JP6077220B2 - 汚泥燃料の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、下水処理場から発生する下水汚泥を原料とする汚泥燃料の製造方法に関するものである。

下水処理場から発生する大量の下水汚泥を有効利用する方法については、古くから様々な提案がなされてきた。

例えば本出願人は、下水汚泥を非酸化性雰囲気中で加熱することにより炭化させ、燃料とする方法を実用化している。しかしこの方法は炭化炉及び炭化物の処理設備を必要とするために設備コストが高くなり、ある程度の大規模処理場でないと経済的に引き合わないという問題がある。また炭化炉は高度の運転技術も必要であるため、全国に分散している小規模の下水処理場に適用することは困難である。このほか、炭化炉の温度を高めると炭化物の発熱量が低下し、発熱量を高めるために炭化温度を低温にすると、僅かながら汚泥臭が残るという問題もある。

一方、下水汚泥を炭化することなく造粒乾燥し、粒状燃料とする方法も提案されている。この方法によれば、下水汚泥を原料とした燃料を比較的安価に製造することができる。しかし汚泥臭が残るため、運搬時や燃焼時に周辺住民の生活環境に悪影響を与えるという問題がある。

そこで特許文献１に示されるように、下水汚泥を乾燥させてプラスチックと混練しながら加熱し、溶融プラスチックとともに所定形状に成形する方法が提案されている。この方法はプラスチックの混入により燃料としての発熱量を高めることができるとともに、加熱によって汚泥の腐敗を防止できる利点がある。また溶融プラスチックにより表面が覆われることにより、ある程度の臭気抑制効果を得ることもできる。

しかしこの特許文献１の方法で臭気抑制効果を得るには汚泥量に比較して大量のプラスチックが必要となるという問題があるほか、成形された燃料の表面が完全に溶融プラスチックにより覆われるとは限らず、またプラスチックの種類によっては臭気を遮断する効果がないものもあるため、やはり臭気の発生を完全に抑えることはできないという問題がある。

特許第３５７８５２２号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、下水汚泥を原料とする悪臭のない燃料を、中小規模の下水処理場においても安価に製造することができる技術を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の汚泥燃料の製造方法は、下水脱水汚泥を、１００℃以上の温度条件で３０分以上、もしくは６０℃以上の温度条件で１時間以上にわたり乾燥させることにより、２５℃で２週間保管してもガス発生がない含水率が１０％超、５０％以下の乾燥汚泥とし、少なくともガスバリア性と熱シール性とを備えた悪臭バリアフィルムによって形成された袋の内部に充填したうえ、口部を熱シールすることを特徴とするものである。

本発明の方法により製造された汚泥燃料は、乾燥汚泥をガスバリア性と熱シール性とを備えた悪臭バリアフィルムによって包装したものであるから、悪臭を内部に封じ決めることができ、無臭の汚泥燃料とすることができる。このため搬送時にも燃焼時にも周辺住民の生活環境に悪影響を与えることがない。また熱シール性を備えた悪臭バリアフィルムを用いているので、袋を形成したり乾燥汚泥を充填後に口部を確実にシールしたりすることが容易である。

本発明のように、乾燥汚泥の含水率を１０％超、５０％以下の範囲としておけば、乾燥汚泥のハンドリング性を保つことができ、また汚泥燃料の発熱量を高く維持することができる。

特に、ガスバリア層がエチレンビニルアルコール共重合体（EVOH）、PGA、PETなどのC、H、Oのみで構成されるフィルムからなるものとしておけば、臭気を確実に遮断することができ、しかも構成元素がC、H、Oのみであるから、燃焼時に有害ガスが発生することもない。さらに酸素透過度も小さいので、内部の汚泥燃料が酸化発熱することもない。

また本発明の汚泥燃料の製造方法によれば、下水脱水汚泥を、１００℃以上の温度条件で３０分以上、もしくは６０℃以上の温度条件で１時間以上にわたり乾燥させることにより、２５℃で２週間保管してもガス発生がない乾燥汚泥とする。これによって汚泥の腐敗やガス発生を抑制することができ、悪臭バリアフィルムに封入した状態において長期間保存しても、袋が破裂することがない。

本発明の方法により製造された汚泥燃料の実施形態を示す断面図である。 本発明に用いられる悪臭バリアフィルムの模式的な断面図である。 本発明に用いられる悪臭バリアフィルムの模式的な断面図である。 本発明の汚泥燃料の製造工程を示すブロック図である。 保管温度が２５℃の場合の乾燥条件とガス発生との関係を示すグラフである。 保管温度が３６℃の場合の乾燥条件とガス発生との関係を示すグラフである。 乾燥汚泥の充填工程の説明図である。

以下に本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の方法により製造された汚泥燃料の実施形態を示す断面図であり、１は悪臭バリアフィルムによって形成された袋、２は乾燥汚泥であり、袋１の内部に充填されている。

本発明において用いる悪臭バリアフィルムは、ガスバリア性と熱シール性とを備えたフィルムである。悪臭バリアフィルムは図２に示すようにガスバリア層３と熱シール層４とを備えた複層フィルム、あるいは図３に示すようにガスバリア層中に熱シール性樹脂を分散させた単層フィルムである。

ガスバリア層３を形成するフィルムとしては、悪臭、酸素及び水蒸気の透過を遮断する性能があればその種類は特に限定されるものではないが、例えばエチレンビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）やＰＧＡ、ＰＥＴなどからなるフィルムを使用することができる。これらのフィルムは食品包装用フィルムとして使用されており、構成元素はC、H、Oのみであるから、燃焼させても有害ガスを発生させるおそれがない利点がある。熱シール層４を形成するフィルムとしては、ＰＥ、ＰＰなどの熱シール性樹脂（熱可塑性樹脂）からなるフィルムを使用することができる。

好ましい実施形態においては、悪臭バリアフィルムは図２に示す積層フィルムであり、ガスバリア層３であるＥＶＯＨの層に熱シール層４であるポリエチレン（ＰＥ）の層が積層されている。この熱シール層４は平面状の悪臭バリアフィルムから袋１を製造したり、袋１の口部をヒートシールしたりするために用いられるものである。なお図２では外側からEVOH、ＰＥの２層積層フィルムが示されているが、強度を高める目的で、ＰＰやＰＥＴ樹脂等からなるさらに別の層を形成することもできる。上記したＰＰ、EVOH、PGA、ＰＥ、ＰＥＴは構成元素がC、H、Oのみであるから燃焼時にダイオキシン等の有害ガスを発生させることはない。

他の実施形態においては、悪臭バリアフィルムは図３に示す単層フィルムであり、ＥＶＯＨからなるガスバリア層３中に熱シール性樹脂５を分散させたものである。熱シール性樹脂５としては上記したＰＥ、ＰＰなどの熱可塑性樹脂が用いられる。熱シール性樹脂５は少なくともその一部をフィルム表面に露出させ、袋１を製造したり、袋１の口部をヒートシールできるようにしておくものとする。

下水処理場から発生した下水脱水汚泥は、図４に示されるように乾燥され、乾燥汚泥の状態で袋１に充填される。乾燥機の運転条件が不適切であると、特に未消化汚泥（嫌気処理が行われていない汚泥）の場合には汚泥が乾燥機の攪拌羽根によって引き千切られたような形状となり、密度が０.３〜０.５ｇ/ｃｍ^２程度となる傾向があるが、乾燥機の運転条件を調整することにより、粒状化し易くなり、密度も０.４〜０.６ｇ/ｃｍ^２程度にまで高めることができる。

乾燥汚泥は含水率が０〜５０％であることが好ましい。含水率が５０％を超えると汚泥のハンドリング性が悪化するとともに、汚泥の腐敗などを招くので好ましくない。また脱水汚泥の含水率は約８０％であるが、例えば含水率が２０％となるまで乾燥させることによって重量が約１/４となり、搬送や保管に有利となる利点もある。さらに含水率の低下に伴って湿重量あたりの発熱量が増加し、燃料としての価値を高めることができる。しかし含水率を０％となるまで乾燥させるにはコストが掛かるので、実用上は１０〜５０％とすることが好ましい。

汚泥の乾燥は、１００℃以上の温度条件で３０分以上、もしくは６０℃以上の温度条件で１時間以上にわたり行なうことが好ましい。図５は乾燥時間と乾燥温度を変化させて得られた乾燥汚泥１００ｇを室温まで放冷したうえで悪臭バリアフィルムに封入した後、２５℃で２週間保管した場合のガス発生状態を観察した結果を示すグラフである。グラフ中の○はガス発生がなかったことを示し、×はガス発生により袋が膨れたことを示している。この実験結果から、乾燥温度が１００℃以上の場合は乾燥機内での滞留時間を３０分以上とすれば、乾燥汚泥からのガス発生を抑制可能なことがわかる。また６０℃程度の低温乾燥を行う場合でも、滞留時間を１時間以上とすればガス発生の抑制が可能である。

なお、保管温度がより高温となる夏季を想定し、上記と同一条件であるが保管温度を３６℃に高めた場合には、ガス発生状況は表１に示す通りとなった。また図６に実験結果をグラフ表示した。この場合には乾燥温度が２００℃では３０分、１２０℃では６０分の乾燥を行えば、ガス発生がないことが確認された。ガス発生がない場合の汚泥の含水率は、何れも５０％以下となっていた。

袋１の形状は、従来から実用化されているＲＤＦ形状に合致するようほぼ円柱状とし、直径が６〜６０ｍｍ、長さが１０〜１００ｍｍ程度とすることが好ましい。ただし汚泥燃料のユーザーが指定するサイズに合致させればよく、特に限定されるものではない。

袋１の製法は任意であるが、図７に示すように袋１を製造すると同時にその内部に乾燥汚泥を充填する方法を採用することができる。この装置は縦ピロー式包装機と呼ばれるもので、円筒１０の外周に悪臭バリアフィルムを巻き付けて縦シール装置１１によって合わせ面を熱シールして筒状フィルムとし、サッカー１２によって下方に間欠的に引下げる。乾燥機から送られてくる乾燥汚泥を円筒１０の上端から供給し、筒状フィルムの内部に充填する。開閉式の横シール装置１３によって筒状フィルムの上下端を熱シールすればよい。

このような縦ピロー式包装機は市販されているためそれを使用すればよいが、乾燥汚泥の粒径が円筒１０の内径の１/３以上となるとブリッジを形成してスムーズな充填が行なえなくなることがある。従って粒径はそれよりも小さいことが好ましい。例えば円筒１０の内径が３０ｍｍであれば、粒径は１０ｍｍ以下とすることが好ましい。

なお、フィルムから袋を製造する方法には様々な方法があるため、必ずしも図７の縦ピロー式に限定されるものではない。例えば深絞り式包装機として市販されている装置を用いることも可能である。これは２枚のフィルムを張り合わせて袋を形成する装置である。

このようにして製造された本発明の汚泥燃料はガスバリア性の袋によって覆われているので完全に無臭であり、搬送や保管の際に周辺の環境を悪化させることがない。また乾燥汚泥の表面を樹脂フィルムで覆ったことにより、発熱量が増加し、燃料としての価値を高めることができる。さらに高価な大型設備が不要であり、高度な運転技術も不要であるので、小規模の下水処理場における汚泥処理にも適用可能であるなどの多くの利点がある。

１ 袋
２ 乾燥汚泥
３ ガスバリア層
４ 熱シール層
５ 熱シール性樹脂
１０ 円筒
１１ 縦シール装置
１２ サッカー
１３ 横シール装置

Claims (1)

1. 下水脱水汚泥を、１００℃以上の温度条件で３０分以上、もしくは６０℃以上の温度条件で１時間以上にわたり乾燥させることにより、２５℃で２週間保管してもガス発生がない含水率が１０％超、５０％以下の乾燥汚泥とし、少なくともガスバリア性と熱シール性とを備えた悪臭バリアフィルムによって形成された袋の内部に充填したうえ、口部を熱シールすることを特徴とする汚泥燃料の製造方法。

Images