JPH1080699A - 有機性汚泥の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 有機性汚泥の液状化物にみられる固形分の高
粘度化現象の発生を防止するとともに、有機性汚泥を工
業的に有利に処理する方法を提供する。 【解決手段】 （ｉ）該有機性汚泥を高温蒸気を用いて
１５０〜２７５℃の反応温度に間接的に加熱して液状化
させる液状化工程、（ii）液状化物から水蒸気を蒸発さ
せて濃縮する濃縮工程、（iii）液状化汚泥濃縮物を燃
焼処理する燃焼工程、（iv）高温燃焼排ガスを廃熱ボイ
ラーに供給して、高温蒸気を発生させる高温蒸気発生工
程、（ｖ）高温蒸気を液状化工程に送って有機性汚泥の
間接加熱用熱源として用いる高温蒸気供給工程、からな
ることを特徴とする有機性汚泥の処理方法。

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有機
性汚泥の処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】代表的な有機性汚泥である下水汚泥は、
全国で年間約５０００万ｍ³（濃縮汚泥基準：含水率９
８％）という莫大な量であり、年々増加の傾向にある。
一般に下水汚泥等の有機性汚泥は、水分とともに蛋白
質、脂肪及び炭水化物等の有機物を多量に含むため、腐
敗しやすく、悪臭防止及び公衆衛生の観点より、安定化
・無害化・減容化が必要とされている。大都市の多くの
下水処理場においては、埋立地確保の困難性などの観点
より、汚泥を燃焼処理することが行われている。特開平
７−３５３１８号公報によれば、有機性汚泥の燃焼処理
に際し、有機性汚泥をあらかじめ高温高圧処理して液状
化物となした後、この液状化物を燃焼処理する方法が提
案されている。この方法によれば、有機性汚泥は流動性
の良い液状化物として燃焼炉に供給されることから、そ
の燃焼処理に際しては、燃焼効率の良い噴霧燃焼法を採
用することができ、燃焼炉が小型化できるとともに運転
操作が容易になるという利点がある。この方法において
は、通常、有機性汚泥の液状化物は、燃焼に際しての火
炎温度を高めるために、いったん低圧のフラッシュタン
クに導入して、ここで水蒸気を蒸発させ、得られた濃縮
液を燃焼炉に供給し、噴霧燃焼させている。しかしなが
ら、前記のようにして有機性汚泥を処理する場合、反応
温度が高いと液状物中の固形分が高粘度化される現象が
生じるため、フラッシュタンクの出口の閉塞や、液状化
物の輸送パイプの閉塞及び燃焼炉における噴霧ノズルの
閉塞等の閉塞トラブルを生じる場合のあることが判明し
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、有機性汚泥
の液状化物にみられる固形分の高粘度化現象の発生を防
止するとともに、有機性汚泥を工業的に有利に処理する
方法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、固体状態を示す有機
性汚泥の処理方法において、（ｉ）該有機性汚泥を高温
蒸気を用いて１５０〜２７５℃の反応温度に間接的に加
熱するとともに、該反応温度における飽和水蒸気圧以上
の圧力下に保持して液状化させる液状化工程、（ii）該
液状化工程で得られた有機性汚泥の液状化物から水蒸気
を蒸発させて濃縮する濃縮工程、（iii）該濃縮工程で
得られた液状化汚泥濃縮物を燃焼処理する燃焼工程、
（iv）該燃焼工程で得られた高温燃焼排ガスを廃熱ボイ
ラーに供給して、高温蒸気を発生させる高温蒸気発生工
程、（ｖ）該高温蒸気発生工程で得られた高温蒸気を流
量調節バルブを介して前記液状化工程に送って有機性汚
泥の間接加熱用熱源として用いる高温蒸気供給工程、
（vi）該流量調節バルブにより液状化工程に供給される
高温蒸気量を前記液状化工程の反応温度との関連で調節
して液状化工程の反応温度を常に１５０〜２７５℃の範
囲に調節する高温蒸気量調節工程、からなることを特徴
とする有機性汚泥の処理方法が提供される。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明において被処理原料として
用いる固形状態を示す有機性汚泥には、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の各種有機性汚泥の脱
水物や各種の製造工程から排出される固形状の有機性汚
泥等が包含される。有機性汚泥の脱水は、通常、機械脱
水（真空脱水、加圧脱水、スクリュープレス脱水、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６５〜７５重量％の
範囲になるように行うのがよい。

【０００６】本発明の方法は、固形状態を示す有機性汚
泥を液状化する工程を含む。この有機性汚泥の液状化工
程は、加熱媒体として高温蒸気を用い、有機性汚泥を１
５０〜２７５℃、好ましくは２５０〜２７５℃の反応温
度に間接加熱するとともに、該反応温度における飽和水
蒸気圧以上の圧力下に保持することにより実施される。
この液状化工程は、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、有機性汚泥中の固形分に対して、０〜２
０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。有機性汚泥
を反応条件下に保持する時間は、対象となる汚泥の種類
により異なるが、一般には１２０分以内、通常、０〜６
０分である。液状化装置は、間接加熱方式の熱交換型反
応装置であればよいが、固形状態を呈する汚泥を扱うこ
とから、内部にスクレーパを有する掻面式熱交換型反応
装置やヘリカル翼を有するスクリュウ型熱交換型反応装
置の使用が望ましい。また、液状化反応における圧力
は、下水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もできる。
このようにして得られる汚泥液状化物は、非常にすぐれ
た流動性を有し、ポンプ圧送が充分に可能なものであ
る。

【０００７】本発明の方法は、前記のようにして得られ
る高温の有機性汚泥の液状化物（以下、単に汚泥液状化
物とも言う）を低圧に保持してその汚泥液状化物中に含
まれる水蒸気を蒸発させて濃縮する濃縮工程を含む。こ
の工程は、フラッシュタンクを用いて行うことができ
る。汚泥液状化物を保持する圧力は５気圧以下、好まし
くは常圧である。この濃縮工程により汚泥液状化物の濃
縮液（以下、単に濃縮液とも言う）が得られるが、この
濃縮液中の固形分濃度は、１０〜４０重量％、好ましく
は２０〜４０重量％である。

【０００８】本発明の方法は、前記のようにして得られ
た濃縮液を燃焼処理する工程を含む。この燃焼工程にお
いては、濃縮液は、燃焼炉のバーナの噴霧ノズルから、
燃焼用含酸素ガスとともに、微粒子状で炉内に噴出され
て燃焼される。燃焼用含酸素ガスとしては、空気、酸素
富化空気又は酸素ガスが使用される。バーナノズルから
噴出させる濃縮液の噴出粒子径は、３００μｍ以下、好
ましくは３０〜１５０μｍである。バーナ型式は特に制
約されないが、外部あるいは内部混合式２流体噴霧式バ
ーナや低圧空気噴霧式バーナ等の使用が好ましい。

【０００９】本発明の方法は、燃焼工程で得られた高温
燃焼排ガスを廃熱ボイラーに供給して高温蒸気を発生さ
せる工程を含む。この場合の廃熱ボイラーとしては、従
来公知の各種のものを用いることができる。この廃熱ボ
イラーにより発生させる蒸気の温度は、前記有機性汚泥
を１５０〜２７５℃の範囲に加熱するのに必要な温度で
あり、通常、１９０〜３１５℃、好ましくは２９０〜３
１５℃である。

【００１０】本発明の方法は、前記のようにして得られ
た高温蒸気を、流量調節バルブを介して前記液状化工程
に送って有機性汚泥の加熱用熱源として用いる高温蒸気
供給工程を含む。この場合の流量調節バルブは、液状化
工程で用いる反応装置に付設された反応温度検知センサ
ーと電気的に接続している。

【００１１】本発明の方法は、前記流量調節バルブによ
り、液状化工程に供給される高温蒸気量を、前記液状化
工程の反応温度との関連で調節して、液状化工程の反応
温度を常に１５０〜２７５℃の範囲に調節する工程を含
む。このようにして、液状化反応工程の反応温度を常に
特定範囲内に保持することにより、液状化工程における
有機性汚泥の炭素質化が回避され、汚泥液状化物中の固
形分の高粘稠化現象の発生が防止される。その結果、配
管やフラッシュタンクの出口の閉塞トラブルの発生や濃
縮液輸送パイプの閉塞トラブルの発生が防止され、さら
に、濃縮液を燃焼炉内に噴霧するための噴霧ノズルの閉
塞トラブルの発生も防止される。

【００１２】次に本発明を図面を参照して詳述する。図
１は、本発明の方法を実施する場合のフローシートの一
例を示す。図１において、１は液状化工程、２は濃縮工
程、３は燃焼工程、４は高温蒸気発生工程（廃熱ボイラ
ー）、５は固気分離工程、６は高温蒸気流量調節バルブ
を各示す。

【００１３】図１のフローシートに従って有機性汚泥の
処理を行うには、原料有機性汚泥をライン１１を通して
液状化工程１に導入し、ここでライン１７及び流量調節
バルブ６を通って供給される高温蒸気により、１５０〜
２７５℃の温度に間接的に加熱し、液状化させる。この
液状化工程における圧力は、水の沸とうを防止するため
に、その反応温度における飽和水蒸気圧以上の圧力であ
る。

【００１４】液状化工程１で得られた高温の汚泥液状化
物は、これをライン１２を通って濃縮工程２に導入し、
その汚泥液状化物中に含まれる水分を蒸発させ、ライン
１４を通って排出させる。汚泥液状化物は、この水分の
蒸発により濃縮され、濃縮液となる。濃縮工程２で得ら
れた濃縮液は、これをライン１３を通って燃焼工程３に
導入し、ここでライン１５を通って供給される燃焼用空
気により、噴霧燃焼させる。この燃焼処理により９００
℃以上の高温燃焼排ガスが生成する。この燃焼排ガスは
微量の燃焼灰を含むが、このものは、これをライン１６
を通して高温蒸気発生工程４に導入し、ここで、熱媒を
加熱し、水を蒸発させて高温蒸気を発生させる。

【００１５】この高温蒸気発生工程４で発生した高温蒸
気は、これをライン１７及び流量調節バルブ６を通して
液状化工程１に供給する。流量調節バルブ６は、液状化
工程１の反応温度との関連で作動し、その反応温度を所
定値に保持するように、反応温度が上昇すると、そのバ
ルブの開度を縮小させて液状化工程へ供給される高温蒸
気の流量を減少させ、一方、反応温度が低下すると、そ
のバルブの開度を拡大させて液状化工程へ供給される高
温蒸気の流量を増加させる。

【００１６】高温蒸気発生工程４において、蒸気発生用
熱源として使用された後の燃焼排ガスは、これをライン
１８を通して固気分離工程５に導入する。この固気分離
工程５は、燃焼排ガス中に含まれる微量の燃焼灰を除去
する工程であり、このためには、湿式集塵機や乾式電気
集塵機等の慣用の固気分離装置が用いられる。燃焼灰の
除去された後の燃焼排ガスはライン１９を通して放出さ
れ、一方、燃焼灰はライン２０を通して排出される。

【００１７】

【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。

【００１８】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７９重量％、有機物比７８重量％及び低位発熱量
３９４０ｋｃａｌ／ｋｇである。

【００１９】上記脱水汚泥を連続汚泥液状化設備（処理
能力：２００ｋｇ／ｈｒ）を用いて液状化した。この設
備は、圧入装置、反応器（掻面式熱交換器）、減圧バル
ブ及び蒸気ジャケットより構成されており、反応器への
熱量は、反応器外周面に付設されている蒸気ジャケット
へ高温蒸気を導入することにより供給した。脱水汚泥を
圧入装置で反応器に導入し、閉塞防止や伝熱促進のため
にスクレーピングを実施しながら約２７０℃まで加熱し
た。反応温度における滞留時間は、約６０分とした。反
応器出口で脱水汚泥は充分に液状となっている。この高
温（２７０℃）の汚泥液状化物は、反応器に付設された
減圧バルブを介して常圧のフラッシュタンク内にフラッ
シュさせた。これによって、汚泥液状化物中に含まれる
水分はフラッシュタンクの上部に形成されたスチーム排
出口から外部へ排出され、含水率が７９重量％（固形分
濃度２１重量％）の濃縮液が得られた。また、この濃縮
液は、フラッシュタンク内における水分の気化により冷
却され、その温度は１００℃に低下した。この濃縮液中
に含まれる固形分は実質的に炭素質化されておらず、粘
度の低いものであった。

【００２０】この濃縮液をフラッシュタンク出口から抜
出し、これをスネークポンプを用いて流量１５０ｋｇ／
ｈで中間混合型の高圧２流体噴霧バーナへ送り、燃焼炉
内に噴霧するとともに、これを燃焼させた。この時、燃
焼用含酸素ガスとしては３０ｖｏｌ％の酸素を含有する
酸素富化空気を使用した。この条件下において液状化物
は火炎を形成して燃焼し、その燃焼を継続した。火炎燃
焼を１時間以上継続したが、この時の燃焼火炎温度は
１，２００℃以上を示した。

【００２１】前記燃焼炉で得られた高温（温度９００
℃）の燃焼排ガスは、これを廃熱ボイラーに導入して熱
媒油を加熱して温度３１０℃及び圧力２．５気圧の高温
蒸気を発生させた。この高温蒸気は、流量調節バルブを
介して前記汚泥液状化装置の蒸気ジャケット内に導入し
て、汚泥加熱用熱源として用いた。流量調節バルブは、
汚泥液状化装置内に付設した温度センサーと電気的に接
続し、そのバルブを流通する高温蒸気の流量を調節し
て、装置内温度を約２７０℃の温度に保持した。

【００２２】廃熱ボイラーを通過した燃焼排ガスは、こ
れを温度４００℃に冷却して乾式電気集塵機に導入し、
ここで排ガス中に含まれる燃焼灰を除去した後、ミスト
分離器を通して大気へ放出した。

【００２３】比較例１ 実施例１において、汚泥の液状化反応温度を２８０℃に
保持した以外は同様に実験を行った。この場合には、汚
泥液状化物中の固形分は粘稠性の高いもので、その濃縮
液は高粘度のもので、フラッシュタンクの出口及びバー
ナの噴霧ノズルに閉塞トラブルの生じることが確認され
た。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、汚泥液状物の濃縮工程
で得られる濃縮液中に含まれる固形分の高粘稠化が防止
されたものであることから、この濃縮液は、粘度上昇が
なく、流動性のよいもので、フラッシュタンク出口の閉
塞トラブルを生じさせることなく、フラッシュタンクか
ら円滑に抜出することができるとともに、配管の閉塞ト
ラブルを生じることなく燃焼炉へ輸送することができ、
さらに、ノズル閉塞トラブルを生じることなく、あるい
は著しく減少させた状態で噴霧ノズルから炉内へ噴霧さ
せて燃焼処理することができる。また、本発明において
は、燃焼炉で得られた燃焼排ガスは、これを熱媒を加熱
して高温蒸気を発生させる熱源として用いることから、
省エネルギーの点でもすぐれたものである。さらに、本
発明では、このようにして発生させた高温蒸気を流量調
節バルブを介して汚泥液状化工程に供給し、その際、流
量調節バルブを用いて汚泥の液状化反応温度との関連で
蒸気に流量を調節することにより、汚泥の液状化反応温
度を常に特定範囲内に保持することから、汚泥の炭素質
化が防止され、濃縮液中に含まれる固形分の高粘度化が
防止され、流動性の良い、濃縮液を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施する場合のフローシートの
一例を示す。

【符号の説明】

１ 汚泥液状化工程 ２ 汚泥液状化物濃縮工程 ３ 濃縮液の噴霧燃焼工程 ４ 高温蒸気発生工程 ５ 固気分離工程 ６ 流量調節バルブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２３Ｇ 7/04 ６０３ Ｆ２３Ｇ 7/04 ６０３Ｊ (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 富澤 千里 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 浅田 信二 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 (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体状態を示す有機性汚泥の処理方法に
   おいて、（ｉ）該有機性汚泥を高温蒸気を用いて１５０
   〜２７５℃の反応温度に間接的に加熱するとともに、該
   反応温度における飽和水蒸気圧以上の圧力下に保持して
   液状化させる液状化工程、（ii）該液状化工程で得られ
   た有機性汚泥の液状化物から水蒸気を蒸発させて濃縮す
   る濃縮工程、（iii）該濃縮工程で得られた液状化汚泥
   濃縮物を燃焼処理する燃焼工程、（iv）該燃焼工程で得
   られた高温燃焼排ガスを廃熱ボイラーに供給して、高温
   蒸気を発生させる高温蒸気発生工程、（ｖ）該高温蒸気
   発生工程で得られた高温蒸気を流量調節バルブを介して
   前記液状化工程に送って有機性汚泥の間接加熱用熱源と
   して用いる高温蒸気供給工程、（vi）該流量調節バルブ
   により液状化工程に供給される高温蒸気量を前記液状化
   工程の反応温度との関連で調節して液状化工程の反応温
   度を常に１５０〜２７５℃の範囲に調節する高温蒸気量
   調節工程、からなることを特徴とする有機性汚泥の処理
   方法。