JP6841127B2 - セメントクリンカの製造方法、セメントの製造方法及び有機汚泥及び硫黄含有廃棄物の処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、セメントクリンカの製造方法、セメントの製造方法及び有機汚泥及び硫黄含有廃棄物の処理方法に関する。
従来、建設工事現場や建築解体工事などで発生する廃棄物として、廃石膏ボードが挙げられる。例えば、特許文献１には、廃石膏ボードをセメントクリンカの原料として用いることが記載されている。
本発明者らは、鋭意研究した結果、特許文献１に記載されているように、破砕した廃石膏ボードをセメントの焼成工程に投入した場合、キルンのプレヒータにおけるコーチングの生成や、コーチングに起因するプレヒータ等の閉塞等の問題が生じることを見出した。本発明者らは、さらに鋭意研究の結果、キルンにおけるコーチングの生成が、廃石膏ボードに含まれる硫黄分に起因していること、硫黄分の濃度を低減した廃石膏ボードをセメントクリンカの焼成工程（セメントクリンカの製造工程）に投入することにより、コーチングの生成を抑制できることを見出し、本発明を成すに至った。
本発明の主な目的は、廃石膏ボード等の硫黄含有廃棄物を焼成工程に投入するセメントクリンカの製造方法において、コーチングの生成を抑制し得るセメントクリンカの製造方法を提供することにある。
本発明に係るセメントクリンカの製造方法は、セメントクリンカの原料を焼成することによりセメントクリンカを製造する焼成工程を備えるセメントクリンカの製造方法である。本発明に係るセメントクリンカの製造方法は、低減工程をさらに備える。低減工程では、硫黄含有廃棄物と、発酵により酸化硫黄から硫化水素を発生させる嫌気性菌を含む有機汚泥とを混合し、発酵させることにより、混合物に含まれている硫黄成分を低減すると共に、混合物の含水率を低減する。低減工程において得られた混合物を焼成工程に投入する。
本発明に係るセメントクリンカの製造方法では、低減工程において行われる嫌気性菌による発酵により、混合物の硫黄分が低減される。このため、焼成工程において、コーチングが生成することが抑制されている。よって、コーチングに起因するキルン等の閉塞等の問題が生じにくい。すなわち、コーチングの生成を抑制しつつ、硫黄含有廃棄物をセメントクリンカの製造に好適に使用できるため、硫黄含有廃棄物を好適に処理することができる。
さらに、低減工程における嫌気性菌による発酵により発酵熱が生成する。この発酵熱により混合物が乾燥する。このため、焼成工程に投入される混合物は、水分濃度の低減された混合物である。水分濃度の低減された混合物を焼成工程に投入することにより、混合物に含まれる水分を除去するために必要な熱量を低減することができ、混合物を燃料として好適に用いることができる。換言すれば、混合物からより多くの熱量を得ることができる。従って、焼成工程において必要となる燃料を低減することができる。
以上説明したように、本発明に係るセメントクリンカの製造方法では、硫黄含有廃棄物及び有機汚泥をキルン等の焼成装置に悪影響を及ぼすことなく好適に処理でき、かつ、少ない燃料で焼成工程を行うことができるのでセメントクリンカの製造コストを低減し得るという効果が得られる。
本発明に係るセメントクリンカの製造方法では、低減工程において、嫌気性菌による発酵の後に、好気性菌による混合物の発酵をさらに行うことが好ましい。
本発明に係るセメントクリンカの製造方法では、低減工程において、硫黄含有廃棄物を破砕することにより硫黄含有廃棄物粉を作製し、硫黄含有廃棄物粉と有機汚泥とを混合し、発酵させることが好ましい。
本発明に係るセメントクリンカの製造方法では、硫黄含有廃棄物として、石膏ボード、建築混合廃棄物のふるい下残渣、酸性硫酸塩土壌及び硫酸ピッチからなる群から選択された少なくとも一種を用いることが好ましい。
本発明に係るセメントクリンカの製造方法では、焼成工程において、プレヒータ、仮焼炉及びキルンの窯尻の少なくとも一カ所に混合物を投入することが好ましい。
本発明に係るセメントクリンカの製造方法では、有機汚泥が、下水汚泥を含むことが好ましい。
本発明に係るセメントクリンカの製造方法では、混合物の含水率が４０質量％以下となるまで低減工程を行うことが好ましい。
本発明に係るセメントクリンカの製造方法では、低減工程において、硫黄含有廃棄物及び有機汚泥とを、連続気泡が形成されないように堆積した状態で発酵させることが好ましい。
本発明に係るセメントクリンカの製造方法では、生ゴミを低減工程にさらに混合してもよい。
本発明に係るセメントの製造方法は、本発明に係るセメントクリンカの製造方法によりセメントクリンカを製造する工程と、セメントクリンカからセメントを製造する工程とを備える。
本発明に係る有機汚泥及び硫黄含有廃棄物の処理方法では、有機汚泥及び硫黄含有廃棄物の混合物を、発酵により酸化硫黄から硫化水素を発生させる嫌気性菌により発酵させ、硫黄含有廃棄物に含まれている硫黄成分を低減すると共に、有機汚泥の含水率を低減し、硫黄成分の含有量及び含水率が低い混合物を得る。
本発明に係る有機汚泥及び硫黄含有廃棄物の処理方法では、嫌気性菌による発酵の後に、好気性菌による混合物の発酵をさらに行うことが好ましい。
本発明によれば、廃石膏ボード等の硫黄含有廃棄物を焼成工程に投入するセメントクリンカの製造方法において、コーチングの生成を抑制し得るセメントクリンカの製造方法を提供することができる。
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
図１は、本実施形態に係るセメントの製造装置１の一部分の模式図である。具体的には、図１には、セメントの製造装置１のうち、セメントクリンカの焼成装置１０及び発酵部２０が記載されている。
図１に示すように、焼成装置１０には、原料が投入される。焼成装置１０に投入される原料としては、例えば、石灰石、粘土、けい石、廃棄物系原料等が挙げられる。セメント焼成燃料は、仮焼炉１２、キルン１３の窯前１３ｂから投入される。セメント焼成燃料としては、例えば、有機汚泥が挙げられる。
上記原料は、図示しない原料粉砕機（原料ミル）により粉砕、混合された後に、図１に示す焼成装置１０に投入される。具体的には、上記原料は、焼成装置１０のプレヒータ１１に投入される。上記原料は、プレヒータ１１により予熱される。なお、プレヒータ１１は、例えば、サスペンションプレヒーターにより構成されていることが好ましい。上記原料の予熱効率を向上できるためである。
プレヒータ１１には、さらに予熱効率を向上させるために仮焼炉１２が接続されている。プレヒータ１１において予熱された原料は、仮焼炉１２に移送される。予熱された原料中の石灰石は大部分が脱炭酸される。
仮焼炉１２は、ロータリーキルンなどのキルン１３に接続されている。仮焼炉１２において仮焼された原料は、キルン１３の窯尻１３ａに投入される。投入された原料は、キルン１３の窯前１３ｂに設けられたメインバーナー（図示せず）により加熱され、セメントクリンカが生成する。
キルン１３の窯前１３ｂは、クリンカクーラー１４に接続されている。キルン１３において生成したセメントクリンカは、クリンカクーラー１４において冷却され、冷却されたセメントクリンカがクリンカクーラー１４から排出される。
なお、本発明において、焼成工程に用いる焼成装置は、キルンを備えていればよく、プレヒータや仮焼炉を必ずしも備えている必要はない。
製造されたセメントクリンカは、図示しない仕上げミルに接続されている。この仕上げミルにおいて、セメントクリンカと、セメントの硬化速度を調整する役割を果たす石膏や高炉スラグやフライアッシュ等と共に粉砕され、混合されることによりセメントが製造される。
図１に示すように、セメントの製造装置１には、発酵部２０が設けられている。発酵部２０には、硫黄含有廃棄物及び有機汚泥を含む混合物が供給される。
硫黄含有廃棄物の具体例としては、例えば、石膏ボード（廃石膏ボード）、建築混合廃棄物のふるい下残渣、酸性硫酸塩土壌、硫酸ピッチ等が挙げられる。なかでも、埋め立て処理等が困難である廃石膏ボードを発酵部２０に供給することが好ましい。これらの硫黄含有廃棄物のうちの１種のみを発酵部２０に供給してもよいし、複数種類の硫黄含有廃棄物を供給してもよい。
有機汚泥の具体例としては、例えば、下水汚泥、し尿系汚泥、工場排水汚泥、アオコ、底泥、食品加工残渣等が挙げられる。食品加工残渣の具体例としては、ビールかす、茶かす、畜産残渣等が挙げられる。後述の通り、本実施形態では、発酵乾燥を行うため、上記有機汚泥のなかでも、含水率が高い下水汚泥、し尿系汚泥、工場排水汚泥、アオコ、底泥等を発酵部２０に供給することが好ましい。有機汚泥は、１種類でも、複数種類でも使用することができる。
硫黄含有廃棄物と有機汚泥との混合方法に特に制限はなく、スクリューミキサ、パン型ミキサなどの各種混合機を使うこともできるし、ショベル等の重機を使って混合することもできる。
有機汚泥は、菌の活動を促進する水分、有機分を含んでおり、酸化硫黄から硫化水素を発生させるには好適である。なお、一般的に、下水汚泥の場合、含水率は、５０質量％〜９０質量％程度である。
有機汚泥は、発酵により酸化硫黄から硫化水素を発生させる嫌気性菌を含んでいることが多い。例えば、このような嫌気性菌を含んでいる下水汚泥等をそのまま有機汚泥として用いることもできるし、このような嫌気性菌を含んでいない有機汚泥を用いる場合は、有機汚泥に対して発酵により酸化硫黄から硫化水素を発生させる嫌気性菌を混合して用いてもよい。嫌気性菌を添加する必要がないことから、有機汚泥として、嫌気性菌を含む下水汚泥を用いることがより好ましい。
発酵部２０に供給される混合物には、硫黄含有廃棄物及び有機汚泥以外の原料又は燃料が含まれていてもよい。例えば、混合物には、生ゴミ、プラスチック、木片等が含まれていてもよい。
有機汚泥と廃石膏ボードからの剥離紙との混合により混合物に空気が供給されるので、混合直後は好気性発酵が行われることがある。この時の発熱により、混合物は嫌気性発酵に適した温度（３０℃〜４０℃）になり、混合物の切り返しを止めることで空気が供給されなくなり嫌気性発酵が進むようになる。
発酵部２０では、硫黄含有廃棄物及び有機汚泥を含む混合物を、発酵により酸化硫黄から硫化水素を発生させる嫌気性菌により発酵させる。発生した硫化水素は揮発し、混合物から抜けていく。これにより、混合物に含まれている硫黄成分を低減し、また、発酵に伴って生じる発酵熱により混合物を乾燥させ、混合物の含水率を低減する（低減工程）。発酵部２０において、硫黄成分含有量及び含水率が低減された混合物は、焼成工程に投入される。
発酵により酸化硫黄から硫化水素を発生させる嫌気性菌としては、硫酸還元菌等が挙げられる。硫酸還元菌としては、例えば、グラム陰性菌やグラム陽性菌等の真正細菌、古細菌等が挙げられる。硫酸還元菌の具体例としては、例えば、Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ属、Ｄｅｓｕｌｆｏｔｏｍａｃｕｌｕｍ属等が挙げられる。これらの嫌気性菌のうちの１種のみを用いてもよいし、複数種類を用いてもよい。
なお、好気性菌による発酵には酸素が必須となる。このため、好気性菌を用いて発酵を行うためには、硫黄含有廃棄物及び有機汚泥の堆積物内に酸素を導入する通気孔を形成したり、定期的に混合し、内部に酸素を導入したりする必要がある。従って、発酵工程が煩雑になる。
それに対して、本実施形態のように嫌気性菌を用いた場合は、酸素を必要としないため、酸素を導入するための通気孔を形成したり、定期的に攪拌したりする必要が必ずしもない。従って、嫌気性菌を用いることにより、発酵工程が煩雑になることを抑制することができ、かつ、高い発酵効率を実現することができる。
嫌気性菌による発酵効率を向上する観点からは、硫黄含有廃棄物等は、破砕されて粉末状にされていることが好ましい。そうすることにより、低減工程において、混合物を連続気泡が形成されないように堆積した状態で発酵させることができる。このため、堆積した混合物内に酸素が侵入することを抑制することができるため、嫌気性菌による嫌気性発酵効率を向上することができる。硫黄含有廃棄物等を、最大粒子径が、５０ｍｍ以下である粉末とすることが好ましく、３０ｍｍ以下である粉末とすることがより好ましい。硫黄含有廃棄物の粒子径が大きいと、堆積物に通気経路が形成され、嫌気性菌による発酵効率が低下する虞があるためである。
上記の堆積した混合物を、頻繁に切り返さないことが好ましいが、硫化水素の揮発を促進するため、嫌気性菌の発酵効率が低減しない程度に混合物の切り返しを行っても良い。
本実施形態のセメントクリンカの製造方法では、低減工程において行われる嫌気性菌による発酵により、混合物の硫黄分が低減される。このため、焼成工程において、コーチングが生成することが抑制されている。よって、コーチングに起因するプレヒータ１１等の閉塞等の問題が生じにくい。すなわち、コーチングの生成を抑制しつつ、硫黄含有廃棄物をセメントクリンカの製造に好適に使用できるため、硫黄含有廃棄物を好適に処理することができる。
さらに、低減工程における嫌気性菌による発酵により発酵熱が生成する。この発酵熱により混合物の水分が蒸発し乾燥する。このため、焼成工程に投入される混合物は、水分濃度の低減された混合物である。水分濃度の低減された混合物を焼成工程に投入することにより、混合物に含まれる水分を除去するために必要な熱量を低減することができ、混合物を燃料として好適に用いることができる。換言すれば、混合物からより多くの熱量を得ることができる。従って、焼成工程において必要となる燃料を低減することができる。
嫌気性発酵による発熱は好気性発酵に比べると少ないので、好気性発酵を利用することで混合物の乾燥をさらに促進することができる。すなわち、嫌気性発酵が終わる頃を見計らい、混合物を切り返して混合物に空気を供給することで好気性発酵を促進することで、混合物の乾燥をより速く行うことができる。混合物を切り返す際に、有機汚泥を加え混合することで好気性発酵による乾燥をより促進することができる。
なお、混合物に含まれる水分を除去するために必要な熱量を十分に低減する観点からは、混合物の含水率を４０質量％以下とすることが好ましく、３０質量％以下とすることがより好ましい。但し、混合物の含水率がより低くなるまで乾燥させようとするほど、混合物の乾燥に要する時間が長くなる。従って、セメントクリンカの製造効率を低下させない観点から、混合物の含水率は、２０質量％以上であることが好ましい。
以上説明したように、本実施形態のセメントクリンカの製造方法では、硫黄含有廃棄物及び有機汚泥をキルン等の焼成装置に悪影響を及ぼすことなく好適に処理でき、かつ、少ない燃料で焼成工程を行うことができるのでセメントクリンカの製造コストを低減し得るという効果が得られる。
また、上述のように、有機汚泥及び硫黄含有廃棄物を、嫌気性菌による発酵により硫黄含有廃棄物に含まれる硫黄成分を低減すると共に、有機汚泥の含水量を低減することで硫黄成分の含有量及び含水率が低い混合物が得られる。この混合物は、セメントクリンカの製造に好適に用いることができる。従って、本実施形態において説明した嫌気性菌による発酵により、有機汚泥及び硫黄含有廃棄物を好適に処理することができる。
発酵させる混合物には、例えば、含水率の高い生ゴミ等が含まれていてもよい。その場合であっても、生ゴミの水分及び有機分により嫌気性菌の活動が促進し、発酵熱により混合物の含水率を効果的に低減できる。従って、混合物の水分除去に要する熱量を低減できる。
混合物の投入箇所は、特に限定されない。混合物は、例えば、プレヒータ１１、仮焼炉１２、キルン１３のうちの少なくとも一カ所に投入することができる。なかでも、混合物を、プレヒータ１１、仮焼炉１２及びキルン１３の窯尻１３ａのうちの少なくとも一カ所に投入することが好ましく、仮焼炉１２に投入することがより好ましい。混合物を、セメント原料だけでなく、仮焼炉１２における補助燃料として利用できるからである。
１ ：製造装置
１０ ：焼成装置
１１ ：プレヒータ
１２ ：仮焼炉
１３ ：キルン
１３ａ ：窯尻
１３ｂ ：窯前
１４ ：クリンカクーラー
２０ ：発酵部
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Claims (12)
- セメントクリンカの原料を焼成することによりセメントクリンカを製造する焼成工程を備えるセメントクリンカの製造方法であって、
硫黄含有廃棄物と、発酵により酸化硫黄から硫化水素を発生させる嫌気性菌を含む有機汚泥とを混合し、発酵させることにより、前記混合物に含まれている硫黄成分を低減すると共に、前記混合物の含水率を低減する低減工程をさらに備え、
前記低減工程において得られた混合物を前記焼成工程に投入する、セメントクリンカの製造方法。 - 前記低減工程において、前記嫌気性菌による発酵の後に、好気性菌による前記混合物の発酵をさらに行う、請求項１に記載のセメントクリンカの製造方法。
- 前記低減工程において、前記硫黄含有廃棄物を破砕することにより硫黄含有廃棄物粉を作製し、前記硫黄含有廃棄物粉と前記有機汚泥とを混合し、発酵させる、請求項１又は２に記載のセメントクリンカの製造方法。
- 前記硫黄含有廃棄物として、石膏ボード、建築混合廃棄物のふるい下残渣、酸性硫酸塩土壌及び硫酸ピッチからなる群から選択された少なくとも一種を用いる、請求項１〜３のいずれか一項に記載のセメントクリンカの製造方法。
- 前記焼成工程において、プレヒータ、仮焼炉及びキルンの窯尻の少なくとも一カ所に前記混合物を投入する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のセメントクリンカの製造方法。
- 前記有機汚泥が、下水汚泥を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のセメントクリンカの製造方法。
- 前記混合物の含水率が４０質量％以下となるまで前記低減工程を行う、請求項１〜６のいずれか一項に記載のセメントクリンカの製造方法。
- 前記低減工程において、前記硫黄含有廃棄物及び前記有機汚泥とを、連続気泡が形成されないように堆積した状態で発酵させる、請求項１〜７のいずれか一項に記載のセメントクリンカの製造方法。
- 生ゴミを前記低減工程にさらに混合する、請求項１〜８のいずれか一項に記載のセメントクリンカの製造方法。
- 請求項１〜９のいずれか一項に記載のセメントクリンカの製造方法によりセメントクリンカを製造する工程と、
前記セメントクリンカからセメントを製造する工程と、
を備える、セメントの製造方法。 - 有機汚泥及び硫黄含有廃棄物の処理方法であって、
有機汚泥及び硫黄含有廃棄物の混合物を、発酵により酸化硫黄から硫化水素を発生させる嫌気性菌により発酵させ、前記硫黄含有廃棄物に含まれている硫黄成分を低減すると共に、前記有機汚泥の含水率を低減し、硫黄成分の含有量及び含水率が低い混合物を得る、有機汚泥及び硫黄含有廃棄物の処理方法。 - 前記嫌気性菌による発酵の後に、好気性菌による前記混合物の発酵をさらに行う、請求項１１に記載の有機汚泥及び硫黄含有廃棄物の処理方法。
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