(57)【要約】【課題】粘着性の高い脱水汚泥を、流動させることなく均一に燃焼させることができる新規な脱水汚泥の焼却方法を提供する。【解決手段】脱水汚泥に粒状骨材を混合して分散性を向上させた混合汚泥としたうえ、縦型炉に投入して積層燃焼させる。粒状骨材として、粒径が１〜２０ｍｍであって、汚泥焼却温度よりも高融点の粒状物を用いることが好ましい。また、脱水汚泥を粒状化して粒状骨材と混合することが好ましい。分散性を向上させたので、クリンカーを発生させることなく、積層燃焼させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱水汚泥に粒状骨材を混合して分散性を向上させた混合汚泥としたうえ、縦型炉に投入して積層燃焼させることを特徴とする脱水汚泥の焼却方法。
【請求項２】
粒状骨材として、粒径が１〜２０ｍｍであって、汚泥焼却温度よりも高融点の粒状物を用いることを特徴とする請求項１に記載の脱水汚泥の焼却方法。
【請求項３】
脱水汚泥を粒状化して粒状骨材と混合することを特徴とする請求項１または２に記載の脱水汚泥の焼却方法。
【請求項４】
混合汚泥中の（粒状骨材の重量）／（脱水汚泥の乾燥固形重量）を、１〜４とすることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の脱水汚泥の焼却方法。
【請求項５】
縦型炉の炉体下部から空気を供給し、積層燃焼部の下方に冷却部を形成するとともに、積層燃焼部にその下方から燃焼用空気を進入させることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の脱水汚泥の焼却方法。
【請求項６】
積層燃焼部の下面から落下する焼却灰と粒状骨材を冷却部で冷却して炉外に取り出し、分級したうえで粒状骨材は再使用することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の脱水汚泥の焼却方法。
【請求項７】
粒状骨材が、砂または焼却灰の造粒物であることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の脱水汚泥の焼却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水処理場などから発生する下水汚泥を脱水した脱水汚泥の焼却方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物の焼却炉は、固定床焼却炉と流動床焼却炉に大別することができる。固定床焼却炉は特許文献１に示されるように火格子の上に焼却物を載せて焼却する構造の炉であり、流動床焼却炉は特許文献２に示されるように、焼却物を流動媒体とともに流動させながら焼却する構造の炉である。
【０００３】
固定床焼却炉は、都市ゴミのような不燃物が多く、粘着性の小さい廃棄物の焼却に適している。しかし下水脱水汚泥は粘着性および通気圧損が高いため、脱水汚泥の内部に燃焼用空気が進入し難い。特に高分子凝集剤で凝集させた脱水汚泥はこの傾向が顕著である。このため脱水汚泥を固定床焼却炉に投入しても均一に燃焼させることができず、不完全燃焼する部分と局部的に燃焼する部分とが生じ易い。そして局所高温場においてクリンカーが生成されるおそれがあるため、固定床焼却炉で焼却することは容易ではない。
【０００４】
そこで脱水汚泥の焼却には流動床炉が広く用いられているが、流動床炉は炉内に流動床を形成するために大量の空気を供給しなければならず、多額の動力費が必要となってランニングコストが高くなるという問題があった。また、流動床炉では焼却灰が排ガスとともに排ガス処理系に移行するため、サイクロンやバグフィルタなどを用いた大規模な排ガス処理設備が必要となるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１８１３１１号公報
【特許文献２】特開平８−２６１４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、粘着性の高い脱水汚泥を、流動させることなく均一に燃焼させることができる新規な脱水汚泥の焼却方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するためになされた本発明の脱水汚泥の焼却方法は、脱水汚泥に粒状骨材を混合して分散性を向上させた混合汚泥としたうえ、縦型炉に投入して積層燃焼させることを特徴とするものである。
【０００８】
粒状骨材として、粒径が１〜２０ｍｍであって、汚泥焼却温度よりも高融点の粒状物を用いることが好ましい。また、脱水汚泥を粒状化して粒状骨材と混合することが好ましい。また、混合汚泥中の（粒状骨材の重量）／（脱水汚泥の乾燥固形重量）を、１〜４とすることが好ましい。
【０００９】
好ましい実施形態においては、縦型炉の炉体下部から空気を供給し、積層燃焼部の下方に冷却部を形成するとともに、積層燃焼部にその下方から燃焼用空気を進入させる。また、積層燃焼部の下面から落下する焼却灰と粒状骨材を冷却部で冷却して炉外に取り出し、分級したうえで粒状骨材は再使用する。なお、粒状骨材として、砂または焼却灰の造粒物を用いることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の脱水汚泥の焼却方法では、脱水汚泥に粒状骨材を混合して分散性を向上させた混合汚泥として炉内に投入し積層燃焼させるので、炉体内部に形成される積層燃焼層の内部に燃焼用空気が浸入し易くなる。このため粘着性の高い脱水汚泥であっても、流動させることなく積層させたまま均一に焼却することができ、クリンカーの発生を防止することができる。また流動用の動力が不要となり、ランニングコストを低減させることができる。
【００１１】
また本発明の脱水汚泥の焼却方法では、焼却灰は積層燃焼層の下方に落下し、炉体の下部から取り出される。このため焼却灰が排ガス処理系に移動することがなく、大規模な排ガス処理設備は不要となる。その他の構成及び作用効果については、実施形態とともに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態で用いられる縦型炉の模式的な断面図である。
【図２】脱水汚泥と粒状骨材の混合汚泥の通気差圧を測定した結果を示すグラフである。
【図３】実験炉により脱水汚泥のみを積層燃焼させたときの温度変化を示すグラフである。
【図４】実験炉により混合汚泥を積層燃焼させたときの温度変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に本発明の好ましい実施形態を説明するが、先ず、実施形態で用いられる縦型炉の構造を説明する。
【００１４】
（炉体構造）
図１はその模式的な断面図であり、１０は縦型炉の炉体である。脱水汚泥は粒状骨材と混合された混合汚泥の状態で炉体１０の上部の投入装置１１、例えばスプレッダーによって投入され、下方部分に落下して堆積し、積層燃焼部１２を形成している。炉体１０の下部の空気供給管１３から空気が供給され、積層燃焼部１２の下方に冷却部１４が形成されている。冷却部１４に供給された空気は積層燃焼部１２に進入して燃焼用空気となり、混合汚泥を燃焼させる。積層燃焼部１２の上方にはガス燃焼部１５が形成される。このガス燃焼部１５にも適当数の空気供給管１６を設けることができる。冷却部１４の下方にはスクリューフィーダ等の移送手段１７が設けられ、その出口側には分級装置１８、例えば振動ふるい機や比重差による風力分級機が設けられている。分級装置１８は積層燃焼部１２の下方に落下してきた焼却灰と粒状骨材とを分級する装置である。
【００１５】
（混合汚泥）
前記したように、下水の脱水汚泥は粘着性があるため、図１のように積層させたままで均一に燃焼させることは容易ではなかった。そこで本発明では、脱水汚泥に粒状骨材を混合して分散性を向上させた混合汚泥としたうえ、縦型炉に投入して積層燃焼させる。
【００１６】
粒状骨材は脱水汚泥の間に入り込むことによって脱水汚泥の分散性を向上させる役割を持つ。このため汚泥焼却温度よりも高融点の粒状物を用いるものとする。汚泥焼却温度は従来の汚泥焼却炉と同様、７５０〜９５０℃程度である。融点が汚泥焼却温度よりも低いと溶融し、粒状骨材としての機能を発揮できない。粒状骨材としては砂や、焼却灰の造粒物を用いることができる。焼却灰の造粒物は表面が多孔質となって脱水汚泥の水分を吸収できるので、脱水汚泥の分散性を向上させる効果に優れている。
【００１７】
脱水汚泥の分散性を向上させるためには、粒状骨材と脱水汚泥とを混合したとき、両者間に多数の微細な空隙が形成されることが望ましい。そのためには、脱水汚泥も造粒して粒状化しておき、粒状物どうしを混合することが最も好ましい。
【００１８】
粒状骨材の粒径は１〜２０ｍｍとすることが好ましい。粒径がこの範囲よりも細かくなると形成される間隙が小さくなり、積層燃焼部１２に燃焼用空気が進入しにくくなる。逆に２０ｍｍよりも大径の粒状物は造粒することに困難性があり、強度が低下して破壊や欠損を生じ易くなるので好ましくない。破壊などが発生すると粒状骨材は微細な粒子となり、間隙を埋めてしまう結果となる。
【００１９】
なお、汚泥粒子の粒径も同様の理由により、１〜２０ｍｍとすることが好ましい。また（粒状骨材の粒径／脱水汚泥の粒径）の値は、０.５〜２程度とし、極端に異なることは好ましくない。粒状骨材の粒径と脱水汚泥の粒径が大きく異なると、大径粒子同士が形成した間隙を小径粒子が埋めてしまう結果となり、分散性を向上させる効果が減少するからである。
【００２０】
混合汚泥中の（粒状骨材の重量）／（脱水汚泥の乾燥固形重量）は１〜４の範囲とすることが好ましい。脱水汚泥の乾燥固形重量は、ＤＳ（Dry Solid）と呼ばれる値である。この値が１未満となると、即ち粒状骨材の重量が脱水汚泥の乾燥固形重量よりも少ないと、分散性を向上させる効果が不十分となる。逆に粒状骨材の重量が脱水汚泥の乾燥固形重量の4倍を超えると相対的に脱水汚泥が減少するため、処理能力が減少することとなる。なお、脱水汚泥と粒状粒子との混合手段としては、パドルミキサーなどの公知の撹拌式混合装置を用いることができる。
【００２１】
（焼却方法）
上記した混合汚泥は、図1に示した縦型炉の炉体１０内に投入装置１１から投入され、積層燃焼部１２を形成する。炉体１０の下部の空気供給管１３から供給される空気量は、投入された混合汚泥に対する空気比で、０．２〜１.０とすることが好ましい。
【００２２】
上記したように混合汚泥は分散性を向上させた状態にあるため、冷却部１４に供給された空気は積層燃焼部１２に分散的に進入して燃焼用空気となり、混合汚泥を燃焼させる。従って燃焼は空気に直接接している積層燃焼部１２の下面部分で主として行われる。また混合汚泥の内部には微細な空隙が保たれており、脱水汚泥の比表面積が大きくなる。これによってガス流れが均質化される。当該ガスには燃焼に余った空気や、汚泥の熱分解ガス、燃焼により生じた燃焼排ガスが含まれている。この燃焼は積層燃焼部１２の下面全体で均等に進行し、局所高温場の形成を抑え、クリンカーの生成を抑制することができる。混合汚泥の燃焼により生じた焼却灰と、燃焼部分に含まれていた粒状骨材は積層燃焼部１２の下面から落下するが、燃焼した分と等量の混合汚泥を投入装置１１から投入することにより、積層燃焼部１２は常に一定位置に維持される。なお、汚泥焼却温度は７５０〜９５０℃である。
【００２３】
積層燃焼部１２の下面から落下した焼却灰と粒状骨材は冷却部１４の空気によって冷却され、スクリューフィーダ等の移送手段１７により分級装置１８に送られる。分級装置１８としては、例えば公知の振動ふるい器や比重差を利用する風力選別機を用いることができる。分級された焼却灰は系外に排出される。一方、粒状骨材は混合装置１９に返送され、再使用される。なお、焼却灰との熱交換により冷却部１４に供給された空気は加熱され、積層燃焼部１２内に進入するため、燃焼効率を高めることができる。
【００２４】
燃焼により生じた燃焼ガス及び加熱された積層燃焼部１２の内部で発生した未燃ガスは、積層燃焼部１２の上方のガス燃焼部１５に移行し、未燃分は空気供給管１６から供給される空気により完全燃焼される。下部の空気供給管１３から供給される空気比を０．５とした場合、上部の各空気供給管１６から供給される合計空気比を０．５以上 としておけば、ガス燃焼部１５で完全燃焼させることができる。燃焼ガスは炉体１０の上部から排出され、排ガス処理系で処理される。本発明では積層燃焼が行われ焼却灰は炉体１０の下方から取り出されるため、燃焼ガス中にはほとんど焼却灰は含まれない。このため従来よりも排ガス処理系の負担が軽減され、冷却塔やバグフィルタなどが不要となり、設備を簡素化することができる。
【００２５】
上記したように粒状骨材は循環使用されるが、使用を繰り返すと徐々に微細化して行くため、新しい粒状骨材を追加する必要がある。そこで分級された焼却灰の一部を造粒し、焼結して新しい粒状骨材とすることができる。これにより焼却灰の有効利用が可能となり、ランニングコストを引き下げることができる。
【実施例】
【００２６】
（通気性の測定）
粒度分布が１〜２０ｍｍとなるよう造粒された脱水汚泥を用い、粒状骨材と混合して得られた混合汚泥の通気性を測定した。用いた脱水汚泥は愛知県内の下水処理場において高分子凝集剤を用いて凝集させた下水脱水汚泥である。粒状骨材として、１号珪砂、２号珪砂、５号珪砂の３種類を用いた。それぞれの粒径は、表１の通りである。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
上記した粒状骨材を用い、次の４種類の混合汚泥のサンプルを作成した。
（サンプル１）脱水汚泥のみ。その含水率は７５wt％である。
（サンプル２）脱水汚泥の乾燥固形重量と等量の５号珪砂を混合したもの。
（サンプル３）脱水汚泥の乾燥固形重量の２倍の２号珪砂を混合したもの。
（サンプル４）脱水汚泥の乾燥固形重量の２倍の１号珪砂を混合したもの。
【００２９】
各サンプルを直径１０ｃｍ、高さ１ｍの円筒に充填し、下端部から圧縮空気を供給して通気差圧を測定した。図２にその結果を示す。横軸は充填したサンプルの重量であり、充填高さに対応する。
【００３０】
図２のグラフに示されるように、サンプル２は脱水汚泥の粒径に比べて５号珪砂の粒径が小さすぎるため、添加しても脱水汚泥のみのサンプル１と大差はなく、通気性の改善効果は弱かった。サンプル３は脱水汚泥の粒径よりもやや大きい粒径の２号珪砂を混合したものであり、通気性が大幅に改善された。サンプル４は脱水汚泥の粒径のほぼ２倍程度の粒径の１号珪砂を混合したものであるが、サンプル３よりも通気性はやや悪化した。その原因は、１号珪砂によって形成された空隙を、脱水汚泥の粒子が埋めてしまったためと推察される。
【００３１】
（実験炉による燃焼実験）
次に円筒状の小型の実験炉を用い、脱水汚泥を単独で積層燃焼させる実験と、上記したサンプル３の混合汚泥を積層燃焼させる実験を行った。実験炉は図１に示した構造であるが移送手段１７はなく、１０時間ごとに炉体下部から焼却灰と粒状骨材をバッチ式に取り出す構造とした。なお燃焼温度は８５０℃に設定した。
【００３２】
積層燃焼層の内部の下部に２段、中部に２段の温度センサを配置し、燃焼中の温度変化を測定した。その結果を図３、図４に示す。温度センサは固定であり、積層燃焼層とともに、移動しないものである。
【００３３】
図３に示した脱水汚泥を単独で積層燃焼させた実験では、まず下部１と記載された最下部が８５０℃で燃焼し、１０時間後に炉体下部から焼却灰と粒状骨材をバッチ式に取り出すと、続いて下部２と記載された部分が最下段となり、その部分の燃焼が開始された。以下同様であるが、脱水汚泥単独では分散性が悪く、脱水汚泥の燃焼が均一に行われないため局所高温場が形成され、燃焼温度が１０００℃に達した時間があることが分かる。また脱水汚泥の通気性が悪いため、積層燃焼層の下部の燃焼温度が、上部の層に伝わりにくいことも分かる。
【００３４】
これに対してサンプル３の混合汚泥を積層燃焼させる実験では、下部１の燃焼が燃焼するとその上層部の温度も次第に昇温すること、及び局所高温場の形成がなく燃焼温度は設定通り８５０℃に維持されていることが分かる。この実験により、本発明の脱水汚泥の焼却方法の優位性を確認することができた。
【００３５】
以上に説明したように、本発明によれば粘着性の高い下水脱水汚泥を、流動させることなく均一に積層燃焼させることができ、流動用空気の動力費をなくすことができ、また排ガス処理系を簡素化することができる。よって汚泥焼却のコストを大きく引き下げることが可能となる。
【符号の説明】
【００３６】
１０  炉体
１１  投入装置
１２  積層燃焼部
１３  空気供給管
１４  冷却部
１５  ガス燃焼部
１６  空気供給管
１７  移送手段
１８  分級装置
１９  混合装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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