(57)【要約】【課題】  下水汚泥、畜産廃棄物等の有機性資源を有効利用してバイオマス資源の利用促進を図りながら、セメントキルン等の排ガス処理に関わる種々の問題点を解消する。【解決手段】  有機性資源を湿式酸化法によって分解した後、嫌気性メタン発酵を行いながら発生したアンモニアを離脱させ、その後、リンを含む金属成分を除去し、触媒湿式酸化法によって酸化燃焼を行い、酸化燃焼によって発生した熱を回収する。湿式酸化法による有機性資源の分解の際に発生した熱を、リンを含む金属成分を除去した有機性資源の昇温に利用することができる。金属成分を含まない有機性資源は、直接触媒湿式酸化工程に添加することができる。離脱させたアンモニアを燃焼排ガス処理用の脱硝剤として使用し、回収した熱を燃焼排ガスの昇温に使用することで、触媒装置を用いて燃焼排ガスのＮＯｘを低減することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性資源を湿式酸化法によって分解した後、嫌気性メタン発酵を行いながら発生したアンモニアを離脱させ、その後、リンを含む金属成分を除去し、触媒湿式酸化法によって酸化燃焼を行い、該酸化燃焼によって発生した熱を回収することを特徴とする有機性資源の利用方法。
【請求項２】
前記湿式酸化法による有機性資源の分解の際に発生した熱を、前記リンを含む金属成分を除去した有機性資源の昇温に利用することを特徴とする請求項１に記載の有機性資源の利用方法。
【請求項３】
前記触媒湿式酸化工程の前段で、金属成分を含まない有機性資源を添加することを特徴とする請求項１または２に記載の有機性資源の利用方法。
【請求項４】
前記湿式酸化法によって有機性資源を処理した際に発生した水を、前記湿式酸化工程で循環使用することを特徴とする請求項１、２または３に記載の有機性資源の利用方法。
【請求項５】
前記触媒湿式酸化法によって有機性資源を処理した際に発生した水を、前記触媒湿式酸化工程で循環使用することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の有機性資源の利用方法。
【請求項６】
前記離脱させたアンモニアを燃焼排ガス処理用の脱硝剤として使用し、前記回収した熱を燃焼排ガスの昇温に使用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性資源の利用方法。
【請求項７】
前記湿式酸化工程で発生した排ガスをセメントキルンに導入する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性資源の利用方法。
【請求項８】
前記金属成分除去工程で回収したリンを、肥料の原料として利用することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の有機性資源の利用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性資源の利用方法に関し、特に、下水汚泥、畜産廃棄物、廃プラスチック等の有機性資源を、燃焼排ガス処理等に有効利用する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３に示すように、セメント焼成設備２１は、プレヒータ２２と、仮焼炉２３と、セメントキルン２４と、クリンカクーラー２５等からなり、原料供給系からプレヒータ２２に投入されたセメント原料Ｒが、プレヒータ２２において予熱され、仮焼炉２３において仮焼され、セメントキルン２４において焼成されて製造されたクリンカＣｌがクリンカクーラー２５において冷却される。
【０００３】
ここで、セメントキルン２４からの燃焼排ガスについては、主原料の石灰石がＳＯｘを吸着する性質を有することを利用したプレヒータ２２における脱硫と、電気集塵機２６によるダスト回収が行われ、処理後の燃焼排ガスＧは、ファン２７及び煙突２８を経て大気に放出されていた。すなわち、従来、セメントキルン４からの排ガスの処理は、主に、プレヒータ２における脱硫と、電気集塵機３１による集塵に頼ってきた。
【０００４】
また、セメントキルン２４からの燃焼排ガスＧには、大気汚染の原因となるＮＯｘも含まれる。そこで、このＮＯｘの排出量を低減するとともに、有機汚泥を経済的に処分するため、特許文献１には、プレヒータ２２の下部からセメントキルン２４の窯尻部までの間にアンモニアを含む有機汚泥を導入する技術が記載されている。
【０００５】
一方、地球温暖化の主な原因物質とされている二酸化炭素の排出抑制のため、汚泥、木屑等の生物由来の有機性資源であるバイオマス資源のより一層の利用促進が望まれている。有機廃棄物を処理しながらエネルギを回収する技術として、特許文献２及び３には、含水廃棄物を処理しながらエネルギを回収するため、または有機固形廃棄物と液状廃棄物とを同時に処理しながらエネルギを回収するため、湿式酸化工程と触媒湿式酸化工程とを備えた処理方法が開示されている。
【特許文献１】特開平１０−１９４８００号公報
【特許文献２】特開平９−２０１５８９号公報
【特許文献３】特開平９−２０１５９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、リサイクル資源活用の要請に応え、セメント焼成設備には、種々のリサイクル資源が原料系に投入されているが、様々なリサイクル資源の活用とともに、排ガス中の、分解処理を要する物質に対しては、触媒装置の設置が有効であり、窒素酸化物の処理に対しては、アンモニア等の還元作用を持つ脱硝剤を用いた脱硝が有効である。しかし、排ガス中成分の触媒による分解処理及び脱硝のためには、排ガスの昇温が必要であり、また、脱硝剤も必要とされるため、これらに要するコストの削減が求められていた。
【０００７】
また、特許文献１に記載のセメントキルン排ガスのＮＯｘ低減方法は、無触媒で脱硝を行うため、効率が低く、リークアンモニアが発生し、排ガスの臭気が増加するという問題があった。さらに、有機汚泥をそのままセメントキルン等に投入すると、有機汚泥は約８０％程度の水分を含むため、有機汚泥に含まれる水分が蒸発する際の潜熱によって熱エネルギを消費するという問題もあった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記セメントキルン等の排ガス処理に関わる種々の問題点を解消すると同時に、下水汚泥、畜産廃棄物等の有機性資源を有効利用することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、有機性資源の利用方法であって、有機性資源を湿式酸化法によって分解した後、嫌気性メタン発酵を行いながら発生したアンモニアを離脱させ、その後、リンを含む金属成分を除去し、触媒湿式酸化法によって酸化燃焼を行い、該酸化燃焼によって発生した熱を回収することを特徴とする。ここで、有機性資源とは、下水汚泥、畜産廃棄物の他、各種有機性汚泥、有機性廃水、厨芥、木屑、草木等をいう。
【００１０】
そして、本発明によれば、有機性資源から、湿式酸化及び嫌気性メタン発酵を介してアンモニアを、触媒湿式酸化を介して熱を回収することができる。
【００１１】
前記有機性資源の利用方法において、前記湿式酸化法による有機性資源の分解の際に発生した熱を、前記リンを含む金属成分を除去した有機性資源の昇温に利用することができる。これによって、さらに効率よく有機性資源から熱を回収することができる。
【００１２】
前記有機性資源の利用方法において、前記触媒湿式酸化工程の前段で、金属成分を含まない有機性資源を添加することができる。これによって、金属成分を含まない有機性資源については、直接触媒湿式酸化工程で処理して熱を発生させることができる。
【００１３】
前記湿式酸化法によって有機性資源を処理した際に発生した水を、前記湿式酸化工程で循環使用し、前記触媒湿式酸化法によって有機性資源を処理した際に発生した水を、前記触媒湿式酸化工程で循環使用することができる。これによって、有機性資源の処理の際に発生した水の一部を有効利用することができる。
【００１４】
前記離脱させたアンモニアを燃焼排ガス処理用の脱硝剤として使用し、前記回収した熱を燃焼排ガスの昇温に使用することができる。これによって、触媒装置を用いて脱硝を行いながら、有機性資源を有効利用することができる。
【００１５】
前記湿式酸化工程で発生した排ガスをセメントキルンに導入することができる。これによって、本発明にかかる有機性資源の利用方法をセメント焼成設備に適用した場合に、湿式酸化工程で発生した排ガスを系外に排出することなく処理することができる。
【００１６】
前記金属成分除去工程で回収したリンを、肥料の原料として利用することができる。これによって、本発明にかかる有機性資源の利用方法をセメント焼成設備に適用した場合でも、セメントの品質に悪影響を与えるリンのセメント中の含有量を低減することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、下水汚泥、畜産廃棄物等の有機性資源をセメントキルン等の排ガス処理に有効利用することなどが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明にかかる有機性資源の利用方法の一実施の形態について、図１を参照しながら説明する。
【００１９】
まず、ステップＳ１において、下水汚泥、畜産廃棄物等の有機性資源を湿式酸化法によって分解する。湿式酸化は、液体中で行なわれる酸化(燃焼)であって、水熱反応装置を用い、高温高圧水中に有機性資源及び空気を入れると、水中で有機性資源が酸化され、分解し、可溶化する。この際、酸化が液体中で行なわれることから、潜熱が発生せず、発生した熱を有効利用することができる。例えば、下水汚泥の場合には、約８０％程度の水分を含むため、約２０％が固形物であるが、固形物の約半分の燃焼エネルギが前記水熱反応装置における高温高圧水を得るために消費され、残りのエネルギを有効利用することができる。尚、汚泥等で、Ｃａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｆｅ等の金属類が１０ｐｐｍ以上含まれる場合には、前処理として生物処理を行って金属を沈降分離することが好ましい。
【００２０】
ステップＳ１の酸化燃焼によって発生した熱は、熱回収器Ｒにおいて回収し、後段の再加熱器Ｈで利用する。また、酸化燃焼によって得られた水は、工水として必要であれば、この湿式酸化工程で循環使用することができる。
【００２１】
次に、ステップＳ２において、可溶化した有機性資源を嫌気性メタン発酵を行いながら発生したアンモニアを離脱させる。本ステップでアンモニアを離脱させて回収する点が本発明の特徴部分である。このメタン発酵は、嫌気性細菌を用い、酸素を遮断した状態で有機性資源を二酸化炭素とメタン（ＣＨ4）に分解するものである。発生したアンモニア（ＮＨ3）は、後述するように、セメントキルン等の排ガス処理用の脱硝剤として使用することができる。また、発生したメタンは、ステップＳ１の湿式酸化のための燃料として利用することができる。
【００２２】
ステップＳ３において、メタン発酵後の処理液からリンを含む金属成分を除去する。除去の対象となる金属は、ＮａとＫを除くすべての金属である。金属成分を除去するのは、後段の触媒湿式酸化法を実施するにあたって、触媒の寿命を縮める触媒毒となる物質を取り除くためである。例えば、リンを除去するには、Ｆｅを導入して、ＦｅＰＯ4として回収する。上記金属成分が残存する場合には、定期的に酸・アルカリ洗浄が必要となる。尚、この工程で回収したリンは、肥料の原料として利用することができる。
【００２３】
ステップＳ３の金属成分除去工程を経た有機性資源は、再加熱器Ｈにおいて昇温され、次のステップＳ４の触媒湿式酸化工程に供給される。
【００２４】
ステップＳ４において、ステップＳ３の金属成分除去工程を経た有機性資源、及び、混合廃プラスチック、古紙、繊維類等、触媒毒となる金属成分を含まない有機性資源を触媒湿式酸化法によって酸化燃焼を行い、該酸化燃焼によって発生した熱を回収する。この触媒湿式酸化法は、有機性資源を含む水に、好ましくは、２５０℃以上の高温で、５〜８ＭＰａの高圧下で空気を供給し、高効率で酸化燃焼を行うものである。有機性資源の濃度は、２〜１０％が望ましく、濃度が高い場合には回収水で希釈する。また、有機性資源の塩素含有率が高いような場合には、容器や配管の腐食が進行するため、Ｔｉ等の材質を用いる必要がある。
【００２５】
触媒湿式酸化工程で回収した熱は、後述するように、セメントキルン等の排ガスの昇温用に用いることができる。また、酸化燃焼によって得られた水は、工水として必要であれば、この触媒湿式酸化工程で循環使用することができる。
【００２６】
図２は、本発明にかかる有機性資源の利用方法をセメントキルンの燃焼排ガス処理に適用した場合を示すものである。
【００２７】
この燃焼排ガス処理装置は、セメント焼成設備１の後段に配設された電気集塵機６と、燃焼排ガス中の水溶性成分及びダストを捕集する湿式集塵機７と、再加熱器１１と、ＮＯｘを分解して除去する触媒塔１２と、熱回収器１３と、湿式集塵機７から排出されたスラリーを固液分離する固液分離機１６と、固液分離機１６で分離された液体中の溶解物質を除去する排水処理装置１７等で構成される。
【００２８】
電気集塵機６は、プレヒータ２からの燃焼排ガスＧ中のダストを集塵するために備えられる。尚、電気集塵機６の代わりに、バグフィルタを用いることもでき、両者を併設することもできる。
【００２９】
湿式集塵機７は、燃焼排ガスＧ中の水溶性成分及びダストを捕集するために備えられ、サイクロンスクラバー、ベンチュリスクラバー等を用いることができる。
【００３０】
湿式集塵機７の下方には、循環液槽８が配置され、湿式集塵機７と循環液槽８の間にポンプ９が設けられ、湿式集塵機７で発生した循環液を循環液槽８及びポンプ９を介して循環させることができる。
【００３１】
再加熱器１１は、循環液槽８から排出された燃焼排ガスＧを加熱するために備えられる。この再加熱器１１の入口側には、後段の触媒塔１２で還元剤として用いるアンモニア（ＮＨ3）が添加される。アンモニアを触媒塔１２の前段で添加するのは、ファンや再加熱器１１での混合効果を利用するためであり、再加熱器１１の入口側以外の湿式集塵機７出口から触媒塔１２入口の間で、前記混合効果を利用することができる箇所に添加することができる。このアンモニアには、図１のステップＳ２で発生したものを使用する。また、再加熱器１１における燃焼排ガスＧを加熱に用いる補助蒸気Ｓは、図１のステップＳ４で回収した熱を利用して発生させる。
【００３２】
触媒塔１２は、電気集塵機６を通過した燃焼排ガスＧ中のＮＯｘを分解して除去するために備えられる。
【００３３】
熱回収器１３は、触媒塔１２から排出された燃焼排ガスＧと再加熱器１１からのガスとの熱交換を行うものであり、燃焼排ガスＧから回収した熱を再加熱器１１で利用する。
【００３４】
固液分離機１６は、湿式集塵機７から排出されたスラリーを固液分離するものであって、フィルタプレス等を使用することができる。
【００３５】
排水処理装置１７は、固液分離機１６で分離された液体を次に要求される水質に処理するために備えられる。
【００３６】
次に、上記構成を有する燃焼排ガス処理装置の動作について、図２を参照しながら説明する。
【００３７】
プレヒータ２において脱硫されたセメントキルン４からの燃焼排ガスＧは、電気集塵機６にもたらされ、燃焼排ガスＧ中のダストが回収される。電気集塵機６を通過した燃焼排ガスＧは、湿式集塵機７に導入され、ここで、燃焼排ガスＧ中の水溶性成分及びダストが捕集される。
【００３８】
水溶性成分、ダストが除去された燃焼排ガスＧは、循環液槽８から再加熱器１１に導入されて加熱される。触媒塔１２おける燃焼排ガスＧの脱硝は、１８０〜５００℃で行うことができるが、できるだけ高温で行うのが望ましい。但し、経済性を勘案すると、２３０〜２７０℃程度で分解を行うことが好ましい。ここで、上述のように、本発明にかかる有機性資源の利用方法によって発生させたアンモニアを再加熱器１１の前段に導入して、触媒塔１２における脱硝に利用し、触媒湿式酸化で回収した熱を利用して発生させた蒸気を再加熱器１１における燃焼排ガスＧの加熱に用いる補助蒸気Ｓとして利用する。
【００３９】
次に、触媒塔１２において、ＮＯｘが分解された後、燃焼排ガスＧは、ファン１４及び煙突１５を経て大気に放出される。一方、循環液槽８から排出されたスラリーは、固液分離機１６によって固液分離され、分離された液体中の溶解物質は、排水処理装置１７で除去する。溶解物質が除去された液体は、湿式集塵機７で再利用したり、セメントキルン４の燃焼排ガスＧの冷却等に利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明にかかる有機性資源の利用方法の一実施の形態を示すフローチャートである。
【図２】図１の有機性資源の利用方法を用いたセメント製造設備の一例を示すフローチャートである。
【図３】従来のセメントキルン排ガス処理方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４１】
１      セメント焼成設備
２      プレヒータ
３      仮焼炉
４      セメントキルン
５      クリンカクーラー
６      電気集塵機
７      湿式集塵機
８      循環液槽
９      ポンプ
１１    再加熱器
１２    触媒塔
１３    熱回収器
１４    ファン
１５    煙突
１６    固液分離機
１７    排水処理装置
【図１】
2005324113.tif 000003
【図２】
2005324113.tif 000004
【図３】
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