JP5416888B2

JP5416888B2 - バイオソリッド燃料およびバイオソリッド燃料の製造方法

Info

Publication number: JP5416888B2
Application number: JP2007147680A
Authority: JP
Inventors: 智樹松本; 昌弘竹田; 徳之北野; 健二村井; 諭奥村
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2007-06-04
Filing date: 2007-06-04
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2027-06-04
Also published as: JP2008297508A; KR20080106840A

Description

本発明は、下水汚泥等のバイオマスを水分が１０％以下になるまで乾燥・造粒して得た乾燥造粒物に由来するバイオソリッド燃料およびその製造方法に関する。

下水汚泥等は、現在、セメントの原材料に用いられるか、コンポスト化によって肥料として用いられる等されているが、その全量を利用するには至っておらず、再利用されない部分は、脱水および焼却した上で埋め立てることにより処理されてきた。

しかしながら、近年になってこうした汚泥の処分方法が問題視されるようになっており、汚泥の新たな活用法としてこれらをバイオマス燃料として用いることが計画されるようになっている。

汚泥を燃料化する場合、その方式として、大きくは乾燥（造粒）処理と炭化処理の２つがある。

乾燥造粒方式では、含水率の高い下水汚泥を含水率１０％以下にまで脱水・乾燥および造粒化する。炭化処理は、汚泥を脱水・乾燥させた後、さらにこれを活性炭に似た粉末の燃料とする。

炭化方式により製造された燃料は悪臭がほとんどなく、強い悪臭が残留する乾燥造粒方式による燃料と比較して使い易いという利点を有するが、その反面で、炭化方式による燃料は、発熱量が１０〜１３ＭＪ／ｋｇであり、発熱量が１５〜１９ＭＪ／ｋｇである乾燥造粒方式による燃料と比較して燃料としての価値が低いという不利な点を有している。さらに、燃料化にかかる費用の面を比較しても乾燥造粒方式の方が優れている。

乾燥造粒方式によるバイオマス燃料において、その臭気を低減させようとした技術として特許文献１を挙げることができる。

この文献では、下水汚泥を水分が１０％以下になるまで乾燥させ、得られた乾燥汚泥の一部を炭化・賦活して汚泥活性炭として、これを乾燥汚泥に混合し、造粒することにより臭気が抑制された固形燃料を製造している。

しかしながら、特許文献１の方法では、汚泥活性炭を乾燥汚泥に対して５〜１００％程度混合しなければ十分な消臭効果を得ることができないが、乾燥汚泥を炭化することにより得られる汚泥活性炭は乾燥汚泥と比較して発熱量が低いため、汚泥活性炭の混合割合が高くなるほど、発熱量が低下し燃料としての価値が低下する。したがって、特許文献１の方法では、消臭効果を維持しつつ満足な発熱量を有する燃料を得ることは困難であった。
特開平１１−３２３３５９号公報

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、臭気が低く且つ発熱量が多いバイオソリッド燃料およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のバイオソリッド燃料は、バイオマス原料由来の乾燥造粒物の表面上に粒径が５００μｍ以下の粉末状活性炭が付着されてなるものである。

添加される活性炭の粒径を５００μｍ以下に限定したのは、活性炭の乾燥造粒物表面への付着性の問題によるものである。活性炭の粒径が５００μｍ超であると、乾燥造粒物表面に活性炭が十分に付着せず、十分な消臭効果を得ることができない。

前記粉末状活性炭の粒径が１００μｍ以下であることがより好ましい。

前記活性炭の比表面積が７００ｍ^２／ｇ以上である場合には、前記乾燥造粒物の重量に対して１〜１０重量％の活性炭が乾燥造粒物表面上に付着されることが好ましい。

前記活性炭は、使用済み活性炭を再生させる際に発生する篩下残渣に由来するものであることが好ましい。

また、本発明のバイオソリッド燃料の製造方法は、バイオマス原料を乾燥・造粒化して乾燥造粒物を得、さらに、この乾燥造粒物に粒径が５００μｍ以下の粉末状の活性炭を添加することにより該乾燥造粒物の表面に該活性炭を付着させることを特徴とするものである。

本発明のバイオソリッド燃料は、バイオマス原料由来の乾燥造粒物の表面上に粒径５００μｍ以下の粉末状活性炭が付着されてなるものである。

本発明のバイオソリッド燃料は、発熱量が少ない炭化方式による燃料とは異なり発熱量が多い乾燥造粒物に基づいている。また、この乾燥造粒物の表面に粒径５００μｍ以下の粉末状活性炭を付着させ消臭効果を得ることにより、乾燥造粒物の問題点であった悪臭問題を解消している。特許文献１では消臭効果を得るために汚泥活性炭を乾燥造粒物重量に対して５〜１００％程度混合しなければならなかったが、本発明では乾燥造粒物重量に対して１％程度でも２日間、３〜５％程度で８日間にわたり消臭効果を持続することができる。

特許文献１の燃料において混合される汚泥活性炭は乾燥造粒物よりも発熱量が少ないため、その添加量が増える程、燃料全体としての発熱量が低下することとなり燃料価値も低くなっていたが、本発明のバイオソリッド燃料では、添加される活性炭は、乾燥造粒物よりも発熱量が多く（約２５ＭＪ／ｋｇ）、活性炭の添加量が多くなる程、その燃料価値が高くなる。これにより、本発明は、低臭気かつ高発熱量のバイオソリッド燃料を提供することができる。

添加される粉末状活性炭としては、市販品の他、使用済み活性炭を再生する際に発生する篩下残渣を利用することができる。篩下残渣は粒径が小さくほぼ輸送費のみの価格で購入可能と考えられ、このようなものを使用すれば、バイオソリッド燃料の低コスト化を図ることができる。

また、活性炭の添加量は、消臭効果を持続するための期間により必要に応じて設定してよく、経済的である。

以下、本発明のバイオソリッド燃料およびその製造方法について詳細に説明する。

図１は、本発明のバイオソリッド燃料の製造方法を説明するフローシートであり、最初に、この図に従って本発明のバイオソリッド燃料の製造方法を説明する。

本発明のバイオソリッド燃料の乾燥造粒物の原料としては、下水汚泥等のバイオマスが用いられる。バイオマスは乾燥造粒装置（１）に搬入され、この乾燥造粒装置において、水分量１０％以下にまで乾燥および造粒化して１〜５ｍｍ程度の乾燥造粒物にされる。

乾燥造粒装置（１）にて造粒された乾燥造粒物は、乾燥造粒装置（１）を出た後、その搬送途中で粒径が５００μｍ以下の活性炭が添加された後、スクリューコンベヤ（２）に搬入される。スクリューコンベヤ（２）では、乾燥造粒物表面に活性炭が付着されるように十分にこれらを攪拌する。

スクリューコンベヤ（２）を出た、表面に活性炭が付着した乾燥造粒物は、貯留装置（３）に搬送され、必要に応じてバイオソリッド燃料として搬出される。

次に、上記製造方法に基づいて実際にバイオソリッド燃料を製造し、その消臭効果を確認したので、実施例として以下に説明する
（実施例１）
処理対象物として、下水汚泥を水分が１０％以下になるまで乾燥させ、その後、粒径２ｍｍ程度に造粒化した乾燥造粒物を用いた。

この乾燥造粒物の消臭のため、以下の２種の活性炭を添加し、乾燥造粒物表面に付着させた。

（ａ）水蒸気雰囲気下８００〜１０００℃の温度で木材チップを炭化し粉末状にしたもの
（ｂ）（株）セラケム製のＤＸＮ除去用活性炭（粉末状）
（（ａ）および（ｂ）のいずれも、粒径は１００μｍ以下である。）
上記の活性炭の乾燥造粒物への添加量は、乾燥造粒物重量に対して、０．５重量％、１重量％、２重量％、５重量％および１０重量％とした。

消臭実験の手順は以下の通りである。

（１）１０本のガラス瓶（容量５０ｍｌ）を用意し、各ガラス瓶に乾燥造粒物５ｇを入れた。

（２）上記ガラス瓶のうちの５本それぞれに、上記（ａ）の活性炭を０．５重量％、１重量％、２重量％、５重量％および１０重量％で加えた。残りのガラス瓶５本についても同様にそれぞれ上記（ｂ）の活性炭を各添加量で加え、各ガラス瓶をよく攪拌し、乾燥造粒物表面上に活性炭を付着させるようにした。

（３）各ガラス瓶に蓋をして放置した。

（４）５分後および３日後に蓋を開け、実験者の嗅覚により瓶の中のにおいを確認した。

消臭実験の結果を下記表１に示す。

活性炭（ａ）を付着させた乾燥造粒物は、その添加量が２重量％以上である場合に数分後でにおいが消えた。３日経過した後でも、添加量が５重量％以上であれば消臭効果を維持していた。一方、活性炭（ｂ）を付着させた乾燥造粒物では、その添加量が１重量％以上であれば数分後でにおいが消えており、３日経過した後でも、添加量が１重量％以上で消臭効果を維持することができた。

両者で消臭効果に相違が生じたのは、比表面積の相違によるものであると考えられる。図２に、活性炭（ａ）と活性炭（ｂ）の比表面積および細孔分布を示す。

（実施例２）
本実施例２では、活性炭添加による消臭効果について、消臭に必要な活性炭の粒径、添加量、比表面積を消臭持続時間、消臭度合等で把握するための試験を行った。

（実験試料）
実施例１と同様にして調製した乾燥造粒物を用いた。この乾燥造粒物に添加される活性炭は、下記表２に示す４種である。表２における活性炭（ｃ）および（ｄ）はいずれもセラケム社製の市販品（それぞれ、商品名：花ＢＡ、ＡＣＷ８〜３２）であり、活性炭（ｅ）はセラケム社製の活性炭（商品名：花ＢＡ）の再生品（篩下）であり、活性炭（ｆ）は実施例１の活性炭（ａ）と同一のものであり、ミル粉砕後のものである。また、活性炭（ｄ）は、各粒度に篩い分けしたものを用いた。

（実施手順）
下記手順に従って消臭試験を実施した。

１）容量５０ｍｌのガラス瓶を１５本用意し、それぞれに乾燥造粒物を入れた。

２）サンプル１として、１つの乾燥造粒物入りのガラス瓶に、活性炭（ｄ）をその添加量が１重量％になるように添加し、ガラス瓶に栓をした後、これを手で十分に振った。同様に、ガラス瓶に添加する活性炭の種類およびその添加量を種々変更して、下記表３に示すサンプル２〜１４を作製した。なお、サンプル０は活性炭が添加されていないものである。

３）所定時間（１時間後、２、３、４、５、６、７、８日後）を経過した後、各サンプルのガラス瓶の栓を開け、臭気センサー（コスモス社製；ＸＰ−３２９型）を用いてすばやく臭気濃度を測定した。同時に、実験者が臭覚により臭いを確認した。

ここで、臭気センサーによる臭気測定方法は以下の１）〜３）の通りである。

１）センサーの電源をオンにした後、ノーマルモードで室温空気を吸引させながら暖機運転させた（３０分間）。

２）市販の空気ボンベからの空気（活性炭層およびシリカゲル層を通した後のもの）を５分間通した後、調整つまみによりセンサー指示値を１００にセットした。

３）試験対象のガラス瓶の臭気をセンサーに通し、臭気を実際に測定した（５分間）。

用意したサンプル０〜１４について臭気センサーおよび実験者の臭覚により臭気を測定した結果を下記表４〜６に示す。表４Ａおよび４Ｂは、臭気センサーによる測定結果および実施者の臭覚による結果を示している。なお、表４Ａおよび表Ｂにおいて、括弧内の数値は臭気センサーによる計測値、○、△および×は実験者の臭覚による評価を示し、○は臭気なし（消臭効果大）、△はすっぱい臭い有り（消臭効果有り）、×は汚泥臭有り（消臭効果なし）を表している。

さらに、上記の測定結果に基づき、活性炭の粒径、添加量および比表面積毎に、それらが消臭効果に及ぼす影響を要約したので、その結果を下記表５〜７に記載する。

下記表５には、活性炭の粒径が消臭効果に及ぼす影響が記載されている。

上記表５に基づき以下のことが分かる。

実験者の臭覚により得られた測定結果について、添加量１重量％（比表面積１０５２ｍ^２／ｇ）の場合、粒径１００μｍ以下および１００〜５００μｍで２日間消臭効果が持続し、５００〜１０００μｍでは消臭効果がみられなかった。さらに添加量５重量％（比表面積１０５２ｍ^２／ｇ）の場合、粒径１００μｍ以下では８日間、１００〜５００μｍで３日目に汚泥臭を感じたものの、以降、再び消臭効果が得られた。５００〜１０００μｍでは添加量１重量％と同様に消臭効果がみられなかった。

表６には、活性炭の比表面積が消臭効果に及ぼす影響が要約されている。

上記表６に基づき以下のことが分かる。

実験者の臭覚による測定結果において、添加量１重量％（粒径１００μｍ以下）の場合、比表面積が２１６ｍ^２／ｇでは消臭効果が弱く、７７８ｍ^２／ｇ以上で２日間、１３９１ｍ^２／ｇで５日間消臭効果が持続した。また、添加量５重量％（粒径１００μｍ以下）の場合、比表面積が２１６ｍ^２／ｇで添加量１重量％の場合と同様に消臭効果が弱く、７７８ｍ^２／ｇ以上で８日間消臭効果が持続した。

表７には、使用済み活性炭を再生させる際に発生する篩下残渣（比表面積１３９１ｍ^２／ｇ、粒径１００μｍ以下）の活性炭の添加量が消臭効果に及ぼす影響が要約されている。

上記表７に基づき以下のことが分かる。

実験者の臭覚による測定結果において、活性炭の添加量が１〜１０重量％の範囲では添加量が多い程、強い消臭効果を持続していた。１重量％添加で途中すっぱい臭いがしたものの５日間、３重量％添加では、８日間経過後も消臭効果を維持していた。

他方、表４Ａおよび表４Ｂに示す臭気センサーによる測定結果において、活性炭の添加量が多い程、指示値が低くなる傾向があり、これは、実験者の臭覚による結果と一致する。

表８には実施結果について、消臭効果持続時間と消臭に必要な活性炭の条件が要約されている。

上記表８に基づき以下のことが分かる。

・消臭効果を２日間持続させる場合は、粒径５００μｍ以下で比表面積７７８ｍ^２／ｇ以上の活性炭を１重量％以上添加する。

・消臭効果を５日間持続させる場合は、粒径５００μｍ以下で比表面積７７８ｍ^２／ｇ以上の活性炭を５重量％以上添加する。

・消臭効果を８日間持続させる場合は、粒径５００μｍ以下で比表面積１０５２ｍ^２／ｇ以上の活性炭を５重量％以上添加するか、または、粒径１００μｍ以下で比表面積７７８ｍ^２／ｇ以上の活性炭を５重量％以上添加する。

・粒径１００μｍ以下、比表面積１３９１ｍ^２／ｇの使用済み活性炭を再生する際に発生する篩下残渣の場合、添加量１重量％以上で５日間、添加量３重量％以上で８日間消臭効果が持続する。

本発明のバイオソリッド燃料の製造方法を説明するフローシートである。活性炭（ａ）と活性炭（ｂ）の比表面積および細孔分布を示す表およびグラフである。

符号の説明

１乾燥造粒装置
２スクリューコンベヤ

Claims

バイオマス原料を乾燥および造粒して得られた乾燥造粒物に、粒径５００μｍ以下で比表面積１０５２ｍ^２／ｇ以上の粉体状の活性炭を５重量％以上添加し、攪拌することにより該乾燥造粒物の表面上に該活性炭を付着させることを特徴とするバイオソリッド燃料の製造方法。
バイオマス原料を乾燥および造粒して得られた乾燥造粒物に、粒径１００μｍ以下で比表面積７７８ｍ^２／ｇ以上の粉体状の活性炭を５重量％以上添加し、攪拌することにより該乾燥造粒物の表面上に該活性炭を付着させることを特徴とするバイオソリッド燃料の製造方法。
バイオマス原料を乾燥および造粒して得られた乾燥造粒物に、粒径１００μｍ以下で比表面積１３９１ｍ^２／ｇ以上の粉体状の活性炭を３重量％以上添加し、攪拌することにより該乾燥造粒物の表面上に該活性炭を付着させることを特徴とするバイオソリッド燃料の製造方法。
請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法により製造されたバイオソリッド燃料。