(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機汚泥類を屋内ヤードに堆積させた状態で、該有機汚泥類にセメント焼成装置又は発電装置で発生した５０℃以上１４０℃以下の高温ガスを、前記有機汚泥類１ｍ3あたり０．２ｍ3／ｍｉｎ以上０．４ｍ3／ｍｉｎ以下の割合で通気すると共に、好気性発酵による発酵熱を利用して該有機汚泥類の水分を減少させて燃料とすることを特徴とする有機汚泥類の燃料化方法。
【請求項２】
前記有機汚泥類に必要に応じて水分調整材を添加した後前記屋内ヤードに堆積させることを特徴とする請求項１に記載の有機汚泥類の燃料化方法。
【請求項３】
前記高温ガスの前記有機汚泥類への通気量を、前記高温ガスを前記有機汚泥類に通過させた後のＣＯ2の濃度又は前記有機汚泥類の分解度によって調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の有機汚泥類の燃料化方法。
【請求項４】
前記屋内ヤードの雰囲気ガス中の水分を凝縮させて回収することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の有機汚泥類の燃料化方法。
【請求項５】
前記回収した水分を、セメント製造時に使用する脱硝剤の希釈水、前記有機汚泥類を輸送する際に用いる潤滑水、熱交換管用の冷却水、生物脱臭槽の散水用水の少なくとも一つに利用することを特徴とする請求項４に記載の有機汚泥類の燃料化方法。
【請求項６】
前記好気性発酵により発生した臭気ガスを脱臭することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の有機汚泥類の燃料化方法。
【請求項７】
前記好気性発酵を超好熱細菌により行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の有機汚泥類の燃料化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水汚泥等の有機汚泥類を燃料化する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水汚泥等の有機汚泥類を燃料として有効利用するため、例えば、特許文献１等には、下水汚泥等の含水汚泥を、含水スラリー状のまま、セメント製造設備のキルンの窯尻部や仮焼炉へ直接投入して燃料化する技術が提案されている。
【０００３】
また、特許文献２には、遊休のセメント原料用横型ミルで超好熱細菌を使用して有機汚泥類を発酵させ、発酵した有機汚泥類に可燃性廃棄物や固形燃料等の発熱量調整剤を添加して熱量調整を行い、発酵により発生した臭気ガスを酸化触媒により脱臭する有機汚泥類の燃料化方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９３３１９４号公報
【特許文献２】特開２０１３−０７２０５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１に記載の方法では、有機汚泥類を含水スラリー状のままセメントキルンの窯尻部に投入するため、有機汚泥類中の水分によって熱量が損失し、セメント生産効率の低下を招く原因となる。
【０００６】
一方、特許文献２に記載の方法では、セメント原料ミルを使用して汚泥を堆肥化し、燃料としてキルンに投入しているが、セメント原料ミルは一般的に設備容量が小さいため、発酵処理量が低い。また、汚泥の堆肥化には１〜２ヶ月を要するため、保管のための設備や手間が掛かり、設備コストや運転コストが増大する。
【０００７】
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、熱量損失を抑え、低コストで有機汚泥類を燃料化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、有機汚泥類の燃料化方法であって、有機汚泥類を屋内ヤードに堆積させた状態で、該有機汚泥類にセメント焼成装置又は発電装置で発生した５０℃以上１４０℃以下の高温ガスを、前記有機汚泥類１ｍ3あたり０．２ｍ3／ｍｉｎ以上０．４ｍ3／ｍｉｎ以下の割合で通気すると共に、好気性発酵による発酵熱を利用して該有機汚泥類の水分を減少させて燃料とすることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、有機汚泥類の水分を高温ガスによる乾燥や好気性発酵による発酵熱を利用して減少させるだけであるため、堆肥化する場合のような長期の処理期間が不要で、１日〜４日の処理期間で済み、熱量損失を抑え、低コストで有機汚泥類を燃料化することができる。また、屋内ヤードを用いることで大量処理が可能で、高温ガスの通気温度と、有機汚泥類１ｍ3あたりの通気量を調整するため、通気ガス量をより少なく抑え、乾燥と発酵による水分低減効果のバランスを最適化し、有機汚泥類の処理量を増加させても臭気ガス量の増大を抑制して設備コスト及び運転コストを低く抑えることができる。
【００１０】
また、前記高温ガスとしてセメント焼成装置又は発電装置で発生した５０℃以上１４０℃以下の熱回収を行うには比較的低温の利用し難いガスを用いることができ、例えば、好気性発酵等を行う屋内ヤードに隣接する装置を利用することができる。
【００１１】
上記有機汚泥類の燃料化方法において、前記有機汚泥類に必要に応じて水分調整材を添加して有機汚泥類の通気性やハンドリング性を改善した後、前記屋内ヤードに堆積させることができる。
【００１２】
また、前記高温ガスの前記有機汚泥類への通気量を、前記高温ガスを前記有機汚泥類に通過させた後のＣＯ2の濃度又は前記有機汚泥類の分解度によって調整することができる。
【００１３】
さらに、前記屋内ヤードの雰囲気ガス中の水分を凝縮させて回収することができ、有機汚泥類から蒸発した水分を積極的に回収することで、有機汚泥類の水分低減速度を高めることができ、処理量の増大に繋がる。回収した水分は、セメント製造時に使用する脱硝剤の希釈水、前記有機汚泥類を輸送する際に用いる潤滑水、熱交換管用の冷却水、生物脱臭槽の散水用水の少なくとも一つに有効利用することができる。
【００１４】
前記好気性発酵により発生した臭気ガスを脱臭することができ、環境に配慮した有機汚泥類の燃料化が可能となる。
【００１５】
前記好気性発酵を超好熱細菌により行うことができる。超好熱細菌を用いることで、通常の発酵菌によっては昇温が期待できない高温の温度域（８５℃以上）において効率的に発酵が促進されるため、有機汚泥類内に含有する水分を短期間で低減することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明によれば、熱量損失を抑え、低コストで有機汚泥類を燃料化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る有機汚泥類の燃料化方法を適用した設備を示す全体構成図である。
【図２】本発明に係る有機汚泥類の燃料化方法の試験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係る有機汚泥類の燃料化方法を適用した設備の一例を示し、この燃料化設備１は、セメント製造工場内又はセメント製造工場に隣接して設けられ、廃屋等を利用した屋内ヤード２内に、下水汚泥等の有機汚泥類Ｓに高温ガスＧ１を通気するための高温ガス供給部８と、屋内ヤード２の上方に冷却管３と、スクレーパ４とを備え、屋内ヤード２を囲繞する建屋７の外部に、凝縮水タンク５と、脱臭処理装置６とを備える。ここで、有機汚泥類とは、下水汚泥、製紙汚泥、ビルピット汚泥、食品汚泥、消化汚泥、都市ごみ（家庭ごみ）等で発酵可能なものをいう。
【００２０】
高温ガス供給部８は、セメント焼成装置又は発電装置で発生した５０℃以上１４０℃以下の高温ガスＧ１を屋内ヤード２に堆積した有機汚泥類Ｓ内に通気するため、屋内ヤード２の床面上に複数設けられる。高温ガス供給部８の下部に、高温ガス源（不図示）から上記高温ガスＧ１が導入される。
【００２１】
冷却管３は、管内に冷却水が流れ、有機汚泥類Ｓから蒸発した水分等の建屋７内のガス中の水分を凝縮させて回収するために設けられ、複数の冷却管３が建屋７の天井の下方に水平方向に並設される。尚、冷却管３を垂直方向にも併設し、網目状にしてもよい。
【００２２】
スクレーパ４は、冷却管３の表面に付着した水を回収して凝縮水タンク５に搬送するために備えられ、冷却管３の表面に沿って図１の矢印Ｍ方向に移動する。
【００２３】
凝縮水タンク５は、上記冷却管３及びスクレーパ４による回収水Ｗを貯留するために設けられ、回収水Ｗは、後述するように、この燃料化設備１、セメント製造工場等において利用される。
【００２４】
脱臭処理装置６は、建屋７内で有機汚泥類Ｓの発酵処理時に発生する臭気ガスＧ２を脱臭処理するために備えられ、例えば、オゾンを酸化剤として用い、反応効率を改善するためにオゾンを吸着する高シリカ質のハニカム状触媒を組み合わせたものなどの酸化触媒を使用し、アンモニアやアルデヒド等を脱臭処理して臭気ガスＧ２を清浄化する。また、活性炭、生物脱臭等も利用することができる。尚、脱臭処理装置６を設置せずに、隣接する稼働中のセメント焼成装置等で臭気ガスＧ２を処理することもできる。
【００２５】
次に、上記構成を有する燃料化設備１を用いた有機汚泥類の燃料化方法について図１を参照しながら説明する。
【００２６】
受け入れた有機汚泥類に、必要に応じて水分調整材として木屑、廃畳等を添加した後屋内ヤード２に堆積させ、高温ガス供給部８から高温ガスＧ１を有機汚泥類Ｓに通気して乾燥させると共に、超好熱細菌を用いて有機汚泥類Ｓを好気性発酵させて発酵熱を利用して有機汚泥類Ｓの水分を低減する。ここでの有機汚泥類Ｓの発酵は、発酵そのものが目的ではなく、発酵熱を利用して有機汚泥類Ｓの水分を減少させることを目的とする。尚、超好熱細菌とは、通常の発酵菌では昇温が期待できない高温の温度域（８５℃以上）においても好気的に活動して発酵を可能とする特徴を有するものである。
【００２７】
ここで、高温ガスＧ１として５０℃〜１４０℃のものを用い、さらに水分含有率が低く、酸素含有率が大気成分と略々同様のものを用いることが好ましい。この温度範囲のものを用いることで、常温ガスと比較して有機汚泥類Ｓの水分の低減を効率的に行うことができると共に、高温ガスＧ１を排出する装置の熱損失を低く抑えることができる。また、水分含有率の低い高温ガスＧ１の方が有機汚泥類Ｓの水分量の低減に効果的であり、酸素含有率が大気成分と略々同様の２０％程度のものを用いることで、有機汚泥類Ｓの発酵効率を向上させることができる。
【００２８】
高温排ガスＧ１として用いるセメント焼成装置の排ガスとしては、クリンカクーラの排ガス、セメントキルンの排ガス、セメント焼成装置に付設されたボイラの排ガス、及び塩素バイパス系の排ガス等が挙げられるが、温度、水分含有量及び酸素含有率を考慮するとクリンカクーラや塩素バイパス系の間接冷却器の排ガスが最適である。
【００２９】
さらに、有機汚泥類Ｓの発酵に超好熱細菌を用いることで、通常の好気性発酵よりも効率的に有機汚泥類Ｓの水分を低減することができる。屋内ヤード２において、有機汚泥類Ｓを堆肥化させる必要はなく、発酵熱を利用して水分を低減させればよいため、屋内ヤード２内で１日〜４日程度滞留させればよい。
【００３０】
有機汚泥類Ｓへ通気する高温ガスＧ１の量を増やせば処理量が増大するが、臭気ガス量も増大する。また、通気過多により発酵が抑制される傾向にあることが判った。そこで、高温ガスＧ１の通気温度を５０℃〜１４０℃、有機汚泥類Ｓ１ｍ3あたりの通気量を０．２〜０．４ｍ3／ｍｉｎに調整し、通気ガス量を抑え、乾燥と発酵による水分低減効果のバランスを最適化し、臭気ガス量の増大を抑制することで、設備コスト及び運転コストを低減することができる。尚、本願発明のような有機汚泥類Ｓの水分を減少させるための発酵ではなく、発酵そのものが目的の通常の発酵の場合には、常温のガスを用いて通気量０．１ｍ3／ｍｉｎに調整し、発酵熱で有機汚泥類の温度が６０℃前後となる。高温ガスＧ１の有機汚泥類Ｓへの通気量は、高温ガスＧ１を有機汚泥類Ｓに通過させた後のＣＯ2の濃度や、有機汚泥類Ｓの分解度等を監視して調整する。
【００３１】
上記有機汚泥類Ｓの発酵と共に、冷却管３に冷却水を流し、屋内ヤード２の雰囲気ガスを冷却管３の表面で冷却することで、ガス中の水分が凝縮して冷却管３の表面に付着する。そこで、スクレーパ４を冷却管３に沿って凝縮水タンク５に近接する方向に移動させて冷却管３の表面に付着した水を回収し、凝縮水タンク５に搬送して貯留する。
【００３２】
凝縮水タンク５に一旦貯留した回収水Ｗは、セメント製造時に使用する脱硝剤の希釈水や、汚泥をセメント製造工場に輸送した際にハンドリング性を高めるための潤滑水、熱交換管用の冷却水や、生物脱臭槽の散水用水等に有効利用することができる。
【００３３】
建屋７から排出した臭気ガスＧ２を脱臭処理装置６で臭気分解すると共に、屋内ヤード２から排出した有機汚泥類を発熱量調整材と共に加圧成型装置等で粒状化させ、粒状化燃料をセメント焼成装置等における燃料に使用することができる。有機汚泥類をセメントキルンや仮焼炉の燃料として直接利用することも可能であるが、単体では発熱量がそれほど高くはないため、他の用途に利用する場合には、加圧成型前に発熱量調整材を添加して熱量調整を行う。発熱量調整材には、廃プラ類、塗料カス、廃油等の可燃性廃棄物や固形燃料等を用いることができる。
【００３４】
以上より、本発明によれば、有機汚泥類Ｓに高温ガスＧ１を通気して有機汚泥類Ｓを乾燥させ、さらに好気性発酵による発酵熱を利用して水分を減少させて燃料とするため、堆肥化する場合のような長期の処理期間が不要で、短い処理期間で、セメント生産効率の低下を軽減し、低コストで有機汚泥類Ｓを燃料化することができる。
【００３５】
また、冷却管３等を用いて屋内ヤード２の雰囲気ガス中の有機汚泥類から蒸発した水分等を凝縮させて回収することで、有機汚泥類Ｓの水分低減速度を高め、処理量の増大を図ることができると共に、回収水Ｗをこの有機汚泥類の燃料化設備１やセメント製造工場等で有効利用することができる。
【００３６】
次に、上記有機汚泥類の燃料化方法の試験例について説明する。
【００３７】
上記構成を有する有機汚泥類の燃料化設備１を用い、化学組成や物理的性状が略々同一の有機汚泥類Ｓについて、高温ガスＧ１の通気条件、すなわち通気温度及び有機汚泥類Ｓ１ｍ3あたりの通気量を変更して各々３日間（７２時間）通気した。試験結果を表１及び図２に示す。尚、図２において、棒グラフ全体が水分減量率（％）を、白色の棒グラフが発酵寄与分（％）を、灰色の棒グラフが乾燥寄与分（％）を、折れ線グラフが発酵寄与率（％）を各々示して左縦軸の目盛りに対応し、○印が有機分分解率（％）を示して右縦軸の目盛りに対応する。
【００３８】
【表１】
0006529171.tif 000002
【００３９】
まず、表１及び図２における各種割合の定義や算出法について説明する。
【００４０】
有機分分解率（％）は、通気後の有機汚泥類Ｓの灰分増加率から算出され、この値が高い程、有機汚泥類Ｓ中の有機分が灰分に変化した割合が大きいことになり、臭気ガスの発生量が抑制されることとなる。
【００４１】
水分減量率（％）は、通気前の有機汚泥類Ｓに含まれる水分を１００とした場合の通気後の有機汚泥類Ｓ中の水分減量分を示し、この値が高い程燃料化にとって好ましい。
【００４２】
発酵寄与率（％）は、次式によって算出され、汚泥中の水分を蒸発させるのに必要な高温ガスＧ１から有機汚泥類Ｓに与えられる全熱量に対する有機分の発酵によって生じる熱量（発酵熱量）の割合を表し、この値が高い程、高温ガスＧ１の通気量を抑えて発酵を行っていることになる。
発酵寄与率（％）＝発酵熱量／（有機汚泥類Ｓの水分蒸発潜熱＋有機汚泥類Ｓの昇温熱量）
※発酵熱量：１７．６ＭＪ／ｋｇ−汚泥有機分（一般的な汚泥の発酵熱量（参考値））×有機分分解量（ｋｇ）
尚、上式において、有機汚泥類Ｓの水分蒸発量が少なく、高温ガスＧ１の通気量が少ない場合には、発酵寄与率が高くなるが、発酵寄与率と有機分分解率は必ずしも比例しない。
【００４３】
発酵寄与分（％）は、水分減量率（％）×発酵寄与率（％）／１００によって算出され、有機分の発酵による水分減量率を示し、この値が高い程、高温ガスＧ１の通気量を抑えて発酵を行っていることになる。
【００４４】
乾燥寄与分（％）は、水分減量率（％）−発酵寄与分（％）によって算出され、高温ガスＧ１による乾燥に伴う水分減量率を示し、この値が高い程、高温ガスＧ１の通気量が多く、有機分の発酵効率が悪いことになる。
【００４５】
次に、実施例１、２及び比較例１〜３について、表１及び図２を参照しながら説明する。
【００４６】
表１において、実施例１及び２は、通気温度が１００℃で、有機汚泥類Ｓ１ｍ３あたりの高温ガスＧ１の通気量が、０．２〜０．３３ｍ３／ｍｉｎに調整され、比較例１は、通気温度が４０℃と低くて通気量が０．１ｍ３／ｍｉｎと少なく、比較例２は、通気温度は１００℃であるが、通気量が０．１ｍ３／ｍｉｎと少なく、比較例３は、通気温度が１００℃であるが通気量が０．５ｍ３／ｍｉｎと過剰である。
【００４７】
実施例２のように、乾燥寄与分を除く全ての値がバランス良く高いことが好ましく、同例において、有機汚泥類Ｓの上部と下部の温度を測定したところ、いずれも発酵活性域に収まっており、有機汚泥類Ｓが効率よく発酵されていることが判った。また、実施例１でも十分優れた値を得ることができ、これらは、３日間で汚泥の有機分分解率（％）が１７〜１９％と高いことからも有機汚泥類Ｓが効率よく発酵されていることが判った。
【００４８】
一方、比較例１及び２では、発酵寄与率が高いものの全体的な水分減量率が低く、燃料化が十分でない。また、比較例３では、水分減量率が高いが、有機分分解率及び発酵寄与率が最も低くなり、有機汚泥類Ｓがあまり発酵せず、臭気ガスの発生量が最大となることが判った。これは、通気量が過剰となり、有機汚泥類Ｓの表面が乾燥し過ぎたことによるものと考えられる。
【００４９】
以上のように、高温ガスＧ１の通気温度を５０℃〜１４０℃、より好ましくは７０℃〜１００℃で、高温ガスＧ１の有機汚泥類Ｓ１ｍ３あたりの通気量を、０．２〜０．４ｍ３／ｍｉｎ程度に調整することで、通気ガス量を少なく抑えながら、乾燥と発酵による水分低減効果のバランスを最適化し、有機汚泥類Ｓの処理量を増加させても、臭気ガス量の増大を抑制して設備コスト及び運転コストをより低く抑えることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１  有機汚泥類の燃料化設備
２  屋内ヤード
３  冷却管
４  スクレーパ
５  凝縮水タンク
６  脱臭処理装置
７  建屋
８  高温ガス供給部
Ｇ１  高温ガス
Ｇ２  臭気ガス
Ｓ  有機汚泥類
Ｗ  回収水
【図１】
0006529171.tif 000003
【図２】
0006529171.tif 000004