(57)【要約】【課題】薬剤処理によっても使用環境下で有機薬剤のように不安定化せず、その後の炭化製品の利用に支障が出ないようにする。また凝集剤としてポリ鉄が用いられている下水処理場においても、かかるポリ鉄を安定化剤として使用できるようにし、下水処理場における所要コストを低減する。【解決手段】下水道排水処理後に生成する濃縮汚泥を脱水して脱水汚泥とし、脱水汚泥を乾燥機で熱風乾燥して乾燥汚泥とした上、乾燥汚泥を炭化炉で無酸素若しくは低酸素条件で加熱して乾留処理し炭化製品を製造するに際し、乾留処理後の炭化製品に対してポリ硫酸第二鉄，塩化第二鉄等の鉄塩を混合することによって炭化製品からの有害物質の溶出を抑制する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下水道排水処理後に生成する濃縮汚泥を脱水して脱水汚泥とし、該脱水汚泥を乾燥機で熱風乾燥して乾燥汚泥とした上、該乾燥汚泥を炭化炉で無酸素若しくは低酸素条件で加熱して乾留処理し炭化製品を製造するに際し、
前記乾留処理後の炭化製品に対して、ポリ硫酸第二鉄，塩化第二鉄等の鉄塩を混合することによって該炭化製品からの有害物質の溶出を抑制することを特徴とする炭化製品の安定化処理方法。
【請求項２】
請求項１において、前記鉄塩を予め水に混合して混合液とし、該混合液を前記炭化製品に混合することを特徴とする炭化製品の安定化処理方法。
【請求項３】
請求項２において、前記脱水汚泥を乾燥する乾燥工程，前記乾燥汚泥を乾留処理して炭化する炭化工程を含む一連の炭化処理工程が、乾留処理後の炭化製品に対して水をスプレー噴霧して加湿し、系外に搬出する加湿工程を含んでおり、該加湿工程において前記鉄塩の混合液を前記炭化製品にスプレー噴霧することを特徴とする炭化製品の安定化処理方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかにおいて、前記鉄塩としてポリ硫酸第二鉄を用い、且つ該鉄塩を前記炭化製品に対し固形物重量対比で３％以上添加混合することを特徴とする炭化製品の安定化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、下水道排水処理後に生成する濃縮汚泥を脱水し、更に乾燥処理及び乾留処理して得られる炭化製品の安定化処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水汚泥は脱水後、従来は産業廃棄物として埋め立てられて来たが、併せて有効利用も進められており、コンポストとして堆肥代替に、また焼却して灰としてセメント原料代替に、或いは溶融して発生する溶融スラグを天然骨材代替に利用することが行われて来た。
しかしながらこれらへの利用には限界があり、今後更にその利用を拡大することが求められている。
【０００３】
その一環として、近年、下水汚泥を内熱式或いは外熱式加熱装置で無酸素若しくは低酸素雰囲気中で加熱し、水分揮発と炭化水素の一部を熱分解或いは燃焼により揮発させて炭素リッチな成分に変える乾留処理により炭化製品を製造し、これを土壌改良剤や園芸材料として利用する実用化が始まっている。
【０００４】
この乾留処理による炭化は、汚泥が基質中に炭素分を４５重量％程度含んでいることから、焼却，溶融処理のように汚泥中の炭素分を消費してしまうのではなく、汚泥を無酸素或いは低酸素状態で熱分解（炭化）することにより炭素分を残留させ、新しい組成を持つ炭化物（炭化製品）として生成させるものである。
この炭化操作によりコンポストで問題になる臭気は消え、焼却に比べてCO２発生量は大幅に削減でき、また汚泥を焼却或いは溶融処理する場合のように多量のエネルギーを消費し処理コストが高くなるといった問題も解消できる。
【０００５】
図７はそのための装置の一例を示したものである。
図中２００は受入ホッパ（脱水汚泥貯溜槽）であり、水分７５〜８５％程度まで脱水された脱水汚泥がこの受入ホッパ２００に先ず受け入れられる。
ここに受け入れられた脱水汚泥は、中間貯溜槽２０２を経て定量供給装置２０４，搬送装置２０５により乾燥機２０６へと送られ、そこで所定の水分量、具体的には２５〜４５％程度の水分量まで乾燥処理される。
【０００６】
乾燥機２０６は、図８に示しているように回転ドラム２０８の内部に撹拌軸２１０を有している。
ここで撹拌軸２１０は回転ドラム２０８の中心から偏心した位置に設けられている。
この撹拌軸２１０からは複数の撹拌羽根２１２が放射状に延び出している。
【０００７】
一方回転ドラム２０８の内周面には周方向に所定間隔で複数の板状のリフター２１４が、回転ドラム２０８と一体回転する状態で設けられている。
その結果として、回転ドラム２０８内部の汚泥（脱水汚泥）は回転ドラム２０８の回転に伴ってリフター２１４により底部から上方に持ち上げられ、そしてその頂部近くで自重により落下する。
落下した汚泥は、その下側に位置する撹拌羽根２１２の高速回転により細かく粉砕され、回転ドラム２０８の底部側へと落下する。
【０００８】
回転ドラム２０８内部の汚泥はこのような撹拌作用を受けながら、その内部に導かれた乾燥用熱風にさらされて乾燥処理され、次第に水分が減少していく。
尚この乾燥機２０６においては、回転ドラム２０８の傾斜勾配により、更には撹拌羽根２１２による粉砕及びその際の飛散作用によって、汚泥が回転ドラム２０８内部を軸方向に漸次送られて行く。
【０００９】
このようにして乾燥機２０６で乾燥処理された後の乾燥汚泥は、続いて搬送装置２１６，２２０により乾燥汚泥貯溜槽２１８を経て炭化炉２２２へと搬送され、そこで乾留処理により汚泥の炭化が行われる。
【００１０】
この炭化炉２２２には、図９に示しているように炉体２２４の内部に乾留容器としての円筒形状のレトルト２２６が設けられており、前段の乾燥機２０６で乾燥処理された乾燥汚泥が図示を省略するスクリューフィーダにてレトルト２２６内部に投入される。
【００１１】
投入された乾燥汚泥は、先ず炉体２２４内部に配設された助燃バーナ（外熱室用バーナ）２２８による外熱室２３０内部の雰囲気加熱によって加熱される。
すると乾燥汚泥中に含まれていた可燃ガスがレトルト２２６に設けられた噴出しパイプ２３２を通じて外熱室２３０の雰囲気中に抜け出し、そしてこの可燃ガスが着火して、以後はその可燃ガスの燃焼によりレトルト２２６内部の汚泥の加熱が行われる。
この段階では助燃バーナ２２８は燃焼停止される。
【００１２】
図９に示しているように、炉体２２４の内部には外熱室２３０と仕切られた排ガス処理室２３４が設けられており、外熱室２３０からの排ガスはここに導かれる。
この排ガス処理室２３４には排ガス処理室用バーナ２３６が設けられており、排ガス処理室２３４内に導かれた排ガス中の未燃ガスが、この排ガス処理室用バーナ２３６にて２次燃焼される。
レトルト２２６内部の汚泥は、図中左端からレトルト２２６の回転とともに漸次図中右方向に移って行き（レトルト２２６には若干の勾配が設けてある）、そして最終的に乾留残渣（炭化製品）がレトルト２２６の図中右端の出口２３８、つまり炭化炉２２２から排出される。
【００１３】
図７において、２４０は熱風発生炉で、ここで発生した熱風が乾燥機２０６へと供給される。
乾燥機２０６に供給された熱風は、これを通過して集塵機２４２を通り、更に循環ファン２４４にて炭化炉排ガス熱交換器２４６，熱風炉排ガス熱交換器２４８を経て熱風発生炉２４０へと循環させられる。
【００１４】
この循環系では乾燥機２０６においてリークエアが循環する熱風中に入り込む。
一方で熱風発生炉２４０には燃焼空気が定量供給されており、そのためここでは熱風発生炉２４０から延び出した分岐路２５０を通じて熱風の一部が抜き取られ、熱風炉排ガス熱交換器２４８を経て熱風炉排ガスファン２５２により煙突２５４から外部に放出される。
他方炭化炉２２２からは排気路２５６が延び出しており、炭化炉２２２からの排ガスが、排気路２５６を通じて炭化炉排ガスファン２５８により炭化炉排ガス熱交換器２４６を経て煙突２５４から外部に放出される。
この種の炭化処理装置は例えば下記特許文献１，特許文献２に開示されている。
【００１５】
ところでこのようにして製造した炭化製品を利用するに際しては、当然環境中に汚染物質が流出しないよう安全性を担保する必要がある。
安全性担保面では、下水汚泥由来ではAs，Se等の溶出が特に問題になる。
【００１６】
炭化製品の安全性評価方法と基準は現在まだ明確には決まっていない。
先ず溶出については、炭化製品を土壌改良剤として使うときはその溶出値は平成３年環境庁告示４６号による試験方法で土壌環境基準を採用することが安全と思われる。
この基準値は厳しい基準なので、溶融スラグのように高温で溶融してガラス組織に封じ込める操作を行っていない炭化操作では、下水汚泥の質や運転状態の変動により、現状では生産されている炭化製品の全てが必ずしもAs等の溶出基準値を満たしているとは言えないのが実情である。
【００１７】
炭化製品の安定化に関する公知技術について公開されているものは見当たらないが、考えられるものとして次の方法がある。
その一つは、焼却飛灰や溶融飛灰の安定化に用いられるピペラジン基やジチオカルバミン酸基或いはピペラジンビスジチオカルバミン酸基等を有するキレート剤、即ち有機薬剤を炭化製品に添加して安定化する方法である。
しかしキレート剤は有機薬剤なので、日光や酸性雨にさらされる環境で有効利用する上では、使用環境中で分解する可能性があるなど安定性に不安があり、また分解による有害ガスが発生する恐れや、臭気があるので炭化製品の利用に支障が出るという問題がある。
またAsやSeは陽イオンでは存在せず、陰イオンの形態で存在するので一般のキレート剤では安定化できない問題がある。
【００１８】
考えられる他の方法として、無機薬剤を乾燥処理前の脱水汚泥或いは乾留処理前の乾燥汚泥に添加する方法がある。
その際、無機薬剤として一般に下水終末処理場で凝集剤として使用されているポリ硫酸第二鉄（（Fe２（OH）ｍ（SO４）３−ｍ／２）ｎ）（通称ポリ鉄、以下ポリ鉄と略す）や塩化第二鉄、特にポリ鉄を使用できれば好都合である。
下水終末処理場で凝集剤として使用されているポリ鉄や塩化第二鉄を安定化剤として用いることができれば、炭化処理設備が下水終末処理場内に設置される場合、凝集剤と安定化剤とを共用できるため、必要な薬剤用のタンクも１つで済むなど処理場にとってコストを低減できる利点が得られる。
【００１９】
しかしながら、塩化第二鉄は脱水汚泥や乾燥汚泥に添加した場合においても、即ち乾留処理の前に添加しても、それが水酸化鉄として沈殿する際にAs等の有害物質と共沈してこれを安定化することが確認されているものの、特に凝集剤としてよく使用されているポリ鉄の場合、これを炭化する前の脱水汚泥や乾燥汚泥に加えた場合、As等の有害物質を十分に安定化できないばかりか、却って溶出値が増してしまう問題のあることが判明した。
即ち、炭化製品となる前の脱水汚泥や乾燥汚泥に無機薬剤を添加して安定化する方法の場合、使用可能な薬剤の種類が限定されてしまい、特に有用なポリ鉄の使用ができないといった問題がある。
【００２０】
【特許文献１】特開平１１−３７６４４号公報
【特許文献２】特開平１１−３３５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明はこのような事情を背景とし、薬剤処理によっても使用環境下で有機薬剤のように不安定化せず、その後の炭化製品の利用に支障が出ないようにすることにある。
また凝集剤としてポリ鉄等が用いられている下水処理場においても、かかるポリ鉄等を安定化剤として使用できるようにし、下水処理場における所要コストを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
而して請求項１のものは、下水道排水処理後に生成する濃縮汚泥を脱水して脱水汚泥とし、該脱水汚泥を乾燥機で熱風乾燥して乾燥汚泥とした上、該乾燥汚泥を炭化炉で無酸素若しくは低酸素条件で加熱して乾留処理し炭化製品を製造するに際し、前記乾留処理後の炭化製品に対して、ポリ硫酸第二鉄，塩化第二鉄等の鉄塩を混合することによって該炭化製品からの有害物質の溶出を抑制することを特徴とする。
【００２３】
請求項２のものは、請求項１において、前記鉄塩を予め水に混合して混合液とし、該混合液を前記炭化製品に混合することを特徴とする。
【００２４】
請求項３のものは、請求項２において、前記脱水汚泥を乾燥する乾燥工程，前記乾燥汚泥を乾留処理して炭化する炭化工程を含む一連の炭化処理工程が、乾留処理後の炭化製品に対して水をスプレー噴霧して加湿し、系外に搬出する加湿工程を含んでおり、該加湿工程において前記鉄塩の混合液を前記炭化製品にスプレー噴霧することを特徴とする。
ここで鉄塩を添加した混合液は、加湿コンベヤ等の加湿装置にて炭化製品に混合するようになすことができる。
【００２５】
請求項４のものは、請求項１〜３の何れかにおいて、前記鉄塩としてポリ硫酸第二鉄を用い、且つ該鉄塩を前記炭化製品に対し固形物重量対比で３％以上添加混合することを特徴とする。
【００２６】
以上のように本発明は、乾留処理によって炭化製品とされた後において、その炭化製品に鉄塩を混合し、炭化製品からの有害物質の溶出を抑制して炭化製品を安定化するものである。
ここで鉄塩として特にポリ鉄や塩化第二鉄が好適であり、とりわけポリ鉄を好適に用いることができる。
【００２７】
塩化第二鉄は、溶出試験で水酸化鉄として沈殿し、その際に炭化製品中のAs等が水酸化鉄と錯体を形成して共沈し、溶出が抑制される。
この塩化第二鉄は、炭化される前の乾燥汚泥に添加しても安定化剤としての働きを有する。
塩化第二鉄FeCl３は低沸点化合物でこれを乾燥汚泥に添加混合した場合、その一部は炭化過程で揮発するが、一部は塩化第一鉄（FeCl２）に還元される。
塩化第一鉄は高沸点化合物であるため炭化製品中に残留し、また水に対する溶解度が高く、溶出試験過程で水酸化鉄として沈殿し、炭化製品中のAs等の有害物質を安定化する。
【００２８】
この塩化第二鉄は、乾留処理を経て生成した炭化製品に加えても同様の原理に基づいて安定化剤としての働きをなし、従って本発明においては、この塩化第二鉄を安定化剤として用いることができる（塩化第二鉄は下水処理場で凝集剤としても用いられており、従って塩化第二鉄を安定化剤として用いる場合においても本発明の効果を奏し得る）。
【００２９】
一方ポリ鉄の場合、炭化前の乾燥汚泥に加えたときには安定化剤としてこれを有効に作用させることができないことが本発明者等の研究により判明した。
ポリ鉄の場合、乾燥汚泥に加えてこれを炭化炉に通すと、炭化炉内部の還元雰囲気の下でポリ鉄即ちポリ硫酸第二鉄が還元され、その還元は硫酸第一鉄に止まらないで、硫化鉄（FeS）まで還元されてしまう。
而して硫化鉄（FeS）は水に対して不溶性であり、炭化製品の溶出試験の過程においてもAs等有害物質と鉄との共沈作用が生じず、そのためAs等有害物質が炭化製品から溶出してしまう。
【００３０】
寧ろ乾燥汚泥に対してポリ鉄を加えた場合、炭化製品中のAs等有害物質の溶出が抑制されないばかりか、却って溶出が助長されてしまう傾向にあることが判明した。
その原因は、炭化炉内部でのポリ鉄の還元によって炭化製品のｐＨが高まり、その結果高ｐＨ領域において溶出し易い５価Asの溶出が助長されてしまうことによるものと考えられる。
【００３１】
これに対して乾留処理後の炭化製品に対してポリ鉄を加える場合、ポリ鉄の還元による上記弊害は生じず、かかるポリ鉄がその後の溶出試験の際、或いは炭化製品に対する加湿工程の際（請求項３）、水酸化鉄として沈殿して、その際にAs等と錯化合物を形成して共沈し、これを良好に安定化して溶出試験においてAs等の溶出が効果的に抑制される。
【００３２】
本発明では、鉄塩を炭化製品に混合するに際し、かかる鉄塩を予め水に混合して混合液とし、その混合液の状態で炭化製品に混合するのが好適である（請求項２）。
特に請求項３に従って脱水汚泥を乾燥する乾燥工程、乾燥汚泥を乾留処理して炭化する炭化工程を含む一連の炭化処理工程を、乾留処理後の炭化製品に対して水をスプレー噴霧して加湿し、系外に搬出する加湿工程を含むものとし、そしてその加湿工程において、鉄塩の混合液を炭化製品にスプレー噴霧するようになすのが好適である。
【００３３】
炭化製品の製造においては、通常炭化製品の飛散防止、発熱抑制を目的として加湿コンベヤ等の加湿装置にて水を加えて加湿し、水分を３０〜４０％の状態としてから系外へ搬出するようにする（加湿装置としてはその他にスクリューコンベヤやフライトコンベヤ或いはパドルコンベヤ等にスプレーノズルを備えた装置を好適に用いることができる）。
【００３４】
従って本発明ではこの加湿工程を利用し、予め炭化製品に加えられるべき水に鉄塩を混合しておき、その混合液を炭化製品にスプレー噴霧して、加湿を行うと同時に炭化製品中に鉄塩を添加混合するようになすことが望ましい。
このようにすれば、一連の炭化処理工程の工程内部で安定化処理を済ませておくことができ、しかも余分に付加する工程は殆ど無く、加えて鉄塩を炭化製品中に均一に添加し、分散させておくことができる効果が得られる。
【００３５】
また加湿装置内で炭化製品に鉄塩を水との混合液で加える場合、その加湿装置にて鉄塩が炭化製品と強く撹拌されることを利用して反応を効率良く進行させることができ、鉄塩消費量を低減でき、更に新たな撹拌装置を不要となすことができるなど設備費やスペースを節約することが可能となる。
【００３６】
本発明において、炭化製品を製造するための炭化処理工程は例えば図１及び図２のようなものとなる。
この場合において鉄塩の添加は、炭化製品の加湿工程において行うことができる（図２中の矢印は鉄塩の添加位置を表している）。
【００３７】
この炭化製品加湿工程において鉄塩、例えばポリ鉄を添加するには例えば図３に示すようにすれば良い。
図３において１０はポリ鉄タンクを、１２は加湿水タンクを、１４は混合槽を、１６は加湿装置をそれぞれ表している。
【００３８】
尚本発明において鉄塩としてポリ鉄を加える場合、かかるポリ鉄を炭化製品に対し固形物重量対比で３％以上添加混合するのが好適である（請求項４）。
特に固形物重量対比で６％以上添加することがより望ましい。
【発明の効果】
【００３９】
本発明は、下水処理場にて凝集剤として使用されている無機薬剤を数％の添加率で用いて炭化製品を確実に安定化できるので、下水処理場でのコスト低減且つ安定化効果に優れた炭化製品の安定化手段として有用である。
また薬剤を使うことで製品品質への影響が心配されたが、微量の添加率なので有効利用上問題にはならなかった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
次に本発明の実施形態を以下に詳しく説明する。
表１に、炭化製品に対しポリ鉄を各種添加量で添加した場合の溶出試験結果を、汚泥（乾燥汚泥）及び炭化製品の何れにもポリ鉄の添加を行わなかった場合、及び炭化製品となる前の汚泥にポリ鉄を添加した場合の結果とともに示している。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
尚汚泥は流域下水道処理施設のものを使用し、炭化製品製造実機設備で薬剤種類と添加率及び添加箇所を変えて、その他は同一運転下で運転し、得られた炭化製品を用いて評価した。
【００４３】
炭化製品の安定化評価方法は、前述の環境庁告示４６号法に拠った。
この方法では、炭化製品：蒸留水を１：１０で容器中で振とうし、上澄み液を０．４５μｍメンブレンで濾過した液を溶媒抽出或いは強酸で溶解してAs濃度等を測定している。
従って炭化製品のAs等の溶出値は、振とうにより溶解したAs等化合物イオンや、振とうにより炭化製品から剥離した微粒のAs等を含むコロイド状物質が０．４５μｍメンブレンをどのくらい通過するかどうかで決まる。
効果を鮮明にするため、振とうは炭化製品が激しく撹拌されて最も溶出し易い条件である横振り振とうで行った。
分析項目はｐＨ，Asを主体に行った。
検液のAsの分析は水素化物発生原子吸光法とした。
【００４４】
尚表１の添加率は、乾きベースの炭化製品（又は汚泥）に対する薬剤純分の外掛け質量％を指す。
検液ｐＨとは、環境庁告示４６号法で振とう操作後、静置してから後、濾過した液の２５℃でのｐＨのことをいう。
【００４５】
表１の結果から、本発明に従って鉄塩としてのポリ鉄を添加することで炭化製品を良好に安定化できることが分かる。
因みに図４は炭化製品へのポリ鉄の添加の有無及び添加率とAs溶出濃度との関係を表している。
同図に示しているように炭化製品にポリ鉄を加えることによって、更にそのポリ鉄の添加率を高くすることでAsの溶出濃度が低下し、特に３％以上添加することによってAsの溶出値を基準値である0.01mg／l以下に抑制できることが分かる。
【００４６】
一方図５は炭化製品ではなく乾燥汚泥に対してポリ鉄を添加した場合の添加率とAs溶出濃度との関係を示している。
図５から、炭化する前の汚泥の対してポリ鉄を加えた場合、Asの溶出濃度が抑制されないばかりか、却って僅かに増加する傾向にあることが見て取れる。
【００４７】
以上の結果は図６のＸ線回折結果と良く整合している。
尚これらの図において横軸はＸ線の照射角度θ×２を表している。
炭化製品となる前の汚泥に対してポリ鉄を加えた場合、炭化炉を通ることでポリ鉄が硫化鉄（FeS）まで還元され、そしてその還元により生成する硫化鉄はポリ鉄の添加量が増すにつれてピークが大きくなっている。
【００４８】
一方でポリ鉄、即ち硫酸第二鉄の還元態である硫酸第一鉄のピークは全く認められなかった。
このことは炭化炉内で硫酸第二鉄が硫酸第一鉄で止まらず、硫化鉄まで還元が進んでいることを表すものである。
尚炭化製品に対してポリ鉄を加えた場合、硫化鉄のピークは実質的に硫化鉄の存在を認め得ない程度のものであった。
【００４９】
図５において、汚泥にポリ鉄を加えた場合にAsの溶出が抑制されず却って溶出が促進されている結果は、汚泥にポリ鉄を加えた場合に炭化炉で還元が強く進み、ポリ鉄が安定化剤として働かない硫化鉄まで還元が進んだこと、更に炭化炉内での還元により炭化製品のｐＨが高まり、Asが溶出し易い状況が生じたことによるものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】炭化製品の製造工程を示す図である。
【図２】無機薬剤の好適な添加時期，添加箇所の例を示す図である。
【図３】炭化製品加湿工程においてポリ鉄を添加する方法を示す図である。
【図４】炭化製品へのポリ鉄の添加の有無及び添加率とAs溶出濃度との関係を表した図である。
【図５】乾燥汚泥に対してポリ鉄を添加した場合の添加率とAs溶出濃度との関係を示した図である。
【図６】（Ａ）無薬注の場合のＸ線回折結果，（Ｂ）ポリ鉄を乾燥汚泥に６％加えた場合の炭化工程後のＸ線回折結果，（Ｃ）ポリ鉄を乾燥汚泥に１０％加えた場合の炭化工程後のＸ線回折結果，（Ｄ）ポリ鉄を乾燥汚泥に２０％加えた場合の炭化工程後のＸ線回折結果を示す図である。
【図７】従来公知の炭化処理装置を示す図である。
【図８】図７の乾燥機を詳しく示す図である。
【図９】図７の炭化炉を詳しく示す図である。
【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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【図８】
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【図９】
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