JPH10296300A

JPH10296300A - 有機性汚泥の液状化反応装置

Info

Publication number: JPH10296300A
Application number: JP12508797A
Authority: JP
Inventors: Takeo Terada; 武生寺田; Toshiro Harada; 敏郎原田; Shinji Ito; 新治伊藤; Makoto Inoue; 誠井上; Masao Nonohiro; 正夫野々廣; Toshiaki Teratani; 俊明寺谷
Original assignee: Chugai Ro Co Ltd; Organo Corp; Japan Organo Co Ltd
Current assignee: Chugai Ro Co Ltd; Organo Corp
Priority date: 1997-04-28
Filing date: 1997-04-28
Publication date: 1998-11-10
Anticipated expiration: 2017-04-28
Also published as: JP3643845B2

Abstract

(57)【要約】【課題】全体が竪型の筒状容器からなり、その前段に
スクリュー機構を有し、後段にスクレーパ機構を有する
有機性汚泥の液状化反応装置において、スケールアップ
が容易で高粘度な固形状汚泥に対しても安定運転が可能
な装置を提供する。【解決手段】固形状態の有機性汚泥を高温高圧の条件
下で連続的に液状化する外部加熱方式の反応装置におい
て、（ｉ）全体が竪型の筒状容器からなること、（ii）
該筒状容器の前段部に、スクリュー機構を有すること、
（iii）該筒状容器の後段部に、スクレーパ機構を有す
ること、（iv）該筒状容器中段部に、該筒状容器の内径
をＲ¹としたときに、０．１Ｒ¹〜０．９Ｒ¹の外径Ｒ²を
有する円筒体が挿入されていること、（ｖ）該円筒体の
外周面にすき上げ型のスクレーパ機構が付設されている
こと、を特徴とする有機性汚泥の液状化反応装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下水に代表される
有機廃水の生物処理装置から発生する余剰汚泥等の固形
状態の有機性汚泥を液状化処理する反応装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】固形状態の有機性汚泥（以下、単に汚泥
とも言う）を密閉性容器に入れ、高温高圧で処理して液
状化することは知られている。このような有機性汚泥の
液状化技術において、その汚泥の液状化を効率良くかつ
低コストで実施するためには、操作性にすぐれるととも
に、装置効率の良い反応装置の開発が必要となる。特公
平７−７５７１８号公報によれば、全体が竪型の密閉性
筒状容器からなり、その下部に撹拌用のスクリュー機構
を有し、その上部に内壁面に付着した固形物を剥離除去
するなで付け型のスクレーパを有する反応装置が提案さ
れている。この装置においては、脱水汚泥は装置下部か
ら供給され、容器内部を上昇するとともに、その間に液
状化され、得られた液状化物は装置上部から抜出され
る。この場合、装置は外部加熱方式で加熱され、汚泥の
液状化反応に必要な熱量は、その容器壁を介して内部に
導入される。このような装置は、流通方式の装置であ
り、汚泥を連続的に処理できるため、元来、効率の良い
ものであるが、その加熱方式が外部加熱方式であるた
め、スケールアップして容器の筒径を大きくすると、筒
外壁から筒状容器の軸中心までの伝熱が悪くなり、汚泥
の均一な液状化反応を充分に達成することができなくな
る。このため、伝熱量を高めようとすると、装置の壁面
温度が高くなりすぎ、局部過熱等の不都合が生じ、その
結果、壁面上に汚泥からの粘稠物が生成付着するように
なる。そして、このような壁面上に付着した粘稠物は、
スクレーパによる壁面からの掻取り除去が困難で、壁面
上に付着残存し、最終的に固化物となり、壁面の熱伝達
係数を著しく悪化させる。またこの粘稠物は付着性が強
く、塊りになりやすいために、設備の貯槽やポンプ、配
管内で閉塞が起きる。さらに、低含水率で高粘度な固形
状汚泥を供した場合には、なで付け型スクレーパのブレ
ードを内壁面に押し付けている板バネの力よりも汚泥の
抵抗が大きく、ブレードが内壁面に接触できなくなるた
めに、内壁面の汚泥をはく離できず、伝熱面が減少して
汚泥の加熱が不足するという問題も生じる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、全体が竪型
の筒状容器からなり、その前段にスクリュー機構を有
し、後段にスクレーパ機構を有する有機性汚泥の液状化
反応装置において、スケールアップが容易で高粘度な固
形状汚泥に対しても安定運転が可能な装置を提供するこ
とをその課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、固形状態の有機性汚
泥を高温高圧の条件下で連続的に液状化する外部加熱方
式の反応装置において、（ｉ）全体が竪型の筒状容器か
らなること、（ii）該筒状容器の前段部に、スクリュー
機構を有すること、（iii）該筒状容器の後段部に、ス
クレーパ機構を有すること、（iv）該筒状容器中段部
に、該筒状容器の内径をＲ¹としたときに、０．１Ｒ¹〜
０．９Ｒ¹の外径Ｒ²を有する円筒体が挿入されているこ
と、（ｖ）該円筒体の外周面にすき上げ型のスクレーパ
機構が付設されていること、を特徴とする有機性汚泥の
液状化反応装置が提供される。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１に本発明の装置の１例につい
ての説明構造図を示し、図２にその容器の中心軸に沿っ
た説明断面図を示す。これらの図において、１は竪型筒
状容器、２は回転軸、３はスクリュー機構、、４は円筒
体、５，６はスクレーパ機構、７は汚泥導入口、８は汚
泥液状化物排出口、９，１０は蓋体、１１，１２は回転
軸接続部、２１，２２は加熱ジャケットを示す。Ａ、
Ｂ、Ｃは、それぞれ、容器１におけるその前段部、中段
部及び後段部を示す。

【０００６】容器１の前段部Ａには、その内部にスクリ
ュー機構３が配設されている。このスクリュー機構３
は、回転軸２を介して回転し、容器下部に供給された汚
泥を撹拌しながら上方へ押し上げるためのもので、慣用
のものを用いることができる。

【０００７】容器１の中段部Ｂには、その内部に外周面
にすき上げ型スクレーパ機構が付設された円筒体４が挿
入されている。この円筒体は４は、その両端部において
回転軸２に固定され、回転軸２を介して回転するように
なっている。また、この円筒体４の両端は封止され、汚
泥がその内部に侵入しないようになっている。

【０００８】図３に円筒体４の断面図（図２のＣ−Ｃ断
面図）を示す。図３において、ｄはスクレーパ機構のブ
レード、ｅはスクレーパ機構の止め具を示す。ブレード
ｄは帯状の金属板からなり、その先端部が刃先に形成さ
れたものである。このものは、図３に示すように、円周
方向に間隔を置いて複数列配設される。また、これらの
各ブレードは、ネジ付きボルト等の止め具ｅにより円筒
体の外周面に固定され、すき上げ型のスクレーパを形成
する。

【０００９】円筒体４において、その外径Ｒ²は、筒状
容器Ｒ¹の内径に対応して適宜決められるが、一般的に
は、０．１Ｒ¹〜０．９Ｒ¹、好ましくは０．５Ｒ¹〜
０．８Ｒ¹となるように決めるのがよい。筒体４の外周
面にはすき上げ型スクレーパが付設されているため、そ
のスクレーパによる汚泥掻取り作用により、容器内壁面
への汚泥の付着が効果的に防止される。前記のように、
容器１の中段部Ｂにおいては、容器内壁面への汚泥の付
着が防止されることから、容器外部から内部へ流れる熱
伝達が円滑に行われる。その上、容器１内への円筒体４
の挿入により、汚泥は円筒体４の外周面と容器１の内周
面との間の環状空隙部を流れることから、汚泥への均一
な熱供給も円滑に行われる。その結果、中段部Ｂにおい
ては、汚泥の円滑な熱化学反応が達成される。また、高
粘度な固形状汚泥を供した場合にも、中段部Ｂのブレー
ドは内壁面に押し付けられ、汚泥をすき上げて確実に内
壁面への付着を防止できる。

【００１０】容器１の後段部Ｃには、その内部にスクレ
ーパ機構５、６を有する。このスクレーパ機構５、６
は、回転軸２に固定され、回転軸２を介して回転するよ
うになっている。図４にスクレーパ機構６の断面図（図
２におけるＡ−Ａ断面図）を示し、図５にスクレーパ機
構５の断面図（図２におけるＢ−Ｂ断面図）を示す。ス
クレーパ機構５とスクレーパ機構６は同一構造のもので
あるが、回転軸２に対する配設位置を９０度ずらした位
置関係になっている。

【００１１】スクレーパ機構５、６は、従来公知の各種
のスクレーパ機構であることができるが、一般的には、
図４〜図５に示すように、なで付け型スクレーパ機構が
用いられる。このなで付け型スクレーパ機構は、ブレー
ドの先端（刃先）が容器１の内周壁に接触し、ブレード
の後端が回転軸２に支持固定されている構造のもので、
これを回転させたときに、そのブレードの先端が容器１
の内周壁面をなで付けるようにして接触するものであ
る。なお、図４〜５に示した羽根ｇは、容器中心部への
汚泥の流れを促進して、均一な加熱を行う作用を示すも
のである。

【００１２】容器１の中段部Ｂを通過した汚泥は、スク
レーパ機構を有する後段部Ｃに入り、容器１内を上昇す
るが、その上昇線速度は、その後段部の汚泥通路の水平
断面積が、中段部Ｂの汚泥通路の水平断面積より大きい
ため、中段部Ｂにおける上昇線速度に比べて著しく遅く
なる。このために後段部Ｃにおいては、汚泥はゆっくり
とした速度で上昇し、その間に加熱され、最終段階の熱
化学反応を受け、液状化されるための反応時間を確保す
ることができる。この後段部Ｃに導入される汚泥は、既
に中段部Ｂにおいて液状化が相当程度進行して粘度が低
下したものであるため、容器１の内周壁面に付着しにく
くなっており、また、付着しても掻取りの容易なものに
なっている。従って、この後段部Ｃにおけるスクレーパ
機構は、掻取り力の大きいものである必要はなく、前記
のような構造の簡単ななで付け型スクレーパ機構の使用
で十分である。

【００１３】本発明において被処理原料として用いる固
形状態の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を脱水した汚泥が包含される。
有機性汚泥の脱水は、通常、機械脱水（真空脱水、加圧
脱水、ベルトプレス脱水及び遠心脱水）が用いられる
が、特に制約されない。ただし、脱水前の有機性汚泥に
は汚泥調質薬品の添加が望ましく、特に、高分子凝集剤
の添加が有利である。従って、脱水方式に関しても、高
分子凝集剤の添加に適しているベルトプレス脱水か遠心
脱水が望ましい。この有機性汚泥の脱水は、得られる脱
水汚泥の含水率が６０〜９０重量％、好ましくは７０〜
８０重量％の範囲になるように行うのがよい。また、こ
の汚泥には、その液状化を促進させるために、必要に応
じ、液状化促進剤としてのアルカリ性物質の存在下で行
うことができる。このアルカリ性物質は、脱水汚泥中の
固形分に対して、０〜２０重量％、好ましくは０〜５重
量％の割合で添加するのがよい。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。

【００１４】図１に示した本発明の反応装置を用いて有
機性汚泥を液状化させるには、ライン２３を通して汚泥
を容器１の前段部Ａに供給する。前段部Ａには、回転軸
２を介して回転するスクリュー機構３が付設されてお
り、汚泥はこのスクリュー機構の回転により上方に移送
される。回転軸２は、モータＭにより回転される。この
前段部Ａは、特に加熱する必要はないが、必要に応じ、
外部加熱方式で、５０〜１５０℃に加熱することもでき
る。

【００１５】前段部Ａからスクリュー機構３により上方
に移送された汚泥は、さらに中段部Ｂ内に押上げられ、
その円筒体４の外周面と容器１の内周面との間の空隙部
を上昇し、その間に加熱される。この加熱は、加熱ジャ
ケット２２内に導入された熱媒体により実施されるが、
電熱方式によって加熱することもできる。中段部Ｂにお
ける汚泥の加熱温度は、１５０〜３００℃、好ましくは
２００〜２５０℃である。

【００１６】前段部Ａのスクリュー機構３により、汚泥
は、中段部Ｂを通してさらに後段部Ｃに押上げられ、容
器１内を上昇し、ライン２４を通して外部へ抜出され、
後段部Ｃを上昇する間に加熱される。この加熱は加熱ジ
ャケット２１内に導入された熱媒体により実施される
が、電熱方式によって加熱することもできる。後段部Ｃ
における汚泥の加熱温度は、２００〜３００℃、好まし
くは２５０〜３００℃である。反応装置内の圧力は、反
応装置内の最高温度における飽和水蒸気圧以上を保てば
良い。例えば温度が２００℃の場合、１６ｋｇ/ｃｍ²Ａ
ｂｓ、３００℃の場合、８８ｋｇ／ｃｍ²Ａｂｓであ
る。この加圧は、汚泥からの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が
できる。後段部Ｃにおける汚泥の滞留時間は１〜１２０
分、好ましくは０〜６０分である。この後段部Ｃにおけ
る加熱により、汚泥は熱化学的反応を受け、汚泥の液状
化が完了する。

【００１７】前記のようにして得られた有機性汚泥液状
化物は、さらに、従来公知の方法に従って処理される。
このような処理には、焼却処理や、油分回収処理等が包
含される。前記有機性汚泥液状化物は、輸送性にすぐれ
たもので、パイプ圧送や、バキュームカー、タンクロー
リによる輸送の可能なものである。また、噴霧燃焼性に
すぐれていることから、バーナを介しての噴霧燃焼によ
る焼却処理の容易なものである。

【００１８】

【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。

【００１９】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した後、ベルト
プレスにて脱水したものである。その代表的な性状は、
含水率７８重量％、有機物比７８重量％及び低位発熱量
３９４０ｋｃａｌ／ｋｇである。

【００２０】上記脱水汚泥を図１に示した連続汚泥液状
化装置（処理能力：２５０ｋｇ／ｈｒ）を用いて液状化
した。図１に示した装置において、容器１の高さは７．
３ｍであり、前段部Ａ、中段部Ｂ及び後段部Ｃの各長さ
Ａ、Ｂ、Ｃは、それぞれ、Ａ＝２．４ｍ、Ｂ＝２．１
ｍ、Ｃ＝２．８ｍであった。容器１の内径Ｒ¹＝４３ｃ
ｍであり、円筒体４の外径Ｒ²＝３０ｃｍであった。汚
泥の温度は、前段部Ａで３０℃、中段部Ｂの出口温度で
２５０℃、後段部Ｃの出口温度で２６０℃であった。容
器１内の圧力は、８５ｋｇ／ｃｍ²Ａｂｓであった。

【００２１】前記の条件で有機性汚泥を連続的に液状化
処理した。この処理物は、反応装置出口で充分に液状と
なっており、高温高圧状態の液状汚泥を減圧バルブを介
して大気圧のフラッシュタンクに放出した。フラッシュ
タンクでは汚泥中の水分が蒸発し、汚泥の温度は１００
℃まで冷却された。有機酸や油状物質等の低沸点成分が
水蒸気とともにフラッシュタンクの上部から排出され、
コンデンサで常温まで冷却した後、希薄液タンクに貯留
した。一方、フラッシュタンクの下部に残った濃縮液は
バルブ操作により自動的に排出し、濃縮液タンクに貯留
した。前記の操作により、含水率７８重量％（固形分濃
度２２重量％）の脱水汚泥から固形分濃度２５重量％の
濃縮液と、固形分濃度２重量％の悪臭を生じる希薄液を
得た。濃宿液は液状であり充分な流動性を有していた。

【００２２】

【発明の効果】本発明の反応装置を用いて有機性汚泥を
液状化処理することにより、反応装置の器壁面での局部
過熱による汚泥の粘稠物への変換を防止し、器壁面への
その粘稠物の付着を効果的に防止することができ、有機
性汚泥の液状化を長時間にわたって連続的に実施するこ
とができる。また、本発明によれば、スケールアップが
容易になるととにも、高粘度な固形状汚泥にも適用可能
な装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置の全体構造の説明図を示す。

【図２】本発明で用いる筒状容器の軸方向に沿った説明
断面図を示す。

【図３】図２におけるＣ−Ｃ断面図を示す。

【図４】図２におけるＡ−Ａ断面図を示す。

【図５】図２におけるＢ−Ｂ断面図を示す。

【符号の説明】

１筒状容器２回転軸３スクリュー機構４円筒体５、６なで付け型スクレーパ機構２１、２２加熱ジャケットＡ容器１の前段部Ｂ容器１の中段部Ｃ容器１の後段部ｄすき上げ型スクレーパ機構のブレードｅブレードの止め具ｆクッション材ｇ羽根

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者寺田武生東京都新宿区西新宿２丁目８番１号東京都下水道局内 (72)発明者原田敏郎東京都新宿区西新宿２丁目８番１号東京都下水道局内 (72)発明者伊藤新治東京都文京区本郷５丁目５番16号オルガノ株式会社内 (72)発明者井上誠大阪府大阪市西区京町堀２丁目４番７号中外炉工業株式会社内 (72)発明者野々廣正夫大阪府大阪市西区京町堀２丁目４番７号中外炉工業株式会社内 (72)発明者寺谷俊明大阪府大阪市西区京町堀２丁目４番７号中外炉工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固形状態の有機性汚泥を高温高圧の条件
下で連続的に液状化する外部加熱方式の反応装置におい
て、（ｉ）全体が竪型の筒状容器からなること、（ii）
該筒状容器の前段部に、スクリュー機構を有すること、
（iii）該筒状容器の後段部に、スクレーパ機構を有す
ること、（iv）該筒状容器の前段部と後段部の間の中段
部に、該筒状容器の内径をＲ¹としたときに、０．１Ｒ¹
〜０．９Ｒ¹の外径Ｒ²を有する円筒体が挿入されている
こと、（ｖ）該円筒体の外周面にすき上げ型のスクレー
パ機構が付設されていること、を特徴とする有機性汚泥
の液状化反応装置。
【請求項２】該後段部のスクレーパ機構が、なで付け
型スクレーパ機構である請求項１の装置。