(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥を発酵乾燥させて堆肥を生成する発酵乾燥方法であって、
略水平方向に回転軸が配置されている回転可能なドラム状の本体と、前記本体内部の外周側に螺旋状に配置されている外羽根と、前記外羽根の内周側に前記外羽根と交差する螺旋状に配置されている内羽根とを備えている発酵乾燥機の本体内に脱水された汚泥を投入し、残存する乾燥堆肥と混合して、その含水率を少なくとも４５％以下とする工程と、
前記本体を回転させることで混合後の汚泥を攪拌しながら、空気を注入して好気状態を維持して汚泥の発酵を行う工程と、
発酵後の汚泥の一部を前記発酵乾燥機の外部へ排出する工程と、
前記発酵乾燥機内に残存する汚泥を加熱して乾燥を行う工程と、
を備えている発酵乾燥方法。
【請求項２】
前記発酵乾燥機から排出される排ガスの湿度を計測して、発酵乾燥機内の汚泥の含水率を算定し、これを基にして発酵乾燥状態を制御することを特徴とする請求項１記載の発酵乾燥方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発酵乾燥方法に関し、特に汚泥の発酵乾燥を行う発酵乾燥方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水などを活性汚泥処理した際に発生する余剰汚泥（活性汚泥と凝集沈殿汚泥からなる）の処理方法として、これらの汚泥を堆肥（コンポスト）化して資源として再利用するコンポスト化処理が知られている。
【０００３】
図７は、従来のコンポスト化処理システムの概略構成図である。汚泥貯留槽１内の汚泥は一部が汚泥乾燥機１４に送られて乾燥された後、混合機１５に送られて乾燥を経ていない汚泥や返送コンポストと混合することにより水分が約５５％に調整される。この汚泥は１次発酵装置５ａで少なくとも６５℃以上で少なくとも２日間発酵処理され、約１０日間で２次発酵装置５ｂへと送られる。２次発酵装置５ｂで２ヶ月間発酵処理されたコンポストは造粒機１６で成形された後に、袋詰装置９で製品として小分けされ出荷される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来のコンポスト化処理システムは、混合機１５、１次発酵装置５ａ、２次発酵装置５ｂ、造粒機１６からなり、装置構成が大型で複雑なものとなる。このため、大規模な処理システムには向いているが、小規模下水処理場や農業集落排水処理施設等の余剰活性汚泥のコンポスト化処理への適用には向いていない。
【０００５】
そこで、本発明は、装置構成が簡単で小規模のコンポスト化処理への適用が容易な発酵乾燥方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る発酵乾燥方法は、(1)(a)略水平方向に回転軸が配置されている回転可能なドラム状の本体と、(b)この本体内部の外周側に螺旋状に配置されている外羽根と、(c)この外羽根の内周側に外羽根と交差する螺旋状に配置されている内羽根と、を備えている発酵乾燥機の本体内に脱水された汚泥を投入し、残存する乾燥堆肥と混合して、その含水率を少なくとも４５％以下とする工程と、(2)この本体を回転させることで混合後の汚泥を攪拌しながら、空気を注入して好気状態を維持して汚泥の発酵を行う工程と、(3)発酵後の汚泥の一部をこの発酵乾燥機の外部へ排出する工程と、(4)発酵乾燥機内に残存する汚泥を加熱して乾燥を行う工程と、を備えていることを特徴とする。
【０００７】
上述の構成の発酵乾燥機のドラム状の本体内に乾燥堆肥が残存する状態で、さらに脱水した汚泥を投入して、本体をその回転軸を中心にして回転させる。すると、投入された汚泥と残存する乾燥堆肥とは本体内の外周側に螺旋状に配置された外羽根によって回転軸に沿った所定の方向（以下、第一の方向と呼ぶ。）に移動させられる。そして、本体内の一端まで到達した汚泥及び乾燥堆肥は今度は外羽根と逆の螺旋状に配置された内羽根によって同じ回転軸に沿った第一の方向とは逆の方向へと移動させられる。これによって内部の汚泥と乾燥堆肥とが攪拌混合される。
【０００８】
このとき、混合工程終了時の汚泥の含水率を少なくとも４５％以下とする。本発明者の知見によると、脱水汚泥と乾燥堆肥を混合させる際に、混合後の汚泥の含水率が高いほど数センチから数十センチの塊状の汚泥が形成される転動造粒現象が発生しやすい。そして、この含水率を４５％以下とするとこの転動造粒現象を必要な程度に抑制することが可能であることを見出した。
【０００９】
その後、好気性発酵菌により汚泥中の有機物が分解され（発酵）、分解時に発生した熱により汚泥中の水分が蒸発する。好気性状態を保つために汚泥中には空気が注入されるとともに、発酵乾燥機本体を回転させて汚泥・乾燥堆肥混合物の切り返しを行う。
【００１０】
発酵完了後は生成された堆肥の一部を残して排出し、残存する堆肥は加熱してさらに水分を蒸発させて乾燥させる。こうして乾燥された堆肥と汚泥を混合することで発酵に適した水分量に汚泥の水分量を調整することが可能となる。
【００１１】
本発明に係る発酵乾燥方法は、この発酵乾燥機から排出される排ガスの湿度を計測して、発酵乾燥機内の汚泥の含水率を算定し、これを基にして発酵乾燥状態を制御することが好ましい。
【００１２】
排ガス中の湿度を観測することで、汚泥からの水分蒸発量を算定し、さらに汚泥の含水率を推定することが可能となる。発酵が進むと、前述したように発酵時に発生した熱量により水分蒸発が進むから、含水率から発酵状態を推定することができ、発酵状態を制御することが可能となる。また、堆肥の乾燥時においても同様に堆肥の水分率を推定することが可能であり、乾燥状態を同様に制御することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００１６】
図１は、本発明に係る発酵乾燥方法を実施する発酵乾燥システムの概略構成図である。このシステムは、発酵乾燥機５を中心としたシステムである。発酵乾燥機５は、ドラム状の回転可能な本体５１を有しており、その中心軸（回転軸）が水平に配置されている。そして、ドラム本体を回転させるためのモータ６が取り付けられている。
【００１７】
発酵乾燥機５の汚泥投入口の上には、汚泥を脱水してシート状にして排出するベルトプレス脱水機４が配置されている。このベルトプレス脱水機４の汚泥等入口には、汚泥凝集槽３が接続されており、汚泥凝集槽３には、汚泥貯留槽１とポリ硫酸鉄貯槽２が接続されている。
【００１８】
発酵乾燥機５には、ブロワ８と空気加熱器７を介した空気供給ラインが接続されている。そして、発酵乾燥機５から排出される排気ライン上には、湿度計１１と流量計１２とが配置され、排気ラインは排気処理設備１０へと導かれる。一方、発酵乾燥機５から排出された堆肥は袋詰装置９へと導かれる。
【００１９】
モータ６、ベルトプレス脱水機４、空気加熱器７、ブロワ８を制御する制御装置１３には、湿度計１１と流量計１２の出力が送られる。
【００２０】
ここで、発酵乾燥機５の内部構成を図２〜図５を参照して説明する。図２〜図５に示されるように、発酵乾燥機５のドラム状の本体５１の内部には、外周側に螺旋状に４個の外羽根５２が配置され（図３、図４参照）、その内周側には外羽根５２と交差する逆向きの螺旋状に２個の内羽根５３が配置されている（図３、図５参照）。そして、内羽根５３はドラム本体５１に部材５４により固定されている。これらの外羽根５２、内羽根５３は図示されているような一体構成でなく、複数の羽根を組み合わせて構成されていてもよい。その場合に、それぞれの羽根が連結されている必要はない。
【００２１】
続いて、この発酵乾燥システムの動作、すなわち、本発明に係る発酵乾燥方法について説明する。
【００２２】
汚泥貯留槽１には、例えば、農業集落排水や産業排水、小規模下水処理等の余剰活性汚泥が貯留されている。これとポリ硫酸鉄貯槽２内のポリ硫酸鉄溶液を汚泥凝集槽に導いて混合し、汚泥を凝集沈殿させる。凝集沈殿後の汚泥をベルトプレス脱水機４に導いて含水率８０％程度まで脱水して厚さ１〜３ｍｍ程度の薄いシート状に加工して排出する。
【００２３】
ベルトプレス脱水機４の出口を発酵乾燥機５の汚泥投入口の直上１〜２ｍの位置に配置することで、排出された汚泥は細分化されて、そのまま発酵乾燥機５のドラム状の本体５１内へと落下して投入される。ベルトプレス脱水機４は、他のフィルタープレス脱水機等に比べて装置が小型で安価で済むという利点がある。発酵乾燥機５内には含水率２５〜３５％に調整されたコンポストが発酵乾燥機５内の容積の３０〜４０％充填されており、投入された汚泥はこのコンポストと混合される。
【００２４】
このときに、発酵乾燥機５の本体５１は、モータ６によって２分で１回転されており、この回転によって本体５１内の汚泥とコンポストが攪拌混合される。具体的には、図３において本体をＡ方向に回転させると、外周側に位置する汚泥・コンポストは外羽根５２によって矢印Ｂ方向へ移動させられる。一方、内側に位置する汚泥・コンポストは内羽根５３によって矢印Ｂ方向とは逆向きの矢印Ｃ方向へと移動させられる。これにより、汚泥・コンポストが良好に混合される。混合後の水分量が４５％程度となるまで汚泥を追加投入し、汚泥とコンポストを混合しおえたら、発酵工程に入る。この水分量は、汚泥、コンポストの含水率を推定して汚泥の投入量と残存するコンポストの量から算定する。
【００２５】
汚泥・コンポストを本実施形態の発酵乾燥機５のようなドラム状容器内で混合すると、ドラムの回転によって数センチから数十センチの塊状汚泥が形成されるいわゆる転動造粒現象が起こる。従来、このような転動造粒現象を防ぐためにはもみがらや木材チップ等の副資材を大量に導入する方法が採られていたが、この方法では汚泥の容積が増して、装置が大型化するという欠点があった。さらにこのような塊状汚泥においては発酵が内部まで進まず、コンポストとして利用ができない。本発明者は、混合時の含水率と造粒率（８ｍｍふるい上の残留率）との関係を調べた結果、図６に示されるように混合時の含水率を４５％以下に維持すれば製品として許容できる造粒率１０％以下に維持できることを見出した。
【００２６】
本発明では、乾燥コンポストに汚泥を混合することで造粒率の許容限度を超えないような含水率を維持することができる。また、乾燥コンポストは副資材に比べて容積が小さく、装置が大型化することがない。
【００２７】
発酵工程では、好気性発酵菌により汚泥中の有機物が分解され、発生した熱によって汚泥・コンポストから水分が蒸発する。好気性を維持するためにブロワ８により発酵乾燥機５内に空気が吹き込まれる。また、３時間から５時間に一回、約１０分かけて本体５１を１回転させることにより汚泥・コンポストの切り返しを行う。こうして発酵によって汚泥がコンポスト化される。
【００２８】
６５℃以上の発酵温度を２日以上維持し、（工程全体としては４〜５日間に相当する）含水率が３０〜４０％に達したら生成されたコンポストのうち所定量を発酵乾燥機５から排出して袋詰装置９に導き、通気性のある製品袋に小分けして詰められる。含水率は排気ライン上に設置された湿度計１１と流量計１２の検出結果を基にして制御装置１３がまず、蒸発水分量を算出し、この蒸発水分量を基にして発酵乾燥機５内の汚泥・コンポストの含水率を推定する。なお、農業集落排水等の場合は、余剰汚泥のみでは充分な発酵温度を維持することが難しいので、油かすや米ぬか、乾燥鶏糞などの添加剤を加えることが好ましい。
【００２９】
袋詰めされたコンポストは１〜２ヶ月間２次発酵させられた後、製品として利用される。一方、本体５１内にはコンポストが残存している。このコンポストは次に発酵を行う汚泥の水分調整に用いるために乾燥される。具体的には、ブロワ８から供給する空気を空気加熱器７で加熱して本体５１内に送り込むことで、加熱によりコンポストの水分を蒸発させて含水率を２５〜３５％に調整する。この水分調整も上述したように排気ライン状に設置された湿度計１１と流量計１２の検出結果を基に制御装置１３が蒸発水分量を算出することで調整が行われる。
【００３０】
ここでは、流量計１２により排気流量を直接測定する例を説明したが、ブロワ８の供給量から排気流量を推定することも可能である。
【００３１】
本発明では、図７に示される発酵乾燥システムと比較して、混合機１５から造粒機１６までを発酵乾燥機５のみで兼ねることができ、小型化が可能となる。また、工程の大部分を占める発酵工程、乾燥工程が自動化されているため、省力化も可能であり、特に、小規模の処理施設に適している。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、汚泥と乾燥コンポストを発酵乾燥機の内部で混合して、そのまま発酵、乾燥を行うことができるので、処理設備の小型化が可能である。さらに、排気の湿度を測定して蒸発水分量を算出することで、発酵乾燥機の発酵、乾燥工程を自動化することができ、省力化が計れ、小規模の処理施設に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る発酵乾燥方法を実施する発酵乾燥システムの実施形態を示すブロック図である。
【図２】  図１の発酵乾燥機の内部構造を説明する図である。
【図３】  図２の発酵乾燥機の内羽根と外羽根の関係を示す図である。
【図４】  図２の発酵乾燥機の外羽根を示す図である。
【図５】  図２の発酵乾燥機の内羽根を示す図である。
【図６】  混合前の含水率とふるい上残留率の関係を示すグラフである。
【図７】  従来の発酵乾燥システムのブロック図である。
【符号の説明】
１…汚泥貯留槽、２…ポリ硫酸鉄貯槽、３…汚泥凝集槽、４…ベルトプレス脱水機、５…発酵乾燥機、６…モータ、７…空気加熱器、８…ブロワ、９…袋詰装置、１０…排気処理設備、１１…湿度計、１２…流量計、１３…制御装置、５１…本体、５２…外羽根、５３…内羽根、５４…支持部材。
【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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【図６】
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【図７】
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