(57)【要約】【課題】  脱臭性能に優れたコストの安い炭化物を製造することのできる汚泥炭化物の製造方法及び汚泥炭化物の製造システムを提供すること。【解決手段】  含水率５５％以下で、粒径１０ｍｍ以下の団粒状乾燥汚泥を、炭化炉により炭化温度４５０℃〜５５０℃で炭化させて脱臭性能に優れた汚泥炭化物を得ている。【選択図】図１
2006063105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
含水率５５％以下の団粒状乾燥汚泥を、炭化炉により炭化温度４５０℃〜５５０℃で炭化させることを特徴とする汚泥炭化物の製造方法。
【請求項２】
炭化炉内の滞留時間を１５分以上としたことを特徴とする請求項１に記載の汚泥炭化物の製造方法。
【請求項３】
濃縮汚泥を乾燥させる乾燥機と、
この乾燥機により乾燥された乾燥汚泥を団粒状態で受け入れ４５０℃〜５５０℃の炭化温度で炭化させる炭化炉と、
前記乾燥機により乾燥された乾燥汚泥の含水率計測手段を有し乾燥汚泥の含水率が５５％以下になるように前記乾燥機を制御する制御手段と、
を備えた汚泥炭化物の製造システム。
【請求項４】
乾燥機として、濃縮汚泥を円筒状伝熱面の内面に薄膜状に引き伸ばし、その内面を自然流下させることにより団粒状乾燥汚泥を得る遠心薄膜乾燥機を用いたことを特徴とする請求項３に記載の汚泥炭化物の製造システム。
【請求項５】
炭化炉として、外筒部が加熱ジャケットとなり、この加熱ジャケットからの熱により団粒状の乾燥汚泥を回転しながら間接的に加熱して炭化する内筒部を有するロータリーンキルン式の炭化炉を用いたことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の汚泥炭化物の製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、農業集落排水処理施設、下水処理場、有機排水処理施設等から排出される汚泥から脱臭用に用いられる炭化物を製造する汚泥炭化物の製造方法及び汚泥炭化物の製造システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、農業集落排水処理施設、下水処理場、有機排水処理施設等から排出される汚泥は、遠心脱水機で濃縮・脱水後、遠心薄膜乾燥機等により乾燥して、農地施肥や、コンポスト堆肥として農地還元等に利用されている。しかし、農地施肥やコンポスト堆肥は使用時期が偏っている為に、貯蔵中に汚泥の変質が生じたり、臭気が発生する等の問題が発生する。
【０００３】
そこで、汚泥の新たな利用法として、乾燥汚泥を炭化して炭化物を活性炭のような脱臭・吸着材として使用することが考えられている。このように、汚泥から、脱臭用の炭化物を得るためには、汚泥を脱水・乾燥・成形した後に炭化し、炭化後さらに高温で水蒸気賦活の処理を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この方法では、まず汚泥を脱水処理して含水率が０〜１５％になるように乾燥処理し、それを粉砕する。粉砕したものを加圧成形するか、または水を加えて混練し混練汚泥を射出成形する。その後４００〜８００℃で炭化し、さらに７００〜９００℃で賦活処理によって活性炭を製造している。
【特許文献１】特開２０００−７２４２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、汚泥から脱臭用の炭化物を得る従来の方法は、製造方法が複雑でコストも高くなるため、脱臭性能に優れた安価な炭化物を製造する方法及びシステムの開発が課題であった。
【０００６】
本発明の目的は、脱臭性能に優れたコストの安い炭化物を製造することのできる汚泥炭化物の製造方法及び汚泥炭化物の製造システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による汚泥炭化物の製造方法は、含水率５５％以下の団粒状乾燥汚泥を、炭化炉により炭化温度４５０℃〜５５０℃で炭化させることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明による汚泥炭化物の製造方法では、炭化炉内における団粒状乾燥汚泥の滞留時間を１５〜２０分とすることが好ましい。
【０００９】
本発明による汚泥炭化物の製造システムは、濃縮汚泥を乾燥させる乾燥機と、この乾燥機により乾燥された乾燥汚泥を団粒状態で受け入れ４５０℃〜５５０℃の炭化温度で炭化させる炭化炉と、前記乾燥機により乾燥された乾燥汚泥の含水率計測手段を有し乾燥汚泥の含水率が５５％以下になるように前記乾燥機を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による汚泥炭化物の製造システムでは、乾燥機として、濃縮汚泥を円筒状伝熱面の内面に薄膜状に引き伸ばし、その内面を自然流下させることにより団粒状乾燥汚泥を得る遠心薄膜乾燥機を用いるとよい。
【００１１】
また、本発明による汚泥炭化物の製造システムでは、炭化炉として、外筒部が加熱ジャケットとなり、この加熱ジャケットからの熱により団粒状の乾燥汚泥を回転しながら間接的に加熱して炭化する内筒部を有するロータリーンキルン式の炭化炉を用いるとよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、汚泥を所定の条件の下で炭化処理することにより、脱臭性能に優れたコストの安い炭化物を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明による汚泥炭化物の製造方法及び製造システムの一実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００１４】
本発明は、汚泥に対する炭化条件と炭化された炭化物の脱臭性能、炭化のためのエネルギー消費量との関係について詳細な検討を行い、脱臭性能に優れた汚泥炭化物を、少ないエネルギー消費で製造する製造方法を見出すと共に、できるだけ簡単に、安いコストになるようにシステムの検討を行った結果、造粒・成形工程を省くことが可能なシステムの提案に至った。
【００１５】
まず、図１を用いてシステム構成を説明する。この汚泥炭化物の製造システムは、脱水機１、乾燥機２、炭化装置３、汚泥含水率の制御手段２６から構成されている。
【００１６】
脱水機１は、農業集落排水処理施設、下水処理場、有機排水処理施設等から排出される汚泥（含水率約９８％）を、含水率約８５％に脱水して濃縮汚泥とするもので、例えば、遠心脱水機あるいはベルトプレス、フィルタープレス等を用いる。
【００１７】
乾燥機２は、脱水機１により脱水された濃縮汚泥を、含水率５０％程度の乾燥汚泥乾燥させるもので、例えば、遠心薄膜乾燥機、真空乾燥機、熱風乾燥機等を用いる。
【００１８】
炭化装置３は、炭化炉とその加熱装置とからなるもので、乾燥機２により乾燥された乾燥汚泥を炭化炉内に団粒状態で受け入れ、５００℃前後の炭化温度で炭化させる。この炭化装置３により炭化された汚泥炭化物は脱臭に用いられる。
【００１９】
２６は制御手段で、乾燥機２により乾燥された乾燥汚泥の含水率計測手段を有し、この乾燥汚泥の含水率が５０％程度になるように、乾燥機２を制御する。
【００２０】
本システムでは、農業集落排水処理施設、下水処理場、有機排水処理施設等から排出される汚泥を脱水機１により脱水して濃縮汚泥とし、これを乾燥機２で乾燥させて、含水率５０％程度の乾燥汚泥とする。この乾燥汚泥を団粒状態にして炭化装置３内に導入し、５００℃前後の炭化温度で炭化させる。このようにして得られた汚泥炭化物は脱臭に用いられる。
【００２１】
上述のように、汚泥炭化物は脱臭材として用いられるので、脱臭能力を検証するため、炭化装置３の炭化温度をパラメータとして炭化物を製造し、各々の炭化物の脱臭能力を比較してみる。脱臭能力は、代表的な悪臭ガスであるアンモニアの吸着量を調べることとした。
【００２２】
図４に示す結果より、炭化温度５００℃近傍でアンモニア吸着量が最大となることが分かる。４５０℃以下では炭化が不十分なためアンモニア吸着量が少なく、逆に６００℃以上では、吸着に関与する炭化物表面の酸性官能基が高温のため表面から離脱し、吸着量が減少する。
【００２３】
また、炭化温度とこの炭化温度を維持するために燃焼させる補助燃料の使用量の関係を図５に示す。含水率約３０％以上の乾燥汚泥を炭化する場合は、水分の蒸発によるエネルギー消費が多いため、炭化するには外部から灯油、プロパンガス等の補助燃料の供給が必要である。図５より、炭化温度５００℃近傍に補助燃料使用量の最小値があることが分かる。すなわち、炭化装置３では、乾燥汚泥を炭化する際、乾留ガス（主に炭化水素）が発生するので、この乾留ガスを炭化温度維持のために燃焼させている。
【００２４】
しかし、炭化温度が４５０℃以下の場合は、乾燥汚泥の炭化が不十分となるため乾留ガスの発生量が少なくなり、それを補うためにより多くの補助燃料が必要となる。一方、炭化温度が５５０℃以上では、汚泥は完全に炭化され乾留ガスも十分発生はするが、炭化炉内を高温に維持するためのエネルギーが徐々に増大し補助燃料使用量が多くなる。
【００２５】
これらを総合的に判断することにより、炭化装置３における炭化温度は４５０〜５５０℃の範囲に設定し、好ましくは５００℃で炭化することが望ましい。この結果、悪臭ガス吸着量が多く脱臭効果に優れた炭化物を、できるだけ少ないエネルギー（安いコスト）で得ることができる。
【００２６】
次に、炭化装置３における炭化炉の炭化温度を、５００℃一定に保ち、炭化時間をパラメータとして炭化物を製造し、各々の炭化物の脱臭能力を比較する。この場合も、代表的な悪臭ガスであるアンモニアの吸着量を調べた。
【００２７】
図６に示すように、炭化時間が２０分以上であればアンモニア吸着量に大きな違いは無いが、１５分未満では急激にアンモニア吸着量が減少することが分かる。すなわち、２０分以上では十分な炭化が行われているため吸着量に変化が無いが、１５分未満では未炭化の部分が多く、そのため吸着量は炭化時間の減少と共に急激に少なくなる。この結果から、炭化時間は最低１５分必要であり、２０分が最適値である。２０分を大きく越えて長くしても、無駄なエネルギーを消費することになり得策ではない。
【００２８】
この結果から、炭化装置３における炭化時間は、１５分以上、好ましくは２０分程度とすることにより脱臭効果に優れた炭化物を安いコストで得ることができる。
【００２９】
次に、炭化装置３における炭化炉の炭化温度を５００℃、炭化時間を２０分に保ち、乾燥汚泥の含水率をパラメータとして炭化物を製造し、各々の炭化物の脱臭能力を比較してみる。この場合も、代表的な悪臭ガスであるアンモニアの吸着量を調べた。
【００３０】
図７で示すように、炭化前の汚泥含水率が５５％以下では、アンモニア吸着量に大きな違いが無いことが分かる。すなわち、汚泥含水率が５５％以下では、十分な炭化が行われるため吸着量に変化が無い。しかし、汚泥含水率が５５％を超えると、水分を蒸発させるのに多くのエネルギーが取られるため、炭化が不十分となり吸着量が少なくなる。また含水率５５％を超える場合は、原料投入ホッパーから炭化炉にスクリューフィーダーで搬送する時に、粒状の汚泥どうしが絡み合い大きな固まりになってしまう。大きな固まりになると、内部まで炭化することができず、炭化物の品質が低下する。
【００３１】
この結果から、炭化装置３に投入される団粒状の乾燥汚泥は汚泥含水率が５５％以下となるように制御する。すなわち、乾燥機２の出口に設けた乾燥汚泥の含水率計測手段により乾燥汚泥含水率を計測し、制御手段２６により、乾燥汚泥の含水率が５５％以下となるように乾燥機２を運転制御する。この結果、脱臭効果に優れた炭化物を安いコストで得ることができる。
【００３２】
ここで、炭化装置３には、前述のように団粒状に形成された乾燥汚泥が投入され、炭化される。そこで、前段の乾燥機２として、遠心薄膜乾燥機を用いると、粒径１０mm以下の団粒状の乾燥汚泥を得ることができ、団粒状の乾燥汚泥を得るための造粒あるいは成形装置が不要となる。
【００３３】
図２は、この遠心薄膜乾燥機２を示しており、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は平面断面図である。遠心薄膜乾燥機２は、縦型の円筒状を成し、その外周面には、加熱用蒸気が流通する加熱ジャケット４が形成され、その内側内周面は、伝熱面８となる。また内部軸中心には、主軸７が回転可能に設けられており、図示しないモータなどにより回転駆動される。この主軸７の上部には、分散リング１１が設けられ、本体上部に設けられた汚泥投入口６から投入された汚泥５を伝熱面８に分散させる。また、主軸７には放射状にブレード９が設けられており、主軸７の回転により、伝熱面８上に分散された汚泥５を、伝熱面８上に薄膜状に引き伸ばす。なお、本体下部には、汚泥排出口１０が設けられている。
【００３４】
上記構成において、濃縮汚泥５は投入口６から供給され、回転する主軸７に取り付けられた分散リング１１に付着し、遠心力により伝熱面８に飛散・付着する。伝熱面８に付着した汚泥は重力により下方に流下しながら水分が蒸発する。また、主軸７に取り付けられたブレード９によって、伝熱面８上の汚泥が掻き取られ薄膜状の汚泥が形成される。薄膜状の汚泥が水蒸気によって加熱されている伝熱面８を下方に移動する間に、さらに水分が蒸発すると共に、図示のように団粒状に造粒され、下部の排出口１０から排出される。
【００３５】
このように、乾燥機２として遠心薄膜乾燥機を用いると、汚泥を乾燥すると共に、直径約１０ｍｍ以下の団粒状の乾燥汚泥が得ることができる。
【００３６】
ここで、炭化装置３に投入される乾燥汚泥の粒径が不均一で、大きな塊等が混在していると、全体を十分炭化するのに大きなエネルギーを消費する。これを回避するには、造粒装置等により均一な小粒径の乾燥汚泥を製造する必要がある。しかし、遠心薄膜乾燥機を使用することにより特別に造粒あるいは成形装置は不要となり、そのまま炭化すれば直径約５ｍｍ前後の団粒状の炭化物が得られ、脱臭材として脱臭塔などに充填して利用することができる。すなわち、造粒あるいは成形装置が不要であるため、炭化物を安いコストで得ることができる。
【００３７】
また、炭化装置３としては、図３で示すロータリーキルン方式連続炭化炉を用いるとよい。このロータリーキルン方式連続炭化炉は、内筒１５と外筒２３との二重筒構造になっている。この内筒１５と外筒２３との間は加熱ジャケットとなっており、この内部に燃焼ガスを供給し、炭化温度をコントロールしている。団粒状の乾燥汚泥１２は、投入ホッパー１３に供給された後、投入スクリューコンベア１４などによりロータリーキルンの内筒（回転筒）１５の内部に供給される。内筒１５の内面には複数の汚泥掻き上げ桟１６が設置されており、掻き上げ桟により持ち上げられた乾燥汚泥は頂部側から底部に落下する。
【００３８】
このように、団粒状の乾燥汚泥は、内筒１５内において常に撹拌されながら徐々に排出側（図示右方）に移動し、その間に内筒１５の外部から加えられた熱によって熱交換が行われ、均一に炭化される。均一に炭化された団粒状の炭化物１８は排出スクリューコンベア１７によって排出される。
【００３９】
一方、内筒１４の内部で汚泥の熱分解により発生した乾留ガス１９は、燃焼用空気２０と共にバーナ２１により燃焼炉２２で燃焼され、燃焼ガスとして前述のように内筒１５と外筒２３の空間（加熱ジャケット）に供給される。燃焼ガスは内筒１５を外面から均一に加熱した後、排ガス２４として排出される。
【００４０】
加熱される団粒状の乾燥汚泥の含水率が約３０％以上の場合、乾留ガスだけではエネルギーが不足するので、外部から補助燃料（灯油、プロパンガス等）２５が供給される。
【００４１】
このように外燃式のロータリーキルン式連続炭化炉では、間接加熱方式であるため、直接燃焼方式と異なり乾燥汚泥と火炎が直接接触することは無く、局所的な加熱ムラは生じない。内筒１５の外面全体を間接的に加熱しているため、全体を均一に加熱でき温度コントロールも容易である。乾燥汚泥は常に撹拌されながら内筒１５の内面である伝熱部と接触することにより、均一に加熱される。このため、炭化物の炭化状態にムラが無く、脱臭効果に優れた炭化物を得ることができる。
【００４２】
このように、乾燥汚泥から、優れた脱臭性能を有する炭化物を、エネルギー消費の少ない炭化方法及びシステムにより製造することができる。また、遠心薄膜乾燥機を用いれば、汚泥の乾燥と同時に造粒できるので、造粒、成形工程を省くことができ、このことからも脱臭効果に優れたコストの安い炭化物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明による汚泥炭化物の製造システムの一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】同上一実施の形態における乾燥機の一例である遠心薄膜乾燥機を示しており、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は平断面図である。
【図３】同上一実施の形態における炭化装置の一例である外燃式のロータリーキルン式連続炭化炉の構成図である。
【図４】同上一実施の形態における炭化温度とアンモニア吸着量との関係を示す特性図である。
【図５】同上一実施の形態における炭化温度と補助燃料使用量との関係を示す特性図である。
【図６】同上一実施の形態における炭化時間とアンモニア吸着量との関係を示す特性図である。
【図７】同上一実施の形態における炭化前の汚泥含水率とアンモニア吸着量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
１    脱水機
２    乾燥機
３    炭化装置
８    伝熱面
１５    内筒
２３    外筒
２６    制御手段
【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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