JP4441155B2 - 浄化処理装置および浄化処理方法 - Google Patents
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Description
この発明は浄化処理装置および浄化処理方法に関し、特にたとえば高ＳＳ廃液や浄化槽汚泥等を浄化するとともにこれらを原料として高カロリー燃料を得る、浄化処理装置および浄化処理方法に関する。
この種の浄化処理装置の一例が、平成１１年１月１９日付で出願公開された特許文献1に開示されている。この従来技術は、浄化槽汚泥等に粒度調整微粉炭と粒度調整活性化炭とを混合して攪拌し、これに凝集剤を添加してフロックを生成し、その後、フロックを加圧脱水して燃料を得るようにしたものである。
特開平１１−１０１３７号公報
従来技術では、浄化槽汚泥等に微粉炭を混合するようにしていたが、微粉炭は一般に高価なため、運転コストが高くなるという問題があった。
また、従来技術では、生物処理法や沈降固液分離法等を用いた装置に比べると処理廃液のＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）およびＣＯＤ（化学的酸素要求量）を大幅に低減できるが、それでもなお十分ではなく、処理廃液を他の浄化処理装置で２次的に処理する必要があった。
さらに、加圧脱水で得られる被処理物（脱水ケーキ）の含水率は６０％程度と大きいため、被処理物中の塩素を水とともに十分に排出することができず、生成燃料に塩素が多量に残留してしまうという問題があった。
それゆえに、この発明の主たる目的は、高ＳＳ廃液や汚泥等のような被処理物を浄化処理する、新規な、浄化処理装置および方法を提供することである。
この発明の他の目的は、浄化処理能力を飛躍的に高めることができる、浄化処理装置および浄化処理方法を提供することである。
この発明のさらに他の目的は、生成燃料に残留する塩素濃度を低減して、燃料の品質を高めることができる、浄化処理装置を提供することである。
この発明のさらに他の目的は、生成燃料に残留する塩素濃度を低減して、燃料の品質を高めることができる、浄化処理装置を提供することである。
第１の発明に従った浄化処理装置は、被処理物を浄化処理する、浄化処理装置であって、被処理物にコークスを混合して攪拌する第１攪拌機、第１攪拌機からの混合物を投入するタンク、タンクから出された混合物に凝集剤を添加して攪拌してフロックを生成する第２攪拌機、および第２攪拌機からのフロックを脱水する脱水機を備える、浄化処理装置である。
第２の発明に従った浄化処理装置は、被処理物を浄化処理する、浄化処理装置であって、被処理物に泥炭を混合して攪拌する第１攪拌機、第１攪拌機からの混合物を投入するタンク、タンクから出された混合物に凝集剤を添加して攪拌してフロックを生成する第２攪拌機、および第２攪拌機からのフロックを脱水する脱水機を備える、浄化処理装置である。
この発明に従った浄化処理方法は、被処理物を浄化処理する、浄化処理方法であって、(a) 被処理物にコークスを混合して攪拌して混合物を生成する第１攪拌ステップ、(b) 混合物をタンクに投入するタンク投入ステップ、(c) タンクから出された混合物に凝集剤を添加して攪拌してフロックを生成する第２攪拌ステップ、および(d) 第２攪拌ステップで得られたフロックを脱水する脱水ステップを含む、浄化処理方法である。
浄化槽汚泥等のような被処理物にコークスを混合すると、被処理物中の汚濁物質がコークスに効率よく吸着される。コークスは、微粉炭より比重が大きくかつ化学的吸着性能がよいため、汚濁物質の吸着性および被処理物との混合性の点において微粉炭に勝ると考えられる。
そして、加圧・吸引方式の脱水機を用いると、塩素等の汚濁物質が加圧によって被処理物中の水に十分に溶かされ、加圧および吸引の両作用によって水とともに効率よく排出される。
また、コークスに代えて泥炭の粉を用いた場合にも、同様の結果が得られる。
この発明によれば、安価な構成で水(脱水機からの脱離液)の浄化処理能力を飛躍的に高めることができる。また、加圧・吸引方式の脱水機を用いることにより、生成される燃料の品質を高めることができる。
この発明の上述の目的,その他の目的,特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
この発明の上述の目的,その他の目的,特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
図１に示す実施例の浄化処理装置１０は、浄化槽汚泥，生し尿，下水汚泥および川河ヘドロ等のような被処理物を浄化処理し、かつ、これらを原料として高カロリー燃料を得るものであり、混合・攪拌部Ａ，脱水部Ｂおよび乾燥部Ｃの３つの部分により構成される。
混合・攪拌部Ａは、被処理物を収容する第１ホッパ１２を含み、処理工程の流れにおける第１ホッパ１２の下流には、第１攪拌機１４，タンク１６および第２攪拌機１８がこの順に配置される。そして、第１攪拌機１４の投入口にはコークスを収容する第２ホッパ２０が接続され、第２攪拌機１８の投入口には凝集剤を収容する第３ホッパ２２が接続される。
なお、第１攪拌機１４および第２攪拌機１８としては、攪拌インペラ（またはプロペラもしくはスクリュウ）を有する攪拌機が利用できるが、第１攪拌機１４としては、さらに、空気を圧入してバブリング処理するエアー攪拌機が利用されてもよい。
ここで、第２ホッパ２０に収容されるコークスとしては、石油の精製過程で得られるオイルコークスや、石炭が高温高圧下で自然コークス化した煽石や、その他の任意のものが用いられ得るが、安価に入手できる点において、オイルコークスまたは煽石を用いることが望ましい。コークスは、一般に、微粉炭よりも比重が大きく、しかも、粒径が小さいため、後に説明するように、微粉炭に比べて汚濁物質の吸着性，被処理物との混合性および脱臭・脱色性等の点で優れていると考えられる。特に、オイルコークスでは、その組成の８５−９５％が炭素で占められているので、上記微粉炭に比べると明らかに炭素の含有率が大きい。そのため、その発熱量も８５００ｋｃａｌ／ｋｇと非常に大きく、脱水ケーキの燃料化を目指すこの実施例では、炭素含有率の大きいオイルコークスを利用する。
なお、この実施例で用いるコークスの平均粒径は、たとえば２００メッシュ程度である。また、オイルコークスには石油の製造・精製プロセスに応じて、ディレイドコークスおよびフルードコークスがある。そして、粉砕性のよいのはディレイドコークスであるので、実施例には、ディレイドコークスが好適する。ただし、フルードコークスの利用を排除するものではない。
また、第３ホッパ２２に収容される凝集剤としては、ポリメタアクリル酸エステル系，ポリアクリル酸エステル系，ポリアクリルアミン系，ポリアクリルアミド系，ポリアクリル酸ソーダ系，キトサン系，アルギン酸ソーダ系，カチオン系，アニオン系およびノニオン系等の高分子凝集剤が単独でまたは２種以上の組み合わせで用いられ得るが、カチオン系およびアニオン系の高分子凝集剤を用いることが望ましい。
脱水部Ｂおよび乾燥部Ｃは、それぞれ脱水機２４および乾燥機２６によって構成され、混合・攪拌部Ａにおける第２攪拌機１８の下流に脱水機２４が配置され、脱水機２４の下流に乾燥機２６が配置される。
脱水機２４は、加圧・吸引方式を採用したものであり、図２に示すように、加圧槽２８を含む。加圧槽２８の内部には、図示しないフィルタおよび油圧シリンダプレスが設けられ、加圧槽２８の入口には、所定圧力（０〜７０ｋｇ／ｃｍ2 程度）で被処理物を打ち込むための高圧打込ポンプ３０が設けられる。また、加圧槽２８の側部には、被処理物に含まれる水分をフィルタを通して吸引脱水するための真空ポンプ３２が接続される。したがって、脱水機２４においては、加圧および吸引の両作用によって、脱水圧力を５０〜９０ｋｇ／ｃｍ2 程度にまで高めることができる。なお、このような脱水機２４としては、株式会社現映社製の「超高圧真空脱水機」等が用いられ得る。
乾燥機２６は、図３に示すように、常圧で真空に保たれる乾燥槽３４を含み、乾燥槽３４の内部には、複数の加熱板３６が回転可能に設けられる。乾燥槽３４および加熱板３６のそれぞれには、スチームを通すためのスチーム通路が形成される。また、乾燥槽３４の側部には、各スチーム通路にスチームを取り込むためのスチーム取込口３８が設けられる。そして、乾燥槽３４の内部には、被処理物に対して２０重量％程度の油（食用油または鉱物油等）が予め投入される。したがって、乾燥機２６においては、乾燥槽３４に投入された被処理物（脱水ケーキ）と油とが加熱板３６によって十分に混合され、被処理物中の水分がスチームの熱で加熱されて蒸発される。
浄化処理装置１０を用いて汚泥等を浄化処理する際には、第１ホッパ１２に浄化槽汚泥等の被処理物が投入され、第２ホッパ２０および第３ホッパ２２のそれぞれに上述したコークスおよび凝集剤が収容される。そして、第１ホッパ１2 の被処理物および第２ホッパ２０のコークスが第１攪拌機１４へ投入され、これらが攪拌されて十分に混合される。これにより、被処理物の異臭成分が分解されて無臭となる。つまり、被処理物の異臭成分であるメルカブタン（ＲＳＨ），低位の脂肪族アミン（ＲＮＨ２）およびアンモニア（ＮＨ３）等が、コークスが保有する組成元素の活性によって酸化分解される。なお、コークスの投入量は、被処理物中のＢＯＤ，ＣＯＤおよびＳＳ等の値によって異なるが、通常は、ＢＯＤおよびＳＳのうち濃度が高い方に対して５０〜５００重量％程度で足りる。
ここで、コークスによって浄化処理ができる原理について、説明する。上で述べたように、実施例で使うコークスは２００メッシュ程度の平均粒径を有するものである。他方、このように微粒のコークスを得るためには、かなり長時間の粉砕工程を経る必要があり、２００メッシュのコークスを得ようとすれば、３０時間以上の摩砕時間を要する。そして、摩砕時間が長くなるにつれて、組成に占める酸素の割合が大きくなる。これは、炭素のグラファイト構造が長時間の摩砕で破壊され、Ｃ-Ｃ結合（共有結合）が切断され、非晶質化（無定形化）することによって、酸素と結びついて−Ｃ＝Ｏ（カルボニル基）が生成される。つまり、摩砕されたコークスには、結合性を有する炭素原子が存在する。したがって、実施例で利用するコークスは化学吸着を生じ易い性質を有する。したがって、上述のような種々の化学物質がコークスに化学吸着される。
さらに、コークスを水に分散して、しばらく放置すると、コークスの一部は沈降するももの、一部は上澄み水中に分散して沈降しないまま残る。このことから、コークスは帯電していると考えられる。そのため、バンデルワース力による異物吸着効果によって、汚濁物質が効率的にコークスに吸着するものと思われる。
このように考えると、コークスを用いる場合には、もちろん物理的吸着作用による汚濁物質の吸着もあるが、主として、上述の化学吸着力およびバンデルワース力による帯電吸着によって汚濁物質が吸着されるので、主として物理的吸着を利用する微粉炭に比べて、より多くの汚濁物質を吸着できる。したがって、微粉炭に比べて、コークスは、より一層の浄水作用を発揮する。
そして、第１攪拌機１４により混合された被処理物（混合物）がタンク１６へ投入され、この被処理物が、脱水機２４から戻された被処理物とともに第２攪拌機１８へ投入され、第３ホッパ２２から投入された凝集剤と混合される。凝集剤の投入量は、被処理物の種類や状態によって異なるが、通常は、ＳＳに対して０．０１〜０．０２重量％程度で足りる。
以上の混合・攪拌処理によりコークスを核とした被処理物の凝集フロックが生成され、このフロックが脱水機２４（図２）へ投入されて脱水される。つまり、フロックが、高圧打込ポンプ３０により加圧槽２８へ打ち込まれ、図示しない油圧シリンダプレスおよび真空ポンプ３２による加圧・吸引作用によって脱水される。加圧槽２８の内部では、フロックに対して５０〜９０ｋｇ／ｃｍ２程度の高圧力が付与されるので、フロックに含まれる水に塩素等の汚濁物質が十分に取り込まれ、これが水とともに効率よく排出される。この脱水処理によって、脱水ケーキの含水率は極めて小さい値（２５％程度）となり、それに伴って、脱水ケーキ中の塩素濃度も極めて小さい値になる。
脱水機２４から水とともに排出された被処理物は、脱離液すなわち水と分離されてタンク１６へ戻される。一方、脱離液は、清浄な水であるため、そのまま下水道に排出される。ただし、脱離液は、生物処理方式や沈降固液分離方式等のような他の簡易な浄化処理装置により２次的に処理されてもよい。
脱水処理により得られた被処理物の脱水ケーキは、乾燥機２６（図３）へ投入されて乾燥される。つまり、脱水ケーキが、乾燥槽３４の内部において油と混合され、加熱板３６等により加熱されて乾燥される。これにより、高カロリーの燃料が得られる。この燃料は、十分に乾燥されており、かつ、粒子表面が油でコーティングされているので、長期保存しても腐敗による悪臭は生じない。
この実施例によれば、安価な構成で浄化処理能力を飛躍的に高めることができる。また、脱水効率の高い加圧・吸引方式の脱水機２４を用いているので、乾燥機２６の負荷を低減してボイラーの燃料費を節減できるとともに、生成される燃料中の塩素濃度を大幅に低減できる。そして、この実施例で生成される燃料には、コークスが保有する硫黄分が含まれるので、これをゴミ発電またはＲＤＦ（ゴミ固形燃料）発電の燃料として用いると、硫黄分が塩素と反応することにより、燃焼効率が高くなることと相まってダイオキシンの発生が大幅に抑制される。つまり、付随的な効果として、環境保全に積極的に貢献できる。さらに、この燃料をセメント工場で用いると、その焼却灰を塩素濃度の低い良質なセメント原料として再利用できる。
なお、発明者等は、以下に示す実験により本実施例の実用性を検証し、その結果を表１に示した。
［実験方法］
１．本実験（本実施例についての実験）
生し尿および浄化槽汚泥を４：６の割合で第１ホッパ１２へ投入し、第２ホッパ２０にオイルコークスを収容し、第１ホッパ１２から与えられた被処理物に対してオイルコークスを３００００ｍｇ／リットル混合して、上述の浄化処理を行った。そして、第１ホッパ１２内の被処理物と脱水機２４から排出された脱離液とについて、ＢＯＤ，ＣＯＤ，窒素含有量，燐含有量および塩化物含有量を測定した。また、脱水機２４で得られた脱水ケーキについて、塩化物含有量を測定した。
２．比較実験（従来技術についての実験）
生し尿および浄化槽汚泥を４：６の割合で第１ホッパ１２へ投入し、第２ホッパ２０に微粉炭および活性炭を収容し、第１ホッパ１２から与えられた被処理物に微粉炭を１００００ｍｇ／リットル、活性炭を２５００ｍｇ／リットル混合して、上述の浄化処理を行った。そして、第１ホッパ１２内の被処理物と脱水機２４から排出された脱離液とについて、ＢＯＤ，ＣＯＤ，ＳＳ，窒素含有量および燐含有量を測定した。
［実験結果］
実験結果は、表１の通りである。つまり、本実施例によれば、ＢＯＤ，ＣＯＤ，ＳＳ，窒素含有量，燐含有量および塩化物含有量のすべてについて十分な浄化処理効果が得られることを確認できた。特にＢＯＤおよびＣＯＤについては、従来技術とは比較にならないほどの優れた浄化処理効果が得られ、脱水ケーキの塩化物含有量については、大幅に低減できることを確認できた。
［実験方法］
１．本実験（本実施例についての実験）
生し尿および浄化槽汚泥を４：６の割合で第１ホッパ１２へ投入し、第２ホッパ２０にオイルコークスを収容し、第１ホッパ１２から与えられた被処理物に対してオイルコークスを３００００ｍｇ／リットル混合して、上述の浄化処理を行った。そして、第１ホッパ１２内の被処理物と脱水機２４から排出された脱離液とについて、ＢＯＤ，ＣＯＤ，窒素含有量，燐含有量および塩化物含有量を測定した。また、脱水機２４で得られた脱水ケーキについて、塩化物含有量を測定した。
２．比較実験（従来技術についての実験）
生し尿および浄化槽汚泥を４：６の割合で第１ホッパ１２へ投入し、第２ホッパ２０に微粉炭および活性炭を収容し、第１ホッパ１２から与えられた被処理物に微粉炭を１００００ｍｇ／リットル、活性炭を２５００ｍｇ／リットル混合して、上述の浄化処理を行った。そして、第１ホッパ１２内の被処理物と脱水機２４から排出された脱離液とについて、ＢＯＤ，ＣＯＤ，ＳＳ，窒素含有量および燐含有量を測定した。
［実験結果］
実験結果は、表１の通りである。つまり、本実施例によれば、ＢＯＤ，ＣＯＤ，ＳＳ，窒素含有量，燐含有量および塩化物含有量のすべてについて十分な浄化処理効果が得られることを確認できた。特にＢＯＤおよびＣＯＤについては、従来技術とは比較にならないほどの優れた浄化処理効果が得られ、脱水ケーキの塩化物含有量については、大幅に低減できることを確認できた。
なお、上述の実施例では、被処理物にコークスを混合するようにしているが、コークスとともに適宜の助剤を混合するようにしてもよい。この助剤としては、まず、微粉炭（粒径６〜５００メッシュ程度）が考えられる。微粉炭を適量（コークスに対して１０〜５０重量％程度）混合すると、燃料の着火温度をコークス単独の場合よりも低くすることができるので、より使い易い燃料を生成できる。この場合の微粉炭としては、無煙炭，れき青炭，褐炭，亜炭および泥炭等が用いられ得るが、汚濁物質に対する吸着性能が高くかつ発熱量が大きい点で、褐炭または亜炭の微粉炭を用いることが望ましい。また、汚濁物質に対する吸着性能を重視した場合には、泥炭を用いることが望ましい。
また、助剤として、コークスとともに、もしくはコークスおよび微粉炭とともに、活性炭（粒径６〜５００メッシュ程度）を利用することも考えられる。活性炭を適量（コークスに対して１０〜５０重量％程度）混合すると、脱臭・脱色性能や窒素および燐に対する吸着性能をより高めることができる。そのため、脱水機２４から排出される脱離液をより清浄なものとすることができ、この脱離液を河川等へ直接排出することが可能になる。この場合の活性炭としては、やし殻炭，木粉および天然無煙炭等が用いられ得るが、安価でかつ灰分が少なく、しかも吸着性能が高い点で、天然無煙炭を用いることが望ましい。
また、助剤として、コークスとともに、もしくはコークスと他の物質とともに、ゼオライト（粒径１００〜５００メッシュ程度）を混合してもよい。ゼオライトには、窒素を効果的に除去（吸着）する性質があるため、これを適量（コークスに対して５〜５０重量％程度）混合すると、脱離液の窒素含有量を大幅に低減できる。また、ゼオライトには、凝集効果があるため、これを適量混合することにより凝集剤の添加量を減らすことができ、運転コストを低減できる。
なお、たとえばナフサカーボンのような微粒カーボンを助剤として利用することもある。この微粒カーボンは、凝集助剤として機能し、第２攪拌機１８におけるフロック化を促進する効果がある。
さらに、被処理物には、コークスに代えて泥炭（粒径６〜５００メッシュ程度）を混合してもよい。泥炭は、燃料にしたときの燃焼カロリーが小さい点でコークスに劣るが、浄化性能についてはコークスとほぼ同等である。したがって、浄化性能を重視した場合には、実用価値は十分にあると考えられる。
また、上述の実施例では、脱水部Ｂの下流に乾燥部Ｃとして乾燥機２６を設けているが、この乾燥機２６を除去し、脱水工程で得られた脱水ケーキをそのまま燃料として用いてもよい。つまり、脱水機２４で得られる脱水ケーキの含水率（２５％程度）は極めて小さいため、これをそのまま燃料として用いることもできる。ただし、長期保存のためには、異臭の発生を抑えるために乾燥工程を経ることが望ましい。
また、加圧・吸引方式の脱水機２４に代えて、フィルタープレス方式，スクリュープレス方式またはバルート方式（特公平７−１０４４０号公報）等のような他の方式の脱水機を用いてもよい。この場合でも、塩素浄化の点でやや不利ではあるが、実用価値は十分にあると考えられる。
そして、上述の実施例では、乾燥機２６の内部で脱水ケーキと油とを混合しているが、乾燥機２６に投入する前にこれらを混合してもよい。
さらに、脱水機２４から水とともに排出された被処理物は、図１中の二点鎖線で示すように、タンク１６にではなく攪拌機１４または１８に戻されてもよい。この場合には、タンク１６は不要であり、装置の構成を簡素化できる。
この発明が詳細に説明され図示されたが、それは単なる図解および一例として用いたものであり、限定であると解されるべきではないことは明らかであり、この発明の精神および範囲は添付されたクレームの文言によってのみ限定される。
１０ …浄化処理装置
１２ …第１ホッパ
１４ …第１攪拌機
１６ …タンク
１８ …第２攪拌機
２０ …第２ホッパ
２２ …第３ホッパ
２４ …脱水機
２６ …乾燥機
１２ …第１ホッパ
１４ …第１攪拌機
１６ …タンク
１８ …第２攪拌機
２０ …第２ホッパ
２２ …第３ホッパ
２４ …脱水機
２６ …乾燥機
Claims (16)
- 被処理物を浄化処理する、浄化処理装置であって、
前記被処理物にコークスを混合して攪拌する第１攪拌機、
前記第１攪拌機からの混合物を投入するタンク、
前記タンクからの混合物に凝集剤を添加して攪拌してフロックを生成する第２攪拌機、および
前記第２攪拌機からのフロックを脱水する脱水機を備える、浄化処理装置。 - 前記脱水機により脱水処理された脱水ケーキを油とともに加熱して乾燥させる乾燥機をさらに備える、請求項１記載の浄化処理装置。
- 前記脱水機は、前記フロックに圧力を付与してそれに含まれる水を絞り出す加圧手段と、前記水を吸引脱水する吸引手段とを含む、請求項１または２記載の浄化処理装置。
- 前記脱水機から被処理物を前記タンクに戻す戻し手段をさらに備える、請求項１ないし３のいずれかに記載の浄化処理装置。
- 前記第１攪拌機および前記第２攪拌機はインペラ攪拌機である、請求項１ないし４のいずれかに記載の浄化処理装置。
- 前記第１攪拌機および前記第２攪拌機はエアー攪拌機である、請求項１ないし４のいずれかに記載の浄化処理装置。
- 前記第１攪拌機はさらに前記被処理物および前記コークスに加えて助剤を混合する、請求項１記載の浄化処理装置。
- 前記助剤は活性炭を含む、請求項７記載の浄化処理装置。
- 前記助剤は微粉炭を含む、請求項７記載の浄化処理装置。
- 前記助剤はゼオライトを含む、請求項７記載の浄化処理装置。
- 前記助剤は微粒カーボンを含む、請求項７記載の浄化処理装置。
- 被処理物を浄化処理する、浄化処理装置であって、
前記被処理物に泥炭を混合して攪拌する第1攪拌機、
前記第１攪拌機からの混合物を投入するタンク、
前記タンクからの混合物に凝集剤を添加して攪拌してフロックを生成する第２攪拌機、および
前記第２攪拌機からのフロックを脱水する脱水機を備える、浄化処理装置。 - 被処理物を浄化処理する、浄化処理方法であって、
(a) 前記被処理物にコークスを混合して攪拌して混合物を生成する第1攪拌ステップ、
(b) 前記第１攪拌ステップで得られた混合物をタンクに投入するタンク投入ステップ、
(c) 前記タンクから出された混合物に凝集剤を添加して攪拌してフロックを生成する第２攪拌ステップ、および
(d) 前記第２攪拌ステップで得られるフロックを脱水するステップを含む、浄化処理方法。 - さらに、(e) 前記ステップ(d)で得られる脱水ケーキを油とともに加熱して乾燥させるステップを含む、請求項１３記載の浄化処理方法。
- 前記ステップ(a)では前記被処理物および前記コークスに加えて助剤を混合する、請求項１３または１４記載の浄化処理方法。
- さらに、(f) 前記ステップ(d)から被処理物を前記タンクに戻す戻しステップを含む、請求項１３記載の浄化処理方法。
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