JP4831651B2 - 有機性汚泥の溶融処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、下水処理場や産業廃棄物として発生する有機性汚泥の処理方法に関する。

近年、下水道普及率の増加に伴い汚泥発生量が増加する傾向にあるが、最終処分場等の不足のため、下水汚泥の溶融処理による減量化処理技術が注目されている。
脱水汚泥などの有機性汚泥は含水率が７０〜８０％程度あり、固体中に含まれる水分の蒸発潜熱が大きいため、空気中ではこのまま燃焼させることは困難である。

例えば、特開２００２−１９２１９６号公報（特許文献１）には、脱水汚泥を低圧下で乾燥させた後に燃焼処理する技術が開示されている。
しかし、乾燥工程を経ることはエネルギー的に無駄が多く、場合によっては臭気も発生する恐れが高い。

特開２００２−１９２１９６号公報

本発明は、簡単な方法で効率良く減量でき、安全性が高く、かつ、イニシャルコストが低く、これまで大量の汚泥処理にしか利用できなかった溶融処理技術を中小市町村の下水処理にまで適合可能な有機性汚泥の溶融処理方法の提供を目的とする。

本発明の技術的要旨は、溶融炉の本体の底部に取り替え可能なカートリッジ式の溶融室と当該溶融室の上部に燃焼空間を備えた溶融炉の上部から６０〜８０％含水率の有機性の汚泥を投入し、燃焼ガスを前記燃焼空間に供給燃焼させ、汚泥の表面が高温になり、当該汚泥内部の活性水蒸気と炭素との反応により水性ガスが発生し、当該水性ガスの燃焼に必要な酸素を供給することで当該汚泥の表面近傍で当該水性ガスの燃焼が始まると、上部から所定量ずつ汚泥を投入し、
前記水性ガスの燃焼による輻射熱で、前記汚泥の乾燥と溶融化が同時連鎖的に進行するとともに、当該溶融化により発生した溶融液をそのまま当該カートリッジ式の溶融室に固化させ当該溶融室ごと交換することを特徴とする。

ここで溶融炉とは、有機性汚泥を投入し、溶融減量し、スラグ化する溶融炉をいい、有機性汚泥を乾燥と同時に溶融する際には、約１４００℃以上の高温になるのでこの温度に耐えられる溶融炉であれば炉材は特に限定されない。

本発明に係る有機性汚泥処理方法において、汚泥を溶融処理する流れを図２に基づいて説明する。
溶融炉の上部に備える汚泥投入口１３から、６０〜８０％位の高含水率の有機性汚泥を溶融室１１に所定量投入する。
次に、溶融室の上部に形成した燃焼空間１２に燃焼ガス供給手段１４にてプロパンガス等の燃焼ガスを供給し、ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption：圧力変動吸着）装置等に連結した酸素供給手段１５にて、エアー量を調整しながら酸素の供給下で燃焼させる（ステップＳ１）と、その輻射熱で汚泥の表面が高温になり、内部から活性水蒸気が発生する（ステップＳ２）。
この活性水蒸気は、有機汚泥中の炭素と反応（Ｈ_２Ｏ＋Ｃ→ＣＯ＋Ｈ_２）し、水性ガスが生成する（ステップＳ３）。
この水性ガスは燃焼性が高く、有機性汚泥の表面近傍にて燃焼し始める。
すると、その輻射熱で汚泥が溶融化（１）する。

従って、汚泥内部の水分が表面に出てきて活性水蒸気になり（乾燥工程）、それが汚泥の表面部にて、炭素成分と反応し、水性ガス化及び燃焼が進行するので非常に穏やかに反応が進む。
この状態で、上部の汚泥投入口から次々と所定量ずつ汚泥を投入するだけで、溶融室においては汚泥の乾燥工程と溶融工程が穏やかに同時連鎖的に進行する。
これにより、汚泥は重量で約２％以下に減量することが明らかになった。

本発明における溶融処理装置を用いると、特徴的なのは溶融室の上部に燃焼空間を形成したため、投入された汚泥から発生した活性水蒸気と炭素成分が水性ガス化し、燃焼空間で燃焼し、その輻射熱で汚泥の乾燥と溶融化が進行するという連続的反応系が形成された点にある。
これにより、汚泥の溶融表面部にて反応が進行するので、さらに汚泥を追加投入しても全く爆裂を起こさない。
従って、非常に安全に効率よく減量処理が可能である。

溶融炉に上部から次々と汚泥を投入すると、乾燥及び溶融と燃焼が連続的に進行し、減量化されるが溶融室に徐々にスラグが溜まる。
従って、途中でスラグ（溶融液）を取り出す必要が生じる。
そこで、比較的小型の溶融炉の場合には、溶融室を溶融炉本体に取り替え可能に、即ち、カートリッジ式に備えると溶融室ごと交換するだけで良くなる。
溶融液が固化したスラグは燃焼性の有機物が消滅しているので安全であり、そのまま最終処分場にて埋め立てることも可能である。
本発明により、これまで熟練を要した溶融液の抜き取り管理・作業が安全且つ簡単に行えるため、溶融処理設備の普及に貢献できる。

溶融炉の燃焼空間では、水性ガスや有機成分が完全に燃焼しない場合が多いので、溶融炉のガス排出口（発生口）に、二次燃焼室を備えると直ちに高温燃焼できる。
その後は、ダイオキシン類の再合成を防止すべく減温処理や重金属成分が多い場合にはセラミックスフィルター等で高温集塵するとよい。

本発明に係る溶融処理装置で処理できる有機性汚泥は、乾燥と溶融化が同時に進行するため、下水汚泥等を機械的に含水率６０〜８０％位まで簡易脱水すれば充分に対応できる。
従って、従来のような乾燥工程が不要になり、省エネルギー化が図れ、乾燥による悪臭の発生も防止できる。
また、投入された汚泥から発生した活性水蒸気と炭素成分が水性ガス化し、燃焼空間で燃焼し、その輻射熱で汚泥の溶融化が進行するという連続的反応系が形成されるため、燃焼のためのプロパンガス等の燃料が少なくて済む点でも、非常に大きな省エネルギー化を図ることができる。
このように、１つの溶融炉で、乾燥工程、溶融工程、燃焼工程が進行するため、設備は簡単で小型化でき、イニシャルコストが低く、これまで大量の汚泥処理にしか利用できなかった溶融処理技術を中小市町村の下水処理にまで適合できるようになる。
なお、下水汚泥を例に説明したが、各種工場や施設から排出される比較的含水率の高い有機性産業廃棄物の減量処理も適用できる。

本発明に係る有機性汚泥の溶融処理装置を組み込んだ例を図１に模式図として示す。
溶融炉本体１０は、底部に溶融室１１を形成し、その上部に燃焼空間１２を備えている。
溶融炉の上部からスクリューコンベア１３ａ等で汚泥投入口１３を経由して溶融室に汚泥が投入される。
所定量の汚泥が投入されると、酸素供給手段１５にて酸素を供給しつつ、プロパンガスを燃焼ガス供給手段１４にて供給燃焼させる。
すると、汚泥の表面から活性水蒸気が発生し、炭素分と反応して水性ガスになり燃焼する。
その輻射熱で汚泥の表面が溶融し、活性水蒸気が更に発生し、水性ガス化及び燃焼反応が進行する。
溶融室１１にスラグ３０が所定量溜まると、図１に示すように、溶融室がカートリッジ式溶融室１１ａになっていて替わりの溶融室に交換する。
なお、図１に示したカートリッジ式溶融室１１ａの例は模式的に示したもので、形状や構造に特に限定はない。カートリッジ式にした趣旨は、従来のように、溶融炉本体から溶融液を定期的に抜き取る作業を無くして、危険で且つ熟練のいる工程を廃止した点にある。
これは、本発明に係る溶融処理装置が、乾燥、溶融、発生ガスの燃焼を同時連鎖的に行え、有機性汚泥の減量率が高く、コンパクトになり、中小市町村の下水処理規模では溶融室をカートリッジ式にして定期交換すれば充分に対応できるようになったからである。
燃焼空間にて燃焼した排ガスには、未燃焼成分が残っているので上部の二次燃焼室１６にて二次燃焼する。
二次燃焼ガスは、沈静室１７を経て排ガス配管１８を経由して減温装置２２にて急速減温してダイオキシンの再合成を防止する。
なお、必要に応じて高温セラミックスフィルター２０にて高温集塵し、減温装置２１で減温する。
これらの排ガスは、バグフィルター２３で集塵し、大気中に排ガス放出口２４から放出するが、必要に応じて中和処理、活性炭処理がなされる。
なお、２５は調整バルブである。

このような溶融処理装置を用いて、図３に示すような簡易脱水汚泥を処理した後の焼却灰の成分のＸＲＦ分析結果を図４に示す。
燐酸塩、鉄系成分が比較的多いが、有機成分は、完全に無くなっていて、化学的にも安定なスラグが形成されている。

本発明に係る溶融処理装置を組み込んだ汚泥処理装置の例を示す。 溶融炉本体での反応系を示す。 実験に供した汚泥の分析結果を示す。 本発明に係る溶融処理装置で処理後の灰分の成分分析結果を示す。

符号の説明

１ 汚泥（溶融汚泥）
１０ 溶融炉本体
１１ 溶融室
１１ａ カートリッジ式溶融室
１２ 燃焼空間
１３ 汚泥投入口
１３ａ スクリュウコンベアー
１４ 燃焼ガス供給手段
１５ 酸素供給手段
１６ 二次燃焼室
１７ 沈静室
１８ 排ガス配管
２０ 高温セラミックスフィルター
２１ 減温室
２２ 減温室
２３ バグフィルター
２４ 排ガス放出口
２５ 調整バルブ
３０ スラグ

Claims (1)

1. 溶融炉の本体の底部に取り替え可能なカートリッジ式の溶融室と当該溶融室の上部に燃焼空間を備えた溶融炉の上部から６０〜８０％含水率の有機性の汚泥を投入し、
   燃焼ガスを前記燃焼空間に供給燃焼させ、汚泥の表面が高温になり、当該汚泥内部の活性水蒸気と炭素との反応により水性ガスが発生し、当該水性ガスの燃焼に必要な酸素を供給することで当該汚泥の表面近傍で当該水性ガスの燃焼が始まると、上部から所定量ずつ汚泥を投入し、
   前記水性ガスの燃焼による輻射熱で、前記汚泥の乾燥と溶融化が同時連鎖的に進行するとともに、当該溶融化により発生した溶融液をそのまま当該カートリッジ式の溶融室に固化させ当該溶融室ごと交換することを特徴とする有機性汚泥の溶融処理方法。

Images