(57)【要約】【課題】汚泥中に含まれる資源やエネルギー源を有効に再利用し、汚泥の悪臭を効果的に減少し、かつ処理コストの少ない下水汚泥の処理方法を提供する。【解決手段】含水率４０〜９０％の下水汚泥ケーキ３２を、コークス原料用石炭３１を乾燥する石炭乾燥設備１に石炭３１とともに添加し、乾燥してコークス製造原料とすることを特徴とする下水汚泥ケーキの処理方法。下水汚泥ケーキ３２の添加位置は、石炭乾燥設備１の石炭装入フィーダー２上流部である。下水汚泥ケーキ３２を微細化する工程を経た上で下水汚泥ケーキ３２を石炭乾燥設備１に添加する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
含水率４０〜９０％の下水汚泥ケーキを、コークス原料用石炭を乾燥する石炭乾燥設備に石炭とともに添加し、乾燥してコークス製造原料とすることを特徴とする下水汚泥ケーキの処理方法。
【請求項２】
下水汚泥ケーキの添加位置は、石炭乾燥設備の石炭装入フィーダー上流部であることを特徴とする請求項１に記載の下水汚泥ケーキの処理方法。
【請求項３】
下水汚泥ケーキを微細化する工程を経た上で該下水汚泥ケーキを石炭乾燥設備に添加することを特徴とする請求項１又は２に記載の下水汚泥ケーキの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水汚泥を処理して資源化する下水汚泥ケーキの処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水汚泥の処理は、従来から液状汚泥のまま、脱水汚泥、乾燥汚泥、コンポスト化などの形で海洋投棄、農地還元、埋め立てなどが行われていた。しかしながら、下水汚泥はこれらの形態で処分すると悪臭を発散する上に、現状では処理処分地の確保が困難となっている。
【０００３】
下水汚泥を焼却して臭気が出ないようにして減容化する方法が次第に処理方法の主流となってきているが、焼却したのでは汚泥中の有機物や可燃成分を有効利用することができない。また、燃焼排ガス中のＮＯｘの発生や多量の補助燃料の使用、焼却施設のメンテナンス、焼却灰の処分といったことが新たな問題となってきている。
【０００４】
特許文献１においては、脱水汚泥に生石灰を加えて汚泥乾燥粉末とし、これをセメント焼成炉に供給して燃焼させるとともに、燃焼過程で発生するガスを焼成炉の高温部に通過させて窒素酸化物を低減させる方法が開示されている。含水率４０〜８５％の含水汚泥に生石灰を加えると、生石灰は消石灰となりその発熱で汚泥の水分は除去され、水分１０％以下に乾燥された汚泥乾燥粉末が得られる。これをセメント焼成炉に供給して燃焼すると、有機物はセメント焼成時の燃料となり、残渣がセメント原料となる。燃焼過程で発生するガスを焼成炉の５００℃以上の高温部に通過させることにより、排ガス中の窒素酸化物を低減させることができるとしている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−２３９１１８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載の方法では、脱水汚泥に消石灰を添加して汚泥乾燥粉末を製造する工程が必要であり、また汚泥乾燥粉末を燃焼した排ガス中には窒素酸化物が含まれるので、この排ガスを５００℃以上の高温部を通過させる必要があるなど、工程が複雑なために処理コストの増大は免れない。
【０００７】
本発明は、汚泥中に含まれる資源やエネルギー源を有効に再利用し、汚泥の悪臭を効果的に減少し、かつ処理コストの少ない下水汚泥の処理方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
（１）含水率４０〜９０％の下水汚泥ケーキ３２を、コークス原料用石炭３１を乾燥する石炭乾燥設備１に石炭３１とともに添加し、乾燥してコークス製造原料とすることを特徴とする下水汚泥ケーキの処理方法。
（２）下水汚泥ケーキ３２の添加位置は、石炭乾燥設備１の石炭装入フィーダー２上流部であることを特徴とする上記（１）に記載の下水汚泥ケーキの処理方法。
（３）下水汚泥ケーキ３２を微細化する工程を経た上で下水汚泥ケーキ３２を石炭乾燥設備１に添加することを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の下水汚泥ケーキの処理方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は、含水率４０〜９０％の下水汚泥ケーキ３２を、コークス原料用石炭３１を乾燥する石炭乾燥設備１に石炭３１とともに添加し、乾燥してコークス製造原料とすることを特徴とする。以下、図１に基づいて説明する。
【００１０】
コークス生産に際し、コークスの品質向上、省エネおよびコークス炉での生産性向上を目的としてコークス炉装入前にコークス原料用石炭を石炭乾燥設備を用いて乾燥することが行われている。コークス炉用石炭の付着水分は乾燥前で通常７％から１２％程度であるが、この石炭を石炭乾燥機で付着水分０％から６％に乾燥するものである。乾燥した石炭を発塵しやすい粒径の微粉炭とそれより粒径の大きい粗粒炭に分級し、この微粉炭に添加剤を加えて擬似粒子化した上でコークス炉に装入する方法が知られている。
【００１１】
コークス原料用石炭を乾燥する石炭乾燥設備としては、気流乾燥法などの直接接触式の乾燥機や、チューブ内に熱媒または蒸気などを通したり、逆にチューブ内に石炭を通すドラム式の間接接触式乾燥機が用いられる。乾燥前の石炭の付着水分は通常７％から１２％であるが、乾燥機を通すことによって付着水分を０〜６％に低減する。乾燥は石炭を高温に熱することによって行うので、乾燥後の石炭は通常６０℃以上の温度となっている。乾燥後の石炭を粗粒炭と微粉炭に分級し、粗粒炭と微粉炭の双方を冷却する。乾燥後の高温の石炭を流動層式分級機に装入し、分級用のガスとして常温の空気を用いれば、分級と冷却を同時に行うことができる。
【００１２】
さらに、石炭乾燥設備１として図１に示すような流動層式乾燥分級機１ａ等を用いて乾燥と分級を同時に行う方法が知られており、乾燥と分級を独立に行う方法に比較して合理的で効果の大きい方法である。流動層式乾燥分級機１ａにおいては、流動床１５の下から上に向けて高温の乾燥ガス３５を流す。流動床１５の上に供給された水分を有する石炭は、高温の乾燥ガス３５によって流動状態となり、乾燥が進行し、さらに上昇するガスの流れに乗って微粉炭が分離される。流動層式乾燥分級機の流動床を複数に区分し、水分を有する石炭が最初に供給される流動床では高温のガスを供給して石炭の乾燥と分級を行い、当該区分を通過した石炭が供給される流動床では常温のガスを供給して石炭の冷却と分級を行うこととしても良い。これにより、１台の流動床式乾燥分級機において、石炭の乾燥、分級、冷却をすべて行うことができる。高温の乾燥ガス３５は、燃料ガス３３と空気３４とをそれぞれ燃料ガスブロア１６と空気ブロア１７によってホットストーブ１８に送り込み、ホットストーブ１８において燃料ガス３３と空気３４とを燃焼することによって供給することができる。
【００１３】
本発明は、下水汚泥を脱水処理して得られる含水率４０〜９０％の下水汚泥ケーキを用いる。従来の機械脱水で製造できる汚泥ケーキの含水率が４０％以上なので、４０％を含水率下限とした。また、含水率が９０％を超えると、汚泥ケーキの乾燥に要するエネルギーが大きくなりすぎるので、上限を９０％とした。汚泥ケーキの含水率が低いほど、本発明の汚泥ケーキ処理に要するエネルギーを削減することができるので好ましい。
【００１４】
図１に示すように、上記のように含水率を調整した汚泥ケーキ３２を、石炭３１とともに石炭乾燥設備１に添加する。汚泥ケーキ中の水分と石炭の付着水分とは、ともに石炭乾燥設備中において蒸発除去されるととにも、石炭３１と汚泥３２とが混練される。乾燥後において、石炭３１と汚泥３２の混合物の水分を６％以下に低減する。
【００１５】
通常は、乾燥とともにあるいは乾燥後に、分級が行われる。分級においては粗粒分３７と微粉分３６とに分離される。乾燥した汚泥中における粗粒と石炭中の粗粒炭とが粗粒分３７となり、汚泥中における微細粒子と石炭中の微粉炭とが微粉分３６として分離される。図１に示すような流動層式乾燥分級機１ａを用いる場合においては、粗粒分３７が流動床１５に残ってベルトコンベア２２上に排出され、、微粉分３６が上昇する排ガス３９とともに上昇、分離され、バグフィルターなどの集塵機１９において捕捉される。微粉分３６が除去された排ガス３９は、排気筒４から放出される。
【００１６】
以上の操作により分級冷却を行った後、集塵機１９で捕捉された微粉分３６については、混練器２０において添加物を加えて混練、擬似粒子化する。添加物としては、タール、タール滓、タール抽出物、鉱物系廃油が好ましい。擬似粒子化した微粉分３８は、コークス炉３への輸送の途中で粗粒分３７と混合し、コークス炉に装入する。この混合物は、乾燥した石炭と下水汚泥との混合物である。
【００１７】
水分を除去した下水汚泥の組成は、約２０％の灰分、約７０％の揮発分、約１０％の炭素分を含み、微少成分として硫黄分を１％、塩素分を０．０５％程度含有している。このような組成を有する下水汚泥を石炭とともにコークス炉に装入して乾留を行うと、揮発分はＣＯガスとＨ２ガスに分解してコークス炉ガスの一部となり、燃料ガスとして再生される。炭素分はそのままコークスの原料となる。灰分はコークス中に取り込まれ、コークスとともに高炉に装入され、最終的には高炉スラグの成分として排出され、路盤材や高炉セメントとして有効利用される。即ち、本発明によれば下水汚泥に含まれる利用可能成分はすべて有効に利用できる。硫黄分は、そのほとんどが、コークス炉ガス中にＨ２Ｓの状態で随伴し、このＨ２Ｓは、コークス炉ガスの脱硫工程にて除去される。塩素分は、その略全量が、コークス炉ガス中にＨＣｌの状態で随伴し、ＨＣｌは、上昇管ベンド部でコークス炉ガス冷却のために噴霧されるアンモニア水と反応して、ＮＨ４Ｃｌとなり無害化される。また、コークス中へ残留した微量の硫黄分と塩素分は、そのまま高炉燃料として使用される。
【００１８】
本発明方法では、石炭乾燥設備において汚泥ケーキは９０℃程度までしか昇温せず、窒素化合物は発生しない。従って、下水汚泥を焼却処理する従来方法のようにＮＯｘの発生が問題となることはない。
【００１９】
従来の下水汚泥処理においては、汚泥の悪臭が問題となっていたが、本発明方法を適用した場合、乾燥・分級に用いた後の排ガスには微粉炭が含まれているため、排ガス中の悪臭は微粉炭に吸着し、さらに多量の排ガスによって悪臭が薄められるので、バグフィルター等の集塵機１９で集塵を行った後の排ガスを排気筒４から大気中に放出しても、外部に悪臭が放散することがない。また、石炭と汚泥との混合物である乾燥後の装入炭のにおいも大幅に低減する。
【００２０】
コークス原料用石炭を乾燥する石炭乾燥設備としては既存のものをそのまま用いることができ、単に下水汚泥ケーキを添加するための装置を増設するのみでよいので、極めて安価な設備コストで本発明を実施することが可能である。
【００２１】
本発明において、石炭乾燥設備に添加する際における石炭と汚泥ケーキとの混合比率については、製造するコークスの品質面より、即ち、コークス強度の低下を最小にするため、石炭を分母としたとき、１％（Ｄｒｙベース）以下が望ましい。
【００２２】
本発明の下水汚泥ケーキの添加位置は、石炭乾燥設備の石炭装入フィーダー２の上流部とすると好ましい。石炭乾燥設備１の石炭装入フィーダー２は、図１に示すようなスクリューコンベア１４やパドルフィーダーなどが用いられる。この石炭装入フィーダー２の上流部に下水汚泥ケーキ３２を添加することとすると、石炭装入フィダー内で、石炭と汚泥ケーキの均一混合が促進される効果が得られる。石炭装入フィーダー２において、下水汚泥ケーキはできるだけ分散化して石炭と混合させると好ましい。
【００２３】
本発明において、下水汚泥ケーキを微細化する工程を経た上で該下水汚泥ケーキを石炭乾燥設備に添加することとすると、石炭への均一混合による汚泥中の臭気成分の石炭への吸着が進行すること、及び製造コークス品質を均一化することができるので好ましい。コークス中へ残留する汚泥ケーキの残留分には、粘結炭のような、コークス強度の発現力がなく、これらのものは、出来る限り微細化し、石炭に均一混合することで、コークス強度への影響を最小化することが判っている。下水汚泥ケーキを微細化するには、汚泥ケーキを、高圧力で微細口ノズルに通すことにより可能であり、ノズル出口に圧縮空気による噴霧化機構を設ければ、更に望ましい。微細化する汚泥ケーキの粒度としては、添加する石炭の平均粒度以下とすることが、均一混合の面より好ましい。
【００２４】
【実施例】
図１に示す流動層式石炭乾燥設備において本発明を適用した。石炭乾燥機１では、平均水分値９％の石炭を２７０ｄｒｙ−Ｔ／Ｈで処理し、乾燥機出口での石炭水分値を２％まで乾燥している。この乾燥機１への石炭装入フィダーであるスクリューコンベア１４の石炭入口部において、下水汚泥ケーキ添加装置を設けた。汚泥ケーキの石炭への添加に当たっては、汚泥ケーキをノズル径２ｍｍφの微細口ノズルを通して微細化したうえで石炭へ添加した。使用した下水汚泥ケーキの性状を表１に示す。以上の条件の元に、汚泥ケーキの石炭への添加率を０．２％ｄｒｙ／ｄｒｙ−ｃｏａｌで連続添加運転を実施した。この運転において得られた、本設備からの乾燥炭を１００％使用したコークス炉の操業実績を、下水汚泥を添加しない時の操業実績に対しての変化量の形で表２に示す。発生ＣＯＧ量は、１．５Ｎｍ３／ｄｒｙ−ｔ−ｃｏａｌ増加し、コークス歩留は、０．０７％増加した。コークス品質については、冷間強度指数であるＤＩの１５０回転１５ｍｍ指数及び熱間反応後強度指数であるＣＳＲ共に、汚泥ケーキ無添加操業との差異は検出されなかった。コークスＡｓｈは、０．０５％の増加があった。一方、石炭乾燥機での乾燥のために供給する熱量は、汚泥ケーキ添加により、８．４Ｍｃａｌ／ｄｒｙ−ｔ−ｃｏａｌの増大があった。本下水汚泥ケーキ連続添加運転期間中に乾燥機排気塔４より排気される排ガスの臭気については、全く問題なく、従来の環境と変化なかった。また、乾燥機より排出される乾燥炭についても、その臭気については、従来と特に変化はなく問題なかった。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
【表２】
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【００２７】
【発明の効果】
本発明は、下水汚泥を処理して資源化する下水汚泥ケーキの処理方法において、下水汚泥ケーキを、コークス原料用石炭を乾燥する石炭乾燥設備に石炭とともに添加し、乾燥してコークス製造原料とすることにより、汚泥中に含まれる資源やエネルギー源を有効に再利用し、汚泥の悪臭を効果的に減少し、かつ処理コストの少ない下水汚泥の処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】下水汚泥処理ケーキを処理する本発明の石炭乾燥設備を示す概略図である。
【符号の説明】
１  石炭乾燥設備
２  石炭装入フィーダー
３  コークス炉
４  排気筒
１１  石炭ホッパー
１２  汚泥ケーキホッパー
１３  ベルトコンベア
１４  スクリューコンベア
１５  流動床
１６  燃料ガスブロア
１７  空気ブロア
１８  ホットストーブ
１９  集塵機
２０  混練器
２１  排気ガスブロア
２２  ベルトコンベア
３１  石炭
３２  下水汚泥ケーキ
３３  燃料ガス
３４  空気
３５  乾燥用ガス
３６  微粉分
３７  粗粒分
３８  疑似粒子化微粉分
３９  排ガス
【図１】
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