JPS60126512A - 有機質含有汚泥の焼却方法 - 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】 本発明は汚泥を経済的に燃焼せしめる処理方法に関する
ものである。即ち濾過機を用いて脱水分離し、得られた
ケーキ状の汚泥を予備乾燥後、粉化し、これを適当な方
法で空気よりも酸素濃度を高めた、所謂酸素富化空気を
用いて火焔状にて燃焼せしめる汚泥の処理方法に関する
ものである。

最近のエネルギー価格の高騰から、従来のように多量の
重油等の補助燃料を用いて強制的に焼却処理する方式の
経済上の制約や、廃棄物による埋立造成地の土質の問題
、汚泥投棄による臭気発生等の衛生上の制約、用地確保
上の制約等があって、上・下水道並びに尿尿処理物等か
ら排出される汚泥を、生投棄、埋立に供することか難し
くなりつつある。

如上の社会情勢を反映して、最近の動向としては寧ろ積
極的に汚泥のＰｒ資源化を計りつ＼、こｎを処理する方
向にあると言える。即ち、汚泥の有機質成分の持つ熱量
を有効に利用して、汚泥の自燃焼却を酎り、助燃料の節
減を計ると共に、不燃性成分は灰化し減量すると共に出
来れはこれを再溶融等の方法で骨材化し、再資源化する
こと等が考えられている。

本発明は如上の社会的事情を考慮して、汚泥の持つ燃焼
発生熱量を巧みに利用しつ＼、重油等の補助燃料を用い
ず、汚泥を自燃せしめると共に、灰分を溶融状態で収り
出し、−挙に骨材化する汚泥の処理方法を提案するもの
である。

具体的には汚泥を事前に乾燥、粉末化し、該微粉状汚泥
を酸素富化空気を用いて、高速火焔状にて瞬時に、かつ
完全に燃焼せしめると共に、燃焼炉内に発生した高温算
囲気下において灰は溶融、流下して排出さ扛、炉外にて
固化、再溶融等の工程を経ることなく、直接骨材化を達
成せしめるものである。

本発明による汚泥焼却処理方法において最大の特長とす
るところは、燃焼に供する酸素源として酸素富化空気を
用いる点にある。

一般的に言って燃焼に際して純酸素を用いると、窒素な
どの共存不活性ガスがないため、火焔温度が上昇し、Ｎ
ＯＸの発生が少ない、燃焼炉が小型化する等の利点があ
ることは良く知られたことである。

しかし、純酸素を用いると価格的に非當に高価になシ、
汚泥焼却の用に供するには、上記の多くの利点にかかわ
らず到底経済的に現実性が低く、汚泥の燃焼に酸素を用
いた例は見当らなかった。ところが最近各種の空気中の
酸素の濃縮法が開発さｔＬ、安価に酸素の分圧を高め得
られる様になった。

例えば従来の深冷液化蒸溜の他に、最近膜による透過速
度の差を応用した酸素の濃縮法、吸着剤（ゼオライト、
炭素）による窒素と酸素との吸着性の差を利用する濃縮
法などが挙げられる。とくに後者は現在すでに大規模装
置化が完成して分り、発生装に単体として既に市販され
ている。−また酸素濃縮コストも低廉になり、汚泥焼却
ハ」に供しイセる段階に至っている。この方式による皇
化空気中の酸素濃度は一般に５０〜９０％と公称されて
いるが、濃縮装置からの富化空気をその甘ま、またはこ
７’Ｌを適宜空気と混合して酸素濃度を調整したのち、
炉内に供給することが出来る。

本発明にかかる汚泥の焼却処理方法は、前記のよりに補
助燃料をノ１いす自燃爆せ、かつ灰分を溶融排出させる
ことが目的であるので、炉内における雰囲気を極度に高
める必要があり、酸素富化空気をハｊいるのもその一つ
の手段であるが、一方燃焼に供せら扛る汚泥についても
出来るだけ多くの燃焼熱量を発生せしめる状態にて供給
する必要がある。

その手段としては、（１）供給汚泥粉中の水分を出来る
だけ少なくすること。

（１１）燃焼しない無機質成分を出来るだけ少なくする
こと。

θ１０未燃焼余侭をなくし完全燃焼させるために、出来
るたけ汚泥粒径を小さくシ、ｏ２との接触を良くする形
態、具体的には微粉状にて供給することか望ましい。

（ｉ）の水分を減らす方法については、ｐ過脱水機によ
る脱水率を下げることが望ましい。

一般に、現用の脱水沖過積から得ら扛るケーキは機種に
よっても異なるが、水分の含有量は現行の濾過技術では
８０〜６５％程度であり、換言すれば汚泥１重量に対し
て水分が２〜４重量部含まれていることになる。

これ等水分は燃焼炉内への供給に先立って乾燥されるが
、燃焼システムの経済性の点からは、この事前乾燥熱源
は別に重油などの補助燃料に頼ること１＜、出来得ｌし
は炉内で発生した汚泥燃焼熱を有効に乾燥用熱源に利用
し、自足したい。

炉効率、供給０２濃度、乾燥機効率、無機質成分の含有
量によっても小異はあるが、発明者等の熱計算によ扛は
、脱水機における含水率がおよそ７５％以下になｎば炉
からの排出ガスの持つ顕熱のみで、原料ケーキ中の水分
を重油などの補助燃料を用いずとも１０％以下、好まし
くは５％以下に無理なく減少乾燥させることができる。

原料用脱水ケーキ中の水分を７５％以下にする濾過技術
としては高圧搾型フィルタープレス濾過機などが望まし
い。

自燃性を高める次なる方法は汚泥中の不燃性の無機質成
分の削減であろう。一般に汚泥の主成分としては可燃性
の有機質成分か５０〜７０％で、残余５０〜３０％が無
機質成分である。

この汚泥に本来含まれている無機質成分の他に、カルシ
ウム塩、鉄塩などの無機系濾過助剤を用いる場合には無
機質成分は更にケーキ全量（乾ベース）に対して概そ２
０〜３０％増加し、可燃性有機質成分と不燃性無機質成
分とは略々同量となる。汚泥の自燃処理を前提とする場
合には本来汚泥中に含まれる無機質分けやむを得ないと
しても、新しく無機質成分を増加することは出来るだけ
避けたい。高脱水率を期待できる高圧搾フィルタープレ
ス脱水機で、無機系濾過助剤を用いず、高分子凝集剤を
助剤として用いたものも本発明方法による汚泥の処分方
法に供するものとして好ましいケーキと言えよう。

後記する実施例には、上記の方法で得らｆしたｐ過ケー
キを例として挙げたが、勿論高脱水型ベルトプレスから
のケーキ、ベルトプレス−フィルタープレス組合せ型機
種からのケーキ、真空ｐ過積からの高水分ケーキを二次
再脱水し、低水分化して得たケーキ、濾過助剤として微
粉炭を用い、脱水して得らｎたケーキ等も本発明方法に
よって処理することが出来る。

また、若し若干ケーキ中の水分が多く乾燥工程１で含め
て、プロセス全体として熱量的に収支不足の場合には、
燃焼炉内、或いは乾燥工程用熱源の一部として重油、灯
油等の補助燃料を併用することも杓へ発明実施の妨げに
はならない。

小発明以前において、汚泥を微粉状にして、空気と共に
旋回火焔流状にて燃焼せしめる方式は公知である。

これに比べて、小発明は従来の方式が、空気を用いるの
に対して酸素富化空気を使用する点に根本的に差異があ
る。

第６，７図には、通常の空気（酸素濃度２１％）を用い
た場合と酸素濃度のレベルを変えた富化空気をハＪいた
場合との、排ガス量比と理論火焔温度の計算例を示す。

但し、計算には次式、諸数値および若干の仮定を設けた
。

Ｔ　、　ｆｈｅ＋＞　：　Ｈｅ／’Ｇｏ・Ｃｐ＋ｎＨｅ
二ケーキ低位（水分含有率５％と仮定）発熱量３０３５
Ｍ／ｋｙＤＳ Ｇｏ：燃焼ガス量　Ｎｍ／Ａｇｌ）Ｓ Ｃｐｍ：　Ｔ、　ｆｈｅｏにおける燃焼ガスの平均定圧
比熱０．３６＆／Ｎ７７／ｌＥ ｍ：供給酸素量／理論断髪酸素量比 汚泥組成：Ｃ３０％、Ｈ５％、０２０％、Ｓ及びＰｏ、
５％第６図には空気（酸素濃度２１％）を燃焼に用いた
場合の排ガス量を１．０とし、他の条件におけル排ガス
量との比率を示しである。この図にても明らかなよりに
仮に酸素濃度を４５％にした場合、排ガス量は通常空気
を用いた場合の約２になることを示している。

第７図には、各酸素濃度レベルにおける理論火焔温度を
示す。但し、完全燃焼し炉壁からの熱損失、フライアッ
シュの持ち去る熱損失は零とした。

この図からも明らかなように、酸素濃度が少しく高くな
ると著しく火焔温度が上昇することが明らかである。

上記のことを、汚泥燃焼装置における現象的に表現する
と、 （１）火焔温度が高いので灰分の溶融が容易である。と
くに輻射熱が温度の４乗に比例するので、灰分の溶融・
排出を目的とする場合にはとくに有利である。− （２）酸素濃度が高く、かつ火焔温度も高いので燃焼速
度が早い。

（３）　燃焼に小袋な窒素が少なく排ガス量も少ないの
で燃焼炉及びそのあとの付ｈｅ器、配管等が小芒〈て済
む。

（４；　窒素が少ないので、炉内温枇が高温にもかかわ
らすＮＯＸの生成量が少ない０ （５）排ガスの持つ顕熱の利用を考慮する場合、同じ熱
量でも（島温−少量ガス）の方か（低温−多量カス）よ
りも熱の回収効率の点で有利でりる。

（６）　酸素濃耽が高いので、理論酸素所Ｓｉｔに対す
る過剰率を低く採ることが出来る。

（７）低カロリ汚泥の燃焼が可能となる。

等の多くの利点が挙けられる。

上記のうち、特に低カロリ汚泥の自燃焼が可能となる点
は、従来の空気燃焼方式に比べて大きい利点の一つでも
あり、とくに敷桁したい。

汚泥の持つ発熱量は、有機物含量の非常に高い床屋処理
生汚泥の場合でも約５．０００１ｄ１ｋｇ　（乾ペース
）であり、この種類の汚泥の場合には、充分乾燥すれは
通常の空気を用いても比較的燃焼は可能である。しかし
、消化汚泥の場合は約３２００程度、下水処理場からの
排出生汚泥の場合は３５００〜４０００ｂｌ１ｋｇ程度
であり、本来発熱量が少ない上、若干の残存水分でもあ
れは、灰分の溶融、流下排出に８喪な１２００　ｔｌｌ
、以上の炉内温度を保持すること力・難しくなる。この
ような場合、従来の空気法の場合には発熱蓋を補なう意
味で少量の微粉炭を添加したり、高カロリのゴミを混入
したシして、妥協的に運転しているようである。

また場合により、溶融しない粉状の灰分の状態で収り出
すこともあり、この場合には投棄灰分からの重金属の溶
出の危険もあり、勿論再溶融工程なしでは骨材化も計る
ことも出来ない。

こ扛に比べて、本発明における酸素富化空気を用いた場
合には不活性な窒素が空気燃焼方式に比べて相対的に夕
景であり、最もカロリの低い消化汚泥例おいてさえ充分
灰分は溶融状態で取り出すことができるものである。発
明者の実験によ扛ば第１図に示す燃焼炉を用いた比較実
験では空気を用いる従来の方法の場合と４５％酸素含有
富化空気を使用した場合とでは、炉内温度において約４
０００の温度の差が認めら才した。

以下本発明の実施の態様を実施例によって説明する。

実施例Ｉ Ｍ重下水処理場から排出される消化汚泥排水（約４％（
血量比）固形物含有）中の固形物１００都に対し、１．
ＯＭ量部の高分子凝集剤（イシフロックＣ−９０）を添
加して得られたフロックを単式フィルタープレス（石垣
機工製果稼動機１５００　Ｘ　１５００　Ｘ　４室）を
用い２０ｋｑ／ｃｙ４で圧搾沖過して得られたケーキ（
含水率６８％）を供試した。

燃焼実験装置を第１図に本発明方法による燃焼システム
の一例を第３図にボす。

第１図において燃焼炉１は内径３０ｍ、高さ５０ｃＭの
空間上部に粉末汚泥と酸素富化空気を第２図に示す切線
方向に設けた二つのノズル２，２′から吹き込む構造と
なっている。

燃焼炉室１の上端に仮設した始動用補助灯油バーナ−３
で炉内１′の雰囲気温度を８００’−１０００Ｃに昇温
しだのち汚泥粉を担送させた酸素富化空気をノズル２，
２′から噴き出させると自然着火し、周壁に沿って旋回
浴流Ｆを形成し、その後は補助バーナー３を停止しても
汚泥燃焼による自己発熱によって円滑に燃焼を持続させ
ることが出来る。

炉内温度け１２００°から徐々に上昇し、始動後３０分
乃至６０分後に１４ｏｏｃ〜１５ｏｏｃ付近で安定する
。

使用富化空気はゼオライトを吸着剤として使用したプレ
ッシャスイング方式の装置１１．（ｓ社製酸素発生装置
）を使用、（Ｏｓ　８０％）、これを１部（容量）に対
して空気１の割合で混合使用した。

汚泥中の廟機物の完全燃焼に要する理論酸素量に対して
、（富化空気＋空気＋含臭空気）中の０２を１．２倍（
ｙｎ）相当とした。

汚泥中の灰分は、炉内高温雰囲気下にあっては流動性を
治し、旋回流Ｆの遠心力と、ノズル２．２′の吹付は効
果と相俟って、大部分が炉周壁に溶着し、流下し、炉下
部の棚９から、水封槽７中例塊状として落下、固化する
。

高温排ガスは、炉下部の棚下室５から風路６を経て排出
され、少量含まれた飛散塵を第３図に示すサイクロン１
１１で捕集、排熱ボ〜イラー１１２、ホットコットレル
１３ｏ−＞’通じて煙道１２９から排出さ肛る。

排熱ホイラー１１２において、炉から排出さｎるガスの
顕熱の約５０％が蒸気の形として回収され、これは発電
、暖房用その他の熱源としても利用可能であるが、本実
施例示の試験においてはこれを含水ケーキの乾燥用熱源
として利用した。

乾燥＠　１１３　／ｌ′ｉ、パドル型スチーム乾燥機（
Ｎ機械製）を用い、軸内にスチームを通し、軸に装着し
た回転羽根の伝熱によって湿汚泥に熱を与えｐ過積から
の板状ケーキ（初期含水率６８％）を粗砕すると共に乾
燥せしめる。水分Ｖｉ４％まで減少させることが出来た
。

約５〜１０耗程度に粗く砕かれ、乾燥さ扛た汚泥ケーキ
は微粉砕機１２２　（、Ｎ機械社製；　Ｍ　−４型）で
微粉化した。粉の粒径は１００〜３００メソシユであっ
た。

この汚泥微粉は、一旦貯槽１２１に蓄えらｔしたのち、
必要に応じ富化空気、空気、または窒素気流で炉内に空
送され、燃焼に供キｔＬる。粉砕機１２２は不測の爆発
や火災事故を防止するため、必要に応じ窒素溜１２５か
らの窒素気流１２５′で置換した。酸素発生装に１２３
から副生さｒＬる窒素はこの目的に利用するのに好都合
である。

粗ケーキ塊及び乾燥機からの排ガスは、著しい臭気と水
分を含有するので、これをそのま＼外部に放出すること
は周辺環境並びに作業場環境保持上好ましくないので、
少量の空気で以て発生する水分と臭気が外部に洩ｔない
ようにケーキホッパー１１４．乾燥機１１３内を軽く吸
弓１し、こｆＬを冷却機１１５内に導き水分を凝縮させ
る。

凝縮水１２４は臭成分も含有するので、こ扛を再ひ生物
処理槽１１７の大量の水に返流し、再処理させる。未凝
軸ガス１２４’　（含臭空気）は汚−燃焼炉内に一次ま
たは二次空気として供給する。

臭成分は高温算囲気下にあって完全に分解されるので、
汚泥乾燥工程からの発臭源は完全に抑止することができ
る。

実施例２ 第４図には相対するノズル２，２′を用い、汚泥粉を含
む酸素ｎ化空気を対向して噴出せしめ火焔流を価突孕せ
る方式の燃焼炉の要部の構造を示す。

対向火焔流にした場合、ガス流の衝突により強い攪拌・
混合作用が伴い、燃焼速度力（促進され、火焔流が短く
なり、比較的／Ｊ％さい燃焼空間において大きい発熱反
応か進行すると共に、火−焔中心部は壁に接触しないの
で熱損失も少なくよシ高い温度を発生することか出来る
。かつ微細な溶融灰分粒同志の衝突も行なわれ、大粒と
なって飛散灰分の分離が容易となる利点がある。

とくに、この火焔流衝突燃焼方式は、大規模能力を喪望
烙れる大都市の汚泥焼却場としては好適で、超大型処理
工場の場合には、炉の中心に対して１２０°間隔で配置
さ扛た３ノズル構造、９０′間隔で配置された４ノズル
構造を採ることもできる。

これ等の火焔流衝突燃焼方式を採った装置を用いる運転
方法、排ガス処理方式、熱回収方式等は明細書不文及び
実施例１に７バす旋回流力式の燃焼装置の場合と同じで
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る汚泥の処理方法に用いる燃焼炉
の縦断側面図、第２図は、第１図のＡ　−Ａ’＃ｊ！に
沿っての断面図、第３図は、本発明に係る汚泥処理シス
テムのフロー図面、第４図は、燃焼炉の他の実施例の縦
断側面図、第５図は、第４図のＢ−Ｂ′線に沿っての断
面図である。 記号の説明 ｌ・・・燃焼炉２．２’・・・ノズル　３・・・補助）
（−ナー　５・・・棚Ｔ室　６・・・排ガス風路　７水
封槽９・・・棚　１０１・・・汚水　１０２・・・高分
子凝集斉］１１１・・・サイクロン　１１２・・・廃熱
ボイラー１１３・・・乾燥ｍ　１１４・・・ケーキホツ
ノ−：−１１５・・・冷却機　１１６・・・凝縮水貯槽
　１１７・・・生物処理槽１１８・・・凝集槽　１１９
・・・脱水機　１２１・・・汚泥粉貯手１２２・・・微
粉砕機　１２３・・・酸素富化空気４色生装置１２４・
・未凝縮ガス　１２５・・・窒素タンク　１２６・・・
酸素富化空気タンク　１２８・・・スチームライン１２
９・・・煙道 Ｆ・・・旋回流　Ｔｉ　Ｔｇ・・・温度割矛　Ｉ　図 専 疏４濃度 （冑Ｍ＋、１ｌｌｚｌｘｔ、ｒａｉ、　ｍ＝ｔｏ４ｐ；
ｉ　１．ｏｒｉｙ、）手続補正書（方式） １、事件の表示 特願昭５８−２３４０５８号 ２、発明の名称 汚泥の処理方法 ３、補正をする者 事件との関係・・・・・・・・・・・・・・・・・・特
許出願人４＆”ｋ　東京＊１ｅＥｔｉ”ｉｉ三三回目４
番１５号４補正岐令の日付 昭和５９年３月２７日　（発送日） ５、桶正によシ増加する発明の数 ６、補止の対象 明細書の図面の簡単な説明の欄 ７、補正の内容 明細書の第２１頁１行目ＶＣ１「ｕｌｉ’而図で面る。 」と記載しである後に、「第６図は琲ガヌ五よ比、と度
の関係？表イクすグラフ、第７図は理論火〜、−と酸素
ｍ没の関イ糸を表ゎずグラフである。 」を加入する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）生物処理槽から発生する汚泥の焼却処理に際して
   、通常の空気よりも酸素濃度を高めた所謂酸素富化空気
   を用いて燃焼せしめることを特徴とする汚泥の処理方法
   。 （２）　上記特許請求の範囲（ｔｌに記す方法において
   使用する富化空気中の酸素濃度は２５％から８０％の範
   囲内のものであることを特徴とする汚泥の処理方法。 （３）上記特許請求の範囲ｉｌｌに記す方法において使
   用する酸素富化空気はゼオライトを吸着剤として用いた
   プレッシャスイング方式罠よって得ら扛たものを用いる
   ことを特徴とする汚泥の処理方法。 （４）上Ｍ己％許請求の範囲ｆｌ）に記す方法において
   燃焼炉から排出さｔしる高温ガスの顕熱を以って水蒸気
   を発生させ、汚泥の乾燥用熱源として利用することを特
   徴とする汚泥の処理方法。 （６）　上記特許請求の範囲＋１）に記す方法傾おいて
   供給される汚泥は微粉状のもので供給されることを特徴
   とする汚泥の処理方法。 （６）上記特許請求の範囲（１１、（５１に記す方法に
   おいて汚泥粉は酸素富化空気流によって燃焼炉内に搬送
   されることを特徴とする汚泥の処理力法。 （７）上記特許請求の範囲ｉｔ）　、　（５）　、　ｔ
   ８）に記す方法において汚泥粉及び酸素富化空気流は燃
   焼炉内に周壁に沿って切線方向に吹き込み、旋回流中で
   燃焼させることを特徴とする汚泥の処理方法。 （８）上記特許請求の範囲（ｔｌ　、　（５１、（６１
   に記す方法によって、汚泥粉を燃焼させるに際し、汚泥
   粉を含む酸素富化空気流を対向して配電されたノズルよ
   り噴出させ、火焔流を衝突させた状態にて燃焼せしめる
   ことを特徴とする汚泥の処理方法。 （９）上記特許請求の範囲［１）に記す方法において供
   給される汚泥粉中の水分／ｆｉ１０重量％以下であるこ
   とを特徴とする汚泥の処理力法−８（ｌＯ）上記特許請
   求の範囲（１）に記す方法において汚泥ケーキの乾燥機
   に外部の空気を吸引させ発生する臭成分を含む水蒸気を
   随伴、取出し、次に機外でこハを凝縮させ、含臭水を生
   物処理槽に返戻することを特徴とする汚泥の処理方法。 （１１）上記特許請求の範囲（１）及び（ｌＯ）に記す
   方法において凝縮しない含臭空気を燃焼炉内に送入する
   ことを特徴とする汚泥の処理方法。 Ｏ匂　上記特許請求の範囲ｆｔ）に記す方法において灰
   分を溶融状態において炉室から排出させ、”　１ 下部室底部に設けら扛た水槽内に流落せしめ冷却・固化
   することを特徴とする汚泥の処理方法。 （１層　上へα７？４許請求の範１１ｆｌ　＋１）　Ｋ
   記す方法において灰分を溶融状態において炉室から排出
   させ、１部室底に設けらｎた冷却室にて徐冷させ、結晶
   化させることを特徴とする汚泥の処理方法。 （１４）上記特許請求の範囲（ｌｊに記す方法において
   燃焼に供する汚泥ケーキは主として高分子凝集剤を用い
   て浮遊物を捕捉し、生成されたフロックをフィルタプレ
   スにて脱水濾過して得られたケーキを用いることを特徴
   とする汚泥の処理方法。 傾　上記特許請求の範囲（１）、（５）、（６）に記す
   方法において、汚泥粉及び酸素富化空気流を、炉壁に設
   けた複数個ノズルよシ炉の中心に向けて噴出せしめ、火
   焔流を中心付近で衝突嘔せ、燃焼せしめることを特徴と
   する泥処の処理