泥が処理される。

以上のことを、図で説明すると図２、図３のようになる。

本発明において最も好ましい鉱物粉体は、来待石粉体である。これは、特にその大きな吸水性と成形性（粘着性）にある。来待石（来待錆石）は、島根県に存在する宍道湖の南岸に広く分布する新第三紀中新世出雲層群下位層来待層を構成する凝灰質砂岩のことを言い、良質のものは、塊状凝灰質粗粒砂岩のうち特に淘汰の良い岩相の所に集中し、八束郡玉湯町から宍道町にかけての東西約１０ｋｍ、幅１〜２ｋｍの範囲に存在する。この来待石は、石質が柔らかく採掘、加工が容易で、出雲石灯ろうは伝統工芸品に指定されている。

この来待錆石は、多種多様な岩石片や結晶片、それらの粒間を埋める基質（マトリックス）から構成されている。岩石片のサイズは径0.５ｍｍ〜1.０ｍｍが多く、最大でも1.５ｍｍ程度である。岩石片や結晶片の占める割合が８０％と多い。岩石片としては、安山岩、石英安山岩、流紋岩、花崩岩、多種類の凝灰岩などが確認されている。結晶片としては、斜長石、輝石、角閃石、黒雲母、不透明鉱物、火山ガラス、変質鉱物が確認されている。また、基質（マトリックス）としては、変質によってできた沸石、緑泥石、炭酸塩鉱物が確認されている。

これらの鉱物の中には粘土鉱物と言われるものが多く含まれており、このことが、来待錆石の粉砕物が成形できる理由である。また、沸石（ゼオライト）を含んでいることから、アンモニアの吸着や湿気の吸排出に優れている。来待錆石以外に、来待白石といわれるものがある。これは、年代的に古くて流紋岩系でモンモリロナイトに変質した部分が多く、本発明では使用できないものである。尚、表２に分析値を示す（島根県発行「島根の地質」）ように、来待錆石には鉄が多く（Ｆｅ₂ Ｏ₃ として6.１３％）含まれている。そのため、本発明の陶土は焼成すると赤、茶〜黒系統色に呈色する。しかし、本発明の場合は焼成しないので、内部の色は鼠色であり、またセメントコーディングするのでセメント色をしている。尚、来待石（錆石）は、表２からも明らかなように、７％程度の焼熱減量（Ｉｇ．ｌｏｓｓ）を含んでいる。これは、古代の植物残滓である。また、底質汚泥や活性汚泥中にも有機物が含まれており、これらが時間の経過とともにバクテリアに分解されて空隙となり、その分造粒品の比重が軽くなる。

来待石は、このように吸水材として優れた性質を有しているが、生産地が限られるため絶対量が少ない。また、その破砕屑も多くてこの粉砕に手間とコストがかかる。そこで、本発明者らは、安山岩や安山岩質凝灰岩に着目した。安山岩や安山岩質凝灰岩は、砕石として大量に使用されているが、それに伴って全国的に大量の砕石粉が発生する。この砕石粉も産業廃棄物であり、業界ではその処理が大きな問題となっている。砕石には、乾式と湿式があり、乾式の場合は非常に細かな粉体が得られる。そして、本発明ではそのまま汚泥類の吸水材として使用される。（湿式の場合は、乾燥して用いる。）

更に、山砂も全国体に採掘使用されている。山砂は、花崗岩が自然に崩壊してできたものであり、礫や砂の他にマサ土（0.５１ｍｍ程度、0.０２ｍｍ以下のシルト分も含む）も多く含まれている。そして、商品とする山砂は採取したものを篩分けして砂以上のものとするため、マサ土が大量に排出される。このマサ土の処理が、砕石粉の場合と同様、業界は処理に困っているものである。

本発明では、更に上記来待石や安山岩、花崗岩の粉末同に加えて、廃瓦粉砕品も使用できる。廃瓦は、生産量の数％にも及び、破砕して土壌代替え品等に使用する研究がすすめられているが、吸水率が低いため有効な用途が無いなどの問題がある。そこで、本発明者は、この廃瓦の粉砕品を使用したところ、含水率が低いもの（粉砕した後、雨水等を吸収しないように囲っておいたもの）であれば吸水量がある程度あり、汚泥類と混合した場合には来待石粉体よりは幾分劣るが、十分に利用可能であることが判明した。

各粉体の粒度は、砂（２ｍｍ以下）やシルト（0.０２ｍｍ以下）程度とする。粉体の含水率は来待石が５％程度以下、乾燥した安山岩や花崗岩、吸水していない廃瓦が２〜３％程度である。各粉体と汚泥類の混合割合は、含水率９０〜９８％の汚泥類と５０〜８５％の脱水汚泥類とでは異なる。ミキシング装置（コンクリートミキサー類似の装置）に投入して攪拌混合て造粒できる程度の割合とする。通常、粉体と汚泥類の使用割合（重量比）は、１対２〜４程度である。

以上詳述したように、本発明は、下水処理場等で発生する生汚泥や脱水汚泥、消化汚泥、或いは底質汚泥や焼酎粕汚泥などの汚泥類を、来待石や安山岩、安山岩質凝灰岩、花崗岩の粉体とともに、ミキシング装置で攪拌混合して含水率を低下させるとともに造粒し、次いで１００℃乃至３００℃以下の低温で乾燥焼成するものである。

従って、
（１）従来、用途がなくて廃棄されていた来待石の粉末や安山岩、花崗岩の砕石粉、廃瓦粉砕品と同じく処理に手を焼いている汚泥類を一挙に処理することができる。
（２）しかも、両者をミキシング装置や攪拌造粒機で攪拌混合するだけで成形でき、且つ１００℃乃至３００℃以下の低温で焼成することから、処理エネルギーも少なく、またダイオキシンの発生もなく、安価で安全な汚泥類の処理方法である。
（３）２５０℃前後で約１０時間焼成すれば、レキ状土の残有率の大きな赤玉土状の良質なレキ状土が得られる。
（４）また、１００℃〜１５０℃で６時間〜４時間程度、或いは２５０℃前後で１〜２時間の焼成で、固化℃が小さく容易に石粉化する焼成物が得られる。この焼成物は、石粉体の代替えとして、吸水材や吸油材として使用できるものである。
などの効果があり、幾分かの手間とコストを掛けるだけで廃棄物の商品化ができ、来待石関連業界や砕石業界、瓦業界にとってまさに救世主となる。とともに、従来焼却以外に方法が無かった汚泥類の処理が簡単容易に且つ安全に行われて環境保護に素晴らしい効果をもたらすものである。

含水率５０〜８５％の脱水汚泥と含水率２〜５％の来待石或いは安山岩や安山岩質凝灰岩、或いは花崗岩の粉体を、水分が２０〜３０％になるように重量比で１対２〜３の割合でミキシング装置に投入して攪拌混合して造粒したのち、２００℃〜２５０℃の低温で約９時間（表１の４の焼成パターン）焼成する。

以下、本発明を詳細に説明する。まず、含水率５％の来待粉体２2.０Ｋｇと、下水処理場等で発生する脱水生汚泥（含水率は７０〜８０％程度）１1.０Ｋｇを、ミキサーに投入して攪拌して直径２〜１０ｍｍ程度の造粒品を得る。この場合、含水率は２５％程度である。次いで、表１の（４）の状態の還元状態で約９時間焼成して汚泥造粒焼成品を得た。この汚泥造粒焼成品は、赤玉土状の水に強い固まり状のものである。

同じく、表１の（１）〜（３）、（５）、（６）の状態で焼成して、それぞれが表１に示すレキ状土残有率の焼成土壌が得られた。

実施例１、２と同様の割合で来待石粉と脱水汚泥を用いて造粒し、１００℃〜１５０℃で６時間〜４時間焼成するか、２５０℃前後の温度で１時間〜２時間焼成して、粉砕しやすい焼成物を得た。これを粉砕したものは、水や油を良く吸着する。

本発明汚泥造粒焼成品の焼成温度と焼成時間のパターンの一つを示すグラフである。（実施例１、実施例２）汚泥と来待石粉末を混合して焼成する過程を示す汚泥造粒焼成品の製造方法を示す説明図の一例である。（実施例１）汚泥造粒品とこれを焼成した汚泥造粒焼成品の模式図の一例である。（実施例１）

Claims

下水処理場等で発生する生汚泥や消化汚泥、更には底質汚泥や焼酎粕汚泥などの汚泥類と、来待石や安山岩、安山岩質凝灰岩或いは花崗岩の粉体を加えてミキシング装置で攪拌混合して汚泥類の含水率を低下させるとともに造粒し、次いで３００℃以下の温度で焼成することを特徴とする、汚泥造粒品の焼成方法。
大きな焼結力を得る目的の場合、１８０℃〜２２０℃の温度で１〜２時間焼成し、次いで順次昇温して２４０℃〜２６０℃に至るまでに１〜２時間焼成し、次いで２４０℃〜２６０℃の温度で２〜１０時間焼成するものである、請求項１記載の汚泥造粒品の焼成方法。
小さな焼結力を得る目的の場合は、２４０℃〜２６０℃の温度で１〜２時間焼成、或いは１００℃〜１５０℃で６時間〜４時間焼成するものである、請求項１記載の汚泥造粒品の焼成方法。
請求項１又は請求項２で得られた汚泥造粒焼成品を、園芸用や農業用土で使用されている赤玉土の代用品として使用するものである、汚泥造粒焼成品の使用方法。
請求項１又は請求項３で得られた汚泥造粒焼成品を、石粉体の代替え品として吸水剤や吸油剤として使用するものである、汚泥造粒焼成品の使用方法。