JP4534606B2

JP4534606B2 - 下水汚泥処理システム

Info

Publication number: JP4534606B2
Application number: JP2004165343A
Authority: JP
Inventors: 是幸野澤; 彰田島; 勇一中山; 知威上野
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Priority date: 2004-06-03
Filing date: 2004-06-03
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2024-06-03
Also published as: JP2005342621A

Description

本発明は、下水汚泥を原料とする製品を外部リクエストに応じて製造し提供する下水汚泥処理システムに関する。

一般に、下水処理過程で発生する汚泥は、人間の生活活動に伴って恒常的かつ多量に発生し、その大半は廃棄物として未活用のまま処分されている。汚泥の処理方法としては、直接埋立したり、焼却により容量を縮減した残灰を埋立したりすることが一般的に行われている。最近では、埋立処分場の逼迫や環境負荷問題により、汚泥の有効活用やコスト面を考慮した汚泥処理が検討されている。

汚泥の有効活用としては、下水汚泥の水分が１０％以下になるまで下水汚泥を乾燥機で乾燥させ、その一部を炭化炉で炭化し賦活して汚泥活性炭とし、この汚泥活性炭を乾燥汚泥に対して５〜１００％の割合で混合機で混合し、造粒機で造粒して固形燃料を得るようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、コスト面を考慮した汚泥処理としては、高含水率の下水汚泥の燃焼においても燃焼速度を損なうことなく、高効率燃焼を可能とした下水汚泥等の廃棄物焼却装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平１１−３２３３５９号公報特開２００１−３０４５２５号公報

しかし、既存の下水処理場において、汚泥を炭化する炭化装置や汚泥を焼却する焼却装置の運転については、汚泥の必要処理量と、設備の定期的な点検・修繕計画によって、各々の設備稼働計画が決定されている。従って、炭化装置や焼却装置の運転計画は、汚泥性状による設備運転全体の最適化等によるコスト管理については行われていないのが現状である。

従って、汚泥の有効利用を目的として、たとえ炭化燃料を製造したとしても生成炭化物の性状が外部リクエストの品質に適合しない場合には、焼却装置へ助燃剤として利用することになり、炭化燃料の製造は無駄となってしまう。これにより、結果的にコスト増の要因となっており有効利用の観点からも不具合が生じている。

また、下水汚泥は常時発生し処理を中断することができないので、汚泥を原料とする製品の製造は、外部リクエストと下水処理場内の設備運転とのマッチングを取る必要がある。外部リクエストと下水処理場内の設備運転との間にミスマッチが生じると製品のロスが発生したり、下水処理場内の設備負荷が必要以上に変動し下水処理場全体での設備運用上支障を来すことが考えられる。

本発明の目的は、下水汚泥を原料とする製品の外部リクエストを満たすように下水処理場内の設備の運転を行い効率的に下水汚泥を処理できる下水汚泥処理システムを提供することである。

請求項１の発明に係わる下水汚泥処理システムは、下水汚泥を脱水機で脱水して得られた脱水汚泥を炭化処理した炭化物を生成する炭化装置及び前記脱水汚泥を焼却して製品原料となる灰を生成する焼却装置が設置された下水処理場と、前記脱水汚泥の性状が外部リクエストに適合した炭化物を生成できる性状であるときは外部リクエストを満たす炭化物を製造させるための運転指令を前記炭化装置に出力し外部リクエストに適合した炭化物を生成できないが外部リクエストに適合した灰を生成できるときは外部リクエストを満たす灰を製造させるための運転指令を前記焼却装置に出力する施設運用統合管理システムとを備え、前記施設運用統合管理システムは、前記脱水汚泥の性状が外部リクエストに適合した炭化物または灰を生成できる性状であるか否かを判定する製品性状予測診断手段と、前記製品性状予測診断手段により前記脱水汚泥の性状が外部リクエストに適合した炭化物または灰を生成できる性状であると判定されたときは炭化物または灰の製造量が外部リクエストの製造量の範囲内となるように炭化物または灰の製造量を管理する外部リクエスト管理手段と、前記外部リクエスト管理手段で管理される炭化物または灰の製造量の範囲内で炭化物または灰を製造した場合の製造原価が所定範囲内となるように前記炭化装置または前記焼却装置に運転指令を出力するコスト管理手段とを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明に係わる下水汚泥処理システムは、下水汚泥を脱水機で脱水して得られた脱水汚泥を炭化処理した炭化物を生成する炭化装置が設置された下水処理場と、前記脱水汚泥の性状が外部リクエストに適合した炭化物を生成できる性状であるときは外部リクエストを満たす炭化物を製造させるための運転指令を前記炭化装置に出力する施設運用統合管理システムとを備え、前記施設運用統合管理システムは、前記脱水汚泥の性状が外部リクエストに適合した炭化物を生成できる性状であるか否かを判定する製品性状予測診断手段と、前記製品性状予測診断手段により前記脱水汚泥の性状が外部リクエストに適合した炭化物を生成できる性状であると判定されたときは炭化物の製造量が外部リクエストの製造量の範囲内となるように炭化物の製造量を管理する外部リクエスト管理手段と、前記外部リクエスト管理手段で管理される炭化物の製造量の範囲内で炭化物を製造した場合の製造原価が所定範囲内となるように前記炭化装置に運転指令を出力するコスト管理手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、下水汚泥の性状に応じて外部リクエストに沿って製品を選択製造するので、処理場全体の設備運用を効率的に行うことができ維持管理経費の節減が図れる。また、外部リクエストに沿った製品品質と要求量とに対応する製品を製造可能であるので、製品の在庫管理や製品の廃棄等の無駄が生じない効率のよい製品の製造が行える。

以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係わる下水汚泥処理システムの構成図である。下水処理場１１と施設運用統合管理システム１２とはネットワーク１３を介して接続されている。下水処理場１１は、水処理施設で得られた下水汚泥を脱水機１４で脱水して脱水汚泥を生成し、この脱水汚泥の性状に基づいて炭化装置１５や焼却装置１６で脱水汚泥の処理を行い製品を製造するものである。下水処理場１１の脱水機１４、炭化装置１５及び焼却装置１６は、ネットワーク１３を介して入力される施設運用統合管理システム１２からの外部リクエストを加味して設備運転制御システム１７で制御される。

炭化装置１５及び焼却装置１６に供給される脱水汚泥は、弁２５ａ、２５ｂの開閉により調節され、炭化装置１５や焼却装置１６に供給されない余剰の脱水汚泥は、弁２５ｃの開閉により埋立用として排出される。弁２５ａ〜２５ｃは設備運転制御システム１７により開閉操作される。また、製品管理システム１８は下水処理場１１で製造された製品を管理するものであり、輸送管理シート１９を出力するようになっている。

一方、施設運用統合管理システム１２は、製品性状予測診断手段２０、外部リクエスト管理手段２１、コスト管理手段２２を有し、外部リクエスト管理手段２１には、外部リクエスト２３として製品リクエスト性状及び製品リクエスト製造量が入力され、コスト管理手段２２には設備データベース２４が入力される。設備データベース２４には、下水処理場１１の設備の修繕計画、停止計画、運転実績、運転状態等が保存されている。

外部リクエスト２３は、下水処理場１１で製造される製品のリクエストを登録するものであり、例えば、炭化物Ａ（Ａ１、Ａ２、Ａ３…）、セメント原料Ｂ（Ｂ１、Ｂ２…）、レンガ原料Ｃ（Ｃ１、Ｃ２…）、粒度調整灰原料Ｄ（Ｄ１、Ｄ２…）等が登録され、これらは外部リクエスト管理手段２１で管理される。

製品管理予測診断手段２０は、脱水汚泥の性状が外部リクエスト２３に登録された製品を製造するのに適しているか否かを診断するものであり、脱水汚泥の性状が外部リクエスト２３に登録された製品を製造するのに適していないときは、セメント固化埋立Ｙ（Ｙ１、Ｙ２…）や埋立Ｚの処理対象となる。なお、脱水汚泥の性状が外部リクエスト２３に登録された製品を製造するのに適している場合であっても、コスト管理手段２２で管理される製造原価が所定範囲内でない場合には、セメント固化埋立Ｙ（Ｙ１、Ｙ２…）や埋立Ｚの処理対象となる。

次に、下水汚泥処理システムの処理動作を説明する。下水処理場１１では水処理施設から下水汚泥を脱水機１４に導き脱水機１４で脱水する。下水汚泥の性状は、雨量、気温、処理水流入量、固形分濃度等により異なるので、設備運転制御システム１７では、遠心分離器の回転数や薬液等の注入量を制御して脱水機１４で得られる脱水汚泥の性状の調整を行う。

脱水機１４で得られた脱水汚泥性状の情報は、汚泥発熱量、水分、灰分、硫黄分／塩素分、金属含有量、汚泥量等であり、この性状情報は、外部リクエスト２３のうちの炭化物の製造に適した性状であるかどうかを判定するために、ネットワーク１３を介して施設運用統合管理システム１２に送信される。

施設運用統合管理システム１２の製品性状予測診断手段２０は、伝送されてきた脱水汚泥性状の情報に基づいて、脱水汚泥の性状が外部リクエストに適合した炭化物を生成できる性状であるか否かを診断する。この場合、製品である炭化物Ａには数種類の炭化物Ａ１、Ａ２、Ａ３…があるので、各々の炭化物Ａ（Ａ１、Ａ２、Ａ３…）の製造量も含めて診断する。

そして、脱水汚泥の性状が外部リクエストに適合した炭化物を製造できる性状であるときは、製品性状予測診断手段２０は、製造量を含めた外部リクエストを満たす炭化物Ａ（Ａ１、Ａ２、Ａ３…）を製造させるための炭化装置１５への運転指令をネットワーク１３を介して下水処理場１１の設備運転制御システム１７に出力する。なお、この場合、コスト管理手段２２で管理される炭化物Ａの製造原価が所定範囲内でない場合には、炭化物Ａの製造には不適切と診断され、次の灰製造対象として処理される。

下水処理場１１の設備運転制御システム１７は、製品性状予測診断手段２０からの運転指定に基づき、弁２５ａを開いて必要量の脱水汚泥を炭化装置１５に供給し、複数台の炭化装置１５のすべて、または何台かの炭化装置１５を選択して運転し、外部リクエストに沿った炭化物Ａが得られるように反応槽温度等を制御して脱水汚泥を炭化処理し炭化物Ａを製造する。そして、製造された炭化物Ａは製品管理システム１８により管理され輸送管理シート１９が作成される。

一方、施設運用統合管理システム１２の製品性状予測診断手段２０により、外部リクエストに適合した炭化物Ａを製造できないが外部リクエストに適合した灰を生成できるときは、製造量を含めた外部リクエストを満たす灰を製造させるための焼却装置１６への運転指令をネットワーク１３を介して下水処理場１１の設備運転制御システム１７に出力する。なお、この場合、コスト管理手段２２で管理される灰の製造原価が所定範囲内でない場合には、灰の製造には不適切と診断され、埋立対象として処理される。

下水処理場１１の設備運転制御システム１７は、製品性状予測診断手段２０からの運転指定に基づき、弁２５ｂを開いて必要量の脱水汚泥を焼却装置１６に供給し、複数台の焼却装置１６のすべて、または何台かの焼却装置１６を選択して運転し、外部リクエストに沿った灰が得られるように燃焼温度等を制御して脱水汚泥を焼却して製品原料となる灰を製造する。製造された灰は、外部リクエストに沿って、セメント原料Ｂ（Ｂ１、Ｂ２…）、レンガ原料Ｃ（Ｃ１、Ｃ２…）、粒度調整灰原料Ｄ（Ｄ１、Ｄ２…）等に仕分けされる。そして、製造された灰（セメント原料Ｂ（Ｂ１、Ｂ２…）、レンガ原料Ｃ（Ｃ１、Ｃ２…）、粒度調整灰原料Ｄ（Ｄ１、Ｄ２…）等）は、製品管理システム１８により管理され輸送管理シート１９が作成される。

また、施設運用統合管理システム１２のコスト管理手段２２で、灰の製造は不適切と診断され埋立対象となったときは、そのまま埋立可能か、あるいはセメント固化埋立かの情報をネットワーク１３を介して下水処理場１１の設備運転制御システム１７に出力する。

下水処理場１１の設備運転制御システム１７は、コスト管理手段２２からそのまま埋立の情報を入力したときは、弁２５ｃを開いて必要量の脱水汚泥を埋立用として排出する。一方、セメント固化埋立の情報を入力したときは、弁２５ｂを開いて焼却装置１６に脱水汚泥を供給し、セメント固化埋立用に焼却する。

図２は、本発明の実施の形態における施設運用統合管理システム１２での処理内容を示す処理内容過程図である。製品性状予測診断手段２０は脱水汚泥の性状を入力すると、まず、脱水汚泥から灰分、硫黄分、塩素分、金属含有量等を測定し炭化物としての性状を予測する（Ｓ１）。前述したように、脱水汚泥は、汚泥性状の固形分濃度等から炭化物製品に適する水分量となるように、設備運転制御システム１７により脱水機１４で下水汚泥を脱水して得られる。

そして、炭化物性状予測（Ｓ１）をもとに脱水汚泥が外部リクエストを満たす炭化物Ａを製造する汚泥性状として適切か否かを判定する（Ｓ２）。外部リクエストを満たす炭化物Ａの性状は外部リクエスト２３から外部リクエスト管理手段２１に入力された情報Ｊ１に基づいて判定される。

次に、脱水汚泥が外部リクエストを満たす炭化物Ａを製造する汚泥性状として適切でない場合には灰性状予測を行う（Ｓ３）。そして、脱水汚泥が外部リクエストを満たす灰（セメント原料Ｂ（Ｂ１、Ｂ２…）、レンガ原料Ｃ（Ｃ１、Ｃ２…）、粒度調整灰原料Ｄ（Ｄ１、Ｄ２…）等）を製造する汚泥性状として適切か否かを判定する（Ｓ４）。この場合、外部リクエストを満たす灰の性状は外部リクエスト２３から外部リクエスト管理手段２１に入力された情報Ｊ２に基づいて判定される。

脱水汚泥が外部リクエストを満たす灰（セメント原料Ｂ（Ｂ１、Ｂ２…）、レンガ原料Ｃ（Ｃ１、Ｃ２…）、粒度調整灰原料Ｄ（Ｄ１、Ｄ２…）等）を製造する汚泥性状として適切でない場合には、セメント固化して埋立可能な灰であるか否かを判定する（Ｓ５）。セメント固化して埋立可能な灰でない場合には、下水処理場では処理を施さずそのままで埋立対象として処理される。

次に、外部リクエスト管理手段２１は、製品性状予測診断手段２０での処理（Ｓ２）で、脱水汚泥が外部リクエストを満たす炭化物Ａを製造する汚泥性状として適切であると判定されたときは、外部リクエストを満たす炭化物Ａの製造量を計算し（Ｓ６）、リクエスト製造量と照合する（Ｓ７）。

そして、炭化物Ａの製造量がリクエスト製造量以下でない場合は、リクエスト製造量を超える余剰の脱水汚泥を灰処理に回すようにリクエストデータを更新する（Ｓ８）。これより、リクエスト製造量を超える余剰の脱水汚泥は、汚泥性状が炭化物Ａの製造に適していても余剰の脱水汚泥は灰処理に回される。

また、外部リクエスト管理手段２１は、製品性状予測診断手段２０での処理（Ｓ４）で、外部リクエストを満たす灰（セメント原料Ｂ（Ｂ１、Ｂ２…）、レンガ原料Ｃ（Ｃ１、Ｃ２…）、粒度調整灰原料Ｄ（Ｄ１、Ｄ２…）等）を製造する汚泥性状として適切と判定されたときは、各々の灰の製造量を計算する。

次に、コスト管理手段２２は、外部リクエスト管理手段２１での処理（Ｓ７）で、炭化物Ａの製造量がリクエスト製造量以下でない場合は、炭化物Ａの製造原価計算を行う（Ｓ１０）。この場合、製造原価計算は外部リクエスト２３からの炭化物リクエスト製造量及び設備データベースからの設備データを加味して行われる。そして、炭化物を製造した場合の製造原価が所定範囲内であるか否かを判定する（Ｓ１１）。すなわち、炭化物を製造した場合の収支判定を行い、収支に見合う場合には設備運転制御システム１７に対して炭化装置１５の運転指令を出力する。これにより、設備運転制御システム１７は、炭化装置１５の反応槽温度を制御し炭化装置１５にて炭化物Ａを製造する。炭化物Ａの製造後には、製品管理システム１８により輸送管理シート１９が出力され、製造された炭化物Ａの製造量が更新されたことに伴い外部リクエストデータを更新する。

次に、コスト管理手段２２は、外部リクエスト管理手段２１での処理（Ｓ９）で、外部リクエストを満たす灰（セメント原料Ｂ（Ｂ１、Ｂ２…）、レンガ原料Ｃ（Ｃ１、Ｃ２…）、粒度調整灰原料Ｄ（Ｄ１、Ｄ２…）等）の製造量の計算が行われると、灰処理の製造原価計算を行う（Ｓ１２）。この場合の製造原価計算は、リクエスト製造量、燃料使用予定量、設備使用経費等から製造原価を演算処理しながら製造原価が最小となるような灰性状を選択する。そして、灰を製造した場合の製造原価が所定範囲内であるか否かを判定し（Ｓ１３）、収支に見合う場合には設備運転制御システム１７に対して焼却装置１６の運転指令を出力する。これにより、設備運転制御システム１７は、焼却装置１６の燃焼温度を制御し焼却装置１６にて灰を製造する。灰の製造後には、製品管理システム１８により輸送管理シート１９が出力され、製造された灰の製造量が更新されたことに伴い外部リクエストデータを更新する。

コスト管理手段２２の処理（Ｓ１３）で、灰の製品利用が不可能であった場合には、製品性状予測診断システム２０の処理Ｓ５に移行し、脱水汚泥性状から埋立可能か否かを判定する。埋立可能であればコスト管理手段２２は製造原価を計算し（Ｓ１４）、セメント固化か埋立処理か原価の小さい方を選択する（Ｓ１５）。また、埋立不可能であれば最終的に焼却処理しセメント固化埋立を選択する。

このように、本発明の実施の形態では、予め要求される外部リクエスト２３を出口条件とし、脱水汚泥性状から製品性状を予測しながら、下水処理場１１の設備の稼働状況を基に製造原価を最小限にするような汚泥量の配分を行い要求される製品を生成する。

すなわち、下水汚泥性状の固形分濃度等から炭化製品に適する水分量となるように脱水機を制御して脱水汚泥を得て、その脱水汚泥から灰分、硫黄分、塩素分、金属含有量等を測定し炭化物Ａとしての性状を予測し適性を判断する。そして、脱水汚泥の性状が適性であれば製造量を計算し、外部リクエストの製造量と照合する。製造量がリクエスト製造量以下であれば製造原価を計算し収支判定を行った結果、炭化物の製造を選択した場合は反応槽温度を制御し炭化装置１５にて炭化物を製造する。炭化物の製造後に輸送管理シート１９を出力し、外部リクエストデータを更新する。収支判定により炭化物を製造しない場合には灰性状の予測を行い製品利用可能かを判断する。

灰が製品利用可能であればリクエスト製造量、燃料使用予定量、設備使用経費等から製造原価を演算処理しながら製造原価が最小となるような灰性状を選択し焼却装置１６の燃焼温度を制御する。灰の製品利用が不可能であった場合には、脱水汚泥性状から埋立可能か判断する。埋立可能であれば製造原価を計算し、セメント固化か埋立処理か原価の小さい方を選択する。埋立不可能であれば最終的に焼却処理しセメント固化埋立を選択する。

以上の説明では、下水処理場１１に炭化装置１５と焼却装置１６とが設置されている場合について説明したが、焼却装置１６に加え溶融炉等が設置されている場合や、焼却装置１６に代えて溶融炉等が設置されている場合にも、施設運用統合管理システム１２を適用できる。例えば、溶融炉は脱水汚泥を溶融して溶融スラグを得るものであり、溶融炉で得られた溶融スラグ（ガラス質の固形物）の品質が確保できるときには道路の舗装や路盤材等に使用される。従って、外部リクエストに適合するときは溶融炉により溶融スラグを製造することになる。

さらに、下水処理場に炭化装置１１だけが設置され焼却装置１６が設置されていない場合であっても、施設運用統合管理システム１２を適用できる。この場合は、下水処理場１１で製造される製品の外部リクエストとしては炭化物Ａ（Ａ１、Ａ２、Ａ３…）だけが対象となる。施設運用統合管理システム１２は、脱水汚泥の性状が外部リクエストに適合した炭化物を生成できる性状であるときは外部リクエストを満たす炭化物を製造させるための運転指令を下水処理場１１の炭化装置１５に出力することになり、外部リクエストに適合した炭化物を生成できないときは、脱水汚泥を埋立処理対象とすることになる。あるいは、別の施設での焼却装置での処理対象とすることになる。

本発明の実施の形態によれば、下水汚泥の性状に合わせて資源化製品を選択し製造するので、下水処理場１１全体の設備運用の安定性を確保でき、維持管理経費の節減が図れる。また、外部リクエストによる製品品質と要求量に対応する製品を最小原価で製造可能となり、在庫管理や製品廃棄等の無駄が生じない効率のよい炭化物等製造処理システムを提供できる。

本発明の実施の形態に係わる下水汚泥処理システムの構成図。本発明の実施の形態における施設運用統合管理システムでの処理内容を示す処理内容過程図。

符号の説明

１１…下水処理場、１２…施設運用統合管理システム、１３…ネットワーク、１４…脱水機、１５…炭化装置、１６…焼却装置、１７…設備運転制御システム、１８…製品管理システム、１９…輸送管理シート、２０…製品性状予測診断手段、２１…外部リクエスト管理手段、２２…コスト管理手段、２３…外部リクエスト、２４…設備データベース

Claims

下水汚泥を脱水機で脱水して得られた脱水汚泥を炭化処理した炭化物を生成する炭化装置及び前記脱水汚泥を焼却して製品原料となる灰を生成する焼却装置が設置された下水処理場と、前記脱水汚泥の性状が外部リクエストに適合した炭化物を生成できる性状であるときは外部リクエストを満たす炭化物を製造させるための運転指令を前記炭化装置に出力し外部リクエストに適合した炭化物を生成できないが外部リクエストに適合した灰を生成できるときは外部リクエストを満たす灰を製造させるための運転指令を前記焼却装置に出力する施設運用統合管理システムとを備え、前記施設運用統合管理システムは、前記脱水汚泥の性状が外部リクエストに適合した炭化物または灰を生成できる性状であるか否かを判定する製品性状予測診断手段と、前記製品性状予測診断手段により前記脱水汚泥の性状が外部リクエストに適合した炭化物または灰を生成できる性状であると判定されたときは炭化物または灰の製造量が外部リクエストの製造量の範囲内となるように炭化物または灰の製造量を管理する外部リクエスト管理手段と、前記外部リクエスト管理手段で管理される炭化物または灰の製造量の範囲内で炭化物または灰を製造した場合の製造原価が所定範囲内となるように前記炭化装置または前記焼却装置に運転指令を出力するコスト管理手段とを備えたことを特徴とする下水汚泥処理システム。
下水汚泥を脱水機で脱水して得られた脱水汚泥を炭化処理した炭化物を生成する炭化装置が設置された下水処理場と、前記脱水汚泥の性状が外部リクエストに適合した炭化物を生成できる性状であるときは外部リクエストを満たす炭化物を製造させるための運転指令を前記炭化装置に出力する施設運用統合管理システムとを備え、前記施設運用統合管理システムは、前記脱水汚泥の性状が外部リクエストに適合した炭化物を生成できる性状であるか否かを判定する製品性状予測診断手段と、前記製品性状予測診断手段により前記脱水汚泥の性状が外部リクエストに適合した炭化物を生成できる性状であると判定されたときは炭化物の製造量が外部リクエストの製造量の範囲内となるように炭化物の製造量を管理する外部リクエスト管理手段と、前記外部リクエスト管理手段で管理される炭化物の製造量の範囲内で炭化物を製造した場合の製造原価が所定範囲内となるように前記炭化装置に運転指令を出力するコスト管理手段とを備えたことを特徴とする下水汚泥処理システム。