(57)【要約】【課題】亜臨界水条件下で、難分解性成分を生成させることなく、低水分の汚泥を窒素、二酸化炭素、水などの無害物質に分解処理する方法を提供する。【解決手段】汚泥を先ず液相条件下にある予熱器１で加水分解して窒素成分をアンモニアに転換し、次いで気相条件下にある反応器２，３に移送して未反応の窒素成分を酸化反応により窒素酸化物に転換し、これらのアンモニアと窒素酸化物とを気相条件下で反応させて窒素を生成させる。また炭素成分を予熱器１で加水分解して低分子化し、次いで反応器に移送して酸化させ二酸化炭素を生成させる。予熱器における汚泥の昇温時間を短縮することにより、アンモニアや有機酸の発生量を抑制し、高温高圧条件下で生成する難分解成分の発生量を抑制する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥を高温高圧下条件にある予熱器と反応器とを用いて連続的に処理する方法であって、低含水率の汚泥を先ず液相条件下にある予熱器で加水分解して窒素成分をアンモニアに転換し、次いで気相条件下にある反応器に移送して未反応の窒素成分を酸化反応により窒素酸化物に転換し、これらのアンモニアと窒素酸化物とを気相条件下で反応させて窒素を生成させることを特徴とする高温高圧下条件における汚泥処理方法。
【請求項２】
汚泥を高温高圧下条件にある予熱器と反応器とを用いて連続的に処理する方法であって、低含水率の汚泥を先ず液相条件下にある予熱器で熱分解、することによって炭素成分を低分子化し、次いで気相条件下にある反応器に移送して酸化させ二酸化炭素を生成させることを特徴とする高温高圧下条件における汚泥処理方法。
【請求項３】
予熱器における汚泥の昇温時間を１時間以下に短縮した請求項１記載の高温高圧下条件における汚泥処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、脱水汚泥などの窒素成分と炭素成分の一方または双方を含む含水汚泥を、高温高圧下条件において処理して無害物質に転換する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２００２−１９２１９４号公報
【０００３】高温高圧条件下において汚泥その他の廃棄物を分解処理する方法として、従来から超臨界水条件下で酸化反応を進行させる超臨界水酸化法と、亜臨界水条件下で酸化反応を進行させる湿式酸化法（特許文献１）とが知られている。
【０００４】このうち超臨界水酸化法は窒素成分から生成されるアンモニアを分解できる利点があるが、そのためには２５ＭＰａ，６５０℃以上の厳しい条件が必要となる。このため、それに耐える設備の製作やそのメンテナンスに多くのコストがかかることとなり、安全性の面での不安もあるため、汚泥処理法としては実用化されていない。またこの方法は超臨界水を反応場とするため、汚泥の含水率を９０％以上としておくことが必要不可欠であり、脱水汚泥のような低含水率の汚泥の処理には不適当である。
【０００５】一方、湿式酸化法は超臨界水酸化法よりも圧力・温度ともに低い亜臨界水条件下で反応を進行させるため、設備の製作やそのメンテナンスのコストが安価となるうえ、脱水汚泥のような低含水率の汚泥の処理にも適する。しかし湿式酸化法では、汚泥に含まれる窒素成分は液相条件下で加水分解されて難分解性のアンモニアが生成されるため、その処理が困難でなる。また汚泥に含まれる炭素成分は液相条件下で加水分解されて酢酸等の有機酸を生成するが、この有機酸も難分解性であってその処理が困難である。またアンモニアと有機酸との反応により別の難分解性成分が生成される。
【０００６】このように、湿式酸化法は難分解性のアンモニア、有機酸などが生成されやすい欠点があり、触媒を用いることによってこれらの難分解性成分を除去することも考えられるが、コスト面での負担が大きくなる。さらに湿式酸化法には処理に長時間を要するという問題もあるため、やはり汚泥処理法としては実用化されていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した従来の問題点を解決し、亜臨界水条件下で、難分解性成分を生成させることなく、低水分の汚泥を窒素、二酸化炭素、水などの無害物質に分解処理することができる高温高圧下条件における汚泥処理方法を提供するためになされたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するためになされた請求項１の発明は、汚泥を高温高圧下条件にある予熱器と反応器とを用いて連続的に処理する方法であって、低含水率の汚泥を先ず液相条件下（水分蒸発温度以下）にある予熱器で加水分解して窒素成分をアンモニアに転換し、次いで気相条件下（水分蒸発温度以上）にある反応器に移送して未反応の窒素成分を酸化反応により窒素酸化物に転換し、これらのアンモニアと窒素酸化物とを気相条件下で反応させて窒素を生成させることを特徴とするものである。この発明において、予熱器における汚泥の昇温時間を１時間以下に短縮し、加水分解により生成するアンモニアの発生量を抑制し、またアンモニアが高温高圧条件下で有機物と反応して生成する難分解成分の発生量を抑制することが好ましい。
【０００９】また請求項２の発明は、汚泥を高温高圧下条件にある予熱器と反応器とを用いて連続的に処理する方法であって、低含水率の汚泥を先ず液相条件下にある予熱器で熱分解、することによって炭素成分を低分子化し、次いで気相条件下にある反応器に移送して酸化させ二酸化炭素を生成させることを特徴とするものである。この発明において、予熱器における汚泥の昇温時間を１時間以下に短縮し、加水分解による有機酸の発生量を抑制することで、アンモニアが高温高圧条件下で生成する難分解成分の発生量を抑制することが好ましい。
【００１０】請求項１の発明によれば、亜臨界水条件下で低水分の汚泥中の窒素成分を難分解性のアンモニアの発生を抑制しつつ窒素に転換することができる。
また請求項２の発明によれば、亜臨界水条件下で低水分の汚泥中の炭素成分を難分解性の有機酸の発生を抑制しつつ二酸化炭素に転換することができる。また、アンモニアと有機物の反応から発生する難分解成分の生成も抑制できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図１は請求項１の発明のフローを示すブロック図であり、１は高温高圧の亜臨界水条件下にある予熱器、２，３はその後段に配置された同じく亜臨界水条件下にある反応器である。予熱器１の温度は予熱器出口内部温度を水分蒸発温度に付近に維持し、汚泥中の水分を蒸発させ、反応器２、３の温度は水分蒸発温度以上に維持し、酸化剤を反応させる。
【００１２】この実施形態では予熱器１は温度３１０℃、圧力１０ＭＰａに設定されており、反応器２は温度３００〜３５０℃、圧力１０ＭＰａ、反応器３は温度３５０〜４５０℃、圧力１０ＭＰａに設定されている。なおこれは一例を示すものであって、反応器の温度は２００〜５００℃、好ましくは３００〜４５０℃、圧力は５〜２０ＭＰａ，好ましくは７〜１２ＭＰａとすることができる。また水分蒸発温度決まってくるため圧力によって決まってくるために予熱器内部温度は圧力に依存する。また反応器２，３は一体化することもできる。
【００１３】本発明では、水分が７０〜９０％の脱水汚泥が高圧ポンプ４によって加圧され予熱器１に供給される。また酸素も予熱器１に供給される。予熱器１は圧力容器である筒状の本体の外周にヒータ５を備え、また内部に送り羽根６を備えたもので、汚泥はこの液相条件下にある予熱器１の内部を通過する間に加水分解され、汚泥中に含まれる窒素成分はアンモニアに転換される。
【００１４】前記したようにこのアンモニアは難分解性であるから、その発生量を抑制するために液相条件下における加水分解時間は短くすることが好ましく、このためにこの実施形態では予熱器１の内部に送り羽根６を設け、汚泥を速やかに送るようにして昇温時間を１時間以下に短縮している。
【００１５】予熱器１を通過した汚泥は、次いで気相条件下にある反応器２に移送される。なお、反応器２，３も予熱器１と同様に筒状の本体の外周にヒータを備え、また内部に送り羽根を設けた構造としておくことが好ましい。この反応器２を通過する間に汚泥中の未反応の窒素成分は酸化反応により窒素酸化物ＮＯＸに転換される。そして予熱器１で生成されたアンモニアと、反応器２で生成された窒素酸化物ＮＯＸとを、反応器３において更に高温の気相条件下で反応させ、窒素Ｎ２を生成させる。この結果、汚泥中の窒素成分の大部分は無害な窒素ガスに転換される。このプロセスを図２に示す。なお、反応器３の出口には固液分離装置７と気液分離装置８とが接続されており、反応生成物を残渣、排液、ガスに分離する。
【００１６】後記する実施例のデータに示すように、予熱器１の昇温時間を短縮することにより、汚泥中の窒素成分の分解率を大幅に向上させることが可能となる。これは液相条件下での保持時間が長くなるほど窒素成分が難分解性のアンモニアに移行し、その後の気相条件下における窒素酸化物の生成量が減少するためである。
【００１７】また汚泥中には窒素成分のほかに炭素成分が含まれている。請求項２の発明はこの炭素成分に着目してなされたものである。汚泥の処理プロセス自体は請求項１の実施形態と同様であり、低含水率の汚泥を先ず液相条件下にある予熱器１で熱分解して炭素成分を低分子化する。この場合にも内部に送り羽根６を設けた予熱器１を用い、昇温時間を短縮することにより、難分解性の酢酸等の有機酸の発生量を抑制する。
【００１８】次いで熱分解物を気相条件下にある反応器２，３に移送して酸化させ、図３のように二酸化炭素を生成させる。請求項２の発明によれば、汚泥中の炭素成分も難分解性の有機酸を発生させることなく、無害な二酸化炭素に転換することができる。このプロセスを図３に示す。
以下に本発明の実施例を示す。
【００１９】
【実施例】（実施例１）昇温時間の影響
含水率が９０％の下水脱水汚泥を、図１に示した装置を用いて処理した。予熱器の昇温時間を１３分、１１分、７．５分の３通りに変化させて、汚泥中の窒素成分及び炭素成分の分解率を測定した。その結果を表１に示す。この表１のデータから明らかなように、予熱器の昇温時間を短縮することにより、窒素成分、炭素成分ともに分解率を向上させることができた。
【００２０】
【表１】
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【００２１】（実施例２）  保持温度の影響
含水率が８４％の下水脱水汚泥を、図１に示した装置を用いて処理した。常温から水分蒸発温度である２９０℃よりも高い３００℃まで１０分以内に昇温したうえ、反応器において１時間保持したところ、窒素成分の７７．６％が窒素ガスに転換された。これに対して予熱器内で水分蒸発温度である２９０℃よりも低い２８０℃に１時間保持したうえ、反応器において３２０℃で１０分間保持した場合には、大部分の窒素成分がアンモニアに移行するため、窒素ガスへの転換率は１３．８％に過ぎなかった。
【００２２】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の高温高圧下条件における汚泥処理方法によれば、安全性やランニングコストの面で超臨界水酸化法よりも優れた亜臨界水条件下の湿式酸化法によって、アンモニアや有機酸などの難分解性成分を生成させることなく、低水分の汚泥を窒素、二酸化炭素、水などの無害物質に分解処理することができる。また本発明によれば、超臨界水を反応場とする必要がないため、低水分の汚泥を処理することができる。このため本発明によれば、公害発生のおそれのある焼却炉等を全く用いることなく、下水汚泥などを分解処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】窒素成分の分解プロセスを示す説明図である。
【図３】炭素成分の分解プロセスを示す説明図である。
【符号の説明】
１  予熱器、２  反応器、３  反応器、４  高圧ポンプ、５  ヒータ、６  送り羽根、７  固液分離装置、８  気液分離装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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