JP2662687B2

JP2662687B2 - 有機性汚泥の効率的な焼却方法

Info

Publication number: JP2662687B2
Application number: JP6227312A
Authority: JP
Inventors: 伸也横山; 知子小木; 裕土手; 智朗美濃輪; 徳二安中; 和明佐藤; 隆司増田; 忠中村; 明鈴木; 新治伊藤
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1994-08-29
Filing date: 1994-08-29
Publication date: 1997-10-15
Anticipated expiration: 2012-10-15
Also published as: JPH08168800A

Description

【発明の詳細な説明】【産業上の利用分野】

【０００１】

【技術分野】本発明は、固形状態を呈する有機性汚泥の
効率的な焼却方法に関するものである。

【０００２】

【従来技術及びその問題点】代表的な有機性汚泥である
下水汚泥は、全国で年間約５０００万ｍ^３（含水率９８
％）という莫大な量であり、年々増加の傾向にある。近
年、大都市においては、汚泥の効率的な処理処分を行う
ために、複数の下水処理場から発生した汚泥を、専用の
汚泥処理場に集めて処理を行っている。この場合、汚泥
は、下水処理場から高含水率の濃縮汚泥の形態でパイプ
圧送されるか、あるいは、下水処理場で脱水処理を受
け、脱水汚泥の形態でダンプトラックで輸送される。前
者では、汚泥が高含水率であるために容量が大きく、大
能力のポンプを必要とする、すなわち、輸送コストが高
いという欠点を有している。さらに、この場合、汚泥処
理場にも脱水ろ液または消化脱離液等の生物処理施設の
設置が不可欠となる。一方、後者では、脱水汚泥の空隙
が多く、すなわち、みかけ密度が小さいために、効率的
な輸送ができないとともに、汚泥を入れるコンテナを密
閉構造としにくいために、悪臭、汚泥の落ちこぼれ等の
観点より環境上好ましくない。また、処理場内において
脱水汚泥を輸送させる場合には、主としてベルトコンベ
アが用いられるが、ベルトコンベアは設置に際して空間
的な制約を大きく受け、また、トラック輸送同様密閉構
造としにくいため、環境上の問題を生じる。最近では、
処理場内の脱水汚泥の輸送にパイプ圧送も使用されてい
るが、配管内の圧力損失が非常に大きく、短距離輸送に
限定されている。さらに、脱水汚泥は処理処分の前にタ
ンクあるいは、ホッパーに一時貯留されるが、前述した
ようにみかけ密度が小さいために、効率的な貯留ができ
ず、タンク容積等が大、すなわち設備費の増大につなが
っている。このように、脱水汚泥等の固形状態を呈する
有機性汚泥を輸送及び貯留する方法に関しては多くの問
題点を有しているが、さらにこのような有機性汚泥の処
理についても後述するような問題がある。

【０００３】すなわち、有機性汚泥の処理に関しては、
従来各種の方法が知られているが、その無害化及び減容
化を比較的簡単に行える点から、焼却法が広く行われて
いる。従来の焼却法は、有機性汚泥を脱水して得られる
ケーキ状の脱水汚泥を焼却する方法が一般的であるが、
この場合、脱水汚泥は付着性が高く、流動性の悪いもの
であることや、脱水汚泥のケーキ性状が不均一であるこ
と、脱水汚泥が固形の塊であること等が原因となって、
以下に示すような種々の問題を生じている。（１）脱水汚泥を原料ホッパーを介して焼却炉へ供給す
るに際し、脱水汚泥の流動性が悪いために、定量供給を
行うことが非常に困難である。（２）脱水汚泥の性状が不均一であることと、定量供給
が困難であること等のために、炉内の温度の制御が非常
に難しい。（３）脱水汚泥は、固形の塊であることのために、効率
的な燃焼を行うことが困難であり、また、完全燃焼でき
ない場合もある。

【０００４】脱水汚泥の焼却に見られる前記問題を解決
するために、脱水汚泥を直接焼却せずに、いったん乾燥
させた後、焼却処理する方法も提案されている。しか
し、この場合にも、脱水汚泥の持つ付着性の大きいこと
等が原因となって、（１）脱水汚泥を原料供給ホッパー
を介して乾燥器へ供給する際に、脱水汚泥の流動性が悪
く、定量供給を行うことが非常に困難である、（２）脱
水汚泥を乾燥器内で乾燥させるに際し、脱水汚泥の高い
付着性のために、脱水汚泥が器壁に付着乾燥して熱伝導
性の悪い固形物となり、乾燥器の乾燥効率を著しく悪化
させる等の問題を生じている。以上のように、従来の脱
水汚泥の焼却法は、実用上多くの問題を有している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の固形
状態を呈する有機性汚泥の焼却に見られる前記問題を解
決することをその課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、固形状態を呈する有
機性汚泥を焼却するに際し、該有機性汚泥を２００℃以
上の温度及び該温度の飽和水蒸気圧以上の圧力下に保持
して流動化させ、この高温高圧下の流動化物をフラッシ
ュ減圧し、得られたフラッシュ減圧残渣物を焼却するこ
とを特徴とする有機性汚泥の焼却方法が提供される。

【０００７】本発明において被処理原料として用いる固
形状態を呈する有機性汚泥としては、通常の下水処理場
から排出される下水汚泥や各種の有機性廃水の生物処理
装置から排出される余剰汚泥等の各種有機性汚泥の脱水
物や各種の製造工程から排出される固形状の有機性汚泥
等が包含される。有機性汚泥の脱水方法としては、真空
脱水、ベルトプレス脱水、遠心脱水等の機械脱水法が採
用され、特に制約されない。この脱水を行うに際して
は、有機性汚泥には、汚泥の調質薬剤、特に好ましくは
高分子凝集剤の添加が好ましい。本発明で被処理原料と
する固形状態を呈する有機性汚泥中の水分量は、５０〜
９０重量％、好ましくは７０〜８０重量％である。以
下、本発明を詳述する。

【０００８】本発明の方法を実施するには、まず、固形
状態を呈する有機性汚泥を高温高圧に保持して流動化物
とする。この場合、有機性汚泥のその流動化反応を促進
させる為に、有機性汚泥をアルカリ性条件とすることも
可能である。この場合、アルカリ性条件の形成には、通
常、アルカリ性物質が用いられるが、アルカリ性物質と
しては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、
炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、
炭酸水素カリウム、ギ酸ナトリウム、ギ酸カリウム等の
アルカリ金属化合物や、酸化カルシウム、水酸化カルシ
ウム、水酸化マグネシウム等のアルカリ土類金属化合物
等があげられる。

【０００９】本発明における流動化処理は高温高圧下で
実施されるが、この場合、反応温度は一般には２００℃
以上、好ましくは２００〜２２５℃前後であり、反応圧
力は、その反応温度における飽和水蒸気圧以上、例え
ば、２００℃の場合、１６ｋｇ／ｃｍ^２ａｂｓ以上であ
ればよい。この時、反応温度での保持時間（反応時間）
は、対象となる汚泥により異なるが、一般には６０分以
内で良い。流動性を向上させるには、温度をより高く、
あるいは保持時間をより長くすれば良いが、それにとも
なって固形物が沈降しやすくなる。従って、流動化後の
輸送及び貯留時における固形物の沈降を防止するために
は、適切な温度・保持時間の設定が必要である。本発明
の流動化装置は、間接加熱方式の熱交換器であればよい
が、固形状態を呈する汚泥を扱うことから、内部にスク
レーパを有する掻面式熱交換器やヘリカル翼を有するス
クリュウ型熱交換器の使用が望ましい。

【００１０】また、本発明において、圧力は、有機性汚
泥からの水蒸気による自己発生圧を利用することができ
るが、必要に応じ、例えば、窒素ガス、炭酸ガス、アル
ゴンガス等を用いて加圧することもできる。

【００１１】本発明において、有機性汚泥を前記高温高
圧下に保持して得られた生成物は、流動性が著しく良好
となっており、輸送時にポンプ圧送が充分に可能であ
る。従って、その輸送に、トラックの代りにバキューム
カーやタンクローリが使用できることは言うまでもな
い。また、本発明で得られた生成物は、空隙がほとんど
ないために、流動化前の汚泥と比較し、みかけ密度が大
きくなっている。従って、効率的に貯留でき、必要なタ
ンクの容量等を減じることが可能である。流動化物中の
水分含量は、５０〜９０重量％、好ましくは７０〜８０
重量％である。

【００１２】有機性汚泥の流動化物は、前記のように、
流動性に非常に富むものであるため、流動化装置又は流
動化物貯留容器から焼却炉への輸送をポンプ圧送等によ
り容易に行うことができる上、焼却炉への有機性汚泥の
供給を噴霧ガン等を用いて微細粒子状で供給し得ること
から、その燃焼を効率的に行うことができ、かつその焼
却炉への供給を定量的に行うことができる。また、流動
化された有機性汚泥は、均一な性状を示し、かつ前記の
ように定量供給し得ることから、空気量の制御と組合せ
て、炉内温度のコントロールを容易に行うことができ
る。

【００１３】次に、本発明の好ましい実施態様につい
て、図１にそのフローシートを示す。図１において、３
１は脱水装置、３２は流動化装置、３３はフラッシュタ
ンク、３４は圧送ポンプ、３５は凝縮装置、３６は焼却
炉、３７は廃熱ボイラを各示す。含水率９８％前後の濃
縮状態の有機性汚泥はライン３８を通って脱水装置３１
に導入される。分離されたろ液はライン３９を通って水
処理施設に返送され、脱水された汚泥はライン４０によ
り流動化装置３２に導入される。この流動化装置は熱交
換型反応装置であり、加熱媒体がライン４８から導入さ
れ、装置内の有機性汚泥を流動化温度まで加熱する。こ
こで使われる熱源としては、後段の廃熱ボイラ３７で回
収した水蒸気を用いることが望ましい。この時の条件と
して、流動化温度は、２００℃以上、好ましくは、２０
０〜２２０℃、反応圧力は、反応温度における飽和水蒸
気圧以上であればよい。反応時間は、通常６０分以内で
ある。ここで採用される流動化装置の形式は、掻面式熱
交換器あるいは、スクリュウ型熱交換器が好ましいが、
特に制約されない。流動化物はライン４１を通ってフラ
ッシュタンク３３に導入され、大気圧下或いは減圧下ま
で急激に減圧される。このとき、流動化物の水分の一部
（約１０〜２０％）が蒸発するが、この水蒸気は、ライ
ン４３を通って凝縮装置３５に導入し液状物とする。こ
の液状物はライン４５により水処理施設に返送される。
一方、フラッシュタンク３３内で蒸発せずに残った流動
化物（蒸発残渣物）４２は圧送ポンプ３４に入り、ライ
ン４４を通って焼却炉３６まで配管内を圧送される。焼
却炉３６では、ライン４６より導入された燃焼用空気と
流動化物が混合され、燃焼状態が形成される。この時、
必要に応じて、重油等の補助燃料の投入が行われる。但
し、流動化物は、液状を呈しているため、微細粒径まで
噴霧が可能であり、かつ、固形物濃度が高いので、自燃
する場合もある。燃焼条件は、６００〜１０００℃、好
ましくは、７５０〜８００℃である。ここで採用されえ
る焼却炉は、単なる噴霧焼却炉が好ましいが、他の形
式、例えば、流動層炉でも燃焼上は問題ない。燃焼後の
高温排ガスは、ライン４７を通って廃熱ボイラ３７に導
入され、水蒸気の形で熱回収が行われる。ここで発生し
た水蒸気はライン４８を通って流動化装置３２の加熱源
とする。また発熱ボイラ３７における熱回収後の排ガス
は、ライン４９を通って排ガス処理装置（図示せず）を
通り、煙突へと導かれ大気に開放される。

【００１４】以上説明したごとく本発明によれば、脱水
汚泥等の固形状態を呈する有機性汚泥を液状物として取
扱うことができ、移送上・燃焼上大きなメリットが生ず
る。移送には、ベルトコンベアではなくポンプ圧送が可
能となり、燃焼には、噴霧焼却が採用できる。これらに
より、下記の利点が得られる。（１）脱水ヤードと焼却ヤードがかなり離れていてもポ
ンプ圧送ができ、空間配置上の制約を受けずに自由に計
画が出来る。（２）焼却炉までの汚泥の安定供給性、定量移送性及び
分配性が良い。（３）臭気対策及びメンテナンスが容易。（４）設置スペースが少ない。（５）焼却炉が小型化できる。（６）低空気比燃焼が可能であり、ＮＯ_ｘの低減化、排
気ファンの小型化が可能。（７）汚泥流量の計測が可能であり、焼却量のコントロ
ールが容易。（８）流動化汚泥は性状が均一であり、炉内温度のコン
トロールが容易。（９）炉内に駆動部、流動媒体がなく、大型化容易。以上のことから明らかなように、本発明の固体状態を呈
する有機性汚泥の流動化焼却処理方法は、技術的、経済
的に非常に有利な方法であるということができる。

【００１５】

【実施例】次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明する。なお、以下において示す％は重量基準である。

【００１６】実施例１有機性汚泥として下水汚泥を選択し、標準活性汚泥法の
処理場から排出された３種類の混合生汚泥の脱水ケーキ
を以下の試験に用いた。これらの汚泥は高分子凝集剤を
添加した後、ベルトプレスにて脱水したものである。そ
の代表的な性状は表１の通りである。

【００１７】

【表１】

【００１８】上記脱水汚泥約８０ｇを、内容量３００ｍ
ｌのオートクレーブに充填・密閉し、Ｎ_２ガスで充分に
パージを行ない、３０ｋｇ／ｃｍ^２Ｇまで加圧した。次
いで、電磁誘導式撹拌機を使用して撹拌を開始し、同時
に電気炉で加熱を始めた。オートクレーブ内の温度が所
定の反応温度（２００〜２５０℃）に到達した後、その
温度を所定の時間保持し、その後、そのオートクレーブ
の内部圧を利用して、オートクレーブ内容物をフラッシ
ュタンクに流出させ、温度：約１００℃、圧力：大気圧
の流動化物（フラッシュ減圧残渣物）を得た。なお、反
応中のオートクレーブ内の圧力は、保圧弁によって、反
応温度における飽和水蒸気圧以上の圧力を維持した。前
記流動化物は、これを一昼夜静置させて固形物沈殿の様
子を確認した後、恒温槽付きの共軸二重円筒型粘度計
で、２０℃におけるみかけ粘度を測定した。

【００１９】表２に、流動化物のみかけ粘度（ずり速度
１０_ｓ ^−１）を示す。この表からわかるように、汚泥
Ａ、汚泥Ｂ及び汚泥Ｃは２００℃以上の反応温度でその
保持時間を適当に調節することにより流動化が可能であ
った。また、反応温度を高く、または保持時間を長くと
ることにより、みかけ粘度が低下し、流動性が向上し
た。ちなみに、下水処理場から、別に採取した濃縮汚泥
（含水率９６．８％、有機物比７８．４％）の同一の粘
度測定条件でのみかけ粘度は８０ｃＰであった。したが
って、適当な反応条件を設定すれば、脱水汚泥の粘性を
濃縮汚泥並みに下げられ、ポンプによるパイプ輸送が充
分に可能であると判断された。一方、流動化した汚泥を
一夜静置すると、２５０℃で流動化した汚泥は固形物の
沈殿が観察された。また、流動化した汚泥は液状となっ
ており、スポイトでの吸引が可能であった。したがっ
て、バキュームカー等への積載、輸送が可能であるもの
と判断できる。

【００２０】

【表２】

【００２１】実施例２（流動化物の焼却）有機性汚泥として、実施例１で使用した汚泥Ｃを用い、
２００℃で６０分の反応条件で流動化させた。具体的な
手順は実施例１と同様のため省略する。減圧後流動化汚
泥（フラッシュ減圧残渣物）を採取し、噴霧焼却テスト
を実施した。その結果、流動化汚泥は効率的に焼却が可
能であることを確認した。

【図面の簡単な説明】

【図１】有機性汚泥を脱水し、流動化させた後焼却する
方法の一つの例についてのフローシートを示す。

【符号の説明】

３１脱水装置３２流動化装置３３フラッシュタンク３６焼却炉３７廃熱ボイラ

フロントページの続き (72)発明者小木知子茨城県つくば市小野川16番３工業技術院資源環境技術総合研究所内 (72)発明者土手裕茨城県つくば市小野川16番３工業技術院資源環境技術総合研究所内 (72)発明者美濃輪智朗茨城県つくば市小野川16番３工業技術院資源環境技術総合研究所内 (72)発明者安中徳二茨城県つくば市大字旭１番地建設省土木研究所内 (72)発明者佐藤和明茨城県つくば市大字旭１番地建設省土木研究所内 (72)発明者増田隆司東京都千代田区霞が関２丁目１番３号建設省都市局下水道部内 (72)発明者中村忠東京都文京区本郷５丁目５番16号オルガノ株式会社内 (72)発明者鈴木明東京都文京区本郷５丁目５番16号オルガノ株式会社内 (72)発明者伊藤新治東京都文京区本郷５丁目５番16号オルガノ株式会社内審査官中村敬子 (56)参考文献特開昭54−24457（ＪＰ，Ａ) 特公昭45−13385（ＪＰ，Ｂ１)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】固形状態を呈する有機性汚泥を焼却する
に際し、該有機性汚泥を２００℃以上の温度及び該温度
の飽和水蒸気圧以上の圧力下に保持して流動化させ、こ
の高温高圧下の流動化物をフラッシュ減圧し、得られた
フラッシュ減圧残渣物を焼却することを特徴とする有機
性汚泥の焼却方法。
【請求項２】該有機性汚泥の流動化に必要な熱量の少
なくとも一部として、該フラッシュ減圧残渣物の焼却廃
熱を用いる請求項１の方法。