JP2011046576A - 肥料並びにその製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】汚泥を非効率的に処分することなく、肥料として有効利用する。
【解決手段】セメントキルン２の窯尻２ａから最下段サイクロン５に至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気した排ガスＧ２中のダストを湿式集塵機１２及びろ過機１５で水洗し、水洗した後のろ液Ｌ２を排ガスＧ３を用いて乾燥させるスプレードライヤー１８と、排ガスＧ３を用いて汚泥Ｗ１を乾燥させる破砕気流乾燥機１０と、スプレードライヤー１８及び破砕気流乾燥機１０の乾燥物Ｐ、Ｗ１を混合して造粒する造粒装置１９とを備える肥料製造装置１等。この肥料製造装置１を用いて製造された肥料Ｍは、汚泥の乾燥物に含まれる窒素（Ｎ）とリン酸（Ｐ）に加え、塩化カリウム（ＫＣｌ）を含むため、肥料の三要素を備え、植物の生育に有効に利用することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、肥料並びにその製造方法及び製造装置に関し、特に、汚泥を有効利用しながらセメント製造工程で肥料を製造する方法等に関する。

近年、下水道網の拡大により、下水汚泥の発生量が急増している。下水汚泥の処理方法としては、（１）そのまま埋立て処分する、（２）焼却処理後、灰を埋立て処分する、（３）コンポスト処理し、農地等に利用する、というのが主であるが、埋立て処分地の確保や焼却炉の建設が困難になりつつあり、農地等での利用も量的に限度があるため、処理方法に苦慮している。また、下水汚泥と同様に、産業用排水や家庭用排水の処理から生じる汚泥の処理についても有効な利用方法の開発が求められている。

そこで、特許文献１には、汚泥に生石灰類を混合した汚泥・石灰混合物にフライアッシュを添加混合する汚泥の処理方法が記載されている。この方法では、火力発電所等から産廃として大量に排出されるフライアッシュを用いることで、汚泥・石灰混合物の悪臭を低コストで除去することができるとともに、処理物をセメント原料の石灰分や、農業肥料用原料として使用可能となる。

一方、特許文献２には、簡単な手段で生石灰量を適正に調整し、乾燥粉体の含水率を一定に維持できる、下水汚泥からのセメント製造用原料の製造方法が提示されている。この方法では、熟成機内部の温度が、得られる乾燥粉体の含水率により定まる目標値になるように生石灰供給量を自動調整している。このため、所望の含水率の乾燥粉体を得ることができ、セメント原料として利用しやすくなる。

また、従来、セメント工場では、下水汚泥等の汚泥をそのままセメント焼成装置に投入したり（特許文献３参照）、汚泥をセメントキルン排ガスによって乾燥させた後、セメント焼成装置に投入していた（特許文献４参照）。

特開平８−２０６７００号公報 特開平１１−３５３５３号公報 特開平８−２７６１９９号公報 国際公開ＷＯ２００８／００１７４６号公報

しかし、特許文献１、２に記載の方法では、フライアッシュ又は生石灰を汚泥に添加するため、これらの運搬及び添加のための装置や運転コストがかかるという問題があった。

一方、セメント工場で汚泥をそのまま原料としてセメント焼成装置に投入する場合には、特許文献１、２に記載の方法のように他の物質の添加のためのコストは発生しない。しかし、汚泥は、８０％程度と大量の水分を有し、灰分が少ないため、汚泥のセメント焼成装置への投入は、セメント原料としての再利用というより、単なる汚泥の処分を行っているに過ぎず、汚泥の水分を蒸発させるための乾燥熱を考慮すると効率的な処理方法ではなかった。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、汚泥を非効率的に処分することなく、肥料として有効利用することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、肥料であって、汚泥の乾燥物と、塩化カリウムとを混合したことを特徴とする。この肥料は、汚泥の乾燥物に含まれる窒素（Ｎ）とリン酸（Ｐ）に加え、塩化カリウム（ＫＣｌ）を含むため、肥料の三要素を備え、植物の生育に有効に利用することができる。また、前記混合物を造粒し、粒状肥料として使用することができる。ここで、汚泥には、下水汚泥、し尿汚泥、食品産業排水汚泥等の各種汚泥が含まれる。

また、本発明は、肥料製造方法であって、セメント製造工程の廃熱を利用して汚泥を乾燥させ、該乾燥させた汚泥と、塩化カリウムとを混合することを特徴とする。これによって、上記三要素を備えた安価な肥料を提供することができる。この際、前記廃熱として、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より抽気した燃焼ガスの一部の有する熱を利用することができ、例えば、セメントキルンに付設されている塩素バイパスシステムを利用することができる。

さらに、上記肥料製造方法において、前記塩化カリウムをセメント製造工程から回収することができ、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より抽気した燃焼ガスの一部を冷却し、該冷却により生成したダスト、すなわち塩素バイパスダストを分級し、該分級により得られた微粉を水洗し、該水洗によって得られたろ液を乾燥して得られた乾燥物を前記塩化カリウム源とすることができる。これにより、より安価な肥料を提供することができるとともに、塩素バイパスダストの有効利用を図ることができる。

また、本発明は、肥料製造装置であって、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気したガス中のダストを水洗する水洗装置と、該水洗装置によって水洗した後のろ液を前記抽気したガスを用いて乾燥させる第１の乾燥装置と、前記抽気したガスを用いて汚泥を乾燥させる第２の乾燥装置と、前記第１及び第２の乾燥装置による乾燥物を混合して造粒する造粒装置とを備えることを特徴とする。本発明によれば、上記発明と同様に、セメントキルンに付設されている塩素バイパスシステムを利用して三要素を備えた安価な肥料を提供することができる。

さらに、上記肥料製造装置において、前記第１の乾燥装置は、前記抽気したガスを用いて昇温させた空気を前記ろ液に直接接触させて該ろ液を乾燥させることができる。これにより、抽気したガスに含まれるセレン（Ｓｅ）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）の肥料への混入を防止することができ、より高品質の肥料を得ることができる。

以上のように、本発明によれば、汚泥を非効率的に処分せず、汚泥を有効利用しながら肥料を製造することが可能となる。

本発明にかかる肥料製造装置の第１の実施形態を示す図である。 本発明にかかる肥料製造装置の第２の実施形態を示す図である。

次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明にかかる肥料製造装置の第１の実施形態を示す。この肥料製造装置１は、セメントキルン２に付設された塩素バイパスシステムを利用するものであって、セメントキルン２の窯尻２ａから燃焼ガスの一部を抽気し、抽気ガスを冷却ファン（不図示）から導入される冷風にて冷却するプローブ４と、プローブ４で抽気された抽気ガスＧ１に含まれるダストを分級するサイクロン６と、サイクロン６の排ガスＧ２に含まれる微粉Ｄ２を回収する高温バグフィルタ７と、高温バグフィルタ７の排ガスＧ３によって汚泥Ｗ１を乾燥させる破砕気流乾燥機１０と、破砕気流乾燥機１０の排ガスＧ４中の乾燥物ＤＷを汚泥乾燥物Ｗ２とセレンを含む微粉Ｄ３とに分級するサイクロン１１と、サイクロン１１の排ガスＧ５（＋微粉Ｄ３）を湿式集塵する湿式集塵機１２と、湿式集塵機１２から排出されたスラリーＳ２を固液分離するろ過機１５と、ろ過機１５から排出されたろ液Ｌ１から塩化カリウム（ＫＣｌ）を得るための処理を行う塩排水処理装置１６と、塩排水処理装置１６による処理物Ｔを固液分離するフィルタープレス１７と、フィルタープレス１７からのろ液Ｌ２を高温バグフィルタ７の排気Ｇ３で乾燥させるスプレードライヤー１８と、スプレードライヤー１８の乾燥物Ｐと、サイクロン１１からの汚泥乾燥物Ｗ２とを混合して造粒する造粒装置１９等で構成される。

プローブ４及びサイクロン６は、一般的な塩素バイパス設備に設置されているものと同様の構成を有するものであり、これらについての詳細説明は省略する。

高温バグフィルタ７は、サイクロン６からの排ガスＧ２（＋微粉Ｄ２）を集塵するために備えられ、例えば、セラミックフィルタを備えたバグフィルタであり、９００℃程度までの耐熱性を有する高耐熱型の固気分離装置である。この高温バグフィルタ７には、ハニカムセル化した棒状のセラミック管（セラミックフィルタ）を複数配列したものや、シート状のセラミックフィルタを用いたものなど、様々なタイプのものが開発されている。

破砕気流乾燥機１０は、汚泥Ｗ１を破砕しながら、高温バグフィルタ７からブロワ９を介して供給される排ガスＧ３によって乾燥させるために備えられる。この破砕気流乾燥機１０は、例えば、鎖打撃式の乾燥機であって、図示を省略するが、上部に汚泥Ｗ１の供給口と、下部に排ガスＧ３の供給口とを備え、汚泥Ｗ１と排ガスＧ３を向流で接触させる。また、内部には、回転軸と、回転軸の回転とともに遠心力によって水平方向に延伸して回転する打撃チェーンを備える。尚、上記鎖打撃式の破砕気流乾燥機１０に代えて、鎖の代わりに丸棒等を水平に取り付けた棒打撃式、ケージミル式又は旋回式の乾燥機を用いることもできる。

湿式集塵機１２は、サイクロン１１の排ガスＧ５中のセレンを含む微粉Ｄ３を捕集するとともに、高温バグフィルタ７で捕集され、供給機８を介して供給された塩素含有率の高い微粉Ｄ２を水洗するためなどの目的で備えられ、スクラバ１２ａと、循環液槽１２ｂと、洗浄塔１２ｃとから構成される。また、スクラバ１２ａと循環液槽１２ｂとの間には、循環液槽１２ｂから排出されたスラリーＳ１を湿式集塵機１２内で循環させるための循環ポンプ１３が設けられる。

ろ過機１５は、湿式集塵機１２から供給されたスラリーＳ２を、ろ液Ｌ１とケーキＣ１とに固液分離するために備えられ、ろ過機１５には、スラリーＳ２中の有機物を洗浄するための洗浄水が供給され、ろ過機１５内は、洗浄塔１２ｃを介して排気ファン１４により吸引される。

塩排水処理装置１６は、ろ過機１５から供給されたろ液Ｌ１に含まれる有機物及び重金属類を除去するために備えられ、複数の薬液反応槽（不図示）等を備える。フィルタープレス１７は、塩排水処理装置１６による処理物Ｔを、塩化カリウム（ＫＣＬ）を含むろ液Ｌ２と、重金属類を含むケーキＣ２とに固液分離するために備えられる。

スプレードライヤー１８は、フィルタープレス１７からのろ液Ｌ２を高温バグフィルタ７からの排ガスＧ３で乾燥させるために備えられ、以下図示を省略するが、微粒化装置、熱風導入装置、乾燥チャンバー、乾燥粉分離捕集装置、排気処理装置及び製品冷却装置を備える。微粒化装置は、ノズルにてろ液Ｌ２を噴霧し、熱風導入装置は、排ガスＧ３を乾燥チャンバーに導入する装置である。

造粒装置１９は、スプレードライヤー１７から排出された塩化カリウムを含む乾燥物Ｐ及びサイクロン１１からの汚泥乾燥物Ｗ２を混合して造粒し、肥料Ｍを得るために備えられる。

次に、上記構成を有する肥料製造装置１の動作について、図１を参照しながら説明する。

セメントキルン２の窯尻２ａから、燃焼ガスの一部をプローブ４によって抽気すると同時に、冷却ファンからの冷風によって、塩素化合物の融点である７００℃以下に急冷する。次に、サイクロン６において、プローブ４から排気される抽気ガスＧ１を、粗粉Ｄ１と、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２とに分離し、粗粉Ｄ１をセメントキルン系に戻す。

５００℃程度の排ガスＧ２を高温バグフィルタ７に導入し、排ガスＧ２をそのままの温度で固気分離する。高温バグフィルタ７において、排ガスＧ２中の微粉Ｄ２を集塵して供給機８を介して湿式集塵機１２に搬送する。また、ブロワ９によって、高温バグフィルタ７の排ガスＧ３を誘引して破砕気流乾燥機１０及びスプレードライヤー１８に供給する。尚、この排ガスＧ３には、ＳＯｘと、ガス状のセレンが含まれる。

破砕気流乾燥機１０の上部に汚泥Ｗ１を供給するとともに、下部から排ガスＧ３を導入して汚泥Ｗ１を乾燥させる。破砕気流乾燥機１０では、汚泥Ｗ１と排ガスＧ３とが向流で直接接触するとともに、破砕気流乾燥機１０の内部に設けられた打撃チェーンによって汚泥Ｗ１を破砕しながら乾燥させるため、汚泥Ｗ１を効率よく乾燥させることができる。

破砕気流乾燥機１０から排出された排ガスＧ４をサイクロン１１に供給し、排ガスＧ４中の乾燥物ＤＷを、汚泥乾燥物Ｗ２とセレンを含む微粉Ｄ３等とに分級する。汚泥乾燥物Ｗ２は、造粒装置１９に搬送され、排ガスＧ５及び微粉Ｄ３は、湿式集塵機１２に導入される。

次に、湿式集塵機１２のスクラバ１２ａに、上記排ガスＧ５及び微粉Ｄ３を供給するとともに、供給機８から微粉Ｄ２を供給し、排ガスＧ５中のセレンを含む微粉Ｄ３を回収しながら、微粉Ｄ２の水洗を行う。ここで、湿式集塵機１２内を循環するスラリーＳ１には、微粉Ｄ２中のＣａＯが水と反応して生じたＣａ（ＯＨ）₂が存在するため、排ガスＧ５中に存在するＳＯ₂が、このＣａ（ＯＨ）₂と反応して脱硫され、石膏（ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ）が生成される。

湿式集塵機１２から排出されたスラリーＳ２には、ろ過機１５内で有機物洗浄水が添加された後、固液分離される。ここで、スラリーＳ２に含まれていたセレンを含む微粉Ｄ３は、石膏に含まれた状態でケーキＣ１として系外へ排出される。一方、塩化カリウムを含むろ液Ｌ１は、塩排水処理装置１６に供給される。また、ろ過機１５内は、洗浄塔１２ｃを介して排気ファン１４によって吸引され、ろ過機１５の臭気は、洗浄塔１２ｃで脱臭される。

塩排水処理装置１６において、ろ液Ｌ１に水硫化ソーダ（ＮａＳＨ）等の硫化剤を添加して、ろ液Ｌ１中の鉛、タリウムを硫化して硫化物とするなどして重金属を沈殿させた後、フィルタープレス１７でケーキＣ２とろ液Ｌ２とに固液分離する。硫化鉛、硫化タリウム等の重金属類を含有するケーキＣ２は、セメント原料等として再利用される。

次に、高温バグフィルタ７から排ガスＧ３を導入したスプレードライヤー１８に、フィルタープレス１７からのろ液Ｌ２を供給し、所定のノズル圧にてろ液Ｌ２を噴霧し、排ガスＧ３にて乾燥させる。

最後に、造粒装置１９において、スプレードライヤー１８からの塩化カリウムを含む乾燥物Ｐと、サイクロン１１で分級された汚泥乾燥物Ｗ２を混合して造粒し、肥料Ｍを得ることができる。

この肥料Ｍは、汚泥乾燥物Ｗ２に含まれる窒素（Ｎ）とリン酸（Ｐ）に加え、塩化カリウムを含むため、肥料の三要素を備え、植物の生育に有効に利用することができる。

次に、本発明にかかる肥料製造装置の第２の実施形態について、図２を参照しながら説明する。

この肥料製造装置３１は、上記肥料製造装置１に間接加熱器３２を追加し、他の構成については肥料製造装置１と同様であるため、図２において、肥料製造装置１と同一の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。

この肥料製造装置３１では、スプレードライヤー１８でのろ液Ｌ２の乾燥に、吸込ファン９からの高温の排ガスＧ３を用いず、間接加熱器３２を用いて空気を排ガスＧ３によって間接加熱し、加熱した熱風ＨＧを用いる。間接加熱器３２から排出された排ガスＧ３は、湿式集塵機１２に導入されて処理される。

上記構成により、排ガスＧ３に含まれるセレンやＳＯｘがスプレードライヤー１８内に侵入することを防止することができ、乾燥物Ｐにこれらが混入することがないため、肥料Ｍの品質向上に繋がる。さらに、スプレードライヤー１８からの排気にＳＯｘが含まれないため、脱硫処理をせずに大気へ放出することができる。

尚、上記実施の形態においては、セメントキルン２に付設された塩素バイパスシステムを利用しながら肥料Ｍを製造する場合について説明したが、セメント製造工程の塩素バイパスシステム以外の設備等を用いて汚泥Ｗ１を乾燥させ、塩化カリウムを含む物質と混合して肥料を製造することもでき、セメント製造工程以外の工程を利用しながら該肥料を製造することもできる。

１ 肥料製造装置
２ セメントキルン
２ａ 窯尻
４ プローブ
５ 最下段サイクロン
６ サイクロン
７ 高温バグフィルタ
８ 供給機
９ ブロワ
１０ 破砕気流乾燥機
１１ サイクロン
１２ 湿式集塵機
１２ａ スクラバ
１２ｂ 循環液槽
１２ｃ 洗浄塔
１３ 循環ポンプ
１４ 排気ファン
１５ ろ過機
１６ 塩排水処理装置
１７ フィルタープレス
１８ スプレードライヤー
１９ 造粒装置
３１ 肥料製造装置
３２ 間接加熱器
Ｃ１、Ｃ２ ケーキ
Ｄ１ 粗粉
Ｄ２、Ｄ３ 微粉
ＤＷ 乾燥物
Ｇ１〜Ｇ５ 排ガス
ＨＧ 熱風
Ｌ１、Ｌ２ ろ液
Ｍ 肥料
Ｐ 乾燥物
Ｓ１、Ｓ２ スラリー
Ｔ 処理物
Ｗ１ 汚泥
Ｗ２ 汚泥乾燥物

Claims (8)

1. 汚泥の乾燥物と、塩化カリウムとを混合したことを特徴とする肥料。
2. 前記混合物を造粒したことを特徴とする請求項１に記載の肥料。
3. セメント製造工程の廃熱を利用して汚泥を乾燥させ、
   該乾燥させた汚泥と、塩化カリウムとを混合することを特徴とする肥料製造方法。
4. 前記廃熱は、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より抽気した燃焼ガスの一部の有する熱であることを特徴とする請求項３に記載の肥料製造方法。
5. 前記塩化カリウムをセメント製造工程から回収することを特徴とする請求項３又は４に記載の肥料製造方法。
6. セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より抽気した燃焼ガスの一部を冷却し、
   該冷却により生成したダストを分級し、
   該分級により得られた微粉を水洗し、
   該水洗によって得られたろ液を乾燥して得られた乾燥物を前記塩化カリウム源とすることを特徴とする請求項３、４又は５に記載の肥料製造方法。
7. セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気したガス中のダストを水洗する水洗装置と、
   該水洗装置によって水洗した後のろ液を前記抽気したガスを用いて乾燥させる第１の乾燥装置と、
   前記抽気したガスを用いて汚泥を乾燥させる第２の乾燥装置と、
   前記第１及び第２の乾燥装置による乾燥物を混合して造粒する造粒装置とを備えることを特徴とする肥料製造装置。
8. 前記第１の乾燥装置は、前記抽気したガスを用いて昇温させた空気を前記ろ液に直接接触させて該ろ液を乾燥させることを特徴とする請求項７に記載の肥料製造装置。

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