JPS59230697A - 有機性泥状物の処理方法 - 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】 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
くなっている。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シ、
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、同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
題点が数多くあυ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
泥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、焼成排ガスは乾燥用熱源とし、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
泥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
実験を行なった。

その結果（二よると、下水汚泥の脱水ケーキを、水平方
向に回転する攪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、脱水ケーキに前記攪拌羽根に
よって適度の攪拌強度を与えると共に被乾燥物の温度を
特定範囲内に保って乾燥を行なうことによって強度の大
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（ユ使用ｔ、た脱水ケーキの性状と灰分の組成は重
量係で表わすと第１表の如きものであった。

第　　１　　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、攪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表において攪拌強度は攪拌羽根の径（ｍ）×回
転数（ｒｐｍ　）で表わしである。

第　　３　　表 第２表より乾燥物品温度が低い程、造粒物の正量関係が
あシ、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ってくる。

また、第３表より攪拌強度にも最適値があシ、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中の関係を示す。これ
から、圧壊強度が３ｋｇ／ベレッ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。

第　　４　　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
あって、−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攪拌造粒して乾燥する方法において
、被乾燥物を竪型熱風乾燥装置に供給し、攪拌羽根の水
平回転作用と熱風によって旋回流動せしめつつ被乾燥物
を完全混合状態にして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（１）、被乾燥物を機械的作用によシ攪拌造
粒して乾燥する方法において、被乾燥物を竪型熱風乾燥
装置に供給し、攪拌羽根の水平回転作用と熱風によって
旋回流動せしめつつ被乾燥物を完全混合状態にして被乾
燥物の温度を乾燥工程全域で１００℃以下になるよりに
造粒乾燥せしめ、該造粒乾燥物を空気比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
ガスを主熱源として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（ユ、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すと
なシ、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係
の脱水ケーキＣとなシ、コンベア６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））によシ造粒乾燥装
置５（二供給され、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
の保有熱によシ含水率が好ましくは５０俤以下になるま
で造粒乾燥される。

なお、前記脱水工程では無薬注文はポリマー添加脱水が
好ましく、汚泥中（二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はスクリーーコン
ベアなどのコンベア（図示せず）（二より一定量ずつ前
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
によっ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って、吸熱反応であるガス化
反応を起させることによシ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
することであって、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
る、水平方向に゛　回転する攪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
焼成工程を極めて日清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
に等しくなジ、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シである
。

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はキルンアクションを受は加熱空気ｍとの熱交換によ
シ乾燥され、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１の燃焼熱
で焼成部を１０５０℃〜１１００℃に制御することによ
シ比重が小で、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４１１Ｉｌ＋１〜２
０１０１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で処理されて除しん命水洗ガスｈとな
シ煙突１２−１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の加熱源となシ（ガス化ガス１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へ供給されプロワ−１１からの空気ｔと熱交
換して廃ガスｎとなシ煙突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ｔま造粒乾燥装置５への
乾燥用ガスにとなる。

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、次いでその残液を焼成するものであったが、
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シ、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
物質を示しておシ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ζ
二液焼成物したか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シであ乞が、
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、器壁に付着したシ団塊化したシす
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シ乾燥効率の向
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℃以上となシ一部分がコゲ
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、間接加熱式横型攪拌乾燥機である。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
品温度はあまシ上昇しないが、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
しくは乾燥室側壁よシ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攪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内に垂直回転軸に取付けた攪拌
羽根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
ζ二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間が該側
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。上記攪拌羽根５２は駆動機５６によシギャボック
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、６
０は乾燥物の排出口、６１は乾燥排ガスの排気管、６６
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（二
複数設けるのが特に羅ましい。

上記攪拌羽根５２は、図のように羽根板５２′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５２′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５２′の形状については図示例では平板としであるが
、曲面板でもよい。攪拌羽根５２は上下方向に多段に４
０箇以上の間隔をあけて設けること、羽根板５２′の長
手方向先端部の周速は０．５〜５ｍ／ｓｅｅ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によシ供給管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内に入った泥状物は乾燥されつつ攪拌羽根５
２の作用によって一種の強制転勤造粒作用を受け、丸味
のある粒状になる。乾燥室５１に入ったばかりの含水率
の高い泥状物は、攪拌羽根５２の作用によシすでに粒状
となっ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った粒子は、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
物の性質と攪拌羽根５２の周速によって定まる値で平衡
状態となる。

上記粒子群は、攪拌羽根５２によって乾燥室側壁に沿っ
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なう。

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った量の乾燥造粒物は
、溢流堰６６をこえ乾燥物排出管ｇを経て、連続的にあ
るいはロータリダンパ５９によっ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って、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、したがって
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
、攪拌羽根５２と同じ方向の熱風旋回流とすることによ
って、熱風導入部の泥状物による閉塞を防ぎ、熱風のシ
ョ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の底部から何本かの分
岐管によって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って乾燥物排出管
６４への未乾燥物のショートパスを防ぐことができ、供
給管５６から出た泥状物は、最下段の攪拌羽根の剪断力
によって小さく切シとられ、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って容易
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（；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攪
拌などの作用によって粉化し易くなる。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、これによシ、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、同時に攪拌機構（二よって粒径を次第に減じていく
、シかし水分は粒塊の表面力）ら失われてゆくので、粒
塊の含水率分布は内部カー大きく表面は低いという形に
なっている。従って粒塊内部の水が表面まで至って揮散
する（二は大きな抵抗を受けること；ユなり、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（ユ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（二、ポリマーを添
加し第５表に示す脱水ケーキを得た。

かかる脱水ケーキを、焼成工程の排ガスを熱源とする攪
拌羽根付造粒乾燥機によシ下記条件で含水率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、攪拌羽根の回転数２０Ｏｒｐｍで処
理したところ粒径６〜８ｇ′６、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６ｗｎのものでは１２．３ｋｇの圧壊強
度があった。

さらに、こ扛を内径１４０φで内部にスクリーー軸を持
っ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の割合で送シ、送風量４０１　／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。

第６表 この発生ガスにＬＰＧを補助燃料とし、内径２００φ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１二、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℃であった。また、別ｌ二熱風の供給量
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か判明した。

第　　７　　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
〜１０馴の造粒乾燥物を得た。この乾燥物の圧壊強度は
１０ｋｇ／ペレットであった。これを１５０φのＳＵＳ
　３１６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。

以上述べたように本発明によれば、有機性泥状物は機械
的強度の高い粒状の乾燥物となシ、シたがって該乾燥物
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カリ、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、したがっ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
なシ、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（９，１
４）などに悪影響を及ばずことが無いなど、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　ｒ　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・・・プロワ−１１２・・・煙突、１
６・・・脱臭装置、１４・・・電気集じん装置、５１・
・・乾燥室、５２・・・攪拌羽根、５ｚ・・・羽根板、
５６・・・駆動機、５４・・・ギヤボックス、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・・・除しん・水洗ガス、ｉ
・・・ガス化ガス、ｊ・・・燃焼排ガス、ｋ・・・乾燥
用ガス、ｔ・・・空気、ｍ・・・加熱空気、ｎ・・・廃
ガス、ｐ・・・燃料。 特許出願人　　荏原インフィルコ株式会社代理人弁理士
　千　　１）　　　　捻

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　被乾燥物を機械的作用によシ攪拌造粒して乾燥す
   る方法において、被乾燥物を竪型熱風乾燥装置に供給し
   、攪拌羽根の水平回転作用と熱風によって旋回流動せし
   めつつ被乾燥物を完全混合状態にして被乾燥物の温度を
   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シ攪拌造粒して乾燥す
   る方法において、被乾燥物を竪型熱風乾燥装置に供給し
   、攪拌羽根の水平回転作用と熱風によって旋回流動せし
   めつつ被乾燥物を完全混合状態にして被乾燥物の温度を
   乾燥工程全域で１００℃以下になるように造粒乾燥せし
   め、該造粒乾燥物を空気比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
   として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℃〜４
   ０℃の範囲内とする特許請求の範囲第３項記載の処理方
   法。