JP2006224047A - 下水汚泥の炭化処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】下水汚泥を乾燥処理するに際し、その含水率をその後の炭化処理に必要な含水率，或いは乾燥汚泥を燃料用として用いる場合において必要な低含水率の何れにも制御することのできる炭化処理システムを提供する。
【解決手段】下水処理設備で発生した余剰の下水汚泥を凝集処理し、凝集汚泥を脱水機による脱水処理，乾燥機による乾燥処理及び汚泥を炭化処理に適した適正粒度に粒化する粒化処理を行って、しかる後炭化炉にて炭化処理する下水汚泥の炭化処理システムにおいて、脱水処理と乾燥処理とを脱水乾燥機にて単一の工程として同時に実施するとともに、乾燥処理と粒化処理とを別々の工程に分けて、粒化工程を脱水乾燥処理の工程の後且つ炭化炉による炭化処理の前で実施する。
【選択図】 図１

Description

この発明は下水処理設備での排水処理で発生した余剰の下水汚泥を炭化処理する下水汚泥の炭化処理システムに関する。

家庭等から排出される有機物含有の排水は、一般に下水処理設備で活水汚泥法等により排水処理される。
この排水処理に伴って余剰の有機物含有の下水汚泥が発生するが、排水処理量の増加とともに下水汚泥の発生量も年々増加し、その処理処分が大きな問題となっている。
下水汚泥を処分するに際し、その下水汚泥には多量の水が含有されていてそのままでは処分できず、そこで減量化のために濃縮及び脱水処理したり、或いは更に焼却したり、溶融したりするなど様々な処理が現在施されている。

しかしながら下水汚泥を焼却或いは溶融処理すると多量のエネルギーを消費し、処理コストが高いものとなる。
そこでエネルギー消費の少ない下水汚泥の処理の方法の一つとして、下水汚泥を乾留処理により炭化することが提案されている。
この炭化処理は、下水汚泥が基質中に炭素分を４５重量％程度含んでいることから、焼却，溶融処理のように汚泥中の炭素分を消費してしまうのでなく、汚泥を無酸素或いは低酸素状態で熱分解（炭化）することにより炭素分を残留させ、新しい組成を持つ炭化物（炭化製品）として生成させるものである。

図２は従来の炭化処理システムを示したもので、図示のように従来にあっては、下水処理設備で発生した余剰の下水汚泥を凝集処理の工程（I）で高分子凝集剤の添加等により凝集させ、続いて脱水処理の工程（II）でこれを脱水機にかけて脱水し、含水率８０％程度の脱水汚泥とする。
その後この脱水汚泥を乾燥造粒機内部に投入して、そこで含水率４０％程度まで乾燥する。
この乾燥造粒処理では、汚泥の乾燥処理と併せてこれをその後の炭化処理に適した適正粒度、例えば１０ｍｍ程度の大きさの粒とする造粒を併せて行う（乾燥造粒工程（III））。
そしてこのようにして得た乾燥汚泥を、次に炭化処理の工程（IV）において炭化炉内に投入し、これを炭化炉内で乾留処理して汚泥を炭化製品とし、炭化炉から排出する。

図３はこの炭化処理システムの具体的構成を示している。
図中２００は受入ホッパであり、含水率８０％程度まで脱水された脱水汚泥が、この受入ホッパ２００に先ず受け入れられる。
ここに受け入れられた脱水汚泥は、中間貯溜槽２０２を経て定量供給装置２０４，搬送装置２０５により乾燥造粒機２０６へと送られ、ここで所定の水分量、具体的には４０％程度の水分量まで乾燥処理されるとともに、粒径１０ｍｍ程度の粒に造粒される。

乾燥造粒機２０６は、図４に示しているように回転ドラム２０８の内部に撹拌軸２１０を有している。
ここで撹拌軸２１０は、回転ドラム２０８の中心から偏心した位置に設けられている。
この撹拌軸２１０からは複数の撹拌羽根２１２が放射状に延び出している。
一方、回転ドラム２０８の内周面には、周方向に所定間隔で複数の板状のリフター２１４が回転ドラム２０８と一体回転する状態で設けられている。
その結果として、回転ドラム２０８内部の汚泥（脱水汚泥）は回転ドラム２０８の回転に伴って、リフター２１４により底部から上方に持ち上げられ、そしてその頂部近くで自重により落下する。
落下した汚泥は、その下側に位置する撹拌羽根２１２の高速回転により細かく粉砕され、回転ドラム２０８の底部側へと落下する。

回転ドラム２０８内部の汚泥はこのような撹拌作用を受けながら、図３の熱風発生炉２４０からその内部に導かれた乾燥用熱風に曝されて乾燥処理され、次第に水分が減少していく。
そしてこの回転ドラム２０８の傾斜勾配により、更には撹拌羽根２１２による粉砕及びその際の飛散作用によって、汚泥が回転ドラム２０８内部を適正な粒度に造粒されながら軸方向に漸次送られて行く。
このようにして乾燥造粒機２０６で乾燥造粒処理された後の乾燥汚泥は、続いて搬送装置２１６，２２０により乾燥汚泥貯溜槽２１８を経て炭化炉２２２へと搬送され、そこで１０ｍｍ程度の適正な粒度に造粒された乾燥汚泥が乾留処理により炭化される。

この炭化炉２２２は外熱式ロータリーキルン型のもので、この炭化炉２２２には、図５にも示しているように炉体２２４の内部に乾留容器としての円筒形状のレトルト２２６が設けられており、前段の乾燥造粒機２０６で乾燥造粒処理された乾燥汚泥が、図示を省略するスクリューフィーダにてレトルト２２６内部に投入される。

投入された乾燥汚泥は、先ず炉体２２４内部に配設された助燃バーナ（外熱室用バーナ）２２８による外熱室２３０内部の雰囲気加熱によって加熱される。
すると乾燥汚泥中に含まれていた可燃ガスが、レトルト２２６に設けられた吹出パイプ２３２を通じて外熱室２３０の雰囲気中に抜け出し、そしてこの可燃ガスが着火して以後はその可燃ガスの燃焼によりレトルト２２６内部の汚泥の加熱が行われる。
この段階で助燃バーナ２２８は燃焼停止される。

図５に示しているように、炉体２２４の内部には外熱室２３０と仕切られた排ガス処理室２３４が設けられており、外熱室２３０からの排ガスはここに導かれる。
この排ガス処理室２３４には排ガス処理室用バーナ２３６が設けられており、排ガス処理室２３４内に導かれた排ガス中の未燃ガスが、この排ガス処理室用バーナ２３６にて２次燃焼される。

レトルト２２６内部の汚泥は、図中左端からレトルト２２６の回転とともに図中右方向に移って行き（レトルト２２６には若干の勾配が設けてある）、そして最終的に乾留残渣（炭化製品）がレトルト２２６の図中右端の出口２３８、つまり炭化炉２２２から排出される。
この種の炭化処理システムは、例えば下記特許文献１，特許文献２に開示されている。

ところでこの炭化処理システムにあっては、炭化炉２２２を補修や定期点検整備等で稼働停止した場合が問題となる。
炭化炉２２２が稼働停止すると、乾燥造粒機２０６を含む図３のシステム全体が稼働停止してしまう。
一方で下水汚泥は日々発生し続けており、その結果炭化処理を予定していた下水汚泥が大量に滞溜してしまうこととなる。
そのためには下水汚泥を大量に貯溜する貯溜スペースが必要となるが、実際にはそうしたことは実現困難である。

ところで、上記処理にて得られた炭化製品は現在園芸用土壌，融雪剤等に利用されており、またその他にも様々な用途が検討されている。
その１つとして、かかる炭化製品を燃料として利用することが考えられている。
例えば下記特許文献３に、かかる炭化製品を燃料として用いる点が開示されている。

燃料用としての利用は必ずしも炭化処理後のものだけでなく、その前段の乾燥汚泥もまた燃料としての利用が可能である。
但しこの場合含水率を低含水率、例えば１０％以下程度まで落としておくことが必要である。
従って乾燥造粒機２０６で乾燥汚泥の含水率をこのような低含水率、例えば１０％以下程度の低含水率まで少なくすることができれば、炭化炉２２２が稼働停止した場合であっても、その前段までのシステムの稼働をそのまま継続しておくことができ、そして乾燥造粒機２０６から生じた低含水率の乾燥汚泥を貯溜しておいて、これを燃料用として供することが可能となる。
即ち下水処理施設で日々発生する下水汚泥を滞留させることなく、その後の処理をかかる下水汚泥に対して継続して行うことが可能となり、下水汚泥の滞留のための広い貯溜スペースの確保の問題も解消することができる。

しかしながら従来の炭化処理システムの場合、乾燥造粒機２０６の乾燥処理能力は含水率４０％程度までがほぼ限界であり、それ以上含水率を落とすということが実際上困難である問題がある。

特開平１１−３７６４４号公報 特開平１１−３３５９９号公報 特開２０００−８０３８６号公報

本発明はこのような事情を背景とし、下水汚泥を乾燥処理するに際し、その含水率をその後の炭化処理に必要な含水率，或いは乾燥汚泥を燃料用として用いる場合において必要な低含水率の何れにも制御することのできる炭化処理システムを提供することを目的としてなされたものである。

而して請求項１のものは、下水処理設備で発生した余剰の下水汚泥を凝集処理し、凝集汚泥を脱水機による脱水処理，乾燥機による乾燥処理及び炭化処理に適した適正粒度に粒化する粒化処理を行って、しかる後炭化炉にて炭化処理し、炭化製品とする下水汚泥の炭化処理システムにおいて、前記脱水処理と乾燥処理とを脱水乾燥機にて１つの工程として同時に実施するとともに該乾燥処理と前記粒化処理とを別々の工程に分け、該粒化処理の工程を脱水乾燥処理の工程の後且つ前記炭化炉による炭化処理の工程の間で実施することを特徴とする。

発明の作用・効果

以上のように本発明は、従来、乾燥造粒機にて脱水汚泥の乾燥と造粒とを同じ機械で同時に行っていたのを、乾燥工程では乾燥までで留め、乾燥後の汚泥をその後の炭化処理に必要な適正粒度に粒化する工程を、単一の工程として炭化処理の前工程として独立に設け、且つ汚泥に対する脱水処理と乾燥処理とを、脱水乾燥機にて単一の工程として同時に実施するようになしたものである。

従来の炭化処理システムでは、同じ乾燥造粒機がその後の炭化処理に必要な含水率までの汚泥の乾燥と、同じく炭化処理に必要な大きさの粒とする造粒とをともに行っていることから、そのことが大きな制約となって、一旦定めた乾燥汚泥の含水率の設定を、例えば炭化処理に必要な４０％程度の高含水率としたり、或いはそのまま燃料用として使用可能な１０％以下程度までの低含水率に切り替えるといったことが困難であった。

また従来の炭化処理システムの場合、乾燥造粒機の目的がその後の炭化処理に必要な含水率に汚泥を乾燥することにあったため、汚泥の含水率をそれより低くするといったことが設備上実際にはできないものであった（そのようにすると乾燥造粒機自体が極めて大型のものとなってしまうとともに、このときには汚泥の粒の粒度自身も目的のものとは異なったものとなってしまう）。

ここにおいて本発明は、従来同一の装置（乾燥造粒機）にて行っていた乾燥と造粒とを別々の工程に分け、乾燥処理の工程と炭化処理の工程との間に、乾燥汚泥を適正な粒度に粒化する粒化工程を設けたもので、かかる本発明によれば、同一の処理にて乾燥と造粒とを行わなければならないといった制約が取り除かれ、乾燥工程ではその含水率を自在且つ容易に制御することが可能となる。

その結果として、本発明によれば炭化炉を補修や定期点検整備等のために稼動停止した場合であっても、乾燥処理の工程での汚泥の含水率を低水分率とすることによって、そのまま炭化炉を除くシステムの稼動を継続することが可能となる。
ここで乾燥処理後の低水分率の乾燥汚泥は、炭化処理を行うことなくそのまま燃料用として貯溜しておくことができる。

本発明ではまた、脱水処理と乾燥処理とを脱水乾燥機にて単一の工程として同時に実施する。
これもまた乾燥処理と同時に造粒を行わなければならないことの制約が取り除かれ、乾燥処理の際に造粒を行わなくても良いことから実現できたものである。
而してこのように脱水処理と乾燥処理とを同一の脱水乾燥機にて単一の工程として実施できることから、それら処理のための工程を単純化することができる。

次に本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１（Ａ）はその一例を示したもので、この例では下水処理設備で発生した下水汚泥（余剰濃縮汚泥）を、工程（I）において凝集剤添加により凝集処理し、凝集フロックを生成させる。

続いて工程（II）において、凝集処理した下水汚泥を脱水乾燥機にかけて脱水及び乾燥処理を行う。
この実施形態において脱水乾燥機はフィルタプレス乾燥機で、例えばこのようなフィルタプレス乾燥機として、圧搾室に下水汚泥を注入し、そして加圧下で濾布によりこれを濾過し、またその後加熱状態で真空吸引するものを用いることができる。
例えばこの種の脱水乾燥機として(株)ユーロテックのフィルタプレスドライヤを用いることができる。
このようにして得られた乾燥汚泥はケーキ状のもので、その含水率については乾燥条件を適宜制御することによってその後の炭化処理に適した４０％程度とすることも、或いはまた１０％以下の低含水率とすることもできる。

この脱水乾燥処理の工程では、後続工程の炭化炉が正常に稼動している場合には、炭化処理に適した含水率４０％程度まで乾燥処理を行う。
一方炭化炉が稼動停止している場合には、この脱水乾燥処理の工程では含水率を１０％以下程度の低含水率まで乾燥を行う。
このようにして乾燥汚泥を得たところで、次にこれを破砕機にかけて例えば２０ｍｍ以下にこれを破砕処理する。
この破砕機による破砕処理は、乾燥汚泥を適当な大きさの粒にするための粒化工程としてのものである。

このようにして得た乾燥汚泥は、続いて工程（IV）４において炭化炉に投入され、そこで乾留処理が行われて乾燥汚泥が炭化製品とされる。
尚ここで用いている炭化炉としては上記図５に示した外熱式ロータリーキルン型のものを好適に用いることができる。
尚乾燥汚泥をこのように炭化処理する場合には、上記のようにその含水率を脱水乾燥処理の工程で４０％程度としておく。

一方炭化炉が稼動停止している場合には、破砕機で破砕したもの即ち粒化した乾燥汚泥は、炭化炉で炭化処理することなくそのまま貯溜し、その後燃料用の原料として利用に供する。
尚前述したようにこの場合には、乾燥汚泥の含水率は１０％以下程度の低含水率である。

図１（Ｂ）は他の例を示している。
この例では、工程（I）の凝集処理に続いて下水汚泥の凝集フロックを濃縮装置にかけて濃縮し（工程（II））、これを工程（III）で脱水乾燥機にかけて脱水及び乾燥処理を行う。
ここで脱水乾燥機としては、一対のドラムを回転させながら濃縮汚泥をドラム表面に付着させ、更にドラムの加熱により濃縮汚泥を乾燥させ、ドラムに付着した乾燥汚泥をスクレーパで掻き取る形式のものを用いることができる。

この脱水乾燥処理によっても、炭化炉が稼働中或いは稼働停止中であるのかの状況に応じて、含水率を炭化処理に適した４０％程度或いは１０％以下程度の低含水率の何れにも制御することができる。
而して炭化炉が稼動中であれば４０％程度の含水率とした乾燥汚泥を、その後造粒機にかけて１０ｍｍ程度の粒に造粒し（工程（IV））、続いてこれを炭化炉に送って工程（V）で炭化炉の内部において乾留処理、即ち炭化処理する。
このようにして得られた炭化製品は燃料用の用途その他様々な用途に供することができる。

一方炭化炉が稼動停止中であれば、脱水乾燥処理の工程で含水率１０％以下程度の低含水率としたものを造粒機にかけて造粒した後、そのまま炭化処理することなく貯溜して、その後これを燃料用として供することができる。

以上のようにこれらの実施形態では、従来同一の装置（乾燥造粒機）にて行っていた乾燥と造粒とを別々の工程に分け、乾燥処理の工程の後において、乾燥汚泥を適正な粒度に粒化する粒化工程を設けたもので、このようにすれば、同一の処理にて乾燥と造粒とを行わなければならない制約が取り除かれ、乾燥工程では含水率を自在に簡単に制御できる乾燥機を用いることが可能となり、その結果としてこの実施形態によれば、補修や定期点検整備等のために炭化炉を稼働停止した場合であっても、乾燥処理の工程での汚泥の含水率を低水分率とすることによって、そのまま炭化炉を除くシステムの稼働を継続することが可能となる。
そして低含水率まで水分率を落とした乾燥汚泥は、これをそのまま燃料用として用いることが可能となる。

またこの実施形態では、脱水処理と乾燥処理とを同一の工程で同時に行っており、このことによって従来の脱水処理と乾燥処理との２つの工程を１つの工程となすことができ、それら処理のための工程を単純化することができる。

以上本発明の実施形態を詳述したがこれらはあくまで一例示であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。

(Ａ)本発明の一実施形態の炭化処理システムの図である。（Ｂ）本発明の他の実施形態の炭化処理システムを示す図である。 従来の炭化処理システムの一例を示す図である。 図２の炭化処理システムの具体的な構成を示す図である。 図３における乾燥造粒機を示す図である。 図３における炭化炉を示す図である。

Claims (1)

1. 下水処理設備で発生した余剰の下水汚泥を凝集処理し、凝集汚泥を脱水機による脱水処理，乾燥機による乾燥処理及び炭化処理に適した適正粒度に粒化する粒化処理を行って、しかる後炭化炉にて炭化処理し、炭化製品とする下水汚泥の炭化処理システムにおいて、
   前記脱水処理と乾燥処理とを脱水乾燥機にて１つの工程として同時に実施するとともに該乾燥処理と前記粒化処理とを別々の工程に分け、該粒化処理の工程を脱水乾燥処理の工程の後且つ前記炭化炉による炭化処理の工程の間で実施することを特徴とする下水汚泥の炭化処理システム。

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