JP5426568B2 - セメント原燃料化方法、セメント製造用原燃料製造設備及びセメント製造工場 - Google Patents
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Description
本発明は、都市ごみ等の廃棄物をセメント原燃料化する方法、及び都市ごみ等の廃棄物をセメント製造用原燃料として有効利用するためのセメント製造用原燃料製造設備、並びにこの設備を付設したセメント製造工場に関する。
従来、厨芥等の有機廃棄物の処理量が増大しているため、その有効な処理方法及び再利用方法に関して多くの提案、試みがなされている。一つの方法として、回転発酵槽を用いて有機廃棄物を発酵させ、堆肥化（コンポスト化）することが提案されている。また、特許文献１には、有機廃棄物をセメントキルンで発酵処理したり、セメント製造での燃料の一部として用いることも記載されている。
しかし、特許文献１に記載のように、セメントキルンを発酵処理装置として単に流用しても、有機廃棄物を安定してコンポスト化することは困難であった。また、セメント製造用の燃料として発酵処理品を用いることも試みられたが、質の高い発酵処理品を効率よく得ることが困難なことが判明した。
そこで、本出願人は、セメント焼成設備で用いるセメントキルンとは別に、内張り煉瓦を撤去したロータリーキルンを準備し、そのロータリーキルンに都市ごみ等の廃棄物を投入して発酵させる方法を提案した（特許文献２参照）。この方法を実施するためのセメント製造工場は、例えば、図２に示すように、セメント焼成設備３００に、セメント製造用原燃料製造設備４００を付設している。
セメント焼成設備３００は、バーナ３０８及び重油等の液体燃料を供給するための供給ポンプ３１０等を備えてセメント原料を焼成するロータリーキルン（セメントキルン）３０２と、ロータリーキルン３０２から排出されたセメントクリンカを冷却用風車３１２によって冷却するクリンカクーラ３０３と、バーナ３１４等を備えてセメント原料を仮焼する仮焼炉３０４と、セメント原料を予熱するため、サイクロン３０７を多段に設置したサスペンジョンプレヒータ３０６等で構成される。
一方、セメント製造用原燃料製造設備４００は、廃棄物の発酵処理を行うため、大別して、発酵処理装置（内張り煉瓦を撤去したロータリーキルン）４０２と、貯蔵兼発酵処理用タンク４０４、４０６と、発酵処理品に含まれる異物を分離、除去する分離・除去装置４０８〜４１８等を備える。
発酵処理装置４０２の入口部には、都市ごみ、下水汚泥、戻し分の発酵処理品を投入する投入口４２０、４２２、４２４、及び発酵ガス引出口４２６が設けられる。発酵ガス引出口４２６は、排気手段としての換気用風車４１９に接続される。一方、発酵処理装置４０２の出口部には、発酵品の取出口４２８と、空気吹込口４２７とが設けられ、空気吹込口４２７は、給気手段としての空気吹き込み風車４２９に接続される。
貯蔵兼発酵処理用タンク４０４、４０６は、発酵処理装置４０２での発酵をさらに進めるとともに、発酵処理品を一時的に貯蔵するために備えられ、底部に定量引出機を備え、定量引出機からの発酵処理品は、セメント焼成設備３００への供給ライン４３０と、発酵処理装置４０２への戻しライン４３２のいずれにも供給可能である。
発酵処理装置４０２の後段に設けられた機器４０８〜４１８は、発酵処理品から異物を除去するためのものであって、ベルトコンベア４０９に付設された磁選機４０８と、一次破砕機４１０と、トロンメル４１２と、高ガウス選別機４１４と、アルミニウム選別機４１６と、二次破砕機４１８とで構成される。
次に、上記構成を備えたセメント製造工場における発酵処理方法について説明する。
セメント製造用原燃料製造設備４００の発酵処理装置４０２には、都市ごみの投入口４２０から都市ごみを、都市ごみに加えて下水汚泥の投入口４２２から下水汚泥を投入する。さらに、貯蔵兼発酵用処理タンク４０６から発酵処理品の一部をライン４３２を通じて発酵処理装置４０２に戻す。これは、発酵処理装置４０２内の菌体の安定化を図り、発酵処理品の品質を安定させるなどの目的のためである。
廃棄物は、発酵処理装置４０２内を移動し、所定の期間が経過した後、取出口４２８から発酵処理品を取り出す。発酵中、入口部側では、自然界に生息する発酵菌により、易分解成分の好気的分解作用のような機序によって発酵が進行する。一方、発酵処理中、発酵ガス引出口４２６からは、換気用風車４１９によって発酵処理装置４０２内の発酵ガスを引き出し、仮焼炉３０４等に導入し、発酵工程で発生するアンモニア等を分解し、排ガスの脱臭を行う。また、空気吹込口４２７から空気吹き込み風車４２９によって給気し、発酵処理装置４０２内の好気条件を保ち、好気性菌による発酵を維持する。
以上のようにして得られた発酵処理品は、磁選機４０８、高ガウス選別機４１４、アルミニウム選別機４１６によって、鉄、ステンレス、アルミニウムを各々除去し、これらの再資源化を図る。さらに、一次破砕機４１０と二次破砕機４１８とによって、発酵処理品を適切な粒度に調整する。
発酵処理品は、セメント製造用原燃料としてバケットエレベータ４４２、４４３によって寸胴型の貯蔵兼発酵処理用タンク４０４、４０６に送られ、循環系統によって循環される。すなわち、タンク４０４、４０６の下にはベルトコンベア４４４、４４６が設けられ、これらに一部取り出された発酵処理品は、バケットエレベータ４４８で垂直輸送され、再度貯蔵兼発酵処理用タンク４０４、４０６に戻される。これによって、好気状態が維持される。発酵処理品は、ベルトコンベア４５０を経て、ライン４３０からセメント焼成設備３００にセメント製造用原燃料として供給され、あるいは一部ライン４３２を経て発酵処理装置４０２に戻される。
一方、上記セメント焼成設備３００では、セメント製造用原燃料製造設備４００の運転と併行してセメントを製造する。サスペンジョンプレヒータ３０６における各サイクロン３０７でセメント原料の予熱を行い、仮焼炉３０４で仮焼し、ロータリーキルン３０２で焼成を行う。ロータリーキルン３０２における焼成のための燃料、もしくは仮焼炉３０４における仮焼のための燃料として、セメント製造用原燃料製造設備４００によって得られたセメント製造用原燃料を、貯蔵兼発酵処理用タンク４０６からライン４３０を通して、ロータリーキルン３０２の窯尻又は仮焼炉３０４に供給する。
ところで、廃棄物を発酵させてセメント原燃料化するには、発酵処理のための大規模な設備が必要となるため、設備コストが高騰し易くなる。この点、特許文献２に記載の処理方法では、廃棄物を発酵させる設備として、セメント焼成設備で操業停止中のロータリーキルン（遊休キルン）を利用するため、設備費の投入を最小限に抑えることができる。しかし、セメント製造工場に遊休キルンが存在しない場合には、処理設備を新設しなければならず、結局、多額の投資を迫られることになって、設備コストの増大を避けることができない。
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、廃棄物を処理してセメント原燃料化を図るにあたり、遊休キルンを利用できない場合でも、コストの増大を最小限に抑えつつ廃棄物を処理することが可能なセメント原燃料化方法等を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は、都市ごみを含む廃棄物を破砕した後に１．５ｍ以上２．５ｍ以下の高さに堆積させるとともに、堆積物を好気性発酵させ、発酵処理後の処理品をセメント焼成設備に搬入してセメント製造用原燃料として使用する廃棄物のセメント原燃料化方法であって、前記発酵処理において、１分間当たり、前記堆積物の容量に対して１％以上１０％以下の容量の空気を供給しながら５日間以上７日間以下に亘って前記堆積物の好気性発酵を促し、コンポスト化には至らないがセメント製造用原燃料として使用できる状態に発酵させた後、１分間当たり、前記堆積物の容量に対して２０％以上３００％以下の容量の空気を供給しながら１日間以上２日間以下に亘って前記堆積物を冷却し、前記堆積物の発酵を抑制することを特徴とする。
尚、本明細書中において、「廃棄物」には、以下の処理対象物が含まれる。
（１）有機汚泥：下水汚泥、し尿汚泥（浄化槽汚泥、農業集落排水汚泥）、食品産業排水汚泥、アオコ・底泥等がこの範疇に含まれる。
（２）食品加工残さ：ビールかす、焼酎かす、おから（豆腐かす）、製糖残さ、果汁残さ、コーヒーかす、茶かす、畜産残さ等がこの範疇に含まれる。
（３）林産残さ、植物残さ：パルプ廃液、バーク、おがくず、チップダスト、剪定枝葉、バガス、籾殻、わら類、バナナの幹・葉茎等がこの範疇に含まれる。
（４）生活ごみ：厨茶類（生ごみ）、衣類、プラスチック廃材、都市収集可燃ごみ、事業系生ごみ等がこの範疇に含まれる。
（５）畜産廃棄物：家畜ふん尿、鳥糞等がこの範疇に含まれる。
（６）水産廃棄物：魚腸骨、へい死魚等がこの範疇に含まれる。
（７）上記列記した物を二以上混合した物も廃棄物の概念に含まれる。
（１）有機汚泥：下水汚泥、し尿汚泥（浄化槽汚泥、農業集落排水汚泥）、食品産業排水汚泥、アオコ・底泥等がこの範疇に含まれる。
（２）食品加工残さ：ビールかす、焼酎かす、おから（豆腐かす）、製糖残さ、果汁残さ、コーヒーかす、茶かす、畜産残さ等がこの範疇に含まれる。
（３）林産残さ、植物残さ：パルプ廃液、バーク、おがくず、チップダスト、剪定枝葉、バガス、籾殻、わら類、バナナの幹・葉茎等がこの範疇に含まれる。
（４）生活ごみ：厨茶類（生ごみ）、衣類、プラスチック廃材、都市収集可燃ごみ、事業系生ごみ等がこの範疇に含まれる。
（５）畜産廃棄物：家畜ふん尿、鳥糞等がこの範疇に含まれる。
（６）水産廃棄物：魚腸骨、へい死魚等がこの範疇に含まれる。
（７）上記列記した物を二以上混合した物も廃棄物の概念に含まれる。
そして、本発明によれば、都市ごみを含む廃棄物の破砕処理及び堆積式の発酵処理によって、回転式発酵設備での発酵処理を代替して廃棄物のセメント原燃料化を図るため、遊休キルンを利用できない場合でも、コストの増大を最小限に抑えつつ廃棄物を処理することが可能になる。また、堆積高さが１．５ｍ未満の場合には、堆積物の占有面積が増大し、設備の大型化を招く虞があり、一方、堆積高さが２．５ｍを超える場合には、給気する空気が堆積物の全体に行き渡らなかったり、堆積物中の空気量が不足し、発酵効率が低下する虞がある。さらに、セメント原燃料化に必要な水分量の低減、可燃性ガスの抑制及び病原菌の殺菌を図ることができると同時に、堆積物中の炭素分が減少してセメント製造用原燃料としての価値が低下するのを防止することができる。
前記発酵処理において、前記堆積物の下方から空気を供給することができ、これによって、堆積物全体に効率よく空気を行き渡らせることができ、廃棄物の発酵効率を高めることができる。
前記セメント原燃料化方法において、前記堆積物は、難分解性バイオマスと易分解性バイオマスとを含むことができ、これによれば、易分解成分の好気的分解作用により難分解成分の発酵が促され、堆積物の発酵効率が高くなる。
前記破砕処理において、前記廃棄物を１００ｍｍ以下に破砕することができる。廃棄物の最大寸法（球形の場合は最大径）が１００ｍｍを超える場合には、堆積物の混合均一性が不十分になるという問題がある。
前記セメント原燃料化方法において、前記発酵処理後の処理品を２０ｍｍ以下に二次破砕し、前記セメント焼成設備に搬入することができる。二次破砕後の処理品の最大寸法が２０ｍｍを超える場合には、搬送性、燃焼性が悪化するという問題がある。
また、本発明は、セメント製造用原燃料製造設備であって、都市ごみを含む廃棄物を破砕する破砕機と、該破砕機によって破砕された廃棄物を１．５ｍ以上２．５ｍ以下の高さに堆積させた状態で、１分間当たり、堆積物の容量に対して１％以上１０％以下の容量の空気を前記堆積物に供給しながら前記堆積物の好気性発酵を促し、コンポスト化には至らないがセメント製造用原燃料として使用できる状態に発酵させた後、１分間当たり、前記堆積物の容量に対して２０％以上３００％以下の容量の空気を供給しながら該堆積物を冷却し、該堆積物の発酵を抑制する堆積式発酵設備とを備えることを特徴とする。本発明によれば、破砕機及び堆積式発酵設備によって回転式発酵設備を代替し、廃棄物のセメント原燃料化を図るため、遊休キルンを利用できない場合でも、コストの増大を最小限に抑えつつ廃棄物を処理することが可能になる。
さらに、本発明は、セメント製造工場であって、前記セメント製造用原燃料製造設備が付設されることを特徴とする。本発明によれば、前記発明と同様に、遊休キルンを利用できない場合でも、コストの増大を最小限に抑えつつ廃棄物を処理することが可能になる。
以上のように、本発明によれば、廃棄物を処理してセメント原燃料化を図るにあたり、遊休キルンを利用できない場合でも、コストの増大を最小限に抑えつつ廃棄物を処理することが可能になる。
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明にかかるセメント製造用原燃料製造設備２００を付設したセメント製造工場を示し、この製造工場のセメント焼成設備１００は、大別して、バーナ１０８及び燃料を供給する供給ポンプ１１０等を備えてセメント原料を焼成するロータリーキルン１０２と、セメントクリンカを冷却するクリンカクーラ１０３と、バーナ１１４等を備えてセメント原料を仮焼する仮焼炉１０４と、セメント原料を予熱するため、サイクロン１０７を多段に備えたサスペンジョンプレヒータ１０６等で構成される。
一方、セメント製造用原燃料製造設備２００は、都市ごみ等の廃棄物を破砕する一次破砕機２０１と、廃棄物を堆積させた状態で好気性発酵させる堆積式発酵設備２０２と、発酵処理された処理品から鉄等の金属類（不燃物）を除去する磁選機２０３と、金属類が除去された処理品を破砕する二次破砕機２０４と、二次破砕後の処理品を貯蔵する貯蔵設備２０５等を備える。
堆積式発酵設備２０２には、一次破砕機２０１で破砕された廃棄物をコンクリート床面上に堆積させる発酵ヤード２０２ａが設けられ、その床下には、送風ブロア２０２ｄから送風される空気を発酵ヤード２０２ａに導く給気管２０２ｂと、給気管２０２ｂを流れる空気を廃棄物の下部から排出させる複数の噴出口２０２ｃとが設けられる。また、堆積式発酵設備２０２の上部には、堆積させた廃棄物に雨水等が付着するのを防止する屋根２０２ｅと、排気ファン２０２ｆを通じて堆積式発酵設備２０２内の発酵ガスを排気する排気口（不図示）とが設けられ、さらに、排気ファン２０２ｆの下流には、堆積式発酵設備２０２から排気された発酵ガス中の臭気成分を除去する脱臭装置２０２ｇが設置される。
次に、上記構成を備えたセメント製造工場における廃棄物のセメント原燃料化方法について説明する。
セメント製造用原燃料製造設備２００において、都市ごみ等の廃棄物Ｗが持ち込まれると、廃棄物Ｗの中から大きな金属類や家電廃棄物等の不燃物を分別し、それらを除去した後の廃棄物Ｗ１を一次破砕機２０１によって１００ｍｍ以下に破砕する。これにより、毛布やシーツ等の大判な廃棄物を剪断するのに併せて、ごみを収容した状態のごみ袋を破砕し、内部のごみを露出させて剪断する。尚、一次破砕機２０１の前段で、廃棄物Ｗ１から１００ｍｍを超える物を篩分けし、大きな物のみを一次破砕してもよい。
次いで、ブルドーザ等を用いて、一次破砕した廃棄物Ｗ１’と一次破砕しなかった廃棄物Ｗ１とを混合しながら撹拌し、物理的、化学的性状が雑多な廃棄物の均質化を図る。その後、混合した廃棄物Ｗ２を堆積式発酵設備２０２に搬送して堆積させるとともに、送風ブロア２０２ｄ、給気管２０２ｂ及び噴出口２０２ｃを通じて廃棄物Ｗ２の下方から空気を供給し、廃棄物Ｗ２を好気性発酵させる。
上記の際、廃棄物Ｗ２の高さは、１．５〜２．５ｍとすることが好ましい。堆積高さが１．５ｍ未満の場合には、廃棄物Ｗ２の占有面積が増大し、設備の大型化を招く虞があり、一方、堆積高さが２．５ｍを超える場合には、噴出口２０２ｃからの空気が廃棄物Ｗ２の全体に行き渡らなかったり、廃棄物Ｗ２中の空気量が不足し、発酵効率が低下する虞がある。
また、堆積式発酵設備２０２での発酵処理は、廃棄物Ｗ２をコンポスト化して農業利用に資するためのものではなく、廃棄物Ｗ２をセメント製造用原燃料に適した性状に改質するものであるため、次のように行う。
都市ごみ等の廃棄物をセメント製造用原燃料として再利用するには、廃棄物に含まれる水分が弊害となるため、廃棄物を好気性発酵させて発酵熱を生じさせ、その熱によって水分を蒸発させて含有水分量を低減する。また、取り扱い時の安全性を確保するため、発酵作用によって、メタンガス等の可燃性ガスを生じさせる有機物を分解し、可燃性ガスの発生を抑制して、貯蔵時の爆発事故や火災事故のリスクを低減する。それと同時に、廃棄物に含まれる大腸菌等の病原菌を死滅させて殺菌し、人体や周辺環境への影響を最小限に抑える。
但し、コンポスト化する場合と同程度の発酵処理を行い、廃棄物に含まれる殆どの有機物を分解すると、発酵処理品に含まれる炭素分が激減し、セメント製造用原燃料には不向きとなる。そこで、発酵期間や空気供給量を調整して発酵の進み具合を制御し、先ずは、廃棄物の発酵を積極的に進行させ、水分量の低減、可燃性ガスの抑制及び病原菌の殺菌を図り、その後、それらに必要な発酵が進んだ段階で発酵を制限し、廃棄物中の炭素分が大きく減少するのを回避する。
具体的には、先ず、噴出口２０２ｃから、１分間当たり、堆積させた廃棄物（以下、適宜「堆積物」という）Ｗ２の容量に対して１〜１０％の空気を供給し、堆積物Ｗ２の好気性発酵を促す。その状態を５〜７日間に亘って継続し、堆積物Ｗ２の発酵を積極的に進行させ、上述の水分量の低減、可燃性ガスの抑制及び病原菌の殺菌を図る。この際、発酵をより促進させるため、ブルドーザ等を用い、１〜７日毎に１回切り返しを行うことが好ましい。
尚、堆積物Ｗ２には、難分解性バイオマス（例えば、バナナの幹・葉茎等）が多く含まれる場合があるが、厨茶類等の易分解性バイオマスが共存するため、易分解成分の好気的分解作用により難分解成分の発酵も促される。また、堆積物Ｗ２には、繊維くず、ゴムくず、プラスチック廃材等の発酵の影響を受けない物も含まれるが、これらは、堆積物Ｗ２の発酵期間中、堆積物Ｗ２内の通気性を良好に保つ通気性改善材として機能する。
上記の作業が終了すると、噴出口２０２ｃから、１分間当たり、堆積物Ｗ２の容量に対して２０〜３００％の空気を供給し、１〜２日間に亘って堆積物Ｗ２に空気を吹き付ける。これにより、堆積物Ｗ２を冷却して発酵を抑制し、堆積物Ｗ２中に十分な量の炭素分が残存する状態に仕上げる。こうして得られた発酵処理品Ｗ３は、水分の減少及び易分解性の有機物の分解により、処理前の堆積物Ｗ２に比べて腐敗性が低く、悪臭が発生し難い。
発酵処理品Ｗ３は、磁選機２０３によって鉄等の金属類を除去するとともに、二次破砕機２０４によって２０ｍｍ以下に破砕して適切な粒度に調整する。その後、粒度調整した処理品Ｗ３を貯蔵設備２０５に搬送し、セメント製造用原燃料として貯蔵する。
一方、上記セメント製造設備１００では、セメント製造用原燃料製造設備２００の運転と併行してセメントを製造する。サスペンジョンプレヒータ１０６における各サイクロン１０７でセメント原料の予熱、仮焼炉１０４で仮焼、ロータリーキルン１０２で焼成を行う。この際、貯蔵設備２０５に貯蔵したセメント製造用原燃料をロータリーキルン１０２又は仮焼炉１０４に供給し、ロータリーキルン１０２における焼成のための燃料もしくは仮焼炉１０４における仮焼のための燃料として使用する。
１００ セメント焼成設備
１０２ ロータリーキルン
１０３ クリンカクーラ
１０４ 仮焼炉
１０６ サスペンジョンプレヒータ
１０７ サイクロン
１０８ バーナ
１１０ 供給ポンプ
１１４ バーナ
２００ セメント製造用原燃料製造設備
２０１ 一次破砕機
２０２ 堆積式発酵設備
２０２ａ 発酵ヤード
２０２ｂ 給気管
２０２ｃ 噴出口
２０２ｄ 送風ブロア
２０２ｅ 屋根
２０２ｆ 排気ファン
２０２ｇ 脱臭装置
２０３ 磁選機
２０４ 二次破砕機
２０５ 貯蔵設備
１０２ ロータリーキルン
１０３ クリンカクーラ
１０４ 仮焼炉
１０６ サスペンジョンプレヒータ
１０７ サイクロン
１０８ バーナ
１１０ 供給ポンプ
１１４ バーナ
２００ セメント製造用原燃料製造設備
２０１ 一次破砕機
２０２ 堆積式発酵設備
２０２ａ 発酵ヤード
２０２ｂ 給気管
２０２ｃ 噴出口
２０２ｄ 送風ブロア
２０２ｅ 屋根
２０２ｆ 排気ファン
２０２ｇ 脱臭装置
２０３ 磁選機
２０４ 二次破砕機
２０５ 貯蔵設備
Claims (7)
- 都市ごみを含む廃棄物を破砕した後に１．５ｍ以上２．５ｍ以下の高さに堆積させるとともに、堆積物を好気性発酵させ、発酵処理後の処理品をセメント焼成設備に搬入してセメント製造用原燃料として使用する廃棄物のセメント原燃料化方法であって、
前記発酵処理において、１分間当たり、前記堆積物の容量に対して１％以上１０％以下の容量の空気を供給しながら５日間以上７日間以下に亘って前記堆積物の好気性発酵を促し、コンポスト化には至らないがセメント製造用原燃料として使用できる状態に発酵させた後、
１分間当たり、前記堆積物の容量に対して２０％以上３００％以下の容量の空気を供給しながら１日間以上２日間以下に亘って前記堆積物を冷却し、前記堆積物の発酵を抑制することを特徴とする廃棄物のセメント原燃料化方法。 - 前記発酵処理において、前記堆積物の下方から空気を供給することを特徴とする請求項１に記載の廃棄物のセメント原燃料化方法。
- 前記堆積物は、難分解性バイオマスと易分解性バイオマスとを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の廃棄物のセメント原燃料化方法。
- 前記破砕処理において、前記廃棄物を１００ｍｍ以下に破砕することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の廃棄物のセメント原燃料化方法。
- 前記発酵処理後の処理品を２０ｍｍ以下に二次破砕し、前記セメント焼成設備に搬入することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の廃棄物のセメント原燃料化方法。
- 都市ごみを含む廃棄物を破砕する破砕機と、
該破砕機によって破砕された廃棄物を１．５ｍ以上２．５ｍ以下の高さに堆積させた状態で、１分間当たり、堆積物の容量に対して１％以上１０％以下の容量の空気を前記堆積物に供給しながら前記堆積物の好気性発酵を促し、コンポスト化には至らないがセメント製造用原燃料として使用できる状態に発酵させた後、１分間当たり、前記堆積物の容量に対して２０％以上３００％以下の容量の空気を供給しながら該堆積物を冷却し、該堆積物の発酵を抑制する堆積式発酵設備とを備えることを特徴とするセメント製造用原燃料製造設備。 - 請求項６に記載のセメント製造用原燃料製造設備が付設されることを特徴とするセメント製造工場。
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