(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固形状態の有機性汚泥を高温高圧の条件下で連続的に液状化する外部加熱方式の反応装置において、（ｉ）全体が竪型の筒状容器からなること、（ii）該筒状容器の前段部に、スクリュー機構を有すること、（iii）該筒状容器の後段部に、スクレーパ機構を有すること、（iv）該筒状容器の前段部と後段部の間の中段部に、該筒状容器の内径をＲ１としたときに、０．５Ｒ１〜０．８Ｒ１の外径Ｒ２を有する両端が封止された回転円筒体が挿入されていること、（ｖ）該円筒体の外周面にすき上げ型のスクレーパ機構が付設されていること、を特徴とする有機性汚泥の液状化反応装置。
【請求項２】
該後段部のスクレーパ機構が、なで付け型スクレーパ機構である請求項１の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水に代表される有機廃水の生物処理装置から発生する余剰汚泥等の固形状態の有機性汚泥を液状化処理する反応装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
固形状態の有機性汚泥（以下、単に汚泥とも言う）を密閉性容器に入れ、高温高圧で処理して液状化することは知られている。このような有機性汚泥の液状化技術において、その汚泥の液状化を効率良くかつ低コストで実施するためには、操作性にすぐれるとともに、装置効率の良い反応装置の開発が必要となる。
特公平７−７５７１８号公報によれば、全体が竪型の密閉性筒状容器からなり、その下部に撹拌用のスクリュー機構を有し、その上部に内壁面に付着した固形物を剥離除去するなで付け型のスクレーパを有する反応装置が提案されている。この装置においては、脱水汚泥は装置下部から供給され、容器内部を上昇するとともに、その間に液状化され、得られた液状化物は装置上部から抜出される。この場合、装置は外部加熱方式で加熱され、汚泥の液状化反応に必要な熱量は、その容器壁を介して内部に導入される。
このような装置は、流通方式の装置であり、汚泥を連続的に処理できるため、元来、効率の良いものであるが、その加熱方式が外部加熱方式であるため、スケールアップして容器の筒径を大きくすると、筒外壁から筒状容器の軸中心までの伝熱が悪くなり、汚泥の均一な液状化反応を充分に達成することができなくなる。このため、伝熱量を高めようとすると、装置の壁面温度が高くなりすぎ、局部過熱等の不都合が生じ、その結果、壁面上に汚泥からの粘稠物が生成付着するようになる。そして、このような壁面上に付着した粘稠物は、スクレーパによる壁面からの掻取り除去が困難で、壁面上に付着残存し、最終的に固化物となり、壁面の熱伝達係数を著しく悪化させる。またこの粘稠物は付着性が強く、塊りになりやすいために、設備の貯槽やポンプ、配管内で閉塞が起きる。さらに、低含水率で高粘度な固形状汚泥を供した場合には、なで付け型スクレーパのブレードを内壁面に押し付けている板バネの力よりも汚泥の抵抗が大きく、ブレードが内壁面に接触できなくなるために、内壁面の汚泥をはく離できず、伝熱面が減少して汚泥の加熱が不足するという問題も生じる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、全体が竪型の筒状容器からなり、その前段にスクリュー機構を有し、後段にスクレーパ機構を有する有機性汚泥の液状化反応装置において、スケールアップが容易で高粘度な固形状汚泥に対しても安定運転が可能な装置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、固形状態の有機性汚泥を高温高圧の条件下で連続的に液状化する外部加熱方式の反応装置において、（ｉ）全体が竪型の筒状容器からなること、（ii）該筒状容器の前段部に、スクリュー機構を有すること、（iii）該筒状容器の後段部に、スクレーパ機構を有すること、（iv）該筒状容器中段部に、該筒状容器の内径をＲ１としたときに、０．５Ｒ１〜０．８Ｒ１の外径Ｒ２を有する両端が封止された回転円筒体が挿入されていること、（ｖ）該円筒体の外周面にすき上げ型のスクレーパ機構が付設されていること、を特徴とする有機性汚泥の液状化反応装置が提供される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の装置の１例についての説明構造図を示し、図２にその容器の中心軸に沿った説明断面図を示す。
これらの図において、１は竪型筒状容器、２は回転軸、３はスクリュー機構、、４は円筒体、５，６はスクレーパ機構、７は汚泥導入口、８は汚泥液状化物排出口、９，１０は蓋体、１１，１２は回転軸接続部、２１，２２は加熱ジャケットを示す。Ａ、Ｂ、Ｃは、それぞれ、容器１におけるその前段部、中段部及び後段部を示す。
【０００６】
容器１の前段部Ａには、その内部にスクリュー機構３が配設されている。このスクリュー機構３は、回転軸２を介して回転し、容器下部に供給された汚泥を撹拌しながら上方へ押し上げるためのもので、慣用のものを用いることができる。
【０００７】
容器１の中段部Ｂには、その内部に外周面にすき上げ型スクレーパ機構が付設された円筒体４が挿入されている。
この円筒体は４は、その両端部において回転軸２に固定され、回転軸２を介して回転するようになっている。また、この円筒体４の両端は封止され、汚泥がその内部に侵入しないようになっている。
【０００８】
図３に円筒体４の断面図（図２のＣ−Ｃ断面図）を示す。
図３において、ｄはスクレーパ機構のブレード、ｅはスクレーパ機構の止め具を示す。
ブレードｄは帯状の金属板からなり、その先端部が刃先に形成されたものである。このものは、図３に示すように、円周方向に間隔を置いて複数列配設される。また、これらの各ブレードは、ネジ付きボルト等の止め具ｅにより円筒体の外周面に固定され、すき上げ型のスクレーパを形成する。
【０００９】
円筒体４において、その外径Ｒ２は、筒状容器Ｒ１の内径に対応して適宜決められるが、一般的には、０．５Ｒ１〜０．８Ｒ１となるように決めるのがよい。筒体４の外周面にはすき上げ型スクレーパが付設されているため、そのスクレーパによる汚泥掻取り作用により、容器内壁面への汚泥の付着が効果的に防止される。前記のように、容器１の中段部Ｂにおいては、容器内壁面への汚泥の付着が防止されることから、容器外部から内部へ流れる熱伝達が円滑に行われる。その上、容器１内への円筒体４の挿入により、汚泥は円筒体４の外周面と容器１の内周面との間の環状空隙部を流れることから、汚泥への均一な熱供給も円滑に行われる。その結果、中段部Ｂにおいては、汚泥の円滑な熱化学反応が達成される。また、高粘度な固形状汚泥を供した場合にも、中段部Ｂのブレードは内壁面に押し付けられ、汚泥をすき上げて確実に内壁面への付着を防止できる。
【００１０】
容器１の後段部Ｃには、その内部にスクレーパ機構５、６を有する。このスクレーパ機構５、６は、回転軸２に固定され、回転軸２を介して回転するようになっている。
図４にスクレーパ機構６の断面図（図２におけるＡ−Ａ断面図）を示し、図５にスクレーパ機構５の断面図（図２におけるＢ−Ｂ断面図）を示す。スクレーパ機構５とスクレーパ機構６は同一構造のものであるが、回転軸２に対する配設位置を９０度ずらした位置関係になっている。
【００１１】
スクレーパ機構５、６は、従来公知の各種のスクレーパ機構であることができるが、一般的には、図４〜図５に示すように、なで付け型スクレーパ機構が用いられる。このなで付け型スクレーパ機構は、ブレードの先端（刃先）が容器１の内周壁に接触し、ブレードの後端が回転軸２に支持固定されている構造のもので、これを回転させたときに、そのブレードの先端が容器１の内周壁面をなで付けるようにして接触するものである。
なお、図４〜５に示した羽根ｇは、容器中心部への汚泥の流れを促進して、均一な加熱を行う作用を示すものである。
【００１２】
容器１の中段部Ｂを通過した汚泥は、スクレーパ機構を有する後段部Ｃに入り、容器１内を上昇するが、その上昇線速度は、その後段部の汚泥通路の水平断面積が、中段部Ｂの汚泥通路の水平断面積より大きいため、中段部Ｂにおける上昇線速度に比べて著しく遅くなる。このために後段部Ｃにおいては、汚泥はゆっくりとした速度で上昇し、その間に加熱され、最終段階の熱化学反応を受け、液状化されるための反応時間を確保することができる。この後段部Ｃに導入される汚泥は、既に中段部Ｂにおいて液状化が相当程度進行して粘度が低下したものであるため、容器１の内周壁面に付着しにくくなっており、また、付着しても掻取りの容易なものになっている。従って、この後段部Ｃにおけるスクレーパ機構は、掻取り力の大きいものである必要はなく、前記のような構造の簡単ななで付け型スクレーパ機構の使用で十分である。
【００１３】
本発明において被処理原料として用いる固形状態の有機性汚泥としては、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を脱水した汚泥が包含される。
有機性汚泥の脱水は、通常、機械脱水（真空脱水、加圧脱水、ベルトプレス脱水及び遠心脱水）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７０〜８０重量％の範囲になるように行うのがよい。
また、この汚泥には、その液状化を促進させるために、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、脱水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。
【００１４】
図１に示した本発明の反応装置を用いて有機性汚泥を液状化させるには、ライン２３を通して汚泥を容器１の前段部Ａに供給する。前段部Ａには、回転軸２を介して回転するスクリュー機構３が付設されており、汚泥はこのスクリュー機構の回転により上方に移送される。
回転軸２は、モータＭにより回転される。
この前段部Ａは、特に加熱する必要はないが、必要に応じ、外部加熱方式で、５０〜１５０℃に加熱することもできる。
【００１５】
前段部Ａからスクリュー機構３により上方に移送された汚泥は、さらに中段部Ｂ内に押上げられ、その円筒体４の外周面と容器１の内周面との間の空隙部を上昇し、その間に加熱される。この加熱は、加熱ジャケット２２内に導入された熱媒体により実施されるが、電熱方式によって加熱することもできる。
中段部Ｂにおける汚泥の加熱温度は、１５０〜３００℃、好ましくは２００〜２５０℃である。
【００１６】
前段部Ａのスクリュー機構３により、汚泥は、中段部Ｂを通してさらに後段部Ｃに押上げられ、容器１内を上昇し、ライン２４を通して外部へ抜出され、後段部Ｃを上昇する間に加熱される。この加熱は加熱ジャケット２１内に導入された熱媒体により実施されるが、電熱方式によって加熱することもできる。後段部Ｃにおける汚泥の加熱温度は、２００〜３００℃、好ましくは２５０〜３００℃である。反応装置内の圧力は、反応装置内の最高温度における飽和水蒸気圧以上を保てば良い。例えば温度が２００℃の場合、１６ｋｇ/ｃｍ2Ａｂｓ、３００℃の場合、８８ｋｇ／ｃｍ2Ａｂｓである。この加圧は、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ができる。後段部Ｃにおける汚泥の滞留時間は１〜１２０分、好ましくは０〜６０分である。
この後段部Ｃにおける加熱により、汚泥は熱化学的反応を受け、汚泥の液状化が完了する。
【００１７】
前記のようにして得られた有機性汚泥液状化物は、さらに、従来公知の方法に従って処理される。このような処理には、焼却処理や、油分回収処理等が包含される。
前記有機性汚泥液状化物は、輸送性にすぐれたもので、パイプ圧送や、バキュームカー、タンクローリによる輸送の可能なものである。また、噴霧燃焼性にすぐれていることから、バーナを介しての噴霧燃焼による焼却処理の容易なものである。
【００１８】
【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。
【００１９】
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７８重量％、有機物比７８重量％及び低位発熱量３９４０ｋｃａｌ／ｋｇである。
【００２０】
上記脱水汚泥を図１に示した連続汚泥液状化装置（処理能力：２５０ｋｇ／ｈｒ）を用いて液状化した。
図１に示した装置において、容器１の高さは７．３ｍであり、前段部Ａ、中段部Ｂ及び後段部Ｃの各長さＡ、Ｂ、Ｃは、それぞれ、Ａ＝２．４ｍ、Ｂ＝２．１ｍ、Ｃ＝２．８ｍであった。容器１の内径Ｒ1＝４３ｃｍであり、円筒体４の外径Ｒ2＝３０ｃｍであった。
汚泥の温度は、前段部Ａで３０℃、中段部Ｂの出口温度で２５０℃、後段部Ｃの出口温度で２６０℃であった。容器１内の圧力は、８５ｋｇ／ｃｍ2Ａｂｓであった。
【００２１】
前記の条件で有機性汚泥を連続的に液状化処理した。この処理物は、反応装置出口で充分に液状となっており、高温高圧状態の液状汚泥を減圧バルブを介して大気圧のフラッシュタンクに放出した。フラッシュタンクでは汚泥中の水分が蒸発し、汚泥の温度は１００℃まで冷却された。有機酸や油状物質等の低沸点成分が水蒸気とともにフラッシュタンクの上部から排出され、コンデンサで常温まで冷却した後、希薄液タンクに貯留した。一方、フラッシュタンクの下部に残った濃縮液はバルブ操作により自動的に排出し、濃縮液タンクに貯留した。
前記の操作により、含水率７８重量％（固形分濃度２２重量％）の脱水汚泥から固形分濃度２５重量％の濃縮液と、固形分濃度２重量％の悪臭を生じる希薄液を得た。濃宿液は液状であり充分な流動性を有していた。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の反応装置を用いて有機性汚泥を液状化処理することにより、反応装置の器壁面での局部過熱による汚泥の粘稠物への変換を防止し、器壁面へのその粘稠物の付着を効果的に防止することができ、有機性汚泥の液状化を長時間にわたって連続的に実施することができる。また、本発明によれば、スケールアップが容易になるととにも、高粘度な固形状汚泥にも適用可能な装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の全体構造の説明図を示す。
【図２】本発明で用いる筒状容器の軸方向に沿った説明断面図を示す。
【図３】図２におけるＣ−Ｃ断面図を示す。
【図４】図２におけるＡ−Ａ断面図を示す。
【図５】図２におけるＢ−Ｂ断面図を示す。
【符号の説明】
１  筒状容器
２  回転軸
３  スクリュー機構
４  円筒体
５、６  なで付け型スクレーパ機構
２１、２２  加熱ジャケット
Ａ  容器１の前段部
Ｂ  容器１の中段部
Ｃ  容器１の後段部
ｄ  すき上げ型スクレーパ機構のブレード
ｅ  ブレードの止め具
ｆ  クッション材
ｇ  羽根
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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