(57)【要約】【課題】特別な操作を必要とせず、処理操作機器・機材に格別なものを必要とせず、もって経済的で実用的な汚泥の処理方法及び処理装置を提供する。【解決手段】成形した脱水汚泥と液体のアセトンとを容器内で接触させ、脱水汚泥中の水分をアセトン側に抽出処理した後、処理汚泥と液体のアセトンを分離し、分離した処理汚泥に浸透したアセトンを蒸発させた後、燃焼させることを特徴とする脱水汚泥の処理方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形した脱水汚泥と液体のアセトンとを容器内で接触させ、脱水汚泥中の水分をアセトン側に抽出処理した後、処理汚泥と液体のアセトンを分離し、分離した処理汚泥に浸透したアセトンを蒸発させた後、燃焼させることを特徴とする脱水汚泥の処理方法。
【請求項２】
脱水汚泥は円相当径４〜１０ｍｍ、長さ５〜２００ｍｍの柱状成形物である請求項１の脱水汚泥の処理方法。
【請求項３】
脱水汚泥と液体のアセトンとを容器内で接触させるに際し、撹拌することなく接触させる請求項１の脱水汚泥の処理方法。
【請求項４】
容器内に仕込んでおいたアセトン中に成形脱水汚泥を投入し、容器内で接触させ、抽出処理が終了した時点で、容器内から液体のアセトンを排出し、その後、容器内で処理汚泥を風乾し、処理汚泥に浸透したアセトンを蒸発させる請求項１記載の脱水汚泥の処理方法。
【請求項５】
風乾時間は７時間以上とする請求項４記載の脱水汚泥の処理方法。
【請求項６】
容器内での処理汚泥の風乾によって、処理汚泥中に浸透したアセトンを蒸発させ、蒸発したアセトンを冷却することにより回収する工程を有する請求項４記載の脱水汚泥の処理方法。
【請求項７】
処理汚泥からアセトンを分離し回収した排アセトンを蒸留処理することにより、含有水分を分離し、再生アセトンを製造し、この再生アセトンを脱水汚泥の処理の原料アセトンとする請求項１、請求項４及び請求項６のいずれか１項に記載の脱水汚泥の処理方法。
【請求項８】
成形した脱水汚泥と液体のアセトンとを撹拌することなく容器内で接触させ、脱水汚泥中の水分をアセトン側に抽出処理する抽出手段と、処理汚泥と液体のアセトンを分離する分離手段と、分離した処理汚泥に浸透したアセトンを蒸発させる蒸発手段と、乾燥汚泥を燃焼させる燃焼手段とを含むことを特徴とする脱水汚泥の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚泥の処理方法及び処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下水処理場から発生する脱水汚泥は、場外搬出の後、埋立て処分されることが一般的であるが、埋立て処分量の低減、すなわち減容化を目的とした燃焼処理も広く普及している。
【０００３】
脱水汚泥の含水率は一般に７０〜８０％であり、燃焼処理に際して炉内に大量の水を持ち込むことになるため、燃焼効率（燃焼反応を継続させるために必要な熱量のうち自分自身の有する発熱量で賄う効率）が低く補助燃料の使用量が多いという問題があった。また、脱水汚泥を乾燥・炭化させ、下水処理場外の石炭火力発電所などで代替燃料として使用する場合には、乾燥・炭化工程において大量の燃料を必要とする問題があった。
【０００４】
本出願人の一人は、ジメチルエーテル、エチルメチルエーテル、ホルムアルデヒド、ケテン、アセトアルデヒドなど、常温常圧の条件下で気体の物質を高圧下で液化させ、脱水汚泥との接触により脱水汚泥から水分を抽出する技術を開示した。
【０００５】
当該物質は沸点が低く、容易に蒸発するため、脱水汚泥から抽出した水と容易に分離ができるという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ２００８／９３７０６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
先行技術では、常温常圧の条件下で気体の物質を液化させるために、ガス圧縮機を用いる必要があり、ガス圧縮機駆動用の大量の電力等を要するという問題があった。
また、当該物質を高圧でハンドリングする必要があるため、特別に厚い板厚を必要とするなど高い仕様をもった装置が必要であった。
【０００８】
本発明が解決しようとする主たる課題は、特別な操作を必要とせず、処理操作機器・機材に格別なものを必要とせず、もって経済的で実用的な汚泥の処理方法及び処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題を解決するための本発明は、次の通りである。
〔請求項１記載の発明〕
成形した脱水汚泥と液体のアセトンとを容器内で接触させ、脱水汚泥中の水分をアセトン側に抽出処理した後、処理汚泥と液体のアセトンを分離し、分離した処理汚泥に浸透したアセトンを蒸発させた後、燃焼させることを特徴とする脱水汚泥の処理方法。
【００１０】
（主な作用効果）
前掲の例示のうちジメチルエーテル（ＤＭＥ）は、低沸点であり、ＤＭＥと抽出水との分離が容易であるとの観点で、とりわけ目的に適うものの、前述のように高圧ガス設備仕様となることのほか、ＤＭＥの含水飽和量が少なく（７．２ｗｔ％）脱水汚泥に対して１０倍以上（重量比）のＤＭＥが要求されることから適切ではないことが判明した。
しかるに、本発明においては、比較的沸点が高い（５６．５℃）有機溶媒であるアセトンを用いる。アセトンは常温常圧の条件下で液体であり、ハンドリングが容易である。また、有機溶媒の中では販売価格が比較的安価である。
当初、比較的安価なメタノールの使用も考えたが、メタノールは、「毒物及び劇物取締法」において劇物指定がなされており、取扱制限や現場でのハンドリング性でアセトンに劣る。
このようにアセトンを特別に利用する利点については後に説明する。
ところで、本発明では、図１に概念的に図示するように、下水処理場において発生する濃縮汚泥や消化汚泥を、脱水設備において脱水し、これを成形し、この成形した脱水汚泥と液体のアセトンとを撹拌することなく反応設備の容器内で接触させ、脱水汚泥中の水分をアセトン側に抽出処理した後、処理汚泥と液体のアセトンを分離し、分離した処理汚泥に含浸したアセトンを蒸発させた後、主に燃料として燃焼させる。
含水率７０〜８０％程度の脱水汚泥を、アセトン処理した後、分離・蒸発処理により、含水率５５％〜６５％程度の乾燥汚泥が得られるため、脱水汚泥を焼却する場合に比較して燃焼効率が飛躍的に高まる。
【００１１】
〔請求項２記載の発明〕
脱水汚泥は円相当径４〜１０ｍｍ、長さ５〜２００ｍｍの柱状成形物である請求項１の脱水汚泥の処理方法。
【００１２】
（主な作用効果）
円相当径４ｍｍ未満では成形が難しい。他方、円相当径が大きくなるほど比表面積（単位体積あたりのアセトンとの接触面積）が減少し、水の抽出速度および浸透したアセトンの蒸発速度が低下するため、上限は１０ｍｍとすることが望ましい。
長さが５ｍｍ未満では、成型された脱水汚泥が過密に充填されてしまい、液体のアセトンが汚泥に接触する効率や浸透したアセトンの蒸発速度が低下する。
長さが２００ｍｍを超えると、形状を維持した乾燥汚泥の輸送が困難となり、輸送設備における粉塵発生など、安全上の問題が発生しやすくなる。
【００１３】
〔請求項３記載の発明〕
脱水汚泥と液体のアセトンとを容器内で接触させるに際し、撹拌することなく接触させる請求項１の脱水汚泥の処理方法。
【００１４】
（主な作用効果）
成形汚泥内部における水の移動速度が反応速度を支配しているため、撹拌により成形汚泥外側にあるアセトン中の水の移動速度を向上させても、アセトンから水を抽出する際の反応速度は向上しない。したがって、運転コストを高める撹拌を行わないのが望ましい。
【００１５】
〔請求項４記載の発明〕
容器内に仕込んでおいたアセトン中に成形脱水汚泥を投入し、容器内で接触させ、抽出処理が終了した時点で、容器内から液体のアセトンを排出し、その後、容器内で処理汚泥を風乾し、処理汚泥に浸透したアセトンを蒸発させる請求項１記載の脱水汚泥の処理方法。
【００１６】
（主な作用効果）
アセトンと成形脱水汚泥との接触による水の抽出処理が終了した時点で、容器内から液体のアセトンを排出する。たとえば容器下部からアセトンを排出する形態を採ることにより、簡単な操作で容易に固液分離が可能である。
その後、容器内で処理汚泥を風乾し、処理汚泥に浸透したアセトンを蒸発させることにより、含水率の低い処理汚泥を製造できる。したがって、かかる形態では、容器を接触手段及び乾燥手段の兼用化が可能である。
【００１７】
〔請求項５記載の発明〕
風乾時間は７時間以上とする請求項４記載の脱水汚泥の処理方法。
【００１８】
（主な作用効果）
風乾前の処理汚泥に含まれるアセトンは３５〜４５重量％程度であり、処理汚泥に含まれるアセトンが全て蒸発した場合には含水率は５５〜６５重量％程度となる。水とアセトンが混在している処理汚泥を風乾すると、沸点の低いアセトンの蒸発量が多くなるが、蒸発潜熱を周囲から奪う必要があるため、アセトンが十分に蒸発するためには風乾時間が７時間以上であることが望ましい。
【００１９】
〔請求項６記載の発明〕
容器内での処理汚泥の風乾によって、処理汚泥中に浸透したアセトンを蒸発させ、蒸発したアセトンを冷却することにより回収する工程を有する請求項４記載の脱水汚泥の処理方法。
【００２０】
（主な作用効果）
処理汚泥から蒸発したアセトンは後段の冷却器（凝縮器）で凝縮・回収し、再利用に供することが望ましい。
なお、冷却器排ガスはわずかにアセトンを含有しているため、燃焼設備等の燃焼空気として用いることが望ましい。排ガスに含まれるアセトンの外部放出を防ぐと同時に燃焼設備等の熱源にすることができる。
【００２１】
〔請求項７記載の発明〕
処理汚泥からアセトンを分離し回収した排アセトンを蒸留処理することにより、含有水分を分離し、再生アセトンを製造し、この再生アセトンを脱水汚泥の処理の原料アセトンとする請求項１、請求項４及び請求項６のいずれか１項に記載の脱水汚泥の処理方法。
【００２２】
（主な作用効果）
排アセトンは、１５％程度の水を含んでいるため、既知の蒸留操作により再生アセトンと水分に分離することができる。
【００２３】
〔請求項８記載の発明〕
成形した脱水汚泥と液体のアセトンとを撹拌することなく容器内で接触させ、脱水汚泥中の水分をアセトン側に抽出処理する抽出手段と、処理汚泥と液体のアセトンを分離する分離手段と、分離した処理汚泥に浸透したアセトンを蒸発させる蒸発手段と、乾燥汚泥を燃焼させる燃焼手段とを含むことを特徴とする脱水汚泥の処理装置。
【００２４】
（主な作用効果）
請求項１に記載の発明と同様の作用効果を奏する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によると、たとえば含水率７０〜８０％程度の脱水汚泥を、アセトンを用いて、含水率５５％〜６５％程度の処理汚泥として乾燥させるので、脱水汚泥を焼却する場合に比較して燃焼効率が飛躍的に高まる。
また、アセトンを使用するので、特別な操作を必要とせず、処理操作機器・機材に格別なものを必要とせず、もって経済的で実用的システムを構築できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の概要説明図である。
【図２】本発明の実施形態例のフローシートである。
【図３】実験結果のグラフである。
【図４】他の実験結果のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
次に、本発明を実施するための形態例を説明する。
本発明では、比較的沸点が高い（５６．５℃）有機溶媒であるアセトンを用いる。
アセトンは常温常圧の条件下で液体であり、ハンドリングが容易である。
【００２８】
下水処理場で発生する、濃縮汚泥や消化汚泥を、ベルトプレス装置などの脱水設備において脱水した脱水汚泥１０を、たとえば図２に示す反応・乾燥設備により処理する。
処理量に応じて、必要数の反応容器２０，２０，２０及び成形機３０，３０，３０が設けられる。これらは１対１で設けるのではなく、複数の反応容器２０，２０に対し成形機３０を共用できる。
【００２９】
反応容器２０，２０，２０の下部には乾燥汚泥の搬送コンベア４１、４２が設けられ、ホッパー４３に連なっている。
【００３０】
脱水汚泥１０を各成形機３０，３０，３０に供給する径路４４、アセトン１１を各反応容器２０，２０，２０に投入する径路４５、風乾用エア１２を各反応容器２０，２０，２０の下部に送り込む径路４６が設けられている。
【００３１】
さらに、各反応容器２０，２０，２０の上部から排出されるアセトン蒸気を、径路５５を介して集めて凝縮させるコンデンサ５０が設けられ、その凝縮液は排液タンク５１に集合するようにしてある。その集合路５２には、各反応容器２０，２０，２０の下部から抜き出したアセトンをも径路５３を介して集合するように構成してある。
排液タンク５１に集めた排液は、たとえば蒸留塔などの再生設備５４（蒸留塔及び附帯機器は汎用のもので足りるので、図示を省略してある。）に送られる。
【００３２】
かかる設備などを使用する場合の本発明の操作について説明すると次のとおりである。脱水汚泥１０は成形機３０により所定の形状に成形しておく。また、各反応容器２０，２０，２０内にアセトンを仕込んでおく。好ましくは、この仕込みが終わった時点で、成形脱水汚泥を投入する。
この場合、望ましくは、撹拌することなく、成形した脱水汚泥とアセトンとを反応容器２０内で接触させ、脱水汚泥中の水分をアセトン側に抽出処理する。この抽出処理には３０分以上費やすのが望ましい。
【００３３】
抽出処理が終わったならば、反応容器２０の下部を開放してアセトンを抜き出し、排液タンク５１に回収する。
次に風乾用エア１２を、各反応容器２０，２０，２０の下部から吹込み、各反応容器２０，２０，２０内で処理汚泥を好ましくは７時間以上風乾する。反応容器２０内での処理汚泥の風乾によって、脱水汚泥中に浸透したアセトンを蒸発させ、蒸発したアセトンは、コンデンサ５０によって冷却することにより凝縮液として回収され、排液タンク５１に集められる。
このアセトン排液を用いて再生設備により再生アセトンを製造し、この再生アセトンを脱水汚泥の処理の原料アセトンとするのが望ましい。
【００３４】
冷却器（凝縮器）排ガスはわずかにアセトンを含有しているため、燃焼設備等の燃焼空気として用いることが望ましい。排ガスに含まれるアセトンの外部放出を防ぐと同時に燃焼設備等の熱源にすることができる。
【００３５】
他方、アセトンの抜き出しが終わった後に、反応容器２０の下部を開放して、処理汚泥を、コンベア４１、４２を介してホッパー４３に集める。
適宜の時点で、トラックなどにより燃焼設備（図示せず）に送り、主に燃料として燃焼させる。
【００３６】
成形の様式は特に限定されず、押出成形、圧縮成形などを挙げることができるが、中でも押出成形により行うことが好ましい。成形を押出成形により行う場合には、送泥管の先に取り付けた成形装置（押出成形装置）により行うことが好ましい。かかる成形装置は、連続して容器に圧入可能な装置であることが好ましい。
【実施例】
【００３７】
次に、各種試験例を示し、本発明による作用効果を明らかにする。
（実施例１）
表１に示す下水処理場からの汚泥について、予備試験を表２のように実施した。Ｚ１〜Ｚ４は下水処理場の区別用表記である。
本発明に従って処理した場合の含水率などを表３に示した。
【表１】
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【表２】
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【表３】
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【００３８】
（実施例２）
脱水汚泥の成形の有無及び形状について検討した。その結果、表４に示す結果が得られた。供試汚泥を成型した場合、アセトン処理において供試汚泥の形状が十分に保持されφ４ｍｍとφ８ｍｍに差異はなかったが、未成型の場合、アセトン中で汚泥が塊とＳＳに分かれた。成型しない場合のアセトン処理では排溶媒中のＳＳが多くなり、かつ処理汚泥が塊状となるため、ハンドリング性に問題が残るといえる。
また、φ４ｍｍとφ８ｍｍを比較すると、φ８ｍｍは排溶媒中のＳＳが少なく、φ４ｍｍは水分濃度が高い（すなわち処理汚泥の含水率（アセトン＝０％換算値）が低い）が、ＳＳの差は些少（５３０と５４０の違い）であることから、処理汚泥の含水率（アセトン＝０％換算値）が大幅に低くなるφ４ｍｍがアセトン処理に有利と考えられる。
【表４】
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【００３９】
（実施例３）
脱水汚泥の浸漬処理時間による含水率の変化を調べたところ、図３に示す結果が得られた。
処理汚泥の含水率（アセトン＝０％換算値）は浸漬開始後３０分までは急激に減少し、それ以降は浸漬を継続しても含水率（アセトン＝０％換算値）の低下は緩慢であることがわかる。浸漬時間が長いほど、処理汚泥の反応容器における滞在時間が長くなり、必要な反応容器の容量が大きくなることから、含水率（アセトン＝０％換算値）の継続的な低下が確認された浸漬時間３０分が最適な処理時間と考えられる。
【００４０】
（実施例４）
脱水汚泥中の水分をアセトン側に抽出するに際し、反応容器内で撹拌することの適否について検討したところ、図４に示す撹拌回数と含水率の関係が得られた。処理汚泥の含水率(アセトン＝０％換算値）は供試汚泥の含水率より約１０％ポイント低下しているが、撹拌回数による変化はないといえる。したがって、撹拌を行う必要はないと言える。
【符号の説明】
【００４１】
１０      脱水汚泥
１１      アセトン
１２      風乾用エア
２０      反応容器
３０      成形機
５０      コンデンサ
５１      排液タンク
５４      再生設備
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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