JP2016160386A

JP2016160386A - 有機汚泥類の燃料化方法

Info

Publication number: JP2016160386A
Application number: JP2015041912A
Authority: JP
Inventors: 裕太田原; Yuta Tawara; 肇和田; Hajime Wada
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2015-03-04
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2016-09-05

Abstract

【課題】セメント生産効率の低下を軽減し、低コストで有機汚泥類を燃料化する。【解決手段】有機汚泥類Ｓを屋内ヤード２に堆積させた状態で、有機汚泥類に高温ガスＧ１を通気すると共に、好気性発酵による発酵熱を利用して有機汚泥類の水分を減少させて燃料とする有機汚泥類の燃料化方法。有機汚泥類の水分を高温ガスによる乾燥や好気性発酵による発酵熱を利用して減少させるだけであるため、堆肥化する場合のような長期の処理期間が不要で１日〜４日の処理期間で済む。有機汚泥類に必要に応じて水分調整材を添加した後屋内ヤードに堆積させてもよく、高温ガスとしてセメント焼成装置又は発電装置で発生した５０℃以上１４０℃以下のガスを用いることができる。高温ガスの有機汚泥類への通気量を、高温ガスを有機汚泥類に通過させた後のＣＯ2の濃度又は有機汚泥類の分解度によって調整することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、下水汚泥等の有機汚泥類を燃料化する方法に関する。

従来、下水汚泥等の有機汚泥類を燃料として有効利用するため、例えば、特許文献１等には、下水汚泥等の含水汚泥を、含水スラリー状のまま、セメント製造設備のキルンの窯尻部や仮焼炉へ直接投入して燃料化する技術が提案されている。

また、特許文献２には、遊休のセメント原料用横型ミルで超好熱細菌を使用して有機汚泥類を発酵させ、発酵した有機汚泥類に可燃性廃棄物や固形燃料等の発熱量調整剤を添加して熱量調整を行い、発酵により発生した臭気ガスを酸化触媒により脱臭する有機汚泥類の燃料化方法が提案されている。

特許第３９３３１９４号公報特開２０１３−０７２０５１号公報

しかし、上記特許文献１に記載の方法では、有機汚泥類を含水スラリー状のままセメントキルンの窯尻部に投入するため、有機汚泥類中の水分によって熱量が損失し、セメント生産効率の低下を招く原因となる。

一方、特許文献２に記載の方法では、セメント原料ミルを使用して汚泥を堆肥化し、燃料としてキルンに投入しているが、セメント原料ミルは一般的に設備容量が小さいため、発酵処理量が低い。また、汚泥の堆肥化には１〜２ヶ月を要するため、保管のための設備や手間が掛かり、設備コストや運転コストが増大する。

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、セメント生産効率の低下を軽減し、低コストで有機汚泥類を燃料化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、有機汚泥類の燃料化方法であって、有機汚泥類を屋内ヤードに堆積させた状態で、該有機汚泥類に高温ガスを通気すると共に、好気性発酵による発酵熱を利用して該有機汚泥類の水分を減少させて燃料とすることを特徴とする。

本発明によれば、有機汚泥類の水分を高温ガスによる乾燥や好気性発酵による発酵熱を利用して減少させるだけであるため、堆肥化する場合のような長期の処理期間が不要で、１日〜４日の処理期間で済み、セメント生産効率の低下を軽減し、低コストで有機汚泥類を燃料化することができる。

また、屋内ヤードを用いることで大量処理が可能で、通気ガス量を抑え、乾燥と発酵による水分低減効果のバランスを調整し、脱臭ガス量の増大を抑制して設備コスト及び運転コストを低減する。

上記有機汚泥類の燃料化方法において、前記有機汚泥類に必要に応じて水分調整材を添加して有機汚泥類の通気性やハンドリング性を改善した後、前記屋内ヤードに堆積させることができる。

前記高温ガスとしてセメント焼成装置又は発電装置で発生した５０℃以上１４０℃以下のガスを用いることができ、例えば、好気性発酵等を行う屋内ヤードに隣接する装置を利用することができる。

前記高温ガスの前記有機汚泥類への通気量を、該高温ガスを前記有機汚泥類に通過させた後のＣＯ₂の濃度又は前記有機汚泥類の分解度によって調整することができる。

前記屋内ヤードの雰囲気ガス中の水分を凝縮させて回収することができ、有機汚泥類から蒸発した水分を積極的に回収することで、有機汚泥類の水分低減速度を高めることができ、処理量の増大に繋がる。回収した水分は、セメント製造時に使用する脱硝剤の希釈水、前記有機汚泥類を輸送する際に用いる潤滑水、熱交換管用の冷却水の少なくとも一つに有効利用することができる。

前記好気性発酵により発生した臭気ガスを脱臭することができ、環境に配慮した有機汚泥類の燃料化が可能となる。

前記好気性発酵を超好熱細菌により行うことができる。超好熱細菌を用いることで、通常の発酵菌によっては昇温が期待できない高温の温度域（８５℃以上）において効率的に発酵が促進されるため、有機汚泥類内に含有する水分を短期間で低減することが可能となる。

以上のように、本発明によれば、セメント生産効率の低下を軽減し、低コストで有機汚泥類を燃料化することができる。

本発明に係る有機汚泥類の燃料化方法を適用した設備を示す全体構成図である。

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詳細に説明する。

図１は、本発明に係る有機汚泥類の燃料化方法を適用した設備の一例を示し、この燃料化設備１は、セメント製造工場内又はセメント製造工場に隣接して設けられ、廃屋等を利用した屋内ヤード２内に、下水汚泥等の有機汚泥類Ｓに高温ガスＧ１を通気するための高温ガス供給部８と、屋内ヤード２の上方に冷却管３と、スクレーパ４とを備え、屋内ヤード２を囲繞する建屋７の外部に、凝縮水タンク５と、脱臭処理装置６とを備える。ここで、有機汚泥類とは、下水汚泥、製紙汚泥、ビルピット汚泥、食品汚泥、消化汚泥、都市ごみ（家庭ごみ）等で発酵可能なものをいう。

高温ガス供給部８は、セメント焼成装置や発電装置で発生した５０℃以上１４０℃以下の高温ガスＧ１を屋内ヤード２に堆積した有機汚泥類Ｓ内に通気するため、屋内ヤード２の床面上に複数設けられる。高温ガス供給部８の下部に、高温ガス源（不図示）から上記高温ガスＧ１が導入される。

冷却管３は、管内に冷却水が流れ、有機汚泥類Ｓから蒸発した水分等の建屋７内のガス中の水分を凝縮させて回収するために設けられ、複数の冷却管３が建屋７の天井の下方に水平方向に並設される。尚、冷却管３を垂直方向にも併設し、網目状にしてもよい。

スクレーパ４は、冷却管３の表面に付着した水を回収して凝縮水タンク５に搬送するために備えられ、冷却管３の表面に沿って図１の矢印Ｍ方向に移動する。

凝縮水タンク５は、上記冷却管３及びスクレーパ４による回収水Ｗを貯留するために設けられ、回収水Ｗは、後述するように、この燃料化設備１、セメント製造工場等において利用される。

脱臭処理装置６は、建屋７内で有機汚泥類Ｓの発酵処理時に発生する臭気ガスＧ２を脱臭処理するために備えられ、例えば、オゾンを酸化剤として用い、反応効率を改善するためにオゾンを吸着する高シリカ質のハニカム状触媒を組み合わせたものなどの酸化触媒を使用し、アンモニアやアルデヒド等を脱臭処理して臭気ガスＧ２を清浄化する。また、活性炭、生物脱臭等も利用することができる。尚、脱臭処理装置６を設置せずに、隣接する稼働中のセメント焼成装置等で臭気ガスＧ２を処理することもできる。

次に、上記構成を有する燃料化設備１を用いた有機汚泥類の燃料化方法について図１を参照しながら説明する。

受け入れた有機汚泥類に、必要に応じて水分調整材として木屑、廃畳等を添加した後屋内ヤード２に堆積させ、高温ガス供給部８から高温ガスＧ１を有機汚泥類Ｓに通気して乾燥させると共に、超好熱細菌を用いて有機汚泥類Ｓを好気性発酵させて発酵熱を利用して有機汚泥類Ｓの水分を低減する。ここでの有機汚泥類Ｓの発酵は、発酵そのものが目的ではなく、発酵熱を利用して有機汚泥類Ｓの水分を減少させることを目的とする。尚、超好熱細菌とは、通常の発酵菌では昇温が期待できない高温の温度域（８５℃以上）においても好気的に活動して発酵を可能とする特徴を有するものである。

ここで、高温ガスＧ１として、５０℃〜１４０℃で、水分含有率が低く、酸素含有率が大気成分と略々同様のものを用いることが好ましい。この温度範囲のものを用いることで、常温ガスと比較して有機汚泥類Ｓの水分の低減を効率的に行うことができると共に、高温ガスＧ１を排出する装置の熱損失を低く抑えることができる。また、水分含有率の低い高温ガスＧ１の方が有機汚泥類Ｓの水分量の低減に効果的であり、酸素含有率が大気成分と略々同様の２０％程度のものを用いることで、有機汚泥類Ｓの発酵効率を向上させることができる。

高温排ガスＧ１としてセメント焼成装置の排ガスや発電装置の排ガスを用いることができ、セメント焼成装置の排ガスとしてクリンカクーラの排ガス、セメントキルンの排ガス、ボイラの排ガス、及び塩素バイパス系の排ガス等を用いることができるが、温度、水分含有量及び酸素含有率を考慮するとクリンカクーラや塩素バイパス系の間接冷却器の排ガスが最適である。

さらに、有機汚泥類Ｓの発酵に超好熱細菌を用いることで、通常の好気性発酵よりも効率的に有機汚泥類Ｓの水分を低減することができる。屋内ヤード２において、有機汚泥類Ｓを堆肥化させる必要はなく、発酵熱を利用して水分を低減させればよいため、屋内ヤード２内で１日〜４日程度滞留させればよい。

有機汚泥類Ｓへ通気する高温ガスＧ１の量を増やせば処理量が増大するが、脱臭ガス量も増大する。また、通気過多により発酵が抑制される傾向にあることが判った。そこで、通気ガス量を抑え、乾燥と発酵による水分低減効果のバランスを調整し、脱臭ガス量の増大を抑制することで、設備コスト及び運転コストを低減することができる。高温ガスＧ１の有機汚泥類Ｓへの通気量は、高温ガスＧ１を有機汚泥類Ｓに通過させた後のＣＯ₂の濃度や、有機汚泥類Ｓの分解度等を監視して調整する。

上記有機汚泥類Ｓの発酵と共に、冷却管３に冷却水を流し、屋内ヤード２の雰囲気ガスを冷却管３の表面で冷却することで、ガス中の水分が凝縮して冷却管３の表面に付着する。そこで、スクレーパ４を冷却管３に沿って凝縮水タンク５に近接する方向に移動させて冷却管３の表面に付着した水を回収し、凝縮水タンク５に搬送して貯留する。

凝縮水タンク５に一旦貯留した回収水Ｗは、セメント製造時に使用する脱硝剤の希釈水や、汚泥をセメント製造工場に輸送した際にハンドリング性を高めるための潤滑水、熱交換管用の冷却水等に有効利用することができる。

建屋７から排出した臭気ガスＧ２を脱臭処理装置６で臭気分解すると共に、屋内ヤード２から排出した有機汚泥類を発熱量調整材と共に加圧成型装置等で粒状化させ、粒状化燃料をセメント焼成装置等における燃料に使用することができる。有機汚泥類をセメントキルンや仮焼炉の燃料として直接利用することも可能であるが、単体では発熱量がそれほど高くはないため、他の用途に利用する場合には、加圧成型前に発熱量調整材を添加して熱量調整を行う。発熱量調整材には、廃プラ類、塗料カス、廃油等の可燃性廃棄物や固形燃料等を用いることができる。

以上より、本発明によれば、有機汚泥類Ｓに高温ガスＧ１を通気して有機汚泥類Ｓを乾燥させ、さらに好気性発酵による発酵熱を利用して水分を減少させて燃料とするため、堆肥化する場合のような長期の処理期間が不要で、短い処理期間で、セメント生産効率の低下を軽減し、低コストで有機汚泥類Ｓを燃料化することができる。

また、冷却管３等を用いて屋内ヤード２の雰囲気ガス中の有機汚泥類から蒸発した水分等を凝縮させて回収することで、有機汚泥類Ｓの水分低減速度を高め、処理量の増大を図ることができると共に、回収水Ｗをこの有機汚泥類の燃料化設備１やセメント製造工場等で有効利用することができる。

１有機汚泥類の燃料化設備
２屋内ヤード
３冷却管
４スクレーパ
５凝縮水タンク
６脱臭処理装置
７建屋
８高温ガス供給部
Ｇ１高温ガス
Ｇ２臭気ガス
Ｓ有機汚泥類
Ｗ回収水

Claims

有機汚泥類を屋内ヤードに堆積させた状態で、該有機汚泥類に高温ガスを通気すると共に、好気性発酵による発酵熱を利用して該有機汚泥類の水分を減少させて燃料とすることを特徴とする有機汚泥類の燃料化方法。
前記有機汚泥類に必要に応じて水分調整材を添加した後前記屋内ヤードに堆積させることを特徴とする請求項１に記載の有機汚泥類の燃料化方法。
前記高温ガスとしてセメント焼成装置又は発電装置で発生した５０℃以上１４０℃以下のガスを用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機汚泥類の燃料化方法。
前記高温ガスの前記有機汚泥類への通気量を、該高温ガスを前記有機汚泥類に通過させた後のＣＯ₂の濃度又は前記有機汚泥類の分解度によって調整することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の有機汚泥類の燃料化方法。
前記屋内ヤードの雰囲気ガス中の水分を凝縮させて回収することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の有機汚泥類の燃料化方法。
前記回収した水分を、セメント製造時に使用する脱硝剤の希釈水、前記有機汚泥類を輸送する際に用いる潤滑水、熱交換管用の冷却水の少なくとも一つに利用することを特徴とする請求項５に記載の有機汚泥類の燃料化方法。
前記好気性発酵により発生した臭気ガスを脱臭することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の有機汚泥類の燃料化方法。
前記好気性発酵を超好熱細菌により行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の有機汚泥類の燃料化方法。