JPH0347600A - 有機性汚泥の油化処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

〔技術分野］ 本発明は、有機性廃水の生物処理装置から発生する余剰
汚泥等の有機性汚泥を高温高圧の条件下で熱化学的に反
応させて処理する有機性汚泥の油化処理方法に関するも
のである。 ［従来技術及びその問題点］ 代表的な有機性汚泥である下水汚泥は、全国で年間約５
０００万ｍｌ（含水率９８％）という莫大な量であり、
年々増加の傾向にある。従来、このような下水汚泥の処
理に関しては、その８０％前後が脱水後、埋立処分され
ているが、しかし、この場合には埋立地確保の問題があ
り、都市化の発展により、その埋立地確保は年々困難に
なってきている。また、下水汚泥は焼却処理することも
可能であり、この方法は、その処理生成物が被処理原料
である下水汚泥の量に比して著しく減容化された焼却灰
であり、被処理原料の減容化という点からは非常に有効
な方法である。しかしながら、この方法の場合、下水汚
泥中の水分の蒸発に多大の熱エネルギーを要するために
、ランニングコストが高く、経済的でないという問題を
有している。 このような現状に対し、本発明者らは、特開昭６２−１
３６２９９号において、下水汚泥の液化処理力法を提案
している。この方法は、下水汚泥中の有機物を反応温度
２５０−３５０℃において、該反応温度の飽和水蒸気圧
以上の加圧下で反応処理した後、得られた反応処理生成
物を冷却処理し、該反応処理生成物を始めに水相とスラ
リー相とに分離し、次いで分離されたスラリー相をさら
に油状物質と残渣固形物とに分離するというものである
。 しかしながら、この方法では、油状物質の収率にだけ着
目している為、油状物質の性状や油化処理において付随
的に発生する水相（排水）の性状等については言及され
ていない０本発明者等の追加実験によると、そこで記載
された方法に従って分離された水相は、ＴＯＣ（全有機
炭素量）が２００００〜３００００ｍｇ／Ｌと非常に高
く、この水相をそのまま放流できないばかりか、下水処
理場の水処理系に返送しても、１０〜２０％の負荷アッ
プとなり問題である。 さらに、分離されたスラリー相から機械的に油状物質だ
けを取り出すことは非常に困難であり、この為には、抽
出処理や蒸留操作がさらに必要となる。従って、油化処
理全体としての最適な分離方法が明確でなく、実用上、
多くの問題を有している。 〔発明の課題］ 本発明は、従来の下水汚泥等の有機性汚泥処理に見られ
る前記問題を解決することをその課題とする。

【課題を解決するための手段】

本発明者らは、前記した課題を解決すべき鋭意研究を重
ねた結果、本発明を完成するに到った。 即ち、本発明によれば、含水状態の有機性汚泥を、高温
高圧の条件下で熱化学的に反応させて処理する有機性汚
泥の油化処理方法において、反応中の操作圧力を反応温
度における飽和水蒸気圧＋５ｋｇ／ａＩ！範囲内に制御
することにより、油状物質の生成反応を行なわせると同
時に、水蒸気とともに油状物質の低沸点成分を蒸発せし
め、該混合蒸気を冷却凝縮し、得られた凝縮液から低沸
点油状物質を回収することを特徴とする有機性汚泥の油
化処理方法が提供される。 本発明において被処理原料として用いる有機性汚泥とし
ては、通常の下水処理場から排出される下水汚泥や各種
の有機性廃水の生物処理装置から排出される余剰汚泥等
が包含されるが、有機性の汚泥であれば特に制約されな
い。 本発明の方法を実施するには、有機性汚泥を単に、高温
高圧に保持すればよい。ただし、有機性汚泥にあまり多
量の水分が含まれていると、熱化学ヰ的反応に必要な温
度の形成までに多量の熱エネルギーを消費するので、含
水率８５％以下にまで脱水することが望ましい、さらに
、必要に応じて熱化学的反応を促進させる為に、有機性
汚泥をアルカリ性条件とすることも可能である。この場
合、アルカリ性条件の形成には、通常、アルカリ性物質
が用いられるが、アルカリ性物質としては、例えば、水
酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭
酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、
ギ酸ナトリウム、ギ酸カリウム等のアルカリ金属化合物
や、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネ
シウム等のアルカリ土類金属化合物等があげられる。 本発明における反応処理は高温高圧下で実施されるが、
この場合、反応温度は一般には２５０−３５０℃、好ま
しくは３００〜３２０℃であり、反応圧力は、その反応
温度における飽和水蒸気圧＋５ｋｇ／−範囲内、例えば
、２５０℃の場合、４１−４６ｋｇ／ｃｎｌａｂｓ範囲
内、３００℃の場合、８８−９３ｋｇ／ｃｎ！ａｂｓ範
囲内であればよい。 この時、反応温度での保持時間（反応時間）は、２５０
℃の場合、６０分以上、３００℃の場合、５分以上であ
れば良いが、水相に移行する有機物量を減らすためには
、なるべく高い温度で長時間反応させることが望ましい
、但し、反応温度を高くすることや、長い時間反応を行
わせるということは、イニシャルコストの増大をまねく
ので、反応温度は３００℃以下、保持時間は６０分以下
が妥当である。 本発明において、反応圧力は、有機性汚泥を高温に加熱
する際に発生する水蒸気による自己発生圧を利用するこ
とができるが、必要に応じ、例えば、窒素ガス、炭酸ガ
ス、アルゴンガス等を用いて加圧することもできる。 本発明においては、反応中に油状物質中の低沸点成分が
蒸発し、水蒸気とともに混合蒸気を形成するが、この低
沸点成分を充分に蒸発させるには。 有機性汚泥量の３０〜５０％を混合蒸気として蒸発させ
るのがよい。この混合蒸気を冷却凝縮処理すると。 この凝縮液は、相分離性の良好なものとなり、上部の油
状物質相と下部の水性相とに容易に分離される。この凝
縮液の相分離性の良いこと及び相分離された水性相の透
明度の高いことは、本発明の大きな特徴の１つである。 この冷却凝縮処理の際、混合蒸気を熱源として有機性汚
泥を加熱することがエネルギー的に望ましい方法である
。凝縮液の分離処理には、通常の油水分離手段が適用さ
れるが、一般には、油状物質相と水性相との間の密度差
を利用した分離手段、例えば、静置による重力分離や遠
心分離等を、或いは、コアレス効果を利用した分離手段
等を採用することができる。さらに、本発明では、蒸発
せずに残存した反応物が得られるが、この残存反応物は
、油状物質中の高沸点成分と水と残渣固形物からなり、
無燃料焼却が可能である。従って、この残存反応物はこ
れを直接焼却処理することができるし、あるいは、いっ
たん減圧するとともに、その際に得られた蒸気を冷却凝
縮処理して回収し、さらに残存した固形物を焼却処理す
るという方法が可能である。 本発明において、反応系から留出する混合蒸気を冷却凝
縮処理して得られる油状物質は、熱化学的反応において
生成された油状物質の低沸点成分だけであり、発熱量が
高く、かつ粘度が低いので燃料油として充分に使用可能
である。一方、混合蒸気の凝縮液を通って分離された水
性相は、無色透明の状態であり、ＴＯＣ濃度も１０００
０■／１前後と、１７２以下となっている。これらの水
性相を水処理系に戻しても負荷アップや処理水の色度等
に与える影響は小さく、水処理系への直接返送が可能で
ある。ただし、混合蒸気の凝縮液から分離された水性相
中には、アンモニア性窒素が多量に含まれているので、
必要に応じアンモニア性窒素除去装置の設置が考慮され
るべきである。この為には、エアーストリッピング法等
の採用が可能である。 次に、本発明の好ましい実施態様について、第１図にそ
のフローシートを示す。第１図において、■は反応装置
予熱部、２は反応装置反応部、３は保圧弁、４は焼却装
置、５は廃熱ボイラ、６は減圧装置、７は油水分離装置
、８はアンモニア除去装置を各示す。 含水率８５％以下、通常７０−８０％に脱水された有機
性汚泥はライン９を通って反応装置予熱部ｌに導入され
る。この反応装置予熱部は熱交換型反応装置であり、加
熱媒体がライン１６を通って導入され、反応装置内の有
機性汚泥を予熱する。ここで使われる加熱媒体としては
、後段の反応装置反応部２で蒸発した混合蒸気を用いる
ことが望ましい。予熱汚泥はライン１０を通って、反応
部２に導入、加熱され、熱化学的反応により、油状物質
を生成する。この時の条件は、反応温度が、２５０−３
５０℃、好ましくは、３００〜３２０℃、反応圧力は、
反応温度における飽和水蒸気圧＋５ｋｇ／ａｌ＋範囲内
である０反応時間は、通常５〜１８０分である。ここで
採用される反応器の形式は、撮画式熱交換器が好ましい
が、特に制約されない０図面においては、予熱部ｌと反
応部２とが分けられているが、一体型の反応器とするこ
とも可能である１反応部２からは、混合蒸気がライン１
６を通って前段の予熱部に導入され、一方、残存反応物
はライン１１、保圧弁３及びライン１２を通って焼却装
置４に導入される。残存反応物は、焼却装置４内で、ラ
イン２３を通って導入されたアンモニア含有空気と混合
され、燃焼される。 ここで発生した燃焼ガスはライン１３を通って廃熱ボイ
ラ５に導入され、そこで反応部２の熱源となる熱媒体に
熱を与えた後、ライン１４を通って大気に放散される。 この時、必要に応じて、集塵や洗煙等の廃ガス処理装置
を設置し、燃焼ガスを大気に放出する前に処理する二と
もある。一方、反応部２から排出された混合蒸気は予熱
部ｌにおいて、有機性汚泥に熱を与えて凝縮する。得ら
れた凝縮液は、油状物質と水性相の混合物であり、この
ものはライン１７、減圧装置６及びライン１８を通って
油水分離装置７に導入される。油水分離装置７では、凝
縮液は油状物質と水性相とに分離されるが、水性相はラ
イン２０を通ってアンモニア除去装置８に導入され、一
方、油状物質はライン１９を通って回収される。この油
水分離装置としては、密度差を利用した分離手段、例え
ば、静置による重力分離や遠心分離等を、或いは、コア
レス効果を利用した分離手段等を採用することができる
。油水分離装置７で分離された水性相は、ライン２２を
通って導入された空気を用いたストリッピング等の方法
によってアンモニア除去装置８で処理された後、ライン
２１を通って水処理系に返送される。 〔効　果］ 以上説明したごとく本発明によれば、従来産業廃棄物と
して取り扱われていた下水汚泥を、高発熱量（９０００
ｋｃａｌ／ｋｇ以上）、低粘度（５０℃で約４０ＣＰ）
の液体燃料として有用な油状物質に変換させることがで
きる。この場合、油状物質の収率は、乾燥有機物基準で
１０〜２０％程度であり、熱化学的反応で生成された全
油状物質量の２０〜４０％が回収される。 しかしながら、生成された全油状物質量の５０％以上は
１反応のために消費されることを考慮すると、特別な抽
出操作や蒸留操作を行わないで、余剰分として、グレー
ドの高い油状物質が得られる水沫は、非常に有利な方法
である。その上、本発明では、水性相に移行する有機物
の割合が従来法の約１７２と少なく、かつ無色透明なも
のである。従って、この水性相を、有機性汚泥発生源で
ある下水等の有機性廃水の生物処理装置等の水処理系に
戻しても、負荷アップや処理水の色度等に与える影響は
小さく、水処理系への直接返送が可能である。 それ故、本発明の有機性汚泥の油化処理方法は、技術的
、経済的に非常に有利な方法であるということができる
。 ［実施例］ 次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。 実施例１ 有機性汚泥として下水汚泥を選択し、標準活性汚泥法の
処理場から排出された混合生汚泥の脱水ケーキを試験に
用いた。この汚泥は高分子凝集剤を添加された後、ベル
トプレスにて脱水されたものである。その代表的な性状
は表−１の通りである。 表−１ 上記脱水ケーキ１００ｇを、内容量３００−のオートク
レーブに充填し、３００℃まで加熱した。この際、圧力
はあらかじめ窒素ガスで９５ｋｇ／ｃｒｄＧまで加圧し
ておき、温度上昇に伴う圧力増加を圧力調整弁を用いて
、９５ｋｇ／ｃｍ２Ｇに制御した。油化反応は、３００
℃で６０分間行い、その後操作圧力を８８ｋｇ／ｃｎ！
Ｇまで下げ、その状態を３０分間保持した。その間、オ
ートクレーブ内の温度は３００℃を維持するように制御
した。この際、オートクレーブ内の反応物の一部が蒸発
したが、この蒸気を系外へ取出し、水冷式の冷却器で凝
縮させ、分離管内に採取した０分離管内には４０ｇの液
状物が移行しており、この液状物を一晶夜静置すると、
上部に黄色の浮上物が形成され、下部にほとんど無色透
明の水性相が形成された。オートクレーブ内に残存した
反応物と分離管内に移行した液状物をそれぞれサンプル
し、各々を塩化メチレンを用いた溶媒抽出法で分離し、
油状物質、残渣固形物及び水性相の三相とした。 実験は６回繰返して行ない、表−２に示すような分離結
果（平均値）を得た。 表−２分離結果（油状物質に関して） 表−２より明らかなように、分離管内に移行した油状物
質の収率は、乾燥有機物基準で約１５％であり、全油状
物質量の約３０％が回収されたが、発熱量、流動性とも
オートクレーブ内に残存した油状物質をはるかに上回る
良好な結果であった。分離管内に移行した水性相の性状
に関しては、アンモニア性窒素濃度、ＴＯＣａＩ度とも
に約１００００■／ｌであった０通常の油化反応で分離
される水性相の値と比較すると、アンモニア性窒素濃度
は若干高くなったものの、ＴＯＣに関しては１７２以下
と低い結果であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好ましい実施態様についてのフローシ
ートを示す。 １・・・反応装置予熱部、２・・・反応装置反応部、３
・・・保圧弁、４・・・焼却装置、５・・・廃熱ボイラ
。 ６・・・減圧装置、７・・・油水分離装置、８・・・ア
ンモニア除去装置。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）含水状態の有機性汚泥を、高温高圧の条件下で熱
   化学的に反応させ、得られた反応物から油状物質を得る
   方法において、反応中の操作圧力を反応温度における飽
   和水蒸気圧＋５ｋｇ／ｃｍ＾２範囲内に制御することに
   より、油状物質の生成反応を行なわせると同時に、水蒸
   気とともに油状物質の低沸点成分を蒸発せしめ、該混合
   蒸気を冷却凝縮処理し、得られた凝縮液から低沸点油状
   物質を回収することを特徴とする有機性汚泥の油化処理
   方法。
2. （２）反応中に蒸発した混合蒸気を有機性汚泥の加熱用
   熱源の一部として用いる請求項１の方法。
3. （３）蒸発せずに残存した高温高圧の反応物を、直接焼
   却する請求項１又は２の方法。
4. （４）蒸発せずに残存した高温高圧の反応物を、減圧す
   るとともに、その際に得られた蒸気を冷却凝縮処理して
   回収し、かつ残存した固形物を焼却する請求項１又は２
   の方法。