(57)【要約】【課題】  植物廃棄物の有効利用法及び汚泥脱水の有効な前処理法として期待される植物を破砕して脱水助剤として使用する技術において、脱水助剤として使用する植物繊維破砕物と汚泥との混合性を向上させて、脱水助剤としての効果を高める方法を提供する。【解決手段】  本発明の一態様は、植物を膨張粉砕処理して得られた膨張粉砕物を汚泥に添加混合し、脱水することを特徴とする汚泥の脱水処理方法に関する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物を膨張粉砕処理して得られた膨張粉砕物を汚泥に添加混合し、脱水処理することを特徴とする汚泥の脱水処理方法。
【請求項２】
膨張粉砕物を、汚泥固形分に対して５重量〜１００重量％添加する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
汚泥に膨張粉砕物を添加混合すると共に、汚泥に有機高分子凝集剤及び／又は無機凝集剤を添加混合し、脱水処理する請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
膨張粉砕処理する植物として、剪定枝、枯草、わら、バガス、コーヒー糟、竹、笹、間伐材、建築廃材、農業廃棄物、籾殻、麦稈、又は茶粕を用いる請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の方法によって汚泥を脱水処理し、得られた脱水ケーキを、コンポスト処理、炭化処理又は焼却処理することを特徴とする汚泥の処理方法。
【請求項６】
植物材料を膨張粉砕処理するための膨張粉砕装置と、膨張粉砕処理した植物膨張粉砕物を汚泥に添加するための膨張粉砕物添加装置と、膨張粉砕物を添加した汚泥を受容して脱水処理するための脱水機とを具備することを特徴とする汚泥の脱水処理装置。
【請求項７】
膨張粉砕物添加装置が脱水機に接続されている請求項６に記載の装置。
【請求項８】
汚泥に有機高分子凝集剤及び／又は無機凝集剤を添加する凝集剤添加装置を具備する請求項６〜８のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
凝集剤添加装置が脱水機に接続されている請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれかに記載の汚泥の脱水処置装置と、脱水された汚泥をコンポスト処理するコンポスト処理装置とを具備する汚泥のコンポスト処理装置。
【請求項１１】
請求項６〜９のいずれかに記載の汚泥の脱水処置装置と、脱水された汚泥を炭化処理する炭化処理装置とを具備する汚泥の炭化処理装置。
【請求項１２】
請求項６〜９のいずれかに記載の汚泥の脱水処置装置と、脱水された汚泥を焼却処理する焼却装置とを具備する汚泥の焼却処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水、し尿、家畜糞尿、生ごみ等の有機性廃棄物及び各種産業排水の処理によって発生する汚泥の脱水方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、下水処理場、し尿処理場、産業廃棄物廃水処理施設などから発生する汚泥は、高分子凝集剤や無機凝集剤の添加などの調質を行った後に脱水機で脱水し、埋立処分や焼却処分されている。近年、水処理の高度化、水処理対象排水の性状の変化・多様化などにより、汚泥の脱水性（脱水のし易さ）は悪化している。そこで、汚泥の脱水性を改善するために種々の調質方法が検討或いは提案されている。その中で、籾殻や大鋸屑、コーヒー糟等を脱水助剤として汚泥に添加して脱水を行う方法が提案されている（特許文献１、２）。
【０００３】
また、脱水汚泥の有効利用法として、コンポスト処理や炭化処理が行われているが、脱水汚泥中の水分量が多いため、コンポスト処理では水分調整材の使用量が多くなり、また炭化処理や焼却処理においてもエネルギー使用量が多くなるという問題があった。
【０００４】
一方、ダイオキシン発生を抑制するために、近年、剪定枝や枯草等の植物廃棄物のオンサイトでの焼却処分が禁止されるようになっており、これら植物廃棄物の処分方法が大きな問題となっている。したがって、これらの植物廃棄物を汚泥の脱水助剤として使用することは、植物廃棄物の処分も兼ねることになり有用である。しかしながら、これらの植物廃棄物を脱水助剤として使用するには植物廃棄物を粉砕又は破砕して使用する必要があるが、通常のせん断破砕や切断破砕では、破砕物が水に馴染みにくく、汚泥との混合が不十分で、脱水助剤としての効果が十分ではなかった。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−２２５６９９号公報
【特許文献２】特開昭６０−２２２１１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、植物廃棄物の有効利用法及び汚泥脱水処理において植物を破砕して脱水助剤として使用する技術において、脱水助剤として使用する植物繊維破砕物と汚泥との混合性を向上させて、脱水助剤としての効果を高める方法を提供することを目的とする。
【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の手段として、本発明は、植物を膨張粉砕処理して得られた膨張粉砕物を脱水助剤として汚泥に添加混合し、脱水処理することを特徴とする汚泥の脱水処理方法を提供する。
【０００８】
本発明において脱水助剤として使用する膨張粉砕物を調製するのに用いる植物としては、繊維質を有する植物であれば任意のものを使用することができる。現状で処分に困っている植物廃棄物の有効利用という点からは、剪定枝、枯草などを好ましく用いることができ、また、わら、バガス、コーヒー糟，竹，笹等を用いることもできる。更に、間伐材、建築廃材、農業廃棄物、籾殻、麦稈、茶粕などを使用することもできる。
【０００９】
本発明方法においては、これらの植物を膨張粉砕処理法で破砕する。本発明において、膨張粉砕処理とは、適当量の水分が存在する状態で破砕対象物を高温高圧状態にした後、一気に大気圧に開放する方法を指す。このような方法並びにそれに用いる装置自体は公知技術である。これにより、破砕対象物中の水分が一気に蒸発するため、その体積膨張によって対象物が破砕される。このようにして得られる膨張粉砕物は、細胞自体も破壊されているために非常に親水性に富み、分散性に優れ、汚泥との混合が極めて容易である。
【００１０】
本発明では、膨張粉砕処理には、連続処理が可能なスクリュー式の膨張粉砕機を使用することができる。本発明において使用することのできるスクリュー式の膨張粉砕機の一例の概念を図１に示す。
【００１１】
図１に示すスクリュー式膨張粉砕機は、本体（バレル）１の内部に押出スクリュー２が挿入配置されており、スクリュー２に回転機（モーター）３が接続されている。スクリュー軸は１本であっても、複数本（例えば、図１に示すような２軸押出式）であってもよい。押出スクリュー２を回転させた状態で、原材料の植物、例えば間伐材チップを投入ホッパ４から投入する。原材料は押出スクリュー２によって粉砕されながら前方（図１の左側）に搬送（押出）される。滞留部（バレル内部）は、圧縮熱によってある程度の熱が発生するが、必要に応じて加熱装置（図示せず）を設けて内部温度を調整することが好ましい。バレルの出口（排出口）５は、口径が絞られた状態になっており（例えば、バレル径が１５cmで出口口径が３０mm程度）、更に出口口径を調整するカバー６が、上下に移動自在に取り付けられている。粉砕されながら出口５に向かって搬送された植物粉砕物は、出口５が絞られた状態になっているので出口付近で圧密滞留される。この際、植物から発生する水蒸気によって、植物粉砕物は、上記に説明した「水分が存在する状態で高温高圧」に保持される。この段階で、温度が１２０〜１５０℃になるようにすることが好ましい。また、圧力は、通常、０．３〜０．７MPaに達する。
【００１２】
その後、植物粉砕物は、口径が絞られた出口から外に排出されると同時に大気圧に一気に開放される。これによって、植物が膨張粉砕される。
なお、上記では、植物自体から発生する水蒸気によって系の水分が供給される形態を説明したが、この発生水分だけでは膨張粉砕に必要な水分には足りない場合には、膨張粉砕機の本体に水蒸気（若しくは水）供給装置（図示せず）を配して、必要な水分を供給することができる。
【００１３】
本発明方法においては、上記の膨張粉砕処理によって得られた植物の膨張粉砕物を脱水助剤として汚泥に添加する。汚泥への膨張粉砕物の添加量は、汚泥の含水率即ち固形分含量等によって変動するが、一般に汚泥の固形分に対して５重量％〜１００重量％、より好ましくは１０重量％〜３０重量％とすることが好ましい。
【００１４】
また、本発明においては、汚泥に対して膨張粉砕物を添加するのに加えて、更に、当該技術で公知の有機高分子凝集剤及び／又は無機凝集剤を添加して汚泥固形分を凝集させた後に脱水処理することもできる。この目的で使用することのできる有機高分子凝集剤としては、例えば、カチオンポリマー、アニオンポリマー、両性ポリマーなどを用いることができる。また、無機凝集剤としては、例えば、ポリ硫酸第二鉄、塩化第二鉄、ＰＡＣ、硫酸バンドなどを用いることができる。これら凝集剤の添加量は、有機高分子凝集剤の場合には汚泥の固形分に対して０．５重量％〜５重量％、好ましくは０．５重量％〜２重量％、無機凝集剤の場合には汚泥の固形分に対して５重量％〜５０重量％、好ましくは１０重量％〜２０重量％とすることが好ましい。有機高分子凝集剤又は無機凝集剤のいずれか一方を汚泥に添加してもよく、また有機高分子凝集剤及び無機凝集剤の両方を汚泥に添加してもよい。なお、膨張粉砕物の添加と、凝集剤の添加とは、順番はどちらが先でもよく、汚泥に膨張粉砕物を添加した後に凝集剤を添加して凝集処理を行っても、又は汚泥に凝集剤を添加して凝集処理を行った後に膨張粉砕物を添加してもよく、或いは汚泥に膨張粉砕物と凝集剤とを一緒に添加してもよい。
【００１５】
本発明によれば、上記に説明したように、植物の膨張粉砕物を添加し、場合によっては更に凝集剤を添加して凝集処理を行った汚泥を、脱水処理する。脱水処理は、当該技術において公知の脱水機、例えばスクリュープレス、ベルトプレス、フィルタープレスなどを使用して行うことができる。
【００１６】
本発明方法によって汚泥の脱水処理を行うことによって汚泥脱水ケーキが得られる。得られた汚泥脱水ケーキは、焼却処理、炭化処理、コンポスト処理などにかけることができる。本発明によれば、脱水処理によって形成される汚泥脱水ケーキの含水量を低下させることができる。これは、植物の膨張粉砕処理によって得られる膨張粉砕物が高い親水性を有するために汚泥との混合が改善されたことによるものであると考えられる。この結果、例えば汚泥脱水ケーキを炭化処理する場合の燃料消費量を削減することができ、また、汚泥脱水ケーキをコンポスト処理する場合の水分調整材の使用量や、原料・コンポスト製品の乾燥に必要なエネルギー量を削減することができる。更に、汚泥脱水ケーキを焼却処理する場合においても、助燃剤の使用量を削減することができる。
【００１７】
本発明は、更に上記の汚泥脱水方法を実施するための装置にも関する。本発明の一態様に係る汚泥脱水処理装置の概念図を図２に示す。
図２に示す装置においては、剪定枝や枯草などの植物（好ましくは植物廃棄物）を蒸煮膨張粉砕装置に供給して膨張粉砕処理を行う。この目的で用いることのできる膨張粉砕装置としては、前述の２軸スクリュー式の膨張粉砕機を挙げることができる。次に、汚泥に凝集剤添加装置から有機高分子凝集剤及び／又は無機凝集剤を添加して凝集処理を行う。これらの処理が行われた汚泥は、脱水機に供給されて脱水処理され、得られた脱水ケーキは、次の処理（コンポスト処理、汚泥炭化処理、汚泥焼却処理など）にかけられる。
【００１８】
図２では、汚泥にまず膨張粉砕物を添加し、次に凝集剤を添加し、その後脱水機にかける態様が示されているが、汚泥への膨張粉砕物の添加と凝集剤の添加とは、順序が逆になってもよく、或いは同時に行うように構成してもよい。また、これらの添加装置は脱水機に直接接続してもよい。
【００１９】
本発明の各種態様は以下の通りである。
１．植物を膨張粉砕して得られた膨張粉砕物を汚泥に添加混合し、脱水処理することを特徴とする汚泥の脱水処理方法。
２．膨張粉砕物を、汚泥固形分に対して５重量〜１００重量％添加する上記第１項に記載の方法。
３．汚泥に膨張粉砕物を添加混合すると共に、汚泥に有機高分子凝集剤及び／又は無機凝集剤を添加混合し、脱水処理する上記第１項又は第２項に記載の方法。
４．膨張粉砕する植物として、剪定枝、枯草、わら、バガス、コーヒー糟、竹、笹、間伐材、建築廃材、農業廃棄物、籾殻、麦稈、又は茶粕を用いる上記第１項〜第３項のいずれかに記載の方法。
【００２０】
５．上記第１項〜第４項のいずれかに記載の方法によって汚泥を脱水処理し、得られた脱水ケーキを、コンポスト処理、炭化処理又は焼却処理することを特徴とする汚泥の処理方法。
６．植物材料を膨張粉砕処理するための膨張粉砕装置と、膨張粉砕処理した植物膨張粉砕物を汚泥に添加するための膨張粉砕物添加装置と、膨張粉砕物を添加した汚泥を受容して脱水処理するための脱水機とを具備することを特徴とする汚泥の脱水処理装置。
７．膨張粉砕物添加装置が脱水機に接続されている上記第６項に記載の装置。
８．汚泥に有機高分子凝集剤及び／又は無機凝集剤を添加する凝集剤添加装置を具備する上記第６項又は第７項に記載の装置。
【００２１】
９．凝集剤添加装置が脱水機に接続されている上記第８項に記載の装置。
１０．上記第６項〜第９項のいずれかに記載の汚泥の脱水処置装置と、脱水された汚泥をコンポスト処理するコンポスト処理装置とを具備する汚泥のコンポスト処理装置。
１１．上記第６項〜第９項のいずれかに記載の汚泥の脱水処置装置と、脱水された汚泥を炭化処理する炭化処理装置とを具備する汚泥の炭化処理装置。
１２．上記第６項〜第９項のいずれかに記載の汚泥の脱水処置装置と、脱水された汚泥を焼却処理する焼却装置とを具備する汚泥の焼却処理装置。
【００２２】
実施例
以下の実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の記載に限定されるものではない。
【００２３】
破砕対象物として、剪定枝を使用し、カッターミルを用いた従来法による破砕処理と、２軸スクリュー押出式の膨張粉砕機を用いた本発明による破砕（膨張粉砕）処理を行った。カッターミルとして、奈良機械社製のロータリーカッターミルを用いた。また、膨張粉砕機として、前述の２軸スクリュー式の膨張粉砕機を用いた。カッターミルによる破砕では粒径が０．５〜５mmの破砕物が得られたのに対して、膨張粉砕では粒径が０．５〜２mmの破砕物（膨張粉砕物）が得られた。条件を揃えるために、カッターミルによる破砕物については、篩にかけて粒径２mm以下のものを脱水助剤として使用した。
【００２４】
下水消化汚泥（固形分濃度２０．５g/L）に、上記破砕物又は膨張粉砕物を汚泥の固形分に対して１０重量％、２０重量％又は３０重量％添加混合し、更にカチオンポリマー凝集剤（荏原製作所社製、商品名エバクロスＣＳ３０３）を汚泥の固形分に対して１．２重量％添加して凝集処理を行った後、脱水処理にかけた。脱水処理は、スクリュープレス（ヤマト産業社製）を用いて行った。なお、スクリュープレスの胴径は２００mmで、Ｌ／Ｄ＝５であった。また、汚泥の供給量は１m3/hとし、軸回転数は０．５回/minとした。比較のために、脱水助剤（破砕物又は膨張粉砕物）を添加しないでカチオンポリマーのみの調質を行った汚泥に関しても同様に脱水処理した。
【００２５】
脱水処理の結果を表１にまとめる。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
なお、脱水ケーキの見かけの含水率とは、添加物（本実験の場合にはカチオンポリマー及び破砕物又は膨張粉砕物）の重量を含めた実測値であり、真の含水率とは、この実測値から、添加物の乾燥重量分を除いた汚泥重量に対する含水率を算出した値である。
【００２８】
ポリマー凝集剤のみを添加した場合では、脱水ケーキ含水率は７９．２％で、固形物回収率は９０．３％であった。比較例方法及び本発明方法のいずれにおいても、脱水助剤である破砕物又は膨張粉砕物を添加すると、添加量が多いほど見かけの含水率が低下した。
【００２９】
しかしながら真の含水率で評価すると、比較例の破砕物添加の場合には、添加量２０重量％で最大０．８ポイントの含水率低下が見られたが、添加量３０重量％では逆に脱水阻害を起こして真の含水率が上昇した。一方、本発明にかかる膨張粉砕物を脱水助剤として添加した場合には、添加量１０重量％、２０重量％、３０重量％で、各２ポイント、４．１ポイント、２．３ポイントの含水率低下が見られ、特に添加量２０重量％での効果が顕著であった。このように、本発明に係る植物膨張粉砕物の方が、従来の破砕法による植物破砕物よりも脱水助剤としての効果が顕著であった。これは、膨張粉砕処理によって植物の繊維質が細胞自体まで破壊されているために親水性が極めて高く、汚泥との混合が改善されたことによるものであると考えられる。
【００３０】
更に、汚泥に本発明に係る植物膨張粉砕物２０重量％と凝集剤（カチオンポリマー）１．２重量％を添加して脱水処理を行った場合の脱水ケーキ（１）と、汚泥に従来の破砕法による植物破砕物２０重量％と凝集剤（カチオンポリマー）１．２重量％を添加して脱水処理を行った場合の脱水ケーキ（２）と、汚泥にカチオンポリマーを添加して脱水処理した脱水ケーキに更に水分調整剤として本発明に係る植物膨張粉砕物を２０重量％添加した脱水ケーキ（３）とを、それぞれコンポスト処理したところ、（１）が最も固形物減量が大きく、次に、（３）、（２）の順となった。また、発酵時間に関しても、（１）が最も短く、次に、（３）、（２）の順となった。膨張粉砕による細胞破壊の影響によるものと考えられる。
【００３１】
更に、カチオンポリマーのみを添加して脱水処理を行った場合の脱水ケーキ（含水率７９．２重量％）（Ａ）と、本発明の膨張粉砕物２０重量％とカチオンポリマーを添加して脱水処理を行った場合の脱水ケーキ（含水率７５．１重量％）（Ｂ）とを、それぞれ、汚泥造粒炭化装置（荏原製作所社製）で炭化処理した。炭化処理に必要な燃料（Ａ重油）の消費量は、（Ｂ）の方が約１０kg/t-脱水汚泥だけ削減することができた。これは主として、脱水汚泥中の含水量が低下することで、その蒸発潜熱分のエネルギー量を削減することができるためであると考えられる。
【００３２】
以上の実験結果から、本発明にしたがって、汚泥に植物膨張粉砕物を脱水助剤として加え、好ましくは更に凝集剤を添加して凝集処理を行った後に、脱水処理にかけることによって、脱水ケーキの含水量を低減させることができ、その後の焼却処理、炭化処理、コンポスト処理などを極めて良好に実施することができることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明によれば、植物を膨張粉砕処理して得られる膨張粉砕物を脱水助剤として汚泥に加えて、汚泥を脱水処理にかけることにより、脱水ケーキの含水量を低減させることができる。これは、膨張粉砕処理によって植物の繊維が細胞単位まで破壊されることにより、膨張粉砕物の親水性が非常に大きくなったことによるものであると考えられる。本発明により得られる脱水ケーキをコンポスト処理する場合、有機物減量が大きいので、従来よりも短期間でコンポスト化することができる。また、脱水ケーキの低含水率化によって、脱水ケーキをコンポスト処理する場合の水分調整材使用量の削減、脱水汚泥や製品コンポストを乾燥する場合のエネルギー使用量の削減を図ることができる。また、脱水ケーキを炭化処理や焼却処理する場合にも、エネルギー使用量の削減を図ることができると共に、二酸化炭素発生量も削減することができ、地球温暖化対策の一助ともなる。更に、本発明によれば、現状で処分に困っている剪定枝、枯草、間伐材、建築廃材などの植物廃棄物を有効利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明において使用することのできる膨張粉砕機の一具体例の概念を示す図である。
【図２】本発明の一態様に係る汚泥の脱水装置の構成を示す概念図である。
【図１】
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【図２】
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