JP3611830B2

JP3611830B2 - 製紙スラッジの処理方法および処理設備

Info

Publication number: JP3611830B2
Application number: JP2002164249A
Authority: JP
Inventors: 健風間; 雅史道明; 友二中村; 等太田
Original assignee: Tsukishima Kikai Co Ltd
Current assignee: Tsukishima Kikai Co Ltd
Priority date: 2002-06-05
Filing date: 2002-06-05
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2022-06-05
Also published as: JP2004008887A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製紙工程で発生する製紙スラッジを、特に製紙用の顔料などとして再利用可能に処理するための製紙スラッジの処理方法および処理設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
このように、製紙工程において発生する製紙スラッジは、従来は脱水後に焼結されて埋め立て処分されたり、一部はセメント原料や炭化物等への利用が図られたりしていたが、近年では、例えば特開２００１−２６７２７号公報に記載されたように、製紙スラッジを燃焼等によって好ましくは多段で酸化処理した後に所定の粒径にやはり好ましくは多段で粉砕処理したりして、製紙用の白色顔料として再利用することが提案されている。すなわち、このような処理方法では、温度を適当に制御した例えば燃焼による多段の酸化処理により製紙スラッジに含まれる炭酸カルシウムを酸化カルシウムに分解しすぎたりすることなく回収し、これを細かく粉砕することによって製紙用の白色顔料として再利用を図るようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、こうして製紙スラッジを処理するに際して、スラリー状の製紙スラッジやその脱水ケーキをそのまま燃焼炉や焼却炉に供給して加熱、燃焼することにより酸化処理したのでは、この供給された製紙スラッジの燃焼が部分的に不均一となることが避けられず、例えばスラッジ表面の燃焼が促進された部分では上述のような温度制御にも拘わらず炭酸カルシウムが分解されて酸化カルシウムが生成されてしまい、顔料として用いる場合に所望の白色度等を得ることができなくなるおそれがある。また、このように燃焼が不均一となることにより、回収された炭酸カルシウムや水酸化カルシウムが部分的に溶融凝固を生じて高硬度となり、その後の粉砕処理において粉砕されても、製紙用顔料として用いた場合には抄紙機のワイヤーの摩耗や裁断時のカッターの劣化が激しくなって、設備メンテナンスコストの増大と生産効率の悪化を招くおそれもある。
【０００４】
本発明は、このような背景の下になされたもので、このように製紙工程で発生する製紙スラッジを製紙用の顔料等として再利用したりするのに際し、スラッジを均一に燃焼させることによって炭酸カルシウム等の分解を抑えてその効率的な回収を図ること可能な製紙スラッジの処理方法および処理設備を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明の製紙スラッジの処理方法は、製紙スラッジを造粒機によって粒の揃った造粒物に成型造粒した後に、この造粒物を、焼成炉の本体の内部にその一端部側から供給して他端部側に送り出しつつ、上記本体の内部に他端側から一端側へ向けて吹き込まれた熱風により焼成して処理するとともに、上記本体より排出された排気から固形分を回収し、この固形分を上記造粒機に供給することを特徴とし、また本発明の製紙スラッジの処理設備は、製紙スラッジを粒の揃った造粒物に成型造粒する造粒機と、内部に一端部側から上記造粒物が供給される円筒状の本体が横置きされた中心軸回りに回転可能とされるとともに、この本体内に上記熱風が他端側から一端側へ向けて吹き込み可能とされ、上記造粒物を上記一端部側から上記他端部側に送り出しつつ上記熱風によって加熱することにより焼成して処理する焼成炉とを備え、上記焼成炉より排出された排気から回収された固形分が、上記造粒機に供給可能とされていることを特徴とする。従って、このような処理方法および処理設備においては、製紙スラッジがまず造粒機によって粒の揃った造粒物に成型されるため、この製紙スラッジの造粒物が焼成炉に保持された状態で隣接する造粒物同士の間に適当な間隙を確保しておくことができ、この間隙を、温度管理（制御）がなされた熱風が通ることによって製紙スラッジが加熱されて焼成すなわち燃焼し、酸化処理されることとなるので、保持された製紙スラッジを満遍なく均一に加熱して焼成することができ、部分的に炭酸カルシウムが分解されすぎたり凝固したりするのを防ぐことができる。また、この製紙スラッジの造粒物が直接火炎に晒されたりすることなく、こうして熱風により加熱されて焼成されるため、焼成温度の管理が比較的容易であり、炭酸カルシウムの分解を一層確実に抑制してその回収効率の向上を図ることができる。
【０００６】
ここで、上記処理方法においては、上記造粒物を水分量５０〜６０ｗｔ％、平均粒径５〜２０ｍｍに成型造粒し、この造粒物を上記焼成炉において焼成温度７００〜８５０℃で１〜３時間保持して焼成するのが望ましい。すなわち、造粒物の水分量が上記範囲を上回るほど大きいと造粒物が崩れやすくなって上記間隙の確保が困難となるおそれがある一方、上記範囲を下回るまで製紙スラッジを脱水するには多くの時間と労力等を要する結果となる。また、造粒物の平均粒径が上記範囲よりも小さくても造粒物同士の上記間隙が小さくなってしまうおそれがある一方、平均粒径が上記範囲よりも大きいと個々の造粒物において焼成が不均一となるおそれが生じる。なお、造粒物は円柱状に成型造粒するのが容易であり、その場合には直径６〜１０ｍｍ、長さ１０〜２０ｍｍ程度の範囲とされるのが望ましい。さらに、焼成炉における焼成温度や保持時間が上記範囲よりも低かったり短かったりすると、製紙スラッジ中の有機物を完全燃焼させて十分に除去することができなくなるおそれがある一方、逆に焼成温度や保持時間が上記範囲よりも高かったり長かったりすると、炭酸カルシウムが分解されて酸化カルシウムが生成されてしまい、炭酸カルシウムの回収効率が損なわれたり、さらにこの酸化カルシウムが他の無機質体と溶融、結晶化することで高硬度の焼成品となってしまったりするおそれがある。
【０００７】
また、上記処理設備においては、上記焼成炉が、内部に上記造粒物が供給される円筒状の本体が横置きされた中心軸回りに回転可能とされて、この本体内に上記熱風が吹き込み可能とされた内熱キルンとされるので、こうして本体が回転されることにより、内部に保持された製紙スラッジの造粒物も本体内でその周方向に転がりながらこの本体内部に吹き込まれる熱風によって一層均一に焼成されることとなる。さらに、この焼成炉より排出された排気から回収された固形分にはカルシウム成分が含有されているので、これを循環させて上記造粒機に供給可能とすることにより、炭酸カルシウムの回収効率の一層の向上を促すことが可能になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の製紙スラッジの処理設備の一実施形態を示すものであり、以下この処理設備の実施形態を説明しながら、合わせて該処理設備による本発明の製紙スラッジの処理方法の一実施形態についても説明する。まず、本実施形態においては、スラッジ受入貯槽１に貯留された製紙スラッジＳが、このスラッジ受入貯槽１の下部に設けられたスラッジ切出コンベア１Ａからスラッジ計量器２を介して切出量が調整可能に所定量ずつ連続的に切り出され、スラッジ搬送コンベア３によって造粒機４に供給される。
【０００９】
この造粒機４は、例えばスクリューケース４Ａ内の一端側に一対のスクリュー４Ｂが回転可能に収容されるとともに他端側には所定の内径の孔が多数の開けられたスクリーン４Ｃ内にエクストラクト（絞り出し）羽根４Ｄが設けられた構成とされ、上記スクリューケース４Ａの一端側から投入されたスラッジＳが、スクリュー４Ｂとスクリューケース４Ａとの間で適当な圧縮と混練作用を受けながら他端側に送られ、上記エクストラクト羽根４Ｄによって９０度変向してスクリーン４Ｃの孔から粒径の規制された比較的硬い円柱状粒となって押し出されることにより、造粒物Ｐとして成型造粒されるようになされたものであり、こうして成型造粒された造粒物Ｐは、その水分量が５０〜６０ｗｔ％、平均粒径が５〜２０ｍｍとされて、形状および寸法が略等しい粒揃いのものとされる。なお、本実施形態の造粒物Ｐはこのように円柱形であって、個々の造粒物Ｐの粒径は例えば該円柱の直径と長さとの平均値として得られるが、より具体的には直径が６〜１０ｍｍ、長さが１０〜２０ｍｍ程度とされる。
【００１０】
そして、こうして成型造粒された造粒物Ｐは、この造粒機４から、周壁部が水冷ジャケット構造とされたスクリューフィーダ式のスラッジ供給コンベア５を介して焼成炉６に供給される。この焼成炉６は、内部に造粒物Ｐが上記スラッジ供給コンベア５により供給される円筒状の本体６Ａが、横置きされたその中心軸Ｏ回りに図示されない駆動手段によって回転可能とされて、この本体６Ａ内に、熱風炉７から熱風が吹き込み可能とされた内熱キルンであり、この本体６Ａの両端部には本体６Ａの回転を許容しつつ内部を気密に密封可能なボックス６Ｂ，６Ｃが配設されていて、上記スラッジ供給コンベア５はこのうち一端部側（図１において左側）のボックス６Ｂの上記中心軸Ｏ上に接続されて造粒物Ｐを本体６Ａ内部に供給可能とされている。
【００１１】
一方、上記熱風炉７は、反対の他端部側（図１において右側）のボックス６Ｃの中心軸Ｏ上に接続されていて、圧縮空気Ａによって噴射された灯油等の燃料ＦをガスＧによる炎で着火させて焼成炉燃焼ブロア８から供給される空気Ｂにより燃焼させるバーナー７Ａを備え、これにより、同じく焼成炉燃焼ブロア８からボックス６Ｃに供給された空気Ｂを加熱して熱風として上述のように本体６Ａ内に吹き込む構造とされている。そして、上記スラッジ供給コンベア５から供給された造粒物Ｐは、本体６Ａの回転に伴いその内部を周方向に転がりながら所定時間かけて他端部側へと送り出されつつ上記熱風によって加熱されることにより、製紙スラッジＳ中に含まれる有機物が燃焼させられて焼成され、他端部側の上記ボックス６Ｃの下部から排出される。
【００１２】
ここで、この焼成炉６の本体６Ａに吹き込まれる上記熱風の温度は８００〜１０００℃とされ、これによる焼成炉６においての焼成温度、すなわち加熱されて焼成された造粒物Ｐの品温（本体６Ａ内における造粒物Ｐの最高温度）は７００〜８５０℃、より望ましくは７００〜７５０℃とされる。また、本体６Ａ内における造粒物Ｐの保持時間は１〜３時間とされる。しかして、こうして焼成されて上記ボックス６Ｃの下部から排出された造粒物Ｐは、周壁部が水冷ジャケット構造とされたスクリューフィーダ式の冷却コンベア９（ただし、本実施形態では２段の冷却コンベア９，９が備えられている）によって冷却された後、焼成品排出ダンパ９Ａから焼成品搬送コンベア１０を介して焼成品タンク１１に貯留され、その下部の焼成品タンク切出コンベア１１Ａによって所定量ずつ切り出されてトラック等の輸送手段１２により輸送され、例えば製紙工程の白色顔料として再利用される。なお、この製紙工程においては、焼成された造粒物（焼成品）Ｐを上述のように必要に応じて多段で粉砕処理したり、さらに燃焼等の乾式酸化や湿式酸化によって酸化処理したりしてもよい。
【００１３】
一方、本体６Ａ内に吹き込まれて造粒物Ｐを加熱した熱風は一端部側のボックス６Ｂ上部から排気Ｅとして排出され、集塵機１３によって集塵された後に二次燃焼炉１４に供給される。この二次燃焼炉１４は、圧縮空気Ａとともに噴射されたガス等の燃料Ｆを、やはりガスＧによる炎で着火して二次燃焼炉燃焼ブロア１５から供給される空気Ｃによって燃焼させるバーナー１４Ａをその上部に備えたものであり、上記排気Ｅは、この二次燃焼炉１４においてその可燃ガス成分等が完全燃焼させられ、次いで燃焼空気予熱器１６において上記空気Ｃを予熱した後に廃熱ボイラ１７に供給されて熱回収され、さらにベンチュリースクラバー１８およびスクラバー１９によって清浄化、冷却されて排出される。なお、図中に符号２０で示すのは誘引ファン、符号２１で示すのはスクラバー循環ポンプである。そして、上記集塵機１３、二次燃焼炉１４、燃焼空気予熱器１６、および廃熱ボイラ１７において排気Ｅから回収された固形分Ｄは、それぞれの下端に備えられた排出バルブ１３Ａ，１７Ａや排出ダンパ１４Ｂ，１６Ａから排出されてダスト戻しコンベア２２により上記スラッジ搬送コンベア３に戻され、製紙スラッジＳとともに造粒機４に供給可能とされている。
【００１４】
しかして、このように構成された製紙スラッジＳの処理設備および該処理設備による製紙スラッジＳの処理方法においては、この製紙スラッジＳが造粒機４において粒の揃った造粒物Ｐに成型造粒され、この造粒物Ｐが焼成炉６に供給されて保持され、熱風炉７から吹き込まれる熱風により加熱されて焼成させられるので、焼成炉６の本体６Ａ内に保持された状態で隣接する造粒物Ｐ同士の間には熱風が通過するのに十分な間隙があけられることとなり、これにより造粒物Ｐに成型造粒された製紙スラッジＳを、個々の造粒物Ｐごとにその表面から満遍なく均一に加熱して焼成することが可能となる。このため、焼成炉６に供給された製紙スラッジＳにおいて有機物が十分に燃焼されない部分が生じたり、あるいは炭酸カルシウムが加熱されすぎて酸化カルシウムに分解されたりするのを防ぐことができるとともに、これら炭酸カルシウムや酸化カルシウムが部分的に溶融凝固して高硬度となったり、酸化カルシウムが他の無機質体と溶融、結晶化することで高硬度の焼成品となったりすることも防ぐことができる。また、こうして熱風炉７で発生された熱風によって製紙スラッジＳの造粒物Ｐが焼成されるので、例えばスラッジが直接火炎に晒されて焼成される場合などに比べて焼成温度の管理や制御が容易であり、これによっても有機物の完全燃焼を促しつつ炭酸カルシウムの分解を抑えてその回収効率の向上を図ることができる。従って、上記処理方法および処理設備によれば、焼成された製紙スラッジＳの造粒物Ｐを製紙工程における顔料として用いるような場合において、その白色度の向上を図ることができるとともに、この製紙工程における抄紙機のワイヤーの摩耗や裁断時のカッターの劣化を抑えて設備メンテナンスコストの削減や生産効率の向上を促すことができ、高品位の紙類をより低コストで提供することが可能となる。
【００１５】
また、本実施形態の処理方法では、こうして製紙スラッジＳを造粒物Ｐに成型造粒するに際し、その水分量を５０〜６０ｗｔ％とするとともに、平均粒径５〜２０ｍｍに成型造粒しており、このため必要以上に多くの時間や労力を要したりすることなく、上述のように焼成炉６の本体６Ａ内に保持される造粒物Ｐ同士の間に確実に十分な間隙を確保することができ、しかも個々の造粒物Ｐにおいてもより確実に上述のような均一な焼成を図ることが可能となる。さらに、本実施形態では、この造粒物Ｐを焼成炉６において焼成温度７００〜８５０℃で１〜３時間保持して焼成するようにしており、これによって一層確実に炭酸カルシウムの分解を防ぎつつ、製紙スラッジＳ中の有機物の完全燃焼を図って、かかる有機物に起因する白色度の劣化等を抑えることが可能となる。
【００１６】
ここで、次表１、２は、表１に示す原料（製紙スラッジＳ）成分の造粒物Ｐを本実施形態の処理方法によって焼成して処理したときの焼成品の分析結果を表２に示すものである。ただし、これらの表１において脱水機１、２（表２ではＲＵＮ−１、２）としてあるのは、造粒前の製紙スラッジＳを所定の水分量にまで脱水する際の脱水機を示したものであり、脱水機１はスクリュープレス脱水機、脱水機２は遠心脱水機である。また、表２におけるＣａＣＯ_３（炭酸カルシウム）分解率は、次式１により算出した。さらに、このときの造粒物Ｐは直径約８ｍｍ、長さ１０〜１５ｍｍの円柱状（平均粒径９〜１１．５ｍｍ）に成型造粒されて、ＲＵＮ−１の場合は２．４９ｋｇ／ｈ、ＲＵＮ−２の場合は２．１ｋｇ／ｈの供給量で焼成炉６に供給された。また、この焼成炉６は、その本体６Ａが内径２００ｍｍ、長さ１５００ｍｍの円筒状（均熱部容量４７．１Ｌ）で、その一端部側から他端部側に向けて下向きにＲＵＮ−１では１．３／１００、ＲＵＮ−２では１．６／１００の傾斜が与えられ、ＲＵＮ−１の場合は１．０ｒｐｍ、ＲＵＮ−２の場合は１．５ｒｐｍの回転数で回転された。さらに、この焼成炉６の熱風炉７は、その熱容量が６１５００ｋｃａｌ／ｈであって、ＲＵＮ−１の場合は８６５℃、ＲＵＮ−２の場合は８４３℃の熱風が本体６Ａ内に吹き込まれ、これにより造粒物Ｐの焼成温度（品温）はＲＵＮ−１で７９７℃、ＲＵＮ−２で７６０℃とされた。また、造粒物Ｐの焼成炉６における保持時間（滞留時間）は１．７７時間であった。
【００１７】
【表１】

【００１８】
【表２】

【００１９】
【数１】

【００２０】
しかして、この結果より、上記処理方法によれば、ＲＵＮ−１の場合は焼成品におけるＣａＣＯ_３の分解率が比較的高めであったものの、これに対してＲＵＮ−２の場合はＣａＣＯ_３の分解率が大幅に抑えられており、焼成品中のＣａＣＯ_３の含有量もＲＵＮ−２では約２０ｗｔ％とされた。さらに、これらＲＵＮ−１、２の焼成品の白色度を測定したところ、双方とも８０以上と比較的高い白色度が得られていることが判った。
【００２１】
一方、上記実施形態の処理設備においては、その焼成炉６が横置きされた中心軸Ｏ回りに回転可能な円筒状の本体６Ａを備え、この本体６Ａ内に上記造粒物Ｐが供給されて保持されるとともに熱風炉７から熱風が吹き込み可能とされ、造粒物Ｐが加熱されて焼成されるようになされている。このため、本体６Ａ内部に保持された造粒物Ｐはこの本体６Ａの回転に伴ってその内壁部を周方向に転がりながら焼成されることとなり、従って造粒物Ｐ自体が粒の揃った形状、寸法に成型造粒されて上記間隙が確保されることとも相俟って、個々の造粒物Ｐの周囲により確実かつ均一に熱風を行き渡らせて焼成することが可能となる。また、本実施形態では、この焼成炉６が、その本体６Ａの一端部側から造粒物Ｐが供給されて他端部側に送り出されつつ焼成されるのに対し、熱風はこの本体６Ａの他端側から吹き込まれるようになされており、従って本体６Ａの一端部側では供給されたばかりの水分量の多い造粒物Ｐから蒸発した水分を速やかに本体６Ａから排出することができる一方、他端部側ではより高温の熱風を造粒物Ｐに与えて一層確実な焼成を図ることが可能となる。なお、この本体６Ａには上述のように一端部側から他端部側に向けて下向きに傾斜を与え、造粒物Ｐが確実に送り出されるようにされていてもよい。
【００２２】
さらに、本実施形態の処理設備では、上記焼成炉６の一端部側から排出された熱風の排気Ｅが集塵機１３、二次燃焼炉１４、燃焼空気予熱器１６、廃熱ボイラ１７、ベンチュリースクラバー１８およびスクラバー１９を経て排出されるようになされており、このうち集塵機１３、二次燃焼炉１４、燃焼空気予熱器１６、および廃熱ボイラ１７は排出バルブ１３Ａ，１７Ａや排出ダンパ１４Ｂ，１６Ａを介してダスト戻しコンベア２２に接続されて、排気Ｅから回収された固形分Ｄがこのダスト戻しコンベア２２からスラッジ搬送コンベア３を経て製紙スラッジＳとともに造粒機４に供給可能とされている。しかして、こうして焼成炉６から排出された排気Ｅ中には焼成炉６内に保持された造粒物Ｐの粉塵等が上記固形分Ｄとして含まれており、従ってこの固形分Ｄには製紙スラッジＳに含有されたカルシウム成分も含まれているので、このような固形分Ｄを回収して再び造粒機４に供給し、製紙スラッジＳと混合して造粒物Ｐに成型造粒して焼成炉６に供給することにより、本実施形態によれば、焼成される造粒物Ｐ中におけるカルシウム成分の増加を図って、炭酸カルシウムの回収効率の一層の向上を促すことが可能となる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の製紙スラッジの処理方法および処理設備によれば、製紙スラッジを造粒機において粒の揃った造粒物に成型造粒した上で、焼成炉において熱風により加熱して焼成することにより、造粒物間に熱風を十分に行き渡らせてその均一かつ確実な焼成を図ることができ、有機物の完全燃焼と炭酸カルシウム等の回収効率の向上とを促して、製紙工程等の顔料として用いたりする場合の白色度の向上を図ったり、該製紙工程における抄紙機のワイヤーの摩耗や裁断機のカッターの劣化を抑えたりすることができる。また、上記処理方法においては、上記造粒物を水分量５０〜６０ｗｔ％、平均粒径５〜２０ｍｍに成型造粒し、この造粒物を上記焼成炉において焼成温度７００〜８５０℃で１〜３時間保持して焼成することにより、造粒物の成型造粒に多くの時間や労力を要することなく、さらに確実かつ均一な有機物の燃焼および炭酸カルシウム等の分解抑制を図ることができる。一方、上記処理設備においては、その焼成炉を、横置きされた中心軸回りに回転可能とされた円筒状の本体内に熱風が吹き込み可能とされた内熱キルンとすることにより、造粒物の一層均一な焼成を図ることができ、またこの焼成炉より排出された排気から回収した固形分を造粒機に供給可能とすることにより、炭酸カルシウム等の回収効率の一層の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製紙スラッジの処理設備の一実施形態を示す図である。
【符号の説明】
４造粒機
６焼成炉
６Ａ焼成炉６の本体
７熱風炉
１３集塵機
１４二次燃焼炉
１６燃焼空気予熱器
１７廃熱ボイラ
Ｓ製紙スラッジ
Ｐ造粒物
Ｅ焼成炉６から排出される排気
Ｄ排気Ｅから回収された固形分

Claims

製紙スラッジを造粒機によって粒の揃った造粒物に成型造粒した後に、この造粒物を、焼成炉の本体の内部にその一端部側から供給して他端部側に送り出しつつ、上記本体の内部に他端側から一端側へ向けて吹き込まれた熱風により焼成して処理するとともに、上記本体より排出された排気から固形分を回収し、この固形分を上記造粒機に供給することを特徴とする製紙スラッジの処理方法。
上記造粒物を水分量５０〜６０ｗｔ％、平均粒径５〜２０ｍｍに成型造粒し、この造粒物を上記焼成炉において焼成温度７００〜８５０℃で１〜３時間保持して焼成することを特徴とする請求項１に記載の製紙スラッジの処理方法。
製紙スラッジを粒の揃った造粒物に成型造粒する造粒機と、内部に一端部側から上記造粒物が供給される円筒状の本体が横置きされた中心軸回りに回転可能とされるとともに、この本体内に上記熱風が他端側から一端側へ向けて吹き込み可能とされ、上記造粒物を上記一端部側から上記他端部側に送り出しつつ上記熱風によって加熱することにより焼成して処理する焼成炉とを備え、上記焼成炉より排出された排気から回収された固形分が、上記造粒機に供給可能とされていることを特徴とする製紙スラッジの処理設備。