JP5135369B2 - 汚泥乾燥方法 - Google Patents

Description

本発明は、汚泥を加熱して含有水分を蒸発乾燥させる汚泥乾燥方法に関する。

従来、主に下水処理工程で発生する余剰汚泥は海洋投棄されるか又は埋め立て処分されていた。しかしながら、地球規模で環境保護政策が推進されていることから余剰汚泥の海洋投棄が禁止されてきており、また埋め立て地も制限されてきているため、余剰汚泥を処分することが近時は困難になってきている。

そこで、限られた埋め立て地の延命を図るために、汚泥を焼却して減容化し、その焼却灰を埋め立て処分するか、あるいは汚泥を加熱して乾燥汚泥にして土壌改良用に有効利用されるようになってきている。汚泥を焼却する場合は、処理対象の汚泥を焼却炉に投入する前段で乾燥機にて汚泥の含水率を約４０％程度にする乾燥処理を行っている。例えば特許文献１及び２に記載された汚泥処理方法では、気流乾燥方式の乾燥機を用いて汚泥を加熱して乾燥している。

特開２００６−２０５０６６号公報 特開昭５３−１８０５６号公報

しかしながら、従来のプロセスでは、乾燥機において汚泥を加熱すると、アンモニアガスを主体とする高濃度の臭気ガスが多量に発生し、発生した臭気ガスは濃度が高いために専用の燃焼式脱臭装置を用いて燃焼させることにより脱臭処理している。

また、従来のプロセスでは、被乾燥対象物である汚泥を一時的に貯留しておく脱水汚泥ホッパーや乾燥汚泥ホッパー等の汚泥貯留設備を周辺機器として設置するのが一般的であるが、これらのホッパー内の脱水汚泥や乾燥汚泥からも臭気ガスが発生するため、これらも脱臭処理する必要がある。これらの周辺機器から発生する臭気ガスも濃度が高いため、一般的には燃焼バーナーや触媒を利用する燃焼方式の脱臭装置を用いて燃焼させることにより脱臭処理している。

しかしながら、従来のプロセスにおいては、処理対象となる臭気ガスが多量であるため、その脱臭処理に要する燃料や電力の消費量が過大になり、処理コストが増大し、また環境面でも問題がある。

本発明はこうした事情を考慮してなされたものであり、汚泥乾燥プロセスにおいてプロセスから発生する臭気ガス量を低減し、脱臭コストを削減することができる汚泥乾燥方法を提供することを目的とする。

本発明に係る汚泥乾燥方法は、間接加熱乾燥機内で間接加熱される汚泥に所定のキャリアガスを供給し、汚泥から蒸発する水分を前記キャリアガスとともに間接加熱乾燥機から排出することにより汚泥を乾燥する汚泥乾燥方法において、前記間接加熱乾燥機で乾燥させる前の汚泥から発生する臭気ガスおよび前記間接加熱乾燥機により乾燥させた後の汚泥から発生する臭気ガスを前記キャリアガスとともに前記間接加熱乾燥機内に導入することを特徴とする。

本発明によれば、次の(i)と(ii)の効果が得られる。

(i)被脱臭ガス量の低減
間接加熱乾燥機は、蒸気ジャケットの表面に被乾燥物を接触させて被乾燥物の温度を上昇し水分を蒸発させることで被乾燥物を乾燥させる。被乾燥物から蒸発した蒸気は速やかに排出しないと乾燥効率が悪くなるため乾燥機内部にキャリアガスを流して被乾燥物から蒸発した蒸気を排出してスクラバーで蒸気を凝縮分離し非凝縮性ガスのみを大気放出させている。該キャリアガスにプロセスで発生する臭気ガスを用いることによりキャリアガスの排ガスとプロセスで発生する臭気ガスを独立させる場合と比べて脱臭処理を要する臭気ガスの全体量が削減できる。

(ii)脱臭に要するエネルギーコストの削減
汚泥乾燥プロセスにおいて発生する臭気ガスと汚泥乾燥機のキャリアガスの合計臭気ガス量はプロセスにより異なるが、一般的には汚泥乾燥機で消費する蒸気を発生するために必要な燃焼バーナーの燃焼空気量より臭気ガス量のほうが多い場合が多く、臭気ガスを蒸気ボイラーの燃焼空気として燃焼脱臭する事は不可能であったが、本発明による汚泥乾燥プロセスでは臭気ガス発生量が削減されるため臭気ガスをボイラーの燃焼空気の一部として燃焼することが可能となり脱臭専用の燃焼バーナーや脱臭装置を設ける必要が無い。

本発明の実施形態に係る汚泥乾燥方法に使用される汚泥処理システムの概要を示す構成ブロック図。 比較例の汚泥乾燥方法に使用される汚泥処理システムの概要を示す構成ブロック図。

本発明を実施するための好ましい形態を以下に説明する。

（１）本発明の汚泥乾燥方法は、間接加熱乾燥機内で間接加熱される汚泥に所定のキャリアガスを供給し、汚泥から蒸発する水分を前記キャリアガスとともに間接加熱乾燥機から排出することにより汚泥を乾燥する汚泥乾燥方法において、前記汚泥に由来する臭気ガスを前記キャリアガスとともに前記間接加熱乾燥機内に導入することを特徴とするものである。

本発明では、汚泥に由来する臭気ガスをキャリアガスの一部に利用するので、その分だけ下流側の専用の脱臭装置を用いて脱臭処理する必要のある被脱臭ガスの量が減少する。とくに本発明に用いる間接加熱方式の乾燥機は、特許文献１，２の従来の直接加熱方式の気流乾燥機よりも発生する臭気ガスの絶対量が少ない（１０〜２０体積％程度）ことから、その減量のメリットが大きい。このため、脱臭装置にかかる負荷が軽減され、その運転コストと保守点検コストが減少し、装置寿命も延び、余裕のある運転操業を続けることができる。

（２）上記（１）において、前記汚泥由来の臭気ガスと前記キャリアガスとが混合した混合ガスを、前記間接加熱乾燥機の熱源となる蒸気ボイラーまたは熱媒加熱用バーナーの燃焼空気として燃焼させることにより脱臭することが好ましい。

本発明では、臭気ガスを含む混合キャリアガスを蒸気ボイラーまたは熱媒加熱用バーナーの燃焼空気として燃焼させるため、燃焼された臭気ガスは脱臭され、その分だけ下流側の脱臭装置の負荷が軽減される。

（３）上記（１）又は（２）のいずれかにおいて、前記汚泥に由来する臭気ガスが、脱水ケーキホッパー内の脱水汚泥から発生した臭気ガスおよび乾燥汚泥ホッパー内の乾燥汚泥から発生した臭気ガスを含むことが好ましい。

本発明では、例えば脱水ケーキホッパーのプロセスで発生する臭気ガスを集めて乾燥機のキャリアガスとして使用することができる。脱水汚泥（脱水ケーキ）は、常温下においても貯留中に自然発酵して高濃度の臭気ガスを多量に発生する。この多量に発生する臭気ガスを乾燥用キャリアガスまたはバーナー燃焼用空気としておおいに利用することができる。

また、本発明では、例えば乾燥汚泥ホッパーのプロセスで発生する臭気ガスを集めて乾燥機のキャリアガスとして使用することができる。乾燥汚泥は、含水率が概ね４０〜２０％程度であり、乾燥汚泥を放置しても自然発酵は起こりにくいが、乾燥機の内部で加熱されて水分が蒸発した乾燥汚泥は乾燥機から排出された時点で温度が５０℃程度あり、湯気が出ている状態で排出されるため、加熱された乾燥汚泥からは高濃度のアンモニア等が臭気ガスとして放散される。これらの臭気ガスを乾燥用キャリアガスまたはバーナー燃焼用空気に利用することができる。

以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を従来のプロセスと対比して説明する。

図１に示すように、本実施形態の汚泥処理システム１は、下水処理場などで生じる余剰汚泥を乾燥処理するものであり、脱水ケーキホッパー２、間接加熱乾燥機３、凝縮器４、ファン５、乾燥汚泥ホッパー６、蒸気ボイラー７、空気供給装置８、脱臭装置９、バーナー燃料供給ポンプＰ１およびバーナー燃焼用空気供給ポンプＰ２を備えている。これらの装置及び機器は、図示しない開閉弁、流量制御弁、切替弁などのバルブ類やポンプ又はブロワなどを有するラインＬ１〜Ｌ１１により互いに接続され、処理対象物である汚泥や臭気ガスを単位操作するものである。汚泥処理システム１の全体は図示しないプロセスコンピュータにより統括的に管理・制御されている。

脱水ケーキホッパー２は、図示しない投入装置により上部開口から投入された脱水ケーキ（脱水処理された汚泥）を一時的に貯留し、乾燥機３へ脱水ケーキを定量供給するための設備である。この脱水ケーキ貯留ホッパー２に貯留される脱水ケーキは概ね含水率が８０％前後あり、脱水ケーキを貯留すると常温状態でも自然発酵して臭気ガスが発生する。脱水ケーキホッパー２は下部に開閉可能なダンパーを有し、下部ダンパーを開けるとラインＬ１上に脱水ケーキが落下するようになっている。この脱水ケーキ搬送ラインＬ１は、乾燥機３の入口側に接続されたシューターやベルトコンベアからなり、乾燥機３に脱水ケーキを誘導・搬送するものである。

脱水ケーキホッパー２の上部には臭気ガス排出ラインＬ２が接続されている。この臭気ガス排出ラインＬ２は、空気供給装置８から乾燥機３にキャリアガスとしての空気を供給するためのラインＬ８に合流している。すなわち、ラインＬ２を流れる臭気ガスは、ラインＬ８の空気流に合流し、空気流に伴われてキャリアガスの一部として乾燥機３のなかに導入されるようになっている。

空気供給装置８は、キャリアガス供給ラインＬ８を介して間接加熱装置３の回転式キルン内にキャリアガスとして乾燥した空気を供給するものである。空気供給装置８は図示しない制御器によって制御される流量調整弁を内蔵しており、システム１全体の処理プロセスの状況に応じて空気供給量が高精度に調整できるようになっている。

乾燥汚泥ホッパー６は、入口側が乾燥汚泥排出ラインＬ３を介して乾燥機３に接続され、乾燥機３から排出された乾燥汚泥を一時的に貯留しておくための設備である。乾燥汚泥の含水率は概ね４０〜２０％程度が標準的であり、乾燥汚泥を放置しても自然発酵は起こりにくい。しかしながら、乾燥汚泥は、乾燥機３の内部で加熱された状態におかれていたため、乾燥機３から排出された時点で温度が５０℃程度あり、湯気が出ている状態で排出される。したがって、加熱された乾燥汚泥からは高濃度のアンモニア等が臭気ガスとして放散される。

乾燥汚泥ホッパー６の上部には臭気ガス排出ラインＬ６が接続されている。この臭気ガス排出ラインＬ６は、上述した脱水ケーキホッパー２のラインＬ２と同様に、空気供給装置８から乾燥機３にキャリアガスとしての空気を供給するためのラインＬ８に合流している。すなわち、ラインＬ６を流れる臭気ガスは、ラインＬ８の空気流に合流し、空気流に伴われてキャリアガスの一部として乾燥機３のなかに導入されるようになっている。

間接加熱乾燥機３は、処理対象となる汚泥を間接的に加熱して汚泥を乾燥させる装置である。ここで「間接的な加熱」とは、処理対象の汚泥と熱源とが金属やセラミックなどでできた隔壁で隔離されており、その隔壁を通した放射・伝熱によって加熱する方式を意味する。これに対して「直接的な加熱」とは、特許文献１，２に記載された気流乾燥機のように汚泥が投入される室内に熱源となるガス（燃焼ガス等）を導入する加熱方法を意味する。

間接加熱乾燥機３は、水平回転軸をもつ回転式キルンと、この回転式キルンの周囲を取り囲む加熱ジャケットとを有する横置き型のロータリーキルン装置である。なお、本実施形態では間接加熱乾燥機３として横置き型のロータリーキルン装置を用いたが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、固定床方式または回転スクリューフィーダー方式など他の方式の間接加熱装置を用いることができる。乾燥機の回転式キルンには、ラインＬ１に載って脱水ケーキホッパー２から送られてくる脱水ケーキが装入される。加熱ジャケットには、蒸気供給ラインＬ７を通って蒸気ボイラー７から送られてくる蒸気が導入され、回転式キルン内の脱水ケーキが加熱されるようになっている。このような間接加熱乾燥機３を用いることにより火炎が汚泥に直接接触することなく汚泥を間接的に加熱し、脱水ケーキに含まれる水分を効率よく蒸発させて汚泥を乾燥させるとともに、アンモニアやメチルメルカプタンなどを含む臭気ガスを脱水ケーキから効果的に揮発させることができる。

乾燥機３の内部で蒸発した水分は、上部排出ラインＬ４を通って蒸発蒸気として乾燥機３から排出されるが、蒸発蒸気が速やかに乾燥機の外部に排出されるようにキャリアガスを乾燥機内部に流し、蒸発蒸気を後段の凝縮器４へ送り込み、蒸発蒸気を冷却して凝縮させ、液体として排出する。

蒸気ボイラー７は、内部に蒸気発生管および燃焼バーナーを有し、生成した蒸気を乾燥機３の加熱ジャケットに熱源として供給するものである。蒸気ボイラー７の燃焼バーナーには、ポンプＰ１を有するバーナー燃料供給用ラインＬ１０が連通し、かつポンプＰ２を有するバーナー燃焼用空気供給ラインＬ１１が連通している。バーナー燃料供給用ラインＬ１０からは図示しない燃料タンクから燃料ガスが送られてくる。バーナー燃焼用空気供給ラインＬ１１からは空気供給装置８または他の空気供給装置（図示せず）からバーナー燃焼用空気が送られてくる。この空気供給ラインＬ１１には後述する臭気ガスラインＬ53が合流し、乾燥機３から出てくる臭気ガスを含むキャリアガスの一部がバーナー燃焼用空気と混合されるようになっている。

凝縮器４およびファン５は、乾燥機３からのキャリアガス排出ラインＬ４に配置されている。凝縮器４は、キャリアガスに含まれる水分を凝縮させて気液分離するものである。気液分離後のガスは、ファン５により下流側の各ラインＬ51，Ｌ52，Ｌ９に送られ、キャリアガスとして再利用されるか、バーナー燃焼用空気と混合して燃焼させるか、専用の脱臭装置９において脱臭される。すなわち、凝縮器４からファン５で引かれた非凝縮性ガス（臭気ガスを含むキャリアガス）は、その一部がリターンラインＬ51を通って空気供給ラインＬ８の空気流に合流して再びキャリアガスとして乾燥機３内へ戻される。このように、キャリアガスの一部は、乾燥機３→ラインＬ４→凝縮器４→ラインＬ５→ファン５→ラインＬ51→ラインＬ８→乾燥機３からなる循環回路を循環するようになっている。

一方、乾燥機３から出てきたキャリアガスの他の一部は、ガスラインＬ52-Ｌ53を通って蒸気ボイラー７に送られ、燃焼用空気と混合されてバーナーで燃焼される。また、乾燥機３から出てきたキャリアガスの残りの他の一部（余剰のキャリアガス）は、ガスラインＬ52-Ｌ９を通って脱臭装置９に送られ、脱臭処理される。

脱臭装置９は、汚泥処理システム１の最下流側に配置され、ラインＬ４→Ｌ５→Ｌ52→Ｌ９を経由して乾燥機３から出てくるキャリアガス（臭気ガスを含む）を燃焼用空気と混合燃焼させ、燃焼脱臭した燃焼排ガスを大気中に放出する専用の除害設備である。なお、脱臭装置９への燃焼用空気は、キャリアガス供給装置８から供給してもよいし、装置８とは別の空気供給装置（図示せず）から供給するようにしてもよい。

次に、上述した本発明の実施例プロセスを以下に述べる比較例プロセスと対比して説明する。

比較例プロセスに用いられる汚泥処理システム100は、図２に示すように、脱水ケーキホッパー102、間接加熱乾燥機103、凝縮器104、ファン105、乾燥汚泥ホッパー106、蒸気ボイラー107、キャリアガス供給装置（空気供給装置）108および脱臭装置109を備えている。これらの装置・機器102〜109は、上記実施形態の装置・機器２〜９と実質的に同じ構成と機能を有するものである。なお、図中の符号Ｌ101，Ｌ102，Ｌ103，Ｌ104，Ｌ105，Ｌ106，Ｌ107，Ｌ108，Ｌ109，Ｌ110，Ｌ111は、脱水ケーキライン、臭気ガスライン、乾燥汚泥ライン、キャリアガス排出ライン、非凝縮性ガスライン、臭気ガスライン、加熱蒸気ライン、キャリアガス供給ライン、脱臭ライン、バーナー燃料供給ライン、バーナー燃焼用空気供給ラインをそれぞれ示す。

比較例プロセスのシステム100では、乾燥機103から出てくるキャリアガス（臭気ガスを含む）の一部をラインＬ104→Ｌ105→Ｌ152→Ｌ109を経由して脱臭装置109に送るばかりでなく、さらに、脱水ケーキホッパー102内で発生する臭気ガスをラインＬ102→Ｌ109を経由して脱臭装置109に送り、かつ、乾燥汚泥ホッパー106内で発生する臭気ガスをラインＬ106→Ｌ109を経由して脱臭装置109に送り、これらの臭気ガスを脱臭装置109により一括して脱臭処理するようにしている。このため、比較例プロセスの脱臭装置109は、実施例プロセスの脱臭装置９に比べて処理すべき臭気ガス量が多く、より大きな負荷が掛かる。

例えば、比較例プロセスでは、乾燥機103へのキャリアガス供給量を１０ｍ³/ｈとした場合に、乾燥機103からラインＬ104→Ｌ105→Ｌ152→Ｌ109を経由して脱臭装置109に入る臭気ガス量が１０ｍ³/ｈ、さらに脱水ケーキホッパー102からラインＬ102→Ｌ109を経由して脱臭装置109に入る臭気ガス量が１ｍ³/ｈ、さらに乾燥汚泥ホッパー106からラインＬ106→Ｌ109を経由して脱臭装置109に入る臭気ガス量が１ｍ³/ｈとなり、これらの臭気ガス量の合計が１２ｍ³/ｈになる。

これに対して実施例プロセスでは、乾燥機３へのキャリアガス供給量を１０ｍ³/ｈとした場合に、乾燥機３からラインＬ４→Ｌ５→Ｌ52→Ｌ９を経由して脱臭装置９に入る臭気ガス量の１０ｍ³/ｈだけである。このように実施例プロセスは、比較例プロセスよりも脱臭装置で処理すべき臭気ガス量を２ｍ³/ｈも低減することができる。

しかも、実施例プロセスでは、脱水ケーキホッパー２からラインＬ２→Ｌ８を経由する臭気ガス、および、乾燥汚泥ホッパー６からラインＬ６→Ｌ８を経由する臭気ガスをそれぞれキャリアガスとして乾燥機３に導入するようにしているため、キャリアガス供給装置８からの空気供給量を８ｍ³/ｈに削減することができるという利点がある。

すなわち、実施例プロセスでは、凝縮器４からファン５で引かれた非凝縮性ガス（臭気ガスを含むキャリアガス）は、その一部がリターンラインＬ51を通って空気供給ラインＬ８の空気流に合流して再びキャリアガスとして乾燥機３内へ戻され、他の一部のガスが臭気ガスラインＬ52-Ｌ53を通って蒸気ボイラー７に送られてバーナーで燃焼され、さらに残りの他の一部ガスが脱臭ラインＬ52-Ｌ９を通って脱臭装置９に送られて脱臭される。このように乾燥機３から出てくるキャリアガスの一部は、乾燥機３に戻され、乾燥機３を含む循環回路を常に循環するようになっている。ただし、凝縮器３から出た非凝縮性ガスは飽和蒸気のため、その全量を循環させると乾燥機３の入口部分で結露して乾燥性能に悪影響がでるため、循環風量を減らすか、または循環ガスを昇温して乾燥機３に入れる必要がある。

そこで、乾燥汚泥ホッパー６や脱水ケーキホッパー２から臭気ガスを吸引するためには乾燥機３の内部のキャリアガスの全部を循環するのでなく、抽気ガスの一部を抽気ガスとして排出し、蒸気ボイラー７の燃焼空気の一部として燃焼させて脱臭させる。

したがって、抽気ガス量は乾燥機３以外の場所で発生する臭気ガス量と等しくなり、臭気濃度は高くなるが、抽気ガス量は上述した図２の比較例システムの方式と比べて少なくて済むことになる。バーナー燃焼による燃焼脱臭の場合は、臭気濃度は高くても問題ないが処理できる臭気ガス量はバーナーの燃焼空気量以上にすることはできない。試算では、一般的な汚泥乾燥プロセスで必要な蒸気を発生するためのバーナー燃焼空気量は上記のように処理臭気ガス量を少なくすることによって蒸気ボイラー７のバーナーで燃焼脱臭することが可能となる。

なお、上記実施形態では間接加熱方式の汚泥乾燥機の熱源に過熱水蒸気を用いる例をとって説明したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、過熱水蒸気以外の他の熱媒体を用いるようにしてもよい。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。具体的な変形例は次のとおりである。

上記実施形態では、乾燥機内部以外の臭気ガスの発生源として脱水ケーキホッパーと乾燥汚泥ホッパーからの臭気ガスをキャリアガスとして使用しているが、他に臭気ガス発生源からの臭気ガスをキャリアガスとして使用することもできる。

上記実施形態では、被乾燥物として汚泥を用いたが、これに限らず、その他の臭気ガスを発生する被乾燥物の乾燥プロセスにおいても適用することができる。

２,102…脱水ケーキホッパー、３,103…間接加熱乾燥機、４,104…凝縮器、
５,105…ファン、６,106…乾燥汚泥ホッパー、７,107…蒸気ボイラー、
８,108…キャリアガス供給装置（空気供給装置）、９,109…脱臭装置、
Ｌ２…脱水ケーキ臭気ガスライン、Ｌ３…乾燥汚泥ライン、Ｌ４…蒸発蒸気ライン、Ｌ５…非凝縮性ガスライン、Ｌ６…乾燥汚泥臭気ガスライン、Ｌ７…蒸気ライン、
Ｌ８…空気供給ライン、Ｌ９…脱臭処理ライン、
Ｌ10…バーナー燃料ライン、Ｌ11…バーナー燃焼用空気ライン、
Ｌ51…循環キャリアガスライン、Ｌ52，Ｌ53…臭気ガスライン、
Ｐ１，Ｐ２…ポンプ。

Claims (2)

1. 間接加熱乾燥機内で間接加熱される汚泥に所定のキャリアガスを供給し、汚泥から蒸発する水分を前記キャリアガスとともに間接加熱乾燥機から排出することにより汚泥を乾燥する汚泥乾燥方法において、
   前記間接加熱乾燥機で乾燥させる前の汚泥から発生する臭気ガスおよび前記間接加熱乾燥機により乾燥させた後の汚泥から発生する臭気ガスを前記キャリアガスとともに前記間接加熱乾燥機内に導入することを特徴とする汚泥乾燥方法。
2. 前記間接加熱乾燥機で乾燥させる前の汚泥から発生する臭気ガスが脱水ケーキホッパー内の脱水汚泥から発生した臭気ガスからなり、前記間接加熱乾燥機により乾燥させた後の汚泥から発生する臭気ガスが乾燥汚泥ホッパー内の乾燥汚泥から発生した臭気ガスからなることを特徴とする請求項１記載の汚泥乾燥方法。

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