(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体状態を示す有機性汚泥の処理方法において、（ｉ）該有機性汚泥を高温蒸気を用いて１５０〜２７５℃の反応温度に間接的に加熱するとともに、該反応温度における飽和水蒸気圧以上の圧力下に保持して液状化させる液状化工程、（ii）該液状化工程で得られた汚泥スラリー液からその固形分が１０〜４０重量％の濃縮液を得る濃縮液調製工程、（iii）該濃縮液調製工程で得られた濃縮液を燃焼処理する燃焼工程、（iv）該燃焼工程で得られた高温燃焼排ガスを廃熱ボイラーに供給して、高温蒸気を発生させる高温蒸気発生工程、（ｖ）該高温蒸気発生工程で得られた高温蒸気を流量調節バルブを介して前記液状化工程に送って有機性汚泥の間接加熱用熱源として用いる高温蒸気供給工程、（vi）該流量調節バルブにより液状化工程に供給される高温蒸気量を前記液状化工程の反応温度との関連で調節して液状化工程の反応温度を常に１５０〜２７５℃の範囲に調節する高温蒸気量調節工程、からなり、該濃縮液調製工程が、（ａ）汚泥スラリー液を、その濃縮液を滞留させたフラッシュタンク内にフラッシュしてそれに含まれる水分を水蒸気として蒸発させるとともに、生成した水蒸気をフラッシュタンク外部へ排出させるフラッシュ工程と、（ｂ）フラッシュタンク内に滞留する濃縮液を、フラッシュタンクに配設した濃縮液排出口から、液面調節バルブを介して排出する濃縮液排出工程と、（ｃ）フラッシュタンク内に滞留する濃縮液の液面位を検知するとともに、この液面位検知情報に基づいて前記液面バルブを調節して、該濃縮液の液面位を前記濃縮液排出口よりも５〜１００ｃｍ上方に位置させる液面位制御工程からなることを特徴とする有機性汚泥の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性汚泥の処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
代表的な有機性汚泥である下水汚泥は、全国で年間約５０００万ｍ3（濃縮汚泥基準：含水率９８％）という莫大な量であり、年々増加の傾向にある。一般に下水汚泥等の有機性汚泥は、水分とともに蛋白質、脂肪及び炭水化物等の有機物を多量に含むため、腐敗しやすく、悪臭防止及び公衆衛生の観点より、安定化・無害化・減容化が必要とされている。大都市の多くの下水処理場においては、埋立地確保の困難性などの観点より、汚泥を燃焼処理することが行われている。
特開平７−３５３１８号公報によれば、有機性汚泥の燃焼処理に際し、有機性汚泥をあらかじめ高温高圧処理して汚泥スラリー液となした後、このスラリー液を燃焼処理する方法が提案されている。この方法によれば、有機性汚泥は流動性の良いスラリー液として燃焼炉に供給されることから、その燃焼処理に際しては、燃焼効率の良い噴霧燃焼法を採用することができ、燃焼炉が小型化できるとともに運転操作が容易になるという利点がある。
この方法においては、通常、汚泥スラリー液は、燃焼に際しての火炎温度を高めるために、いったん低圧のフラッシュタンク内に放出して、ここで水蒸気を蒸発させて濃縮液としている。そして、この濃縮液を燃焼炉に供給し、噴霧燃焼させている。
しかしながら、有機性汚泥液状化工程からの汚泥スラリー液をフラッシュタンク内にフラッシュして濃縮液とし、この濃縮液をフラッシュタンクから排出する場合、その排出口近傍の連通配管内に濃縮液中の固形分が付着し、配管が閉塞するという閉塞トラブルを生じる場合のあることが判明した。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、有機性汚泥液状化工程から得られる汚泥スラリー液から、フラッシュタンクを用いてその濃縮液を調製する工程を含む方法において、そのフラッシュタンクに配設された濃縮液配管の閉塞トラブルの発生を防止するとともに、その濃縮液調製工程を含めた有機性汚泥の処理方法を提供することをその課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。即ち、本発明によれば、固体状態を示す有機性汚泥の処理方法において、（ｉ）該有機性汚泥を高温蒸気を用いて１５０〜２７５℃の反応温度に間接的に加熱するとともに、該反応温度における飽和水蒸気圧以上の圧力下に保持して液状化させる液状化工程、（ii）該液状化工程で得られた汚泥スラリー液からその固形分が１０〜４０重量％の濃縮液を得る濃縮液調製工程、（iii）該濃縮液調製工程で得られた濃縮液を燃焼処理する燃焼工程、（iv）該燃焼工程で得られた高温燃焼排ガスを廃熱ボイラーに供給して、高温蒸気を発生させる高温蒸気発生工程、（ｖ）該高温蒸気発生工程で得られた高温蒸気を流量調節バルブを介して前記液状化工程に送って有機性汚泥の間接加熱用熱源として用いる高温蒸気供給工程、（vi）該流量調節バルブにより液状化工程に供給される高温蒸気量を前記液状化工程の反応温度との関連で調節して液状化工程の反応温度を常に１５０〜２７５℃の範囲に調節する高温蒸気量調節工程、からなり、該濃縮液調製工程が、（ａ）汚泥スラリー液を、その濃縮液を滞留させたフラッシュタンク内にフラッシュしてそれに含まれる水分を水蒸気として蒸発させるとともに、生成した水蒸気をフラッシュタンク外部へ排出させるフラッシュ工程と、（ｂ）フラッシュタンク内に滞留する濃縮液を、フラッシュタンクに配設した濃縮液排出口から、液面調節バルブを介して排出する濃縮液排出工程と、（ｃ）フラッシュタンク内に滞留する濃縮液の液面位を検知するとともに、この液面位検知情報に基づいて前記液面調節バルブを調節して、該濃縮液の液面位を前記濃縮液排出口よりも５〜１００ｃｍ上方に位置させる液面位制御工程からなることを特徴とする有機性汚泥の処理方法が提供される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明は、有機性汚泥液状化工程から得られる汚泥スラリー液から、その濃縮液を製造する工程を含む方法である。この場合の汚泥スラリー液は、固形状態を示す有機性汚泥液を高温高圧条件に保持することによって得ることができる。以下において、この有機性汚泥液状化工程について詳述する。有機性汚泥液状化工程において被処理原料として用いる固形状態を示す有機性汚泥には、通常の下水処理場から排出される下水汚泥や各種の有機性廃水の生物処理装置から排出される余剰汚泥等の各種有機性汚泥の脱水物や各種の製造工程から排出される固形状の有機性汚泥等が包含される。有機性汚泥の脱水には、通常、機械脱水（真空脱水、加圧脱水、スクリュープレス脱水、ベルトプレス脱水及び遠心脱水等）が用いられるが、特に制約されない。ただし、脱水前の有機性汚泥には汚泥調質薬品の添加が望ましく、特に、高分子凝集剤の添加が有利である。従って、脱水方式に関しても、高分子凝集剤の添加に適しているベルトプレス脱水か遠心脱水が望ましい。この有機性汚泥の脱水は、得られる脱水汚泥の含水率が６０〜９０重量％、好ましくは６５〜７５重量％の範囲になるように行うのがよい。
【０００６】
固形状態を示す有機性汚泥を液状化するには、加熱媒体として高温蒸気を用い、有機性汚泥を１５０〜２７５℃、好ましくは２５０〜２７５℃の反応温度に間接加熱するとともに、該反応温度における飽和水蒸気圧以上の圧力下に保持する。この液状化工程は、必要に応じ、液状化促進剤としてのアルカリ性物質の存在下で行うことができる。このアルカリ性物質は、有機性汚泥中の固形分に対して、０〜２０重量％、好ましくは０〜５重量％の割合で添加するのがよい。アルカリ性物質としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、ギ酸ナトリウム、ギ酸カリウム等のアルカリ金属化合物や、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等のアルカリ土類金属化合物等があげられる。有機性汚泥を反応条件下に保持する時間は、対象となる汚泥の種類により異なるが、一般には１２０分以内、通常、０〜６０分である。液状化装置は、間接加熱方式の熱交換型反応装置であればよいが、固形状態を呈する汚泥を扱うことから、内部にスクレーパを有する掻面式熱交換型反応装置やヘリカル翼を有するスクリュウ型熱交換型反応装置の使用が望ましい。また、液状化反応における圧力は、下水汚泥からの水蒸気による自己発生圧を利用することができるが、必要に応じ、例えば、窒素ガス、炭酸ガス、アルゴンガス等を用いて加圧することもできる。
このようにして得られる汚泥スラリー液は、非常にすぐれた流動性を有し、ポンプ圧送が充分に可能なものである。
【０００７】
本発明の方法においては、前記液状化工程から得られる汚泥スラリー液をフラッシュタンク内に放出（フラッシュ）してそのスラリー液中に含まれる水分を蒸発させて濃縮液を得る。フラッシュタンク内の圧力は、５気圧以下、好ましくは常圧である。
図１に、本発明による汚泥スラリー液から、その濃縮液を製造するための説明図を示す。
図１において、１はフラッシュタンクを示し、２は制御器を示し、３は液面検知器を示し、４は液面調節バルブを示し、Ｆは濃縮液を示し、Ｓは濃縮液の液面を示す。
汚泥スラリー液は、ライン５を通って、汚泥スラリー液濃縮液が滞留している低圧のフラッシュタンク１内にフラッシュタンクの中間部から放出される。汚泥スラリー液の温度は高くとも１５０℃であり、また、その圧力は高くとも５気圧である。フラッシュタンク１内に放出されたこの汚泥スラリー液は、フラッシュタンク内の圧力にまで減圧され、スラリー液中の水分の蒸発除去が起ると同時に、その圧力における水の沸点（例えば、タンク内が大気圧であれば１００℃）まで冷却される。この場合の汚泥液状化物中からの水分の蒸発量は、フラッシュタンクに導入する前の汚泥スラリー液の顕熱量から、濃縮液の顕熱量を差引いた値に相当する量である。汚泥スラリー液から発生した水蒸気はフラッシュタンクの上部からライン６を通って排出される。
水分の蒸発除去された後の汚泥スラリー液は、濃縮液としてフラッシュタンクの下部に滞留し、フラッシュタンク下部側壁又は底部からライン７を通って排出される。濃縮液中の固形分濃度は、１０〜４０重量％、好ましくは２０〜４０重量％である。
【０００８】
本発明においては、フラッシュタンク内の濃縮液の液面Ｓは、液面検知器３、制御器２及び液面調節バルブ４の組合せにより、フラッシュタンクの濃縮液排出口よりも常に上方に位置させる。即ち、濃縮液の液面Ｓが所定の液面位より下降したときには、液面検知器３がこのことを検知し、この液面位情報は、電気信号として制御器２に送られ、ここで液面調節バルブ４を作動させる電気信号に変換されて液面調節バルブ４に送られ、その液面調節バルブを閉鎖又はその開度を減少させる。これによって濃縮液の液面位は所定の位置まで上昇する。液面位Ｓは、濃縮液排出口の上端から５〜１００ｃｍ、好ましくは１０〜５０ｃｍ上方に位置させるのがよい。
汚泥スラリー濃縮液をフラッシュタンクに配設された排出口から排出させる場合、この濃縮液は、高濃度の固形分を含み、しかも、この固形分は粘着性のもので、かつ乾燥により容易に固化する特性を有することから、フラッシュタンク内に濃縮液を滞留させずに汚泥スラリー液のタンク内への放出により生成した濃縮液を直ちにその排出口から排出させると、その排出口に連通する配管の閉塞トラブルが生じる。
即ち、タンク内に濃縮液を滞留させずに、タンク内に生じた濃縮液を直ちにその排出口から排出させようとすると、濃縮液の液体成分の方が排出されやすいため、固形分がその排出口近傍の配管内に残留し、時間が経過すると、配管内に高濃度で堆積するようになる。そして、この堆積物は濃縮液との接触がなくなると、乾燥固化して、配管を閉塞させるようになる。
これに対し、タンク内に濃縮液を常に滞留させるときには、この滞留濃縮液は、その中に含まれる固形分が均一性よく分散して、流動性にすぐれていることから、配管内への固形分の堆積がなく、かつ濃縮液中の固形分の乾燥固化が生じなく、濃縮液を円滑に排出口から排出させることができる。
本発明においては、フラッシュタンク１内にスクレーパ８を設置し、モータ９でスクレーパ８を回転させ、フラッシュタンク１の内壁面に付着する固形物を掻き取ることが好ましい。
【０００９】
フラッシュタンクから排出された濃縮液は、燃焼工程へ送り、燃焼炉のバーナの噴霧ノズルから、燃焼用含酸素ガスとともに、微粒子状で炉内に噴出されて燃焼される。燃焼用含酸素ガスとしては、空気、酸素富化空気又は酸素ガスが使用される。バーナノズルから噴出させる濃縮液の噴出粒子径は、３００μｍ以下、好ましくは３０〜１５０μｍである。バーナ型式は特に制約されないが、外部あるいは内部混合式２流体噴霧式バーナや低圧空気噴霧式バーナ等の使用が好ましい。
【００１０】
燃焼工程で得られた高温燃焼排ガスは、高温蒸気発生工程において、これを廃熱ボイラーに供給して高温蒸気を発生させる。この場合の廃熱ボイラーとしては、従来公知の各種のものを用いることができる。この廃熱ボイラーにより発生させる蒸気の温度は、前記有機性汚泥を１５０〜２７５℃の範囲に加熱するのに必要な温度であり、通常、１９０〜３１５℃、好ましくは２９０〜３１５℃である。
【００１１】
前記のようにして得られた高温蒸気は、これを流量調節バルブを介して前記液状化工程に送って有機性汚泥の加熱用熱源として用いる。この場合の流量調節バルブは、液状化工程で用いる反応装置に付設された反応温度検知センサーと電気的に接続している温度制御器によりコントロールされる。
【００１２】
前記流量調節バルブにより、液状化工程に供給される高温蒸気量は、これを前記液状化工程の反応温度との関連で調節して、液状化工程の反応温度を常に１５０〜２７５℃の範囲に調節する。このようにして、液状化反応工程の反応温度を常に特定範囲内に保持することにより、液状化工程における有機性汚泥の炭素質化が回避され、汚泥液状化物中の固形分の高粘稠化現象の発生が防止される。その結果、高粘稠化固形分による配管やフラッシュタンクの出口の閉塞トラブルの発生や濃縮液輸送パイプの閉塞トラブルの発生が防止され、さらに、濃縮液を燃焼炉内に噴霧するための噴霧ノズルの閉塞トラブルの発生も防止される。
【００１３】
次に、本発明による前記濃縮液調製工程を含む有機性汚泥の処理方法について、そのフローシートを図２に示す。
図２において、１１は液状化工程、１２は濃縮液調製工程、１３は燃焼工程、１４は高温蒸気発生工程（廃熱ボイラー）、１５は固気分離工程、１６は高温蒸気流量調節バルブ、１７は濃縮液液面調節バルブを各示す。
図２のフローシートに従って有機性汚泥の処理を行うには、原料有機性汚泥をライン２１を通して液状化工程１１に導入し、ここでライン２７及び流量調節バルブ１６を通って供給される高温蒸気により、１５０〜２７５℃の温度に間接的に加熱し、液状化させる。この液状化工程における圧力は、水の沸とうを防止するために、その反応温度における飽和水蒸気圧以上の圧力である。
【００１４】
液状化工程１１で得られた加圧状態にある高温の汚泥スラリー液は、これをライン２２を通って濃縮液調製工程１２に導入し、その汚泥スラリー液中に含まれる水分を蒸発させ、生成した水蒸気はライン２４を通って排出させる。汚泥スラリー液は、この水分の蒸発により濃縮され、濃縮液となる。この濃縮液調製工程は、フラッシュタンクを用いて実施され、そのタンク内には濃縮液が滞留し、その滞留液の液面は、タンク内に配設された液面検知器と液面制御器ＳＩを介して電気的に接続する液面調節バルブ１７によってコントロールされる。
濃縮液調製工程１２で得られた濃縮液は、これをライン２３を通って燃焼工程１３に導入し、ここでライン２５を通って供給される燃焼用空気により、図示しないバーナによって噴霧燃焼させる。この燃焼処理により９００℃以上の高温燃焼排ガスが生成する。この燃焼排ガスは微量の燃焼灰を含むが、このものは、これをライン２６を通して高温蒸気発生工程１４に導入し、ここで、熱媒を加熱し、水を蒸発させて高温蒸気を発生させる。
【００１５】
この高温蒸気発生工程１４で発生した高温蒸気は、これをライン２７及び流量調節バルブ１６を通して液状化工程１１に供給する。液状化工程１１の反応温度は、反応器内に配設された温度検知器と温度制御器ＴＩを介して電気的に接続する流量調節バルブ１６によってコントロールされる。即ち、流量調節バルブ１６は、液状化工程１１の反応温度との関連で作動し、その反応温度を所定値に保持するように、反応温度が上昇すると、そのバルブの開度を縮小させて液状化工程へ供給される高温蒸気の流量を減少させ、一方、反応温度が低下すると、そのバルブの開度を拡大させて液状化工程へ供給される高温蒸気の流量を増加させる。
【００１６】
高温蒸気発生工程１４において、蒸気発生用熱源として使用された後の燃焼排ガスは、これをライン２８を通して固気分離工程１５に導入する。この固気分離工程１５は、燃焼排ガス中に含まれる微量の燃焼灰を除去する工程であり、このためには、湿式集塵機や乾式電気集塵機等の慣用の固気分離装置が用いられる。燃焼灰の除去された後の燃焼排ガスはライン２９を通して放出され、一方、燃焼灰はライン３０を通して排出される。
【００１７】
【実施例】
次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
【００１８】
実施例１
有機性汚泥として下水汚泥を選択し、標準活性汚泥法の処理場から排出された混合生汚泥の脱水ケーキを試験に用いた。この汚泥は高分子凝集剤を添加した後、ベルトプレスにて脱水したものである。その代表的な性状は、含水率７９重量％、有機物比７８重量％及び低位発熱量３９４０ｋｃａｌ／ｋｇである。
【００１９】
上記脱水汚泥を連続汚泥液状化設備（処理能力：２００ｋｇ／ｈｒ）を用いて液状化した。この設備は、圧入装置、反応器（掻面式熱交換器）、減圧バルブ及び蒸気ジャケットより構成されており、反応器への熱量は、反応器外周面に付設されている蒸気ジャケットへ高温蒸気を導入することにより供給した。
脱水汚泥を圧入装置で反応器に導入し、閉塞防止や伝熱促進のためにスクレーピングを実施しながら約２７０℃まで加熱した。反応温度における滞留時間は、約６０分とした。反応器出口で脱水汚泥は充分に液状となっている。
次に、この高温（２７０℃）の汚泥スラリー液を反応器に付設された減圧バルブを介して常圧のフラッシュタンク内にフラッシュさせた。このタンク内には、内壁面に付着する固形物を掻き取るための回転式スクレーパが設置されているものであり、あらかじめ汚泥スラリー液の濃縮液（固形分濃度２９重量％）をその濃縮液排出口より３０ｃｍ上方の位置にまで貯留し、その上に汚泥スラリー液のフラッシュにより生成された濃縮液が流下するようにした。この濃縮液の液面位は、タンク内に配設した液面検知器に電気的に接続する制御系により液面調節バルブを作動させ、そのバルブ開度を調節することにより、所定の高さの位置（排出口より１０〜５０ｃｍ上方の位置）に保持した。
フラッシュタンク内での汚泥スラリー液からの水分の蒸発によって生成した濃縮液を前記のようにしてタンクから排出させることにより、タンクからの濃縮液の排出を円滑に行うことができた。この濃縮液の固形分濃度は２９重量％であった。また、その温度は１００℃であった。
【００２０】
この濃縮液をスネークポンプを用いて流量１５０ｋｇ／ｈで中間混合型の高圧２流体噴霧バーナへ送り、燃焼炉内に噴霧するとともに、これを燃焼させた。この時、燃焼用含酸素ガスとしては３０ｖｏｌ％の酸素を含有する酸素富化空気を使用した。この条件下において液状化物は火炎を形成して燃焼し、その燃焼を継続した。火炎燃焼を１時間以上継続したが、この時の燃焼火炎温度は１，２００℃以上を示した。
【００２１】
前記燃焼炉で得られた高温（温度９００℃）の燃焼排ガスは、これを廃熱ボイラーに導入して熱媒油を加熱して温度３１０℃及び圧力２．５気圧の高温蒸気を発生させた。この高温蒸気は、流量調節バルブを介して前記汚泥液状化装置の蒸気ジャケット内に導入して、汚泥加熱用熱源として用いた。流量調節バルブは、汚泥液状化装置内に付設した温度検知器と電気的に接続し、そのバルブを流通する高温蒸気の流量を調節して、装置内温度を約２７０℃の温度に保持した。
【００２２】
廃熱ボイラーを通過した燃焼排ガスは、これを温度４００℃に冷却して乾式電気集塵機に導入し、ここで排ガス中に含まれる燃焼灰を除去した後、ミスト分離器を通して大気へ放出した。
【００２３】
比較例１
実施例１において、フラッシュタンク内にあらかじめ濃縮液を貯留せずに、かつ液面調節バルブの開度を１００％にしてタンク内で生成した濃縮液を直ちにその排出口から排出させた以外は同様にして操作を行った。
この場合には、操作時間の経過とともに、排出口近傍の連通配管内に固形物が次第に堆積し、濃縮液の円滑な排出がしずらくなった。また、フラッシュタンク内への汚泥液状化物の導入をいったん中止したところ、１日間の中止でその固形物は乾燥固化して、配管を閉塞させた。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、有機性汚泥液状化工程からの汚泥スラリー液をフラッシュタンク内にフラッシュさせて形成した濃縮液をタンクから円滑に排出させることができ、フラッシュタンクを長時間にわたって安定的に操作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によりフラッシュタンクを用いて汚泥液状化物からその濃縮液を製造する場合のフローシートを示す。
【図２】有機性汚泥を処理する場合のフローシートを示す。
【符号の説明】
１  フラッシュタンク
２  制御器
３  液面検知器
４  液面調節バルブ
１１  汚泥液状化工程
１２  汚泥スラリー濃縮液調製工程
１３  濃縮液の噴霧燃焼工程
１４  高温蒸気発生工程
１５  固気分離工程
１６  蒸気流量調節バルブ
１７  濃縮液液面調節バルブ
【図１】
0003646131.tif 000002
【図２】
0003646131.tif 000003