JPH0247280B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、下水汚泥の脱水ケーキなどの有機性
泥状物の処理方法に関するものである。 下水処理場より発生する汚泥は、その処分量を
減少するために脱水して焼却し、焼却灰として埋
立処分される場合が多いが、その量は莫大なもの
で埋立地の確保が難しくなつている。それ故、こ
の下水汚泥焼却灰の有効利用法の開発が強く望ま
れている。 また、この焼却灰は微粉末のため取扱いが厄介
であり、運搬途中や埋立地において飛散、泥状流
出が著しく、さらに残渣中に含まれる重金属等の
溶出が生じるなど、改善されなければならない点
が多い。 前記残渣の取扱いを容易にし重金属等の溶出を
防止するためにセメント等の固化剤を添加する方
法や、加熱溶融したのち放冷固化する方法など各
種の固化技術が提案されている。これらのうち、
固化剤を添加する方法は、有害物質の封じ込めや
埋立地の土質の改善等に効果はあるが、固化剤の
価格が高く、日々排出される上記残渣の全量を固
化することは困難である。また、従来の溶融法は
溶融物の体積が著しく減少し粒状若しくは塊状に
なるために取扱いが容易で、重金属等の有害物質
を封じ込めることもでき、すぐれた方法である
が、高温を必要としエネルギーを大量に必要とす
る難点がある。 この様に、従来の処理法には解決しなければな
らない問題が数多くあり省資源、省エネルギーの
観点から新しい技術を開発する必要にせまられて
いるのが現状である。 本発明は、かかる現状に対し、脱水ケーキなど
の有機性汚状物をガス化燃焼の前処理として造粒
乾燥し、該造粒物をガス化炉で有機物はガス化し
てそのガスを焼成用熱源とし、無機物は焼成炉で
軽量骨材化して取扱いを容易にし、かつ重金属等
の有害物質の溶出を防止し、あわせて再利用の道
を拓くことを目的とするものである。 しかして本発明者は、上記現在の要望に応じ得
る有機性汚状物の処理方法を開発するために、脱
水ケーキを造粒後焼成して軽量で強度の大なる骨
材を造らんとして種々実験を行なつた。 その結果によると、下水汚泥の脱水ケーキを、
水平方向に回転する撹拌羽根を備え造粒乾燥作用
を有する熱風乾燥装置で乾燥する場合、脱水ケー
キに前記撹拌羽根によつて適度の撹拌強度を与え
ると共に被乾燥物の温度を特定範囲内に保つて乾
燥を行なうことによつて強度の大なる造粒物が得
られること、及びかくして得られた造粒物を焼成
すれば比較的低い焼成温度で比重が小さく強度の
大なる焼結粒状物が得られることを知見した。 次に、上記実験結果について具体的に説明す
る。 実験に使用した脱水ケーキの性状と灰分の組成
は重量％で表わすと第１表の如きものであつた。

【表】 脱水ケーキの乾燥物品温度を種々に変えて造粒
乾燥し、乾燥物品温度と造粒物の圧壊強度の関係
を求め第２表の結果を得た。次に、撹拌羽根の回
転数を種々に変えて造粒乾燥し、回転数と造粒物
の圧壊強度の関係を求め第３表の結果を得た（乾
燥物品温度は最適温度とした）。但し、第３表に
おいて撹拌強度は撹拌羽根の径（ｍ）×回転数
（rpm）で表わしてある。

【表】

【表】 第２表より乾燥物品温度が低い程、造粒物の圧
壊強度は大になることが認められる。ただし、実
際には脱水ケーキの乾燥速度と乾燥物品温度には
相関関係があり、該温度が低すぎた場合、乾燥速
度が遅くなり実用的でなくなるため下限が定まつ
てくる。 また、第３表より撹拌強度にも最適値があり、
造粒物の粒子径を均等にするためには最適値が存
在することが認められる。 次に、第４表に乾燥物品温度すなわち乾燥物圧
壊強度と、焼成物の圧壊強度及び焼成温度巾の関
係を示す。これから、圧壊強度が３Kg／ペレツト
以下の場合は乾燥造粒物の粉化が生じやすく、許
容焼成温度範囲が狭くなることが認められる。

【表】 ここで上記圧壊強度とは、造粒物の強度表示法
の一種であつて、一粒の造粒物試料を板上に置
き、その試料の上に板をのせ更にその上から加重
をかけて、どの程度の加重で破壊するかを試験し
て得られるものである。 本発明は、これらの知見に基づくものであり、
被乾燥物を機械的作用により撹拌造粒して乾燥す
る方法において、被乾燥物及び熱風を竪型熱風乾
燥装置にその下部より供給し、撹拌羽根の水平回
転作用と熱風によつて旋回流動せしめつつ被乾燥
物の温度を乾燥工程全域で100℃以下になるよう
に造粒乾燥せしめ、該乾燥物を乾燥装置の上部よ
り溢流排出することを特徴とする有機性泥状物の
処理方法である。 また本発明は、被乾燥物を機械的作用により撹
拌造粒して乾燥する方法において、被乾燥物及び
熱風を竪型熱風乾燥装置にその下部より供給し、
撹拌羽根の水平回転作用と熱風によつて旋回流動
せしめつつ被乾燥物の温度を乾燥工程全域で100
℃以下になるように造粒乾燥せしめて該乾燥物を
乾燥装置の上部より溢流排出し、該乾燥物を空気
比0.3〜0.8の状態でガス化燃焼せしめ、その残渣
を発生したガス化ガスを主熱源とし焼成すること
を特徴とする有機性泥状物の処理方法である。 次に、本発明の一実施態様を第１図に基づいて
説明すると、下水処理場から排出された余剰汚泥
ａは沈殿池１で処理されて95％程度の含水率を有
する濃縮汚泥ｂとなり、次いで無薬注で又は有機
性高分子凝集剤（ポリマー）を添加して脱水機２
で脱水され含水率75〜80％の脱水ケーキｃとな
り、コンベア３により貯留槽４に貯留される。こ
の脱水ケーキｃは貯留槽４に設けたポンプ（例え
ば、モーノポンプ（商品名））により造粒乾燥装
置５に供給され、後述するガス化焼却炉６で発生
するガス化ガスｉの燃焼熱や、焼成炉７からの燃
焼排ガスｊの保有熱により含水率が好ましくは50
％以下になるまで造粒乾燥される。 なお、前記脱水工程では無薬注又はポリマー添
加脱水が好ましく、汚泥中に酸化カルシウムなど
の無機物の含有量が多くなると、焼成する際に融
着し易くなる為、このような無機物は添加しない
か、または少量添加することが望ましい。 このようにして得られた造粒乾燥物ｄはスクリ
ユーコンベアなどのコンベア（図示せず）により
一定量ずつ前記ガス化焼却炉６（二重ゲートを備
えている）に供給され、空気比0.3〜0.8の条件で
ガス化燃焼される。 このガス化焼却炉６内の反応温度は汚泥量／空
気量の比によつて制御することができ、温度が上
昇しすぎた時はこの比率を上げることによつて、
吸熱反応であるガス化反応を起させることにより
容易に制御することができる。 しかして、本発明において最も重要なことの一
つは、造粒乾燥物ｄの機械的強度（例えば前記圧
壊強度）を高くすることであつて、このためには
造粒乾燥装置５として例えば第３図に示すよう
な、泥状物を熱風の共存下で完全混合状態下で強
制転動させて造粒物とすることができず、水平方
向に回転する撹拌羽根を備えたものを使用する必
要があり、このような乾燥装置に数百度の熱風
（約600℃以下が好ましい）を適宜流量で導入し、
乾燥終了時の乾燥物の温度がほぼ100℃以下好ま
しくは70℃〜40℃になるように造粒乾燥すれば、
後記する焼成工程を極めて円滑かつ効果的に遂行
することができるものである。 なお、前記乾燥物の温度は乾燥装置の排ガスの
湿球温度に等しくなり、乾燥工程は常に表面乾燥
期間内にあるように制御されるが、有機物を含む
泥状物（特に下水汚泥）の乾燥物強度が特に乾燥
温度、乾燥中に与えられる機械的エネルギーに左
右されることは既述のとおりである。 しかして、前記ガス化焼却炉６に供給された造
粒乾燥物ｄはキルンアクシヨンを受け加熱空気ｍ
との熱交換により乾燥され、次で着火温度に達し
熱分解、一部酸化反応とガス化反応を起し、有機
物は若干の固定炭素を残す他、全てガス化する。
ガス化焼却炉の残渣ｅ、すなわち炭素を若干含ん
だ無機物の造粒物は焼成炉７へ導かれ、ガス化ガ
スｉの燃焼熱で焼成部を1050℃〜1100℃に制御す
ることにより比重が小で、有害な重金属等の溶出
の心配がない軽量骨材として有用な焼成物ｆとな
る。 なお、上記ガス化焼却炉６における各反応を円
滑に進行させるためには前記乾燥物の粒径は４mm
〜20mmとするのが好ましい。 前記造粒乾燥装置５からの排ガスｇはサイクロ
ン８、次いでスプレー塔９で処理されて除じん・
水洗ガスｈとなり煙突１２へ導かれる。ガス化焼
却炉６で生成するガス化ガスｉは焼成炉７の加熱
源となり（ガス化ガスｉの燃焼熱のみでは不足の
場合には重油などの補助燃料が併用される。）、該
焼成炉７の燃焼排ガスｊの一部は熱交換器１０へ
供給されブロワー１１からの空気ｌと熱交換して
廃ガスｎとなり煙突１２へ導かれる。熱交換器１
０で得られた加熱空気ｍはガス化焼却炉６の熱源
となる。前記燃焼排ガスｊの残部はそのまま造粒
乾燥装置ｅへの乾燥用ガスｋとなる。 なお、ガス化焼却炉６へ加熱空気ｍと共に水蒸
気を供給することにより、ガス化反応をより効率
良く進行させることができる。 以上の実施態様は、有機性泥状物を造粒乾燥し
たのちガス化燃焼、次いでその残渣を焼成するも
のであつたが、造粒乾燥物を直接焼成するように
してもよい。第２図は、このようなプロセスを示
したものであり、図中第１図に示した符号と同一
の符号は同一の装置、材料あるいは物質を示して
おり５₁及び５₃はコンベア、５₂は造粒乾燥物ｄ
の貯留槽、１３は脱臭装置、１４は電気集じん装
置、ｐは重油などの燃料である。なお、この場合
熱交換器１０で得られた加熱空気ｍは造粒乾燥装
置５へ供給され脱水ケーキｃの乾燥に使用され
る。 本発明では前記焼成工程を円滑・効果的に行な
うために被焼成物したがつて造粒乾燥物の機械的
強度を高めることが極めて重要であることは既述
のとおりであるが、以下本発明の実施に好適な乾
燥装置を従来のものと比較しつつ説明する。 さて、従来使用されている乾燥機のうち、泥状
物に対して最も有効かつ実績のあるものは、内部
に回転羽根を持つ横型円筒回転乾燥機である。こ
の装置では投入された泥状物はその性質上、器壁
に付着したり団塊化したりするので、円筒内面の
かきあげ板でかき上げ落下したものを回転羽根で
叩いて細かくすることにより乾燥効率の向上が図
られている。しかし、装置自体には造粒効果が少
なく、乾燥物品温度も100℃以上となり一部分が
コゲる為、造粒物の強度は小さい。 従来型乾燥機でもう一つの実績のあるものとし
て挙げられるのが、間接加熱式横型撹拌乾燥装機
である。これは中空の軸に水蒸気又は熱媒体を流
して乾燥する為、乾燥物品温度はあまり上昇しな
いが、造粒効果が少ない為、微粉が多いという問
題点がある。 これに対し、本発明では乾燥機として、乾燥室
の底部もしくは乾燥室側壁下部より泥状物の圧入
供給と熱風の導入を行ない、前記泥状物を回転可
能な撹拌羽根の回転作用により強制転動しつつ流
動造粒乾燥せしめ、該乾燥物を連続的に排出口か
ら溢流排出することができる乾燥機を使用する。 次に、本発明で用いる乾燥装置の一例を第３図
に基づいて説明する。 竪型円筒状の乾燥室５１内に、垂直回転軸５２
_１に撹拌羽根５２₂を水平方向にかつ多段に付設し
た撹拌機構５２が設けられている。乾燥室５１の
底板には、ピストンポンプまたはスネークポンプ
などの圧送装置５５に連なる泥状物の供給管５６
が該底板の中心点に関して対称的に２本分岐して
（３本以上としてもよい）かつ鉛直方向に接続さ
れているが、供給管５６は乾燥室５１の側壁下部
に接続してもよい。乾燥室５１の側壁下部には熱
風供給源（図示せず）に連なる熱風導入管５８が
該側壁に対して接線方向かつ水平方向に接続され
ているが、乾燥室５１の底板に接続してもよい。
さらに、前記側壁上方には乾燥物排出管６４が下
方に傾斜して接続されている。上記撹拌機構５２
は駆動機５３によりギヤボツクス５４を介して回
転される。 図中５９はロータリダンパなどの気密型の排出
装置、６０は乾燥物の排出口、６１は乾燥排ガス
の排気管、６３は乾燥物を乾燥物排出管６４に導
出するための溢流堰である。 なお、供給管５６は図のように乾燥室５１の底
板に、かつその中心部に関して対称的に複数設け
ると共に、熱風導入管５８は乾燥室５１の側壁下
部に、上記底板の中心部に関して対称的にかつ上
記側壁に対して接線方向に複数設けるのが特に望
ましい。 上記撹拌羽根５２₂は、図のように羽根板上面
の傾斜角度を水平方向に対して５〜30゜とするこ
とが望ましく、２枚の羽根板をその回転軸につい
て互いに反対側に組み合わせた２枚羽根型のもの
が最適である。羽根板の形状については図示例で
は平板としてあるが、曲面板でもよい。撹拌羽根
５２₂は上下方向に多段に40mm以上の間隔をあけ
て設けること、羽根板の長手方向先端部の周速は
0.5〜５ｍ／secとなるように設計・運転すること
が好ましい。 しかして、泥状物は圧送装置５５により供給管
５６を経て乾燥室５１に供給され、熱風は熱風導
入管５８を経て乾燥室５１に導入される。 乾燥室５１内に入つた泥状物は乾燥されつつ撹
拌羽根５２₂の作用によつて一種の強制転動造粒
作用を受け、丸味のある粒状になる。乾燥室５１
に入つたばかりの含水率の高い泥状物は、撹拌羽
根５２₂の作用によりすでに粒状となつた乾燥物
の表面に薄く平均的に付着する。このため水分蒸
発速度は常に最高の状態に保たれる。表面に乾燥
物が付着・成長して大粒径となつた粒子は、ある
時点で２分割あるいは３分割され、乾燥物の粒径
範囲は泥状物の性質と撹拌羽根５２₂の周速によ
つて定まる値で平衡状態となる。 上記粒子群は、撹拌羽根５２₂によつて乾燥室
側壁に沿つた円運動をするとともに、外周側が最
も周速が速いため側壁側で上昇、中心部で下降と
いう対流運動を行うので、乾燥室全体が完全混合
状態となる。このため、乾燥室５１内での混合性
は良好で含水率むらは極めて少ない。 しかして、泥状物の供給量に見合つた量の乾燥
造粒物は、溢流堰６３をこえ乾燥物排出管６４を
経て、連続的にあるいはロータリダンパ５９によ
つて断続的に排出される。このように、泥状物を
乾燥室５１内下方に供給し上方から溢流排出する
ことによつて、乾燥室５１内の泥状物・乾燥物の
充填密度を高くとることができ、したがつて乾燥
装置を小型化することができる。 前述のように熱風は側壁下部に接線方向に設け
たダクトから導入することが望ましいが、これ
は、乾燥室５１内での熱風と泥状物の接触時間を
最大限にとることができ、撹拌羽根５２₂と同じ
方向の熱風旋回流とすることによつて、熱風導入
部の泥状物による閉塞を防ぎ、熱風のシヨートパ
スを防ぐことができるからである。 また、泥状物の供給は乾燥室５１の底部から行
なうようにするのがよいことを述べたが、これ
は、底部から供給することによつて乾燥物排出管
６４への未乾燥物のシヨートパスを防ぐことがで
き、供給管５６から出た泥状物は、最下段の撹拌
羽根の剪断力によつて小さく切りとられ、供給管
５６を多数本に分岐したのと同じように、泥状物
の乾燥室５１内での速やかな均一分散を可能にす
ることができるからである。このような操作は泥
状物をパイプ輸送することによつて容易なものと
なる。 本発明で用いる乾燥装置と従来の乾燥装置との
大きな相違点は、被乾燥材料の流れ方である。す
なわち、従来の乾燥装置では横型装置内部をほぼ
押出し流れ的に移動するため、被乾燥材料は入口
から出口にかけて移動方向に大きな含水率分布を
持つことになる。泥状物の特性として高含水率で
は粘着性、付着性が強く低含水率では撹拌などの
作用によつて粉化し易くなる。本発明で使用する
乾燥装置では乾燥室内での粒子の回転運動、出入
口間での対流運動が行なわれるので乾燥室内での
含水率分布は非常に小さく、これにより、入口部
での付着問題、出口部での粉化問題を解決するこ
とが可能となる。また、もう一つの大きな相違点
としては乾燥機構そのものの違いがあげられる。 すなわち、従来の乾燥装置では、ある大きさの
塊りとして供給された泥状物が熱風と接触して表
面の水分が蒸発し、同時に撹拌機構によつて粒径
を次第に減じていく、しかし水分は粒塊の表面か
ら失われてゆくので、粒塊の含水率分布は内部が
大きく表面は低いという形になつている。従つて
粒塊内部の水が表面まで至つて揮散するには大き
な抵抗を受けることになり、乾燥物品温度が上昇
する。 これに対して本発明で用いる乾燥装置では、乾
燥粒子の表面に薄く高含水率脱水ケーキを広げる
のであるから、水分の内部拡散による抵抗は殆ど
ゼロとなる。この為、乾燥物粒子温度を低くする
ことができる。 次に本発明の実施例について記す。 実施例 １ 下水処理場から排出された混合汚泥に、ポリマ
ーを添加し第５表に示す脱水ケーキを得た。

【表】 かかる脱水ケーキを、焼成工程の排ガスを熱源
とする撹拌羽根付造粒乾燥機により下記条件で含
水率50％以下まで乾燥した。 すなわち乾燥機入口熱風温度は500℃で、出口
ガスの温度は70℃程度、撹拌羽根の回転数
200rpmで処理したところ粒径６〜８mm〓、含水率
45.8％の造粒物（乾燥物）が得られた。このよう
にして得られた造粒乾燥物は直径６mmのものでは
12.3Kgの圧壊強度があつた。 さらに、これを内径140〓で内部にスクリユー軸
を持つた内燃式ガス化焼却炉に空気比0.6の状態
で毎時造粒物１Kgの割合で送り、送風量40／
min、ガス化温度700℃でガス化したところ、第
６表に示す組成のガスと残渣を得た。

【表】 この発生ガスにLPGを補助燃料とし、内径200〓
の焼成炉で焼成温度1050℃〜1100℃で処理（回転
数1.5rpm）したところ、第７表に示すように、
比重が小さい焼結粒状物が得られた。 なお、乾燥機から排出される乾燥物の温度は出
口ガス温度と等しく70℃であつた。また、別に熱
風の供給量を変化させて処理し、温度約40℃から
約100℃の至る種々の乾燥物を得たが、乾燥物温
度が100℃以下、特に70℃〜40℃では圧壊強度が
高く、100℃をこえると急激に脆くなることが判
明した。

【表】 実施例 ２ 下水処理場から排出される第１表に示す組成を
もつ下水汚泥を、第８表に示す仕様の乾燥装置で
処理して直径４〜10mmの造粒乾燥物を得た。この
乾燥物の圧壊強度は10Kg／ペレツトであつた。こ
れを150〓のSUS316製の外熱式焼成炉で焼成した
ところ第４表に示すような焼結粒状物が得られ
た。

【表】 以上述べたように本発明によれば、有機性泥状
物は竪型熱風乾燥装置により高い充填密度で均一
かつ迅速に乾燥されるので該乾燥装置の小型化が
可能であり、また有機性泥状物は機械的強度の高
い粒状の乾燥物となり、したがつて該乾燥物はガ
ス化燃焼工程及び焼成工程で粉化することなく円
滑、効果的に処理でき、また泥状物中の無機物は
比重が小で高強度の軽量骨材として有用な焼成物
となり、ガス化燃焼反応における熱分解率、ガス
化率などの反応率も高いので泥状物中の有機物を
ガス燃焼して有効に回収利用でき、したがつて乾
燥工程あるいは焼成工程を省エネルギー的に処理
でき、補助燃料等の使用量の節減が可能となり、
乾燥物からの粉化が生じにくいのでガス化ガスｉ
または焼成炉からの燃焼排ガスｊの流路、例えば
焼成炉のバーナ、熱交換器１０、集じん装置９，
１４などに悪影響を及ぼすことが無いなど、有機
性泥状物を極めて省エネルギー的にかつ効果的に
処理できると共に、重金属等の有害物質の溶出の
心配がない有価な焼成物が得られ、公害防止対策
上、大なる利点を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施態様を示すフローシー
ト、第２図は別の実施態様を示すフローシート、
第３図は本発明の実施に使用される造粒乾燥装置
の一例を示す部分断面図である。 １……沈殿池、２……脱水機、３，５₁，５₃…
…コンベア、４，５₂……貯留槽、５……造粒乾
燥装置、６……ガス化焼却炉、７……焼成炉、８
……サイクロン、９……スプレー塔、１０……熱
交換器、１１……ブロワー、１２……煙突、１３
……脱臭装置、１４……電気集じん装置、５１…
…乾燥室、５２……撹拌機構、５２₁……垂直回
転軸、５２₂……撹拌羽根、５３……駆動機、５
４……ギヤボツクス、５５……圧送装置、５６…
…供給管、５８……熱風導入管、５９……排出装
置、６０……排出口、６１……排気管、６３……
溢流堰、６４……乾燥物排出管、ａ……余剰汚
泥、ｂ……濃縮汚泥、ｃ……脱水ケーキ、ｄ……
造粒乾燥物、ｅ……残渣、ｆ……焼成物、ｇ……
排ガス、ｈ……除じん・水洗ガス、ｉ……ガス化
ガス、ｊ……燃焼排ガス、ｋ……乾燥用ガス、ｌ
……空気、ｍ……加熱空気、ｎ……廃ガス、ｐ…
…燃料。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被乾燥物を機械的作用により撹拌造粒して乾
   燥する方法において、被乾燥物及び熱風を竪型熱
   風乾燥装置にその下部より供給し、撹拌羽根の水
   平回転作用と熱風によつて旋回流動せしめつつ被
   乾燥物の温度を乾燥工程全域で100℃以下になる
   ように造粒乾燥せしめ、該乾燥物を乾燥装置の上
   部より溢流排出することを特徴とする有機性泥状
   物の処理方法。 ２ 前記被乾燥物の温度を、乾燥工程全域で70℃
   〜40℃の範囲内とする特許請求の範囲第１項記載
   の処理方法。 ３ 被乾燥物を機械的作用により撹拌造粒して乾
   燥する方法において、被乾燥物及び熱風を竪型熱
   風乾燥装置にその下部より供給し、撹拌羽根の水
   平回転作用と熱風によつて旋回流動せしめつつ被
   乾燥物の温度を乾燥工程全域で100℃以下になる
   ように造粒乾燥せしめて該乾燥物を乾燥装置の上
   部より溢流排出し、該乾燥物を空気比0.3〜0.8の
   状態でガス化燃焼せしめ、その残渣を発生したガ
   ス化ガスを主熱源とし焼成することを特徴とする
   有機性泥状物の処理方法。 ４ 前記被乾燥物の温度を、乾燥工程全域で70℃
   〜40℃の範囲内とする特許請求の範囲第３項記載
   の処理方法。