(57)【要約】【課題】多量の下水汚泥をも、有効的かつ効率的に処理可能な、下水汚泥のリサイクル方法を提供すること。【解決手段】下水汚泥を炭化処理して炭化物とし、該炭化物を原料として成型炭を製造することを特徴とする下水汚泥のリサイクル方法を用いる。下水汚泥を炭化処理して炭化物とし、該炭化物を水浄化材料として利用した後、該炭化物を原料として成型炭を製造すること、製造された成型炭をガス化炉に装入すること、ガス化炉から排出されたスラグを、リサイクル材の原料とすることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下水汚泥を炭化処理して炭化物とし、該炭化物を原料として成型炭を製造することを特徴とする下水汚泥のリサイクル方法。
【請求項２】
下水汚泥を炭化処理して炭化物とし、該炭化物を水浄化材料として利用した後、該炭化物を原料として成型炭を製造することを特徴とする請求項１に記載の下水汚泥のリサイクル方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２の方法で製造された成型炭をガス化炉に装入することを特徴とする下水汚泥のリサイクル方法。
【請求項４】
ガス化炉が炉内部にコークスベッドを形成したガス化炉であること特徴とする請求項３に記載の下水汚泥のリサイクル方法。
【請求項５】
ガス化炉から排出されたスラグを、リサイクル材の原料とすることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の下水汚泥のリサイクル方法。
【請求項６】
下記に示す（ａ）〜（ｅ）により下水汚泥を段階的に利用することを特徴とする、下水汚泥のリサイクル方法。
（ａ）、下水汚泥を炭化することにより、炭および／または活性炭を製造する第１工程。
（ｂ）、該第１工程で得られた炭および／または活性炭を、水浄化材料として用いる第２工程。
（ｃ）、該第２工程で水浄化材料として用いた炭および／または活性炭を原料として、成型炭を製造する第３工程。
（ｄ）、前記第３工程で得られた成型炭をガス化炉に装入して熱利用する第４工程。
（ｅ）、前記第４工程で得られたスラグを路盤材として利用する第５工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水汚泥のリサイクル利用に関する。
【背景技術】
【０００２】
わが国の下水汚泥発生量は、下水道の普及率の向上に伴い年々増加しており、平成１０年度（１９９８年度）には１８６万トン（乾燥質量）に達した。今後は、下水道普及率の向上及び高度下水処理の実施等により下水汚泥発生量はさらに増加するものと考えられる。高度下水処理とは、例えば、処理水をさらに凝集剤のポリ塩化アルミとオゾンとを用いて浄化して上水に流すものである。平成１０年度では発生する下水汚泥の４０％が埋め立て処理されており、有効利用の割合は約５７％であった。
【０００３】
一般的な下水処理において、沈砂池において下水の土砂やごみを取り除いた後、最初沈殿池で泥等の固形物の大部分を沈殿させて除去する。その後、エアレーションタンクにおいて活性汚泥を加え、空気を吹き込んでかき混ぜることにより、微生物が下水中の汚物を食料として繁殖し、汚物が沈殿しやすくなり、次工程の最終沈殿池で沈殿しやすい状態になった活性汚泥と水とを分離し、処理水は放流、余剰の活性汚泥は濃縮槽、消化タンク、脱水機を経て下水汚泥となる。下水汚泥は埋立て処理、焼却処理されているが、近年、この下水汚泥の有効利用が試みられている。
【０００４】
たとえば、セメント原料として利用する技術が実施されている（例えば、非特許文献１参照。）。この技術は、下水汚泥をセメントの原燃料として利用するものであり、有機成分は熱利用し、無機成分はセメントの原料として利用するものである。
【０００５】
また、下水汚泥のコンポスト利用も行われている（例えば、非特許文献２参照。）。
【０００６】
また、その他にも下水汚泥を処理する過程で発生する消化ガスを活用した消化ガス発電や、炭化処理してフィルタープレスの脱水助剤として利用する試みもなされている。
【０００７】
【非特許文献１】越野正義著  「日本土壌肥料学会：下水汚泥−リサイクルのために−」博友社  １９７９年、ｐ．５―１２２
【非特許文献２】「調査５５号：素材型環境を核とした資源循環クラスターの展開」日本政策投資銀行  ２００３年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら上記の従来技術は、いくつかの解決すべき課題を有するものである。
【０００９】
下水汚泥をセメント原料として利用する技術では、下水汚泥をセメントキルンで焼却処理するが、近年、セメント業界では下水汚泥以外にも、廃タイヤ、廃プラスチックなどを原料に用いる多様化が進んでいる。セメントを1トン製造するには石灰石、珪石、粘土など合計１．４トンの原料が使用され、このうち廃棄物に代替されるのは主に粘土の部分であるが、すでにその８割が廃棄物に代替しており、今後大きな伸びは期待できない。また、塩素濃度の制約もある。鉄筋の腐食を防ぐ観点からセメント中の塩素濃度はＪＩＳ規格の対象になっているため、受け入れる廃棄物が制約を受ける。
【００１０】
また、コンポスト利用技術では、土壌への重金属、特に亜鉛の蓄積が指摘されており下水汚泥の使用量が限られている。
【００１１】
また、消化ガス発電では、下水処理汚泥を処理する過程で発生するメタンガスを発電に利用することは非常に有効であるが、その後の下水汚泥処理の問題は解決されないままである。
【００１２】
さらに、下水汚泥を炭化処理して炭化物とした後、脱水助剤として利用する技術は、発生する下水汚泥量に対して脱水助剤として利用する量が少ないため、バランスが取れず、製造した炭化物の利用方法の開拓が必要であり、さらに利用後の炭化物の処理に課題がある。
【００１３】
以上のように上記の技術を用いれば下水汚泥を有効利用することは可能であるが、発生する下水汚泥全体を充分に効率的に利用するものではなく、リサイクルシステムとしては不十分である。
【００１４】
したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、多量の下水汚泥をも、有効的かつ効率的に処理可能な、下水汚泥のリサイクル方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）、下水汚泥を炭化処理して炭化物とし、該炭化物を原料として成型炭を製造することを特徴とする下水汚泥のリサイクル方法。
（２）、下水汚泥を炭化処理して炭化物とし、該炭化物を水浄化材料として利用した後、該炭化物を原料として成型炭を製造することを特徴とする（１）に記載の下水汚泥のリサイクル方法。
（３）、（１）または（２）の方法で製造された成型炭をガス化炉に装入することを特徴とする下水汚泥のリサイクル方法。
（４）、ガス化炉が炉内部にコークスベッドを形成したガス化炉であること特徴とする（３）に記載の下水汚泥のリサイクル方法。
（５）、ガス化炉から排出されたスラグを、リサイクル材の原料とすることを特徴とする（３）または（４）に記載の下水汚泥のリサイクル方法。
（６）、下記に示す（ａ）〜（ｅ）により下水汚泥を段階的に利用することを特徴とする、下水汚泥のリサイクル方法。
（ａ）、下水汚泥を炭化することにより、炭および／または活性炭を製造する第１工程。
（ｂ）、該第１工程で得られた炭および／または活性炭を、水浄化材料として用いる第２工程。
（ｃ）、該第２工程で水浄化材料として用いた炭および／または活性炭を原料として、成型炭を製造する第３工程。
（ｄ）、前記第３工程で得られた成型炭をガス化炉に装入して熱利用する第４工程。
（ｅ）、前記第４工程で得られたスラグを路盤材として利用する第５工程。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、下水汚泥をカスケード利用してリサイクルすることにより、活性炭の原料である石炭ややし殻の使用量、石炭エネルギー使用量の低減が可能であり、貴重な地球資源を節約することが可能となる。また、下水汚泥が大部分焼却処理されている現状と比較すると二酸化炭素発生量の削減にも貢献できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明者らは下水汚泥を有効利用するためのリサイクルシステムについて鋭意検討した結果、下水汚泥を段階的に、順次低レベルの利用に移していき、資源再生を行う、いわゆるカスケード利用することで、多量に発生する下水汚泥を、効率的にリサイクル利用できることを見出して、本発明を完成した。
【００１８】
以下図面に基づいて本発明の下水汚泥のリサイクル方法の一実施形態について説明する。図１は本発明のリサイクルシステム全体の概略図であり、下水汚泥は炭化処理した後に成型炭処理を行うことが基本である。より好ましい実施形態としては、炭化処理した後に水処理用として利用した後に成型炭処理を行う。さらに好ましくは、成型炭をガス化炉で利用する。
【００１９】
汚泥処理施設から排出された下水汚泥の性状は、発生状況、処理方法により変動する。下水汚泥が含有する水分についても、脱水ケーキでは７０〜７５％、乾燥汚泥では３５〜６３％程度と変動する。また、灰分含有率及び低位発熱量は、ドライベースで灰分含有率１５〜５０％、低位発熱量８００〜２０００ｋｃａｌ／ｋｇと品質のばらつきが大きい。
【００２０】
本発明では、上記のように性状の安定しない下水汚泥を、まず炭化処理する。炭化処理は連続処理の可能なロータリーキルン方式、あるいはバッチ方式などを適宜選択して、加熱することで行うことができる。加熱方式については内熱式あるいは外熱式があり、どちらを選択してもかまわない。加熱温度は５００℃以上、１０００℃以下とすることが望ましく、酸素濃度５ｖｏｌ％以下で加熱することが望ましい。
【００２１】
炭化処理で得られた炭化物は、粒状あるいは塊状で回収される。この炭化物は用途に応じて適切な粒度に調整することが望ましい。炭化物は微細孔を有するものである。炭化物は水処理用として利用するか、あるいは直接ガス化炉用の成型炭の原料とすることが望ましい。水処理用の用途としては水の浄化用であり、例えば、水道水の高度処理用として有機物の除去を目的に利用される。
【００２２】
水処理用として利用し、有機物の吸着性能が低下した炭化物、あるいは炭化処理で得られた炭化物に成型炭処理を行う。すなわち、炭化物を成型炭の原料として利用する。成型炭は、例えば、炭化物を粉砕して一定形状に加圧成型して製造することができる。成型炭を製造する際にタールピッチ等の粘結材を配合する場合もある。
【００２３】
成型炭は、ガス化炉で利用することが望ましい。ガス化炉の操業において、コークス代替として比較的安価な成型炭を利用すれば操業のコストを大幅に低減することが可能となる。
【００２４】
ガス化炉には、通常、コークスを装入して操業するが、本発明ではコークスの少なくとも一部を成型炭で代替する。コークスを用いる方式のガス化炉において、コークスの代替として、成型炭のみ、またはコークスと成型炭と、を用いる。本発明では、炉内部にコークスベッドを形成して廃棄物等のガス化を行うガス化炉において、前記コークスベッドを形成するコークスの少なくとも一部を成型炭で置換することが望ましい。
【００２５】
コークスベッドとは、コークス等の塊状炭材により炉下部に形成される充填層である。コークスは、燃料としての役割とともに、処理される廃棄物等を溶融分離する火格子状の充填物層を形成し、溶融分離により、生成するスラグ、メタルの均質化、安定的な排出を行う。コークスの炉内への装入量が少ない場合、コークスがコークスベッドとして使用される割合は少なく、主として燃料として使用されるが、このような場合もコークスを成型炭で置換することでコストを削減することができるので効果がある。
【００２６】
コークスを用いる方式のガス化炉としては、例えば、竪型シャフト炉等の竪型炉で羽口を有するものであり、高さ方向に区分すると、上部から予熱・乾燥帯、熱分解帯、燃焼・溶融帯、またはフリーボード部、流動層部、移動層、コークス充填層等と区分される。炉内に廃棄物等と共にコークスが投入されて、コークスの燃焼により廃棄物等を燃焼・ガス化し、不燃物を含む乾留物は炉下部へと移動して燃焼・溶融するものである。
【００２７】
ガス化溶融炉で使用するコークスは、炉内におけるベッド層の形成や、燃料としての役割を持つ。コークスの少なくとも一部を代替する成型炭は炉内に投入されるとフリーボード部および流動層部において温度５００℃〜１０００℃で熱分解し、含有する揮発分約３０％が揮散する。揮発分はガスあるいはタール状で揮散するが、熱履歴を受けてガス化し、最終的に熱として回収、あるいは発電エネルギーとして有効に利用される。一方、熱分解後の成型炭は形状を維持したまま、コークスが存在する場合はコークスとともに、ベッド層を形成し、ゴミ等の燃焼の熱源、スラグの溶融のための熱源としてコークス代替として利用され、最終的にはスラグとなる。
【００２８】
ガス化炉から排出されたスラグは、リサイクル材として有効利用することが望ましい。スラグを路盤材やセメント原料としてリサイクル利用することで、ほとんど廃棄物が発生しないリサイクルシステムとすることができる。
【００２９】
上記のリサイクルシステムとして、例えば、下水汚泥から活性炭を製造し、その活性炭を水処理用等として有効利用する（利用１）。次に使用済の活性炭を原料に、バインダー等を添加して成型炭を製造する。この成型炭は、家庭ごみやごみ固形燃料を処理するためのガス化溶融炉のコークス代替として熱利用する（利用２）。このように２段階で利用することで、本発明においては、下水汚泥をカスケード利用（段階的に２回有効利用）することができる。
【００３０】
利用１、利用２に引き続いて、さらに下水汚泥中の無機成分をスラグとして回収して利用することが望ましい。回収されたスラグは、路盤材、セメント原料等に有効利用可能であり、これによりほとんど廃棄物が発生しないリサイクルシステムとすることができる。セメント原料としてのスラグの利用量は限られる場合があるが、路盤材としては多量を使用可能であり、発生するスラグの大部分を有効利用可能である。
【００３１】
本発明では、例えば下記に示す（ａ）〜（ｅ）の５工程によるリサイクル方法を用いることにより、下水汚泥を有効利用することができる。
（ａ）、下水汚泥を炭化することにより、炭および／または活性炭を製造する第１工程。
（ｂ）、第１工程で得られた炭および／または活性炭を、水を浄化するための水処理用として用いる第２工程。
（ｃ）、水処理用に利用した炭および／または活性炭を原料として、成型炭を製造する第３工程。
（ｄ）、上記第３工程で得られた成型炭をガス化炉に装入して熱利用する第４工程。
（ｅ）、上記第４工程で得られたスラグを路盤材、セメント原料として利用する第５工程。
【００３２】
（ａ）〜（ｅ）に示すように、下水汚泥を炭および／または活性炭として水処理用として利用した後、成型炭に成型してガス化炉で熱利用することにより、下水汚泥をカスケード利用することができる。
【実施例１】
【００３３】
表１に２種類の下水汚泥（Ａ、Ｂ）の性状値を、表２に下水汚泥（Ａ、Ｂ）から得られた炭化物である炭の性状値を示す。さらに、下水汚泥から得られた炭から成型炭を製造する条件及び得られた成型炭の性状を表３に示す。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
【表２】
2005270696.tif 000004
【００３６】
【表３】
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【００３７】
表１に示す下水汚泥Ａを原料に、ロータリーキルンタイプの炭化炉で表２に示す性状の炭Ａ（１）を製造した。炭Ａ（１）は、嵩比重０．２３、表面積４８ｍ2／ｇ、平均粒度３ｍｍであった。この炭をあらかじめ平均粒度１ｍｍに調整後、表３に示す条件で成型炭を製造した。得られた成型炭Ａ（３）は、ガス化溶融炉のコークス代替として使用した。具体的には、コークスを使用する廃棄物溶融炉の操業において、廃棄物（家庭ごみをＲＤＦにしたもの）を１００質量部に対し、コークス５０質量部を使用するところを２５とし、残りの２５（代替前コークス量５０に対する質量比率５０％）を成型炭で代替して操業した。本操業において、操業上の大きなトラブルはなく、成型炭をガス化溶融炉のコークス代替として有効に利用可能であった。また、下水汚泥由来のスラグは路盤材、セメント原料として有効に利用された。
【００３８】
次に、表１に示す下水汚泥Ｂを原料に、ロータリーキルンタイプの炭化炉で表２に示す性状の炭Ｂ（１）を製造した。炭Ｂ（１）は、嵩比重０．３８、表面積８０ｍ2／ｇ、平均粒度１．５ｍｍであった。この炭Ｂ（１）をまず、水処理用の活性炭として利用した。次に、活性炭として十分利用して水道水中の有機物の吸着性能が低下した炭Ｂ（２）をあらかじめ平均粒度１ｍｍに調整後、表３に示す条件で成型炭を製造した。得られた成型炭Ｂ（３）は、ガス化溶融炉のコークス代替として使用した。具体的には、コークスを使用する廃棄物溶融炉の操業において、廃棄物（家庭ごみをＲＤＦにしたもの）を１００質量部に対し、コークス５０質量部を使用するところを２５とし、残りの２５（代替前コークス質量５０に対する比率５０％）を成型炭で代替して操業した。本操業において、操業上の大きなトラブルはなく、成型炭をガス化溶融炉のコークス代替として有効に利用可能であった。また、下水汚泥由来のスラグは路盤材、セメント原料として有効に利用された。
【００３９】
従来は、下水汚泥（乾燥後）は焼却処理されて焼却灰は埋め立て処理された。この場合、下水汚泥中の有機成分は燃焼し、含有エネルギーは仕事をすることなく大気中に放散された。また、焼却灰は有効利用されることなく埋立処理された。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態であるリサイクルシステム全体の概略図。
【図１】
2005270696.tif 000006