JP2011167649A - 汚泥の炭化処理設備 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】脱水汚泥を乾燥処理する乾燥機54と、乾燥汚泥を炭化処理する炭化炉10と、炭化炉排ガスを乾燥用の熱源として乾燥機54に熱風として供給する炭化炉排ガス供給路30と、系外に排出される排ガスを脱臭処理する脱臭装置98とを備えて成る炭化処理設備において、脱臭装置98として排ガスに脱臭用の液を接触させて臭気成分を除去し、脱臭する湿式脱臭装置を用いる。
【選択図】 図3
Description
この排水処理に伴って余剰の有機物含有の下水汚泥が発生するが、排水処理量の増加とともに下水汚泥の発生量も年々増加し、その処理処分が大きな問題となっている。
下水汚泥を処分するに際し、その下水汚泥には多量の水が含有されていてそのままでは処分できず、そこで減量化のために濃縮及び脱水処理したり、或いは更に焼却したり、溶融したりするなど様々な処理が施されている。
そこでエネルギー消費の少ない下水汚泥の処理の方法の一つとして、下水汚泥を乾留処理により炭化することが提案されている。
この炭化処理は、下水汚泥が基質中に炭素分を45質量%程度含んでいることから、焼却,溶融処理のように汚泥中の炭素分を消費してしまうのでなく、汚泥を無酸素或いは低酸素状態で熱分解(炭化)することにより炭素分を残留させ、新しい組成を持つ炭化物(炭化製品)として生成させるものである。
その後この脱水汚泥を乾燥機内部に投入して、そこで含水率25〜45%程度(通常は40%程度)まで乾燥する。
そしてこのようにして得た乾燥汚泥を炭化炉内に投入し、これを炭化炉内で乾留処理して汚泥を炭化製品とし、炭化炉から排出する。
図中200は熱風発生炉で、脱水汚泥を乾燥するための熱源となる熱風がここで発生せしめられる。
201は受入ホッパであり、含水率80%程度まで脱水された脱水汚泥が、この受入ホッパ201に先ず受け入れられる。
ここに受け入れられた脱水汚泥は、中継ホッパ202を経て定量供給装置204,搬送装置205により造粒機を兼ねた乾燥機206へと送られ、ここで所定の含水率、具体的には40%程度の含水率まで乾燥処理されるとともに、粒径10mm程度の団子状の粒に造粒される。
この撹拌軸210からは複数の撹拌羽根212が放射状に延び出している。
一方、回転ドラム208の内周面には、周方向に所定間隔で複数の板状のリフター214が回転ドラム208と一体回転する状態で設けられている。
その結果として、回転ドラム208内部の汚泥(脱水汚泥)は回転ドラム208の回転に伴って、リフター214により底部から上方に持ち上げられ、そしてその頂部近くで自重により落下する。
落下した汚泥は、その下側に位置する撹拌羽根212の高速回転により細かく砕かれ、回転ドラム208の底部側へと落下する。
そしてこの回転ドラム208の傾斜勾配により、更には撹拌羽根212による破砕及びその際の飛散作用によって、汚泥が回転ドラム208内部を適正な粒度に造粒されながら軸方向に漸次送られて行く。
このようにして乾燥機206で乾燥及び造粒処理された後の乾燥汚泥は、続いて搬送装置216,220により中継ホッパ218を経て炭化炉222へと搬送され、そこで10mm程度の適正な粒度に造粒された含水率40%程度の団子状の乾燥汚泥が乾留処理により炭化される。
すると乾燥汚泥中に含まれていた可燃ガスが、レトルト226に設けられた噴出管232を通じて外熱室230の雰囲気中に噴出され、そしてこの可燃ガスが着火して以後はその可燃ガスの燃焼によりレトルト226内部の汚泥の加熱が行われる。
この段階で助燃バーナ228は燃焼停止される。
この排ガス処理室234には排ガス処理室用バーナ236が設けられており、排ガス処理室234内に導かれた排ガス中の未燃ガスが、この排ガス処理室用バーナ236にて2次燃焼される。
一方炭化炉222から排出された排ガスは、図4に示しているように熱交換器を経て煙突から大気に放出される。
この種の汚泥の炭化処理設備は、例えば下記特許文献1,特許文献2に開示されている。
例えば下記特許文献3には、熱風発生炉を設置するのに代えて、炭化炉からの排ガスを図5の乾燥機に導いて、乾燥機での乾燥用の熱源として用いる点が開示されている。
この特許文献3に開示のものによれば、熱風発生炉の設置を不要化でき、従って熱風発生炉に要する設備コストを削減することができるとともに、熱風発生炉の省略によって設備全体を小型化でき、併せて熱風発生炉での熱風発生によるランニングコストを低減することが可能となる。
この特許文献4に開示のものでは乾燥機として気流式乾燥機、詳しくは脱水汚泥の一部に脱水汚泥の乾燥粉を加えた混合物を破砕して、その破砕物に熱風を吹き付け、熱風の気流により破砕物を搬送するとともにこれを乾燥して乾燥粉となし、気流とともに排出する気流式乾燥機を用いている。
尤も特許文献4に開示のものでは脱臭装置として触媒反応で脱臭する触媒脱臭式のものを用いているが、この触媒脱臭式のものにおいても、触媒反応を有効に行わせるために外部から熱を加えて一定温度、例えば300℃程度まで温度上昇させ触媒反応させる必要があり、脱臭処理のために外部から熱エネルギーを加えることが不可避である。
一方炭化炉についてはこれを自燃式の炭化炉、即ち汚泥から発生した可燃ガスを着火燃焼させ、その熱により汚泥を炭化する形式の炉を用いることが望ましいが、この場合、炭化炉において発生する熱量もまた脱水汚泥の性状によって、具体的には下水処理場ごとに汚泥に含まれている可燃分の量が変動することによって様々に変化する。
また自燃式の炭化炉で発生する排ガスの熱量は、可燃分が多くなれば多くなり、また可燃分が少なければ発生する排ガスの熱量は少なくなる。
従って単純に炭化炉で発生した排ガスを乾燥機に導いて乾燥用の熱源として利用するということだけでは、乾燥機での乾燥を良好に行うことが難しい。
また本発明の他の目的は、脱水汚泥の性状の変動にも拘らず、炭化炉排ガスを用いて乾燥機で良好に乾燥処理を行うことのできる汚泥の炭化処理設備を提供することを目的とする。
これにより、乾燥機での乾燥用の熱源として炭化炉排ガスを利用することと相俟って、汚泥の炭化処理に際して外部から加える熱エネルギーを従来に増して一層少なくすることができる。
また湿式脱臭装置には活性炭層を併せて備えておき、上記液の作用では十分に除去しきれない臭気成分を活性炭層による吸着作用で除去するようになしておくことができる。
この気流式乾燥機は乾燥効率が非常に高く、乾燥のための所要の熱エネルギーが少なくて済む。
従ってこのような気流式乾燥機を用いることで、炭化処理に際して外部から加える熱エネルギーをより少なくすることができる。
そしてこのようにすることで乾燥機で必要とするだけの熱量を適正に供給することができる。
特に上記の気流式乾燥機の場合には、熱風の気流で破砕物を搬送し乾燥することから、気流搬送及び乾燥を適正に行うためには一定の風量を必要とする。
請求項3に従って、排ガス循環路及び循環路弁を設けておくことは、乾燥機としてこのような気流式乾燥機を用いる場合において得に有用である。
即ち請求項3によれば排ガス循環路及び循環弁によって、乾燥機での乾燥のための風量を適正に確保することが可能となる。
即ちこの排ガス循環路からの排ガスを乾燥機に供給するようになすことで、乾燥機側の熱量が変動してしまうのを回避することができる。
そして炭化炉としてこのような自燃式の炭化炉を用いることで、炭化炉自身に加えるべき外部からの熱エネルギーを可及的に少なくすることが可能で、場合により外部から加える熱エネルギーを殆どゼロとするも可能となる。
図1において、10は外熱式ロータリーキルン型且つ噴出管付きの炭化炉で、その構造及び働きは図6に示したものと同様である(尚図1では炭化炉からの排ガスを系外に排出するまでの後述の排ガスラインについては省略してある)。
即ちこの炭化炉10は、炉体12の内部に回転ドラムからなる乾留容器としての円筒形状のレトルト14を有しており、このレトルト14の図中左端側の内部に、含水率が40%程度に調節された乾燥汚泥が投入される。
投入された乾燥汚泥は、先ず炉体12内部に配設された助燃バーナ16による外熱室18内部の雰囲気加熱によって加熱される。
すると乾燥汚泥中に含まれていた可燃ガスが、レトルト14に設けられた噴出管20を通じて外熱室18の雰囲気中に噴出され、そしてこの可燃ガスが着火して以後はその可燃ガスの燃焼によりレトルト14内部の汚泥の加熱が行われる。
この段階で助燃バーナ16は燃焼停止される。
排ガス処理室24には排ガス処理室用バーナ26が設けられており、排ガス処理室24内に導かれた排ガス中の未燃ガスが、この排ガス処理室用バーナ26にて2次燃焼される。
この実施形態では、排気口28から排出された炭化炉10からの排ガスが、炭化炉排ガス供給路30を通じて後述の乾燥機54に、乾燥用の熱源(熱風)として供給される。
ここに受け入れられた脱水汚泥は、その一部(ここでは全体の85%程度)が中継ホッパ34を経て定量供給装置36,搬送装置38により混合機(第1混合手段)40に送られる。
そして混合機40に供給された脱水汚泥の一部と、サイクロン分離機72から供給された乾燥粉の一部とがこの混合機40で互いに混合される。
そして軸方向端部の出口から、十分に混合した脱水汚泥と乾燥粉との混合物を排出する。排出された混合物はフィーダ52にて乾燥機54内部に供給される。
このケーシング56の内部且つ下部には、図2(A)に示しているように破砕部58が設けられている。
破砕部58は一対の回転軸60,62と、それぞれ放射状に固設された破砕羽根64,66を有しており、それらが高速回転することによって、フィーダ52にて乾燥機54のケーシング56内部に供給された上記の混合物、即ち脱水汚泥と乾燥粉との混合物を細かく破砕する。
吹き込まれた熱風は、脱水汚泥と乾燥粉との混合物の破砕物に対し勢い良く吹き付けられ、かかる破砕物が熱風の上向きの気流によりケーシング56内部を上方に搬送され、そしてその過程で混合物に対する乾燥が行われる。
また乾燥粉の粒度は75〜590μmの範囲で、その平均粒度は350μmである。但しこれは篩にかけた後の粒度であって、その篩の目開きは最小75μm,最大590μmである。
そして分離された乾燥粉が図中下向きに落下せしめられて、その一部が再び混合機40へと供給される。
このときの混合物における含水率の調節は、脱水汚泥と乾燥粉との混合の比率によって簡単に調節することができる。
即ちサイクロン分離機72からの乾燥粉が乾燥機54側と炭化炉10側とに分配される。
従ってここでは分配ダンパ75が、サイクロン分離機72からの乾燥粉を乾燥機54側と炭化炉10側とに分配する分配手段を構成している。
尚74,76は乾燥粉排出用のロータリーバルブである。
この混合機78もまたパドルミキサーから成るものであって、その構造は基本的に混合機40と同様であり、一対の回転軸44,46と、それらに固設されたミキシング羽根48,50を有しており、それらの回転によって乾燥粉と搬送装置79にて搬送されてきた脱水汚泥とを混合する。
即ち乾燥機54で乾燥された後の乾燥粉は、そのままでは炭化炉10における炭化処理用として適したものではなく、直接にこれを炭化炉10へと供給することは望ましくない。
その後の乾燥汚泥の炭化処理については先に述べた通りである。
図において、30は炭化炉10から延出して乾燥機54に接続された炭化炉排ガス供給路で、炭化炉10からの排ガスは乾燥用の熱源として、この炭化炉排ガス供給路30を通じ乾燥機54に熱風として供給される。
ここで炉圧調整ダンパ94は、排ガス流路90の開度を調節して、排ガス流路90を通じ排出される排ガスの流量を制御し、以て炭化炉10の内部の炉圧を調整するものである。
尚この脱臭装置98には、第2の脱臭部として活性炭層108が、湿式脱臭部106に続いて設けてある。
従って湿式脱臭部106を通過した排ガスは、この活性炭層108を通過する過程で、湿式脱臭部106では十分に除去し得なかった臭気成分が活性炭層により吸着除去される。
尚、湿式脱臭部106で臭気成分が十分に除去できる場合は、この活性炭層108を設けなくてもよい。
尚バイパス路弁112は、バイパス路110の開閉のみならずその開度を変化させるものであっても良い。
尚この循環路弁118もまた、排ガス循環路116の開閉弁のみならずその開度を大小変化させるものであっても良い。
これら温度検出器120,流量検出器122による検出結果はコントローラ124へと入力される。
コントローラ124は、これらの入力に基づいてバイパス路弁112,循環路弁118を開閉制御する。
また乾燥機54の出側において排ガスの温度は100℃前後であり、更に脱臭装置98の出側において排ガス温度は40℃程度の低温度である。
従って排ガス循環路116にて取り出される排ガスの温度は40℃程度の低温度であり、その低温度の排ガスが炭化炉排ガス供給路30に戻されて、炭化炉排ガスとともに乾燥機54へと供給される。
そして炭化炉10で汚泥の燃焼により発生した排ガスが、炭化炉排ガス供給路30を通じ乾燥用の熱源として乾燥機54に熱風として供給される。
乾燥機54では基本的にその熱風により乾燥を行う。
尚、このようにして炭化炉排ガス供給路30の排ガスの一部がバイパス路110に取り出されることによって、乾燥機54に供給される排ガスの流量が不足する場合が生ずる。
即ちこの実施形態では、炭化炉排ガス供給路30を通じて乾燥機54に送られる排ガスの流量が少なくなった場合であっても、乾燥機54に対し確実に必要な流量で排ガス供給することができる。
一方温度検出器120による検出温度が設定温度であるとき若しくはこれよりも低いときには、バイパス路弁112を自動的に閉弁させて、炭化炉10からの排ガスの全量を乾燥機54へと流入させる。
尚、炭化炉10からの排ガスの全量を乾燥機54に流入させた場合においてもなお熱量が不足するときには、炭化炉10の排ガス出口若しくは炭化炉排ガス流路30に備えたバーナを燃焼させることで、不足した熱量を補うようになすことができる。
例えば本発明では乾燥機として上記のような気流式乾燥機を用いるのが望ましいが、汚泥の含水率が低くて乾燥のための熱量が少なくて良い場合等において図5に示した回転ドラム式の乾燥機を用いることも可能であり、更に湿式脱臭装置として上例以外の他の湿式脱臭装置を用いることも可能である等、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。
14 レトルト
18 外熱室
20 噴出管
30 炭化炉排ガス供給路
40 混合機(第1混合手段)
54 乾燥機
72 サイクロン分離機
78 混合機(第2混合手段)
90 排ガス流路
98 脱臭装置(湿式脱臭装置)
110 バイパス路
112 バイパス路弁
116 排ガス循環路
118 循環路弁
120 温度検出器
122 流量検出器
124 コントローラ
Claims (4)
- (A)有機物含有汚泥を脱水処理した後の脱水汚泥を乾燥処理する乾燥機と、(B)乾燥汚泥を乾留処理して炭化し、炭化製品とする炭化炉と、(C)該炭化炉から延出して前記乾燥機に接続され、炭化炉排ガスを乾燥用の熱源として該乾燥機に熱風として供給する炭化炉排ガス供給路と、(D)系外に排出される排ガスを脱臭処理する脱臭装置と、を備えて成る汚泥の炭化処理設備において
前記脱臭装置として、前記系外に排出される排ガスに対し脱臭用の液を接触作用させて該排ガス中の臭気成分を除去し、脱臭する湿式脱臭装置を用いたことを特徴とする汚泥の炭化処理設備。 - 請求項1において、前記乾燥機として、前記脱水汚泥の一部に該脱水汚泥の乾燥粉を加えた混合物を破砕して破砕物に前記熱風を吹き付け、該熱風の気流により該破砕物を搬送するとともに乾燥して前記乾燥粉となし、気流とともに排出する気流式乾燥機を用いていることを特徴とする汚泥の炭化処理設備。
- 請求項1,2の何れかにおいて、(a)前記炭化炉排ガス供給路から分岐して前記乾燥機をバイパスし、該乾燥機の下流側の排ガス流路に接続されたバイパス路と、(b)該バイパス路に設けられ、該バイパス路の開度を制御するバイパス路弁と、(c)前記排ガス流路における前記湿式脱臭装置の下流側から延出して、前記炭化炉排ガス供給路における前記バイパス路の分岐部よりも下流側に接続され、該湿式脱臭装置から流出した排ガスの一部を該炭化炉排ガス供給路に戻して前記乾燥機に供給する排ガス循環路と、(d)該排ガス循環路に設けられ、該排ガス循環路の開度を制御する循環路弁と、を更に備えていることを特徴とする汚泥の炭化処理設備。
- 請求項3において、前記乾燥機の出側の排ガスの温度,流量をそれぞれ検出する温度検出器,流量検出器と、前記バイパス路弁及び循環路弁の開度制御を行うコントローラとを備えており、
該コントローラは、前記温度検出器による検出温度が設定温度よりも高いときには前記バイパス路弁の開度を大として該バイパス路側に流れる炭化炉排ガスの流量を多くし、
前記流量検出器による検出流量が設定流量よりも少ないときには前記循環路弁の開度を大として前記乾燥機に供給する循環排ガスの流量を多くするものとなしてあることを特徴とする汚泥の炭化処理設備。
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