JP4937059B2 - 下水汚泥の処理方法および下水汚泥の処理設備 - Google Patents
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Description
そこで、バイオマスを水熱処理し、処理したバイオマスを固液分離し、固形分を乾燥させて、発電設備等で利用できるバイオマス燃料を製造し、化石燃料代替として使用する技術が開発されている。これら技術により、地球温暖化防止に貢献できると共に、バイオマスの安定的な有効利用先を確保することができ、リサイクル向上に繋がる。
一方、近年、バイオマス、特に下水汚泥を水熱処理し、その後の工程での負担を少なくする試みに注目されている。
ところが、下水汚泥などのバイオマスを水熱処理し、水熱処理されたバイオマスを固液分離した際には分離液が発生するが、水熱処理の際に発生する廃液は、有機物負荷が高く、着色している。このために、廃液を処理する必要があり、例えば、活性炭や凝集剤を添加して処理を行ったり、活性汚泥法やメタン発酵などの生物を処理を行った後に、放流したり、既設の水処理設備等へ返流していた(特許文献1)。
しかし、上記処理では、凝集剤や活性炭の使用によりランニングコストが増大する。また、活性汚泥法やメタン発酵などの生物処理は、水熱処理後の廃液の負荷が高いために希釈水を必要としたり、設備の設置スペースが大きくなるといった欠点がある。
<請求項1記載の発明>
処理容器内に供給した下水汚泥を温度150〜220℃、かつ、圧力0.5〜2.3MPaでの高温高圧処理する高温高圧工程と、
高温高圧処理後の処理汚泥を固液分離手段にて固液分離する脱液工程と、
脱液汚泥に対して乾燥処理する乾燥工程と、
前記高温高圧処理後に処理容器から排出する廃液と前記脱液工程からの液分とを受けて、これを濃縮する濃縮工程と、
濃縮工程での濃縮液は前記脱液汚泥と共に前記乾燥工程へと送る工程と、
を有することを特徴とする下水汚泥の処理方法。
下水汚泥を高温高圧下で一定時間保持し高温高圧処理する。ここで、高温高圧下としては、温度150〜220℃、かつ、圧力0.5〜2.3MPaの範囲であるのが望ましく、この高温高圧処理を行うことにより、厳密な意味で挙動のメカニズムは必ずしも明確ではないが、まず下水汚泥中の臭気成分の組成が変化する。この変化により臭気の質が変化して、不快感の低減されたものとなる。また、高温高圧処理によって水分の分離性(脱水性、乾燥性)が高まる。特に、下水汚泥中に含まれる動植物由来物質の細胞質中に含まれる水分が、高温高圧処理後の減圧にともない破壊されて細胞質内の水分が放出されることにより、下水汚泥の水分保持力が低下して脱水性が向上する。そして、脱液処理を行うことにより臭気成分を多く含む水分が分離されるため、得られる固形燃料の臭気が低減される。高温高圧処理工程としてオートクレープを用いた方法や後述する水蒸気を利用する方法を採用すれば良い。
高温高圧反応後の処理汚泥について固液分離(脱液処理)のみでは、脱液(脱水)率が十分に低くなく、その後のハンドリング、たとえば運搬や固形燃料化に支障をきたす。そこで乾燥処理を行う。
前述のように、下水汚泥の高温高圧処理の際に発生する廃液には、着色成分を含み、これをそのまま排水処理系または放流系に放出することはできない。また、凝集剤や活性炭を使用する場合にはコスト的に適さないなどの問題がある。
そこで、本発明では、濃縮工程を設け、その濃縮工程において着色成分を含む濃縮液と清澄液とに分離し、清澄液については汚濁負荷が大幅に低減されているため、例えば高温高圧処理設備を設置した事業所内に廃水処理設備がある場合は、廃水処理設備に返送し容易に処理ができるので、経済的である。他方で、濃縮液については、脱液汚泥と共に前記乾燥工程へと送るので、着色成分は乾燥汚泥側に移行させることができる。そして、着色成分が乾燥汚泥側に移行するとしても、これはやがて例えば燃料化するので、着色成分の乾燥汚泥側への移行に問題を生じることにはならない。
以上のように、高温高圧処理の際に発生する廃液中の着色成分の処理に伴う問題は一挙に解決して合理的かつ経済的なシステムを構築できる。
前記高温高圧処理が、水蒸気を利用した水熱処理であることを特徴とする請求項1記載の下水汚泥の処理方法。
下水汚泥に対して加圧高温の水蒸気を加えて水熱処理することで下水汚泥の性状に関わらず効率よく処理することが可能である。さらに水熱処理を行うことで、厳密な意味で挙動のメカニズムは必ずしも明確ではないものの、下水汚泥中の臭気成分の組成が変化する。この変化により臭気の質が変化して、不快感の低減されたものとなる。
前記脱液工程と乾燥工程との間に、脱液汚泥を造粒する造粒工程を有し、前記脱液汚泥に濃縮液を混入させた状態で脱水汚泥を造粒処理する請求項1または2記載の下水汚泥の処理方法。
脱液汚泥を乾燥処理する場合、適宜の乾燥機、たとえば真空乾燥機やディスク型回転乾燥機を使用できるが、予め脱液処理しており乾燥機の負荷としては低いため簡易の通気乾燥機を使用するのが望ましい。
その際に、予め脱液汚泥を造粒する(たとえばペレット状に造粒する)造粒工程を設けることで、脱液汚泥の表面積が増加し効率的かつ均一な乾燥を行うことができる。
また、濃縮液を被乾燥物に混合することも可能であるが、予め造粒することが望ましいので、その造粒前に混合することが望ましい、すなわち脱液汚泥に濃縮液を混入させた状態で脱水汚泥を造粒処理するのである。
なお、脱液汚泥をペレット状に造粒する場合、水分70%以上であれば造粒した下水汚泥同士が接着してしまい、効率的な乾燥が期待できない。また、水分が45%以下の場合は水分が低すぎるために造粒しにくい。よって、濃縮液を水分調整液として利用でき、水分を45〜70%に調整することにより、良好なペレット状造粒物が得られる。更に乾燥工程においても、水分を一度汚泥から分離しているため、未処理の場合と比較して、乾燥効率が向上する。
前記濃縮工程は、多重効用缶により濃縮を行う請求項1〜3のいずれか1項に記載の下水汚泥の処理方法。
多重効用缶は、メタン発酵等の生物処理と比較して極めて省スペースであり、かつ機器点数が少なくシンプルな構成のため維持管理が容易であり、ランニングコストも安く、特に好適である。
前記濃縮工程は、蒸気圧縮法により濃縮を行う請求項1〜3のいずれか1項に記載の下水汚泥の処理方法。
蒸気圧縮法では、多重効用缶の場合と比較して、機器点数がより少なくなり経済的であるとともに、省スペースとなる。
前記乾燥工程は通気乾燥機を使用して行い、この通気乾燥機に送る空気に対して、前記水熱処理後に処理容器から排出する廃液及び前記脱液工程からの液分の持っている熱を与える請求項1〜5のいずれか1項に記載の下水汚泥の処理方法。
乾燥機として通気乾燥機が望ましいことは前述した。通気乾燥機の場合、ごく高温空気を通気させるのではなく、乾燥物がたとえば55℃程度になるまでの温度でよい。その代わりに、相当程度の空気量をもって通気させる必要がある。
この場合において、水熱処理後に処理容器から排出する廃液及び前脱液工程からの液分(濾液)の持っている熱は、80〜90℃程度の温度を有しているので、水熱処理後に処理容器から排出する廃液及び前記脱液工程からの液分の持っている熱を、通気乾燥機に送る空気に対して与えることで予熱が可能となり、乾燥用の加熱器の負担が軽減するとともに化石燃料も削減でき、省エネルギーのシステムとなる。
前記高温高圧工程と前記脱液工程の間に高温高圧処理後の処理汚泥を破砕処理する請求項1〜6記載のいずれか1項に記載の下水汚泥の処理方法。
前記処理汚泥を破砕処理することで、脱液工程における脱水効率をさらに向上させることが可能となるほか、汚泥がより細分化されるため、脱液工程において閉塞等の不具合を防止することが可能となる。
処理容器内に供給した下水汚泥に対して温度150〜220℃、かつ、圧力0.5〜2.3MPaでの高温高圧処理する高温高圧処理装置と、
高温高圧処理後の処理汚泥を固液分離手段にて固液分離する脱液装置と、
脱液汚泥に対して乾燥処理する乾燥装置と、
前記高温高圧処理後に処理容器からの廃液と前記脱液装置からの液分とを受けて、これを濃縮する濃縮装置と、
濃縮装置での濃縮液は前記脱液汚泥と共に前記乾燥装置へと送る装置と、
を有することを特徴とする下水汚泥の処理設備。
請求項1記載の発明と同様の作用効果を奏する。
本発明の処理設備は、少なくともと次記の装置を構成要素とする。
処理容器1内に供給した下水汚泥Sに対して、高温高圧処理装置たとえば加圧及び高温下で水蒸気を加えて水熱処理する水熱処理装置と、水熱処理後の処理汚泥を固液分離手段にて固液分離する脱液装置3と、脱液汚泥に対して乾燥処理する乾燥装置5と、前記水熱処理後に処理容器1からの廃液と前記脱液装置3からの液分とを受けて、これを濃縮する濃縮装置10と、濃縮装置10での濃縮液は前記脱液汚泥と共に前記乾燥装置5へと送る装置とを要素とする。
乾燥手段5からの造粒乾燥汚泥は、ホッパー7に一時貯留され、たとえば固形燃料として仕向け先に搬出される。
蒸気圧縮法を採用する場合、図2に示すように、貯留槽11からの液を、濃縮缶10Aに導き、ここで加熱による発生した排蒸気はルーツブロワなどの圧縮機10Bにより断熱圧縮し、これを熱交換器10Cに送り、濃縮液分の循環ポンプ10Dを備えた循環路22を通り再度濃縮缶10Aに送る液分の加熱を行う構成である。循環路22から下流に送る濃縮液21は、図1の場合と同様に、流路を介して脱液汚泥と共に、好ましくは造粒手段4を介して乾燥装置5へと送る。熱交換器10Cでの凝縮液は排水処理系統に送る。
本発明の水熱処理による下水汚泥中の臭気成分の変化について試験した。試験方法は、処理容器内に下水汚泥2000gを供給した後、水蒸気を供給して圧力1.8MPa、200℃の条件で30分間の水熱処理を行って得た処理汚泥と、未処理の下水汚泥とについて、それぞれ化学的分析および官能評価を行い、両汚泥の臭気について比較考察した。
水熱処理前の下水汚泥と水熱後の処理汚泥の臭気について、試験官による官能評価を行ったところ、水熱処理前の汚泥は極めて不快に感じる下水汚泥臭であったが、処理汚泥は不快感の少ない焦臭に変化しているとともに臭気そのものも低減している、という知見が得られた。
次いで、処理汚泥および下水汚泥中の悪臭防止法で定められている臭気物質の量を測定した。結果、下記表1の通りである。
他方、処理汚泥では、一部の有機酸量が増加している。たんぱく質の加水分解により生成されたと推測される。また、増加した有機酸を見てみると硫黄成分と比較して不快臭の少ないものも含まれる。
この汚泥中の成分変化により臭気の質が変化したと考えられる。生成された有機酸成分によって他の臭気成分のマスキング効果も寄与しているとも考えられる。また、増加した有機酸成分は水溶性のものが多く脱液処理により効果的に除去可能であるとも推測できる。
以上より、水熱処理を行うことにより臭気の質が不快感が低減される方向で変化するとともに、脱液処理によって臭気物質が除去されやすくなることが知見された。
次いで、本発明にかかる処理汚泥の脱水(乾燥)性について試験した。試験方法は、処理容器内に下水汚泥2000gを供給した後、水蒸気を供給して圧力1.8MPa、200℃の条件で30分間の水熱処理を行って得た処理汚泥と、未処理の下水汚泥とについて、それぞれ経時的な水分量の変化を測定することにより、行った。また、脱水性に影響を与えると考えられる、水熱処理前と水熱後における下水汚泥の性状変化について目視観察をも行った。
結果、目視観察では、未処理の下水汚泥は流動性が無いが、処理汚泥(処理直後の処理汚泥)はさらさらとして粘度が低くなっているように観察された。また、処理汚泥は粒子が細かくなっているように観察された。水熱処理により下水汚泥中のフロック等が壊れて分散するとともに、水分保持力の高い細胞質などの破壊がなされたものと推測される。
水分率の経過時間的な測定は、測定容器内に試料を入れたのち、測定容器内に乾燥空気(相対湿度0%、温度15℃)を供給して排気する過程で乾燥処理を行い、経時的に測定容器内の試料の水分率を測定した。なお、測定容器内に溜まる汚泥由来の水分は排水できるように構成した。結果は、図3に示すとおり、未処理汚泥は水分率の低下速度が遅く48時間経過後であっても水分率が60%を超えていたのに対して、処理汚泥は測定開始後に急速に水分率が低下して48時間経過後には4%程度にまで低下するという結果が得られた。
処理汚泥は、水分保持力が低下して水離れがよくなっており、脱水(乾燥性)性に優れることが知見されている。これにより、処理汚泥は、上述の水溶性の臭気成分の除去性に優れることも示されたといえる。
以上の臭気試験、脱水(乾燥)性試験の結果から、本発明の下水汚泥の処理方法では、処理過程で臭気成分の低減が図られることが知見された。従って、本発明によれば、臭気の低減された固形燃料を得ることが可能である。
Claims (8)
- 処理容器内に供給した下水汚泥を温度150〜220℃、かつ、圧力0.5〜2.3MPaでの高温高圧処理する高温高圧工程と、
高温高圧処理後の処理汚泥を固液分離手段にて固液分離する脱液工程と、
脱液汚泥に対して乾燥処理する乾燥工程と、
前記高温高圧処理後に処理容器から排出する廃液と前記脱液工程からの液分とを受けて、これを濃縮する濃縮工程と、
濃縮工程での濃縮液は前記脱液汚泥と共に前記乾燥工程へと送る工程と、
を有することを特徴とする下水汚泥の処理方法。 - 前記高温高圧処理が、水蒸気を利用した水熱処理であることを特徴とする請求項1記載の下水汚泥の処理方法。
- 前記脱液工程と乾燥工程との間に、脱液汚泥を造粒する造粒工程を有し、前記脱液汚泥に濃縮液を混入させた状態で脱水汚泥を造粒処理する請求項1または2記載の下水汚泥の処理方法。
- 前記濃縮工程は、多重効用缶により濃縮を行う請求項1〜3のいずれか1項に記載の下水汚泥の処理方法。
- 前記濃縮工程は、蒸気圧縮法により濃縮を行う請求項1〜3のいずれか1項に記載の下水汚泥の処理方法。
- 前記乾燥工程は通気乾燥機を使用して行い、この通気乾燥機に送る空気に対して、前記水熱処理後に処理容器から排出する廃液及び前記脱液工程からの液分の持っている熱を与える請求項1〜5のいずれか1項に記載の下水汚泥の処理方法。
- 前記高温高圧工程と前記脱液工程の間に高温高圧処理後の処理汚泥を破砕処理する請求項1〜6記載のいずれか1項に記載の下水汚泥の処理方法。
- 処理容器内に供給した下水汚泥に対して温度150〜220℃、かつ、圧力0.5〜2.3MPaでの高温高圧処理する高温高圧処理装置と、
高温高圧処理後の処理汚泥を固液分離手段にて固液分離する脱液装置と、
脱液汚泥に対して乾燥処理する乾燥装置と、
前記高温高圧処理後に処理容器からの廃液と前記脱液装置からの液分とを受けて、これを濃縮する濃縮装置と、
濃縮装置での濃縮液は前記脱液汚泥と共に前記乾燥装置へと送る装置と、
を有することを特徴とする下水汚泥の処理設備。
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